KR20030053010A - 광 픽업 장치 및 광학 소자 - Google Patents

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KR20030053010A
KR20030053010A KR1020020081009A KR20020081009A KR20030053010A KR 20030053010 A KR20030053010 A KR 20030053010A KR 1020020081009 A KR1020020081009 A KR 1020020081009A KR 20020081009 A KR20020081009 A KR 20020081009A KR 20030053010 A KR20030053010 A KR 20030053010A
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이께나까기요노
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코니카가부시끼가이샤
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Abstract

광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자이며, 광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되는 광로차 부여 부분과 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 구비한 굴절 부분을 구비한다. 광학 소자는 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 식 ｜△fB/(λ-λ0)｜<2000을 만족시킨다.

Description

광 픽업 장치 및 광학 소자{OPTICAL PICKUP APPARATUS AND OPTICAL ELEMENT}
본 발명은, 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치, 및 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자(렌즈)에 관한 것이다.
MO, CD, DVD 등의 광 디스크(광 정보 기록 매체)에 대해서 데이터를 기록하고, 또 재생하기 위한 광 픽업 장치가 개발되어, 여러 가지 용도로 이용되고 있다.
이들 광 픽업 장치에서는, 파면이 균일하게 맞춰진 광속(레이저 광속)이 이용되고 있다.
MO를 비롯한 광 자기 기록방식의 광 디스크나, DVD-R 등의 유기색소 기록방식의 광 디스크, DVD-RW 등의 상 변화 기록방식의 광 디스크에서는, 데이터의 기입 시에는, 레이저 발진기에 주입하는 전류량을 증가시켜서 레이저 빔의 에너지 밀도(파워)를 높이고, 판독시에는, 레이저 발진기에 주입하는 전류량을 감소시켜서 레이저 빔의 에너지 밀도를 낮추고 있다.
예를 들면, MO에 데이터를 기입하기 위해서는, MO의 자성층에 레이저 빔을 조사해서 150℃ 내지 300℃의 퀴리점까지 온도를 높여, 데이터의 재기입이 가능한 상태를 만들어 낸다. 이 부위에, 바이어스 마그넷으로 자력을 주면, 데이터의 기입을 행할 수 있다.
MO의 라이트 시의 동작은 디스크가 3회전하는 동안에 소거, 기입, 베리파이(대조)의 3개의 동작을 행한다.
고속회전하고 있는 MO디스크의 뒤쪽에 바이어스 마그넷을 가까이 하는 동시에, 데이터를 기입하는 섹터에 대해서 강한 레이저 광속을 조사해서 온도를 높이고, 자화방향을 일정하게 맞춘다. 이것이 소거동작에서, 모두 0의 데이터를 기입하게 된다.
다음 2주째에서는, 바이어스 마그넷의 방향을 역향으로 해서, 하나의 데이터를 기입하는 장소에만 단속적으로 강한 레이저 광속을 조사해서 온도를 높이고, 자성체의 자화방향을 변화시킨다.
그리고 3주째에서는, 약한 레이저 광속을 자성층에 쪼이고, 그 반사광의 편향각도를 조사함으로써, 기입한 데이터를 판독하여, 바르게 기입했는지의 여부를 확인한다.
DVD-RW에 데이터를 기입하기 위해서는, 그 기록층에 강한 레이저 광속을 조사해서 400℃까지 온도를 상승시키면, 기록층의 분자가 한 방향으로 정렬한 결정상태가 된다. 또, 더욱 강한 레이저 광속을 조사해서 600℃이상으로 온도를 상승시키면, 기록층이 녹아서 분자가 뿔뿔이 흩어진 상태가 되고, 그 후 디스크가 회전해서 레이저 광속이 쪼여지지 않게 되어 온도가 낮아지면, 비결정(아모르포스)상태로 굳어진다. 결정상태의 부분과 비결정상태의 부분에서는, 빛의 반사율이 다르므로, 디스크에 약한 레이저 광속을 쪼여서 반사광의 강약을 조사함으로써, 기입한 데이터의 판독을 행한다.
이상과 같이, MO나 DVD-RW 등, 데이터의 기입이 가능한 광 디스크에서는, 데이터의 판독과 기입이 교대로 반복해서 행하여진다. 그리고, 판독 상태에서 기입상태로 전환될 때에, 레이저 발진기에서 출사되는 레이저 광속의 파워가 상승함에 따라, 레이저 광속의 파장이 순간적으로 길어진다(「모드 홉」).
레이저 광속의 파장이 길어지면, 렌즈를 구성하는 재질의 분산 특성에 의해, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치가, 대물 렌즈로부터 먼 쪽으로 이동한다(「축상 색수차」). 즉, 집광 스폿의 위치가, 광 디스크의 기록면에서 어긋나 버려, 광 디스크에 정보를 기입할 때에 에러가 발생할 우려가 있다.
MO에 적용되는 레이저 광속의 파장은 600 내지 700nm이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동은, 0.수nm 정도이다. 이 정도의 파장의 변동에 대해서, 축상 색수차의 보정을 행할 필요가 있다.
또, 현재 시장에 공급되어 있는 DVD보다도 기록밀도가 큰 고밀도 DVD(HD-DVD) 및 그 광 픽업 장치의 개발이 현재 진척되고 있다. HD-DVD에 적용되는 레이저 광속의 파장은 400 내지 500nm이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동은, 수nm정도이다. 또한, HD-DVD에 적용되는 레이저 광속의 파장은, MO에 이용되는 레이저 광속의 파장보다 짧기 때문에, 축상 색수차가 커진다. 따라서, MO보다도, 축상 색수차의 보정을 행할 필요성이 높다.
본 발명은, 광 정보 기록 매체의 판독 상태에서 기입 상태로의 이행시에 레이저 광속의 파장이 순간적으로 변화되는 모드 홉의 발생 빈도가 높아도, 이 모드 홉에 기인하는 초점의 어긋남을 억제하여, 광 정보 기록 매체에의 데이터의 기입 시의 에러를 방지할 수 있는 광 픽업 장치, 및 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의, 굴절 기능에 의한 광선의 광로와, 굴절 기능과 광로차 부여 기능에 의한 광선의 광로의 개략도.
도2는 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 일예의 전체구성의 개략도.
도3은 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 일예인 다고리띠 위상차 렌즈의 개략을 도시하는 측면도.
도4는 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 일예인 다고리띠 위상차 렌즈의 개략을 도시하는 정면도.
도5는 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 일예인 다고리띠 위상차 렌즈에, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때의 세로구면 수차도.
도6은, 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 다른 일예인 다고리띠 위상차 렌즈에 입사하는 광속의 파장이, 사용 기준 파장 λ0의 전후에서 변동했을 때의, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 변동을 도시하는 도면.
도7은, 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 일예인 다고리띠 위상차 렌즈에, 사용 기준 파장 λ0과는 다른 파장의 λ의 광속이 입사했을 때의 파면의 개략도.
도8은, 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 있어서의 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자, 또는 본 발명에 따른 광학 소자의 다른 일예인 다고리띠 위상차 렌즈에 입사하는 광속의 파장이, 사용 기준 파장 λ0의 전후에서 변동했을 때의, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 변동을 도시하는 도면.
도9는 2개의 광학 소자로 구성되는 실시예를 도시하는 도면.
도10은 DVD/CD 호환용의 유한광/무한광용의 대물 렌즈의 단면도.
도11은 도10의 대물 렌즈를 넣고, 무한광을 이용한 광 픽업 장치의 개략도.
도12는 도10의 대물 렌즈를 넣고, 유한광을 이용한 광 픽업 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 광 픽업 장치
6 : 광축
8 : MO
9 : HD-DVD
11, 21 : 다고리띠 위상차 렌즈
12, 22 : 콜리메이터 렌즈
13 : 편광 빔 스프리터
1. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치이며,
이 광 픽업 장치의 광학계에 있어서의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능을 가지는 제1의 광학 소자와,
동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 가지는 제2의 광학 소자를 구비하고,
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 광속이 입사할 때에, 축상 색수차가 보정되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자는, 플라스틱이나 유리 등, 소정의 굴절률을 가지는 재료로 형성된 렌즈 등이다.
또, 여기에서 말하는 「최적」이란, 광선수차가 거의 무수차(세로구면 수차의 변동폭이 0.01mm정도보다 작음)인 것을 의미한다.
또한, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배란, 광로차 부여량을 △L, k를 임의의 정수라고 하면, 식 (k-0.2)λ0≤△L≤(k+0.2)λ0의 범위를 나타낸다.
또, 정보 기록면에 거의 수차(파면수차) 없이 집광한다고 하는 것은, 0.030λrms 이하인 것을 나타낸다.
1번의 기재의 구성에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1 [nm])의 광속이 입사할 때에도, 축상 색수차가 보정되므로, 광 정보 기록 매체의 데이터 판독 상태로부터 데이터 기입 상태로 전환되는 순간에 생기는 모드 홉 등에 의해 입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 이것과는 다른 사용파장λ(｜λ -λ0｜<1[nm])으로 변화되어도, 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 데이터를 기입할 때에 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
2. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치이며,
이 광 픽업 장치의 광학계에 있어서의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능을 가지는 제1의 광학 소자와,
동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 가지는 제2의 광학 소자를 구비하고,
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고,
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하고, 식 ｜△fB/(λ-λ0)｜<2000을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자는, 플라스틱이나 유리 등, 소정의 굴절률을 가지는 재료로 형성된 렌즈 등이다.
2번 기재의 구성에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의해 부여되는 위상차는 없고, 제2의 광학 소자는, 그 입사면과 출사면이, 광선수차가 무수차가 되는 비구면으로 설계된다. 따라서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자를 통과하는 광속은, 거의 수차 없이 집광된다.
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 광속이 입사되면, 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로, 굴절 기능에 의해, 사용 기준 파장 λ0에서 최적의 집광 스폿이 되는 위치에서 파면수차가 생긴다.
제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의한 위상차 부여량Ψ(λ0)과, 고리띠의 두께의 차(d)의 관계는, n(λ0)을 굴절률, k를 정수로 하고, 하기 식으로 나타내어진다.
여기서 말하는, 고리띠의 두께의 차(d)란, 도1에 도시하는 바와 같이, 어떤 고리띠의 연장과, 광축을 포함하는 제1고리띠의, 광축방향의 두께의 차를 의미하고 있다. 제1고리띠는, 비구면식으로 나타내어지고, 그 식에 따라서 연장된다.
입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 변화되는 것에 의한, 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)은, 파장의 변화에 따른 제2의 광학 소자의 굴절률의 변화를 δ로 하고, 하기 식으로 나타내어진다.
이것은, 입사파장의 변화에 의해, 고리띠의 두께의 차(d)에 의한 위상차 변화량과, 제1의 광학 소자의 굴절률의 색분산에 의한 위상차 변화량의 양쪽에 의해 발생하는 것이다.
이 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)과 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로 굴절 기능에 의해 생긴 파면수차가 서로 없애는 방향으로 고리띠의 두께를 형성하면, 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광선의 광로 길이가 길어진다. 또, 고리띠의 두께의 차(d)와, 각 고리띠의, 광축에 수직인 방향의 내경 및 외경은, 대상으로 하는 광학계의 사용 기준 파장 λ0, 광학 소자를 구성하는 소재, 개구수에 의해 결정된다.
또, 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 파장이 변화될 때, 반드시 광축상의 같은 위치에서 파면수차가 거의 무수차가 되도록 보정하지 않더라도, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 하기 식의 범위내에 들어가 있으면, MO에 있어서 모드 홉 시에 기입 에러를 방지할 수 있다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<2000 …(3)
기하광학적인 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하가 되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 폭을, 초점심도(λ0/2NA2)라고 한다. 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하이면, 광 디스크를 판독하기 위해서 필요한 집광 스폿의 강도를 얻을 수 있다.
MO의 광 픽업 장치에서는, 사용 기준 파장 λ0은 600 내지 700nm정도, 개구수NA는 0.5 내지 0.6정도이므로, 이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 1.4 내지 2.0λ0정도가 된다. 또, MO의 광 픽업 장치에서 발생하는 모드 홉시의 파장의 변동량｜λ-λ0｜는, 0.수nm정도이다. 따라서, 식(3)을 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB은, 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
3. 2번 기재의 광 픽업 장치에 있어서,
상기 사용 기준 파장 λ0는, 하기 식인 것을 특징으로 한다.
600nm <λ0<700nm
3번 기재의 구성에 따르면, 사용 기준 파장 λ0은, 600nm <λ0<700nm이므로, MO에 데이터를 읽어 기입하는데 이용되는 파장 600nm 내지 700nm의 레이저광속에 대해서, 1번의 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
4. 3번 기재의 광 픽업 장치에 있어서,
상기 제1의 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 3 내지 30 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
4번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어 기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 3 내지 30인 것이 바람직하다. 4번 기재의 구성에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 3번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
5. 3번 또는 4번 기재의 광 픽업 장치에 있어서,
상기 광학계의 개구수NA가 0.65이하인 것을 특징으로 한다.
4번 기재의 구성에 따르면, 광학계의 개구수NA가 0.65이하이므로, MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서 필요한 개구수 0.5 내지 0.6에 대해서, 2번 또는 3번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 1.2λ0이상이 되기 때문에, 광학계에의 입사 광속의 모드 홉에 의한 파장의 변동률｜(λ-λ0)/λ0｜이 하기 식일 때, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
｜(λ-λ0)/λ0｜<5.9×10-4…(4)
MO의 경우, 사용 기준 파장 λ0은 600 내지 700nm정도이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 0.수nm정도이기 때문에, 식(4)는 거의 만족되고, 모드 홉에 의한 MO의 기입 시의 에러를 방지할 수 있다.
6. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에, 광원으로부터 출사되는 광속을 집광시키는 광 픽업 장치로서,
이 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 가지는 제1의 광학 소자와,
동 광학계의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 광축방향으로 서로 다른 두께로 형성되는동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 상기 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능을 가지는 제2의 광학 소자를 구비하고,
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 수차 없이 집광하고,
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<2[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하고, 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<150 …(5)
6번 기재의 구성에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의해 부여되는 위상차는 없고, 제2의 광학 소자는, 그 입사면과 출사면이, 광선수차가 무수차가 되는 비구면으로 설계된다. 따라서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자를 통과하는 광속은, 거의 수차 없이 집광된다.
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<2[nm])의 광속이 입사되면, 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로, 굴절 기능에 의해, 사용 기준 파장 λ0으로 최적의 집광 스폿이 되는 위치에서 파면수차가 생긴다.
제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의한 위상차 부여량Ψ(λ0)과, 고리띠의 두께의 차(d)의 관계는, n(λ0)을 굴절률, k를 정수로 하고, 상기 식(5)로 나타내어진다.
입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 변화되는 것에 의한, 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)은, 파장의 변화에 따른 광학 소자의 굴절률의 변화를 δ로 하고, 상기 식(5)로 나타내어진다. 이것은, 입사파장의 변화에 의해, 고리띠의 두께의 차(d)에 의한 위상차 변화량과, 제1의 광학 소자의 굴절률의 색분산에 의한 위상차 변화량의 양쪽에 의해 생기는 것이다.
이 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)과 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로 굴절 기능에 의해 생긴 파면수차가 서로 없애는 방향으로 고리띠의 두께를 형성하면, 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광선의 광로 길이가 길어진다. 또, 고리띠의 두께의 차(d)와, 각 고리띠의, 광축에 수직인 방향의 내경 및 외경은, 대상으로 하는 광학계의 사용 기준 파장 λ0, 광학 소자를 구성하는 소재, 개구수에 의해 결정된다.
또, 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 파장이 변화될 때, 반드시 광축상의 같은 위치에서 파면수차가 거의 무수차가 되도록 보정하지 않더라도, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 하기 식의 범위내에 들어가 있으면, HD-DVD에 있어서 모드 홉시에 기입 에러를 방지할 수 있다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<150 …(5)
기하광학적인 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하가 되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 폭을, 초점심도(λ0/2NA2)라고 한다. 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하이면, 광 디스크를 판독하기 위해서 필요한 집광 스폿의 강도를 얻을 수 있다.
HD-DVD의 광 픽업 장치에서는, 사용 기준 파장 λ0은 400 내지 500nm정도, 개구수NA는 0.65 내지 0.85정도이므로, 이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 0.69λ0내지 1.2λ0정도가 된다. 또, HD-DVD의 광 픽업 장치에서 발생하는 모드 홉시의 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 수nm정도이다. 따라서, 식(5)를 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB은, 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
7. 6번 기재의 광 픽업 장치에 있어서, 상기 사용 기준 파장 λ0는, 하기 식인 것을 특징으로 한다.
400nm <λ0<500nm
7번 기재의 구성에 따르면, 사용 기준 파장 λ0은, 400nm <λ0<500nm이므로, HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하는데 이용되는 파장 400nm 내지 500nm의 레이저 광속에 대해서, 6번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
8. 7번 기재의 광 픽업 장치에 있어서,
상기 제1의 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 20 내지 60 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
8번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면의 최대 오차량을 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 최저 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면의 최대 오차량을 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나누어서 정해지는 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 20 내지 60인 것이 바람직하고, 8번 기재의 구성에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 7번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
9. 7번 또는 8번 기재의 광 픽업 장치에 있어서,
상기 광학계의 개구수NA가 0.9이하인 것을 특징으로 한다.
9번 기재의 구성에 따르면, 7번 또는 8번과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 광학계의 개구수NA가 0.9이하이므로, HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서 필요한 개구수 0.65 내지 0.85에 대해서, 7번 또는 8번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 0.62λ0이상이 되기 때문에, 광학계에의 입사 광속의 모드 홉에 의한 파장의 변동률｜(λ-λ0)/λ0｜이, 하기 식일 때, (7)식이 만족되고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
｜(λ-λ0)/λ0｜<4.1×10-3…(6)
HD-DVD의 경우, 사용 기준 파장 λ0은 400 내지 500nm정도이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 수nm정도이기 때문에, 식(6)은 거의 만족되고, 모드 홉에 의한 HD-DVD의 데이터 기입 시의 에러를 방지할 수 있다.
10. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자로서,
이 광 픽업 장치의 광학계에 있어서의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능과,
동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 구비하고,
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고,
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하고, 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<2000
10번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 이 광학 소자의 굴절 기능에 의한 구면수차는 오버가 되도록 설계된다. 그렇지만, 이 광학 소자는, 굴절 기능과 광로차 부여 기능의 쌍방을 가지기 때문에, 입사광선에 대해서, 실질적으로 광학 소자가 두꺼워진 경우와 동일한 효과가 생긴다. 도1에 도시하는 바와 같이, 굴절 기능만을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선에 비교해서, 광학 소자가 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선의, 광학 소자내에 있어서의 광로 길이는 길어지고, 그 결과로서, 광학 소자의 굴절 기능에 의해 오버가 된 구면수차가, 언더가 되는 작용을 받아, 거의 무수차가 되는 것이다.
여기에서 말하는 「언더」란, 오버의 반대이고, 입사광선이 광축으로부터 멀어짐에 따라서, 입사광선이 광축과 교차하는 위치가 광학 소자에 근접하는 것을 의미한다. 단, 국소적으로, 또는 개구수가 높은 일부의 영역에 있어서, 광학 소자보다 먼 쪽에서 광축과 교차하는 경우도 포함한다.
10번 기재의 광학 소자의 면형상은, 기본적으로는, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 단순히 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 되는 수가 있다.
그렇지만, 개구수가 커지고, 광학 소자의 면의 곡률반경이 작아지면, 광로 길이를 엄밀하게 고려할 필요가 생기기 때문에, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시키는 것 만으로는, 상기의 기능을 달성할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 굴절 기능을 완수하는 굴절면의 형상도 변화시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 된다.
이와 같이, 10번 기재의 구성에 따르면, 2번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
11. 10번 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 사용 기준 파장 λ0은, 하기 식인 것을 특징으로 한다.
600nm<λ0<700nm
11번 기재의 구성에 따르면, 3번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
12. 11번 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 3 내지 30 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
12번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다. 그러나, 광학 소자가 광로차 부여 기능과 굴절 기능을 겸비하고 있는 경우에는, 특히 개구수가 커짐에 따라, 그 값으로부터의 어긋남이 커진다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 3 내지 30인 것이 바람직하다. 12번 기재의 발명에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 11번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
13. 11번 또는 12번 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 광학 소자의 개구수가 0.65이하인 것을 특징으로 한다.
13번 기재의 구성에 따르면, 5번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
14. 11번 내지 13항 중 어느 한 항 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 상기 광학 소자를 통과하는 광선이, 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.02mm이하인 것을 특징으로 한다.
여기에서 말하는, 「가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선」이란, 광학 소자의 개구수에 상당하는 광선을 나타낸다.
14번 기재의 구성에 따르면, 11번 내지 13번 중 어느 한 항 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 입사 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.02mm이하이므로, 사용 기준 파장 λ0의 광속은, 굴절 기능과 광로차 부여 기능에 의해, 거의 무수차가 된다.
15. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자로서,
이 광 픽업 장치의 광학계에 있어서의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능과,
동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 구비하고,
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고,
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<2[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하고, 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<150
15번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 이 광학 소자의 굴절 기능에 의한 구면수차는 오버가 되도록 설계된다. 그렇지만, 이 광학 소자는, 굴절 기능과 광로차 부여 기능의 쌍방을 가지기 때문에, 입사광선에 대해서, 실질적으로 광학 소자가 두꺼워진 경우와 동일한 효과가 생긴다. 도1에 도시하는 바와 같이, 굴절 기능만을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선에 비교해서, 광학 소자가 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선의, 렌즈 물질내에 있어서의 광로 길이는 길어지고, 그 결과로서, 광학 소자의 굴절 기능에 의해 오버가 된 구면수차가, 언더가 되는 작용을 받아, 거의 무수차가 되는 것이다.
여기에서 말하는 「언더」란, 오버의 반대이고, 입사광선이 광축으로부터 멀어짐에 따라서, 입사광선이 광축과 교차하는 위치가 광학 소자에 근접하는 것을 의미한다. 단, 국소적으로, 또는 개구수가 높은 일부의 영역에 있어서, 광학 소자보다 먼 쪽에서 광축과 교차하는 경우도 포함한다.
15번 기재의 광학 소자의 면형상은, 기본적으로는, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 단순히 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 되는 수가 있다.
그렇지만, 개구수가 커지고, 광학 소자의 면의 곡률반경이 작아지면, 광로 길이를 엄밀하게 고려할 필요가 생기기 때문에, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시키는 것 만으로는, 상기의 기능을 달성할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 굴절 기능을 완수하는 굴절면의 형상도 변화시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 된다.
이와 같이, 15번 기재의 구성에 따르면, 6번 기재 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
16. 15번 기재의 광학소지에 있어서,
상기 사용 기준 파장 λ0은, 하기 식인 것을 특징으로 한다.
400㎚<λ0<500㎚
16번 기재의 구성에 따르면, 7번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
17. 16번 기재의 구성에 광학 소자에 있어서,
상기 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 20 내지 60 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
17번 기재의 구성에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다. 그러나, 광학 소자가 광로차 부여 기능과 굴절 기능을 겸비하고 있는 경우에는, 특히 개구수가 커짐에 따라, 그 값으로부터의 어긋남이 커진다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 20 내지 60인 것이 바람직하다. 17번 기재의 구성에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 16번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
18. 16번 또는 17번 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 광학 소자의 개구수가 0.9이하인 것을 특징으로 한다.
18번 기재의 구성에 따르면, 9번 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
19. 16번 내지 18번 중 어느 한 항 기재의 광학 소자에 있어서,
상기 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.03mm이하인 것을 특징으로 한다.
19번 기재의 구성에 따르면, 16번 내지 18번 중 어느 한 항 기재의 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 입사 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.03mm이하이므로, 사용 기준 파장 λ0의 광속은, 굴절 기능과 광로차 부여 기능에 의해, 거의 무수차가 된다.
본 발명의 광 픽업 장치, 및 광학 소자의 실시 형태를, 도면을 참조해서 설명한다.
도2는, 후술하는 제1 및 제2의 실시 형태의 광 픽업 장치(1, 2)의 전체구성의 개략도이다.
제1 및 제2의 실시 형태의 광 픽업 장치(1, 2)는, 각각 레이저 발진기(L1)로부터 출사되는, 사용 기준 파장 λ0이 685nm, 또는 405nm의 레이저 광속(광속)을, 콜리메이터 렌즈(12, 22), 후술하는 다고리띠 위상차 렌즈(11, 21)를 통과시켜서, 광축(6)상에서 MO(8), 또는 HD-DVD(9)(광 정보기록 매체)의 정보 기록면(8a, 9a)에 모아서 집광 스폿을 형성하고, MO의 정보 기록면(8a) 또는 HD-DVD의 반사면(9b)으로부터의 반사광을, 편광 빔 스프리터(13)로 받아들여, 검출기(L2)의 수광면에 다시 빔 스폿을 형성하는 것이다.
도3, 도4는, 제1 및 제2의 실시 형태에 있어서의 다고리띠 위상차 렌즈(11, 21)의 개략을 도시하는 측면도, 정면도이다.
제1 및 제2의 실시 형태에 있어서의 다고리띠 위상차 렌즈는, 본 발명에 있어서의 제2의 광학 소자(대물 렌즈)와 제1의 광학 소자(광학 소자)가 일체로 형성된 것이다.
〔제1의 실시 형태〕
본 실시 형태의 광 픽업 장치(1)는, MO의 판독 기입을 행하기 위해서 설계된 것으로서, 사용 기준 파장 λ0=685nm, 광학계의 개구수NA=0.55, 초점거리 2.7mm로서 설계되어 있다.
이 광 픽업 장치(1)에 이용되어 있는 다고리띠 위상차 렌즈(11)는, 그 굴절면(제1면(11A), 제2면(11B))의 형상, 굴절률이, 이하와 같이 설정되어 있다.
다고리띠 위상차 렌즈(11)의 렌즈 데이터를 표1에 나타낸다.
면번호 곡률반경R[㎜] 광축상의 거리d[㎜] 굴절률n
λ=675㎚ λ=685㎚ λ=695㎚
0 ∞
1 1.862 2.15 1.5368 1.5364 1.5362
2 -3.875 0.85
3 ∞ 0.6 1.58 1.58 1.58
4 ∞
표1에 있어서, 면번호 1, 2는 각각, 다고리띠 위상차 렌즈(11)의 제1면(11A), 제2면(11B)이다. 면번호 3, 4는 각각, MO의 디스크 표면, 기록층이다.
다고리띠 위상차 렌즈(11)의 제1면(11A)과 제2면(11B)의 형상을 이하에 나타낸다.
제1면(11A)은, 도3에 파선으로 나타내는 모비구면(도3에 파선에서 도시)(11a)을, 광축방향으로, 광축(6)을 중심으로 한 동심원상의 고리띠(101 내지 119)로 분할되어 있고, 광축(6)로부터 멀어짐에 따라, 두께가 늘어나도록 형성되어 있다. 서로 이웃하는 2개의 고리띠 사이의 단차는, 하나의 고리띠를 통과하는 광선과, 그 옆의 고리띠를 통과하는 광선 사이에 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배의 광로차를 생기게 하고, 또한 파면의 어긋남이 생기지 않는 길이로 설정되어 있다.
다고리띠 위상차 렌즈(11)의 제1면(11A)의 모비구면과, 제2면(11B)은, 각각, 하기 식에, 표2에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되는, 광축(6)의 주위에 축대칭의 비구면으로 형성되어 있다.
제1면 R=1.8617K=-1.0192A4=7.9758×10-3A6=7.1338×10-3A8=-1.1140×10-2A10=8.2309×10-3A12=-3.3306×10-3A14=6.9847×10-4A16=-5.8651×10-5
제2면 R=-3.8746K=-3.3168×10A4=-1.2867×10-2A6=-3.6058×10-3A8=1.1224×10-2A10=-6.5301×10-3A12=1.3368×10-3
다고리띠 위상차 렌즈(11)의 제1면(11A)에 형성된, 각 고리띠(101 내지 119)의 모비구면(11a)에 대한 광축방향의 변위량을, 표3에 나타낸다. 표3에 있어서, 광축(6)방향의 변위량은, 다고리띠 위상차 렌즈(11)의 제1면(11A)로부터 제2면(11B)을 향하는 방향을 플러스로 하고 있다.
고리띠 번호 내주 반경[㎜] 외주 반경[㎜] 제1고리띠에 대한 광축 방향의 변위량[㎛]
12345678910111213141516171819 0.0000.3800.5350.6520.7510.8360.9130.9811.0441.1011.1531.2011.2461.2881.3271.3641.4001.4341.467 0.3800.5350.6520.7510.8360.9130.9811.0441.1011.1531.2011.2461.2881.3271.3641.4001.4341.4671.500 0.00-1.29-2.58-3.89-5.20-6.53-7.86-9.21-10.56-11.92-13.29-14.67-16.06-17.46-18.86-20.28-21.70-23.13-24.56
이와 같이, 다고리띠 위상차 렌즈(11)는, 하나의 비구면식으로 나타내어지는 광학면형상(모비구면)을 광축을 중심으로 하는 동심원에 의해 복수의 고리띠로 분할하고, 서로 이웃하는 고리띠를 통과하는 광선이 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배의 광로차를 생기게 하도록, 각 고리띠의 면을 광축방향으로 시프트 함으로써 얻어지는 형상의 렌즈이다.
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 대해서 거의 무수차가 되는 렌즈를, 표6에 도시하는 바와 같이, 제0014단락에서 기술한 방법에 따라, 각 고리띠의 내경 및 외경을 결정하고, 각 고리띠의 면을 광축방향으로 평행 이동시킨다. 고리띠를 형성함으로써 광속의 광로 길이가 변화되지만, 사용 기준 파장 λ0, 사용파장λ의 광속에 대해서 파면수차가 최소가 되도록, 각 고리띠의 변위량, 면형상을 조정한다(렌즈를 재설계한다). 이것을 반복해서 행함으로써, 사용 기준 파장 λ0, 사용파장λ의 광속에 대해서 최적의 각 고리띠의 변위량, 내경, 외경, 및 모비구면의 형상이 결정된다.
이 다고리띠 위상차 렌즈(11)에 사용 기준 파장 λ0(685nm)의 레이저 광속이 입사했을 때의 세로구면 수차도를 도5에 도시한다.
또, MO의 데이터 기입 시의 모드 홉을 상정하고, 레이저 광속의 파장이, 사용 기준 파장 λ0(685nm)의 전후 1nm의 범위에서 변동했을 때의, 광축(6)상에 형성되는 집광 스폿의, 광축방향의 변동을, 다고리띠 위상차 렌즈(11)에 고리띠가 설치되어 있지 않은 「모비구면 렌즈」의 경우와 비교해서, 도6에 도시한다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 1132nm정도이며, 기하광학적으로는, 이 초점심도의 2분의 1의 범위내에, 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 광축방향의 변동량△fB이 들어가 있으면, 집광 스폿의 직경이, MO에 데이터를 읽어 기입하는데 적합한 직경(λ0/2NA이하)이 된다. 도6에 도시하는 바와 같이, 입사되는 레이저 광속의 파장의 변동폭이 사용 기준 파장 λ0의 전후 0.5nm의 범위인 경우의 집광 스폿의 광축방향의 변동량△fB은, 「모비구면 렌즈」에 대해서는, 최대로 50nm정도인데 대해, 다고리띠 위상차 렌즈(11)에 대해서는, 수nm정도에 들어가 있다.
〔제2의 실시 형태〕
본 실시 형태의 광 픽업 장치(2)는, HD-DVD의 판독 기입을 행하기 위해서 설계된 것으로서, 사용 기준 파장 λ0=405nm, 광학계의 개구수NA=0.85, 초점거리 1.76mm로서 설계되어 있다.
이 광 픽업 장치(2)에 이용되어 있는 다고리띠 위상차 렌즈(21)는, 그 굴절면(제1면(21A), 제2면(21B))의 형상, 굴절률이, 이하와 같이 설정되어 있다.
다고리띠 위상차 렌즈(21)의 렌즈 데이터를 표4에 나타낸다.
면번호 곡률 반경R[㎜] 광축상의 거리d[㎜] 굴절률n
λ=395㎚ λ=405㎚ λ=415㎚
물점 ∞
1(비구면) 1.170 2.65 1.5265 1.5249 1.5235
2(비구면) -0.975 0.34
3(커버 유리) ∞ 0.1 1.62 1.62 1.62
4 ∞
표4에 있어서, 면번호 1, 2는 각각, 다고리띠 위상차 렌즈(21)의 제1면(21A), 제2면(21B)이다. 면번호 3, 4는 각각, HD-DVD의 디스크 표면, 기록층이다.
다고리띠 위상차 렌즈(21)의 제1면(21A)과 제2면(21B)의 형상을 이하에 나타낸다.
제1면(21A)은, 도3에 파선으로 도시하는 모비구면(도3에 파선으로 도시)(21a)을, 광축방향으로, 광축(6)을 중심으로 한 동심원상의 고리띠(201 내지 230)로 분할되어 있고, 광축(6)으로부터 멀어짐에 따라, 두께가 늘어나도록 형성되어 있다. 서로 이웃하는 두개의 고리띠 사이의 단차는, 하나의 고리띠를 통과하는광선과, 그 옆의 고리띠를 통과하는 광선 사이에 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배의 광로차를 생기게 하고, 또한 파면의 어긋남이 생기지 않는 길이로 설정되어 있다.
다고리띠 위상차 렌즈(21)의 제1면(21A)의 모비구면과, 제2면(21B)은, 각각, 상기 수학식 3에, 표5에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되는, 광축(6)의 주위에 축대칭의 비구면으로 형성되어 있다.
제1면 R=1.1699K=-4.7888A4=3.1250×10-1A6=-2.6474×10-1A8=2.2284×10-1A10=-1.2258×10-1A12=4.0399×10-2A14=-6.4174×10-3A16=2.3865×10-4
제2면 R=-9.7515×10-1K=-2.1704×10A4=3.0802×10-1A6=-6.3950×10-1A8=5.8536×10-1A10=-2.1562×10-1A12=2.5227×10-4
다고리띠 위상차 렌즈(21)의 제1면(21A)에 형성된, 각 고리띠(201 내지 230)의 모비구면(21a)에 대한 광축방향의 변위량을, 표6에 나타낸다. 표6에 있어서, 광축(6)방향의 변위량은, 다고리띠 위상차 렌즈(21)의 제1면(21A)으로부터 제2면(21B)을 향하는 방향을 플러스로 하고 있다.
이와 같이, 다고리띠 위상차 렌즈(21)는, 제1의 실시 형태 기재의 다고리띠 위상차 렌즈(11)와 같이, 하나의 비구면식으로 나타내어지는 광학면형상(모비구면)을 광축을 중심으로 하는 동심원에 의해 복수의 고리띠로 분할하고, 서로 이웃하는 고리띠를 통과하는 광선이 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배의 광로차를 생기게 하도록, 각 고리띠의 면을 광축방향으로 시프트 함으로써 얻어지는 형상의 렌즈이다.
사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 대해서 거의 무수차가 되는 렌즈를, 도7에 도시하는 바와 같이, 제0014단락에서 기술한 방법에 따라, 각 고리띠의 내경 및 외경을 결정하고, 각 고리띠의 면을 광축방향으로 평행 이동시킨다. 고리띠를 형성함으로써 광속의 광로 길이가 변화되지만, 사용 기준 파장 λ0, 사용파장λ의 광속에 대해서 파면수차가 최소가 되도록, 각 고리띠의 변위량, 면형상을 조정한다(렌즈를 재설계한다). 이것을 반복해서 행함으로써, 사용 기준 파장 λ0, 사용파장λ의 광속에 대해서 최적의 각 고리띠의 변위량, 내경, 외경, 및 모비구면의 형상이 결정된다.
또, HD-DVD의 데이터 기입 시의 모드 홉을 상정하고, 레이저 광속의 파장이, 사용 기준 파장 λ0(405nm)의 전후 2nm의 범위에서 변동했을 때의, 광축(6)상에 형성되는 집광 스폿의, 광축방향의 변동을, 다고리띠 위상차 렌즈(21)에 고리띠가 설치되어 있지 않은 「모비구면 렌즈」의 경우와 비교해서, 도8에 도시한다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 280nm정도이며, 기하광학적으로는, 이 초점심도의 2분의 1의 범위내에, 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 광축방향의 변동량△fB이 들어가 있으면, 집광 스폿의 직경이, HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하는데 적합한 직경(λ0/2NA이하)이 된다. 도8에 도시하는 바와 같이, 입사하는 레이저광속의 파장의 변동폭이 사용 기준 파장 λ0의 전후 2nm의 범위인 경우의 집광 스폿의 광축방향의 변동량△fB은, 「모비구면 렌즈」에 대해서는, 최대로 750nm정도인데 대해, 다고리띠 위상차 렌즈(21)에 대해서는, 몇십nm정도에 들어가 있다.
또한, 도9에 도시하는 바와 같이, 광로차 부여 기능을 가지는 제1광학 소자(31)와, 굴절 기능을 가지는 제2광학 소자(41)를 별체로 구성해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 광학 부여 기능과 굴절 기능을 각각 독립해서 고려한 광학 소자 설정을 행할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 넓어진다.
또, 도10에 도시한 본 발명의 대물 렌즈를 이용하여, 도11에 도시한 픽업 장치를 구성하는 것이 가능하다. 본 구성에 있어서, 한쪽 광원에 1780㎚ 파장의 레이저를 출사하는 광원을 이용하고, 다른 쪽 광원에 650㎚ 파장의 레이저를 출사하는 광원을 이용함으로써, CD와 DVD에 대한 기록 또는 재생이 가능해진다.
또한, 도10에 도시한 본 발명의 대물 렌즈를 이용하여, 도12에 도시한 픽업 장치를 구성하는 것도 가능하다. 각 광원은 도11에 도시한 각 광원과 동일한 것을 이용하여, CD와 DVD에 대한 기록 또는 재생을 가능하게 하고 있다. 도11의 픽업 장치와의 차이는, 대물렌즈에 유한광이 입사하도록 구성되어 있는 점이다. 본 구성에 의해, 도12의 픽업 장치는, 콜리메이터 렌즈를 이용할 필요가 없기 때문에, 픽업 장치 전체를 소형화하는 것이 가능하다.
1번의 기재의 발명에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1 [nm])의 광속이 입사할 때에도, 축상 색수차가 보정되므로, 광 정보 기록 매체의 데이터 판독 상태로부터 데이터 기입 상태로 전환되는 순간에 생기는 모드 홉 등에 의해 입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 이것과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])으로 변화되어도, 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 데이터를 기입할 때에 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
2번 기재의 발명에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의해 부여되는 위상차는 없고, 제2의 광학 소자는, 그 입사면과 출사면이, 광선수차가 무수차가 되는 비구면으로 설계된다. 따라서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자를 통과하는 광속은, 거의 수차 없이 집광된다.
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 광속이 입사되면, 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로, 굴절 기능에 의해, 사용 기준 파장 λ0으로 최적의 집광 스폿이 되는 위치에서 파면수차가 생긴다.
제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의한 위상차 부여량Ψ(λ0)과, 고리띠 두께의 차(d)의 관계는, n(λ0)을 굴절률, k를 정수로 하고, 수학식 3으로 나타내어진다.
여기에서 말하는, 고리띠의 두께의 차(d)란, 도1에 도시하는 바와 같이, 어떤 고리띠와, 광축을 포함하는 제1고리띠의 연장의, 광축방향의 두께의 차를 의미하고 있다. 제1고리띠는, 비구면식으로 나타내어지고, 그 식에 따라서 연장된다.
입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 변화되는 것에 의한, 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)은, 파장의 변화에 따른 제2의 광학 소자의 굴절률의 변화를 δ로 하여, 수학식 2로 나타내어진다. 이것은, 입사파장의 변화에 의해, 고리띠의 두께의 차(d)에 의한 위상차 변화량과, 제1의 광학 소자의 굴절률의 색분산에 의한 위상차 변화량의 양쪽에 의해 생기는 것이다.
이 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)과 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로 굴절 기능에 의해 생긴 파면수차가 서로 없애는 방향으로 고리띠의 두께를 형성하면, 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광선의 광로 길이가 길어진다. 또, 고리띠의 두께의 차(d)와, 각 고리띠의, 광축에 수직인 방향의 내경 및 외경은, 대상으로 하는 광학계의 사용 기준 파장 λ0, 광학 소자를 구성하는 소재, 개구수에 의해 결정된다.
또, 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 파장이 변화될 때, 반드시 광축상의 같은 위치에서 파면수차가 거의 무수차가 되도록 보정하지 않아도, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 하기 식의 범위내에 들어가 있으면, MO에 있어서 모드 홉시에 기입 에러를 방지할 수 있다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<2000 …(3)
기하광학적인 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하가 되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 폭을, 초점심도(λ0/2NA2)라고 한다. 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하이면, 광 디스크를 판독하기 위해서 필요한 집광 스폿의 강도를 얻을 수 있다.
MO의 광 픽업 장치에서는, 사용 기준 파장 λ0은 600 내지 700nm정도, 개구수NA는 0.5 내지 0.6정도이므로, 이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 1.4 내지 2.0λ0정도가 된다. 또, MO의 광 픽업 장치에서 발생하는 모드 홉시의 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 0.수nm정도이다. 따라서, 수학식 2를 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB은, 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
3번 기재의 발명에 따르면, 사용 기준 파장 λ0은, 600nm <λ0<700nm이므로, MO에 데이터를 읽어 기입하는데 이용되는 파장 600nm 내지 700nm의 레이저 광속에 대해서, 1번의 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
4번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 3 내지 30인 것이 바람직하다. 5번 기재의 발명에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 3번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
5번 기재의 발명에 따르면, 광학계의 개구수NA가 0.65이하이므로, MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서 필요한 개구수 0.5 내지 0.6에 대해서, 2번 또는 3번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 1.2λ0이상이 되기 때문에, 광학계에의 입사 광속의 모드 홉에 의한 파장의 변동률｜(λ-λ0) /λ0｜이 하기 식일 때, 수학식 2를 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
｜(λ-λ0)/λ0｜<5.9×10-4…(4)
MO의 경우, 사용 기준 파장 λ0은 600 내지 700nm정도이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 0.수nm정도이기 때문에, 식(4)는 거의 만족되고, 모드 홉에 의한 MO의 기입 시의 에러를 방지할 수 있다.
6번 기재의 발명에 따르면, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의해 부여되는 위상차는 없고, 제2의 광학 소자는, 그 입사면과 출사면이, 광선수차가 무수차가 되는 비구면으로 설계된다. 따라서, 제1의 광학 소자와 제2의 광학 소자를 통과하는 광속은, 거의 수차 없이 집광된다.
사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<2[nm])의 광속이 입사되면, 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로, 굴절 기능에 의해, 사용 기준 파장 λ0으로 최적의 집광 스폿이 되는 위치에서 파면수차가 생긴다.
제1의 광학 소자의 광로차 부여 기능에 의한 위상차 부여량Ψ(λ0)과, 고리띠의 두께의 차(d)의 관계는, n(λ0)을 굴절률, k를 정수로 하고, 상기 수학식 3으로 나타내어진다.
입사 광속의 파장이 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 변화되는 것에 의한, 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)은, 파장의 변화에 따른 광학 소자의 굴절률의 변화를 δ로 하여, 상기 수학식 2로 나타내어진다. 이것은, 입사파장의 변화에 의해, 고리띠의 두께의 차(d)에 의한 위상차 변화량과, 제1의 광학 소자의굴절률의 색분산에 의한 위상차 변화량의 양쪽에 의해 생기는 것이다.
이 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)과 제2의 광학 소자의 분산의 영향으로 굴절 기능에 의해 생긴 파면수차가 서로 없애는 방향으로 고리띠의 두께를 형성하면, 광축으로부터 멀어짐에 따라 광선의 광로 길이가 길어진다. 또, 고리띠의 두께의 차(d)와, 각 고리띠의, 광축에 수직인 방향의 내경 및 외경은, 대상으로 하는 광학계의 사용 기준 파장 λ0, 광학 소자를 구성하는 소재, 개구수에 의해 결정된다.
또, 사용 기준 파장 λ0으로부터 사용파장λ으로 파장이 변화될 때, 반드시 광축상의 같은 위치에서 파면수차가 거의 무수차가 되도록 보정하지 않아도, 광축상에 형성되는 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이, 하기 식의 범위내에 들어가 있으면, HD-DVD에 있어서 모드 홉시에 기입 에러를 방지할 수 있다.
｜△fB/(λ-λ0)｜<150 …(5)
기하광학적인 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하가 되는 집광 스폿의 위치의 광축방향의 폭을, 초점심도(λ0/2NA2)라고 한다. 집광 스폿의 직경이 (λ0/2NA)이하이면, 광 디스크를 판독하기 위해서 필요한 집광 스폿의 강도를 얻을 수 있다.
HD-DVD의 광 픽업 장치에서는, 사용 기준 파장 λ0은 400 내지 500nm정도, 개구수NA는 0.65 내지 0.85정도이므로, 이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 0.69λ0내지 1.2λ0정도가 된다. 또, HD-DVD의 광 픽업 장치에서 발생하는 모드 홉시의 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 수nm정도이다. 따라서, 식(5)를 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB은, 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
7번 기재의 발명에 따르면, 사용 기준 파장 λ0은, 400nm <λ0<500nm이므로, HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하는데 이용되는 파장 400nm 내지 500nm의 레이저 광속에 대해서, 6번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
8번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면의 최대 오차량을 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 최저 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면의 최대 오차량을 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눠서 정해지는 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 20 내지 60인 것이 바람직하고, 8번 기재의 발명에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 7번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
9번 기재의 발명에 따르면, 7번 또는 8번 기재의 발명과 동일한 효과 를 얻을 수 있는 동시에, 광학계의 개구수NA가 0.9이하이므로, HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서 필요한 개구수 0.65 내지 0.85에 대해서, 7번 또는 8번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이 광학계의 초점심도(λ0/2NA2)는, 0.62λ0이상이 되기 때문에, 광학계에의 입사 광속의 모드 홉에 의한 파장의 변동률｜(λ-λ0)/λ0｜이 하기 식일 때, 식(6)을 만족시키고, 집광 스폿의 위치의 변동량△fB이 초점심도의 2분의 1의 범위내에 들어간다.
｜(λ-λ0)/λ0｜<4.1×10-3…(6)
HD-DVD의 경우, 사용 기준 파장 λ0은 400 내지 500nm정도이며, 모드 홉에 의한 파장의 변동량｜λ-λ0｜은, 수nm정도이기 때문에, 식(6)은 거의 만족되고, 모드 홉에 의한 HD-DVD의 데이터 기입 시의 에러를 방지할 수 있다.
10번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에,이 광학 소자의 굴절 기능에 의한 구면수차는 오버가 되도록 설계된다. 그렇지만, 이 광학 소자는, 굴절 기능과 광로차 부여 기능의 쌍방을 가지기 때문에, 입사광선에 대해서, 실질적으로 광학 소자가 두꺼워진 경우와 동일한 효과가 생긴다. 도1에 도시하는 바와 같이, 굴절 기능만을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선에 비교해서, 광학 소자가 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선의, 광학 소자내에 있어서의 광로 길이는 길어지고, 그 결과로서, 광학 소자의 굴절 기능에 의해 오버가 된 구면수차가, 언더가 되는 작용을 받아, 거의 무수차가 되는 것이다.
여기에서 말하는 「언더」란, 오버의 반대이고, 입사광선이 광축으로부터 멀어짐에 따라, 입사광선이 광축과 교차하는 위치가 광학 소자에 근접하는 것을 의미한다. 단, 국소적으로, 또는 개구수가 높은 일부의 영역에 있어서, 광학 소자보다 먼 쪽에서 광축과 교차하는 경우도 포함한다.
10번 기재의 광학 소자의 면형상은, 기본적으로는, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 단순히 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 되는 수가 있다.
그렇지만, 개구수가 커지고, 광학 소자의 면의 곡률반경이 작아지면, 광로 길이를 엄밀하게 고려할 필요가 생기기 때문에, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시키는 것 만으로는, 상기의 기능을 달성할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 굴절 기능을 완수하는 굴절면의 형상도 변화시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 된다.
이와 같이, 10번 기재의 발명에 따르면, 2번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
11번 기재의 발명에 따르면, 3번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
12번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다. 그러나, 광학 소자가 광로차 부여 기능과 굴절 기능을 겸비하고 있는 경우에는, 특히 개구수가 커짐에 따라 그 값으로부터의 어긋남이 커진다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. MO에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 3 내지 30인 것이 바람직하다. 12번 기재의 발명에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 11번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
13번 기재의 발명에 따르면, 5번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
14번 기재의 발명에 따르면, 11번 내지 13번 중 어느 한 항 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 입사 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.02mm이하이므로, 사용 기준 파장 λ0의 광속은, 굴절 기능과 광로차 부여 기능에 의해, 거의 무수차가 된다.
15번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에, 이 광학 소자의 굴절 기능에 의한 구면수차는 오버가 되도록 설계된다. 그렇지만, 이 광학 소자는, 굴절 기능과 광로차 부여 기능의 쌍방을 가지기 때문에, 입사광선에 대해서, 실질적으로 광학 소자가 두꺼워진 경우와 동일한 효과가 생긴다. 도1에 도시하는 바와 같이, 굴절 기능만을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선에 비교해서, 광학 소자가 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 구비하는 광학 소자를 통과하는 광선의, 렌즈 물질내에 있어서의 광로 길이는 길어지고, 그 결과로서, 광학소자의 굴절 기능에 의해 오버가 된 구면수차가, 언더가 되는 작용을 받아, 거의 무수차가 되는 것이다.
여기에서 말하는 「언더」란, 오버의 반대이고, 입사광선이 광축으로부터 멀어짐에 따라서, 입사광선이 광축과 교차하는 위치가 광학 소자에 근접하는 것을 의미한다. 단, 국소적으로, 또는 개구수가 높은 일부의 영역에 있어서, 광학 소자보다 먼 쪽에서 광축과 교차하는 경우도 포함한다.
15번 기재의 광학 소자의 면형상은, 기본적으로는, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 단순히 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 되는 수가 있다.
그렇지만, 개구수가 커지고, 광학 소자의 면의 곡률반경이 작아지면, 광로 길이를 엄밀하게 고려할 필요가 생기기 때문에, 굴절 기능을 가지는 비구면의 면형상을, 광로 길이 차이분 만큼 광축방향으로 시프트 시키는 것 만으로는, 상기의 기능을 달성할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 굴절 기능을 완수하는 굴절면의 형상도 변화시킴으로써, 굴절 기능과 광로차 부여 기능을 겸비하는 광학 소자가 된다.
이와 같이, 15번 기재의 발명에 따르면, 6번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
16번 기재의 발명에 따르면, 7번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
16번 기재의 발명에 따르면, 4번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
17번 기재의 발명에 있어서는, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서, 파장변화시에 굴절 기능에 의해 생기는 파면오차는 개구수가 커짐에 따라 증대한다. 여기에서 말하는 「파면오차」란, 근축광선의 파면의 어긋남과 특정한 개구수에 상당하는 광선의 파면의 어긋남의 차이다.
개구수가 작으면, 파면오차를 보정하는데 필요시 되는 고리띠의 수는, 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 것과 거의 동일하다. 그러나, 광학 소자가 광로차 부여 기능과 굴절 기능을 겸비하고 있는 경우에는, 특히 개구수가 커짐에 따라 그 값으로부터의 어긋남이 커진다.
사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사했을 때에 파면수차가 최소가 되는 집광 스폿의 위치에 있어서의, 파장변화시의 파면수차가, 광 정보 기록 매체에 데이터를 읽어기입하는데 필요한 범위에 들어가 있으면, 고리띠의 수가 파면오차의 최대치를 위상차 부여량의 변화량△Ψ(λ)으로 나눈 수보다 작아도, 모드 홉시에 판독 에러를 일으키지 않는다. HD-DVD에 데이터를 읽어 기입하기 위해서는, 고리띠의 수가 20 내지 60인 것이 바람직하다. 17번 기재의 발명에 따르면, 이 고리띠의 수에 대해서, 16번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 일반적으로, 고리띠수가 적을수록 파면수차는 커지지만, 광학 소자의 가공이 용이해진다고 하는 이점이 있다.
18번 기재의 발명에 따르면, 9번 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
19번 기재의 발명에 따르면, 16번 내지 18번 중 어느 한 항 기재의 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 입사 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.03mm이하이므로, 사용 기준 파장 λ0의 광속은, 굴절 기능과 광로차 부여 기능에 의해, 거의 무수차가 된다

Claims (20)

  1. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자이며,
    광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 부분과,
    사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 구비한 굴절 부분을 포함하며,
    사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 식 ｜△fB/(λ-λ0)｜<2000을 만족시키며,
    사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 사용 기준 파장 λ0는 식 600nm <λ0<700nm을 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 3 내지 30 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학계의 개구수가 0.65이하인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광속 중 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 상기 광학 소자를 통과하는 광선이, 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.02mm이하인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서, 광학 소자는 집광된 광속이 광학 소자 내로 입사하는 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제1항에 있어서, 광학 소자는 일치 구조를 포함하고, 파장(λ0)을 갖고 기록 가능하거나 제1 광학 정보 기록 매체를 재생할 수 있는 일치 구조를 통과하는 광속을 집광하며, 광속은 파장(λ1(λ0<λ1)을 갖고 제2 광 정보 기록 매체를 기록하거나재생할 수 있는 일치 구조를 통과하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 제7항에 있어서, 일치 구조는 회절 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 제7항에 있어서, 일치 구조는 광선의 진행 방향이 복수개의 각각의 고리띠와 복수개의 각각의 고리띠를 통과하는 파면의 위상(Φ)이 집광 스폿의 파면 수차가 최소가 되는 식 -0.5π≤Φ≤0.5π를 만족함으로서 광선의 진행 경로가 동일한 방향인 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  10. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치에 이용되는 광학 소자이며,
    광축을 중심으로 하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 부분과,
    동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 구비한 굴절 부분을 포함하며,
    사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 식 ｜△fB/(λ-λ0)｜<2000을 만족시키며,
    사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<2[nm])의 입사 광속과, 사용 기준 파장 λ0의 입사 광속에 의해 형성되는 양 집광 스폿 사이의 광축방향의 거리를 △fB로 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 사용 기준 파장 λ0는, 식 400nm <λ0<500nm를 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1의 광학 소자에 형성된 고리띠의 수는, 20 내지 60 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  13. 제10항에 있어서, 광학 소자의 개구수는 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  14. 제10항에 있어서, 상기 광속 중, 가장 광축으로부터 멀어진 위치에서 이 광학 소자를 통과하는 광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치와, 근축광선이 상기 굴절 기능에 의해 광축과 교차하는 위치의 거리가 0.03mm이하인 것을특징으로 하는 광학 소자.
  15. 제10항에 있어서, 광학 소자는 집광된 광속이 광학 소자 내로 입사하는 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  16. 제10항에 있어서, 광학 소자는 일치 구조를 포함하고, 파장(λ0)을 갖고 기록 가능하거나 제1 광학 정보 기록 매체를 재생할 수 있는 일치 구조를 통과하는 광속을 집광하며, 광속은 파장(λ1(λ0<λ1)을 갖고 제2 광 정보 기록 매체를 기록하거나 재생할 수 있는 일치 구조를 통과하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  17. 제16항에 있어서 일치 구조는 회절 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  18. 제16항에 있어서, 일치 구조는 광선의 진행 방향이 복수개의 각각의 고리띠와 복수개의 각각의 고리띠를 통과하는 파면의 위상(Φ)이 집광 스폿의 파면 수차가 최소가 되는 식 -0.5π≤Φ≤0.5π를 만족함으로서 광선의 진행 경로가 동일한 방향인 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  19. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치이며,
    이 광 픽업 장치의 광학계에 있어서의 광축상에 배치되어, 광축을 중심으로하는 동심원에서 복수의 고리띠로 구분되고, 이들 각 고리띠는, 서로 다른 광축방향의 두께를 가지도록 형성되어 있는 동시에, 어느 하나의 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이를, 이 고리띠에 인접하고, 또한 이 고리띠보다 광축에 가까운 다른 고리띠를 통과하는 광선의 광로 길이보다도, 사용 기준 파장 λ0의 거의 정수배 만큼 길게 하는 광로차 부여 기능을 가지는 제1의 광학 소자와,
    동 광학계의 광축상에 배치되어, 사용 기준 파장 λ0의 광속이 입사할 때에 상기 정보 기록면 위에 형성되는 집광 스폿의 구면수차를 최적으로 하는 굴절 기능을 가지는 제2의 광학 소자를 구비하고,
    사용 기준 파장 λ0의 입사 광속은, 상기 정보 기록면에 거의 수차 없이 집광하고, 사용 기준 파장 λ0과는 다른 사용파장λ(｜λ-λ0｜<1[nm])의 광속이 입사할 때에, 축상 색수차가 보정되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  20. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 광 픽업 장치이며,
    제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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