KR100603871B1 - 광 픽업 장치 - Google Patents

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유끼오 구라따
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Abstract

광원과, 상기 광원으로부터 광 기록 매체에 이르는 광로 중에 대물 렌즈와 수차 보정 광학계를 포함하고 있는 광 픽업 장치에서, 상기 수차 보정 광학계는 소정의 수차를 보정하기 위해 투과하는 광속에 대하여 위상 분포가 부여되어 있고, 상기 수차를 보정하는 경우의 상기 수차 보정 광학계의 위상량은, 상기 수차 보정 광학계와 광축이 교차하는 점으로부터의 거리가 커짐에 따라, 상기 수차 보정 광학계에서 부여하는 위상량이 커지도록 설정되어 있다. 이에 의해, 대물 렌즈의 중심 어긋남에 대한 허용량을 크게 하여, 중심 어긋남에 의한 수차의 열화를 방지할 수 있다.
광원, 수차 보정 광학계, 구동 회로, 수차 보정 광학 소자, 위상 변화량

Description

광 픽업 장치{OPTICAL PICKUP DEVICE}
본 발명은, 광학적 정보 기록 매체에 정보의 기록, 재생을 행하는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광을 이용한 기술은, 광 주파수로 고속 처리가 가능하며(주파수가 높기 때문에 고속), 공간 정보 처리를 할 수 있고, 위상 처리를 할 수 있는 등의 많은 특징을 갖고 있기 때문에, 통신, 계측, 가공 등의 다방면에 걸친 분야에서 연구·개발·실용화가 행해지고 있다.
그와 같은 광을 이용한 기술에서는, 광 빔을 집광하기 위해 고정밀도의 대물 렌즈가 이용되고 있다.
최근, 특히 광을 이용한 화상 기록 장치 등에의 요구가 커지고 있어, 광 정보 기록 매체의 대용량화의 기술이 매우 중요해지고 있다. 광 정보 기록 매체의 대용량화를 위해, 기록 매체의 품질 향상에 대한 요구도 증가하여, 빔 스폿의 소직경화, 즉 대물 렌즈에 의한 빔 스폿의 충분한 집광이 필요하다.
주지와 같이, 빔 스폿 직경은, 광의 파장에 비례하고, 대물 렌즈의 NA(Numerical Aperture)에 반비례한다. 즉, 빔 스폿 직경을 작게 하기 위해서는, 광의 파장을 짧게 하거나, 대물 렌즈의 NA를 크게 할 필요가 있다.
광의 단파장화에 대해서는, 최근 청색 레이저 다이오드나 청색 혹은 녹색 SHG 레이저가 개발되고 있다. 한편, 대물 렌즈의 고NA화에 대해서는, NA가 0.45인 CD(Compact Disc)에 비해, DVD(Digital Versatile Discs)에서는 NA가 0.6으로 되어, 고밀도화가 달성되었다. 또한, 2군2매의 렌즈를 이용하여, NA를 0.85로 하여 더욱 고밀도화를 목표로 한 광 픽업 장치가, 일본국의 공개 특허 공보 「특개평10-123410호 공보(공개일: 1998년5월15일)」에 개시되어 있다.
이와 같은 높은 NA의 대물 렌즈를 이용한 광 픽업 장치에서는, 광 기록 매체의 광 투과층에서의 두께의 변동이나, 다층 기록을 행할 때에 발생하는 구면 수차를 보정할 필요가 있다. 예를 들면, 일본국의 공개 특허 공보 「특개2001-143303호 공보(공개일: 2001년5월25일)」에서는, 구면 수차를 보정하는 액정 소자가 개시되어 있다.
상기 공보의 액정 소자는, 액정을 2매의 유리 기판 상에 형성한 전극에 의해 협지하는 구성으로, 구면 수차를 보정하기 위해, 전극에 전압을 인가함으로써 액정의 배향을 변화시켜, 굴절율을 변화시킴으로써 위상 분포를 형성하고 있다.
예를 들면 대물 렌즈의 NA가 0.85이고, 광 기록 매체의 광 투과층의 두께가 0.1㎜인 계의 경우에 대하여 설명한다. 광 투과층이 0.115㎜로 두껍게 되었을 때, 그 구면 수차를 보정하기 위해, 도 8에 도시한 바와 같은 위상 분포가 액정 소자에 부여된다. 이것은, 광 투과층의 두께의 증가분(+15㎛)에 상당하는 구면 수차가 있을 때, 포커스 동작에 의해 최량상면(best image plane)으로 이동한 상태에서 잔존하고 있는 구면 수차를 보정하기 위해 필요한 위상 분포이다. 즉, 구면 수차가 있 을 때, 기록 재생면과 파면 수차가 가장 작아지는 면인 최량상면(最良像面)을 일치시키기 위한 대물 렌즈의 광축 방향의 이동에 의해 포커스 동작한 상태에서 잔존하고 있는 구면 수차를 보정하기 위해 필요한 위상 분포이다.
액정 소자의 반경 r과 위상 기울기의 변화량(변동량)을 나타내는 위상 분포의 2회 미분과의 관계를 도 9에 도시한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 이 위상 분포에서는 변곡점이 2개 존재하고 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 유효 광속의 최외주부에서의 값이 상당히 크게 되어 있다. 여기서, 이와 같은 위상 분포를 액정 소자에 부여한 경우에는, 액정 소자와 대물 렌즈와의 중심축이 일치하고 있을 때에는 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 액정 소자와 대물 렌즈와의 중심축이 일치하지 않아, 액정 소자와 대물 렌즈와의 반경 방향에 조금이라도 위치 어긋남이 발생하면, 대물 렌즈에 입사하는 파면의 기울기가 크게 변동하여, 큰 수차가 발생하게 된다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 액정 소자와 대물 렌즈와의 중심 어긋남(center misalignment)에 의한 특성 열화가 커지는 문제가 있다. 또한, 이 특성 열화를 방지하기 위해서는, 양자의 위치 정합을 정밀하게 행할 필요가 있어, 사용자에게 번잡한 작업을 강제시키는 문제도 있다. 또한, 트랙킹 동작을 행하기 위해, 액튜에이터 상에 탑재된 대물 렌즈를 광축과 직각 또한 트랙과 직각 방향으로 이동하였을 때에, 중심 어긋남으로서, 대물 렌즈에 입사하는 광속의 중심축과 대물 렌즈의 중심축과의 어긋남이 발생한다. 이러한 중심 어긋남은 허용될 수 없기 때문에, 액튜에이터 상에 대물 렌즈와 액정 소자를 함께 탑재해야만 하는 문제 도 있다.
또한, 액정 소자에 직선 편광을 입사시키기 위해, 1/4 파장판은 액정 소자보다 광 기록 매체측, 즉, 액튜에이터 상에 배치할 필요가 있다. 따라서, 액튜에이터에 탑재하는 부품의 중량(가동부 중량)이 증가하여, 고속의 구동을 행할 수 없으므로, 기록 재생 속도를 향상시키는 것이 곤란하였다.
또한, 이와 같이 가동부(액튜에이터)에 액정 소자를 탑재하면, 액정 소자에 전압을 인가하기 위한 리드선의 배선이나, 플렉시블 기판의 배치가 복잡하게 되는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 높은 NA의 대물 렌즈를 이용한 경우에도, 액정 소자와 대물 렌즈와의 위치 어긋남에 의해 발생하는 수차의 열화를 방지할 수 있는 광 픽업 장치를 제공하는 것이다.
<발명의 개시>
본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 광원과, 상기 광원으로부터 광 기록 매체에 이르는 광로 중에 대물 렌즈와 수차 보정 광학계를 구비하는 광 픽업 장치에 있어서, 상기 수차 보정 광학계는 소정의 수차를 보정하기 위해 투과하는 광속에 대하여 위상 분포가 부여되어 있고, 상기 수차를 보정하는 경우의 상기 수차 보정 광학계의 위상량은, 상기 수차 보정 광학계와 상기 광원으로부터의 광의 광축이 교차하는 점으로부터의 거리가 커짐에 따라, 상기 수차 보정 광학계에서 부여하는 위상량이 커지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 대물 렌즈와 수차 보정 광학계와의 중심 어긋남이 발생 한 경우에도, 단조 변화하는 위상량으로부터 매우 작은 위상의 기울기의 변화량을 발생시킬 뿐이다. 따라서, 중심 어긋남이 없는 상태로 적절하게 조정되어 있으면, 중심이 어긋나도 큰 수차가 발생하지 않는다.
따라서, 예를 들면 액튜에이터에 대물 렌즈와 수차 보정 광학계를 함께 탑재할 필요는 없다.
따라서, 액튜에이터의 중량을 저감하여, 액튜에이터를 고속 구동할 수 있는 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 구성에서, 상기 수차를 보정하는 경우의 상기 수차 보정 광학계의 위상량은, 상기 수차 보정 광학계와 상기 광원으로부터의 광의 광축이 교차하는 점으로부터의 거리가 커짐에 따라, 수차 보정 광학계의 유효 반경 내에서, 상기 수차 보정 광학계에서 부여하는 위상량이 커지도록 설정되어 있는 구성이어도 된다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성에서, r을 반경으로 하고, Φ(r)를 반경 r에서의 위상으로 하며, a, b를 위상 분포 계수로 할 때, 상기 수차 보정 광학계의 위상 분포는,
Φ(r)=a×r4+b×r2
에 의해 근사되는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 상술한, 수차 보정 광학계의 위상량이, 수차 보정 광학계와 광축이 교차하는 점으로부터의 거리가 커짐에 따라 커지는 구성을 간단하게 실현할 수 있다.
또한, 상기 구성의 위상 분포는, 예를 들면 수차 보정 광학계로서 액정 소자를 이용하는 경우에, 액정 소자에 인가하는 전압 분포를 조정함으로써 간단하게 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 광 픽업 장치를 간단하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성에서, R을 상기 수차 보정 광학계의 유효 반경으로 할 때, 위상 분포 계수 a, b가
a×b>0,
또는,
a×b<0 및 {-b/(6×a)}(1/2))>R
을 만족하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성은, 수차 보정 광학계의 유효 반경 내에서, 수차 보정 광학계의 위상 분포에 변곡점을 포함하지 않는다. 따라서, 대물 렌즈와 수차 보정 광학계와의 중심 어긋남이 발생한 경우에도, 위상의 기울기의 변화량으로서의 위상 분포의 2회 미분 Φ''(r)을 작은 양으로 할 수 있기 때문에, 발생하는 수차를 확실하게 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성에서, 위상 분포 계수 a가,
｜12×a×R2｜<0.002
를 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 대물 렌즈의 시프트량을 0.3㎜ 정도로 가정한 경우에, NA0.85의 광학계에서 수차량을 0.03λrms 이하로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성에서, 상기 대물 렌즈의 NA는 0.75 이상임과 함께, 상기 수차 보정 광학계에 액정 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 대물 렌즈의 NA가 크기 때문에, 빔 스폿을 충분히 집광한 고밀도 기록 재생을 행할 수 있다. 또한, 수차 보정 광학계에 액정 소자를 이용하기 때문에, 수차 보정을 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 입사되는 광의 등위상면(equiphase surface)으로서의 파면을 변화시켜 출력하는 수차 보정 광학 소자를 포함하는 광 픽업 장치에 있어서, 상기 수차 보정 광학 소자는, 기판 상에 형성된 전극과, 입사되는 광에 대한 굴절율이 상기 전극에 인가되는 전압에 따라 변화되는 광학 매질과, 상기 전극에 전압을 인가하는 구동 회로를 포함하며, 상기 구동 회로는, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 광학 매질의 굴절율을 변화시킴으로써, 입사되는 광의 파면의 위상을 변화시켜 출력함과 함께, 상기 구동 회로는, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키도록, 상기 전극에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성의 광 픽업 장치는, 예를 들면 광원으로부터 입사되는 광을, 수차 보정 광학 소자를 통해 대물 렌즈에 사출한다. 대물 렌즈를 통과한 광은, 예를 들 면 광 디스크의 기록면에 집광된다. 광 디스크로부터의 반사광을 판독함으로써, 광 디스크에 기록된 정보의 재생을 행할 수 있다. 또한, 집광하는 광을 이용하여 상기 기록면에 기록을 행할 수도 있다. 상기 구성에서, 예를 들면 수차 보정 광학 소자가, 입사되는 광의 파면을 적절하게 변화시키면, 대물 렌즈를 통해 기록면에 집광되는 광의 수차를 제거할 수 있다.
상기 구성에 따르면, 대물 렌즈와 수차 보정 광학계와의 중심 어긋남이 발생한 경우에도, 단조 변화하는 위상량으로부터 매우 작은 위상의 기울기의 변화량이 생길 뿐이다. 따라서, 적절하게 조정되어 수차가 없는 상태로부터 어긋나 중심 어긋남이 발생해도, 발생하는 수차를 매우 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성 외에, 상기 입사되는 광의 광축으로부터의 거리를 반경 r로 하고, R을 상기 수차 보정 광학계의 유효 반경으로 할 때, 상기 구동 회로는, 반경 r에서의 위상이, R>r>0에서,
Φ(r)=a×r4+b×r2
으로 표시되는 분포가 되도록, 상기 전극에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 상술한, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키는 구성을 간단하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 구성 외 에, 상기 구동 회로는, 상기 입사되는 광의 광축의 위치에 배치되는 중심 전극과 상기 중심 위치를 중심으로 하여 배치되는 원환형 전극에 전압을 인가함으로써, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 중심 전극과, 적어도 하나 이상의 원환형 전극이, 각각 소정 전위로 되도록 전압을 인가하여 상술한 구성을 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 이하에 도시하는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이익은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 광 픽업 장치의 일 실시 형태를 도시하는 구성도.
도 2는 도 1에서의 광 기록 매체의 단면도.
도 3은 도 1에서의 수차 보정 광학계의 구성도.
도 4의 (a)는 도 3의 액정 소자에서의 전극의 배치를 도시하는 평면도이고, 도 4의 (b)는 도 3의 액정 소자에서의 전극의 배치를 도시하는 단면도이며, 도 4의 (c)는 액정 소자에서의 위치와 전계 강도와의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 액정 소자에서의 전극 배치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 6은 도 1에서의 수차 보정 광학계의 위상 분포를 도시하는 그래프.
도 7은 도 1에서의 수차 보정 광학계의 위상 분포의 기울기의 변동을 도시하는 그래프.
도 8은 종래의 수차 보정 광학계의 위상 분포를 도시하는 그래프.
도 9는 종래예의 수차 보정 광학계에서의 위상 분포의 기울기의 변동을 도시하는 그래프.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
본 발명의 일 실시 형태에 대하여, 첨부하는 도면을 참조하면서 설명하면 이하와 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 광 픽업 장치에서는, LD(Laser Diode)(1)로부터 발생한 직선 편광의 레이저광이, 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 평행 광속으로 변환되어, 정형 프리즘(3)에 입사한다. 정형 프리즘(3)은, LD(1)를 출사한 레이저광에서의 타원형의 강도 분포를, 원형에 가까운 것으로 정형하는 것이다.
그 후, 정형 프리즘(3)으로부터 출사한 광은, 편광 빔 분할기(4)를 투과한 후, 수차 보정 광학계(5)에 입사하여, 1/4 파장판(6)에서 원편광으로 변환된다. 1/4 파장판(6)에서 원편광으로 변환된 광선은, 45° 미러(도시 생략)에 의해 편향된 후, 대물 렌즈(7)에 의해 집광되어 광 기록 매체(10) 상에서 결상된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 광 기록 매체(10)는, 0.1㎜ 정도(중심값, 평균값이 0.1㎜) 두께의 광 투과층(8)과, 기록면(9)과, 기판(11)으로 이루어진다. 또한, 상술한 도 1을 이용한 설명에서는, 대물 렌즈(7)에 의해 집광된 광이 광 기록 매체(10)에서 결상되는 것을 설명하였다. 이것을 보다 구체적으로 설명하면, 대물 렌즈(7)(도 1)에 의해 집광된 광은, 광 투과층(8)을 통과하여 기록면(9) 상에 빔 스폿을 맺음과 함께, 기록면(9)에 의해 반사되어 이하와 같은 경로를 밟는다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 기록면(9)(도 2)에 의해 반사된 광은 1/4 파장판(6)에 의해 직선 편광으로 복귀된다. 또한, 이와 같이 직선 편광으로 복귀되는 것은, 편광 빔 분할기(4)로부터 1/4 파장판(6)에 입사되는 광의 편광 방향과, 광 기록 매체(10)에 의해 반사되어 1/4 파장판(6)을 통과하여 편광 빔 분할기(4)에 입사되는 광의 편광 방향을 90° 회전시키기 때문이다.
1/4 파장판(6)에 의해 직선 편광으로 복귀된 광은, 편광 빔 분할기(4)에 의해 대략 직각으로 휘어져, 집광 렌즈(12)를 통과하여 수광부(13)에 입사한다.
또한, 대물 렌즈(7)는 렌즈 홀더(도시 생략)에 고착되어 있다. 또한, 렌즈 홀더는, 4개의 와이어(도시 생략)로, 광 픽업 장치 본체(도시 생략)에 고정되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 대물 렌즈(7)는, NA가 0.85이고, 평행 광속이 입사될 때(소위 무한 공액(conjugation)으로 될 때), 광 투과층(8)의 두께가 0.1㎜일 때에, 거의 무수차로 되도록 설계되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서, LD(1)로부터의 레이저광의 파장은 405㎚이고, 유효 광속 직경은 ψ3, 초점 거리는 1.76㎜이다.
또한, 수광부(13)에서 검출한 광 신호로부터, 수차 검출 회로가 구면 수차량을 산출한다. 액정 구동 회로가, 산출된 구면 수차량에 관한 신호에 기초하여, 수차 보정 광학계(5)의 액정 소자를 구동한다. 이 액정 소자에 대해서는 후술한다. 또한, 구면 수차를 검출하기 위해, RF 신호의 진폭, 엔벨로프 그 자체를 관측해도 되며, 별도로, 구면 수차를 검출할 수 있는 수광부를 배치해도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 수차 보정 광학계(5)는, 액정 디스플레이 등에 사 용되는 네마틱 액정 조성물로 이루어지는 액정 소자(14)이다. 보다 구체적으로는, 액정 소자(14)는, 액정(15)이, 상호 대향하는 투명 전극 사이에, 즉 예를 들면 유리 기판에 ITO막을 증착한 것으로 이루어지는 투명 전극 사이에 협지되어 있는 구성이다. 상기 구성에서, 투명 전극 사이의 인가 전압을 조절함으로써, 액정(15) 내의 액정 분자의 배향 상태를 수평 방향에서 수직 방향으로 변화시킬 수 있다. 또한, 액정(15)은, 액정 분자의 광축 방향과 이것에 수직인 방향에서 그 굴절율이 다른 복굴절 효과를 갖고 있다. 이에 의해, 한쪽의 투명 전극측으로부터 입사하는 광에 대하여, 액정 내를 통과할 때에 액정(15)의 배향 상태에 따른 복굴절 변화를 주어, 그 광을 다른쪽의 투명 전극측으로부터 사출한다. 따라서, 액정 소자(14)에 입사한 광은, 액정(15)의 배향 방법에 따라 결정되는 편광 방향의 직선 편광으로 된다.
액정 소자(14)는, 제1 유리판(16), 액정(15), 및 제2 유리판(17)을 포함하고 있다. 액정(15)은, 상호 대향하는 제1 유리판(16)과 제2 유리판(17) 사이에 협지된 구조로 되어 있다.
제1 유리판(16) 상에는, 투명 전극(전극)(18), 절연층(19), 및 배향층(20)이 형성되어 있다. 한편, 제2 유리판(17)에는, 투명 전극(전극)(21), 절연층(22) 및 배향층(23)이 형성되어 있다. 이 전극(21)은 원형의 공통 전극이다. 또한, 액정(15)은 밀봉재(27)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 유리판(16) 상의 투명 전극(18)은, 동심원 형상으로 분할된 영역에 형성되는 전극(18a, 18b, 18c)과, 전극(18c)의 중심점 및 분할된 각 영역의 윤곽선 상에 형성되는 금속 전극(18d)을 포함하고 있다. 또한, 금속 전극(18d)에는 리드선(26a, 26b, 26c)이 접속되어 있다. 또한, 제2 유리판(17) 상의 투명 전극(21)은 원형의 공통 전극이다.
도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 전극(18)은, 고저항의 투명 전극(ITO 등)(18a∼18c)과, 저저항의 금속 전극(금, 알루미늄 등)(18d)이 조합된 구성이다. 투명 전극(18)은, 상기 구성에 의해, 중앙부로부터 주변부를 향하는, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같은 전계 분포를 형성할 수 있다. 이에 의해, 액정(15)(도 3)에 위상차를 발생시켜, 수차를 제거하도록 되어 있다.
보다 상세하게는, 예를 들면, 각 리드선(26a, 26b, 26c)에 각각 V1=4V, V2=2V, V3=1V의 전압을 가하면, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 투명 전극(18)에서의 중앙부의 전계 강도가 가장 강하고, 투명 전극(18)의 외주부에 근접함에 따라 전계 강도가 서서히 약해지는 전계 분포를 형성할 수 있다. 이에 의해, 중앙부에서는 굴절율이 낮고, 주변부를 향하여 서서히 굴절율이 커지게 되는, 수차 보정 광학계(5)를 구성할 수 있다.
즉, 제1 유리 기판 상에 형성된 전극(18a, 18b, 18c) 각각의 전압값을 제어함으로써 전압 분포를 형성하고, 그것에 따른 굴절율 분포를 형성하는 것이 가능하다. 이것은, 인가 전압에 대하여 액정의 배향 방향이 변화되면, 굴절율이 변화되기 때문이다. 본 실시 형태의 액정 소자(14)에서의, 굴절율 분포에 대응한 위상 분포에 대해서는 후술한다.
액정(15)의 배향 상태를 변화시키기 위해서 액정 소자(14)에 형성하는 전극 의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 원 형상의 전극(24)의 중앙부에 전압 인가용의 단자(25)를 설치함과 함께, 단자(25)로부터 외부로 연장되도록 배전용의 리드선(26)을 배치해도 된다. 이 구성에 의해서도, 중앙부로부터 주변을 향하여 전압 분포를 발생시켜, 중앙부에서는 굴절율이 낮고, 주변부를 향하여 서서히 굴절율이 커지도록, 수차 보정 광학계(5)를 구성할 수 있다.
또한, 상술한 전극 형상, 저항값 등의 조합은 일례에 불과하다. 보정해야 할 수차는 개개의 픽업 장치에 따라 다르기 때문에, 전극 형상, 전극의 저항값 등은 적절하게 설계하면 된다.
또한, 상술한 전극의 구성예는, 고저항 전극과 저저항 전극의 조합에 의해 중앙부로부터 주변부를 향하여 전계 분포를 발생시키는 구성예이지만, 투명 전극의 두께를 변화시킴으로써 전압 분포를 최적의 형태로 해도 된다.
다음으로, 광 기록 매체(10)에서의 광 투과층(8)의 두께가 균일하지 않은 경우에 있어서, 구면 수차량을 최소로 하는 방법에 대하여 설명한다.
예를 들면, 광 투과층(8)의 두께의 평균값(중심값)이 0.1㎜인 경우, 광 픽업 장치는, 0.1㎜±0.015㎜의 두께에 대하여 기록 재생을 행할 수 있도록 구성된다. 즉, 광 픽업 장치는, 다층 기록 매체에 대응하기 위해, 광 투과층(8)과 같은 층의 두께가 소정의 평균값으로부터 소정의 허용 범위 내에서 어긋났다고 해도, 기록 재생을 행할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 액정 소자(14)의 전극(18a, 18b, 18c)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 광 투과층(8)의 두께의 차이에 의해 발생하는 구면 수차량에 대응하여, 기록면(9) 상에서 구면 수차량을 최소로 할 수 있 다.
다음으로, 구면 수차를 보정할 때의 액정 소자(14)에서의 위상 분포에 대하여 설명한다.
도 6에, 광 투과층(8)의 두께가 0.115㎜(+15㎛인 경우)로 된 경우에서의, 발생하는 구면 수차를 보정하기 위한 액정 소자(14)의 위상 분포를 도시한다.
도 6에 도시한 위상 분포는, 수차 보정 소자로서의 액정 소자(14)의 중심으로부터의 반경 방향의 위치 r을 이용하여,
Φ(r)=0.000021083×r4-0.001033×r2
의 다항식에 의해 근사된다.
또한, 위상 분포 Φ(r)의 기울기의 변화량을 나타내는 2회 미분 함수 Φ"(r)는,
Φ"(r)=0.000252996×r2-0.002066
으로서 표시된다. 또한, 도 7에, 본 발명의 위상 분포 Φ(r)의 기울기의 변화량 Φ"(r)을 도시한다. 또한 도 7에는 종래의 위상 분포의 기울기의 변화량도 도시한다.
도 7로부터 명백해진 바와 같이, 본 실시 형태의 Φ"(r)는 마이너스의 값만 취하기 때문에, 위상 분포 Φ(r)에서는 변곡점은 존재하지 않는다.
여기서, 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같은 종래의 구성에서는, 도 7에 도시한 바와 같이 기울기의 변화량이 0으로 되는 점이 있기 때문에, 위상 분포에 변 곡점이 존재한다. 이 때문에, 위상 분포에서, 중심 r=0과는 다른, 예를 들면 r=±1.1㎜ 근방의 위치에서, 위상 분포의 극소값이 존재하게 된다.
또한, 액정 소자를 통과하는 광은, 액정 소자에서의 위상 분포를 통해, 등위상면으로서의 광의 파면이 변형되어, 대물 렌즈에 입사한다.
따라서, 예를 들면, 대물 렌즈와 액정 소자와의 중심 어긋남이 없는 경우에는, 상술한 위상 분포의 극소값에 대응하여 광이 입사되는 대물 렌즈 상의 위치에서는, 기울기가 없는 파면이 입사한다. 한편, 대물 렌즈와 액정 소자와의 중심 어긋남이 발생한 경우에는, 대물 렌즈 상의 동일한 위치에는, 중심 어긋남의 방향에 따라 발생하는 기울기의 파면이 입사하게 된다. 따라서, 중심 어긋남의 방향에 따라, 전혀 다른 역방향의 파면이 입사할 가능성이 있다. 따라서, 예를 들면 이 영역에서 큰 수차가 발생할 우려가 있다.
한편, 상술한 도 7에 도시한 구성에 따르면, 위상 분포에서 변곡점은 존재하지 않기 때문에, 위상 분포의 중심 이외의 점에서 위상 분포의 극소값이 존재하지 않는다. 위상 분포의 중심 이외의 점에서는, 파면의 기울기가 크게 다르지 않고, 따라서 큰 수차를 발생시킬 우려가 없다. 따라서, 파면 수차의 열화를 작게 억제할 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 레이저광의 유효 광속 직경의 최외주부인 반경 1.5㎜의 위치에서도, 본 실시 형태에서의 위상 분포의 2회 미분값은 충분히 작다. 따라서, 대물 렌즈와 액정 소자와의 중심 어긋남이 발생하였을 때도, 대물 렌즈의 임의의 위치에 입사하는 파면의 기울기가 크게 변화되지 않는다. 따라서, 파면 수차의 열화를 작게 억제할 수 있다.
여기서, 종래의 구성에서는, r=±0.6㎜ 근방의 위치에서, 위상 분포의 기울기의 변화량이 정부(正負) 반전하는 포인트가 존재하게 된다. 예를 들면 액정 소자에 대하여 대물 렌즈가 +방향(반경의 증가 방향)으로 시프트한 경우에, r=+0.6㎜의 위치에서는 위상의 기울기가 작아진다. 한편, 이 시프트에 대하여, r=-0.6㎜에 대응하는 위치에서는, 위상의 기울기가 증가하여 역방향으로 된다. 이에 의해 큰 수차가 발생한다.
그런데, 일반적으로, 구면 수차량에 따라 액정 소자(14)에 의해 부여되는 위상 분포는,
Φ(r)=a×r4+b×r2
으로 표시된다.
따라서, Φ(r)의 2회 미분 함수 Φ"(r)는,
Φ"(r)=12a×r2+2×b
로서 표시된다.
여기서, R을 수차 보정 광학계의 유효 반경으로 하면, R>r>0에서 Φ(r)이 변곡점을 갖지 않는 조건으로서는, R>r>0에서 Φ"(r)=0으로 되지 않는 것이 필요하다. 즉,
a>0 및 b>0,
또는, a<0 및 b<0,
또는, {-b/(6×a)}(1/2)>R로 되는 것이 필요하다.
따라서, a×b>0,
또는 a×b<0인 경우에 {-b/(6×a)}(1/2)>R일 때, R>r>0에서 Φ(r)는 변곡점을 갖지 않는다고 할 수 있다.
또한, 대물 렌즈에서는, R>r>0에서, 유효 반경 R 부근에서의 입사 각도가 가장 크다. 따라서, 유효 반경 부근에서 입사 파면의 기울기(즉, 입사 각도)의 변화가 크면, 수차의 열화도 커진다. 이것은, 대물 렌즈와 액정 소자와의 중심 어긋남이 발생하였을 때에, 수차 열화가 커지는 것을 의미한다.
즉, 수차 열화를 작게 하기 위해서는, 수차 보정 광학계의 유효 반경 부근(최외주부)에서, Φ"(r)의 값이 충분히 작은 것이 필요하다.
여기서, 대물 렌즈의 시프트량은 0.3㎜ 정도로 가정할 필요가 있기 때문에, NA0.85의 광학계에서 수차량을 0.03λrms 이하로 하기 위해서는,
｜12×a×R2｜<0.002
를 만족하는 것이 필요하다.
소정의 구면 수차량을 보정할 때의 액정 소자의 위상 분포가, 상기 조건을 만족시킴으로써, 액정 소자와 대물 렌즈와의 사이에 중심 어긋남이 발생해도, 액정 소자로부터 출사하여, 대물 렌즈에 입사하는 파면의 기울기가 크게 변화되지 않기 때문에, 수차가 열화되지 않는다.
다음으로, 일례로서, 115㎛ 두께의 광 투과층에 대하여 본 실시 형태의 광 픽업 장치를 이용하여 수차 보정을 행한 경우에, 대물 렌즈가 트랙킹을 위해 트랙 폭 방향으로 시프트하였을 때의 수차값을 표 1에 도시한다(참고로, 종래예에 도시한 위상 분포의 경우의 수차값도 병기한다). 또한, 수차값의 단위로서 나타내는 mλ(밀리람다)는 mλrms(root mean square)값으로, rms를 생략하여 기재하고 있다.
중심 어긋남 0㎜ 0.1㎜ 0.2㎜
본 실시 형태 12mλ 13mλ 15mλ
종래예 12mλ 72mλ 151mλ
표 1로부터, 본 실시 형태와 종래예를 비교하면, 동일한 중심 어긋남량에 대한 수차값은, 본 실시 형태쪽이 종래예보다 충분히 작은 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 수차 보정 소자로서 액정 소자를 이용하였지만, 상술한 위상 분포를 얻을 수 있는 것이면, 다른 것이어도 된다. 예를 들면, 인가 전압을 변화시킴으로써 굴절율을 조절할 수 있는 재료를 이용한 소자나, 그 밖의 소자에서도 본 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 구면 수차량은, 광 투과층의 두께의 범위가 ±15㎛인 경우를 예로 들었지만, 그 이외의 두께이어도 되고, 각각의 시스템에서, 보정이 필요한 구면 수차에 따라 결정된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 대물 렌즈로서 NA가 0.85인 것을 이용하였다. 일반적으로, NA가 0.75 이상인 대물 렌즈를 이용하는 픽업에서는, 2층 기록 등에 있어서의 광 투과층의 두께의 변화에 대하여, 구면 수차의 발생량이 크다. 따라서, 본 실시 형태의 액정 소자(수차 보정 소자)를 이용하면, 큰 수차 보정 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 3차 구면 수차 계수 W40은,
W40≒(t/8)×{(n2-1)/n3}×(NA)4
로 표시된다.
즉, NA가 0.6인 경우에 비해 NA가 0.75인 경우에는, 동일한 광 투과층의 두께의 변화에 대하여, 구면 수차량은 2배 이상으로 되는 것을 알 수 있다. 2층 기록(재생) 매체에서는, 그 층간 두께는, 기록층간의 열 간섭, 포커스 서보 신호의 간섭, 층간층의 제조 방법 등에 의해 결정되며, 얇아도 10∼20㎛ 정도이다. 이 층간 두께의 차이에 의해, NA가 0.75인 경우에는, 구면 수차량이 허용 수차값인 0.03λrms를 초과하게 된다.
따라서, 이와 같은 높은 NA의 광학계에서는, 본 실시 형태의 수차 보정 소자를 이용함으로써, 보다 효과적으로 수차의 열화를 방지할 수 있어, 광 픽업의 특성을 향상시킬 수 있다. 특히 NA가 0.75 이상인 대물 렌즈를 갖는 광학계에서는, 수차량을 작게 억제할 필요가 있어, 본 발명과 같은 수차 보정 소자가 중요하게 된다.
또한, 본 발명은, 입사되는 광의 파면을 변화시켜 출력하는 수차 보정 광학 소자를 포함하는 광 픽업 장치로서, 상기 수차 보정 광학 소자는, 기판 상에 형성된 전극과, 입사되는 광에 대한 굴절율이 상기 전극에 인가되는 전압에 따라 변화되는 광학 매질과, 상기 전극에 전압을 인가하는 구동 회로를 포함하며, 상기 구동 회로는, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 광학 매질의 굴절율을 변화시킴으로써, 입사되는 광의 파면의 위상을 변화시켜 출력함과 함께, 상기 구동 회로는, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키도록, 상기 전극에 전압을 인가하는 광 픽업 장치로 표현할 수도 있다.
또한, 본 발명은, 상기 구성 외에, 상기 입사되는 광의 광축으로부터의 거리를 반경 r로 하고, R을 상기 수차 보정 광학계의 유효 반경으로 할 때, 상기 구동 회로는, 반경 r에서의 위상이, R>r>0에서,
Φ(r)=a×r4+b×r2
로 표시되는 분포로 되도록, 상기 전극에 전압을 인가하는 광 픽업 장치로 표현할 수도 있다.
또한, 본 발명은, 상기 구성 외에, 상기 구동 회로는, 상기 입사되는 광의 광축의 위치에 배치되는 중심 전극과 상기 중심 위치를 중심으로 하여 배치되는 원환형 전극에 전압을 인가함으로써, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키는 광 픽업 장치로 표현할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 광 픽업 장치는, 대물 렌즈와의 중심 어긋남에 대하여 허용도가 크고, 따라서, 수차 보정 소자를 대물 렌즈와 함께 액튜에이터 상에 탑재할 필요가 없다. 이 때문에, 액튜에이터의 중량을 저감하여, 액튜에이터의 고속 구동이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광 픽업 장치를, 광 디스크의 재생 장치, 기록 재생 장치에 구비하면, 광 디스크의 재생, 기록을 안정적으로 행할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 항에서 행해진 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 명백하게 하는 것으로서, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 정신과 청구 범위에 기재된 사항의 범위 내에서, 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다. 또한, 청구 범위에 기재한 사항이나, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 기재된 기술적 수단은 적절하게 조합할 수 있으며, 이 조합에 따라 얻어지는 사항도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명의 광 픽업 장치에 따르면, 높은 NA의 대물 렌즈를 이용한 경우에도, 대물 렌즈와 액정 소자와의 중심 어긋남에 의한 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 광 기록 매체에서의 정보 기록량의 대용량화에 적합하다. 또한, 액튜에이터의 중량을 저감하여, 액추에이터를 고속 구동할 수 있는 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 광원과, 상기 광원으로부터 광 기록 매체에 이르는 광로 중에 대물 렌즈와 수차 보정 광학계를 구비하는 광 픽업 장치에 있어서,
    상기 수차 보정 광학계는 소정의 수차를 보정하기 위해 투과하는 광속에 대하여 위상 분포가 부여되어 있고,
    상기 수차를 보정하는 경우의 상기 수차 보정 광학계의 위상량은, 상기 수차 보정 광학계와 상기 광원으로부터의 광의 광축이 교차하는 점으로부터의 거리가 커짐에 따라, 상기 수차 보정 광학계에서 부여하는 위상량이 커지도록 설정되어 있으며,
    상기 수차 보정 광학계의 위상 분포는 이하에 나타내는 함수에 의해 근사되며,
    Φ(r)=a×r4+b×r2
    (Φ(r): 반경 r에서의 위상, r: 반경, a, b: 위상 분포 계수)
    R을 상기 수차 보정 광학계의 유효 반경으로 할 때, 위상 분포 계수 a, b가
    a×b>0, 또는,
    a×b<0 및 {-b/(6×a)}(1/2)>R
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    위상 분포 계수 a가,
    ｜12×a×R2｜<0.002
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대물 렌즈의 NA는 0.75 이상임과 함께,
    상기 수차 보정 광학계에 액정 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 입사되는 광의 등위상면으로서의 파면을 변화시켜 출력하는 수차 보정 광학 소자를 포함하는 광 픽업 장치에 있어서,
    상기 수차 보정 광학 소자는, 기판 상에 형성된 전극과, 입사되는 광에 대한 굴절율이 상기 전극에 인가되는 전압에 따라 변화되는 광학 매질과, 상기 전극에 전압을 인가하는 구동 회로를 포함하며,
    상기 구동 회로는, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 광학 매질의 굴절율을 변화시킴으로써, 입사되는 광의 파면의 위상을 변화시켜 출력함과 함께,
    상기 구동 회로는, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키도록, 상기 전극에 전압을 인가하며,
    상기 입사되는 광의 광축으로부터의 거리를 반경 r로 하고, R을 상기 수차 보정 광학 소자의 유효 반경으로 할 때,
    상기 구동 회로는, 반경 r에서의 위상이, R>r>0에서,
    Φ(r)=a×r4+b×r2
    으로 표시되는 분포로 되도록, 상기 전극에 전압을 인가하며,
    R을 상기 수차 보정 광학 소자의 유효 반경으로 할 때, 위상 분포 계수 a, b가
    a×b>0, 또는,
    a×b<0 및 {-b/(6×a)}(1/2)>R
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 입사되는 광의 광축의 위치에 배치되는 중심 전극과 상기 중심 위치를 중심으로 하여 배치되는 원환형 전극에 전압을 인가함으로써, 입사되는 광의 광축으로부터의 거리에 따라, 상기 광학 매질에 의한 위상 변화량을 단조 증가 또는 단조 감소시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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