KR20000005857A - 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 종류의 광학 정보 기록 매체중 하나로부터 정보를 재생하기 위한 광 픽업 장치가 제공되는데, 이 장치는 제1 광원, 제2 광원, 및 제1 비구면과 제2 면을 갖고 있는 대물 렌즈를 구비하며, 상기 제1 비구면은 제1 분할면을 갖고 있고, 상기 제2 분할면으로부터 비구면식에 따라서 연장되는 라인이 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면간의 광축상의 거리는, 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면상에 수속되는 제1 광속의 피크 강도비가 0.9 보다 작지 않으며 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면상에 수속되는 제2 광속의 피크 강도비가 0.8 보다 작지 않도록 결정된다.

Description

광 픽업 장치{OPTICAL PICKUP APPARATUS}
본 발명은 광원에서 방출된 광속(light flux)이 정보 기록면 상에 수속되고 재생될 광 정보가 광 정보 기록 매체 상에 기록되거나 정보 기록면 상의 정보가 재생되는 광 정보의 기록/재생 방법, 광 픽업 장치, 이에 사용되는 수속 광학계 및 대물 렌즈, 및 대물 렌즈를 설계하는 방법에 관한 것이다.
최근에 단파장의 적색 반도체 레이저의 실용화에 따라 용량은 더 크지만 종래의 광 정보 기록 매체인 콤팩트 디스크(CD)(또는 광 디스크)와 같은 크기를 가진 고밀도 광 정보 기록 매체인 DVD(디지탈 비디오 디스크 또는 디지탈 만능 디스크)의 개발이 진행되어 왔다. 이러한 DVD에서 광 디스크의 측부에 있는 대물 렌즈의 개구수(NA)는 635 nm의 단파장 반도체 레이저가 사용되는 경우에 0.6이 되도록 제조된다. 또한, DVD는 0.74 μm의 트랙 피치와 0.4 μm의 최소 피트 길이를 가지며, 1.6 μm의 트랙 피치와 0.83 μm의 최소 피트 길이를 가진 CD에 비해 2배 이상의 고밀도를 갖도록 제조된다. 더우기, 전술한 CD 및 DVD 외에 예컨대 CD-R(direct read after write, writing once compact disk), LD, MD(mini disk), 및 MO(magneto-optic disk)와 같은 각종 표준의 광 디스크가 판매되어 널리 사용되고있다. 도표 1에 투명 기판의 두께 및 각종 광 디스크의 필요한 개구수가 표시되어 있다.
광 디스크 투명 기판의 두께(mm) 필요한 개구수(광원의 파장 λ nm)
CD, CD-R(재생 전용) 1.20 0.45(λ=780)
CD-R(기록 재생용) 1.20 0.50(λ=780)
LD 1.20 0.50(λ=780)
MD 1.20 0.45(λ=780)
MO(ISO 3.5인치 230 MB) 1.20 0.55(λ=780)
MO(ISO 3.5인치 640 MB) 1.20 0.55(λ=680)
DVD 0.60 0.60(λ=635)
그 외에, CD-R에 관련하여 광원이 파장 λ=780(nm)를 갖는 것이 필요하지만, 다른 광 디스크에 관하여는 도표 1에 표시된 것과 다른 파장을 가진 광원이 사용될 수 있는데, 이 경우 필요한 개구수(NA)는 사용되는 광원의 파장(λ)에 따라 변해야 한다. 예컨대, CD의 경우 필요한 개구수는 약 NA=λ(μm)/1.73이고, DVD의 경우에는 약 NA=λ(μm)/1.06이다.
또한, 본 명세서에서 언급되는 개구수(이하, 예컨대 NA1, NA2, NAL, NAH, NA3, NA4 등)는 투명 기판측에서 보았을 때 수속 광학계(converging optical system)의 개구수를 의미한다. NA1은 제1 광 정보 기록 매체에서 정보를 재생하거나 정보를 기록하는 데 필요한 개구수이고, NA2는 제2 광 정보 기록 매체에서 정보를 재생하거나 정보를 기록하는 데 필요한 개구수이다.
전술한 바와 같이, 이제 크기, 투명 기판의 두께, 기록 밀도, 사용 파장 등이 다른 각종 광 디스크를 시장에서 구입할 수 있는 시대이며, 각종 광 디스크에 사용할 수 있는 광 픽업 장치가 제안되고 있다.
이 중 하나로서 다른 광 디스크에 각각 대응하는 수속 광학계들을 갖추어 수속 광학계들이 재생될 광 디스크에 따라 바뀌는 광 픽업 장치가 제안되었다. 그러나, 이러한 광 픽업 장치에서는 다수의 수속 광학계가 필요하고, 이것은 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 수속 광학계를 교체하기 위한 구동 기구를 필요로 하며, 따라서 이러한 장치는 복잡성 및 교체 정확성의 요구 때문에 바람직하지 못하다.
따라서, 단일 수속 광학계를 이용하여 다수의 광 디스크를 재생할 수 있는 각종 광 픽업 장치가 요구된다.
부수적으로 본 명세서에서는 간략히 하기 위해 '광 디스크의 재생', '광 디스크의 기록' 등의 용어는 '광 디스크의 정보 재생', '광 디스크의 정보 기록' 등의 의미로 사용된다.
다른 예로서 일본 특개평 H7-302437에는, 대물 렌즈의 굴절면이 다수의 링형 영역으로 분할되어 있고 분할된 각 표면 영역이 다른 두께를 가진 광 디스크의 하나 위에 빔을 수속시켜 정보를 재생하는 광 픽업 장치가 개시되어 있다.
그 외에 일본 특개평 H7-57271에는, 투명 기판의 두께 t1을 가진 제1 광 디스크의 경우 0.07λ 이하의 수속 빔에 포함된 파면 수차를 만들도록 설계된 대물 렌즈가 사용되고, 투명 기판의 두께 t2를 가진 제2 광 디스크의 경우에는 약간 초점이 흐려진 상태로 수속 빔 스폿을 형성하는 광 픽업 장치가 개시되어 있다.
그러나, 일본 특개평 H7-302437에 개시된 광 픽업 장치에서는 입사 광량이 단일 대물 렌즈에 의해 2개의 초점으로 동시에 분할되기 때문에 레이저 출력을 크게 할 필요가 있어 비용을 증가시킨다. 또한, 일본 특개평 H7-57271에 개시된 광픽업 장치에서는 제2 디스크의 재생을 행할 때 측면 로브(side lobe)에 의해 지터가 증가한다. 특히, 제1 광 디스크에 대해 0.07λ 이하의 파면 수차를 만드는 대물 렌즈에 의해 제2 디스크가 강제적으로 재생되기 때문에, 제2 광 디스크를 재생할 수 있는 개구수에는 한계가 있다.
또한, 사용 파장에 대응하고 레이저 빔이 동일한 대물 렌즈에 의해 필요한 개구수를 가진 기록면 상에 수속되는 다수의 레이저 광원을 구비한 각종 픽업 장치가 제안되었다(예컨대 일본 특개평 H8-55363, H10-92010 등). 그러나, 이 때문에 광학 시스템의 구조가 복잡해지고, 사용 부품의 수가 증가하거나 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명자는 전체 표면을 동심원들로 분할하여 형성한 다수의 링형 영역으로 구성된 특수 대물 렌즈를 개발하였는데, 각각의 링형 영역은 상이한 파장을 가진 다수의 광원 및/또는 기록면 두께가 상이한 투명 기판들로 인해 발생하는 구면 수차를 건설적으로 이용함으로써 각각의 관련 광 정보 기록 매체에 관하여 회절 한계 내에서 수차를 보정하며, 또한 본 발명자는 상기 대물 렌즈를 사용하여 간단한 구조의 광 픽업 장치를 제안하였다(일본 특개평 H9-286954).
이러한 대물 렌즈는 사용 파장 및/또는 투명 기판의 두께에 따라 필요한 개구수를 자동적으로 얻을 수 있는 기능을 갖고 있다. 그러나, 다른 광 정보 기록 매체에 대응하는 링형 영역으로부터의 광속의 광 스폿 강도가 위상 시프트에 의해 감소되어 기록 및 재생에 사용될 수 없는 문제가 있다.
상기한 문제는 다음과 같은 구조에 의해 해결될 수 있다.
본 발명의 광 픽업을 위한 수속 광학계는 파장이 서로 다른 두개의 레이저 광원, 상기 광원으로부터의 레이저 빔을 수속하기 위한 대물 렌즈를 구비하는 수속 광학계, 기록면으로부터 반사된 광을 검출하기 위한 광감지 소자로 구성되고, 투명 기판의 두께가 서로 다른 적어도 두 종류의 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 재생하기 위한 광 픽업용 광학계이며,
상기 수속 광학계는 광축의 근방으로부터 더 먼 위치까지 링형상의 영역들상에서 상기 수속 광학계의 광속을 3개의 광속으로 분할하는 수단을 구비하며, 상기 광속은 광축의 근방으로부터 더 먼 위치까지 제1 , 제2 및 제3 광속이 연속적이며 , 상기 제1 광속은 두께가 서로 다른 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체 모두에 이용되며, 상기 제2 광속은 주로 두꺼운 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체에 이용되고, 상기 제3 광속은 얇은 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체에 주로 이용되며,
상기 광학계는 상기 세개의 광속중에서 적어도 하나는 파장과 두께가 서로 다른 두개의 기록 매체에 대한 광 스폿 강도가 증가되도록 다른 광속에 대해서 시프트된 위상을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 광 픽업 장치의 구조의 개략도.
도 2a는 대물 렌즈의 단면도.
도 2b는 광원 측에서 본 대물 렌즈의 정면도.
도 3은 대물 렌즈의 단면도.
도 4a 내지 4f는 렌즈 특성도.
도 5a 및 5b는 파면 수차 곡선도.
도 6a는 대물 렌즈의 단면도.
도 6b는 광원 측에서 본 대물 렌즈의 정면도.
도 7a 및 7b는 피크 강도비와 위상간의 관계를 나타내는 도면.
도 8a 및 8b는 파면 수차 곡선도.
도 9a 및 9b는 렌즈 특성도.
도 10a 및 10b는 피크 강도비와 위상간의 관계를 나타내는 도면.
도 11a 및 11b는 파면 수차 곡선도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광 픽업 장치
13 : 시준기 렌즈
16 : 대물 렌즈
20 : 광 디스크
22 : 정보 기록면
동심원들에 의해 형성된 다수의 링형 영역을 가진 특수 대물 렌즈에 의해 전술한 위상 시프트의 발생이 양호하게 방지될 수 있는데, 각각의 링형 영역에 있어서 상이한 파장을 가진 다수의 광원 및 상이한 두께를 가진 투명 기판들에 관하여 제1 및 제3 링형 영역은 짧은 파장 및 얇은 기판에 대해 회절 한계 내에서 수차가보정되며, 제2 링형 영역은 긴 파장 및 두꺼운 기판 또는 중간 두께의 기판에 대해 회절 한계 내에서 수차가 보정된다.
보다 구체적으로 나타내기 위해서, 본 발명의 수속 광학계에서는, 대물 렌즈가 광원을 향하는 측면 상에 동심원으로 형성된 복수의 링형 영역으로 구성된 굴절면을 갖는 렌즈로 만들어질 수 있고, 상기 링형 영역 각각은 예를 들어, DVD용 λ1및 CD용 λ21< λ2)와 같이 다른 파장을 갖는 복수의 광원, 및/또는 기록 매체 t1, t2(t1< t2) 및 t1-t2의 다른 두께를 갖는 투과 기판에 대한 회절 한계 내의 수차가 보정된다. 상술한 t1-t2에 대해서, t3가 회절 한계 내에서 정정되는 제2 링형 영역을 위한 기판의 두께가 될 때, 다음의 부등식:
(t1+ t2) x 0.4 ≤ t3≤ t2,
또는 바람직하게,
(t1+ t2) x 0.45 ≤ t3≤ t2
이 성립될 수 있다.
광축 상의 개별 링형 영역의 굴절면의 위치를 조정함으로써, 소정의 위상 시프트가 일어날 수 있다.
상술한 링형 영역은 또한 광 정보 기록 매체를 향하는 대물 렌즈의 표면 상에 제공될 수 있고, 또한 대물 렌즈의 양면 상에 링형 굴절면 영역을 제공하도록 실현될 수 있다.
게다가, 본 발명은 시준기 렌즈와 같은 대물 렌즈 이외의 광 소자내에 위상 시프트부를 제공함으로써 실시될 수 있다.
"실시예"
다음에서, 본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
설명은 본 발명의 광 픽업 구조의 개요를 도시한 도 1을 참조하여 주어질 것이다. 본 발명의 실시예에서, 광 픽업 장치는 제1 광 디스크의 재생을 위한 제1 광원인 제1 반도체 레이저(111)(파장 λ1 = 610 nm - 680 nm) 및 제2 광 디스크의 재생을 위한 제2 광원인 제2 반도체 레이저(112)(파장 λ2 = 740 nm - 870 nm, 바람직하게, 740 nm - 810 nm)를 구비한다. 더욱이, 구성 수단(19)은 제1 반도체 레이저(111)에서 방출된 광속(light flux)과 제2 반도체 레이저(112)에서 방출된 광속을 결합할 수 있는 수단이고, 단일 수속 광학계를 통해 광 디스크(20) 상에 이들을 수속시키기 위해 양쪽 광속을 동일한 광 경로 상에 놓는 수단이다.
먼저, 두께 t1의 투과 기판을 갖는 제1 광 디스크가 재생되는 경우에, 빔은 제1 반도체 레이저(111)에서 방출되고, 방출된 광속은 구성 수단(19), 편광 빔 스프리터(12), 시준기 렌즈(13), 및 4분 파장판(14)을 통해 전송되고, 원형으로 편광된 평행 광속이 된다. 이 광속은 스톱(17)에 의해 한정되고, 대물 렌즈(16)에 의해 제1 광 디스크(20)의 투과 기판(21)을 통해 정보 기록면(22) 상에 수속된다. 즉, 정보 기록면(22) 상에서, 정보를 기록하거나 재생할 수 있는 정도의 강도를 가진 빔 스폿이 형성된다. 다음으로, 정보 기록 매체(22) 상의 정보 피트에 의해 변조되고 반사된 광속은, 대물 렌즈(16), 4분 파장판(14), 및 시준기 렌즈(13)을 통해 다시 전송되면서, 편광 빔 스프리터(12)로 들어가, 원통형 렌즈(18)에 의한 비점 수차(astigmatism)가 주어지면서 여기서 반사되어, 광 검출기(30)으로 들어가고; 그러므로 제1 광 디스크(20) 내에 기록된 정보의 판독(재생된) 신호가 광 검출기(30)에서 출력된 신호를 이용하여 얻어질 수 있다. 더욱이, 초점의 검출 및 트랙의 검출은 광 검출기(30) 상의 스폿 형태의 변동에 근거하여 광량 분포의 변동을 검출함으로써 수행된다. 상술한 검출에 근거하여, 2차원 액추에이터(15)는 반도체 레이저(111)에서의 광이 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 수속되는 방식으로 대물 렌즈(16)를 이동하고, 동시에, 반도체 레이저(111)에서의 광이 선정된 트랙상에 수속되는 방식으로 대물 렌즈(16)를 이동한다.
반면에, 두께 t2(t1< t2)의 투과 기판을 갖는 제2 광 디스크가 재생되는 경우에, 빔은 제1 반도체 레이저(111)에서 방출되고, 방출된 광속은 구성 수단(19)에 의해 광경로가 변화된 후, 편광 빔 스프리터(12), 시준기 렌즈(13), 4분 파장판(14), 스톱(17) 및 대물 렌즈를 통해 전송되고 제2 광 디스크 상에서 수속된다. 다음으로, 정보 기록 매체(22) 상에서 정보 피치에 의해 변조되고 반사된 광속은, 대물 렌즈(16), 1/4 파장판(14), 시준기 렌즈(13), 편광 빔 스프리터(12) 및 원통형 렌즈(18)를 통해 다시 전송되면서, 광 검출기(30)로 들어가고; 그러므로 제2 광 디스크(20) 내에 기록된 정보의 판독(재생된) 신호는 광 검출기(30)에서 출력된 신호를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 게다가, 초점의 검출 및 트랙의 검출은 광 검출기(30) 상의 스폿 형태의 변동에 근거하여 광량 분포의 변동을 검출함으로써 수행된다. 상술한 검출에 근거하여, 2차원 액추에이터(15)는 반도체 레이저(112)에서의 광이 제2 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에서 초점이 흐려진 상태로 수속되고, 동시에, 반도체 레이저(112)에서의 광이 선정된 트랙 상에 수속되는 방식으로 대물 렌즈(16)를 이동시킨다. 정보가 제1 광 디스크 또는 제2 광 디스크 상에 기록될 때 대략 동일한 동작이 행해진다.
상기된 바와 같이 광 픽업 장치(10)에서, 두께 t1의 투과 기판을 가진 제1 광 디스크, 예를 들어 DVD(t1= 0.6 mm)가 재생될 때, 대물 렌즈(16)는 혼동의 최소원(최상의 초점)을 형성하는 방식으로 2차원 액추에이터(15)에 의해 구동된다. t1(t2> t1)과 다른 두께 t2의 기판 및 제1 광 디스크의 기록 밀도 보다 낮은 기록 밀도를 갖는 제2 광 디스크, 예를 들어, CD(t2= 1.2 mm)는 이 대물 렌즈(16)를 사용하여 재생되고, 투과 기판의 두께(큰 두께) 차이 때문에 구면 수차(spherical aberration)가 야기되고, 따라서, 빔 스폿이 혼동의 최소원이 되는 위치(근접 축 화상 형성 위치보다 후방 위치)에서, 스폿 사이즈는 제2 광 디스크의 피트(정보)를 판독(재생)하기에 충분히 작지 않다. 그러나, 혼동의 최소원의 위치보다 대물 렌즈(16)에 가까운 전방 위치(전방 포커싱)에서, 전체적으로 스폿의 사이즈는 혼동의 최소원보다 크지만, 스폿은 광속이 수속된 중앙 부분에서, 핵(nucleus)과 불필요한 광인 핵 주변의 플레어부(flare portion)로 형성되어 있다. 제2 광 디스크의 피트(정보)를 재생(판독)하기 위해 핵을 사용함으로써, 제2 디스크를 재생할 때, 2차원 액추에이터(15)는 대물 렌즈(16)가 초점이 흐려진 상태(전방 포커싱)가 되게하도록 구동된다.
다음에서, 본 발명이 단일 수속 광학계에 의해, 다른 두께의 기판을 가진 제1 광 디스크 및 제2 광 디스크를 재생하기 위해서, 광 픽업 장치(10)의 수속 광학계의 한 광 소자인 대물 렌즈(16)에 적용되는 실시예를 설명할 것이다. 도 2는 대물 렌즈(a)를 개략적으로 도시하는 단면도로, 광원측(b)에서 보여진 정면도이다. 게다가, 단일 도트 및 대시 라인은 광축을 나타낸다. 더욱이, 본 실시예에서는, 제1 광 디스크의 투과 기판의 두께 t1은 제2 광 디스크의 투과 기판의 두께 t2보다 얇고, 정보는 제2 광 디스크에서 보다 높은 밀도로 제1 광 디스크에 기록된다.
본 발명의 실시예에서, 대물 렌즈(16)는 광원(S1)을 향하는 굴절면과 광 디스크(S2)을 향하는 굴절면을 갖는 볼록 렌즈이고, 양 굴절면은 비구면의 형태 및 양의 굴절률을 갖는다. 게다가, 광원(S1)을 향하는 대물 렌즈(16)의 굴절면은 복수(본 실시예에서는 3개)의 동심 분할면, 즉, 제1 분할면(Sd1) - 제3 분할면(Sd3)로 구성된다. 분할면(Sd1-Sd3)의 각각의 경계면에서, 각각의 개별면(Sd1-Sd3)을 형성하는 단계가 제공된다. 본 대물 렌즈(16)는 광축을 포함하는 제1 분할면을 통해 지나가는 광속(제1 광속)이 제1 광 디스크와 제2 광 디스크 내에 기록된 정보를 재생하기 위해서 사용되고, 제1 분할면(Sd1)보다 광축에서 먼 제2 분할면(Sd2)을 통해 지나가는 광속(제2 광속)이 제2 광 디스크 내에 기록된 정보를 재생하기 위해 주로 사용되고, 제2 분할면(Sd2)보다 광축에서 먼 제3 분할면(Sd3)을 통해 지나가는 광속(제3 광속)이 제1 광 디스크 내에 기록된 정보를 재생하기 위해 주로 사용되는 구조를 갖는다.
상기 설명에서, 단어 "주로"는 제2 분할면(Sd2)을 통해 지나가는 광속의 경우에, 제3 분할면(Sd3)을 통해 지나가는 광속이 차단되는 조건하에서 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서 핵 부분의 에너지와, 제3 분할면(Sd3)을 통해 지나가는 광속이 차단되지 않는 조건하에서 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서 핵 부분의 에너지의 비("광 차광 상태에서의 핵 에너지"/"광 차광되지 않은 상태에서의 핵 에너지")는 60% 내지 100%사이로 떨어진다. 더욱이, 제3 분할면(Sd3)을 통해 지나가는 광속의 경우에서, 이것은 광 차광 상태에서의 핵 부분의 에너지 대 광이 차광되지 않은 상태에서의 핵의 에너지의 비("광 차광 상태에서의 핵 에너지"/"광 차광되지 않은 상태에서의 핵 에너지")가 60% 내지 100%사이로 떨어지는 것을 의미한다. 더욱이, 이 에너지 비를 간단히 측정하기 위해서, 각각의 경우에서, 단순히, 빔 스폿 Ip와 빔 직경 Dp에서의 피크 강도(강도가 중심 강도에 대해 e-2가 되는 위치로 정의됨)를 그 중심 강도가 최대인 위치에서 측정하고, 빔의 형태가 대략 일정하기 때문에 Ip x Dp의 곱을 얻고, 결과를 비교하는 것이 적당하다.
상술한 바와 같이, 제1 디스크와 제2 디스크의 재생을 위해 수속 광학계의 광축의 근처에 있는 제1 광속, 주로 제2 광 디스크의 재생을 위해 제1 광속보다 광축에서 먼 제2 광속, 및 주로 제1 광 디스크의 재생을 위해 제2 광속보다 광축에서먼 제3 광속을 이용함으로써, 광원에서의 광량의 손실을 멈추면서, 단일 수속 광학계에 의한 복수의 광 디스크를 재생하는 것이 가능해 진다. 이에 더하여, 제3 광속의 대부분은 이 경우에서 제2 광 디스크를 재생할 때 불필요하지만, 이 불필요한 광이 제2 광 디스크의 재생을 위해 사용되지 않으므로, 요구되는 스톱(stop, 17)의 개구수를 변화하는 수단을 사용하지 않고, 단지 스톱(17)이 제1 광 디스크의 재생을 위해 요구된 개구수가 되도록 함으로써 재생이 실행될 수 있다.
보다 상세히 설명하기 위해서, 본 실시예의 대물 렌즈(16)는 각각 제1 분할면(Sd1) 및 제3 분할면(Sd3)을 통해 지나가는 제1 광속 및 제3 광속(사선으로 도시된 광속)을 서로 일치하거나 대략 일치하는 위치, 제1 화상 형성 위치인 상기 위치 중 하나에서 수속시키고, 파장 정면 수차(제2 분할면(Sd2)을 통해 지나가는 제2 광속의 파면 수차를 제외함)는 0.07λ1rms 이하이다. 바람직하게, 0.05λ1rms 이하이어야 한다. 여기서, λ1은 광원의 파장이다.
더욱이, 이 때, 제2 분할면(Sd2)을 통해 지나가는 제2 광속(점선으로 도시된 광속)은 제1 화상 형성 위치와 다른 제2 화상 형성 위치로 수속된다. 제1 화상 형성 위치가 0에 있고, 그 대물 렌즈측은 음(negative)이며, 그 반대측을 양(positive)이라고 가정하면, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40 ㎛에서 -4 ㎛ 또는 보다 바람직하게 -27 ㎛에서 -4 ㎛의 거리에 있을 것이다 (제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치보다 대물 렌즈에 더 근접하게 이루어짐). 이로 인해, 제1 광 디스크의 재생은 주로 제1 광속 및 제3 광속에 의해 수행된다. 또한, 만일 거리가 상기 하한값(-40 ㎛)을 초과한다면, 제1 광 디스크를 재생할 시에 스폿 형태가 나빠지게 되며, 만일 거리가 상기 상한값(-4 ㎛)을 초과한다면, 구면 수차가 과도하게 보정되고, 제2 광 디스크를 재생할 시에 스폿 직경과 사이드 로브(side lobe)가 커지게 된다. 더우기, 본 실시예에서는, t1 < t2이고 NA1 > NA2이기 때문에, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40 ㎛에서 -4 ㎛, 또는 보다 바람직하게 -27 ㎛에서 -4 ㎛의 거리에 있게 된다. 그러나, t1 > t2이고 NA1 > NA2인 경우에는, 제2 화상 형성 위치가 제1 화상 형성 위치로부터 4 ㎛에서 40 ㎛ 또는 보다 바람직하게 4 ㎛에서 27 ㎛의 거리에 있을 것이다. 즉, 제1 화상 형성 위치와 제2 화상 형성 위치간의 거리의 절대값은 4 ㎛ 내지 40 ㎛, 또는 보다 바람직하게 4 ㎛ 내지 27 ㎛의 범위 내에 있을 것이다.
또한, 상술한 대물 렌즈(16)가 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 두께 (t2 = 1.2 mm)를 갖는 투명 기판을 구비한 제2 광 디스크의 재생에 사용될 때, 대물 렌즈(16) 상에 입사되는 소정의 광속 (평행 광속)의 경우에, 제2 광속의 광선 (좌측 상부로부터 우측 하부로 그려진 사선으로 도시되어 있음)은, 제1 광속 중의 광축의 근방을 통과하는 광선 (하부 좌측으로부터 상부 우측으로 그려진 사선으로 도시되어 있음)이 광축과 교차하는 위치와, 제1 분할면(Sd1)의 단부를 통해 통과하는 광선 (제2 분할면(Sd2)에 접해 있음)이 광축과 교차하는 위치 사이의 위치에서 (화상을 형성하는) 광축과 교차한다. 그러므로, 제1 광속 및 제2 광속이 제2 광 디스크의 정보 기록면 근방에서 수렴하고, 제2 광축의 재생이 수행된다. 이 때에, 제3 광속 (중간에 파선으로 도시되어 있음)은 플래어(flare)로서 생성되지만, 제2 광축의 재생은 제1 광속 및 제2 광속에 의해 형성된 핵들에 의해 가능하게 된다.
즉, 본 발명에서는, 광축의 근방을 통해 통과하는 작은 수치의 애퍼처(a 갖는 제1 광속이 재생될 수 있는 모든 광 디스크에 이용된다. 또한, 제1 분할면보다 광 디스크로부터 더 먼 구역을 통해 통과하는 광속은 재생될 각각의 광 디스크들 (본 실시예에서 제1 및 제2 광 디스크)에 대응하도록 하는 방식으로 분할되고, 분할에 의해 형성된 각각의 광속은 각각의 광 디스크의 재생에 사용된다. 이 때에, 광 디스크 (본 실시예에서 제1 광 디스크)에 기록된 정보의 재생을 위해 보다 많은 개구수를 필요로 하는 광 디스크의 재생에 사용되는 광속은 제1 광속 (본 실시예에서는 제3 광속)으로부터 분할에 의해 형성된 광속의 외부로 분리되는 것이어야 한다.
이러한 수속 광학계(converging optical system) [본 실시예에서는 대물 렌즈(16)]을 사용함으로써, 단일 수속 광학계에 의해 상이한 두께를 갖는 투명 기판을 구비한 복수의 광 디스크를 재생하는 것이 가능하게 된다. 또한, 기록면이 임의로 설정될 수 있기 때문에, 제2 광 디스크의 재생에 요구되는 개구수(NA2)가 커질 수 있다. 더우기, 복수의 광 디스크의 재생을 위해 광축 근방의 광속 (제1 광속)을 사용함으로써, 광원으로부터의 광속의 광품질 손실이 감소된다. 그 상부 상에서, 제2 광 디스크를 재생할 시에, 빔 스폿의 사이드 로브가 감소되어 강한 빔 세기를 갖는 핵을 형성한다. 따라서, 정확한 정보가 얻어질 수 있다. 더우기, 요구되는 스톱(17)의 개구수를 변경하기 위한 특별한 수단없이 단일 수속 광학계에 의해 복수의 광 디스크가 재생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면(Sd2)의 중심 위치에 대해 (도 2a 참조), 개구수(NAL)로부터 개구수(NAH)로의 표면인 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축 간의 각이 광축으로부터 개구수(NAL)로의 표면인 제1 분할면(Sd1) 그리고 개구수(NA1)로의 표면인 (후술하는 수학식 1로서 표현되는 비구면 표면의 수학식을 사용한 최소 제곱법에 의해 일치시킴으로써 얻어진 비구면) 제3 분할면(Sd3)로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 한다. 이로 인해, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크 양자 모두를 만족스럽게 재생하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 본 실시예에서, t2 > t1 그리고 NA1 > NA2이기 때문에, 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축 간의 각은 제1 분할면(Sd1) 그리고 제3 분할면(Sd3)으로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 하지만, t2 < t1 그리고 NA1 > NA2인 경우에는, 보다 작게 하는 것이 적절하다.
또한, 본 발명의 본 실시예에서는, 광축에 수직인 방향에서 제2 분할면(Sd2)의 대략적인 중심 위치에 대해 (도 2a 참조), 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축에 의해 이루어진 각과, 제1 분할면 그리고 제3 분할면(Sd3) (후술하는 수학식 1로서 표현되는 비구면 표면의 수학식을 사용한 최소 제곱법에 의해 일치시킴으로써 얻어진 비구면)으로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축에 의해 이루어진 각 사이의 차이는 0.02。 내지 1.0。의 범위 내에 있게 된다. 만일 이 차이가 하한값을 초과한다면, 제2 광 디스크를 재생할 시의 스폿 형태가 나빠지게 되고, 사이드 로브 스폿 직경이 커지게 된다. 만일 상기 차이가 상한값을 초과한다면, 구면 수차가 과도하게 보정되고, 제1 광 디스크를 재생할 시에 스폿 형태가 나빠지게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 본 실시예를 살펴보면, 광축에 대해 동심원으로 그 표면들 중 적어도 하나를 분할함으로써 형성된 복수의 분할면 (본 실시예에서는 3개의 분할면)을 갖는 대물 렌즈(16)에서, 제2 분할면(Sd2)보다 광축에 더 근접한 제1 분할면(Sd1)을 통과한 광과, 광축에 대해 제2 분할면(Sd2)의 반대측에 배치된 제3 분할면(Sd3)을 통과한 광은 소정의 두께를 갖는 투명 기판 (제1 광 디스크)을 통해 대략 동일한 위상을 갖게 되며, 제1 분할면(Sd1)과 투명 기판을 통해 통과한 광과, 광축에 수직인 방향에서 제2 분할면(Sd2)의 부분 (도 2a 참조)을 통해 통과한 광 간의 위상 차이는 (△1L)π(rad)일 것이고, 제3 분할면과 투명 기판을 통과한 광과, 광축과 투명 기판에 대해 상술한 중심 위치의 반대측일 제2 분할면(Sd2)의 부분을 통과한 광 간의 위상차는 (△1H)π(rad)일 것이며, 이어서 부등식 (△1H) > (△1L)이 설정된다. 이러한 경우에, 위상차의 부호는 광의 진행 방향(광 디스크에 대한 방향)에 대해 양일 것이고, 제1 분할면 또는 제3 분할면(Sd3) 및 투명 기판을 통해 통과한 광에 대해 제2 분할면 및 투명 기판을 통과한 광의 위상차가 비교된다. 또한, 본 실시예에서는, t1 < t2 그리고 NA1 > NA2이기 때문에, 부등식 (△1H) > (△1L)이 설정될 것이지만, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2인 경우에는, 부등식 (△1H) < (△1L)이 설정될 것이며, 따라서 (△1H) ≠ (△1L)이다.
이를 다른 관점으로 설명하기 위해, 제3 분할면(Sd3)과 제2 분할면(Sd2)의 경계에서 제3 분할면(Sd3)으로부터의 표면 레벨차는 제1 분할면(Sd1)과 제2 분할면(Sd2)의 경계에서 제1 분할면(Sd1)으로부터의 표면 레벨의 차이보다 더 크게 된다. (표면 레벨의 차이의 부호는 경계로서의 굴절면에서 굴절률이 작은 값에서큰 값으로 변동하는 방향에 대해 양이 된다. 또한, 하기에, 표면 레벨차의 부호는 동일한 방식으로 결정될 것이다.) 또한, 상술한 바와 동일한 방식에서, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2인 경우에, 상술한 관계는 반대로 되며, 이는 다시 말해, 제3 분할면(Sd3)으로부터 제2 분할면(Sd2)의 표면 레벨차가 제1 분할면(Sd1)으로부터 제2 분할면(Sd2)의 표면 레벨차보다 작게 된다는 것이다. 또한, 만일 제1 분할면 및 제3 분할면으로부터 삽입된 표면의 위차와 제2 분할면(Sd2)의 위치 간의 차이가 광축으로부터 임의의 위치에 대해 취해진다면, 제2 분할면(Sd2)의 대략적인 중심 위치에 대해 비대칭으로 변화하는 것이 바람직하다. 더우기, 이러한 경우에, 상기 차이는 광축으로부터의 거리와 함께 더 크게 된다.
게다가, 본 발명의 본 실시예에서, 분할면들(Sd1 - Sd3)은 광원(S1)과 면하는 대물 렌즈(16)의 굴절면(S1) 상에 제공되지만, 이들을 광 디스크(20)를 향하는 굴절면 상에 제공하거나 수속 광학계의 광소자들 [예를 들어, 시준 렌즈(13)]중 어느 하나가 상기와 같은 기능을 갖도록 하는 것이 적절할 수 있다. 또한, 광 경로 상에 상기와 같은 기능을 갖는 새로운 광소자를 제공하는 것이 적절할 수 있다. 게다가, 상이한 광소자들 내에 개별적으로 각각의 분할면들(Sd1 - Sd3)의 기능을 제공하는 것이 적절할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 시준 렌즈(13)를 사용한 소위 무한 시스템(infinite system)이 되는 렌즈인 대물 렌즈가 사용된다. 그러나, 광원으로부터의 발산 광속이 시준 렌즈(13)없이 직접 또는 수렴 광속의 발산도를 감소시키는 렌즈를 통해 진입하는 대물렌즈나, 광원으로부터의 광속을 수렴 광속으로 변환시키는 커플링 렌즈를 사용함으로써 형성된 수렴 광속이 진입하는 대물 렌즈가 사용되는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 스텝부, 즉, 표면 레벨의 차이가 제1 분할면(Sd1) - 제3 분할면(Sd3)의 각각의 경계들 사이에 제공된다. 그러나, 스텝없이 연속적으로 형성된 적어도 하나의 경계를 갖는 분할면을 형성하는 것이 가능하다. 다른 경우에는, 분할면들 사이의 경계가, 예를 들어, 경계면을 굽히지 않으면서 소정의 곡률 변경을 갖는 표면에 의해, 접합되는 것이 가능하다. 이 곡률은 의도적 또는 비의도적으로 제공된 것일 수 있다. 비의도적으로 제공된 곡률의 예는 플라스틱 재료 등을 사용하여 대물 렌즈(16)를 형성하기 위한 금속 주형을 처리할 시에 형성된 경계의 곡률이 있다. 제1 화상 형성 위치가 0에 있고, 그 대물 렌즈측은 음(negative)이며, 그 반대측을 양(positive)이라고 가정하면, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40 ㎛에서 -4 ㎛ 또는 보다 바람직하게 -27 ㎛에서 -4 ㎛의 거리에 있을 것이다 (제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치보다 대물 렌즈에 더 근접하게 이루어짐). 이로 인해, 제1 광 디스크의 재생은 주로 제1 광속 및 제3 광속에 의해 수행된다. 또한, 만일 거리가 상기 하한값(-40 ㎛)을 초과한다면, 제1 광 디스크를 재생할 시에 스폿 형태가 나빠지게 되며, 만일 거리가 상기 상한값(-4 ㎛)을 초과한다면, 구면 수차가 과도하게 보정되고, 제2 광 디스크를 재생할 시에 스폿 직경과 사이드 로브(side lobe)가 커지게 된다. 더우기, 본 실시예에서는, t1 < t2이고 NA1 > NA2이기 때문에, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40 ㎛에서 -4 ㎛, 또는 보다 바람직하게 -27 ㎛에서 -4 ㎛의 거리에 있게 된다. 그러나, t1 > t2이고 NA1 > NA2인 경우에는, 제2 화상 형성 위치가 제1 화상 형성 위치로부터 4 ㎛에서 40 ㎛ 또는 보다 바람직하게 4 ㎛에서 27 ㎛의 거리에 있을 것이다. 즉, 제1 화상 형성 위치와 제2 화상 형성 위치간의 거리의 절대값은 4 ㎛ 내지 40 ㎛, 또는 보다 바람직하게 4 ㎛ 내지 27 ㎛의 범위 내에 있을 것이다.
또한, 상술한 대물 렌즈(16)가 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 두께 (t2 = 1.2 mm)를 갖는 투명 기판을 구비한 제2 광 디스크의 재생에 사용될 때, 대물 렌즈(16) 상에 입사되는 소정의 광속 (평행 광속)의 경우에, 제2 광속의 광선 (좌측 상부로부터 우측 하부로 그려진 사선으로 도시되어 있음)은, 제1 광속 중의 광축의 근방을 통과하는 광선 (하부 좌측으로부터 상부 우측으로 그려진 사선으로 도시되어 있음)이 광축과 교차하는 위치와, 제1 분할면(Sd1)의 단부를 통해 통과하는 광선 (제2 분할면(Sd2)에 접해 있음)이 광축과 교차하는 위치 사이의 위치에서 (화상을 형성하는) 광축과 교차한다. 그러므로, 제1 광속 및 제2 광속이 제2 광 디스크의 정보 기록면 근방에서 수렴하고, 제2 광축의 재생이 수행된다. 이 때에, 제3 광속 (중간에 파선으로 도시되어 있음)은 플래어(flare)로서 생성되지만, 제2 광축의 재생은 제1 광속 및 제2 광속에 의해 형성된 핵들에 의해 가능하게 된다.
즉, 본 발명에서는, 광축의 근방을 통해 통과하는 작은 수치의 애퍼처(a 갖는 제1 광속이 재생될 수 있는 모든 광 디스크에 이용된다. 또한, 제1 분할면보다 광 디스크로부터 더 먼 구역을 통해 통과하는 광속은 재생될 각각의 광 디스크들 (본 실시예에서 제1 및 제2 광 디스크)에 대응하도록 하는 방식으로 분할되고, 분할에 의해 형성된 각각의 광속은 각각의 광 디스크의 재생에 사용된다. 이 때에, 광 디스크 (본 실시예에서 제1 광 디스크)에 기록된 정보의 재생을 위해 보다 많은 개구수를 필요로 하는 광 디스크의 재생에 사용되는 광속은 제1 광속 (본 실시예에서는 제3 광속)으로부터 분할에 의해 형성된 광속의 외부로 분리되는 것이어야 한다.
이러한 수속 광학계(converging optical system) [본 실시예에서는 대물 렌즈(16)]을 사용함으로써, 단일 수속 광학계에 의해 상이한 두께를 갖는 투명 기판을 구비한 복수의 광 디스크를 재생하는 것이 가능하게 된다. 또한, 기록면이 임의로 설정될 수 있기 때문에, 제2 광 디스크의 재생에 요구되는 개구수(NA2)가 커질 수 있다. 더우기, 복수의 광 디스크의 재생을 위해 광축 근방의 광속 (제1 광속)을 사용함으로써, 광원으로부터의 광속의 광품질 손실이 감소된다. 그 상부 상에서, 제2 광 디스크를 재생할 시에, 빔 스폿의 사이드 로브가 감소되어 강한 빔 세기를 갖는 핵을 형성한다. 따라서, 정확한 정보가 얻어질 수 있다. 더우기, 요구되는 스톱(17)의 개구수를 변경하기 위한 특별한 수단없이 단일 수속 광학계에 의해 복수의 광 디스크가 재생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 광축에 수직인 방향으로 제2 분할면(Sd2)의 중심 위치에 대해 (도 2a 참조), 개구수(NAL)로부터 개구수(NAH)로의 표면인 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축 간의 각이 광축으로부터 개구수(NAL)로의 표면인 제1 분할면(Sd1) 그리고 개구수(NA1)로의 표면인 (후술하는 수학식 1로서 표현되는 비구면 표면의 수학식을 사용한 최소 제곱법에 의해 일치시킴으로써 얻어진 비구면) 제3 분할면(Sd3)로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 한다. 이로 인해, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크 양자 모두를 만족스럽게 재생하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 본 실시예에서, t2 > t1 그리고 NA1 > NA2이기 때문에, 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축 간의 각은 제1 분할면(Sd1) 그리고 제3 분할면(Sd3)으로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 하지만, t2 < t1 그리고 NA1 > NA2인 경우에는, 보다 작게 하는 것이 적절하다.
또한, 본 발명의 본 실시예에서는, 광축에 수직인 방향에서 제2 분할면(Sd2)의 대략적인 중심 위치에 대해 (도 2a 참조), 제2 분할면(Sd2)에 대한 법선과 광축에 의해 이루어진 각과, 제1 분할면 그리고 제3 분할면(Sd3) (후술하는 수학식 1로서 표현되는 비구면 표면의 수학식을 사용한 최소 제곱법에 의해 일치시킴으로써 얻어진 비구면)으로부터 삽입된 표면에 대한 법선과 광축에 의해 이루어진 각 사이의 차이는 0.02。 내지 1.0。의 범위 내에 있게 된다. 만일 이 차이가 하한값을 초과한다면, 제2 광 디스크를 재생할 시의 스폿 형태가 나빠지게 되고, 사이드 로브 스폿 직경이 커지게 된다. 만일 상기 차이가 상한값을 초과한다면, 구면 수차가 과도하게 보정되고, 제1 광 디스크를 재생할 시에 스폿 형태가 나빠지게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 본 실시예를 살펴보면, 광축에 대해 동심원으로 그 표면들 중 적어도 하나를 분할함으로써 형성된 복수의 분할면 (본 실시예에서는 3개의 분할면)을 갖는 대물 렌즈(16)에서, 제2 분할면(Sd2)보다 광축에 더 근접한 제1 분할면(Sd1)을 통과한 광과, 광축에 대해 제2 분할면(Sd2)의 반대측에 배치된 제3 분할면(Sd3)을 통과한 광은 소정의 두께를 갖는 투명 기판 (제1 광 디스크)을 통해 대략 동일한 위상을 갖게 되며, 제1 분할면(Sd1)과 투명 기판을 통해통과한 광과, 광축에 수직인 방향에서 제2 분할면(Sd2)의 부분 (도 2a 참조)을 통해 통과한 광 간의 위상 차이는 (△1L)π(rad)일 것이고, 제3 분할면과 투명 기판을 통과한 광과, 광축과 투명 기판에 대해 상술한 중심 위치의 반대측일 제2 분할면(Sd2)의 부분을 통과한 광 간의 위상차는 (△1H)π(rad)일 것이며, 이어서 부등식 (△1H) > (△1L)이 설정된다. 이러한 경우에, 위상차의 부호는 광의 진행 방향(광 디스크에 대한 방향)에 대해 양일 것이고, 제1 분할면 또는 제3 분할면(Sd3) 및 투명 기판을 통해 통과한 광에 대해 제2 분할면 및 투명 기판을 통과한 광의 위상차가 비교된다. 또한, 본 실시예에서는, t1 < t2 그리고 NA1 > NA2이기 때문에, 부등식 (△1H) > (△1L)이 설정될 것이지만, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2인 경우에는, 부등식 (△1H) < (△1L)이 설정될 것이며, 따라서 (△1H) ≠ (△1L)이다.
이를 다른 관점으로 설명하기 위해, 제3 분할면(Sd3)과 제2 분할면(Sd2)의 경계에서 제3 분할면(Sd3)으로부터의 표면 레벨차는 제1 분할면(Sd1)과 제2 분할면(Sd2)의 경계에서 제1 분할면(Sd1)으로부터의 표면 레벨의 차이보다 더 크게 된다. (표면 레벨의 차이의 부호는 경계로서의 굴절면에서 굴절률이 작은 값에서 큰 값으로 변동하는 방향에 대해 양이 된다. 또한, 하기에, 표면 레벨차의 부호는 동일한 방식으로 결정될 것이다.) 또한, 상술한 바와 동일한 방식에서, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2인 경우에, 상술한 관계는 반대로 되며, 이는 다시 말해, 제3 분할면(Sd3)으로부터 제2 분할면(Sd2)의 표면 레벨차가 제1 분할면(Sd1)으로부터 제2 분할면(Sd2)의 표면 레벨차보다 작게 된다는 것이다. 또한, 만일 제1 분할면 및제3 분할면으로부터 삽입된 표면의 위차와 제2 분할면(Sd2)의 위치 간의 차이가 광축으로부터 임의의 위치에 대해 취해진다면, 제2 분할면(Sd2)의 대략적인 중심 위치에 대해 비대칭으로 변화하는 것이 바람직하다. 더우기, 이러한 경우에, 상기 차이는 광축으로부터의 거리와 함께 더 크게 된다.
게다가, 본 발명의 본 실시예에서, 분할면들(Sd1 - Sd3)은 광원(S1)과 면하는 대물 렌즈(16)의 굴절면(S1) 상에 제공되지만, 이들을 광 디스크(20)를 향하는 굴절면 상에 제공하거나 수속 광학계의 광소자들 [예를 들어, 시준 렌즈(13)]중 어느 하나가 상기와 같은 기능을 갖도록 하는 것이 적절할 수 있다. 또한, 광 경로 상에 상기와 같은 기능을 갖는 새로운 광소자를 제공하는 것이 적절할 수 있다. 게다가, 상이한 광소자들 내에 개별적으로 각각의 분할면들(Sd1 - Sd3)의 기능을 제공하는 것이 적절할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 시준 렌즈(13)를 사용한 소위 무한 시스템(infinite system)이 되는 렌즈인 대물 렌즈가 사용된다. 그러나, 광원으로부터의 발산 광속이 시준 렌즈(13)없이 직접 또는 수렴 광속의 발산도를 감소시키는 렌즈를 통해 진입하는 대물렌즈나, 광원으로부터의 광속을 수렴 광속으로 변환시키는 커플링 렌즈를 사용함으로써 형성된 수렴 광속이 진입하는 대물 렌즈가 사용되는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 스텝부, 즉, 표면 레벨의 차이가 제1 분할면(Sd1) - 제3 분할면(Sd3)의 각각의 경계들 사이에 제공된다. 그러나, 스텝없이 연속적으로 형성된 적어도 하나의 경계를 갖는 분할면을 형성하는 것이 가능하다. 다른 경우에는, 분할면들 사이의 경계가, 예를 들어, 경계면을 굽히지 않으면서 소정의 곡률 변경을 갖는 표면에 의해, 접합되는 것이 가능하다. 이 곡률은 의도적 또는 비의도적으로 제공된 것일 수 있다. 비의도적으로 제공된 곡률의 예는 플라스틱 재료 등을 사용하여 대물 렌즈(16)를 형성하기 위한 금속 주형을 처리할 시에 형성된 경계의 곡률이 있다.
더욱이, 본 실시예에서는, 굴절면(S1)이 3개의 분할면(Sd1 - Sd3)으로 이루어져 있지만, 3개 이상의 분할면으로 이루어져 있어야 하며, 분할면의 수가 3개로 제한되지는 않는다. 이 경우에, 제1 광 디스크 및 제2 광 디스크의 재생에 이용되는 제1 분할면이 광축의 근방에 제공되고, 이러한 제1 분할면의 외부(광축으로부터 보다 먼 방향)에 위치한 분할면에 관해서는, 제2 광 디스크의 재생에 주로 이용되고 제1 광 디스크의 재생에 주로 이용되는 분할면이 교대로 제공되는 것이 바람직하다. 더욱이, 이러한 경우에, 제2 광 디스크의 재생에 주로 이용되는 분할면은 대물 렌즈의 광 디스크 측상의 개구수 NA3 및 개구수 NA4 사이에 바람직하게 제공되어야 하며, 개구 NA3 및 NA4는 0.6(NA2) < NA3 < 1.3(NA2) 및 0.01 < NA4 - NA3 < 0.12의 조건을 만족한다. 이 때문에, 제1 광 디스크 상에 수속될 광 스폿의 세기를 감소시키지 않고, 제2 광 디스크에 대해, 보다 큰 개구수를 필요로 하는 광 디스크가 재생될 수 있다. 더욱이, NA3의 상한이 부등식 NA3 < 1.1(NA2)를 만족하는 것을 실제 사용하는 것이 바람직하고, NA3의 하한이 부등식 0.80(NA2) < NA3를, 더 실제적인 사용에 있어서는, 0.85(NA2) < NA3를 만족하는 것이 바람직하다. 더욱이, NA4 - NA3의 상한은 부등식 NA4 - NA3 < 0.1을 만족하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 실시예에서, 광원을 향해 마주보는 대물 렌즈(16)의 굴절면 상에, 제2 분할면(Sd2)이 광축에 대해 동심원으로 형성된 링 형태로 제공되지만, 형태가 링 형태에 제한되는 것이 아니라 단속적인 링형일 수도 있다. 또한, 제2 분할면(Sd2)은 홀로그램 또는 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다. 추가적으로, 제2 분할면(Sd2)이 홀로그램으로 구성되는 경우에, 원래의 광속을 영번째 광 및 첫번째 광으로 분할함으로써 형성된 하나의 광속이 제1 광 디스크의 재생에 이용되고 다른 광속이 제2 광 디스크의 재생에 이용된다. 이 때, 제2 광 디스크에 이용되는 광속의 광량은 제1 광 디스크의 재생에 이용되는 광속의 광량보다 크다.
더욱이, 본 실시예에서, 제1 광 디스크가 재생될 때(즉, 광이 두께 t1을 갖는 투명 기판을 통과할 때), 제1 분할면(Sd1)을 통과하고 제3 분할면(Sd3)을 통과하는 광속에 의한 가장 양호한 파면 수차는 0.07λ1rms 또는 바람직하게는 0.05λ1rms(여기서, λ1(nm)은 제1 광 디스크의 재생시에 사용되는 광원의 파장)인 조건 뿐만 아니라, 제2 광 디스크가 재생될 때(즉, 광이 두께 t2를 갖는 투명 기판을 통과할 때), 제1 분할면(Sd1)을 통과하는 광속에 의한 가장 양호한 파면 수차는 0.07λ2rms 또는 바람직하게는 0.05λ2rms(여기서, λ2(nm)은 제2 광 디스크의 재생시에 사용되는 광원의 파장)인 조건이 만족되는 것에 의해 제2 광 디스크로부터 재생된 신호가 만족스럽게 만들어진다.
다음, 또 다른 관점으로부터, 대물 렌즈(16)의 구면 수차를 도시하는 도면인 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서, 도 4a는 제1 광 디스크가 재생될 때, 즉 두께 t1을 갖는 투명 기판을 통해 재생이 수행될 때 구면 수차의 도면이며, 4b는 제2 광 디스크가 재생될 때, 즉 두께 t2(본 실시예에서는 t2 > t1)를 갖는 투명 기판을 통해 재생이 수행될 때 구면 수차의 도면이다. 이제, 제1 광 디스크에서의 정보의 재생에 필요한 광 디스크 측에 수속하는 광학계 개구수를 NA1이라 하고, 제2 광 디스크에서의 정보의 재생에 필요한 광 디스크 측에 수속하는 광학계 개구수를 NA2(여기서, NA2 > NA1)라 하고, NAL은 대물 렌즈(16)의 분할면(Sd1 및 Sd2) 사이의 경계를 통과하는 광속의 광 디스크 측에서의 개구수이며, NAH는 대물 렌즈(16)의 분할면(Sd2 및 Sd3) 사이의 경계를 통과하는 광속의 광 디스크 측에서의 개구수이다.
우선, 대물 렌즈(16)에 대하여, 제1 굴절면(S1) 및 제2 굴절면(S2)의 제1 비구면(공통 굴절면)은 두께 t1으로 된 투명 기판을 갖는 제1 광 디스크 상에 수속된 광속의 가장 양호한 파면 수차를 0.07λ1rms 또는 바람직하게는 0.05λ1rms이하가 되도록 만드는 방식으로 설계된다. 도 4c는 이러한 설계로 얻어지는 구면 수차의 도면이다. 또한, 제1 굴절면(S1)의 제2 구면 수차는 구면 수차를 광속이 제1 비구면을 갖는 렌즈를 통하여 두께 t2(t2 ≠ t1)로 된 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크 상에 수속될 때 생성되는 구면 수차(도 4e, 이 경우 t2 > t1) 미만이 되는 방식으로 제2 굴절면(S2)(공통 굴절면)이 남도록 설계된다. 이 때, 초점이 흐려진 상태에서 재생되는 제2 광 디스크의 양호한 재생을 만들 목적으로 제2 비구면의 곡률 패러랙셜(paraxial) 반경과 제1 비구면의 곡률 패러랙셜 반경을 만드는 것이 바람직하다. 광속이 제2 광 디스크 상에 수속될 때 이러한 설계에 의해 얻어지는 렌즈의 구면 수차 그래프는 도 4f에 도시되어 있고, 광속이 이러한 렌즈에 의해 제1 광 디스크 상에 수속될 때 수차 그래프가 도 4d에 도시되어 있다. 다음, 제2 비구면이 제2 광 디스크에 필요한 제1 비구면 NA2의 개구수의 근방에서 조합된다. 상기에서, 제2 비구면이 조합되는 필요한 개구수 NA2의 근방이 광 디스크 측에서의 대물 렌즈(16)의 개구수 NA3 및 개구수 NA4 사이에 있으며, 이는 조건 0.60(NA2) < 1.3(NA2)(이러한 하한 0.60(NA2)은 실제 사용시 바람직하게는 0.80(NA2)이거나 더 바람직하게는 0.85(NA2)이어야 하고, 상한 1.3(NA2)은 실제 사용시 바람직하게는 1.1(NA2)이어야 함) 뿐만 아니라, 조건 0.01 < NA4 - NA3 < 0.12(바람직하게는 0.1)을 만족시키는 것이 바람직하다. 이렇게 조합된 제2 비구면(제2 분할면)에서, 광축 근처의 에지는 개구수 NAL을 가지도록 하고 광축으로부터 더 먼 에지는 개구수 NAH을 가지도록 한다(즉, NAL < NAH).
따라서, 대물 렌즈(16)의 굴절면(S1)에서의 표면 형태에 관하여, 광축을 포함하는 제1 분할면(S1)과 광축으로부터 제1 분할면(Sd1)보다 더 멀리 위치하는 제3 분할면(Sd3)은 동일 비구면 형태(제1 비구면)를 갖고, 제1 분할면(Sd1) 및 제3 분할면(Sd3) 사이(제2 광 디스크의 재생에 필요한 개구수 NA2의 이웃)에 위치한 제2 분할면은 제1 분할면(Sd1) 및 제3 분할면(Sd3)과 다른 비구면 형태(제2 비구면)을 갖는다. 이렇게 해서 얻어진 렌즈가 본 발명의 실시예의 대물 렌즈(16)이며, 광속이 이러한 대물 렌즈(16)를 사용함으로써 제1 광 디스크 상에 수속될 때 구면 수차의 그래프가 도 4에 도시되어 있고, 광속이 이러한 대물 렌즈(16)를 사용함으로써 제2 광 디스크 상에 수속될 때 구면 수차의 그래프가 도 4b에 도시되어 있다.
더욱이, 제1 분할면 및 제2 분할면을 그들이 조합될 때 광축 방향으로 약간 이동되는 제2 분할면(Sd2)과 조합함으로써 생성되는 위상차를 이용함으로써, 제1 광 디스크를 재생할 때 수속되는 광속의 광량을 보다 크게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 비구면의 등식은 다음 수학식 M1에 기초한다.
<수학식 M1>
여기서, X는 광축 방향의 축이며 H는 광축에 수직인 방향의 축이며, 광의 진입 방향을 양으로 하면, r은 광축의 이웃에서의 곡률 반경, K는 콘 계수(cone coefficient), Aj는 비구면 계수, 및 Pj는 비구면의 파워의 수치이다(여기서, Pj ≥ 3). 또한, 본 발명에서, 상기 기술된 것이외의 비구면의 등식이 사용될 수 있다. 비구면의 형태로부터 비구면의 등식을 얻는데 있어서, Pj는 자연수에 의해 3 ≤ Pj ≤ 1로 대체되고, K는 상기 등식에서 제로에 의해 K = 0으로 대체된다.
상기 기술된 바와 같이, 서로 다른 두께로 된 투명 기판을 갖는 복수의 광 디스크가 단일 수속 광학계에 의해 재생될 수 있기 위해, 본 실시예에서 얻어진 대물 렌즈(16)는 구면 수차가 개구수 NA2의 근방에 적어도 두개의 개구수 위치(NAL 및 NAH)에서 불연속적으로 가변하는 구조를 가진다. 구면 수차가 상기 기술된 바와 같이 불연속적으로 가변하는 구조를 가지도록 렌즈가 제조되기 때문에, 각 범위의 개구수(본 실시예에서, 광축에서 NAL까지의 제1 분할면, NAL에서 NAH까지의 제2 분할면, NAH에서 NA1까지의 제3 분할면)을 통과하는 광속(본 실시예에서, 제1 광속-제3 광속)은 독단적으로 구성될 수 있다. 그러므로, 제1 광속은 재생될 모든 광 디스크의 재생에 이용되고, 제2 광속 및 제3 광속은 복수의 광 디스크로부터 선정된 광 디스크에 각각 이용되며, 복수의 광 디스크는 단일 수속 광학계(본 실시예에서의 대물 렌즈(16))에 의해 재생될 수 있는 것이 가능하다. 그래서, 광학 촬상부가 저 비용으로도 동작될 수 있고 더 나아가 복잡한 구조가 없이 높은 개구수를 필요로 하는 광 디스크와 부합할 수 있다. 광학 촬상부의 상부에는, 단지 NA1에 대응하는 방식으로 스톱(17)이 제공되는데, 이는 가장 높은 개구수이며, 광 디스크의 재생에 요구되는 개구수가 가변(NA1으로 또는 NA2로)하더라도 스톱(17)을 가변시키 위한 임의의 수단이 필요하다. 추가적으로, 본 발명에서의 "구면 수차는 불연속적으로 가변한다"는 문구는 구면 수차의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 급격한 변화가 관찰된다는 것을 의미한다.
또한, 구면 수차의 불연속 가변 방향에 관하여, 보다 작은 개구수에서 보다 큰 개구수까지 관찰될 때, 구면 수차는 개구수 NAL에서 음의 방향으로 가변하고, 개구수 NAH에서 양의 방향으로 가변한다. 이 때문에, 두께 t1으로 된 얇은 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 만족스럽게 행해지고, 동시에, 두께 t2로 된 두꺼운 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생도 만족스럽게 수행된다. 추가적으로, 본 실시예에서 t2 > t1 및 NA1 > NA2이기 때문에, 구면 수차는 상기 기술된 바와 같이 개구수 NAL에서의 음의 방향 및 개구수 NAH에서 양의 방향으로 불연속적으로 가변하지만, t2 < t1 및 NA1 > NA2인 경우는, 구면 수차가 수의 구경 NAL에서의 양의 방향 및 수의 구경 NAH에서 음의 방향으로 불연속적으로 가변한다.
또한, 두께 t2로 된 투명 기판을 갖는 제2 광 디스크의 재생시, 광 픽업 장치(10)의 S 기호 특성이 개구수 NAL에서 개구수 NAH까지의 구면 수차(제2 분할면(Sd2)를 통과하는 광속의 구면 수차)를 양으로 만듦으로써 개선된다. 추가적으로, 본 실시예에서, t2 > t1 및 NA1 > NA2이기 때문에, 개구수 NAL에서 개구수 NAH까지의 구면 수차는 양이 되도록 제조되지만, t2 < t1 및 NA1 > NA2인 경우는 구면 수차를 음으로 만드는 것이 적절하다.
두께 t1을 갖는 투명 기판을 통해 재생하는 경우(도 4(a) 참조), 개구수 NA1를 갖는 광속 이외의 NAL 에서 NAH의 표면을 통과하는 광속을 제외한 광속, 말하자면 광학축에서 NAL 까지 또한 NAH 에서 NA1 까지의 표면을 통과하는 광속에 의한 파면 수차를 0.07 λ1rms 이하로, 바람직하기로는 0.05 λ1rms 이하로 만듦으로써 (여기서 λ1은 광원의 파장), 두께 t1의 기판을 가진 제1 광 디스크의 재생이 만족스럽게 이루어진다.
t1 = 0.6 mm, t2 = 1.2 mm, 610 nm < λ1< 680 nm, 740 nm < λ2< 870 nm, 바람직하게는 740 nm < λ2< 810 nm, 0.40 < NA2 < 0.51 인 경우, 0.60(NA2) < NAL < 1.3(NA2) 조건을 만족시키는 것이 바람직하다 (하한치 0.60(NA2)는 실제 사용시 0.80(NA2)인 것이, 더욱 바람직하기로는 0.85(NA2)인 것이 바람직하고, 상한치는 1.1(NA2)인 것이 바람직하다). NAL이 하한치를 초과하면, 사이드 로브가 너무 커져서 정보를 정확히 재생하지 못하고, NAL이 상한치를 초과하면, 광속이 과도하게제한되어 파장 λ2및 개구수 NA2에서 산정된 회절 한계의 스폿 직경을 생성하지 못한다. 또한, NAL은 제2 광원(112)이 사용되는 시점의 제2 분할면 Sd2상의 NAL을 가리키는 것이다.
또, 0.01 < NAH - NAL < 0.12 조건을 만족하는 것이 바람직하다 (실제 사용시 상한치 0.12는 0.1인 것이 바람직하다). 상기 하한치를 초과하면, 제2 광 디스크 재생시 스폿 형상이 나빠지고, 사이드 로브 스폿 직경이 커지며; 상한치를 초과하면, 제1 광 디스크 재생시 스폿 형상이 무질서해지고 광량이 감소한다. 앞서 인용한 NAL 및 NAH는 제2 광원(112)이 사용되는 경우 제2 분할면상의 NAL 및 NAH를 가리키는 것이다.
또한, 제2 광 디스크 재생시 (두께 t2를 가진 투명 기판을 통한 재생시), 개구수 NAL 내지 NAH 범위에 대한 구면 수차가 2(λ2)/(NA2)2내지 5(λ2)/(NA2)2인 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 구면 수차가 재생시 3(λ2)/(NA2)2보다 작거나 같은 것이 바람직하며, 기록을 고려하면(물론, 재생도 이루어질 수 있다) 상기 수차는 영(제로) 보다 큰 것이 바람직하다. 수차가 이 하한치를 초과하면, 구면 수차가 과도하게 수정되어 제1 광 디스크 재생시 스폿 형상을 나쁘게 만들며, 상한치를 초과하면, 제2 광 디스크 재생시 스폿 형상이 나빠지고 사이드 로브 스폿 직경이 커진다. 특히, 상기 수차가 0 내지 2(λ2)/(NA2)2범위내에 드는 것이 바람직한데, 이 것이 충족되면 포커스 에러 신호를 충분히 구할 수 있다.
또한, 다른 시각에서 보면, 전술한 NAL 및 NAH는 광 디스크 측에서 대물 렌즈(16)의 개구수 NA3 및 NA4 사이에 제공되는데 (말하자면, 주로 제2 광 디스크의 재생용으로 사용되는 분할면이 제공된다), 이는 0.60(NA2) < NA3 < 1.3(NA2) 인 조건 (하한치 0.60(NA2)는 0.80(NA2)인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.85(NA2) 이며, 상한치는 1.1(NA2)인 것이 바람직하다) 및 0.01 < NA4 - NA3 < 0.12 (바람직하게는 0.1) 인 조건을 만족한다. 이에 따라, 제2 광 디스크에 대하여, 제1 광 디스크상에 수렴하는 광 스폿의 세기를 낮추지 않고도 큰 개구수를 필료로 하는 광 디스크를 재생할 수 있다.
또, 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1에 대한 법선과 광학축이 만드는 각도는 개구수 NA2 근방의 두 개구 위치에 대응하는 상기 굴절면 S1의 주변 위치(NAL 및 NAH) 사이에서 0.05° 내지 0.5°만큼 변동하는 것이 바람직하다. 그 차이가 하한치를 초과하면, 제2 광 디스크 재생시 스폿 형상이 나빠지고, 사이드 로브 스폿 직경이 커지며; 상한치를 초과하면, 구면 수차가 과도하게 수정되어 제1 광 디스크 재생시 스폿 형상이 나빠진다.
특히, 광학축에서 주변부 방향으로 볼 때 t2 > t1 및 NA1 > NA2인 경우, 개구수 NAL에서, 굴절면에 대한 법선이 광학축과 교차하는 포인트는 광원쪽의 굴절면에 가까운 방향으로 불연속적으로 시프트하고, 개구수 NAH에서, 굴절면에 대한 법선이 광학축과 교차하는 포인트는 광원쪽의 굴절면에서 먼 방향으로 불연속적으로 시프트한다. 이에 따라, 두께 t1를 가진 얇은 투명 기판을 갖는 광 디스크의 재생이 성공적으로 이루어지고, 두께 t2를 가진 두꺼운 투면 기판을 갖는 광 디스크의재생도 성공적으로 이루어질 수 있다.
또한, 이 실시예의 대물 렌즈(16)의 파면 수차는 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5는 세로 좌표가 파면 수차(λ)를 가로 좌표가 개구수를 표시하는 파면 수차 곡선을 도시하는데, (a)는 제1 광 디스크의 투명 기판(두께 t1)이 광학 경로내에 있을 때의 파면 수차를, (b)는 제2 광 디스크의 투명 기판(두께 t2)이 광학 경로내에 있을 때의 파면 수차를 각각 실선으로 도시한다. 상기 파면 수차 곡선은 각각의 투명 기판이 광학 경로내에 있을 때 파면 수차가 가장 양호한 상태에서 간섭계등을 사용하여 파면 수차를 측정하여 구한 것이다.
도면에서 알 수 있듯이, 이 실시예의 대물 렌즈(16)에 관하여, 파면 수차 곡선에 도시된 바와 같은 파면 수차는 개구수 NA2의 근방의 두 포인트(즉, NAL 및 NAH)에서 불연속적이다. 또한, 곡선이 불연속적인 포인트에서 생성된 파면 수차의 불연속의 최대치는 길이 단위(mm)로 표현하면 0.05(NA2)2(mm) 이하이고, 위상차 단위(rad)로 표현하면 2π(0.05(NA2)2)/λ (rad) (여기서 λ는 mm 단위로 사용된 파장이다) 인 것이 바람직하다. 이보다 커지면, 파장의 변동에 대한 파면 수차의 변동이 너무 커져서 반도체 레이저의 파장의 분산을 흡수할 수 없다. 또, (NAL 및 NAH 사이의) 불연속 부분에서의 파면 수차의 경사도는 불연속 부분의 양 측의 곡선의 단부를 연결한 직선의 경사도와 다르다.
본 발명은, 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1에 분할면 Sd1 - Sd3이 제공되고, 무한 시스템의 대물 렌즈가 사용되고, 분할면에 스텝이 제공되는 점, 분할면의 갯수,제2 분할면의 형상 등등의 상기 실시예에 설명된 내용에 한정되는 것이 아니다.
상기 실시예에서 제1 광원(111)과 제2 광원(112)이 합성 수단(19)에 의해 결합되지만, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 도 1에 도시된 광 픽업 장치에서 광원(11)(어느 한 쪽 광원을 인용하는 것임)이 제1 광원(111)과 제2 광원(112) 간에 전환되는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예의 대물 렌즈(16)를 출원인이 전술한 에러에 관해 설명한 실시예에 도시된 광 픽업 장치에 사용하는 경우, 제2 광 디스크인 CD의 재생 및 제1 광 디스크인 DVD의 재생은 동일한 파장을 갖는 광원을 사용하여 실시될 수 있다. 말하자면, 상기 실시예의 대물 렌즈(16)는, 파장 λ1을 갖는 광원을 사용하여, 두께 t1인 투명 기판을 가진 제1 광 정보 기록 매체 및 두께 t2인 (여기서 t2 ≠ t1) 투명 기판을 가진 제2 광 정보 기록 매체상에 광속을 수렴시킬 수 있으며, 파장 λ2(여기서 λ2≠ λ1)을 갖는 광원을 사용하는 경우에도, 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 광속을 수렴시킬 수 있다. 이에 따라, 다른 파장을 갖는 두 개의 광원(DVD용으로 610 - 670 nm의 파장을 갖는 광원 및 CD-R에 필수적인 780 nm의 파장을 갖는 광원에 대당함)을 사용하여 DVD 및 CD-R을 재생하는 광 픽업 장치에서 사용하기 위한 대물 렌즈 및 하나의 광원( 610 nm - 670 nm의 파장을 갖는 광원에 해당함)으로 DVD 및 CD를 재생하는 광 픽업 장치에서 사용하기 위한 대물 렌즈는 공용의 하나의 렌즈로 대체될 수 있어서 대량 생산시 비용을 절감할 수 있다. 또한, 렌즈를 공용으로 하기 위해서, 광원의 파장이 λ1에서 λ2로 전환되는경우에도 실시예에 설명된 NAL 및 NAH에 대한 조건이 만족되어야 한다.
상기 실시예에서, 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)이 거의 동일한 배율로 사용되기 때문에, 구조를 간단하게 하기 위해 하나의 광-검출기(30)를 사용할 수도 있지만, 광원(111) 및 광원(112)에 각각 대응하는 두 개의 광-검출기를 사용하는 것이 적절하며, 배율이 서로 달라도 된다.
"다른 실시예"
이하, 광학 렌즈(16)를 도시한 도 6을 참고하여 다른 실시예를 설명하겠다. 도 6(a)는 대물 렌즈(16)의 단면도이고, 도 6(b)는 광원측에서 본 정면도이다. 이 실시예는 전술한 실시예에 설명된 광 픽업 장치에서 사용하기 위한 대물 렌즈(16)의 변형예이며, 이 실시예의 대물 렌즈(16)는 광원을 향한 표면이 5개의 분할 굴절면으로 나누어지는 반면, 전술한 실시예에 언급된 대물 렌즈(16)는 광원을 향한 표면이 3개의 분할 굴절면으로 나누어진다. 이 실시예에서 5개의 분할면을 갖는 것 이외에는 렌즈가 전술한 실시예의 것과 동일하므로 때로 설명이 생략되겠다.
이 실시예에서, 대물 렌즈(16)는 광원을 향한 굴절면 및 광 디스크를 향한 굴절면이 모두 비구면 형상을 갖고 양의 굴절 배율을 갖는 볼록 렌즈이다. 광원을 향한 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1은 동심원에 의해 형성된 5개의 분할면, 즉 제1 분할면 Sd1 - 제5 분할면 Sd5으로 구성되며, 일반적으로, 광학축에서 먼쪽 방향 순서로, (광학축 근방의) 광학축을 포함하는 제1 분할면 Sd1, ..., 제(2n+1) 분할면 Sd(2n+1)으로 구성된다 (여기서 n은 자연수이고, 이 실시예에서 n = 2 이다). 스텝을 제공함으로써, 각각의 분할면 Sd1 - Sd5의 경계에 표면 레벨의 차이가 형성된다. 대물 렌즈(16)는 광학축을 포함하는 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속(제1 광속)이 제1 광 디스크에 기록된 정보의 재생 및 제2 광 디스크에 기록된 정보의 재생용으로 사용되고, 제2n 분할면 Sd2n(이 실시예에서 제2 분할면 Sd2 및 제4 분할면 Sd4)을 통과하는 광속이 제2 광 디스크에 기록된 정보의 재생용으로 주로 사용되고, 제(2n+1) 분할면 Sd(2n+1)(이 실시예에서 제3 분할면 Sd3 및 제5 분할면 Sd5)을 통과하는 광속이 제1 광 디스크에 기록된 정보의 재생용으로 주로 사용되는 구조를 갖는다.
상술한 바와 같이, 이 실시예에서는, 분할면의 수를 증가시킴으로써, 2n 번째 분할면들이 더 높은 NA 값의 위치에 배치될 수 있다. 따라서,전술한 실시예에서와 비교해 볼 때, 높은 NA를 필요로 하는 제1 광 디스크의 재생 뿐만 아니라, 제2 광 디스크로서 더 높은 NA를 필요로 하는 광디스크의 재생 또한 수행될 수 있다. 게다가, (2n-1) 번째 분할면 (제1 분할면이 중요한 것이 아님)이 제1 광 디스크를 재생할 때 높은 NA 위치에 배치된 2n 번째 분할면으로부터 기인하는 광량의 감소를 보상할 수 있다. 따라서, 제1 광 디스크 뿐만 아니라 제2 광 디스크가 만족스럽게 재생될 수 있다.
구체적으로 말하자면, 대물 렌즈(16)에 대해서, 먼저, 제1 굴절면 S1의 제1 비구면과 제2 굴절면 S2(공통 굴절면)은 두께가 t1인 투과 기판을 갖는 제1 광 디스크 상에 수속된 광속의 파면 수차가 최상이 되는 0.05λ1또는 그 이하가 되도록 설계된다. 또한, 제1 굴절면 S1의 제2 비구면은 제1 구면 수차를 갖는 렌즈를 통해 두께가 t2(t2≠t1)인 투과 기판을 갖는 제2 광 디스크에 광속이 수속되었을 때 생성되는 구면 수차보다 작은 구면 수차를 갖도록 남아있는 제2 굴절면 S2 (공통 굴절면)으로 설계된다. 이때, 제2 비구면의 굴곡의 패러랙셜 반지름과 제1 비구면의 굴곡의 패러랙셜 반지름은 초점이 맞춰지지 않은 상태에서 재생되는 제2 광 디스크의 우수한 재생을 목적으로 동일하게 만들어지는 것이 바람직하다. 제2 비구면은 제2 광 디스크의 재생에 요구되는 제1 비구면의 개구수 NA2에 인접하는 두 위치 NAL-NAH 사이에서 결합된다. 이런 방식으로 획득된 렌즈는 본 실시예의 대물 렌즈(16)이다.
또한, 제1 분할면과 제2 분할면을 제2 분할면 Sd2와 제4 분할면 Sd4와 결합시키는데, 이들이 결합되었을 때 광축 방향으로 약간 이동되도록 결합함으로써 생성된 위상차를 이용함으로써, 제1 광 디스크의 재생시에 수속된 광속의 광량을 보다 크게할 수 있다. 그 외에도, 제2 분할면 Sd2와 제4 분할면 Sd4는 동일한 비구면으로 고안되나, 서로 다른 비구면을 사용하는 것도 바람직할 수 있고, 이들의 이동량을 서로 다르게 할 수도 있다.
이상에서, 제2 비구면이 결합되는 요구된 개구수 NA2의 주변이 광 디스크측에서 대물 렌즈의 개구수 NA3 및 개구수 NA4 사이에 있음으로써 0.60(NA2) < 1.3(NA2) (이 하한 0.60(NA2)은 실용적으로 0.80(NA2) 또는 보다 바람직하게는 0.85(NA2)가 되는 것이 바람직하다. 이 상한 1.3(NA2)은 실용적으로 1.1(NA2), 또한, 상한은 제2 광 디스크 정보 기록 매체가 기록 또는 재생될 때 광원의 파장이 740nm-870nm인 경우 1.1이 되어야한다)는 조건 뿐만 아니라, 0.01 < NA4-NA3 <0.12 (상한 0.12는 실용적으로 0.1이 되는 것이 바람직하다)라는 조건을 만족시킨다.
상술한 실시예에서는, 전술한 실시예와 같이, 두께 t1이 0.6mm인 투명 기판을 갖는 제1 광 디스크로서 DVD가 재생될 경우, 제1 분할면 Sd1, 제3 분할면 Sd3, 및 제5 분할면 Sd5를 투과하는 광속은 대략적으로 동일한 위치상에서 각각 수속되는데, 이들중 하나는 제1 화상 형성 위치이고, 파면 수차 (제2 분할면 Sd2 및 제4 분할면 Sd4를 투과하는 광속이 배재될 때의 파면 수차)는 0.05λ1rms와 같거나 작다, 여기서 λ1은 광원의 파장이다.
이 때, 제2 분할면 Sd2 및 제4 분할면 Sd4를 투과하는 광속은 제1 화상 형성 위치와 다른 제2 화상 형성 위치 상에 각각 수속된다. 이 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40㎛ 내지 -4㎛ 또는 바람직하게는 -27㎛ 내지 -4㎛의 거리를 유지해야 하는데, 이 때 제1 화상 형성 위치는 0이고, 그 대물 렌즈측은 음이며, 반대측은 양이라고 예상한다. 또한, 이 실시예에서는, t1 < t2 및 NA1 > NA2이기 때문에, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 -40㎛ 내지 -4㎛ 또는 바람직하게는 -27㎛ 내지 -4㎛의 거리를 유지해야 하나, t1 > t2이고 NA1 > NA2인 경우, 제2 화상 형성 위치는 제1 화상 형성 위치로부터 4㎛ 내지 40㎛ 또는 바람직하게는 4㎛ 내지 27㎛의 거리를 유지해야 한다. 즉, 제1 광 위치와 제2 광 위치 간의 거리의 절대치는 4㎛ 내지 40㎛ 또는 바람직하게는 4㎛ 내지 27㎛의 사이이어야 한다.
또한, 구면 수차의 관점에서 대물 렌즈(16)를 고려해볼 때, 구면 수차가 개구수 NA2의 인접한 4개의 개구수에서 불연속적으로 변하고, 다른 기판과는 두께가 다른 투과 기판을 갖는 복수의 디스크가 하나의 수속 광학계에 의해 재생될 수 있다. 구면 수차는 이러한 방식으로 불연속적으로 변하고 (변화 방향은 전술한 실시예와 동일함). 파면 수차의 관점에서 고려하면, 파면 수차는 개구수 NA2의 인접한 4개의 위치에서 불연속하고, 이들 각각의 불연속 부분의 파면 수차 커브의 경사는 각각의 불연속 부분의 양단에서 커브의 단부를 접속하는 각각의 직선의 경사와 다르다.
전술한 바와 같은 이러한 실시예의 대물 렌즈(16)에 대하여, 제2 광 디스크를 재생할 때 (두께가 t2인 투명 기판을 통해 재생할 때), 개구수 NAL에서 개구수 NAH 까지의 범위에 대한 구면 수차는 -2(λ)/(NA2)2내지 5(λ)/(NA2)2의 조건을 만족하는 것이 바람직하다 (여기서, λ는 제2 광 디스크를 재생할 때 사용되는 광원의 파장임). 또한, 이 조건은 상기 구면 수차가 재생의 경우 3(λ)/(NA2)2와 같거나 작도록 되는 것이 바람직하다. 기록의 경우를 고려할 때 (물론 재생으로도 될 수 있음), 상기 수차는 0보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 이 실시예에서, 2n번째 분할면에 대한 법선과 광축간의 각은 (제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 중심 위치에 대해서, 광축에 수직인 방향으로, (2n-1)번째 분할면 (제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3)과 (2n+1)번째 분할면 (제3 분할면 Sd3 또는 제5 분할면 Sd5)에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 한다. 이로 인해, 제1 광 디스크 및 제2 광 디스크 양자를 만족스럽게 재생할 수 있다. 또한, 이 실시예에서, t2>t1 이고 NA1>NA2이기 때문에, 2n번째 분할면에 대한 법선과 광축 간의 각은 (2n-1)번째 분할면과 (2n+1)번째 분할면으로부터 보간된 면에 대한 법선과 광축 간의 각보다 커야 하나, t2<t1 이고 NA1>NA2인 경우, 더 작게 하는 것이 적당하다.
또한, 본 발명의 이 실시예에서, 제1 분할면 Sd1-(2n+1)번째 분할면은 2n번째 분할면의 대략 중심 위치에 대하여, 제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4가, 광축에 수직인 방향으로, 2n번째 분할면에 대한 법선과 광축에 의해 이루어진 각과 (2n-1)번째 분할면과 (2n+1)번째 분할면 (비구면의 수학식 1을 이용한 적어도 스퀘어 방법에 의한 피팅으로부터 획득됨)으로부터 보간된 표면에 대한 법선과 광축 간의 각 간의 차가 0.02° 내지 1.0°의 범위 내에서 벗어나지 않는다.
또한, 본 발명의 이 실시예가 전술한 실시예와 다른 관점에서 다루어진다면, 광축에 대하여 동심원에 의해 그 표면중 적어도 하나를 분할함으로써 형성된 복수의 분할면 (이 실시예에서는 다섯 개의 분할면)을 갖는 대물 렌즈(16)에서, 2n번째 분할면 (여기서 n은 1과 같거나 큰 자연수임)보다 광축에 더 가까운 (2n-1)번째 분할면을 통과하는 광과, 광축에 대하여 2n 번째 분할면의 역방향측에 배치된 (2n+1)번째 분할면에 배치된 (2n+1)번째 분할면을 통과하는 광이 선정된 두께 (제1 광 디스크)를 갖는 투명 기판을 통해 대략 동일한 위상을 갖도록 하고, (2n-1)번째 분할면과 투명 기판을 통과하는 광과 광축에 대하여 수직인 방향으로 2n번째 분할면의 대략적으로 중심 위치의 광축측이 되는 2n번째 분할면 (예를 들면, 제2 분할면 Sd2또는 제4 분할면 Sd4)을 통과하는 광 간의 위상차를 (ΔnL)π (예를 들면, (Δ1L)π 또는 (Δ2L)π)(rad)로 하고, (2n+1)번째 분할면과 투명 기판을 통과하는 광과 광축에 대하여 전술한 중심 위치의 반대측이 되는 2n번째 분할면 부분과 투명 기판을 통과하는 광 간의 위상차를 (ΔnH)π (예를 들면, (Δ1H)π 또는 (Δ2H)π)(rad)로 한다는 조건으로, 다음의 부등식 (ΔnH) > (ΔnL)이 성립된다. 이 경우, 전술한 실시예에서와 같이, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2의 경우, 부등식 (ΔnH) > (ΔnL)이 성립된다이 성립되어야 한다. 따라서 (ΔnH) ≠ (ΔnL)이 된다.
다른 관점에서 말하자면, (2n+1)번째 분할면 (제3 분할면 Sd3 또는 제5 분할면 Sd5)으로부터 2n번째 분할면 (제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 표면 레벨의 차는 (2n-1)번째 분할면 (예를 들면, 제1 분할면 Sd1 또는 제3 분할면 Sd3)으로부터 2n번째 분할면 (제2 분할면 Sd2 또는 제4 분할면 Sd4)의 표면 레벨의 차보다 크다. 상술한 바와 동일한 방식으로, 이 경우에도, t1 > t2 그리고 NA1 > NA2인 경우, (2n+1)번째 분할면으로부터 2n번째 분할면의 표면 레벨의 차는 (2n-1)번째 분할면으로부터 2n번째 분할면의 표면 레벨의 차보다 작다. 또한, (2n-1)번째 분할면과 (2n+1)번째 분할면 (예를 들면, 제1 분할면과 제3 분할면, 또는 제3 분할면과 제5 분할면)으로부터 보간된 표면의 위치와 광축으로부터 임의의 위치에서 취해지는 2n번째 분할면의 위치 간의 차는 2n번째 분할면의 대략적으로 중심 위치에 대하여 비대칭적으로 변하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 그 차는 광학축으로부터의 거리에 따라 커지는 것이 바람직하다.
그 외에, 이 실시예에서, 대물 렌즈(16)의 굴절면(S1)은 5 부분으로 분할되지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 수속 광학계의 다른 광학 소자(예를 들어, 시준 렌즈 등) 상에 분할면을 제공하기에 적합하거나 개별 광학 소자를 제공할 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 제1 분할면 Sd1 - 제5 분할면 Sd5 각각에는 단차부, 즉 표면 레벨의 차가 제공되지만, 단차를 제공하지 않고도 연속적으로 형성된 보더중 적어도 하나를 갖는 분할면을 형성할 수 있다. 다른 경우에는, 예를 들어, 보더면을 구부리지 않고 소정의 곡률 반경을 갖는 표면에 의해 분할면 사이의 보더가 결합될 수 있다. 이러한 곡률은 계획적으로 또는 비계획적으로 제공될 수도 있다. 이렇게 비계획적으로 제공된 곡률의 한 예로 플라스틱 재료 등으로 대물 렌즈(16)를 형성하는 금속 몰드 처리시에 형성된 보더에서의 곡률이 있다.
또한, 이 실시예에서, 광원측 대물 렌즈(16)의 굴절면 상에는, 제2 분할면 Sd2 및 제4 분할면 Sd4이 각각 광학축에 대해 동심원으로 형성된 링 형태로 제공되지만, 그 형태는 링 형태로 한정되지 않고 파선 링일 수도 있다. 그러나, 제2 분할면 Sd2 및/또는 제4 분할면 Sd4은 홀로그램 또는 프레넬 렌즈로 구성될 수도 있다. 게다가,제2 분할면 Sd2이 홀로그램으로 구성되는 경우에,본래 광속을 0번째 광 및 첫번째 광으로 분할함으로써 형성된 광속중 하나는 제1 광 디스크 를 재생하는 데 사용되며, 나머지 광속은 제2 광 디스크를 재생하는 데 사용된다. 이 때, 제2 광 디스크에 사용된 광속의 광량은 제1 광 디스크의 재생에 사용되는 광속의 광량보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 이 실시예에서, 제1 광 디스크가 재생될 때(즉, 광이 두께가 t1인 투명 기판을 통과할 때) 제1 분할면 Sd1을 통과하고 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속에 의한 최상 파면 수차(best wave front aberration)가 0.07λ1rms 또는 바람직하게는 0.05λ1rms(여기서 λ1(nm)는 제1 광 디스크 재생시에 사용되는 광원의 파장임)인 조건뿐만 아니라 제2 광 디스크가 재생될 때 (즉, 광이 두께가 t2인 투명 기판을 통과할 때) 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속에 의한 최상 파면 수차(best wave front aberration)가 0.07λ2rms 또는 바람직하게는 0.05λ2rms(여기서 λ2(nm)는 제2 광 디스크 재생시에 사용되는 광원의 파장임)인 조건이 만족되는 것에 의해 제2 광 디스크에서 재생된 신호가 만족된다.
이제까지 상세히 기술된 실시예에서, 제1 분할면은 광학축을 포함하는 것으로 설계되지만, 광학축 근방의 매우 협소한 표면 도메인이 광 수속에 그다지 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 실제로 광 수속에 영향을 미치지 않는 상기와 같은 광학축 근방의 매우 협소한 도메인이 평탄화되거나 돌출되거나 오목화될 수 있다. 중요한 점은, 제2 광 디스크의 재생에 사용되는 분할면이 NA2 부근에 제공되며, 광학축에 보다 가까운 표면 도메인(즉, 광학축의 부근)은 제1 분할면이 된다는 것이다.
또한, 지금까지의 설명에서는, 광 디스크에 기록된 정보의 재생만을 설명하였지만, 광 디스크에 정보를 기록하는 것은 수속 광학계에 의해 수속된 광 스폿이 중요하다는 관점에서 매우 유사하며, 상술된 실시예가 기록시에 효과적으로 사용될 수 있다는 것은 물론이다.
더우기, 상술된 실시예에 따르면, 수속 에러 신호의 S-자 특성을 향상시키는 효과가 얻어질 수 있다.
다음에, 광속의 상이 시프트되어 광 정보 기록 매체의 정보 기록 평면 상에 형성된 스폿의 광 강도를 가능하면 강화시키는 것과 관련하여 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 후술되는 설명은, 상술된 3개의 분할면을 갖는 렌즈의 실시예 및 5개의 분할면을 갖는 렌즈의 실시예에 적용될 수 있다.
도 7a는 제1 광원(파장 λ1)을 사용하여 제1 광 정보 기록 매체의 판독 또는 기록이 행해지는 경우의 그래프이며, 여기서 횡좌표는 비구면의 식에 따라 광학축으로 연장되는 상술된 대물 렌즈의 제1 비구면의 제2 분할면이 광학축과 교차하는 지점과 제2 표면(비구면 또는 구면인 제1 비구면에 대향하는 표면) 사이의 광학축 상의 거리 di'를 나타내며, 종축은 빔 스폿의 피크 강도비를 나타낸다. 또한, 도 7b는 제2 광원(파장 λ2)을 사용하여 제2 광 정보 기록 매체의 판독 또는 기록이 행해지는 경우의 그래프이며, 여기서 횡좌표는 비구면의 식에 따라 광학축으로 연장되는 상술된 대물 렌즈의 제2 분할면이 광학축과 교차하는 지점과 제2 표면 사이의 광학축 상의 거리 di'를 나타내며, 종축은 빔 스폿의 피크 강도비를 나타낸다.
제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상의 수속된 광속, 즉, 제1 정보 기록면 상의 스폿의 피크 강도비가 0.9 이상이 되는 di'의 범위가 도 7a에 화살표로 도시되어 있다. 또한, 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상의 수속된 광속, 즉, 제2 정보 기록면 상의 스폿의 피크 강도비가 0.8 이상이 되는 di'의 범위가 도 7b에 화살표로 도시되어 있다.
도 7a의 그래프에서 피크 강도를 0.9 이상으로 만드는 di'의 범위 및 도 7b의 그래프에서 피크 강도를 0.8 이상으로 만드는 di'의 범위가 서로 중첩되는 di'의 범위, 즉, 도 7a 및 도 7b에서 화살표가 중첩되는 di'의 범위 내의 값으로 di'를 결정함으로써, 제1 광 정보 기록면의 경우와 제2 광 정보 기록면의 경우에 정보 기록면 상에 강한 광 강도를 갖는 스폿을 형성할 수 있다. 게다가, 광 스폿(강도가 최대 중심 강도에 대해 e-2이 되는 위치로 결정됨)의 직경 크기를 감소시킬 수도 있다. 도 7a의 그래프에서 피크 강도비가 0.95 이상이 되는 범위가 도 7b의 그래프에서 피크 강도비가 0.9 이상이 되는 범위에 중첩되는 범위내에서 di'를 결정하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 피크 강도비가 제1 광정보 기록 매체에서 0.95 이상이 되고 피크 강도비가 제2 광 정보 기록 매체에서 0.9 이상이 되는 것이 바람직하다.
또한, 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 형성된 스폿의 광 강도를 가능한한 강화시키기 위해서는, 다음의 수학식 및 부등식이 성립되는 것이 적합하다.
여기서, W1은 제1 광속이 사용될 때 큰 수치의 개구 NA의 보더 스텝부의 경우의 파면 수차의 양이며, W2은 제1 광속이 사용될 때 작은 수치의 개구 NA의 보더 스텝부의 경우의 파면 수차의 양이며, λ1은 제1 광속의 파장이며, W3은 제2 광속이 사용될 때 큰 수치의 개구 NA의 보더 스텝부의 경우의 파면 수차의 양이며, W4는 제2 광속이 사용될 때 큰 수치의 개구 NA의 보더 스텝부의 경우의 파면 수차의 양이며, λ2은 제1 광속의 파장이다.
보다 바람직하게는, 부등식 3 및 6 대신에 다음의 부등식 3a 및 6a가 성립된다.
더우기, 부등식 3a 및 6a 대신에 다음의 부등식 3b 및 6b가 성립된다.
더우기, 바람직하게는, W1, W2, W3및 W4는 제1 분할면과 제2 분할면 사이의 보더에 생성된 보더 스텝부에서의 파면 수차의 값이지만, 제2 분할면과 제3 분할면 사이의 보더에서 생성된 보더 스텝부에서의 파면 수차의 값일 수도 있다. 도 8a 및 8b는, W1, W2, W3및 W4가 파면 수차 그래프를 사용하여 제1 분할면과 제2 분할면 사이의 보더에서 생성된 보더 스텝부에서의 파면 수차의 값인 경우의 파면 수차 곡선을 보여주는 도면이다.
또한, 상기 수학식 및 부등식은, 보다 바람직하게는, W1, W2, W3및 W4가 제1 분할면과 제2 분할면 사이의 보더에 생성된 보더 스텝부에서의 파면 수차의 값인 경우, 및, W1, W2, W3및 W4가 제2 분할면과 제3 분할면 사이의 보더에 생성된 보더 스텝부에서의 파면 수차의 값인 경우 모두에 성립된다.
렌즈의 시점으로부터 본 발명을 이해하기 위해, 후술되는 바와 같은 렌즈가사용될 수 있다.
광학 촬상 장치에서 사용되는 비구면을 갖는 대물 렌즈는,
제1 분할면, 제2 분할면 및 제3 분할면을 갖는 광학면 - 상기 제2 분할면은 제1 분할면보다 광학축에서 멀리 이격되며, 제3 분할면은 제2 분할면보다 광학축에서 멀리 이격됨 - 을 포함하며, 여기서, 대물 렌즈가 제1 분할면을 통과하는 제1 광속 및 제3 분할면을 통과하는 제3 광속을 서로 일치하거나 대략 일치하는 위치에 수속하면, 상기 위치중 하나는 제1 화상 형성 위치이며, 상기 대물 렌즈는 제2 분할면을 통과하는 제2 광속을 제1 화상 형성 위치에서 4 ㎛ 내지 40 ㎛ 거리만큼 이격되며 제1 화상 형성 위치보다 대물 렌즈에 보다 가까운 제2 화상 형성 위치 상에 수속시키며,
비구면의 식에 따라 광학축으로 연장되는 제2 분할면이 광학축과 교차하는 지점과 제2 면 사이의 광학축 상의 거리는 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상에 집속된 제1 광속의 피크 강도비가 0.9 이상이 되고, 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상에 집속된 제2 광속의 피크 강도비가 0.8 이상이 되도록 결정된다.
광 픽업 장치에 사용하기 위한 비구면(aspherical face)을 갖는 대물 렌즈는, 제1 분할면(divisional surface)과, 제 2 분할면과, 제3 분할면을 갖는 광학면(optical surface)을 구비하되, 상기 제2 분할면은 상기 제1 분할면보다 광축으로부터 멀리 있고, 제3 분할면은 상기 제2 분할면보다 광축으로부터 멀리 있다. 여기서 대물 렌즈는 상기 제1 분할면을 통과하는 제1 광속과 상기 제3 분할면을 통과하는 제3 광속을 제1 이미지 형성 위치에 수속하며, 상기 대물 렌즈는 상기 제2 분할면을 통과하는 제2 광속을 상기 제1 이미지 형성 위치보다 상기 대물 렌즈에 가까운 제2 이미지 형성 위치에 수속하며, 여기서 상기 비구면의 방정식(equation of the aspherical surface)에 따라 광축으로 연장되는 제2 분할면이 상기 광축과 제2 표면을 교차하는 경우, 포인트간의 광축에 대한 거리는, 제 1 광학적 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상의 수속된 제1 광속(converged first light flux)의 피크 강도비(peak intensity ratio)가 0.9 이상이 될 수도 있도록 그리고, 제2 광정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 수속되는 제2 광속의 피크 강도비(intensity ratio)가 0.8 이상이 될 수도 있도록 하는 순서로 결정된다.
물론 이러한 대물 렌즈는 상술한 일반적인 방정식과 부등식 (1) - (6)을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱이, 렌즈는 플라스틱 재료로 제조되는 것이 바람직하지만 유리재료로 제조될 수도 있다. 그밖에 대물 렌즈 이외에 위상 시프트 수단과 같은 광학적 소자를 제공함으로써 상술한 특성을 달성하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기한 픽업 소자를 갖는 광학적 정보 기록 매체 재생 또는 기록 장치로는 빌트-인, DVD/CD 플레이어, DVD/CD/CD-R 플레이어, DVD/CD/CD-RW 플레이어, DVD/LD 플레이어, DVD/DVD-RAM/CD/CD-R 플레이어 등을 들 수 있지만, 이것들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 광학적 정보 기록 매체 재생 또는 기록 장치는 픽업 장치 외에 전원과 스핀들 모터 등을 구비하고 있다. 제6항에 인용되고 있는 "두께 t3의 투명한 제3 기판을 갖는 제3 광학 정보 기록 매체"는 가상적인 광학 정보 기록 매체로서, 제2 광분할면을 지나가는 광속이 t1 과 t2 사이의 두께에 대한 회절한계(diffraction limit) 내의 수차(aberration)로 정정됨을 나타내는 표현이다.
"실시예"
도 1에 도시된 바와 같은 픽업을 이용하여 다음과 같은 실시예가 수행된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 대물 렌즈는 특별한 렌즈이고, 여기서 굴절면 S1은 동심원으로 상기 표면 S1을 분할하여 형성된 링 형상의 복수의 영역 Sd1, Sd2, 및 Sd3로 이루어진다. 또한, 상이한 파장을 갖는 복수의 광원과 상이한 두께의 투명한 기판에 대해, 상기 링형 영역 중에서 제1 링형 영역과 제3 링형 영역은 단파장 및 얇은 기판에 대한 회절 한계 내의 수차로 정정되며, 제2 링형 영역은 두꺼운 기판과 얇은 기판 간의 장파장 기판 및 두꺼운 기판 또는 중간 기판에 대한 굴절 한계 내의 수차로 정정된다.
제1 링형 영역이 중앙부에 위치하고, 제2 링형 영역이 제1 링형 영역 보다 광축으로부터 멀리 있으며, 제3 링형 영역이 광축으로부터 가장 멀리 위치하도록 구성된 실시예가 다음의 표에 도시되어 있고, 그 수차가 도 9에 도시되어 있다.
파장 λ (nm) 635 780
초점 거리 (mm) 3.36 3.39
요구되는 개구수 NA 0.60 0.45
표면 ri di di′ ni ni′
1 2.114 2.200 1.5383 1.5337
2 -7.963 1.757 1.401 1.00 1.00
3 ∞ 0.660 1.200 1.58 1.58
4 ∞
상기 표에서 (′)는 CD와 부응하는 경우에 데이터에 첨부된다.
도 9(a)는 디바이스가 DVD에 부응하는 경우 수차가 어떻게 정정되는지를 나타내고 있고, 이 수차는 NA = 0.45 부근의 제2 링 형상 영역을 제외하고는 회절 한도(diffraction limit) 내에서 정정된다. 도 9(b)는 다바이스가 CD와 부응하는 경우의 수차를 나타낸다. 제1 링 형상 영역 및 제2 링 형상 영역은 제1 링 형상 영역에 대한 포커스의 깊이로 인해 그리고 제2 링에 대해 발생된 구면 수차로 인해 양자 모두 CD 기록면에 굴절 한도 내에서 스폿을 형성한다. 각각의 링 형상 영역의 구면 데이터는 다음과 같다.
구면 수차 데이터
제2 면(굴절면)
제1 구면
0 ≤ H < 1.279 (제1 링형 영역)
1.532 ≤ H (제3 링형 영역)
K = -0.97700
A1= 0.63761 × 10-3P1= 3.0
A2= 0.36688 × 10-3P1= 4.0
A3= 0.83511 × 10-2P1= 5.0
A4= -0.63761 × 10-2P1= 6.0
A5= 0.63761 × 10-3P1= 8.0
A6= -0.63761 × 10-4P1= 10.0
제2 구면
1.279 ≤ H < 1.532 (제2 링형 영역)
d2= 2.1995
K = -0.11481 × 10
A1= 0.70764 × 10-2P1= 3.0
A2= -0.13388 × 10-1P1= 4.0
A3= 0.24084 × 10-1P1= 5.0
A4= -0.97636 × 10-2P1= 6.0
A5= 0.93136 × 10-3P1= 8.0
A6= -0.68008 × 10-4P1= 10.0
제3 면 (굴절면)
K = -0.24914 × 102
A1= 0.13775 × 10-2P1= 3.0
A2= -0.41269 × 10-2P1= 4.0
A3= 0.21236 × 10-1P1= 5.0
A4= -0.13895 × 10-1P1= 6.0
A5= 0.16631 × 10-2P1= 8.0
A6= -0.12138 × 10-3P1= 10.0
대물 렌즈의 두께 d′는 구면 방정식에 따라 광축으로 연장된 제2 링형 영역의 표면이 광축과 제3 표면을 교차하는 포인트 사이에서 광축에 대한 거리를 나타낸다.
도면에서 제2 링형 영역의 폭은 CD에서 요구되는 개구수 NA2 보다는 약간 큰 NAL 내지 NAH 즉, 1.279 ~ 1.532가 되도록 만들어진다.
더욱이, 구면은 다음의 수학식 M1에 기초한 표면이다.
<수학식 M1>
여기서, X는 광축 방향의 축이고, H는 상기 광축에 수직인 방향에서의 축이며, 포지티브하게 형성된 광처리의 방향을 갖는다. r은 광축 부근의 곡률 반경이고, K는 원뿔계수(cone coefficient)이고, Aj는 구면 계수이며, Pj는 구면의 파워수치이다(여기서 Pj ≥ 3).
이러한 방식으로 정정된 대물 렌즈에 의한 파면에 대해, 광학 경로의 길이에 있어서의 차는 구면 수차로 인해 그리고 그 이외에도 굴절면들 간의 위치에 있어서의 교차로 인해 발생된다. 이러한 이유로, 스폿의 광 세기는 각각의 링형상 영역을 지나가는 광속 간의 수속점에서의 위상 교차의 강한 영향을 받는다. 예를 들어 위상차가 파장의 정수배라면, 각각의 영역을 통해 지나가는 광속은 서로를 강화시키지만, 만일 위상차가 파장의 반이라면 광속는 서로를 약화시킨다.
광경로차에 있어서의 조정은 도 10에 나타낸 di′를 적절히 선택함으로써 행해지며, 645nm 파장의 광과 780nm의 파장인 피크 강도비의 di′의 편차에 따라 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 2개의 파장 중 모두에 대해 피크 강도를 하이로 하도록 di′를 선택하거나 또는 2개의 파장 중 하나에 대해 피크 강도를 하이로 하고 다른 하나를 로우로 하도록 di′를 선택하는 것은 자유롭게 결정될 수 있다.
또한, 도면에서 di′가 2.197 내지 2.201 인 경우의 범위가 되시되어 있지만, 이러한 주기로부터는 상기한 바와 같이 동일한 간섭 조건의 위치는 도면에 도시된 그것의 범위 밖에서 선택될 수도 있음은 물론이다. 더욱이, 다음의 공식 0 ≤ di - di′≤ 0.003을 만족시키는 것이 바람직할 수도 있고, 여기서 di는 제1 분할면이 광축과 제2 표면을 가로지르는 교차점 간의 광축에 대한 거리를 나타내고, di′는 구면의 형상을 따라 제2 분할면으로부터 라인이 연장되는 교차점과 제2 면간의 광축에 대한 거리이다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서의 상술한 데이터와 파면 수차가 도 11에 예시되어 있다. 도 11(a)는 디바이스가 DVD와 부응하는 경우의 수차를 나타내고, 도 11(b)는 디바이스가 CD와 부응하는 경우의 수차를 나타낸다.
도 11(b)에서 제1 링형 영역을 통한 광속은 di′가 2.1979인 경우에 제2 링형 영역을 통한 광속에 대해 대략 2 파장의 위상차를 가지고 있으므로, 수차 커브(aberration curve)에 불연속이 존재하는 경우에도 양쪽 광속 모두 수속 포인트에서 간섭을 통해 강화된 것으로 이해된다. 피크 강도비는 DVD에 대해서는 0.9 이상이고, CD에 대해서는 0.8 이상이다.
더욱이, 디바이스가 DVD와 부응하는 경우, 제2 링형 영역을 통한 광속는 광선속 내에서 큰 위상차를 갖는다. 이 위상차는 스폿 세기에 대한 영향이 디바이스가 CD와 부합하는 경우의 영향에 비해 작더라도 피크 강도를 증가시키는데 기여할 수 있도록 대략 3개의 파장이다.
본 발명의 광 픽업 장치용의 수속 광학계는 상술한 바와 같이 단일 수속 광학계를 이용하여 기록과 재생을 수행한다. 따라서, 사용된 부품의 개수가 시스템에 따라 증가하여 수행 능력이 저하되는 것과 같은 광시스템의 구조가 복잡해지는 문제점을 발생시키지 않으므로, 높은 정밀도를 가지면서도 저렴한 비용의 광학 시스템을 얻을 수 있다. 또한, 강한 광 강도를 가지는 스폿을 얻을 수 있으며, 광 스폿의 사이즈를 줄이는 것도 가능해진다.
개시된 실시예는 발명의 취지를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 변경될 수도 있다.

Claims (58)

  1. 두께가 서로 다른 투명 기판을 갖고 있는 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체중 한 매체로부터 정보를 재생하거나 이 매체에 정보를 기록하기 위한 광 픽업 장치에 있어서,
    파장이 λ1인 제1 광속을 방출하기 위한 제1 광원;
    파장이 λ1 보다 큰 λ2인 제2 광속을 방출하기 위한 제2 광원;
    광축, 제1 비구면 및 제2 면을 갖고 있는 대물 렌즈를 포함하는 수속 광학계; 및
    이미지 센서를 포함하며,
    상기 제1 비구면은 제1 분할면, 제2 분할면 및 제3 분할면을 갖고 있으며, 상기 제2 분할면은 상기 광축으로부터 상기 제1 분할면 보다 더 멀리 있으며, 상기 제3 분할면은 상기 광축으로부터 상기 제2 분할면 보다 더 멀리 있으며,
    상기 제1 분할면 및 상기 제3 분할면은 제1 광속을 두께 t1의 제1 투명 기판을 갖고 있는 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 수속시켜서 제1 광학 정보 기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 상기 제1 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록할 수 있으며,
    상기 제1 분할면 및 상기 제2 분할면은 제2 광속을 두께 t2의 제2 투명 기판을 갖고 있는 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 수속시켜서 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록되어 있는 정보를 재생하거나 또는 정보를 제2 광학 정보 기록 매체에 기록할 수 있고, 여기서 t2는 t1 보다 크며,
    상기 이미지 센서는 상기 제1 정보 기록면 또는 상기 제2 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광할 수 있으며,
    상기 제2 면과, 상기 제2 분할면으로부터 비구면식(a formula of aspherical surface)을 따라서 연장되는 선이 상기 광축과 교차하는 교차점간의 광축상의 거리는, 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 제1 정보 기록면상에 수속된 제1 광속의 피크 강도비(a peak strength ratio)가 0.9 보다 작지 않으며 상기 제2 정보 기록 매체의 상기 제2 정보 기록면상에 수속된 제2 광속의 피크 강도비는 0.8 보다 작지 않도록 결정되는 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 정보 기록 매체 및 상기 제2 광학 정보 기록 매체는 광디스크인 광 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서, t1은 0.6 mm 이고 t2는 1.2 mm인 광 픽업 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 투명 기판의 굴절율은 1.58이며, 상기 제2 투명 기판의 굴절율은 1.58인 광 픽업 장치.
  5. 제1항에 있어서, λ1은 610 nm 내지 680 nm 이고 λ2는 740 nm 내지 810 nm인 광 픽업 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 분할면은 두께 t3의 제3 투명 기판을 갖고 있는 제3 광학 정보 기록 매체의 제3 정보 기록면상의 파면 수차(wave front aberration)가 0.07λ 1rms 보다 크지 않도록 상기 제3 정보 기록면상에 제2 광속을 수속시킬 수 있으며, t3는 t1 보다는 크고 t2 보다는 작은 광 픽업 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 분할면 및 제3 분할면은 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면상의 파면 수차(wave front aberration)가 0.07λ 1rms 보다 크지 않도록 상기 제1 정보 기록면상에 제1 광속을 수속시킬 수 있는 광 픽업 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 분할면은 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면상의 최적의 파면 수차(wave front aberration)가 0.07λ 2rms 보다 크지 않도록 상기 제2 정보 기록면상에 제2 광속을 수속시킬 수 있는 광 픽업 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 분할면 및 상기 제3 분할면은 제1 광속을 제1 이미지 형성 위치에 수속시키고, 상기 제2 분할면은 상기 제1 이미지 형성 위치와는 다르며 상기 제1 이미지 형성 위치 보다는 상기 수속 광학 시스템에 더 가까운 제2 이미지 형성 위치에 제1 광속을 수속시키는 광 픽업 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 분할면은 광학축과 동심인 원을 나타내는 링 형상인 광 픽업 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광 픽업 장치는, 상기 제1 분할면 및 상기 제3 분할면이 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 제1 정보 기록면상에 제1 광속을 수속시키고 상기 제1 분할면 및 상기 제2 분할면이 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 제2 정보 기록면상에 제2 광속을 수속시킬 수 있도록 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 위한 이동 부재를 포함하는 광 픽업 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면 사이 또는 상기 제2 분할면과 상기 제3 분할면 사이의 경계에 제공된 스텝을 포함하는 광 픽업 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 면이 스텝을 포함하는 광 픽업 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 비구면은 상기 광원에 밀접한 면인 광 픽업 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 비구면은 상기 광학 정보 기록 매체에 밀접한 면인 광 픽업 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 상기 제2 비구면은 상기 대물 렌즈의 제1 분할면에 비해 오목한 광 픽업 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면 사이의 경계에 제공된 제1 스텝과 상기 제1 분할면과 상기 제3 분할면 사이의 경계에 제공된 제2 스텝을 포함하며, 상기 제2 스텝의 깊이는 상기 제1 스텝의 깊이 보다 큰 광 픽업 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 제4 분할면과 제5 분할면을 더 포함하고, 상기 제4 분할면은 상기 제3 분할면 보다도 광축으로부터 더 멀리 있으며, 상기 제5 분할면은 상기 제4 분할면 보다도 광축으로부터 더 멀리 있는 광 픽업 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 상기 제2 분할면은 홀로그램 또는 프레즈널 렌즈를 포함하는 광 픽업 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 플라스틱으로 만들어진 광 픽업 장치.
  21. 제9항에 있어서, 상기 대물 렌즈로는 시준된 광속이 입사하는 광 픽업 장치.
  22. 제9항에 있어서, 상기 대물 렌즈로는 발산 광속이 입사하는 광 픽업 장치.
  23. 제1항에 있어서, NA2는 상기 제2 광학 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 또는 이 기록 매체에 정보를 기록하는데 필요한 개구수를 나타내며, NAL은 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타낼 때,
    수학식 0.6(NA2) < NAL < 1.1(NA2)가 만족되는 광 픽업 장치.
  24. 제1항에 있어서, NAH는 상기 제2 분할면과 제3 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타내며, NAL은 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타낼 때,
    수학식 0.01 < NAH - NAL < 1.2가 만족되는 광 픽업 장치.
  25. 제1항에 있어서, di는 상기 제1 분할면이 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면간의 광축상의 거리를 나타내며, di'는 비구면의 형상을 따라서 상기 제2 분할면으로부터 연장되는 라인이 상기 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면간의 상기 광축상의 거리를 나타낼 때,
    수학식 0 ≤ di - di' < 0.003이 만족되는 광 픽업 장치.
  26. 두께가 서로 다른 투명 기판을 갖고 있는 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체중 한 매체로부터 정보를 재생하거나 이 매체에 정보를 기록하기 위한 광 픽업 장치에 있어서,
    파장이 λ1인 제1 광속을 방출하기 위한 제1 광원;
    파장이 λ1 보다 큰 λ2인 제2 광속을 방출하기 위한 제2 광원;
    광축, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분 - 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 보다 광축으로부터 더 멀리 있으며, 상기 제3 부분은 상기 제2 부분 보다 광축으로부터 더 멀리 있음 - 을 포함하는 수속 광학계; 및
    이미지 센서를 포함하며,
    상기 제1 부분 및 제3 부분은 제1 광속을 두께 t1의 제1 투명 기판을 갖고 있는 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 수속시켜서 제1 광학 정보 기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 상기 제1 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록할 수 있으며,
    상기 제1 부분 및 제2 부분은 제2 광속을 두께 t2의 제2 투명 기판을 갖고 있는 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 수속시켜서 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록되어 있는 정보를 재생하거나 또는 정보를 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록할 수 있고, 여기서 t2는 t1 보다 크며,
    상기 이미지 센서는 상기 제1 정보 기록면 또는 상기 제2 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광할 수 있으며,
    파면 수차는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분간 또는 상기 제2 부분과 상기 제3 부분간의 경계에 스텝 부분을 갖고 있으며, 다음 조건들, 즉
    W1 - W2 = mλ1 - δ
    │m│ ≤ 10 (m은 0을 포함하는 정수임)
    0 ≤ δ < 0.34λ1
    W3 -W4 = mλ2 - δ
    │m│ ≤ 10 (m은 0을 포함하는 정수임)
    0 ≤ δ < 0.34λ2
    (여기서, W1은 제1 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 큰 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, W2은 제1 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 작은 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, λ1은 제1 광속의 파장이고, W3은 제2 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 큰 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, W4은 제2 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 작은 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, λ2는 제2 광속의 파장)이 만족되는 광 픽업 장치.
  27. 제26항에 있어서, 다음의 조건, 즉
    0 < δ < 0.34λ1
    0 < δ < 0.34λ2가 만족되는 광 픽업 장치.
  28. 제26항에 있어서, 다음의 조건, 즉
    0 ≤ δ < 0.25λ1
    0 ≤ δ < 0.25λ2가 만족되는 광 픽업 장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 제1 광학 정보 기록 매체 및 상기 제2 광학 정보 기록 매체는 광디스크인 광 픽업 장치.
  30. 제26항에 있어서, t1은 0.6 mm이고 t2는 1.2 mm인 광 픽업 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 투명 기판의 굴절률은 1.58이며, 상기 제2 투명 기판의 굴절률은 1.58인 광 픽업 장치.
  32. 제26항에 있어서, λ1은 610 nm 내지 670 nm이며 λ2는 740 nm 내지 870 nm인 광 픽업 장치.
  33. 제26항에 있어서, 상기 제2 부분은, 제3 정보 기록면에 대한 파면 수차가 0.07λrms 보다 크지 않게 되도록 두께 t3인 제3 투명 기판을 갖고 있는 제3 광학 정보 기록 매체의 제3 정보 기록면에 제2 광속을 수속시킬 수 있으며, 여기서 t3는 t1 보다는 크지만 t2 보다는 작은 광 픽업 장치.
  34. 제26항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제3 부분은, 제1 정보 기록면에 대한 파면 수차가 0.07λrms 보다 크지 않게 되도록 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 제1 광속을 수속시킬 수 있는 광 픽업 장치.
  35. 제26항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 제2 정보 기록면에 대한 최적의 파면 수차가 0.07λrms 보다 크지 않게 되도록 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 제2 광속을 수속시킬 수 있는 작은 광 픽업 장치.
  36. 제26항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제3 부분은 광속을 제1 이미지 형성 위치에 수속시키며, 상기 제2 부분은 광속을 상기 제1 이미지 형성 위치와는 다르며 상기 제1 이미지 형성 위치 보다는 상기 수속 광학계에 더 가까운 제2 이미지 형성 위치에 수속시키는 광 픽업 장치.
  37. 제26항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 광축과 동심인 원을 나타내는 링 형상인 광 픽업 장치.
  38. 제26항에 있어서, 상기 수속 광학계는 광축, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 포함하는 대물 렌즈를 구비하는 광 픽업 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 광 픽업 장치는, 상기 제1 부분 및 상기 제3 부분이 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 광속을 수속시키고 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 광속을 수속시키도록 광축의 방향으로 상기 대물 렌즈를 이동시키는 이동 부재를 더 포함하는 광 픽업 장치.
  40. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분사이 또는 상기 제2 부분과 상기 제3 부분사이의 경계에 제공된 스텝을 포함하는 광 픽업 장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 그의 양면에 스텝을 포함하고 있는 광 픽업 장치.
  42. 제40항에 있어서, 상기 스텝은 상기 대물 렌즈의 광원에 밀접해 있는 굴절면에 제공되는 광 픽업 장치.
  43. 제40항에 있어서, 상기 스텝은 상기 광학 정보 기록 매체에 밀접해 있는 굴절면에 제공되는 광 픽업 장치.
  44. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 제2 부분은 상기 대물 렌즈의 제1 부분에 비해서 오목한 광학 광 픽업 장치.
  45. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분간의 경계에 제공된 제1 스텝 및 상기 제2 부분과 상기 제3 부분간의 경계에 제공된 제2 스텝을 포함하며, 상기 제2 스텝의 깊이는 상기 제1 스텝의 깊이 보다 큰 광 픽업장치.
  46. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 제4 부분과 제5 부분을 더 포함하며, 상기 제4 부분은 상기 제3 부분 보다도 광축으로부터 더 멀리 있으며, 상기 제5 부분은 상기 제4 부분 보다도 광축으로부터 더 멀리 있는 광 픽업 장치.
  47. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 상기 제2 부분은 홀로그램 또는 프레즈널 렌즈를 포함하는 광 픽업 장치.
  48. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 플라스틱으로 이루어진 광 픽업 장치.
  49. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈로는 시준된 광속이 입사되는 광 픽업 장치.
  50. 제38항에 있어서, 상기 대물 렌즈로는 발산 광속이 입사되는 광 픽업 장치.
  51. 제26항에 있어서, 상기 수속 광학계는, 광축, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분을 포함하지만 상기 대물 렌즈와는 다른 광학 소자를 포함하는 광 픽업 장치.
  52. 제26항에 있어서, NA2는 상기 제2 광학 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 또는 이 기록 매체에 정보를 기록하는데 필요한 개구수를 나타내며, NAL은 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타낼 때,
    수학식 0.6(NA2) < NAL < 1.1(NA2)가 만족되는 광 픽업 장치.
  53. 제26항에 있어서, NAH는 상기 제2 분할면과 상기 제3 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타내고, NAL은 상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면간의 경계에서의 개구수를 나타낼 때,
    수학식 0.01 < NAH - NAL < 1.2가 만족되는 광 픽업 장치.
  54. 제26항에 있어서, di는 상기 제1 분할면이 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면사이의 광축상의 거리를 나타내며, di'는 비구면의 형상을 따라서 상기 제2 분할면으로부터 연장되는 라인이 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면간의 광축상의 거리를 나타낼 때,
    수학식 0 ≤ di - di' < 0.003이 만족되는 광 픽업 장치.
  55. 두께가 서로 다른 투명 기판을 각각이 갖고 있는 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체중 하나로부터 정보를 재생하거나 또는 상기 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록하기 위한 광학 정보 기록 매체 재생 및 기록 장치에 있어서,
    파장이 λ1인 제1 광속을 방출하기 위한 제1 광원;
    파장이 λ1 보다 큰 λ2인 제2 광속을 방출하기 위한 제2 광원;
    광축, 제1 비구면 및 제2 면을 포함하는 수속 광학계; 및
    이미지 센서를 구비하며,
    상기 제1 비구면은 제1 분할면, 제2 분할면 및 제3 분할면을 갖고 있고, 상기 제2 분할면은 상기 제1 분할면 보다 광축으로부터 더 멀리 있고, 상기 제3 분할면은 상기 제2 분할면 보다 광축으로부터 더 멀리 있으며,
    상기 제1 분할면과 상기 제3 분할면은, 두께가 t1인 제1 투명 기판을 갖고 있는 제1 광학 정보 기록 매체에 기록되어 있는 정보가 재생되거나 정보가 상기 제1 광학 정보 기록 매체에 기록될 수 있도록 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 제1 광속을 수속시킬 수 있으며,
    상기 제1 분할면과 상기 제2 분할면은, 두께가 t1 보다 큰 t2인 제2 투명 기판을 갖고 있는 제2 광학 정보 기록 매체에 기록되어 있는 정보가 재생되거나 또는 정보가 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록될 수 있도록 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 제2 광속을 수속시킬 수 있으며,
    상기 이미지 센서는 상기 제1 정보 기록면 또는 상기 제2 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광할 수 있으며,
    상기 제2 분할면으로부터 비구면식에 따라서 연장되는 라인이 광축과 교차하는 교차점과 상기 제2 면간의 광축상의 거리는, 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면상에 수속된 광속의 피크 강도비가 0.9 보다 작지 않으며 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면상에 수속된 광속의 피크 강도비가 0.8 보다 적지 않게 되도록 결정되는 광학 정보 기록 매체 재생 및 기록 장치.
  56. 두께가 서로 다른 투명 기판을 각각이 갖고 있는 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체중 하나로부터 정보를 재생하거나 또는 상기 다양한 종류의 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록하기 위한 광학 정보 기록 매체 재생 및 기록 장치에 있어서,
    파장이 λ1인 제1 광속을 방출하기 위한 제1 광원;
    파장이 λ1 보다 큰 λ2인 제2 광속을 방출하기 위한 제2 광원;
    광축, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분 - 상기 제2 부분은 상기 제1 부분 보다 광축으로부터 더 멀리 있으며 상기 제3 부분은 상기 제2 부분 보다 광축으로부터 더 멀리 있음 - 을 포함하는 수속 광학계; 및
    이미지 센서를 구비하며,
    상기 제1 부분 및 제3 부분은 제1 광속을 두께 t1의 제1 투명 기판을 갖고 있는 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면에 수속시켜서 제1 광학 정보 기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 상기 제1 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록할 수 있으며,
    상기 제1 부분 및 제2 부분은 제2 광속을 두께 t2의 제2 투명 기판을 갖고 있는 제2 광학 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면에 수속시켜서 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록되어 있는 정보를 재생하거나 또는 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 기록할 수 있고, 여기서 t2는 t1 보다 크며,
    상기 이미지 센서는 상기 제1 정보 기록면 또는 상기 제2 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광할 수 있으며,
    파면 수차는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분간 경계에 스텝 부분을 갖고 있으며, 다음 조건들, 즉
    W1 - W2 = mλ1 - δ
    │m│ ≤ 10 (m은 0을 포함하는 정수임)
    0 ≤ δ < 0.34λ1
    W3 -W4 = mλ2 - δ
    │m│ ≤ 10 (m은 0을 포함하는 정수임)
    0 ≤ δ < 0.34λ2
    (여기서, W1은 제1 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 큰 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, W3은 제1 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 작은 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, λ1은 제1 광속의 파장이고, W3은 제2 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 큰 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, W4은 제2 광속이 이용될 때 상기 스텝 부분의 경계상에서 작은 개구수 NA를 갖는 쪽의 파면 수차의 양이며, λ2는 제2 광속의 파장)가 만족되는 광 픽업 장치.
  57. 투명 기판의 두께가 서로 다른 적어도 두 종류의 광학 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 그로부터 정보를 재생하는 광 픽업용 수속 광학계에 있어서,
    파장이 서로 다른 두개의 레이저 광원;
    상기 광원으로부터의 레이저 빔을 수속하기 위한 대물 렌즈를 구비하는 수속 광학계; 및
    기록면으로부터 반사된 광을 검출하기 위한 광감지 소자를 구비하며,
    상기 수속 광학계는 광축의 근방으로부터 바깥쪽으로 향하는 링형상의 영역들상에서 상기 수속 광학계의 광속을 3개의 광속으로 분할하는 수단을 구비하며, 상기 3개의 광속은 광축의 근방으로부터 바깥으로 향하는 제1 , 제2 및 제3 광속이라 명명되며, 상기 제1 광속은 두께가 서로 다른 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체 모두에 이용되며, 상기 제2 광속은 주로 두꺼운 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체에 이용되고, 상기 제3 광속은 얇은 투명 기판을 갖고 있는 기록 매체에 주로 이용되며,
    상기 세개의 광속중에서 적어도 하나는 파장과 두께가 서로 다른 두개의 기록 매체에 대한 광 스폿 강도가 증가되도록 다른 광속에 대해서 시프트된 위상을 갖고 있는 광 픽업용 수속 광학계.
  58. 제57항에 있어서, 상기 대물 렌즈에는 동심원들로 분할가능한 복수의 링 형상의 영역들이 제공되어 있으며, 상기 링 형상의 영역들 각각은, 제1 및 제3 링 형상의 영역들이 짧은 파장과 얇은 기판에 대한 회절 한계내로 수차보정되며 상기 제2 링 형상의 영역은 긴 파장과 두꺼운 기판 또는 상기 두꺼운 기판과 상기 얇은 기판사이의 두께인 기판에 대한 회절 한계내로 수차보정되도록 서로 다른 파장과두께가 서로 다른 투명 기판을 갖고 있는 복수의 광원에 대하여 보정되며, 위상 시프트의 발생시는, 광축상의 각각의 링 형상의 영역의 굴절면의 위치를 다른 링 형상의 영역들에 대해서 상대적으로 조정하므로써 선정된 위상 시프트가 각각의 광속에 대해 발생되는 광 픽업용 수속 광학계.
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