KR20070095281A - 광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치 - Google Patents

광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20070095281A
KR20070095281A KR1020077008836A KR20077008836A KR20070095281A KR 20070095281 A KR20070095281 A KR 20070095281A KR 1020077008836 A KR1020077008836 A KR 1020077008836A KR 20077008836 A KR20077008836 A KR 20077008836A KR 20070095281 A KR20070095281 A KR 20070095281A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
objective lens
grating structure
optical
optical disc
Prior art date
Application number
KR1020077008836A
Other languages
English (en)
Inventor
세이지 니시와키
가즈오 모모오
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20070095281A publication Critical patent/KR20070095281A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/123—Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • G11B7/1275—Two or more lasers having different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1367—Stepped phase plates
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

본 발명의 광 픽업은, 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과, 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와, 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조를 구비하고 있다. 그레이팅 구조에 의해서 제 1 광 빔(예컨대 청색)으로 형성된 p차의 회절광(p는 영 이외의 정수)이 대물 렌즈 및 그레이팅 구조의 집광 작용에 의해, 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크(예컨대 BD)의 정보층 상에 집속시켜진다. 또한, 그레이팅 구조에 의해서 제 2 광 빔(예컨대 적색 또는 적외)으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)은, 대물 렌즈 및 그레이팅 구조의 집광 작용에 의해, 제 2 광 빔에 대응하는 광 디스크(예컨대 DVD 또는 CD)의 정보층 상에 집속시켜진다. 이와 같이, 다른 차수의 회절광을 적절히 이용하는 것에 의해, 파장 및 기재 두께가 다른 광디스크에 대하여 구면 수차가 저감된 집광을 행하는 것이 가능해진다.

Description

광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치{OPTICAL PICKUP AND OPTICAL DISK DEVICE HAVING THIS PICKUP}
본 발명은 광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치에 관한 것이다.
광디스크에 기록되어 있는 데이터는, 비교적 약한 일정한 광량의 광 빔을 회전하는 광디스크에 조사하여, 광디스크에 의해서 변조된 반사광을 검출함으로써 재생된다.
재생 전용의 광디스크에는, 광디스크의 제조 단계에서 피트에 의한 정보가 미리 나선 형상으로 기록되어 있다. 이에 반하여, 리라이트 가능한 광디스크에서는, 나선 형상의 랜드 또는 그루브를 갖는 트랙이 형성된 기재 표면에, 광학적으로 데이터의 기록/재생이 가능한 기록 재료막이 증착 등의 방법에 의해서 퇴적되어 있다. 리라이트 가능한 광디스크에 데이터를 기록하는 경우는, 기록해야 할 데이터에 따라 광량을 변조한 광 빔을 광디스크에 조사하고, 그것에 의해서 기록 재료막의 특성을 국소적으로 변화시킴으로써 데이터의 기록을 행한다.
또, 피트의 깊이, 트랙의 깊이, 및 기록 재료막의 두께는 광디스크 기재의 두께에 비교해서 작다. 이 때문에, 광디스크에서 데이터가 기록되어 있는 부분은 2차원적인 면을 구성하고 있어, 「신호면」 또는 「정보면」이라고 불리는 경우가 있다. 본 명세서에서는, 이러한 신호면(정보면)이 깊이 방향으로도 물리적인 크기를 갖고 있는 것을 고려하여, 「신호면(정보면)」의 어구를 이용하는 대신에, 「정보층」의 어구를 이용하는 것으로 한다. 광디스크는 이러한 정보층을 적어도 하나 갖고 있다. 또, 하나의 정보층이, 현실에서는, 상 변화 재료층이나 반사층 등의 복수의 층을 포함하고 있어도 좋다.
광디스크에 기록되어 있는 데이터를 재생할 때, 또는, 기록 가능한 광디스크에 데이터를 기록할 때, 광 빔이 정보층에 있어서의 목표 트랙 상에서 항상 소정의 집속(集束) 상태로 될 필요가 있다. 이를 위해서는, 「포커스 제어」 및 「트래킹 제어」가 필요하게 된다. 「포커스 제어」는, 광 빔의 초점(집속점)의 위치가 항상 정보층 상에 위치하도록 대물 렌즈의 위치를 정보면의 법선 방향(이하, 「기판의 깊이 방향」이라고 부르는 경우가 있음)으로 제어하는 것이다. 한편, 트래킹 제어란, 광 빔의 스폿이 소정의 트랙 상에 위치하도록 대물 렌즈의 위치를 광디스크의 반경 방향(이하, 「디스크 직경 방향」이라고 부름)으로 제어하는 것이다.
종래, 고밀도·대용량의 광디스크로서, DVD(Digital Versatile Disc)-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW, DVD+R 등의 광디스크가 실용화되어 왔다. 또한, CD(Compact Disc)은 현재도 보급되어 있다. 현재는, 이들 광디스크보다도 더 고밀도화·대용량화된 블루레이 디스크(Blu-ray Disc ; BD) 등의 차세대 광디스크의 개발·실용화가 진행되어 오고 있다.
이들 광디스크는 그 종류에 따라 다른 다양한 구조를 갖고 있다. 예컨대, 트랙의 물리적 구조, 트랙 피치, 정보층의 깊이(광디스크의 광입사측 표면으로부터 정보층까지의 거리) 등이 상이한 것이 있다. 이와 같이 물리적인 구조가 상이한 복수 종류의 광디스크로부터 적절히 데이터를 판독 혹은 데이터를 기입하기 위해서는, 광디스크의 종별에 따른 개구수(NA)를 갖는 광학계를 이용하여 적절한 파장의 레이저광을 광디스크의 정보층에 조사해야 한다.
도 1은 광디스크(200)를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 참고를 위해, 도 1에는, 대물 렌즈(집속 렌즈)(220)와, 이 대물 렌즈(220)에 의해서 집속된 레이저광(222)이 도시되어 있다. 레이저광(222)은 광디스크(200)의 광입사면으로부터 정보층에 조사되어, 정보층 상에 광 빔 스폿을 형성한다.
도 2(a), (b) 및 (c)는 각각, CD, DVD, 및 BD의 단면의 개략을 모식적으로 나타내고 있다. 도 2에 도시되는 각 광디스크는 표면(광입사측 표면)(200a) 및 이면(裏面)(라벨)(200b)을 가지며, 그들 사이에 적어도 하나의 정보층(214)을 갖고 있다. 광디스크의 이면(200b)에는, 타이틀이나 그래픽의 프린트를 포함하는 라벨층(218)이 마련되어 있다. 어느 광디스크도 전체 두께는 1.2㎜이고, 직경은 12㎝이다. 간단화를 위해, 도면 중에는 피트나 그루브 등의 요철 구조는 기재하고 있지 않으며, 반사층 등의 기재도 생략하고 있다.
도 2(a)에 나타낸 바와 같이, CD의 정보층(214)은 표면(200a)으로부터 약 1.2㎜의 깊이에 위치하고 있다. CD의 정보층(214)으로부터 데이터를 판독하기 위해서는, 근적외 레이저(파장 : 785㎚)를 집속하여, 그 초점이 정보층(214) 상에 위 치하도록 제어해야 한다. 레이저광의 집속에 이용하는 대물 렌즈의 개구수(NA)는 약 0.5이다.
도 2(b)에 나타낸 바와 같이, DVD의 정보층(214)은 표면(200a)으로부터 약 0.6㎜의 깊이에 위치하고 있다. 현실의 DVD에서는 약 0.6㎜의 두께를 갖는 2장의 기판이 접착층을 사이에 두고 접합되어 있다. 2층의 정보층(214)을 갖는 광디스크의 경우, 표면(200a)으로부터 정보층(214)까지의 거리는 각각 약 0.57㎜ 및 약 0.63㎜ 정도이며, 근접하고 있다. 이 때문에, 정보층(214)의 수에 상관없이, 도면에서는 1층의 정보층(214)만을 기재하고 있다. DVD의 정보층(214)으로부터 데이터를 판독하고, 데이터를 기입하기 위해서는, 적색 레이저(파장 : 660㎚)를 집속하여, 그 초점이 정보층(214) 상에 위치하도록 제어해야 한다. 레이저광의 집속에 이용하는 대물 렌즈의 개구수(NA)는 약 0.6이다.
도 2(c)에 나타낸 바와 같이, BD는 표면(200a)측에 두께 100㎛의 얇은 커버층(투명층)이 마련되어 있고, 정보층(214)은 표면(200a)으로부터 약 0.1㎜의 깊이에 위치하고 있다. BD의 정보층(214)으로부터 데이터를 판독하기 위해서는, 청자(靑紫) 레이저(파장 : 405㎚)를 집속하여, 그 초점이 정보층(214) 상에 위치하도록 제어해야 한다. 레이저광의 집속에 이용하는 대물 렌즈의 개구수(NA)는 0.85이다.
도 3(a)는 평행광이 입사한 대물 렌즈(220)에 의해서 구면 수차가 발생하고 있는 모양을 나타내는 모식도이고, 도 3(b)는 동일한 대물 렌즈(220)에 대하여 발산광을 입사킴으로써, 구면 수차를 보정하고 있는 모양을 나타내는 모식도이다.
이러한 구면 수차의 크기는 광디스크의 표면으로부터 정보층까지의 부분의 두께(「기재 두께」라고 불리는 경우가 있음), 바꿔 말하면 「정보층의 깊이」에 의존하더라도 변화된다. 도 4는 광디스크(200)에 입사한 광 빔이 정보층(214) 상에 집속하고 있는 모양을 나타내고 있다. 광 빔을 구성하는 광선은 광디스크(200)의 표면에서 굴절하기 때문에, 광 빔의 집속 상태는 광디스크(200)의 표면으로부터 정보층(214)까지의 부분에서의 굴절률 및 두께에 따라 변화된다. 이 때문에, 어떤 특정한 광디스크에 대해 구면 수차가 발생하지 않는 경우에도, 기재 두께가 상이한 광디스크에 대해서는 구면 수차가 발생하게 된다.
상술한 바와 같이 다양한 구조를 갖는 광디스크가 시장에 유통되고 있어, 이들 복수 종류의 광디스크에 하나의 장치로 대응하는 것이 요구되고 있다. 그러한 광디스크 장치는, 파장이 다른 복수의 광 빔으로부터 적절히 선택한 광 빔을 이용하여, 구면 수차를 저감한 상태로 광디스크를 조사할 수 있는 구성을 구비할 필요가 있다.
다음에, 도 20을 참조하면서, 복수 종류의 광디스크에 대응한 광디스크 장치의 종래예를 설명한다. 간단화를 위해, 도 20에는 왕로(往路)측(광원으로부터 디스크면으로 향하는 측)의 구성만을 기재하고, 귀로측(디스크면으로부터 광검출기로 향하는 측)의 구성은 기재하고 있지 않다.
도 20의 광디스크 장치는 3개의 광원(1B, 1R, 1I)을 구비하고 있는, 청색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1B)으로부터 방사된 청색의 광(예컨대, 파장 0.405㎛)는 다이클로익 미러 프리즘(2)(청색광을 반사, 청색보다 장파장측은 투과)에서 반사되어, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4B)로 변환된다(소위 무한계). 평면 파(4B)는, 색 선택성의 개구 필터(5)에 의해, NA 0.85에 상당하는 개구수를 가지도록 개구 제한을 받은 후, 대물 렌즈(6)(예컨대, NA 0.85 이상)를 투과하여 광디스크에 입사된다. 두께 0.1㎜의 광디스크 기재(7B)에 입사한 광은 기재(7B)의 이면에 형성된 정보층(8B) 상에 집속된다. 도 20에서는, 간단화를 위해, 3개의 광원(1B, 1R, 1I)에 대응하는 다른 광디스크의 기재(7B, 7R, 7I)와, 정보층(8B, 8R, 8I)이 동시에 도시되어 있지만, 실제로는, 어느 하나의 광원에 대응하는 하나의 광디스크가 광디스크 장치에 장전된다.
한편, 적색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1R)으로부터 방사된 적색의 광(예컨대, 파장 0.660㎛)은 다이클로익 미러 프리즘(9)(적외광을 반사, 적외광보다 단파장측은 투과) 및 다이클로익 미러 프리즘(2)을 투과하여, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나 발산성의 구면파(4R)로 변환된다(소위 유한계). 구면파(4R)는 색 선택성의 개구 필터(5)에 의해, NA 0.6에 상당하는 개구수를 가지도록 개구 제한을 받은 후, 대물 렌즈(6)를 투과하여 광디스크에 입사된다. 두께 0.6㎜의 광디스크 기재(7R)에 입사한 광은 기재(7R)의 이면에 형성된 정보층(8R) 상에 집속된다.
또한, 적외색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1I)으로부터 방사된 적외색의 광(예컨대, 파장 0.790㎛)은 다이클로익 미러 프리즘(9)에서 반사되어, 다이클로익 미러 프리즘(2)을 투과한 후, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나 발산성의 구면파(4I)로 변환된다(소위 유한계). 구면파(4I)는, 파(波) 색 선택성의 개구 필터(5)에 의해 NA 0.5에 상당하는 개구수를 가지도록 개구 제한을 받은 후, 대물 렌즈(6)를 지나 광디스크에 입사된다. 두께 1.2㎜의 광디스크 기재(7I)에 입사한 광은 기재(7I)의 이면에 형성된 정보층(8I) 상에 집속된다.
대물 렌즈(6)는, 두께 0.1㎜의 광디스크 기재(7B)에 대해, 파장 0.405㎛로 무한계 입사의 광이 무(無) 수차로 집광되도록 설계되어 있다. 따라서, 두께 0.6㎜의 광디스크 기재(7R)나 두께 1.2㎜의 광디스크 기재(7I)에 대하여, 각각 파장 0.660㎛, 파장 0.790㎛의 광으로 무한계 입사를 행하면, 큰 구면 수차가 발생한다. 구면 수차의 발생은, 기재 두께의 차뿐만 아니라, 대물 렌즈에 있어서의 굴절률 분산이나, 디스크 기재에 있어서의 구면 수차에도 기인한다.
도 20의 종래예로서는, 광원(1R, 1I)의 위치를 각각 광축 L을 따라 콜리메이트 렌즈(3)에 접근시키는 것에 의해, 콜리메이트 렌즈(3)를 투과한 광을 발산성의 구면파(4R, 4I)로 변화하고 있다. 이와 같이 광원(1R, 1I)을 유한계의 광원으로서 기능시킴으로써, 전술한 구면 수차를 소거하고 있다.
비특허 문헌 1 : 닛케이 에레쿠트로니쿠스(2004년 9월 27일호) P101~121
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
상기 구성을 갖는 종래의 광디스크 장치에는, 이하의 문제가 있었다.
대물 렌즈(6)에 입사하는 광이 유한계로 되면, 트래킹 제어에 따른 대물 렌즈의 변위에 의해, 디스크 정보층으로의 수속광에는 코마 수차가 발생하여, 신호 재생 성능이나 기록 성능을 열화시킨다.
또한, 콜리메이트 렌즈(3)와 각 광원과의 광학 거리가 각각 다르기 때문에, 2파장 대응 레이저나 3파장 대응 레이저 등, 복수의 광원이 동일 기판 상에 형성되어 있는 광원에 대해서는 적용할 수 없다. 그 때문에, 광학계를 간략화하는 것이 곤란하다. 또한, 상기한 광디스크 장치에 사용되는 다이클로익 미러 프리즘(2, 9)이나, 색 선택성의 개구 필터(5)는 고밀도의 다층 성막 기술을 요하는 고가의 광학 부품이다.
또, 콜리메이트 렌즈(3)와 각 광원과의 광학 거리를 변경하는 것만으로는 구면 수차를 흡수할 수 없다고 하는 문제가 있다. 즉, 3차의 구면 수차는 흡수할 수 있지만, 5차 이상의 구면 수차가 많이 잔존하기 때문에, 설계에 따라서는 회절 렌즈 등의 수차 보정 부품(10B, 10R, 10I) 중 어느 하나를 각 광원과 콜리메이트 렌즈(3) 사이에 유지할 필요도 있어, 광학계의 비용을 더욱 상승시키고 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 행해진 것으로서, 기재 두께가 다른 3종류의 광디스크에 대하여, 간단한 구성에 의해 구면 수차의 발생을 억제하고, 광학 부품의 수를 삭감할 수 있는 광디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 광 픽업은, 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 복수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과, 상기 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와, 상기 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조(grating structure)를 구비하되, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 1 광 빔으로 형성된 p차의 회절광(p는 영(zero) 이외의 정수)을 상기 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키고, 또한, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 2 광 빔으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)을 상기 제 2 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시킨다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 광 빔은 청색의 파장을 갖고, 상기 제 2 광 빔은 적색 또는 적외의 파장을 갖고 있으며, p=3, q=2이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 빔은 상기 제 1 및 제 2 광 빔의 파장과는 다른 파장의 제 3 광 빔을 포함하고, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 3 광 빔으로 형성된 r차의 회절광(r은 영 이외의 정수로서, r≠p)을 상기 제 3 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시킨다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔은 각각, 청색, 적색, 및 적외의 파장을 갖고 있으며, p=3, q=r=2이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔에 대응하는 광디스크는 각각 BD, DVD 및 CD이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 구조는 상기 대물 렌즈의 표면에 형성되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 구조는 평행 기판에 형성되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 대물 렌즈는 아베수가 30 이하인 광학 재료로 형성되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 구조는 톱니 형상 표면을 갖고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 구조는, 제 1 블레이즈각을 규정하는 복수의 제 1 광 투과 사면을 포함하는 제 1 톱니 형상 표면을 갖는 제 1 광 투과층과, 제 2 블레이즈각을 규정하는 복수의 제 2 광 투과 사면을 포함하는 제 2 톱니 형상 표면을 가지며, 상기 제 1 광 투과층의 상기 제 1 톱니 형상 표면에 접촉하는 제 2 광 투과층을 구비하고, 상기 제 1 광 투과 사면의 경사 방향과 상기 제 2 광 투과 사면의 경사 방향이 반대이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 한쪽이 상기 대물 렌즈로 구성되고, 상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 다른쪽이 상기 대물 렌즈 상에 형성되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 한쪽의 굴절률 및 분산은 다른쪽의 높은 굴절률 및 분산보다도 높고, 상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중, 굴절률 및 분산이 상대적으로 높은 광 투과층에 의해서 상기 대물 렌즈가 구성되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 광원의 각각에 대응하는 광디스크에 있어서의 상기 대물 렌즈의 초점 거리의 편차는 평균의 초점 거리의 1/50 이하이다.
바람직한 실시예에 있어서, 제 2 그레이팅 구조를 더 구비하며, 상기 제 2 그레이팅 구조는 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 빔으로 각각 p'차의 회절광, q'차의 회절광, r'차의 회절광(p', q', r'은 영 이외의 정수로서, 단일의 정수가 아님)을 형성하고, 각 회절광은 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조에 의해, 각 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보면 상에 집속된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔은 각각 청색, 적색, 및 적외의 파장을 갖고 있으며, p'=2, q'=r'=1이다.
본 발명의 광디스크 장치는, 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 복수의 광 빔에 의해, 각각 데이터의 재생이 행하여지는 복수 종류의 광디스크에 대응한 광디스크 장치로서, 광디스크를 회전시키는 모터와, 상기 광디스크에 액세스하는 광 픽업을 구비하되, 상기 광 픽업은, 상기 복수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과, 상기 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와, 상기 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조를 구비하며, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 1 광 빔으로 형성된 p차의 회절광(p는 영 이외의 정수)를 상기 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키고, 또한, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 2 광 빔으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)를 상기 제 2 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시킨다.
[발명의 효과]
본 발명의 광 픽업에서는, 톱니 단면을 갖는 그레이팅과 대물 렌즈를 조합하여 사용하여, 특정 차수의 회절광을 이용함으로써, 무한 광학계이면서, 기재 두께가 다른 복수 종류의 광디스크에 대응하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 있어서의 대물 렌즈에 의하면, 넓은 파장 범위에 걸쳐, 높은 회절 효율을 유지할 수 있다. 구체적으로는, 상기 구성의 대물 렌즈를 이용하여, 청색으로 3차, 적색·적외로 2차의 회절광을 이용함으로써, 광디스크 기재 두께의 차이나 분산 영향에 의해 발생하는 수차를 소거할 수 있어, 광학 구성을 대폭 간략화하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 광디스크와 대물 렌즈의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 사시도,
도 2(a), (b) 및 (c)은 각각 CD, DVD 및 BD의 단면의 개략을 모식적으로 도시하는 도면,
도 3(a)는 평행광이 입사한 대물 렌즈에 의해서 구면 수차가 발생하고 있는 모양을 나타내는 모식도이고, (b)는 (a)의 렌즈와 동일한 렌즈에 대해 발산광을 입사시킴으로써, 구면 수차를 보정하고 있는 모양을 나타내는 모식도,
도 4는 광디스크(200)에 입사한 광 빔이 정보층(214) 상에 집속되고 있는 모양을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명에 의한 광 픽업의 실시예 1의 주요부 구성도,
도 6은 본 발명에 적합하게 이용되는 그레이팅 구조를 도시하는 도면,
도 7은 실시예 1에 있어서의 대물 렌즈면에서의 회절 원리를 설명하기 위한 도면,
도 8은 실시예 1에 있어서의 대물 렌즈면에서의 회절 효율 특성도,
도 9는 실시예 1에 있어서의 실시예의 다른 대물 렌즈면에서의 회절 원리를 설명하는 설명도,
도 10은 도 9에 나타내는 대물 렌즈면에서의 회절 효율 특성도,
도 11은 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 2에 있어서의 대물 렌즈면에서의 회절 원리를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 3의 주요부 구성도,
도 13은 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 4의 주요부 구성도,
도 14는 실시예 4의 대물 렌즈의 면에서의 회절 원리를 설명하기 위한 도면,
도 15는 실시예 4에 있어서의 회절 효율 특성도,
도 16은 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 5의 주요부 구성도,
도 17은 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 6의 주요부 구성도,
도 18은 실시예 6에 있어서의 대물 렌즈면의 회절 원리를 설명하는 도면,
도 19는 실시예 6에 있어서의 회절 효율 특성도,
도 20은 종래의 광 픽업에 있어서의 주요부 단면 구성도,
도 21은 본 발명에 따른 광디스크 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
부호의 설명
1B : 청색 광원
1R : 적색 광원
1I : 적외 광원
L : 광축
3 : 콜리메이트 렌즈
4B : 청색 광원에 대한 평면파 광선
4R : 적색 광원에 대한 평면파 광선
4I : 적외 광원에 대한 평면파 광선
6 : 대물 렌즈
6A : 제 1 재료에 의한 구성부
6B : 제 2 재료에 의한 구성부
6a : 제 1 재료에 의한 구성부의 그레이팅이 형성된 면
6b : 제 2 재료에 의한 구성부의 그레이팅이 형성된 면
7B : 청색 광원에 대한 광디스크 기재
7R : 적색 광원에 대한 광디스크 기재
7I : 적외 광원에 대한 광디스크 기재
8B : 청색 광원에 대한 광디스크 정보층
8R : 적색 광원에 대한 광디스크 정보층
8I : 적외 광원에 대한 광디스크 정보층
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 광 픽업은, 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 복수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과, 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와, 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조를 구비하고 있다. 바람직한 실시예에서는, 대물 렌즈와 그레이팅 구조가 일체화된 회절 렌즈가 사용된다.
본 발명에서는, 그레이팅 구조에 의해서 제 1 광 빔(예컨대 청색)으로 형성된 p차의 회절광(p는 영 이외의 정수)이, 대물 렌즈 및 그레이팅 구조의 집광 작용에 의해, 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크(예컨대 BD)의 정보층 상에 집속시켜진다. 또한, 그레이팅 구조에 의해서 제 2 광 빔(예컨대 적색 또는 적외)으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)은, 대물 렌즈 및 그레이팅 구조의 집광 작용에 의해, 제 2 광 빔에 대응하는 광디스크(예컨대 DVD 또는 CD)의 정보층 상에 집속시켜진다. 이와 같이, 다른 차수의 회절광을 적절히 이용하는 것에 의해, 파장 및 기재 두께가 다른 광디스크에 대하여 구면 수차가 저감된 집광을 행하는 것이 가능하게 된다. 가장 바람직한 실시예에 있어서는, p=3, q=2의 조건이 선택된다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 광 픽업, 및 당해 광 픽업을 구비한 광 픽업의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 5 내지 도 10을 참조하면서, 본 발명의 광 픽업의 본 실시예 1을 설명한다. 또, 이들 도면에 있어서, 도 20에 나타내는 종래예와 공통되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고 있다.
우선, 도 5를 참조한다. 도 5는 본 실시예에 있어서의 광 픽업의 주요부를 나타내는 부분 단면 구성도이다. 도 5에서는, 간단화를 위해 왕로측(광원으로부터 디스크면으로 향하는 측)만의 구성을 기재하고, 귀로측(디스크면으로부터 광 검출기로 향하는 측)의 구성은 기재하지 않는다.
청색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1B)으로부터 방사된 청색의 광(파장 0.405㎛)은 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4B)로 변환된다(무한계). 이 평면파(4B)는 대물 렌즈(6)(NA 0.85)를 지나서 두께 0.1㎜의 광디스크 기재(7B)를 투과하여, 기재(7B)의 이면에 형성된 정보층(8B) 상에 집속된다.
본 실시예에서는, 광원(1B)과 동일 기판 상에 형성된 적색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1R)으로부터 방사된 적색의 광(파장 0.660㎛)도, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4R)로 변환된다(무한계). 평면파(4R)는, 대물 렌즈(6)를 지나서 두께 0.6㎜의 광디스크 기재(7R)를 투과하여, 기재(7R)의 이면에 형성된 정보층(8R) 상에 집속된다. 또한, 광원(1B, 1R)과 동일 기판 상에 형성된 적외 색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1I)으로부터 방사된 적외 색의 광(파장 0.790㎛)도, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4I)로 변환된다(무한계). 평면파(4I)는, 파 대물 렌즈(6)를 지나서 두께 약 1.2㎜의 광디스크 기재(7I)를 투과하여, 기재(7I) 의 이면에 형성된 정보층(8I) 상에 집속된다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 다른 파장의 광 빔을 방사하는 복수의 광원을 대략 동일 광축 상에 배치하여, 모두 무한계의 광원으로서 기능시키고 있는 점에서, 전술한 종래예와 크게 다르다. 본 실시예에 있어서 파장이 다른 광 빔의 각각을 평행광으로 변화하면서, 다른 기재 두께의 광디스크에 대응할 수 있는 이유는 대물 렌즈(6)의 구성이 신규하기 때문이다.
이하, 도 6을 참조하면서, 대물 렌즈(6)의 구성의 개략을 설명한다. 도 6은 대물 렌즈의 그레이팅 구조를 도시하는 도면이다. 본 실시예에 있어서의 대물 렌즈(6)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 톱니 형상 표면(sawtooth blazed surface)을 갖는 제 1 광 투과층과, 제 2 톱니 형상 표면을 갖는 제 2 광 투과층을 구비하고 있으며, 이들이 적층되어 있다.
도 6에는, 이 대물 렌즈의 제 1 톱니 형상 표면(110) 및 제 2 톱니 형상 표면(120)의 단면이 모식적으로 도시되어 있다. 제 1 톱니 형상 표면(110)은 제 1 블레이즈각 α을 규정하는 복수의 제 1 광 투과 사면(112)을 갖고 있으며, 제 2 톱니 형상 표면(120)은 제 2 블레이즈각 β을 규정하는 복수의 제 2 광 투과 사면(122)을 갖고 있다.
제 1 톱니 형상 표면(110) 및 제 2 톱니 형상 표면(120)은 모두 각각의 단면이 삼각형 형상을 갖는 단위 구조를 주기적으로 배열한 구조를 갖고 있다. 단위 구조의 기준면에 대한 높이는 제 1 톱니 형상 표면(110)과 제 2 톱니 형상 표면(120) 사이에서 일치하고 있을 필요는 없다. 도시되어 있는 예에서는, 제 1 톱 니 형상 표면(110)에서의 단위 구조의 높이(「단차」라고 부름)를 「d」로 나타내고, 제 2 톱니 형상 표면(120)에서의 단차를 「d'」으로 나타내고 있다.
본 명세서에서는, 단위 구조의 표면을 구성하는 2개의 면 중, 상대적으로 면적이 넓은 면을 「광 투과 사면」이라고 칭하고, 이 광 투과 사면과 기준면 사이의 각도를 블레이즈각이라고 정의한다. 단위 구조의 표면을 구성하는 2개의 면 중, 「광 투과 사면」 이외의 면은 기준면에 대하여 대략 수직이며, 광의 회절에는 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
상기한 블레이즈각은 0°<α<90°, 0°<β<90°의 관계를 만족하는 크기를 갖고 있으며, 예각이다. 제 1 및 제 2 광 투과 사면(112, 122)의 법선 방향은 기준면의 법선 방향에 대하여 블레이즈각과 동등한 각도만큼 경사져 있다. 본 명세서에서는, 이 경사의 방향을 「광 투과 사면의 경사 방향」이라고 칭하고, 도 1에 있어서, 굵은 흑(黑) 화살표로 나타내고 있다. 본 발명에서는, 광 투과 사면의 경사 방향이 제 1 톱니 형상 표면(110)과 제 2 톱니 형상 표면(120) 사이에서 정반대로 설정되어 있다.
도 6에서는, 기준면이 평면인 경우가 기재되어 있지만, 기준면은 곡면이더라도 좋다. 또한, 블레이즈각 α, β은 기준면 상에서 일정한 값을 가질 필요는 없고, 위치에 따라 변화되더라도 좋다. 도 6에는 명시되어 있지 않지만, 제 1 톱니 형상 표면(110)은 제 1 광 투과층에 형성되고, 제 2 톱니 형상 표면(120)은 제 2 광 투과층에 형성된다.
도 5에 나타내는 대물 렌즈(6)는 굴절률 및 분산 특성이 다른 2종류의 투명 재료(플라스틱이나 자외선 경화 수지 등)로 제작되어 있다. 기체(基體)(6A)는 렌즈 형상을 갖고 있으며, 광입사측의 면(6a) 및 광출사측의 면(6c)을 갖고 있다. 기체(6A)의 광입사측의 표면(6a)에는, 단면이 톱니 형상을 갖는 그레이팅이 형성되어 있다. 기체(6A)는 「제 2 광 투과층」으로서 기능한다.
기체(6A)의 표면(6a, 6c)은 광축 L을 중심축으로 하는 구면 또는 비구면을 형성하고 있다. 그레이팅을 구성하는 복수의 광 투과 사면은, 각각, 표면(6a) 상에서, 광축 L을 중심축으로 하는 링 형상을 갖고, 반경 방향으로 배열되어 있다. 이 때문에, 그레이팅의 단차는 광축을 중심으로 하는 동심원 형상으로 형성되어 있다.
투명층(6B)은 기체(6A)의 광입사측의 표면(6a) 상에 형성되고, 「제 1 광 투과층」으로서 기능한다. 투명층(6B)의 표면(6b)에는, 표면(6a)에서의 그레이팅의 「경사 방향」과 반대의 방향으로 「경사 방향」을 갖는 그레이팅이 형성되어 있다. 이 그레이팅을 구성하는 복수의 광 투과 사면도 각각, 표면(6b)에서, 광축 L을 중심축으로 하는 링 형상을 갖고, 반경 방향으로 배열되어 있다.
본 실시예에서는, 도 6에 나타내는 「경사 방향」은, 광축 L로 향하거나, 광축으로부터 대략 방사 형상으로 연장되는 방향이다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 적층된 2개의 그레이팅의 「경사 방향」이 정반대의 관계에 있다는 것은 상하에 근접하는 위치(대응하는 위치)에서의 「경사 방향」이 정반대에 있는 것을 의미하고, 위치가 다른 「경사 방향」의 관계는 반드시 정반대로는 되지 않는다.
또, 그레이팅 단면은, 도시한 바와 같은 톱니 형상을 갖는 대신에, 도면의 톱니 형상에 내접하는 작은 계단 형상을 갖고 있더라도 좋다.
이러한 구성을 갖는 집광 소자가 2005년 9월 27일에 출원된 국제 출원(PCT/JP2005/017773)에 개시되어 있다. 이 국제 출원의 개시 내용의 모두를 여기서 원용한다.
도 5에 도시되어 있는 예에서는, 2층의 그레이팅 사이에서 톱니의 에지 위치(톱니 가장자리 위치)가 구비되어 있다. 본 실시예에 있어서의 투명층(6B)의 굴절률 및 분산은 기재(6A)의 굴절률 및 분산보다도 낮다. 투명층(6B)의 두께는 가능한 한 얇게 형성되는 것이 바람직하며, 예컨대 수 ㎛ 이하의 두께로 형성된다.
이러한 구성을 갖는 대물 렌즈(6)는, 예컨대, 이하와 같이 하여 제조된다.
우선, 표면에 그레이팅이 형성된 렌즈 형상을 갖도록 성형된 기체(6A)를 준비한다. 다음에, 그레이팅 부착 렌즈 형상의 성형면을 갖는 금형(도시하지 않음)에 기체(6A)를 삽입하여, 기체(6A)와 금형과의 간극에 제 2 재료를 충전한다. 이 제 2 재료를 자외선 경화나 열 경화 등의 방법에 의해서 경화시킨 후, 금형으로부터 분리시킨다. 이렇게 해서, 도 5에 나타내는 대물 렌즈(6)를 얻을 수 있다.
대물 렌즈(6)에 입사하는 광(4B, 4R 및 4I)은, 투명층(6B)의 표면(6b) 및 기체(6A)의 표면(6a)에서 굴절과 회절이 동시에 발생하여, 더욱 기체(6A)의 반대면(6c)에서 굴절되어, 정보층(8B, 8R, 8I) 상에 집광되는 광으로 된다.
다음에, 도 7을 참조하면서, 대물 렌즈(6)에 의한 회절을 설명한다. 도 7은 대물 렌즈에 의한 회절 원리를 설명하는 도면이다. 도 7에서는, 간단화를 위해, 각 면을 평면으로서 기재하고, 광(4)도 면에 수직으로 입사하는 것으로 한다.
기체(6A)의 굴절률을 n, 투명층(6B)의 굴절률을 n'로 하고, 면(6a) 상에 형성된 그레이팅의 피치를 Λ, 그 단면 단차를 d, 면(6b) 상에 형성된 그레이팅의 피치를 Λ, 단면 단차를 d'으로 한다. 이 때, 이들의 그레이팅을 투과하는 광의 파면은 피치 Λ의 톱니 형상으로 된다. 그 단차 Δ(위상 단차)는 다음 (식 1)로 나타내어진다.
Figure 112007029481836-PCT00001
굴절률 n, n'을, 파장 λ에 의존하지 않은 부분(제 1 항)과 의존하는 부분(제 2 항)으로 분리하여 다음 (식 2) 및 (식 3)으로 근사시킨다.
Figure 112007029481836-PCT00002
여기서, n0, n0', λ0, σ, σ'은 모두 정수이며, λ0은 중심 파장, n0, n0'은 중심 파장에서의 굴절률, σ, σ'는 분산 계수이다.
위상 단차 Δ는 다음 (식 4)로 나타내어진다.
Figure 112007029481836-PCT00003
파장 λ의 입사광(4)은 투과에 의해서 피치 Λ의 주기로 위상 단차 Δ가 발생하기 때문에, 0차 회절광(40) 이외에 1차 회절광(41), 2차 회절광(42) 및 3차 회절광(43) 등의 회절파가 발생한다. q를 정수라고 할 때, q차 회절광의 회절 각도 θ(면 법선과 이루는 각도)는 다음 (식 5)으로 인가된다.
Figure 112007029481836-PCT00004
q차 회절광의 회절 효율이 최대로 되는 조건은 다음 (식 6)으로 인가된다.
Figure 112007029481836-PCT00005
따라서, λ=λ0일 때에 회절 효율이 최대로 되어, │Δ/λ│의 λ에 대한 변화량을 작게 하는 조건, 즉, 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 회절광의 효율을 유지하는 조건은 다음 (식 7) 및 (식 8)로 나타내어진다.
Figure 112007029481836-PCT00006
또, 아베수는 상술한 σ, σ'의 역수에 비례하는 값이기 때문에, σ, σ'에 대응한 아베수를 υ, υ'으로 하면, (식 8)은 다음 (식 9)로 대체된다.
Figure 112007029481836-PCT00007
(식 9)는 υ'>υ이면, │Δ/λ│의 λ에 대한 변화량을 작게 하기 쉬워지는 것을 나타내고 있다.
도 8은 본 실시예의 대물 렌즈에 있어서의 각 회절광의 회절 효율의 파장 의존성을 나타내고 있다. 여기서는, 기체(6A)에 고분산 투명 플라스틱 재료(예컨대, 가네보우 주식회사제 상품명 O-PET(n=1.62, υ=24) 이하 동일), 투명층(6B)에는 UV 수지(n'=1.49, υ'=59)를 이용하고, 단차 d, d'을 d=6.6㎛, d'=4.5㎛로 설정하고 있다. 단, 파장 λ에서의 굴절률 n은 υd를 d선(파장 λd=0.5876㎛)에서의 아베수, nd를 d선에서의 굴절률, nC을 c선(파장 λC=0.6563㎛)에서의 굴절률, nF를 F선(파장 λF=0.4861㎛)에서의 굴절률로 하여, 다음 (식 10)으로 근사하고 있다.
Figure 112007029481836-PCT00008
이하의 계산에서는, 모두 이 근사(식 10)를 이용하고 있다.
도 8에 있어서, 곡선 D0은 0차 회절광, 곡선 D1은 1차 회절광, 곡선 D2는 2차 회절광, 곡선 D3은 3차 회절광의 특성을 나타내고 있다. 곡선 D3은 파장 0.405㎛에서 거의 100%, 곡선 D2는 파장 0.660㎛과 파장 0.790㎛에서 98%, 83%의 회절 효율을 나타내고 있다.
υ'>υ를 만족하기 때문에, 어떤 곡선도 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 회절광의 효율을 유지하는 특성을 갖고 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서의 대물 렌즈(6)는, 회절을 이용한 단일의 렌즈이면서, 3개의 파장의 광에 대하여 모두 높은 광의 회절 효율을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 면(6a, 6b)의 그레이팅 구조에서의 회절 현상을 다음과 같이 설명할 수도 있다. 즉 m, m'을 정수로 하고, 단차 d, d'가 다음 (식 11) 및 (식 12)을 만족하는 것으로 한다.
Figure 112007029481836-PCT00009
이 때, 면(6a)의 그레이팅에서는, 주로 λ0의 파장에 대하여 m차 광이 회절하고, 면(6b)의 그레이팅에서는 주로 λ0'의 파장에 대하여 m'차 광이 회절한다. 파장 λ0, λ0'은 근접하고 있지만 일치하지 않아도 좋다. 이 때, 그레이팅 구조 전체로서는, λ0으로부터 λ0'의 근방의 파장에 대하여 (m+m')차 광이 회절하게 된다. 도 8의 예에서는, 곡선 D3이 0.405㎛ 근방의 파장에 대해 m=5, m'=-2, m+m'=3의 관계에 있고, 곡선 D2가 0.690㎛ 근방의 파장에 대해 m=3, m'=-1, m+m'=2의 관 계에 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 면(6a, 6b)의 그레이팅의 단차 위치가 가로 방향에 δ만큼 어긋나 있는 경우, 회절 효율은 도 10에 도시하는 바와 같이 변화된다. 도 10은 δ/Λ=0.02의 경우의 계산 결과를 나타내는 그래프이며, 다른 조건은 모두 도 8에 나타내는 조건과 같다.
곡선 D3(3차 회절광)은 파장 0.405㎛에서 93%, 곡선 D2(2차 회절광)는 파장 0.660㎛과 파장 0.790㎛에서 94%, 83%의 회절 효율을 나타내고 있다. 이와 같이, 단차 위치의 어긋남에 의하여 약간의 효율 저하가 인정되기 때문에, 단차 위치의 어긋남은 2~3% 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 대물 렌즈(6)에 의한 집광을 수차의 면에서 고찰해 본다. 그레이팅에 의한 회절을 무시한 대물 렌즈(베이스의 대물 렌즈)를 광디스크의 기재 두께 x를 상정하여 설계하였다고 하면, 회절에 의해서 청색 파장 λ1의 광에는 기재 두께(x+0.1)분의 구면 수차가 가해지고, 적색 파장 λ2의 광에는 기재 두께(x+0.6)분의 구면 수차가 가해지며, 적외 파장 λ3의 광에는 기재 두께(x+1.2)분의 구면 수차가 가해진다. 이에 따라, 각각 0.1, 0.6, 1.2의 기재 두께분의 구면 수차를 흡수할 수 있다. 실제로는 파장차에 따른 분산 영향이 있어, 단파장으로 될 수록 디스크나 렌즈의 굴절률은 크고, 그것에 연동하여 구면 수차도 커진다. 이 구면 수차의 증대를 기재 두께차로 환산하여, 청색 파장 λ1, 적색 파장 λ2, 적외 파장 λ3에서의 수차량을 t1, t2, t3(단, 적외 파장을 분산의 기준으로 하여 t3=0으로 함)이라고 하면, 단파장으로 될수록 수차는 기재 두께차의 플러 스측에 작용하기 때문에, t1>t2>t3=0이다.
따라서, 회절에 의해서 청색 파장 λ1의 광에는 기재 두께(x+0.1+t1)분의 구면 수차, 적색 파장 λ2의 광에는 기재 두께(x+0.6+t2)분의 구면 수차, 적외 파장 λ3의 광에는 기재 두께(x+1.2+t3)분의 구면 수차가 가해지며, 각각 0.1, 0.6, 1.2의 기재 두께분의 구면 수차와 분산 영향에 의한 구면 수차를 흡수하고 있다. 한편, 회절에 의해서 발생하는 수차는 회절 차수×파장에 비례하기 때문에, 그레이팅에서의 회절 차수를 청색 파장 λ1에서 p차, 적색 파장 λ2에서 q차, 적외 파장 λ3에서 r차라고 하면, 다음 (식 13)이 성립된다.
Figure 112007029481836-PCT00010
여기서, 가령 q=r, λ1=0.405㎛, λ2=0.660㎛, λ3=0.790㎛으로 하고, 적색의 파장 이상의 파장에서는 분산이 작은 것부터 근사적으로 t2=t3=0라고 하면, (식 13)으로부터 x=2.446㎜으로 되기 때문에, 다음 (식 14)가 성립된다.
Figure 112007029481836-PCT00011
t1=0이라고 하면, p/q=1.362이고, t1>0에서는 p/q가 1.5에 가까운 값으로 되며, t1=0.258에서는, p/q=1.5로 된다. t1은 대물 렌즈에 고분산(저아베수)의 초재를 이용하거나, 렌즈 두께를 크게 하거나 함으로써 크게 할 수 있지만, 렌즈 두께 2㎜, 초점 거리 3㎜로 구체적으로 계산해 보면, 최대 분산(아베수 20 정도)의 재료를 상정하더라도 0.3㎜ 정도로 밖에 안된다. 또, 렌즈 두께 이외에, 워킹 디스턴스, 초점 거리, 정현 조건의 불만족량 등도 t1의 크기에 영향을 미친다.
따라서, 상식적인 설계 파라미터 하에서는, p/q=2(p=2, q=r=1) 등의, p/q=1.5 이외의 조합은 물리적으로 불가능하다. 바꿔 말하면, 렌즈 재료나 렌즈 두께 등을 적절히 선택하는 것에 의해, p/q=1.5를 만족시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서의 회절 차수의 조합(p=3, q=r=2)은 기재 두께차 및 굴절률 분산에 따른 수차를 소거할 수 있는 최적의 조합이라고 할 수 있다. 실제, O-PET(nd=1.62, υd=24)를 렌즈 초재에 이용한 모델에서의 계산으로는, NA 0.5 이내에서 0.1, 0.6, 1.2의 기재 두께분의 구면 수차와 분산 영향에 의한 구면 수차를 거의 완전히 흡수할 수 있고, 렌즈 초재의 아베수가 30 이하이면 수차를 소거할 수 있을 가능성이 높다고 할 수 있다.
또, 대물 렌즈(6)는 NA=0.0~0.5, NA=0.5~0.65, NA=0.65~0.85의 3개의 영역으로 구분되어 있으며, NA=0.0~0.5에서는, 3개의 파장(청색, 적색, 적외)의 광에 대하여, 회절 성능, 수차 성능 모두 만족해야만 하기 때문에 상술한 구성을 필요로 한다. 그러나, NA=0.5~0.65에서는, 2개의 파장(청색, 적색)의 광, NA=0.65~0.85에서는 하나의 파장(청색)의 광에만, 회절 효율 성능, 수차 성능을 만족시키면 좋기 때문에, 단면 구성이나 설계 수단을 포함하여 별도의 구성이어도 좋다.
특히 NA>0.5의 영역에서 적외광에 대하여 (식 13)의 3번째 비례식이 불만족하게 되도록 설계하면, NA>0.5의 영역을 투과하는 적외광은 디스크 정보층이나 광 검출면 상에서 산일(散逸)되기 때문에, 대물 렌즈(6)가 적외광에 대한 NA=0.5의 개구 필터로서 작용하게 된다.
마찬가지로, NA>0.65의 영역에서 적색광에 대하여 (식 13)의 2번째 비례식이 불만족하게 되도록 설계하면, NA>0.65의 영역을 투과하는 적색광은 디스크 정보층 이나 광 검출면 상에서 산일되기 때문에, 대물 렌즈(6)가 적색광에 대한 NA=0.65의 개구 필터로서 작용하게 된다. 따라서, 종래예와 같이 개구 필터(5)를 필요로 하는 일이 없어, 저비용화로의 기여는 크다.
본 실시예에서는 3개의 광원이 무한계를 형성하도록 배치되기 때문에, 트래킹 제어에 따른 대물 렌즈의 변위에 의한 문제(디스크 정보층으로의 수속 광에 코마 수차가 발생하여, 재생 성능이나 기록 성능이 열화되는 문제)가 없다. 그 결과, 2파장 대응 레이저나 3파장 대응 레이저 등, 복수의 광원이 동일 기판 상에 형성되어 있는 광원에 대해서도 적용할 수 있다. 당연히, 표면(6a, 6b)에 형성되는 그레이팅 단면은 톱니에 내접하는 계단 형상이더라도 좋고, 이 때 톱니 형상에 비하여 회절 효율은 열화되지만, 가공 방법에 따라서는 가공하기 쉬워지는 경우가 있다.
또한, 대물 렌즈(6)는, 플라스틱을 베이스로 하여, 이것에 자외선 경화 수지층을 접합하여 구성했지만, 플라스틱을 베이스로 하면 온도차에 의한 형상 변화가 커 신뢰성이 떨어진다. 이 때문에, 고분산의 유리 초재를 베이스 렌즈(그레이팅 없음)로 하여(수차 소거를 위해 고분산일 필요는 있지만 고굴절률일 필요는 없음), 이 표면에 고굴절률, 고분산의 그레이팅 부착 플라스틱, 그 위에 저굴절률, 저분산의 그레이팅 부착 자외선 경화 수지를 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
또, 대물 렌즈(6)에서는 (식 13)을 만족하는 설계로 구면 수차를 제거할 수 있지만, 설계의 방법에서는 파장차에 따른 Defocus 수차(1차의 구면 수차)가 잔존한다. 이 수차는 3개의 광원에 대한 대물 렌즈(6)의 각 초점 거리의 편차에 비례 한다. 예컨대, 대물 렌즈의 초점 거리의 편차가 각 초점 거리의 평균값의 1/10 정도 있으면, 청색 광원의 1㎚의 파장차에 따른 Defocus=1㎛라는 계산 결과가 있다. 따라서, 이 편차를 초점 거리의 평균값의 1/50 이하로 할 수 있으면, 파장차에 따른 Defocus 수차는 충분히 작은 레벨로 할 수 있다.
또, 청색 광원에 대한 디스크 기재 두께가 예컨대 HD-DVD에서 적용되어 있는 0.6㎜인 경우, (식 14)는 다음 (식 15)로 대체된다.
Figure 112007029481836-PCT00012
식 15에 있어서, t1=0으로 하면, p/q=1.6302이고, t1=0.692에서 p/q=2.0(p=2, q=r=1의 조합)으로 된다. t1=0.692는 최대 분산의 재료를 상정하더라도 불가능한 값이며, 디스크 기재 두께 0.6㎜에서의 수차 소거 조건은 찾아내기 어렵다. 그러나, 디스크 기재 두께를 0.3㎜로 하면, t1=0에서 p/q=1.473으로 되어, 분산이 작은 재료를 이용함으로써 p/q=1.5를 만족시킬 가능성이 있다. 따라서, 회절 차수의 조합으로 기재 두께차 및 굴절률 분산에 따른 수차를 소거하기 위해서는, 청색 광원에 대한 디스크 기재 두께가 0.3㎜ 이하인 것이 필요하여, Blu-Ray Disk에서 적응되는 0.1㎜는 이것을 만족하고 있다.
상기의 광 픽업은 3파장에 대응하도록 3종류의 광원을 구비하고 있지만, 본 발명의 광 픽업은 2파장에 대응하도록 2종류의 광원을 구비하고 있는 것이라도 좋다. 그 경우, 청색에 대해서는 p=3의 회절광, 적색 또는 적외에 대해 q=2의 회절광을 이용하는 것이 가장 바람직하다.
다음에, 도 21을 참조하면서, 본 발명에 따른 광디스크 장치의 실시예를 설 명한다. 본 실시예는, 도 5에 나타내는 구성을 갖는 광 픽업(300)과, 광디스크(200)를 회전시키는 디스크 모터(302)와, 각종 신호 처리를 행하는 부분을 구비하고 있다.
도 21에 나타내는 예에서는, 광 픽업(300)의 출력이 프론트 엔드 신호 처리부(306)를 거쳐서 인코더/디코더(308)에 보내어진다. 인코더/디코더(308)는, 데이터 판독 시, 광 픽업(300)에 의해서 얻어지는 신호에 근거하여 광디스크(200)에 기록되어 있는 데이터를 복호한다. 데이터 기록 시, 인코더/디코더(308)는 사용자 데이터를 부호화하여, 광디스크(200)에 기입해야 될 신호를 생성해서 광 픽업(300)에 송출한다.
프론트 엔드 신호 처리부(306)는, 광 픽업(300)의 출력에 근거하여 재생 신호를 생성하는 한편, 포커스 에러 신호 FE나 트래킹 에러 신호 TE를 생성한다. 포커스 에러 신호 FE나 트래킹 에러 신호 TE는 서보 제어부(310)에 송출된다. 서보 제어부(310)는 드라이버 앰프(304)를 거쳐서 디스크 모터(302)를 제어하는 한편, 광 픽업(300) 내의 액츄에이터을 거쳐서 대물 렌즈의 위치를 제어한다.
인코더/디코더(308) 및 서보 제어부(310) 등의 구성요소는 CPU(309)에 의해서 제어된다.
본 발명에 따른 광디스크 장치는, 도 21에 나타내는 구성을 갖는 것에 한정되지 않고, 본 발명의 광 픽업을 다른 공지의 광디스크 장치에서의 광 픽업과 대체하는 것에 의해서도 얻어진다.
또, 이하에 설명하는 광 픽업의 각 실시예도, 도 21에 도시하는 바와 같이 공지의 구성요소와 함께 광디스크 장치의 구성요소로서 적합하게 이용된다.
(실시예 2)
다음에, 도 11을 참조하면서 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 2를 설명한다. 본 실시예의 구성은 대물 렌즈(6)를 제외하고 실시예 1의 구성과 동일하며, 공통의 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 대물 렌즈(6)의 면(6b)에 형성된 그레이팅의 피치 및 단차가 실시예 1에 있어서의 대물 렌즈(6)의 면(6b)에 형성된 그레이팅의 피치 및 단차와 상이하다.
도 11은 본 실시예의 대물 렌즈의 면(6a, 6b)에서의 회절 원리를 설명하는 설명도이며, 간단화를 위해 각 면을 평면으로 하고, 광도 면에 수직으로 입사하는 것으로 한다. 기체(6A)의 굴절률을 n, 투명층(6B)의 굴절률을 n'으로 하고, 면(6a) 상에 형성된 그레이팅을 피치 Λ, 단차 d의 톱니 형상의 단면, 면(6b) 상에 형성된 그레이팅을 피치 Λ/3, 단차 d'/3의 톱니 형상의 단면으로 한다.
실시예 1에서는, 0.690㎛ 근방의 파장에 대하여 면(6b) 상에 형성된 그레이팅에서는 3차 회절광, 면(6a) 상에 형성된 그레이팅에서는 -1차 회절광으로 되어, 면(6b, 6a)의 그레이팅 구조 전체로서 3-1=2차 회절광이 발생하고 있다. 한편, 본 실시예에서는 각각의 단차가 d=6.6㎛, d'/3=1.5㎛로 되어, 면(6a) 상에 형성된 그레이팅에서의 회절 작용은 동일하고, 면(6b) 상에 형성된 그레이팅에서의 회절은 (식 12)로부터 차수는 변하지만(3차가 1차로), 그레이팅 피치가 1/3로 되어 있기 때문에, (식 5)로부터 회절 방향은 변하지 않는다. 따라서, 면(6b, 6a)의 구조 전체로서의 회절 작용은 본 실시예와 실시예 1에서는 완전히 동일하게 된다.
따라서, 그레이팅의 피치와 단차가 상이함에도 관계없이, 실시예 1과 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있기 때문에, 피치가 균일하지 않은 그레이팅의 경우에는, 본 실시예를 채용함으로써, 그레이팅의 단차를 얕게 할 수 있어, 그레이팅을 형성하는 데에 있어서의 금형의 절삭 연마 공정 등의 제작이 용이하게 되는 장점이 있다. 또한, 실제로 완성되는 단차부는 면에 대해 수직으로 되지 않고 경사지는 가공 오차가 존재하지만, 이 가공 오차는 광의 산란으로 이어지기 때문에, 그레이팅 단차를 얕게 할 수 있는 본 실시예를 채용함으로써, 광의 산란을 저감하는 효과도 있다.
(실시예 3)
다음에, 도 12를 참조하면서 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 3을 설명한다. 본 실시예의 구성은, 청색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1B)을 다른 광원(1R, 1I)으로부터 분리하고, 색 수차 보정 소자(11)와 다이클로익 미러 프리즘(2)을 부가한 이외는 모두 실시예 1의 구성과 동일하다. 실시예 1의 광 픽업과 공통되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하여 설명한다.
도 12는 실시예 3에 있어서의 광 픽업의 단면 구성을 나타낸다. 도 12에 있어서 청색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1B)으로부터 방사되는 청색의 광(예컨대, 파장 0.405㎛)은, 색 수차 보정 소자(11)를 투과하여, 다이클로익 미러 프리즘 (2)(청색은 반사, 청색보다도 장파장측은 투과)에서 반사되어, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나 평면파(4B)로 변환된다(소위 무한계). 평면파(4B)는 파 대물 렌즈(6)(NA=0.85)를 지나서 기재 두께 0.1㎜의 광디스크 기재(7B)를 투과하여, 기재 이면(입사면의 반대면)에 형성된 정보층(8B) 상에 집속된다.
한편, 광원(1B)과 다른 기판 상에 형성된 적색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1R)으로부터 방사되는 적색의 광(예컨대, 파장 0.660㎛)은, 다이클로익 미러 프리즘(2)을 투과하여, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4R)로 변환된다(소위 무한계). 이 평면파(4R)는, 대물 렌즈(6)를 지나서 기재 두께 0.6㎜의 광디스크 기재(7R)를 투과하여, 기재 이면에 형성된 정보층(8R) 상에 집속된다.
또한, 광원(1R)과 동일 기판 상에 형성된 적외 색 발광 반도체 레이저 등의 광원(1I)으로부터 방사되는 적외 색의 광(예컨대, 파장 0.790㎛)은, 다이클로익 미러 프리즘(2) 투과하여, 콜리메이트 렌즈(3)를 지나서 평면파(4I)로 변환되어(소위 무한계), 대물 렌즈(6)를 지나서 기재 두께 1.2㎜의 광디스크 기재(7I)를 투과하여, 기재 이면에 형성된 정보층(8I) 상에 집속된다.
대물 렌즈(6)는, 실시예 1에 있어서의 대물 렌즈(6)와 완전히 동일한 구성을 갖고 있으며, 실시예 1에 대하여 얻어지는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
색 수차 보정 소자(11)는, 투명 기판의 편면(片面)(11a)에 광축 L에 대하여 동심원으로 톱니 형상 단면의 그레이팅을 형성한 것이다. 이 그레이팅에 의해, 광원(1B)으로부터 방사되는 청색의 광(본 예에서는 파장 0.405㎛)은 특정한 차수(예컨대 1차)의 광이 강하게 회절된다. 대물 렌즈(6)에서는 (식 13)을 만족하는 설계 로 구면 수차를 제거할 수 있지만, 설계의 방법에서는 파장차에 따른 Defocus 수차(1차의 구면 수차)가 잔존한다. 특히 청색의 파장에서는 분산의 영향이 크기 때문에, 1㎚의 파장차로 1㎛ 정도의 Defocus(집광점 위치의 변위)가 발생하는 경우도 있다. 본 실시예에서는, 청색 광의 광로 상에 색 수차 보정 소자(11)를 삽입함으로써, 투과광의 파장차가 회절 방위의 차(즉 Defocus 수차)로서 나타나, 이것을 대물 렌즈(6)에서의 Defocus 수차의 보정에 이용하는 것이며, 실시예 1에 비해 광학 부품이 증가하지만, 설계의 여유도는 넓어지는 장점이 있다. 또, 색 수차 보정 소자(11)에 형성되는 그레이팅 단면은 톱니에 내접하는 계단 형상이더라도 좋다.
(실시예 4)
다음에, 도 13 내지 도 15를 참조하면서 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 4를 설명한다. 본 실시예의 구성은, 대물 렌즈(6)를 제외하고 실시예 1의 구성과 동일하며, 공통의 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 13은 본 실시예에 있어서의 대물 렌즈(6) 이후의 왕로측(광원으로부터 디스크면으로 향하는 측)의 구성을 나타내고 있다. 도 13에 있어서, 대물 렌즈(6)는, 투명층(6B)의 표면(6b) 및 기체(6A)의 표면(6a) 등이 실시예 1과 동일하지만, 기체(6A)의 반대면(왕로측에서는 광출사면)(6c)에는, 광축 L에 동심원으로 톱니 형상 단면의 그레이팅이 형성되어 있다.
도 14는 본 실시예의 대물 렌즈(6)의 반대면(6c)에서의 회절 원리를 설명하는 설명도이며, 간단화를 위해 각 면을 평면으로 하고, 광도 면에 수직으로 입사하 는 것으로 한다. 톱니 형상 단면의 그레이팅에 의해, 입사광(4)은 0차 회절광(40') 이외에 1차 회절광(41'), 2차 회절광(42') 등의 회절파를 파생한다. 여기서 기체(6A)를 O-PET(nd=1.62, υd=24)로 하여 굴절률 이(식 10)에 따르는 것으로 하며, 그레이팅의 단차 d"=1.23㎛로 하여, 회절 효율의 파장 의존성을 그린 것이 도 15이다.
도 15에 있어서, 곡선 D0은 0차 회절광, 곡선 D1은 1차 회절광, 곡선 D2는 2차 회절광, 곡선 D3은 3차 회절광의 특성이며, 곡선 D2는 파장 0.405㎛에서는 거의 100%, 곡선 D1은 파장 0.660㎛과 파장 0.790㎛에서 각각 95%과 98%의 회절 효율로 된다. 따라서, 상이한 파장의 광에서의 효율 열화 등의 폐해를 야기하는 일없이, 반대면(6c)에서의 그레이팅을 청색 광에서의 색 수차(파장차에 따른 Defocus 수차)의 보정으로서 이용할 수 있기 때문에, 실시예 3보다 간단한 구성이면서, 동일한 효과(설계의 여유도를 확대한 효과)를 얻을 수 있다.
(실시예 5)
다음에, 도 16을 참조하면서 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 5를 설명한다. 본 실시예의 구성은, 대물 렌즈(6)를 제외하고 실시예 4의 구성과 동일하며, 공통의 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 16은 본 실시예에 있어서의 대물 렌즈 전후에서의 왕로측(광원으로부터 디스크면으로 향하는 측)의 구성을 나타내고 있다. 도 13에 나타낸 실시예 4의 대물 렌즈(6)는, 본 실시예에서는 도 16에 도시하는 바와 같이 회절 소자부(6')와 대 물 렌즈부(6")로 나누어진다. 회절 소자부(6')는, 굴절률과 분산 특성이 다른 2종류의 투명 매질(예컨대, 유리, 플라스틱 또는 자외선 경화 수지 등)을 재료로 하여 구성되며, 제 1 재료에 의한 기체(6A')는 평판 형상을 이루고, 그 표면(6a')에 톱니 형상의 단면을 이루는 그레이팅을 형성하며, 그레이팅의 방위는 표면(6a') 상에서 광축 L을 중심축으로 하는 원주에 따르고 있다. 제 2 재료에 의한 투명층(6B')은, 그레이팅의 형성된 표면(6a')을 덮고, 그 표면(6b')(공기측에 면한 면)에는 전술한 그레이팅의 단면을 반전시킨 형상(소위 톱니의 배열 방향을 반전시킨 단면 형상)의 그레이팅이, 톱니의 에지 위치(톱니 가장자리 위치)를 나열하여 형성되고, 그레이팅의 방위는 광축 L을 중심축으로 하는 원주에 따르고 있다. 제 1 재료는 제 2 재료보다 고굴절, 고분산이다. 제 1 재료로 고분산의 재료를 이용함으로써 υ'>υ를 만족하기 때문에, 회절 소자부(6')에서의 회절 효율은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 어떤 곡선도 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 회절광의 효율을 유지하는 특성을 나타낼 수 있다. 대물 렌즈부(6")에는 면(6c')에 광축 L에 동심원으로 톱니 형상 단면의 그레이팅이 형성되어 있고, 이것이 실시예 4에서의 면(6c)에서의 그레이팅과 동일한 작용(색 수차의 보정)을 한다. 또, 대물 렌즈부(6")를 구성하는 재료는 기재 두께차 등에 의한 구면 수차를 보정하기 위해 고분산(예컨대 아베수 30 이하)의 것이 바람직하다.
회절 소자부(6')에 입사하는 광(4B, 4R, 4I)은, 투명층(6B')의 표면(6b')과 기체(6A')의 표면(6a')에서 회절하고, 대물 렌즈부(6")의 표면(6c')에서 회절과 굴절이 동시에 발생하여, 대물 렌즈부(6")의 반대면(왕로에서는 광의 출사면)에서 굴 절하여, 정보층(8B, 8R, 8I) 상에 집광되는 광으로 된다. 본 실시예는 말하자면 실시예 4를 2개의 부품으로 나눈 구성이며, 실시예 4와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 단, 실시예 4에서는 면(6a나 6b) 등의 복잡한 그레이팅 구조가 비구면 상에 형성되어 있지만, 본 실시예에서는 이 구조를 평면 상에 형성할 수 있기 때문에, 가공상의 장점(제작하기 쉬움)은 크다. 또, 회절 소자부(6')가 대물 렌즈부(6")의 중심축으로부터 편심하면 수차가 발생하기 때문에, 이들을 동일한 홀더 상에 구성하여 동축성을 유지해야 한다.
(실시예 6)
다음에, 도 17 및 도 18을 참조하면서, 본 발명에 따른 광 픽업의 실시예 6을 설명한다. 본 실시예의 구성은, 대물 렌즈(6)의 구성을 제외하고, 실시예 1의 구성과 동일하다.
우선, 도 17을 참조한다. 도 17은 본 실시예의 왕로측(광원으로부터 디스크면으로 향하는 측)의 단면 구성을 나타내고 있다. 도 17에 도시되는 대물 렌즈(6)는 기체(6A)의 면(6a)에 광축 L에 동심원으로 톱니 형상 단면의 그레이팅이 형성되어 있다. 도 18은 본 실시예의 대물 렌즈의 면(6a)에서의 회절 원리를 설명하는 설명도이며, 간단화를 위해 각 면을 평면으로 하고, 광도 면에 수직으로 입사하는 것으로 한다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 단차 d의 톱니 형상 단면의 그레이팅에 의해, 입사광(4)은 0차 회절광(40) 이외에 1차 회절광(41), 2차 회절광(42), 3차 회절 광(43) 등의 회절파를 파생한다. 여기서, 기체(6A)에 고분산의 플라스틱 재료의 O-PET(nd=1.62, υd=24)로 형성하고, 굴절률이 (식 10)에 따르는 것으로 하며, 그레이팅의 단차 d=1.85㎛로 한다. 이 경우에 있어서, 대물 렌즈의 면(6a)에서의 회절 효율의 파장 의존성을 그린 것이 도 19이다.
도 19에 있어서, 곡선 D0은 0차 회절광, 곡선 D1은 1차 회절광, 곡선 D2는 2차 회절광, 곡선 D3은 3차 회절광의 특성이며, 곡선 D3은 파장 0.405㎛에서 거의 100%, 곡선 D2는 파장 0.660㎛과 파장 0.790㎛에서 각각 76%과 27%의 회절 효율로 된다.
본 실시예에 있어서의 수차의 보정 효과는, 실시예 1과 마찬가지로 기재 두께차 및 굴절률 분산에 따르는 수차를 소거할 수 있는 최적의 조합이다. 단, 파장 0.660㎛과 파장 0.790㎛에 대한 회절 효율은 실시예 1에 비해 낮아진다. 특히 적외광의 경우, 기록 용도로는 적합하지 않다. 그러나, 실시예 1에 비하여, 그레이팅의 구성이 간단하며, 용도를 한정할 수 있으면, 저렴한 구성으로서 채용 가능하다.
또, 실시예 4를 2개의 부품에 나누어 실시예 5를 구성한 바와 같이, 본 실시예도 회절 소자부와 대물 렌즈부로 나눌 수 있다. 이 때, 회절 소자부에는 그 편면(片面)에 광축 L에 동심원으로 한 톱니 형상 단면의 그레이팅이 형성되고, 대물 렌즈부는 그레이팅이 부착되지 않고, 고분산의 초재로 형성된다. 당연히, 대물 렌즈부에 색 수차의 보정의 그레이팅을 형성할 수도 있으며, 이 색 수차 보정용의 그레이팅은 회절 소자부의 다른 면에 있더라도 좋다. 마찬가지로, 이상 6개의 실시 예를 여러 가지로 조합한 구성도 가능하여, 각각의 효과를 합쳐 가지는 것으로 된다.
본 발명은, 파장이 서로 다른 광 빔으로 다종류의 광디스크를 액세스하는 광디스크 장치에 적합하게 이용된다. 현재, CD, DVD, BD 등의 여러 가지의 규격에 따른 광디스크가 유통되고 있기 때문에, 하나의 광디스크 장치에서 이들 광디스크의 기록 재생을 실행하는 것이 요구되고 있다.

Claims (16)

  1. 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 복수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과,
    상기 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조(grating structure)
    를 구비하되,
    상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 1 광 빔으로 형성된 p차의 회절광(p는 영(zero) 이외의 정수)을 상기 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키고, 또한,
    상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 2 광 빔으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)을 상기 제 2 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키는
    광 픽업.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 빔은 청색의 파장을 갖고, 상기 제 2 광 빔은 적색 또는 적외(赤外)의 파장을 갖고 있으며,
    p=3, q=2인
    광 픽업.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 빔은, 상기 제 1 및 제 2 광 빔의 파장과는 다른 파장의 제 3 광 빔을 포함하며,
    상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 3 광 빔으로 형성된 r차의 회절광(r은 영 이외의 정수로서, r≠p)을 상기 제 3 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키는
    광 픽업.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔은 각각 청색, 적색, 및 적외의 파장을 갖고 있으며, p=3, q=r=2인 광 픽업.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔에 대응하는 광디스크는 각각, BD, DVD 및 CD인 광 픽업.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 구조는 상기 대물 렌즈의 표면에 형성되어 있는 광 픽업.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 구조는 평행 기판에 형성되어 있는 광 픽업.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 아베수(Abbe's number)가 30 이하인 광학 재료로 형성되어 있는 광 픽업.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 구조는 톱니 형상 표면을 갖고 있는 광 픽업.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅 구조는,
    제 1 블레이즈각을 규정하는 복수의 제 1 광 투과 사면을 포함하는 제 1 톱니 형상 표면을 갖는 제 1 광 투과층과,
    제 2 블레이즈각을 규정하는 복수의 제 2 광 투과 사면을 포함하는 제 2 톱니 형상 표면을 갖고, 상기 제 1 광 투과층의 상기 제 1 톱니 형상 표면에 접촉하는 제 2 광 투과층
    을 구비하되,
    상기 제 1 광 투과 사면의 경사 방향과 상기 제 2 광 투과 사면의 경사 방향이 반대인
    광 픽업.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 한쪽은 상기 대물 렌즈로 구성되고,
    상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 다른쪽은 상기 대물 렌즈 상에 형성되어 있는
    광 픽업.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중 한쪽의 굴절률 및 분산은 다른쪽의 높은 굴절률 및 분산보다 높고,
    상기 제 1 광 투과층 및 제 2 광 투과층 중, 굴절률 및 분산이 상대적으로 높은 광 투과층에 의해서 상기 대물 렌즈가 구성되어 있는
    광 픽업.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 광원의 각각에 대응하는 광디스크에서의 상기 대물 렌즈의 초점 거리의 편차는 평균 초점 거리의 1/50 이하인 광 픽업.
  14. 제 3 항에 있어서,
    제 2 그레이팅 구조를 더 구비하며,
    상기 제 2 그레이팅 구조는 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 빔으로 각각 p'차의 회절광, q'차의 회절광, r'차의 회절광(p', q', r'은 영 이외의 정수로서, 단일의 정수가 아님)을 형성하고, 각 회절광은, 상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조에 의해, 각 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속되는
    광 픽업.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 광 빔은 각각 청색, 적색, 및 적외의 파장을 갖고 있으며, p'=2, q'=r'=1인 광 픽업.
  16. 서로 파장이 다른 제 1 및 제 2 광 빔을 포함하는 복수의 광 빔에 의해, 각각 데이터의 재생이 행하여지는 복수 종류의 광디스크에 대응한 광디스크 장치로서,
    광디스크를 회전시키는 모터와,
    상기 광디스크에 액세스하는 광 픽업
    을 구비하되,
    상기 광 픽업은,
    상기 복수의 광 빔을 방사하는 복수의 광원과,
    상기 복수의 광 빔을 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈의 광축에 대해 축 대칭인 형상을 갖는 그레이팅 구조를 구비하며,
    상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 1 광 빔으로 형성된 p차의 회절광(p는 영 이외의 정수)을 상기 제 1 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키고, 또한,
    상기 대물 렌즈 및 그레이팅 구조는 상기 그레이팅 구조에 의해서 상기 제 2 광 빔으로 형성된 q차의 회절광(q는 영 이외의 정수로서, q≠p)을 상기 제 2 광 빔에 대응하는 광디스크의 정보층 상에 집속시키는
    광디스크 장치.
KR1020077008836A 2005-01-20 2006-01-19 광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치 KR20070095281A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005012291 2005-01-20
JPJP-P-2005-00012291 2005-01-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070095281A true KR20070095281A (ko) 2007-09-28

Family

ID=36692300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077008836A KR20070095281A (ko) 2005-01-20 2006-01-19 광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7692875B2 (ko)
EP (1) EP1858011B1 (ko)
JP (1) JPWO2006077915A1 (ko)
KR (1) KR20070095281A (ko)
CN (1) CN100541625C (ko)
DE (1) DE602006021710D1 (ko)
WO (1) WO2006077915A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080007831A1 (en) * 2004-09-29 2008-01-10 Seiji Nishiwaki Optical Element
JP2007334952A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Pentax Corp 光情報記録再生装置用対物レンズ
JP2008065921A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Hitachi Maxell Ltd ディスクマガジン及びディスクチェンジャシステム
JP2008234701A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置の製造方法及び光ピックアップ装置
WO2009016847A1 (ja) * 2007-08-02 2009-02-05 Panasonic Corporation 複合対物レンズ、回折素子、光ヘッド装置、光情報装置、対物レンズ駆動方法および制御装置
JP2011128259A (ja) * 2009-12-16 2011-06-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 回折光学素子
US8477583B2 (en) 2011-06-20 2013-07-02 Panasonic Corporation Optical pickup and optical disc device including the same
WO2016029396A1 (zh) * 2014-08-28 2016-03-03 深圳市大族激光科技股份有限公司 光学镜头

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001093179A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ
EP1500956A4 (en) 2002-04-18 2009-11-11 Panasonic Corp OPTICAL ELEMENT, OPTICAL HEAD, DEVICE FOR RECORDING / PLAYING OPTICAL INFORMATION, COMPUTER, VIDEO RECORDING DEVICE, VIDEO PLAYER, SERVER AND AUTONAVIGATION SYSTEM
US7577077B2 (en) 2002-09-05 2009-08-18 Konica Corporation Optical pickup apparatus and optical element
JP4300914B2 (ja) * 2002-12-18 2009-07-22 コニカミノルタホールディングス株式会社 光ピックアップ装置及び光学素子
JP4467957B2 (ja) * 2002-11-25 2010-05-26 パナソニック株式会社 光学レンズ、光ヘッド装置、光情報装置、コンピューター、光情報媒体プレーヤー、光情報媒体サーバー
US7248409B2 (en) 2002-11-25 2007-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element, optical lens, optical head apparatus, optical information apparatus, computer, optical information medium player, car navigation system, optical information medium recorder, and optical information medium server
JP2004253111A (ja) * 2003-01-31 2004-09-09 Sharp Corp 光ピックアップ装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1858011A1 (en) 2007-11-21
EP1858011B1 (en) 2011-05-04
WO2006077915A1 (ja) 2006-07-27
JPWO2006077915A1 (ja) 2008-06-19
US7692875B2 (en) 2010-04-06
US20090009886A1 (en) 2009-01-08
DE602006021710D1 (de) 2011-06-16
EP1858011A4 (en) 2008-10-01
CN100541625C (zh) 2009-09-16
CN101103400A (zh) 2008-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004030724A (ja) 光ピックアップ装置
KR20070095281A (ko) 광 픽업 및 당해 픽업을 구비하는 광디스크 장치
CN100395833C (zh) 光记录介质用物镜光学系统以及使用它的光拾取装置
JP5071883B2 (ja) 光ピックアップ装置及び対物光学素子
JP4846975B2 (ja) 光学素子、対物光学系および光ピックアップ装置
JP4216155B2 (ja) 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置
KR20060003031A (ko) 광 픽업 장치, 및 광 픽업 장치용 광학 시스템
EP1416480A2 (en) Objective optical element and optical pickup apparatus
JP2004171758A (ja) 階段型回折格子構造を有する平板レンズを採用してｃｄ−ｒｗに互換するｄｖｄ用光記録／ピックアップヘッド
JP2008532081A (ja) 光走査装置
KR100525229B1 (ko) Ｄｖｄ/ｃｄ 호환형의 광픽업용 대물렌즈
JP4329608B2 (ja) 対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置
JPWO2005015554A1 (ja) 光ピックアップ装置
KR20020037691A (ko) 광 픽업 장치용 대물 렌즈 및 광 픽업 장치
WO2004097819A1 (ja) 光回折素子および光情報処理装置
US20070253310A1 (en) Coupling Lens and Optical Pickup Apparatus
JP2003066324A (ja) 光ピックアップ装置の対物レンズ、光ピックアップ装置及び光学素子の製造方法
US20060109773A1 (en) Objective optical system for optical recording media and optical pickup device using it
JP4400326B2 (ja) 光ピックアップ光学系、光ピックアップ装置及び光ディスクドライブ装置
JP5083621B2 (ja) 対物レンズ及び光ピックアップ装置
CN102007538A (zh) 物镜及光拾取装置
US6839189B2 (en) Objective lens, optical pickup device, recorder and reproducer
JP2005310346A (ja) 光学素子及び光ピックアップ装置
JP2001235676A (ja) 光学素子、対物レンズ及び光ピックアップ装置
JP4706481B2 (ja) 光ピックアップ装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid