KR100922647B1 - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR100922647B1
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토루 기무라
고헤이 오따
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코니카 미놀타 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하기 위한 광 픽업 장치는 광원, 대물 렌즈를 구비한 수렴 광학 시스템 및 광-검출기를 포함한다. 수렴 광학 시스템은 플라스틱 렌즈 및 수렴 광학 시스템의 구면 수차의 편차를 보정하기 위한 구면 수차 편차 보정 요소를 포함한다. 상-측에서 대물 렌즈의 개구수는 0.65 이상이다.
광 픽업 장치, 광학 정보 기록 매체, 수렴 광학 시스템, 구면 수차, 색 수차, 파면 수차, 구면 수차 편차 보정 요소, 개구수

Description

광 픽업 장치 {OPTICAL PICK-UP APPARATUS}
본 발명은 광 픽업 장치, 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록/재생 장치 및 빔 확장기(beam expander)에 관한 것이고, 특히 고밀도 광학 정보 기록 매체에서 구면수차의 변이를 효과적으로 보정할 수 있는 광 픽업 장치, 대물 렌즈 및 빔 확장기에 관한 것이다.
최근에 단파장 적색 반도체 레이저의 실용적인 사용에 따라서, 고밀도 광 디스크이고 그 크기가 통상적인 광 디스크와 거의 같은 DVD(digital versatile disk), 즉 그 용량이 크게 증가된 광학 정보 기록 매체인 CD(compact disk)의 개발이 크게 증진되고, 가까운 미래에는 보다 고밀도의 차세대 광 디스크가 또한 시장에 출현할 것이 예상된다. 그러한 광 디스크를 매체로 사용하는 광학 정보 기록 및 재생 장치의 광학 시스템에서는, 기록 신호의 고 밀도화를 달성하기 위해서, 또는 고밀도 기록 신호를 재생하기 위해서, 빛이 대물 렌즈를 통해서 기록 매체에 수렴되는 스폿 지름(spot diameter)을 축소하는 것이 요구된다. 이러한 요구를 달성하기 위해서, 현 상황에서는 광원으로서의 레이저 파장의 축소 또는 대물 렌즈의 NA의 증가 등이 고려된다.
이와 관련하여, 레이저 파장의 축소나 대물 렌즈의 NA의 증가가 실현되면, CD나 DVD와 같은 통상적인 광 디스크상에서 정보의 기록이나 재생을 처리하던 상대적으로 장파장 레이저와 낮은 NA의 대물 렌즈의 조합으로 구성된 광 픽업 장치에서는 거의 무시할만한 문제가 더 현실화된다.
레이저의 단파장화와 대물 렌즈의 NA의 증가의 조합에서 현실화되는 문제는 온도와 습도 변화에 따른 광학 시스템의 구면수차의 변이다. 즉, 유리 렌즈와 비교할 때, 광 픽업 장치에서 일반적으로 사용되는 플라스틱 렌즈는 온도나 습도 변화에 의해 쉽게 변형할 수 있고, 따라서 굴절률이 변한다. 통상적인 픽업 장치에서 사용되는 광학 시스템에서는 문제가 되지 않는 굴절률의 변화에 의한 구면수차의 변이에서도, 레이저 파장의 축소와 대물 렌즈의 NA의 증가의 조합에서는 그 양을 무시할 수 없고, 스폿 지름이 증가하는 문제가 발생한다. 따라서, 플라스틱 렌즈를 사용하는 광학 시스템에서는 구면수차는 중요한 문제가 된다.
또한, 레이저의 단파장화와 대물 렌즈의 NA의 증가의 조합에서의 또 다른 문제는 광원의 파장의 작은 편차에 기인한 대물 렌즈 상에 발생하는 구면수차의 편차이다. 광 픽업 장치에서 광원으로서 사용되는 반도체 레이저에서는, 반도체 레이저의 실제 제품들 간에는 ±10nm의 편차가 있다. 따라서, 만일 기준 파장으로부터 벗어난 파장을 가진 반도체 레이저가 광원으로 사용되면, 대물 렌즈 상에 발생하는 구면수차는 개구수(numerical aperture)가 커질수록 더 커지게 된다. 이것 때문에, 기준 파장에서 벗어난 파장을 갖는 반도체 레이저를 광원으로 사용하기로 결정한다면, 광원으로 사용될 반도체 레이저의 선별이 필요할 것이다. 결과적으로 반 도체 레이저의 비용이 올라갈 것이다.
또한, 레이저의 단파장화와 대물 렌즈의 NA의 증가의 조합에서의 또 다른 문제는 광 디스크의 보호 층(또는 투명 기판)의 두께의 오차로 인한 광학 시스템의 구면수차의 편차이다. 보호 층의 두께의 오차에 의해 발생하는 구면수차는 대물 렌즈의 개구수의 4승에 비례하여 발생하기 때문에, 보호 층의 두께의 오차의 영향은 대물 렌즈의 개구수가 커짐에 따라서 커지게 될 것이고, 정보의 기록이나 재생이 안정적으로 이루어질 수 없을 위험성이 있다.
이와 관련하여, 정보의 기록 또는 재생에 대해서, 레이저 파장의 감축과 대물 렌즈의 NA의 증가의 조합을 요구하는 차세대 광 디스크와 통상의 광 디스크 간의 광원의 파장과 대물 렌즈의 NA는 상기 기술한 바와 같이 서로 크게 다르다. 또한 차세대 광디스크에서 예상되는 광축에 수직한 면으로부터 디스크 면의 기울어짐으로 인해 크게 발생하는 코마(coma)를 억제하기 위해서는, 투명 기판 두께를 줄이는 것이 효과적이고, 그러나 그에 따라 투명 기판 두께는 CD와 같은 통상의 광 디스크와 크게 다르다. 예를 들면, 차세대에 사용될 것으로 제안된 광 디스크는 CD나 DVD의 투명 기판의 두께와는 크게 다른 0.1mm의 두께를 갖는 투명 기판을 포함한다. 따라서, CD나 DVD의 정보가 차세대용 대물 렌즈에 의해 재생된다면, 큰 구면수차가 발생할 수 있다. 따라서 비용을 크게 증가시키지 않는 적어도 보통의 대물 렌즈를 사용함으로써 그리고 콤팩트 광 픽업 장치에 의해서, 어떻게 차세대 광 디스크를 포함하는 상이한 광학 정보 기록 매체에 대한 구면수차를 억제함으로써 정보를 기록하거나 재생하는 방법이 문제이다.
또한 그 밖의 문제로는 레이저 광원의 파장의 미소한 변이에 기인한 대물 렌즈에서 발생하는 축 색수차(axial chromatic aberration)의 문제가 있다. 일반적인 광학 렌즈 재료의 파장의 미소한 변이에 의한 굴절률의 변화는 단파장이 사용될 수록 더 커진다. 따라서 파장의 미소한 변이에 의해 발생하는 촛점의 이탈량(defocus amount of the focal point)은 커진다. 그러나 대물 렌즈의 초점심도(depth of focus)는 kㆍλ/NA2(k는 비례 상수, λ는 파장, NA는 대물 렌즈의 상 측(image side)의 개구수이다)로 표현되는 사실로부터 알 수 있듯이, 사용되는 광원의 파장이 짧을수록 초점심도는 작아지고 약간의 촛점 이탈량조차 허용되지 않는다. 따라서 푸른 자주색 반도체 레이저(약 400nm 파장)와 같은 단파장의 광원과 높은 상 측 개구수를 갖는 대물 렌즈를 사용하는 광학 시스템에서는, 반도체 레이저의 모드 홉(mode hop) 현상에 기인한 파장 변이 또는 고주파수 중첩에 기인한 파면 수차(wave front aberration)의 열화를 방지하기 위해서 축 색수차의 보정이 중요해진다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 고려하여 이루어졌고, 본 발명의 목적은 레이저 광원의 파장 변이, 온도와 습도 변화 및 광학 정보 기록 매체상의 투명 베이스 플레이트(기판)의 두께의 오차에 기인한 광 픽업 장치의 각각의 광학 면(optical surface)에서 발생하는 구면수차에 있어서 단순한 구조 변화로서 효과 적으로 보정할 수 있고, 특히 수렴 광학 시스템(converging optical system)에 플라스틱 렌즈를 사용할 수 있는 수렴 광학 시스템과 광 픽업 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 반도체 레이저의 모드 홉핑과 HFCS(high frequency superimposition, 고주파수 중첩)에 기인하는 축 색수차를 효과적으로 보정할 수 있는 광 픽업 장치와 그 대물 렌즈 및 빔 확장기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 단파장 레이저와 높은 NA 대물 렌즈를 갖추고 상이한 광학 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록하거나 재생할 수 있는 광 픽업 장치를 제공하는 것이다.
이하에서는, 상기 문제들을 해결하기 위한 본 발명의 수단들의 예들을 예시한다.
(A) 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하는 광 픽업 장치에 있어서,
광원;
광학 정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 기록을 수행하도록 상기 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 면(information recording plane) 상에 수렴시키고, 대물 렌즈를 갖는 수렴 광학 시스템; 및
정보 기록 면으로부터 반사된 광 플럭스를 수용하는 광 검출기를 포함하고;
상기 수렴 광학 시스템은 적어도 플라스틱 렌즈와 수렴 광학 시스템의 구면 수차의 편차를 보정하는 구면수차 편차 보정 요소를 포함하며, 대물 렌즈의 상 측에서의 개구수는 0.65 이상인 광 픽업 장치.
(B) 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하는 광학 정보 기록 매체 기록 및/또는 재생 장치에 있어서,
광 픽업 장치를 포함하며, 상기 광 픽업 장치는
광원;
광학 정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 기록을 수행하도록 상기 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 면(information recording plane) 상에 수렴시키고, 대물 렌즈를 갖는 수렴 광학 시스템; 및
정보 기록 면으로부터 반사된 광 플럭스를 수용하는 광 검출기를 포함하고;
상기 수렴 광학 시스템은 적어도 플라스틱 렌즈와 수렴 광학 시스템의 구면수차의 편차를 보정하는 구면수차 편차 보정 요소를 포함하며, 대물 렌즈의 상 측에서의 개구수는 0.65 이상인 광학 정보 기록 매체 기록 및/또는 재생 장치.
(C) 광학 정보 기록 매체 기록 및/또는 재생 장치에서 사용되는 구면수차 편차 보정 요소에 있어서,
적어도 하나의 볼록렌즈를 갖는 볼록렌즈 그룹; 및
적어도 하나의 오목렌즈를 갖는 오목렌즈 그룹을 포함하며,
대물 렌즈의 상 측에서의 개구수는 0.65 이상이고,
상기 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹의 적어도 하나는 광축 방향으로 이동 가능하고, 광 픽업 장치의 구면수차의 편차는 상기 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹 중 적어도 하나를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되며,
상기 구면수차 편차 보정 요소는 적어도 하나의 플라스틱 렌즈를 포함하는 구면수차 편차 보정 요소.
(D) 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 및/또는 재생용 광 픽업 장치에서 사용되는 구면수차 편차 보정 요소에 있어서,
적어도 하나의 볼록렌즈를 갖는 볼록렌즈 그룹; 및
적어도 하나의 오목렌즈를 갖는 오목렌즈 그룹을 포함하고,
상기 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹 중 적어도 하나는 광축 방향으로 이동 가능한 이동 가능 요소이며, 상기 이동 가능 요소는 광축 방향으로 이동함으로써 출구 광 플럭스(exit light flux)의 주변 광선(marginal ray)의 경사각을 변화시킬 수 있고, 구면수차 편차 보정 요소의 상기 각각의 볼록 렌즈는 아베수(Abbe's number) 70 이하이거나 또는 구면수차 편차 보정 요소의 상기 각각의 오목 렌즈는 아베수 40 이상이며, 상기 구면수차 편차 보정 요소는 링 형상의 회절 구조를 갖는 적어도 하나의 회절면을 포함하는 구면수차 편차 보정 요소.
(E) 광학 정보 기록 매체 기록 및/또는 재생 장치에서 사용되는 구면수차 편차 보정 요소 유닛에 있어서,
구면수차 편차 보정 요소를 포함하고, 상기 구면수차 편차 보정 요소는
적어도 하나의 볼록렌즈를 갖는 볼록렌즈 그룹;
적어도 하나의 오목렌즈를 갖는 오목렌즈 그룹; 및
볼록렌즈와 오목렌즈의 적어도 하나를 광축 방향으로 이동시키는 장치를 포 함하고,
상기 볼록렌즈 그룹과 상기 오목렌즈 그룹 중 적어도 하나는 광축 방향으로 이동 가능하고, 광 픽업 장치의 구면수차의 편차는 상기 볼록렌즈 그룹과 상기 오목렌즈 그룹 중 적어도 하나를 광축 방향으로 이동시킴으로써 보정되며,
상기 각각의 볼록 렌즈는 아베수 70 이하이고, 상기 각각의 오목 렌즈는 아베수 40 이상이며, 구면수차 편차 보정 요소는 링 형상의 회절 구조를 갖는 적어도 하나의 회절면을 포함하는 구면수차 편차 보정 요소 유닛.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 바람직한 수단들을 예시한다.
(1) 광원을 포함하는 수렴 광학 시스템, 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 수렴시키는 대물렌즈 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치에 있어서, 상기 대물렌즈는 적어도 하나의 플라스틱 렌즈로 구성된 렌즈를 포함하고, -30℃부터 85℃까지의 온도 및 5%부터 90%까지의 습도 사이의 환경 변화에 대한 대물렌즈의 형상과 굴절률 중 적어도 하나의 변화 및 광원의 (진동) 파장의 변이에 의하여 발생되는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에, 상기 광 픽업 장치가 사용되는 환경의 온도 또는 습도 변화에 따라 굴절률의 변화가 대물렌즈에서 발생하거나 광원의 파장의 변화가 발생하더라도 그것들에 기인한 대물렌즈의 구면수차의 변이가 효과적으로 억제될 수 있는 광 픽업 장치.
이와 관련하여, 대물렌즈는 '광원과 대물렌즈 사이'에 포함되는 것으로 규정 되고 따라서 대물렌즈의 표면 상에 제공되는 회절면도 본 발명의 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 될 수 있다.
(2) 파장 λ의 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치에 있어서, 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되고, 상기 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 0.2 λrms까지의 구면수차를 0.07 λrms 미만으로 보정할 수 있기 때문에, 예를 들어 광 픽업 장치가 사용되는 환경의 온도나 습도 변화에 기인한 대물렌즈의 구면수차의 변이 및/또는 광원의 파장의 미세한 변이가 효과적으로 억제될 수 있는 광 픽업 장치.
(3) 제(2)에 기술된 상기 광 픽업 장치는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 0.5 λrms까지의 구면수차를 0.07 λrms 이하로 보정할 수 있는 것이 바람직하다.
(4) 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치에 있어서, 대물렌즈에서 발생하는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에, 예를 들면 광 픽업 장치가 사용되는 환경의 온도나 습도 변화에 기인한 대물렌즈의 구면수차의 변이 및/또는 광원의 파장의 미세한 변이가 효과적으로 억제될 수 있는 광 픽업 장치.
(5) 반도체 레이저의 파장이 각 개체 사이에서 약 ±10nm의 편차가 존재하기 때문에, 단파장의 광원과 높은 상 측 개구수를 갖는 대물렌즈를 사용하는 광학 시스템에서, 기준 파장으로부터 벗어난 반도체 레이저가 사용되면, 그것은 장치의 성능 열화 요인이 되고 반도체 레이저를 선별하는 것이 필요할 것이다. (5)에 기술된 광 픽업 장치는 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치로서, 광원의 파장의 미세한 변이에 따른 대물렌즈에서 발생되는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에 기준 파장으로부터 벗어난 반도체 레이저가 사용될 때 발생하는 대물렌즈의 구면수차의 변이가 효과적으로 억제될 수 있고, 그에 따라서 반도체 레이저의 선별이 불필요하다.
(6) 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치로서, 온도나 습도 변화에 의해 수렴 광학 시스템에서 발생되는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에, 그에 의해서 예를 들면 광 픽업 장치가 사용되는 환경의 온도나 습도 변화에 기인한 대물렌즈의 구면수차의 변이가 효과적으로 억제될 수 있다.
(7) 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투 명 기판을 통해 정보 기록 면 상으로 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 광 픽업 장치로서, 광원의 진동 파장의 미세한 변이 및 온도나 습도의 변화에 의해 광 수렴 광학 시스템에서 발생되는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에, 그에 의해서 예를 들면 광 픽업 장치가 사용되는 환경의 온도나 습도 변화에 의하여 발생하고 광원으로서 기준 파장으로부터 벗어난 반도체 레이저를 사용할 때 발생하는 대물렌즈의 구면수차의 변이가 효과적으로 억제될 수 있다.
(8) (1) 내지 (7)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 적어도 하나의 볼록렌즈와 적어도 하나의 오목렌즈를 포함하며 그것들 중 적어도 하나는 광축 방향으로 이동이 가능한 이동 가능 요소라는 점을 특징으로 한다.
(9) 또한 (1) 내지 (7)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 적어도 하나의 볼록렌즈를 포함하는 양의 굴절력(positive refractive power)을 갖는 볼록렌즈 그룹과 적어도 하나의 오목렌즈를 포함하는 음의 굴절력(negative refractive power)을 갖는 오목렌즈 그룹을 가지며, 그것들 중 적어도 하나의 렌즈 그룹은 광축 방향으로 이동 가능한 이동 가능 요소라는 점을 특징으로 한다.
단파장의 광원을 사용하는 광 픽업 장치에서는 상기에서 기술한 바와 같이, 광원의 파장 변이로 인한 구면수차의 변이 또는 온도와 습도 변화에 의한 구면수차 의 변이가 크다. 특히 높은 상 측의 개구수(높은 NA)의 대물렌즈나 플라스틱 재료로 구성된 대물렌즈가 사용될 때는 상기 변이는 증가된다. 따라서 단파장의 광원을 사용하는 광 픽업 장치에서는 이러한 구면수차의 변이를 보정하는 수단을 제공하는 것이 특히 필요하다. 파장의 미세한 변화나 온도나 습도 변화로 인한 대물렌즈의 구면수차가 변화할 때, 구면수차의 변이를 보정하기 위한 수단인 이동가능 요소를 적절한 양만큼 이동시킴으로써, 그리고 정보 기록면 상에 형성된 파면의 구면수차를 최소화하도록 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시킴으로써, 구면수차의 변이를 보정할 수 있다.
(10), (11) (8)과 (9)에서 각각 기술된 광 픽업 장치는 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
vdP > vdN (1)
여기에서, vdP: 볼록렌즈를 포함하는 모든 볼록렌즈들의 d 라인의 아베수의 평균, vdN: 오목렌즈를 포함하는 모든 오목렌즈들의 d 라인의 아베수의 평균.
상기 (1)식은 축 색수차의 보정에 관한 것이다. 광원의 파장의 미세한 변이 또는 온도나 습도 변화때문에 대물렌즈의 구면수차가 변화하는 경우에는, 이를 보정하는 수단이 예를 들어 광축 방향으로 이동가능한 광학 요소로 구성되고 상기 보정 수단을 적절한 양만큼 이동시키면, 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시켜서 대물렌즈의 구면수차를 최소화시킨다. 단파장 광원이 사용될 때 문제가 되는 대물렌즈의 축 색수차에 대해서는, 구면 수차의 변이를 보정하는 수단이 다음 구조와 같이 구성될 때 보정되어질 수 있다.
구면수차의 변이 보정 수단의 볼록렌즈와 오목렌즈의 재료가 상기 (1)식을 만족하도록 선택되면, 대물렌즈에서 생성된 축 색수차와 반대 부호를 갖는 축 색수차가 생성될 수 있다. 따라서 축 색수차가 서로 상쇄되기 때문에, 구면수차 변이 보정 수단과 대물렌즈를 투과하여 광학 정보 기록 매체에 초점이 모일 때의 파면은 축 색수차가 작게 억제된 상태에 있다. 회절면이 대물렌즈 및/또는 구면수차의 변이 보정 수단에 제공되면, 파장이 증가할수록 회절면의 후방 초점 거리는 감소되기 때문에 수차는 더 훌륭하게 보정될 수 있다. 이 경우에는, 축 색수차의 보정 역할이 구면수차 변이 보정 수단과 회절면에 분배될 수 있기 때문에, 구면수차 변이 보정 수단이 예를 들어 광축 방향으로 이동 가능한 광학 요소를 포함할 때, 그러한 광학 요소의 스트로크는 작아질 수 있다.
또한 축 색수차 보정 역할이 구면수차 변이 보정 수단과 회절면에 분배되면, 회절면의 배율은 작게 줄일 수 있고 따라서 회절면의 환형 밴드)의 간격이 증가되고, 따라서 회절면의 회절 효율이 증가될 수 있다. 따라서 구면수차 변이 보정 수단과 축 색수차 보정 수단을 별개로 제공하지 않으면서, 파장이나 온도나 습도 변화가 생성될 경우조차, 전체 광학 시스템의 구면수차와 축 색수차를 훌륭하게 보정하는 콤팩트 광 픽업 장치를 얻을 수 있다.
(12), (13) (10)과 (11)에서 각각 기술된 광 픽업 장치는 vdP와 vdN이 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
vdP > 55 (2)
vdN < 35 (3)
볼록렌즈와 오목렌즈 간의 아베수의 차이가 증가될 때, 대물렌즈의 축 색수차와 반대 부호의 축 색수차가 구면수차 변이 보정 요소에 의해 주로 생성될 수 있기 때문에, 광 픽업 광학 시스템의 축 색수차는 더 훌륭하게 보정될 수 있다.
(14) (8), (10), 또는 (12)에 기술한 광 픽업 장치는, 구면수차 변이 보정 수단이 볼록렌즈를 포함하는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈를 포함하는 오목렌즈 그룹에 의해 구성될 때, 다음 식이 실현되고, (15)에서 기술되는 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단에 대해서 다음 식이 실현되는 것을 특징으로 한다.
Δd ㆍ|fP/fN| / Δvd ≤0.05 (4)
여기서,
Δd : 정보가 기록되거나 재생될 수 있는 임의의 한 광학 정보 기록 매체의 한 정보 기록면 상으로 정보가 기록되거나 또는 상기 기록면으로부터 재생될 때, 이동 가능 요소의 이동량(mm);
fP: 볼록렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(여기서 회절면이 볼록렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 결합된 총 촛점 거리임);
fN: 오목렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(여기서 회절면이 볼록렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 결합된 총 촛점 거리임);
Δvd: 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹에서, 볼록렌즈의 아베수의 최대값과 오목렌즈의 아베수의 최소값 사이의 차이.
상기 식(4)는 구면수차 변이 보정 수단의 근축력(paraxial power)과 구면수차 변이 보정 수단의 이동 가능 요소의 이동량의 균형에 관한 것이다. 여기서 비 록 Δvd 값은 작지만, |fP/fN| 값을 크게 만들면, 대물렌즈의 축 색수차가 정밀하게 보정될 수 있고, 파장 변이나 온도나 습도 변화로 인한 대물렌즈의 구면수차 변이 보정 수단이 광축 방향으로 위치이동 가능한 광학 요소를 사용하여 구성되면, 그러한 광학 요소의 스트로크는 작게 억제될수 있으나, 그러나 볼록렌즈 그룹의 유효 지름(effective diameter)이 너무 크거나 오목렌즈 그룹의 유효지름이 너무 작을 가능성이 있다. 반대로, Δvd 값이 클 때는, |fP/fN| 값이 작더라도, 비록 대물렌즈의 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있지만, 구면수차 보정에 필요한 구면수차 변이 보정 수단의 이동 가능 요소의 이동량이 커지게 되고, 따라서 광학 시스템의 크기가 커질 가능성이 있다. 따라서 Δd ㆍ|fP/fN| / Δvd 값이 상기 식(4)를 만족하도록 만들면, 그들의 균형이 이루어질 수 있다. 즉, 축 색수차가 잘 보정될 수 있고 또한 콤팩트한 광학 시스템이 얻어질 수 있다.
(16), (17) ((8), (10) 또는 (12)) 및 ((9), (11) 또는 (13))에서 각각 기술된 광 픽업 장치는 광학 정보 기록 매체의 적어도 두 종류에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 수행할 수 있고, 구면수차 변이 보정 수단이 각각의 투명 기판 두께에 따라 투명 기판 두께가 서로 다른 적어도 두 종류의 광학 정보 기록 매체에 대하여 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키기 때문에 투명 기판 두께의 차이로 인한 구면수차의 차이는 보정되고, 각각의 광학 정보 기록 매체 상에서 기록이나 재생이 수행될 때 생성되는 구면수차의 변이는 정밀하게 보정될 수 있기 때문에, 정밀한 파면이 항상 정보 기록면 상에 형성될 수 있다.
(18), (19) ((8), (10) 또는 (12)) 및 ((9), (11) 또는 (13) 내지 (15))에 각각 기술된 광 픽업 장치는 복수의 투명 기판들과 정보 기록면들이 광학 정보 기록 매체의 정면으로부터 순서대로 입혀진 광학 정보 기록 매체 상에 정보의 기록 및/또는 재생을 수행할 수 있고, 구면수차 변이 보정 수단이 정보 기록면 상에 각각 빛을 수렴시킬 때, 정보 기록면에 대응되는 대물렌즈의 입사 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키기 때문에, 두께의 차이로 인한 구면수차의 차이가 보정되고, 각각의 정보 기록면 상에 기록 또는 재생이 수행될 때 생성되는 구면수차의 변이가 정밀하게 보정되기 때문에, 각각의 정보 기록 면에 대한 정보 기록 면 상에 정밀한 파면이 각각 형성될 수 있다. 상기에서 기술한 바와 같이, 정보의 기록이나 재생은 2층 또는 그 이상의 층의 정보 기록 면을 가진 광학 정보 기록 매체 상에서 또한 수행될 수 있다. 예를 들면, 대물렌즈가 광축 방향으로 이동되면, 원하는 하나의 정보 기록면 상에 촛점을 맞출 수 있고, 이 경우에, 정보 기록면까지의 두께의 차이로 인하여 변화하는 구면수차가 주로 3차의 구면 수차이기 때문에, 구면수차 변이 보정 수단의 이동 가능 요소가 광축 방향을 따라 이동할 때, 구면수차의 변이는 정밀하게 보정될 수 있다. 따라서, 2번 이상의 정보의 기록이나 재생이 광학 정보 기록 매체의 한 면 상에서 수행될 수 있다.
(20), (21) (16)과 (17)에서 각각 기술된 광 픽업 장치는, 광학 정보 기록 매체의 두 종류의 투명 기판 두께가 각각 a와 b(a < b)일 경우, 투명 기판 두께 a의 광학 정보 기록 매체 상에 정보가 기록되거나 재생될 때, 오목렌즈와 볼록렌즈간의 간격은 투명 기판 두께 b의 광학 정보 기록 매체 상에 정보가 기록되거나 재생되는 경우보다 증가되는 점을 특징으로 한다.
(22) (16), (18) 또는 (20)에서 기술된 광 픽업 장치는, 구면수차 변이 보정 수단이 볼록렌즈를 포함하는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈를 포함하는 오목렌즈 그룹으로 구성될 때, 다음 식을 만족함을 특징으로 한다.
(23) (17), (19) 또는 (21)에서 기술된 광 픽업 장치는 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
|fP/fN| ≥1.3 (5)
여기서,
fP: 볼록렌즈 그룹의 촛점거리(mm)(여기서, 회절면이 볼록렌즈 그룹 상에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 더해진 총 촛점거리임)
fN: 오목렌즈 그룹의 촛점거리(mm)(여기서, 회절면이 오목렌즈 그룹 상에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 더해진 총 촛점거리임)
상기 식 (5)는 구면수차 변이 보정 수단의 근축력의 관계에 관한 것이다. 특정 두께를 가진 투명 기판의 조합 하에서 수차가 최소화되도록 볼록렌즈가 보정된 경우에, 구면수차의 변이를 보정 수단의 이동 가능 요소를 이동시킴으로써 투명 기판의 두께가 바뀌면, 볼록렌즈의 구면수차가 상기 두께에 최소화되도록 입사 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키는 것이 필요하다. 따라서, 상기 식 (5)를 만족하도록 구면수차 변이 보정 수단의 근축력이 선택되면, 이동 가능 요소의 스트로크는 감소하고, 그에 따라 전체적으로 콤팩트한 광학 시스템이 얻어질 수 있다.
(24) (8) 내지 (23) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단은 이동 가능 요소를 광축을 따라서 구면수차의 변이에 따라 이동시키는 이동 장치를 갖는 것을 특징으로 한다.
(25) (8) 내지 (24) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 이동 가능 요소가 2.0 이하인 비중의 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다. 따라서 이동 가능 장치의 부하(burden)가 경감될 수 있다.
(26) (8) 내지 (25) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 볼록 렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다. 특히 구면수차 보정 수단의 이동 가능 요소가 플라스틱 재료로 만들어지면, 이동 장치로의 부하가 경감될 수 있고, 고속의 트랙킹(tracking)이 가능해진다. 또한 회절면이나 비구면(aspherical surface) 상에 플라스틱 재료로 형성된 부품이 제공되면, 회절면이나 비구면이 쉽게 추가될 수 있다.
(27) (8) 내지 (25) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 이동 가능 요소가 플라스틱 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다. 그에 의해서, 광학 시스템의 무게 절감이 얻어질 수 있고, 따라서 이동 가능 장치의 부하가 경감될 수 있다. 또한, 회절 구조가 쉽게 추가될 수 있다.
(28) (8) 내지 (27) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 볼록렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나는 적어도 한 면 상에 비구면을 갖는 점을 특징으로 하고, (29)에서 기술되는 광 픽업 장치는 이동 가능 요소의 적어도 한 면 상에 비구면을 갖는 점으로 특징으로 한다. 비구면을 제공함으로서, 구면수차 변이 보정 수단이 비구면의 수차 보정 작동에 의해 좋은 성능의 광학 시스템을 얻을 수 있다. 특히 이동 가능 요소 상에 비구면이 제공되면, 이동 가능 요소의 중심 이탈시에 파면 수차의 악화를 방지할 수 있다.
(30) (8) 내지 (29) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단이 포화 수분 흡수(saturation water absorption)가 0.5%보다 크지 않은 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다.
(31) (8) 내지 (30) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단이 3mm두께에서 광원의 진동 파장 빛에 대한 내부 투과율이 85% 이상인 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다.
(32) (8) 내지 (31) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단이 하나의 볼록렌즈와 하나의 오목렌즈에 의해 구성되는 점을 특징으로 한다.
(33) (8) 내지 (32) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치에서, 구면수차 변이 보정 수단은 링 형상의 회절 구조를 갖는 회절면이 있는 광학 요소를 포함하기 때문에, 축 색수차는 그러한 회절면을 이용해서 효과적으로 보정될수 있고, 따라서 축 색수차 보정을 위한 광학 요소가 새로 제공될 필요가 없으며, 그에 의해서 낮은 비용과 공간 절약이 달성될 수 있다. 이와 관련하여, 회절면이 제공된 광학 요소는 렌즈 그룹의 한 렌즈를 포함하고 따라서, 볼록렌즈 그룹 또는 오목렌즈 그룹의 한 쪽을 포함한다. 또한, 다른 렌즈들과 별도로 제공되는 광학 요소를 또한 포함한다.
(34) (1) 내지 (7) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차 변이 보정 수단이 굴절율 분포가 변화될 수 있는 요소를 갖는 것을 특징으로 한다. 그러한 요소로는 도24를 참조하여 뒤에 기술할 액정을 사용하는 요소 SE와 같은 요소가 있지만 여기에만 제한되는 것은 아니다.
(35) 광 픽업 요소(optical pickup element)는 광원; 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록면 상으로 수렴시키는 대물렌즈를 포함하는 수렴 광학 시스템; 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함한다. 여기에서, 대물렌즈에서 생성된 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 광원과 대물렌즈 사이에 제공되기 때문에, 광원으로서의 반도체 레이저의 파장이 미세하게 변화할 때 생성되는 대물렌즈의 구면수차의 변이를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 환경의 온도나 습도 변화에 따른 대물렌즈에서 굴절율 변화가 일어날 때 조차, 그로 인한 대물렌즈의 구면수차의 변이는 효과적으로 억제될 수 있다. 또한 대물렌즈에서 발생한 축 색수차가 효과적으로 보정될 수 있기 때문에, 구면수차 보정 수단이나 대물렌즈의 포커싱(focusing)이 따라갈 수 없는 진동 파장의 순간적인 모드 홉핑이 발생되더라도, 정밀한 파면이 정보 기록면 상에 항상 형성될 수 있다.
(36) (35)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 적어도 하나의 볼록렌즈와 적어도 하나의 오목렌즈를 포함하고, 그들 중 적어도 하나는 광축 방향을 따라 이동할 수 있는 이동 가능 요소라는 점을 특징으로 한다.
(37) 또한, (35)에 기술된 광 픽업 장치는, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 하나의 볼록렌즈를 포함하는 양의 회절력을 갖는 볼록렌즈 그룹과 하나의 오목렌즈를 포함하는 음의 회절력을 갖는 오목렌즈 그룹을 포함하고 그들 중 적 어도 하나의 렌즈 그룹은 광축 방향으로 이동 가능한 이동 가능 요소임을 특징으로 한다.
단파장 광원이 사용되는 광 픽업 장치에서는, 상기에서 기술한 바와 같이, 온도나 습도 변화로 인한 광원 파장의 변화나 구면수차의 변이가 크다. 특히, 높은 상 측의 개구수(높은 NA)의 대물렌즈나 플라스틱 재료로 형성된 대물렌즈가 사용될 때, 그 변화가 증가된다. 따라서, 단파장 광원을 사용하는 광 픽업 장치에서는, 이러한 구면수차의 변이를 보정하는 수단이 제공되는 것이 특히 필요하다. 광원 파장의 미세한 변화나 온도나 습도 변화에 의해서 대물렌즈의 구면수차가 변하면, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 이동 가능 요소를 적절한 양만큼 이동시킴으로서, 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 발산각(divergent angle)(입사 광 플럭스의 주변 광선의 경사각)이 변화해서 정보 기록 매체 상에 형성된 파면의 파면 수차가 최소화되면, 구면수차의 변이가 보정될 수 있다.
(38), (39) (36)과 (37)에서 각각 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 상기 (1)식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
상기식 (1)은 축 색수차의 보정에 관한 것이다. 온도나 습도 변화로 인하여 대물렌즈의 구면수차가 변하는 경우에는, 이것을 보정하는 수단이 예를 들어 광축 방향으로 이동할 수 있는 광학 요소에 의해 구성되면, 광학 요소는 적절한 양만큼 이동하고, 대물렌즈의 구면수차가 최소화되도록 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시킬 수 있다. 단파장의 광원이 사용될 때의 문제인 대물렌즈의 축 색수차는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 다음과 같은 구조 를 가질때 보정될 수 있다.
구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단에서의 볼록렌즈와 오목렌즈의 재료가 (1)식을 만족하도록 선택되면, 대물렌즈에 생성된 축 색수차에 역 부호의 축 색수차가 생성된다. 따라서 색수차가 서로 상쇄되기 때문에, 대물렌즈의 구면수차와 축 색수차를 보정하는 수단을 통해 광학 정보 기록 매체 상으로 촛점이 모일 때의 파면은 축 색수차가 작도록 억제되는 상태이다. 대물렌즈 및/또는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단에 회절면이 제공되면, 파장이 증가함에 따라 회절면의 후방 초점 거리는 감소하기 때문에 수차는 더 정밀하게 보정될 수 있다. 이 경우에는, 축 색수차 보정의 역할이 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단과 회절면에 분배될 수 있기 때문에, 예를 들어 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 광축 방향으로 이동 가능한 광학 요소를 사용하여 구성되면, 그러한 광학 요소의 스트로크는 충분히 짧아진다.
또한, 축 색수차 보정 역할이 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단과 회절면에 분배될 수 있으면, 회절면의 배율이 감소될 수 있고, 그에 따라서 회절면의 환형 밴드의 간격이 증가되고 따라서 회절면의 회절 효율이 증가될 수 있다. 따라서 구면수차 변이 보정 수단과 축 색수차 보정 수단이 개별적으로 제공될 필요가 없고, 파장 변화나 온도나 습도 변화가 발생하더라도, 전체 광학 시스템의 구면수차와 축 색수차가 정밀하게 보정되는 콤팩트 광 픽업 장치가 얻어질 수 있다.
(40), (41) (38)과 (39)에 각각 기술된 광 픽업 장치는 vdP와 vdN이 상기 (2)식과 (3)식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
볼록렌즈와 오목렌즈의 아베수의 차이가 증가하면, 대물렌즈와 반대 부호의 축 색수차가 구면수차 변이 보정 요소에 의해 발생될 수 있기 때문에, 광 픽업 광학 시스템(optical pickup optical system)의 축 색수차는 더 정밀하게 보정될 수 있다.
(42) (36), (38) 또는 (40)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 볼록 렌즈를 포함하는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈를 포함하는 오목렌즈 그룹으로 구성될 때, 상기 (4)식이 실현되는 것을 특징으로 한다.
(43) (37), (39) 또는 (41)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 상기 (4)식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
상기 (4)식은 대물렌즈의 축 색수차의 보정량, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 근축력 및 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 이동 가능 요소의 이동량의 균형에 관한 것이다. 여기서, Δvd 값이 작더라도, |fP/fN| 값이 증가하면, 대물렌즈의 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있고, 파장 변화나 온도나 습도 변화로 인한 대물렌즈의 구면수차의 변이를 보정할 수 있는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 광축 방향으로 이동가능한 광학 요소로 구성되면, 그러한 광학 요소의 스트로크는 작도록 억제될 수 있으나, 하지만 볼록렌즈 그룹의 유효 지름이 너무 커지거나 또는 오목렌즈 그룹의 유효 지름이 너무 작아질 가능성이 있다. 반대로, Δvd 값이 증가하면, |fP/fN| 값이 작더라도, 대물렌즈의 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있지만, 그러나 구면수차와 축 색수차 보정 수단의 이동 가능 요소의 이동량이 증가되고 따라서 광학 시스템의 크기가 커질 가능성이 있다. 따라서 Δdㆍ|fP/fN|/Δvd 값이 상기 (5)식을 만족하도록 만들어지면, 그들간의 균형이 이루어질 수 있다. 즉, 축 색수차가 잘 보정될 수 있고 또한 콤팩트한 광학 시스템이 얻어질 수 있다.
(44) (36), (38) 또는 (40)에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 볼록렌즈를 포함하는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈를 포함하는 오목렌즈 그룹으로 구성될 때, 다음과 같은 식이 실현되는 것을 특징으로 한다.
(45) (37), (39) 또는 (41) 내지 (43)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 다음과 같은 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Δdㆍ|fP/fN| ≤0.50 (6)
여기서,
Δd : 정보가 기록되거나 재생될 수 있는 임의의 한 광학 정보 기록 매체의 한 정보 기록면 상으로 정보가 기록되거나 또는 기록면으로부터 재생될 때, 이동 가능 요소의 이동량(mm);
fP: 볼록렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(여기서 회절면이 볼록렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 혼합된 총 촛점 거리임);
fN: 오목렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(여기서 회절면이 볼록렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 혼합된 총 촛점 거리임);
Δvd: 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹에서, 볼록렌즈의 아베수의 최대값과 오목렌즈의 아베수의 최소값 사이의 차이.
첨언하면, Δd 는 다음과 같이 정의되는 것이 바람직할 수도 있다: Δd 는 기준 온도(바람직하게는 15 내지 30℃) 이상으로 온도가 +30℃로 올라갈 때 구면수차 편차가 발생하는 때의 λrms보다 낮은 구면수차 편차를 보정하는데 필요한 이동 거리이다.
상기 (6)식은 대물렌즈의 축 색수차의 보정량, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 근축력 및 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단의 이동 가능 요소의 이동량의 균형에 관한 것이다. 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 굴절 렌즈의 굴절력과, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단에 추가되는 회절면의 회절력을 적절하게 조합하면, 대물렌즈의 축 색수차가 보정될 수 있다. 이 때는, 광원의 진동 파장의 변화와 온도나 습도 변화로 인한 대물렌즈의 구면수차의 변이를 보정하는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 광축 방향으로 이동 가능한 광학 요소를 사용하여 구성되는 경우에는, 그러한 광학 요소의 스트로크가 너무 크면, 구면수차가 정밀하게 보정될 수 없는 문제가 발생한다. 따라서 상기 (6)식에서, Δdㆍ|fP/fN| 값을 0.50 이하로 만들면, 대물렌즈의 축 색수차 보정과 구면수차 보정의 균형이 정밀하게 유지될 수 있다.
(46), (47) ((36), (38) 또는 (40)) 및 ((37), (39) 또는 (41) 내지 (45))에서 각각 기술된 광 픽업 장치에서, 정보의 기록 및/또는 재생은 두 종류의 광학 정보 기록 매체 상에서 수행될 수 있고, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 각각의 투명 기판 두께에 따라 투명 기판 두께가 서로 다른 적어도 2 종류의 광학 정보 기록 매체에의 대물렌즈에 투사하는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키기 때문에, 투명 기판 두께의 차이로 인한 구면수차의 차이는 보정되고, 또한 각각의 광학 정보 기록 매체 상에서 기록이나 재생이 수행될 때 발생하는 구면수차의 변이가 정밀하게 보정되기 때문에, 정밀한 파면이 정보 기록면 상에 항상 형성될 수 있다.
(48), (49) ((36), (38) 또는 (40)) 및 ((37), (39) 또는 (41) 내지 (45))에서 각각 기술된 광 픽업 장치에서, 복수의 투명 기판과 정보 기록 층들이 광학 정보 기록 매체의 정면으로부터 순서대로 씌워진 광학 정보 기록 매체상에서 정보의 기록 및/또는 재생이 수행될 수 있고, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 정보 기록 층에 대응되는 각각의 정보 기록면 상으로 각각 수렴시킬 때, 대물렌즈에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각이 변화되기 때문에, 정보 기록면까지의 두께의 차이로 인한 구면수차의 차이가 보정되고, 또한 각각의 광학 정보 기록 매체 상에서 기록이나 재생이 수행될 때 발생하는 구면 수차의 변이가 정밀하게 보정되기 때문에, 각각의 정보 기록면에 대한 정보 기록면 상에서 각각의 정밀한 파면이 항상 형성될 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 단일면 2층이나 그 외의 정보 기록면들이 제공되는 광학 정보 기록 매체에 대해서도, 정보의 기록이나 재생이 정밀하게 수행될 수 있다. 예를 들면, 대물렌즈가 광축방향으로 이동할 때, 한 정보 기록면 상에 초점이 모아질 수 있고, 이 경우에 정보 기록면까지의 두께의 차이로 변화하는 구면수차는 주로 3차의 구면수차이기 때문에, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 이동 가능 요소가 광축 방향을 따라 이동될 때, 구면수차의 변이는 정밀하게 보정될 수 있다. 따라서 2번 이상의 정보의 기록 또는 재생이 정보 기록 매체의 단일면 상에서 수행될 수 있다.
*(50), (51) (46)과 (47)에 각각 기술된 광 픽업 장치는, 2종류의 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께가 각각 a와 b(a < b)일 때, 투명 기판 두께 a의 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에서 정보의 기록 또는 재생이 수행되는 경우에는, 투명 기판 두께 b의 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에서 정보의 기록이나 재생이 수행되는 경우에서보다 오목렌즈와 볼록렌즈간의 간격이 더 증가되는 것을 특징으로 한다.
(52) (46), (48) 또는 (50)에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 볼록렌즈를 포함하는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈를 포함하는 오목렌즈 그룹으로 구성될 때, 상기 (5)식이 만족되는 점을 특징으로 한다.
(53) (47), (49) 또는 (51)에서 기술된 광 픽업 장치는 상기 (5)식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
상기 (5)식은 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단의 근축력의 관계에 관한 것이다. 특정한 두께를 갖는 투명 기판의 조합하에서 수차가 최소가 되도록 대물렌즈를 보정하는 경우에는, 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단의 이동 가능 요소를 이동시킴으로서 투명 기판의 두께가 변하면, 대물렌즈의 구면수차가 상기 두께에 최소가 되도록 투사 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키는 것이 필요하다. 따라서 상기 (5)식을 만족하도록 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단의 근축력이 선택되면, 이동 가능 요소의 스트로크는 감소되고 따라서 전체적으로 콤팩트한 광학 시스템을 얻을 수 있다.
(54) (36) 내지 (53) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 이동 가능 요소를 구면수차의 변이에 따라서 광축을 따라 이동시키는 이동 장치를 갖는 점을 특징으로 한다.
(55) (36) 내지 (54) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 이동 가능 요소가 2.0 이하의 밀도를 가지는 재료로 형성된 점을 특징으로 한다. 따라서 이동 장치로의 이동 가능 요소의 부하가 경감될 수 있다.
(56) (36) 내지 (55) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 볼록렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다. 특히 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단의 이동 가능 요소가 플라스틱 재료로 만들어지면, 이동 장치에의 부하가 경감될 수 있고 고속 트랙킹이 가능해진다. 또한 회절면이나 비구면이 제공되는 부품이 플라스틱 재료로 형성되면, 비구면 상의 회절면이 쉽게 추가될 수 있다.
(57) (36) 내지 (55) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 이동 가능 요소가 플라스틱 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다. 따라서 광학 시스템의 무게 경감이 달성될 수 있고 그에 따라서 이동 장치의 부하가 경감될 수 있다. 또한 회절 구조가 쉽게 추가될 수 있다.
(58) (36) 내지 (57) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치는 볼록렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나는 적어도 한 면 상에 비구면을 갖는 점을 특징으로 하고, (59)에서 기술되는 광 픽업 장치는 이동 가능 요소의 적어도 한 면 상에 비구면을 가지는 점을 특징으로 한다. 비구면을 제공함으로서, 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단 은 비구면의 수차 보정 작용에 의해서 좋은 성능의 광학 시스템을 얻을 수 있다. 특히 비구면이 이동 가능 요소 상에 제공되면, 이동 가능 요소의 중심 이탈시에 파면 수차의 악화를 방지할 수 있다.
(60) (36) 내지 (59) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 포화 수분 흡수가 0.5% 이하인 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다.
(61) (36) 내지 (60) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 3mm 두께에서의 광원의 진동 파장의 빛으로의 내부 투과율이 85% 이하인 재료로 형성되는 점을 특징으로 한다.
(62) (36) 내지 (61) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차의 변이 보정 수단이 하나의 볼록렌즈와 하나의 오목렌즈로 구성되는 점을 특징으로 한다.
(63) (36) 내지 (62) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치에서는, 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 링 형상의 회절 구조를 갖는 회절면이 제공된 광학 요소를 포함하면, 그러한 회절면을 이용함으로서 축 색수차는 효과적으로 보정될 수 있고, 따라서 축 색수차 보정에 대한 광학 요소가 새로이 제공될 필요가 없으며, 그에 의해서 낮은 비용과 공간 절약이 달성될 수 있다. 이와 관련하여, 회절면을 갖춘 광학 요소는 렌즈 그룹의 하나의 렌즈를 포함하고 따라서 볼록렌즈 그룹이나 오목렌즈 그룹의 한 면을 포함한다. 또한 상기 광학 요소는 다른 렌즈들과는 별도로 제공되는 광학 요소를 포함한다.
(64) (35)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 굴절율 분포가 변화될 수 있는 요소를 가지는 점을 특징으로 한다.
(65) (64)에 기술된 광 픽업 장치는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단이 대물렌즈의 축 색수차 보정 기능을 갖춘 커플링(coupling) 렌즈를 갖는 점을 특징으로 한다.
(66) (1) 내지 (65) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 링 형상의 회절 구조를 가진 회절면을 갖춘 광학 요소를 갖는 점을 특징으로 한다.
(67) (66)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 상기 광학 요소(링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 갖춘 광학 요소)인 점을 특징으로 한다.
(68) (67)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 적어도 한면이 비구면의 단일 대물렌즈이고 다음 식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
5.0 ≤fD/f ≤40.0 (7)
여기서,
fD: 대물렌즈의 회절 구조가 Φb = b2h2 + b4h4 + b6h6 + …(여기서, h는 광축으로부터의 높이(mm), 그리고 b2, b4, b6, …는 2차, 4차, 6차, …의 광행로차 함수 계수임)로 정의되는 광행로차 함수(optical path difference function)에 의해 표현될 때, 대물렌즈의 회절 구조만에 의한 광원의 파장에서 fD = 1/(-2ㆍb2)로 정의되는 촛점 거리,
f: 대물렌즈의 굴절력과 회절력이 함께 조합되는 전체 대물렌즈의 광원의 진 동 파장에서의 촛점 거리.
(68) 광 픽업 장치는 구면수차의 변이가 정밀하게 보정될 수 있는 광 픽업 장치에 사용되는 대물렌즈의 축 색수차의 보정과 관련있다. 약 400nm의 파장의 단파장 레이저 광원과 약 0.85의 높은 상 측 개구수를 갖는 대물렌즈를 사용하면, 상기 이유로, 대물렌즈에서 발생된 축 색수차의 보정은 중요한 문제가 될 수 있다. 이 문제는 대물렌즈 상의 상기 (7)식을 만족하는 촛점 거리를 갖는 회절 구조를 제공함으로서 해결된다. 이러한 회절 구조는 후방 초점이 짧아지는 방향으로 변화하는 파장 특성을 갖기 때문에, 굴절 렌즈로서의 굴절력과 회절 렌즈로서의 회절력이 상기 (7)식을 만족하도록 적절히 선택되면, 대물렌즈에서 발생되는 축 색수차를 보정할 수 있다. fD/f 값이 상기 (7)식의 하한보다 적지 않게 하고, 대물렌즈의 축 색수차를 과도하게 보정하지 않으며, fD/f 값이 상기 (7)식의 상한보다 크지 않고, 대물렌즈의 축 색수차가 불충분하게 보정되지 않도록 수행되게 할 수 있다. 또한 대물렌즈의 축 색수차가 과도하게 보정된 상태에 있으면, 수렴 광학 시스템에 포함된 각각의 광학 요소에서 생성된 축 색수차가 대물렌즈에 의해 바로 상쇄될 수 있고 이것은 바람직스럽다.
(69) (33), (63) 중의 하나, (66) 내지 (68) 중의 하나에서 기술된 광 픽업 장치는, 회절 구조는 회절 구조에 의하여 발생한 회절 광선에서 어떤 다른 차수의 회절 광선의 회절량보다도 큰 회절량을 갖는 n차 회절 광선(여기서, n은 -1, 0 그리고 +1이 아닌 정수이다)이 발생되도록 구성되고, 광학 정보 기록 매체에 정보의 기록 및/또는 재생을 위해서 n차 회절 광선은 정보 기록 매체의 정보 기록면상으로 수렴될 수 있는 것을 특징으로 한다.
(69)에서 기술된 광 픽업 장치는 특히 회절 구조에서 발생된 2차보다 더 높은 차수의 회절 광선을 사용해서 정보의 기록 또는 재생이 광학 정보 기록 매체 상에서 수행되는 광 픽업 장치에서 사용되는 광학 시스템에 관한 것이다. n차 회절 광선이 사용되는 경우에는, +1차나 -1차 회절 광선이 사용되는 경우와 비교할 때, 회절 구조의 링 밴드 간격(링 밴드 피치)이 약 n배 증가될 수 있고 링 밴드 숫자가 약 1/n으로 만들어질 수 있기 때문에, 회절 구조를 추가하는 렌즈 주형틀(molding die)이 쉽게 제작될 수 있고, 주형틀의 공정 시간이 줄어들 수 있고, 공정ㆍ생산 오차로 인한 회절 효율의 저하를 막을 수 있다.
(70) (8) 내지 (33) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는, 링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 갖춘 구면수차의 변이 보정을 위한 수단에서, 상기 볼록렌즈를 포함하는 모든 볼록렌즈들의 각각의 아베수는 70.0 이하거나 또는 상기 오목렌즈를 포함하는 모든 오목렌즈들의 각각의 아베수가 40.0 이상인 점을 특징으로 한다.
(71) (36) 내지 (63) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는, 구면수차와 축 색수차 변이 보정을 위한 링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 갖춘 광학 요소를 가진 수단에서, 상기 볼록렌즈를 포함하는 모든 볼록렌즈들의 각각의 아베수가 70.0 이하이거나 또는 상기 오목렌즈를 포함하는 모든 오목렌즈의 각각의 아베수가 40.0 이상인 점으로 특징으로 한다.
(70)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈에서 생성된 축 색수차를 보정할 수 있는 구면수차 변이 보정 수단의 바람직한 구조에 관한 것이고, (71)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈에서 생성된 축 색수차를 보정할 수 있는 구면수차와 축 색수차 변이 보정 수단의 바람직한 구조에 관한 것이다. 구면수차 변이 보정 수단 또는 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단을 구성하는 볼록렌즈의 아베수가 70.0이하이거나 또는 상기 수단을 구성하는 오목렌즈의 아베수가 40.0 이상이면, 대물렌즈에서 생성된 축 색수차는 불충한 보정이 되기 쉽다. 이러한 경우에는, 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 대물렌즈의 후방 촛점이 짧아지도록 파장 특성을 가진 회절 구조를 갖는 회절면이 구면수차 변이 보정 수단이나 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단의 부품의 적어도 한 면상에 제공될 때, 대물렌즈의 축 색수차가 정밀하게 보정될 수 있다. 또한, 이러한 회절면 상에, 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 대물렌즈의 구면수차가 불충분한 보정이 되는 구면수차 특성이 제공되면, 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 생성되는 구면수차가 또한 보정될 수 있다. 또한, 대물렌즈의 아베수가 70.0 이하일 때, 강도가 우수하고, 생산이 용이하며, 또한 반환경 측면에 대해서도 좋다. 한편, 오목렌즈의 아베수가 40 이상일 때는 단파장 빛에 대한 투과성이 우수하다. 볼록렌즈와 오목렌즈 모두에 대해서 아베수가 40.0 이상이고 70.0 이하인 것이 바람직하다.
(70)에 기술된 광 픽업 장치의 구면수차 변이 보정 수단, 또한 (73) (71)에 기술된 광 픽업 장치의 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단은 각각 광원의 진동 파장에서의 근축력이 P1일 때, 진동 파장보다 10nm짧은 파장에서의 근축력은 P2이 고, 진동 파장보다 10nm긴 파장에서의 근축력은 P3라고 할 때, 다음 식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
P2 < P1 < P3 (8)
이에 따라서, 대물렌즈나 커플링 렌즈와 같은 광학 요소에서 생성된 축 색수차 보정 역할은 구면수차 변이 보정 수단이나 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단으로 분배될 수 있다. 즉, 회절 구조에 의한 구면수차 변이 보정 수단 자체나 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단 자체에서는, 축 색수차는 과도하게 보정되고, 대물렌즈나 커플링 렌즈와 같은 광학 요소에서 생성된 축 색수차와 극성(polarity)이 반대인 축 색수차를 발생시킴으로서, 대물렌즈나 커플링 렌즈와 같은 광학 요소에서 생성된 축 색수차를 보정할 수 있다.
(74) (33), (63) 또는 (66) 내지 (73) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 회절면이 광원의 진동 파장의 미세한 변화에 대하여 대물렌즈에서 생성된 축 색수차를 억제하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
(75) (33), (63) 또는 (66) 내지 (74) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때, 회절면은 대물렌즈의 후방 초점이 짧아지는 파장 특성을 갖는 점을 특징으로 한다. 이에 따라서, 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있다. 특히, 대물렌즈에서 생성된 축 색수차가 커플링 렌즈 및/또는 대물렌즈 상에 회절면을 제공함으로서 보정되면, 구면수차 변화 수단이나 대물렌즈의 포커싱이 따라올 수 없는 모드 홉과 같은 순간적인 파장 변화가 발생하더라도, 스폿 지름은 증가하지 않고, 정보의 안정적인 기록이나 재생이 수행될 수 있다.
(76) (33), (63) 또는 (66) 내지 (75) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치는 광원의 진동 파장이 미세하게 장파장 쪽으로 변화할 때, 회절면은 대물렌즈의 구면수차가 불충분한 보정 방향으로 변화하는 특성을 갖도록 하는 점을 특징으로 한다. 따라서 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 발생하는 구면수차가 정밀하게 보정될 수 있다.
(77) (1) 내지 (65) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치는, 광원이 진동 파장 λ1의 광원과 진동 파장 λ2의 광원(λ1 < λ2)의 적어도 2 광원을 가지고, 수렴 광학 시스템은 진동 파장 λ1 광원으로부터의 제1 광 플럭스를 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측에 미리 정해진 개구수 범위 내에서 파면 수차 0.07 λ1 rpm을 넘지 않는 상태로 투명 기판 두께 t1의 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 수렴시킬 수 있고, 진동 파장 λ2 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스를 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측 상에 미리 정해진 개구수의 범위 내에서 파면 수차 0.07 λ2 rpm을 넘지 않는 상태로 투명 기판 두께 t2(t1 ≤t2)의 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 면 상에 수렴시킬 수 있는 점을 특징으로 한다.
예를 들면, 정보의 기록 또는 재생이 상이한 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체 상에서 수행되는 경우에는, 푸른 자주색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원을 사용함으로서, 대물렌즈의 구면수차 보정이 광학 정보 기록 매체의 한 면 상에서 최적화되도록 설계 작업이 수행되면, 그와 다른 광학 정보 기록 매체 상 에 정보의 기록 또는 재생 시에 구면수차가 크게 발생된다. 더 구체적으로는, 구면수차가 무한 평행 광 플럭스의 입사에 대해서 최소화되도록 대물렌즈와 투명 기판 두께 t1의 광학 정보 기록 매체의 조합이 보정되는 경우에는, t2(> t1)의 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체에 기록되거나 재생될 때는, 과도하게 보정된 구면수차가 대물렌즈에서 발생한다. 반대로, t2′(< t1)의 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체에 기록되거나 재생될 때는, 불충분하게 보정된 구면수차가 대물렌즈에서 발생한다.
그와 대비하여, 예를 들어 회절면이 대물렌즈에 추가되고, 상이한 파장의 광 플럭스가 각각 다른 투명 기판 두께의 광학 정보 기록 매체 상으로 정밀한 파면을 형성하는 파장 종속성(wavelength dependency)을 갖는 회절면이 형성되면, 투명 기판 두께가 다를 때의 구면수차가 정밀하게 보정될 수 있다. (77)의 광 픽업 장치에서 기술된 바와 같이, 단파장의 회절광이 작은 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체 상에서 정밀한 파면을 형성하고, 장파장의 회절광이 큰 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체 상에 정밀한 파면을 형성하는 경우가 좋다.
더 구체적으로는, 광원의 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변할 때, 회절면은 대물렌즈의 구면수차가 불충분하게 보정되는 구면수차 특성을 가지는 것이 바람직하다. 또한 광 플럭스의 발산각을 변화시키는 발산각 변화 수단이 제공되고, 대물렌즈에 투사하는 광 플럭스의 발산각이 구면수차가 최소화되는 대상 거리(object distance)에 대응하는 발산각으로 변화되면, 대물렌즈의 구면수차는 더 정밀하게 보정될 수 있다. 특히, 구면수차가 t2의 투명 기판 두께를 갖는 광학 정보 기록 매체에 최소일 때의 광 플럭스가 발산광이면, 작동 거리가 쉽게 보증될 수 있다. 투명 기판 두께가 다를 때의 구면 수차 악화의 보정 역할은 발산각 변화 수단과 회절면에 분배될 수 있기 때문에, 발산각 변화 수단의 이동부의 이동량은 작을 수 있다. 또한, 구면수차 보정 역할이 발산각 변화 수단과 회절면에 분배될 수 있으면, 회절면의 배율은 감소될 수 있고, 회절 링 밴드의 간격은 증가되고, 고 회절 효율을 갖는 회절 렌즈가 쉽게 생산될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 기술에서, 투명 기판 두께 t1으로의 조합에서, 대물렌즈는 구면수차가 무한 광 플럭스에 최소화되도록 보정되고, 그러나 대물렌즈는 또한 무한 거리로부터의 발산 광 플럭스로 또는 상 측 물체로의 수렴 광 플럭스로 허용될 수 있고, 구면수차는 최소로 보정되고, 물론 상기 기술한 바와 같은 방식으로 투명 기판 두께가 상이한 경우의 구면수차가 보정될 수 있다.
(78) (77)에 기술된 광 픽업 장치는 링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 갖는 광학 요소를 갖는 것을 특징으로 한다.
(79) (78)에 기술된 광 픽업 장치는, 광학 요소의 회절면이 정보의 기록이나 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측 상의 미리 정해진 개구수 범위 내에서 파면 수차 0.07 λ1 rpm보다 크지 않은 상태에서 진동 파장 λ1의 광원으로부터 방사된 제1 광 플럭스를 투명 기판 두께 t1의 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴시킬 수 있고, 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측 상에 미리 정해진 개구수 범위 안에서 파면 수차 0.07 λ2 rpm보다 크지 않은 상태에서 진동 파장 λ2 (λ1 < λ2)의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스를 투명 기판 두께 t2 (t1 ≤t2)의 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴시킬 수 있는 점을 특징으로 한다. 특히, 투명 기판 두께의 차이로 발생하는 구면수차는 각각의 광학 정보 기록 매체에 대하여 정보를 기록 및/또는 재생하는데 사용되는 두 광원의 진동 파장의 차이와 회절면에 제공된 회절 구조의 작용에 의해서 보정된다.
(80) (79)에 기술된 광학 장치는, 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에, 진동 파장 λ1의 광원으로부터 방사된 제1 광 플럭스에 의한 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수는 NA1이고, 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에, 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스에 의한 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수는 NA2 (NA1 > NA2)이며, 광학 요소의 회절면은 파면 수차 0.07 λ2 rms보다 작지 않은 상태에서 상기 NA1범위 안에서 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스를 수렴시키는 것을 특징으로 한다.
특히, (80)에 기술된 바와 같이, 구면수차는 진동 파장 λ1, 투명 기판 두께 t1 및 상 측 개구수 NA1의 조합으로 정밀하게 보정된 상태이고, 진동 파장 λ2, 투명 기판 두께 t2 및 상 측 개구수 NA2의 조합에 필요한 상 측 개구수 NA2의 범위까지의 구면수차는 회절 구조의 작용에 의해 보정되며, 상 측 개구수 NA2 부터 NA1까지의 범위의 구면수차는 증가되는 것(그것은 플레어 성분(flare component)처럼 크게 생성된다)이 바람직하다. 따라서, 진동 파장 λ2의 제2 광 플럭스가 투사되서 진동 파장 λ1과 대물렌즈의 상 측 개구수 NA1으로 결정되는 전체 조리 개(diaphragm) 내부를 통과하면, 상 측 개구수 NA2 이상의 광 플럭스는 점의 상 포커싱에 기여하지 않고, 스폿 지름이 투명 기판 두께 t1의 제1 광학 정보 기록 매체에 정보 기록 면 상에 너무 작지는 않기 때문에, 광 픽업 장치의 광 수신 수단에서의 잘못된 신호 발생이나 불필요한 신호 감지가 방지될 수 있으며, 또한 각각의 광원의 진동 파장과 대응되는 상 측 개구수의 조합에 따른 스위칭 조리개 수단이 제공될 필요가 없기 때문에, 단순한 광 픽업 장치가 얻어질 수 있다. 특히, 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스는 NA1 범위 내의 구면수차 0.2 λ2 rms보다 작지 않은 상태에서 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 수렴하는 것이 바람직하다.
(81) (78) 내지 (80) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 광학 요소(링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 갖춘 광학 요소)라는 점을 특징으로 한다. (82)에서 기술되는 광 픽업 장치는 대물렌즈의 적어도 한 면은 비구면 단일 렌즈 대물렌즈이고 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
5.0 ≤(f1/vd)ㆍfD1 ≤10.0 (9)
여기서,
f1: 대물렌즈의 굴절력과 대물렌즈의 회절 구조에 의한 회절력이 함께 결합된 전체 대물렌즈의 진동 파장 λ1에서의 초점 거리(mm);
vd: 대물렌즈의 d 라인의 아베수;
fD1: 대물렌즈의 회절 구조가 Φb = b2h2 + b4h4 + b6h6 + …(여기서, h는 광 축으로부터의 높이(mm), b2, b4, b6, …는 2차, 4차, 6차, …의 광행로차 함수 계수이다)로 정의되는 광행로차 함수에 의해 표현될 때, 대물렌즈의 회절 구조만에 의한 진동 파장 λ1에서 fD = 1/(-2ㆍb2)로 정의되는 촛점 거리
(83) (81)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 적어도 한 면은 비구면 단일 대물렌즈이고 다음 식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
-25.0 ≤(b2 / λ1) ≤0.0 (10)
여기서,
b2: 대물렌즈의 회절 구조가 Φb = b2h2 + b4h4 + b6h6 + …(여기서, h는 광축으로부터의 높이(mm), b2, b4, b6, …는 2차, 4차, 6차, …의 광행로차 함수 계수이다)로 정의되는 광행로차 함수에 의해 표현될 때, 광행로차 함수의 2차 계수;
λ1: 진동 파장 λ1 (mm).
(82), (83) 광 픽업 장치는 대물렌즈에서 발생한 축 색수차와 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 변이를 정밀하게 보정할 수 있는 광 픽업 장치, 투명 기판 두께가 상이한 복수의 광학 정보 기록 매체, 특히 같은 차수의 회절광을 서로 다른 파장의 복수의 광원의 광 플럭스에 사용하는 광 픽업 장치에서 회절 구조가 대물렌즈 상에 제공되고 회절 구조의 작용에 의해 같은 차수의 회절광의 축 색수차가 각각 보정되는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
단파장 광원(약 500nm 진동 파장 이하)과 통상의 상 측 개구수(예를 들면, CD에 대해서는 약 NA 0.45, DVD에 관해서는 약 NA 0.6)보다 큰 상 측 개구수를 갖는 대물렌즈가 사용되면, 코마의 생성을 작도록 억제하기 위해서, 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께를 0.2mm 이하로 줄이는 것이 특히 효과적이지만, 그러나 상기 (9)식을 만족시킴으로서, 단파장 광원의 광 플럭스와 통상의 장파장 광원 모두에 대한 축 색수차는 과도하거나 불충분하게 보정되지 않고, 좋은 균형을 이루도록 보정될 수 있고, 투명 기판 두께가 상이한 복수의 광학 정보 매체의 각 정보 기록면 상에 각각의 정밀한 스폿들이 형성되는 파장 특성을 가지는 회절 구조가 대물렌즈 상에 제공되면, 투명 기판 두께가 큰(예를 들어, CD에 대해서는 1.2mm, DVD에 대해서는 0.6mm) 통상의 광학 정보 기록 매체에 대해서도 또한, 단일 광 픽업 장치(적어도 대물렌즈와 그 구동 기구를 보통 사용하는 광 픽업 장치)에 의해서, 정보의 기록이나 재생이 수행될 수 있다. 상기 (9)식에서, 좌측의 하한값보다 큰 경우에는, 축 색수차는 600nm 내지 800nm의 장파장 광원의 광 플럭스에 대해서 과도하게 보정되지 않고, 우측의 상한값보다 낮은 경우에는, 500nm 이하의 단파장 광원의 광플럭스에 대해서 불충분하게 보정되지 않으며 이것이 바람직하다.
또한, 상기 (10)식을 만족함으로서, 대물렌즈 상에 제공된 회절 구조에 의한 수차 보정의 부담이 경감될 수 있고, 즉 상기 (10)식을 만족함으로서, 수렴 광학 시스템에서 생성된 축 색수차 보정 역할이 대물렌즈 상에 제공된 회절 구조에 거의 분배되지는 않는 것이 가능하기 때문에, 회절 구조의 링 밴드 간격이 클 수 있고, 링 밴드의 개수는 작을 수 있고, 고 회절 효율의 대물렌즈가 얻어질 수 있다. 여 기서, b2 = 0일 때에는, 축 색수차가 대물렌즈 상에 제공된 회절 구조에 의해 보정되지 않는 경우에 해당되고, -25.0 ≤(b2 / λ1) < 0.0일 때에는, 축 색수차가 단파장 광원의 광 플럭스(약 500nm보다 크지 않은)에 대해서 축 색수차가 장파장(약 600nm 내지 800nm) 광원의 광 플럭스에 대해서 과도하게 보정되지 않는 정도까지 보정되는 경우에 해당된다. 이러한 방법으로, 대물렌즈와 광원 사이에 배열되는 구면수차 변이 보정 수단이 상기 (10), (11), (33), (38), (39), (63) 및 (65)에 기술된 구조로 구성될 때, 축 색수차의 불충분한 보정이 보정될 수 있다. 또한 대물렌즈에서 생성된 축 색수차가 회절 구조의 작용에 의해 보정되는 경우에는, 대물렌즈의 재료의 아베수가 vd이면, vd > 55.0을 만족하는 것이 바람직하고, 따라서 2차의 스펙트럼이 작도록 억제될 수 있다.
(84) (78) 내지 (83) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 회절면이 광원의 진동 파장의 미세한 변화에 대해서 대물렌즈에 생성되는 축 색수차를 보정하는 기능을 가짐을 특징으로 한다.
(85) (78) 내지 (84) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치에서, 회절면은 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 대물렌즈의 후방 초점이 짧아지는 파장 특성을 가지기 때문에, 단파장 광원이 사용될 때의 문제인 축 색수차가 정밀하게 보정될 수 있다.
(86) (78) 내지 (85)에서 기술된 광 픽업 장치는 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때, 회절면은 대물렌즈의 구면수차가 불충분한 보정 방향 으로 변화하는 구면수차 특성을 갖는 점을 특징으로 한다. 따라서, 구면수차 보정 역할이 구면수차 변이 보정 수단이나 구면수차 및 색수차 변이 보정 수단 그리고 회절면으로 분배될 수 있기 때문에, 구면수차 변이 보정 수단이나 또는 구면수차 및 색수차 변이 보정 수단이 광축 방향으로 이동 가능한 광학 요소를 사용하여 구성될 때, 광학 요소의 스트로크 량은 충분히 작다. 또한 상기에서 기술한 바와 같이, 구면수차 보정 역할이 구면수차 변이 보정 수단이나 구면수차 및 축 색수차 보정 수단과 회절면에 분배되면, 회절면의 배율이 억제될 수 있고, 회절 링 밴드의 간격이 커질 수 있기 때문에, 고 회절 효율의 광학 요소가 쉽게 생산될 수 있다.
(87), (88) (1) 내지 (65) 및 (77) 중 하나에서 각각 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 광원으로부터 방사된 광 플럭스가 굴절 작용에 의해 광축 쪽으로부터 그 바깥 둘레쪽 순서대로 복수의 광 플럭스들로 분할되는 적어도 하나의 면 상에 적어도 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖고 상기 제1 부분과 제3 부분은 광원으로부터의 광 플럭스를 수렴하여 투명 기판 두께 t1의 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에 대해서 정보의 기록 또는 재생이 수행되도록 할 수 있고, 제1 부분과 제2 부분은 광원으로부터의 광 플럭스를 수렴시켜 정보의 기록이나 재생이 투명 기판 두께 t2(t1 < t2)의 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에 대해서 수행될 수 있도록 하는 점을 특징으로 한다.
(89) (77)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 적어도 한 면 상에 입사 광 플럭스를 k (k ≥4) 링 밴드 형상(여기서, 광축 쪽 방향으로부터 바깥 쪽 방향의 순서로, 제1, 제2, …, 그리고 제k 광 플럭스로 정의된다)의 광 플럭스들로 분할하 는 링 밴드 형상의 스텝(step) 부분이 형성되고, 정보의 기록 및/또는 재생이 제1 광학 정보 기록 매체 상에서 수행될 때, 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치의 제1 및 제k 광 플럭스의 파면 수차의 구면 수차 성분들은 0.05 λ1 rms(λ1의 광원 파장)보다 크지 않고, 제2 내지 제(k-1) 광 플럭스에서는, 적어도 2개의 광 플럭스들이 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치와는 다른 위치에서 각각 외견(apparent) 최상의 상면 위치를 형성하며, 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치에서는, 필요한 개구수를 통해 제1 광학 정보 기록 매체로 통과하는 제1 내지 제k 광 플럭스의 각각의 광 플럭스에서의 광선의 파면 수차는 대체로 mi λ1(mi는 정수, i = 1, 2, …, k)임을 특징으로 한다.
(89)에 기술된 광 픽업 장치에 따르면, 제1 광학 정보 기록 매체(제1 광 디스크)의 투명 기판 두께와 제2 광학 정보 기록 매체(제2 광 디스크)의 투명 기판 두께 사이의 기면 두께 차이에서의 잔류 오차는 감소되기 때문에, 정보의 기록 및/또는 재생은 다수의 종류의 광 디스크 상에서 적절하게 수행될 수 있다. 그러한 대물렌즈에 대해서는 도26을 참조하여 나중에 설명될 것이다.
(90) (77) 내지 (86), (88) 또는 (89) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 제1 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께 t1은 0.6mm 이하이고, 제2 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께 t2는 0.6mm보다 이상이며, 진동 파장 λ2는 600nm 이상 800nm 이하의 범위 내에 있는 점을 특징으로 한다.
(91) (1) 내지 (90) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 구면수차에 있어서, 제3 구면수차 성분이 SA1이고, 제5, 제7 및 제9 구면수차 성분의 합 이 SA2일 때, 다음 식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
|SA1/SA2| > 1.0 (11)
여기서,
SA1: 수차 함수가 제니케 다항식으로 전개될 때 제3 구면수차 성분;
SA2: 수차 함수가 제니케 다항식으로 전개될 때 제5 구면수차 성분, 제7 구변수차 성분 및 제9 구면수차 성분의 제곱의 합의 루트값.
(91)에 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈에서 발생되는 구면수차의 실질적인 차수의 구면수차 성분에서의 균형에 관한 것이다. 특히 높은 상 측 개구수를 갖는 단일 렌즈의 대물렌즈에서, 구면수차의 량이 중앙 두께(축방향 두께)의 작은 차이만큼 증가하는 경향이 있기 때문에, 대물렌즈에 요구되는 중앙 두께의 허용 범위는 매우 좁아지고, 또한 렌즈가 주조에 의해서 생산될 때, 중앙 두께의 편차가 수 ㎛보다 크지 않은 복수의 렌즈들을 얻는 것이 또한 힘들지만, 그러나 상기 (11)식을 만족시킴으로서, 제3 구면수차 성분은 구면수차 변이 보정 수단 또는 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단에 의해서 상대적으로 쉽게 보정될 수 있기 때문에, 중앙 두께의 허용 범위(특히 설계 값으로부터의 오차)는 확장될 수 있다.
(92) (1) 내지 (91) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 개구수를 결정하는 조리개가 대물렌즈의 대부분의 광원 쪽의 면의 윗쪽으로부터 광학 정보 기록 매체가 배열되는 쪽에 위치하는 것을 특징으로 한다. 따라서 발산광이 대물렌즈에 투사될 때, 대부분의 광원 쪽의 면의 광선의 통과 높이는 작도록 억제될 수 있기 때문에, 대물렌즈의 크기를 줄이거나 대물렌즈의 색수차 보정을 하는 것이 바람직하다.
(93) (1) 내지 (92) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치에서, 대물렌즈는 적어도 한 면 상에 비구면을 갖는 단일렌즈의 대물렌즈이기 때문에, 구면수차나 코마가 효과적으로 보정될 수 있고, 작은 크기의 경량 콤팩트 광 픽업 장치가 제공될 수 있다. 특히, 양 면이 비구면일 때는 구면수차와 코마가 효과적으로 보정될 수 있기 때문에 더 바람직하다.
(94) (1) 내지 (93) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치에서는, 광원이 적어도 500nm 이하의 진동 파장을 가지기 때문에, 고밀도 정보의 기록이나 고밀도 기록 신호의 재생이 가능해진다. 또한 500nm 이하의 진동 파장의 단파장 광원이 사용될 때의 문제인 축 색수차는 (10), (11), (33), (38), (39), (63) 또는 (65)번째 면에서 기술된 구조에 의해 특히 보정될 수 있다.
(95) (1) 내지 (94) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈의 상 측 개구수 NA가 적어도 0.65 이상인 점을 특징으로 한다. 대물렌즈의 상 측 개구수가 종래의 것보다 더 큰 0.65 이상일 때(더 바람직하게는 0.75 이상일 때), 광학 정보 기록 매체의 밀도와 용량의 더 큰 증가를 얻을 수 있다. 특정한 개구수를 부여할 때, 본 발명은 아래와 같이 설명될 것이다. 광학 정보 기록 매체에 수렴된 스폿 지름은 kλ/ NA (k: 비례 상수, λ: 광원의 진동 파장, NA: 대물렌즈의 상 측 개구수)로 표현될 수 있기 때문에, 진동 파장 400nm의 푸른 자주색 반도체 레이저와 상 측 개구수 0.85의 대물렌즈를 사용하는 고밀도 광 픽업 광학 시스템에서는, 진동 파장 650nm의 붉은 반도체 레이저와 상 측 개구수 0.65의 대물렌즈를 사용하는 저 밀도 광 픽업 광학 시스템에 비교할 때, 스폿 지름은 약 1/2이다. 여기서, 광학 정보 기록 매체 상의 기록 밀도는 스폿 지름의 비율의 역수의 제곱에 비례하기 때문에, 고밀도 광 픽업 광학 시스템의 기록 밀도는 저밀도 광 픽업 광학 시스템의 밀도의 약 4배이다.
(96) (1) 내지 (95) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1.1 ≤d1/f ≤3.0 (12)
여기서,
d1: 축방향 렌즈 두께(mm)
f: 광원의 진동 파장에서의 촛점 거리(mm) (이와 관련하여, 광원이 서로 다른 진동 파장을 갖는 복수의 광원일 때는, 파장이 가장 짧은 진동 파장에서의 촛점 거리이고, 회절면이 대물렌즈 상에 제공된 경우에는, 굴절력과 회절력이 결합된 전체 촛점 거리이다)
상기 식(12)는 좋은 상 높이 특성을 얻기 위한 조건에 관한 것이다. 0.65보다 더 큰 큰 상 측 개구수가 요구되는 경우에는, d1/f 값이 하한값 이상이면, 좋은 상 높이 특성이 보증될 수 있고, 이동 감도(shift sensitivity)가 감소될 수 있다. 또한, 대물렌즈의 유효 지름의 최대 위치에서 비구면의 접촉면과 광축에 수직한 면 간에 형성된 각이 감소될 수 있기 때문에, 렌즈가 주조될 때의 주조 공정은 용이하게 된다. 한편, d1/f 값이 상한값 이상일 때에는, 중앙 두께(축방향 두께)가 너무 크지 않기 때문에, 작동 거리가 크도록 보증될 수 있다. 또한 비점수 차(astigmatism)의 발생이 작도록 억제될 수 있기 때문에, 좋은 상 높이 특성이 보증될 수 있다. 상기에 따라서, d1/f 값은 다음 식을 만족하는 것이 더 바람직하다.
1.2 ≤d1/f ≤2.3 (12′)
또한 다음 식을 만족하는 것이 특히 바람직하다.
1.4 ≤d1/f ≤1.8 (12″)
(97) (1) 내지 (96) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 플라스틱 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다. 대물렌즈가 플라스틱으로 형성되면, 무게 감소를 얻을 수 있고, 포커싱 기구로의 부하가 감소될 수 있다. 또한, 대물렌즈는 저렴한 비용으로 안정된 정확도와 다량으로 생산될 수 있다. 또한, 비구면이나 회절면이 대물렌즈 상에 제공되면, 이러한 면들은 쉽게 형성될 수 있다. 특히, 그것들을 사출 성형(사출 압축 성형 포함)에 의해 생산하는 것이 바람직하다.
(98) (1) 내지 (97) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 포화 수분 흡수가 0.5% 이하인 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다. 그에 의해서, 습기 흡수에 의한 대물렌즈의 굴절률 변화가 작아지기 때문에, 바람직하다.
(99) (1) 내지 (98) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 대물렌즈가 광원의 진동 파장의 빛에 대해서 두께 3mm에서 내부 투과율이 85% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다. 그에 따라서, 높은 광도(light intensity)를 갖는 광원이 필요하지 않기 때문에, 에너지 절약을 달성할 수 있다.
(100) (1) 내지 (99) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 (1) 내지 (99) 중 의 어느 하나에 기술된 광 픽업 장치에 적용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
(101) (1) 내지 (99) 중 하나에서 기술된 광 픽업 장치는 (1) 내지 (99) 중의 어느 하나에 기술된 광 픽업 장치에 사용되는 대물렌즈임을 특징으로 한다.
(102) 대물렌즈는 다음과 같은 점을 특징으로 한다. 적어도 2 종류의 광학 정보 기록 매체에 대해서 정보의 기록 및/또는 재생을 수행할 수 있는 광 픽업 장치에 사용되는 대물렌즈에 있어서, 진동 파장 λ1 (λ1 < λ2)과는 다른 진동 파장 λ2의 광원을 가지고, 진동 파장 λ1의 광원으로부터 방사된 제1 광플럭스를 투명 기판 두께 t1의 투명 기판을 통해 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴시키고, 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스를 투명 기판 두께 t2(t1 ≤t2)의 투명 기판을 통해 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 수렴시키는 대물렌즈와 제1 및 제2 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수용하는 광 검출기를 포함하는 수렴 광학 시스템에서 다음식이 만족된다.
1.1 ≤d1/f ≤3.0 (13)
여기서,
d1: 축방향 렌즈 두께(mm)
f: 진동 파장 λ1에서의 촛점 거리(mm) (이와 관련하여, 회절면이 대물렌즈 상에 제공될 때는 굴절력과 회절력이 결합된 전체 촛점 거리임)
(103) (102)에 기술된 대물렌즈는 상 측 개구수 NA 가 0.75 이상인 것을 특징으로 한다.
(104) (102) 또는 (103)에 기술된 대물렌즈는 링 밴드 형상의 회절 구조를 갖는 회절면이 제공되는 것을 특징으로 한다.
(105) (104)에 기술된 대물렌즈는 회절면이 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수 범위 안에서 파면 수차 0.07 λ1 rpm보다 크지 않은 상태에서 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 진동 파장 λ1의 광원으로부터 방사된 제1 광 플럭스를 수렴시킬 수 있고, 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수 범위 안에서 파면 수차 0.07 λ2 rpm보다 크지 않은 상태에서 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광플럭스를 수렴시킬 수 있는 파장 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
(106) (104) 또는 (105)에서 기술된 대물렌즈는 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에, 진동 파장 λ1의 광원으로부터 방사된 제1 광 플럭스에 의해 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수는 NA1이고, 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스에 의한 정보의 기록 또는 재생에 필요한 대물렌즈의 상 측의 미리 정해진 개구수는 NA2일 때, 회절면은 파면 수차 0.07 λ2 rms보다 작지 않은 상태에서 NA1 범위 내에서 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 진동 파장 λ2의 광원으로부터 방사된 제2 광 플럭스를 수렴하는 것을 특징으로 한다.
(107) (104) 내지 (106) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 회절면이 광원의 진동 파장의 미세한 변화에 대한 축 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.
(108) (104) 내지 (107) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 회절면이 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 대물렌즈의 후방 촛점을 짧게 하는 파장 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
(109) (104) 내지 (108) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 회절면이 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 대물렌즈의 구면수차가 불충분한 보정상태로 되는 방향으로 변화사키는 구면수차 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
(110) (102) 내지 (109) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 적어도 한 면이 구면인 단일 렌즈이고 다음 식을 만족함을 특징으로 한다.
0.5 ≤(f1/vd)ㆍfD1 ≤10.0 (14)
여기서,
f1: 진동 파장 λ1에서 대물렌즈의 굴절력과 대물렌즈의 회절 구조에 의한 회절력이 함께 결합된 경우의 대물렌즈의 촛점 거리(mm)
vd: 렌즈 재료의 d 라인의 아베수
fD1: 회절 구조가 Φb = b2h2 + b4h4 + b6h6 + …(여기서, h는 광축으로부터의 높이(mm), b2, b4, b6, …는 2차, 4차, 6차, …의 광행로차 함수 계수이다)로 정의되는 광행로차 함수에 의해 표현될 때, 회절 구조만에 의한 진동 파장 λ1에서 fD = 1/(-2ㆍb2)로 정의되는 촛점 거리
상기 (14)식을 만족함으로서, 단파장 광원의 광플럭스와 통상의 장파장 광원 모두에 대한 축 색수차가 과도하거나 불충분하게 보정되지 않고, 좋은 균형을 이루 도록 보정될 수 있다. 상기 (14)식에서는, 좌측의 하한값 이상에서는, 축 색수차는 600nm 내지 800nm의 장파장 광원의 광 플럭스에 대해서 과도하게 보정되지 않고, 우측의 상한값 이하에서는, 500nm 이하의 단파장 광원의 광 플럭스에 대해서 불충분하게 보정되지 않으며 이것이 바람직하다. 각각의 정밀한 스폿들이 각각의 정보 기록면상에서 투명 기판 두께가 상이한 복수의 광학 정보 기록 매체로 형성되는 파장 특성을 가진 회절면이 대물렌즈에 제공되면, 투명 기판 두께가 큰 통상의 광학 정보 기록 매체(예를 들면 CD에서는 1.2mm, DVD에서는 0.6mm)에 대해서도, 또한 단파장 광원과 높은 상 측 개구수를 필요로하는 투명 기판 두께가 작은 광학 정보 기록 매체(예를 들면 투명 기판 두께가 0.2mm 이하)에 대해서도, 정보의 기록 또는 재생에 통상 사용되는 대물렌즈를 얻을 수 있다.
(111) (102) 내지 (109) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 적어도 한 면이 비구면인 단일 렌즈이고 다음 식을 만족함을 특징으로 한다.
-25.0 ≤(b2 / λ1) ≤0.0 (15)
여기서,
b2: 회절 구조가 Φb = b2h2 + b4h4 + b6h6 + …(여기서, h는 광축으로부터의 높이(mm), b2, b4, b6, …는 2차, 4차, 6차, …의 광행로차 함수 계수이다)로 정의되는 광행로차 함수에 의해 표현될 때, 광행로차 함수의 2차 계수
λ1: 진동 파장 λ1 (mm)
또한, 상기 (15)식을 만족함으로써, 대물렌즈에 제공된 회절 구조에 의한 수 차 보정의 부담이 경감될 수 있고, 즉 상기 (15)식을 만족함으로써, 수렴 광학 시스템에서 발생한 축 색수차 보정 역할이 대물렌즈에 제공된 회절 구조에 대부분 분배되지는 않도록 하는 것이 가능하기 때문에, 회절 구조의 링 밴드 간격은 클 수 있고, 링 밴드의 개수는 적을 수 있으며, 높은 회절 효율을 가진 대물렌즈가 얻어질 수 있다. 여기서 b2 = 0일 때는, 축 색수차가 대물렌즈에 제공된 회절 구조에 의해 보정되지 않는 경우에 해당하고, -25.0 ≤(b2 / λ1) < 0.0일 때는, 축 색수차가 장파장 광원(약 600nm 내지 800nm)의 광 플럭스에 대해서 과도하게 보정되지 않는 정도까지, 단파장 광원(약 500nm 이하)의 광 플럭스에 대하여 축 색수차가 보정되는 경우에 해당된다. 이러한 방법으로, 대물렌즈와 광원 사이에 배열된 구면 수차 변이 보정 수단이 (10), (11), (33), (38), (39), (63), (65)에 기술된 구조에 의해 구성될 때 불충분하게 보정된 축 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 대물렌즈에서 발생한 축 색수차가 회절 구조의 작용에 의해 보정되는 경우에는, 대물렌즈 재료의 아베수가 vd일 때, vd > 55.0을 만족하는 것이 바람직하고 그에 의해서 2차 스펙트럼이 작도록 억제될 수 있다.
(112) (102) 내지 (111) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 구면수차에 있어서, 제3 구면 수차 성분이 SA1이고, 제5, 7, 9 구면수차 성분의 합이 SA2일 때, 다음 식을 만족하는 점을 특징으로 한다.
|SA1/SA2| > 1.0 (16)
여기서,
SA1: 수차 함수가 제니케 다항식으로 전개될 때, 제3 구면수차 성분
SA2: 수차 함수가 제니케 다항식으로 전개될 때, 제5, 7, 9 구면수차 성분의 제곱의 합의 루트값.
이것은 대물렌즈에서 발생한 구면수차의 실질적인 차수의 구면수차 성분의 균형에 관한 것이다. 특히, 높은 상 측 개구수를 갖는 단일 렌즈의 대물렌즈에서는, 구면수차의 양이 중앙 두께(축방향 두께)의 작은 차이에 의해 증가되는 경향이 있기 때문에, 대물렌즈에 요구되는 중앙 두께의 허용 범위는 매우 좁아지고, 또한 렌즈가 주조에 의해 생산될 때는, 수 ㎛ 이하의 중앙 두께의 편차를 갖는 복수의 렌즈들을 얻기 또한 어려우나, 그러나 상기 (11)식을 만족함으로써, 대물렌즈에서 발생한 실질적 차수의 구면 수차 성분의 균형이 정밀하게 이루어질 수 있고, 대물렌즈에 요구되는 중앙 두께의 허용 범위(특히 설계값으로부터의 오차)가 확장될 수 있다.
*(113) (102) 또는 (103)에서 기술된 대물렌즈는 광원으로부터 방사된 광 플럭스가 굴절 작용에 의해 광축 쪽부터 바깥 둘레 쪽 순서대로 복수의 광 플럭스들로 분할되는 적어도 한 면 상에 적어도 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 갖고, 상기 제1 부분과 제3 부분은 진동 파장 λ1의 광원으로부터의 광 플럭스를 수렴시켜서 정보의 기록이나 재상산이 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 면에 대해 수행되도록 할 수 있고, 제1 및 제2 부분은 진동 파장 λ2의 광원으로부터의 광 플럭스를 수렴시켜서 정보의 기록 또는 재생이 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 면에 대해서 수행될 수 있는 것을 특징으로 한다.
(114) (102) 또는 (103)에 기술된 대물렌즈는 대물렌즈의 적어도 한 면 상에 입사 광 플럭스를 k (k ≥4) 링 밴드 형상(여기서, 광축 쪽 방향으로부터 바깥 쪽 방향의 순서로, 제1, 제2, …, 그리고 제k 광 플럭스로 정의된다)의 광 플럭스들로 분할하는 링 밴드 형상의 스텝 부분이 형성되고, 정보의 기록 및/또는 재생이 제1 광학 정보 기록 매체 상에서 수행될 때, 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치의 제1 및 제k 광 플럭스의 파면 수차의 구면 수차 성분들은 0.05 λ1 rms(λ1의 광원 파장) 이하이고, 제2 내지 제(k-1) 광 플럭스에서는, 적어도 2개의 광 플럭스들이 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치와는 다른 위치에서 각각 외견 최상의 상면 위치를 형성하며, 제1 및 제k 광 플럭스에 의해 형성된 최상의 상면 위치에서는, 필요한 개구수를 통해 제1 광학 정보 기록 매체로 통과하는 제1 내지 제k 광 플럭스의 각각의 광 플럭스에서의 광선의 파면 수차는 대체로 mi λ1(mi는 정수, i = 1, 2, …, k)임을 특징으로 한다.
(115) (102) 내지 (114) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 플라스틱 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(116) (102) 내지 (115) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 포화 수분 흡수가 0.5% 이하인 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(117) (102) 내지 (116) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 광원의 진동 파장에의 두께 3mm에서 내부 투과율이 85% 이상인 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(118) (102) 내지 (117) 중 하나에서 기술된 대물렌즈는 적어도 한 면이 비 구면인 단일 렌즈임을 특징으로 한다.
(119) (102) 내지 (118) 중 하나에 기술된 대물렌즈는 (1) 내지 (99) 중 어느 하나에 기술된 광 픽업 장치에 적용될 수 있음을 특징으로 한다.
(120) 빔 확장기는 적어도 하나의 볼록렌즈와 적어도 하나의 오목렌즈를 포함하고 그들 중 적어도 하나는 광축 방향을 따라 이동 가능한 이동 가능 요소이며, 상기 볼록렌즈를 포함하는 모든 볼록렌즈들의 각각의 아베수는 70.0 이하이거나 또는 상기 오목렌즈를 포함하는 모든 오목렌즈의 각각의 아베수는 40.0 이상이며, 적어도 한 면 상에 링 밴드 형상의 회절 구조를 가지는 회절면을 가짐을 특징으로 한다.
상기 빔 확장기를 구성하는 볼록렌즈의 아베수가 70.0 이하이거나 또는 오목렌즈의 아베수가 40.0 이상이면, 다른 광학 요소(특히 바람직하게는 광 픽업 장치에 적용되는 대물렌즈)에서 발생하는 축 색수차는 불충분한 보정 상태로 되기 쉬우나, 그러나 회절면이 제공되면, 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있다. 특히 입사 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 후방 촛점이 짧아지는 파장 특성을 가진 회절면이 적어도 한 면상에 제공되면, 대물렌즈의 축 색수차는 정밀하게 보정될 수 있다. 또한, 볼록렌즈의 아베수가 70.0 이하이면, 강도가 우수하고, 생산이 용이하며, 또한 반환경 측면에 대해서도 좋다. 한편으로는, 오목렌즈의 아베수가 40.0보다 작지 않을 때 단파장 광에 대한 투과성이 우수하다. 아베수가 40.0보다 작지 않고 70.0보다 크지 않는 것이 바람직하다.
(121) (120)에 기술된 빔 확장기는 투사할 광 플럭스를 출력하는 광원의 진 동 파장에서의 근축력이 P1이고, 진동 파장보다 10nm 짧은 파장의 근축력이 P2이며, 진동 파장보다 10nm 긴 파장의 근축력이 P3일 때 다음 식을 만족함을 특징으로 한다.
P2 < P1 < P3 (17)
이에 따르면, 대물렌즈나 커플링 렌즈와 같은 광학 요소에서 발생하는 축 색수차 보정 역할이 빔 확장기로 분배될 수 있다. 즉 빔 확장기 자체에서, 축 색수차가 회절 구조에 의해 과도하게 보정되고, 대물렌즈나 커플링 렌즈같은 광학 요소에서 발생하는 축 색수차와 반대의 극성인 축 색수차를 발생시킴으로써, 대물렌즈나 커플링 렌즈같은 광학 요소에서 발생하는 축 색수차를 보정할 수 있다.
(122) (120) 또는 (121)에 기술된 빔 확장기는 회절면이 투사될 광 플럭스를 출력하는 광원의 진동 파장의 미세한 변화에 대해서 광 방사 쪽에 배열된 집광 렌즈(condenser lens)에서 발생하는 축 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.
(123) (120) 내지 (122) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 입사될 광 플럭스를 출력하는 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때, 회절면이 광 방사 쪽에 배치된 집광 렌즈의 후방 촛점을 짧게 하는 파장 특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 대물렌즈와 같은 광학 요소의 축 색수차를 정밀하게 보정할 수 있다.
(124) (120) 내지 (123) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 입사될 광 플럭스를 출력하는 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때, 회절면이 광 방 사 쪽에 배열된 집광 렌즈의 구면수차가 불충분한 보정 방향으로 변하도록 하는 구면수차 특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 따라서, 입사될 광 플럭스를 출력하는 광원의 진동 파장이 장파장 쪽으로 미세하게 변화할 때 발생하는 구면수차가 정밀하게 보정될 수 있다.
(125) (120) 내지 (124) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 이동 가능 요소가 비중이 2.0 이하인 재료로 형성됨을 특징으로 한다. 이에 따르면, 이동 장치에의 이동 가능 요소의 부하가 경감될 수 있다.
(126) (120) 내지 (125) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 이동 가능 요소가 플라스틱 재료로 형성됨을 특징으로 한다. 이에 따르면, 이동 장치로의 부하가 경감될 수 있고, 이동 가능 요소의 광축 방향으로의 고속 이동이 가능해진다. 또한, 회절면이나 비구면이 제공된 구조 요소가 플라스틱 재료로 형성되면, 이것들은 용이하게 추가될 수 있다.
(127) (120) 내지 (126) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 이동 가능 요소의 적어도 한 면 상에 비구면을 가짐을 특징으로 한다.
(128) (120) 내지 (127) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 이동 가능 요소가 포화 수분 흡수가 0.5% 이하인 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(129) (120) 내지 (128) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 이동 가능 요소가 내부 투과율이 입사될 광원의 진동 파장의 빛에 3mm두께에서 85% 이상인 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(130) (120) 내지 (124) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 플라스틱 재료로 형 성됨을 특징으로 한다.
(131) (120) 내지 (124) 또는 (130) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 적어도 한 면 상에 비구면을 가짐을 특징으로 한다.
(132) (120) 내지 (124), (130) 또는 (131) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 포화 수분 흡수가 0.5% 이하인 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(133) (120) 내지 (124) 및 (130) 내지 (132) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 입사될 광원의 진동 파장의 빛에 3mm두께에서 85% 이상인 내부 투과율의 재료로 형성됨을 특징으로 한다.
(134) (120) 내지 (133) 중 하나에 기술된 빔 확장기는 (8) 내지 (33) 및 (36) 내지 (63) 중 어느 하나에 기술된 광 픽업 장치에 적용될 수 있음을 특징으로 한다.
(135) 수렴 광학 시스템은 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생용 광 픽업 장치 상에 있고, 광원으로부터 방사된 발산광의 발산각을 변화시키는 커플링 렌즈를 포함하며, 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 상 기록 면 상의 커플링 렌즈를 통과한 광 플럭스를 수렴시키는 대물렌즈를 포함하며, 링 형상의 밴드 회절 구조는 수렴 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 적어도 한 광학 면 상에 형성되고, 커플링 렌즈는 2-그룹 구조이며, 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생한 구면수차의 편차는 광축 방향으로 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 이동시킴으로서 보정되고, 이것이 특별한 특징이다.
(135)의 수렴 광학 시스템은 DVD보다 밀도가 높고 용량이 큰 진보된 광학 정 보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생을 수행하는 광 픽업 장치에 사용되는 수렴 광학 시스템의 바람직한 구조에 관한 것이다. 수렴 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 적어도 하나의 광학 면 상에, 광원의 파장이 장파장 쪽으로 약간 변동할 때 대물렌즈의 후방 촛점이 짧아지는 파장 특성을 가진 회절 구조를 제공함으로써, 보라색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원이 사용될 때의 문제인 대물렌즈 상에 발생하는 축 색수차를 효과적으로 보정하는 것이 가능하다. 비록 상기 기술한 회절 구조는 대물렌즈보다 광원에 가깝게 따로 배열된 커플링 렌즈가 아닌 광학 요소 상에 제공될 수도 있지만, 수렴 광학 시스템의 구조적 요소의 개수가 더 적고 그에 따라 광 픽업 장치의 크기를 작게 만들 수 있기 때문에 대물렌즈 및/또는 커플링 렌즈 상에 제공하는 것이 바람직하다. 커플링 렌즈의 광학 면 상에 회절 구조를 제공할 때, 한 광학 면 상에 제공되는 회절 구조의 최소 링 형상 밴드 거리는 크게 만들어질 수 있고, 회절 배율이 분배되는 둘 이상의 광학 면을 만드는 것이 가능하기 때문에, 따라서 회절 효율이 증강될 수 있다.
또한, 커플링 렌즈를 구성하는 두 렌즈 그룹의 적어도 하나는 광축 방향으로 이동 가능하게 만들어지면, 수렴 광학 시스템의 각 광학 면, 특히 대물렌즈의 광학 면 상에 발생하는 구면수차의 편차를 보정하는 것이 가능하다. 실시간 기반에서, 통상의 광학 정보 기록 매체보다 고밀도의 정보 기록 및/또는 고밀도로 기록된 정보의 재생에 필요한 높은 개구수를 갖는 대물렌즈가 사용될 때 문제를 일으키는 온도와 습도 및/또는 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 오차로 변화하는 광원의 방사 파장의 미세한 편차에 의한 대물렌즈 상에 크게 발생하는 구면수차를 보 정하는 것이 가능하기 때문에, 적절한 스폿이 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 항상 형성될 수 있다.
커플링 렌즈의 이동 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로써, 수렴 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 형성 오차에 의하여 발생한 구면수차를 보정하는 것이 가능하다. 일반적인 금형(metal mold)을 이용하는 형성 방법을 통해 광학 요소를 제조할 때, 금형의 가공 및 광학 요소의 형성시 오차가 발생된다. 상기 오차의 예에는 중앙 부분의 두께의 오차와 광학 면의 형성의 오차가 있다. 이러한 오차로 발생된 수차 성분이 3차 구면 수차이면, 본 발명의 수렴 광학 시스템의 광축 방향으로 커플링 렌즈의 이동 렌즈 그룹을 이동시킴으로써 상기 수차를 보정하는 것이 가능하다. 따라서, 수렴 광학 시스템을 형성하는 광학 요소의 제조상의 허용 오차(tolerance)를 크게 만들 수 있고, 따라서 생산성이 증대될 수 있다.
(136) (135)에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 상기 기술한 광원은 600nm 이하의 파장을 가진 빛을 방사하고, 수렴 광학 시스템에서의 각각의 굴절 인터페이스(interface)의 굴절작용에 의해 발생된 축 색수차와, 회절 구조에 의해 발생된 축 색수차는 서로 상쇄된다.
비록 (136)에 보인 바와 같이 600nm 이하의 진동 파장을 갖는 빛을 발생시키는 광원을 사용함으로써, 통상의 광학 정보 기록 매체보다 고밀도의 기록 및/또는 고밀도에서 기록된 정보의 재생이 광학 정보 기록 매체에 대해서 가능하지만, 수렴 광학 시스템, 특히 상기 기술한 대물렌즈 상에 발생되는 축 색수차가 문제이다. 수렴 광학 시스템의 각 굴절 인터페이스 상에서 발생되는 축 색수차와 극성이 반대 인 축 색수차가 상술한 회절 구조 상에서 발생되면, 수렴 광학 시스템을 통해 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿을 형성하는 경우의 파면은 축 색수차가 상쇄되는 상태로 되고, 따라서 전체적인 수렴 광학 시스템으로서의 광원의 파장 편차의 범위 안에서 축 색수차가 만족스럽게 보정되는 시스템을 만드는 것이 가능하다.
첨언하면, 본 발명의 수렴 광학 시스템은 광원의 진동 파장을 갖는 빛에 대해서 3mm 두께에서의 내부 투과율이 85% 이상인 광학 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 600nm 이하, 특히 약 400nm의 진동 파장을 갖는 단파장의 광원을 사용할 때는, 광학 재료에 의한 빛의 흡수로 발생되는 투과율의 저하가 문제이다. 그러나 전술한 내부 투과율을 갖는 재료로 수렴 광학 시스템을 만듦으로써, 기록 과정에서 광원 출력 증가 없이 다량의 빛을 갖는 스폿을 형성하고, 재생시 판독 신호의 S/N 비율을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 수렴 광학 시스템은 수분 흡수의 포화 계수가 0.5% 이하인 광학 재료로 만들어지는 것이 또한 바람직하다. 이러한 상태가 유지되면, 수렴 광학 시스템을 구성하는 각각의 광학 요소가 공기 중의 습기를 흡수하는 동안 광학 요소에 수분 흡수 계수의 차이에 의한 굴절율 분포가 거의 발생하지 않고 따라서, 수차 발생과 위상 변화에 의한 회절 효율의 저하가 억제될 수 있다. 대물렌즈의 개구수가 클 때는, 특히 수차 발생과 회절 효율의 하락이 더 일어나는 경향이 있다. 그러나 그것들은 전술한 방법에 의해 충분히 낮은 수준으로 억제될 수 있다.
(137) (136)에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 커플링 렌즈, 회절구조를 갖 는 광학 요소 및 대물렌즈로 구성된 복합 시스템의 축 색수차는 다음 식을 만족한다;
|ΔfBㆍNA2| ≤0.25㎛ (17)
여기서, NA는 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생에 필요한 서브젝트(subject) 쪽의 상기 대물렌즈의 개구수를 나타내고, ΔfB는 광원 파장의 +1nm 변화에 따른 복합 시스템의 촛점 위치의 변화(㎛)를 나타낸다.
수렴 광학 시스템의 각 굴절 인터페이스에서 발생한 축 색수차가 회절 구조의 작용을 이용하여 보정되면, 수렴 광학 시스템의 축 색수차, 즉 커플링 렌즈로 구성된 복합 시스템의 축 색수차, 회절 구조를 갖춘 광학 요소 및 대물렌즈는 (137)의 (17) 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
(138) (135) 내지 (137) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생에 필요한 서브젝트 쪽의 상기 대물렌즈의 개구수는 0.65 이상이고, 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 0.6mm이하이다.
(138)에 보인 바와 같이, 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생에 필요한 서브젝트 면 상의 상기 대물렌즈의 개구수를 0.65 이상(CD와 같은 통상의 광학 정보 기록 매체에 대해서는 0.45, 예를 들어 DVD경우에는 0.60)으로 증가시킴으로서 정보 기록면 상에 수렴되는 스폿의 크기를 줄이는 것이 가능하기 때문에, 종래 광학 정보 기록 매체에서보다 고밀도의 기록 및/또는 고밀도로 기록된 정보의 재생이 광학 정보 기록 매체에 대해 가능하다. 그러나, 대물렌즈의 개구수의 증대는 광축에 수직한 면으로부터의 광학 정보 기록 매체의 기울어짐 또는 더 현저한 그 자체의 기울어짐에 의해 발생되는 코마의 출현 문제를 일으킨다. 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께를 더 작게 만듦으로서, 코마의 출현을 억제할 수 있다. 대물렌즈의 개구수가 0.65이상으로 증대되면, 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께(t)를 0.6이하(종래의 광학 정보 기록 매체, 예를 들어 CD의 경우는 1.2mm, DVD의 경우는 0.6mm)로 만드는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 0.65 ≤NA ≤0.70의 경우는 0.3 ≤t ≤0.6이 바람직하고, 반면 0.70 ≤NA ≤0.85의 경우는 0.0 ≤t ≤0.3이 바람직하다.
(139) (135) 내지 (138) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 중 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 양의 굴절력을 가지고 다음 식을 만족한다;
4 ≤fCP/fOBJ ≤17 (18)
여기서 fCP는 광축 방향으로 이동할 수 있고 양의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)를 나타내고, fOBJ는 대물렌즈의 촛점 거리를 나타낸다.
커플링 렌즈를 구성하는 것 중에서 양의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹이 (139)에 나타난 바와 같이 광축 방향으로 이동 가능하게 만들어지면, 식(18)이 만족되는 것이 바람직하다. (18)식의 상한을 초과하지 않으면, 수렴 광학 시스템에 발생된 구면수차 편차 보정을 위한 이동량이 작아질 수 있고, 이것은 전체 수렴 광학 시스템 을 콤팩트하게 만든다. 식(2)의 하한을 벗어나지 않으면, 이동 렌즈 그룹의 굴절력을 작게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 이동 렌즈 그룹 상의 수차의 발생을 억제시키는 것이 가능하다. 커플링 렌즈를 구성하는 두 렌즈 그룹이 양의 굴절력을 갖도록 만들어지면, (18)식을 만족함으로서 두 렌즈 그룹에 대해 잘 균형잡힌 굴절력 분포가 성취되고, 각각의 렌즈 그룹은 제작하기 쉬운 형태를 갖도록 만들어질 수 있다.
(140) (135) 내지 (138) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 것 중 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 음의 굴절력을 갖고 다음 식을 만족한다;
-20 ≤fCN/fOBJ ≤-3 (19)
여기서 fCN은 광축 방향으로 이동할 수 있고 음의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)를 나타내고, fOBJ는 대물렌즈의 촛점 거리를 나타낸다.
커플링 렌즈를 구성하는 것 중 음의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹이 (140)에 나타난 바와 같이 광축 방향으로 이동 가능하게 만들어지면, (19)식을 만족하는 것이 바람직하다. (19)식의 하한을 벗어나지 않으면, 수렴 광학 시스템에 발생한 구면수차 편차 보정을 위한 이동량이 작아질 수 있고, 이것은 전체 수렴 광학 시스템을 콤팩트하게 만든다. (19)식의 상한값을 벗어나지 않으면, 이동 렌즈 그룹의 굴절력을 작게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 이동 렌즈 그룹상의 수차의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 또한 커플링 렌즈를 구성하는 두 렌즈 그룹 중 양의 굴절 력을 갖는 렌즈 그룹의 굴절력을 작게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 양의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹상의 수차의 발생을 억제하는 것이 가능하고, 이것은 제조를 용이하게 만든다.
(141) (135) 내지 (140) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는 대물렌즈는 1-그룹 및 1-요소의 구성으로 이루어지고 적어도 한 면은 비구면이다.
대물렌즈를 (141)에 보인 바와 같이 적어도 한면이 비구면인 1-그룹, 1요소로 구성되도록 만들면, 단순 1-그룹, 1-요소 구조에서 구면수차와 코마가 만족스럽게 보정되는 광 픽업에 적절한 대물렌즈를 얻는 것이 가능하고, 종래의 광학 정보 기록 매체보다 높은 밀도에서의 기록 및/또는 높은 밀도로 기록된 정보의 재생이 광학 정보 기록 매체에 대해서 가능하다. 또한, 양면 모두 구면인 것이 더욱 바람직하고, 그에 의해 수차는 더 정확하게 보정될 수 있다. 또한 대물렌즈를 1-그룹, 1-요소로 구성함으로서, 개구수가 클 때도 작동 거리를 길도록 보증하는 것이 가능하고, 그에 의해서 휘어짐에 의해 발생되는 대물렌즈와 광학 정보 기록 매체 사이의 접촉 또는 광학 정보 기록 매체의 경사짐을 방지하는 것이 가능하다.
(142) (135) 내지 (140) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 대물렌즈는 2-그룹, 2-요소로 구성되고, 제1 면부터 제3 면 중 적어도 두 면은 비구면이다.
대물렌즈를 (142)에 보인 바와 같이 2-그룹, 2-요소로 구성함으로써, 광선에 대한 굴절력을 네 면으로 분산시키는 것이 가능하고, 따라서 개구수를 크게 만들때라도 한 면 당 굴절력은 작을 수 있다. 결과적으로, 금형(metal mold)을 만들 때 및 렌즈를 형성하는데 있어 렌즈 면 간의 이심률에 대한 허용 오차가 클 수 있고, 제조하기 쉬운 렌즈의 결과를 낳는다. 광선에 대한 굴절력을 네 면에 분산시킴으로서, 제1면부터 제3면까지 중에서 적어도 두 면 상에 제공되는 비구면에 대한 보정 작용의 공간이 생기고, 이것은 구면수차와 코마를 정확하게 보정하는 것을 가능하게 한다. 이 경우에는, 제1 면과 제3면을 포함하는 적어도 두 면이 비구면으로 만들어지는 것이 바람직하다. 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 광축의 편차에 의하여 발생되는 수차는 작도록 조절될 수 있기 때문에 제2면 역시 비구면으로 만들어지는 것이 바람직하다.
(143) (135) 내지 (142) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 회절 구조를 갖춘 광학 요소는 플라스틱 재료로 만들어지고, 따라서 회절 구조가 쉽게 제공될 수 있고, 이것은 금형을 이용한 사출 성형 방법을 통하여 저가로 대량 생산으로 제작하는 것을 가능케한다.
(144) (135) 내지 (143) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 그룹 중 광축의 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 2.0 이하의 비중을 가진 재료로 만들어지는 것이 바람직한데 왜냐하면 이동 과정 중의 관성력이 작게 유지될 수 있고 그에 따라 민첩한 움직임이 가능하기 때문이다. 또한 이동 렌즈 그룹을 이동시키는 구동 장치를 대표하는 액츄에이터의 구동 전력이 작아질 수 있고, 작은 크기의 액츄에이터가 사용될 수 있다.
(145) (134) 내지 (144) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, n차 회절광(n은 0, ±1이 아닌 정수를 나타냄)의 빛의 양이 다른 차수의 회절광의 양보다 큰 것이 바람직하고, 회절 구조가 복수의 구역에 의해 형성될 때 링 형상의 밴드 거리가 크게 만들어 질 수 있기 때문에, 상기 기술된 수렴 광학 시스템은 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 광학 정보 기록 메체에 대한 정보 기록 및/또는 재생의 과정 중에 회절 구조에서 발생된 n차 회절광을 수렴시킬 수 있으며, 이것은 제작을 용이하게 만든다.
(146) (135) 내지 (145) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 광원의 진동 파장의 편차에 의한 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생된 구면 수차의 편차가 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되면, 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 훌륭한 스폿을 형성하는 것이 가능하고, 그에 의해서 광원의 선별이 필요없으며, 이것은 바람직하다.
(147) (135) 내지 (146) 중 하나에서 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 대물렌즈가 적어도 하나의 플라스틱 재료 시트로 형성된 렌즈를 포함하면, 온도 변화와 습도 변화에 의해 발생되는 상 형성 효율의 저하가 되기 쉬운 플라스틱 렌즈라도 높은 개구수를 갖는 대물렌즈로서 사용될 수 있고 상당한 비용절감이 광 픽업 장치에 대해 달성될 수 있으며, 온도와 습도 변화에 의한 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정된다.
(148) (135) 내지 (146) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 변화로 발생되는 구면수차의 편차가 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되면, 광 학 정보 기록 매체에 대한 제조 허용 오차를 크게 만드는 것이 가능하고, 그에 의해 생산성을 증대하는 것이 가능하다.
(149) (135) 내지 (146) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 광원의 진동 파장의 적어도 두 편차의 조합, 온도와 습도의 변화 및 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 변화에 의한 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정된다.
본 발명의 수렴 광학 시스템에서는, (147)에 지적한 바와 같이, 온도와 습도의 변화의 조합, 또는 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 오차, 또는 표준 파장으로부터의 광원의 진동 파장의 분산에 의해 발생되는 구면수차의 편차는 보정될 수 있고, 따라서 광 수렴 특성이 변함없이 우수한 수렴 광학 시스템을 얻는 것이 가능하다.
(150) (135) 내지 (149) 중 하나에 기술된 수렴 광학 시스템에서는, 광학 정보 기록 매체는 복수의 투명 기판들과 복수의 정보 기록 층들이 광학 정보 기록 매체의 면으로부터 순서대로 번갈아가며 씌워지고, 대물렌즈는 각각의 정보 기록 면에 대해 정보 기록 및/또는 재생을 위한 포커싱을 위해 광축 방향으로 이동되며, 각 정보 기록 층 상의 투명 기판의 두께의 차이에 의해 발생되는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동함으로서 보정된다.
(150)의 수렴 광학 시스템은 복수의 투명 기판들과 복수의 정보 기록 층들이 광학 정보 기록 매체의 면으로부터 순서대로 번갈아가며 씌워진 구조를 갖는 광학 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생이 가능한 광 픽업 장치에 관한 것이다. 이러한 수렴 광학 시스템에서는, 커플링 렌즈의 이동 광학 요소를 광축 방향으로 이동시킴으로써 정보 기록 층까지 면에 존재하는 투명 기판들에 대한 두께의 차이에 의해 발생되는 구면 수차를 보정하는 것이 가능하고, 대물렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로써 목표 정보 기록 층 상에 촛점을 맞추는 것이 가능하며, 따라서 각 정보 기록면 상에 훌륭한 파면을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 두배 이상의 부피의 정보가 광학 정보 기록 매체의 한 면 상에 기록 및/또는 재생될 수 있다.
(151) 광 픽업 장치는 광원, 상기 광원으로부터 방사된 발산광의 발산각을 변화시키는 2-그룹 구조의 커플링렌즈 및 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록 면 상에 커플링 렌즈를 통해 통과하는 광 플럭스를 수렴시키는 대물렌즈를 갖는 수렴 광학 시스템, 정보 기록면 상에서 반사된 빛을 감지하는 검출기, 광 플럭스를 정보 기록면 상에 수렴시키기 위해 광축 방향 및 광축에 수직한 방향으로 대물렌즈를 이동시키는 제1 구동 장치, 및 커플링 렌즈의 적어도 하나의 광학 요소를 광축 방향으로 이동시키는 제2 구동 장치를 구비하고, 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에 대한 정보 기록 및/또는 재생을 수행하며, 그 안의 링 형상의 밴드 굴절 구조는 수렴 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 적어도 한 광학 면 상에 형성되고, 상기 제2 구동 장치는 수렴 광학 시스템의 각 광학 면에 발생되는 구면수차의 편차를 보정하기 위해서 커플링렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킨다.
(151)의 광 픽업 장치는 DVD보다 밀도가 높고 용량이 큰 진보된 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생을 수행하기 위한 것에 관한 것이다. 광 픽업 장치의 수렴 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 적어도 한 광학 면 상에, 광원의 파장이 장파장 쪽으로 약간 변동될 때 대물렌즈의 후방 초점이 짧아지는 파장 특성을 가지는 회절 구조를 제공함으로써, 보라색 반도체와 같은 단파장 광원이 사용될 때의 문제인 대물렌즈 상에 발생하는 축 색수차를 효과적으로 보정하는 것이 가능하다. 커플링 렌즈를 구성하는 두 렌즈 그룹 중 적어도 하나를 광축 방향으로 이동 가능하게 만듦으로서 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생하는 구면수차의 편차를 만족스럽게 보정하는 것이 또한 가능하다. 제2 구동 장치는 커플링 렌즈를 구성하는 두 렌즈 그룹의 적어도 하나를 광축 방향으로 이동시키고, 이 경우에, 정보 기록면 상에 수렴된 광 플럭스의 수렴 상태를 감지하는 센서로부터의 신호를 모니터하면서, 수렴 광학 시스템 상에 발생된 구면수차를 적절히 보정하도록 광학 요소를 움직인다. 제2 구동 장치로서 음성 코일(voice coil)형 액추에이터와 압전 액추에이터(piezo-actuator)를 사용하는 것이 가능하다. 또한 (135)에서와 같은 효과가 나타난다.
(152) (151)에 기술된 광 픽업 장치에서는, 광원은 600nm이하의 파장을 가진 빛을 방사하고, 수렴 광학 시스템의 각 굴절 인터페이스의 굴절 작용에 의해 발생된 축 색수차와 회절 구조에 의해 발생된 축 색수차는 서로 상쇄되며, 따라서 구조2에서 기술된 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
(153) (152)에서 기술된 광 픽업 장치에서는, 커플링 렌즈, 회절 구조가 제공된 광학 요소 및 대물렌즈에 의해 발생된 축 색수차는 다음 식을 만족하고, 따라서 구조3에서 기술된 발명에서와 동일한 효과가 나타난다;
|ΔfBㆍNA2| ≤0.25㎛ (20)
*여기서, NA는 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생에 필요한 서브젝트 쪽의 상기 대물렌즈의 개구수를 나타내고, ΔfB는 광원 파장의 +1nm 변화에 따른 복합 시스템의 촛점 위치의 변화(㎛)를 나타낸다.
(154) (151) 내지 (153) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 및/또는 재생에 필요한 상 측의 대물렌즈의 개구수는 0.65이상이고, 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 0.6mm이하이며, 따라서 (138)에 기술된 발명에서와 같은 효과를 나타낸다.
(155) (151) 내지 (154) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 그룹 중 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 양의 굴절력을 가지고 다음 식을 만족하며, 따라서 구조5에 기술된 발명에서와 같은 효과를 나타낸다.
4 ≤fCP/fOBJ ≤17 (21)
여기서 fCP는 광축 방향으로 이동할 수 있고 양의 굴절력을 가지는 렌즈그룹의 촛점 거리(mm)를 나타내고, fOBJ는 대물렌즈의 촛점 거리를 나타낸다.
(156) (151) 내지 (154) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 그룹 중 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 음의 굴절력을 가지고 다음 식을 만족하며, 따라서 구조6에 기술된 발명에서와 같은 효과를 나타낸다.
-20 ≤fCN/fOBJ ≤-3 (22)
여기서 fCN는 광축 방향으로 이동할 수 있고 음의 굴절력을 가지는 렌즈그룹의 촛점 거리(mm)를 나타내고, fOBJ는 대물렌즈의 촛점 거리를 나타낸다.
(157) (151) 내지 (156) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 대물렌즈는 1-그룹, 1-요소의 구성이고, 그것의 적어도 한 면은 비구면이며, 따라서 (141)에 기술된 발명에서와 같은 효과를 나타낸다.
(158) (151) 내지 (156) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 대물렌즈는 2-그룹, 2-요소의 구성이고, 제1-3 면 중 적어도 두 면은 비구면이며, 따라서 (142)의 발명에서와 같은 효과를 나타낸다.
(159) 광 픽업 장치에서는, 회절 구조가 제공된 광학 요소는 플라스틱 재료로 만들어지고, 따라서 (143)의 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
*(160) (151) 내지 (159) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 그룹 중 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 그룹은 비중이 2이하인 재료로 만들어지고, 따라서 구조10에서 기술된 발명에서와 같은 효과가 나타난 다.
(161) (151) 내지 (160) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, n차(n은 0과 ±1이 아닌 정수를 나타낸다)의 회절광의 빛의 양은 다른 차수의 회절광의 빛의 양보다 크고, 상기 기술한 수렴 광학 시스템은 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 광학 정보 기록 매체에 대한 정보 기록 및/또는 재생의 과정에서 회절 구조상에서 발생한 n차의 회절광을 수렴시킬수 있으며, 따라서 구조11에 기술된 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
(162) (151) 내지 (161) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 광원의 진동 파장의 편차에 의하여 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생하는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되고, 따라서 구조12에 기술된 발명에서와 동일한 효과가 나타난다.
(163) (151) 내지 (161) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 대물렌즈는 적어도 하나의 플라스틱 재료 시트로 형성된 렌즈를 포함하고, 온도와 습도 변화에 의한 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생된 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로써 보정되며, 따라서 (147)의 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
(164) (151) 내지 (161) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 변화로 발생하는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 이동시킴으로써 보정되고, 따라서 (148)의 발명에서와 동일한 효과가 나타난다.
(165) (151) 내지 (161) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 광원의 진동 파장의 적어도 두 편차의 조합, 온도와 습도의 변화 및 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 변화에 의해 수렴 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생된 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되고, 따라서 (149)에 기술되고 구조15에 기술된 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
(166) (151) 내지 (165) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치에서는, 광학 정보 기록 매체는 복수의 투명 기판들과 복수의 정보 기록 층들이 광학 정보 기록 매체의 면으로부터 순서대로 번갈아가며 씌워진 구조를 가지고, 대물렌즈는 각 정보 기록면에 대한 정보 기록 및/또는 재생을 위한 포커싱을 위해 광축 방향으로 이동하며, 각 정보 기록층 상의 투명 기판의 두께의 차이에 의해 발생하는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되며, 따라서 (150)의 발명에서와 같은 효과가 나타난다.
(167) 재생 장치는 (151)-(166) 중 하나에 기술된 광 픽업 장치를 구비하고 음성 및/또는 영상 기록 및/또는 음성 및/또는 영상 재생을 위한 것이다.
(167)의 재생 장치는, 음성 및 영상용 기록 장치와 재생 장치가 전술한 광 픽업 장치를 갖추고 있기 때문에 DVD보다 밀도가 높고 용량이 큰 진보된 광학 정보 기록 매체에 대한 음성 및 영상의 만족스러운 기록 및 재생을 수행하는 것을 가능케한다.
(168) 광 픽업 장치는 그 안에 광원, 상기 광원으로부터 방사된 발산광의 발 산각을 변화시키는 커플링 렌즈 및 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 커플링 렌즈를 통해 오는 광 플럭스를 수렴시키는 대물렌즈를 갖고, 광학 정보 기록 매체로부터 오는 빛을 감지함으로써 광학 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/재생을 수행하며, 상기 커플링 렌즈는 대물렌즈의 색수차를 보정하는 기능을 가지고, 반면 대물렌즈는 적어도 한 면 상에 비구면을 가지고 우수한 상 높이 특성을 얻기 위해서 다음 식을 만족한다;
1.1 ≤d1/f ≤3
여기서, d1은 축방향 렌즈 두께를 나타내고 f는 촛점 거리를 나타낸다.
(169) (168)에 기술된 대물렌즈에서는, 다음 식이 만족된다;
f/vd ≤0.060
여기서, vd는 아베수를 나타낸다.
(170) (168) 또는 (169)에 기술된 대물렌즈에서는, 다음 식이 만족된다;
1.40 ≤n
여기서, n은 사용되는 파장에서 굴절율을 나타낸다.
(171) (170)에 기술된 대물렌즈에서는, 다음 식이 만족된다.
1.40 ≤n ≤1.85
(172) (168) 또는 (171) 중 하나에 기술된 대물렌즈에서는, 다음 식이 만족된다;
0.40 ≤r1 / (n + f) ≤0.70
여기서, r1은 광원 쪽의 근축 곡률 반경(paraxial radius of curvature)을 나타낸다.
(173) (168)에 기술된 대물렌즈에서는, 복합 광학 시스템의 배율 m에 대해서 다음 식이 만족되는 것이 바람직하다.
0.05 ≤|m| ≤0.5 (m < 0)
더 바람직하게는, 0.1 ≤|m| ≤0.5 (m < 0)
여기서, m은 대물렌즈와 커플링 렌즈의 복합 광학 시스템의 배율을 나타낸다.
배율이 상기 상태식의 하한값 이상이면, 복합 광학 시스템은 크기가 컴팩트해질 수 있고, 상한값 이하이면, 커플링 렌즈의 수차가 더 좋게 된다.
(174) (168) 내지 (173) 중 하나에 기술된 대물렌즈에서는, 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되는 것이 바람직하다. 광 픽업 장치의 수렴 광학 시스템 상에 발생되는 구면수차의 보정에 관하여는, 광학 시스템의 구면수차가 "과도" 쪽이나 "부족" 쪽으로 변동할 때, 커플링 렌즈를 광축 방향으로 적절한 양만큼 이동시킴으로서 대물렌즈에 들어가는 광 플럭스의 발산각이 변화된다. 이 덕분에, 광학 시스템에 발생한 구면수차의 편차가 상쇄될 수 있다.
(175) (174)에 기술된 대물렌즈에서는, 광원의 진동 파장의 작은 변화에 의해 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되는 것이 바람직하다. 광원의 반도체 레이저의 진동 파장이 변동될 때 광 픽업 장치의 수렴 광학 시스템 상에 발생되는 구면수차 의 보정에 관하여는, 진동 파장이 표준 파장으로부터 변할 때 광학 시스템 상에 "과도" 또는 "부족" 구면수차가 발생된다. 대물렌즈에 들어가는 광 플럭스의 발산각은 커플링 렌즈를 광축 방향으로 적당량만큼 이동시킴으로서 변화된다. 이 덕분에, 광학 시스템 상에 발생된 구면수차의 편차가 상쇄될 수 있다.
(176) (174)에 기술된 대물렌즈에서는, 온도와 습도 변화에 의하여 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차가 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되는 것이 바람직하다. 온도나 습도가 변화할 때 광 픽업 장치의 수렴 광학 시스템 상에 발생되는 구면수차의 보정에 관하여는, 온도나 습도 변화에 의해 광학 시스템 상에 "과도" 또는 "부족" 구면수차가 발생될 때 대물렌즈에 들어가는 광 플럭스의 발산각은 커플링 렌즈를 광축 방향으로 적절량만큼 이동시킴으로서 변화된다. 이 덕분에, 광학 시스템에 발생된 구면수차의 편차는 상쇄될 수 있다.
(177) (174)에 기술된 대물렌즈에서는, 광학 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 작은 변화에 의해 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생하는 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되는 것이 바람직하다. 광학 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 오차에 의하여 광학 시스템에 발생되는 구면수차의 보정에 관해서는, 보호층이 더 두꺼운 것으로 나타나는 오차가 있으면, 광학 시스템에서 더 얇은 것으로 나타나는 "과도" 구면수차 오차가 있을 때 "부족" 구면수차가 발생된다. 이 경우에는, 대물렌즈에 들어가는 광 플럭스의 발산각은 커플링 렌즈를 광축 방향으로 적절량만큼 이동시킴으로서 변화된다. 이 덕분에, 광학 시스템에 발생된 구면수차의 편차는 상쇄될 수 있다.
(178) (174)에 기술된 대물렌즈에서는, 광원의 진동 파장의 작은 편차의 적어도 2 이상의 조합, 온도와 습도 변화 및 광학 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 작은 편차에 의해서 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생한 구면수차의 편차는 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서 보정되는 것이 바람직하다. 레이저 진동 파장의 작은 편차의 적어도 2 이상의 조합, 온도와 습도 변화 및 광학 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 작은 편차에 의해 광학 시스템 상에 발생되는 구면수차의 보정에 관해서는, 이 경우에서도, 대물렌즈를 들어가는 광 플럭스의 발산각은 커플링 렌즈를 광축 방향으로 적절한 양만큼 이동시킴으로서 변화된다. 이 덕분에, 광학 시스템 상에 발생된 구면수차의 편차가 상쇄될 수 있다.
또한 광학 시스템의 구면수차가 "과도" 쪽으로 변동할 때는 커플링 렌즈와 대물렌즈 간의 간격이 증가되도록 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시키고, 광학 시스템의 구면수차가 "부족" 쪽으로 변동할 때는 커플링 렌즈와 대물렌즈간의 간격이 감소되도록 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로서, 광학 시스템의 각 광학 면 상에 발생되는 구면수차의 편차가 보정되는 것이 바람직하다. 대물렌즈와 커플링 렌즈 간의 간격이 증가되도록 커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시키면, 발산광은 커플링 렌즈가 이동하기 전에 비해서 대물렌즈에 더 많이 들어가게 되고, 이것은 대물렌즈 상의 부족 구면수차를 발생시키는 것을 가능케한다. 따라서, 상기와 같은 이유로 광학 시스템 상에 과도 구면수차가 발생할 때, 커플링 렌즈가 적절량만큼 이동하여 대물렌즈와 커플링 렌즈 간의 간격을 증가시키면, 과도 구면수 차의 발생만을 상쇄시키는 것이 가능하다. 반대로, 커플링 렌즈가 광축 방향으로 이동하여 커플링 렌즈와 대물렌즈 간의 간격이 감소되면, 수렴된 빛은 커플링 렌즈의 이동 전에 비해서 대물렌즈로 더 많이 들어가고, 이것은 대물렌즈 상에 과도 구면수차를 발생시키는 것을 가능케한다. 따라서, 전술한 이유로 부족 구면수차가 발생될 때, 커플링 렌즈가 적절량만큼 이동하여 대물렌즈와 커플링 렌즈간의 간격을 감소시키면, 부족 구면수차의 발생을 상쇄시키는 것이 가능하다.
커플링 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 이동 장치를 포함하는 것이 또한 바람직하다. 실제 광 픽업 장치에서는, 재생 신호의 RF 신호가 모니터되는 동안 커플링 렌즈는 광학 시스템 상에 발생된 구면수차가 적절히 보정되도록 움직인다. 커플링 렌즈의 이동 장치로서, 음성 코일형 액추에이터와 압전 액추에이터를 사용하는 것이 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 회절면은 광학 요소의 면, 예를 들면 렌즈 면 상에 릴리프(relief)가 제공되고, 회절에 의해 광선의 각을 변화시키는 작용이 그 안에 주어진 구성(또는 면)을 의미하고, 한 광학 면에서 회절이 발생된 영역과 발생되지 않은 영역이 있을 때는 회절이 발생된 영역을 의미한다. 릴리프의 형상으로서는 예를 들어 광학 요소의 면 상에 광축 주위로 거의 동심의 링 밴드로서 형성되는 형상이고, 그 단면을 광축을 포함하는 면상에서 보면, 각각의 링 밴드는 톱니 형상처럼 형성되고, 그러한 형상이 포함되는 것으로 알려져 있다. 특히, 그러한 톱니 형상의 링 밴드 구조가 바람직하다.
본 명세서에서는, 대물렌즈는 좁은 의미로 광학 정보 기록 매체를 마주보고 가장 가까이 배열된 렌즈를 의미하는 것으로 가정하고, 광학 정보 기록 매체와 함께 로드되는 광 픽업 장치에서 광 수렴 기능을 하며, 넓은 의미로는 전술한 렌즈와 함께 적어도 그 광축 방향으로 액추에이터에 의해 구동될 수 있는 렌즈 그룹을 의미한다. 이 경우의 렌즈 그룹은 적어도 하나 이상의 렌즈들을 의미한다. 따라서, 본 명세서에서는, 광학 정보 기록 매체 측(상 측)의 대물렌즈의 개구수 NA는 광학 정보 기록 매체 쪽의 대물렌즈 상에 광학 정보 기록 매체에 가장 가깝게 위치한 렌즈 면으로부터 나오는 광 플럭스의 개구수 NA이다. 또한, 본 명세서에서 광학 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생에 필요한 상기 개구수는 각 광학 정보 기록 매체의 표준으로 규정된 개구수이거나 또는 각 광학 정보 기록 매체에 사용되는 광원의 파장에 따른 정보 기록 또는 재생에 필요한 스폿 지름을 얻을 수 있는 회절 제한 기능을 갖는 대물렌즈의 개구수이다.
본 명세서에서는, 수렴 광학 시스템은 적어도 한 대물렌즈를 포함하고 광원과 대물렌즈 사이에 배열되며 입사 광 플럭스를 거의 평행 광 플럭스로 형성하는 커플링 렌즈를 의미하는 것으로 정의된다(입사 발산광을 평행 광 플럭스로 형성하는 콜리메이터(collimator)를 포함함). 그러나 후술할 빔 확장기와 같은 적어도 통합 기능의 광학 요소의 집합, 그리고 상기 집합을 구성하는 광학 요소의 부분이 광축 방향을 따라 이동할 수 있는 집합, 그리고 상기 집합의 광학 요소 부분은 여기서의 수렴 광학 시스템에 포함되지 않는다. 이와 관련하여, 커플링 렌즈는 복수의 렌즈들로 구성될 수 있고, 그러한 렌즈들이 분리되어 있고 다른 광학 요소들이 그 사이에 삽입되는 구조가 또한 가능할 수 있다.
본 명세서에서는, 빔 확장기는 한 렌즈와 같은 적어도 그 광학 요소를 광축 방향을 따라 이동할 수 있고, 그에 의해서 방사된 광 플럭스의 발산각을 변화시킬 수 있으며(발산 작용, 수렴 작용 포함), 그에 의해 대체로 평행한 광 플럭스가 입사될 때, 대체로 평행한 광 플럭스가 방사될 수 있는 렌즈들(렌즈 그룹과 같은 광학 요소의 한 그룹)과 같은 광학 요소의 집합을 의미한다. 그러한 렌즈들과 같은 복수의 광학 요소들은 통합되고, 적어도 한 렌즈와 같은 광학 요소가 광축을 따라 이동할 수 있게 구성되면, 실제로 이동을 수행하는 이동 장치와 같은 구동 수단은 빔 확장기에 포함되지 않는 것이 바람직하다.
본 명세서의 빔 확장기에서는, 대체로 평행한 들어오는 광 플럭스의 지름이 "a"이고 대체로 평행한 나가는 광 플럭스의 지름이 "b"이면, a < b(빔 확장 시스템)인 경우와 a > b(빔 압축 시스템)인 경우가 모두 포함된다. 물론 a = b인 경우도 포함된다.
본 명세서에서는, 구면수차 및 축 색수차 변이 보정 수단은, 구면수차 변이 보정 수단과 축 색수차 보정 수단이 단일 수단에 의해 2개의 보정 기능을 모두 갖는 구조, 예를 들어 하나의 광학 요소 또는 그 집합(예를 들면 빔 확장기)을 의미하고, 그 예로는 특정한 아베수의 볼록렌즈와 오목렌즈로 구성된 빔 확장기 또는 회절구조를 갖는 면을 구비한 빔 확장기를 들 수 있다. 또한, 본 명세서에서는, 광 픽업 장치에 관한 발명에서는, 특별히 규정되지 않는 한, 촛점 거리는 광원에 사용되는 가장 짧은 진동 파장의 빛을 방출하는 광원의 진동파장에 대한 촛점 거리를 가리키는 것으로 정의된다.
본 명세서에서는, 광원의 진동 파장의 미세한 변화는 광원의 진동 파장 ±10nm의 범위 내의 파장 변화를 가리킨다. 또한, 본 명세서에서는, 각 종류의 수차의 (정밀한) 보정을 위해서는, 구면수차가 얻어질 때는 소위 회절 한계 성능(diffraction limit performance)으로 불리는 0.07 λrms이하인 것이 바람직하고(여기서 λ는 사용되는 광원의 진동 파장임), 또한 기계의 정확도를 고려할 때, 0.05 λrms이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 따르면, 다양한 광학 정보 기록 매체에 대한 각각의 적절한 스폿 크기들이 얻어질 수 있다.
본 명세서에서는, 광학 정보 기록 매체(광 디스크)로서는, 디스크 형상의 현재의 광학 정보 기록 매체와 차세대 광학 정보 기록 매체, 예를 들면 CD-R, CD-RW, CD-Video 및 CD-ROM과 같은 각 종류의 CD와 DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW 및 DVD-Video와 같은 각 종류의 DVD 또는 M이 포함된다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 투명 기판은 두께가 0인 경우, 즉 투명 기판이 존재하지 않는 경우도 또한 포함한다.
본 명세서에서는, 정보의 기록 및 재생은 상술한 바와 같은 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 정보를 기록하는 것과 정보 기록면 상에 기록된 정보를 재생하는 것을 의미한다. 본 발명의 광 픽업 장치는 단지 기록 또는 단지 재생만을 수행하는 장치가 될 수도 있고, 기록 및 재생을 모두 수행하는 장치가 될 수도 있다. 또한 광 픽업 장치는 몇몇 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 수행용, 그리고 그 밖의 광학 정보 기록 매체에 대한 재생 수행용 장치가 될 수도 있고, 몇몇 광학 정보 기록 매체에 대한 기록 또는 재생의 수행용, 그리고 다른 광학 정보 기 록 매체에 대한 기록 및 재생용 장치가 될 수도 있다. 이와 관련하여, 또한 여기서 사용되는 재생은 단지 정보의 판독만을 포함한다.
본 발명의 광 픽업 장치는 그것이 조립되는 각 종류의 플레이어 또는 드라이브 또는 AV 장치, 개인용 컴퓨터 또는 다른 정보 터미널 장치와 같은 오디오 및/또는 영상 기록 및/또는 재생 장치에 탑재될 수 있다.
본 발명에 따르면, 고 밀도 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 광 픽업 장치에서 구면 수차의 편차가 효율적으로 보정될 수 있다.
본 발명은 레이저 광원의 진동 파장 변화, 온도 및 습도 변화 및 광학 정보 기록 장치의 투명 기판의 두께 오차에 의해 광 픽업 장치의 각각의 광 면에 발생한 구면 수차의 편차가 단순한 구조에 의해 효율적으로 보정될 수 있는 수렴 광학 시스템 및 광 픽업 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 레이저 광원의 모드 홉핑에 의해 대물 렌즈 상에 발생한 축 색 수차를 효율적으로 보정될 수 있는 수렴 광학 시스템 및 광 픽업 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 단 파장의 레이저 광원 및 높은 개구수를 가지는 대물 렌즈가 제공되고, 다른 두께를 가진 투명 기판을 각각 구비하는 다수의 정보 기록 매체를 위한 정보의 기록 및/또는 재생이 수행될 수 있는 수렴 광학 시스템 및 광 픽업 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.
광 픽업 장치를 위한 대물 렌즈에 관하여, 본 발명은 큰 개구수 및 우수한 상 높이 특성을 가지는 단일의 렌즈인 비구면 대물 렌즈를 제공하는 것을 가능하게 한다. 특히, 0.75 이상의 개구수를 가지고 약 400 nm의 짧은 파장의 광원의 레이저를 구비하는 고 밀도 기록/재생 장치에 사용하기에 적합한 대물 렌즈를 제공할 수 있다. 또한, 중심 이탈에 대한 감도는 훌륭하게 되고, 비구면 수차 및 코마는 만족스럽게 보정된다.
또한, 광학 정보 기록 매체의 보호층의 두께가 약 0.1 mm만큼 얇고, 작동 거리가 짧을 수 있는 기록/재생 장치에 적합한 대물 렌즈를 제공하는 것이 가능하다.
공개된 실시예는 본 발명의 정신과 범주로부터 이탈하지 않으면서 당업자에 의해 변화될 수 있다.
본 발명의 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하는 광 픽업 장치는 광원, 상기 광원으로부터 방사된 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 수렴시켜서 광학 정보 기록 매체의 정보 재생 및/또는 기록을 수행할 수 있는 대물렌즈를 갖는 수렴 광학 시스템, 및 정보 기록면으로부터 반사된 광 플럭스를 수용하는 광 검출기를 갖는다. 수렴 광학 시스템은 적어도 하나의 플라스틱 렌즈와 수렴 광학 시스템의 구면수차의 편차(변이)를 보정하는 구면수차 편차(변이) 보정 요소(수단)를 갖는다. 대물렌즈의 상 측 개구수는 0.65 이상이다(바람직하게는 0.75 이상이다).
광원은 고밀도 광학 정보 기록 매체에 적용될 수 있도록 500nm이하의 파장인 반도체 레이저 다이오드인 것이 바람직하다. 파장이 그러한 단파장이면, 본 발명 의 효과가 두드러지기 때문에 바람직하다.
수렴 광학 시스템은 콜리메이터 렌즈와 같은 커플링 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 커플링 렌즈는 하나의 렌즈 또는 하나의 렌즈 그룹으로 구성될 수도 있고 또는 복수의 렌즈나 복수의 렌즈 그룹을 포함할 수도 있다. 또한, 수렴 광학 시스템은 광원으로부터 방사된 파장 λ의 광 플럭스를 파면 수차가 0.07 λrms이하인 상태에서 광학 정보 기록 매체의 미리 정해진 개구수 범위 내에서 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 수렴시킬 수 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 수렴 광학 시스템은 0.05 λrms이하인 상태에서 광 플럭스를 수렴시킬 수 있다.
대물렌즈는 하나의 렌즈 또는 하나의 렌즈 그룹으로 구성될 수도 있고 또는 복수의 렌즈나 복수의 렌즈 그룹을 포함할 수도 있다. 비용과 탑재 정확성 측면에서 볼 때, 대물렌즈는 단일 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 대물렌즈는 적어도 하나의 비구면을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 광 픽업 장치는 정보 기록면으로부터 반사된 빛을 감지하는 픽업 장치에 적용될 수 있고 정보를 재생 및/또는 기록한다.
광 검출기는 반사된 빛을 감지하는 검출기이고, 바람직하게는 PDIC와 같은 광학 신호를 전자 신호로 변환하는 요소가 사용된다.
수렴 광학 시스템에 제공되는 플라스틱 렌즈는 대물렌즈, 또는 콜리메이터 렌즈와 같은 커플링 렌즈, 또는 구면수차 편차 보정 요소를 구성하는 렌즈, 또는 축 색수차 보정 요소를 구성하는 렌즈, 또는 그 밖의 렌즈가 될 수 있다. 물론, 수렴 광학 시스템의 모든 렌즈가 플라스틱으로 만들어질 수도 있다.
구면수차 편차(변이) 보정 요소는 하나의 광학 요소로 구성될 수도 있고, 또는 둘 이상의 광학 요소를 가질 수도 있다.
또한, 구면수차 편차(변이) 보정 요소에 의해 보정되는 수렴 광학 시스템의 구면수차 편차(변이)의 예로서는, 다음과 같은 예를 들 수 있다.
첫번째 예는 온도 및/또는 습도 변화에 의해 수반되는 구면수차의 편차(변이)이다. 예를 들면, -30 내지 +85℃ 의 온도, 5% 내지 90% 의 습도 사이의 환경 변화에 따른 적어도 하나의 광학 요소의 형상(특히 플라스틱으로 형성된 광학 요소) 및 굴절율의 변화에 의하여 수반되어 발생하는 구면수차의 변이이다. 두번째 예는 광원의 파장 편차(변이) 및/또는 광원의 파장의 제조 오차로 수반되는 구면수차의 편차(변이)이다. 이와 관련하여, 여기서 사용되는 [파장 편차(변이)]는 광 픽업 장치의 광원의 파장이 온도, 습도 또는 시간의 변화에 수반되어 약 -10nm 내지 +10nm 정도로 미세하게 변하는 것을 의미하고, [파장의 제조 오차]는 광원의 생산 시점에서 각 광원에 대한 편차로 인한 파장의 오차를 의미한다. 세번째 예는 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 편차(변이)로 수반되는 구면수차의 편차(변이)이다. 투명 기판의 두께의 편차(변이)는 한 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 작은 변화(바람직하게는 100㎛미만)를 포함하고, 또한 적어도 두 종류의 광학 정보 기록 매체 사이의 투명 기판의 두께의 차이를 포함하며, 바람직하게는 전자를 의미한다. 네번째 예는 렌즈와 같은 수렴 광학 시스템의 광학 요소의 제조 오차(예를 들어, 면의 형성 오차나 광축 상의 두께 오차)에 의해 발생되는 구면수차의 편차(변이)이다. 구면수차 편차 보정 요소가 네번째 예의 구면수차를 보 정할 수 있으면, 제조 정밀도를 아주 엄격하게 할 필요가 없고, 렌즈 생산성이 증대될 수 있다.
첨언하면, 온도가 올라가면, 일반적으로 굴절렌즈의 경우에 정보 기록면 상에 구면수차가 발생되고, 반면 온도가 떨어질 때는, 부족 보정된 구면수차가 발생된다. (그러나 두 렌즈를 갖는 대물렌즈가 사용되면, 부족 보정된 구면수차가 온도가 상승할 때 종종 발생한다.) 습도가 올라가면, 일반적으로 굴절 렌즈의 경우에 정보 기록면 상에 부족 보정된 구면수차가 발생되고, 반면 습도가 떨어지면 과도 보정된 구면수차가 발생된다. 광원의 파장이 길게되면, 일반적으로 굴절 렌즈의 경우에 정보 기록면 상에 과도 보정된 구면수차가 발생되고, 반면 광원의 파장이 짧으면, 부족 보정된 구면수차가 발생된다. 또한 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 증가하면, 일반적으로 굴절 렌즈의 경우에 정보 기록면 상에 과도 보정된 구면수차가 발생되고, 반면 투명 기판의 두께가 감소하면, 부족 보정된 구면수차가 발생된다.
또한, 구면수차 편차 보정 요소는 0.07 λrms부터 0.2 λrms까지의 구면수차를 0.07 λrms이하로 보정할 수 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 0.07 λrms부터 0.5 λrms까지의 구면수차를 0.07 λrms이하로 보정할 수 있다.
구면수차 편차(변이) 보정 요소는 광축 방향으로 이동 가능한 이동 가능 요소를 가질 수도 있고 또는 단지 하나의 고정된 요소로 구성될 수도 있다. 또한 구면수차 편차 보정 요소는 이동 가능 요소와 고정 요소의 조합으로 될 수도 있다.
구면수차 편차(변이) 보정 요소가 이동 가능 요소를 갖는 모드를 아래 기술 하겠다. 이동 가능 요소를 갖는 경우에는, 이동 가능 요소가 광축 방향으로 이동하면, 이동 가능 요소는 광축 방향으로 이동함으로서 출구 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시킬 수 있고, 구면수차의 편차(변이)가 보정된다. 이와 관련하여, 이동 가능 요소는 바람직하게는 렌즈나 렌즈 그룹이다. 더 바람직하게는, 이동 가능 요소는 플라스틱 렌즈를 갖는다. 구면수차 편차 보정 요소가 이동 가능 요소와 함께 고정 요소를 가지면, 고정 요소 역시 플라스틱 렌즈를 가질 수도 있다. 또한 바람직하게는, 이동 가능 요소는 적어도 한 면 상에 비구면을 가지는 비구면 렌즈를 가진다. 그것은 두개의 비구면을 가지는 렌즈가 될 수 있다. 이동 가능 요소와 함게 고정 요소를 가질 때에는 고정 요소는 또한 비구면을 가질 수 있다. 또한, 광 픽업 장치는 바람직하게는 이동 가능 요소를 광축 방향으로 이동시키는 이동 장치를 갖는다. 예를 들면, 음성 코일 액추에이터나 압전 액추에이터가 이동 장치로 사용될 수 있다.
이동 가능 요소를 갖는 첫번째 예는 수렴 광학 시스템이 커플링 렌즈를 가지고, 커플링 렌즈를 구성하는 렌즈 그룹의 적어도 한 렌즈 그룹은 구면수차 편차(변이) 보정 요소의 이동 가능 요소인 예이다. 커플링 렌즈는 하나 또는 복수의 렌즈 그룹으로 구성되고, 하나의 렌즈 그룹은 하나 또는 복수의 렌즈로 구성된다. 첨언하면, 본 발명의 "렌즈 그룹"에 관해서는, 광축 방향으로 이동하는 렌즈의 경우에는 동일하게 이동하는 하나의 렌즈 또는 한 세트의 복수의 렌즈가 하나의 렌즈 그룹으로 여겨지고, 광축 방향으로 이동하지 않는 렌즈의 경우에는 인접 렌즈들과 접촉한 하나의 렌즈 또는 한 세트의 복수의 렌즈가 한 렌즈 그룹으로 여겨진다. 따 라서, 광축 방향으로 이동하지 않는 두개의 렌즈가 서로 떨어져 있을 때는 이러한 렌즈들은 서로 다른 렌즈 그룹으로 여겨진다.
첫번째 예의 한 예를 보이겠다. 수렴 광학 시스템은 적어도 2 렌즈 그룹을 갖는 커플링 렌즈를 가지고, 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 2 렌즈 그룹 중 적어도 하나의 렌즈 그룹은 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 첨언하면, 커플링 렌즈를 구성하는 모든 렌즈 그룹이 광축 방향을 따라 이동할 수도 있고, 또는 광축 방향으로 이동하지 않는 하나 또는 복수의 렌즈 그룹이 고정 요소로서 사용될 수도 있다. 그 예는 도40에 도시되었다.
이와 관련하여, 도40에 도시된 렌즈들에서는, 커플링 렌즈는 2 그룹의 2 요소(렌즈)로 구성된다. 볼록렌즈는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 물론, 예1-1에서는, 커플링 렌즈의 한 렌즈 그룹은 하나의 렌즈나 복수의 렌즈로 구성될 수도 있다. 또한, 한 렌즈 그룹에서는, 복수의 렌즈들이 접합될수도 또는 접합되지 않을 수도 있다. 또한 예1-1에서는, 2 렌즈 그룹으로 구성된 커플링 렌즈는 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹으로 구성될 수도 있고, 또는 볼록렌즈 그룹과 볼록렌즈 그룹으로 구성될 수도 있다. 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹으로 구성된 커플링 렌즈의 경우에는, 볼록렌즈 그룹은 이동 가능 요소일 수도 있고 또는 오목렌즈 그룹이 이동 가능 요소일 수도 있다. 이와 관련하여, 커플링 렌즈는 플라스틱 렌즈를 가지는 것이 바람직하다. 특히, 이동 가능 요소는 바람직하게는 플라스틱 렌즈를 가진다. 또한, 커플링 렌즈는 바람직하게는 비구면 렌즈를 가진다. 특히, 이동 가능 요소는 바람직하게는 비구면 렌즈를 갖는다.
예1-1에서는, 커플링 렌즈가 두 렌즈 그룹으로 구성되면, 정보 기록면 상에 과도 보정된 편차에서 구면수차가 변화하면, 커플링 렌즈의 두 그룹간의 간격이 줄어들도록 이동 가능 요소를 이동시키는 것이 바람직하고, 정보 기록면 상에 부족 보정된 편차에서 구면수차가 변화하면 커플링 렌즈의 두 그룹 간의 간격이 연장되도록 이동 가능 요소를 이동시키는 것이 바람직하다.
다음에는, 첫번째 예의 또 다른 예(예1-2)를 소개한다. 이번 모드에서도 또한, 커플링 렌즈는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 수렴 광학 시스템의 커플링 렌즈는 단지 하나의 렌즈 그룹으로 구성되고, 커플링 렌즈의 하나의 렌즈 그룹은 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 그 예가 도62에 도시되었다.
이와 관련하여, 도62에 도시된 커플링 렌즈에서는, 커플링 렌즈는 한 그룹의 한 요소로 구성되고, 상기 요소는 볼록렌즈이며, 상기 볼록렌즈는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 물론 예1-2에서는, 커플링 렌즈의 하나의 렌즈 그룹은 한 렌즈로 구성될 수도 있고, 또는 복수의 렌즈로 구성될 수도 있다. 또한, 한 렌즈 그룹에서는, 복수의 렌즈들이 접합될 수도 있고, 또는 접합되지 않을 수도 있다. 이와 관련하여, 커플링 렌즈는 플라스틱 렌즈를 가지는 것이 바람직하다. 또한 커플링 렌즈는 비구면 렌즈를 갖는 것이 바람직하다.
예1-2에서는, 다음 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
0.05 ≤|m| ≤0.5 (m < 0)
m: 대물렌즈와 커플링 렌즈가 조합된 시스템의 배율.
다음 조건식을 만족하는 것은 더욱 바람직하다.
0.1 ≤|m| ≤0.5 (m < 0)
예1-2에서는, 구면수차가 정보 기록면 상에서 과도 보정된 방향으로 변화할 때는, 커플링 렌즈와 대물렌즈 간의 거리를 연장시키도록 커플링 렌즈를 이동시키는 것이 바람직하고, 반면 구면수차가 정보 기록면 상에서 부족 보정된 방향으로 변화할 때는, 커플링 렌즈와 대물렌즈간의 거리를 감소시키도록 커플링 렌즈를 이동시키는 것이 바람직하다.
이동 가능 요소를 갖는 첫번째 예에서 더 바람직한 실시예를 아래에 소개한다. 광원의 파장은 500nm이하이고, 커플링 렌즈의 적어도 한 렌즈는 링 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 가지고, 회절면을 갖는 렌즈는 플라스틱 렌즈이며, 이동 가능 요소는 플라스틱 렌즈이고 대물렌즈는 플라스틱 렌즈이다.
다음으로, 이동 가능 요소를 갖는 두번째 예를 소개한다. 수렴 광학 시스템은 커플링 렌즈를 가지고, 적어도 하나의 볼록렌즈를 갖는 볼록렌즈 그룹과 적어도 하나의 오목렌즈를 갖는 오목렌즈 그룹을 가지며, 상기 커플링 렌즈와 대물렌즈 사이에서, 상기 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹의 적어도 하나는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 또한, 그 한 예가 도1에 도시되었다.
두번째 예에서는, 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹은 각각 하나의 렌즈로 구성될 수도 있고 또는 복수의 렌즈로 구성될 수도 있다. 또한, 각각의 렌즈 그룹에는, 복수의 렌즈가 접합될수도 있고 접합되지 않을 수도 있다. 이와 관련하여, 볼록렌즈 그룹 또는 오목렌즈 그룹은 플라스틱 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 더 바 람직하게는, 이동 렌즈 그룹이 플라스틱 렌즈를 갖는다. 또한, 볼록렌즈 그룹이나 오목렌즈 그룹이 비구면 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 이동 렌즈 그룹이 비구면 렌즈를 갖는다.
또한, 두번째 예에서는, 수렴 광학 시스템이 빔 확장기를 가질 수도 있고, 상기 빔 확장기는 또한 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹을 가질 수도 있다. 물론, 이 경우에도 역시, 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹의 적어도 하나는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다. 빔 확장기는 이동 가능 요소를 이동시키는 이동 장치를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 음성 코일 액추에이터나 압전 액추에이터가 이동 장치로 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 도1에 도시된 광학 시스템에서는, 양의 굴절력을 갖는 커플링 렌즈는 한 그룹의 한 요소로 구성되고, 상기 한 요소는 볼록렌즈이고, 빔 확장기가 커플링 렌즈와 대물렌즈 사이에 제공되며, 상기 빔 확장기는 하나의 오목렌즈와 하나의 볼록렌즈로 구성되고, 상기 오목렌즈는 구면수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소이다.
두번째 예에서는, 다음 조건식이 만족되는 것이 바람직하다.
| fP/fN | ≥1.1
*fP: 볼록렌즈 그룹의 촛점 거리(볼록렌즈 그룹이 회절면을 가지면, fP는 굴절력과 회절력이 함께 조합된 전체 촛점 거리이다)
fN: 오목렌즈 그룹의 촛점 거리(오목렌즈 그룹이 회절면을 가지면, fN은 굴 절력과 회절력이 함께 조합된 전체 촛점 거리이다)
더 바람직하게는, | fP/fN | ≥1.2
보다 바람직하게는, 2.0 ≥| fP/fN | ≥1.2
보다 더 바람직하게는, 2.0 ≥| fP/fN | ≥1.3.
빔 확장기가 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹을 포함하는 두 렌즈 그룹으로 구성되는 예2에서는, 구면수차가 정보 기록면 상의 과도 보정된 편차에서 변화하면, 빔 확장기의 두 렌즈 그룹 간의 거리를 감소시키도록 이동 가능 요소를 이동시키는 것이 바람직하고, 반면 구면수차가 정보 기록면 상의 부족 보정된 편차에서 변화하면, 빔 확장기의 두 렌즈 그룹 간의 거리를 연장하도록 이동 가능 요소를 이동시키는 것이 바람직하다.
첨언하면, 이동 가능 요소를 갖는 두번째 예의 바람직한 실시를 아래에 소개한다. 광원의 파장은 500nm이하이고, 볼록렌즈 그룹 또는 오목렌즈 그룹 중 적어도 하나의 렌즈는 링 형상의 회절 구조를 갖는 회절면을 가지며, 회절면을 갖는 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 이동 가능 요소는 플라스틱 렌즈이고 대물렌즈는 플라스틱 렌즈이다.
다음으로, 구면수차 편차 보정 요소가 이동 가능 요소를 갖지 않고 단지 광축 방향으로 이동하지 않는 고정 요소만을 가질 경우를 기술한다. 고정 요소는 광축에 수직한 방향으로 굴절률 분포가 변화하는 요소로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 액정 요소가 주어진다. 굴절률 분포가 변화하는 바람직한 고정 요소의 예를 아래에 소개한다.
도63은 예1를 도시한다. 도63에 도시된 바와 같이, 대물렌즈와 콜리메이터 렌즈 사이에는, 굴절률 분포가 변화하는 굴절률 분포 변화 요소(21)가 배열된다.
굴절률 분포 변화 요소(21)로서는, 예를 들면, 서로 전기적으로 연결되고 광학적으로 투명한 전극 층(a, b 및 c)과 상기 전극 층(a, b 및 c)으로부터 전기적으로 절연되고 가해진 전압에 따라서 굴절률 분포가 변화하는 굴절률 분포 변화 층(d 및 e)이 번갈아가며 씌워져 있는 요소를 사용하는 것이 가능하고, 광학적으로 투명한 전극 층(a, b 및 c)은 복수의 영역으로 분할된다.
도63에서, 구면수차의 편차가 감지되면, 굴절률 분포 변화 층(d 및 e)의 굴절률이 위치에 따라 변화되도록 굴절률 분포 변화 요소(21)의 구동 수단(22)에 의해 전극 층(a, b 및 c)상에 전압이 가해지고, 굴절률 분포 변화 요소(21)로부터 방사된 빛의 상태는 구면수차의 편차가 0이 되도록 제어된다.
도64는 또 다른 굴절률 분포 변화 요소의 예를 도시한다. 도64의 굴절률 분포 변화 요소(23)는 광축에 수직한 판 상의 임의의 X방향의 순서로 액정 분자들이 배열된 액정 요소(23a)와 광축에 수직한 판 상의 X방향에 수직한 Y방향의 순서로 액정 분자들이 배열된 액정 요소(23b)를 구비한다. 액정 요소(23a)와 액정 요소(23b)는 유리 기판(glass base board)(23c)의 중간물과 함께 번갈아가며 씌워지고 1/2 파장판(23d)은 내부 유리 기면(23c)사이에 배열된다.
도64에서, 구면수차의 편차가 감지되면, 굴절률 분포 변화 요소(23)의 각 액정 요소(23a)와 액정 요소(23b) 모두에 구동 수단(22)으로 전압을 가하고, 그에 의해 굴절률 분포 변화 요소(23)로부터 방사된 빛의 X방향 성분과 Y방향 성분을 독립 적으로 제어함으로써, 구면수차의 편차가 보정된다.
도63과 도64에 각각 도시된 굴절률 분포 변화 요소(21)와 굴절률 분포 변화 요소(23)는 이동 가능 요소를 갖지 않고 기계적으로 간단한 구조를 갖는 수렴 광학 시스템을 구성하는 것을 가능케한다.
또한, 수렴 광학 시스템은 수렴 광학 시스템의 축 색수차를 보정하는 축 색수차 보정 요소를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 수렴 광학 시스템이 플라스틱 렌즈를 갖는 경우, 특히 대물렌즈가 플라스틱 렌즈인 경우에는, 축 색수차의 문제가 두드러지게 되고, 수렴 광학 시스템은 축 색수차 보정 요소를 갖는 것이 바람직하다. 또한 광원 파장이 500nm이하인 경우에는, 축 색수차가 더 커지기 때문에 축 색수차 보정 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 축 색수차 보정 요소와 구면수차 편차 보정 요소는 동일한 광학 요소나 부재로 구성될 수도 있고, 또는 다른 광학 요소나 부재로 구성될 수도 있다. 축 색수차 보정 요소와 구면수차 편차 보정 요소 중 하나는 다른 하나에 통합될 수도 있다. 또한, 구면 수차 편차 보정 요소의 부분과 축 색수차 보정 요소의 부분은 동일한 광학 요소가 될 수도 있다. 또한, 축 색수차 보정 요소는 하나의 광학 요소로 구성될 수도 있고, 또는 2 이상의 광학 요소를 가질 수도 있다.
축 색수차 보정 요소가 하나의 볼록렌즈를 갖는 적어도 하나의 볼록렌즈 그룹(하나의 렌즈 또는 복수의 렌즈 포함)과 하나의 오목렌즈를 갖는 적어도 하나의 오목렌즈 그룹(하나의 렌즈 또는 복수의 렌즈 포함)을 포함하는 경우에는, 다음 조건이 만족되는 것이 바람직하다.
vdP > vdN
vdP: 수렴 광학 시스템의 모든 볼록렌즈들의 d 라인의 아베수의 평균
vdN: 수렴 광학 시스템의 모든 오목렌즈들의 d 라인의 아베수의 평균
더 바람직하게는, 다음 조건이 만족된다.
vdP > 55
vdN < 35
또한, 구면수차 편차 보정 요소가 이동 가능 요소를 갖는 상기 두번째 예의 경우에는, 축 색수차 보정 요소로서, 다음 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
Δdㆍ| fP/fN | / Δvd ≤0.05
Δd : 정보가 기록되거나 재생될 수 있는 임의의 한 광학 정보 기록 매체의 한 정보 기록면에 대해서 정보가 기록되거나 재생될 때, 이동 가능 요소의 이동량(mm),
fP: 볼록렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(이와 관련하여, 회절면이 볼록렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 혼합된 총 촛점 거리임),
fN: 오목렌즈 그룹의 촛점 거리(mm)(이와 관련하여, 회절면이 오목렌즈 그룹에 제공될 때, 굴절력과 회절력이 혼합된 총 촛점 거리임),
Δvd: 볼록렌즈 그룹과 오목렌즈 그룹에서, 볼록렌즈의 아베수의 최대값과 오목렌즈의 아베수의 최소값 사이의 차이.
말하자면, Δd를 다음과 같이 정의하는 것이 바람직하다.
Δd: 기준 온도(바람직하게는, 15-35°C 범위내의 온도)로부터 30°C의 온도 상승에 의해 발생된 구면 수차의 편차를 0.05 λrms 이하까지 보정하기 위해 필요한 이동 가능 요소의 이동량(mm).
또한, 구면 수차 편차 보정 요소가 이동 요소를 축 색 수차 보정 요소로서 구비하는 상기 제2 예의 경우에 다음 조건식이 만족되는 것이 바람직하다.
Δd ㆍ｜fP/fN｜≤0.5
또한, 축 색 수차 보정 요소가 링-모양의 회절 구조를 구비하는 회절면을 가지는 것이 바람직하다. 그것은 축 색 수차가 아베 수의 조정을 통해 보정되는 경우와 비교해서 보정이 더욱 강하게 수행될 수 있으므로 바람직하다. 회절면은 대물 렌즈, 커플링 렌즈, 다른 렌즈 또는 렌즈와 다른 광학 요소에 제공될 수 있다. 물론, 회절면은 구면 수차 편차 보정 요소에 구비된 광학 요소에 제공될 수도 있다. 또한, 회절면은 렌즈의 일 측 또는 양 측에 제공될 수도 있다. 회절면과 함께 제공된 광학 성분은 축 색 수차 보정 요소가 될 수도 있다.
또한, 축 색 수차 보정 요소가(오직 하나의 렌즈 또는 다수의 렌즈를 가지는)적어도 하나의 볼록 렌즈를 구비하는 볼록 렌즈의 그룹, (오직 하나의 렌즈 또는 다수의 렌즈를 가지는) 적어도 하나의 오목 렌즈를 구비하는 오목 렌즈의 그룹 및 적어도 하나의 회절면을 가지는 경우에, 수렴 광학 시스템의 모든 볼록 렌즈 각각에 대한 d-선의 수가 70이하이고 수렴 광학 시스템의 모든 오목 렌즈 각각에 대한 d-선의 수가 40이상인 것이 바람직하다.
회절면을 구비하는 축 색 수차 보정 요소가 제공되는 경우, "a"는 광원의 파장이(바람직하게는 -10nm 부터 +10nm)변할때 (대물 렌즈 및 다른 광학 요소를 가지 는)수렴 광학 시스템의 굴절률 분산에 의해 발생된 축 색 수차를 나타내고, "b"는 수렴 광학 시스템의 굴절률 분산및 회절면 모두에 의해 발생된 축 색 수차의 총량을 나타낸다고 한다면 다음 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다.
｜a｜＞｜b｜
또한, 광원의 파장이 변할 때 회절면이 대물 렌즈에 의해 발생한 축 색 수차를 억제하는 것이 바람직하다. 특히, 파장이 -10 nm 내지 +10 nm 에서 약간 변할 때 축 색 수차가 억제되는 것이 바람직하다. 또한, 광원의 파장이 변할 때, 회절면에 의해 발생한 축 색 수차와 수렴 광학 시스템의 굴절률 분산에 의해 발생한 축 색 수차가 대부분(바람직하게는, 완전히) 서로 상쇄되는 것이 바람직하다. 또한, 광원의 파장이 증가할 때 회절면은 후방 초점을 짧게 만드는 파장 특징을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 회절면이 광원의 파장이 변할 때 수렴 광학 시스템의 굴절률 분산에 의해 발생한 구면 수차가 기준 파장의 경우의 수렴 광학 시스템의 구면 수차에 접근하도록 만들어 질 수 있도록 구면 수차를 보정하는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로, 광원의 파장이 증가할 때 회절면에 의해 발생한 부족 보정된 구면 수차가 수렴 광학 시스템의 굴절률 분산에 의해 발생한 과도 보정된 구면 수차를 보정하는 것이 바람직하다. 광원의 파장이 변할 때 회절면에 의해 발생된 구면 수차와 수렴 광학 시스템의 굴절률 분산에 의해 발생된 구면 수차가 대부분(바람직하게는, 완전히) 서로 상쇄되는 것이 또한 바람직하다. 광원의 파장이 증가할 때, 회절면이 구면 수차를 부족 보정되게 만드는 구면 수차 특징을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 회절면이 다른 차수 회절 광선의 양보다 큰 n차의 회절 광선(n 은 0, ±1 이외의 정수)의 양을 발생하는 것이 바람직하다.
또한, 축 색 수차 보정 요소가 다음의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
P2 < P1 < P3
P1: 광원의 파장에서 축 색 수차 보정 요소의 근축력이다.
P2: 광원의 파장보다 10 nm 짧은 파장에서 축 색 수차 보정 요소의 근축력이다.
P3: 광원의 파장보다 10 nm 긴 파장에서 축 색 수차 보정 요소의 근축력이다.
축 색 수차 보정 요소가 회절면을 가질 때, 상기에 언급된 각각의 근축력이 근축 굴절력 및 근축 회절력이 결합된 전체 근축력이 된다.
대물 렌즈가 하나의 렌즈로 구성될 때, 다음 조건식이 만족된는 것이 바람직하다.
1.1 ≤d1/f ≤ 3
d1: 대물 렌즈의 축 방향 렌즈 두께
f: 대물 렌즈의 초점 거리
더욱 바람직하게는, 1.2 ≤d1/f ≤ 2.3 및 더욱 바람직하게는, 1.4 ≤d1/f ≤ 1.8
상기 언급된 조건은 필요한 개구수가 0.65 이상인 오직 광학 정보 기록 매체 또는 매체를 위한 재생 또는 기록에 사용되는 광 픽업 장치의 대물 렌즈에 특히 적절하다.
또한, 대물 렌즈는 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 요소의 재료로서, 다음이 바람직한 재료로 열거된다. 또한 광학 요소, 특히 구면 수차 편차 보정 요소로 구성된 이동 가능 요소 또는 대물 렌즈는 다음 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 비중이 2.0 이하인 재료. 포화 수분 흡수 비율가 0.5 % 이하인 재료. 광원의 파장의 빛을 위한 그 물질의 내부 투과율은 3 mm의 두께에서 85 % 이상인 재료. 플라스틱은 상기 조건 중 하나 또는 그 이상을 만족시킨다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는 오직 한 가지 종류의 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하거나, 두 종류 이상의 상이한 광학 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 또한 수행할 수 있도록 만들어질 수 있다,
예를 들면, 광 픽업 장치가 2종류의 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 수행할 수 있을 때, 광 픽업 장치는 제1 광학 정보 매체의 재생 및/또는 기록을 수행하기 위한 λ1의 파장의 제1 광 플럭스를 방출하는 제1 광원과 제2 광학 정보 매체의 재생 및/또는 기록을 수행하기 위한 λ2 (λ1 ≠ λ2)의 파장의 제2 광 플럭스를 방출하는 제2 광원를 가지는 것이 바람직하다. 수렴 광학 시스템은 제1 광학 정보 기록 매체의 정보가 기록 및/또는 재생될 수 있도록 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 제1 광 플럭스의 적어도 일부를 수렴시키고, 제2 광학 정보 기록 매체의 정보가 기록 및/또는 재생될 수 있도록 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상의 제2 광 플럭스의 적어도 일부를 수렴시킨다.
이와 관련하여, 상이한 다른 종류의 광학 정보 기록 매체는 정보의 기록 밀 도가 다르고 기록 및/또는 재생을 위한 필요한 개구수가 다르고 정보의 기록 및/또는 재생에 사용되는 파장이 다르고 투명 기판의 두께가 다른 케이스 또는 이러한 케이스의 조합을 포함한다. 바람직한 예로서, λ1 < λ2 이고, 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록 밀도가 제2 정보 기록 매체의 밀도보다 크고, 제1 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께가 제2 정보 기록 매체의 투명 기판 두께보다 얇고, 제1 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 위한 필요한 개구수가 제2 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 위한 필요한 개구수보다 큰 조합이 열거된다.
특히, 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 투명 기판의 두께가 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 투명 기판의 두께와 다를 때, 구면 수차 편차 보정 요소은 제1 투명 기판의 두께와 제2 투명 기판의 두께의 차이로 인해 발생한 구면 수차의 변이를 보정할 수 있다.
하나의 광 픽업 장치에 의해 2종류의 다른 광학 정보 기록 매체를 기록 및/또는 재생하기 위한 구조로서 여러 모드가 적용될 수 있다.
제1 예로서, 구면 수차 편차 보정 요소의 이동 가능한 요소를 가지는 구면 수차 편차 보정 요소가 사용되는 모드가 열거된다. 구면 수차 편차 보정 요소의 이동 가능한 요소가 광축 방향으로 이동될 때, 대물 렌즈로 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각은 변하고, 두 종류의 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께의 차이에 의해 발생한 구면 수차의 편차가 보정되고, 정보가 기록 및/또는 재생되도록 광 플럭스는 각 정보 기록면 상에 수렴된다.
제2 예는 회절면이 사용되는 모드이다. 회절면은 수렴 광학 시스템 안의 광학 요소에 제공되고, 두 광원의 파장 차이에 의한 회절된 빛의 초점 위치의 차이를 이용함으로써 두 종류의 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께의 차이에 의해 발생한 구면 수차의 편차가 보정되고, 정보가 기록 및/또는 재생되도록 광 플럭스는 각 정보 기록면 상에 수렴된다. 회절면은 커플링 렌즈 또는 대물 렌즈에 제공될 수 있고 다른 광학 요소에 또한 제공될 수 있다.
제3 예는 광축 주위에 동심의 원형으로 형성된 적어도 3개의 분할된 면을 구비하는 대물 렌즈와 같은 광학 성분이 사용되는 모드이다. 광축에 가장 근접한 분할 면이 제 1 분할 면이고, 그 바깥 분할 면이 제2 분할 면이고, 그 바깥 분할 면이 제3 분할면일 때, 제1 분할 면 및 제3 분할 면을 통과한 광 플럭스는 정보가 기록 및/또는 재생되도록 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴된다. 한편, 제1 분할 면 및 제2 분할 면을 통과하는 광 플럭스는 필요한 소정의 개구수가 제1 광학 정보 기록 매체보다 작은 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴됨으로써 정보가 기록 및/또는 재생될 수 있다.
말하자면, 제3 분할면의 바깥에 하나 또는 복수의 분할면이 더 제공될 수 있다.
제4 예는 대물 렌즈가 굴절 효과를 통하여 투사 광을 k (k ≥3)의 양의 링-모양의 광 플럭스(이 경우, 광축 측으로부터 바깥 측으로 순서대로 (1차, 2차, ... k차 광 플럭스)로 분할하는 링-모양 스텝부를 적어도 한 면에 구비하고, 1차 및 k차 광 플럭스에 의해 만들어진 최상의 상 면의 위치의 1차 및 k차 광 플럭스의 파면 수차의 구면 수차 성분이 0.07 λ1 rms 이하이고, 2차로부터 (k-1)차 플럭스 사이의 적어도 두 광 플럭스가 1차 및 k차 광 플럭스에 의해 만들어진 최상의 상 면의 위치와 다른 위치에서 또렷한 최상의 상 면의 위치를 형성하고, 1차 및 k차 광 플럭스에 의해 만들어진 최상의 상 면의 위치에서 제1 광학 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생에 필요한 대물 렌즈의 상 측 상에 지정된 개구수를 통과하는 1차로부터 k차 까지의 광 플럭스의 각각의 빛의 파면 수차가 거의 mi λ1(mi 는 정수이고 i=1, 2, ..., k)인 실시예이다.
또한, 상기 4가지의 예의 둘 또는 그 이상이 조합될 수 있다. 위 4가지 예 모두에서, 파장 λ1의 제1 광원의 광 플럭스가 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴될 때, 제1 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 소정의 개구수 안에서 정보 기록면 상의 파면 수차가 0,07 λ1 rms 이하인 것이 바람직하고, 0.05 λ1 rms 이 더욱 바람직하다. 또한, 파장 λ2의 제2 광원의 광 플럭스가 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴될 때, 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 소정의 개구수 안에서 정보 기록면의 파면 수차가 0,07 λ2 rms 이하인 것이 바람직하고, 0.05 λ2 rms 이 더욱 바람직하다.
제1 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 소정의 개구수 NA1이 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 소정의 개구수 NA2보다 클 때, 그리고 λ2의 파장을 가지는 제2 광원의 광 플럭스가 제2 광학 정보 기록 매체의 상 기록 면 상에 수렴될 때, NA2 안의 광 플럭스가 정보 기록면 상의 파면 수차가 0.07 λ2 rms 이하가 되도록 수렴되고, NA1 안의 광 플럭스가 정보 기록면 상의 파면 수차가 0.07 λ2 rms 를 초과하도록 수렴되는 것이 바람직하다. NA2 안에서 0.05 λ2 rms 보다 이하이고, NA1 안에서 0.2 λ2 rms 이상인 것이 더욱 바람직하다.
말하자면, 둘 또는 그 이상의 다른 광학 정보 기록 매체가 하나의 광 픽업 장치에 의해 기록 및/또는 재생을 받을 때, 이러한 광학 정보 재생 매체가 정보의 기록 및/재생을 위한 필요한 개구수가 0.65 미만인 것을 포함할 때 및 대물 렌즈가 하나의 렌즈로 구성될 때, 다음의 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다.
0.7 ≤d1/f ≤ 2.4
여기서, d1은 대물 렌즈의 축 방향 렌즈 두께를 나타내고, f는 λ1에서 대물 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
상기에 언급한 조건식을 만족시키는 대물 렌즈가 적어도 하나의 비구면을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 광학 정보 기록 매체은 광학 정보 기록 매체의 한 면 상에 다수의 정보 기록면을 가질 수 있다. 예를 들면, 투명 기판과 정보 기록 층이 동일한 광 플럭스 투사 측 면으로부터 순서대로 다수의 적층 상태로, 교호적으로 쌓이는 구조가 열거될 수 있다. 이 경우에, 수렴 광학 시스템은 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및 재생시키도록 광학 정보 기록 매체의 각각의 정보 기록면 상에 광원로부터 방출된 광 플럭스를 수렴시킬 수 있다.
다수의 정보 기록면을 구비하는 광학 정보 기록 매체를 기록 및/또는 재생하기 위한 구조를 위해 여러 모드가 적용될 수 있다. 예를 들면, 이동 가능 요소를 가지는 구면 수차 편차 보정 요소가 사용되는 모드가 열거된다. 구면 수차 편차 보정 요소의 이동 가능 요소가 광축 방향으로 이동 될 때, 대물 렌즈로 유입되는 투사 광 플럭스의 주변 광선의 경사각은 변하고, 각 정보 기록 면의 위치에 의해 발생한 구면 수차의 편차가 보정되고, 정보가 기록 및/또는 재생되도록 광 플럭스는 각 정보 기록면 상에 수렴된다.
또한, 상기에 기술된 대로, 파장 λ의 광 플럭스가 광학 정보 기록 매체의 각각의 정보 기록면 상에 수렴될 때, 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 소정의 개구수 안에서 정보 기록면의 파면 수차가 0,07 λrms 이하인 것이 바람직하고, 0.05 λrms 이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 광 픽업 장치는 수렴 광학 시스템 안에서 발생한 구면 수차의 편차를 검출하는 구면 수차 편차 검출 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이 검출 수단에 의한 감지의 결과에 기초해서, 구면 수차의 편차는 구면 수차 편차 검출 수단이 이동 가능 요소를 가지고 있을 경우엔 이동 가능 요소를 이동시킴으로써 또는 구면 수차 편차 보정 요소가 광축과 수직을 이루는 방향에서 굴절률 분포가 변화하는 수단을 가지고 있을 경우엔 굴절률을 변화시킴으로써 보정될 수 있다.
또한, 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 본 발명의 광학 정보 기록 매체 기록 및/또는 재생 장치는 상기에 기술된 대로 본 발명의 광 픽업 장치를 구비한다. 바람직하게는, 그것은 추 축 모터 또는 전력원을 구비한다.
본 발명에서 사용되는 비구면은 다음 식1 에 의해 표현된다. 여기에서 X는 광축 방향의 축이고, h는 광축 방향에 수직인 축이고, 빛이 나아가는 방향이 양이고, r은 근축 곡률 반경이고 κ는 원뿔 계수이고 A21 은 비구면 계수이다.
[식 1]
Figure 112007068264816-pat00001
본 실시예에서 사용되는 구면은 광행로 차 함수로서 식2로 표현된다.
[식 2]
Figure 112007068264816-pat00002
도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 아래에 기술될 것이다. 도1은 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도이다. 도1에서, 제1 광학 정보 기록 매체(24)를 위해 기록 및/또는 재생을 수행하는 제1 광원(11) 및 파장이 제1 광원(11)과 다르고 제2 광학 정보 기록 매체(23)를 위해 기록 및/또는 재생을 수행하는 제2 광원(11)이 제공되고, 각각의 광원로부터 방출되는 발산 광 플럭스의 발산각을 전환하는 커플링 렌즈(21, 22), 각각의 광원로부터 방출되는 광 플럭스를 거의 같은 방향으로 나아가도록 만들기 위한 광행로 구성 수단인 빔 스플리터(62), 광학 정보 매체의 정보 기록면(5) 상으로 빔 스플리터(62)로부터의 빔 플럭스를 수렴시키기 위한 대물 렌즈(3) 및 광학 정보 기록 매체로부터 반사된 빛을 수광하기 위한 광-검출기(41, 42)가 제공된다. 도면에는 도면 부호 8은 조리개이고, 도면 부호 9는 원통형 렌즈이고, 도면 부호 71 및 72는 1/4 파장 판이고, 도면 부호15는 광원(11)로부터의 발산 광 플럭스의 발산각을 감소시키기 위한 커플링 렌즈이고, 도면 부호 16은 오목 렌즈이고, 도면 부호17은 반사된 광 플럭스를 분리하기 위한 홀로그램이다.
또한, 본 실시예에서 대물 렌즈(3)의 구면 수차 및 발산각 변화 수단의 변이를 보정하기 위한 수단으로서, 광원 측으로부터 순서대로 정렬된 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 액츄에이터(7)가 제공된다.(이하, 이것들은 또한 구면 수차 보정 수단 및 발산각 변화 수단이라고 한다.) 액츄에이터(7)는 광학 성분으로서의 오목 렌즈(5)를 광축 방향으로 이동시킴으로써 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시키기 위한 이동 장치로서 기능한다. 또한, 본 실시예와 관련하여, 광학 시스템의 특정 부분을 도시하는 예1 내지 예14 에서, 이동 가능한 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 의해 구성된 소위 빔 확장기의 예가 때때로 구면 수차 보정 수단으로 표현된다. 이와 관련하여, 도면 부호6은 초점을 맞추기 위해 대물 렌즈(3)를 광축 방향으로 쑤셔 넣기 위한 액츄에이터이다. 제1 광원(11)는 파장 λ1 = 405 nm의 레이저 광을 방출할 수 있고 제2 광원(12)는 파장 λ2 = 655 nm 의 레이저 광을 방출할 수 있는 것으로 정의된다.
아래에 기술된 예에서, 예1, 예2, 예11 및 예12 에서 회절면은 대물 렌즈(3)에 제공되고 축 색 수차는 보정되고, 예3 내지 예5 에서 특정 재료는 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용되고 축 색 수차는 보정되고 예6 내지 예8, 예13 및 예14 에서 회절면은 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4) 중 적어도 하나에 제공되고 대물 렌즈(3)의 축 색 수차는 보정되고, 예9 및 예10 에서 대물 렌즈(3)의 축 색 수차는 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 볼록 렌즈(4)에 마련된 회절면의 특정 재료가 공동 작용 효과에 의해 보정된다. 또한 예4, 예5 및 예12 는 다른 광학 정보 기록 매체에 대해 같은 광학 시스템을 사용함으로써 정보의 기록 또는 재생을 수행하기 위한 예이다. 이와 관련하여, 대물 렌즈(3)의 다음 예에서, 그것은 포화 수분 흡수가 0.01% 이하이고, 파장 400 nm의 광원의 광 플럭스에 의한 내부 투과율이 90.5 %이고, 파장 700 nm의 광원의 광 플럭스에 의한 투과율이 92 %인 플라스틱 재료를 사용함으로써 형성된다. 또한, 다음 예에서, 도1에서 보여진 본 실시예 안의 오직 제1 광원(11)가 사용되는 예에서, 특정 실시예의 도면이 무시되었음에도 불구하고, 일반적으로, 도1의 픽업 장치 안에서 에를 들면, 제2 광원(12), 커플링 렌즈(22), 빔 스플리터(62), 광-검출기(42), 1/4 파장 판(72) 및 홀로그램(17)이 제거된 모드가 적용될 수 있다. 각각의 예는 아래에 기술될 것이다.
[예1]
예1 안의 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4), 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템을 위한 데이터가 표1에 보여진다. 이와 관련하여, 이하에서 보여진 데이터에서 10의 지수 (예를 들면, 2.5 x 10-3 )는 E (예를 들면, 2.5 x E-3)를 사용하여 표현한다. 또한, 회전 대칭 다항식에 의해
표현된 회절면의 회절에 의한 제1 차 광은 회절 후의 수렴 방향으로 광선의 각을 변화시키는 광을 의미한다.
표1
Figure 112007068264816-pat00003
도2는 예1에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도3은 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예1에서, 정보는 파장 405nm 의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 본 예에서, 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 수단의 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서, vdN = 23.8, vdP = 81.6 의 재료가 각각 선택되고, 또한, 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면에 회절면을 제공함으로써, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -8.13 (mm), fP = 9.48 (mm), f = 1.765 (mm) 및 fD = 71.483 (mm) 이다.
본 예에서, 광원의 진동 파장의 미세한 변이(이하, 단순히 파장 변이라고 한다.) 및 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이또는 온도 변화이 보정이 다음과 같이 수행될 수 있다. 본 예의 경우에, 대물 렌즈에서 파장이 길어지고, 온도가 상승할 때, 대물 렌즈(3)에서 과도 보정된 구면 수차가 발생된다. 이러한 경우, 오목 렌즈(5)는 액츄에이터(7)에 의해 광축을 따라 이동되고, 오목 렌즈(5) 와 볼록 렌즈(4) 사이의 간격은 줄어들고, 부족 보정된 구면 수차가 발생될 수 있다. 오목 렌즈(5)가 적당한 양만큼 이동될 때, 과도 보정된 구면 수차는 상쇄되고, 구면 수차의 결과를 보여지듯이 표2로부터 명백히 보여지고, 전체 광학 시스템의 구면 수차는 정밀하게 된다.
표2
Figure 112007068264816-pat00004
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌 즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 2]
예2 에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표3 에 보여진다.
표3
Figure 112007068264816-pat00005
도4는 예2 에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시 스템 구조도이다. 도5는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예2 에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예2에서, 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 수단의 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 vdN = 30.0, vdP = 56.5 의 재료가 각각 선택되고, 또한, 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면에 회절면을 제공함으로써, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -4.75 (mm), fP = 6.47 (mm), f = 1.765 (mm) 및 fD = 71.483 (mm) 이다.
본 예의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1 에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 구면 수차의 보정 결과를 보여주는 표 4로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 대물 렌즈(3) 및 구면 수차의 변이의 보정을 위한 수단으로서, 플라스틱 재료가 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)를 위해 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표4
Figure 112007068264816-pat00006
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌 즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 3]
예3에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표5에 보여진다.
표5
Figure 112007068264816-pat00007
도6은 예3에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스 템 구조도이다. 도7는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예3에서 정보는 파장 405nm 의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예3에서, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 vdN = 23.8, vdP = 81.6 의 재료를 각각 선택함으로써, 또한, 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면에 회절면을 제공함으로써, 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -9.27 (mm), fP = 11.08 (mm), f = 1.765 (mm)이다.
본 예의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 구면 수차의 보정 결과를 보여주는 표 6으로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표6
Figure 112007068264816-pat00008
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 4]
예4에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표7에 보여진다.
표7
Figure 112007068264816-pat00009
Figure 112007068264816-pat00010
Figure 112007068264816-pat00011
도8 및 도9는 예4에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도10 및 도11은 정보가 다른 광학 정보 기록 매체를 위해 각각 기록되거나 재생될 때의 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예4는 동일한 광학 시스템을 사용하여 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.6 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해, 또는 파장 655 nm의 제2 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.6 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해 정보가 기록되거나 재생되는 광 픽업 장치의 예이다. 예4 에서, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 vdN = 30.0, vdP = 56.5의 재료를 각각 선택함으로써, 또한, 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면에 회절면을 제공함으로써, 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -3.82 (mm), fP = 6.85 (mm), f1 = 1.765 (mm) 및 fD1 = 5000000.02 (mm)이다. 이와 관련하여, 진동 파장이 λ2 = 655 nm 에서 대물 렌즈의 초점 거리는 f2 = 1.804 이다.
예4 에서, 두가지 이상의 종류의 광학 정보 기록 매체에 투명 기판 두께의 차이로 인해 발생된 구면 수차의 변이는 광원 측으로부터 순서대로 하나의 오목 렌즈(5) 및 하나의 볼록 렌즈(4)로 구성되는 발산각 변화 수단(본 발명의 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 수단 또는 구면 수차 및 축 색 수차의 변이를 보정하는 수단에 상응하는 수단)의 간격을 변화시킴으로써 보정된다. 또한, 대물 렌즈(3)의 광원 측 면 상에 회절면을 제공함으로써 구면 수차는 더욱 정밀하게 보정된다. 또한, 광원의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 수렴 광학 시스템의 구면 수차 편차는 발산각 변화 수단의 간격을 변화시킴으로써 정밀하게 보정된다. 그것은, 표8로부터 명백하게 알 수 있듯이오목 렌즈(5)와 볼록 렌즈(4)의 간격을 적당한 간격으로 변화시킴으로써 면 두께 변화의 시간 또는 파장 변이 및 온도 변화의 시점에서 대물 렌즈(3)의 열화는 정밀하게 보정된다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표8
Figure 112007068264816-pat00012
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 5]
예5에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표9에 보여진다.
표9
Figure 112007068264816-pat00013
Figure 112007068264816-pat00014
Figure 112007068264816-pat00015
도12 및 도13은 예5에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도14 및 도15는 정보가 다른 광학 정보 기록 매체를 위해 각각 기록되거나 재생될 때 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예5는 동일한 광학 시스템을 사용하여 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.6 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해, 또는 파장 655 nm의 제2 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.6 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해 정보가 기록되거나 재생되는 광 픽업 장치의 예이다. 예5 에서, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 vdN = 30.0, vdP = 56.5의 재료를 각각 선택함으로써, 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -6.59 (mm), fP = 9.85 (mm), f1 = 3.011 (mm) 및 fD1= 849964.33 (mm)이다. 이와 관련하여, 진동 파장이 λ2 = 655 nm에서 대물 렌즈의 초점 거리는 f2 = 3.076 이다.
예4 에서와 동일한 방식으로, 표10으로부터 명백하게 알 수 있듯이 오목 렌즈(5)와 볼록 렌즈(4) 사이의 간격을 적당한 간격으로 변화시킴으로써 기판 두께 변화의 시점 또는 파장 변이 및 온도 변화의 시점에서 대물 렌즈(3)의 열화는 정밀하게 보정된다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표10
Figure 112007068264816-pat00016
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
이와 관련하여, 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 수단의 오목 렌즈(5)에 투사되는 광 플럭스가 평행 광일 뿐만 아니라 발산 광 또는 수렴 광일 때 조차, 본 발명의 광학 시스템은 동일한 방법으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 도면에는 도시되지 않았지만 광원으로부터 나온 광 플럭스의 발산각을 변화시키는 커플링 렌즈가 광원과 구면 수차 보정 수단 사이에 제공될 수 있다. 회절면이 그러한 커플링 렌즈에 추가될 때 그리고 회절면이 후방 초점이 긴 파장 측에서 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈에서 발생한 축 색 수차는 보정될 수 있다.
본 발명에 따른 광학 시스템에 사용되는 커플링 렌즈는 상기 모드에만 제한되지 않고, 본 출원에 의한 일본 출원 번호 2000-060843에 기술된 커플링 렌즈일 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차가 더욱 정밀하게 보정될 수 있다.
또한, 광원으로부터 광 플럭스의 비점 수차를 경감시키고 거의 원형인 광 플 럭스를 구면 수차 보정 수단에 투사시킬 수 있는 빔 형성 요소가 커플링 렌즈와 구면 수차의 변이 보정 수단[오목 렌즈(4), 볼록 렌즈(5)] 사이에 제공될 때, 커플링 렌즈로부터 나온 광 플럭스의 발산각이 온도 또는 습도 변화에 기인한 초점 위치 이동에 의해 변하고 비점 수차는 빔 형성 요소에 의해 발생된다. 이것을 억제하기 위해, 일본 출원 번호 2000-053858에 기재된 커플링 렌즈가 사용될 때, 빔 모양 요소에 의한 비점 수차의 생성은 억제된다.
이와 관련하여, 예4 및 예5에서 광원 파장 655 nm이고, 투명 기판 두께가 0.6 mm 인 광학 정보 기록 매체에 대한 구면 수차도 NA 0.65 까지 보여진다. 그러나, 이 경우에, 광원 파장 405 mm, NA 0.85 에 의해 결정된 조리개 모두를 통과하는 광 플럭스는 대물 렌즈(3)에 투사된다. 상 정보에 기여하지 않는 NA 0.65 초과인 광 플럭스는 대물 렌즈(3)에 제공된 회절면의 효과를 이용함으로써 플레어 성분(flare component)으로 되고 따라서 스폿 직경은 광학 정보 기록면 상에서 과도하게 압착되지 않고 광 픽업 장치의 광 수용 요소 상의 불필요한 신호의 검출은 방지된다.
[예 6]
예6에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표11 에 보여진다.
표11
Figure 112007068264816-pat00017
Figure 112007068264816-pat00018
도16은 예6에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도17는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예6에서 정보는 파장 405nm 의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예6에서, 회절면이 대물 렌즈(4)의 광학 정보 기록 매체 측의 표면에 추가될 때 그리고 회절 구조가 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -0.503 (mm), fP = 6.81 (mm), f1 = 1.765 (mm)이다.
본 예에서 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 12로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표12
Figure 112007068264816-pat00019
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 7]
*예7 에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표13에서 보여진다.
표13
Figure 112007068264816-pat00020
Figure 112007068264816-pat00021
도18은 예7에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도19는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예7에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예7에서, 회절면이 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 양 표면에 추가될 때 그리고 회절 구조가 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에 서, fN = -4.89 (mm), fP = 5.83 (mm), f1 = 1.765 (mm)이다.
본 예의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 14로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘위의 부하 감소가 달성된다.
표14
Figure 112007068264816-pat00022
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 8]
예8에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표15에서 보여진다.
표15
Figure 112007068264816-pat00023
Figure 112007068264816-pat00024
Figure 112007068264816-pat00025
도20은 예8에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도21는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예8에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예8에서, 회절면이 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 양 표면에 추가될 때 그리고 회절 구조가 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -5.54 (mm), fP = 7.42 (mm), f1 = 1.765 (mm)이다.
본 예의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 16으로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표16
Figure 112007068264816-pat00026
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 9]
*예9에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표17에서 보여진다.
표17
Figure 112007068264816-pat00027
Figure 112007068264816-pat00028
도22는 예9에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도23는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예9에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예8에서, 회절면이 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 양 표면에 추가될 때 그리고 회절 구조가 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 각각 N = 30.0 및 P = 56.5의 재료를 선택함으로써 대물 렌즈(3) 안의 축 색 수차는 더욱 정밀하게 보정 된다. 또한, 본 예에서, fN = -4.15 (mm), fP = 5.91 (mm), f1 = 1.765 (mm)이다.
본 예의 광원의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 18로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다.
표18
Figure 112007068264816-pat00029
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 10]
예10 에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표19 에서 보여진다.
<표19>
Figure 112007068264816-pat00030
Figure 112007068264816-pat00031
도24는 예10에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도25는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예10에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예10에서, 회절면이 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 양 표면에 추가될 때 그리고 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 이 경우에, 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)가 구면 수차 보정 수단으로서 결합된 복합 시스템의 축 색 수차가 도 25에 도시된 바와 같이 부족 보정된 상태로 만들어 될 때, 제1 광원(11)의 진동 파장(405nm)의 구면 수차 곡선 및 장.단 파장 상의 구면 수차 곡선은 서로 교차하도록 된다. 따라서, 광원의 모드 홉핑이 일어날 때, 고 주파수 중첩의 시점에서 파면 수차의 저하는 아주 작아지고, 예를 들면, 광원의 진동 파장이 미세하게 변할 때, 최상의 상 면의 위치의 이동은 작게 억제된다. 또한, 구면 수차 보정 수단으로서 이동 가능한 요소인 오목 렌즈(5)가 비구면 렌즈의 양 측에 형성될 때, 오목 렌즈의 중심 이탈의 시점에서 파면 수차의 열하 또는 트 랙킹 오차는 작게 억제된다. 또한, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 재료로서 vdN = 30.0, vdP = 56.5의 재료가 각각 선택됨으로써, 대물 렌즈(3)의 축 색 수차는 보정되고, 볼록 렌즈(4)에 추가된 회절 구조의 부하가 가벼워진다. 또한, 본 예에서, fN = -7.78 (mm), fP = 9.95 (mm), f1 = 1.765(mm)이다.
본 예에서, 광 플럭스를 조정하기 위한 조리개가 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면의 꼭대기로부터 광학 정보 기록 매체측에 정렬되기 때문에, 발산 광 플럭스가 투사될 때, 대물 렌즈(3)의 최대 광원 측 상의 표면 높이를 지나는 광선은 작게 억제될 수 있다. 이것은 대물 렌즈(3)의 크기 축소 또는 수차 보정에도 바람직하다.
본 예의 광원의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 20으로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)를 위해 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다. 또한, 짧은 파장의 광에 대한 내부 투과율이 높은 플라스틱 재료가 사용되기 때문에, 많은 양의 렌즈가 저 비용으로 생산될 수 있고, 광을 이용하는 고 효율의 광학 시스템이 실현된다. 이와 관련하여, 이동 가능한 메커니즘은 본 명세서의 예의 오목 렌즈(5)의 이동 메커니즘 및 대물 렌즈(3)의 포커싱 메커니즘이다.
표20
Figure 112007068264816-pat00032
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
이와 관련하여, 본 예에서, 도25에는 도시되지 않았지만, 도1의 실시예에 도시된 대로, 실용적 광 픽업 장치에는 콜리메이터와 같은 커플링 렌즈가 광원과 구면 수차 보정 수단 사이에 제공된다. 이 경우에, 또한 커플링 렌즈에서 발생된 축 색 수차는 본 예의 구조에 의해 보정될 수 있고, 양호한 색 수차의 수렴 광학 시스템을 얻을 수 있다.
또한, 소위 2층 기록 시스템 광학 정보 기록 매체는 공지되어 있는데 광학 정보 기록 매체의 일 측 상에 제1 정보 기록 층 및 제2 정보 기록 층을 위한 2 상 변화 층을 제공함으로써 그리고 그 각각에 정보를 기록함으로써, 광학 정보 기록 매체의 저장 용량은 약 2배로 증가한다. 그러나 본 예의 장치는 그러한 2층 기록 시스템 광학 정보 기록 매체에서 정보의 기록 또는 재생을 위해 적용될 수 있고, 광 플럭스의 투사면과 각 정보 기록 층의 정보 기록면 사이의 두께 차이로 인해 발생된 구면 수차는 보정될 수 있다. 예를 들면, 구면 수차 보정 수단으로서의 오목 렌즈(5)와 볼록 렌즈(4) 사이의 간격을 축소함으로써 도26에 도시된 바와 같이 제1 정보 기록 층 및 제2 정보 기록 층이 광학 정보 기록 매체의 광 플럭스의 투사면으로부터 순서대로 정의될 때, 정보의 기록 또는 재생은 제2 정보 기록 층의 정보 기록면 상에서 수행될 수 있다.
[예 11]
예11에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표21에 보여진다.
표21
Figure 112007068264816-pat00033
Figure 112007068264816-pat00034
도27은 예9에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도28은 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예11에서 정보는 파장 405 nm의 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록되거나 재생된다. 예11에서, 회절면이 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)의 양 표면에 추가될 때 그리고 긴 파장 측에서 후방 초점 거리가 짧아지는 특징을 가지질 때, 대물 렌즈(3)에서 발생한 축 색 수차는 보정된다. 또한, 구면 수차 보정 수단으로서의 이동 가능한 요소인 오목 렌즈(5)가 양쪽 비구면 렌즈일 때, 오목 렌즈의 중심 이탈의 시점에서 파면 수차의 열하 또는 트랙킹 오차는 작게 억제된다. 또한, 본 예에서, fN = -8.32 (mm), fP = 12.30 (mm), f1 = 1.765 (mm), fD = 28.417 (mm)이다.
본 예의 광원의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 22로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다. 또한, 단 파장 광에 대해 내부 투과율이 높은 플라스틱 재료가 사용되기 때문에, 다량의 렌즈가 저 비용으로 생산될 수 있고, 광을 이용하는 고 효율의 광학 시스템이 얻어진다.
표22
Figure 112007068264816-pat00035
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
[예 12]
예12 에서 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표23 에서 보여진다.
표23
Figure 112007068264816-pat00036
Figure 112007068264816-pat00037
도29 및 30은 예12에 따른 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도31 및 도32는 정보가 다른 광 정보 매체에 대해 각각 기록되거나 재생될 때, 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예12는 파장 405 nm인 제1 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.1 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해 또는 파장 655 nm인 제2 광원(11) 및 투명 기판의 두께가 0.1 mm인 광학 정보 기록 매체의 조합에 의해 정보가 기록 또는 재생되는 광 픽업 장치의 예이다. 예12에서, 회절면이 대물 렌즈(3)의 광원 측의 표면에 추가될 때, 투명 기판의 두께의 차이로 인해 발생된 구면 수차 및 색의 구면 수차는 보정된다. 특히, 그것은 대물 렌즈(3)에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각이 정보 기록 매체의 투명 기판 두께에 대응하여 변할 때, 구면 수차 보정 수단으로서의 오목 렌즈(5)를 광축 방향으로 이동시킴으로써 수행된다. 또한, 본 예에서, fN = -6.39 (mm), fP = 10.51 (mm), f1 = 1.765 (mm), fD1 = 45.46 (mm)이다. 이와 관련하여, 진동 파장 λ2 = 655nm 에서, 대물 렌즈의 초점 거리는 f2 = 1.79 이다.
본 예의 광원의 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차의 변이의 보정이 예1에서와 같기 때문에, 설명은 생략한다. 표 24로부터 명백히 보여지듯이, 파장 변이 또는 온도 변화의 시점에서 구면 수차는 양호해진다. 또한, 플라스틱 재료가 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)를 위해 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다. 또한, 단 파장에 대해 내부 투과율이 높은 플라스틱 재료가 사용되기 때문에, 다량의 렌즈가 저 비용으로 생산될 수 있고, 광을 이용하는 고 효율의 광학 시스템이 얻어진다.
표24
Figure 112007068264816-pat00038
주) 표 안의 괄호 안의 숫자는 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈와 볼록 렌즈 및 발산각 변화 수단 사이의 간격을 나타낸다.
이와 관련하여, 예4 및 예5에서와 같은 방식으로, 광원 파장 655 nm이고 투명 기판 두께가 0.6 mm인 광학 정보 기록 매체에 대해 NA 0.65 보다 큰 광 플럭스가 대물 렌즈(3)에 제공된 회절면의 효과를 이용해 플레어 성분으로 될 때, 스폿 직경은 광학 정보 기록면 상에서 과도하게 압착되지 않고 광 픽업 장치의 광 수용 요소 상의 불필요한 신호의 검출은 방지된다.
[예 13]
예13에서 커플링 렌즈(21) 또는 커플링 렌즈(15, 21)에 상응하는 콜리메이터, 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)으로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표25에서 보여진다.
표25
Figure 112007068264816-pat00039
Figure 112007068264816-pat00040
도33은 예13에 따른 콜리메이터, 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 도34는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예13에서 정보는 파장 405 nm인 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록 또는 재생된다. 예13에서, 구면 수차 보정 수단의 오목 렌즈(5)를 광축 방향으로 이동시킴으로써 대물 렌즈(3)에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각이 변하고, 수렴 광학 시스템[콜리메이터 및 대물 렌즈(3)]의 각 광학 면에서 발생한 구면 수차의 변이는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -10.71 (mm), fP = 13.18 (mm), f1 = 1.765 (mm)이다.
또한, 회절면은 볼록 렌즈(4)의 양 면에 추가되고, 수렴 광학 시스템의 광학 면에 의해 발생한 축 색 수차의 부호에 대해 반대 부호를 가지는 축 색 수차는 구면 수차 보정 수단 그 자체 안에서 발생되고, 따라서, 수렴 광학 시스템의 광학 면에 의해 발생된 축 색 수차는 보정되고, 초점이 정보 기록면에 형성될 때 파면의 축 색 수차는 정밀하게 된다. 본 예의 수렴 광학 시스템에서, 콜리메이터 및 대물 렌즈(3)에 의해 발생된 축 색 수차가 각각 ΔfB1, ΔfB2이고, 그들의 비가 대략 알려질 때, 콜리메이터의 초점 거리가 12 mm이기 때문에 구면 수차 보정 수단의 배율은 1.23 배이고, 대물 렌즈의 초점 거리는 1.765 mm이고, ΔfB1/ΔfB2 는 1/30이다. 즉, 구면 수차 보정 수단에 의해 발생된 축 색 수차의 절대 값이 거의 대물 렌즈에 의해 발생된 축 색 수차의 절대 값과 동일한 값일 때, 초점이 정보 기록면에 형성된 경우 파면의 축 색 수차는 정밀하게 된다. 그 시점에서 수렴 광학 시스템, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)가 구면 수차 보정 수단으로서 결합한 복합 시스템의 축 색 수차가, 과도 보정된 상태로 보정될 때, 도34에 도시된 바와 같이 제1 광원(11)의 진동 파장(405 nm)의 구면 수차 곡선 및 장.단 파장 측의 구면 수차 곡선은 서로 교차된다. 따라서, 광원의 모드 홉 현상 또는 고 주파수 중첩의 시점에서 파면 수차의 열하가 작을때 조차도, 예를 들면 광원의 진동 파장이 미세하게 변할 때, 최상의 상 면의 위치의 이동은 작게 억제된다. 또한, 구면 수차 보정 수단의 이동 가능한 요소인 오목 렌즈(5)가 쌍 비구면 렌즈(biaspherical)일 때, 트랙 킹 오차의 시점에서 오목 렌즈의 중심 이탈 또는 파면 수차의 열하는 작게 억제된다.
표26으로부터 명백히 알 수 있듯이, 파장 변이의 시간 또는 온도 변화의 시점에서와 같은 여러가지 요소에 의해 수렴 광학 시스템의 각각의 광학 면에 발생된 구면 수차의 변이는 보정될 수 있고, 구면 수차는 양호해 진다. 또한 플라스틱 재료가 구면 수차 보정 수단을 구성하는 콜리메이터, 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4) 모두에 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성될 수 있다. 또한, 단 파장에 대해 내부 투과율이 높은 플라스틱 재료가 사용되기 때문에, 다량의 렌즈가 저 비용으로 생산될 수 있고, 광을 이용하는 고 효율의 광학 시스템이 얻어진다.
표 26
Figure 112007068264816-pat00041
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ =+0.05 nm/°C .
이와 관련하여, 본 예에서, 구면 수차 보정 수단 안의 오목 렌즈(5)는 이동 가능하게 만들어지나, 볼록 렌즈(4)는 이동 가능하게 만들어 질 수도 있고, 또한, 같은 방법으로 양 렌즈 모두가 이동 가능하게 만들어질 때, 수렴 광학 시스템의 구면 수차의 변이는 보정될 수 있다. 또한, 본 예에서, 수렴 광학 시스템의 축 색 수차 및 구면 수차 보정 수단이 구면 수차 보정 수단의 볼록 렌즈(4)에 제공된 회절 구조에 의해 보정되더라도, 회절 구조는 또한 다른 렌즈의 표면에 제공될 수 있거나, 회절 구조가 제공된 표면을 가지는 광 요소가 다른 부분에 별도로 추가될 수도 있다.
[예 14]
예14에서 커플링 렌즈(15), 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)로 구성된 광학 시스템에 관련된 데이터가 표27에서 보여진다.
표27
Figure 112007068264816-pat00042
Figure 112007068264816-pat00043
도35는 예14에 따른 커플링 렌즈(15), 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)의 광학 시스템 구조도이다. 커플링 렌즈(15)는 제1 광원으로부터 나온 강한 발산 광을 약한 발산 광으로 전환시키는 기능이 있다. 도36는 대물 렌즈(3)에 따른 구면 수차도이다. 예14에서 정보는 파장 405 nm인 제1 광원(11) 및 대물 렌즈(3)의 상 측 개구수 NA 0.85의 조합에 의해 기록 또는 재생된다. 예14에서, 구면 수차 보정 수단으로서 오목 렌즈(5)를 광축 방향을 따라 이동시킴으로써 대물 렌즈(3)에 투사되는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각이 변하고, 수렴 광학 시스템[커플링 렌즈(15) 및 대물 렌즈(3)]의 각 광 면에서 발생한 구면 수차의 변이는 보정된다. 또한, 본 예에서, fN = -14.67 (mm), fP = 11.66 (mm) 및 f1 = 1.765 (mm)이다.
또한, 회절면은 볼록 렌즈(4)의 양 면에 추가되고, 수렴 광학 시스템의 광 면에 의해 발생한 축 색 수차의 부호에 대해 반대 부호를 가지는 축 색 수차는 구면 수차 보정 수단 그 자체 안에서 발생되고, 따라서, 수렴 광학 시스템의 광학 면에 의해 발생된 축 색 수차는 보정되며, 초점이 정보 기록면에 형성되는 파면의 축 색 수차는 정밀하게 만들어진다. 구면 수차 보정 수단으로서 수렴 광학 시스템, 오목 렌즈(5) 및 볼록 렌즈(4)가 결합한 복합 시스템의 축 색 수차가, 도36 에 도시된 바와 같이 과도 보정된 상태로 보정될 때, 제1 광원(11)의 진동 파장(405nm)의 구면 수차 곡선 및 장.단 파장 측의 구면 수차 곡선은 서로 교차된다. 따라서, 광원의 모드 홉 현상 또는 고 주파수 중첩시에 파면 수차의 저하가 매우 작을 때, 예를 들면 광원의 진동 파장이 미세하게 변할 때 조차도, 최상의 상 면의 위치 이동은 작게 억제될 수 있다.
표28로부터 명백히 알 수 있듯이, 파장 변이 또는 온도 변화시와 같은 여러가지 요소로 인해 수렴 광학 시스템의 각각의 광 면에 발생된 구면 수차의 변이는 보정될 수 있고, 구면 수차는 양호해 진다. 또한, 플라스틱 재료가 구면 수차 보정 수단을 구성하는 커플링 렌즈(15), 대물 렌즈(3), 오목 렌즈(3) 및 볼록 렌즈(4)의 모두에 대해 사용될 때, 광학 시스템의 무게 감소 및 이동 가능한 메커니즘 위의 부하 감소가 달성된다. 또한, 단 파장 광에 대해 투과율이 높은 플라스틱 재료가 사용되기 때문에, 다량의 렌즈가 저 비용으로 생산될 수 있고, 광을 이용하는 고 효율의 광학 시스템이 얻어진다. 또한, 본 예에서, 구면 수차 보정 수단에 대한 투사 광이 약 발산 광 플럭스이기 때문에, 구면 수차 보정 수단에서 커플링 렌즈(15)의 배율 및 오목 렌즈(5)의 배율은 작아질 수 있고, 각각의 렌즈의 편심으 로 인한 파면 수차의 저하는 작게 억제될 수 있다.
표 28
Figure 112007068264816-pat00044
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ =+0.05 nm/°C .
이와 관련하여, 본 예에서, 구면 수차 보정 수단에서 오목 렌즈(5)는 이동 할 수 있게 만들어지지만, 볼록 렌즈(4)도 이동 가능하게 만들어 질 수 있고, 또한, 같은 방법으로 양 렌즈 모두가 이동 가능하게 만들어질 때, 수렴 광학 시스템의 구면 수차의 변이는 보정될 수 있다. 또한, 본 예에서, 수렴 광학 시스템의 축 색 수차 및 구면 수차 보정 수단이 구면 수차 보정 수단의 볼록 렌즈(4)에 제공된 회절면에 의해 보정되더라도, 회절면은 다른 렌즈의 면에 제공될 수 있거나, 이와 달리 회절 구조가 제공 되는 면을 가지는 광학 요소가 각각 시스템에 별도로 추가될 수도 있다.
상기에 기술된 각각의 예에서, 구면 수차 보정 수단으로서, 빔 확장기가 사용되고, 빔 확장기로서, 이동 가능한 단일의 오목 렌즈 및 단일의 볼록 렌즈에 의해 구성된 예가 보여짐에도 불구하고, 확장기는 물론 그에 제한되지 않으며, 다수의 렌즈로 구성된 둘 또는 그 이상의 렌즈 그룹으로 구성된 구조가 될 수 있으며, 본 발명의 정신으로부터 이탈하지 않는 한 다양한 수정이 가능하다.
도37은 다른 실시예를 따르는 광학 시스템을 도시한 도이다. 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 요소(SE)가 삽입된다. 그러한 광학 시스템은 도1의 오목 렌즈(5), 볼록 렌즈(4) 및 대물 렌즈(3)를 교체함으로써 사용될 수 있다.
요소(SE)는 X방향 액체 결정 요소(SE1), 1/2 파장 판(SE2) 및 Y방향 액체 결정 요소(SE3)가 각각 커플링 렌즈(CL) 측으로부터 4개의 유리 판(SE4)을 사이에 두고 끼워지는 것으로 구성된다. 양 유체 결정 요소(SE1, SE2)를 전기적으로 구동함으로써, 구면 수차의 변이는 보정될 수 있다. 또한, 링-모양의 회절 구조(도시되지 않음)가 커플링 렌즈(CL)의 대물 렌즈의 면에 제공될 때, 대물 렌즈(CL)에서 발생되는 축 색 수차에 대해 반대 위상의 축 색 수차, 즉 단 파장 측에(상에)서 과도하게 보정된 축 색 수차 및 장 파장 측에(아래에)서 불충분하게 보정된 축 색 수차가 발생될 수 있다. 그 결과, 축 색 수차가 소멸되기 때문에, 초점이 구면 수차 및 대물 렌즈(OL)의 변화를 보정하기 위한 요소(SE)를 통해 광학 정보 기록 매체(도시되지 않음)상에 형성되는 파면은, 축 색 수차가 작게 억제되는 상태가 된다.
도38은 본 실시예의 수정에 따른 광학 시스템을 도시하는 도이다. 도38에서, 대물 렌즈(OL) 및 구면 수차의 변이를 보정하기 위한 요소(SE)는 도37에서 도시된 실시예와 동일하므로 설명을 생락한다. 도38에서, 커플링 렌즈(CL)는 오목 렌즈(CL1) 및 볼록 렌즈(CL2)가 함께 접합된 구성을 가지고, 오목 렌즈(CL1)의 아베(Abbe) 수 vdP 및 볼록 렌즈(CL2)의 아베 수 vdN은 vdP < vdN 의 관계를 가진 다.
상기에 기술된 바와 같이, 오목 렌즈(CL1) 및 볼록 렌즈(CL2)의 아베 수가 적절히 선택되면, 커플링 렌즈(CL)는 대물 렌즈(OL)에 의해 발생된 축 색 수차의 부호와 반대 부호를 가지는 축 색 수차를 발생하느데, 즉 파장이 감소할 때 과도 보정된 축 색 수차 및 파장이 증가할 때 부족 보정된 축 색 수차가 발생될 수 있다.
그 결과, 축 색 수차가 소멸되기 때문에, 초점이 구면 수차 및 대물 렌즈(OL)의 변화를 보정하기 위한 커플링 렌즈(CL1) 및 요소(SE)를 통해 광학 정보 기록 매체(도시되지 않음) 상에 형성되는 파면은 축 색 수차가 작게 억제되는 상태가 된다.
도39(a)는 본 실시예의 광 픽업 장치에 적용할 수 있는 대물 렌즈(3')를 전형적으로 도시하는 단면도이고, 도39(b)는 광원측으로부터 도시된 정면도이다.(점선은 광축을 도시한다.)
대물 렌즈(3')는 다른 광학 정보 기록 매체의 투명 기판 두께의 차이에 기인한 구면 수차 편차의 보정을 수행할 수 있다. 도36에서, 광원 측 상의 굴절 면(S1) 및 광 디스크 상의 굴절 면(S2)은 모두 비구면 모양의 양의 굴절 배율을 가지는 볼록 렌즈이다. 또한, 대물 렌즈의 광원 측 위의 굴절 면(S1)은 광축과 동축으로 4개의 분할되 면(b1 내지 b4)으로 구성된다. 분할된 면의 경계에는 스텝이 제공되고, 각각의 분할면이 형성된다. 그에 따라, 대물 렌즈의 구면 수차 및 파면 수차는 경계 부분에 대응하는 부분에 스텝부를 발생시킨다.
일반적인 대물 렌즈에서, 다른 정보 기록 매체의 투명 기판 두께의 차이로 인한 구면 수차의 발생은 방지될 수 없다. 그러나, 본 실시예에서 사용된 대물 렌즈(3')는 구면 수차를 완벽하게 보정할 수는 없지만, 아래에 기술된 바와 같이 그러한 수차가 더욱 억제되도록 설계된다.
초기에, 정보가 제1 광학 정보 기록 매체를 위해 재생 및/또는 기록될 때, 굴절 면(S1) 및 굴절 면(S2)은 파면 수차의 구면 수차 요소가 최상의 상 면에서 0.05 λ1 rms 이내이도록 설계된다. 이에 따라 설계된 굴절면(S1)은 제1 분할면(b1) 및 제4 분할면(b4)에 적용된다. 그리고 나서, 굴절면(S2)을 변수로서 사용하지 않고 새로운 굴절면(S1')이 설계되어 파면 수차의 구면 수차 요소가 투명 기판 두께 t3(t1 ≤t2 ≤t3)의 최상의 상 면 위치에서 0.05 λ2 rms 이내이도록 한다.
이 굴절면(S1')은 제2 분할면(b2) 및 제3 분할면(b3)으로 만들어지며, 투명 기판의 두께가 제1 광 디스크(10)의 사용 시점에서 투명 기판 두께(t3)에 의해 최적화되기 때문에, 최상의 상 면 위치가 제1 분할면(b1) 및 제4 분할면(b4)에 의해 형성된 최상의 상면 위치로부터 다른 위치에 명백하게 형성된다. 그러나, 파면 수차는 분할면에서 파면 수차의 기울기가 변하는 수차이고, 예를 들면, 제1 광학 정보 기록 매체(예를 들면, DVD보다 고 밀도 및 고 용량인 차세대 광 디스크)에서, 파면 수차는 오른쪽 아래 방향이고, 제2 광학 정보 기록 매체(예를 들면, DVD)에서는, 역으로 약간 오른쪽 윗 방향이다. 그러한 분할면들이 굴절면(S1) 상에 2이상의 부분으로 제공될 때, 다른 광학 정보 기록 매체에서 파면 수차의 양립이 용이해 진다.
각 분할면의 경계 위치 또는 분할면의 축 방향의 두께가 적절히 설계될 때, DVD보다 고 밀도 및 고 용량을 가진 차세대 광 디스크에서는 빔 점 최소 얼룩-원 위치에서,그리고 DVD에서는 전방 초점 위치에서 파면 수차 보정이 각각 가능하게 된다. 즉, DVD보다 고 밀도 및 고 용량을 가진 차세대 광 디스크에서, 빛은 대물 렌즈에 의해 빔 점 최소 얼룩-원 위치에서 수렴되고, 제1 내지 제4 광 플럭스(LB1 내지 LB4)에서 광선은 빔 점 최소 얼룩-원 위치에서 파장 λ1 의 대략 수배 즉, mi λ2(mi 는 정수, i = 1,2, ...,k)의 구면 수차를 가진다.
또한, DVD에서 필요한 개구수 NA2 가 NA1보다 적기 때문에, 제1 내지 제4 광 플럭스(LB1 내지 LB4)의 모두는 효율적으로 사용되지 않을 수 있고, 본 실시예의 광 픽업 장치에서, 제1 내지 제3 광 플럭스(LB1 내지 LB3)의 광선은 파장 λ2의 거의 정수배, ni λ2(ni 는 정수, i = 1,2, ...,k)를 가진다. 제4 광 플럭스(LB4)는 DVD의 경우에는 불필요하고, 광 디스크의 기록면 상에 주 스폿 광으로부터 분리된 위치에서 플레어로서 방출된다. 이 플레어는 주 스폿 광에 대해 매우 작기 때문에, 조리개(8)가 DVD보다 고 밀도 및 용량을 가지는 차세대 광 디스크를 위해 필요한 개구수에 상응하게 남아 있을 때만, DVD의 재생이 조리개(8)의 개구수를 변화시키기 위한 수단을 필요로 하지 않고 수행될 수 있다. 물론, DVD의 사용의 시점에서 제4 광 플럭스(LB4)를 차폐하는 기능을 구비한 조리개(8)가 사용될 수 있다.
따라서, 본 예의 광 픽업 장치가 관련 기술 분야의 대물 렌즈와 다른 4개로 분할된 면(b1 내지 b4)을 제공받음에도 불구하고, 각각의 디스크 상에 다수의 초점 위치를 가지지 않기 때문에, 스폿 광의 손실양은 감소된다. 그리고 나서, 각각의 광 디스크의 사용 시점에, 필요한 개구수 안의 광선의 파면 수차가 파장의 거의 정수배로 되고, 필요한 개구수를 통과하는 광 플럭스는 서로 간섭하고, 서로 중첩하기 때문에, 그 결과로, 광 디스크로부터 충분한 반사 광량이 얻어지고, 교체할 수 있는 광 픽업 장치로서, 안정된 작동이 가능해진다.
이와 관련하여, 본 예에서, 4개의 분할면은 대물 렌즈에 제공되나, 투사 광을 본질적으로 3개의 분할면이 되도록 실제적으로 3개의 광 플럭스로 분할하기 위한 3부분을 구비하는 면을 가지는 대물 렌즈는 본 발명의 대물 렌즈를 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 그것은 적어도 한 면 상에, 광원으로부터 방출된 광 플럭스를 광축으로부터 그것의 외주를 향해 순서대로 굴절 작용에 의해 다수의 광 플럭스로 분할하며 제1 부분 및 제3 부분은 광원으로부터의 광 플럭스를 정보 기록면 상에 수렴시켜서 투명 기판 두께 t1의 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면을 위한 정보를 기록 또는 재생할 수 있도록 하고, 또한 제1 부분 및 제2 부분은 광원으로부터 광 플럭스를 정보 기록면 상에 수렴시켜서 투명 기판 두께 t2(t1 < t2)의 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면을 위한 정보를 기록 또는 재생할 수 있도록 하기 위해 광 플럭스를 수렴하는 적어도 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 구비하도록 구성된 잘 알려진 대물 렌즈이다.
본 실시예에 따르면, 반도체 레이저의 모드 홉핑에 의한 축 색 수차를 효율적으로 보정할 수 있고 광학 시스템, 광 픽업 장치 및 온도 및 습도 변화로 인한 수렴 광학 시스템의 구면 수차의 변이를 효율적으로 보정할 수 있는 광 픽업 장치 및 광학 시스템과, 단 파장 레이저 및 높은 NA 대물 렌즈가 마련되고 다른 종류의 광학 정보 기록 매체를 위해 정보를 기록하거나 재생할 수 있는 광 픽업 장치가 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 물론, 본 발명이 상기 실시예 또는 여러 예들로 제한되지는 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 다음에 설명될 것이다. 도40은 실시예15에 부속하는 광 픽업 장치이 개략 구조도이다.
도40의 광 픽업 장치는 광원을 나타내는 반도체 레이저(3), 광원(3)으로부터 방출된 발산광의 발산 각도를 변화시키는 커플링 렌즈(2) [2개의 렌즈 그룹 즉, 렌즈 요소(2b)는 음의 굴절력을 가지는 반면 렌즈 요소(2a)는 양의 굴절력을 가지는 렌즈 요소(2a, 2b)로 구성되며 다음 실시예에 또한 적용되는], 커플링 렌즈(2)로부터 나온 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 광학 정보 기록면(5)에 수렴하는 대물 렌즈(2) 및 광학 정보 기록 매체의 광학 정보 기록면(5)으로부터의 반사광을 수용하는 검출기(4)를 구비한다. 커플링 렌즈(2) 및 대물 렌즈(1)는 수렴 광학 시스템을 구성한다.
도40의 광 픽업 장치는 정보 기록면(5)로부터 검출기(4)를 향하여 나오는 반사광을 분리하는 빔 스플리터(splitter), 커플링 렌즈(2) 및 대물 렌즈(1) 사이에 제공된 1/4 파장 판(7), 대물 렌즈(8)의 앞에 제공되는 조리개(8) 및 초점 트랙킹을 위한 액츄에이터(제1 구동 기구: 이는 또한 다음 실시예에 적용한다)를 더 구비한다.
또한, 대물 렌즈(1)는 그것의 바깥 원주면에 광축에 수직 방향으로 연장되는 면을 가지는 플랜지 부분(1a)을 구비한다. 이 플랜지 부분(1a)은 광 픽업 장치 상에 대물 렌즈(1)을 정확하게 장착하는 것을 가능하게 한다. 쌍 축 액츄에이터(10)는 대물 렌즈의 포커싱을 위해 광축 방향으로 이동할 수 있게 하고, 트랙킹을 위해 광축에 수직 방향으로 이동할 수 있게 한다.
커플링 렌즈(2)는 광축에 거의 평행한 광 플럭스로 들어가는 발산 광 플럭스를 만드는 콜리메이터 렌즈일 수도 있다. 본 실시예에서, 커플링 렌즈(2)의 렌즈 요소(2a)는 반도체 레이저(3)의 진동 파장의 변화, 온도 및 습도의 변화 및 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 오차로 인해 광 픽업 장치의 각각의 광학 면에 유발되는 구면 수차의 편차를 보정하기 위해 액츄에이터(11)(제2 구동 기구: 이는 또한 다음 실시예에 적용한다.)에 의해 광축 방향으로 이동 가능하도록 만들어진다.
(예)
다음으로, 본 실시예에 적용될 수 있는 수렴 광학 시스템의 예15가 다음에 설명될 것이다. 예15 및 다른 예에서, 반도체 레이저(3)의 광원 파장은 405 nm로 되고, 대물 렌즈(1)의 개구수는 0.85가 된다. 도15의 비구면에 관하여, 비구면은 X는 광축 방향의 축이고, h는 광축에 수직인 방향으로의 높이이며, r은 면의 곡률 반경이고 κ는 원뿔 상수이고 A21 은 비구면 상수인 조건에서 다음 식(제1식)에 의해 표현된다.
[제1식]
Figure 112007068264816-pat00045
한편, 회절면에 관해서, 회절면은 회절 릴리프가 제거되는 거시적인 모양을 보여주는 비구면을 생성하는 것과 다음 식(제2식)의 광행로 차 Φb의 함수에 의해 표현된다. 광행로 차 Φb의 함수는 회절면에 의한 기준 파장의 회절 광에 추가되는 광행로 차를 표현하기 위한 것이고, 항상 광행로 차 Φb의 함수의 값이 mλ(m은 회절 차수)에 의해 변하고, 회절 지역이 제공된다. 이 식에서, h는 광축으로부터의 차이를 나타내고, b21 광행로 차의 함수의 계수를 나타낸다.
[제2식]
Figure 112007068264816-pat00046
예15 의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표29에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도41에 도시되고, 구면 수차의 도가 도42에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹의 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제1 및 제3 면의 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표 30에 보여지듯이, 레이저 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차에 의해 수렴 광학 시스템 상에 발생되는 구면 수차는 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 보정될 수 있다.
표29
Figure 112007068264816-pat00047
Figure 112007068264816-pat00048
표30
Figure 112007068264816-pat00049
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ =+0.05 nm/°C.
본 명세서에서(표에 있는 렌즈 데이터를 포함하여) 10의 지수(예를 들면, 2.5 x 10-3)는 E(예를 들면, 2.5 x E-3)를 사용하여 표현된다.
다음으로, 도 40의 광 픽업 장치에 사용되는 두번째 예의 수렴 광학 시스템이 설명될 것이다. 우선, 본 예의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표31에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도43에 도시되고, 구면 수차의 도가 도44에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹에서 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제1 면 및 제3 면 및 1그룹의 1요소의 대물 렌즈(1)의 제1 면 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표32에 보여지듯이, 레이저 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 수렴 광학 시스템 상에 발생되는 구면 수차는 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 보정될 수 있다. 발산광 플럭스가 대물 렌즈(1)에 들어 갈때, 빔이 광원 측의 대물 렌즈(1) 면 상의 스폿은 동일한 직경을 가진 조리개를 통과하는 조준된 광 플럭스가 들어가는 경우와 비교해 더 높다. 본 예에서, 그 경우에 높은 차수의 비구면에 의한 플레어 성분의 발생을 제어하기 위해, 광 플럭스를 조정하기 위한 조리개가 광학 정보 기록 매체를 향해 광원 측 위의 대물 렌즈(1)의 면의 상부로부터 멀리 떨어져 정렬된다.
표31
Figure 112007068264816-pat00050
Figure 112007068264816-pat00051
표32
Figure 112007068264816-pat00052
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ =+0.05 nm/°C.
다음으로, 실시예16에 관한 광 픽업 장치가 설명될 것이다. 도45에 도시된 광 픽업 장치에는 플라스틱 렌즈(1a, 1b)가 홀딩 부재(1c)에 의해 단단하게 보유된 2그룹의 2요소의 대물 렌즈(1), 광원을 나타내는 반도체 레이저(3), 광원으로부터 방출된 발산 광의 발산 각도를 변화시키는 커플링 렌즈(2)[렌즈 요소(2a, 2b)로 구성된] 및 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면(5)으로부터 반사광을 수용하는 검출기(4)가 제공된다. 대물 렌즈(1)는 커플링 렌즈(2)로부터 나온 광 플럭스를 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면(5) 상에 수렴시킨다.
도45에 도시된 광 픽업 장치는 정보 기록면(5)로부터 검출기(4)를 향해 나오는 반사광을 분리하는 빔 스플리터(splitter), 커플링 렌즈(2) 및 대물 렌즈(1) 사이에 제공된 1/4 파장 판(7), 대물 렌즈(8)의 앞에 제공되는 조리개(8), 원기둥 렌즈(9) 및 초점 트랙킹을 위한 쌍축 액츄에이터(10)가 제공된다.
또한, 대물 렌즈(1)는 홀딩 멤버(1c)의 바깥 원주면에 광축에 수직 방향으로 연장되는 판을 구비하는 플랜지 부분(1d)를 구비한다. 이 플랜지 부분(1d)은 광 픽업 장치 상에 대물 렌즈(1)를 정확하게 장착하는 것을 가능하게 한다.
커플링 렌즈(2)는 들어가는 발산 광 플럭스를 광축에 거의 평행한 광 플럭스로 만드는 콜리메이터 렌즈가 또한 될 수 있다. 이 경우에, 커플링 렌즈(2)의 렌즈 요소(2a)는 반도체 레이저(3)의 진동 파장의 변화, 온도 및 습도의 변화 및 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 오차로 인해 광 픽업 장치의 각각의 광 면에 유발된 구면 수차의 편차를 제어하기 위해 광축 방향으로 이동 가능하게 만들어진다.
다음으로, 본 실시예를 위해 사용될 수 있는 수렴 광학 시스템의 예17이 설 명될 것이다. 우선, 본 예의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표33에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도8에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹의 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제1 면 및 제3 면 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표34에 보여지듯이, 레이저 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 수렴 광학 시스템 상에 발생하는 구면 수차는, 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 보정될 수 있다.
표33
Figure 112007068264816-pat00053
Figure 112007068264816-pat00054
표34
Figure 112007068264816-pat00055
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ= +0.05 nm/°C.
다음으로, 도45에 도시된 광 픽업 장치를 위해 사용될 수 있는 예18의 수렴 광학 시스템이 설명될 것이다. 우선, 본 예의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표35에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도48에 도 시되고. 구면 수차의 도가 도49에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹의 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제 3 면 및 1그룹의 1요소의 대물 렌즈(1)의 제1 면 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표36에 보여지듯이, 레이저 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 수렴 광학 시스템 상에 발생하는 구면 수차는 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 보정될 수 있다.
표35
Figure 112007068264816-pat00056
Figure 112007068264816-pat00057
표36
Figure 112007068264816-pat00058
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ= +0.05 nm/°C.
다음으로, 도40에 도시된 광 픽업 장치를 위해 사용될 수 있는 예19 의 수렴 광학 시스템이 설명될 것이다. 우선, 본 예의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표37에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도50에 도시되고. 구면 수차의 도가 도51에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹의 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제3 면 및 1그룹의 1요소의 대물 렌즈(1)의 제1 면 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표38에 보여지듯이, 투명 기판 및 3개의 정보 기록 층이 한쪽 면에 적층된 소위 3-층 기록 시스템을 위한 광학 정보 기록 매체를 위한 정보의 기록 및/ 또는 재생이 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 가능하게 된다. 또한, 예1 내지 4에서와 동일한 방법으로, 각 정보 기록 매체를 위한 정보의 기록 및/또는 재생 중에 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 수렴 광학 시스템에 유발된 구면 수차는 보정될 수 있다.
표37
Figure 112007068264816-pat00059
Figure 112007068264816-pat00060
표38
Figure 112007068264816-pat00061
광학 정보 기록 매체가 본 예의 정보 기록 층 사이에 삽입된 투명 기판의 두께가 0.05 mm인 3-층 기록 시스템의 매체가 되도록 만들어짐에도 불구하고, 본 예의 수렴 광학 시스템은 이전의 것과는 다른 다층 정보 기록 시스템의 광학 정보 기록 매체를 위한 정보의 기록 및/또는 재생을 위해 작동할 수 있다.
다음으로, 도40에 도시된 광 픽업 장치를 위해 사용될 수 있는 예20의 수렴 광학 시스템이 설명될 것이다. 우선, 본 예의 수렴 광학 시스템의 렌즈 데이터가 표39 및 표40에 도시된다. 또한, 본 예의 수렴 광학 시스템의 개략적 단면도가 도42에 도시되고. 구면 수차의 도가 도43에 도시된다. 본 예에서, 수렴 광학 시스템 상에 발생한 축 색 수차는 2그룹의 2요소의 구조를 구비하는 커플링 렌즈(2)의 제3 면 및 제4 면 각각에 제공되는 회절 구조의 작동에 의해 보정된다. 또한, 표41에 보여지듯이, 광원(3)의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 수렴 광학 시스템 상에 발생하는 구면 수차는 커플링 렌즈의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리를 변화시킴으로써 보정될 수 있다.
표39
Figure 112007068264816-pat00062
표40
Figure 112007068264816-pat00063
표41
Figure 112007068264816-pat00064
주) 온도 변화시 광원의 진동 파장 변화량 Δλ= +0.05 nm/°C.
상기 예15 내지 20의 수렴 광학 시스템은 포화 수분 흡수율이 0.01% 이하이고 사용되는 파장 영역의 3 mm의 두께에서 내부 투과율이 90% 이상인 플라스틱 재료로 제조되기 때문에, 상 품질은 수분 흡수에 의해 적게 영향을 받고, 광 유용성의 효율은 높으며, 다량 생산에 있어 저 비용 제조가 가능하다. 또한, 비중이 2.0 이하인 플라스틱을 사용함으로써, 전체적인 수렴 광학 시스템 광을 만들고, 이에 의해 대물 렌즈(1)을 위한 구동 메커니즘[액츄에이터(10) 또는 유사한] 및 커플링 렌즈(2)를 위한 구동 메커니즘[액츄에이터(11)] 상의 하중을 가볍게 하는 것을 가능하게 함으로써, 고속 구동 및 메커니즘의 축소가 가능해진다.
도54는 실시예17에 관한 광 픽업 장치의 개략 구조도이다. 도54의 광 픽업 장치는 단지 액츄에이터(11)가 커플링 렌즈(2)의 렌즈 요소(2a) 대신 렌즈 요소(2b)를 광축 방향으로 이동시킨다는 점에서만 도40의 광 픽업 장치와 다르고, 따라서, 상기 차이점을 제외한 것에 대한 설명은 여기서는 생략한다.
도55는 실시예18에 관한 광 픽업 장치의 개략 구조도이다. 도55의 광 픽업 장치는 단지 액츄에이터(11)가 커플링 렌즈(2)의 렌즈 요소(2a) 대신 렌즈 요소(2b)를 광축 방향으로 이동시킨다는 점에서만 도45의 광 픽업 장치와 다르고, 따라서, 상기 차이점을 제외한 것에 대한 설명은 여기서는 생략한다. 말하자면, 예 15 내지 20의 수렴 광학 시스템 중의 어느 하나라도 도54 및 도55의 광 픽업 장치에 적용될 수 있다. 또한, 커플링 렌즈(2)의 렌즈 요소(2a, 2b) 사이의 거리는 도54 및 도55의 광 픽업 장치의 변형으로서 그것들의 모두를 이동시킴으로써 또한 변화될 수 있다.
다른 예가 다음에 또한 설명된다.
도62는 광축의 방향으로 커플링 렌즈(2)를 이동시키기 위한 단축의 액츄에이터(11)를 구비한 광 픽업 장치를 도시하는 도이다. 그것은 이동 기구를 나타내는 단축의 액츄에이터(11)에 의해 적당한 양만큼 광축의 방향으로 커플링 렌즈를 이동시킴으로써 대물 렌즈(1)에 유입하는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시킴으로서 광학 시스템에 발생한 구면 수차의 편차를 상쇄하는 것이 가능하다. 또한, 구면 수차가 광학 시스템 상에서 발생할 때, 광원을 나타내는 반도체 레이저(3)의 진동 파장이 변할 때, 또는 광학 정보 기록 매체의 보호 층 두께의 오차로 인해 온도 또는 습도가 변할 때, 이동 기구를 나타내는 단축의 액츄에이터(11)에 의해 적당한 양만큼 광축의 방향으로 커플링 렌즈(2)를 이동시킴으로써 대물 렌즈(1)에 유입하는 광 플럭스의 주변 광선의 경사각을 변화시킴으로서 광학 시스템에 발생한 구면 수차의 편차를 상쇄하는 것이 가능하다. 도62의 픽업이 사용된 예가 아래의 예21 내지 25에 보여진다.
(예21)
렌즈 데이터 및 비구면 상수가 표42에 보여진다. 도56은 예21의 1그룹의 1요소의 커플링 렌즈 및 대물 렌즈의 단면도를 도시하고, 도57은 구면 수차의 도를 도시한다.
표42
Figure 112007068264816-pat00065
Figure 112007068264816-pat00066
본 예21에서, 대물 렌즈 및 커플링 렌즈에 플라스틱 재료를 사용함으로써 광학 시스템을 가볍게 만들고 초점 맞추는 메커니즘 또는 커플링 렌즈 이동 기구에 대한 부하를 가볍게 하도록 의도된다. 이러한 렌즈는 대량 생산 기반으로 저 비용으로 제조될 수 있다. 또한, 커플링 렌즈가 단일 렌즈의 형태로 구성된 회절 렌즈로 나태내어 지도록 함으로써, 간단한 구조에 의해 축 색 수차가 만족스럽게 보정되는 광학 시스템이 실현된다. 표43은 다양한 원인에 의해 발생된 구면 수차에 대해 커플링 렌즈를 이동시킴으로써 만들어지는 보정의 결과를 보여준다. 이 표43으로부터 명백하듯이 레이저의 파장 편차, 온도 변화 및 투명 기판의 두께 오차로 인해 발생된 구면 수차는 본 예에서의 광학 시스템에서 만족스럽게 보정될 수 있다.
표43
Figure 112007068264816-pat00067
(예22)
렌즈 데이터 및 비구면 상수가 표44에 보여진다. 예22의 1-요소 구조의 커플링 렌즈 및 대물 렌즈의 개략 단면도가 도58에 도시되고, 구면 수차의 도는 도59 에 도시된다.
표44
Figure 112007068264816-pat00068
Figure 112007068264816-pat00069
본 예22에서, 대물 렌즈 및 커플링 렌즈에 플라스틱 재료를 사용함으로써, 광학 시스템이 가벼워지고 포커싱 메커니즘 또는 커플링 렌즈 이동 기구에 대한 부하가 가벼워진다. 이러한 렌즈는 또한 플라스틱 재료를 사용함으로써 대량 생산 기반으로 저비용으로 제조될 수 있다. 광학 정보 기록 매체 상에 정보를 기록할 때, 모드 홉핑에 의해 발생한 파면 수차의 열하는 허용할 수 없는 문제이다. 본 광학 시스템에서 기준 파장에 대한 구면 수차 곡선 및 단 및 장 파장에 대한 구면 수차 곡선은 축 색 수차에 의해 과도 보정된 단일 렌즈를 나타내는 쌍 회절면 렌즈를 사용함으로써 서로 교차하도록 만들어진다. 결과적으로, 파장 이동에 의해 발생한 최상의 상 면의 위치 이동은 작게 제어되어서, 모드 홉핑의 경우 파면 수차의 열하의 방지를 가져온다. 표45는 다양한 원인에 의해 발생한 구면 수차에 대해 커플링 렌즈를 이동함으로써 만들어진 보정의 결과를 도시한다. 표45로부터 명백하듯이, 본 예의 광학 시스템은 레이저 파장의 편차, 온도 변화 및 투명 기판 두께에 의해 발생한 구면 수차를 만족스럽게 보정하는 것을 가능하게 한다.
표45
Figure 112007068264816-pat00070
(예23)
표46은 렌즈 데이터 및 비구면 상수를 보여준다. 도60은 예23의 1그룹의 1요소의 커플링 렌즈 및 대물 렌즈의 단면도를 도시하고, 도61은 구면 수차의 도를 도시한다.
표46
Figure 112007068264816-pat00071
본 예23에서, 대물 렌즈에 플라스틱 재료를 사용함으로써 광학 시스템이 가벼워지고 포커싱 메커니즘에 대한 부하가 가벼워진다. 또한, 1그룹의 2요소의 이중 렌즈가 광학 시스템의 축 색 수차를 만족스럽게 보정하기 위해 사용된다. 또한, 광학 정보 기록 매체의 측면을 비구면으로 만듦으로써, 커플링 렌즈의 개구수가 비구면에 대한 보정의 효과에 의해 크게 되며, 이로써 전체 길이가 짧은 조밀 광학 시스템이 실현된다. 표47은 다양한 원인에 의해 발생한 구면 수차에 대해 커플링 렌즈를 이동함으로써 만들어진 보정의 결과를 도시한다. 표47로부터 명백하듯이, 본 예의 광학 시스템은 레이저 파장의 편차, 온도 변화 및 투명 기판 두께의 오차로 인해 발생한 구면 수차를 만족스럽게 보정하는 것을 가능하게 한다.
표47
Figure 112007068264816-pat00072
(예24)
이것은 회절면이 오직 단일 렌즈인 커플링 렌즈의 한쪽 면에만 제공된 예이다.
표48
Figure 112007068264816-pat00073
예24에서, 플라스틱 재료가 대물 렌즈 및 커플링 렌즈에 사용된다. 따라서, 파장 이동에 의해 발생한 최상의 상 면의 위치 이동은 작게 제어되고, 모드 홉핑의 경우에 파면 수차의 저하는 방지된다. 또한, 커플링 렌즈의 표면-중심 이탈의 경우의 파면 수차의 저하는 커플링 렌즈의 오직 한쪽 면에만 비구면을 제공함으로써 방지된다. 또한, 트랙킹 오차 및 커플링 렌즈의 중심 이탈의 경우에 파면 수차의 열하는 광원 측의 커플링 렌즈의 면 상에 회절면을 제공하고 굴절력을 위한 위치가 광축으로부터 더 멀어질수록 굴절력이 감소되는 비구면을 대물 렌즈 측의 면 상에 제공함으로써 방지된다. 표49는 다양한 원인에 의해 발생한 구면 수차에 대해 커플링 렌즈를 이동함으로써 만들어진 보정의 결과를 도시한다. 표49로부터 명백하듯이, 레이저 파장의 편차, 온도 변화 및 투명 기판 두께에 의해 발생한 구면 수차는 만족스럽게 보정되고 축 색 수차도 또한 만족스럽게 보정될 수 있다.
표 49
Figure 112007068264816-pat00074
도1은 본 실시예에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도.
도2는 예1에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템의 구조도.
도3은 예1의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도4는 예2에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도5는 예2의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도6은 예3에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도7은 예3의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도8은 예4에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도9는 예4에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도10은 예4의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도11은 예4의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도12는 예5에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도13은 예5에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도14는 예5의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도15는 예5의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도16은 예6에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도17은 예6의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도18은 예7에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도19는 예7의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도20은 예8에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도21은 예8의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도22는 예9에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템의 구조도.
도23은 예9의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도24는 예10에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도25는 예10의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도26은 예10에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도27은 예11에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도28은 예11의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도29는 예12에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도30은 예12에 따른 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템의 구조도.
도31은 예12의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도32는 예12의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도33은 예13에 따른 콜리메이터, 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도34는 예13의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도35는 예14에 따른 콜리메이터, 오목렌즈(5), 볼록렌즈(4) 및 대물렌즈(3)의 광학 시스템 구조도.
도36은 예14의 광학 시스템에 따른 대물렌즈(3)의 구면수차도.
도37은 다른 실시예에 따른 광학 시스템을 도시하는 도면.
도38은 본 실시예의 변형된 예에 따른 광학 시스템을 도시하는 도면.
도39(a)는 본 실시예의 광 픽업 장치에 사용될 수 있는 대물렌즈(3′)를 전형적으로 도시한 단면도.
도39(b)는 광원 쪽으로부터 볼 때의 정면도.
도40은 예15에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도.
도41은 예15에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도42는 예15에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도43은 예16에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도44는 예16에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도45는 예16에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도.
도46은 예17에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도47은 예17에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도48은 예18에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도49는 예18에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도50은 예19에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도51은 예19에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도52는 예20에 따른 수렴 광학 시스템의 단면도.
도53은 예20에 따른 수렴 광학 시스템의 구면수차도.
도54는 예17에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도.
도55는 예18에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구조도.
도56은 예21에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 단면도.
도57은 예21에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 구면수차도.
도58은 예22에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 단면도.
도59는 예22에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 구면수차도.
도60은 에23에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 단면도.
도61은 예23에 따른 커플링 렌즈와 대물렌즈의 구면수차도.
도62는 본 발명의 대물렌즈를 사용하는 광 픽업 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도63은 본 발명에 따른 굴절율 분포 변화 요소를 사용하는 실시예를 도시하는 단면도.
도64는 본 발명에 따른 굴절율 분포 변화 요소를 사용하는 또 다른 실시예를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 대물 렌즈
4 : 볼록 렌즈
5 : 오목 렌즈
7 : 액츄에이터
8 : 조리개
9 : 원통형 렌즈
11 : 제1 광원
16 : 오목 렌즈
21, 22 : 커플링 렌즈
23 : 제2 광학 정보 기록 매체
41, 42 : 광 검출기
62 : 빔 스플리터

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 광원측으로부터 광축 방향으로 차례로 적층되는 투명 보호 기판과 제1 정보 기록면과 제2 정보 기록면을 적어도 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생에 이용하는 광 픽업 장치에 있어서,
    적어도 파장(λ1)(500 ㎚ 이하)의 광 플럭스를, 상기 제1 정보 기록면 및 상기 제2 정보 기록면에 집광시키는 대물 렌즈와, 상기 광 플럭스를 상기 제1 정보 기록면 및 상기 제2 정보 기록면에 집광시킬 때에, 각 기록면까지의 두께에 기인하여 이들 각 정보 기록면 상의 집광 스폿에 발생하는 구면 수차를 보정하는 구면 수차 보정 기구를 구비하고,
    상기 구면 수차 보정 기구는 볼록렌즈와 오목렌즈를 갖고, 상기 파장(λ1)의 광 플럭스를 상기 제1 정보 기록면 및 상기 제2 정보 기록면 중 한쪽의 정보 기록면에 집광시킨 상태로부터 다른 쪽의 정보 기록면에 집광시킬 때에, 상기 대물 렌즈의 이동과는 독립하여, 상기 볼록렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나의 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 광 픽업 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 볼록렌즈와 오목렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 회절 구조를 갖는 광 픽업 장치.
  4. 광원측으로부터 광축 방향으로 차례로 적층되는 투명 보호 기판과 제1 정보 기록면과 제2 정보 기록면을 적어도 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생에 이용하는 광 픽업 장치에 있어서,
    적어도 파장(λ1)(500 ㎚ 이하)의 광 플럭스를, 상기 제1 정보 기록면 및 상기 제2 정보 기록면에 집광시킬 때에, 각 기록면까지의 두께에 기인하여 이들 각 정보 기록면 상의 집광 스폿에 발생하는 구면 수차를 보정하는 구면 수차 보정 기구를 구비하고,
    상기 구면 수차 보정 기구는 상기 광 플럭스를 투과시키는 액정 요소 기구이고, 상기 광 플럭스가 상기 액정 요소 기구를 통과함으로써 상기 액정 요소 기구가 구면 수차를 보정하는 광 픽업 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 액정 요소 기구는 복수의 액정 요소의 적층 구조를 갖는 광 픽업 장치.
  6. 삭제
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