KR20030020364A - 광학픽업용 대물렌즈, 광학픽업 및 디스크 드라이브장치 - Google Patents

광학픽업용 대물렌즈, 광학픽업 및 디스크 드라이브장치 Download PDF

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KR20030020364A
KR20030020364A KR10-2003-7000430A KR20037000430A KR20030020364A KR 20030020364 A KR20030020364 A KR 20030020364A KR 20037000430 A KR20037000430 A KR 20037000430A KR 20030020364 A KR20030020364 A KR 20030020364A
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objective lens
lens
laser light
aspherical
optical
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KR10-2003-7000430A
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다카하시도요카즈
히네노사토시
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 광디스크에 대하여 정보신호를 기록 또는 재생하기 위해 이용되는 광픽업용 대물렌즈이고, 물체측에서 순서대로, 비구면으로 이루어지는 제 1면(S1)과 비구면으로 이루어지는 제 2면(S2)을 갖고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층(21)과, 비구면으로 이루어지는 제 2면(S2)과 비구면으로 이루어지는 제 3면(S3)을 갖는 글래스제의 렌즈(22)에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm이하이고, 또한 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되고 있는 동시에, 0.8이상의 개구수(NA)를 가진다. 이 대물렌즈는 상면에 있어서의 레이저광을 회절한계 가까이 까지 집광시킬수 있다.

Description

광학픽업용 대물렌즈, 광학픽업 및 디스크 드라이브장치{Objective lens for optical pick up, optical pick up and disk drive device}
정보신호의 기록매체로서, 레이저광을 기록면에 조사함으로써 정보의 기록 및 재생을 행하도록 된 비접촉형이고 기록밀도도 높은 광기록매체가 널리 이용되고 있다. 광기록매체는 기록된 정보신호의 검색을 행하기 쉬운 등의 점으로부터, 디스크형상을 한 광기록매체(이하, 「광디스크 」라고 한다.)가 널리 이용되고 있다.
광디스크는 동심원상 또는 나선상을 한 기록트랙을 갖고, 서로 인접하는 기록트랙간의 간격, 즉, 트랙피치는 예를 들면 CD(Compact Disc)의 경우에서는 약 1.6㎛이었지만, 근년의 DVD(Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)에서는 약0.74㎛로 좁게 되어 있음으로써, 정보신호의 기록밀도가 대폭 향상하고 있다.
DVD 등의 트랙피치를 좁게 하여 정보의 기록밀도를 향상시킨 광디스크에 대하여 레이저광을 조사하여 정보신호의 기록이나 재생을 행하기 위해서는 트랙피치가 큰 광디스크에 대한 경우보다도 더욱 작은 빔스포트를 그 기록면상에 형성할 필요가 있다.
그런데, 대물렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 빔스포트의 지름은 레이저광의 설계파장에 비례하고, 대물렌즈의 개구수(NA)에 반비례한다. 따라서, 광디스크에 조사되는 빔스포트의 경로를 작게 하기 위해서는 대물렌즈의 고(高)개구수화와 레이저광의 단파장화가 필요하게 된다.
한편, 광디스크에 상변화방식 또는 다른 방식으로 정보를 기록하기 위해서는 고에너지의 레이저광이 필요하기 때문에, 또 반사된 레이저광에 의한 레이저 노이즈를 저감하기 위해 레이저 발광소자의 구동전류나 전압에 고주파를 중첩하는 등의 방법에 의해 구동파워를 변동시키고, 레이저광의 파장을 짧은 주기로 변동시키도록 하고 있다. 따라서, 가간섭성(Coherent)의 레이저광을 광디스크에 조사하는 광학픽업에 있어서는 수 nm정도의 파장의 변동에 기인하는 색수차가 발생하고, 광디스크상의 빔스포트가 크게 되어 버린다.
그런데, 광학픽업은 도 1에 나타내는 것같이, 레이저광(200)을 광디스크의 기록면에 집광하기 위한 대물렌즈(201)를 구비하고 있다. 종래 이용되고 있는 대물렌즈(201)는 도 1에 나타내는 것같이, 글래스를 몰드형성한 1매의 렌즈로 구성된 것이며, 집광성이 높은 비구면(201a)을 가진다.
이 대물렌즈(201)는 도 2a에 나타내는 구면수차의 특성도, 도 2b에 나타내는 비점수차의 특성도, 도 2c에 나타내는 왜곡수차의 특성도에 나타내는 것같이, 비구면(201a)을 이용하여도 ±2nm의 파장의 변동에 대하여 ±0.6㎛/nm정도의 색수차가 발생하고 있는 것을 안다. 또한, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 나타내는 각 수차도에 있어서, 실선은 405nm, 파선은 403nm 및 일점쇄선은 407nm에 있어서의 값을 나타내는 것이고, 비점수차를 나타내는 도 2b에 있어서, 굵은 선은 새지털(sagital) 상면, 가는 선은 탄젠셜 상면에 있어서의 값을 나타내는 것이다.
상술한 것같이, 기록트랙의 트랙피치를 좁게 함으로써 고기록밀도화가 도모된 광디스크에 정보를 기록하는 것은 대물렌즈에 의해 회절한계까지 레이저광을 집광하고, 보다 작은 빔스포트를 형성하는 것이 바람직하다. 종래 이용되고 있는 비구면(201a)을 갖는 글래스를 몰드형성한 1매 구성의 대물렌즈(201)는 상술한 것같은 색수차의 발생에 의해 회절한계까지의 레이저광을 집광하는 것이 곤란하다.
본 발명은 광기록매체에 대하여 레이저광을 조사하여 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 디스크 드라이브장치에 이용되는 광학픽업용의 대물렌즈, 이 대물렌즈를 이용한 광학픽업, 또한 이 광학픽업을 이용한 디스크 드라이브 장치에 관하고, 레이저광을 광기록매체의 기록면에 회절한계까지 집광시킬수 있는 대물렌즈, 이 대물렌즈를 이용한 광학픽업 및 이 광학픽업을 이용한 디스크 드라이브 장치에 관한다.
도 1은 종래의 광학픽업에 이용되는 대물렌즈를 나타내는 측면도이다.
도 2a는 도 1에 나타내는 대물렌즈의 구면수차를 나타내는 특성도이고, 도 2b는 비점수차를 나타내는 특성도, 도 2c는 왜곡수차를 나타내는 특성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광디스크 장치의 외관을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 광디스크 장치의 내부 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 관계되는 광학픽업을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명에 관계되는 대물렌즈를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 회절형 렌즈에 있어서의 블레즈의 최소선폭(w)과 초점거리(fd)와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 8은 굴절형 렌즈를 구성하는 석재의 부분 아베수와 초점거리 및 회절형렌즈의 초점거리와의 관계를 표시하는 그래프이다.
도 9a는 본 발명에 관계되는 대물렌즈의 구면수차를 나타내고, 도 9b는 비점수차를 나타내고, 도 9c는 왜곡수차를 나타내는 특성도이다.
도 10은 본 발명에 관계되는 광학픽업의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 11은 본 발명에 관계되는 대물렌즈의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
도 12는 본 발명에 관계되는 대물렌즈의 또 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
도 13은 다이아몬드 바이트를 사용한 기계절삭가공에 의한 블레즈형 회절면의 작성을 설명하는 개략사시도이다.
도 14a 내지 도 14e는 다이아몬드 바이트를 사용한 기계절삭가공에 의한 블레즈형 회절면의 작성을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 15는 다이아몬드 바이트를 사용한 기계절삭가공에 의한 블레즈형 회절면의 작성시에 있어서의 깍고 남은 부분의 폭과 회절효율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 나타내는 수치를 계산하는 때에 사용한 블레즈형 회절면을 나타내는 개략종단면도이다.
도 17은 다이아몬드 바이트를 사용한 기계절삭가공에 의한 블레즈형 회절면의 작성시에 있어서의 불연속 구조를 나타내는 개략종단면도이다.
도 18a 및 도 18b는 다이아몬드 바이트를 사용한 기계절삭가공에 의한 블레즈형 회절면의 작성 도중의 모습을 나타내는 개략 종단면도이다.
도 19는 불연속 구조를 갖는 면에 있어서의 입사광 및 출사광의 모습을 설명하기 위한 개략도이다.
도 20은 파장정도의 일정 주기를 가지는 요철 형상의 표면에 대한, 구조의 진폭(높이)과 투과율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 파장의 1/2 정도의 일정 주기를 갖는 요철 형상의 표면에 대한, 구조의 진폭(높이)과 투과율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 회절면 및 굴절면에 있어서의 각각의 렌즈의 반경방향과 새그량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 회절면과 굴절면을 조합한 복합면에 있어서의 렌즈의 반경방향과 새그량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명 광학 픽업용 대물렌즈의 수치예의 렌즈구성을 나타내는 도면이다.
도 25a는 본 발명에 관계되는 다른 예의 대물렌즈의 구면수차를 나타내고, 도 25b는 비점수차를 나타내고, 도 25c는 왜곡수차를 나타내는 특성도이다.
도 26은 본 발명에 관계되는 광학 픽업용 대물렌즈의 또 다른 예의 수치예의 렌즈구성을 나타내는 도면이다.
도 27a는 본 발명에 관계되는 또 다른 예의 대물렌즈의 구면수차를 나타내고, 도 27b는 비점수차를 나타내고, 도 27c는 왜곡수차를 나타내는 특성도이다.
본 발명은 상술한 종래의 실정을 감안하여 제안되는 것이고, 기록트랙의 트랙피치를 좁게함으로써 고기록밀도화된 광기록매체에 대하여 정보를 기록하고, 광기록매체에 기록된 정보의 재생에 이용되는 광학픽업에 이용하여 유용한 신규한 대물렌즈를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이고, 더욱 구체적으로는 소형으로, 색수차의 보정을 효과적으로 행할수 있고, 회절한계까지 광빔을 집광할 수 있는 대물렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 색수차의 보정을 효과적으로 행할 수 있고, 회절한계까지광빔을 집광할 수 있는 대물렌즈를 이용한 광학픽업, 이 광학픽업을 이용한 광디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술과 같은 목적을 달성하기 위해 제안되는 본 발명에 관계되는 광학픽업용 대물렌즈는 물체측에서 순서대로, 비구면으로 이루어지는 제 1면과 비구면으로 이루어지는 제 2면을 갖고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과, 비구면으로 이루어지는 제 2면과 비구면으로 이루어지는 제 3면을 갖는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm이하이고, 또한 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되어 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가진다. 이 대물렌즈는 상면에 있어서 광을 회절한계 가까이까지 집광시킬수 있다.
본 발명에 있어서, 회절형 렌즈가 정의되는 베이스면은 반드시 비구면 계수의 값을 가지도록 한 것으로, 회절형 렌즈를 광학적으로 밸런스 좋게 안정한 상태로 구성할 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 제 1면의 비구면과 제 2면의 비구면이 동일 베이스 곡률 및 비구면 계수를 가지도록 한 것으로, 수지층의 막두께가 일정하게 되고, 온도변화등에 대하여 안정성을 증가할 수 있도록 된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 제 1면 또는 제 2면이 회절면으로 된 수지층은 투과위상형인 동시에, 제 1면 또는 제 2면이 글래스 형상으로 구성되어 있으므로, 렌즈의 베이스면의 곡률반경을 작게 하지 않고, 렌즈의 개구수를 높일수 있다. 회절면으로 되는 제 1면 또는 제 2면이 블레즈형상으로 됨으로써 회절면의 성형시에 가공 불능부분 등의 회절효율의 저하 요인 및 불연속 등의 투과율의 저하요인을 배제할 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 제 1면의 외주측에 어퍼쳐를 설치함으로써 렌즈주연부를 사용하지 않도록 하고, 광학특성이 양호한 부분만을 사용하도록 제한할 수 있고, 렌즈조립시에 있어서의 제조오차를 억제하고, 성능을 안정화시킬 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 회절면을 설계차수가 2차 이상으로 하고 있으므로, 색수차를 일층 효과적으로 보정함으로써, 회절한계까지 레이저광의 스포트 지름을 좁히는 것을 가능하게 하고, 트랙피치를 좁게 함으로써 정보의 기록밀도를 높인 규격의 광기록매체에 대응하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈를 구성하는 글래스제 단렌즈는 420nm 이하의 파장의 광에 대한 굴절률이 1.65이상의 석재에 의해 형성한 것으로, 필연적으로 글래스제 단렌즈의 형상이 메니스커스 형상으로 되기 때문에, 3차의 수차를 최소로 할 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 회절면이 형성된 제 1면 또는 제 2면의 표면에 주기가 기준파장의 거의 1/2로 진폭이 기준파장의 거의 1/2의 주기구조를 가지고, 상기 회절면의 요철형상보다도 미세한 동심원형의 요철형상이 형성된 것으로, 연마하는 것이 불가능한 복합면이어도 투과율을 90%이상으로 할 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 상면과의 사이에 0.3mm 이하의 두께를 가지는 보호커버를 배치하는 동시에, 보호커버에 기인하는 구면수차를 보정하도록 한것으로, 보호커버로부터 발생하는 구면수차에 의한 영향을 배제할 수 있다.
상술한 것같은 목적을 달성하기 위해 제안되는 본 발명에 관계하는 광학픽업은 레이저광을 출사하는 레이저 발광소자와, 레이저광을 광기록매체의 기록층에 집광시키는 대물렌즈와, 레이저광을 수광하는 수광소자와, 레이저 발광소자로부터 출사된 레이저광을 대물렌즈에 입사시키는 동시에 광기록매체의 기록층에서 반사되고 대물렌즈를 투과한 레이저광을 수광소자에 입사시키는 광학소자를 갖는 광학픽업이고, 이 광학픽업에 이용되는 대물렌즈는 물체측에서 순서대로 비구면으로 이루는 제 1면과 비구면으로 이루는 제 2면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과 상기 비구면으로 이루는 제 2면과 비구면으로 이루는 제 3면과를 가지는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm 이하이고, 또한 상기 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되어 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가진다.
이 광학픽업은 420nm이하를 기준으로 하는 수 nm이내의 파장범위에 대하여 색수차를 효과적으로 보정함으로써 회절한계까지 레이저광의 스포트 지름을 좁히는 것이 가능하게 되므로, 트랙피치를 좁히게 함으로써 정보의 기록밀도를 높인 규격의 광기록매체에 대응할 수 있다.
이 광학픽업에 있어서, 대물렌즈의 제 3면으로부터 상점까지의 작동거리가 0.5mm 이상으로 함으로써, 대물렌즈가 광기록매체에 간섭하는 등의 문제를 회피할수 있는 동시에, 광기록매체의 기록층에 있어서 광을 회절한계 부근까지 집광시킬수 있다.
본 발명에 관계되는 광학픽업은 대물렌즈의 제 3면과 상면과의 사이에 0.3mm 이하의 두께를 가지는 보호커버가 배치되는 동시에, 상기 대물렌즈는 상기 보호커버에 기인하는 구면수차를 보정하는 기능을 가지도록 함으로써, 보호커버로부터 발생하는 구면수차에 의한 영향을 배제할 수 있다.
상술한 것같은 목적을 달성하기 위해 제안되는 본 발명에 관계하는 디스크 드라이브장치는 회전하는 디스크형상을 이루는 광기록매체에 대하여 이 광기록매체의 반경방향에 이동자재로 된 광학픽업에 의해 정보의 기록 및 재생을 행하는 디스크 드라이브장치이며, 이 장치에 이용되는 광학픽업은 420nm 이하의 파장의 레이저광을 출사하는 레이저 발광소자와, 레이저광을 광기록매체의 기록층에 집광시키는 대물렌즈와, 레이저광을 수광하는 수광소자와, 상기 레이저 발광소자로부터 출사된 레이저광을 대물렌즈에 입사시키는 동시에 광기록매체의 기록층에서 반사되고 상기 대물렌즈를 투과한 레이저광을 수광소자에 입사시키는 광학소자를 갖춘다. 여기에서 이용되는 대물렌즈는 물체측에서 순서대로 비구면으로 이루는 제 1면과 비구면으로 이루는 제 2면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과 상기 비구면으로 이루는 제 2면과 비구면으로 이루는 제 3면과를 가지는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm 이하이고, 또한 상기 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되어 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가진다.
이 디스크 드라이브장치는 광학픽업이 420nm이하를 기준으로 하는 수 nm이내의 파장범위에 대하여 색수차를 효과적으로 보정함으로써 회절한계까지 레이저광의스포트 지름을 좁히는 것이 가능하게 되므로, 트랙피치를 좁히게 함으로써 정보의 기록밀도를 높인 규격의 광기록매체에 대응할 수 있다.
광학픽업에 이용되는 대물렌즈의 제 3면으로부터 상점까지의 작동거리가 0.5mm 이상으로 함으로써, 대물렌즈가 광기록매체에 간섭하는 등의 문제를 회피할수 있는 동시에, 광기록매체의 기록층에 있어서 광을 회절한계 부근까지 집광시킬수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 얻어지는 구체적인 이점은 이하에 있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시의 형태의 설명으로부터 일층 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 관계되는 광학픽업 장치에 이용되는 대물렌즈, 이 대물렌즈를 이용한 광학픽업장치 및 광디스크장치를 도면을 참조하여 설명한다.
이하에 나타내는 본 발명의 형태는 본 발명을 디스크형상의 광기록매체인 CD(Compact Disc)에 설치되는 기록트랙의 트랙피치보다도 좋은 0.6㎛ 정도의 트랙피치를 갖는 디스크형상의 광기록매체, 예를 들면 DVD(Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)등, 기록트랙의 트랙피치를 좁게 함으로써 정보의 기록밀도를 높인 규격의 디스크형상의 광기록매체에 대하여, 정보의 기록을 행하고, 이 기록매체에 기록된 정보의 재생을 행하는 광디스크장치에 적용한 것이다.
먼저, 본 발명에 관계되는 대물렌즈를 이용한 광학픽업을 이용하는 광디스크장치를 설명한다.
본 발명이 적용되는 광디스크장치(1)는 회전수를 높게 하여 기록된 기록신호의 독입 및 정보신호의 판독이 고속화된 것이고, 트랙피치가 대단히 세밀하게 되어 기록용량이 높여진, 예를 들면 DVD(Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)등의 광기록매체로서 이용하는 것이며, 퍼스널 컴퓨터 등의 정보처리장치의 외부기억장치로서 이용된다.
디스크 드라이브장치(1)는 도 3 및 도 4에 나타내는 것같이, 각종 기구가 배치된 메카프레임(2)을 가지고, 메카프레임(2)의 상방, 좌우 및 전후가 나사멈춤 등의 적의의 수단에 의해 부착된 커버체(3) 및 전면 패널(4)에 의해 덮혀져 있다.
커버체(3)는 천판부(3a)와 상기 천판부(3a)의 양측연으로부터 각각 수설된 측면부(3b, 3b)와 도시하지 않은 후면부가 일체로 형성되어 있다. 전면패널(4)에는 횡장의 개구(4a)가 형성되고, 상기 개구(4a)를 개폐하는 도어체(5)가 그 상단부를 지점으로서 전면패널(4)에 회동자재로 지지되어 있다. 전면패널(4)에는 각종 조작을 행하는 복수의 조작버튼(6)이 배치되어 있다.
메카프레임(2)은 각종 기구가 배치되는 기구배치면부(7a)와, 기구배치면부(7a)의 양측연으로부터 입설된 측부(7b, 7b)를 가지고, 기구배치면부(7a)의 전단부에 캠판이나 각종 기어를 갖는 로딩기구(8)가 배치되어 있다.
메카프레임(2)은 도 4에 나타내는 것같이, 디스크트레이(9)가 도 4중 화살표(A1)방향 및 화살표(A2)방향의 전후방향에 이동가능하게 지지되어 있다. 디스크 트레이(9)에는 전후방향에 긴 삽통공(9a)과 디스크형상의 광기록매체(이하, 간단히 「광디스크」라고 한다.)(100)이 재치되는 디스크재치 오목부(9b)가 형성되어 있다. 디스크재치 오목부(9b)에 광디스크(100)를 재치할 때, 디스크 트레이(9)는 로딩기구(8)에 의해 이동조작되고, 전면 패널(4)의 개구(4a)에서 장치본체의 외부에 돌출되고, 광디스크(100)로 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는 디스크재치 오목부(9b)에 광디스크(100)를 재치한 상태로 장치본체의 내부에 당겨진다.
메카프레임(2)의 기구배치면부(7a)에는 도 4에 나타내는 것같이, 이동프레임(10)이 그 후단부를 회동지점으로서 회동자재한 상태로 지지되어 있다.
이동프레임(10)에는 광디스크(100)를 회동시키기 위한 모터 유닛(11)이 배치되어 있다. 모터유닛(11)은 디스크테이블(11a)과 구동모터(11b)를 포함하고 있다. 이동프레임(11)에는 광학픽업(12)이 도시하지 않은 가이드축 및 리드 스크류에 의해 디스크 테이블(11a)에 장착된 광디스크(100)의 반경방향으로 이동가능한 상태로 지지되어 있다.
이동프레임(10)에는 리드 스크류를 회전시키는 이송모터(13)가 장착되어 있다. 따라서, 리드스크류가 이송모터(13)에 의해 회전되면, 그 회전방향에 따른 방향으로 광학픽업(12)이 가이드축에 안내되어 이동된다.
본 발명에 관계되는 디스크 드라이브장치(1)는 광디스크(100)가 디스크 트레이(9)의 디스크 재치오목부(9b)에 재치된 상태에서 장치내부에 당겨 들어가고, 디스크 테이블(11a)상에 적의한 수단에 의해 유지되고, 모터유닛(11)의 구동모터(11b)에 의한 구동에 의해 디스크 테이블(11a)과 함께 회전되면, 광학픽업(12)이 광디스크(100)의 반경방향으로 이동하면서, 광디스크(100)에 대한 정보의 기록 또는 재생이 행해진다.
다음에, 광디스크(100)에 대한 정보의 기록 또는 재생을 행하는 광학픽업(12)의 구성에 대하여 설명한다.
광학픽업(12)은 도 5에 나타내는 것같이, 광디스크(100)의 반경방향에 이동자재로 지지되고, 예를 들면 하우징(16)상에 지지된 도시하지 않은 2축 액츄에이터를 가진다. 하우징(16)내에는 레이저광을 발생시키는 레이저 발광소자(17)와, 이 레이저 발광소자(17)로부터 출사된 레이저광(18)을 평행광속으로 하는 콜리메이터 렌즈(19)등이 배치되고, 더욱, 광디스크(100)의 기록층에 레이저광(18)을 집광하는, 색수차 보정기구를 갖는 대물렌즈(20)가 도시하지 않은 2축 액츄에이터에 유지되어 있다.
광디스크(100)는 0.6㎛ 정도의 좁은 트랙피치를 가지고, 기판이 얇은 고밀도 기록대응규격의 것이고, 광학픽업(12)은 이와 같은 광디스크(100)에 대하여 정보의 기록 및 재생을 하는 것에 적합한 것이다. 따라서, 레이저 발광소자(17)는 종래의 CD 규격의 파장을 780nm로 하는 레이저광보다도 파장이 짧은 400nm 내지 410nm정도의 파장의 레이저광(18)을 발생시키는 것이고, 레이저 노이즈를 저감하기 위해 고주파 전류를 구동전류에 겹쳐지므로 레이저광(18)의 파장이 짧은 주기로 변동한다.
광디스크(100)의 기록층에 기록을 행하는 때에는, 레이저 발광소자(17)에서 높은 에너지의 레이저광(18)이 출사된다. 레이저광(18)은 콜리메이터 렌즈(19)에 의해 평행 광속에 되고, 대물렌즈(20)에 의해 광디스크(100)의 기록층에 집광되고, 상변화등에 의해 정보를 기록한 피트가 형성된다.
한편, 기록된 정보를 읽어서 취하는 경우에는 정보에 기록을 행하는 때 보다도 저에너지의 레이저광이 광디스크(100)의 기록층에 조사되고, 광디스크(100)에서 반사된 레이저광(18)이 광학픽업(12)내의 도시하지 않은 빔 스플리터 등을 포함하는 수광계에 의해 검출됨으로써 이루어진다.
광학픽업(12)은 레이저 노이즈를 저감하기 위해 광디스크(100)에 조사하는 레이저광(18)의 파장이 변동하도록 되어 있다. 이 때문에, 대물렌즈(20)에 의해 광디스크(100)에 집광하는 때의 색수차를 개선하고, 회절한계 가까이 까지 작은 빔스포트를 만들수 있다.
다음에, 색수차보정기능을 가지도록 된 대물렌즈(20)의 상세에 대하여 설명한다.
대물렌즈(20)는 도 5 및 도 6에 나타내는 것같이, 레이저 발광소자(17)에서 출사된 레이저광(18)이 입사하는 표면인 제 1면이 소위 블레즈 형상을 한 위상형 회절광학렌즈로 되어 있는 수지층(21)과 파워가 큰 글래스제의 비구면 단옥렌즈(22)로 구성된다. 상술하면, 대물렌즈(20)는 물체측에서 순서대로, 회절형 렌즈를 포함하는 비구면으로 되는 제 1면(r1)과 비구면으로 되는 제 2면(r2)을 갖는 수지층(21)과, 비구면으로 되는 제 2면(r2)과 비구면으로 되는 제 3면(r3)을 갖는 글래스제의 비구면 단옥 렌즈(22)에 의해 구성되어 있다.
블레즈 형상을 이루는 제 1면(r1)은 예를 들면 톱형의 단면 형상을 한 소위 블레즈드 홀로그램으로서, 금형성형에 의해 수지층을 형성하는 방법 등의 적의 방법에 의해 구성된 것이다.
대물렌즈(20)는 렌즈 최종면(r3)으로부터 상점까지의 작동거리를 0.5mm 이상, 회절형 렌즈가 정의되는 베이스면(=r2)은 반드시, 비구면 계수의 값을 가지고, 제 1면(r1)의 비구면과 제 2면(r2)의 비구면은 동일 베이스 곡률 및 비구면 계수를 갖는데 이용하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 파장(λ)(nm)에 대하여 ±δ(nm)의 범위에서 파장이 변화하는 광원에 대하여, 굴절형 렌즈와 회절형 렌즈와를 서로 조합한 렌즈의 색소 조건은 다음와 같이 유도된다.
파장 λ, λ+ δ 및 λ- δ의 때의 석재의 굴절률을 각각 N, N+δ, N-δ로 하면, 파장 λ±δ의 범위에 있어서의 부분적인 아베수(이하, 「부분 아베수」라고 한다.)는 다움과 같이 정의할 수 있다.
즉, 굴절형 렌즈의 부분 아베수()는 이하의 식(1)과 같이 된다.
회절형 렌즈의 부분 아베수()는 이하의 수학식2와 같이 된다.
그리고, 굴절형 렌즈 및 회절형 렌즈의 초점거리를 각각, fr, fd로 하면, 이들의 합성에 의한 합성렌즈의 초점거리(f)는 이하의 수학식 3의 관계를 가지고, 축상형 점의 색소조건은 수학식 4로 표현된다.
따라서, 수학식 3 및 수학식 4로부터 수학식 5가 얻어진다.
수지층(21)에 의해 구성되는 회절형 렌즈는 위상 투과형의 타입으로, 표면형상이 단면형상이고 톱형을 한 블레즈 홀로그램 형상을 이루는 것이다. 그리고, 회절형 렌즈의 블레즈의 폭은 중심의 광축으로부터 주연부에 가기에 따라서 좁게 되어 있다. 블레즈의 가장 좁은 부분의 폭인 최소선폭을 w로 하면, 레이저광(18)의 빔반경(R)과 회절형 렌즈의 초점거리(fd)와 레이저광(18)의 파장(λ)과의 관계는 근사적으로 이하의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
또한, 광학픽업(12)은 파장 λ=405nm, 파장의 변동 δ=2nm 이내의 레이저 발광소자(17)를 광원으로 하는 것이고, 레이저광빔 경(Φ)=3mm, 개구수(NA) 0.85의 것이다.
도 7은 수학식 6을 이용하여, 블레즈 홀로그램의 최소선폭(w)과 회절형렌즈(L1)의 초점거리(fd)와의 관계를 표시하는 그래프이다. 또, 도 8은 식 5를 이용하여 굴절형 렌즈(L2)의 석재의 부분 아베수()와 굴절형 렌즈(L2)의 초점거리(fr) 및 회절형 렌즈(L1)의 초점거리(fd)와의 관계를 표시하는 그래프이다.
즉, 도 7에 있어서, 블레즈의 최소 선폭(w)을 2㎛로 하면 회절형 렌즈(L1)의 초점거리(fd)는 7.40mm로 되고, 블레즈의 최소선폭(w)이 3㎛의 때에는 fd는 11.1mm, 블레즈의 최소선폭(w)이 4㎛의때에는 fd는 14.8mm로 된다. 여기서, 렌즈의 파워는 초점거리의 역수이기 때문에, 이들의 값이 회절형 렌즈(L1)가 채용할 수 있는 파워의 최대의 목안으로 된다.
도 8에 있어서, 회절형 렌즈(L1)의 초점거리(fd)의 최소치가 7.4mm인 것으로 하면, 굴절형 렌즈의 석재의 부분아베수()는 325이상의 범위에서 허용되게 된다. 동일하게, 회절형 렌즈(L1)의 초점거리(fd)가 11.1mm 및 14.8mm때의 굴절형 렌즈(L2)의 석재의 부분아베수()의 유효범위는 각각 540 이상 및 750 이상으로 된다.
따라서, 대물렌즈(20)의 글래스렌즈(22)를 구성하는 렌즈의 석재는 블레즈의 최소선폭(w)에 대한 상기 조건을 만족하고, 글래스 몰드 성형이 가능한 것을 선택하면 좋게 된다. 예를 들면, 오하라 사제(私製)의 LAH53(상품명)에 의해 글래스렌즈(22)를 구성하면, 부분아베수가 630정도로 되고, 최소선폭(w)이 3㎛ 정도의 회절렌즈와 서로 조합함으로써 상점의 색소가 가능하게 된다.
이와 같이 개구수(NA)와, 레이저 빔경Φ(=2R)로 사용하는 광원이 결정하면, 합성렌즈로서 구성된 본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)의 초점거리(f)와 회절형 렌즈의 아베수()가 결정하고, 블레즈의 최소선폭(w)을 규정하면, 회절형 렌즈(L1)의 초점거리(fd)의 유효범위를 결정할 수 있다. 또한, 상술한 식으로부터, 굴절형 렌즈(L2)의 초점거리(fr)와 부분 아베수()의 유효범위를 결정할 수 있도록 된다.
일반적으로 회절렌즈의 위상분포Φ(r)는
로 표기되지만, 초점거리(f2)와 계수(C1)와의 사이에는 이하에 나타내는 수학식 7의 관계가 성립된다.
또한, 계수(C1)는 회절렌즈의 파워를 결정하는 계수이고, 굴절형 렌즈에 있어서의 베이스면의 곡률에 상당하는 양이다. 따라서, 수학식7에 의해 계수(C1)를결정하도록 한다.
굴절형 렌즈를 구성하는 수지층(21)의 레이저발광소자(17)측, 즉 광원측의 면이 곡률반경(r1)은 3차의 구면수차를 최소로 하도록, 이하의 수학식8에 따라서 선정한다.
또, 회절형 렌즈로서 기능하는 수지층(21)의 광디스크(100)측의 면의 곡률반경(r2)은 필요한 렌즈의 두께를 고려하여, 그 초점거리(f1)를 일정하게 유지하도록 결정된다.
본 발명에 관계되는 색수차 기능을 갖는 대물렌즈(20)는 이상에 서술한 각 조건을 각 구성렌즈의 초기설정으로서, 벤딩 및 비구면계수의 최적화에 의해 설계하는 것이 가능하다.
이하에, 대물렌즈(20)의 구체예인 수치실시예에 대하여 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 「r1」은 레이저 발광소자(17)측에서 세어서 i번째의 면 및 그 곡률반경, 「di」는 레이저 발광소자(17)측에서 세어서 i+1번째의 면과의 사이의 면간격을 나타내는 것으로 한다.
또, 비구면 형상은 「x」를 광축으로부터의 높이가 「h」의 비구면상의 점의 비구면정점의 접평면으로부터의 거리, 「c」를 비구면정점의 곡률(=1/R), 「k」는원추정수, 「A」, 「B」, 「C」, 「D」, 「E」, 「F」, 「G」, 「H」및 「J」를 각각 제 4차 내지 제 20차의 비구면계수로 할 때, 이하의 수학식9에 의해 정의되는 것으로 한다.
회절형 렌즈는 진폭형과 위상형으로 알려져 있지만, 본 발명에 있어서 수지층(21)으로서 구성된 회절형 렌즈는 위상형, 특히 효율의 점으로부터 블레즈드 홀로그램형상의 것이다. 이것은 일반의 홀로그램과 동일하게, 제조시의 2개의 점광원을 무한원에 있는 것으로 한 때의 각 면상에서의 비구면적 위상의 엇갈림 계수로서, 기판상의 곡좌표 다항식을 사용하여 지정한다. 여기서, 다항식의 계수는 회절기준파장에서의 광로차(OPD)를 mm단위로 주어진다.
즉, 회절형 렌즈면상에서, 광축에서의 높이(R)의 점에 있어서의 회절에 의한 광로차는
와 같이 정의된다. 실제의 형상은 회절을 생기게 하기때문에, 단속적으로 변화시키도록 정의된다. 결국, 굴절률(N)의 매질중의 강로와 공기중의 광로와의사이에 생기는 광로차는 (N-1)로 주어지므로, 회절렌즈의 각 륜대(엘레먼트)의 단차(d)는 설계파장을 λnm으로 할 때,
혹은, 그 정수배로 된다. 회절형 렌즈에는 광로차(OPD)를 파장(λ)로 나눈 나머지를 광로차로서 생기는 깊이를 표면형상에 주어지게 된다.
도 6은 본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)의 렌즈구성을 나타내는 것이고, 글래스 렌즈(12)의 석재에 상술한 LAH53을 이용한 예를 나타내는 것이다. 또한, 대물렌즈(20)와 상면인 광디스크(100)의 신호기록면과의 사이에는 광디스크(100) 표면에 배치된 폴리카보네이트제의 보호층(23)이 위치하고 있다. 하기의 표 1에 상기 수치실시예의 각 수치를 나타내었다.
곡률반경(ri) 면간격(di) 재질
r1= 14.0 d1= 0.10 수지
r2= 14.0 d2= 1.50 LAH53
r3= 4.1 d3= 0.70
r4= ∞ d4= 0.10 폴리카보네이트
r5= ∞
표 2에 수지층(21)의 제 1면(r1)의 회절면 및 비구면, 비구면으로 된 제 2면 (r2)및 비구면으로 된 제 3면(r3)의 제 4차 내지 20차의 비구면계수 A(C2)내지 J(C10)를 나타낸다. 또한, 표 2중의 「E」는 10을 밑으로 하는 지수표현을 나타내는 것으로 한다.
r1(회절면) r1(비구면) r2(비구면) r3(비구면)
K(C1) -3.22E-02 -6.11E-01 -6.11E-01 -10.5
A(C2) -3.71E-03 9.71E-03 9.71E-03 -1.46E-02
B(C3) -1.35E-03 -1.48E-04 -1.48E-04 -1.15E-02
C(C4) 1.49E-04 9.52E-04 9.52E-04 9.70E-03
D(C5) -5.55E-04 -5.55E-04 3.92E-03
E(C6) -2.46E-03
F(C7) -1.88E-03
G(C8) -2.77E-04
H(C9) 1.29E-03
J(C10) -2.97E-04
상기 표 2에 나타내는 것같이, 제 1면(r1)의 비구면과 제 2면 (r2)의 비구면이 동일의 베이스 곡률 및 비구면계수를 가지도록 한 것에 의해, 수지층(21)의 막두께가 일정하게 되어 온도변화 등에 대한 안정성을 증가하는 것이 가능하게 된다.
또, 표2에 나타내는 것같이, 회절형 렌즈가 정의되는 베이스면은 반등시 비구면계수의 값을 가지도록 한 것에 의해, 회절형 렌즈인 수지층(21)을 광학적으로 밸런스 좋게 안정한 상태로 구성하는 것이 가능하게 된다.
도 9A에 대물렌즈(20)의 구면수차를 나타내고, 도 9B에 대물렌즈(20)의 비점수차를 나타내고, 도 9C에 왜곡수차를 나타낸다. 또한, 도 9A 내지 도 9C에 나타내는 각 수차도에 있어서, 실선은 405nm, 파선은 403nm 및 일점쇄선은 407nm에 있어서의 값을 나타내는 것이고, 비점수차도에 있어서, 태선은 새지털 상면, 세선은 탄젠셜 상면에 있어서의 값을 나타내는 것이다. 또한, 회절기준파장은 405nm, 설계파장은 405nm(403nm 내지 407nm), 개구수는 0.85이다.
이상의 설명한 것같이, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)는 색수차 보정기능을 가지는 것이고, 회절렌즈를 구성하는 수지층(21)과, 굴절형 렌즈로서 집광성능이 높은 비구면단옥렌즈인 글래스렌즈(12)와를 서로 조합시켜서 되는 것이다. 따라서, 대물렌즈(20)를 이용한 광학픽업(12)에 의해 고기록밀도의 광디스크로의 정보의 기록 및 재생을 행하는 경우, 레이저 발광소자의 파장이 변화하여도, 광축상에서, 빔스포트의 집점위치의 이동을 0.05㎛/㎚ 정도 이내에 억제되는 것이 가능하게되고, 광디스크 드라이브장치(1)에 있어서의 정보의 기록 및 재생동작을 안정하게 행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계하는 대물렌즈(20)는 상술한 도 1에 나타내는 종래의 1매 구성의 대물렌즈(a)에서는 레이저광의 ±2nm의 파장의 변동에 대하여 ±0.6㎛/㎚ 정도의 색수차가 발생하는 것에 대하여, 동일의 ±2nm의 파장의 변동에 대하여 색수차가 0.01㎛/㎚ 정도에 모으는 것이다. 일반적으로, 광학픽업과 같은 광학계에 있어서 색수차를 0.05 ㎛/㎚ 이하로 하는 것이 요구되지만, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(10)를 이용함으로써 충분한 성능을 얻을 수 있도록 된다. 따라서, 대물렌즈(20)에 의해 고밀도기록의 광디스크에 대응한 소경의 스포트 형성가능한 광학픽업 및 광디스크 드라이브 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 대물렌즈(20)의 렌즈 최종면(r3)에서 상점까지의 동작거리는 0.5mm 이상인 것이 바람직하다. 이것은 작동거리가 짧으면, 광디스크 표면에 부착한 먼지 등의 쓰레기에 대물렌즈(20)의 렌즈 최종면(r3)이 접촉 또는 충돌할 가능성이 있고, 또한 최악의 경우는 렌즈 최종면(r3)과 광디스크가 충돌하고, 서로 손상을 받을 가능성도 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)에 있어서는 색수차를 효과적으로 보정할 수 있으므로, 금후의 광디스크의 주류가 되는 기입가능한 광디스크에 대응할 레이저 파워가 큰, 즉, 레이저 파워를 변동시켜서 레이즈 노이즈를 저감할 수단을 갖춘 광학픽업에 채용함으로써, 고밀도 기록정보의 재생 및 기록성능이 우수한 것으로 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)는 필요한 파워를 회절형 렌즈와 굴절형 렌즈에 분산시키는 것이 가능하므로, 동일의 석재를 이용한 경우, 종래의 대물렌즈인 단옥렌즈에 비해, 굴절형 렌즈인 글래스 렌즈(12)의 파워를 작게 설계할 수 있으므로, 회절형 렌즈를 구성할 수지층(21)의 베이스면이 되는 면의 곡률을 억제한 설계가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)는 회절형 렌즈와 굴절형 렌즈가 일체화한 단옥타입의 것이므로, 광학픽업 및 광디스크 드라이브장치에 있어서, 부품갯수의 삭감, 소형화 및 조립공정의 간소화가 가능하게 된다.
상술한 대물렌즈(20)는 도 5 및 도 6에 나타내는 것같이, 물체측에서 순서대로, 회절형 렌즈를 포함하는 비구면으로 이루어지는 제 1면(r1)과 비구면으로 이루어지는 제 2면(r2)을 갖는 수지층(21)과, 비구면으로 이루어지는 제 2면(r2)과 비구면으로 이루어지는 제 3면(r3)을 갖는 글래스제의 비구면 단옥렌즈(22)에 의해 구성되어 있다. 본 발명에 관계되는 대물렌즈(20)는 이 예에 한하지 않고, 물체측에서 순서대로, 비구면으로 이루어지는 제 1면(r1)과 회절형 렌즈를 포함하는 비구면으로 이루어지는 제 2면(r2)을 갖는 수지층(21)과, 회절형 렌즈를 포함하는 비구면으로 이루어지는 제 2면(r2)과 비구면으로 이루어지는 제 3면(r3)을 갖는 글래스제의 비구면 단옥렌즈(22)에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
회절형 렌즈를 포함하는 렌즈형상을 이루는 제 2면(r2)은 예를 들면 톱형의 단면형상을 한 소위 블레즈드 홀로그램으로서, 금형성형에 의한 수지층을 형성하는 방법, 글래스제의 렌즈의 표면을 절삭하는 등하는 적의의 방법에 의해 형성할 수 있다.
다음에, 본 발명에 관계되는 광학픽업 및 광디스크 드라이브장치에 이용되는 대물렌즈의 다른 예를 도면을 참조하여 설명한다.
이 광학픽업(32)도 상술한 광학픽업과 동일하게, 도시하지 않은 가이드축 및 리드 스크류에 의해 샤시(11)에 지지된 이동베이스(14)상에 레이저광을 출사하는 발광소자나 수공소자 등을 포함하는 소요의 광학소자와, 대물렌즈(35)를 지지한 도시하지 않은 2축 액츄에이터 등이 탑재되어 있다.
광학픽업(32)은 도 10에 나타내는 것같이, 광디스크(100)의 반경방향에 이동자재로 지지되고, 예를 들면 하우징(33)상에 지지된 도시하지 않은 2축 액츄에이터를 갖는다. 하우징(33)내에는 레이저광을 발생시키는 레이저 발광소자(37)와, 이 레이저 발광소자(37)로부터 출사된 레이저광(38)을 평행광속으로 하는 콜리메이터 렌즈(39)등이 배치되어 있다. 레이저 발광소자(37)로부터 출사한 레이저광(38)은 콜리메이터 렌즈(39)에 의해 평행광속으로 되고, 대물렌즈(35)에의해 광디스크(100)의 기록층에 집광된다.
그런데, 광학픽업(32)은 정보의 기록밀도가 높은 광디스크(100)에 정보의 기록 및 정보의 재생을 행할 수 있도록 된 것이다. 따라서, 레이저 발광소자(37)는 780nm의 파장의 레이저광을 발생하는 종래의 CD규격의 레이저 발광소자 보다도 짧은 파장, 예를 들면 400nm 내지 410nm 정도의 레이저광을 발생하는 것이고, 레이저 노이즈를 저감하기 위해 고주파전류를 구동전류에 중첩하므로 레이저광의 파장이 짧은 주기로 변동한다.
광디스크(100)에 기록을 행하는 때에는, 레이저 발광소자(37)로부터 고에너지의 레이저광이 출사되고, 콜리메이터 렌즈(39)에 의해 평행광속으로 되고, 이 평행광속으로 된 레이저광(38)이 대물렌즈(35)에 입사하여 광디스크(100)의 기록층상에 집광되어 레이저 스포트를 형성한다. 이 레이저광의 에너지에 의해 기록층이 예를 들면 상변화하고, 정보신호에 대응한 비트를 형성하고, 정보신호의 기록이 행해진다.
한편, 광디스크(100)에 기록된 정보를 재생하는 경우에는 정보에 기록을 행하는 때보다도 낮은 에너지의 레이저광이 레이저 발광소자(37)로부터 출사되고, 콜리메이터 렌즈(39)에 의해 평행광속으로 되고, 이 평행광속으로 된 레이저광(38)이 대물렌즈(35)에 입사하여 광디스크(100)의 기록층상에 집광되어 레이저 스포트를 형성한다. 광디스크(100)의 기록층상에서 반사된 레이저광이 입사시와는 역의 광로를 경유하여, 광학픽업(32)내의 수광소자 등을 포함하는 도시하지 않은 수광계에 의해 검출된다.
대물렌즈(35)의 작동거리 즉, 대물렌즈(35)를 구성하는 렌즈의 가장 광디스크(100) 가까운 면으로부터 상점 즉, 광디스크(100)의 레이저광이 집광하는 기록층까지의 거리가 0.5mm이상으로 되어 있다.
다음에, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35)에 대하여 구체적으로 설명한다.
대물렌즈(35)는 도 11에 나타내는 것같이 제 1면으로서의 굴절 및 회절 복합면(S1)을 가지는 것이고, 굴절형 렌즈(35r)와 복합형 렌즈(35d)에 의해 구성된다.
굴절형 렌즈(35r)는 굴절력이 큰 메니스커스형상의 글래스제의 양면비구면단옥렌즈로 이루어진다. 또, 복합형 렌즈(35d)는 굴절형 렌즈(35r)의 광원측의 면인 제 2면(S2)상에 적의의 수지재로를 적층하여 형성한 수지층(40)으로 구성되어 있다.
제 1면으로서의 굴절 및 회절복합면(이하, 간단히 「복합면」이라고 한다.)(S1)은 수지층(40)의 표면인 굴절면(S1r)이 굴절형 렌즈(35r)의 면(S2), 즉 2제 2면과 동일 비구면형상의 곡률을 가지도록 되는동시에, 굴절면(S1r)을 베이스면, 즉, 회절면이 정의되는 기준면으로서 블레즈형상 또는 상기 블레즈형상의 일형상인 소위 계단형상의 위상형 회절면(S1d)인 홀로그램을 굴절면(S1r)에 부가함으로써 형성된다.
따라서, 대물렌즈(35)는 수지층(40)에 의해 구성된 복합형 렌즈(35d)와 글래스제의 굴절형 렌즈(35r)와의 접합에 의해 구성되어 있는 것으로 볼 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35)를 구성하는 복합형 렌즈(35d)는 색수차를보정하는 역할을 내는 것이고, 굴절형 렌즈(35r)는 레이저광의 빔스포트를 소정의 크기로 집광하는역할을 내는 것이다.
이하의 설명에 있어서, 렌즈 및 다른 구성요소의 면번호는 광원으로서의 레이저발광소자측에서, 1, 2, 3, …으로 순서대로 세는 것으로 하고, 「Si」는 광원측에서 세어서 i번째의 면, 「ri」는 광원측에서 세어서 i번째의 면(Si)의 곡률반경, 「di」는 광원측에서 세어서 i번째와 i+1번째의 면과의 광축상에 있어서의 면간격을 나타내는 것으로 한다. 비구면형상은 「x」를 광축으로부터의 높이가 「h」의 비구면상의 점의, 비구면정점의 접평면으로부터의 거리, 「c」를 비구면정점의 곡률(=1/R), 「k」는 원추정수, 「A」, 「B」, 「C」, 「D」, 「E」, 「F」, 「G」, 「H」및 「J」를 각각 제 4차 내지 제 20차의 비구면계수로 할 때, 이하의 수학식9에 의해 정의되는 것으로 한다.
일반적으로, 회절면에 사용되는 회절광학소자는 진폭형과 위상형으로 나뉘어지지만, 대물렌즈(35)의 회절면(S2d)에 이용되는 것은 위상형, 특히 효율의 점에서 소위 블레즈형상을 한 블레즈드 홀로그램이다. 이 블레즈드 홀로그램은 일반의 홀로그램과 동일하게, 제조시의 2개의 점광원을 무한원에 있는 것으로 한 때의 각면상에서의 비구면적 위상의 엇갈림 계수로서, 기판상의 곡좌표다향식을 사용하여 지정한다. 여기서, 수학식10에 나타내는 다항식의 계수는 회절기준파장에서의 광로차(OPD)를 mm단위로 주어진다. 즉, 회절형 렌즈면상에서, 광축에서의 높이(R)의 점에 있어서의 회절에 의한 광로차는
와 같이 정의된다. 실제의 회절면의 형상은 회절을 생기게 하기때문에, 단속적으로 변화시키도록 된다. 결국, 굴절률(N)의 매질중의 강로와 공기중의 광로와의 사이에 생기는 광로차는 (N-1)로 주어지므로, 회절렌즈의 각륜대(엘레먼트)의 단차(d)는 설계파장을 λnm으로 할 때,
혹은, 그 정수배로 된다. 회절면의 블레즈드 형상은 광로차(OPD)를 파장(λ)로 나눈 나머지를 광로차로서 생기는 깊이를 표면형상에 주어지게 된다.
상술한 것같이, 굴절형 렌즈(35r)의 광원측의 면(S2)인 제 2면에 적층된 수지층(40)의 표면에 제 1면으로서의 복합면(S1)을 형성하도록 한 것은 굴절형 렌즈(35r)에 금형성형을 행할수 없는 재질(석재)을 사용하는 경우이어도, 금형의 회절면 형상이 전사된 수지층(40)을 적층함으로써 굴절 및 회절복합면을 형성하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 따라서, 굴절형 렌즈(35r)에 사용하는 재질의 선택범위를 대폭 넓히는 것이 가능하다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈는 도 12에 나타내는 것같이 구성된 것이어도 좋다. 도 12에 나타내는 대물렌즈(35A)는 굴절형 렌즈(35r)와 복합형 렌즈(35d)오 이루는 대물렌즈(35)의 상측에 또한 복합형 렌즈(35d1)를 부가한 것이다.
굴절형 렌즈(35r)는 굴절력이 큰 메니스커스형상의 글래스제의 양면비구면단옥렌즈로 이루어진다. 복합형 렌즈(35d)는 굴절형 렌즈(35r)의 광원측의 면인 제 2면(S2)상에 적의의 수지재료를 적층하여 형성한 수지층(40)에 의해 구성되어 있다. 복합형 렌즈(35d1)는 굴절형 렌즈(35r)의 상측의 면인 제 3면(S3)에 적의의 수지재료로 이루는 수지층(41)을 적층하여 형성된다.
제 1면으로서의 복합면(S1)은 복합형 렌즈(35)를 구성하는 수지층(40)의 표면인 굴절면(S1r)이 굴절형 렌즈(35r)의 면(S2), 즉 2제 2면과 동일 비구면형상의 곡률을 가지는 동시에, 굴절면(S1r)을 베이스면, 즉, 회절면이 정의되는 기준면으로서 블레즈형상 또는 상기 블레즈 형상의 일형상인 소위 계단형상의 위상형 회절면(S1d)인 홀로그램을 굴절면(S1r)에 부가함으로써 형성되어 있다.
제 4면으로서의 복합면(S4)은 수지층(41)의 표면인 굴절면(S4r)이 굴절형 렌즈(35r)의 면(S3)과 동일 비구면형상을 가지도록 되는 동시에, 굴절면(S4r)을 베이스면, 즉, 회절면이 정의되는 기준면으로서 블레즈형상 또는 상기 블레즈 형상의 일형상인 소위 계단형상의 위상형 회절면(S4d)인 홀로그램을 굴절면(S4r)에 부가함으로써 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35A)는 수지층(40)에 의해 구성된 복합형 렌즈(35d)와 글래스제의 굴절형 렌즈(35r)와 수지층(41)에 의해 구성된 복합형 렌즈(35d1)와의 3차 접합렌즈에 의해 구성되어 있는 것으로 볼 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35A)에 있어서는 복합형 렌즈(35d)는 색수차를 보정하는 역할을 내는 것이고, 굴절형 렌즈(35r)는 레이저광의 빔스포트를 소정의 크기로 집광하는 역할을 내는 것이고, 복합형 렌즈(35d1)는 대물렌즈의 상고특성을 향상시키는 역할을 내는 것이다.
그런데, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)는 복합형 렌즈(35d, 35d1)의 표면, 즉, 제 1면으로서의 복합면(S1) 또는 제 4면으로서의 복합면(S4)에는 후술하는 것같이, 금형의 전사면에 형성된 다이어몬드 바이트의 이동궤적인 구조가 전사된다. 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서는 금형작성시에 다이아몬드의 이동을 컨트롤함으로써 구조를 블레즈형상의 등위상선과 일치하도록 기준파장의 1/2정도의 주기를 갖는 동심원형상으로 형성하도록 한 것이다. 이 요철형상의 진폭의 고저차는 기준파장의 1/2정도의 위상차를 주는 두께를 가지도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)는 복합형 렌즈(35d 또는 35d, 35d1)의 복합면(S1또는 S4)의 표면에는 블레즈형상의 등위상선과 일치하도록 기준파장의 1/2정도의 주기를 가지는 요철형상이 동심원형으로 형성되어 있다.
또한, 도 12에 나타내는 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35A)에서는 수지층(41)의 글래스제의 굴절형 렌즈(35r)의 면과 접촉하는 굴절면으로서의 제 3면(S3)에 블레즈형상 또는 상기 블레즈 형상의 일형상인 소위 계단형상의 위상형 회절면인 홀로그램을 부가하도록 하여도 좋다.
이 경우에도, 수지층(40)의 굴절형 렌즈(35r)의 제 2면(S2)에 블레즈형상 또는 상기 블레즈 형상의 일형상인 소위 계단형상의 위상형 회절면인 홀로그램을 부가하도록 하여도 좋다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)와 같이, 복합형 렌즈(35d 또는 35d, 35d1)을 사용하면, 렌즈의 지름을 크게 하지 않고 개구수(NA)를 높이는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)는 도 10에 나타내는 것같이, 합성수지등의 적의의 재질에 의해 양단이 개구한 거의 원통형상으로 형성된 렌즈홀더(45)에 심출등의 광학적 조정을 행하여 유지되어 있다. 이와 같이, 대물렌즈(35 및 35A)를 미리 렌즈홀더(45)내에 배치하여 두면, 대물렌즈(35)를 광학픽업(32)에 조립할 때의 작업성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)는 420nm 이하를 기준으로 하는 수 nm이내의 파장범위의 광에 대하여 광축상의 초점에 있어서의 색수차의 보정을 행하도록 되고, 굴절형 렌즈(35r)에 420nm 이하의 파장의 광에 대한 굴절률이 1.65 이상의 석재가 사용되고, 1.9mm이하의 유효초점거리를 가지도록 되는 동시에, 굴절형렌즈(35r)에 적층된 수지층(40 및 41)의 두께는 0.1mm 이하로 된다.
또, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)는 굴절력이 큰 가장 광원측의 복합면(S1)상에 어퍼쳐(46)가 설치되고, 또, 상면과의 거리에 0.3 mm이하(실제로는 0.1 mm 정도)의 두께를 가지는 보호커버(42)가 배치되는 동시에, 보호커버(42)에 기인하는 구면수차를 보정하도록 된다. 또한, 어퍼쳐(46)는 대물렌즈(35 및 35A)의 가장 광원측에 위치하는 제 1면(S1)(복합면), 즉 물체측의 외주부분의 전주에 걸쳐서 적의의 금속을 증착함으로써 대형상으로 형성된 금속박막에 의해 구성되어 있다.
또, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서는, 복합면(S1)을 구성하는 굴절면(S1r)의 비구면형상과 굴절형 렌즈(35r)의 수지층(40)이 적층되는 제 2면(S2)의 비구면형상을 동일하게 하였다. 또한, 대물렌즈(35A)에 있어서는, 복합면(S4)을 구성하는 굴절면(S4r)의 비구면형상과 굴절형 렌즈(35r)의 수지층(41)이 적층되는 제 3면(S3)의 비구면형상을 동일하게 하였다.
즉, 수지층(40 및 41)의 두께는 후술하는 것같이 예를 들면 0.1mm 및 0.01mm정도의 극히 얇은 것이므로, 굴절면(S1r)의 비구면형상과 제 2면(S2)의 비구면형상을 동일하게 하는 것 및 굴절면(S4r)의 비구면형상과 제 3면(S3)의 비구면형상을 동일하게 하는 것에 의해, 수지층(40 및 41)은 두께가 거의 균일하다고 볼 수 있다. 이것은 수지층(40 및 41)의 두께를 거의 균일하게 하면, 예를 들면 자외선 경화수지를 이용하여 에칭에 의해 복합면(S1, S4)을 형성하는 경우, 수지층상에 있어서의 노광시의 자외선조사조건의 위치적인 엇갈림을 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
또, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)의 가장 광원측의 면(S1)에 어퍼쳐(46)를 설치하는 구성으로 한 것은 어퍼쳐(46)에 대한 대물렌즈(35 및 35A)의조립오차를 0으로 하는 동시에, 렌즈의 주연부를 사용하지 않으므로, 광학특성이 양호한 부분만을 사용하도록 제한함으로써 성능을 안정화시키는 것을 목적으로 한 것이다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서, 복합형 렌즈(35d 및 35d1)는 설계차수가 2차이상의 고차 회절광을 사용하도록 구성하는 것이 바람직하다. 상세하게는 후술하지만, 회절면(S1d)은 단면형상으로 계단형상을 이루는 형상으로 하는것이 바람직하다.
또한, 대물렌즈(35 및 35A)는 0.5mm 이상의 렌즈 최종면(가장 상측의 면)에서 상점까지의 거리, 즉, 작동거리를 가지도록 도어 있다. 종래, 개구수가 큰 2군 구성의 렌즈, 예를 들면, Solid Immersion Lens(SIL)에 있어서는, 작동거리가 0.1 mm 정도의 경우가 있었다. 이와 같이 작동거리가 짧으면, 대물렌즈와 광디스크와의 충돌을 피할수 없는 등의 문제가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 상술한 것같이, 렌즈 최종면에서 상점까지의 작동거리를 0.5 mm이상으로 규정하였다.
다음에, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서, 레이저광을 회절한계까지 집광하기 위해 필요한 색소(색수차의 보정)의 조건에 대하여 설명한다.
일반적으로, 파장(λ)(nm)에 대하여 ±δ(nm)의 범위에서 파장이 변화하는 광원에 대하여, 굴절형 렌즈와 회절형 렌즈와를 서로 조합한 렌즈의 색소 조건은 다음와 같이 유도된다.
즉, 파장 λ, λ+ δ 및 λ- δ의 때의 석재의 굴절률을 각각 N, N+δ, N-δ로 하면, 파장 λ±δ의 범위에 있어서의 부분적인 아베수(이하, 「부분 아베수」라고 한다.)()는 다음의 수학식 11과 같이 표시할 수 있다.
또, 회절형 렌즈의 부분 아베수()는 다음의 수학식12와 같이 된다.
굴절형 렌즈 및 회절형 렌즈의 초점거리를 각각, fr, fd로 하면, 이들의 합성에 의한 합성렌즈의 초점거리(f)는 이하의 수학식 13의 관계를 가지고, 축상형 점의 색소조건은 수학식 14로 표현된다.
따라서, 상기 수학식 13 및 수학식 14로부터 다음의 수학식 15에 나타내는 굴절형 렌즈의 초점거리(fr)와 회절형 렌즈의 초점거리(fd)가 각각 얻어진다.
또한, 굴절형 렌즈(L2)의 부분 아베수()는 렌즈재질의 굴절률에 의해 결정되고, 회절형렌즈의 부분 아베수()는 레이저광의 사용파장에 의해 결정된다. 여기서, 렌즈 재질의 굴절률이 파장에 의해 변화하는 양을 고려하면, 굴절형 렌즈(L2)의 부분 아베수()는 렌즈재질과 레이저광의 사용파장에 의해 결정된다고 할 수있고, 회절형렌즈의 부분 아베수()는 레이저광의 사용파장에만 의해 결정된다고 할 수 있다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35)와 같은 굴절형렌즈와 회절형렌즈와의 복합렌즈에 있어서의 축상색소조건은 레이저광의 사용 파장(λ), 레이저광의 흔들리는 양, 즉, 파장의 변동량(δ), 렌즈의 재질, 입사레이저광의 빔지름(Φ) 및 개구수(NA)를 결정함으로써 일의적으로 결정된다.
따라서, 광학픽업용의 대물렌즈의 경우, 레이저광의 설계파장, 레이저광의 빔지름, 대물렌즈의 개구수는 고정된 파라미터로 되기때문에, 렌즈의 재질이 결정되면, 굴절 및 회절 복합렌즈에 있어서의 축상 색소조건이 졀정되게 된다. 예를 들면, NA=0.8, 레이저광의 빔 경(Φ)=3mm, λ=410nm, δ=±10nm 로 하고, 굴절형 렌즈(35r)의 재질로서 LAH 53(주식회사 오하라의 상품명)을 사용한 경우, 굴절형 렌즈(35r)의 초점거리(fr)는 2.18mm, 회절형 렌즈(35d)의 초점거리(fd)는 13.31mm가 된다.
다음에, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)의 양면 비구면단렌즈인 굴절형렌즈(35r)의 형상에 대하여 설명한다.
단렌즈의 형상을 정량적으로 표현하는 양으로서, 일반적으로 셰이프 팩터(q)와 포지션 팩터(p)가 있고, 이들의 정의는 다음의 수학식 16에 나타내는 대로 이다.
상기 수학식 16에 있어서, r2, r3는 단렌즈(35r)의 제 1면 및 제 2면의 곡률반경을 각각 나타내고, s, s'는 물점간 거리 및 상점간 거리를 각각 나타내는 것이다.
그런데, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35)를 구성하는 단렌즈(35r)는 셰이프 팩터(q)의 값이 ±1의 때는 평오목렌즈로 되고, -1 내지 1의 때는 양볼록렌즈, 그리고 이들 이외의 때는 메니스커스 형상으로되고, 포지션 팩터(p)는 무한계의 렌즈의 때는 s= ∞이고, s'는 초점거리(f)와 같기때문에 s'=-1로 된다. 이때문에, 3차의 구면수차 및 코마 수차는 각각 셰이프 팩터(q)의 2차 함수 및 1차 함수로서 표기할 수 있다. 3차의 구면수차를 극소로하는 셰이프 팩터(q)를 q_SA, 3차의 코마수차를 0으로 하는 셰이프 팩터(q)를 q_CM으로 하면, 이들은 다음의 수학식 17에 나타내는 것같이 표현할 수 있다. 또한, n은 석재의 굴절률이다.
상기 수학식 17의 q_SA를 표시하는 식을 n에 관한 2차 방정식으로서 고려하면, 굴절률(n)이 1.686 이상의 석재를 선정하면, 항상 q_SA>1로 되고, 3차의 구면수차를 극소로 하는 렌즈형상이 메니스커스 형상인 것이 유도된다. 도, 수학식 17의 q_CM을 표시하는 식을 n에 관한 2차 방정식으로서 고려하면, 굴절률(n)이 1.686 이상의 석재를 선정하면, 항상 q_CM>1로 되고, 3차의 콤마수차를 0으로 하는렌즈형상이 메니스커스 형상인 것이 유도된다.
굴절률(n)을 1.686이상의 석재를 이용하는 경우, 렌즈형상을 메니스커스 형상으로 하면 3차의 수차를 최소로 하는 것이 가능하게 된다. 예로서, 고굴절률 석재인 전출의 LAH53(n=1.83)을 사용하면, q_SA는 1.237, q_CM는 1.378로 한다.
따라서, 셰이프 팩터(q)의 값이 1이상으로 되고, 렌즈형상은 상기와 같이 3차의 구면수차를 극소로 하는 것이 가능하므로, 콤마수차를 0으로 하는 것도 가능한 메니스커스 형상으로 된다.
산출한 각각의 셰이프 팩터 q_SA 및 q_CM과 렌즈 메카의 공식을 이용하여 렌즈의 제 1면 및 제 2면의 곡률반경(r2 및 r3)는 셰이프 팩터(q), 초점거리(f) 및 석재의 굴절률(n)을 이용하여 다음의 수학식 18과 같이 표현할 수 있다.
따라서, 대물렌즈(35)에 이용하는 굴절형렌즈(35r)는 상기의 수학식 18을 이용하여 각 면의 곡률반경을 구하고, 벤딩에 의해 각 값을 결정하게 된다.
다음에, 금형(52)의 전사면에 다이아몬드를 이용한 선반에서의 절삭가공에 의해 굴절면에 회절면이 부가되게 되는 복합면의 전사형상을 작성하고, 이 전사형상을 수지층(40)에 전사함으로써 형성되는 대물렌즈(35)의 복합면(S1) 및 35A의 복합면(S1), S4)의 형상에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명은 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35, 35A)의 복합면(S1)의 형성과정에 대한 설명이지만, 대물렌즈(35A)의 복합면(S4)의 형성과정도 복합면(S1)의 전사형상의 형성과정과 기본적으로는 동일하므로, 대물렌즈(35A)의 복합면(S4)의 전사형상의 형성과정에 대한 설명은 생략한다.
도 13에 복합면(S1)의 전사형상의 작성의 모습을 나타내는 것같이, 금형재료인 블랭크(23)를 선반의 회전축(24)을 중심으로서 화살표(S)의 방향으로 회전시키고, 다이아몬드 바이트(이하, 간단히 「바이트」라고 한다.)(56)를 상하시키면서 화살표(T)방향으로 이동시키면, 전사면(52a)에 굴절면에 회전면형상(회절격자형상)이 부가된 복합면이 형성된 금형(52)이 작성된다.
도 14a 내지 도 14e는 바이트(56)의 선단부(56a)의 형상과, 바이트(56)에 의해 각각 곡률반경이 다른 정의 굴절력을 갖는 비구면의 베이스면상에 회절면을 작성한 복합면을 갖는 금형의 전사형상을 확대하여 나타내는 것이다.
즉, 도 14a는 금형(52A)의 전사면(52Aa)상에, 정의 굴절력을 갖는 굴절면(59r)을 베이스면으로서 정의 굴절력을 갖는 회절면(59d)을 부가하여 이루는 복합면(전사형상)(59)을 바이트(56)에 의해 절삭가공할 때의 단면형상을 나타내는 것이다. 이 복합면(59)에 있어서는, 굴절면(59r)의 경사의 방향과 회절면(59d)의 경사의 방향이 동일하고, 복합면(59)의 블레즈 각도(θ)가 예각이 되기때문에, 엄밀히는 뾰족한 형상으로 하는 것이 불가능한 바이트(56)의 선단부(56a)에 의해 절삭불능부분(60)을 할 수 있게 된다.
도 14b는 금형(52B)의 전사면(52Ba)상에, 굴절력이 0인 굴절면(61r)을 베이스면으로서 정의 굴절력을 갖는 회절면(61d)을 부가하여 이루는 복합면(전사형상)(61)을 바이트(56)에 의해 절삭가공할 때의 단면형상을 나타내는 것이다. 이 복합면(61)에 있어서도, 블레즈 각도(θ)가 예각이 되기때문에, 바이트(56)의 선단부(56a)에 의해 절삭불능부분(60)을 할 수 있게 된다
또, 도 14c는 금형(52C)의 전사면(52Ca)상에, 부의 굴절력을 갖는 굴절면(62r)을 베이스면으로서 정의 굴절력을 갖는 회절면(62d)을 부가하여 이루는 복합면(전사형상)(62)을 바이트(56)에 의해 절삭가공할 때의 단면형상을 나타내는 것이다. 이 복합면(62)에 있어서는, 굴절면(62r)의 경사의 방향과 회절면(62d)의 경사의 방향과는 역방향으로 되지만, 회절면(62d)의 경사 방향이 크기 때문에, 복합면(62)의 블레즈 각도(θ)가 예각으로 되어, 바이트(56)의 선단부(56a)에 의해 절삭불능부분(60)을 할 수 있게 된다
또, 도 14d는 금형(52D)의 전사면(52Da)상에, 부의 굴절력을 갖는 굴절면(63r)을 베이스면으로서 정의 굴절력을 갖는 회절면(63d)을 부가하여 이루는 복합면(전사형상)(63)을 바이트(56)에 의해 절삭가공할 때의 단면형상을 나타내는 것이다. 이 복합면(63)에 있어서는, 굴절면(63r)의 경사의 방향과 회절면(63d)의 경사의 방향이 역방향이고, 복합면(62)의 블레즈 각도(θ)가 직각이 되기때문에, 블레즈 형상을 전체 절삭하는 것이 가능하게 되고, 바이트(56)의 선단부(56a)에 의해 절삭불능부분(60)을 할 수 없게 된다
또한, 도 14e는 금형(52E)의 전사면(52Ea)상에, 부의 굴절력을 갖는굴절면(64r)을 베이스면으로서 정의 굴절력을 갖는 회절면(64d)을 부가하여 이루는 복합면(전사형상)(64)을 바이트(56)에 의해 절삭가공할 때의 단면형상을 나타내는 것이다. 이 복합면(64)에 있어서도, 굴절면(64r)의 경사의 방향과 회절면(64d)의 경사의 방향이 역방향으로 되고, 회절면(64d)의 경사 방향이 굴절면(64r)의 경사 방향 보다고 작고, 복합면(62)의 블레즈 각도(θ)가 둔각이 되기때문에, 블레즈 형상을 전체 절삭하는 것이 가능하게 되고, 바이트(56)의 선단부(56a)에 의해 절삭불능부분(60)을 할 수 없게 된다
도 15는 회절면의 회절각이 일정한 때의 설계차수와, 도 16에 나타내는 일정의 주기(L)를 갖는 블레즈형상(65)의 바이트(56)에 의한 절삭불능부분(60)의 깍고 남은 양(폭)(b)과, 회절효율(b=0의 때를 100으로 한 대의 비율을 나타낸다)과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 16은 레이저광의 파장은 405㎛, 블레지의 최소폭을 2㎛로 한 때의 1차 회절광의 회절각인 11.7°를 목적으로서 회절효율을 계산한 결과이다.
즉, 도 15에 있어서, 깍고 남은 폭이 0㎛의 경우에서는 차수에 관계없이 회절효율은 100%이지만, 예를 들면 깍고 남은 폭이 1㎛의 경우에서는 1차광의 회절효율(A)이 40%이하로 된다. 따라서, 이와 같은 상황하에서 회절효율을 90%이상으로 하기 위해서는 설계차수를 10차 이상으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 15중 B는 2차광의 회절효율이고, 도 15중 C는 5차광의 회절효율이고, 도 15중 D는 10차광의 회절효율이다.
이 때문에, 도 14A 내지 도 14C에 나타낸 복합면(59, 61 및 62)과 같이 절삭불능부분(60)이 발생할 복합면의 경우에서는 필요가 되는 회절각과, 금형(52)의 전사면(22a)의 가공에 사용할 바이트(56)의 선단부(56a)의 형상에 따르는 절삭불능부분(60)의 깍고 남은 부분에 다른 차수의 고차의 회절광을 사용할 설계가 필요하게 된다.
한편, 도 14d 및 14e에 나타낸 복합면(63 및 64)과 같이 절삭불능부분이 발생하지 않는 형상의 회절면을 갖는 경우에서는 필요가 되는 회절각에 대하여, 바이트(56)의 선단부(56a)의 형상이나 회절광의 차수에 대한 제약이 없게 된다. 특히, 도 14d에 나타내는 것같이, 복합면(64)이 블레즈각도(θ)가 직각의 계단형상의 회절면(64d)을 갖는 경우에는, 복합면(64)의 중심부근에서 최외주 부분에 이르기까지 각 블레즈의 동일 부분의 면끼리가 평행으로 되기때문에, 가공 및 형상의 평가가 용이하게 된다는 이점을 가진다.
다음에, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35, 35A), 복합형 렌즈(35d, 35d1)의 표면인 복합면(S1, S4)에 형성된 주기가 기준파장(405nm)의 1/2정도인 진폭이 기준파장의 1/2 정도의 주기구조를 갖는 동심원형의 미세한 요철 형상에 대하여 설명한다.
상술한 도 13에 나타내는 것같이, 금형(52)은 블랭크(53)를 선반의 회전축(54)을 중심으로 하여 화살표(S) 방향으로 회전시키고, 블랭크(53)에 대하여 바이트(56)를 상하시키면서 화살표(T)방향으로 이동시켜서 전사면(52a)을 절삭함으로써 작성된다.
그리고, 도 17에 금형(52)의 전사면(52a)의 복합면(S1또는 S4)의 블레즈 전사형상을 확대하여 나타내는 것같이, 파선으로 나타내는 이상적 블레즈 형상(전사형상)(65A)에 따라서 바이트(56)를 연속적으로 이동시켜서 전사면(52a)의 절삭을 행하면, 이상적 블레즈 형상(65A)과의 가공오차로서 절삭불능부분(66) 및 불연속 구조(67)가 형성된 블레즈 전사형상이 작성된다.
도 18a는 바이트(56)가 블레즈의 최하점을 깍고 있는 모습을 나타내는 것이다. 즉, 회전하는 블랭크(53)에 대하여 바이트(56)는 이상적 블레즈 형상(65A)에 따라서 이동하고, 그리고, 바이트(56)에 의한 가공도중의 단면형상(68)에서는 바이트956)의 하부에 절삭불능부분(66)이 남게 된다.
도 18b는 도 18a에 나타내는 상태로부터 (53)이 일회전한 후에, 바이트(56)가 블레즈 최하점 부근을 깍고 있는 모습을 나타내는 것이다. 바이트(56)는 이상적 블레즈 형상(65A)에 따라서 이동하고, (53)는 일정 속도로 회전하고 있기 때문에, 1회전마다의 바이트(56)의 절삭 흔적은 미시적으로 보면 연속으로는 되지 않고, 구조(67)가 형성된다. 따라서, 금형성형에 의해 구조(67)가 대물렌즈에 전사됨으로써, 도 17에 이점쇄선으로 금형의 전사형상에 의한 대물렌즈의 블레즈형상을 확대하여 나타내는 것같이, 대물렌즈의 복합면의 표면에는 미세한 요철형상(69)이 형성된다.
그런데, 도 19는 불연속 구조(37)가 전사되어 요철형상(69)이 형성된 대물렌즈의 복합면의 투과 및 반사의 모습을 확대하여 나타내는 것이다. 레이저광(70)은 일부가 표면에서 난반사되어 반사광(70a, 70a, …)으로 되어 투과율을 감소시키는 동시에, 투과율(71)도 요철형상(69)의 면형상에 의해 예상외의 방향으로 굴절되어 미광(71a, 71a, …)등을 생기게 되고, 요철형상(69)이 형성된 면의 투과율을 더욱 악화시키게 된다. 대물렌즈(35 및 35A)의 복합면(S1, S4)은 금형(52)의 불연속 구조(67)가 전사되어 요철형상(69)이 형성되게 되어도 상관없이, 블레즈형상(회절광학소자)이 형성되고 있기 때문에 연마하는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서는, 금형(52)의 전사면(52a)의 가공시에 있어서, 금형(52)의 재료인 블랭크(53)에 대한 바이트(56)의 이동을 최적으로 컨트롤함으로써, 불연속 구조(67)를 주기가 기준파장의 1/2정도이고 진폭이 기준파장의 1/2정도의 주기구조를 갖는 동심원형으로 형성하고, 불연속 구조(67)가 복합면(S1및 S4)의 표면에 전사됨으로써 형성되는 요철형상(69)이 상기 주기 및 진폭을 가지도록 한 것이다. 또한, 요철형상(69)의 방향은 블레즈 전사형상의 방향과 일치하고, 즉, 각 블레즈의 형상과 요철형상의 사면의 방향을 거의 일치시켜서 상사형으로 하는 것이 바람직하다.
도 20 및 도 21은 요철형상(69)을 상술한 것같은 주기와 진폭을 갖도록 한 경위를 설명하기 위한 것이다.
도 20은 불연속 구조의 전사형상인 요철형상의 주기를 사용 파장과 동일 정도의 구조인 0.5㎛로 한 때에 있어서, 요철형상의 진폭(높이)과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다. 비교를 위해, 본 발명에 사용하는 청색 레이저(Bu)(파장 5nm) 입사하는 경우와, 종래로부터 이용되고 있는 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를입사하는 경우의 계산결과를 병기하고 있다.
도 21은 불연속 구조의 전사형상인 요철형상의 주기를 사용파장의 1/2정도의 구조인 0.2㎛로 한 때에 있어서, 요철형상의 진폭(높이)과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다. 비교를 위해, 본 발명에 사용하는 청색 레이저(Bu)(파장 405nm) 입사하는 경우와, 종래로부터 이용되고 있는 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를 입사하는 경우의 계산결과를 병기하고 있다.
요철형상의 주기 0.5㎛는 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를 기준으로 환산하면, 파장이하의 구조를 취하지만, 청색 레이저(Bu)(파장 405nm)를 기준으로 환산하면, 파장 정도 또는 그 이상의 구조를 취하게 된다.
한편, 요철형상의 주기 0.2㎛는 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를 기준으로 환산하여도, 청색 레이저(Bu)(파장 405nm)를 기준으로 환산하여도 파장의 1/2이하 또는 동정도의 구조를 취하게 된다.
즉, 도 20에 나타내는 요철형상의 주기 0.5㎛의 표면에 대하여, 청색 레이저(Bu)(파장 405nm)를 입사한 경우, 진폭(높이)이 크게 되면 이것에 따라서 투과율이 저하한다. 사용파장과 동정도인 0.5㎛의 진폭(높이)으로 되면 투과율이 30% 이하로 된다.
동일한 면에 대하여, 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를 입사한 경우, 진폭(높이)이 0으로 부터 파장정도의 범위이면, 높이에 관계없이 투과율은 85% 정도 이상으로 된다.
또, 도 21에 나타내는 요철형상의 주기 0.2㎛의 표면에 대하여, 청색레이저(Bu)(파장 405nm)를 입사한 경우와 동일한 면에 대하여, 적색 레이저(Re)(파장 650nm)를 입사한 경우, 진폭(높이)이 0으로 부터 파장정도의 범위이면, 높이에 관계없이 투과율은 95% 정도 이상으로 된다.
또한, 진폭(높이)을 파장의 1/2로부터 파장과 동정도의 범위로 제어하면, 반사방지효과를 갖는 표면으로 된다.
또한, 금형(52)의 전사면(52a)으로 굴절면에 회절면을 조합시켜 되는 복합면의 전사형상을 형성하는 방법은 상술한 선반과 바이트(56)를 이용하여 절삭에 의해 형성하는 방법의 외에, 소위 에칭에 의한 방법, 박막추적법 등의 반도체의 제조시에 이용되는 프로세스를 이용하는 것이 가능하다.
그런데, 상술한 것같이, 대물렌즈(35 및 35A)의 굴절형 렌즈인 비구면단옥렌즈(35r)의 형상은 높은 굴절율을 갖는 석재를 사용하기 때문에, 메니스커스 형상으로 된다. 이 때문에, 레이저광의 입사측의 면에 회절·굴절복합면을 설계하는 경우, 상기 복합면의 형상은 베이스면이 곡률이 크고, 정의 굴절력을 가지므로, 도 14a에 나타내는 복합면(59)의 형상이 전사된 형상으로 된다. 또, 대물렌즈(35A)와 같이, 레이저광의 출사측의 면에 회절·굴절복합면을 설치한 경우에서는 베이스면의 곡률이 비교적 완만한 부의 굴절력을 갖는 면이기 때문에, 도 14c 내지 도 14e중의 어느 것이 복합면(62, 63, 64)의 형상이 전사된 면으로 된다.
이하에, 도 14d 및 14e에 나타내는 계단형상 위상형 회절격자의 설계에 대하여 설명한다.
회절면의 새그량(ASP(r))는 광학설계용 소프트웨어 "CODEV"에 의해 수학식19와 같이 정의된다.
상기 수학식 19에 있어서, k=-1로 하면, 2차의 계수가 c/2가 되고 수학식 20에 나타내는 우수차만의 다항식으로 된다.
한편, 복합면(S2)의 회절면(S2d)의 위상분포Φ(r)은 수학식 21에 나타내는 것같이 우수차만의 수학식으로 정의된다.
따라서, 광학설계에서는 수학식 21과 같이, 위상을 연속적으로 변화하는 함수로서 취급한다.
그리고, 회절면의 표면형상 설계에서는 위상의 주기성을 이용하여 위상주기로부터 정수배의 주기를 제하고 남은 위상을 새로운 위상분포로 하기 때문에, 회절면의 형상이 이산적인 블레즈 형상으로 된다. 이 블레즈형의 이산적인 위상을실제의 재질의 두께로서 환산하기 때문에, 회절면의 표면은 이산적인 블레즈 형상이고, 그 높이는 파장의 정수배의 위상차를 주는 두께 량으로 된다.
도 22는 비구면의 단면형상과 회절면의 단면형상을 설명하기 위한 도면이다. 비구면의 단면형상(ASP_Sag)은 상기 수학식 20에 의한 것이고, 회절면의 단면형상(DOE_Sag)은 수학식 21에 의한 것이다. 회절면의 위상을 굴절면의 새그량과 동일 차원으로 하는 것은 굴절율차로 위상을 제산한다.
도 23은 굴절·회절 복합면의 형상을 설명하기 위한 도면이다. 굴절 및 회절 복합면의 새그량을 Sag(r)로 하면, 다음의 수학식 22와 같이 표기할 수 있다.
상기 수학식 22에 있어서, Sag(r)=0이 되면, 위상은 완전한 평면으로 되기 때문에, 입사한 광에 대하여 어떠한 영향도 미치지 않고, 광을 출사시키게 된다. 이 경우의 회절면의 형상은 파장의 정수배의 위상을 주는 두께 량을 1단으로 하는 수직한 계단형상으로 된다. 즉, Sag(r)=0의 해는 다음의 수학식 23에 나타내는 것같이, 각 차수의 계수를 상쇄하여 0으로 하도록 선택하면 좋게 된다.
또한, 2차의 계수는 근축영역에서 굴절면과 회절면의 각각의 굴절력이 상쇄되어 0으로 되어 있는 것을 의미한다.
이상에 설명한 것같이, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35, 35A)는 이상에 기재한 각 조건을 렌즈의 초기설정으로서 벤딩 및 비구면게수의 최적화에 의해 설계하는 것이 가능하다.
최후에, 본 발명에 관계되는 대물렌즈(35, 35A)를 구체화한 수치예를 나타낸다.
도 24는 대물렌즈(35)의 수치예의 렌즈구성을 나타내는 것이다.
본 수치예에 있어서는 굴절형 렌즈(35r)의 석재에는 LAH53이 이용되고 있다. 또한, 대물렌즈(35)와 상면(광디스크(100)의 기록층)과의 사이에는 폴리카보네이트제의 보호커버(42)가 배치되어 있다.
그런데, 보호커버(42)의 두께는 0.3mm이하인 것이 바람직하다.
이 대물렌즈(35)의 수치예와 후술하는 대물렌즈(35A)의 수치예는 보호커버(42)의 두께를 0.1mm로서 설계한 것이다. 이것은 보호커버(42)가 0.3mm이상이면, 보정이 곤란하게 되는 등의 구면수차가 발생하게 되지만, 보호커버(42)가 0.3mm이하의 경우에는 구면수차의 발생을 억제할 수 있기 때문이다.
이하의 표3에 대물렌즈(35)의 수치예의 각 수치를 나타낸다. 또한, 상술한 것같이, 「ri」은 광원측에서 세어서 i번째의 면(Si)의 곡률반경, 「di」는 광원측에서 세어서 i+1번째의 면과의 사이의 광축상에 있어서의 면간격을 나타내는 것으로 한다.(이하의 표 5에 있어서도 동일하다)
ri di 재질
r1= 1.417 d1= 0.01 수지
r2= 1.417 d2= 1.51 LAH53
r3= 4.093 d3= 0.74
r4= ∞ d4= 0.10 폴리카보네이트
상면 = ∞
표 4에 대물렌즈(35)의 수치예의 복합면인 제 1면(S1)(회절면(S1d) 및 굴절면(S1r)), 제 2면(S2) 및 제 3면(S3)의 원추정수(k) 및 4차 내지 20차의 비구면계수 A 내지 J를 나타낸다. 또한, 표 2중의 「E」는 10을 밑으로 하는 지수표현을 표시하는 것으로 한다(후술하는 동종의 표에 있어서도 동일).
S1d S1r S2 S3
K(C1) -3.527E-03 -6.324E-01 -6.324E-01 -16.836
A(C2) -1.894E-04 +1.267E-02 +1.267E-02 -7.755E-03
B(C3) -2.090E-04 -6.013E-04 -6.013E-04 -5.502E-03
C(C4) +3.005E-05 +1.023E-03 +1.023E-03 +3.409E-03
D(C5) -4.74E-04 -4.74E-04 +2.808E-03
E(C6) -1.901E-03
F(C7) -2.970E-04
G(C8) +3.010E-06
H(C9) +2.979E-04
J(C10) -8.878E-05
도 25a는 기수치예에 있어서의 구면수차를 나타내고, 도 25b는 비점수차를 나타내고, 도 25c는 왜곡수차를 나타낸다. 또한, 각 수차도에 있어서, 실선은 405nm, 파선은 403nm 및 일점쇄선은 407nm에 있어서의 값을 나타내는 것이고, 비점수차도에 있어서, 굵은 선은 사지탈 상면, 세선은 탄젠셜 상면에 있어서의 값을 나타내는 것이다(후술하는 동종의 도면에 있어서도 동일). 또, 상기 수치예에 있어서의 회절 기준파장은 405nm, 설계차수N은 10차이고, 설계파장은 405nm(403nm 내지 407nm), 개구수는 0.85이다. 도 25a 내지 25c의 각 수차도에 나타내는 것같이, 상기 수치예에 있어서는 대물렌즈(35)의 색수차가 효과적으로 보정되고 있는 것을 안다.
도 26은 본 발명에 관계되는 다른 대물렌즈(35A)의 수치예의 렌즈구성을 나타내는 것이다.
본 수치예에 있어서는 굴절형 렌즈(35r)의 석재에는 상술한 대물렌즈(35)의 경우와 동일하게, 전출의 LAH53이 이용되고 있다. 또한, 제 2렌즈(L2)의 상면(광디스크(100)의 기록층)과의 사이에는 폴리카보네이트제의 보호커버(42)가 배치되어 있다.
이하의 표 5에 대물렌즈(35A)의 수치예의 각 수치를 나타낸다.
ri di 석재
r1= 1.454 d1= 0.10 수지
r2= 1.454 d2= 1.50 LAH53
r3= 4.121 d3= 0.01 수지
r3= 4.121 d4= 0.78
r5= ∞ d5= 0.10 폴리카보네이트
상면 = ∞
표 6에 대물렌즈(35A)의 수치예의 복합면인 제 1면(S1)(회절면(S1d) 및 굴절면(S1r)), 제 2면(S2) 및 제 3면(S3) 및 복합면인 제 4면(S4)(회절면(S4d) 및 굴절면(S4r))의 원추정수(k) 및 4차 내지 20차의 비구면계수 A 내지 D를 나타낸다.
K(C1) A(C2) B(C3) C(C4) D(C5)
S1d -1.638E-03 +3.320E-04 -1.740E-04 +4.250E-05
S1r -6.807E-03 +1.862E-02 -7.617E-04 +2.446E-03 -7.848E-04
S2 -6.807E-03 +1.862E-02 -7.617E-04 +2.446E-03 -7.848E-04
S3 -1.000E+00 +8.237E-02 -1.658E-01 +1.301E-01 -2.372E-02
S4d -6.430E-02 -4.366E-02 +8.789E-02 -5.465E-02 +1.257E-02
S4r -1.000E+00 +8.237E-02 -1.658E-01 +1.301E-01 -2.372E-02
도 27a에 상기 수치예에 있어서의 대물렌즈(35A)의 구면수차를 나타내고, 도 27b에 비점수차를 나타내고, 도 27c에 왜곡수차를 나타낸다. 회절 기준파장은 405nm, 제 1면 회절면(S1d)의 설계차수N은 10차이고, 제 4면 회절면(S4d)의 설계차수N은 1차이고, 설계파장은 405nm(403nm 내지 407nm), 개구수(NA)는 0.85이다. 도 27a 내지 27c의 각 수차도에 나타내는 것같이, 상기 수치예에 있어서의 대물렌즈(35A)에 있어서도, 색수차가 효과적으로 보정되고 있는 것이 판단된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈(35)는 상술한 것같은 구성으로 함으로써, 레이저 발광소자(37)에서의 레이저광의 파장이 변화하여도 축상 색수차를 거의 제로로하는 것이 가능하게 되고, 필요한 개구수를 유지한 채로, 작동거리를 크게 취하는 것도 가능하게 되는 동시에, 베이스면의 곡률을 작게 억제할 수 있기때문에, 블레즈형상의 가공이 용이하게 된다.
또, 본 발명에 관계되는 다른 예의 대물렌즈(35A)도 상술한 것같은 구성으로 함으로써, 상술의 대물렌즈(35)에 있어서의 효과에 더하여, 상고특성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다. 다른 예의 대물렌즈(35A)에 있어서는 복합면(S4)의 회절면(S4d)은 단면형상에서 계단형상이 되도록 되어 있으므로, 복합면(S4)의 외주부분에 있어서도 회절효율이 저하하지 않는다는 이점을 가진다.
본 발명에 관계하는 대물렌즈(35 및 35A)는 ±2nm의 파장의 변동에 대하여 색수차를 0.01㎛/㎚ 정도로 모을수 있기 때문에, 광학픽업 및 광디스크 드라이브장치에 있어서, 정보의 기입 및 재생을 안정하게 행하는 것이 가능하게 되는 동시에, 회절한계까지 레이저광의 스포트지름을 좁힐 수 있으므로, 트랙피치를 좁게 함으로써 정보의 기록밀도를 높인 규격의 광디스크에 대응한 충분한 성능을 가지는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계하는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서는, 굴절형 렌즈(35r)에 글래스제의 단옥렌지를 사용하였으므로, 부품갯수의 삭감 및 소형화 및 경량화가 가능하게 되고, 광학픽업으로의 조립시에 있어서 조립을 용이하게 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계하는 대물렌즈(35 및 35A)는 가장 광원측에 위치하는 면에 금속 등의 박막으로 이루는 어퍼쳐를 설치함으로써 렌즈주연부를 사용하지 않으므로, 광학특성이 양호한 부분만을 사용하도록 제한하여, 렌즈조립시에 있어서의 제조오차를 억제하고, 성능을 안정화시키는 것이 가능하게 된다.
금후의 광디스크의 주류가 되는 기입가능한 광디스크에 대응한 레이저 파워가 큰, 즉, 레이저 파워를 변동시켜서 레이즈 노이즈를 저감하는 수단을 갖춘 광학픽업에 본 발명의 대물렌즈(35 및 35A)를 채용함으로써, 고밀도 기록정보의 재생 및 기록성능을 향상시키는 것도 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 관계하는 대물렌즈(35 및 35A)에 있어서는, 금형(52)의 전사면(22a)의 가공시에 있어서, 금형(52)의 재료인 (23)에 대한 바이트(56)의 이동을 최적으로 컨트롤함으로써 상기 구조(37)를 주기가 기준파장의 1/2정도이고, 진폭이 기준파장의 1/2정도의 주기구조를 가지는 동심원형으로 형성하고, (67)이 복합면(S1또는 S4)의 형상과 함께 전사됨으로써, 복합면(S1또는 S4)의 표면에 블레즈형상 보다도 더욱 미세한 요철형상으로 형성하였으므로, 금형(52)의 불연속 구조(67)가 전사되게 되어도 상관없이 연마하는 것이 불가능한 복합면(S1또는 S4)에 있어서의 투과율을 90% 이상으로 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관계되는 대물렌즈를 채용한 광학픽업을 이용함으로써, 고밀도 기록정보의 재생 및 기록성능이 향상한 디스크 드라이브장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 각 실시의 형태에 있어서 나타낸 각부의 구체적인 형상 및 구조는 어느 것도 본 발명을 실시할 때 행하는 구체화의 일예를 나타낸 것에 불과하고, 이들에 의해 본 발명이 한정적으로 해석되는 것은 아니다.
상술한 것같이, 본 발명에 관계되는 대물렌즈, 이 대물렌즈를 이용한 광학픽업 및 디스크 드라이브장치는 420nm 이하를 기준으로 하는 수 nm이내의 파장범위에 대하여 색수차를 효과적으로 보정함으로써, 회절한계까지 레이저광의 스포트지름을 좁히는 것이 가능하게 되므로, 트랙피치를 좁게 함으로서 정보의 기록밀도를 높인 규격의 광기록매체에 대응하는 것이 가능하게 된다.

Claims (27)

  1. 물체측에서 순서대로, 비구면으로 이루어지는 제 1면과 비구면으로 이루어지는 제 2면을 갖고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과,
    상기 비구면으로 이루어지는 제 2면과 비구면으로 이루어지는 제 3면을 갖는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고,
    기준파장이 420nm이하이고, 또한 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되고 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1면이 회절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2면이 회절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3면으로부터 상점까지의 작동거리가 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회절면을 포함하는 제 1면 또는 제 2면의 어느 한 편은 비구면 계수의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  6. 제 5항에 있어서,
    제 1면 및 제 2면은 동일 베이스 곡률 및 비구면 계수를 갖는 비구면인 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1면 또는 상기 제 2면이 회절면으로 된 수지층은 투과위상형인 동시에, 상기 제 1면 또는 상기 제 2면이 블레즈 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1면의 외주측에 어퍼쳐가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 회절면은 설계차수가 2차 이상으로 된 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수지층은 0.1mm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 글래스제 렌즈는 420nm 이하의 파장의 광에 대한 굴절률이 1.65이상의 석재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 글래스제 렌즈는 메니스커스 형상인 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 회절면이 형성된 제 1면 또는 제 2면의 표면에 주기가 기준파장의 거의 1/2로 진폭이 기준파장의 거의 1/2의 주기구조를 가지고, 상기 회절면의 요철형상보다도 미세한 동심원형의 요철형상이 형성된 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3면과 상면과의 사이에 0.3mm 이하의 두께를 가지는 보호커버가 배치되는 동시에, 보호커버에 기인하는 구면수차를 보정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 더욱이 상기 비구면으로 이루는 제 3면과 비구면으로 이루는 제 4면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면이 회절면을 포함하는 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 3면이 회절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제 4면이 회절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제 3면 또는 상기 제 4면이 회절면으로 된 수지층은 투과위상형인 동시에, 상기 제 3면 또는 상기 제 4면이 블레즈 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업용 대물렌즈.
  19. 레이저광을 출사하는 레이저 발광소자와, 레이저광을 광기록매체의 기록층에 집광시키는 대물렌즈와, 레이저광을 수광하는 수광소자와, 상기 레이저 발광소자로부터 출사된 레이저광을 대물렌즈에 입사시키는 동시에 광기록매체의 기록층에서 반사되고 상기 대물렌즈를 투과한 레이저광을 수광소자에 입사시키는 광학소자를 갖는 광학픽업이며,
    상기 대물렌즈는 물체측에서 순서대로 비구면으로 이루는 제 1면과 비구면으로 이루는 제 2면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과 상기 비구면으로 이루는 제 2면과 비구면으로 이루는 제 3면과를 가지는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm 이하이고, 또한 상기 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되어 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제 3면으로부터 상점까지의 작동거리가 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제 3면과 상면과의 사이에 0.3mm 이하의 두께를 가지는 보호커버가 배치되는 동시에, 상기 대물렌즈는 상기 보호커버에 기인하는 구면수차를 보정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 레이저 발광소자는 파장을 420nm 이하로 하는 레이저광을 출사하는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 더욱이 상기 비구면으로 이루는 제 3면과 비구면으로 이루는 제 4면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면이 회절면을 포함하는 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  24. 회전하는 디스크형상을 이루는 광기록매체에 대하여 상기 광기록매체의 반경방향에 이동자재로 된 광학픽업에 의해 정보의 기록 및 재생을 행하는 디스크 드라이브장치이며,
    상기 광학픽업은 420nm 이하의 파장의 레이저광을 출사하는 레이저 발광소자와, 레이저광을 광기록매체의 기록층에 집광시키는 대물렌즈와, 레이저광을 수광하는 수광소자와, 상기 레이저 발광소자로부터 출사된 레이저광을 대물렌즈에 입사시키는 동시에 광기록매체의 기록층에서 반사되고 상기 대물렌즈를 투과한 레이저광을 수광소자에 입사시키는 광학소자를 가지고,
    상기 대물렌즈는 물체측에서 순서대로 비구면으로 이루는 제 1면과 비구면으로 이루는 제 2면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면에 회절면을 포함하는 수지층과상기 비구면으로 이루는 제 2면과 비구면으로 이루는 제 3면과를 가지는 글래스제의 렌즈에 의해 구성되고, 기준파장이 420nm 이하이고, 또한 상기 기준파장의 수 nm 이내의 파장범위에 대하여, 광축상의 상면에 있어서의 색수차가 보정되어 있는 동시에, 0.8이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제 3면으로부터 상점까지의 작동거리가 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브장치.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 제 3면과 상면과의 사이에 0.3mm 이하의 두께를 가지는 보호커버가 배치되는 동시에, 상기 대물렌즈는 상기 보호커버에 기인하는 구면수차를 보정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브장치.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 더욱이 상기 비구면으로 이루는 제 3면과 비구면으로 이루는 제 4면을 가지고, 적어도 어느 한편의 면이 회절면을 포함하는 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브장치.
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