KR20100111150A

KR20100111150A - 호환형 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치

Info

Publication number: KR20100111150A
Application number: KR1020090029568A
Authority: KR
Inventors: 장학현
Original assignee: (주)아이엠
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-14

Abstract

본 발명은 2개 이상의 파장을 채용하는 광학계에서 CD나 DVD 등 종류가 다른 광기록 매체에 대응할 수 있는 호환형의 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 회절소자를 사용하지 않고 단순 굴절면만을 사용하여 광이용 효율이 좋으며 CD나 DVD 등의 광기록 매체의 디스크 두께에 대하여 최적의 구면수차보정이 가능한 호환형의 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치에 관한 것이다.

대물렌즈, 호환형, DVD, CD, 광픽업, 구면수차

Description

호환형 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치{Compatible objective lens and pickup apparatus having the same}

최근, CD나 DVD 등의 종류가 다른 광기록 매체(광디스크)에 모두 기록 및/또는 재생할 수 있게 한 호환형 광픽업 장치가 제안되어 실용화되고 있다.

일반적으로 광디스크의 기록밀도는 정보 기록면에 집광하는 광스폿 지름에 의존한다. 그리고 광스폿 지름은 λ/NA(단, λ는 광원의 파장, NA는 대물렌즈의 상측 개구수)에 비례한다.

이 때문에 CD와 DVD에서는 광디스크장치에 사용되는 광원의 파장, 대물렌즈의 NA 및 투명기판의 두께가 다르다.

따라서 종류가 다른 광디스크를 기록, 재생하는 호환형 광디스크장치는, 다음과 같이 설계할 필요가 있다.

(1) 투명기판의 두께의 차에 기인하여 발생하는 구면수차 및/또는 광원 파장의 차에 기인하여 발생하는 색수차를 보정한다.

(2) 각각의 광디스크의 정보의 기록, 재생에 적합한 광스폿이 얻어지도록 NA를 변화시킨다.

이와 같은 호환형 광디스크장치로서는 픽업에 광디스크의 종류마다 대물렌즈를 설치하여 사용하는 광디스크의 종류에 따라 대물렌즈를 교환하거나, 광디스크의 종류마다 픽업을 설치하여 사용하는 광디스크의 종류에 따라 픽업을 교환하거나 하는 기구를 설치하는 것을 생각할 수 있다.

그러나 비용면이나 장치의 소형화를 실현하기 위해서는, 어느 종류의 광디스크에 대해서도 동일한 대물렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 대물렌즈의 일례가, 미국특허 US6,118,594호에 개시되어 있다. 이 문헌에는 얇은 투명기판의 DVD에 대해서는, 단파장(635nm 또는 650 nm)의 광속을 사용하고, 두꺼운 투명기판의 CD에 대해서는, 장파장(780 nm)의 광속을 사용하는 광디스크 장치가 개시되어 있다.

이 광디스크장치는, 이들 광속에 공통으로 사용되는 대물렌즈를 구비하고 있다. 그리고 상기 광디스크장치의 대물렌즈에는 양의 파워를 가지는 굴절 렌즈의 한 쪽 면에 윤대형상의 미세한 단차가 긴밀하게 설치되어 이루어지는 회절 렌즈구조가 형성되어 있다.

이와 같은 회절 렌즈구조는 얇은 투명기판의 DVD에 대하여 단파장의 광속의 회절광을, 두꺼운 투명기판의 CD에 대하여 장파장의 광속의 회절광을 각각 정보 기록면에 집광시키도록 설계되어 있다. 그리고 어느 쪽의 회절광도 동일 차수의 회절광을 정보 기록면에 집광시키도록 설계되어 있다.

그러나 상기 특허문헌에 개시된 대물렌즈에서는 회절 렌즈구조에 의한 회절광을 이용하고 있기 때문에, 다른 파장의 각각에 대한 회절효율을 동시에 100%로 할 수는 없다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌에 개시된 회절 렌즈에서는 DVD에 사용하는 단파장(약 650 nm)의 광속과 CD에 사용하는 장파장(약 780 nm)의 광속에 대하여, 그것들의 대략 중간의 파장으로 회절효율이 100%가 되도록 하여 사용한 광속에 대한 회절효율을 조화시키고 있다.

여기서 회절효율이 100%에 도달하지 않는다는 것은, 입사광의 모두를 광디스크의 투명기판에 설치된 정보 기록면에 집광할 수는 없는 것을 의미하고 있고, 이것이 광량 손실이 된다.

또한, 최근 상기 2종류의 CD/DVD 디스크를 양면일체화시킨 듀얼 디스크에서는 CD 디스크의 두께가 1.2mm에서 0.9mm까지 얇아져 두께차에 따른 대응력의 문제가 발생한다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 대물렌즈에서는, 적절한 NA로 또한 높은 광 이용 효율로 사용파장이 다른 복수종류의 광디스크에 대하여 광속을 정보 기록면에 집광시키는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해소하여, 적절한 NA로 또한 높은 광이용 효율로 사용파장이 다른 복수종의 광디스크에 대하여 광속을 정보 기록면에 집광시키는 것이 가능한 대물렌즈와 그를 이용한 광픽업장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명은 DVD와 두께가 0.9mm 내지 1.2mm의 범위를 갖는 CD에서도 최적의 구면수차 보상이 되는 대물렌즈와 그를 이용한 광픽업 장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명이 대물렌즈는, 제1 파장을 가지는 제 1 광속을 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 또한 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제 2 광속을 제 2 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키는 대물렌즈에 있어서, 적어도 한쪽의 렌즈면은, 광축을 중심으로 한 환형 형상의 단차를 가지는 복수의 구간으로 분할됨과 동시에, 상기 복수의 구간으로 이루어져 광축을 포함하며, 상기 제1 광속을 상기 제1 광기록매체의 정보 기록면에 집광시킴과 동시에, 상기 제2 광속을 상기 제2 광기록매체의 정보 기록면에 집광시키는 공통 영역; 및 상기 공통영역의 바깥쪽에 설치되며, 상기 공통영역의 렌즈면에 경사를 가지고 있어 제1 광속을 산란시키는 산란 차단영역과 상기 공통영역의 렌즈면과 단차를 형성하여 제1 광속을 상쇄간섭으로 제거하는 위상 차단 영역을 포함하며, 상기 제 1 광속을 상기 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 제 2 광속을 차단하는 전용 영역을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 대물렌즈는, 상기 공통영역과 상기 전용 영역은 서로 다른 비구면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 대물렌즈는, 상기 공통영역의 초기 3개면은 아래의 조건식 1과, 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.

(조건식1)

0.13<NA(1-1)<0.14

0.37<NA(1-2)<0.38

0.39<NA(1-3)<0.41

여기에서, NA(1-1)은 제1 환형 영역의 개구수이고, NA(1-2)는 제2 환형 영역(20b)의 개구수이며, NA(1-3)은 제3 환형 영역(20c)의 개구수.

(조건식 2)

d(1)=0

d(2)<-(n-1)/λ

(n-1)/ λ<d(3)

여기에서, d(1)은 제1 환형 영역의 비구면에서의 단차이고, d(2)는 제2 환형 영역의 비구면에서의 단차이며, d(3)는 제3 환형 영역의 비구면에서의 단차이며, λ는 제1 파장과 제2 파장의 중간 파장임.

또한, 본 발명의 대물렌즈의 공통영역은 7개의 분할면을 가지며, 제1 분할면은 0.134개구수에 비구면에서 0의 거리의 단차를 가지고, 제2 분할면은 0.373 개구수에 비구면에서 -0.00134의 거리의 단차를 가지며, 제3 분할면은 0.399 개구수에 비구면에서 0의 거리의 단차를 가지며, 제4 분할면은 0.421개구수에 0.0014의 거리의 단차를 가지며, 제5 분할면은 0.439의 개구수에 0.00283의 거리의 단차를 가지며, 제6 분할면은 0.455의 개구수에 0.00427의 거리 단차를 가지며, 제7 분할면은 0.469 개구수에 0.00573의 거리의 단차를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명이 대물렌즈는, 상기 공통영역의 개구수는 0보다 크고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 전용영역의 개구수는 0.6보다 작고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 대물렌즈의 상기 전용 영역의 산란 차폐 영역은 10um 이상의 폭과 공통영역의 렌즈면에 대하여 제1 파장의 9배의 단차를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광픽업 장치는 제1 파장을 가지는 제 1 광속을 출사하는 제 1 레이저와, 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제 2 광속을 출사하는 제 2레이저와, 상기 제 1 레이저로부터 출사된 제 1 광속을 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 또한 상기 제 2레이저로부터 출사된 제 2 광속을 제 2 광기록매 체의 정보 기록면 위에 집광시키는 대물렌즈를 구비한 광픽업장치에 있어서, 상기 대물렌즈의 적어도 한쪽의 렌즈면은, 광축을 중심으로 한 환형 형상의 단차를 가지는 복수의 구간으로 분할됨과 동시에, 상기 복수의 구간으로 이루어져 광축을 포함하며, 상기 제1 광속을 상기 제1 광기록매체의 정보 기록면에 집광시킴과 동시에, 상기 제2 광속을 상기 제2 광기록매체의 정보 기록면에 집광시키는 공통 영역; 및 상기 공통영역의 바깥쪽에 설치되며, 상기 공통영역의 렌즈면에 경사를 가지고 있어 제1 광속을 산란시키는 산란 차단영역과 상기 공통영역의 렌즈면과 단차를 형성하여 제1 광속을 상쇄간섭으로 제거하는 위상 차단 영역을 포함하며, 상기 제 1 광속을 상기 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 제 2 광속을 차단하는 전용 영역을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 광픽업 장치는, 상기 대물렌즈의 상기 공통영역과 상기 전용 영역은 서로 다른 비구면 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광픽업 장치는, 상기 공통영역의 개구수는 0보다 크고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 전용영역의 개구수는 0.6보다 작고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광픽업 장치의 상기 대물렌즈의 상기 전용 영역의 산란 차폐 영역은 10um 이상의 폭과 공통영역의 렌즈면에 대하여 제1 파장의 9배의 단차를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 회절소자를 사용하지 않고도 단순 굴절면만을 사용하여 광이용 효율이 좋은 호환형 대물렌즈와 그를 이용한 광픽업 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, DVD 그리고 CD 디스크의 두께가 1.2mm 내지 0.9mm범위내에 있어도 최적의 구면수차 보정이 되는 호환 대물렌즈와 이를 이용한 광픽업 장치가 제공된다.

이제, 도 1이하의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대물렌즈와 그를 이용한 광픽업 장치에 대하여 설명하면 아래와 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대물렌즈의 구성을 나타낸 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 대물렌즈(10)는 CD용 파장과 DVD용 파장이 모두 통과하도록 설계된 CD/DVD 공통 영역(NA1)과, CD 용 파장은 차단되고 DVD용 파장만이 통과하도록 설계된 DVD 전용 영역(NA2-NA1)으로 구성된 입사면(20)을 포함한다.

여기에서, CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)은 서로 다른 곡률을 갖도록 설계하여 해당 광기록매체에 서로 다른 직경의 광스폿이 형성되도록 한다.

이처럼 입사면(20)에 서로 다른 곡률반경으로 되는 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)을 갖는 대물렌즈(10)를 구비하면 두께가 다른 디스크에 대해 각각 정보를 광학적으로 기록/재생할 수 있는 호환성을 가지게 되며, 두께가 다른 디스크에 대하여 광을 분할하지 않으므로 높은 광효율로써 재생 신호의 신호대 잡음비를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서의 입사면(20)의 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)에 대하여 서로 다른 개구수를 갖도록 설계하며 두께가 다른 디스크에 형성되는 광스폿의 지름을 서로 다르게 할 수 있다.

여기에서, 일예로 CD/DVD 공통 영역(NA1)은 개구수가 0.0~0.47을 갖도록 하고, DVD 전용 영역(NA2-NA1)은 개구수가 0.47~0.6을 갖도록 설계할 수 있으며, 여기에서 경계부분의 개구수는 0.45 내지 0.5의 범위내에서 변경이 가능하다.

다음으로, 본 발명에서의 입사면(20)의 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)에 대하여 서로 다른 비구면 계수를 갖는 비구면을 형성하여 수차가 양호하게 보정되도록 한다.

또한, 본 발명에서 출사면(30)은 비구면으로 형성하여 수차가 양호하게 보정되도록 한다.

이때, 본 발명의 비구면형상은 광축으로부터의 높이가 y가 되는 비구면상의 좌표점에서의 비구면의 광축상에서의 접평면으로부터의 거리(새그량)를 z, 비구면의 광축상에서의 곡률(1/곡률반경)을 c, 유닉계수를 K, 4차부터 그 이상의 비구면 계수를 각각 A, B, C, D 등등으로 하면 대물렌즈(10)의 입사면(20)과 출사면(30)의 비구면은 다음 수학식 1로 표시된다.

(수학식 1)

z = cy²/(1+[1-{1+K}c²y²]^1/2)+Ay⁴+By⁶+Cy⁸+Dy¹⁰…

c : 비구면 정점의 곡률 (1/r);

y : 광축으로부터의 거리;

K : 코닉(conic) 계수; 및

A : 4차 비구면 계수;

B : 6차 비구면 계수;

C : 8차 비구면 계수; 및

D: 10차 비구면 계수이다.

그리고, 이와 같이 (수학식 1)로 표현되는 비구면형상의 비구면 계수를 입사면(20)과 출사면(30)에 대하여 나타내면 (표 1)과 같으며, 입사면(20)은 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)이 서로 다른 비구면 계수를 갖는 비구면으로 구현된다.

(표 1)

입사면(20)				출사면(30)
CD/DVD 공통영역(NA1)		DVD 전용 영역(NA2-NA1)		출사면(30)
곡률	2.148796	곡률	2.146338	곡률	-7.37186
K	-0.4323717	K	-0.43662	K	-40.3874
A	-0.0014193	A	-0.00152	A	-5.79E-05
B	-0.0003243	B	-0.00033	B	0.000114
C	-3.13E-05	C	-3.34E-05	C	6.90E-05
D	-2.40E-06	D	-2.09E-06	D	-1.29E-05

한편, CD/DVD 공통 영역(NA1)은 서로 다른 단차를 갖는 다수의 환형 영역(20a~20g)으로 분할할 수 있으며, 이렇게 되면 구간별로 영역과 두께 단차를 최적화하고 균형 분배하여 두께가 다른 디스크에 대한 대응이 가능하다.

일반적으로, 두께 0.6mm 의 DVD 계 광디스크에 대하여 양호하게 수차 보정되도록 설계된 대물렌즈(10)를 두께 1.2mm의 CD계 광디스크에 이용한다면 도 2에 도시된 바와 같은 광디스크의 두께의 차이에 근거한 파면수차가 발생한다.

이는 파면수차가 CD용 광디스크에 편중되어 있으므로 DVD형 광디스크와 균형 분배하고 또한 0.9mm 두께를 갖는 CD용 광디스크에서 수차가 최소가 되도록 설계하기 위하여 설계 기준을 CD/DVD의 중간인 상태로 하여 양호하게 수차가 보정되도록 설계된 대물렌즈(10)를 작동 거리를 변경하면 균형 수차 분배가 가능하다.

이러한 균형 수차 분배를 위하여 개구수의 증가시에 CD용 광디스크와 DVD용 광디스크에서 수차 변화를 관찰해보면, 도 3에 도시된 바와 같이 CD용 광디스크에 있어서는 NA가 증가시 영에서 다수 양의 수차량을 거쳐 음의 수차량으로 수차량이 변화되고, DVD용 광디스크는 반대로 영에서 다소 음의 수차량을 거쳐 양의 수차량으로 수차량이 변화된다.

이와 같은 수차량의 변화를 살펴보면, 수차를 제거하기 위하여 파장에 따른 굴절률차를 이용할 수 있다.

이를 위하여 먼저 대물렌즈(10)의 CD 파장 785nm와 DVD 파장 655nm에서 1λ 위상차를 발생시키는 두께(sag)를 알아보면 아래 (수학식 2)와 같다.

(수학식 2)

1λ위상차를 갖는 두께(새그, sag) =λ/(n-1)

여기에서, λ는 파장이며, n은 굴절율로서, 수학식 2에 의하여 785nm의 파장에서 굴절율이 1.53713인 재질을 사용하면 CD용 광디스크에 대한 1λ 위상차를 발생시키는 두께는 1.461467125um이며, 1λ위상차 두께의 정수배 두께 변화시 CD용 광디스크에 대한 수차는 변동이 없으면, 만일 정수배가 아닐 경우에 과부족 잔류만큼 수차가 남게 된다.

마찬가지로 수학식 2에 의하여 655nm의 파장에서 굴절율이 1.54089인 재질을 사용하면 DVD용 광디스크에 대한 1λ 위상차 두께는 1.2109671㎛이고, 1λ 위상차 두께의 정수배 두께 변화시 DVD 수차는 변동이 없으면 만일 정수배가 아니면 과부족 잔류만큼 수차가 남게 된다.

만일 CD용 광디스크와 DVD용 광디스크에 대한 1λ 위상차 두께의 중간인 약 1.32898334um가 되도록 두께를 증가하게 되면 CD에서는 정수배의 부족한 새그량에 해당하는 (+) 수차 즉 +0.09068202λ가 남게되며 이와 유사하게 DVD용 광디스크에서는 정수배의 남은 새그량에 해당하는 (-) 수차 즉 -0.11801624λ가 남게 된다.

따라서 CD용 광디스크에서는 (-) 수차를 보정할 수 있고 동시에 DVD용 광디스크에서는 (+) 수차가 보정된다.

결국 수차의 적정 영역을 구분하여 새그를 빼주거나 더하여 두께를 적절하게 조절하면 수차제거가 가능하고 계속 수차 증가분만큼 두께 조절을 분할된 적정 영역에서 적용하면 도 4에 도시된 바와 같이 수차를 줄일 수 있다.

여기에서, 도 4의 (a)는 CD용 광디스크에 대한 파면 수차를 나타내는 그래프로서, 대물렌즈(10)의 적정 영역을 구분하여 새그를 빼주거나 더하여 두께를 적절하게 조절한 결과, 도 3에 도시된 파면수차의 그래프와 달리 파면수차가 일정한 한계치 안에서 유지되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4의 (b)는 DVD용 광디스크에 대한 파면 수차를 나타내는 그래프로서, 대물렌즈(10)의 적정 영역을 구분하여 새그를 빼주거나 더하여 두께를 적절하게 조절한 결과, 도 3에 도시된 파면수차의 그래프와 달리 파면수차가 일정한 한계치 안에서 유지되는 것을 알 수 있다.

이처럼, 구간별로 영역과 두께 단차를 좀더 최적화 및 균형 분배함으로써 두께가 다른 광디스크에 대한 대응이 가능하다.

이와 같은 방식으로 CD/DVD 공통 영역(NA1)의 각 환상 영역(20a 내지 20g)의 형상은, CD 파장과 DVD 파장의 파면수차를 모두 작게 하도록 최적화될 수 있다.

일예로 CD/DVD 공통 영역(NA1)을 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다른 단차를 갖는 7개의 환형 영역(20a~20g)으로 분할 할 수 있는데 이 경우에 아래의 표 2에 각 구간의 개구수(NA)와 각 구간에서의 단차(mm)-비구면에서의 거리, 음의 부호는 비구면에서 입사측으로 돌출되어 있는 것이고, 양의 부호는 비구면에서 렌즈의 안측으로 함몰되어 있는 것을 의미함-가 도표로 표시되어 있다.

(표 2)

분할면	1(20a)	2(20b)	3(20c)	4(20d)	5(20e)	6(20f)	7(20g)
구간(NA)	0.134	0.373	0.399	0.421	0.439	0.455	0.469
단차(mm)	0	-0.00134	0	0.0014	0.00283	0.00427	0.00573

이상과 같은 설계치로 각 광 디스크에서 구한 파면 수차(Total RMS)가 도5에 도시되어 있는데, 도 5의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이 DVD용 광디스크에서 파면 수차의 최대값은 0.0279λrms이고, 도 5의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 1.2mm 두께의 CD용 광디스크에서 파면수차의 최대값은 0.0383λrms이며, 도 5의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 0.9mm두께의 CD용 광디스크에서 파면수차의 최대값은 0.0682λrms로서, 일반적인 CD용 광디스크와 DVD용 광디스크는 물론이고 0.9mm 두께를 갖는 CD용 광디스크에 대해서도 한계의 파면수차값인 마아샬의 평가 기준값 0.070λrms를 밑돌고 있어, 모두 충분히 파면수차가 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

물론, CD/DVD 영역(NA1)의 초기 3분할면의 크기를 아래 수학식 (3)의 조건들을 만족하고, 두께는 수학식 (4)의 조건들을 만족하도록 최적화함으로써 DVD는 물론 CD 디스크의 두께가 각각 1.2mm/0.9mm을 갖는 경우에서 사용가능한 파면수차를 확보할 수 있다.

(수학식 3)

0.13<NA(1-1)<0.14

0.37<NA(1-2)<0.38

0.39<NA(1-3)<0.41

여기에서, NA(1-1)은 제1 환형 영역(20a)의 개구수이고, NA(1-2)는 제2 환형 영역(20b)의 개구수이며, NA(1-3)은 제3 환형 영역(20c)의 개구수이다.

(수학식 4)

d(1)=0

d(2)<-(n-1)/λ

(n-1)/ λ<d(3)

여기에서, d(1)은 제1 환형 영역(20a)의 비구면(20)에서의 단차이고, d(2)는 제2 환형 영역(20b)의 비구면(20)에서의 단차이며, d(3)는 제3 환형 영역(20c)의 비구면(20)에서의 단차이다.

그리고, λ는 CD용 파장과 DVD 용 파장의 중간 파장으로 720nm이며, n은 굴절율로서, 일예로 785nm의 파장에서 굴절율이 1.53713이고, 655nm의 파장에서 굴절율이 1.54089인 재질이 사용될 수 있다.

또한, 수학식 4에서 음의 부호는 비구면(20)에서의 거리가 입사면의 외측 방 향으로 돌출되어 있는 것을 의미하고, 양의 부호는 비구면(20)에서의 거리가 입사면의 내측으로 함몰되어 있는 것을 의미한다.

이와 같은 조건을 만족하도록 설계하면 DVD 파장에서 파면수차는 DVD<0.03λrms이고, CD 파장에서 파면수차는 CD<0.04λrms가 되며, 0.9mm 두께의 CD에 대하여 파면수차는 CD<0.07λrms 가 되어, 한계의 파면수차값인 마아샬의 평가 기준값 0.070λrms를 밑돌고 있어, 모두 충분히 파면수차가 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

한편, DVD 전용 영역(NA2-NA1)은 산란 차폐 영역(21a)과 위상 차폐 영역(21b)로 구성되어 있으며, CD 용 파장이 통과되지 않도록 하고 있다.

여기에서, 산란 차폐 영역(21a)은 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)의 위상 차폐 영역(21b) 사이에 폭이 10um 이상으로 주변 렌즈면(20g)의 경사와 90도 이상 차이나는 경사면을 갖도록 형성되어 있으며, 이와 같은 경사면으로 인하여 광이 산란되어 CD 용 파장이 차폐된다.

다음으로, 위상 차폐 영역(21b)은 그 렌즈면의 두께를 CD/DVD 공통 영역(NA1)의 비구면 렌즈면(20)의 두께에서 DVD 파장의 9배의 단차가 되도록 형성하여 CD 파장의 7.5배 경로차가 생기도록 만들어 준다.

이처럼, 위상 차폐 영역(21b)의 두께가 CD 파장에 대하여 7.5배의 경로차가 생기도록 형성되면, CD 파장의 광에 대하여 위상 개구 차폐 효과가 발생하고, 그 결과 CD 파장이 통과되더라도 위상차로 인하여 상쇄간섭이 일어나 CD 파장이 소멸하며 DVD용 광디스크에 영향을 미치지 않는다.

따라서, 본 발명의 대물렌즈(10)는 CD용 파장이 투사될 경우에, CD/DVD 공통 영역(NA1)에서는 CD용 파장이 통과되고 DVD 전용 영역(NA2-NA1)에서는 CD용 파장이 통과되지 않아 CD/DVD 공통 영역(NA2)를 통과한 CD용 파장에 의하여 광스폿이 CD 광디스크에 집광된다.

이와 반대로 대물렌즈(10)에 DVD용 파장이 투사될 경우에 CD/DVD 공통 영역(NA1)과 DVD 전용 영역(NA2-NA1)의 모두에 DVD용 파장이 투과되어 DVD 광디스크에 DVD용 파장이 집광된다.

한편, 여기에서는 하나의 산란 차폐 영역과 하나의 위상 차폐 영역을 구비하도록 설계하였지만 이와 달리 다수의 산란차폐 영역과 위상 차폐 영역을 교대로 구비하도록 설계할 수 있다. 즉, DVD 전용 영역을 산란 차폐 영역과 위상 차폐 영역이 다수개 포함되도록 분할하여 구성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 대물렌즈를 이용한 광픽업 장치의 구성도로서, 제 1 형태의 광학 기록매체(102)와 제 2 형태의 기록매체(140)를 주사하는 광픽업 장치(101)를 나타낸 것이다.

도시된 실시예에서, 상기 제 1 형태는 DVD용 광디스크이고, 제 2 형태는 CD용 광디스크이다. 상기 기록매체(102)는, 투명층(103)을 구비하고, 그것의 일측면 위에 정보층(104)이 배치된다. 상기 투명층으로부터 멀리 대향하는 정보층의 측면은, 보호층(105)에 의해 환경적인 영향으로부터 보호된다. 상기 장치에 대향하는 투명층의 측면은, 소위 입사면(106)이라 불린다.

상기 광픽업 장치(101)는, 서로 다른 파장을 갖는 제 1 및 제 2 방사빔(107,108)을 방출할 수 있는 방사원을 구비한다. 도면에 도시된 방사원은, 상기 방사빔(107, 108)을 방출하는 2개의 반도체 레이저(109, 110)를 구비한다.

예를 들면 반투명판과 같은 빔 스플리터(111)는, 2개의 빔(107, 108)의 경로를 단일 광 경로로 조합한다. 상기 제 1 방사빔(107)은, 제 1 형태의 광학 기록매체(102)를 주사하는데 사용된다. 제 2 방사빔(108)은, 제 2 형태의 광학 기록매체(140)를 주사하는데 사용된다. 제 2빔 스플리터(113)는, 상기 광 경로의 발산 방사빔(112)을 시준렌즈(114)로 반사하여, 그 발산 빔(112)을 시준 빔(115)으로 변환한다. 상기 시준빔(115)은, 대물렌즈(118)에 입사된다.

상기 대물렌즈(118)는, 위의 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 CD용 파장과 DVD용 파장이 모두 통과하도록 설계된 CD/DVD 공통 영역과, CD 용 파장은 차단되고 DVD용 파장만이 통과하도록 설계된 DVD 전용 영역으로 구성되어 있다.

여기에서, CD/DVD 공통 영역과 DVD 전용 영역은 서로 다른 곡률을 갖도록 설계하여 해당 광기록매체에 서로 다른 직경의 광스폿이 형성되도록 한다.

또한, 본 발명에서의 입사면의 CD/DVD 공통 영역과 DVD 전용 영역에 대하여 서로 다른 비구면 계수를 갖는 비구면을 형성하여 수차가 양호하게 보정되도록 한다.

그리고, CD/DVD 공통 영역은 서로 다른 단차를 갖는 다수의 환형 영역으로 분할할 수 있으며, 이렇게 되면 구간별로 영역과 두께 단차를 최적화하여 수차의 균형 분배가 가능하며 두께가 다른 광디스크에 대한 대응이 가능하다.

또한, DVD 전용 영역은 산란 차폐 영역과 위상 차폐 영역으로 구성되어 있으며, CD 용 파장이 통과되지 않도록 하고 있다.

한편, 상기 대물렌즈(118)는, 광축(119)을 갖는다. 상기 대물렌즈(118)는, 상기 빔(117)을 기록매체(102)의 입사면(106)에 입사되는 수렴빔(120)으로 변화시킨다. 상기 수렴빔(120)은, 상기 정보층(104)상에 스폿(121)을 형성한다. 상기 정보층(104)에 의해 반사된 방사선은, 상기 대물렌즈(118)에 의해 실질적으로 시준된 빔(123)으로 변환되고서 상기 시준렌즈(114)에 의해 수렴빔(124)으로 변환된 발산 빔(122)을 형성한다.

상기 빔 스플리터(113)는, 검출계(125)를 향하는 수렴빔(124)의 적어도 일부를 전송함으로써 상기 전방향 및 반사된 빔으로 분리한다. 상기 검출계는, 방사선을 포착하여 그것을 전기 출력신호(126)로 변환한다. 신호 처리기(127)는, 이들 출력신호를 다양한 다른 신호로 변환한다. 상기 신호들 중 하나는, 정보신호(128)이고, 그것의 값은 상기 정보층(104)으로부터 판독된 정보를 나타낸다. 상기 정보신호는, 오류 정정을 위한 정보 처리부(129)에 의해 처리된다. 상기 신호 처리기(127)로부터의 다른 신호들은, 초점 오류신호와 반경방향오류신호(130)이다. 상기 초점오류신호는, 스폿(121)과 정보층(140) 사이의 축방향 높이차를 나타낸다. 상기 반경 방향 오류신호는, 상기 스폿(121)과 상기 스폿에 의해 다음에 오는 정보층의 트랙의 중심 사이에서 상기 정보층(104)의 평면거리를 나타낸다. 상기 초점 오류 신호와 상기 반경방향 오류신호는, 이들 신호들을 초점 액추에이터와 반경방향 액추에이터 각각을 제어하기 위한 서보 제어신호(132)로 변환하는 서보회로(131)에 공급된다. 도면에서 상기 액추에이터는 도시되어 있지 않다. 상기 초점 액추에이터는, 초점 방향(133)으로 대물렌즈(118)의 위치를 제어하여, 상기 정보층(104)의 평면과 거의 일치하도록 상기 스폿(121)의 실제 위치를 제어한다. 상기 반경방향 액추에이터는, 반경방향(134)으로 상기 대물렌즈(118)의 위치를 제어하여, 상기 정보층(104)에 다음에 오는 상기 트랙의 중심선과 거의 일치하도록 상기 스폿(121)의 반경방향 위치를 제어한다. 도면에서의 트랙은, 도면의 평면에 수직한 방향으로 주행한다.

또한, 도 6의 장치는, 제 2 형태의 기록매체(140)를 주사하도록 구성된다. 이 기록매체는, 상기 기록매체(102)보다 두꺼운 투명층(141), 정보층(142), 보호층(143) 및 입사면(144)을 구비한다. 상기 장치는, 정보 평면(142)을 주사하는 제 2방사빔(108)을 사용한다. 이 방사빔의 NA는, 상기 정보층(142)을 주사하는 초점 스폿(147)을 형성하는데 적합한 NA를 갖는 수렴빔(145)을 얻도록 구성되어도 된다.

상기 대물렌즈(118)의 구면수차 보상은, 상기 투명층의 서로 다른 파장과 서로 다른 두께 때문에 상기 투명층(141)의 두께로 구성되지 않는다. 상기 광학부재(116)는, 상기 제 2 방사빔이 그것을 통과하는 경우 구면수차의 형태를 갖는 파면 편차를 일으키도록 설계되어 있다. 구면수차의 양은, 상기 제 1 및 제 2 투명층으로 인한 구면수차의 차이이다. 상기 대물렌즈에 입사된 제 2 방사빔(146)에서 일어난 구면수차는, 상기 방사빔에서 상기 광학부재(116)와 상기 대물렌즈(118)에 의해 일어난 상기 조합된 구면수차가 상기 투명층(141)을 통과할 때 상기 방사빔에 의해 일어난 구면수차를 보상하도록 선택된다.

상기 투명층의 서로 다른 파장과 서로 다른 두께 때문에 생기는 구면수차보상은 상기 대물렌즈(118)에 있어서 파장에 따른 굴절률차를 이용하여 복수의 분할면크기와 단차를 최적으로 구성함으로써 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대물렌즈의 구성을 나타낸 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 대물렌즈의 파면수차 그래프.

도 3은 종래 기술에 의한 CD용 광디스크와 DVD용 광디스크의 파면수차 그래프.

도 4의 (a)와 (b)는 본 발명에 의한 CD용 광디스크와 DVD용 광디스크의 파면수차 그래프.

도 5의 (a)는 본 발명에 의한 DVD용 광디스크의 파면수차 그래프이고, (b)는 1.2mm두께의 CD용 광디스크의 파면수차 그래프이고, (c)는 0.9mm두께의 CD용 광디스크의 파면수차 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 대물렌즈를 이용한 광픽업 장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 대물렌즈 20 : 비구면

20a~20g : 분할면 21a : 산란 차폐 영역

21b : 위상 차폐 영역 30 : 출사면

101 : 광픽업 장치 102 : 기록매체

103: 투명층 104 : 정보층

105 : 보호층 106 :입사면

109, 110 : 레이저 111, 113 : 빔스플리터

114 : 시준렌즈 116 : 투과성 광학부재

118 : 대물렌즈 125 : 검출계

127 : 신호 처리기 129 : 정보 처리부

Claims

제1 파장을 가지는 제 1 광속을 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 또한 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제 2 광속을 제 2 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키는 대물렌즈에 있어서,

적어도 한쪽의 렌즈면은, 광축을 중심으로 한 환형 형상의 단차를 가지는 복수의 구간으로 분할됨과 동시에, 상기 복수의 구간으로 이루어져 광축을 포함하며, 상기 제1 광속을 상기 제1 광기록매체의 정보 기록면에 집광시킴과 동시에, 상기 제2 광속을 상기 제2 광기록매체의 정보 기록면에 집광시키는 공통 영역; 및

상기 공통영역의 바깥쪽에 설치되며, 상기 공통영역의 렌즈면에 경사를 가지고 있어 제1 광속을 산란시키는 산란 차단영역과 상기 공통영역의 렌즈면과 단차를 형성하여 제1 광속을 상쇄간섭으로 제거하는 위상 차단 영역을 포함하며, 상기 제 1 광속을 상기 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 제 2 광속을 차단하는 전용 영역을 포함하여 이루어진 대물렌즈.
청구항 1에 있어서,

상기 공통영역은 서로 다른 파장에 따른 굴절률차를 이용하여 복수의 분할면으로 분할되며 복수의 분할면은 서로 다른 크기와 단차를 갖도록 구성하여 서로 다른 광기록매체의 두께차에 따른 구면수차를 제거하는 것을 특징으로 하며,

상기 공통영역과 상기 전용 영역은 서로 다른 비구면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
청구항 2에 있어서,

상기 공통영역의 초기 3개면은 아래의 조건식 1과, 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.

(조건식1)

0.13<NA(1-1)<0.14

0.37<NA(1-2)<0.38

0.39<NA(1-3)<0.41

여기에서, NA(1-1)은 제1 환형 영역의 개구수이고, NA(1-2)는 제2 환형 영역(20b)의 개구수이며, NA(1-3)은 제3 환형 영역(20c)의 개구수.

(조건식 2)

d(1)=0

d(2)<-(n-1)/λ

(n-1)/ λ<d(3)

여기에서, d(1)은 제1 환형 영역의 비구면에서의 단차이고, d(2)는 제2 환형 영역의 비구면에서의 단차이며, d(3)는 제3 환형 영역의 비구면에서의 단차이고, λ는 제1 파장과 제2 파장의 중간 파장임.
청구항 1 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통영역의 개구수는 0보다 크고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이하인 것을 특징으로 하고,

상기 전용영역의 개구수는 0.6보다 작고, 0.45 내지 0.5의 범위값중 어느 하나의 값 이상인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
제1 파장을 가지는 제 1 광속을 출사하는 제 1 레이저와, 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제 2 광속을 출사하는 제 2레이저와, 상기 제 1 레이저로부터 출사된 제 1 광속을 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 또한 상기 제 2레이저로부터 출사된 제 2 광속을 제 2 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키는 대물렌즈를 구비한 광픽업장치에 있어서,

상기 대물렌즈의 적어도 한쪽의 렌즈면은, 적어도 한쪽의 렌즈면은, 광축을 중심으로 한 환형 형상의 단차를 가지는 복수의 구간으로 분할됨과 동시에, 상기 복수의 구간으로 이루어져 광축을 포함하며, 상기 제1 광속을 상기 제1 광기록매체 의 정보 기록면에 집광시킴과 동시에, 상기 제2 광속을 상기 제2 광기록매체의 정보 기록면에 집광시키는 공통 영역; 및

상기 공통영역의 바깥쪽에 설치되며, 상기 공통영역의 렌즈면에 경사를 가지고 있어 제1 광속을 산란시키는 산란 차단영역과 상기 공통영역의 렌즈면과 단차를 형성하여 제1 광속을 상쇄간섭으로 제거하는 위상 차단 영역을 포함하며, 상기 제 1 광속을 상기 제 1 광기록매체의 정보 기록면 위에 집광시키고, 상기 제 2 광속을 차단하는 전용 영역을 포함하여 이루어진 광픽업 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 대물렌즈의 상기 공통영역과 상기 전용 영역은 서로 다른 비구면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 공통영역의 초기 3개면은 아래의 조건식 1과, 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.

(조건식1)

0.13<NA(1-1)<0.14

0.37<NA(1-2)<0.38

0.39<NA(1-3)<0.41

여기에서, NA(1-1)은 제1 환형 영역의 개구수이고, NA(1-2)는 제2 환형 영역(20b)의 개구수이며, NA(1-3)은 제3 환형 영역(20c)의 개구수.

(조건식 2)

d(1)=0

d(2)<-(n-1)/λ

(n-1)/ λ<d(3)

여기에서, d(1)은 제1 환형 영역의 비구면에서의 단차이고, d(2)는 제2 환형 영역의 비구면에서의 단차이며, d(3)는 제3 환형 영역의 비구면에서의 단차이고, λ는 제1 파장과 제2 파장의 중간 파장임.