KR20040010334A - 대물 렌즈 유닛과 이를 구비한 광픽업 장치, 및 광정보기록 및 재생 장치 - Google Patents

대물 렌즈 유닛과 이를 구비한 광픽업 장치, 및 광정보기록 및 재생 장치 Download PDF

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KR20040010334A
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코니카가부시끼가이샤
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Abstract

광픽업 장치에서 사용되는 대물 렌즈 유닛으로서, 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되는 제1 광학 소자와, 상기 제1 광학 소자에 대향하도록 제1 광학 소자의 광원측에 배치된 제2 광학 요소를 포함하고, 상기 제2 광학 요소는 복수개의 링형 영역이 제2 광학 요소의 적어도 1개의 광학면 상에 형성되어 인접하는 링형 영역이 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생시키는 링형 구조를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자 각각은 광학 기능부와 그 주연에 형성된 플랜지부를 구비하고, 상기 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 제1 및 제2 광학 소자를 소정의 상대 위치에 고정하도록 형성된다.

Description

대물 렌즈 유닛과 이를 구비한 광픽업 장치, 및 광정보 기록 및 재생 장치 {OBJECTIVE LENS UNIT, OPTICAL PICKUP DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME AND OPTICAL INFORMATION RECORDING AND REPRODUCING APPARATUS}
본 발명은, 광픽업 장치에 있어서 광정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키기 위해 이용되는 대물 렌즈 유닛 및 이를 구비하는 광픽업 장치, 광학식 정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.
종래, CD, MO, DVD 등의 광정보 기록 매체의 기록/재생용 광픽업 장치에 이용되는 대물 렌즈로는 주로 플라스틱 렌즈가 이용되고 있다.
플라스틱 렌즈는 유리 렌즈 등에 비해 비중이 가볍기 때문에, 대물 렌즈를 구동하는 액튜에이터로의 부하를 경감할 수 있어, 대물 렌즈의 추종을 고속으로 행할 수 있다.
또한, 플라스틱 재료를 금형으로 사출 성형하여 제조되는 플라스틱 렌즈는, 원하는 형상의 금형을 정밀도 좋게 제작함으로써 정밀도를 높이고, 또한 대량 생산하는 것이 가능하다. 따라서, 렌즈의 고성능화나 저비용화를 도모하는 것이 가능하다.
최근, 파장 400 ㎚ 정도의 청자색 반도체 레이저 광원과, 상측 개구수(NA)가 0.85 정도까지 높여진 대물 렌즈를 이용한 새로운 고밀도 광디스크용 광픽업 장치의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 일예로서, 개구수 0.85, 광원 파장 405 ㎚의 광디스크(이하, 본 명세서에서는「고밀도 DVD」라 함)에서는, DVD(개구수 O.6, 광원 파장 650 ㎚, 기억 용량 4.7 GB)와 동일한 크기인 직경 12 ㎝의 광디스크에 대해, 1면당 20 내지 30 GB 정보의 기록이 가능하다.
이러한 고밀도 DVD용 광픽업 장치에 있어서는, 고밀도 DVD 및 DVD 및 CD 등의 규격(기록 밀도)이 다른 3 종류의 광디스크를 컴패터블하게 기록 재생하는 것이 요구된다.
복수 종류의 광정보 기록 매체(예를 들어, CD와 DVD)에 대해 호환성을 갖는 광픽업 장치가 개발되고, 그 일부는 시장에 공급되고 있다. 이러한 종류의 광픽업 장치에서는, 광정보 기록 매체의 종류에 따라서 다른 파장의 레이저를 이용하므로, 대물 렌즈의 광학면 상에 입사광에 대해 소정의 광로차를 생기게 하는 복수의 링형 영역으로 분할된 링형 구조를 형성하여, 1개의 대물 렌즈에 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 하고 있는 것이 많다(이러한 기술은, 일본 특허 공개 2000-81566호 공보, 일본 특허 공개 2001-195769호 공보, 일본 특허 공개 2001-51192호 공보에 기재되어 있음).
또한, 데이터의 기록 및 재생이 가능한 광정보 기록 매체에서는, 데이터의 기록시에는 레이저 발진기에 흐르는 전류를 증가시켜 레이저 빔의 에너지 밀도(파워)를 올리고, 재생시에는 레이저 발진기에 흐르는 전류를 감소시켜 레이저 빔의 에너지 밀도를 낮추고 있다.
여기서, 고밀도 DVD 등의 광정보 기록 매체에 대한 데이터의 기록 및 재생이 가능한 광픽업 장치에서는, 데이터의 판독과 기입이 교대로 반복되어 행해진다. 그리고, 판독 상태로부터 기입 상태로 절환할 때에 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔의 에너지 밀도를 순식간에 상승시키므로, 레이저의 파장이 순간적으로 길어지는 현상이 생긴다(「모드홉」).
레이저의 파장이 길어지면, 렌즈의 분산에 의해 광축 상에 형성되는 빔 스폿의 위치가 대물 렌즈로부터 먼 쪽으로 이동한다(「색 수차」). 즉, 빔 스폿의 위치가 광디스크의 정보 기록면으로부터 어긋나 버려, 광디스크에 데이터를 기입할 때에 에러가 발생할 우려가 있다.
일반적으로, 빛의 파장이 짧을수록 파장의 단위 변동량에 대한 렌즈 재료의 굴절율의 변화량은 커지는 것이 알려져 있다.
고밀도 DVD에 대한 데이터 기록/재생이 가능한 광픽업 장치에서는, 광원으로서 400 ㎚ 전후의 청자색 레이저가 사용되고, 모드홉에 의한 파장의 변동량은 수 ㎚ 정도이다. 이로 인해, CD용 광픽업 장치(광원 파장 : 780 ㎚ 전후)나 DVD용 광픽업 장치(광원 파장 : 650 ㎚ 전후)에 비해 모드홉에 의한 색 수차가 커져 버리므로, 이 색 수차의 보정을 행할 필요가 있다.
이러한 색 수차가 보정된 대물 렌즈로서, 광학면 상에 입사광에 대해 소정의 광로차를 생기게 하는 복수의 링형 영역으로 분할된 링형 구조를 형성한 대물 렌즈가 일본 특허 공개 평6-242373호 공보에 기재되어 있다.
또한, 광픽업 장치는 그 설치 장소의 기온 변동이나, 장치의 동작에 수반하는 발열 등에 의해 온도의 변화에 노출된다.
광픽업 장치의 온도가 상승하면, 일반적으로 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔의 파장이 길어진다. 또한, 플라스틱은 온도가 상승하면 굴절율이 작아지는 성질을 갖고 있다. 또한, 플라스틱의 열팽창율은 유리 등에 비해 크기 때문에, 플라스틱 렌즈의 형상은 변화하기 쉽다.
이들의 요인에 의해, 광픽업 장치를 설계할 때에 상정한 온도보다도 고온(또는 저온)의 환경 하에서는 광축 상에 형성되는 빔 스폿에 구면 수차가 발생한다(「 온도 특성 수차」). 이 온도 특성 수차의 보정을 행할 필요가 있다.
이러한 온도 특성 수차가 보정된 대물 렌즈로서, 광학면 상에 입사광에 대해 소정의 광로차를 생기게 하는 복수의 링형 영역으로 분할된 링형 구조를 형성한 대물 렌즈가 일본 특허 공개 평11-337818호 공보에 기재되어 있다.
여기서, 고밀도 DVD에서는 대물 렌즈의 상측 개구수(NA)는 0.85 정도로 설정되므로, 광학면(특히, 광정보 기록 매체측의 광학면)의 곡률이 커진다. 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 하기 위해, 및/또는 색 수차의 보정을 위해, 및/또는 온도 특성 수차의 보정을 위해, 이러한 곡률이 큰 광학면에 링형 구조를 설치하고자 하면 링형 구조의 피치가 매우 작아져 버린다(수 μ정도).
플라스틱 렌즈를 사출 성형하기 위해 이용되는 금형은, SPDT(Single-Point Diamond Turning)라 불리우는 미소 직경의 다이아몬드 바이트로 절삭하는 방법으로 제작되어 있다. 그러나, SPDT에 의한 금형 가공에 있어서는 광학면 상에 피치가 수 μ정도의 링형 구조와 같은 미세 형상을 형성하는 경우, 다이아몬드 바이트의 선단부 형상이 금형으로 전사됨으로써 발생하는 위상 부정합 부분에 의한 레이저 빔의 이용 효율 저하가 문제가 된다. 또한, 포토리소그래피와 에칭을 반복 적용하는 바이너리옵틱스 작성 기술이나 전자 빔 묘화 기술은 고정밀도로 미세 형상을 형성하는 데 적합한 광학 소자의 제작법이지만, 고밀도 DVD용 대물 렌즈와 같이 곡률이 큰 광학면 상에 미세 형상을 갖는 광학 소자를 제작한 예나, 광학 소자를 사출 성형하기 위해 이용하는 금형을 제작한 예는 보고되어 있지 않다.
또한, 장래 SPDT에 의한 금형 가공에 있어서, 위상 부정합 부분에 의한 레이저 빔의 이용 효율 저하가 문제가 되지 않을 정도로 선단부 형상이 작은 다이아몬드 바이트를 사용함으로써, 고정밀도로 미세 형상의 작성이 기술적으로 가능해지거나, 바이너리옵틱스 작성 기술이나 전자 빔 묘화 기술에 의해 곡률이 큰 광학면 상에 미세 형상을 갖는 광학 소자의 제작이나, 광학 소자를 사출 성형하기 위해 이용하는 금형의 제작이 기술적으로 가능해진 경우라도, 곡률이 큰 광학면 상에 피치가 수 μ정도인 링형 구조를 설치하면, 링형 구조의 단차 부분에 의한 그림자의 영향이 커지기 때문에 레이저 빔의 이용 효율이 저하된다는 과제가 남는다.
본 발명은 소재로서 플라스틱을 이용하면서, 파장이 짧은 광원을 이용한 경우의 고개구수화, 색 수차나 온도 특성 수차의 보정, 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 기록/재생을 가능하게 하고, 제조가 용이하여 저비용화를 도모할 수 있고, 또한 레이저 빔의 이용 효율이 높은 광픽업용 대물 렌즈 유닛 및 이를 구비하는 광픽업 장치, 광학식 정보 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 관한 광픽업 장치의 일예의 구성을 도시한 개략도.
도2는 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에 의해, 고밀도 DVD의 광학 기록면에 광속이 집광될 때의 광로도.
도3은 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에 의해, DVD의 광학 기록면에 광속이 집광될 때의 광로도.
도4는 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에 의해, CD의 광학 기록면에 광속이 집광될 때의 광로도.
도5는 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에, 고밀도 DVD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 광속(파장 405 ㎚ 전후)이 입사되었을 때의 고밀도 DVD의 정보 기록면에 있어서의 수차도.
도6은 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에, DVD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 광속(파장 650 ㎚)이 입사되었을 때의 고밀도 DVD의 정보 기록면에 있어서의 수차도.
도7은 본 발명에 관한 대물 렌즈 유닛의 일예에, CD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 광속(파장 780 ㎚)이 입사되었을 때의 고밀도 DVD의 정보 기록면에 있어서의 수차도.
도8은 본 발명에 관한 광픽업 장치의 다른 일예의 구성을 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 대물 렌즈 유닛
3, 4 : 광픽업 장치
A : 제2 광학 소자
B : 제1 광학 소자
A1, B1 : 광학 기능부
A2, B2 : 플랜지부
L1 내지 L3 : 광속(레이저)
LD1 내지 LD3 : 광원(반도체 레이저 발진기)
M1 : 광정보 기록 매체(고밀도 DVD)
M2 : 광정보 기록 매체(DVD)
M3 : 광정보 기록 매체(CD)
M1r 내지 M3r : 정보 기록면
M1t 내지 M3t : 투명 보호 기판의 두께
이상의 과제를 해결하기 위해 제1항에 기재된 발명은, 예를 들어 도1 내지 도4, 도8에 도시한 바와 같이, 광픽업 장치(3, 4)에 있어서 광정보 기록 매체(고밀도 DVD)(M1), (DVD)(M2), (CD)(M3)의 정보 기록면(M1r 내지 M3r)에 광속(레이저)(L1 내지 L3)을 집광시키기 위해 이용되는 대물 렌즈 유닛(1, 2)이며,
상기 광정보 기록 매체(M1 내지 M3)에 대향하여 배치되는 제1 광학 소자(B)와,
상기 제1 광학 소자(B)의 광원(반도체 레이저 발진기)(LD1 내지 LD3)측에 대향하여 배치되고, 적어도 1개의 광학면 상에 복수의 링형 영역으로 분할되어 인접하는 링형 영역끼리가 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생하도록 형성된 링형 구조가 형성된 제2 광학 소자(A)를 구비하고,
상기 제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)는, 각각 광학 기능부(B1, A1)와 그 주연에 형성된 플랜지부(B2, A2)를 구비하고,
상기 제1 광학 소자(B)의 플랜지부(B2)와 제2 광학 소자(A)의 플랜지부(A2)는, 이들 제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)를 소정의 상대 위치에 고정 가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 대물 렌즈는, 좁은 의미로는 광픽업 장치에 광기록 매체를 장전한 상태에 있어서, 가장 광정보 기록 매체측의 위치에서 이와 대향하기 위해 배치되는 집광 작용을 갖는 렌즈를 가리키고, 넓은 의미로는 그 렌즈과 함께 액튜에이터에 의해 적어도 그 광축 방향으로 작동 가능한 렌즈를 가리키는 것으로 한다. 따라서, 본 명세서에 있어서 대물 렌즈의 상측(광정보 기록 매체측) 개구수라 함은, 대물 렌즈의 가장 광정보 기록 매체측에 위치하는 렌즈면의 개구수를 가리키는 것이다. 또한, 본 명세서에서는 필요(한 소정의) 개구수는, 각각의 광정보 기록 매체의 규격으로 규정되어 있는 개구수, 혹은 각각의 광정보 기록 매체에 대해 사용하는 광원의 파장에 따라, 정보의 기록 또는 재생을 하기 위해 필요한 스폿 직경을 얻을 수 있는, 회절 한계 성능을 갖는 대물 렌즈의 개구수를 가리키는 것으로 한다.
또한, 상기에 있어서의 정보의 기록이라 함은, 상기와 같은 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 정보를 기록하는 것을 말한다. 또한, 본 명세서에 있어서 정보의 재생이라 함은, 상기와 같은 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 기록된 정보를 재생하는 것을 말한다. 본 발명에 의한 대물 렌즈는, 기록만 혹은 재생만을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋고, 기록 및 재생의 양 쪽을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또한, 어떤 광정보 기록 매체에 대해서는 기록을 행하고, 다른 광정보 기록 매체에 대해서는 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋고, 어떤 광정보 기록 매체에 대해서는 기록 또는 재생을 행하고, 다른 광정보 기록 매체에 대해서는 기록 및 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또, 여기서 말하는 재생이라 함은, 단순히 정보를 판독하는 것을 포함하는 것이다.
제1항에 기재된 발명에 따르면, 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되는 제1 광학 소자와, 적어도 1개의 광학면 상에 복수의 링형 영역으로 분할되어 인접하는 링형 영역끼리가 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생하도록 형성된 링형 구조가 형성된 제2 광학 소자가 구비되어 있으므로, 제1 광학 소자의 광원측 광학면의 곡률을 크게 설정하여 대물 렌즈 유닛의 고개구수화를 도모할 수 있는 동시에, 제2 광학 소자의 광학면의 곡률을 비교적 작게 설정하여 링형 구조의 단차 부분에 의한 그림자의 영향을 작게 함으로써, 레이저 빔의 이용 효율이 높은 대물 렌즈 유닛을 얻을 수 있다.
또한, 제2 광학 소자의 링형 구조의 수차 보정 기능을 이용하여, 대물 렌즈 유닛에 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 하거나, 색 수차를 보정하거나, 온도 특성 수차를 보정하는 것이 가능해진다.
또한, 링형 구조를 비교적 광학면의 곡률이 작은 제2 광학 소자로 형성함으로써, 수차 보정 기능을 실현하기 위한 링형 구조의 피치가 커지기 때문에, 고정밀도로 링형 구조를 형성하는 것이 가능해진다.
여기서 말하는 수차라 함은, 색 수차, 온도 특성 수차나, 광정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 바뀌었을 때에 발생하는 구면 수차의 변화 등을 가리킨다.
또한, 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 이들 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 소정의 상대 위치에 고정 가능하게 형성되어 있으므로, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자와의 상대 위치 결정이 고정밀도 또한 용이하게 실현된다. 따라서, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 각각 성형한 후에, 이들을 조합하여 대물 렌즈 유닛을 고정밀도로, 또한 용이하게 조립할 수 있다.
제2항에 기재된 발명은, 제1항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)와 상기 제2 광학 소자(A)는, 각각 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 한다.
제2항에 기재된 발명에 따르면, 유리 재료의 비용이 절감되는 동시에 금형을 이용하여 링형 구조를 구비하는 광학 소자를 사출 성형에 의해 대량 생산함으로써, 대물 렌즈 유닛을 저렴하게 제조할 수 있다.
제3항에 기재된 발명은, 제1항 또는 제2항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)의 근축 파워를 P1[㎜－1]로 하고, 상기 제2 광학 소자(A)의 근축 파워를 P2[㎜－1]로 하였을 때, 식
｜P2／P1｜ ≤ 0.2
를 만족시키는 것을 특징으로 한다.
제3항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 또는 제2항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 제2 광학 소자의 근축 파워가 작아지기 때문에, 제2 광학 소자의 광학면의 곡률을 작게 할 수 있다. 그 결과, 링형 구조의 단차 부분에 의한 그림자의 영향을 작게 할 수 있으므로, 레이저 빔의 이용 효율의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 제2 광학 소자의 링형 구조가 형성된 광학면의 곡률이 작아짐으로써, 곡률이 작아지는 경향이 있는 제1 광학 소자의 광학면 상에 이러한 링형 구조를 형성하는 경우보다도 링형 구조의 피치를 크게 확보할 수 있으므로, 링형 구조 형상의 제조 오차에 기인하여 발생하는 레이저 빔의 이용 효율의 저하를 작게 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 제2 광학 소자의 근축 파워를 작게 함으로써 대물 렌즈와 광정보 기록 매체와의 거리(작동 거리)를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
제4항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 링형 구조가 인접하는 링형 영역은 서로 광축 방향으로 변이하여 형성됨으로써, 상기 소정의 광로차를 발생하는 것을 특징으로 한다.
제5항에 기재된 발명은, 제4항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 링형 구조는 입사광을 회절시키는 기능을 갖는 회절 구조인 것을 특징으로 한다.
여기서, 회절 구조가 형성된 광학면(회절면)이라 함은, 광학 소자의 표면, 예를 들어 렌즈의 표면에 릴리프를 설치하여 입사 광속을 회절시키는 작용을 갖게 하는 면을 말하고, 동일 광학면에 회절을 발생하는 영역과 발생하지 않는 영역이 있는 경우는, 회절을 발생하는 영역을 말한다. 또한, 회절 구조 또는 회절 패턴이라 함은, 이 회절을 발생하는 영역인 것을 말한다. 릴리프의 형상으로서는, 예를 들어 광학 소자의 표면에 광축을 중심으로 하여 대략 동심원형의 링형 영역으로서 형성되고, 광축을 포함하는 평면에서 그 단면을 보면 각 링형 영역은 톱니형, 혹은 계단형과 같은 형상이 알려져 있지만, 그와 같은 형상을 포함하는 것이다.
일반적으로, 회절 구조가 형성된 광학면(회절면)으로부터는, 0차 회절광, ±1차 회절광, ±2차 회절광, …으로 무수한 차수의 회절광이 생기지만, 예를 들어 상기와 같은 자오 단면이 톱니형이 되는 릴리프를 갖는 회절면의 경우는, 특정한 차수의 회절 효율을 다른 차수의 회절 효율보다도 높게 하거나, 경우에 따라서는 특정한 1개의 차수(예를 들어, ＋ 1차 회절광)의 회절 효율을 거의 100 ％로 하도록 이 릴리프의 형상을 설정할 수 있다. 본 발명에 있어서,「회절 구조가 파장 λB, 회절 차수 n에서 최적화되어 있음」이라 함은, 파장(λB)의 빛이 입사하였을 때에, 회절 차수(n)의 회절광의 회절 효율이 이론적으로 100 ％가 되도록, 회절 구조(릴리프)의 형상을 설정하는 것을 가리킨다.
제6항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 링형 구조는, 적어도 상기 제1 광학 소자(B)에서 발생하는 색 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
제6항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 링형 구조에 의해 적어도 상기 제1 광학 소자에서 발생하는 색 수차가 보정된다.
따라서, 광정보 기록 매체에 대한 데이터의 판독 상태로부터 기입 상태로 절환될 때의 레이저 파장의 순간적 변화(모드홉)가 생겨도, 이에 의한 색 수차를 보정할 수 있다.
특히, 고밀도 DVD 등에 있어서는 사용하는 레이저의 파장이 CD나 DVD 등에 비해 짧기 때문에, 렌즈의 분산에 의해 색 수차가 발생되기 쉽지만, 광정보 기록 매체에 데이터를 기록할 때의 에러를 방지할 수 있다.
제7항에 기재된 발명은, 제6항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서 사용 파장이 500 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.
제8항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)는 플라스틱 렌즈이며,
상기 링형 구조는 상기 제1 광학 소자(B)의 굴절율 변화에 기인하여 발생하는 구면 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 굴절율 변화라 함은, 제1 광학 소자의 온도 변동 등에 의해 생기는 것이다.
제9항에 기재된 발명은, 제8항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
화상측 개구수가 0.75 이상인 것을 특징으로 한다.
제10항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 대물 렌즈 유닛(1, 2)은 상기 정보 기록면(M1r 내지 M3r)을 보호하기 위한 투명 기판의 두께와, 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 빛의 파장이 서로 다른 복수 종류의 상기 광정보 기록 매체(고밀도 DVD)(M1), (DVD)(M2), (CD)(M3)의 정보 기록면(M1r 내지 M3r)에 광속(레이저)(L1 내지 L3)을 집광시키기 위해 이용되고,
상기 링형 구조는 상기 각 광정보 기록 매체(M1 내지 M3)의 투명 기판의 두께 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차, 및/또는 상기 각 광정보 기록 매체(M1 내지 M3)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 빛의 파장 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 투명 기판이라 함은, 광정보 기록 매체(광디스크)의 정보 기록면을 보호하기 위해 정보 기록면의 광속 입사면측에 형성된 광학적으로 투명한 평행 평판을 가리키고, 투명 기판의 두께라 함은, 상기 평행 평판의 두께를 가리킨다. 광원으로부터 사출된 광속은, 대물 렌즈에 의해 상기 투명 기판을 거쳐서 광정보 기록 매체(광디스크)의 정보 기록면 상에 집광된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 고밀도 DVD로서는 일예로서 예를 든 O.1 ㎜의 투명 기판을 갖는 광정보 기록 매체 외에, 다른 두께의 투명 기판을 갖는 것이나 투명 기판의 두께가 0, 즉 투명 기판을 갖지 않는 것도 포함된다.
제10항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 링형 구조에 의해 각 광정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차, 및/또는 각 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 빛의 파장 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차가 보정되므로, 대물 렌즈 유닛에 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 할 수 있다.
제11항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)의 근축 파워를 P1[㎜－1]이라 하고, 상기 제1 광학 소자(B)의 광축 상의 두께를 T1[㎜]이라 하였을 때, 식
0.8 ≤P1 ·T1 ≤1.8
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
제11항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 상고 특성이 양호하고, 또한 충분한 작동 거리가 확보된 경량인 대물 렌즈 유닛을 얻을 수 있다. 즉, 상기 식의 하한 이상이면, 상고 특성을 파면 수차로 평가하였을 때의 3차 비점 수차 성분이 지나치게커지지 않아, 5차 이상의 고차 코마 수차 성분이 지나치게 커지지 않는다. 또, 제1 광학 소자의 모서리 두께를 충분히 확보할 수 있다. 상한 이하이면, 상고 특성을 파면 수차로 평가하였을 때의 3차 구면 수차 성분이 지나치게 커지지 않아, 5차 비점 수차 성분이 지나치게 커지지 않고, 3차 코마 성분이 지나치게 커지지 않아, 비점 격차가 지나치게 커지지 않는다. 또한, 충분한 작동 거리를 확보할 수 있는 동시에, 제1 광학 소자의 체적이 지나치게 커지지 않으므로 액튜에이터에 가해지는 부담을 경감할 수 있다.
제12항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)는 굴절 렌즈인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 굴절 렌즈라 함은, 입사한 광선의 방향을 바꾸는 데 굴절 작용만을 이용하는 광학 소자를 가리키고, 광학면 상에 복수의 링형 영역으로 분할된 링형 구조를 갖는 광학 소자(예를 들어, 회절 작용을 갖는 광학 소자)는 본 명세서에 있어서는 굴절 렌즈에는 포함되지 않는 것으로 한다.
제13항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 링형 구조는 비구면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제14항에 기재된 발명은, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛(1, 2)에 있어서,
상기 제1 광학 소자(B)의 플랜지부(B2)와 제2 광학 소자(A)의 플랜지부(A2)는 서로 끼워 맞춤 및 접촉 가능한 형상으로 형성됨으로써, 상기 제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)를 소정의 상대 위치에 고정 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
제14항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 서로 끼워 맞춤 및 접촉 가능한 형상으로 형성되어 있으므로, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자와의 상대 위치 결정이 한층 더 고정밀도로, 또한 용이하게 실현된다. 따라서, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 각각 성형한 후에, 이들을 조합하여 대물 렌즈 유닛을 한층 더 고정밀도로, 또한 용이하게 조립할 수 있다.
제15항에 기재된 발명인 광픽업 장치(1, 2)는, 예를 들어 도1 내지 도4에 도시한 바와 같이, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 대물 렌즈 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제15항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 구비하는 광픽업 장치를 얻을 수 있다.
제16항에 기재된 발명인 광학식 정보 기록 재생 장치(고밀도 DVD용 기록 재생 장치, 혹은 고밀도 DVD/DVD/CD 호환 기록 재생 장치)는, 제15항에 기재된 광픽업 장치(3, 4)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제16항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 구비하는 광학식 정보 기록 재생 장치를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 대물 렌즈 유닛의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도1은 본 실시 형태의 대물 렌즈 유닛, 이를 구비하는 광픽업 장치 및 광학식 정보 기록 재생 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.
〔제1 실시 형태〕
본 실시 형태의 대물 렌즈 유닛(1)은 규격(기록 밀도)이 서로 다른 3 종류의 광디스크(고밀도 DVD, DVD 및 CD)에 대해 호환성을 갖고, 이들 광디스크에 정보를 기록 및/또는 재생하는 것이 가능하게 구성된 것이다.
이 대물 렌즈 유닛은 양면이 비구면이 되고 이 비구면 상에 링형 구조가 형성된 제2 광학 소자(A)와, 양면이 비구면으로 형성되어 집광 기능을 구비하는 제1 광학 소자(B)로 구성되어 있다.
제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)는 각각 플라스틱으로 형성되어 있고, 광학 기능부(B1, A1)와 그 주연에 형성된 플랜지부(B2)를 구비하고 있다. 그리고, 제1 광학 소자(B)의 플랜지부(B2)와 제2 광학 소자(A)의 플랜지부(A2)는 서로 끼워 맞춤 또한 접촉 가능한 형상으로 형성되고, 제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)를 소정의 상대 위치에 고정 가능하게 되어 있다.
제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)를 서로 끼워 맞춤 또한 접촉하고, 소정의 상대 위치에 고정하기 위해서는, 그들 소자의 플랜지부를 그들 소자의 양쪽 또는 한 쪽에 있어서 상대측 방향으로 적절하게 길게 함으로써 행할 수 있다. 여기서 말하는 상대측 방향이라 함은, 그들 소자의 광축 방향에서의 서로 마주보는 측이고, 예를 들어 제1 광학 소자(B)에 대해서는 광원측 방향, 제2 광학 소자(A)에대해서는 광정보 기록 매체측 방향을 나타내고 있다. 이러한 방향으로 플랜지부를 길게 하면, 플라스틱 성형을 행할 때에 플랜지의 광축 방향 수축량이나 벤딩량이 커지기 때문에, 일체적으로 형성되어 있는 광학 기능부의 광학면이 변형되어 버릴 가능성이 커진다. 제1 광학 소자(B)는 고개구수 소자인 것으로부터 요구되는 광학면 형상 정밀도가 특히 높고, 제2 광학 소자(A)와 비교하여 플랜지부의 수축이나 벤딩에 의해 받는 영향이 크다. 그로 인해, 특히 제1 광학 소자(B)의 플랜지부(B2)보다도 제2 광학 소자(A)의 플랜지부(A2)를 길게 한 형상으로 하는 것이 바람직하다.
여기서 말하는 끼워 맞춤이라 함은, 광축에 수직인 방향의 위치 결정을 행하는 것이고, 접촉이라 함은 광축 방향의 위치 결정을 행하는 것이다.
광픽업 장치(3, 4) 및 광학식 정보 기록 재생 장치는, 광정보 기록 매체인 고밀도 DVD, DVD, CD의 각각에 대해, 반도체 레이저 발진기(LD1)로부터 출사된 파장이 405 ㎚인 레이저(광속), 반도체 레이저 발진기(LD2)로부터 출사된 파장 650 ㎚의 레이저, 반도체 레이저 발진기(LD3)로부터 출사된 파장 780 ㎚의 레이저에 의해, 그들의 정보 기록면으로부터 정보를 판독하도록 구성되어 있다.
고밀도 DVD(M1)에 데이터를 기록 및/또는 재생하는 경우에는, 반도체 레이저(LD1)로부터 출사된 파장 405 ㎚의 레이저(L1)가 빔 셰이퍼(SH1)를 통과하여 정형된 후 콜리메이터(CL)에 의해 평행광이 되고, 빔 스플리터(BS4, BS5)를 통과하여 대물 렌즈 유닛(1)을 향한다. 그리고, 대물 렌즈 유닛(1)에 의해 투명 보호 기판을 갖는 고밀도 DVD(M1)의 정보 기록면(M1r)에 레이저광이 집광된다.
정보 기록면(M1r)에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사된 레이저(L1)는, 다시 대물 렌즈 유닛(1), 빔 스플리터(BS5, BS4), 콜리메이터(CL)를 지나 빔 스플리터(BS1)에 의해 반사되고, 원통형 렌즈(L11)에 의해 비점 수차가 부여되어 오목 렌즈(L12)를 지나 광검출기(PD1) 상에 입사하고, 광검출기(PD1)로부터 출력되는 신호를 이용하여 고밀도 DVD(M1)에 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.
DVD(M2)에 데이터를 기록 및/또는 재생하는 경우에는, 반도체 레이저(LD2)로부터 출사된 파장 650 ㎚의 레이저(L2)가 빔 스플리터(BS2)를 통과하고, 빔 스플리터(BS4)에서 반사되어 빔 스플리터(BS5)를 통과하여 대물 렌즈 유닛(1)을 향한다. 그리고, 대물 렌즈 유닛(1)에 의해 투명 보호 기판을 갖는 DVD(M2)의 정보 기록면(M2r)에 레이저광이 집광한다.
정보 기록면(M2r)에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사한 레이저(L2)는, 다시 대물 렌즈 유닛(1), 빔 스플리터(B5)를 지나 빔 스플리터(BS4, BS3)에서 반사되고, 원통형 렌즈(L21)에 의해 비점 수차가 부여되어 오목 렌즈(L22)를 지나 광검출기(PD2) 상에 입사하고, 광검출기(PD2)로부터 출력되는 신호를 이용하여 DVD(M2)에 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.
CD(M3)에 데이터를 기록 및/또는 재생하는 경우에는, 반도체 레이저(LD3)로부터 출사된 파장 780 ㎚의 레이저(L3)가 빔 스플리터(BS3)를 통과하고, 빔 스플리터(BS5)에서 반사되어 대물 렌즈 유닛(1)을 향한다. 그리고, 대물 렌즈 유닛(1)에 의해, 투명 보호 기판을 갖는 CD(M3)의 정보 기록면(M3r)에 레이저광이 집광한다.
정보 기록면(M3r)에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사한 레이저(L3)는, 다시 대물 렌즈 유닛(1) 및 빔 스플리터(BS5, BS3)에서 반사되고, 원통형 렌즈(L31)에 의해 비점 수차가 부여되어 오목 렌즈(L32)를 지나 광검출기(PD3) 상에 입사하고, 광검출기(PD3)로부터 출력되는 신호를 이용하여 CD(M3)에 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.
각 광정보 기록 매체(고밀도 DVD, DVD, CD)의 기록/재생시에는, 광검출기(PD1 내지 PD3) 상에서의 스폿의 형상 변화 및 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 포커싱 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출 결과에 의거하여, 2차원 액튜에이터가 반도체 레이저 발진기(LD1 내지 LD3)로부터의 레이저(L1 내지 L3)를 각 광정보 기록 매체(고밀도 DVD, DVD, CD)(M1 내지 M3)의 정보 기록면(M1r 내지 M3r) 상에 결상하도록 대물 렌즈 유닛(1)을 이동시키는 동시에, 반도체 레이저 발진기(LD1 내지 LD3)로부터의 레이저(L1 내지 L3)를 소정의 트랙에 결상하도록 대물 렌즈 유닛(1)을 이동시킨다.
광학 소자(A)는 양면[광학면(S1, S2)]의 비구면 상에 링형 영역형의 회절 구조가 형성되어 있고, 이 근축 파워는 대략 0으로 되어 있다.
또한, 광학 소자(B)는 고밀도 DVD(M1)의 투명 보호 기판(두께 0.1 ㎜)에 대해 수차 보정이 이루어진 플라스틱 렌즈이며, 설계 파장은 405 ㎚, 초점 거리는 2.2 ㎜, 기록 매체측의 개구수는 0.85이다.
제1 광학 소자(B)를 DVD(M2)(파장 650 ㎚, 기록 매체측 개구수 0.65, DVD의 투명 보호 기판 두께 0.6 ㎜)나 CD(M3)(파장 780 ㎚, 기록 매체측 개구수 0.50, 투명 보호 기판 두께 1.2 ㎜)에 대한 데이터의 기록/재생에 이용한 경우, 투명 보호기판의 두께 차이에 의해 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다.
광학 소자(B)에 대해 발산 광속을 입사시킴으로써, 이 보정 과잉으로 변화한 구면 수차의 3차 구면 수차 성분을 제거하였다고 해도, 고차 구면 수차 성분이 잔류해 버려, 이 상태에서는 DVD(M2)나 CD(M3)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 없다.
또한, 고밀도 DVD(M1)용 광원인 청자색 레이저(LD1)는, 모드홉에 의해 1 ㎚ 정도 그 발진 파장이 변화한다고 일컬어지고 있지만, 광학 소자(B)는 입사하는 빛의 파장이 설계 파장보다 1 ㎚ 긴 406 ㎚가 되면, 파면 수차로 평가하였을 때의 최량 상점 위치가 0.49 ㎛ 변화하고, 이에 의해 디포커스 성분이 부가되어 파면 수차가 0.162 λrms로 열화된다. 따라서, 제1 광학 소자(B)를 단독으로 사용한 경우, 모드홉시에 고밀도 DVD에 대한 집광 성능이 현저하게 열화되므로, 안정된 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 없다.
또한, 제1 광학 소자(B)의 온도 상승에 수반하는 굴절율의 변화를 － 9.0 ×10－5/℃, 온도 상승에 수반하는 청자색 반도체 레이저의 파장 변화율을 0.05 ㎚/℃라 가정하면, 광학 소자(B)는 30 ℃의 온도 상승에 의해 보정 과잉 방향으로 구면 수차가 변화하고, 고밀도 DVD(M1)의 기록 및/또는 재생시의 파면 수차가 0.145 λrms로 열화한다. 따라서, 제1 광학 소자(B)를 단독으로 사용한 경우, 온도 변화시에 고밀도 DVD(M1)에 대한 집광 성능이 현저하게 열화되므로, 안정된 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 없다.
본 실시 형태의 대물 렌즈 유닛(1)은, 제2 광학 소자(A)에 형성된 회절 구조의 회절 작용을 이용함으로써, 상기한
(1) 투명 보호 기판의 두께 차이에 의한 구면 수차의 변화,
(2) 청자색 반도체 레이저(LD2)의 모드홉에 의해 발생하는 최량 상점 위치의 변화,
(3) 온도 변화에 수반하는 굴절율 변화에 의해 발생하는 구면 수차의 변화를 보정하고 있다.
본 실시 형태의 대물 렌즈 유닛(1)은, 정보의 기록 및/또는 재생용 빛으로서, 고밀도 DVD에 대해서는 제2 광학 소자(A)의 회절 구조에서 발생하는 6차 회절광을, DVD에 대해서는 제2 광학 소자(A)의 회절 구조에서 발생하는 4차 회절광을, CD에 대해서는 제2 광학 소자(A)의 회절 구조에서 발생하는 3차 회절광을 각각 사용한다.
제2 광학 소자(A)의 양면 상(표 1에 있어서의 제1면 및 제2면)에는, 표 2에 나타낸 링형 영역형 회절 구조가 형성되어 있고, 파장 415 ㎚, 회절 차수 6에서 회절 효율이 이론적으로 100 ％가 되도록 최적화되어 있다.
제1 광학 소자(B)의 광학면(S1, S2) 및 제2 광학 소자(A)의 광학면(S3, S4)은, 〔수학식 1〕에서 나타내는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
여기서, Z는 광축 방향의 축(빛의 진행 방향을 정으로 함), h는 광축과 수직 방향인 축(광축으로부터의 높이), r은 근축 곡률 반경, κ는 원뿔 계수, A는 비구면 계수이다.
또한, 일반적으로 회절 구조의 피치는 광로차 함수를 사용하여 정의된다. 구체적으로는, 광로차 함수(φb)는 단위를 ㎜로 하여〔수학식 2〕에 나타낸다.
표 1에, 제1 광학 소자(B)와 제1 광학 소자(A)의 렌즈 데이터를 나타낸다. 여기서, 예를 들어「－ 2.6004E－02」는「－ 2.6004 ×10－2」을 의미한다.
이하에, 제2 광학 소자(A)에 의한 상기 (1) 내지 (3)의 보정 결과를 나타낸다.
투명 보호 기판의 두께 차이에 의한 구면 수차의 변화
고밀도 DVD DVD(발산 광속 입사) CD(발산 광속 입사)
광학 소자(B)만 0.002 λrms 0.037 λrms 0.056 λrms
대물 렌즈 유닛[광학 소자(A)＋ 광학 소자(B)] 0.004 λrms 0.002 λrms 0.006 λrms
청자색 반도체 레이저 발진기의 모드홉(＋ 1 ㎚)에 의해 발생하는 최량 상점 위치의 변화
최량 상점 위치의 변화 디포커스 성분 포함파면 수차
광학 소자(B)만 0.49 ㎛ 0.162 λrms
대물 렌즈 유닛[광학 소자(A)＋ 광학 소자(B)] 0.004 ㎛ 0.030 λrms
30 ℃의 온도 상승에 수반하는 굴절율의 저하에 의해, 고밀도 DVD의 기록/재생시에 발생하는 구면 수차
파면 수차
광학 소자(B)만 0.145 λrms
대물 렌즈 유닛[광학 소자(A) ＋ 광학 소자(B)] 0.031 λrms
표 3에 나타낸 바와 같이, 제1 광학 소자(B)를 DVD(M2)나 CD(M3)에 이용한 경우에는, 발산 광속을 입사시킴으로써 3차 구면 수차 성분을 제거하였다고 해도 고차 구면 수차 성분이 잔류해 버리지만, 제2 광학 소자(A)와 조합하여 사용함으로써 3차 구면 수차 성분에다가 고차 구면 수차 성분도 양호하게 보정하는 것이 가능하다.
또한, 이상과 같이 회절 구조의 최적화 파장과 최적화 차수를 결정함으로써, 각 정보 기록 매체(고밀도 DVD, DVD, CD)(M1 내지 M3)에 대한 데이터의 기록/재생용 회절광에 대해, 이하에 나타낸 바와 같이 높은 회절 효율을 얻을 수 있다.
고밀도 DVD(405 ㎚, 6차 회절광) : 93 ％
DVD (650 ㎚, 4차 회절광) : 91 ％
CD (780 ㎚, 3차 회절광) : 88 ％
또한, 제2 광학 소자(A)의 회절 구조는 DVD 및 CD의 기록 및/또는 재생시에 필요한 광속보다도 외측의 레이저가 빔 스폿의 형성에 기여하지 않도록 설정되어 있다.
즉, DVD의 기록/재생시에 있어서는 적색 반도체 레이저 발진기(LD2)로부터 대물 렌즈 유닛(1)에 입사하는 레이저(L2) 중, 상측 개구수 0.65 이상의 광속은 도5의 구면 수차도에 나타낸 바와 같이 큰 구면 수차를 갖는다.
또한, CD의 기록/재생시에 있어서는 적외 반도체 레이저 발진기(LD3)로부터 대물 렌즈 유닛(1)에 입사하는 레이저(L3) 중, 상측 개구수가 0.50 이상인 광속은 도6의 구면 수차도에 나타낸 바와 같이 큰 구면 수차를 갖는다.
이에 의해, 각 광정보 기록 매체에 따라서 자동적으로 개구의 절환이 행해지므로, 별도의 개구 절환 수단(조리개 등)을 마련할 필요가 없다.
또한, 표 4에 나타낸 바와 같이 고밀도 DVD(M1)의 기록/재생시에 제1 광학 소자(B)를 단일 부재로 사용한 경우, 청자색 반도체 레이저(L1)의 모드홉시에 고밀도 DVD에 대한 집광 성능이 현저하게 열화되지만, 광학 소자(A)와 조합하여 사용함으로써 청자색 반도체 레이저의 모드홉에 의한 최량 상점 위치의 변화를 작게 억제할 수 있다.
도3의 구면 수차도에 도시한 바와 같이, 광학 소자(A)의 회절 구조의 작용에의해 입사하는 빛의 파장이 길어진 경우에, 대물 렌즈 유닛의 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하는 파장 특성을 갖게 함으로써, 온도 상승시의 굴절율 저하에 의해 광학 소자(B)에서 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차를 온도 상승시의 청자색 반도체 레이저의 발진 파장의 장파장측으로의 시프트에 의해 보정 부족 방향으로 시프트하는 구면 수차로 상쇄할 수 있다. 그 결과, 표 5에 나타낸 바와 같이 대물 렌즈 유닛의 온도 상승시의 구면 수차 변화를 작게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제2 광학 소자(A)의 각각의 광학면의 파워와, 회절 구조의 회절 파워의 합이 대략 0이기 때문에, 제2 광학 소자(A)에 입사한 광속은 거의 그 방향을 바꾸지 않고 제1 광학 소자(B)에 입사한다. 따라서, 깊은 볼록면인 제1 광학 소자(B)의 광원측 광학면 상에 회절 구조를 형성하는 경우에 발생하는 그림자의 영향에 의한 회절 효율의 저하가 거의 일어나지 않는다.
또한, 제2 광학 소자(A)는 양면형으로 회절 구조를 형성함으로써, 한 쪽 광학면 상에 회절 구조를 형성하는 경우에 비해 인접하는 회절 구조의 간격을 넓힐 수 있다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 제2 광학 소자(A)의 유효 직경 내에 있어서, 인접하는 회절 구조 간격의 최소치는 약 20 ㎛이다. 따라서, 금형의 가공 오차나 성형 오차에 의해 회절 구조의 형상이 설계상의 형상으로부터 어긋난 경우라도, 불필요 차수광의 발생에 의한 회절 효율의 저하를 작게 억제할 수 있다.
또한, 제1 광학 소자(B)와 제1 광학 소자(A)는 모두 플라스틱 렌즈이고, 광학 기능부(B1, A1)면과 일체적으로 성형된 플랜지부(B2, A2)로 서로 끼워 맞춤 또한 접촉되어 있고, 액튜에이터에 의해 일체가 되어 구동되므로 항상 양호한 트래킹 특성을 얻을 수 있다.
또한, 광학 소자(B)의 유효 직경 재주연부에 형성된 단차(Δ)(도2 참조)는, 입사 광속을 규제하기 위한 조리개의 기능을 갖고 있다.
〔제2 실시 형태〕
도8은, 도1의 광픽업 장치(3)의 변형예를 도시한 것이다. 도8의 광픽업 장치(4)에 있어서는, 대물 렌즈 유닛(2)의 제2 광학 소자(A)의 광학면 상에 복수의 링형 영역으로 분할되고, 인접하는 링형 영역끼리가 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생시키도록 서로 광축 방향으로 변이하여 형성된 링형 구조를 구비한다.
대물 렌즈 유닛(2)은, 이 링형 구조의 작용에 의해 도1의 광픽업 장치(3)의 대물 렌즈 유닛(1)과 마찬가지로 규격이 다른 3 종류의 광디스크에 대해 호환성을 갖고, 이들 광디스크에 정보를 기록 및/또는 재생하는 것이 가능하다. 도8의 광픽업 장치(4)에 있어서, 대물 렌즈 유닛(2) 이외의 부위에 관해서는 도1의 광픽업 장치(3)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
또, 상기 실시 형태에서는 보정 기능을 제1 광학 소자(B)에만 구비하고 있으나, 이 보정 기능을 제1 광학 소자와 제2 광학 소자로 분담시켜도 좋다.
또한, 대물 렌즈 유닛(1)은 제1 광학 소자(B)와 제2 광학 소자(A)로 구성되어 있으나, 본 발명에 의한 대물 렌즈 유닛은 2개의 광학 소자로 구성되는 경우에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범위를 일탈하지 않는 한 3개 이상의 광학소자로 구성되는 경우도 포함된다. 그 경우에는, 인접하는 대향한 광학 소자 서로가 이상의 실시 형태에서 상세하게 서술한 바와 같이 광학 기능부와 일체적으로 형성된 플랜지부에 의해 소정의 상대 위치에 고정되는 것이 바람직한 것은 물론이다.
또한, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 각각 사출 성형에 의해 제작하는 예를 나타냈지만, 이들 광학 소자의 제작 방법으로서는 사출 성형에 한정하지 않고 사출 압축 성형이나 압축 성형 등의 다양한 성형 방법을 적용할 수 있다.
제1항에 기재된 발명에 따르면, 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되는 제1 광학 소자와, 적어도 1개의 광학면 상에 복수의 링형 영역으로 분할되어 인접하는 링형 영역끼리가 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생하도록 형성된 링형 구조가 형성된 제2 광학 소자가 구비되어 있으므로, 제1 광학 소자의 광원측 광학면의 곡률을 크게 설정하여 대물 렌즈 유닛의 고개구수화를 도모할 수 있는 동시에, 제2 광학 소자의 광학면의 곡률을 비교적 작게 설정하여 링형 구조의 단차 부분에 의한 그림자의 영향을 작게 함으로써, 레이저 빔의 이용 효율이 높은 대물 렌즈 유닛을 얻을 수 있다.
또한, 제2 광학 소자의 링형 구조의 수차 보정 기능을 이용하여, 대물 렌즈 유닛에 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 하거나, 색 수차를 보정하거나, 온도 특성 수차를 보정하는 것이 가능해진다.
또한, 링형 구조를 비교적 광학면의 곡률이 작은 제2 광학 소자로 형성함으로써, 수차 보정 기능을 실현하기 위한 링형 구조의 피치가 커지기 때문에, 고정밀도로 링형 구조를 형성하는 것이 가능해진다.
여기서 말하는 수차라 함은, 색 수차 및 온도 특성 수차나 광정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 바뀌었을 때에 발생하는 구면 수차의 변화 등을 가리킨다.
또한, 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 이들 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 소정의 상대 위치에 고정 가능하게 형성되어 있으므로, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자와의 상대 위치 결정이 고정밀도로 또한 용이하게 실현된다. 따라서, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 각각 성형한 후에, 이들을 조합하여 대물 렌즈 유닛을 고정밀도로, 또한 용이하게 조립할 수 있다.
제2항에 기재된 발명에 따르면, 유리 재료의 비용이 절감되는 동시에 금형을 이용하여 링형 구조를 구비하는 광학 소자를 사출 성형에 의해 대량 생산함으로써, 대물 렌즈 유닛을 저렴하게 제조할 수 있다.
제3항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 또는 제2항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 제2 광학 소자의 근축 파워가 작아지기 때문에, 제2 광학 소자의 광학면의 곡률을 작게 할 수 있다. 그 결과, 링형 구조의 단차 부분에 의한 그림자의 영향을 작게 할 수 있으므로, 레이저 빔의 이용 효율의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 제2 광학 소자의 링형 구조가 형성된 광학면의 곡률이 작아짐으로써, 곡률이 작아지는 경향이 있는 제1 광학 소자의 광학면 상에 이러한 링형 구조를 형성하는 경우보다도 링형 구조의 피치를 크게 확보할 수 있으므로, 링형 구조 형상의 제조 오차에 기인하여 발생하는 레이저 빔의 이용 효율의 저하를 작게 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 제2 광학 소자의 근축 파워를 작게 함으로써 대물 렌즈와 광정보 기록 매체와의 거리(작동 거리)를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
제6항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 링형 구조에 의해 적어도 상기 제1 광학 소자에서 발생하는 색 수차가 보정된다.
따라서, 광정보 기록 매체에 대한 데이터의 판독 상태로부터 기입 상태로 절환할 때의 레이저 파장의 순간적 변화(모드홉)가 생겨도 이에 의한 색 수차를 보정할 수 있다.
특히, 고밀도 DVD 등에 있어서는 사용하는 레이저 파장이 CD나 DVD 등에 비해 짧기 때문에, 렌즈의 분산에 의해 색 수차가 발생되기 쉽지만, 광정보 기록 매체에 데이터를 기입할 때의 에러를 방지할 수 있다.
제10항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 링형 구조에 의해 각 광정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차 및/또는 각 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 빛의 파장 차이에 기인하여 발생하는 구면 수차가 보정되므로, 대물 렌즈 유닛에 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대한 호환성을 갖게 할 수 있다.
제11항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 상고 특성이 양호하면서 또한 충분한 작동 거리가 확보된 경량인 대물 렌즈 유닛을 얻을 수 있다. 즉, 상기 식의 하한이상이면 상고 특성을 파면 수차로 평가하였을 때의 3차 비점 수차 성분이 지나치게 커지지 않아, 5차 이상의 고차 코마 수차 성분이 지나치게 커지지 않는다. 또한, 제1 광학 소자의 모서리 두께를 충분히 확보할 수 있다. 상한 이하이면, 상고 특성을 파면 수차로 평가하였을 때의 3차 구면 수차 성분이 지나치게 커지지 않아, 5차 비점 수차 성분이 지나치게 커지지 않고, 3차 코마 성분이 지나치게 커지지 않아, 비점 수차가 지나치게 커지지 않는다. 또, 충분한 작동 거리를 확보할 수 있는 동시에 제1 광학 소자의 체적이 지나치게 커지지 않으므로, 액튜에이터에 가해지는 부담을 경감할 수 있다.
제14항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 서로 끼워 맞춤 및 접촉 가능한 형상으로 형성되어 있으므로, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 상대 위치 결정이 한층 더 고정밀도로, 또한 용이하게 실현된다. 따라서, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 각각 성형한 후에, 이들을 조합하여 대물 렌즈 유닛을 한층 더 고정밀도로, 또한 용이하게 조립할 수 있다.
제15항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 구비하는 광픽업 장치를 얻을 수 있다.
제16항에 기재된 발명에 따르면, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발명과 동일한 효과를 구비하는 광학식 정보 기록 재생 장치를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 광픽업 장치에 있어서 광정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키는 대물 렌즈 유닛이며,
    상기 광정보 기록 매체에 대향하도록 배치되는 제1 광학 소자와,
    상기 제1 광학 소자에 대향하도록 제1 광학 소자의 광원측에 배치된 제2 광학 요소를 포함하고,
    상기 제2 광학 요소는 복수개의 링형 영역이 제2 광학 요소의 적어도 1개의 광학면 상에 형성되어 인접하는 링형 영역이 입사광에 대해 소정의 광로차를 발생시키는 링형 구조를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 광학 소자 각각은 광학 기능부와 그 주연에 형성된 플랜지부를 구비하고,
    상기 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 제1 및 제2 광학 소자를 소정의 상대 위치에 고정하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 소자 각각은 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈 유닛은 다음과 같은 식을 충족하는데,
    ｜P2／P1｜ ≤ 0.2
    여기서, P1은 제1 광학 소자의 근축 파워[㎜－1]이고, P2는 제2 광학 소자의 근축 파워[㎜－1]인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인접하는 링형 영역은 소정의 광로차를 발생하도록 광축 방향으로 상대적으로 변이하여 형성된 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 상기 링형 구조는 입사광을 회절시키는 회절 구조인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 상기 링형 구조는 제1 광학 소자에 의해 발생하는 색수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  7. 제6항에 있어서, 사용된 파장은 500 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자는 플라스틱 렌즈이고, 상기 링형 구조는 제1 광학 소자의 굴절율 변화에 의해 발생하는 구면 수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 화상측 개구수는 0.75 이상인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈 유닛은 정보 기록 매체의 정보 기록면을 보호하기 위한 투명 기판의 두께와 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 광속의 파장이 다른 것들의 두께 및 파장과는 상이한, 서로 다른 복수 종류의 광정보 기록 매체의 정보 기록면에 광속을 집광시키기 위해 이용되고, 상기 링형 구조는 서로 다른 복수 종류의 광정보 기록 매체 중에서 투명 기판의 두께 차이로 인해 발생하는 구면 수차, 및/또는 서로 다른 복수 종류의 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 광속의 파장 차이로 인해 발생하는 구면 수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  11. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈 유닛은 다음과 같은 식을 충족하는데,
    0.8 ≤P1 ·T1 ≤1.8
    여기서, P1은 제1 광학 소자의 근축 파워[㎜－1]이고, T1은 제1 광학 소자의 광축 상의 두께[㎜]인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자는 굴절 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  13. 제1항에 있어서, 상기 링형 구조는 비구면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자의 플랜지부와 제2 광학 소자의 플랜지부는 서로 끼워 맞춤 및 접촉 가능하도록 형성됨으로써, 제1 및 제2 광학 소자는 소정의 각각의 상대 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 유닛.
  15. 제1항에서 기술된 대물 렌즈 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  16. 제15항에서 기술된 광픽업 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 및/또는 재생 장치.
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