KR20070105338A - 광학주사장치 - Google Patents

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KR20070105338A
KR20070105338A KR1020077018715A KR20077018715A KR20070105338A KR 20070105338 A KR20070105338 A KR 20070105338A KR 1020077018715 A KR1020077018715 A KR 1020077018715A KR 20077018715 A KR20077018715 A KR 20077018715A KR 20070105338 A KR20070105338 A KR 20070105338A
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optical
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radiation beam
radiation
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KR1020077018715A
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테우니스 더블유. 투케르
요리스 제이. 프레헨
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

제1 광 기록매체, 제2 광 기록매체 및 제3 광 기록매체를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치로서, 제1, 제2 및 제3 주사모드에서 상기 제1, 제2 및 제3 광 기록매체를 각각 주사하기 위한 서로 다른 소정의 파장을 갖는 제1, 제2 및 제3 방사빔을 생성하는 방사원 시스템(7)과; 대물렌즈와; 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔이 통과하는 비주기 위상 구조체를 갖고, 상기 비주기 위상 구조체가 스텝으로 분리된 복수의 계단형 환상 구역을 구비하고, 상기 구역이 비주기 반경방향 패턴을 형성하고, 상기 계단형 환상 구역이 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면변형을 각각 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔의 적어도 일부에 도입하는, 광학 보상기를 구비한 광학주사장치에 있어서, 상기 대물렌즈가, 상기 제1 기록매체를 주사하는 경우 포커스 오프셋을 적용하도록 구성되고, 상기 포커스 오프셋은 상기 광학 보상기와 결합하여 상기 제1 방사빔의 구면수차를 보상하는 위상 변형을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
광학주사장치, NPS, 구면수차, 스텝 높이, 기록매체.

Description

광학주사장치{Optical scanning device}
본 발명은, 제1 광 기록매체, 제2 광 기록매체 및 제3 광 기록매체를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 관한 것으로, 이 주사장치는, 제1, 제2 및 제3 주사모드에서 상기 제1, 제2 및 제3 광 기록매체를 각각 주사하기 위한 서로 다른 소정의 파장을 갖는 제1, 제2 및 제3 방사빔을 생성하는 방사원 시스템을 구비한다.
최근, 광 기록매체들을 사용한 데이터 저장 분야는, 강하게 개발된 기술영역이다. 많은 상기와 같은 광 기록매체 포맷은, 콤팩트디스크(CD), 종래의 디지털 다기능 디스크(DVD), 블루레이 디스크(BD) 및 고선명 디지털 다기능 디스크(HDDVD)가 존재한다. 이들 포맷은, 판독전용 버전(예: CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM), 기록 가능형 버전(예: CD-R/DVD-R/BD-R), 재기록 가능형 버전(예: CD-RW/DVD-RW/BD-RE) 및 오디오 버전(예: CD-A)을 비롯한 상이한 형태로 입수 가능하다. 상이한 포맷의 광 기록매체를 주사하기 위해, 파장이 상이한 방사빔을 사용하는 것이 필요하다. 이러한 파장은, 이러한 파장은 CD를 주사하기 위해서 약 785nm이고, DVD를 주사하기 위해서 약 660nm이고(이때 공식적으로 규정된 파장은 650nm이지만, 실제로는 660nm에 종종 가깝다), BD를 주사하기 위해서 약 405nm이다.
상이한 광 디스크 포맷은, 상이한 최대량의 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 최대량은, 디스크를 주사하는데 필요한 방사빔의 파장과, 대물렌즈의 개구수(NA)에 관련된다. 여기서 언급되는 경우, 주사는, 데이터를 디스크에 관해 판독 및/또는 기록하는 것을 포함한다.
광 디스크의 데이터는, 정보층에 저장된다. 그 디스크의 정보층은, 소정의 두께를 갖는 커버층에 의해 보호된다. 상이한 광 디스크 포맷은 커버층의 두께가 상이하여도 된다, 예를 들면, CD의 커버층 두께는 약 1.2mm이고, DVD는 약 0.6mm이며 BD는 약 0.1mm이다. 특정 포맷의 광 디스크를 주사하는 경우, 방사빔은 정보층 상의 포인트에 포커싱된다. 그 방사빔이 디스크의 커버층을 통과하므로, 구면수차가 방사빔에 생기게 된다. 상당한 양의 발생된 구면수차는, 커버층의 두께, 방사빔의 파장에 좌우된다. 디스크의 커버층에 도달하기 전에, 방사빔은 특정 구면수차를 이미 가질 필요가 있어, 커버층에 의해 생긴 구면수차와 결합하여, 방사빔은 디스크의 정보층에 정확히 포커싱되어도 된다. 상이한 커버층 두께를 갖는 상이한 디스크를 주사하기 위해서, 방사빔은, 커버층에 도달하기 전에 서로 다른 구면수차를 가질 필요가 있다. 이것은 방사빔이 정보층에 정확히 포커싱되게 한다.
이 때문에, 단일 대물계를 사용하여 모든 디스크를 주사하는 경우, 디스크 형태마다 상이한 양의 구면수차를 대물계에 의해 발생해서 커버층 두께의 차이를 극복해야 한다.
Applied Optics vol.40,pp6548-6560(2001), "Application of non-periodic phase structures in optical systems"라고 하는 B.H.W.Hendriks,J.E.de Vries, 및 H.P.Urbach에 의한 논문에는, DVD 대물렌즈가 CD 주사와 호환 가능하게 할 수 있는 비주기 위상 구조체(NPS)가 기재되어 있다.
국제특허출원 WO 03/060891에는, 각각 3개의 상이한 방사빔을 사용하여 3개의 상이한 광 기록매체의 정보층을 주사하기 위한 광학주사장치가 기재되어 있다. 각 방사빔은 편광이고 상이한 파장을 갖는다. 이 주사장치는, 복굴절 재료로 이루어진 회절부를 갖는 대물렌즈를 구비한다. 이 회절부는, 그 방사빔을 회절시켜서 최단 파장의 방사빔이 최단 파장에 대해 거의 제로의 도입된 상변화 모듈로 2π를 갖는다. 상기 회절부는, 다른 방사빔의 적어도 하나를 포지티브 1차로 회절시킨다.
국제특허출원 WO 03/060892에는, 각각 3개의 상이한 방사빔을 사용하여 3개의 상이한 광 기록매체의 정보층을 주사하기 위한 광학주사장치가 기재되어 있다. 각 방사빔은 편광이고 상이한 파장을 갖는다. 이 장치는, 대물렌즈와, 방사빔들 중 하나 또는 2개의 파면수차를 보상하기 위한 비주기 위상 구조체(NPS)를 구비한다. 그 위상 구조체는, 복굴절 재료를 구비하고, 비주기 계단형 프로파일을 갖는다.
미국특허 US 6687037에는, 2개의 상이한 파장의 방사빔으로 광 기록매체를 주사하기 위한 광학주사장치가 기재되어 있다. 이 주사장치는, 대물렌즈와, 블레이즈형 회절 격자에 근사화하는 계단형 프로파일을 갖는 회절소자를 구비한다. 그 회절소자는, 최단 파장의 방사빔에 대한 0번째 회절 차수를 선택하고, 다른 방사빔에 대한 첫 번째 차수를 선택한다.
2개의 모드에 대해, DVD/CD 호환 가능한 렌즈 NPS 또는 회절 구조체와 같은 대물렌즈는, 일 모드가 다른 모드에서의 구면수차를 정정하도록 설계된 렌즈로 사용될 수 있다. BD/DVD/CD 호환 가능한 렌즈와 같은 3개의 모드의 대물렌즈일 경우에, 상기 NPS 또는 회절 구조체에 대한 요구는, 그 구조체가 2개의 모드에서 상이한 양의 구면수차를 보상해야 하므로 매우 심하고, 제 3의 모드가 영향을 받지 않고 있다. 기본 스텝 높이의 특정 배수를 선택함으로써, 2개의 모드에서 상이한 양의 구면수차를 보상하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 해결책의 하나의 주요 단점은, 3중 모드 호환성이어서 NPS에서 스텝 높이가 높아지게 된다. 이 때문에, 그 파장에 관한 파면수차 의존성은 크다.
따라서, 3개의 파장이나 그 정도, 호환성을 제공하는 NPS에 의해 제공된 파면변형의 파장 의존도를 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
(발명의 요약)
본 발명에서는, 제1 광 기록매체, 제2 광 기록매체 및 제3 광 기록매체를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치를 제공하되, 제1, 제2 및 제3 주사모드에서 상기 제1, 제2 및 제3 광 기록매체를 각각 주사하기 위한 서로 다른 소정의 파장을 갖는 제1, 제2 및 제3 방사빔을 생성하는 방사원 시스템(7)과;
대물렌즈와; 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔이 통과하는 비주기 위상 구조체를 갖고, 상기 비주기 위상 구조체가 스텝으로 분리된 복수의 계단형 환상 구역을 구비하고, 상기 구역이 비주기 반경방향 패턴을 형성하고, 상기 계단형 환상 구역이 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면변형을 각각 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔의 적어도 일부에 도입하는, 광학 보상기를 구비한 광학주사장치에 있어서,
상기 대물렌즈가, 상기 제1 기록매체를 주사하는 경우 포커스 오프셋을 적용하도록 구성되고, 상기 포커스 오프셋은 상기 광학 보상기와 결합하여, 상기 제1 방사빔의 구면수차를 보상하는 위상 변형을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치를 제공한다.
본 발명은, 광학 보상기에 사용된 NPS의 스텝 높이가 감소되어, 그 NPS의 동작의 파장 의존도를 감소시켜, 전체적으로 광학주사장치를 감소시킬 수 있는 다중모드 대물계의 해결책을 제공한다.
상기 포커스 오프셋은, 광학 설계 프로그램에서 대물렌즈의 설계시에 적용될 수 있다. 동작시에, 광 드라이브의 서보 전자장치는, 대물렌즈를 자동으로 상기 디포커싱된 위치에 초점을 맞추어서, 전자장치 서보의 변화는 적용될 필요가 없다. 본 발명에 기재된 대물렌즈와 NPS 조합은, 대물렌즈만의 최적의 초점 거리와 종래기술에 기재된 것과 같은 NPS를 갖는 대물렌즈의 최적의 초점 거리에 대해서 바람직하게는 적어도 2um, 보다 바람직하게는 적어도 5um만큼 이동되는 최적의 초점 거리를 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점은, 첨부도면을 참조한 예시로만 주어진 본 발명의 바람직한 실시예들의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학주사장치를 개략적으로 나타내고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학주사장치의 광학계를 개략적으로 나타내고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 설계에 대한, 각 CD, DVD 및 BD 모드에서의 광 경로차를 나타내고,
도 4는 종래기술에 따른 대응한 NPS 설계에 따라 CD 모드에서의 광 경로차를 나타내고
도 5는 CD모드에서, 도 4에 도시된 NPS 설계를 사용한 보상 후, 잔여 광 경로차를 나타내고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대응한 NPS 설계에 따라, CD 모드에서의 광 경로차를 나타내며,
도 7은 CD모드에서, 도 6에 도시된 NPS 설계를 사용한 보상 후, 잔여 광 경로차를 나타낸다.
도 1은 제 1, 제 2 및 제 3 광 기록매체를 서로 다른 제 1, 제 2 및 제 3 방사빔으로 각각 주사하기 위한 광학주사장치를 개략적으로 나타낸다. 제 1 광 기록매체(3')가 도시되어 있고, 이 제 1 광 기록매체는 제 1 방사빔(4')에 의해 주사되는 제 1 정보층(2')을 갖는다. 제 1 광 기록매체(3')는 일측에 제 1 정보층(2')이 배치된 커버층(5')을 구비한다. 이 커버층(5')으로부터 멀리 대향한 정보층의 측면은, 보호층(6')에 의해 환경영향으로부터 보호된다. 상기 커버층(5')은, 제 1 정보층(2')을 기계적으로 지지하여서 제 1 광 기록매체(3')에 대한 지지체로서 작동한 다. 이와는 달리, 그 커버층(5')은 제 1 정보층(2')을 보호하는 단일 기능을 갖고, 상기 기계적인 지지는 이를테면, 보호층(6')에 의해 또는 최상부의 정보층에 연결된 추가의 정보층과 커버층에 의해, 제 1 정보층(2')의 타측면의 층에 의해 제공된다. 제 1 정보층(2')은, 커버층(5')의 두께에 대응하는 제 1 정보층 깊이 d1를 갖는다. 제 2 및 제 3 광 기록매체(미도시됨)는, 각각 제 2 및 제 3 광 기록매체의 커버층(미도시됨)의 두께에 해당하는 상이한 제 2 및 제 3 정보층 깊이 d2,d3을 갖는다. 제 3 정보층 깊이 d3은, 제 1 정보층 깊이 d1미만인 제 2 정보층 깊이 d2미만이다, 즉 d3<d2<d1이다. 제 1 정보층(2')은, 제 1 광 기록매체(3')의 표면이다. 유사하게, 제 2 및 제 3 정보층(미도시됨)은, 제 2 및 제 3 광 기록매체의 표면이다. 이러한 표면은, 적어도 하나의 트랙, 즉 광학적으로 경로 판독가능한 마크가 정보를 나타내도록 배치된 포커싱된 방사빔의 스폿이 뒤따라가게 되는 경로를 포함한다. 그 마크들은, 예를 들면, 반사계수 또는 주위와 다른 자화방향을 갖는 피트 또는 영역의 형태이어도 된다. 제 1 광 기록매체(3')의 형상이 디스크인 경우에, 주어진 트랙에 대해 아래와 같이 정의한다: "반경방향"은 기준축, 즉 트랙과 디스크의 중심과의 사이의 X축의 방향이고, "접선방향"은, 트랙에 접선방향이고 X축에 수직한 또 다른 축, 즉 Y축 방향이다. 본 실시예에서, 제 1 광 기록매체(3')는 콤팩트 디스크(CD)이고, 제 1 정보층 깊이 d1은 약 1.2mm이고, 제 2 광 기록매체(3)는 종래의 다기능 디스크(DVD)이고, 제 2 정보층 깊이d2는 약 0.6mm이고, 제 3 광 기록매체는 블루레이TM디스크(BD)이고, 제 3 정보층 깊이 d3는 약 0.1mm이다.
도 1에 도시된 것처럼, 광학주사장치(1)는 광축 OA를 갖고 방사원 시스템(7), 시준렌즈(18), 빔 스플리터(9), 대물계(8) 및 검출계(10)를 구비한다. 또한, 광학주사장치(1)는, 서보회로(11), 포커스 액추에이터(12), 반경방향 액추에이터(13) 및 오차정정용 정보처리 유닛(14)을 구비한다.
상기 방사원 시스템(7)은, 제 1 방사빔(4'), 제 2 방사빔 및/또는 상이한 제 3 방사빔(도 1에 미도시됨)을 연속적으로 또는 동시에 생성되도록 구성된다. 예를 들면, 방사원(7)은 상기 방사빔을 연속적으로 공급하는 조정가능한 반도체 레이저나 이들 방사빔을 동시에 또는 연속적으로 공급하는 3개의 반도체 레이저 중 한쪽을 포함하여도 된다. 제 1 방사빔(4')은 제 1 소정의 파장 λ1을 갖고, 제 2 방사빔(4")은 상이한 제 2 소정의 파장 λ2을 갖고, 제 3 방사빔(4''')은 상이한 제 3 소정의 파장 λ3을 갖는다. 본 실시예에서, 제 3 파장 λ3는 제 2 파장 λ2보다 짧다. 제 2 파장 λ2는 제 1 파장 λ1보다 짧다. 본 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 파장 λ1,λ2,λ3는, 각각 λ1에 대해 약 770-810nm, λ2에 대해 640-680nm, 및λ3에 대해 400-420nm의 범위 내에 있고, 바람직하게는 각각 약 785nm, 660nm 및 405nm이다. 제 1, 제 2 및 제 3 방사빔은, 각각 약 0.5, 0.65 및 0.85의 개구수(NA)를 갖는다.
시준렌즈(18)는, 제 1 방사빔(4')을 제 1의 실질적으로 시준된 빔(20')으로 변환하기 위해 광축 OA 상에 배치된다. 마찬가지로, 그 시준렌즈는, 제 2 및 제 3 방사빔을 제 2의 실질적으로 시준된 빔(20")과 제 3의 실질적으로 시준된 빔(20''')(도 2에 미도시됨)으로 변환한다.
빔 스플리터(9)는, 제 1, 제 2 및 제 3 시준된 방사빔을 대물계(8)로 전송하도록 배치된다. 빔 스플리터(9)에는, 바람직하게는 광축 OA에 대해 각도 α, 바람직하게는 α=45°로 경사지는 평면 평행판으로 형성된다.
대물계(8)는, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 시준된 방사빔을 제 1, 제 2 및 제 3 광 기록매체에 있는 원하는 초점에 각각 포커싱하도록 배치된다. 상기 제 1 방사빔에 대한 원하는 초점은, 제 1 주 스폿(16')이다. 제2 및 제3 방사빔에 대한 원하는 초점은, 각각 제 2 주사스폿(16") 및 제 3 주사스폿(16''')이다(도 2에 도시됨). 각 주사스폿은, 적절한 광 기록매체의 정보층 상의 위치에 해당한다. 각 주사스폿은, 바람직하게는 실질적으로 회절 제한되고, 72mλ미만의 파면수차를 갖는다.
주사시에, 제 1 광 기록매체(3')는, (미도시된) 스핀들에서 회전한 후, 제 1 정보층(2')은 커버층(5')을 통해 주사된다. 상기 포커싱된 제 1 방사빔(20')은 제 1 정보층(2')에서 반사하여서, 대물계(8)에서 제공된 순방향 수속의 포커싱된 제 1 방사빔의 광 경로에서 복귀하는 반사된 제 1 방사빔을 형성한다. 대물계(8)는, 상기 반사된 제 1 방사빔을 반사된 시준된 제 1 방사빔(22')으로 변환한다. 빔 스플리터(9)는, 순방향 제 1 방사빔(20')을, 상기 반사된 제 1 방사빔(22')의 적어도 일부를 검출계(10)를 향하여 전송함으로써 상기 반사된 제 1 방사빔(22')으로부터 분리한다.
상기 검출계(10)는, 상기 반사된 제 1 방사빔(22')의 상기 일부를 포획하여 하나 이상의 전기신호로 변환하도록 구성된 수속렌즈(25)와 4분면 검출기(23)를 구비한다. 상기 신호들 중의 하나는, 정보신호 Idata이고, 이 신호의 값은 정보층(2')에 주사된 정보를 나타낸다. 그 정보신호 Idata는, 오차 정정을 위한 정보처리 유닛(14)에 의해 처리된다. 검출계(10)로부터의 다른 신호들은, 포커스 오차신호 Ifocus와 반경방향 트랙킹 오차신호 Iradial이다. 그 신호 Ifocus는, 제 1 주사스폿(16')과 제 1 정보층(2')의 위치 사이에 광축 OA를 따라서의 축방향 높이차를 나타낸다. 이러한 신호는, 특히 "Principles of Optical Disc Systems,"라고 칭한 G.Bouwhuis,J.Braat,A.Huijser 등에 의한 책, pp.75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)에 공지된 "비점수차 법"으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 포커싱 방법에 따른 비점수차를 생성하는 장치는, 도시되어 있지 않다. 반경방향 트랙킹 오차신호Iradial는, 제 1 주사스폿(16')과 그 제 1 주사스폿(16')이 따라가게 되는 정보층(2')에서의 트랙의 중심간의 제 1 정보층(2')의 XY 평면에서의 거리를 나타낸다. 이러한 신호는, 특히 G.Bouwhuis,pp.70-73에 의한 책에 공지된 "반경방향 푸시풀 방법"에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
서보회로(11)는, 포커스 액추에이터(12)와 반경방향 액추에이터(13)를 각각 제어하기 위한 서보 제어신호 Icontrol을 신호 Ifocus와 Iradial에 따라 제공하도록 구성된다. 포커스 액추에이터(12)는 광축 OA를 따라서 대물계(8)의 렌즈의 위치를 제어하여서, 제 1 정보층(2')의 면과 실질적으로 일치하도록 제 1 주사스폿(16')의 위 치를 제어한다. 반경방향 액추에이터(13)는, X축을 따라 대물계(8)의 렌즈의 위치를 제어하여서, 제 1 정보층(2')에서 따라가게 되는 트랙의 중심선과 실질적으로 일치하도록 제 1 주사스폿(16')의 반경방향 위치를 제어한다.
도 2는 광학주사장치의 대물계(8)를 개략적으로 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따라 대물계(8)는, 제 1, 제 2 및 제 3의 상이한 파면 변형 WM1,WM2,WM3을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 방사빔(20',20",20''')에 각각 도입하도록 구성된다.
대물계(8)는, 본 실시예에서는 교정 플레이트(30)의 형태인 광학 보상기와, 광축 OA에 양쪽 배치된 대물렌즈(32)를 구비한다. 대물렌즈(32)는, 광 기록매체로부터 먼 방향으로 대향하는 비구면을 갖는다. 본 예시에서 렌즈(32)는, 유리로 형성된다.
상기 교정 플레이트(30)는, NPS가 형성된 평면 기저 지지체를 구비한다. NPS는, 각각 제어된 높이의 이산 스텝에 의해 분리된 상이한 높이를 갖는 일련의 환상 구역을 포함한다.
바람직한 실시예에서, NPS의 구역들은, 상기 스텝의 위치에서, 그 구역이 상기 제 1, 제 2 및 제 3 방사빔(20',20",20''') 중 선택된 하나의 파장에 실질적으로 보이지 않도록 상기 구역에서 실질적으로 일정한 위상을 일으킨다. 다시 말하면, 상기 파장들 중 하나에 대해 실질적으로 제로인 위상, 모듈로 2π를 가산하는 스텝을 발견할 수 있다. 상기 구역폭과 스텝 높이는, 2개의 다른 파장에 대해 원하는 수차로 보상하도록 선택된다.
NPS에서, 구역 높이 hj(지지체의 기저 표면보다 위의 구역j의 높이)는 다음식과 같도록 설계된다:
Figure 112007059100950-PCT00001
여기서, mj는 여기서는 스텝 지수라고 하는 정수이고, λ는 파장, n1은 그 파장에서 NPS를 제조하는 재료의 굴절률이다. 상기 식은, NPS가 공기와 경계를 이루는 경우 유효하고; 또한, 그 경계는 2개의 상이한 재료 사이일 수 있고, 그 경우에 분포는 (n1-n2)이 된다.
그래서, 구역 높이는, 기본 스텝 높이의 정수배(1,2,3 등)만큼 다르다. 본 발명의 실시예들은, 상기 기본 스텝 높이 hBD, hDVD 및 hCD를 이용하여도 된다. 이들은, 상기 식(1)에 따라 선택된 기본 스텝 높이이고, 여기서, mj=1, 적절한 파장 λ, 즉 약 405nm, 660nm, 785nm 및 405nm을 각각 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 대물계는, 2개의 렌즈 구역을 갖는 K-VC89 유리(Sumita) 렌즈 바디로 이루어진다. 그 렌즈 바디의 제 1 렌즈 구역은, NA=0.0과 NA=0.5 사이이다. 제 2 렌즈 구역은, NA=0.5와 NA=0.85 사이이다. 그 렌즈 바디의 두께는 2.28mm이고, NA=0.5에서의 동공 반경은 1.17mm이다. 3개의 파장이 겹치는 영역(0.0<NA<0.5)을 아래에서 상세하게 설명할 대물렌즈의 중앙의 3 파장 부분이라고 한다. 이때, 도 4 내지 도 7에서, "정규화된 동공 좌표", ρ는, 대물렌즈의 전체 동공이 아닌 중앙의 대물렌즈의 3파장 부분의 폭에 대해 정규화되어 있다.
본 실시예에서, 렌즈 바디는, DVD 모드, 즉 파장 λ2에 대해 최적화된다(즉, 3파장 모드 사이에서, (교정 플레이트를 사용하지 않고) 최소 수차를 갖도록 설계됨). 도 3은 각 CD, DVD 및 BD 모드에서 잔여 광 경로차(OPD)를 도시한 것이다.
상기 렌즈 바디가 DVD에 대해 최적화되기 때문에, 그에 따라서, NPS는 스텝 높이가 DVD에 대한 (공기중에서의) 기본 스텝 높이, 즉 hDVD=1.170um의 배수가 되도록 선택되었다. 사용가능한 스텝 높이는, 기본 스텝 높이 hDVD의 배수에서, CD 파장 λ1 및 BD 파장 λ3 각각과 관련지어, 그들의 동등한 위상 기여도 ΦCD 및 ΦBD에 따라 아래의 표에 제시된다.
표
Figure 112007059100950-PCT00002
도 4는 포커스 오차 오프셋을 사용하지 않는 종래의 경우에 대해 상기 정규화된 동공 좌표의 함수로서 도시된 상기 CD 모드에 대한 잔여 수차의 광 경로차(OPD)의 도면을 나타낸다. 종래기술에 따른 동일한 NPS 설계는, NPS의 각 구역에서, 도 3에 도시된 것처럼, CD OPD와 BD OPD 양쪽을 보상할 수 있는 굵은 선으로 도시된 계단형 구조로서 도시되어 있다. 상기 표를 참조하면, 사용된 스텝 높이는, 스텝 지수 m=5, m=10, m=15, m=20 및 m=25가 사용된 스텝 높이이다. 본 구성에서, 최대 NPS 스텝 높이는 약 29.3um이다. 이러한 높이에서, NPS는 비교적 큰 0.69λ의 위상을 도입한다.
도 5는 종래기술에 따른 NPS에 의한 보정 후 CD 모드에서의 잔여 OPD를 나타낸다. 상기 스텝의 동일한 위상 기여도 ΦCD 및 ΦBD가 CD 모드와 BD 모드에서의 구면수차를 보상하는데 적합하지만, 상기 구역 높이는 비교적 크다. 비교적 큰 구역 높이가 필요한 것으로 인해, NPS는 바람직하지 않은 파장 변화에 아주 민감하다.
도 6은 본 발명의 상기 정규화된 동공 좌표의 함수로서 CD 모드에 대한 잔여 수차의 광 경로차(OPD)의 도면을 나타내고, 여기서 포커스 오차 오프셋은 CD 모드에서 사용된다. 동일한 NPS 설계는, NPS의 각 구역에서, 도 3에 도시된 것처럼, CD OPD와 BD OPD 양쪽을 보상할 수 있는 굵은 선으로 도시된 계단형 구조로서 도시되어 있다. 상기 표를 참조하면, 단일 구역만이 0.0<ρ<0.77 영역에서 사용되고, 사용된 스텝 높이는 스텝 지수 m=5를 사용하는 단일 스텝 높이이다. 이때, 상기 0.0<ρ<0.77 영역 밖에서, 점선으로 나타낸 구역에서 필요로 한 위상 기여도는, 이 영역에서 굵은 계단선으로 나타낸 것처럼, 비교적 작은 NPS 스텝을 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 외부 영역에서는, 환상 파장-선택적(즉, 다이크로익) 차단을 사용하여 BD 파장 λ3에서의 방사선을 차단하여, 설계의 자유도가 커지고, 비교적 작은 스텝 높이들, 즉 스텝 지수 m=1, m=2, m=3, m=4 및 m=5를 갖는 스텝 높이들을 CD 모드에 대해서만 수차를 보상하기 위해 사용되게 한다.
도 7은, 본 발명의 상기 실시예에 따른 NPS에 의한 정정 후 CD 모드에서의 잔여 OPD를 나타낸 것이다. 0.0<ρ<0.77 영역에서, 단일 스텝의 동일한 위상 기여도 ΦCD 및 ΦBD는 CD 모드와 BD 모드 양쪽 모드에서의 구면수차를 보상하는데 적합하다. 이 영역 밖에서, 다이크로익 환상 차단을 사용하여 BD파장 λ3에서의 방사선을 차단하고, NPS를 사용하여 CD 모드에서만 수차를 교정한다. 따라서, 상기 구역 높이는 비교적 작을 수 있고, NPS는 바람직한 파장 변화에 덜 민감하다.
NPS 스텝 높이를 감소시키기 위해서는, 광학 대물렌즈의 설계시에, 오프셋을 CD 모드에서만 초점 거리에 가산한다. 이러한 포커스 오프셋을 사용하여 렌즈와 디스크 사이의 렌즈 거리가 본 실시예에서 완전히 포커싱된 상태에 대해, 7.25um만큼 감소되게 하고, 이 때문에 대물렌즈는 초점이 흐려진다. 보다 일반적으로, 상기 포커스 오프셋은, 바람직하게는 적어도 2um이고, 보다 바람직하게는 적어도 5um이다.
이 때문에, 0.0<ρ<0.77 영역에서 하나의 NPS 구역만이 5.85um의 높이를 필요로 한다. 이러한 영역 밖에서, BD용 방사빔은, NPS가 CD만을 위한 OPD를 교정하도록 다이크로익 애퍼처(aperture)에 의해 차단된다. 이러한 구성으로, ρ>0.77에 대한 NPS 스텝 높이는, 5.85um이하일 수 있다.
새로운 디포커싱된 설계는, 그 애퍼처에 의해 차단된 BD 모드에서의 20%의 방사빔만을 희생하여 파장 의존도가 아주 작아진다(약 5배).
본 발명의 실시예는, 광학주사장치용 대물계를 제공하여서, NPS 구조를 사용 하여 (전형적으로 방사빔의 최저의 파장을 갖는) 최고의 NA를 포함한 모든 NA를 사용하여 주사를 필요로 하는 디스크의 포맷과 호환 가능한 3개의 파장에 대해 방사빔 경로의 중앙 부분을 교정한다. 상기에서, 상기 설명은, 3파장 부분이라고 하는 상기 렌즈의 중앙 부분에 한정된다. 그러나, 주목해야 하는 것은, 상기 설명된 실시예가, 대물렌즈의 외부를 사용하여 주사를 필요로 하는 디스크의 포맷과 대물렌즈의 각각의 부분을 호환 가능하게 하는 구조체 및/또는 렌즈면을 포함한다는 것이다.
이러한 렌즈의 중앙 부분 바로 밖의 영역에 대해, 문제점은 3파장 부분 외의 2파장 부분과 2파장 부분외의 1파장 부분을 사용하여 해결된 1파장 문제점에 후속되는 2파장 문제점까지 감소된다. 일반적으로 공지된 해결책은, 2파장 부분과 1파장 부분 양쪽에 대해 존재한다. 그 2파장 부분일 경우, 상기 교정 플레이트는, 관련 내용이 참고로 포함된, 상기 언급된 "Application of non-periodic phase structures in optical systems" 논문에 기재된 것 등의 2파장 부분에서의 NPS를 포함하도록 설계될 수 있어, 관련된 2파장을 적절하게 보상한다. 1 파장 부분일 경우, 대물렌즈 자체 또는, 교정 플레이트는, 잔여 파장에 대한 1파장 부분에서의 연속적인 비구면 렌즈면을 사용하여 보상되도록 설계될 수 있다.
상기 실시예는, 본 발명의 예시적 예시로서 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예를 생각한다.
상기 실시예에서, 광학 보상기는, 대물렌즈로부터 분리된 교정 플레이트의 NPS 구조의 형태로 구성된다. 주목해야 하는 것은, NPS 구조도 렌즈 바디에 직접 설치될 수 있다는 것이다. 이 경우에, 상기 지지체의 기저면은 렌즈 표면 형상, 일반적으로 비구면 형상의 다음에 위치하고, NPS 구조는, 기본 프로파일로서 렌즈 표면형상을 참조하여 높이 변동으로서 형성된다. 이러한 NPS를 갖는 렌즈는, 예를 들면 유리 지지체의 구면에 몰딩공정으로 형성된 광 폴리머(2P) 레플리카 재료로 이루어져도 된다. 그 레플리카 재료는, 비구면 렌즈 기본 프로파일을 형성하기 위해 구면 유리면으로부터의 표면 변동과 상기 기본 프로파일의 상부에 형성된 NPS 구조 모두를 제공하여도 된다.
또한, 본 발명에 따른 광학 보상기는, 예를 들면, 광학계의 광축을 따라 이격된 2개의 별개의 교정 플레이트 상의 2개의 상이한 NPS 구조, 또는 단일 교정 플레이트의 반대측에 구성된 2개의 NPS 구조와 같은 2개의 별개의 소자의 형태로 구성되어도 되고, 이때 그 2개의 NPS 구조는, 양쪽의 경우에, 상기 설명된 단일의 NPS 구조와 유사한 결합 효과를 갖는다.
또한, 상기 실시예는 NPS 구조의 형태로만 구성된 보상을 설명하였지만, 광학 보상기는, 이와는 달리, 포커싱 및/또는 수차 보상 기능을 제공하는 1개 이상의 회절 구조체를 구비하여도 된다.
상술한 실시예는 BD, CD 및 DVD 호환 가능형 대물계에 관한 것이지만, 본 발명은 다른 다파장 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은, 3파장 시스템에 제한되는 것이 아니고, 보다 많은 파장을 사용한 시스템에도 적용될 수 있는 것이다.
어떠한 하나의 실시예와 관련지어 설명된 임의의 특징만을 사용하거나, 상술한 다른 특징과 조합하여 사용하여도 되고, 또한 상기 실시예의 어떠한 다른 것의 하나 이상의 특징, 또는 상기 실시예의 어떠한 다른 것의 임의의 조합과 결합하여 사용하여도 된다. 아울러, 상술하지 않은 동등한 것 및 변경은, 첨부하는 청구항에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 이용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 제1 광 기록매체, 제2 광 기록매체 및 제3 광 기록매체를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치를 제공하되, 제1, 제2 및 제3 주사모드에서 상기 제1, 제2 및 제3 광 기록매체를 각각 주사하기 위한 서로 다른 소정의 파장을 갖는 제1, 제2 및 제3 방사빔을 생성하는 방사원 시스템(7)과;
    대물렌즈와; 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔이 통과하는 비주기 위상 구조체를 갖고, 상기 비주기 위상 구조체가 스텝으로 분리된 복수의 계단형 환상 구역을 구비하고, 상기 구역이 비주기 반경방향 패턴을 형성하고, 상기 계단형 환상 구역이 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면변형을 각각 상기 제1, 제2 및 제3 방사빔의 적어도 일부에 도입하는, 광학 보상기를 구비한 광학주사장치에 있어서,
    상기 대물렌즈가, 상기 제1 기록매체를 주사하는 경우 포커스 오프셋을 적용하도록 구성되고, 상기 포커스 오프셋은 상기 광학 보상기와 결합하여 상기 제1 방사빔의 구면수차를 보상하는 위상 변형을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 방사빔의 파장은 상기 제 2 방사빔의 파장보다 짧고, 상기 제 2 방사빔의 파장은 상기 제 1 방사빔의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 광학주사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사빔의 상기 파장은, 각각 약 785, 660 및 405nm인 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 구역의 높이는, 광학 보상기가 상기 제2 방사빔의 파장에 실질적으로 보이지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주사장치는, 제 3 기록매체로 전송되는 또 다른 부분 내측에 있는 상기 제 3 방사빔의 일부가 제 3 기록매체에 도달하지 않게 하는 파장 선택 차단을 포함한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차단은 환상 차단인 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 기록매체는, 각각 실질적으로 서로 다른 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 기록매체는, 각각 약 1.2, 0.6 및 0.1mm인 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 보상기는, 상기 광학주사장치용 대물렌즈로부터 별개로 구성되도록 광학 교정 플레이트의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 보상기는, 상기 광학주사장치용 대물렌즈의 표면에 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 오프셋은, 상기 제1, 제2 및 제3 주사모드의 하나, 또는 그 이상에서 선택적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 포커스 오프셋은, 상기 제 1 주사모드에서 적용되고, 상기 제2 주사모드 또는 상기 제3 주사모드에서는 적용되지 않는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
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