KR20020081313A - 기록매체 판독 및/또는 기록장치 - Google Patents

Abstract

기록매체(13)를 판독 및/또는 기록하는 장치는, 기록매체(13)에 방사원(25)으로부터 방출하는 방사빔(27, 101)을 포커싱하는 집광수단(35, 45, 47, 106, 108)을 포함한다. 상기 집광수단은, 편광수단(103)과, 복굴절 재료의 회절격자(107)를 포함한다. 편광방향에 의존하여, 상기 방사빔(101)은, DVD(110)와 DVR(109) 각각에 대응하는 2개의 가능한 표면 중의 하나에 포커싱된다. 회절격자(107)는, 방사빔(101)의 중심영역에 존재하여 상기 방사빔(101)의 제 1 편광방향에 대한 1차 회절과, 상기 방사빔(101)의 제 2 편광방향에 대한 제 2의 고차 회절을 일으킨다. 이 회절격자(107)는 복굴절 재료로 제작된다.

Description

기록매체 판독 및/또는 기록장치{DEVICE FOR READING AND/OR WRITING A RECORD CARRIER}

본 발명은, 방사원과, 상기 방사원으로부터의 방사빔을 상기 기록매체의 기록된 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 집광하는 집광수단을 포함하되, 상기 집광수단은, 편광수단과, 상기 방사빔의 편광방향에 따라 상기 방사빔을 2개의 가능한 형태의 표면 중 하나에 포커싱하는 적어도 복굴절 재료의 회절격자를 포함하고, 상기 가능한 2개의 형태의 표면 중의 제 1 표면은 제 1 형태의 기록매체의 판독하려고 하는 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 대응하고, 제 2 표면은 제 2 형태의 기록매체의 판독하려고 하는 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 대응하는, 기록매체 판독 및/또는 기록장치에 관한 것이다.

이러한 장치는, 미국특허번호 제 6,052,353 호에 공지되어 있다. 이 문헌에 기재된 기록매체는, CD와 DVD이다. 방사원으로서 기능하는 단일 광원으로부터 방사되는 광은 기록매체의 기록된 표면에 집광된다. 또한, 이 집광수단은, 편광수단과, 적어도 복굴절 재료의 회절격자를 구비한다. 방사원으로서 기능하는 광원으로부터 광의 편광 방향에 의해, 상기 방사빔은 CD와 같은 기록된 표면인 2개의 가능한 표면 중의 제 1 표면 또는 DVD와 같은 기록된 표면인 2개의 가능한 표면 중의 제 2 표면에 집광된다. 종래 표준에 따르면, 투명층은, 방사빔이 기록매체를 통과하여입사하는 기록매체의 입사면과 상기 기록된 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면 사이에서 CD상에서는 두께가 1.2mm이고 DVD 상에서는 두께가 0.6mm이다. 상기 투명층은, 이 두께 전체에 걸쳐 방사원의 방사빔을 투과시킨다. 또한, DVD(0.6)를 판독하는데 필요한 장치의 개구수는, CD(0.45)를 판독하거나 CD(0.50)에 기록하는데 적합한 장치의 개구수보다 커야 한다.

DVD(Digital Video Disc)는, 4.7Gb의 정보 저장용량을 갖고, 적색광을 방사하는 방사원에 의해 판독될 수 있다. 대량의 비디오를 CD 또는 DVD와 같은 원주규격을 갖는 디스크에 기록하기 위해서, DVR(Digital Video Recording)라 불리워지는 표준을 제안하였다. DVD 보다 DVR에 대용량의 정보를 상당히 많이 기록할 수 있다. DVR에서는 청색광을 방사하는 방사원을 사용한다. 또한, 보다 큰 개구수 0.85를 사용하는 반면, DVD용 개구수는 단지 0.6이다.

본 발명의 목적은, 단일 방사원으로 DVR 포맷의 기록 및 판독과 DVD 포맷의 판독 모두를 하는데 사용하는 장치를 제공하는데 있다. 이러한 DVR 포맷에 필요한 방사원은 청색 방사원이기 때문에, 청색 방사원으로 상기 관련된 DVD도 판독 가능하여야 한다. 게다가, 상기 사용된 광의 색과 개구수의 차이는, DVR의 투명층이 공지된 DVD의 투명층보다 얇아야 한다. 여기서 기대할 수 있는 것은, DVR의 투명층의 두께는 0.1mm일 것이다.

본 발명에 의하면, 본 목적은, 상기 서두에서 언급된 것과 같은 장치에서, 상기 회절격자가 상기 방사빔의 중심영역에 존재하고, 상기 회절격자가 상기 방사빔의 제 1 편광방향에 대해 실질적으로 1차 회절빔과, 상기 방사빔의 제 2 편광방향에 대해 실질적으로 제 2의 고차 회절빔을 포커싱하여 달성된다.

따라서, DVD에 적용하기 위해, 상기 방사빔은, 상기 방사빔의 편광방향을 적절하게 선택할 경우 고차 회절되어, 상기 입사면으로부터의 제 1 거리에 포커스가 이루어져 달성된다. 다른 편광방향의 경우, 상기 방사빔은, 0차 회절을 함에 따라서 마치 전혀 회절격자가 없는 것처럼 추가적인 회절이 전혀 없을 것이다. 따라서, 기록매체의 입사면으로부터 제 2 거리에서 포커싱이 일어날 것이다.

상기 회절격자를 상기 방사빔의 중심영역에 설치하는 이러한 선택으로 인해, 상기 회절격자의 존재는, DVR이 사용될 경우 0차 회절에 전혀 관련없고, 이 보다 크지 않은 상기 회절격자가 DVD를 판독하는데 정확히 필요하다. 그러나, 종래기술에 따른 회절격자에서는, 상기 회절격자로부터 적어도 하나의 중심 개구가 항상 제한이 없으므로 대 격자를 설치하여야 한다. 상기 회절격자가 상기 방사빔의 중심부에서 더 이상 연장하지 않을 경우 개구수 0.6의 DVD를 얻는데 필요하고, 상기 입사 방사빔은 DVR에 사용되야 하는 방사원으로서 어떠한 중요한 문제없이 동일한 단면을 가져도 된다. 그 이유는, DVD용 방사빔이 동일한 직경에도 불구하고 DVR용 방사빔과 서로 다른 편광방향을 갖기 때문이다. 심지어 DVD용으로서 넓은 방사빔을 사용하여도, 이 방사빔의 중심부가 좁을수록 상기 회절격자에 의해 보다 높은 고차로 회절되어 기록매체의 입사면으로부터 정확한 깊이(DVD 깊이)로 포커싱이 발생할 것이다. 상기 회절격자에 입사된 중심부 외측의 방사빔의 부분은, 0차 회절이 이 변형된 편광방향에 대해 일어나기 때문에 상기 회절격자에 의해 영향을 받지 않는 변형된 편광을 갖는 동등하게 큰 방사빔의 부분으로서 상기 기록매체의 입사면 바로아래 동일 깊이에서 포커싱 가능한 부분이다. 상기 중심부 외측의 방사빔 부분은, 상기 중심부 내에 상기 방사빔의 포커스로부터 수십 밀리미터에서 포커싱되고, 상기 방사빔의 상기 포커싱된 중심부의 위치에서 실질적으로 무시 가능한 강도를 갖는다.

상기 회절격자는, 평면 상에 배치하는 것이 바람직하다.

상기 집광수단은, 평면을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 회절격자는 상기 적어도 하나의 렌즈의 평면에 배치된다.

따라서, 상기 회절격자는 비교적 간단한 방법으로 설계 및 제작할 수 있고, 상기 적어도 하나의 렌즈의 모서리에 대해 위치결정을 할 때 변형되는 상기 방사빔에 대해 상기 회절격자의 위치결정은 2군데의 분리 위치에서의 정렬보다 간단하게 달성될 수 있다.

상기 회절격자는, 복굴절 재료로만 제작하는 것이 바람직하다.

따라서, 분리 제조 계단은, 상기 회절격자의 표면구조를 설치한 후에 더 이상 필요없다. 미국특허 제 6,052,353호에서는, 상기 복굴절 재료를 설계해야 할 뿐만 아니라 이러한 회절격자를 완성하기 전에 상기 회절격자의 소정 영역에서 이온 교환이 일어난다는 것을 주목해야 할 것이다.

상기 복굴절 재료는, 자외광에 의해 경화 가능한 액정재료가 바람직하다.

상기 편광수단이 원형으로 방사빔을 편광하면, 액정재료는 콜레스테릭 액정재료가 바람직하다.

상기 회절격자는 환상 구역(zone)을 포함하는 것이 바람직하다.

각 구역은 적어도 2계단의 프로파일을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라서, 복굴절 재료가 제 1 굴절률을 갖는 하나의 편광방향의 방사빔에 있어서, 상기 계단의 높이는 항상 2π배의 정수를 갖는 위상 궤적(phase trajectory)에 대응하는 반면, 다른 편광방향의 방사빔에 대한 동일한 높이에 따라, 서로 다른 굴절률은 2π배의 정수와 서로 다른 위상 궤적을 갖는다. 따라서, 상기 위상 궤적이 2π배의 정수인 상기 빔에 대해서는 0차 회절이 일어나고, 상기 위상 궤적이 2π배의 정수가 아닌 빔에 대해서는 고차 회절이 일어난다.

상기 구역은, 홈이 새겨진 프로파일(blazed profile)을 포함하는 것이 바람직하다.

이들 내용 및 본 발명의 다른 국면들은, 이후 설명된 실시예들로부터 명백해지고 이를 참조하여 설명하겠다.

도면에서,

도 1은 판독 및/또는 기록장치의 개략도,

도 2는 광학 주사장치의 개략도,

도 3은 제 1 편광방향의 방사빔일 경우 본 발명에 따른 장치의 개략도,

도 4는 제 2 편광방향의 방사빔일 경우 본 발명에 따른 장치의 개략도,

도 5는 회절격자의 복수의 구역의 개략적인 단면도,

도 6은 DVR에 사용된 본 발명에 따른 장치의 단면도,

도 7은 DVD에 사용된 본 발명에 따른 장치의 단면도,

도 8은 반응성 액정재료의 일 예시도.

도 1에 개략적으로 도시된 광학 재생장치의 실시예는, 회전축(3) 둘레에서 회전 가능하고, 프레임(7)에 고정된 전기 모터(5)에 의해 구동될 수 있는 테이블(1)을 구비한다. 예를 들면, DVD 또는 DVR과 같은 광학적으로 판독 가능한 기록매체(9)는, 상기 테이블(1) 상에 탑재되고, 그 기록매체는 나선형 정보트랙을 갖는 정보층(13)이 형성된 디스크형 투명 지지체를 구비한다. 이 정보층(13)은 투명층(11)에 의해 덮인다. 상기 광학 재생장치는, 기록매체(9)의 정보트랙을 광학적으로 주사하는 광학 주사장치(15)를 더 구비한다. 상기 주사장치(15)는, 회전축(3)에 대해 실질적으로 2개의 반대방향 X와 X'로 광학 재생장치의 변위장치(17)에 의해 변위 가능하다. 이 때문에, 상기 주사장치(15)는, X방향에 평행하게 연장하고 상기 프레임(7) 상에 배치되고 그 안내수단을 가로질러 상기 활주부재(19)가 변위 가능한 직선 안내수단(21)과, 상기 활주부재(19)를 상기 안내수단(21) 상에서 변위시키는 전기모터(23)를 더 구비한 변위장치(17)의 활주부재(19)에 고정된다. 동작시에, 상기 모터(5, 23)는, 광학 재생장치의 전기제어부(도시하지 않음)에 의해 구동되어, 회전축(3)에 대해 기록매체(9)를 회전시킴과 동시에, 기록매체(9) 상에 존재하는 나선형 정보트랙이 주사장치(15)에 의해 주사되도록 X방향에 평행하게 상기 주사장치(15)를 변위시킨다. 주사시에, 상기 정보트랙 상에 존재하는 정보를 상기 주사장치(15)에 의해 판독하거나, 상기 정보를 상기 주사장치(15)에 의해 상기 정보트랙상에 기록할 수 있다.

상기 주사장치(15)는, 예를 들면, 광축(27)을 갖는 반도체 레이저와 같은 방사원(25)을 구비한다. 또한, 상기 주사장치(15)는, 상기 방사원(25)의 광축에 대해45°의 각도로 배치되고 상기 방사원(25)에 대향하는 반사면(33)을 갖는 투명판(31)을 포함한 방사빔 스플리터(29)를 구비한다. 또한, 상기 주사장치(15)는, 광축 37을 갖는 시준렌즈부(35)와 광축 41을 갖는 광학 렌즈계(39)를 구비하고, 이때 상기 시준렌즈부(35)는 상기 방사빔 스플리터(29)와 상기 렌즈계(39) 사이에 배치된다. 도시된 실시예에서, 상기 시준렌즈부(35)는 단일 시준렌즈(43)를 구비하고, 상기 렌즈계(39)는 제 1 렌즈인 대물렌즈(45)와, 상기 대물렌즈(45)와 상기 기록매체(9) 사이에 배치된 제 2 렌즈인 보조렌즈(47)를 구비한다. 도시된 실시예에서, 상기 시준렌즈부(35)의 광축 37과 상기 렌즈계(39)의 광축 41은, 일치하고, 상기 방사원(25)의 광축 27에 대해 90°의 각도를 이룬다. 상기 주사장치(15)는, 상기 방사빔 스플리터(29) 뒤에 상기 시준렌즈부(35)에 대해 배치된 공지된 종래의 형태의 광 검출기(49)를 더 구비한다.

동작시에, 상기 방사원(24)은, 상기 방사빔 스플리터(29)의 반사면(33)에 의해 반사되고, 상기 렌즈계(39)에 의해 기록매체(9)의 정보층(13)의 주사 스폿(53)에 포커싱되는 방사빔(51)을 발생한다. 이 방사빔(51)은, 상기 렌즈계(39), 상기 시준렌즈부(35) 및 방사빔 스플리터(29)를 거쳐 광 검출기(49)에 포커싱된 반사 방사빔(55)으로 상기 정보층(13)에 의해 반사된다. 기록매체(9)에 존재하는 정보층을 판독하기 위해서, 상기 방사원(25)은 연속적 또는 발진형 방사빔(51)을 발생하고, 상기 광 검출기(49)는 기록매체(9)의 정보트랙 상에 상기 주사 스폿(53)에 존재하는 연속적인 기본 정보마크로 이루어진 시퀀스에 대응하는 검출신호를 공급한다. 기록매체(9)에 정보를 기록하기 위해서, 방사원(25)은 기록하려고 하는 정보에 대응하는 전력을 갖는 방사빔(51)을 발생하고, 상기 기록매체(9)의 정보트랙에 연속적인 기본 정보마크로 이루어진 시퀀스는, 상기 주사 스폿(53)에서 발생된다. 주목할 것은, 상기 방사원(25), 시준렌즈부(35) 및 렌즈계(39)는, 서로에 대해 다르게 배치되어도 된다. 예를 들면, 본 발명은, 상기 시준렌즈부(35)의 광축 37과 상기 렌즈계(39)의 광축(41)이 서로 90°의 각도를 이루고, 거울이 상기 시준렌즈부(35)와 상기 렌즈계(39) 사이에 배치된 실시예를 포함한다. 이들 실시예에서, 광학 주사장치는, 상기 렌즈계(39)의 광축 41과 평행하게 보아서 크기가 감소되어 있다. 또한, 상기 방사원(25)과 시준렌즈부(35)는 상기 활주부재(19)에 배치되지 않고 상기 프레임(7)에 대해 고정된 위치에 배치되고, 상기 시준렌즈부(35)의 광축 37은 반경방향 X, X'에 평행하게 향한 실시예들을 실행 가능하다. 이들 실시예에서는, 상기 활주부재(19) 상에 상기 렌즈계(39)와 보조 거울만을 배치하므로, 상기 활주부재(19)의 변위 가능한 질량을 감소시킨다.

또한, 도 2에 도시된 것처럼, 광학 주사장치(15)는, 제 1 액추에이터(57)와 제 2 액추에이터(59)를 구비한다. 상기 제 1 액추에이터(57)에 의해, 상기 렌즈계(39)는, 광축 41에 평행한 비교적 작은 거리와 상기 X 방향에 평행한 비교적 작은 거리를 통해 변위 가능하다. 상기 제 1 액추에이터(57)에 의해 광축 41에 평행한 상기 렌즈계(39)를 변위시킴으로써, 원하는 정확도로 상기 기록매체(9)의 정보층(13)에 상기 주사 스폿(53)을 포커싱한다. 상기 제 1 액추에이터(57)에 의해 상기 X 방향에 평행한 상기 렌즈계(39)를 변위시킴으로써, 원하는 정확도로 주사하려고 하는 정보트랙에 상기 주사 스폿(53)을 유지한다. 이 때문에, 상기 제 1 액추에이터(57)는, 상기 광학 재생장치의 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 광 검출기(49)로부터 포커스 오차신호와 트랙킹 오차신호를 수신한다. 제 2 액추에이터(59)에 의해, 상기 시준렌즈부(35)의 시준렌즈(43)는, 광축 37에 평행한 비교적 작은 거리를 통해 변위 가능하다. 제 2 액추에이터(59)에 의해 광축 37에 평행한 시준렌즈(43)를 변위시킴으로써, 상기 기록매체(9)의 투명층(11)에 의해 생긴 방사빔(51)의 구면수차는, 교정될 수 있다. 이러한 구면수차는, 주로 상기 투명층(11)의 두께의 변동에 의해 생긴다. 이 때문에, 제 2 액추에이터(59)는, 센서(도시하지 않음)로부터 오차신호를 수신하는 광학 재생장치의 상기 제어부에 의해 전기 제어전류에 의해 제어되고, 또한, 예를 들면 상기 주사 스폿(53) 부근의 투명층(11)의 두께가 측정가능하다. 이 제어부는, 상기 구면수차를 소정의 공지된 종래의 방법으로 교정하는 위치에서 상기 시준렌즈(43)를 위치 결정하도록 상기 제 2 액추에이터(59)를 통해 전류를 제어하도록 구성된다.

방사빔의 편광을 p 편광에서 s 편광으로 변환 가능한 액정 셀(38)은, 상기 시준렌즈(43)와 렌즈계(39) 사이에 배치된다.

본 광학 렌즈계의 특정 실시예는, 파장 400nm이고 예를 들면 s방향으로 편광된 평행한 방사빔(51)을, 상기 주사 스폿(53)을 기록매체(9)의 투명층(11)을 통해 상기 정보층(13)에 형성하는 개구수(NA) 0.85의 집광 빔으로 변화시킨다. 광학계(39)의 제 1 렌즈(45)는, 광축 60에서 두께 1.500mm이고 입사동공 직경 2.835mm이다. 제 1 렌즈(45)는, 굴절률 1.477이고 아베(Abbe) 수 66인 Schott 유리 FK3로 제작된다. 상기 시준렌즈(43)에 대향하는 제 1 렌즈(45)의 볼록면은, 아래식으로 정의된 회전 가능한 대칭적 비구면 형상을 갖는다.

(식 1)

여기서, z는 광축 60의 방향으로의 표면 위치 mm, r은 광축 60에 대한 위치 mm, c는 곡률(반경의 역수), b는 코닉(conic) 상수 및 A_k는 r의 k^th곱의 계수이다. 이 경우, c=0.533mm^-1및 b=0이다. 계수 A₄내지 A₁₆의 값은, 각각 -0.0096653516, -0.0031223071, -0.0004646800, -2.9911127 10^-5, -0.0001740062, 6.6600388 10^-5및 -1.3526451 10^-5이다. 상기 볼록면에 대향하는 제 1 렌즈(45)의 계면(46)은, 무한 곡률반경이다. 환상 구역으로 구성된 평면 회절구조는, 도 5를 참조하여 더 설명하고, 이 구조는 상기 계면에 있다.

도 3에서, 도면부호 101은, 예를 들면 상기 방사원(25)으로부터 발생하고, 도면부호 102로부터 나타낸 도면의 평면에 평행한 방향으로 편광된 광 빔과 같은 방사빔을 나타낸다. 도면부호 103은, 편광 방향을 변형하는 장치를 나타낸 것으로, 이 장치는, 도 3에서 도면부호 104로 나타낸 것처럼, 방사빔(101)의 편광 방향을 유지할 수 있거나, 도 3에 도면부호 105로 나타낸 것처럼 90°에 걸쳐 회전할 수 있다. 편광 방향을 변환시키는 장치(103)는, 공지되어 있고, 예를 들면 트위스트 네마틱 액정을 포함한다. 이어서, 방사빔(101)은, 도 2에서 도면부호 45로 나타내고 이 도면을 참조하여 언급된 제 1 평-볼록렌즈(106)에 입사되고, 이 입사된 평면측은, 이후 본 발명에 따라 회절격자(107)로서 언급되는 평면 회절구조를 갖는다. 상기 평-볼록렌즈(106)와 상기 회절격자(107)를 통과한 후, 상기 빔(101)은, 도 2에서 도면부호 47로 나타내고 이 도면을 참조하여 기재된 제 2 평-볼록렌즈(108)에 입사된다. 그 후, 상기 빔은, 기록매체의 투명층 109(도 1) 및 110(도 2)에 입사된다. 도 6 및 도 7의 다음 설명으로부터 명백해지는 것처럼, 주목해야 하는 것은, 서로에 대해 회절격자(107)의 직경과 투명층 109 및 110의 두께 모두를 정확한 방식으로 구성할 수 있다는 것이다.

도 5는, 본 발명에 따른 장치에서 사용될 수 있는 것처럼 상기 회절격자의 일부의 예를 나타낸다. 상기 회절격자(107)는, 수개의 구역 Z_n, Z_n+1, ...등을 갖는다. 상기 구역 Z_n은, 상기 평-볼록렌즈(6)(도 3 및 도 4 참조)의 평면측의 중심 M 주위에 원형으로 연장한다. 상기 반경방향으로의 하나의 구역의 크기는, 상기 구역 Z_n과 점 M 사이의 거리에 의존한다.

회절격자(107)의 구역 경계 r_j는, 다음 식에 의해 정의된다.

1531,752r² _j-233,322r⁴ _j+299,534r⁶ _j-288,624r⁸ _j=2πj

여기서, j는 항상 정수이다. 상기 구조는, 반경 0.695mm까지 연장한다. 그래서, 최협소 구역(회절격자의 모서리 부근)이 3.26㎛로 넓은 112 구역이 있다. 전류 리소그래피 기술은, 상기 최협소 구역 내에 3개 또는 그 이상의 서브구역을 갖는그러한 구조로 제작하는 가능성을 제공한다. 상기 회절격자는, 반응성 액정재료로 제작된다. n_o=1.51 및 n_e=1.70을 갖는 이러한 재료의 예로는, C6M/E7 50/50(중량 %)이 있다(도 8 참조). 광 개시제(예, Darocure 4265)는, 광중합을 위해 첨가되었다. 또 다른 혼합물은, C6M/C3M/E7 40/10/50(중량 %)이다(도 8 참조). 실온에서 광중합 후, 굴절률 n_o및 n_e는, 각각 1.55 및 1.69일 것이다. 여기서, 사용된 코드는 다음의 물질을 말한다:

E7: 51%C₅H₁₁시아노바이페닐(cyanobiphenyl), 25%C₅H₁₅시아노바이페닐, 16%C₈H₁₇시아노바이페닐, 8%C₅H₁₁시아노바이페닐.

C3M:4-(6-아크릴로일옥시프로필옥시)(acryloyloxypropyloxy)벤조일옥시(benzoyloxy)-2-메틸페닐(methylphenyl) 4-(6-아크릴로일옥시프로필옥시)벤조에이트(benzoate)

C6M: 4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)(acryloyloxyhexyloxy)벤조일옥시-2-메틸페닐 4-(6-아크릴로일옥시헥실옥시)벤조에이트

광중합이 일어나는 온도는, 상기 굴절률 n_o및 n_e( 및 그에 따른 복굴절성)구성하는데 사용되어도 된다. 예를 들면, 온도가 30℃에서 140℃로 변할 경우, n_e는 0.01로 하고, n_o는 약 0.03으로 할 수 있다. 또한, 이들 값은, 혼합비를 변화시켜 미세 조정할 수도 있다.

바람직한 회절격자의 실시예는, 도 5의 단면에 도시되어 있고, 구역마다 3개의 영역 111, 112 및 113을 포함한다. 상기 회절격자(107)의 재료는, 복굴절 재료로, 그 상세한 내용은 이전에 기재하였다. 도 5는, 각 구역이 제 1 계단 높이(111), 제 2 계단 높이(112) 및 제 3 계단 높이(113)를 h111, h112 및 h113으로 각각 나타낸 구조를 갖는 실시예를 나타낸다.

상기 복굴절층은, 상기 s 편광이 n_o굴절률을 선택하도록 배향된다. 하나의 구역 내에 및 구역마다 반복된 구조는, 각 계단이 아래에 나타낸 h_o의 정수배인 높이 h를 가지는 계단형(stepped) 구조이다.

여기서, λ는 파장(λ=400nm)이고, n_o는 일반적인 굴절률(n_o=1.55)이다. 이러한 구성에서, 상기 구조는, 2π배의 정수의 위상 계단을 가지므로, 이 구조는 s 편광에 영향을 받지 않는다. 매 구역마다 동일한 폭과 1h_o, 2h_o및 3h_o의 높이비를 각각 갖는 3계단으로 구성할 경우, 상기 빛은, s 편광의 경우 산란하지 않을 것이다(그래서 0차 회절이 선택됨). 상기 s 편광에 수직한 p 편광의 경우는, 상기 복굴절층의 굴절률이 n_e=1.69이다. 상기 계단형 구조는, 2π배의 정수, 즉 0.5092π, 1.0184π 및 1.5276π와 같지 않은 상대적인 위상 점프를 갖는다. 이 경우, 1차 회절은, 58%의 효율에 의해 선택된다. 상기 주어진 구조에서는, 이론적으로 1차 회절에 이르는 최대 퍼센트가 68.4%이라는 것이 공지되어 있다.

상기 광학 렌즈계(39)의 제 2 렌즈(47)(도 2)(도 3, 4, 6 및 7에서의 108)는, 광축 60에서 두께 0.975mm이고 상기 제 1 렌즈(45)까지 거리 1.337mm이다. 제 2 렌즈(47)는, Schott 유리 SFL56로 제작된다. 상기 제 1 렌즈(45)에 대향하는 제 2 렌즈(47)의 볼록면의 비구면 형상은, 상기 식(1)에 의해 정의되어 있고, 이때, c=1.031mm^-1및 b=0, 상기 계수 A₄내지 A₁₆의 값은, 각각 -0.05483298, 0.009373890, 0.067727252, -0.93408194, 3.6700376, -9.1381272 및 6.5187469이다. 상기 제 2 렌즈(47)의 타측의 계면(75)은, 무한 곡률반경을 갖는다. 광학 렌즈계(39)와 투명층(11) 사이에 s 편광 빔의 경우에 자유 작동거리는, 0.075mm이고, 투명층(11)은 0.1mm의 두께 및 상기 방사빔(51)의 파장에서 1.624의 굴절률 n을 갖는다. 상기 p 편광 빔의 경우에, 광학 렌즈계(39)의 특정 실시예는, 파장 400nm의 평행한 방사빔(51)을 개구수(NA) 0.6의 집광 빔으로 변화시켜, 기록매체(9)의 투명층(11)을 통해 상기 정보층(13)에 주사 스폿(53)을 형성한다. 상기 방사빔은 회절격자에서 1차 회절을 하므로, 상기 렌즈(47)를 통한 방사 경로는, 투명층(11)의 두께 0.6mm와 굴절률 n이 1.624인 기록매체의 정보층(13)에 제한된 회절 스폿을 생성하도록 변화된다. 상기 광학 렌즈계(39)와 투명층(11) 사이의 자유 작동거리는, 0.050mm이다. 이러한 자유 작동거리는, 포커싱 효과가 약한 회절성 구조가 더욱 강하게 하는데 영향을 미칠 수 있다.

환상 구역 Z_n의 계단의 제공으로 정제할 수 있으므로 홈이 새겨진 프로파일에 접근할 수 있다. 이 홈이 새겨진 프로파일이 더 좋아질 수록, 더 많은 방사가 하나씩 순차로 들어올 것이다. 당업자에게 있어서 알려진 기술인 상기회절격자(107)를 제작하는데 사용된 제조기술에 의존하여, 상기 회절격자(107)도 홈이 새겨진 프로파일을 가질 수도 있다. 그 경우에, 평면 회절성 구조는, 개구 전체에 걸쳐 연장하고, 0과 다른 차수는 DVD와 DVR 모두를 위해 선택하는 것이 바람직하다.

상기에서는, 상기 방사빔(101)이 편광 방향 102와 편광 방향 104와, 편광 방향 105 모두에 대해 선형으로 편광된다고 가정하였다. 그러나, 본 발명은, 선형적으로 편광된 방사빔으로 한정되지 않을 뿐 아니라 상기 편광 방향을 변화시키는 장치가 좌회전성에서 우회전성, 또는 그 반대로 편광 방향을 변화시키는 원형으로 편광된 방사빔(101)에 대해 작용한다. 상기 원형으로 편광된 광이 상기 방사빔(101)에 사용되는 경우, 좌회전성 및 우회전성의 원형으로 편광된 방사빔에 대한 서로 다른 굴절률을 갖는 콜레스테릭 액정 재료의 상기 회절격자(107)를 제작하는 것이 바람직하다.

도 6 및 도 7은 본 발명을 사용한 예를 나타낸 것으로, 도 6은 DVR를 위해 본 발명을 사용한 것을 나타내고, 도 7은 DVD를 위해 본 발명을 사용한 것을 나타낸다.

DVR은, 개구수 0.85 및 파장 400nm에서 판독 및 기록하고, 상기 투명층(11)의 층 두께는 그를 통해 상기 빔이 기록되거나 판독된 표면에 도달해하는 0.1mm이다. 이때, 도 6 및 도 7에는 이 층 두께만을 나타내고, 물론 이 층은, 두꺼운 서브층(도시하지 않음)상에 존재한다는 것을 주목한다. DVD에 대해 동일한 상황에서, 파장 400nm의 개구수는, 판독을 위해서는 0.60이고 기록을 위해서는 0.65이며, 상기 투명층(11)은 층두께가 0.6mm이다.

도 6에서, 도면부호 104는, 상기 평-볼록렌즈(106)에 입사되고 그에 따라 빔(115)으로서 회절된 방향 편광형 레이저 빔을 나타낸다. 이어서, 그 빔(115)은, 상기 평-볼록렌즈(106)의 평면 출사면과, 상기 방사빔(101)과 상기 평-볼록렌즈(106)의 중심부에 있는 회절격자(107) 상에 입사된다. 상술한 것처럼, 상기 회절격자(107)는, 편광 방향(104)에 대해 0차 회절이 일어나는데, 이는 상기 빔 115가 상기 렌즈(106)의 평면에 의해 빔 116으로 회절된다는 것을 의미하고, 상기 회절격자(107)의 존재에 영향을 미치지 않는다. 그 후, 상기 방사빔(116)은, 상기 평-볼록렌즈(108)와 입사면(114)의 0.1mm 아래에 포커스(117)에 있는 투명층(109)의 두께에 의해 포커싱된다.

도 7은 동일한 장치를 도시한 것으로, 상기 방사빔(101)이 편광 방향(105)으로 나타낸 것처럼 편광된 것을 나타낸다. 또한, 이 도면에서, 상기 방사빔(101)은, 다이어프램(도시하지 않음)에 의해 격리되어, 상기 평-볼록렌즈(106)의 평면과 그 중심 M 주위에 입사시에, 상기 회절격자(107)를 완전히 메우는 직경을 갖는 방사빔 115를 형성한다. 상기 편광 방향(105)에 있어서는, 상기 회절격자(107)의 존재로, 상기 방사빔 115를 고차로 회절시켜서 방사빔 116'을 형성한다. 상기 평-볼록렌즈(108)와 투명층(110)을 통과한 후, 상기 빔(116')은 상기 투명층(11)의 입사면(114) 0.6mm 아래 포커스(118)에서 포커싱된다.

또한, 도 7은 편광 방향(105)을 갖는 방사빔(101)이 격리되지 않은 결과를 나타낸다. 그래서, 상기 방사빔(101)의 일부는 상기 회절격자(107)가 존재하지 않는 경우 환상부(119)에서의 상기 평-볼록렌즈(106)의 평면에 입사될 것이다. 이를 파선 120과 121로 나타내었다. 상기 환상부(119)의 회절격자(107)의 부재로 인해, 상기 파선 120과 121 사이에 위치한 상기 방사빔(101)의 일부는, 계속해서 상기 방사빔(116)이 상기 평-볼록렌즈 106과 상기 평-볼록렌즈 108 사이에서 연장하는 방식으로 진행한 후, 상기 평-볼록렌즈(108)의 평면과 상기 입사면(114)간의 거리가 동일하다면 입사면(114)의 약 0.1mm 아래에 있는 포커스(117')에 상기 평-볼록렌즈(108)와 상기 투명층(110)에 의해 포커싱될 것이다. 상기 평-볼록렌즈(108)의 평면과 입사면(114) 사이의 서로 다른 거리에서, 상기 포커스와 입사면(114)간의 거리는 0.1mm보다 약간 크거나 약간 작을 것이다. 이 차이는, 다음 국면에 대해 필수적이지는 않다. 그 후, 상기 포커스(117)에 포커싱된 빔은, 다시 디포커싱되어 기록매체(110)의 환상영역(122)을 비출 것이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 상기 영역(122)의 방사 강도는, 상기 포커스(118)에서 포커싱된 방사빔의 강도보다 수배 낮고, 그 때의 영역(122)은 상기 포커스(118)를 포함하지 않는다. 따라서, 도 7에 도시된 방사빔(116)에 의해 주사된 일부 정보는, 상기 영역(122)에 있는 신호에 어떠한 영향 또는 무시할만한 영향을 받지 않을 것이고, 이때의 신호는 상기 방사빔(101, 115, 116')의 포커스(118)로부터의 반사에 의해 발생된다.

필요한 이유가 무엇이든지간에, 상기 방사빔(101)이 격리될 수 없거나 불충분하게 격리되고, 상기 회절격자(107)가 DVD의 개구수에 대응한 거리보다 중심 M으로부터의 긴 거리까지 연장하면, 다음의 상황이 일어날 것이다. 도 7에서 실선으로 나타낸 방사빔(101)의 일부는, 상기 포커스(118)에서 포커싱이 죽 발생할 것이다.그렇지만, 상기 파선 120과 121 사이에 위치하고 상기 중심 M 주위의 7'로서 나타낸 직경을 갖는 회절격자에 대응하는 상기 빔(101)의 일부에 의해, 상기 포커스(118)에서보다 오히려 상기 포커스(118) 주위의 광이 있도록 수차가 증가된다. 대 개구수로 상기 장치는 예를 들면, 기록매체의 경사각과 같은 허용치에 더욱 민감하게 된다. 상기 평-볼록렌즈(106)의 평면에 전체에 걸쳐 연장하는 상기 회절격자 107의 회절격자 107'로의 연장으로 인한 대 수차의 결과에 의해, 기록매체의 공칭값과 그것의 이동으로부터의 편차에 대해 상기 장치는 더욱 민감하게 되지만, 상기 장치는 더 이상 사용 가능하지 않은 상황이 되지는 않는다. 정확한 방법으로 상기 평-볼록렌즈(108)를 적합하게 맞춤으로써, 이들 수차의 증가를 제한 수 있고 또는 심지어는 0으로 유지, 즉 상기 평-볼록렌즈(108)는 정확한 수차양을 일으킴으로써 상기 회절격자(107)에 의해 일어난 수차를 제거할 수도 있다.

상술한 실시예의 품질은, 달성할 수 있는 허용치로부터 추론될 수 있다. λ=400nm의 방사빔에서의 방사 파장, DVD용 개구수 0.6 및 DVR용 개구수 0.85, 상기 렌즈(108)의 평면과 상기 투명층(110)의 입사면간의 거리 50㎛, 상기 렌즈(108)의 평면과 상기 DVR용 투명층(109)의 입사면간의 거리 75㎛에서, 허용치는, 다음과 같다:

DVR의 경우(직경 입사동공 2.835mm):

공칭적으로: 0.3mλrms, 15㎛; 렌즈의 편심: 19.5mλrms, 0.4°;필드:17mλrms.

DVD의 경우(직경 입사동공 1.874mm):

공칭적으로: 5.4mλrms, 15㎛; 렌즈의 편심: 35.2mλrms, 0.3°;필드:37.0mλrms.

본 발명의 범위내에 속하는 상술한 내용과 본 장치의 서로 다른 실시예들과 변형들은 모두, 당업자에게 있어서 명백할 것이다. 이들 모든 실시예들을 고려하여 종속항에 기재된 것처럼 본 발명을 구현할 수 있다.

Claims (12)

1. 방사원(25)과, 상기 방사원(25)으로부터의 방사빔(27, 101)을 기록매체(13)의 기록된 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 집광하는 수단(35, 45, 47, 106, 108)을 포함하되, 상기 집광수단은, 편광수단(103)과, 상기 방사빔(27, 101)의 편광방향에 따라 상기 방사빔(27, 101)을 2개의 가능한 형태의 표면 중 하나에 포커싱하는 적어도 복굴절 재료의 회절격자(107)를 포함하고, 상기 가능한 2개의 형태의 표면 중의 제 1 표면은 제 1 형태(109)의 기록매체의 판독하려고 하는 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 대응하고, 제 2 표면은 제 2 형태(110)의 기록매체의 판독하려고 하는 표면 및/또는 기록하려고 하는 표면에 대응하는, 기록매체(13) 판독 및/또는 기록장치에 있어서,

   상기 회절격자(107)는, 상기 방사빔(101)의 중심영역에 존재하고, 상기 회절격자(107)는 상기 방사빔(101)의 제 1 편광방향에 대해 실질적으로 제 1 회절빔과, 상기 방사빔(101)의 제 2 편광방향에 대해 실질적으로 제 2의 고차 회절빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 회절빔은 0차 회절빔인 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회절격자(107)는, 평면에 배치된 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 집광수단(35, 45, 47, 106, 108)은, 평면(45, 106)을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 회절격자(107)는 상기 적어도 하나의 렌즈(45, 106)의 평면에 배치된 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 회절격자(107)는, 복굴절 재료로만 제작된 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 복굴절 재료는, 액정재료인 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는기록장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 액정재료는, 자외광에 의해 경화 가능한 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 편광수단은, 원형으로 방사빔(27, 101)을 편광하고, 상기 액정재료는 콜레스테릭 액정재료인 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 회절격자는 환상 구역(Z_n, Z_n+1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 각 구역(Z_n, Z_n+1)은, 적어도 2계단(111, 112, 113)의 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 각 구역(Z_n, Z_n+1)은, 적어도 3계단(111, 112, 113)의 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 구역(Z_n, Z_n+1)은, 홈이 새겨진 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체 판독 및/또는 기록장치.