KR20030081290A - 광 픽업 장치 및 그 광 픽업 장치용의 대물 렌즈 - Google Patents

광 픽업 장치 및 그 광 픽업 장치용의 대물 렌즈 Download PDF

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Abstract

제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ1의 광속을 출사하는 제1 광원, 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ2의 광속을 출사하는 제2 광원, 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ3의 광속을 출사하는 제3 광원, 각 광원으로부터 출사된 각 광속이 입사되고, 각 광속을 각 광 정보 기록 매체에 집광하기 위한 대물 렌즈를 구비한 광 픽업 장치로서, 각 파장은 λ1 < λ2 < λ3의 관계이며, 상기 제1, 제2 및 제3 광 정보 기록 매체의 투명 기판에 있어서, 상기 제3 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 상기 제1 및 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께보다 크며, 상기 제1 및 제2 광원으로부터 출사된 각 광속은 평행광으로서 상기 대물 렌즈에 입사하고, 상기 제3 광원으로부터 출사된 광속은 발산광으로서 상기 대물 렌즈에 입사한다.

Description

광 픽업 장치 및 그 광 픽업 장치용의 대물 렌즈{OPTICAL PICKUP APPARATUS, AND OBJECTIVE LENS FOR SAID OPTICAL PICKUP APPARATUS}
본 발명은 광 픽업 장치, 그 광 픽업 장치를 구비하고 있는 기록/재생 장치, 광학 소자, 및 정보 기록/재생 방법에 관한 것이다.
근래, 단파장 적색 레이저의 실용화에 따라서, CD(콤팩트 디스크)와 같은 정도의 크기이며, 더 큰 용량을 갖는 고밀도 광 정보 기록 매체(광 디스크라고도 함)인 DVD가 제품화되기에 이르렀다. DVD 기록/재생 장치에서, 650 ㎚의 반도체 레이저를 사용할 때, 대물 렌즈의 광 디스크 측에서의 개구수 NA는 0.6 - 0.65이다. DVD는 0.74 ㎛의 트랙 피치 및 0.4 ㎛의 최소 피트 길이를 갖고, 또한 고밀도화되어 있으며, 크기는 1.6 ㎛의 트랙 피치 및 0.83 ㎛의 최소 피트 길이를 갖는 CD와 비교할 때 절반도 되지 않는다. 또한, DVD에서는, 광 디스크가 광축에 대하여 기울어져 있을 때 발생되는 코마(coma)를 작게 억제하기 위하여, 투명 기판의 두께가 0.6 ㎜이며, 이는 CD의 투명 기판 두께의 절반에 해당된다.
또한, 상술한 CD 또는 DVD 이외에, 투명 기판 두께 또는 광원 파장이 서로 다른 각종 표준 광 디스크, 예를 들면, CD-R, RW(추기형 콤팩트 디스크), VD(비디오 디스크), MD(미니디스크), MO(광자기 디스크) 등이 상품화되어 보급되고 있다. 또한, 반도체 레이저의 파장은 더욱 짧아졌으며, 약 400 ㎚의 방출 파장을 갖는 단파장 청색 레이저가 실용화되고 있다. 파장이 짧아지면, DVD의 것과 동일한 개구수가 사용되더라도, 광 정보 기록 매체의 용량은 더욱 증대될 수 있다.
또한, 상술한 종래의 광 정보 기록 매체인 CD와 동일한 크기로, 기록 및 재생이 가능한 CD-R, 또는 기록면의 투명 기판 두께나 기록 및 재생용 레이저 광의 파장이 상이하여 기록 밀도가 증대된 DVD와 같은 복수개의 광 정보 기록 매체의 개발이 진척되어 있으므로, 동일한 광 픽업에 의한 기록 및 재생이 이들 광 정보 기록 매체에 대해 행해지는 것이 요구된다. 따라서, 사용 파장에 대응하는 복수개의 레이저 광원을 갖는 광 픽업으로서, 그에 의해 레이저 광이 필요 개구수에 의해 동일한 대물 렌즈에 의해 기록면상에 집광되는 복수개의 광 픽업이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개평 8-55363, 일본 특개평 10-92010 등).
상술한 내용에서, 일본 특개평 9-54973에는, 투과광(0차 회절광)에 대해서는 635 ㎚가 이용되고 -1차 회절광에 대해서는 785 ㎚가 이용되는 홀로그램 광학 소자를 이용한 광학계, 및 +1차 회절광에 대해서는 635 ㎚가 이용되고 투과광(0차 회절광)에 대해서는 785 ㎚가 이용되는 홀로그램 광학계를 이용한 광학계가 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평 10-283668에는, 파장이 650 ㎚일 때, 홀로그램 링 렌즈가 100%로 투과되고, 780 ㎚일 때, 홀로그램 링 렌즈에 의해 1차 회절되는 광학계가 개시되어 있다.
그러나, 이들 홀로그램 소자 및 홀로그램형 링 렌즈에서는, 일측에 파장에 대해 0차 광의 회절 효율을 100%가 되도록 할 때, 타측의 파장에 대해 +1차 회절광 또는 -1차 회절광의 회절 효율에 분명히 한계가 있으며, 그에 따라 바람직한 높은 회절 효율이 얻어질 수 없고, 다량의 광 손실이 야기되며, 다량의 광을 이용하는 효율이 악화되어, 문제가 되어 왔다. 다량의 광 손실이 야기될 경우, 보다 높은 전력의 레이저가 요구되는데, 정보 기록시에 특히 그러하다.
또한, 홀로그램 소자 및 홀로그램형 링 렌즈에서는, 일측에 파장에 대해 0차 광의 회절 효율을 100%가 되도록 하고, 또한 타측의 파장에 대해 가능한 한 0차 광이 투과되지 못하게 함으로써 +1차 회절광 또는 -1차 회절광의 회절 효율을 크게 할 때, 홀로그램의 깊이가 3.0 - 5.18 ㎛ 정도로 깊게 되었다. 그러므로, 홀로그램 소자 또는 홀로그램형 링 렌즈의 기능을 특히 대물 렌즈에 일체화시킬 경우, 금형의 가공·성형이 무척 곤란하여, 문제가 되어 왔다.
또한, 본 발명자들은 동심원형으로 분할되는 복수개의 분할 표면으로 이루어지고, 상이한 파장을 갖는 복수개의 광원 및/또는 상이한 기록면의 두께를 갖는 투명 기판에 대한 회절 한계에 대해 각 분할 표면이 수차 보정되고, 구조가 단순화된 광 픽업을 구성할 수 있는 대물 렌즈를 이전에 제안한 바 있다(일본 특개평 9-286954). 이 대물 렌즈는 사용 파장 및/또는 투명 기판의 두께에 대응하여 개구수가 자동적으로 얻어질 수 있게 하는 기능을 갖고 있다. 그러나, 레이저 광원 및 광 검출기가 일체화된 레이저/검출기 집적 유닛이 사용되는 경우, 광 검출기에 입사되는 플레어 광(flare light) 때문에 검출이 정확히 행해질 수 없는 경우가 생기는 문제가 있다. 이는 홀로그램을 이용하여 광속(light flux)을 편향시키고 광 검출기로 도입시키는 타입의 레이저/검출기 집적 유닛에서 특히 두드러진다. 또한, DVD 시스템(DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R 등)에서의 기록가능한 디스크 또는 CD 시스템(CD-R, CD-RW 등)에서의 기록가능한 디스크에서 고속 기록이 수행될 경우, 일부 광빔이 플레어가 되기 때문에, 전용 사용 렌즈를 이용한 광학계과 비교하여 광량의 사용 효율이 불량하고, 따라서, 레이저 광원의 전력을 증가시킬 필요가 있다.
사용 파장 및 투명 기판 두께가 서로 다른 DVD 및 CD 모두에 대하여, 큰 구면수차 또는 색수차를 발생시키지 않고서 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 하나의 대물 렌즈가 이용되는 각종 교체가능한 광학계가 제안되어 있다. 그러나, 실제 이용되고 있는 광학계는, 광원으로부터의 발산 광속의 발산도가 커플링 렌즈에 의해 약화되거나, 또는 발산 광속이 평행 광속 또는 약한 집광속으로 되고, 광속이 대물 렌즈 및 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통하여 정보 기록면상에 집광되고, 따라서, 커플링 렌즈 및 대물 렌즈의 2개 렌즈가 필요하도록 구성된다. 따라서, 광 픽업 장치의 사이즈를 작고 얇게 감소시키는 것이 곤란하고, 비용이 증대되는 문제가 있다.
한편, 상술한 바와 같이, CD 및 DVD를 제외한 각종 광 디스크가 보급되고 있으므로, 이들 광 디스크에 대해 교체가능하고, 그 구조가 단순한 광학계, 및 그러한 광학계가 구비된 광 픽업 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은 하나의 픽업 장치로 적어도 2개의 상이한 파장을 갖는 광선을 이용하여 상이한 타입의 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 픽업 장치, 기록 및 재생 장치, 광학 소자 및 기록 및 재생 방법을 제공하는 데 있다.
또 다른 목적은 적어도 2개의 상이한 파장을 갖는 광선을 이용하고 상이한 타입의 광 정보 기록 매체에 적용하는 경우에도 심각한 구면수차 및 색수차를 발생시키지 않고서 각각의 상이한 광 정보 기록 매체에 대하여 하나의 픽업 장치로 정보 기록 및/또는 정보 재생이 행해지도록 하는 데 있다. 그밖에, 다른 목적은 단순한 구조를 가진 광 픽업 장치를 제공하는 데 있다. 특히, 상이한 두께의 투명 기판을 각각 설치한 상이한 타입의 광 정보 기록 매체를 이용할 경우, 구면수차의 문제가 더욱 심각해진다. 또 다른 목적은 상기 경우에도 심각한 구면수차 및 색수차를 발생시키지 않고서 상이한 타입의 광 정보 기록 매체에 대하여 하나의 픽업 장치로 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있게 하는 것이다.
그밖에, 또 다른 목적은 다수의 레이저 및 다수의 검출기로 이루어진 집적 유닛을 이용한 픽업 장치의 경우에도 광 검출기의 검출에 악영향을 미치는 플레어 광이 조사됨이 없이 광 검출기에 의한 광의 검출이 만족스럽게 행해지고 검출시 S자형 특성이 만족스럽도록 하는 것이다. 또한, 광량의 손실이 보다 적고 광량을 이용하는 효율이 우수한 광 픽업 장치, 기록 및 재생 장치, 광학 소자 및 기록 및 재생 방법을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
상기 목적은 다음의 구조에 의해 얻어질 수 있다.
(1) 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하는 광 픽업 장치에 있어서,
제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ1의 광속을 사출하는 제1 광원;
제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ2의 광속을 사출하는 제2 광원;
제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 파장 λ3의 광속을 사출하는 제3 광원 및 -각 파장은 λ1 < λ2 < λ3의 관계임- ;
각 광원으로부터 출사된 각 광속이 입사되어, 각 광속을 각 광 정보 기록 매체에 집광하기 위한 대물 렌즈를 포함하며,
상기 제1, 제2 및 제3 광 정보 기록 매체는 각각 투명 기판을 가지며, 상기제3 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 상기 제1, 제2 광 정보 기록 매체의 각 투명 기판의 두께보다 크며,
상기 제1 광원과 제2 광원으로부터 출사된 각 광속은 평행광으로서 상기 대물 렌즈에 입사하며,
상기 제3 광원으로부터 출사된 광속은 발산광으로서 상기 대물 렌즈에 입사하는 것을 특징으로하는 광 픽업 장치.
(2) 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하는 광 픽업 장치용 대물 렌즈에 있어서,
각각 투명 기판을 갖는 제1, 제2 및 제3 광 정보 기록 매체로서, 상기 제3 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 상기 제1, 제2 광 정보 기록 매체의 각 투명 기판의 두께보다 큰 각 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생가능하게 하는 것으로서,
λ1 < λ2 < λ3의 관계를 충족시키는 각 파장에 대해,
평행광으로서 입사된 파장 λ1의 광속을 제2 광 정보 기록 매체에 집광시키지 위해 출사하고,
평행광으로서 입사된 파장 λ2의 광속을 제1 광 정보 기록 매체에 집광시키지 위해 출사하고,
발산광으로서 입사된 파장 λ3의 광속을 제3 광 정보 기록 매체에 집광시키지 위해 출사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
도 1은 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈의 광 경로도.
도 2는 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 예 1의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 광 경로도.
도 8은 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 광 경로도.
도 9는 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 예 2의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 광 경로도.
도 14는 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 광 경로도.
도 15는 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 405 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 예 3의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 예 4의 회절 광학 렌즈에 의한 광 경로도.
도 20은 본 발명의 예 4의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚, 650 ㎚, 780 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 예 5의 회절 광학 렌즈에 의한 광 경로도.
도 22는 본 발명의 예 5의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 635 ㎚, 650 ㎚, 780 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 24는 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚ (NA = 0.5)에 대한 광 경로도.
도 25는 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 26은 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.50까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 28은 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 29는 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 30은 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 31은 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚ (NA = 0.5)에 대한 광 경로도.
도 32는 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ=650 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 33은 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.50까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 34는 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 35는 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 36은 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 37은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 38은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚ (NA = 0.5)에 대한 광 경로도.
도 39는 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 40은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ±10 ㎚에 대한 개구수 0.50까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 41은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 42는 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 43은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈에 의한 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차 rms를 나타낸 도면.
도 44는 본 발명의 예 6의 회절 광학 렌즈의 광축으로부터의 높이와 회절 고리띠(annular bands)의 개수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 45는 본 발명의 예 7의 회절 광학 렌즈의 광축으로부터의 높이와 회절 고리띠의 개수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 46은 본 발명의 예 8의 회절 광학 렌즈의 광축으로부터의 높이와 회절 고리띠의 개수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 47은 본 발명의 예들에 따른 회절 광학 렌즈의 렌즈 형상과 회절 광학 렌즈 배율과의 관계를 보여주는 도면.
도 48은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 픽업 장치의 구조를 보여주는 광 경로도.
도 49는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 픽업 장치의 구조를 보여주는 광 경로도.
도 50은 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 51은 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 광 경로도.
도 52는 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 53은 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 54는 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 55는 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 56은 본 발명의 예 9에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 57은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 58은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 광 경로도.
도 59는 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 광 경로도.
도 60은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 61은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 62는 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 63은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 NA 0.65까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 64는 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 65는 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 66은 본 발명의 예 10에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 67은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광 픽업 장치의 구조도.
도 68은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 69는 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 광 경로도.
도 70은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 광 경로도.
도 71은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 72는 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 73은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 74는 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.65까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 75는 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 76은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 77은 본 발명의 예 11에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 78은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 79는 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 광 경로도.
도 80은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 광 경로도.
도 81은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 82는 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 83은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 84는 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.65까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 85는 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 86은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 87은 본 발명의 예 12에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 88은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 광 경로도.
도 89는 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 광 경로도.
도 90은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 광 경로도.
도 91은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 92는 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 93은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.45까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 94는 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 개구수 0.65까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 95는 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 96은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 97은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 780 ㎚에 대한 파면수차를 나타낸 도면.
도 98은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚에 대한 광 경로도.
도 99는 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 400 ㎚ ±10 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 100은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ= 650 ㎚ ±10 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 101은 본 발명의 예 13에서의 대물 렌즈의 파장 λ=780 ㎚ ±10 ㎚에 대한 구면수차를 나타낸 도면.
도 102는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제1 구조를 보여주는 광 경로도.
도 103은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제2 구조를 보여주는 광 경로도.
도 104는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제3 구조를 보여주는 광 경로도.
도 105는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제4 구조를 보여주는 광 경로도.
도 106은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제5 구조를 보여주는 광 경로도.
도 107은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제6 구조를 보여주는 광 경로도.
도 108은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광 픽업 장치의 제7 구조를 보여주는 광 경로도.
도 109는 Super RENS 방식의 광 디스크의 구조도.
도 110은 본 발명의 제8 실시예에 따른 예 15의 대물 렌즈의 파면수차와 결상 배율 m2와의 관계를 보여주는 그래프.
도 111은 본 발명의 제8 실시예에 따른 예 15의 단면도.
도 112는 예 15의 구면수차를 나타낸 도면.
도 113은 회절 패턴의 작용을 나타낸 도면.
도 114는 본 발명의 제8 실시예에 따른 대물 렌즈의 구면수차에 대한 색수차의 영향을 보여주는 도면.
도 115는 본 발명의 제8 실시예에 따른 대물 렌즈의 구면수차에 대한 +1차 회절의 영향을 보여주는 도면.
도 116은 본 발명의 제8 실시예에 따른 대물 렌즈의 구면수차에 대한 -1차 회절의 영향을 보여주는 도면.
도 117은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광 픽업 장치의 구조를 보여주는 광 경로도.
도 118은 본 발명의 제7 실시예에 따른 예 15의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도.
도 119는 도 118에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 640, 650, 660 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 120은 예 15에서 광 정보 매체의 투명 기판의 두께가 도 118에서의 것보다 큰 경우 회절 광학 렌즈의 광 경로도.
도 121은 도 120에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 770, 780, 790 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 122는 본 발명의 제7 실시예에 따른 예 16의 대물 렌즈인 회절 광학렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도.
도 123은 도 122에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 640, 650, 660 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 124는 예 16에서 광 정보 매체의 투명 기판이 도 122에서의 것보다 두꺼운 경우 회절 광학 렌즈의 광 경로도.
도 125는 도 124에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 770, 780, 790 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 126은 본 발명의 제7 실시예에 따른 예 17의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도.
도 127은 도 126에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 640, 650, 660 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 128은 예 17에서 광 정보 매체의 투명 기판이 도 126에서의 것보다 두꺼운 경우 회절 광학 렌즈의 광 경로도.
도 129는 도 128에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 770, 780, 790 ㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 130은 본 발명의 제7 실시예에 따른 예 18의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도.
도 131은 도 130에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 390, 400, 410 ㎚에 대한 개구수 0.70까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 132는 예 18에서 광 정보 매체의 투명 기판이 도 130에서의 것보다 두꺼운 경우 회절 광학 렌즈의 광 경로도.
도 133은 도 132에서의 회절 광학 렌즈의 파장 (λ) = 640, 650, 660 ㎚에 대한 개구수 0.70까지의 구면수차를 나타낸 도면.
도 134는 회절 고리띠의 단면의 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 대물 렌즈
3 : 조리개
11 : 제1 반도체 레이저
12 : 청색 레이저
13 : 제2 반도체 레이저
18, 19 : 빔 분할기
20 : 광 디스크
21 : 투명 기판
22 : 정보 기록면
광 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 정보를 광 정보 기록 매체상에 기록하는 광 픽업 장치는 제1 파장을 갖는 제1 광속을 방출하는 제1 광원, 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광속을 방출하는 제2 광원, 광축을 갖는 집광 광학계, 회절부, 및 광 검출기를 갖는다. 게다가, 회절부는 회절부를 통과한 제1 광속의 다른 차수의 회절광보다 n차 회절광을 더 발생시키고, 또한 회절부를 통과한 제2 광속의 다른 차수의 회절광보다 n차 회절광을 더 발생시킨다. 여기서, n은 0 이외의 정수를 나타낸다. 본 발명의 광학 소자는 상술한 실시예를 가능케하는 회절부를 갖는 것이다. 광 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 정보를 광 정보 기록 매체상에 기록하는 장치는 상술한 광 픽업 장치를 갖는다.
(11-1)
또한, "n차 회절광량은 임의의 다른 차수의 회절광량보다 많음(11)"은, n차 회절광에 대한 회절 효율이 n차 회절광 이외의 다른 차수의 회절광에 대한 회절 효율보다 높다는 것을 의미한다. 더욱이, 제n 차에서의 n은 부호를 포함하고 있으며, 따라서 +1차 회절광이 회절부를 통과한 제1 광속의 다른 차수의 회절광보다 더 발생될 때, +1차 회절광은 회절부를 통과한 제2 광속에서도 다른 차수의 회절광보다 더 발생되는 것을 의미하며, 다만 이것은, -1차 회절광도 회절부를 통과한 제2 광속의 다른 차수의 회절광보다 더 발생되는 것을 포함하는 것은 아니다.
(11-2)
본 발명의 광 픽업 장치는, 하나의 픽업 장치가 서로 각각 다른 적어도 두 개의 파장을 이용하는 다른 유형의 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 수행할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명의 광 픽업 장치는 제1 광 정보 기록 매체 및 제2 광 정보 기록 매체와 같이 다른 정보 기록 매체의 기록/재생을 위해 사용되는 것이다. 광 픽업 장치의 제1 광원은 제1 광 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 정보를 제1 광 정보 기록 매체상에 기록하기 위한 제1 광속을 방출하는 한편, 광 픽업 장치의 제2 광원은 제2 광 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 정보를 제2 광 정보 기록 매체상에 기록하기 위한 제2 광속을 방출한다. 통상적으로, 광 정보 기록 매체는 정보 기록면상에 투명 기판을 갖는다.
(11-3)
다른 방식으로 본 발명의 기능을 부여할 때, 집광 광학계는 회절부에 도달하는 제1 광속에 의해 회절부에서 발생되는 "제1 광속의 n차 회절광"을, 제1 투명 기판을 통해 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면상에 집광하여, 제1 광 정보 기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 정보를 제1 광 정보 기록 매체상에 기록할 수 있고, 또한 집광 광학계는 회절부에 도달하는 제2 광속에 의해 회절부에서 발생되는 "제2 광속의 n차 회절광"을, 제2 투명 기판을 통해 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면상에 집광하여, 제2 광 정보 기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 정보를 제2 광 정보 기록 매체상에 기록할 수 있으며, 광 검출기는 제1 광 정보 기록면 또는 제2 광 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광할 수 있다.
(11-4)
집광 광학계는 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측에서 제1 광속의 제1 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수내에서는 0.07λrms 미만이라는 상태하에서(즉, 소정의개구수내에서의 광속이 최상의 결상점(최상의 초점)에서 회절 한계 성능 또는 그 이하인 상태에서) 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면상에 제1 광속의 n차 회절광을 집광할 수 있고, 또한 집광 광학계는, 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측상에서 제2 광속의 제2 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수내에서는 0.07λrms 미만이라는 상태하에서(즉, 소정의 개구수내에서의 광속이 최상의 결상점(최상의 초점)에서 회절 한계 성능 또는 그 이하인 상태에서) 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면상에 제2 광속의 n차 회절광을 집광할 수 있다.
게다가, 제1 광원 또는 제2 광원에서 온도 변동 및 전류 변동에 의한 약 ±10㎚ 이하의 파장 변동이 있는 경우에도, 각각의 정보 기록면에 대하여 대물 렌즈의 결상측에서의 파면수차가 소정의 개구수내에서는 0.07λrms 이하인 상태에서 n차 회절광이 집광되는 것이 바람직하다. 특히, 제1 광속 또는 제2 광속이 600㎚ 이하의 파장(예를 들면 350-480㎚)을 갖는 것이고, 약 ±10㎚ 이하의 파장 변동이 발생될 때도, 대물 렌즈의 결상측에서 소정의 개구수내에서는 0.07λrms 이하의 상태에서 n차 회절광이 집광되는 것이 특히 바람직하다.
(11-5)
또한, n차 회절광이 +1차 회절광 또는 -1차 회절광인 경우, 광량의 손실은, ±1차보다 높은 차수의 회절광이 사용되는 경우보다 작으며, 따라서 바람직하다.
게다가, 회절부에서 제1 광속의 n차 회절광의 회절 효율을 A%로 나타내고 임의의 다른 차수(바람직하게, n 이외의 차수 번호 중에서 최대의 회절 효율을 갖는 차수 번호)의 회절광의 회절 효율을 B%로 표현할 때, A-B≥10인 것이 바람직하며,회절부에서 제2 광속의 n차 회절광의 회절 효율을 A'%로 표현하고 다른 임의의 차수(바람직하게, n 이외의 차수 번호 중에서 최대의 회절 효율을 갖는 차수 번호)의 회절광의 회절 효율을 B'%로 표현할 때에는, A'-B'≥10인 것이 바람직하고, 또한 A-B≥30 이고 A'-B'≥30인 상태는 더욱 바람직하며, A-B≥50 이고 A'-B'≥50인 상태는 더욱더 바람직하고, A-B≥70 이고 A'-B'≥70인 상태는 이들보다 더욱 바람직하다.
(11-6)
제1 광속 및 제2 광속 모두가 정보를 광 정보 기록 매체상에 기록하는데 사용될 때, 회절부에서 n차 회절광의 회절 효율은 제1 광속의 파장 및 제2 광속의 파장 사이의 파장에서 최대인 것으로 이루어진다.
(11-7)
제1 광속 및 제2 광속 중 하나가 정보를 광 정보 기록 매체상에 기록하는데 사용되고 다른 광속이 재생만을 위해 사용될 때, 회절부에서 n차 회절광의 회절 효율은 제1 광속 및 제2 광속 사이의 파장에서 최소가 되도록 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은 정보를 기록하는데 사용하는 경우 회절부에서 n차 회절광의 회절 효율이 제1 광속의 파장 및 제2 광속의 파장중 하나에서 최대가 되도록 하는 것이다.
(11-8)
회절부가 설치된 광학 소자로서는, 특별한 제약은 없지만, 집광 광학계에 설치된 굴절면을 갖는 렌즈 및 평탄형 소자가 제공된다.
회절부가 설치된 광학 소자로서 굴절면을 갖는 렌즈인 경우, 광학 소자의 구체적인 예로서 대물 렌즈, 콜리메이터 렌즈 및 커플링 렌즈가 제공된다. 이들 렌즈들 각각에 대한 굴절면에는 회절부가 설치될 수 있다. 굴절부만 설치되도록 한 평탄형 또는 렌즈형 광학 소자도 집광 광학계에 부가될 수 있다.
또한, 대물 렌즈의 굴절면에 회절부를 설치하는 경우, 대물 렌즈의 외부 직경(플랜지가 제공되면 플랜지를 포함한 외부 직경)이 개구 직경보다 0.4㎜-2㎜ 만큼 큰 것이 바람직하다.
(11-9)
회절부는 광원측의 광학 소자의 광학면상에 또는 결상측(광 정보 기록 매체측) 중 하나, 또는 양측에 설치될 수 있다. 게다가, 회절부는 볼록면 또는 오목면상에 설치될 수 있다.
(11-10)
회절부가 대물 렌즈상에 설치될 때, 부품의 개수가 감소되고 제조시 광 픽업 장치의 합성 오류가 감소될 수 있기 때문에 더 바람직하다. 이 경우에, 대물 렌즈는 단일-소자형으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 두 개의 소자형으로도 이루어질 수 있다. 플라스틱 렌즈가 바람직하지만, 유리 렌즈도 또한 무난하다. 또한, 유리 렌즈의 표면상에, 회절부가 형성되는 수지 층을 제공할 수 있다. 회절부가 제공되는 대물 렌즈가 외주상에 광축의 법선 방향으로 연장되는 표면을 갖는 플랜지부를 갖는 것이 바람직하다. 이는 픽업 장치를 정확하게 장착하는 것을 용이하게 하고, 대기 온도가 변동할 때에도 안정적인 성능을 얻을 수 있도록 한다. 대물렌즈의 굴절면은 비구면이고 회절부는 비구면상에 제공되는 것이 더 바람직하다. 회절부는 기본적으로 대물 렌즈의 한 측 또는 양측상에 제공될 수 있다.
(11-11)
게다가, 회절부가 제공되는 광학 소자가 50 이상 및 100 이하의 아베수(Abbe's number) νd를 갖는 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 플라스틱 또는 유리로 이루어질 수 있다. 또한, 플라스틱 렌즈의 경우, 그 재료의 굴절률은 1.4-1.75의 범위내에 있는 것이 바람직하고, 1.48-1.6의 범위는 더욱 바람직하며 1.5-1.56의 범위는 더욱더 바람직하다.
회절부가 렌즈(바람직하게는 플라스틱 렌즈)상에 제공될 때, 온도 변동에 대하여 안정된 광 픽업 장치 및 광학 소자를 얻기 위하여 다음의 조건식, 즉 -0.0002/℃<△n/△T<-0.00005℃이 만족되는 것이 바람직하다. 여기서, △T는 온도 변동, △n은 렌즈의 굴절률의 변화량이다.
다음의 조건식, 즉 0.05㎚/℃<△λ1/△T<0.5㎚/℃을 만족하면 더욱 바람직하다. 여기서, △λ1(㎚)은 온도 변동 △T에 대한 제1 광원의 파장 변화량이다.
(11-12)
회절부는 진폭형일 수도 있지만, 바람직하게는 광을 사용하는 효율 관점에서 위상형이다. 회절부의 회절 패턴은 광축에 대하여 대칭 회전이 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다. 회절부는 광축의 방향으로 관찰했을 때 복수의 고리띠를 갖고, 이들 복수의 고리띠들은 중심이 광축상에 있거나 광축 부근에 있는 동심원상에 대부분 형성되는 것이 바람직하다. 원이 바람직하지만, 타원일 수도 있다. 단차를 갖는 섬광형 고리띠 모양 회절면이 특히 바람직하다. 또한 스텝형으로 형성된 고리띠 모양 회절면일 수 있다. 또한, 위치가 광축으로부터 더 떨어짐에 따라 렌즈가 두꺼워지는 방향으로 불연속하게 변하는 고리띠로서 스텝으로 형성되는 고리띠 모양 회절면일 수도 있다. 또한, 회절부는 고리띠 모양인 것이 바람직하지만, 1차원 회절 격자일 수도 있다.
(11-13)
회절부가 고리띠 모양 형태로 동심원을 나타낼 때, 회절 고리띠의 피치는 위상차 함수 또는 광 경로차 함수를 사용하여 정의된다. 이 경우에, 복수의 고리띠의 위치를 나타내는 멱급수로 표현된 위상차 함수에서 제곱항 이외의 적어도 하나의 항이 0 이외의 계수를 가지고 있는 것이 바람직하다. 이 구조로 인하여, 다른 파장을 각각 갖는 광선들에 의해 야기되는 색수차의 구면수차를 보정할 수 있다.
(11-14)
회절부의 복수의 고리띠의 위치를 나타내는 멱급수로 표현된 위상차 함수에서 제곱항이 0 이외의 계수를 가질 때, 근축상 색수차는 보정될 수 있으며, 이것이 바람직하다. 그러나, 회절 고리띠의 피치를 너무 작지 않게 하는 것이 중요할 때, 또한 회절부의 복수의 고리띠의 위치를 나타내는 멱급수로 표현된 위상차 함수가 제곱항을 포함하지 않도록 할 수 있다.
(11-15)
또한, 회절부의 회절 고리띠의 스텝수는 2 내지 45의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40 이하로 하는 것이 좋으며, 더욱 바람직한 것은15 이하이다. 또한, 스텝수의 계산은 고리띠의 스텝 부분의 개수를 계수함으로써 실현된다.
게다가, 광축 방향으로의 회절부의 회절 고리띠의 스텝 부분의 깊이는 2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 인하여, 광학 소자는 용이하게 제조될 수 있고, n차 회절광이 +1차 회절광 또는 -1차 회절광으로 용이하게 될 수 있다.
게다가, 회절부를 광원측의 광학 소자의 표면에 설치할 때 스텝 부분의 깊이는 스텝 부분이 광축으로부터 멀어질수록 크게 하는 것이 바람직하다.
(11-16)
광속을 편향시키는 회절부의 효과에 대하여 본 명세서에서는, 광속이 광축 방향으로 편향되는 경우를 양의 효과(positive effect)라고 하고, 한편, 광축으로부터 멀어지도록 광속이 편향되는 경우를 음의 효과(negative effect)라고 한다.
고리띠 모양 회절면에서의 피치에 대하여, 피치를 광축으로부터의 높이에 반비례하도록 할 수 있다. 또한, 피치가 광축으로부터의 높이에 반비례하지 않는 비구면 특성을 갖도록 할 수도 있다.
특히, 비구면 특성을 갖는 피치를 제공할 때, 즉 피치가 광축으로부터의 높이에 반비례하지 않도록 할 때, 변곡점이 있을 수도 있지만, 광 경로차의 함수에는 변곡점이 없는 것이 바람직하다.
게다가, 회절부에 부가된 회절 효과는 회절부의 전체면에 대하여 양이거나, 또는 회절부의 전체면에 대하여 음일 수 있다. 또한, 광축에 수직인 방향으로 광축으로부터 더 멀어지도록 회절부에 부가된 회절 효과의 양 또는 음의 부호가 상기 방향으로 적어도 한번 전환될 수 있도록 할 수도 있다. 예를 들면, 도 47(c)에 도시된 바와 같이, 부호가 광축에 수직인 방향으로 광축으로부터 더 멀어지도록 상기 방향으로 음에서 양으로 변경되는 타입이 제공된다. 즉, 회절부의 복수의 고리띠가 유포되고, 광축에 보다 근접한 회절 고리띠상에서, 그 스텝 부분은 광축으로부터 멀리 배치되고, 광축으로부터 더 먼 회절 고리띠상에서, 그 스텝 부분은 광축에 더 근접하도록 배치된다고 할 수 있다. 또한, 도 47(d)에 도시된 바와 같이, 부호가 광축에 수직인 방향으로 광축으로부터 더 멀어지도록 상기 방향으로 양에서 음으로 변경되는 타입이 제공될 수 있다. 즉, 회절부의 복수의 고리띠가 유포되고, 상기 광축에 보다 근접한 회절 고리띠상에서, 그 단차된 부분은 광축에 더 근접하도록 배치되고, 광축으로부터 더 먼 회절 고리띠상에서, 그 단차된 부분은 광축으로부터 더 멀어지도록 배치된다고 할 수 있다.
또한, 회절 고리띠의 피치(존 거리)는 광축에 수직인 방향으로 고리띠의 스텝과 그 인접한 고리띠의 스텝 사이의 도 134에 도시된 거리 p를 의미하는 한편, 스텝의 깊이는 광 방향으로 스텝의 도 134에 도시된 길이 d를 의미한다.
(11-17)
또한, 피치가 더 작을 때, 그 부분에 대한 집광 효과 및 발산 효과는 더욱 강해지고, 피치가 더 클 때, 그 부분에 대한 집광 효과 및 발산 효과는 더욱 약해진다.
게다가, 회절부는 또한 회절부를 갖는 광학 소자에서 광속이 지나가는 표면의 전체 부분 상에 제공될 수 있다. 즉, 대물 렌즈의 결상측에서 최대 개구수내에서 모든 광속이 회절부를 통과할 수 있도록 구성할 수 있다고 할 수 있다. 회절부는 또한 광학 소자의 하나의 광면상의 전체 부분 상에 간단히 제공될 수 있거나, 또는 광학 소자의 하나의 광면의 70% 이상(80%이상이 바람직하며, 90%이상은 더욱 바람직함)이 회절부이도록 이루어질 수 있다.
(11-18)
게다가, 회절부는 또한 굴절면 또는 투과면이 되도록 다른 영역을 형성하기 위해 광속이 지나가는 광학 소자의 표면의 일부에만 제공될 수 있다. 회절부가 광속이 지나가는 표면의 일부만이 제공될 때, 회절부는 광축 근방에 있도록 제공되지 않고 광축을 포함한 광축의 근방의 부분에만 제공될 수 있거나, 또는 회절부는 링 모양이도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 회절부는 광학 소자의 광면의 한 표면의 10%이상 90%미만 상에 제공될 수 있다. 또는 한 표면의 10%이상 50%미만이 회절부이도록 이루어질 수 있다.
(11-19)
또한, 광속이 지나가는 광학 소자의 표면의 일부에만 회절부를 제공할 때, NA1>NAH1, NAH1≥NA2, NA2≥NAL1≥0은 NA1>NA2의 경우에 바람직하다. NA2>NA1의 경우에는, NA2>NAH2, NAH2≥NA1, NA1≥NAL2≥0이 바람직하다. 또한, NA1 및 NA2 각각은 제1 광속 및 제2 광속을 각각 사용하여 결상측상의 대물 렌즈의 소정의 개구수이다. NAH1 및 NAH2 각각은 회절부의 외측을 통과하는 제1 광속 및 제2 광속 각각에 대한 결상측의 대물 렌즈의 개구수이다. NAL1 및 NAL2 각각은 회절부의 내측을 통과하는 제1 광속 및 제2 광속 각각에 대한 결상측상의 대물 렌즈의 개구수이다.
(11-20)
회절부가 광속이 지나가는 광학 소자의 표면의 일부에만 제공될 때, NA1 이하에서 제1 광속으로 회절부를 통과한 광속 및 NA1 이하에서 회절부 이외의 굴절면을 통과한 광은, NA1>NA2인 경우 대부분 동일한 위치에 집광된다. NA2>NA1인 경우, NA2 이하에서 제2 광속으로 회절부를 통과한 광속 및 NA2 이하에서 회절부 이외의 굴절면을 통과한 광은 대부분 동일한 위치에 집광된다.
회절부가 제1 회절 패턴 및 제2 회절 패턴을 갖고, 제2 회절 패턴은 광축으로부터의 거리에 있어서 제1 회절 패턴 보다 먼 실시예가 개시되어 있다. 회절부 및 동일한 평면상에 회절부를 갖지 않는 굴절면을 조합할 수 있다.
(11-21)
굴절 패턴의 두가지 유형이 사용될 때, 또한 n차 회절광이 회절부의 제1 회절 패턴을 통과한 제1 광속에서 다른 차수의 회절광 보다 더 발생되고, 그리고 제1 정보 기록면상에 집광될 수 있으며, 또한 n차 회절광은 회절부의 제1 회절 패턴을 통과한 제2 광속에서도 다른 차수의 회절광보다 더 발생되고 제2 정보 기록면상에 집광될 수 있는 한편, 투과광을 나타내는 0차 광은 회절부의 제2 회절 패턴을 통과한 제2 광속에서 다른 차수의 회절광보다 더 발생된다. 이 경우 n차는 바람직하게는 1차이다.
(11-22)
게다가, 다른 실시예에서, n차 회절광은 회절부의 제1 회절 패턴을 통과한 제1 광속에서 다른 차수의 회절광보다 더 발생되고, 그리고 제1 정보 기록면상에 집광될 수 있으며, 또한 n차 회절광은 회절부의 제1 회절 패턴을 통과한 제2 광속에서도 다른 차수의 회절광보다 더 발생되고 제2 정보 기록면상에 집광될 수 있고, 0차 회절광은 회절부의 제2 회절 패턴을 통과한 제1 광속에서 다른 차수의 회절광보다 더 발생되고 제1 정보 기록면상에 집광될 수 있는 한편, n차가 아닌 음의 차수의 회절광은 회절부의 제2 회절 패턴을 통과한 제2 광속에서 다른 차수의 회절광보다 더 발생된다. 이 경우에 n차는 바람직하게는 +1차이고, 음의 차수는 바람직하게는 -1차이다.
(11-23)
각각 서로 다른 두께의 투명 기판을 갖는 다수의 광 정보 기록 매체에서 사용되는 광 픽업 장치 또는 광학 소자의 경우, 회절부의 고리띠의 피치는 다음의 조건식을 충족시키는 것이 바람직하다.
0.4｜(Ph/Pf)-2｜25
보다 바람직하게는 0.8｜(Ph/Pf)-2｜6이며, 더욱 바람직하게는 1.2｜(Ph/Pf)-2｜2이다.
(11-24)
결상측에 대물 렌즈의 최대 개구수에 대응하는 회절부의 고리띠의 피치는 Pf로 나타내고, 최대 개구수의 1/2에 대응하는 회절부의 고리띠의 피치는 Ph로 나타낸다. 또한, 최대 개구수에 관하여는, 광 픽업 장치에서 정보를 판독/기록하는 몇몇 타입의 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수들 중 가장 큰 하나가 최대 개구수로 간주된다. 또한, 소정의 개구수는, 그 광 픽업 장치에서 가능한 소정의 파장을 갖는 광속(light flux)에 의해 광 정보 기록 매체 상에 정보를 판독/기록하게 하는 개구수를 의미하지만, 이는 또한 어떤 광 정보 기록 매체의 규격에 따라 요구되는 개구수일 수도 있다. 더욱이, "결상측 상에 대물 렌즈의 최대 개구수에 대응하는 회절부의 고리띠의 피치"는 최대 개구수의 경우 회절부를 통과하는 광속의 최외곽 부분에 위치한 고리띠의 피치를 의미한다. "최대 개구수의 1/2에 대응하는 회절부의 고리띠의 피치"는 개구수가 최대 개구수의 1/2인 경우 회절부를 통과하는 광속의 최외곽 부분에 위치한 고리띠의 피치를 의미한다.
(11-25)
또한, 소정의 개구수까지는 2개의 광원으로부터 얻어진 각각의 2개의 광속들 중 하나에 대하여 무수차(no-aberration)로 하고, 소정의 개구수 이외의 부분에 대해서는 수차를 플레어(flare)로 하는 광 픽업 장치를 채택할 수 있다.
(11-26)
즉, 이는 후술되는 바와 같다. 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 제1 광 정보 기록 매체의, 소정의 개구수 범위 내에 있는 제1 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상에 집광되며, 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖을 통과하는 제1 광속은 제1 정보 기록면 상에서 0.07 λrms 보다 크며, 상기 개구수의 밖을 통과하는 제2 광속 뿐만 아니라 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수를 통과하는 제2 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제2 정보 기록면에 집광된다. 이 경우, NA1은 NA2보다 작으며, NA1과 NA2 사이의 광속은 제1 광 정보 기록 매체에 대해 기록 및 재생 동작을 행할 때 플레어되게 된다.
(11-27)
또한, 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 제2 광 정보 기록 매체의, 소정의 개구수 범위 내에 있는 제2 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상에 집광되며, 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수의 밖을 통과하는 제2 광속은 제2 정보 기록면 상에서 0.07 λrms 보다 크며, 상기 개구수의 밖을 통과하는 제1 광속 뿐만 아니라 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수를 통과하는 제1 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제1 정보 기록면에 집광된다. 이 경우, NA1은 NA2보다 크며, NA1과 NA2 사이의 광속은 제2 광 정보 기록 매체에 대해 기록 및 재생 동작을 행할 때 플레어되게 된다.
이들 실시예들은 회절부의 설계에 따라 임의로 설정될 수 있다. 예를 들면, 회절부를 설계함으로써 소정의 개구수 이상에서 플레어를 발생시키거고 광학 소자의 전체 표면에 회절부를 제공하거나, 또는 플레어가 굴절면과 회절부에 의해 발생될 수 있도록 광학 소자의 표면의 일부에 회절부를 제공하고 다른 부분은 굴절면이 되도록 하는 것이 가능하다.
(11-28)
상기 플레어를 발생시키는 실시예에서, 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖의 제1 광속을 차폐하거나 회절시키고 제2 광속을 투과시키는 개구 조정 수단, 및 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖의 제2 광속을 차폐하거나 회절시키고 제1 광속을 투과시키는 개구 조정 수단이 설치되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 이색 필터(dichroic filter) 또는 홀로그램 필터를 제공하지 않고 통상의 개구를 제공하는 것이 바람직하다. 회절부가 상기 기능만을 충족하도록 설계된다면, 통상의 개구만을 제공하는 것으로 충분하며, 이에 의해 메커니즘이 간단해지므로 바람직하다.
(11-29)
그러나, 플레어를 발생시키기 위해 홀로그램 필터와 같은 필터를 사용할 수도 있다. 또한, 홀로그램 필터와 같은 필터를 설치하는 경우, 별도의 필터를 집광 광학계 내에 설치하거나 필터를 대물 렌즈 상에 설치할 수도 있다.
소정의 개구수가 보다 작은 곳에 위치한 광속이 집광될 때 최소 스폿을 만들 수 있도록 그 위치에 대해 플레어를 언더(under)로 하거나, 또는 플레어를 오버(over)로 할 수도 있다. 오버로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 플레어를 발생시키는 경우, 구면수차도(spherical aberration diagram)상에 플레어를 연속적으로 발생시키거나 또는 불연속적으로 플레어를 발생시킬 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 플레어가 발생되지 않는 광 픽업 장치의 실시예가 제공된다. 이하 설명된다.
(11-30)
즉, 다음과 같이 설명할 수 있다. 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 제1 광 정보 기록 매체의, 소정의 개구수 범위 내에 있는 제1 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상에 집광되며, 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖을 통과하는 제1 광속은 제1 정보 기록면 상에서 0.07 λrms 이하의 상태에서 제1 정보 기록면에 집광되거나, 또는 차폐되어 제1 정보 기록면에 도달하지 않게 된다. 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 내측을 통과하는 제2 광속, 및 소정의 개구수 밖을 통과하는 제2 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상에 집광된다. 이 경우, NA1은 NA2보다 작으며, NA1과 NA2 사이의 광속은 제1 광 정보 기록 매체에 대해 기록 및 재생 동작을 행할 때 집광 및 차폐되게 된다.
(11-31)
또한, 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 제2 광 정보 기록 매체의, 소정의 개구수 범위 내에 있는 제2 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상에 집광되며, 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖을 통과하는 제2 광속은 0.07 λrms 이하의 상태에서 제2 정보 기록면에 집광되거나, 또는 차폐되어 제2 정보 기록면에 도달하지 않게 된다. 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 내측을 통과하는 제1 광속, 및 소정의 개구수 밖을 통과하는 제1 광속은0.07 λrms 이하의 상태에서 제1 광 정보 기록 매체의 제1 정보 기록면 상에 집광된다. 이 경우, NA1은 NA2보다 크며, NA2과 NA1 사이의 광속은 또한 제2 광 정보 기록 매체에 대해 기록 및 재생 동작을 행할 때 집광 및 차폐되게 된다.
이들 실시예들은 회절부의 설계에 따라 자유롭게 설정될 수 있다.
(11-32)
플레어가 발생되지 않으며 NA1과 NA2 사이 또는 NA2과 NA1 사이의 광속이 차폐되는 실시예에서는, 제1 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖의 제1 광속을 차폐하고 제2 광속을 투과하는 개구 조정 수단 또는 제2 광속을 이용하는 경우 결상측에서 대물 렌즈의 소정의 개구수 밖의 제2 광속을 차폐하고 제1 광속을 투과하는 개구 조정 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 또는, 각각의 광속이 자신의 소정의 개구수를 갖고 있는 개구 조정 수단을 제공하는 것이 바람직하다.
(11-33)
즉, 광속은, 제1 광속 또는 제2 광속 중 하나에 대해 소정의 개구수 이상에서의 개구 조정 수단을 나타내는 이색 필터나 홀로그램 필터 등의 고리띠 모양의 필터에 의해 광속이 차폐되는 것이 바람직하다. 또한, 이색 필터 또는 홀로그램 필터를 제공하는 경우, 별도의 필터를 집광 광학계 내에 제공하거나 필터를 대물 렌즈 상에 제공할 수도 있다.
(11-34)
그러나, 플레어가 발생하지 않는 경우, 또한 최대 개구수 내의 모든 광속들이 이색 필터 또는 홀로그램 필터를 제공하지 않고 통상의 개구만을 제공함으로써 정보 기록면 상에 집광될 수 있도록 할 수 있다. 한편, 또한 결상측에서 대물 렌즈의 최대 개구수 내의 제1 및 제2 광속들이 0.07 λrms 의 상태 하에서 정보 기록면 상에 집광될 수 있도록 할 수 있다. 이는 바람직하게는 NA1=NA2일 때, 상기 실시예에 의해 플레어를 발생시키지 않는다.
(11-35)
또한, 서로 다른 정보 기록 매체를 나타내는 제1 광 정보 기록 매체와 제2 광 정보 기록 매체는 각각의 기록/재생을 위해 사용된 서로 다른 광 파장을 갖는 정보 기록 매체이다. 투명 기판의 두께와 굴절률은 동일할 수도 다를 수도 있다. 소정의 개구수는 동일할 수도 다를 수도 있다. 소정의 개구수는 동일할 수도 다를 수도 있으며, 또한 정보 기록 밀도는 동일할 수도 다를 수도 있다.
서로 다른 정보 기록 매체 각각의 기록/재생을 위해 사용된 광의 파장차에 의해 발생된 근축상 색수차와 구면수차는 본 발명의 회절부에 의해 보정된다. 또한, 구면수차와 근축상 색수차가 모두 보정되는 것이 바람직하지만, 구면수차만이 보정되고 근축상 색수차는 보정되지 않은 실시예, 한편 근축상 색수차 만이 보정되고 구면수차는 보정되지 않은 실시예도 또한 채택할 수 있다. 또한, 광 정보 기록 매체의 구체적인 실시예로는, CD, CD-R, CD-RM, DVD, DVD-RAM, LD, MD, MO 등이 사용될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지는 않는다. 또한 청색 레이저를 이용하는 광 정보 기록 매체를 사용할 수 있다.
(11-36)
서로 다른 정보 기록 매체에서 투명 기판의 두께가 서로 다르고 구면수차가 상기 투명 기판의 두께에 기초하여 발생되는 경우에도, 본 발명의 회절부에 의해 구면수차가 보정될 수 있다. 더욱이, 제1 광 정보 기록 매체 및 제2 광 정보 기록 매체에서 투명 기판의 두께가 다를 때, 발생된 구면수차의 레벨이 높아지기 때문에, 바람직한 본 발명의 효과를 현저하게 얻을 수 있다.
(11-37)
또한, 바람직하게는 제1 광속의 파장과 제2 광속의 파장 사이의 차는 80 ㎚ 내지 400 ㎚ 범위 내에 있다. 보다 바람직한 범위는 100 ㎚ 내지 200 ㎚ 내 이다. 제1 광원과 제2 광원으로는, 예를 들면, 파장이 760-820 ㎚, 630-670 ㎚ 및 350-480 ㎚인 광을 방출하여 이들을 이용에 적합하게 결합한 2가지 형태의 광원을 선택할 수 있다. 자연히, 3개의 광원, 또는 4개의 광원을 수용할 수도 있다. 제3 광속을 방출하는 제3 광원 및 제4 광속을 방출하는 제4 광속이 제공되는 경우, 회절부를 통과하는 제3 광속 및 제4 광속에서도 n차 회절광은 다른 순서의 회절광보다 많이 발생된다.
(11-38)
제2 광속의 파장이 제1 광속의 파장보다 길 경우, 제2 광속 및 제1 광속 내의 근축상 색수차는 다음의 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
-λ2/(2NA2 2) ≤ Z ≤ λ2/(2NA2 2)
여기서, λ2는 제2 광속의 파장이고,
NA2는 제2 광속에 대해 결상측에서 대물 렌즈의 제2 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수이다.
(11-39)
두께가 서로 다른 투명 기판을 갖는 기록 매체를 사용하는 경우, t2 > t1이고 λ2 >λ1인 경우에 이하의 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
0.2×10-6/℃ < ΔWSA3·λ1/{f·(NA1)4·ΔT} < 2.2×10-6/℃
NA1 : 제1 광속을 이용하는 결상측에서 대물 렌즈의 제1 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수
λ1 : 제1 광속의 파장
f1 : 제1 광속에 대한 대물 렌즈의 초점 길이
ΔT : 주위 온도의 변동
ΔWSA3 (λ1rms): 제1 광속을 사용하여 광 정보 기록 매체에 재생 및 기록을 행하는 경우 광 정보 기록면 상에 집속광속의 구면수차 중 3차 구면수차 성분의 변동량
(11-40)
제1 광속을 이용하는 경우 발산광 또는 집속광 등의 비평행(non-collimated) 광속을 나타내는 제1 광속이 대물 렌즈로 입사되도록 하고, 제2 광속을 이용하는 경우 발산광 또는 집속광 등의 비평행 광속을 나타내는 제2 광속이 대물 렌즈에 입사되도록 하는 것도 가능하다.
(11-41)
또는, 제1 광속을 이용하는 경우 평행 광속(collimated light flux)을 나타내는 제1 광속이 대물 렌즈로 입사될 수 있고, 제2 광속을 이용하는 경우 발산광 또는 집속광 등의 비평행 광속을 나타내는 제2 광속이 대물 렌즈로 입사될 수 있다. 또는 제1 광속을 이용하는 경우 발산광 또는 집속광 등의 비평행 광속을 나타내는 제1 광속이 대물 렌즈로 입사될 수 있고, 제2 광속을 이용하는 경우 평행 광속을 나타내는 제2 광속이 대물 렌즈로 입사될 수 있다.
제1 광속 및 제2 광속 중 어느 하나에 비평행 광속을 이용하는 경우 또는 이들 두개의 광속 모두를 이용할 때, 제1 광속을 이용할 때의 대물 렌즈의 크기(m1)와 제2 광속을 이용할 때의 대물 렌즈의 크기(m2) 사이의 차의 절대값은 0-1/15의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 0-1/18이다. λ2>λ1 및 t2>t1인 경우, m1이 큰 것이 바람직하다. 특히, 상기한 범위는 CD 또는 DVD에 대한 제1 광속 및 제2 광속이 각각 이용될 때 바람직하다. 여기서, 제1 광속의 파장을 λ1, 제2 광속의 파장을 λ2, 제1 투명 기판의 두께를 t1, 및 제2 투명 기판의 두께를 t2라 한다.
또는, 평행 광속을 나타내는 제1 광속 및 비평행 광속을 나타내는 제2 광속은 대물 렌즈 안으로 입사될 수 있도록 배열되는 것이 바람직하다. 이 경우, 회절부는 도 47a 및 도 47b에 도시된 형태, 또한 도 47b 및 47c에 도시된 형태가 바람직하다.
(11-42)
또한, 광 픽업 장치에는 대물 렌즈로 입사되는 광속의 발산도를 변경하는 발산도 변경 수단(divergence changing means)을 제공하고 이에 의해 제1 광속과 제2 광속에서 대물 렌즈로 입사되하는 광속의 발산을 변경시키는 것이 바람직하다.
또한, 발산광이 대물 렌즈로 입사될 때, 대물 렌즈는 유리 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 제1 정보 기록 매체 및 제2 정보 기록 매체 중 어느 하나에 대해 재생 및 기록 동작을 행하고 이들 중 다른 하나에 대해서는 재생 동작만을 행할 수 있을 때, 광 픽업 장치에서, 제1 광속에 대한 전체 광 픽업 장치들의 결상 배율은 제2 광속에 대한 전체 광 픽업 장치의 결상 배율과 다른 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율은 제2 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율과 동일할 수도 다를 수도 있다.
또한, λ1<λ2 및 t1<t2인 경우 제1 정보 기록 매체에 대해서만 재생 및 기록 동작을 행하고 제2 정보 기록 매체에 대해서는 재생 동작 만을 행할 때, 제1 광속에 대한 전체 광 픽업 장치들의 결상 배율은 제2 광속에 대한 전체 광 픽업 장치의 결상 배율보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 0.61<NA1<0.66인 경우 상기 조건을 만족할 때, 집광 광학계에는 배율을 변경하는 커플링 렌즈가 제1 광원과 콜리메이터 렌즈 사이에 제공되며, 집광 광학계에서 제1 광속에 대한 콜리메이터 렌즈와 제2 광속에 대한 콜리메이터 렌즈는 별개로 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율과 제2 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율은 모두 제로인 것이 바람직하다. 여기서, λ1은 제1 광원의 파장, λ2는 제2 광원의파장, t1은 제1 투명 기판의 두께, 및 t2는 제2 투명 기판의 두께를 나타내며, 결상측의 제1 광 정보 기록 매체에 기록 및 재생을 행하기 위해 반드시 필요한 대물 렌즈의 소정의 개구수는 NA1로 나타낸다.
더욱이, λ1<λ2 및 t1<t2인 경우, 제2 정보 기록 매체에 대해서만 재생 및 기록 동작을 행하고 제1 정보 기록 매체에 대해서는 재생 동작 만을 행할 수 있을 때, 제1 광속에 대한 전체 광 픽업 장치들의 결상 배율은 제2 광속에 대한 전체 광 픽업 장치의 결상 배율보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 제1 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율 및 제2 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율은 모두 제로인 것이 바람직하다.
또한, 제1 정보 기록 매체 및 제2 정보 기록 매체 모두에 대해서 재생 및 기록 동작을 행할 때, 또는 이들 모두에 대해서 재생 동작만을 행할 때, 광 픽업 장치에서 제1 광속에 대한 전체 광 픽업 장치들의 결상 배율은 제2 광속에 대한 전체 광 픽업 장치의 결상 배율과 거의 동일한 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율은 제2 광속에 대한 대물 렌즈의 결상 배율과 동일하거나 또는 다를 수 있다.
(11-43)
또한, 광 검출기를 제1 광속과 제2 광속 모두에 공용으로 할 수 있다. 또는, 제1 광속용 제1 광 검출기, 제2 광속용 제2 광 검출기의 2개의 광 검출기를 제공할 수도 있다.
(11-44)
광 검출기와 제1 광원 또는 광 검출기와 제2 광원을 단일 부품으로 만들 수 있다(unitize). 또는 광 검출기, 제1 광원 및 제2 광원을 단일 부품으로 만들 수 있다. 또는 광 검출기, 제2 광 검출기, 제1 광원 및 제2 광원 모두를 단일 부품으로 일체화할 수 있다. 또한, 제1 광원과 제2 광원만을 단일 부품으로 만들 수도 있다.
구체적으로, 제1 광원 및 제2 광원을 각각 단일 부품으로 만들고 동일면상에 나란히 배치되는 경우, NA1>NA2인 경우에는 대물 렌즈의 광축에 제1 광원을 제공하는 것이 바람직하고, NA1<NA2인 경우에는 대물 렌즈의 광축에 제2 광원을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 결상측의 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생에 필요한 대물 렌즈의 소정의 개구수는 NA1로 나타내고, 결상측의 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생에 필요한 대물 렌즈의 소정의 개구수는 NA2로 나타낸다.
또한, WD1이 제1 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 데 있어서의 작업 거리(working distance)를 나타내고, WD2가 제2 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 데 있어서의 작업 거리를 나타낼 때, |WD1-WD2|≤0.29 mm인 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생을 위한 배율은 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생을 위한 배율과 동일하다. 배율은 0인 것이 더 바람직하다. 또한, t1<t2 및 λ1<λ2인 경우에는 WD1≥WD2인 것이 바람직하다. 이러한 작업 거리의 조건은 특히 제1 광 정보 기록 매체가 DVD이고 제2 광 정보 기록 매체가 CD인 경우에 바람직하다. 또한, 작업 거리가 만족된 경우, 도 47b 및 47c에 도시된 회절부의 형태가 도 47a 및 47d에 도시된 형태보다 더 바람직하다.
또한, 대물 렌즈와 같은 집광 광학계 또는 광학 소자는 정보의 기록 및 재생을 위한 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 광속이 집광될 수 있도록 스폿을 형성한다. 특히, NA1이 NA2보다 크고, λ1이 λ2보다 작으며, NA2 외측의 광속이 제2 광속과 관련된 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상에서 희미해질 때(결상면 상의 파면 수차가 0.07λ2 rms보다 크게 제작됨), 스폿은 다음의 조건을 만족하는 것이 바람직하다:
0.66λ2/NA2≤w≤1.15λ2/NA2
w>0.83λ2/NA1
λ1: 제1 광속의 파장
λ2: 제2 광속의 파장
NA1: 제1 광속에 대한 제1 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수
NA2: 제2 광속에 대한 제2 광 정보 기록 매체의 소정의 개구수
w: 결상면 상의 제2 광속의 13.5% 강도의 빔 직경
또한, 스폿이 완전한 원형이 아닌 경우, 빔 직경이 대부분 집광되는 방향의 빔 직경은 상기 빔 직경(w)이 되도록 제작된다.
다음 조건을 만족하는 것이 더 바람직하다.
0.74λ2/NA2≤w≤0.98λ2/NA2
스폿의 형태에 있어서는, 기록 및 재생에 사용되는 높은 광 강도의 스폿이 중심에 위치하고, 검출에 악영향을 미치지 않을 정도로 광 강도가 낮은 플레어가 스폿 주위에 연속적으로 위치하는 형태이거나, 기록 및 재생에 사용되는 높은 강도의 스폿이 중심에 위치하고 플레어가 도넛 형태로 스폿 주위에 위치하는 형태일 수 있다.
(11-45)
또한, 정보를 양호하게 검출하기 위해서는 S 형태의 특성이 양호한 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로, 오버슛(overshoot)은 0 내지 20%인 것이 바람직할 수 있다.
λ1이 제1 광원의 파장을 나타내고, λ2가 제2 광원의 파장을 나타내며, t1이 제1 투명 기판의 두께를 나타내고 t2가 제2 투명 기판의 두께를 나타내며, NA1이 제1 광속에 의한 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생에 필요한 결상측 상의 대물 렌즈의 소정의 개구수를 나타내고 NA2가 제2 광속에 의한 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생에 필요한 결상측 상의 대물 렌즈의 소정의 개구수를 나타낼 때, 바람직한 예로서 다음의 조건식이 주어진다. 이 경우, n차 회절광은 +1차 회절광인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예가 다음 조건식에 제한되는 것은 아니다.
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2(바람직하게는 NA1>NA2>0.5×NA1)
상기 조건식이 만족되는 경우, 집광 광학계의 대물 렌즈는 회절부를 포함하고, 집광 광학계가 제2 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상의 회절부를 통과한 제2 광속 내의 n차 회절광을 집광시키는 경우에는 구면수차는 도 112에 도시된 적어도 하나의 위치에 불연속부를 포함할 수 있다.
NA2 근처의 한 위치에 불연속부를 포함하는 경우, 구면수차는 불연속부를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 다음과 같은 경우가 있을 수 있다. NA=0.45인 위치에 구면수차가 불연속부를 포함하고, NA=0.5인 위치에 구면수차가 불연속부를 포함한다.
구면수차가 불연속부를 포함하는 경우, 집광 광학계는 제1 기록 매체의 제1 정보 기록면 상의 회절부를 통과한 제1 광속에서 NA1보다 작은 개구수를 가진 n차 회절광을 집광시켜 최상 결상점에서의 파면 수차가 0.07λrms가 되고, 집광 광학계는 제2 기록 매체의 제2 정보 기록면 상의 회절부를 통과한 제2 광속에서 불연속부보다 작은 개구수를 가진 n차 회절광을 집광시켜 최상 결상점에서의 파면 수차가 0.07λrms가 된다.
또한, 상기 조건식이 만족되는 경우, 집광 광학계는 대물 렌즈를 포함하고 대물 렌즈는 회절부를 가질 수 있으며, 집광 광학계가 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생을 수행하기 위하여 제2 광 정보 기록 매체의 제2 정보 기록면 상의 회절부를 통과한 제2 광속의 n차 회절광을 집광시키는 경우, 구면수차는 도 27에 도시된 불연속부를 갖지 않고 연속될 수 있다.
구면수차가 불연속부 없이 계속되는 경우, NA1에서의 구면수차는 20μm보다 작지 않고 NA2에서의 구면수차는 10μm 보다 크지 않은 것이 바람직하다. 또한, NA1에서의 구면수차가 50㎛보다 작지 않고, NA2에서의 구면수차가 2㎛보다 크지 않도록 하는 것이 보다 바람직하다.
(11-46)
구체적이고 바람직한 예로서, 전술한 조건에서 한 유형의 DVD가 제1 광 정보 기록 매체로 사용되고 한 유형의 CD가 제2 광 정보 기록 매체로 사용되는 다음의 실시예가 주어지는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
0.55mm<t1<0.65mm
1.1mm<t2<1.3mm
630nm<λ1<670nm
760nm<λ2<820nm
0.55<NA1<0.68
0.40<NA2<0.55
전술한 범위에서 회절부가 링형 회절부인 경우, NA2 이하에 대응하는 회절부는 19개의 고리보다 많지 않거나 21개의 고리보다 적지 않은 것이 바람직하다. 또한, 총 회절부는 35개의 고리보다 적지 않거나 33개의 고리보다 많지 않은 것이 바람직하다.
(11-47)
또한, 상기 범위가 만족되는 경우, 스폿의 직경은 아래의 실시예를 만족하는 것이 바람직하다. 집광 광학계는 대물 렌즈를 포함하고, 대물 렌즈는 회절부, λ1=650nm, t1=0.6mm 및 NA1=0.6을 가지며, 평행 광선들로 구성되고 균일한 강도 분포를 가진 제1 광속이 대물 렌즈에 입사되고 제1 투명 기판을 통해 제1 정보 기록면 상에 집광되는 경우에는 집광 스폿의 직경은 최상 집광 조건에서 0.88μm 내지 0.91μm인 것이 바람직하다.
또한, λ1=650nm, t1=0.6mm 및 NA1=0.65이고, 평행 광선들로 구성되고 균일한 강도 분포를 가진 제1 광속이 대물 렌즈에 입사되고 제1 투명 기판을 통해 제1 정보 기록면 상에 집광되는 경우에 집광 스폿의 직경은 최상 집광 조건에서 0.81μm 내지 0.84μm인 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 범위가 만족되고 회절부가 대물 렌즈 상에 제공되는 경우, NA=0.4에서의 회절부의 피치는 10μm 내지 70μm이다. 이 피치는 20 내지 50μm인 것이 더 바람직하다.
또한, 전술한 조건에서 구체적이고 바람직한 실시예로서 다음의 실시예가 주어지는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 제2 광 정보 기록 매체인 CD에 대한 기록이 수행될 때, NA2는 0.5인 것이 바람직하다. 또한, DVD인 제1 광 정보 기록 매체에 대한 기록이 수행될 때, NA1은 0.65인 것이 바람직하다.
t1=0.6mm
t2=1.2mm
λ1=650nm
λ2=780nm
NA1=0.6
NA2=0.45
(11-48)
아래의 실시예도 허용된다. 아래의 실시예의 경우, n차 회절광은 -1차 광인것이 바람직하다.
λ1<λ2
t1>t2
(11-49)
본 발명의 광 픽업 장치를 설치하고, 광 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하거나 광 정보 기록 매체에 정보를 기록하는 광 정보 기록 매체 재생 또는 기록 장치의 구체예로서, DVD/CD 재생 장치, DVD/CD/CD-R 기록 및 재생 장치, DVD-RAM/DVD/CD-R/CD 기록 및 재생 장치, DVD/CD/CD-RW 기록 및 재생 장치, DVD/LD 재생 장치, 청색 레이저를 채용한 DVD/광 정보 기록 매체 기록 및 재생 장치, 및 청색 레이저를 채용한 CD/광 정보 기록 매체 기록 및 재생 장치가 주어지는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 이러한 광 정보 기록 매체 기록 및 재생 장치는 광 픽업 장치 외에 전원 및 스핀들 모터를 설치한다.
이어서, 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징 1의 광학계는 한개 이상의 광학 소자를 포함하며, 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 재생하는 데 사용되는 광학계에서 적어도 하나의 광학 소자는 서로 다른 적어도 2개의 파장의 광에 대해 동일 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖는다.
본 발명의 특징 1에 따르면, 광학 소자는 회절면을 갖기 때문에, 서로 다른 적어도 2개의 파장의 광에 대해 구면수차가 보정될 수 있으며, 축방향 색수차도 보정될 수 있다. 즉, 대물 렌즈 또는 이와 유사한 렌즈와 같은 많은 광학 소자가 공용으로 사용되는 간단한 구조에 의해 구면수차 및 축방향 색수차가 보정될 수 있어 광학계의 크기 및 중량이 감소될 수 있고 비용이 감소될 수 있다. 또한, 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장의 광에 대해 동일 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖기 때문에 광량의 손실이 감소될 수 있으며, 필요 개구수가 다를 때에도 예컨대 공통 대물 렌즈를 사용하여 충분한 광량을 얻을 수 있다.
또한, 1개 이상의 광학 소자가 포함되고 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및 재생 중 적어도 하나를 위해 사용되는 본 발명의 특징 2의 광학계에는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광에 대해 특정 차수의 회절광을 각각 선택적으로 발생시키는 회절면이 상기 광학 소자들 중 적어도 하나의 광학 소자의 적어도 하나의 광학면의 거의 전표면 상에 형성된다.
본 발명의 특징 2에 따르면, 본 발명의 특징 1과 동일한 방식으로 회절면이 광학 소자 상에 형성되기 때문에, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광에 대해 구면수차 및 축방향 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 회절면이 광학 소자의 적어도 하나의 광학면에 거의 전표면 상에 형성되기 때문에, 보정이 더 효과적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 각 용어는 다음과 같이 정의된다. 우선, 광학 소자는 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 정보 기록 매체에서 정보를 재생하기 위해 광학계에 사용할 수 모든 광학 소자의 각각을 나타내고, 일반적으로 커플링 렌즈, 대물 렌즈, 편광 빔 분할기, 1/4 파장판, 또는 2개 이상의 광원으로부터 광을 합성하는 빔 분할기 등이 있지만, 광학 소자는 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 회절부만을 설치하고 다른 기능은 갖지 않는 광학 소자가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 광학계는 예컨대 CD 및 DVD 상의 정보를 기록 또는 재생할 수 있는 하나 이상의 광학 소자 어셈블리이며, 정보 기록 매체 상에 정보를 기록하거나 재생할 수 있는 전체 광학계만을 의미하는 것은 아니다. 그러나, 광학계의 일부를 의미할 수도 있으며, 광학계는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 광학 소자를 포함한다.
본 발명에서의 정보 기록 매체로서는 디스크형 정보 기록 매체, 예컨대 CD, CD-R, CD-RW, CD 비디오, CD-ROM 등과 같은 각 유형의 CD, 또는 DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW 등과 같은 각 유형의 DVD, 또는 MD, LD, MO 등이 있다. 일반적으로, 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에는 투명 기판이 있다. 정보 기록 매체가 이에 제한되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 본 발명에 사용되는 정보 기록 매체는 현재의 시장에서 구입할 수 있는 청색 레이저와 같은 광 정보 기록 매체를 포함한다.
본 발명에서 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록, 또는 정보 기록 매체 상의 정보의 재생은 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 정보를 기록하는 것과 정보 기록면 상에 기록된 정보를 재생하는 것을 의미한다. 본 발명에서 픽업 장치 및 광학계는 기록 또는 재생만을 위해 사용되는 픽업 장치 및 광학계일 수 있으며, 기록 및 재생 모두에 사용되는 픽업 장치 및 광학계일 수도 있다. 또한, 픽업 장치 및 광학계는 정보 기록 매체에 정보를 기록하는 데 사용되고 다른 정보 기록 매체에서 정보를 재생하는 데 사용될 수 있으며, 또는 한 정보 기록 매체에 정보를 기록 및재생하고 다른 정보 기록 매체에 정보를 기록하고 재생하는 데 사용될 수 있다. 또한, 여기서 재생은 정보의 판독만을 의미한다.
또한, 정보 기록 매체에 대한 기록 및 재생 중 적어도 하나에 사용되는 픽업 장치 및 광학계는 물론 전술한 목적에 이용할 수 있는 픽업 장치 및 광학계, 및 상기 목적을 위해 실제 사용되거나 사용에 적합한 픽업 장치 및 광학계를 포함한다.
본 발명에서, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광은 2개의 다른 파장을 가진 광, 예컨대 CD에 사용되는 780 nm 파장을 가진 광 및 DVD에 사용되는 635 nm 또는 650 nm 파장을 가진 광일 수 있으며, 3개의 다른 파장을 가진 광일 수 있는데, 이 광은 예컨대 고밀도 기록된 대용량 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 위한 400 nm 파장을 가진 광을 더 포함한다. 물론, 4개의 다른 파장을 가진 광이 사용될 수 있다. 또한, 3개 이상의 다른 파장이 실제로 사용되거나 사용하려는 광학계에서도, 광은 적어도 2개의 다른 파장을 가진 광을 의미한다. 물론, 400 nm 및 780 nm의 조합 또는 400 nm 및 650 nm의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명에서 다른 파장들을 가진 광은 전술한 바와 같이 정보 기록 매체의 종류 또는 기록 밀도 차이에 대응하여 사용되는 서로 충분한 파장 차이를 가진 복수의 파장의 광을 의미하지만, 한 파장을 가진 광을 출력하는 한 광원의 온도 변화 또는 출력 변화에 의해 발생하는 약 ±10 nm 이내의 일시적인 편이에 기인하여 달라지는 파장을 가진 광을 의미하지 않는다. 또한, 전술한 정보 기록 매체의 종류 또는 기록 밀도의 차이 이외에 다른 파장을 가진 광이 사용되는 요인으로는 정보 예컨대 기록 매체의 투명 기판의 두께 차이 또는 기록 및 재생간의 차이가 있다.
또한, 회절면은 광학 소자의 표면, 예컨대 렌즈의 표면 상에 릴리프(relief)가 제공되고 회절에 의해 광속를 집광하거나 발산하는 기능을 가진 표면을 의미하며, 동일 광학 표면 상에 회절이 발생하는 영역이 있고 회절이 발생하지 영역이 있을 때에는 회절이 발생하는 영역을 의미한다. 릴리프의 형상으로는 예컨대 동심원 링 밴드가 광학 소자의 표면 상에 광축 주위에 형성되며, 광축을 포함하는 평면 상에 단면이 나타날 때 각각의 링 밴드(이하 고리띠(annular band)라 한다)는 톱니 형상을 가지며 회절면은 그러한 형상을 포함하는 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 회절면으로부터 0차 광, ±1차 광, ±2차 광, ... 등과 같은 무한 차수 회절광이 발생하며, 자오선 단면이 전술한 톱니 형상을 갖는 회절면의 경우에 릴리프의 형상은 특정 차수의 회절 효율이 다른 차수의 효율보다 높거나, 특정 환경에서 특정한 한 차수(예컨대 +1차 광)의 회절 효율이 거의 100%가 되도록 설정될 수 있다. 본 발명에서 특정 차수의 회절광은 선택적으로 발생하게 되는데, 이것은 소정의 파장을 가진 광에 대하여 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 특정 차수를 제외한 다른 차수의 회절광 각각의 효율보다 높고, 서로 다른 2개의 파장을 가진 각각의 광에 대하여 각각 선택적으로 발생하는 특정 차수의 회절광의 특정 차수는 동일 차수이며, 동일 차수 회절광이 선택적으로 발생한다는 것을 의미한다. 여기서, 회절광의 차수는 동일하며, 이것은 회절광의 차수는 그 부호를 포함하여 동일하다는 것을 의미한다.
또한, 모든 회절광에 대한 각 차수의 회절광의 광량비가 회절면의 형상(릴리프의 형상)에 따라 얻어지며 조사될 광의 파장이 소정의 파장으로 설정되는 시뮬레이션에 의한 계산에 의해 얻어지도록 회절 효율이 얻어진다. 소정의 파장으로는 예컨대 780 nm 또는 650 nm의 파장이 있다.
또한, 회절면은 광학 소자의 적어도 하나의 광학면의 거의 전표면 상에 형성되는데, 광속이 광학면 상을 통과하는 적어도 거의 전 범위에 회절 구조(릴리프)가 제공되며, 회절 구조가 광학면의 일부에 제공되는 광학 소자, 예컨대 회절 구조가 주변부에만 제공되는 광학 소자가 아니다. 이 경우, 광원으로부터의 광속이 정보 기록 매체측으로 통과하는 범위는 광학계 또는 광 픽업 장치에 사용되는 개구막에 의해 결정된다. 회절면이 형성되는 범위는 회절면을 설치한 광학 소자 단일체로서 관측될 때 광학면의 거의 전표면에 걸치지만, 일반적으로 광학면은 특정 마진과 함께 광속이 통과하지 않는 주변부에도 형성되며, 따라서 이 부분이 광학면에 유효 영역으로서 포함되는 것으로 고려할 때 광학면에서 회절면의 면적비는 광학 소자 단일체에 대해 적어도 절반 이상인 것이 바람직하며, 거의 100%인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 특징 3의 광학계는 선택적으로 각각 발생된 특정 차수의 회절광이 서로 다른 2개의 파장을 가진 각각의 광에 대해 동일 차수인 것이 특징이다.
본 발명의 특징 3에 따르면, 회절면은 적어도 2개의 파장을 가진 각각의 광에 대해 동일 차수의 회절광의 회절 효율을 최대로 만들기 때문에, 회절면이 다른 차수의 회절광의 회절 효율을 최대로 만드는 경우에 비해 광량의 손실이 적다.
또한, 본 발명의 특징 4의 광학계는 동일 차수의 회절광이 1차 회절광인 것이 특징이다. 1차 회절광은 +1차 회절광이거나 -1차 회절광일 수 있다.
본 발명의 특징 4에 따르면, 동일 차수의 회절광은 1차 회절광이기 때문에, 동일 차수의 회절광이 1차 회절광보다 높은 차수의 회절광인 경우에 비해 광량 손실이 적다.
또한, 본 발명의 특징 5의 광학계는 회절면을 가진 적어도 하나의 광학 소자가 굴절력(refraction power)을 가진 렌즈라는 것이 특징이다. 본 발명의 특징 5의 광학계는 회절을 위한 미세 구조(릴리프)가 굴절력을 가진 렌즈의 표면에 형성된 광학계일 수 있다. 이 경우, 회절용 미세 구조의 포락면은 렌즈의 회절면의 형상이다. 예컨대, 소위 회절격자(blaze) 타입의 회절면이 비구면 단일 렌즈 대물 렌즈의 적어도 하나의 표면 상에 제공되며, 자오선 단면이 톱니 형상인 고리띠가 전표면에 제공되어 있는 렌즈일 수 있다.
본 발명의 특징 5에 따르면, 회절면을 가진 광학 소자는 굴절력을 가진 렌즈이기 때문에, 구면수차 및 색수차 모두 보정될 수 있으며, 부품 수도 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 6의 광학계는 렌즈의 회절면의 형상이 비구면인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 7의 광학계는 렌즈가 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 최대 파장과 최소 파장 사이의 파장인 어느 한 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율을 최대 파장과 최소 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율보다 크게 만드는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 8의 광학계는 렌즈가 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 최대 파장과 최소 파장 사이의 파장인 어느 한 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율을, 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 최대 파장과 최소 파장 사이의 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율보다 크게 만드는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 9의 광학계는 렌즈의 회절면에 의해 부가되는 회절 효과의 양 및 음 부호가 광축에서 광축에 수직으로 분리하는 방향으로 적어도 한 번 바뀌는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 9에 따르면, 렌즈의 회절면에 의해 부가되는 회절 효과의 양 및 음 부호는 광축에서 광축에 수직으로 분리하는 방향으로 적어도 한 번 바뀌기 때문에 구면수차의 파장의 변화가 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 10의 광학계는 렌즈의 회절면에 의해 부가되는 회절 효과가 광축에서 광축에 수직으로 분리하는 방향으로 음에서 양으로 한 번 바뀌는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 10에 따르면, 렌즈의 회절면에 의해 부가되는 회절 효과가 광축에서 광축에 수직으로 분리하는 방향으로 음에서 양으로 한 번 바뀌기 때문에, 예컨대 평행 광속이 CD 시스템 및 DVD 시스템에서 대물 렌즈로 입사할 때, 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께의 차이에 따른 구면수차에 대한 영향이 회절면의 고리띠 피치를 너무 작게 만들지 않고도 효과적으로 보정될 수 있다.
특히 굴절력과 회절력을 가진 광학면을 설치한 광학 소자의 경우에, 즉 굴절력을 가진 광학면에 회절면이 제공된 광학 소자의 경우에, 회절력에 관해서는 회절면의 작용에 의해 광속를 집광 또는 발산시키는 능력이 베이스인 굴절면의 굴절력에 추가된다. 이 경우, 집광 능력이 본 발명에서 광축을 벗어난 영역에 제한되지 않고 실제로 유한 높이에 있는 광선에 부가될 때, 굴절면의 소정의 위치는 양의 회절력을 가지며, 발산 능력이 추가될 때에는 음의 회절력을 갖게 된다.
본 발명의 특징 11의 광학계는 회절면에 광축에서 관측된 복수의 고리띠가 형성되고, 복수의 고리띠가 광축 주위의 거의 동심원 형태의 밴드로 또는 광축 근처의 한 점으로 형성되는 것이 특징이다. 즉, 본 발명의 특징 11의 회절면은 예컨대 일본 특개평 6-242373호에 개시된 바와 같이, 광축으로부터 분리되는 것과 같이 렌즈 두께가 증가하는 방향으로 비연속적으로 천이되는 고리띠로서 스텝으로 형성된다.
또한, 본 발명의 특징 12의 광학계는 복수의 고리띠의 각 위치를 나타내는 멱급수에 의해 표현되는 위상차 함수가 2차항을 제외한 적어도 한 항에서 0이 아닌 계수를 갖는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 12에 따르면, 구면수차는 2개의 다른 파장 사이에서 제어될 수 있다. 여기서, 제어될 수 있다는 것은 구면수차의 차이가 2 파장 사이에 매우 작게 만들어질 수 있으며, 광학 사양에 필요한 차이가 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 특징 13의 광학계는 복수의 고리띠의 각 위치를 나타내는 멱급수에 의해 표현되는 위상차 함수가 2차항에서 0이 아닌 인자를 갖는다는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 14에 따르면, 축방향 외의 영역에서 색수차의 보정이 효과적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 13의 광학계는 복수의 고리띠의 각 위치를 나타내는 멱급수에 의해 표현되는 위상차 함수가 2차항을 포함하지 않는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 14에 따르면, 위상차 함수는 2차항을 포함하지 않기 때문에, 회절면의 축방향을 벗어난 회절력은 0이 되고, 4차 이상의 항만이 사용되며, 따라서 회절 고리띠의 피치는 너무 작게 되지 않고 구면수차가 보정될 수 있다.
본 발명의 특징 15의 광학계는 대물 렌즈가 1개 이상의 광학소자에 포함되고, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 결상면 상의 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측에서 소정의 개구수에서 0.07λrms 이하라는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 15에 따르면, 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측에서 소정의 개구수에서 마샬 허용값인 0.07λ rms 이하이기 때문에, 구면수차가 충분히 작은 우수한 광학 특성이 얻어질 수 있다.
본 발명의 특징 16의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 하나의 파장(λ1)이 ±10nm의 범위 내에서 변하는 경우에도, 결상면에서의 파면 수차는 대물 렌즈의 결상측에서 소정의 개구수에서 0.07λ1 rms 이하라는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 16에 따르면, 파장 λ1이 ±10nm의 범위 내에서 변하는 경우에도 구면수차가 충분히 작은 우수한 광학 특성이 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 17의 광학계는 대물 렌즈의 결상측에서의 개구수가 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 파장 λ2를 가진 광의 소정의 개구수보다 큰 다른파장을 가진 광에 대해 파장 λ2를 가진 광의 결상면에서의 구면수차가 다른 파장을 가진 광의 소정의 개구수에서 0.07 λ2 rms 이상인 것이 특징이다.
본 발명의 특징 17에 따르면, 파장 λ2를 가진 광의 파면 수차가 다른 파장을 가진 광의 소정의 개구수(파장 λ2를 가진 광의 소정의 개구수보다 작지 않음)에서 0.07 λ2 rms 이상이기 때문에, 파장 λ2를 가진 광에 대해 적당한 스폿 직경을 얻을 수 있다. 즉, 실제로 사용되는 개구수에 대해 수차는 거의 0이 되며, 그 바깥 부분에 대해 수차는 플레어 형태로 되어, 소정의 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 18의 광학계는 결상면에서 파장 λ2를 가진 광의 파면 수차가 다른 파장을 가진 광의 소정의 개구수에서 0.10 λ2 rms 이상인 것이 특징이다.
본 발명의 특징 18에 따르면, 파장 λ2를 가진 광의 파면 수차는 다른 파장을 가진 광의 소정의 개구수(파장 λ2를 가진 광에 대한 소정의 개구수보다 큼)에서 0.10 λ2 rms 이상이기 때문에, 파장 λ2를 가진 광에 대해 더 적당한 스폿 직경이 얻어질 수 있다.
본 발명의 특징 19의 광학계는 다른 파장을 가진 광의 소정의 개구수가 NA1이고 파장 λ2를 가진 광의 소정의 개구수가 NA2일 때, 광학계는 NA1>NA2>0.5NA1를 만족시키는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 20의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 적어도 한 파장을 가진 광에 대한 평행 광속이 대물 렌즈에 입사되고 다른 파장을 가진 광에 대한 비평행 광속이 대물 렌즈에 입사되는 것이 특징이다.
본 발명의 특징 20에 따르면, 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 적어도 한 파장을 가진 광에 대한 평행 광속이 대물 렌즈에 입사되고 다른 파장을 가진 광에 대한 비평행 광속이 대물 렌즈에 입사되기 때문에, 적어도 2개의 파장을 가진 각 광의 파장의 약 10 nm의 변화에 대해 구면수차의 변화는 매우 작게 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 21의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장 중 적어도 두 파장을 가진 광에 대한 평행 광속이 대물 렌즈에 입사되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 22의 광학계는 서로 다른 적어도 2개 파장의 적어도 2개 파장을 가진 광에 대한 비평행 광속이 대물 렌즈에 입사되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 23의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장의 어느 두 파장의 더 긴 파장이 λ3로 정의되고 파장 λ3를 가진 광에 대해 대물 렌즈의 결상측상의 소정의 개구수가 NA로 정의될 때 파장 λ3와 더 짧은 파장간의 축방향 색수차가 -λ3/(2NA2)보다 작지 않고 +λ3/(2NA2)보다 크지 않은 것이 특징이다.
본 발명의 특징 23에 따르면, 파장이 변할 때 초점은 거의 변하지 않기 때문에 초점 서보가 필요하지 않으며, 초점 서보에 의한 이동 범위가 좁아질 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 24의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광이 투명 기판의 두께가 서로 다른 정보 기록 매체들에 대해 각각 사용되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 25의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장이 서로 다른 3개의 파장이라는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 26의 광학계는 서로 다른 3개의 파장이 각각 λ1,λ2 및 λ3(λ1<λ2<λ3)로 정의되고 서로 다른 3개 파장 각각에 대해 대물 렌즈의 결상측의 소정의 개구수가 NA1, NA2 및 NA3로 각각 정의될 때 0.60≤NA1, 0.60≤NA2, 0.40 ≤NA3 ≤0.50을 만족하는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 27의 광학계는 소정의 개구수의 소정의 최소 개구수의 외측에서 대물 렌즈로 입사되는 광의 적어도 일부를 차폐할 수 있는 필터가 제공되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 28 및 29의 광학계는 회절면을 가진 광학 소자가 대물 렌즈인 것이 특징이다.
본 발명의 특징 30의 광학계는 대물 렌즈가 하나의 렌즈를 포함하는 것이 특징이다.
또한 본 발명의 특징 31의 광학계는 회절면이 대물 렌즈의 양 표면에 제공되는 것이 특징이다.
또한 본 발명의 특징 32의 광학계는 대물 렌즈 재료의 아베수(Vd)가 50 이상인 것이 특징이다.
본 발명의 특징 32에 따르면, 축방향 색수차가 2개의 다른 파장을 가진 광에 대해 보정될 때 2차 스펙트럼이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 33의 광학계는 대물 렌즈가 플라스틱으로 제조되는 것이 특징이다. 본 발명의 특징 33에 따르면, 저가, 경량의 광학계가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 특징 34의 광학계는 대물 렌즈가 유리로 제조되는 것이 특징이다. 본 발명의 특징 33 및 34에 따르면, 온도 변화에 매우 강한 광학계가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 35의 광학계는 대물 렌즈가 유리 렌즈의 표면상에, 회절면이 형성된 수지층을 갖는 것이 특징이다. 본 발명의 특징 35에 따르면, 회절면이 쉽게 형성될 수 있는 수지층이 유리 렌즈에 제공되기 때문에 온도 변화에 매우 강하고 비용이 적은 광학계가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 36의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장간의 파장 차이가 80 nm 이상인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 37의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장간의 파장 차이가 400 nm 이하인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 38의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장간의 파장 차이가 100 nm 이상, 200 nm 이하인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 39의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 선택적으로 발생하는 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 특정 차수를 제외한 차수의 각 회절광의 회절 효율보다 10% 이상 더 높은 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 40의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 각각 선택적으로 발생되는 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 특정 차수를 제외한 차수의 각 회절광의 회절 효율보다 30% 이상 더 높은 것이 특징이다.
또한 본 발명의 특징 41의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 각각 선택적으로 발생되는 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 50% 이상인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 42의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 각각 선택적으로 발생되는 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 70% 이상인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 43의 광학계는 선택적으로 발생되고 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 특정 차수의 회절광이 집광될 때, 회절면이 제공되기 때문에, 회절면이 없는 경우보다 구면수차가 개선되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 44의 광학계는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 가진 광의 각각에 대해 각각 선택적으로 발생되는 특정 차수의 회절광의 결상면 상의 파면 수차가 0.07 λ rms 이하인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 45는 전술한 각각의 광학계를 설치한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치이다.
또한, 본 발명의 특징 46의 광 픽업 장치는 서로 다른 파장을 가진 광을 출력하는 적어도 2개의 광원; 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체 상에 집광시키는 1개 이상의 광학 소자를 포함하는 광학계; 및 정보 기록 매체로부터의 투과광 또는 정보 기록 매체로부터의 반사광을 검출하는 광 검출기를 포함하며, 광학 소자 중 적어도 하나의 광학 소자는 적어도 2개의 광원에서 출력된 2개의 다른 파장을 가진 광과 동일한 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖는다.
또한, 본 발명의 특징 47의 광 픽업 장치는 서로 다른 파장을 가진 광을 출력하는 적어도 2개의 광원; 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체 상에 집광시키는 1개 이상의 광학 소자를 포함하는 광학계; 및 정보 기록 매체로부터의 투과광 또는 정보 기록 매체로부터의 반사광을 검출하는 광 검출기를 포함하며, 적어도 2개의 광원에서 출력된 2개의 다른 파장을 가진 각각의 광에 대해 각각 특정 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면이 광학 소자 중 적어도 하나의 광학 소자의 적어도 하나의 광학면의 거의 전표면 상에 형성된다.
또한, 본 발명의 특징 48의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 46 또는 47에 기술된 회절면을 가진 광학 소자 중 적어도 하나의 광학 소자가 회절력을 가진 렌즈인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 49의 광 픽업 장치는 렌즈가 적어도 2개의 광원에서 출력되는 2개의 다른 파장의 최대 파장과 최소 파장간의 어느 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율을 최대 파장과 최소 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율보다 크게 만드는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 50의 광 픽업 장치는 렌즈가 적어도 2개의 광원에서 출력되는 2개의 다른 파장의 최대 파장 또는 최소 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율이 서로 다른 적어도 2개의 파장의 최대 파장과 최소 파장 사이의 파장을 가진 광에 대한 회절광의 회절 효율보다 크게 만드는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 51의 광 픽업 장치는 렌즈가 그 외주 상에 플랜지부를 갖는 것이 특징이다. 또한, 본 발명의 특징 52의 광 픽업 장치는 플랜지부가 렌즈의 광축에 거의 수직한 방향으로 연장하는 표면을 갖는 것이 특징이다. 이러한 플랜지부에 의해 렌즈는 광 픽업 장치에 쉽게 부착될 수 있으며, 광축에 거의 수직 방향으로 연장하는 표면이 제공될 때, 더 정확한 부착이 쉽게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 53의 광 픽업 장치는 대물 렌즈가 적어도 하나 이상의 광학 소자에 포함되고, 적어도 2개의 광원에서 출력되는 2개의 다른 파장을 가진 광의 각각에 대한 결상면 상의 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측에서 소정의 개구수에서 0.07 λ rms 이하인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 54의 광 픽업 장치는 대물 렌즈가 적어도 하나의 광학 소자에 포함되고, 적어도 2개의 광원에서 출력되는 2개의 다른 파장을 가진 광의 각각에 대한 결상면 상의 파면 수차가 대물 렌즈의 결상측에서 최대 개구수에서 0.07 λ rms 이하인 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 특징 55의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 상이한 파장 λ1이 ±10 ㎚ 범주 내에서 변화하는 경우에도, 결상면에서의 파면 수차(wave front abberation)가 대물 렌즈의 결상면의 소정의 개구수의 0.07 λ1rms 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 56의 광 픽업 장치는, 광이 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 상이한 파장 λ2를 갖고, 또한 상기 광이 대물 렌즈의 결상면의 소정의 개구수가 파장 λ2를 갖는 광의 소정의 개구수보다 큰 다른 파장을 갖는 경우, 파장 λ2를 갖는 광의 결상면의 파면 수차는 다른 파장을 갖는 광의 소정의 개구수의 0.07 λ2rms 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 57에서의 광 픽업 장치는, 파장 λ2를 갖는 광의 결상면의 파면 수차가 다른 파장을 갖는 광의 소정의 개구수의 0.07 λ2rms 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 58에서의 광 픽업 장치는, 다른 파장을 갖는 광의 소정의 개구수가 NA1으로 정의되고, 파장 λ2를 갖는 광의 소정의 개구수가 NA2로 정의되는 경우, 다음의 식을 만족한다:
NA1＞ NA2＞ 0.5 x NA1
또한, 본 발명의 특징 59의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 상이한 파장 중 적어도 1개 파장을 갖는 광에 대한 평행 광속이 대물 렌즈로 입사되고, 적어도 다른 파장을 갖는 광에 대한 비평행 광속이 대물 렌즈로 입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 60의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 상이한 파장을 갖는 광에 대한 평행 광속이 대물 렌즈로 입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 61의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 상이한 파장을 갖는 광에 대한 비평행 광속이 대물 렌즈로 입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 62에서의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터출력된 2개의 상이한 파장이 λ3로 한정되고, 파장 λ3를 갖는 광에 대한 대물 렌즈의 결상면에서의 소정의 개구수가 NA로 정의되는 경우, 파장 λ3와 더 짧은 파장 간의 축방향 색수차(axial chromatic aberration)는 -λ3/(2NA2) 이상이고 +λ3/ (2NA2) 이하이다.
또한, 본 발명의 특징 63에서의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원으로부터 출력된 2개의 다른 파장을 갖는 광이 투명 기판의 두께가 상이한 정보 기록 매체용으로 각각 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 64의 광 픽업 장치는, 굴절면이 광축 방향으로부터 볼 때 다수의 고리띠로 형성되고, 상기 다수의 고리띠는 광축 또는 광축 부근의 점을 둘러싸는 거의 동심원으로 형성되고, 대물 렌즈의 결상면 상의 최대 개구수에 대응하는 고리띠의 피치 Pf와 최대 개구수의 1/2 개구수에 대응하는 고리띠의 피치 Ph의 사이에는 다음의 관계식이 성립한다.
0.4 ≤ │(Ph/Pf)-2│ ≤ 25
본 발명의 특징 64에 따르면, 상기 관계식의 하한보다 큰 경우, 고차 구면수차를 보정하는 회절 동작은 약하게 되어, 투명 기판의 두께차에 의해 발생된 2개 파장 간의 구면수차는 회절 동작에 의해 보정될 수 있다. 또한, 상한 미만의 경우, 회절 고리띠의 피치가 아주 작은 부분은 거의 발생되지 않음으로써, 회절 효율이 큰 렌즈가 생성될 수 있다. 또한, 상술한 관계식은 바람직하게는, 0.8 ≤│(Ph/Pf)-2│ ≤ 6.0이고, 좀 더 바람직하게는 1.2 ≤ │(Ph/Pf)-2│ ≤ 2.0이다.
또한, 본 발명의 특징 65의 광 픽업 장치는 적어도 2개의 광원이 3개의 광원인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 66의 광 픽업 장치는, 3개의 광원으로부터 출력된 3개의 다른 파장을 갖는 광이 각각 λ1, λ2, λ3로 정의되고 (λ1,＜ λ2＜ λ3), 3개의 상이한 파장 각각에 대한 대물 렌즈의 결상면 상의 소정의 개구수를 NA1, NA2, 및 NA3로서 정의하면, 다음의 관계식이 성립된다:
0.60 ≤ NA1, 0.60 ≤ NA2, 0.40 ≤ NA3 ≤ 0.50.
또한, 본 발명의 특징 67의 광 픽업 장치는, 소정의 개구수의 최소 개구수의 외부에서 대물 렌즈로 입사되는 광의 적어도 한 부분이 차폐될 수 있는 필터가 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 68의 광 픽업 장치는, 개구 제한 수단(aperture limitation means)이 제공됨으로써 소정의 개구수가 2개의 상이한 파장을 갖는 각각의 광에 대해 얻어질 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 69의 광 픽업 장치는, 2개의 상이한 파장을 갖는 광 중 하나로 얻어질 수 있는 소정의 개구수에 의한 개구 제한이 없는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 구체적으로, 최대 개구수는 개구 제한을 갖고, 개구 제한은 소정의 개구수가 작을 경우에는 제공되지 않는다. 그 때문에, 개구 제한은 파장 선택도를 갖는 필터 등의 제한 수단이 필요치 않음을 의미하고, 따라서, 가격이 낮아질 수 있고, 크기도 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 70의 광 픽업 장치는, 대물 렌즈가 1개 이상의 광학 소자에 포함되고, 대물 렌즈는 서로 다른 파장을 갖는 광이 각각 정보 기록 매체 상에 집광될 때 공통으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 71의 광 픽업 장치는, 적어도 2개의 광원과 대물 렌즈가 일체화된 유닛이 적어도 정보 기록 매체의 주면에 평행 방향으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 72의 광 픽업 장치는, 상기 유닛이 정보 기록 매체의 주면에 수직 방향으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 73은 광 픽업 장치가 장착되고, 적어도 오디오 또는 영상 중 하나가 기록 또는 재생되는 것을 특징으로 하는 기록 및 재생 장치이다.
또한, 본 발명의 특징 74의 렌즈는 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 또는 재생 중 적어도 하나를 위해 사용되고, 굴절력을 갖는 렌즈와, 광학면 중 적어도 하나가 회절면이고, 회절면으로부터 부가된 회절력의 양과 음의 부호가 광축으로부터 광축에 수직방향으로 멀어져 갈 때 적어도 한번에 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 75의 렌즈는 복수의 회절격자 고리띠(blazed diffraction annular band)를 갖고, 그 스텝부는 광축의 근처에 있는 회절 고리띠에서 광축으로부터 떨어진 곳에 있고, 광축으로부터 떨어진 곳에 있는 회절 고리띠에서 그 스텝부는 광축에 근접한 면 위에 위치되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 특징 76의 렌즈는 회절면이 복수의 회절 격자 고리띠를 갖고, 그 스텝부가 광축에 근접한 면 상에 있는 회절 고리띠에서 광축에 근접하여 위치되어 있고, 광축으로부터 떨어진 면 상에 있는 회절 고리띠에서 그 스텝부는 광축으로부터 떨어진 면에 위치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 77은 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생용 광학계에 적용할 수 있는 광학 소자로, 상기 광학 소자가 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생용 광학계에 사용되고, 서로 상이한 적어도 2개의 파장을 갖는 광이 사용되는 경우, 상호 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광에 대해 동일 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 78은 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생하는 광학계에서 대물 렌즈로서 적용될 수 있는 렌즈이고, 상기 렌즈는, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광을 사용하여 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생하는 광학계에서 대물 렌즈로서 사용하는 경우, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광에 대해 동일 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 79는 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생용 광학계에 적용될 수 있는 광학 소자로, 상기 광학 소자는, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광이 사용하여 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생용 광학계에 사용되는 경우, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광에 대해 특정 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 80은 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생하는 광학계에서 대물 렌즈로서 응용될 수 있는 렌즈이고, 상기 렌즈는 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광을 사용하여 정보 기록 매체로/부터 정보 기록 및/또는 재생용 광학계에서 대물 렌즈로서 사용되는 경우, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 광에 대해 동일 차수의 회절광을 선택적으로 발생시키는 회절면이 적어도 하나의 광학면의 거의 전면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 81의 광 디스크용의 회절 광학계는, 파장이 다른 2개의 광원을 가지고 동일 광학계를 사용하여 기록 및 재생하는 기록 및 재생 광학계에서, 상기 광학계는 회절 고리띠 렌즈가 굴절면 상에 설치되어 있는 광학면을 포함하고, 굴절면에서 파장차에 의해 생성된 수차와 회절 고리띠 렌즈에 의해 생성된 수차가 상쇄되고, 상쇄를 위해 사용된 회절광은 2개의 광원의 파장에 대해 동일 차수의 회절광인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 회절 광학계는 회절 고리띠 렌즈가 굴절면에 설치되어 있는 광학면을 포함하고, 2개의 상이한 파장을 갖는 광원 각각에 대해 어떤 동일 차수의 회절광과 회절면에 의한 구면수차가 상쇄되어 무수차로 보정됨으로써, 회절 한계와 거의 동일하게 되는 것을 특징으로 한다. 동일 차수의 회절광은 바람직하게는 1차 회절광이다.
동일 차수의 회절광을 본 발명과 같은 2개 광원 각각의 파장에 대응하게 하는 방법은, 상이한 차수의 회절광이 대응하도록 된 경우에 비해 광량의 총 손실은 작은 장점이 있다. 예를 들어, 780 ㎚ 및 635 ㎚의 2개 파장이 사용된 경우, 1차회절광은 2개의 파장의 광으로서 사용될 때 광량의 총 손실은 1 파장으로 사용되는 경우에 비해 광량의 총 손실이 적다. 또한, 동일 차수의 회절광이 2개 파장의 광으로서 사용된 경우, 1차 회절광이 사용되면 고차 회절광이 사용되는 경우에 비해 광량의 손실이 적다.
또한, 본 발명의 특징 82의 광 디스크용의 회절광학계는 상쇄된 수차가 구면수차 및/또는 색수차인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 83의 광 디스크용의 회절광학계는 1차 회절광과 동일 차수의 회절광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 84의 광 디스크용의 회절광학계는 2개의 상이한 파장의 광원이 투명 기판의 두께가 각각 상이한 광 디스크에 대응하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 85의 광 디스크용의 회절광학계는 서로 다른 2 파장 중 단파장인 광원의 파장은 700 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 86의 광 디스크용의 회절광학계는 서로 다른 2 파장 중 장파장인 광원의 파장은 600 ㎚ 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 87의 광 디스크용의 회절광학계는, 회절 고리띠 렌즈에서, 고리띠의 위치를 나타내는 위상 함수가 멱급수의 2차항을 제외한 항의 계수를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징 88의 광 디스크용 회절광학계는 광 회절면이 비구면인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 89의 회절광학계는 두개의 상이한 파장의 광원에 대해, 회절광의 회절 효율이 거의 중간 파장에서 최대인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 90의 광 디스크용의 회절광학계는 두개의 상이한 파장의 광원에 대해, 회절광의 회절 효율이 거의 중간 파장에서 최대인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 91의 광 디스크용의 회절광학계는, 광학면 상에 회절 고리띠 렌즈에서, 구면수차가 언더값(under value)으로 보정되고, 광학면의 비구면에서 구면수차는 오버값(over value)으로 보정된다.
또한, 본 발명의 특징 91의 광 디스크용의 회절광학계에서, 대물 렌즈가 예를 들어 CD 시스템 (예를 들어, 파장이 780 ㎚이고, 기판 두께는 1.2 ㎜) 및 DVD 시스템(예를 들어, 파장이 650 ㎚이고, 기판 두께가 0.6 ㎜) 둘다에 대한 평행 입사광으로 사용되는 경우, CD 시스템에서 기판의 두께가 두껍기 때문에, 구면수차는 DVD 시스템에 비해 오버값으로 되지만, 이 구면수차는 회절광의 파장차에 의해 보정되고, 회절광의 구면수차는 언더값으로 된다. 덧붙여 말하자면, 이 경우, 장파장의 CD 시스템에서, 회절 광학 렌즈의 구면수차는 주로 언더값으로 되며, 따라서, 기판 두께에 따른 영향이 보정된다. 비구면에서, 기판 두께차의 영향은 보정되지 않으며, CD 시스템 및 DVD 시스템 둘다에서, 구면수차는 지나치게 거의 동일한 정도로 보정된다. 상기 설명에서, 고차항의 회절이 사용되면, 구면수차의 파동(wave motion)은 대체로 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 92의 광 디스크용의 회절광학계에서, 파장차는 2개의상이한 파장을 갖는 광원에서 80 ㎚ 이상이다.
또한, 본 발명의 특징 93의 광 디스크용의 회절광학계에서, 광 디스크의 대물 렌즈 광학계에서, 회절 고리띠 렌즈가 광학면에 설치되는 경우, 동일 차수의 회절광 중 특정한 것의 축상 색수차(axial chromatic aberration)는 2개의 상이한 파장을 갖는 각각의 광원으로 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 94의 광 디스크의 회절광학계에서, 2개의 상이한 파장을 갖는 광원의 파장차가 80 ㎚ 이상이고, 회절광학계는 다음의 관계식을 만족시키는 단일 대물 렌즈를 갖는다: νd ＞ 50, 여기서 νd는 대물 렌즈의 유리 재료로 된 Abbe수이다.
또한, 본 발명의 특징 95의 회절광학계는 2개의 상이한 파장에 대한 렌즈 성능에 대해, 어느 한 파장은 실제 사용상의 개구까지는 무수차이고, 그의 외측부에서는 수차를 플레어(flare)로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 96의 회절광학계는, 2개의 상이한 파장에 대한 렌즈 성능이, 개방구(open aperature)에서 무수차인 파장에 대한 개구수를 NA1으로 하고, 실제 사용에서 다른 파장의 개구수를 NA2로 하는 경우 다음의 관계식:
NA1＞ NA2＞ 0.5 x NA1
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 97의 광 디스크 시스템의 회절 광학계는 2개의 상이한 파장에 대한 광 디스크의 두께가 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 98의 광 픽업 장치는 상이한 파장을 갖는 적어도 2개이상의 광원을 갖는 기록 및 재생 광학계에 사용되는 광 픽업 장치로서, 각 광원으로부터의 발산 광속은 투명 기판을 통해 동일한 하나의 대물 렌즈에 의해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 사용되고, 본 발명의 특징 98의 광 픽업 장치는, 대물 렌즈가 링 밴드형 회절면이 굴절면 상에 제공되는 광학면을 포함하고, 적어도 하나의 광원에 대해 대물 렌즈와 투명 기판을 투과한 광속이 최상의 결상점에서 회절 한계 성능을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 회절 한계 성능은 파면 수차를 측정하여, 전체 광속의 파면 수차의 제곱평균값(root mean square, rms 값)이 Mareshal의 허용치인 파장의 0.07배 이하임을 의미한다. 또한, 실제 사용되는 개구는 광 정보 기록 매체의 각 규격에 의해 규정된 개구수를 의미하고, 회절 한계 성능의 대물 렌즈의 개구수에 대응하며, 이 회절 한계 성능에 의해 각 광 정보 기록 매체에 정보를 기록 또는 재생하기 위해 필요한 스폿 직경을 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실제 사용에서의 개구수가 광 정보 기록 매체에 규정되어 있기 때문에, 픽업 장치의 광학계를 통과하는 실제 광속의 광 정보기록 매체측에서의 개구수는 실제 사용에서의 개구수보다 훨씬 클 수 있다.
또한, 본 발명에서 최대 개구수는 바람직하게는 실제 사용시의 개구수 중 최대의 개구수를 의미하도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 다수의 광 정보 기록 매체용으로 호환성이 있는 픽업 장치의 경우, 실제 사용되는 다수의 개구수를 정의하고, 바람직하게는 이들 개구수들 중 최대 개구수를 최대 개구수로 정의한다. 또한, 소정의 개구수와 필요 개구수는 실사용시의 개구수와 같은 의미이다.
또한, 정보가 광 정보 기록 매체 상에/로부터 기록 또는 재생되는 경우, 규격에 규정된 광원의 파장과는 다른 파장을 갖는 광원이 실제 광 픽업 장치에 사용되는 경우, 실제 사용된 개구수는 규정된 파장과 규정된 개구수의 비와, 실제 사용된 파장과 실제 사용된 개구수의 비가 일정해지도록 설정된다. 예로서, CD에서, 규격의 780 ㎚ 파장을 갖는 광원이 사용되면 개구수는 0.45이지만, 650 ㎚ 파장을 갖는 광원이 사용되면 개구수는 0.38이다.
또한, 본 발명의 특징 99의 광 픽업 장치는, 상이한 파장을 갖는 적어도 2개 이상의 광원을 갖고, 각 광원으로부터의 발산 광속이 투명한 기판을 통해 동일한 하나의 대물 렌즈에 의해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 사용되는 기록 및 재생 광학계용으로 사용되고, 본 발명의 특징(99)의 광 픽업 장치는 상기 대물 렌즈가 링 밴드형 회절면이 굴절면 상에 제공되는 광학면을 포함하는 특징으로 하고, 적어도 1개의 광원에 대해, 대물 렌즈 및 투명 기판을 통해 투과된 광속에서 실사용에서의 개구까지의 광속은 최상의 결상점에서 회절 한계 성능을 갖고, 외부가 플레어 상태로 되도록 링 밴드형의 회절면을 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 100의 광 픽업 장치는, 상술한 장치가 다른 파장을 갖는 적어도 3개의 광원을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 101의 광 픽업 장치는, 상술한 장치가 적어도 2개 이상의 링 밴드형 회절면이 설치되어 있는 광학면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 102의 광 픽업 장치는, 상기 장치가 링 밴드형 필터를포함하여, 대물 렌즈로 입사하는 광속에서, 실제로 사용된 개구 외부의 광속의 일부를 차폐하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 103의 광 픽업 장치는, 상기 장치에서, 광원 및 대물 렌즈를 포함하는 유닛이, 적어도 광 정보 기록 매체에 평행방향으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 104의 광 픽업 장치는, 전술한 장치에서, 광원 및 대물 렌즈를 포함하는 유닛이, 적어도 광 정보 기록 매체에 수직방향으로 더 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 105에 따른 본 발명은, 전술한 광 픽업 장치가 설치된 음성 및/또는 영상 기록, 및/또는 음성 및/또는 영상 재생 장치이다.
또한, 본 발명의 특징 106의 대물 렌즈는, 적어도 둘 이상의 서로 다른 파장의 광원을 갖는 기록 및 재생 광학계 (여기에서, 각 광원으로부터의 발산 광속이 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 투명 기판을 통해 동일한 하나의 대물 렌즈에 의해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 사용됨)에 사용되는 대물 렌즈이며, 이 대물 렌즈는 굴절면 상에 링 밴드형 회절면이 있는 광학면을 포함하는 것을 특징으로 하고, 적어도 한 광원에 대해서, 이 대물 렌즈 및 투명 기판을 통해 투과된 광속는 최상의 결상점에서의 회절 한계 성능을 갖는다.
또한, 본 발명의 특징 107의 대물 렌즈는, 적어도 둘 이상의 서로 다른 파장의 광원을 갖는 기록 및 재생 광학계 (여기에서, 각 광원으로부터의 발산 광속이 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 투명 기판을 통해 동일한 하나의 대물 렌즈에의해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 사용됨)에 사용되는 대물 렌즈이며, 이 대물 렌즈는 굴절면 상에 링 밴드형 회절면이 있는 광학면을 포함하는 것을 특징으로 하고, 적어도 한 광원에 대해서, 이 대물 렌즈 및 투명 기판을 통해 투과되는 광속는 최상의 결상점에서의 회절 한계 성능을 갖고, 적어도 한 광원에 대해서, 대물 렌즈 및 투명 기판을 통해 투과되는 광속 중에서, 실제로 사용된 개구까지의 광속는 최상의 결상점에서의 회절 한계 성능을 갖고, 링 밴드형 회절면이 제공되어 그 외측부가 플레어(flare)가 되게 한다.
또한, 본 발명의 특징 108의 광 픽업 장치에서, 광원에서 방출된 광속은 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계에 의해 정보 기록면에 집광되고, 이 광 픽업 장치는 제1 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ1의 제1 광원, 제2 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ2의 제2 광원, 및 제3 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ3의 제3 광원을 가지고서 (이 파장들은 서로 상이함), 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 이 광 픽업 장치는, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에, 각 광 정보 기록 매체에 대해 구면 수차를 어떤 동일 차수의 굴절된 광에 의해 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 보정하는 회절면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 109의 광 픽업 장치에서, 광원으로부터 방출된 광속은 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계에 의해 정보 기록면에 집광되고, 이 광 픽업 장치는 제1 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ1의 제1 광원, 제2 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ2의 제2 광원, 및 제3 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는 파장 λ3의 제3 광원을 가지고서 (이 파장들은 서로 상이함) 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 이 광 픽업 장치는, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에, 각 광 정보 기록 매체에 대해 또한 적어도 하나의 광 정보 기록 매체에 대해 어떤 동일 차수의 회절광이 사용되고, 실 사용에서의 개구까지의 수차가 회절 한계와 거의 동일한 정도 또는 그 이하로 생기며, 개구 외측부에서의 수차는 플레어로 되는 것을 특징으로 한다.
광 정보 기록 메체를 기록 및/또는 재생하는 본 발명의 특징 109의 광 픽업 장치에서, 회절면이 형성된 대물 렌즈는, 각 광 정보 기록 매체에 대해 어떤 동일 차수의 회절광을 사용하고, 적어도 하나의 광 정보 기록 매체에 대해, 실제로 사용되는 개구까지의 수차가 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 생기며, 개구 외측부의 수차는 플레어로 된다.
또한, 다음 본 발명의 특징들에서 설명되는 바와 같이, 회절면이 대물 렌즈의 양면 모두에 형성되고, 회절광이 1차 회절광인 것이 바람직하다. 다음 본 발명의 특징은, 회절면이 링 밴드형으로 대물 렌즈의 광축 주위로 형성되고, 고리띠의 위치를 표현하는 위상 함수는 멱급수의 2차항을 제외한 항들의 계수들을 포함하지만, 위상 함수는 멱급수 내의 2 제곱항을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 회절면에서, 회절광의 회절 효율은 각 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원에 대해, 양 끝이나 중간 지역의 파장내에서 최대이다. 또한, 대물 렌즈는 적어도 비구면인 한 면을 갖고, 구면 수차는 회절면 상에서 언더(under)로 보정되고, 구면 수차는 비구면 상에서 오버(over)로 보정될 수 있으며, 상기 함수가제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 110의 광 픽업 장치는 회절면이 대물 렌즈의 양면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 111의 광 픽업 장치는 동일 차수의 회절광이 1차 회절광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 112의 광 픽업 장치는, 회절면이 대물 렌즈의 광축 주위로 링 밴드형으로 형성되고, 고리띠의 위치를 표현하는 위상 함수가 멱급수의 2차항을 제외한 항들의 계수들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 113의 광 픽업 장치는, 회절면이 대물 렌즈의 광축 주위로 링 밴드형으로 형성되고, 고리띠의 위치를 표현하는 위상 함수가 멱급수의 2차항의 계수를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 114의 광 픽업 장치는, 회절면이 대물 렌즈의 광축 주위로 링 밴드형으로 형성되고, 고리띠의 위치를 표현하는 위상 함수가 멱급수의 2차항의 계수를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 115의 광 픽업 장치는, 각 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원에 대해, 회절광의 회절 효율이 양끝 모두 또는 중간 지역의 파장 내에서 최대인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 116의 광 픽업 장치는, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면이 비구면이고, 구면 수차가 회절면에서 언더로 보정되고, 구면 수차가 비구면에서 오버로 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 117의 본 발명은, 음성 및/또는 영상 기록, 및/또는 음성 및/또는 영상 재생 장치이고, 제1 광원, 제2 광원 및 제3 광원을 갖는 본 발명의 특징 108 - 116의 어느 하나에 설명된 광 픽업 장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 광 픽업 장치에 사용되는 본 발명의 특징 118의 대물 렌즈에서, 광원으로부터 방출된 광속이 집광 광학계에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 광 기록면 상에 집광되고, 제1 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ1의 제1 광원을 갖고, 제2 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ2의 제2 광원을 갖고, 제3 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ3의 제3 광원(이 파장들은 서로 상이함)을 가지고서,광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 대물 렌즈는, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에 회절면이 형성되고, 구면 수차가 각 광 정보 기록 매체에 대해, 어떤 동일 차수의 회절광에 의해, 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 광 픽업 장치에 사용되는 본 발명의 특징 119의 대물 렌즈에서, 광원으로부터 방출된 광속이 집광 광학계에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 광 기록면 상에 집광되고, 제1 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ1의 제1 광원을 갖고, 제2 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ2의 제2 광원을 갖고, 제3 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ3의 제3 광원(이 파장들은 서로 상이함)을 가지고서 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 대물 렌즈는, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에, 구면 수차가 각 광 정보 기록 매체에 대해 어떤 동일차수의 회절광이 사용되고, 적어도 한 광 정보 기록 매체에 대해 실사용에서의 개구까지 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 구면 수차가 보정되고, 개구 외측부에서 수차가 플레어로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 120의 광 픽업 장치에서, 광원으로부터 방출된 광속이 집광 광학계에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 광 기록면 상에 집광되고, 제1 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ1의 제1 광원을 갖고, 제2 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ2의 제2 광원을 갖고, 제3 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ3의 제3 광원-이 파장들은 서로 상이함-을 가지고서, 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 이 광 픽업 장치는, 집광 광학계의 적어도 한쪽 면 상에서 회절면이 형성되고, 각 광 정보 기록 매체에 대해 어떤 동일 차수의 회절광에 의해, 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 구면 수차가 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 121의 광 픽업 장치에서, 광원으로부터 방출된 광속이 집광 광학계에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 광 기록면 상에 집광되고, 제1 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ1의 제1 광원을 갖고, 제2 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ2의 제2 광원을 갖고, 제3 광 정보 기록 매체를 기록/재생하는 파장 λ3의 제3 광원-이 파장들은 서로 상이함-을 가지고서, 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하고, 이 광 픽업 장치는, 집광 광학계의 적어도 한쪽 면 상에 회절면이 제공되고, 어떤 동일 차수의 회절광이 각 광 정보 기록 매체에 대해 사용되고, 적어도 한 광 정보 기록 매체에 대해, 실사용에서의 개구까지, 그리고 개구 외부측에서, 회절 한계와 거의 동일한 정도로 또는 그 이하로 수차가 보정되고, 수차가 플레어로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 122의 광 픽업 장치는, 파장 λ1의 제1 광원, 파장 λ2의 제2 광원 (λ1≠λ2)을 갖고, 적어도 한쪽 면 상에 회절 패턴을 갖고 각 광원으로부터 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 대물 렌즈를 가지며, 제1 및 제2 광원으로부터 방출된 광속의 반사광을 광 정보 기록 매체로부터 수광하는 광 검출기를 갖고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 m차 회절광 (m은 0 이외의 정수)이 사용되면, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체는 기록 및 재생되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 n차 회절광 (n=m)이 사용되면, 투명 기판의 두께가 t2 (t1≠t2)인 제1 광 정보 기록 매체는 기록 및 재생된다.
또한, 본 발명의 특징 123의 광 픽업 장치는, 제1 및 제2 광원의 파장 λ1 및 λ2가 λ1＜λ2이고, 투명 기판의 두께 t1 및 t2가 t1＜t2인 광 픽업 장치이고, m차 및 n차 회절광이 모두 +1차 회절광인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치이다.
또한, 본 발명의 특징 124의 광 픽업 장치는, 제1 및 제2 광원의 파장 λ1 및 λ2가 λ1＜λ2이고, 투명 기판의 두께 t1 및 t2가 t1＞t2인 광 픽업 장치이고, m차 및 n차 회절광이 모두 -1차 회절광인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치이다.
또한, 본 발명의 특징 125의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 122의 장치에서, 파장 λ1의 제1 광원으로 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체를기록 및 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서의 필요 개구수를 NA1으로 정의하고, 파장 λ2 (λ2＞λ1)의 제2 광원으로 투명 기판의 두께가 t2 (t2＞t1)인 제2 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서의 필요 개구수를 NA2 (NA2＜NA1)로 정의하면, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에서의 회절 패턴이 광축에 대해 회전 대칭이고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 원주로부터의 +1차 회절광이, 광 정보 기록 매체측에서의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 가까운 원주로부터의 +1차 회절광이, 광 정보 기록 매체측에서의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 다음의 관계식
NAH1＜NA1,
0NAL1NA2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 126의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 122의 장치에서, 파장 λ1의 제1 광원으로 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서의 필요 개구수를 NA1으로 정의하고, 파장 λ2 (λ2＞λ1)의 제2 광원으로 투명 기판의 두께가 t2 (t2＞t1)인 제2 광 정보 기록 매체를 기록 및 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서의 필요 개구수를 NA2 (NA2＞NA1)로 정의하면, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에서의 회절 패턴이 광축에 대해 회전 대칭이고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 원주로부터의+1차 회절광이, 광 정보 기록 매체측에서의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 가까운 원주로부터의 +1차 회절광이, 광 정보 기록 매체측에서의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 다음의 관계식
NAH1＜NA2, 0NAL1NA1를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 127의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 122의 장치에서 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체를 파장 λ1을 갖는 제1 광원으로 기록 및/또는 재생하는 데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서 필요 개구수를 NA1으로 정의하고, 투명 기판의 두께가 t2(t2 < t1)인 제2 광 정보 기록 매체를 파장 λ2(λ2 > λ1)을 갖는 제2 광원으로 기록 및/또는 재생하는 데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서 필요 개구수를 NA2(NA2 < NA1)로 정의하면, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에 제공된 회절 패턴은 광축에 대해 회전 대칭이고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되고, 다음 관계식
MAH1 < NA1, 0 ≤ NAL1 ≤ NA2
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 128의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 122의 장치에서 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체를 파장 λ1을 갖는 제1 광원으로 기록 및/또는 재생하는 데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서 필요 개구수가 NA1으로 정의되고, 투명 기판의 두께가 t2(t2 < t1)인 제2 광 정보 기록 매체를 파장 λ2(λ2 > λ1)을 갖는 제2 광원으로 기록 및/또는 재생하는 데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에서 필요 개구수가 NA2(NA2 < NA1)로 정의되면, 대물 렌즈의 적어도 한쪽 면에 제공된 회절 패턴은 광축에 대해 회전 대칭이고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되고, 다음 관계식
NAH1 < NA2, 0 ≤ NAL1 ≤ NA1
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 129의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 125의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서, 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않으며 회절 패턴을 통과하지 않는 광속의 집광 위치는 회절 패턴을 통과하는 광속의 집광 위치와 거의 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 130의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 126의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속에서, 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않으며 회절 패턴을 통과하지 않는 광속의 집광 위치는 회절 패턴을 통과하는광속의 집광 위치와 거의 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 131의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 127의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서, 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않으며 회절 패턴을 통과하지 않는 광속의 집광 위치는 회절 패턴을 통과하는 광속의 집광 위치와 거의 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 132의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 128의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속에서, 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않으며 회절 패턴을 통과하지 않는 광속의 집광 위치는 회절 패턴을 통과하는 광속의 집광 위치와 거의 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 133의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 129의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH2인 광속으로 변환되고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL2인 광속으로 변환되고, 대물 렌즈를 통과하는 광속의 구면 수차는 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH2보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제2 광 정보 기록 매체의기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 134의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 130의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH2인 광속으로 변환되고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL2인 광속으로 변환되고, 대물 렌즈를 통과하는 광속의 구면 수차는 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH1보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 135의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 131의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH2인 광속으로 변환되고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL2인 광속으로 변환되고, 대물 렌즈를 통과하는 광속의 구면 수차는 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH2보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 136의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 132의 장치에서 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 멀리 떨어져 있는 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH2인 광속으로 변환되고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에서 가장 근접한 원주로부터의 -1차 회절광은 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAL2인 광속으로 변환되고, 대물 렌즈를 통과하는 광속의 구면 수차는 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH1보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제1 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않은 광속을 사용하고 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 스폿이 집광되어 제2 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 137의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 133의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH2보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 138의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 134의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH1보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 139의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 135의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA1보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH2보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 140의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 136의 장치에서 제1 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NAH1보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광속이 대물 렌즈를 통과할 때 개구수가 NA2보다 크지 않은 광속의 파면 수차는 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 최상의 결상점에서 0.07λrms보다 크지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 141의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 122-140 중 임의의 본 발명의 특징의 장치에서, 제1 광원과 대물 렌즈 사이 및, 제2 광원과 대물 렌즈 사이에 적어도 하나의 콜리메이터(collimator)가 포함되고, 제1 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속과 제2 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속은 각각 평행 광으로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 142의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 141의 장치에서, 제1 광원으로부터의 광속에 대한 대물 렌즈의 근축 초점 위치와 제2 광원으로부터의 광속에 대한 대물 렌즈의 근축 초점 위치는 서로에 대해 거의 일치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 143의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 129, 133 및 137의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속에 대한 제2 회절 패턴의 +1차 회절광은 집광 위치 상으로 집속되고, 제2 광원으로부터의 광속은 제2 회절 패턴에 의해 회절되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 144의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 130, 134 및138의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 +1차 회절광이 되고 제2 광원으로부터의 광속은 제2 회절 패턴을 투과하여 집광 위치 상으로 집속되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 145의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 131, 135 및 139의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제2 회절 패턴 중의 -1차 회절광이 제1 광원으로부터의 광속에 대한 집광 위치 상으로 집속되고, 제2 광원으로부터의 광속은 제2 회절 패턴에 의해 회절되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 146의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 132, 136 및 140의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 -1차 회절광이 되고 제2 광원으로부터의 광속은 제2 회절 패턴을 투과하여 집광 위치 상으로 집속되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 147의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 129, 133 및 137의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속에 대한 제2 회절 패턴의 투과 광이 집광 위치 상으로 집속되고, 제2 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 -1차 회절 패턴이 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 148의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 130, 134 및138의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속이 제2 회절 패턴을 통과하고 제2 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 -1차 회절 패턴이 되어 집광 위치 상으로 집속되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 149의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 131, 135 및 139의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속에 대한 제2 회절 패턴의 투과 광이 집광 위치 상으로 집속되고, 제2 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 +1차 회절 패턴이 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 150의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 132, 136및 140의 장치에서, 회절 패턴 외측에 제2 회절 패턴이 제공되고, 제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속이 제2 회절 패턴을 통과하고 제2 광원으로부터의 광속이 주로 제2 회절 패턴의 +1차 회절 패턴이 되어 집광 위치 상으로 집속되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 151의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 129, 131, 133, 135, 137, 또는 139의 장치에서, 이 장치는 제1 광원으로부터 방출된 광속 및 제2 광원으로부터 방출된 광속을 합성할 수 있는 광파 합성 수단(light wave composing means)을 포함하고, 제1 광원으로부터의 광속을 투과시키고, 제2 광원으로부터의 광속에서는 광파 합성 수단과 광 정보 기록 매체 사이에서 회절 패턴의 광축의 반대쪽의 영역을 통과하는 광속은 투과시키지 않는 개구 제한 수단(openinglimiting means)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 151의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 129, 131, 133, 135, 137, 또는 139의 장치에서, 이 장치는 제1 광원으로부터 방출된 광속 및 제2 광원으로부터 방출된 광속을 합성할 수 있는 광파 합성 수단을 포함하고, 제2 광원으로부터의 광속을 투과시키고, 제1 광원으로부터의 광속에서는 광파 합성 수단과 광 정보 기록 매체 사이에서 회절 패턴의 광축의 반대쪽 영역을 통과하는 광속은 투과시키지 않는 개구 제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 153의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 151의 장치에서, 개구 제한 수단은 제1 광원으로부터의 광속은 투과시키고 제2 광원의 광속에서는 회절 패턴의 광축의 반대쪽 영역을 통과하는 광속은 반사 또는 흡수하는 고리띠 필터(annular band filter)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 154의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 152의 장치에서, 개구 제한 수단은 제2 광원으로부터의 광속은 투과시키고 제1 광원의 광속에서는 회절 패턴의 광축의 반대쪽 영역을 통과하는 광속은 반사 또는 흡수하는 고리띠 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 155의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 151의 장치에서, 개구 제한 수단은 제1 광원으로부터의 광속은 투과시키고 제2 광원의 광속에서는 회절 패턴의 광축의 반대쪽 영역을 통과하는 광속은 회절시키는 고리띠 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 156의 광 픽업 장치는, 본 발명의 특징 152의 장치에서, 개구 제한 수단은 제2 광원으로부터의 광속은 투과시키고 제1 광원의 광속에서는 회절 패턴의 광축의 반대쪽 영역을 통과하는 광속은 회절시키는 고리띠 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 157의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 122-156 중 하나의 장치에서 광 검출기가 제1 광원 및 제2 광원에 대해 공통이라는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 특징 158의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 122-156 중 하나의 장치에서 광 검출기가 제1 광원에 대한 제1 광 검출기와 제2 광원에 대한 제2 광 검출기를 별도로 설치하며, 이들은 각각 공간상 떨어진 위치에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 159의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 158 장치 내에서 적어도 제1 광원과 제1 광 검출기 또는 제2 광원과 제2 광 검출기의 쌍이 하나의 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 160의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 157의 장치내에서 제1 광원, 제2 광원, 및 공통 광 검출기(단일 광 검출기)가 하나의 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 161의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 158의 장치내에서 광 검출기, 제1 광원의 제1 광 검출기 및 제2 광원의 제2 광 검출기가 별도로 제공되고, 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기가 단일 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 162의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 122-161 중 하나의 장치내에서, 광 디스크로부터의 투과광을 검출하는 광 검출기가 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 163의 광 픽업 장치는 파장이 λ1인 제1 광원, 파장이 λ2(λ1≠λ2)인 제2 광원, 제1 광원으로부터 방출된 광속 및 제2 광원으로부터 방출된 광속을 합성하는 파형 합성 수단, 적어도 하나의 표면 상에 회절 패턴을 갖는 회절 광학 소자, 각 광원으로부터의 광속이 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면으로 집광되는 대물 렌즈, 및 제1 광원 및 제2 광원으로부터 방출된 광속의 반사된 광을 광 정보 기록 매체로부터 수광하는 광 검출기를 포함하되, 광 픽업 장치는 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터 m차 회절광(여기서 m은 0 이외의 정수)이 적어도 이용되어, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체가 기록되거나 재생되고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 n차 회절 광(여기서, n=m)이 적어도 이용되어 투명 기판의 두께가 t2(t2≠t1)인 제2 광 정보 기록 매체가 기록되거나 재생되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 164의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 163의 장치내에서 광 픽업 장치가 제1 광원 및 제2 광원의 파장(λ1 및 λ2)이 λ1 < λ2이고, 투명 기판의 두께(t1 및 t2)가 t1 < t2이고, m차 및 n차 회절광이 모두 +1차 회절광인 관계하에서 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 165의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 163의 장치내에서 광 픽업 장치가 제1 광원 및 제2 광원의 파장(λ1 및 λ2)이 λ1 < λ2이고, 투명 기판의 두께(t1 및 t2)가 t1 > t2이고, m차 및 n차 회절광이 모두 -1차 회절광인 관계하에서 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 166의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 163, 164 및 165의 장치내에서 회절 광학 소자 및 대물 렌즈가 일체로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 167의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 122-166의 장치내에서 제1 회절 패턴의 광축방향의 깊이가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 168의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 적어도 한 표면 상에 회절 패턴을 가지며, 파장(λ1)의 광속이 입사하는 경우, 회절 패턴으로부터 적어도 m차 회절광(여기서, m은 0 이외의 정수)이 제1 집광 위치로 집광되며, 파장(λ2)의 광속이 입사하는 경우, 회절 패턴으로부터 적어도 n차 회절광(여기서, n=m)이 제1 집광 위치와는 상이한 제2 집광 위치로 집광되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 169의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 파장(λ1, λ2)이 λ1<λ2인 경우, 제1 집광 위치가 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 대한 제1 집광 위치이고, 제2 집광 위치는 투명 기판의 두께가 t2인 제2 광 정보 기록 매체에 대한 집광 위치이며, 투명 기판의 두께(t1 및 t2)는 t1<t2이고, m차 및 n차 회절광은 모두 +1차 회절광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 170의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 파장(λ1, λ2)이 λ1<λ2인 경우, 제1 집광 위치가 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 대한 제1 집광 위치이고, 제2 집광 위치는 투명 기판의 두께가 t2인 제2 광 정보 기록 매체에 대한 집광 위치이며, 투명 기판의 두께(t1 및 t2)는 t1>t2이고, m차 및 n차 회절광은 모두 - 1차 회절 광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 171의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 적어도 한 표면 상에 회절 패턴을 가지며, 파장(λ1)의 광속이 입사하는 경우, 회절 패턴으로부터 적어도 m차 회절광(여기서, m은 0 이외의 정수)은 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생하기 위해 이용되는 집광 위치를 가지며, 파장(λ2)(여기서, λ2≠λ1)의 광속이 입사하는 경우, 회절 패턴으로부터 적어도 n차 회절광(여기서, n=m)은 투명 기판의 두께가 t2(여기서, t2≠t1)인 제2 광 정보 기록 매체에 기록 및/또는 재생하기 위해 이용되는 집광 위치를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 172의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 171의 대물 렌즈에서, 파장(λ1, λ2)이 λ1<λ2이고, 투명 기판(t1 및 t2)가 t1<t2인 경우, m차 및 n차 회절광은 모두 + 1차 회절광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 173의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 171의 대물 렌즈에서, 파장(λ1, λ2)이 λ1<λ2이고, 투명 기판(t1 및 t2)가 t1>t2인 경우, m차 및 n차 회절 광은 모두 - 1차 회절광인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 174의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 172의 대물 렌즈에서, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체가 파장(λ1)의 제1 광원으로 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보기록 매체측의 필요 개구수는 NA1이고, 투명 기판의 두께가 t2(t2>t1)인 제2 광 정보 기록 매체가 파장(λ2)(λ2>λ1)의 제2 광원에 의해 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수가 NA2(NA2<NA1)인 경우, 대물 렌즈의 적어도 한 표면 상에 제공된 회절 패턴은 광축에 회전 대칭이며, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리떨어진 원주로부터의 +1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 근접한 원주으로부터의 +1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 아래의 조건이 만족되는 것을 특징으로 한다:
NAH1 < NA1
0≤NAL1≤NA2
또한, 본 발명의 특징 175의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 172의 대물 렌즈에서, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체가 파장(λ1)의 제1 광원에 의해 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수는 NA1이고, 투명 기판의 두께가 t2(t2>t1)인 제2 광 정보 기록 매체가 파장(λ2)(λ2>λ1)의 제2 광원으로 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수가 NA2(NA2>NA1)인 경우, 대물 렌즈의 적어도 한 표면 상에 제공된 회절 패턴은 광축에 회전 대칭이며, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 원주로부터의 +1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAH1인 광속으로변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 근접한 원주로부터의 +1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 아래의 조건이 만족되는 것을 특징으로 한다:
NAH1 < NA1
0≤NAL1≤NA2
또한, 본 발명의 특징 176의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 173의 대물 렌즈에서, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체가 파장(λ1)의 제1 광원에 의해 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수는 NA1이고, 투명 기판의 두께가 t2(t2<t1)인 제2 광 정보 기록 매체가 파장(λ2)(λ2>λ1)의 제2 광원으로 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수가 NA2(NA2<NA1)인 경우, 대물 렌즈의 적어도 한 표면 상에 제공된 회절 패턴은 광축에 회전 대칭이며, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 원주으로부터의 -1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 가까운 원주로부터의 -1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 아래의 조건이 만족되는 것을 특징으로 한다:
NAH1 < NA2
0≤NAL1≤NA1
또한, 본 발명의 특징 177의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징173의 대물 렌즈에서, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체가 파장(λ1)의 제1 광원으로 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수는 NA1이고, 투명 기판의 두께가 t2(t2<t1)인 제2 광 정보 기록 매체가 파장(λ2)(λ2>λ1)의 제2 광원에 의해 기록 및/또는 재생하는데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수가 NA2(NA2>NA1)인 경우, 대물 렌즈의 적어도 일 표면 상에 제공된 회절 패턴은 광축에 회전 대칭이며, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 원주으로부터의 -1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAH1인 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴의 광축에 가장 근접한 원주로부터의 -1차 회절광은 그 광 정보 기록 매체측상의 개구수가 NAL1인 광속으로 변환되며, 아래의 조건이 만족되는 것을 특징으로 한다:
NAH1 < NA2
0≤NAL1≤NA1
또한, 본 발명의 특징 178의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168-177 중 하나에서의 대물 렌즈에서, 광학면은 회절 패턴부 및 굴절부를 포함하고, 회절부와 굴절부 사이의 경계부는 5㎛ 이상의 단차를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 179의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168-177 중 하나의 대물 렌즈에서, 광축에 가장 근접한 회절부의 회절 패턴의 평균 깊이가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 180의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 179의 대물 렌즈에서, 광축측에 가장 근접한 회절부의 회절 패턴의 평균 깊이가 2㎛ 이하이고, 광축측으로부터 가장 멀리 떨어진 회절부의 회절 패턴의 평균 깊이가 2㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 181의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168-180 중 하나의 대물 렌즈에서, 광학면의 회절 패턴이 광축 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 182의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168-180 중 하나의 대물 렌즈에서, 광학면의 광축 부분은 회절 패턴을 설치하지 않고, 굴절면인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 183의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168, 169, 171, 172 또는 174의 대물 렌즈에서, 상(image)이 650nm의 광원의 파장에서 0.6mm 두께의 투명 기판을 통해 소정의 결상 배율로 정보 기록면 상에 형성되는 경우, 적어도 개구수 0.6까지 회절 제한 성능을 가지며, 상이 780nm의 광원의 파장에서 1.2mm 두께의 투명 기판을 통해 소정의 결상 배율로 정보 기록면 상에 형성되는 경우, 적어도 개구수 0.45까지 회절 제한 성능을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 184의 광 픽업 장치 용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 183의 대물 렌즈에서 회절 패턴의 스텝의 수는 15 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 185의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징168 내지 본 발명의 특징 184 중 하나의 대물 렌즈에서, 회절 패턴이 제공된 광학면이 볼록면인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 186의 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 본 발명의 특징 185의 대물 렌즈에서 회절 패턴이 제공되는 광학면의 굴절부가 비구면인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 187의 광 픽업 장치의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 186의 대물 렌즈에서 회절 패턴이 적어도 하나의 비구면 굴절부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 188의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 168 내지 187 중 하나의 대물 렌즈에서 대물 렌즈가 단일 렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 189의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 188의 대물 렌즈에서, 회절 패턴이 단일 렌즈의 적어도 하나의 광학면 상에만 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 185의 광 픽업 장치용의 대물 렌즈는 본 발명의 특징 188의 대물 렌즈에서, 회절 패턴이 단일 렌즈의 적어도 하나의 광학면에 제공되는 것을 특징으로 한다.
무수차 평행광이 제1 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하고, 평행광이 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판(두께는 t1)을 통해 무수차로 집광되도록 설계된 전용 대물 렌즈를 사용함으로써, 무수차의 평행광이 제2 광원으로부터 이 대물 렌즈로입사하여 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판(두께 t2, t2>t1)을 통과하는 경우에 대해서는 이하에서 살펴보기로 한다.
평행 입사광에 대해, 기판이 없고 파장이 λ1인 경우, 후방 초점(back focus)은 fB1이고, 파장이 λ2(λ2>λ1)인 경우, 후방 초점은 fB2이다.
이러한 경우, 축상 색수차ΔfB는
ΔfB=fB2-fB1
로 정의되며, 대물 렌즈가 굴절형 비구면 단일 렌즈인 경우, ΔfB>0이다.
또한, 파장이 λ2이고 광이 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 집광되는 경우, 축상 초점 위치를 기준으로 했을 경우의 구면수차는 다음과 같은 요인으로 인해 0이 되지 않는다.
(1) 파장이 λ1 에서 λ2로 변함으로써 대물 렌즈의 굴절률의 파장 의존성으로 인한 구면수차
(2) 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께(t1)과 제2 광 정보 기록 매체이 투명 기판의 두께(t2) 사이의 차이로 인해 생성된 구면수차
(3) 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 굴절률 nd1(λ1)과 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 굴절률 nd2(λ2) 사이의 차이로 인한 구면수차.
대물 렌즈가 굴절형 비구면 단일 렌즈인 경우, 요인 (1)로 인한 구면수차는 오버(over)가 된다. 요인(2)로 인한 구면수차는 또한 오버가 된다. 또한, nd2<nd1인 경우에 요인 (3)으로 인한 구면수차는 또한 오버가 된다.
요인(1)-(3)으로 인해 생성된 오버-구면수차에서, 요인(2)로 인한 구면수차는 거의 전체이고, 요인(1)으로 인한 것은 그 다음이 된다. 요인(3)으로 인한 구면수차는 거의 무시될 수 있다.
상술한 가정은 예를 들면 제1 광 정보 기록 매체가 DVD이고, 제1 광원의 파장(λ1)이 650nm이고, 제2 광 정보 기록 매체가 CD이고, 제2 광원의 파장(λ2)이 780nm이고, DVD(두께 t1=0.6nm) 및 CD(두께 t2=1.2mm)에서, 투명 기판의 재료는 동일하나 두께가 상이한 경우에 대응한다.
그 다음으로, 광축에 대해 회전 대칭인 회절 패턴의 +1차 회절광에 대해서 보면, 도 113a에 도시된 바와 같이, 파장이 길수록 +1차 광의 회절각이 커지고, +1차 광이 광축쪽으로 더 회절되고, 더 언더측으로 구부려진다. 즉, 무수차 평행 광속이 파장 λ2을 갖는 제2 광원으로부터 입사하는 경우, 파장 λ1을 갖는 제1 광원으로부터 평행광이 입사하는 경우와 비교하면, +1차 광은 축상 색수차 및 구면수차를 만드는 작용을 갖는다. 이 작용을 사용하여, 파장 λ2을 갖는 광이 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통과하는 경우 구면수차와 파장 λ1을 갖는 광이 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통과하는 경우 구면수차 사이의 차가 회전 대칭의 회절 패턴을 도입하고 +1차 회절광을 사용함에 의해 감소될 수 있다.
제1 광 정보 기록 매체의 기판의 두께 t1이 제1 광 정보 기록 매체의 기판의 두께 t2보다 더 큰 경우, 인자(2)에 기인한 구면수차는 낮아지게 되고, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 축상 색수차 및 구면수차를 생성하는 작용을 갖는 -1차 회절광을 사용하여, 더 높아지게 되어, 상기 수차가 낮아질 수 있다.
본 발명의 경우, +1차 회절광이 사용되는 경우, 파장 λ1에서 대물 렌즈 소재의 굴절률이 n(λ1)이고, 파장 λ2에서 대물 렌즈 소재의 굴절률이 n(λ2)인 경우, 회절 패턴의 심도는 λ1/{ n(λ1) - 1} 또는 λ2/{ n(λ2) - 1}이고, 비교적 작은 굴절률을 갖는 플라스틱 물질이 사용되는 경우에도, 상기 심도는 2㎛ 보다 크지 않고, 이에 따라 회절 패턴이 집적되는 대물 렌즈의 제조가 통상의 홀로그램 광학 소자나 홀로그램 타입 링 렌즈에 비해 더 쉬워진다.
또한, 본 발명의 특징 191 내의 광 픽업 장치는: 파장 λ1을 갖는 제1 광원; 파장 λ2을 갖는 제2 광원 (λ1≠λ2); 적어도 한 표면상에 회절 패턴을 갖고 각각의 광원들로부터의 광속을 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 집속시키는 대물 렌즈; 제1 광원과 제2 광원으로부터 방출된 광속의 상기 광 정보 기록 매체로부터의 반사광을 수광하는 광 검출기를 포함하고, 상기 광 픽업 장치는: 제1 광원으로부터의 광속에 대한 상기 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터 적어도 m차 회절광을 사용하여 (여기서, m은 0 이외의 정수임), 두께가 t1인 투명 기판 내의 제1 광 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 그로부터 정보를 재생하든가, 제2 광원으로부터의 광속에 대한 상기 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터 적어도 n차 회절광을 사용하여 (여기서, n=m임), 두께가 t2 (t2≠t1)인 투명 기판 내의 제2 광 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나 그로부터 정보를 재생하고, 상기 대물 렌즈는 플라스틱 물질로 만들어지고, 이 플라스틱 물질은 다음의 관계: 즉, 온도가 △T(℃)만큼 변화하는 경우, 굴절률의 변화량은 △n이 되며, -0.0002/℃ < △n/△T < -0.00005/℃를 만족하고, 제1 광원은: 온도가 △T(℃)만큼 변화하는 경우, 방출 파장의 변화량은 △λ1(㎚)로 정의된다면, 0.005㎚/℃ < △λ1/△T < 0.5㎚/℃를 만족한다.
본 발명의 특징 191에 따르면, 플라스틱 대물 렌즈의 굴절률의 온도 변화로 인한 광 픽업 장치의 특성 변화와 광원 파장의 온도 변화로 인한 광 픽업 장치의 특성 변화는 서로 상쇄되는 방향으로 작용하여 보정 효과가 얻어짐으로써 온도 변화에 매우 강한 픽업 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 192의 광 픽업 장치는 파장 λ1을 갖는 제1 광원, 파장 λ2(λ1 ≠ λ2)를 갖는 제2 광원, 적어도 한 표면 상에 회절 패턴을 갖고 각 광원으로부터의 광속을 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 집속시키는 대물 렌즈, 제1 광원 및 제2 광원으로부터 방출된 광속의 광 정보 기록 매체로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 포함하고, 광 픽업 장치는 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 m(여기서, m은 0 이외의 정수)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 n(여기서, n = m)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t2(t2 ≠ t1)인 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 파장 λ1, λ2, 투명 기판의두께 t1 및 t2는 λ2 > λ1, t2 > t1의 관계를 가지며, 제1 광 정보 기록 매체를 제1 광원으로 기록 및/또는 재생하는 데 필요한 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측에 필요 개구수가 NA1이고, 파장 λ1(mm)에서 대물 렌즈의 초점 거리가 f1(mm)이고, 주위 온도 변화가 ΔT(℃)인 경우에, 제1 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 집속된 광속의 파면 수차의 3차 구면 수차의 변화량이 ΔWSA3(λ1 rms)이면, 다음 관계식
0.2 × 10-6/℃ < ΔWSA3·λ1 / {f·(NA1)4·ΔT} < 2.2 × 10-6/℃
이 만족된다.
본 발명의 특징 192에 따르면, 목적항의 값이 상한보다 크지 않으면, 주위 온도가 변화하더라도, 픽업 장치로서의 특성을 쉽사리 유지할 수 있으며, 목적항의 값이 하한보다 작지 않으면, 단지 파장이 변화할 때에도, 픽업 장치로서의 특성을 쉽사리 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 193의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 191 또는 192에서, 제1 광원과 대물 렌즈, 및 제2 광원과 대물 렌즈 사이에 적어도 하나의 콜리메이터가 포함되고, 제1 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속과 제2 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속 각각은 거의 평행한 광이 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징 194의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 191, 192, 또는 193에서, t1은 0.55mm-0.65mm, t2는 1.1mm-1.3mm, λ1은 630nm-670nm, λ2는 760nm-820nm이다.
또한, 본 발명의 특징 192의 광 픽업 장치는 파장 λ1을 갖는 제1 광원, 파장 λ2(λ1 ≠ λ2)를 갖는 제2 광원, 적어도 한 표면 상에 회절 패턴을 갖고 각 광원으로부터의 광속을 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 집속시키는 대물 렌즈, 제1 광원 및 제2 광원으로부터 방출된 광속의 광 정보 기록 매체로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 포함하고, 광 픽업 장치는 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 m(여기서, m은 0 이외의 정수)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 n(여기서, n = m)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t2(t2 ≠ t1)인 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 제1 및 제2 광원 중 적어도 하나로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속의 발산도를 보정하는 보정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 195에 따르면, 대물 렌즈로 입사하는 광속의 발산도를 보정하여, 대물 렌즈를 포함하는 전체 광학계의 3차 구면 수차를 설계값에 따라 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 196의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 195에서 제1 광원과 대물 렌즈 및 제2 광원과 대물 렌즈 사이에 적어도 하나의 콜리메이터를 포함하고, 본 발명의 특징 197의 광 픽업 장치는 제1 및/또는 제2 광원과 적어도 하나의 콜리메이터 간의 거리를 변화시켜 보정 수단에 의한 발산도를 보정하는 것을 특징으로 한다. 보정 수단에 의한 발산도에 대한 보정은 제1 및/또는 제2 광원과 적어도 하나의 콜리메이터 간의 거리를 변화시켜 행해지는 것을 특징으로 한다. 광원과 콜리메이터 간의 거리를 변화시킴으로써, 적어도 하나의 광원에서 대물 렌즈로 입사하는 광속의 발산도를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 192의 광 픽업 장치는 파장 λ1을 갖는 제1 광원, 파장 λ2(λ1 ≠ λ2)를 갖는 제2 광원, 적어도 한 표면 상에 회절 패턴을 갖고 각 광원으로부터의 광속을 투명 기판을 통해 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 집속시키는 대물 렌즈, 제1 광원 및 제2 광원으로부터 방출된 광속의 광 정보 기록 매체로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 포함하고, 광 픽업 장치는 제1 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 m(여기서, m은 0 이외의 정수)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 제2 광원으로부터의 광속의 대물 렌즈의 회절 패턴으로부터의 적어도 n(여기서, n = m)차 회절광을 사용함으로써 광 픽업 장치는 투명 기판의 두께가 t2(t2 ≠ t1)인 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 적어도 기록하거나 재생하고, 결상면 상의 파면 수차는 제1 및 제2 광원으로부터 출력되는 상이한 2개의 파장(λ)를 갖는 광 각각에 대해 대물 렌즈의 결상측의 최대 개구수의 0.07λrms보다 크지 않은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 198에 따르면, 제1 및 제2 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생 시에 각 정보 기록면 및 광 검출기 상에서 플레어가 발생하지 않아 광 픽업 장치의 특성이 우수해 진다.
또한, 본 발명의 특징 199의 광 픽업 장치는 본 발명의 특징 122-156, 및 198 중 임의 본 발명의 특징에서 제1 광원 및 제2 광원은 한 유닛으로 형성되고, 광 검출기는 제1 광원 및 제2 광원과 공통으로 형성된다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 상세한 실시예들을 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예의 광학계는 기본적으로 양면 비구면 단일 렌즈이고, 한 비구면 표면 상에 회절 고리띠(고리띠 모양 회절면)가 제공된다. 일반적으로, 비구면 굴절면에서, 구면 수차가 파장이 주 파장 광(dominant wavelength light)보다 짧은 파장 광인 소정의 주 파장 광으로 보정되면, 비구면 수차가 언더(under)(불충분한 보정)로 된다. 반대로, 회절면을 갖는 렌즈인 회절 광학 렌즈에서는, 구면 수차가 주 파장 광에 의해 보정되면, 구면 수차는 주 파장 광보다 짧은 파장에서는 오버(over)(과대 보정)로 될 수 있다. 따라서, 굴절에 의한 비구면 렌즈의 비구면 계수와 회절 광학 렌즈의 위상차 함수의 계수를 적절히 선택하여 굴절력 및 회절력을 조합시키면, 구면 수차를 상이한 2개 파장 광 모두에 의해 정밀하게 보정할 수 있다.
또한, 일반적으로, 회절 고리띠의 피치는 나중에 상술될 광 경로 위상차 함수 또는 광 경로차 함수를 이용하여 정의된다. 구체적으로는, 위상차 함수 ΦB는 라디안 단위로, 광 경로차 함수 Φb는 mm 단위로 이하의 식으로 각각 표현된다.
상기 두 식들은 비록 단위는 서로 다르지만, 이들 식이 회절 고리띠의 피치를 표현한다는 점에서는 서로 동일하다. 즉, 주 파장 λ(mm 단위)에 대해, 위상차 함수의 계수 B를λ/2π와 곱하면, 광 경로차 함수의 계수 b로 변환될 수 있고, 또는, 역으로 광 경로차 함수의 계수 b를 λ/2π와 곱하면, 위상차 함수의 계수 B로 변환될 수 있다.
여기서, 설명을 간략히 하기 위해, 1차 회절광을 사용하는 회절 광학 렌즈에 대해서 기술하기로 한다. 광 경로차 함수의 경우에는, 함수값이 주 파장 λ의 정수배를 초과할 때마다 고리띠가 새겨(notch)지고, 위상차 함수의 경우에는 함수값이 2π의 정수배를 초과할 때마다 새겨진다.
예를 들어, 회절 고리띠가 굴절력을 갖지않는 원통형의 양면 재질의 측면 상에 새겨지는 렌즈를 상정하고, 주 파장이 0.5㎛ = 0.0005mm이라고 하면, 광 경로차 함수의 2차 계수(2차 항)는 -0.05(위상차 함수의 2차 계수로 변환되면, -628.3임)이고, 여타 제곱 계수는 모두 0이고, 제1 고리띠의 직경 h=0.1mm이고, 제2 고리띠의 직경 h=0.141mm이다. 또한, 이 회절 광학 렌즈의 초점 거리에 대해서는, 광 경로차 함수의 2차 계수 b2=-0.05에 대해, f=-1/(2·b2)=10mm인 것으로 알려져 있다.
여기서, 상기 정의를 기초로 한 경우, 위상차 함수 또는 광 경로차 함수의 2차 계수가 0이 아닌 값일 때, 소위 등축 영역에서의 광축 부근의 색수차를 보정할 수 있다. 또한, 위상차 함수 또는 광 경로차 함수의 2차 계수 이외의 계수, 예를 들어, 2차 계수, 6차 계수, 8차 계수, 10차 계수 등이 0가 아닌 값으로 될 경우에는, 2 파장 간의 구면 수차를 제어할 수 있다. 또한, 여기서, "제어"란 의미는 2 파장 간에서의 구면 수차의 차를 매우 작게 할 수 있고, 또한 광학적 사양에 필요한 차를 제공할 수 있는 것을 말한다.
상기한 것을 구체적으로 설명하자면, 상이한 파장을 갖는 2개 광원으로부터의 콜리메이트된 광(평행 광)이 동시에 대물 렌즈에 입사하여 광 디스크 상에 상을 형성하도록 하면, 초기에는, 근축의 축상 색수차를 위상차 함수 또는 광 경로차 함수의 2차 계수를 사용하여 보정하고, 구면 수차를 2개 파장 간의 차를 작게 하여 위상차 함수 또는 광 경로차 함수의 4차 및 후속의 차수 계수를 사용하여 허용가능한 값 이내에 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 다른 일례로서, 상이한 파장의 2개 광원 및 한 파장의 광원에 하나의 대물 렌즈를 사용하고, t1의 두께(투명 기판의 두께)를 갖는 디스크에 대해 수차를 보정하고, 다른 파장의 광의 경우에는, t2의 두께를 갖는 디스크에 대해 수차를 보정하는 것에 대해 설명하기로 한다. 이 경우, 위상차 함수 또는 광 경로차 함수의 4차에 후속하는 계수들을 주로 사용하면, 2 파장 간의 구면 수차의 차가 제공되고, 각 두께에 대해 각 파장에 의해 구면 수차를 보정할 수 있게 된다. 또한, 두 경우, 굴절면에서는, 비구면이 2 파장 간의 용이한 수차 보정을 위해서는 구면보다양호하다.
상기 비구면 굴절면은 상이한 파장에 대해 상이한 굴절력을 가지며, 상이한 집광점을 가지므로, 각 집광점은 각 기판 두께를 갖는 광 디스크에 대응시킬 수 있다. 이 경우, 광원의 단파장은 700nm보다 크지 않고, 광원의 장파장은 600nm보다 작지 않고, 파장차는 80nm보다 작지 않은 것이 바람직하다. 또한, 파장차는 400nm보다 크지 않은 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 파장차는 100nm보다 작지 않고 200nm보다 크지 않은 것이 바람직하다. 회절면은 2개 상이한 파장을 갖는 광에 대해 거의 중간 파장에서 최대 회절 효율을 갖지만, 회절면은 어느 한 파장에서 최대 회절 효율을 가질 수 있다.
구면 수차의 보정과 동일한 작용을 이용하여, 광학면 상에 회절 고리띠 렌즈를 제공하고, 2개 상이한 파장을 갖는 광원 각각에 대해 축상 색수차를 임의의 한 동일 차수 회절광에 의해 보정할 수 있다. 즉, 2개 상이한 파장을 갖는 광원의 광에 대한 축상 색수차를 ±λ/(2NA2)의 범위 내에서 보정할 수 있다. 여기서, λ는 2개 파장 중 장파장이고, NA는 장파장에 해당하는 상측 개구수(image side numerical aperture)이다.
또한, 2개 파장을 갖는 광원의 파장차가 80nm보다 작지 않고, 대물 렌즈의 유리 재질의 아베(Abbe)수가 νd이면, 다음 조건식 1
<조건식 1>
νd > 50
을 만족시키는 것이 바람직하다. 조건식 1은 2 상이한 파장의 광원에 대해축상 색수차를 보정할 때 2차 스펙트럼을 감소시키기 위한 조건이다.
다음에, 얇은 단일 렌즈의 한 표면 상에 회절면을 제공하면, 단일의 전체 렌즈는 회절 릴리프를 벗긴 베이스가 되는 굴절 렌즈와 회절면과의 합성이라고 생각하여, 이 합성 렌즈의 색수차에 대해서는 후술하기로 한다. 임의 파장 λx 및 파장 λy(λx < λy)에 의한 색수차 보정 조건은 다음과 같다. 즉,
fR·νR + fD·νD = 0, 여기서, fR, fD는 각 굴절 렌즈의 초점 거리와 회절면, νR, νD는 각 굴절 렌즈의 아베수와 회절면으로 다음 식으로 결정된다.
νR = (n0 - 1)/(nx - ny)
νD = λ0 / (λx - λy)
여기에서, n0는 기준 파장에서의 굴절률이고, λ0는 기준 파장이다.
이 경우, 일정한 파장 λz에 대한 색수차 δf는 아래와 같은 관계식으로 표현된다.
δf=f(θR-θD)/(νR-νD)
여기에서, θR, θD는 굴절 렌즈와 회절면의 각각의 부분 분산비(partial variance ratio)이며, 다음의 식에 의해 결정된다.
(1) θR = (nx - nz)/(nx - ny)
(2) θD = (λx -λz)/(λx -λy)
여기에서, nz는 파장 λz에서의 굴절률이다.
예를 들어, λ0 = λx = 635㎚, λy = 780㎚, λz = 650㎚이고, 베이스인 굴절 렌즈의 유리 재료가 호야사(Hoya Co.)의 BSC7 (νd=64.2)인 경우, νR = 134.5,νD = -4.38, θR = 0.128, θD = 0.103이 구해지고, δf = 0.18×10-3f가 구해진다.
또한, 베이스인 굴절 렌즈의 유리 재료가 호야사의 E-FD1 (νd = 29.5)으로 변경되면, νR = 70.5, θR = 0.136이 구해지고, δf = 0.44×10-3f가 구해진다.
전술한 바와 같이, 색수차 δf의 관계식에서, 우변의 분모 (νR -νD)에서,│νD│가│νR│보다 훨씬 작기 때문에, 굴절 렌즈의 유리 재료를 변경함으로써 발생하는 굴절 렌즈의 아베수 νR의 변화가 색수차 δf의 변화보다 지배적이다. 한편, θR과 θD는 파장에 의해서만 결정되기 때문에, 우변의 분자 (θR - θD)의 변화가 우변의 분모 (νR -νD)의 변화보다 훨씬 작다.
상기의 설명에 따르면, 굴절면을 가지는 렌즈에서, 2차 스펙트럼 δf을 작게 억제하기 위해서는, 굴절 렌즈의 재료로서 큰 아베수 νR를 가지는 재료의 선택이 효과적임에 유의한다. 조건식 (1)은 광원의 파장 변화에 대응할 수 있도록 2차 스펙트럼을 억제하는데 유효한 한계를 나타낸다.
또한, 회절면을 이용하지 않고 2가지 종류의 굴절 렌즈를 접합함으로써 무색 가공(achromatic processing)을 수행하는 경우에서, 각각의 재료에 대해, θR = a + b ·νR + △θR (a, b는 상수)로 표현될 때, △θR이 작으면, 이상 분산성은 존재하지 않으며, 2차 스펙트럼 δf는 2 굴절 렌즈의 아베수 νR에 의존하지 않는다. 따라서, 조건식 (1)이 굴절 광학계에 특정한 조건임을 알 수 있다.
본 실시예의 회절 광학 렌즈를 용이하게 제조하기 위해서는, 플라스틱 재료로 구성된 대물 렌즈를 이용하는 것이 바람직하다. 조건식(1)을 만족시키기 위한 플라스틱 재료로는 아크릴계, 폴리올레핀계 플라스틱 재료가 이용되지만, 내습성 및 내열성의 측면에서 볼 때에는 폴리올레핀계가 보다 더 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예의 대물 렌즈 및 상기 대물 렌즈를 설치하는 광 픽업 장치의 구조가 구체적으로 설명될 것이다.
도 48에서, 본 실시예의 광 픽업 장치의 개략적인 구조가 도시될 것이다. 정보가 기록되어 있거나 광 픽업 장치에 의해 정보가 재생되는 광학적 기록 매체인 광 디스크(20)로는, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 디스크 (예를 들어, DVD), 제2 광 디스크 (예를 들어, 청색 레이저를 사용하는 차세대 고밀도 광 디스크), 투명 기판의 두께가 t1과는 다른 t2인 제3 광 디스크 (예를 들어 CD)가 있으며, 이하에서는 이러한 디스크들을 광 디스크(20)로 설명할 것이다.
도면에 도시된 광 픽업 장치는, 광원으로서, 제1 광원인 제1 반도체 레이저(11) (파장 λ1= 610㎚ - 670㎚), 제2 광원인 청색 레이저(12) (파장 λ2= 400㎚ - 440㎚), 제3 광원인 제2 반도체 레이저(13)(파장 λ3= 740㎚ - 870㎚), 및 광학계의 일부인 대물 렌즈(1)를 가진다. 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원은 정보가 기록 및 재생될 광학 디스크에 따라 선택적으로 이용된다.
제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12) 또는 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 발산 광속은, 빔 분할기(19) 및 조리개(3)를 통해 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 투과하며, 대물 렌즈(1)에 의해 각각의 정보 기록면(22) 상으로 집광되어, 스폿을 형성한다.
각각의 레이저로부터의 입사광은 정보 기록면(22) 상의 정보 피트에 의해 변조 반사광으로 되어, 빔 분할기(18)를 통해 공통 광 검출기(30)에 입사하고, 원환상 렌즈(toric lens, 29)에 입사하며, 그 출력 신호를 이용하여, 광학 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호, 포커싱 검출 신호 및 트랙 검출 신호가 얻어진다.
또한, 본 예에서, 광 경로 내에 제공된 조리개(3)는 고정된 개구수(NA 0.65)를 가지며, 여분의 기구는 필요하지 않으므로, 단가 절감이 실현된다. 또한, 제3 디스크가 기록 및/또는 재생되는 경우, 조리개(3)의 개구수는 불필요한 광(NA 0.45 이상)이 제거될 수 있도록 변경될 수 있다.
대물 렌즈(1)의 광학면 상에 띠모양 필터가 일체형으로 형성되어, 실사용의 개구의 외부 중 일부의 광속이 차폐되는 경우, 실제 사용되는 개구 외부의 플레어 광을 저가의 구성을 이용하여 용이하게 제거할 수 있다.
본 실시예에서, 유한 공역형 광학계(definite conjugation type optical system)를 이용하는 경우에는, 광원과 집광용 광학계 간의 관계를 일정하게 유지하여 집광 성능을 유지할 필요가 있으며, 포커싱 또는 트래킹을 위한 이동에서, 광원(11, 12, 13)과 대물 렌즈(1)가 하나의 단위로서 이동하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 대물 렌즈 및 그 대물 렌즈를 포함하는 광 픽업 장치의 구조가 상세하게 설명될 것이다.
도 49에는, 본 실시예의 광 픽업 장치의 개략적인 구조가 도시되어 있다. 도 49에 도시된 광 픽업 장치는, 레이저, 광 검출기 및 홀로그램이 일체형으로 형성된 레이저/검출기 집적 유닛(40)을 이용한 예이며, 도 48에서와 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되었다. 이러한 광 픽업 장치에서, 제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12), 제1 광 검출 수단(31), 제2 광 검출 수단(32) 및 홀로그램 빔 분할기(23)는 레이저/검출기 집적 유닛(40)로서 일체적으로 형성된다.
제1 광 디스크가 재생되는 경우, 제1 반도체 레이저(11)로부터 방출된 광속은 홀로그램 빔 분할기(23)를 통과하고, 조리개(3)에 의해 조리된(stop down) 후, 대물 렌즈(1)에 의해 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통과하여 정보 기록면(22) 상으로 집광된다. 그 다음, 정보 피트에 의해 변조되어 정보 기록면(22)에서 반사된 광속은, 대물 렌즈(1) 및 조리개(3)를 통해 홀로그램 빔 분할기(23)의 디스크측 표면 상에서 다시 회절되어, 제1 반도체 레이저(11)에 대응하는 제1 광 검출기(31)로 입사한다. 그 다음, 제1 광 검출기(31)의 출력 신호를 이용하여, 제1 광 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호, 포커싱 검출 신호, 및 트랙 검출 신호가 획득된다.
제2 광 디스크가 재생되는 경우, 청색 레이저(12)로부터 방출된 광속은 홀로그램 빔 분할기(23)의 레이저 측 표면에 의해 회절되어, 제1 반도체 레이저(11)로부터의 광속과 동일한 광 경로를 따라 진행한다. 즉, 홀로그램 빔 분할기(23)의 반도체 레이저측 표면은 광 합성 수단의 기능을 한다. 또한, 이 광속은 조리개(3), 대물 렌즈(1) 및 제2 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22) 상으로 집광된다. 그 다음, 정보 피트에 의해 변조되어 정보 기록면(22) 상에서 반사된 광속은, 대물 렌즈(1) 및 조리개(3)를 통해 홀로그램 빔 분할기(23)의 디스크측 표면에 의해 회절되어, 청색 레이저(12)에 대응하는 제2 광 검출기(32)로 입사된다. 그 다음, 제2 광 검출기(32)의 출력 신호를 이용하여, 제2 광 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호, 포커싱 검출 신호 및 트랙 검출 신호가 획득된다.
또한, 제3 광 디스크가 재생되는 경우, 제2 반도체 레이저(13), 제3 광 검출 수단(33) 및 홀로그램 빔 분할기(24)가 일체적으로 형성되어 있는 레이저/검출기 집적 유닛(41)가 이용된다. 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 광속은 홀로그램 빔 분할기(24)를 통과하고, 방출된 광의 합성 수단인 빔 분할기(19)에 의해 반사되어, 대물 렌즈(1)에 의해 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통과하여 정보 기록면(22) 상에 집광된다. 그 다음, 정보 피트에 의해 변조되어 정보 기록면(22) 상에서 반사된 광속은 대물 렌즈(1), 조리개(3) 및 빔 분할기(19)를 통해 홀로그램 빔 분할기(24)에 의해 다시 회절되어, 광 검출기(33)로 입사된다. 그 다음, 제3 광 검출기(33)의 출력 신호를 이용하여, 제3 광 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호, 포커싱 검출 신호, 및 트랙 검출 신호가 획득된다.
제2 및 제3 실시예의 광 픽업 장치에서, 광축(4) 상에 집광된 띠모양의 회절면은 대물 렌즈(1)의 비구면 굴절면 상에 형성된다. 일반적으로, 대물 렌즈가 비구면 굴절면만으로 구성되는 경우에서, 일정한 파장 λa에 대해 구면 수차가 보정되면, 구면 수차는 λa보다 짧은 파장 λb에 대해 작아진다. 한편, 회절면을 이용하는 경우, 일정한 파장 λa에 대해 구면 수차가 보정되면, 구면 수차는 λa보다 짧은 파장 λb에 대해 커진다. 따라서, 굴절면에 의한 비구면 광학 설계, 및 회절면의 위상차 함수의 계수가 적절하게 선택되고, 굴절력과 회절력이 결합되면, 상이한 파장들 간의 구면 수차가 보정될 수 있다. 또한, 비구면 굴절면 상에서, 파장이 상이한 경우, 굴절력도 변하며, 집광 위치도 상이해진다. 따라서, 비구면 굴절면이 적절하게 설계되면, 상이한 파장의 광이 각각의 투명 기판(21)의 정보 기록면(22) 상으로 집광될 수 있다.
또한, 제2 및 제3 실시예의 대물 렌즈(1)에서, 비구면 굴절면과 고리띠 모양의 회절면의 위상차 함수의 계수가 적절하게 설계되면, 광 디스크(20)의 투명 기판(21)의 두께차에 의해 생성되는 구면 수차가, 제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12) 및 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 각각의 광속에 대해 보정될 수 있다. 또한, 고리띠 모양의 회절면 상에서, 멱급수의 4차 이후 항들의 계수들이 고리띠의 위치를 나타내는 위상차 함수로서 이용되면, 구면 수차의 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 제3 광 디스크(CD)에 대해서, 실제 사용되는 개구수는 NA 0.45이며, NA 0.45의 외부 영역에서의 구면 수차는 플레어를 형성한다. 이러한 보정에 의해, 각각의 광 디스크(20)에 대해, 영상 기록면(22) 상의 집광 스폿은 회절 한계(0.07λrms)와 거의 동일하거나 그보다 낮아진다.
상기 설명된 제2 및 제3 실시예에서의 광 픽업 장치는, CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, MD 등의 복수의 기록 매체에 대해, 휴대용 플레이어(드라이브) 또는 이들이 합성되는 AV 장치, 개인용 컴퓨터 및 다른 정보 단말기의 오디오/영상 기록 장치, 또는 오디오/영상 재생 장치에 탑재될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 대물 렌즈 및 그 대물 렌즈를 포함하는 광 픽업 장치의 구조가 구체적으로 설명될 것이다.
도 67은 본 실시예의 광 픽업 장치(10)의 개략적인 구조에 대한 도면이다. 도 67에서, 제2 및 제3 실시예와의 공통 부재는 동일한 참조 번호로 표시된다. 도 67에서, 광 픽업 장치(10)는 광 정보 기록 매체인 복수의 광 디스크(30)를 기록/재생한다. 이하에서, 복수의 광 디스크(20)는, 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 디스크(DVD), 제2 광 디스크(청색 레이저를 이용하는 차세대 고밀도 광 디스크), 및 투명 기판의 두께가 t2인 제3 광 디스크(CD)로서 설명될 것이다. 여기에서, 투명 기판의 두께는 t1 = 0.6㎜이고, t2 = 1.2㎜이다.
광 픽업 장치(10)는, 광원으로서, 제1 광원인 제1 반도체 레이저(11) (파장 λ1= 610㎚ - 670㎚), 제2 광원인 청색 레이저(12) (파장 λ2= 400㎚ - 440㎚), 제3 광원인 제2 반도체 레이저(13)(파장 λ3= 740㎚ - 870㎚), 및 광학계의 일부인 대물 렌즈(1)를 가진다. 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원은 정보가 기록 및 재생될 광학 디스크에 따라 배타적으로 이용된다.
집광 광학계(5)는, 제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12) 및 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 광을, 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22) 상으로 집광시키고, 스폿을 형성하는 수단이다. 본 실시예에서, 집광 광학계(5)는 광원으로부터 방출된 광속을 평행광으로 전환시키기 위한 콜리메이터 렌즈(2)와 콜리메이터 렌즈(2)에 의해 평행광으로 전환된 광속을 집광시키기 위한대물 렌즈(1)를 포함한다.
대물 렌즈(1)의 양면에서, 광축(4) 부근에 집광되어 있는 고리띠 모양의 회절면이 구성된다. 일반적으로, 집광 광학계(5)가 비구면 굴절면만으로 구성되는 경우에서, 일정한 파장 λa에 대해 비구면 수차가 보정되면, 구면 수차는 λa보다 짧은 파장 λb에 대해 작아진다. 한편, 굴절면을 이용하는 경우에서, 일정한 파장 λa에 대해 구면 수차가 보정되면, 구면 수차는 λa보다 짧은 파장 λb에 대해 커진다. 따라서, 굴절면에 의한 비구면 광학 설계, 및 회절면의 위상차 함수의 계수가 적절하게 선택되고, 굴절력과 회절력이 결합되면, 상이한 파장들 간의 구면 수차가 보정될 수 있다. 또한, 비구면 굴절면 상에서, 파장이 상이한 경우, 굴절력도 변하며, 집광 위치도 상이해진다. 따라서, 비구면 굴절면이 적절하게 설계되면, 상이한 파장의 광이 각각의 투명 기판(21)의 정보 기록면(22) 상으로 집광될 수 있다.
상기에서 설명한 고리띠 모양의 회절면 상에서, 제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12) 및 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 각각의 광속에 대해 1차 회절광을 이용하여 수차가 보정된다. 동일 차수의 회절광이 광속에 대응되면, 상이한 차수의 회절광이 광속에 대응하는 경우에 비해 광량 손실이 적어지며, 1차 회절광이 이용되는 경우, 더 높은 차수의 회절광이 광속에 대응하는 경우에 비해 광량 손실이 적어진다. 따라서, 본 실시예의 대물 렌즈(1)는, 고밀도 정보가 기록되는 DVD-RAM 등의 광 디스크 상에 정보를 기록하는 광 픽업 장치에 효과적이다. 또한, 3개의 상이한 파장을 가지는 광에 대해서는, 중간 파장에서 회절 효율이 최대이지만, 양단의 파장에서도 최대 회절 효율을 가질 수 있다는 점에서 회절면이 바람직하다.
또한, 비구면 굴절면과 고리띠 모양의 회절면의 위상차 함수가 적절하게 설계되면, 제1 반도체 레이저(11), 청색 레이저(12) 및 제2 반도체 레이저(13)로부터 방출된 각각의 광속에 대해, 광 디스크(20)의 투명 기판(21)의 두께차에 의해 생성되는 구면 수차가 보정된다. 또한, 대물 렌즈(1) 상에 형성되는 고리띠의 위치를 나타내기 위한 위상차 함수에서, 멱급수 내에서 4차항 이후의 계수들이 이용되면, 구면 수차의 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 제3 광 디스크(CD)에 대해서, 실제 사용시의 개구는 NA 0.45이고, 구면 수차는 NA 0.45 이내로 보정되며, NA 0.45 외부의 구면 수차는 플레어를 형성한다. NA 0.45 이내의 영역을 통과하는 광속은 정보 기록면 상에 광 스폿을 형성하며, NA 0.45의 외부를 통과하는 플레어 광은 정보 기록면 상의 광 스폿으로부터 먼 영역을 통과하여 악영향을 미치지 않는다. 이러한 보정에 의하면, 각각의 광 디스크(20)에 대해, 정보 기록면 상의 집광 스폿의 수차는 회절 한계(0.07λrms)와 거의 동일해지거나 그보다 작아진다.
본 실시예에서, 광 경로 내에 설치되는 조리개(3)는 고정 개구수(NA 0.65)를 가지는 조리개이며, 여분의 기구는 필요하지 않으므로, 단가 절감이 실현될 수 있다. 또한, 제3 디스크가 기록 및/또는 재생될 때, 조리개의 개구수는 불필요한 광(NA 0.45 이상)이 제거되도록 변경될 수 있다. 또한, 빔 분할기(67)를 이용하여 각각의 레이저 광의 광축을 조절할 수 있다. 공지된 바와 같이, 광 검출기(도시되지 않음)가 각각의 광원에 대해 설치될 수 있으며, 하나의 광 검출기가 3개의광원(11, 12, 13)에 대응하는 반사광을 수광할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제5 실시예의 대물 렌즈가 설명될 것이다.
본 실시예에서, 고리띠 모양의 회절면 상에서, 고리띠의 위치를 표현하는 데 이용되는 위상차 함수가 멱급수 내에서 2차항의 계수를 이용한다는 점에서만 상술한 제4 실시예의 대물 렌즈와 상이하므로, 축상의 색수차도 보정될 수 있다. 또한, 본 실시예의 대물 렌즈에 따르면, 제4 실시예에서와 마찬가지로, 각각의 광 디스크(20)에 대해, 정보 기록면(22) 상의 집광 스폿의 수차가 회절 한계(0.07λrms)와 거의 동일해지거나 그보다 작아진다.
다음으로, 본 발명의 제6 실시예의 광 픽업 장치가 설명될 것이다.
본 실시예의 광 픽업 장치에서, 제1 광 디스크(예를 들어 DVD)와 제2 광 디스크(예를 들어 청색 레이저를 이용하는 차세대 고밀도 광 디스크)에 대해, 광원으로부터 방출된 광속은 커플링 렌즈에 의해 평행광으로 전환되고, 제3 광 디스크(예를 들어 CD)에 대해, 광원으로부터 방출된 광속은 커플링 렌즈에 의해 발산광으로 전환되며, 이들은 각각 대물 렌즈에 의해 집광된다. 제1 및 제2 광 디스크의 투명 기판(21)의 두께는 0.6㎜이고, 제3 광 디스크의 투명 기판(21)의 두께는 1.2㎜이다.
본 실시예에서, 제1 광 디스크 및 제2 광 디스크의 구면 수차는 회절면에 의해 회절 한계 범위 내로 보정되고, 제3 광 디스크에 대해, 제1 및 제2 광 디스크의 두께보다 큰 두께로 인해 발생하는 구면 수차는, 발산 광속이 대물 렌즈에 입사함으로써 생성되는 구면 수차에 의해 주로 상쇄되며, 예를 들어 NA 0.5 또는 NA 0.45인 제3 광 디스크의 기록/재생에 필요한 소정의 개구수 NA보다 낮은 개구수에서의 구면 수차는 회절 한계 범위 내로 보정된다.
따라서, λ1, λ2, λ3(λ1< λ2< λ3)의 각 파장에 대응하는 광 정보 기록 매체에 대해, 이들을 기록/재생하기 위해 필요한 소정 개구수가 각 파장에 대해 NA1, NA2, NA3인 경우, 파면 수차의 RMS는 NA1의 범위내에서 0.07λ1보다 낮은 값으로, NA2의 범위에서 0.07λ2보다 낮은 값으로, 및 NA3의 범위내에서 0.07λ3보다 낮은 값으로 보정될 수 있다.
또한, 제3 광학 디스크에 대해, 소정 개구수 NA보다 큰 개구수 NA의 광속에 의해 빔 스폿의 직경이 너무 작게 되는 것은 바람직하지 못하다. 따라서, 필요 개구수보다 큰 개구수에서는, 제4 실시예와 동일한 방식으로 구면 수차는 플레어(flare)로 되는 것이 바람직하다.
제4 내지 제6 실시예에서 파장광이 다른 3개의 광원을 갖는 상기 광 픽업 장치는 예를 들면, CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, MD등과 같은 임의의 다른 2개 이상의, 즉 복수의 광 정보 기록 매체에 대한 오디오 및/또는 영상의 기록 장치, 또는 호환가능한 플레이어 또는 드라이브의 오디오 및/또는 영상의 재생 장치, 또는 이들이 조합된 AV 디바이스, 퍼스널 컴퓨터, 및 다른 정보 단말기에 장착될 수 있다.
예
본 발명에 따른 대물 렌즈의 예를 이하에 기술한다.
[예 1 내지 8]
예 1 내지 8의 대물 렌즈는 제1 실시예에 따른 대물 렌즈의 구체적인 예이고, 이하의 관계식으로 표시되는 비구면 형상을 굴절면상에 가지고 있다.
여기에서, Z는 광축 방향으로의 축이고, h는 광축에 수직인 방향(광축으로부터의 높이; 광의 진행 방향이 양(positive)임)의 축이며, R0는 근축 곡률 반경이고, k는 원추(conical) 계수이며, A는 비구면 계수이고, 2i는 비구면의 지수이다. 또한, 예 1-3, 6-8에서, 회절면은 라디안 단위로 된 위상차 함수 ΦB로서 수학식 1에 의해 표현되고, 동일한 방식으로 예 4 및 5에서는 회절면이 mm 단위로 된 광 경로차 함수 Φb로서 수학식 2에 의해 표현된다.
예 1
예 1의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로를도 1에 도시하고 있다. 예 1의 회절 광학 렌즈에 대한 파장 λ=635nm에서의 개구수 0.60까지의 구면 수차를 도 2에 도시하고 있다. 또한, 예 1의 회절 광학 렌즈에 대해 파장 λ=780nm에서 개구수 0.45 및 0.60까지의 구면 수차를 도 3 및 도 4에 도시하고 있다. 그리고, 도 1에 도시된 회절 광학 렌즈는 그 전체 렌즈 표면상에 회절격자형 동축 고리띠가 제공되지만, 본 도면에는 회절부의 릴리프(relief) 형태가 생략되었다. 또한, 이하의 도면에서도 회절면의 릴리프 형태는 생략되었다.
도 1의 회절 광학 렌즈에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 파장 λ=635nm 에서 NA 0.60까지의 모든 개구에서, 어떠한 수차도 발생하지 않는다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 실용의 범위인 파장 λ=780nm에서 NA 0.45까지에는 어떠한 수차도 발생하지 않는다. NA 0.45-0.60의 부분에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 구면 수차는 크게 떨어지고, 플레어가 된다. 이에 따라, 적절한 스폿 직경을 얻을 수 있다.
예 1의 회절 광학 렌즈의 파장 λ=635nm 및 λ=780nm에 대한 파면 수차를 도 5 및 도 6에 각각 도시하고 있다. 이들 도면으로부터 알 수 있듯이, 도 1의 회절 광학 렌즈에 따르면, 어떤 파장까지도 광축상에는 어떠한 수차도 발생하지 않으며, 상 높이(image height)가 0.03인 경우라도 실제 이용시 수차가 거의 발생하지 않는다.
예 1의 렌즈 데이타는 이하와 같이 나타난다. 표 1에서, R은 곡률 반경이고, d는 면 사이의 공간이며, n은 주요 파장에서의 굴절률이고, ν는 아베(Abbe)수이다.
예 1
광원의 파장 λ1=635nm, 초점 거리 f1=3.34, 개구수 NA1=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ2=780nm, 초점 거리 f2=3.36, 개구수 NA2=0.45이고, 무한 사양.
본 실시예에서, λ1의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다. 또한, λ2의 광속에서, + 1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다. λ1의 광속에 대한 +1차 회절광의 회절 효율이 100%라 가정하면, λ2의 광속에 대한 회절 효율은 84%이다. 또한, λ2의 광속에 대한 +1차 회절광의 회절 효율이 100%라 가정하면, λ1의 광속에 대한 회절 효율은 89%이다.
면 수 R d1 d2 n1 n2 νd nd
1(비구면 1·회절면) 2.126 2.2 2.2 1.53829 1.53388 56 1.5404
2(비구면 2) -7.370 1.0 1.0
3 커버 유리 ∞ 0.6 1.2 1.58139 1.57346 30 1.585
4 ∞
(아래첨자 1은 λ1=635nm에서, 아래첨자 2는 λ2=780nm에서, νd 및 nd는 각각 d선에 대한 값을 도시한다.)
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-0.10721 k=-11.653
A4=-0.0032315 A4=0.0038456
A6=-0.00058160 A6=-0.020800
A8=-4.6316×10-5A8=0.0078684
A10=-3.79858×10-5A10=-0.0019431
A12=-6.0308×10-6A12=0.00024343
회절면 계수
B2=-96.766
B4=-2.9950
B6=2.1306
B8=-0.12614
B10=-0.095285
예2, 예3
다음으로, 예 2 및 예 3을 설명한다. λ=405nm 및 λ=635nm에 있어서 예 2의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈의 광 경로를 각각 도 7 및 도 8에 도시하고 있다. 또한, 도 9 및 도 10에는 예 2의 회절 광학 렌즈에 대한 λ=405nm 및 635nm에서 개구수 0.60까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 11 및 도 12에는, 예 2의 회절 광학 렌즈에 대해 파장 λ=405nm 및 635nm에 대한 파면 수차를 각각 도시하고 있다.
λ=405nm 및 λ=635nm에 있어서 예 3의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈의 광 경로를 각각 도 13 및 도 14에 도시하고 있다. 또한, 도 15 및 도 16은 예 3의 회절 광학 렌즈에 대한 λ=405nm 및 635nm에서 개구수 0.60까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 17 및 도 18에는, 예 3의 회절 광학 렌즈에 대해 파장 λ=405nm 및 635nm에 대한 파면 수차를 각각 도시하고 있다.
예 2 및 3에서, 기판의 두께는 파장 λ=405nm 및 λ=635nm에 대해 모두 0.6mm이고, NA=0.6이며, 광축상에는 어떠한 파면 수차도 없고, 0.03mm의 상 높이에서도 실제적으로 거의 수차가 없다.
예 2 및 예 3의 렌즈 데이타를 이하에 나타낸다.
예 2
광원의 파장 λ1=405nm, 초점 거리 f1=3.23, 개구수 NA1=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ2=635nm, 초점 거리 f2=3.34, 개구수 NA2=0.60이고, 무한 사양.
본 실시예에서, λ1의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다. 또한, λ2의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다.
면 수 R d1 d2 n1 n2 νd nd
1(비구면 1·회절면) 2.128 2.2 2.2 1.55682 1.53829 56 1.5405
2(비구면 2) -7.359 1.0 1.0
3 커버 유리 ∞ 0.6 0.6 1.62230 1.58139 30 1.585
4 ∞
(아래첨자 1은 λ1=405nm에서, 아래첨자 2는 λ2=635nm에서, νd 및 nd는 각각 d선에 대한 값을 도시한다.)
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-0.15079 k=-3.8288
A4=-0.0021230 A4=0.0036962
A6=-0.00076528 A6=-0.020858
A8=-8.84957×10-5A8=0.0079732
A10=-3.49803×10-5A10=-0.0018713
A12=-2.38916×10-6A12=0.00022504
회절면 계수
B2=0.0
B4=-6.7169
B6=2.0791
B8=-0.31970
B10=0.00016708
예 3
광원의 파장 λ1=405nm, 초점 거리 f1=3.31, 개구수 NA1=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ2=635nm, 초점 거리 f2=3.34, 개구수 NA2=0.60이고, 무한 사양.
본 실시예에서, λ1의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다. 또한, λ2의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다.
면 수 R d1 d2 n1 n2 νd nd
1(비구면 1·회절면) 2.300 2.2 2.2 1.55682 1.53829 56 1.5404
2(비구면 2) -7.359 1.0 1.0
3 커버 유리 ∞ 0.6 0.6 1.62230 1.58139 30 1.585
4 ∞
(아래첨자 1은 λ1=405nm에서, 아래첨자 2는 λ2=635nm에서, νd 및 nd는 각각 d선에 대한 값을 도시한다.)
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-0.19029 k=6.4430
A4=0.00030538 A4=0.037045
A6=-0.0010619 A6=-0.021474
A8=-7.5747×10-5A8=0.0078175
A10=-6.7599×10-5A10=-0.0016064
A12=-3.3788×10-6A12=0.00014332
회절면 계수
B2=-96.766
B4=-2.9950
B6=-0.25560
B8=-0.08789
B10=0.014562
예 4, 예 5
색수차 보정이 수행되는 예 4 및 예 5를 설명한다. 예 4의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈의 광 경로를 도 19에 도시하고 있다. 또한, 도 20에는 예 4의 회절 광학 렌즈에 대한 λ=635nm, 650nm, 780nm에서의 개구수 0.50까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 21에는 예 5의 대물 렌즈인 회절 광학 렌즈의 광 경로를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 22에는 예 5의 회절 광학 렌즈에 대한 λ=635nm, 650nm, 780nm에서의 개구수 0.50까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다.
도 20 및 도 22로부터 알수 있듯이, 예 4 및 5의 회절 광학 렌즈에 따르면, 파장 λ=635nm 및 파장 λ=780nm에서는 색에 의한 어긋남(slippage)이 거의 완벽하게 보정되며, 파장 λ=650nm에서는 실용상 문제가 되지 않는 정도로 보정된다.
예 4 및 예 5의 렌즈 데이타를 이하에 기술한다.
예 4
광원의 파장 λ1=635nm, 초점 거리 f1=3.40, 개구수 NA1=0.50이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ2=780nm, 초점 거리 f2=3.41, 개구수 NA2=0.50이고, 무한 사양.
본 실시예에서, λ1의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다. 또한, λ2의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다.
면 수 R d1 d2 n1 n2 νd nd
1(비구면 1·회절면) 2.442 1.90 1.90 1.5417 1.5373 56 1.5438
2(비구면 2) -5.990 1.68 1.68
3 커버 유리 ∞ 1.20 1.20 1.5790 1.5708 30 1.5830
4 ∞
(아래첨자 1은 λ1=635nm에서, 아래첨자 2는 λ2=780nm에서, νd 및 nd는 각각 d선에 대한 값을 도시한다.)
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-0.53245 k=7.3988
A4=0.24033×10-2A4=0.90408×10-2
A6=-0.91472×10-3A6=-0.18704×10-2
A8=0.15590×10-4A8=-0.47368×10-3
A10=-0.11131×10-3A10=0.16891×10-3
회절면 계수
b2=-0.36764×10-2
b4=-0.91727×10-4
b6=-0.34903×10-4
b8=0.77485×10-5
b10=-0.15750×10-5
예 5
광원의 파장 λ1=635nm, 초점 거리 f1=3.40, 개구수 NA1=0.50이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ2=780nm, 초점 거리 f2=3.40, 개구수 NA2=0.50이고, 무한 사양.
본 실시예에서, λ1의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다더 크도록 생성된다. 또한, λ2의 광속에서, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 더 크도록 생성된다.
면 수 R d1 d2 n1 n2 νd nd
1(비구면 1·회절면) 2.160 1.80 1.80 1.5417 1.5373 56 1.5438
2(비구면 2) -11.681 1.64 1.64
3 커버 유리 ∞ 1.20 1.20 1.5790 1.5708 30 1.5830
4 ∞
(아래첨자 1은 λ1=635nm에서, 아래첨자 2는 λ2=780nm에서, νd 및 nd는 각각 d선에 대한 값을 도시한다.)
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-0.17006 k=-40.782
A4=-0.30563×10-2A4=0.73447×10-2
A6=-0.45119×10-3A6=0.85177×10-3
A8=0.58811×10-5A8=-0.82795×10-3
A10=-0.13002×10-A10=0.23029×10-3
회절면 계수
b2=-0.74461×10-2
b4=0.11193×10-2
b6=-0.85257×10-3
b8=0.50517×10-3
b10=-0.11242×10-3
예 6 내지 8
다음으로, 예 6 내지 8을 설명한다. 예 6 내지 8의 대물 렌즈로서, λ=650nm에 대한 회절 광학 렌즈의 광 경로를 도 23, 도 30 및 도 37에 각각 도시하고 있다. 또한, 도 24, 31 및 38에는 λ=780nm(NA=0.5)에 대한 실시예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈의 광 경로를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 25, 32, 및 39에는 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대해 λ=650±10nm인 경우 개구수가 0.60까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 26, 33, 및 40에는 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대해 λ=780±10nm인 경우 개구수가 0.50까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 27, 34, 및 41에는 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대해 λ=780nm인 경우 개구수가 0.60까지의 구면 수차를 각각 도시하고 있다.
또한, 도 28, 35, 및 42에는 λ=650nm인 경우에 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대한 파면 수차 rms를 각각 도시하고 있다. 도 29, 36, 및 43에는 λ=780nm인 경우에 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대한 파면 수차 rms를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 44, 45, 및 46에는 예 6 내지 8의 회절 광학 렌즈에 대한 회절 고리띠의 수와 광축으로부터의 높이와의 관계를 도시하는 그래프를 각각 도시하고 있다. 여기에서, 회절 고리띠의 수는 위상차 함수를 2π로 나눈 값으로 정의한다.
예 6 내지 8에서, 구면 수차를 도시한 바와 같이, 파장 λ=650nm인 경우 NA 0.60까지의 모든 개구에서는 어떠한 수차도 발생하지 않는다. 또한, 실용 범위인 파장 λ=780nm에서 NA 0.50까지는 어떠한 수차도 발생하지 않지만, 그 이외의 NA 0.50-0.60의 영역에서는 구면 수차가 크고, 플레어가 된다. 따라서, 파장 λ=780nm까지는 적정의 스폿 직경을 얻을 수 있다.
다음으로, 예 6 내지 8의 렌즈 데이타를 나타낸다. 표 6 내지 표 8에서, STO는 조리개를 나타내고, IMA는 영상면을 나타내며 조리개를 포함한 모양으로 표현된다.
예 6
광원의 파장 λ=650nm, 초점 거리 f=3.33, 결상측 개구수 NA=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ=780nm, 초점 거리 f=3.37, 결상측 개구수 NA=0.50(NA=0.60)이고, 무한 사양. 결상면상의 780nm 광속의 13.5% 세기 빔의 직경이 w인 경우, w=1.20㎛이다.
본 실시예에서, 도 44에 도시된 바와 같이, λ1의 광속과 λ2의 광속에서 광축으로부터의 높이가 유효 반경의 1/2보다 매우 작은 중앙부에서는, -1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 크도록 생성되고, 광축으로부터의 높이가 유효 반경의 1/2보다 매우 큰 주변부에서는, +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 크도록 생성된다. 그러나, 본 실시예에서는, 고차의 동일차수 회절광을 고리띠의 피치에-1차 또는 + 1차 회절광 대신 정수를 곱함으로써 생성하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서 도 27에 도시된 바와 같이, 제2 광 정보 기록 매체에서는 NA1=0.6에서의 구면 수차는 +29㎛이고, NA2=0.5에서의 구면 수차는 +1㎛이다. NA=0.4에서의 회절부의 피치는 14㎛이다.
면 수 R d n(λ=650nm) n(λ=780nm)
OBJ 무한 무한
조리개 무한 0.0
2(비구면1 회절면) 2.057515 2.2 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -7.8997731 1.0287
4 무한 d4 1.57789 1.57079
5 무한 d5
IMA 무한
d4 d5
λ=650nm에 대해 0.6 0.7500
λ=780nm에 대해 1.2 0.35
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-1.7952 k=-3.452929
A4=0.51919725×10-2A4=0.15591292×10-1
A6=0.10988861×10-2A6=-0.44528738×10-2
A8=-0.44386519×10-3A8=0.65423404×10-3
A10=5.4053137×10-5A10=-4.7679992×10-5
회절면 계수
B2=29.443104
B4=-14.403683
B6=3.9425951
B8=-2.1471955
B10=0.31859248
예 7
광원의 파장 λ=650nm, 초점 거리 f=3.33, 결상측 개구수 NA=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ=780nm, 초점 거리 f=3.37, 결상측 개구수 NA=0.50(NA=0.60)이고, 무한 사양.
본 실시예에서, 도 45에 도시된 바와 같이, 전 영역에서, +1차 회절광량은 λ1의 광속과 λ2의 광속에서 다른 차수의 회절광보다 크도록 생성된다. 그러나, 본 실시예에서는, 고차의 동일차수 회절광을 고리띠의 피치에 +1차 회절광 대신 정수를 곱함으로써 생성하는 것도 가능하다.
면 수 R d n(λ=650nm) n(λ=780nm)
OBJ 무한 d0
조리개 무한 0.0
2(비구면1 회절면) 2.145844 2.2 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -7.706496 1.0326
4 무한 d4 1.57789 1.57079
5 무한 d5
IMA 무한
d d4 d5
λ=650nm에 대해 무한 0.60 0.70
λ=780nm에 대해 64.5 1.20 0.35
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-1.801329 k=-8.871647
A4=0.1615422×10-1A4=0.1492511×10-1
A6=-0.4937969×10-3A6=-0.4447445×10-2
A8=0.11038322×10-3A8=0.60067143×10-3
A10=-2.1823306×10-5A10=-3.4684206×10-5
회절면 계수
B2=-17.150237
B4=-4.1227045
B6=1.1902249
B8=-0.26202222
B10=0.018845315
예 8
광원의 파장 λ=650nm, 초점 거리 f=3.33, 결상측 개구수 NA=0.60이고, 무한 사양.
광원의 파장 λ=780nm, 초점 거리 f=3.35, 결상측 개구수 NA=0.50(NA=0.60)이고, 무한 사양. w(780nm의 파장을 갖는 광속의 결상면상의 13.5% 세기의 빔의 직경)=1.27㎛
본 실시예에서, 도 46에 도시된 바와 같이, λ1의 광속과 λ2의 광속에서 최외곽 주변부에서는 -1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 크도록 생성되고, 다른 영역에서는 +1차 회절광량은 다른 차수의 회절광보다 크도록 생성된다. 그러나, 본 실시예에서는, 고차의 동일차수 회절광을 고리띠의 피치에 -1차 또는 +1차 회절광 대신 정수를 곱함으로써 생성하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서 도 41에 도시된 바와 같이, 제2 광 정보 기록 매체에서는 NA1=0.6에서의 구면 수차는 +68㎛이고, NA2=0.5에서의 구면 수차는 +9㎛이다.
또한, NA=0.4에서의 피치는 +61㎛이다.
면 수 R d n(λ=650nm) n(λ=780nm)
OBJ 무한 d0
조리개 무한 0.0
2(비구면1 회절면) 2.10598 2.2 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -7.90392 1.0281
4 무한 d4 1.57789 1.57079
5 무한 d5
IMA 무한
d4 d5
λ=650nm에 대해 0.6 0.70
λ=780nm에 대해 1.2 0.34
비구면 계수
비구면 1 비구면 2
k=-1.2532 k=-9.151362
A4=0.1007×10-1A4=0.133327×10-1
A6=-0.85849×10-3A6=-0.378682×10-2
A8=-0.15773×10-5A8=0.3001×10-3
A10=3.2855×10-5A10=4.02221×106
회절면 계수
B2=3.4251×10-21
B4=0.0763977
B6=-5.5386
B8=0.05938
B10=0.2224
렌즈에 입사하는 반도체 레이저 빔의 파장의 변동(fluctuation) 원인을 예 6 내지 8을 기초하여 설명한다. 반도체 레이저 파장의 개체 변동은 ±2-±3nm이고, 다중 모드 발진의 폭은 약±2nm이며, 기록시의 모드 호프(mode hop)는 약 2nm인 것으로 간주된다. 상기 언급한 원인에 의해서도 야기되는 반도체 레이저의 파장 변동에 의해 렌즈의 구면 수차의 변동이 발생하는 경우를 설명한다.
다른 파장을 갖는 2개의 광원에 대해 광학 디스크의 투명 기판의 두께가 각각 다른 경우, 다른 파장을 갖는 2개의 각 광원으로부터 방출된 무한광(평행광속)에 대해 수차가 없도록 보정된 렌즈는, 예 6에 관련한 데이타로부터 알수 있듯이, 하나의 광원에 대해 약 10nm의 파장 변동과 비교하면, 구면 수차의 변동이 상대적으로 크다. 예 6에서, 650nm의 파장에서 파면 수차가 0.001λrms이지만, 파장 640nm 및 660nm에서는 약 0.035λrms로 악화된다. 잘 제어된 레이저 파장을 갖는광학계에 대해, 예 6이 실제로 유용할 만큼 충분하다는 것은 당연하다. 반면, 예 7의 렌즈와 같이, 하나의 광원으로부터의 무한광에 대해 거의 수차가 없고, 다른 파장 광원으로부터의 유한광(비평행 광속)에 대해 수차가 거의 없도록 보정된 렌즈의 경우에, 하나의 광원에서 약 10nm의 파장 변동에 대해 구면 수차 변동이 매우 작도록 제어하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 실시예의 회절 광학계(회절 광학 렌즈를 갖는 광학계)의 온도에 기인한 용량 변동을 설명한다. 첫째로, 온도가 30℃까지 상승하는 경우, 반도체 레이저의 파장은 6nm까지 확장되는 경향을 가지고 있다. 반면에, 회절 광학계가 플라스틱 렌즈로 구성되는 경우, 온도가 30℃까지 상승할 때, 굴절률은 약 0.003-0.004까지 감소되는 경향을 가지고 있다. 예 6에서와 같이 2개의 파장 중 하나에 있어서 무한광에 대한 수차가 없도록 보정되는 렌즈인 경우에, 온도 변화에 기인한 반도체 레이저의 파장 요소와 온도 변화에 기인한 플라스틱 렌즈의 굴절률의 요소가 상호 보정의 효과를 나타내므로, 온도 변화에 아주 잘 견디는 광학계를 생성하는 것이 가능하다. 또한, 예 6에서, 원재료가 유리인 경우라도, 온도 변화에 대해 허용 가능한 범위를 갖는 광학계를 생성하는 것이 가능하다. 또한, 예 7의 경우에도, 파면 수차의 악화는 30℃의 온도 변화에 대해 약 0.035λrms로서, 실용에 충분한 온도 보정을 가지고 있지만, 예 6보다는 못하다.
상기 언급한 온도 변화의 보정 효과를 더 설명한다. 다른 파장을 갖는 2개의 광원에 의해 투명 기판의 두께가 다른 2가지 형태의 광 정보 기록 매체상에 기록 및/또는 재생이 수행되는 경우, 단일 대물 렌즈와 동일한 결상 특성을 얻는 것이 가능하다. 왜냐하면, 회절 패턴을 갖는 대물 렌즈를 이용함으로써, 각 광학 디스크상의 정보 기록면에 필요 개구수가 상기 개구수보다 적은 경우나 또는 같거나 큰 경우에서도 파면 수차의 rms 값을 각 파장의 0.07로 하는 것이 가능하기 때문이다. 저렴하고 컴팩트한 광 픽업 장치를 만들기 위해서는, 반도체 레이저가 통상 광원으로서 이용되고, 플라스틱 렌즈가 통상 대물 렌즈로서 이용된다.
렌즈로서 이용되는 플라스틱 재료는 다양한 형태가 있지만, 온도 변화에 기인한 굴절률 변화와 선형 팽창 계수는 유리보다 크다. 특히, 온도 변화에 의해 야기되는 굴절률 변화는 렌즈의 여러 특성에 영향을 미친다. 광 픽업의 광학 부재로서 이용되는 플라스틱 재료의 경우에, 25℃ 주위에서 온도 변화에 기인한 굴절률 변화는 -0.0002/℃ 내지 -0.00005/℃이다. 또한, 낮은 복굴절을 갖는 대부분의 재료에 대해서는 -0.0001/℃이다. 렌즈로서 이용되는 가소성 플라스틱의 온도 변화에 기인한 굴절률 변화는 더 크고, 그들 중 일부는 상기 범위를 초과한다.
반도체 레이저의 경우에도, 현재 기술에 의해 제조되는 한, 발진 파장은 온도에 의존하고, 25℃ 주위에서 온도 변화에 기인한 발진 파장 변화는 0.05nm/℃ 내지 0.5nm/℃이다.
광 정보 기록 매체상의 정보를 재생하거나 광 정보 기록 매체상에 정보를 기록하는 광속의 파면 수차가 온도에 의해 변화되어 rms 값이 0.07 이상이 되는 경우에, 광 픽업 장치로서의 특성을 유지하는 것이 곤란하다. 고밀도의 광 정보 매체의 경우에, 특히, 온도에 의해 야기되는 파면 수차의 변화에 주의를 할 필요가 있다. 온도 변화에 의해 야기되는 플라스틱 렌즈의 파면 수차가 변화한 경우에, 포커스의 시프트 및 구면 수차의 변화가 모두 파면 수차의 변화에 기인하여 발생하지만, 전자를 위해 광 픽업 장치에서 포커스 제어가 수행되므로, 후자가 중요하다. 이 경우에 플라스틱 재료가 -0.0002/℃ < △n/△T < 0.5nm/℃(△n은 온도 변화 △T(℃)에 대한 굴절률의 변화량을 나타냄)의 관계를 만족하고, 반도체 레이저가 0.05nm/℃ < △λ1/△T < 0.5nm/℃(△λ1은 온도 변화 △T에 대한 발진 파장의 변화량을 나타냄)의 관계를 만족하는 경우, 온도 변화에 의해 야기되는 플라스틱 렌즈의 굴절률 변화에 의한 파면 수차의 변동과, 온도 변화에 의해 야기되는 반도체 레이저의 파장 변화로 인한 파면 수차의 변동이 상호 상쇄되도록 작용함으로써, 보정의 효과가 얻어질 수 있다.
△T(℃)의 주위 온도 변화에 대한 파면 수차의 3차 구면 수차의 성분의 변화량이 △WSA3(λrms)로 표시되는 경우, 이것은 플라스틱 렌즈의 초점 거리 f(mm) 뿐만 아니라, 대물 렌즈를 통과하는 광속에 대해 광 정보 매체측상의 대물 렌즈의 개구수 NA의 4승에 비례하고, 파면 수차는 파장 단위로 산출되므로 광원의 파장 λ(mm)에는 반비례한다. 그러므로, 이하의 식이 유효하다.
(a1) △WSA3 = k·(NA)4·f·△T/λ
여기에서, k는 대물 렌즈의 형태에 의존한 량을 표시한다. 또한, 초점 거리는 3.36mm이고 광 정보 매체상의 개구수는 0.6이며 입사광속이 평행광이라는 조건하에서 최상의화된 플라스틱 이중 비구면 대물 렌즈는 MOC/GRIN'97 Technical Digest C5 p40-p43, "The Temperature characteristics of a new optical systemwith quasi-finite conjugate plastic objective for high density optical disk use"에 기재되어 있다. 파장 λ는 650nm로 추정되는데, 이는 이 간행물의 그래프를 보면 30℃의 온도 변화에 대해 WSA3이 0.045λrms만큼 가변하기 때문이다. 따라서, 대물 렌즈는 DVD에 이용될 것으로 생각된다. 상기 언급한 데이타를 식 (a1)에 대입하면, k=2.2×10-6이 얻어진다. 온도 변화에 의한 파장 변화의 영향에 관해서는 기재한 바가 없지만, 발진 파장의 변화가 작은 경우, 회절을 전혀 이용하지 않는 대물 렌즈에 관한 한, 온도 변화에 기인한 굴절률의 영향은 더 크다.
DVD에 관련한 기록 및/또는 재생용 광 픽업 장치에 관하여, k는 상기 언급한 값보다 크지 않을 것이 요구된다. 각각 다른 기판 두께를 갖는 2가지 형태의 광 정보 기록 매체에 대해 기록 및/또는 재생을 하는 경우, 회절 패턴을 갖는 대물 렌즈에서 온도 변화에 기인한 파장 변화의 영향을 무시할 수는 없다. 특히, k에 관해서, k값은 초점 거리, 온도 변화에 의한 플라스틱 재료의 굴절률 변화, 투명 기판간의 두께 차이, 및 2개의 광원간의 발진 파장의 차이에 따라 가변되고, 예 6에서 온도 변화에 의해 야기되는 반도체 레이저의 파장 변화의 주원인과 온도 변화에 의해 야기되는 플라스틱 렌즈의 굴절률 변화의 주원인이 작용하여 서로 보정의 효과를 발휘하며, 대물 렌즈가 플라스틱 렌즈인 경우에도 온도 변화에 의해 야기되는 파면 수차의 변화는 작아, 시뮬레이션시 결국 k=2.2×10-6/℃ 및 k=0.4×10-6/℃가 된다.
k는 0.3<k<2.2의 범위를 취하는 것이 가능하다. 그러므로, 식 (a1)으로부터이하의 식이 유효하다.
(a2) k = △WSA3·λ/{f·(NA1)4·△T(NA)}
그러므로, 이하의 식이 유효하다.
(a3) 0.3×10-6/℃ < △WSA3·λ/{f·(NA1)4·△T} < 2.2 × 10-6/℃
식 (a3)에서, k의 값이 상한을 초과하는 경우, 온도 변화에 기인한 광 픽업 장치의 특성을 유지하기 어려운 반면, 하한을 초과하는 경우, 온도 변화의 가변이 작을지라도, 파장만이 변화되는 경우, 광 픽업 장치의 특성을 유지하는 것이 어려운 경향이 있다.
실시예 8에서, 한쪽에서의 파장, 즉 780 nm 파장의 효율을 허용할 수 있는 범위 내에서 실시예 6에 비해 약간 악화시킴으로써, 다른 쪽에서의 파장, 즉 650 nm 파장의 근방에서 ± 10 nm의 구면 수차 변동이 작게 되도록 한다. 640 nm 또는 660 nm의 파장에서의 파면 수차는 실시예 8에서 약 0.020 λrms로 향상될 수 있다. 이러한 2가지 인자는 트레이드 오프 관계에 있으며, 균형을 갖추는 것이 중요하고, 0.07 λrms가 초과될 때, 렌즈 성능은 저하되어 광 디스크용 광학계로서 사용하기 어렵다.
이하, 회절력(diffraction power)과 렌즈 형태 간의 관계가 설명될 것이다. 도 47에, 회절력과 렌즈 형태 간의 관계가 도시되어 있다. 도 47a는 회절력이 모든 부분에서 포지티브 렌즈 형태인 것을 나타낸 도면이고 도 47b는 회절력이 모든 부분에서 마이너스 렌즈 형태인 것을 나타낸 도면이다. 도 47c에 도시된 바와 같이, 도 6의 렌즈는 회절력이 광축의 근방에서 마이너스가 되고, 중간에서 변화되어 포지티브가 되도록 설계된다. 이로 인해, 피치가 너무 미세한 회절 고리띠를 방지한다. 또한, 회절력이 도 8에 도시된 바와 같이 렌즈의 구면부 근방에서 포지티브에서 마이너스로 변화되도록 렌즈를 설계함으로써, 또한, 2개의 파장들 간에 만족스러운 수차를 얻는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 도 47d에 도시된 바와 같이, 회절력이 광축의 근방에서 포지티브가 되고 중간에서 마이너스로 변화되도록 배열하는 것이 가능하게 된다.
도 47c에서, 회절면이 회절격자를 이루는 복수의 회절 고리띠를 갖고, 광축에 더 가까운 회절 고리띠의 스텝부는 광축으로부터 멀리 배치되며, 광축으로부터 먼 회절 고리띠는 광축에 더 가깝게 배치된다. 도 47d에서, 회절면은 복수의 회절격자를 이루는 회절 고리띠를 갖고, 광축에 더 가까운 회절 고리띠의 스텝부는 광축에 더 가깝게 배치되고, 광축으로부터 먼 회절 고리띠의 스텝부는 광축으로부터 멀리 배치된다.
예 9 및 10
예 9의 대물 렌즈는 그 회절면 상에 식 (a3)로 나타낸 비구면을 갖고, 예 9는 2개의 광원에 따르는 유한 공역형이고, 예 10은 제2 실시예에 관련된 대물 렌즈의 구체적인 예인 3개의 광원에 따르는 유한 공역형이다. 예 9 및 10에서, 회절면은 식 (a1)에 의해 위상차 함수 ΦB로 표현되고 단위는 라디안이다.
도 50 및 51은 λ=650 nm 및 λ=780 nm에 대한 예 9의 대물 렌즈의 광 경로를 도시하고 있다. 도 52는 λ=650 nm에 대한 실시예의 대물 렌즈의 개구수 0.60를 커버하는 구면 수차를 나타낸 도면이다. 도 53 및 54는 λ=780 nm에 대한 예 9의 대물 렌즈의 개구수 0.45 및 0.60까지를 커버하는 구면 수차를 나타낸 도면이다. 도 55 및 56은 파장 λ=650 nm 및 λ=780 nm에 대한 실시예 10의 대물 렌즈의 광 경로를 도시하고 있다. 도 61은 λ=650 nm 및 λ=400 nm에 대한 실시예 10의 대물 렌즈의 개구수 0.65까지를 커버하는 구면 수차를 나타낸 도면이다. 도 62 및 63은 λ=780 nm에 대한 실시예 10의 대물 렌즈의 개구수 0.45 및 0.65까지를 커버하는 구면 수차를 나타낸 도면이다. 도 64-66은 λ=650 nm, λ=400 nm, 및 λ=780 nm에 대한 예 10의 대물 렌즈의 파면 수차를 나타낸 도면이다.
예 9 및 10 각각의 대물 렌즈에 따르면, 임의의 예에서, 실제 사용에 있어서 광속 초과 NA 0.45는 780 nm의 파장을 갖는 광에 대해 큰 구면 수차를 야기하고 이는 플레어로서 정보의 기록 및/또는 재생에 기여하지 않는다.
예 9 및 10의 렌즈 데이타는 다음과 같이 나타내어질 것이다.
표 9 및 10에서, r은 렌즈의 곡률 반경을 나타내고, d는 면 간의 거리를 나타내며, n은 각각의 파장에서의 굴절률을 나타내고, v는 아베 수를 나타낸다. 참고로, d 라인 (λ=587.6 nm) vd (아베 수)에 대한 굴절률이 설명될 것이다. 개구를 포함하는 면 수에 대한 도면이 도시되어 있고, 본 예에서는 편의상 공기층이 광 디스크의 투명 기판에 대응하는 부분의 앞과 뒤의 2개의 위치로 분할된다.
예 9
f = 3.33 결상측 NA 0.60 배율 -0.194 (파장 λ=650 nm에 대해)
f = 3.25 결상측 NA 0.45 (NA 0.60) 배율 -0.195 (파장 λ=780 nm에 대해)
면 수 r d n n nd vd(참조)
광원 · 20.0
개구 · 0.0
2 (비구면 1·회절면 2.2 1.53771 1.5388 1.5404 56.0
2 (비구면 2) 1.7467 1.58030 1.57346 1.585 29.9
4 · d4
5 · d5
결상점 ·
d4 d5
λ = 650 nm 0.6 0.7500
λ = 780 nm 1.2 0.3964
비구면 1 k = -0.1295292
A4 = -0.45445253
A8 = -0.00011777995
A10 = -5.3843777 × 10-5
A12 = -9.0807729 × 10-6
회절면 1 B2 = 0
B4 = -7.6489594
B6 = 0.9933123
B8 = -0.28305522
B10 = 0.011289605
비구면 2
A4 = 0.019003845
A6 = -0.010002187
A8 = 0.004087239
A10 = -0.00085994626
A12 = 7.5491556 ×10-5
예 10
f = 3.31 결상측 NA 0.65 배율 -0.203 (λ = 650 nm에 대해)
f = 3.14 결상측 NA 0.65 배율 -0.190 (λ = 400 nm에 대해)
f = 3.34 결상측 NA 0.65 배율 -0.205 (λ = 780 nm에 대해)
면 수 r d n n n(λ=780 nm)
광원 ∞ 20.0
개구 ∞ 0.0
2 (비구면 1·회절면 1 2.450359 2.2 1.87707 1.92261 1.86890
3 (비구면 2회절면 2) 9.108348 1.4503 1.58030 1.62441 1.57346
4 ∞ d4
5 ∞ d5
결상점 ∞
λ = 400 nm에 대해 λ = 650 nm에 대해 λ = 780 nm에 대해
d4 0.6 0.6 1.2
d4 0.5540 0.7500 0.4097
비구면 1 k = -0.08796008
A4 = -0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 = -0.00043894535
A10 = 5.481801 × 10-5
A12 = -4.2588508 ×10-6
회절면 1 B2= 0
B4 = -61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10 = 0.041773541
비구면 2 k = -302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
회절면 2 B2= 0
B4 = 341.19136
B6 = -124.16233
B8 = 49.877242
B10 = -5.9599182
또한, 예 10의 대물 렌즈의 구체적인 예가 제3 실시예와 동일하게 또한 적용될 수 있다.
예 11-14
예 11-14 각각의 대물 렌즈는 그 굴절면에 식 (a3)로 나타내어진 비구면 형태를 갖는다. 예 11-13에서, 회절면은 위상차 함수 ΦB로서 표현되는데, 그 단위는 라디안이다. 예 14에서, 회절면은 식 (a2)에 의해 광 경로차 함수 Φb로서 표현되는데 그 단위는 mm이다.
예 11-14 각각의 대물 렌즈의 특성을 얻을 때, 제1 광 디스크(DVD)에 대한 광원 파장은 650 nm로 되고, 제2 광 디스크 (청색 레이저를 이용한 차세대 고밀도 광 디스크)에 대한 광원 파장은 400 nm로 되며, 제1 광 디스크 및 제2 광 디스크 양자 모두에 대한 투명 기판 두께(t1)는 0.6 mm이다. t1과 다른 1.2 mm의 투명 기판 두께(t2)를 갖는 제3 광 디스크(CD)에 대한 광원 파장은 780 nm로 되었다. 광원 파장 400 nm, 650 nm, 및 780 nm에 각각 대응하는 개구수 NA는 0.65, 0.65, 및 0.5로 가정한다.
예 11
예 11은 제4 실시예에 관련된 대물 렌즈의 구체적인 예이며, 평행 광이 대물 렌즈에 입사하도록 구성된다. 이러한 예에서, 위상차 함수의 계수에 제곱 형태는 포함되지 않고, 제곱 형태가 아닌 계수 형태만이 사용된다.
도 68-70은 각각 λ=650 nm에 대한 실시예 11의 대물 렌즈의 광 경로를 도시하고 있다. 도 71 및 도 72는 각각 λ=650 nm 및 λ=400 nm에 대한 개구수 0.65까지의 예 11의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다. 도 73 및 74는 파장 λ=780 nm에 대한 개구수 0.45 및 개구수 0.65까지의 예 11의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다. 도 75-77는 각각 λ=650 nm, λ=400 nm, 및 λ=780 nm에 대한 예 11의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다.
예 11의 렌즈 데이타가 다음에 보여질 것이다. 표 11에서, r은 렌즈의 곡률 반경을 나타내고, d는 면 간의 거리를 나타내며, n은 각각의 파장에서의 굴절률을 나타낸다. 개구를 포함하는 면 수에 대한 도면이 도시되어 있다.
예 11
f = 3.33 결상측 NA 0.65 (λ=650 nm에 대한)
f = 3.15 결상측 NA 0.65 (λ=400 nm에 대한)
F = 3.37 결상측 NA 0.45 (λ=780 nm에 대한)
(NA 0.65)
면 수 r d n(λ=650 nm) n(λ=400 nm) n(λ=780 nm)
개구 ∞ 0.0
2 (비구면 1 회절면 1 2.177303 2.2 1.80256 1.84480 1.79498
3 (비구면 2회절면 2) 6.457315 0.6985
4 ∞ d4 1.58030 1.62441 1.57346
5 ∞ d5
결상점 ∞
λ=650 nm에 대해 λ = 400 nm에 대해 λ = 780 nm에 대해
d4 0.6 0.6 1.2
d4 0.7500 0.6288 0.3995
비구면 1 k = -0.1847301
A4 = -0.0090859227
A6 = 0.0016821871
A8 = -0.0071180761
A10 = 0.00012406905
A12 = -1.4004589 ×10-5
회절면 1 B2= 0
B4 = -69.824562
B6 = 0.35641549
B8 = 0.6877372
B10 = -0.18333885
비구면 2 k = -186.4056
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
회절면 2 B2= 0
B4 = 745.72117
B6 = -334.75078
B8 = 81.232224
B10 = -5.3410176
그 내부에 예 11 (및 후술될 예 12)에서와 같은 대물 렌즈와 3개의 광원을 갖는 광 픽업 장치에서, 비구면 계수와 위상차 함수의 계수들을 설계함으로써, 투명 기판 두께의 차이로 야기된 구면 수차와 각각의 디스크에 대한 파장의 차이에 의해 야기된 구면 수차의 색수차를 보정하는 것이 가능하게 된다. 도 74로부터 명백한 바와 같이, 실제 사용에 있어서 개구수 NA 0.45의 외측은 제3 광 디스크 상에서 플레어로 된다.
예 12
예 12의 대물 렌즈는 유한 거리로부터 발산된 광이 대물 렌즈에 입사할 수 있도록 구성된다. 이러한 예에서, 제곱항은 위상차 함수의 계수 내에 포함되지 않으며, 제곱항이 아닌 항의 계수만이 사용된다.
도 78-80은 각각 λ=650 nm, λ=400 nm, 및 λ=780 nm에 대한 예 12의 대물 렌즈의 광 경로를 도시하고 있다. 도 81 및 82는 각각 λ=650 nm 및 λ=400 nm에 대한 개구수 0.65까지의 예 12의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다. 도 83 및 84는 파장 λ=780 nm에 대한 개구수 0.45 및 개구수 0.65까지의 예 12의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다. 도 85-87은 각각 λ=650 nm, λ=400 nm, 및 λ=780 nm에 대한 실시예 12의 대물 렌즈의 구면 수차를 도시하고 있다.
예 12의 렌즈 데이타가 다음에 나타내어질 것이다.
예 12
f = 3.31 결상측 NA 0.65 배율 -0.203 (λ = 650 nm에 대해)
f = 3.14 결상측 NA 0.65 배율 -0.190 (λ = 400 nm에 대해)
f = 3.34 결상측 NA 0.65 배율 -0.205 (λ = 780 nm에 대해)
(NA 0.65)
면 수 r d n(λ=650 nm) n(λ=400 nm) n(λ=780 nm)
광원 ∞ 20.0
개구 ∞ 0.0
2 (비구면 1·회절면 1 2.450359 2.2 1.87707 1.92261 1.86890
3 (비구면 2회절면 2) 9.108348 1.4503
4 ∞ d4 1.58030 1.62441 1.57346
5 ∞ d5
결상점 ∞
λ=650 nm에 대해 λ = 400 nm에 대해 λ = 780 nm에 대해
d4 0.6 0.6 1.2
d4 0.7500 0.5540 0.4097
비구면 1 k = -0.08796008
A4 = -0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 = -0.00043894535
A10 = 5.481801 × 10-5
A12 = -4.2588508 ×10-6
회절면 1 B2= 0
B4 = -61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10 = 0.041773541
비구면 2 k = -302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
회절면 2 B2= 0
B4 = 341.19136
B6 = -124.16233
B8 = 49.877242
B10 = -5.9599182
예 12에서와 같이 그 내부에 대물 렌즈와 3개의 광원을 갖는 광 픽업 장치에서, 각각의 디스크에 대해 투명 기판 두께의 차이에 의해 야기된 구면 수차와 파장의 차이에 의해 야기된 구면 수차의 색수차를 보정하는 것이 가능하게 된다. 도 84로부터 명백한 바와 같이, 실제 사용에 있어서 개구수 NA 0.45의 외측은 제3 광 디스크 상에서 플레어로 된다.
예 13
예 13의 대물 렌즈는 제4 실시예와 관련된 대물 렌즈의 또 다른 구체적인 예로서, 유한 거리로부터 평행광이 대물 렌즈에 들어갈 수 있도록 구성된다. 본 예에서, 제곱항과 제곱항이 아닌 다른 항들이 회절면의 위상차 함수의 계수로서 사용된다.
도 88 내지 도 90은 각각 λ=650㎚, λ=400㎚, λ=780㎚에 대한 예 13에서의 대물 렌즈의 광 경로도 이다. 도 91 및 도 92는 λ=650㎚, λ=400㎚ 각각에 대한 개구수 0.60까지의 예 13에서의 대물 렌즈의 구면 수차도이다. 도 93 및 도 94는 파장 λ=780㎚에 대하여 개구수 0.45 및 개구수 0.60 까지의 예 13에서의 대물 렌즈의 구면 수차도이다. 도 95 내지 도 97은 각각 λ=650㎚, λ=400㎚, λ=780㎚에 대한 예 13에서의 대물 렌즈의 구면 수차도이다.
예 13에서의 렌즈 데이터가 다음과 같다.
예13
f=3.31 결상측 NA 0.60 (파장λ=650㎚에 대하여)
f=3.14 결상측 NA 0.60 (파장λ=400㎚에 대하여)
f=3.34 결상측 NA 0.45 (파장λ=780㎚에 대하여)
(NA 0.60)
면 수 r d n(λ=650㎚) n(λ=400㎚) n(λ=780㎚)
개구 0.0
2(비구면 1회절면 1) 2.016831 2.2 1.53771 1.55765 1.53388
3(비구면 2회절면 2) -12.04304 0.7555
4 d4 1.58030 1.62441 1.57346
5 d5
결상점
λ=650㎚에 대하여 λ=400㎚에 대하여 λ=780㎚에 대하여
d4 0.6 0.6 1.2
d4 0.7500 0.7500 0.3409
비구면 1 κ=-0.3363369
A4=-0.0025421455
A6=-0.0010660122
A8=4.7189743×10-5
A10=1.5406396×10-6
A12=-7.0004876×10-6
회절면 1 B2=-177.66083
B4=-46.296284
B6=-6.8014831
B8=1.6606499
B10=-0.39075825
비구면 2 κ=43.44262
A4=0.002
A6=-0.0014
A8=0.0042
A10=-0.0022
A12=0.0004
회절면 2 B2=241.52445
B4=402.41974
B6=-191.87213
B8=64.779696
B10=-8.6741764
본 예에서, 제곱항과 제곱항이 아닌 다른 항들이 회절면의 위상차 함수의 계수로서 사용되므로, 투명 기판의 두께의 차에 의한 구면 수차를 보정하고, 각 디스크에 대한 파장의 차에 의한 구면 수차의 색수차 및 축상 색수차를 보정하는 것이가능하다. 도 94로부터 명백한 바와 같이, 실제적으로 사용되는 개구수 NA 0.45의 외부는 제3 광학 디스크 상에서 플레어가 된다.
예 14
예 14의 대물 렌즈는 제6 실시예와 관련된 대물 렌즈의 구체적인 예로서, 유한 거리로부터 파장 400㎚, 650㎚의 평행광과 파장이 780㎚인 발산광이 대물 렌즈에 들어갈 수 있도록 구성된다. 본 예에서, 제곱항과 제곱항이 아닌 다른 항들이 회절면의 위상차 함수의 계수로서 사용된다.
도 98은 λ=400㎚에 대한 예 14에서의 대물 렌즈의 광 경로를 도시한다. 도 99 내지 도 101은 λ=400㎚±10㎚, λ=650㎚±10㎚, λ=780㎚±10㎚ 각각에 대한 개구수 0.65까지의 예 14에서의 대물 렌즈의 구면 수차도이다.
예 14에서의 렌즈 데이터가 다음과 같다.
예 14
f= 결상측 NA 0.65 (파장 λ=650㎚에 대하여)
f= 결상측 NA 0.65 (파장 λ=400㎚에 대하여)
f= 결상측 NA 0.45 (파장 λ=780㎚에 대하여)
(NA 0.65)
면 수 r d n(λ=650㎚) n(λ=400㎚) n(λ=780㎚)
광원 d0
개구 0
2(비구면 1회절면) 2.15759 2.400 1.561 1.541 1.537
3(비구면 2) 0.976
4 d4 1.622 1.578 1.571
5 d5
결상점
λ=400㎚에 대하여 λ=650㎚에 대하여 λ=780㎚에 대하여
d0 75.17
d4 0.6 0.6 1.2
d5 0.649 0.733 0.532
초점 거리 3.33 3.44 3.46
비구면 1 κ=-2.0080
A4=0.18168×10-1
A6=-0.91791×10-3
A8=0.16455×10-3
A10=-0.11115×10-4
회절면 b2=-0.51589×10-3
b4=-0.24502×10-3
b6=0.49557×10-4
b8=-0.14497×10-4
비구면 2 κ=3.1831
A4=0.14442×10-1
A6=-0.17506×10-2
A8=0.21593×10-4
A10=0.12534×10-4
또한, 본 발명은 상술된 일례들에 제한되지 않는다. 회절면이 대물 렌즈의 각 측면 상에 형성되나, 광 픽업 장치의 광학계에서 광학 소자의 임의의 표면 상에 또한 제공될 수 있다. 또한, 고리띠 모양의 회절면이 렌즈의 전체 표면 상에 형성되나, 부분적으로 형성될 수도 있다. 또한, 광원 파장이 400㎚이고, 투명 기판의 두께가 0.6㎚이라는 가정하에 광학 설계가 발전하였으나, 청색 레이저를 이용한 차세대 고밀도의 광 디스크에 대하여, 본 발명이 상술된 사양 이외의 사양에서의 광 디스크에 또한 응용될 수 있다.
다음, 본 발명의 제7 실시예가 다음과 같이 설명된다.
도 117은 본 실시예에서의 대물 렌즈를 포함하는 대물 렌즈와 광 픽업 장치의 개략적인 구조도이다. 도 117에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 레이저(111) 및 제2 반도체 레이저(112)가 광원으로서 결합된다. 콜리메이터(13)와 대물 렌즈(16) 사이에, 콜리메이터(13)에 의해 거의 평행으로 된 빔이 빔 분할기(120)를 통과하여 대물 렌즈(16)로 향하도록 배열된다. 광 경로 변환 수단으로서 제공되는 빔 분할기(120)는 정보 기록면(22) 상에서 반사된 광속의 광 경로를 변화시켜, 광속이 광 검출기(30)로 향한다. 대물 렌즈(16)는 주변부 상에서 대물 렌즈(16)가 광 픽업 장치에 장착되는 것을 용이하게 하는 플랜지 섹션(16a)을 갖는다. 또한, 플랜지 섹션(16a)이 대물 렌즈(16)의 광축에 거의 수직인 방향으로 연장된 면을 갖으므로, 대물 렌즈를 더 정확하게 장착하는 것이 가능하다.
제1 광 디스크를 재생할 때, 제1 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속이 콜리메이터(13)를 통과하여 개구(17)에 의해 조리될(stop down) 빔 분할기(120)를 통과하는 평행 광속이 되고, 제1 광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22) 상의 대물 렌즈(16)에 의해 집광된다. 다음, 정보 비트에 의해 변조되고 정보 기록면(22) 상에서 반사된 광속이 개구(17)를 통해 빔 분할기(120) 상에서 반사된 후, 원통형 렌즈(180)에 의해 비점 수차가 주어져, 오목 렌즈(50)를 통해 광 검출기(30)로 들어간다. 따라서, 광 검출기(30)로부터 출력된 신호가 사용되어, 제1 광 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호를 얻는다.
또한, 광 검출기(30) 상의 스폿의 형태 및 위치의 변화에 의한 광량의 변화가 검출되어, 초점과 트랙을 검출한다. 이러한 검출에 기초하여, 대물 렌즈(16)가 이동하여, 제1 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 2차원 액츄에이터(150)에 의해야기되어, 제1 광 디스크(20) 상의 정보 기록면(22)에 상을 형성하고, 대물 렌즈(16)가 이동하여 제1 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 소정의 트랙에 상을 형성한다.
제2 광 디스크를 재생할 때, 제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속이 콜리메이터(13)를 통과하여, 개구(17)에 의해 조리될 빔 분할기(120)를 통과하여 평행 광속이 되고, 제2 광 디스크 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 대물 렌즈(16)에 의해 정보 기록면(22)상에 집광된다. 다음, 정보 비트에 의해 변조되고 정보 기록면(22)에서 반사된 광속이 개구(17)를 통해 빔 분할기(120) 상에서 반사된 후, 원통형 렌즈(180)에 의해 구면 수차를 제공하여, 오목 렌즈(50)를 통해 광 검출기(30)로 들어간다. 따라서, 광 검출기(30)로부터 출력된 신호가 사용되어, 제2 광 디스크(20) 상에 기록된 정보의 판독 신호를 얻는다. 또한, 광 검출기(30) 상의 스폿의 형상 변화와 위치의 변화에 의한 광량의 변화가 검출되어, 초점과 트랙을 검출한다. 이러한 검출에 기초하여, 대물 렌즈(16)가 이동하여, 제1 반도체 레이저(112)로부터의 광속이 2차원 액츄에이터(15)에 의해 야기되어, 제2 광 디스크(20) 상의 정보 기록면(22)에 상을 형성하고, 대물 렌즈(16)가 이동하여 제2 반도체 레이저(112)로부터의 광속이 소정의 트랙상에 상을 형성한다.
대물 렌즈(회절 광학 렌즈)(16)가 설계되어, 각각의 반도체 레이저로부터의 입사광의 각 파장(λ)에 대한 파면 수차가 0.07λrms 이하일 수 있고, 제1 및 제2 광 디스크의 기록 및/또는 재생시 필요 개구수보다 큰 최대 개구수까지일 수 있다. 따라서, 각각의 광속의 결상면 상의 파면 수차는 0.07λrms 이하이다. 따라서, 디스크를 기록 및/또는 재생할 때 결상면과 검출기(30) 상에는 플레어가 야기되지 않으므로, 초점 에러 검출 및 트랙 에러 검출에서 더 나은 특성을 제공한다.
따라서, 제1 광 디스크가 DVD(광원 파장 650㎚)이고, 제2 광 디스크가 CD(광원 파장 780㎚)인 경우와 제1 광 디스크가 차세대 고밀도 디스크(광원 파장 400㎚)이고, 제2 광 디스크가 DVD(광원 파장 650㎚)인 경우를 가정하자. 특히, 상술된 경우와 같은 광 디스크에서 필요 개구수간에 큰 차이가 있을 때, 필요한 스폿 직경에 비해 스폿이 아주 작아진다. 이러한 경우, 본 명세서에서의 다른 부분에 설명되어 있는 개구 조정 수단(aperture regulating means)이 도입되어, 양호한 스폿 직경을 얻을 수 있다.
구면 수차가 보정된 렌즈에 대한 예 15, 16, 17 및 18이 제7 실시예와 관련된 대물 렌즈의 구체적인 예로서 다음과 같이 설명된다. 각각의 예에서, 최대 개구수에 대한 파면 수차가 0.07λrms 이하로 보정된다. 또한, 상술된 설명에서 언급된 결상측은 광 정보 기록 매체 측을 의미한다.
예 15
도 118은 예 15에서의 대물 렌즈를 나타내는 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도이다. 도 119는 예 15에서의 회절 광학 렌즈에 관하여 파장(λ)=640, 650, 및 660㎚에 대한 개구수 0.06 까지의 구면 수차도이다. 도 120은 예 15의 회절 광학 렌즈의 광 경로도로서, 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 도 118에서의 두께보다 크다. 도 121은 도 120의 경우의 회절 광학 렌즈에 관하여 파장 λ=770, 780, 및 790㎚에 대한 개구수 0.60까지의 구면 수차도이다.
예 15에서의 회절 광학 렌즈에 따르면, NA 0.60까지의 모든 개구는 도 119에 도시된 바와 같이 파장 λ=650㎚에 대하여 수차를 거의 생기지 않게 한다. 도 120 및 도 121에 도시된 바와 같이, 투명 기판이 두꺼운 곳에서 NA 0.60 까지의 모든 개구가 파장 λ=780㎚에 대하여 수차를 거의 생기지 않게 한다. 따라서, λ=780㎚에 대하여 소정의 개구수는 0.45이다.
상술된 바와 같이, 예 15에서 광 정보 기록 매체의 투명 기판이 예 1, 6, 및 8에서 보다 두꺼운 파장이 780㎚인 곳에서의 구면 수차는, 투명 기판이 얇고 파장이 650㎚인 곳에서와 동일한 개구수(NA 0.60)까지 보정될 수 있다.
예 15에서의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
파장 λ=650㎚에 대하여,
초점 거리 f=3.33, 결상측 상의 개구수 NA=0.60, 무한 사양(조준된 광속의 입사)
파장 λ=780㎚에 대하여,
초점 거리 f=3.38, 결상측 상의 개구수 NA=0.60, 무한 사양
면 수 R d n(λ=650㎚) n(λ=780㎚)
OBJ 무한 무한
조리개 무한 0.0
2(비구면 1회절면) 2.06085 2.2 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -6.98986 1.059
4 무한 d4 1.57787 1.57084
5 무한 d5
d4 d5
λ=650㎚에 대하여 0.6 0.700
λ=780㎚에 대하여 1.2 0.364
비구면 계수
비구면 1
κ=-1.0358
A4=4.8632×10-3
A6=5.3832×10-4
A6=-1.5773×10-4
A10=3.8683×10-7
비구면 2
κ=-9.256352
A4=1.5887×10-2
A6=-5.97422×10-3
A6=1.11613×10-3
A10=-9.39682×10-5
회절면 계수(표준 파장 650㎚)
b2=6.000×10-3
b4=-1.317×10-3
b6=1.5274×10-4
b8=-6.5757×10-5
b10=6.2211×10-6
예16
도 122는 예 16에서의 대물 렌즈를 나타내는 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도이다. 도 123은 예 16의 회절 광학 렌즈에 관하여 파장(λ)=640, 650, 및 660㎚에 대한 개구수 0.60 까지의 구면 수차도이다. 도 124는 예 16의 회절 광학 렌즈의 광 경로도로서, 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 도 122에서의 두께보다 크다. 도 125는 도 124의 경우에서 회절 광학 렌즈에 관하여 파장λ=770, 780, 및 790㎚에 대한 개구수 0.60 까지의 구면 수차도이다.
예 16의 회절 광학 렌즈에 따르면, NA 0.60까지의 모든 개구는 도 123에 도시된 바와 같이 파장 λ=650㎚에 대하여 거의 수차를 생기지 않게 한다. 도 124 및 125에 도시된 바와 같이, 투명 기판이 두꺼운 곳에서, NA 0.60까지의 모든 개구가 파장 λ=780㎚에 대하여 거의 수차가 생기지 않게 한다. 따라서, λ=780㎚에 대하여 소정의 개구수는 0.45이다.
상술된 바와 같이, 예 16에서, 광 정보 기록 매체의 투명 기판이 예 1, 6 및 8에서의 기판보다 두꺼운 파장이 780㎚인 경우의 구면 수차는, 투명 기판이 얇고 파장이 650㎚인 경우와 동일하게 개구수 (NA 0.60)까지 보정될 수 있다. 따라서, 예 15 및 16에서, 회절에 의해 구면 수차에 대한 강한 보정 동작은, NA 0.6까지의 투명 기판 두께의 차에 의한 구면 수차를 보정하는데 필요하다. 이러한 이유로 인해, 고리띠 모양의 피치가 감소되나, 피치의 감소는 근축 회절력(paraxial power of diffraction)을 음으로 함으로써 경감된다.
예 16에서의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
파장 λ=650㎚에 대하여,
초점 거리 f=3.33, 결상측 상의 개구수 NA=0.60, 무한 사양
파장 λ=780㎚에 대하여,
초점 거리 f=3.36, 결상측 상의 개구수 NA=0.60, 무한 사양
면 수 R d n(λ=650㎚) n(λ=780㎚)
OBJ 무한 무한
조리개 무한 0.0
2(비구면 1회절면) 2.09216 2.200 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -7.49521 1.024
4 무한 d4 1.57787 1.57084
5 무한 d5
d4 d5
λ=650㎚에 대하여 0.6 0.699
λ=780㎚에 대하여 1.2 0.345
구면 계수
구면 1
κ=-1.1331
A4=4.5375×10-3
A6= 1.2964 × 10-3
A6= -3.6164 × 10-4
A10= 2.0765 × 10-5
비구면 2
K = -4.356298
A4= 1.57427 × 10-2
A6= -4.91198 × 10-3
A6= 7.72605 × 10-4
A10= -5.75456 × 10-5
회절면 계수(Diffraction surface coefficient)(표준 파장 650nm)
b2= 2.1665 × 10-3
b4= -2.0272 × 10-3
b6= 5.5178 × 10-4
B8= -1.8391 × 10-4
b10= 1.8148 × 10-5
예 17
도 126은 예 17에서의 대물 렌즈를 나타내는 회절 광 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로를 나타내는 도면이다. 도 127은 예 17의 회절 광학 렌즈에 관한 파장 (λ) = 640, 650, 및 660nm에 대한 개구수(numerical aperture) 0.60 까지의 구면 수차도(spherical aberration diagram)를 나타낸다. 도 128은 예 17의 회절 광학 렌즈의 광 경로도를 나타내며, 여기서 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 도 126에서의 두께보다 크다. 도 129는 도 128의 경우에 회절 광학 렌즈에 관해서는 파장 λ = 770, 780 및 790nm에 대해 개구수 0.60 까지의 구면수차도를 나타낸다.
예 17의 회절 광학 렌즈에 따르면, NA 0.60까지의 모든 개구수는 도 127에도시한 바와 같이 파장 λ= 650nm에 대한 수차가 거의 없다. 도 128과 도 129에 도시한 바와 같이, 투명 기판이 두꺼운 경우, NA 0.60 까지의 모든 개구는 파장 λ = 780nm에 대해 수차가 거의 없다. 따라서, λ = 780nm에 대한 상술한 수차는 0.45이다. 예 15 - 17 각각에 대한 축상 색수차(axial chromatic aberration)는 서로 상이하고, 고리띠 모양의 피치(ring-zonal pitch) 역시 상이하다.
상술한 바와 같이, 예 17에서, 광 정보 기록 매체의 투명 기판이 예 1, 6, 및 8에서의 두께보다 두꺼운 경우에 구면 수차는 투명 기판이 보다 두껍고 파장이 650nm인 경우에서와 동일한 개구수 (NA 0.60) 까지 보정될 수 있다.
예 17에서의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
파장 λ = 650nm 인 경우,
초점 거리 f = 3.33, 결상측 상의 개구수 NA = 0.60 무한 사양
파장 λ = 780nm 인 경우,
초점 거리 f = 3.34, 결상측의 개구수 NA = 0.60 무한 사양(Infinite specification)
면 수 R d n(λ=650㎚) n(λ=780㎚)
OBJ 무한 무한
조리개 무한
2(비구면 1회절면) 2.14757 2.200 1.54113 1.53728
3(비구면 2) -7.74682 1.0333
4 무한 d4 1.57787 1.57084
5 무한 d5
d4 d5
λ=650㎚에 대하여 0.6 0.700
λ=780㎚에 대하여 1.2 0.327
비구면 계수
비구면 1
K = -1.0751
A4= 5.0732 × 10-3
A6= 4.3722 × 10-4
A8= -1.4744 × 10-4
A10= 9.6694 × 10-7
비구면 2
K = -10.41411
A4= 1.59463 × 10-2
A6= -6.02963 × 10-3
A8= 1.11268 × 10-3
A10= -9.3151 × 10-5
회절면 계수 (표준 파장 650nm)
B2= -2.000 × 10-3
B4= -1.4462 × 10-3
B6= 1.1331 × 10-4
B8= -6.6211 × 10-5
B10= 6.8220 × 10-6
예 18
도 130은 예 18에서의 대물 렌즈를 나타내는 회절 광학 렌즈(회절면을 갖는 대물 렌즈)의 광 경로도를 나타내는 도면이다. 도 131은 예 18의 회절 광학 렌즈에 관한 파장 (λ) = 390, 400, 및 410nm에 대한 개구수(numerical aperture) 0.70 까지의 구면 수차도(spherical aberration diagram)를 나타낸다. 도 132는 예 18의 회절 광학 렌즈의 광 경로도를 나타내며, 여기서 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께는 도 130에서의 두께보다 크다. 도 133은 도 132의 경우에 회절 광학 렌즈에 관해서는 파장 λ = 640, 650 및 660nm에 대해 개구수 0.70 까지의 구면 수차도를 나타낸다.
예 18의 회절 광학 렌즈에 따르면, NA 0.70까지의 모든 개구들은 도 131에도시한 바와 같이 파장 λ= 400nm에 대해 수차가 거의 없다. 도 132와 도 133에 도시한 바와 같이, 투명 기판이 두꺼운 경우, NA 0.70 까지의 모든 개구는 파장 λ = 650nm에 대해 수차가 거의 없다.
상술한 바와 같이, 예 17에서 광 정보 기록 매체의 투명 기판이 예 1, 6, 및 8에서의 두께보다 두꺼운 파장 650의 경우에 구면 수차는, 투명 기판이 보다 두껍고 파장이 400nm인 경우에서와 동일한 개구수 (NA 0.70) 까지 보정될 수 있다.
예 18에서의 렌즈 데이터를 다음과 같이 나타낸다.
파장 λ = 400nm 인 경우,
초점 거리 f = 3.33, 결상측 상의 수차 NA = 0.70 무한 사양(Infinite specification)
파장 λ = 650nm 인 경우,
초점 거리 f = 3.43, 결상측 상의 수차 NA = 0.70 무한 사양(Infinite specification)
면 수 R d n(λ=650㎚) n(λ=780㎚)
OBJ 무한 무한
조리개 무한
2(비구면 1회절면) 2.65858 2.40 1.71657 1.68987
3(비구면 2) -15.86969 1.297
4 무한 d4 1.62518 1.57787
5 무한 d5
d4 d5
λ=650㎚에 대하여 0.1 0.704
λ=780㎚에 대하여 0.6 0.469
비구면 계수
비구면 1
K = 0.0
A4= -7.9616 × 10-4
A6= -5.7265 × 10-4
A8= 8.3209 × 10-5
A10= -4.1599 × 10-5
비구면 2
K = 0.0
A4= 3.11131 × 10-2
A6= -1.18548 × 10-2
A8= 1.63937 × 10-3
A10= -6.60514 × 10-5
회절면 계수(Diffraction surface coefficient)(표준 파장 400nm)
b2= -1.4046 × 10-3
b4= -8.6959 × 10-4
b6= 2.3488 × 10-4
b8= -5.2455 × 10-5
b10= 3.6385 × 10-6
다음에, 예 1 내지 3과 예 14 내지 18 각각의 회절 광학 렌즈의 복수의 고리띠(annular bands)의 피치를 설명한다. 복수의 고리띠 각각은 그 중심이 광축인 동심원의 형태로 대부분 형성되고, 결상측 상의 렌즈의 최대 개구수와, 최대 개구수의 절반을 나타내는 개구수에 대응하는 고리띠의 피치 PF(mm)와 ((Ph/Pf)-2)를 표 19에 나타낸다.
예 Pf Ph Ph/Pf-2
1 0.009 0.110 10.2
2 0.067 0.255 1.8
3 0.012 0.032 0.67
14 0.039 0.221 3.7
15 0.027 0.091 1.4
16 0.014 0.353 23.2
17 0.010 0.065 4.5
18 0.011 0.060 3.5
0.4 ≤ │(Ph/Pf) - 2│ ≤ 25 (b1)
본 발명의 발명자들의 추가적인 연구에 따르면, 상기한 표현 (b1)이 유지되는 경우, 즉, │(Ph/Pf) - 2│의 값이 상기 표현의 하한(lower limit) 이상인 경우, 차수가 높은 구면 수차를 보정하는 회절 작용이 감쇠되지 않으므로, 투명 기판의 상이한 두께에 의해 야기되는 2파장들간의 구면 수차의 차이가 회절 작용에 의해 보정될 수 있는 반면에, 상기한 값이 상한(upper limit) 이하인 경우, 회절 고리띠의 피치가 너무 작은 경우에는 부분적인 것은 거의 원인이 되지 못해 높은 회절 효율을 갖는 렌즈를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
상기한 관계의 표현에 관해, 다음의 표현 (b2)이 바람직하며, 표현 (b3)는 더욱 바람직하다.
0.8 ≤ │(Ph/Pf) - 2│ ≤ 6.0 (b2)
1.2 ≤ │(Ph/Pf) - 2≤│ ≤ 2.0 (b3)
다음에, 본 발명의 제8 실시예를 설명한다.
파장 650nm를 갖는 광원의 사용에 의해 DVD를 기록하고 재생하는데 요구되는 광 정보 기록 매체 상의 대물 렌즈의 필요 개구수 NA1은 대략 0.6이고, 파장 780nm를 갖는 광원의 사용에 의해 CD를 기록하고 재생하는데 요구되는 광 정보 기록 매체 상의 대물 렌즈의 필요 개구수 NA2는 대략 0.45 이다 (기록용 0.5). 따라서, 상술한 수차의 보정을 위한 회절 패턴은 개구수 NA1 까지는 필수적인 것은 아니다.
더욱이, 광축 부근에서는 초점 심도가 깊고 구면 수차의 양이 작기 때문에 회절 패턴이 필수적인 것은 아니다.
필요 최소한의 부분에 회절 패턴을 형성하고, 남는 부분을 굴절면이 되도록 함으로써, 금형 가공시의 툴의 손상을 방지하고, 성형시의 이형성(releasing property)을 향상시키며, CD 측에 필요이상으로 집광 스폿(light-converging spot)이 좁아짐으로써 야기되는 디스크의 두께에 오차가 있거나 디스크가 기울어진 경우의 성능 열화를 방지하는 것이 가능하다.
이를 위해, 대물 렌즈의 회절 패턴은 광축에 대해 회전 대칭이 될 필요가 있고, 제1 광원으로부터 방출된 광속에 대해 광축으로부터 가장 먼 대물 렌즈 상의 회절 패턴의 원주(circumference of a circle)로부터 나오는 +1차 회절광이 광 정보 기록 매체측에서 개구수 NAH1을 갖는 광속으로 변환되고, 제1 광원으로부터 방출된 광속에 대해 광축에 가장 근접한 대물 렌즈 상의 회절 패턴의 원주로부터 나오는 +1차 회절광이 광 정보 기록 매체측에서 개구수 NA1을 갖는 광속으로 변환되는 경우, 이하의 조건을 만족할 필요가 있다.
NAH1 < NA1
0 ≤ NAL1 ≤ NA2
제1 광 정보 기록 매체가 DVD인 경우, 제1 광원의 파장 λ1은 650nm이고, 제2 광 정보 기록 매체는 CD이고, 제2 광원의 파장 λ2 는 700nm이며, NAH1은 0.43 내지 0.55 이고, NAL1은 0.10 내지 0.40이 바람직하다.
회절 패턴을 갖는 부분에 관한 대물 렌즈의 광학 설계는, 제1 광원으로부터 대물 렌즈에 입사하는 광속의 +1차 회절광이 거의 무수차인 집광 스폿이 되도록 행해진다. 한편, 회절 패턴을 갖지 않는 부분에 대한 대물 렌즈의 광학 설계는, 제1 광원으로부터 대물 렌즈에 입사되는 광속이 거의 무수차인 집광 스폿이 되도록 행해진다.
상술한 두 설계의 경우 모두 집광 위치를 거의 일치시킬 필요가 있다. 더욱이, 각각의 광속의 위상을 서로 일치시키는 것이 중요하다. 위상에 대해서는 k가작은 정수를 나타내는 경우, 설계 파장에서의 광 변환 특성은 2kπ어긋나 있어도 거의 변하지 않지만, 절대치 │k│가 큰 경우, 광 변환 특성은 파장 변동에 의해 쉽게 변화한다. │k│는 1 - 10의 범위에 있는 것이 바람직하다.
제 2 광원으로부터 방출되는 광속 중에서, 광축으로부터 가장 멀리 있는 대물 렌즈 상의 회절 패턴의 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체측상에서 그 개구가 NAH2인 광속으로 변환되고, 이와 동시에, 광축에 가장 근접한 회절 패턴의 원주로부터의 +1차 회절광은 광 정보 기록 매체상에서 그 개구수가 NAL2인 광속으로 변환된다.
회절 패턴을 가지는 부분으로부터의 광속과 회절 패턴을 갖지 않는 부분으로부터의 광속 각각에 대한 집광 위치와 위상차가 최상이 될 수 있도록, 대물 렌즈를 통과하는 광속의 구면 수차가 설정되며, 따라서, 제2 광 정보 기록 매체의 기록과 재생을 가능하게 하는 스폿이 제2 광원으로부터 방출된 광속 중에서 대물 렌즈를 통과했을 때의 개구수가 NAH2 이하인 광속을 사용하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 형성될 수도 있다.
실제로, 제1 광원으로부터 방출되는 광속 중에서 대물 렌즈를 통과했을 때의 개구수가 NA1 이하인 광속에 대해 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통과한 최상의 결상점에서의 파면 수차는 0.07λrms 이하가 되고, 제2 광원으로부터 방출되는 광속 중에서 대물 렌즈를 통과했을 때의 개구수가 NAH2 이하인 광속에 대해 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 지나는 최상의 결상점에서의 파면 수차는 0.07λrms 이하가 되는 것이 바람직하다.
또한, 특히, 제1광원으로부터 방출되는 광속 중에서 대물 렌즈를 통과했을 때의 개구수가 NA1 이하인 광속에 대해 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 지나는 최상의 결상점에서의 파면 수차의 구면 수차 성분은 0.05λrms 이하가 되는 것이 바람직하다.
제1 광원과 대물 렌즈사이에, 그리고 제2 광원과 대물 렌즈 사이에 적어도 하나의 콜리메이터가 설치되고, 따라서, 제1 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속과 제2 광원으로부터 대물 렌즈로 입사하는 광속 각각이 평행광이 되는 광 픽업 장치로 함으로써 픽업의 조정이 용이해진다.
더욱이, 제1광원과 제2 광원으로부터 각각 방출되는 광속 모두에 대해 하나의 콜리메이터를 사용함으로써 광 픽업 장치의 비용을 경감할 수 있다.
또한, 제1 광원과 제2 광원 각각이 별도의 패키지 내에 있다면, 콜리메이터에 대한 각 광원의 위치는 각 광속이 서로 평행이 될 수도 있도록 설정할 수 있다.
제1 광원과 제2 광원이 동일한 패키지 내에 있는 경우, 각 광원의 위치의 광축 방향의 차를 적절히 설정함으로써 대물 렌즈에의 입사광이 각각 서로 평행이 되도록 하는 것도 가능하며, 조정이 불가능한 경우, 콜리메이터의 색수차가 최상이 된 것을 이용하여 대물 렌즈에의 입사광이 각각 서로 평행이 되도록 할 수도 있다.
더욱이, 대물 렌즈에 입사하는 광속는 집광 광속이거나 또는 발산 광속 중 어느 하나일 수도 있으며, 제1 광원으로부터 대물 렌즈에 입사하는 광속보다 제2 광원으로부터 대물 렌즈에 입사하는 광속을 보다 발산도가 강한 것으로 함으로써, 발산도의 차이에 의해 야기되는 언더의 구면 수차가 발생되어, 회절 패턴으로 보정하는 구면 수차량을 줄일 수 있다.
도 114는 개구수 NAH2가 개구수 NAL2와 동일하고, 근축 색수차를 보정하지 않은 경우 및 근축 색수차를 보정한 경우에(ΔfB = 0), 제2 광원으로부터 방출되는 광속에 대해 제2 광 정보 기록 매체(CD)의 투명 기판을 지나는 광속의 구면 수차를 나타내는 모식도이다.
NAH2 이하의 제2 광 정보 기록 매체의 재생에 기여하는 광속의 집광 위치는 회절 패턴에 의해 보정되지 않는 경우, B점에 있게 되고, 회절 패턴에 의해 보정된 후에 ΔfB가 거의 0이 되도록 하여 A점에 집광된다. 그러나, NAH2보다 외측에서는 회절 패턴에 의한 보정이 행해지지 않고, 그 수차는 굴절면에만 의한 수차 곡선 S을 나타내는 것으로 된다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 광속의 집광점과 NAH2 내의 구면 수차 간의 갭(gap)은 근축 색수차의 보정량 ΔfB만큼 커지고, NAH2 내지 NA1까지의 플레어 성분이 집광하는 위치는 NAH2에 대해 제2 광 정보 기록 매체의 재생에 기여하는 광속의 집광 위치로부터 멀리 떨어져 있다. 따라서, 광 검출기상에서 플레어 성분의 영향은 작다.
더욱이, λ1과 λ2에서 근축 색수차를 보정함으로써, 근축 색수차는 λ1과 λ2 부근에서도 작고, 발진 파장(oscillated wavelength)이 광 정보 기록 매체 상에 정보를 기록하는 도중에 레이저 파워의 변동으로 변하는 경우에도, 초점 어긋남이 거의 야기되지 않으며, 고속 기록이 가능하다.
NAH2 내지 NA1까지의 플레어 성분이 집광하는 위치와 NAH2 이하의 광속의 집광 위치가 서로 떨어져 있도록 하기 위해서는, 상기 회절 패턴의 외측에 제2 회절 패턴을 배치하여 제2 회절 패턴의 +1차 회절광은 제1 광원으로부터의 광속에 대해 상기 집광 위치에 집광하고, 제2 광원으로부터의 광원이 제2 회절 패턴으로서는 회절되지 않고서 제2 회절 패턴을 통해 투과되도록 제2 회절 패턴을 설계함으로써, 도 115에 도시하는 수차 보정 상황으로 할 수 있다.
즉, 도 115(a)는 제1 광원으로부터 방출되는 광속에 대한 보정 수차의 상황을 나타내며, 여기서, 비교적 크게 설정된 회절면에 의해 야기되는 수차는 NAH1 이상이나 NAH1 이하에 있어서도 +1차 회절광의 보정 효과에 의해 무수차로 되고, 광속이 집광 위치에 집광된다. 그러나, 제2 광원으로부터 방출되는 광속은 NAH2 외측의 회절 패턴을 통과하는 광속에 대해서는 도 115(b)에 도시된 바와 같이 회절 작용을 받지 않는 0차 광으로 된다. 따라서, 수차 보정 상황은 회절 패턴에 의한 보정을 받지 않는 수차가 그대로 나타난다. 따라서, NAH2에서 구면 수차의 갭이 커지고, 플레어 성분의 집광 위치는 정보의 재생에 기여하는 광속의 집광 위치로부터 멀어진다. 따라서, 광 검출기 상에서 플레어 성분의 영향은 작다.
제2 회절 패턴은 제1 광원으로부터의 광속이 제2 회절 패턴에 의해 회절되지 않고, 제2 광원으로부터의 광속은 주로 -1차 회절광이 되도록 제2 회절 패턴을 설계할 수도 있다. 이로 인해, 도 113에 도시된 바와 같이, NAH2로부터 NA1까지의 광속의 회절에 의한 구면 수차를 오버로 하는 경우, 제2 광원에 대해 대물 렌즈를 통과했을 때의 개구수가 NAH2 이하인 광속의 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통과했을 때의 구면 수차는 양호하게 보정될 수 있으며, 한편, NAH2 보다 외측의광속이 오버인 구면 수차를 보다 크게 할 수 있다. 그 결과, 도 116(b)에 도시한 바와 같이, NAH2의 구면 수차의 갭이 보다 커지고, 정보의 재생에 기여하는 광속의 집광 위치로부터 플레어 성분의 집광 위치가 멀어진다. 따라서, 플레어 성분의 영향은 광 검출기 상에서는 작다.
마찬가지로, 광원으로부터 대물 렌즈까지의 광 경로중에 제1 광원으로부터의 광속을 투과하고, 제 2 광원으로부터의 광속 중 제1 회절 패턴의 광축의 반대쪽의 영역을 통과하는 광속을 투과시키지 않는 개구 조정 수단을 설치하여, 광 검출기에 도달하는 플레어 성분을 감소시킴으로써, 플레어 성분의 영향이 작아지도록 하는 것도 가능하다.
개구 조정 수단의 경우, 제1 광원으로부터 광속을 투과하고, 제2 광원으로부터의 광속 중에서 제1 회절 패턴의 광축의 반대쪽의 영역을 지나는 광속을 반사하거나 흡수하는 고리띠 모양의 필터(ring-zonal filter)가, 제1 광원으로부터의 방출 광속과 제2 광원으로부터의 방출 광속을 광 합성 수단에 의해 합성한 후의 광 경로 내에 배치될 수도 있다.
이러한 종류의 필터의 경우, 예를 들어, 다층막을 이용한 이색 필터를 사용하는 것도 가능하다. 물론, 대물 렌즈의 어느 한 면이 상술한 필터 효과를 갖도록 할 수 있다.
개구 조절 수단은 제1 광원으로부터의 광속은 투과하고 제2 광원으로부터의 광속 중 회절 패턴의 광축의 반대쪽의 영역을 지나가는 광속이 회절되도록 하는 고리띠 모양의 필터일 수도 있다.
본 발명의 제8 실시예에 관련된 제1 광 픽업 장치 내지 제7 광 픽업 장치를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 102에 도시된 제1 광 픽업 장치는 제1 광 디스크의 재생을 위한 제1 광원을 나타내는 반도체 레이저(111)와 제2 광 디스크의 재생을 위한 반도체 레이저(112)를 그 안에 설치하고 있다.
먼저, 제1 광디스크를 재생하는 경우, 제1 반도체 레이저(111)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 반도체 레이저(111,112) 모두로부터 방출되는 빔의 합성 수단인 빔 분할기(190), 편광 빔 분할기(120), 콜리메이터(130) 및 1/4 파장판을 투과하여 원편광의 평행광(circularly polarized and collimated light flux)으로 된다. 이러한 광속은 개구(170)에 의해 조리되고(stopped down), 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220)에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220)에서 반사된 광속는 대물 렌즈(160), 개구(170), 1/4 파장판(140) 및 콜리메이터(130)를 투과하여 편광빔 분할기(120)로 입사한다. 이 경우, 광속은 반사되어 원통형 렌즈(cylindrical lens;18)에 의해 비점 수차(astigmatism)가 주어진다. 다음에, 광속은 광 검출기(300)로 입사되고, 이 경우, 그로부터 출력되는 신호들은 제1 광 디스크(200) 상에 기록되는 정보를 판독하는 신호를 얻는데 사용된다.
광 검출기(300) 상에서의 스폿의 형상 변화와 위치의 변화에 의해 야기되는 광량의 변화를 검출하여 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 이러한 검출에 기초하여, 제1 반도체층(111)으로부터의 광속이 제1 광 디스크(200)의 기록면(220)상에 결상할 수도 있도록 2차원 액츄에이터(150)가 대물 렌즈(160)를 이동시키며, 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 소정의 트랙에 결상할 수도 있도록 대물 렌즈(160)를 이동시킨다.
제2 광디스크를 재생하는 경우, 제2 반도체 레이저(112)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 광 합성 수단인 빔 분할기(190)에서 반사되어, 제1 반도체(111)로부터의 광속과 마찬가지로 편광 빔 분할기(120), 콜리메이터(130), 1/4 파장판(140), 개구(170) 및 대물 렌즈(160)를 통하고, 제2 광디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해, 정보 기록면(220)상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되고 정보 기록면(220)에서 반사되는 광속는 다시 대물 렌즈(160)와, 개구(170), 1/4 파장판(140), 콜리메이터(130), 편광빔 분할기(120) 및 원통형 렌즈(180)를 통해 광 검출기(300)로 입사하고, 광 검출기로부터 출력되는 신호는 제2 광 디스크(200) 상에 기록되는 정보를 판독하는 신호를 얻는데 사용된다.
제1 광디스크의 경우와 마찬가지로, 광 검출기(300)상에서의 스폿의 형상 변화와 위치의 변화에 의해 야기되는 광량의 변화는 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행하기 위해 검출되고, 2차원 액츄에이터(150)는 포커싱과 트랙킹을 위해 대물 렌즈(160)를 이동시킨다.
도 103에서 제2 광 픽업 장치는 기록 및 재생을 위한 광학계에 적합한 구조를 가지며, 이하 재생의 경우에 대해 설명한다.
또한, 다음 실시예에서, 도 102의 광 픽업 장치에서와 동일한 부재들에 동일한 참조번호가 부여된다.
제1 광 디스크를 재생하는 경우, 제1 반도체 레이저(111)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 편광 빔 분할기(121)에서 반사되어 콜리메이터(131)와 1/4 파장판(141)을 투과하여, 원편광의 평행광이 된다. 또한 이는 광 합성 수단인 빔 분할기(190)를 투과한 다음, 개구(170)에 의해 조리되고, 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220)에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 빔 분할기(190), 1/4 파장판(141)과 콜리메이터(131)를 투과하고 편광 빔 분할기(121)에 입사하여, 여기를 투과할 때 비점 수차가 주어진다. 다음에, 광속은 광 검출기(301)에 입사하고 그로부터의 출력 신호는 제1 광 디스크(200) 상에 기록된 정보를 판독하기 위한 신호를 얻는데 사용된다.
광 검출기(301) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량의 변화를 검출하여 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 이와 같은 검출에 기초하여, 2차원 액츄에이터(150)가 대물 렌즈(160)를 이동시켜 제1 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 제2 광 디스크(200)의 기록면 상에 상을 형성하게 하며, 대물 렌즈(160)를 이동시켜 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 소정의 트랙 상에 결상할 수 있다.
제2 광 디스크를 재생하면, 제2 반도체 레이저(112)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 편광 빔 분할기(122) 상에서 반사되고 콜리메이터(132)와 1/4 파장판(142)을 통해 투과되어, 원편광의 평행광이 된다. 또한 이는 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 상에서 반사된 다음, 개구(170) 및 대물 렌즈(160)에 의해 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 빔 분할기(190) 상에서 반사되고, 1/4 파장판(142)과 콜리메이터(132)를 통해 투과되어, 편광 빔 분할기(122)에 입사되고 여기를 투과하면 비점 수차가 주어진다. 다음에, 광속은 광 검출기(302)에 입사되고 그로부터의 출력 신호들을 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량의 변화를 검출하여 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 이와 같은 검출에 기초하여, 2차원 액츄에이터(150)는 제2 반도체 레이저(112)로부터의 광속이 제1 광 디스크(200)의 기록면(220) 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시키며, 반도체 레이저(112)로부터의 광속이 상기와 동일하게 소정의 트랙 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시킨다.
도 104의 제3 광 픽업 장치는 기록과 재생용의 광학계에 적합한 구조를 가지며, 재생의 경우만을 다음에 설명할 것이다.
제1 광 디스크를 재생하는 경우, 제1 반도체 레이저(111)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 발산 광원의 발산도를 작게 하는 커플링 렌즈(60), 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 및 빔 분할기(120)를 투과하고, 또한 콜리메이터(131)와 1/4 파장판(141)을 투과하여 원편광의 평행광이 된다. 또한 이는 개구(170)에 의해 조리되고, 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 1/4 파장판(140)과 콜리메이터(130)에 의해 투과되고, 광속을 반사하는 빔 분할기(120)에 입사되어 원통형 렌즈(180)에 의해 비점 수차가 주어진다. 다음에, 광속은 오목 렌즈(50)를 통해 광 검출기(301)에 입사되는데, 여기서 그로부터 출력된 신호는 제1 광 디스크(200) 상에 기록된 정보를 판독하기 위해 신호를 얻는데 사용된다.
광 검출기(301) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량의 변화를 검출하여 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 이와 같은 검출에 기초하여, 2차원 액츄에이터(150)는 제1 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 제1 광 디스크(200)의 기록면(220) 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시키며, 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 소정의 트랙 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시킨다.
제2 광 디스크를 재생하는 제2 반도체 레이저(112)에서, 레이저/검출기 집적 유닛(400), 광 검출기(302) 및 홀로그램(230)이 사용된다. 여기서 "유닛(unit)" 또는 "유닛화(unitization)"라는 용어는 유닛화된 부재 및 수단이 광 픽업 장치에 견고하게 조립될 수 있고, 유닛이 장치의 조립시에 1부품으로서 조립될 수 있다는 것을 의미한다.
제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속은 홀로그램(230)을 투과한 다음, 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 상에서 반사되고, 빔 분할기(120), 콜리메이터(130) 및 1/4 파장판(140)을 투과하여 평행광이 된다. 또한 이는 개구(170), 대물 렌즈(160) 및 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 데물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 1/4 파장판(140), 콜리메이터(130) 및 빔 분할기(120)에 의해 투과된 다음, 빔 분할기(190) 상에서 반사되고 홀로그램(230)에 의해 회절되어, 광 검출기(302)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 사용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하게 되고, 그에 따라 대물 렌즈(160)는 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
도 105의 제4 광 픽업 장치에서는 제1 광 디스크를 재생하는 경우, 제1 반도체 레이저(111)는 레이저/검출기 집적 유닛(410)에 광 검출기(301) 및 홀로그램(231)이 유닛화되고, 제1 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속은 홀로그램(231)을 통과하고, 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190)와 콜리메이터(130)를 통해 투과되어 평행 광속이 되는데, 여기서 이는 개구(170)에 의해 조리되어 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 다시 콜리메이터(130)와 빔 분할기(190)에 의해 투과된 다음, 홀로그램(231)에 의해 회절되어 광 검출기(301)에 입사되고, 그로부터의 출력 신호를 이용하여 제1 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하게 되고, 그에 따라 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
제2 광 디스크를 재생하는 경우, 제2 반도체 레이저(112)는 레이저/검출기 집적 유닛(42)에 광 검출기(302) 및 홀로그램(232)과 유닛화되고, 제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속은 홀로그램(232)을 통과하여, 빔 분할기(190) 상에서 반사되어 콜리메이터(130)를 통해 투과되어 평행 광속이 되는데, 여기서 이는 대물 렌즈(160)와 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 콜리메이터(130)에 의해 투과되고, 빔 분할기(190) 상에서 반사된 다음, 홀로그램(232)에 의해 회절되어 광 검출기(302)에 입사되고 그로부터의 출력신호를 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그에 따라 대물 렌즈(160)가 초점과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
도 106의 광 픽업 장치에서, 제1 반도체 레이저(111), 제2 반도체 레이저(112), 광 검출기(30) 및 홀로그램(230)이 레이저/검출기 집적 유닛(430)으로서 이용된다.
제1 광 디스크를 재생할 때, 제1 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속은 홀로그램(230)과 콜리메이터(130)에 의해 투과되어 평행 광속이 되는데, 여기서 이는 개구(170)에 의해 조리되고, 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 콜리메이터(130)에 의해 투과되어, 홀로그램(230)에 의해 회절되어, 광 검출기(203)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(300) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그에 따라 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
제2 광 디스크를 재생할 때, 제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속은 홀로그램(230)과 콜리메이터(130)에 의해 투과되어 대부분 평행 광속이 되는데, 여기서 이는 대물 렌즈(160)를 통한 정보 기로면(220)과, 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210) 상에 더욱 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 콜리메이터(130)에 의해 투과되어, 홀로그램(230)에 의해 회절되어, 광 검출기(300)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(300) 상의 스폿의 형상의 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그에 따라 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
도 107의 광 픽업 장치에서, 제1 반도체 레이저(111), 제2 반도체 레이저(112), 제1 광 검출기(301), 제2 광 검출기(302) 및 홀로그램(230)이 레이저/검출기 집적 유닛(430)으로서 이용된다.
제1 광 디스크를 재생할 때, 제1 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속은 디스크 측 상의 홀로그램(230)의 표면과 콜리메이터(130)를 통해 투과되어 평행 광속이 되는데, 여기서 이는 개구(170)에 의해 더 조리되어, 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 콜리메이터(130)에 의해 투과되고, 디스크 측 상의 홀로그램(230)의 표면에 의해 회절되어, 제1 광원에 대응하는 광 검출기(301)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(301) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그로 인해 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
제2 광 디스크를 재생할 때, 제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속은 반도체 레이저 측 상의 홀로그램(230)의 표면에 의해 회절되어 콜리메이터(130)를 통해 투과되어 대부분 평행 광속이 된다. 반도체 레이저 측 상의 홀로그램(230)의 표면은 광 합성 수단으로서의 기능을 가지고 있다. 광속은 개구(170), 대물 렌즈(160) 및 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 콜리메이터(130)에 의해 투과되고, 디스크 측 상의 홀로그램(230)의 표면에 의해 회절되어, 제2 광원에 대응하는 광 검출기(302)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 이용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그로 인해 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
도 108에 도시된 제7 광 픽업 장치는 기록과 재생용의 광학계에 적합한 구조이며, 재생의 경우를 다음과 같이 설명한다.
제1 광 디스크를 재생하는 경우, 제1 반도체 레이저(111)로부터 빔이 방출되고, 방출된 빔은 발산 광원의 발산도를 작게 하는 커플링 렌즈(60), 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 및 빔 분할기(120)를 투과하고, 또한 콜리메이터(131)와 1/4 파장판(141)을 투과하어 원편광의 평행광이 된다. 또한 이는 개구(170)에 의해 조리되어, 대물 렌즈(160)에 의해 제1 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광되게 된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 1/4 파장판(140)과 콜리메이터(130)에 의해 투과되어, 광속을 반사하는 빔 분할기(120)에 입사되어 원통형 렌즈(180)에 의해 비점 수차가 주어진다. 다음에, 광속은 오목 렌즈(50)를 통해 광 검출기(301)에 입사되고, 그로부터의 출력 신호가 제1 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하는 사용된다.
광 검출기(301) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량의 변화를 검출하여 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 다음에, 이와 같은 검출에 기초하여, 2차원 액츄에이터(150)는 제1 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 제1 광 디스크(200)의 기록면(220) 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시키며, 반도체 레이저(111)로부터의 광속이 소정의 트랙 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시키게 된다.
제2 광 디스크를 재생하는 제2 반도체 레이저(112)에서, 광 검출기(302)와 홀로그램(230)이 레이저/광 검출기 집적 유닛(400)에 사용된다.
제2 반도체 레이저(112)로부터 방출된 광속은 홀로그램(230)을 투과한 다음,광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 상에서 반사되어, 빔 분할기(120), 콜리메이터(130) 및 1/4 파장판(140)을 투과하여 평행광이 된다. 또한 이는 개구(170)와 대물 렌즈(160)를 통한 제2 광 디스크(200)의 투명 기판(210)을 통해 정보 기록면(220) 상에 집광된다.
정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220) 상에서 반사된 광속은 다시 데물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 1/4 파장판(140), 콜리메이터(130) 및 빔 분할기(120)에 의해 투과된 다음, 빔 분할기(190) 상에서 반사되고 홀로그램(230)에 의해 회절되어, 광 검출기(302)에 입사되고 그로부터의 출력 신호를 사용하여 제2 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호를 판독하게 된다.
광 검출기(302) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출함으로써 포커싱 검출 및 트랙 검출을 수행하고, 그로 인해 대물 렌즈(160)가 포커싱과 트랙킹을 위해 2차원 액츄에이터(150)에 의해 이동된다.
λ1의 파장을 갖는 제1 광원으로 기록하고 재생하는데 필요한 광 정보 기록 매체 상의 투명 기판의 두께 t1과 상기 대물 렌즈의 필요한 개구수 NA에 있어서, 제1 광 디스크와 대부분 동일한 제3 슈퍼 RENS 시스템의 디스크를 기록하고 재생하는 경우를 설명할 것이다.
제3 슈퍼 RENS 시스템의 디스크는, 지금 집중 연구되고 있는 것으로, 그 구조의 예가 도 109에 도시되어 있다. 그 기록 및 재생은 근접장 광학(near field optics)에 기초하고 있고, 재생 신호는 반사광을 이용하는 시스템과 투과광을 이용하는 시스템을 포함하고, 본 실시예의 구조는 투과광를 사용하여 재생 신호를 얻는시스템을 도시한다.
슈퍼 RENS 시스템의 제3 디스크를 기록하고 재생할 때, 제1 반도체 레이저(111)는 발산 광속의 발산도를 작게 하는 커플링 렌즈(60), 광 합성 수단을 나타내는 빔 분할기(190) 및 빔 분할기(120)를 투과하고, 또한 콜리메이터(130)와 1/4 파장판(140)을 투과하여 평행 광속이 되는 빔을 방출한다. 또한 이는 개구(170)에 의해 조리되고, 제1 광 디스크(200)와 제1 보호막(240)의 투명 기판(120)을 통해 비선형 광학막(250) 상에 대물 렌즈(160)에 의해 집광된다. 비선형 광학막(250) 상에는, 작은 개구들이 형성되어 있고, 에너지가 제2 보호막(260)을 통해 정보 기록층 상의 정보 기록면(220) 상에 투과된다. 다음에, 정보 비트에 의해 변조되어 정보 기록면(220)을 통해 투과된 광이 보호막(270)을 투과한 다음, 대물 렌즈의 반대쪽에 존재하는 집광 렌즈(90)에 의해 집광되어, 광 검출기(305)에 도달하고 그로부터 출력 신호에 의해 제3 광 디스크(200) 상에 기록된 정보용 신호들을 판독하게 된다.
한편, 비선형 광학막(250) 상에서 반사된 광속은 다시 대물 렌즈(160)와 개구(170)를 통해 1/4 파장판(140)과 콜리메이터(130)에 의해 투과되어, 빔 분할기(120)에 입사되고, 여기서 광속이 반사되어 원통형 렌즈(180)에 의해 비점 수차가 주어져 볼록 렌즈(50)를 통해 광 검출기(301)에 입사된다. 광 검출기(301) 상의 스폿의 형상 변화와 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출해서 포커싱 검출과 트랙 검출을 수행한다. 이와 같은 검출에 기초하여, 2차원 액츄에이터(150)는 제1 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속이 제1 광 디스크의 비선형 광학막(250) 상에 결상되도록 대물 렌즈(160)를 이동시키고, 반도체 레이저(111)로부터 방출된 광속이 소정의 트랙 상에 결상하도록 대물 렌즈(160)를 이동시키게 된다.
제1 광원으로부터 무수차 평행 광속이 입사할 수 있고 DVD의 투명 기판을 통해 무수차 스폿이 형성될 수 있도록 설계된 전용 대물 렌즈가 상기 광 픽업 장치의 대물 렌즈로서 사용되고, 무수차 평행광이 제2 광원으로부터 대물 렌즈에 입사하고 스폿이 CD의 투명 기판을 통해 형성되면,
(1) 대물 렌즈의 굴절률의 파장 의존성,
(2) 정보 기록 매체의 투명 기판 간의 두께차, 및
(3) 투명 기판의 굴절률의 파장 의존성에 의한 구면 수차가 발생하고, 대부분의 구면 수차는 이미 설명한 상기 (2)에 의한다.
상기 (2)의 요인에 의한 구면 수차는, CD를 기록하고 재생하는데 필요한 개구수 NA2의 조건 하에서, 대부분 │t2 - t1│ 및 (NA2)4에 비례한다. 도 110은 투명기판이 두께 면에서 CD와 동일하고 λ2 = 780㎚을 갖는 광원이 사용되고 대물 렌즈로부터 나오는 광속의 개구수가 0.45인 조건하에서, λ1 = 650㎚의 파장을 갖는 평행 광속이 대물 렌즈에 입사될 때 DVD의 투명 기판을 통해 무수차가 되도록 설계된 전용 렌즈의 결상 배율 M2와 파면 수차 간의 관계를 도시한다. 결상 배율 M2가 0일 때, 평행 광속은 DVD와 동일한 대물 렌즈에 입사된다.
상술한 바와 같이 M2=0이 경우, 회절 한계 곱의 Marechal 한계인 0.07λrms 이상인 약 0.13λrms의 구면 수차가 발생된다.
그러므로, 파면 수차(wave-front aberration)가 Marechal 한계치보다 크지 않을 수 있도록 DVD 및 CD 모두에 대한 몇몇 수단에 의해 구면 수차를 설정할 필요가 있다.
결상 배율을 이러한 대물 렌즈에서 마이너스(-)로 하면, 대물 렌즈에 마이너스 구면 수차가 발생하고, M≒-0.06의 경우에 최소값이 되어 Marechal 한계 내로 된다. 상술한 바와 같이, 보정될 필요가 있는 구면 수차의 양은 결상 배율에 따라 가변하고, 예시적인 예에서, M≒-0.06의 경우에 다른 수단으로 구면 수차를 보정할 필요는 없다. 또한, CD-R의 정보 기록에 필요한 NA가 0.5일 때, 보정될 구면 수차는 또한 더욱 커진다.
다음, 상기 설명된 각각의 광 픽업 장치에서 바람직한 콜리메이터 조정 수단이 설명될 것이다. 간단히 설명하기 위해, 콜리메이터 및 대물 렌즈로 이루어진 집광 광학계를 채용하는 광 픽업 장치에 관해서 고찰한다. 콜리메이터 및 광원 간의 거리에 대해, 광축상의 콜리메이터의 초점 위치에 광원을 배치할 때, 바람직하게 평행광이 콜리메이터로부터 나온다. 콜리메이터의 후방 초점, 반도체 레이저의 부착 위치와 발광점 간의 거리 및 광 픽업 장치의 하우징의 제조 변동이 작게 유지되므로, 반도체 레이저 및 콜리메이터 간의 거리를 조정하지 않아도, 실용상 문제가 없는 정밀도의 평행광을 얻을 수 있다.
서로 다른 파장을 각각 갖는 두개의 광원을 사용하여 서로 다른 두께의 투명 기판을 각각 갖는 두가지 형태의 광 정보 기록 매체를 기록 및/또는 재생하는 경우, 및 회절 패턴을 갖는 대물 렌즈의 이용하여 또한 각각의 광원에 대해 0 이외의동일 차수의 회절 광의 이용하는 경우, 레이저의 발진 파장의 변화에 의한 구면 수차의 변동은 종래의 양면 비구면 대물 렌즈에 비해 점점 커진다. 특히, 예 6에서의 대물 렌즈의 경우, 650mm의 파장에서 0.001 λms의 파면 수차는 파장이 ±10까지 가변할 때 0.03 λrms로 저하된다. 반도체 레이저에서는, 발진 파장의 개체 차이(individual difference)가 있으며, 개체차가 큰 반도체 레이저를 광 픽업 장치에 사용할 때, 서로 다른 패턴을 갖는 대물 렌즈의 구면 수차의 규격이 엄격하게 된다는 문제가 있다.
광 픽업 장치에 사용된 대물 렌즈에서, 입사 광속이 평행광에서 발산광으로 변경될 때, -3차 구면 수차는 증가하게 되고, 평행광에서 집속광으로 변경될 때, +3차 구면 수차가 증가되어, 대물 렌즈로의 입사 광속의 발산도를 변경함으로써 3차 구면 수차를 제어할 수 있다. 예 6에서와 같은 대물 렌즈에서, 반도체 레이저의 발진 파장에서의 개체 차이에 의한 구면 수차의 주성분은 3차 구면 수차이며, 대물 렌즈로의 입사 광속의 발산도을 변경시킴으로써, 집광 광학계 전체의 3차 구면 수차를 설계값으로 되게 할 수 있다.
또한, 집광 광학계에서 콜리메이터와 같은 커플링 렌즈가 있을 때, 커플링 렌즈를 그의 광축 방향으로 이동시킴으로써 대물 렌즈의 3차 구면 수차를 제어할 수 있다. 또한, 콜리메이터와 같은 커플링 렌즈가 있을 때, 반도체 레이저를 광축의 방향으로 이동시킴으로써 전술한 것과 같은 동일 목적이 얻어질 수 있다. 반도체 레이저는 콜리메이터와 같은 커플링 렌즈가 존재할 때에도 광축 방향으로 자연스럽게 이동될 수 있다.
예 19
제8 실시예에 관련된 대물 렌즈의 구체적인 예로서, 구면 수차 보정 렌즈의 예 19가 다음과 같이 도 111, 표 20 및 표 21에 나타나 있다.
도 20에서, ri는 굴절면의 곡률 반경을 나타내며, di 및 di' 각각은 면 간의 거리를 나타내고, ni 및 ni' 각각은 주 파장에서의 굴절률을 나타낸다. 또한, 표면 형태의 표현식은 다음과 같다.
표현식에서, X는 광축 방향으로의 축을 나타내고, h는 광축에 수직한 방향으로의 축을 나타내며, 광의 진행 방향은 +이고, r은 근축 곡률 반경, k는 원추 상수, Aj는 비구면 계수, 및 Pj(Pi≥3)는 비구면 제곱수(power number)를 나타낸다.
회절면은 광 경로차의 함수로서 표현식 1에 도시된 바와 같다. 단위는 mm이다.
파장 635 nm 780 nm
초점 거리 3.370 3.397
개구 직경 Φ4.04 mm
대물 렌즈의 가로 배율 0
면 수 ri di di' ni ni'
1 ∞
2 2.131 2.6 1.5300 1.5255
3 -6.373 1.5657 1.2052
4 ∞ 0.6 1.2 1.5787 1.5709
5 ∞
di 및 ni 모두는 제1 광 정보 기록 매체에 대한 값(t1=0.6 mm)을 나타낸다.
di' 및 ni' 모두는 제2 광 정보 기록 매체에 대한 값(t1=1.2 mm)을 나타낸다.
di 및 ni 모두는 제1 광 정보 기록 매체에 대한 값을 나타낸다(t1=0.6mm).
di' 및 ni' 모두는 제2 광 정보 기록 매체에 대한 값을 나타낸다(t2=1.2mm).
제2면 제1 분할면(비구면 계수) 0 ≤ H ≤ 1.16984k = -3.6612 × 10-2A1= -3.2000 ×10-3P1=4.0A1= -9.5500 ×10-4P2=6.0A1= 9.4024 ×10-5P1=8.0A1= -2.8750 ×10-6P1=10.0
B2= 0B4= -8.3027 ×10-4B6= -1.6462 ×10-4B8= 1.3105 ×10-5
제2 분할면(비구면 계수) 1.6984 ≤ Hk = -9.8006 × 10-1A1= 6.0790 ×10-3P1=4.0A2= 2.8149 ×10-4P2=6.0A3= 6.6735 ×10-6P3=8.0A4= -2.8790 ×10-6P4=10.0
제3면 비구면 계수 k = -2.4934 × 10A1= 9.6641 ×10-3P1=4.0A2= -3.7568 ×10-3P2=6.0A3= 7.9367 ×10-4P3=8.0A4= -7.3523 ×10-5P4=10.0
전술한 예에서의 렌즈의 단면도가 도 111에 도시되어 있고, 그 비구면 수차도가 도 112에 도시되어 있다. 도 111에서, 제2 표면 S2의 광축을 포함하는 부분 S2d는 회절 패턴을 가지며, 그 바깥쪽의 부분 S2r은 비구면 회절면이다. 도112(a)는 635 nm의 파장에서의 구면 수차도 및 충분히 수차 보정된 제1 광 정보 기록 매체(t1=0.6 mm)를 도시한다. 도 112(b)는 780 nm 파장에서의 구면 수차도 및 제1 분할면 S2d를 통과하는 광속이 회절 효과에 의해 구면 수차가 보정되고, 제2 분할면 S2r을 통과하는 광속이 플레어 광이 되고 개구의 것과 동일한 효과를 갖는 제2 광 정보 기록 매체(t2=1.2 mm)를 도시한다.
전술한 예에서의 렌즈는 NAH2 = 0.5 및 NAL2 = 0을 갖는 대물 렌즈이다. 이러한 렌즈의 회절 패턴부는 광축을 중심으로 한 고리띠 상의 패턴이 되고, 그 스텝 수는 13이다. 광축 및 굴절면으로부터 가장 먼 회절 패턴의 원주부 간의 경계는 약 21 ㎛의 단차를 갖는다.
NAH2 = 0.45의 경우에서, 회절 패턴의 스텝 수는 약 9이며, 단차의 양은 약 13 ㎛이다. 회절 패턴의 단차의 양 및 스텝의 수는 NAH2의 4제곱에 대략 비례한다.
전술한 실시예에서의 NAL2 = 0의 경우에서, 회절 패턴의 스텝 수는 보정될 구면 수차에 비례하여 증가된다.
본 발명의 대물 렌즈에서, 광축 방향으로의 회절 패턴의 깊이가 2㎛ 이하일 때에도 만족할 만한 결과가 얻어질 수 있다. 그러나, 회절 패턴의 스텝 수가 클 때, 금형 가공, 성형이 어렵다. 그래서, 스텝의 수가 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
이러한 점은 다음에 의해 얻어질 수 있다.
(1) CD용 결상 배율이 DVD용의 배율보다 약간 더 작게 이루어지며, 보정할구면 수차의 양이 미리 작아지게 된다. mCD(CD의 기록 및 재생을 위한 배율) - mDVD(DVD의 기록 및 재생을 위한 배율)가 -1/15 - 0의 범위에 있는 것이 바람직하다.
(2) 깊이가 작고 개구수가 작은 부분에 회절 패턴이 제공된다.
예를 들어, 만약 DVD의 결상 배율이 0이 되고, CD의 결상 배율이 -0.03이 되게 행해지면, 보정될 구면 수차는 1/2로 되며, NAH2가 CD-R을 커버하기 위해 0.5가 될 때에도, 스텝의 수는 약 7이며 단차의 양은 약 11㎛이다.
단차의 양이 작을 때, 단차 S2의 형태는 회절 패턴부 S2d에서 굴절면부 S2r까지 유연하게 흐르는 단차의 형태가 또한 될 것이다.
DVD 및 CD 모두에 대한 결상 배율이 0일 때, 만약 NAL2가 0.36인 것으로 되면, 개구 수가 NAL2 이하인 광속의 파면 수차의 잔류 구면 수차 성분 WSA(NAL2)은 0.053 λrms이다. 이에 최상의 회절 패턴을 제공함으로써, DVD의 파면 수차를 0으로 유지하면서, NAH2까지의 파면 수차의 RMS 값이 작아지도록 할 수 있다.
개구 수가 NAH2 이하인 광속의 파면 수차의 잔류 구면 수차 성분 WSA(NAH2)은 다음 식으로 근사할 수 있다.
WSA(NAH@) = (NAL2/NAH2)2*WSA(NAL2)
그러므로, 전술한 값은 NAH2=0.45에 대해 0.034 λrms이고, NAH2=0.5에 대해 0.027 λrms이며, 이는 Marechal 한계 값보다 충분히 작다.
이러한 경우에, NAL2 이하에 대해 오버의 구면 수차가 발생된다. 그러므로, NAL2에서 NAH2까지의 구면 수차는 0으로 하는 것은 아니고, NAL2 이하의 광속의 가장 양호한 초점과 일치하도록 이루어질 수 있다. 이렇게 최상의 초점의 위치는 근축 초점보다 오버인 위치에 있기 때문에, 회절 패턴에 의해 보정될 구면 수차는 작아질 수 있다. 또한, NAL2 이하에 대한 광속에 대해서는 회절 패턴은 불필요하다. 이러한 두가지 영향으로 인해, NAH2 = 0.5인 경우에서의 회절 패턴의 스텝 수는 약 6이 될 수 있고, NAH2=0.45인 경우에서의 회절 패턴의 스텝의 수는 4가 될 수 있다.
CD의 결상 배율을 DVD 보다 작게함으로써 회절 패턴을 작게하는 것이 본래 가능하며, 최소한 두 스텝만 있으면, DVD 및 CD에 대한 호환가능한 재생을 가능하게 한다.
또한, 투명 기판의 두께가 0.1 mm인 고밀도 광 정보 기록 매체가 제안된다. 이를 위한 기록 및 재생에 대해서, 청색 반도체 레이저가 사용되며, 2-소자 대물 렌즈가 사용되고, 0.85가 NA1으로서 요구된다. 한편, CD-RW는 투명 기판의 두께가 1.2 mm 이고 파장이 780이며 NA2가 0.55가 되는 광원을 채택한다. 이런 호환 광학계에 있어서, DVD 및 CD-R(NAH2=0.5)과 비교하여 NA2가 크고 t1-t2도 크기 때문에 구면 수차의 보정량도 2.7배 크다. 따라서, 회절 패턴의 스텝수는 약 35가 된다.
근축 색수차의 더욱 보정하기 위해서는 회절 패턴의 스텝수가 증가하며, NA1까지 업된 양축상 색수차를 포함하는 보정에 대해서는 수백개의 스텝이 필요하다. 이런 경우, 회절 패턴을 복수의 광학면에 제공하는 것이 또한 가능하다.
NAL2에서 NAH2까지의 범위 내의 임의의 부분은 필요할 때 반사면도 만들 수 있다.
더욱이, t1 〉t2의 경우에,발생된 구면 수차의 부호가 반전되기 때문에 -1차 광을 사용한다.
동일하게, DVD 및 CD의 경우에서도, CD용 대물 렌즈의 결상 배율은 DVD 보다 작으며, 언더의 구면 수차가 남는 경우에도, 마찬가지로 -1차 광을 사용한다.
또한, 현재 중요 관심사인 DVD 및 CD에 관해서는, 다른 기록 또는 파장을 각각 갖는 2개의 레이저를 사용함으로써 단일 대물 렌즈로 실시하는 예에 관해 도시하였다. 상술한 바와 같이, 제1 광원의 파장을 λ1으로 하고 제2 광원의 파장을 λ2(λ2 〉λ1)로 하였을 때, t1〈 t2의 경우에는 +1차 회절광을 이용하고, t1 〉t2의 경우에는 -1차 회절광을 사용하는 제1 회절 패턴을 도입하는 것이지만, 전자는 DVD(제1 광원을 사용) 및 CD(제2 광원을 사용)에 적용되는 것이다.
최근에는 청색 반도체 레이저 및 SHG 레이저와 같은 다른 파장을 갖는 다양한 광원이 실용화되어, 새로운 정보 기록 매체가 시장에 추가로 나타난다고 추정된다. 이 경우, 광 정보 기록 매체의 기록 밀도로부터 필요한 스폿 사이즈가 결정되지만, 기록 또는 기록/재생에 필요한 NA는 사용될 광원의 파장에 따라 변한다. 따라서, 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 및 필요한 NA의 두께 각각은 2개의 광 정보 기록 매체에 대한 다음의 4가지 경우로 분류된다.
(1) t1〈 t2, NA1 〉NA2
(2) t1 〈 t2, NA1 〈NA2
(3) t1 〉 t2, NA1 〉NA2
(4) t1 〉 t2, NA1 〈NA2
상기 표현식에서, 각각의 광원에 대한 상기 (1)의 경우에 사용되는 제1 회절 패턴의 차수, 회절 패턴의 범위(NAH1, NAL1, NAH2 및 NAL2), 회절 패턴부 및 투과부가 동일 위치에 집광할 필요가 있는 광원의 종류와 NA의 범위, 각 광원에 대하여 구면수차를 설정하는 NA 의 범위, 각 광원에 대하여 파면 수차가 0.07 λrms 이하일 필요성이 있는 NA의 범위, 제2 회절 패턴의 각각의 광원에 대한 회절 차수와 제1 회절 패턴과 동일 위치에 집광시킬 필요성, 개구 제한을 도입하는 경우 어느 쪽 광원로부터의 광속을 제한할까의 조건 등에 관해서 상술하였지만, (2), (3) 및 (4)의 각 경우에 대해서는 (1)의 상세한 설명으로부터 용이하게 수행할 수 있기 때문에, 여기서 상세한 설명은 생략하였다.
렌즈 제조에 있어서, 회절 패턴에 새긴 금형에 의해 플라스틱 재료나 유리 재료를 일체 성형하는 것도 가능하고, 또는 유리 또는 플라스틱의 모재에 UV-경화 수지 등의 사용에 의해서 본 발명의 회절 패턴을 포함하는 광학면을 형성하는 것도 가능하다. 코팅 또는 직접 가공에 의해 제조하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 효과를 갖는 광학면은 대물 렌즈와 다른 광학 소자에 설치하고, 이 광학 소자를 대물 렌즈의 광원측 내지는 광 정보 기록 매체측에 배치하는 것도 가능하다. 콜리메이터 또는 광 합성 수단의 제1 광원으로부터의 광속과 제2 광원로부터의 광속이 함께 통과하는 광학면에 배치될 수 있다. 그러나, 트래킹 등으로 대물 렌즈가 움직일 때에, 회절 패턴의 광축과 대물 렌즈의 광축이 상대적으로 이동하기 때문에, 트래킹의 양이 제한된다.
설명의 편의상, 회절 패턴은 광축에 대해 동심원으로 이루어지는 것으로 하였지만, 본 발명은 이것에 제한되는 것은 아니다.
예 1-19에서 구체적으로 도시한 대물 렌즈는 어느 것이나 단일 렌즈로 이루어지는 예를 들었지만, 대물 렌즈가 복수의 렌즈로 구성된 것이라도, 그 적어도 1개의 면에 본 발명의 회절면을 갖는 경우도 본 발명에 포함되는 것이다.
본 발명에서, 특정 차수로 회절광을 선택적으로 발생한다라는 것은 소정의 파장을 갖는 광에 대해 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 그 특정 차수 이외의 다른 차수의 각각의 회절광의 회절 효율보다도 높다는 하는 것은 상술한 대로 이지만, 서로 다른 2개의 파장을 갖는 광 빔에 대해, 그 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 다른 차수의 회절광 각각 보다 10% 이상 높은 효율인 것이 바람직하고, 효율이 30 % 이상 높은 것이 더 바람직하며, 또한, 그 특정 차수의 회절광의 회절 효율이 50% 이상인 것이 더 바람직하며, 70 % 이상인 것이 광량 손실이 적고 실용적인 관점에서도 바람직하다.
본 발명의 회절면은, 이상의 실시의 형태 및 렌즈가 구체적인 실시예에도 도시된 바와 같이, 그 회절면이 있는 것에 따라 서로 다른 적어도 2개의 파장이 선택적으로 발생된 특정 차수의 회절광이 각각 초점을 연결하는 것으로서, 그 회절면이 없는 경우, 즉 그 회절면의 릴리프를 포락한 면을 시뮬레이션 등에 의해 상정한 경우와 비교하여 구면 수차가 개선되는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에서, 서로 다른 적어도 2개의 파장을 갖는 각 광(파장λ)에 대해 각각 선택적으로 발생하는 특정 차수로 회절광은 그 결상면에서의 파면 수차가 0.07 λrms이하인 것이 실용상 유효한 소망의 스폿을 얻는 데에 있어서 바람직하다,
상술한 바와 같이, 본 발명은 회절면을 갖는 적어도 하나의 광학 소자를 채용하는 간단한 구성으로 서로 다른 적어도 2개의 파장의 광에 대하여 구면 수차 및 축상 색수차의 보정이 가능하게 되는 광학계, 광 픽업 장치, 기록 및 재생 장치, 렌즈, 광학 소자, 광 디스크용 회절 광학계, 사운드 및/또는 영상에 대한 기록 및/또는 재생 장치, 및 대물 렌즈를 얻을 수 있다. 또한, 적어도 광학계의 소형 경량화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 광학 소자가 서로 다른 2개의 파장의 광에 대하여 동일 차수를 갖는 회절광의 회절 효율을 최대로 하는 회절면을 갖는 경우에는, 회절면이 다른 차수의 회절광의 회절 효율을 최대로 하는 경우와 비교하여 광량의 손실을 적게 할 수 있다.
또한, 특히 본 발명의 특징 72 - 88에 설명된 발명에 관하여, 특히, 굴절면 상에 회절 렌즈를 설치함으로써, 다른 파장을 갖는 2개의 광원을 갖는 기록 및 재생용 광학계에 사용되어 각각의 광원 파장에 대한 광량의 손실이 적고, 거의 회절 한계까지 수차가 보정된 회절 광학계를 얻는 것이 가능하다.
특히, 본 발명의 특징 89-98에 개시된 발명에 관한 것으로, 상기한 바와 같이, 서로 파장이 다른 3개의 광원에 대하여 1개의 대물 렌즈에 의해 다른 광 디스크에 정보를 기록 및/또는 정보의 재생을 가능하게 하는 것 뿐만 아니라, 콜리메이터 등의 커플링 렌즈를 사용하지 않기 때문에 광 픽업 장치를 박형화할 수가 있고, 더구나 비용이 높다고 하는 문제를 해소할 수가 있다.
특히, 본 발명의 특징 99-112에 개시된 발명에 관한 것으로, 다른 파장의 3개의 광원을 갖는 광 픽업 장치에 있어서, 비구면 계수 및 위상차 함수의 계수를 적당하게 설계함으로써, 투명 기판의 두께의 차이에 의해 발생하는 구면 수차 및 파장의 차이에 의해 발생하는 구면 수차의 축상 색수차, 그위에 축상 색수차를 보정한 광 픽업 장치 및 대물 렌즈를 제공할 수 가 있다.
특히, 본 발명의 특징 113-181에 개시된 발명에 관한 것으로, 대물 렌즈에 복수의 분할면을 설치하여 제1 분할면에 회절면을 설치함으로써, 두께가 다른 투명 기판을 갖는 광 정보 기록 매체에 대하여 단일의 집광 광학계에 의해 파장이 다른 광속에 의해서 기록 및 재생하기 때문에 광 정보 기록 매체의 기록 및 재생용 구면 수차 보정 대물 렌즈 및 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.
또한, 광 픽업 장치용 대물 렌즈는 동심원 형태로 분할된 복수의 고리띠로 이루어져, 각 고리띠는 다른 파장을 갖는 복수의 광원 및 기록면의 두께가 다른 투명 기판에 대해, 거의 회절 한계까지 수차 보정되고, 따라서, 광 검출기에 입사하는 플레어 광은 감소되고, 대물 렌즈의 제작이 용이하게 된다. 개시된 실시예는 본 발명의 범위 및 정신을 벗어남이 없이 본 기술의 숙련자에 의해 변경될 수 있다.
하나의 픽업 장치로 적어도 2개의 상이한 파장을 갖는 광선을 이용하여 상이한 종류의 광 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 픽업 장치, 기록 및 재생 장치, 광학 소자 및 기록 및 재생 방법을 제공되며, 다량의 광 손실이 보다 적고 다량의 광을 이용하는 효율이 우수한 광 픽업 장치, 기록 및 재생 장치,광학 소자 및 기록 및 재생 방법을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.

Claims (12)

  1. 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하는 광 픽업 장치에 있어서,
    투명기판의 두께 t1의 제2 광 정보 기록 매체에 대해, 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 제1 파장을 갖는 광속을 출사하는 제1 광원;
    상기 투명기판의 두께 t1과 동일한 두께의 투명기판을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대해, 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 상기 제1 파장보다 큰 제2 파장을 갖는 광속을 출사하는 제2 광원;
    상기 투명기판의 두께 t1보다도 두꺼운 투명기판의 두께 t2의 제3 광 정보 기록 매체에 대해, 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 상기 제2 파장보다 큰 제3 파장을 갖는 광속을 출사하는 제3 광원;
    상기 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생할 때에는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광하고, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생할 때에는 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속을 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광하고, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생할 때에는 상기 제3 광원으로부터 출사된 광속을 상기 제3 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광하기 위한 대물 렌즈; 및
    상기 정보 기록면에 의해 변조된 반사광을 수광하기 위한 광 검출기를 구비한 것을 특징으로하는 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장을 갖는 광속이 청색 레이저광인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 정보 기록 매체가 청색 레이저광에 의해 정보를 기록 및/또는 재생하는 차세대 고밀도 광 디스크인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 필요한 상기 대물 렌즈의 상측 개구수를 NA2, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 필요한 상기 대물 렌즈의 상측 개구수를 NA1, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해 필요한 상기 대물 렌즈의 상측 개구수를 NA3라고 하였을 때, NA1 및 NA2는 NA3보다 큰 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 NA1 및 NA2는 같은 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보를 기록 및/또는 재생할 때에, 상기 NA3보다도 큰 상측 개구수의 영역을 통과하는 광속에 있어서, 상기 제3 광 정보 기록 매체의 구면수차가 플레어가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 고리띠 모양 회절면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 비구면 굴절면과 고리띠 모양 회절면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비구면 굴절면과 상기 고리띠 모양 회절면을 적당히 설계하는 것에 의해, 상기 각 광원의 서로 다른 파장 사이에서의 구면수차 및 상기 투명기판의 두께의 차이에 따른 구면수차를 보정한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고리띠 모양 회절면은 제곱항이 0이외의 계수이며, 또한 제곱항 이외의 항에 0이외의 계수를 갖는 위상차 함수에 의해 설계된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈의 굴절력과 회절력의 조합에 의해 상기 각 광원의 서로 다른 파장 사이에서의 구면수차를 보정한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈가 단옥으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
KR10-2003-0068190A 1999-01-22 2003-10-01 광 픽업 장치 KR100479634B1 (ko)

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JP1501099 1999-01-22
JPJP-P-1999-00015010 1999-01-22
JP4192599 1999-02-19
JPJP-P-1999-00041925 1999-02-19
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