KR100513245B1 - 광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생장치 - Google Patents

광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생장치 Download PDF

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Abstract

취입 효율이 높고 림 강도가 높은 광학 소자를 제공한다.
광학 소자는, 중심 축선과, 상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제1 곡면 표면과, 상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제2 곡면 표면과, 상기 제1 곡면 표면과 상기 제2 곡면 표면의 사이에 연장되는 외주면을 갖고, 광이 상기 제1 곡면 표면에 입사하여, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사할 때까지 받는 굴절에 의해, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사하는 출사광의 광 강도 분포와 상기 제1 표면으로 입사하는 입사광의 광 강도 분포가 서로 다른 광학 소자에 있어서, 상기 입사광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비인 림 강도에 대한 상기 출사광의 림 강도의 비율인 림 강도 개선율(R)이 1.07 이상 1.5 이하이다.

Description

광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생 장치{OPTICAL ELEMENT, OPTICAL HEAD, SPHERICAL ABERRATION CORRECTION METHOD, AND OPTICAL RECORDING REPRODUCING APPARATUS}
본 발명은, 광 정보 처리 또는 광 통신 등에 사용되는 광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생 장치에 관한 것이다.
최근, 디지털 다기능 디스크(DVD)는, 콤팩트 디스크(CD)의 약 6배의 기록 밀도에 의해서 디지털 정보를 기록할 수 있기 때문에, 대용량의 광 기록 매체로서 주목되고 있다. 그러나, 정보의 대용량화에 따라서 더욱 고밀도인 광 기록 매체가 요망되고 있다. 여기에서, DVD(파장 660나노미터(nm), 개구 수(NA) 0.6)보다도 고밀도화를 달성하기 위해서는, 광원의 파장을 보다 짧게 하고, 대물 렌즈의 NA를 보다 크게 하는 것이 필요하게 된다. 예를 들면 405나노미터(nm)의 청색 레이저를 사용하여 NA 0.85의 대물 렌즈를 사용하면 DVD의 5배의 기록 밀도가 달성된다. 또, 광 기록 매체의 기록층을 2층으로 하면 기록 용량은 또한 2배가 된다.
그러나, 상기한 청색 레이저를 이용한 고밀도 광 기록 매체는 기록 용량을 올리기 위해서, 트랙 피치가 매우 좁게 되어 있다. 이 때문에, 트랙킹 오차 신호를 안정한 것으로 하기 위해서는 광 기록 매체에 조사하는 광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비(比)인 림 강도를 크게 할 필요가 있다. 림 강도를 크게 하기 위해서는, 광원으로부터 출사되는 광의 중앙부만을 사용함으로써 가능해지지만, 광원으로부터 출사되는 광의 이용 효율(취입 효율)이 저하하기 때문에, 광 기록 매체에 정보를 기록하기 위해서는 출력이 큰 광원을 이용하지 않으면 안된다. 또, 다층의 광 기록 매체에 정보를 기록하기 위해서는 더욱 큰 광량을 출력할 수 있는 광원이 필요하게 된다. 그러나, 출력이 큰 광원은 수명에 문제가 있고, 또, 수율이 나쁘다. 그래서, 취입 효율이 높아도 림 강도가 커지는 광학 소자가 일본국 특개평 11-258544호 공보에 제안되어 있다.
도 10은, 종래의 광학 소자(90)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 광학 소자(90)는, 중심 축선(82)에 대해서 대략 수직인 면을 따라서, 광이 입사하는 측에 형성된 제1 곡면 표면(83)과, 광이 출사하는 측에 형성된 제2 곡면 표면(84)과, 제1 곡면 표면(83)과 제2 곡면 표면(84)을 연결하도록 중심 축선(82)에 평행한 방향을 따라서 형성된 외주면(85)을 갖고 있다. 또한, 도 10은 종래의 광학 소자(90)를 굴절하여 통과하는 다수의 광선의 광로가, 다수의 꺾은선에 의해서 도시되어 있다. 광학 소자(90)는, 등방성 굴절율을 갖는 투명한 재료(예를 들면 유리)에 의해서 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 광학 소자(90)의 동작을 설명한다. 제1 곡면 표면(83)에 입사한 입사광은, 제1 곡면 표면(83)에서의 굴절에 의해, 광학 소자(90) 내의 일부의 영역에서는 발산하고, 광학 소자(90) 내의 다른 영역에서는 수속(收束)한다. 이 때문에, 입사광의 광 강도 분포와는 다른 광 강도 분포에 의해서, 출사광은 제2 곡면 표면(84)을 통과하여 출사한다.
구체적으로는, 영역(Z)에서는 광학 소자(90)를 통과하는 광선의 광로는 서로 평행하게 연장되어 있다. 영역(Z) 내측의 중심 영역(X)에서는 광선이 발산한다. 그리고, 영역(Z) 외측의 주변 영역(Y)에서는 광선이 수속하도록 되어 있다.
따라서, 도 10의 좌단에 도시되는 가우스형 광 강도 분포(W91)에 도시되는 바와 같이, 중심부에 있는 강도가 높은 광선은 광학 소자(90)를 통과함으로써 발산하여 광학 소자(90)를 출사할 때에 강도가 낮아진다. 가우스형 광 강도 분포(W91)에서 주변부에 있는 강도가 낮은 광선은 광학 소자(90)를 통과함으로써 수속하여 강도가 높아지게 된다. 이렇게 해서 가우스형 광 강도 분포(W91)를 갖는 입사광은 광학 소자(90)를 통과함으로써 전체적으로 균일한 광 강도 분포(W92)를 갖는 출사광으로 변환된다.
이와 같이 구성된 광학 소자(90)를 광 헤드에 탑재하면, 취입 효율을 크게 상승시킬 수 있고, 또한 림 강도를 상승시킬 수 있기 때문에, 고밀도인 광 기록 매체에 대해서도 안정한 트랙킹 오차 신호를 얻는 수 있으며, 또한 출사광량이 작은 광원을 이용하는 것이 가능해진다.
그러나, 상기한 바와 같이 구성된 광학 소자(90)는, 광 헤드로의 장착 정밀도가 대단히 엄격하게 되기 때문에, 광 헤드의 조립이 곤란해지고, 또, 광 헤드의 신뢰성이 큰 문제가 된다. 이것에 대해서 상세히 서술한다.
광원의 확대 각도를 25도로 하고, 광원으로부터 출사된 광을 취입하여 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈의 초점 거리를 6.7미리미터(mm)로 하고, 광학 소자에 입사하는 입사광의 직경을 2.84미리미터(mm)로 하고, 광학 소자(90)의 중심의 두께를 1.5미리미터(mm)로 하였을 때, 림 강도를 52%에서 100%로 변환하기 위한 제1 곡면 표면(83)과 제2 곡면 표면(84)의 형상을 설계한다. 그리고, 이 조건에 맞는 광학 소자를 광 헤드에 장착하는 경우, 장착 정밀도의 관계에서 0.1도 정도 광학 소자(90)가 기울어질 우려가 있을 수 있다.
상기 조건에 기초하여 설계된 광학 소자(90)가 0.1도 기울어진 경우를 계산하면 3차의 코마수차가 350mλ도 발생하기 때문에, 광 헤드를 조립할 수 없게 된다. 또, 완전히 조정하여 광학 소자가 기울어지지 않도록 조립하였다고 해도, 0.1도로 큰 수차가 발생하기 때문에 광 헤드의 신뢰성을 확보할 수 없다.
또한, 광학 소자(90) 그 자체의 제1 곡면 표면(83)과 제2 곡면 표면(84) 사이의 디센터에 대해서도 문제가 있다. 이 광학 소자(90)를 성형에 의해서 제작하는 경우, 성형을 위한 금형의 정밀도의 관계에서 5마이크로미터(㎛)의 디센터가 발생할 우려가 있다. 그래서, 이 광학 소자(90)의 제1 곡면 표면(83)과 제2 곡면 표면(84) 사이의 디센터가 5마이크로미터(㎛) 발생하였을 때에는, 100mλ의 코마수차가 발생하기 때문에 광학 소자(90)를 광 헤드에 탑재할 수 없고, 광학 소자(90)의 수율도 대단히 나빠진다.
본 발명의 목적은, 취입 효율이 높고 림 강도가 높은 광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 관한 광학 소자는, 중심 축선과, 상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제1 곡면 표면과, 상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제2 곡면 표면과, 상기 제1 곡면 표면과 상기 제2 곡면 표면 사이에 연장되는 외주면을 갖고, 광이 상기 제1 곡면 표면에 입사하여, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사할 때까지 받는 굴절에 의해, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사하는 출사광의 광 강도 분포와 상기 제1 표면으로 입사하는 입사광의 광 강도 분포가 서로 다른 광학 소자로서, 상기 입사광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비인 림 강도에 대한 상기 출사광의 림 강도의 비율인 림 강도 개선율(R)이 1.07 이상 1.5 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 광 헤드는, 광 기록 매체에 대해서 신호의 기록 또는 재생을 행하는 광 헤드로서, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 상기 광을 상기 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 구비하고 있고, 본 발명에 관한 광학 소자가 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 구면수차 보정 방법은, 본 발명에 관한 광 헤드를 사용한 구면수차 보정 방법으로서, 상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 공정과, 상기 검출된 베이스재 두께의 어긋남에 기초하여, 상기 구면수차를 보정하도록 상기 광학 소자와 상기 접합 렌즈 사이의 간격을 변경하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 광 기록 재생 장치는, 본 발명에 관한 광 헤드와, 상기 광 헤드에 의해서 생성된 포커스 오차 신호와 트랙킹 오차 신호에 기초하여, 상기 광 기록 매체 상의 소망의 트랙 상에 상기 광이 집광하도록, 상기 광 헤드에 설치된 대물 렌즈의 위치를 제어하는 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 실시 형태에 관한 광학 소자에서는, 입사광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비인 림 강도에 대한 출사광의 림 강도의 비율인 림 강도 개선율(R)이 1.07 이상 1.5 이하로 되어 있다. 이 때문에, 광학 소자가 기울어졌을 때에 발생하는 수차 및 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면에 디센터가 발생하였을 때에 발생하는 수차를 70mλ이하로 억제할 수 있다. 그 결과, 광학 소자의 수율이 향상하고, 광 헤드에 탑재한 경우, 광 헤드의 수율이 향상하여 신뢰성이 향상한다.
이 실시 형태에서는, 상기 제1 곡면 표면의 중심 위치와 상기 제2 곡면 표면의 중심 위치 사이의 거리(중심 두께)를 d(mm)로 하였을 때, d ≥ 54 ·R4- 221 ·R3 + 304 ·R2- 138 ·R 인 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광학 소자가 기울어졌을 때에 발생하는 수차나 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면에 디센터가 발생하였을 때에 발생하는 수차를 70mλ 이하로 억제할 수 있다. 이 때문에, 광학 소자의 수율이 향상하고, 광 헤드에 탑재한 경우, 광 헤드의 수율이 향상하여 신뢰성이 향상한다.
본 실시 형태에 관한 광 헤드에서는, 본 실시 형태에 관한 광학 소자가 광원과 대물 렌즈 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, 광학 소자가 기울어졌을 때에 발생하는 수차 및 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면에 디센터가 발생하였을 때에 발생하는 수차를 70mλ 이하로 억제할 수 있다. 그 결과, 광 헤드에 탑재한 광학 소자의 수율이 향상하고, 광 헤드의 수율이 향상하여 신뢰성이 향상한다.
이 실시 형태에서는, 상기 광 기록 매체의 베이스재 두께가 표준치로부터 어긋남으로써 발생하는 구면수차를 보정하기 위해서 설치된 구면수차 보정 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 구면수차가 보정되기 때문에, 안정한 재생 신호나 제어 신호가 얻어져, 안정한 기록 및 재생이 가능해진다.
상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 렌즈를 더 구비하고 있고, 상기 구면수차 보정 수단은, 상기 렌즈와, 상기 광학 소자와, 상기 구면수차를 보정하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 렌즈 사이의 간격을 변경하는 간격 변경 수단에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 구면수차 보정 수단이 림 강도 개선 기능을 갖고 있기 때문에, 트랙킹 오차 신호가 안정되고, 또한 기능을 겸용하고 있기 때문에 광 헤드의 소형화가 가능하다.
상기 렌즈는, 상기 광학 소자에 의해서 발산광으로 된 광을 평행광으로 변환하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 림 강도 개선 기능을 갖는 광학 소자는, 상기 렌즈보다도 광원측에 배치되기 때문에, 구면수차를 보정하기 위해서 광학 소자와 렌즈의 간격을 변경하였을 때에 림 강도 개선율이 변화하지 않는다.
상기 광원으로부터 출사된 상기 광을 빔 정형(整形)하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 광원 사이에 배치된 빔 정형 광학 소자를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광학 소자가 중심 대칭이 되기 때문에 광학 소자의 수율이 상승하여, 광 헤드의 저 비용화로 이어진다. 또, 광 헤드에 본 발명의 광학 소자를 회전 방향에 대해서는 관계없게 장착할 수 있기 때문에 광 헤드의 수율이 상승한다. 또, 본 발명의 광학 소자의 회전 방향에는 광 헤드의 특성은 의존하지 않기 때문에 신뢰성이 향상한다.
상기 광학 소자에서의 상기 제1 곡면 표면의 중심 위치와 상기 제2 곡면 표면의 중심 위치 사이의 거리(중심 두께)를 d(mm)로 하였을 때, d ≥ 54 ·R4- 221 ·R3+ 304 ·R2- 138 ·R 인 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광학 소자가 기울어졌을 때에 발생하는 수차나 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면에 디센터가 발생하였을 때에 발생하는 수차를 70mλ 이하로 억제할 수 있다. 이 때문에, 광학 소자의 수율이 향상하고, 광 헤드에 탑재한 경우, 광 헤드의 수율이 향상하여 신뢰성이 향상한다.
상기 렌즈는, 상기 광학 소자측에 배치된 볼록 렌즈와, 상기 대물 렌즈측에 배치되고, 아베수가 상기 볼록 렌즈의 아베수보다도 작은 오목 렌즈를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 구면수차 보정 수단을 구성할 수 있는 동시에 색수차를 보정하는 것이 가능해진다. 또, 광학 소자의 투과 효율이 높기 때문에, 광원의 광량의 이용 효율이 높다.
상기 구면수차 보정 수단은, 확대계로 되어 있는 것이 바람직하다. 구면수차 보정을 위해서 정(正) 렌즈군과 부(負) 렌즈군의 간격을 변경하였을 때에 림 강도 개선율이 변화하지 않기 때문이다.
상기 구면수차 보정 수단은, 색수차 보정 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다. 광 헤드를 소형화할 수 있기 때문이다.
상기 광학 소자와 상기 렌즈의 적어도 한쪽은, 색수차 보정 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다. 광학 소자와 렌즈의 어느 한쪽이 색수차 보정 기능을 갖고 있으면, 광의 색수차를 보정할 수 있기 때문이다.
상기 구면수차 보정 수단은, 상기 광학 소자와, 상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 회절형 렌즈와, 상기 구면수차를 보정하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 회절형 렌즈 사이의 간격을 변경하는 간격 변경 수단에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 가동부의 중량이 가벼워져서 렌즈를 가동하는 메카니즘부가 간이하게 되고, 또한, 움직이기 위해서 흘리는 전류가 적어지기 때문에 에너지 절약화가 가능하다.
상기 회절형 렌즈는, 상기 광학 소자에 의해서 발산광으로 된 광을 평행광으로 변환하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 림 강도 개선 기능을 갖는 광학 소자는, 회절형 렌즈보다도 광원측에 배치되기 때문에, 구면수차를 보정하기 위해서 광학 소자와 회절형 렌즈의 간격을 변경하였을 때에 림 강도 개선율이 변화하지 않는다.
색수차 보정 기능을 갖는 색수차 보정 소자를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 색수차가 없어지고, 재생에서 기록이나 기록에서 재생으로의 전환시에 발생하는 디포커스가 없어져서 안정한 기록이나 재생이 가능해진다.
상기 대물 렌즈의 NA는, 0.7 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 고밀도인 광 기록 매체를 기록 재생할 수 있는 광 헤드를 실현할 수 있다.
상기 광원으로부터 출사되는 상기 광의 파장은, 380나노미터(nm) 이상 420나노미터(nm) 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 고밀도인 광 기록 매체를 기록 재생할 수 있는 광 헤드를 실현할 수 있다.
상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 어긋남 검출 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 기준치로부터의 어긋남을 학습하지 않고 바로 검출할 수 있기 때문에 광 헤드의 제어가 빠르다.
상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 렌즈와, 상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 어긋남 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 구면수차 보정 수단은, 상기 렌즈와, 상기 광학 소자와, 상기 검출된 베이스재 두께의 어긋남에 기초하여, 상기 구면수차를 보정하도록 상기 렌즈와 상기 광학 소자 사이의 간격을 변경하는 간격 변경 수단에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 구면수차 보정을 행할 수 있어, 안정한 기록이나 재생이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 구면수차 보정 방법에서는, 검출된 베이스재 두께의 어긋남에 기초하여, 구면수차를 보정하도록 광학 소자와 렌즈 사이의 간격을 변경한다. 이것에 의해, 구면수차 보정을 행할 수 있어, 안정한 기록이나 재생이 가능해진다.
간격을 변경하는 공정은, 광학 소자와 렌즈 사이의 간격을 변경하기 위해서 렌즈를 이동시키는 것이 바람직하다. 광학 소자는 경사에 대해서 대단히 민감하기 때문에, 렌즈를 움직임에 따라서 안정한 구면수차 보정이 가능해지기 때문이다.
본 실시 형태에 관한 광 기록 재생 장치에서는, 본 실시 형태에 관한 광 헤드가 설치되어 있다. 이것에 의해, 트랙킹 오차 신호가 안정한 것으로 되어, 신뢰성이 높은 광 기록 매체에 정보를 기록 재생할 수 있은 광 기록 재생 장치를 구성할 수 있다. 또한, 광 헤드의 소형화가 가능하기 때문에 광 기록 재생 장치의 소형화가 가능하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)의 구성을 도시하는 블록도이다. 광 헤드(100)는 광원(1)을 구비하고 있다. 광원(1)은, 광 기록 매체(8)에 형성된 기록층에 대해서, 기록 재생용의 코히어런트 광을 출사한다. 코히어런트 광의 파장은, 380나노미터(nm) 이상 420나노미터(nm) 이하이다. 광원(1)은, 예를 들면 GaN계의 반도체 레이저 소자(파장 405나노미터(nm))에 의해서 구성되어 있다.
광원(1)으로부터 출사된 코히어런트 광은, 콜리메이터 렌즈(2)에 의해서 평행광으로 변환되어 빔 정형 광학 소자(3)로 입사한다. 빔 정형 광학 소자(3)는, 콜리메이터 렌즈(2)에 의해서 변환된 평행광의 확대 각도가 작은 광을 확대하고, 확대 각도가 큰 광을 그대로 투과시킨다.
콜리메이터 렌즈(2)를 빠져 나간 평행광은, 거의 50%의 투과율과 거의 50%의 반사율을 갖는 빔 스플리터(4)를 빠져 나간다. 빔 스플리터(4)를 빠져 나간 평행광은 광학 소자(5)로 입사한다.
입사한 평행광은, 광학 소자(5)에 의해 림 강도가 변환되고, 다시 발산광으로 되고, 접합 렌즈(6)에 의해 평행광으로 되어, 대물 렌즈(7)에 의해 광 기록 매체(8) 상에 집광된다.
다음에, 광 기록 매체(8)로부터 반사된 광은, 대물 렌즈(7)를 투과하고, 접합 렌즈(6) 및 광학 소자(5)를 투과하고, 빔 스플리터(4)에 의해서 반사되어, 집광 렌즈(9)에 의해 광 검출기(10)에 집광된다. 광 검출기(10)는, 집광된 광에 기초하여 광 기록 매체(8) 상에서의 광의 집적된 상태를 나타내는 포커스 오차 신호를 출력하고, 또 광의 조사 위치를 나타내는 트랙킹 오차 신호를 출력한다. 여기에서, 포커스 오차 신호와 트랙킹 오차 신호는 주지의 기술에 의해, 예를 들면 비점수차법과 푸시풀법 등에 기초하여 검출된다.
도시하고 있지 않은 포커스 제어 수단은 포커스 오차 신호에 기초하여 항상 광이 집적된 상태에서 광 기록 매체(8) 상에 집광되도록 대물 렌즈(7)의 위치를 그 광축 방향을 따라서 제어한다. 또 도시하고 있지 않은 트랙킹 제어 수단은, 트랙킹 오차 신호에 기초하여, 광이 광 기록 매체(8) 상의 소망의 트랙에 집광되도록 대물 렌즈(7)의 위치를 제어한다. 또, 광 검출기(10)로부터는 광 기록 매체(8)에 기록된 정보도 얻고 있다.
도 2는, 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)에 설치된 광학 소자(5)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 광학 소자(5)는, 중심 축선(82)에 대해서 가로방향으로 연장되는 제1 곡면 표면(21)과, 중심 축선(82)에 대해서 가로방향으로 연장되는 제2 곡면 표면(22)과, 중심 축선(82)에 평행한 방향을 따라서 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22) 사이에 연장되는 외주면(23)을 갖고 있다. 광학 소자(5)는, 콜리메이터 렌즈(2)에 의해서 평행광으로 된 광을 발산광으로 하고, 또한 림 강도를 변환한다. 광학 소자(5)는 등방성 굴절율을 갖는 투명한 재료(예를 들면 유리)에 의해서 구성되어 있다.
제1 곡면 표면(21)에 입사한 입사광은, 제1 곡면 표면(21)에서의 굴절에 의해, 제1 곡면 표면(21)에서의 일부의 영역에서는 발산하고, 제1 곡면 표면(21)에서의 다른 영역에서는 수속한다. 이것에 의해서 입사광은, 입사광의 가우스형 광 강도 분포(W1)와는 다른 가우스형 광 강도 분포(W2)에 의해서 제2 곡면 표면(22)으로부터 발산광으로서 출사된다.
본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)는, 종래의 기술에서 전술한 광학 소자(90)와 달리, 가우스형 광 강도 분포(W1)를 갖는 입사광은 광학 소자(5)에 의해서 광학계에서 사용되는 범위 내의 광에 대해서는 림 강도가 입사광보다도 커진 가우스형 광 강도 분포(W2)를 갖는 출사광으로 변환한다.
또, 림 강도 개선율(본 실시 형태에 관한 광학 소자(4)에 입사하기 전의 림 강도에 대한 광학 소자(4)를 출사한 후의 광의 림 강도의 비율)이 1.07 이하인 경우에는, 제1 곡면 표면(21)의 형상은 전술한 광학 소자(90)와 달리 전부 오목 렌즈 형상으로 되어 있고, 외주부로 감에 따라서 오목 렌즈 효과가 작아지는 형상으로 되어 있다. 림 강도 개선율을 더욱 크게 하기 위해서는 외주부의 형상을, 수속하는 볼록 렌즈 효과를 갖게 하는 형상으로 하게 된다. 이상 서술한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)는, 외주부로 감에 따라서 출사광의 광속 밀도를 높게 하는 것이다.
도 3은, 광학 소자(5)의 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 비구면 데이터를 도시하는 도면이다. 여기에서, 광학 소자(5)를 구성하는 렌즈의 면 형상(이하, 「새그」라고 함)은 이하의 식으로 나타내어진다.
Z = (c ×r2)/(1 + (1 - (1 + k) ×c2 ×r2)1/2)
+ a1 ×r2 + a2 ×r4 + a3 ×r6 + a4 ×r8
+ a5 ×r10
여기에서,
c ( = 1/R) : 곡률
R : 곡률 반경
k : 원추 상수
r : 반경 위치
Z : 새그
a1∼a8 : 비구면 계수(a1 = 0)
이다.
도 3에 도시하는 바와 같은 비구면 데이터에 기초하여 형성한 광학 소자(5)의 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 형상(새그)을 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시한다. 도 4(a)는 광학 소자(100)의 제1 곡면 표면(21)의 새그량과 중심으로부터의 거리와의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 4(b)는 제2 곡면 표면(22)의 새그량과 중심으로부터의 거리와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 림 강도 개선율이 1.5, 1.3 및 1.1인 경우에는, 제1 곡면 표면(21)의 중심 부분에서는 오목 렌즈가 형성되어 있고, 외주부에서는 볼록 렌즈가 형성되어 있다. 그리고, 림 강도 개선율이 1.05 및 1.07인 경우에는 제1 곡면 표면(21)의 중심 부분과 외주부의 어디에서도 항상 오목 렌즈가 형성되어 있다. 또, 림 강도 개선율이 크면 클수록, 제1 곡면 표면(21)의 중심 부분에서의 오목 렌즈 효과가 커지고 있고, 또 외주부에서의 볼록 렌즈 효과도 커지고 있다.
도 5는, 광학 소자(5)의 림 강도 개선율과 광학 소자(5)가 0.1도 기울어졌을 때에 발생하는 수차 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 이하, 림 강도의 변환량과 이것을 실현하는 광학 소자(5)가 기울어졌을 때에 발생하는 수차 사이의 관계에 대해서 서술한다. 여기에서, 계산하기 위한 조건은 광원(1)의 확대 각도를 25도로 하고, 광원(1)으로부터 출사된 광을 취입하여 평행광으로 하는 콜리메이터 렌즈(2)의 초점 거리를 6.7미리미터(mm)로 하고, 광학 소자(5)에 입사하는 입사광의 직경을 2.84미리미터(mm)로 하고, 광학 소자(5)에서의 제1 곡면 표면(21)의 중심 위치와 제2 곡면 표면(22)의 중심 위치 사이의 간격(중심 두께)을 1.5미리미터(mm)로 한다. 이 조건일 때, 림 강도는 52%에 상당하고 있다.
여기에서, 0.1도 기울어졌을 때의 수차를 대상으로 하고 있는 것은, 광 헤드(100)에 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 탑재하는 경우에, 0.1도의 경사 어긋남이 발생할 우려가 있기 때문이다. 또, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)의 중심 위치의 두께가 5미리미터(mm)인 경우도 검토하면, 도 3과 동일 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 경사에 대해서는 광학 소자(5)의 중심 위치의 두께는 영향을 주지 않는 것을 알 수 있었다.
여기에서, 대물 렌즈(7)에 의해서 광 기록 매체(8)에 광을 집광하기 위해서는 70mλ 이하의 수차로 억제할 필요가 있기 때문에, 도 5에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)에 의한 림 강도 개선율은 1.5 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
상기에서는 광학 소자(5)만으로 광의 조리개 성능에 관한 마샬의 기준인 수차 70mλ를 전부 사용해 버리고 있지만, 광 헤드는 그 외에 많은 광학 소자를 갖고 있고, 이들 광학 소자 전부에 작성 상의 오차로부터 생기는 수차 및 광 헤드의 장착 오차에 의해서 생기는 수차가 있기 때문에, 광학 소자(5)의 경사에는 30mλ 이하의 수차를 배분하는 쪽이 현실적이다. 따라서, 도 5로부터, 림 강도 개선율을 1.2 이하로 하는 것이 현실적이고 보다 바람직하다.
이 수차와 림 강도 개선율 사이의 관계는 본 실시 형태에서 서술한 광학 소자(5)에 대해서 계산하였지만, 평행광 입사에서 평행광 출사인 경우에도 거의 동일한 관계가 얻어진다. 여기에서, 림 강도를 구하는 위치는 대물 렌즈(7)에 입사하는 광의 직경(이것은, 대물 렌즈(7)의 NA와 초점 거리로 결정됨)이 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)의 입사면에 투영된 직경 단의 위치이다.
도 6은, 광학 소자(5)의 중심 두께와, 광학 소자(5)의 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)이 5마이크로미터(㎛) 디센터하였을 때에 발생하는 수차 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 이하, 광학 소자(5)의 중심 두께와 광학 소자(5)의 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 디센터 사이의 관계에 대해서 서술한다.
여기에서, 5마이크로미터(㎛)의 디센터가 발생하였을 때에 생기는 수차를 대상으로 하고 있는 것은 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 성형에 의해 제작하는 경우에, 성형을 위한 금형의 공차 등에 의해 5마이크로미터(㎛)의 디센터가 발생할 우려가 있기 때문이다. 여기에서, 대물 렌즈(7)에 의해서 광 기록 매체(8)에 광을 집광하기 위해서는 70mλ 이하의 수차로 억제할 필요가 있다.
그래서, 도 6으로부터 각 림 강도 개선율에서 70mλ이하로 하기 위한 중심 두께를 구하여, 플롯하면 도 7에 도시되는 그래프가 된다. 곡선(C1)은, 림 강도 개선율이 1.05일 때의 광학 소자(5)의 중심 두께와 수차 사이의 관계를 나타내고 있다. 곡선(C2)은 림 강도 개선율이 1.1일 때의 광학 소자(5)의 중심 두께와 수차 사이의 관계를 나타내고 있고, 곡선(C3)은 림 강도 개선율이 1.15일 때의 광학 소자(5)의 중심 두께와 수차 사이의 관계를 나타내고 있으며, 곡선(C4)은 림 강도 개선율이 1.3일 때의 광학 소자(5)의 중심 두께와 수차 사이의 관계를 나타내고 있다. 곡선(C1)은, 림 강도 개선율이 1.5일 때의 광학 소자(5)의 중심 두께와 수차 사이의 관계를 도시하고 있다.
도 7은, 광학 소자(5)의 림 강도 개선율과, 광학 소자(5)의 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)이 5마이크로미터(㎛) 디센터하였을 때에 발생하는 수차가 70mλ가 될 때의 중심 두께 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7에 도시하는 관계로부터, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)의 중심 두께를 d미리미터(mm)로 하고, 림 강도 개선율을 R로 하여 이하의 (식 1)을 만족하면 70mλ 이하의 수차로 할 수 있다.
d ≥ 54 ·R4- 221 ·R3 + 304 ·R2- 138 ·R (식 1)
이 관계는 본 실시 형태에서 서술한 광학 소자(5)에 대해서 계산하였지만, 평행광 입사에서 평행광 출사인 경우에도 거의 동일한 관계가 얻어진다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 제작하기 위한 유리재에 대해서 서술한다. 광학 소자(5)는 부 렌즈로서 사용하고 있기 때문에, 아베수가 작은 유리재(예를 들면, 아베수가 45 이하인 유리재)를 사용하면, 이 광학 소자(5) 자체에서도 색수차 보정 기능을 가질 수 있다. 또, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)의 곡면 표면은 비구면이 되기 때문에, 성형에 의해서 만들 필요가 있다. 그래서, 성형이 가능(유리 전이점이 600도 이하)하고, 아베수가 작은 유리재, 예를 들면 VC89(SUMITA OPTICAL GLASS INC.제)(아베수 : 40.8)에 의해서 광학 소자(5)를 구성하는 것이 바람직하다.
다음에, 림 강도 개선율의 필요량에 대해서 서술한다. 광 헤드(100)에서 안정한 트랙킹 오차 신호를 얻기 위해서는 림 강도가 60% 이상 필요하다. 이 림 강도를 확보하기 위해서는 광원(1)으로부터 출사되는 광 중의 이용량(취입 효율)을 40% 이하로 할 필요가 있다(가우스형 광 강도 분포의 광인 경우, 이용하는 광의 광량은 100%에서 림 강도를 뺀 것이 됨). 또, 광 헤드(100)에는 많은 광학 부품이 탑재되어 있고, 이들의 반사 손실 등을 고려하면 대물 렌즈(7)로부터 출사되는 광은 또한 80% 정도가 되기 때문에, 림 강도를 60%로 하기 위해서는 광원(1)으로부터 출사되는 광 중의 30%밖에 사용할 수 없다.
여기에서, 광 기록 매체(8)에 형성된 기록층에 신호를 기록하기 위해서 15미리와트(mW) 이상의 광량이 필요하게 되는 경우, 광원(1)의 광량은 최저라도 50미리와트(mW) 이상 출력할 수 있는 광원이 필요하게 된다. 그러나, 현재에는 입수 가능한 청색 반도체 레이저의 출력은 45미리와트(mW)가 최고이기 때문에, 림 강도를 60%로 확보하면서 취입 효율을 40%에서 44%로 할 필요가 있다. 바꿔 말하면 취입 효율을 40%에서 44%로 한 채로, 림 강도를 56%에서 60%로 개선할 필요가 있다. 즉, 림 강도 개선율을 1.07 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 바와 같이, 림 강도 개선율은 1.07 이상 필요하지만, 약간의 마진을 갖고 있지 않으면 , 대물 렌즈(7)에 먼지가 부착되었기 때문에 출사되는 광이 초기 상태보다도 적어진 경우에 전혀 대응할 수 없다. 그래서, 림 강도 개선율은, 어느 정도의 마진을 고려하여, 1.1 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 빠져 나간 광은, 접합 렌즈(6)에 의해서 평행광으로 변환된다. 접합 렌즈(6)는, 재생 동작으로부터 기록 동작으로 전환되었을 때에 광원(1)의 파장이 변화하였을 때에 발생하는 색수차를 보정하는 기능도 갖고 있다.
재생 동작에서 기록 동작으로 전환되었을 때에는, 광원(1)으로부터 출사되는 광의 광량이 변한다. 이 때, 파장이 순식간에 변하기 때문에 대물 렌즈(7)에 의해서 광 기록 매체(8)에 집광되어 있었던 광이 디포커스하여, 구면수차가 발생하게 된다. 즉 색수차가 발생한다. 이와 같은 디포커스는 포커스 제어에 의해서 추종하여 억제할 수 없을 정도로 순식간에 일어나고, 또, 구면수차도 구면수차 보정 수단에 의해서 추종하여 보정할 수 없을 정도로 순식간에 일어나기 때문에, 광학계에 의해서 색수차를 보정해 둘 필요가 있다.
그래서, 구면수차 보정 수단의 정 렌즈군에 색수차 보정 기능을 갖게 하기 위해서, 정 렌즈군이 접합 렌즈(6)에 의해서 구성되어 있다. 여기에서, 접합 렌즈(6)의 볼록 렌즈부(6a)는 아베수가 큰(예를 들면 50 이상) 유리재에 의해서 구성하고, 접합 렌즈(6)의 오목 렌즈부(6b)는 아베수가 작은(예를 들면 30 이하) 유리재에 의해서 구성한다.
파장이 짧아지면 굴절율이 크게 변화하기 때문에 색수차의 발생량이 커진다. 여기에서, 405나노미터(nm)의 파장, NA 0.85이 되는 대물 렌즈(7)를 단(單) 렌즈로 설계한 경우, 1나노미터(nm)당 0.35마이크로미터(㎛) 정도의 디포커스가 일어난다. 이 디포커스를 보정하기 위해서는, 볼록 렌즈부(6a)를 아베수 55.4의 유리재에 의해서 구성하고, 오목 렌즈부(6b)를 아베수 25.5의 유리재에 의해서 구성함으로써 상기한 색수차를 보정하는 것이 가능하였다. 또, 아베수가 작은 유리재의 굴절율을 1.7 이상으로 하지 않으면 렌즈의 곡률 반경이 작아지게 되기 때문에 렌즈 제작에서의 공차가 엄격하게 된다.
본 실시 형태에서는 구면수차 보정 수단을 구성하는 정 렌즈군에 색수차 보정 기능을 갖게 하고 있기 때문에 색수차 보정 수단을 별도로 가질 필요가 없으므로, 광학계가 간이한 것으로 되어, 광 헤드의 소형화가 가능해진다.
다음에, 구면수차 보정 수단에 대해서 서술한다. 구면수차 보정 수단은, 접합 렌즈(6)와, 광학 소자(5)와, 구면수차를 보정하도록 접합 렌즈(6)와 광학 소자(5) 사이의 간격을 변경하는 간격 변경부(11)에 의해서 구성되어 있다. 구면수차 보정 수단은 확대계(입사되는 평행광이 확대된 평행광으로 되어 출사되고 있는 시스템)로 되어 있다. 이것에 대해서 서술한다. 광 헤드(100)에는, 광 기록 매체(8)의 베이스재 두께의 표준치로부터의 어긋남을 검출하는 어긋남 검출부(12)가 설치되어 있다. 광 기록 매체(8)의 두께가 표준치로부터 어긋났을 때에 발생하는 구면수차의 보정 방법은 정 렌즈군과 부 렌즈군 사이의 간격을 변경하는 것이다. 여기에서 대물 렌즈(7)의 유효 직경은 개구(NA)가 일정하기 때문에, 구면수차 보정 수단에 입사되는 광의 대물 렌즈(7)에 대한 투영 직경(이하「대물 렌즈 투영 직경」이라고 칭함)이 변화하게 된다. 이 변화량은 림 강도의 변화에 대응하기 때문에 큰 변화는 바람직하지 않다.
여기에서, 축소계에 의해서 구면수차 보정 수단을 구성하면 구면수차 보정 수단에 입사되는 광의 대물렌즈 투영 직경은 크게 변화하게 되고, 확대계에서는 변화량이 작게 되기 때문에 확대계를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 바와 같이 구면수차를 보정하기 위해서는 간격 변경부(11)에 의해서 렌즈 간격을 변경하는 것이 필요하지만, 렌즈를 움직이면, 렌즈가 기울어지는 경우가 있다. 여기에서, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)는 경사에 대해서 대단히 민감하기 때문에, 구면수차를 보정할 때에는 광학 소자(5)는 움직이지 않고, 간격 변경부(11)에 의해서 접합 렌즈(6)를 움직이는 쪽이 유리하다. 또, 동일하게 렌즈를 움직이면 광원(1)으로부터 먼 측의 렌즈에 입사하는 직경이 변하기 때문에, 림 강도 보정 기능을 갖는 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)가 광원(1)측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 당연히, 색수차를 없애는 기능을 갖는 렌즈를 부 렌즈군으로 하고, 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 정 렌즈군으로 하여, 구면수차를 보정할 때에 가동하는 측을 부 렌즈군으로 하는 것은 가능하다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 구면수차 보정 방법에 대해서 서술한다. 우선 광 기록 매체(8)의 베이스재 두께가 표준치로부터 어느정도 어긋나 있는지를 어긋남 검출부(12)에 의해서 검출한다. 이 검출 방법으로서는 광 기록 매체(8)의 기록 또는 재생 전에 학습 방법에 기초하여 미리 검출할 수 있다. 또, 다른 검출 방법으로서는 일본국 특개 2000-171346호 공보에 서술되어 있다. 이 밖의 검출 방법은, 광 기록 매체로부터의 반사광의 광축에 가까운 측의 제1 광 빔과, 제1 광 빔보다도 외측의 제2 광 빔의 2개의 초점 위치에 기초하여 구면수차를 검출하는 방법이다.
또한 일본국 특개평 10-334575호 공보에 또 다른 검출방법이 서술되어 있다. 구체적으로는, 광원과, 광원으로부터 출사된 광을 광 기록 매체(측정 대상물)에 조사하는 제1 광학계와, 광 기록 매체로부터의 반사광을 수광 소자로 인도하는 제2 광학계를 포함한다. 여기에서, 광원은 레이저, LED 혹은 램프를 포함하고, 제1 및 제2 광학계를 볼록 렌즈 혹은 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합에 의해 구성한다.
이 구성을 이용하면, 베이스재 두께에 따라서 수광 소자로부터 출력되는 신호가 달라지고, 베이스재 두께에 관한 신호가 얻어진다. 학습에 의해서 베이스재 두께의 표준치로부터의 어긋남을 어긋남 검출부(12)가 검출한 경우는, 베이스재 두께가 표준치로부터 어긋났을 때에 발생하는 구면수차를 보정하기 위해서 필요한 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)와 접합 렌즈(6) 사이의 간격은 설계상 결정되어 있기 때문에, 간격 변경부(11)가 어느 쪽인가의 렌즈를 필요량만큼 움직이면 구면수차를 보정할 수 있다.
또, 베이스재 두께에 관한 신호가 얻어지고 있는 경우에는, 이 신호를 베이스재 두께가 표준치일 때에 얻어지는 신호가 되도록 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)와 접합 렌즈(6) 사이의 간격을 간격 변경부(11)에 의해서 변경하면 좋다.
여기에서, 렌즈 간격을 변경하기 위해서 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5) 또는 접합 렌즈(6)를 간격 변경부(11)에 의해서 움직이게 되지만, 상기한 이유에 의해 광학 소자(5)가 아니라 접합 렌즈(6)를 간격 변경부(11)에 의해서 움직이는 것이 바람직하다.
다음에, 림 강도 개선 기능을 갖게 한 광학 소자(5)의 위치에 대해서 서술한다. 기록을 하는 광 헤드(100)에서는 광 기록 매체(8)에 집광하는 광을 될 수 있는 한 림 강도가 균일한 광으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 광원(1)으로부터 출사되는 광은 광원의 확대 각도가 광원(1)의 단면에 평행한 방향과 수직한 방향에서 다르기 때문에, 광 기록 매체(8)에 집광되는 광의 림 강도가 불균일하게 되어 있다. 그래서, 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)에는 빔 정형 광학 소자(3)가 탑재되어 있고, 광원(1)의 확대 각도가 작은 광을 확대하고, 확대 각도가 큰 광은 그대로 투과하도록 하여 림 강도를 균일화하고 있다. 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 빔 정형 광학 소자(3)보다도 광원측에 배치하는 경우에는, 림 강도 개선율을 빔 정형 광학 소자(3)에 의해서 확대된 방향과 그대로 투과하는 방향으로 변경함으로써 실현 가능하다.
이상과 같이, 림 강도 개선 기능을 갖는 광학 소자(5)의 림 강도 개선율 및 중심 두께를 제한함으로써 광학 소자의 수율을 상승시키는 것이 가능하게 되고, 또, 림 강도를 개선한 광 헤드(100)를 구성하기 위해서 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 광 헤드(100)에 탑재하는 경우, 상기 제한을 가함으로써 광 헤드의 조립 수율이 상승하여 신뢰성이 높아진다. 또, 림 강도 보정 기능을 갖는 광학 소자(5)를 사용하여 구면수차 보정 수단을 구성하고 있기 때문에 광 헤드(100)의 간소화 및 소형화가 가능하다. 또한, 구면수차 보정 수단이 색수차 보정 기능도 갖고 있기 때문에 광 헤드의 간소화 및 소형화가 가능하다.
그러나, 이 경우는 림 강도 개선율을 빔 정형 광학 소자(3)에 의해서 확대된 방향과 그대로 투과하는 방향으로 변경할 필요가 있기 때문에, 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 형상이 중심 회전 대칭에서는 없어지고, 이와 같은 광학 소자(5)를 제작하는 경우, 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 회전 어긋남을 상당한 정밀도로 맞출 필요가 있다. 성형의 공정에서 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)의 회전 어긋남을 없애는 것은 대단히 어렵고, 광학 소자의 수율이 저하하게 된다.
한편, 빔 정형 광학 소자(3)와 대물 렌즈(7) 사이에 배치되는 림 강도 개선 기능을 갖는 광학 소자(5)에서는, 림 강도 개선율을 빔 정형 광학 소자(3)에 의해서 확대된 방향과 그대로 투과하는 방향으로 변경할 필요는 없기 때문에, 상술한 제약은 없다. 이 때문에, 광학 소자(5)를 제조하기 쉽게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)에서는 본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)를 사용하여 구면수차 보정 수단을 구성하고 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 입사광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비인 림 강도에 대한 출사광의 림 강도의 비율인 림 강도 개선율(R)이 1.07 이상 1.5 이하로 되어 있다. 이 때문에, 광학 소자(5)가 기울어졌을 때에 발생하는 수차 및 제1 곡면 표면(21)과 제2 곡면 표면(22)에 디센터가 발생하였을 때에 발생하는 수차를 70mλ 이하로 억제할 수 있다. 그 결과, 광학 소자(5)의 수율이 향상하고, 광 헤드(100)에 탑재한 경우, 광 헤드(100)의 수율이 향상하여 신뢰성이 향상한다.
또한, 본 실시 형태에서는 림 강도 개선 기능과 색수차 보정 기능을 각각의 렌즈에 의해서 행하고 있는 예를 나타내었다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 림 강도 변환부와 색수차 보정부를 일체로 한 렌즈를 사용해도 좋다. 도 8에 도시하는 렌즈는, 림 강도를 변환하기 위해서 형성된 렌즈(61)와, 렌즈(61)를 구성하는 유리재의 아베수와 다른 아베수의 유리재에 의해서 형성된 렌즈(62)를 갖고 있다.
본 실시 형태에 관한 광학 소자(5)는, 렌즈(61)와 렌즈(62)를 접합함으로써 구성해도 좋다. 이 광학 소자(5)를 부 렌즈군으로서 구면수차 보정 수단에 사용하면, 정 렌즈군은 단순한 평볼록 렌즈로 좋다. 이 평볼록 렌즈를 움직여서 구면수차 보정을 행하기 때문에, 가동부의 중량이 가벼워진다. 이 때문에, 렌즈를 가동하는 메카니즘부가 간이하게 되고, 또, 움직이기 위해서 흘리는 전류가 적어지기 때문에 에너지 절약화가 가능하다.
또, 본 실시 형태에서는 색수차 보정 수단으로서 아베수가 다른 렌즈를 접합한 접합 렌즈(6)를 사용한 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 접합 렌즈(6)는, 회절형 렌즈이어도 좋다. 이 경우는 가동부의 중량이 가벼워지기 때문에, 회절형 렌즈를 가동하는 메카니즘부가 간이하게 된다. 또, 회절형 렌즈를 움직이기 위해서 흘리는 전류가 적어지기 때문에 에너지 절약화가 가능하다.
또한 본 실시 형태에서는 광원(1)에 반도체 레이저를 이용하고 있기 때문에, 기록과 재생을 전환할 때에 파장 변동이 생기므로, 색수차 보정 수단이 필요하지만, 근적외 반도체 레이저와 유사 위상 정합 방식의 분극 반전형 도파로 디바이스에 의해서 구성된 제2 고조파 발생 블루 레이저(SHG 광원)를 광원(1)에 이용하면, 파장 변동이 생기지 않기 때문에 색수차 보정 수단이 필요없고 광 헤드의 간소화가 가능해진다.
또한 본 실시 형태에서는 대물 렌즈(7)에 단 렌즈를 사용하고 있지만, 높은 NA를 갖는 렌즈 세트를 사용해도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 무한계의 광 헤드를 사용하는 예를 나타내었지만, 콜리메이터 렌즈를 사용하지 않은 유한계의 광 헤드를 사용해도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 무편광 광학계의 광 헤드를 사용하는 예를 나타내었지만, 상술한 광 헤드에 또한 1/4 파장판을 설치하고, 빔 스플리터를 편광 빔 스플리터로 한 편광 광학계의 광 헤드를 사용해도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 빔 정형 광학 소자(3)를 갖고 있는 예를 도시하였지만, 빔 정형 광학 소자(3)가 설치되어 있지 않은 광 헤드에서도 본 발명에 관한 광학 소자가 유용한 것은 말할 필요도 없다.
또한 본 실시 형태에서는 림 강도 개선 기능을 갖는 광학 소자(5)에 의해서 구면수차 보정 수단을 구성하고 있지만, 상기 제한을 갖고 있는 광학 소자(5)와 구면수차 보정 수단을 별체로 하여 광 헤드에 탑재해도 아무런 문제는 없다.
또, 이 경우, 예를 들면, 색수차 보정 소자인 접합 렌즈와 1개의 오목 렌즈에 의해서 구면수차 보정 수단을 구성하게 되는데, 이 경우는 접합 렌즈가 아닌 렌즈를 움직임으로써 구면수차를 보정하는 것이 유리하다. 이 이유를 이하에 서술한다.
구면수차는 1개의 렌즈를 움직여서 렌즈 간격을 변경함으로써 보정할 수 있다. 또, 광 기록 매체의 두께는 1트랙 내에서도 변화하고 있기 때문에, 1트랙 내에서의 두께의 변화에 추종할 수 있도록 렌즈를 움직일 필요가 있다. 그래서, 움직이는 쪽의 렌즈의 중량은, 제어의 관점에서 가벼운 쪽이 바람직하다. 또, 렌즈를 움직이기 위해서 외부에서 가하는 신호에 의해 가동부의 온도가 상승한다. 여기에서, 접합 렌즈는 예를 들면, UV 경화 수지에 의해서 접착되어 있기 때문에, 온도가 상승하면, 접합 렌즈 자체의 수차가 악화하여, 광 헤드의 특성이 열화한다. 이들 이유에 의해, 림 강도 보정 소자를 사용하지 않고 구면수차 보정 수단을 구성하는 경우는 접합 렌즈가 아닌 쪽의 렌즈를 움직이는 편이 좋다.
도 9는, 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)를 구비한 광 기록 재생 장치(200)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1을 참조하여 전술한 광 헤드(100)의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 있다. 따라서, 이들 구성 요소의 상세한 설명은 생략한다.
광 기록 재생 장치(200)는, 광 헤드(100)와, 광 기록 매체(8)를 회전시키기 위해서 설치된 모터(72)와, 광 헤드(100)에 의해서 생성된 포커스 오차 신호와 트랙킹 오차 신호에 기초하여, 광 기록 매체(8) 상의 소망의 트랙 상에 광이 집광하도록, 광 헤드(100)에 설치된 대물 렌즈(7)의 위치를 제어하기 위해서 설치된 처리 회로(73)를 구비하고 있다.
이와 같이 구성된 광 기록 재생 장치(200)의 동작을 설명한다. 먼저, 광 기록 재생 장치(200)에 광 기록 매체(8)가 세트되면, 처리 회로(73)는 모터(72)를 회전시키는 신호를 출력하여 모터(72)를 회전시킨다. 다음에, 처리 회로(73)는, 광 헤드(100)에 설치된 광원(1)을 구동하여 광을 출사시킨다. 그리고, 광원(1)으로부터 출사된 광은, 광 기록 매체(8)에 의해서 반사되어, 광 헤드(100)에 형성된 광 검출기(10)로 입사한다. 광 검출기(10)는, 광 기록 매체(8) 상에서의 광의 집적된 상태를 나타내는 포커스 오차 신호와, 광의 조사 위치를 나타내는 트랙킹 오차 신호를 처리 회로(73)에 출력한다. 이들 신호에 기초하여, 처리 회로(73)는 대물 렌즈(7)의 위치를 제어하는 신호를 출력하고, 이것에 의해서 광원(1)으로부터 출사된 광을 광 기록 매체(8) 상의 소망의 트랙 상에 집광시킨다. 또, 처리 회로(73)는, 광 검출기(10)로부터 출력되는 신호에 기초하여, 광 기록 매체(8)에 기록되어 있는 정보를 재생한다.
이상과 같이 광 기록 재생 장치(200)는 본 실시 형태에 관한 광 헤드(100)를 구비하고 있기 때문에, 트랙킹 오차 신호가 안정한 것으로 된다. 이 때문에, 광 기록 매체(8)에 정보를 기록 재생할 수 있은 신뢰성이 높은 광 기록 재생 장치(200)를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 광 헤드(100)의 소형화가 가능하기 때문에 광 기록 재생 장치(200)도 소형화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 다른 실시 형태에 적용할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 광만에 의해서 정보를 기록하는 광 기록 매체에 대해서 서술하였지만, 광 및 자기에 의해서 정보를 기록하는 광 기록 매체에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또, 상기 실시 형태에서는, 광 기록 매체가 광 디스크인 경우에 대해서 설명하였지만, 카드 형상의 광 기록 매체 등, 유사한 기능을 실현하는 광학적 정보 기록 재생 장치에 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 취입 효율이 높고 림 강도가 높은 광학 소자, 광 헤드, 구면수차 보정 방법 및 광 기록 재생 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 광 헤드의 구성을 도시하는 블록도,
도 2는 본 실시 형태에 관한 광 헤드에 설치된 광학 소자의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 실시 형태에 관한 광학 소자의 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면의 비구면 데이터를 도시하는 도면,
도 4(a)는 본 실시 형태에 관한 광학 소자의 제1 곡면 표면의 새그량과 중심으로부터의 거리와의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 4(b)는 제2 곡면 표면의 새그량과 중심으로부터의 거리와의 관계를 도시하는 그래프,
도 5는 본 실시 형태에 관한 광학 소자의 림 강도 개선율과 광학 소자가 0.1도 기울었을 때에 발생하는 수차 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 6은 본 실시 형태에 관한 광학 소자의 중심 두께와 광학 소자의 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면이 5마이크로미터(㎛) 디센터로 하였을 때에 발생하는 수차 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 7은 본 실시 형태에 관한 광학 소자의 림 강도 개선율과 광학 소자의 제1 곡면 표면과 제2 곡면 표면이 5㎛ 디센터하였을 때에 발생하는 수차가 70mλ가 될 때의 중심 두께 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 8은 본 실시 형태에 관한 다른 광학 소자의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 실시 형태에 관한 광 헤드를 구비한 광 기록 재생 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 10은 종래의 광학 소자의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광원 2 : 콜리메이터 렌즈
3 : 빔 정형 광학 소자 4 : 빔 스플리터
5 : 본 발명의 광학 소자 6 : 접합 렌즈
7 : 대물 렌즈 8 : 광 기록 매체
9 : 집광 렌즈 10 : 광 검출기
72 : 모터 73 : 처리 회로

Claims (22)

  1. 중심 축선과,
    상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제1 곡면 표면과,
    상기 중심 축선에 대해서 가로방향으로 연장되는 제2 곡면 표면과,
    상기 제1 곡면 표면과 상기 제2 곡면 표면 사이에 연장되는 외주면을 갖고,
    광이 상기 제1 곡면 표면에 입사하여, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사할 때까지 받는 굴절에 의해, 상기 제2 곡면 표면으로부터 출사하는 출사광의 광 강도 분포와 상기 제1 표면으로 입사하는 입사광의 광 강도 분포가 서로 다른 광학 소자에 있어서,
    상기 입사광의 중심 강도에 대한 주변 강도의 비인 림 강도에 대한 상기 출사광의 림 강도의 비율인 림 강도 개선율(R)이 1.07 이상 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 곡면 표면의 중심 위치와 상기 제2 곡면 표면의 중심 위치의 사이의 거리(중심 두께)를 d(mm)로 하였을 때,
    d ≥54 ·R4- 221 ·R3 + 304 ·R2- 138 ·R인 관계식을 만족하는 광학 소자.
  3. 광 기록 매체에 대해서 신호의 기록 또는 재생을 행하는 광 헤드에 있어서,
    광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 광을 상기 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 구비하고 있고,
    청구항 1에 기재된 광학 소자가 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광 기록 매체의 베이스재 두께가 표준치로부터 어긋남으로써 발생하는 구면수차를 보정하기 위해서 설치된 구면수차 보정 수단을 더 구비하는 광 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 렌즈를 더 구비하고 있고,
    상기 구면수차 보정 수단은, 상기 렌즈와, 상기 광학 소자와, 상기 구면수차를 보정하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 렌즈 사이의 간격을 변경하는 간격 변경 수단에 의해서 구성되어 있는 광 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 광학 소자에 의해서 발산광으로 된 광을 평행광으로 변환하는 광 헤드.
  7. 제3항에 있어서, 상기 광원으로부터 출사된 상기 광을 빔 정형하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 광원 사이에 배치된 빔 정형 광학 소자를 더 구비하는 광 헤드.
  8. 제3항에 있어서, 상기 광학 소자에서의 상기 제1 곡면 표면의 중심 위치와 상기 제2 곡면 표면의 중심 위치 사이의 거리(중심 두께)를 d(mm)로 하였을 때,
    d ≥54 ·R4- 221 ·R3 + 304 ·R2- 138 ·R인 관계식을 만족하는 광 헤드.
  9. 제5항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 광학 소자측에 배치된 볼록 렌즈와, 상기 대물 렌즈측에 배치되고, 아베수가 상기 볼록 렌즈의 아베수보다도 작은 오목 렌즈를 포함하고 있는 광 헤드.
  10. 제4항에 있어서, 상기 구면수차 보정 수단은, 확대계로 되어 있는 광 헤드.
  11. 제4항에 있어서, 상기 구면수차 보정 수단은, 색수차 보정 기능을 갖고 있는 광 헤드.
  12. 제5항에 있어서, 상기 광학 소자와 상기 렌즈의 적어도 한쪽은, 색수차 보정 기능을 갖고 있는 광 헤드.
  13. 제4항에 있어서, 상기 구면수차 보정 수단은, 상기 광학 소자와, 상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 회절형 렌즈와, 상기 구면수차를 보정하기 위해서 상기 광학 소자와 상기 회절형 렌즈 사이의 간격을 변경하는 간격 보정 수단에 의해서 구성되어 있는 광 헤드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회절형 렌즈는, 상기 광학 소자에 의해서 발산광으로 된 광을 평행광으로 변환하는 광 헤드.
  15. 제3항에 있어서, 색수차 보정 기능을 갖는 색수차 보정 소자를 더 구비하고 있는 광 헤드.
  16. 제3항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 NA는, 0.7 이상으로 되어 있는 광 헤드.
  17. 제3항에 있어서, 상기 광원으로부터 출사되는 상기 광의 파장은, 380나노미터(nm) 이상 420나노미터(nm) 이하로 되어 있는 광 헤드.
  18. 제4항에 있어서, 상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 어긋남 검출 수단을 더 구비하는 광 헤드.
  19. 제4항에 있어서, 상기 광학 소자에 대해서 소정의 간격을 두고 배치된 렌즈와,
    상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 어긋남 검출 수단을 더 구비하고 있고,
    상기 구면수차 보정 수단은, 상기 렌즈와, 상기 광학 소자와, 상기 검출된 베이스재 두께의 어긋남에 기초하여, 상기 구면수차를 보정하도록 상기 렌즈와 상기 광학 소자 사이의 간격을 변경하는 간격 변경 수단에 의해서 구성되어 있는 광 헤드.
  20. 청구항 5에 기재된 광 헤드를 사용한 구면수차 보정 방법에 있어서,
    상기 광 기록 매체의 베이스재 두께의 표준치로부터 어긋남을 검출하는 공정과,
    상기 검출된 베이스재 두께의 어긋남에 기초하여, 상기 구면수차를 보정하 도록 상기 광학 소자와 렌즈 사이의 간격을 변경하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 구면수차 보정 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 간격을 변경하는 공정은, 상기 광학 소자와 렌즈 사이의 간격을 변경하기 위해서 상기 렌즈를 이동시키는 구면수차 보정 방법.
  22. 청구항 3에 기재된 광 헤드와,
    상기 광 헤드에 의해서 생성된 포커스 오차 신호와 트랙킹 오차 신호에 기초하여, 상기 광 기록 매체 상의 소망의 트랙 상에 상기 광이 집광하도록, 상기 광 헤드에 설치된 대물 렌즈의 위치를 제어하기 위해서 설치된 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 기록 재생 장치.
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