KR20070121004A

KR20070121004A - 광 픽업 장치용 대물 광학 소자, 광 픽업 장치용 광학소자, 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛 및 광 픽업장치

Info

Publication number: KR20070121004A
Application number: KR1020077023891A
Authority: KR
Inventors: 도오루 기무라
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-12-26
Also published as: JP5024041B2; TW200703297A; CN100555427C; US7778138B2; WO2006115081A1; JPWO2006115081A1; CN101160626A; US20090028033A1

Abstract

본 발명에 관한 구성은, 특정한 파장의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하고, 상기 광로차 부여 구조에는 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 광학 소자를 갖는다.

광학 소자, 광 픽업 장치, 정보 기록면, 반사 광속, 광 디스크

Description

광 픽업 장치용 대물 광학 소자, 광 픽업 장치용 광학 소자, 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛 및 광 픽업 장치{OBJECTIVE OPTICAL ELEMENT FOR OPTICAL PICKUP DEVICE, OPTICAL ELEMENT FOR OPTICAL PICKUP DEVICE, OBJECTIVE OPTICAL ELEMENT UNIT FOR OPTICAL PICKUP DEVICE AND OPTICAL PICKUP DEVICE}

본 발명은 광 픽업 장치용 대물 광학 소자, 광 픽업 장치용 광학 소자, 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛 및 광 픽업 장치에 관한 것으로, 특히 광원 파장이 상이한 복수의 광원으로부터 출사되는 광속(光束)을 이용하여, 종류가 상이한 광 정보 기록 매체에 대해, 각각 정보의 기록 및/또는 재생이 가능한 광 픽업 장치 및 그에 이용하는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 및 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛에 관한 것이다.

최근, 광 픽업 장치에 있어서, 광 디스크에 기록된 정보의 재생이나, 광 디스크에의 정보의 기록을 위한 광원으로서 사용되는 레이저 광원의 단파장화가 진행되고, 예를 들어 청자색 반도체 레이저나, 제2 고조파 발생을 이용하여 적외 반도체 레이저의 파장 변환을 행하는 청자색 SHG 레이저 등의 파장 405 nm의 레이저 광원이 실용화되고 있다.

이들 청자색 레이저 광원을 사용하면, DVD(디지털 버서타일 디스크)와 동일 한 개구수(NA)의 대물 렌즈를 사용하는 광 픽업 장치로, 직경 12 cm의 광 디스크에 대해, 15 내지 20 GB의 정보의 기록이 가능해지고, 대물 렌즈의 NA를 0.85에까지 높인 광 픽업 장치에서는, 직경 12 cm의 광 디스크에 대해, 23 내지 25 GB의 정보의 기록이 가능해진다. 이하, 본 명세서에서는, 청자색 레이저 광원을 사용하는 광 디스크 및 광 자기 디스크를 총칭하여「고밀도 광 디스크」라 한다.

그런데, 이러한 고밀도 광디스크에 대해 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다고 하는 것만으로는, 광 디스크 플레이어 및/또는 레코더의 제품으로서의 가치는 충분한 것이라고는 할 수 없다. 현재에 있어서, 다종 다양한 정보를 기록한 DVD나 CD(콤팩트 디스크)가 판매되고 있는 현실을 근거로 하면, 고밀도 광 디스크에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있는 것만으로는 부족하며, 예를 들어 사용자가 소유하고 있는 DVD나 CD에 대해서도 마찬가지로 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있도록 하는 것이, 고밀도 광 디스크용 광 디스크 플레이어 및/또는 레코더로서의 상품 가치를 높이는 것으로 이어지는 것이다. 이러한 배경으로부터, 고밀도 광 디스크용 광디스크 플레이어 및/또는 레코더에 탑재되는 광 픽업 장치는, 고밀도 광 디스크, DVD 및 CD의 3종류의 광 디스크 중 어느 것에 대해서도 호환성을 유지하면서 적절하게 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있는 성능을 갖는 것이 요망된다.

고밀도 광 디스크와 DVD, 또한 CD 중 어느 것에 대해서도 호환성을 유지하면서 적절하게 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있도록 하는 수법으로서, 고밀도 광 디스크용 광학계와 DVD나 CD용 광학계를 정보를 기록 및/또는 재생하는 광 디스크 의 기록 밀도에 따라서 선택적으로 절환하는 것을 생각할 수 있지만, 복수의 광학계가 필요해지므로, 소형화에 불리하고 또한 비용이 증대된다.

그래서, 광 픽업 장치의 구성을 간소화하고 저비용화를 도모하기 위해서는, 호환성을 갖는 광 픽업 장치에 있어서도, 고밀도 광 디스크용 광학계와 DVD나 CD용 광학계를 가능한 한 공통화하여, 광 픽업 장치를 구성하는 광학 부품 개수를 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 광 디스크에 대향하여 배치되는 대물 광학계를 공통화하는 것이 광 픽업 장치의 구성의 간소화 및 저비용화에 가장 유리해진다.

그런데, 광 픽업 장치에 있어서 공통의 대물 광학 소자를 이용하여 호환을 실현하고자 하는 경우, 각각의 광 디스크에 이용되는 광원 파장이나 보호 기판 두께가 상이하기 때문에, 광 디스크의 정보 기록면 상에 양호하게 수차 보정이 이루어진 집광 스폿을 형성하기 위해서는 어떠한 고안이 필요해진다.

1개의 수차 보정의 태양으로서는, 대물 광학 소자에 입사되는 광속의 발산 정도를 바꾸는 것을 생각할 수 있다. 이러한 수차 보정의 태양에 따르면, 대물 광학 소자에 입사하는 광속의 발산 정도에 따라서, 축외 특성이 악화(발산 정도가 커질수록 트래킹시에 렌즈 시프트하였을 때의 코마 수차가 크게 발생)되어 바람직하지 않다고 하는 문제가 있다.

다른 수차 보정의 태양으로서는, 대물 광학 소자의 광학면에, 회절 작용을 부여하는 회절 구조를 설치하는 것이다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

그런데, 이러한 종래 기술에 따르면, 대물 광학 소자에 입사하는 광속이 상 이한 2개의 파장인 경우에는, 어느 쪽의 광속에 대해서도 양호하게 구면 수차 보정을 행할 수 있지만, 상이한 3개의 파장인 광속에 대해, 어느 쪽의 광속에 대해서도 양호하게 구면 수차 보정을 행하는 것은 곤란하다.

보다 구체적으로 설명하면, 예를 들어 고밀도 광 디스크, DVD 및 CD에 사용되는 광속의 파장은, 각각 λ1 = 400 nm 정도, λ2 = 655 nm 정도, λ3 = 785 nm 정도로 되어 있고, 여기서 λ1:λ3 ≒ 1:2이므로, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 블레이즈 형상의 회절 구조에서는, 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수의 비가 λ1:λ3 = 2:1이 된다(예를 들어, λ1이 6차일 때 λ3이 3차). 또한, 회절의 효과는 파장 × 회절 차수의 차와 회절 윤대(輪帶)의 피치로 정해지므로, 파장 λ1과 λ3의 광속의 회절 차수가 2:1일 때에는, λ1 × 2 - λ3 × 1의 값이 작아진다. 그로 인해, 예를 들어 블레이즈화 파장을 파장 λ1의 짝수배에 가까운 값으로 하여 회절 구조를 설계한 경우, 파장 λ1의 광속과 파장 λ3의 광속에 있어서의 상호의 회절 작용이 작아져, 동일한 대물 광학 소자를 이용하여 고밀도 광 디스크와 CD에 대해, 각각 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 곤란해진다.

한편, 파장 × 회절 차수의 차가 작은 경우라도, 작은 회절 작용을 이용함으로써 호환을 달성하는 것이 이론상은 가능하지만, 이 경우 회절 윤대의 피치를 작게 할 필요가 있고, 그에 의해 광량이 저하하여 렌즈의 제조가 어려워지고, 레이저 광원의 출력 변화 등에 의한 수 nm 정도의 미소 범위 내에서의 파장 변동에 의해 수차가 크게 발생하는 등의 문제가 발생되어 버린다.

또한, 이러한 종래 기술에 따르면, 대물 광학 소자에 입사하는 광속이 임의 의 상이한 2개의 파장인 경우라도, 광의 이용 효율이 나쁘다는 문제가 있다. 예를 들어, 회절 구조를 이용하여, 복수의 파장의 광속 중 1개에 대해서만 실질적인 위상의 변화를 부여하도록 광로차를 부여하고, 상기 회절 구조를 통과한 다른 쪽의 파장의 광속으로부터, + n차의 회절광과 - n차의 회절광의 회절을 발생시킨 경우, 각각의 회절광의 회절 효율은 동등해진다. 광 정보 기록 매체의 정보 기록면으로 유도된 광속은, 어느 한쪽의 회절광만으로 되므로, 입사광의 광 강도에 대해 광 강도가 50 ％ 이하로 반드시 저하되게 된다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2002-298422호 공보

본 발명은 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 양호한 구면 수차 보정을 행할 수 있는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자, 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛 및 광 픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 구성은 특정한 파장의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하고, 상기 광로차 부여 구조에는 광축 방향의 높이가 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 광학 소자를 갖는다.

도1은 비교예에 관한 제1 광로차 부여 구조(바이너리형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명에 관한 제1 광로차 부여 구조(바이너리형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다.

도3은 제2 광로차 부여 구조(에셜런형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다.

도4는 본 실시 형태에 관한 광 픽업 장치의 개략 단면도이다.

도5는 대물 광학 소자(OBJ)의 개략 단면도이다.

도6은 바이너리형의 윤대 구조에 있어서, 단차부(S)의 높이와 회절 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도7은 바이너리형의 윤대 구조에 있어서, 단차부(S)의 높이와 회절 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도8은 바이너리형의 윤대 구조에 있어서, 단차부(S)의 높이와 회절 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도9는 에셜런형의 윤대 구조에 있어서, 단차부(S)의 높이[각 계단의 내부에 단차부(S)를 1개 설치하고 있음]와 회절 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도10은 단차부(S)가 복수 있는 경우의 제2 광로차 부여 구조(에셜런형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다.

도11은 단차부(S)가 복수 있는 경우의 제2 광로차 부여 구조(에셜런형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 바람직한 형태를 설명한다.

(항1) 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ1의 광속을, 대물 광학 소자를 통해 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하고, 두께 t3(t1〈 t3)의 보호층을 갖는 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ3(λ1〈 λ3)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제3 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 광 픽업 장치용 대물 광학 소자이며,

상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제1 광로차 부여 구조를 구비하고,

상기 제1 광로차 부여 구조는 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항2) 상기 단차부를 구비한 상기 제1 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ3의 광속이 통과하였을 때에 적어도 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높고, 또한,

상기 단차부를 구비한 상기 제1 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ1의 광속이 통과하였을 때에 적어도 0차의 회절광을 생성하고, 상기 0차의 회절광은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높은 항1에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항3) 상기 제1 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 큰 단차를 구비함으로써, 광축 방향으로부터 보았을 때 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 윤대를 갖고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되어 있는 항1 또는 항2에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항4) 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ1의 광속을, 대물 광학 소자를 통해 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능하고, 두께 t2(t1 ≤ t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ2(λ1〈 λ2)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능하고, 두께 t3(t2〈 t3)의 보호층을 갖는 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ3(λ2〈 λ3)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제3 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능한 광 픽업 장치에 이용되는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자이며,

상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속 및 상기 파장 λ2의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제1 광로차 부여 구조와, 상기 파장 λ2의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속 및 상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제2 광로차 부여 구조를 구비하고,

상기 제1 광로차 부여 구조와 상기 제2 광로차 부여 구조의 적어도 한쪽은, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항5) 상기 단차부를 구비한 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ3의 광속이 통과하였을 때에, 적어도 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높고, 또한,

상기 단차부를 구비한 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ1 또는 λ2의 광속이 통과하였을 때에, 적어도 0차의 회절광을 생성하고, 상기 0차의 회절광은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높은 항4에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항6) 상기 제1 광로차 부여 구조 및 상기 제2 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 큰 단차를 구비함으로써, 광축 방향으로부터 보았 을 때 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 윤대를 갖고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 상기 제1 광로차 부여 구조에 갖는 경우에는, 상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 상기 제2 광로차 부여 구조에 갖는 경우에는, 상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제2 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제2 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되어 있는 항4 또는 항5에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

예를 들어 단일의 회절 구조를 이용하여, 3개의 상이한 파장의 광속 전부에 대해, 적절한 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 수차 보정을 행하는 것이 곤란한 것을 감안하여, 본 발명에 관한 구성에서는 상기 제1 광로차 부여 구조를 이용하여, 미리 상기 파장 λ3의 광속에 대해서만 실질적인 위상의 변화를 부여하도록 광로차를 부여함으로써 구면 수차 혹은 파면 수차의 보정을 행한다. 또한, 상기 제2 광로차 부여 구조를 이용하여, 상기 파장 λ1, λ2의 광속에 대해 주로 광로차를 부여함으로써 구면 수차 혹은 파면 수차의 보정을 행하는 것에 의해, 각 각의 광로차 부여 구조에 있어서의 부담을 경감하고, 토탈 3개의 상이한 파장의 광속 전부에 대해 수차 보정을 행한다. 이에 의해, 적절한 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 하고 있다. 또한,「실질적인 위상의 변화가 없다」라 함은, 전혀 위상의 변화가 없는 경우만을 가리키는 것은 아니며, ± 0.2 π이내의 위상의 변화(바람직하게는 0.1 π 이내)이면 포함되는 것으로 한다. 또한,「실질적인 위상의 변화가 있다」라 함은 ± 0.2 π를 초과하는 위상의 변화를 포함하는 것을 가리킨다.

그런데, 상기 제1 광로차 부여 구조를 이용하여, 미리 상기 파장 λ3의 광속에 대해서만 실질적인 위상의 변화를 부여하도록 광로차를 부여하면, 상기 제1 광로차 부여 구조를 통과한 파장 λ3의 광속은, + n차의 회절광과 - n차의 회절광과의 회절 효율이 동등하게 높아지지만, 광 정보 기록 매체의 정보 기록면으로 유도되는 광속은, 어느 한쪽의 회절광만으로 되므로, 입사광의 광 강도에 대해 광 강도가 50 ％ 이하로 반드시 저하되게 된다. 이것을 구체적으로 설명한다.

도1은 비교예에 관한 제1 광로차 부여 구조(바이너리형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면으로, 상하 방향 광축 방향인 것으로 한다. 바이너리형의 윤대 구조는, 광축 방향 높이(h)가 동등한 복수의 윤대가 광축을 중심으로 하여 배치되어 있는 것이다. 윤대의 정상면을 OP1, 윤대 사이의 바닥면을 OP2라 하면, 면(OP1)으로부터 출사된 광속과, 면(OP2)으로부터 출사된 광속과의 사이에는 위상차가 생기게 된다.

그런데, 광축 방향 높이(h)를, 파장 λ1의 정수배로 하고 또한 파장 λ2의 정수배로 하면, 면(OP2)으로부터 출사한 광속의 파면은 진행되지만, 면(OP1)으로부터 출사한 광속의 파면과 정확히 포개지므로, 겉보기에는 위상차가 생기지 않게 되어, 0차 회절광이 가장 광 강도가 높아진다(도1의 점선 참조).

한편, 광축 방향 높이(h)를, 파장 λ3의 정수배로 하지 않으면, 도1에 실선으로 나타내는 바와 같이 면(OP2)으로부터 출사한 광속의 파면과, 면(OP1)으로부터 출사한 광속의 파면과는 위상차가 생기므로, 일점 쇄선으로 나타내는 파면의 그룹(WG1)에 의해, + n차의 회절광의 광 강도(예를 들어, 입사 광속의 광 강도의 40 ％)가 높아지고, 또한 이점 쇄선으로 나타내는 파면의 그룹(WG2)에 의해, - n차의 회절광의 광 강도(예를 들어, 입사 광속의 광 강도의 40 ％)가 높아진다. 광축이 도1에서 우측에 있는 것으로 하면, + n차 회절광을 이용함으로써, 보호 기판 두께가 상이한 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있다. 나머지 20 ％는 산란이나 흡수 등에 의해 잃게 된다.

그런데, 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 위해 이용되는 광속의 광 강도가 40 ％로 비교적 낮아지므로, 판독 불량을 회피하기 위해서는, 제3 광원의 광량을 증대시킬 필요가 있지만, 그에 의해 비용이 증대될 우려가 있다.

또한, 대물 광학 소자에 상이한 2개의 파장을 갖는 광속이 입사하는 구성이라도, 정보의 기록 및/또는 재생을 위해 이용되는 광속의 광 강도가 50 ％ 이하로 되어, 동일한 문제가 발생될 우려가 있다.

그래서 본 발명에 관한 구성에 있어서는, 이하와 같이 하여 + n차 회절광의 광량을 증대시키고 있다.

도2는 본 발명에 관한 제1 광로차 부여 구조(바이너리형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다. 도1의 윤대 구조(BN)와 상이한 점은, 윤대 형상의 면(OP1, OP2)에, 광축(우측)에 치우치게 하여 각각 단차부(S)를 형성한 점이다. 단차부(S)는, 가장 단파장인 파장 λ1보다 광축 방향 높이(예를 들어 100 nm 정도)가 작게 되어 있다. 또한, 단차부(S)의 광축 방향 높이는 일정할 필요는 없으며, 예를 들어 광축측을 향함에 따라 점차 높아지는 테이퍼면이라도 좋지만, 대물 광학 소자를 성형하는 성형 금형을 평 바이트로 가공하는 경우에는, 단차부(S)의 광축 방향 높이는 일정한 쪽이 바람직하다. 또한, 면(OP1)과 면(OP2)의 단차[광축 방향 높이(h)]는, 도1의 구성과 동일하다.

도2의 윤대 구조(BN)를 파장 λ3의 광속이 통과하였을 때에, 단차부(S)가 형성되어 있지 않은 면(OP1, OP2)을 통과하는 파장 λ3의 파면과, 단차부(S)가 형성되어 있는 면(OP1, OP2)을 통과하는 파장 λ3의 파면에서는, ΔW의 위상차가 생긴다. 즉, 면(OP1)과 면(OP2)과의 단차에 대응하여 발생하는 파장 λ3의 광속의 위상차가 국소적으로 작아진다. 그러면, 일점 쇄선으로 나타내는 파면의 그룹(WG1)에 의해 형성되는 외관상의 파면은, 이점 쇄선으로 나타내는 파면의 그룹(WG2)에 의해 형성되는 외관상의 파면보다도 약해져, 그 결과로서 + n차 회절광의 광 강도를 예를 들어 50 ％ 이상으로 높일 수 있다.

이하에 수치를 들어 구체예를 설명한다. 도6은 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 1개 설치한 경우이고(도2 참조), 도7은 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 2개 설치 한 경우(도10 참조)이고, 도8은 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 3개 설치한 경우(도11 참조)이다. 복수의 단차부(S)를 설치하는 경우에는, 도10에 도시하는 바와 같이 각각의 단차부(S)를 계단 형상으로 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 광학 소자는 d선에 있어서의 굴절률이 1.5, d선에 있어서의 아베수가 60인 재료로 형성되어 있고, 각 윤대 구조의 높이(h)[즉, 면(OP1)과 면(OP2)과의 단차]는 3.940 ㎛로 설정되어 있다. 각 윤대 구조의 높이(h)에 의해 파장 λ1, 파장 λ2, 파장 λ3의 광속에 대해 부가되는 광로차는, 각각 5 × λ1, 3 × λ2, 2.5 × λ3이다.

도6 내지 도8에 도시하는 바와 같이, 파장 405 nm의 0차 회절광, 파장 655 nm의 0차 회절광, 파장 785 nm의 + 1차 회절광의 회절 효율은, 단차부(S)의 높이에 의존하여 변화한다. 단차부(S)의 높이를 크게 할수록, 파장 785 nm의 + 1차 회절광의 회절 효율을 향상시킬 수 있지만, 한편 파장 405 nm의 0차 회절광, 파장 655 nm의 0차 회절광의 회절 효율이 낮아진다. 단차부(S)의 높이를 결정하는 경우에는, 이들 3파장의 회절 효율의 밸런스를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 단차부(S)의 높이는 윤대 구조를 통과하는 파장 중에서 가장 짧은 파장인 λ1을 기준으로 하여, 1개의 윤대에 설치한 단차부(S)가 1개인 경우는 그 단차부의 높이를 λ1보다 작아지도록, 또한 윤대에 단차부(S)를 복수 설치한 경우에는 그 복수의 단차부(S)의 높이의 총합이 λ1보다 작아지도록 결정한다.

보다 구체적으로는, 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 1개 설치하는 경우(도6 참조)에는, 단차부(S)의 높이를 60 nm 내지 170 nm의 범위로 설정하는 것이 바람직 하고, 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 2개 설치하는 경우(도7 참조)에는, 단차부(S)의 높이를 30 nm 내지 110 nm의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 각 윤대의 내부에 단차부(S)를 3개 설치하는 경우(도8 참조)에는, 단차부(S)의 높이를 25 nm 내지 80 nm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 도2로부터 명백한 바와 같이, 단차부(S)를 면(OP1, OP2) 상에서 광축측으로 치우치게 하여 형성하면, + n차 회절광의 광 강도가 높아지지만, 반대로 광축으로부터 떨어뜨려 형성하면, - n차 회절광의 광 강도가 높아지게 된다. 이것은 출사광에 발산각을 부여하는 경우에 유효하다. 또한, 제2 광로차 부여 구조에, 동일한 단차부(S)를 설치할 수도 있다.

(항7) 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 블레이즈 형상의 윤대 구조인 항1 내지 항6 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항8) 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 바이너리형의 윤대 구조인 항1 내지 항6 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

(항9) 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 에셜런형의 윤대 구조인 항1 내지 항6 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

도3은, 본 발명에 관한 제1 광로차 부여 구조(에셜런형의 윤대 구조를 예로 취함)의 단면을 확대하여 도시하는 도면이다. 에셜런형의 윤대 구조는, 광축 방향의 단면이 계단 형상인 복수의 윤대가 광축을 중심으로 하여 배치되어 있는 것이다. 도3에 도시하는 바와 같이, 에셜런형의 윤대 구조는 계단 구조로 되어 있지만, 각 계단마다 단차부(S)를 설치함으로써, 도2와 마찬가지로 +n차 회절광의 광 강도를 증대시킬 수 있다. 또한, 블레이즈 형상의 윤대 구조를, 도2 및 도3의 구조 대신에 이용하는 것은 임의이다.

이하에 수치를 들어 구체예를 설명한다. 도9는 에셜런형의 윤대 구조에 있어서, 단차부(S)의 높이[각 계단의 내부에 단차부(S)를 1개 설치하고 있음]와 회절 효율의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 광학 소자는 d선에 있어서의 굴절률이 1.5, d선에 있어서의 아베수가 60인 재료로 형성되어 있고, 각 계단의 높이는 1.576 ㎛로 설정되어 있다. 각 계단의 높이에 의해 파장 λ1, 파장 λ2, 파장 λ3의 광속에 대해 부가되는 광로차는, 각각 2 × λ1, 1.2 × λ2, 1 × λ3이다.

도9에 나타내는 바와 같이, 파장 405 nm의 0차 회절광, 파장 655 nm의 + 1차 회절광, 파장 785 nm의 0차 회절광의 회절 효율은, 단차부(S)의 높이에 의존하여 변화한다. 단차부(S)의 높이를 크게 할수록, 파장 655 nm의 + 1차 회절광의 회절 효율을 향상시킬 수 있지만, 한편 파장 405 nm의 0차 회절광, 파장 785 nm의 0차 회절광의 회절 효율이 낮아진다. 단차부(S)의 높이를 결정하는 경우에는, 이들 3파장의 회절 효율의 밸런스를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 각 계단의 내부에 단차부(S)를 1개 설치하는 경우에는, 단차부(S)의 높이를 20 nm 내지 100 nm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

(항10) 상기 단차부는, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조의 각 윤대마다 설치되고, 또한 광축을 중심으로 한 윤대 형상을 갖고 있고, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조의 윤대의 광축 직교 방향의 폭을 A라 하고, 그에 대응하여 형성되는 상기 단차부의 광축 직교 방향의 폭을 B라 하였을 때에, 이하의 식이 성립되 는 항6 내지 항9 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

0.1 ≤ B/A ≤ 0.9 (1)

(항11) 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 복수의 단차부를 갖고,

상기 복수의 단차부 전체의 광축 방향의 높이는 상기 파장 λ1보다 작은 항1 내지 항10 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

도2를 참조하여, 윤대 형상의 면(OP1, OP2)의 광축 직교 방향 폭을 A라 하고, 단차부의 광축 직교 방향의 폭을 B라 하면, B/A가 지나치게 커도, 혹은 지나치게 작아도 원하는 효과를 발휘할 수 없다. 그래서, (1)식을 만족시키도록 하면, 단차부(S)의 효과를 유효하게 발휘할 수 있다. 또한, 이하의 식을 만족시키도록 하면, 보다 바람직하다.

0.2 ≤ B/A ≤ 0.8 (1')

또한, 도10과 같이 단차부가 복수 있는 경우에는, 윤대 형상의 면(OP1, OP2)의 광축 직교 방향 폭을 A라 하고, 복수의 단차부 전체의 광축 직교 방향의 폭을 B라 하면, 이하의 식을 만족시키는 것이 바람직하다.

0.3 ≤ B/A ≤ 0.7 (1")

(항12) 항1 내지 항11 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자를 갖는 광 픽업 장치.

(항13) 광축 방향의 제1 단차를 가짐으로써 광축 방향으로부터 보았을 때에 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 제1 윤대를 갖고, 광 픽업 장치에 탑재되는 광원으로부터의 특정 파장의 광속에 대해 상기 복수의 제1 윤대의 인접하는 제1 윤대 사이에서 위상차를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하는 동시에, 상기 복수의 제1 윤대의 각 제1 윤대를 따라 단차부를 구비하고,

상기 단차부는, 상기 복수의 제1 윤대의 상기 제1 단차를 통과한 상기 특정 파장의 광속에 있어서, 상기 인접하는 제1 윤대 사이에서 상기 제1 단차에 대응하여 발생하는 위상차를 국소적으로 작게 하는 광 픽업 장치용 광학 소자.

본 구성의 작용 효과는 항1에 기재된 구성과 동일하다.

(항14) 광축 방향의 제1 단차를 가짐으로써 광축 방향으로부터 보았을 때에 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 제1 윤대를 갖고, 광 픽업 장치에 탑재되는 광원으로부터의 특정 파장의 광속에 대해 상기 복수의 제1 윤대의 인접하는 제1 윤대 사이에서 위상차를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하는 동시에, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 광로차 부여 구조의 상기 복수의 제1 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 광로차 부여 구조의 상기 복수의 제1 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되고, 광축 방향의 높이가 상기 제1 단차보다도 작은 제2 단차를 갖는 윤대 형상의 단차부를 구비하는 광 픽업 장치용 광학 소자.

본 구성의 작용 효과는 항1에 기재된 구성과 동일하다.

(항15) 상기 단차부를 구비한 상기 광로차 부여 구조는, 상기 특정 파장의 광속이 통과하였을 때에 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광의 어느 것보다도 광량 이 높은 항13 또는 항14에 기재된 광 픽업 장치용 광학 소자.

(항16) 항13 또는 항14에 기재된 광 픽업 장치용 광학 소자와, 집광 광학 소자를 갖고,

상기 광 픽업 장치용 광학 소자와, 상기 집광 광학 소자를 거울 프레임에 고정한 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛.

(항17) 항13 또는 항14에 기재된 광 픽업 장치용 광학 소자 또는 항16에 기재된 대물 광학 소자 유닛을 탑재한 광 픽업 장치.

또한, 본 명세서 중, 가장 광 정보 기록 매체측에 배치되는 집광 광학 소자(집광 렌즈)가 탑재되는 액츄에이터에, 그 집광 광학 소자 이외에 1개 이상의 광학 소자가 탑재되는 경우에는, 상기 액츄에이터에 탑재된 광학 소자의 전부를,「대물 광학 소자」라 한다.

본 명세서 중에 있어서, 제1 광 정보 기록 매체라 함은, 예를 들어 NA 0.65 내지 0.67인 대물 광학 소자에 의해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하고, 보호층의 두께가 0.6 mm 정도인 규격의 광 디스크(예를 들어, HD DVD) 이외에, NA 0.85인 대물 광학 소자에 의해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하고, 보호층의 두께가 0.1 mm 정도인 규격의 광 디스크(예를 들어, 블루레이 디스크, 이하에서는 BD라고도 함)도 포함하는 것으로 한다. 제2 광 정보 기록 매체라 함은, 재생 전용에 이용하는 DVD-ROM, DVD-비디오 외에, 재생/기록을 겸하는 DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW 등의 각종 DVD계의 광 디스크를 포함하는 것이다. 또한, 제3 광 정보 기록 매체라 함은, CD-R, CD-RW 등의 CD계의 광 디스크를 말한다. 또한, 본 명세서 중, 보호층의 두께라 할 때에는, 두께 0 mm도 포함하는 것으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도4는 고밀도 광 디스크 BD(제1 광 디스크)와 DVD(제2 광 디스크)와 CD(제3 광 디스크) 중 어느 것에 대해서도 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 제1 광 픽업 장치(PU)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 고밀도 광 디스크(BD)의 광학적 사양은, 제1 파장 λ1 = 407 nm, 제1 보호층(PL1)의 두께 t1 = 0.1 mm, 개구수(NA1) = 0.85이고, DVD의 광학적 사양은 제2 파장 λ2 = 655 nm, 제2 보호층(PL2)의 두께 t2 = 0.6 mm, 개구수(NA2) = 0.65이고, CD의 광학적 사양은, 제3 파장 λ3 = 785 nm, 제3 보호층(PL3)의 두께 t3 = 1.2 mm, 개구수(NA3) = 0.51이다.

광 픽업 장치(PU)는, 고밀도 광 디스크(BD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에 발광되고 408 nm의 레이저 광속(제1 광속)을 사출하는 청자색 반도체 레이저(LD1)(제1 광원), DVD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에 발광되고 658 nm의 레이저 광속(제2 광속)을 사출하는 적색 반도체 레이저(제2 광원)와, CD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에 발광되고 785 nm의 레이저 광속(제3 광속)을 사출하는 적외 반도체 레이저(제3 광원)를 1개의 패키지에 수용한 레이저 유닛(2L1P), 고밀도 광 디스크(BD)의 정보 기록면(RL1)으로부터의 반사 광속을 수광하는 제1 광 검출기(PD1), DVD의 정보 기록면(RL2) 및 CD의 정보 기록면(RL3)으로부터의 반사 광속을 수광하는 제2 광 검출기(PD2), 수차 보정 소자(L1)(제1 광학 소자)와 이 수차 보정 소자(L1)를 투과한 레이저 광속을 정보 기록면(RL1, RL2, RL3) 상에 집광시키는 기능을 갖는 양면 비구면의 집광 소자(L2)(제2 광학 소자)로 구성된 대물 광학 소자(OBJ), 2축 액츄에이터(AC1), 고밀도 광 디스크(BD)의 개구수(NA1)에 대응한 조리개(STO), 제1 내지 제4 편광 빔 스플리터(BS1 내지 BS4), 제1 내지 제3 콜리메이트 렌즈(COL1 내지 COL3), 제1 센서 렌즈(SEN1), 제2 센서 렌즈(SEN2) 등으로 개략 구성되어 있다.

광 픽업 장치(PU)에 있어서, 고밀도 광 디스크(BD)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에는, 도4에 있어서 실선으로 그 광선 경로를 그리도록 청자색 반도체 레이저(LD1)를 발광시킨다. 청자색 반도체 레이저(LD1)로부터 사출된 발산 광속은, 제1 콜리메이트 렌즈(COL1)에 의해 평행 광속으로 변환된 후, 제1 편광 빔 스플리터(BS1)를 투과하고, 제2 편광 빔 스플리터(BS2)를 투과한 후, 조리개(STO)에 의해 광속 직경이 규제되고, 대물 광학 소자(OBJ)에 의해 제1 보호층(PL1)을 통해 정보 기록면(RL1) 상에 형성되는 스폿이 된다. 또한, 대물 광학 소자(OBJ)가 파장 λ1의 광속에 대해 부여하는 작용에 대해서는 후술한다. 대물 광학 소자(OBJ)는, 그 주변에 배치된 2축 액츄에이터(AC1)에 의해 포커싱이나 트래킹을 행한다.

정보 기록면(RL1)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 대물 광학 소자(OBJ), 제2 편광 빔 스플리터(BS2)를 통과한 후, 제1 편광 빔 스플리터(BS1)에 의해 반사되고, 센서 렌즈(SEN1)에 의해 비점 수차가 부여되고, 제3 콜리메이트 렌즈(COL3)에 의해 수렴 광속으로 변환되어, 제1 광 검출기(PD1)의 수광면 상에 수렴된다. 그리고, 제1 광 검출기(PD1)의 출력 신호를 이용하여 고밀도 광 디스크(BD)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.

또한, DVD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에는, 우선 레이저 유닛(2L1P)의 제2 광원을 발광시킨다. 레이저 유닛(2L1P)으로부터 사출된 발산 광속은, 도4에 있어서 점선으로 그 광선 경로를 그린 바와 같이, 제3 편광 빔 스플리터, 제4 편광 빔 스플리터를 통과하고, 제2 콜리메이트 렌즈(COL2)에 의해 평행 광속으로 된 후, 제2 편광 빔 스플리터(BS2)에서 반사하고, 대물 광학 소자(OBJ)에 의해 제2 보호층(PL2)을 통해 정보 기록면(RL2) 상에 형성되는 스폿으로 된다. 또한, 대물 광학 소자(OBJ)가 파장 λ2의 광속에 대해 부여하는 작용에 대해서는 후술한다. 대물 광학 소자(OBJ)는 그 주변에 배치된 2축 액츄에이터(AC1)에 의해 포커싱이나 트래킹을 행한다. 정보 기록면(RL2)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 대물 광학 소자(OBJ)를 통과하고, 제2 편광 빔 스플리터(BS2)에서 반사되어, 제2 콜리메이트 렌즈(COL2)에 의해 수렴 광속으로 변환되고, 제4 편광 빔 스플리터(BS4)에서 반사되어 제2 센서 렌즈(SEN2)에 의해 비점 수차가 부여되고, 제2 광 검출기(PD2)의 수광면 상에 수렴된다. 그리고, 제2 광 검출기(PD2)의 출력 신호를 이용하여 DVD에 기록된 정보를 판독할 수 있다.

또한, CD에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우에는, 레이저 유닛(2L1P)의 제3 광원을 발광시킨다. 레이저 유닛(2L1P)으로부터 사출된 발산 광속은, 도시되어 있지 않지만 제3 편광 빔 스플리터, 제4 편광 빔 스플리터를 통과하고, 제2 콜리메이트 렌즈(COL2)에 의해 평행 광속으로 된 후, 제2 편광 빔 스플리터(BS2)에서 반사하고, 대물 광학 소자(OBJ)에 의해 제3 보호층(PL3)을 통해 정보 기록면(RL3) 상에 형성되는 스폿으로 된다. 또한, 대물 광학 소자(OBJ)가 파장 λ3의 광속에 대해 부여하는 작용에 대해서는 후술한다. 대물 광학 소자(OBJ)는, 그 주변에 배치된 2축 액츄에이터(AC1)에 의해 포커싱이나 트래킹을 행한다. 정보 기록면(RL3)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 대물 광학 소자(OBJ)를 통과하고, 제2 편광 빔 스플리터(BS2)에서 반사되고, 제2 콜리메이트 렌즈(COL2)에 의해 수렴 광속으로 변환되고, 제4 편광 빔 스플리터(BS4)에서 반사되고, 제2 센서 렌즈(SEN2)에 의해 비점 수차가 부여되고, 제2 광 검출기(PD2)의 수광면 상에 수렴된다. 그리고, 제2 광 검출기(PD2)의 출력 신호를 이용하여 CD에 기록된 정보를 판독할 수 있다.

다음에, 대물 광학 소자(OBJ)의 구성에 대해 설명한다. 도5는 대물 광학 소자(OBJ)의 개략 단면도로, 광학면 형상은 과장하여 묘화되어 있다. 대물 광학 소자(OBJ)는, 수차 보정 소자(L1)와 집광 소자(L2)로 이루어진다. 또한, 도시는 생략하지만, 각각의 광학 기능부[제1 광속이 통과하는 수차 보정 소자(L1)와 집광 소자(L2)의 영역]의 주위에는, 광학 기능부와 일체로 성형된 플랜지부를 갖고, 이러한 플랜지부의 일부끼리를 접합함으로써 일체화되어 있다. 수차 보정 소자(L1)와 집광 소자(L2)를 일체화하는 경우에는, 별도의 부재인 거울 프레임을 통해 양자를 일체화해도 좋다.

수차 보정 소자(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)(입사면)은, 도5에 도시하는 바와 같이 NA3 내의 영역에 대응한 광축(L)을 중심으로 하는 동심원 형상이며 광축(L)을 포함하는 제1 영역(중앙 영역)(A1)과, 제1 영역(A1)보다도 외측의 영역에 형성되는 동심원 형상의 제2 영역(주변 영역)(A2)으로 구분되어 있다. 그리고, 제1 영역(A1)에는 제1 광로차 부여 구조로서의 제1 광로차 부여 구조(여기서는 바이너리 구조)(10)가 형성되어 있다.

제1 광로차 부여 구조(10)는, 동일한 깊이(d1)의 광축을 중심으로 한 동심원 형상의 복수의 홈(불연속부)(11)으로 이루어진다. 또한, 제1 광로차 부여 구조(10)에는, 도2에 도시하는 바와 같은 단차부(S)가 형성되어 있다. 이하, 단차부(S)가 형성되어 있지 않다고 가정하고, 제1 광로차 부여 구조(10)의 기본적인 구성과 효과에 대해 설명한다.

제1 광로차 부여 구조(10)는 홈(11)을 통과하는 파장 λ1, 파장 λ2 및 파장 λ3의 광속 중, 파장 λ3의 광속에 대해서만 실질적으로 위상차를 부여하고, 파장 λ1과 λ2의 광속에 대해서는 실질적으로 위상차를 부여하지 않도록 설정되어 있다. 파장 λ3의 광속은 실질적으로 위상차가 부여됨으로써 회절 작용을 받으므로, 이에 의해 발생되는 파장 λ3의 회절광 중, 가장 높은 회절 효율을 갖는 회절광을 CD의 정보 기록 및/또는 재생에 이용할 수 있다.

구체적으로는, 제1 광로차 부여 구조(10)가 형성되어 있는 수차 보정 소자(L1)의 파장 λ1의 광속에 대한 굴절률을 n1, 제1 광로차 부여 구조(10)에 있어서의 홈(11)의 광축 방향의 단차량을 d1, d = λ1/(n1 - 1)라 하였을 때,

4.7 × d ≤ d1 ≤ 5.3 × d (1)

를 충족시키도록 설계되어 있다.

이에 의해, 제1 광로차 부여 구조(10)의 단차량(d1)은 파장 λ1의 거의 정수 배의 깊이로 설정되게 된다. 단차량(d1)이 이와 같이 설정된 홈 구조에 대해, 파장 λ1의 광속이 입사한 경우, 인접하는 단차 사이에서는 λ1의 거의 정수배의 광로차가 발생하게 되어, 파장 λ1의 광속에는 실질적으로 위상차가 부여되지 않게 되므로, 파장 λ1의 입사 광속은 제1 광로차 부여 구조(10)에 있어서 회절되지 않고 그대로 투과한다. 또한, 이 회절 구조에 대해, 파장 λ2의 광속이 입사한 경우, 실질적으로 위상차가 부여되지 않고, 마찬가지로 그대로 투과한다.

한편, 파장 λ3의 입사 광속에 대해서는 홈의 깊이에 따른 위상차가 발생하므로, 회절 작용을 이용하여, 예를 들어 높은 회절 효율을 갖는 파장 λ3의 회절광을 이용하여 CD에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 동시에, CD의 색 수차의 보정이나 온도 변화에 수반되는 구면 수차의 보정을 행할 수 있다.

또한, CD에 대한 정보의 기록·재생에는, 파장 λ3의 광속 중 제1 영역(A1)을 통과한 광속만을 이용하므로, 제2 영역(A2)을 통과한 파장 λ3의 광속은 불필요광이 된다. 그래서, 제2 영역(A2)을 통과한 파장 λ3의 광속이 CD의 정보 기록면(RL3) 상에 집광되지 않도록, 제2 영역(A2)에 형성한 회절 구조(도시하지 않음)에 의해 회절 작용을 부여하고, 이에 의해 발생하는 다른 차의 회절광 중 비교적 높은 회절 효율(예를 들어 30 ％ 이상)을 갖는 회절광을 플레어화시킬 수도 있다. 이에 의해, 대물 광학 소자(OBJ)에 NA3에 관한 개구 제한 기능을 갖게 할 수 있는 동시에, 이러한 회절 구조에 의해 제1 영역(A1)으로부터 제2 영역(A2)에 걸쳐 파장 λ3의 광속의 세로 구면 수차를 불연속인 것으로 할 수 있어, 제2 광 검출기(PD2)에 있어서의 파장 λ3의 광속의 반사광의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 광로차 부여 구조(10)에 단차부(S)를 설치하지 않는 경우, 파장 λ3의 복수의 회절광(예를 들어 + 1차와 - 1차의 회절광)이 거의 동일한 회절 효율(예를 들어 40 ％ 정도)이 된다. 그래서, 도2에 도시하는 바와 같이 단차부(S)를 설치함으로써, 인접하는 윤대 사이에서 단차량(d1)에 대응하여 발생되는 파장 λ3의 광속의 위상차가, 제1 광로차 부여 구조(10)가 인접하는 윤대 사이에서 국소적으로 작아져, + 1차의 회절광의 광 강도를 예를 들어 50 ％ 이상으로 높일 수 있다. 이에 의해 파장 λ3의 + 1차의 회절광이 가장 높은 회절 효율을 갖고, 이 회절광을 CD의 정보 기록 및/또는 재생에 이용할 수 있다.

한편, 수차 보정 소자(L1)의 광 디스크측의 광학면(S2)(출사면)에는, 제2 광로차 부여 구조(20)가 형성되어 있다. 제2 광로차 부여 구조(20)는, 도5에 나타낸 바와 같은 윤대(17)로 구성되고 광축(L)을 포함하는 단면 형상이 계단 형상으로 되어 있고, 각 단차량(d2)을 파장 λ1의 짝수배의 광축 방향 높이로 함으로써 파장 λ2의 입사 광속에 대해서는 위상차를 부여하고, 파장 λ1 및 파장 λ3의 입사 광속에 대해 실질적으로 위상차를 부여하지 않도록 되어 있다. 또한, 제2 광로차 부여 구조(20)에, 도3에 도시하는 바와 같은 단차부(S)를 설치하는 것은 임의이다.

집광 소자(L2)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S3)(입사면) 및 광 디스크측의 광학면(S4)(출사면)은, 비구면 형상으로 되어 있고, 수차 보정 소자(L1)를 투과한 파장 λ1의 광속이 고밀도 광 디스크(BD)의 정보 기록면(RL1) 상에 양호한 집광 스폿을 형성하고, 파장 λ2의 광속이 제2 광로차 부여 구조(20)를 통과할 때에 부여되는 위상차에 의해 발생되는 회절광 중 가장 높은 회절 효율을 갖는 차수의 회절광이 DVD의 정보 기록면(RL2) 상에 양호한 집광 스폿을 형성하고, 파장 λ3의 광속의 1차 회절광이 CD의 정보 기록면(RL3) 상에 양호한 집광 스폿을 형성하도록 설계되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 대물 광학 소자(OBJ)를 수차 보정 소자(L1)와 집광 소자(L2)로 이루어지는 2군 구성으로 하였다. 이에 의해, 회절 파워나 굴절 파워를 2개의 광학 소자에 분담시킬 수 있어, 설계의 자유도가 향상된다고 하는 이점이 있지만, 이에 한정되지 않고 대물 광학 소자(OBJ)를 단체 렌즈로 구성하여, 이 렌즈의 입사면과 출사면에 상기 제1 및 제2 광로차 부여 구조나 회절 구조를 형성해도 좋다.

또한, 수차 보정 소자(L1)에 회절 구조와 제1 광로차 부여 구조(10), 제2 광로차 부여 구조(20)를 설치하면, 집광 소자(L2)에 광로차 부여 구조나 회절 구조를 설치하지 않아도 되므로, 집광 소자(L2)를 글래스 렌즈로서도 용이하게 제조할 수 있어, 온도 변화에 의한 수차의 발생을 억제한 대물 광학 소자를 제공할 수 있다.

또한, 대물 광학 소자(OBJ)를 구성하는 광학 소자에 다이크로익 필터나 액정 위상 제어 소자를 장착함으로써, 대물 광학 소자에 개구 제한 기능을 갖게 하는 것으로 해도 좋다. 또한, 도시는 생략하지만, 상기 실시 형태에 나타낸 광 픽업 장치(PU), 광 디스크를 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, 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 도5에 도시하는 바와 같이 대물 광학 소자(OBJ)가 수차 보정 소자(L1)와 집광 소자(L2)의 2군으로 구성되어 있고, 수차 보정 소자(L1)의 입사면(S1)(제1면)과 출사면(S2)(제2면)은 평면으로 구성되어 있고, 집광 소자(L2)의 입사면(S3)(제3면)과 출사면(S4)(제4면)은 비구면으로 구성되어 있다.

수차 보정 소자(L1)의 입사면(S1)에는 제1 광로차 부여 구조(10)가 형성되어 있고, 수차 보정 소자(L1)의 출사면(S2)에는 제2 광로차 부여 구조(20)가 형성되어 있다. 표1에 렌즈 데이터를 나타낸다. 표1 중의 Ri는 곡률 반경, di는 제i면으로부터 제i+1면까지의 광축 방향의 위치, ni는 각 면의 굴절률을 나타내고 있다. 또한, 이 이후(표의 렌즈 데이터 포함함)에 있어서, 10의 거듭 제곱수(예를 들어, 2.5 × 10^-3)를, E(예를 들어, 2.5 × E-3)를 이용하여 나타내는 것으로 한다.

[표1]

또한, 집광 소자의 입사면(제3면) 및 출사면(제4면)은, 각각 수학식 1에 표1에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되는, 광축의 주위에 축 대칭인 비구면으로 형성되어 있다.

[수학식 1]

또한, 광로차 부여 구조에 의해 각 파장의 광속에 대해 부여되는 광로 길이는 수학식 2의 광로차 함수에, 표1에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정된다.

[수학식 2]

본 실시예에서는, 표1의 렌즈 데이터로 나타내어진 수차 보정 소자(L1)의 입사면(S1)에 형성된 제1 광로차 부여 구조(10)에, 도2에 나타내는 바와 같은 단차부(S)가 형성되어 있는 것으로 한다.

여기서, 단차부(S)의 높이(단차)는 80 nm로, 제1 광로차 부여 구조(10)를 형성하는 윤대 구조의 높이(단차)보다 작다. 또한, 단차부와 윤대의 폭의 비(B/A)는 0.5이다.

단차부(S)를 설치함으로써, 파장 λ3의 광속의 + 1차의 회절광의 회절 효율이 다른 회절광의 회절 효율보다 높아져, 이 회절에 의해 CD에 대해 적절하게 정보 의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다. 또한, 파장 λ1 및 λ2의 광속의 0차의 회절광(투과광)의 회절 효율이 다른 회절광의 회절 효율보다 높아져, 이들 0차의 회절광에 의해 고밀도 디스크 및 DVD에 대해 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상이한 복수의 파장인 광속을 입사시킨 경우라도, 양호한 구면 수차 보정을 행할 수 있는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자, 광 픽업 장치용 광학 소자, 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛 및 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims

두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ1의 광속을, 대물 광학 소자를 통해 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하고, 두께 t3(t1〈 t3)의 보호층을 갖는 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ3(λ1〈 λ3)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제3 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 광 픽업 장치용 대물 광학 소자이며,

상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제1 광로차 부여 구조를 구비하고,

상기 제1 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항에 있어서, 상기 단차부를 구비한 상기 제1 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ3의 광속이 통과하였을 때에 적어도 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높고, 또한,

상기 단차부를 구비한 상기 제1 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ1의 광속이 통과하였을 때에 적어도 0차의 회절광을 생성하고, 상기 0차의 회절광은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높은 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 큰 단차를 구비함으로써, 광축 방향으로부터 보았을 때 광축을 중심으로 한 윤대(輪帶) 형상으로 되는 복수의 윤대를 갖고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되어 있는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ1의 광속을, 대물 광학 소자를 통해 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능하고, 두께 t2(t1 ≤ t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ2(λ1〈 λ2)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기 록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능하고, 두께 t3(t2〈 t3)의 보호층을 갖는 제3 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 또는 재생을 행할 때에는, 파장 λ3(λ2〈 λ3)의 광속을, 상기 대물 광학 소자를 통해 상기 제3 광 정보 기록 매체의 정보 기록면에 집광함으로써, 상기 제3 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 것이 가능한 광 픽업 장치에 이용되는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자이며,

상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속 및 상기 파장 λ2의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제1 광로차 부여 구조와, 상기 파장 λ2의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하는 동시에, 상기 파장 λ1의 광속 및 상기 파장 λ3의 광속에 대해 실질적인 위상의 변화를 부여하지 않는 광로차를 부여하는 제2 광로차 부여 구조를 구비하고,

상기 제1 광로차 부여 구조와 상기 제2 광로차 부여 구조의 적어도 한쪽은, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 갖는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제4항에 있어서, 상기 단차부를 구비한 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ3의 광속이 통과하였을 때에, 적어도 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높고, 또한,

상기 단차부를 구비한 광로차 부여 구조는, 상기 파장 λ1 또는 λ2의 광속이 통과하였을 때에, 적어도 0차의 회절광을 생성하고, 상기 0차의 회절광은 발생하는 다른 회절 차수의 광속의 어느 것보다도 광량이 높은 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조 및 상기 제2 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 큰 단차를 구비함으로써, 광축 방향으로부터 보았을 때 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 윤대를 갖고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 상기 제1 광로차 부여 구조에 갖는 경우에는, 상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제1 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되고,

상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부를 상기 제2 광로차 부여 구조에 갖는 경우에는, 상기 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 단차부는, 광축 방향으로부터 보았을 때, 상기 제2 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 제2 광로차 부여 구조의 상기 복수의 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되 어 있는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 블레이즈 형상의 윤대 구조인 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 바이너리형의 윤대 구조인 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조가 에셜런형의 윤대 구조인 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단차부는, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조의 각 윤대마다 설치되고, 또한 광축을 중심으로 한 윤대 형상을 갖고 있고, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조의 윤대의 광축 직교 방향의 폭을 A라 하고, 그에 대응하여 형성되는 상기 단차부의 광축 직교 방향의 폭을 B라 하였을 때에, 이하의 식이 성립되는 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.

0.1 ≤ B/A ≤ 0.9
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단차부를 갖는 광로차 부여 구조는, 광축 방향의 높이가 상기 파장 λ1보다 작은 단차를 구비한 복수의 단 차부를 갖고,

상기 복수의 단차부 전체의 광축 방향의 높이는 상기 파장 λ1보다 작은 광 픽업 장치용 대물 광학 소자.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자를 갖는 광 픽업 장치.
광축 방향의 제1 단차를 가짐으로써 광축 방향으로부터 보았을 때에 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 제1 윤대를 갖고, 광 픽업 장치에 탑재되는 광원으로부터의 특정 파장의 광속에 대해 상기 복수의 제1 윤대의 인접하는 제1 윤대 사이에서 위상차를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하는 동시에, 상기 복수의 제1 윤대의 각 제1 윤대를 따라 단차부를 구비하고,

상기 단차부는 상기 복수의 제1 윤대의 상기 제1 단차를 통과한 상기 특정 파장의 광속에 있어서, 상기 인접하는 제1 윤대 사이에서 상기 제1 단차에 대응하여 발생하는 위상차를 국소적으로 작게 하는 광 픽업 장치용 광학 소자.
광축 방향의 제1 단차를 가짐으로써 광축 방향으로부터 보았을 때에 광축을 중심으로 한 윤대 형상으로 되는 복수의 제1 윤대를 갖고, 광 픽업 장치에 탑재되는 광원으로부터의 특정 파장의 광속에 대해 상기 복수의 제1 윤대의 인접하는 제1 윤대 사이에서 위상차를 부여하는 광로차 부여 구조를 구비하는 동시에, 광축 방향 으로부터 보았을 때, 상기 광로차 부여 구조의 상기 복수의 제1 윤대의 내주측에 윤대 형상으로 형성되거나, 혹은 상기 광로차 부여 구조의 상기 복수의 제1 윤대의 외주측에 윤대 형상으로 형성되고, 광축 방향의 높이가 상기 제1 단차보다도 작은 제2 단차를 갖는 윤대 형상의 단차부를 구비하는 광 픽업 장치용 광학 소자.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 단차부를 구비한 상기 광로차 부여 구조는, 상기 특정 파장의 광속이 통과하였을 때에 n차와 - n차의 회절광을 생성하고(n은 자연수), 상기 n차와 - n차의 회절광 중 한쪽은 발생하는 다른 회절 차수의 광의 어느 것보다도 광량이 높은 광 픽업 장치용 광학 소자.
제13항 또는 제14항에 기재된 광 픽업 장치용 광학 소자와, 집광 광학 소자를 갖고,

상기 광 픽업 장치용 광학 소자와, 상기 집광 광학 소자를 거울 프레임에 고정한 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛.
제13항 또는 제14항에 기재된 광 픽업 장치용 광학 소자, 또는 제16항에 기재된 광 픽업 장치용 대물 광학 소자 유닛을 탑재한 광 픽업 장치.