KR20070012788A - 광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보기록 재생 장치 - Google Patents

광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보기록 재생 장치 Download PDF

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KR20070012788A
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코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 광 픽업 장치용의 대물 광학계는 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 적어도 2개의 위상 구조를 갖는 수차 보정 소자와, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제1 광속을 상기 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제2 광속을 상기 제2 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키는 기능을 갖는 집광 소자 중 적어도 2개의 발광 소자로 구성되고, 상기 제2 위상 구조는 상기 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖는다.
대물 광학계, 조리개, 광 픽업 장치, 광 정보 기록 재생 장치, 렌즈

Description

광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치{OBJECTIVE OPTICAL SYSTEM FOR OPTICAL PICKUP DEVICE, OPTICAL PICKUP DEVICE AND OPTICAL INFORMATION RECORDING/PRODUCING DEVICE}
본 발명은 복수 종류의 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록이 가능한 광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.
종래부터, 기록 밀도가 다른 복수 종류의 광 디스크에 대하여 기록/재생을 하는 것이 가능한, 호환성을 갖는 광 픽업 장치가 알려져 있고, 예컨대 DVD(Digital Versatile Disk)와 CD(Compact Disk)를 하나의 광 픽업 장치를 이용하여 기록/재생하는 경우가 있다. 또한, 최근 기록 밀도가 다른 광 디스크로서, 청자색 레이저 광원(예를 들어, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저 등)을 이용하는 고밀도 광 디스크 HD(이하, 기록/재생용의 레이저 광원으로서, 청자색 레이저 광원을 사용하는 광 디스크를 총칭하여 「고밀도 광 디스크 HD」라 함)와, 종래의 DVD, 또한 CD와도 호환성이 있는 광 픽업 장치가 요구되고 있다.
또한, 레이저 광원의 발광 파장의 변동을 고려하여, 고밀도 광 디스크 HD에서 사용되는 파장 부근 및 DVD에서 사용되는 파장 부근 중 어떠한 파장 영역에서도 색수차는 작은 쪽이 바람직하다. 특히, 고밀도 광 디스크 HD에서 사용되는 광속은 청자색 영역이며, 청자색 영역에서의 렌즈 재료의 파장 분산은 크기 때문에, 색수차의 보정은 필수적이게 된다. 또한, 단위 파장당 구면수차의 변화량 및 환경 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변화량은 대물 광학계의 개구수(NA)의 4제곱에 비례하여 증대하므로, 고밀도 광 디스크 HD의 1 규격인 블루레이 디스크와 같은 NA 0.85의 대물 광학계에서는, 상기한 문제가 한층 더 현재화된다.
단위 파장당 구면수차의 변화량과 환경 온도 변화에 대한 구면수차의 변화량은 대물 광학계에 회절 구조를 부가함으로써 완화할 수 있다. 그러나, 단위 파장당 구면수차의 변화량과 환경 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변화량은 트레이드 오프의 관계에 있으므로 양립할 수 없어, 다른 변수를 도입하여 단위 파장당 구면수차의 변화량과 환경 온도 변화에 수반하는 구면수차의 변화량의 총합을 줄일 필요가 있다.
또한, 고밀도 광 디스크 HD에서의 배율과 DVD에서의 배율의 차를 작게 함으로써, 광 픽업 장치의 간략화로 이어진다.
기록 밀도가 다른 복수 종류의 광 디스크에 대하여 호환성을 갖는 대물 광학계 및 광 픽업 장치로서, 광학면 위에 형성한 회절 구조를 이용하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에는 위상 구조로서의 회절 구조를 갖는 2군 구성이며, 고밀도 광 디스크 HD와 DVD와 CD에 대하여 공통적으로 사용 가능한 대물 광학계에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 2군 구성의 대물 광학계는, 광 디스크 측의 집광 소자에 근 축 파워의 대부분을 부담시킴으로써, DVD나 CD 등의 보호층 두께가 큰 광 디스크에 대한 작동 거리를 확보하는 동시에, 광원측의 수차 보정 소자에 위상 구조로서의 회절 구조를 형성함으로써, 회절 구조의 단차 부분에 의한 광선의 흐림을 방지하여 투과율을 향상시키는 것이다.
특허문헌 1 : 유럽 특허 출원 공개 제1304689호 명세서
특허문헌 1에는 2군 구성의 대물 광학계에 있어서, 보호층의 두께가 각 광 디스크에서 다른 것에 기인하여 발생하는 구면수차나 각 광 디스크에서 사용하는 파장이 다른 것에 기인하여 발생하는 구면수차를 보정하는 위상 구조에 관한 기재가 있다. 그러나, 보호층의 두께가 각 광 디스크에서 다른 것에 기인하여 발생하는 구면수차나 각 광 디스크에서 사용하는 파장이 다른 것에 기인하여 발생하는 구면수차를 보정하는 위상 구조 외에, 고밀도 광 디스크 HD용의 청자색 파장 영역에서의 파장 변화에 대한 집광 특성의 변화 및 환경 온도 변화에 수반하는 집광 특성의 변화를 억제하기 위한 위상 구조가 있으며, 또한 청자색 파장 영역에서의 파장 변화 및 환경 온도 변화에 수반하는 집광 특성의 변화를 억제하는 가장 적절한 2매의 렌즈의 근축 파워비를 지정하는 2군 구성의 대물 광학계에 관한 기재는 특허문헌 1에는 없다.
또한, 대물 광학계에는 입사 광속을 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키기 위한 굴절력이 요구되므로, 대물 광학계를 단일 볼 렌즈로 구성한 경우에는 광학면의 곡률을 크게 해야만 해, 이러한 곡률이 큰 광학면에 회절 구조를 마련하는 것이 렌즈 제조의 관점에서 쉽지 않다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 상술한 문제를 고려한 것이며, 기록 밀도가 다른 복수의 광 디스크에 대하여 충분히 구면수차를 보정한 상태에서 정보의 재생 및/또는 기록을 할 수 있고, 또한 렌즈 제조가 용이한 광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 명세서에 있어서는, 정보의 기록/재생용의 광원으로서 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광 디스크를 총칭하여 「고밀도 광 디스크 HD」라 하고, NA 0.85의 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하고, 보호층의 두께가 0.1 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크(예컨대, 블루레이 디스크) 외에, NA 0.65 내지 0.67의 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하여, 보호층의 두께가 0.6 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크(예컨대, HD DVD)도 포함하는 것으로 한다. 또한, 이러한 보호층을 그 정보 기록면 위에 갖는 광 디스크 외에, 정보 기록면 위에 수 내지 수십 ㎚ 정도 두께의 보호막을 갖는 광 디스크나, 보호층 혹은 보호막의 두께가 0인 광 디스크도 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에 있어서는 고밀도 광 디스크 HD에는 정보의 기록/재생용의 광원으로서, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광 자기 디스크도 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서는 DVD라 함은 DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW 등의 DVD 계열의 광 디스크의 총칭이며, CD라 함은 CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R, CD-RW 등의 CD 계열의 광 디스크의 총칭이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「대물 광학계」라 함은, 광 픽업 장치에 있어서 광 디스크에 대향하는 위치에 배치되어, 광원으로부터 사출된 파장이 서로 다른 광속을 기록 밀도가 서로 다른 광 디스크의 각각의 정보 기록면 위에 집광하는 기능을 갖는 집광 소자와, 상기 집광 소자와 일체가 되어 작동기에 의해 트래킹 및 포커싱 구동되는 광학 소자로 구성되는 렌즈군을 가리키는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 개구수는 광 디스크의 규격으로 규정되어 있는 개구수, 혹은 광 디스크에 대하여 정보의 기록 및/또는 재생을 하는 데 필요한 스폿 지름을 얻을 수 있는 회절 한계 성능을 갖는 대물 광학계의 상측 개구수를 가리키는 것으로 한다.
이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 광 픽업 장치용의 대물 광학계는 다음 구성을 갖는다.
제1 광원으로부터 사출되는 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 행하고, 제2 광원으로부터 사출되는 파장 λ2(λ2 > λ1)의 제2 광속을 이용하여 두께 t2(t2 ≥ t1)의 보호층을 갖는 제2 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 행하는 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 대물 광학계는 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 적어도 2개의 위상 구조를 갖는 수차 보정 소자와, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제1 광속을 상기 제1 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제2 광속을 상기 제2 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키는 기능을 갖는 집광 소자 중 적어도 2개의 광학 소자로 구성되고, 상기 제2 위상 구조는 상기 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖는다.
도1은 회절 구조의 일례를 나타내는 측면도 (a), (b)이다.
도2는 회절 구조의 일례를 나타내는 측면도 (a), (b)이다.
도3은 회절 구조의 일례를 나타내는 측면도 (a), (b)이다.
도4는 회절 구조 및 광로차 부여 구조의 일례를 나타내는 측면도 (a), (b)이다.
도5는 광 픽업 장치의 구성을 나타내는 주요부 평면도이다.
도6은 대물 광학계의 구성을 나타내는 주요부 평면도이다.
도7은 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의 파면수차도이다.
먼저, 본 발명의 상기 과제를 해결하기 위한 바람직한 실시 형태를 설명한다.
제1항에 기재된 구성은 제1 광원으로부터 사출되는 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 행하고, 제2 광원으로부터 사출되는 파장 λ2(λ2 > λ1)의 제2 광속을 이용하여 두께 t2(t2 ≥ tl)의 보호층을 갖는 제2 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또 는 기록을 행하는 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 대물 광학계는 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 적어도 2개의 위상 구조를 갖는 수차 보정 소자와, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제1 광속을 상기 제1 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제2 광속을 상기 제2 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키는 기능을 갖는 집광 소자 중 적어도 2개의 광학 소자로 구성되고,
상기 수차 보정 소자의 상기 제1 광속에 대한 근축 파워를 P1(㎜-1), 상기 집광 소자의 상기 제1 광속에 대한 근축 파워를 P2(㎜-1)라 하고, 상기 제1 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 상기 대물 광학계의 배율을 m1, 상기 제2 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 상기 대물 광학계의 배율을 m2라 했을 때, 이하의 (1)식 및 (2)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
-0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.30 (1)
0 ≤ │m1│-│m2││≤ 0.05 (2)
여기에서, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 초점 거리를 f1(㎜), 집광 소자의 제1 광속에 대한 초점 거리를 f2(㎜)라 하면, 상기 근축 파워 P1과 상기 근축 파워 P2는 이하의 식으로 정의된다.
P1 = 1/f1
P2 = 1/f2
제2항에 기재된 구성은 제1항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있 어서,
상기 제1 위상 구조는 상기 t1과 상기 t2의 차에 의해 생기는 구면수차를 보정하고, 상기 제2 위상 구조는 상기 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
제3항에 기재된 구성은 제1항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 제1 위상 구조는 상기 제1 위상 구조에 입사하는 상기 제1 광속과 상기 제2 광속의 파장차에 의해 생기는 구면수차를 보정하고, 상기 제2 위상 구조는 상기 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
제1항에 기재된 구성과 같이, 제1 위상 구조와 제2 위상 구조 중 적어도 2개의 위상 구조를 갖는 수차 보정 소자와, 집광 소자 중 적어도 2개의 광학 소자로 대물 광학계를 구성하고, 이들 수차 보정 소자 및 집광 소자의 근축 파워나 대물 광학계의 배율이 상기 (1)식 및 (2)식을 충족시키도록 설정함으로써, 기록 밀도가 다른 복수의 광 디스크에 대하여 충분히 구면수차를 보정한 상태에서 정보의 재생 및/또는 기록을 할 수 있는 대물 광학계를 얻을 수 있다.
예를 들어, 제1 광 디스크로서 보호층의 두께가 0.1 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크(예컨대, 블루레이 디스크)를 이용하는 경우에는, 제2항에 기재된 바와 같이 제1 위상 구조로 t1과 t2의 차에 의해 생기는 구면수차를 보정하고, 제2 위상 구조로 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제할 수 있다.
또한, 예컨대 제1 광 디스크로서, 보호층의 두께가 0.6 ㎜ 정도인 규격의 광 디스크(예컨대, HD DVD)를 이용하는 경우에는, 제3항에 기재된 바와 같이 제1 위상 구조로 상기 제1 위상 구조에 입사하는 제1 광속과 제2 광속의 파장차에 의해 생기는 구면수차를 보정하고, 제2 위상 구조로 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제할 수 있다.
또한, 입사 광속에 대한 굴절력을 오로지 광 디스크 측에 배치되는 집광 소자에 갖게 하게 되므로, DVD에 대한 작동 거리를 충분히 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 수차 보정 소자의 입사면 및 사출면은 그 곡률이 작아져 대략 평판 형상이 되므로, 입사면 및 사출면에 형성하는 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조의 단차 부분에 의해, 그 진로가 차단되어 집광 스폿의 형성에 기여하지 않는 광속의 비율을 억제할 수 있어, 투과율의 저하를 방지할 수 있고, 또한 곡률이 큰 광학면에 위상 구조를 마련하는 경우와 비교하여 렌즈 제조가 용이해진다.
제4항에 기재된 구성은 제2항 또는 제3항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 제1 위상 구조 및 상기 제2 위상 구조는 동심 원형의 복수의 링이 배열 되는 동시에 상기 각 링이 불연속적인 광축 방향의 단차에 의해 계단 형상으로 분할되어 있고, 상기 제1 광속에는 실질적으로 위상차를 부여하지 않고, 상기 제2 광속에는 실질적으로 위상차를 부여하는 파장 선택형 회절 구조와, 광축 방향의 단차에 의해 분할된 동심 원형의 복수의 링으로 구성되는 광로차 부여 구조와, 동심 원형의 복수의 링이 배열된 구조이며, 상기 제1 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n1, 상기 제2 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n2라 했을 때, n1 > n2를 충족시키는 이차(異次) 회절 구조 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는 제4항에 기재된 바와 같이, 파장 선택형 회절 구조, 광로차 부여 구조 및 이차 회절 구조 중 어느 하나라도 좋다.
본 명세서에 기재된 "파장 선택형 회절 구조"라 함은 도3에 개략적으로 도시한 바와 같이, 동심 원형의 복수의 링이 배열되는 동시에, 각 링이 불연속인 광축 방향의 단차에 의해 계단 형상으로 분할되는 구조(이하, 「파장 선택형 회절 구조 HOE」라 함)이며, 파장 선택형 회절 구조 HOE의 단차량 d와 단차수 N을 적절하게 설정함으로써, 예컨대 파장 λ1의 제1 광속에는 위상차를 부여하지 않고, 회절시키지 않고 그대로 투과시키고, 파장 λ2의 제2 광속에는 위상차를 부여함으로써 회절시키는 회절 구조이다.
본 명세서에 기재된 "광로차 부여 구조"라 함은 도4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 광축 방향의 단차(깊이 d)에 의해 분할된 동심 원형의 복수의 링(105)으 로 구성된다(이하, 「광로차 부여 구조 NPS」라 함). 단차(104)의 방향은 유효 지름 도중에서 교체되는 단면 형상이라도 좋다. 광로차 부여 구조 NPS는 소정의 온도 및 설정의 파장에 있어서, 인접하는 링 사이에서 입사 광속 파장의 정수배의 광로차를 발생하도록 단차 d가 설계되어 있고, 단차 d는 이하의 수학식 3을 충족시킨다.
[수학식 3]
d = 5k·λ1/(N1 - 1) = 3k·λ2/(N2 - 1)
단, λ1은 고밀도 광 디스크 HD에서 사용되는 파장 영역에서의 파장이며, λ2는 DVD에서 사용되는 파장 영역에서의 파장이다. 또한, N1은 파장 λ1에 대한 수차 보정 소자의 굴절률, N2는 파장 λ2에 대한 수차 보정 소자의 굴절률, k는 자연수이다.
본 명세서에 기재된 "이차 회절 구조"라 함은 도1에 개략적으로 도시한 바와 같이 동심 원형의 복수의 링(100)이 배열된 구조이다(이하, 「이차 회절 구조 DOE」라 함). 또한, 도2에 개략적으로 도시한 바와 같이 단차(101)의 방향이 유효 지름 내에서 동일한 복수의 링(102)으로 구성되고, 광축을 포함하는 단면 형상이 계단 형상인 것이나, 도4에 개략적으로 도시한 바와 같이 단차(104)의 방향이 유효 지름 도중에서 교체되는 복수의 링(105)으로 구성되어, 광축을 포함하는 단면 형상이 계단 형상인 것이라도 좋다. 파장 λ1의 제1 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n1, 파장 λ2의 상기 제2 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수를 n2라 했을 때, n1 > n2를 충족시키도록 회절 구조의 단차량 d를 설정하고 있다. 구체적인 회절차수 n1, n2의 조합으로서, (n1, n2) = (2, 1), (3, 2), (5, 3), (8, 5), (10, 6) 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 이 조합을 선택함으로써, 각각의 광 디스크에서의 파장이 높은 회절 효율을 유지할 수 있다.
또한, 도1 내지 도4는 각 위상 구조를 평면 위에 형성한 경우를 개략적으로 나타낸 것이지만, 각 위상 구조를 구면 혹은 비구면 상에 형성해도 좋다.
제5항에 기재된 구성은 제4항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서, 상기 수차 보정 소자는 플라스틱 렌즈이며, 상기 집광 소자는 유리 렌즈이며, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (3)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
-0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.05 (3)
제6항에 기재된 구성은 제5항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 집광 소자는 상기 제1 광속의 파장 λ1에 있어서의 굴절률이 1.6 이상인 것을 특징으로 한다.
제7항에 기재된 구성은 제4항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 수차 보정 소자 및 상기 집광 소자는 모두 플라스틱 렌즈이며, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (4)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
0.03 ≤ P1/P2 ≤ 0.30 (4)
제8항에 기재된 구성은 제7항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있 어서,
상기 제1 위상 구조가 상기 이차 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 광로차 부여 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (5)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
0.08 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (5)
제9항에 기재된 구성은 제7항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 제1 위상 구조가 상기 이차 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 이차 회절 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (6)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
0.07 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (6)
제10항에 기재된 구성은 제7항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 제1 위상 구조가 상기 파장 선택형 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 광로차 부여 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (7)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
0.07 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (7)
제11항에 기재된 구성은 제7항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 제1 위상 구조가 상기 파장 선택형 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조 가 상기 이차 회절 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (8)식을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
0.08 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (8)
제12항에 기재된 발명은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
상기 수차 보정 소자와 상기 집광 소자가 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다.
제13항에 기재된 발명은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계를 탑재하고 있는 것을 특징으로 한다.
제14항 기재된 발명은 제13항에 기재된 광 픽업 장치를 탑재한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기록 밀도가 다른 복수의 광 디스크에 대하여 충분히 구면수차를 보정한 상태에서 정보의 재생 및/또는 기록을 행할 수 있고, 또한 렌즈 제조가 용이한 광 픽업 장치용의 대물 광학계, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치를 얻을 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도5는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD에 대하여 적절하게 정보의 기록/재생을 할 수 있는 광 픽업 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
고밀도 광 디스크 HD의 광학적 수단은 파장 λ1 = 407 ㎚, 보호층 PL1의 두께 t1 = 0.1 ㎜, 개구수 NA1 = 0.85이며, DVD의 광학적 수단은 파장 λ2 = 660 ㎚, 보호층 PL2의 두께 t2 = 0.6 ㎜, 개구수 NA2 = 0.65이다. 단, 파장, 보호층의 두께, 및 개구수의 조합은 이에 한정되지 않는다.
광 픽업 장치 PU는 고밀도 광 디스크 HD에 대하여 정보의 기록/재생을 행하는 경우에 발광되고, 파장 λ1의 레이저 광속을 사출하는 청자색 레이저 LD1, DVD에 대하여 정보의 재생/기록을 하는 경우에 발광되어 파장 λ2의 레이저 광속을 사출하는 적색 반도체 레이저 LD2, 고밀도 광 디스크 HD의 정보 기록면 RL1로부터의 반사 광속과, DVD의 정보 기록면 RL2로부터의 반사 광속을 수광하는 고밀도 광 디스크 HD/DVD 공용의 광 검출기 PD, 청자색 반도체 레이저 LD1로부터 사출되는 레이저 광속의 단면 형상을 타원형으로부터 원형으로 정형하기 위한 빔 정형 소자 BSH, 제1 빔 스플리터 BS1, 제2 빔 스플리터 BS2, 수차 보정 소자 L1과, 레이저 광속을 정보 기록면 RL1, RL2 상에 집광시키는 기능을 갖는 양면이 비구면이 된 집광 소자 L2로 구성된 대물 광학계 OBJ, 2축 작동기 AC, 고밀도 광 디스크 HD의 개구수 NA1에 대응한 조리개 STO, 콜리메이트 렌즈 COL, 센서 렌즈 SEN으로 구성된다. 또한, 고밀도 광 디스크 HD용의 광원으로서, 상술한 청자색 반도체 레이저 LD1 외에 청자색 SHG 레이저를 사용할 수도 있다.
광 픽업 장치 PU에 있어서, 고밀도 광 디스크 HD에 대하여 정보의 기록/재생을 하는 경우에는, 도5에 있어서는 실선으로 그 광학 경로를 그린 바와 같이 청색 반도체 레이저 LD1을 발광시킨다. 청색 반도체 레이저 LD1로부터 사출된 발산 광속은 빔 정형 소자 BSH를 통과할 때에, 그 단면 형상이 타원형으로부터 원형으로 정형되고, 제1 빔 스플리터 BS1, 제2 빔 스플리터 BS2를 통과하여, 콜리메이터 렌 즈 COL을 지나서 대략 평행 광속이 된 후, 조리개 STO에 의해 광속 지름이 규제되어, 대물 광학계 OBJ에 의해 고밀도 광 디스크 HD의 보호층 PL1을 거쳐서 정보 기록면 RL1 상에 형성되는 스폿이 된다. 대물 광학계 OBJ는, 그 주변에 배치된 2축 작동기 AC에 의해 포커싱이나 트래킹을 한다. 정보 기록면 RL1에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 대물 광학계 OBJ, 조리개 STO, 콜리메이터 렌즈 COL을 통과한 후, 제2 빔 스플리터 BS2에서 분기되어, 센서 렌즈 SEN을 거침으로써 비점수차가 부여되어, 광 검출기 PD에 집광한다. 그리고, 광 검출기 PD의 출력 신호를 이용하여 고밀도 광 디스크 HD에 기록된 정보를 읽어낼 수 있다.
광 픽업 장치 PU에 있어서, DVD에 대하여 정보의 기록/재생을 하는 경우에는, 도5에 있어서는 파선으로 그 광학 경로를 도시한 바와 같이, 적색 반도체 레이저 LD2로부터 발광시킨다. 적색 반도체 레이저 LD2로부터 사출된 발산 광속은 제1 빔 스플리터 BS1, 제2 빔 스플리터 BS2를 통과하여, 콜리메이터 렌즈 COL을 지나서 대략 평행 광속이 된 후, 대물 광학계 OBJ에 의해 고밀도 광 디스크 HD의 보호층 PL2를 거쳐서 정보 기록면 RL2 상에 형성되는 스폿이 된다. 대물 광학계 OBJ는 그 주변에 배치된 2축 작동기 AC에 의해 포커싱이나 트래킹을 한다. 정보 기록면 RL2에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 대물 광학계 OBJ, 조리개 STO, 콜리메이터 렌즈 COL을 통과한 후, 제2 빔 스플리터 BS2에서 분기되어, 센서 렌즈 SEN을 거침으로써 비점수차가 부여되어, 광 검출기 PD에 집광한다. 그리고, 광 검출기 PD의 출력 신호를 이용하여 고밀도 광 디스크 HD에 기록된 정보를 읽어낼 수 있다.
다음에, 대물 광학계 OBJ의 구성에 대해 설명한다. 대물 광학계 OBJ는 상술한 바와 같이 수차 보정 소자 L1과, 수차 보정 소자 L1로부터 사출된 제1 광속을 고밀도 광 디스크 HD의 정보 기록면 RL1 상에 집광시키고, 수차 보정 소자 L1로부터 사출된 제2 광속을 DVD의 정보 기록면 RL2 상에 집광시키는 기능을 갖는 집광 소자 L2로 구성되어 있다. 수차 보정 소자 L1과 집광 소자 L2는 접합 부재 B를 거쳐서 일체화되어 있다.
또한, 도6에 도시한 바와 같이, 수차 보정 소자 L1과 집광 소자 L2는 각각 그 광학 기능 영역(청자색 레이저 광원으로부터의 광속이 통과하는 영역)의 주변부에는, 광학 기능 영역과 일체화된 플랜지부 FL1과 FL2를 갖고, 이들 플랜지부 FL1, FL2 끼리를 접합하여 일체화된 것이라도 좋다.
수차 보정 소자 L1의 반도체 레이저 광원 측의 광학면(입사면) S1에는 제1 위상 구조가 형성되어 있고, 광 디스크 측의 광학면(사출면) S2에는 제2 위상 구조가 형성되어 있다.
구체적으로는, 제1 위상 구조로서 도3에 도시한 바와 같은 동심 원형의 복수의 링이 배열되는 동시에 각 링이 불연속인 광축 방향의 단차에 의해 계단 형상으로 분할된 파장 선택형 회절 구조 HOE가 형성되어 있다.
파장 선택형 회절 구조 HOE에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 d(㎛)는 d = 2λ1/(N1 - 1)로 산출되는 값으로 설정되고, 각 링은 4개의 단차에 의해 5 분할되어 있다. 단, λ1은 청자색 반도체 레이저 LD1로부터 사출되는 레이저 광속의 파장을 마이크론 단위로 나타낸 것이며(여기에서는 λ1 = 0.407 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 굴절률이다.
광축 방향의 깊이 d가 이와 같이 설정된 계단 구조에 대하여, 파장 λ1의 레이저 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 2 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하여, 파장 λ1의 레이저 광속은 실질적으로 위상차는 부여되지 않으므로 회절되지 않고서 그대로 투과한다.
또한, 적색 반도체 레이저 LD2로부터의 파장 λ2(여기에서는, λ2 = 0.660 ㎛)의 레이저 광속이 입사한 경우, 각 단차에 의해 δ = 2 × 0.407 × (1.50635 - 1)/(1.52439 - 1) = 0.126 ㎛의 광로차가 발생하므로, 5 분할된 각 링의 시점과 종점에서는 0.126 ㎛ × 5 = 0.630 ㎛ ≒ 1 × 660 ㎚와, 파장 λ2의 1 파장분의 광로차가 생기는 것이 된다. 인접하는 링의 파면이 각각 1 파장분 어긋나 포개어지므로, 파장 λ2의 레이저 광속은 +1차의 방향으로 회절한다.
여기에서, 파장 λ1의 제1 광속과 보호층 PL1의 두께 t1 = 0.1 ㎜와의 조합에 대하여 파면수차가 최소가 되도록, 수차 보정 소자 L1 및 집광 소자 L2를 설계한 경우, 보호층 PL1과 보호층 PL2의 두께의 차이에 의해, 대물 광학계 OBJ를 통과한 제2 광속의 구면수차는 보정 과잉 방향이 되어 버린다.
그래서, 파장 선택형 회절 구조 HOE의 각 링의 폭을, 제2 광속이 입사한 경우에, 회절 작용에 의해 +1차 회절광에 대하여 보정 부족 방향의 구면수차가 부가되도록 설정함으로써, 파장 선택형 회절 구조 HOE에 의한 구면수차의 부가량과, 보호층 PL1과 보호층 PL2의 두께의 차이에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면수차를 서로 상쇄하고, 제2 광속이 DVD의 정보 기록면 RL2 상에 양호한 스폿을 형성하 도록 되어 있다.
또한, 제2 위상 구조로서, 도1에 도시한 바와 같은 광축을 중심으로 한 동심 원형의 복수의 링이 배열된 구조이며, 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상이 되는 이차 회절 구조 DOE가 형성되어 있다.
이차 회절 구조 DOE는 제1 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n1, 제2 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n2라 했을 때, n1 > n2를 충족시키도록 회절 구조의 단차를 설정하고 있다.
이러한 이차 회절 구조 DOE에 대하여, 파장이 λ1보다 약간 길어진 상태에서 제1 광속이 입사한 경우에는 구면수차를 보정 부족 방향으로 변화시키고, 파장이 λ1보다 약간 짧아진 상태에서 제1 광속이 입사한 경우에는 구면수차를 보정 과잉 방향으로 변화시킬 수 있다고 하는, 이차 회절 구조 DOE에 구면수차의 파장 의존성을 갖게 할 수 있다. 이에 의해, 입사 파장 변화에 수반하여 발생하는 구면수차 변화를 상쇄하여, 대물 광학계 OBJ의 집광 특성의 변화를 억제할 수 있다.
또한, 이차 회절 구조 DOE의 구면수차의 파장 의존성을 이용하여, 환경 온도 변화에 수반하여 대물 광학계 OBJ를 구성하는 각 렌즈의 굴절률이 변화하는 것에 기인하는 상기 대물 광학계 OBJ의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖게 할 수도 있다.
또한, 수차 보정 소자 L1의 제1 광속에 대한 근축 파워를 P1(㎜-1), 집광 소 자 L2의 제1 광속에 대한 근축 파워를 P2(㎜-1)라 하고, 고밀도 광 디스크 HD에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 대물 광학계 OBJ의 배율을 m1, DVD에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 대물 광학계 OBJ의 배율을 m2라 했을 때, 이하의 (1)식 및 (2)식을 충족시키도록, 수차 보정 소자 L1 및 집광 소자 L2가 설계되어 있다.
-0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.30 (1)
0 ≤｜｜m1｜-｜m2｜｜≤ 0.05 (2)
이와 같이, 입사 광속에 대한 굴절력을 오로지 광 디스크 측에 배치되는 집광 소자 L2에 갖게 함으로써, DVD에 대한 작동 거리를 충분히 확보하는 것이 가능해지고, 또한 수차 보정 소자 L1과 집광 소자 L2를 조합할 때의 정밀도를 줄일 수 있다.
또한, 수차 보정 소자 L1의 입사면 및 사출면은 그 곡률이 작아져 대략 평판형이 되므로, 입사면 및 사출면에 형성하는 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조의 단차 부분에 의해, 그 진로가 차단되어 집광 스폿의 형성에 기여하지 않는 광속의 비율을 억제할 수 있어, 투과율의 저하를 방지할 수 있고, 또한 곡률이 큰 광학면에 위상 구조를 마련하는 경우와 비교하여, 렌즈 제조가 용이해진다.
또한, 고밀도 광 디스크 HD에서의 배율과 DVD에서의 배율의 차를 작게 함으로써, 광 픽업 장치의 구성을 간략화할 수 있어 트래킹 제어를 용이하게 할 수 있다. 또한, 각 광 디스크에서의 배율을 0으로 함으로써, 대물 광학계 OBJ가 시프트 함으로써 발생하는 코마수차를 억제할 수 있으므로, 양호한 트래킹 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 위상 구조로서 파장 선택형 회절 구조 HOE와 이차 회절 구조 DOE를 이용하였지만, 이에 한정되지 않으며 도4에 도시한 바와 같은 광축 방향의 단차에 의해 분할된 동심원형의 복수의 링으로 구성되는 광로차 부여 구조 NPS나 이차 회절 구조 DOE를 이용해도 좋다. 또한, 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 조합으로서는, 본 실시 형태에 나타낸 것에 한정되지 않으며, 파장 선택형 회절 구조 HOE, 이차 회절 구조 DOE 및 광로차 부여 구조 NPS 중 2개의 위상 구조를 조합하거나, 혹은 하나의 위상 구조를 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 양쪽에 이용해도 좋다.
또한, 광 픽업 장치에 보호층 PL1의 두께 t1 = 0.6 ㎜가 되는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD와의 호환성을 갖게 하는 경우에는, 상술한 바와 같은 제1 위상 구조를 이용하여 보호층 PL1과 보호층 PL2의 두께의 차에 의해 발생하는 구면수차를 보정할 필요가 없으므로, 이 경우 제1 위상 구조를 제1 광속과 제2 광속의 파장차에 의해 생기는 구면수차를 보정하기 위한 구조로 할 수 있다.
또한, 수차 보정 소자 L1을 플라스틱 렌즈로 하고, 집광 소자 L2를 유리 렌즈로 한 경우에는, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (3)식을 충족시키도록 설계하는 것이 바람직하다.
-0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.05 (3)
또한, 도시는 생략하지만, 상기 실시 형태에 나타낸 광 픽업 장치 PU, 광 디 스크를 회전 가능하게 보유 지지하는 회전 구동 장치, 이들 각종 장치의 구동을 제어하는 제어 장치를 탑재함으로써, 광 디스크에 대한 광 정보의 기록 및 광 디스크에 기록된 정보의 재생 중 적어도 한쪽의 실행이 가능한 광 정보 기록 재생 장치를 얻을 수 있다.
제1 실시예
다음에, 전술한 대물 광학계 OBJ의 실시예에 대해 설명한다.
또한, 이하의 제1 실시예 내지 제9 실시예의 대물 광학계 OBJ 중, 제1 실시예 내지 제8 실시예의 대물 광학계는 수차 보정 소자 L1과 집광 소자 L2가 모두 플라스틱 렌즈이며, 제9 실시예의 대물 광학계는 수차 보정 소자 L1은 플라스틱 렌즈이며, 집광 소자 L2는 유리 렌즈이다.
표 1은 제1 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
이하의 표 1 내지 표 9에 있어서, NA1, NA2는 개구수, f1, f2는 초점 거리(㎜), λ1, λ2는 설계 파장(㎚), m1, m2는 배율, t1, t2는 보호층의 두께(㎜), OBJ는 물점(반도체 레이저 광원의 발광점), STO는 조리개, r은 곡률 반경(㎜), d1, d2는 면 간격(㎜), Nλ1, Nλ2는 설계 파장에 대한 굴절률, vd는 d선(587.6 ㎚)에 대한 아베수, n1, n2는 기록/재생용 빔의 회절차수, λB는 회절 구조의 제조 파장(㎚)을 나타낸다.
[표 1-1]
Figure 112006050228872-PCT00001
[표 1-2]
Figure 112006050228872-PCT00002
또한, 표 1에 있어서, 10의 거듭제곱 수(예컨대, 4.1672 × m-3)를, E(예컨대, 4.1672E-3)를 이용하여 나타내는 것으로 한다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은, 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.190 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.190 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1에 제1 위상 구조로서의 파장 선택형 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 비구면 형상으로 되어 있고, 제2 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은 각각 수학식 1에 표 1에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되어, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
[수학식 1]
Figure 112006050228872-PCT00003
여기서, X(h)는 그 면의 정점에 접하는 평면으로부터의 변화량(㎜), h는 광축에 수직인 방향의 높이(㎜), r은 곡률 반경, κ는 원뿔 계수, A2i는 비구면 계수이다.
또한, 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는, 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시된다. 이러한 광로차는 h(㎜)를 광축에 수직인 방향의 높이, C2j를 광로차 함수 계수, n을 입사 광속의 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수, λ(㎚)를 위상 구조에 입사하는 광속의 파장, λB(㎚)를 위상 구조의 제조 파장이라 할 때, 다음 수학식 2에 표 1에 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
[수학식 2]
Figure 112006050228872-PCT00004
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.08로 되어 있다.
또한, 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +5차 회절 광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +3차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.036 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2이 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총 합)는 각각 -0.027 λRMS, -0.036 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.028 λRMS, -0.025 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제2 실시예
표 2는 제2 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 2-1]
Figure 112006050228872-PCT00005
[표 2-2]
Figure 112006050228872-PCT00006
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은, 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.20 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.20 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1에 제1 위상 구조로서의 파장 선택형 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 비구면 형상으로 되어 있고, 제2 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상이며, 사출면(제4 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 광축에 대하여 수직인 평면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 2에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되어, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 2에 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.27로 되어 있다.
또한, 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +5차 회절 광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +3차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.065 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.011 λRMS, -0.021 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.018 λRMS, -0.020 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제3 실시예
표 3은 제3 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 3-1]
Figure 112006050228872-PCT00007
[표 3-2]
Figure 112006050228872-PCT00008
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은, 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.35 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.35 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)에는, 비구면 형상으로 단차가 부가된 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 3에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되어, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 3에서 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎚-1)의 비 P1/P2는 0.10으로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는 제1 광속 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 제2 광속 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되는 단차의 깊이로 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
또한, 제2 면에 부가되어 있는 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조는, 각 단차는 파장 λ1 및 λ2에 대하여 상기 수학식 3을 충족시키도록 설정되어 있고, 실질적으로 위상차를 부여하지 않는 깊이로 되어 있다. 표 중의 i는 광로차 부여 구조의 각 링의 번호를 나타내고, 광축을 포함하는 링을 i = 1, 그 외측(광축으로부터 멀어지는 방향)에 인접하는 링을 i = 2, 또한 외측에 인접하는 링을 i = 3, …으로 한다. 즉, 본 실시예는 7개의 링이 형성되어 있다. 또한, HiS, HiL은 각 각, 각 링의 시점 높이 및 종점 높이를 나타낸다. Mi1d는 제1 링(i = 1)에 대한 각 링의 광축 방향의 변이량을 나타내고, 그 부호는 제1 링에 대하여 레이저 광원 측으로 변이하는 경우를「-」라 하고, 제1 링에 대하여 광 디스크 측으로 변이하는 경우를「+」로 하는 것으로 한다. 부호 ki1은, 제1 광속 파장 λ1에 있어서 제1 링을 통과한 파면의 위상에 대하여 제i 링을 통과한 파면의 위상이 어떻게 λ 다른지를 나타내고, ki2는 제2 광속 파장 λ2에 있어서, 제1 링을 통과한 파면의 위상에 대하여 제i 링을 통과한 파면의 위상이 어떻게 λ 다른지를 나타내고, 그 부호는 제1 링을 통과하는 파면에 대하여 위상이 지연되는 경우를「-」로 하고, 제1 링을 통과하는 파면에 대하여 위상이 진행되고 있는 경우를 「+」로 하는 것으로 한다.
도7은 본 실시예에 있어서, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의 파면수차를 나타낸다. 도7에는, 이차 회절 구조만일 때의 파면수차, 광로차 부여 구조만 일 때의 파면수차, 및 이차 회절 구조와 광로차 부여 구조의 양쪽의 구조가 있을 때의 파면수차를 나타낸다. 도7로부터 광로차 부여 구조를 부여함으로써, 이차 회절 구조의 구면수차 특성이 양호하게 상쇄되어 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.032 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총 합)는 각각 -0.031 λRMS, -0.068 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.043 λRMS, -0.027 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제4 실시예
표 4는 제4 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 4-1]
Figure 112006050228872-PCT00009
[표 4-2]
Figure 112006050228872-PCT00010
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.20 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.20 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.20 ㎜ 범위 내의 제3 영역 AREA3과, 1.20 ≤ h 범위 내의 제4 영역 AREA4로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제3 영역 AREA3 및 제4 영역 AREA4에는 제2 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 4에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되고, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 4에 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.00으로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있고, 제3 영역 AREA3의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +5차 회절 광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +3차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율, 제4 영역 AREA4는 파장 λ1에 대하여 +5차 회절 광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.084 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.046 λRMS, 0.021 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.049 λRMS, 0.010 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제5 실시예
표 5는 제5 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 5-1]
Figure 112006050228872-PCT00011
[표 5-2]
Figure 112006050228872-PCT00012
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.192 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.192 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.192 ㎜ 범위 내의 제3 영역 AREA3과, 1.192 ≤ h 범위 내의 제4 영역 AREA4로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제3 영역 AREA3 및 제4 영역 AREA4에는 제2 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 5에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되고, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 5에 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.07로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있고, 제3 영역 AREA3의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +5차 회절 광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +3차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율, 제4 영역 AREA4는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.035 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2이 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.028 λRMS, -0.036 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.029 λRMS, -0.023 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제6 실시예
표 6은 제6 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 6-1]
Figure 112006050228872-PCT00013
[표 6-2]
Figure 112006050228872-PCT00014
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.20 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.20 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 0.93 ㎜ 범위 내의 제3 영역 AREA3과, 0.93 ≤ h 범위 내의 제4 영역 AREA4로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제3 영역 AREA3 및 제4 영역 AREA4에는 제2 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상이며, 사출면(제4 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 광축에 대하여 수직인 평면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면)은 각각 상기 수학식 1에 표 6에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되어, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조 및 제2 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 6에 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.27로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있고, 제3 영역 AREA3의 이차 회절 구조는 파장 λ1에 대해서는 +5차 회절 광의 회절 효율, 파장 λ2에 대해서는 +3차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되도록 그 단차의 깊이가 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율, 제4 영역 AREA는 파장 λ1에 대하여 +5차 회절 광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.011 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.025 λRMS, 0.014 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.026 λRMS, -0.007 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제7 실시예
표 7은 제7 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 7-1]
Figure 112006050228872-PCT00015
[표 7-2]
Figure 112006050228872-PCT00016
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은, 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.33 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.33 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)에는, 비구면 형상으로 단차가 부가된 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 7에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되고, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 7에서 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.00으로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는, 제1 광속 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 제2 광속 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절 광의 회절 효율이 각각 최대가 되는 단차의 깊이로 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
또한, 제2 면에 부가되어 있는 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조는, 각 단차는 파장 λ1 및 λ2에 대하여 상기 수학식 3을 충족시키도록 설정되어 있고, 실질적으로 위상차를 부여하지 않는 깊이로 되어 있다. 본 실시예에서는 12개의 링이 형성되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저 의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.015 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λb < 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.035 λRMS, -0.063 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.081 λRMS, -0.015 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제8 실시예
표 8은 제8 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 8-1]
Figure 112006050228872-PCT00017
[표 8-2]
Figure 112006050228872-PCT00018
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.35 ㎜ 범위 내의 제1 영역 AREA1과, 1.35 ≤ h 범위 내의 제2 영역 AREA2로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제1 영역 AREA1 및 제2 영역 AREA2에는 제1 위상 구조로서의 이차 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)에는 광축으로부터의 높이 h가 0.00 ㎜ ≤ h < 1.05 ㎜ 범위 내의 제3 영역 AREA3과, 1.05 ≤ h 범위 내의 제4 영역 AREA4로 분할된 비구면 형상으로 되어 있고, 제3 영역 AREA3에는 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조가 형성되어 있고, 비구면 형상으로 단차가 부가되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상이며, 사출면(제4 면)은 위상 구조가 형성되어 있지 않은 광축에 대하여 수 직인 평면 형상으로 되어 있다.
수차 보정 소자의 입사면(제1 면) 및 사출면(제2 면), 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 8에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되고, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 8에서 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.28로 되어 있다.
또한, 제1 영역 AREA1의 이차 회절 구조는 제1 광속 파장 λ1에 대해서는 +2차 회절광의 회절 효율, 제2 광속 파장 λ2에 대해서는 +1차 회절광의 회절 효율이 각각 최대가 되는 단차의 깊이로 설정되어 있다. 또한, 제2 영역 AREA2는 파장 λ1에 대하여 +2차 회절광의 회절 효율이 최대가 되도록 단차의 깊이가 설정되어 있다.
또한, 제2 면에 부가되어 있는 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조는, 각 단차는 파장 λ1 및 λ2에 대하여 상기 수학식 3을 충족시키도록 설정되어 있고, 실질적으로 위상차를 부여하지 않는 깊이로 되어 있다. 본 실시예에서는 7개의 링이 형성되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 모드 호핑에 의한 청자색 반도체 레이저 의 파장 변화량이 1 ㎚일 때 0.056 λRMS가 되어, 모드 호핑에 의한 디포커스 성분의 변화가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2이 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 -0.030 λRMS, 0.031 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.029 λRMS, 0.012 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
제9 실시예
표 9는 제9 실시예에 있어서의 대물 광학계의 렌즈 데이터이다.
[표 9-1]
Figure 112006050228872-PCT00019
[표 9-2]
Figure 112006050228872-PCT00020
수차 보정 소자의 입사면(제1 면)은 광축에 대하여 수직인 평면 형상으로 되어 있고, 제1 위상 구조로서의 파장 선택형 회절 구조가 형성되어 있다.
수차 보정 소자의 사출면(제2 면)은 광축에 대하여 수직인 평면 형상으로 단차가 부가된 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조가 형성되어 있다.
또한, 집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)은 모두 위상 구조가 형성되어 있지 않은 비구면 형상으로 되어 있다.
집광 소자의 입사면(제3 면) 및 사출면(제4 면)의 비구면은, 각각 상기 수학식 1에 표 9에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되고, 광축에 대하여 축대칭으로 되어 있다.
또한, 제1 위상 구조는 이 구조에 의해 투과 파면에 부가되는 광로차로 표시되고, 이 광로차는 상기 수학식 2에 표 9에서 나타내는 계수를 대입하여 정의되는 광로차 함수 øb(㎜)로 표시된다.
또한, 수차 보정 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P1(㎜-1)과 집광 소자의 제1 광속에 대한 근축 파워 P2(㎜-1)의 비 P1/P2는 0.00으로 되어 있다.
또한, 제2 면에 부가되어 있는 제2 위상 구조로서의 광로차 부여 구조는, 각 단차는 파장 λ1 및 λ2에 대하여 상기 수학식 3을 충족시키도록 설정되어 있고, 실질적으로 위상차를 부여하지 않는 깊이로 되어 있다. 본 실시예에서는 4개의 링이 형성되어 있다.
본 실시예의 대물 광학계에 있어서, 제1 광속의 파장 λ1이 5 ㎚ 증가하고, 제2 광속의 파장 λ2가 20 ㎚ 증가한 경우의, 각 파장에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.014 λRMS, -0.013 λRMS가 되었다. 또한, 환경 온도가 30 ℃ 상승했을 때의, 제1 광속 및 제2 광속에 대한 파면수차의 RMS치(9차 이하의 구면수차 성분의 총합)는 각각 0.005 λRMS, -0.004 λRMS가 되었다.
이상으로부터, 본 실시예의 대물 광학계는 고밀도 광 디스크 HD와 DVD의 각각에 대하여 양호한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 제1 광원으로부터 사출되는 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 하고, 제2 광원으로부터 사출되는 파장 λ2(λ2 > λ1)의 제2 광속을 이용하여 두께 t2(t2 ≥ t1)의 보호층을 갖는 제2 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 하는 광 픽업 장치용의 대물 광학계에 있어서,
    상기 대물 광학계는 제1 위상 구조와 제2 위상 구조의 적어도 2개의 위상 구조를 갖는 수차 보정 소자와, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제1 광속을 상기 제1 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 수차 보정 소자로부터 사출된 상기 제2 광속을 상기 제2 광 디스크의 정보 기록면 위에 집광시키는 기능을 갖는 집광 소자 중 적어도 2개의 광학 소자로 구성되고,
    상기 제2 위상 구조는 상기 제1 광속의 파장 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화 및/또는 환경 온도 변화에 수반하는 상기 대물 광학계의 집광 특성의 변화를 억제하는 기능을 갖는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수차 보정 소자의 상기 제1 광속에 대한 근축 파워를 P1(㎜-1), 상기 집광 소자의 상기 제1 광속에 대한 근축 파워를 P2(㎜-1)라 했을 때, 이하의 (1)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    -0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.30 (1)
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 상기 대물 광학계의 배율을 m1, 상기 제2 광 디스크에 대한 정보의 재생 및/또는 기록을 할 때의 상기 대물 광학계의 배율을 m2라 했을 때, 이하의 (2)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0 ≤｜｜m1｜-｜m2｜｜≤ 0.05 (2)
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 위상 구조는 상기 t1과 상기 t2의 차에 의해 발생하는 구면수차를 보정하는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 위상 구조는 상기 제1 위상 구조에 입사하는 상기 제1 광속과 상기 제2 광속의 파장차에 의해 발생하는 구면수차를 보정하는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 위상 구조 및 상기 제2 위상 구조는, 동심 원형의 복수의 링이 배열되는 동시에 상기 각 링이 불연속인 광축 방향의 단차에 의해 계단 형상으로 분할되어 있고, 상기 제1 광속에는 실질적으로 위상차를 부여하지 않고, 상기 제2 광속에는 실질적으로 위상차를 부여하는 파장 선택형 회절 구조와, 광축 방향의 단차에 의해 분할된 동심 원형의 복수의 링으로 구성되는 광로차 부여 구조와, 동심 원형의 복수의 링이 배열된 구조이며, 상기 제1 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n1, 상기 제2 광속이 입사했을 때에 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절차수를 n2라 했을 때, n1 > n2를 충족시키는 이차 회절 구조 중 어느 하나인 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  7. 제4항에 있어서, 상기 수차 보정 소자는 플라스틱 렌즈이고, 상기 집광 소자는 유리 렌즈이며, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (3)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    -0.05 ≤ P1/P2 ≤ 0.05 (3)
  8. 제7항에 있어서, 상기 집광 소자는 상기 제1 광속의 파장 λ1에 있어서의 굴절률이 1.6 이상인 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  9. 제4항에 있어서, 상기 수차 보정 소자 및 상기 집광 소자는 모두 플라스틱 렌즈이며, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (4)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0.03 ≤ P1/P2 ≤ 0.30 (4)
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 위상 구조가 상기 이차 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 광로차 부여 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (5)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0.08 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (5)
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 위상 구조가 상기 이차 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 이차 회절 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (6)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0.07 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (6)
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 위상 구조가 상기 파장 선택형 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 광로차 부여 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (7)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0.07 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (7)
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 위상 구조가 상기 파장 선택형 회절 구조이고, 상기 제2 위상 구조가 상기 이차 회절 구조일 때, 상기 P1과 상기 P2가 이하의 (8)식을 충족시키는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
    0.08 ≤ P1/P2 ≤ 0.10 (8)
  14. 제1항에 있어서, 상기 수차 보정 소자와 상기 집광 소자가 일체화되어 있는 광 픽업 장치용의 대물 광학계.
  15. 제1항에 기재된 광 픽업 장치용의 대물 광학계를 탑재하고 있는 광 픽업 장치.
  16. 제15항에 기재된 광 픽업 장치를 탑재하고 있는 광 정보 기록 재생 장치.
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