KR100631353B1 - 렌즈 장치, 이것을 이용한 광학 헤드 및 광디스크 장치 - Google Patents

렌즈 장치, 이것을 이용한 광학 헤드 및 광디스크 장치 Download PDF

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KR100631353B1
KR100631353B1 KR1019990046181A KR19990046181A KR100631353B1 KR 100631353 B1 KR100631353 B1 KR 100631353B1 KR 1019990046181 A KR1019990046181 A KR 1019990046181A KR 19990046181 A KR19990046181 A KR 19990046181A KR 100631353 B1 KR100631353 B1 KR 100631353B1
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마쓰우라미찌오
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후지쯔 가부시끼가이샤
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    • G11B11/10541—Heads for reproducing
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Abstract

본 발명은 이론적인 개구수(NA)를 보다 증대시켜 레이저의 초점 스팟 직경을 축소하는 렌즈 장치, 이것을 사용한 광학 헤드 및 광학 디스크 장치에 관한 것이다.
광디스크 등의 광기록 매체(D)의 기판 표면으로부터 입사시킨 레이저광에 의하여 광기록 매체의 기록면(D2)에 초점 스팟(P)을 형성하기 위한 렌즈 장치(10)로서, 레이저광(B)이 입사되는 입사면(21)과, 초점을 형성하기 위해 레이저광이 출사되는 출사면(22)을 구비한 복수의 집광 렌즈(20)를 구비함과 동시에, 각 집광 렌즈(20)는 광기록 매체(D)의 기판(D1)의 표면 또는 내부에 1차 초점(F1)을 형성함과 동시에, 각 1차 초점(F1)으로부터의 회절광이 광기록 매체(D)의 기록면(D2) 상에 초점 스팟(P)으로서의 2차 초점(F2)을 형성하도록 구성되어 있다.
로드 렌즈, 코마 수차

Description

렌즈 장치, 이것을 이용한 광학 헤드 및 광디스크 장치{LENS ASSEMBLY, AND OPTICAL HEAD AND OPTICAL DISK APPARATUS USING THE SAME}
도1은 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치의 제1 실시예의 구성을 나타내는 모식적 단면도.
도2는 도1에 나타나는 렌즈 장치의 각 로드 렌즈의 배열의 일례를 나타내는 평면도.
도3은 도1에 나타나는 렌즈 장치의 각 로드 렌즈의 배열의 다른 예를 나타내는 평면도.
도4는 본원 발명의 렌즈 장치로 형성되는 2차 초점의 시뮬레이션도.
도5는 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치의 제2 실시예의 평면도.
도6은 도5의 VI-VI선을 따르는 단면도.
도7은 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치의 제3 실시예의 평면도.
도8은 도7의 VIII-VIII선을 따르는 단면도.
도9는 본원 발명의 제2 측면에 관한 렌즈 장치의 1 실시예를 나타내는 모식적 단면도.
도10은 본원 발명의 제3 측면에 관한 광학 헤드의 1 실시예를 나타내는 모식적 단면도.
도11은 도10에 나타나는 광학 헤드에 이용되는 액정 패널의 부분 평면도.
도12는 도11에 나타나는 액정 패널의 작용 설명도.
도13은 본원 발명에 관한 광학 헤드를 이용한 광디스크 장치의 구성례의 평면도.
도14는 도13에 나타나는 광디스크 장치의 측면도.
도15는 본원 발명에 관한 렌즈 장치의 집광 렌즈의 다른 형태를 나타내는 모식적 단면도.
도16은 본원 발명에 관한 렌즈 장치의 집광 렌즈의 또 다른 형태를 나타내는 모식적 단면도.
도17은 종래예의 설명도.
(부호의 설명)
10, 10' 렌즈 장치 20 집광 렌즈
20a 로드 렌즈 20b 링 렌즈
20s 솔리드 이머전 렌즈 21 입사면
22 출사면 30 렌즈 집합체
40 광학 헤드 41 마이크로 액츄에이터
50 액정 패널 60 디스크 장치
61 수직 스핀들 62 수직축
63 고정 광학부 64 프리즘
71 제1스윙 암 72 제2스윙 암
B 레이저광 D 광디스크
D1 투명 기판 D2 기록면
S 슬라이더 h 면간 거리
F1 1차 초점 F2 2차 초점
f 스퓨리어스 N 근접장 광
P 초점 스팟
본원 발명은 렌즈 장치, 이것을 이용한 광학 헤드 및 광디스크 장치에 관한 것이다. 렌즈 장치 및 광학 헤드는 광디스크 장치 등의 광학적인 기록 장치에 이용된다. 본 명세서 중에서 광디스크 장치의 의미 중에는 광디스크의 판독 전용의 장치뿐만 아니라 자계 변조 방식이나 광펄스 변조 방식에 의하여 광자기 디스크에 판독 기입이 가능한 광자기 디스크 장치, 또는 상변화 광디스크 장치도 포함한다.
본 종류의 광디스크 장치에 있어서, 디스크의 기억 용량은 광학 헤드에 의하여 디스크 기록면에 형성되는 초점 스팟 직경의 제곱에 반비례한다. 따라서 디스크의 기록 용량을 증대시키기 위해서는 초점 스팟 직경을 가능한 한 축소하는 것이 효과가 크다. 초점 스팟 직경은 λ(레이저의 파장)/NA(개구수)에 비례하기 때문에, 레이저의 스팟 직경을 줄이기 위해서는 응당 λ을 작게 하는 방법과 NA를 크게 하 는 방법이 있다. 그러나 광원으로서의 반도체 레이저의 단파장화는 재료 물성이 관계되기 때문에 용이하지 않고, 현재로서는 출력 및 수명의 점에서 만족할 수 있는 단파장 레이저(블루 레이저)를 염가로 얻을 수 없다. 따라서NA를 증대시켜 초점 스팟 직경을 축소하기 위한 기술 개량, 혹은 자기 초해상 기술을 이용한 광자기 디스크의 대용량화가 정력적으로 진행되고 있는 것은 잘 알려진 바이다.
NA를 증대시키기 위한 기술 개량의 일례로서는 도17에 나타내는 바와 같이, 대물 렌즈로서 렌즈 액츄에이터(A)에 탑재되는 제1 대물 렌즈(L1)에 더해서 캐리지 등으로 지지되는 슬라이더(S)에 제2 대물 렌즈(L2)를 탑재하고, 이 제2 대물 렌즈(L2)를 디스크(D)에 근접하여 배치한 것이 보여진다. 제2 대물 렌즈(L2)는 디스크(D)의 기판 표면에 극히 근접하고 있기 때문에, 대물 렌즈의 총합적인 NA를 단일의 대물 렌즈를 이용하는 경우에 비교하여 높일 수 있다(일본 특개평8-221790호 공보 참조).
그러나 상기와 같이 디스크(D)에 근접한 제2 대물 렌즈(L2)를 이용하였다고 하여도, 도17에 나타내는 바와 같이, 디스크(D)의 투명 기판(D1)이 외부에 배치되는 렌즈로부터의 레이저광을 기록면(D2)에 집속시키는 것이기 때문에, 도17에 있어서 [n(디스크의 굴절률)×sinθ〕로 표시되는 개구수(NA)를 1이상으로 올릴 수 없고, 실용적으로는 고작 0.8정도이었다.
또 자기 초해상 매체를 이용한 광자기 디스크의 대용량화 기술은 자화막으로 서 형성되는 기록층에 적층되는 복수의 자화막의 큐리 온도의 상이를 이용하여, 초점 스팟 영역의 일부를 자기적으로 마스크함으로써, 초점 스팟보다 작은 기록 마크의 판독을 가능하게 한 것이다(예를 들면 일본 특개평10-124943호 공보 참조).
그러나 이 기술에서는 레이저의 초점 스팟 직경을 작게 하고 있는 것이 아니기 때문에, 인접 트랙으로부터의 크로스토크를 저감하기에는 한계가 있는 문제가 있었다.
본원 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 된 것으로서, 이론적인 개구수를 보다 증대시켜 레이저의 초점 스팟 직경을 축소하여 광디스크 장치의 대용량화가 가능한 렌즈 장치 및 이것을 이용한 광학 헤드를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서 본원 발명에서는 다음의 기술적수단을 강구하고 있다.
즉 본원 발명의 제1 측면에 의하여 제공되는 렌즈 장치는 광기록 매체의 기판 표면으로부터 입사시킨 레이저광에 의하여 광기록 매체의 기록면에 초점 스팟을 형성하기 위한 렌즈 장치로서, 레이저광이 입사되는 입사면과, 초점을 형성하기 위해 레이저광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광 렌즈를 구비함과 동시에, 각 집광 렌즈는 광기록 매체의 기판의 표면 또는 내부에 1차 초점을 형성함과 동시에, 각 1차 초점으로부터의 회절광이 광기록 매체의 기록면에 초점 스팟이 되는 2차 초점을 형성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈의 입사면과 출사면의 면간 거리는 각 집광 렌즈가 형성하는 1차 초점으로부터 2차 초점까지의 광학적 거리의 차에 대응하여 달라지게 되어 있다.
또한 바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 1차 초점을 경유한 2차 초점까지의 광학적 거리는 일치되어져 있다.
또한 바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 1차 초점을 경유한 2차 초점까지의 광학적 거리의 차는 레이저광의 파장의 0 또는 정수배가 되어 있다.
제1 측면에 관한 렌즈 장치에서는 복수의 집광 렌즈에 의하여 광기록 매체의 기판의 표면 또는 내부에 1차 초점을 형성시킨다. 이 1차 초점은 집광 렌즈의 형태에 의해서 점상 또는 선상이 된다. 이 1차 초점으로부터의 회절광은 마치 1차 초점 위치의 광원에서 방사되는 광과 같은 거동을 나타낸다. 각 집광 렌즈의 면간 거리 및 광기록 매체까지의 거리를 상기와 같이 선택함으로써, 이와 같은 복수의 광원에서의 회절광의 위상파면이 광기록 매체의 기록면의 어느 위치에 수렴하고, 이 위치에 광량 피크, 즉 2차 초점을 형성한다. 그리고 이 2차 초점을 광기록 매체의 기록면에 대한 기입 및/또는 판독에 이용하는 초점 스팟으로 할 수 있다.
그리고 1차 초점을 통해서 2차 초점을 형성하기 위한 회절은 기판의 내부의 굴절률이 높은 영역에서 행하여지므로, 개구수(NA)를 1이상으로 하는 것도 가능하고, 이에 따라 이 렌즈 장치가 최종적으로 형성하는 초점 스팟 직경을 현저하게 소경화할 수 있다.
또 각 집광 렌즈는 광기록 매체의 기판의 내부에 1차 초점을 형성하는 역할을 다하면 되기 때문에, 개구수(NA)가 작아도 좋고, 이 집광 렌즈를 파면 수차, 코마 수차가 적은 것으로서 적정하게 제작할 수 있다.
바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈는 입사면을 평탄면, 출사면을 볼록면으로 하는 동일 외경의 로드 렌즈의 형태를 갖고 있다. 이 경우에 각 집광 렌즈는 그 주면에 다른 4개의 집광 렌즈가 접촉하는 격자상으로 배치해도 좋고, 주면에 다른 6개의 집광 렌즈가 접촉하는 벌집상으로 배치해도 좋다. 단, 집광 렌즈를 로드 렌즈의 형태로 하는 경우, 이산적인 1차 초점으로부터의 회절이 되기 때문에, 다수의 부차적인 의사 초점(스퓨리어스(spurious))이 나타난다. 이와 같은 스퓨리어스의 출현을 억제하여 판독시의 신호에로의 노이즈의 혼입을 억제하기 위해서는 각 집광 렌즈는 격자상으로 배치하는 것보다도 보다 조밀한 벌집상으로 배치하는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈는 입사광의 광축을 중심으로 하는 동심상으로 배치된 링상을 띄고 있고, 각 링상의 집광 렌즈는 광축을 따르는 단면에서 입사면이 평탄면이고, 출사면이 볼록면이다.
이와 같이 구성하면 각 링상의 집광 렌즈가 형성되는 1차 초점은 연속하는 링상이 되므로, 스퓨리어스의 출현이 억제되어 노이즈가 적은 판독 신호를 얻을 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 관한 렌즈 장치는 광이 입사되는 입사면과 광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광용 로드 렌즈를 각각의 출사면이 공통 평면 내에 위치하도록 묶은 구성을 갖고, 또한 각 집광용 로드 렌즈는 그 입사면으로부터 출사면에 도달하는 광로 길이가 중앙부에서 길고, 주변부에서 점차 감소하도록 형성되며, 각 집광용 로드 렌즈의 각각의 1차 초점을 출사면에 대략 평행으로 근접한 고굴절률 광학 부재 내에 형성했을 때에, 각 1차 초점의 광의 회절광이 공통의 2차 초점 스팟을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 렌즈 장치에서도 상술한 바와 마찬가지의 이점을 향수할 수 있다.
본원 발명의 제2 측면에 의하여 제공되는 렌즈 장치는 광기록 매체의 투명 기판 표면으로부터 입사시킨 레이저광에 의하여 광기록 매체의 기록면에 초점 스팟을 형성하기 위한 렌즈 장치로서, 레이저광이 입사되는 입사면과, 초점을 형성하기 위해 레이저광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광 렌즈와, 각 집광 렌즈의 출사면 측에 배치된 솔리드 이머전 렌즈를 구비함과 동시에, 각 집광 렌즈와 솔리드 이머전 렌즈의 조는 각각 솔리드 이머전 렌즈의 출사면 또는 그 근방에 1차 초점을 형성함과 동시에, 이들 1차 초점의 근접장 광으로부터의 회절광이 광기록 매체의 기록면 상에 초점 스팟이 되는 2차 초점을 형성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 솔리드 이머전 렌즈의 1차 초점을 경유한 기록면의 2차 초점까지의 광학적 거리의 차는 레이저광의 파장의 0 또는 정수배다.
또 바람직한 실시예에서는 각 집광 렌즈는 입사면을 평탄면, 출사면을 볼록면으로 하는 동일 외경의 로드 렌즈의 형태를 갖고 있다.
솔리드 이머전 렌즈는 굴절률이 1보다 큰 매질 내에서 초점을 형성하기 때문에, 이렇게 해서 형성되는 1차 초점의 스팟 직경은 극히 작다. 그리고 이 1차 초점 부근에 형성되는 근접장 광도 또 극히 작은 영역에 존재하기 때문에, 이 근접장 광은 회절광을 방사하는 점광원으로 간주할 수 있다. 그리고 이와 같은 복수의 광원에서의 회절광은 각 집광 렌즈의 면간 거리 및 디스크까지의 거리를 상기와 같이 선택함으로써, 광기록 매체의 기록면 상(上)의 어느 위치에 광량 피크, 즉 2차 초점을 형성하고, 이것을 광기록 매체의 기록면에 대한 기입 및/또는 판독에 이용하는 초점 스팟으로 할 수 있다.
본원 발명의 제3 측면에 의하여 제공되는 광학 헤드는 상기 제1 측면 또는 제2 측면에 의하여 제공되는 렌즈 장치를 광기록 매체의 기판의 표면을 따라 이동하는 슬라이더에 탑재한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서는 슬라이더에 렌즈 장치를 광디스크에 대하여 근접 이간 운동시키기 위한 액츄에이터가 탑재된다. 이 액츄에이터로서는 예를 들면 피에조 소자가 이용된다. 이에 따라 극히 응답성이 좋은 포커스 제어를 할 수 있다.
또 바람직한 실시예에서는 상기 렌즈 장치의 입사측에 각 집광 렌즈와 대응하는 구획마다 굴절률을 변경할 수 있는 액정 패널이 배치 되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 예를 들면, 액정 패널의 각 구획의 굴절률을 모두 균일하게 변경함으로써 포커스 제어를 할 수 있다. 또 소정의 구획마다 그 굴절률을 변경함으로써 2차 초점의 형성 위치를 광기록 매체의 기록면을 따르는 이차원 방향으로 이동시켜 트랙 제어를 할 수 있다.
본원 발명의 그 외의 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
(실시예)
이하 본원 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도1은 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치(10)의 제1 실시예의 구성을 나타내는 모식도다. 이 렌즈 장치(10)는 예를 들면 PMMA(폴리메틸메타아크릴레이트) 등의 투명 수지로 형성된 복수개의 집광 렌즈(20)를 구비하고 있고, 본 실시예에서는 각 집광 렌즈(20)는 일정 외경을 갖는 원주상의 로드 렌즈(20a)의 형태를 갖고 있다. 각 로드 렌즈(20a)는 바람직하게는 도2에 나타내는 바와 같이, 하나의 로드 렌즈(20a)의 주면에 다른 6개의 로드 렌즈(20a)의 주면이 접촉하도록, 벌집상으로 이차원 배열되고, 예를 들면, 다른 불투명 수지(도시 생략) 중에 인서트되는 등으로 하여 집합 지지된다. 예를 들면, 다른 불투명 수지로서는 수지 성형에 의한 슬라이더로 할 수 있다. 그리고 이 렌즈 집합체(30)는 그 출사면 측이 광기록 매체의 일례로서의 광디스크(D)의 투명 기판(D1)에 소정 거리를 두고 대향하도록 하여 사용된다.
광디스크(D)는 소정 두께의 투명 수지제의 기판(D1)을 구비하고, 이 기판(D1)의 배면 측에 기록면(D2)이 형성된 것이다.
도1에 나타낸 바와 같이, 각 로드 렌즈(20a)는 평탄한 입사면(21)과, 볼록면의 출사면(22)을 구비하고 있으며, 출사면(22)은 입사면(21)으로부터 입사한 평행 레이저광(B)이 디스크 기판(D1)의 표면 혹은 그 내부에서 수차(收差)없이 1차 초점(F1)을 형성하도록 비구면으로 형성된다. 그리고 각 로드 렌즈(20a)의 면간 거리(h), 즉 입사면(21)과 출사면(22)의 면간 거리(h)는 렌즈 집합체(30)의 중심으로부터의 거리에 따라서 다음과 같이 설정되어 있다. 즉 도1에 나타나 있는 바와 같이, 각 로드 렌즈(20a)의 평탄한 입사면(21)이 등파면이 되도록 설정된다. 이것은 각 로드 렌즈의 입사면(21)의 광축 방향의 변위량이 레이저파장(λ)의 정수배가 되는 것을 의미한다. 그리고 각 로드 렌즈(20a)의 입사면(21), 출사면(22), 1차 초점(F1) 혹은 디스크 기판 내의 정점, 바람직하게는 기록면(D2) 내의 정점(F2)을 잇는 광학적 거리(즉, 광기록 매체의 굴절률을 고려한 거리)가 일정이 되거나, 또는 이들 광학적 거리의 차가 레이저광의 파장λ의 정수배가 되도록 한다. 모든 로드 렌즈(20a)에 대응하는 상기의 광학적 거리가 일정하게 되는 경우, 각 로드 렌즈의 면간 거리(h)는 렌즈 집합체(30)의 중앙부일수록 길고, 주변부를 향할수록 짧아진다.
상기의 구성에 있어서, 먼저 복수의 로드 렌즈(20a)가 디스크(D)의 기판 내부에 각각 1차 초점(F1)을 형성한다. 이 1차 초점(F1)으로부터의 회절광은 마치 1차 초점 위치의 광원에서 방사되는 광과 같은 거동을 나타낸다. 각 로드 렌즈(20a)의 면간 거리(h) 및 디스크(D)까지의 거리를 상기와 같이 선택함으로써, 이와 같은 복수의 점광원(F1)으로부터의 회절광의 위상파면이 디스크(D)의 기록면의 어느 위치에 수렴하고, 이 위치에 광량 피크, 즉 2차 초점(F2)을 형성한다. 그리고 이 2차 초점(F2)을 광디스크(D)의 기록면(D2)에 대한 기입 및/또는 판독에 이용하는 초점 스팟(P)으로 할 수 있다.
상기와 같이, 1차 초점(F1)을 통해서 2차 초점(F2)을 형성하기 위한 회절은 디스크 기판(D1)의 내부의 굴절률이 높은 영역에서 행하여지므로, 개구수(NA)를 1이상으로 하는 것도 가능하고, 이에 따라 이 렌즈 장치(10)가 최종적으로 형성하는 초점 스팟 직경을 현저하게 소경화할 수 있다. 또 각 로드 렌즈(20a)는 디스크 기판(D1)의 내부에 1차 초점(F1)을 형성하는 역할을 다하면 되므로, 개구수(NA)가 작아도 좋고, 이 집광 렌즈(20)를 파면 수차, 코마 수차가 적은 것으로 하여 적정하게 제작할 수 있다.
또한 상기 구성의 렌즈 장치(10)는 각 집광 렌즈(20)가 로드 렌즈(20a)로 형성되어 있으므로, 1차 초점(F1)은 이산적인 점광원이 된다. 그 때문에 디스크(D)의 기록면(D2)의 2차 초점(F2)으로부터 반경 방향으로 소정 간격을 두어 부차적인 의사초점(스퓨리어스)(f)이 나타난다. 판독 신호의 노이즈의 원인이 되므로 이 스퓨리어스(f)의 출현을 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 이에 관한 것으로 로드 렌즈(20a)의 배열을 도3에 나타내는 바와 같은 격자상으로 배치하는 것보다도, 보다 조밀하게, 즉 도2에 나타낸 바와 같이 벌집상으로 배치하는 편이, 그리고 로드 렌즈(20a)의 직경을 보다 좁게 하여 렌즈 장치(10) 전체로서의 외경 내에 포함시키는 로드 렌즈(20a)의 수를 가능한 한 많게 하는 편이 보다 스퓨리어스(f)의 출현을 억제할 수 있는 것이 판명되고 있다.
도4는 광량을 세로축으로 잡아서 초점 스팟(P)을 모식적으로 표시하는 삼차원 화상이며, 로드 렌즈 직경을 0.2mm, 렌즈 장치(10)의 외경을 2mm, 디스크 기판 두께를 0.6mm(굴절률n=1.59)로 하고, 파장 λ=640nm의 레이저광을 이용하여 기록면(D2)에 상술한 바와 같이 하여 2차 초점(F2)을 형성시킨 경우의 시뮬레이션이다. 계산상의 NA는 l.36이고, 1을 넘은 NA를 달성하고 있다. 그 때문에 초점 스팟 직경(강도1/e2의 직경)은 이론상 0.39μm, 시뮬레이션에서는 0.32μm로서, 통상의 본 종류의 광학 헤드에서 달성되는 스팟 직경 0.8~0.9μm의 반 이하로 되어 있다. 이것은 트랙을 따라 종래의 배(倍) 이상의 밀도의 기록 마크를 판독할 수 있고, 또 트랙간 피치를 종래의 반분 이하로 하고, 이에 의하여 디스크의 기록 용량을 적어도 종래의 4배 이상으로 할 수 있는 것을 의미한다.
도5및 도6은 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치의 제2 실시예를 모식적으로 표시하고 있다. 본 실시예에서는 복수의 집광 렌즈(20)를 중앙의 로드 렌즈(20a) 및 이것을 둘러싸는 동심상의 링의 형태로 함과 동시에, 각 링 렌즈(20b)의 광축을 따르는 단면 형태가 평탄한 입사면(21)과, 볼록면의 출사면(22)을 갖는 일정 단면으로 되어 있고, 따라서 본 실시예에 관한 렌즈 장치(20)의 중심선을 따르는 단면 형태는 도1과 거의 마찬가지인 것이 된다. 이 경우에 있어서도 도6에 나타낸 바와 같이, 각 링 렌즈(20b)가 광디스크(D)의 투명 기 판(D1)의 표면 또는 내부에 1차 초점(F1)이 형성되도록 된 것으로, 또 각 링 렌즈(20b)의 입사면(21)의 상호의 위치 관계, 및 입사면(21), 출사면(22), 1차 초점(F1) 혹은 2차 초점(F2)까지의 광학적 거리가 일정이 되거나, 또는 이들 광학적 거리의 차가 레이저광의 파장λ의 정수배가 되도록 하는 점은 상술한 제1 실시예와 마찬가지이다. 따라서 이 경우에 있어서도 1차 초점(F1)으로부터의 회절광의 위상파면이 디스크(D)의 기록면의 어느 위치에 수렴하고, 이 위치에 2차 초점(F2), 즉 초점 스팟(P)이 형성된다(도6참조). 1차 초점(F1)으로부터의 회절이 굴절률이 높은 디스크 기판 내에서 행하여지고 있기 때문에 고NA가 달성되고, 그 결과 초점 스팟 직경을 축소할 수 있는 점도 제1 실시예와 마찬가지이다. 또한 본 실시예에서는 1차 초점(F1)은 점이 아니라 환상으로 연속하는 선이 되기 때문에, 스퓨리어스(f)의 출현은 억제된다.
도7및 도8은 본원 발명의 제1 측면에 관한 렌즈 장치(10)의 제3 실시예를 나타내고 있다. 본 실시예에서는 렌즈 장치(10)의 중앙부에 통상의 렌즈(20n)를 배치하고, 그 주위에 동심상의 복수의 링상 렌즈(20b)를 배치하고 있다. 이 링 렌즈(20b)의 작용은 제2 실시예의 링 렌즈(20b)와 마찬가지이다. 도8에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 통상 렌즈(20n)에 의한 초점 광량 분포에 링상 집광 렌즈에 의한 광량 분포가 중첩하고, 그 결과로서 초점 스팟(P)의 피크가 예리해져 초점 스팟 직경이 축소된 것과 마찬가지의 기록 마크 판독 성능을 발휘할 수 있다.
도9는 본원 발명의 제2 측면에 관한 렌즈 장치(10')의 1 실시예를 나타내는 모식도다. 본 실시예에 관한 렌즈 장치(10')에서는 제1 실시예와 마찬가지의 복수의 로드 렌즈(20a)의 출사면 측에 각각 솔리드 이머전 렌즈(Solid Immersion Lens)(20s)를 배치하여 구성되어 있다. 각 로드 렌즈(20a) 및 대응하는 솔리드 이머전 렌즈(20s)는 예를 들면 벌집상으로 이차원 배열된 상태(도2참조)에서 슬라이더 등의 수지제 지지 부재(S) 내에 지지된다. 각 로드 렌즈의 입사면(21)은 등파면이 된다. 솔리드 이머전 렌즈(20s)는 예를 들면 "니케이 일렉트로닉스" 1997년 6월 발행의 제691호, 99~101 페이지의 해설 중에 기재되어 있는 바와 같이, 고굴절률 부재로 되고, 통상 구면 또는 비구면의 입사면(23)과, 평면의 출사면(24)을 구비하며, 각 로드 렌즈(20b)와 솔리드 이머전 렌즈(20s)가 협력하여 솔리드 이머전 렌즈(20s)의 출사면(24)내, 또는 그 내측 근방에 수차가 없는 1차 초점(F1)이 형성되도록 된다. 이 1차 초점(F1)의 근방에는 소위 근접장 광(N)이 생성되지만, 1차 초점(F1)은 굴절률이 1보다 큰 매질 내에 형성되기 때문에, 그 스팟 직경은 극히 작으므로 근접장 광(N)도 또한 회절광을 방사하는 점광원으로 간주할 수 있다.
그리고 각 로드 렌즈(20b)의 입사면(21), 출사면(22), 솔리드 이머전 렌즈(20S)에 형성되는 1차 초점(F1) 혹은 디스크 기판 내의 정점, 바람직하게는 기록면(D2) 내의 정점(F2)을 잇는 광학적 거리가 일정하게 되거나 또는 이들의 광학적 거리의 차가 레이저광의 파장λ의 정수배가 되도록 된다. 이와 같은 복수의 점광원에서의 회절광은 각 로드 렌즈(20)의 면간 거리, 혹은 디스크(D)까지의 거리를 적정하게 선택함으로써, 디스크(D)의 기록면(D2) 상의 어느 위치에 광량 피크, 즉 2차 초점(F2)을 형성하고, 이것을 광학 디스크(D)의 기록면(D2)에 대한 기입 및/또는 판독에 이용하는 초점 스팟으로 할 수 있다.
도10은 본원 발명의 제3 측면에 관한 광학 헤드(40)의 구성의 모식도다. 이 광학 헤드(40)는 디스크(D)의 기판 표면에 대하여 소정의 틈을 통해서 부상되는 슬라이더(S)에 상기 제1 또는 제2 측면에 관한 렌즈 장치(10, 10')를 조립한 구성을 구비하고 있다. 부호 41는 슬라이더(S)에 대해서 렌즈 장치(10, 10') 전체를 레이저 광축을 따라 상대 구동하는 마이크로 액츄에이터를 나타내고, 예를 들면 피에조 소자로 구성할 수 있다. 또 부호 50는 렌즈 장치(10, 10')의 각 집광 렌즈(20)의 입사 측에 부속되는 액정 패널을 나타내고, 각 집광 렌즈(20)에 대응하여 각 집광 렌즈(20)에 입사하는 레이저광의 위상을 보정하는 기능을 구비하는 것이다. 단, 상기의 마이크로 액츄에이터(41)와 액정 패널(50)의 쌍방을 구비할지, 어느 한쪽을 구비할지는 선택적 사항이다.
도11및 도12에 나타내는 바와 같이, 액정 패널(50)은 2매의 투명 기판(51, 51) 간의 공극에 액정(52)이 봉입되고, 또한 각 투명 기판(51, 51)의 내면에 투명 전극(53) 및 배향막(54)이 형성된 것인데, 렌즈 장치(10, 10')의 각 집광 렌즈(20)와 대응한 복수의 구획으로 분할되어 있고, 투명 전극(53, 53) 간에 인가하는 전압을 각 구획마다 독립해서 제어하여 액정 분자의 방향을 도12에 나타내는 바와 같이 수평 배향으로부터 수직 배향까지 자유롭게 바꿀 수 있게 되어 있다. 즉 이 액정 패널(50)은 각 구획마다 액정의 굴절률을 소망하는 대로 변경할 수 있게 되어 있다.
상기 마이크로 액츄에이터(41)를 제어함으로써 렌즈 장치(10, 10')와 디스크 표면 간의 거리를 제어할 수 있다. 따라서 예를 들면, 포커스 에러 신호를 이용하여 이 마이크로 액츄에이터를 제어함으로써 극히 응답성이 좋은 포커스 제어를 달성할 수 있다.
또 상기 액정 패널(50)에 의해서 광학 헤드(40)에 다음의 기능을 부여할 수 있다. 즉 그 첫째로 액정 패널(50)의 각 구획의 굴절률을 일제히 균일하게 변경함으로써 미소 포커스 제어를 할 수 있다. 그 둘째로는 각 구획의 굴절률을 변경함으로써 각 집광 렌즈(20)에 입사하는 레이저광의 위상을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 2차 초점(F2)의 형성 위치를 디스크(D)의 기록면(D2)의 이차원 방향으로 변화시킬 수 있다. 이는 액정 패널(50)을 제어함으로써 트랙 제어를 할 수 있는 것을 의미한다.
도13및 도14는 본원 발명에 관한 광학 헤드(50)를 이용한 광디스크 장치(60)의 구성의 일례를 나타내는 모식도다. 이 광디스크 장치(60)는 하드 디스크 장치와 마찬가지의 액세스 기구를 구비하고 있다. 광디스크(D)는 그 투명 기판을 위로 하고, 수직 스핀들(61)을 중심으로 해서 회전 구동된다. 상술의 광학 헤드(40)를 탑재한 슬라이더(S)를 선단에 갖는 제1 스윙 암(71)과, 자계 변조 기록용의 슬라이더(Sa)를 선단에 갖는 제2 스윙 암(72)이 수직축(62) 주위에 회동 가능하게 지지 되어 있다. 제1 스윙 암(71)의 기단부에는 고정 광학부(63)가 설치되어 있다. 슬라이더(S)에는 미러 또는 프리즘(64)이 설치되어 있고, 이것은 고정 광학부(63)로부터 제1 스윙 암(71)과 평행으로 출사되는 레이저광(B)을 렌즈 장치(10)의 입사면을 향해서 직각으로 반사하고, 또 디스크(D)로부터의 반사광을 동일한 경로를 통하여 고정 광학부(63)에 유도한다. 제1 스윙 암(71)과 제2 스윙 암(72)은 마그네트(73) 및 코일(74)로 되는 구동 기구를 제어 구동시킴으로써, 시크 동작 및 트래킹 동작을 한다.
도13및 도14으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원 발명에 관한 광학 헤드(40)는 렌즈 장치(10, 10')를 탑재하는 슬라이더(S)에 포커스 제어를 관장하는 마이크로 액츄에이터(41) 및/또는 전자적인 트랙 제어를 관장하는 액정 패널(50)이 설치되어 있기 때문에(도10참조), 액세스 기구를 하드 디스크 장치의 액세스 기구에 근사한 간단하고 또한 박형화된 것으로서 구성할 수 있다.
물론 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 각 청구항에 기재한 사항의 범위 내에서의 모든 변경은 모두 본원 발명의 범위에 포섭된다. 예를 들면 렌즈 장치를 구성하는 복수의 집광 렌즈(20)는 도15에 예시하는 바와 같이, 볼록 렌즈(201)와, 이 볼록 렌즈(201)의 입사 측에 배치한 위상 조정용 로드 렌즈(202)를 조합하여 구성하는 것도 가능하다. 또 렌즈 장치를 구성하는 복수의 집광 렌즈(20)는 기능적으로 독립하여도 좋고, 따라서 도16에 예시하는 바와 같이, 복수의 집광 렌즈(20)를 수지에 의하여 일체 성형하여도 좋다.
또한 실시예에서는 광기록 매체를 광디스크로서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 광 카드 외의 광기록 매체에도 본원 발명을 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 이론적인 개구수를 보다 증대시켜 레이저의 초점 스팟 직경을 축소하여 광디스크 장치의 대용량화가 가능한 렌즈 장치 및 이를 이용한 광학 헤드 및 광디스크 장치를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 광기록 매체의 기판 표면으로부터 입사시킨 레이저광에 의하여 광기록 매체의 기록면에 초점 스팟을 형성하기 위한 렌즈 장치로서,
    레이저광이 입사되는 입사면과, 초점을 형성하기 위해 레이저광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광 렌즈를 구비하고, 각 집광 렌즈는 광기록 매체의 기판의 표면 또는 내부에 1차 초점을 형성함과 동시에, 각 1차 초점으로부터의 회절광이 광기록 매체의 기록면 상에 초점 스팟이 되는 2차 초점을 형성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각 집광 렌즈의 입사면과 출사면 간의 거리는 각 집광 렌즈가 형성하는 1차 초점으로부터 2차 초점까지의 광학적 거리의 차에 대응하여 다르게 한 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 1차 초점을 경유한 2차 초점까지의 광학적 거리는 일치하게 된 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 1차 초점을 경유한 2차 초점까지의 광학적 거리의 차는 레이저광의 파장의 0 또는 정수배인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각 집광 렌즈는 입사면을 평탄면, 출사면을 볼록면으로 하는 동일 외경의 로드 렌즈의 형태를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    각 집광 렌즈는 그 주면에 다른 4개의 집광 렌즈가 접촉하는 격자상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    각 집광 렌즈는 그 주면에 다른 6개의 집광 렌즈가 접촉하는 벌집상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    각 집광 렌즈는 입사광의 광축을 중심으로 하는 동심상으로 배치된 링상의 렌즈를 포함하고 있고, 각 링상의 집광 렌즈는 입사 광축을 따르는 단면에서 입사면이 평탄면이고, 출사면이 볼록면인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  9. 광기록 매체의 투명 기판 표면으로부터 입사시킨 레이저광에 의하여 광기록 매체의 기록면에 초점 스팟을 형성하기 위한 렌즈 장치로서,
    레이저광이 입사되는 입사면과, 초점을 형성하기 위해 레이저광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광 렌즈와, 각 집광 렌즈의 출사면 측에 배치된 솔리드 이머전 렌즈를 구비하고,
    각 집광 렌즈와 솔리드 이머전 렌즈의 조(組)는 각각 솔리드 이머전 렌즈의 출사면 상(上) 또는 그 근방에 1차 초점을 형성함과 동시에, 이들 1차 초점의 근접장 광으로부터의 회절광이 광기록 매체의 기록면 상에 초점 스팟이 되는 2차 초점을 형성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    각 집광 렌즈의 입사면으로부터 출사면 혹은 솔리드 이머전 렌즈의 1차 초점을 경유한 기록면 상의 2차 초점까지의 광학적 거리의 차는 레이저광의 파장의 0 또는 정수배인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    각 집광 렌즈는 입사면을 평탄면, 출사면을 볼록면으로 하는 동일 외경의 로드 렌즈의 형태를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  12. 제1항 내지 제11항중 어느 한항에 기재한 렌즈 장치를 광기록 매체의 기판의 표면을 따라 이동하는 슬라이더에 탑재한 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  13. 제12항에 있어서,
    슬라이더에 렌즈 장치를 광기록 매체에 대하여 근접 이간 운동시키기 위한 액츄에이터가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈 장치의 입사측에 각 집광 렌즈와 대응하는 구획마다 굴절률을 변경할 수 있는 액정 패널이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  15. 광이 입사되는 입사면과 광이 출사되는 출사면을 구비한 복수의 집광용 로드 렌즈를 각각의 출사면이 공통 평면 내에 위치하도록 묶은 구성을 갖고, 또한 각 집광용 로드 렌즈는 그 입사면으로부터 출사면에 이르는 광로 길이가 중앙부에서 길고, 주변부에서 점점 감소하도록 형성되며, 각 집광용 로드 렌즈의 각각의 1차 초점을 출사면에 대략 평행하게 근접한 고굴절률 광학 부재 내에 형성했을 때에, 각 1차 초점의 광의 회절광이 공통의 2차 초점 스팟을 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  16. 제1항 내지 제11항 또는 제15항 중 어느 한항에 기재된 렌즈 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 광디스크 장치.
  17. 제12항에 기재된 광학 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는 광디스크 장치.
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