KR101249317B1 - 광 픽업용 대물렌즈 - Google Patents

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KR101249317B1
KR101249317B1 KR1020080037858A KR20080037858A KR101249317B1 KR 101249317 B1 KR101249317 B1 KR 101249317B1 KR 1020080037858 A KR1020080037858 A KR 1020080037858A KR 20080037858 A KR20080037858 A KR 20080037858A KR 101249317 B1 KR101249317 B1 KR 101249317B1
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슈이치 다케우치
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 광픽업용 대물렌즈를 제공한다. 상기 대물렌즈는 광원 쪽의 제1면 및 광학 디스크 쪽의 제2면을 포함한다. 제1면은 볼록면이다. 대물렌즈는 0.75 이상의 개구수를 가지는 단일 요소 렌즈로 구성되며, 대물렌즈는 아래의 조건을 만족한다.
Figure 112008029115257-pat00001
θmax는 제1면의 유효반경 내의 광축에 대한 제1면의 법선의 최대각을 나타내고, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낸다.
광픽업, 대물렌즈, 굴절률, 구면수차, 파면수차

Description

광 픽업용 대물렌즈{OBJECTIVE LENS FOR OPTICAL PICK-UP}
본 발명은 DVD 보다 높은 기록 밀도를 갖는 블루레이 디스크와 같은 광학 디스크로 데이터를 기록하거나, 광학 디스크에 저장된 데이터를 재생하는 데 사용되는 광 픽업용 대물렌즈와 관련 있다.
최근, DVD 보다 높은 기록 밀도를 갖는 광학 디스크로 데이터를 기록하거나, 광학 디스크에 저장된 데이터를 재생하는 데 사용되는 광 픽업용 대물렌즈가 제안되었다. 이와 같은 대물렌즈의 예는 일본공개특허공보 2003-85806A(이하 JP2003-85806A이라 함)에 개시되어 있다.
JP2003-85806A에 개시되어 있는 대물렌즈는 광원 쪽의 제1면을 가지고, 광학 디스크면 쪽의 제2면을 가진다. 대물렌즈의 제1면 및 제2면은 각각 볼록면 및 오목면이다. 즉, 대물렌즈는 요철 형태를 갖는 단일 요소 렌즈이다. 대물렌즈에 입사되는 입사광의 발산수렴도를 변화시켜, 광학 디스크의 두께의 변화에 의해 발생하는 구면수차를 억제하기 위해, 대물렌즈는 사인 조건 위반량이 대물렌즈의 유효반경의 60 내지 90 퍼센트의 범위 내에서 양의 극대값을 갖도록 설계된다.
상기한 대물렌즈의 설계상의 성능은 탁월하지만, 렌즈 제조시에 발생하는 렌 즈 표면 사이의 편심에 대한 감도; 및 렌즈 두께의 오차에 대한 감도;가 높다는 결점이 있다. 그러므로, 대물렌즈의 설계상의 성능을 달성하기 위해서는 매우 사소한 수준의 제조 결함도 허용되지 않는다. 결과적으로, 대물렌즈의 제조 조건은 매우 엄격해 진다.
또한, 상기 대물렌즈의 제1면은 그 주변부에서 급한 기울기를 가지고 있고, 이는 대물렌즈의 제작을 어렵게 하는 요인이다.
본 발명의 장점은 블루레이 디스크와 같은 높은 기록밀도를 갖는 광학 디스크용의 높은 개구수를 갖는 대물렌즈를 제공하는데 있고, 이 대물렌즈는 제조오차에 대해 낮은 감도를 나타내며, 생산성에 있어 탁월하다.
한 실시양태에 따르면, 광 픽업용 대물렌즈가 제공된다. 이 대물렌즈는 광원 쪽의 제1면 및 광학 디스크 쪽의 제2면을 포함한다. 제1면은 볼록한 모양이다. 상기 대물렌즈는 0.75 이상의 개구수(numerical aperture)를 갖는 단일 요소 렌즈로 구성된다. 이와 같은 구성에 있어서, 상기 대물렌즈는 아래 조건을 만족한다:
Figure 112008029115257-pat00002
θmax 는 제1면 유효반경에서의 광축에 대한 제1면의 법선의 최대각을 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낸다.
이러한 구성에 의해, 렌즈 표면의 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함한 제조상의 결함에 대한 대물렌즈의 감도를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 제조상의 결함에 대한 허용 오차 범위를 증가시킬 수 있고, 이로 인해서 대물렌즈의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 조건(1)을 만족하는 경우, 광축에 대한 제1면의 법선의 각도가 낮은 수준의 상태로 유지될 수 있기 때문에, 대물렌즈의 생산성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면 광 픽업용 대물렌즈가 제공된다. 상기 대 물렌즈는 광원 쪽의 제1면 및 광학 디스크 쪽의 제2면을 포함한다. 제1면은 볼록한 모양이다. 상기 대물렌즈는 0.75 이상의 개구수를 갖는 단일 요소 렌즈로 구성된다. 이와 같은 구성에 있어서, 대물렌즈는 사인 조건 위반량이 대물렌즈의 유효반경의 60 내지 90 퍼센트의 범위의 입사높이 내에서 음의 극소값을 갖도록 설계된다.
이러한 구성에 의해, 렌즈 표면의 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함한 제조상의 결함에 대한 대물렌즈의 감도를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 제조상의 결함에 대한 허용 오차 범위를 증가시킬 수 있고, 이로 인해서 대물렌즈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기 두 개의 실시양태에 대해서, 대물렌즈는 아래의 조건을 만족하게 된다:
Figure 112008029115257-pat00003
SCmax 는 대물렌즈의 사인 조건 위반량의 음의 극소값을 나타내며, f는 대물렌즈의 초점거리를 나타낸다.
상기 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 대물렌즈는 1.7 보다 크거나 같은 굴절률을 가진다.
상기 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 대물렌즈는 아래와 같은 조건을 만족한다.
Figure 112008029115257-pat00004
f는 대물렌즈의 초점거리를 나타내고, d는 대물렌즈의 두께를 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낸다.
본 발명에 따른 대물렌즈는 아래 조건을 만족하도록 제작된다.
Figure 112008029115257-pat00005
θmax 는 제1면 유효반경에서의 광축에 대한 제1면의 법선의 최대각을 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낸다.
또한 본 발명에 따른 대물렌즈는 아래의 조건을 만족하도록 제작된다.
Figure 112008029115257-pat00006
SCmax 는 대물렌즈의 사인 조건 위반량의 음의 극소값을 나타내며, f는 대물렌즈의 초점거리를 나타낸다.
또한 본 발명에 따른 대물렌즈는 아래와 같은 조건을 만족하도록 제작된다.
Figure 112008029115257-pat00007
f는 대물렌즈의 초점거리를 나타내고, d는 대물렌즈의 두께를 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낸다.
위와 같은 구성에 의해, 렌즈 표면의 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함한 제조상의 결함에 대한 대물렌즈의 감도를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 제조상의 결함에 대한 허용 오차 범위를 증가시킬 수 있고, 이로 인해서 대물렌즈의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 조건(1)을 만족하는 경우, 제1면의 기울기가 낮은 수준의 상태로 유지될 수 있기 때문에, 대물렌즈의 생산성 향상에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 대물렌즈를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기 대물렌즈는 DVD 보다 높은 기록 밀도를 갖는 블루레이 디스크와 같은 광학 디스크에 사용되는 광 픽업용으로 사용된다. 예를 들어, 대물렌즈의 구조는 상세히 후술할 도1에 도시되어 있다. 이하, 참조번호 10은 본 발명의 실시예에 따른 대물렌즈를 지칭한다. 광픽업장치에서, 광원에 의해 방출되는 레이저빔은 시준된 빔(collimated beam)으로서 대물렌즈(10)에 입사된다. 대물렌즈(10)는 광학 디스크의 기록 표면 상에 빔스폿(beam spot)을 형성하기 위해, 입사 레이저빔(시준된 레이저빔)을 수렴하는 기능을 가지고 있다.
실시예로서 도1에 도시된 것처럼, 대물렌즈(10)는 광원 쪽의 제1면(11)과, 광학 디스크면 쪽의 제2면(12)을 가지는 단일 요소 렌즈이다. 대물렌즈는 높은 개구수를 가진다. 특히, 대물렌즈(10)의 개구수는 0.75보다 크거나 같다.
대물렌즈(10)는 아래의 조건을 만족하도록 구성된다.
Figure 112008029115257-pat00008
θmax 는 제1면(11) 유효반경에서의 광축에 대한 제1면(11)의 법선의 최대각을 나타내며, n은 대물렌즈(10)의 굴절률을 나타낸다.
렌즈 표면의 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함하는 제조상의 결함에 의한 수차(aberration)의 악화를 방지하기 위해, 조건(1)에 따라 광축에 대한 제1면(11)의 법선의 최대각 및 굴절률이 정의된다. 조건(1)을 만족함으로써, 대물렌즈(10)는 제조상의 결함에 따른 수차 악화에 대한 감도를 억제할 수 있다.
조건(1)의 가운데 항이 조건(1)의 하한값과 같거나 작아지면, 대물렌즈(10)의 두께와 관련된 제조오차에 대한 구면수차의 감도는 높아진다. 조건(1)의 가운데 항이 조건(1)의 상한값과 같거나 커지면, 제1면(11)과 제2면(12) 사이의 편심에 대한 코마의 감도가 상승한다.
도19 내지 도20을 참조하여, 굴절률 및 광축에 대한 제1면(11)의 법선의 각도를 정의하는 기술적 배경을 설명한다. 도19는 렌즈의 유효반경 내에서의, 광축에 대한 렌즈의 제1면(광원 쪽)의 법선의 최대각(θmax)과 관련하여, 렌즈 표면 사이에서 1㎛의 편심이 일어날 때에 발생하는 파면수차에 대해 그래프를 도시하고 있다. 각각 도19와 도20에서, 각기 다른 굴절률을 가지는 3개 종류의 렌즈에 대해 도시하고 있다. 각각의 3개 종류의 렌즈는 1.765㎜의 초점거리 및 2.277㎜의 렌즈두께를 갖는다.
도20은 렌즈의 유효반경 내에서, 광축에 대한 렌즈의 제1면(11)의 법선의 최대각(θmax)에 대해, 제조 중에 렌즈 두께가 1㎛만큼 증가할 때 발생하는 파면수차를 나타내는 그래프이다. 각각 도19와 도20에서, 원으로 표시되는 곡선은 1.52의 굴절률을 갖는 렌즈에 대응되고, 사각형으로 표시되는 곡선은 1.71의 굴절률을 갖 는 렌즈에 대응되며, 삼각형으로 표시되는 곡선은 1.78의 굴절률을 갖는 렌즈에 대응된다.
도19에서 알 수 있듯이, 굴절률이 증가할수록 편심에 의한 파면수차(즉, 편심에 기한 코마에 의해 주로 발생하는 파면수차)의 최소값은 감소하며, 굴절률이 증가할수록 파면수차가 최소값일 때 정의되는, 광축에 대한 렌즈(제1면의 유효반경 내)의 제1면(11)의 법선의 최대각 또한 감소한다. 특히, 굴절률이 1.7 보다 크거나 같으면, 광축에 대한 렌즈(제1면의 유효반경 내)의 제1면(11)의 법선의 최대각이 대략 54 내지 58도 사이의 범위에 있을 때, 편심에 기인한 코마를 낮은 수준으로 억제할 수 있다.
도20에서 알 수 있듯이, 굴절률이 증가할수록 렌즈 두께에 있어서 오차에 의한 파면수차(즉, 구면수차에 의해서 주로 발생하는 파면수차)의 최소값은 감소하며, 굴절률이 증가할수록 파면수차가 최소값일 때 정의되는, 광축에 대한 렌즈(제1면의 유효반경 내)의 제1면(11)의 법선의 최대각 또한 감소한다. 보다 구체적으로, 굴절률이 1.7 보다 크거나 같으면, 광축에 대한 렌즈(제1면의 유효반경 내)의 제1면(11)의 법선의 최대각이 대략 62 내지 65도 사이의 범위에 있을 때, 렌즈 두께 에 있어서의 오차에 대한 구면수차를 낮은 수준으로 억제할 수 있다.
그러므로 조건(1)에 의하면, 굴절률이 1.7 일 때, 제1면(11)의 유효반경 내에서의 광축에 대한 제1면(11)의 법선의 최대각(θmax)은 대략 54 내지 65도 사이의 값을 가질 필요가 있으며, 굴절률이 1.5 일 때, 제1면(11)의 유효반경 내에서의 광 축에 대한 제1면(11)의 법선의 최대각(θmax)은 대략 62 내지 72도 사이의 값을 가질 필요가 있다.
조건(1)을 만족함으로써(전술한 굴절률과 광축에 대한 제1면(11)의 법선의 최대각 간의 관계가 조건(1)을 만족할 때), 편심 및 렌즈 두께에 있어서의 오차를 포함하는 제조상의 결함에 대한 감도를 낮은 수준으로 억제할 수 있다.
대물렌즈(10)는 사인 조건 위반량이 대물렌즈(10)의 유효반경의 60 내지 90 퍼센트의 범위의 입사높이에서 대물렌즈에 입사되는 레이저빔에 대해 음의 값을 갖도록 설계된다. 이하, 도21 내지 도22를 참조하여 사인 조건 위반량이 음의 극소값을 갖는 경우의 의미에 대해서 설명한다.
도21은 광축에 대한 렌즈의 제1면(광원 쪽)의 법선의 최대각(θmax)에 대해, 렌즈의 표면 사이에서 1㎛의 편심이 일어날 때 발생하는 파면수차를 나타내는 그래프이다. 도21 내지 도22 각각에 있어서, 그래프는 사인 조건 위반량이 각기 다른 3개 종류의 렌즈를 도시하고 있다. 3개 종류의 렌즈는 각각 1.765㎜의 초점거리, 2.277㎜의 렌즈 두께, 408㎚ 파장에서 1.52의 굴절률을 가진다.
도22는 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각(θmax)에 대해, 제조 과정 중에 렌즈 두께가 1㎛ 증가할 때 발생한 파면수차를 나타내는 그래프이다. 도21 내지 도22 각각에 있어서, 원으로 도시된 곡선은 입사빔의 모든 높이에서 사인 조건을 만족하는 렌즈를 나타내며, 사각형으로 도시된 곡선은 최대 보정(full correction) 상태에서 음의 극소값을 갖는 사인 조건을 나타내는 렌즈에 대응되며, 삼각형으로 도시된 곡선은 최대 보정 상태에서 양의 극대값을 갖는 사인조건을 나타내는 렌즈에 대응된다. 삼각형으로 도시된 곡선은 본 발명의 실시예에 따른 대물렌즈를 나타내며, 사각형으로 도시된 곡선은 종래의 대물렌즈를 나타냄을 주목해야 한다.
도21에서 나타난 것처럼, 최대 보정 상태에서 음의 극소값을 갖는 사인 조건을 나타내는 렌즈에 대한 파면수차의 발생량이 최소값을 가질 때, 편심에 의한 파면수차(즉, 주로 편심에 기인한 코마에 의한 파면수차)와 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각 사이의 관계에 대한 특성은 사인 조건 위반량을 고려한 패턴에 관계없이 유지된다.
도22에서 알 수 있듯이, 최대 보정 상태에서 음의 극소값을 갖는 사인 조건을 나타내는 렌즈에 대한 파면수차의 발생량이 최소값을 가질 때, 렌즈 두께의 오차에 의한 파면수차(즉, 주로 구면수차에 기인한 파면수차)와 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각 사이의 관계에 대한 특성은 사인 조건 위반량에 관한 패턴에 관계없이 유지된다.
그러므로, 최대 보정 상태에서 사인 조건이 음의 극소값을 갖는 경우, 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함하는 제조상의 결함에 의한 수차는 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 제조상의 결함에 대한 수차 감소의 감도를 고려하여, 굴절률이 1.5 일 때, 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각(θmax)이 약 63 내지 68도 사이의 범위에서, 편심에 대한 수차 감소의 감도와 렌즈 두께의 오차에 대한 수차 감소의 감도 간의 균형을 이루는 것이 가능하다.
대물렌즈(10)는 아래 조건을 만족하도록 구성된다.
Figure 112008029115257-pat00009
SCmax는 대물렌즈(10)의 사인 조건 위반량의 음의 극소값을 나타내며, f는 대물렌즈(10)의 초점거리를 나타낸다.
조건(2)는 사인 조건 위반량을 설정하기 위한 적절한 숫자 범위를 정의한다. SCmax/f가 조건(2)의 하한값 보다 작거나 같은 경우, 비축(off-axis) 코마의 측정값은 큰 폭으로 증가하게 된다. SCmax/f가 조건(2)의 상한값 보다 크거나 같은 경우, 제조상의 결함에 대한 수차 감소의 감도는 큰 폭으로 증가하게 된다.
대물렌즈(10)는 아래의 조건을 만족하기 위한 구성을 가진다.
Figure 112008029115257-pat00010
d는 대물렌즈(10)의 두께를 나타낸다. 대물렌즈(10)의 두께 "d"는 광축에 따른 대물렌즈(10)의 두께로 정의될 수 있다.
조건(3)은 렌즈의 굴절률 및 두께를 결정함으로써, 렌즈 두께의 오차 및 편심을 포함하는 제조상의 결함에 대해, 수차 감소를 방지하기 위한 조건이다. (d·n)/f가 조건(3)의 하한값보다 작거나 같은 경우, 광축에 대한 렌즈의 제1면(11)의 법선의 각도는 대물렌즈(10)의 표면에서 가파르게 되거나, 제조상의 결함에 대한 수차 저하의 감도는 높아지게 된다. (d·n)/f가 조건(3)의 상한값보다 크거나 같은 경우, 광픽업을 위해 요구되는 작동 거리(working distance)는 고정되지 못한다.
조건(3)의 의미는 도23 내지 24를 참조하여 설명될 것이다. 도23은 광축에 대한 렌즈의 (광원 쪽의) 제1면의 법선의 최대각(θmax)에 관하여, 렌즈의 표면 사이에서 편심이 1㎛ 일어날 때 발생하는 파면수차에 대해 도시한 그래프이다. 도24는 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각(θmax)에 관하여, 제조상에서 렌즈 두께가 1㎛ 증가하는 경우 발생하는 파면수차에 대해 도시한 그래프이다.
도23 내지 도24 각각에서, 각기 다른 렌즈 두께를 가지는 3개 종류의 렌즈를 도시하고 있다. 보다 상세하게, 원에 의해 표시된 곡선은 2.15㎜의 렌즈 두께를 갖는 렌즈에 대응되며, 사각형에 의해 표시된 곡선은 2.277㎜의 렌즈 두께를 갖는 렌즈에 대응되며, 삼각형에 의해 표시된 곡선은 2.40㎜의 렌즈 두께를 갖는 렌즈에 대응된다. 각각 3개 종류의 렌즈의 초점거리는 1.765㎜이고, 파장이 408㎚일 때 1.52의 굴절률을 가진다.
도23에서 나타난 것처럼, 렌즈 두께가 증가함으로써 파면수차 발생량이 감소할 때, 편심에 의한 파면수차(즉, 주로 편심에 기인한 코마에 의한 파면수차)와, 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각 사이의 관계에 대한 특성은 렌즈 두께에 관계없이 유지된다.
도24에서 알 수 있듯이, 렌즈 두께가 증가함으로써 파면수차의 발생량이 감소할 때, 렌즈 두께의 오차에 의한 파면수차(즉, 주로 구면수차에 기인한 파면수차)와, 광축에 대한 렌즈의 제1면의 법선의 최대각 사이의 관계에 대한 특성은 렌즈 두께에 관계없이 유지된다.
즉, 렌즈 두께가 증가함으로써, 렌즈 두께의 오차 및 편심을 포함하는 제조상의 결함에 의한 수차는 감소한다.
이하, 대물렌즈(10)의 6개 구체적인 예가 설명되어 있다. 각각의 예에서, 입사 레이저빔의 목적 파장은 408㎚로 설정된다. 참고로, 상기 "목적 파장"은 광학 디스크로 데이터를 기록 및/또는 디스크로부터 데이터를 재생하는데 최적의 레이저빔의 파장을 의미한다. 즉, 각각의 예에서, 대물렌즈의 굴절률 "n"은 408㎚의 파장일 때로 정의된다.
1번 샘플
도1은 제1실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보호층을 도시한 단면도이다. 아래의 표1은 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치(數値)구성을 나타낸다. 표1(및 이하의 유사한 표)에서 f는 초점 거리, NA는 개구수, m은 배율, r은 각각의 광학 표면의 곡률반경(㎜단위), d는 광축 상에서의 면간거리 및 n은 측정하려는 파장에서의 굴절률을 의미한다.
표1
f=2.00㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=1.70㎜
Figure 112008029115257-pat00011
표1(및 이하의 유사한 표)에서, 표면1은 대물렌즈(10)의 제1면(11)이고, 표 면2는 대물렌즈(10)의 제2면(12)이고, 표면3과 표면4는 광학 디스크(20)의 보호층 양면을 나타낸다.
대물렌즈(10)의 제1면(11)과 제2면(12) 각각은 회전대칭 비구면이다. 회전대칭 비구면은 아래의 식에 의해 표현된다.
Figure 112008029115257-pat00012
X(h)는 광축으로부터 높이 h에서의 비구면상의 좌표점과 광축에서 비구면에 대해 접선을 따라 작용하는 평면 간의 거리인 SAG 값을 나타내며, c는 비구면의 광축상에서 곡률(1/r)을 나타내고, K는 원추계수(conical coefficient)이고, A4, A6, A8, A10 및 A12는 각각 4번째, 6번째, 8번째, 10번째 및 12번째의 비구면계수(aspherical coefficient)를 나타낸다.
표2는 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12)을 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표2
Figure 112008029115257-pat00013
도2 내지 도3은 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보 다 상세하게, 도2는 축 상의 파면수차를 나타내며, 도3은 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 나타낸다.
2번 샘플
도4는 제2실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보호층을 도시한 단면도이다. 다음의 표3은 제2실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치구성을 나타낸다.
표3
f=2.35㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=2.00㎜
Figure 112008029115257-pat00014
대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12) 각각은 회전대칭 비구면이다. 표4는 제2실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면을 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표4
Figure 112008029115257-pat00015
Figure 112008029115257-pat00016
도5내지 도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 도5는 축 상의 파면수차를 도시한 그래프이며, 도6은 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 도시한 그래프이다.
3번 샘플
도7은 본 발명의 제3실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보호층을 도시한 단면도이다. 아래의 표5는 본 발명의 제3실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치구성을 나타낸다.
표5
f=1.00㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=0.85㎜
Figure 112008029115257-pat00017
대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12) 각각은 회전대칭 비구면이다. 표6은 본 발명의 제3실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12)을 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표6
Figure 112008029115257-pat00018
도8 내지 도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 도8은 축 상의 파면수차를 도시한 그래프이고, 도9는 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 도시한 그래프이다.
4번 샘플
도10은 본 발명의 제4실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보호층을 나타내는 단면도이다. 아래의 표7은 본 발명의 제4실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치구성을 나타낸다.
표7
f=1.55㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=1.32㎜
Figure 112008029115257-pat00019
대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12)는 각각 회전대칭 비구면이다. 표8은 본 발명의 제4실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11)과 제2면(12)를 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표8
Figure 112008029115257-pat00020
도11내지 도12는 본 발명의 제4실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 도11은 축 상의 파면수차를 도시한 그래프이고, 도12는 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 나타낸 그래프이다.
5번 샘플
도13은 본 발명의 제5실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보호층을 도시한 단면도이다. 아래의 표9는 본 발명의 제5실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치구성을 나타낸다.
표9
f=2.00㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=1.70㎜
Figure 112008029115257-pat00021
대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12) 각각은 회전대칭 비구면이다. 표10은 본 발명의 제5실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11)과 제2면(12)를 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표10
Figure 112008029115257-pat00022
도14내지 도15는 본 발명의 제5실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 도14는 축 상의 파면수차를 도시한 그래프이고, 도15는 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 나타낸 그래프이다.
6번 샘플
도16은 본 발명의 제6실시예에 따른 대물렌즈(10) 및 광학 디스크(20)의 보 호층을 도시한 단면도이다. 아래의 표11는 본 발명의 제6실시예에 따른 대물렌즈(10)의 수치구성을 나타낸다.
표11
f=1.55㎜, NA=0.85, m=0, 유효반경=1.32㎜
Figure 112008029115257-pat00023
대물렌즈(10)의 제1면(11) 및 제2면(12) 각각은 회전대칭 비구면이다. 표12은 본 발명의 제6실시예에 따른 대물렌즈(10)의 제1면(11)과 제2면(12)를 구별하는 원추계수 및 비구면계수를 나타낸다.
표12
Figure 112008029115257-pat00024
Figure 112008029115257-pat00025
도17내지 도18은 본 발명의 제5실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 도17은 축 상의 파면수차를 도시한 그래프이고, 도18은 구면수차(SA) 및 사인 조건(SC)를 나타낸 그래프이다.
아래의 표13은 제1실시예 내지 제6실시예 각각에 대해, 조건(1)의 중간항의 값, 입사빔의 사인 조건 위반량이 음의 극소값을 가질 때의 입사높이, 조건(2)의 중간항의 값, 및 조건(3)의 중간항의 값을 나타낸다. 표13에서 알 수 있듯이, 제1실시예 내지 제6실시예 각각의 대물렌즈(10)는 조건(1) 내지 조건(3)을 만족한다.
표13
Figure 112008029115257-pat00026
표14는 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능 및 앞서 언급한 JP2003-85806A의 제1실시예에서 공개된 종래의 대물렌즈의 광학 성능을 나타낸다. 보다 상세하게, 표14는 제1면(11) 및 제2면(12)이 편심이 각각 1㎛ 발생할 때의 파면수차의 발생량을 나타내며, 렌즈 두께가 2.5㎛ 증가할 때의 파면수차의 발생량을 나타낸다.
표14
Figure 112008029115257-pat00027
Figure 112008029115257-pat00028
본 발명의 제1실시예의 파면수차 발생량과 JP2003-85806A의 제1실시예의 파면수차 발생량을 비교해보면 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)는 렌즈 표면의 편심 및 렌즈 두께의 오차를 포함한 제조상의 결함에 의해 발생하는 파면수차를, 종래의 대물렌즈의 예로서 상기한 표14의 JP2003-85806A의 대물렌즈와 비교할 때 보다 낮은 수준으로 억제할 수 있다.
비록 표14에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈(10)의 광학 성능에 대해서만 도시되어 있지만, 다른 실시예(제2실시예 내지 제6실시예) 각각에 따른 대물렌즈(10)도 마찬가지로, JP2003-85806A의 제1실시예에 따른 종래의 대물렌즈에 비해 보다 효율적으로 제조상의 결함에 의한 수차의 발생량을 억제할 수 있음을 주목해야 한다.
앞서 설명한 것처럼, 본 발명의 실시예에 따라, 제조상의 결함에 대한 대물렌즈의 감도를 감소시키는 것이 가능함으로써, 대물렌즈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도1은 제1실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도2는 제1실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차(wavefront aberration)를 나타내는 도면이다.
도3은 제1실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도4는 제2실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도5는 제2실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차를 나타내는 도면이다.
도6은 제2실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도7는 제3실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도8는 제3실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차를 나타내는 도면이다.
도9은 제3실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도10는 제4실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도11는 제4실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차를 나타내는 도면이다.
도12은 제4실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도13는 제5실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도14는 제5실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차를 나타내는 도면이다.
도15은 제5실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도16는 제6실시예에 따른 대물렌즈의 단면도이다.
도17는 제6실시예에 따른 대물렌즈의 파면수차를 나타내는 도면이다.
도18은 제6실시예에 따른 구면수차 및 대물렌즈의 사인 조건 위반량을 나타내는 도면이다.
도19는 각각 다른 굴절률을 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 대물렌즈의 렌즈 표면 사이에서 편심이 1㎛ 일어나는 경우 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.
도20는 각각 다른 굴절률을 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 제조 중에 렌즈 두께가 1㎛ 증가시에 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.
도21은 각각 사인 조건 위반량의 다른 패턴을 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 대물렌즈의 렌즈 표면 사이에서 편심이 1㎛ 일어날 경우 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.
도22는 각각 사인 조건 위반량의 다른 패턴을 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 제조 중에 렌즈 두께가 1㎛ 증가시에 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.
도23은 각각 다른 두께를 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 대물렌즈의 렌즈 표면 사이에서 편 심이 1㎛ 일어날 경우 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.
도24는 각각 다른 두께를 가지는 3개 종류의 대물렌즈에 있어서, 광축에 대한 대물렌즈의 제1면의 법선의 최대각에 대해, 제조 중에 렌즈 두께 1㎛의 증가시에 발생하는 파면수차를 나타내는 도면이다.

Claims (8)

  1. 광원 쪽의 제1면; 및
    광학 디스크 쪽의 제2면;을 포함하고 있는 광픽업용 대물렌즈로서,
    상기 제1면은 볼록면이고,
    상기 대물렌즈는 0.75 이상의 개구수를 가지는 단일 요소 렌즈로 구성되며,
    θmax가 제1면의 유효반경 내에서의, 광축에 대한 제1면의 법선의 최대각을 나타내고, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낼 때,
    Figure 112008029115257-pat00029
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는, SCmax가 대물렌즈의 사인 조건 위반량의 음의 극소값을 나타내고, f는 대물렌즈의 초점거리를 나타낼 때,
    Figure 112008029115257-pat00030
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는 1.7보다 크거나 같은 굴절률을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는, f가 대물렌즈의 초점거리를 나타내고, d가 대물렌즈의 두께를 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낼 때,
    Figure 112008029115257-pat00031
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  5. 광원 쪽의 제1면; 및
    광학 디스크 쪽의 제2면;을 포함하고 있는 광픽업용 대물렌즈로서,
    상기 제1면은 볼록면이고,
    상기 대물렌즈는 0.75 이상의 개구수를 가지는 단일 요소 렌즈로 구성되며, 상기 대물렌즈의 유효반경 내에서 60 내지 90 퍼센트의 입사높이 범위에서의 사인 조건 위반량이 음의 극소값을 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 대물렌즈는, SCmax가 대물렌즈의 사인 조건 위반량의 음의 극소값을 나타내고, f는 대물렌즈의 초점거리를 나타낼 때,
    Figure 112008029115257-pat00032
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  7. 제5항에 있어서, 상기 대물렌즈는 1.7 보다 크거나 같은 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
  8. 제5항에 있어서, 상기 대물렌즈는, f가 대물렌즈의 초점거리를 나타내고, d가 대물렌즈의 두께를 나타내며, n은 대물렌즈의 굴절률을 나타낼 때,
    Figure 112008029115257-pat00033
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업용 대물렌즈.
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