KR20120002618A - 대물렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치 - Google Patents

대물렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치 Download PDF

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KR20120002618A
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코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 관한 대물렌즈는 광 픽업 장치에 이용되는 대물렌즈이며, 파워를 갖는 렌즈의 일면에, 입사되는 광속의 파장을 보다 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되는 제1 광로차 부여 구조와, 입사되는 광속의 파장을 보다 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 제2 광로차 부여 구조를 중첩시킨 중첩 구조를 갖는다.

Description

대물렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치 {OBJECTIVE LENS, OPTICAL PICKUP APPARATUS AND OPTICAL INFORMATION RECORDING AND/OR REPRODUCING APPARATUS}
본 발명은 대물렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치에 관한 것으로, 특히 다른 파장의 광원을 이용하여 다른 광 정보 기록 매체에 대하여 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있는 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치, 및 그에 이용하는 대물렌즈에 관한 것이다.
최근, 파장 400 ㎚ 정도의 청자색 반도체 레이저를 이용하여, 정보의 기록 및/또는 재생(이하, 기록 및/또는 재생을 기록/재생, 혹은 기록 재생이라고도 함)을 할 수 있는 고밀도 광 디스크 시스템의 연구 및 개발이 급속히 진행되고 있다. 일례로서 NA 0.85, 광원 파장 405 ㎚의 사양으로 정보 기록/재생을 하는 광 디스크, 소위 Blu-ray Disc(이하, BD라 함)에서는 DVD(NA 0.6, 광원 파장 650 ㎚, 기억 용량 4.7 GB)와 동일한 크기인 지름 12 ㎝의 광 디스크에 대하여, 1층당 23 내지 27 GB의 정보 기록이 가능하고, 또한 NA 0.65, 광원 파장 405 ㎚의 사양으로 정보 기록/재생을 행하는 광 디스크, 소위 HD DVD(High Definition DVD : 이하, HD라 함)에서는 지름 12 ㎝인 광 디스크에 대하여, 1층당 15 내지 20 GB의 정보 기록이 가능하다. 또한, BD에서는 광 디스크의 기울기(스큐)에 기인하여 발생하는 코마수차가 증대하므로, DVD에서의 경우보다도 보호층을 얇게 설계하여(DVD의 0.6 ㎜에 대하여, 0.1 ㎜), 스큐에 의한 코마수차량을 줄이고 있다. 이하, 본 명세서에서는 이러한 광 디스크를 「고밀도 광 디스크」라 부른다.
그런데, 이러한 타입의 고밀도 광 디스크에 대하여 적절하게 정보의 기록/재생을 할 수 있다고 하는 것만으로는, 광 디스크 플레이어/리코더의 제품으로서의 가치는 충분하다고는 할 수 없다. 현재에 있어서, 다종 다양한 정보를 기록한 DVD가 판매되고 있는 현실을 입각하면, 고밀도 광 디스크에 대하여 정보의 기록/재생을 할 수 있는 것만으로는 족하지 않아, 예컨대 사용자가 소유하고 있는 DVD에 대해서도 마찬가지로 적절하게 정보의 기록/재생을 할 수 있도록 하는 것이, 고밀도 광 디스크용의 광 디스크 플레이어/리코더로서의 상품 가치를 높이는 것에 통하는 것이다. 이러한 배경으로부터, 고밀도 광 디스크용의 광 디스크 플레이어/리코더에 탑재되는 광 픽업 장치는, 고밀도 광 디스크와 DVD 중 어떠한 것에 대해서도 호환성을 유지하면서 적절하게 정보를 기록/재생할 수 있는 성능을 갖는 것이 요구된다.
고밀도 광 디스크와 DVD 중 어떠한 것에 대해서도 호환성을 유지하면서 적절하게 정보를 기록/재생할 수 있도록 하는 방법으로서, 고밀도 광 디스크용의 광학계와 DVD용의 광학계를 정보를 기록/재생하는 광 디스크의 기록 밀도에 따라서 선택적으로 바꾸는 방법이 고려되지만, 복수의 광학계가 필요해지므로 소형화에 불리하며, 또한 비용이 증대한다.
따라서, 광 픽업 장치의 구성을 간소화하고, 저비용화를 도모하기 위해서는 호환성을 갖는 광 픽업 장치에 있어서도, 고밀도 광 디스크용의 광학계와 DVD용의 광학계를 공통화하여, 광 픽업 장치를 구성하는 광학 부품 개수를 최대한 줄이는 것이 바람직하다. 그리고, 광 디스크에 대향하여 배치되는 대물렌즈를 공통화하고, 또한 이 대물렌즈를 단일 렌즈 구성으로 하는 것이 광 픽업 장치의 구성의 간소화, 저비용화에 가장 유리해진다. 또한, 정보의 기록/재생을 할 때에 사용되는 광속의 파장이 서로 다른 복수 종류의 광 디스크에 대하여 공통인 대물렌즈로서, 구면수차의 파장 의존성을 갖는 회절 구조를 그 표면에 형성하고, 이러한 회절 구조의 파장 의존성을 이용하여 기록/재생 파장이나, 광 디스크의 보호층 두께의 차이에 의한 구면수차를 보정하는 대물렌즈가 알려져 있다.
여기서, 특허 문헌 1에는 고밀도 광 디스크와 DVD에 대하여 호환 가능하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있는 단일 렌즈 구성의 대물렌즈가 개시되어 있다.
여기서, 특허 문헌 1에 개시된 대물렌즈는 청자색 레이저 광속에 대하여 2차 회절광을 발생시키고, DVD용의 적색 레이저 광속에 대하여 1차 회절광을 발생시키는 회절 구조를 갖고, 이러한 회절 구조의 회절 작용에 의해 고밀도 광 디스크와 DVD의 보호층 두께의 차이에 의한 구면수차를 보정하는 것이다. 그러나, 이 대물렌즈는 단일 렌즈 구성이므로 저비용으로 생산이 가능하지만, 이하에 서술하는 것과 같은 두 가지의 과제를 안고 있다.
과제 중 하나는, 회절 구조에 의해 발생하는 구면수차의 파장 의존성이 큰 것이다. 이러한 경우, 발진 파장이 설계 파장으로부터 어긋난 레이저 광원을 사용할 수 없어, 레이저 광원의 선별이 필요해지므로 광 픽업 장치의 제조 비용이 증대한다. 회절광의 회절각은 「회절 차수 × 파장/회절 피치」로 표시된다. 회절 작용을 이용하여 사용 파장(이하, 사용 파장을 기록/재생 파장이라고도 함)이 서로 다른 광 정보 기록 매체(이하, 광 정보 기록 매체를 광 디스크라고도 함) 사이의 호환을 실현하기 위해서는, 사용 파장 간의 회절각에 소정의 차이를 갖게 할 필요가 있다. 상술한 「레이저 광원의 선별 문제」는 고밀도 광 디스크와 DVD의 사용 파장 사이에서 「회절 차수 × 파장」의 값이 거의 동일한 회절 구조를 이용하고 있는 것에 기인하고 있다. 특허 문헌 1에 개시된 대물렌즈에 있어서, 청자색 레이저 광속과 적색 레이저 광속과의 「회절 차수 × 파장」의 비는 810/655 = 1.24와 1에 가까우므로(단, 파장의 단위를 ㎚로 함), 고밀도 광 정보 기록 매체와 DVD의 보호층 두께의 차이에 의한 구면수차를 보정하기 위해 필요한 회절각의 차이를 얻기 위해서는, 회절 피치를 작게 해야만 한다. 그로 인해, 회절 구조의 구면수차의 파장 의존성이 커져, 상술한 바와 같은 「레이저 광원의 선별 문제」가 현재화된다.
다른 하나의 과제는, 경사가 큰 광학면 위에 회절 구조를 형성하고 있으므로, 단차 부분의 광속 흐림이나, 회절 구조의 링 형상 각부 등의 미세한 구조의 전사 불량에 의한 투과율 저하가 일어나, 충분한 광 이용 효율을 얻을 수 없는 것이다. 대물렌즈의 개구수가 커질수록 광학면의 경사는 커지므로, 개구수 0.85의 대물렌즈를 사용하는 BD에서는, 이러한 투과율의 저하가 더욱 현저해진다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-79146호 공보
본 발명은 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 다른 파장의 광속을 이용하여 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 기록 및/또는 재생을 하는 광 픽업 장치에 적용 가능한 대물렌즈이며, 구면수차의 파장 의존성이 작은 대물렌즈, 이 대물렌즈를 사용한 광 픽업 장치, 및 이 광 픽업 장치를 탑재한 광 정보 기록 재생 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 다른 종류의 광 정보 기록 매체에 대하여 양호하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있는 대물렌즈이며, 구면수차의 파장 의존성이 작아 높은 투과율을 갖는 단일 렌즈 구성의 대물렌즈, 이 대물렌즈를 사용한 광 픽업 장치, 및 이 광 픽업 장치를 탑재한 광 정보 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 대물렌즈는 광 픽업 장치에 이용되는 대물렌즈이며, 파워를 갖는 렌즈의 일면에 소정의 특성을 갖는 제1 광로차 부여 구조와 제2 광로차 부여 구조를 중첩시킨 중첩 구조를 갖는다.
이하 본 발명의 바람직한 형태를 설명한다.
제1 구성의 대물렌즈는 광 픽업 장치에 이용되는 대물렌즈이며, 파워를 갖는 렌즈의 일면에, 입사되는 광속의 파장을 보다 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되는 제1 광로차 부여 구조와, 입사되는 광속의 파장을 보다 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 제2 광로차 부여 구조를 중첩시킨 중첩 구조를 갖는다.
제2 구성의 대물렌즈는 제1 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 상기 일면에는 상기 중첩 구조가 형성된 부분과, 상기 중첩 구조가 형성되어 있지 않은 부분을 갖는다.
제3 구성의 대물렌즈는 제1 또는 제2 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 중첩 구조가 형성되어 있지 않은 부분은 비구면이다.
제4 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제3 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 상기 일면은 광축을 포함하는 중앙 영역과 상기 중앙 영역을 둘러싸는 주변 영역을 갖고, 상기 중첩 구조는 상기 중앙 영역에 형성되어 있다.
제5 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제4 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 상기 일면은 광 픽업 장치에 탑재되었을 때에 광원 측에 배치되는 면이다.
제6 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제5 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 상기 일면은 볼록면이다.
제7 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제6 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈의 다른 쪽 면은 비구면이다.
제8 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제7 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈는 광 픽업 장치에 광 정보 기록 매체가 대향 배치되었을 때에, 가장 광 정보 기록 매체 측에 배치되는 렌즈이다.
제9 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제8 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈로 이루어지는 단일 렌즈 구성이다.
제10 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제9 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 제1 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과, 제2 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과, 대물렌즈를 포함하는 집광 광학계와, 광 검출기를 적어도 갖고, 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대하여, 상기 제1 광원으로부터 출사되는 제1 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하고, 두께 t2(t1 ≤ t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대하여, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 파장 λ2(λ1 < λ2)의 제2 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 할 수 있는 광 픽업 장치에 이용된다.
제11 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제10 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조는 회절 구조이다.
제12 구성의 대물렌즈는 제10 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수와, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 동일 차수가 되는 회절 구조이며, 상기 제2 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 위상 구조이다.
제13 구성의 대물렌즈는 제12 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 위상 구조의 1개의 링 내에, 상기 회절 구조의 링이 1 이상의 정수 개만큼 형성되어 있다.
제14 구성의 대물렌즈는 제12 또는 제13 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일 차수는 1이며, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB가 이하의 (1)식을 충족시킨다.
λ1 < λB < λ2 (1)
제15 구성의 대물렌즈는 제12 내지 제14 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 이하의 (2)식 및 (3)식을 충족시킨다.
380 ㎚ < λ1 < 420 ㎚ (2)
630 ㎚ < λ2 < 680 ㎚ (3)
제16 구성의 대물렌즈는 제15 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA2라 했을 때, 상기 개구수 NA2 내에 상당하는 영역 내에 상기 중첩 구조를 구비하여, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB, 상기 개구수 NA1 및 상기 개구수 NA2가 이하의 (4)식 및 (5)식을 충족시킨다.
1.15 × λ1 < λB < 0.85 × λ2 (4)
NA2/NA1 < 0.8 (5)
제17 구성의 대물렌즈는 제15 또는 제16 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일량의 광로차는 상기 제1 광속에 대해서는 상기 제1 파장 λ1의 거의 5배이며, 상기 제2 광속에 대해서는 상기 제2 파장 λ2의 거의 3배이다.
제18 구성의 대물렌즈는 제11 내지 제17 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조는 광축으로부터 벗어남에 따라서, 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 브레이즈 구조의 방향이 적어도 한번 교체된다.
제19 구성의 대물렌즈는 제11 내지 제17 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조는 플러스 방향의 브레이즈 구조이다.
제20 구성의 대물렌즈는 제10 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수와, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 다른 차수가 되는 회절 구조이며, 상기 제2 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 위상 구조이다.
제21 구성의 대물렌즈는 제20 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수는 3이며, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수는 2이다.
제22 구성의 대물렌즈는 제20 또는 제21 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일량의 광로차는 상기 제1 광속에 대해서는 상기 제1 파장 λ1의 거의 5배이며, 상기 제2 광속에 대해서는 상기 제2 파장 λ2의 거의 3배이다.
제23 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제10 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제2 광로차 부여 구조는 회절 구조이다.
제24 구성의 대물렌즈는 제23 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제2 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수와, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 다른 차수가 되는 회절 구조이며, 상기 제1 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 위상 구조이다.
제25 구성의 대물렌즈는 제24 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수는 2이며, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수는 1이다.
제26 구성의 대물렌즈는 제24 또는 제25 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일량의 광로차는 상기 제1 광속에 대해서는 상기 제1 파장 λ1의 거의 5배이며, 상기 제2 광속에 대해서는 상기 제2 파장 λ2의 거의 3배이다.
제27 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제26 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈는 유리 렌즈이다.
제28 구성의 대물렌즈는 제1 내지 제26 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 렌즈는 상기 중첩 구조를 갖는 수지층이 유리 소자 위에 접합된 구성이다.
제29 구성의 대물렌즈는 제1 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과, 제2 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과, 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계와, 광 검출기를 갖고, 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대하여, 상기 제1 광원으로부터 출사되는 제1 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하고, 두께 t2(t1 ≤ t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대하여, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 파장 λ2(λ1 < λ2)의 제2 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하는 광 픽업 장치에 이용되는 대물렌즈에 있어서, 단일 렌즈 구성을 갖고,
광축을 포함하는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸는 주변 영역 중 적어도 2개의 영역을 갖는 광학면을 갖고,
상기 중앙 영역에는 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속 중 어떠한 것에 대해서도 동일 차수인 회절 구조와, 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 위상 구조가 형성되어 있다.
또한, 여기서 말하는 「위상 구조」라 함은 광축 방향의 단차를 복수 갖고, 입사 광속에 대하여 그 단차 사이에서 광로차를 부가하는 구조의 총칭이다. 이 단차에 의해 입사 광속에 부가되는 광로차는 입사 광속의 파장의 정수배라도 좋고, 입사 광속 파장의 비정수배라도 좋다.
또한, 본 명세서에 있어서 「광로차 부여 구조」라 함은 상술한 위상 구조, 및 회절 구조를 포함하는 위상차 부여 구조를 포함하는 것으로 한다.
도 1은 대물렌즈의 세로 구면수차도의 개략도이다.
도 2는 대물렌즈의 세로 구면수차도의 개략도이다.
도 3은 대물렌즈의 세로 구면수차도의 개략도이다.
도 4는 광원 측의 광학면에 회절 구조와 위상 구조를 형성한 대물렌즈 OBJ의 예에 관한 단면도이다.
도 5는 광원 측의 광학면에 회절 구조와 위상 구조를 형성한 대물렌즈 OBJ의 다른 예에 관한 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태의 광 픽업 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 대물렌즈를 상기하는데 이르는 사고 방식을, 이해하기 쉽게 설명하기 위해, 이하에 구체적인 일례를 들면서 설명하지만, 본 발명은 본 구체예에 한정되는 것은 아니다. 도 1 내지 도 3은 대물렌즈의 세로 구면수차도의 개략도이다. 도 1 내지 도 3에 도시하는, 근축 상점 위치를 원점으로 하는 구면수차에 있어서, 근축 상점보다도 전방 측에서 광축과 교차되는 경우(도면에서 원점으로부터 좌측, 즉 대물렌즈에 가까운 측)를 「보정 부족」, 근축 상점보다도 먼 위치에서 광축과 교차되는 경우(도면에서 원점으로부터 우측, 즉 대물렌즈에서 먼 측)를 「보정 과잉」으로 한다. 여기에서는, 제1 광 정보 기록 매체로서 BD, 제2 광 정보 기록 매체로서 DVD를 예로 들어 설명한다. 세로축의 동공 좌표 E2는 DVD의 개구수에 상당하고, E1은 BD의 개구수에 상당한다.
우선, BD와 DVD의 보호층 두께의 차이에 기인하여 생기는 구면수차, 및/또는 사용하는 광속의 파장 차이에 기인하여 생기는 구면수차를 보정하기 위해 회절 구조만을, 상기 대물렌즈의 광학면에서의 중앙 영역(동공 좌표 0 내지 E2의 범위)에 형성한 경우를 고려한다. 도 1은 이러한 경우의 세로 구면수차도이다.
도 1의 실선으로 도시한 바와 같이, 파장 λ1의 광속이 통과한 경우, 구면수차의 값은 광축으로부터의 위치에 상관없이 제로인 것으로 한다. 중앙 영역에 형성한 회절 구조는 BD와 DVD의 보호층 두께의 차이에 기인하는 구면수차를 보정하기 위한 구조이므로, 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되어, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 특성을 갖는다. 따라서, 파장 λ1이 λΔ(λΔ > 0)만큼 길어진 경우에는, 도 1에 있어서 점선으로 도시한 바와 같이, 중앙 영역에서는 구면수차는 보정 부족 방향으로 변화되고, 파장 λ1이 λΔ(λΔ > 0)만큼 짧아진 경우에는, 도 1에 있어서 일점 쇄선으로 도시한 바와 같이, 중앙 영역에서는 구면수차는 보정 과잉 방향으로 변화된다. 그러나, 도 1에 도시한 예에서는, 주변 영역인 동공 좌표 E2 내지 E1의 범위에 있어서는, 회절 구조가 존재하지 않으므로 구면수차의 파장 의존성은 작고, 구면수차는 거의 일정하다. 이와 같이, 파장이 변화된 경우에, 구면수차 커브가 불연속이 되면, 5차 이상의 고차 성분의 구면수차가 발생하게 되므로 문제가 된다. 광 픽업 장치에 있어서 광원으로서 사용되는 반도체 레이저는, 제조 오차에 의해 수 ㎚ 정도의 파장 오차를 개체 사이에서 갖는다. 이러한 파장 오차에 의해 발생하는 3차 구면수차 성분은 콜리메이트 렌즈의 광축 방향의 위치 조정에 의해 보정할 수 있지만, 고차 구면수차는 콜리메이트 렌즈의 광축 방향의 위치 조정만으로는 보정할 수 없다. 그로 인해, 도 1에 도시한 바와 같은 구면수차의 파장 의존성을 갖는 대물렌즈에서는, 설계 파장으로부터 벗어난 반도체 레이저를 사용할 수 없으므로, 반도체 레이저의 선별이 필요해져 양산으로서 성립하지 않을 우려가 있다.
상술한 바와 같이 과제에 대하여, 본 발명에 있어서의 대물렌즈의 1 태양에서는, 도 2에 도시한 바와 같은 구면수차의 파장 의존성을 갖는 위상 구조를 형성하였다. 도 2는 대물렌즈의 광학면에, 소정의 위상 구조만을 형성한 경우의 세로 구면수차도이다. 이 위상 구조는, 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되어, 전술한 회절 구조와는 반대의 파장 의존성을 갖는다.
도 1에 도시한 회절 구조의 특성에 맞춰, 도 2에 도시한 위상 구조의 특성을 결정함으로써 회절 구조의 구면수차의 파장 의존성을 상쇄할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 세로 구면수차도와 같이, λ1 - Δλ의 광속이 통과한 경우나 λ1 + Δλ의 광속이 통과한 경우라도, 구면수차 커브가 연속이 되도록 한 경우에는 고차 구면수차의 발생을 작게 할 수 있다.
이때, 위상 구조에 의해 부가되는 광로차를 BD의 설계 파장(λ1)과 DVD의 설계 파장(λ2)의 각각에 대하여 동일한 위상차가 되는 위상 구조의 단차량으로 결정함으로써, 위상 구조를 형성한 경우라도, 회절 구조에 의한 λ1과 λ2의 집광 특성을 변화시키지 않고, 회절 구조의 구면수차의 파장 의존성(여기에서는, λ1이나 λ2로부터 수 ㎚의 범위에서 입사 광속의 파장이 변화되었을 때의 구면수차 변화를 가리킴)을 보정하는 것이 가능해진다. 또한, 「동일량의 광로차」라 함은 λ1과 λ2에 대하여 위상 구조에 의해 부가되는 광로차가 이하의 2개의 식을 충족시키는 것으로 한다.
a × 0.9 × λ1 ≤ L1 ≤ a × 1.1 × λ1
b × 0.9 × λ2 ≤ L2 ≤ b × 1.1 × λ2
여기에서, L1, L2는 각각 위상 구조의 1개의 단차에 의해 생기는 파장 λ1, λ2에서의 광로차이다. 또한, a는 임의의 정수를 나타내고, b는 a보다도 작은 임의의 양의 정수를 나타낸다.
또한, a와 b의 조합은 (a, b) = (5, 3), (10, 6)인 것이 바람직하다.
여기서, 본 태양의 대물렌즈에서는 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속 중 어떠한 것에 대해서도 동일 차수가 되도록, 회절 구조의 단차량을 결정하고 있으므로, 큰 피치에서의 구면수차 보정(기록/재생 파장이나, 보호층 두께의 차이에 의한 구면수차의 보정)이 가능하다. 따라서, 회절 구조의 구면수차의 파장 의존성이 지나치게 커지지 않으므로, 그것을 보정하기 위한 위상 구조의 피치가 지나치게 작아지지 않는다. 그로 인해, 회절 구조나 위상 구조의 형상 오차에 의한 투과율 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 태양의 대물렌즈에서는 비교적 경사가 작은 중앙 영역에 미세한 단차를 갖는 회절 구조나 위상 구조를 형성하고 있으므로, 단차 부분의 광속 흐림이나, 미세 구조의 전사 불량에 의한 투과율 저하를 억제할 수 있어, 충분한 광 이용 효율을 얻는 것이 가능하다.
또한, 회절 구조와 위상 구조는 다른 광학면에 형성해도 상술한 효과가 얻어지지만, 이 경우 형상 오차에 의한 투과율 저하가 일어날 가능성이 있는 광학면이 2개가 되어 버린다. 본 태양의 대물렌즈와 같이, 회절 구조와 위상 구조를 동일한 광학면 위에 중첩하여 형성함으로써, 형상 오차에 의한 투과율 저하를 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.
도 4는 광원 측의 광학면에 회절 구조와 위상 구조를 형성한 대물렌즈 OBJ의 예에 관한 단면도이지만, 이해하기 쉽도록 회절 구조 DS와 위상 구조 PS는 과장하여 도시되어 있다. 중앙 영역 CR은 그곳을 통과한 제1 광속 및 제2 광속이 각각 모두, 각각 대응하는 광 정보 기록 매체의 기록 또는 재생에 공통적으로 이용되는 영역에 대응하고, 주변 영역 PR은 그곳을 통과한 제1 광속만이, 대응하는 광 정보 기록 매체의 기록 또는 재생 시에 이용되는 영역에 대응한다. 도 4에 있어서, 실선으로 도시한 광축 X를 중심으로 한 단면이 브레이즈형의 회절 구조 DS는 위상 구조 PS와 중첩시키고 있으므로, 국소적으로 축선 방향으로 변위한 구성으로 되어 있다. 도 4에 도시한 예에서는, 회절 구조 DS가 플러스 방향의 브레이즈 구조만으로 이루어지므로, 위상 구조 PS에서의 광축 방향의 단차 및 그 연장선과 브레이즈의 정상점을 지나는 선을 이으면, 위상 구조 PS의 형상을 도시한 포락선(도 4에서 도시한 점선)이 그려진다. 또한, 회절 구조 DS로서 마이너스 방향의 브레이즈 구조를 혼재시켜도 좋다.
제30 구성의 대물렌즈는 제29 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조는 입사 광속의 파장이 길어진 경우에, 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되는 구면수차의 파장 의존성을 갖는 동시에, 상기 위상 구조는 입사 광속의 파장이 길어진 경우에, 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 구면수차의 파장 의존성을 갖는다.
제31 구성의 대물렌즈는 제29 또는 제30 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 위상 구조의 1개의 링 내에, 상기 회절 구조의 링이 1 이상의 정수 개만큼 형성되어 있다. 더욱 구체적으로는, 도 4에 있어서 위상 구조 PS의 형상을 도시한 포락선의 하나의 단차 내에, 회절 구조 DS의 브레이즈 등이 정확히 1 이상의 정수 개만큼 억제되어 있는 상태를 말한다. 이에 의해, 금형 가공이 쉬워져, 회절 구조나 위상 구조를 정밀도 좋게 제조할 수 있다.
제32 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제31 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일 차수는 1이며, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB가 이하의 (1)식을 충족시키므로, 상기 회절 구조를 통과하는 상기 제1 파장 λ1의 제1 광속과, 상기 제2 파장 λ2의 제2 광속의 회절 효율을 균형 잡히게 할 수 있다.
λ1 < λB < λ2 (1)
제33 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제31 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서,
이하의 (2)식 및 (3)식을 충족시키므로, 예컨대 BD 또는 HD와, DVD에 대하여 호환 가능하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다.
380 ㎚ < λ1 < 420 ㎚ (2)
630 ㎚ < λ2 < 680 ㎚ (3)
본 실시의 대물렌즈는, 사용 파장이 (2)식이나 (3)식을 충족시키는 경우에 특히 유효하고, 그 효과를 최대한 발휘하는 것이 가능하다.
제34 구성의 대물렌즈는 제33 구성에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA2라 했을 때, 상기 중앙 영역은 상기 개구수 NA2 내에 상당하는 영역이며, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB, 상기 개구수 NA1 및 상기 개구수 NA2가 이하의 (4)식 및 (5)식을 충족시킨다.
1.15 × λ1 < λB < 0.85 × λ2 (4)
NA2/NA1 < 0.8 (5)
회절 구조의 브레이즈화 파장 λB를 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2의 중간 파장으로 함으로써, 회절 효율을 각각의 광속에 대하여 나누는 것이 바람직하지만, 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2에서는 파장차가 크기 때문에, 어떠한 파장에 대해서도 높은 회절 효율을 확보할 수 없을 가능성이 있다.
대물렌즈의 개구수 NA2가, 개구수 NA1에 대하여 충분히 작은 경우[즉, 개구수 NA1과 개구수 NA2가 (5)식을 충족시키는 경우]에는, 제1 파장 λ1의 유효 지름이 차지하는 회절 구조가 형성된 영역(중앙 영역)의 면적 비율이 작아지므로, 제2 파장 λ2의 회절 효율을 제2 파장 λ2 측으로 한 경우[즉, 브레이즈화 파장 λB가 (4)식을 충족시키는 경우]라도, 제1 파장 λ1의 회절 효율의 유효 지름 내 면적 가중 평균치를 충분히 높게 확보하는 것이 가능해진다.
브레이즈화 파장 λB가 (4)식의 하한보다 크면, 제2 파장 λ2의 회절 효율을 충분히 높게 확보할 수 있으므로, 제2 광 정보 기록 매체에의 기록/재생 특성을 양호한 것으로 하는 것이 가능해진다. 한편, 브레이즈화 파장 λB가 (4)식의 상한보다 작으면, 제1 파장 λ1의 회절 효율의 유효 지름 내 면적 가중 평균을 충분히 높은 값으로 할 수 있으므로, 제1 광 정보 기록 매체에의 기록/재생 특성을 양호한 것으로 하는 것이 가능해진다.
제35 구성의 대물렌즈는 제33 또는 제34 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 동일량의 광로차는 상기 제1 광속에 대해서는 상기 제1 파장 λ1의 5배이고, 상기 제2 광속에 대해서는 상기 제2 파장 λ2의 3배이다. 이에 의해, (2)식 및 (3)식을 충족시키는 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 것이 가능해진다. 또한, 여기서 말하는 「5배」혹은 「3배」라 함은 광학 설계 면의 견지로부터 실질적으로 5배 혹은 실질적으로 3배이면 되고, 엄밀한 의미에서의 정수배의 수치만을 의도하는 것이 아닌 것은 물론이다. 본 명세서에 있어서의 「거의 5배」혹은 「거의 3배」도, 그것과 마찬가지의 주지이며, 「거의 5배」는 4.8배 내지 5.2배이며, 「거의 3배」는 2.8배 내지 3.2배이다.
제36 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제35 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 주변 영역은 미세한 단차 구조가 형성되지 않은 비구면이므로, 경사가 커지는 주변 영역의 투과율을 높일 수 있다. 또한, 중앙 영역 내에서만, 제1 광 정보 기록 매체와 제2 광 정보 기록 매체의 기록/재생 파장이나, 보호층 두께의 차이에 의한 구면수차가 보정되어, 주변 영역을 통과하는 제2 광속의 구면수차는 보정되지 않는 구성이므로, 주변 영역을 통과한 제2 광속은 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에서 스폿 형성에 기여하지 않는 플레어 성분이 된다. 이에 의해, 제2 광 정보 기록 매체의 개구수에 대응한 개구 제한을 자동적으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 여기서 말하는 「미세한 단차 구조」라 함은 회절 구조나 위상 구조를 말한다.
제37 구성의 대물렌즈는, 제29 내지 제36 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조 및 상기 위상 구조가 형성된 광학면은 상기 광 픽업 장치에 탑재된 상태에서 광원 측에 위치하는 광학면이므로, 상기 대물렌즈에 평행 광속이 입사된 경우는 물론, 발산 광속 혹은 수렴 광속이 입사된 경우라도, 그 발산각 또는 수렴각은 비교적 작으므로, 광선의 흐림에 의한 투과율 저하를 억제할 수 있다.
제38 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제37 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조는 광축으로부터 멀어짐에 따라서, 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 브레이즈 구조의 방향이 적어도 한번 교체된다. 또한, 본 명세서에 있어서는 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광로 길이가 짧아지는 브레이즈 구조를 플러스 방향이라 하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광로 길이가 길어지는 브레이즈 구조를 마이너스 방향이라 하는 것으로 한다.
도 5는 광원 측의 광학면에 회절 구조와 위상 구조를 형성한 대물렌즈 OBJ의 다른 예에 관한 단면도이지만, 이해하기 쉽게 표면 형상은 과장하여 도시되어 있다. 도 5에 도시한 대물렌즈 OBJ에 있어서는, 중앙 영역 CR이 광축 X를 포함하는 제1 영역 R1과, 그 주위의 제2 영역 R2와, 또한 그 주위이며 주변 영역 PR과 접하는 제3 영역 R3으로 구성되어 있다. 여기서, 제1 영역 R1에 있어서는 마이너스 방향의 브레이즈 구조와 위상 구조가 중첩되어 있으므로, 위상 구조에 있어서의 광축 방향의 단차 및 그 연장선과 브레이즈의 바닥부를 지나는 선을 이으면, 위상 구조 PS의 형상을 도시한 포락선(도 5에서 도시한 점선)이 되고, 제3 영역 R3에 있어서는 플러스 방향의 브레이즈 구조와 위상 구조가 중첩되어 있으므로, 위상 구조에 있어서의 단차에 상당하는 위치로부터 광축 방향으로 연장시킨 선과 브레이즈의 정상점을 지나는 선을 이으면, 위상 구조 PS의 형상을 도시한 포락선(도 5에서 도시한 점선)이 된다. 제2 영역 R2는 마이너스 방향의 브레이즈 구조와, 플러스 방향의 브레이즈 구조와의 절환을 위해 필요한 천이 영역이다. 이 천이 영역은 회절 구조에 의해 투과파면에 부가되는 광로차를 후술하는 광로차 함수로 표현했을 때, 광로차 함수의 변곡점에 상당하는 영역이다. 광로차 함수가 변곡점을 가지면, 광로차 함수의 기울기가 작아지므로, 브레이즈 구조의 링 피치를 넓히는 것이 가능해져, 회절 구조의 형상 오차에 의한 투과율 저하를 억제할 수 있다.
또한, 브레이즈 구조의 방향이 광축으로부터 멀어짐에 따라서 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 한번 교체되는 경우에는, 위상 구조의 형상을, 도 5에 도시한 바와 같이 중앙 영역의 소정 높이까지는 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광로 길이가 길어져, 소정의 높이보다 외측에서는 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광로 길이가 짧아지도록 광축 방향으로 변이하는 형상(도 5에서 도시한 점선)으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 위상 구조의 링 중 가장 광로 길이가 긴 링에, 중앙 영역의 7할 높이의 위치가 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
제39 구성의 대물렌즈는, 제29 내지 제37 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조는 플러스 방향의 브레이즈 구조이다. 플러스 방향의 브레이즈 구조를 도 4에 나타낸다. 브레이즈 구조의 방향을 중앙 영역 내에서 동일하게 함으로써, 금형 가공구가 금형에 대하여 대응하는 위치를 항상 일정하게 유지할 수 있으므로, 정밀도 좋게 브레이즈 구조를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 브레이즈 구조의 방향을 플러스로 함으로써 색수차(미소한 파장 변화에 따르는 포커스 위치 어긋남)를 보정하는 것이 가능해져, 단파장 레이저 광원(청자색 반도체 레이저 등)을 사용하는 제1 광 정보 기록 매체에 대한 안정된 정보/기록 특성을 얻을 수 있다. 또한, 브레이즈 구조의 방향이 중앙 영역 내에서 플러스 방향인 경우는, 위상 구조의 형상을 도 4에 도시한 바와 같이 광축으로부터 멀어짐에 따라서 광로 길이가 짧아지도록, 광축 방향으로 변이하는 형상(도 4에서 도시한 점선)으로 하는 것이 바람직하다.
제40 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제39 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 유리 렌즈이므로 온도 변화에 대한 굴절율 변화를 작게 억제할 수 있다. 본 발명의 대물렌즈는 수지 렌즈와 유리 렌즈 중 어떠한 것에도 적용 가능해 동일한 효과를 얻을 수 있지만, 수지 렌즈는 유리 렌즈에 비해 온도 변화에 따르는 굴절율 변화가 10배 이상 크기 때문에, 유리 렌즈로 하는 것이 바람직하다. 구면수차는 대물렌즈의 개구수의 4제곱으로 커지므로, 개구수가 0.85인 BD에 있어서 대물렌즈를 수지 렌즈로 한 경우, 굴절율 변화에 따르는 구면수차의 영향이 막대해진다. 본 발명의 대물렌즈를 유리 렌즈로 함으로써, 사용 온도 범위가 넓은 대물렌즈를 제공하는 것이 가능해진다.
제41 구성의 대물렌즈는, 제29 내지 제39 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 회절 구조 및 상기 위상 구조가 형성된 수지층을, 유리 렌즈 상에 접합하였으므로, 제조가 쉬움에도 불구하고 온도 변화에 대한 굴절율 변화를 작게 억제할 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 사용 온도 범위가 넓은 대물렌즈를 제공할 수 있는 동시에, 회절 구조나 위상 구조의 전사성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수지층의 형성 방법으로서는, 유리 렌즈 위에 도포한 자외선 경화 수지에, 회절 구조나 위상 구조를 형성한 금형을 압박하여, 자외선 조사시킴으로써 수지층을 형성하는 방법이 제조상 적합하다.
제42 구성의 대물렌즈는 제29 내지 제41 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 배율을 m1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 초점 거리를 f2, 배율을 m2라 했을 때, 이하의 (6)식 및 (7)식을 충족시킨다.
-0.02 < m1 < 0.02 (6)
-0.02 < m2 < 0.02 (7)
이에 의해, 어떠한 파장의 광속도 대략 평행 광속의 상태에서 대물렌즈에 대하여 입사시키는 것이 가능해지므로, 트래킹에 의한 코마수차 발생을 억제할 수 있어, 양호한 트래킹 특성을 얻을 수 있다. 또한, 배율 m1과 배율 m2를 같은 배율로 함으로써, 레이저 광원과 대물렌즈 사이에 배치되는 광학 소자나, 정보 기록면으로부터의 반사 광속을 수광하는 수광 소자를, 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2에서 공통화하는 것이 쉬워져, 광 픽업 장치의 부품 개수 삭감, 저비용화, 공간 절약화에 유리해진다.
제43 구성의 광 픽업 장치는 제1 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과, 제2 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과, 대물렌즈를 포함하는 집광 광학계와, 광 검출기를 갖고, 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대하여, 상기 제1 광원으로부터 출사되는 제1 파장 λ1의 제1 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하고, 두께 t2(t1 ≤ t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대하여, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 파장 λ2(λ1 < λ2)의 제2 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하는 광 픽업 장치에 있어서,
상기 대물렌즈는 단일 렌즈 구성을 갖고, 또한 광축을 포함하는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸는 주변 영역 중 적어도 2개의 영역을 갖는 광학면을 갖고,
상기 중앙 영역에는 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가, 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속 중 어떠한 것에 대해서도 동일 차수인 회절 구조와, 상기 제1 광속 및 상기 제2 광속에 대하여 동일량의 광로차를 부가시키는 위상 구조가 형성되어 있다. 이 작용 효과는 제29 구성과 마찬가지이다.
제44 구성의 광 픽업 장치는 제43 구성에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 대물렌즈의 회절 구조는 입사 광속의 파장이 길어진 경우에, 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되는 구면수차의 파장 의존성을 갖는 동시에, 상기 위상 구조는 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에, 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 구면수차의 파장 의존성을 갖는다. 이 작용 효과는 제30 구성과 마찬가지이다.
제45 구성의 광 픽업 장치는 제43 또는 제44 구성에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 대물렌즈의 위상 구조의 1개의 링 내에, 상기 회절 구조의 링이 1 이상의 정수 개만큼 형성되어 있다. 이 작용 효과는 제31 구성과 마찬가지이다.
제46 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제45 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 동일 차수는 1이며, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB가 이하의 (1)식을 충족시킨다.
λ1 < λB < λ2 (1)
이 작용 효과는 제32 구성과 마찬가지이다.
제47 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제46 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서,
이하의 (2)식 및 (3)식을 충족시킨다.
380 ㎚ < λ1 < 420 ㎚ (2)
630 ㎚ < λ2 < 680 ㎚ (3)
이 작용 효과는 제33 구성과 마찬가지이다.
제48 구성의 광 픽업 장치는 제47 구성에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA2라 했을 때, 상기 중앙 영역은 상기 개구수 NA2 내에 상당하는 영역이며, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB, 상기 개구수 NA1 및 상기 개구수 NA2가 이하의 (4)식 및 (5)식을 충족시킨다.
1.15 × λ1 < λB < 0.85 × λ2 (4)
NA2/NA1 < 0.8 (5)
이 작용 효과는 제34 구성과 마찬가지이다.
제49 구성의 광 픽업 장치는 제47 또는 제48 구성에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 동일량의 광로차는 상기 제1 광속에 대해서는 상기 제1 파장 λ1의 5배이며, 상기 제2 광속에 대해서는 상기 제2 파장 λ2의 3배이다. 이 작용 효과는 제35 구성과 마찬가지이다.
제50 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제49 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 주변 영역은 미세한 단차 구조가 형성되지 않은 비구면이다. 이 작용 효과는 제36 구성과 마찬가지이다.
제51 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제50 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 회절 구조 및 상기 위상 구조가 형성된 상기 대물렌즈의 광학면은, 상기 대물렌즈를 상기 광 픽업 장치에 탑재한 상태로 광원 측에 배치된 광학면이다. 이 작용 효과는 제37 구성과 마찬가지이다.
제52 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제51 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 회절 구조는 광축으로부터 멀어짐에 따라서, 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 브레이즈 구조의 방향이 적어도 한번 교체된다. 이 작용 효과는 제38 구성과 마찬가지이다.
제53 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제51 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 회절 구조는 플러스 방향의 브레이즈 구조이다. 이 작용 효과는 제39 구성과 마찬가지이다.
제54 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제53 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 대물렌즈가 유리 렌즈이다. 이 작용 효과는 제40 구성과 마찬가지이다.
제55 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제53 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 대물렌즈는 상기 회절 구조 및 상기 위상 구조가 형성된 수지층을 유리 렌즈 상에 접합하였다. 이 작용 효과는 제41 구성과 마찬가지이다.
제56 구성의 광 픽업 장치는 제43 내지 제55 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 배율을 m1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 배율을 m2라 했을 때, 이하의 (6)식 및 (7)식을 충족시킨다.
-0.02 < m1 < 0.02 (6)
-0.02 < m2 < 0.02 (7)
이 작용 효과는 제42 구성과 마찬가지이다.
제57 구성의 광 픽업 장치는 광원과 제1 내지 제28 구성 중 어느 하나에 기재된 대물렌즈와 광 검출기를 구비하였다.
제58 구성의 광 정보 기록 재생 장치는 제43 내지 제57 구성 중 어느 하나에 기재된 광 픽업 장치를 탑재하였다.
또한, 본 명세서에 있어서 「대물렌즈」라 함은 광 픽업 장치에 있어서 광 정보 기록 매체에 대향하는 위치에 배치되고, 광원으로부터 사출된 광속을, 광 정보 기록 매체(광 디스크라고도 함)의 정보 기록면 위에 집광하는 기능을 갖는 광학계이며, 광 픽업 장치에 탑재되었을 때에는 작동기에 의해 적어도 광축 방향으로 변위 가능해지는 광학계를 가리킨다. 「대물렌즈」는 단일 렌즈라도 좋고, 복수의 렌즈로 구성되어 있어도 좋으며, 또한 다른 광학 소자를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 대물렌즈를 유리 렌즈로 하는 경우에는 유리 전이점 Tg가 400 ℃ 이하인 유리 재료를 사용하면, 비교적 저온에서의 성형이 가능해지므로, 금형의 수명을 연장시킬 수 있다. 이러한 유리 전이점 Tg가 낮은 유리 재료로서는, 예컨대 (가부시끼가이샤) 스미다 가가꾸 가라스제의 K-PG 325나, K-PG 375(모두 제품명)가 있다.
그런데, 유리 렌즈는 일반적으로 수지 렌즈보다도 비중이 크기 때문에, 대물렌즈를 유리 렌즈로 하면, 중량이 커져 대물렌즈를 구동하는 작동기에 부담이 생긴다. 그로 인해, 대물렌즈를 유리 렌즈로 하는 경우에는, 비중이 작은 유리 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비중이 3.0 이하인 것이 바람직하며, 2.8 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 대물렌즈를 수지 렌즈로 하는 경우는, 환형 올레핀계의 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 환형 올레핀계 중에서도 파장 405 ㎚에 대한 온도 25 ℃에서의 굴절율이 1.54 내지 1.60의 범위 내이며, -5 ℃에서 70 ℃의 온도 범위 내에서의 온도 변화에 따르는 파장 405 ㎚에 대한 굴절율 변화율 dN/dT(℃-1)가 -10 × 10-5 내지 -8 × 10-5의 범위 내인 수지 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또는, 본 발명의 대물렌즈에 적합한 수지 재료로서, 상기 환형 올레핀계 이외에도 「아사말 수지」가 있다. 아사말 수지라 함은, 모재가 되는 수지의 온도 변화에 따르는 굴절율 변화율과는 반대 부호의 굴절율 변화율을 갖는 지름이 30 ㎚ 이하인 입자를 분산시킨 수지 재료이다. 일반적으로, 투명한 수지 재료에 미분말을 혼합시키면, 빛의 산란이 생겨 투과율이 저하되므로, 광학 재료로서 사용하는 것은 곤란하였지만, 미분말을 투과 광속의 파장보다 작은 크기로 함으로써, 산란이 사실상 발생하지 않도록 할 수 있는 것을 알았다.
그런데 수지 재료는, 온도가 상승함으로써 굴절율이 저하되게 되지만, 무기 입자는 온도가 상승하면 굴절율이 상승한다. 그래서, 이들의 성질을 아울러 상쇄하도록 작용시킴으로써, 굴절율 변화가 생기지 않도록 하는 것도 알려져 있다. 본 발명의 대물렌즈의 재료로서, 모재가 되는 수지에 30 ㎚이하, 바람직하게는 20 ㎚이하, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 ㎚의 무기 입자를 분산시킨 재료를 이용함으로써, 굴절율의 온도 의존성이 없는지, 혹은 매우 낮은 대물렌즈를 제공할 수 있다.
예를 들어, 아크릴 수지에 산화 니오븀(Nb205)의 미립자를 분산시키고 있다.
모재가 되는 수지는, 부피비가 80, 산화 니오븀은 20 정도의 비율이며, 이들을 균일하게 혼합한다. 미립자는 응집되기 쉽다고 하는 문제가 있지만, 입자 표면에 전하를 부여하여 분산시키는 등의 기술에 의해, 필요한 분산 상태를 생기게 할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 모재가 되는 수지와 입자와의 혼합·분산은, 대물렌즈의 사출 성형 시에 인라인으로 행하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 혼합·분산한 후는 대물렌즈에 성형될 때까지, 냉각·고화되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이 부피 비율은 굴절율의 온도에 대한 변화의 비율을 제어하기 위해 적절하게 증감할 수 있어, 복수 종류의 나노 사이즈 무기 입자를 브랜드하여 분산시키는 것도 가능하다.
비율에서는, 상기한 예에서는 80 : 20, 즉 4 : 1이지만, 90 : 10(9 : 1)으로부터 60 : 40(3 : 2)까지의 사이에서 적절하게 조정 가능하다. 9 : 1보다도 적으면 온도 변화 억제의 효과가 작아지고, 반대로 3 : 2를 넘으면 수지의 성형성에 문제가 생기기 때문에 바람직하지 못하다.
미립자는 무기물인 것이 바람직하며, 또한 산화물인 것이 바람직하다. 그리고, 산화 상태가 포화하고 있어, 그 이상 산화하지 않는 산화물인 것이 바람직하다.
무기물인 것은, 고분자 유기 화합물인 모재가 되는 수지와의 반응을 낮게 억제할 수 있으므로 바람직하며, 또한 산화물임에 따라 사용에 따르는 열화를 막을 수 있다. 특히, 고온화나 레이저광이 조사된다고 하는 가혹한 조건에 있어서, 산화가 촉진되기 쉬워지지만, 이러한 무기 산화물의 미립자이면, 산화에 의한 열화를 막을 수 있다.
또한, 그 밖의 요인에 의한 수지의 산화를 방지하기 위해, 산화 방지제를 첨가하는 것도 물론 가능하다.
덧붙여서 말하면, 모재가 되는 수지는 일본 특허 공개 제2004-144951호 공보, 일본 특허 공개 제2004-144954호 공보, 일본 특허 공개 제2004-144953호 공보 등에 기재되어 있는 수지를 적절하게 바람직하게 채용할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는 바람직한 구체적인 태양으로서, 회절 구조와 위상 구조를 중첩시킨 중첩 구조를 광학면에 형성한 렌즈의 예를 들어서 설명했지만, 각각 마찬가지의 기능을 갖는 광로차 부여 구조를 중첩시킨 중첩 구조로 할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 입사되는 광속의 파장을 더욱 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화되는 제1 광로차 부여 구조와, 입사되는 광속의 파장을 보다 긴 파장으로 한 경우에는 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화되는 제2 광로차 부여 구조 등의, 다른 적어도 2개의 광로차 부여 구조를, 파워를 갖는 렌즈의 일면에 중첩시킨 중첩 구조로 함으로써, 구면수차의 파장 의존성이 작은 대물렌즈를 얻는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 6은 다른 광 정보 기록 매체(광 디스크라고도 함)인 BD와 DVD에 대하여 적절하게 정보의 기록/재생을 할 수 있는 본 실시 형태의 광 픽업 장치 PU1의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이러한 광 픽업 장치 PU1은 광 정보 기록 재생 장치에 탑재할 수 있다. 여기서는, 제1 광 정보 기록 매체를 BD라 하고, 제2 광 정보 기록 매체를 DVD라 한다.
제1 광 픽업 장치 PU1은 제1 파장 408 ㎚의 제1 광속을 사출하는 제1 광원으로서의 청자색 반도체 레이저 LD1과 BD의 정보 기록면 RL1로부터의 반사 광속을 수광하는 제1 광 검출기 PD1이 일체화된 제1 모듈 MD1, 제2 파장 658 ㎚의 제2 광속을 출사하는 제2 광원으로서의 적색 반도체 레이저 LD2와 제2 광 디스크 OD2의 정보 기록면 RL2로부터의 반사 광속을 수광하는 제2 광 검출기 PD2가 일체화된 제2 모듈 MD2, 다이클로익 프리즘 PS, 콜리메이트 렌즈 CL, 조리개 ST, 대물렌즈 OBJ, 포커싱/트래킹용의 2축 작동기 AC 등으로 개략 구성된다. 또한, 대물렌즈 OBJ는 광원 측의 광학면이 광축을 포함하는 중앙 영역과 그 주변의 주변 영역으로 나누어져 있고, 중앙 영역에는 회절 구조 및 위상 구조가 형성되어 있다.
청자색 반도체 레이저 LD1로부터 사출된 제1 파장 408 ㎚의 발산 광속은 다이클로익 프리즘 PS를 투과하여, 콜리메이트 렌즈 CL에 의해 평행 광속이 된 후, 도시하지 않은 1/4 파장판에 의해 직선 편광으로부터 원편광으로 변환되고, 조리개 ST에 의해 그 광속 지름이 규제되어, 대물렌즈 OBJ에 의해 두께 0.0875 ㎜의 보호층 PL1을 거쳐서 BD의 정보 기록면 RL1 상에 형성되는 스폿이 된다.
정보 기록면 RL1 상에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 대물렌즈 OBJ, 조리개 ST를 투과한 후, 도시하지 않은 1/4 파장판에 의해 원편광으로부터 직선 편광으로 변환되고, 콜리메이트 렌즈 CL에 의해 수렴 광속이 되어, 다이클로익 프리즘 PS를 투과한 후, 제1 광 검출기 RD1의 수광면 위에 수렴한다. 그리고, 제1 광 검출기 PD1의 출력 신호를 이용하여, 2축 작동기 AC에 의해 대물렌즈 OBJ를 포커싱이나 트래킹시킴으로써, BD에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
또한, 적색 반도체 레이저 LD2로부터 사출된 제2 파장 658 ㎚의 발산 광속은, 편광 다이클로익 프리즘 PS에 의해 반사되어, 콜리메이트 렌즈 CL에 의해 평행 광속이 된 후, 도시하지 않은 1/4 파장판에 의해 직선 편광으로부터 원편광으로 변환되어 대물렌즈 OBJ에 입사한다. 대물렌즈 OBJ의 중앙 영역을 통과한 제2 파장 658 ㎚의 광속은 두께 0.6 ㎜의 보호층 PL2를 거쳐서, DVD의 정보 기록면 RL2 상에 형성되는 스폿이 된다.
정보 기록면 RL2 상에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 대물렌즈 OBJ, 조리개 ST를 투과한 후, 도시하지 않은 1/4 파장판에 의해 원편광으로부터 직선 편광으로 변환되어, 콜리메이트 렌즈 CL에 의해 수렴 광속이 되고, 다이클로익 프리즘 PS에 의해 반사된 후, 제2 광 검출기 P D2의 수광면 위에 수렴한다. 그리고, 제2 광 검출기 PD2의 출력 신호를 이용하여, 2축 작동기 AC에 의해 대물 광학 소자 OBJ를 포커싱이나 트래킹시킴으로써, DVD에 기록된 정보를 판독할 수 있다. 또한, 대물렌즈 OBJ의 주변 영역은 미세한 단차 구조가 형성되지 않은 비구면이므로, 주변 영역을 통과한 제2 파장 658 ㎚의 광속은 DVD의 정보 기록면 RL2 상에서, 스폿 형성에 기여하지 않는 플레어 성분이 된다. 이에 의해, DVD의 개구수에 대응한 개구 제한이 자동적으로 행해진다.
이하, 본 실시 형태에 적합한 실시예에 대해 설명한다. 또한, 이 이후(표의 렌즈 데이터 포함함)에 있어서, 10의 제곱수(예컨대, 2.5 × 10-3)를, E(예컨대, 2.5E-3)를 이용하여 나타내는 것으로 한다. 또한, 실시예의 표 중, 범위 h는 광축으로부터의 거리를 나타내고, 단위는 ㎜, 곡율 반경(R, Ri)의 단위도 ㎜이다.
대물 광학계의 광학면은 각각 식 (8)에, 표에 나타낸 계수를 대입한 수식으로 규정되는, 광축 주위에 축대칭인 비구면으로 형성되어 있다.
z = (h2/R)/[1 + √{1-(K + 1)(h/R)2}] + A0 + A4h4 + A6h6 + A8h8 + A10h10 + A12h12 + A14hl4 + A16h16 + A18h18 + A20h20
···(8)
단,
z : 비구면 형상(비구면의 면 정상점에 접하는 평면으로부터 광축에 따른 방향의 거리)
h : 광축으로부터의 거리
R : 곡률 반경
K : 코닉 계수
A0 : 비구면의 오프셋량
A4, A6, A8, A10, A12, A14, A16, A18, A20 : 비구면 계수
또한, 회절 구조에 의해 각 파장의 광속에 대하여 주어지는 광로차는, 식 (9)의 광로차 함수에, 표에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정된다.
φ = dor × λ/λB × (C2h2 + C4h4 + C6h6 + C8h8 + C10h10 + C12h12 + C14h14 + C16h16 + C18h18 + C20h20)
···(9)
단,
φ : 광로차 함수
λ : 회절 구조에 입사하는 광속의 파장
λB : 브레이즈화 파장
dor : 광 디스크에 대한 기록/재생에 사용하는 회절광의 회절 차수
h : 광축으로부터의 거리
C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18, C20 : 회절면 계수
(제1 실시예)
제1 실시예의 렌즈 데이터(설계 파장, 초점 거리, 상측 개구수, 배율을 포함함)를 표 1과 표 2에 나타낸다. 제1 실시예는, 도 6에 도시한 광 픽업 장치에 적합한 유리제(OHARA제 S-BSM14)의 대물렌즈이다. 광원 측의 광학면은 광축에서 가까운 순서로, 광축을 포함하는 제2-1면과, 그 주변에 형성된 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면, 제2-5면, 그리고, 제2-6면의 6 영역으로 구성되어 있다. 제2-1로부터 제2-5면까지의 영역이 중앙 영역에 상당하고, 제2-6면이 주변 영역에 상당한다. 제2-1면로부터 제2-5면에는 브레이즈화 파장 λB : 490 ㎚의 회절 구조가 형성되고, 그 회절 차수는 BD : 1차, DVD : 1차이며, 그 회절 효율은 BD : 85 %, DVD : 79 %로 되어 있다. 또한, 제2-6면은 비구면 형상이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
제2-1면에서 제2-5면에는 위상 구조가 중첩되어 있고, 제2-1면을 투과하는 λ1의 광속에 대하여, 제2-2면에서는 5 × λ1(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 2π × 5(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 또한, 제2-3면, 제2-4면, 및 제2-5면에서는 제2-1면을 투과하는 λ1의 광속에 대하여, 각각 10 × λ1(㎚), 5 × λ1(㎜), 0 × λ(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 10(rad), 2π × 5(rad), 2π × 0(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 또한, 제2-1면을 투과하는 λ2의 광속에 대하여, 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면, 및 제2-5면에서는 각각 3 × λ2(㎚), 6 × λ2(㎚), 3 × λ2(㎜), 0 × λ2(㎜)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 3(rad), 2π × 6(rad), 2π × 3(rad), 2π × 0(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 즉, 위상 구조의 1개의 단차에 의해 각각의 파장 광속에 대하여 부가되는 광로차는 제1 파장 λ1에 대해서는 2040 ㎚, 제2 파장 λ2에 대해서는 1974 ㎚이며, 어떠한 파장의 광속에 대해서도 대략 동일량의 광로차가 부가된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 중앙 영역 내에서 브레이즈 구조의 방향이 광축으로부터 멀어짐에 따라서 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 한번 교체되도록 되어 있다(도 5 참조).
한편, 광 디스크측 광학면(제3 면)은 비구면 형상이다. 이러한 제1 실시예의 대물렌즈에 있어서는, 제1 파장 λ1이 +5 ㎚ 파장 변화되었을 때의 구면수차의 변화량은 3차 성분 : 0.029 λ1RMS, 고차 성분 : 0.010 λ1RMS이며, 제2 면의 회절 구조에 위상 구조를 중첩시키지 않는 경우의 변화량(3차 성분 : 0.009 λ1RMS, 고차 성분 : 0.029 λ1RMS)에 대하여, 고차 성분이 저감되고 있다. 또 여기에서는 [고차 성분]을, 5차 성분과 7차 성분의 제곱합의 평방근으로 하고 있다.
(제2 실시예)
제2 실시예는, 도 6에 도시한 광 픽업 장치에 적합한 수지제의 대물렌즈인 것이다. 제2 실시예의 렌즈 데이터(설계 파장, 초점 거리, 상측 개구수, 배율을 포함함)를 표 3과 표 4에 나타낸다. 광원 측의 광학면은 광축으로부터 가까운 순서대로, 광축을 포함하는 제2-1면과, 그 주변에 형성된 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면, 제2-5면, 그리고, 제2-6면의 6 영역으로 구성되어 있다. 제2-1로부터 제2-5면까지의 영역이 중앙 영역에 상당하고, 제2-6면이 주변 영역에 상당한다. 제2-1면으로부터 제2-5면에는 브레이즈화 파장 λB : 490 ㎚의 회절 구조가 형성되고, 그 회절 차수는 BD : 1차, DVD : 1차이며, 그 회절 효율은 BD : 85 %, DVD : 78 %로 되어 있다. 또한, 제2-6면은 비구면 형상이다.
Figure pat00003
Figure pat00004
제2-1면에서 제2-5면에는 위상 구조가 중첩되어 있고, 제2-1면을 투과하는 λl의 광속에 대하여, 제2-2면에서는 5 × λ(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 2π × 5(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 또한, 제2-3면, 제2-4면, 및 제2-5면에서는 제2-1면을 투과하는 λ1의 광속에 대하여, 각각 10 × λ1(㎚), 5 × λ1(㎚), 0 × λ1(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 10(rad), 2π × 5(rad), 2π × 0(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 또한, 제2-1면을 투과하는 λ2의 광속에 대하여, 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면 및 제2-5면에서는, 각각 3 × λ2(㎚), 6 × λ2(㎚), 3 × λ2(㎚), 0 × λ2(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 3(rad), 2π × 6(rad), 2π × 3(rad), 2π × 0(rad)만큼 위상이 지연되게 된다. 즉, 위상 구조의 1개의 단차에 의해 각각의 파장 광속에 대하여 부가되는 광로차는, 제1 파장 λ1에 대해서는 2040 ㎚, 제2 파장 λ2에 대해서는 1974 ㎚이며, 어떠한 파장의 광속에 대해서도 대략 동일량의 광로차가 부가된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 중앙 영역 내에서 브레이즈 구조의 방향이 광축으로부터 멀어짐에 따라서 마이너스 방향으로부터 플러스 방향으로 한번 교체되도록 되어 있다(도 5 참조).
한편, 광 디스크측 광학면(제3 면)은 비구면 형상이다. 이러한 제2 실시예의 대물렌즈에 있어서는, 제1 파장 λ1이 +5 ㎚ 파장 변화되었을 때의 구면수차의 변화량은 3차 성분 : 0.035 λ1RMS, 고차 성분 : 0.014 λ1RMS이며, 제2 면의 회절 구조에 위상 구조를 중첩시키지 않는 경우의 변화량(3차 성분 : 0.020 λ1RMS, 고차 성분 : 0.032 λRMS)에 대하여, 고차 성분이 저감되어 있다. 또한, 여기에서는 「고차 성분」을, 5차 성분과 7차 성분의 제곱합의 평방근으로 하고 있다.
(제3 실시예)
제3 실시예는, 도 6에 도시한 광 픽업 장치에 적합한 유리제(OHARA제 S-BSM14)의 대물렌즈인 것이다. 제3 실시예의 렌즈 데이터(설계 파장, 초점 거리, 상측 개구수, 배율을 포함함)를 표5와 표6에 나타낸다. 광원 측의 광학면은 광축에서 가까운 순서로, 광축을 포함하는 제2-1면과, 그 주변에 형성된 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면, 제2-5면, 그리고, 제2-6면의 6 영역으로 구성되어 있다. 제2-1로부터 제2-5면까지의 영역이 중앙 영역에 상당하고, 제2-6면이 주변 영역에 상당한다. 제2-1면에서 제2-5면에는 브레이즈화 파장 λB : 490 ㎚의 회절 구조가 형성되고, 그 회절 차수는 BD : 1차, DVD : 1차이며, 그 회절 효율은 BD : 85 %, DVD : 79 %로 되어 있다. 또한, 제2-6면은 비구면 형상이다.
Figure pat00005
Figure pat00006
제2-1면에서 제2-5면에는 위상 구조가 중첩되어 있고, 제2-1면을 투과하는 λ1의 광속에 대하여, 제2-2면에서는 -5 × λ1(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 2π × 5(rad)만큼 위상이 진행되게 된다. 또한, 제2-3면, 제2-4면, 및 제2-5면에서는 제2-1면을 투과하는 λ1의 광속에 대하여, 각각 -10 × λ1(㎚), -15 × λ1(㎚), -20 × λ1(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 10(rad), 2π × 15(rad), 2π × 20(rad)만큼 위상이 진행되게 된다. 또한, 제2-1면을 투과하는 λ2의 광속에 대하여, 제2-2면, 제2-3면, 제2-4면, 및 제2-5면에서는, 각각 -3 × λ2(㎚), -6 × λ2(㎚), -9 × λ2(㎚), -12 × λ2(㎚)의 광로차가 부여되므로, 위상차로 환산하여 각각 2π × 3(rad), 2π × 6(rad), 2π × 9(rad), 2π × 12(rad)만큼 위상이 진행되게 된다. 즉, 위상 구조의 1개의 단차에 의해 각각의 파장 광속에 대하여 부가되는 광로차는, 제1 파장 λ1에 대해서는 2040 ㎚, 제2 파장 λ2에 대해서는 1974 ㎚이며, 어떠한 파장의 광속에 대해서도 대략 동일량의 광로차가 부가된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 중앙 영역 내에서, 브레이즈 구조의 방향은 플러스로 일정하다(도 4 참조).
한편, 광 디스크측 광학면(제3 면)은 비구면 형상이다. 이러한 제3 실시예의 대물렌즈에 있어서는, 제1 파장 λ1이 +5 ㎚ 파장 변화되었을 때의 구면수차의 변화량은 3차 성분 : 0.006 λ1RMS, 고차 성분 : 0.014 λ1RMS이며, 제2 면의 회절 구조에 위상 구조를 중첩시키지 않는 경우의 변화량(3차 성분 : 0.085 λ1RMS, 고차 성분 : 0.042 λRMS)에 대하여, 고차 성분이 저감되어 있다. 또한, 여기서는 「고차 성분」을, 5차 성분과 7차 성분의 제곱합의 평방근으로 하고 있다.
또한, 제1 실시예에서 제3 실시예의 대물렌즈에 있어서, 제1 파장 λ1의 회절 효율의 유효 지름 내 면적 가중 평균치를 계산하면, 90.7 %가 되어, 기록/재생의 고속화가 요구되는 BD에 대하여 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있다.
또한, 제1 실시예로부터 제3 실시예의 대물렌즈에 있어서는, 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB를 490 ㎚로 하였지만, 이에 한정되지 않으며 브레이즈화 파장 λB를 바꿈으로써, 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2의 회절 효율의 균형을 적절하게 변경하는 것이 가능하다.
또한, 이상의 실시예에서는, 제1 광로차 부여 구조를 회절 구조로 하고, 제2 광로차 부여 구조를 위상 구조로 한 몇 가지의 예를 예시했지만, 본 발명은 이들의 예에 한정되는 것이 아니다.
바람직한 다른 예로서는, 제1 파장 λ1의 광속에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 3차 회절광이며, 또한 제2 파장 λ2의 광속에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 2차 회절광이 되는 회절 구조를, 제1 광로차 부여 구조로 하고, 제1 파장 λ1의 광속에 대해서는 λ1의 거의 5배의 광로차를 부여하는 것이며, 또한 제2 파장 λ2의 광속에 대해서는 λ2의 거의 3배의 광로차를 부여하는 위상 구조를, 제2 광로차 부여 구조로서 그들 제1 및 제2 광로차 부여 구조를 중첩한 중첩 구조를 이용하는 것을 들 수 있다.
또한, 제1 파장 λ1의 광속에 대해서는 λ1의 거의 5배의 광로차를 부여하는 것이며, 또한 제2 파장 λ2의 광속에 대해서는 λ2의 거의 3배의 광로차를 부여하는 위상 구조를, 제1 광로차 부여 구조로 하고, 제1 파장 λ1의 광속에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 2차 회절광이며, 또한 제2 파장 λ2의 광속에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 1차 회절광이 되는 회절 구조를, 상기 제2 광로차 부여 구조로 하여, 그들 제1 및 제2 광로차 부여 구조를 중첩한 중첩 구조를 이용하는 것도, 바람직한 예로서 들 수 있다.
게다가 또한, 본 발명은 BD뿐만 아니라, HD를 포함하는 다른 고밀도 광 디스크용의 대물렌즈에 대하여 적용하는 것도 가능하고, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 다른 파장의 광속을 이용하여, 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 기록 및/또는 재생을 하는 광 픽업 장치에 적용 가능한 대물렌즈이며, 구면수차의 파장 의존성이 작은 대물렌즈, 이 대물렌즈를 사용한 광 픽업 장치, 및 이 광 픽업 장치를 탑재한 광 정보 기록 재생 장치를 제공할 수 있다. 또한, 다른 종류의 광 정보 기록 매체에 대하여 양호하게 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있는 대물렌즈이며, 구면수차의 파장 의존성이 작아 높은 투과율을 갖는 단일 렌즈 구성의 대물렌즈, 이 대물렌즈를 사용한 광 픽업 장치, 및 이 광 픽업 장치를 탑재한 광 정보 기록 재생 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과, 제2 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과, 대물렌즈를 포함하는 집광 광학계와, 광 검출기를 적어도 갖고, 두께 t1의 보호층을 갖는 제1 광 정보 기록 매체에 대하여, 상기 제1 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하고, 두께 t2(t1 < t2)의 보호층을 갖는 제2 광 정보 기록 매체에 대하여, 상기 제2 광속을 이용하여 정보의 재생 및/또는 기록을 하는 광 픽업 장치에 이용되는 대물렌즈이며,
    파워를 갖는 상기 대물렌즈의 일면에, 제1 광로차 부여 구조와 제2 광로차 부여 구조를 중첩시킨 중첩 구조를 갖고,
    상기 대물렌즈의 상기 일면은 광축을 포함하는 중앙 영역과 상기 중앙 영역을 둘러싸는 주변 영역을 갖고, 상기 중첩 구조는 상기 중앙 영역에 형성되고,
    상기 제1 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 1이고, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 1이고,
    상기 제2 광로차 부여 구조는 상기 제1 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 2이고, 상기 제2 광속의 입사에 대하여 회절 효율이 최대가 되는 회절 차수가 1이고,
    상기 대물렌즈는 수지 렌즈이고,
    이하의 (2)식 및 (3)식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
    380 ㎚ < λ1 < 420 ㎚ (2)
    630 ㎚ < λ2 < 680 ㎚ (3)
  2. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈의 상기 일면에는 상기 중첩 구조가 형성된 부분과, 상기 중첩 구조가 형성되어 있지 않은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈의 상기 일면은 광 픽업 장치에 탑재되었을 때에 광원 측에 배치되는 면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈의 상기 일면은 볼록면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈의 다른 쪽 면은 비구면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는 단일 렌즈인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB가 이하의 (1)식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
    λ1 < λB < λ2 (1)
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA1이라 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체에 대하여 정보의 재생 또는 기록을 할 때의 상기 대물렌즈의 개구수를 NA2라 할 때, 상기 개구수 NA2 내에 상당하는 영역 내에 상기 중첩 구조를 구비하여, 상기 회절 구조의 브레이즈화 파장 λB, 상기 개구수 NA1 및 상기 개구수 NA2가 이하의 (4)식 및 (5)식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
    1.15 × λ1 < λB < 0.85 × λ2 (4)
    NA2/NA1 < 0.8 (5)
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조와 상기 제2 광로차 부여 구조 중 한쪽은, 그의 단차의 방향이 광축 방향을 향하고 있고, 다른 쪽은 그의 단차의 방향이 광축과는 반대의 방향을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 광로차 부여 구조와 상기 제2 광로차 부여 구조의 한쪽의 1개의 링 내에, 다른 쪽의 링이 1 이상의 정수 개만큼 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  11. 광원과, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 대물렌즈와, 광 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  12. 제11항에 기재된 광 픽업 장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 광 정보 기록 재생 장치.
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