KR100659943B1 - 광디스크용 대물렌즈 - Google Patents

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KR100659943B1
KR100659943B1 KR1020050003237A KR20050003237A KR100659943B1 KR 100659943 B1 KR100659943 B1 KR 100659943B1 KR 1020050003237 A KR1020050003237 A KR 1020050003237A KR 20050003237 A KR20050003237 A KR 20050003237A KR 100659943 B1 KR100659943 B1 KR 100659943B1
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annular zone
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optical disc
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마루야마고이치
고레에다다이스케
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펜탁스 가부시키가이샤
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Abstract

제 1 광디스크 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다. 대물렌즈는, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하는 적어도 하나의 표면을 구비한다. 단차는, 복수의 환형 구역을 투과하는 빛의 파면을 위상 시프트하는 기능을 갖고 있고 이에 의해 단차에 의해 위상 시프트된 파면의 평균 파면의 수렴점에 형성된 빔 스폿이 제 1 광디스크 및 제 2 광디스크에 사용된다. 상기 적어도 하나의 표면의 상기 복수의 환형 구역은 적어도 하나의 환형 구역 구조부를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 환형 구역 구조부는, 제 1 방향으로 상기 파면을 위상 시프트하기 위한 적어도 3개의 단차를 각각 가지고 있는 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹, 및 상기 제 1 환형 구역 그룹과 상기 제 2 환형 구역 그룹 사이의 경계에 형성되어 있는 제 1 복귀 단차부를 포함한다. 상기 제 1 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 파면을 위상 시프트한다. 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
Figure 112005045076023-pat00001
는 조건
Figure 112005045076023-pat00002
을 충족한다. 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 상기 절대값
Figure 112005045076023-pat00003
는, 상기 제 1 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값과 상기 제 2 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값 중에서 큰 값보다 작다.
광디스크, 대물렌즈, 환형 구역, 단차, 복귀 단차부, 위상 시프트, 라이트빔

Description

광디스크용 대물렌즈{OBJECTIVE LENS FOR OPTICAL DISC}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대물렌즈를 포함하는 광학 시스템의 광학 블록 다이어그램; 및
도 2는 대물렌즈의 광축을 포함하는 대물렌즈의 단면도로서, 대물렌즈의 표면에 형성된 환형 구역 구조를 상세하게 나타내는 도면.
본 발명은, 보호층의 두께가 상이하고 및/또는 기록 밀도가 상이한 2가지 타입의 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 수행할 수 있는 광디스크 드라이브에 사용되는 대물렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 광디스크 드라이브를 위한 광-픽업은, 레이저 다이오드와 같은 레이저원, 레이저원에 의해 조사되는 레이저빔을 광디스크의 기록 표면에 수렴시켜 이 기록 표면에 빔 스폿을 형성하는 대물렌즈, 및 기록 표면으로부터 반사되고 대물 렌즈를 투과하는 레이저빔을 수신하는 신호 검출 시스템이 구비된다. 신호 검출 시스템은 수신된 레이저빔에 기초하여 다양한 신호를 생성한다.
광디스크는, 기록 밀도 및/또는 보호층의 두께가 상이한 다양한 타입이 존재 한다. 예를 들면, DVD(digital versatile disc)는 CD(compact disc) 또는 CD-R(CD Recordable)보다도 기록밀도가 높고, CD 또는 CD-R보다도 보호층이 얇다. DVD-R, DVD-RW 및 DVD+RW는, 이들이 DVD와 대체로 동일한 두께의 보호층 및 필요 개구수를 가지고 있기 때문에, DVD표준으로 분류된다. 또한, CD-R 및 CD-RW는, 이들이 CD와 대체로 동일한 두께의 보호층 및 필요 개구수를 가지고 있기 때문에, CD표준으로 분류된다.
광디스크 드라이브는 다양한 타입의 광디스크의 보호층의 두께 차이에 의해 야기되는 구면수차를 보정할 필요가 있다. 일본국 특개평9-54973호 공보(이하, 특허문헌 1), 일본국 특개2000-81566호 공보(이하, 특허문헌 2), 및 일본국 특개2001-249273호 공보(이하, 특허문헌 3)는 광디스크의 보호층의 두께 차이에 의해 야기되는 구면수차를 보정하도록 구성된 광디스크 드라이브의 광학 시스템을 개시하고 있다.
이들 공보에 따르면, 광학 시스템은, 라이트빔의 파장에 따라 구면수차의 조건이 광학 표면에서 변화하는 현상을 이용하여 광디스크의 보호층의 두께의 변화에 의해 야기되는 구면수차를 보정(상쇄)하도록 하기 위하여, 대물렌즈에 인접하여 위치한 광학 요소상에 형성되거나 또는 대물렌즈상에 형성된 (위상 시프트면, 회절면, 또는 홀로그램면으로 불리는) 특수한 구조를 가지고 있는 광학 표면을 구비하고 있다.
위상 시프트면, 회절면 및 홀로그램면의 각각은, 광학 요소의 베이스 형상에 대하여 미세한 단차가 복수 형성되도록 구성된다. 즉, 위상 시프트면, 회절면 및 홀로그램면은, 각각의 단차에서 위상 시프트(또는 광로 길이차)를 부여하는 기능을 갖고 있는데, 이 때문에 각각의 단차의 양측에 위치하는 인접 구역을 투과한 라이트빔이 서로 간섭하고 이로써 굴절외의 다른 효과를 라이트빔에 작용시킨다.
보다 상세하게는, 특허문헌 1에 개시된 광학 시스템은, 대물렌즈의 근방에 위치된 광학소자상에 형성되는 홀로그램면을 갖도록 구성되어 있다. 또한 특허문헌 1에는 홀로그램면이 에칭에 의해 형성된 것을 보여주고 있다. 홀로그램면의 제조 공정을 간략화하고 제조 공정의 정밀도를 향상시키기 위하여, 홀로그램면은, 각각 대략 4개의 단차를 갖는 복수의 단차형상 구조부를 갖도록 설계된다. 그러나, 이 광학 시스템은, 대물렌즈가 수지제인 경우에 있어서의 환경 온도의 변화에 수반하는 구면수차의 변동을 보정할 수 없다.
특허문헌 2에 있어서, 대물렌즈는, 투과하는 라이트빔을 위상 시프트하는 기능을 갖는 회절 구조가 형성되어 있는 표면을 가지고 있다. 특허문헌 1의 광학 시스템과 비교하여, 특허문헌 2의 대물렌즈는, 수지제의 대물렌즈를 사용하는 경우에 있어서도, 환경 온도 변화에 수반하는 구면수차를 보정할 수 있다. 특허문헌 2의 대물렌즈는, 구면수차의 상태가 회절 구조를 투과하는 라이트빔의 파장에 따라 회절 구조에 의해 변동되는 사실을 이용하여, 사용되는 광디스크의 보호층에 야기되는 구면수차를 보정하도록 구성되어 있다.
그러나, 특허문헌 2의 광학 시스템은, 환경 온도에 기인한 구면수차의 변동이 대물렌즈에 의해 야기되는 구면수차의 변동에 의해 과잉보정된다는 결점을 가지고 있다.
상기한 바와 같이, 특허문헌 2의 광학 시스템은, 대물렌즈에 있어서의 구면수차의 변동의 파장 의존성을 이용하여 구면수차를 보정한다. 그 때문에, 특허문헌 2의 광학 시스템은 비교적 작은 개별적인 차이(즉, 파장의 변동)의 성질을 가지고 있는 광원을 사용할 필요가 있다.
특허문헌 3의 광학 시스템은, 투과하는 라이트빔을 위상 시프트하기 위한 회절 구조가 형성되어 있는 표면을 가지고 있는 대물렌즈를 포함한다. 특허문헌 3의 대물렌즈는, 상대적으로 기록밀도가 낮은 광디스크(예를 들면 CD)에 대한 라이트빔과 상대적으로 기록밀도가 높은 광디스크(예를 들면 DVD)에 대한 라이트빔의 각각에 대한 빔 스폿의 형성에 기여하는 저NA(개구수) 영역과 상대적으로 기록밀도가 높은 광디스크(예를 들면 DVD)에 대한 라이트빔 만에 대한 빔 스폿의 형성에 기여하는 고NA 영역을 가지고 있다.
그러나, 저NA 영역에 형성된 회절 구조는 특허문헌 2에 개시된 회절 구조와 대체로 동일한 구성을 가지고 있다. 고NA 영역은, 환경 온도가 비교적 크게 변동하더라도 낮은 정도까지 구면수차의 변동이 감소되어 온도 변동에 따른 전체 광학 시스템에 있어서의 구면수차의 변동이 감소되도록 형성된다.
상대적으로 낮은 기록 밀도를 가지고 있는 광디스크의 기록 효율을 보다 강화하기 위하여 NA(개구수)를 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 상대적으로 낮은 기록 밀도를 가지고 있는 광디스크에 대한 NA를 증가시키기 위하여, 저NA 영역을 넓게 할 필요가 있다. 그러나, 대물렌즈의 저NA 영역이 넓어지면, 대물렌즈의 결점(즉, 구면수차를 과잉보정하는 것)이 강화된다.
본 발명은, 수지제의 대물렌즈의 경우에 있어서도, 넓은 범위의 주위 온도에 있어서의 구면수차의 변동을 충분하게 억제하고, 광원의 파장의 개별적인 변동에 대한 충분한 허용범위를 갖도록 구성된 대물렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 제 1 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈가 제공된다. 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있다. 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용된다. 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있다. 상기 대물렌즈는, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있다. 상기 단차는, 상기 복수의 환형 구역을 투과하는 빛의 파면을 위상 시프트하는 기능을 가지고 있고 이에 의해 상기 단차에 의해 위상 시프트된 파면의 평균 파면의 수렴점에 형성되는 빔 스폿이 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생에 사용된다.
상기 적어도 하나의 표면의 상기 복수의 환형 구역은 적어도 하나의 환형 구역 구조부를 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 환형 구역 구조부는, 제 1 방향으로 상기 파면을 위상 시프트하기 위한 적어도 3개의 단차를 각각 가지고 있는 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹과, 상기 제 1 환형 구역 그룹과 상기 제 2 환형 구역 그룹 사이의 경계에 형성되어 있는 제 1 복귀 단차부를 포함하고 있다. 상기 제 1 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 상기 파면을 위상 시프트한다. 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
Figure 112005045076023-pat00004
는 이하의 조건 (1)을 충족한다:
Figure 112005045076023-pat00079
.
상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
Figure 112005001940979-pat00006
는, 상기 제 1 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값와 상기 제 2 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값 중에서 큰 값보다 작다.
상기 제 1 복귀 단차부를 형성함으로써, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정 효과가 과잉으로 되는 현상을 막을 수 있게 된다. 즉, 수지제의 대물렌즈의 경우에 있어서도, 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔을 적절하게 수렴시킬 수 있다.
또한, 조건 (1)을 충족시킴으로써, 대물렌즈(10)의 효율의 변화의 파장 의존성이 충분히 억제되고, 이에 따라 파장의 개별적인 변동에 대한 허용도가 높아질 수 있다. 또한, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정이 불충분하게 되는 현상을 막을 수 있다.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함한다. 이 경우, 상기 제 1 복귀 단차부는 상기 내측 영역 내에 형성된다.
선택적으로, 상기 제 1 광디스크가 DVD 표준에 따르고, 상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따를 때, 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
Figure 112005001940979-pat00007
는 이하의 조건 (2)를 충족한다:
Figure 112005001940979-pat00008
.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 2 복귀 단차부를 포함하고 있고, 상기 제 2 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 상기 제 2 방향으로 상기 파면을 위상 시프트한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 1 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈가 제공된다. 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있다. 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용된다. 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있다. 상기 대물렌즈는, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있다. 상기 단차는, 상기 복수의 환형 구역을 투과하는 빛에 대하여 광로 길이차를 제공하는 기능을 가지고 있고 이에 의해 적어도 하나의 표면을 투과하는 빛에 의해 형성되는 빔 스폿이 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생에 사용된다.
또한, 상기 적어도 하나의 표면의 상기 복수의 환형 구역은 적어도 하나의 환형 구역 구조부를 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 환형 구역 구조부는, 제 1 방향으로 광로 길이차를 제공하기 위한 적어도 3개의 단차를 각각 가지고 있는 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹과, 상기 제 1 환형 구역 그룹과 상기 제 2 환형 구역 그룹 사이의 경계에 형성되어 있는 제 1 복귀 단차부를 포함하고 있다. 상기 제 1 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 광로 길이차를 제공한다. 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
Figure 112005045076023-pat00009
는 이하의 조건 (3)을 충족하고:
Figure 112005001940979-pat00010
여기에서,
Figure 112005001940979-pat00011
은 상기 제 1 라이트빔의 파장을 나타낸다. 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
Figure 112005001940979-pat00012
는, 상기 제 1 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 광로 길이차의 합계의 절대값와 상기 제 2 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 광로 길이차의 합계의 절대값 중에서 큰 값보다 작다.
상기 제 1 복귀 단차부를 형성함으로써, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정 효과가 과잉으로 되는 현상을 막을 수 있게 된다. 즉, 수지제의 대물렌즈의 경우에 있어서도, 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔을 적절하게 수렴시킬 수 있다.
또한, 조건 (3)을 충족시킴으로써, 대물렌즈(10)의 효율의 변화의 파장 의존 성이 충분히 억제되고, 이에 따라 파장의 개별적인 변동에 대한 허용도가 높아질 수 있다. 또한, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정이 불충분하게 되는 현상을 효과적으로 막을 수 있다.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함한다. 이 경우, 상기 제 1 복귀 단차부는 상기 내측 영역 내에 형성된다.
선택적으로, 상기 제 1 광디스크가 DVD 표준에 따르고, 상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따를 때, 상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
Figure 112005001940979-pat00013
는 이하의 조건 (4)를 충족한다:
Figure 112005001940979-pat00014
.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 2 복귀 단차부를 포함하고 있고, 상기 제 2 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 광로 길이차를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제 1 광디스크 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈가 제공된다. 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있다. 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용된다. 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있다. 상기 대물렌즈는, 회절 구조를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있다. 상기 회절 구조는, 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크의 기록 표면에 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔을 각각 적절하게 수렴시키는 기능을 제공하도록, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하고 있다. 상기 회절 구조는, 적어도 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹을 포함하고 있다. 상기 제 1 환형 구역 그룹 및 상기 제 2 환형 구역 그룹은 상기 대물렌즈의 광축으로부터의 순서대로 위치하고 있다.
또한, 상기 회절 구조는 이하의 조건 (5) 내지 (7)를 충족하거나 또는 이하의 조건 (5), (8) 및 (9)를 충족하도록 구성되어 있다:
Figure 112005001940979-pat00015
여기에서,
Figure 112005045076023-pat00016
는 제 i 환형 구역 그룹에서 회절 구조에 의해 제공되는 부가적인 광로 길이를 나타내고,
Figure 112005045076023-pat00017
는 제 i 환형 구역 그룹과 제 (i+1) 환형 구역 그룹 사이의 경계 위치의 높이를 나타낸다.
Figure 112005045076023-pat00018
는 이하의 식으로 표현된다:
Figure 112005001940979-pat00019
여기에서, P0i, P2i, P4i, 및 P6i 는 제 i 환형 구역 그룹의 부가적인 광로 길이에 관한 0차, 2차, 4차 및 6차의 계수를 나타내고, h는 광축으로부터의 높이를 나타내고, m은 기록 및/또는 재생 작동에 사용되는 회절 차수를 나타내고, hi-1은 i가 0일때 0이다.
이러한 구성에 의해, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정 효과가 과잉으로 되는 현상을 막을 수 있게 된다. 즉, 수지제의 대물렌즈의 경우에 있어서도, 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔을 적절하게 수렴시킬 수 있다.
대물렌즈(10)의 효율의 변화의 파장 의존성이 충분히 억제되고, 이에 따라 파장의 개별적인 변동에 대한 허용도가 높아질 수 있다. 또한, 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변동에 대한 보정이 불충분하게 되는 현상을 효과적으로 막을 수 있다.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함한다. 이 경우, 상기 경계 위치는 상기 내측 영역 내에 형성된다.
선택적으로, 상기 제 1 광디스크가 DVD 표준에 따르고, 상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따를 때, 상기 대물렌즈는 이하의 조건 (10)을 충족한다:
Figure 112005001940979-pat00020
.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 표면은 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 1 단차부를 가지고 있다. 상기 제 1 단차부는 상기 제 i 환형 구역 그룹과 상기 제 (i+1) 환형 구역 그룹 사이의 경계 위치에 의해 제공되는 광로 길이차의 방향과 동일한 방향으로 광로 길이차를 제공한다.
상기한 본 발명의 3가지 측면에 관하여, 상기 내측 영역을 투과하는 상기 제 1 라이트빔의 파면수차는 상기 제 1 광디스크의 기록 표면 근방에서 ±0.1
Figure 112005045076023-pat00080
이하일 수 있다.
선택적으로, 상기 대물렌즈는 단일-요소 렌즈일 수 있다.
(실시예의 상세한 설명)
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대물렌즈(10)를 포함하는 광학 시스템(100)의 광학 블록 다이어그램이다. 광학 시스템(100)은 2가지 타입의 광디스크(D1, D2)에 대한 데이터의 기록 및/또는 재생에 사용된다. 광디스크(D1)(예를 들면, DVD)는 광디스크(D2)(예를 들면, CD)보다 높은 기록 밀도를 가지고 있고 광디스크(D2)보다 얇은 보호층을 가지고 있다. 도 1에 있어서, 광디스크(D1)를 실선으로 나타내고, 광디스크(D2)를 점선으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(100)은, 제 1 및 제 2 광원(21 및 22), 빔 스플리터(23), 커플링 렌즈(24) 및 대물렌즈(10)를 포함한다. 도 1에 있어서, 광학 시스템(100)의 기준축은 일점쇄선으로 표시되어 있다. 각각의 광디스크(D1, D2)는 턴테이블(도시 생략) 상에 위치되고 기록/재생 작동을 위하여 회전된다.
상대적으로 높은 기록 밀도를 가지고 있는 광디스크(D1)의 기록/재생 동작에 대해서는, 광원(22)으로부터 조사되는 레이저빔(L2)의 파장보다 짧은 파장을 가지고 있는 레이저빔(L1)을 조사하는 광원(21)이 사용되어, 광디스크(D1)의 기록 표면 상에 상대적으로 작은 직경의 빔 스폿을 형성한다. 상대적으로 낮은 기록 밀도를 가지고 있는 광디스크(D2)의 기록/재생 동작에 대해서는, 상대적으로 긴 파장을 가지고 있는 레이저빔(L2)을 조사하는 광원(22)이 사용되어, 광원(21)의 레이저빔(L1)에 의해 형성된 빔 스폿의 직경보다 큰 직경의 빔 스폿을 형성한다. 도 1에 있어서, 레이저빔(L1)을 실선으로 나타내고, 레이저빔(L2)를 점선으로 나타낸다.
광원(21(22))으로부터 조사된 레이저빔(L1(L2))은 빔 스플리터(23)를 통하여 커플링 렌즈(24)에 입사된다. 각각의 광원(21, 22)은 커플링 렌즈(24)의 초점에 위치되기 때문에, 레이저빔(L1(L2))은 커플링 렌즈(24)에 의해 콜리메이트된다. 즉, 본 실시예에 있어서 커플링 렌즈(24)는 콜리메이터 렌즈로서 기능한다. 커플링 렌즈(24)에 의해 콜리메이트된 레이저빔(L1(L2))은, 이어서 대물렌즈(10)에 입사된다.
대물렌즈(10)는 수지제 렌즈이고, 비구면의 커플링 렌즈(24)측 표면(10a) 및 광디스크(D1, D2)측 표면(10b)을 가지고 있다. 대물렌즈(10)는 광축 방향(포커싱 방향)을 따라 구동 기구(도시 생략)에 의해 이동된다. 도 1에 있어서, 광디스크(D1)의 기록/재생에 대한 대물렌즈(10)의 위치를 실선으로 나타내고, 광디스크(D2)의 기록/재생에 대한 대물렌즈(10)의 위치를 점선으로 나타낸다.
레이저빔(L1)은 대물렌즈(10)에 의해 수렴되어 광디스크(D1)의 기록 표면에 빔 스폿을 형성한다(즉, 광디스크(D1)의 기록 표면 근방에 빔 스폿을 형성한다). 레이저빔(L2)은 대물렌즈(10)에 의해 수렴되어 광디스크(D2)의 기록 표면에 빔 스폿을 형성한다(즉, 광디스크(D1)의 기록 표면 근방에 빔 스폿을 형성한다). 상술한 바와 같이, 광디스크(D1 및 D2)의 보호층의 두께는 서로 상이하다. 따라서, 사용되는 광디스크의 타입에 따라 구면수차의 상태가 변화한다.
본 실시예에 있어서, 대물렌즈(10)의 적어도 하나의 표면에는 대물렌즈(10)의 광축을 중심으로 동심으로 형성된 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역이 구비된다(이하, 이와 같은 구조를 환형 구역 구조라 한다). 이러한 구조에 의해, 대물렌즈(10)는, 레이저빔(L1)의 구면수차를 충분히 억제하여, 광디스크(D1)의 기록 표면에 광디스크(D1)의 기록/재생에 적합한 빔 스폿을 형성하고, 레이저빔(L2)의 구면수차를 충분히 억제하여, 광디스크(D2)의 기록 표면에 광디스크(D2)의 기록/재생에 적합한 빔 스폿을 형성한다.
도 2는, 대물렌즈(10)의 광축(AX)을 포함하는 대물렌즈(10)의 단면도로서, 표면(10a)에 형성된 환형 구역 구조를 상세하게 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 3 방향(X1, X2 및 h)을 이하와 같이 정의한다. 광축(AX)과 평행하고 표면(10b)으로부터 표면(10a)을 향하는 방향을 방향(X1)으로 정의하고, 광축(AX)과 평행하고 표면(10a)으로부터 표면(10b)을 향하는 방향을 방향(X2)으로 정의한다. 광축(AX)과 평행하고 도 2에 있어서의 상방을 향하는 방향을 h 방향(이 방향으로 대물렌즈(10)의 높이가 증가)으로 정의한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 표면(10a)은 내측 영역(11) 및 외측 영역(12)으로 나누어진다. 내측 영역(11) 및 외측 영역(12)에 환형 구역 구조가 형성된다. 내 측 영역(11)에 있어서의 환형 구역 구조는, 레이저빔(L1 및 L2)이 광디스크(D1 및 D2)의 기록 표면에 각각 수렴되도록 구성된다.
외측 영역(12)에 있어서의 환형 구역 구조는, 레이저빔(L1)이 광디스크(D1)의 기록 표면에 적합하게 수렴되도록 구성된다. 즉, 외측 영역(12)은 레이저빔(L2)에 대한 빔 스폿의 형성에는 기여하지 않는다. 외측 영역(12)은 레이저빔(L2)에 대한 개구 제한 기능을 가진다.
또한, 내측 영역(11)은 제 1 환형 구역 그룹(111), 제 2 환형 구역 그룹(112)으로 나누어진다. 각각의 제 1 및 제 2 환형 구역 그룹(111 및 112)은 레이저빔의 파면에 대하여 방향(X1)으로 위상을 시프트하는 적어도 3개의 단차를 가지고 있다.
제 1 환형 구역 그룹(111)과 제 2 환형 구역 그룹(112) 사이에는, 레이저빔의 파면에 대하여 방향(X2)으로 위상을 시프트하는 복귀 단차부(BS1)가 형성된다. 내측 영역(11)에 복귀 단차부(BS1)를 형성함으로써, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화에 대한 보정 효과가 과잉으로 되는 현상을 막을 수 있다. 복귀 단차부(BS1)에 의해 제공되는 이와 같은 효과를 증가시키기 위하여, 복귀 단차부(BS1)는 조건(1)을 충족시키도록 구성된다:
Figure 112005001940979-pat00022
여기에서,
Figure 112005001940979-pat00023
는 복귀 단차부(BS1)에 의해 주어지는 레이저빔(L1)의 위상 시프트량의 절대값이다.
조건 (1)을 충족시킴으로써, 대물렌즈(10)의 효율의 변화의 파장 의존성이 충분히 억제되고, 이에 따라 파장의 개별적인 불규칙함에 대한 허용도가 높아질 수 있다.
Figure 112005001940979-pat00024
이 조건 (1)을 하회하면, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화에 대한 보정 효과가 과잉으로 되는 현상을 막을 수 없다.
Figure 112005001940979-pat00025
이 조건 (1)의 상한을 초과하면, 각각의 단차의 크기가 커지고 이에 따라 대물렌즈의 제조가 어려워진다. 또한, 그와 같은 경우에 있어서, 파장의 근소한 변화에 대한 수차의 변동이 커지게 된다.
광디스크(D1 및 D2)가 각각 DVD 및 CD인 경우, 대략 660㎚의 파장을 가지고 있는 레이저빔(L1) 및 대략 780㎚의 파장을 가지고 있는 레이저빔(L2)이 사용된다. 레이저빔(L2)의 파장에 대한 레이저빔(L1)의 파장의 비는 대략 5:6이다. 대물렌즈(10)가 그와 같은 조건에서 사용되는 경우, 대물렌즈(10)는, 위상 시프트량
Figure 112005001940979-pat00026
이 대략 10π가 되도록 구성된다. 보다 엄밀하게는, 대물렌즈(10)는 조건 (2)를 충족시키도록 구성된다.
Figure 112005001940979-pat00027
조건 (2)를 충족시킴으로써, 복귀 단차부(BS1)를 투과하는 레이저빔(L2)의 위상이 서로 일치하게 된다. 따라서, 조건 (2)를 충족시키도록 구성된 복귀 단차부(BS1)를 투과하는 레이저빔(L1 및 L2)은 광디스크(D1 및 D2)의 기록 표면에 적절하게 각각 수렴된다.
대물렌즈(10)는, 위상 시프트량
Figure 112005001940979-pat00028
이, 환형 구역 그룹(111, 112)에 의 해 레이저빔(L1)에 주어지는 2개의 위상 시프트량 중 큰 쪽보다도 작게 되도록 구성된다. 이러한 구조에 의해, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화에 대한 보정이 부족하게 되는 현상을 유효하게 막을 수 있다.
상술한 환형 구역 그룹(111 및 112) 및 복귀 단차부(BS1)에 의해 얻어지는 기능과 관련하여, 환형 구역 그룹(111 및 112) 및 복귀 단차부(BS1)는 투과하는 레이저빔에 대하여 광로 길이차를 부여하는 작용을 갖는다고 환언하는 것도 가능하다. 따라서, 조건 (1), (2)는, 각각 이하의 조건 (3), (4)에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112005001940979-pat00029
상기의 조건 (3) 및 (4)에 있어서, ΔOPD는, 복귀 단차부(BS1)에 의해 레이저빔(L1)에 주어지는 광로 길이차를 나타내고,
Figure 112005001940979-pat00030
은, 레이저빔(L1)의 파장을 나타낸다.
환형 구역 구조를 회절 구조로서 간주하면, 환형 구역 그룹(111, 112) 및 복귀 단차부(BS1)에 관한 구성은 이하와 같이 설명된다.
i-번째 환형 구역 그룹에 의해 주어지는 부가의 광로 길이는 이하의 식에 의해 표현된다:
Figure 112005001940979-pat00031
여기에서, P0i, P2i, P4i 및 P6i 는 제 i 환형 구역 그룹에 관한 0차, 2차, 4차 및 6차의 계수이고, h는 광축으로부터의 높이를 나타내고, m은 기록/재생 작동에 사용되는 회절 차수를 나타낸다.
제 i 환형 구역 그룹과 제 (i+1) 환형 구역 그룹 사이의 경계 위치의 높이를 hi로 나타내면, 회절 구조의 구성은 이하와 같이 표현된다. 즉, 회절 구조는 조건 (5) 내지 조건 (7) 또는 조건 (5), (8) 및 (9)를 충족시키도록 구성된다.
Figure 112005001940979-pat00032
상기의 조건 (5) 내지 (9)에 있어서, i=0이면, hi-1=0이다.
복귀 단차부(BS1) 및 환형 구역 그룹(111, 112)의 구성과 관련하여, i=1이 조건 (5) 내지 (9)에 대입된다. 조건 (5) 내지 (9)와 관련하여,
Figure 112005001940979-pat00033
는 복귀 단차부(BS1)의 길이 Δ1을 나타내고,
Figure 112005001940979-pat00034
는 환형 구역 그룹(111)의 가장 외측의 굴절면의 종료위치(111e)로부터 환형 구역 그룹(111)의 가장 내측의 굴절면의 연장선(도 2에 있어서 일점쇄선으로 표시)까지의 광축(AX)에 대하여 평행한 선을 따라 측정된 길이 Δ2를 나타내고,
Figure 112005001940979-pat00035
는 환형 구역 그룹(112)의 가장 외측의 굴절면의 종료위치(112e)로부터 환형 구역 그룹(112)의 가장 내측의 굴절면의 연장선(도 2에 있어서 이점쇄선으로 표시)까지의 광축(AX)에 대하여 평행한 선을 따라 측정된 길이 Δ3를 나타낸다.
본 실시예에 있어서, 각각의 단차에 주어지는 광로 길이차(위상 시프트량)는 광축 방향으로의 각각의 단차의 크기에 비례하도록 표현하고 있지만, 실제로는, 각각의 단차에 의해 주어지는 광로 길이차는 광축에 대한 굴절면 법선의 경사 및/또는 입사 광선과 광축 사이에 형성되는 각도에 따라 변화한다.
또, 조건 (4)는 이하의 조건 (10)으로 변경될 수 있다.
Figure 112005001940979-pat00036
도 2에 도시된 바와 같이, 내측 영역(11)과 외측 영역(12) 사이에는 복귀 단차부(BS2)가 형성되어 있다. 복귀 단차부(BS2)는 복귀 단차부(BS1)와 실질적으로 동일한 기능을 가지고 있다. 복귀 단차부(BS1)에 추가하여 복귀 단차부(BS2)를 형성함으로써, 특히 제 1 광디스크(D1) 사용시에 있어서, 온도 변화(또는 의도하지 않은 파장 시프트)에 의한 구면수차의 변화에 대한 보정의 효과가 과잉으로 되는 현상을 적절하게 막을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구체적인 일구체예(제 1 구체예)를 설명한다. 이 제 1 구체예에 있어서, 광디스크(D1)는 보호층의 두께가 0.6mm의 DVD이고, 광디스크(D2)는 보호층의 두께가 1.2mm의 CD이다.
제 1 구체예
본 실시예에 따른 제 1 구체예의 광학 시스템을 도 1을 참조하여 이하에서 설명한다. 도 1은 제 1 구체예에 따른 광학 시스템(100)을 나타낸다. 제 1 구체예에 있어서, 대물렌즈(10)는 단일-요소의 대물렌즈이고, 표면(10a)에는 복수의 단 차를 가지고 있는 미소한 단차 구조부가 구비되어 있다. 대물렌즈(10)의 표면(10b)은 회전 대칭 비구면이다. 표 1은 대물렌즈(10)의 광학 성능 제원을 나타낸다. 표 2는 제 1 구체예에 따른 광학 시스템(100)의 수치 구성을 나타낸다.
Figure 112005001940979-pat00037
표 1에 있어서, M 및 f는 대물렌즈(10)의 배율 및 초점거리를 각각 나타낸다. 설계 파장은 각각의 광디스크에 대한 기록/재생에 적합한 빛의 파장을 의미한다. 본 구체예에 있어서, 디스크(D1)(DVD)에 대한 설계 파장은 660㎚이고, 디스크(D2)(CD)에 대한 설계 파장은 785㎚이다. 설계 NA는 각각의 광디스크에 대한 기록/재생에 적합한 상(image)측의 개구수를 의미한다.
대물렌즈(10)는 유한계의 광학 시스템으로서 사용된다(즉, 콜리메이트 빔이 대물렌즈에 입사된다).
Figure 112005001940979-pat00038
표 2에 있어서, r은 각각의 렌즈 표면의 곡률반경(㎜)을 나타내고, "d(DVD)" 는, DVD가 사용될 때, 렌즈의 두께 또는 렌즈 사이의 간격을 나타내고(즉, d는 렌즈 표면으로부터 다음 렌즈 표면까지의 거리를 나타낸다), "d(CD)"는, CD가 사용될 때, 렌즈의 두께 또는 렌즈 사이의 간격을 나타내고(즉, d는 렌즈 표면으로부터 다음 렌즈 표면까지의 거리를 나타낸다), n은 d-선(588㎚)에서의 굴절력을 나타내고, ν는 d-선에서의 아베수를 나타내고, h는 광축으로부터의 높이를 나타낸다.
표 2에 있어서, 표면번호 #1 - #4는 광학 시스템(100)에 있어서의 광학 요소의 광학 표면을 나타낸다. 표면 #1 및 #2는 대물렌즈(10)의 표면(10a) 및 표면(10b)을 각각 나타낸다. 표면 #3은 광디스크의 보호층을 나타내고, 표면 #4는 광디스크의 기록 표면을 나타낸다,
표 2에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(10)의 표면(10a)은, 광축으로부터의 높이가 1.600㎜이하인 영역에 형성된 내측 영역(11), 및 광축으로부터의 높이가 1.600㎜이상인 영역에 형성된 외측 영역(12)을 포함한다.
내측 영역(11)은, 레이저빔(L1 및 L2)의 쌍방이 광디스크(D1 및 D2)의 기록 표면에 적절하게 수렴하도록 각각 구성된다. 보다 구체적으로는, 내측 영역(11)은, 투과하는 각각의 레이저빔(L1 및 L2)의 파면 수차가 0.1
Figure 112005045076023-pat00081
이하까지 감소되도록 구성된다.
외측 영역(12)은, 투과하는 레이저빔(L1)이 광디스크(D1)의 기록 표면에 적절하게 수렴되도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 외측 영역(12)은, 투과하는 레이저빔(L1)의 파면 수차가 대체로 O까지 감소되고, 투과하는 레이저빔(L2)에 대하여 파면 수차가 크게 되도록 구성된다. 이러한 구조에 의해, 외측 영역(12)은, 레 이저빔(L2)에 대한 개구 제한 기능을 갖는다. 외측 영역(12)은 내측 영역(11)과 상이한 구성을 가지고 있다.
표면(10a 및 10b)은 이하의 식으로 표현되는 비구면이다:
Figure 112005001940979-pat00040
여기에서,
Figure 112005001940979-pat00041
는 광축으로부터의 높이가 h인 비구면상의 좌표점과 광축에서의 비구면에 대한 접선 평면 사이의 거리인 SAG 량을 나타내고, k는 원뿔 계수를 나타내고, A4, A6, A8, A10 및 A12은 4차, 6차, 8차, 10차 및 12차 비구면 계수를 각각 나타낸다. C는 광축상에서의 비구면의 곡률을 나타낸다.
표 3은 대물렌즈(10)의 표면 #1 및 #2의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 각각 나타낸다.
Figure 112005045076023-pat00082
표 4는 대물렌즈(10)의 표면(10a)의 내측 영역(11) 및 외측 영역(12)에 형성되어 있는 미소한 단차의 세부 구성을 보여주는 표이다. 표 4에 있어서, 미소한 단차 구조부는 광축을 중심으로 하여 동심으로 형성된 단차에 의해 나누어지는 복수의 환형 구역을 포함한다. 표 4에 있어서, 각각의 환형 구역의 범위는 hmin 및 hmax에 의해 나타내고(즉, 각각의 환형 구역은 hmin 내지 hmax의 높이 범위에서 형성된다), 투과하는 레이저빔에 대하여 각각의 환형 구역에 의해 주어지는 부가의 광로 길이가 각각의 환형 구역에 대하여 나타나 있다.
Figure 112005045076023-pat00083
표 4에 나타낸 바와 같이, 내측 영역(11)은, 광축으로부터의 높이가 1.416mm까지의 영역에 형성된 환형 구역 그룹(111)과, 광축으로부터의 높이가 1.416mm 내지 1.600mm까지의 영역에 형성된 환형 구역 그룹(112)으로 나누어진다. 환형 구역 그룹(111)은, 13개의 환형 구역을 포함하고, 환형 구역 그룹(112)은, 9개의 환형 구역을 포함한다. 환형 구역 그룹(111 및 112) 사이에는 복귀 단차부(BS1)가 형성되어 있다.
환형 구역 그룹(111)은, 레이저빔(L1)에 대하여 -14.23
Figure 112005045076023-pat00088
의 광로 길이차(즉, -28.46π의 위상 시프트량)를 부여하도록 구성된다. 환형 구역 그룹(112)은, 레이저빔(L2)에 대하여 -9.00
Figure 112005045076023-pat00089
의 광로 길이차(즉, -18.00π의 위상 시프트량)를 부여하도록 구성된다.
복귀 단차부(BS2), 레이저빔(L1)에 대하여 1.OO
Figure 112005045076023-pat00090
의 광로 길이차(즉, 2.00π의 위상 시프트량)를 부여하도록 내측 영역(11)과 외측 영역(12) 사이에 형성된다.
표 4에 나타낸 미소한 단차 구조부는, 이하의 광로차 함수
Figure 112005001940979-pat00047
에 의해 정의되는 회절 구조로서 간주될 수 있다:
Figure 112005001940979-pat00048
여기에서, P0, P2, P4 및 P6은 0차, 2차, 4차 및 6차의 계수이고, h는 광축으로부터의 높이를 나타내고,
Figure 112005045076023-pat00084
은, 기록/재생에 사용되는 작업 파장을 나타낸다. 내측 영역(11)과 관련하여, m은 각각의 레이저빔(L1 및 L2)에 대한 회절 차수를 나타낸다. 외측 영역(12)과 관련하여, m은 레이저빔(L1)에 대한 회절 차수를 나타낸다.
광로차
Figure 112005001940979-pat00050
는, 광축으로부터의 높이 h에서, 회절 렌즈 구조를 투과하지 않는 가상의 광선의 광로 길이와, 회절 렌즈 구조에 의해 회절된 광선의 광로 길이와의 차이를 나타낸다. 즉, 광로차
Figure 112005001940979-pat00051
는, 회절 렌즈 구조에 의해 회절된 광선의 부가의 광로 길이를 나타낸다. 각각의 영역에 형성된 단차는(즉, 부가의 광로 길이는) 블레이즈 파장(blazed wavelength) 에 대하여 한 파장의 크기를 가지도록 설계된다.
표 5는 대물렌즈(10)의 표면(10a)에 형성된 회절 구조에 적용되는 광로차 함수
Figure 112005001940979-pat00052
의 계수값을 나타낸다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 환형 구역 그룹(111)은 720㎚의 파장에서 블레이즈되고, 환형 구역 그룹(112)은 660㎚의 파장에서 블레이즈되고, 외측 영역(12)은 660㎚의 파장에서 블레이즈된다.
Figure 112005001940979-pat00053
상기의 조건과 관련하여, 광학 시스템(대물렌즈(10))은 이하의 값을 제공하 도록 구성된다.
Figure 112005001940979-pat00054
제 1 구체예에 따른 대물렌즈(10)는 조건 (1) 내지 (10)을 충족한다는 것을 조건 (1) 내지 (10)에 관한 상기 값을 통해 알 수 있다. 조건 (1) 내지 (10)을 충족시킴으로써(즉, 대물렌즈(10)상에 조건 (1) 내지 (10)을 충족하는 복귀 단차부(BS1)을 형성함으로써), 제 1 구체예의 대물렌즈(10)는, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화를 억제하는 한편, 레이저빔(L1 및 L2)을 광디스크(D1 및 D2)의 기록 표면에 적절하게 수렴시킨다. 대물렌즈(10)의 이와 같은 효과는 수지제의 대물렌즈(10)에 있어서도 얻어진다.
표 6 및 표 7은, DVD가 사용될 때, 본 구체예의 대물렌즈(10) 및 비교예의 대물렌즈에 의해 DVD의 기록 표면에 형성된 빔 스폿의 형상의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 비교예의 대물렌즈는 제 1 구체예의 대물렌즈와 대체로 동일한 구성을 가지고 있지만, 복귀 단차부(BS1 및 BS2)를 갖지 않도록 구성되어 있다.
표 6은, 광원으로부터 조사되는 레이저빔의 파장이 설계 파장으로부터 10nm 변화한 경우의 빔 스폿의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 표 7은, 환경 온도가 설계 온도로부터 50℃ 변화한 경우의 빔 스폿의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 환경 온 도의 설계 온도로부터의 50℃의 변화는, 대략 10nm의 파장 시프트에 상당하는 것으로 생각된다.
Figure 112005001940979-pat00055
Figure 112005001940979-pat00056
표 6 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 구체예의 대물렌즈(10)와 관련하여, 설계값의 빔 스폿의 크기와 파장 변화나 온도 변화 후의 빔 스폿의 크기 사이의 차이는 무시할 만하다. 즉, 표 6 및 표 7에서의 시뮬레이션 결과는, 제 1 구체예의 대물렌즈(10)가, 파장이나 환경 온도의 변화하더라도 적절한 빔 스폿을 형성할 수 있는 것을 보여준다.
이에 대하여, 비교예의 대물렌즈에 의해 형성된 빔 직경은, 파장 및 온도의 변화에 따라 변한다. 즉, 비교예의 대물렌즈는, 제 1 구체예의 대물렌즈(10)가 가지고 있는 이점을 갖고 있지 않다.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예도 가능하다.
상기의 실시예에 있어서, 내측 영역(11)에는, 2개의 환형 구역 그룹(111 및 112)과 2개의 환형 구역 그룹(111 및 112) 사이에 형성되어 있는 복귀 단차부(BS1)를 가지고 있는 하나의 환형 구역 구조부가 구비된다. 그러나, 대물렌즈(10)에는, 각각 2개의 환형 구역 그룹과 2개의 환형 구역 그룹 사이에 형성되어 있는 복귀 단차부를 가지고 있는 복수의 환형 구역 구조부가 구비될 수도 있다.
내측 영역(11)과 외측 영역(12)의 각각에 설치된 환형 구역의 갯수는 상기 실시예에서는 예로서 개시되어 있는 것이다. 내측 영역(11) 또는 외측 영역(12)에서의 환형 구역의 수는 상기 실시예에 개시된 갯수에 한정되는 것이 아니다.
대물렌즈(10)는, 구면수차가 충분하게 억제되는 상태로 광디스크(D1)의 기록 표면에 레이저빔(L1)이 수렴하도록 외측 영역(12)이 적절하게 구성될 경우, 복귀 단차부(BS2)를 갖지 않도록 구성될 수도 있다.
상기의 실시예에 있어서, 외측 영역(12)은 레이저빔(L2)에 대한 개구 제한 기능을 갖도록 구성된다. 또, 외측 영역(12)이 레이저빔(L2)에 대한 개구 제한 기능뿐만 아니라 빔 스폿의 질을 높이는(예를 들면 사이드 로브를 감소시키는) 기능을 갖도록 외측 영역(12)을 구성하는 것도 가능하다. 외측 영역(12)의 이와 같은 기능은, 레이저빔(L2)의 사용동안 외측 영역(12)에 야기되는 파면 수차의 양을 적절하게 제어하는 것에 의해 외측 영역(12)을 설계함으로써 얻어질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 광디스크용 대물렌즈는, 적어도 하나의 표면에 구비된 복수의 환형 구역을 가진 표면에 소정의 조건을 충족시키는 복귀 단차부를 설치하는 것에 의해, 보호층 두께가 다른 광디스크에 대한 정보의 기록 및/또는 재생시에 있어서, 폭넓은 온도 범위에 있어서의 구면수차의 변동도 충분히 억제하고, 또한 광원으로부터의 빛의 파장의 불규칙함에 대한 허용 범위도 충분히 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 관한 광디스크용 대물렌즈는, 저가격화를 도모하기 위하여 수지제인 경우에 있어서도, 각 광디스크 사용시에 있어서 양호한 특성을 발휘하는 것이 가능하다.

Claims (18)

  1. 제 1 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈에 있어서, 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있고, 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있고,
    상기 대물렌즈는, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있고, 상기 단차는, 상기 복수의 환형 구역을 투과하는 빛의 파면을 위상 시프트하는 기능을 가지고 있고 이에 의해 상기 단차에 의해 위상 시프트된 파면의 평균 파면의 수렴점에 형성되는 빔 스폿이 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생에 사용되고,
    상기 적어도 하나의 표면의 상기 복수의 환형 구역은 적어도 하나의 환형 구역 구조부를 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 환형 구역 구조부는:
    제 1 방향으로 상기 파면을 위상 시프트하기 위한 적어도 3개의 단차를 각각 가지고 있는 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹; 그리고
    상기 제 1 환형 구역 그룹과 상기 제 2 환형 구역 그룹 사이의 경계에 형성되고 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 상기 파면을 위상 시프트하는 제 1 복귀 단차부를 포함하고 있고,
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
    Figure 112005045076023-pat00057
    는 이하의 조건 (1)을 충족하고:
    Figure 112005045076023-pat00085
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트량의 절대값
    Figure 112005045076023-pat00059
    는, 상기 제 1 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값과 상기 제 2 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 위상 시프트량의 합계의 절대값 중에서 큰 값보다 작은 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함하고 있고,
    상기 제 1 복귀 단차부는 상기 내측 영역 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광디스크는 DVD 표준에 따르고,
    상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따르고, 그리고
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 제공되는 상기 제 1 라이트빔의 위상 시프트 량의 절대값
    Figure 112005001940979-pat00060
    는 이하의 조건 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈:
    Figure 112005001940979-pat00061
    .
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 2 복귀 단차부를 포함하고 있고, 상기 제 2 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 상기 제 2 방향으로 상기 파면을 위상 시프트하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 내측 영역을 투과하는 상기 제 1 라이트빔의 파면수차는 상기 제 1 광디스크의 기록 표면 근방에서 ±0.1
    Figure 112005045076023-pat00086
    이하인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 대물렌즈는 단일-요소 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  7. 제 1 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈에 있어서, 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있고, 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있고,
    상기 대물렌즈는, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있고, 상기 단차는, 상기 복수의 환형 구역을 투과하는 빛에 대하여 광로 길이차를 제공하는 기능을 가지고 있고 이에 의해 상기 적어도 하나의 표면을 투과하는 빛에 의해 형성되는 빔 스폿이 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생에 사용되고,
    상기 적어도 하나의 표면의 상기 복수의 환형 구역은 적어도 하나의 환형 구역 구조부를 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 환형 구역 구조부는:
    제 1 방향으로 광로 길이차를 제공하기 위한 적어도 3개의 단차를 각각 가지고 있는 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹; 그리고
    상기 제 1 환형 구역 그룹과 상기 제 2 환형 구역 그룹 사이의 경계에 형성되고 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 광로 길이차를 제공하는 제 1 복귀 단차부를 포함하고 있고,
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
    Figure 112005045076023-pat00063
    는 이하의 조건 (3)을 충족하고:
    Figure 112005045076023-pat00064
    여기에서,
    Figure 112005045076023-pat00065
    은 상기 제 1 라이트빔의 파장을 나타내고,
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
    Figure 112005045076023-pat00066
    는, 상기 제 1 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 광로 길이차의 합계의 절대값과 상기 제 2 환형 구역 그룹에 의해 제공되는 광로 길이차의 합계의 절대값 중에서 큰 값보다 작은 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함하고 있고,
    상기 제 1 복귀 단차부는 상기 내측 영역 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광디스크는 DVD 표준에 따르고,
    상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따르고, 그리고
    상기 제 1 복귀 단차부에 의해 상기 제 1 라이트빔에 제공되는 광로 길이차의 절대값
    Figure 112005001940979-pat00067
    는 이하의 조건 (4)를 충족하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈:
    Figure 112005001940979-pat00068
    .
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표면은, 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 2 복귀 단차부를 포함하고 있고, 상기 제 2 복귀 단차부는 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 광로 길이차를 제공하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 내측 영역을 투과하는 상기 제 1 라이트빔의 파면수차는 상기 제 1 광디스크의 기록 표면 근방에서 ±0.1
    Figure 112005045076023-pat00069
    이하인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 대물렌즈는 단일-요소 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  13. 제 1 광디스크 및 제 2 광디스크에 대한 데이터의 기록 및/또는 데이터의 재생을 위한 대물렌즈에 있어서, 상기 제 1 광디스크는 상기 제 2 광디스크보다 높은 기록 밀도를 가지고 있고, 상기 제 1 광디스크에 대해서는 제 1 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 광디스크에 대해서는 제 2 라이트빔이 사용되고, 상기 제 2 라이트빔은 상기 제 1 라이트빔보다 긴 파장을 가지고 있고,
    상기 대물렌즈는, 회절 구조를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하고 있고,
    상기 회절 구조는, 상기 제 1 광디스크 및 상기 제 2 광디스크의 기록 표면에 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔을 각각 적절하게 수렴시키는 기능을 제공하도록, 단차에 의해 구분되는 복수의 환형 구역을 포함하고 있고,
    상기 회절 구조는, 적어도 제 1 환형 구역 그룹 및 제 2 환형 구역 그룹을 포함하고 있고, 상기 제 1 환형 구역 그룹 및 상기 제 2 환형 구역 그룹은 상기 대물렌즈의 광축으로부터의 순서대로 위치하고 있고,
    상기 회절 구조는 이하의 조건 (5) 내지 (7)을 충족하거나 또는 이하의 조건 (5), (8) 및 (9)를 충족하도록 구성되고:
    Figure 112005045076023-pat00070
    여기에서,
    Figure 112005045076023-pat00071
    는 제 i 환형 구역 그룹에서 회절 구조에 의해 제공되는 부가적인 광로 길이를 나타내고,
    Figure 112005045076023-pat00072
    는 제 i 환형 구역 그룹과 제 (i+1) 환형 구역 그룹 사이의 경계 위치의 높이를 나타내고,
    여기에서,
    Figure 112005045076023-pat00073
    는 이하의 식으로 표현되고:
    Figure 112005045076023-pat00074
    여기에서, P0i, P2i, P4i, 및 P6i 는 제 i 환형 구역 그룹의 부가적인 광로 길이에 관한 0차, 2차, 4차 및 6차의 계수를 나타내고, h는 광축으로부터의 높이를 나타내고, m은 기록 및/또는 재생 작동에 사용되는 회절 차수를 나타내고, hi-1은 i가 0일때 0인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면은, 상기 제 1 라이트빔 및 상기 제 2 라이트빔의 수렴에 기여하는 내측 영역과 상기 제 1 라이트빔의 수렴에만 기여하는 외측 영역을 포함하고 있고,
    상기 경계 위치는 상기 내측 영역 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광디스크는 DVD 표준에 따르고,
    상기 제 2 광디스크는 CD 표준에 따르고, 그리고
    상기 대물렌즈는 이하의 조건 (10)을 충족하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈:
    Figure 112005001940979-pat00075
    .
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표면은 상기 내측 영역과 상기 외측 영역 사이의 경계에 형성되어 있는 제 1 단차부를 가지고 있고, 상기 제 1 단차부는 상기 제 i 환형 구역 그룹과 상기 제 (i+1) 환형 구역 그룹 사이의 경계 위치에 의해 제공되는 광로 길이차의 방향과 동일한 방향으로 광로 길이차를 제공하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 내측 영역을 투과하는 상기 제 1 라이트빔의 파면수차는 상기 제 1 광디스크의 기록 표면 근방에서 ±0.1
    Figure 112005045076023-pat00087
    이하인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 대물렌즈는 단일-요소 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
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