KR20080042018A - 대물렌즈 광학계 - Google Patents

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KR20080042018A
KR20080042018A KR1020070113403A KR20070113403A KR20080042018A KR 20080042018 A KR20080042018 A KR 20080042018A KR 1020070113403 A KR1020070113403 A KR 1020070113403A KR 20070113403 A KR20070113403 A KR 20070113403A KR 20080042018 A KR20080042018 A KR 20080042018A
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optical
objective lens
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도모노리 가나이
고이치로 와카바야시
요시카즈 미츠이
다케스케 마루야마
야스유키 스기
미츠히로 미야우치
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히다치 막셀 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 및 파장(λ3)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 각각 굴절작용에 의하여 집광시키는 대물렌즈 광학계이다. 여기서 동일 파장의 호환기술에 대물렌즈 광학계의 영역 분할을 이용하고, 다른 파장의 호환기술에 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차 등을 상쇄하는 수차를 발생시키는 기술을 이용하였다.

Description

대물렌즈 광학계{OBJECTIVE LENS OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 복수 종류의 다른 두께를 가지는 광기록 매체에 대하여 정보를 기록 또는 재생 가능한 대물렌즈 광학계 및 광픽업 광학계에 관한 것이다.
종래부터 다른 광기록 매체에 집광시키는 대물렌즈 광학계가 개발되어 있다. 예를 들면 일본국 특개2001-195769호 공보에 개시된 기술은, 파장의 차이에 의하여 발생하는 색수차 및 투명기판에 의한 두께에 따라 발생하는 파면수차를 이용함으로써, 2개의 다른 광기록 매체에 집광시키는 기술(이하 호환기술이라 부른다)이다. 그러나, 동일 파장에 광을 이용하여 두께가 다른 광기록 매체에 대하여 집광시키는 경우에는 이 호환기술을 적용하는 것은 곤란하였다.
또, 동일 파장에서의 호환기술로서 일본국 특개2006-12391호 공보에 개시되어 있는 기술이 있다. 본 기술에서는 광속의 편광방향을 선택적으로 변환하는 편광면 변환소자가 필요하여, 부품점수의 증가, 대물렌즈 광학계의 대형화, 대물렌즈 광학계의 중량 증가의 과제가 있었다.
또, 다른 동일 파장에서의 호환기술로서 일본국 특개평10-143905호 공보에서 소개되어 있는 바와 같이, 대물렌즈 광학계를 영역 분할함으로써, 다른 광기록 매 체에 집광시키는 기술이 있다. 그러나 각 광기록 매체에 집광하는 대물렌즈 광학계의 각 영역은, 각 광기록 매체의 각각에 밖에 집광시킬 수 없기 때문에, 3개 이상의 광기록 매체에 집광시키도록 하면, 광이용 효율의 저하에 의한 레이저 파워의 증가나 불필요 광의 처리 등의 과제가 있었다.
각 광기록 매체에 집광하는 대물렌즈 광학계의 각 영역이 각 광기록 매체의 각각에 밖에 집광시킬 수 없다는 문제점을 해결하는 기술이, 일본국 특개2000-28917호 공보에 개시되어 있다. 이 기술에서는 2개의 매체 모두에 집광시키는 영역을 설치하고 있다. 그러나 이 영역의 호환기술에 회절구조를 이용하고 있고, 회절효율에 의한 광의 이용효율의 저하가 있어, 여전히 광이용 효율의 저하에 의한 레이저 파워의 증가나 불필요 광의 처리 등의 과제가 있었다.
종래 기술에 관한 대물렌즈 광학계를 이용한 경우에는 상기한 바와 같이 광이용 효율의 저하에 의한 레이저 파워의 증가나 불필요 광의 처리라는 과제가 발생하고 있었다.
본 발명은 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 동일하고, 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 다른, 적어도 3개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 대물렌즈 광학계의 광이용 효율의 향상, 불필요 광의 저감을 행하여 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제일 먼저 본 발명의 전제 기술에 대하여 개략 설명하고, 그 후에 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
본 발명은, 제 1로, 동일 파장의 호환기술에 대물렌즈 광학계의 영역 분할을 이용하고(이하 호환기술 A라 한다), 다른 파장의 호환기술에 임의의 광선 높이에 대한 정보기록면상의 집광점의 수차를 허용범위 내가 되도록 위상을 변화시키는 구조(이하 호환기술 B라 한다)를 이용하였다.
호환기술 B는, 파장(λ1)의 레이저 빔으로 기판 두께(t1)의 광기록 매체(2)에 기록/재생할 때에 생기는 파면수차와, 파장(λ3)의 레이저 빔으로 기판 두께(t3)의 정보기록매체에 기록/재생할 때에 생기는 파면수차를 보상하도록 위상을 변화시키는 구조에 의하여 실현된다. 이와 같은 호환기술 B에서 고려해야 할 수차에는, 기판 두께의 차에 의하여 생기는 파면수차[수차(α)], 레이저 빔의 파장의 차에 의거하는 대물렌즈 및 광기록 매체의 기판의 굴절률 차에 의하여 생기는 색수차[수 차(β)], 파장의 차를 이용하여 대물렌즈의 면을 고차 비구면으로 함으로써 발생시키는 색수차[수차(γ)]가 있다.
상기 호환기술 B에는, 수차(α)를 수차(β)와 수차(γ)에 의하여 캔슬시킴으로써 호환을 가능하게 하는 기술(B1)과, 수차(β)를 수차(γ)에 의하여 캔슬시킴으로써 호환을 가능하게 하는 기술(B2)이 있다. 전자의 B1의 호환기술은, 예를 들면 파장의 차이에 의하여 발생하는 색수차[수차(β)]와 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차[수차(α)]가 서로 상쇄하도록 위상을 변화시키는 고차 비구면 구조를 형성함으로써 실현되는 것이고, 예를 들면 일본국 특개2003-270528호 공보에 개시되어 있다. 후자의 B2는 HDDVD와 DVD와 같이 기판 두께가 같으나, 파장이 다른 경우에, 파장의 차이에 의하여 발생하는 색수차[수차(β)]를 고차 비구면 구조에서 발생시키는 색수차[수차(γ)]로 서로 상쇄하도록 실현되는 것이다.
이와 같이 호환기술 A 및 호환기술 B의 양쪽을 이용하는 구성으로 함으로써, 동일 파장에서의 호환이 가능하게 되고, 다른 파장의 호환에서의 광이용 효율의 향상, 불필요 광의 저감이 가능해져, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
제 2로, 대물렌즈 광학계의 적어도 일부에, 상기 위상을 변화시키는 구조의 영역이 위상을 변화시키는 구조의 영역에서 집광되지 않는 기록매체의 영역에서 분단되고, 분단된 영역의 안쪽, 바깥쪽 영역의 광로 길이차가, 위상을 변화시키는 구조의 영역에서 집광되는 광기록 매체 각각에 대하여 0.5λ 이상이 되도록 하였다. 환언하면 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치하였다고 가정한 경우에, 공용하는 광기록 매체의 하나에 대한 파면수차의 절대값 또는 그 변화가 가장 큰 영역에 전 용영역을 설치하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 호환기술 B에서 발생하는 위상을 변화시키는 구조의 큰 수차를 저감하는 것이 가능해져, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공하는 것이 가능해진다.
제 3으로, 광속(λ1)에 대응하는 투명기판의 두께(t1), 광속(λ1)에 대응하는 투명기판의 두께(t2), 광속(λ3)에 대응하는 투명기판의 두께(t3)의 관계를 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜라 한 경우, t3에 대응하는 NA 영역에서 t1에 대응하는 광기록 매체에 집광시키지 않고(호환기술 A), t2, t3에 대응하는 광기록 매체에 집광하는 (호환기술 B)구성으로 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, t3에 대응하는 광기록 매체에 집광시키기 어려운 NA 근방에서, 두께의 차에 의한 파면수차의 차가 t1에 대응하는 광기록 매체의 경우보다 작은 t2에 대응하는 광기록 매체와의 호환을 행할 수 있어, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
제 4로, t3에 대응하는 NA 영역의 안쪽에 t1, t3에 대응하는 광기록 매체에 집광하는 영역을 설치하는 구성으로 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, t1의 이용영역이 증가하기 때문에, 광이용 효율의 향상, 불필요 광의 저감이 가능해져, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
제 5로, 상기 위상을 변화시키는 구조에 렌즈면상의 단차형상을 이용하는 구성으로 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 위상을 변화시키는 새로운 소자를 추가하지 않고 호환기술을 제공할 수 있기 때문에, 대물렌즈 광학계의 소형화, 경량화가 가능해진다.
제 6으로, 상기 대물렌즈 광학계를 렌즈 1매의 구성으로 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 호환을 행하는 소자를 추가하지 않고 호환기술을 제공할 수 있기 때문에, 대물렌즈 광학계의 소형화, 경량화가 가능해진다.
구체적으로는, 본 발명에 관한 대물렌즈 광학계는, 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠tl)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계로서, 상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과, 상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 1 광기록매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 또한 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하며, 상기 공용영역은, 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차를 상쇄하는 수차를 발생하는 비구면 형상이 설정된 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 상기 공용영역은, 비구면 형상이 설정되고, 상기 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3) 중 어느 하나의 파장(λ)에 대하여 0.5λ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체 또는 상기 제 3 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜인 것이 바람직하다. 또 상기 공용영역은 상기 제 3 광기록 매체의 NA 영역 내의 바깥쪽 부분에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 여기서 NA 영역은 대응하는 지름의 중앙으로부터 안쪽을 안쪽 영역이라 하고, 바깥쪽을 바깥쪽 영역이라 부른다. 바깥쪽 영역에서는 렌즈면에 대한 입사각이 크기 때문에 수차가 취하기 어렵게 되나, 이와 같은 바깥쪽 영역에 공용영역을 배치하는 것에 고성능화가 도모되는 것이 가능해진다.
또, 상기 공용영역은, 광축으로부터 반경방향으로 복수의 구간으로 구분되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제 1 광기록 매체 및 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 더 설치하면 좋다.
또, 상기 대물렌즈 광학계는, 광픽업 광학계에 이용되어도 된다.
또, 본 발명에 관한 다른 관점에 의한 대물렌즈 광학계는, 파장(λ1)의 광속 을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠t1)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계로서, 상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과, 상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 또한 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하고, 상기 공용영역에 입사하는 상기 파장(λ3)의 광속과 상기 파장(λ1)의 광속은, 서로 다른 입사각으로 입사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서 상기 공용영역은, 비구면 형상이 설정되고, 상기 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜인 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용 영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3) 중 어느 하나의 파장(λ)에 대하여 0.5λ 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체 또는 상기 제 3 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치하는 것이 바람직하다.
또, 상기 대물렌즈 광학계는, 광픽업 광학계에 이용되어도 된다.
또, 본 발명에 관한 다른 관점에 의한 대물렌즈 광학계는, 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠tl)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ4)(λ4≠λ1)의 광속을 두께(t4)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계로서, 상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과, 상기 파장(λ1)의 광속을 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고 상기 제 2 광기록매체의 정보기록면에 집광시키고, 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 상기 파장(λ4)의 광속을 상기 제 4 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하고, 상기 공용영역에 입사하는 상기 파장(λ3)의 광속과 상기 파장(λ1)의 광속은, 서로 다른 입사각으로 입사하고, 광빔의 파장(λ4과 λ1)의 차이에 의하여 발생하는 색수차를 상쇄하는 비구면 형상이 설정된 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서 상기 공용영역은 비구면 형상이 설정되고, 상기 제 2 광기록 매체와 제 4 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ4와 λ1)이 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜ 또는/또한 ｜t4 - t1｜ > ｜t4 - t2｜인 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3), 파장(λ4) 중 어느 하나의 파장(λ) 에 대하여 0.5λ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체, 상기 제 3 광기록 매체 또는 상기 제 4 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 대물렌즈 광학계가, 렌즈 1매로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 대물렌즈 광학계는, 광픽업 광학계에 이용되어도 된다.
또한 본 명세서에서는 두께(t1)의 제 1 광기록 매체에 대응하는 레이저 파장과 두께(t2)의 제 2 광기록 매체에 대응하는 레이저 파장은 λ1이라 표기하고 있으나, 동일 레이저 사용에 한정되지 않고, 각각 다른 레이저이어도 된다. 따라서 본 명세서에서의 λ1은 어느 정도의 폭을 가지는 것이다.
본 발명에 의하면, 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 동일하고, 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 다른, 적어도 3개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 대물렌즈 광학계의 광이용 효율의 향상, 불필요 광의 저감을 행하여, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
뒤에서 상세하게 설명하는 본 발명의 실시형태에 관한 대물렌즈 광학계는, 기본적으로 BD(Blue-ray Disc), HDDVD(High Definition Digital Versatile Disc), CD (Compact Disc : CD-R 등의 CD를 포함한다), DVD(Digital Versatile Disc)의 4개 방식의 호환을 실현하는 것이나, 4방식 호환을 실현하기 위해서는 3개의 자유도가 필요하게 된다. 후보가 되는 자유도를 검색한 결과, 이하의 3가지 방책에 의하여 자유도를 확보할 수 있는 것을 발견하고, 이것에 의하여 4방식 호환을 실현하였다.
(방책 1) 영역(광속)의 분할에 의한 방책(상기한 호환기술 A에 상당)
(방책 2) 고차 비구면에 의한 방책(상기한 호환기술 B에 상당)
(방책 3) 입사각에 의한 방책
또, 3방식 호환을 실현하기 위해서는, 상기 3개의 자유도 중 2개이면 실현할 수 있다. 예를 들면 HDDVD·BD·DVD의 3방식 호환의 경우, 여러가지 조합을 생각할 수 있으나, 가장 현실적인 것은 A와 B의 조합이다. HDDVD·BD·CD의 3방식 호환의 경우도 여러가지 조합을 생각할 수 있으나, 가장 현실적인 것은 방책 1과 방책 3의 조합이다.
또한, 상기 3방책을 어느 호환에 적용하는 것이 적합한가라는 점에 대하여 검토를 행하였다.
먼저, 방책 1을 적용해야 할 조합에 대하여 검토하였다. 이 영역분할에 의한 방책 1은, 방책 2 또는 방책 3을 적용할 수 없는 조합을 선택함으로써 결정할 수 있다. 여기서 방책 2는, 동일 파장의 호환에 대해서는 적용할 수 없고, 방책 3은 동일한 레이저 광원을 이용하는 호환에 대해서는 적용할 수 없다. 그렇게 하면 BD와 HDDVD에 대해서는 동일한 청파장(408 nm 또는 405 nm)이기 때문에 방책 2는 적용할 수 없고, 또 동일 파장에 2개의 레이저를 이용하는 것은, 광픽업 광학계의 비용, 부품점수의 증대를 초래하기 때문에 동일 레이저를 이용하는 것이 바람직하고, 이 경우, 방책 3도 적용할 수 없기 때문에, 방책 1을 적용하는 것으로 하였다. 이 때 영역의 분할은, 2분할 내지 4분할의 범위에서 선택 가능하나, 분할수가 증가할 수록 광이용 효율이 저하하기 때문에, 2분할로 하였다. 또한 CD의 워킹 디스턴 스를 확보함으로써 광학계를 작게 하기 위하여 다시 CD 전용영역을 설치하여 3분할로 하는 것도 가능하다.
다음에 방책 2와 방책 3을 적용해야 하는 조합에 대하여, 수차성능과 광이용 효율의 2가지 관점에서 검토하였다. 방책 2는, 상기한 호환기술 B에서 설명한 바와 같이, 수차(α)를 수차(β)와 수차(γ)에 의하여 캔슬시킴으로써 호환을 가능하게 하는 방책이다.
제일 먼저, 청파장 사용매체(BD 또는 HDDVD)와 CD 사이에서 방책 2에 의하여 호환을 취하는 것을 검토하였다. 청파장의 레이저광에 대한 광로 길이차 OPDBlue = 2λBlue(여기서, λBlue는 청파장의 레이저광의 파장)이라 하고, 청파장의 레이저광에 대하여 불감이 되도록 광로 길이차를 결정하면, CD의 레이저광에 대한 광로 길이차 OPDCD는, d(nBlue-1)×2×405 nm이기 때문에, 다음식과 같이 0.9913λCD(여기서, λCD는 CD의 레이저광의 파장)이 된다.
OPDCD = d(nCD-1)=(nCD-1)/(nBlue-1)×2×405 nm/790 nm = 0.9913λCD
여기서, 단차를 d, 청파장의 레이저광에 대한 굴절률을 nBlue, CD의 레이저광에 대한 굴절률을 nCD라 하고 있고, 도 23에 나타내는 값을 이용하였다.
이것은 수차로 생각하면, 하나의 단차에서 9 mλCD(DVD의 경우의 1/13)밖에 수차를 발생할 수 없게 되기 때문에, 단차수를 증가시키지 않으면 원하는 수차를 발생시킬 수 없다. 여기서 단차수를 증가시키면, 단차부분에서 산란이 생겨 광이 용 효율이 저하하거나, 불필요 광이 발생하기도 하고, 나아가서는 정밀도 좋게 가공하기 어려운 등의 문제가 발생한다. 따라서 청파장 사용매체(BD 또는 HDDVD)와 CD 사이에서 방책 2에 의하여 호환하는 것은 적절하지 않다.
한편, BD와 CD의 사이는, 기판 두께의 차가 1.1 mm 인 데 대하여, HDDVD와 CD의 사이는, 0.6 mm밖에 없기 때문에 HDDVD와 CD 사이의 호환을 달성하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 입사각의 차를 저감할 수 있고, 입사각의 증대에 의한 렌즈 시프트 특성의 저하를 방지할 수 있다. 예를 들면 HDDVD에 무한계, CD에 유한계를 채용하였을 때에, 입사각의 차를 적더라도 수차(α)나 수차(β)를 보상할 수 있다. 여기서는 기본적으로 HDDVD와 CD 사이에서는 방책 3에 의하여 호환을 취하는 것이 최적이다.
여기까지에서 BD와 HDDVD 사이에서 방책 1에 의하여 호환을 취하고, 그리고 CD는 HDDVD와 방책 3에 의하여 호환을 취하는 것이 최적인 것을 결정하였다.
제일 마지막으로 DVD에 대해서는 HDDVD와의 사이에서 방책 2에 의하여 호환을 취할 수 있다. DVD에 대해서는 BD와의 사이에서 호환을 취하는 것도 생각할 수 있으나, DVD와 HDDVD 사이의 쪽이 기판 두께의 차가, DVD와 BD 사이보다 작기 때문에, DVD와 HDDVD 사이에서 방책 3에 의한 호환을 도모하는 것이 최적이다.
이와 같이 하여 BD를 전용영역으로 하고, 다른 HDDVD, CD, DVD를 공용영역으로 하는 것이 최적의 4방식의 호환형태인 것을 발견하였다.
여기서 광이용 효율의 관점에서도 검토를 행하였다. 광속분할의 방책은, 각각의 영역의 초점거리를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 유효지름의 설정을 자유 롭게 행할 수 있다. 청파장 사용매체(BD 또는 HDDVD)에 대해서는 상기한 이유로부터 1 레이저이기 때문에 광속의 분할은 필요하나, DVD나 CD는 각각 전용 레이저인 것이 많기 때문에 궁극에는 광속의 분할은 불필요하다. 예를 들면 BD 전용영역과, HDDVD, DVD 및 CD의 3파장 공용영역을 영역 분할한 경우에 대하여 생각한다. 청색 레이저를 사용하는 BD와 HDDVD의 광속에 대한 면적비를 50%, 50%의 2영역으로 분할한다. 이 때 각각의 유효지름(φBD, φHD)은, φBD 2×π- φHD 2×π: φHD 2×π = 1 : 1 이기 때문에, 2×φHD 2=φBD 2 관계가 된다. HDDVD의 영역을 안쪽 영역에 배치하고, BD 전용영역을 그 바깥쪽에 배치한다. 여기서 필요한 NA를 각각 0.85, 0.65라 하면, 근축 이론에서는 유효지름 φ = 2×f×NA 로 나타내기 때문에, 각각의 초점거리를 fBD : fHD = φBD/ 1.7 : φHD/1.3 ≒ 0.924 : 1로 구성함으로써 달성할 수 있다. 이때 DVD, CD는 HD와의 공용영역에 형성되기 때문에, φHD 내의 영역이 사용된다. 이 때문에 DVD용 레이저, CD 레이저는 각각의 유효지름에 대하여 광속을 입사하는 것이 가능해지고, 광속에 대하여 100%의 면적을 사용할 수 있다. 즉, BD, HD, DVD, CD의 사용면적 50%, 50%, 100%, 100%를 실현할 수 있다.
또, HD 전용영역과 BD, DVD, CD의 공용영역을 영역 분할하는 구조로 하여도 상기와 마찬가지로 광속분할 BD, HD, DVD, CD의 사용면적 50%, 50%, 100%, 100%를 실현할 수 있는 것을 알 수 있다. 그러나 상기 호환방식의 검토에서는 전자의 구성이 최적이다. 또 사용면적의 관점에서는 2영역 분할로 하는 것이 바람직하나, 광속간섭, 워킹 디스턴스를 고려하여 공용영역 중에 BD 전용영역을 배분한다.
본 실시형태의 대물렌즈 광학계는, 도 11에 의하여 특정되는 4종류의 광기록 매체에 대하여 집광시키는 것이 가능한 구성을 가지고 있다. 구체적으로는 광기록 매체(1)는 BD, 광기록 매체(2)는 HDDVD, 광기록 매체(3)는 CD, 광기록 매체(4)는 DVD 이다. 도면에 나타내는 바와 같이 광기록 매체(1)와 광기록 매체(2)는, 집광시키는 광속의 파장은 동일하다.
또, 광기록 매체(1, 2)에 대하여, 광기록 매체(3) 및 광기록 매체(4)는, 집광시키는 광속의 파장은 다르고, 광기록 매체(3)와 광기록 매체(4)도 집광시키는 광속의 파장이 다르다. 또한 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)는 그 투명기판의 두께는 동일하나, 광기록 매체(1) 및 광기록 매체(4)는 다르다. 광기록 매체(1)와 광기록 매체(4)의 투명기판의 두께는 다르다.
(실시형태 1)
본 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계는, 1매 렌즈에 의하여 구성되어 있다. 이 대물렌즈에 대하여 각 광기록 매체에의 입사 광속의 유효지름 및 사용한 렌즈 재료의 굴절률을 도 12에 나타낸다.
또, 도 13에 각 광기록 매체에 집광시키는 광선 높이의 영역을 나타낸다. 여기서 이 영역 No.를 이하「매체 영역번호」라 부른다. 예를 들면 매체 영역번호 1은 0∼0.232 mm, 매체 영역번호 2는 0.232∼0.725 mm의 광선 높이에 의하여 규정되는 영역이다. 또, 광선높이는 조리개면상의 광축에 수직한 방향의 광축으로부터의 거리이다.
본 실시형태 1에서는 도 13에 나타내는 바와 같이 매체 영역번호로 정해지는 영역에서는, 도 13에 나타내는 각 광기록매체에 대하여 집광시키는 것이 가능하다. 구체적으로는 매체 영역번호 1로 정해지는 영역에서는, 광기록 매체 1, 2, 3, 4의 모두에 대하여 집광시키는 것이 가능한 공용영역이다. 또, 매체 영역번호 3 및 5로 정해지는 각 영역에서는 광기록 매체(2)에 대해서만 집광시킬 수 있는 광기록 매체(2)의 전용영역이다. 매체 영역번호 2 및 4로 정해지는 각 영역에서는, 광기록 매체 1, 3, 4에 대하여 집광시킬 수 있고, 매체 영역번호 6으로 정해지는 영역은, 광기록 매체 1, 4에 대하여 집광시킬 수 있는 공용영역이다. 매체 영역번호 7로 정해지는 영역은, 광기록 매체(1)에 대하여 집광시킬 수 있는 전용영역이다.
이와 같이 본 실시형태 1에서는 파장이 동일하고 기판 두께가 다른 광기록 매체(1과 2)는, 매체 영역번호 1에 의하여 정해지는 영역을 제외하고, 기본적으로 영역을 분할하여 상기 호환기술 A에 의하여 광기록 매체(1) 및 광기록 매체(2) 사이의 호환을 가능하게 하고 있다. 그리고 광기록 매체(1, 3 및 4)에 대해서는, 상기 호환기술 B 에 의하여 이들 사이의 호환을 가능하게 하고 있다,
또, 도 13에서 나타내는 바와 같이 매체 영역번호 1 내지 4의 영역이 광기록 매체(3)의 NA에, 매체 영역번호 1 내지 5의 영역이 광기록 매체(2)의 NA에, 매체 영역번호 1 내지 6의 영역이 광기록 매체(4)의 NA에, 매체 영역번호 1 내지 7의 영역이 광기록 매체(1)의 NA에 각각 상당한다.
본 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터 및 그 면형상 데이터를 도 14 및 도 15에 나타낸다. 여기서 도 15에서 나타내는 면형상 데이터는 다음 수학식 (1)로 나타내는 것이다. 대물 렌즈면(1)은, 6차까지의 비구면 계수를 이용하여 매체 영역분할과 면 영역분할을 행하고, 각 면 영역은 단차형상을 형성하였다. 대물렌즈면(2)은, 16차까지의 비구면 계수를 이용하였다.
Figure 112007080050206-PAT00001
z는, 비구면 새그량이고, 광축으로부터의 높이가 r이 되는 비구면상의 좌표점에서의 비구면의 광축상에서의 접평면으로부터의 거리를 나타낸다. k는, 코닉 콘스턴트(계수)를 나타낸다. c는, 비구면의 광축상에서의 곡률(1/곡률반경)을 나타낸다. r은, 광축으로부터의 광선 높이이다. α1, 2, …는 비구면 계수를 나타낸다. Zshift는, 각 면영역을 광축까지 형성한 경우의 광축 교점의 어긋남량을 나타낸다.
계속해서 도 1을 이용하여, 본 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 개략 구성에 대하여 설명한다.
도면에서 100은 대물렌즈, 200은 광기록 매체(투명기판), 201은 정보기록면, 300은 광속을 각각 나타낸다. 대물렌즈(100)는, 각 광기록 매체(1∼4)에 대하여 공통하여 이용된다. 도 1a 내지 도 1d에서 광속(300)은 각 광기록 매체(200)의 정보기록면(201)에 집광하는 광속만을 나타낸다.
또 1a 및 도 1b에서 분명한 바와 같이, 대물렌즈(100)의 입사면에서는 광기록 매체(1)에 집광시키는 영역과, 광기록 매체(2)에 집광시키는 영역이 일부의 영 역(이 예에서는 중앙영역)을 제외하고, 겹치지 않도록 설계되어 있다. 이것은 광기록 매체(1)와 광기록 매체(2)가 사용되는 광속의 파장이 동일한 한편으로, 투명기판 두께가 다르기 때문에 파장의 차를 이용한 호환기술 B를 이용할 수 없기 때문에, 영역을 분할하는 호환기술 A를 이용한 것이다.
또, 도 1a, 도 1c, 도 1d에서 분명한 바와 같이 대물렌즈(100)의 입사면에서는 광기록 매체(1)에 집광시키는 영역, 광기록 매체(3)에 집광시키는 영역 및 광기록 매체(4)에 집광시키는 영역이 기본적으로 일치하고 있다. 단, 광기록 매체(1), 광기록 매체(3), 광기록 매체(4)에서는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이 각각 NA가 다르고, 렌즈 유효지름이 다르기 때문에, 이들 영역은 바깥 둘레 부근에서 중복되어 있지 않다.
도 2는 본 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도를 나타낸다. 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d는 각각 광기록 매체(1, 2, 3, 4)에 대한 파면수차를 나타낸다. 도 2의 파면수차도에서 파면수차를 나타내는 실선은, 도 13에서 각 광기록 매체에 관하여 집광 가능한 영역에 대해서만 붙이고 있다.
도 17은 도 13에서 각 광기록 매체에 관하여 집광 가능한 영역에서의 RMS (Root Mean Square) 파면수차값을 나타낸다. 도면의 축상 특성에 나타내는 바와 같이 본 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계에서의 RMS 파면수차는, 모든 광기록 매체에 대하여 0.05λ 이하이고, 마레셜 한계를 달성할 수 있었다. 또, 렌즈 시프트 특성도 유한계의 CD에서 0.6380과 0.07λ 이하로 할 수 있었다.
도 2 및 도 14에 나타내는 바와 같이 동일 파장을 이용하는 광기록 매체(1, 2)에 대해서는, 각각 독립한 매체영역을 설치함으로써, 2개의 광기록 매체에 집광시킬 수 있는 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
또, 도 2, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 다른 파장을 이용하는 광기록 매체의 호환을 실현하고 있는 매체 영역번호 2, 4, 6의 영역에서는 임의의 광선 높이에 대한 정보기록면상의 집광점의 수차를 허용 범위 내가 되도록 위상을 변화시키는 구조를 이용하고, 굴절작용에 의하여 집광시키고 있는 호환기술 B를 이용하며, 또한 광기록 매체(3)에 대해서는 호환기술 B에 더하여, 물체면의 거리를 이용하는 것에 의한 구면 수차의 보정을 행하는 굴절작용에 의하여 집광시키고 있기 때문에, 회절구조에 의한 호환기술과 같이 회절효율에 의한 광이용 효율의 저하를 초래하지 않고 다른 정보기록면상에 집광시킬 수 있는 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
또, 도 14, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이 위상을 변화시키는 구조를 렌즈 표면의 단차형상에 의하여 실현하였기 때문에, 위상을 변화시키는 새로운 구조를 필요로 하지 않고, 소형이고 경량인 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 동일 파장을 이용하는 광기록 매체의 호환기술에 영역 분할을 이용하고, 다른 파장을 이용하는 광기록 매체의 호환기술에 동일 영역에서 위상을 변화시키는 구조를 이용한 굴절작용에 의한 호환기술을 이용하였기 때문에, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계는, 실시형태 1과 동일한 기본적 구성 을 가지고, 도 11에 기재된 4종류의 광기록 매체에 집광하는 구성을 가지며, 도 12에 나타내는 각 광기록 매체에의 입사광속의 유효지름 및 굴절률을 가지는 렌즈 재료를 이용하였다. 이하, 실시형태 1과 동일한 내용에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 18에 본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계에서의 각 광기록 매체에 집광시키는 광선 높이의 영역을 나타낸다. 또 본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터 및 그 면형상 데이터를 도 19 및 도 20에 나타낸다. 도 3에 본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계에 대한 파면수차도를 나타내고, 도 22에 본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계에 대한 RMS 파면수차값을 나타낸다. 도면의 축상 특성에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계에서의 RMS 파면수차는, 모든 광기록 매체에 대하여, 0.05λ 이하이고, 마레셜 한계를 달성할 수 있었다. 또 렌즈 시프트 특성도 0.05λ 이하로 할 수 있었다.
상기한 실시형태 1에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이 광기록 매체(3)의 NA 부분에 상당하는 매체 영역번호 4에 의하여 정해지는 영역에서는, 광기록 매체(3)와 광기록 매체(1)의 호환을 행하고 있었다. 이것에 대하여 본 실시형태 2에서는 도 18에 나타내는 바와 같이, 광기록 매체(3)의 NA 부분의 매체 영역번호 4 및 6에 관한 영역에서, 광기록 매체(3)와 광기록 매체(2)의 호환을 행하도록 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 19에 나타내는 바와 같이 유한계인 광기록 매체(3)에 대한 물체거리를 연장할 수 있고, 도 22에 나타내는 바와 같이 광기록 매체(3)에 대한 RMS 파면수차값(특히, 렌즈 시프트 특성)을 개선할 수 있다. 이것은 광기 록 매체(2)의 투명기판 두께(0.6 mm)와 광기록 매체(3)의 투명기판 두께(1.2 mm)의 차에 의하여 발생하는 파면수차가, 광기록 매체(1)의 투명기판 두께(0.1 mm)와 광기록 매체(3)의 투명기판 두께(1.2 mm)의 차에서 발생하는 파면수차보다 작기 때문에, 수차를 개선하기 어려운 NA 근방에서 기판 두께의 차에 의하여 발생하는 파면수차가 작은 조합에 의하여 호환을 얻음으로써, 성능의 향상이 도모된 것이다. 본 실시형태에서는 렌즈 시프트의 성능 향상을 행하였으나, 본 호환기술을 이용하여 다른 성능의 향상을 도모하여도 된다.
또 본 실시형태에서도, 실시형태 1과 동일한 효과도 동시에 얻어지는 것은 명백하다.
실시형태 1 및 2에 구현화되어 있는 호환기술 B에 대하여, 실시형태 3, 4를 이용하여 그 원리를 상세하게 설명한다.
(실시형태 3)
본 실시형태 3에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 대물렌즈 광학계는, 실시형태 1과 동일한 기본적 구성을 가지고, 도 23 내지 도 27에 나타내는 대물렌즈 광학계를 이용하여, 4종류의 광기록 매체에 집광하는 구성을 가진다. 본 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 특성을 도 4, 도 28에 RMS 파면수차값을 나타낸다. 이하, 실시형태 1과 동일한 내용에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계에서는 영역 사이의 광로 길이차를 다음과 같이 설정하였다. 즉 면 영역번호 2, 4, 6, 12, 14의 영역에 관해서는 광기 록 매체(2)에 대하여 개략 「-0.06 ± 0.06λ」즉 -0.12λ2 내지 0λ2가 되는 광로 길이차로 하고, 광기록 매체(4)에 대하여 개략 「+0.06 ± 0.06λ」즉 0λ4 내지 0.12λ4가 되도록 광로 길이차로 하였다. 또 면 영역번호 7, 9, 11의 영역에 관해서는, 광기록 매체(2)에 대하여 개략략 「-2.06 ± 0.06λ」 즉 -2.12λ2 내지 -2λ2가 되는 광로 길이차로 하고, 광기록 매체(4)에 대하여 개략 「-0.94 ± 0.06λ」즉 -1λ4 내지 -0.88λ4가 되는 광로 길이차로 하였다. 이와 같이 광로 길이차를 설정함으로써 상기한 호환기술 B에 의하여 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)의 호환을 실현하였다.
본 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계에서는, 실시형태 2와 마찬가지로 광기록 매체(3)의 NA 부분의 매체영역에서 광기록 매체(2)와 광기록 매체(3)의 호환을 행하도록 하였다. 또한 실시형태 1 및 2에서는 광기록 매체(4)의 NA 부분의 매체영역에서 광기록 매체(1)와 광기록 매체(4)의 호환을 행하고 있었으나, 광기록 매체(4)의 NA 부분의 매체영역에서 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)의 호환을 행하도록 하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 28에 나타내는 바와 같이 본 실시형태 1에 비하여 렌즈 시프트 특성을 개선할 수 있고, 축상 특성 및 렌즈 시프트 특성을 모두 0. 06λ 이하로 억제할 수 있어, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있었다.
또, 광기록 매체(1, 2)와 파장이 다른 광기록 매체(3, 4) 어느 쪽도 기판 두 께의 차가 작은 광기록 매체(2)와 호환을 취하였기 때문에, 면영역수를 저감하는 것이 가능하므로, 면영역 사이에 형성하는 단차를 줄이는 것이 가능해져, 제조의 용이화, 단차에 기인하는 광의 산란억제에 의한 고성능화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 파면수차에 관한 특성을 더욱 향상시키기 위해서는, 이하의 발명의 실시형태에서 설명하는 바와 같이 전용영역과 공용영역의 설정을 연구해야 하는 것이 발명자들의 연구의 결과, 판명되었다.
(실시형태 4)
본 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계는, 실시형태 3과 동일한 도 29 내지 도 33에 나타내는 대물렌즈 광학계를 이용하여, 4개의 광기록 매체에 집광하는 구성으로 하였다. 대물렌즈 광학계의 특성을 도 6, 도 7, 도 34에 RMS 파면수차값을 나타낸다.
본 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계에서는 광기록 매체(1)에 집광하는 영역의 렌즈 형상 및 광기록 매체(2, 3, 4)에 집광하는 영역의 렌즈형상을 실시형태 3과 동일하게 하고, 분할위치만을 바꾸고 있다. 도 30에 나타내는 바와 같이 매체 영역번호 1, 3, 5, 7은 광기록 매체(1)의 전용영역이고, 매체 영역번호 2, 4, 6은 광기록 매체(2, 3, 4)의 공용영역이다.
본 실시형태 4에서는 실시형태 3과 마찬가지로 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)의 호환을 달성하기 위하여 호환기술 B를 이용하고 있다. 여기서 호환기술 B의 단차부에서는, 수학식 (2)에서 나타내는 광로 길이차(OPD)가 발생한다.
Figure 112007080050206-PAT00002
여기서, d는 단차량, N은 단차를 구성하는 재료의 굴절률, N0은 공기의 굴절률을 각각 나타낸다.
호환기술 B의 실현방법의 하나로서, 각 광기록 매체(각 파장)에서, mod (OPD) > 0.5의 경우 mod(OPD) - 1, mod(OPD) < 0.5의 경우 mod(OPD)(이 값을 이하 W라 부른다)를 이용하여 수차(γ)를 발생시킴으로써, 각 광기록 매체(각 파장)에서의 수차(α), 수차(β), 수차(γ)를 상쇄시키는 기술이나, 수차(β), 수차(γ)를 상쇄시키는 기술이 있다. 여기서 mod란, OPD의 값을 넘지 않는 최대 정수를 OPD에서 뺀다는 의미이며, 예를 들면 OPD = -1.9의 경우, mod(OPD) = 0.1이고, W는 0.1, 예를 들면 OPD = 1.6이면 mod(OPD) = 0.6이고, W = -0.4가 된다.
이 경우, 파장이나 단차를 구성하는 재료의 조합에 의해서는 단차에 의하여 주어지는 W가 커지고, 단차에서 발생하는 파면수차의 퍼짐에 의한 광학성능의 악화를 초래하거나, 단차량의 증대에 의한 제조의 곤란함, 단차부에서의 불필요 광의 증대에 의한 광학성능의 악화의 문제가 있었다. 반대로 W가 작으면 호환기술 B에 의하여 하나의 단차에서 발생시키는 수차(γ)가 작아지고, 많은 단차를 이용하지 않으면 상쇄를 실현할 수 없어, 단차수가 많은 것에 의한 제조의 곤란함, 단차부에서의 불필요 광의 증대에 의한 광학성능의 악화의 문제가 있었다.
이와 같은 관점에서 실시형태 3 및 발명의 실시형태 4, 5 중 어느 것에서도 광기록 매체(1 또는 2)와, 광기록 매체(4)에 대하여 주는 위상차를 수학식 (2)로부터 다음 식을 충족하도록 하였다.
｜W2 - W4｜≒ 0.24λ
여기서, W2는 광기록 매체(1 또는 2)의 W이고, W4는 광기록 매체(4)의 W이다.
이때, 광기록 매체(1 또는 2) 및 광기록 매체(4)의 어느 쪽에 대해서도 고성능이 되도록 0.24λ를 각각으로 분배하고, W2 ≒ 0.12λ, W4 = -0.12λ의 수차(γ)를 하나의 단차에서 발생시키도록 하였다.
이와 같이 한 결과, 실시형태 3에서는, 개략 OPD2 = -2 nλ + 0.12λ, OPD4 = -nλ - 0.12λ를 실현할 수 있고, 수차(α), 수차(β), 수차(γ)의 상쇄, 또는 수차(β)와 수차(γ)의 상쇄를 실현시키고 있다.
여기서 도 8의 모식도에 나타내는 바와 같이 수차(α)와 수차(β)의 합은, 통상 곡선이 되기 때문에 이것과 상쇄하기 위해서는 수차((γi)로 나타내는 바와 같이 곡선이 아니면 안되다. 그러나 상기한 바와 같이 단차를 설치함으로써 수차(γ)를 발생시키고 있기 때문에, 실제의 수차(γ)는, 계단형상의 수차가 된다. 따라서 하나의 단차에 의하여 발생하는 수차량(W)을 어떻게 저감할지가 파면 수차량을 저감하여, 고성능화하는 데에 있어서 중요한 인자가 된다.
따라서 본 실시형태 4에서는, 이 단차부에 호환기술 A를 이용하고 있는 광기록 매체(1)에 대응하는 면영역을 배치하기로 하였다. 이와 같이 함으로써, 파면수차의 최대값과 최소값의 차를 W 이하로 할 수 있어, 파면수차를 저감하는 것이 가 능하게 되었다.
여기서 실시형태 3에서는 도 4의 b에 나타내는 바와 같이 면영역번호 6과 면영역번호 7 사이 및 면영역번호 11과 면영역번호 12의 사이에서, 파면수차량의 급격한 변화가 발생하고 있다.
본 실시형태 4에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이 이 파면수차의 변화가 가장 크고, 파면수차의 절대값이 큰 단차영역에 호환기술 B를 이용하지 않는 광기록 매체에 대하여 집광하는 매체영역을 배치하고 있다. 구체적으로는 도 7에 나타내는 바와 같이 광기록 매체(2, 3, 4)에 집광하는 면영역번호 2, 면영역번호 4는, 광기록 매체(2, 3, 4)에 대하여 집광하지 않고, 광기록 매체(1)에만 집광하는 면영역번호 3에 의하여 분단되어 있다.
또, 도 8에 나타내는 바와 같이 광기록 매체(2)의 광로 길이차(OPD)는, 면영역번호 2에서 개략 -0.0729 내지 -0.0173λ, 면영역번호 4에서 -2.0155 내지 -2.0296이다. 또 광기록 매체(4)의 광로 길이차(OPD)는, 면영역번호 2에서 개략 0.0206 내지 0.0362λ, 면영역번호 4에서 -0.9794 내지 -0.9338로 하였다. 이와 같이 면영역번호 3에 의하여 분단된 전후의 면영역번호 2와 면영역번호 4의 광로 길이의 차를 0.5λ 이상으로 하고, 0.12λ의 파면수차량의 변화를 억제하도록 면영역번호 3을 배치하였기 때문에, 도 7에 나타내는 바와 같이 면영역번호 2, 4의 파면수차량의 변화폭을 광기록 매체(2)에 대해서는 0.057λ, 광기록 매체(3)에 대해서는 0.065λ로, 각각 0.12λ보다 작은 값으로 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과, 도 34에 나타내는 바와 같이, 축상 특성 0.03λ 이하, 렌즈 시프트 특성 0.06λ 이하를 달성할 수있어, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있었다.
(실시형태 5)
본 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계는, 실시형태 3과 동일한 기본적 구성을 가지고, 도 35 내지 도 39에 나타내는 대물렌즈 광학계를 이용하여, 4종류의 광기록 매체에 집광하는 구성으로 하였다. 도 9에 본 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 특성을 나타내고, 도 40에 상기 RMS 파면수차값을 나타낸다.
본 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계는, 광기록 매체(2와 4)의 호환기술 B에 관련되는 구성 이외는, 실시형태 3과 동일하다. 본 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계에서는, 영역 사이의 광로 길이차를 다음과 같이 설정하였다. 즉, 면영역번호2, 4의 영역에 관해서는, 광기록 매체(2)에 대하여 개략「0 ± 0.06λ」 즉 -0.06λ2 내지 + 0.06λ2가 되는 광로 길이차로 하고, 광기록 매체(4)에 대하여 개략「0 ± 0.6λ」 즉 - 0.06λ4 내지 + 0.06λ4가 되는 광로 길이차로 하였다. 또, 면영역번호 5, 7, 9, 11의 영역에 관해서는 광기록 매체(2)에 대하여 개략「-2.0 ± 0.06λ」즉 -2.06λ2 내지 -1.94λ2가 되는 광로 길이차로 하고, 광기록 매체(4)에 대하여 개략 「-1.0 ± 0.06λ」즉 -1.06λ4 내지 -0.94λ4가 되는 광로 길이차로 하였다. 또, 면영역번호 13의 영역에 관해서는, 광기록 매체(2)에 대하여 개략 「-0 ± 0.06λ」즉 -0.06λ2 내지 +0.06λ2가 되는 광로 길이차로 하고, 광기록 매체(4)에 대하여 개략 「+0 ± 0.06λ」즉 -0.06λ4 내지 +0.06λ4가 되는 광로 길 이차로 하였다. 이와 같이 광로 길이차를 설정함으로써, 상기한 호환기술 B에 의하여 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)의 호환을 실현하였다.
또한, 본 실시형태 5에서는, 광기록 매체(2)와 광기록 매체(4)의 NA 0.7의 부근에서 발명의 실시형태 5에서 설명한 본 발명에 관한 기술을 적용하고 있다.
본 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계에서는, 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 40에 기재된 바와 같이 축상 특성으로 0.04λ이하, 렌즈 시프트 특성(0.2 mm 시프트시)으로 0.06λ 이하를 달성할 수 있어, 고성능의 대물렌즈 광학계를 제공할 수 있었다.
(그 밖의 실시형태)
실시형태 1 내지 실시형태 5에서는, 대물렌즈 광학계를 1매의 렌즈에 의하여 실현하고 있었으나, 도 10에 나타내는 바와 같이 대물렌즈(100)와 수차 보상소자(400)의 2개의 부품을 이용하여 실현하여도 된다. 구체적으로는 도 10b에 나타내는 바와 같이 수차 보정소자(400)의 입사면 또는 출사면에 호환기술 A와 호환기술 B의 양쪽을 적용하여도 된다. 또 도 10c에 나타내는 바와 같이 수차 보정소자(400)상에 호환기술 A를 적용하고, 대물렌즈(100)에 호환기술 B를 적용하여도 된다. 또한 도 10d에 나타내는 바와 같이 수차 보정소자(400)에 호환기술 B를 적용하고, 대물렌즈(100)에 호환기술 A를 적용하도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하여 대물렌즈 광학계를 실현하여도 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 5와 동일한 효과가 얻어진다. 그러나 대물렌즈 광학계의 소형화, 경량화를 위해서는 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계와 같이, 1매의 렌즈로 실 현하는 것이 바람직하다.
상기한 예에서는 4종류의 광기록 매체의 호환을 가능하게 하는 대물렌즈 광학계에 대하여 설명하였으나, 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 동일하고, 적어도 2개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 광속의 파장이 다른, 적어도 3개 이상의 광기록 매체에 집광시키는 대물렌즈 광학계에 대하여 본 발명은 적용 가능하다
도 1a 내지 도 1d는 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 개략 구성도,
도 2a 내지 도 2d는 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도,
도 3a 내지 도 3d는 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도,
도 4a 내지 도 4d는 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도,
도 5a 내지 도 5d는 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 OPD를 나타내는 도,
도 6a 내지 도 6d는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도,
도 7a 내지 도 7d는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 OPD를 나타내는 도,
도 8a 및 도 8b는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계에서의 수차의 상쇄를 설명하기 위한 모식적인 파면수차도,
도 9a 내지 도 9d는 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 파면수차도,
도 10a 내지 도 10d는 그 밖의 실시형태에 관한 대물렌즈 광학계의 개략 구 성도,
도 11은 발명의 실시형태에 관한 대물렌즈 광학계에서 사용 가능한 기록매체의 여러가지 양을 나타내는 표,
도 12는 발명의 실시형태 1, 2에 관한 대물렌즈 광학계의 유효지름 및 굴절률을 나타내는 표,
도 13은 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계에서의 각 영역의 특성을 나타내는 표,
도 14는 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터를 나타내는 표,
도 15는 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 1)를 나타내는 표,
도 16은 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 2)를 나타내는 표,
도 17은 발명의 실시형태 1에 관한 대물렌즈 광학계의 RMS 파면수차값을 나타내는 표,
도 18은 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 각 영역의 특성을 나타내는 표,
도 19는 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터를 나타내는 표,
도 20은 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌 즈면 1)를 나타내는 표,
도 21은 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 2)를 나타내는 표,
도 22는 발명의 실시형태 2에 관한 대물렌즈 광학계의 RMS 파면수차값을 나타내는 표,
도 23은 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 유효지름 및 굴절률을 나타내는 표,
도 24는 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 각 영역의 특성을 나타내는 표,
도 25는 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터를 나타내는 표,
도 26은 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 1)를 나타내는 표,
도 27은 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 2)를 나타내는 표,
도 28은 발명의 실시형태 3에 관한 대물렌즈 광학계의 RMS 파면수차값을 나타내는 표,
도 29는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 유효지름 및 굴절률을 나타내는 표,
도 30은 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 각 영역의 특성을 나 타내는 표,
도 31은 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터를 나타내는 표,
도 32는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 1)를 나타내는 표,
도 33은 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 2)를 나타내는 표,
도 34는 발명의 실시형태 4에 관한 대물렌즈 광학계의 RMS 파면수차값을 나타내는 표,
도 35는 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 유효지름 및 굴절률을 나타내는 표,
도 36은 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 각 영역의 특성을 나타내는 표,
도 37은 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 렌즈 데이터를 나타내는 표,
도 38은 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 1)를 나타내는 표,
도 39는 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 면형상 데이터(대물렌즈면 2)를 나타내는 표,
도 40은 발명의 실시형태 5에 관한 대물렌즈 광학계의 RMS 파면수차값을 나 타내는 표이다.

Claims (24)

  1. 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠tl)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계에 있어서,
    상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과,
    상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 또한 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하며,
    상기 공용영역은, 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차를 상쇄하는 수차를 발생하는 비구면 형상이 설정된 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공용영역은, 비구면 형상이 설정되고, 상기 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3) 중 어느 하나의 파장(λ)에 대하여 0.5λ 이상인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체 또는 상기 제 3 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치한 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜> ｜t3 - t2｜인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 공용영역은, 상기 제 3 광기록 매체의 NA 영역 내의 바깥쪽 부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공용영역은, 광축으로부터 반경방향으로 복수의 구간으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 광기록 매체 및 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 더 설치한 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 광픽업 광학계에 이용되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  10. 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠t1)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두 께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계에 있어서,
    상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과,
    상기파장(λ1)의 광속을, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 또한 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하며,
    상기 공용영역에 입사하는 상기 파장(λ3)의 광속과 상기 파장(λ1)의 광속은, 서로 다른 입사각으로 입사하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 공용영역은, 비구면 형상이 설정되고, 상기 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ)의 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3) 중 어느 하나의 파장(λ)에 대하여 0.5λ 이상인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체 또는 상기 제 3 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치한 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 광픽업 광학계에 이용되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  17. 파장(λ1)의 광속을 두께(t1)의 투명기판을 가지는 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ1)의 광속을 두께(t2)(t2≠tl)의 투명기판을 가지는 제 2 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 파장(λ3)(λ3≠λ1)의 광속을 두께(t3)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 및 파장(λ4)(λ4≠λ1)의 광속을 두께(t4)의 투명기판을 가지는 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시켜, 각각의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 양의 파워를 가지는 대물렌즈 광학계에 있어서,
    상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 2 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 제 1 광기록 매체용 영역과,
    상기 파장(λ1)의 광속을, 상기 제 1 광기록 매체의 정보기록면에는 집광시키지 않고 상기 제 2 광기록매체의 정보기록면에 집광시키고, 상기 파장(λ3)의 광속을 상기 제 3 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키고, 상기 파장(λ4)의 광속을 상기 제 4 광기록 매체의 정보기록면에 집광시키는 공용영역을 구비하며,
    상기 공용영역에 입사하는 상기 파장(λ3)의 광속과 상기 파장(λ1)의 광속은, 서로 다른 입사각으로 입사하고, 상기 광빔의 파장(λ4과 λ1)의 차이에 의하여 발생하는 색수차를 상쇄하는 비구면 형상이 설정된 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 공용영역은, 비구면 형상이 설정되고, 상기 제 2 광기록 매체와 제 4 광기록 매체의 투명기판의 두께의 차이에 의하여 발생하는 파면수차와 상기 광빔의 파장(λ4와 λ1)이 차이에 의하여 발생하는 색수차와 비구면 형상에서 발생하는 수차가 상쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜ 또는/또한 ｜t4 - t1｜ > ｜t4 - t2｜인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 투명기판의 두께가 ｜t3 - t1｜ > ｜t3 - t2｜ 또는/또한 ｜t4 - t1｜ > ｜t4 - t2｜인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 광기록 매체용 영역과 안쪽 및 바깥쪽에 인접하는 2개의 공용영역 사이의 광로 길이차가, 파장(λ1), 파장(λ3), 파장(λ4) 중 어느 하나의 파장(λ) 에 대하여 0.5λ 이상인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 공용영역을 대물렌즈의 전 영역에 설치한 경우에 상기 제 2 광기록 매체, 상기 제 3 광기록 매체 또는 상기 제 4 광기록 매체에 대한 파면수차의 변화가 가장 큰 영역에, 상기 제 1 광기록 매체용 영역을 설치한 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  23. 제 17항에 있어서,
    상기 대물렌즈 광학계가, 렌즈 1매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 광픽업 광학계에 이용되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계
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