KR20060061274A - 대물 렌즈 및 광학 소자의 설계 방법 - Google Patents

Abstract

광학계에 사용될 광학 소자를 설계하는 설계 방법으로서, 광학계에서는 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔의 각각이 광학 소자를 통과하고, 상기 설계 방법은, 복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 제1 광로차 함수에 의해 초래되는 비율이 복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 제2 광로차 함수에 의해 초래되는 비율과 다르게 되는 방식으로 제1 및 제2 광로차 함수를 포함하는 적어도 2개 유형의 광로차 함수를 결정하는 결정 단계, 및 적어도 2개 유형의 광로차 함수를 중첩하여 규정되는 형상을 획득하여 그 획득된 형상을 광학 소자의 면 중 적어도 하나의 면에 적용하는 획득 단계를 포함한다.

광학 소자, 대물 렌즈, 구면 수차, 설계 파장, 회절 효율, 회절 차수, 광로차 함수, 위상 시프팅 구조

Description

대물 렌즈 및 광학 소자의 설계 방법{DESIGN METHOD OF OPTICAL ELEMENT AND OBJECTIVE LENS}

도 1은 제1 실시예에 따른 광 디스크 드라이브의 일반적인 구성도;

도 2A는 제2의 가장 높은 기록 밀도를 갖는 제2 광 디스크가 도 1의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 2B는 가장 낮은 기록 밀도를 갖는 제3 광 디스크가 도 1의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 3A는 제1 실시예에 따라 획득되고 2개의 파장 호환 작용에 주로 기여하는 제1 OPD(광로차) 함수를 예시하는 그래프;

도 3B는 제1 실시예에 따라 획득되고 파장 시프트 보상 작용에 주로 기여하는 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 3C는 제1 실시예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 4는 제2 실시예에 따른 광 디스크 드라이브의 일반적인 구성도;

도 5A는 가장 높은 기록 밀도를 갖는 제1 광 디스크가 도 4의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 5B는 제2 광 디스크가 도 4의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 5C는 제3 광 디스크가 도 4의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 6A는 제2 실시예에 따라 획득된 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 6B는 제2 실시예에 따라 획득된 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 6C는 제2 실시예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 7A는 제3 실시예에 따라 획득된 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 7B는 제3 실시예에 따라 획득된 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 7C는 제3 실시예에 따라 획득된 제3 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 7D는 제3 실시예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 8A는 제2 광 디스크에 대하여 제2 레이저 빔이 사용될 때 제1 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 8B는 제3 광 디스크에 대하여 제3 레이저 빔이 사용될 때 제1 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 9A는 제2 예에 따라 결정된 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 9B는 제2 예에 따라 결정된 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 9C는 제2 예에 따라 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 10A는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제2 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 10B는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제2 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 11은 제3 예에 따른 광 디스크 드라이브의 구성도;

도 12A는 제1 광 디스크가 도 11의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 12B는 제2 광 디스크가 도 11의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 12C는 제3 광 디스크가 도 11의 광 디스크 드라이브에서 사용되는 상태도;

도 13A는 제3 예에 따라 결정된 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 13B는 제3 예에 따라 결정된 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 13C는 제3 예에 따라 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 14A는 제1 광 디스크에 대하여 제1 레이저 빔이 사용될 때 제3 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 14B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제3 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 14C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제3 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 15A는 제4 예에 따라 결정된 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 15B는 제4 예에 따라 결정된 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 15C는 제4 예에 따라 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 16A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제4 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 16B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제4 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 16C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제4 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 17A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제5 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 17B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제5 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 17C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제5 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 18A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제6 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 18B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제6 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 18C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제6 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 19A 및 도 19B는 제7 예에 따라 결정된 내측 영역에 대한 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 19C는 제7 예에 따라 내측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 19D 및 도 19E는 제7 예에 따라 결정된 외측 영역에 대한 제3 및 제4 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 19F는 제7 예에 따라 외측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 19G는 제7 예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 20A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제7 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 20B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제7 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 20C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제7 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 21A 및 도 21B는 제8 예에 따라 결정된 내측 영역에 대한 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 21C는 제8 예에 따라 내측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함 수를 예시하는 그래프;

도 21D 및 도 21E는 제8 예에 따라 결정된 외측 영역에 대한 제3 및 제4 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 21F는 제8 예에 따른 외측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 21G는 제8 예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 22A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제8 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 22B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제8 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 22C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제8 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 23A, 도 23B 및 도 23C는 제9 예에 따라 결정된 내측 영역에 대한 제1, 제2 및 제3 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 23D는 제9 예에 따라 내측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 23E 및 도 23F는 제9 예에 따라 결정된 외측 영역에 대한 제4 및 제5 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 23G는 제9 예에 따라 외측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함 수를 예시하는 그래프;

도 23H는 제9 예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 24A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제9 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 24B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제9 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 24C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제9 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 25A, 도 25B 및 도 25C는 제10 예에 따라 결정된 내측 영역에 대한 제1, 제2 및 제3 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 25D는 제10 예에 따라 내측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 25E 및 도 25F는 제10 예에 따라 결정된 외측 영역에 대한 제4 및 제5 OPD 함수를 각각 예시하는 그래프;

도 25G는 제10 예에 따라 외측 영역에서의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 25H는 제10 예에 따라 대물 렌즈의 제1 면에 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 예시하는 그래프;

도 26A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제10 예에 따른 광 디스크 드라이브에 서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 26B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제10 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 26C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제10 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 27은 제4 실시예에 따른 대물 렌즈의 제1 면의 확대 횡단면도;

도 28은 i=2인 경우에, 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여, Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프;

도 29은 i=3인 경우에, 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여, Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프;

도 30은 i=5인 경우에, 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여, Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프;

도 31은 i=10인 경우에, 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여, Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프;

도 32A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 32B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 32C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브에 서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 33A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 33B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 33C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 34A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 34B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 34C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 35A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 35B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 35C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 36A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브에 서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 36B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 36C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 37A는 제1 레이저 빔이 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프;

도 37B는 제2 레이저 빔이 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프; 및

도 37C는 제3 레이저 빔이 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프.

본원발명은 다른 규격에 기초하는 복수 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 광 디스크로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈 등의 광학 소자의 설계 방법에 관한 것이다.

각각 다양한 밀도로 디지털 정보가 기록되는 다양한 유형의 광 디스크가 존재한다. 예를 들어, DVD(digital versatile disc)는 CD(compact disc) 또는 CD-R(CD Recordable)보다 더 높은 기록 밀도를 갖고 CD 또는 CD-R보다 더 얇은 보호층 을 갖는다.

최근에는, 더 높은 기록 밀도를 갖는 HD DVD(High Definition DVD) 및 BD(Blue-ray Disc) 등 광 디스크에 대한 새로운 기술 규격이 제안되고 있다. 그러한 새로운 규격의 광 디스크는 DVD의 보호층 두께 이하의 보호층 두께를 갖는다. 이들 환경하에서, 광 디스크 드라이브(즉, 광 디스크 드라이브내 광학계)는 적어도 2개 유형의 광 디스크를 지원하도록 요구된다. 이하, 적어도 2개 유형의 광 디스크를 지원하는 그러한 광 디스크 드라이브(대물 렌즈)는 호환성 광 디스크 드라이브(대물 렌즈)라 일컫기도 한다.

복수 유형의 광 디스크를 지원하기 위해서, 광 디스크 드라이브용 광학계는, 사용되는 광 디스크의 보호층 두께에 따라 달라지는 구면 수차를 보정하는 한편, NA(개구수)를 변화시켜, 사용되는 광 디스크에 적합한 사이즈로 빔 스폿 사이즈를 형성하도록 요구된다. 일반적으로, 빔 스폿 직경은 광 빔의 파장이 감소함에 따라 감소한다. 따라서, 예를 들어, CD에 대한 대략 780nm의 파장보다 더 낮은 대략 660nm의 파장을 갖는 레이저 빔이 DVD에 사용된다. DVD보다 더 높은 기록 밀도를 갖는 새로운 기술 규격의 광 디스크에 대하여서는, DVD보다 더 짧은 파장을 갖는 레이저 빔(즉, 예를 들어 대략 408nm의 파장을 갖는 소위 블루 레이저)이 사용된다.

또한, 광 디스크 드라이브용 광학계는, 사용되는 광 디스크의 유형에 따라 파장이 달라지는 광 빔이 부딪히는 광 디스크의 기록면에 광 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 적절하게 수렴시키도록 요구된다. 이러한 이유로, 호환성 광 디스 크 드라이브의 통상적인 광학계는 광학계내 광학 소자(예를 들어, 대물 렌즈)의 일면에 회절 구조를 보유하여 광 빔이 각각의 광 디스크의 기록면에 적절하게 수렴되도록 구성된다.

회절 구조가 구비된 광학 소자는 광원 디바이스 사이의 개별적인 차이 또는 온도 변화 등의 환경 조건의 변동에 따라 레이저 빔의 설계 파장이 달라질 때 야기되는 구면 수차를 보정하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 설계 파장이라는 용어는 광 디스크의 재생 및/또는 기록에 적합한 광 빔의 파장을 의미한다.

회절 구조의 설계에 대하여 자유도는 제한된다. 따라서, 회절 구조가 2개 유형의 광 디스크를 지원하도록 형성되면, 파장 시프트에 대한 보정 기능(즉, 2개 유형의 광 디스크에 대한 2개의 다른 광 빔의 각각에서의 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차의 변화를 보정하는 기능)을 회절 구조에 부가적으로 부여하는 것은 불가능하다고 생각되었다.

그러는 동안, 기존의 광 디스크뿐만 아니라 새로운 기술 규격의 광 디스크(즉, 3개 유형의 광 디스크를 지원할 수 있는 광 디스크 드라이브)도 지원할 수 있는 광 디스크 드라이브가 요구되고 있었다. 그러나, 회절 구조 설계의 자유도는 제한되어 있다. 따라서, 단일 회절 구조의 광학 성능은, 기껏해야, 다른 파장을 갖는 2개 유형의 광 빔을 2개 유형의 광 디스크의 기록면에 각각 수렴시키는 것이다. 즉, 광학계가 광학계내 광학 소자의 일면에 회절 구조를 갖도록 구성된다면, 광학계는 2개 유형의 광 디스크만을 지원할 수 있다.

그러한 문제점을 해결하기 위해, 논문 "Compatible Objective Lens for Blue-ray Disc and DVD using Diffractive Optical Element and Phase-step Element which Corrects both Chromatic and Spherical Aberration", Yoshiaki Komma et al. of Matsushita Electric Industrial Co., Ltd, ISOM collected papers(We-F-20)에서 소정 광학계가 제안되어 있다.

상기 논문에서 제안된 광학계는 2개의 렌즈면에 다른 회절 구조를 각각 갖도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 광학계는 DVD 및 BD용 레이저 빔을 각각 DVD 및 BD의 기록면에 적절하게 수렴시키는 한편, DVD 및 BD용 레이저 빔의 각각에서의 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차를 보정할 수 있다.

그러나, 상기 논문에서 제안된 바와 같이 2개의 렌즈면에 회절 구조를 갖도록 구성된다면, 디센터링 등의 제조 오차에 기인하여 광학 성능이 저하될 가능성은 증가할 수 있다. 또한, 제조 비용 및 부품 수의 감축을 위해 단일의 대물 렌즈에 의해 광학계가 형성된다면, 회절 구조는 대물 렌즈의 양면에 형성된다. 이러한 경우에 있어서, 대물 렌즈의 일면(즉, 회절 구조 중 하나)은 디스크 트레이를 통하여 외부에 노출됨으로써, 외부에 노출된 회절 구조는 렌즈 클리너가 사용될 때 손상될 가능성이 증가한다.

따라서, 실용적인 면에서 볼 때, 상기 논문에 제안된 광학계는 광학계내 광학 소자에 복수 유형의 회절 작용을 제공할 수 있긴 하여도 광 디스크 드라이브에서 사용될 수는 없다.

일본 특허 공개 공보 제2000-171704호에는 복수의 광학 기능을 갖는 단일의 회절면을 설계하는 방법이 나와 있다. 상기 공보 제2000-171704호에 나와 있는 설 계 방법은 복수의 광학 기능을 단일 회절면에 부여하여 특정 파장을 갖는 광 빔이 가장 적합하게 사용될 수 있도록 하는 방법이다. 그러나, 이 공보에서는, 복수 유형의 광 디스크를 지원하는 성능을 갖는 광 디스크 드라이브(광학계)를 제공할 수 있는 광학 소자 설계 방법은 나와 있지 않다.

본원발명은 복수의 회절 작용을 갖는 단일의 회절 구조를 구비한 광학 소자를 설계하는 방법을 제공한다는 점에서 유익하다.

본원발명의 일형태에 의하면, 광학계에 사용될 광학 소자를 설계하는 방법이 제공되는데, 여기에서는, 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔의 각각이 광학 소자를 통과한다. 본원의 방법은, 제1 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 비율이 제2 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 비율과 다르게 되는 방식으로 제1 및 제2 광로차 함수를 포함하는 적어도 2개 유형의 광로차 함수를 결정하는 결정 단계, 및 적어도 2개 유형의 광로차 함수를 중첩함으로써 규정된 형상을 획득하여 그 획득된 형상을 광학 소자의 면 중 적어도 하나의 면에 적용하는 획득 단계를 포함한다.

이러한 구성으로는, 다른 비율을 내놓는 적어도 2개의 광로차 함수에 기초하여 광학 소자에 적용될 형상이 결정되기 때문에, 광학 소자를 설계함에 있어서 자유도가 증가될 수 있다. 광 빔이 각각의 최대값을 취하는 비율이 서로 다르게 되 는 방식으로 광로차 함수가 결정되기 때문에, 다른 파장에 관하여 다양한 유형의 회절 작용이 회절 구조(즉, 단일 회절면)에 부여될 수 있다.

선택적으로, 형상이 적용되는 적어도 하나의 면은 광학 소자의 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치한 외측 영역으로 나뉜다. 이러한 경우에 있어서는, 결정 단계가 내측 및 외측 영역에 별개로 적용되고 획득 단계가 내측 및 외측 영역에 별개로 적용되어, 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 내측 및 외측 영역에 각각 형성될 수 있다.

또한, 선택적으로, 획득 단계에 의해 획득된 형상을 갖는 회절 구조는 광학 소자의 광축에 대하여 대칭일 수 있다.

또한, 선택적으로, 광학 소자는, 제1 광 디스크에 대하여 제1 설계 파장을 갖는 제1 광 빔을 사용하고 제2 광 디스크에 대하여 제1 설계 파장과는 다른 제2 설계 파장을 갖는 제2 광 빔을 사용함으로써, 다른 규격에 기초하는 제1 및 제2 광 디스크의 각각에 데이터를 기록 및/또는 그 각각으로부터 데이터를 재생하도록 구성된 광 디스크 드라이브에 사용될 수 있다.

또한, 선택적으로, 형상은 획득 단계에 의해 회절 구조로서 획득될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제1 광 디스크가 사용될 때 야기된 구면 수차를 소망의 값으로 조정하고 제2 광 디스크가 사용될 때 야기된 구면 수차를 소망의 값으로 조정하는 제1 회절 작용이 제1 광로차 함수에 의해 회절 구조에 주로 부여될 수 있다. 제1 및 제2 광 디스크 중 적어도 하나가 사용될 때 발생하는 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차의 변화를 조정하는 제2 회절 작용이 제2 광로차 함수에 의해 회 절 구조에 주로 부여될 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1 회절 작용에 의해, 회절 구조는 제1 광 디스크가 사용될 때 야기된 구면 수차 및 제2 광 디스크가 사용될 때 야기된 구면 수차의 각각이 보정되는 방향을 갖는 수차를 생성할 수 있다. 제2 회절 작용에 의해, 회절 구조는, 제1 광 디스크가 사용될 때 제1 설계 파장으로부터 제1 광 빔의 파장이 시프팅하는 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차의 변화를 감소시킬 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1 및 제2 광 디스크가 사용될 때 야기된 구면 수차가 조정되는 제1 회절 작용은 제1 및 제2 광 빔의 각각이 콜리메이팅된 빔으로 광학 소자에 입사하는 조건하에서 결정될 수 있다.

또한, 선택적으로, 광 디스크 드라이브는, 제3 광 디스크에 대하여 제1 및 제2 광 빔의 파장과는 다른 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔을 사용함으로써, 제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초하여 제3 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 선택적으로, 광 디스크 드라이브는, 제3 광 디스크에 대하여 제1 및 제2 광 빔의 파장과는 다른 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔을 사용함으로써, 제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초하여 제3 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제1 및 제2 광로차 함수는 제1, 제2 및 제3 광 디스크의 각각이 사용될 때 야기된 구면 수차가 소망의 값으로 조정되도록 별개로 결정될 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1, 제2 및 제3 광 디스크의 보호층의 두께가 각각 t1, t2, 및 t3로 정의된다면, 보호층의 두께는 t1≤t2＜t3의 관계를 갖는다. 제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA1으로 정의되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA2로 정의되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA3로 정의되면, NA1, NA2 및 NA3는 NA1＞NA3 및 NA2＞NA3의 관계를 갖는다. 이러한 구성에 있어서는, 제1 광 빔의 제1 설계 파장이 제1, 제2 및 제3 설계 파장 모두 중에서 가장 짧고, 제2 광 빔의 제2 설계 파장이 제1 광 빔의 제1 설계 파장보다 더 길고, 제3 광 빔의 제3 설계 파장이 제1, 제2 및 제3 설계 파장 모두 중에서 가장 길 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 2:1:1로 표현될 수 있다. 또한, 제2 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 3:2:2로 표현될 수 있다.

또한, 선택적으로, 본원의 방법은, 제1, 제2 및 제3 광 디스크 중 적어도 하나가 사용될 때 발생하는 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차의 변화를 조정하는 제3 회절 작용을 회절 구조에 주로 부여하는 제3 광로차 함수를 결정하는 결정 단계를 포함할 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 2:1:1로 표현될 수 있다. 또한, 제2 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 3:2:2로 표현될 수 있다. 또한, 제3 광로차 함수에 의해 초래된 비율로서 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 10:6:5로 표현될 수 있다.

본원발명의 다른 형태에 의하면, 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스 및 상기 방법에 의해 설계된 광학 소자를 포함하는 광 디스크 드라이브가 제공된다.

선택적으로, 다른 규격에 기초하여 제1 및 제2 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생하기 위해, 제1 설계 파장을 갖는 제1 광 빔은 제1 광 디스크에 사용되고, 제2 설계 파장을 갖는 제2 광 빔은 제2 광 디스크에 사용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초하여 제3 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생하기 위해, 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔은 제3 광 빔이 발산하는 빔으로 광학 소자에 입사하게 되는 방식으로 제3 광 디스크에 사용될 수 있다.

본원발명의 또다른 형태에 의하면, 상기 설계 방법에 의해 제조된 광학 소자가 제공된다.

본원발명의 또다른 태양에 의하면, 다른 파장을 갖고 실질적으로 콜리메이팅된 빔인 3개의 광 빔 중 하나를 선택적으로 사용함으로써, 3개 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그들로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈가 제공된다. 3개의 광 빔의 파장 모두 중에서 가장 짧은 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제1 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제1 광 디스크의 두께가 t1으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제2 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제2 광 디스크의 두께가 t2로 표현되고, 3개의 광 빔의 파장 모두 중에서 가장 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제3 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제3 광 디스크의 두께가 t3로 표현될 때, t1≤t2＜t3의 관계가 충족된다. 모든 3개의 광 빔 중 가장 짧은 제1 광 빔의 파장이 λ₁으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 제2 광 빔의 파장이 λ₂로 표현되고, 모든 3개의 광 빔 중 가장 긴 제3 광 빔의 파장이 λ₃로 표현될 때, λ₁＜λ₂＜λ₃ 이고 1.9＜λ₃/λ₁＜2.1의 관계가 충족된다. 제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA1으로 표현되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA2로 표현되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA3로 표현될 때, NA1, NA2 및 NA3는 NA1＞NA3 및 NA2＞NA3의 관계를 갖는다.

이러한 구성에 있어서, 대물 렌즈는 그 일면에 위상 시프팅 구조를 포함한다. 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈의 광축 둘레에 동심적으로 형성된 복수의 환상 굴절면대를 포함한다. 위상 시프팅 구조는 제3 광 빔을 제3 광 디스크의 기록면에 수렴시키기 위한 제1 영역을 갖는다. 제1 영역은 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량을 제1 광 빔에 부여한다. 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 절대값의 각각은, i_A 및 i_B가 자연수를 나타내고 i_A≠i_B, -0.5＜Δ_A＜0.5, -0.5＜Δ_B＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배이다. k가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=(2k+1)을 충족시킨다. 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나가 i_A=(2k+1)을 충족시키면, 제3 광 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 (k+1)차로 표현된다. Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

0.000≤Δ_A≤0.384 …(1)

광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나의 값 i_A에 홀수(2k+1)를 할당함으로써, 다른 규격에 기초한 3개 유형의 광 디스크에 대한 뛰어난 호환성을 대물 렌즈에 부여하는 것이 가능하다. 콜리메이팅된 빔이 3개 유형의 광 디스크의 각각에 사용되기 때문에, 트래킹 동작동안 야기되는 수차는 억제되어, 3개 유형의 광 디스크의 각각에 적합한 빔 스폿이 획득될 수 있다.

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

0.020≤Δ_A≤0.324 …(2)

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

0.020≤Δ_A≤0.258 …(3)

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

0.020≤Δ_A≤0.178 …(4)

이러한 구성으로는, 가장 높은 기록 밀도를 갖는 제1 광 디스크에 대한 기록 동작 및/또는 재생 동작에 있어서 제1 광 빔에 대하여 광의 상당히 높은 사용 효율을 확보하는 것이 가능하게 된다.

특정 경우에 있어서, 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량의 i_A 및 i_B의 값은 각각 3 및 2일 수 있다.

특정 경우에 있어서, 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량의 i_A 및 i_B의 값은 각각 5 및 2일 수 있다.

특정 경우에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배일 수 있고 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개 의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 8일 수 있다.

특정 경우에 있어서, 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 10일 수 있다.

특정 경우에 있어서, 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 5, 2 및 8일 수 있다.

특정 경우에 있어서, 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 5, 2 및 10일 수 있다.

본원발명의 또다른 태양에 의하면, 다른 파장을 갖고 실질적으로 콜리메이팅된 빔인 3개의 광 빔 중 하나를 선택적으로 사용함으로써, 3개 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그들로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈가 제공된다. 3개의 광 빔의 파장 모두 중에서 가장 짧은 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제1 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제1 광 디스크의 두께가 t1으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제2 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제2 광 디스크의 두께가 t2로 표현되고, 3개의 광 빔의 파장 모두 중에서 가장 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제3 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제3 광 디스크의 두께가 t3로 표현될 때, t1≤t2＜t3의 관 계가 충족된다. 모든 3개의 광 빔 중 가장 짧은 제1 광 빔의 파장이 λ₁으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 제2 광 빔의 파장이 λ₂로 표현되고, 모든 3개의 광 빔 중 가장 긴 제3 광 빔의 파장이 λ₃로 표현될 때, λ₁＜λ₂＜λ₃ 이고 1.9＜λ₃/λ₁＜2.1의 관계가 충족된다. 제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA1으로 표현되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA2로 표현되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA3로 표현될 때, NA1, NA2 및 NA3는 NA1＞NA3 및 NA2＞NA3의 관계를 갖는다.

이러한 구성에 있어서, 대물 렌즈는 그 일면에 위상 시프팅 구조를 포함한다. 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈의 광축 둘레에 동심적으로 형성된 복수의 환상 굴절면대를 포함한다. 위상 시프팅 구조는 제3 광 빔을 제3 광 디스크의 기록면에 수렴시키기 위한 제1 영역을 갖는다. 제1 영역은 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량을 제1 광 빔에 부여한다. 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량의 절대값의 각각은, i_A 및 i_B가 자연수를 나타내고 i_A≠i_B, -0.5＜Δ_A＜0.5, -0.5＜Δ_B＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배이다. k가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=(2k+1)을 충족시킨다. 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나가 i_A=(2k+1)을 충족시키면, 제3 광 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 k차로 표현된다. Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

-0.384≤Δ_A≤-0.070 …(5)

광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나의 값 i에 홀수(2k+1)를 할당함으로써, 다른 규격에 기초한 3개 유형의 광 디스크에 대한 뛰어난 호환성을 대물 렌즈에 부여하는 것이 가능하다. 콜리메이팅된 빔이 3개 유형의 광 디스크의 각각에 사용되기 때문에, 트래킹 동작동안 야기되는 수차는 억제되어, 3개 유형의 광 디스크의 각각에 적합한 빔 스폿이 획득될 수 있다.

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

-0.324≤Δ_A≤-0.070 …(6)

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

-0.258≤Δ_A≤-0.070 …(7)

특정 경우에 있어서, Δ_A는 다음의 조건을 충족시킨다.

-0.178≤Δ_A≤-0.070 …(8)

특정 경우에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, i_C가 자연 수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배일 수 있고 제1 영역내 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 10일 수 있다.

본원발명에 의한 대물 렌즈에 관한 상기 2개의 형태에 관하여, 대물 렌즈는 단일 소자 렌즈일 수 있다.

또한, 선택적으로, 위상 시프팅 구조는 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 및 제2 광 빔을 제1 및 제2 광 디스크의 기록면에 각각 수렴시키도록 구성되고, 제3 광 빔을 수렴시키는데에는 기여하지 않도록 구성될 수 있다. 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함할 수 있고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여한다. 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제1 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 하나의 절대값과는 다를 수 있다.

또한, 선택적으로, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2로 표현되면, 대물 렌즈는 다음의 조건을 충족시킬 수 있다.

f1×NA1＜f2×NA2 …(9)

이러한 경우에 있어서, 위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 가질 수 있다. 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제1 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에는 기여하지 않도록 구성될 수 있다. 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함할 수 있고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제2 광 빔에 부여한다. 또한, 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량의 절대값과는 다를 수 있다.

대안으로, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2로 표현되면, 대물 렌즈는 다음의 조건을 충족시킬 수 있다.

f1×NA1＞f2×NA2 …(10)

이러한 경우에 있어서, 위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 가질 수 있다. 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제2 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에는 기여하지 않도록 구성될 수 있다. 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함할 수 있고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여한다. 또한, 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값과는 다를 수 있다.

본원발명의 또다른 형태에 의하면, 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스, 상기 구성을 갖는 대물 렌즈, 대물 렌즈에 복수의 광 빔의 각각을 디렉팅하는 빔 스플리터 및 광 디스크로부터 되돌아오는 광을 수신하는 센서를 포함하는 광학계가 제공된다.

(실시예의 상세한 설명)

이하, 첨부 도면을 참조하여 본원발명에 따른 실시예를 설명한다.

이하에서는, 광학 소자를 설계하는 설계 방법, 및 그 설계 방법에 따라 설계된 대물 렌즈를 설명한다. 본원의 실시예에 따라 설계된 광학 소자는 광 디스크 드라이브로 하여금 다른 규격에 기초한(예를 들어, 다른 보호층 두께 및 다른 기록 밀도를 갖는) 3개 유형의 광 디스크 중 적어도 2개를 지원하는 성능을 갖게 한다.

여기에서 사용되는 "광 디스크 드라이브"라는 용어는 각각의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브를 의미한다.

이하에서는, 3개 유형의 광 디스크 모두 중 가장 높은 기록 밀도를 갖는 (HD DVD 또는 BD 등의) 제1 유형의 광 디스크를 광 디스크(D1)라 하고, 3개 유형의 광 디스크 모두 중 제2의 가장 높은 기록 밀도를 갖는 (DVD 또는 DVD-R 등의) 제2 유형의 광 디스크를 광 디스크(D2)라 하고, 3개 유형의 광 디스크 모두 중 가장 낮은 기록 밀도를 갖는 (CD 또는 CD-R 등의) 제3 유형의 광 디스크를 광 디스크(D3)라 한다. 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각은 기록 또는 재생이 수행될 때 광 디스크 드라이브의 디스크 트레이에 놓인다.

광 디스크(D1, D2, D3)의 보호층의 두께가 각각 t1, t2, t3로 정의된다면, 보호층의 두께는 이하의 관계를 갖는다.

t1≤t2＜t3

광 디스크(D1, D2, D3) 모두를 지원하기 위해, 광 디스크 드라이브의 광학계는 개구수(NA)를 변화시켜 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각의 기록 및/또는 재생에 대하여 적합한 빔 스폿 직경이 획득될 수 있도록 구성될 필요가 있다. 광 디스크(D1, D2, D3)에 적합한 개구수가 각각 NA1, NA2, NA3로 정의된다면, NA1, NA2 및 NA3는 이하의 관계를 갖는다.

NA1＞NA3 및 NA2＞NA3

즉, 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1)를 지원하기 위해서는, 더 작은 직경을 갖는 빔 스폿이 요구되고, 따라서, 더 높은 개구수가 요구된다. 한편, 가장 낮은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D3)를 지원하기 위해서는, 필요한 개구수는 상대적으로 작다.

광 디스크 드라이브에 있어서는, 적합한 빔 스폿 직경이 복수 유형의 광 디스크의 각각에 대하여 획득될 수 있도록 다른 파장을 갖는 복수 유형의 레이저 빔이 사용된다. 구체적으로, 광 디스크(D1)에 대하여서는 광 디스크(D1)의 기록면에 가장 작은 직경을 갖는 빔 스폿이 형성될 수 있도록 레이저 빔 모두 중 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔이 사용되고, 광 디스크(D2)에 대하여서는 광 디스크(D2)의 기록면에 제2의 가장 작은 직경을 갖는 빔 스폿이 형성될 수 있도록 레이저 빔 모두 중 제2의 가장 작는 파장을 갖는 제2 레이저 빔이 사용되고, 광 디스크(D3)에 대하여서는 광 디스크(D3)의 기록면에 가장 큰 직경을 갖는 빔 스폿이 형성될 수 있도록 레이저 빔 모두 중 가장 긴 파장을 갖는 제3 레이저 빔이 사용된다.

여기에서 사용되는 "설계 파장"이라는 용어는 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여 기록 및/또는 재생에 적합한 파장을 의미한다.

제1 실시예

이하, 제1 실시예에 의한 설계 방법 및 그 설계 방법에 의해 형성된 대물 렌즈(10A)를 설명한다. 대물 렌즈(10A)는 2개 유형의 광 디스크에 사용될 수 있다(즉, 대물 렌즈(10A)는 2개 유형의 광 디스크에 대해 호환성을 갖는다). 이러한 실시예에 있어서, 대물 렌즈(10A)는 광 디스크(D2, D3)를 지원하도록 구성된다. 그러나, 다른 쌍의 광 디스크에 대해 호환성을 갖는 다른 유형의 대물 렌즈가 제1 실시예에 따른 설계 방법에 의해 설계될 수도 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 광 디스크 드라이브(광학계; 100)의 일반적인 구성도이다. 광 디스크 드라이브(100)는 광 디스크(D2)에 대하여 제2 레이저 빔을 방출하는 광원(2A), 광 디스크(D3)에 대하여 제3 레이저 빔을 방출하는 광원(3A), 커플링 렌즈(2B, 3B), 빔 스플리터(41), 하프 미러(43), 수광 유닛(센서; 44) 및 대물 렌즈(10A)를 포함한다. 광 디스크 드라이브(100)는 광 디스크(D2)에 적합한 개구수보다 더 작은 광 디스크(D3)에 적합한 개구수를 달성하도록 요구되기 때문 에, 광 디스크 드라이브(100)에는 제3 레이저 빔의 직경이 감축될 수 있도록 광원(3A)과 대물 렌즈(10A)의 사이에 애퍼처 스톱(도시되지 않음)이 구비되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광원(2A, 3A)으로부터 방출된 제2 및 제3 레이저 빔은 각각 커플링 렌즈(2B, 3B)에 의해 콜리메이팅된 빔으로 변환된다. 즉, 커플링 렌즈(2B, 3B)의 각각은 콜리메이터 렌즈로 기능한다. 커플링 렌즈(2B, 3B)를 통과한 제2 및 제3 레이저 빔은 빔 스플리터(41)에 의해 공통 광로로 디렉팅되어, 대물 렌즈(10A)에 입사된다. 대물 렌즈(10A)를 통과하는 각각의 빔은 광 디스크(D2, D3) 중 대응하는 하나의 기록면으로 수렴된다. 기록면에 의해 반사된 레이저 빔은 하프 미러(43)에 의해 편향된 후 수광 유닛(44)에 입사된다.

상기된 바와 같이, 콜리메이팅된 빔은 대물 렌즈(10A)에 입사한다. 따라서, 코마 등의 축외 수차는 트래킹 동작에 의해 광 디스크의 방사상 방향으로 대물 렌즈(10A)가 이동될 때 효과적으로 억제될 수 있다.

도 2A는 광 디스크(D2)가 광 디스크 드라이브(100)에서 사용되는 상태도이다. 도 2B는 광 디스크(D3)가 광 디스크 드라이브(100)에서 사용되는 상태도이다. 도 2A 및 도 2B에 있어서, 광 디스크 드라이브(광학계; 100)의 기준축(Ax)은 쇄선으로 표현된다. 도 2A 및 도 2B의 각각은 광 디스크 드라이브(광학계; 100)의 기준축(Ax)이 대물 렌즈(10A)의 광축과 일치하는 상태를 도시하고 있지만, 광축은 트래킹 동작이 수행될 때 기준축(Ax)으로부터 시프팅될 수 있다.

도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(10A)는 수지로 만들어진 단일 소자의 양면 볼록 렌즈이고, 제1 면(광원측 면; 11) 및 제2 면(광 디스크측 면; 12)을 갖고, 그 각각의 면은 비구면으로 형성되어 있다. 비구면은 다음의 식으로 표현된다.

여기서, X(h)는 광축에서 비구면에 접하는 평면과 광축으로부터 h의 높이에서의 비구면상의 점과의 사이의 거리인 SAG 양을 나타내고, C는 광축상에서의 곡률(1/r)을 나타내고, K는 원뿔 계수이고, A_2i(단, i는 1보다 크거나 같은 정수)는 각각 4차, 6차, 8차, 10차, 12차 …의 비구면 계수이다.

광 디스크(D2, D3)의 각각은 보호층(21) 및 기록면(22)을 갖는다. 더 구체적으로, 기록면(22)은 보호층(21)과 라벨층(도시되지 않음)의 사이에 있다. (이하 설명할) 광 디스크(D1)는 동일한 구성을 갖는다.

광 디스크(D2, D3)에 대한 제2 및 제3 레이저 빔의 파장은 서로 다르기 때문에, 대물 렌즈(10A)의 굴절률은 사용되는 광 디스크(레이저 빔)의 유형에 따라 달라진다. 또한, 광 디스크(D2, D3)의 보호층의 두께도 서로 다르다. 따라서, 기록면(22)상에서의 구면 수차는 사용되는 광 디스크의 유형에 따라 변화한다.

또한, 제2, 제3 레이저 빔의 파장은, 예를 들어, 광원 디바이스간 개별적인 차이 또는 에이징에 기인하여, 광 디스크(D2, D3)에 대한 설계 파장으로부터 시프팅할 수 있다. 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅한다면, 기록면(22)상의 구면 수차는 변화한다.

상기한 바와 같이 달라지는 구면 수차를 보정함으로써 광 디스크(D2, D3)를 지원하기 위해, 제2 및 제3 레이저 빔의 모두에 작용하는 회절 구조가 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성된다. 이러한 실시예에 있어서, 회절 구조는, 제2 및 제3 레이저 빔간 파장 차이에 의해 야기되는 구면 수차를 실질적으로 제로로 억제하는 제1 회절 작용(이하, 2개의 파장 호환 작용이라 일컫기도 함)을 갖고, 예를 들어 광원 디바이스간 개별적인 차이 또는 에이징으로 인한 제2 및 제3 레이저 빔의 각각의 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차를 상쇄하는 제2 회절 작용(이하, 파장 시프트 보상 작용이라 일컫기도 함)을 갖는다.

더 구체적으로, 2개의 파장 호환 작용에 의하면, 광 디스크(D2, D3)의 각각에 대한 기록 및/또는 재생에 적합한 빔 스폿이 기록면(22)상에 형성될 수 있도록 제2 및 제3 레이저 빔의 각각이 사용될 때 기록면(22)상에서의 구면 수차는 충분하게 억제된다.

파장 시프트 보상 작용에 의하면, 대물 렌즈(10A)를 통과하는 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅하더라도, 광 디스크(D2, D3)의 각각에 대한 기록 및/또는 재생에 적합한 빔 스폿이 기록면(22)상에 형성될 수 있다.

이하, 대물 렌즈(10A)를 설계하는 설계 방법을 설명한다. 그 설계 방법에 있어서는, 2개의 다른 광로차 함수가 결정되고, 2개의 다른 광로차 함수는 서로 중첩된다. "다른 광로차 함수"라는 표현은, 광로차 함수 중 하나에 의해 초래된 비율로서 레이저 빔(광 디스크 드라이브(100)에서 3개의 빔이 사용된다면 제1 내지 제3 빔)이 각각의 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수간 비율이 광로차 함수 중 다 른 하나에 의해 초래된 비율로서 레이저 빔(광 디스크 드라이브(100)에서 3개의 빔이 사용된다면 제1 내지 제3 빔)이 각각의 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수간 비율과 다른 상태를 의미한다.

하나의 광로차 함수에 의해 초래되고 레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수 중 하나가 다른 하나의 광로차 함수에 의해 초래되고 레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수 중 대응하는 하나와 다르면, 2개의 광로차 함수는 서로 다른 것으로 간주된다.

이하에서, 레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수간 비율은 3개의 레이저 빔이 사용될 때, 예를 들어, "3:2:2"라는 표현으로 간단하게 표현된다. 이러한 표현에 있어서, 회절 차수는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔의 순서로 배열된다. 즉, 비율 "3:2:2"는 제1 레이저 빔이 3차 회절된 광에서 최대 회절 효율을 취하고, 제2 레이저 빔이 2차 회절된 광에서 최대 회절 효율을 취하고, 제3 레이저 빔이 2차 회절된 광에서 최대 회절 효율을 취한다는 것을 나타낸다.

예를 들어, 제1 광로차 함수에 의해 초래된 비율이 "3:2:2"이고 제2 광로차 함수에 의해 초래된 비율이 "3:2:1"이면, 그때 제1 및 제2 광로차 함수는 서로 다른 것으로 간주된다.

2개의 광로차 함수에 의해 주어진 비율이 정수배 관계(예를 들어, 제1 광로차 함수에 의해 주어진 비율이 "2:1:1"이고 제2 광로차 함수에 의해 주어진 비율이 "4:2:2")를 갖는다면, 제1 및 제2 광로차 함수에 의해 부여되는 회절 작용은 서로 동일하다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 광로차 함수들에 의해 주어지는 비율은 정수배 관계를 갖지 않도록 광로차 함수들이 결정된다.

제1 및 제2 광로차 함수(이하, 광로차 함수는 OPD 함수라 일컫기도 함)에 의해 부여될 비율의 가능한 조합은 다음의 것을 포함한다.

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:2".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:3".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "7:4:3".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "3:2:2"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "3:2:2"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:2"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:2"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:3"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:3"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "7:4:3"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "7:4:3"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "8:5:4"이고 제2 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 레이저 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수가 짝수인 비율을 제공하는 OPD 함수가 채택된다면, 제1 및 제3 레이저 빔에 대하여 상대적으로 높은 사용 효율이 획득될 수 있다.

2개의 OPD 함수에 의해 주어진 2개의 비율이 정수배 관계(예를 들어, 제1 OPD 함수에 의해 주어진 비율이 "2:1:1"이고 제2 OPD 함수에 의해 주어진 비율이 "4:2:2")이면, 이러한 경우에서는 제1 및 제2 OPD 함수의 작용이 서로 동일하기 때문에 서로 다르지 않은 것으로 간주된다. 즉, 2개의 다른 OPD 함수는 OPD 함수들이 정수배 관계를 갖지 않도록 선택된다.

대물 렌즈(10A)에 형성된 회절 구조의 2개의 파장 호환 작용은 주로 제1 OPD 함수에 의해 달성되는 한편, 파장 시프트 보상 작용은 주로 제2 OPD 함수에 의해 달성된다. 제1 및 제2 OPD 함수 중 하나는 상기 제1 및 제2 회절 작용 중 하나에만 기여하는 것은 아님을 주목해야 한다. 즉, 회절 작용 중 하나에 주로 기여하는 OPD 함수는 회절 작용 중 다른 하나에도 기여한다. 예를 들어, 2개의 파장 호환 작용에 주로 기여하는 제1 OPD 함수는 파장 시프트 보상 작용에도 기여한다.

그 설계 방법에 있어서는, 우선, 2개의 파장 호환 작용에 주로 기여하는 제1 광로차 함수가 결정된다.

광로차 함수φ(h)는 다음의 식으로 표현된다.

여기서, P_2i(단, i는 1이상의 정수)는 2차, 4차 및 6차…의 계수이고, h는 광축으로부터의 높이를 나타내고, m은 사용되는 레이저 빔의 회절 효율이 최대값을 취하는 회절 차수를 나타내고, λ는 설계 파장을 나타낸다.

도 3A는 2개의 파장 호환 작용에 주로 기여하는 제1 OPD 함수를 예시하는 그래프이다. 도 3A(및 이하의 유사한 그래프)에 있어서, 수평축은 광축으로부터의 높이를 나타내고, 수직축은 광로 길이 부가량(단위: λ)을 나타낸다. OPD 함수를 반영하는 형상이 획득될 때, 광로 길이 부가량은 각각의 레이저 빔의 회절 효율을 고려하여 결정된다. 도 3A에 도시된 제1 광로차 함수에 관하여서는, 가장 짧은 파장을 갖는 레이저 빔의 회절 효율이 사용될 레이저 빔의 회절 효율 모두 중 가장 높도록 광로 길이 부가량이 결정된다.

이 실시예에 있어서는 사용될 레이저 빔 모두 중 제2 레이저 빔이 가장 짧은 파장을 갖는다. 따라서, 도 3A에 도시된 제1 광로차 함수에 관하여, 광로 길이 부가량은 제2 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(이 실시예에서는 1차)에 대응하는 양을 갖도록 결정된다.

다음으로, 파장 시프트 보상 작용에 주로 기여하는 제2 OPD 함수가 결정된다. 도 3B는 제2 OPD 함수를 예시하는 그래프이다. 도 3B에 도시된 제2 OPD 함수에 있어서, 광로 길이 부가량은 제2 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(이 예에서는 6차)에 대응하는 양을 갖도록 결정된다.

제1 및 제2 OPD 함수가 그렇게 결정된 후에, 제1 및 제2 OPD 함수는 서로 중첩되고(합해지고), 제1 및 제2 OPD 함수의 중첩에 의해 규정된 회절 구조는 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성된다. 제1 및 제2 OPD 함수의 중첩으로 형성된 회절 구조는 2개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용 둘다를 갖는다. 제1 면(11)에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수는 도 3C에 도시되어 있다. 도 3C에 도시된 바와 같이, 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수의 그래프(궤적)는 제1 및 제2 OPD 함수의 합에 대응한다.

회절 구조는 대물 렌즈(10A)의 광원측 면에 형성되기 때문에 회절 구조는 렌즈 클리너에 의한 손상이 방지됨을 주목해야 한다.

제1 면(11)에 회절 구조를 갖는 대물 렌즈(10A)는 제2 레이저 빔이 사용될 때 야기되는 파장 시프트에 따라 달라지는 구면 수차를 보정할 수 있을 뿐만 아니라 광 디스크(D2, D3) 둘다를 지원할 수 있다.

제2 실시예

이하, 제2 실시예에 따른 설계 방법 및 제2 실시예에 따른 설계 방법에 의해 형성된 대물 렌즈(10B)를 설명한다. 대물 렌즈(10B)는 3개 유형의 광 디스크를 지원할 수 있다(즉, 대물 렌즈(10B)는 3개 유형의 광 디스크에 대하여 호환성을 갖는다). 이 실시예에 있어서, 대물 렌즈(10B)는 광 디스크(D1, D2, D3)를 지원하도록 구성되어 있다. 도 4(및 이하의 도면)에 있어서, 제1 실시예에서와 동일한 소자에 대해서는 동일한 참조 번호가 할당되고, 그 설명은 반복하지 않는다.

도 4는 제2 실시예에 따른 광 디스크 드라이브(광학계; 200)의 일반적인 구성도이다. 광 디스크 드라이브(200)는 광 디스크(D1)에 대하여 제1 레이저 빔을 방출하는 광원(1A), 광 디스크(D2)에 대하여 제2 레이저 빔을 방출하는 광원(2A), 광 디스크(D3)에 대하여 제3 레이저 빔을 방출하는 광원(3A), 커플링 렌즈(1B, 2B, 3B), 빔 스플리터(41, 42), 하프 미러(43), 수광 유닛(44) 및 대물 렌즈(10B)를 포함한다. 광 디스크 드라이브(200)는 다른 광 디스크에 대한 개구수보다 더 작은 광 디스크(D3)에 대한 개구수를 달성하도록 요구되기 때문에, 광 디스크 드라이브(200)에는 제3 레이저 빔의 직경이 감축될 수 있도록 광원(3A)과 대물 렌즈(10B)의 사이에 애퍼처 스톱(도시되지 않음)이 구비될 수 있다.

도 5A는 광 디스크 드라이브(200)에서 광 디스크(D1)가 사용되는 상태를 도시하고 있다. 도 5B는 광 디스크 드라이브(200)에서 광 디스크(D2)가 사용되는 상태를 도시하고 있다. 도 5C는 광 디스크 드라이브(200)에서 광 디스크(D3)가 사용되는 상태를 도시하고 있다. 도 5A, 도 5B 및 도 5C에 있어서, 광 디스크 드라이브(광학계; 200)의 기준축(Ax)은 쇄선으로 표현되어 있다. 도 5A, 도 5B 및 도 5C의 각각은 광 디스크 드라이브(광학계; 200)의 기준축(Ax)이 대물 렌즈(10B)의 광축과 일치하는 상태를 도시하고 있지만, 트래킹 동작이 수행될 때 광축은 기준축으로부터 시프팅할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 광원(1A)으로부터 방출된 제1 레이저 빔은 커플링 렌즈(1B)에 의해 콜리메이팅된 빔으로 변환된다. 즉, 커플링 렌즈(1B)는 콜리메이터 렌즈로서 기능한다. 커플링 렌즈(1B)를 통과한 제1 레이저 빔은 빔 스플리터(42)에 의해 공통 광로로 디렉팅되어, 대물 렌즈(10B)에 입사한다. 대물 렌즈(10B)를 통과하는 제1 레이저 빔은 광 디스크(D1)의 기록면상으로 수렴된다. 광 디스크의 기록면에 의해 반사된 레이저 빔은 하프 미러(43)에 의해 편향되고 그후 수광 유닛(44)에 입사한다. 광 디스크(D2, D3)에 대한 광 디스크 드라이브(200)의 동작은 제1 실시예에서와 동일하므로, 그 설명은 반복하지 않는다.

광 디스크(D1, D2, D3)에 대한 제1, 제2 및 제3 레이저 빔의 파장은 서로 다르기 때문에, 대물 렌즈(10B)의 굴절률은 사용되는 광 디스크(레이저 빔)의 유형에 따라 달라져서, 사용되는 레이저 빔(광 디스크)의 유형에 따라 구면 수차의 변화를 야기시킨다. 또한, 광 디스크(D1, D2, D3)의 보호층의 두께 사이에 차이가 존재한다. 따라서, 사용되는 광 디스크의 유형에 따라 기록면상의 구면 수차도 변화한다.

3개 유형의 광 디스크(D1, D2, D3)를 지원하기 위해서는, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔 모두에 작용하는 회절 구조가 대물 렌즈(10B)의 제1 면(11)에 형성된다. 이 실시예에 있어서, 회절 구조는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔간의 파장 차이에 의해 야기되는 구면 수차를 실질적으로 제로로 억제하는 제1 회절 작용(이하, 3개의 파장 호환 작용이라 일컫기도 함)을 갖는다. 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대한 기록 및/또는 재생에 적합한 빔 스폿이 각각의 광 디스크의 기록면(22)에 형성될 수 있도록 제1, 제2 및 제3 레이저 빔이 사용될 때 기록면(22)상의 구면 수차는 충분하게 억제된다.

이하, 대물 렌즈(10B)를 설계하는 설계 방법을 설명한다. 이 설계 방법에 있어서는, 2개의 다른 광로차(OPD) 함수가 결정되고, 2개의 OPD 함수는 서로 중첩되어, 대물 렌즈(10B)에 형성될 회절 구조를 획득한다. "다른 광로차 함수"라는 용어의 의미는 제1 실시예에서 설명하였으므로, 그 설명은 반복하지 않는다.

이 실시예에 있어서, 제1 및 제2 OPD 함수는 회절 구조가 3개의 파장 호환 작용을 갖도록 결정된다. 도 6A 및 도 6B는 각각 제1 및 제2 OPD 함수를 도시하는 그래프이다. 제1 레이저 빔은 가장 짧은 파장을 갖는다. 따라서, 도 6A 및 도 6B의 각각에 도시된 OPD 함수에 관하여, 광로 길이 부가량은 제1 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(도 6A에서는 2차, 도 6B에서는 3차)에 대응하는 양 을 갖도록 결정된다.

제1 및 제2 OPD 함수가 그렇게 결정된 후에, 제1 및 제2 OPD 함수는 서로 중첩되고(합해지고), 제1 및 제2 OPD 함수의 중첩에 의해 규정되는 회절 구조는 대물 렌즈(10B)의 제1 면(11)에 형성된다. 제1 및 제2 OPD 함수의 중첩에 의해 규정된 회절 구조는 3개의 파장 호환 작용을 갖는다. 제1 면(11)에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수는 도 6C에 도시되어 있다. 도 6C에 도시된 바와 같이, 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수의 그래프(궤적)는 제1 및 제2 OPD 함수의 합에 대응한다.

회절 구조를 설계함에 있어서 자유도는 제한된다. 따라서, 3개 유형의 광 디스크에 대한 3개의 다른 레이저 빔간의 파장 차이에 따라 달라지는 구면 수차를 보정하는 것은 불가능하다고 생각되었다. 그러나, 이 실시예에 따른 설계 방법은 회절 구조를 설계함에 있어서 자유도를 증가시키는 것을 가능하게 하고, 따라서, 회절 구조로 하여금 3개의 파장 호환 작용을 갖게 한다. 따라서, 광 디스크(D1, D2, D3)에 대한 설계 파장의 각각에 대응하는 파장을 갖는 레이저 빔이 대물 렌즈(10B)를 통과할 때, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대한 기록 및/또는 재생에 적합한 빔 스폿이 기록면(22)에 형성됨과 동시에, 기록면상에서의 구면 수차가 충분하게 억제된다.

제3 실시예

이하, 제3 실시예에 따른 설계 방법 및 제3 실시예에 따른 설계 방법에 의해 형성된 대물 렌즈(10C; 도 4 참조)를 설명한다. 대물 렌즈(10C)는 3개 유형의 광 디스크를 지원할 수 있고(즉, 대물 렌즈(10C)는 3개 유형의 광 디스크에 대하여 호환성을 갖고), 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 파장 시프트에 따라 달라지는 구면 수차를 상쇄시킬 수 있다. 즉, 대물 렌즈(10C)에 형성된 회절 구조는 3개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용 둘다를 갖는다. 도 4, 도 5A, 도 5B 및 도 5C에 도시된 광 디스크 드라이브(200)의 구성은 제3 실시예에 따른 광 디스크 드라이브에 또한 적용되기 때문에, 제3 실시예에 따른 광 디스크 드라이브의 구성은 도 4, 도 5A, 도 5B 및 도 5C를 참조하여 설명한다.

이하, 대물 렌즈(10C)를 설계하는 설계 방법을 설명한다. 이 설계 방법에 있어서는, 3개의 다른(제1 내지 제3) 광로차(OPD) 함수가 결정되고, 3개의 OPD 함수는 대물 렌즈(10C)에 형성될 회절 구조를 정하도록 서로 중첩된다. "다른 광로차 함수"라는 용어의 의미는 제1 실시예에서 설명하였으므로, 그 설명은 반복하지 않는다.

제1, 제2 및 제3 OPD 함수에 의해 주어질 다른 비율의 가능한 조합은 다음의 것을 포함한다.

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "3:2:2", 제3 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:2", 제3 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:2", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:3", 제3 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "5:3:3", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "7:4:3", 제3 OPD 함수에 대하여 "8:5:4".

제1 OPD 함수에 대하여 "2:1:1", 제2 OPD 함수에 대하여 "7:4:3", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "3:2:2", 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:2", 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "5:3:3", 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

제1 OPD 함수에 대하여 "7:4:3", 제2 OPD 함수에 대하여 "8:5:4", 제3 OPD 함수에 대하여 "10:6:5".

이 실시예에 있어서, 제1 및 제2 OPD 함수는 3개의 파장 호환 작용에 주로 기여하고, 제3 OPD 함수는 파장 시프트 보상 작용에 주로 기여한다. 도 7A 및 도 7B는 각각 제1 및 제2 OPD 함수를 나타내는 그래프이다. 도 7C는 제3 OPD 함수를 나타내는 그래프이다.

제1 레이저 빔은 가장 짧은 파장을 갖는다. 따라서, 도 7A에 도시된 제1 OPD 함수에 관하여, 광로 길이 부가량은 제1 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(이 실시예에서는 2차)에 대응하는 양을 갖도록 결정된다. 도 7B에 도시된 제2 OPD 함수에 관하여, 광로 길이 부가량은 제1 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(이 실시예에서는 3차)에 대응하는 양을 갖도록 결정된다. 도 7C에 도시된 제3 OPD 함수에 관하여, 광로 길이 부가량은 제1 레이저 빔이 최대 회절 효율을 취하는 회절 차수(이 실시예에서는 10차)에 대응하는 양을 갖도록 결정된다.

제1 내지 제3 OPD 함수가 그렇게 결정된 후에, 제1 내지 제3 OPD 함수는 서로 중첩되고(합해지고), 제1 내지 제3 OPD 함수의 중첩에 의해 규정되는 회절 구조는 대물 렌즈(10C)의 제1 면(11)에 형성된다. 제1 면(11)에 형성된 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수는 도 7D에 도시되어 있다. 도 7D에 도시된 바와 같이, 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수의 그래프(궤적)는 제1 내지 제3 OPD 함수의 합에 대응한다.

상기한 바와 같이, 본원발명의 제1 내지 제3 실시예에 의하면, 적어도 2개의 다른 OPD 함수가 결정되고, 적어도 2개의 OPD 함수는 서로 중첩된다. 적어도 2개의 OPD 함수의 중첩으로 규정된 회절 구조는 광 디스크 드라이브내 광학 소자 중 적어도 하나에 형성된다. 따라서, 광학 소자를 설계함에 있어서 자유도는 광학 소자에 부여될 회절 작용의 속성 또는 유형에 응답하여 증가될 수 있다.

광 디스크(D1, D2, D3)에 대하여 요구되는 개구수는 서로 다르기 때문에, 대 물 렌즈(10C)는 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역 외측의 외측 영역으로 제1 면(11)이 나뉘어지도록 구성될 수 있고, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여 적합한 NA가 획득될 수 있도록 별개로 결정된 다른 회절 구조가 제1 면(11)의 내측 및 외측 영역에 각각 형성된다.

상기 실시예에 의하면, 복수의 다른 OPD 함수를 반영하는 회절 구조가 달성된다. 따라서, 복수 유형의 회절 작용을 갖는 단일의 회절 구조가 구비된 광학 소자가 달성될 수 있다. 따라서, 기존의 광 디스크 및 새로운 규격의 광 디스크의 적어도 2개 유형의 광 디스크의 각각에 데이터를 기록 및/또는 그로부터 데이터를 재생하는데 적합한 빔 스폿을 적어도 2개 유형의 디스크의 각각의 기록면에 형성함과 동시에 기록면상에서의 구면 수차를 억제할 수 있는 대물 렌즈가 얻어진다. 파장 시프트에 기인한 구면 수차의 변화도 보정될 수 있다.

상기 실시예는 대물 렌즈의 설계 방법을 설명하였지만, 그 설계 방법은 광원과 대물 렌즈의 사이에 위치할 플레이트 형상 광학 소자의 설계에 적용될 수도 있다. 상기 실시예는 단일 소자 대물 렌즈를 설명하였지만, 그 설계 방법은 대물 렌즈계를 구성하는 렌즈 중 하나에 적용될 수 있다.

이하, 제1 실시예에 따른 대물 렌즈(10A)를 채용하는 광 디스크 드라이브(광학계; 100)의 4개의 구체적인(제1 내지 제4) 예, 제2 실시예에 따른 대물 렌즈(10B)를 채용하는 광 디스크 드라이브(광학계; 200)의 구체적인(제5) 예 및 제3 실시예에 따른 대물 렌즈(10C)를 채용하는 광 디스크 드라이브(광학계; 200)의 구체적인(제6) 예를 설명한다. 또한, 상기 실시예들에 따른 설계 방법이 결합된 설계 방법에 따라 설계된 대물 렌즈를 채용하는 광 디스크 드라이브의 4개의 구체적인(제7 내지 제10) 예를 설명한다.

이하의 예의 각각에 있어서, 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1)는 0.6 mm의 보호층 두께를 갖고, 제2의 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D2)는 0.6 mm의 보호층 두께를 갖고, 가장 낮은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D3)는 1.2 mm의 보호층 두께를 갖는다. 2개 유형의 광 디스크를 지원하는 이하의 예의 광 디스크 드라이브의 각각에 있어서는, 광 디스크(D2, D3)가 사용된다.

제1 예

이하, 광 디스크 드라이브(100)의 제1 예를 도 1, 도 2A 및 도 2B를 참조하여 설명한다. 제1 예에 따른 대물 렌즈(10A)는 광 디스크(D2, D3) 둘다를 지원한다. 이 예에 있어서, 애퍼처 스톱은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제3 레이저 빔의 빔 직경을 감축시켜 광 디스크(D3)에 적합한 NA가 획득될 수 있도록 광원(3A)과 대물 렌즈(10A)의 사이의 위치에 위치하고 있다. 도 2A 및 도 2B로부터 알 수 있는 바와 같이, 제3 레이저 빔의 빔 직경은 제2 레이저 빔의 직경보다 더 작다. 제1 예에 따른 대물 렌즈(10A)의 성능 사양은 표 1에 나타내어져 있다.

	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	660	790
초점 거리	2.500	2.516
NA	0.600	0.496
배율	∞	∞

표 1(및 이하의 유사한 표)에 있어서, "NA"는 개구수를 나타낸다. 표 1에 있어서, 성능 사양은 제2 레이저 빔(광 디스크(D2)) 및 제3 레이저 빔(광 디스크(D3))의 각각에 대하여 나타나 있다. 표 1의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로서 광 디스크(D2, D3)에 각각 입사한다.

표 2는 광 디스크(D2; 제2 레이저 빔) 및 광 디스크(D3; 제3 레이저 빔)의 각각이 사용될 때 제1 예에 따른 광 디스크 드라이브(100)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	n	n
		디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	1.00000	1.00000
#1	1.801	1.550	1.550	1.54044	1.53653
#2	-9.394	1.206	0.836	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	1.200	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	1.00000	1.00000

표 2(및 이하의 유사한 표)에 있어서, 면(#0)은 광원을 나타내고, 면(#1, #2)은 각각 대물 렌즈(10A)의 제1 및 제2 면(11, 12)을 나타내고, 면(#3, #4)은 광 디스크(D2, D3)의 각각의 보호층(21) 및 기록면(22)을 각각 나타낸다. 표 2(및 이하의 유사한 표)에 있어서, 광원과 대물 렌즈의 사이의 광학 부품은 편의를 위해 생략한다.

표 2(및 이하의 유사한 표)에 있어서, "r"은 광축상에서 각각의 렌즈 표면의 곡률 반경(단위: mm)을 나타내고, "d"는 렌즈면으로부터 다음의 렌즈면으로까지의 거리 또는 렌즈의 두께(단위: mm)를 나타내고, "n"은 사용되는 빔의 파장에서의 굴절률을 나타내고, "d" 및 "n"은 제2 및 제3 레이저 빔(광 디스크(D2, D3))의 파장의 각각에 대하여 나타내고 있다.

대물 렌즈(10A)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 3은 대물 렌즈(10A)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64000	3.74587E-03	1.61863E-03	-4.25071E-04
2	0.00000	2.23972E-02	-4.55207E-03	-2.05483E-03
면 번호	A10	A12
1	2.16370E-04	-9.97438E-05
2	6.24279E-04	0.00000E+00

표 3(및 이하의 유사한 표)에 있어서, 표시 기호(E)는 밑으로 10이 사용되고 지수로서 E의 우측 값이 사용된다는 것을 나타낸다.

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 4는 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 5는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-5.60464E+00	-5.83319E-01	-1.70940E-01
	제2 OPD 함수	-8.00000E+00	5.06892E-01	1.73236E-01	0.00000E+00

파장 [nm]]	660	790
제1 OPD 함수	1	1
제2 OPD 함수	6	5

도 3A 및 도 3B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제2 레이저 빔에 관하여 결정된 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 3C에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10A)의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 8A는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(100)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 8B는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(100)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 8A 및 도 8B(및 이하의 유사한 도면)에 있어서, 설계 파장에서의 구면 수차는 실선으로 나타내고, 설계 파장으로부터 -10 nm만큼 시프팅된 파장에서의 구면 수차는 점선으로 나타내고, 설계 파장으로부터 -5 nm만큼 시프팅된 파장에서의 구면 수차는 1점쇄선으로 나타내고, 설계 파장으로부터 +5 nm만큼 시프팅된 파장에서의 구면 수차는 2점쇄선으로 나타내고, 설계 파장으로부터 +10 nm만큼 시프팅된 파장에서의 구면 수차는 파선으로 나타내고 있다.

도 8A 및 도 8B로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 예에 의한 대물 렌즈(10A)는 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킨다. 또한, 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 양도 충분하게 억제된다. 광축(AX) 방향으로의 각각의 레이저 빔의 수렴점의 시프트는 액추에이터(도시되지 않음)의 사용에 의해 광축 방향으로 대물 렌즈(10A)를 이동시킴으로써 보정될 수 있음을 주목해야 한다. 액추에이터의 사용에 의해 수렴점을 보정하는 그러한 구성은 이하의 예에도 적용될 수 있다.

제2 예

이하, 광 디스크 드라이브(100)의 제2 예를 도 1, 도 2A 및 도 2B를 참조하여 설명한다. 제2 예에 따른 대물 렌즈(10A)는 광 디스크(D2, D3) 둘다를 지원한다. 이 예에 있어서, 애퍼처 스톱은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제3 레이저 빔의 빔 직경을 감축시켜 광 디스크(D3)에 적합한 NA가 획득될 수 있도록 광원(3A)과 대물 렌즈(10A)의 사이의 위치에 위치하고 있다. 제2 예에 따른 대물 렌즈(10A)의 성능 사양은 표 6에 나타내어져 있다. 표 6의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 광 디스크(D2, D3)에 각각 입사한다.

	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	660	790
초점 거리	2.500	2.517
NA	0.600	0.469
배율	∞	∞

표 7은 광 디스크(D2; 제2 레이저 빔) 및 광 디스크(D3; 제3 레이저 빔)가 사용될 때 제2 예에 따른 광 디스크 드라이브(100)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	n	n
		디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	1.00000	1.00000
#1	1.587	1.550	1.550	1.54044	1.53653
#2	-5.975	1.264	0.896	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	1.200	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10A)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 8은 대물 렌즈(10A)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64000	2.55048E-03	2.16740E-03	-6.48007E-04
2	0.00000	2.85747E-02	-5.54844E-03	-1.57893E-03
면 번호	A10	A12
1	4.15821E-04	-1.66252E-04
2	4.73835E-04	0.00000E+00

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 9는 대물 렌즈(10A)의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 10은 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-5.62940E+00	-6.21288E-01	-1.66181E-01
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	7.93858E-01	2.48095E-01	0.00000E+00

파장 [nm]	660	790
제1 OPD 함수	1	1
제2 OPD 함수	6	5

도 9A 및 도 9B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제2 레이저 빔에 관하여 결정된 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 9C에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10A)의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 10A는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(100)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 10B는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(100)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 10A 및 도 10B로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 예에 의한 대물 렌즈(10A)는 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다. 또한, 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 양도 충분하게 보정된다.

제1 및 제2 예에 있어서는, 광 디스크(D2, D3)에 대하여 호환성을 갖는 대물 렌즈(10A)가 설명되어 있다. 그러나, 광 디스크(D1, D2, D3) 모두에 대하여 호환성을 갖는 광 디스크 드라이브는 제1 또는 제2 예에 따른 대물 렌즈(10A)를 사용하여 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제1 내지 제3 레이저 빔 중 하나의 발산도는 특정 광 디스크에 대하여 변화된다. 그러한 광 디스크 드라이브는 이하의 제3 및 제4 예에서 설명한다.

제3 예

이하, 광 디스크 드라이브(100)의 제3 예를 설명한다. 도 11은 제3 예에 따른 광 디스크 드라이브(150)의 구성을 나타낸다. 광 디스크 드라이브(150)는 대물 렌즈(10A')를 포함한다. 도 12A는 광 디스크 드라이브(150)에서 광 디스크(D1)가 사용되는 상태를 나타낸다. 도 12B는 광 디스크 드라이브(150)에서 광 디스크(D2)가 사용되는 상태를 나타낸다. 도 12C는 광 디스크 드라이브(150)에서 광 디스크(D3)가 사용되는 상태를 나타낸다.

제3 예에 따른 대물 렌즈(10A')의 성능 사양은 표 11에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.324	2.336
NA	0.667	0.645	0.462
배율	∞	∞	-0.082

표 11의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 제1 및 제2 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 광 디스크(D1, D2)에 각각 입사하여, 대물 렌즈(10A')는 광 디스크(D1, D2)에 대하여 호환성을 갖는다. 표 11 및 도 12C에 나타내어진 바와 같이, 제3 레이저 빔은 발산하는 빔으로 대물 렌즈(10A')에 입사하여 광 디스크 드라이브(150)는 광 디스크(D3)를 지원할 수 있다.

표 12는 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	d	n	n	n
		디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	-34.300	1.00000	1.00000	1.00000
#1	1.760	1.600	1.600	1.600	1.52424	1.50635	1.50313
#2	-9.185	0.907	0.960	0.778	1.00000	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10A')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 13은 대물 렌즈(10A')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64000	5.78073E-03	2.17189E-03	-1.22622E-03
2	0.00000	3.79205E-02	-5.63518E-03	-1.35269E-02
면 번호	A10	A12
1	6.14588E-04	-1.87882E-04
2	7.68517E-03	-1.33936E-03

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10A')의 제1 면(11)에 형성된다. 표 14는 대물 렌즈(10A')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 15는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8	P10
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	4.13451E-01	9.31428E-01	-5.32720E-01	1.14832E-01
	제2 OPD 함수	-1.40000E+01	-8.42040E-01	-1.89462E-01	5.37631E-03	0.00000E+00

파장 [nm]	408	660	790
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	10	6	5

도 13A 및 도 13B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 13C에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10A')의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 14A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 14B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 14C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 14A, 도 14B 및 도 14C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제3 예에 의한 대물 렌즈(10A')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다. 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차에 관하여, 대물 렌즈(10A')는 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1)에 대해 가장 적합하게 구면 수차가 보정되는 광학 성능을 갖는데, 그 이유는 광 디스크(D1)가 수차에 대해 가장 낮은 톨러런스를 갖기 때문이다. 따라서, 광 디스크(D1)에 대한 제1 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅하더라도, 구면 수차는 도 14A에 도시된 바와 같이 낮은 레벨로 유지된다. 도 14B 및 도 14C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 구면 수차의 양도 충분하게 보정된다.

제4 예

이하, 도 11, 및 도 12A 내지 도 12C를 참조하여 광 디스크 드라이브(100)의 제4 예를 설명한다.

제4 예에 따른 대물 렌즈(10A')의 성능 사양은 표 16에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.324	2.338
NA	0.667	0.645	0.466
배율	∞	∞	-0.090

표 16의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 제1 및 제2 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 광 디스크(D1, D2)에 각각 입사하여, 대물 렌즈(10A')는 광 디스크(D1, D2)에 대하여 호환성을 갖는다. 표 16 및 도 12C에 나타내어진 바와 같이, 제3 레이저 빔은 발산하는 빔으로 대물 렌즈(10A')에 입사하여 광 디스크 드라이브(150)는 광 디스크(D3)를 지원할 수 있다.

표 17은 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제4 예에 따른 광 디스크 드라이브(150)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	d	n	n	n
		디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	-27.900	1.00000	1.00000	1.00000
#1	1.417	1.600	1.600	1.600	1.52424	1.50635	1.50313
#2	-4.311	1.006	1.062	0.902	1.00000	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10A')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 18은 대물 렌즈(10A')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6		A8
1	-0.64000	5.59605E-03	-1.99109E-04		2.60559E-03
2	0.00000	6.27845E-02	-3.54064E-02		2.51528E-02
면 번호	A10	A12	A14
1	-2.05847E-03	9.35604E-04	-2.06217E-04
2	-1.60903E-02	5.51115E-03	-7.57275E-04

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10A')의 제1 면(11)에 형성된다. 표 19는 대물 렌즈(10A')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 20은 제1 및 제2 광로차(OPD) 함수에 대한 회절 차수를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	1.59981E+00	-4.01808E-01	1.00538E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-4.16477E-01	-2.19935E-02	-3.42242E-02
		P10	P12
1	제1 OPD 함수	-5.38840E-01	1.03854E-01
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

파장 [nm]	408	660	790
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	10	6	5

도 15A 및 도 15B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 15C에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10A')의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 16A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 16B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 16C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(150)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 16A, 도 16B 및 도 16C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제4 예에 의한 대물 렌즈(10A')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다. 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차에 관하여, 대물 렌즈(10A')는 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1)에 대해 가장 적합하게 구면 수차가 보정되는 광학 성능을 갖는다. 따라서, 제1 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅하더라도, 구면 수차는 도 16A에 도시된 바와 같이 낮은 레벨로 유지된다. 도 16B 및 도 16C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 구면 수차의 양도 충분하게 보정된다.

제5 예

이하, 도 4 및 도 5A 내지 도 5C를 참조하여 광 디스크 드라이브(200)의 제5 예를 설명한다. 제5 예에 따른 대물 렌즈(10B)의 성능 사양은 표 21에 나타내어져 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.324	2.338
NA	0.667	0.645	0.470
배율	∞	∞	∞

표 21의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 대물 렌즈(10B)에 형성된 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10B)에 입사하게 된다.

표 22는 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제5 예에 따른 광 디스크 드라이브(200)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	d	n	n	n
		디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	1.392	1.600	1.600	1.600	1.52424	1.50635	1.50313
#2	-4.675	0.990	1.046	0.676	1.00000	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10B)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 23은 대물 렌즈(10B)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64000	1.27937E-04	-1.76290E-03	1.70447E-03
2	0.00000	7.75911E-02	-6.96224E-02	6.85768E-02
면 번호	A10	A12	A14
1	-2.49261E-03	1.52369E-03	-3.80496E-04
2	-4.63783E-02	1.59165E-02	-2.19585E-03

이 예에 있어서, 회절 구조는 제2 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10B)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 24는 대물 렌즈(10B)의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 25는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8	P10
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.62222E+00	-6.93841E-02	-1.55072E-01	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.89986E+00	-4.31520E-01	-4.15845E-02	-2.51915E-02

파장 [nm]	408	660	790
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	2

도 6A 및 도 6B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 6C에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10B)의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 17A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 17B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 17C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 17A, 도 17B 및 도 17C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제5 예에 의한 대물 렌즈(10B)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

대물 렌즈(10B)는 광 디스크(D1, D2, D3)의 모두에 대하여 호환성을 갖도록 구성되어 있기 때문에, 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각의 파장 시프트가 발생할 때, 대물 렌즈(10B)에 형성된 회절 구조에 의해 달성되는 구면 수차 보정 작용은 상대적으로 작다. 대조적으로, 이하의(제6 내지 제10) 예에서 설명되는 대물 렌즈(10C, 10C')는 광 디스크(D1, D2, D3) 모두에 대한 호환성을 유지함과 동시에, 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화를 더 적합하게 억제하도록 구성되어 있다.

제6 예

이하, 광 디스크 드라이브(200)의 제6 예를 도 4 및 도 5A 내지 도 5C를 참조하여 설명한다. 제6 예에 따른 대물 렌즈(10C)에 관하여, 3개의 파장 호환 작용은 제1 및 제2 OPD 함수에 의해 주로 달성되는 한편, 파장 시프트 보상 작용은 제3 OPD 함수에 의해 주로 달성된다. 제6 예에 따른 대물 렌즈(10C)의 성능 사양은 표 26에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.324	2.337
NA	0.667	0.645	0.500
배율	∞	∞	∞

표 26의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 대물 렌즈(10C)에 형성된 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10C)에 입사하게 된다.

표 27은 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제6 예에 따른 광 디스크 드라이브(200)의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호	r	d	d	d	n	n	n
		디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0	∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	1.418	1.600	1.600	1.600	1.52424	1.50635	1.50313
#2	-4.292	1.007	1.063	0.692	1.00000	1.00000	1.00000
#3	∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4	∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10C)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 28은 대물 렌즈(10C)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64000	5.62818E-03	2.06710E-03	-1.68454E-03
2	0.00000	6.39459E-02	-3.35166E-02	2.27788E-02
면 번호	A10	A12	A14
1	1.55055E-03	-4.79979E-04	0.00000E+00
2	-1.68427E-02	6.84085E-03	-1.08289E-03

이 예에 있어서, 회절 구조는 제3 실시예의 설계 방법에 따른 대물 렌즈(10C)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 29는 대물 렌즈(10C)의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 내지 제3 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 30은 제1 내지 제3 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호		P2	P4	P6	P8	P10
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.39776E+00	-1.38210E-01	-2.33152E-01	6.78901E-02
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.86536E+00	-7.35321E-01	8.87374E-02	-3.19712E-02
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	1.06527E+00	2.28335E-01	0.00000E+00	0.00000E+00

파장 [nm]	408	660	790
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	2
제3 OPD 함수	10	6	5

도 7A, 도 7B 및 도 7C에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 제1, 제2 및 제3 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 7D에 도시된 그래프는 대물 렌즈(10C)의 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 18A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 18B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 18C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 18A, 도 18B 및 도 18C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제6 예에 의한 대물 렌즈(10C)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

이러한 예에 있어서, 제3 OPD 함수에 의해 주로 달성되는 파장 시프트 보상 작용은 회절 구조로 하여금 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대한 구면 수차의 변화를 억제하는 기능을 갖게 한다. 특히, 광 디스크(D1)는 수차에 대해 가장 낮은 톨러런스를 갖기 때문에, 회절 구조는 광 디스크(D1)가 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화를 적합하게 억제한다. 도 18A에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1)가 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화는 극도로 낮은 레벨로 억제된다. 도 18B 및 도 18C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 구면 수차의 변화도 낮은 레벨로 억제된다.

제7 예

이하, 제7 예를 설명한다. 제7 예에 따른 대물 렌즈(10C')에는 제1 면(11)에 회절 구조가 구비된다. 제1 면(11)상의 회절 구조는 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치하는 외측 영역으로 나뉜다. 즉, 내측 및 외측 영역에는 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 각각 형성된다.

더 구체적으로, 내측 영역에 형성된 회절 구조는 제1 및 제2 OPD 함수에 의해 주어지는 3개의 파장 호환 작용을 갖고, 제2 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 외측 영역에 형성된 회절 구조는 제3 OPD 함수에 의해 주어지는 2개의 파장 호환 작용과 제4 OPD 함수에 의해 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 제7 예에 따른 대물 렌즈(10C')의 성능 사양은 표 31에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.323	2.337
NA	0.667	0.646	0.501
배율	∞	∞	∞

표 31의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10C')에 입사하게 된다.

표 32는 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제7 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호		r	d	d	d	n	n	n
			디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0		∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	내측 영역	1.411	1.700	1.700	1.700	1.52424	1.50635	1.50313
	외측 영역	1.464
#2		-4.197	-4.197	1.003	0.632	1.00000	1.00000	1.00000
#3		∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4		∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

표 32에 나타난 내측 영역은 (광축으로부터) 0mm 내지 1.17mm의 높이 범위내에 형성되고(0mm≤내측 영역＜1.17mm), 외측 영역은 (광축으로부터) 1.17mm 내지 1.5mm의 높이 범위내에 형성된다(1.17mm≤외측 영역≤1.5mm). 내측 및 외측 영역의 각각의 높이 범위를 정하는 이들 값은 이하의 (제8 내지 제10) 예에도 적용된다.

대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 33은 대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호		K	A4	A6	A8
1	내측 영역	-0.64000	-2.94873E-03	-9.22976E-04	4.23865E-04
	외측 영역	-0.64000	5.12529E-03	2.81131E-03	-2.16927E-03
2		0.00000	6.72074E-02	-2.88576E-02	4.34080E-03
면 번호		A10	A12
1	내측 영역	-5.70433E-04	0.00000E+00
	외측 영역	1.20638E-03	-3.39100E-04
2		0.00000E+00	0.00000E+00

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 면(11)의 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된다. 표 34는 대물 렌즈(10C')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 내지 제4 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 35는 제1 내지 제4 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호			P2	P4	P6
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2.39824E-01	-1.74248E+00	-2.38989E-02
		제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.81053E+00	-4.91293E-01
	외측 영역	제3 OPD 함수	0.00000E+00	1.02876E+00	1.17824E+00
		제4 OPD 함수	-3.20000E+00	-7.85935E-01	-3.36754E-01
			P8	P10
1	내측 영역	제1 OPD 함수	-1.33841E-01	0.00000E+00
		제2 OPD 함수	-6.32301E-02	0.00000E+00
	외측 영역	제3 OPD 함수	-7.24036E-01	1.82621E-01
		제4 OPD 함수	2.54342E-02	0.00000E+00

면 번호			파장 [nm]
			408	660	790
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2	1	1
		제2 OPD 함수	3	2	2
	외측 영역	제3 OPD 함수	2	1	-
		제4 OPD 함수	5	3	-

도 19A 및 도 19B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 내측 영역에 대한 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 19D 및 도 19E에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 외측 영역에 대한 제3 및 제4 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 19C에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 내측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 19F에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 외측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 19G에 도시된 그래프는 제1 면(11)에 (내측 및 외측 영역의 둘다에) 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 즉, 도 19G의 그래프는 내측 및 외측 영역에 형성된 회절 구조가 단일의 회절 구조라 간주된다면 규정되는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 19G에 도시된 바와 같이, 도 19C에 도시된 OPD 함수는 높이 0mm 내지 높이 1.17mm 범위(0mm≤영역＜1.17mm)의 영역(내측 영역)에 적용되는 한편, 도 19F에 도시된 OPD 함수는 높이 1.17mm 내지 높이 1.5mm 범위(1.17mm≤영역＜1.5mm)의 영역(외측 영역)에 적용된다.

도 20A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 20B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 20C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 20A, 도 20B 및 도 20C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제7 예에 의한 대물 렌즈(10C')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

이러한 예에 있어서, 파장 시프트 보상 작용은 외측 영역에 형성된 회절 구조에 부여된다. 즉, 파장 시프트 보상 작용은 수차에 대한 낮은 톨러런스를 갖는 광 디스크(특히, 수차에 대한 낮은 톨러런스를 갖는 광 디스크(D1)의 경우)가 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화를 억제하는 것을 주 목표로 한다. 따라서, 도 20A 및 도 20B에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2)의 각각이 사용될 때 야기되는 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화는 낮은 레벨로 억제된다.

제8 예

이하, 제8 예를 설명한다. 제8 예에 따른 대물 렌즈(10C')에는 제1 면(11)에 회절 구조가 구비된다. 제1 면(11)상의 회절 구조는 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치하는 외측 영역으로 나뉜다. 즉, 내측 및 외측 영역에는 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 각각 형성된다.

더 구체적으로, 내측 영역에 형성된 회절 구조는 제1 및 제2 OPD 함수에 의해 주어지는 3개의 파장 호환 작용을 갖고, 제2 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 외측 영역에 형성된 회절 구조는 제3 OPD 함수에 의해 주어지는 2개의 파장 호환 작용과 제4 OPD 함수에 의해 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖고 제1 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 제8 예에 따른 대물 렌즈(10C')의 성능 사양은 표 36에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.323	2.337
NA	0.667	0.646	0.501
배율	∞	∞	∞

표 36의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10C')에 입사하게 된다.

표 37은 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제8 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호		r	d	d	d	n	n	n
			디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0		∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	내측 영역	1.412	1.700	1.700	1.700	1.52424	1.50635	1.50313
	외측 영역	1.462
#2		-4.180	0.949	1.004	0.633	1.00000	1.00000	1.00000
#3		∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4		∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 38은 대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호		K	A4	A6	A8
1	내측 영역	-0.64000	-2.43572E-03	-7.84959E-04	1.90837E-04
	외측 영역	-0.64000	7.57496E-03	-1.50754E-03	6.26212E-04
2		0.00000	7.19870E-02	-3.71373E-02	9.33161E-03
면 번호		A10	A12
1	내측 영역	-5.60031E-04	0.00000E+00
	외측 영역	5.62749E-04	-3.22166E-04
2		-1.00325E-03	0.00000E+00

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 면(11)의 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된다. 표 39는 대물 렌즈(10C')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 내지 제4 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 40은 제1 내지 제4 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호			P2	P4	P6
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2.24835E-01	-1.63385E+00	-1.22923E-01
		제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.87491E+00	-4.05734E-01
	외측 영역	제3 OPD 함수	0.00000E+00	-1.32764E+00	-7.10354E-01
		제4 OPD 함수	-3.00000E+00	9.19463E-01	-5.50633E-01
			P8	P10
1	내측 영역	제1 OPD 함수	-1.16021E-01	0.00000E+00
		제2 OPD 함수	-9.17328E-02	0.00000E+00
	외측 영역	제3 OPD 함수	4.92859E-01	-1.46893E-01
		제4 OPD 함수	2.00000E-01	0.00000E+00

면 번호			파장 [nm]
			408	660	790
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2	1	1
		제2 OPD 함수	3	2	2
	외측 영역	제3 OPD 함수	3	2	-
		제4 OPD 함수	5	3	-

도 21A 및 도 21B에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 내측 영역에 대한 제1 및 제2 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 21D 및 도 21E에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 외측 영역에 대한 제3 및 제4 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 21C에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 내측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 21F에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 외측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 21G에 도시된 그래프는 제1 면(11)에 (내측 및 외측 영역의 둘다에) 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 즉, 도 21G의 그래프는 내측 및 외측 영역에 형성된 회절 구조가 단일의 회절 구조라 간주된다면 규정되는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 21G에 도시된 바와 같이, 도 21C에 도시된 OPD 함수는 높이 0mm 내지 높이 1.17mm 범위(0mm≤영역＜1.17mm)의 영역(내측 영역)에 적용되는 한편, 도 21F에 도시된 OPD 함수는 높이 1.17mm 내지 높이 1.5mm 범위(1.17mm≤영역＜1.5mm)의 영역(외측 영역)에 적용된다.

도 22A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 22B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 22C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 22A, 도 22B 및 도 22C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제8 예에 의한 대물 렌즈(10C')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

제7 예에서와 마찬가지로, 파장 시프트 보상 작용은 외측 영역에 형성된 회절 구조에 부여된다. 따라서, 도 22A 및 도 22B에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2)의 각각이 사용될 때 야기되는 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화는 낮은 레벨로 억제된다.

표 35 및 표 40으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제7 및 제8 예의 제3 OPD 함수는 회절 차수의 비율에 관하여 서로 다르다. 그러나, 제7 및 제8 예의 둘다는 뛰어난 광학 성능을 달성할 수 있다.

제9 예

이하, 제9 예를 설명한다. 제9 예에 따른 대물 렌즈(10C')에는 제1 면(11)에 회절 구조가 구비된다. 제1 면(11)상의 회절 구조는 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치하는 외측 영역으로 나뉜다. 즉, 내측 및 외측 영역에는 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 각각 형성된다.

더 구체적으로, 내측 영역에 형성된 회절 구조는 제1 및 제2 OPD 함수에 의해 주로 주어지는 3개의 파장 호환 작용과 제3 OPD 함수에 의해 주로 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 내측 영역의 회절 구조는 제3 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 외측 영역에 형성된 회절 구조는 제4 OPD 함수에 의해 주어지는 (제1 및 제2 레이저 빔에 대한) 2개의 파장 호환 작용과 제5 OPD 함수에 의해 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖고 제1 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 제9 예에 따른 대물 렌즈(10C')의 성능 사양은 표 41에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.323	2.337
NA	0.667	0.646	0.501
배율	∞	∞	∞

표 41의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10C')에 입사하게 된다.

표 42는 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제9 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호		r	d	d	d	n	n	n
			디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0		∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	내측 영역	1.425	1.700	1.700	1.700	1.52424	1.50635	1.50313
	외측 영역	1.425
#2		-4.015	0.957	1.012	0.641	1.00000	1.00000	1.00000
#3		∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4		∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 43은 대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호		K	A4	A6	A8
1	내측 영역	-0.64000	3.66788E-03	1.99220E-03	8.03513E-04
	외측 영역	-0.64000	4.88932E-03	-2.48799E-04	1.01322E-03
2		0.00000	6.28321E-02	-1.39804E-02	-9.12617E-03
면 번호		A10	A12
1	내측 영역	-5.36252E-04	0.00000E+00
	외측 영역	5.01673E-04	-3.42935E-04
2		6.19330E-03	-1.12914E-03

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 면(11)의 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된다. 표 44는 대물 렌즈(10C')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 내지 제5 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 45는 제1 내지 제5 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호			P2	P4	P6
1	내측 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.75577E+00	2.00051E-01
		제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.91144E+00	-5.13678E-01
		제3 OPD 함수	0.00000E+00	1.01454E+00	2.42086E-01
	외측 영역	제4 OPD 함수	0.00000E+00	-9.14474E-01	-1.40602E+00
		제5 OPD 함수	0.00000E+00	4.97656E-01	2.15356E-01
			P8	P10
1	내측 영역	제1 OPD 함수	-2.22804E-01	0.00000E+00
		제2 OPD 함수	-7.88233E-02	0.00000E+00
		제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	외측 영역	제4 OPD 함수	7.67075E-01	-1.79266E-01
		제5 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

면 번호			파장 [nm]
			408	660	790
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2	1	1
		제2 OPD 함수	3	2	2
		제3 OPD 함수	10	6	5
	외측 영역	제4 OPD 함수	3	2	-
		제5 OPD 함수	5	3	-

도 23A, 도 23B 및 도 23C에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 내측 영역에 대한 제1, 제2 및 제3 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 23E 및 도 23F에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 외측 영역에 대한 제4 및 제5 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 23D에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 내측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 23G에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 외측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 23H에 도시된 그래프는 제1 면(11)에 (내측 및 외측 영역의 둘다에) 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 즉, 도 23H의 그래프는 내측 및 외측 영역에 형성된 회절 구조가 단일의 회절 구조라 간주된다면 규정되는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 23H에 도시된 바와 같이, 도 23D에 도시된 OPD 함수는 높이 0mm 내지 높이 1.17mm 범위(0mm≤영역＜1.17mm)의 영역(내측 영역)에 적용되는 한편, 도 23G에 도시된 OPD 함수는 높이 1.17mm 내지 높이 1.5mm 범위(1.17mm≤영역＜1.5mm)의 영역(외측 영역)에 적용된다.

도 24A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 24B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 24C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 24A, 도 24B 및 도 24C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제9 예에 의한 대물 렌즈(10C')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

이 예에 있어서, 파장 시프트 보상 작용은 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된 회절 구조에 부여된다. 따라서, 도 24A 내지 도 24C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화는 낮은 레벨로 억제된다.

제10 예

이하, 제10 예를 설명한다. 제10 예에 따른 대물 렌즈(10C')에는 제1 면(11)에 회절 구조가 구비된다. 제1 면(11)상의 회절 구조는 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치하는 외측 영역으로 나뉜다. 즉, 내측 및 외측 영역에는 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 각각 형성된다.

더 구체적으로, 내측 영역에 형성된 회절 구조는 제1 및 제2 OPD 함수에 의해 주로 주어지는 3개의 파장 호환 작용과 제3 OPD 함수에 의해 주로 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 내측 영역의 회절 구조는 제3 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 외측 영역에 형성된 회절 구조는 제4 OPD 함수에 의해 주어지는 (제1 및 제2 레이저 빔에 대한) 2개의 파장 호환 작용과 제5 OPD 함수에 의해 주어지는 파장 시프트 보상 작용을 갖고 제1 실시예의 설계 방법에 따라 설계된다. 제10 예에 따른 대물 렌즈(10C')의 성능 사양은 표 46에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장	408	660	790
초점 거리	2.250	2.323	2.337
NA	0.667	0.646	0.501
배율	∞	∞	∞

표 46의 배율값에 의해 나타난 바와 같이, 회절 구조에 의해 제공되는 3개의 파장 호환 작용에 의하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10C')에 입사하게 된다.

표 47은 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 제10 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타낸다.

면 번호		r	d	d	d	n	n	n
			디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)	디스크 D1 (408nm)	디스크 D2 (660nm)	디스크 D3 (790nm)
#0		∞	∞	∞	∞	1.00000	1.00000	1.00000
#1	내측 영역	1.427	1.700	1.700	1.700	1.52424	1.50635	1.50313
	외측 영역	1.427
#2		-4.015	0.958	1.013	0.642	1.00000	1.00000	1.00000
#3		∞	0.600	0.600	1.200	1.62110	1.57961	1.57307
#4		∞	0.000	0.000	0.000	1.00000	1.00000	1.00000

대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 48은 대물 렌즈(10C')의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호		K	A4	A6	A8
1	내측 영역	-0.64000	3.54150E-03	1.89487E-03	9.42350E-04
	외측 영역	-0.64000	3.44140E-03	3.71320E-03	-1.95715E-03
2		0.00000	6.23724E-02	-1.31091E-02	-1.07046E-02
면 번호		A10	A12
1	내측 영역	-6.38420E-04	0.00000E+00
	외측 영역	1.03010E-03	-3.19718E-04
2		6.82915E-03	-1.21955E-03

이 예에 있어서, 회절 구조는 제1 면(11)의 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된다. 표 49는 대물 렌즈(10C')의 제1 면(11)에 형성될 회절 구조를 규정하는 제1 내지 제5 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타낸다. 표 50은 제1 내지 제5 OPD 함수에 대한 회절 차수(m)를 나타낸다.

면 번호			P2	P4	P6
1	내측 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.75789E+00	2.17471E-01
		제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.91319E+00	-5.13902E-01
		제3 OPD 함수	0.00000E+00	1.01387E+00	2.42808E-01
	외측 영역	제4 OPD 함수	0.00000E+00	8.21960E-01	1.66436E+00
		제5 OPD 함수	0.00000E+00	-7.18039E-01	-2.38266E-01
			P8	P10
1	내측 영역	제1 OPD 함수	-2.34497E-01	0.00000E+00
		제2 OPD 함수	-7.70783E-02	0.00000E+00
		제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	외측 영역	제4 OPD 함수	-9.69416E-01	2.25681E-01
		제5 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

면 번호			파장 [nm]
			408	660	790
1	내측 영역	제1 OPD 함수	2	1	1
		제2 OPD 함수	3	2	2
		제3 OPD 함수	10	6	5
	외측 영역	제4 OPD 함수	2	1	-
		제5 OPD 함수	5	3	-

도 25A, 도 25B 및 도 25C에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 내측 영역에 대한 제1, 제2 및 제3 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 25E 및 도 25F에 도시된 그래프는 가장 짧은 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 관하여 결정된 외측 영역에 대한 제4 및 제5 OPD 함수를 각각 나타내고 있다. 도 25D에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 내측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 25G에 도시된 그래프는 제1 면(11)의 외측 영역에 대하여 회절 구조를 직접 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다.

도 25H에 도시된 그래프는 제1 면(11)에 (내측 및 외측 영역의 둘다에) 형성된 회절 구조를 규정하는 OPD 함수를 나타내고 있다. 즉, 도 25H의 그래프는 내측 및 외측 영역에 형성된 회절 구조가 단일의 회절 구조라 간주된다면 규정되는 OPD 함수를 나타내고 있다. 도 25H에 도시된 바와 같이, 도 25D에 도시된 OPD 함수는 높이 0mm 내지 높이 1.17mm 범위(0mm≤영역＜1.17mm)의 영역(내측 영역)에 적용되는 한편, 도 25G에 도시된 OPD 함수는 높이 1.17mm 내지 높이 1.5mm 범위(1.17mm≤영역＜1.5mm)의 영역(외측 영역)에 적용된다.

도 26A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 26B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 26C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브(200)에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 26A, 도 26B 및 도 26C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제10 예에 의한 대물 렌즈(10C')는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면상으로 적합하게 수렴시킬 수 있다.

이 예에 있어서, 파장 시프트 보상 작용은 내측 및 외측 영역의 각각에 형성된 회절 구조에 부여된다. 따라서, 도 26A 내지 도 26C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 야기되는 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화는 낮은 레벨로 억제된다.

표 45 및 표 50으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제9 및 제10 예의 제4 OPD 함수는 회절 차수의 비율에 관하여 서로 다르다. 그러나, 제9 및 제10 예의 둘다는 뛰어난 광학 성능을 달성할 수 있다.

상기 제7 내지 제10 예에 있어서, 광 디스크(D1, D2)에 대한 2개의 파장 호환 작용을 갖는 회절 구조는 대물 렌즈(10C')의 제1 면(11)의 외측 영역에 형성된다. 이러한 구성에 있어서, 외측 영역은 광 디스크(D3)에 대한 제3 레이저 빔을 수렴시키는데에는 기여하지 않는다. 즉, 대물 렌즈(10C')는 낮은 개구수를 요구하는 광 디스크(D3)에 사용되는 제3 레이저 빔에 대하여 애퍼처 스톱으로서 기능한다. 그러나, 대물 렌즈(10C')를 채용하는 광 디스크 드라이브(200)에 있어서, 애퍼처 스톱 부재는 제3 레이저 빔의 직경을 감축시키는데 사용될 수 있다.

제4 실시예

이하, 본원발명의 제4 실시예에 따른 대물 렌즈를 설명한다. 제4 실시예에 따른 대물 렌즈(10D)의 설계 방법 및 대물 렌즈(10D)를 채용하는 광 디스크 드라이브(광학계)의 구성(도 4 참조)은 제2 실시예 및 도 4 및 도 5A 내지 도 5C에 나타내어진 것과 실질적으로 동일하기 때문에, 제4 실시예의 설명은 도 4 및 도 5A 내지 도 5C를 참조하여 이뤄진다. 이하에서, 상기 실시예에서 이미 설명된 광학 부품에 대한 설명은 반복하지 않는다.

상기된 바와 같이, 콜리메이팅된 빔은 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여 대물 렌즈(10D)에 입사한다. 따라서, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여, 코마 등의 축외 수차는 대물 렌즈(10)가 트래킹 동작에 의해 광 디스크의 방사상 방향으로 이동될 때 효과적으로 억제될 수 있다. 각각의 커플링 렌즈(1B, 2B, 3B)로부터 나오는 빔은 환경 조건 또는 광원 디바이스의 개별적인 차이로 인하여 정확하게 콜리메이팅된 광 빔은 아닐 가능성이 있긴 하지만, 그러한 이유로 인한 빔의 발산도(수렴도)는 극히 작아서 무시될 수 있다.

제2 실시예에 따른 대물 렌즈에서와 마찬가지로, 대물 렌즈(10D)는 3개 유형의 광 빔(즉, 제1 내지 제3 레이저 빔)에 작용하는 회절 작용을 갖는 위상 시프팅 구조가 획득될 수 있도록 2개의 다른 OPD 함수를 규정함으로써 설계된다. 이 실시예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다.

위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 광축 둘레에 동심적으로 형성된 이웃하는 환상 굴절면대의 사이에 복수의 미세 단차가 형성되도록 구성될 수 있다.

이 실시예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 제1 내지 제3 레이저 빔간 파장 차이에 의해 야기되는 구면 수차를 실질적으로 제로로 억제하는 회절 작용을 갖는다. 즉, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)로 하여금, 구면 수차를 야기시키지 않고, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각의 기록면상에 적합한 빔 스폿을 형성하게 하는 3개의 파장 호환 작용을 제공한다.

제1 및 제2 OPD 함수에 의해 규정된 위상 시프팅 구조에 형성된 각각의 단차는 제1 레이저 빔에서 다른 절대값을 갖는 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량을 야기시킨다. 즉, 다른 절대값을 갖는 광로 길이에서의 변화량은 각각의 단차에 의해 초래된다. 이러한 경우에 있어서, 대물 렌즈(10D)로부터 광 디스크로 향하여 광로 길이가 변화하는 방향이 플러스 방향으로 정의되고 그 반대 방향이 마이너스 방향으로 정의된다면, 방향 부호의 불일치는 광로 길이 변화에서의 변화량에 관하여 다른 양으로 간주되지 않는다.

각각의 단차에 의해 초래된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량은, i_A 및 i_B가 정수일 때, 제1 레이저 빔의 파장에 (i_A+Δ_A) 및 (i_B+Δ_B)만큼 곱하여 획득된 값(단위:λ)으로 정의된다. k가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=2k+1로 표현될 때 이하의 조건(1)을 충족시키고, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 (k+1)차이다.

0.000≤Δ_A≤0.384 …(1)

k가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=2k+1로 표현될 때 이하의 조건(5)을 충족시키고, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 k차이다.

-0.384≤Δ_A≤-0.070 …(5)

Δ_A가 조건(1)의 상한보다 더 크게 되거나 조건(5)의 하한보다 더 작게 되면, 제1 레이저 빔에 대한 광의 사용 효율은, 이러한 경우에 제3 레이저 빔에 대한 광의 사용 효율이 더 향상될 수 있더라도, 부적합한 레벨로 감소한다. Δ_A가 조건(1)의 하한보다 더 작게 되거나 조건(5)의 상한보다 더 크게 되면, 제3 레이저 빔에 대한 광의 사용 효율은 부적합한 레벨로 감소한다.

도 27은 위상 시프팅 구조를 예시하는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)의 확대 횡단면도이다. 도 27에 있어서, j는 광축(AX)에 대하여 j번째의 굴절면대를 나타낸다. 2점쇄선(hj)은 (j-1)번째 굴절면대와 j번째 굴절면대의 사이에 형성된 단차의 위치를 나타내고 있다. 즉, 선(hj)은 (j-1)번째 굴절면대와 j번째 굴절면대의 사이의 경계를 나타낸다. 단차(s)에 의해 초래된 광로 길이에서의 변화량은 점(B'; 광축(AX)과 마주하는 방향으로 j번째 굴절면대를 연장시킴으로써 획득된 가상의 굴절면과 선(hj)의 교점)에서 j번째 굴절면대의 연장된 면(B-B')에 의해 굴절된 광을 평가함으로써 획득된 광로 길이와 점(A'; 광축(AX)으로부터 떠나는 방향으로 (j-1)번째 굴절면대를 연장시킴으로써 획득된 가상의 굴절면과 선(hj)의 교점)에서 (j-1)번째 굴절면대의 연장된 면(A-A')에 의해 굴절된 광을 평가함으로써 획득된 광로 길이의 사이의 차이로서 정의된다.

도 27에 도시된 바와 같이, 각각의 단차의 에지가 라운드 형상으로 형성되는 경우(즉, 각각의 단차의 에지의 형상이 다소 변형된 경우)가 있다. 그러나, 실제로, 각각의 단차의 에지 형상의 그러한 변형은 위상 시프팅 구조의 회절 작용에 아무런 영향을 미치지 않는다.

도 28 내지 도 31은 "i"(단, i는 i_A, i_B 및 i_C를 포함) 및 "Δ"(단, Δ은 Δ_A, Δ_B 및 Δ_C을 포함)의 다양한 값에 관하여 획득된 제1 내지 제3 레이저 빔의 사용 효율을 나타내는 그래프이다. 도 28은 i=2인 경우에 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여 Δ에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프이다. 즉, 제1 레이저 빔의 2차 회절된 광에 대한 사용 효율, 제2 레이저 빔의 1차 회절된 광에 대한 사용 효율 및 제3 레이저 빔의 1차 회절된 광에 대한 사용 효율이 도 28에 예시되어 있다. 도 29는 i=3인 경우에 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여 Δ에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프이다. 즉, 제1 레이저 빔의 3차 회절된 광에 대한 사용 효율, 제2 레이저 빔의 2차 회절된 광에 대한 사용 효율 및 제3 레이저 빔의 1차 및 2차 회절된 광에 대한 사용 효율이 도 29에 예시되어 있다.

도 30은 i=5인 경우에 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여 Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프이다. 즉, 제1 레이저 빔의 5차 회절된 광에 대한 사용 효율, 제2 레이저 빔의 3차 회절된 광에 대한 사용 효율 및 제3 레이저 빔의 2차 및 3차 회절된 광에 대한 사용 효율이 도 30에 예시되어 있다. 도 31은 i=10인 경우에 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각에 대하여 Δ_A에 관한 광의 사용 효율을 예시하는 그래프이다. 즉, 제1 레이저 빔의 10차 회절된 광에 대한 사용 효율, 제2 레이저 빔의 6차 회절된 광에 대한 사용 효율 및 제3 레이저 빔의 5차 회절된 광에 대한 사용 효율이 도 31에 예시되어 있다.

도 28 내지 도 31의 각각에 있어서, 수평축은 Δ를 나타내고, 수직축은 광의 사용 효율을 나타내고, 실선은 408nm의 설계 파장을 갖는 제1 레이저 빔에 대한 사용 효율을 나타내고, 파선은 660nm의 설계 파장을 갖는 제2 레이저 빔에 대한 사용 효율을 나타내고, 1점쇄선(또는 2점쇄선)은 790nm의 설계 파장을 갖는 제3 레이저 빔에 대한 사용 효율을 나타낸다.

도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔에 대한 사용 효율은 Δ의 값이 제로에 가까워질 때 증가한다. i=0인 점에서, 제1 레이저 빔의 사용 효율은 실질적으로 100%와 동일한 값을 갖는다. 대조적으로, 제2 또는 제3 레이저 빔에 대한 사용 효율은 Δ의 값이 제로에 가까워질 때 반드시 증가하는 것은 아니다. 일반적으로, 광 디스크(D1)는 광 디스크(D2, D3)보다 더 큰 양의 광을 필요로 한다. 따라서, 제1 레이저 빔에 대한 높은 사용 효율을 유지하면서 제2 및 제3 레이저 빔에 대한 사용 효율이 가능한 높은 값을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 이유로, Δ는 다음과 같이 결정된다. 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수가 (k+1)차로 설정될 때, Δ는, 조건(1)을 충족시키는 것에 더하여, 이하의 조건(2) 내지 조건(4) 중 적어도 하나를 충족시키도록 설정될 수 있다.

0.020≤Δ_A≤0.324 …(2)

0.020≤Δ_A≤0.258 …(3)

0.020≤Δ_A≤0.178 …(4)

제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수가 k차로 설정될 때, Δ는, 조건(5)을 충족시키는 것에 더하여, 이하의 조건(6) 내지 조건(8) 중 적어도 하나를 충족시키도록 설정될 수 있다.

-0.324≤Δ_A≤-0.070 …(6)

-0.258≤Δ_A≤-0.070 …(7)

-0.178≤Δ_A≤-0.070 …(8)

도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(1)을 충족시킴으로써, 제1 레이저 빔에 대한 사용 효율은 "i"의 값에 상관없이 거의 60%보다 더 높게 유지될 수 있다. 특히, i가 홀수(즉, i=2k+1)이면, 거의 40%의 광 사용 효율을 갖는 2개 유형의 회절된 광 빔이 제3 레이저 빔에 대하여 생성된다(도 29 및 도 30 참조). 이러한 경우에 있어서는, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수를 (k+1)차로 설정하고 Δi를 조건(1)을 충족시키도록 설정함으로써, 거의 50%보다 높은 광 사용 효율이 제3 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다. i=3이면, 거의 100%의 광 사용 효율이 제2 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다.

도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(2)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 70%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다. 도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(3)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 80%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다. 도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(4)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 90%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다.

i가 홀수(즉, i=2k+1)이고, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수를 k차로 설정하고, Δ를 조건(5)을 충족시키도록 설정하면, 그때 거의 50%보다 높은 광 사용 효율이 제3 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다.

도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(6)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 70%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다. 도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(7)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 80%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다. 도 28 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 조건(8)이 충족되면, "i"의 값에 상관없이 거의 90%보다 더 높은 광 사용 효율이 제1 레이저 빔에 대하여 획득될 수 있다.

이 실시예에 있어서는, 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량 중 하나에 대하여 "i_A"에 홀수가 할당되는 것에 의해, 제1 레이저 빔에 대하여 사용 효율을 높은 레벨로 유지함과 동시에, 광 디스크(D3)가 사용될 때 야기되는 구면 수차가 적합하게 보정될 수 있다. 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량 중 다른 하나에 대하여 "i_B"에 짝수 값을 할당하는 것에 의해, 제1 및 제3 레이저 빔의 각각에 대하여 사용 효율을 높은 레벨로 유지하는 것이 가능하게 된다. 위상 시프팅 구조에는 그렇게 3개의 파장 호환 작용이 구비된다. 더 구체적으로, 대물 렌즈(10D)는, 구면 수차를 충분하게 억제하면서, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대한 기록 및/또는 재생에 적합한 빔 스폿을 형성할 수 있다.

3개의 파장 호환 작용은 제1 및 제2 OPD 함수의 중첩으로 전체 작용으로 획득됨을 주목해야 한다. 따라서, 제1 및 제2 OPD 함수는 2개의 OPD 함수 중 하나가 특정 쌍의 파장에 대하여 호환성을 갖는 방식으로 결정되지 않는다.

제1 레이저 빔에 대하여 광로 길이에서의 변화량이 2개의 다른 변화량의 합 또는 차로 나타나도록 위상 시프팅 구조의 단차(이하, 특수 단차로 일컫기도 함)가 구성되는 경우가 있다.

이 실시예에 있어서, 위상 시프팅 구조에는 파장 시프트 보상 작용(즉, 각각의 레이저 빔의 소량의 파장 시프트로 인한 구면 수차를 보정하는 작용)도 부여된다. 대물 렌즈(10D)의 위상 시프팅 구조에 파장 시프트 보상 작용이 부여되려면, 위상 시프팅 구조에 대한 설계 자유도가 더 증가될 필요가 있다. 이러한 이유로, 3개의 다른 OPD 함수를 중첩함으로써 3개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용이 위상 시프팅 구조에 부여되도록 제1 및 제2 OPD 함수에 더하여 제3 OPD 함수가 결정된다. 3개의 다른 OPD 함수가 위상 시프팅 구조에 적용된다면, 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량이 위상 시프팅 구조에서의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된다.

3개의 파장 호환 작용은 제1 내지 제3 OPD 함수의 중첩으로 전체 작용으로 획득된다. 따라서, 위상 시프팅 구조는 특정한 하나의 OPD 함수가 다른 하나의 OPD 함수에 의해 달성되는 효과와 명확하게 구분되는 특별한 효과를 갖는 방식으로 설계되지 않는다.

위상 시프팅 구조는 반드시 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)의 전역에 형성될 필요는 없고, 제3 레이저 빔을 수렴시키는데 기여하는(즉, 제1 내지 제3 레이저 빔의 모두에 대한 빔 스폿의 형성에 기여하는) 내측 영역(이하, 제1 영역이라 일컫기도 함)에 형성될 수도 있다.

이 실시예에 있어서, 광 디스크(D1, D2, D3)에 대한 개구수를 달성하기 위한 빔 직경의 차이 때문에, 제2 영역은 제1 영역을 둘러싸도록 제1 면(11)에 더 구비되고, 제3 영역은 제2 영역을 둘러싸도록 제1 면(11)에 더 구비된다. 즉, 다른 위상 시프팅 구조가 제1, 제2 및 제3 영역에 각각 형성된다.

제2 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 제3 레이저 빔의 직경보다 빔 직경이 더 큰 제1 및 제2 레이저 빔이 광 디스크(D1, D2)의 기록면상에 각각 적합하게 수렴되는 그러한 효과를 갖는 2개의 파장 호환 작용을 갖도록 구성된다. 제2 영역에 형성된 위상 시프팅 구조에는 제1 및 제2 레이저 빔의 각각에 대한 파장 시프트 보상 작용이 더 구비될 수 있다. 파장 시프트 보상 작용이 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 부여되려면, 위상 시프팅 구조를 결정하기 위해 2개의 다른 OPD 함수가 설계되어 함께 중첩된다.

제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제3 레이저 빔을 수렴시키는데에 기여하지 않는 단차를 갖는다. 따라서, 제2 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 변화량과 다르다.

제2 영역에서의 위상 시프팅 구조가 2개의 다른 OPD 함수에 의해 설계되면 제2 영역에 특수 단차가 형성되는 경우가 있음을 주목해야 한다.

대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에서 제1 및 제2 레이저 빔의 유효 직경이 서로 다르면 제3 영역이 형성된다. 광 디스크(D1)가 사용될 때 초점 거리는 f1으로 표현되고 광 디스크(D2)가 사용될 때 초점 거리는 f2로 표현된다고 가정하자. 이하의 조건(9)이 유지되면(즉, 대물 렌즈(10D)의 입사면상의 제2 레이저 빔의 유효 직경이 제1 레이저 빔의 그것보다 더 크면), 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔이 구면 수차를 야기시키지 않고 광 디스크(D2)의 기록면상에 적합하게 수렴되는 방식으로 제3 영역에 형성된다.

f1×NA1＜f2×NA2 …(9)

제2 영역과는 대조적으로, 조건(9)이 유지될 때 형성되는 제3 영역은 제1 레이저 빔을 수렴시키는데에 기여하지 않는다. 즉, 제3 영역은 제1 레이저 빔에 대한 애퍼처 스톱으로 작용한다. 더 구체적으로, 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제3 영역에서의 이웃하는 굴절면대간 경계에 의해 제2 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량이 제2 영역에서의 이웃하는 굴절면대간 경계에 의해 제2 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량과 다르도록 설계된다. 또한, 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되도록 블레이징된다.

이하의 조건(10)이 유지되면(즉, 대물 렌즈(10D)의 입사면상의 제1 레이저 빔의 유효 직경이 제2 레이저 빔의 그것보다 더 크면), 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔이 구면 수차를 야기시키지 않고 광 디스크(D1)의 기록면상에 적합하게 수렴되는 방식으로 제3 영역에 형성된다.

f1×NA1＞f2×NA2 …(10)

제2 영역과는 대조적으로, 조건(10)이 유지될 때 형성되는 제3 영역은 제2 레이저 빔을 수렴시키는데에 기여하지 않는다. 즉, 제3 영역은 제2 레이저 빔에 대한 애퍼처 스톱으로 작용한다. 더 구체적으로, 제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제3 영역에서의 이웃하는 굴절면대간 경계에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량이 제2 영역에서의 이웃하는 굴절면대간 경계에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량과 다르도록 설계된다. 또한, 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되도록 블레이징된다.

이하, 제4 실시예에 따라 설계된 대물 렌즈(10D)의 6개의 (제11 내지 제16) 수치 예를 설명한다. 제11 내지 제15 예에 있어서, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 (k+1)차로 설정된다. 제16 예에 있어서, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 k차로 설정된다.

제11, 제12, 제14 및 제16 예에 있어서, (도 4에 도시되지 않은) 애퍼처 스톱은 도 5A 내지 도 5C에 도시된 바와 같이 제3 레이저 빔의 빔 직경을 감축시킴으로써 광 디스크(D3)에 대한 적합한 개구수를 달성하도록 사용된다. 이하 예의 각각에 있어서, 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1)는 0.6mm의 보호층 두께를 갖고, 제2의 가장 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D2)는 0.6mm의 보호층 두께를 갖고, 가장 낮은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D3)는 1.2mm의 보호층 두께를 갖는다.

제11 예

이하, 제11 예를 설명한다. 제11 예에 따른 대물 렌즈(10D)에는 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 구비되어 있다. 제11 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 51에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	408	660	790
초점 거리(mm)	2.250	2.324	2.338
NA	0.667	0.645	0.470
배율	0.000	0.000	0.000

표 51의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10D)에 입사한다.

표 52는 광 디스크(D1)가 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 53은 광 디스크(D2)가 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 54는 광 디스크(D3)가 사용될 때 제11 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(408nm)
0		∞
1	1.392	1.60	1.52424
2	-4.675	0.99
3	∞	0.60	1.62110
4	∞	-

면 번호	r	d	n(660nm)
0		∞
1	1.392	1.60	1.50635
2	-4.675	1.05
3	∞	0.60	1.57961
4	∞	-

면 번호	r	d	n(790nm)
0		∞
1	1.392	1.60	1.50313
2	-4.675	0.68
3	∞	1.20	1.57307
4	∞	-

표 52 내지 표 54(및 이하의 유사한 표)에 있어서, 면(#0)은 대응하는 광원을 나타내고, 면(#1, #2)은 각각 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12)을 나타내고, 면(#3, #4)은 각각 대응하는 광 디스크의 보호층(21) 및 기록면(22)을 나타낸다.

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 55는 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.64500	1.27937E-04	-1.76290E-03	1.70447E-03
2	0.0000	7.75911E-02	-6.96224E-02	6.85768E-02
면 번호	A10	A12	A14
1	-2.49261E-03	1.52369E-03	-3.80496E-04
2	-4.63783E-02	1.59165E-02	-2.19585E-03

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 56은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 제1 및 제2 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 57은 제1 및 제2 OPD 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다. 표 57 및 도 27 내지 도 31에 나타내어진 바와 같이, 제1 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수(즉, i)는 다른 레이저 빔의 그것과 다르다. 이 예(및 제12 내지 제15 예)에 있어서, 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수(m)는 (k+1)로 표현된다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.62222E+00	-6.93841E-02	-1.55072E-01
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.89986E+00	-4.31520E-01	-4.15845E-02
		P10	P12
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	-2.51915E-02	0.00000E+00

파장 [nm]	408	660	790
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	2

표 58은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다. 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 광축(AX) 둘레에 동심적으로 형성된 복수의 환상대(굴절면대)를 갖는다. 표 58에 있어서, "번호"는 광축에 관하여 카운팅된 각각의 환상대의 번호를 나타낸다. 각각의 환상대는 광축(AX)으로부터의 높이인 "hmin"과 "hmax"의 사이의 지역에 형성된다. 표 58에는 광로 길이에서의 변화량도 나타내어져 있다.

번호	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	0.000	0.635
1	0.635	0.736	-3.00
2	0.736	0.826	-2.00
3	0.826	0.931	-3.00
4	0.931	0.954	-3.00
5	0.954	1.007	-2.00
6	1.007	1.066	-3.00
7	1.066	1.070	-3.00
8	1.070	1.116	-2.00
9	1.116	1.152	-3.00
10	1.152	1.158	-2.00
11	1.158	1.195	-3.00
12	1.195	1.215	-3.00
13	1.215	1.228	-2.00
14	1.228	1.258	-3.00
15	1.258	1.267	-3.00
16	1.267	1.286	-2.00
17	1.286	1.311	-3.00
18	1.311	1.334	-5.00
19	1.334	1.349	-3.00
20	1.349	1.356	-2.00
21	1.356	1.377	-3.00
22	1.377	1.383	-3.00
23	1.383	1.396	-2.00
24	1.396	1.414	-3.00
25	1.414	1.431	-5.00
26	1.431	1.441	-3.00
27	1.441	1.447	-2.00
28	1.447	1.463	-3.00
29	1.463	1.466	-3.00
30	1.466	1.477	-2.00
31	1.477	1.490	-3.00
32	1.490	1.492	-2.00
33	1.492	1.500	-3.00

표 58에 나타내어진 바와 같이, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -3λ(λ: 파장) 또는 -2λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=3, i_B=2이고, Δ_A=Δ_B=0 이다. 이 예에 있어서, 환상대(#17)와 환상대(#18)간 경계 및 환상대(#24)와 환상대(#25)간 경계에 형성된 단차들은 특수 단차이고, -5λ의 광로 길이에서의 변화량을 산출한다.

도 32A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 32B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 32C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 32A 내지 도 32C(및 이하의 유사한 그래프)에 있어서, 실선은 사용되고 있는 레이저 빔의 파장이 설계 파장에 있을 때의 구면 수차를 나타내고, 파선은 사용되고 있는 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 5nm만큼 시프팅해 있을 때의 구면 수차를 나타낸다.

도 32A 내지 도 32C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제11 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 또한, 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차도 충분하게 억제된다.

제12 예

이하, 제12 예를 설명한다. 제12 예에 따른 대물 렌즈(10D)에는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 구비된다. 제12 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 59에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	408	660	790
초점 거리(mm)	2.250	2.324	2.338
NA	0.667	0.645	0.500
배율	0.000	0.000	0.000

표 59의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 광 디스크(D1, D2, D3)에 입사한다.

표 60은 광 디스크(D1)가 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 61은 광 디스크(D2)가 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 62는 광 디스크(D3)가 사용될 때 제12 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(408nm)
0		∞
1	1.418	1.60	1.52424
2	-4.292	1.01
3	∞	0.60	1.62110
4	∞	-

면 번호	r	d	n(660nm)
0		∞
1	1.418	1.60	1.50635
2	-4.292	1.06
3	∞	0.60	1.57961
4	∞	-

면 번호	r	d	n(790nm)
0		∞
1	1.418	1.60	1.50313
2	-4.292	0.69
3	∞	1.20	1.57307
4	∞	-

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 63은 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.6500	5.62818E-03	2.06710E-03	-1.68454E-03
2	0.0000	6.39459E-02	-3.35166E-02	2.27788E-02
면 번호	A10	A12	A14
1	1.55055E-03	-4.79979E-04	0.00000E+00
2	-1.68427E-02	6.84085E-03	-1.08289E-03

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 64는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 제1 내지 제3 광로차(OPD) 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 65는 제1 내지 제3 광로차(OPD) 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-1.39776E+00	-1.38210E-01	-2.33152E-01
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-2.86536E+00	-7.35321E-01	8.87374E-02
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	1.06527E+00	2.28335E-01	0.00000E+00
		P10	P12
1	제1 OPD 함수	6.78901E-02	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	-3.19712E-02	0.00000E+00
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

파장[nm]	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	2
제3 OPD 함수	10	6	5

표 66은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다.

번호	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	0.000	0.631
1	0.631	0.755	-3.00
2	0.755	0.801	-2.00
3	0.801	0.819	10.00
4	0.819	0.923	-3.00
5	0.923	0.972	-3.00
6	0.972	0.997	-2.00
7	0.997	1.035	-3.00
8	1.035	1.056	10.00
9	1.056	1.089	-3.00
10	1.089	1.105	-2.00
11	1.105	1.147	-3.00
12	1.147	1.162	-3.00
13	1.162	1.172	10.00
14	1.172	1.184	-2.00
15	1.184	1.218	-3.00
16	1.218	1.238	-3.00
17	1.238	1.248	-2.00
18	1.248	1.252	-3.00
19	1.252	1.276	10.00
20	1.276	1.294	-3.00
21	1.294	1.301	-2.00
22	1.301	1.325	-3.00
23	1.325	1.342	7.00
24	1.342	1.347	-2.00
25	1.347	1.368	-3.00
26	1.368	1.388	-3.00
27	1.388	1.406	5.00
28	1.406	1.423	-3.00
29	1.423	1.434	-5.00
30	1.434	1.441	10.00
31	1.441	1.459	-3.00
32	1.459	1.472	-5.00
33	1.472	1.480	-3.00
34	1.480	1.487	10.00
35	1.487	1.493	-3.00
36	1.493	1.500	-2.00

표 66에 나타내어진 바와 같이, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -3λ, -2λ 또는 10λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=3, i_B=2, i_C=10 이고, Δ_A=Δ_B=Δ_C=0 이다. 이 예에 있어서, 환상대(#22)와 환상대(#23)간 경계, 환상대(#26)와 환상대(#27)간 경계, 환상대(#28)와 환상대(#29)간 경계 및 환상대(#31)와 환상대(#32)간 경계에 형성된 단차들은 특수 단차이고, 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출한다.

도 33A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 33B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 33C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 33A 내지 도 33C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제12 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 위상 시프팅 구조는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 단차들을 갖는다. 즉, 제12 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 3개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 도 33A 내지 도 33C에 도시된 바와 같이, 파장 시프트에 의해 야기되는 구면수차도 충분하게 억제된다.

제13 예

이하, 제13 예를 설명한다. 제13 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 67에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	407	657	788
초점 거리(mm)	3.100	3.204	3.224
NA	0.650	0.649	0.509
배율	0.000	0.000	0.000

표 67의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10D)에 입사한다.

표 68은 광 디스크(D1)가 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 69는 광 디스크(D2)가 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 70은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(407nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.900	2.00	1.52439
1(제2 영역)	1.900
1(제3 영역)	1.900
2	-7.180	1.61
3	∞	0.60	1.62150
4	∞	-

면 번호	r	d	n(657nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.900	2.00	1.50645
1(제2 영역)	1.900
1(제3 영역)	1.900
2	-7.180	1.69
3	∞	0.60	1.57982
4	∞	-

면 번호	r	d	n(788nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.900	2.00	1.50316
1(제2 영역)	1.900
1(제3 영역)	1.900
2	-7.180	1.33
3	∞	1.20	1.57315
4	∞	-

표 67로부터 알 수 있는 바와 같이, f1×N1=2.015 이고 f2×N2=2.079이다. 즉, 제13 예에 따른 광 디스크 드라이브는 조건(9)을 충족시킨다. 따라서, 제1 내지 제3 영역은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 제1 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량을 산출하고, 제2 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 제3 레이저 빔에 대한 애퍼처 스톱으로 작용하고, 제3 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔에 대한 애퍼처 스톱으로 작용한다.

제1 내지 제3 영역은 광축에 관하여 나타내어진 이하의 높이(h) 범위로 형성되어 있다.

제1 영역: h≤1.640

제2 영역: 1.640＜h≤2.015

제3 영역: 2.015＜h≤2.080

상기된 바와 같이, 제3 영역은 제2 레이저 빔만을 수렴시키는데 기여하고, 제1 레이저 빔을 수렴시키는데에는 기여하지 않는다. 따라서, 제3 영역에서 광로 길이에서의 변화량은 제2 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배인 값으로 표현된다.

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 71은 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1(제1 영역)	-0.6000	-5.32257E-04	-1.26670E-05	-8.48524E-05
1(제2 영역)	-0.6000	1.01561E-03	-8.85389E-04	1.53177E-04
1(제3 영역)	-0.6000	-2.53137E-04	-1.85486E-04	2.14607E-04
2	0.0000	2.14831E-02	-5.92723E-03	9.29398E-04
면번호	A10	A12	A14
1(제1 영역)	6.23784E-06	-5.69187E-06	0.00000E+00
1(제2 영역)	-2.04839E-05	-3.32062E-06	0.00000E+00
1(제3 영역)	-7.65108E-05	2.09281E-06	0.00000E+00
2	-9.14182E-05	4.52130E-06	0.00000E+00

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 72는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 73은 OPD 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1 제1 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	6.34458E-01	2.25176E-02	6.69301E-03
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-9.02683E-01	-5.03480E-02	-1.11255E-02
1 제2 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	-8.72732E-01	1.51270E-01	-3.86269E-02
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	2.06730E-01	-2.87760E-01	4.27367E-02
1 제3 영역		0.00000E+00	-1.43494E+00	-2.31763E-01	0.00000E+00
면 번호		P10	P12
1 제1 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
1 제2 영역	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
1 제3 영역		0.00000E+00	0.00000E+00

면 번호		제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
1(제1 영역)	제1 OPD 함수	2	1	1
	제2 OPD 함수	5	3	3
1(제2 영역)	제1 OPD 함수	3	2	-
	제2 OPD 함수	5	3	-
1(제3 영역)		-	1	-

표 73에 나타내어진 바와 같이, 위상 시프팅 구조는 위상 시프팅 구조가 형성되어 있는 영역 또는 사용되고 있는 레이저 빔의 유형에 관하여 다른 회절 차수(m)가 사용되도록 구성된다. 더 구체적으로, 제1 영역에서의 위상 시프팅 구조는, 제1 내지 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수가 서로 동일하지 않더라도, 제1 내지 제3 레이저 빔을 수렴시키는데에 기여하도록 구성된다. 제2 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 제1 및 제2 레이저 빔을 수렴시키는데 기여하도록 구성된다. 제3 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔을 수렴시키는데에만 기여하도록 구성된다.

표 74는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다.

번호	영역	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	제1 영역	0.000	0.853
1		0.853	0.933	-5.00
2		0.933	1.112	2.00
3		1.112	1.218	-5.00
4		1.218	1.254	2.00
5		1.254	1.357	-5.00
6		1.357	1.374	-5.00
7		1.374	1.437	2.00
8		1.437	1.486	-5.00
9		1.486	1.504	2.00
10		1.504	1.562	-5.00
11		1.562	1.575	-5.00
12		1.575	1.613	2.00
13		1.613	1.640	-5.00
14	제2 영역	1.640	1.647	5.00
15		1.647	1.710	-3.00
16		1.710	1.740	-3.00
17		1.740	1.763	-5.00
18		1.763	1.810	-3.00
19		1.810	1.852	-3.00
20		1.852	1.887	-3.00
21		1.887	1.923	-8.00
22		1.923	1.954	-3.00
23		1.954	1.982	-3.00
24		1.982	2.008	-3.00
25		2.008	2.015	-3.00
26	제3 영역	2.015	2.029	-1.11
27		2.029	2.039	-1.00
28		2.039	2.050	-1.00
29		2.050	2.059	-1.00
30		2.059	2.069	-1.00
31		2.069	2.080	-1.00

상기된 바와 같이, 다른 위상 시프팅 구조가 면(11)의 영역들에 각각 형성된다. 따라서, 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 표 74에 나타내어진 바와 같이 영역들간에 다르다.

표 74에 도시된 바와 같이, 제1 영역에서는, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -5λ(λ: 제1 레이저 빔의 파장) 또는 2λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=5, i_B=2이고, Δ_A=Δ_B=0 이다.

제2 영역에서는, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 ±5λ 또는 -3λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=5, i_B=3이고, Δ_A=Δ_B=0 이다.

제3 영역에서는, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제2 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -1λ(λ: 제2 레이저 빔의 파장)이다. 이 예에 있어서, 환상대(#20)와 환상대(#21)간 경계에 형성된 단차는 특수 단차이다.

도 34A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 34B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 34C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 34A 내지 도 34C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제13 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 도 34A 내지 도 34C에 도시된 바와 같이, 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화도 억제된다. 도 34C에 도시된 바와 같이, 제3 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅할 때 야기되는 구면 수차의 변화는 극도로 낮은 레벨로 억제된다(즉, 광 디스크(D3)가 사용될 때 거의 아무런 수차도 야기되지 않는다).

제14 예

이하, 제14 예를 설명한다. 제14 예에 따른 대물 렌즈(10D)에는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 구비된다. 제14 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 75에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	408	660	790
초점 거리(mm)	3.100	3.204	3.223
NA	0.650	0.599	0.509
배율	0.000	0.000	0.000

표 75의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10D)에 입사한다.

표 76은 광 디스크(D1)가 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 77은 광 디스크(D2)가 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 78은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제14 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(408nm)
0		∞
1	1.902	1.97	1.52424
2	-7.187	1.63
3	∞	0.60	1.62110
4	∞	-

면 번호	r	d	n(660nm)
0		∞
1	1.902	1.97	1.50635
2	-7.187	1.71
3	∞	0.60	1.57961
4	∞	-

면 번호	r	d	n(790nm)
0		∞
1	1.902	1.97	1.50313
2	-7.187	1.34
3	∞	1.20	1.57307
4	∞	-

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 79는 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.6000	2.31426E-03	-1.00171E-03	8.71258E-05
2	0.0000	1.69167E-02	-4.35204E-03	8.12297E-04
면 번호	A10	A12	A14
1	-1.33877E-06	-6.32427E-07	0.00000E+00
2	-9.44584E-05	5.07626E-06	0.00000E+00

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 80은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 81은 제1 내지 제3 OPD 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	1.57544E-01	-1.80805E-01	3.15086E-02
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	-8.84867E-01	-6.34226E-02	-1.23711E-02
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	4.62865E-01	-1.15802E-01	2.12137E-02
		P10	P12
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

파장[nm]	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	2
제3 OPD 함수	8	5	4

표 82는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다. 표 82에 있어서, 광로 길이에서의 변화량은 제1 레이저 빔의 파장에 관하여 나타내어져 있다.

번호	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	0.000	0.855
1	0.855	1.089	-2.78
2	1.089	1.112	8.00
3	1.112	1.253	-2.78
4	1.253	1.354	-2.78
5	1.354	1.433	-2.78
6	1.433	1.482	-2.78
7	1.482	1.499	8.00
8	1.499	1.525	-2.78
9	1.525	1.555	2.00
10	1.555	1.605	-2.78
11	1.605	1.649	-2.78
12	1.649	1.689	-2.78
13	1.689	1.692	-2.78
14	1.692	1.726	8.00
15	1.726	1.760	-2.78
16	1.760	1.791	-2.78
17	1.791	1.820	-2.78
18	1.820	1.829	-2.78
19	1.829	1.847	8.00
20	1.847	1.873	-2.78
21	1.873	1.897	-2.78
22	1.897	1.920	-2.78
23	1.920	1.928	-2.78
24	1.928	1.942	8.00
25	1.942	1.963	-2.78
26	1.963	1.983	-2.78
27	1.983	2.002	-2.78
28	2.002	2.015	5.22

표 82에 나타내어진 바와 같이, 제1 영역에 있어서, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -3λ, -2λ 또는 8λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=3, i_B=2, i_C=8이고, Δ_A=0.22, Δ_B=Δ_C=0 이다. 환상대(#27)와 환상대(#28)간 경계에 형성된 단차는 i_A=3 및 i_C=8에서 획득된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차이다.

도 35A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 35B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 35C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 35A 내지 도 35C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제14 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 위상 시프팅 구조는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 단차들을 갖는다. 즉, 제14 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 3개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 도 35A 내지 도 35C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화는 충분하게 억제되고, 구면 수차는 충분하게 보정된 레벨로 유지된다.

제15 예

이하, 제15 예를 설명한다. 제15 예에 따른 대물 렌즈(10D)에는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 구비된다. 제15 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 84에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	408	660	790
초점 거리(mm)	3.000	3.092	3.101
NA	0.650	0.631	0.510
배율	0.000	0.000	0.000

표 83의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10D)에 입사한다.

표 84는 광 디스크(D1)가 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 85은 광 디스크(D2)가 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 86은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제15 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(408nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.880	2.00	1.52424
1(제2 영역)	1.900
2	-6.634	1.51
3	∞	0.60	1.62110
4	∞	-

면 번호	r	d	n(660nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.880	2.00	1.50635
1(제2 영역)	1.900
2	-6.634	1.58
3	∞	0.60	1.57961
4	∞	-

면 번호	r	d	n(790nm)
0		∞
1(제1 영역)	1.880	2.00	1.50313
1(제2 영역)	1.900
2	-6.634	1.21
3	∞	1.20	1.57307
4	∞	-

대물 렌즈(10D)의 면(11)에는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 형성되어 있는 제1 영역과 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하고 제3 레이저 빔에 대한 애퍼처 스톱으로 작용하는 위상 시프팅 구조가 형성되어 있는 제2 영역이 구비되어 있다. 제1 및 제2 영역은 광축에 관하여 나타내어진 이하의 높이(h) 범위로 형성되어 있다.

제1 영역: h≤1.580

제2 영역: 1.580＜h≤1.950

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 87은 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다. 표 88에 나타내어진 바와 같이, 제1 및 제2 영역의 비구면의 형상은 서로 다르다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1(제1 영역)	-0.6000	8.99290E-05	9.68944E-08	-1.80648E-05
1(제2 영역)	-0.6000	3.79069E-03	-1.12645E-03	2.77437E-04
2	0.0000	1.71169E-02	-2.47311E-03	-2.31135E-04
면번호	A10	A12	A14
1(제1 영역)	9.58597E-06	-5.65629E-06	0.00000E+00
1(제2 영역)	-4.82937E-05	-4.76162E-07	0.00000E+00
2	1.25232E-04	-1.23453E-05	0.00000E+00

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 88는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 89은 OPD 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1 (제1 영역)	제1 OPD 함수	3.25083E+00	8.46715E-01	1.58812E-01	2.28451E-03
	제2 OPD 함수	-2.50000E+00	-1.04426E+00	-1.19818E-01	-7.18440E-03
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	2.84070E-01	1.81025E-02	2.91708E-03
1 (제2 영역)	제1 OPD 함수	-3.19849E+00	-7.75735E-01	-5.47251E-03	-2.40359E-02
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	1.05805E+00	-2.37767E-01	3.06603E-02
		P10	P12
1 (제1 영역)	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
1 (제2 영역)	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

면 번호		제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
1 (제1 영역)	제1 OPD 함수	2	1	1
	제2 OPD 함수	5	3	3
	제3 OPD 함수	8	5	4
1 (제2 영역)	제1 OPD 함수	3	2	-
	제2 OPD 함수	5	3	-

표 88에 나타내어진 바와 같이 제1 및 제2 영역의 각각에 있어서 제로와 동일하지 않은 값을 계수(P2)가 취하기 때문에, 제1 및 제2 영역의 곡률 반경(r)은 서로 다르다(표 84 내지 표 86 참조).

표 89에 나타내어진 바와 같이, 각각의 OPD 함수의 회절 차수(m)는 사용되고 있는 레이저 빔 및 영역에 따라 달라진다. 더 구체적으로, 제1 영역에서의 위상 시프팅 구조는 회절 차수(m)가 OPD 함수간에 달라지더라도 위상 시프팅 구조가 제1 내지 제3 레이저 빔의 각각을 수렴시키는데 기여하도록 구성된다. 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 및 제2 레이저 빔의 각각을 수렴시키는데 기여하도록 구성된다.

표 90은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다. 표 90에 있어서, 광로 길이에서의 변화량은 제1 레이저 빔의 파장에 관하여 나타내어져 있다.

번호	영역	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	1	0.000	0.385
1		0.385	0.431	2.05
2		0.431	0.643	-4.95
3		0.643	0.702	2.05
4		0.702	0.804	-4.95
5		0.804	0.864	2.05
6		0.864	0.925	-4.95
7		0.925	0.982	2.05
8		0.982	1.022	-4.95
9		1.022	1.077	2.05
10		1.077	1.103	-4.95
11		1.103	1.125	2.05
12		1.125	1.155	8.05
13		1.155	1.173	-4.95
14		1.173	1.222	2.05
15		1.222	1.235	-4.95
16		1.235	1.281	2.05
17		1.281	1.290	-4.95
18		1.290	1.334	2.05
19		1.334	1.340	-4.95
20		1.340	1.381	2.05
21		1.381	1.425	-2.90
22		1.425	1.454	-2.90
23		1.454	1.465	8.05
24		1.465	1.501	-2.90
25		1.501	1.536	-2.90
26		1.536	1.568	-2.90
27		1.568	1.580	-2.90
28	2	1.580	1.604	5.05
29		1.604	1.626	-2.95
30		1.626	1.637	5.05
31		1.637	1.669	-2.95
32		1.669	1.699	-2.95
33		1.699	1.727	-2.95
34		1.727	1.754	2.10
35		1.754	1.780	-2.95
36		1.780	1.804	-2.95
37		1.804	1.808	-2.95
38		1.808	1.827	5.05
39		1.827	1.849	-2.95
40		1.849	1.870	-2.95
41		1.870	1.880	-2.95
42		1.880	1.890	5.05
43		1.890	1.910	-2.95
44		1.910	1.928	-2.95
45		1.928	1.946	-2.95
46		1.946	1.950	2.10

제1 및 제2 영역에 형성된 위상 시프팅 구조는 서로 다르기 때문에, 제1 레이저 빔에 각각의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 변화량은 영역간에 달라진다(표 90 참조). 표 90에 나타내어진 바와 같이, 제1 영역에 있어서, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 -5λ, 2λ 또는 8λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=5, i_B=2, i_C=8이고, Δ_A=Δ_B=Δ_C=0.05 이다. 제2 영역에 있어서, 광로 길이에서의 변화량은 ±5λ 또는 -3λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=5, i_B=3이고, Δ_A=Δ_B=0 이다.

제1 영역에 있어서, 환상대(#20)와 환상대(#21)간 경계, 환상대(#21)와 환상대(#22)간 경계, 및 환상대(#23) 내지 환상대(#27)의 이웃하는 환상대들간 경계들에 형성된 단차들은 i_A=5 및 i_C=8에서 획득된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차로 형성되어 있다. 제2 영역에 있어서, 환상대(#33)와 환상대(#34)간 경계 및 환상대(#45)와 환상대(#46)간 경계에 형성된 단차들은 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차로 형성되어 있다.

도 36A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 36B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 36C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 36A 내지 도 36C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제15 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 도 36A 내지 도 36C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화는 충분하게 억제된다. 도 36C에 도시된 바와 같이, 제3 레이저 빔의 파장이 설계 파장으로부터 시프팅할 때 야기되는 구면 수차의 변화는 적합하게 억제되고, 구면 수차는 충분하게 보정된 레벨로 항상 유지된다.

제16 예

이하, 제16 예를 설명한다. 제16 예에 따른 대물 렌즈(10D)에는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 위상 시프팅 구조가 구비된다. 제16 예에 따른 대물 렌즈(10D)의 성능 사양은 표 93에 나타나 있다.

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
설계 파장(nm)	408	660	790
초점 거리(mm)	3.000	3.098	3.117
NA	0.650	0.600	0.510
배율	0.000	0.000	0.000

표 91의 배율값에 의해 나타내어진 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔은 콜리메이팅된 빔으로 각각 대물 렌즈(10D)에 입사한다.

표 92는 광 디스크(D1)가 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 93는 광 디스크(D2)가 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다. 표 94은 광 디스크(D3)가 사용될 때 제16 예에 따른 광 디스크 드라이브의 수치 구성을 나타내고 있다.

면 번호	r	d	n(408nm)
0		∞
1	1.895	2.20	1.52424
2	-5.555	1.43
3	∞	0.60	1.62110
4	∞	-

면 번호	r	d	n(660nm)
0		∞
1	1.895	2.20	1.50635
2	-5.555	1.51
3	∞	0.60	1.57961
4	∞	-

면 번호	r	d	n(790nm)
0		∞
1	1.895	2.20	1.50313
2	-5.555	1.14
3	∞	1.20	1.57307
4	∞	-

대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(#11, #12)의 각각은 비구면이다. 표 95은 대물 렌즈(10D)의 제1 및 제2 면(11, 12; 면(#1, #2))의 비구면 계수 및 원뿔 계수를 나타내고 있다.

면 번호	K	A4	A6	A8
1	-0.6000	6.86002E-03	-1.01701E-03	1.04314E-04
2	0.0000	2.78102E-02	-9.32131E-03	2.70529E-03
면 번호	A10	A12	A14
1	-1.42884E-05	3.48775E-06	0.00000E+00
2	-4.74103E-04	3.63962E-05	0.00000E+00

이 예에 있어서, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된다. 표 96은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성될 위상 시프팅 구조를 규정하는 제1 내지 제3 OPD 함수에 대한 계수(P_2i)를 나타내고 있다. 표 97는 제1 내지 제3 OPD 함수의 각각에 대하여 (레이저 빔이 각각의 최대 회절 효율을 취하는) 회절 차수(m)를 나타내고 있다. 이 예에 있어서, 제3 레이저 빔이 최대 효율을 취하는 회절 차수는 "k"로 나타내어진다.

면 번호		P2	P4	P6	P8
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	1.89876E+00	3.66667E-02	4.45187E-02
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	1.09707E+00	4.90843E-02	1.90835E-02
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	-1.12837E-02	-2.00016E-01	2.68634E-03
		P10	P12
1	제1 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제2 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00
	제3 OPD 함수	0.00000E+00	0.00000E+00

	제1 레이저 빔	제2 레이저 빔	제3 레이저 빔
제1 OPD 함수	2	1	1
제2 OPD 함수	3	2	1
제3 OPD 함수	10	6	5

표 98은 대물 렌즈(10D)의 제1 면(11)에 형성된 위상 시프팅 구조를 나타내고 있다. 표 98에 있어서, 광로 길이에서의 변화량은 제1 레이저 빔의 파장에 관하여 나타내어져 있다.

번호	hmin	hmax	광로 길이에서의 변화량
0	0.000	0.714
1	0.714	0.814	2.00
2	0.814	0.935	2.90
3	0.935	1.058	2.00
4	1.058	1.063	2.00
5	1.063	1.147	2.90
6	1.147	1.160	2.00
7	1.160	1.200	-10.00
8	1.200	1.217	2.90
9	1.217	1.276	2.00
10	1.276	1.298	2.00
11	1.298	1.326	2.90
12	1.326	1.371	2.00
13	1.371	1.398	4.90
14	1.398	1.410	-10.00
15	1.410	1.440	2.00
16	1.440	1.446	2.90
17	1.446	1.479	2.00
18	1.479	1.495	2.00
19	1.495	1.510	2.90
20	1.510	1.525	2.00
21	1.525	1.538	-10.00
22	1.538	1.543	2.00
23	1.543	1.564	2.90
24	1.564	1.587	2.00
25	1.587	1.612	4.90
26	1.612	1.626	-8.00
27	1.626	1.634	2.90
28	1.634	1.655	2.00
29	1.655	1.661	2.00
30	1.661	1.675	2.90
31	1.675	1.685	2.00
32	1.685	1.694	-10.00
33	1.694	1.712	4.90
34	1.712	1.725	2.00
35	1.725	1.744	4.90
36	1.744	1.753	-8.00
37	1.753	1.761	2.90
38	1.761	1.777	2.00
39	1.777	1.792	4.90
40	1.792	1.806	-8.00
41	1.806	1.820	4.90
42	1.820	1.833	2.00
43	1.833	1.846	-5.10
44	1.846	1.851	2.00
45	1.851	1.858	2.90
46	1.858	1.871	2.00
47	1.871	1.878	4.90
48	1.878	1.894	-8.00
49	1.894	1.905	4.90
50	1.905	1.913	2.00
51	1.913	1.927	-5.10
52	1.927	1.937	4.90
53	1.937	1.950	2.00

표 98에 나타내어진 바와 같이, 제1 영역에 있어서, 이웃하는 환상대간 각각의 단차에 의해 제1 레이저 빔에 부여된 광로 길이에서의 변화량은 3λ, 2λ 또는 -10λ이다. 즉, 이 예에 있어서, i_A=3, i_B=2, i_C=10이고, Δ_A=-0.10, Δ_B=Δ_C=0 이다. 환상대(#12)와 환상대(#13)간 경계, 환상대(#24)와 환상대(#25)간 경계, 환상대(#32)와 환상대(#33)간 경계, 환상대(#34)와 환상대(#35)간 경계, 환상대(#38)와 환상대(#39)간 경계, 환상대(#40)와 환상대(#41)간 경계, 환상대(#46)와 환상대(#47)간 경계, 환상대(#48)와 환상대(#49)간 경계 및 환상대(#51)와 환상대(#52)간 경계에 형성된 단차들은 i_B=2 및 i_A=3에서 획득된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차이다. 환상대(#25)와 환상대(#26)간 경계, 환상대(#35)와 환상대(#36)간 경계, 환상대(#39)와 환상대(#40)간 경계 및 환상대(#47)와 환상대(#48)간 경계에 형성된 단차들은 i_B=2 및 i_C=10에서 획득된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차이다. 환상대(#42)와 환상대(#43)간 경계 및 환상대(#50)와 환상대(#51)간 경계에 형성된 단차들은 i_A=2, i_B=3 및 i_C=10에서 획득된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 합으로서 변화량을 산출하는 특수 단차이다.

도 37A는 제1 레이저 빔(즉, 광 디스크(D1))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 37B는 제2 레이저 빔(즉, 광 디스크(D2))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다. 도 37C는 제3 레이저 빔(즉, 광 디스크(D3))이 사용될 때 광 디스크 드라이브에서 야기되는 구면 수차를 예시하는 그래프이다.

도 37A 내지 도 37C로부터 알 수 있는 바와 같이, 제16 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 각각 광 디스크(D1, D2, D3)의 기록면(22)에 적합하게 수렴시킬 수 있다. 위상 시프팅 구조는 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 산출하는 단차들을 갖는다. 즉, 제16 예에 따른 대물 렌즈(10D)는 3개의 파장 호환 작용 및 파장 시프트 보상 작용을 갖는다. 도 37A 내지 도 37C에 도시된 바와 같이, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각이 사용될 때 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화는 충분하게 억제되고, 구면 수차는 충분하게 보정된 레벨로 항상 유지된다.

상기 제14 예에 있어서, 광 디스크(D1)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제1 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 85%이고, 광 디스크(D2)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제2 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 75%이고, 광 디스크(D3)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제3 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 56%이다.

상기 제15 예에 있어서, 광 디스크(D1)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제1 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 98%이고, 광 디스크(D2)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제2 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 75%이고, 광 디스크(D3)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제3 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 41%이다.

상기 제16 예에 있어서, 광 디스크(D1)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제1 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 97%이고, 광 디스크(D2)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제2 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 69%이고, 광 디스크(D3)에 대한 기록/재생 동작이 수행될 때(즉, 제3 레이저 빔이 사용될 때), 광의 사용 효율은 거의 51%이다.

제4 실시예에 있어서, 대물 렌즈는 제3 레이저 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수에 따른 조건들을 충족시키도록 구성된다. 따라서, 광 디스크(D3)에 대한 기록/재생 동작을 위한 충분한 양의 광을 유지하면서, 더 높은 기록 밀도를 갖는 광 디스크(D1, D2)의 각각이 사용될 때의 광 사용 효율을 더 증가시키는 것이 가능하다.

"i"의 값의 가능한 조합은 상기 예에 나타내어진 것들에만 국한되지는 않는다. 에를 들어, 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량이 위상 시프팅 구조에 의해 초래된다면, 값의 조합은 i_A=5, i_B=2 및 i_C=10 일 수 있다.

제4 실시예에 의하면, 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여 구면 수차는 적합하게 억제된다. 광 디스크(D1, D2, D3)의 각각에 대하여 콜리메이팅된 빔이 사용되기 때문에, 제4 실시예에 따른 대물 렌즈(광 디스크 드라이브)는 구면 수차뿐만 아니라 트래킹 동작 동안 야기되는 수차도 충분하게 억제할 수 있다. 즉, 제4 실시예에 의하면, 다른 규격에 기초한 3개 유형의 광 디스크의 각각에 적합한 빔 스폿을 형성할 수 있는 대물 렌즈(및 광 디스크 드라이브)가 획득될 수 있다.

본원발명이 특정 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예도 가능하다.

본원발명에 따른 설계 방법에 의해 설계된 대물 렌즈는 상기 실시예에 나타내어진 것들에 국한되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 예를 들어, 상기 대물 렌즈는 복수의 광학 소자를 포함하는 대물 렌즈계로 구성될 수도 있다. 대물 렌즈가 복수의 광학 소자를 포함하는 대물 렌즈계로 구성된다면, 대물 렌즈계내 광학 소자는 그 양면에 각각 위상 시프팅 구조를 가질 수 있다.

광 디스크 드라이브는 2개의(3개의) 파장 호환 작용에 의해 보정되는 구면 수차가 제로로 억제될 것을 반드시 요구하는 것은 아니다. 따라서, 설계자는 상기 설계 방법을 조절하여, 구면 수차를 충분하게 낮은 레벨로 억제하는 2개 또는 3개의 파장 호환 작용이 달성되도록 하는 것도 가능하다. 광 디스크 드라이브는 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화가 완전하게 상쇄될 것을 반드시 요구하는 것은 아니다. 따라서, 설계자는 상기 설계 방법을 조절하여, 파장 시프트로 인한 구면 수차의 변화가 충분하게 낮은 레벨로 억제될 수 있도록 하는 것도 가능하다.

본원발명은 복수의 회절 작용을 갖는 단일의 회절 구조를 구비한 광학 소자를 설계하는 방법을 제공한다는 점에서 유익하다.

Claims (42)

1. 광학계에 사용될 광학 소자를 설계하는 설계 방법에 있어서, 광학계에서는 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔의 각각이 광학 소자를 통과하고, 상기 설계 방법은,

   복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 제1 광로차 함수에 의해 초래되는 비율이 복수의 광 빔의 회절 효율이 최대화되는 회절 차수간 제2 광로차 함수에 의해 초래되는 비율과 다르게 되는 방식으로 제1 및 제2 광로차 함수를 포함하는 적어도 2개 유형의 광로차 함수를 결정하는 결정 단계; 및

   적어도 2개 유형의 광로차 함수를 중첩하여 규정되는 형상을 획득하여 그 획득된 형상을 광학 소자의 면 중 적어도 하나의 면에 적용하는 획득 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
2. 제1항에 있어서, 형상이 적용되는 적어도 하나의 면은 광학 소자의 광축을 포함하는 내측 영역과 내측 영역의 외측에 위치하는 외측 영역으로 나뉘고,

   상기 결정 단계는 내측 및 외측 영역에 별개로 적용되고 상기 획득 단계는 내측 및 외측 영역에 별개로 적용되는 것에 의해, 내측 및 외측 영역에는 각각 다른 회절 작용을 갖는 회절 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 획득 단계에 의해 획득된 형상을 갖는 회절 구조는 광 학 소자의 광축에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 설계 방법.
4. 제1항에 있어서, 광학 소자는, 제1 광 디스크에 대하여 제1 설계 파장을 갖는 제1 광 빔을 사용하고 제2 광 디스크에 대하여 제1 설계 파장과는 다른 제2 설계 파장을 갖는 제2 광 빔을 사용함으로써, 다른 규격에 기초한 제1 및 제2 광 디스크의 각각으로 데이터를 기록 및/또는 그 각각으로부터 데이터를 재생하도록 구성된 광 디스크 드라이브에 사용되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
5. 제4항에 있어서, 형상은 상기 획득 단계에 의해 회절 구조로서 획득되고,

   제1 광 디스크가 사용될 때 야기되는 구면 수차를 소망의 값으로 조정하고 제2 광 디스크가 사용될 때 야기되는 구면 수차를 소망의 값으로 조정하는 제1 회절 작용은 제1 광로차 함수에 의해 회절 구조에 주로 부여되고,

   제1 및 제2 광 디스크 중 적어도 하나가 사용될 때 발생하는 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화를 조정하는 제2 회절 작용은 제2 광로차 함수에 의해 회절 구조에 주로 부여되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
6. 제5항에 있어서, 제1 회절 작용에 의하여, 회절 구조는 제1 광 디스크가 사용될 때 야기되는 구면 수차 및 제2 광 디스크가 사용될 때 야기되는 구면 수차의 각각이 보정되는 방향을 갖는 수차를 발생시키고,

   제2 회절 작용에 의하여, 회절 구조는 제1 광 디스크가 사용될 때 제1 광 빔 의 파장이 제1 설계 파장으로부터 시프팅하는 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화를 감소시키는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
7. 제5항에 있어서, 제1 및 제2 광 디스크가 사용될 때 야기되는 구면 수차가 조정되는 제1 회절 작용은 제1 및 제2 광 빔의 각각이 콜리메이팅된 빔으로서 광학 소자에 입사하는 조건하에 결정되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
8. 제4항에 있어서, 광 디스크 드라이브는, 제3 광 디스크에 대하여 제1 및 제2 광 빔의 파장과는 다른 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔을 사용함으로써, 제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초한 제3 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 디스크로부터 데이터를 재생할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
9. 제7항에 있어서, 광 디스크 드라이브는, 제3 광 디스크에 대하여 제1 및 제2 광 빔의 파장과는 다른 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔을 사용함으로써, 제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초한 제3 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 디스크로부터 데이터를 재생할 수 있도록 구성되고,

   제1 및 제2 광로차 함수는 제1, 제2 및 제3 광 디스크의 각각이 소망의 값으로 조정되도록 별개로 결정되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
10. 제9항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 광 디스크의 보호층의 두께가 각각 t1, t2 및 t3로 정의되면, 보호층의 두께는 다음의 관계를 갖고

    t1≤t2＜t3;

    제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA1이라고 정의되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA2이라고 정의되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 적합한 개구수가 NA3이라고 정의되면, NA1, NA2 및 NA3는 다음의 관계를 갖고,

    NA1＞NA3 및 NA2＞NA3;

    제1 광 빔의 제1 설계 파장은 제1, 제2 및 제3 설계 파장 모두 중에서 가장 짧고, 제2 광 빔의 제2 설계 파장은 제1 광 빔의 제1 설계 파장보다 더 길고, 제3 광 빔의 제3 설계 파장은 제1, 제2 및 제3 설계 파장 모두 중 가장 긴 것을 특징으로 하는 설계 방법.
11. 제10항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 제1 광로차 함수에 의해 초래되는 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 2:1:1로 표현되고,

    제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 제2 광로차 함수에 의해 초래되는 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 3:2:2로 표현되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
12. 제9항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 광 디스크 중 적어도 하나가 사용될 때 발생하는 파장 시프트에 의해 야기되는 구면 수차의 변화를 조정하는 제3 회절 작용을 회절 구조에 주로 부여하는 제3 광로차 함수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
13. 제12항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 제1 광로차 함수에 의해 초래되는 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 2:1:1로 표현되고,

    제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 제2 광로차 함수에 의해 초래되는 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 3:2:2로 표현되고,

    제1, 제2 및 제3 광 빔의 회절 효율이 각각 최대화되는 회절 차수간 제3 광로차 함수에 의해 초래되는 비율은 제1, 제2 및 제3 광 빔의 순서로 10:6:5로 표현되는 것을 특징으로 하는 설계 방법.
14. 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스; 및

    상기 제1항의 설계 방법에 의해 설계된 광학 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
15. 제14항에 있어서, 다른 규격에 기초한 제1 및 제2 광 디스크의 각각으로 데이터를 기록 및/또는 그 각각으로부터 데이터를 재생하기 위하여, 제1 광 디스크에 대해서는 제1 설계 파장을 갖는 제1 광 빔이 사용되고, 제2 광 디스크에 대해서는 제2 설계 파장을 갖는 제2 광 빔이 사용되고,

    제1 및 제2 광 디스크의 규격과는 다른 규격에 기초한 제3 광 디스크로 데이터를 기록 및/또는 그 디스크로부터 데이터를 재생하기 위하여, 제3 광 디스크에 대해서는 제3 광 빔이 발산하는 빔으로서 광학 소자에 입사하는 그러한 방식으로 제3 설계 파장을 갖는 제3 광 빔이 사용되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
16. 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스; 및

    상기 제8항의 설계 방법에 의해 설계된 광학 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
17. 상기 제1항의 설계 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광학 소자.
18. 다른 파장을 갖고 실질적으로 콜리메이팅된 빔인 3개의 광 빔 중 하나를 선택적으로 사용함으로써 3개 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 디스크 로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈로서,

    3개의 광 빔의 파장 모두 중 가장 짧은 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제1 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제1 광 디스크의 두께가 t1으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다는 더 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제2 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제2 광 디스크의 두께가 t2로 표현되고, 3개의 광 빔의 파장 모두 중 가장 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제3 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제3 광 디스크의 두께가 t3로 표현될 때, t1≤t2＜t3의 관계가 충족되고,

    모든 3개의 광 빔 중 가장 짧은 제1 광 빔의 파장이 λ₁으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 제2 광 빔의 파장이 λ₂로 표현되고, 모든 3개의 광 빔 중 가장 긴 제3 광 빔의 파장이 λ₃로 표현될 때, λ₁＜λ₂＜λ₃ 이고 1.9＜λ₃/λ₁＜2.1의 관계가 충족되고,

    제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA1으로 표현되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA2으로 표현되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA3으로 표현될 때, NA1, NA2 및 NA3는 NA1＞NA3 및 NA2＞NA3의 관계를 갖고,

    대물 렌즈는 그 면 중 하나의 면에 위상 시프팅 구조를 포함하고, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈의 광축 둘레에 동심적으로 형성된 복수의 환상 굴절면대를 포함하고,

    위상 시프팅 구조는 제3 광 디스크의 기록면에 제3 광 빔을 수렴시키기 위한 제1 영역을 갖고,

    제1 영역은 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    i_A 및 i_B가 자연수를 나타내고 i_A≠i_B, -0.5＜Δ_A＜0.5, -0.5＜Δ_B＜0.5일 때, 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 절대값의 각각은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배이고,

    k가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=(2k+1)을 충족시키고,

    광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나가 i_A=(2k+1)을 충족시킬 때, 제3 광 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 (k+1)차로 표현되고,

    Δ_A는 0.000≤Δ_A≤0.384 …(1)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
19. 제18항에 있어서, Δ_A는 0.020≤Δ_A≤0.324 …(2)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
20. 제18항에 있어서, Δ_A는 0.020≤Δ_A≤0.258 …(3)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
21. 제18항에 있어서, Δ_A는 0.020≤Δ_A≤0.178 …(4)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
22. 제18항에 있어서, 제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 i_A 및 i_B의 값은 각각 3 및 2인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
23. 제18항에 있어서, 제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 i_A 및 i_B의 값은 각각 5 및 2인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
24. 제18항에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함하고,

    i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔 의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배이고,

    제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 8인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
25. 제18항에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함하고,

    i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배이고,

    제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 10인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
26. 제18항에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함하고,

    i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배이고,

    제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 5, 2 및 8인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
27. 제18항에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함하고,

    i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배이고,

    제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 5, 2 및 10인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
28. 제18항에 있어서, 대물 렌즈는 단일 소자 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
29. 제18항에 있어서, 위상 시프팅 구조는 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역을 포함하고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 및 제2 광 빔을 각각 제1 및 제2 광 디스크의 기록면에 수렴시키도록 구성되고 제3 광 빔을 수렴시키는데 기여하지 않도록 구성되고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제1 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 하나의 변화량의 절대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
30. 제29항에 있어서, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2으로 표현되면, 대물 렌즈는 f1×NA1＜f2×NA2 …(9)의 조건을 충족시키고,

    위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 갖고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제1 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에는 기여하지 않도록 구성되고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제2 광 빔에 부여하고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서 의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 하나의 변화량의 절대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
31. 제29항에 있어서, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2으로 표현되면, 대물 렌즈는 f1×NA1＞f2×NA2 …(10)의 조건을 충족시키고,

    위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 갖고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제2 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에는 기여하지 않도록 구성되고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
32. 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스;

    상기 제18항의 대물 렌즈;

    복수의 광 빔의 각각을 대물 렌즈에 디렉팅하는 빔 스플리터; 및

    광 디스크로부터 되돌아오는 광을 수신하는 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
33. 다른 파장을 갖고 실질적으로 콜리메이팅된 빔인 3개의 광 빔 중 하나를 선택적으로 사용함으로써 3개 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 디스크로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈로서,

    3개의 광 빔의 파장 모두 중 가장 짧은 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제1 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제1 광 디스크의 두께가 t1으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다는 더 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제2 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제2 광 디스크의 두께가 t2로 표현되고, 3개의 광 빔의 파장 모두 중 가장 긴 파장을 갖는 3개의 광 빔 중 제3 광 빔을 사용하여 데이터를 기록 및/또는 데이터를 재생하는데 사용될 3개 유형의 광 디스크 중 제3 광 디스크의 두께가 t3로 표현될 때, t1≤t2＜t3의 관계가 충족되고,

    모든 3개의 광 빔 중 가장 짧은 제1 광 빔의 파장이 λ₁으로 표현되고, 제1 광 빔의 파장보다 더 긴 제2 광 빔의 파장이 λ₂로 표현되고, 모든 3개의 광 빔 중 가장 긴 제3 광 빔의 파장이 λ₃로 표현될 때, λ₁＜λ₂＜λ₃ 이고 1.9＜λ₃/λ₁＜2.1의 관계가 충족되고,

    제1 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA1으로 표현되고, 제2 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA2으로 표현되고, 제3 광 디스크로의 데이터의 기록 및/또는 그 디스크로부터의 데이터의 재생에 필요한 개구수가 NA3으로 표현될 때, NA1, NA2 및 NA3는 NA1＞NA3 및 NA2＞NA3의 관계를 갖고,

    대물 렌즈는 그 면 중 하나의 면에 위상 시프팅 구조를 포함하고, 위상 시프팅 구조는 대물 렌즈의 광축 둘레에 동심적으로 형성된 복수의 환상 굴절면대를 포함하고,

    위상 시프팅 구조는 제3 광 디스크의 기록면에 제3 광 빔을 수렴시키기 위한 제1 영역을 갖고,

    제1 영역은 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    i_A 및 i_B가 자연수를 나타내고 i_A≠i_B, -0.5＜Δ_A＜0.5, -0.5＜Δ_B＜0.5일 때, 광로 길이에서의 2개의 다른 변화량의 절대값의 각각은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배이고,

    p가 자연수를 나타낼 때, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나는 i_A=(2p+1)을 충족시키고,

    광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 적어도 하나가 i_A=(2k+1)을 충족시킬 때, 제3 광 빔에 대한 회절 효율이 최대화되는 회절 차수는 k차로 표현되고,

    Δ_A는 -0.384≤Δ_A≤-0.070 …(5)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
34. 제33항에 있어서, Δ_A는 -0.324≤Δ_A≤-0.070 …(6)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
35. 제33항에 있어서, Δ_A는 -0.258≤Δ_A≤-0.070 …(7)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
36. 제33항에 있어서, Δ_A는 -0.178≤Δ_A≤-0.070 …(8)의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
37. 제33항에 있어서, 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량은 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량을 포함하고,

    i_C가 자연수를 나타내고 i_C≠i_A, i_C≠i_B, -0.5＜Δ_C＜0.5일 때, 제1 레이저 빔 의 파장의 (i_A+Δ_A)배 및 (i_B+Δ_B)배와는 다른 광로 길이에서의 변화량의 절대값은 제1 레이저 빔의 파장의 (i_C+Δ_C)배이고,

    제1 영역에서의 단차에 의해 부여된 광로 길이에서의 3개의 다른 변화량의 i_A, i_B 및 i_C의 값은 각각 3, 2 및 10인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
38. 제33항에 있어서, 대물 렌즈는 단일 소자 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
39. 제33항에 있어서, 위상 시프팅 구조는 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역을 포함하고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 및 제2 광 빔을 각각 제1 및 제2 광 디스크의 기록면에 수렴시키도록 구성되고 제3 광 빔을 수렴시키는데에 기여하지 않도록 구성되고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제1 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 2개의 다른 변화량 중 하나의 변화량의 절 대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
40. 제39항에 있어서, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2으로 표현되면, 대물 렌즈는 f1×NA1＜f2×NA2 …(9)의 조건을 충족시키고,

    위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 갖고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제2 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제1 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에 기여하지 않도록 구성되고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제2 광 빔에 부여하고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제2 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 하나의 변화량의 절대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
41. 제39항에 있어서, 제1 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f1으로 표현되고, 제2 광 디스크가 사용될 때 대물 렌즈의 초점 거리가 f2으로 표현되면, 대물 렌즈는 f1×NA1＞f2×NA2 …(10)의 조건을 충족시키고,

    위상 시프팅 구조는 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역을 갖고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 제1 레이저 빔만을 수렴시키도록 구성되고 제2 및 제3 광 빔의 각각을 수렴시키는데에 기여하지 않도록 구성되고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조는 이웃하는 환상 굴절면대간 경계에 단차를 포함하고, 단차는 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량을 제1 광 빔에 부여하고,

    제3 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값은 제2 영역에서의 위상 시프팅 구조에 의해 제1 광 빔에 부여된 광로 길이에서의 적어도 하나의 변화량의 절대값과는 다른 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
42. 다른 설계 파장을 갖는 복수의 광 빔을 각각 방출하는 복수의 광원 디바이스;

    상기 제33항의 대물 렌즈;

    복수의 광 빔의 각각을 대물 렌즈에 디렉팅하는 빔 스플리터; 및

    광 디스크로부터 되돌아오는 광을 수신하는 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.

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