KR20020085810A - 대물 렌즈, 집광 광학계, 광 픽업 장치 및 기록 및/또는재생 장치 - Google Patents

대물 렌즈, 집광 광학계, 광 픽업 장치 및 기록 및/또는재생 장치 Download PDF

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KR20020085810A
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Abstract

고NA의 대물 렌즈라도 소경에서 워킹 디스턴스가 큰 광 정보 기록 매체의 정보의 기록ㆍ재생용의 대물 렌즈, 또한 단파장 광원을 이용한 때의 축상 색수차가 보정된 대물 렌즈, 이 대물 렌즈를 이용한 광 정보 기록 매체의 정보의 기록ㆍ재생용의 집광 광학계, 광 픽업 장치 및 기록ㆍ재생 장치를 제공한다.
이 대물 렌즈(6)는 광 정보 기록 매체의 정보의 기록ㆍ재생용이며, 적어도 1개의 면에 비구면을 갖는 단 렌즈이며, 광원으로부터의 발산 광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 직광하는 유한 공역형으로서, NA ≥ 0.70(NA : 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 소정의 상측 개구수)을 충족한다. 또한, 대물 렌즈는 적어도 1개의 면 상에 고리띠형의 회절 구조를 갖고 NA ≥ 0.70을 충족한다.

Description

대물 렌즈, 집광 광학계, 광 픽업 장치 및 기록 및/또는 재생 장치{Objective Lens, Light Converging Optical System, Optical Pickup Apparatus, and Recording and/or Reproducing Apparatus}
본 발명은 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈, 집광 광학계, 광 픽업 장치, 및 기록·재생 장치에 관한 것이다.
최근 실용화된 발진 파장 400 nm 정도의 청자색 반도체 레이저를 광원으로 이용한 새로운 광 픽업 시스템의 연구·개발이 진행되고 있다. 이 새로운 광 픽업 시스템에서는, 개구수가 O.85 정도까지 높여진 대물 렌즈를 탑재하는 것에 의해, CD나 DVD보다 고밀도의 정보의 기록이나 재생을 달성한다. 구체적인 수치를 들면, 개구수 O.60의 대물 렌즈와 발진파장 650 nm의 반도체 레이저 광원을 사용하는 DVD의 기록용량이 4.7 Gbyte/side인 것에 대하여, 개구수 O.85의 대물 렌즈와 발진파장 400 nm의 청자색 반도체 레이저 광원을 사용하면 25 Gbyte/side가 된다.
고개구수(특히 NA 0.70이상)의 대물 렌즈에서는, 가장 정보기록면측의 면으로부터 사출되는 한계 광선의 경각이 45도 이상이 되므로, 종래의 광 픽업 장치에 탑재되는 비교적 저개구수의 대물 렌즈에 비해서 워킹 디스턴스가 작아지는 경향이 있다. 따라서, 소직경이고 고개구수인 대물 렌즈를 탑재한 광 픽업 장치에서는, 광 정보 기록 매체의 휘어짐에 의해 대물 렌즈가 광 정보 기록 매체와 접촉할 가능성이 크다고 하는 문제가 있다.
그런데, 레이저 광원의 단파장화나 대물 렌즈의 고개구수화가 꾀해지게 되면, CD나 DVD와 같은 종래의 광 디스크에 대하여 정보의 기록 또는 재생을 행하는,비교적 장파장의 레이저 광원과 저개구수의 대물 렌즈의 조합으로 이루어지는 광 픽업 장치에서는, 거의 무시할 수 있었던 문제라도 현재화될 것이 예상된다.
그 하나가 레이저 광원의 미소한 발진파장의 변동에 의해 대물 렌즈에서 생기는 축상 색수차의 문제이다. 광 픽업 장치에 있어서 광원으로서 이용되는 반도체 레이저로부터 출사되는 광속의 파장은 일반적으로 단색이므로, 대물 렌즈에서는 축상 색수차는 발생하지 않는다고 생각되고 있지만, 출력의 변화에 의해 순간적으로 파장이 수 nm 정도 변화되는 모드 홉 현상을 일으키는 경우가 있다. 대물 렌즈의 축상 색수차가 보정되어 있지 않은 경우에는, 모드 홉 현상에 의해 집광 위치가 변화되어 정보의 기록 및/또는 재생에 오류가 생길 가능성이 있다. 광원의 파장이 짧아짐에 따라 집광 위치의 변화량은 커지므로, 광 픽업 장치의 광원으로서 발진파장 600 nm 이하의 단파장 반도체 레이저, 특히 발진파장 400 nm정도의 청자색 반도체 레이저를 이용한 경우는 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차의 보정이 필요해진다.
또, 레이저 광원의 단파장화와 대물 렌즈의 고개구수화에 있어서 현재화되는 다른 문제는, 광원의 미소한 발진파장변동에 의해 대물 렌즈에서 발생하는 구면수차의 변동이다. 광 픽업 장치에 있어서 광원으로서 이용되는 반도체 레이저는 그 발진파장에 ±10 nm 정도의 개체간의 편차가 있다. 기준파장으로부터 벗어난 발진파장을 가지는 반도체 레이저를 광원으로 이용한 경우, 대물 렌즈에서 발생하는 구면수차는 개구수가 커질수록 커지므로, 기준파장으로부터 벗어난 발진파장을 가지는 반도체 레이저는 사용할 수 없게 되고, 광원으로서 사용하는 반도체 레이저의선별이 필요해진다.
또한, 레이저 광원의 단파장화와 대물 렌즈의 고개구수화에 있어서 현재화되는 다른 문제는, 광디스크의 보호층(「투명 기판」이라고도 한다)의 두께 오차에 기인하는 광학계의 구면수차의 변동이다. 보호층의 두께 오차에 의해 생기는 구면수차는, 대물 렌즈의 개구수의 4승에 비례해서 발생하므로 대물 렌즈의 개구수가 커짐에 따라 보호층의 두께 오차의 영향이 커지고, 안정된 정보의 기록 또는 재생을 할 수 없게 될 우려가 있다
본 발명은, 고NA의 대물 렌즈라도, 소직경이면서도 워킹 디스턴스가 큰 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 고NA의 대물 렌즈라도, 소직경이면서도 워킹 디스턴스가 크고, 또한 단파장 광원을 이용했을 때에 문제가 되는 축상 색수차가 보정된 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 집광 광학계로 서, 레이저 광원의 발진파장변동, 온도·습도변화, 광 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 오차 등에 기인해서 집광 광학계의 각 광학면에서 발생하는 구면수차의 변동을 간이한 구성으로 효과적으로 보정할 수 있는 집광 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 단파장 광원을 이용했을 때에 문제가 되는 축상 색수차가 보정된 집광광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이 대물 렌즈 및/또는 집광 광학계를 탑재한 광 픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 이 광 픽업 장치를 탑재한 기록·재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도2는 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도3은 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도4는 본 발명의 제4의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도5는 본 발명의 제5의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도6은 실시예 1의 광로도.
도7은 실시예 1의 구면수차도.
도8은 실시예 2의 광로도.
도9는 실시예 2의 구면수차도.
도10은 실시예 3의 광로도.
도11은 실시예 3의 구면수차도.
도12는 실시예 4의 광로도.
도13은 실시예 4의 구면수차도.
도14는 실시예 5의 광로도.
도15는 실시예 5의 구면수차도.
도16a는 실시예 6의 대물 렌즈의 단면도이고, 도16b는 실시예 6의 대물 렌즈의 단차를 확대해서 나타내는 도.
도17은 실시예 6의 구면수차도.
도18은 실시예 7의 광로도.
도19는 실시예 7의 구면수차도.
도20은 실시예 8의 광로도.
도21은 실시예 8의 구면수차도.
도22는 실시예 9의 광로도.
도23은 실시예 9의 구면수차도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광원
2 : 편광 빔 스플리터
3 : 굴절률 분포 가변소자
4 : 1/4 파장판
5 : 조리개
6 : 유한 공역형 대물 렌즈
8 : 투명 기판
9 : 2축 액튜에이터
10 : 구동수단
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제1 대물 렌즈는, 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈로서, 적어도 하나의 면에 비구면을 가지는 단 렌즈이고, 광원으로부터의 발산 광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광하는 유한 공역형으로서, 다음 식(1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈이다.
NA ≥0.70
단, NA:광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 하는 데에 필요한 소정의 상측 개구수
제1 대물 렌즈와 같이, 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 하는 데에 필요한 소정의 대물 렌즈의 상측 개구수(NA)를 0.70 이상으로 높임으로써(종래의 광 정보 기록 매체, 예를 들면 CD에서는 0.45, DVD에서는 0.60이다), 정보 기록면 상에 집광하는 스폿의 사이즈를 작게 할 수 있으므로, 종래의 광 정보 기록 매체보다 고밀도로 기록 및/또는 고밀도 기록된 정보의 재생이 광 정보 기록 매체에 대해서 가능해진다. 또한, 상기 대물 렌즈를 광원으로부터의 발산 광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광하는 유한 공역형으로 함으로써, 고NA라도 워킹 디스턴스를 크게 확보할 수 있기 때문에, 광 정보 기록 매체의 휘어짐에 의한 대물 렌즈와 광 정보 기록 매체의 접촉을 방지할 수 있다. 또, 상술한 바와 같이 대물 렌즈를 유한 공역형으로 하면 광원으로부터의 발산광을 거의 평행광으로 변환하는 커플링 렌즈가 불필요해지므로, 광 픽업 장치의 부품수를 삭감할 수 있고, 코스트 다운을 꾀할 수 있다.
또한, 유한 공역형의 대물 렌즈란, 일반적으로는, 서로 공역한 물점과 상점의 양쪽이 무한대가 아닌, 유한한 위치에 있는 대물 렌즈이며, 유한위치에 있는 실물점으로부터의 발산광속을, 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 것 외에, 유한위치에 있는 허물점을 향하는 수렴 광속을, 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 것도 포함하지만, 본 발명에 의한 유한 공역형의 대물 렌즈는, 유한위치에 있는 실물점으로부터의 발산광속을, 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 대물 렌즈이다. 본 명세서에 있어서, 커플링 렌즈라 함은 광원으로부터 사출된 발산 광속의 발산도를 변환하여, 대물 렌즈에 입사시키는 렌즈를 가리킨다.
또, 구면수차 및 코마 수차를 보다 정밀하게 보정하기 위해서는, 양면을 비구면으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 대물 렌즈는, 다음 식(2)를 만족시키는 것이 바람직하다.
O.01 ≤｜m｜≤0.30
단, m:상기 대물 렌즈의 물측 개구수를 NAOBJ, 상측 개구수를 NAIMG라고 했을 때, NAOBJ/NAIMG로 정의되는 상기 대물 렌즈의 횡배율
상술의 대물 렌즈는 횡배율이 식(2)의 상한을 초과하지 않도록 하면, 광원측의 면에의 광선의 입사각이 지나치게 커지는 일이 없으므로, 면 편심 등의 편심오차로 의한 수차열화를 작게 억제할 수 있다. 또, 대물 렌즈와 광원의 간격이 지나치게 작아지는 일이 없으므로, 편광 빔 스플리터나 파장판 등의 광학소자의 배치가 용이해진다. 식(2)의 하한을 초과하지 않도록 하면, 대물 렌즈의 물상간 거리가 지나치게 작아지는 일이 없으므로, 본 발명에 의한 대물 렌즈를 탑재하는 광 픽업 장치를 소형으로 할 수 있다. 식(2)는 다음 식(2a)가 더욱 바람직하다.
0.01 ≤｜m｜≤O.20
또한, 상술의 대물 렌즈는 다음 식(3)을 만족시키는 것이 바람직하다.
O.8 ≤d/f ≤2.4
단, d:상기 대물 렌즈의 광축상에 있어서의 두께(mm)
f:상기 대물 렌즈의 초점거리(mm)
상술의 식(3)은 워킹 디스턴스를 확보하면서 코마 수차 및 비점수차를 양호하게 보정하기 위한 조건이다. 식(3)의 하한이상으로 광원측의 면에의 광선의 입사각이 지나치게 커지는 일이 없으므로, 면편심 등의 편심 오차에 의한 수차열화가작은 대물 렌즈로 할 수 있다. 또, 상고 특성에 있어서의 비점수차가 지나치게 커지지 않으므로, 상고 특성이 양호한 대물 렌즈로 할 수 있다. 또한, 식(3)의 상한이하로 대물 렌즈의 광축상에 있어서의 두께가 지나치게 커지지 않으므로, 소직경이어도 워킹 디스턴스가 큰 대물 렌즈로 할 수 있다.
또, 상술의 대물 렌즈는 다음 식(4)를 만족시키는 것이 바람직하다.
단, r1:상기 대물 렌즈의 광원측의 면의 근축곡률반경(mm)
n:상기 대물 렌즈의 사용파장에 있어서의 굴절률
상술의 식(4)는 주로 코마 수차의 보정에 관한 것으로, 식(4)의 하한을 벗어나서 r1이 작아지면, 내향성의 코마 수차와 외향성의 코마 수차에 의한 플레어가 발생하고, 상한을 벗어나서 r1이 커지면, 외향성의 코마 수차가 생기는 동시에, 구면수차의 언더 플레어를 일으키기 쉽다.
또, 상술의 대물 렌즈는 다음 식(5)를 만족시키는 것이 바람직하다.
단, X1:광축에 수직으로 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광원측의 면상의 위치)에 있어서의 광원측의 면의 광축방향의 차이로, 상기 접평면을 기준으로 하여 광 정보 기록 매체의 방향으로잴 경우를 플러스, 광원의 방향으로 잴 경우를 마이너스로 한다.
X2:광축에 수직으로 광 정보 기록 매체측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광 정보 기록 매체측의 면상의 위치)에 있어서의 광 정보 기록 매체측의 면의 광축방향의 차이로, 상기 접평면을 기준으로하여 광 정보 기록 매체의 방향으로 잴 경우를 플러스, 광원의 방향으로 잴 경우를 마이너스로 한다.
상술의 식(5)는 구면수차를 양호하게 보정하기 위한 광원측의 면과 광 정보 기록 매체측의 면의 새그량에 관한 조건식이다. X1이 플러스이고 그 절대값이 작을수록, 또 X2가 마이너스이고 그 절대값이 작을수록 한계 광선의 구면수차를 보정과잉으로 하는 효과가 커지고, X1이 플러스이고 그 절대값이 클수록, 또 X2가 마이너스이고 그 절대값이 클수록 한계 광선의 구면수차를 보정부족으로 하는 효과가 커지므로, 구면수차를 보정하기 위해서는, X1-X2는 어느 범위내에 있는 것이 필요하다. 이상에서, 본 발명의 대물 렌즈는 식(5)를 만족시키는 것이 바람직하고, 식(5)의 하한이상으로 한계 광선의 구면수차가 지나치게 보정과잉이 되지 않고, 상한이하로 한계 광선의 구면수차가 지나치게 보정부족이 되지 않는다.
또한, 본 발명에 의한 제2 대물 렌즈는, 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈로서, 적어도 하나의 면에 비구면을 가지는 단 렌즈이며, 광원으로부터의 발산광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 유한 공역형으로, 적어도 하나의 면상에 고리띠모양의 회절 구조를 가지고, 다음 식(6)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈이다.
NA ≥O.70
단, NA:광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 소정의 상측 개구수
제2 대물 렌즈와 같이, 적어도 하나의 면이 고리띠모양의 회절 구조를 가지는 회절면이면, 사용파장이 단파장화한 것에 의해 문제가 되는 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차를, 회절 구조에 의한 회절작용과, 굴절 렌즈로서의 굴절작용을 적절하게 조합함으로써 양호하게 보정할 수 있으므로, 레이저 광원의 모드 홉 현상에 의한 순간적인 파장변동이 일어났을 경우라도 수차의 열화가 작게 억제된 대물 렌즈를 얻을 수 있다.
또한, 상술의 각 대물 렌즈는, 사용파장이 600 nm이하이며, 사용파장영역에서 두께가 3mm에 있어서의 내부 투과율이 85 % 이상인 광학재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 사용파장을 600 nm이하로 함으로써, 정보 기록면 상에 집광하는 스폿의 사이즈를 보다 작게 할 수 있으므로, 종래의 광 정보 기록 매체보다 고밀도로 기록 및/또는 고밀도 기록된 정보의 재생이 광 정보 기록 매체에 대하여 가능해진다. 또, 본 발명에 의한 대물 렌즈는 사용파장영역에서 두께가 3mm에 있어서의 내부 투과율이 85 %이상인 광학재료로 형성되는 것에 의해, 사용파장이 단파장이 된 것에 기인해서 일어나는 광학재료에 의한 빛의 흡수를 작게 억제할 수 있다. 이것에 의해, 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록시의 광원의 출력이 작게 끝나므로, 광원의 수명을 연장시킬 수 있고, 또한, 정보의 재생시의 판독 신호의 S/N비를 좋게 할 수 있다.
또한, 상술의 제2 대물 렌즈는, 상기 광원이 ±10 nm이하의 파장변동을 발생시키고, 상기 회절 구조는, 그 광원의 파장변동에 따른, 상기 대물 렌즈의 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말해, 광원이 장파장측으로 파장변동했을 경우에, 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차는 대물 렌즈의 백 포커스가, 파장변동하기 전에 비해서 길어지는 방향이지만, 광원이 장파장측으로 파장변동했을 경우에, 회절 구조에 의해 생기는 축상 색수차는 대물 렌즈의 백 포커스가, 파장변동하기 전에 비해서 짧아지는 방향이다. 대물 렌즈를 투과해서 정보기록면 상에 집광한 파면의 축상 색수차가 양호하게 보정된 상태로 하기 위해서는, 회절의 파워와 굴절 파워를 적절하게 조합시키고, 회절 구조에 의해 생기는 축상 색수차의 크기를, 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차와 거의 동일하게 하면 좋다.
또, 상술의 제2 대물 렌즈로 구면수차 및 코마 수차를 보다 정밀하게 보정하기 위해서는, 양면을 비구면으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 제2 대물 렌즈는 다음 식(7)을 만족시키는 것이 바람직하다.
O.01 ≤PD/PT ≤O.20
단, PD:상기 제i면에 형성된 회절 구조를
φb = b2ih2+ b4ih4+ b6ih6+ …(A)
에 의해 정의되는 광로차 함수로 나타냈을 때(여기에서, h는 광축으로부터의 높이(mm)이며, b2i, b4i, b4i,…는 각각 2차, 4차, 6차,…의 광로차 함수계수이다), PD=∑(-2·b2i)에 의해 정의되는 회절 구조만의 파워(mm-1)
PT:굴절 렌즈로서의 파워와 회절 구조의 파워를 합한 대물 렌즈 전계의 파워(mm-1)
상술한 바와 같이, 식(7)을 만족시키도록 상기 대물 렌즈의 회절 구조를 결정함으로써, 600 nm이하의 파장에 대하여 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 식(7)의 하한이상으로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 스폿을 이었을 때의 파면의 축상 색수차가 지나치게 보정부족이 되지 않고, 상한이하로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 스폿을 이었을 때의 파면의 축상 색수차가 지나치게 보정과잉이 되지 않는다.
또한, 상술의 제2 대물 렌즈는, 기준파장을 λ(mm), 상기 대물 렌즈 전계의 초점거리를 f(mm), 상기 제i면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 최대의 회절광량을 가지는 회절광의 차수를 ni, 제i면의 유효 직경내의 회절 구조의 고리띠수를 Mi, 제i면의 유효 직경내의 회절 구조의 이웃하는 고리띠의 간격의 최소값을 Pi(mm)이라고 했을 때, 다음 식(8)을 만족시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 식(8)을 만족시키도록 상기 대물 렌즈의 회절 구조를 결정하는 것에 의해, 600 nm이하의 파장에 대하여 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 식(8)의 하한이상으로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 스폿을 이었을 때의 파면의 축상 색수차가 지나치게 보정부족이 되지 않고, 상한이하로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 스폿을 이었을 때의 파면의 축상 색수차가 지나치게 보정과잉이 되지 않는다.
또, 상술의 제2 대물 렌즈는, 다음 식(9)를 만족시키는 것이 바람직하다.
O.2 ≤｜(Ph/Pf)-2｜≤10.0
단, Pf:광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 소정의 상측 개구수에 있어서의 회절 고리띠 간격(mm)
Ph:광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 소정의 상측 개구수의 1/2의 개구수에 있어서의 회절 고리띠 간격(mm)
상술한 바와 같이, 회절 구조의 고리띠 간격 즉 광축에 수직인 방향의 고리띠간의 간격이 식(9)를 만족시키는 것에 의해, 파장변동시의 구면수차도 양호하게 보정할 수 있으므로, 기준파장으로부터 벗어난 발진파장을 가지는 레이저 광원을 광 픽업 장치에 짜 넣을 때의 커플링 렌즈, 혹은 대물 렌즈, 혹은 광원의 광축방향의 위치조정이 불필요해져 대폭적인 광 픽업 장치의 조립 시간의 단축을 달성할 수 있다. 광로차 함수가 2차의 광로차 함수계수(회절면 계수라고도 한다)밖에 가지지 않으면, (Ph/Pf)-2≤O가 되지만, 본 발명에 의한 대물 렌즈는 기준파장으로부터의 미소한 파장변화에 의해 생기는 구면수차의 변화를 회절 작용에 의해 양호하게 보정하기 위해서, 광로차 함수의 고차의 광로차 함수계수를 이용한다. 이 때, (Ph/Pf)-2가 O에서 어느 정도 떨어진 값을 취하는 것이 바람직하고, 식(9)를 만족시키고 있으면, 파장변화에 의한 구면수차의 변화를 회절 작용에 의해 양호하게 없앨 수 있다. 식(9)의 하한이상으로 기준파장에서 파장이 변화되었을 때의 구면수차가 지나치게 보정과잉이 되지 않고, 상한이하로 기준파장에서 파장이 변화되었을 때의 구면수차가 지나치게 보정부족이 되지 않는다.
또한 상술의 제2 대물 렌즈는, 회절 렌즈로서의 회절작용과 굴절 렌즈로서의 굴절작용을 합한 경우, 상기 광원의 파장이 장파장측으로 변동했을 때에, 백 포커스가 짧아지는 방향으로 변화되는 축상 색수차 특성을 가지고, 다음 식(10)을 만족시키는 것이 바람직하다.
단, ΔCA:파장의 변화에게 대한 축상 색수차의 변화량(mm)
ΔSA:파장의 변화에 대한 한계 광선의 구면수차의 변화량(mm)
상술의 대물 렌즈에서는, 회절작용에 의해, 대물 렌즈의 축상 색수차를 보정과잉으로 하여 기준파장의 구면수차 커브와 장·단파장측의 구면수차 커브(색의 구면수차라고도 한다)를 교차시키는 것에 의해, 광원의 파장이 변동했을 때의 최적 기입 위치의 이동을 작게 억제하는 것이 가능해지고, 광원의 모드 홉 현상이나 고주파 중첩시의 파면수차의 열화가 작은 대물 렌즈로 할 수 있다. 또한, 회절작용에 의해, 상기와 같이 색수차를 보정할 경우, 축상 색수차와 색의 구면수차를 함께보정할 경우보다도 회절 고리띠 간격을 크게 할 수 있으므로, 금형의 가공시간의 단축, 고리띠형상의 제조오차에 의한 회절효율의 저화의 방지 등을 달성할 수 있다.
또, 상술의 제2 대물 렌즈는, 상기 제i면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 ni차 회절광량이 다른 어느 차수의 회절광량보다도 크고, 상기 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생하기 위해서 상기 회절 구조에서 발생한 ni차 회절광을 광 정보 기록 매체의 정보기록면에 집광할 수 있는 것이 바람직하다. 여기에서, n은 O, ±1 이외의 정수이다.
상기 구성은 2차 이상의 고차의 회절광을 이용해서 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 대물 렌즈에 관한 것으로, 고리띠모양의 회절 구조를 2차 이상의 고차의 회절광의 회절효율이 최대가 되도록 형성하면, 각 고리띠간의 단차 및 각 고리띠간의 간격이 커져 회절 구조의 형상요구 정밀도가 지나치게 엄격해지지 않는다. 일반적으로 1차의 회절광을 이용하는 경우에 비해서, 2차 이상을 이용할 경우에서는, 회절효율의 파장변화에 의한 저하가 크지만, 단일파장에 가까운 광원을 이용할 경우에는, 상기의 회절효율의 파장변화에 의한 저하량은 거의 무시할 수 있을 만큼 작으므로, 제조하기 쉽고 충분한 회절효율을 가진 회절 구조를 가지는 대물 렌즈를 얻을 수 있다.
또한, 상술의 제2 대물 렌즈는, 다음 식(11) 내지 (14)를 만족시키는 것이 바람직하다.
0.01 ≤｜m｜≤0.30
O.8 ≤d/f ≤2.4
단, m:상기 대물 렌즈의 물측 개구수를 NAOBJ, 상측 개구수를 NAIMG라고 했을 때, NAOBJ/NAIMG로 정의되는 상기 대물 렌즈의 횡배율
d:상기 대물 렌즈의 광축상에 있어서의 두께(mm)
f:상기 대물 렌즈의 전계의 초점거리(mm)
r1:상기 대물 렌즈의 광원측의 면의 근축곡률반경(nm)
n:상기 대물 렌즈의 사용파장에 있어서의 굴절률
X1:광축에 수직으로 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광원측의 면상의 위치)에 있어서의 광원측의 면의 광축방향의 차이로, 상기 접평면을 기준으로 하여 광 정보 기록 매체의 방향으로 잴 경우를 플러스, 광원의 방향으로 잴 경우를 마이너스로 한다
X2:광축에 수직으로 광 정보 기록 매체측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광 정보 기록 매체측의 면상의 위치)에 있어서의 광 정보 기록 매체측의 면의 광축방향의 차이로, 상기 접평면을 기준으로 하여 광 정보 기록 매체의 방향으로 잴 경우를 플러스, 광원의 방향으로 잴 경우를 마이너스로 한다
상술의 제2 대물 렌즈에서는, 횡배율이 식(11)의 상한을 초과하지 않도록 하면, 광원측의 면에의 광선의 입사각이 지나치게 커지는 일이 없으므로, 면편심 등의 편심 오차에 의한 수차열화를 작게 억제할 수 있다. 또한, 대물 렌즈와 광원의 간격이 지나치게 작아지는 일이 없으므로, 편광 빔 스플리터나 파장판 등의 광학소자의 배치가 용이해진다. 식(11)의 하한을 초과하지 않도록 하면, 대물렌즈의 물상간 거리가 지나치게 작아지는 일이 없으므로, 본 발명에 의한 대물 렌즈를 탑재하는 광 픽업 장치를 소형으로 할 수 있다. 식(11)은 다음 식(11a)이 더욱 바람직하다.
0.01 ≤｜m｜≤O.20
또, 상술의 식(12)는 워킹 디스턴스를 확보면서 코마 수차 및 비점수차를 양호하게 보정하기 위한 조건이며, 식(12)의 하한이상으로 광원측의 면에의 광선의 입사각이 지나치게 커지는 일이 없으므로, 면편심 등의 편심 오차에 의한 수차열화가 작은 대물 렌즈로 할 수 있다. 또한, 상고 특성에 있어서의 비점수차가 지나치게 커지지 않으므로, 상고 특성이 양호한 대물 렌즈로 할 수 있다. 또, 식(12)의 상한이하로 대물 렌즈의 광축상에 있어서의 두께가 지나치게 커지지 않으므로, 소직경이더라도 워킹 디스턴스가 큰 대물 렌즈로 할 수 있다.
상술의 식(13)은 주로 코마 수차의 보정에 관한 것으로, 식(13)의 하한을 벗어나서 r1이 작아지면, 내향성의 코마 수차와 외향성의 코마 수차에 의한 플레어가 발생하고, 상한을 벗어나서 r1이 커지면, 외향성의 코마 수차가 생기는 동시에, 구면수차의 언더 플레어를 일으키기 쉽다.
또한, 상술의 식(14)는 구면수차를 양호하게 보정하기 위한 광원측의 면과 광 정보 기록 매체측의 면의 새그량에 관한 조건식이며, X1이 플러스이고 그 절대값이 작을수록, 또 X2가 마이너스이고 그 절대값이 작을수록 한계 광선의 구면수차를 보정과잉으로 하는 효과가 커지고, X1이 플러스이고 그 절대값이 클수록, 또 X2가 마이너스이고 그 절대값이 클수록 한계 광선의 구면수차를 보정부족으로 하는 효과가 커지므로, 구면수차를 보정하기 위해서는, X1-X2는 어느 범위내에 있는 것이 필요하다. 이상에서, 본 발명의 대물 렌즈는 식(14)를 만족시키는 것이 바람직하고, 식(14)의 하한이상으로 한계 광선의 구면수차가 지나치게 보정과잉이 되지 않고, 상한이하로 한계 광선의 구면수차가 지나치게 보정부족이 되지 않는다.
또, 상술의 각 대물 렌즈에서는, 상기 대물 렌즈가 가지는 구면수차 중, 3차 구면수차성분을 SA1, 5차 이상의 고차 구면수차성분의 합을 SA2라고 했을 때, 다음 식(15)를 만족시키는 것이 바람직하다.
｜SA1/SA2｜> 1.O
단, SA1:수차함수를 제르니케(Zernike)의 다항식으로 전개했을 때의 3차 구면수차성분
SA2:수차함수를 제르니케(Zernike)의 다항식으로 전개했을 때의 5차 구면수차성분과 7차 구면수차성분과 9차 구면수차성분의 2승합의 평방근
상술의 식(15)는 대물 렌즈가 가지는 구면수차 성분의 바람직한 배분에 관한 것으로, 제조오차에 의해 대물 렌즈에 잔존하는 구면수차의 성분이 식(15)를 만족시키고 있으면, 대물 렌즈를 광 픽업 장치에 짜 넣을 때의, 커플링 렌즈나, 광원의 광축상의 위치조정에 의한 3차 구면수차 성분보정후의, 대물 렌즈의 잔존구면수차를 작게 할 수 있다. 이 3차 구면수차 성분보정은, 광원과 정보기록면의 광로중에 설치한 구면수차 보정 수단으로 해도 좋다. 구면수차발생의 원인이 되는 제조오차란, 예를 들면, 광축상에 있어서의 렌즈 두께 오차, 면형상 오차이다.
또한, 상술의 각 대물 렌즈가 광학 플라스틱 재료로 형성되면, 금형을 이용한 형성법에 의해 염가로 대량 생산할 수 있다. 또, 경량이므로, 포커싱용의 액튜에이터에의 부담의 경감, 고속의 추종, 소형의 액튜에이터에서의 구동 등이 가능해진다.
또, 상술의 각 대물 렌즈가 광학 유리 재료로 형성되면, 광원측의 면의 곡률이 지나치게 작아지지 않으므로, 편심 오차에 의한 수차열화를 작게 할 수 있다. 또한, 금형을 이용한 형성법으로 작성할 경우, 한계 광선이 입사하는 위치에서의 광원측의 면의 법선과 광축이 이루는 각(예상각)이 지나치게 커지지 않으므로, 금형의 가공오차가 지나치게 커지지 않는다.
또한, 상술의 각 대물 렌즈에는, 광축에 수직으로 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 광원측의 면의 사이에 광속을 규제하는 조리개를 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 광원측의 면의 직전에 광속을 규제하는 조리개를 배치하는 경우는, 광축에 수직으로 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 광원측의 면의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 조리개와 광원측의 면의 간격이 작아지고, 수차보정이 보증되어 있는 영역보다 높은 부분을 광선이 통과하는 것을 방지할 수 있으므로, 대물 렌즈에 발산광이 입사되어도 수차가 증대하는 일은 없다.
또, 상술의 각 대물 렌즈에 조리개를 설치할 경우, 적어도 하나의 면상의, 광 정보 기록 매체에 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 상측 개구수에 대응하는 위치에, 면의 법선방향이 불연속으로 변화되는 부위를 설치하는 것에 의해 집광 광속 직경을 규제하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 대물 렌즈에 조리개를 설치할 경우, 면의 방선방향이 불연속으로 변화되는 부위보다도 외측의 면을 통과하는 광속을 굴절면의 방선방향이 불연속으로 변화되는 부위보다도 광축측의 면을 통과하는 광속과 다른 점에 집광시킬 수 있다. 면의 법선방향이 불연속으로 변화되는 부위는, 광원측의 면상에 설치하는 것이 바람직하다. 면의 방선방향이 불연속으로 변화되는 부위와 면의 방선방향이 불연속으로 변화되는 부위를 설치하는 렌즈를 일체 형성하는 것에 의해, 대물 렌즈에 다른 부재의 조리개를 부착할 필요가 없어지므로, 제조시간의 단축이나 코스트 다운을 꾀할 수 있다. 또, 보빈의 형성시에 조리개가 불필요해지므로, 대물렌즈와 보빈을 포함한 구동부의 총중량을 작게 할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 집광 광학계는, 광원으로부터의 발산광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 유한 공역형의 대물 렌즈를 포함하는 광정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 집광 광학계로서, 상기 대물 렌즈는 단 렌즈이며, 광원과 상기 정보기록면의 사이에, 상기 집광 광학계에서 발생하는 구면수차의 변동을 보정하는 수단을 구비하고, 다음 식(16)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
NA ≥O.65
단, NA:광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 소정의 상기 대물 렌즈의 상측 개구수
이상 기술한 각 대물 렌즈에 의해, 고NA의 대물 렌즈이더라도, 소직경이면서도 워킹 디스턴스가 큰 대물 렌즈, 또, 사용파장이 단파장이더라도, 레이저 광원의 모드 홉 등에 기인해서 발생하는 축상 색수차가 효과적으로 보정된 고NA의 대물 렌즈를 얻을 수 있지만, 이와 같이 NA가 큰 대물 렌즈 및 파장이 보다 짧은 광원을 이용해서 기록밀도를 크게 하려고 할 경우, 다양한 오차의 영향에 의한 구면수차의 변동을 무시할 수 없게 된다. 그래서, 상술한 바와 같이, 광원과 광 정보 기록 매체의 정보기록면의 사이에 구면수차의 변동을 보정하는 수단을 설치하면 다양한 오차가 있어도 양호한 집광특성을 유지할 수 있는 집광 광학계를 얻을 수 있다.
상기 구면수차의 변동의 원인으로서는, 구체적으로는, 레이저 광원의 개체간의 발진파장의 편차, 온습도의 변화에 기인해서 일어나는 광학 플라스틱 재료의 굴절률 변화, 광 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 변동, 대물 렌즈의 제조오차(면형상 오차, 광축상의 두께 오차)등을 들 수 있다. 이들 다양한 원인으로 발생하는구면수차(특히 3차의 구면수차)의 변동을 보정하는 수단을 설치하는 것에 의해, 이하와 같은 ① 내지 ④등의 이점이 있어서, 그럼에도 불구하고 양호한 집광특성을 항상 유지할 수 있는 집광 광학계를 얻을 수 있다.
① 레이저 광원의 선별이 필요 없어지므로, 레이저 광원에의 제조 정밀도의 요구가 지나치게 엄격해지지 않으므로, 레이저 광원의 양산성을 높일 수 있다. 또한, 광 픽업 장치의 제조시간의 단축을 꾀할 수 있다.
② 집광 광학계에 포함되는 구성소자를 플라스틱 재료로 형성하는 것이 가능해지고, 대폭적인 코스트 다운을 꾀할 수 있다.
③ 광 정보 기록 매체의 제조오차에 대한 요구 정밀도가 지나치게 엄격해지지 않으므로, 광 정보 기록 매체의 양산성을 높일 수 있다.
④ 대물 렌즈에의 제조 정밀도의 요구가 지나치게 엄격해지지 않으므로, 대물 렌즈의 양산성을 높일 수 있다.
상술의 집광 광학계에 있어서의 상기 구면수차의 변동을 보정하는 수단은, 광원과 상기 대물 렌즈의 사이에, 광축을 따라 변위하는 것에 의해 출사하는 광속의 발산도를 변화시키는 것이 가능한 가동 요소를 적어도 하나 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 가동 요소를 적어도 하나 포함하는 구성이면, 간이한 구성으로 구면수차의 변동을 양호하게 보정할 수 있다.
또, 상기 가동 요소가, 광원과 대물 렌즈의 광로 중에 배치된 커플링 렌즈를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 군을 광축방향에 따라 변위가능하도록 하면, 구성요소가 적은 간이한 구성이더라도, 항상 집광상태가 양호한 집광 광학계로 할 수 있다. 이 커플링 렌즈는 1군 1매 구성이 바람직하다.
또한, 상술의 광축에 따라 변위가능한 가동 요소를 경량의 광학 플라스틱 재료로 형성하는 것에 의해, 액튜에이터에의 부담의 경감이나 구면수차의 변동에 대한 고속의 응답이 가능해진다.
또, 상기 구면수차의 변동을 보정하는 수단은, 상기 광원과 상기 대물 렌즈의 사이에 배치된 광축에 수직인 방향에 따른 굴절률 분포가 가변인 소자인 것이 바람직하다. 예를 들면, 전압인가 등에 의해 광축에 수직인 방향에 따른 굴절률의 분포를 생기게 하는 장치로, 구면수차의 변동을 보정하도록 하면, 가동부가 없어 기계적으로 간단한 구조의 집광 광학계를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구면수차의 변동을 보정하는 수단은, 상기 대물 렌즈와 상기 광 정보 기록 매체의 사이에 배치된 굴절률이 가변인 소자인 것이 바람직하다. 이와 같이, 굴절률 분포가 가변인 소자는 대물 렌즈와 광 정보 기록 매체의 사이의 광로중에 배치되는 것에 의해, 굴절률 분포가 가변인 소자에 입사하는 한계 광선의 경각은, 대물 렌즈보다 광원측에 배치되기 보다 광 정보 기록 매체측에 배치되는 쪽이 크기 때문에, 미소한 굴절률 분포 변화로 보다 큰 구면수차의 변동을 보정할 수 있다. 이것에 의해, 굴절률 분포가 가변인 소자의 구동전압의 저감, 굴절률 분포가 가변인 소자의 소형화를 달성할 수 있다.
또, 상술의 집광 광학계는, 동일한 광속 입사면측에서 복수의 정보기록층에의 정보의 기록 및/또는 재생이 가능한 집광 광학계로서, 정보기록층간에서의 포커스 점프 시에 상기 광속 입사면에서 각각의 정보기록층까지의 투명 기판의 두께의차이에 의해 생기는 구면수차의 변동을 상기 구면수차의 변동을 보정하는 수단에 의해 보정하는 것이 바람직하다.
이 구성은, 광속의 입사면측에서 순서대로 투명 기판과 정보기록층이 복수적층된 구조를 가지는 다층기록형의 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생이 가능한 광 픽업 장치에 이용되는 집광 광학계에 관한 것이다. 정보기록층간에서의 포커스 점프시에 광속입사면에서 각각의 정보기록층까지의 투명 기판의 두께의 차이에 의해 생기는 구면수차의 변동을 구면수차 보정 수단에 의해 보정하므로, O.65이상의 고개구수의 대물 렌즈를 이용하는 차세대의 광 픽업 장치이더라도 다층기록형의 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생이 가능해진다.
또한, 사용파장이 600 nm이하이며, 상기 집광광학계를 구성하는 광학소자의 적어도 하나의 면상에 고리띠모양의 회절 구조를 설치하는 것이 바람직하다.
상술과 같이, 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때의 파장을 600 nm이하로 하면, 정보의 보다 고밀도로의 기록 및/또는 보다 고밀도로 기록된 정보의 재생이 가능해진다. 이러한 단파장 광원을 이용하는 경우는, 집광 광학계를 구성하는 광학소자의 적어도 하나의 면상에 회절 구조를 설치하는 것이 바람직하고, 회절 구조는 광원의 파장이 장파장측으로 미소변동한 경우에 대물 렌즈의 백 포커스가 짧아지는 파장특성을 가지기 때문에, 청자색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원을 이용했을 때에 문제가 되는 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차를 효과적으로 보정할 수 있다. 상기의 회절 구조를 설치하는 광학소자를대물 렌즈와 별도로 광원과 대물 렌즈의 사이에 설치하는 것에 의해, 축상 색수차를 엄격하게 보정하지 않고 있는 대물 렌즈라도, 본 발명에 의한 집광 광학계에 적용 가능해진다. 회절 구조는 집광 광학계를 구성하는 광학소자와는 별도로 배치한 광학소자에 설치해도 좋지만, 집광 광학계를 구성하는 광학소자의 광학면상에 설치하면, 집광 광학계의 구성요소수가 증가하지 않으므로 바람직하다.
또한, 상기 광원은 ±10 nm이하의 파장변동을 발생시키고, 상기 회절 구조는, 그 광원의 파장변동에 따른, 상기 집광 광학계를 구성하는 광학소자의 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말해, 광원이 장파장측으로 파장변동했을 경우에, 집광 광학계를 구성하는 광학소자의 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차는 집광 광학계의 백 포커스가, 파장변동하기 전에 비해서 길어지는 방향이지만, 광원이 장파장측으로 파장변동했을 경우에, 상기의 회절 구조에 의해 생기는 축상 색수차는 집광 광학계의 백 포커스가, 파장변동하기 전에 비해서 짧아지는 방향이다. 집광 광학계를 투과해서 정보기록면 상에 집광한 파면의 축상 색수차가 양호하게 보정된 상태로 하기 위해서는, 회절의 파워와 굴절 파워를 적절하게 조합시켜, 회절 구조에 의해 생기는 축상 색수차의 크기를, 광학재료의 굴절률 분산에 의해 생기는 축상 색수차와 거의 동일하게 하면 좋다. 또한, 상술의 설명에서는, 집광 광학계를 집광작용이 있는 하나의 플러스 렌즈라고 가정했다.
또한, 상술의 집광 광학계는, 회절 렌즈로서의 회절작용과 굴절 렌즈로서의 굴절작용을 합했을 경우, 상기 광원의 파장이 장파장측으로 변동했을 때에, 백 포커스가 짧아지는 방향으로 변화하는 축상 색수차 특성을 가지고, 다음 식(17)을 만족시키는 것이 바람직하다.
단, ΔCA:파장의 변화에게 대한 축상 색수차의 변화량(mm)
ΔSA:파장의 변화에 대한 한계 광선의 구면수차의 변화량(mm)
상술의 회절작용에 의해, 집광 광학계 전계의 축상 색수차를 보정과잉으로 하여 기준파장의 구면수차 커브와 장·단파장측의 구면수차 커브(색의 구면수차라고도 한다)를 교차시킴으로써, 광원의 파장이 변동했을 때의 최적 기입 위치의 이동을 작게 억제하는 것이 가능해지고, 광원의 모드 홉 현상이나 고주파 중량시의 파면수차의 열화가 작은 집광 광학계로 할 수 있다. 또한, 회절작용에 의해, 상기와 같이 색수차를 보정한 집광 광학계에서는, 축상 색수차와 색의 구면수차를 함께 보정한 집광 광학계보다도 회절고리띠 간격을 크게 할 수 있으므로, 금형의 가공시간의 단축, 고리띠형상의 제조오차에 의한 회절효율의 저화의 방지 등을 달성할 수 있다. 또한, 상술의 설명에서는, 집광 광학계를 집광작용이 있는 하나의 플러스 렌즈라고 가정했다.
또한, 상기 회절 구조에서 발생하는 n차 회절광량이 다른 어느 차수의 회절광량보다도 크고, 상기 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생하기 위해서 상기 회절 구조에서 발생한 n차 회절광을 광 정보 기록 매체의 정보기록면에 집광할 수 있는 것이 바람직하다. 여기에서, n은 O, ±1이외의 정수이다.
상술의 구성은 2차 이상의 고차의 회절광을 이용해서 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 집광 광학계에 관한 것으로, 고리띠모양의 회절 구조를 2차 이상의 고차의 회절광의 회절효율이 최대가 되도록 형성하면, 각 고리띠간의 단차 및 각 고리띠간의 간격이 커져서 회절 구조의 형상요구 정밀도가 지나치게 엄격해지지 않는다. 일반적으로 1차의 회절광을 이용하는 경우에 비해서, 2차 이상을 이용하는 경우에서는, 회절효율의 파장변화에 의한 저하가 크지만, 단일파장에 가까운 광원을 이용할 경우에는, 상기의 회절효율의 파장변화에 의한 저하량은 거의 무시할 수 있을 만큼 작으므로, 제조하기 쉽고 충분한 회절효율을 가진 회절 구조를 가지는 집광 광학계를 얻을 수 있다.
또, 상술의 집광 광학계에는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈가 적용가능하다.
또한, 본 발명에 의한 제1의 광 픽업 장치는, 광원으로부터의 발산광속을 상기 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 유한 공역형의 대물 렌즈를 포함하는 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 집광 광학계로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광시키고, 상기 정보기록면 상에 정보를 기록 및/또는 상기 정보기록면 상의 정보를 재생하는 광 픽업 장치로서, 상기 대물 렌즈는 단 렌즈이며, 상기 광원이 광축방향을 따라 변위함으로써 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 발산도를 변화시키는 것이 가능한 광원을 가지고, 상기 정보기록면으로부터의 반사광을 검출하는 것에 의해 상기 집광 광학계에서 발생한 구면수차의 변동을 검출하기 위한 검출수단을 가지고, 상기 검출수단의 검출결과에 따라, 그 구면수차의 변동을 저감하기 위해서 상기 광원을 광축방향을 따라 변위시키기 위한 구동수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 유한 공역형 대물 렌즈를 가지는 광 픽업 장치에 있어서, 광원을 광축에 따라 변위시킴으로써, 레이저 광원의 개체간의 발진파장의 편차, 온습도의 변화에 기인해서 일어나는 광학 플라스틱 재료의 굴절률 변화, 광 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 변동, 대물 렌즈의 제조오차(면형상 오차, 광축상의 두께 오차)등에 기인해서 발생하는 구면수차의 변동을 보정할 수 있다. 구체적으로는, 정보기록면으로부터의 반사광을 검출하는 것에 의해 정보기록면 상에 집광된 광속의 집광상태를 검출하는 검출수단에 있어서의 신호를 모니터하면서, 집광 광학계에서 발생한 구면수차가 최적으로 보정되도록, 광원을 광축에 따라 변위시키는 구동수단을 동작시킨다. 광원을 광축에 따라 변위시키는 구동수단으로서는, 피에조 액튜에이터나 보이스 코일형 액튜에이터를 이용할 수 있다.
또, 상술의 광 픽업 장치에는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈가 적용가능하다.
또, 본 발명에 따른 제2의 광 픽업 장치는, 광원으로부터의 발산광속을 상기광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하는 유한 공역형의 대물 렌즈와 구면수차의 변동을 보정하는 수단을 포함하는 집광 광학계로 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광시키고, 상기 정보기록면 상에 정보를 기록 및/또는 상기 정보기록면 상의 정보를 재생하는 광 픽업 장치로서, 상기 대물 렌즈는 단 렌즈이며, 상기 집광 광학계에 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 기재된 집광 광학계를 가지고,상기 정보기록면으로부터의 반사광을 검출하는 것에 의해 상기 집광 광학계에서 발생한 구면수차의 변동을 검출하기 위한 검출수단을 가지고, 상기 검출수단의 검출결과에 따라, 그 구면수차의 변동을 저감시키기 위해서 상기 구면수차의 변동을 보정하는 수단을 구동시키기 위한 구동수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술의 광 픽업 장치에 따르면, 제22항 내지 제33항에 기재된 집광 광학계를 가짐으로써, 고NA의 대물 렌즈를 탑재한 광 픽업 장치이더라도, 레이저 광원의 개체간의 발진파장의 편차, 온습도의 변화에 기인해서 일어나는 광학 플라스틱 재료의 굴절률 변화, 광 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 변동, 대물 렌즈의 제조오차(면형상 오차, 광축상의 두께 오차)등에 기인해서 발생하는 구면수차의 변동을 보정하므로, 집광 상태가 항상 양호한 광 픽업 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 정보기록면으로부터의 반사광을 검출함으로써 정보기록면 상에 집광된 광속의 집광 상태를 검출하는 검출수단에 있어서의 신호를 모니터하면서, 집광 광학계에서 발생한 구면수차가 최적으로 보정되도록, 구면 수차의 변동을 보정하는 수단을 구동시키는 구동수단을 동작시킨다. 이 구동장치로서는, 보이스 코일형 액튜에이터나 피에조 액튜에이터 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 음성·화상의 기록장치·재생장치는 상술의 제1 또는 제2의 광 픽업 장치를 탑재한 것에 의해, DVD보다도 고밀도·대용량의 차세대의 광 정보 기록 매체에 대해서 음성·화상의 기록 또는 재생을 양호하게 행할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유한 공역형의 단 렌즈로 이루어지는 대물 렌즈에 의해 광원으로부터의 발산광속을 광 정보 기록 매체의 정보기록면 상에 집광하도록한 제1 내지 제5의 실시 형태의 광 픽업 장치에 대해서 도면을 이용해서 설명한다.
<제1의 실시 형태>
도1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도1의 광 픽업 장치는, 반도체 레이저로 이루어지는 광원(1)으로부터 출사된광속이 편광 빔 스플리터(2), 구면수차변동 보정 수단이며 구동수단(10)에 의해 구동되는 굴절률 분포 가변소자(3), 1/4 파장판(4) 및 조리개(5)를 통과한 후, 유한 공역형 대물 렌즈(6)에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판(8)을 통해 정보기록면 (8')에 집광되도록 구성되어 있다. 또한, 정보기록면(8')으로부터의 반사광은 다시, 대물 렌즈(6) 및 굴절률 분포 가변소자(3) 등을 통과한 후, 편광 빔 스플리터(2)에 의해 반사되어 실린드리컬 렌즈(11)를 통과해서 광검출기(12)를 향하도록 구성된다.
또, 대물 렌즈(6)는 플랜지부(7)로 광 픽업 장치에 정밀도 높게 부착된다. 또한, 도1의 광 픽업 장치는, 대물렌즈(6)의 구동수단으로서 대물 렌즈(6)를 트래킹/포커싱을 위해 2축 방향으로 구동하는 2축 액튜에이터(9)를 구비한다.
도1의 광 픽업 장치에서는 구면수차 변동 보정 수단으로서 굴절률 분포가 가변인 소자를 이용하고 있지만, 이 굴절률 분포 가변소자(3)는, 도1과 같이, 전기적으로 서로 접속된 광학적으로 투명한 전극층(a, b, c)과, 전극층(a, b, c)와는 전기적으로 절연되어, 인가되는 전압에 따라서 굴절률 분포가 변화되는 굴절률 분포 가변층(d, e)이 교대로 적층되고, 또한 광학적으로 투명한 전극층(a, b, c)이 복수의 영역으로 분할된 소자 등을 이용할 수 있다.
광 검출기(13)로 구면수차의 변동이 검출된 경우에는, 굴절률 분포 가변소자(3)에는 구동수단(10)에 의해, 전극층(a, b, c)에 전압을 인가하고, 굴절률 분포 가변층(d, e)의 굴절률을 장소에 따라 변화시키고, 굴절률 분포 가변소자로부터의 사출광의 위상을 구면수차의 변동이 0이 되도록 제어한다.
본 실시 형태의 광 픽업 장치에 따르면, 광원(1)으로부터의 광속을 굴절률 분포 가변소자(3)를 통해 대물 렌즈(6)에 의해, 광 정보 기록 매체의 정보기록면(8')에 집광하고, 그것에 의해 변조된 반사광을 반대의 경로로 광 검출기(12)로 수광하는 것에 의해, 재생을 행할 수 있다. 또한, 마찬가지로 해서 광 정보 기록 매체의 정보기록면에 기록을 행할 수 있다.
상술의 기록 또는 재생시에, 구면수차 변동의 검출결과에 기초해서 구동수단(10)이 굴절률 분포 가변소자(3)를 사출광의 위상을 구면수차의 변동이 0이 되도록 전압을 인가하여 제어하므로, 레이저 광원의 개체간의 발진파장의 편차, 온습도의 변화에 기인해서 일어나는 광학 플라스틱 재료의 굴절률 변화, 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 변동, 대물 렌즈의 제조오차 등에 기인하는 구면수차의 변동을 보정하면서 양호하게 기록 또는 재생을 행할 수 있다. 굴절률 분포 가변층(d, e)으로서 예를 들어, 액정을 이용할 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 전압인가 등에 의해 광축에 수직인 방향에 따른 굴절률의 분포를 생기게 하고, 구면수차의 변동을 보정하면, 가동부가 없어 기계적으로 간단한 구조의 집광 광학계를 얻을 수 있다. 본 발명에 의한 광 픽업 장치에 적용가능한 굴절률 분포 가변 소자는 도1에 있어서의 굴절률 분포 가변 소자(3)의 형태에 한정되지 않고, 투과 파면에 대해, 광축을 중심으로 한 고리띠형에 광로차를 부가하는 것이면 좋다.
<제2의 실시 형태>
도2는 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도2에 도시하는 광 픽업 장치는, 굴절률이 가변인 소자로서 액정소자를 대물 렌즈(6)와 광기록 매체의 사이에 배치한 이외에는 도1과 기본적으로 동일한 구성이므로, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도2의 광픽업 장치에서는 구면 수차 변동의 보정을 위해 굴절률이 가변하는 소자(3')를 대물 렌즈와 광정보 기록 매체와의 사이에 배치했다. 굴절률 가변 소자(3')로서, 예를 들어 인가되는 전압에 따라서 굴절률이 변화하는 광학 소자를 이용할 수 있다. 광검출기(12)에서 구면 수차의 변동이 검출되면, 굴절률 가변 소자(3')의 구동 수단(10')에서 구면 수차의 변동이 노출되도록, 굴절률 가변 소자(3')의 굴절률을 변화시킨다.
본 실시 형태의 광픽업 장치에 이용되는 대물 렌즈의 상측 개구수는 0.70 이상으로 크므로, 굴절률 가변 소자(3')를 대물 렌즈와 광정보 기록 매체와의 사이에 배치하는 경우, 미소한 굴절률 변화로부터 큰 구면 수차의 변동을 보정할 수 있고, 굴절률 가변 소자(3')의 구동 전압의 저감 및 굴절률 가변 소자(3)의 소형화가 달성할 수 있다. 도2의 광픽업 장치에 따르면, 도1의 광픽업 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<제3의 실시 형태>
도3은 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도3에 도시하는 광 픽업 장치는, 굴절률 분포 가변소자 대신에 구면수차변동의 보정을 위해 커플링 렌즈를 광축방향으로 변위 가능하게 한 이외에는 도1과 기본적으로 동일한 구성이므로, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도3과 같이, 커플링 렌즈(23)가 구면수차의 변동의 보정을 위해 1축 액튜에이터(13)에 의해 광축방향으로 변위 가능하게 구성되어 있다. 광검출기(12)로 구면수차의 변동이 검출되면, 1축 액튜에이터(13)에 의해 커플링 렌즈(23)가 구면수차가 0이 되도록 광축방향으로 변위하도록 되어 있다. 도3의 광 픽업 장치에 따르면, 도1과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 커플링 렌즈를 변위 가능하게 함으로써 구성요소가 적은 간이한 구성이라도, 항상 집광상태가 양호한 광 픽업 장치로 할 수 있다.
<제4의 실시 형태>
도4는 본 발명의 제4의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도4에 도시하는 광 픽업 장치는, 굴절률 분포 가변소자 대신에 구면수차변동의 보정을 위해 광원을 광축방향으로 변위 가능하게 한 이외에는 도1과 기본적으로동일한 구성이므로, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도4와 같이, 광원(1)이 구면수차의 변동의 보정을 위해 1축 액튜에이터(13)에 의해 광축방향으로 변위 가능하게 구성되어 있다. 광검출기(12)로 구면수차의 변동이 검출되면, 1축 액튜에이터(13)에 의해 광원(1)이 구면수차가 0이 되도록 광축방향으로 변위하도록 되어 있다. 도4의 광 픽업 장치에 따르면, 도1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
<제5의 실시 형태>
도5는 본 발명의 제5의 실시 형태에 따른 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도5에 도시하는 광 픽업 장치는, 굴절률 분포 가변소자 대신에 구면수차변동의 보정을 위해 렌즈를 광축방향으로 1축 액튜에이터(13)로 변위 가능하게 하고, 광원(1)과 편광 빔 스플리터(2)의 사이에 콜리메이터 렌즈(15)를 배치하고, 또 편광 빔 스플리터(2)와 광검출기(12)의 사이에 집광 렌즈(14)를 배치한 이외에는 도1과 기본적으로 동일한 구성이므로, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도5와 같이, 광검출기(12)로 구면수차의 변동이 검출되면, 렌즈(33)가 구면수차가 0이 되도록 1축 액튜에이터(13)에 의해 광축방향으로 변위하고, 평행광의 발산각을 바꿔서 구면수차 변동의 보정을 행한다. 도5의 광 픽업 장치에 따르면, 도1과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 렌즈(23)를 가동 가능하게 함으로써 간이한 구성으로 구면수차의 변동을 양호하게 보정할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 11에 대해서 설명한다. 실시예 1 내지 6은 대물 렌즈의 실시예이며, 상술의 도1 내지 도5에 있어서의 대물 렌즈로서 사용할 수 있고, 또 실시예 7 내지 9는 구면수차 변동보정이 가능한 집광 광학계의 실시예이다. 실시예1 내지 6의 대물 렌즈에 관한 데이터의 일람표를 표1에 나타낸다.
각 실시예에서 설치되는 회절면은 상술의 식(A)에 의한 광로차 함수φb로 나타낸다. 또한, 각 실시예에 있어서의 비구면은, 광축방향을 X축, 광축에 수직인 방향의 높이를 h으로 하여 다음 식(B)로 나타낸다.
x = (h2/r)/{1+√(1-(1+κ)(h2/r2))} + A4h4+ A6h6+ …(B)
단, A4,A6,…:비구면 계수, κ:원추계수, r:근축곡률반경이며, r, d, n은 렌즈의 곡률반경, 면 간격, 굴절률을 나타낸다.
<실시예 1 내지 6>
실시예 1 내지 6의 대물 렌즈의 각 렌즈 데이터를 다음의 표2 내지 표7에 각각 나타낸다. 또한, 실시예 1 내지 5에 관한 광로도를 도6, 도8, 도10, 도12, 도14에 각각 도시하고, 실시예 1 내지 6에 관한 구면수차도를 도7, 도9, 도11, 도13, 도15, 도17에 각각 도시한다.
실시예 1 내지 6은, 사용파장 405 nm, 상측 개구수 O.85의 1군 1매 구성의 대물 렌즈이지만, 유한 공역형으로 함으로써 워킹 디스턴스를 O.40mm 이상으로 크게 확보하고 있다.
실시예 1, 2의 각 대물 렌즈에서는, 사용파장에 있어서의 굴절률이 1.7이상으로 비교적 높은 광학 유리 재료(HOYA사제:LaC13)로 형성하는 것에 의해, 유한 공역형이라도 광원측의 면의 곡률이 지나치게 작아지지 않고, 또한, 광원측의 면의 예상각이 지나치게 커지지 않도록 했다.
또, 실시예 3, 4, 5, 6의 각 대물 렌즈는, 광학 플라스틱 재료로 형성했기때문에, 염가로 대량 생산을 할 수 있다. 실시예 4, 5의 각 대물 렌즈에서는, 광원측의 면을 회절면으로 함으로써, 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차를 보정했다. 특히, 실시예 5의 대물 렌즈에서는, 축상 색수차를 과잉보정으로 하고, 상술의 식(10)을 만족시키도록 함으로써, 광원의 모드 홉 시의 파면수차 열화가 작은 대물 렌즈이면서, 축상 색수차와 색의 구면수차를 함께 보정한 실시예 4의 대물 렌즈보다도, 회절 고리띠 간격의 최소값을 크게 할 수 있다.
또한, 식(1O)에서의 축상 색수차의 변화량ΔCA란, 광원의 파장이 장파장측으로 ±10 nm 시프트했을 경우, 실시예 5의 대물 렌즈의 구면수차도(도15)에 있어서, 405 nm 및 415 nm의 구면수차 커브의 하단의 이동폭으로 나타내어지고, 이동 방향은 광원의 파장의 장파장측으로의 시프트에 의해, 백 포커스가 짧아지는 방향이 된다. 또, 한계 광선의 구면수차의 변화량ΔSA란, 405 nm의 구면수차 커브를 그 하단이 415 nm의 구면수차 커브의 하단에 겹치는 위치까지 평행 이동시켰을 때의 구면수차 커브의 상단과 415 nm의 구면수차 커브의 상단의 폭에 의해 나타내어진다.
실시예 6의 대물 렌즈(6)는, 도16a의 단면도에 도시하는 바와 같이, 보빈부(17)와 일체로 형성되고, 실시예 3의 대물 렌즈에 있어서, 광원측의 면S1 상의 광축으로부터의 높이 1.58mm의 위치(상측 개구수 O.85에 대응)에 광속을 규제하는 단차(16)를 도16b와 같이 형성했다.
실시예 6의 대물 렌즈에 있어서, h를 광축으로부터의 높이로 했을 때, 단차(16)보다도 광축측의 면의 형상을 나타내는 함수를 f(h), 단차(16)보다도 외측의 면의 형상을 g(h)라고 했을 때, 그것들의 미분함수f(h), g'(h)가 f'(h)≠g'(h)를 만족시키도록 g(h)의 형상을 결정하고 있으므로, 단차(16)보다도 외측의 면을 통과하는 광속은 단차(16)보다도 광축측의 면을 통과하는 광속보다 광원에 가까운 위치에 집광한다.
<실시예7 내지 9>
실시예 7 내지 9의 각 렌즈 데이터를 다음의 표8 내지 표10에 각각 나타낸다. 또, 실시예 7 내지 9에 관한 광로도를 도18, 도20, 도22에 각각 도시하고, 실시예 7 내지 9에 관한 구면수차도를 도19, 도21, 도23에 각각 도시한다.
실시예 7 내지 9는, 유한 공역형의 1군 1구성의 대물 렌즈와, 구면수차의 변동을 보정하는 수단을 가지는 집광 광학계로서, 각각, 사용파장은 405 nm, 대물 렌즈의 상측 개구수는 O.85이다.
실시예7의 집광 광학계에서는, 도3과 같이, 광원과 대물 렌즈의 사이에 배치한, 광원으로부터의 발산광속의 발산도를 바꾸는 커플링 렌즈를 광축에 따라 변위시킴으로써 구면수차의 변동을 보정했다. 커플링 렌즈는 경량의 광학 플라스틱제이므로 액튜에이터에의 부담의 경감이나 구면수차의 변동에 대한 고속의 응답이 가능하다. 또한, 커플링 렌즈를 양면 회절 렌즈로 하는 것에 의해 집광 광학계 전계의 축상 색수차를 보정했다.
또, 실시예 8의 집광 광학계에서는, 실시예 4의 대물 렌즈에 있어서, 도4와같이 광원을 광축에 따라 변위시킴으로써 구면수차의 변동을 보정했다.
또한, 실시예9의 집광 광학계에서는, 도5와 같이, 콜리메이터 렌즈와 실시예5의 대물 렌즈의 사이에 배치한 렌즈를 광축에 따라 변위시킴으로써 구면수차의 변동을 보정했다. 이 경우, 콜리메이터 렌즈로부터의 사출광은 평행광속이므로, 이 평행 광속 중에 편광 빔 스플리터, 빔 정형소자, 파장판 등의 광학소자를 용이하게 배치할 수 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈를 회절 렌즈로 함으로써, 광원의 파장변동이나 온습도 변화가 일어난 경우라도, 콜리메이터 렌즈로부터의 사출광이 거의 평행광속이 되도록 했다. 또, 광축에 따라 변위가능한 렌즈는, 경량의 광학 플라스틱 재료로 형성했으므로, 액튜에이터에의 부담의 경감이나 구면수차의 변동에 대한 고속의 응답이 가능하다.
또한, 실시예 7 내지 9의 집광 광학계에 포함되는 렌즈는 모두 광학 플라스틱 재료로 형성했으므로, 금형을 이용한 형성법으로 의해 염가로 대량 생산할 수 있고, 전체적으로 경량의 집광 광학계로 할 수 있다.
또, 표 11 내지 13에 실시예 7 내지 9의 집광 광학계에 있어서, 광원의 ±10 nm의 발진파장변동, ±30℃의 환경온도변화, ±0.02mm의 보호층의 두께 오차에 의해 생긴 구면수차를 보정한 결과를 나타냈는데, 어느 경우라도 양호하게 보정되어 있다.
실시예 7 내지 9의 집광 광학계는, O.02mm를 초과하는 보호층의 두께의 변동에 의한 구면수차의 발생을 보정가능하다. 따라서, 동일 광속 입사면측으로부터 복수의 정보 기록층을 가지는 다층형 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생이 가능하다.
또한, 상술의 각 표나 도에서는, 10해야 할 승의 표현에 E(또는 e)를 이용하여, 예를 들면, E-02(=10-2)와 같이 나타내고 있는 경우가 있다.
또, 본 명세서에 있어서, 광 정보 기록 매체란 광속입사면측에 보호층을 가지는 것 뿐만 아니라, 보호층을 가지지 않는 것도 포함되는 것으로 한다. 광 정보 기록 매체가 보호층을 가지는 경우에는, 본 발명의 광 픽업 장치에 이용되는 대물 렌즈는, 어떤 특정한 두께의 보호층과의 조합의 기초에 수차가 최소가 되도록 수차보정되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 명세서 중에 있어서, 광원의 발진파장의 미소변동이란, 광원의 발진파장에 대하여, ±10 nm의 범위내에서의 파장변동을 가리키는 것으로 한다. 또, 본 명세서 중에 있어서, 각종의 수차를 (양호하게)보정한다고 하는 것은, 구면수차를 구했을 때에 이른바 회절 한계 성능인 O.07λrms이하 (여기에서, λ는 사용하는 광원의 발진파장)인 것이 바람직하고, 광 픽업 장치의 조립 정밀도 등도 고려하여, O.05 λrms이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 대물 렌즈, 집광 광학계, 광 픽업 장치에 이용되는 것이 바람직한 단파장 광원으로서는, 상술한 청자색 반도체 레이저 외에, 반도체 레이저의 전방에, 반도체 레이저로부터의 빛의 파장을 절반으로 변환하는 파장변환소자, 이른바 SHG(Second Harmonic Generation:제2차 고조파 발생)소자를 형성한 광원이 있다.
본 발명에 따르면, 고NA의 대물 렌즈라도, 소직경이면서도 워킹 디스턴스가 큰 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈를 제공할 수 있다.
또, 고NA의 대물 렌즈라도, 소직경이면서도 워킹 디스턴스가 크고, 또한 단파장 광원을 이용했을 때에 문제가 되는 축상 색수차가 보정된 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용 대물 렌즈를 제공할 수 있다.
또한, 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 집광 광학계로서, 레이저 광원의 발진파장 변동, 온도·습도변화, 광 정보 기록 매체의 보호층의 두께의 오차 등에 기인해서 집광 광학계의 각 광학면에서 발생하는 구면수차의 변동을 간이한 구성으로 효과적으로 보정할 수 있는 집광 광학계를 제공할 수 있다. 또 단파장 광원을 이용했을 때에 문제가 되는 축상 색수차가 보정된 집광 광학계를 제공할 수 있다.
또, 이 대물 렌즈 및/또는 집광 광학계를 탑재한 광 픽업 장치, 및 이 광 픽업 장치를 탑재한 기록·재생 장치를 제공할 수 있다.

Claims (37)

  1. 광 정보기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 대물 렌즈에 있어서,
    적어도 1개의 면에 비구면을 갖는 싱글 렌즈이며, 광원으로부터의 발산 광속을 상기 광 정보기록 매체의 정보 기록면상에 집광하는 유한 공역형이고, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    NA ≥0.7
    단, NA는 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행하는 데 필요한 소정의 상측 개구수.
  2. 제1항에 있어서, 렌즈의 양면 각각이 비구면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    0.01 ≤｜m｜≤O.30
    단, NA0BJ가 상기 대물 렌즈의 물측 개구수이고 NAIMG을 상측 개구수일 때, m은 NA0BJ/NAIMG의 식으로 정의된 대물 렌즈의 횡배율.
  4. 제1항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.8 ≤d/f ≤2.4
    단, d는 상기 대물 렌즈의 광축상에 있어서의 두께(mm)이며, f는 초점거리(mm)이다.
  5. 제1항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.8 < r1/ ((n-1)·f·√(1+｜m｜)) < 1.6
    단, r1은 상기 대물 렌즈의 광원측의 면의 근축 곡률 반경(mm)이며, n은 상기 대물 렌즈의 사용 파장에 있어서의 굴절률이다.
  6. 제1항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.25 ≤(X1-X2)(n-1)/(NA·f·√(1+｜m｜)) ≤O.75
    단, X1은 광축에 수직이며 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광원측의 면 상의 위치)에 있어서의 광원측의 면 사이의 광축 방향의 차이(mm)이며, 기준으로서의 접평면으로부터 광 정보 기록 매체의 방향으로 측정하는 경우를 플러스, 광원의 방향으로 측정하는 경우를 마이너스로 하며,
    X2는 광축에 수직이며 광 정보 기록 매체측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광 정보 기록 매체측의 면상의 위치)에 있어서의 광 정보 기록 매체측의 면의 광축 방향의 차이(mm)이며, 기준으로서의 상기 접평면으로부터 광 정보 기록 매체의 방향으로 측정하는 경우를 플러스, 광원의 방향으로 측정하는 경우를 마이너스로 한다.
  7. 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 대물 렌즈에 있어서,
    적어도 1개의 면에 비구면을 갖는 싱글 렌즈이며, 광원으로부터의 발산 광속을 상기 광 정보기록 매체의 정보 기록면상에 집광하는 유한 공역형이고, 적어도 1개의 면상에 고리상의 회절 구조를 갖고, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    NA ≥0.7
    단, NA는 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행하는 데 필요한 소정의 상측 개구수.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 사용 파장이 600 nm 이하이며, 600 nm 이하인 사용 파장 영역에서 3 mm의 두께에서의 내부 투과율이 85 % 이상인 광학 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광원은 ±10 nm 내의 파장 변동을 발생시키며, 상기 회절 구조는 상기 광원의 파장 변동으로 인해 상기 대물 렌즈의 굴절률 분산에 의해서 생기는 축상 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  10. 제7항에 있어서, 양면이 비구면인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  11. 제1항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.01 ≤PD/PT ≤O.20
    단, PD는 상기 제i면에 형성된 회절 구조를 φb = b2ih2+ b4ih4+ b6ih6+ …에 의해 정의되는 광로차 함수로 나타냈을 때 (여기에서, h는 광축으로부터의 높이(mm)이며, b2i, b4i, b4i,… 각각 2차, 4차, 6차, … 광로차 함수 계수이다), PD = ∑(-2·b2i)인 식에 의해 정의되는 회절 구조의 파워(mm-1)이며, PT는 굴절 렌즈로서의 파워와 회절 구조의 파워를 포함한 대물 렌즈 전계의 파워(mm-1)이다.
  12. 제7항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.01 ≤f·λ·Σ(ni/ (Mi·Pi2)) ≤O.70
    단, λ는 기준 파장(mm)이며, f는 상기 대물 렌즈 전계의 촛점 거리(mm)이며, ni는 상기 제i면에 형성된 회절 구조에 의해 발생되는 회절 광선들 중 최대의 회절 광선량을 갖는 회절 광선의 차수이며, Mi는 제i면의 유효 직경 내의 회절 구조의 고리형 영역의 수이며, Pi는 제i면의 유효 직경 내의 회절 구조가 인접하는 고리형 영역 사이의 거리의 최소치(mm)이다.
  13. 제7항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    O.2 ≤｜(Ph/Pf)-2｜≤10.0
    단, Pf는 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 상측 개구수에 있어서의 인접하는 고리형 영역 사이의 거리(mm)이며, Ph는 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 상측 개구수의 절반의 개구수에 있어서의 인접하는 고리형 회절 영역 사이의 거리.
  14. 제7항에 있어서, 회절 렌즈로서의 회절 작용과 굴절 렌즈로서의 굴절 작용을 조합한 경우, 상기 광원의 파장이 장파장측으로 변동하였을 때에, 백 포커스가 짧아지도록 변화하는 축상 색수차 특성를 갖고, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    -1 < ΔCA/ΔSA < 0
    단, ΔCA는 파장 변화에 대한 축상 색수차의 변화량(mm)이며, ΔSA는 파장 변화에 대한 한계 광선의 구면 수차의 변화량(mm)이다.
  15. 제7항에 있어서, 상기 제i면에 형성된 회절 구조에 의해 발생되는 ni차 회절 광선량은 어느 다른 차수의 회절 광선들 중에서 가장 크고, 상기 대물 렌즈는 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 회절 구조에 의해 발생되는 ni차 회절 광선을 집광하며, 여기서 n은 O과 ±1 이외의 정수인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  16. 제7항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    0.01 ≤｜m｜≤O.30
    O.8 ≤d/f ≤2.4
    O.8 < rl/ ((n-1)·f·√(1+｜m｜)) < 1.6
    0.25 ≤(X1-X2)(n-1)/(NA·f·√(1+｜m｜)) ≤O.75
    단, NAOBJ이 상기 대물 렌즈의 물측 개구수이고 NAIMG이 상측 개구수일 때,m은 NAOBJ/NAIMG로 정의되는 상기 대물 렌즈의 횡배율이며, d는 상기 대물 렌즈의 광축 상에 있어서의 두께(mm)이며, f는 초점거리(mm)이며, r1는 상기 대물 렌즈의 광원측의 면의 근축 곡률 반경(nm)이며, n는 상기 대물 렌즈의 사용 파장에 있어서의 굴절률이며,
    단, X1은 광축에 수직이며 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광원측의 면 상의 위치)에 있어서의 광원측의 면 사이의 광축 방향의 차이(mm)이며, 기준으로서의 접평면으로부터 광 정보 기록 매체의 방향으로 측정하는 경우를 플러스, 광원의 방향으로 측정하는 경우를 마이너스로 하며,
    X2는 광축에 수직이며 광 정보 기록 매체측의 면의 정점에 접하는 평면과, 유효 직경 최주변(상기 NA의 한계 광선이 입사하는 광 정보 기록 매체측의 면상의 위치)에 있어서의 광 정보 기록 매체측의 면의 광축 방향의 차이(mm)이며, 기준으로서의 상기 접평면으로부터 광 정보 기록 매체의 방향으로 측정하는 경우를 플러스, 광원의 방향으로 측정하는 경우를 마이너스로 한다.
  17. 제1항 또는 제7항에 있어서, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    ｜SA1/SA2｜> 1.O
    단, SA1는 대물 렌즈의 수차 함수가 제르니케의 다항식으로 전개될 때의 3차 구면 수차 성분이며, SA2는 대물 렌즈의 수차 함수가 제르니케의 다항식으로 전개될 때의 5차 구면 수차 성분과 7차 구면 수차 성분과 9차 구면 수차 성분의 2승합의 평방근이다.
  18. 제1항 또는 제7항에 있어서, 광학 플라스틱 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  19. 제1항 또는 제7항에 있어서, 광학 유리 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  20. 제1항 또는 제7항에 있어서, 광축에 수직이고 광원측의 면의 정점에 접하는 평면과 광원측의 면의 사이에 광속을 규제하는 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  21. 제1항 또는 제7항에 있어서, 적어도 하나의 면 상에, 광 정보 기록 매체에 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 상측 개구수에 대응하는 위치에서 면의 법선 방향이 불연속으로 변화되는 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  22. 광 정보기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 집광 광학계에 있어서,
    싱글 렌즈인 대물 렌즈와,
    광원과 상기 정보 기록 매체 사이에 제공되고 상기 집광 광학계에서 발생하는 구면 수차의 변동을 보정하는 보정 수단을 포함하며,
    상기 대물 렌즈는 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 광원으로부터의 발산 광속을 집광하는 유한 공역형이며, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
    NA ≥O.65
    단, NA는 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생을 행하는 데에 필요한 상측 개구수이다.
  23. 제22항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 광원과 상기 대물 렌즈의 사이에 제공되고 광축에 따라서 변위하여 출사하는 광속의 발산도를 변화시키는 가동 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  24. 제23항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 상에 제공된 커플링 렌즈이며, 적어도 1개의 렌즈군의 커플링 렌즈는 가동 요소인 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  25. 제23항에 있어서, 상기 가동 요소는 광학 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  26. 제22항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 광원과 상기 대물 렌즈의 사이에 제공되며 광축에 수직인 방향으로 굴절률 분포가 가변인 요소인 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  27. 제22항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 대물 렌즈와 상기 광 정보기록 매체의 사이에 제공되며 굴절률이 가변인 요소인 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  28. 제22항에 있어서, 상기 집광 광학계는 동일한 광속 입사면측에서 복수의 정보 기록층을 갖는 정보 기록 매체의 정보 기록 및/또는 재생을 행하며, 상기 보정 수단은 복수개의 정보 기록층 중에서의 포커스 점프 시에 상기 광속 입사면으로부터 각각의 정보 기록층까지의 투명 기판의 두께의 차이에 의해 생기는 구면 수차의 변동을 보정하는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  29. 제22항에 있어서, 사용 파장이 600 nm이하이고, 상기 집광 광학계는 상기 집광 광학계의 광학 요소의 적어도 1개의 면상에 제공된 고리형 회절 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  30. 제29항에 있어서, 상기 광원은 ±10 nm 내의 파장 변동을 발생시키며, 상기 회절 구조는 상기 광원의 파장 변동으로 인해 상기 집광 광학계의 굴절률 분산에 의해서 생기는 축상 색수차를 억제하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  31. 제29항에 있어서, 회절 렌즈로서의 회절 작용과 굴절 렌즈로서의 굴절 작용을 조합한 경우, 상기 광원의 파장이 장파장측으로 변동하였을 때에, 백 포커스가 짧아지도록 변화하는 축상 색수차 특성를 갖고, 이하 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
    -1 < ΔCA/ΔSA <0
    단, ΔCA는 파장 변화에 대한 축상 색수차의 변화량(mm)이며, ΔSA는 파장 변화에 대한 한계 광선의 구면 수차의 변화량(mm)이다.
  32. 제29항에 있어서, 회절 구조에 의해 발생되는 n차 회절 광선량은 어느 다른 차수의 회절 광선들 중에서 가장 크고, 상기 집광 광학계는 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 회절 구조에 의해 발생되는 n차 회절 광선을 집광하며, 여기서 n은 O과 ±1 이외의 정수인 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  33. 제22항에 있어서, 제1항 또는 제7항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 광학계.
  34. 광 정보기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 광 픽업 장치에 있어서,
    광원과,
    상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 광원으로부터의 발산 광속을 집광하는 유한 공역형의 싱글 렌즈인 대물 렌즈를 갖는 집광 광학계와,
    상기 정보 기록면으로부터의 반사 광속을 검출함으로써 상기 집광광학계에서 발생된 구면 수차의 변동을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 구면 수차의 변동을 저감하기 위해서 상기 광원을 광축 방향을 따라서 변위시키는 구동 수단을 포함하며,
    상기 광원이 광축 방향을 따라서 변위 가능하여 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 발산도를 변화시키도록 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  35. 제34항에 있어서, 제1항 또는 제7항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  36. 광 정보기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생용의 광 픽업 장치에 있어서,
    광원과,
    상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 광원으로부터의 발산 광속을 집광하는 유한 공역형의 싱글 렌즈인 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계와,
    상기 정보 기록면으로부터의 반사 광속을 검출함으로써 상기 집광 광학계에서 발생된 구면 수차의 변동을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 구면 수차의 변동을 저감하기 위해 보정 수단을 구동하는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  37. 음성 및/또는 화상 기록, 및/또는 음성 및/또는 화상 재생 장치에 있어서, 제34항 또는 제36항중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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