KR20000011576A - 광학렌즈와이것을사용한광학픽업및광디스크장치 - Google Patents

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KR20000011576A
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이데이 노부유끼
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Abstract

본 발명은 광학 렌즈와 이것을 사용한 광학 픽업 및 광 디스크 장치에 관한 것이다. 광학 렌즈는 투명 재료로 이루어지며, 그 광원측의 면이 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수에 의하여 정의되는 회전 대칭의 볼록형 비구면(非球面)이다. 상기 비구면은 정의역(定義域)에서 반경 방향에 관해 단차(段差)가 없는 곡면으로 형성되는 동시에, 소정 반경 위치에서 상기 함수의 미분 계수가 불연속인 부분을 구비한다. 비록 조리개를 구비하고 있지 않지만, 이 광학 렌즈는 광학 성능을 손상하지 않고, 광학 유효면의 외측 광 빔을 배제할 수 있다.

Description

광학 렌즈와 이것을 사용한 광학 픽업 및 광 디스크 장치{OPTICAL LENS, AND OPTICAL PICKUP AND OPTICAL DISK APPARATUS USING SUCH LENS}
본 발명은 미니 디스크(MD), 광자기 디스크(MO), 콤팩트 디스크(CD), CD-ROM 등(이하, 「광 디스크」라고 함)의 신호를 기록 및/또는 재생하기 위한 광학 픽업에서 사용되는 대물 렌즈 및 이 대물 렌즈를 구비한 광학 픽업 및 광 디스크 장치에 관한 것이다.
종래, 광 디스크용의 광학 픽업은, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다.
도 6에서, 광학 픽업(1)은 반도체 레이저 소자(2), 그레이팅(grating; 3), 빔 스플리터(beam splitter; 4), 대물 렌즈(5) 및 광 검출기(6)로 구성되어 있다.
그레이팅(3)은 회절 격자로서, 반도체 레이저 소자(2)로부터 입사되는 광 빔을 0차 광인 메인 빔과, 플러스 및 마이너스의 1차광인 사이드 빔으로 분할한다.
빔 스플리터(4)는 그 반사면이 광축에 대하여 45°경사진 상태로 배설되어 있으며, 반도체 레이저 소자(2)로부터 출사된 광 빔과 광 디스크(D)의 신호 기록면으로부터의 귀환광을 분리한다. 즉, 반도체 레이저 소자(2)로부터의 광 빔은 빔 스플리터(4)의 반사면(4a)에서 반사되고, 광 디스크(D)로부터의 귀환광은 빔 스플리터(4)를 투과한다.
대물 렌즈(5)는 볼록 렌즈로서, 빔 스플리터(4)에서 반사된 광 빔을 회전 구동되는 광 디스크(D)의 신호 기록면의 원하는 트랙 상에 결상시킨다. 또한, 대물 렌즈(5)는 도시하지 않은 2축 액츄에이터에 의해, 2축 방향 즉 포커싱 방향 및 트래킹 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.
광 검출기(6)는 빔 스플리터(4)를 투과하여 입사하는 귀환광 빔을 수광하는 수광부를 가지도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 광학 픽업(1)에 의하면, 반도체 레이저 소자(2)로부터 출사된 광 빔은 그레이팅(3)에 의해 메인 빔 및 2개의 사이드 빔으로 분할된 후, 빔 스플리터(4)의 반사면(4a)에서 반사된 후, 대물 렌즈(5)를 통해 광 디스크(D)의 신호 기록면 상의 어느 한점에 결상된다.
광 디스크(D)의 신호 기록면에서 반사된 귀환광 빔은 다시 대물 렌즈(5)를 통해 빔 스플리터(4)에 입사한다. 여기에서, 귀환광 빔은 빔 스플리터(4)를 투과하여 광 검출기(6)의 수광부에 입사한다.
이에 따라, 광 검출기(5)의 수광부로부터 출력되는 검출 신호에 따라, 광 디스크(D)의 신호 기록면에 기록된 정보의 재생이 행해지는 동시에, 포커스 에러 신호(FE) 및 트래킹 에러 신호(TE)가 검출된다.
재생 신호의 정확한 검출을 위해, 반도체 레이저 소자(2)로부터의 광 빔이 광 디스크의 신호 기록면의 정확한 위치에 스폿을 형성하며, 기록 신호의 정확한 재생이 행해지도록 상기 대물 렌즈(5)가 상기 포커스 에러 신호(FE) 및 트래킹 에러 신호(TE)에 따라 도시하지 않은 2축 액츄에이터에 의해 미동(微動)되도록 되어 있다.
그런데, 이와 같은 구성의 광학 픽업(1)에서는, 상기 대물 렌즈(5)는 일반적으로 플라스틱 또는 유리 재료로 형성되어 있고, 비구면 단일 광학 렌즈로서 구성되어 있으며, 또한 대물 렌즈(5)에 의해 광 디스크(D)의 신호 기록면에 조사되는 광 빔의 NA(Numerical Aperture; 개구수)를 규제하기 위해, 도 7(A) 및 7(B)에 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈(5)에 인접하여 조리개(7)가 배설되어 있다.
도 7(A)는 대물 렌즈(5)에 인접하여 배설되고 상기 렌즈(5)와 별개의 독립적인 부재로 구성되는, 광 빔의 개구수를 규제하기 위한 조리개(7)의 예시적인 구조를 나타내고 있다. 도 7(B)는 대물 렌즈(5)를 지지하는 렌즈 홀더(holder; 8)내에 형성된 조리개(7)의 다른 구조를 나타내고 있다.
이에 따라, 대물 렌즈(5)의 광학 유효면의 외측에서 입사하려고 하는 광 빔[光束]은 도 7에 나타낸 바와 같이, 조리개(7)에 의해 차단됨으로써, 불필요한 광 빔이 광 디스크에 대한 정보의 기록 또는 재생에 영향을 주지 않도록 되어 있다.
그러나 도 7(A) 및 도 7(B) 각각에 도시된 상기 조리개(7)는 대물 렌즈(5)와 분리된 독립된 부품이므로 부품 개수가 많아지는 동시에, 장치의 조립 시에 대물 렌즈(5)에 대하여 광축 맞춤, 이른바 센터링 작업이 필요하게 되기 때문에, 부품 코스트 및 조립 코스트가 높아져 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 조리개(7)가 대물 렌즈(5)에 대하여 중심 어긋남을 생기게 한 경우에는, 대물 렌즈(5)의 광학 유효면 밖의 면 형상(surface shape)의 영향에 의해, 비대칭 수차(收差)가 발생해 버린다고 하는 문제가 있었다.
전술한 조리개(7) 대신에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈(5)의 광원측 면의 형상을 변경하여, 광학 유효면의 외측에 절결부(切缺部)(5a)를 형성함으로써, 대물 렌즈(5) 자체에 조리개 기능을 부여하는 방법도 알려져 있다.
이 방법에 의하면, 광학 유효면의 외측에서 입사하려고 하는 광 빔은, 대물 렌즈(5)의 상기 절결부(5a)에 입사하게 되므로, 광 디스크(D)의 신호 기록면 상의 스폿 위치에 도달하지 않는다. 따라서, 광 디스크(D)의 신호 기록면 상의 스폿 위치에 관해서는, 광학 유효면 외측으로부터 입사되는 광 빔이 차단되어 조리개(7)와 동일한 작용이 얻어지게 된다.
그러나, 이와 같은 절결부(5a)를 구비한 대물 렌즈(5)는 플라스틱 등에 의한 성형 시에, 절결부(5a)의 내측으로 곡면이 연속되지 않는, 예를 들면 단부(段部)(5b)와 같은 급격한, 형상의 변화가 있으면, 성형 후의 수축 등에 의해 정확한 면 형상을 유지하는 것이 곤란하다. 예를 들면, 도 9에서 부호 A로 나타낸 각부(角部)에서는 성형 시 발생한 왜곡에 의하여 구면 수차가 발생하여, 대물 렌즈(5)의 광학 특성이 손상되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
하나의 대물 렌즈(5)가 광축을 따라서 2개의 스폿을 형성하여 서로 다른 표준(standard)의 복수의 광 디스크를 재생하는 다른 예가 도(10)에 도시되어 있다. 그러나 2개 스폿을 형성하는 이러한 대물 렌즈(5)를 포커싱 제어함에 있어서, 사용중인 아닌 스폿의 S-신호는 거짓(false) 신호로 검출되어 2개의 S-신호가 생성되는 문제가 발생한다. 이 때문에, 정확한 포커스 에러 검출이 곤란하다.
본 발명은 이상의 점을 감안하여, 광학 성능을 손상하지 않고, 광학 유효면 외측의 광 빔을 배제할 수 있도록 한 조리개 기능 부착 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 상기 목적의 광학 렌즈를 이용한 광학 픽업 및 광 디스크 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 투명 재료로 이루어지며, 광원측의 면이 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수로 정의되는 회전 대칭의 볼록형 비구면인 광학 렌즈가 제공된다. 상기 비구면은 정의역(定義域)에서 반경 방향에 관해 단차가 없는 곡면으로 되어 있는 동시에, 소정 반경 위치에서 상기 함수의 미분 계수가 불연속의 개소를 구비한다.
상기 광학 렌즈에 있어서, 상기 소정의 반경 위치에서 함수의 미분계수의 차가 0.3이하이다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 광 빔을 출사하는 광원; 상기 광학 렌즈로 구성되며, 상기 광원으로부터 출사된 광 빔을 광 디스크의 신호 기록면 상에 집속(集束)시키는 대물 렌즈; 상기 광원과 대물 렌즈와의 사이에 배설된 광 분리 수단; 및 상기 광 분리 수단에 의해 분리되고 광 디스크의 신호 기록면으로부터 반사된 귀환광 빔을 수광(受光)하는 수광부를 가지는 광 검출기를 포함하는 광학 픽업이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 상기 광학 렌즈로 구성되며, 광원으로부터 출사된 광 빔을 광 디스크의 신호 기록면 상에 집속시키는 대물 렌즈; 광 디스크의 신호 기록면으로부터 반사된 귀환광 빔을 수광하는 수광부를 가지는 광 검출 수단; 상기 대물 렌즈를 2축 방향으로 이동시킬 수 있는 대물 렌즈 구동 수단; 상기 광 검출 수단의 수광부로부터의 신호에 따라, 서보 에러 신호를 얻는 연산부; 및 상기 서보 에러 신호를 상기 대물 렌즈 구동 수단에 공급하는 서보 수단을 포함하는 광학 디스크 장치가 제공된다.
이 구성에 의하면, 광원으로부터의 광 빔이 상기 렌즈의 광원측 면에 입사할 때, 광축으로부터 소정 반경 위치보다 내측에서의 입사광은 비구면의 형상에 따라, 광축 방향으로 일정 거리의 위치(예를 들어, 광 디스크의 신호 기록면 상)에서 집속되어 스폿을 형성하게 된다.
이에 대하여, 광축으로부터 소정 반경 위치보다 외측에서의 입사광은, 비구면의 형상과 내면의 형상에 대하여 미분 계수가 불연속이므로, 광축 방향으로 일정 거리의 위치(예를 들어, 광 디스크의 신호 기록면 상)에는 집속되지 않고, 이 위치로부터 광축과는 수직의 방향으로 약간 어긋난 위치에 도달하게 된다.
이에 따라, 광학 렌즈에의 입사광 중, 광원측의 면의 광축으로부터 소정 반경 위치보다 외측에서 입사하는 광 빔은, 이것보다 내측에서 입사하는 광속의 집속 위치에는 집속하지 않기 때문에, 상기 비구면의 형상에 따라 소정 반경 위치보다 외측의 면이 조리개로서 작용하게 된다.
따라서, 종래는 광학 렌즈와 별체로 구성되어 있던 조리개가 불필요하게 되어, 부품 코스트 및 조립 코스트가 저감된다. 또, 조리개 기능은 전술한 비구면의 형상에 의해 얻어지기 때문에, 소정 반경 위치에서의 형상의 급격한 변화가 없다. 이에 따라, 광학 렌즈의 형성 시의 왜곡이 억제되므로, 광학 렌즈의 광학 성능이 손상되는 일이 없다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 장점은 예시적인 첨부 도면을 참조하는 이하의 설명으로부터 명백해 진다.
도 1은 본 발명에 의한 광학 픽업의 일 실시 형태를 내장한 광 디스크 장치의 전체 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 도 1의 광 디스크 장치에서의 광학 픽업의 구성을 나타낸 평면도.
도 3(A) 및 3(B)는 도 2의 광학 픽업에서의 대물 렌즈를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 대물 렌즈의 광원측 형상의 일예를 상세히 나타낸 부분 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 포커싱 제어신호를 나타낸 도.
도 6은 종래의 광학 픽업의 일예의 구성을 나타낸 평면도.
도 7(A) 및 7(B)는 도 5의 광학 픽업에서의 대물 렌즈 및 조리개의 구성예를 나타낸 단면도.
도 8은 도 7의 대물 렌즈 및 조리개에 의한 광원으로부터의 광의 진로를 나타낸 단면도.
도 9은 도 6의 광학 픽업에서의 조리개 기능 부착 대물 렌즈의 구성예를 나타낸 단면도.
도 10은 종래 기술에 따른 예시적인 광학 픽업의 포커싱 제어 신호를 나타내는 도.
다음에, 본 발명의 적합한 실시 형태를 도 1 내지 도 5를 참조하면서, 상세히 설명한다.
다음에 설명하는 실시 형태는 본 발명의 적합한 구체예이기 때문에, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 붙어 있지만, 본 발명의 범위는 다음의 설명에서 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들 양태에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 의한 광학 픽업의 일 실시 형태를 내장한 광 디스크 장치의 전체 구성을 나타내고 있다.
도 1에서, 광 디스크 장치(10)는 광 디스크(11)를 회전 구동하는 구동 수단으로서의 스핀들 모터(12)와, 회전하는 광 디스크(11)의 신호 기록면에 대하여 광 빔을 조사하여 신호를 기록하고, 이 신호 기록면으로부터의 귀환광 빔에 의해 기록 신호를 재생하는 광학 픽업(20) 및 이들을 제어하는 제어부(13)를 구비하고 있다.
상기 제어부(13)는 광 디스크 드라이브 컨트롤러(14), 신호 복조기(15), 에러 정정 회로(16), 인터페이스(17), 헤드 액세스 제어부(18) 및 서보 회로(19)를 구비하고 있다.
상기 광 디스크 드라이브 컨트롤러(14)는 스핀들 모터(12)를 소정의 회전수로 구동 제어한다. 신호 복조기(15)는 광학 픽업(20)으로부터의 기록 신호를 복조하여 에러를 정정하고, 인터페이스(17)를 통해 외부 컴퓨터 등에 정정된 신호를 송출한다. 이에 따라, 외부 컴퓨터 등은 광 디스크(11)에 기록된 신호를 재생 신호로서 수취할 수 있다.
헤드 액세스 제어부(18)는 광학 픽업(20)을 예를 들면 광 디스크(11) 상의 소정 기록 트랙으로 트랙 점프 등에 의해 이동시킨다. 서보 회로(19)는 이 이동된 소정 위치에서, 광학 픽업(20)의 2축 액츄에이터에 지지되어 소망의 위치로 이동되는 대물 렌즈를 포커싱 방향 및 트래킹 방향으로 이동시킨다.
도 2는 상기 광 디스크 장치(10)에 내장된 광학 픽업(20)의 구성을 나타내고 있다.
도 2에서 광학 픽업(20)은 광 분할(division) 수단으로서의 그레이팅(22), 광 분리(split) 수단으로서의 빔 스플리터(23), 광 집속 수단으로서의 대물 렌즈(24)로 구성되며, 이들 모두는 광원으로서의 반도체 레이저 소자(21)로부터 출사되는 광 빔의 광로 중에 차례로 배설된다. 상기 광학 픽업(20)은 빔 스플리터(23)에 의한 분리 광로 중에 배설된 광 검출기(25)를 추가로 포함한다.
여기에서, 상기 대물 렌즈(24)를 제외한 모든 광학 소자, 즉 반도체 레이저 소자(21), 그레이팅(22), 빔 스플리터(23) 및 광 검출기(25)는 광학 픽업(20)에 배설된 가이드(도시하지 않음)에 따라, 광 디스크(11)의 반경 방향으로 이동 가능하게 지지된 광학 베이스(optical base)에 각각 고정 지지되어 있다.
상기 반도체 레이저 소자(21)는 반도체의 재결합 발광을 이용한 발광 소자로 구성되며, 이 발광 소자로부터 소정의 레이저광을 출사한다.
그레이팅(22)은 입사광을 회절시키는 회절 격자로서, 반도체 레이저 소자(21)로부터의 광 빔을 0차 회절광으로 이루어지는 주 빔 및 플러스 마이너스 1차 회절광으로 이루어지는 두 개의 사이드 빔의 최소한 3개의 광 빔으로 분할한다. 따라서 입사광의 분할을 통하여 최소한 3개의 광 빔을 생성할 수 있으면, 홀로그램 소자 등의 다른 분할 소자를 사용해도 된다.
빔 스플리터(23)는 그 반사면(23a)이 광축에 대하여 45°경사진 상태로 배설되어, 그레이팅(22)으로부터의 광 빔과 광 디스크(11)의 신호 기록면으로부터의 귀환광을 편광(偏光) 및 분리한다. 즉, 반도체 레이저 소자(21)로부터의 광 빔은 빔 스플리터(23)의 반사면(23a)에서 반사되고, 귀환광 빔은 빔 스플리터(23)를 투과하도록 되어 있다.
이 실시예에 있어서, 빔 스플리터(23)는 평면 유리(plate glass)로 구성되며, 광 디스크(11)로부터 귀환광이 상기 빔 스플리터(23)를 투과하기 때문에 비점 수차(astigmatism)가 발생한다.
대물 렌즈(24)는 플라스틱, 유리 등의 투명 재료로 구성되어 있으며, 후술하는 바와 같이 광원측의 면이 비구면인 볼록 렌즈로서, 빔 스플리터(23)로부터의 광 빔을 회전 구동되는 광 디스크(11)의 신호 기록면의 원하는 기록 트랙 상에 집속시킨다.
상기 대물 렌즈(24)는 도시하지 않은 2축 액츄에이터에 의해 2축 방향, 즉 포커스 방향 및 트래킹 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.
광 검출기(25)는 빔 스플리터(23)를 투과한 귀환광 빔을 검출하도록 수광부를 가지도록 구성되어 있다.
전술한 대물 렌즈(24)는 도 3(A) 및 3(B)에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 도 3(A)는 광빔이 대물 렌즈(24)를 통하여 광 디스크(11)에 어떻게 조사되는지 예시하며, 도 3(B)는 렌즈의 개구수를 규제하기 위한, 조리개를 갖지 않는 렌즈 홀더(30)에 의하여 지지되는 대물 렌즈(24)의 구조를 예시한다.
도 3(A)에서, 대물 렌즈(24)의 광원측 면(24a)은 회전 대칭의 볼록형 비구면이며, 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수는 z=asp(y)인 수학식3에 의하여 주어진다. 수학식3에서 y는 광축으로부터의 반경 방향의 거리, z는 광축 방향의 거리이다.
상기 함수의 미분 계수는 정의역에서 연속이지만, 소정의 반경 방향 위치 y0에서 불연속이다. 여기에서, 이 대물 렌즈(24)의 정의역이란 광 투과 범위를 의미하는 것으로, 대물 렌즈(24)를 투명 유리로 형성한 경우에 광원측의 유리 재료가 존재하는 범위이다.
상기 정의역을 통과하는 광선이 마지널(marginal) 광선이 되기 때문에, 도 3(A)에 도시한 소정 반경 방향의 위치 y0는, 렌즈의 개구수가 소정의 값(필요한 개구수)이 되도록 결정된다.
상기 위치 y0의 전후에서 다음 수학식4에 의하여 정의되는 미분 계수의 차의 절대치 v가 다음의 수학식5와 같이 되도록 미분 계수의 불연속이 설정된다.
v≤0.3
따라서 도 4에 나타낸 바와 같이, 광원측 대물 렌즈(24)의 면이 내측과 동일점에서 광빔을 집속하는 면(24b)으로부터, 참조부호 (24a)로 표시된 바와 같이, 상기 소정 반경 위치 y0의 외측으로 어긋남으로써, 입사광은 광 디스크(11)의 신호 기록면 상에 집속되지 않는다.
바람직하게는, 소정 반경 위치 y0의 외측에서 대물 렌즈(24)의 광원측 면은 다음의 수학식6에 의하여 표현되도록 형성된다.
z = asp(y) + f(y - y0)
구체적으로는, 대물 렌즈(24)의 광원측 면이 다음의 수학식7에 의하여 정의된다.
z = asp(y) + q(y-y0) + p(y-y0)2
(여기에서, p, q는 작은 정수)
상기에서, 작은 정수 p 및 q는 원래의 비구면으로부터 거리가 작음(small)을 의미한다.
이에 따라, 소정 반경 위치 y0의 외측에 입사하는 광 빔은, 광 디스크(11)의 신호 기록면 이외의 위치에서 집속하지 않고, 광축의 중심으로부터 신호기록면상 광축에 수직인 방향으로 어긋난 위치에 도달한다.
본 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(10)는 이상과 같이 구성되어 있으며, 다음과 같이 동작한다.
먼저, 광 디스크 장치(10)의 스핀들 모터(12)가 회전함에 따라, 광 디스크(11)가 회전 구동된다. 그리고, 광학 픽업(20)이 도시하지 않은 가이드에 따라, 광 디스크(11)의 반경 방향으로 이동됨에 따라, 대물 렌즈(26)의 광축이 광 디스크(11)의 원하는 트랙 위치까지 이동됨으로써 액세스가 행해진다.
이 상태에서, 광학 픽업(20)에서 반도체 레이저 소자(21)로부터의 광 빔은 그레이팅(22)에 의해 3개의 광 빔으로 분할된 후, 빔 스플리터(23)의 반사면(23a)에서 반사되고, 대물 렌즈(24)를 통해 광 디스크(11)의 신호 기록면에 집속된다.
광 디스크(11)로부터의 귀환광은 다시 대물 렌즈(24)를 통해, 빔 스플리터(23)를 투과한 후, 광 검출기(25)에 결상한다. 이에 따라, 광 검출기(25)의 검출 신호에 따라, 광 디스크(11)로부터 얻어진 기록 신호가 재생된다.
그 때, 신호 복조기(15)는 광 검출기(25)로부터의 검출 신호에 의해, 트래킹 에러 신호 및 포커스 에러 신호를 검출한다. 이 실시예에 있어서, 트래킹 에러 신호는, 광 디스크(11)로부터 반사되고 그레이팅(22)에 의한 분할로부터 얻어지는 3개의 광 빔 중 플러스의 제1차 광 및 마이너스의 제1차 광으로 구성되는 귀환광에 기초하여 검출되며, 상기 포커스 에러 신호는 빔 스플리터(23)의 투과에 따라 생성되는 비점수차에 기초하여 검출된다. 그 후, 서보 회로(19)는 광 디스크 드라이브 컨트롤러(14)를 통해 서보 제어를 행하여 포커싱 및 트래킹을 행한다.
반도체 레이저 소자(21)로부터의 광 빔이 대물 렌즈(24)의 광원측의 면(24a)에 입사할 때, 광축으로부터 소정 반경 위치 y0보다 내측(즉, 광학 유효면)에서의 입사광은 비구면의 형상에 따라, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이 광축 방향으로 일정 거리 이격된 위치(즉, 광 디스크(11)의 신호 기록면 상)에서 집속되어 스폿을 형성하게 된다.
이에 대하여, 광축으로부터 소정 반경 위치 y0보다 외측에서의 입사광은, 비구면 형상의 미분 계수가 내측의 형상에 대한 미분 계수와 불연속이기 때문에, 광축 방향으로 일정 거리 이격된 위치(예를 들어, 광 디스크의 신호 기록면 상)에는 집속되지 않고, 이 위치로부터 광축과는 수직 방향으로 약간 어긋난 위치에 도달하게 된다.
이에 따라, 대물 렌즈(24)에의 입사광 중, 광원측의 면의 광축으로부터 소정 반경 위치 y0보다 외측에서 입사하는 광속은, 이것보다 내측에서 입사하는 광속의 집속 위치에는 집속하지 않기 때문에, 상기 비구면의 형상에 따라, 소정 반경 위치보다 외부에 있는 대물 렌즈(24)의 외측면이 조리개로서 작용하게 되어 대물 렌즈(24)의 개구수를 적절한 값으로 조정한다.
따라서, 도 6에 나타낸 종래의 광학 픽업(1)에서는 대물 렌즈(5)와 별체로 구성되어 있던 조리개(7)가 불필요하게 되어, 부품 코스트 및 조립 코스트가 저감된다.
또한, 조리개 기능은 대물 렌즈(24)의 광원측의 면(24a)의 전술한 비구면 형상에 의해 얻어지기 때문에, 소정 반경 위치 y0에서의 형상의 급격한 변화가 없다. 그러므로, 대물 렌즈(24)의 성형 시의 왜곡이 억제된다.
특히, 상기 소정 반경 위치에서의 미분 계수의 차가 0.3 이하인 경우에는, 성형 시의 왜곡 발생이 보다 효과적으로 억제된다.
상기 미분 계수의 차가 0.3을 초과하는 경우에는, 소정 반경 위치에서의 비구면의 형상 변화가 약간 커지기 때문에, 성형시에 약간의 왜곡이 발생한다.
또, 조리개 기능이 대물 렌즈(24) 자체에 구비되어 있기 때문에, 조리개의 광축 어긋남에 의한 비대칭 수차가 방지된다.
상기 비구면이 소정 반경 위치보다 외측에서, 수학식 6에 의하여 주어지는 경우에는, 소정 반경 위치보다 외측에서 입사하는 광 빔은, 이 면에 의한 굴절 작용에 의해 집속되지 않는다. 따라서 상기 외측에서 입사하는 광속은 도 10에 도시된 것과 달리 광축을 따라서 소정 반경 위치보다 내측에서 입사하는 광 빔과는 다른 위치에 집광되지 아니하여 다른 스폿을 형성하지 않으며, 포커싱 제어에서 검출된 S-신호에 관하여 도 5에 도시된 바와 같은 거짓(false) 신호가 생성되지 않으므로, 광 디스크 장치(10)에서의 포커스 서치(focus search) 등에 의하여 발생하는 페인트(feint) 등 문제점의 발생이 방지된다.
상기 실시 형태에서, 대물 렌즈(24)가 광 디스크용의 광학 픽업(20) 그리고 광 디스크 장치(10)에서 광학 렌즈로서 사용되는 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않고, 조리개와 함께 사용되는 광학 렌즈이면, 다른 기기 등에 사용되는 어느 광학 렌즈에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 명백하다.
또, 상기 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(10) 및 광학 픽업(20)에서는, 광 디스크 재생용의 광 디스크 장치 및 광학 픽업의 구성이 나타나 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 광자기 디스크나 CD-R, CD-RW 등의 기록 및 재생용의 광 디스크 장치 및 광학 픽업에 대해서도 적용됨이 명백하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광학 성능을 손상하지 않고, 광학 유효면 외측의 광 빔을 배제할 수 있도록 한 조리개 기능 부착 광학 렌즈와 이것을 이용한 광학 픽업 및 광 디스크 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 투명 재료로 이루어지는 광학 렌즈로서, 상기 광학 렌즈의 광원측 면이 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수에 의하여 정의되는 회전 대칭의 볼록형 비구면(非球面)이고,
    상기 비구면이 정의역(定義域)에서 반경 방향에 관해 단차(段差)가 없는 곡면으로 형성되는 동시에, 소정 반경 위치에서 상기 함수의 미분 계수가 불연속인 부분(portion)을 구비하는
    것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 반경 위치에서의 미분 계수의 차가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비구면이, y를 광축으로부터의 렌즈의 반경 방향 거리, z를 광축 방향의 거리로 했을 때,
    z = asp(y)
    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비구면이, y0를 상기 소정 반경으로 했을 때, y＞y0에서,
    z = asp(y) + f(y-y0)
    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정 반경 위치 내의 영역에 입사하는 광은 상기 렌즈의 광축상 소정 위치에 집속되며, 상기 소정 반경 위치 외부의 영역에 입사하는 광은 집속되지 않는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  6. 광 빔을 출사하는 광원;
    상기 광원으로부터 출사된 광 빔을 광 디스크의 신호 기록면 상에 집속(集束)시키는 대물 렌즈;
    상기 광원과 대물 렌즈와의 사이에 배설된 광 분리 수단; 및
    상기 광 분리 수단에 의해 분리되고 상기 광 디스크의 신호 기록면으로부터의 반사된 귀환광 빔을 수광(受光)하는 수광부를 가지는 광 검출기
    를 포함하는 광학 픽업으로,
    상기 대물 렌즈는 투명 재료로 이루어지는 광학 렌즈로서, 그 광원측의 면이 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수에 의하여 정의되는 회전 대칭의 볼록형 비구면이고, 상기 비구면이 정의역에서 반경 방향에 관해 단차가 없는 곡면으로 형성되는 동시에, 소정 반경 위치에서 상기 함수의 미분 계수가 불연속인 부분을 구비하는
    것을 특징으로 하는 광학 픽업.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소정 반경 위치에서의 미분 계수의 차가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 비구면이, y를 광축으로부터의 상기 렌즈의 반경방향 거리, z를 광축 방향의 거리로 했을 때,
    z = asp(y)
    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비구면이, y0를 상기 소정 반경으로 했을 때, y＞y0에서,
    z = asp(y) + f(y-y0)
    에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 소정 반경 위치 내의 영역에 입사하는 광은 상기 렌즈의 광축상 소정 위치에 집속되며, 상기 소정 반경 위치 외부의 영역에 입사하는 광은 집속되지 않는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  11. 광원으로부터 출사된 광 빔을 광 디스크의 신호 기록면 상에 집속시키는 대물 렌즈;
    광 디스크의 신호 기록면으로부터 반사된 귀환광 빔을 수광하는 수광부를 가지는 광 검출 수단;
    상기 대물 렌즈를 2축 방향으로 이동 시키는 대물 렌즈 구동 수단;
    상기 광 검출 수단의 수광부로부터의 신호에 따라서 서보 에러 신호를 얻는 연산부; 및
    상기 서보 에러 신호를 상기 대물 렌즈 구동 수단에 공급하는 서보 수단을
    포함하는 광 디스크 장치로서,
    상기 대물 렌즈는 투명 재료로 이루어지는 광학 렌즈로서, 그 광원측의 면이 광축으로부터의 거리(반경)에 관한 함수에 의하여 정의되는 회전 대칭의 볼록형 비구면이고, 상기 비구면이 정의역에서 반경 방향에 관해 단차가 없는 곡면으로 형성되는 동시에, 소정 반경 위치에서 상기 함수의 미분 계수가 불연속인 부분을 구비하는
    것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소정 반경 위치 내의 영역에 입사하는 광이 상기 렌즈의 광축상 광 디스크의 신호 기록면에 집속되고, 상기 소정 반경 위치 외부의 영역에 입사하는 광은 상기 신호 기록면상 집속점(focal point)으로부터 이격된 위치를 조사하도록 상기 광학 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
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