KR100417676B1

KR100417676B1 - 집속소자, 광헤드, 광정보 기록재생장치 및 광정보기록재생방법

Info

Publication number: KR100417676B1
Application number: KR10-2000-7012749A
Authority: KR
Inventors: 미즈노사다오; 야마모토히로아키; 하야시히데키; 안자이조우지; 가메이도모타다
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2004-02-11
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: EP1087385A1; EP1087385A4; DE60041679D1; US20040085875A1; CA2333179C; KR20030087023A; CN1192375C; KR100756767B1; US6873588B1; US6920102B2; EP1087385B1; CN1304527A; WO2000055849A1; TW476943B; US20040114494A1; CA2333179A1; US6859428B2; JP5124065B2; KR20010043603A

Abstract

2파장의 광속을 사용하고 하나의 대물렌즈를 사용하여, 디스크 기판 두께 t1(0.6 mm) 또는 t2(1.2 mm)의 기판 두께가 상이한 광디스크를 재생하는 광헤드를 제공한다. 이를 위해, 집속소자를 중심부와 외주부로 구성하고, 집속소자의 중심부의 최적 설계 기판 두께를 t1 ×0.6 ∼ t1, 외주부의 최적 설계 기판 두께를 0.6 mm로 한다. 집속소자에 단차를 만드는 것에 의해, 디스크 기판 두께 t1인 정보매체에 대해서도, 디스크 기판 두께 t2인 정보매체에 대해서도 사이드 로브가 적은 상태에서 정보를 기록재생한다. 또는, 대물렌즈에 단차를 만들어서, 제2발광원에서 집광광학계까지의 광학거리 L2를, 제1발광원에서 집광광학계까지의 광학거리 L1의 80 %∼95 %로 설정한다. 또는, 제1파장의 광만을 원형띠 형상으로 차광 또는 회절한다.

Description

집속소자, 광헤드, 광정보 기록재생장치 및 광정보 기록재생방법{CONVERGENT DEVICE, OPTICAL HEAD, OPTICAL INFORMATION RECORDING/REPRODUCING AND OPTICAL INFORMATION RECORDING/REPRODUCING METHOD}

고밀도ㆍ대용량의 기억 매체로서, 피트 형태의 패턴을 갖는 광디스크를 이용하는 광메모리 기술은, 디지탈 오디오 디스크, 비디오 디스크, 문서파일 디스크, 또는 데이터 파일 등 그 응용이 확대되는 중에 있다. 이 광메모리 기술에서는, 정보는 미소(微小)하게 좁혀진 광빔을 통해 광디스크에 높은 정밀도와 신뢰성을 갖고 기록재생된다. 이 기록재생동작은 전적으로 그 광학계에 의존하고 있다.

그 광학계의 주요부인 광헤드의 기본적인 기능은, 회절 한계의 미소(微小) 스폿(spot)을 형성하는 집속, 상기 광학계의 초점 제어와 트래킹 제어 및 피트 신호의 검출로 대별된다. 이들의 기능은, 그 목적과 용도에 따라 각종의 광학계와 광전변환검출 방식의 조합에 의해 실현되고 있다.

광헤드에 사용되는 대물렌즈는 광디스크의 기판 두께를 고려하여 설계되어 있으며, 이 설계치와 상이한 기판 두께의 광디스크에 대해서는, 구면 수차가 생겨서 집속성능이 떨어지고, 기록이나 재생이 곤란하게 된다. 종래, 콤팩트 디스크(이하 CD라 함), 비디오 디스크, 데이터용의 광자기 디스크 등은 모두 1.2 mm의 디스크 기판 두께가 채용되며, 하나의 광헤드로 종류가 상이한 광디스크를 기록재생하는 것이 가능하였다.

최근, DVD(디지털 비디오 디스크)로 불리우는 고밀도ㆍ대용량의 광디스크가 실용화되고, 동화상과 같은 대량의 정보를 다룰 수 있는 정보매체로서 각광을 받고 있다. 이 DVD는, 종래의 광디스크인 CD와 비교하여 기록밀도를 크게 하기 위해서 정보 기록면에서의 피트 사이즈를 작게 하고 있다. 따라서, DVD를 기록재생하는 광헤드에서는, 스폿 직경을 결정하는 광원의 파장이나, 집속렌즈의 개구수(Numerical Aperture : 이하 NA로 간략하게 기재함)가 CD의 경우와 상이하다. DVD는 고밀도화를 꾀하기 위해, 대물렌즈의 개구수를 크게 하고 있다. 개구수를 크게 하면 광학적인 분해능이 향상되고, 기록밀도를 향상시킬 수 있지만, 집속한 광스폿에는 광디스크의 경사에 따라 보다 큰 코마(coma) 수차가 발생한다. 그래서, 대물렌즈의 개구수를 크게 하여도 코마 수차가 커지지 않도록, 광디스크의 기판 두께를 0.6 mm로 하여 그 영향을 적게 하고 있다. 그러나, 광디스크의 기판 두께를 얇게 한 경우, 그 광디스크를 기록재생하는 대물렌즈로는 종래의 광디스크를 재생할 수 없게 되어, 종래의 광디스크와의 사이에서 호환성을 유지할 수 없게 된다.

곤란하게도, CD에서는 광원의 파장은 약 0.78 ㎛, NA는 약 0.45인 것에 대해, DVD에서는 광원의 파장은 약 0.63∼0.65 ㎛, NA는 약 0.6이다. 따라서, CD와 DVD의 2종류의 광디스크를 하나의 광디스크 드라이브로 기록재생하려고 하면, 2개의 광학계를 갖는 광헤드 장치가 필요하게 된다. 한편, 광디스크 드라이브와 광헤드장치의 소형화, 박형화, 저비용화의 요구로부터는, CD와 DVD의 광학계는 가능한 한 공용화하는 방향에 있는데, 예를 들어, 광원은 DVD용의 광원을 사용하고, 집속용 렌즈만을 DVD용과 CD용의 2종류의 집속용 렌즈를 사용하거나, 집속용 렌즈도 공용화하여 NA만을 DVD의 경우는 크게, CD의 경우는 작게 하도록 기계적 또는 광학적으로 변경하는 등의 방식이 채용되고 있다.

종래의 DVD, CD 호환 드라이브의 광헤드장치 부분의 광학계의 일례에서는, 집속용 렌즈로서 개구수 0.6의 대물렌즈를 사용하고 있다. 이 대물렌즈는, 개구수가 0.37 이하인 중심부는, 두께 0.9 mm의 투과성 평판을 통하여 광을 집속했을 때에 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.37 이상인 외주(外周)부는 두께 0.6 mm의 투과성 평판을 통하여 광을 집속했을 때에 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 반도체 레이저로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(52)은 집광렌즈(53)에 의해 평행화(collimate)되어 거의 평행한 광속으로 되어 대물렌즈에 입사된다. DVD를 재생하는 경우는, 대물렌즈에서 좁혀진 광속은 기판 두께 0.6 mm의 DVD의 정보면상에 광스폿을 형성하고, CD 등을 재생하는 경우는, 대물렌즈에서 좁혀진 광속은 기판 두께 1.2 mm의 CD의 정보면상에 광스폿을 형성한다. 다음에, 광디스크로부터 반사된 반사광은, 재차 대물렌즈에서 집광되고 광검출기에 수광된다. 광검출기는 재생신호를 검출함과 동시에 비점수차법에 의해 포커스 제어 신호를, 위상차법 및 푸시풀(push-pull)법에 의해 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이 광헤드를 사용하면, CD를 재생하는 경우는, 대물렌즈의 중심부를 통과하는 광속은 매체면에서 반사되어 광검출기에 입사하지만, 외주부를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 갖기 때문에 확산하여 광검출기의 수광면에는 거의 입사하지 않으며, 실질적으로 개구수 0.37로 개구 제한된다. 한편, DVD를 재생하는 경우는, 대물렌즈의 중심부를 통과하는 광속은 수차가 작기 때문에 외주부를 통과하는 광속과 합성되어 광스폿을 형성하며, 그 반사광은 대부분 광검출기에 입사하며, 개구수 0.6으로 재생할 수 있다.

그러나, 이 종래의 광헤드의 구성에서는, 파장 650 nm의 광원을 사용하여 DVD와 CD의 호환을 얻고 있으므로, 파장 의존성이 있는 광디스크는 반사율이 다르기 때문에 충분한 재생신호가 얻어지지 않는다고 하는 문제점이 있다. 이것은, 예를 들어, 기록가능한 CD로서 규격화된 CD-R 등에서는 현저해 보일 수 있다. CD-R은 원래 파장 775 nm∼820 nm에서 반사율이 65 % 이상으로 규정되어 있지만, 규정범위 외의 파장에서는 반사율이 저하하고, 흡수율이 증가한다. 파장 650 nm 부근에서는 반사율이 1/8, 흡수율이 8배 정도로 되는 때가 있으며, 재생은 커녕 광의 흡수에 의해 기록된 데이터가 소거되어 버리는 일도 있다.

이것을 해결하기 위해, 파장 780 nm와 650 nm의 2개의 광원을 사용하고, 상기와 같이 대물렌즈를 중심부와 그것을 둘러싸는 외주부로 나누고, 중심부의 최적 설계 기판 두께를 0.9 mm로 하고, 외주부의 최적 설계 기판 두께를 0.6 mm로 하는 구성으로써 DVD와 CD의 호환을 얻는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 DVD 재생시의 구면 수차가 너무 커지게 되어 실용화할 수 없다. CD 드라이브는 파장 780 nm에서 대물렌즈 개구수는 0.45이지만, 이 종래예에서는 파장 650 nm의 광으로 CD를 재생하기 때문에 개구수는 파장분만큼 작아져서 0.37로 되어 있다. 이 종래예와 같이 대물렌즈의 중심부가 개구수 0.37 정도라면, CD 재생시의 수차는 40 mλrms 정도, DVD 재생시의 수차는 30 mλrms 정도로 안정되어, 재생성능에 지장을 초래하는 일은 없다. 그러나, 파장 780 nm의 광원을 사용하여 CD를 사용하는 경우, 일반 CD 드라이브와 동등한 개구수로 할 필요가 있으며, 대물렌즈의 중심부의 개구수는 0.45로 된다. 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 설정된 대물렌즈의 중심부를 크게 하면, DVD 재생시의 수차가 커진다. 개구수 0.45까지 중심부를 확대하면 수차는 설계 조건에 의해서도 달라지지만 80 mλrms 이상으로 되어 충분한 재생성능이 얻어질 수 없다. 이상에서 설명한 바와 같이, 복수의 파장 780 nm, 650 nm의 광속을 사용하고, 상기와 같이 2종의 최적 설계 기판 두께를 갖는 대물렌즈로써 DVD와 CD를 재생하는 광헤드는 아직 실현할 수 없다.

본 발명은 광정보 기록매체에 정보를 광학적으로 기록 또는 재생하기 위한 광헤드 및 광정보 기록재생 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 제1 실시 형태에 있어서의 광헤드장치 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 제1 실시 형태에 있어서의 광헤드장치 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈의 형태를 나타내는 도면이다.

도 4는 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈의 형태를 나타내는 도면이다.

도 5는 대물렌즈의 단차와 집광스폿의 파면 수차의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 대물렌즈의 단차와 사이드 로브(side robe)의 양의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 광정보 기록재생장치의 도식적인 도면이다.

도 8은 본 발명에 의한 제2 실시 형태의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명에 의한 제2 실시 형태의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 10은 편광성 홀로그램의 도면이다.

도 11은 제2 실시 형태의 대물렌즈부를 나타내는 도면이다.

도 12는 제2 실시 형태의 대물렌즈부를 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명에 의한 제3 실시 형태에 있어서의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명에 의한 제3 실시 형태에 있어서의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 15는 이 광헤드장치 광학계에 있어서의 대물렌즈와 위상 시프트 소자의 형태를 나타내는 도면이다.

도 16은 이 광헤드장치 광학계에 있어서의 대물렌즈와 위상 시프트 소자의 형태를 나타내는 도면이다.

도 17은 본 발명에 의한 제4 실시 형태에 있어서의 광헤드 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 18은 본 발명에 의한 제4 실시 형태에 있어서의 광헤드 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 19는 제4 실시 형태에 있어서의 대물렌즈와 위상 시프트 소자를 나타내는 도면이다.

도 20은 제4 실시 형태에 있어서의 대물렌즈와 위상 시프트 소자를 나타내는 도면이다.

도 21은 본 발명에 의한 제5 실시 형태에 있어서의 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 22는 본 발명에 의한 제5 실시 형태에 있어서의 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 23은 제5 실시 형태에 있어서의 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변의 구성을 나타내는 도면이다.

도 24는 제5 실시 형태에 있어서의 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변의 구성을 나타내는 도면이다.

도 25는 본 발명에 의한 제6 실시 형태에 있어서의 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 26은 본 발명에 의한 제6 실시 형태에 있어서의 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 27은 제6 실시 형태에 있어서의 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변의 구성을 나타내는 도면이다.

도 28은 제6 실시 형태에 있어서의 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변의 구성을 나타내는 도면이다.

도 29는 본 발명에 의한 제7 실시 형태에 있어서의 광헤드장치 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 30은 본 발명에 의한 제7 실시 형태에 있어서의 광헤드장치 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 31은 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈의 형태를 나타내는 도면이다.

도 32는 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈의 형태를 나타내는 도면이다.

도 33은 본 발명에 의한 제8 실시 형태의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 34는 본 발명에 의한 제8 실시 형태의 광헤드장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 35는 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈부를 나타내는 도면이다.

도 36은 이 광헤드장치 광학계의 대물렌즈부를 나타내는 도면이다.

도 37은 포커스 오프셋과 L2/L1과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 38은 본 발명에 의한 제9 실시 형태에 관한 광헤드의 광학계에 의해 DVD 등의 두께가 작은 광디스크의 기록재생을 나타내는 설명도이다.

도 39는 CD 등의 두께가 큰 광디스크의 기록재생을 나타내는 도 38과 같은 설명도이다.

도 40은 광학계내에 배치하는 차광필터의 정면도이다.

도 41은 도 40에 나타낸 차광필터의 차광부의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.

도 42는 도 40에 나타낸 차광필터의 투과부의 광투과 특성을 나타내는 그래프이다.

도 43은 기판 두께가 작은 광디스크의 경우의 대물렌즈와 차광필터에 의한 광스폿 형성상태를 나타내는 확대 설명도이다.

도 44는 기판 두께가 큰 광디스크의 경우의 대물렌즈와 차광필터에 의한 광스폿 형성상태를 나타내는 확대 설명도이다.

도 45는 본 발명에 의한 제10 실시 형태에 관한 광헤드의 광학 구성에 의해 DVD 등의 두께가 작은 광디스크의 기록재생을 나타내는 도면이다.

도 46은 CD 등의 두께가 큰 광디스크의 기록재생을 나타내는 도 45와 같은 도면이다.

도 47은 기판 두께가 작은 광디스크의 경우의 대물렌즈와 편광성 홀로그램에의한 광스폿의 형성 상태를 나타내는 확대 설명도이다.

도 48은 기판 두께가 큰 광디스크의 경우의 대물렌즈와 편광성 홀로그램에 의한 광스폿의 형성 상태를 나타내는 확대 설명도이다.*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명1, 15 : 반도체 레이저 3, 17 : 빔 스플리터4 : 파장 필터 5 : 집광렌즈6 : 미러 7 : 차광필터8 : 대물렌즈 13, 21 : 원통렌즈14, 22 : 광검출기 100 : 광헤드102 : 광디스크 108 : 헤드제어회로110 : 신호처리회로

본 발명의 목적은, 복수 파장의 광속을 이용하여 두께가 상이한 적어도 2종류의 광정보매체에 대해 소망하는 집광성능을 가지는 집속소자 및 그것을 이용한 광헤드 및 광정보 기록재생장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 집속소자는, 광원으로부터의 광속을, 적어도 2종류의 두께가 상이한 투명 기판을 갖는 광정보 기록매체 각각에 집속시키는 집속소자이다. 이 집속소자는, 광속의 중심축에 가까운 내주 영역과, 상기 중심축으로부터 먼 외주 영역으로 이루어진다. 외주 영역은, 상기 광정보 기록매체 중에 투명 기판이 얇은 제1광정보 기록매체상에 외주 영역을 통과한 광속이 집속하도록 최적화된 면을 가지며, 내주 영역면은, 이 영역을 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체보다 투명 기판이 두꺼운 정보기록매체상에 집속하도록 최적화되는 면을 가진다. 그리고, 외주 영역 면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상이, 내주 영역면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대해 차이나도록 외주 영역 면의 위상이 설정된다. 또, 본 발명에 관한 광헤드나 광기록재생장치에서는, 이 집속소자가 사용된다. 이 구성을 갖는 것에 의해, 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예:DVD)의 재생성능을 확보하면서, 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체(예:CD) 재생에 대응하는 NA를 크게 하는 것이 가능해진다. 또, 두꺼운 기판 두께 재생에 대응하는 NA를 크게 할 수 있는 것에 의해, 긴 파장의 광원으로 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체의 재생이 가능해진다. 예를 들어, CD/R과 같이 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예:DVD) 재생용의 파장에서는 반사율이 저하하여 재생할 수 없는 정보기록매체에서도 재생이 가능한 광헤드나, 정보 기록재생장치의 실현이 가능해진다.

이 집속소자는, 예를 들어, 내주 영역과 외주 영역을 가지는 대물렌즈이다.

또, 이 집속소자는, 예를 들어, 광원으로부터의 광속을 광정보 기록매체에 집속시키는 렌즈와, 이 렌즈에 조합되는 판형 광학소자로 이루어진다. 렌즈는, 광속의 중심축에 가까운 제1내주부와, 상기 중심축으로부터 먼 제1외주부로 이루어지며, 상기 제1외주부는, 이 제1외주부를 통과한 광속이 상기 제1의 광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며, 상기 제1내주부는, 이 제1내주부를 통과한 광속이 제1광정보 기록매체보다 두꺼운 투명 기판을 갖는 광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가진다. 또한, 판형 광학소자는, 제2내주부와, 이 제2내주부와 광학적 단차부에 의해 구분되는 제2외주부로 이루어지며, 제2내주부와 제2외주부는, 상기 렌즈와 조합한 경우에, 렌즈의 제1외주 영역을 통과하는 광속이 상기 제2외주부를 통과하며, 상기 렌즈의 제1내주 영역을 통과하는 광속이 상기 제2내주부를 통과하도록 배치된다.

또, 이 집속소자는, 예를 들어, 광정보 기록매체에 광원으로부터의 광속을 집속시키는 렌즈와, 상기 광원과 상기 렌즈와의 사이의 광경로상에 배치되는 판형 광학소자로 이루어진다. 렌즈는, 상기 판형 광학소자가 없는 경우에 렌즈를 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체에 집속하도록 최적화된 면을 가진다. 판형 광학소자는, 광속의 중심축에 가까운 내주부와 상기 중심축으로부터 먼 외주부로 이루어지며, 내주부와 외주부는 광학적 단차부에 의해 구분되어 있으며, 상기 외주부의 면은 평면이고, 상기 내주부의 면은 상기 렌즈와 조합한 경우에, 상기 내주부를 투과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체보다 두꺼운 투명 기판을 가지는 광정보 기록매체에 집속하도록 최적화되어 있다.

또, 본 발명에 관한 다른 광헤드는, 광원으로부터의 광속을, 두께가 상이한 투명 기판을 가지는 제1 및 제2광정보 기록매체에 집속시키는 광헤드이며, 광원은 제1광정보 기록매체에 집속시키는 광속과, 제2광정보 기록매체에 집속시키는 광속을 발생한다. 집속소자는 광속의 중심축에 가까운 내주 영역과, 상기 중심축으로부터 먼 외주 영역을 가지며, 상기 외주 영역은 상기 외주 영역을 통과한 광속이 제1두께의 투명 기판을 가지는 제1광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며, 상기 내주 영역은, 상기 내주 영역을 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체보다 두꺼운 투명 기판을 가지는 광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화되는 면을 가진다. 상기 외주 영역의 상기 면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상이, 상기 내주 영역의 상기 면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대해 차이나도록 상기 외주 영역의 상기 면의 위상이 설정되어 있다. 또한, 수광소자는 광정보 기록매체로부터의 반사광을 수광하여 전기신호로 변환한다. 여기서, 상기 제1광원과 상기 집속소자까지의 거리 L1과, 상기 제2광원으로부터 상기 집광광학계까지의 거리 L2가

L1 ×0.8 ＜ L2 ＜ L1 ×0.95

를 만족한다. 이 구성을 취하는 것에 의해, 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예:DVD)의 재생성능을 확보하면서, 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체(예:CD) 재생에 대응하는 NA를 크게 하는 것이 가능해진다. 두꺼운 기판 두께 재생에 대응하는 NA를 크게 할 수 있는 것에 의해, 긴 파장의 광원으로 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체의 재생이 가능해지고, 예를 들어, CD/R과 같이 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예:DVD) 재생용의 파장으로는 반사율이 저하하여 재생할 수 없는 정보기록매체라도 재생이 가능한 광헤드나, 정보기록매체 재생장치의 실현이 가능해진다.

또, 본 발명에 관한 다른 광헤드는, 제1 및 제2 파장의 광을 출사하는 광원과, 개구수가 NA1인 중심부와 개구수가 NA1 이상이고 NA2 이하인 외주부를 가지며, 이 외주부는 기판 두께가 t1인 광투과성 평판을 통하여 광원 집속할 때에 수차가 작아지도록 형성되며, 상기 중심부는 기판 두께가 t2 ×0.7 이상이고 t2 이하인 광투과성 평판을 통하여 광을 집속할 때에 수차가 작아지도록 형성된 집속소자와, 기판 두께가 t1인 제1광정보 기록매체의 정보면에 대해서는 제1파장의 광을 상기 집속소자를 통하여 집속하고, 기판 두께가 t1보다 두꺼운 t2인 제2광정보 기록매체의 정보면에 대해서는 제2파장의 광을 상기 집속소자를 통하여 집속함과 동시에, 상기 제1 또는 제2 정보면으로부터의 반사광을 광검출기에 안내하는 광학계로 이루어진다. 여기서, 집속소자의 개구수가 NA1 이하이고 NA1 ×0.7 이상에 상당하는 원형띠(윤대:輪帶) 영역에서 상기 제1파장의 반사광이 상기 광검출기에 입사하는 것을 방지하는 광학부재가 광학계 중에 배치된다.

이와 같이, 2종류의 최적 설계 기판 두께를 갖는 대물렌즈의 일부를 차광 또는 회절하는 것에 의해, 2개의 광원을 이용하여 기판 두께가 상이한 정보매체를 기록재생할 수 있으며, 종래예와 같은 파장 의존성이 있는 광디스크라도 재생하는 것이 가능하게 되었다. 이 방법에 의하면, 모든 CD 디스크와 DVD 디스크의 호환을 확보할 수 있다.

본 발명의 하나의 효과는, CD 재생에 대응하는 NA를 크게 하고, 780 nm의 레이저를 사용해도 CD 재생이 가능하며, 동시에 DVD 재생이 가능한 집속소자 및 그것을 이용한 광헤드를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 효과는, DVD, CD 호환 재생을 하나의 집속소자를 이용한 간이(簡易)한 광헤드로 실현할 수 있는 것이다. 이에 따라, 광헤드의 소형화가 가능하게 되어 광디스크 드라이브 그 자체의 소형화, 간소화도 가능해진다.

이하에, 첨부한 도면을 참조하여 발명의 실시의 형태를 설명한다. 그리고, 도면에서 동일한 참조 기호는 동일 또는 동등한 것을 나타낸다.

본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1과 도 2는 이 실시형태의 광헤드장치 광학계를 나타낸다. 도 1은 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내며, 도 2는 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 도 1에서, 반도체 레이저(1)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(2)은, 대략 절반 정도의 광이 빔 스플리터(3)를 투과하여, 파장필터(4)에 입사한다. 이 파장필터(4)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에 광속(2)은 여기를 투과하고, 집광렌즈(5)에 의해 평행화(collimate)되어 거의 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(2)은 미러(6)에서 반사하여 차광필터(7)를 통과한 후 개구수 0.6의 대물렌즈(8)에 입사한다. 대물렌즈(8)는, 개구수가 0.45 이하인 중심부(8a)는 디스크 기판 두께 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(8b)는 디스크 기판 두께 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(2)은 이 대물렌즈(8)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(11)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(10)에서 반사된 반사광(12)은 대물렌즈(8)에서 집광되며, 차광필터(7)와 미러(6)를 통과하여 집광렌즈(5)에서 좁혀진다. 좁혀진 반사광(12)은 파장필터(4)를 투과하여, 빔 스플리터(3)에 입사한다. 빔 스플리터(3)에 입사한 반사광(12)은 대략 절반의 광이 여기서 반사되며, 원통렌즈(13)를 통과하여 광검출기(14)에 수광된다. 광검출기(14)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 대물렌즈(8)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하며, 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

한편, 도 2에서, 반도체 레이저(15)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(16)은 대략 절반 정도의 광이 빔 스플리터(17)를 투과하여, 파장필터(4)에 입사한다. 파장필터(4)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(16)은 이 파장필터(4)에서 반사되어 집광렌즈(5)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(16)은 미러(6)를 통과하여 대물렌즈(8)에 입사한다. 파장 780 nm의 광속(16)은 대물렌즈(8)에 의해 집속되어, 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(19)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(18)로부터 반사된 반사광(20)은 재차 대물렌즈(8)에서 집광되며, 미러(6)를 통과하여 집광렌즈(5)에서 좁혀진 후, 파장필터(4)에서 반사되어 빔 스플리터(17)에 입사한다. 빔 스플리터(17)에 입사한 반사광(20)은 대략 절반 정도의 광이 여기서 반사하고, 원통렌즈(21)를 통과하여 광검출기(22)에 수광된다. 광검출기(22)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 포커스제어신호를, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 이용한 구성에서, 파장 780 nm의 광에서 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(8)의 중심부(8a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광스폿(11)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms을 초과한 광스폿은 소위 사이드 로브(side lobe)가 커지기 때문에, 기록재생능력이 떨어지고, 그 때문에, 종래 구성에 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 중심부(8a)의 개구수를 높이는 것만으로는 성능을 만족할 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 파장 780 nm의 광원을 설치하여 중심부(8a)의 개구수를 높임과 동시에, 도 3에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(8)의 외주부와 내주부의 경계에 단차를 만들고, 상기 수차 성분중에 소위 제르니케(Zernike)의 5차 구면 수차 성분을 저감하는 것에 의해, 광스폿(11)의 사이드 로브를 저감하여 기록재생성능을 향상시키고 있다.

도 5와 도 6에는, 각각 상기 단차(650 nm의 파장의 광의 위상으로 환산)와 각 수차의 그래프와, 상기 단차와 사이드 로브의 값(메인 로브(main lobe)의 강도를 100 %로서 표시)의 그래프를 나타내었다. 위상 단차를 적절한 양으로 설정하는 것에 의해 5차의 구면 수차를 저감할 수 있고, 사이드 로브도 작게 할 수 있음을 알 수 있다. 5차의 수차를 20 mλ(rms) 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양은 50도∼150도의 범위가 좋다는 것도 알 수 있다. 또, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는 단차 양은 위상차로써 100도로 설정하였다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(8)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(8)의 외주부(8b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 가지며, 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산한다. 이 때문에, 이 외주부(8b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(22)에 입사하지 않게 되어, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고도 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 된다.

도 7은 상술한 광헤드(100)를 이용하는 광정보 기록재생장치를 개략적으로 나타낸다. 광헤드 이외의 구성은 종래와 마찬가지다. 정보매체로서의 광디스크(102)는 모터(104)에 의해 회전된다. 광헤드(100)는 축(shaft)을 따라 광디스크(102)의 반경방향으로 이동된다. 정보의 기록재생을 위해, 광헤드(100)의 반도체 레이저로부터의 출사광이 광헤드(100)의 대물렌즈에 의해 광디스크(102)의 정보기록면에 집속된다. 광헤드(100) 내의 광검출기(22)의 출력신호에 의해, 광헤드(100)내의 대물렌즈를 광디스크(102)의 면에 추종시키기 위한 포커스제어신호와, 광디스크(102)상의 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호가 검출된다. 헤드제어회로(108)는 이들 제어신호를 기초로 광헤드(100)의 포커스제어와 서보제어를 행한다. 또, 신호처리회로(110)는 광디스크의 종류를 판별하고, 기록시에 광헤드(100)에 의해 광디스크(6)에 정보를 기록하고, 또, 재생시에 광헤드(100)내의 광검출기의 출력신호로부터 광디스크(102)의 정보트랙에 기록된 광정보를 재생한다.

그리고, 이하의 실시형태에서 설명하는 각종 광헤드도 마찬가지로 이 광정보 기록재생장치에 사용할 수 있다.

다음으로 발명의 제2실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 8과 도 9는 이 실시형태의 광헤드장치 광학계를 나타낸 것이다. 도 8은 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 9는 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 도 8에서, DVD용의 제1모듈(31)은 파장 650 nm의 반도체 레이저(31a)와, 광디스크(10)로부터의 반사광을 수광하는 광검출기(1b, 1c)가 일체로 구성된 것이다. 제1모듈(31)의 반도체 레이저(31a)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(32)은 커버유리(31d)를 통과하여, 파장필터(33)에 입사한다. 이 파장필터(33)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에 광속(32)은 여기를 투과하여, 집광렌즈(34)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(32)은 편광성 홀로그램(35)과 파장판(36)을 통과하여, 개구수 0.6의 대물렌즈에 입사한다. 편광성 홀로그램(35)과 파장판(36)은 일체로 구성되어, 대물렌즈(37)와 함께 대물렌즈 홀더(38)에 고착되어 있다.

편광성 홀로그램(35)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 복굴절 재료의 LiNb 기판에 프로톤 교환으로 홀로그램을 형성하여 만들어지는 것이며, 이상(異常) 광을 투과하고 정상 광을 회절하도록 구성되어 있다. 광속(32)은 편광성 홀로그램(35)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(36)은 파장 650 nm의 광은 직선편광으로부터 대략 원형 편광으로 변환하고, 파장 780 nm의 광은 편광방향을 변경하지 않도록 구성되어 있어서, 광속(32)은 원형 편광으로 변환된다.

대물렌즈(37)는 제1실시형태의 대물렌즈(8)와 동일하게 구성되어 있으며, 도 11에 나타낸 바와 같이 개구수가 0.45 이하인 중심부(37a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(37b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(32)은 이 대물렌즈(37)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(39)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(10)에서 반사된 반사광(40)은 대물렌즈(37)에서 집광되며, 파장판(36)에서 원형 편광으로부터 광속(32)의 편광면에 대해 직교하는 편광방향인 직선편광으로 변환되어 편광성 홀로그램(35)에 입사한다. 반사광(40)은 편광성 홀로그램(35)에 대해 정상 광으로 입사하기 때문에, 여기서 회절된다. 회절에 의해 반사광(40)은 포커스신호 검출용의 회절광(42a)과, 트래킹신호 검출용의 회절광(42b)으로 분할된다. 회절광(42a, 42b)은 집광렌즈(34)에 의해 좁혀져서, 각각 광검출기(31b, 31c)에 입사하여 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(31b)는 SSD(spot size detection : 스폿 사이즈 검출)법에 의해 대물렌즈(37)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스 제어 신호를 검출하고, 광검출기(31c)는 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

한편, CD용의 제2모듈(43)은 파장 780 nm의 반도체 레이저(43a)와, 광디스크로부터의 반사광을 분리하여 공간적 변화를 주는 홀로그램(43d)과, 그 반사광을 수광하는 광검출기(43b, 43c)가 일체로 구성된 것으로 되어 있다. 도 9에서, 제2모듈(43)의 반도체 레이저(43a)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(44)의 일부가 홀로그램(43d)을 통과하여, 파장필터(33)에 입사한다. 파장필터(33)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(44)은 이 파장필터(33)에서 반사되어 집광렌즈(34)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(44)은 편광성 홀로그램(35)과 파장판(36)을 통과하여 개구수 0.6의 대물렌즈에 입사한다. 광속(44)은 편광성 홀로그램(32)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(36)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향을 변경하지 않으므로, 광속(44)의 편광면은 그대로 유지된다. 대물렌즈(37)에 의해 집속되어 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(45)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(18)로부터 반사된 반사광(46)은 재차 대물렌즈(37)에서 집광되어 파장판(36)과 편광성 홀로그램(35)을 투과한다. 파장판(36)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향이 변화하지 않으므로, 반사광(46)도 광속(44)과 마찬가지로 직선 편광으로 그대로 파장판(36)을 투과한다. 따라서, 반사광(46)은 편광성 홀로그램(35)에 이상 광으로써 입사하기 때문에, 회절작용은 받지 않는다. 여기를 투과한 반사광(46)은 집광렌즈(34)에서 좁혀지고 파장필터(33)에서 반사되어 제2모듈(43)에 입사한다. 제2모듈(43)에 입사한 반사광(46)은 홀로그램(43d)에서 회절되어 광검출기(43b, 43c)에 입사하고, 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(43b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(37)를 기록면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(43c)는 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 이용한 구성에서, 파장 780 nm의 광으로 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(37)의 중심부(37a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광스폿(11)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms를 초과한 광스폿은 소위 사이드 로브가 커지기 때문에, 기록재생성능이 떨어지고, 그 때문에, 종래 구성에 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 중심부(37a)의 개구수를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 중심부(8a)의 개구수를 올림과 동시에, 제1실시형태와 마찬가지로, 도 11에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(37)의 외주부와 내주부의 경계에 단차를 만들고, 상기 수차의 성분중에 5차 구면 수차 성분을 저감하는 것에 의해, 광스폿(39)의 사이드 로브를 저감하여 기록재생성능을 향상시키고 있다.

5차의 수차를 20 mλ(rms)로 억제하기 위해서는, 위상차 양을 50도∼150도의 범위가 좋다는 것도 알 수 있다. 또, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는, 대물렌즈의 가공성을 향상시키기 위해 단차는 매끄러운 곡선으로 형성되어 있다. 이러한 매끄러운 형상의 렌즈로 하는 것에 의해, 환경온도변화에 대해 안정한 성능을 확보할 수 있는 유리 대물렌즈의 가공이 가능하게 된다. 그리고, 단차 양은 위상차로써 100도로 설정했다. 한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(37)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 이것을 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다.

도 12에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(37)의 외주부(37b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 가져서 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하며, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산한다. 이 때문에, 이 외주부(37b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(43b, 43c)에 입사하지 않게 된다. 따라서, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 되어 있다.

이상 설명한 것으로부터 명백한 바와 같이, 제1 및 제2 실시 형태에 의하면, CD 재생에 대응하는 NA를 크게 하여, 780 nm의 레이저를 사용해도 CD 재생이 가능하며, 동시에 DVD 재생이 가능한 렌즈를 제공하는 것이 가능하게 되고, DVD, CD 호환 재생을 하나의 렌즈를 사용한 간이한 광헤드로 실현하는 것이 가능하게 된다. 또, 광헤드의 소형화가 가능하게 되어, 광디스크 드라이브 그 자체의 소형화, 간소화도 가능하게 된다.

다음으로, 발명의 제3실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제3 실시 형태의 광헤드 장치는 DVD, CD 호환 재생을 2종류의 최적 설계 기판 두께를 지닌 하나의 대물렌즈를 사용하여 실현하는 간이한 광헤드이다. 이 대물렌즈는 CD 재생에 대응하는 NA를 크게 하며, 780 nm의 레이저를 사용하여 CD 재생이 가능하며, 동시에 DVD 재생이 가능한 것이다.

도 13과 도 14는 광헤드장치의 구성을 나타낸다. 도 13은 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 650 nm 파장의 광속으로 기록 또는 재생하는 경우를 나타내며, 도 14는 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 780 nm 파장의 광속으로 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 이 광학계는 650 nm와 780 nm의 파장의 광속을 각각 발생하는 복수의 반도체 레이저(1, 15)를 사용하지만, 광속을 광디스크에 집속하는 대물렌즈(108)는 공동으로 사용한다. 구체적으로는, 반도체 레이저, 빔 스플리터, 원통렌즈 및 광검출기로 이루어지는 부분은 각 파장마다에 설치하지만, 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하는 파장필터에 의해, 2개의 광경로로부터의 상이한 파장의 광이 하나의 광경로에 안내된다. 파장필터(4)로부터 대물렌즈(108)까지의 부분은 공동으로 사용한다. 일반적으로, 디스크 기판 두께 t2(0.6 mm) 또는 t1(1.2 mm)의 광정보 매체를 재생하는 광헤드에서, 대물렌즈(108)의 중심부의 최적 설계 기판 두께를 t1 ×0.6 ∼ t1, 외주부의 최적 설계 기판 두께를 0.6 mm로 한다. 이 최적 설계 기판 두께의 범위는 실험적으로 얻어진 것이다. 또한, 대물렌즈(108)와 조합되는 위상 시프트 소자(판형 광학소자)(107)에 단차를 만든다. 이에 따라, 디스크 기판 두께 t1의 정보매체에 대해서도, 디스크 기판 두께 t2의 정보매체에 대해서도 사이드 로브가 적은 상태에서 정보를 기록재생한다.

광헤드장치에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 650 nm 파장의 광속으로 기록 또는 재생하는 경우, 도 14에서, 제1반도체 레이저(1)로부터 출사한 파장 650 nm의(DVD용의) 광속(2)은 거의 절반 정도의 광이 빔 스플리터(3)를 투과하여 파장필터(4)에 입사한다. 이 파장필터(4)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사한다. 이 때문에 광속(2)은 파장필터(4)를 투과하여, 집광렌즈(5)에 의해 평행화되어 거의 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(2)은 미러(6)에서 반사되어 판형 광학소자인 위상 시프트 소자(107)를 통과하고, 개구수 0.6의 대물렌즈(108)에 입사한다.

여기서, 도 15와 도 16을 참조하여, 위상 시프트 소자(107)와 대물렌즈(108)의 구조와 배치에 대해 설명한다. 대물렌즈(108)와 위상 시프트 소자(107)는 각각의 중심이 광속의 중심축과 일치하도록 조합된다. 대물렌즈(108)는 광속의 중심축에 가까운 중심부(내주영역)(108a)와, 중심축으로부터 먼 외주부(외주영역)(108b)로 이루어진다. 중심부(108a)는 이것을 통과한 광속이 투명 기판이 얇은 광디스크상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며, 외주부(108b)는 이것을 통과한 광속이 상기 투명 기판이 얇은 광디스크보다 두꺼운 기판 두께를 갖는 광디스크상에 집속하도록 최적화되는 면을 가진다. 또한, 위상 시프트 소자(107)는 판형 광학소자에 단차를 만들어 위상을 변화하는 것이다. 위상 시프트 소자(107)와 대물렌즈(108)를 조합했을 경우에, 대물렌즈(108)의 외주부(108b)의 면의 가장 내주부를 통과하는 광속의 위상이 중심부(108a)의 면의 가장 외주부를 통과하는 광속의 위상에 대해 차이나도록 외주부(108b)의 면의 위상이 설정된다.

구체적으로는, 대물렌즈(108)에서 개구수가 0.45 이하인 중심부(108a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm인 광디스크에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(108b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm인 광디스크에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(2)은 이 대물렌즈(108)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(111)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(10)에서 반사된 반사광(112)은 대물렌즈(108)에서 집광되어, 위상 시프트 소자(107)를 통과하며, 미러(6)에 의해 반사되어 집광렌즈(5)에서 좁혀진다. 좁혀진 반사광(112)은 파장필터(4)를 투과하여 빔 스플리터(3)에 입사한다. 빔 스플리터(3)에 입사한 반사광(12)은 거의 절반 분량의 광이 여기서 반사되어, 원통렌즈(13)를 통과하여 광검출기(14)에 수광된다. 광검출기(14)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 대물렌즈(8)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다.

한편, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제2반도체 레이저(15)로부터 출사한 파장 780 nm의(CD용의) 광속(16)은 거의 절반 분량의 광이 빔 스플리터(17)를 투과하여 파장필터(4)에 입사한다. 파장필터(4)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(16)은 이 파장필터(4)에서 반사되어 집광렌즈(5)에 의해 평행화된다. 평행하게 된 광속(16)은 미러(6)에서 반사되어, 위상 시프트 소자(107)를 통과하여 대물렌즈(108)에 입사한다. 파장 780 nm의 광속(16)은 대물렌즈(108)에 의해 집속되며, 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(119)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(120)은 재차 대물렌즈(108)에서 집광되어, 위상 시프트 소자(107)를 통과하고, 미러(6)에서 반사되어, 집광렌즈(5)에서 좁혀지며, 파장필터(4)에서 반사되어 빔 스플리터(17)에 입사한다. 빔 스플리터(17)에 입사한 반사광(20)은 거의 절반 분량의 광이 여기서 반사되어, 원통렌즈(21)를 통과하여 광검출기(22)에 수광된다. 광검출기(22)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 포커스 제어 신호를, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 트래킹 제어 신호를 검출한다.

또, 대물렌즈(108)와 위상 시프트 소자(197)는 대물렌즈의 광축인 포커스방향 및 디스크의 반경방향인 트래킹방향으로 이동 가능한 구동수단을 구비한 대물렌즈 홀더(109)에 의해 구성된 가동부의 가동부 중심(123)에 대해 동적인 균형을 유지하도록 설치되어 있다. 가동체의 중심(123)에 대해 대물렌즈(108)와 위상 시프트 소자(107)의 동적 균형이 유지되고 있기 때문에, 밸런서(balancer) 등을 사용하지 않더라도, 대물렌즈(108)의 광축에 대한 비틀림 양이 작다. 이 때문에, 재생시나 기록시의 신호의 품질이 양호한 광헤드나 정보기록재생장치를 실현할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 650 nm와 780 nm의 2파장의 광원을 사용한 구성에서, 파장 780 nm의 광에서 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(108)의 중심부(108a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 디스크의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광스폿(11)에는 80 mλrms 를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms를 초과한 광스폿은 소위 사이드 로브가 커지기 때문에 기록재생성능이 떨어진다. 그 결과, 종래의 광헤드의 구성에 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 대물렌즈(108)의 중심부(108a)의 개구수를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 대물렌즈(108)의 중심부(108a)의 개구수를 높임과 동시에, 위상 시프트 소자(107)의 내주부(107a)와 외주부(107b)의 사이에 광학적 단차를 만든다. 이에 따라, 대물렌즈를 투과하여 형성된 광스폿의 수차성분중에 소위 제르니케의 5차 구면 수차를 저감한다. 광학적 단차는, 예를 들어, 도 15에 나타낸 바와 같이, 위상 시프트 소자(107)의 내주부(107a)의 두께를 얇게 하는 것에 의해 형성된다. 단차부를 설치함으로써, 어떠한 파장의 광속에 대해서도 광스폿의 사이드 로브가 저감되어 기록재생성능을 향상시킨다. 위상 시프트 소자(107)와 대물렌즈(108)가 별도로 구성되어 있기 때문에, 대물렌즈(108)의 형상을 간소화 할 수 있음과 동시에, 환경온도변화에 유리한 유리렌즈의 사용도 용이하다. 5차의 수차를 20 mλrms 이하로 억제하기 위해서는, 위상차이 양을 50도∼150도의 범위내로 하는 것이 좋다. 또한, 위상 단차를 변화시키더라도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는, 단차 양은 650 nm 파장의 광의 위상으로 환산하여, 위상차로써 125도로 설정했다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2mm 인 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(108)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(108)의 외주부(108b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 지녀서 광디스크(18)의 정보기록면상의 비교적 넓은 범위에 확산하며, 또한 반사광도 큰 구면 수차로 확산한다. 이 때문에, 이 외주부(108b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(22)에 입사하지 않게 되어, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 되어 있다.

다음으로, 발명의 제4실시형태의 광헤드에 대해서 설명한다. 이 광헤드에서는, 광원과 광검출기가 일체로 된 모듈(31, 43)을 사용한다. 또한, 위상 시프트 소자(137), 파장판(136) 및 편광성 홀로그램(135)이 일체로 구성된다. 도 17과 도 18은 이 광헤드장치의 광학계를 나타낸다. 도 17은 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내며, 도 18은 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다.

도 17에서, DVD용의 제1모듈(31)은 파장 650 nm의 반도체 레이저(31a)와, 광디스크(10)로부터의 반사광을 수광하는 광검출기(1b, 1c)가 일체로 구성된 것이다. 제1모듈(31)의 반도체 레이저(31a)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(32)은 커버유리(31d)를 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 이 파장필터(33)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사한다. 이 때문에 광속(32)은 여기를 투과하여, 집광렌즈(34)에 의해 평행화되어 거의 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(32)은 편광성 홀로그램(135)과 파장판(136)과 판형 광학소자인 위상 시프트 소자(137)를 통과하여, 개구수 0.6의 대물렌즈(138)에 입사한다.

편광성 홀로그램(135)과 파장판(136)과 위상 시프트 소자(137)는 일체로 구성되며, 대물렌즈(138)와 함께 대물렌즈 홀더(139)로 고착되어 있다. 편광성 홀로그램(135)은 도 10에 도시한 바와 같이 복굴절 재료의 LiNb 기판에 프로톤 교환으로 홀로그램을 형성하여 만들어진 것이며, 이상 광을 투과하고, 정상 광을 회절한다. 광속(32)은 편광성 홀로그램(135)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(136)은, 파장 650 nm의 광은 직선 편광에서 거의 원형 편광으로 변환하고, 파장 780 nm의 광은 편광방향을 변경하지 않는다. 이 구성에 의해, 광속(32)은 원형 편광으로 변환된다.

대물렌즈(38)는 제3실시형태의 대물렌즈(108)와 마찬가지로 2종류의 최적 설계 기판 두께를 지니고 있다. 도 19와 도 20에 나타낸 바와 같이, 개구수가 0.45 이하인 중심부(138a)는 0.9 mm의 디스크 기판 두께에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(138b)는 0.6 mm의 디스크 기판 두께에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(32)은 이 대물렌즈(138)에 의해 집속되어, 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(141)을 형성한다.

다음으로, 광디스크(10)에서 반사된 반사광(140)은 대물렌즈(138)에서 집광되며, 위상 시프트 소자(137)를 통과하고, 파장판(136)에서 원형 편광에서 광속(32)의 편광면에 대해 직교하는 편광방향의 직선 편광으로 변환되어, 편광성 홀로그램(135)에 입사한다. 반사광(140)은 편광성 홀로그램(135)에 대해 정상 광으로 입사하기 때문에, 여기서 회절된다. 회절에 의해, 반사광(140)은 포커스신호 검출용의 회절광(142a)과 트래킹신호 검출용의 회절광(142b)으로 분할된다. 회절광(142a, 142b)은 집광렌즈(34)에 의해 좁혀져서, 각각 광검출기(31b, 31c)에 입사하며, 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(31b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(138)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(31c)는 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보 트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다.

한편, CD용의 제2모듈(43)은, 파장 780 nm의 반도체 레이저(43a)와, 광디스크로부터의 반사광을 분리하여 공간적 변화를 부여하는 홀로그램(43d)과, 그 반사광을 수광하는 광검출기(43b, 43c)가 일체화된 것이다. 도 18에서, 제2모듈(43)의 반도체 레이저(43a)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(44)의 일부가 홀로그램(43d)을 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 파장필터(33)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(44)은 이 파장필터(33)에서 반사되며, 집광렌즈(34)에 의해 평행화된다. 평행하게 된 광속(44)은 편광성 홀로그램(135)과 파장판(136)과 위상 시프트 소자(137)를 통과하여 개구수 0.6의 대물렌즈에 입사한다. 광속(44)은 편광성 홀로그램(32)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(136)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향을 변경하지 않으므로, 광속(44)의 편광면은 그대로 유지된다. 광속(44)은 대물렌즈(138)에 의해 집속되며, 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광헤드(149)를 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(146)은 재차 대물렌즈(138)에서 집광되며, 위상 시프트 소자(137)와 파장판(136)과 편광성 홀로그램(135)을 투과한다. 파장판(136)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향이 변화하지 않으므로, 반사광(146)도 광속(44)과 마찬가지로 직선 편광으로써 그대로 파장판(136)을 투과한다. 따라서, 반사광(146)은 편광성 홀로그램(135)에 이상 광으로 입사하기 때문에 회절작용은 받지 않는다. 여기를 투과한 반사광(146)은 집광렌즈(34)에서 좁혀지며, 파장필터(33)에서 반사되어 제2모듈(43)에 입사한다. 제2모듈(43)에 입사한 반사광(46)은 홀로그램(43d)에서 회절하여 광검출기(43b, 43c)에 입사하고, 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(43b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(138)를 기록면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(43c)는 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다. 또한, 대물렌즈(138)와 위상 시프트 소자(137)는 대물렌즈의 광축인 포커스방향 및 디스크의 반경방향인 트래킹방향으로 이동 가능한 구동수단을 구비한 대물렌즈 홀더(139)로 구성된 가동부의 가동부 중심(153)에 대해 동적인 균형을 유지하도록 설치된다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 사용한 광헤드에서, 파장 780 nm의 광으로 CD를 재생하기 위해, 제3실시형태의 경우와 마찬가지로, 대물렌즈(138)의 중심부(138a)의 개구수를 올림과 동시에, 도 19에 나타낸 바와 같이 위상 시프트 소자(137)의 내주부와 외주부에 단차를 만든다. 이에 따라, 대물렌즈(138)를 투과하여 형성된 광스폿(149)의 수차 성분 중에 소위 제르니케의 5차 구면 수차를 저감하고, 광스폿(149)의 사이드 로브를 저감하여, 기록재생성능을 향상시키고 있다. 5차의 수차를 20 mλrms 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양은 50도∼150도의 범위가 좋다. 또한, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 단차 양은 위상차로써 125도로 설정했다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(138)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 한다.이에 따라, 여기를 통과하는 광의 수차는 종래와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 20에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(138)의 외주부(138b)를 통과하는 광속은, 큰 구면 수차를 지니며, 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위에 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산한다. 이 때문에, 외주부(138b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(43b, 43c)에 입사하지 않게 되고, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않더라도 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 위상 시프트 소자(137)는 판형 광학소자에 광학적 단차를 만든 것이다. 제3실시형태에서는 위상 시프트 소자(107)는 독립적으로 설치되며, 제4실시형태에서는 위상 시프트 소자(137)가 편광성 홀로그램과 파장판에 일체로 구성되어 있다. 어느 경우라도, 광학적 단차를 만든 위상 시프트 소자는, 구체적으로는, 예를 들어, 유리평판에 에칭에 의해 단차를 만든다거나, 투명 수지 등의 성형에 의해 단차를 만드는 것에 의해 제작할 수 있다. 또한, 단차 대신에 굴절율이 상이한 등방성의 막을 증착하여도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 편광성 홀로그램의 어느 것인가 한 쪽의 면에 단차나 굴절율이 상이한 막을 증착하여도 제작할 수 있다. 또한, 파장판상에도 마찬가지로 작성할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

위상 시프트 소자는 판형 광학소자에 단차나 막의 증착에 의해 광속의 위상을 변화시킨다고 하는 단순한 구조이기 때문에, 위상차 양의 최적화가 용이하다. 따라서, 다기종의 광헤드마다의 최적화 등도 용이하게 행하여, 개발 기간이 큰 폭으로 단축될 수 있다.

그리고, 상기 설명된 제3 및 제4 실시 형태에서는, 2개의 광원이 사용되고, 상이한 파장의 광속이 상이한 투명 기판 두께의 광디스크의 기록재생에 사용되었다. 그러나, 종래의 1파장의 광속을 사용하는 광헤드에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 내주 영역과 외주 영역을 설치한 대물렌즈와, 내주부와 외주부를 설치한 위상 시프트 소자를 사용하는 것에 의해, 2종류의 광기록 정보매체에 대해 기록재생의 성능을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 제3과 제4의 실시형태의 효과에 대해 설명하면, 이들 실시형태에서는, CD 재생에 대응하는 NA를 크게 하여, 780 nm의 레이저를 사용해도 CD 재생이 가능하고, 동시에 DVD 재생이 가능한 광학소자를 제공할 수 있다. 또한, DVD, CD 호환 재생을 하나의 대물렌즈를 사용한 간이한 광헤드로 실현할 수 있다. 또한, 광헤드의 소형화가 가능하게 되어, 광정보 기록재생장치 그 자체의 소형화와 간소화도 가능하게 된다.

또한, 위상을 차이나게 하는 수단이, 판형 광학소자에 단차나 막의 증착에 의해 광속의 위상을 변화시킨다고 하는 단순한 구조로 실현할 수 있기 때문에, 위상차 양의 최적화가 용이하다. 따라서, 다기종의 광헤드마다의 최적화 등도 용이하게 행할 수 있어서, 개발 기간이 큰 폭으로 단축될 수 있다.

또한, 위상 시프트 소자와 대물렌즈가 별도로 구성되어 있기 때문에, 대물렌즈의 형상을 간소화할 수 있음과 동시에, 환경온도변화에 유리한 유리렌즈의 사용도 용이하다.

또한, 가동체의 중심에 대해 대물렌즈와 판형 광학소자의 동적 균형이 유지되고 있기 때문에, 밸런서(balancer) 등을 사용하지 않아도, 대물렌즈의 광축에 대한 비틀림 양이 작고 재생시 기록시의 신호의 품질이 양호한 광헤드나, 정보기록재생장치의 실현이 가능하게 된다.

다음으로, 발명의 제5실시의 형태에 대해 도 21에서 도 24를 사용하여 설명한다. 도 21과 도 22는 제5실시의 형태에 있어서의 광헤드장치의 광학계를 나타내고 있다. 도 21은 DVD 등의 기판 두께 0.6 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 22는 CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 또, 도 23과 도 24는 제5실시형태에 있어서의 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변을 상세하게 나타낸다.

도 21에서, DVD 등의 기판 두께 0.6 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우, 반도체 레이저(1)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(2)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(3)를 투과하여, 파장필터(4)에 입사한다. 이 파장필터(4)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사한다. 이 때문에 광속(2)은 여기를 투과하고, 집광렌즈(5)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(2)은 미러(6)에서 반사되어, 판형 광학소자(271)를 통과하고, NA 0.6의 대물렌즈(208)에 입사한다. 판형 광학소자(271)를 통과한 광속(2)은 대물렌즈(208)에 의해 집속되어, 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(211)을 형성한다. 판형 광학소자(271)와 대물렌즈(208)는 대물렌즈 홀더(209)에 의해 일체로 유지되며, 대물렌즈 구동장치(23)에 의해 그 위치가 제어된다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(212)은 대물렌즈(208)에서 집광되며, 판형 광학소자(271), 미러(6)를 통과하여 집광렌즈(5)에서 좁혀진다. 좁혀진 반사광(212)은 파장필터(4)를 투과하여 빔 스플리터(3)에 입사한다. 빔 스플리터(3)에 입사한 반사광(12)은 거의 절반 분량의 광이 여기서 반사되고, 원통렌즈(13)를 통과하여 광검출기(14)에 수광된다. 광검출기(14)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 대물렌즈(208)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다.

한편, 도 22에서, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우, 반도체 레이저(15)로부터 출사한 780 nm 파장의 광속(16)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(17)를 투과하여 파장필터(4)에 입사한다. 파장필터(4)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(16)은 이 파장필터(4)에서 반사되어 집광렌즈(5)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(16)은 미러(6)에서 반사되고, 판형 광학소자(271)를 통과하여, 대물렌즈(208)에 입사한다. 파장 780 nm의 광속(16)은 대물렌즈(208)에 의해 집속되며, 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(219)을 형성한다.

광디스크(18)에서 반사된 반사광(220)은 재차 대물렌즈(208)에서 집광되고 판형 광학소자(271)를 통과하여 미러(6)에서 반사되며, 집광렌즈(5)에서 좁혀지고, 파장필터(4)에서 반사되어 빔 스플리터(17)에 입사한다. 빔 스플리터(17)에 입사한 반사광(20)은 대략 절반 분량의 광이 여기서 반사되며, 원통렌즈(21)를 통과하여 광검출기(22)에 수광된다. 광검출기(22)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 포커스제어신호를 검출하고, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 트래킹제어신호를 검출한다.

여기서, 판형 광학소자(271)와 대물렌즈(208)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 대물렌즈(208)는 판형 광학소자(271)와 조합하지 않고 단독으로 사용한 경우에, NA 0.6 이하의 모든 부분에서 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 즉, 대물렌즈(208)를 통과한 광속을 투명 기판이 얇은 광디스크에 집속하도록 최적화된 면을 가진다. 이 때문에, 이 대물렌즈(208)는 기판 두께가 0.6 mm인 광디스크만을 기록 또는 재생하는 광헤드에는 단독으로 사용할 수 있는 것이다.

또, 판형 광학소자(271)는 광속의 중심축에 가까운 내주 영역(271a)과 상기 중심축으로부터 먼 외주 영역(271b)으로 이루어진다. 650 nm와 780 nm의 2파장을 사용하는 광헤드에서, 파장 780 nm의 광으로 기판 두께 0.6 mm의 디스크를 재생하는 경우, 그것을 위한 판형 광학소자(271)의 내주 영역(271a)의 NA는 0.45 정도로 하지 않으면 안된다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 NA가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광스폿(211)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms를 초과한 광스폿은 소위 사이드 로브가 커지기 때문에, 기록재생성능이 떨어지므로, 종래의 광헤드에서 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 중심 영역(271a)의 NA를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 판형 광학소자(271)의 내주 영역(271a)의 NA를 올림과 동시에, 판형 광학소자(271)의 내주 영역(271a)과 외주 영역(271b)과의 사이에 단차를 만들고 있다. 이에 따라, 내주 영역(271a)과 외주 영역(271b)을 통과하는 광에 위상 단차를 부여하고, 렌즈를 투과하여 형성된 광스폿의 상기 수차 성분 중에 소위 제르니케의 5차 구면 수차를 저감하고, 광스폿의 사이드 로브를 저감함으로써 기록재생성능을 향상시키고 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 단차 양은 위상차로서 125도로 설정했다.

또한, 판형 광학소자(271)는, NA가 0.45 이하인 내주 영역(271a)에서는 대물렌즈(208)와 조합된 때에, 디스크 기판 두께가 0.9 mm의 투광성 평판에 대해 수차가 최소로 되도록 한 면을 가지도록 설계된다. 여기서, 판형 광학소자(271)의 내주 영역면은, 대물렌즈(208)와 조합시키면, 복수 종류의 광디스크 중에 투명 기판 두께가 얇은 쪽의 광디스크보다 두꺼운 투명 기판 두께의 투과성 평판에, 내주 영역(271a)을 통과한 광속이 집속하도록 최적화되는 면을 가진다. 그와 같은 투과성 평판은, 예를 들어, t1 ×0.7 이상의 두께를 가지는 투명 기판(여기서 t1은 복수 종류의 광디스크중에서 투명 기판 두께가 두꺼운 쪽의 광디스크의 투명 기판 두께(여기서는 1.2mm)이다)이다. 한편, NA 0.6 이상의 외주 영역(271b)은 평면이며, 이 부분을 통과한 광에 대해서는, 외주 영역(271b)의 두께와 판형 광학소자(271)의 굴절율로 결정되는 양의 위상 차이를 부여할 뿐이다. 또, 판형 광학소자(271)는, 대물렌즈(208)와 조합했을 경우에, 대물렌즈(208)의 외주 영역면의 가장 내주부를 통과하는 광속의 위상이 내주 영역면의 가장 외주부를 통과하는 광속의 위상에 대해 차이나도록 외주 영역면의 위상이 설정된다. 판형 광학소자(271)는 유리로 구성되어 있으며, 그 표면 형상은 유리평판의 표면을 에칭함으로써 얻어지고 있다.

상기 단차(650 nm 파장의 광의 위상으로 환산)와 각 수차와의 관계는 제1실시형태의 도 5의 그래프와 거의 동일하며, 상기 단차와 사이드 로브의 값(메인 로브의 강도를 100 %로 하여 표시)은 도 6의 그래프와 거의 동일하다. 위상 단차를 적절한 양으로 설정하는 것에 의해 5차 구면 수차를 저감하고, 사이드 로브도 작게 할 수 있음을 알 수 있다. 5차 수차를 20 mλ(rms) 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양을 50도∼150도의 범위가 좋다는 것도 알 수 있다. 또, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 판형 광학소자(271)의 NA 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 판형 광학소자(271)의 외주 영역(271b)을 통과하는 광속은 그대로 대물렌즈(208)를 통과하기 때문에, 큰 구면 수차를 지니며, 광디스크(18)의 정보 매체면 상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산한다. 이 때문에, 이 외주 영역(271b)을 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(22)에 입사하지 않게 되어, 개구 제한 수단을 특별히 설치하지 않고 NA 0.45에서의 기판 두께 1.2 mm의 디스크의 재생이 가능하게 되어 있다.

다음으로, 발명의 제6실시의 형태에 대해 도 25에서 도 28을 사용하여 설명한다. 도 25와 도 26은 제6실시형태에 있어서의 광헤드장치의 광학계를 나타내고 있다. 도 25는 DVD 등의 기판 두께 0.6 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 26은 CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는경우를 나타내고 있다. 또, 도 27과 도 28은 판형 광학소자 및 대물렌즈 주변을 상세하게 나타내고 있다.

DVD 등의 기판 두께 0.6 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우를 설명하면, 도 27에서, DVD용의 제1모듈(31)은 파장 650 nm의 반도체 레이저(31a)와, 광디스크(10)로부터의 반사광을 수광하는 광검출기(31b, 31c)가 일체로 구성된 것이다. 제1모듈(31)의 반도체 레이저(31a)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(32)은 커버 유리(31d)를 통과하여, 파장필터(33)에 입사한다. 이 파장필터(33)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에 광속(32)은 여기를 투과하여, 집광렌즈(34)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(32)은 편광성 홀로그램(235)과 파장판(236)과 판형 광학소자(271)를 통과하여, NA 0.6의 대물렌즈(208)에 입사한다.

편광성 홀로그램(235)과 파장판(236)과 판형 광학소자(271)는 일체로 구성되며, 대물렌즈(208)와 함께 대물렌즈 홀더(209)에 고착되어 있다. 그리고, 대물렌즈 구동장치(23)에 의해 구동된다. 편광성 홀로그램(235)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 복굴절 재료의 LiNb 기판에 프로톤 교환으로 홀로그램을 형성하여 만들어지는 것이며, 비정상 광을 투과하고, 정상 광을 회절하도록 구성되어 있다. 광속(32)은 편광성 홀로그램(235)에 대해 비정상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(236)은 파장 650 nm의 광은 직선 편광에서 대략 원형 편광으로 변환하지만, 파장 780 nm의 광은 편광방향을 변경하지 않도록 구성되어 있다. 파장판(236)에 의해 광속(32)은 원형 편광으로 변환된다. 원형 편광의 광속(32)은다음에 판형 광학소자(271)를 통과하고, 대물렌즈(208)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(241)을 형성한다.

대물렌즈(208)와 판형 광학소자(271)는 제5실시형태와 동일하게 구성되어 있다. 대물렌즈(208)는 단독인 경우에 NA 0.6 이하인 모든 부분에서 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 이 때문에, 이 렌즈는 기판 두께가 0.6 mm인 디스크만을 기록 또는 재생하는 광헤드에는 단독으로 사용할 수 있는 것이다. 또한, 판형 광학소자(271)는 광속의 중심축에 가까운 내주 영역(271a)과 상기 중심축에서 먼 외주 영역(271b)으로 이루어지며, 내주 영역(271a)의 NA를 올림과 동시에, 내주 영역(271a)과 외주 영역(271b)의 사이에 단차를 만든다. 단차 양은 위상차로서 125도로 설정한다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(240)은 대물렌즈(208)에서 집광되며, 판형 광학소자(271)를 통과하여 파장판(236)에서 원형 편광으로부터 광속(32)의 편광면에 대해 직교하는 편광방향의 직선 편광으로 변환되어, 편광성 홀로그램(235)에 입사한다. 반사광(240)은 편광성 홀로그램(235)에 대해 정상 광으로서 입사하기 때문에, 여기서 회절된다. 회절에 의해 반사광(240)은 포커스 신호 검출용의 회절광(242a)과, 트래킹신호 검출용의 회절광(242b)으로 분할된다. 회절광(242a, 242b)은 집광렌즈(5)에 의해 좁혀져서, 각각 광검출기(31b, 31c)에 입사하여 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(31b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(208)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(31c)는 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다.

한편, CD용의 제2모듈(43)은 파장 780 nm의 반도체 레이저(43a)와, 광디스크로부터의 반사광을 분리하여 공간적 변화를 주는 홀로그램(43d)과, 그 반사광을 수광하는 광검출기(43b, 43c)가 일체로 구성된 것으로 되어 있다. 도 25에서, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우, 제2모듈(43)의 반도체 레이저(43a)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(44)의 일부가 홀로그램(43d)을 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 파장필터(33)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(44)은 이 파장필터(33)에서 반사되어 집광렌즈(34)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(44)은 편광성 홀로그램(235)과 파장판(236)과 판형 광학소자(271)를 통과하여, NA 0.6의 대물렌즈(208)에 입사한다. 광속(44)은 편광성 홀로그램(235)에 대해서 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 상기와 같이 파장판(236)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향을 변경하지 않으므로, 광속(44)의 편광면은 그대로 유지된다. 광속(44)은 대물렌즈(208)에 의해 집속되며, 기판 두께 1.2 mm인 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(249)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(246)은 재차 대물렌즈(208)에서 집광되어, 판형 광학소자(271)와 파장판(236)과 편광성 홀로그램(235)을 투과한다. 파장판(236)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향이 변화하지 않으므로, 반사광(246)도 광속(44)과 마찬가지로 직선 편광으로 그대로 파장판(236)을 투과한다. 따라서, 반사광(246)은 편광성 홀로그램(235)에 이상 광으로 입사하기 때문에 회절작용은 받지 않는다. 여기를 투과한 반사광(246)은 집광렌즈(34)에서 좁혀져서 파장필터(33)에서 반사되고 제2모듈(43)에 입사한다. 제2모듈(43)에 입사한 반사광(46)은 홀로그램(43d)에서 회절하여 광검출기(43b, 43c)에 입사하여 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(43b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(208)를 기록면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(43c)는 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출한다.

제5실시형태에서 도 5와 도 6에 의해 설명한 것과 마찬가지로, 위상 단차를 적절한 양으로 설정하는 것에 의해 5차의 구면 수차를 저감할 수 있고, 사이드 로브도 작게 할 수 있다. 5차의 수차를 20 mλrms 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양을 50도∼150도의 범위가 좋다. 또, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 판형 광학소자(71)의 NA 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 판형 광학소자(271)의 외주 영역(271b)을 통과하는 광속은 그대로 대물렌즈(208)를 통과하기 때문에, 큰 구면 수차를 지녀서 광디스크(18)의 정보 매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하며, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산하기 때문에, 이 외주 영역(271b)을 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(43b, 43c)에 입사하지 않는다. 이 때문에, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고, NA 0.45에서의 기판 두께 1.2 mm의 디스크의 재생이 가능하게 되어 있다.

그리고, 제5와 제6 실시 형태에서는, 판형 광학소자(271)는 유리판에서의 에칭으로 제작하지만, 유리의 프레스에 의한 성형에 의한 것도 상관없다. 또, 판형 광학소자(271)의 렌즈효과는 약한 것이므로, 굴절율이 낮은 수지를 사용하는 것도 가능하다. 이 때문에, 수지의 사출성형(injection molding) 또는 프레스성형에 의한 것이더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

제5와 제6의 실시형태에 의하면, 판형 광학소자를 광경로상에 배치함으로써 이미 완성된 대물렌즈에 필요한 기능을 추가할 수 있다. 또, 대물렌즈상에 구성하기가 곤란한 형상을 실현하는 수단으로서 사용할 수 있고, 용이하게 소망하는 집광성능을 구비한 광헤드 및 광디스크 기록재생장치를 제공할 수 있다.

또, 판형 광학소자는 대략 평면상태의 표면형상을 에칭 등으로 변화시킨다고 하는 단순한 구조이기 때문에, 형상의 최적화가 용이하다. 따라서, 대물렌즈를 공통으로 하여 많은 기종의 광헤드마다의 최적화 등도 용이하게 행할 수 있고, 개발 기간이 큰 폭으로 단축될 수 있다거나, 작은 양의 생산에도 적합하다.

또한, 판형 광학소자와 대물렌즈가 별도로 구성되어 있기 때문에, 대물렌즈의 형상을 간소화할 수 있음과 동시에, 환경온도변화에 유리한 유리렌즈의 사용도 용이하다.

또한, 상기와 같은 구성을 갖는 것에 의해, 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예 : DVD)의 재생성능을 확보하면서, 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체(예 : CD) 재생에 대응하는 NA를 크게 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 두꺼운 기판 두께 재생에 대응하는 NA를 크게 함으로써, 긴 파장의 광원으로 두꺼운 기판 두께의 정보기록매체의 재생이 가능하게 되며, 예를 들어, CD-R과 같이 얇은 기판 두께의 정보기록매체(예 : DVD)를 재생하기 위한 파장에서는 반사율이 저하하여 재생할 수 없는 정보기록매체라도 재생이 가능한 광헤드나 정보기록재생장치의 실현이 가능하게 된다.

그리고, 제1에서 제6의 실시형태에서는, DVD와 CD의 재생 호환을 예로 들어 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 범위를 NA 0.45로 했다. 그러나, CD 대신에 LD(레이저 디스크) 재생 호환을 위한 그 범위를 더욱 확대하여 0.50 정도로 하는 것도 가능하다.

다음으로, 발명의 제7실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 29 및 도 30은 제7실시형태의 광헤드장치 광학계를 나타낸 것이다. 도 29는 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 30은 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다.

도 29에서, 반도체 레이저(1)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(2)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(3)를 투과하여 파장필터(4)에 입사한다. 이 파장필터(4)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에 광속(2)은 여기를 투과하여 집광렌즈(5)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(2)은 미러(6)에서 반사되어 개구수 0.6의 대물렌즈(308)에 입사한다. 대물렌즈(308)는 중심부(308a)와 외주부(308b)로 이루어진다. 개구수가 0.45 이하인 중심부(308a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(308b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(2)은 이 대물렌즈(308)에 의해 집속되어, 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(311)을 형성한다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(312)은 대물렌즈(308)에서 집광되며, 미러(6)를 통과하여 집광렌즈(5)에서 좁혀진다. 좁혀진 반사광(312)은 파장필터(4)를 투과하여 빔 스플리터(3)에 입사한다. 빔 스플리터(3)에 입사한 반사광(12)은 대략 절반 정도의 광이 여기서 반사되고, 원통렌즈(13)를 통과하여 광검출기(14)에 수광된다. 광검출기(14)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 대물렌즈(8)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

한편, 도 30에서, 반도체 레이저(15)에서 출사한 파장이 780 nm인 광속(16)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(17)를 투과하여 파장필터(4)에 입사한다. 파장필터(4)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(16)은 이 파장필터(4)에서 반사되어 집광렌즈(5)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(16)은 미러(6)를 통과하여 대물렌즈(308)에 입사한다. 파장 780 nm의 광속(16)은 대물렌즈(308)에 의해 집속되며, 기판 두께 1.2 mm인 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(319)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(320)은 재차 대물렌즈(308)에서 집광하여 미러(6)를 통과하고, 집광렌즈(305)에서 좁혀져서 파장필터(4)에서 반사되고, 빔 스플리터(17)에 입사한다. 빔 스플리터(17)에 입사한 반사광(20)은 대략 절반 분량의 광이 여기서 반사되고, 원통렌즈(21)를 통과하여 광검출기(22)에 수광된다. 광검출기(22)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 포커스제어신호를, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 사용한 광헤드에서, 파장 780 nm의 광으로 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(308)의 중심부(308a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광스폿(311)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms를 초과한 광스폿은, 소위 사이드 로브가 커지기 때문에 기록재생성능이 떨어지고, 그 때문에 종래 구성에 파장 780 nm의 광원을 만들어서 단순히 중심부(308a)의 개구수를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 중심부(308a)의 개구수를 올림과 동시에, 도 30에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(308)의 외주부와 내주부의 경계에 단차를 만들어 상기 수차 성분중에 소위 제르니케의 5차 구면 수차 성분을 저감하는 것에 의해, 광스폿(311)의 사이드 로브를 저감하고, 기록재생성능을 향상시키고 있다.

상기 단차(650 nm 파장의 광의 위상으로 환산)와 각 수차의 관계와, 상기 단차와 사이드 로브의 값(메인 로브의 강도를 100 %로서 표시)의 관계는, 각각, 제1실시형태의 도 5와 도6의 그래프와 거의 동일하다. 위상 단차를 적절한 양으로 설정하는 것에 의해 5차의 구면 수차를 저감하고, 사이드 로브도 작게 할 수 있음을 알 수 있다. 5차의 수차를 20 mλ(rms) 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양을 50도∼150도의 범위가 좋다는 것도 알 수 있다. 또한, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는, 단차 양은 위상차로써 100도로 설정했다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm인 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(308)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 단, 반도체 레이저(15)로부터 집광렌즈(5)까지의 광학거리 L2는 반도체 레이저(1)에서 집광렌즈(5)까지의 광학거리 L1의 80 %에서 95 %의 사이로 설정하는 편이 보다 수차를 억제할 수 있어 바람직하다. 또한, 도 32에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(308)의 외주부(308b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 지녀서 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산하기 때문에, 이 외주부(308b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(22)에 입사하지 않게 되어, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 되어 있다. 상기 광학거리 L2를 L1의 80 % 이하로 설정한 경우, 이 확산도도 감소하여 CD 재생성능상 바람직하지 않다.

다음으로 본 발명의 제8실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 33과 도 34는 본 실시형태의 광헤드장치 광학계를 나타낸다. 도 33은 본 실시형태에서 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 34는 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다.

도 33에서, DVD용의 제1모듈(31)은 파장 650 nm의 반도체 레이저(31a)와, 광디스크(10)에서의 반사광을 수광하는 광검출기(1b, 1c)가 일체로 구성된 것이다. 제1모듈(31)의 반도체 레이저(31a)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(32)은 커버유리(31d)를 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 이 파장필터(33)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 광속(32)은 여기를 투과하고 집광렌즈(34)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(32)은 편광성 홀로그램(335)과 파장판(336)을 통과하여 개구수 0.6의 대물렌즈에 입사한다. 편광성 홀로그램(335)과 파장판(336)은 일체로 구성되며, 대물렌즈(337)와 함께 대물렌즈 홀더(338)에 고착되어 있다. 편광성 홀로그램(335)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 복굴절 재료의 LiNb 기판에 프로톤 교환으로 홀로그램을 형성하여 만들어진 것이며, 비정상 광을 투과하고, 정상 광을 회절하도록 구성되어 있다.

광속(32)은 편광성 홀로그램(335)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(336)은 파장 650 nm의 광은 직선 편광에서 대략 원형 편광으로 변환하고, 파장 780 nm의 광은 편광방향을 변경하지 않도록 구성되어 있으며, 광속(32)은 원형 편광으로 변환된다. 대물렌즈(337)는 제7실시형태의 대물렌즈(308)와 동일하게 구성되어 있고, 도 35 및 36에 나타낸 바와 같이 개구수가 0.45 이하인 중심부(337a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(337b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(32)은 이 대물렌즈(337)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(339)을 형성한다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(340)은 대물렌즈(337)에서 집광되며, 파장판(336)에서 원형 편광으로부터 광속(32)의 편광면에 대해 직교하는 편광방향의 직선 편광으로 변환되어, 편광성 홀로그램(335)에 입사한다. 반사광(40)은 편광성 홀로그램(335)에 대해 정상 광으로 입사하기 때문에, 여기서 회절된다. 회절에 의해 반사광(340)은 포커스 신호 검출용의 회절광(342a)과, 트래킹신호 검출용의 회절광(342b)으로 분할된다. 회절광(342a, 342b)은 집광렌즈(34)에 의해 좁혀져서, 각각 광검출기(31b, 31c)에 입사하고, 양쪽 또는 한쪽의 검출기로 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(31b)는, SSD법에 의해 대물렌즈(37)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(31c)는 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

한편, CD용의 제2모듈(43)은 파장 780 nm의 반도체 레이저(43a)와, 광디스크로부터의 반사광을 분리하여 공간적 변화를 부여하는 홀로그램(43d)과, 그 반사광을 수광하는 광검출기(43b, 43c)가 일체로 구성된 것으로 되어 있다. 도 34에서, 제2모듈(43)의 반도체 레이저(43a)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(44)의 일부가 홀로그램(43d)을 통과하여, 파장필터(33)에 입사한다. 파장필터(33)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(44)은 이 파장필터(33)에서 반사되어 집광렌즈(34)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(44)은 편광성 홀로그램(335)과 파장판(336)을 통과하여, 개구수 0.6의 대물렌즈에 입사한다. 광속(44)은 편광성 홀로그램(32)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 상기와 같이 파장판(336)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향을 변경하지 않으므로, 광속(44)의 편광면은 그대로 유지된다. 대물렌즈(337)에 의해 집속되어 기판 두께 1.2 mm인 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(345)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(346)은 재차 대물렌즈(337)에서 집광되고, 파장판(336)과 편광성 홀로그램(335)을 투과한다. 파장판(336)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향이 변화하지 않으므로 반사광(346)도 광속(44)과 마찬가지로 직선 편광으로 그대로 파장판(336)을 투과한다. 따라서, 반사광(46)은 편광성 홀로그램(335)에 이상 광으로 입사하기 때문에, 회절작용은 받지 않는다. 여기를 투과한 반사광(346)은 집광렌즈(34)에서 좁혀지고 파장필터(33)에서 반사되어 제2모듈(43)에 입사한다. 제2모듈(43)에 입사한 반사광(46)은 홀로그램(43d)에서 회절하여 광검출기(43b, 43c)에 입사하고, 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(43b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(37)를 기록면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(43c)는 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 사용한 광헤드에서, 파장 780 nm의 광으로 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(337)의 중심부(337a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광헤드(11)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 통상, 80 mλrms를 초과한 광스폿은 소위 사이드 로브가 커지기 때문에, 기록재생성능이 떨어지고, 그 결과 종래 구성에 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 중심부(337a)의 개구수를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 중심부(337a)의 개구수를 올림과 동시에, 제7실시형태와 마찬가지로, 도 35에 나타낸 바와 같이 대물렌즈(337)의 외주부와 내주부의 경계에 단차를 만들어 상기 수차의 성분 중에 5차 구면 수차 성분을 저감하는 것에 의해, 광스폿(339)의 사이드 로브를 저감하고, 기록재생성능을 향상시키고 있다. 5차의 수차를 20 mλ(rms) 이하로 억제하기 위해서는, 위상차 양을 50도∼150도의 범위가 좋다는 것도 알 수 있다. 또, 위상 단차를 변화시켜도 총합 수차는 그다지 변화하지 않는다. 그리고, 본 실시형태에서는, 대물렌즈의 가공성을 향상시키기 위해 단차는 매끄러운 곡선으로 형성하고 있다. 이러한 매끄러운 형상의 렌즈로 하는 것에 의해, 환경온도변화에 대해 안정한 성능을 확보할 수 있는 유리 대물렌즈의 가공이 가능하게 된다. 또한, 단차 양은 위상차로써 100도로 설정했다.

한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는 대물렌즈(37)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 한편, CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(337)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 단, 반도체 레이저(43a)로부터 집광렌즈(34)까지의 광학거리 L2는 반도체 레이저(31a)로부터 집광렌즈(34)까지의 광학거리 L1의 80 %에서 95 %의 사이로 설정한 쪽이 보다 수차가 억제되어 바람직하다. 또한, 광원과 수광소자가 일체로 된 모듈 방식에서는, 구면 수차에 의해 포커스 오프셋이 발생하기 때문에, 포커스 오프셋의 관점에서도 광학거리 L2는 광학거리 L1의 80 %에서 95 %의 사이로 설정하여, 수차를 억제하는 것이 바람직하다. 도 37에 L2를 변화시킨 경우의 포커스 오프셋의 변화를 나타내었다. 이 경우는 L2를 L1의 90 %로 설정하는 것에 의해 포커스 오프셋을 거의 0으로 설정할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 대물렌즈(337)의 외주부(337b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 지녀서 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로써 확산하기 때문에, 이 외주부(337b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(43b, 43c)에 입사하지 않게 되고, 개구제한수단을 특별히 설치하지 않고 개구수 0.45에서의 CD 재생이 가능하게 되어 있다. 상기 광학거리 L2를 광학거리 L1의 80 % 이하로 설정한 경우, 이 확산도도 감소하고, CD 재생성능상 바람직하지 않다.

또한, 제7과 제8 실시 형태에서, 집광렌즈와 대물렌즈가 일체로 된 소위 유한계(有限系) 렌즈가 사용되고 있어도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제7과 제8 실시 형태에 의하면, CD 재생에 대응하는 NA를 크게 하고, 780 nm의 레이저를 사용해도 CD 재생이 가능하고, 동시에 DVD 재생이 가능한 렌즈를 제공하는 것이 가능하게 되어, DVD, CD 호환 재생을 하나의 렌즈를 사용한 간이한 광헤드로 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 광헤드의 소형화가 가능하게 되어, 광디스크 드라이브 그 자체의 소형화, 간소화도 가능하게 된다.

또한, DVD용의 레이저보다도 CD 레이저에서 집광렌즈까지의 광학거리를 짧게 하는 것에 의해 수차가 억제되고, 재생신호 품질을 향상시킴과 동시에, 포커스 오프셋도 저감할 수 있다.

그리고, 제1에서 제8 실시 형태에서는, DVD와 CD의 재생 호환을 예로 들어 최적 설계 기판 두께 0.9 mm, 기판 두께를 변화시키는 범위를 0.45로 하여 설명하고 있지만, 최적 설계 기판 두께를 1.0 mm 이상으로 설정하는 것도 가능하며, CD 대신에 LD(레이저 디스크) 재생 호환을 위한 기판 두께를 변화시키는 범위를 더욱 넓혀 0.50 정도로 하는 것도 가능하다.

다음으로, 발명의 제9 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 38은 이 실시의 형태에서 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 39는 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 도 38에서, 반도체 레이저(1)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(2)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(3)를 투과하고, 파장필터(4)에 입사한다. 이 파장필터(4)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성하고 있다. 이 때문에 광속(2)은 여기를 투과하고, 집광렌즈(5)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(2)은 미러(6)에서 반사되어 차광필터(407)를 통과하고, 개구수(NA) 0.6의 대물렌즈(8)에 입사한다. 차광필터(407)와 대물렌즈(408)는 모두 대물렌즈 홀더(409)에 고착되어 있다. 차광필터(407)는, 도 40에 나타낸 바와 같이, 링 형상의 차광부(407a)와 그것 이외의 투과부(407b)로 이루어진다. 차광부(407a)는, 도 41에 나타낸 바와 같이, 파장 650 nm의 광을 차광하고 파장 780 nm의 광을 투과하는 파장 특성을 지니고 있으며, 투과부(407b)는, 도 42에 나타낸 바와 같이, 파장 650 nm와 780 nm의 광을 모두 투과하도록 한 파장 특성을 갖고 있다. 또한, 이 차광부(407a)는 도 43에 나타낸 바와 같이, 광속(2) 중에서 대물렌즈(408)의 개구수가 0.37로부터 0.45에 상당하는 부분을 차광한다.

대물렌즈(408)는 중심부(408a)와 외주부(408b)로 이루어진다. 개구수가 0.45 이하인 중심부(408a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(408b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 차광필터(7)에서 원형띠 형상으로 차광된 광속(2)은 이 대물렌즈(408)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(411)을 형성한다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(412)은 대물렌즈(408)에서 집광되며, 차광필터(407), 미러(6)를 통과하여 집광렌즈(5)에서 좁혀진다. 좁혀진 반사광(12)은 파장필터(4)를 투과하고 빔 스플리터(3)에 입사한다. 빔 스플리터(3)에 입사한 반사광(12)은 대략 절반 분량의 광이 여기서 반사되며, 원통렌즈(13)를 통과하여 광검출기(14)에 수광된다. 광검출기(14)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 대물렌즈(8)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

한편, 도 39에서, 상기 반도체 레이저(1)의 광축에 광축이 직교하도록 배치된 반도체 레이저(15)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(16)은 대략 절반 분량의 광이 빔 스플리터(17)를 투과하고 파장필터(4)에 입사한다. 파장필터(4)는 상술한 바와 같이 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(16)은 이 파장필터(4)에서 반사되어 집광렌즈(5)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(16)은 미러(6) 및 차광필터(407)를 통과하여 대물렌즈(408)에 입사한다. 도 41과 도 42의 파장 특성에 나타낸 바와 같이, 파장 780 nm의 광속(16)은 차광부(407a), 투과부(407b)를 모두 투과하고, 대물렌즈(408)에 의해 집속되어 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(419)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(420)은 재차 대물렌즈(408)에서 집광되어 차광필터(407)와 미러(6)를 통과하고, 집광렌즈(5)에서 좁혀져서 파장필터(4)에서 반사되어, 빔 스플리터(17)에 입사한다. 빔 스플리터(17)에 입사한 반사광(20)은 대략 절반 분량의 광이 여기서 반사되고, 원통렌즈(21)를 통과하여 광검출기(22)에 수광된다. 광검출기(22)는 재생신호를 검출함과 동시에, 비점수차법에 의해 포커스제어신호를, 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 파장 650 nm와 780 nm의 2파장을 사용한 광헤드에서, 파장 780 nm의 광으로 CD를 재생하는 경우, 대물렌즈(408)의 중심부(408a)의 개구수는 0.45 정도로 하지 않을 수 없다. 그러나, 최적 설계 기판 두께 0.9 mm의 개구수가 0.45로 되면, DVD를 기록 또는 재생하는 광헤드(411)에는 80 mλrms를 초과하는 수차가 발생한다. 이 때문에, 기록재생성능이 떨어지고, 종래의 광헤드에 파장 780 nm의 광원을 설치하여 단순히 중심부(408a)의 개구수를 올리는 것만으로는 성능을 만족시킬 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 중심부(408a)의 개구수를 올림과 동시에, 도 43에 나타낸 바와 같이, 차광필터(407)의 차광부(407a)에서 광속(2)중에 대물렌즈(408)의 개구수가 0.37에서 0.45에 상당하는 부분을 차광함으로써 수차를 저감하고 있다. 다시 말하면, DVD를 기록재생할 때의 광스폿(411)은 대물렌즈(408)의 중심부(408a)중에서 개구수가 0.37 이하인 중심부(408a)를 통과하는 광속과, 개구수 0.45∼0.6의 외주부(408b)를 통과하는 광속이 합성되어 형성되고 있다. 대물렌즈(408)의 광축 중심에 가까운 영역(근축 영역)은 설계 기판 두께가 차이나고 있어도 수차는 작고, 개구수 0.37 정도이면 최적 설계 기판 두께가 0.9 mm의 중심부를 통과하는 광을 기판 두께 0.6 mm의 광디스크에 집속하여도 수차는 30 mλrms 정도를 머물며 기록재생성능을 떨어뜨리지는 않는다. 따라서, 대물렌즈(408)의 외주부(408b)와 개구수 0.37 이하의 중심부(408a)를 통과하는 광속(2)이 합성하여 형성되는 광스폿(11)ㅇ으로 DVD를 기록재생할 수 있다.

CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(408)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 44에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(408)의 외주부(408b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 지니며, 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산하기 때문에, 이 외주부(408b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기(22)에 입사하지 않는다. 차광필터(407)는 광속(16)을 차광하지 않기때문에, CD 등을 기록재생할 때의 대물렌즈의 개구수는 0.45로 되고, 통상의 CD 드라이브와 동등한 개구수를 확보할 수 있다.

본 실시의 형태에서는, 차광필터(407)로서 광학 박막으로 이루어지는 필터를 예로 설명했지만, 파장 선택성의 홀로그램을 사용하여, 파장 650 nm의 광을 차광부(407a)의 영역만 회절하도록 구성하여도 마찬가지의 효과가 있다. 또한, 대물렌즈(408)의 개구수 0.45의 영역을 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 하여 설명했지만, 이 범위는 광디스크(18)의 기판 두께의 70 % 이상이면 CD 재생시의 수차는 40 mλrms에 머물며, 실용 범위에 있다. 또한, 상기 차광부(407a)를 대물렌즈(408)의 개구수가 0.45에서 0.37에 상당하는 영역으로 했지만, 개구수는 CD의 개구수 0.45의 70 % 이상이면 DVD의 성능을 확보할 수 있다.

다음으로, 발명의 제10실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 45는 본 실시의 형태에서 기판 두께 0.6 mm의 광디스크(10)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타내고, 도 46은 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우를 나타낸다. 도 45에서, DVD용의 제1모듈(31)은 파장 650 nm의 반도체 레이저(31a)와, 광디스크(10)로부터의 반사광을 수광하는 광검출기(1b, 1c)가 일체로 구성된 것이다. 제1모듈(31)의 반도체 레이저(31a)로부터 출사한 파장 650 nm의 광속(32)은 커버유리(31d)를 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 이 파장필터(33)는 파장 650 nm의 광을 투과하고, 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 이 때문에 광속(32)은 여기를 투과하고, 집광렌즈(34)에 의해 평행화되어 대략 평행한 광속으로 된다. 평행화된 광속(32)은 편광성 홀로그램(35)과 파장판(436)을 통과하여, 개구수 0.6의 대물렌즈(437)에 입사한다. 편광성 홀로그램(435)과 파장판(436)은 일체로 구성되며, 대물렌즈(437)와 함께 대물렌즈 홀더(438)에 고착되어 있다. 편광성 홀로그램(435)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 복굴절 재료의 LiNb 기판에 프로톤 교환으로써 홀로그램을 형성하여 만들어지는 것이며, 비정상 광을 투과하고, 정상 광을 회절하도록 구성되어 있다. 광속(32)은 편광성 홀로그램(435)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 파장판(436)은 파장 650 nm의 광은 직선 편광에서 대략 원형 편광으로 변환하고, 파장 780 nm의 광은 편광방향을 변경하지 않도록 구성되어 있으며, 광속(32)은 원형 편광으로 변환된다. 대물렌즈(437)는 제9실시형태의 대물렌즈(408)와 동일하게 구성되어 있고, 도 47에 나타낸 바와 같이 개구수가 0.45 이하인 중심부(437a)는 디스크 기판 두께가 0.9 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되며, 개구수가 0.45 이상인 외주부(437b)는 디스크 기판 두께가 0.6 mm에 대해 수차가 최소로 되도록 설계되어 있다. 광속(32)은 이 대물렌즈(437)에 의해 집속되어 기판 두께 0.6 mm인 광디스크(10)의 정보면상에 광스폿(439)을 형성한다.

광디스크(10)에서 반사된 반사광(440)은 대물렌즈(437)에서 집광되며, 파장판(436)에서 원형 편광으로부터 광속(32)의 편광면에 대해 직교하는 편광방향의 직선 편광으로 변환되어 편광성 홀로그램(435)에 입사한다. 반사광(440)은 편광성 홀로그램(435)에 대해 정상 광으로 입사하기 때문에, 여기서 회절된다. 회절에 의해 반사광(440)은 포커스 신호 검출용의 회절광(442a)과, 트래킹신호 검출용의 회절광(442b) 및, 차광용의 회절광(441)으로 분할된다. 회절광(441)은, 도 45에 나타낸 바와 같이, 원형띠 형상의 홀로그램에 의해 반사광(440)중에서 대물렌즈(437)의 개구수가 0.37에서 0.45에 상당하는 부분을 회절하여 산란광으로 하고, 광검출기(31b, 31c)에는 입사하지 않도록 구성하고 있다. 회절광(442a, 442b)은 집광렌즈(434)에 의해 좁혀져서, 각각 광검출기(31b, 31c)에 입사하여 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(31b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(437)를 정보매체면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(31c)는 위상차법 또는 푸시풀에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성되어 있다.한편, CD용의 제2모듈(43)은, 도 46에 나타낸 바와 같이, 파장 780 nm의 반도체 레이저(43a)와, 광디스크로부터의 반사광을 분리하여 공간적 변화를 주는 홀로그램(43d)과, 그 반사광을 수광하는 광검출기(43b, 43c)가 일체로 구성된 것으로 되어 있다. 도 46에서 제2모듈(43)의 반도체 레이저(43a)로부터 출사한 파장 780 nm의 광속(44)의 일부가 홀로그램(43d)을 통과하여 파장필터(33)에 입사한다. 파장필터(33)는 파장 780 nm의 광을 반사하도록 구성되어 있기 때문에, 광속(44)은 이 파장필터(33)에서 반사되어 집광렌즈(34)에 의해 평행화된다. 평행화된 광속(44)은 편광성 홀로그램(435)과 파장판(436)을 통과하여 개구수 0.6의 대물렌즈(437)에 입사한다. 광속(44)은 편광성 홀로그램(32)에 대해 이상 광으로 되도록 구성함으로써 회절작용을 받지 않고 투과한다. 상기와 같이 파장판(436)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향을 변경하지 않으므로, 광속(44)의 편광면은 그대로 유지된다. 대물렌즈(437)에 의해 집속되어 기판 두께 1.2 mm인 광디스크(18)의 정보면상에 광스폿(445)을 형성한다.

광디스크(18)로부터 반사된 반사광(446)은 재차 대물렌즈(437)에서 집광되며, 파장판(436)과 편광성 홀로그램(435)을 투과한다. 파장판(436)은 파장 780 nm의 광에 대해서는 편광방향이 변화하지 않으므로, 반사광(446)도 광속(44)과 마찬가지로 직선 편광으로써 그대로 파장판(436)을 투과한다. 따라서, 반사광(446)은 편광성 홀로그램(435)에 이상 광으로 입사하기 때문에 회절작용은 받지 않는다. 여기를 투과한 반사광(446)은 집광렌즈(34)에서 좁혀져서 파장필터(33)에서 반사되어 제2모듈(43)에 입사한다. 제2모듈(43)에 입사한 반사광(46)은 홀로그램(43d)에서 회절하여 광검출기(43b, 43c)에 입사하고, 양쪽 또는 한쪽의 검출기에서 재생신호를 검출한다. 또한, 광검출기(43b)는 SSD법에 의해 대물렌즈(37)를 기록면에 추종시키기 위한 포커스제어신호를 검출하고, 광검출기(43c)는 위상차법 또는 푸시풀법에 의해 정보트랙에 추종시키기 위한 트래킹제어신호를 검출하도록 구성하고 있다.

이상과 같은 구성에서, DVD 등의 기판 두께 0.6 mm의 광디스크를 기록 또는 재생하는 경우는, 도 47에 나타낸 바와 같이 편광성 홀로그램(435)의 회절부(435a)에서 반사광(440)중에 대물렌즈(437)의 개구수가 0.37에서 0.45에 상당하는 부분을 회절하여 회절광(441)으로 하고, 광검출기에 입사시키지 않도록 한다. 이 때문에, 신호검출을 위한 광을 형성하는 회절부(435b)에서 회절된 반사광(442a, 442b)에는 수차가 큰 성분이 포함되어 있지 않다. 말하자면, DVD를 기록재생할 때의 대물렌즈(437)의 중심부(437a)의 개구수 0.37 이하를 통과하는 반사광과 개구수 0.45∼0.6의 외주부를 통과하는 반사광으로 합성된 광만을 검출하는 것으로 된다. 대물렌즈의 근축(近軸) 영역은 설계 기판 두께가 차이나 있어도 수차는 작고, 개구수 0.37 정도이면 최적 설계 기판 두께가 0.9 mm의 중심부(437a)를 통과하는 광을 기판 두께 0.6 mm의 광디스크에 집속하여도 수차는 30 mλrms 정도에 머물러서 기록재생성능을 떨어뜨리지는 않는다. 따라서, 대물렌즈(437)의 외주부(437b)와 개구수 0.37 이하인 중심부(437a)를 통과하는 광으로 DVD를 기록재생할 수 있다.

CD 등의 기판 두께 1.2 mm의 광디스크(18)를 기록 또는 재생하는 경우는, 대물렌즈(437)의 개구수 0.45의 범위를 최적 설계 기판 두께 0.9 mm로 함으로써 여기를 통과하는 광의 수차는 종래예와 동일한 정도의 수차로 억제된다. 도 48에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈(437)의 외주부(437b)를 통과하는 광속은 큰 구면 수차를 지녀서 광디스크(18)의 정보매체면상의 비교적 넓은 범위로 확산하고, 또한 그 반사광도 큰 구면 수차로 확산하기 때문에, 이 외주부(437b)를 통과한 광의 반사광은 거의 광검출기에 입사하지 않는다. 또한, 편광성 홀로그램(435)은 광속(44)도 반사광(446)도 회절하지 않기 때문에, CD 등을 기록재생할 때의 대물렌즈의 개구수는 0.45로 되어, 통상의 CD 드라이브와 동등한 개구수를 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 대물렌즈(437)의 개구수 0.45인 영역의 최적 설계 기판 두께를 0.9 mm로 하여 설명했지만, 이 범위는 광디스크(18)의 기판 두께의 70 % 이상이면 CD 재생시의 수차는 40 mλrms에 머물고, 실용 범위에 있다. 또한, 상기 회절부(435a)를 대물렌즈(437)의 개구수가 0.45에서 0.37에 상당하는 영역으로 했지만, 개구수는 CD의 개구수 0.45의 70 % 이상이면 DVD의 성능을 확보할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제9와 제10 실시 형태에 의하면, 제1파장의 광에 대해, NA3 이상(0.7 ×NA1 ≤ NA3 ＜ NA1) NA1 이하의 원형띠 영역에서 차광 또는 회절하도록 했으므로, 제1파장의 광에 대한 대물렌즈의 중심부의 개구수를 실질적으로 NA3으로 할 수 있고, 디스크 기판 두께 t1의 정보매체의 기록재생을 작은 수차로 행할 수 있다.

또한, 제1파장보다 큰 제2파장에 의한 디스크 기판 두께 t2(t2＞t3)의 정보매체의 기록재생에서는, 대물렌즈의 중심부의 개구수를 NA1(＞NA3)로 할 수 있고, 이 개구수는 기판 두께 t3에 대해 최적으로 설정되어 있으므로, 비교적 작은 수차로 할 수가 있다. 그 결과, 하나의 대물렌즈를 사용하여, 제1파장의 광, 예를 들어, 650 nm의 광으로 디스크 기판 두께 t1의 정보매체, 예를 들어, DVD를 기록재생하고, 제2파장의 광, 예를 들어, 780 nm의 광으로 디스크 기판 두께 t2의 정보매체, 예를 들어, CD를 기록재생할 수가 있는 광헤드를 실현할 수 있다.

또한, 하나의 광헤드로 DVD, CD 디스크 및 파장 의존성이 있는 CD-R 디스크 등의 기록재생을 할 수 있게 되어, 모든 DVD 디스크와 CD 디스크의 호환을 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 설명한 실시형태에 의해 설명되었지만, 이들 실시형태는 예시이며, 한정적인 것은 아니다.

Claims

광원으로부터의 광속을, 적어도 2종류의 두께가 상이한 투명 기판을 갖는 광 정보 기록매체 각각에 집속시키는 집속소자에 있어서,

광속의 중심축에 가까운 내주 영역과, 내주 영역에 상기 중심축으로부터 먼 쪽에서 인접하는 외주 영역으로 이루어지고, 외주 영역은, 상기 광정보 기록매체중 투명 기판이 얇은 제1광정보 기록매체상에, 외주 영역을 통과한 광속이 집속하도록 최적화된 면을 구비하고,

내주 영역면은, 이 영역을 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체보다 투명기판이 두꺼운 제2광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며,

외주 영역면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상이 내주 영역면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대해서 차이나도록 외주 영역면의 위상이 설정되어 있어,

내주 영역 및 외주 영역에 입사한 제1파장의 광속은, 내주 영역 및 외주 영역을 통과하여 상기 광정보 기록매체중 투명기판이 얇은 제1광정보 기록매체상에 집속하고, 내주 영역 및 외주 영역에 입사한 제1파장보다 긴 파장의 광속은 내주 영역 및 외주 영역을 통과하지만 내주 영역을 통과한 광속만이 상기 제1광정보 기록매체보다 투명기판이 두꺼운 제2광정보 기록매체상에 집속하는 것을 특징으로 하는 집속소자.
제1항에 있어서, 상기 집속소자는 상기 내주 영역과 상기 외주 영역을 갖는 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 집속소자.
제2항에 있어서, 상기 제1광정보 기록매체상에 상기 광속이 집속한 경우의 구면 수차가

전체 수차량 ≥ 20 mλ(rms)

5차 구면 수차 ≤ 20 mλ(rms)

를 만족하도록 설계된 것을 특징으로 하는 집속소자.
제3항에 있어서, 상기 제1광정보 기록매체상에 상기 광속이 집속한 경우의 구면 수차가

7차 구면 수차 ≤ 30 mλ(rms)

를 만족하도록 설계된 것을 특징으로 하는 집속소자.
광원으로부터의 광속을, 적어도 2종류의 두께가 상이한 투명 기판을 갖는 광정보 기록매체 각각에 집속시키는 집속소자에 있어서,

광속의 중심축에 가까운 내주 영역과, 상기 중심축으로부터 먼 외주 영역으로 이루어지며, 외주 영역은 상기 광정보 기록매체중에 투명 기판이 두꺼운 제2광정보 기록매체상에 외주 영역을 통과한 광속이 집속하도록 최적화된 면을 가지며,

내주 영역면은 이 영역을 통과한 광속이 상기 광정보 기록매체중에 투명 기판이 두꺼운 제2광정보 기록매체보다 얇은 기판 두께를 갖는 광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화되는 면을 가지며,

외주 영역면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상이 내주 영역면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대해 차이나도록 외주 영역면의 위상이 설정되는 것을 특징으로 하는 집속소자.
제5항에 있어서, 외주 영역면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상이 내주 영역면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대해 차이나는 방향이 진행 방향인 것을 특징으로 하는 집속소자.
제6항에 있어서, 내주 영역면의 NA와 전체 개구의 NA의 관계가,

전체 개구 NA ×0.7 ≤ 내주 영역 NA ≤ 전체 개구 NA ×0.8

를 만족하고, 외주 영역면의 가장 내주부를 통과한 광속의 위상의, 내주 영역면의 가장 외주부를 통과한 광속의 위상에 대한 차이나는 양이

50도 ≤ 위상차량 ≤ 150도

를 만족하는 것을 특징으로 하는 집속소자.
제2항에 있어서, 상기 광정보 기록매체중에서 투명 기판이 두꺼운 제2광정보 기록매체의 기판 두께를 t1으로 한 경우에, 내주 영역을 통과하는 광속이,

t1 ×0.6 ≤ 내주영역 설계 기판 두께

위 관계의 기판 두께인 정보기록매체에 집속하는 경우에 최적화된 것을 특징으로 하는 집속소자.
제2항에 있어서, 외주 영역면의 가장 내주부와, 내주 영역면의 가장 외주부를 매끄러운 곡선으로 구성한 것을 특징으로 하는 집속소자.
제1항에 있어서, 상기 집속소자가 광원으로부터의 광속을 광정보 기록매체에 집속시키는 렌즈와, 이 렌즈에 조합되는 판형 광학소자로 이루어지며,

상기 렌즈는 광속의 중심축에 가까운 제1내주부와, 상기 중심축으로부터 먼 제1외주부로 이루어지며, 상기 제1외주부는 이 제1외주부를 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며, 상기 제1내주부는 이 제1내주부를 통과한 광속이 제1광정보 기록매체보다 두꺼운 투명 기판을 가지는 광정보 기록매체상에 집속하도록 최적화된 면을 가지며,

상기 판형 광학소자는 제2내주부와, 이 제2내주부와 광학적 단차부에 의해 구분되는 제2외주부로 이루어지며, 상기 제2내주부와 제2외주부는 상기 렌즈와 조합된 때에, 상기 렌즈의 제1외주 영역을 통과하는 광속이 상기 제2외주부를 통과하며, 상기 렌즈의 제1내주 영역을 통과하는 광속이 상기 제2내주부를 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 집속소자.
제10항에 있어서, 상기 판형 광학소자는 제2내주부와 제2외주부에서 두께가 상이한 것을 특징으로 하는 집속소자.
제10항에 있어서, 상기 판형 광학소자는 제2내주부와 제2외주부가 서로 상이한 유전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집속소자.
제1항에 있어서, 상기 집속소자는, 광정보 기록매체에 광원으로부터의 광속을 집속시키는 렌즈와, 상기 광원과 상기 렌즈와의 사이의 광경로상에 배치되는 판형 광학소자로 이루어지며,

상기 렌즈는, 상기 판형 광학소자가 없는 경우에 렌즈를 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체에 집속하도록 최적화된 면을 가지며,

상기 판형 광학소자는 광속의 중심축에 가까운 내주부와 상기 중심축에서 먼 외주부로 이루어지며, 내주부와 외주부는 광학적 단차부에 의해 구별되어 있고, 상기 외주부의 면은 평면이고, 상기 내주부의 면은, 상기 렌즈와 조합시켰을 때에, 상기 내주부를 통과한 광속이 상기 제1광정보 기록매체보다 두꺼운 투명 기판을 갖는 광정보 기록매체에 집속하도록 최적화되어 있음을 특징으로 하는 집속소자.
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