KR100511230B1 - 광 정보 기록 매체의 기록/재생 방법, 광 픽업 장치, 대물렌즈 및 대물 렌즈의 설계 방법 - Google Patents

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아리노리까즈
야마자끼히로유끼
사이또신이찌로
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코니카 미놀타 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

광 픽업 장치는 광속을 출사하기 위한 광원과, 광축에 근접하는 순서대로 분할되어 있는 제1, 제2, 및 제3 분할면을 가지고 있으며, 상기 광원으로부터 출사된 광속을 집광하기 위한 집광 광학계를 포함하고, 제1 및 제3 분할면을 통과하는 빔 스폿은 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 기록 매체상에 형성되고, 제1 및 제2 분할면을 통과하는 빔 스폿은 투명 기판의 두께가 t1 보다 두꺼운 두께 t2인 제2 광 정보 기록 매체 상에 형성된다. 광 픽업 장치는 또한 상기 제1 또는 제2 광 정보 기록 매체로부터 반사된 광속을 수신하기 위한 화상 센서를 포함한다.

Description

광 정보 기록 매체의 기록/재생 방법, 광 픽업 장치, 대물 렌즈 및 대물 렌즈의 설계 방법{METHOD FOR RECORDING/REPRODUCING OPTICAL INFORMATION RECORDING MEDIUM, OPTICAL PICKUP APPARATUS, OBJECTIVE LENS AND DESIGN METHOD OF OBJECTIVE LENS}
본 발명은 광원으로부터 출사된 광속이 집광 광학계에 의해 광 기록면상에 집광되고, 재생되는 광 정보 기록 매체상에 정보가 기록되거나, 광 기록면상의 정보가 재생되는 정보 기록 매체의 기록/재생 방법, 광 픽업 장치, 이들에 사용되는 대물 렌즈 및 대물 렌즈의 설계 방법에 관한 것이다.
최근에, 단파장 적색 반도체 레이저의 실용화에 수반하여, 종래의 광 정보 기록 매체(광 디스크)인 CD(콤팩트 디스크)와 크기가 동일하고 고 용량이며 고 밀도를 갖는 광 정보 기록 매체를 나타내는 DVD (디지탈 비디오 디스크, 또는 디지탈 휘발성 디스크)의 개발이 진행되고 있다. 이 DVD에서는, 광 디스크 측에서의 대물 렌즈의 개구수 NA는 단파장 반도체 레이저 635㎚가 사용될 때 0.6이다. 따라서, 이 DVD에서는, 트랙 피치가 0.74㎛이고 최단 피치 길이가 0.4㎛인데, 이것은 CD의 트랙 피치의 절반 1.6㎛과 최단 피치 길이 0.83㎛의 절반 이하로서, 이것은 DVD가 고 밀도로 되어 있음을 나타낸다. 상술된 CD와 DVD에 부가하여, 예를 들어, CD-R(기록 가능한 컴팩트 디스크), LD(레이저 디스크), MD(미니 디스크), 및 MO(광자기 디스크)와 같은 여러 표준 광 디스크가 또한 상품화되어 보급되고 있다. 표 1은 투명 기판 두께와 각 여러 광 디스크의 필요 개구수를 나타내고 있다.
부가하여, CD-R에 대해서는 광원 파장 λ은 780㎛이어야 하지만, 다른 광 디스크에 대해서는, 표 1에서 나타낸 것이 아닌 파장을 갖는 광원을 사용하는 것이 가능하고, 이 경우, 필요 개구수 NA를 사용하는 광원의 파장λ에 따라 알 수 있다. 예를 들어, CD의 경우, 필요 개구수 NA는 λ(㎛)/1.73로 근사화되고 DVD의 경우 필요한 개구수 NA는 λ(㎛)/1.06으로 근사화된다.
현재는, 다른 크기, 기판 두께, 기록 밀도 및 파장을 사용하는 여러 광 디스크가 상술한 바와 같이 시장 판매되고 있으며, 여러 광 디스크를 취급할 수 있는 광 픽업 장치가 제안되고 있는 실정이다.
이들 중 하나로는, 여러 광 디스크 각각으로 작업할 수 있는 집광 광학계가 설치되어 있고 집광 광학계가 재생되는 광 디스크에 따라서 전환되는 광 픽업 장치가 제안되고 있다. 그러나, 이 광 픽업 장치에서는, 복수의 집광 광학계가 필요하므로, 비용이 상승되게 되고, 집광 광학계를 전환시키기 위한 구동 기구가 필요하므로 장치가 복잡해지고, 그 전환 정밀도가 요구되므로 바람직하지가 않다.
따라서, 단일의 집광 광학계를 각각 이용하며 복수의 광 디스크를 재생하는 여러 가지의 광 픽업 장치들이 제안되고 있다.
이들 중 하나로서는, TOKKAIHEI 7-302437에서는 대물 렌즈의 굴절면이 복수의 링 형상 영역으로 분할되고, 각 분할된 영역이 재생용으로 다른 두께를 갖는 광 디스크중 하나에 화상을 형성하는 광 픽업 장치를 개시하고 있다.
부가하여, TOKKAIHEI 7-57271에서는 집광 빔에 의한 파면 수차가 0.07λ 이하가 되도록 설계된 대물 렌즈를 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 디스크의 경우 사용하고, 이 대물 렌즈는 투명 기판의 두께가 t2인 제2 광 디스크의 경우 약간 디포커스된 상태에서 집광 스폿을 형성하는 광 픽업 장치를 개시하고 있다.
그러나, TOKKAIHEI 7-302437에 개시된 광 픽업 장치에서는, 입사 광량이 하나의 대물 렌즈에 의해 동시에 두 개의 촛점으로 분할된다. 따라서, 레이저 출력을 높게 할 필요가 있고, 이것은 결과적으로 비용 상승을 초래한다. TOKKAIHEI 7-57271에 개시된 광 픽업 장치에서는, 제2 광 디스크의 재생시에 사이드 로브 지터의 상승을 초래하고 있다. 이 경우, 제2 광 디스크는 제1 광 디스크의 경우 파면 수차를 0.07λ 이하가 되도록 설계된 대물 렌즈에 의해 강제 재생되게 된다. 따라서, 제2 광 디스크의 재생을 가능하게 만드는 개구 수차가 자연적으로 제한되게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 하나의 집광 광학계로 복수의 광 정보 기록 매체를 기록 또는 재생하여, 복잡하지 않게 저 비용으로 실현하며 또한 고 NA의 광 정보 기록 매체에 대처할 수 있기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 미국 출원 번호 08/761,892 및 08/885,763의 본 발명의 발명자에 의해 제안된 구면 수차를 조정한 광 픽업 장치의 집광 특성을 개선하기 위한 것이다.
상술된 목적은 다음의 구성에 의해 성취될 수 있다.
광 픽업 장치는,
광속을 출사하기 위한 광원;
광축에 근접하는 순서대로 분할되어 있는 제1, 제2, 및 제3 분할면을 가지고 있으며, 상기 광원으로부터 출사된 광속을 집광하기 위한 집광 광학계 - 상기 제1 및 제3 분할면을 통과하는 빔 스폿은 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 기록 매체상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 분할면을 통과하는 빔 스폿은 투명 기판의 두께가 t1 보다 두꺼운 두께 t2인 제2 광 정보 기록 매체 상에 형성되고 - ; 및
상기 제1 또는 제2 광 정보 기록 매체로부터 반사된 광속을 수신하기 위한 화상 센서를 포함하고 있다.
본 발명의 기본 개념은 다음과 같이 설명된다.
먼저, 광 픽업 장치가 설명된다. 도 1은 단일의 광원을 갖는 광 픽업 장치의 개략 구조도이다.
광 픽업 장치(10)는 광원(파장 λ=610-670㎚)을 나타내는 반도체 레이저(11), 편광 빔 스플리터(12), 콜리메이터 렌즈(collimator lense; 13), 1/4 파장판(14), 조리개(17), 대물 렌즈(16), 비점 수차를 발생하는 비점 수차 소자를 나타내는 실린더형 렌즈(18), 광 검출기(30), 및 포커스 제어 및 트래킹 제어에 사용되는 2차원 엑츄에이터(15)로 이루어져 있다.
반도체 레이저(11)로부터 방출된 광속은 편광 빔 스플리터(12), 콜리메이터 렌즈(13) 및 1/4 파장판(14)을 통과하여 원형 편광인 평행 광속이 된다. 이 광속은 조리개(17)에 의해 다이어프램된 다음에 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22)상에 대물 렌즈(16)에 의해 집광된다. 다음에 정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(22)상에서 반사된 광속은 대물 렌즈(16), 1/4 파장판(14) 및 콜리메이터 렌즈(13)을 다시 통과하여, 광속이 반사되어 실린더형 렌즈(18)에 의해 비점 수차가 주어지는 편광 빔 스플리터(12)에 입사하고, 다음에 광 검출기(30)에 입사하는데 이 광 검출기(30)로부터 출력된 신호는 광 디스크(20)상에 기록된 정보의 판독(재생) 신호를 성취하는 데에 사용된다. 또한, 광 검출기(30)상의 스폿의 형상의 변화에 의한 광량 분포의 변화를 검출하여 인포커스 검출과 트랙 검출을 행한다. 즉, 광 검출기(30)로부터의 출력을 이용하여 포커스 에러 신호와 트랙 에러 신호가 여기에서는 설명하지 않은 처리 회로에 의해 발생된다. 대물 렌즈(16)를 광축의 방향으로 이동시킴으로써, 2차원 엑츄에이터(촛점 제어용)(15)가 반도체 레이저(11)으로부터의 광이 포커스 에러 신호에 기초하여 정보 기록면(22)상에 결상되게 하고, 대물 렌즈(16)를 광축에 수직인 방향으로 이동시킴으로써 2차원 엑츄에이터(트랙 제어용)(15)가 반도체 레이저(11)로부터의 광이 트랙 에러 신호에 기초하여 소정의 트랙상에 결상되게 한다.
상술된 광 픽업 장치(10)에서는, 투명 기판 두께가 t1인 제1 광 디스크, 예를 들면 DVD(t1=0.6㎜)를 재생할 때, 빔 스폿이 최소의 착란원(최량(best-fit)의 포커스)을 형성하도록 대물 렌즈(16)를 2차원 엑츄에이터(15)로 구동한다. 투명 기판 두께가 t1과는 다른 t2(바람직하게는, t2 > t1)이고 기록 밀도가 제1 광 디스크의 기록 밀도보다 낮은 제2 광 디스크 예를 들어 CD(t2=1.2㎜)를 대물 렌즈(16)를 이용하여 재생할 때에는, 투명 기판 두께가 다르다는(바람직하게는 더 큼) 이유로 구면 수차가 발생하고, 빔 스폿이 최소 착란원(근축 초점 위치보다 후방의 위치)이 되는 위치에서는 스폿 크기가 더 커져서 제2 광 디스크의 비트 (정보)를 판독(재생)할 수 없게 된다. 그러나, 빔 스폿이 최소 착란원이 되는 위치 보다 대물 렌즈(16)에 더 가까운 전측 위치(정면 포커스)에서는, 스폿 전체의 크기가 최소 착란원 보다 더 크지만, 그 중앙부에 광량이 집중하는 핵(core)을 형성하고 있으며 이 핵 주위에 불필요한 광을 나타내는 플레어(flare)가 형성된다. 이 핵은 제2 광 디스크의 (기록) 비트 (정보)를 재생하는 데에 사용되고, 제2 광 디스크를 재생할 때, 2차원 엑츄에이터(15)를 구동하여 대물 렌즈(16)가 그 디포커스된 상태(전(front) 포커스)가 되도록 한다.
다음에, 상술한 바와 같은 투명 기판 두께에 있어서 서로 다른 제1 광 디스크와 제2 광 디스크를 재생하기 위해서 광 픽업 장치(10)의 집광 광학계 중 하나를 나타내는 대물 렌즈(16)에 본 발명을 적용한 제1 실시예를 설명한다. 도 2a 및 도 2b중, 대물 렌즈(16)를 나타내는 단면도를 도 2a에서, 광원으로부터 본 정면도를 도 2b에서 나타낸다. 또한, 일점 쇄선은 광축을 나타낸다. 본 실시예에서는, 제1 광 디스크의 투명 기판 두께 t1은 제2 광 디스크의 투명 기판 두께 t2 보다 작고, 광 정보는 제2 광 디스크에서 보다 제1 광 디스크에서 고밀도로 기록된다.
대물 렌즈(16)는 광원측의 굴절면 S1과 광 디스크(20)의 굴절면 S2가 비구면 형상으로 되어 있는 정의 굴절률을 갖는 볼록 렌즈이다. 광원측의 대물 렌즈의 굴절면 S1은 광축과 동심인 복수개(세 개)의 분할면 Sd1 - Sd3으로 구성되어 있다. 분할면 Sd1 - Sd3 사이의 경계상에는 단차가 형성되어 각 분할면 Sd1 - Sd3이 형성되어 있다. 이 대물 렌즈(16)의 구성에서는, 광축을 포함하는 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속(제1 광속)이 제1 광 디스크에 기록된 정보를 재생하고 제2 광 디스크에 기록된 정보를 재생하는 데에 사용되고, 제1 분할면 Sd1을 둘러싸는 제2 분할면 Sd2을 통과하는 광속(제2 광속)은 제2 광 디스크에 기록된 정보를 재생하는 데에 주로 사용되고, 제2 분할면 Sd2를 둘러싸는 제3 분할면을 통과하는 광속(제3 광속)은 제1 광 디스크에 기록된 정보를 재생하는 데에 주로 사용된다.
이 경우의 "주로"란 단어는 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속의 경우, 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속이 차폐되는 상태에서 빔 스폿의 중심 강도가 최대인 위치에서의 핵부의 에너지 대 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속이 차폐되지 않은 상태에서 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서의 핵부의 에너지의 비율("광 차폐 핵 에너지"/"광 비차폐 핵 에너지)이 60-100%의 범위 내에 있는 것을 의미한다. 또한, 에너지 비율을 측정하는 간단한 방법은 각 경우에 있어서 빔 스폿의 중심 강도가 최대인 위치에서의 최대 강도 Ip와 빔 직경 Dp(강도가 중심 강도에 대해 e-2가 되는 위치를 설정함)를 측정하고, 핵부의 형상이 대부분 일정하기 때문에, Ip×Dp의 값을 구하여 이들을 비교한다.
상술한 바와 같이 집광 광학계의 광축에 인접하는 제1 광속이 제1 및 제2 광 디스크를 재생하는 데에 이용되고, 제1 광속을 둘러싸는 제2 광속이 주로 제2 광 디스크를 재생하는 데에 이용되고, 제2 광속을 둘러싸는 제3 광속은 주로 제1 광 디스크를 재생하는 데에 이용되는 방식으로 광원으로부터 출사된 광속을 이용함으로써, 광원으로부터의 광량의 손실을 최소화하면서 단일의 집광 광학계로 복수의 광 디스크(본 실시예에서 두 개의 광 디스크)를 재생하는 것이 가능하다. 부가하여, 제2 광 디스크를 재생할 때 제3 광속의 대부분은 불필요한 광이 되고, 이 불필요한 광은 제2 광 디스크를 재생하는 데에 이용되지 않으므로, 재생을 위해서 조리개(17)는 제1 광 디스크를 재생하는 데에 필요한 개구수로서 조정되기만 하면 되므로, 조리개(17)의 개구수를 변경시키기 위한 어떠한 수단도 필요하지 않다.
더욱 상세히 말하면, 제1 광 디스크(도 2a 참조)를 재생할 때, 대물 렌즈(16)는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 각각 통과하는 제1 광속과 제3 광속(사선으로 나타낸 광속) 각각이 두 광속의 위치에 있어서 대부분 일치하는 제1 결상 위치 A에 결상되게 하고, 이들의 파면 수차(제2 광속의 것을 제외한 파면 수차)가 최대한 0.05λrms이다.
이 경우, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 제2 광속(파선으로 나타낸 광속)은 위치로 볼 때 제1 결상 위치 A가 아닌 다른 제2 결상 위치 B상에 결상된다. 제1 결상 위치 A가 거의 0(제로)이고 이로부터 대물 렌즈(16)를 향한 거리가 음의 값이고 대향측으로의 거리는 양의 값이라고 가정할 때, 이 제2 결상 위치 B는 -27㎛ 내지 -4㎛의 거리 만큼 제1 결상 위치 A와 떨어져 있다(제2 결상 위치 B는 제1 결상 위치 A 보다 대물 렌즈에 더 가깝게 됨). 이로 인해, 제1 광 디스크는 제1 광속과 제3 광속에 의해 주로 재생된다. 또한, 하한치(-27㎛)가 초과될 때, 구면 수차는 과도하게 보정되어, 제1 광 디스크의 재생시의 스폿 형상이 열악하게 되는 한편, 상한(-4Mm)이 초과될 때, 제2 광 디스크의 재생시의 스폿 직경과 사이드 로브가 더 커지게 된다. 또한, 본 실시예에서는, 제2 결상 위치 B가 t1 < t2, NA1 > NA2의 조건으로 인해 제1 결상 위치 A에서 -27㎛ 내지 -4㎛의 거리 만큼 벗어나 있게 된다. 그러나, t1 > t2, NA1 > NA2 또는 t1 < t2, NA1 < NA2인 경우, 제2 결상 위치 B는 제1 결상 위치에서 4㎛-27㎛의 거리 만큼 벗어나 있게 된다. 즉, 제1 결상 위치 A와 제2 결상 위치 B 사이의 거리의 절대값은 4㎛-27㎛의 범위 내에 있다.
상술된 대물 렌즈(16)가 소정의 두께(t2=1.2㎜)를 갖는 투명 기판이 내부에 설치된 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용될 때, 도 3에서 나타낸 바와 같이 대물 렌즈(16)에 입사하는 소정의 광속(평행 광속)의 경우, 제2 광속(좌측에서 우측으로 경사지게 하향 해칭된 선으로 나타냄)은, 제1 광속(우측에서 좌측으로 경사진 사선) 중에서 광축과 그 근접부를 통과하는 광으로 결상되는 위치 D와 광축에 수직인 방향으로 제1 분할 영역 Sd1의 단부(제2 분할 영역 Sd2측)를 통과하는 광으로 결상되는 위치 E 사이에 위치된 지점 F상에 결상한다. 이에 의해, 제1 광속과 제2 광속은 제2 광 디스크의 정보 기록면의 주변에 집광되고, 이로 인해 제2 광 디스크가 재생된다. 이 경우, 제3 광속(부분적으로 점선으로 표시)은 플레어로 발생되지만, 제2 광 디스크는 제1 광속과 제2 광속 둘 다에 의해 형성된 핵에 의해 재생될 수 있다.
다시 말해, 본 발명에서는, 개구수가 적은 광축과 그 근접부를 통과하는 제1 광속이 재생될 수 있는 모든 형태의 광 디스크를 재생하는 데에 사용되고, 제1 분할면의 외측 영역을 통과하는 광속은 분할된 영역 각각이 재생되는 각 광 디스크에 대응하는 방법으로 분할되므로, 이렇게 분할된 각 광속은 각 광 디스크(제1 및 제2 광 디스크)를 재생하는 데에 사용될 수 있다. 이 경우, 광 디스크 정보를 재생하는 데에 필요한 더 큰 개구수를 갖는 광 디스크(제1 광 디스크)를 재생하는 데에 사용되는 광속은, 분할된 광속 중에서 제1 광속으로부터 멀리 떨어진 광속(제3 광속)으로 한다.
상술된 것과 같은 집광 광학계(대물 렌즈(16))가 이용될 때, 다른 두께를 갖는 투명 기판을 각각 갖는 복수의 광 디스크는 하나의 집광 광학계에 의해 재생될 수 있고, 제2 광 디스크를 재생하는 데에 필요한 개구수 NA2는 임의로 면을 설정함으로서 더 커질 수 있다. 또한, 복수의 광 디스크를 재생하기 위한 광축 근처의 광속(제1 광속)을 이용함으로써, 광원으로부터의 광속의 광량의 손실을 적게 할 수 있다. 부가하여, 제2 광 디스크를 재생할 때, 빔 스폿의 사이드 로브가 감소되고, 강한 빔 강도를 갖는 핵이 형성되어, 정확한 정보를 성취할 수 있다. 더욱이, 복수의 광 디스크는 조리개(17)의 개구수를 변경하기 위한 특별 수단을 필요로 하지 않고 하나의 집광 광학계로 재생될 수 있다.
또한, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면 Sd2의 중앙 위치 C에서 볼 때(도 2a 참조), 개구수 NAL에서 NAH 까지의 표면인 제2 분할면 Sd2의 법선과 광학축이 이루는 각도는 광축에서 개구수 NAL을 커버하는 제1 분할면 Sd1과 개구수 NAH에서 개구수 NAl 까지 커버하는 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽되는 면(후에 기술되는 비구면의 식을 설명하기 위해 최소 자승법을 통해 피팅 (fitting)을 행한 비구면)의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 크다. 이로 인해, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크 둘 다는 만족스럽게 재생될 수 있다. 본 실시예에서는, t2 > t1, NA1 > NA2 이기 때문에 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도가 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 면의 법선과 광학축이 이루는 각도 보다 더 크게 된다. t2 < t1, NA1 > NA2의 조건의 경우, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광학축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 끼워지는 표면의 법선과 광학축이 이루는 각도 보다 더 작게 될 수 있다.
또한, 광축에 수직인 반향으로 제2 분할면 Sd2의 중앙 위치 C에서 볼 때(도 2a 참조), 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3은 제2 분할면 Sd2의 법선과 광학축이 이루는 각도와 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 끼워진 표면(후술되는 비구면의 식을 사용하여 최소 자승법으로 피팅을 행한 비구면)의 법선과 광축이 이루는 각도 사이의 차이는 0.02°~ 1°의 범위 내에 있을 수 있다. 이 하한이 초과될 때, 제2 광 디스크의 재생의 스폿 형상은 악화되고 사이드 로브와 스폿 직경은 더 커지는 한편, 상한이 초과될 때, 비구면 수차는 과도하게 보정되어 제1 광 디스크의 재생을 위한 스폿 형상이 악화되게 된다.
여러 관점으로 고려하여 보면, 적어도 한 측면상에서 광축과 동심원상으로 복수의 부분으로 분할된 복수의 분할면(세 개의 분할면)을 갖는 대물 렌즈(16)에서, (△1L)π(rad)은 제2 분할면 Sd2으로부터 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 제2 분할면 Sd2으로부터 광축과 반대측의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광이 소정의 두께(제1 광 디스크)의 투명 기판을 통하여 거의 동일한 위상이 되도록 한 때, 제1 분할면 Sd1을 통과하고 투명 기판을 통과한 광과 광축에 수직인 방향에서 제2 분할면 Sd2의 거의 중앙인 위치 C(도 2a 참조)로부터 제2 분할면 Sd2을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차를 나타내고,
(△1H)π(rad)은 제2 분할면 Sd2로부터 광축 측에 대향한 제3 분할면 Sd3을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 상술된 중앙 위치로부터 광축 측에 대향한 제2 분할면 Sd2을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차를 나타낸다고 가정하면, (△1H) > (△1L)의 관계를 만족한다. 이 경우, 위상 차의 부호에 관련하면, 양의 부호는 광 진행의 방향(광 디스크를 향한 방향)을 나타내고, 제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3를 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 제2 분할면 Sd2를 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차가 비교된다. t1 < t2, NA1 > NA2의 조건 때문에 (△1H)가 (△1L)보다 더 크게 되지만, t1 > t2, NA1 > NA2 또는 t1 < t2, NA1 < NA2의 조건의 경우, (△1H)가 (△1L) 보다 더 작게 된다. 즉, (△1H)은 (△1L)과 동일하게 되지 않는다.
다시 말해, 제3 분할면 Sd3과 제2 분할면 Sd2 사이의 경계에서의 제3 분할면 Sd3으로부터의 방향으로 측정된 단차 깊이는 제1 분할면 Sd1과 제2 분할면 Sd2 사이의 경계에서의 제1 분할면 Sd1으로부터의 단차 깊이 보다 더 깊다(단차 깊이의 부호는 분할면의 경계에서의 작은 굴절률을 갖는 표면이 더 큰 굴절률을 갖는 표면으로 변경되는 방향을 양의 값으로 함). 이 경우에서도, 이전에 설명한 바와 같이, t1 > t2, NA1 > NA2 또는 t1 < t2, NA1 < NA2일 때 상술된 관계는 반대, 즉 제3 분할면 Sd3으로부터의 제2 분할면 Sd2의 단차 깊이는 제1 분할면 Sd1으로부터의 제2 분할면 Sd2의 것보다 더 작다. 또한, 광축으로부터 소정 거리 떨어져 있는 지점에서 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면상의 위치로부터 제2 분할면 Sd2상의 위치 까지의 거리가 제2 분할면 Sd2의 거의 중앙인 위치에 대해 비대칭인 것이 바람직하다. 이 경우, 광축으로부터 거리가 더 멀수록 차이는 더 커지는 것이 바람직하다.
분할면 Sd1-Sd3을 대물 렌즈(16)의 광원에 더 가까운 굴절면 S1상에 설치했지만, 이들은 또한 광 디스크(20) 측의 굴절면상에 설치되거나, 이 기능이 다른 집광 광학계의 광학 소자중 하나(예를 들어, 콜리메이터 렌즈(13)) 상에 설치될 수 있게 할 수 있고, 또는 이 기능을 갖는 광 소자를 광 경로상에 새로 설치할 수 있다는 것을 기본으로 하여 설명하고 있다. 부가하여, 분할면 Sd1-Sd3 각각의 기능을 다른 광 소자에 설치할 수도 있다.
콜리메이터 렌즈(13)를 사용하는 무한계 형태의 대물 렌즈(16)를, 광원으로부터의 발산광이 직접 입사하거나 발산 정도를 낮추는 렌즈를 통해 전송된 발산광이 입사하는 콜리메이터 렌즈(13)를 이용하지 않는 대물 렌즈, 또는 광원으로부터의 광속을 대물 렌즈에 입사하는 발산광으로 변환시키는 커플링 렌즈를 이용하는 대물 렌즈에 적용할 수 있는 것을 기본으로 하여 설명하고 있다.
본 실시예에서 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차를 설치하고 있지만, 적어도 하나의 경계상에는 단차를 설치하지 않고 분할면을 연속적으로 형성하는 것이 또한 가능하다. 분할면들 사이의 경계에 대해서는, 두 분할면이 경계를 구부리지 않고 소정치 R로 접속될 수 있다. 이 R은 의도적으로 설치된 것이거나 의도적으로 설치되지 않은 것일 수 있다(의도적으로 설치되지 않은 것의 예는 대물 렌즈(16)를 플라스틱으로 만들 때 필요한 모울드의 사용으로 형성된 경계상의 R이다).
굴절면 S1은 본 실시예에서 세 개의 분할면 Sd1-Sd3로 구성되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 굴절면 S1은 또한 적어도 세 개 이상의 분할면으로 구성될 수 있는 것을 기본으로 하여 설명하고 있다. 이 경우, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 제1 분할면이 광축 근접부에 설치되어 있고, 제2 광 디스크를 주로 재생하는 데에 사용되는 분할면과 제1 광 디스크를 재생하는 데에 주로 사용되는 분할면이 제1 분할면의 외측(광축으로부터 멀어지는 방향)의 분할면상에 교대로 설치되어 있다. 이 경우, 0.60(NA2) < NA3 < 1.3(NA2) 및 0.01 < NA4-NA3 < 0.12의 조건을 만족하는 대물 렌즈(16)상의 광 디스크 측의 개구수 NA3와 개구수 NA4 사이에서 제2 광 디스크를 재생하는 데에 주로 사용되는 분할면을 제공하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제1 광 디스크상에 집광된 광 스폿의 강도를 감소시키지 않으면서, 제2 광 디스크로서 작용하는 더욱 큰 필요 개구수를 갖는 광 디스크를 재생할 수 있다. 또한 실용상의 관점에서 볼 때에는 NA3의 상한이 NA3 < 1.1(NA2)를 만족하고 NA3의 하한이 0.80(NA2) < NA3를, 더욱 바람직하게는 0.85(NA2) < NA3를 만족하고, NA4-NA3의 상한은 NA4-NA3 < 0.1을 만족하는 것이 바람직하다.
하나의 광원이 복수의 광 디스크를 재생하는 데에 사용되지만, 재생되는 각 광 디스크에 대하여 복수의 광원을 사용할 수도 있다.
제2 분할면 Sd2이 대물 렌즈(16)가 광원 측으로부터 볼 때 광축과 동심을 나타내는 링 형상이 되도록 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 분할면 Sd2가 또한 불연속성 링이 되도록 설치될 수도 있다. 제2 분할면 Sd2은 또한 홀로그램 또는 프레즈넬 렌즈로 구성될 수 있다. 제2 분할면 Sd2이 홀로그램으로 구성되면, 0차 분절광과 일차 분절광으로 분할된 광속중 하나는 제1 광 디스크를 재생하는 데에 사용되고, 다른 것은 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용된다. 이 경우, 제2 광 디스크의 재생에 사용되는 광속의 광량은 제1 광 디스크의 재생에 사용되는 광속의 광량보다 더 큰 것이 바람직하다.
제1 광 디스크를 재생하는 경우(즉, t1 두께의 투명 기판을 통과하는 경우), 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3를 통과하는 광속의 최적(best-fit)의 파면 수차가 0.05λrms(λ(㎚)는 제1 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)을 만족하고, 제2 광 디스크를 재생하는 경우(즉, t2 두께의 투명 기판을 통과하는 경우), 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속에 의한 최적의 파면 수차가 굴절 한계인 0.07λrms(단, λ(㎚)는 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)를 만족함으로써 제2 광 디스크의 재생 신호를 향상시킬 수 있다.
다음에, 대물 렌즈(16)의 구면 수차를 각각 전형적으로 나타내고 있는 도 4a-4f에 관련하여 하나의 광원이 이용되고 있는 경우의 도 2a 및 도 2b가 설명된다. 도 4a-4f를 보면, 도 4a는 제1 광 디스크의 재생의 경우, 즉 t1 두께의 투명 기판을 통과하는 경우의 구면 수차도인 한편, 도 4b는 제2 광 디스크의 재생의 경우, 즉 t2 두께(t2 > t1)의 투명 기판을 통과하는 경우의 구면 수차도이다. 여기에서 NA1은 제1 광 디스크상에 정보를 재생하는 데에 필요한 집광 광학계에서의 광 디스크측의 필요 개구수를 나타내고, NA2는 제2 광 디스크상에 정보를 재생하는 데에 필요한 집광 광학계상의 광 디스크측의 필요 개구수를 나타내고(NA2 > NA1), NAL은 대물 렌즈(16)의 두 분할면 Sd1과 분할면 Sd2 사이의 경계를 통과하는 광속의 광학 디스크측의 개구수를 나타내고, NAH는 대물 렌즈(16)의 두 분할면 Sd2와 분할면 Sd3 사이의 경계를 통과하는 광속의 광 디스크측에 가까운 개구수를 나타낸다.
이하 설명되는 관점은 도 2a 및 도 2b의 대물 렌즈(16)가 다른 관점(구면 수차, 형상 및 파면 수차)으로부터 본 것으로서, 이하 설명되지 않은 항목은 상술된 기본 개념의 것과 동일하다.
도 2a 및 도 2b의 대물 렌즈(16)에 관련하여, 먼저 t1 두께의 투명 기판을 갖는 제1 광 디스크상에 집속된 광속의 최적의 파면 수차가 0.05λrms 이하가 되도록 제1 굴절면 S1의 제1 비구면과 제2 굴절면 S2(공통 굴절면)의 제1 비구면을 설계한다. 도 4c는 상술된 설계로 성취되는 렌즈의 구면 수차도를 나타낸다. 다음에, 제1 비구면을 갖는 렌즈를 통해 t2 두께(t2≠t1)의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크상에 집광될 때의 구면 수차(도 4e의 경우, t2 >t1) 발생량 보다 작은 구면 수차가 되도록 제2 굴절면 S2(공통 굴절면)이 변형되지 않게 유지되도록 함으로써 제1 굴절면의 제2 비구면을 설계한다. 이 경우, 디포커싱의 상태에서 제2 광 디스크를 만족스럽게 재생하기 위해서는, 제2 비구면의 근축 곡률 반경과 제1 비구면의 근축 곡귤 반경을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이 설계를 통해 성취된 렌즈에 의해 제2 광 디스크상에 집광될 때 야기되는 구면 수차도를 도 4f에서 나타내고, 이 렌즈에 의해 제1 광 디스크상에 집광될 때 야기되는 수차도를 도 4d에서 나타낸다. 제2 비구면은 제1 비구면의 제2 광 디스크의 필요 개구수 NA2에 근접하게 합성된다. 이 경우 필요한 개구수 NA2의 근접이라는 것은 0.60(NA2) < NA3 < 1.3(NA2)(이 하한 0.60(NA2)는 0.80(NA2)가 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)가 더욱 바람직하고, 상한 1.3(NA2)은 실용상 1.1(NA2)가 바람직함)의 조건을 만족하며, 0.01 < NA4-NA3 < 0.12(바람직하게 0.1)의 조건을 만족하는 대물 렌즈(16)상에서 광 디스크 측에 있는 개구수 NA3와 개구수 NA4 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 이렇게 합성한 제2 비구면(제2 분할면)에서 광축에 가까운 측을 개구수 NAL으로 하고, 먼 측을 개구수 NAH(즉, NAL < NAH)로 나타낸다.
따라서, 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1에서의 표면 형상에 대해서는, 광축을 포함하는 제1 분할면 Sd1과 제1 분할면 Sd1을 둘러싸는 제3 분할면 Sd3는 동일한 형상의 비구면(제1 비구면)으로 되어 있고, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이(제2 광 디스크를 재생하는 데에 필요한 개구수 NA2에 근접, 즉 NAL-NAH)에 위치된 제2 분할면 Sd2은 제1 분할면 Sd1과 제1 분할면 Sd1의 것과 다른 비구면(제2 비구면)의 형상이 되도록 전환된다. 대물 렌즈(16)를 통해 제1 광 디스크에 집광될 때의 구면 수차도를 도 4a에서 나타내고, 대물 렌즈(16)를 통해 제2 광 디스크에 집광될 때의 구면 수차도를 도 4b에서 나타낸다.
제1 비구면과 제2 비구면을 합성할 때, 제2 분할면 Sd2을 합성하기 위해서 제2 분할면 Sd2를 광축으로 이전함으로써 제1 광 디스크 재생시의 집광 광량을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 위상차를 이용할 수 있다.
비구면의 식은 다음 식 1에 기초하여 가정될 수 있다;
여기에서, X는 광축 방향의 축을, H는 광축에 수직인 축을 나타내고, 광의 진행 방향을 정의 부호로 하고, r은 근축 굴곡 반경을, K는 원추 계수를, Aj는 비구면 계수를, Pj는 비구면의 승수(단, Pj≥3의 조건에서)을 나타낸다. 상술된 식 이외의 비구면의 식이 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 비구면의 형상으로부터 비구면의 식을 구할 때에는, 상술된 식을 이용하고, 이 식을 구하기 위해서는 Pj를 3≤Pj≤10을 만족하는 자연수로 하고, K를 0으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서 성취된 대물 렌즈(16)는 구면 수차가 불연속적으로 변경되어 각각 다른 두께의 투명 기판을 갖는 복수의 광 디스크가 개구수 NA2에 근접하는 적어도 두 개의 개구 위치(NAL과 NAH)에서 하나의 집광 광학계에 의해 재생될 수 있도록 한다. 구면 수차가 상술한 바와 같이 불연속적으로 변경되는 이런 구성에 의하면, 여러 개구수(광축에서 NAL을 커버하는 제1 분할면, NAL에서 NAH를 커버하는 제2 분할면, 및 NAH에서 NA1을 커버하는 제3 분할면)를 통과하는 광속을 임의로 구성할 수 있고, 이로 인해 재생되는 복수의 광 디스크 모두의 재생을 위한 제1 광속과 복수의 광 디스크 중에서 소정의 광 디스크의 재생을 위한 제3 광속을 이용할 수 있다. 따라서, 복수의 광 디스크는 저비용으로 복잡하지 않게 실현될 수 있는 하나의 집광 광학계(대물 렌즈(16))에 의해 재생될 수 있고, 고 NA의 광 디스크에도 대응할 수 있다. 부가하여, 조리개(17)는 고 NA로 되어 있는 NA1에 대응하도록 설치되어야만 하고, 광 디스크를 재생하는 데에 필요한 개구수(NA1 또는 NA2)가 변경될 때에도, 조리개(17)를 변경하는 수단을 제공할 필요가 없다. 또한, "구면 수차는 불연속적으로 변경된다"는 표현은 구면 수차도에서 급격한 구면 수차의 변형이 관찰된다는 것을 의미한다.
구면 수차가 불연속적으로 변경되는 방향에 대하여, 적은 개구수로부터 큰 개구수로의 방향에서 볼 때, 구면 수차는 개구수 NAL에서 음의 방향에 있고 구면 수차는 개구수 NAH에서 양의 방향에 있다. 이로 인해, 두께 t1의 얇은 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생은 양호하게 되고 두께 t2의 두꺼운 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 또한 양호하게 된다. t2 > t1 , NA1 > NA2 이기 때문에, 구면 수차는 개구수 NAL에서 음의 방향으로 그리고 개구수 NAH에서 양의 방향으로 변화한다. 그러나, t2 < t1, NA1 > NA2 또는 t2 > t1, NA1 < NA2의 경우, 구면 수차는 개구수 NAL에서 양의 방향으로 개구수 NAH에서 음의 방향으로 불연속적으로 변화한다.
t2 두께의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크를 재생할 때, 광 픽업 장치(10)의 S 형상 특성의 포커스 에러 신호는 개구수 NAL에서 개구수 NAH까지의 범위 내의 구면 수차(제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속에 의한 구면 수차)가 양의 값이 될 때 개선되게 된다. 개구수 NAL에서 개구수 NAH 까지의 범위 내의 구면 수차가 t2 > t1, NA1 > NA2이기 때문에 양의 값이 되지만, t2 < t1, NA1 < NA2의 경우에는 음의 값이 될 수 있다.
t1 두께의 투명 기판이 존재할 때(도 4a 참조), 개구수 NA1 중에서 NAL 에서 NAH 까지의 범위를 통과하는 광속을 제외한 광속의 경우, 즉 광축에서 NAL 까지의 범위와 NAH에서 NAl 까지의 범위를 통과하는 광속의 경우의 파면 수차가 0.05λrms 이하가 되도록 할 때(여기에서 λ은 광원의 파장을 나타냄), t1 두께의 투명 기판을 갖는 제1 광 디스크의 재생이 더욱 양호하게 된다.
t1=0.6㎜, t2=1.2㎜, 610㎚ < λ < 670㎚ 및 0.32 < NA2 < 0.41의 조건에서, 0.60(NA2) < NAL < 1.3(NA2) (하한 0.60(NA2)은 0.80(NA2)인 것이 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)인 것이 더욱 바람직하고, 상한 1.3(NA2)은 실용상 1.1(NA2)인 것이 바람직함)의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 하한이 초과되면, 사이드 로브가 더욱 커지게 되어 정보가 정확하게 재생되지 않게 하는 한편, 상한이 초과되면, 스폿 직경은 파장 λ과 NA2에서 가정되는 제한된 굴절 스폿 직경 보다 더 작아지게 된다. 여기에서 설명된 NAL은 제2 분할면 Sd2에서의 NAL을 의미한다.
또한 0.01 < NAH-NAL < 0.12의 조건을 만족하는 것이 바람직하다(상한은 실용상 0.1인 것이 바람직하다). 이 하한이 초과되면, 제2 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화되고, 사이드 로브 스폿 직경이 커지게 되는 한편, 상한이 초과될 때, 제1 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 분산되어 광량의 저하가 초래된다. 여기에서 상술된 NAL과 NAH는 제2 분할면 Sd2에서의 NAL과 NAH를 의미한다.
다른 관점으로부터 말하면(전술했지만), 상술된 NAL과 NAH는 0.60(NA2) < NA3 < 1.3(NA2)의 조건 (하한은 0.80(NA2)이 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)이 더욱 바람직하고, 상한 1.3(NA2)은 실용상 1.1(NA2)이 바람직함)과 0.01 < NA4-NA3 < 0.12(바람직하게는 0.1)의 조건을 만족하는 대물 렌즈(16)의 광 디스크측의 개구수 NA3와 개구수 NA4 사이에 제공된다(즉, 제2 광 디스크의 재생에 주로 사용되는 분할면이 제공됨). 이로 인해, 제1 광 디스크에 집광된 광의 스폿의 강도를 많이 저하시키지 않으면서, 큰 필요 개구수를 갖는 광 디스크를 제2 광 디스크로서 재생할 수 있다.
제2 광 디스크를 재생할 때( t2 두께의 투명 기판이 존재할 때), 개구수 NAL과 개구수 NAH 사이의 구면 수차가 적어도 -2λ/(NA)2이고 최대한 5λ/(NA)2인 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이 재생의 경우, 최대한 3λ/(NA)2의 조건이 바람직하고, 또한 기록을 고려할 때(재생이 자연적으로 가능), 0보다 큰 구면 수차가 바람직하다. 이 하한이 초과될 때, 구면 수차는 과도하게 보정되고 제1 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화되어 사이드 로브 스폿 직경이 더욱 커지게 된다. 특히, 이 조건은 0-2λ/(NA)2의 범위를 만족할 때 바람직하고, 에러 오차 신호가 이 경우 만족스럽게 성취되게 된다.
한편, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면 Sd2의 중앙 위치에서 볼 때, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 크게 된다. 이로 인해, 제1 및 제2 광 디스크는 만족스럽게 재생될 수 있다. t2>t1, NA1>NA2이기 때문에, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 커지지만, t2<t1, NA1>NA2 또는 t2>t1, NA1<NA2일 때, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 작아질 수 있다.
또한, 대물 렌즈(16)에서는, 개구수 NAL에서 개구수 NAH 까지의 표면(제2 분할면)의 법선과 광학축이 이루는 각도와 광축에서 개구수 NAL 까지의 표면(제1 분할면)과 개구수 NAH에서 개구수 NA1 까지의 표면(제3 분할면) 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 사이의 차이가 0.02° 내지 1°의 범위에 있는 것이 바람직하다. 하한이 초과되면, 제2 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화되고, 사이드 로브 스폿이 더욱 커지는 한편, 상한이 초과되면 구면 수차가 과도 보정되어 제1 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화된다.
특히, t2>t1, NA1>NA2의 조건에서 광축에서 원주의 반향으로 볼 때, 굴절면의 법선과 광축이 서로 교차하는 지점은 개구수 NAL에서 광원측의 굴절면에 접근하는 방향으로 불연속적으로 변경되고, 굴절면의 법선과 광학축이 서로 교차하는 지점은 개구수 NAH에서 광원측의 굴절면으로부터 멀어지는 방향으로 불연속적으로 변경된다. 이로 인해, t1 두께의 얇은 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 양호하게 되고, t2 두께의 두꺼운 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 양호하게 된다.
본 실시예의 대물 렌즈(16)의 파면 수차를 도 5a 및 도 5b에서 나타낸다. 도 5a 및 도 5b 각각은 종축이 파면 수차 (λ)를 나타내고 횡축이 개구수를 나타내고 있는 파면 수차 곡선도이다. 도 5a에서 제1 광 디스크의 투명 기판(t1의 두께)을 거칠 때의 파면 수차의 곡선을 점선으로 나타내는 한편, 도 5b에서는 제2 광 디스크의 투명 기판(t2의 두께)을 거칠 때의 파면 수차의 곡선을 점선으로 나타낸다. 파면 수차 곡선은 각 투명 기판을 통과할 때 최적의 파면 수차가 되는 상태에서 간섭계를 이용하여 파면 수차를 측정함으로써 성취된다.
각 도면으로부터 명백한 바와 같이, 대물 렌즈(16)에 관한 파면 수차는 파면 수차 곡선에서 볼 때, 개구수 NA2에 근접하는 두 위치(구체적으로 NAL과 NAH)에서 불연속적이다. 불연속 부분(NAL과 NAH 사이)의 파면 수차의 경사는 불연속부의 양측에서 곡선의 단부(NAL에 가장 근접한 단부와 NAH에 가장 근접한 단부)를 결합하여 성취되는 곡선(도 5a의 파선으로 나타냄)의 경사와 다르다.
다음에, 두 광원을 갖는 광 픽업 장치는 광 픽업 장치의 개략 구조도인 도 6을 참조하여 다음과 같이 설명된다. 여기에서, 두 개의 광원(111 및 112)이 광 픽업 장치(100)에 사용된다.
여기에서, 제1 광원을 나타내는 제1 반도체 레이저(111)(파장 λ1=610-670㎚)가 제1 광 디스크를 재생하기 위해 설치되고, 제2 광원을 나타내는 제2 반도체 레이저(112)(파장 λ2=740-870㎚)가 제2 광 디스크를 재생하기 위해 설치되어 있다. 합성 수단(119)은 제1 반도체 레이저(111)로부터 출사된 광속과 제2 반도체 레이저(112)로부터 출사된 광속을 합성할 수 있는 수단이고, 이것이 두 광속이 동일한 광로에 있도록 함으로써 두 광속이 하나의 집광계를 통해 광 디스크(20)상에 두 광속이 집광될 수 있도록 한다.
제1 광 디스크를 재생할 때에, 제1 반도체 레이저(111)로부터 빔이 출사되고, 이렇게 출사된 빔이 합성 수단(119), 편광빔 스플리터(212), 콜리메이터 렌즈(113), 1/4 파장판을 통과하여 원형으로 편광된 광속이 되게 한다. 이 광속은 조리개(117)에 의해 좁혀져 제2 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22)의 대물 렌즈(116)에 의해 집광된다. 다음에, 정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(22)상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(116), 1/4 파장판(14) 및 콜리메이터 렌즈(113)를 통과하여 편광 빔 스플리터(212)에 입사하고 여기에서 광속은 반사되고 실린더형 렌즈(118)에 의해 비점 수차가 주어져 광 검출기(130)에 입사하고 여기에서 제1 광 디스크(20)에 기록된 정보를 판독(재생)하는 신호가 광 검출기(130)로부터 출력된 신호를 사용하여 취득된다. 또한, 광 검출기(130)의 스폿 형상의 변화로 야기된 광량 분포의 변화가 촛점 검출 및 트랙의 검출을 위해 검출된다. 대물 렌즈(116)는 2차원 액츄에이터(115)가 반도체 레이저(111)로부터 광을 유도하여 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22)상에 결상되게 하도록 이동되고, 대물 렌즈(116)는 반도체 레이저(11)로부터의 광이 상술된 검출에 기초하여 소정의 트랙상에 결상되게 하도록 이동된다.
한편, 제2 광 디스크를 재생할 때, 제2 반도체 레이저(112)로부터 빔이 출사된 다음에, 이렇게 출사된 광속이 합성 수단(119)에 의해 광로에 있어 변하게 되며, 편광된 빔 스플리터(212), 콜리메이터 렌즈(113), 1/4 파장판(114), 조리개(117) 및 대물 렌즈(116)를 통과하여 제2 광 디스크(20)에 집광되게 한다. 다음에, 정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(22)에 반사된 광속이 다시 대물 렌즈(116), 1/4 파장판(114), 콜리메이터 렌즈(113), 편광 빔 스플리터(212) 및 실린더형 렌즈(118)를 통과하여 광 검출기(130)에 입사하고 여기에서 제2 광 디스크(20)상에 기록된 정보를 기록(재생)하는 신호가 광 검출기(130)로부터 출력된 신호를 사용하여 취득된다. 또한, 광 검출기(130)에서 스폿 형상의 변화로 야기된 광량 분포의 변화가 촛점의 검출과 트랙의 검출을 위해 검출된다. 대물 렌즈(116)는 2차원 엑츄에이터(115)가 반도체 레이저(111)로부터의 광을 디포커스 상태에서 제2 광 디스크(20)의 정보 기록면(22)상에 결상하도록 하고, 대물 렌즈(116)는 반도체 레이저(11)로부터의 광이 상술된 검출에 기초하여 소정의 트랙상에 결상되게 하도록 이동된다.
광 픽업 장치(100)의 집광 광학계중 하나인 대물 렌즈(116)로서는, 상술한 바와 같이 대물 렌즈(16)가 사용된다. 즉, 대물 렌즈(116)는 광원측의 굴절면 S1과 광 디스크측(20)의 굴절면 S2이 비구면 형상으로 되어 있는 양의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈이고, 굴절면 S1은 광축과 기본적으로 동축으로 배열되는 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 복수개(본 실시예에서는 세 개)의 분할면으로 구성되고, 분할면 Sd1-Sd3 사이의 각 경계에는 단차가 주어진다. 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3는 제1 광원(111)으로부터 출사되어 제1 광 디스크상에 집광되는 광속의 최적의 피트의 파면 수차가 0.05λrms 이하가 되도록 하는 제1 비구면으로 형성되고, 제2 분할면은 제2 광원(112)으로부터 출사된 광속이 제1 비구면을 갖는 렌즈를 통해 t2 두께(t2≠t1)의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크상에 집광될 때에 구면 수차의 발생양이 더 적은 구면 수차가 되도록 제2 비구면으로 형성된다. 대물 렌즈에서 제2 비구면은 제2 광 디스크의 필요 개구수 NA2에 근접하는 NAL-NAH의 위치에서 제1 비구면으로 합성된다.
이렇게 성취된 대물 렌즈(116)는 다음 점을 제외하고 상술된 대물 렌즈(16)와 동일한 구성과 효과를 가지며, 또한 여기에 사용되는 두 개의 광원 때문에 복수의 광 디스크를 재생할 때의 자유도를 더 크게 한다.
두 개의 광원(111 및 112)이 사용되기 때문에, 다음의 바람직한 범위는 하나의 광원을 이용하는 경우의 범위와 다르다.
즉, t1=0.6㎜, t2=1.2㎜, 610㎚<λ1<670㎚, 740㎚<λ2<870㎚ 및 0.40<NA2<0.51일 때, 0.60(NA2)<NAL<1.1(NA2)의 조건 (하한 0.60(NA2)는 0.80(NA2)가 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)가 더욱 바람직함)을 만족하는 것이 바람직하다. 이 하한이 초과되면 사이드 로브가 커지게 되어 정보가 정확하게 재생되지 않게 되는 한편, 상한이 초과되면 스폿 직경이 파장 λ2와 NA2에서 가정되는 제한된 굴절 스폿 직경 보다 더 작게 된다. 또한, 상술된 NAL은 제2 광원(112)을 이용하는 경우 제2 분할면 Sd2상에서의 NAL을 의미한다.
또한 0.01 < NAH-NAL < 0.12(상한 0.12는 실용상 0.1이 바람직함)의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이 하한이 초과되면, 제2 광 디스크를 재생하는 중에 스폿 형상이 악화되고 사이드 로브가 더욱 커지게 되는 한편, 상한이 제1 광 디스크를 재생하는 중에 스폿 형상이 분산되어 광의 질을 떨어뜨리게 한다. 또한, 여기에서 언급된 NAL과 NAH는 제2 광원(112)의 이용시 제2 분할면 Sd2상에서의 NAL과 NAH를 의미한다.
또한, 제2 광 디스크를 재생할 때(t2 두께의 투명 기판을 통해), 개구수 NAL과 개구수 NAH 사이의 구면 수차는 -2(λ2)/(NA2)2-(5(λ2))/(NA2)2 의 범위 내에 있는 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이 조건은 재생의 경우 최대한 3(λ2)/(NA2)2인 것이 바람직하거나, 또한 기록을 고려할 때에는 0보다 큰 것이 바람직하다. 하한이 초과되면, 구면 수차는 과도하게 보정되어 제1 광 디스크를 재생하는 중의 스폿 형상이 악화되는 한편, 상한이 초과되면, 제2 광 디스크를 재생하는 중에 스폿 형상이 악화되어 사이드 로브 스폿 직경이 더욱 커지게 된다. 이 조건은 0 - 2(λ2)/(NA2)2의 범위를 만족하는 것이 특히 바람직하고, 이 경우 포커스 에러 신호가 만족스럽게 성취될 수 있다.
다른 관점으로부터 말하면, 상술된 NAL과 NAH는 0.60(NA2) < NA3 < 1.1(NA2)의 조건 (하한은 0.80(NA2)이 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)가 더욱 바람직하고, 상한 1.3(NA2)은 실용상 1.1(NA2)이 바람직함)과 0.01 < NA4-NA3 < 0.12(바람직하게는 0.1)의 조건을 만족하는 대물 렌즈(16)에서의 광 디스크측 개구수 NA3와 개구수 NA4 사이에 제공된다(즉, 제2 광 디스크의 재생에 주로 사용되는 분할면이 제공됨). 이로 인해, 제1 광 디스크에 집광된 광의 스폿의 강도를 많이 저하시키지 않으면서, 더욱 큰 필요 개구수를 갖는 광 디스크를 제2 광 디스크로서 재생할 수 있다.
한편, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면 Sd2의 중앙 위치에서 볼 때, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 크게 된다. 이로 인해, 제1 및 제2 광 디스크가 만족스럽게 재생될 수 있다. t2>t1, NA1>NA2이기 때문에, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도가 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 커지지만, t2 < t1, NA1 > NA2 또는 t2 > t1, NA1 < NA2 일 때, 제2 분할면 Sd2의 법선과 광축이 이루는 각도는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 대물 렌즈(16)에서는, 굴절면의 법선과 광축이 이루는 각도가 개구수 NA2에 근접하는 적어도 두 개의 개구 위치(NAL 및 NAH)에 대응하는 대물 렌즈(116)의 굴절면 S1의 원형 위치에서 최소한 0.05°이며 0.50°보다 작게 변경되는 것이 바람직하다. 하한이 초과되면, 제2 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화되고, 사이드 로브 스폿이 더욱 커지는 한편, 상한이 초과되면 구면 수차가 과도 보정되어 제1 광 디스크의 재생중의 스폿 형상이 악화된다.
특히, t2>t1, NA1>NA2의 조건하에서는 광축에서 원주의 방향에서 볼 때, 굴절면의 법선과 광축이 서로 교차하는 지점은 개구수 NAL에서 광원측의 굴절면에 접근하는 방향으로 불연속적으로 변경되고, 굴절면의 법선과 광학축이 서로 교차하는 지점은 개구수 NAH에서 광원측의 굴절면으로부터 멀어지는 방향으로 불연속적으로 변경된다. 이로 인해, t1 두께의 두꺼운 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 양호하게 되고, t2 두께의 두꺼운 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 양호하게 된다.
상술된 대물 렌즈(116)를 이용하는 경우에서와 같이 다른 관점에서 고려하여 보면, 적어도 한 측면상에서 광축과 동축상에서 복수개로 분할된 복수의 분할면(세 개의 분할면)을 갖는 대물 렌즈(116)에서, (△1L)π(rad)은 제2 분할면 Sd2으로부터 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 중앙 위치에서 광축에 가장 근접하는 위치 까지를 커버하는 제2 분할면 Sd2을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차를 나타내고, (△1H)π(rad)은 제3 분할면 Sd3을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 그 중앙 위치로부터 광축 측에서 가장 멀리 떨어진 제2 분할면 Sd2상의 부분을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차를 나타낸다고 가정하면, (△1H) > (△1L)의 조건을 만족하게 된다. 이 경우에서도, 상술한 바와 같이, (△1H) > (△1L)의 조건이 t1 > t2, NA1 > NA2의 경우 또는 t1 < t2, NA1 < NA2의 경우에 도입되면, 결과적으로 (△1H) ≠ (△1L)이 된다.
다른 관점으로부터 말하여 보면, 제3 분할면 Sd3으로부터 제2 분할면 Sd2으로의 단차 깊이는 제1 분할면 Sd1으로부터 제2 분할면 Sd2로의 단차 깊이 보다 더 깊다. 이 경우에서도, 제3 분할면 Sd3와 제2 분할면 Sd2 사이의 경계에서의 제3 분할면 Sd3으로부터의 단차 깊이가 이전에 기술한 바와 같이, t1 > t2, NA1 > NA2 또는 t1 < t2, NA1 < NA2인 경우 제1 분할면 Sd1 및 제2 분할면 Sd2 사이의 경계에서의 제1 분할면 Sd1으로부터의 단차 깊이보다 더 얇다. 소정의 거리 만큼 광축으로부터 벗어나 있는 위치에서는, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3 사이에 내삽된 표면의 위치와 제2 분할면 Sd2의 위치 사이의 거리가 제2 분할면 Sd2의 거의 중앙인 위치에 대해 비대칭인 것이 바람직하다.
대물 렌즈(16)를 이용하는 경우의 상술된 설명과 동일한 방법에서, 본 발명은 여기에서 설명된 것에 제한되는 것이 아니고, 분할면 Sd1-Sd3가 대물 렌즈(116)의 굴절면 S1상에 설치되고, 유한형의 대물 렌즈가 사용되고, 단차가 분할면의 경계상에 설치될 수도 있고, 분할면의 개수와 제2 분할면의 표면 형상이 변경될 수도 있다.
제1 광원(111)과 제2 광원(112)이 합성 수단(119)에 의해 합성되는 경우에도, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 광원(11)이 제1 광원(111)에 그리고 제2 광원(112)으로 변환되는 형태가 될 수도 있다.
제1 광 디스크를 재생할 때(즉 t1 두께의 투명 기판이 통과될 때), 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속의 최적의 파면 수차가 0.05λrms(λ(㎚)은 제1 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)을 만족하도록 하고, 제2 광 디스크를 재생할 때(즉, t2 두께의 투명 기판이 통과될 때), 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속의 최적의 파면 수차가 굴절 한계를 나타내는 0.07λrms(λ(㎚)은 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)를 만족하도록 함으로써, 제2 광 디스크의 재생 신호를 개선할 수 있다.
본 실시예의 대물 렌즈(116)에 관련하여, 본 발명의 발명자들이 제1 실시예(또는 제2 실시예)의 광 픽업 장치를 실수로 이용할 때, 제1 광 디스크로서 DVD를 자연적으로 재생하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 놀랍게도 동일한 파장을 갖는 광원으로 제2 광 디스크로서의 CD를 재생하는 것이 가능하다. 즉, 대물 렌즈(116)는 파장 λ1을 갖는 광원을 이용하여, t1 두께의 투명 기판을 갖는 제1 광 정보 기록 매체와 t2(t1≠t2) 두께의 투명 기판을 갖는 제2 광 정보 기록 매체 각각의 정보 기록면상에 집광할 수 있고, 파장 λ2(λ1≠λ2)를 갖는 광원이 이용될 때에도 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 집광할 수 있다. 이로 인해, 각각 다른 파장을 갖는 두 개의 광원(DVD에 대해서 610-670㎚의 파장을 갖는 광원과 CD-R에 대해 필요한 780㎚의 파장을 갖는 광원)을 이용하여 DVD와 CD-R을 재생하는 광 픽업 장치에 이용되는 대물 렌즈와, 하나의 광원을 이용하여 DVD와 CD를 재생하는 광 픽업 장치에 사용되는 대물 렌즈가 서로 공통으로 만들어질 수 있고, 이로써 대량 생산에 따른 비용 삭감을 실현할 수 있다. 이러한 공통 대물 렌즈에서는, 광원의 파장이 λ2에서 λ1로 변할 때에도 여전히 제1 및 제2 실시예에서 설명된 NAL 및 NAH의 조건을 만족해야 한다.
또한, 제1 광원(111)과 제2 광원(112)이 동일한 배율로 이용되기 때문에, 하나의 광 검출기만이 사용될 수 있고, 결과적으로 구조가 간단해진다. 또한, 각 다른 광원 또는 서로 다른 배율을 갖는 광원에 대응하는 두 개의 광 검출기가 이용될 수 있다.
다음에, 광 픽업 장치를 도 7a 및 7b를 참조하여 설명한다. 도 7a는 대물 렌즈(216)의 단면도이고 도 7b는 광원으로부터 본 정면도이다. 대물 렌즈(216)는 상술된 광 픽업 장치에 사용되는 대물 렌즈(16 또는 116)의 변형도이다. 대물 렌즈(216)는 광원에 근접한 표면이 5개의 분할 굴절면으로 구성되어 있는 것으로, 광원에 근접한 표면이 상술된 세 개의 굴절면으로 이루어져 있는 대물 렌즈(16)와는 다르다. 또한, 본 실시예는 5개의 굴절면으로 분할된 것을 이용하고, 다른 것은 대물 렌즈(16 또는 116)의 것과 동일하고, 따라서 이에 대한 설명은 부분적으로 생략한다.
본 실시예에서는, 대물 렌즈(216)가 광원측 굴절면 S1과 광 디스크(20)측 굴절면 S2이 비구면 형상으로 되어 있는 양의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈이다. 광원측 대물 렌즈(216)의 굴절면 S1은 광축과 동축으로 되어 있는 제1 분할면 Sd1-제5 분할면 Sd5의 5개의 분할면, 즉 광축을 포함하는 (광축 접근의) 제1 분할면 Sd1, 제2 분할면 Sd2...제(2n+1) (n은 본 실시예에서 자연수 2) 분할면 Sd2n+1으로 이루어져 있다. 분할면 Sd1-Sd5의 경계에는 단차가 주어져 있어 분할면 Sd1-Sd5 각각을 형성하도록 하고 있다. 이 대물 렌즈(216)에서는, 광축을 포함하는 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속(제1 광속)은 제1 및 제2 광 디스크에 기록된 정보의 재생에 사용되고, 제(2n) 분할면 Sd2n(본 실시예에서는 제2 분할면 Sd2와 제4 분할면 Sd4)을 통과하는 광속은 제2 광 디스크에 기록된 정보의 재생에 주로 사용되고, 제(2n+1) 분할면 Sd2n+1(본 실시예에서는 제3 분할면 Sd3와 제5 분할면 Sd5)을 통과하는 광속은 제1 광 디스크에 기록된 정보의 재생에 주로 사용된다.
상술된 바와 같이, 분할면의 개수를 증가시킴으로써 제(2n) 분할면을 고 NA측으로 배치할 수 있다. 따라서, 고 NA를 필요로 하는 제1 광 디스크의 재생 뿐만 아니라 상술된 제1-제3 실시예와 비교하여 고 NA를 갖는 제2 광 디스크의 재생을 실행할 수 있게 된다. 부가하여, 제(2n) 분할면을 고 NA측으로 배치한 것에 의한 제1 광 디스크 재생시의 광량 저하는 제(2n-1) 분할면(제1 분할면은 이와 관계가 없음)에 의해 보상될 수 있고, 이로써 제1 광 디스크 뿐만 아니라 제2 광 디스크도 재생할 수 있다.
구체적으로, 대물 렌즈(216)의 제1 굴절면 S1과 제2 굴절면 S2(공통 굴절면)의 제1 비구면은 t1 두께의 투명 기판을 갖는 제1 광 디스크상에 집광된 광속의 최적의 파면 수차가 0.05λrms 이하가 되도록 설계된다. 다음에, 제1 굴절면의 제2 비구면은 그대로 유지되는 제2 굴절면 S2(공통 굴절면)으로 설계되므로, 제2 비구면과 관련된 구면 수차는 발생량에 있어서 상술된 제1 비구면을 갖는 렌즈를 통해 t2 두께(t2≠t1)를 갖는 제2 광 디스크상의 집속으로 발생된 구면 수차보다 작게 된다. 이 경우, 디포커스 상태하에서 제2 광 디스크를 재생하기 위해서는 제2 비구면의 근축 곡률 반경과 제1 비구면의 근축 곡률 반경을 서로 동일하게 하는 것이 바람직하다. 제2 비구면은 제1 비구면의 제2 광 디스크의 필요 개구수 NA2에 근접하는 두 위치 NAL-NAH에서 합성된다. 이렇게 얻어진 렌즈가 본 실시예의 대물 렌즈(16)이다.
합성하는 경우, 제2 분할면 Sd2과 제4 분할면 Sd4를 광축 방향으로 이전하여 합성하고, 이로써 위상차를 이용함으로써 제1 광 디스크를 재생하는 중에 집광 광량의 증가를 성취할 수 있다. 제2 분할면 Sd2과 제4 분할면 Sd4을 동일한 제2 비구면으로 만들었지만, 이들 분할면은 또한 다른 비구면으로 해도 좋고 광량에 있어 광축 방향 쪽으로 다르게 변경할 수도 있다.
이 경우 제2 비구면의 합성을 위해 NA2 근접부에 대하여, 0.60(NA2)<NA3<1.3(NA2)의 조건 (하한 0.60(NA2)는 0.80(NA2)이 바람직하고, 실용상 0.85(NA2)가 더욱 바람직함)이 바람직하고, 상한 1.3(NA2)은 실용상 1.1(NA2)인 것이 바람직하다. 제2 광 디스크 정보 기록 매체를 기록 또는 재생하는 광원의 파장이 740-870㎚인 경우, 1.1(NA2)와 0.01 < NA4-NA3 < 0.12(상한은 실용상 0.1인 것이 바람직하다)의 조건을 만족할 때, 상한 1.3(NA2)은 1.1(NA2)을 만족하는 대물 렌즈(16)의 광 디스크측의 개구수 NA3와 개구수 NA4 사이에 위치되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 제1 광 디스크인 투명 기판의 두께 t1이 0.6 ㎜인 DVD를 재생할 때에, 제1 분할면 Sd1, 제3 분할면 Sd3 및 제5 분할면 Sd5을 각각 통과하는 광속은 거의 동일한 위치인 제1 결상 위치상에 결상되고, 이들의 파면 수차(제2 분할면 Sd2과 제4 분할면 Sd4을 통과하는 광속을 제외한 파면 수차)는 0.05λrms 이하가 된다. 이 경우 기호 λ는 광원의 파장을 나타낸다.
이 경우, 제2 분할면 Sd2 및 제4 분할면 Sd4을 각각 통과하는 광속은 제1 결상 위치와는 다른 제2 결상 위치상에 결상된다. 제2 결상 위치는 0이 제1 결상 위치를 나타내고 이로부터 대물 렌즈(16)를 향하는 방향을 음의 방향으로, 이에 반대의 방향을 양의 방향으로 나타낸다고 가정할 때, -27㎛ 내지 -4㎛의 범위의 거리 만큼 제1 결상 위치에서 떨어져 있다. 본 실시예에서는, 제2 결상 위치가 t1 < t2, NA1 > NA2의 조건 때문에 -27㎛ 내지 -4㎛ 범위의 거리 만큼 제1 결상 위치로부터 떨어져 있다. 그러나, t1 > t2, NA1 > NA2 또는 t1 < t2, NA1 < NA2인 경우, 제2 결상 위치는 4㎛ 내지 27㎛의 범위의 거리 만큼 제1 결상 위치에서 떨어져 있게 된다. 즉, 제1 결상 위치와 제2 결상 위치 사이의 거리의 절대값은 4-27㎛의 범위 내에 있게 된다.
대물 렌즈(216)를 구면 수차의 관점에서 볼 때, 구면 수차는 개구수 NA2 근접하는 네 개의 개구 위치에서 불연속적으로 변하므로 다른 두께를 갖는 투명 기판을 각각 갖는 복수의 광 디스크가 하나의 집광 광학계에 의해 재생될 수 있다. 구면 수차는 상술한 바와 같이 불연속적으로 변하고(변화의 방향은 상술된 제1 -제3 실시예에서의 것과 동일하다), 파면 수차의 관점에서 볼 때, 파면 수차는 개구수 NA2에 근접하는 네 개의 위치에서 불연속적이고, 불연속적인 변화의 각 지점에서의 파면 수차의 경사는 양 측에서의 개별 곡선의 양 단부를 결합하여 얻어진 곡선의 것과 다르다.
본 실시예의 대물 렌즈(216)에서는, 개구수 NAL 내지 NAH 사이의 구면 수차가 (t2 두께의 투명 기판을 통해) 제2 광 디스크를 재생할 때 -2λ/(NA)2 내지 5λ/(NA)2의 범위 내에 있는 조건을 만족하는 것이 바람직하다(여기에서, λ는 제2 광 디스크를 재생하는 데에 이용되는 광원의 파장을 나타냄). 또한, 이 조건은 재생의 경우 3λ/(NA)2 이하인 것이 바람직하고 기록을 고려할 때에는(물론 재생도 가능) 0보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 광축에 수직인 방향으로 제2n 분할면(제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 중앙 위치에서 볼 때, 제(2n) 분할면의 법선과 광축이 이루는 각도는 제(2n-1) 분할면(제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3)과 제(2n+1) 분할면(제3 분할면 Sd3 또는 제5 분할면 Sd5) 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 크다. 이로 인해, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크 둘 다는 만족스럽게 재생될 수 있다. t2 > t1이기 때문에, 제(2n) 분할면의 법선과 광축이 이루는 각도가 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면 사이에 내삽되는 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 보다 더 크게 되어 있지만, t2 < t1, NA1 > NA2 또는 t2 > t1, NA1 < NA2 일 때, 제(2n) 분할면의 법선과 광학축이 이루는 각도는 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면 사이에 내삽되는 표면의 법선과 광학축이 이루는 각도 보다 더 작게 될 수 있다.
또한, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4를 나타내는 제(2n) 표면의 거의 중앙인 위치에서 볼 때, 제1 분할면 Sd1 - 제(2n+1) 분할면을 제(2n) 분할면의 법선과 광학축이 이루는 각도와 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도 사이의 차이가 0.02°내지1°의 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.
상술된 대물 렌즈(16)를 이용하는 경우에서와 같이 다른 관점에서 고려하여 보면, 적어도 한 측면상에서 광축과 동축상에서 복수개로 분할된 복수의 분할면을 갖고 있는 대물 렌즈(16)에서, (△nL)π(rad)(예를 들어, (△1L)π 또는 (△2L)π)(rad)은 제(2n-1) 분할면(예를 들어, 제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3)을 통과한 광(투명 기판으로부터 출사됨)과 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 중앙으로부터 광축 측의 내부를 통과하는 광(투명 기판으로부터 출사됨) 사이의 위상차를 나타내고, (△nH)π(rad)(예를 들어, (△1H)π 또는 (△2H)π)(rad)은 제(2n+1) 분할면(예를 들어, 제3 분할면 Sd3 또는 제5 분할면 Sd5)을 통과하는 광과 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 상술된 중앙으로부터 광축 측의 상기 내부에 대향하는 부분을 통과하는 광 사이의 위상차를 나타낸다고 가정 하면, (△nH) > (△nL)의 조건을 만족하게 된다. 이 경우에서도, 상술한 바와 같이, t1 > t2, NA1 > NA2의 경우 또는 t1 < t2, NA1 < NA2의 경우 (△nH)가 (△nL) 보다 크게 되는데, 결과적으로 (△nH) ≠ (△nL)이 된다.
다른 관점으로부터 말하여 보면, 제(2n+1) 분할면(예를 들어, 제3 분할면 Sd3 또는 제5 분할면 Sd5)으로부터 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)으로의 단차 깊이는 제(2n-1) 분할면(예를 들어, 제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3)으로부터 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)으로의 단차 깊이 보다 더 깊다. 이 경우에서도, 상술한 바와 같이 t1 > t2, NA1 > NA2의 경우 또는 t1 < t2, NA1 < NA2의 경우 제(2n+1) 분할면으로부터 제(2n) 분할면으로의 단차는 제(2n-1) 분할면으로부터 제(2n) 분할면으로의 단차 보다 작게 된다. 또한, 소정의 거리 만큼 광축으로부터 떨어져 있는 위치에서, 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면(예를 들어, 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3, 또는 제3 분할면 Sd3 및 제5 분할면 Sd5) 사이에 내삽된 표면의 위치와 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 위치 사이의 차이는 제2 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 거의 중앙인 위치에 대해 비대칭이다. 또한, 이 경우, 광축으로부터의 거리가 더 멀어질수록 차이는 더 커지게 되는 것이 바람직하다.
대물 렌즈(216)상에서 광원 측 굴절면 S1이 5개의 표면으로 분할되어 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 굴절면은 또한 다른 집광 광학계의 광 소자(예를 들어, 콜리메이터 렌즈)상에 설치될 수 있으며, 또는 광 소자가 개별적으로 설치될 수도 있다.
제1 분할면 Sd1 - 제5 분할면 Sd5의 경계상에 단차가 있지만, 적어도 하나의 경계상에는 단차를 설치하지 않고 분할면을 연속적으로 형성할 수도 있다. 분할면 사이의 경계에 대해서는, 두 분할면이 경계를 굴곡시키지 않으면서 소정치 R로 접속될 수도 있다. 이 R은 의도적으로 설치된 설치된 것이거나 의도적으로 설치되지 않은 것일 수 있다(의도적으로 설치되지 않은 것의 예는 대물 렌즈(16)를 플라스틱으로 만들 때 필요한 모울드의 사용으로 형성된 경계상의 R이다).
대물 렌즈(216)를 광원측으로부터 볼 때 제2 분할면 Sd2과 제4 분할면 Sd4이 광축과 동심인 원을 나타내는 링의 형상이 되어 있도록 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 불연속적인 링이 되도록 설치될 수도 있다. 제2 분할면 Sd2 및/또는 제4 분할면 Sd4은 또한 홀로그램 또는 프레즈넬 렌즈로 구성될 수 있다. 제2 분할면 Sd2이 홀로그램으로 구성되면, 영차 광과 일차 광으로 분할된 광속중 하나는 제1 광 디스크를 재생하는 데에 사용되고, 다른 것은 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용된다. 이 경우, 제2 광 디스크의 재생에 사용되는 광속의 광량은 제1 광 디스크의 재생에 사용되는 광속의 광량보다 더 큰 것이 바람직하다.
제1 광 디스크를 재생할 때(즉 t1 두께의 투명 기판이 통과될 때) 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속의 최적의 파면 수차가 0.05λrms 이하(λ(㎚)는 제1 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)를 만족하도록 하고, 제2 광 디스크를 재생할 때(즉 t2 두께의 투명 기판이 통과될 때) 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광의 최적의 파면 수차가 굴절 한계를 나타내는 0.07λrms(λ(㎚)는 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 광원으로부터의 광의 파장임)를 만족하도록 함으로써, 제2 광 디스크의 재생 신호를 개선할 수 있다.
위에서 상세히 설명된 대물 렌즈(16 및 116)를 이용하는 경우, 제1 분할면은 광축을 포함하는 면이 된다. 그러나, 집광에 영향을 받지 않는 광축 주위의 최대 좁은 영역을 커버하는 표면은, 이러한 광축 주위의 최대 좁은 영역을 커버하는 표면이 거의 집광에 영향을 미치지 않기 때문에 평평, 볼록 또는 오목할 수 있다. 요약하면, 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 분할면은 NA2 근접부에 설치되어야만 하고 제1 분할면은 광축 쪽의 제2 광 디스크를 재생하는 데에 사용되는 분할면 내에 있어야만 한다.
상술된 바에 따르면, 광축상에 기록된 정보 재생에 대해서만 설명되어 있지만, 이것은 집광 광학계(대물 렌즈)에 의해 광을 집광하여 얻은 광 스폿이 중요한 이유로 인해 광 디스크상에 정보를 기록하는 경우에도 동일하고, 물론 기록에도 효과적으로 사용될 수 있다.
부가하여, 상술된 대물 렌즈(16, 116)를 이용하는 경우에도, 포커스 에러 신호의 S형상 특성이 개선되는 효과가 있다.
다음 예에서는, DVD(투명 기판 두께 t1=0.6㎜, 필요 개구수 NA1=0.60(λ=635㎚))이 제1 광 디스크로 사용되고, CD(투명 기판 두께 t2=1.2㎜, 필요 개구수 NA2=0.45(λ=780㎚)) 또는 CD-R(투명 기판 두께 t2=1.2㎜, 필요 개구수 NA2=0.50(λ=780㎚))(그러나, 재생만의 경우 NA2=0.45(λ=780㎚))가 제2 광 디스크로서 사용된다고 가정한다. 다음 예의 대물 렌즈(16)에서는, 콜리메이터 렌즈(13)가 그 설계가 최적인 경우 수차가 거의 없는 평행 광속이 대물 렌즈(16)에 입사되게 할 수 있기 때문에, 거의 수차가 없는 평행 광속으로 출사할 수 있는 콜리메이터 렌즈(13)를 사용한다는 전제 아래에서, 이 광속이 입사한 이후의 구성을 나타내고 있다. 제1 면으로 작용하는 대물 렌즈(16)상의 광원측에 조리개를 배치하면, 제1 면으로부터 i번째인 렌즈면상의 굴곡 반경은 ri로 나타내고, DVD를 재생하는 경우 i번째 면과 (i+1)번째 면 사이의 거리를 di로 나타내고 (CD를 재생하는 경우, 수치가 dl'로 기재될 때에는 이 값이 이용되고, 기재가 없는 때에는 di와 동일함), 레이저 광원의 광속의 파장에서의 거리의 굴절률을 ni로 나타낸다. 비구면이 광학면으로 사용될 때, 상술된 비구면의 식을 기본으로 하고 있다.
표 4, 7, 8, 11, 14, 15, 18, 19, 22, 23, 26, 27, 30, 31, 34, 35, 38, 및 39의 설명을 이하에서 행한다. NAL 또는 NAH 이후의 괄호 내의 수자는 분할면(예를 들어, NAL(2)는 제2 분할면상에서의 NAL의 값을 나타냄)을 나타낸다.
H2n mid는 광축으로부터 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면의 중앙 위치 까지의 거리를 나타낸다.
(Q2n-1, 2n+1, mid)는 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도를 나타낸다.
(Q2n, mid)는 높이 H2n mid에서의 제2 분할면의 법선과 광축이 이루는 각도를 나타낸다.
기호 (△Q2n, mid)는 (Q2n, mid) 및 (Q2n-1, 2n+1, mid) 사이의 차이를 나타낸다. 이 경우, n은 자연수이다.
그 중앙 위치에서의 제(2n-1) 분할면과 제(2n+1) 분할면 사이에 내삽된 표면의 법선과 광축이 이루는 각도는 제(2n-1) 분할면이 광축으로부터 높이 H2n mid에서의 제2 분할면을 향하여 연장되는 가상면의 법선과 광축이 이루는 각도와 제(2n+1) 분할면이 광축으로부터의 높이 H2n mid에서의 제2 분할면을 향하여 연장되는 가상면의 법선과 광축이 이루는 각도의 평균 각도이다.
이 경우, 표면을 구체적으로 가상하면, 비구면의 식 1이 참조된다.
도 9a, 9b, 13a, 13b, 18a, 18b, 22a, 22b, 27a, 27b, 32a, 32b, 37a, 37b, 42a, 42b, 47a, 47b 및 52a, 52b 각각의 하측에 기재된 "디포커스"는 광원으로부터의 광속의 진행 방향이 (소정의 두께와 굴절률을 갖는 투명 기판을 통해) 광 디스크의 정보 기록면상의 기하학적 포커스 위치와 일치하는 대물 렌즈(16)의 위치로부터 정의 값인 조건에서 최적의 파면 수차를 성취하기 위한 광축의 방향으로 대물 렌즈(16)를 이동시키는 양을 나타낸다.
〈실시예 1〉
실시예 1는 상술된 광 픽업 장치(10)상에 장착되어 있는 대물 렌즈(16)에 적용되며 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계에서의 단차가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광학 데이타를 표 2 및 표 3에서 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면이 광축과 교차하는 위치는 제2 비구면이 광축과 교차하는 위치와 동일하다.
도 8a는 t1 두께의 투명 기판을 투과한 경우(이하 DVD의 재생의 경우로 언급)의 구면 수차도인 한편, 도 8b는 t2 두께(=1.2㎜) 투명 기판을 투과하는 경우(이하 CD의 재생의 경우로 언급)의 구면 수차도를 나타낸다. 도 9a는 최적의 파면 수차가 DVD의 재생의 경우에 성취되는 위치에서 디포커싱되는 상태에서 보여지는 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 9b는 CD의 재생의 경우에 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱되는 상태에서 보여지는 파면 수차도를 나타낸다. 표 4는 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 법선과 광축이 각각 이루는 각도, 법선, 및 각 조건을 나타낸다.
도 10은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 11은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
〈실시예 2〉
실시예 2는 본 발명이 광 픽업 장치(100)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)상에 장착되는 대물 렌즈(116)에 적용되며 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광학 데이타를 표 5 및 표 6에서 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면이 광축과 교차하는 위치가 제2 비구면이 광축과 교차하는 위치와 동일하다. 도 5의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 12a는 DVD의 재생의 경우의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 12b는 CD 재생의 경우의 구면 수차도를 나타낸다. 도 13a는 DVD의 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 13b는 CD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 7은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 14는 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 15는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 16은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포포를 나타낸다. 이 경우 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 8에서 나타낸다.
〈실시예 3〉
실시예 3은 본 발명이 광 픽업 장치(10)상에 장착되는 대물 렌즈(16)에 적용되며 대물 렌즈의 제2 분할면 Sd2-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있으며 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1과 제2 분할면 Sd2 사이의 경계상에는 단차가 설치되어 있지 않은 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광학 데이타를 표 9 및 표 10에서 나타낸다.
표 9의 "제2 비구면"행의 "d2=2.200702"라는 것은 광축이 그 비구면 형상을 따라 연장될 때 제2 비구면(제2 분할면)과 교차하는 교차점과 제3 면 사이의 광축상에서의 거리를 나타낸다. 즉, 이 값으로 인해, 제1 분할면은 제2 분할면과 연속적으로 접속되게 된다(어떠한 단차도 없이).
도 17a는 DVD의 재생의 경우의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 17b는 CD의 재생의 경우의 구면 수차도를 나타낸다. 도 18a는 DVD의 재생의 경우에 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 18b는 CD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 11은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 19는 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 20은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
〈실시예 4〉
실시예 4는 본 발명이 광 픽업 장치(100)상에 장착되는 대물 렌즈(116)에 적용되며(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚) 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광학 데이타를 표 12 및 표 13에서 나타낸다.
표 13의 "제2 비구면"행의 "d2=2.1996"라는 것은 광축이 그 비구면 형상을 따라 연장될 때 제2 비구면(제2 분할면)과 교차하는 교차점과 제3 면 사이에서의 광축상의 거리를 나타낸다. 이것은 제2 분할면을 광축을 향하여 d2 만큼 이동시키고 이로써 위상차를 제공함으로써 집광(피크 강도) 광량을 증가시키기 위한 것이다. 표 12의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 21a는 DVD 재생의 경우의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 21b는 CD 재생의 경우의 구면 수차도를 나타낸다. 도 22a는 DVD의 재생의 경우에 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 22b는 CD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 14는 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 23은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 24는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 25는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포포를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 15에서 나타낸다.
〈실시예 5〉
실시예 5는 본 발명이 광 픽업 장치(100)상에 장착되는 대물 렌즈(116)에 적용되며(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚) 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, CD-R을 제2 광 디스크로 가정하고, 이 때문에 NA2=0.5의 관계를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 16 및 17에서 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면이 광축과 교차하는 위치가 제2 비구면이 광축과 교차하는 위치와 동일하다. 표 16의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 26a는 DVD의 재생의 경우의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 26b는 CD의 재생의 경우의 구면 수차도를 나타낸다. 도 27a는 DVD의 재생의 경우에 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 27b는 CD-R 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 18은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 28은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 29는 최적의 스폿 형상이 CD-R의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 30은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 19에서 나타낸다.
〈실시예 6〉
실시예 6는 본 발명이 광 픽업 장치(100)상에 장착되는 대물 렌즈(216)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)와, 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 대물 렌즈가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, CD-R이 제2 광 디스크로 가정되고, 이것은 따라서 NA2=0.5의 관계를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 20 및 21에서 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면(제1, 제3, 및 제5 분할면 또는 연장면)이 광축과 교차하는 지점과 제2 분할면 Sd2와 제4 분할면 Sd4(둘 다 제2 비구면을 구성) 각각을 연장하여 형성된 표면이 광축과 교차하는 지점은 동일한 위치에 있다. 표 22의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 31a는 DVD의 재생시의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 31b는 CD-R의 재생시의 구면 수차도를 나타낸다. 도 32a는 DVD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 본 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 32b는 CD-R 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 22은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 33은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 34는 최적의 스폿 형상이 CD-R의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 35는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 23에서 나타낸다.
〈실시예 7〉
실시예 7은 본 발명이 광 픽업 장치(100)상에 장착되는 대물 렌즈(216)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)로서, 대물 렌즈의 제1 분할면 Sd1-제5 분할면 Sd5의 경계상에 단차가 설치되어 있는 대물 렌즈(216)가 설치되어 있는 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, CD-R이 제2 광 디스크로 가정되고, 이것은 따라서 NA2=0.5의 관계를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 24 및 25에서 나타낸다.
표 25의 "제2 비구면"행의 "d2=2.1996" 및 "d4=2.2003"라는 것은 제3 표면과 광축이 비구면 형상의 식에 따라 광축 까지 연장된 제2 분할면(제2 비구면상의)과 교차하는 지점 사이의 광축상의 거리와, 제2 표면과 광축이 비구면 형상의 식에 따라 광축 까지 연장된 제4 분할면(제2 비구면상의)과 교차하는 지점 사이의 광축상의 거리를 나타낸다. 이것은 제2 분할면이 광축 방향으로 s2 만큼 이동시키고 제4 분할면이 광축 방향으로 d4 만큼 이동시켜 이들 사이에 위상 차를 만들어 집광 광량(피크 강도)이 증가되도록 하고 있다. 표 24의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 36a는 DVD의 재생시의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 36b는 CD-Rd의 재생시의 구면 수차도를 나타낸다. 도 37a는 DVD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 본 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 37b는 CD-R 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 26은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 38은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 39는 최적의 스폿 형상이 CD-R의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 40은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 27에서 나타낸다.
〈실시예 8〉
실시예 8은 본 발명이 광 픽업 장치(100)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)상에 장착되며 제1 분할면 Sd1-제5 분할면 Sd5의 경계상에 단차가 설치되어 있는 대물 렌즈(216)에 적용된 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 28 및 29에서 나타낸다.
표 29의 "제2 비구면"행의 "d2=2.1996" 라는 것은 제3 표면과 광축이 비구면 형상의 식에 따라 광축 까지 연장된 제2 분할면(제2 비구면상의)과 교차하는 지점 사이의 광축상의 거리를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면이 광축과 교차하는 지점은 제2 비구면이 광축과 교차하는 지점과 동일하다. 표 28의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 41a는 DVD의 재생시의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 41b는 CD의 재생시의 구면 수차도를 나타낸다. 도 42a는 DVD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 본 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 42b는 CD-R 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 30은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 43은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 44는 최적의 스폿 형상이 CD-R의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 45는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 31에서 나타낸다.
〈실시예 9〉
실시예 9는 본 발명이 광 픽업 장치(100)상에 장착되며 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 대물 렌즈(216)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)에 적용된 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 32 및 33에서 나타낸다.
표 33의 "제2 비구면"행의 "d2=2.200" 라는 것은 제3 표면과 광축이 비구면 형상의 식에 따라 광축 까지 연장된 제2 분할면(제2 비구면상의)과 교차하는 지점 사이의 광축상의 거리를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈에서는, 제1 비구면이 광축과 교차하는 지점은 제2 비구면이 광축과 교차하는 지점과 동일하다. 표 32의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 46a는 DVD의 재생시의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 46b는 CD의 재생시의 구면 수차도를 나타낸다. 도 47a는 DVD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 본 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 47b는 CD-R 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 34은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 48은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 49는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 50은 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 35에서 나타낸다.
〈실시예 10〉
실시예 10은 본 발명이 광 픽업 장치(100)(제1 광원의 파장 λ1=635㎚, 제2 광원의 파장 λ2=780㎚)상에 장착되며 제1 분할면 Sd1-제3 분할면 Sd3의 경계상에 단차가 설치되어 있는 대물 렌즈(116)에 적용된 실시예를 나타낸다.
대물 렌즈의 광 데이타를 표 36 및 37에서 나타낸다.
표 37의 "제2 비구면"행의 "d2=2.1995" 라는 것은 비구면 형상의 식에 따라 광축 까지 연장된 제2 비구면(제2 분할면)과 광축 사이의 교차점에서 제3 면 까지의 거리를 나타낸다. 표 37의 기호 ni'는 제2 광원의 굴절률을 나타낸다(λ2=780㎚).
도 51a는 DVD의 재생시의 구면 수차도를 나타내는 한편, 도 51b는 CD의 재생시의 구면 수차도를 나타낸다. 도 52a는 DVD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서의 디포커싱 상태에서 본 파면 수차도를 나타내는 한편, 도 52b는 CD 재생의 경우 최적의 파면 수차가 성취되는 위치에서 디포커싱 상태에서 보이는 파면 수차도를 나타낸다. 표 38은 NAL과 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 나타낸다.
도 53은 최적의 스폿 형상이 DVD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타내는 한편, 도 54는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우의 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예의 대물 렌즈가 하나의 광원을 이용하는 광 픽업 장치(10)상에 장착될 때에도(광원의 파장 λ1=635㎚), 재생은 DVD에 대해서만이 아니라 CD에 대해서도 가능하다. 도 55는 최적의 스폿 형상이 CD의 재생시 성취되는 경우 집광된 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 이 경우의 NAL 및 NAH의 개구수, 구면 수차 발생량, 각각 법선과 광축이 이루는 각도, 법선 및 각 조건을 표 39에서 나타낸다.
상술된 실시예 1-10은 투명 기판의 두께가 각각 서로 다른 두 개의 광 디스크가 하나의 집광 광학계(시스템의 하나의 대물 렌즈)에 의해 만족스럽게 재생된다. 기록의 경우에도 문제가 없다. 특히, 실시예 2 및 4 내지 10에서는, 두 개의 광원을 이용하여, 제1 광 디스크를 나타내는 DVD와 제2 광 디스크(780㎚의 파장을 필요로 함)를 나타내는 CD-R를 재생할 수 있다. 또한, 이들 실시예 2 및 4 내지 10에서는, 하나의 광원을 이용하여 DVD와 CD를 재생할 수 있다. 또한, 실시예 5-7은 0.5정도로 큰 필요 개구수 NA로 제2 광 디스크를 취급할 수 있으며, CD-R을 기록하는 데에 사용될 수 있다.
실시예 1-10중에서 실시예 1, 3 및 8-10에서는, 1.2㎜ 두께의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크의 재생 신호가 우수하다. 이 이유는 제1 분할면을 통과하는 광속의 최적의 파면 수차(제1 분할면의 파면 수차량으로 불림)가 0.07λ를 만족하고 이것은 표 40에서 나타낸 바와 같이 굴절 제한된 성능을 갖는다.
표 36에서는, 두 광원이 사용되기 때문에, 광원 파장 λ 635㎚에서 1.2㎜ 두께의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크를 재생하는 경우 제1 분할면의 파면 수차량을 표의 상측부에서 나타낸 한편, 실시예 2 및 4 내지 9에서는, 광원 파장 λ 780㎚에서 1.2㎜ 두께의 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크를 재생하는 경우 제1 분할면의 파면 수차량을 표의 하측부에 나타내고 있다.
"n"은 상술된 실시예 1-10의 자연수를 나타낸다고 가정할 때, 표 41은 제(2n-1) 분할면(예를 들어, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3)을 통과하는 광(투명 기판을 통해 출사됨)과 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)상의 거의 중앙과 중앙보다 광축에 더 근접한 부분을 통과하는 광 사이의 위상차인 (△nL)π(예를 들어, (△1L)π또는 (△2L)π)의 값과, 제(2n+1) 분할면(예를 들어, 제3 분할면 Sd1과 제5 분할면 Sd3)을 통과하는 광(투명 기판을 통해 출사됨)과 제(2n) 분할면(예를 들어, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)상의 중앙보다 광축으로부터 더 멀리 떨어진 부분을 통과하는 광 사이의 위상차인 (△nH)π(예를 들어, (△1H)π또는 (△2H)π)의 값을 나타내고 있다. 이 경우, 위상차의 부호는, 광 진행 방향(광 디스크를 향하는 방향)이 양의 값이고, 제(2n-1) 분할면 또는 제(2n+1) 분할면을 통과하는 광(투명 기판을 통해 출사됨)과 제(2n) 분할면을 통과하는 광(투명 기판으로부터 출사됨)이 비교된다.
상기 표에서 명백한 바와 같이, (△nH)>(△nL)의 조건은 실시예 1-10 모두에서 만족된다. 표 41의 각 값은 분할면 Sd1-Sd3(또는 Sd5)의 경계 각각의 각 분할면에 입사되는 광속의 위상차를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 복수의 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생은 본 발명의 하나의 집광 광학계로 실행될 수 있고, 따라서, 이것은 복잡하지 않으면서 저비용으로 실현할 수 있으며, 고 NA를 각각 갖는 광 정보 기록 매체를 취급할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따르면, 구면 수차의 발생을 이용할 수 있어, 복수의 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생을 하나의 집광 광학계에 의해 실행할 수 있다.
도 1은 광 픽업 장치의 개략 구조도.
도 2a는 대물 렌즈를 나타내는 단면도이고 도 2b는 광원측으로부터 본 정면도.
도 3은 대물 렌즈를 나타내는 단면도.
도 4a-4f는 대물 렌즈의 구면 수차도를 나타내는 도면.
도 5a 및 5b는 대물 렌즈의 파면 수차도를 나타내는 도면.
도 6은 제3 실시예의 광 픽업 장치의 개략 구조도.
도 7a는 제4 실시예의 대물 렌즈를 나타내는 단면도이고, 도 7b은 광원측으로부터 본 정면도.
도 8a 및 8b는 제1 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 9a 및 9b는 제1 실시예의 대물 렌즈를 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 10은 제1 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 11은 제1 실시예의 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 광 전환 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 12a 및 12b는 제2 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 13a 및 13b는 제2 실시예의 대물 렌즈가 파면 수차가 성취되는 위치로 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 14는 제2 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 15는 제2 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 16은 제2 실시예의 대물 렌즈로 635㎚에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 17a 및 17b는 제3 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 18a 및 도 18b 각각은 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제3 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 19는 제3 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 20은 제3 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 21a 및 도 21b는 제4 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 22a 및 도 22b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제4 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 23은 제4 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 24는 제4 실시예의 대물 렌즈로 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 25는 제4 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 26a 및 도 26b는 제4 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 27a 및 도 27b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제4 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 28은 제5 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 29는 제5 실시예의 대물 렌즈로 CD-R을 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 30은 제5 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 31a 및 도 31b는 제6 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 32a 및 도 32b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제6 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 33은 제6 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 34는 제6 실시예의 대물 렌즈로 CD-R을 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 35는 제6 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 36a 및 도 36b는 제7 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 37a 및 도 37b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제7 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 38은 제7 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 39는 제7 실시예의 대물 렌즈로 CD-R을 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 40은 제7 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 41a 및 도 41b는 제8 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 42a 및 도 42b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제8 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 43은 제8 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 44는 제8 실시예의 대물 렌즈로 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 45는 제8 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 46a 및 도 46b는 제9 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 47a 및 도 47b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제9 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 48은 제9 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 49는 제9 실시예의 대물 렌즈로 CD-R을 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 50은 제9 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 51a 및 도 51b는 제10 실시예의 대물 렌즈의 수차도.
도 52a 및 도 52b는 최량의 파면 수차가 성취되는 위치로 제10 실시예의 대물 렌즈가 디포커스되어 있는 상태에서 볼 때 성취되는 파면 수차도.
도 53은 제10 실시예의 대물 렌즈로 DVD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 54는 제10 실시예의 대물 렌즈로 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
도 55는 제10 실시예의 대물 렌즈로 635㎚ 파장에서 CD를 재생하는 중에 성취되는 최량의 스폿 형상을 갖는 집광 스폿의 상대 강도의 분포도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광 픽업 장치
11 : 반도체 레이저
12 : 편광 빔 스플리터
13 : 콜리메이터 렌즈
14 : 1/4 파장판
15 : 2차원 엑츄에이터
16 : 대물 렌즈
17 : 조리개
18 : 실린더형 렌즈
20 : 광 디스크
21 : 투명 기판
22 : 정보 기록면
30 : 광 검출기

Claims (11)

  1. 정보 기록면 상에 두께 t1의 투명 기판을 갖는 제1 광 정보 기록 매체와, 정보 기록면 상에 두께 t2(t1≠t2)의 투명 기판을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대하여, 정보를 기록 또는 재생하는 광 픽업 장치에 있어서,
    상기 광 픽업 장치는,
    파장 λ1의 광속을 출사하는 제1 광원,
    파장 λ2(λ1＜λ2)의 광속을 출사하는 제2 광원,
    적어도 1개의 광학면 상에, 광축을 포함하는 원형상의 연속적으로 형성된 제1 분할면 및 제2 분할면과, 상기 연속적으로 형성된 제1 분할면 및 제2 분할면의 외측에 설치되고 상기 광축을 중심으로 하는 고리띠 형상의 외주면을 갖는 대물 렌즈, 및
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에서 반사된 상기 λ1의 광속 및 상기 제2 기록 매체의 정보 기록면에서 반사된 상기 λ2의 광속을 검출하는 적어도 1개의 광 검출기를 포함하고,
    상기 대물 렌즈가,
    상기 연속적으로 형성된 제1 분할면 및 제2 분할면을 통과한 상기 λ1의 광속을, 상기 두께 t1의 투명 기판을 통하여 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 결상시키고,
    상기 연속적으로 형성된 제1 분할면 및 제2 분할면을 통과한 상기 λ2의 광속을, 상기 두께 t2의 투명 기판을 통하여 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 결상시키고,
    상기 외주면을 통과한 상기 λ1의 광속을, 상기 두께 t1의 투명 기판을 통하여 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 결상시키고,
    상기 외주면을 통과한 상기 λ2의 광속은 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 결상시키지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈가 단일 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 픽업 장치가, 상기 제1 광원 및 제2 광원과 상기 대물 렌즈 사이에 설치된 빔 스플리터를 더 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 상기 제1 광원으로부터 출사된 파장 λ1의 광속 및 상기 제2 광원으로부터 출사된 파장 λ2의 광속과, 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에서 반사된 상기 λ1의 광속 및 상기 제2 광 정보 기록 매체의 기록면에서 반사된 상기 λ2의 광속을 동일 광로로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 상기 제1 광원으로부터 출사된 파장 λ1의 광속 및 상기 제2 광원으로부터 출사된 파장 λ2의 광속을 투과하고, 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에서 반사된 상기 λ1의 광속 및 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에서 반사된 상기 λ2의 광속을 반사하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 광 픽업 장치가, 상기 제1 광원 및 제2 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 설치되고, 상기 제1 광원으로부터 출사된 파장 λ1의 광속과 상기 제2 광원으로부터 출사된 파장 λ2의 광속을 동일 광로에 합성하는 합성 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 외주면을 통과한 상기 파장 λ2의 광속은 플레어로 되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  9. 제1항에 있어서, 이하의 관계
    610 ㎚ ≤λ1 ≤670 ㎚
    740 ㎚ ≤λ2 ≤870 ㎚
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  10. 제1항에 있어서, 이하의 관계
    t1= 0.6 ㎜
    t2= 1.2 ㎜
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체를 기록 또는 재생하기 위해 필요한 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 NA1, 상기 제2 정보 기록 매체를 기록 또는 재생하기 위해 필요한 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 NA2로 할 때, 이하의 관계
    NA1＞ NA2
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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