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 구면수차의 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 편 차 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 포함하고,
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) 파장 의 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 규정되고 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 투 명 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 시 스템 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 투명 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 구면수차의 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 변 화가 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 비록 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 적어도 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 구조를 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 색수 차의 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 제공 될 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 정 밀하게 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 대 물렌즈를 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 경감 이 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 수단은 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 요 소를 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 진동 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 포함 된 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 아베 수가 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 P2이고, 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 개구수 의 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 상에 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 두께 를 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 조리개(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 광축으로부터의 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 광원 의 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. 여기서, 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 방향으로 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 부분 과 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 분할하는 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 합이 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 저밀도 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. 0.65보 다 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 비점수차(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 수 분 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) 중의 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 재 생에 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 이루도록 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 수차 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, 대물렌즈 에서 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 기록면에 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 비구면인 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 쉬우 나, 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 진동 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 특징 으로 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 방사 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 형성됨을 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 정보 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 때 문에, 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 보정하는 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 반대인 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 갖는 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 정 보 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 시스템을 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 그룹 의 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 굴절력을 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 생산으 로 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, 대물 렌즈가 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, 광학 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 것 이 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, 정 보 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 0.65 이상이고, 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 나타난다.
(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 이동시 킴으로서 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 이동하 며, 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 발산각을 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 구면수차의 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 이동 시킴으로서 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 구면수차의 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 사용 하는 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 시스 템)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 기록 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.