KR20070086489A - 전환 가능한 광 소자 - Google Patents

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KR20070086489A
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KR1020077014051A
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테우니스 더블유. 투케르
베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
스테인 쿠이페
요리스 제이. 프레헨
페트루스 티. 유트
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

방사선 빔에 대하여 광로(OP)를 가지며 또한 제1 상태와 제2 상태를 갖는 전환 가능한 광 소자로서, 상호 혼합되지 않으며 또한 유체 메니스커스(16)에 의하여 상호 분리된 제1 유체(12) 및 상이한 제2 유체(14)와; 상기 광로를 따라 상호 이격된 투명한 제1 벽 부분과 투명한 제2 벽 부분과; 상기 광 소자를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하기 위하여 제1 유체 및/또는 제2 유체에 힘을 인가하도록 배열된 유체 스위칭 시스템을 포함한다. 제1 벽 부분은 비평면 파면 변경자(28)를 구비하고, 상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제1 벽 부분이 제1 유체(12)로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체(14)로 덮이도록 상기 힘을 인가하도록 배열되어 있다. 상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제1 유체로 덮이도록, 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 배열되며, 상기 광 소자가 제1 상태 및 제2 상태 모두에 있을 때, 상기 유체 메니스커스(16)의 적어도 일부는 광로 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
광 소자, 유체, 파면 변경자, 전환

Description

전환 가능한 광 소자{SWITCHABLE OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 전환 가능한 광 소자, 특히 광기록 매체의 정보층을 주사하기 광 주사 장치에 사용하기 위한 광 소자 및 이러한 광 소자를 구비하는 광 주사 장치에 관한 것이다.
상이한 파면 변경(wavefront modification)을 방사선 빔에 도입하기 위하여 상이한 상태를 갖는 전환 가능한 광 소자가 공지되어 있다. 광 소자가 상이한 상태 사이에서 전환하면, 방사선 빔에 도입된 파면 변경이 광 소자를 통과할 때 변화한다.
국제 특허 출원 WO 04/027490은 두 개의 상이한 상태를 갖는 전환 가능한 광 소자를 개시하고 있다. 광 소자는 유체가 어느 한 상태로 충전되어 있고 이와 상이한 유체가 다른 상태로 충전되어 있는 챔버를 구비한다. 파면 변경자는 챔버를 통과하는 방사선 빔의 파면을 변경시킨다. 방사선 빔의 파면 변경은 광 소자가 전환되는 두가지 상태와 방사선 빔의 파장에 좌우된다.
WO 04/027490에 개시된 전환 가능한 광 소자는 예를 들면 콤팩트 디스 크(CD), 통상의 디지털 다기능 디스크(DVD), 및 블루레이 디스크(BD)와 같은 상이한 유형의 광기록 매체의 정보층을 주사하기 위한 광 주사 장치 내부에 설치된다. 광기록 매체를 주사하는데 사용되는 방사선 빔의 파장은 유형이 다른 경우에 상이하다. 각 유형의 광기록 매체는 그 기록 매체의 외부와 정보층 사이에 배치된 상이한 두께의 커버층을 갖는다. 전환 가능한 광 소자가 상이한 상태 사이에서 전환하는 것에 의하여, 이러한 두께차는 상이한 유형의 광기록 매체가 정확하게 주사될 수 있도록 조정된다.
전환 가능한 광 소자에 의하여 방사선 빔에 도입될 수 있는 각종의 파면 변경은 소자의 구성에 의하여 상대적으로 제한된다. 게다가, 전환 가능한 광 소자는 광 주사 장치가 다중 정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하도록 하는 기능성을 제공하지 않는다. 광 소자는 광학적으로 작동 가능한 영역의 외측에 배치된 도관을 구비하며, 상기 도관은 어느 한 유체로 충전되며, 다른 유체는 챔버를 충전한다.
국제 특허 출원 WO 03/069380은 두 유체를 분리하는 메니스커스(meniscus)를 갖는 가변 포커스 렌즈를 개시하고 있다. 유체 메니스커스는 그 메니스커스를 통과하는 방사선 빔에 초점을 도입하는 곡률을 갖는다. 방사선 빔의 초점을 변경시키기 위하여 전압을 렌즈의 전극에 인가하여 메니스커스의 곡률을 변경시킨다. 가변 포커스 렌즈를 구비하는 광 주사 장치가 개시되어 있으며, 상기 장치는 렌즈의 초점을 변경시켜 기록 매체의 상이한 정보층을 주사할 수 있다.
국제 특허 출원 WO 04/051323은 가변 유체 메니스커스를 형성하기 위한 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 두 유체를 분리하는 유체 메니스커스를 구비한다. 상이한 패턴의 전압을 메니스커스를 에워싸는 전극의 구조에 인가하면, 상이한 구조의 메니스커스를 획득할 수 있다. 일례로, 방사선 빔은 투명 전극을 통과하여, 평면 구성을 갖는 유체 메니스커스에 의하여 장치의 또 다른 투명한 벽을 통해 반사된다. 다른 예로서, 전극에 인가된 전압 패턴에 의하여 메니스커스가 비대칭 곡률을 가지게 되어, 인가된 초점에 메니스커스를 통과하는 방사선 빔에 도입한다. 전압을 가변시키면 메니스커스의 곡률이 변화한다.
본 발명의 목적은 상이한 파면 변경을 방사선 빔에 비교적 효과적인 방법으로 도입하는 전환 가능한 광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 방사선 빔에 대하여 광로를 가지며 또한 제1 상태와 제2 상태를 갖는 전환 가능한 광 소자로서,
(a) 상호 혼합되지 않으며 또한 유체 메니스커스에 의하여 상호 분리된 제1 유체) 및 상이한 제2 유체와;
(b) 상기 광로를 따라 상호 이격된 투명한 제1 벽 부분과 투명한 제2 벽 부분과;
(c) 상기 광 소자를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하기 위하여 제1 유체 및/또는 제2 유체에 힘을 인가하도록 배열된 유체 스위칭 시스템을 포함하며,
상기 제1 벽 부분은 비평면 파면 변경자를 구비하고, 상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제1 벽 부분이 제1 유체로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체로 덮이도록 상기 힘을 인가하도록 배열되어 있는, 전환 가능한 광 소자에 있어서,
상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제1 유체로 덮이도록, 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 배열되며, 상기 광 소자가 제1 상태 및 제2 상태 모두에 있을 때, 상기 유체 메니스커스의 적어도 일부는 광로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자가 제공된다.
방사선 빔이 광로를 따라 통과하면, 전환 가능한 광 소자는 제1 상태에 있는 경우에 소정의 파면 변경을 방사선 빔에 도입한다. 광 소자를 제2 상태로 전환하면, 이와 상이한 소정의 파면 변경이 방사선 빔에 도입될 수 있다. 도입된 파면 변경 각각의 형태는, 방사선 빔의 파장, 제1 유체 및 제2 유체의 재료, 비평면 파면 변경자의 구조 및 재료, 그리고 제1 및 제2 벽 부분이 제1 또는 제2 유체로 덮이는 가의 여부 등을 포함하는 요소에 의존한다. 이러한 요소 각각은 특정 파면 변경을 상이한 방사선 빔에 도입하기 위하여 전환 가능한 광 소자를 설계하는 설계자에게 자유도를 제공한다.
유체 메니스커스가 광로에 위치하는 상태에서, 광 소자가 제1 상태 및 제2 상태에 있으면, 제1 유체와 제2 유체는 모두 광로에 위치한다. 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하면, 두 유체는 제1 및 제2 벽 부분을 덮도록 광 소자 내부에서 위치가 변경된다. 그러므로, 도입된 상이한 유형의 파면 변경 사이에서 전환하는 것이 가능하다. 유체 메니스커스는 메니스커스의 구성 및/또는 제1 및 제2 유체의 재료에 따라 도입된 파면 변경의 유형에 적어도 일부 기여할 수 있다. 상기 방식에서, 또 다른 설계 자유도가 제공된다.
이렇게 상이한 설계 자유도로 인하여, 본 발명의 전환 가능한 광 소자는, 비교적 다양한 소정의 상이한 파면 변경을 적어도 하나의 방사선 빔에 도입할 수 있으며 그리고 광 소자의 상태를 전환하거나 파장과 같은 방사선 빔의 특징을 변경시켜 파면 변경이 간략히 변화될 수 있도록, 비교적 높은 레벨로 특수 생산할 수 있다. 이것은 파면 변경을 방사선 빔에 도입하는데 필요한 광학 용례가 요구하는 비교적 넓은 범위의 기준에 충족하도록 설계 및 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광 소자가 제1 및 제2 상태 중 적어도 하나에 있을 때, 유체 메니스커스는 광로를 따라 이동하는 방사선 빔을 집속하도록 배열될 수 있다.
유체 메니스커스가 광로를 따라 이동하는 방사선 빔을 집속할 수 있으므로, 파면 변경은 방사선 빔이 소정 위치 상에 스폿으로서 집속될 수 있도록 도입될 수 있다. 이에 의하면, 전환 가능한 광 소자를 방사선 빔을 소정 위치에 집속하는 것이 바람직한 광학 용례에 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 바람직하게는, 광 소자가 제1 및 제2 상태 중 적어도 하나에 있을 때, 유체 메니스커스는 집속량을 결정하는 곡률을 가지며, 광 소자는 유체 메니스커스의 곡률을 변경시키기 위한 가변 포커스 시스템을 구비한다.
유체 메니스커스의 곡률을 변경시키면, 방사선 빔의 초점이 비교적 효율적이고 제어 가능한 방법으로 변경될 수 있다. 따라서, 이에 의하면, 전환 가능한 광 소자를 방사선 빔이 집속되는 위치를 변경시킬 필요가 있는 광학 용례에 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 스위칭 시스템은 제1 및 제2 스위칭 전극을 구비하며, 상기 유체 스위칭 시스템은 광 소자를 제1 상태로 전환시키기 위하여 전압을 제1 스위칭 전극에 인가하도록 배열되고, 상기 유체 스위칭 시스템은 광 소자를 제2 상태로 전환시키기 위하여 전압을 제2 스위칭 전극에 인가하도록 배열된다.
광 소자의 상태를 전환하기 위하여 전압을 상이한 전극에 인가하면, 비교적 신속하고 효율적인 방법으로 전환이 수행된다. 이것은 방사선 빔에 대한 파면 변경의 도입과 상이한 파면 변경의 도입 사이에서 어떠한 지연도 최소화한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광 소자는 또 다른 전극을 구비하며, 상기 1 상태와 제2 상태 사이에서 전환될 때, 상기 유체 스위칭 시스템은 전압을 상기 또 다른 전극에 인가하도록 배열되고, 상기 유체 메니스커스의 곡률을 변경시킬 때, 상기 가변 포커스 시스템은 전압을 상기 또 다른 전극에 인가하도록 배열된다.
광 소자의 전환이 비교적 효과적이도록, 제1 및 제2 상태 사이에서 전환하는 경우에 도 다른 전극에 전압을 인가하여 광 소자 내부에서 제1 및 제2 유체의 위치를 비교적 신속하게 변경시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 바람직하게는, 상기 비평면 파면 변경자는 비곡면 렌즈(30), 주기 프로파일을 갖는 상 구조 및 비주기 프로파일을 갖는 상 구조 중 적어도 하나를 포함한다.
특정 구조의 비평면 파면 변경자의를 선택하면, 광로를 따라 이동하는 방사선 빔에 소정의 파면 변경을 도입할 수 있다. 파면 변경자가 상이한 유형의 파면 변경자를 하나 이상 구비하는 경우에, 예정된 상이한 파장을 갖는 방사선 빔에 상이한 유형의 파면 변경이 도입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 유체는 제1 굴절율을 가지며, 상기 제2 유체는 상이한 제2 굴절율을 가지고, 상기 비평면 파면 변경자는 제2 굴절율과 대략 동일한 굴절율을 갖는 재료로 형된다.
비평면 파면 변경자의 재료가 제2 유체의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지며 또한 광 소자가 제2 벽 부분이 제1 유체로 덮여 있는 제2 상태에 있는 경우에, 파면 변경자는 광로를 따라 통과하는 방사선 빔에 제로 파면 변경을 도입한다. 상기 방식에서, 파면 변경자의 기능성과 방사선 빔으로의 파면 변경의 도입은 전환 가능한 광 소자의 상태 사이에서 전환에 의하여 스위치 온/오프된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 정보층을 갖는 기록 매체를 주사하기 위한 광 주사 장치에 있어서,
(a) 본 발명에 따른 전환 가능한 광 소자와;
(b) 예정된 파장을 갖는 방사선 빔을 제공하도록 배열된 방사선 빔 소스 시스템과;
(c) 상기 정보층 상의 주사 스폿에 방사선 빔을 집속하도록 배열된 대물렌즈 시스템과;
(d) 상기 정보층을 주사한 이후에 검출된 방사선 빔의 방사선을 전기 신호로 전환하도록 배열된 검출 시스템을 포함하는 광 주사 장치가 제공된다.
광 주사 장치에 설치된 전환 가능한 소자는 비교적 정확한 방식으로 기록 매체를 주사하도록 방사선 빔에 파면 변경을 도입하도록 구성된다. 또한, 전환 가능한 광 소자의 적절한 이용에 의하여, 광 주사 장치는 상이한 유형의 광기록 매체 및/또는 복수의 정보층을 갖는 광기록 매체를 비교적 정확한 방식으로 주사할 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 실시예로서 제공된 하기의 본 발명의 바람직한 실시예로부터 명백하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자가 제1 상태에 있는 것을 도시하는 것을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자가 중간 상태에 있는 것을 도시하는 것을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자가 제2 상태에 있는 것을 도시하는 것을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자가 제1 상태에 있는 것을 도시하는 것을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자가 중간 상태에 있는 것을 도시하는 것을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 주사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자(2)의 단면을 개략적으로 도시한다. 도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 절취한 광 소자(2)의 단면을 개략적으로 도시한다. 광 소자(2)는 원통형 전극(4)을 구비하며, 원통현 전극의 종축선은 광 소자(2)의 광로(OP)와 일치한다. 원통형 전극(4)의 제1 단부는 제1 벽(6)으로 차폐되며, 원통형 전극(4)의 제2 단부는 제2 벽(8)으로 차폐된다. 제1 벽(6), 제2 벽(8) 및 원통형 전극(4)은 원통형 챔버(10)를 한정하는바, 상기 원통형 챔버는 제1 유체(12)와 상이한 제2 유체(14)를 수용하며, 이들 유체는 상호 혼합할 수 없다. 유체 메니스커스(fluid meniscus; 16)에 의하여 제1 유체(12)가 제2 유체와 분리되며, 상기 유체 메니스커스는 광로(OP) 상에 적어도 부분적으로 위치한다. 본 실시예에서, 메니스커스(16)는 광로(OP)에 대하여 센터링된다. 챔버(10)는 광로(OP)로부터 직각인 반경(r)을 갖는다.
본 실시예에서, 제1 유체(12)는 제1 굴절율을 갖는 전기 전도성 유체, 예를 들면 농도가 0.1M이고 굴절율이 1.34인 염화칼륨(KCl) 수용액이며, 제2 유체(14)는 제2 굴절율을 갖는 전기 절연성 유체, 예를 들면 굴절율이 1.50인 폴리페닐메틸실록산 및 폴리디메틸실록산 공중합체이다. 제2 유체는 전기 전도성을 가질 수도 있으나, 제1 유체(12)보다 낮은 전기 전도성을 갖는 것으로 가정한다.
제1 벽(6)은 제1 플레이트(18)를 구비하며, 제2 벽(8)은 제2 플레이트(20)를 구비한다. 제1 및 제2 플레이트(18,20) 각각은 평탄한 원형이며, 광로(OP)에 대하여 센터링되어 있고, 예를 들면 유리와 같은 투명한 재료로 형성된다. 제1 스위칭 전극(22)이 챔버(10)를 향하는 제1 플레이트(18)의 표면과 제1 플레이트(18)의 원주면과 접촉하도록 배치된다. 제1 스위칭 전극(22)은 원형이며, 단면이 U형이고, 광로(OP)에 대하여 센터링되며, 또한 투명한 전기 전도성 재료, 본 실시예에서 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성된다. 제2 스위칭 전극(22)이 챔버(10)를 향하는 제2 플레이트(20)의 표면과 제2 플레이트(20)의 원주면과 접촉하도록 배치된다. 제2 스위칭 전극(24)은 원형이며, 단면이 U형이고, 광로(OP)에 대하여 센터링되며, 또한 투명한 전기 전도성 재료, 본 실시예에서 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성된다. 챔버(10)를 향하는 제2 스위칭 전극(24)의 표면은 전기 절연성을 가지면서 투명한 소수성 층(hydrophobic layer; 26)이 코팅된다. 소수성 층(26)은 또한 원통형 전극(4)의 내부면에도 코팅되며, 제1 및 제2 스위칭 전극(22, 24)을 원통형 전극(4)의 단부면과 절연시킨다. 본 실시예에서, 소수성 층(26)은 듀퐁사가 제조한 테프론 (Teflon) AF 1600 (상표명)으로 형성된다.
제1 벽(6)의 일부와 제2 벽(8)의 일부는 투명하며, 광로(OP)를 따라 상호 이격되어 있다. 제1 벽과 제2 벽은 각각 광로(OP)에 대하여 직각 방향으로 반경을 갖는바, 이는 챔버(10)의 반경(r)과 동일하다. 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 각각은 광로(OP)와 평행한 방향으로 두께를 갖는바, 이는 동일한 방향으로의 제1 벽(6)과 제2 벽(8)의 두께와 동일하다.
제1 벽 부분은 적어도 하나의 비구면 렌즈를 갖는 비평면 파면 변경자(modifier; 28)와, 주기 프로파일을 갖는 상 구조(phase structure)를 포함한다. 본 실시예에서, 비평면 파면 변경자(28)는 비구면 렌즈(30)로서, 비주기 상 구조(NPS)(32)를 갖는다. NPS(32)는 다수의 환형 돌출부를 갖는 환형 상 구조로서, 상기 환형 돌출부는 비주기 프로파일을 갖는다. NPS(32)는 비구면 렌즈(30)의 표면 내부에 형성된다. 비구면 렌즈(30)의 표면과 NPS(32)의 표면은 소수성 층(26)으로 코팅된 제1 벽 부분의 파면 변경자 표면(34)을 구성한다. 파면 변경자(28)는 제1 스위칭 전극의 일부 상에 장착되며, 원형인 비구면 렌즈(30)와 NPS(32)가 광로(OP)에 대하여 센터링되도록 광로(OP)에 대하여 센터링된다. 파면 변경자(28)는 소정의 파면 변경이 파면 변경자(28)에 의하여 광로(OP)를 따라 통과하는 방사상 빔에 도입될 수 있도록 특정 치수에 따라 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 파면 변경자(28)의 치수는 축척에 따라 도시되어 있지 않으며, 파면 변경자(28)의 특정 치수를 나타내고자 하는 것은 아니다. 본 실시예에서, 파면 변경자(28)는 대략적으로 제2 굴절율과 동일한 굴절율을 갖는 재료, 예를 들면 408nm의 소정 파장을 갖는 방사 빔에 대하여 굴절율이 1.51인 헥산디올 다이크릴레이트(HDDA)로 형성된 다.
광 소자(2)는 접지 전극(36)을 구비하는바, 이 접지 전극은 원통형 전극(4) 내부의 개구를 통해 삽입되며 제1 유체(12)와 접촉하는 상태로 배치된다. 접지 전극(36)은 접지 단자(40)와 전기적으로 접속된다. 접지 전극(36)을 원통형 전극(4)과 절연시키기 위하여, 소수성 층(26)을 원통형 전극(4)에 형성된 개구의 내부면에 코팅한다.
유체 메니스커스(16)는 광로(OP)를 따라 이동하는 방사 빔을 집속하도록 배열될 수 있다. 유체 메니스커스(16)는 이러한 집속량을 결정하는 곡률을 갖는다. 그 곡률은 광로(OP)에 대하여 회전 대칭을 이루며, 제2 벽(8)에서 볼 때 볼록한 곡률을 갖는 것으로 도 1에 도시되어 있다. 광 소자(2)는 제1 및 제2 유체(12, 14)에 전기습윤력(electrowetting force)을 인가하여 그 곡률을 변경시킬 수 있는 가변 포커스 시스템(비도시)을 구비한다. 가변 포커스 시스템은 원통형 전극(4)과 접지 단자(40)에 전기적으로 접속된 제1 전압원(V1)을 구비한다. 제1 전압원(V1)이 원통형 전극(4)에 전압을 인가하여 원통형 전극(4)의 내부면을 차폐하는 소수성 층(26)의 일부와 유체 메니스커스(16) 사이의 접촉각(α) 범위를 결정한다. 접촉각(알파)의 범위는 메니스코스(16)의 곡률을 결정한다. 제1 전압원(V1)에 의하여 인가된 전압의 편차는 접촉각(α)의 범위를 변경시키며, 따라서 메니스커스(16)의 곡률을 변경시키므로써, 볼록 곡률, 오목 곡률 또는 평면 곡률을 얻을 수 있다.
광 소자(2)는 광 소자(2)를 제1 상태 또는 제2 상태로 전환하기 위하여 전기 습윤력을 제1 및/또는 제2 유체(12, 14)에 인가하도록 배열된 유체 스위칭 시스템(비도시)을 구비한다. 제1 상태 및 제2 상태는 아래에 상세히 설명되어 있다. 유체 스위칭 시스템은 제1 스위칭 전극(22), 제2 스위칭 전극(24), 제2 전압원(V2) 및 제3 전압원(V3)을 구비한다. 유체 스위칭 시스템은 전기 접속 시스템(38)을 구비하는바, 상기 전기 접속 시스템은 제2 전압원(V2)를 제2 스위칭 전극(24)에 그리고 접지 단자(40)에 전기적으로 접속시키고 또한 제3 전압원(V3)을 제1 스위칭 전극(22)에 그리고 접지 단자(40)에 전기적으로 접속시킨다. 도 1은 광 소자(1)가 제1 상태, 즉 파면 변경자(28)를 포함하는 제1 벽 부분이 제1 유체(12)로 덮여 있고, 제2 벽 부분이 제2 유체(14)로 덮여 있는 제1 상태에 있는 것을 도시한다. 유체 스위칭 시스템은 적정 전압을 제3 전압원(V3)으로부터 제1 스위칭 전극(22)에 인가하는 것에 의하여 전기습윤력을 제1 및 제2 유체(12, 14)에 인가한다. 제1 상태에서, 제2 전압원(V2)은 전압을 제2 스위칭 전극(24)에 인가하지 않는다.
도 3은 광 소자(2)가 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하는 동안 발생하는 중간 상태에 있는 광 소자(2)를 도시한다. 상기 상태에서, 제2 전압원(V2)은 전압을 제2 스위칭 전극(24)에 인가하지 않으며, 제3 전압원(V3)은 전압을 제1 스위칭 전극(22)에 인가하지 않고, 또한 제1 전압원(V1)은 전압을 원통형 전극(4)에 인가하지 않는다. 유체 전극(12)은 제1 유체(12)가 소수성 층(26)과 접촉하는 것을 최소 화하는 구성을 갖는다. 전술한 유체 메니스커스(16)와 상이한 적어도 하나의 또 다른 유체 메니스커스(42)에 의하여, 광 소자(2)가 중간 상태에 있는 경우에 제1 및 제2 유체(12, 14)의 분리가 유지된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 광 소자가(2)가 중간 상태에 있는 경우에, 광 소자가 제1 상태로부터 제2 상태로의 전환을 가속하기 위하여, 제2 전압원(V2)에 의하여 전압이 제2 스위칭 전극(24)에 인가될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 상태로부터 제1 상태로 전환하는 경우에, 광 소자가 중간 상태에 있을 때 제3 전압원(V3)이 전압을 제1 스위칭 전극(22)에 인가할 수 있다.
도 4는 파면 변경자(28)를 갖는 제1 벽 부분이 제2 유체(14)로 덮여 있고, 제2 벽 부분이 제1 유체(12)로 덮여 있는 제2 상태에 있는 광 소자(2)를 도시한다. 유체 스위칭 시스템은 제2 전압원(V2)에서 적정 전압을 제2 스위칭 전극(24)에 인가하는 것에 의하여 전기습윤력을 제1 및 제2 유체(12, 14)에 인가한다. 상기 제2 상태에서, 제3 전압원(V3)은 전압을 제1 스위칭 전극(22)에 인가하지 않는다. 도 4에서, 유체 메니스커스(16)는 제1 벽(6)에서 볼 때 볼록한 곡률을 갖는 것으로 도시되어 있다. 제1 전압원(V1)은 볼록한 곡률을 얻기 위하여 적정 전압을 원통형 전극(4)에 인가한다.
도 5, 도 6 및 도 7은 다른 실시예에 따른 본 발명의 전환 가능한 광 소자(44)를 도시한다. 본 실시예에 따라 설명된 특징은 이전 실시예에 따라 설명된 것과 유사하다. 이러한 특징은 100이 증가된 동일한 참조부호를 이용하여 인용되며, 본원에 적용하기 위하여 유사한 설명을 참조하여야 한다.
도 5는 제1 상태에 있는 전환 가능한 광 소자(44)를 도시하며, 도 6은 도 5에 표시된 선 B-B를 따라 절취한 광 소자(44)의 단면을 도시한다. 본 실시예에서는, 이전 실시예에서 설명된 바와 같이, 원통형 전극이 존재하지 않는다. 챔버(110)는 제1 및 제2 벽(106, 108)과, 반원통형 전극(46) 및 반원통형 전극(48)에 의하여 한정된다. 반원통형 전극(46, 48)은 서로에 상대적으로 정렬되어 실린더를 형성한다. 제1 벽(106)과 제2 벽(108)은 각각 실린더의 제1 단부 및 제2 단부를 차폐한다. 소수성 층(126)은 상기 실린더의 내부면을 차폐하며, 두 개의 반원통형 전극(46, 48)을 상호 분리 및 절연하기 위하여 절연층(50)은 반원통형 전극(46, 48)의 종방향 가장자리를 따라 위치한다. 절연층(50)은 예를 들면 패릴린(parylene), 폴리에틸렌 또는 듀퐁사 제품인 테프론 1600으로 형성된다.
반원통형 전극(46)은 제1 전압원(V1)에 전기적으로 접속된다. 제4 전압원(V4)은 반원통형 전극(48)에 그리고 접지 단자(40)에 전기적으로 접속된다. 접지 전극(136)은 원통형 전극에 대하여 전술한 것과 같은 방식으로 반원통형 전극(48)을 통해 절연 상태로 삽입된다.
본 실시예에서, 광 소자(44)가 제1 또는 제2 상태에 있는 상태에서, 가변 포커스 시스템은 적정 전압을 제1 전압원(V1)으로부터 반원통형 전극(46)에 인가하는 것에 의하여 유체 메니스커스(116)의 곡률을 결정한다. 또한 가변 포커스 시스템 은 제4 전압원(V4)을 제어하여 제1 전압원(V1)에 의하여 인가된 적정 전압과 동일한 전압을 반원통형 전극(48)에 인가시킨다. 상기 방식에서, 유체 메니스커스(116)의 곡률이 결정되며, 상기 곡률은 광로(OP)에 대하여 회전 대칭을 이룬다. 유체 메니스커스(116)의 곡률을 변경시키기 위하여, 제1 전압원(V1)에 의하여 반원통형 전극(46)에 인가된 전압과 제4 전압원(V4)에 의하여 반원통형 전극(48)에 인가된 전압은 두 전압이 상호 동일하게 존속하도록 동일하게 변경된다.
도 7은 전환 가능한 광 소자(44)가 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하는 동안에 중간 상태에 있는 상기 광 소자(4)를 도시한다. 중간 상태에서, 제1 전압원(V1), 제2 전압원(V2) 및 제3 전압원(V3)은 반원통형 전극(46), 제1 스위칭 전극(122) 및 제2 스위칭 전극(124) 각각에 전압을 인가하지 않는다. 제3 스위칭 시스템은 제4 전압원(V4)을 제어하여 적정 전압을 반원통형 전극(48)에 인가시킨다. 제1 유체(122)가 챔버(110)와 반원통형 전극(48) 사이에 배치된 소수성 층(126)의 일부를 덮도록 그리고 제1 유체(112)가 접지 전극(136)과 접촉하도록, 상기 전압은 전기습윤력을 제1 및 제2 유체(112, 114)에 인가한다. 제2 유체(114)는 챔버(110)와 반원통형 전극(46) 사이에 배치된 소수성 층(126)의 일부를 덮는다. 제1 벽 부분과 제2 벽 부분은 제1 유체(112)와 제2 유체(114)에 의하여 부분적으로 덮여진다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자(52)를 구비하는 광 주 사 장치(51)를 개략적으로 도시한다. 광 주사 장치는 제1 유형과, 상이한 제2 유형 및 상이한 제3 유형의 광기록 매체를 소정의 제1 파장(λ1)을 갖는 제1 방사선 빔과, 예정된 제2의 상이한 파장(λ2)을 갖는 제2 방사선 빔 및 예정된 제3의 상이한 파장(λ3)을 갖는 제3 방사선 빔으로 조사할 수 있다. 제3 유형의 광기록 매체(53)가 도 8에 도시되어 있으며, 이는 제3 방사선 빔(55)에 의하여 조사되는 제1 정보층(54) 및 제2 정보층(56)을 갖는다. 제3 유형의 광기록 매체(53)는 예를 들면 폴리카보네이트로 형성된 커버층(57)을 구비하며, 상기 커버층의 한 측면 상에는 제1 정보층(54)이 형성된다. 커버층(57)을 향하는 제2 정보층(56)의 측면은 다른 커버층(58)에 의하여 환경 영향으로부터 보호된다. 제1 정보층(54)과 제2 정보층(56)은 분리층(60)에 의하여 분리되어 있다. 커버층(57) 및/또는 분리층(60)은 제1 및 제2 정보층(54, 56)에 대하여 기구적인 지지부를 제공하여 제3 광기록 매체(53)용 기판으로 기능한다. 별법으로서, 커버층(57)이 제1 정보층(54)을 보호하는 기능을 갖는 반면, 기구적인 지지부는 분리층(60)과, 제2 정보층(56) 및 커버층(58) 중 적어도 하나에 의하여 제공된다. 제1 정보층(54)은 기록 매체 내부에 커버층(57)의 두께에 대응하는 제1 정보층 깊이(d1)를 갖는다. 제2 정보층(56)은 기록 매체 내부에 커버층(57)과 분리층(60)의 결합 두께에 대응하는 제2 정보층 깊이(d2)를 갖는다. 제1 및 제2 유형의 광기록 매체는 상이한 제1 정보층 깊이로 배치된 적어도 하나의 정보층을 구비하는바, 이는 각각 제1 및 제2 유형의 광기록 매 체의 커버층 두께에 대응한다. 제3 유형의 광기록 매체(53)의 제1 정보층 깊이(d1)는 제2 광기록 매체의 제1 정보층 깊이보다 작으며, 상기 제2 광기록 매체의 제1 정보층 깊이는 제1 광기록 매체의 제1 정보층 깊이보다 작다.
제1 정보층(54)과 제2 정보층(56)은 제3 광기록 매체(53)의 표면이다. 이와 유사하게, 제1 및 제2 유형의 광기록 매체의 제1 정보층은 표면이다. 이러한 표면 각각은 적어도 하나의 트랙, 즉, 집속된 방사선의 스폿이 따라가는 경로를 가지며, 상기 경로 상에는 광 판독 마크가 배열되어 정보를 나타낸다. 상기 마크는 예를 들면 주변 환경과 상이한 반사 계수 또는 자화 방향을 갖는 피트 도는 영역 형태일 수 있다. 제3 유형의 광기록 매체(53)가 디스크 형상을 갖는 경우에, 소정의 트랙에 대하여 다음을 한정한다. 반경 방향이란 트랙과 디스크의 중심 사이의 기준축, 즉 X축 방향을 의미하며, 접선 방향이란 트랙에 대하여 접선하고 상기 X축에 대하여 직각인 또 다른 축선 방향, 즉 Y축 방향을 의미한다. 본 실시예에서, 제1 유형의 광기록 매체는 콤팩트 디스크(CD)이며, 제1 정보층 깊이는 대략 1.2mm이고, 제2 유형의 광기록 매체는 통상의 디지털 다기능 디스크(DVD) 이며, 제1 정보층 깊이는 대략 0.6mm이고, 제3 유형의 광기록 매체(3)는 블루레이 디스크(BD)이며, 제1 정보층 깊이(d1)는 대략 0.075mm이다. 제3 유형의 광기록 매체(53)의 제2 정보층 깊이(d2)는 대략 0.1mm이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광 주사 장치(51)는 광로(OP)를 가지며, 방사선원 시스템(62), 시준기 렌즈(64), 빔 분배기(66), 전환 가능한 광 소자(52)와 대물렌 즈(67)를 갖는 대물렌즈 시스템 및 검출 시스템(68)을 구비한다. 또한, 광 주사 장치(51)는 서보 회로(70), 포커스 액츄에이터(71), 래디얼 액츄에이터(72) 및 에러 보정용 정보 처리 유닛(73)을 구비한다.
방사선원 시스템(62)은 제1 방사선 빔, 제2 방사선 빔 및/또는 상이한 제3 방사선 빔(55)을 연속적으로 또는 동시에 발생시키도록 배열되어 있다. 예를 들면, 방사선원 시스템(62)은 방사선 빔을 연속적으로 공급하기 위한 가변 반도체 레이저 또는 이러한 방사선 빔을 동시에 또는 연속적으로 공급하기 위한 3개의 반도체 레이저를 구비할 수 있다. 본 실시예에서, 제3 파장(λ3)은 제2 파장(λ2)보다 짧다. 제2 파장(λ2)은 제1 파장(λ1)보다 짧다. 본 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 파장(λ1, λ2, λ3) 각각은 약 770 내지 810nm(λ1), 약 640 내지 680nm(λ2) 및 400 내지 420nm(λ3), 바람직하게는 약 785nm, 650nm 및 405nm이다. 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 약 0.5, 0.65 및 0.85의 개구수를 각각 갖는다.
시준기 렌즈(64)는 제3 방사선 빔(55)을 실질적으로 시준된 제3 빔(74)으로 변환하기 위하여 광로(OP) 상에 배열되어 있다. 이와 유사하게, 상기 시준기 렌즈는 제1 및 제2 방사선 빔을 실질적으로 시준된 제1 및 제2 빔(도 8에는 비도시)으로 변환한다.
빔 분배기(66)는 시준된 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 대물렌즈 시스템으로 전달하도록 배열되어 있다. 상기 빔 분배기(66)는 광로(OP)에 대하여 각도(β)(바람직하게는, β=45도)로 경사진 평면 평행 플레이트로 형성되는 것이 바람직하다.
대물렌즈 시스템은 시준된 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 각각 제1, 제2 및 제3 광기록 매체 상의 소정 초점에 집속하도록 배열된다. 제1, 제2 및 제3 방사선 빔에 대한 소정 초점은 각각 제1, 제2 및 제3 주사 스폿(75)이다. 주사 스폿 각각은 적정 광기록 매체의 제1 정보층 상의 위치에 대응하거나, 제3 유형의 광기록 매체(53)의 경우, 제2 정보층(56) 상의 위치에 대응한다. 주사 스폿 각각은 실질적으로 회절 제한되는 것이 바람직하며, 70mλ 미만인 파면 수차(wavefront aberration)를 갖는다.
본 실시예에 따른 전환 가능한 광 소자(52)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 실시예의 형태 또는 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명된 실시예의 형태를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 파면 변경자(28; 128)는 비구면 렌즈(30; 130)와 NPS(32; 132)를 구비한다. 파면 변경자(28; 128)는 상이한 소정의 파면 변경을 제1 방사선 빔에 그리고 제2 방사선 빔에 도입하는 특정 치수를 갖는다. 파면 변경자(28; 128)는 헥산디올 다이크릴레이트(HDDA)로 형성되며, 파면 변경자 표면(34; 134)을 차폐하는 소수성 층(26; 126) 부분은 소수성 층(26; 126)이 제1, 제2 및 제3 방사선 빔의 파면을 변경할 수 없도록 제1, 제2 및 제3 파장(λ1, λ2, λ3)보다 작은 두께를 갖는다. 제3 유체(12; 112)는 염수이며, 제2 유체(14; 114)는 오일이다. 오일은 파면 변경자(28; 128) 재료의 굴절율과 동일하거나 거의 동일한 408nm의 예정된 파장을 갖는 방사선 빔에 대한 굴절율을 갖는다. 챔버(10; 110)의 반경(r)은 약 5mm이다.
대물렌즈(67)는 약 0.85의 개구수를 가지며, 광기록 매체 내에서 약 0.1mm의 깊이에 배치된 정보층에 약 405nm의 예정된 파장을 갖는 방사선 빔을 집속하도록 최적화되어 있다.
주사 동안, 전환 가능한 광 소자(52)는 제2 상태에 있으며, 제3 광기록 매체(53)는 스핀들(도 8에는 비도시) 상에서 회전하며, 제1 정보층(54)은 커버층(57)을 통해 주사된다. 집속된 제3 방사선 빔(74)은 제1 정보층(54) 상에서 반사하여, 대물렌즈 시스템에 의하여 제공된 전방으로 수렴하는 집속된 제3 방사선 빔의 광로(OP)로 귀환하는 반사된 제3 방사선 빔을 형성된다. 대물렌즈 시스템은 반사된 제3 방사선 빔을 반사되고 시준된 제3 방사선 빔(76)으로 변환시킨다. 빔 분배기(66)는 반사된 제3 방사선 빔(76)의 적어도 일부를 검출 시스템(68)으로 전달하여 전방의 제3 방사선 빔(74)을 반사된 제3 방사선 빔과 분리시킨다.
검출 시스템(68)은 수렴렌즈(78)와 사분원 검출기(80)를 구비하는바, 이들은 반사된 제3 방사선 빔(76)의 일부를 포획하고 그것을 하나 이상의 전기 신호로 전환시키도록 배열되어 있다. 상기 신호 중 하나는 정보 신호(I데이터)이며, 그 정보 신호의 값은 정보층(54) 상에 주사된 정보를 나타낸다. 정보 신호(I데이터)는 에러 보정용 정보 처리 유닛(73)에 의하여 처리된다. 검출 시스템(68)에서 출력된 다른 신호로는 포커스 에러 신호(I포커스)와 반경방향 트랙킹 에러 신호(I래디얼)가 있다. 포커스 에러 신호(I포커스)는 제1 정보층(54)의 위치와 제3 주사 스폿(75) 사이에서 광로(OP)를 따라 축방향 높이차를 나타낸다. 바람직하게는, 신호는 비점수차 법(astigmatic method)에 의하여 형성되는바, 상기 비점수차법은 특히 G. Bouwhuis, J. Braat 등의 제목이 "디스크 시스템의 원리"인 저서(Adam Hilger 1985) 75 내지 80 페이지에 공개되어 있다. 상기 포커싱 방법에 따라 비점수차를 생성하는 장치를 도시하지 않았다. 반경방향 트랙킹 에러 신호(I래디얼)는 제1 정보층(54)의 XY 평면에서, 제1 주사 스폿(75)이 따르는 정보층(54) 내의 트랙의 중심과 제1 주사 스폿(75) 간의 거리를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 신호는 상기 G. Bouwhuis 저서의 70 내지 73 페이지에 기재된 래디얼 푸시-풀 방법(radial push-pull method)으로 형성된다.
서보 회로(70)는 상기 신호(I포커스 및 I래디얼)에 응답하여 포커스 액츄에이터(71)와 래디얼 액츄에이터(72)를 각각 제어하기 위한 서보 제어 신호(I제어)를 제공하도록 배열된다. 포커스 액츄에이터(71)는 광로(OP)를 따라 대물렌즈 시스템의 렌즈 위치를 제어하여, 주사 스폿(75)의 위치가 제1 정보층(54)의 평면과 실질적으로 일치하도록 제어한다. 래디얼 액츄에이터(72)는 X축선을 따라 대물렌즈 시스템의 대물렌즈(67)의 위치를 제어하여, 주사 스폿(75)의 반경방향 위치를 제1 정보층(54)에서 따르는 트랙의 중심선과 실질적으로 일치하도록 제어한다.
제3 유형의 광기록 매체(53)의 제1 정보층(54)을 주사하는 경우에, 전환 가능한 광 소자(52)는 제2 상태에 있으며, 가변 포커스 시스템은 제2벽(208)에서 볼 때 만곡부가 볼록하고 약 0.02mm-1의 곡률을 갖도록 유체 메니스커스(216)를 제어한다. 가변 포커스 시스템은 제3 방사선 빔(74)의 주사 스폿(75)을 제1 정보층(54) 으로부터 제2 정보층(56)으로 이동시키기 위하여 유체 메니스커스(16)의 곡률을 0.00mm-1의 평면 곡률로 변경시킬 수 있다.
제1 및 제2 방사선 빔을 이용하여 제1 유형의 기록 매체 및 제2 유형의 기록 매체를 각각 주사할 때, 전환 가능한 광 소자(52)는 제1 상태로 전환되며, 가변 포커스 시스템은 그 곡률이 평탄하도록 유체 메니스커스(16; 116)를 제어한다.
어느 한 유형의 광기록 매체의 제1 정보층을 주사할 때, 커버층은 상당량의 구면 수차를 광기록 매체를 주사하는 방사선 빔에 도입한다. 제3 유형의 기록 매체(53)의 제2 정보층(56)을 주사할 때, 커버층(57)과 분리층(60)은 상당량의 구면 수차를 제3 방사선 빔(74)에 도입한다.
어느 한 유형의 광기록 매체의 제1 정보층을 주사할 때, 대물렌즈 시스템은 상당량의 구면 수차를 방사선 빔에 도입하는바, 이는 정반대의 부호를 가지며 상기 커버층에 의하여 도입된 구면 수차의 양과 대략 동일하다. 제3 유형의 광기록 매체(53)의 제2 정보층(56)을 주사할 때, 대물렌즈 시스템은 상당량의 구면 수차를 제3 방사선 빔(74)에 도입하는바, 이는 정반대의 부호를 가지며 상기 커버층(57)과 분리층(60)에 의하여 도입된 구면 수차의 양과 대략 동일하다. 전환 가능한 광 소자(52)를 적정 상태로 전환하고 또한 유체 메니스커스(16; 116)의 곡률을 변경시키는 것에 의하여 대물렌즈 시스템에 의하여 도입되는 구면 수차의 양이 결정되며, 방사선 빔이 주사 스폿에 정확하게 집속되는 것을 보장한다. 제1, 제2 및 제3 유형의 광기록 매체를 주사할 때, 주사 스폿의 제곱평균제곱근(RMS)의 파면 수차는 각각 약 13mλ, 9mλ 및 15mλ이다.
상기 실시예는 본 발명의 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 부가적인 실시예도 가능하다. 예를 들면, 스위치 가능한 광 소자는 전술한 것과 동일하거나 상이한 예정된 파장의 방사선 빔에 상이한 파면 변경을 도입하는 것이 요구되는 다른 실시예에서, 제1 및 제2 유체의 굴절율, 파면 변경자 재료의 굴절율, 비평면 파면 변경자의 구조, 스위치 가능한 광 소자의 재료, 제1 및 제2 유체의 체적 및, 챔버의 반경 또는 제1 및/또는 제2 벽 부분의 구성이나 두께와 같은 스위치 가능한 광 소자의 치수는 전술한 것과 상이할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서, 제2 유체는 파면 변경자 재료의 굴절율과 동일한 굴절율을 갖는다. 변형예로서, 파면 변경자의 재료는 제1 및 제2 유체의 굴절율과 상이한 굴절율을 가질 수 있다. 유체 중 적어도 하나는 유체 대신에 가스일 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 파면 변경자를 구비하는 제1 벽 부분에 부가하여, 제2 벽 부분은 또한 비평면 파면 변경자를 구비할 수도 있는바, 상기 비평면 파면 변경자는 예를 들면 비구면 렌즈, 비주기 상 구조 및 주기 상 구조 중 적어도 하나를 포함한다.
전술한 실시예에서, 광 소자의 상태를 전환 및/또는 유체 메니스커스의 곡률을 변경하기 위한 전극은 상이한 구성에 따라 배열될 수 있거나 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 스위칭 전극 파면 변경자의 표면을 가로질러 배열될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전환 가능한 광 소자는 접지 전극이 생략된 전극 구조를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에서, 필요에 따라 제1 및 제2 유체를 위치설정하기 위하여 광 소자의 전극 중 적어도 두 개에 전압을 인가한다. 예를 들면, 전압을 제1 스위칭 전극과 반원통형 전극에 인가하고 또한 전압을 제2 스위칭 전극과 반원통형 전극에 인가하는 것에 의하여, 광 소자는 전압이 제1 스위칭 전극에 그리고 반원통형 전극 각각에 인가되는 제1 상태에서 전압이 제2 스위칭 전극에 그리고 반원통형 전극 양자에 인가되는 제2 상태로 전환될 수도 있다. 상기 방식에서, 제1 유체와 제2 유체는 챔버 내부로 이동한다. 인가된 전압의 크기는 이전 실시예에서 설명된 인가된 전압의 크기보다 상대적으로 높으며, 제1 유체는 인가된 전압의 크기보다 작은 크기를 갖는 전압, 즉 절반 크기의 전압을 채용한다.
유체 스위칭 시스템 및/또는 가변 포커스 시스템은 광 소자의 상태를 전환하고 또한 유체 메니스커스의 곡률을 변경시키기 위하여 전기습윤력이 아닌 다른 유형의 힘을 유체에 인가할 수 있다. 방사선 빔의 가변 초점이 필요하지 않은 다른 실시예에서, 전환 가능한 광 소자는 전술한 가변 포커스 시스템을 포함하지 않는다. 이러한 실시예에서, 광 소자는 고정 초점을 방사선 빔에 제공하도록 배열될 수도 있다.
전술한 실시예에서, 유체 메니스커스의 볼록 곡률, 오목 곡률 및 평면 곡률을 얻을 수 있는 것으로 설명되었으며, 상기 모든 곡률은 광로(OP)에 대하여 회전 대칭된다. 또 다른 실시예에서, 광로(OP)에 대하여 회전 대칭이 아닌 유체 메니스커스의 곡률을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광 소자는 챔버에 유체식으로 연결된 도관을 구비할 수 있거나, 광 소자는 두 개의 동심을 이루는 실린더를 구비하여, 광 소자의 상태가 전환하는 동안 광 소자 내부에서 제1 및 제2 유체의 이동을 용이하게 할 수 있다.
전환 가능한 광 소자는 3가지 유형의 광기록 매체를 주사하기 위하여 광 주사 소자 내부에 포함되는 것으로 기술되며, 여기서 한 유형의 광기록 매체는 2개의 정보층을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 전환 가능한 광 소자는, 광 주사 장치 내부에 제공되며 또한 전환 가능한 광 소자의 상태를 전환하는 것에 의하여, 광 주사 장치가 CD, DVD 또는 블루 레이를 포함할 수 있으며 하나 또는 복수개의 정보층을 가질 수 있는 상이한 유형의 광기록 매체를 주사할 수 있도록 채택될 수 있다. 유체 메니스커스의 곡률을 변경시키는 것에 의하여, 복수개의 정보층을 갖는 기록 매체의 상이한 정보층이 주사 될 수 있다.
상기 실시예를 참조하여 기술된 어떠한 특징도 단독으로 또는 기술된 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있거나, 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합하여 사용될 수 있거나, 또는 다른 실시예와 조합하여 이용될 수도 있다. 또한, 설명되지 않은 균등물 및 변형은 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 방사선 빔에 대하여 광로(OP)를 가지며 또한 제1 상태와 제2 상태를 갖는 전환 가능한 광 소자로서,
    (a) 상호 혼합되지 않으며 또한 유체 메니스커스(16; 116)에 의하여 상호 분리된 제1 유체(12; 112) 및 상이한 제2 유체(14; 114)와;
    (b) 상기 광로를 따라 상호 이격된 투명한 제1 벽 부분과 투명한 제2 벽 부분과;
    (c) 상기 광 소자를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하기 위하여 제1 유체 및/또는 제2 유체에 힘을 인가하도록 배열된 유체 스위칭 시스템을 포함하며,
    상기 제1 벽 부분은 비평면 파면 변경자(28; 128)를 구비하고, 상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제1 벽 부분이 제1 유체(12; 112)로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체(14; 114)로 덮이도록 상기 힘을 인가하도록 배열되어 있는, 전환 가능한 광 소자에 있어서,
    상기 유체 스위칭 시스템은, 광 소자가 제1 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제2 유체로 덮이도록, 그리고 광 소자가 제2 상태에 있을 때 제2 벽 부분이 제1 유체로 덮이도록, 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 배열되며, 상기 광 소자가 제1 상태 및 제2 상태 모두에 있을 때, 상기 유체 메니스커스(16; 116)의 적어도 일부는 광로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체는 전기 전도성을 갖는 유체이며, 상기 제2 유체는 전기 절연성을 갖거나 상기 제1 유체보다 낮은 전기 전도성을 갖는 유체인 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 소자가 제1 및 제2 상태 중 적어도 하나에 있을 때, 유체 메니스커스는 광로를 따라 이동하는 방사선 빔을 집속하도록 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 소자가 제1 및 제2 상태 중 적어도 하나에 있을 때, 유체 메니스커스는 집속량을 결정하는 곡률을 가지며, 광 소자는 유체 메니스커스의 곡률을 변경시키기 위한 가변 포커스 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가변 포커스 시스템은 전기습윤력을 이용하여 곡률을 변경시키도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 스위칭 시스템은 제1 및 제2 스위칭 전극(22, 24; 122, 124)을 구비하며,
    상기 유체 스위칭 시스템은 광 소자를 제1 상태로 전환시키기 위하여 전압을 제1 스위칭 전극에 인가하도록 배열되고,
    상기 유체 스위칭 시스템은 광 소자를 제2 상태로 전환시키기 위하여 전압을 제2 스위칭 전극에 인가하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  7. 제4항 또는 제5항 및 제6항에 있어서,
    상기 광 소자는 또 다른 전극(48)을 구비하며,
    상기 1 상태와 제2 상태 사이에서 전환될 때, 상기 유체 스위칭 시스템은 전압을 상기 또 다른 전극에 인가하도록 배열되고,
    상기 유체 메니스커스의 곡률을 변경시킬 때, 상기 가변 포커스 시스템은 전압을 상기 또 다른 전극에 인가하도록 배열된 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 스위칭 시스템에 의하여 제1 및/또는 제2 유체에 인가되는 힘은 전기습윤력인 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 파면 변경자는 비곡면 렌즈(30), 주기 프로파일을 갖는 상 구조 및 비주기 프로파일(32)을 갖는 상 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체는 제1 굴절율을 가지며, 상기 제2 유체는 상이한 제2 굴절율을 가지고, 상기 비평면 파면 변경자는 제2 굴절율과 대략 동일한 굴절율을 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 광 소자.
  11. 정보층(54, 56)을 갖는 기록 매체(53)를 주사하기 위한 광 주사 장치에 있어서,
    (a) 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전환 가능한 광 소자(52)와;
    (b) 예정된 파장을 갖는 방사선 빔(55)을 제공하도록 배열된 방사선 빔 소스 시스템(62)과;
    (c) 상기 정보층 상의 주사 스폿(75)에 방사선 빔을 집속하도록 배열된 대물렌즈 시스템과;
    (d) 상기 정보층을 주사한 이후에 검출된 방사선 빔의 방사선을 전기 신호로 전환하도록 배열된 검출 시스템(68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기록 매체는 기록 매체 내부에서 다른 깊이(d1, d2)로 배치된복수개의 정보층(54, 56)을 구비하며, 상기 가변 포커스 시스템은 복수개의 정보층 중 하나 상방의 주사 스폿을 복수개의 정보층 중 다른 하나로 이동시키기 위하여 유체 메니스커스의 곡률을 변경시키도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 방사선 빔 소스 시스템은 예정된 제1 파장의 제1 방사선 빔과, 예정된 제2의 상이한 파장의 제2 방사선 빔, 그리고 예정된 제3의 상이한 파장의 방사선 빔을 제공하도록 배열되며,
    상기 전환 가능한 광 소자가 제1 상태에 있는 경우에, 광 주사 장치는 제1 유형의 기록 매체를 제1 방사선 빔으로 주사하도록 그리고 상이한 제2 유형의 기록 매체를 제2 방사선 빔으로 주사하도록 배열되고,
    상기 전환 가능한 광 소자가 제2 상태에 있는 경우에, 광 주사 장치는 제3의 상이한 유형의 기록 매체를 제3 방사선 빔으로 주사하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
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