KR20080026016A - Optical pickup, recording/playback apparatus and method of manufacturing lens unit - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a recording / reproducing apparatus that constitutes one embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 기록 재생 장치에 구비되는 광 픽업의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 2 is a block diagram showing an embodiment of the optical pickup provided in the recording and reproducing apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 광 픽업의 렌즈부를 기록 매체와 함께 도시한 개략 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view showing the lens portion of the optical pickup constituting an embodiment of the present invention together with the recording medium.
도 4는 렌즈부와 기록 매체의 간격에 따른 갭 에러 신호(GE)의 변화를 도시한 상관관계도이다. 4 is a correlation diagram showing a change in the gap error signal GE according to the distance between the lens portion and the recording medium.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간격 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a procedure of a gap control method according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 대물 렌즈를 구체적으로 예를 들어 도시한 개략 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view showing specifically an objective lens of the present invention.
도 7은 본 발명의 근접장 형성 렌즈를 제작하기 위한 구형 렌즈를 도시한 측면도이다. 7 is a side view showing a spherical lens for manufacturing the near-field forming lens of the present invention.
도 8은 근접장 형성 렌즈의 두께(d) 변화에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관 관계도이다.8 is a correlation diagram showing the change of spherical aberration according to the change in the thickness d of the near field forming lens.
도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 기록 재생 장치를 구성하는 근접장 형성 렌즈의 구체적인 실시예를 도시한 단면도이다. 9A to 9C are cross-sectional views showing specific embodiments of the near field forming lens constituting the recording and reproducing apparatus of the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 근접장 형성 렌즈의 다른 구체적인 실시예를 도시한 사시도 및 측면도이다. 10A and 10B are perspective and side views illustrating another specific embodiment of the near field forming lens of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈부와 기록 매체를 함께 도시한 개략도 및 점선 부분을 확대하여 도시한 일부 확대도이다. 11 is a schematic view showing both the lens unit and the recording medium according to the embodiment of the present invention, and an enlarged partial view of the dotted line portion in an enlarged manner.
도 12는 근접장 형성 렌즈와 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상하는 대물 렌즈를 포함하는 렌즈부를 예를 들어 도시한 개략 단면도이다. 12 is a schematic cross-sectional view showing, for example, a lens unit including a near field forming lens and an objective lens that compensates for spherical aberration of the near field forming lens.
도 13a 대물 렌즈와 근접장 형성 렌즈의 중심축이 벗어난 경우를 도시한 개략도이고, 도 13b는 대물 렌즈에 따른 광학적 수차의 변화를 비교하여 도시한 상관관계도이다. FIG. 13A is a schematic diagram showing a case where the central axis of the objective lens and the near field forming lens deviate, and FIG. 13B is a correlation diagram illustrating a comparison of changes in optical aberration according to the objective lens.
도 14a는 대물 렌즈의 중심축의 기울기가 근접장 형성 렌즈의 중심축의 기울기와 서로 다른 경우를 도시한 개략도이고, 도 14b는 대물 렌즈에 따른 광학적 수차의 변화를 비교하여 도시한 상관관계도이다.FIG. 14A is a schematic diagram illustrating a case where the inclination of the center axis of the objective lens is different from the inclination of the center axis of the near field forming lens, and FIG. 14B is a correlation diagram illustrating a comparison of changes in optical aberration according to the objective lens.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 광 픽업 2:신호 생성부1: optical pickup 2: signal generator
3: 제어부 4: 갭 서보 구동부3: control unit 4: gap servo driving unit
5: 트랙킹 서보 구동부 6: 슬레드 서보 구동부5: Tracking Servo Drive 6: Sled Servo Drive
7: 디코더 8: 엔코더7: Decoder 8: Encoder
10: 광원 20,30: 분리합성부10:
40: 렌즈부 41: 대물 렌즈40: lens unit 41: objective lens
42: 근접장 형성 렌즈 50: 기록 매체42: near-field shaping lens 50: recording medium
100: 마이콤 111: 인터페이스100: micom 111: interface
본 발명은 광 픽업 및 기록 재생 장치와 렌즈 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제작이 용이한 광 픽업과 이를 구비한 기록 재생 장치 및 상기 광 픽업 또는 기록 재생 장치에 이용 가능한 렌즈의 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical pickup and recording and reproducing apparatus and a lens manufacturing method, and more particularly to an optical pickup and a recording and reproducing apparatus having the same, and a method for manufacturing a lens that can be used for the optical pickup or recording and reproducing apparatus. It is about.
일반적으로 광 기록재생 장치는 CD(compact disc)나 DVD(digital versatile disc)등과 같은 디스크를 기록 매체로 하여 상기 기록 매체에 기록된 데이터를 재생하거나, 상기 기록 매체에 데이터를 기록하는 장치이다. 소비자 기호의 고급화로 고화질의 동영상 처리가 필요해지고 동영상 압축 기술이 발달함에 따라 고밀도의 기록 매체를 필요로 하고 있다. 그리고 고밀도의 기록 매체를 개발하기 위하여 필요한 핵심 기술 중의 하나가 광학 헤드 즉, 광 픽업에 관련된 기술이다. In general, an optical recording / reproducing apparatus is a device for reproducing data recorded on the recording medium or recording data on the recording medium using a disc such as a compact disc (CD) or a digital versatile disc (DVD) as a recording medium. As consumer preferences require high quality video processing and video compression technology develops, high density recording media are required. One of the key technologies necessary for developing a high density recording medium is an optical head, that is, a technology related to an optical pickup.
상기와 같은 기록 매체에 있어서, 기록 밀도는 기록 매체의 기록층에 조사되는 광의 직경에 의해 좌우될 수 있다. 즉, 기록 매체에 조사되는 집속된 광의 직경이 작을수록 기록 밀도는 높다. 이때, 집속된 광의 직경은 크게 두 가지 인자로 결정된다. 하나는 집속시에 사용되는 렌즈의 성능인 유효개구수(Numeric Aperture, NA)이고, 다른 하나는 상기 렌즈로 집속되는 광의 파장이다. In the above recording medium, the recording density may depend on the diameter of light irradiated onto the recording layer of the recording medium. In other words, the smaller the diameter of the focused light irradiated onto the recording medium, the higher the recording density. At this time, the diameter of the focused light is largely determined by two factors. One is the number of effective apertures (Numeric Aperture, NA), which is the performance of the lens used for focusing, and the other is the wavelength of light focused to the lens.
상기 집속광은 파장이 짧을수록 기록 밀도가 증가하므로, 기록 밀도를 높이기 위한 방안으로 파장이 짧은 광이 이용된다. 즉, 적색광에 비하여 청색광을 이용하는 경우 기록 밀도를 더 높일 수 있다. 그러나 일반적인 렌즈를 사용한 원격장(Far Field) 기록계 헤드의 경우는 광의 회절한계가 있기 때문에 상기 광의 직경을 줄이는데 제한이 있었다. 이에 따라 광의 파장보다 작은 단위의 정보를 저장하거나 읽을 수 있는 근접장 광학(Near Field Otics)에 의한 근접장 광기록(Near Field Recording, NFR) 장치가 개발되고 있다. 근접장용 렌즈를 이용한 근접장 기록 재생 장치는 대물렌즈 보다 굴절률이 높은 근접장용 렌즈를 이용하여 회절 한계 이하의 광을 얻으며, 상기 광은 소산파(Evanescent wave)의 형태로 계면에 근접한 기록 매체에 전파되어 고밀도의 비트 정보를 저장한다. 여기서 상기와 같이 소산파를 형성하는 영역을 설명의 편의를 위하여 근접장(Near-field)이라 한다.Since the focused light increases the recording density as the wavelength is shorter, light having a shorter wavelength is used as a method for increasing the recording density. In other words, when blue light is used as compared with red light, the recording density can be further increased. However, in the case of a Far Field recorder head using a general lens, there is a limit in reducing the diameter of the light because of the diffraction limit of the light. Accordingly, a near field recording (NFR) device using near field optics capable of storing or reading information in units smaller than the wavelength of light has been developed. The near field recording and reproducing apparatus using the near field lens obtains light below the diffraction limit by using the near field lens having a higher refractive index than the objective lens, and the light is propagated to the recording medium near the interface in the form of an evanescent wave. Stores high density bit information. Here, the region forming the dissipation wave as described above is called a near-field for convenience of explanation.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다. However, the prior art as described above has the following problems.
즉, 근접장을 이용하는 기록 재생 방법은 기록 밀도가 높아짐에 따라 제작상 오차의 허용 범위가 작아지므로, 오차의 허용 범위를 벗어나지 않는 근접장용 렌즈를 제작하기 어려운 문제점이 있었다. That is, the recording and reproducing method using the near field has a problem in that it is difficult to manufacture a near field lens that does not deviate from the allowable range of error because the tolerance of manufacturing decreases as the recording density increases.
또한, 대물 렌즈 이외에 소산파를 형성하는 고굴절률의 근접장용 렌즈를 사용함에 있어서, 오차의 허용 범위를 벗어나지 않도록 대물 렌즈와 근접장용 렌즈를 배열하기 어려운 문제점이 있었다. In addition, when using a high refractive index near field lens that forms a dissipation wave in addition to the objective lens, it is difficult to arrange the objective lens and the near field lens so as not to deviate from the tolerance range.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제작이 용이한 렌즈와 이와 같은 렌즈의 제작 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a lens and a method of manufacturing such a lens that is easy to manufacture.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 렌즈를 이용하는 광 픽업과 이를 포함하는 기록 재생 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an optical pickup using such a lens and a recording and reproducing apparatus including the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 광 픽업은 적어도 두 개의 렌즈를 구비하는 렌즈부를 포함하되, 상기 렌즈부는 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈와 동일한 축상에 마련되어 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 구비하고, 상기 제2 렌즈의 일측은 평면임을 특징으로 한다. 여기서 상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 방향의 광학적 수차를 가지는 비구면을 적어도 하나 포함한다. 비구면 계수는 상기 제2 렌즈로 입사하는 광의 직경과 상기 제2 렌즈의 반경에 상응하여 결정되고, 상기 광의 직경이 2.5 mm이고 상기 제2 렌즈의 반경이 1.5 mm 내지 2.0 mm 일 때, -0.8 내지 -0.6 임을 특징으로 한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the optical pickup of the present invention includes a lens unit having at least two lenses, the lens unit and the first lens having optical aberration and the first lens and And a second lens provided on the same axis to compensate for optical aberration of the first lens, and one side of the second lens is planar. Here, the second lens includes at least one aspherical surface having optical aberration in a direction compensating for the optical aberration of the first lens. Aspheric coefficient is determined corresponding to the diameter of the light incident on the second lens and the radius of the second lens, when the diameter of the light is 2.5 mm and the radius of the second lens is 1.5 mm to 2.0 mm, -0.8 to It is characterized by -0.6.
본 발명의 기록 재생 장치는 적어도 두 개의 렌즈를 구비하는 렌즈부와;The recording and reproducing apparatus of the present invention comprises: a lens portion having at least two lenses;
상기 기록 매체에 반사되는 광을 수광하는 광 검출부 및 상기 광 검출부에서 생성되는 신호를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 렌즈부는 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하며 일측 렌즈면이 평면인 제2 렌즈를 구비함을 특징으로 한다. 여기서 상기 제2 렌즈는 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 방향의 광학적 수차를 가지는 비구면을 적어도 하나 포함한다. 그리고 상기 비구면은 비구면 계수에 따라 결정되고, 상기 비구면 계수는 상기 제2 렌즈로 입사하는 광의 직경과 상기 제2 렌즈의 반경에 상응하여 결정됨을 특징으로 한다. 여기서 상기 비구면 계수는 상기 광의 직경이 2.5 mm이고 상기 제2 렌즈의 반경이 1.5 mm 내지 2.0 mm 일 때, -0.8 내지 -0.6 으로 할 수 있다. And a control unit configured to generate a control signal by using a signal generated by the light detector and a light detector for receiving light reflected from the recording medium, wherein the lens unit includes a first lens having optical aberration, Compensating for the optical aberration and having a second lens having a flat one side of the lens surface. Here, the second lens includes at least one aspherical surface having optical aberration in a direction compensating for the optical aberration of the first lens. The aspherical surface is determined according to the aspherical surface coefficient, and the aspherical surface coefficient is determined according to the diameter of the light incident on the second lens and the radius of the second lens. The aspherical surface coefficient may be -0.8 to -0.6 when the diameter of the light is 2.5 mm and the radius of the second lens is 1.5 mm to 2.0 mm.
본 발명의 렌즈 제작 방법은 (a)광학적 수차를 가지는 제1 렌즈를 생성하고, (b)상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 생성하며, (c)상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈를 동일한 중심축 상에 마련하여 광학적 수차를 보상하되, 상기 제2 렌즈의 일면을 평면으로 제작함을 특징으로 한다. 여기서 상기 제1 렌즈는 구형 렌즈의 일부를 절삭하여 생성할 수 있다. 그리고 상기 제2 렌즈는 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다. 여기서 상기 비구면은 상기 제2 렌즈로 입사하는 광의 직경과 상기 제2 렌즈의 반경에 상응하여 결정됨을 특징으로 한다. The lens manufacturing method of the present invention (a) generates a first lens having optical aberration, (b) generates a second lens to compensate for the optical aberration of the first lens, (c) the first lens and the Compensating optical aberration by providing a second lens on the same central axis, wherein one surface of the second lens is manufactured in a plane. The first lens may be generated by cutting a portion of the spherical lens. The second lens may include at least one aspherical surface. The aspherical surface may be determined in correspondence with a diameter of light incident on the second lens and a radius of the second lens.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광 픽업, 기록 재생 장치 및 렌즈의 제작 방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 "기록 매체"라 함은, 데이터가 기록되어 있거나 기록하는 것이 가능한 모든 매체를 의미하며, 구체적으로는 광 디스크를 예로 들 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기록 재생 장치"라 함은, 상기 기록 매체를 이용하여 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생하는 것이 가능한 모든 장치를 의미한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 근접장을 이용하는 기록 재생 장치를 예로 들어 설명 하나, 본 발명은 본 실시예 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a specific embodiment of the optical pickup, recording and reproducing apparatus and the lens manufacturing method according to the present invention as described above will be described in detail. As used herein, the term "recording medium" means any medium on which data is recorded or capable of recording, and specifically, an optical disk can be given. In addition, the term " recording / reproducing device " in the present specification means any device capable of recording data or reproducing the recorded data using the recording medium. In the present specification, a recording and reproducing apparatus using a near field is described as an example for convenience of explanation, but the present invention is not limited to this embodiment.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다. In addition, the term used in the present invention was selected as a general term that is widely used as possible at present, but in certain cases there is a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning is described in detail in the description of the invention, It is to be understood that the present invention should be understood as the meaning of terms rather than names.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 광 픽업과 이를 구비한 기록 재생 장치 및 렌즈 제작 방법을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, an optical pickup constituting a specific embodiment of the present invention, a recording / reproducing apparatus having the same, and a lens manufacturing method will be described in detail. In adding reference numerals to the components of the following drawings, the same components are used the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 기록 재생 장치의 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다. Fig. 1 schematically shows the configuration of a recording / reproducing apparatus constituting an embodiment of the present invention. The configuration of the recording and reproducing apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
광 픽업(P/U, 1)은 광을 기록 매체에 조사하고, 상기 기록 매체에 반사된 광을 집광하여 신호를 생성하는 부분이다. 상기 광 픽업(1)을 구성하는 광학계(미도시)의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 즉, 상기 광 픽업(1)에 구비되는 광학계는 광원(10), 분리합성부(20,30), 렌즈부(40) 및 광 검출부(60,70)를 포함하여 구성될 수 있다. The optical pickup (P / U) 1 is a portion for irradiating light to a recording medium and condensing the light reflected on the recording medium to generate a signal. An optical system (not shown) constituting the
광원(10)은 직전성이 좋은 레이져 등이 사용될 수 있다. 그러므로 상기 광원(10)은 구체적으로는 레이져 다이오드(Laser diode)이다. 그리고 상기 광원(10) 에서 방출되어 기록 매체에 조사될 광은 평행광으로 구성할 수 있다. 그러므로 상기 광원에서 방출된 광의 경로상에 광의 경로를 평행하게 하는 콜리메이트와 같은 렌즈를 포함하도록 구성할 수 있다. As the
분리합성부(20,30)는 동일한 방향에서 입사한 광의 경로를 분리하거나, 서로 다른 방향에서 입사한 광의 경로를 합성하는 부분이다. 본 실시예에서는 제1 분리합성부(20)와 제2 분리합성부(30)를 구비하므로 각각에 대하여 설명한다. 상기 제1 분리합성부(20)는 입사된 광의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 부분이다(본 실시예에 있어서, 상기 제1 분리합성부(20)는 Non-polarized Beam Splitter, NBS)이다. 그리고 상기 제2 분리합성부(30)는 편광 방향에 따라 특정 방향의 편광만을 통과시키는 부분이다(본 실시예에 있어서, 상기 제2 분리합성부(30)는 Polarized Beam Splitter, PBS이다). 예를 들어 직선 편광을 이용하는 경우, 상기 제2 분리합성부(30)는 수직 방향의 편광 성분만을 통과시키고 수평 방향의 편광 성분은 반사시키도록 구성할 수 있다. 또는 반대로 수평 방향의 편광 성분만을 통과시키고 수직 방향의 편광 성분은 반사시키도록 구성할 수도 있다.The
렌즈부(40)는 상기 광원(10)에서 방출된 광을 기록 매체(50)에 조사하고, 상기 기록 매체(50)에 반사된 광을 다시 집광하는 부분이다. 본 발명의 실시예를 구성하는 렌즈부(40)는 구체적으로는 도 3에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(41)와 상기 대물 렌즈(41)를 통과한 광이 기록 매체(50)로 입사하는 경로 상에 마련된 고굴절률의 렌즈(42)를 포함할 수 있다. 즉, 대물 렌즈(41) 이외에 굴절률이 높은 렌즈를 더 구비함으로써 상기 렌즈부(40)의 개구수를 높이고 이를 통해 소산 파(Evanescent wave)를 형성한다. 본 발명에 있어서, 상기 렌즈부(40)에 구비되는 대물 렌즈(41)와 고굴절률의 렌즈(42)는 다양한 변형이 가능한바 도면을 참조하여 구체적으로 후술한다. 여기서 상기 고굴절률의 렌즈(42)를 설명의 편의를 위하여 이하 '근접장 형성 렌즈'라고 한다. The
또한, 상기 렌즈부(40)를 포함하는 광 픽업(1)의 광학계는 기록 매체(50)와 매우 근접하여 위치한다. 구체적으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)를 광 파장의 약 1/4(즉, λ/4) 이하로 근접시키면, 임계각 이상으로 상기 렌즈부(40)에 입사한 광의 일부는 상기 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하지 않고 소산파를 형성하여 상기 기록 매체(50)를 투과하여 기록층에 도달한다. 그리고 상기 기록층에 도달한 소산파를 기록 재생에 이용할 수 있다. 그러나 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격이 λ/4 이상으로 멀어지면, 광의 파장은 소산파의 성질을 잃어버리며 원래의 파장으로 되돌아오며, 기록 매체(50)의 표면에서 전반사된다. 이 경우 고밀도의 기록 재생이 이루어질 수 없게된다. 그러므로 일반적으로 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에서 상기 렌즈부(40)는 기록 매채(50)와의 간격이 대략 λ/4을 넘지 않도록 제어될 것이 요구된다. 여기서 상기 λ/4가 근접장의 한계가 된다. In addition, the optical system of the
광 검출부(60,70)는 반사광을 수광하고 광전변환하여, 상기 반사광의 광량에 상응하는 전기적인 신호를 생성하는 부분이다. 본 실시예에서는 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)를 구비한다. 상기 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)는 기록 매체(50)의 신호트랙방향이나 반경방향으로 특정분할, 예를 들면 2분할한 2개 의 광 검출 소자(PDA, PDB)로 구성될 수 있다. 여기서 상기 각각의 광 검출소자(PDA, PDB)는 수광된 광량에 비례하는 전기신호 a, b를 생성한다. 또는 상기 광 검출부(60,70)는 기록 매체(50)의 신호트랙방향과 반경방향으로 각각 2분할한 4개의 광 검출소자(PDA, PDB, PDC, PDD)로 구성될 수도 있다. 여기서 상기 광 검출부(60,70)를 구성하는 광 검출 소자의 구성은 본 실시예에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다. The
도 1의 신호 생성부(2)는 상기 광 픽업(1)에서 생성된 신호를 이용하여 데이터 재생에 필요한 알 에프 신호(RF)와 서보 제어에 필요한 갭 에러 신호(GE), 트랙킹 에러 신호(TE) 등을 생성한다. The
제어부(3)는 상기 광 검출부 또는 신호 생성부(2)에서 생성된 신호를 입력받아, 제어 신호 또는 구동 신호를 생성한다. 예를 들면, 제어부(3)는 GE를 신호 처리하여 렌즈부(40)와 기록 매체(50) 간의 간격 제어를 위한 구동 신호를 갭 서보 구동부(4)로 출력한다. 또는 TE를 신호 처리하여 트랙킹 제어를 위한 구동 신호를 트랙킹 서보 구동부(5)로 출력한다. 또한, 상기 제어부(3)는 후술할 틸트 한계각(α)에 따라 렌즈부(40) 또는 기록 매체(50)의 동적 범위를 제한할 수 있다. The
갭 서보 구동부(4)는 광 픽업(1) 내의 액츄에이터(미도시)를 구동시킴에 의해 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 상하로 움직인다. 이를 통해 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. The
상기 갭 서보 구동부(4)는 포커스 서보의 역할을 함께 수행할 수도 있다. 예를 들면, 제어부(3)의 포커스 제어를 위한 신호에 따라 상기 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)가 기록 매체(50)의 회전과 함께 상하 움직임을 추종하도록 할 수도 있다. The
트랙킹 서보 구동부(5)는 광 픽업(1) 내의 트랙킹 액츄에이터(미도시)를 구동시킴에 의해 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 래디얼(radial) 방향으로 움직여서 광의 위치를 수정한다. 이를 통해 상기 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)는 기록 매체(50)에 마련된 소정의 트랙을 추종할 수 있다. 또한, 상기 트랙킹 서보 구동부(5)는 트랙의 이동 명령에 상응하여 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 반경 방향으로 이동시킬 수 있다. The tracking
슬래드 서보 구동부(6)는 광 픽업(1)을 움직이기 위하여 마련된 슬래드 모터(미도시)를 구동시킴에 의해 트랙의 이동 명령에 상응하여 광 픽업(1)을 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.The
상기와 같은 기록 재생 장치에는 PC와 같은 호스트가 연결될 수 있다. 상기 호스트는 인터페이스를 통해 기록/재생 명령을 마이콤(100)으로 전송하고, 디코더(7)로부터 재생된 데이터를 전송받으며, 기록할 데이터를 엔코더(8)로 전송한다. 그리고 상기 마이콤(100)은 상기 호스트의 기록/재생 명령에 따라 상기 디코더(7), 엔코더(8) 및 제어부(3)를 제어한다. A host such as a PC may be connected to the recording and reproducing apparatus as described above. The host transmits a recording / reproducing command to the
여기서 상기 인터페이스는 통상 ATAPI(Advanced Technology Attached Packet Interface, 110)를 사용할 수 있다. 여기서 ATAPI(110)는 CD나 DVD 드라이브와 같은 광 기록/재생 장치와 호스트간의 인터페이스 규격으로 광 기록/재생 장치에서 디코딩된 데이터를 호스트로 전송하기 위해 제안된 규격이며, 디코딩된 데이터를 호스트에서 처리 가능한 데이터인 패킷 형태의 프로토콜로 변환하여 전송하는 역할을 한다.In this case, the interface may typically use ATAPI (Advanced Technology Attached Packet Interface, 110). The
이하에서는 상기 기록 재생 장치의 실시예를 구성하는 광 픽업(1)에 있어서 광학계 내부에서는 광원(10)에서 방출된 광의 진행 방향을 기준으로, 그 이외에는 신호의 흐름을 기준으로 하여 작동 순서를 구체적으로 설명한다. Hereinafter, in the
픽업(1)의 광원(10)에서 방출된 광은 제1 분리합성부(20)로 입사하여 일부는 반사되고 일부가 통과되어 제2 분리합성부(30)로 입사된다. 상기 제2 분리합성부(30)는 상기 선편광된 광에서 수직 편광 성분은 통과시키고 수평 편광 성분은 반사시킨다(이는 반대로 구성할 수도 있다). 상기 제2 분리합성부(30)를 통과한 광의 경로 상에는 편광 변환면(미도시)이 더 포함될 수 있으며, 상기 편광 변환면에 대해서는 자세하게 후술한다.The light emitted from the
상기 제1 분리합성부(30)를 통과한 광은 렌즈부(40)로 입사한다. 여기서 상기 렌즈부(40)의 대물 렌즈(41)로 입사한 광은 근접장 형성 렌즈(42)를 통과하면서 소산파를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 임계각 이상의 각도로 상기 근접장 형성 렌즈(42)에 입사한 광은 기록 매체(50) 또는 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 표면에서 전반사하게 된다. 그러나, 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50)가 나노 미터 수준의 근접한 간격, 예를 들면 100 nm 이하의 간격을 유지하며 근접장을 형성하고 있을 때는 전부 반사되지 않는다. 이와 같은 경우, 일부의 광은 에버네슨트 커플링 효과에 의하여 반사되지 않고 기록 매체로 투과된다. 그러므로 이 과정에서 생성되는 소산파는 기록 매체(50)의 기록층에 도달하여 기록/재생을 수행하게 된다.The light passing through the first separation and
상기 기록 매체(50)에 반사된 광은 다시 렌즈부(40)를 통하여 제2 분리합성부(30)로 입사한다. 이때 상술한 바와 같이, 상기 제2 분리합성부(30)로 입사하는 경로상에 편광 변환면(미도시)이 마련될 수 있다. 상기 편광 변환면은 기록 매체(50)로 입사하는 광과 반사된 광의 편광 방향을 변환한다. 예를 들어 편광 변환면으로 1/4 파장판(QWP, Quater wave plate)을 사용하면, 상기 1/4 파장판은 기록 매체(50)로 입사되는 광을 좌원 편광시키고 역방향으로 진행하는 반사광을 우원 편광시킨다. 결과적으로 상기 1/4 파장판을 통과한 반사광은 입사광과 상이한 방향으로 편광 방향이 변환되며, 서로 90도의 차이를 가지게 된다. 그러므로 상기 제2 분리합성부(30)에 의해 수평 편광 성분만 통과되어 입사된 광은 기록 매체(50)에 반사되어 다시 상기 제2 분리합성부(30)로 입사될 때 수직 편광 성분을 가지게 된다. 그러므로 상기 수직 편광 성분의 반사광은 상기 제2 분리합성부(30)에 반사되고, 상기 반사된 광은 제2 광 검출부(70)로 입사하게 된다. The light reflected by the
한편, 본 발명의 근접장 기록 재생 장치에서 렌즈부(40)의 개구수(Numeric Aperture, NA)는 1 보다 크기 때문에 상기 렌즈부(40)를 통하여 조사되고 반사되는 과정에서 광의 편광 방향에 왜곡이 생긴다. 즉, 상기 제2 분리합성부(30)로 입사되는 반사광의 일부는 편광 방향의 왜곡에 의하여 수평 편광 성분을 가지며, 상기 제2 분리합성부(30)를 통과하게 된다. 상기 통과된 반사광은 제1 분리합성부(20)로 입사한다. 그리고 상기 제1 분리합성부(20)는 입사된 광의 일부를 통과시키고 일부를 반사시킨다. 상기 제1 분리합성부(20)에서 반사된 광은 제1 광 검출부(60)로 입사하게 된다. On the other hand, since the numerical aperture (Numeric Aperture, NA) of the
상기 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)는 수광된 반사광의 광량에 상응하는 전기적인 신호를 출력한다. 그리고 신호 생성부(2)는 상기 광 검출부(60,70)에서 출력된 전기적인 신호를 이용하여 갭 에러 신호(GE), 트랙킹 에러 신호(TE) 또는 알 에프(RF) 신호 등을 생성한다. The
상기 신호 생성부(2)에서 생성되는 신호를 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 상기 제1 광 검출부(60) 및 상기 제2 광 검출부(70)는 각각 2개의 광 검출 소자로 구성된 경우를 예로 들어 설명한다. The signal generated by the
상기 제1 광 검출부(60)를 구성하는 2개의 광 검출 소자는 각각 수광된 광량에 상응하는 전기적 신호 a, b를 출력한다. 그리고 상기 제2 광 검출부(70)를 구성하는 2개의 광 검출 소자는 각각 수광된 광량에 상응하는 전기적 신호 c, d를 출력한다. Two photodetectors constituting the
신호 생성부(2)는 상기 제1 광 검출부(60)에서 출력된 a, b 신호를 이용하여 렌즈와 기록 매체(50)의 간격을 제어하기 위한 갭 에러 신호(Gap Error signal, GE)를 생성할 수 있다. 상기 갭 에러 신호(GE)는 상기 제1 광 검출부(60)를 구성하는 광 검출 소자에서 출력되는 신호를 모두 가산하여 생성될 수 있다. 이와 같이 생성되는 갭 에러 신호(GE)를 식으로 나타내면 다음과 같다. The
여기서 상기 갭 에러 신호(GE)는 광량에 상응하는 전기적인 신호들의 총합에 해당하므로, 상기 제1 광 검출부(60)에 수광된 반사광의 광량에 비례하게 된다. Since the gap error signal GE corresponds to the sum of electrical signals corresponding to the amount of light, the gap error signal GE is proportional to the amount of reflected light received by the
그리고 상기 신호 생성부(2)는 상기 제2 광 검출부(70)에서 출력된 c, d 신호를 이용하여 기록 재생을 수행하기 위한 알 에프 신호(RF) 또는 트랙킹 제어를 위한 트랙킹 에러 신호(TE)를 생성할 수 있다. 상기 알 에프 신호(RF)는 상기 제2 광 검출부(70)를 구성하는 광 검출 소자에서 출력되는 신호를 모두 가산하여 RF=c+d와 같이 생성할 수 있다. 또한, 상기 트랙킹 에러 신호(TE)는 상기 광 검출 소자에서 출력되는 신호의 차 신호로 TE=c-d와 같이 생성될 수 있다. In addition, the
상기 갭 에러 신호(GE)는 도 4에 도시된 바와 같이, 근접장 내에서는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)이 커짐에 따라 지수 함수적으로 증가하고, 근접장을 벗어난 원격장에서는 일정한 크기를 가진다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 임계각 이상으로 입사한 광은 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)이 근접장을 벗어나면 즉, 상술한 근접장의 한계(즉, 근접장과 원격장의 경계)인 λ/4 이상이 되면 기록 매체(50) 또는 근접장 형성 렌즈(42)의 표면에서 전반사한다. 반면에 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)이 λ/4보다 작아 근접장을 형성하면, 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)가 서로 접촉하지 않아도 상기 임계각 이상으로 입사한 광의 일부가 기록 매체(50)를 투과하여 기록층에 도달하게 된다. 그러므로 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)이 가까울수록 기록 매체(50)를 투과하는 광량은 많아지고, 상대적으로 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하는 광량은 줄어든다. 그리고 간격(g)이 멀어질수록 기록 매체(50)를 투과하는 광량은 줄어들고, 상대적으로 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하는 광량은 증가한 다. 이에 따라 상기 반사광의 세기에 비례하는 갭 에러 신호(GE)의 세기도 도 4에 도시된 바와 같이 근접장 내에서는 상기 간격(g)이 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하고, 근접장을 벗어나면 일정한 값(최대값)을 가진다. 이와 같은 원리를 바탕으로, 갭 에러 신호(GE)는 근접장 내에서 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)을 일정하게 유지하면 일정한 값을 가지게 된다. 즉, 상기 갭 에러 신호(GE)가 일정한 값을 가지도록 피드백 제어함으로써 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다. As shown in FIG. 4, the gap error signal GE increases exponentially as the distance g between the
상술한 바와 같이 갭 에러 신호(GE)를 이용하여 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지하도록 제어하는 방법을 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. As described above, a method of controlling the gap between the
반사광의 신호를 검출하기에 적합한 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격 x을 설정한다(S10). 그리고 상기 설정된 간격 x에서 검출되는 갭 에러 신호(GE) y를 검출한다(S11). 상기 검출된 갭 에러 신호(GE) y를 저장한다(12). 여기서 상기 y는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 충돌 우려가 높지 않도록 근접장 한계(λ/4)의 10~20%보다 큰 값으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 y는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)가 멀어져 근접장을 벗어날 우려가 높지 않도록 근접장 한계(λ/4)의 80~90% 보다 작은 값으로 설정할 수 있다. 상기와 같은 과정은 기록 매체(50)에 데이터를 기록/재생하는 과정 이전에 수행될 수 있다.A distance x between the
회전하는 기록 매체(50)에 데이터가 기록/재생되는 과정에서, 기록 매체(50)의 트랙에 조사된 광은 반사되어 제1 광 검출부(60)에 수광된다. 그리고 신호 생성 부(80)는 상기 제1 광 검출부(60)에서 출력되는 신호를 이용하여 갭 에러 신호(GE)를 생성한다. 이때, 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하는지 여부를 판단한다(S13). 여기서 상기 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하면, 설정된 간격을 유지하는 것이므로 그 상태로 계속 기록/재생 과정을 수행한다(S14). 반면에 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하지 않으면, 간격에 변화가 생긴 것으로 렌즈부(40)를 구동함으로써 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 조정할 수 있다. 이와 같이 기록/재생 과정에서 검출되는 갭 에러 신호(GE)를 이용하여 렌즈부(40)를 피드백 제어함으로써 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. In the process of recording / reproducing data on the
이하에서는 상기 렌즈부(40)의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 우선, 대물 렌즈(41)의 구체적인 실시예를 도 6을 참조하여 설명한다. 이어서 고굴절률의 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 두 개의 렌즈를 이용하므로 상기 대물 렌즈(41)와 고굴절률의 렌즈(42)의 관계를 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the
도 6은 본 발명에 따른 대물 렌즈(41)의 구체적인 실시예를 도시한 도면이다. 6 is a view showing a specific embodiment of the
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)의 제1 실시예에 있어서, 대물 렌즈(41)는 적어도 하나의 비구면(aspheric surface)을 포함한다. 여기서 비구면은 구면도 평면도 아닌 경우를 통칭하는 것으로, 구면의 일부를 깍아내거나 덧붙여 제작할 수 있 다. 여기서 상기 비구면은 제니케 다항식(Zernike polynomial)을 이용하여 임의의 파면 수차(wavefront abberation)을 갖도록 광학계를 조성할 수 있다. 즉, 후술할 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 광학적 수차를 보상하는 광학계를 조성할 수 있다. 여기서, 상기 수차(abberation)은 광학계가 이상적인 결상에서 벗어나서 생기는 이상적인 상의 편차를 말한다. 즉, 한 점에서 나온 광이 한 점에 모이지 않아 상이 흐려지거나, 상면이 평탄하지 않고 굽거나, 상이 일그러질 때 그 상은 수차가 있다고 한다. 또한, 파면(wavefront)는 점광원에서 동시에 출발한 광이 일정 시간 후에 도달하는 면을 말한다. 그러므로 파면 수차는 이상적인 상점을 중심으로 하는 구면과 실제의 상점을 향해 수렴하는 파면의 편차를 광선에 따라 측정한 것을 말한다. 그러므로 본 발명에서 상기 파면 수차는 렌즈부(40)가 형성하는 구면 수차 및 코마 수차 등을 포함하는 넓은 개념의 광학적 수차(Optical abberation)에 해당한다. In the first embodiment of the
수차를 이론적으로 다룰 때는 적당한 변수의 다항식(다항식)으로 전개하는 방식을 사용하며 전개할 때의 각항이 각기 고유의 수차에 대응한다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 제니케 다항식을 이용하여 임의의 파면 수차(wavefront abberation)을 갖도록 광학계를 조성할 수 있다. 여기서 상기 제니케 다항식을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같이 표현될 수 있다. Theoretical treatment of aberrations involves the development of a polynomial (polynomial) of a suitable variable, with each term corresponding to its own development. For example, as described above, the optical system may be configured to have an arbitrary wavefront abberation using the Zenike polynomial. Herein, a description will be given of the Jennike polynomial as an example.
여기서 K는 코닉 계수(Conic constant)이고, R은 대물 렌즈(41)의 반경에 해 당한다. 그리고 이어지는 각 항의 계수는 제니케 계수(Zernike coefficient, 또는 수차 계수라고도 한다)이다. 상기 제니케 계수는 상기 제니케 다항식으로 표현되는 수차가 어느 정도 발생하는지 그 정도록 가늠할 수 있는 수치에 해당한다. 상기 수차값의 평균을 RMS(Root Mean Squar)로 나타낼 수 있고, 여기서 상기 RMS 수치가 수차의 정도를 가늠하게 하는 중요한 척도가 된다. Where K is the Conic constant and R is the radius of the
광축(Optical axis)에 근접한 좁은 영역의 광 즉, 입사광의 직경(entrance pupil diameter)이 좁은 광을 이용하는 경우에는 상기의 수차가 크게 문제되지 않는다. 그러나, 높은 개구수(Numeric Aperture, 이하 NA라고 한다)가 요구되는 근접장 기록 재생 장치에서는 광축에서 먼 넓은 영역의 광을 이용하므로 수차가 특히 문제될 수 있다. 여기서, 상기 개구수는 렌즈의 분해능을 나타내는 값이다. 본 실시예에서 상기 대물 렌즈(41)의 비구면은 후술한 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 구면 수차 등의 광학적 수차를 고려하여 형성된다. 그러므로 우선 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 우선적으로 살펴본 후, 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 보상 관계를 구체적으로 서술한다. In the case of using light in a narrow area close to the optical axis, that is, light having a narrow entrance pupil diameter, the above aberration does not matter. However, in the near field recording / reproducing apparatus requiring a high numerical aperture (Numeric Aperture, hereinafter referred to as NA), aberration may be particularly problematic because light of a large area far from the optical axis is used. Here, the numerical aperture is a value representing the resolution of the lens. In this embodiment, the aspherical surface of the
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)의 제2 실시예에 있어서, 대물 렌즈(41)는 일측이 평면으로 구성된다. 대물 렌즈(41)는 도 6의 (a)와 같이 광이 입사하거나 출사하는 양 렌즈면이 모두 비구면 또는 구면인 bi-convex 형의 렌즈가 이용될 수 있다. 또는 도 6의 (b)와 (c)와 같이 일측 렌즈면은 구면 또는 비구면이나 타측 렌즈면이 평면인 Plano-convex 형의 렌즈 즉, 평면을 포함하는 렌즈를 이용할 수 있다. In the second embodiment of the
이때, 적어도 두 개의 렌즈를 이용하여 렌즈부를 구성하는 본 발명에 있어서 는 렌즈 간의 정렬이 문제된다. 즉, 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 정렬이 제어될 수 있어야 한다. 이때, 상기 도 6의 (a)와 같은 대물 렌즈(42)는 양측면이 모두 비구면 또는 구면으로 구성되어 있으므로 서로 간의 중심의 어긋나지 않도록 제어해야 한다. 즉, 일측 렌즈면의 중심축(C1)과 타측 렌즈면의 중심축(C2)이 어긋나지 않도록 하고, 이에 더하여 다른 렌즈와의 관계를 또 고려해야 하는 어려움을 가진다. 그러므로 일측을 평면으로 구성함으로써 근접장 형성 렌즈(42)와의 결합을 용이하게 할 수 있으며, 이에 대해서도 두 렌즈의 관계 측면에서 구체적으로 후술한다. In this case, the alignment between the lenses is a problem in the present invention constituting the lens unit using at least two lenses. That is, the alignment of the
한편, 근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 도 7 내지 도 11을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 근접장 형성 렌즈의 일 실시예에 따르면, 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 고체 합침 렌즈(Solid Immersion Lens, SIL)를 이용할 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 구형의 렌즈(47)를 절삭하여 제작할 수 있다. 예를 들면, 도 7의 점선으로 도시된 부분을 절삭함으로써 두께가 d인 근접장 형성 렌즈(42)를 제작할 수 있다. 여기서 상기 구형의 렌즈(47)를 절삭하는 위치에 따라 형성되는 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차(Spherical aberration)가 달라진다. 여기서 구면 수차는 한 점에서 반사되거나 굴절된 빛이 곡률 때문에 다시 한 점에 모이지 않는 현상을 말하는 것으로, 상기 구면 수차를 보상하지 않으면 기록 매체(50)의 정확한 위치에 데이터를 기록하거나 재생할 수 없다. Meanwhile, a specific embodiment of the near
도 8은 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관관계도이고, 도 9는 서로 다른 두께(d)를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)의 실시예를 도시한 측단면도이다. 구형의 렌즈(47)에서 반경 이상의 두께(d)를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)를 제작한다고 할 때, 구면 수차가 없는 두께가 d1,d3 임을 알 수 있다. 여기서 상기 구면 수차가 없는 경우를 구면 수차 지움점(aplanatic point)에 해당한다고 한다. 한편, d1과 d3를 제외한 나머지 두께의 근접장 형성 렌즈(42)는 해당하는 값의 구면 수차를 가진다. 특히, d2의 두께를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)는 최대값의 구면 수차를 가지며, 이를 구면 수차 극대점(Local maximum)이라 한다. FIG. 8 is a correlation diagram showing a change in spherical aberration according to the thickness d of the near
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 제1 실시예에 따르면, 구면 수차가 없는 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 즉, d1이나 d3 두께의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용할 수 있다. 도 8 및 도 9를 참조하여 살펴보면, d1은 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)가 구형의 렌즈(47)의 반경과 동일한 경우, 즉 반구(hemisphere)인 경우를 나타낸다. 한편, d3은 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)가 구형의 렌즈(47)의 반경보다 크고 직경보다 작은 경우를 나타낸다. 여기서 상기 d3 두께일 경우를 이하 '초반구'(super-hemisphere)라고 한다. 본 발명의 렌즈부(40)에 구비되는 근접장 형성 렌즈(42)는 구면 수차가 없는 상기 반구 또는 초반구형의 렌즈에 해당될 수 있다. According to the first embodiment of the near
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 제2 실시예에 따르면, 구면 수차를 구비한 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 즉, d1이나 d3 두께 이외의 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 이 경우 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차를 보상해줄 수단이 필요하다. 본 발명에서는 대물 렌즈(41)를 이용하여 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상할 수 있으며, 이에 대해서는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 관계 부분에서 구체적으로 후술한다. According to the second embodiment of the near
특히, 본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)는 d2의 두께를 가지는 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. In particular, the near
반구형의 렌즈는 유효 개구수(Effective Numeric Aperture)가 nsinθ로 정의된다. 여기서 개구수(Numeric Aperture)는 렌즈의 분해능을 나타내는 것으로, 유효 개구수는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)가 형성하는 개구수를 말한다. 그러므로 반구형 렌즈의 유효 개구수는 n2sinθ로 정의되는 초반구형 렌즈의 유효 개구수 보다 상대적으로 낮다. 이는 높은 유효 개구수를 요구하는 근접장에 이용되는 렌즈로서는 문제가 된다. In the hemispherical lens, the effective numerical aperture is defined as nsin θ. Here, the numerical aperture (Numeric Aperture) represents the resolution of the lens, and the effective numerical aperture refers to the numerical aperture formed by the
한편, 초반구형 렌즈는 유효 개구수는 높으나 제작이 어려운 문제점을 가지고 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 구면 수차는 초반구형 렌즈를 나타내는 d3 위치에서 접선의 기울기가 급변하는 양상을 보인다. 다시 말하면, 초반구형 렌즈는 두께에 제작 상에 약간의 오차만 있어도 구면 수차의 차이가 커진다. 그러므로 초반구형 렌즈는 두께를 정확히 절삭해야 하고, 이에 따라 제작에 어려움이 있다. On the other hand, the ultra-spherical lens has a high effective numerical aperture, but has a difficult manufacturing problem. That is, as shown in FIG. 8, the spherical aberration shows a sudden change in the slope of the tangent line at the d3 position representing the hyperspherical lens. In other words, the hyperspherical lens has a large difference in spherical aberration even if there is a slight error in fabrication in thickness. Therefore, the hemispherical lens has to accurately cut the thickness, and thus there is a difficulty in manufacturing.
이에 반하여 d2의 두께를 가지는 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)는 도 8에 도시된 바와 같이 접선의 기울기가 완만하여 두께에 약간의 오차가 있어도 구면 수차가 크게 변화하지 않는다. 그러므로 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하되, 상기 근접장 형성 렌즈(42)가 구비한 구면 수차를 보상하여 이용할 수 있다. On the contrary, the spherical
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 다른 실시예에 따르면, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 기록 매체(50)에 접하는 면을 원추형으로 형성할 수 있다. 도 10a는 본 실시예에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 사시도이고, 도 10b는 측면도이다. According to another embodiment of the near
구체적으로는, 대물 렌즈와 대면하는 측(42a)은 반구형이므로 상기의 실시예에서와 동일하나, 기록 매체에 대면하는 측(42b)이 원뿔대의 형상을 가진다. 이는 기록 매체(50)와 접하는 면의 면적을 최소화함으로써 틸트 한계각(α)을 증가시킴과 동시에 광을 기록 매체에 조사하기 위한 최소한의 면적을 가지도록 하는 것이다. 구체적으로 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Specifically, since the
본 발명의 기록 재생 장치는 도 3에서 상술한 바와 같이 기록 매체(50)와 렌즈부(40)의 간격이 근접장을 형성하도록 수십 나노 미터 수준의 근접한 간격을 유지한다. 여기서 도 11은 본 실시예에 따른 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50)를 함께 개략적으로 도시하고 있다. 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 말단에서 밑면의 반지름을 r이라 하고, 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50)의 간격을 g라고 한다. 여기서 상기 근접장 형성 렌즈(42)가 기록 매체(50)에 접할 때까지 최대한 기울어질 수 있는 물리적인 범위의 한계각을 틸트 한계각(α)이라 하면, 상기 틸트 한계각(α)은 다음과 같이 계산할 수 있다. In the recording and reproducing apparatus of the present invention, as described above with reference to Fig. 3, the interval between the
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 구체적인 실시예를 들어 설명한다. 본 발명에서 상기 r의 값이 크면 틸트 한계각(α)이 감소하게 된다. 예를 들어 도 9의 (a)에서와 같은 반구형의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하는 실시예에 있어서, 상기 반구의 반지름이 1 mm 라고 하면 상기 틸트 한계각(α)은 매우 작은 값을 가지게 되어 기록 재생 장치를 제어하는데 어려움이 있을 수 있다. 그러므로 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 기록 매체(50)와 접하는 면적을 최소화한다. 즉, 여기서 기록 매체(50)와 나노 미터 수준의 근접한 간격을 유지하는 근접장 형성 렌즈42)의 면은 42b에 해당하고, 이외의 면은 원추형에 따라 도 11에 도시된 바와 같이 기록 매체와 더 큰 이격 간격을 가지게 된다. 이에 따라 상기 틸트 한계각(α)을 크게 할 수 있다. 여기서 상기 도 11에 도시된 밑면(42b)의 반경이 너무 작으면 기록 매체(50)의 기록층에 광을 조사하는데 어려움이 생긴다. 그러므로 적당한 범위의 밑면을 가지는 원뿔대 형이 이용되며, 본 발명의 기록 재생 장치에서 근접장 형성 렌즈(42)의 밑면의 반경(r)은 30㎛ 내지 40㎛가 이용될 수 있다. 다만, 본 실시예와 동일한 효과를 가지는 것이라면 본 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. In the present specification, for convenience of description, specific examples will be described. In the present invention, when the value of r is large, the tilt limit angle α is reduced. For example, in the embodiment using the hemispherical near
본 발명은 근접장을 형성하기 위하여 대물 렌즈(41) 이외에 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하여 두 개의 렌즈가 이용되므로 두 렌즈 간의 위치 관계가 문제된다. 여기서 상기 두 렌즈의 관계를 도 12 내지 도 14를 참조하여 구체적으로 설명 한다. In the present invention, since two lenses are used using the near
우선, 도 3에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(41)를 통과한 광은 근접장 형성 렌즈(42)를 통과하여 기록 매체(50)에 조사된다. 여기서 광학적 수차를 고려할 때, 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축을 동일한 축상에 위치하도록 정렬하는 것이 중요하다. 예를 들면, 대물 렌즈(41)의 중심축과 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축이 어긋나는 디센트(decent)가 발생하거나 하나의 중심축이 기울어지는 틸트(tilt)가 발생되지 않도록 제어해야한다. 여기서 광학적 수차는 구면 수차 이외에도 광 픽업에서 나타날 수 있는 코마 수차(Coma abberation) 기타 다른 수차를 모두 포괄한다. First, as shown in FIG. 3, the light passing through the
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 결합의 제1 실시예에 따르면, 비구면을 구비한 대물 렌즈(41)를 이용하여 근접장 형성 렌즈(42)에 포함되는 광학적 수차를 보상할 수 있다. According to the first embodiment of the combination of the
구체적으로 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 9에서 상술한 바와 같이 반구형이나 초반구형 렌즈를 제외한 경우의 근접장 형성 렌즈(42)는 구면 수차를 가진다. 또한, 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(도 9의 (b))는 가장 큰 구면 수차를 가진다. 이와 같이 구면 수차를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)에 조사되는 광은 도 12(a)에 도시된 바와 같이 구면 수차를 포함하는 광학적 수차를 가지게 된다. 이와 같은 광학적 수차는 비구면을 구비한 대물 렌즈(41)를 이용하여 보상할 수 있다. Specifically, it will be described with reference to FIG. 12. As described above in FIG. 9, the near
예를 들면, 간섭계로부터 얻어진 파면 오차를 이용하여 렌즈의 위치를 파악 하고, 정밀하고 정량적인 정렬값을 알아낼 수 있다. 이때, 가장 널리 사용되는 방법이 제니케 다항식을 이용하는 것으로 앞에서 설명한 바와 같다. 상기 제니케 다항식을 이용함으로써 상술한 바와 같이 임의의 파면 오차를 갖도록 광학계를 재조정할 수 있다. 이를 통하여 대물 렌즈(41)는 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 광학적 수차를 보상하도록 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 광학적 수차와 반대 방향의 동일한 크기의 수차를 가지게 된다. 이 과정에서 구면 수차 이외에 다른 광학적 수차가 함께 보상될 수 있다. For example, the wavefront error obtained from the interferometer can be used to determine the position of the lens and to obtain accurate and quantitative alignment values. In this case, the most widely used method is as described above using the Zenike polynomial. By using the Zenike polynomial, the optical system can be readjusted to have any wavefront error as described above. Through this, the
여기서 대물 렌즈(41)가 가지는 광학적 수차는 대물 렌즈(41)의 비구면 계수에 따라 다르게 결정된다. 구체적으로 살펴보면, 대물 렌즈(41)로 입사하는 광의 직경과 대물 렌즈(41)의 반경 등을 고려해야 한다. 예를 들어, 입사광의 직경이 2.5 mm이고 대물 렌즈(41)의 반경이 1.5mm 내지 2.0 mm 일 때, 상술한 제니케 다항식의 코닉 계수는 -0.8 내지 -0.6의 범위로 결정된다. 여기서 근접장 형성 렌즈(42)를 형성한 구의 반경은 1 mm인 것을 전제로 한다. The optical aberration of the
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 결합의 제2 실시예에 따르면, 일측이 평면이 대물 렌즈(41)를 이용하여 근접장 형성 렌즈(42)와 정렬을 용이하게 할 수 있다. According to the second embodiment of the combination of the
두 렌즈를 동시에 이용하기 위해서는 두 렌즈 간의 위치 관계가 중요하다. 특히, 상술한 바와 같이 광학적 보상 관계를 가지는 두 렌즈의 경우 위치 관계가 더욱 문제된다. 예를 들면, 디센트 또는 틸트가 발생하지 않도록 정렬해야 한다. In order to use both lenses simultaneously, the positional relationship between the two lenses is important. In particular, in the case of two lenses having an optical compensation relationship as described above, the positional relationship becomes more problematic. For example, alignment should be made so that no descent or tilt occurs.
도 6에서 설명한 바와 같이 평면을 포함하지 않는 대물 렌즈(41)를 사용할 경우 일측 렌즈면의 중심축(C1)과 타측 렌즈면의 중심축(C2)이 어긋나지 않도록, 대물 렌즈(41) 자체의 디센트 또는 틸트를 제어할 필요성이 있다. 그러므로 다른 렌즈와 함께 사용하기에는 어려움이 있다. 이에 따라 본 발명에서는 일측이 평면인 렌즈를 이용함으로써 대물 렌즈(41) 자체의 디센트나 틸트를 제어할 필요가 없도록 할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 도 12(b)에 도시된 바와 같이 광이 입사하거나 출사하는 일측 렌즈면이 비구면이고 타측 렌즈면이 평면인 대물 렌즈(41)를 이용할 수 있다. As described in FIG. 6, when the
또한, 일측이 평면인 근접장 형성 렌즈(42)는 상대적으로 결합되는 두 렌즈간의 디센트나 틸트에 따른 광학적 오차가 적게 나타난다. 이를 뒷받침하는 실험적 결과를 도 13 및 도 14에서 도시하고 있다. In addition, the near
도 13a는 대물 렌즈(41)의 중심축(C1)과 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축(C2)이 동일한 축상에 결합되지 못하고 A 만큼 어긋나 디센트가 발생한 경우를 도시하고 있다. 이 경우 디센트된 A의 크기에 따라 렌즈부(40)가 형성하는 광학적 수차를 도 13b에서 도시하고 있다. 도 13b에서 ■는 도 6(a)에서 예시한 바와 같이 양 렌즈면이 구면 또는 비구면인 경우를 도시하고, ▲는 도 6(c)에서 예시한 바와 같이 일측 렌즈면은 구면 또는 비구면이고 타측 렌즈면은 평면인 경우를 도시하고 있다. 그래프에서 가로축은 디센터가 발생한 크기, 즉 도 13a에서 A의 크기(단위는 ㎛)를 나타낸다. 그리고 세로축은 디센터의 크기에 따라 렌즈부(40)에서 발생하는 광학적 수차를 나타내는 것으로서, 구체적으로는 RMS Wavefront Error(단위는 λ)의 파면 수차를 나타낸다. 이는 구면 수차를 포함하는 렌즈가 가지는 광학적 수차를 나타내 는 값으로 상술한 바와 같이 실험적으로 결정된다. FIG. 13A illustrates a case where the central axis C1 of the
다른 조건을 동일하게 했을 때, ■의 경우 3.5 ㎛ 만의 디센트로도 광학적 수차는 0.05 λ가 발생한다. 반면에 ▲의 경우 10 ㎛의 디센트가 발생한 경우에 광학적 수차는 0.05 λ 정도가 발생한다. 그러므로 일측이 평면으로 구성된 대물 렌즈(41)를 이용하는 경우에 디센트에 따라 발생하는 광학적 수차가 적어진다. 즉, 제작상에 허용되는 오차의 범위, 즉 허용 오차(tolerance)가 커지는 효과를 가진다. When other conditions are the same, optical aberration of 0.05 lambda occurs even with a descent of only 3.5 µm in case of ■. On the other hand, in the case of ▲, the optical aberration is about 0.05λ when the descent of 10 μm occurs. Therefore, in the case of using the
도 14a는 대물 렌즈(41)의 중심축(C1)과 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축(C2)이 기울어져 틸트가 발생한 경우를 도시하고 있다. 이 경우 틸트된 각도 B의 크기에 따라 렌즈부(40)가 형성하는 광학적 수차를 도 14b에서 도시하고 있다. 도 14b에서 ■는 도 6(a)에서 예시한 바와 같이 양 렌즈면이 구면 또는 비구면인 경우를 도시하고, ▲는 도 6(c)에서 예시한 바와 같이 일측 렌즈면은 구면 또는 비구면이고 타측 렌즈면은 평면인 경우를 도시하고 있다. 그래프에서 가로축은 틸트가 발생한 크기, 즉 도 14a에서 B의 크기(단위는 °degree)를 나나낸다. 그리고 세로축은 틸트의 크기에 따라 렌즈부(40)에서 발생하는 광학적 수차를 나타내는 것으로서, 상기 도 13b에서 설명한 바와 같다. FIG. 14A illustrates a case where tilt occurs because the central axis C1 of the
다른 조건을 동일하게 했을 때, ■의 경우 0.08° 만의 틸트로도 광학적 수차는 0.05λ°가 발생한다. 반면에 ▲의 경우 0.3°의 틸트가 발생한 경우에 광학적 수차는 0.05λ°가 발생한다. 그러므로 일측이 평면으로 구성된 대물 렌즈(41)를 이용하는 경우에 틸트에 따라 발생하는 광학적 수차가 적어진다. 즉, 제작상에 허용되는 오차의 범위, 즉 허용 오차(tolerance)가 커지는 효과를 가진다. When other conditions are the same, optical aberration of 0.05λ ° occurs even with a tilt of 0.08 ° in case of ■. On the other hand, in case of a tilt of 0.3 °, optical aberration is 0.05λ °. Therefore, in the case of using the
그러므로 본 실시예에서와 같이 대물 렌즈(41)의 일측을 평면으로 제작함으로써, 광이 대물 렌즈(41)의 양측에서 굴절되지 않고 비구면인 일측에서만 굴절되도록 하여 보다 안정적으로 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차를 보상한다. 또한,이 경우 근접장 형성 렌즈(42)와 결합시 허용 오차의 범위가 커져 두 렌즈 간의 정렬이 용이하게 된다.Therefore, by manufacturing one side of the
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 광 픽업과 기록 재생 장치 및 렌즈의 제작 방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.The following effects can be expected in the optical pickup, recording and reproducing apparatus and lens manufacturing method according to the present invention as described in detail above.
즉, 근접장에 사용될 수 있는 렌즈를 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다. That is, there is an advantage that can be easily manufactured a lens that can be used in the near field.
또한, 오차의 허용 범위를 벗어나지 않는 근접장용 렌즈와 이를 포함하는 광 픽업 및 기록 재생 장치를 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다. In addition, there is an advantage that the near field lens and the optical pickup and recording / reproducing apparatus including the same can be easily manufactured without departing from the tolerance of the error.
또한, 적어도 두 개의 렌즈를 사용하는 광학계에서 렌즈의 정렬이나 상호 관계의 제어가 용이한 장점이 있다. In addition, in the optical system using at least two lenses there is an advantage that the alignment of the lens or control of the mutual relationship is easy.
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