KR20040038719A - 광픽업 장치용 광학계 - Google Patents

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KR20040038719A
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기무라도오루
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코니카가부시끼가이샤
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Abstract

광학계는 익스팬더 렌즈 및 대물 렌즈를 구비한다. 다음 식이 만족된다. W1CM> W2CM, W1CM은 광축으로부터 떨어진 위치에 집광하도록 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때, 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고, W2CM는 상기 익스팬더 렌즈의 광축이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이다.

Description

광픽업 장치용 광학계{AN OPTICAL SYSTEM FOR USE IN AN OPTICAL PICKUP APPARATUS}
본 발명은, 광픽업 장치용 광학계, 광픽업 장치 및 광정보 기록 재생 장치에 관한 것으로, 특히 고밀도인 광정보 기록 또는 재생을 달성할 수 있는 광픽업 장치용 광학계, 광픽업 장치 및 광정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.
종래, CD(콤팩트 디스크) 또는 DVD(디지털 버서타일 디스크)로 대표되는 광디스크는 음악 정보나 화상 및 영상 정보의 축적 또는 프로그램 데이터와 같이 디지털 데이터의 보존에 넓게 사용된다. 또한, 최근에 있어서의 고도 정보화 사회의 도래와 함께 취급되는 정보의 양도 계속해서 팽대해지고 있고, 이들 광디스크의 대용량화가 강하게 요구되고 있다.
여기서, 광디스크에 있어서의 단위 면적당의 기록 용량(기록 밀도)의 향상은 광픽업 장치용 광학계로부터 얻을 수 있는 집광 스폿의 스폿 직경을 작게 함으로써 실현할 수 있다. 이 스폿 직경은 이미 알려져 있는 바와 같이 λ/NA(단, λ는 광원의 파장, NA는 대물 렌즈의 개구수)에 비례하므로, 스폿 직경을 작게 하기 위해서는 광픽업 장치에서 사용되는 광원의 단파장화 및 광픽업 장치용 광학계에 있어서 광디스크에 대향하여 배치되는 대물 렌즈의 고개구수화가 유효하다.
이 중, 광원의 단파장화에 관해서는 파장 400 ㎚ 정도의 빛을 발생하는 청자색 반도체 레이저나 SHG 청자색 레이저의 연구 및 개발이 급속하게 진전을 보이고 있으므로, 이들의 실용화도 가까워졌다고 할 수 있다. 이와 같은 단파장 광원을 사용하면, 기억 용량이 4.7 GB 정도인 종래의 DVD와 동일한 개구수 NA 0.65의 대물 렌즈를 사용하고, 또한 DVD와 동일한 직경 12 ㎝의 광디스크를 사용한 경우라도 이러한 광디스크에 대해 15 GB 정도의 정보 기록이 가능해진다.
또한, 대물 렌즈의 고개구수화에 관해서는 1매 또는 2매의 렌즈군으로 구성된 개구수가 0.85인 대물 렌즈의 연구가 진행되고 있다. 상술한 단파장 광원과 개구수가 0.85인 대물 렌즈를 조합하여 사용함으로써, 직경 12 ㎝의 광디스크에 대해 20 내지 30 GB 정도의 정보 기록이 가능해져, 한층 고밀도화를 달성할 수 있다.
그러나, 광원의 파장을 짧게 하고, 대물 렌즈의 개구수를 크게 하면, 다양한 오차 요인에 의해 구면수차가 용이하게 증대되어 광학 성능이 열화되는 문제가 있다. 예를 들어, 광디스크의 보호층 두께의 제조 오차, 대물 렌즈 두께의 제조 오차, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 굴절율 변화 등의 오차 요인이나, 2층 디스크의 층간 점프 등에 의해서도 구면수차가 즉시 증대된다. 그로 인해, 이러한 구면수차를 보정하기 위한 구성으로서, 2개의 렌즈군으로 구성된 익스팬더 렌즈를 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치하여 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군의 간격을 가변 조정하도록 한 광픽업 장치나, 광원으로부터 사출되는 발산 광속의 발산각을 변경하여 대물 렌즈로 유도하는 커플링 렌즈의 위치를 광축 방향으로 가변 조정하도록 한 광픽업 장치가 다음 특허문헌에 기재되어 있다.
[특허문헌 1]
일본 특허 공개 2000-131603호 공보
[특허문헌 2]
일본 특허 공개 2001-324673호 공보
그러나, 이들 광픽업 장치에서는 작동기에 의해 그 위치가 가변 조정되는 렌즈(이후에는 작동기에 의해 그 위치가 광축 방향으로 가변 조정되는 익스팬더 렌즈의 구성 렌즈군이나 커플링 렌즈를「가동 렌즈」라 칭함)와, 그 이외의 렌즈와의상대적인 위치 어긋남으로 인해, 집광 스폿의 코마수차가 증대되는 문제가 있었다. 이러한 문제는 익스팬더 렌즈의 렌즈군 간격을 작게 하거나, 익스팬더 렌즈의 배율을 크게 하거나, 커플링 렌즈의 개구수를 크게 함으로써 광픽업 광학계를 소형화한 경우에 특별히 현저히 나타나는 경향이 있다.
또한, 퍼스널 컴퓨터 용도나 차재 용도의 광정보 기록 재생 장치에 탑재하기 위해, 파장이 짧은 청자색 광원과 개구수가 큰 대물 렌즈를 사용하는 광픽업 장치에 있어서도 가까운 장래에 소형화가 요구되는 것이 예상되지만, 상술한 바와 같이 광픽업 장치용 광학계를 소형화하면, 가동 렌즈의 편심 오차에 대해 집광 성능이 대폭으로 열화되므로 편심 오차의 허용 범위가 좁아지고, 그에 의해 광픽업 장치용 광학계의 제조 비용이 증대되는 문제가 있다.
도1은 본 발명에 관한 제1 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도2는 본 발명에 관한 제1 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도3은 본 발명에 관한 제1 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도4는 본 발명에 관한 제1 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도5는 제1 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도6은 본 발명에 관한 제2 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도7은 본 발명에 관한 제2 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도8은 본 발명에 관한 제2 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도9는 본 발명에 관한 제2 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도.
도10은 제2 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도11은 제1 실시예에 관한 광픽업 장치용 광학계의 단면도.
도12는 제1 실시예에 관한 광픽업 장치용 광학계의 상고와 파면수차와의 관계를 나타내는 도면.
도13은 파면수차와 편심량과의 관계를 나타내는 도면.
도14는 제2 실시예에 관한 광픽업 장치용 광학계의 단면도.
도15는 제2 실시예에 관한 광픽업 장치용 광학계의 상고와 파면수차와의 관계를 나타내는 도면.
도16은 파면수차와 편심량과의 관계를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
OS1, OS2 : 광픽업 장치
OBJ : 대물 렌즈
EXP : 익스팬더 렌즈
CUL : 커플링 렌즈
LD : 반도체 레이저
AC1, AC2 : 작동기
ST : 조리개
PD : 광검출기
OD : 광디스크
본 발명은, 상술한 문제에 비추어 이루어진 것이며, 파장이 짧은 광원과, 개구수가 큰 대물 렌즈를 사용하여 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 익스팬더 렌즈 혹은 커플링 렌즈에 의해 집광 스폿의 구면수차를 보정하는 광픽업 장치용 광학계이며, 또한 가동 렌즈가 편심 오차를 가진 경우라도 집광 성능의 열화가 작은 광픽업 장치용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 소형화를 위해, 익스팬더 렌즈의 렌즈군 간격을 작게 하거나, 익스팬더 렌즈의 배율을 크게 하거나, 커플링 렌즈의 개구수를 크게 한 경우라도 가동 렌즈의 편심 오차에 대해 집광 성능의 열화가 작은 광픽업 장치용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 이 광픽업 장치용 광학계를 구비한 광픽업 장치, 혹은 광정보 기록 재생 장치를 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
제1항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 광속 직경을 변환하는(입사 광속 직경에 대해 출사 광속 직경을 변경함) 익스팬더 렌즈와, 상기 익스팬더 렌즈로부터의 광속을 집광하는 대물 렌즈를 구비한 광픽업 장치용 광학계에 있어서,
상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스포트의 코마수차를 W1CM(λrms)이라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
W1CM＞ W2CM
도1 내지 도4는, 본 발명의 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도이다. 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 원리를 예로 들어 설명한다. 본 발명에 관한 제1 광픽업 장치용 광학계(OS1)는, 도1에 도시한 바와 같이 도시하지 않은 광원으로부터 사출되어 도시하지 않은 콜리메이트 렌즈에 의해 평행 광속이 된 입사 광속의직경을 변환하는 익스팬더 렌즈(EXP)와, 이 익스팬더 렌즈(EXP)를 거친 광속을 광디스크(OD)의 보호층(DP)을 거쳐서 정보 기록면(DR) 상에 집광하는 대물 렌즈(OBJ)로 구성되어 있다. 대물 렌즈(OBJ)는 광원측에 배치된 제1 렌즈군(E1)과 광디스크(OD)측에 배치된 제2 렌즈군(E2)으로 구성되어 있고, 개구수가 0.80 이상이 되어 있다.
이 대물 렌즈(OBJ)의 각 렌즈군은 싱글 렌즈라도 좋고, 또한 복수매의 렌즈로 구성되는 것이라도 좋다. 또한, 이 제1 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서는, 대물 렌즈(OBJ)는 2개의 렌즈군(E1, E2)으로 구성되어 있지만, 이 대물 렌즈(OBJ)는 1개의 렌즈군으로 구성되는 것이라도 좋고, 혹은 3개 이상의 렌즈군으로 구성되는 것이라도 좋다. 또한, 익스팬더 렌즈(EXP)는 제1 렌즈군(L1) 및 제2 렌즈군(L2)으로 구성되어 있다. 제1 렌즈군(L1) 및 제2 렌즈군(L2)은 각각 단일 렌즈라도 좋고, 또한 복수매의 렌즈로 구성되는 것이라도 좋다. 또한, 익스팬더 렌즈(EXP)는 3개 이상의 렌즈군으로 구성되는 것이라도 좋다.
이 제1 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서는, 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)은 오목 렌즈군이고, 제2 렌즈군(L2)은 볼록 렌즈군이다. 또한, 익스팬더 렌즈(EXP)는 제1 렌즈군(L1)과 제2 렌즈군(L2)의 간격을 변경함으로써 대물 렌즈(OBJ)로 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 익스팬더 렌즈(EXP)는 대물 렌즈(OBJ)의 배율을 변화시킴으로써 정보 기록면(DR) 상의 집광 스폿의 구면수차를 캔슬하는 방향으로 작용하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
그런데, 청자색 광원의 파장을 설계 파장으로 한 개구수가 큰 대물 렌즈에서는 고개구수화에 대응한 구면수차 보정, 광디스크(OD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때의 작동 거리의 확보, 제조 오차에 대한 충분한 허용 공차의 확보, 소형화 등의 이유로부터 축외 특성에 있어서의 코마수차의 보정을 충분히 행할 수 없어 코마수차가 잔류되는 경우가 있다.
예를 들어, 개구수가 0.85인 대물 렌즈로서, 1개의 렌즈군으로 구성되는 것이나, 2개 이상의 복수의 렌즈군으로 구성되는 것이 각 회사에서 제안되고 있다. 이러한 고개구수의 대물 렌즈를 1개의 렌즈군으로 구성한 경우에는 광원측의 비구면의 법선과 광축이 이루는 각도가 커지는 경향이 있으므로, 다이아몬드 바이트에 의한 광학 소자 성형용 금형의 가공이 곤란해지는 문제가 있다. 또한, 상기 각도가 커지면, 광학면끼리의 광축 어긋남에 의해 용이하게 코마수차가 증대되어 집광 성능이 열화된다. 그로 인해, 1개의 렌즈군으로 구성되는 고개구수의 대물 렌즈의 설계에 있어서는, 상기 각도가 지나치게 커지지 않도록 하거나, 광학면끼리의 광축 어긋남에 대한 제조 공차를 충분히 확보하거나 할 필요가 있으므로, 축외 성능에 있어서의 코마수차가 축외 특성에 있어서의 코마수차의 보정을 충분히 행할 수 없어 코마수차가 잔류되는 경우가 있다.
한편, 이러한 고개구수의 대물 렌즈를 2개 이상의 복수의 렌즈군으로 구성한 경우에는, 광디스크에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때의 작동 거리의 확보, 구성 렌즈군을 조립할 때의 편심 오차에 대한 허용 공차의 확보, 소형화 등의 이유로부터 축외 성능에 있어서의 코마수차가 축외 특성에 있어서의 코마수차의 보정을 충분히 행할 수 없어 코마수차가 잔류되는 일이 많다.
여기서, 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서, 도2에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우, 익스팬더 렌즈(EXP)를 경유하여 대물 렌즈(OBJ)로 입사하는 광속은 획각을 가진 경사 광속이 된다. 대물 렌즈(OBJ)로서 상술한 바와 같이 축외 특성에 있어서의 코마수차가 잔류된 대물 렌즈를 사용하는 경우, 이 경사 광속의 입사에 의해 집광 스폿의 코마수차가 증대되어 그 집광 성능이 열화된다.
그래서, 이 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서는, 도3에 도시한 바와 같이 대물 렌즈(OBJ)의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W1CM(λrms)이라 하고, 도4에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)를 구성하는 모든 렌즈군과 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 이 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 익스팬더 렌즈(EXP)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 수학식 1을 만족시키도록 구성되어 있다.
W1CM＞ W2CM
즉, 이 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서는 대물 렌즈(OBJ) 단일 부재의축외 특성의 코마수차 W1CM(λrms)에 대해 이 대물 렌즈(OBJ)와 익스팬더 렌즈(EXP)를 조합한 경우의 축외 특성의 코마수차 W2CM(λrms)가 작아지는 익스팬더 렌즈(EXP)를 구비하고 있다. 이와 같이 광픽업 장치용 광학계(OS1)를 구성하면, 도2에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 억제할 수 있다. 이러한 코마수차의 증대를 효과적으로 억제하기 위해서는, 다음의 수학식 1'를 만족시키도록 광픽업 장치용 광학계(OS1)를 구성하는 것이 바람직하다.
[수학식 1']
(2/3) × W1CM＞ W2CM
제2항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 광속 직경을 변환하는 익스팬더 렌즈와, 상기 익스팬더 렌즈로부터의 광속을 집광하는 대물 렌즈를 구비한 광픽업 장치용 광학계에 있어서,
파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
H2 ＞ H1
제1항에 기재된 기술적 사상에 대해 다른 견해를 보면 제2항에 기재된 바와 같이 된다. 즉, 도1의 광픽업 장치용 광학계(OS1)는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고, 익스팬더 렌즈(EXP)를 구성하는 제1 렌즈군(L1)과 제2 렌즈군(L2)과 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 익스팬더 렌즈(EXP)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을 때, 다음 수학식 2를 만족시키도록 구성되어 있으므로, 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 억제할 수 있다.
H2 ＞ H1
특히, 도2에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 보다 효과적으로 억제하기 위해서는, 광픽업 장치용 광학계(OS1)를 제3항에 기재된 바와 같이 구성하는 것이 바람직하다.
제3항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 상기 익스팬더를 구성하는 렌즈군 중, 임의의 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치하는 동시에, 상기 임의의 렌즈군 이외의 렌즈군을 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms)이라 하고, 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
|(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
즉, 익스팬더 렌즈(EXP)를 구성하는 렌즈군 중, 임의의 렌즈군[도2에 있어서는 제2 렌즈군(L2)에 대응함]과 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치하는 동시에, 상기 임의의 렌즈군 이외의 렌즈군[도2에 있어서는 제1 렌즈군(L1)에 대응함]을 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 익스팬더 렌즈(EXP)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms)이라 하고, 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고, 도4에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)를 구성하는 모든 렌즈군과 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 익스팬더 렌즈(EXP)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 상술한 수학식 3을 만족시킴으로써 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 광픽업 장치용 광학계(OS1)는 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성되어 있으므로, 도2에 도시한 바와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 대물 렌즈(OBJ)에서 발생하는 코마수차와, 익스팬더 렌즈(EXP) 자체에서 발생하는 코마수차 편심 오차가 효과적으로 캔슬되므로, 제1 렌즈군(L1)의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
이상의 설명에서는 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대해 설명하였지만, 광픽업 장치용 광학계(OS1)를 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성함으로써, 제2 렌즈군(L2)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우라도 집광 스폿의 코마수차 증대를 효과적으로 억제할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 이 광픽업 장치용 광학계(OS1)는 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성되어 있으므로, 가동 렌즈군의 위치가 작동기에 의해 변경되었을 때에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우라도 집광 스폿의 코마수차 증대를 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 가동 렌즈군의 위치를 변경하기 위한 작동기에의 요구 정밀도가 완만해지므로, 광픽업 장치용 광학계(OS)를 탑재하는 광픽업 장치의 제조 비용을 삭감할 수 있다.
제4항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 익스팬더 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 가짐으로써 본 발명의 효과를 보다 유효하게 발휘할 수 있다.
이 광픽업 장치용 광학계(OS1)에서는 익스팬더 렌즈(EXP)를 구성하는 렌즈군이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 익스팬더(EXP) 자체에서 코마수차를 고의로 발생시킬 필요가 있다. 그것을 위해서는, 익스팬더 렌즈(EXP)는 그것을 구성하는 렌즈군에 적어도 1개의 비구면을 갖도록 하면 바람직하다. 그리고, 비구면을 저비용으로 제작하기 위해서는, 그 광학면이 비구면이 되는 익스팬더 렌즈(EXP)의 구성 렌즈군은 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다.
제5항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상인 동시에, 상기 익스팬더 렌즈는 그것을 구성하는 상기 렌즈군의 간격을 변경함으로써 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 대물 렌즈(OBJ)의 개구수가 0.8 이상으로 높아지면, 다양한 오차 요인에 의해 구면수차가 쉽게 증대되어 광학 성능이 열화된다. 이 광픽업 장치용 광학계(OS1)에 있어서는 익스팬더 렌즈(EX)의 구성 렌즈군의 간격을 변경함으로써, 대물 렌즈(OBJ)에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시키는 것이 가능하도록 구성되어 있으므로, 이러한 구면수차를 보정할 수 있다.
제6항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 것을 특징으로 한다.
제7항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 익스팬더 렌즈의 광축 상에서 측정한 전체 길이가 3 ㎜ 이하이면 콤팩트한 구성을 제공할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 전체 길이라 함은, 평행 광속을 입사시킨 경우에 평행 광속이 사출되도록 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군의 간격을 조정한 상태에 있어서의 상기 익스팬더 렌즈의 길이를 말하는 것으로 한다.
제8항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 상기 익스팬더 렌즈에 입사하는 광속의 직경을 D1(㎜), 상기 익스팬더 렌즈로부터 사출되는 광속의 직경을 D2(㎜)라 하였을 때, 상기 익스팬더 렌즈의 배율(γ)이 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3a]
γ ＝ D2/D1 ＞ 1.2
이와 같이 익스팬더 렌즈의 배율을 설정하면, 광원과 익스팬더 렌즈 사이의 광학계(콜리메이트 렌즈나 편광 빔스플리터 등)를 소형화할 수 있으므로, 전체적으로 콤팩트한 광픽업 장치용 광학계를 제공할 수 있다.
이와 같이, 소형화를 위해 익스팬더 렌즈(EXP)의 광축 상에서 측정한 전체 길이를 짧게 하거나, 익스팬더 렌즈(EXP)의 배율을 크게 하거나 하는 경우, 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)이 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 입사하는 경사 광속의 입사각이 커지지만, 이러한 경우에 있어서도 광픽업 장치용 광학계(OS1)를 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성함으로써, 익스팬더 렌즈(EXP)의 제1 렌즈군(L1)의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
제9항에 기재된 광픽업 장치는,
파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치용 광학계를 갖는 광픽업 장치에 있어서,
상기 광픽업 장치용 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되어 개구수가 0.8 이상이 된 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 익스팬더 렌즈를 구비하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중 적어도 1개의 렌즈군은 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 상기 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈군이 광축 방향으로 이동함으로써, 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군의 간격을 변경함으로써 상기 정보 기록면 상에 집광된 집광 스폿의 구면수차 보정을 행하도록 기능하고,
상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W1CM(λrms)이라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
W1CM＞ W2CM
본 발명은 제1항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제10항에 기재된 광픽업 장치는,
파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치용 광학계를 갖는 광픽업 장치에 있어서,
상기 광픽업 장치용 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되고, 개구수가 0.8 이상이 된 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 익스팬더 렌즈를 구비하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중 적어도 1개의 렌즈군은 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 상기 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈군이 광축 방향으로 이동함으로써, 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군의 간격을 변경함으로써 상기 정보 기록면 상에 집광된 집광 스폿의 구면수차 보정을 행하도록 기능하고,
상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 5]
H2 ＞ H1
본 발명은 제2항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제11항에 기재된 광픽업 장치는 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중,상기 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈군 이외의 렌즈군과, 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치하는 동시에, 상기 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈군을 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms)이라 하고, 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고,
상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군과, 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
|(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
본 발명은 제3항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제12항에 기재된 광픽업 장치는, 상기 익스팬더 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 제4항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제13항에 기재된 광픽업 장치는, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 제6항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를발휘하는 것이다.
제14항에 기재된 광픽업 장치는 상기 익스팬더 렌즈의 광축 상에서 측정한 전체 길이가 3 ㎜ 이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명은 제7항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제15항에 기재된 광픽업 장치는 상기 익스팬더 렌즈에 입사하는 광속의 직경을 D1(㎜), 상기 익스팬더 렌즈로부터 사출되는 광속의 직경을 D2(㎜)라 하였을 때, 상기 익스팬더 렌즈의 배율(γ)이 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6a]
γ ＝ D2/D1 ＞ 1.2
본 발명은 제8항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘하는 것이다.
제16항에 기재된 광정보 기록 재생 장치는 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 광픽업 장치와, 상기 광정보 기록 매체를 상기 광픽업 장치에 의해 정보 신호의 기록 및/또는 재생이 가능한 위치에 지지하는 광정보 기록 매체 지지 수단을 갖는 것을 특징으로 한다. 「광정보 기록 재생 장치」라 함은, 빛을 이용하여 음성이나 화상, 영상 등에 관한 정보 신호를 기록 및/또는 재생하는 장치를 말하는 것으로 한다.
제17항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 입사 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈와, 상기 커플링 렌즈로부터의 광속을 집광하는 대물 렌즈를 구비한 광픽업 장치용 광학계에 있어서,
상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W1CM(λrms),
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 7]
W1CM＞ W2CM
도6 내지 도9는 본 발명의 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도이다. 도6 내지 도9를 참조하여 본 발명의 원리를 예를 들어 설명한다. 본 발명에 관한 제2 광픽업 장치용 광학계(OS2)는, 도6에 도시한 바와 같이 도시하지 않은 광원으로부터 사출된 발산 광속의 발산각을 변경하여 대물 렌즈(OBJ)로 유도하는 커플링 렌즈(CUL)와, 이 커플링 렌즈(CUL)를 거친 광속을 광디스크(OD)의 보호층(DP)을 거쳐서 정보 기록면(DR) 상에 집광하는 대물 렌즈(OBJ)로 구성되어 있다. 커플링 렌즈(CUL)는 광원으로부터의 발산 광속을 평행 광속에 콜리메이트하여 대물 렌즈(OBJ)로 유도하는 콜리메이트 렌즈라도 좋고, 광원으로부터의 발산 광속의 발산각을 작게 하여 완만한 발산 광속으로서 대물 렌즈(OBJ)로 유도하는 렌즈라도 좋고, 혹은 광원으로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하여 대물 렌즈(OBJ)로유도하는 렌즈라도 좋다. 또한, 커플링 렌즈(CUL)는 1개의 렌즈군으로 구성되는 것이라도 좋고, 또한 복수의 렌즈군으로 구성되는 것이라도 좋다. 여기서 이용한 예 및 후술하는 제2 실시예에서는, 커플링 렌즈(CUL)는 1개의 렌즈군으로 구성되는 콜리메이트 렌즈이다. 그리고, 커플링 렌즈(CUL)는 대물 렌즈(OBJ)와의 간격을 변경함으로써 대물 렌즈(OBJ)로 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 커플링 렌즈(CUL), 대물 렌즈(OBJ)의 배율을 변화시킴으로써 정보 기록면(DR) 상의 집광 스폿의 구면수차를 캔슬하는 방향으로 작용하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
이 광픽업 장치용 광학계(OS2)의 대물 렌즈(OBJ)는 상술한 광픽업 장치용 광학계(OS1)의 대물 렌즈(OBJ)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
광픽업 장치용 광학계(OS2)에 있어서, 도7에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우, 커플링 렌즈(CUL)를 경유하여 대물 렌즈(OBJ)로 입사하는 광속은 획각을 가진 경사 광속이 된다. 대물 렌즈(OBJ)로서 상술한 바와 같이 축외 특성에 있어서의 코마수차가 잔류된 대물 렌즈를 사용하는 경우, 이 경사 광속의 입사에 의해 집광 스폿의 코마수차가 증대되어 그 집광 성능이 열화된다.
그래서, 이 광픽업 장치용 광학계(OS)에 있어서는, 도8에 도시한 바와 같이 대물 렌즈(OBJ)의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을때의 집광 스폿의 코마수차를 W1CM(λrms)이라 하고, 도9에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 이 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 커플링 렌즈(CUL)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)로 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 수학식 7을 만족시키도록 구성되어 있다.
W1CM＞ W2CM
즉, 이 광픽업 장치용 광학계(OS2)에 있어서는 대물 렌즈(OBJ) 단일 부재의 축외 특성의 코마수차 W1CM(λrms)에 대해 이 대물 렌즈(OBJ)와 커플링 렌즈(CUL)를 조합한 경우의 축외 특성의 코마수차 W2CM(λrms)가 작아지는 커플링 렌즈(CUL)를 구비하고 있다. 이와 같이 광픽업 장치용 광학계(OS2)를 구성하면, 도7에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 억제할 수 있다. 이러한 코마수차의 증대를 효과적으로 억제하기 위해서는, 다음 수학식 7'를 만족시키도록 광픽업 장치용 광학계(OS2)를 구성하는 것이 바람직하다.
[수학식 7']
(2/3) × W1CM＞ W2CM
제18항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는,
입사 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈와, 상기 커플링 렌즈로부터의 광속을 집광하는 대물 렌즈를 구비한 광픽업 장치용 광학계에 있어서,
파장(γ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.7 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고,
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 8]
H2 ＞ H1
제17항에 기재된 기술적 사상에 대해 다른 견해를 보면 제18항에 기재된 바와 같이 된다. 즉, 이 광픽업 장치용 광학계(OS2)는 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고, 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 커플링 렌즈(CUL)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을때, 상기 수학식 8을 만족시키도록 구성되어 있으므로, 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 억제할 수 있다.
또한, 도7에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 보다 효과적으로 억제하기 위해서는, 광픽업 장치용 광학계(OS2)를 제19항에 기재한 바와 같이 구성하는 것이 바람직하다.
제19항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 상기 커플링 렌즈를 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms)이라 하고, 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고,
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 9]
|(W3CM－ W4CM/W3CM| ＜ 0.5
도7에 도시한 바와 같이, 커플링 렌즈(CUL)를 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 커플링 렌즈(CUL)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms), 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고, 도9에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 커플링 렌즈(CUL)를 거쳐서 대물 렌즈(OBJ)에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 상기 수학식 9를 만족시킴으로써 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 발생하는 집광 스폿의 코마수차 증대를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 광픽업 장치용 광학계(OS2)는 상술한 수학식 7 내지 수학식 9를 만족시키도록 구성되어 있으므로, 도7에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 대물 렌즈(OBJ)에서 발생하는 코마수차와, 커플링 렌즈(CUL) 자체에서 발생하는 코마수차 편심 오차가 효과적으로 캔슬되므로, 커플링 렌즈(CUL)의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
특히, 소형화를 위해, 커플링 렌즈(CUL)의 개구수를 크게 하는 경우, 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 입사하는 경사 광속의 입사각이 커지지만, 이러한 경우에 있어서도 광픽업 장치용 광학계(OS2)를 상술한 수학식 7 내지 수학식 9를 만족시키도록 구성함으로써, 커플링 렌즈(CUL)의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하는 것이 가능해진다.
제20항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 커플링 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 광픽업 장치용 광학계(OS2)에서는 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 커플링 렌즈(CUL) 자체에서 코마수차를 고의로 발생시킬 필요가 있다. 이로 인해, 커플링 렌즈(CUL)는 구성 렌즈군에 적어도 1개의 비구면을 갖도록 하면 바람직하다. 그리고, 비구면을 저비용으로 제작하기 위해서는, 그 광학면이 비구면이 되는 커플링 렌즈(CUL)는 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다.
제21항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상인 동시에, 상기 커플링 렌즈는 상기 대물 렌즈와의 간격을 변경함으로써 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 대물 렌즈(OBJ)의 개구수가 0.8 이상으로 높아지면, 다양한 오차 요인에 의해 구면수차가 쉽게 증대되어 광학 성능이 열화된다. 이 광픽업 장치용 광학계(OS2)에 있어서는 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)의 간격을 변경함으로써 대물 렌즈(OBJ)에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있도록 구성되어 있으므로, 이러한 구면수차를 보정할 수 있다. 그리고, 이 광픽업 장치용 광학계(OS2)는 상술한 수학식 7 내지 수학식 9를 만족시키도록 구성되어 있으므로, 대물 렌즈(OBJ)의 위치가 작동기에 의해 변경되었을 때에, 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우라도 집광 스폿의 코마수차 증대를 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 대물 렌즈(OBJ)의 위치를 변경하기 위한 작동기에의 요구 정밀도가 지나치게 엄격해지지 않으므로, 광픽업 장치용 광학계(OS2)를 탑재하는 광픽업 장치의 제조 비용을 삭감할 수 있다.
제22항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 것을 특징으로 한다.
제23항에 기재된 광픽업 장치용 광학계는 상기 대물 렌즈의 개구수에 대한 상기 커플링 렌즈의 개구수 비의 절대치가 0.1보다 큰 것을 특징으로 한다.
제24항에 기재된 광픽업 장치는,
파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치용 광학계를 갖는 광픽업 장치에 있어서,
상기 광픽업 장치용 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되어 개구수가 0.8 이상이 된 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 상기 광원으로부터 사출된 발산 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈를 구비하고, 상기 커플링 렌즈는 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 커플링 렌즈가 광축 방향으로 이동함으로써, 상기 대물 렌즈와의 간격을 변경함으로써 상기 정보 기록면 상에 집광된 집광 스폿의 구면수차 보정을 행하도록 기능하고,
상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W1CM(λrms)이라 하고,
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W2CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 10]
W1CM＞ W2CM
본 발명은 제17항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제25항에 기재된 광픽업 장치는,
파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치용 광학계를 갖는 광픽업 장치에 있어서,
상기 광픽업 장치용 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치되고, 개구수가 0.8 이상이 된 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 상기 광원으로부터 사출된 발산 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈를 구비하고, 상기 커플링 렌즈는 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 커플링 렌즈가 광축 방향으로 이동함으로써, 상기 대물 렌즈와의 간격을 변경함으로써 상기 정보 기록면 상에 집광된 집광 스폿의 구면수차 보정을 행하도록 기능하고,
상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)이라 하고,
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 11]
H2 ＞ H1
본 발명은 제18항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제26항에 기재된 광픽업 장치는 상기 커플링 렌즈를 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치한 경우에 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W3CM(λrms)이라 하고, 상기 집광 스폿의 상기 광축으로부터 수직 방향으로 측정한 거리를 Y2(㎜)라 하고,
상기 커플링 렌즈와 상기 대물 렌즈를 그 광축이 일치하도록 배치한 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하는 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차를 W4CM(λrms)이라 하였을 때, 다음 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 12]
|(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
본 발명은 제19항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제27항에 기재된 광픽업 장치는, 상기 커플링 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 제20항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제28항에 기재된 광픽업 장치는, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군으로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 제22항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제29항에 기재된 광픽업 장치는 상기 대물 렌즈의 개구수에 대한 상기 커플링 렌즈의 개구수 비의 절대치가 0.1보다 큰 것을 특징으로 한다. 본 발명은 제23항에 기재된 발명과 같은 작용 효과를 발휘한다.
제30항에 기재된 광정보 기록 재생 장치는 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 기재된 광픽업 장치와, 상기 광정보 기록 매체를 상기 광픽업 장치에 의해 정보 신호의 기록 및/또는 재생이 가능한 위치에 지지하는 광정보 기록 매체 지지 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 대물 렌즈라 함은, 좁은 의미로는 광픽업 장치에 광정보 기록 매체(광디스크)를 장전한 상태에 있어서 가장 광정보 기록 매체측의 위치에서 이와 대향하도록 배치되는 집광 작용을 갖는 렌즈를 가리키고, 넓은 의미로는 그 렌즈와 함께 작동기에 의해 적어도 그 광축 방향으로 구동 가능한 렌즈를 가리키는 것으로 한다. 따라서, 본 명세서에 있어서 대물 렌즈의 개구수라 함은, 대물 렌즈의 가장 광정보 기록 매체측에 위치하는 광학면의 개구수이며, 각각의 광정보 기록 매체의 규격으로 규정되어 있는 개구수, 혹은 각각의 광정보 기록 매체에 대해 사용하는 광원의 파장에 따라서, 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 스폿 직경을 얻을 수 있는 회절 한계 성능을 갖는 개구수(상측 개구수라고도 함)를 가리키는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 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 양쪽을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또한, 어떠한 광정보 기록 매체에 대해서는 기록을 행하고 다른 광정보 기록 매체에 대해서는 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋고, 어떠한 광정보 기록 매체에 대해서는 기록 또는 재생을 행하고 다른 광정보 기록 매체에 대해서는 기록 및 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또한, 여기서 말하는 재생이라 함은, 단순히 정보를 판독하는 것을 포함하는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서 축상 광속이라 함은, 대물 렌즈의 광축 상에 배치된 광원으로부터 사출되는 광속을 가리키고, 축외 광속이라 함은, 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 떨어진 위치에 배치된 광원으로부터 사출되는 광속을 가리키는 것으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 광픽업 장치용 대물 렌즈의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도5는 제1 실시 형태에 관한 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도이다. 본 실시 형태에 관한 제1 광픽업 광학계(OS1)를 탑재한 광픽업 장치(PU1)는, 도5에 도시한 바와 같이 광원이 되는 반도체 레이저(LD)를 구비하고 있다. 반도체 레이저(LD)는 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 GaN계 청자색 반도체 레이저, 혹은 SHG 청자색 레이저이다. 이 반도체 레이저(LD)로부터 사출된 발산 광속은 편광 빔스플리터(Bs)를 투과하여 1/4 파장판(WP)을 경유하여 원편광의 광속이 된 후, 콜리메이트 렌즈(COL)에서 평행 광속이 된다. 이 평행 광속은 익스팬더 렌즈(EXP)로 입사된다. 익스팬더 렌즈(EXP)를 경유한 광속은 광속 직경이 확대되어 조리개(ST)를 경유한 후, 대물 렌즈(OBJ)에 의해 광디스크(OD)의 보호층(DP)을 거쳐서 광디스크(광정보 기록 매체라고도 함)(OD)의 정보 기록면(DR)상에 형성되는 집광 스폿이 된다.
대물 렌즈(OBJ)는 그 주변에 배치된 2축 작동기(AC1)에 의해 포커스 방향 및 트래킹 방향으로 구동된다. 대물 렌즈(OBJ)는 광디스크(OD)측의 개구수가 0.80 이상이 되어 있고, 각각의 렌즈군의 광학면과 일체 성형된 플랜지부(FL1 및 FL2)를 서로 끼워 맞춤으로써 일체로 조립되어 있다. 그리고, 제1 렌즈군(E1)의 플랜지부(FL1)에 의해 광픽업 장치(PU1)에 정밀도 좋게 부착할 수 있다.
정보 기록면(DR)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 대물 렌즈(OBJ), 조리개(ST), 익스팬더 렌즈(EX)를 투과한 후, 콜리메이트 렌즈(COL)에 의해 수렴 광속이 된다. 이 수렴 광속은 1/4 파장판(WP)에 의해 직선 편광이 된 후, 편광 빔스플리터(BS)에 의해 반사되어 원통형 렌즈(CY), 오목 렌즈(NL)를 경유함으로써 비점수차가 부여되어 광검출기(PD)의 수광면 상에 수렴한다. 그리고, 광검출기(PD)의 출력 신호를 기초로 하여 생성된 포커스 에러 신호나 트래킹 에러 신호를 이용하여 광디스크(OD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하도록 되어 있다.
또한, 광정보 기록 재생 장치는 상술한 광픽업 장치(PU1)와, 광디스크(OD)를 이 광픽업 장치에 의해 정보의 기록 및/또는 재생이 가능하게 지지하는 도시하지 않은 광정보 기록 매체 지지 수단을 갖고 구성되는 것이다. 광정보 기록 매체 지지 수단은 광디스크(OD)의 중심 부분을 보유 지지하여 회전 조작하는 회전 구동 장치에 의해 구성된다.
상술한 바와 같이 구성된 광픽업 장치(PU1) 및 광정보 기록 재생 장치에 있어서의 광픽업 장치(PU1)에 있어서, 다양한 오차 요인에 의해 정보 기록면 상의 집광 스폿의 구면수차가 증대된 경우에는, 구면수차의 증대량에 대응하여 익스팬더 렌즈(EX)의 제1 렌즈군(L1)의 위치를 1축 작동기(AC2)에 의해 변경함으로써 이러한 구면수차를 보정한다. 집광 스폿의 구면수차가 과잉 보정 방향(오버 방향)으로 증대된 경우에는 제1 렌즈군(L1)과 제2 렌즈군(L2)의 간격이 작아지도록 제1 렌즈군(L1)을 움직이고, 집광 스폿의 구면수차가 과잉 부족 방향(언더 방향)으로 증대된 경우에는 제1 렌즈군(L1)과 제2 렌즈군(L2)의 간격이 커지도록 제1 렌즈군(L1)을 움직인다. 이 때, 이동에 의해 제1 렌즈군(L1)의 대물 렌즈(OBJ)에 대한 편심 오차가 발생하지만, 광픽업 장치용 광학계(OS1)는 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성되어 있으므로, 집광 스폿의 코마수차 증대를 효과적으로 억제할 수 있다.
도10은 제2 실시 형태에 관한 광픽업 장치용 광학계의 개략 단면도이다. 본 실시 형태에 관한 제2 광픽업 광학계(OS2)를 탑재한 광픽업 장치(PU2)는, 도10에 도시한 바와 같이 광원이 되는 반도체 레이저(LD)를 구비하고 있다. 반도체 레이저(LD)는 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 GaN계 청자색 반도체 레이저, 혹은 SHG 청자색 레이저이다. 이 반도체 레이저(LD)로부터 사출된 발산 광속은 편광 빔스플리터(Bs)를 투과하여 1/4 파장판(WP)을 경유하여 원편광의 광속이 된 후, 커플링 렌즈(CUL)에서 평행 광속이 된다. 커플링 렌즈(CUL)를 경유한 광속은 조리개(ST)를 경유한 후, 대물 렌즈(OBJ)에 의해 광디스크(OD)의 보호층(DP)을 거쳐서 정보 기록면(DR) 상에 형성되는 집광 스폿이 된다. 대물 렌즈(OBJ)는 그 주변에 배치된 2축 작동기(AC1)에 의해 포커스 방향 및 트래킹 방향으로 구동된다. 대물 렌즈(OBJ)는 광디스크(OD) 측의 개구수가 0.80 이상이 되어 있고, 광학면과 일체 성형된 플랜지부(FL)에 의해 광픽업 장치(PU2)에 정밀도 좋게 부착할 수 있다.
정보 기록면(DR)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 대물 렌즈(OBJ), 조리개(ST)를 투과한 후, 커플링 렌즈(CUL)에 의해 수렴 광속이 된다. 이 수렴 광속은 1/4 파장판(WP)에 의해 직선 편광이 된 후, 편광 빔스플리터(Bs)에 의해 반사되어 실린드리컬 렌즈(CY), 오목 렌즈(NL)를 경유함으로써 비점수차가 부여되어 광검출기(PD)의 수광면 상에 수렴된다. 그리고, 광검출기(PD)의 출력 신호를 기초로 하여 생성된 포커스 에러 신호나 트래킹 에러 신호를 이용하여 광디스크(OD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행한다.
또한, 광정보 기록 재생 장치는 상술한 광픽업 장치(PU2)와, 광디스크(OD)를 이 광픽업 장치에 의해 정보의 기록 및/또는 재생이 가능하게 지지하는 도시하지 않은 광정보 기록 매체 지지 수단을 갖고 구성되는 것이다. 광정보 기록 매체 지지 수단은 광디스크(OD) 중심 부분을 보유 지지하여 회전 조작하는 회전 구동 장치에 의해 구성된다.
상술한 바와 같이 구성된 광픽업 장치(PU2) 및 상술한 광정보 기록 재생 장치에 있어서의 광픽업 장치(PU2)에 있어서, 다양한 오차 요인에 의해 정보 기록면 상의 집광 스폿의 구면수차가 증대된 경우에는 구면수차의 증대량에 대응하여 커플링 렌즈(CUL)의 위치를 1축 작동기(AC2)에 의해 변경함으로써 이러한 구면수차를보정한다. 집광 스폿의 구면수차가 과잉 보정 방향(오버 방향)으로 증대된 경우에는 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)의 간격이 커지도록 커플링 렌즈(CUL)를 움직이고, 집광 스폿의 구면수차가 과잉 부족 방향(언더 방향)으로 증대된 경우에는 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)의 간격이 작아지도록 커플링 렌즈(CUL)를 움직인다. 이 때, 이동에 의해 커플링 렌즈(CUL)의 대물 렌즈(OBJ)에 대한 편심 오차가 발생하지만, 광픽업 장치용 광학계(OS2)는 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 만족시키도록 구성되어 있으므로, 집광 스폿의 코마수차 증대를 효과적으로 억제할 수 있다.
(실시예)
다음에, 상술한 광픽업 광학계(OS1 및 OS2)로서 적합한 실시예를 2예 제시한다. 각 실시예의 광픽업 광학계에 있어서의 비구면은 그 면의 정점에 접촉하는 평면으로부터의 변형량을 X(㎜), 광축에 수직인 방향의 높이를 h(㎜), 곡률 반경을 r(㎜)이라 할 때, 다음의 수 1로 표시된다. 단, κ를 원추계수, A, i를 비구면계수라 한다.
[수 1]
또한, 각 실시예의 렌즈 데이터표에 있어서, r(㎜)은 곡률 반경, d(㎜)는 면 간격, Nd는 d-d선에 있어서의 굴절률, Nλ는 파장 405 ㎚에 있어서의 굴절률,d는d선에 있어서의 아베수를 표시하고 있다. 또한, 이 이후(표의 렌즈 데이터를 포함함)에 있어서, 10의 제곱수(예를 들어 2.5 × 10-3)를 E(예를 들어 2.5 × E － 3)를 이용하여 나타내는 것으로 한다.
(제1 실시예)
표 1에 제1 실시예의 광픽업 장치용 광학계의 렌즈 데이터를 나타내고, 도11에 그 단면도를 도시한다. 제1 실시예의 광픽업 장치용 광학계는 상술한 광픽업 광학계(OS1)로서 적합한 것이며, 부렌즈(L1)와 정렌즈(L2)의 2개의 플라스틱 렌즈로 구성된 광속 직경을 변환하는 익스팬더 렌즈(EXP)와, 이 익스팬더 렌즈(EXP)를 거친 파장 405 ㎚의 광속을 0.1 ㎜인 두께의 보호층(DP)을 거쳐서 광디스크(OD)의 정보 기록면(DR) 상에 집광하기 위한 2개의 플라스틱 렌즈로 구성된 초점 거리 1.76 ㎜, 개구수 0.85의 대물 렌즈(OBJ)를 갖는다.
[표 1]
대물 렌즈(OBJ)는 각 렌즈의 광학면끼리의 광축 어긋남이나, 각 렌즈를 조립할 때의 편심 오차에 대한 허용 공차를 충분히 확보하고, 또한 광디스크(OD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때의 작동 거리를 충분히 확보하였으므로, 도12에 도시한 바와 같은 축외 특성에 있어서의 코마수차 W1CM이 잔존하고 있다. 그리고, 익스팬더 렌즈(EXP)는 광픽업 장치용 광학계의 소형화를 위해 배율을 1.25배로 하고, 부렌즈(L1)와 정렌즈(L2)의 간격을 0.6 ㎜로 설정하고 있다.
이 광픽업 장치용 광학계에서는, 도12에 도시한 바와 같이 익스팬더렌즈(EXP)와 대물 렌즈(OBJ)를 조합한 시스템의 축외 특성 W2CM이 상술한 수학식 1 및 수학식 2를 만족시키고, 또한 이하의 표 2에 구체적인 수치를 나타낸 바와 같이 상술한 수학식 3을 만족시키도록 익스팬더 렌즈(EX)의 비구면 형상을 결정하고 있다. 이와 같이 익스팬더 렌즈(EXP)의 비구면 형상을 결정함으로써, 이 광픽업 장치용 광학계는 익스팬더 렌즈(EXP)의 각 렌즈가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 대물 렌즈(OBJ)에서 발생하는 코마수차와, 익스팬더 렌즈(EXP) 자체에서 발생하는 코마수차가 효과적으로 서로 캔슬된다. 그 결과, 도13에 도시한 바와 같이 소형화된 광픽업 장치용 광학계이면서 익스팬더 렌즈(EXP)의 각 렌즈의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하고 있다.
[표 2]
(제2 실시예)
표 3에 제1 실시예의 광픽업 장치용 광학계의 렌즈 데이터를 나타내고, 도14에 그 단면도를 도시하는 제2 실시예의 광픽업 장치용 광학계는 상술한 광픽업 광학계(OS2)로서 적합한 것이며, 광원으로부터 사출된 파장 405 ㎚의 발산 광속을 평행 광속으로 변환하여 대물 렌즈(OBJ)로 유도하는 커플링 렌즈(CUL)와, 이 커플링렌즈(CUL)를 거친 광속을 0.1 ㎜인 두께의 보호층(DP)을 거쳐서 광디스크(OD)의 정보 기록면(DR) 상에 집광하기 위한 2개의 플라스틱 렌즈로 구성된 초점 거리 1.76 ㎜, 개구수 0.85의 대물 렌즈(OBJ)를 갖는다. 대물 렌즈(OBJ)는 제1 실시예의 광픽업 장치용 광학계에 있어서의 대물 렌즈(OBJ)와 같은 것이고, 도15에 도시한 바와 같은 축외 특성에 있어서의 코마수차 W1CM이 잔존하고 있다. 그리고, 커플링 렌즈(CUL)는 광픽업 장치용 광학계의 소형화를 위해 개구수를 0.15로 하고, 초점 거리를 10 ㎜로 설정하고 있다.
[표 3]
이 광픽업 장치용 광학계에서는, 도15에 도시한 바와 같이 커플링 렌즈(CUL)와 대물 렌즈(OBJ)를 조합한 시스템의 축외 특성 W2CM이 상술한 수학식 7 및 수학식 8을 만족시키고, 또한 이하의 표 4에 구체적인 수치를 나타낸 바와 같이 상술한 수학식 9를 만족시키도록 커플링 렌즈(CUL)의 비구면 형상을 결정하고 있다. 이와 같이 커플링 렌즈(CUL)의 비구면 형상을 결정함으로써 이 광픽업 장치용 광학계는 커플링 렌즈(CUL)가 대물 렌즈(OBJ)에 대해 편심 오차를 가진 경우에 대물 렌즈(OBJ)에 대해 경사 광속이 입사함으로써 대물 렌즈(OBJ)에서 발생하는 코마수차와, 커플링 렌즈(CUL) 자체에서 발생하는 코마수차가 효과적으로 서로 캔슬된다. 그 결과, 도16 도시한 바와 같이 소형화된 광픽업 장치용 광학계이면서 커플링 렌즈(CUL)의 편심 오차에 대한 허용 공차를 크게 확보하고 있다.
[표 4]
본 발명에 따르면, 파장이 짧은 광원과, 개구수가 큰 대물 렌즈를 사용하여 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 익스팬더 렌즈, 혹은 커플링 렌즈에 의해 집광 스폿의 구면수차를 보정하는 광픽업 장치용 광학계에 이용하는 가동 렌즈가 편심 오차를 가진 경우라도 집광 성능의 열화가 작은 광픽업 장치용 광학계를제공할 수 있다. 특히, 소형화를 위해 익스팬더 렌즈의 렌즈군 간격을 작게 하거나, 익스팬더 렌즈의 배율을 크게 하거나, 커플링 렌즈의 개구수를 크게 한 경우라도 가동 렌즈의 편심 오차에 대해 집광 성능의 열화가 작은 광픽업 장치용 광학계를 제공할 수 있다. 그리고, 이 광픽업 장치용 광학계를 구비한 광픽업 장치, 혹은 광정보 기록 재생 장치를 제공할 수 있다.

Claims (32)

  1. 적어도 두 개의 렌즈군을 포함하고 광속 직경을 변환하는 익스팬더 렌즈와,
    상기 익스팬더 렌즈로부터 광속을 집광하는 대물 렌즈를 포함하는 광픽업 장치용 광학계이며,
    다음 식을 만족하며,
    W1CM＞ W2CM
    W1CM은 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05mm 이내의 임의 거리(Y1)(mm)로 떨어진 위치에 집광하도록 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때, 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W2CM은 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 상기 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    H2 ＞ H1
    ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)은 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07(λrms) 이내가 되는 상고 범위이고,
    ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)는 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 익스팬더 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  3. 제1항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    |(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
    W3CM은 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중에 임의의 렌즈군의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치되고, 상기 임의의 렌즈 이외의 렌즈군이 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치된 경우에, Y2가 광축으로부터 수직 방향으로 집광 스폿까지 측정된 거리(mm)이고 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속이 익스팬더 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W4CM는 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 익스팬더 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상이고, 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 상기 렌즈군의 간격을 변경함으로써 상기 익스팬더 렌즈는 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  7. 제1항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈의 광축 상에서 측정된 전체 길이는 3 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  8. 제1항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈의 배율(γ)이 다음 식을 만족시키며,
    γ ＝ D2/D1 ＞ 1.2
    D1은 상기 익스팬더 렌즈에 입사하는 광속의 직경(mm)이고,
    D2는 상기 익스팬더 렌즈로부터 사출되는 광속의 직경(mm)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  9. 파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
    상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치용 광학계를 포함하는 광픽업 장치이며,
    상기 광픽업 장치용 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치된 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이에 구비되어 적어도 2개의 렌즈군을 포함하는 익스팬더 렌즈를 포함하고,
    상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중 적어도 1개의 렌즈군은 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 구면수차 보정이 상기 정보 기록면 상에 집광 스폿애 대해 행해지는 그런 방식으로 상기 이동 가능한 렌즈군이 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군의 간격을 변경하도록 광축 방향으로 이동하고,
    다음 식을 만족하며,
    W1CM＞ W2CM
    W1CM은 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W2CM는 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군의 광축이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치한 경우에, 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  10. 제9항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    H2 ＞ H1
    ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)은 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07(λrms) 이내가 되는 상고 범위이고,
    ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)는 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군의 광축이 상기 대물 렌즈를 그 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 익스팬더 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07(λrms) 이내가 되는 상고 범위인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  11. 제9항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    |(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
    W3CM은 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 렌즈군 중에 임의의 렌즈군의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치되고, 상기 임의의 렌즈 이외의 렌즈군이 상기광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치된 경우에, Y2가 광축으로부터 수직 방향으로 집광 스폿까지 측정된 거리(mm)이고 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속이 익스팬더 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W4CM는 상기 익스팬더 렌즈를 구성하는 모든 렌즈군의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 익스팬더 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈의 광축 상에서 측정된 전체 길이는 3 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 익스팬더 렌즈의 배율(γ)이 다음 식을 만족시키며,
    γ ＝ D2/D1 ＞ 1.2
    D1은 상기 익스팬더 렌즈에 입사하는 광속의 직경(mm)이고,
    D2는 상기 익스팬더 렌즈로부터 사출되는 광속의 직경(mm)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  17. 제9항에 기재된 광픽업 장치와,
    정보의 기록 및/또는 재생이 광정보 기록 매체에 대해 상기 광픽업 장치에 의해 행하여지는 위치에 광정보 기록 매체를 지지하는 지지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 재생 장치.
  18. 입사 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈와,
    상기 커플링 렌즈로부터의 광속을 집광하는 대물 렌즈를 포함하는 광픽업 장치용 광학계이며,
    다음 식을 만족하며,
    W1CM＞ W2CM
    W1CM은 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05 ㎜ 이내의 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W2CM는 상기 커플링 렌즈의 광축이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치한 경우에, 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  19. 제18항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    H2 ＞ H1
    ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)은 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속을 상기 대물 렌즈에 입사시켰을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07(λrms) 이내가 되는 상고 범위이고,
    ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)는 상기 커플링 렌즈의 광축이 상기 대물 렌즈를 그 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07(λrms) 이내가 되는 상고 범위인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  20. 제18항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    |(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
    W3CM은 상기 커플링 렌즈가 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치된 경우에, Y2가 광축으로부터 수직 방향으로 집광 스폿까지 측정된 거리(mm)이고 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속이 커플링 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W4CM는 상기 커플링 렌즈의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 커플링 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  21. 제18항에 있어서, 상기 커플링 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  22. 제18항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상이고, 상기 대물 렌즈의 간격을 변경함으로써 상기 커플링 렌즈는 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 한계 광선의 입사 각도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  23. 제18항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  24. 제18항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수에 대한 상기 커플링 렌즈의 개구수 비의 절대치가 0.1보다 크고, 다음 식을 만족하며,
    |NACUP/ NAOBJ| ＞ 0.1
    NACUP는 상기 커플링 렌즈의 개구수이고,
    NAOBJ는 상기 대물 렌즈의 개수수인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치용 광학계.
  25. 파장(λ)(㎚)의 광속을 사출하는 광원과,
    상기 광원으로부터 사출된 광속을 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시켜서 광픽업 장치가 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광학계를 포함하는 광픽업 장치이며,
    상기 광학계는 상기 광정보 기록 매체에 대향하여 배치된 대물 렌즈와,
    상기 광원으로부터 사출된 발산 광속의 발산각을 변경하는 커플링 렌즈를 포함하고,
    상기 커플링 렌즈는 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 커플링 렌즈는 상기 정보 기록면 상에 집광된 집광 스폿의 구면수차 보정이 행해지는 방식으로 상기 대물 렌즈와의 간격을 변경하도록 광축 방향으로 이동되고,
    다음 식을 만족하며,
    W1CM＞ W2CM
    W1CM은 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 0.05mm 이내의 임의 거리(Y1)(mm)로 떨어진 위치에 집광하도록 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때, 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W2CM은 상기 커플링 렌즈의 광축이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에, 상기 대물 렌즈의 광축으로부터 수직 방향으로 상기 임의 거리(Y1)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  26. 제25항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    H2 ＞ H1
    ±H1(㎜)(단, H1 ＞ 0)은 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위를 이고,
    ±H2(㎜)(단, H2 ＞ 0)는 상기 커플링 렌즈의 광축이 상기 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치한 경우에, 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 상기 커플링 렌즈를 거쳐서 상기 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차가 0.07 λrms 이내가 되는 상고 범위인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  27. 제25항에 있어서, 다음 식을 만족하며,
    |(W3CM－ W4CM)/W3CM| ＜ 0.5
    W3CM은 상기 커플링 렌즈가 상기 광축으로부터 수직 방향으로 0.1 ㎜ 이내의 임의량(Δ)(㎜) 편심시켜 배치된 경우에, Y2가 광축으로부터 수직 방향으로 집광 스폿까지 측정된 거리(mm)이고 상기 파장(λ)(㎚)의 축상 광속이 커플링 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)이고,
    W4CM는 상기 커플링 렌즈의 광축이 대물 렌즈의 광축과 일치하도록 배치된 경우에 상기 광축으로부터 수직 방향으로 상기 거리(Y2)(㎜) 떨어진 위치에 집광하도록 상기 파장(λ)(㎚)의 축외 광속이 커플링 렌즈를 거쳐서 대물 렌즈에 입사되었을 때의 집광 스폿의 코마수차(λrms)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 커플링 렌즈는 적어도 1개의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수는 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  30. 제25항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 적어도 2개의 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  31. 제25항에 있어서, 상기 대물 렌즈의 개구수에 대한 상기 커플링 렌즈의 개구수 비의 절대치가 0.1보다 크고, 다음 식을 만족하며,
    |NACUP/ NAOBJ| ＞ 0.1
    NACUP는 상기 커플링 렌즈의 개구수이고,
    NAOBJ는 상기 대물 렌즈의 개수수인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  32. 제25항에 기재된 광픽업 장치와,
    정보의 기록 및/또는 재생이 광정보 기록 매체에 대해 상기 광픽업 장치에 의해 행하여지는 위치에 광정보 기록 매체를 지지하는 지지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 재생 장치.
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