KR20050030227A

KR20050030227A - 렌즈 보호장치를 갖는 대물계를 구비한 주사장치

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Publication number: KR20050030227A
Application number: KR1020057001906A
Authority: KR
Inventors: 노부요시 모리; 카쓰야 야기; 베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스; 요하네스 제이. 에이치. 비. 슐라이펜; 아스 마르코 에이. 제이. 반
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.; 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-29
Also published as: AU2003250432A1; CN1675697A; WO2004015694A2; JP2005535066A; AU2003250432A8; WO2004015694A3; US20050275917A1; CN100373480C; EP1532624A2; US7221492B2

Abstract

광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하며, 방사빔(12, 15, 20)을 발생하는 방사원(11)과, 두께 t_d와 굴절률 n_d를 갖는 투명층(3)에 의해 덮인 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 대물계(18)를 구비한 광학주사장치(1)가 개시된다. 대물계는, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작도록 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비한다. 렌즈는 특정한 조건을 만족하고, 이때, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51이다.

Description

렌즈 보호장치를 갖는 대물계를 구비한 주사장치{SCANNING DEVICE INCLUDING AN OBJECTIVE SYSTEM WITH A LENS PROTECTION DEVICE}

본 발명은, 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치와, 이와 같은 주사장치 내부에서 대물렌즈로서 사용되는데 적합한(이에 한정되는 것은 아니다) 렌즈계와, 이 장치 및 렌즈계를 제조하는 방법들에 관한 것이다.

광 기록에서는, 광 기록매체들과 이 매체들을 주사(예를 들어, 기록 및/또는 판독)하는데 사용되는 장치들의 소형화에 대한 경향이 점점 더 증가하고 있다. 광 기록매체들의 예로는, CD(compact disc)와 DVD(digital versatile disc)를 들 수 있다.

정보 저장용량의 감소없이 광 기록매체들을 더욱 더 작게 하기 위해서는, 이 매체의 정보밀도가 증가해야 한다. 이와 같은 정보밀도의 증가는 정보를 주사하기 위한 더 작은 방사 스폿을 수반해야만 한다. 이러한 더 작은 스폿은, 주사장치에서 기록매체에 방사빔의 초점을 맞추는데 사용되는 대물계의 개구수(NA)를 증가시켜 구현될 수 있다. 그 결과, 높은 개구수(예를 들어, NA=0.85)를 갖는 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

종래의 높은 NA의 대물렌즈들은, 제조공차를 완화시키기 위해, 부재들을 정렬시켜 대물렌즈를 구성하는 추가적인 조립단계의 도입을 희생하면서, 2개의 부재들로 구성된다.

일본 문헌 "Single Objective Lens having Numerical Aperture 0.85 for a High Density Optical Disk System" by M Itonga, F Ito, K Matsuzaki, S Chen, K Oishi, Y Ueno and A Nishizawa, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.41(2002) pp. 1798-1803 Part 1, No. 3B March 2002에는, 2개의 비구면을 갖고 0.85의 비교적 높은 NA를 지닌 단일 대물렌즈가 개시되어 있다. 이 렌즈는 유리로 제조된다. 렌즈 직경은 4.5mm이고, 렌즈는 0.85의 개구 직경을 갖는다. 이 단일 렌즈는 2-부재로 이루어진 대물렌즈가 필요로 하는 정렬조립단계를 필요로 하지 않는다. 높은 값의 NA로 인해, 대물렌즈가 제조공정에서 변동, 즉 제조공차에 더욱 민감하게 된다. 따라서, 이들 높은 NA의 대물렌즈에 대해서는, 더 낮은 개구수를 갖는 대물렌즈에 대한 경우보다, 제조공차가 설계과정에서 더욱 더 중요한 역할을 하게 된다.

주사장치가 크기를 감소시키기 위해서는, 주사장치들 내부의 부품들(대물렌즈 등)이 가능한한 작게 만들어지는 것이 바람직하다.

그러나, 렌즈 설계가 광 기록매체의 특성에 의존하므로, 더 작은 렌즈를 제조하기 위해 큰 렌즈 설계의 크기를 단순히 줄이는 것은 불가능하다. 예를 들면, 렌즈 설계는, 일반적으로 광 기록매체 상의 정보층을 덮고 주사 방사빔이 통과해야만 하는 투명층의 특성에 의존한다. 크기축소 과정에서, 디스크의 커버층은 영향을 받지 않는 상태로 유지된다(정규 크기의 대물렌즈와 소형 크기의 대물렌즈 모두에 대해 동일한 기록매체가 사용될 수 있다). 따라서, 광 기록매체를 주사하는데 적합한 소형 크기의 대물렌즈의 설계는 정규 크기의 대물렌즈의 설계와 상당히 차이가 나게 된다.

또한, 렌즈를 더 작게 만듦에 따라, 높은 NA의 대물렌즈가 제조공정의 변동, 즉 제조공차에 더욱 민감하게 유지된다는 것을 알 수 있다.

도 1a는 2개의 비구면 표면들(181, 182)과 두께 t(광축(19)을 따른 렌즈 두께)를 갖는 대물렌즈(18)의 일례를 나타낸 것이다. 다음의 도 1b, 도 1c 및 도 1d는, 2개의 비구면 표면들의 두께, 중심 어긋남 및 틸트의 변동으로 인해 렌즈 형상이 변화하는 방식을 각각 예시한 것이다(각각의 예에서, 표면 181의 원래의 위치를 점선으로 표시하였다). 이들 도면에서는, 표면 181만이 제조공정의 변동에 의해 영향을 받는다고 가정하였다. 그러나, 실제로는, 이들 표면 중에서 한 개 또는 양쪽이 영향을 받을 수 있으며, 양쪽의 면이 2개 이상의 이들 편이에 의해 동시에 영향을 받을 수도 있다는 것을 알 수 있다.

도 1b는 비구면 표면들 사이의 간격이 원하는 값보다 더 커짐에 따라, 렌즈의 두께가 원하는 두께 t보다 거 커지는 것을 예시한 것이다. 그러나, 이들 2개의 비구면 표면들이 실제로는 원하는 값보다 더 근접하게 이격될 수도 있다는 점에 주목하기 바란다.

도 1c는 중심 어긋남, 즉 이 예에서는, 표면 181이 원하는 광축(19)에 대한 이상적인 위치에 대해 수직한 방향으로 이동하여 형성되는 것을 나타낸 것이다.

도 1d는 주축을 따라 원하는 회전대칭 위치에 대해 표면 181이 틸트되는, 즉 회전한 것을 나타낸 것이다.

결국, 본 발명의 실시예들의 목적은, 적당한 제조공차를 견딜 수 있는 대물렌즈를 제공함에 있다.

광학주사장치에서는, 주사장치 내부의 대물렌즈의 부정확한 정렬, 주사장치에 대한 기록매체의 위치의 변동, 또는 광축을 따라 진행하지 않는 방사빔의 사용으로 인해, 방사빔이 대물렌즈를 경사지게 입사할 수도 있다. 예를 들어, 이와 같은 비축(off-axis) 빔들은 보통, 기록매체 상의 주사 방사빔의 위치에 대한 정보를 제공하는데 사용된다.

이와 같은 경사빔 입사는 파면수차를 발생한다. 보통, 전체 광학주사장치에 대한 주사빔의 파면수차에 대해, 전체적으로 대략 0.07λ(이때, λ는 해당 방사빔의 파장이다)의 광경로차의 제곱평균제곱근(OPD_rms)의 공차가 허용되어, 시스템이 회절제한된다. OPD_rms를 mλ 단위(이때, 0.001λ=mλ)로 표시하는 것이 편리할 수 있다. 렌즈계의 필드(field)는 경사 빔이 15mλ보다 작은 OPD_rms를 발생하는 영역이다. 이 렌즈계의 시야(field of view)는 이 필드의 2배에 해당한다.

광학주사장치에서 사용시에, 렌즈는 보통 광 기록매체의 표면에 비교적 근접하여 배치된다. 주사장치를 포함하는 장치를 사용자가 치거나 떨어뜨리면, 광 기록매체에 가장 근접한 렌즈의 표면이 광 기록매체 표면과 접촉할 수 있다. 이것은, 렌즈 표면의 손상을 일으킬 수도 있다.

대형 크기의 2렌즈 대물 유리 렌즈에 대해 "범퍼", 즉 기록매체에 인접한 렌즈 표면에 접착된 플라스틱의 링을 채용하는 것이 공지되어 있다. 이와 같은 범퍼는 렌즈 표면이 기록매체에 접촉하지 못하게 하는 역할을 한다. 그러나, 이와 같은 범퍼를 갖는 렌즈를 제조하는데에는 범퍼를 형성하고 범퍼의 위치를 지정하며 범퍼를 부착시키는 다수의 추가적인 제조단계들이 필요하다.

본 발명의 실시예들의 목적은, 렌즈에 대한 경사 빔 입사에 내성을 갖고, 제조오차에 대해 내성을 가지며, 광학주사장치에 사용시에, 렌즈의 광학 표면이 기록매체의 표면에 접촉하지 못하게 하는데 적합한 장치를 갖는 대물렌즈(와 바람직하게는 소형 크기의 높은 NA의 대물렌즈)를 제공함에 있다. 바람직하게는, 이와 같은 장치는 렌즈 상에 쉽게 배치될 수 있다.

제 1 국면에서, 본 발명은, 광 기록매체의 정보층을 주사하고, 방사빔을 발생하는 방사원과, 두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층에 의해 덮인 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 대물계를 구비한 광학주사장치에 있어서, 상기 대물계가, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리(free working distance)보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

이때, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 조건을 만족하도록 렌즈를 설계함으로써, 결과적으로 얻어지는 렌즈는 경사 빔 입사와 제조오차에 내성을 갖고, 사용시에 렌즈가 기록매체의 표면과 접촉하는 것이 방지된다.

또 다른 국면에서, 본 발명은, 두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층에 의해 덮인 광 기록매체의 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계에 있어서, 상기 렌즈계는, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

또 다른 국면에서, 본 발명은, 두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층에 의해 덮인 광 기록매체의 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계를 제조하는 방법에 있어서, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 형성하는 단계를 포함하며:

또 다른 국면에서, 본 발명은, 두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층에 의해 덮인 광 기록매체의 정보층을 주사하는 광학주사장치를 제조하고, 방사빔을 발생하는 방사원을 제공하는 단계와, 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 렌즈계를 제공하는 단계를 포함하는 광학주사장치의 제조방법에 있어서, 상기 렌즈계가, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

본 발명의 또 다른 국면들은 종속항에 기재되어 있다.

본 발명의 이해를 돕고, 본 발명의 실시예가 달성되는 방법을 예시하기 위해, 이하, 첨부도면들을 참조하여 설명한다:

도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 표면들 중에서 1개가 각각 원하는 위치에 있는 경우, 제 2 표면으로부터 너무 멀리 떨어진 경우, 제 2 표면에 대해 중심이 어긋남 경우, 제 2 표면에 대해 틸트된 경우의 2개의 비구면 표면을 갖는 렌즈를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대물계를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 장치를 나타낸 것이며,

도 3은 도 2의 렌즈(18)의 상세도이고,

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 서로 다른 구조의 보호장치들을 갖는 렌즈를 각각 나타낸 것이다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 대물렌즈(18)를 포함하는 광 기록매체(2)를 주사하는 장치(1)를 나타낸 것이다. 기록매체는 투명층(3)을 구비하고, 이 투명층의 일면에는 정보층(4)이 배치된다. 투명층의 반대측에 있는 정보층의 면은 보호층(5)에 의해 외부환경으로부터 보호된다. 장치를 대향하는 투명층의 면은 입사면(6)으로 불린다. 투명층(3)은 정보층에 대해 기계적인 지지를 제공함으로써 기록매체에 대한 기판으로서의 역할을 수행한다.

이와 달리, 투명층은 정보층을 보호하는 한가지 기능을 수행하는 한편, 기계적인 지지가, 정보층의 다른 면에 있는 층, 예를 들면, 보호층(5)이나, 정보층(4)에 연결된 추가적인 정보층과 투명층에 의해 제공될 수도 있다. 정보는 도면에 도시되지 않은 거의 평행하거나, 동심원을 이루거나 나선형의 트랙들로 배치된 광학적으로 검출가능한 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4) 내부에 저장된다. 이들 마크는, 임의의 광학적으로 판독가능한 형태, 예를 들면, 그들의 주변부와 다른 반사계수 또는 자화방향을 갖는 피트들이나 영역들의 형태, 또는 이들 형태의 조합의 형태를 가질 수도 있다.

주사장치(1)는 방사빔(12)을 방출하는 방사원(11)을 구비한다. 방사원은 반도체 레이저일 수 있다. 빔 스플리터(13)는 발산하는 방사빔(12)을 시준렌즈(14)를 향해 반사시키고, 이 시준렌즈는 발산빔(12)을 평행광으로 변환된 빔(15)으로 변환한다. 평행광으로 변환된 빔(15)은 대물계(18)에 입사한다.

대물계는 1개 이상의 렌즈 및/또는 격자를 구비할 수도 있다. 대물계(18)는 광축(19)을 갖는다. 대물계(18)는 빔(17)을 기록매체(2)의 입사면(6)에 입사하는 수렴 빔(20)으로 변경한다. 대물계는 투명층(3)의 두께를 통한 방사빔의 통과에 적합한 구면수차 교정값을 갖는다. 수렴빔(20)은 정보층(4) 상에 스폿(21)을 형성한다. 정보층(4)에 의해 반사된 방사빔은 발산빔(22)을 형성하고, 이 빔은 대물계(18)에 의해 거의 평행한 빔(23)으로 변환된 후, 시준렌즈(14)에 의해 수렴빔(24)으로 변환된다. 빔 스플리터(13)는 수렴빔(24)의 적어도 일부를 검출계(25)를 향해 투과시킴으로써 전방 빔과 반사빔을 분리한다. 검출계는 방사빔을 포착하여, 그것을 전기 출력신호(26)로 변환한다. 신호처리기(27)는 이들 출력신호를 다수의 다른 신호들로 변환한다.

이들 신호 중에서 한 개는 정보신호(28)로서, 이 신호의 값은 정보층(4)에서 판독된 정보를 표시한다. 정보신호는 오류정정용 정보처리부(29)에 의해 처리된다. 신호처리기(27)에서 발생된 나머지 신호들은 포커스 에러신호 및 래디얼 에러신호(30)이다. 포커스 에러신호는 스폿(21)과 정보층(4) 사이의 축방향 높이차를 표시한다. 래디얼 에러신호는 정보층(4)의 평면에서의 스폿(21)과 이 스폿이 따르게 되는 장보층 내부의 트랙의 중심 사이의 거리를 표시한다.

포커스 에러신호와 래디얼 에러신호는 서보회로(31)에 공급되며, 이 서보회로는 이들 신호를 포커스 액추에이터와 래디얼 액추에이터 각각을 제어하는 서보 제어신호(32)로 변환한다. 액추에이터들은 도면에 도시하지 않았다. 포커스 액추에이터는 초점 방향(33)으로 대물계(18)의 위치를 제어하여, 스폿(21)의 실제 위치를 제어함으로써, 이 위치가 정보층(4)의 평면과 거의 일치하도록 한다. 래디얼 액추에이터는 반경방향(34)으로 대물렌즈(18)의 위치를 제어하여, 스폿(21)의 반경방향의 위치를 제어함으로써, 이 위치가 정보층(4) 내부에서 따르게 되는 트랙의 중심선과 거의 일치하게 한다. 도면에서 트랙들은 도면의 평면에 수직한 방향으로 진행한다.

도 2에 도시된 장치는, 기록매체(2)보다 두꺼운 투명층을 갖는 제 2 형태의 기록매체도 주사하도록 변형될 수도 있다. 이 장치는, 제 2 형태의 기록매체를 주가하기 위해 상기 방사빔(12) 또는 이와 다른 파장을 갖는 방사빔을 사용할 수 있다. 이 방사빔의 NA는 기록매체의 형태에 맞추어 변형될 수도 있다. 대물계의 구면수차 보상도 이에 따라 변형되어야 한다.

적절한 제조공차로 제조될 수 있는 소형의 대물렌즈를 제공하기 위해, 플라스틱 등의 단일 재료로 이루어진 대물렌즈를 제공한다. 적절한 플라스틱으로는 COC(cyclo olefinic copolymer), PMMA(poly(methyl methacrylate)) 및 폴리카보네이트를 포함한다. 이와 같은 렌즈는 플라스틱 몰딩공정을 이용하여 제조될 수 있다. 바람직하게는, 단일 재료는 비교적 높은 굴절률을 갖고, 바람직하게는, 렌즈는 적어도 1개의 비구면 표면을 갖도록 형성된 단일 렌즈이다.

렌즈(18)가 광 기록매체(2)의 표면과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 실시예들은 렌즈 보호장치를 사용한다. 도 3은 이와 같은 렌즈 보호장치(186)를 갖는 렌즈를 지닌 도 2의 대물계로서 도시된 렌즈(18)의 상세도이다.

도 3에는 광 기록매체(2)에 인접하게 배치된 렌즈(18)가 예시되어 있는데, 이 렌즈(18)는 투명층(3)을 통해 기록매체(2)의 정보층(4) 상에 방사빔을 수렴시키는 역할을 한다.

렌즈(18)는, 방사빔 광원과 대향하는 제 1 비구면 표면(181)과 광 기록매체(2)에 대향하는 제 2 비구면 표면(182)을 갖는다. 이들 표면(181, 182)은 렌즈(18)의 수렴부(180)를 이룬다. 이 수렴부를 둘러싸는 것은 렌즈 몸체(185)이다. 렌즈 몸체에, 광 기록매체에 대향하는 렌즈 몸체의 표면으로부터 돌출하여 보호장치(186)가 존재한다. 이 예에서는, 장치(186)는 렌즈 표면(182)을 둘러싸는 환형 링의 형태를 취한다(도 4를 참조하여 후술한다).

렌즈(18)는 기록매체의 표면으로부터 떨어져 자유동작거리(FWD)에 배치된다. 이것은 렌즈 표면(182)과 광 기록매체의 외면(즉, 투명층(3)의 외면) 사이의 광축(19)을 따른 거리이다.

렌즈 표면(182)이 광 기록매체(2)와 접촉할 수 있는 것을 피하기 위해, 보호장치가 표면(182)보다 렌즈의 몸체로부터 거리 b만큼 더 연장된다.

비율 b/FWD는 바람직하게는

b/FWD>0.05,

더욱 바람직하게는,

b/FWD>0.1,

더욱 더 바람직하게는,

b/FWD>0.25를 만족하여야 한다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 보호장치(186)의 서로 다른 구현예들을 나타낸 것이다(이들 서로 다른 구현예들은 각각 186A, 186B 및 186C로 번호를 부여하였다).

도 4a에서는, 보호장치가 렌즈(18)의 제 2 표면(182)을 둘러싸는 링(186A)을 구비한다(제 2 표면(182)은 방사빔을 수렴하는데 사용된 광 기록매체(2)에 대향하는 렌즈의 부분으로 취해진다.

이때, 보호장치가 렌즈(18)의 몸체로부터 표면 182보다 기록매체(2)를 향해 더 큰 거리로 돌출하도록 배치되는 한, 보호장치가 다른 형태들을 취할 수 있음은 물론이라는 점에 주목하기 바란다. 예를 들어, 도 4b는 표면(182)을 둘러싸는 분리된 3개의 돌출부(186b)를 나타낸 것이고, 도 4c는 4개의 분리된 돌출부들(186C)을 나타낸 것이다.

보호장치(즉, "범퍼")는 플라스틱과 유리를 포함하는 1개 이상의 재료로 형성될 수 있다. 이 장치는 탄성 재료로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 보호장치는 렌즈와 동일한 재료로 형성된다. 이 장치가 별개의 장치로 형성된 후 렌즈에 장착될 수도 있기는 하지만, 이 장치는 렌즈의 일체부로서 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 범퍼를 포함하는 렌즈는 플라스틱 주입성형을 사용하여 단일 부품으로 형성될 수도 있다.

개구수(NA)>0.65이고 2mm보다 작은 입사동 직경을 가지며, 2개의 비구면 표면들의 필드, 두께차, 중심 어긋남 및 틸트에 내성을 갖는 대물렌즈를 제공할 수 있도록 하기 위해서는, 대물렌즈의 두께 t(광축을 따른 렌즈의 두께)가 다음 관계를 만족해야만 하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다:

이때, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51이다.

자유동작거리는, 범퍼가 존재하지 않을 때, 기록매체에 접촉하기 전에 렌즈가 움직일 수 있는 거리, 즉 광축을 따라 측정하였을 때, 기록매체에 대향하는 렌즈의 표면으로부터 투명층(3)의 표면까지의 거리에 해당한다.

더욱 바람직하게는, 렌즈의 두께는 다음 관계를 만족한다:

이때, FWD+t_d/n_d<0.51이다.

주사장치에서 사용시에, 렌즈는 서로 다른 파장의 방사빔과 조합하여 사용될 수도 있다(데이터를 판독 및 기록하는데 서로 다른 파장들이 사용될 수 있다). 이와 달리, 방사원(예를 들면, 레이저)의 파장이 방사빔의 파워의 함수로써 변할 수도 있다(정보 기록매체에 데이터를 판독 및 기록하는데 서로 다른 파워들이 이용될 수 있다). 렌즈가 이와 같은 파장의 변동에 내성을 갖기 위해서는, 렌즈 재료(예를 들면, 유리)의 아베수가 40보다 큰 것이 바람직하다.

표 I에는, 3가지 명시된 실시예들을 열거하였다.

렌즈의 표면과 이면은 각각 다음 식으로 주어지는 회전대칭의 비구면 형상을 갖는다:

이때, z는 밀리미터 단위를 갖는 광축의 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 갖는 광축까지의 거리이며, c는 표면의 곡률이고, r₀는 밀리미터 단위를 갖는 정규화 직경이며, B_K는 r의 k승의 계수이다. 3가지 서로 다른 실시예에 대한 B_K의 값을 표 I에 나열하였는데, 이때 1차 비구면은 방사원에 대향하는 렌즈의 표면으로 가정하고, 2차 비구면은 디스크에 대향하는 렌즈의 표면으로 가정하였다.

[표 1]

파라미터 Q를 다음과 같이 정의하자:

파장 405nm의 방사빔을 사용하고, 커버층 두께 t_d=0.1mm 및 n_d=1.6223의 굴절률을 갖는 디스크(광 기록매체)를 사용하여, 개구수 NA=0.85를 갖는 다수의 대물렌즈 구조들을 고려하였다. 표 II에서는, 표 I에 나타낸 2가지 상기한 명시적인 구조들(A, B, C)을 포함하는 이들 다수의 대물렌즈 구조에 대해 파라미터 Q를 계산하였다. 이 구조들은, 경사 입사(필드), 비구면 표면들의 중심 어긋남, 비구면 표면들의 틸트와, 대물렌즈의 두께의 변동에 대해 내성을 갖도록 최적화하였다.

[표 2]

표 II에서, 파라미터 Q가 다음의 관계

0.8<Q<1.2

또는, 더욱 바람직하게는,

0.9<Q<1.1

을 만족해야 한다는 것을 추론하였다.

이때, 본 발명의 서로 다른 실시예들은 다양한 렌즈계와 관련하여 적용될 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 바람직하게는, 본 실시예들은 0.7보다 큰 개구수를 갖는 렌즈계들과 관련하여 사용된다. 바람직하게는, 이들 실시예에 따른 렌즈계들은 2mm보다 작은, 더욱 바람직하게는, 1.5mm보다 작은 입사동 직경을 갖는다. 바람직하게는, 이들 실시예는 약 405nm의 파장을 갖는 빔을 포함하는, 600nm보다 작은 파장을 갖는 방사빔과 연계하여 사용된다.

플라스틱만으로 제조된(그리고, 보통 주입성형 등의 플라스틱 몰딩공정에 의해 제조된) 렌즈들과 관련하여 전술한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 파라미터들은, 임의의 단일 재료, 예를 들어, 유리 렌즈(예를 들면, 유리 성형공정에 의해 형성됨)로 제조된 렌즈 구조에 대해서도 적합하게 사용될 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

본 명세서에서는, 다양한 대물렌즈들에 대해 상세내용과 설계 파라미터들을 제공하였다. 대물계는 이와 같은 렌즈를 포함할 수 있지만, 이와 같은 렌즈에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 대물계는 격자나 다른 렌즈들을 포함할 수도 있다. 더구나, 렌즈들을 "대물렌즈"로서 기술하였지만, 이와 같은 렌즈들은 대물계에 사용하는데 한정되는 것은 아니며, 모든 형태의 장치나 시스템에도 사용될 수 있다.

전술한 실시예들에 비추어 보면, 본 발명의 실시예들은 적절한 제조공차를 견딜 수 있는 단일 재료로 이루어진 대물렌즈를 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 더구나, 본 발명의 실시예들은, 렌즈에의 경사 빔 입사에도 내성을 가지며, 렌즈가 광 기록매체의 표면에 접촉하지 못하게 하도록 구성된 보호장치(예를 들면, "범퍼")를 갖는다.

Claims

광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하고, 방사빔(12, 15, 20)을 발생하는 방사원(1)과, 두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층(3)에 의해 덮인 정보층 상에 방사빔을 수렴시키는 대물계(18)를 구비한 광학주사장치에 있어서,

상기 대물계가, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

이때, t는 렌즈의 두께이고, D는 입사동 직경이며, FWD는 자유동작거리이고, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51인 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
제 1항에 있어서,

상기 렌즈는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1):

.
제 1항에 있어서,

렌즈와 보호장치는 동일한 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
제 1항에 있어서,

렌즈는 플라스틱으로 제조된 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
제 1항에 있어서,

렌즈 재료의 아베수가 40보다 큰 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
제 1항에 있어서,

상기 광학주사장치는, 정보층에서 나온 방사빔을 정보신호로 변환하는 검출계(25, 27)와, 정보신호의 오류정정을 위한 정보처리부(29)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층(3)에 의해 덮인 광 기록매체(2)의 정보층(4) 상에 방사빔을 수렴시키는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계에 있어서,

상기 렌즈계는, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

이때, t는 렌즈의 두께이며, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51인 것을 특징으로 하는 렌즈계(18).
두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층(3)에 의해 덮인 광 기록매체(2)의 정보층(4) 상에 방사빔(15)을 수렴시키는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계(18)를 제조하는 방법에 있어서,

사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 형성하는 단계를 포함하며:

이때, t는 렌즈의 두께이며, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51인 것을 특징으로 하는 렌즈계의 제조방법.
제 8항에 있어서,

플라스틱 몰딩공정을 사용하여 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈계의 제조방법.
제 8항에 있어서,

단일 플라스틱 주입성형공정을 사용하여 렌즈와 보호장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈계의 제조방법.
두께 t_d 및 굴절률 n_d를 갖는 투명층(3)에 의해 덮인 광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는 광학주사장치(1)를 제조하고,

방사빔을 발생하는 방사원(11)을 제공하는 단계와,

정보층(4) 상에 방사빔을 수렴시키는 렌즈계(18)를 제공하는 단계를 포함하는 광학주사장치의 제조방법에 있어서,

상기 렌즈계(18)가, 사용시에, 보호장치와 광 기록매체 사이의 거리가 자유동작거리보다 작고, 렌즈가 다음 조건을 만족하도록, 렌즈로부터 광 기록매체를 향해 돌출하는 보호장치를 갖는 렌즈를 구비하며:

이때, t는 렌즈의 두께이며, D는 입사동 직경이고, FWD는 자유동작거리이며, D, FWD, t 및 t_d가 밀리미터 단위로 표시되고, FWD+t_d/n_d<0.51인 것을 특징으로 하는 광학주사장치의 제조방법.