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KR101000664B1 - 기록 재생용 광학계, 대물 렌즈 및 광픽업 장치 - Google Patents

기록 재생용 광학계, 대물 렌즈 및 광픽업 장치 Download PDF

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KR101000664B1
KR101000664B1 KR1020030025664A KR20030025664A KR101000664B1 KR 101000664 B1 KR101000664 B1 KR 101000664B1 KR 1020030025664 A KR1020030025664 A KR 1020030025664A KR 20030025664 A KR20030025664 A KR 20030025664A KR 101000664 B1 KR101000664 B1 KR 101000664B1
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KR
South Korea
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optical
diffraction
lens
objective lens
wavelength
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기무라도오루
아라이노리까즈
Original Assignee
코니카 미놀타 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

광 정보 기록 매체를 위한 기록 재생용 광학계에 광원과, 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 상에 배치된 수차 보정용 광학 소자가 제공된다. 대물 렌즈는 비구면 및 동심형의 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 형성된 하나의 회절면을 포함하고 대물 렌즈는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이다. 수차 보정용 광학 소자는 복수의 동심형 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 형성된 적어도 하나의 플라스틱 렌즈를 포함한다. 다음의 식이 만족된다. PD1 > 0(PD1은 회절 파워(mm-1), PD2 > 0(PD2는 회절 파워(mm-1) 및 PR2 > 0(PR2는 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(mm-1))
링형 단차부, 수차 보정용 광학 소자, 회절 구조, 커플링 렌즈

Description

기록 재생용 광학계, 대물 렌즈 및 광픽업 장치{RECORDING REPRODUCING OPTICAL SYSTEM, OBJECTIVE LENS AND OPTICAL PICKUP APPARATUS}
도1은 종래의 NA 0.85, 초점 거리 2.2 ㎜, 설계 기준 파장 405 ㎚인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈의 온도 변화에 대한 파면수차 변화의 모습을 도시한 도면.
도2는 제1 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제1 광픽업 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도3은 제2 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제2 광픽업 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도4는 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한 도면.
도5는 제1 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도6은 제1 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도7은 제1 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도8은 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도9는 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도10은 제2 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도.
도11은 제2 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도12는 제2 실시예의 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도13은 제2 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도14는 제2 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도15는 제3 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한 도면.
도16은 제3 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도17은 제3 실시예의 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도18은 제3 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도19는 제3 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도20은 제4 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한 도면.
도21은 제4 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도22는 제4 실시예의 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도23은 제4 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도24는 제4 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도25는 제5 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한 도면.
도26은 제5 실시예의 회절 일체형 커플링 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도27은 제5 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도28은 제5 실시예의 회절 일체형 커플링 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도29는 제5 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도30은 제5 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도31은 제6 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한 도면.
도32는 제6 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도33은 제6 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 접합형 더블릿 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도34는 제6 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도35는 제6 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도36은 제7 실시예에 있어서 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도.
도37은 제7 실시예에 있어서 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도.
도38은 제7 실시예에 있어서 CD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도.
도39는 제7 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도40은 제7 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프.
도41은 제7 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 650 ㎚에 있어서의 구면수차를 나타낸 그래프.
도42는 제7 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 780 ㎚에 있어서의 구면수차를 나타낸 그래프.
도43은 제7 실시예의 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차 를 나타낸 그래프.
도44는 제7 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸 도면.
도45는 제7 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸 도면.
도46은 제3 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제3 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도47은 제8 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 온도 특성을 도시한 도면.
도48은 제8 실시예의 기록 재생용 광학계의 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 온도 특성을 도시한 도면.
도49는 제8 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 파장 특성을 도시한 도면.
도50은 제8 실시예의 기록 재생용 광학계의 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 파장 특성을 도시한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 반도체 레이저
12 : 편광 빔 스플리터
13 : 커플링 렌즈
14 : 1/4 파장판
15 : 회절 일체형 대물 렌즈
16 : 광디스크
16a : 보호층
16b : 정보 기록면
17 : 원통형 렌즈
18 : 오목 렌즈
19 : 광검출기
50 : 프랜지부
본 발명은 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 및 재생 중 적어도 한 쪽을 행하는 기록 재생용 광학계, 대물 렌즈, 수차 보정용 광학 소자, 광픽업 장치 및 기록 재생 장치에 관한 것이다.
최근, 파장 400 ㎚ 정도의 청자색 반도체 레이저 광원과, 개구수(NA)가 0.85 정도까지 높여진 대물 렌즈를 이용한 새로운 고밀도 광디스크 시스템의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 일예로서, NA 0.85, 사용 파장 400 ㎚의 광디스크(이하, 본 명세서에서는「고밀도 DVD」라 칭함)에서는 DVD(NA 0.6, 사용 파장 650 ㎚, 기억 용량 4.7 GB)와 같은 정도의 크기이고, 20 내지 30 GB의 정보 기록이 가능하다.
고밀도 DVD 시스템에 적합한 고NA 대물 렌즈로서, 일본 특허 공개 평10-123410 공보에 기재되어 있는 2군 2매 구성의 대물 렌즈가 이미 알려져 있다. 이 대물 렌즈는 고NA의 광선에 대한 광학면의 굴절력을 4개의 면으로 분할함으로써 개 개의 렌즈의 제조 오차 감도를 작게 한 것이지만, 개개의 렌즈를 조립하는 공정이 필요해지는 만큼 제조 비용이 증대하게 되는 과제가 있다. 제조 비용의 관점으로부터 이러한 고밀도 DVD 시스템에 있어서도 CD 시스템이나 DVD 시스템과 같이, 대물 렌즈를 1군 1매 구성으로 하는 것이 요구된다. 그리고, 한층 저비용화를 위해서는 고밀도 DVD 시스템용 대물 렌즈를 플라스틱 렌즈로 하는 것이 보다 바람직하다.
고밀도 DVD 시스템에 적합한 플라스틱 대물 렌즈로서, 본 발명자 중 1명은 다른 발명자와 함께 일본 특허 공개 2001-324673 공보에 기재되어 있는 대물 렌즈를 제안하였다. 그러나, NA가 0.85 정도인 플라스틱 렌즈에서는 환경 온도가 변화하였을 때에, 플라스틱의 굴절율 변화에 의해 발생하는 파면수차의 변화가 커 실사용상 문제가 된다. 도1에, 일예로서 0.85, 초점 거리 2.2 ㎜, 설계 기준 파장 405 ㎚인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈의 온도 변화에 대한 파면수차 변화의 모습을 도시한다. 도1로부터, 개구수 0.85의 플라스틱 렌즈는 ±15도 정도의 온도 변화에 의해 마레샬 한계를 초과해 버리므로, 이 상태에서는 광디스크 플레이어용 대물 렌즈로서 사용할 수 없다.
그래서, 고NA의 플라스틱 대물 렌즈를 광디스크 플레이어로 사용하는 경우에는, 어떠한 수단에 의해 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 보상할 필요가 있다. 본 발명자 중 1명은 고NA의 플라스틱 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 보상하는 광픽업 장치로서, 일본 특허 공개 2002-082280 공보에 기재되어 있는 광픽업 장치를 제안하였다.
그러나, 이 광픽업 장치에서는 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 광검출기에 의해 동적으로 검출하면서, 파면수차의 변화를 보상하는 수차 보정 수단을 작동시킬 필요가 있으므로, 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 동적으로 검출하는 수단 및 그 검출 결과에 따라서 수차 보정 수단을 작동시키는 수단이 필요해지는 만큼 광픽업 장치의 제조 비용이 증대한다.
본 발명은 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 고NA의 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 사용하는 광디스크의 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 보상할 수 있는 기록 재생용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 파면수차의 변화를 동적으로 검출할 필요가 없어 저렴하게 제조할 수 있는 기록 재생용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이 기록 재생용 광학계를 탑재한 광디스크의 광픽업 장치 및 이 광픽업 장치를 탑재한 광디스크의 기록 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고NA의 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 보상할 수 있는 기록 재생용 광학계에 적합한 대물 렌즈 및 수차 보정용 광학 소자를 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 제1 기록 재생용 광학계는 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광속을 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광 시키는 대물 렌즈와, 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 수차 보정용 광학 소자를 포함하는 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 및/또는 정보의 재생을 행하는 기록 재생용 광학계에 있어서, 상기 대물 렌즈는 적어도 1개의 면이 비구면이 되고, 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 회절면을 적어도 1개 갖는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이며, 상기 수차 보정용 광학 소자는 적어도 1개의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 플라스틱 렌즈를 적어도 1개 갖고, 다음 수식 1, 수식 2, 수식 3을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
(수식 1)
PD1 > 0
(수식 2)
PD2 < 0
(수식 3)
PR2 > 0
단,
PD1 : 상기 대물 렌즈의 제i 면에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 φbi(㎜)를 광축으로부터의 높이 hi(㎜)의 함수로서,
(수식 A)
φbi = niㆍ(b2iㆍhi2 + b4iㆍhi4 + b6i ㆍhi6 + …)
에 의해 정의되는 광로차 함수로 표시하였을 때[여기서, ni는 제i 면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 최대의 회절광량을 갖는 회절광의 회절 차수, b2i, b4i, b6i, …은 각각 2차, 4차, 6차, …의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 함)임],
PD1 = Σ(-2ㆍb2iㆍni)에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(㎜-1)
PD2 : 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 제j 면에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 φbj(㎜)를 광축으로부터의 높이 hj(㎜)의 함수로서,
(수식 B)
φbj = njㆍ(b2jㆍhj2 + b4jㆍhj4 + b6j ㆍhj6 + …)
에 의해 정의되는 광로차 함수로 표시하였을 때[여기서, nj는 제j 면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 최대의 회절광량을 갖는 회절광의 회절 차수, b2j, b4j, b6j …은 각각 2차, 4차, 6차, …의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 함)임],
PD2 = Σ(-2ㆍb2jㆍnj)에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(㎜-1)
PR2 : 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(㎜-1)
플라스틱 렌즈는 잘 알려져 있는 바와 같이, 온도 상승에 의해 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하므로, 플라스틱 렌즈를 1군 1매로 구성하면 온도 상승에 의해 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다. 본 발명에 의한 제1 기록 재생용 광학계는 이 온도 변화에 의한 구면수차의 변화를 상쇄하기 위해, 광원과 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈인 대물 렌즈 사이의 광로 중에, 수식 3을 만족하는 정의 굴절 파워를 갖는 플라스틱 렌즈를 갖는 수차 보정용 광학 소자를 구비한다.
온도 상승에 의해 플라스틱 렌즈의 굴절력은 작아지므로, 수차 보정용 광학 소자로부터 출사되는 광속의 상방 한계 광선의 경사각은 수차 보정용 광학 소자에 포함되는 플라스틱 렌즈가 수식 3을 만족함으로써, 대물 렌즈의 횡배율이 작아지는 방향으로 변화한다. 대물 렌즈의 횡배율이 작아지면 보정 부족 방향의 구면수차가 발생하므로, 굴절율 변화에 의해 보정 과잉 방향으로 변화한 대물 렌즈의 구면수차를 상쇄할 수 있다.
그러나, 도1에 도시한 바와 같이 고NA의 플라스틱 렌즈에 있어서는, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화량이 크기 때문에, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화를 완전히 상쇄하지 않아 잔존해 버릴 우려가 있다. 그래서, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈 중 적어도 1개의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조를 형성하여 그 회절 파워가 수식 2를 만족하도록 하였다. 이에 의해, 온도 변화에 의한 수차 보정용 광학 소자로부터 출사되는 광 속의 상방 한계 광선의 경사각 변화량을 임의로 선택하는 것이 가능해진다. 이 결과, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화량이 큰 고NA의 플라스틱 대물 렌즈를 사용하는 경우라도 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 토탈 파워를 일정하게 유지하면서, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 토탈 파워에 대한 회절 파워 비의 절대치를 크게 설정함으로써 원하는 굴절 파워를 얻을 수 있으므로, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화를 양호하게 상쇄할 수 있다.
또한, 수차 보정용 광학 소자가 복수의 플라스틱 렌즈를 갖는 경우는, 수식 3에 있어서의 PR2는 수차 보정용 광학 소자에 포함되는 모든 플라스틱 렌즈의 굴절 파워의 총합이고, 수차 보정용 광학 소자는 수차 보정용 광학 소자에 포함되는 플라스틱 렌즈 중 적어도 1개의 플라스틱 렌즈가 적어도 1개의 회절면을 갖도록 구성된다. 이 경우, 수식 2에 있어서의 PD2는 수차 보정용 광학 소자에 포함되는 플라스틱 렌즈에 형성된 모든 회절면의 회절 파워의 총합이다.
그런데, 청자색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원을 사용하는 경우에는 광학계에서 발생하는 축상 색수차가 문제가 된다. 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광은 일반적으로 단일 파장(싱글 모드)이고, 축상 색수차는 발생하지 않는다고 생각되지만, 실제로는 온도 변화나 출력 변화 등에 의해 중심 파장이 순간적으로 수㎚ 건너뛰어 모드 호핑을 일으키는 경우가 있다. 모드 호핑에 의한 파장의 변화는 수㎚ 정도로 미소하지만, 파장이 400 ㎚ 정도로 짧은 청자색 반도체 레이저를 사용하는 경우는 모드 호핑에 의한 근소한 파장 변화라도 대물 렌즈에서 발생하는 축상 색수차는 큰 양이 된다. 이는 400 ㎚의 파장 영역에서는 광학 재료의 분산이 매우 커지기 때문이다. 따라서, 청자색 반도체 레이저를 광원으로 사용할 경우에는 광학계의 축상 색수차를 보정해 둘 필요가 있다.
그런데, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 회절 파워가 수식 2를 만족시키므로, 수차 보정 소자에서 발생하는 축상 색수차는 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈가 회절 렌즈가 아닌 경우에 비해 훨씬 커진다. 그로 인해, 청자색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원을 사용할 경우에는, 모드 호핑이 일어나면 양호한 집광 성능을 유지할 수 없게 된다.
그래서, 대물 렌즈의 적어도 1개의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조를 형성하여 그 회절 파워가 수식 1을 만족하도록 하였다. 이에 의해, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 회절 구조에 의해 증대된 축상 색수차를 캔슬할 수 있으므로, 수차 보정용 광학 소자와 대물 렌즈를 투과하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광된 광속은 항상 축상 색수차가 작게 억제된 상태가 된다.
또한, 대물 렌즈의 회절 파워가 수식 1을 만족하면, 대물 렌즈의 굴절 렌즈로서의 굴절 파워는 대물 렌즈에 회절 구조가 형성되어 있지 않은 경우에 비해 회절 파워만큼만 작아지므로, 온도 변화시의 굴절율 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화량이 작아진다. 따라서, 그를 보정하는 데 필요한 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 굴절 파워를 작아지게 되므로, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈를 제조하기 쉬워진다.
즉, 본 발명에 의한 제1 기록 재생용 광학계에 따르면, 수차 보정용 광학 소 자와 대물 렌즈를 투과하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광된 광속은 온도 변화한 경우라도 구면수차가 작게 억제된 상태인 동시에, 반도체 레이저 광원이 모드 호핑을 일으킨 경우라도 축상 색수차가 작게 억제된 상태이므로, 항상 양호한 집광 성능을 유지할 수 있다. 특히, 일본 특허 공개 2002-082280 공보에 기재되어 있는 광픽업 장치와 같이 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 파면수차의 변화를 동적으로 검출할 필요가 없으므로, 본 발명에 의한 제1 기록 재생용 광학계를 탑재한 광픽업 장치를 저렴하게 제조할 수 있다.
상기 제1 기록 재생용 광학계에서는, 광원은 500 ㎚ 이하의 파장의 빛을 발생하고, 대물 렌즈는 광 정보 기록 매체측의 개구수가 0.75 이상이 되는 것이 바람직하고, 광 정보 기록 매체측의 개구수가 0.80 이상이 되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈가 다음의 수식 4를 만족시키는 파장 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(수식 4)
f2 < f0 < f1
단,
f0 : 상기 광원이 발생하는 빛의 파장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
f1 : 상기 광원이 발생하는 빛의 파장보다도 소정의 파장차만큼 짧은 파장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
f2 : 상기 광원이 발생하는 빛의 파장보다도 상기 소정의 파장차만큼 긴 파 장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
상기 수식 4는 회절 구조의 작용에 의해 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 소정의 파장차만큼 짧아진 경우에, 대물 렌즈의 백포커스가 길어지는 방향으로 변화하고, 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 소정의 파장차만큼 길어진 경우에, 대물 렌즈의 백포커스가 짧아지는 방향으로 변화하는 것을 의미한다. 이에 의해, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화를 수차 보정용 광학 소자의 작용에 의해 양호하게 상쇄하는 동시에, 수차 보정용 광학 소자와 대물 렌즈를 투과하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광된 광속의 축상 색수차를 작게 억제할 수 있다.
본 발명에 의한 제2 기록 재생용 광학계는 파장이 다른 적어도 2종류의 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 적어도 2개의 다른 파장의 광속을 정보 기록면을 보호하기 위한 보호층의 두께가 다른 적어도 2종류의 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키는 대물 렌즈를 포함하는 광 정보 기록 매체에 정보의 기록 및/또는 정보의 재생을 행하는 기록 재생용 광학계에 있어서, 상기 기록 재생용 광학계는 상기 적어도 2개의 다른 파장의 광속 중, 가장 짧은 파장의 광속을 발생하는 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 수차 보정용 광학계 소자를 갖고, 상기 대물 렌즈는 적어도 1개의 면이 비구면이 되어 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 회절면을 적어도 1개 갖는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이며, 상기 적어도 2개의 다른 파장의 광속 회절광이 상기 적어도 2종류의 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 및/또는 정보의 재생을 행하는 데 필요한 소정의 광 정보 기록 매체측의 개구수 내에서, 각각의 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하는 파장 특성을 갖고, 상기 수차 보정용 광학 소자는 적어도 1개의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 플라스틱 렌즈를 적어도 1개 갖고, 다음 수식 5, 수식 6, 수식 7을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
(수식 5)
PD1 > 0
(수식 6)
PD2 < 0
(수식 7)
PR2 > 0
단,
PD1 : 상기 대물 렌즈의 제i 면에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 φbi(㎜)를 광축으로부터의 높이 hi(㎜)의 함수로서,
φbi = niㆍ(b2iㆍhi2 + b4iㆍhi4 + b6i ㆍhi6 + …)
에 의해 정의되는 광로차 함수로 표시하였을 때[여기서, ni는 제i 면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 최대의 회절광량을 갖는 회절광의 회절 차수, b2i, b4i, b6i …는 각각 2차, 4차, 6차, …의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 함) 임],
PD1 = Σ(-2ㆍb2iㆍni)에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(㎜-1)
PD2 : 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 제j 면에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 φbj(㎜)를 광축으로부터의 높이 hj(㎜)의 함수로서,
φbj = njㆍ(b2jㆍhj2 + b4jㆍhj4 + b6j ㆍhj6 + …)
에 의해 정의되는 광로차 함수로 표시하였을 때[여기서, nj는 제j 면에 형성된 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 최대의 회절광량을 갖는 회절광의 회절 차수, b2i, b4j, b6j …는 각각 2차, 4차, 6차, …의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 함)임],
PD2 = Σ(-2ㆍb2jㆍnj)에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(㎜-1)
PR2 : 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(㎜-1)
즉, 제2 기록 재생용 광학계는 대물 렌즈에 형성된 회절 구조의 작용에 의해 각각 파장이 다른 복수의 빛을 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체 각각의 정보 기록면 상에 집광시킴으로써, 1개의 대물 렌즈로 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행할 수 있는 기록 재생용 광학계에 있어서, 상기 파장 중 가장 짧은 파장의 빛을 발생하는 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 수차 보정용 광학 소자를 배치한 것을 특징으로 한다.
대물 렌즈에 형성된 회절 구조는 단파장의 광속의 회절광이 보호층이 얇은 광 정보 기록 매체에 대해 양호한 파면을 형성하고, 장파장의 광속의 회절광이 보호층이 두꺼운 광 정보 기록 매체에 대해 양호한 파면을 형성하는 파장 특성을 가짐으로써, 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 재생을 행하는 데 사용하는 빛의 파장을 선택적으로 절환함으로써, 각각의 정보 기록면 상에 각각의 파장의 빛을 집광시킬 수 있으므로, 1개의 대물 렌즈로 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행할 수 있다.
또한, 500 ㎚ 이하의 파장의 빛이 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체 중, 보호층이 가장 얇은 광 정보 기록 매체에 대해 0.75 이상의 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광되도록 회절 구조를 결정함으로써, 고밀도 DVD와 DVD 및/또는 CD를 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 기록 재생할 수 있다.
보다 바람직하게는, 500 ㎚ 이하의 파장의 빛이 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체 중, 보호층이 가장 얇은 광 정보 기록 매체에 대해 0.80 이상의 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광되는 것이다.
이 때, 기록 재생용 광빔으로서 고밀도 DVD에서는 2차 이상의 고차 회절광을 사용하고, DVD 및/또는 CD에서는 그보다도 저차의 회절광을 사용하는 것이 바람직 하다. 이에 의해, 파장 400 ㎚의 고밀도 DVD 파장 영역과, 파장 650 ㎚의 DVD 파장 영역 및/또는 파장 780 ㎚의 CD 파장 영역 각각의 파장 영역의 빛에 대해 높은 회절 효율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 고밀도 DVD와 DVD에 대해 컴패터블한 대물 렌즈의 경우, 고밀도 DVD에서 2차 회절광, DVD에서 1차 회절광, 혹은 고밀도 DVD에서 3차 회절광, DVD에서 2차 회절광을 사용하면 된다. 즉, 고밀도 DVD에서는 DVD보다도 1만큼 차수가 높은 회절광을 사용하면 된다. 또한, 고밀도 DVD와 DVD와 CD에 대해 컴패터블한 대물 렌즈의 경우, 고밀도 DVD에서 2차 회절광, DVD에서 1차 회절광, CD에서 1차 회절광, 혹은 고밀도 DVD에서 6차 회절광, DVD에서 4차 회절광, CD에서 3차 회절광을 사용하면 된다.
그리고, 이 대물 렌즈는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이고, 대물 렌즈에 형성된 회절 구조는 수식 5를 만족시키는 회절 파워를 갖는다.
또한, 수차 보정용 광학 소자는 적어도 1매의 플라스틱 렌즈를 갖고, 플라스틱 렌즈의 굴절 파워는 수식 7을 만족시킨다. 또한, 이 플라스틱 렌즈 중 적어도 1개의 면 상에는 회절 구조가 형성되어 있고, 그 회절 파워는 수식 6을 만족시킨다.
즉, 본 발명에 의한 제2 기록 재생용 광학계에 있어서, 고밀도 DVD에 대해 정보의 기록 재생을 행하는 경우에, 제1 기록 재생용 광학계와 같은 작용 효과에 의해 수차 보정용 광학 소자와 대물 렌즈를 투과하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광된 가장 짧은 파장의 광속은 온도 변화한 경우라도, 구면수차가 작게 억제된 상태인 동시에 반도체 레이저 광원이 모드 호핑을 일으킨 경우라도 축상 색수차가 작게 억제된 상태가 되므로, 고밀도 DVD에 대해 항상 양호한 집광 성능을 유지할 수 있어, 고밀도 DVD에 대해 안정되게 정보의 기록 재생을 행할 수 있다.
상기 제2 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈가 다음의 수식 8을 만족시키는 파장 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(수식 8)
f2 < f0 < f1
단,
f0 : 상기 적어도 2개의 다른 파장의 광속 중, 가장 단파장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
f1 : 상기 적어도 2개의 다른 파장의 광속 중, 가장 단파장보다도 소정의 파장차만큼 짧은 파장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
f2 : 상기 적어도 2개의 다른 파장의 광속 중, 가장 단파장보다도 소정의 파장차만큼 긴 파장에 있어서의 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리(㎜)
상기 수식 8은 회절 구조의 작용에 의해 가장 단파장인 빛의 파장이 소정의 파장차만큼 짧아진 경우에 대물 렌즈의 백포커스가 길어지는 방향으로 변화하고, 가장 단파장인 빛의 파장이 소정의 파장차만큼 길어진 경우에 대물 렌즈의 백포커스가 짧아지는 방향으로 변화하는 것을 의미한다. 이에 의해, 고밀도 DVD로의 정보의 기록 재생시에, 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 구면수차의 변화를 수차 보정용 광학 소자의 작용에 의해 양호하게 상쇄하는 동시에, 수차 보정용 광학 소자와 대물 렌즈를 투과하여 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광된 광속의 축상 색수차를 작게 억제할 수 있다.
상기 제1 및 제2 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈가 수식 4, 또는 수식 8을 만족시키는 파장 특성을 갖기 위해서는 대물 렌즈의 회절 파워가 다음의 수식 9를 만족하도록 회절 구조를 결정하면 된다.
(수식 9)
0.05 < PD1/PT1 < 0.7
PT1 : 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 파워(㎜-1)
상기 수식 9의 하한 이상에서, 대물 렌즈 전체 시스템의 파워에 대해 회절 파워가 지나치게 부족하지 않으므로, 수식 2, 또는 수식 6을 만족시키는 수차 보정용 광학 소자와, 대물 렌즈를 조합하였을 때의 축상 색수차가 보정 부족이 되지 않는다. 또한, 수식 9의 상한 이하에서, 대물 렌즈 전체 시스템의 파워에 대해 회절 파워가 지나치게 과잉이 되지 않으므로, 수식 2, 또는 수식 6을 만족시키는 수차 보정용 광학 소자와, 대물 렌즈를 조합하였을 때의 축상 색수차가 보정 과잉이 되지 않는다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈의 회절면 중 적어도 1개의 회절면은 광 정보 기록 매체측의 최대 개구수에 있어서의 상기 회절면의 광축에 수직인 방향의 링 간격을 Pf(㎜), 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측의 최대 개구수의 절반인 개구수에 있어서의 상기 회절면의 광축에 수직인 방향의 링 간격을 Ph(㎜)라 하였을 때, 다음 수식 11을 만족시키는 것이 바람직하다.
(수식 11)
0 < │(Ph/Pf) - 2│ < 10
상기 수식 11은 회절 작용에 의해 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 변화한 경우의 구면수차 변화량을 원하는 값으로 하기 위한 조건이다. 본 발명에 의한 기록 재생용 광학계의 대물 렌즈에 있어서는, 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 변화하는 경우에, 이하의 어느 하나를 만족시키도록 회절 구조를 결정하는 것이 바람직하다.
첫째, 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 변화해도 대물 렌즈의 구면수차가 거의 변화하지 않는 경우이다. 이에 의해, 제조 오차에 의해 발진 파장이 어긋난 광원을 사용하는 것이 가능해지므로, 광원을 선택할 필요가 없어지는 만큼, 기록용 재생용 광학계를 저비용으로 제조할 수 있다.
둘째, 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 길어진 경우에, 대물 렌즈의 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화하는 경우이다. 반도체 레이저 광원은 온도 상승에 의해 빛의 발진 모드가 변화하여 발진 파장이 장파장측으로 변화한다. 한편, 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈에서는 온도 상승에 의해 플라스틱의 굴절율이 작아지므로 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다. 즉, 회절 작용에 의해 대물 렌즈에 입사하는 빛의 파장이 길어진 경우에, 대물 렌즈의 구면수차가 보정 부족 방향으로 변화하도록 해 둠으로써 온도 변화시의 파장 변화에 의한 구면수차의 변화와, 굴절율 변화에 의한 구면수차의 변화를 캔슬시킬 수 있다. 따라서, 온도 변화에 의한 대물 렌즈 단일 부재의 구면수차의 변화량을 작게 할 수 있으므로, 수차 보정 용 광학 소자의 회절 파워 및/또는 굴절 파워가 작아지게 된다. 그 결과, 수차 보정용 광학 소자가 제조하기 쉬워진다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈의 광축 상의 렌즈 두께를 d(㎜), 초점 거리를 f(㎜)라 하였을 때, 다음 수식 12를 만족시키는 것이 바람직하다.
(수식 12)
0.8 ≤ d/f ≤ 2.4
상기 수식 12는 1군 1매 구성의 고NA 플라스틱 대물 렌즈에 있어서, 충분한 모서리 두께 및 충분한 작동 거리 및 양호한 상고 특성을 얻기 위한 조건이다.
수식 12의 하한 이상에서, 모서리 두께가 지나치게 작아지지 않으므로 성형하기 쉽다. 또한, 광속 입사면의 비구면의 최대 유효 직경 위치에 있어서의 예상 각도(비구면의 법선과 광축이 이루는 각도)가 지나치게 커지지 않으므로 금형 가공을 정확하게 행할 수 있다. 수식 12의 상한 이상에서, 대물 렌즈에 경사 광속이 입사하였을 때의 파면수차의 비점수차 성분의 발생이 지나치게 커지지 않으므로, 상고 특성이 양호한 대물 렌즈를 얻을 수 있다. 또한, 광축 상의 렌즈 두께가 지나치게 커지지 않으므로 대물 렌즈를 경량으로 할 수 있고, 또한 작동 거리를 충분히 확보할 수 있다. 또한, 대물 렌즈가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 대물 렌즈인 경우에는, 수식 12에 있어서의 f는 가장 짧은 파장에 있어서의 대물 렌즈 전체 시스템의 초점 거리가 된다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈 단일 부재에서의 횡배율(M)이 수식 10을 만족시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 대물 렌즈 단일 부재에서의 횡배율(M)이 수식 13을 만족시키는 것이다.
(수식 10)
0 < M < 1
(수식 13)
0 < M < 0.25
대물 렌즈를 허물점으로부터의 수렴 광속에 대해 수차가 최소가 되도록 수차 보정해 둠으로써, 무한 원물점으로부터의 평행 광속에 대해 수차가 최소가 되도록 수차 보정하는 경우에 비해, 온도 변화에 의한 구면수차의 변화를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화를 상쇄할 때의 수차 보정용 광학 소자의 부담이 줄기 때문에, 수차 보정용 광학 소자의 회절 파워 및/또는 굴절 파워가 작아지게 된다. 그 결과, 수차 보정용 광학 소자가 제조하기 쉬워진다.
또한, 대물 렌즈가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 대물 렌즈인 경우에는, 수식 10에 있어서의 M은 가장 보호층이 얇은 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행할 때의 대물 렌즈 단일 부재의 횡배율이다. 이 때, 가장 보호층이 얇은 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행할 때의 대물 렌즈 단일 부재의 횡배율과, 보호층이 두꺼운 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행할 때의 대물 렌즈 단일 부재의 횡배율과는 동일해도 좋고, 달라도 좋다.
또한, 대물 렌즈 단일 부재에서의 횔배율이 수식 10을 만족시키는 경우에는, 본 발명에 의한 기록 재생용 광학계는 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 광원으로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하기 위한 커플링 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 이 커플링 렌즈는 수차 보정용 광학 소자와 동일한 광학 소자라도 좋고, 각각 별도의 광학 소자라도 좋지만, 기록 재생용 광학계의 부품 갯수의 삭감 및 저비용화의 관점으로부터 동일한 광학 소자인 것이 바람직하다. 그리고, 커플링 렌즈를 거친 수렴 광속은 회절 한계 내에서 한점으로 집광하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 구면수차의 변화의 보상과, 광학계의 축상 색수차의 보상을 양립한 경우, 대물 렌즈의 이웃하는 회절 링의 광축에 수직인 방향의 간격(이하, 본 명세서에서는「링 피치」라 칭함)은 수㎛ 정도가 된다. 링 피치가 작으면, 회절 링 형상의 제조 오차에 의한 회절 효율 저하로의 영향이 크기 때문에, 충분한 광이용 효율을 얻을 수 없을 우려가 있다. 또한, 링 피치가 파장의 10배 정도 이하가 되면, 회절 구조로 입사하는 빛의 편광 방향의 회절 효율로의 영향을 무시할 수 없게 되어 회절 효율의 이론치가 100 %보다 작은 값이 된다. 그래서, 대물 렌즈의 링 피치를 완화하기 위해, 대물 렌즈의 양면 상에 링형의 회절 구조를 형성함으로써 대물 렌즈의 양면을 회절면으로 하여 회절 파워를 2개의 회절면으로 분류함으로써 1개의 회절면당 링 피치를 완화하는 것이 바람직하다.
또한, 대물 렌즈의 링 피치를 완화하기 위해, 대물 렌즈의 회절 구조에서 발생하는 회절광 중, 2차 이상의 고차의 회절광이 최대의 회절광량을 갖도록 하여 이 고차 회절광을 광 정보 기록 매체의 기록 재생용 광빔으로서 이용하면 된다. 예를 들어, 2차 회절광을 기록 재생용의 광빔으로서 이용하는 경우에는 1차 회절광을 사용하는 경우에 비해 링 피치를 2배로 할 수 있다. 대물 렌즈의 양면이 회절면이 된 경우에는, 어느 한 쪽의 회절면의 회절 구조를 2차 이상의 고차의 회절광이 최대의 회절광을 갖도록 결정해도 좋지만, 양 쪽의 회절면에서 고차의 회절광이 최대의 회절광량을 갖도록 결정하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 회절 구조를 2차 이상의 고차의 회절광이 최대의 회절광량을 갖도록 결정하는 것은, 광축 부근의 회절 링의 광축에 평행한 방향의 단차량 d(㎜), 2 이상의 정수 m, 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행하기 위한 빛의 파장 λ(㎜)(기록 재생용 광학계가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 경우에는 가장 보호층이 얇은 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록 재생을 행하기 위한 빛의 파장임), 파장 λ에 있어서의 대물 렌즈의 굴절율 Nλ 사이에,
d = mλ/(Nλ - 1)
이 되는 관계식이 성립하는 것과 같다.
또한, 대물 렌즈의 면 상에 형성되는 회절 구조는 톱니형의 브레이즈 구조를 갖고, 상기 브레이즈 구조는 전자빔 묘화 기술을 이용하여 제작되거나, 또는 전자빔 묘화 기술을 이용하여 제작된 금형에 의한 몰드 성형으로 제작되는 것이 바람직하다.
미세한 브레이즈 구조를 형상 오차 적게 제작하는 기술로서, 렌즈 기판 상의 레지스트에 대해 조사량을 제어하면서 전자빔을 조사한 후, 현상 처리에 의해 레지스트의 막 두께를 변화시켜 브레이즈 구조를 형성하는 기술이 알려져 있지만, 이 전자빔 묘화 기술에 의해 제작, 또는 전자빔 묘화 기술에 의해 제작한 금형을 이용한 성형으로 제작함으로써, 링 피치가 작아지는 경향이 있는 대물 렌즈라도 형상 오차를 적게 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 수차 보정용 광학 소자는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈로 구성할 수 있다. 대물 렌즈가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 대물 렌즈인 경우에는, 가장 파장이 짧은 파장의 빛을 발생하는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈로 구성할 수 있다. 그리고, 커플링 렌즈는 수식 3, 또는 수식 7을 만족시키는 굴절 파워를 갖는 적어도 1개의 플라스틱 렌즈를 갖고, 이 플라스틱 렌즈는 적어도 1개의 회절면을 갖고, 회절면의 회절 파워의 총합은 수식 2, 또는 수식 6을 만족시킨다.
커플링 렌즈는 (1) 광원으로부터의 발산 광속을 보다 발산각이 작은 발산 광속으로 변환하는 것이라도 좋고, (2) 광원으로부터의 발산 광속을 실질적으로 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈라도 좋고, (3) 광원으로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 것이라도 좋다. (1)의 경우에는 커플링 렌즈의 굴절 파워가 작아지게 되므로 커플링 렌즈가 제조하기 쉬워진다. (2)의 경우에는 포커싱에 의한 대물 렌즈의 물점 위치의 변화가 없으므로, 양호한 포커싱 특성을 얻을 수 있다. 또한, (3)의 경우에는 (1) 및 (2)의 경우에 비해 온도 변화에 의한 대물 렌즈 의 구면수차의 변화가 작으므로, 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 구면수차의 변화를 상쇄할 때의 커플링 렌즈의 부담이 줄기 때문에 커플링 렌즈가 제조하기 쉬워진다.
또한, 수차 보정용 광학 소자로서의 커플링 렌즈는 복수의 렌즈로 구성되어 있어도 좋지만, 기록 재생용 광학계의 부품 갯수의 삭감 및 저비용화의 관점으로부터 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다. 그리고, 이 경우에는 커플링 렌즈의 광원측 개구수가 0.15 이상 0.50 이하인 것이 보다 바람직하고, 이에 의해 온도 변화시의 굴절 파워 변화에 의한 커플링 렌즈로부터의 사출 광속의 한계 광선의 경사각 변화량을 충분히 크게 확보할 수 있으므로, 온도 변화시의 대물 렌즈의 구면수차의 보정에 유리하다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 수차 보정용 광학 소자는 정 렌즈군과 부 렌즈군의 2군으로 구성할 수 있다. 이 경우, 기록 재생용 광학계는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈를 갖고, 수차 보정용 광학 소자는 이 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된다. 대물 렌즈가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 대물 렌즈인 경우에는, 수차 보정용 광학 소자는 가장 파장이 짧은 파장의 빛을 발생하는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈와, 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 정 렌즈군과 부 렌즈군의 2군으로 구성할 수 있다. 이와 같은 형태를 갖는 수차 보정용 광학 소자로서는, 예를 들어 콜리메이트 렌즈와 대물 렌즈의 평행 광속 중에 배치되어 정 렌즈군과 부 렌즈군의 2군으로 구성된 빔 익스팬더가 있다. 이 때, 콜리메이트 렌즈를 유리 렌즈로 하면, 콜리메이트 렌즈와 수차 보정용 광학 소자 사이의 광속을 항상 평행 광속으로 유지할 수 있으므로, 빔 정형 프리즘을 배치하기 쉬우므로 바람직하다. 그리고, 수차 보정용 광학 소자는 수식 3, 또는 수식 7을 만족시키는 회절 파워를 갖는 적어도 1개의 플라스틱 렌즈를 갖고, 이 플라스틱 렌즈는 적어도 1개의 회절면을 갖고, 회절면의 회절 파워 총합은 수식 2, 또는 수식 6을 만족시킨다.
또한, 정 렌즈군과 부 렌즈군의 2군으로 구성된 수차 보정용 광학 소자는 복수의 렌즈로 구성되어 있어도 좋지만, 기록 재생용 광학계의 부품 갯수 삭감이라는 관점으로부터 2군 2매 구성인 것이 바람직하다. 또한, 저비용화의 관점으로부터 2군 2매 구성의 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다.
한편, 수차 보정용 광학 소자의 회절 구조의 링 피치가 지나치게 작아지지 않도록 하기 위해서는, 상기 정 렌즈군은 적어도 1개의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 플라스틱 렌즈이며, 상기 부 렌즈군은 상기 정 렌즈군의 플라스틱 렌즈보다도 아베수가 작은 유리 렌즈이며, 상기 정 렌즈군의 초점 거리를 fP(㎜), 상기 부 렌즈군의 초점 거리를 fN(㎜)이라 하였을 때, 다음 수식 14를 만족시키는 것이 바람직하다.
(수식 14)
1.2 ≤│fP/fN│≤ 2.4
이와 같이, 정 렌즈를 적어도 1개의 회절면을 갖는 플라스틱 렌즈로 하고, 부 렌즈를 유리 렌즈로 하여, 상기 수식 14를 만족시키도록 구성함으로써, 온도 변화시의 굴절 파워 변화에 의한 수차 보정용 광학 소자로부터의 사출 광속의 한계 광선의 경사각 변화량을 충분히 크게 확보할 수 있는 만큼, 수차 보정용 광학 소자의 회절 구조의 링 피치를 완화할 수 있다. 또한, 이 때, 부 렌즈의 유리 렌즈로서 정 렌즈의 플라스틱 렌즈의 아베수보다도 큰 유리재를 선택하는 것이 보다 바람직하고, 광학계의 축상 색수차의 발생을 작게 억제하는 데 유리해진다.
본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 수차 보정용 광학 소자는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈로 구성할 수 있다. 대물 렌즈가 보호층의 두께가 다른 복수 종류의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 대물 렌즈인 경우에는, 수차 보정용 광학 소자로서의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈는 가장 파장이 짧은 파장의 빛을 발생하는 광원으로부터의 발산 광속을 변환하기 위한 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된다. 수차 보정용 광학 소자로서의 플라스틱 렌즈는 수식 3, 또는 수식 7을 만족시키는 굴절 파워를 갖는 동시에 적어도 1개의 회절면을 부착하고, 회절면의 회절 파워의 총합은 수식 2, 또는 수식 6을 만족시킨다. 이에 의해, 1군 1매라는 매우 간이한 구성의 수차 보정용 광학 소자를 얻을 수 있다. 특히, 수차 보정용 광학 소자의 굴절 파워의 절대치를 회절 파워의 절대치와 동일하게 하고, 또한 그 부호를 서로 반대로 하면 수차 보정용 광학 소자 전체 시스템의 파워가 제로가 되므로, 이러한 수차 보정용 광학 소자를 평행 광속 중에 용이하게 배치하는 것이 가능해져 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈에 2개 이상의 회절면을 형성하고, 회절 파워를 복수의 회절면으 로 분류함으로써 1개의 회절면당 링 피치를 완화할 수 있으므로, 회절 링 형상의 제조 오차에 의한 회절 효율 저하로의 영향이 작아져 바람직하다.
또한, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 링 피치를 완화하기 위해, 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의 회절 구조에서 발생하는 회절광 중 2차 이상의 고차의 회절광이 최대의 회절광량을 갖도록 하여 이 고차 회절광이 대물 렌즈에 입사하도록 하면 된다. 예를 들어, 2차 회절광이 대물 렌즈에 입사하도록 하는 경우에는, 1차 회절광의 경우에 비해 링 피치를 2배로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 수식 2, 또는 수식 6을 만족시키는 회절 파워를 갖는 브레이즈 구조를 갖는 회절 구조는 거시적으로 볼록한 면 상에 형성하는 것이 바람직하다. 회절 구조를 거시적으로 평면, 또는 오목한 면 상에 형성하는 경우에 비해 브레이즈의 꼭지각이 커지기 때문에, 금형을 이용한 몰드 성형으로 이러한 브레이즈 구조를 제작하는 경우에 미세한 브레이즈 구조라도 양호하게 전사할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 면의 형상이「거시적으로 볼록(오목 또는 평면)」이라 함은,「각 링형 단차부의 선단부의 포락선이 볼록(오목 또는 평면)」인 것과 같다.
또한, 본 발명에 의한 기록 재생용 광학계에 있어서, 유리 렌즈로 구성된 색수차 보정용 광학 소자를 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치함으로써, 기록 재생용 광학계의 축상 색수차를 보정하는 기능을 색수차 보정용 광학 소자와 대물 렌즈에 형성된 회절 구조로 분류할 수 있다. 이에 의해, 기록 재생용 광학계 중에 색수차 보정용 광학 소자가 배치되지 않는 경우에 비해, 대물 렌즈의 회절 파워를 작게 할 수 있으므로, 대물 렌즈의 링 피치를 완화할 수 있다. 이 결과, 회절 링 형상의 제조 오차에 의한 회절 효율의 저하가 작아 광이용 효율이 양호한 대물 렌즈를 얻을 수 있다. 이와 같은 색수차 보정용 광학 소자로서는, 예를 들어 서로 근접하여 배치된 상대적으로 아베수가 큰 정 렌즈와, 상대적으로 아베수가 작은 부 렌즈로 구성되는 더블릿형의 색수차 보정용 광학 소자나, 정의 회절 파워를 갖는 회절 구조를 형성한 1군 1매 구성의 회절형 색수차 보정용 광학 소자가 있다. 이들의 색수차 보정용 광학 소자가 수차 보정용 광학 소자에 포함되도록 기록 재생용 광학계를 구성해도 좋고, 이들의 색수차 보정용 광학 소자가 수차 보정용 광학 소자에 포함되지 않도록 기록 재생용 광학계를 구성해도 좋다.
본 발명에 의한 광 정보 기록 매체의 광픽업 장치는 적어도 광원과, 상기 광원으로부터 출사되는 광속을 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광하는 집광 광학계와, 상기 정보 기록면에서 반사한 광속을 수광하여 그 광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광검출기를 구비한 광 정보 기록 매체의 광픽업 장치이며, 상기 집광 광학계는 상술한 광 정보 기록 매체의 기록 재생용 광학계인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 기록 재생 장치는 상기 광픽업 장치를 탑재하여 음성 및/또는 화상의 기록 및/또는 음성 및/또는 화상의 재생이 가능하다.
또한, 본 명세서에 있어서 수차 보정용 광학 소자라 함은, 광원과 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되는 광학 소자이며, 소정의 온도로부터 소정의 온도차만큼 온도가 변화한 경우의 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 투과한 파면의 파면수차량에 대해 상기 소정의 온도로부터 상기 소정의 온도차만큼 온도가 변화한 경우의 광학 소자와, 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 투과한 파면의 파면수차량을 작게 할 수 있는 광학 소자인 것을 말한다.
또한, 본 명세서에 있어서 색수차 보정용 광학 소자라 함은, 광원과 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되는 광학 소자이며, 소정의 파장으로부터 소정의 파장차만큼 파장이 다른 빛을 수차 보정용 광학 소자와, 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 투과한 파면의 축상 색수차에 대해 상기 소정의 파장으로부터 상기 소정의 파장차만큼 파장이 다른 빛을 이 광학 소자와, 수차 보정용 광학 소자와, 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 투과한 파면의 축상 색수차를 작게 할 수 있는 광학 소자인 것을 말한다.
또한, 본 명세서에 있어서,「A라는 광학 소자가 B라는 광학 소자에 포함됨」이라 함은, A라는 광학 소자와 B라는 광학 소자 각각의 투과 파면수차는 마레샬 한계보다 크지만, A라는 광학 소자와 B라는 광학 소자의 양 쪽을 투과한 파면의 파면수차는 마레샬 한계 내에 있는 것과 같다. 그리고,「A라는 광학 소자가 B라는 광학 소자에 포함되지 않음」, 또는「A라는 광학 소자와 B라는 광학 소자는 별도의 광학 소자임」이라 함은, A라는 광학 소자와 B라는 광학 소자 각각의 투과 파면수차가 마레샬 한계 내에 있는 것과 같다.
또한, 본 명세서에 있어서, 회절면, 혹은 회절 구조가 형성된 (광학)면이라 함은, 광학 소자의 표면, 예를 들어 렌즈의 표면에 릴리프를 설치하여 입사 광속을 회절시키는 작용을 갖게 하는 면인 것을 말하고, 동일 광학면에 회절이 생기는 영 역과 생기지 않는 영역이 있는 경우는 회절이 생기는 영역을 말한다. 또한, 회절 구조 또는 회절 패턴이라 함은, 이 회절이 생기는 영역인 것을 말한다. 릴리프의 형상으로서는, 예를 들어 광학 소자의 표면에 광축을 중심으로 하여 대략 동심원형의 링으로서 형성되고, 광축을 포함하는 평면에서 그 단면을 보면 각 링은 톱니형, 혹은 계단형과 같은 형상이 알려져 있지만, 그와 같은 형상을 포함하는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 정보의 기록 및 재생이라 함은, 상기와 같은 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 정보를 기록하는 것, 정보 기록면 상에 기록된 정보를 재생하는 것을 말한다. 본 발명의 기록 재생용 광학계는 기록만 혹은 재생만을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋고, 기록 및 재생의 양 쪽을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또한, 어떤 광 정보 기록 매체에 대해서는 기록을 행하고, 다른 광 정보 기록 매체에 대해서는 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋고, 어떤 광 정보 기록 매체에 대해서는 기록 또는 재생을 행하고, 다른 광 정보 기록 매체에 대해서는 기록 및 재생을 행하기 위해 이용되는 것이라도 좋다. 또한, 여기서 말하는 재생이라 함은, 단순히 정보를 판독하는 것을 포함하는 것이다.
이하, 본 발명에 의한 제1 및 제2 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도2는 제1 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제1 광픽업 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다. 도2의 광픽업 장치(1)는 광원으로서의 반도체 레이저(11)와, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)와, 회절 일체형 대물 렌즈(15)를 갖고 있다.
반도체 레이저(11)는 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 GaN계 청자색 레이저이다. 또한, 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 광원으로서는 상기 GaN계 청자색 레이저 외에, 2차 고주파를 이용한 SHG 청자색 레이저라도 좋다.
회절 일체형 커플링 렌즈(13)는 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 광축에 대해 평행한 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈이며 플라스틱 렌즈이다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)로서는 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하는 렌즈나, 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈를 이용해도 좋다.
또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 일체형 대물 렌즈(15)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 패턴은 상술한 수식 2를 만족시키도록 결정되어 있다. 또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 반도체 레이저(11)측의 면에 설치되어도 좋고, 반도체 레이저(11)측의 면과 회절 일체형 대물 렌즈(15)측 면의 양 쪽에 설치되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다.
회절 일체형 대물 렌즈(15)는 회절 일체형 커플링 렌즈(13)로부터의 광속을 고밀도 기록용 광디스크(16)의 보호층(16a)을 거쳐서 정보 기록면(16b) 상에 회절 한계 내에서 집광하는 렌즈이며, 광디스크(16)측의 개구수는 0.75 이상으로 되어 있다.
회절 일체형 대물 렌즈(15)는 1군 1매 구성의 비구면 플라스틱 렌즈이며, 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 회절 패턴은 상술한 수식 1, 수식 4, 수식 9 및 수식 11을 만족시키도록 결정되어 있다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(15)는 그 광축 상의 렌즈 두께가 상술한 수식 12를 만족시키도록 결정되어 있다.
또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면에 설치되어도 좋고, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면과, 광디스크(16)측 면의 양 쪽에 설치되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다.
또한, 회절 일체형 대물 렌즈(15)는 광축에 대해 수직으로 연장된 면을 갖는 플랜지부(50)를 갖고, 이 플랜지부(50)에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(15)를 광픽업 장치(1)에 정밀도 좋게 부착할 수 있다.
반도체 레이저(11)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12)를 투과한 후 회절 일체형 커플링 렌즈(13)에 의해 평행 광속이 되어, 1/4 파장판(14)을 경유하여 원편광이 되고, 도시하지 않은 조리개를 통과한 후 회절 일체형 대물 렌즈(15)에 의해 광디스크(16)의 보호층(16a)을 거쳐서 정보 기록면(16b) 상에 집광되어 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(15)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(16b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은, 다시 회절 일체형 대물 렌즈(15), 조리개, 1/4 파장판(14)을 통과한 후, 직선 편광이 되어 회절 일체형 커플링 렌즈(13)에 의해 수렴 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(12)에 의해 반사되고, 원통형 렌즈(17) 및 오목 렌즈(18)를 경유함으로써 비점수차가 부여되어 광검출기(19)에 수렴한다. 그리고, 광검출기(19)의 출력 신호를 이용하여 광디스크(16)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 회절 일체형 대물 렌즈(15)는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이므로, 작동기(2)로부터의 방열이나, 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 그 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다. 한편, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)는 플라스틱 렌즈이며, 그 굴절 파워가 상술한 수식 3을 만족시키므로, 작동기(2)로부터의 방열이나 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 회절 일체형 커플링 렌즈(13)로부터 사출되는 광속은 수렴 광속이 된다. 이는 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 횡배율이 작아지는 것에 상당하므로, 이 횡배율의 변화에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(15)에서는 보정 부족 방향으로 구면수차가 변화한다. 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 굴절 파워와 회절 파워는 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 온도 변화에 의한 보정 과잉 방향으로의 구면수차 변화와, 횡배율 변화에 의한 보정 부족 방향으로의 구면수차 변화가 정확하게 캔슬되도록 결정되어 있으므로, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(13) 및 회절 일체형 대물 렌즈(15)를 경유함으 로써, 온도가 변화하였을 때라도 거의 구면수차의 변화없이 광디스크(16)의 정보 기록면(16b) 상에 집광된다.
또한, 회절 일체형 대물 렌즈(15)는 상술한 수식 1을 만족시키는 대략 동심원형의 회절 패턴이 광학면 상에 설치되어 있음으로써, 반도체 레이저(11)의 발진 파장에 대해 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 패턴에서 발생하는 축상 색수차와는 역부호이고, 또한 그 절대치가 대략 일치한 축상 색수차를 발생한다. 그로 인해, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(13) 및 회절 일체형 대물 렌즈(15)를 경유함으로써, 거의 축상 색수차없이 광디스크(16)의 정보 기록면(16b) 상에 집광된다.
(제2 실시 형태)
도3은 제2 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제2 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 실시 형태의 광픽업 장치는 보호층의 두께가 다른 3종류의 광디스크에 대해, 파장이 다른 3종류의 광원으로부터의 빛을 이용하여 정보의 기록 재생을 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 행할 수 있는 기록 재생용 광학계를 탑재한 광픽업 장치이다.
보호층의 두께가 다른 3종류의 광디스크는 보호층이 가장 얇고 기록 밀도가 가장 큰 고밀도 DVD인 제1 광디스크(16)와, 보호층이 0.6 ㎜인 DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 등의 각종 DVD 중 어느 하나인 제2 광디스크(21)와, 보호층이 1.2 ㎜인 CD, CD-R, CD-RW, CD-비디오, CD-ROM 등의 각종 CD 중 어느 하나인 제3 광디스크(22)이다.
도3의 광픽업 장치(1')는 제1 광디스크(16)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제1 광원인 반도체 레이저(11)와, 제2 광디스크(21)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제2 광원인 반도체 레이저(31)와, 제3 광디스크(22)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제3 광원인 반도체 레이저(32)의 3종류의 반도체 레이저를 구비하고 있고, 이들의 반도체 레이저는 정보를 기록 재생하는 광디스크의 보호층 두께에 따라서 선택적으로 발광된다.
반도체 레이저(11)는 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 GaN계 청자색 레이저이다. 또한, 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 광원으로서는 상기한 GaN계 청자색 레이저 외에, 2차 고주파를 이용한 SHG 청자색 레이저라도 좋다. 반도체 레이저(31)는 파장 650 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 적색 반도체 레이저이고, 반도체 레이저(32)는 파장 780 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 적외 반도체 레이저이다.
또한, 광픽업 장치(1')는 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 광축에 대해 평행한 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈로서의 회절 일체형 커플링 렌즈(13)와 회절 일체형 대물 렌즈(40)를 갖고 있다.
회절 일체형 대물 렌즈(40)는 반도체 레이저(11)로부터 사출되어 회절 일체형 커플링 렌즈(13)를 거친 광속을 고밀도 DVD인 제1 광디스크(16)의 보호층(16a)을 거쳐서 정보 기록면(16b) 상에, 제1 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하고, 또한 반도체 레이저(31)로부터 사출된 발산 광속을 DVD인 제2 광디스크(21)의 보호층(21a)을 거쳐서 정보 기록면(21b)에 제2 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하고, 또한 반도체 레이저(32)로부터 사출된 발산 광속을 CD인 제3 광 디스크(22)의 보호층(22a)을 거쳐서 정보 기록면(22b) 상에 제3 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하는 렌즈이며, 제1 개구수는 0.75 이상이 되고, 제2 개구수는 0.60 내지 0.65가 되고, 제3 개구수는 0.45 내지 0.50으로 되어 있다.
회절 일체형 대물 렌즈(40)는 1군 1매 구성의 비구면 플라스틱 렌즈이며, 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 회절 패턴은 단파장의 광속 회절광이 보호층이 얇은 광디스크에 대해 양호한 파면을 형성하고, 장파장의 광속 회절광이 보호층이 두꺼운 광디스크에 대해 양호한 파면을 형성하도록 결정되어 있다.
또한, 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 회절 패턴은 상술한 수식 5, 수식 8, 수식 9 및 수식 11을 만족시키도록 결정되어 있다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 그 광축 상의 렌즈 두께가 상술한 수식 12를 만족시키도록 결정되어 있다.
또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면에 설치되어도 좋고, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)측의 면과, 광디스크측의 면의 양 쪽에 설치되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 광축에 대해 수직으로 연장된 면을 갖는 플랜지부(50)를 갖고, 이 플랜지부(50)에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(40)를 광픽업 장치(1')에 정밀도 좋게 부착할 수 있다.
회절 일체형 커플링 렌즈(13)는 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 광축에 대해 평행한 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈이며 플라스틱 렌즈이다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)로서는 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하는 렌즈나, 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈를 이용해도 좋다.
또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 일체형 대물 렌즈(40)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 그리고, 회절 일체형 커플링 렌즈(40)의 회절 패턴은 상술한 수식 6을 만족시키도록 결정되어 있다. 또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 반도체 레이저(11)측의 면에 설치되어도 좋고, 반도체 레이저(11)측의 면과 회절 일체형 대물 렌즈(40)측의 면의 양 쪽에 설치되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다.
반도체 레이저(11)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12)를 투과한 후, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)에 의해 평행 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(41), 편광 빔 스플리터(42) 및 도시하지 않은 조리개를 통과한 후, 회절 일체형 대물 렌즈(40)에 의해 제1 광디스크(16)의 보호층(16a)을 거쳐서 정보 기록면(16b) 상에 집광되어 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(16b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체 형 대물 렌즈(40), 조리개, 편광 빔 스플리터(42), 편광 빔 스플리터(41)를 통과한 후, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)에 의해 수렴 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(12)에 의해 반사되어 원통형 렌즈(17) 및 오목 렌즈(18)를 경유함으로써 비점수차가 부여되어 광검출기(19)에 수렴한다. 그리고, 광검출기(19)의 출력 신호를 이용하여 제1 광디스크(16)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이므로, 작동기(2)로부터의 방열이나 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 그 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다. 한편, 회절 일체형 커플링 렌즈(13)는 플라스틱 렌즈이며, 그 굴절 파워가 상술한 수식 7을 만족시키므로, 작동기(2)로부터의 방열이나 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 회절 일체형 커플링 렌즈(13)로부터 사출되는 광속은 수렴 광속이 된다. 이는 회절 일체형 대물 렌즈(40)의 횡배율이 작아지는 것에 상당하므로, 이 횡배율의 변화에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(40)에서는 보정 부족 방향으로 구면수차가 변화한다. 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 굴절 파워와 회절 파워는 회절 일체형 대물 렌즈(15)의 온도 변화에 의한 보정 과잉 방향으로의 구면수차 변화와, 횡배율 변화에 의한 보정 부족 방향으로의 구면수차 변화가 정확하게 캔슬되도록 결정되어 있으므로, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(13) 및 회절 일체형 대물 렌즈(15)를 경유함으로써, 온도가 변화하였을 때에도 거의 구면수차의 변화없이 제1 광디스크(16)의 정 보 기록면(16b) 상에 집광된다.
또한, 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 상술한 수식 5를 만족시키는 대략 동심원형의 회절 패턴이 광학면 상에 설치되어 있음으로써, 반도체 레이저(11)의 발진 파장에 대해 회절 일체형 커플링 렌즈(13)의 회절 패턴에서 발생하는 축상 색수차와는 역부호이고, 또한 그 절대치가 대략 일치한 축상 색수차를 발생한다. 그로 인해, 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(13) 및 회절 일체형 대물 렌즈(40)를 경유함으로써, 거의 축상 색수차없이 제1 광디스크(16)의 정보 기록면(16b) 상에 집광된다.
또한, 반도체 레이저(31)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12')를 투과한 후, 편광 빔 스플리터(41)에 의해 반사되어 편광 빔 스플리터(42) 및 도시하지 않은 조리개를 통과한 후, 회절 일체형 대물 렌즈(40)에 의해 제2 광디스크(21)의 보호층(21a)을 거쳐서 정보 기록면(21b) 상에 집광되어 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(21b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체형 대물 렌즈(40), 조리개, 편광 빔 스플리터(42)를 통과한 후, 편광 빔 스플리터(41)에 의해 반사된 후, 편광 빔 스플리터(12')에 의해 반사되어 원통형 렌즈(17') 및 오목 렌즈(18')를 경유함으로써 비점수차가 부여되고, 광검출기(19')에 수렴한다. 그리고, 광검출기(19')의 출력 신호를 이용하여 제2 광디스크(21)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
또한, 반도체 레이저(32)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12")를 투과한 후, 편광 빔 스플리터(42)에 의해 반사되어 도시하지 않은 조리개를 통과한 후, 회절 일체형 대물 렌즈(40)에 의해 제3 광디스크(22)의 보호층(22a)을 거쳐서 정보 기록면(22b) 상에 집광되어 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(40)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(22b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체형 대물 렌즈(40), 조리개를 통과한 후 편광 빔 스플리터(42) 및 편광 빔 스플리터(12")에 의해 반사된 후, 원통형 렌즈(17") 및 오목 렌즈(18")를 경유함으로써 비점수차가 부여되어 광검출기(19")에 수렴한다. 그리고, 광검출기(19")의 출력 신호를 이용하여 제3 광디스크(22)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
또한, 광픽업 장치(1')는 반도체 레이저(11)와 회절 일체형 대물 렌즈(40) 사이 및 반도체 레이저(31)와 회절 일체형 대물 렌즈(40) 사이 및 반도체 레이저(32)와 회절 일체형 대물 렌즈(40) 사이의 각각의 광로 중에 도시하지 않은 1/4 파장판을 구비한다.
도3에 도시한 바와 같은 광픽업 장치(1')는, 예를 들어 CD, CD-R, CD-RW, CD-비디오, CD-ROM 등의 각종 CD, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 등의 각종 DVD, MD 등의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 플레이어 또는 드라이브 등, 혹은 이들을 조립한 AV 기기, 퍼스널 컴퓨터, 그 밖의 정보 단말 등의 음성 및/또는 화상의 기록 장치 및/또는 재생 장치에 탑재할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도46은, 제3 실시 형태에 의한 기록 재생용 광학계를 탑재한 제3 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 실시 형태의 광픽업 장치는 기록 밀도가 다른 3종류의 광디스크에 대해 파장이 다른 3종류의 광원으로부터의 빛을 이용하여 정보의 기록 재생을 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 행할 수 있는 기록 재생용 광학계를 탑재한 광픽업 장치이다.
기록 밀도가 다른 3종류의 광디스크는 정보의 기록 재생을 위해 파장 400 ㎚ 정도의 단파장 광속을 사용하고, 기록 밀도가 가장 크고 보호층이 0.6 ㎜의 고밀도 DVD인 제1 광디스크(23)와, 보호층이 0.6 ㎜인 DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 등의 각종 DVD 중 어느 하나인 제2 광디스크(21)와, 보호층이 1.2 ㎜인 CD, CD-R, CD-RW, CD-비디오, CD-ROM 등의 각종 CD인 제3 광디스크(22)이다.
광픽업 장치(1")는 제1 광디스크(23)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제1 광원인 반도체 레이저(11)와 광검출기(19)가 일체화된 제1 광디스크용 모듈(80)과, 제2 광디스크(21)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제2 광원인 반도체 레이저(31)와 광검출기(19')가 일체화된 제2 광디스크용 모듈(90)과, 제3 광디스크(22)의 기록 재생용 빛을 발생하는 제3 광원인 반도체 레이저(32)와 광검출기(19")가 일체화된 제3 광디스크용 모듈(100)을 구비하고 있고, 이들의 파장이 다른 반도체 레이저는 정보를 기록 재생하는 광디스크의 기록 밀도에 따라서 선택적으로 발광된다.
반도체 레이저(11)는 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 GaN계 청자색 레이저이다. 또한, 파장 400 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 광원으로서는 상기 GaN계 청자색 레이저 외에, 2차 고주파를 이용한 SHG 청자색 레이저라도 좋다. 반도체 레이저(31)는 파장 650 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 적색 반도체 레이저이고, 반도체 레이저(32)는 파장 780 ㎚ 정도의 광속을 사출하는 적외 반도체 레이저이다.
또한, 광픽업 장치(1")는 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 광축에 대해 평행한 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈로서의 회절 일체형 커플링 렌즈(60)를 갖고 있고, 이 회절 일체형 커플링 렌즈(60)는 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 광속이 모두 통과하는 광로 중에 배치되어 있다.
회절 일체형 대물 렌즈(70)는 반도체 레이저(11)로부터 사출되어 회절 일체형 커플링 렌즈(60)를 거친 광속을 제1 광디스크(23)의 보호층(23a)을 거쳐서 정보 기록면(23b) 상에, 제1 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하고, 반도체 레이저(31)로부터 사출되어 회절 일체형 커플링 렌즈(60)를 거친 광속을 DVD인 제2 광디스크(21)의 보호층(21a)을 거쳐서 정보 기록면(21b) 상에, 제2 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하고, 반도체 레이저(32)로부터 사출된 발산 광속을 CD인 제3 광디스크(22)의 보호층(22a)을 거쳐서 정보 기록면(22b) 상에, 제3 개구수 내에서 회절 한계 내가 되도록 집광하는 렌즈이며, 제1 개구수는 0.65 근방이 되고, 제2 개구수는 0.60 내지 0.65가 되고, 제3 개구수는 0.45 내지 0.50으로 되어 있다.
회절 일체형 대물 렌즈(70)는 1군 1매의 비구면 플라스틱 렌즈이며, 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 회절 일체형 커플링 렌즈(60)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 그리고, 회절 일체형 대물 렌즈(60)의 회절 패턴은 상술한 수식 A를 만족시키고, 또한 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속이 입사한 경우에 발생하는 회절광 중 최대의 광량을 갖는 회절광의 차수(n1로 함)에 대해, 반도체 레이저(31) 및 반도체 레이저(32)로부터 사출된 광속이 입사한 경우에 발생하는 회절광 중 최대의 광량을 갖는 회절광의 차수(각각 n2, n3으로 함)가 보다 저차가 되도록 결정되고, 또한 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속의 회절광이 기록 밀도가 높은 제1 광디스크(23)의 정보 기록면(23a) 상에 양호한 파면을 형성하고, 반도체 레이저(31)로부터 사출된 광속의 회절광이 제2 광디스크(21)의 정보 기록면(21a) 상에 양호한 파면을 형성하고, 반도체 레이저(32)로부터 사출된 광속의 회절광이 제3 광디스크(31)의 정보 기록면(31a) 상에 양호한 파면을 형성하는 파장 특성을 갖고 있으므로, 각각의 반도체 레이저의 파장 영역에 대해 높은 회절 효율을 유지하면서, 각각의 광디스크에 대한 정보의 기록 재생을 컴패터블하게 행할 수 있다.
구체적으로는, n1과 n2와 n3의 조합으로서, (n1, n2, n3) = (2, 1, 1), (4, 3, 2), (6, 4, 3), (8, 5, 4), (10, 6, 5) 중 어느 하나를 선택하면 된다.
또한, 고밀도 DVD와 DVD의 2종류의 광디스크에 대해 정보의 기록 재생을 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 행할 수 있는 기록 재생용 광학계를 탑재한 광픽업 장치인 경우에는, n1과 n2의 조합으로서, (n1, n2) = (2, 1), (3, 2), (4, 2), (5, 3), (6, 4), (7, 4), (8, 5), (9, 6), (10, 6) 중 어느 하나를 선택하면, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 각각의 파장 영역에 대해 높은 회절 효율을 유지할 수 있어 광량 손실을 억제할 수 있다.
또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 회절 일체형 커플링 렌즈(60)측의 면에 마련되어도 좋고, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)측의 면과 광디스크측의 면의 양 쪽에 마련되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 광축에 대해 수직으로 연장된 면을 갖는 플랜지부(50)를 갖고, 이 플랜지부(50)에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(70)를 광픽업 장치(1")에 정밀도 좋게 부착할 수 있다.
회절 일체형 커플링 렌즈(70)는 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 광축에 대해 평행한 평행 광속으로 변환하는 콜리메이트 렌즈이며 플라스틱 렌즈이다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(70)로서는 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하는 렌즈나, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈를 이용해도 좋다. 또한, 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 평행 광속으로 변환하여 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하는 렌즈라도 좋고, 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 평행 광속으로 변환하여 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈라도 좋다. 혹은, 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 평행 광속으로 변환하여 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하는 렌즈라도 좋고, 반도체 레이저(31)로부터의 발산 광속을 평행 광속으로 변환하여 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈라도 좋다. 혹은, 반도체 레이 저(11)와 반도체 레이저(31) 중 한 쪽의 반도체 레이저로부터의 발산 광속의 발산각을 보다 작게 하고, 다른 쪽의 반도체 레이저로부터의 발산 광속을 수렴 광속으로 변환하는 렌즈라도 좋다.
또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 회절 일체형 대물 렌즈(70)측의 면에는 대략 동심원형의 회절 패턴이 마련되어 있다. 그리고, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 회절 패턴은 상술한 수식 B를 만족시키도록 결정되어 있고, 또한 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속이 입사한 경우에 발생하는 회절광 중 최대 광량을 갖는 회절광의 차수(n1'로 함)에 대해, 반도체 레이저(31)로부터 사출된 광속이 입사한 경우에 발생하는 회절광 중 최대 광량을 갖는 회절광의 차수(n2'로 함)가 보다 저차가 되도록 결정되어 있으므로, 각각의 반도체 레이저의 파장 영역에 대해 높은 회절 효율을 유지할 수 있고, 각각의 반도체 레이저로부터의 발산 광속을 광량 손실이 작게 억제된 상태에서 회절 일체형 대물 렌즈(70)로 콜리메이트할 수 있다.
구체적으로는, n1'과 n2'의 조합으로서, (n1', n2') = (2, 1), (3, 2), (4, 2), (5, 3), (6, 4), (7, 4), (8, 5), (9, 6), (10, 6) 중 어느 하나를 선택하면 된다.
또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)를 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)와 반도체 레이저(32)로부터의 광속이 모두 통과하는 광로 중[도46에 있어서 편광 빔 스플리터(42)와 회절 일체형 대물 렌즈(70) 사이의 광로 중]에 배치하는 경우에는, 반도체 레이저(32)로부터 사출된 광속이 입사한 경우에 발생하는 회절광 중 최대 광량을 갖는 회절광의 차수를 n3'로 하는 경우에는 n1'와 n2'와 n3'의 조합으로서, (n1, n2, n3) = (2, 1, 1), (4, 3, 2), (6, 4, 3), (8, 5, 4), (10, 6, 5) 중 어느 하나를 선택하면, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)와 반도체 레이저(32)로부터의 각각의 파장 영역에 대해 높은 회절 효율을 유지할 수 있어 광량 손실을 억제할 수 있다.
또한, 대략 동심원형의 회절 패턴은 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 반도체 레이저(11)측의 면에 마련되어도 좋고, 반도체 레이저(11)측의 면과, 회절 일체형 대물 렌즈(70)측의 면의 양 쪽에 마련되어도 좋다. 또한, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 회절 패턴은 광축에 대해 대략 동심원형으로 하였지만, 이 이외의 회절 패턴이 마련되어 있어도 좋다.
반도체 레이저(11)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12)를 투과한 후, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)에 의해 평행 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(42) 및 도시하지 않은 조리개를 통과한 후, 회절 일체형 대물 렌즈(70)에 의해 제1 광디스크(23)의 보호층(23a)을 거쳐서 정보 기록면(23b) 상에 집광되는 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(23b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체형 대물 렌즈(70), 조리개, 편광 빔 스플리터(42)를 통과한 후, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)에 의해 수렴 광속이 되어 광검출기(19)의 수광면 상에 수속한다. 그리고, 광검출기(19)의 출력 신호를 이용하여 제1 광디스크(23)에 기록된 정보를 판 독할 수 있다.
또한, 반도체 레이저(31)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(12)에 의해 반사되어 편광 빔 스플리터(42) 및 도시하지 않은 조리개를 통과한 후, 회절 일체형 대물 렌즈(70)에 의해 제2 광디스크(21)의 보호층(21a)을 거쳐서 정보 기록면(21b) 상에 집광되는 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(21b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체형 대물 렌즈(70), 조리개, 편광 빔 스플리터(42)를 통과한 후, 편광 빔 스플리터(12)에 의해 반사되고, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)에 의해 수렴 광속이 되어 광검출기(19')의 수광면 상에 수속한다. 그리고, 광검출기(19')의 출력 신호를 이용하여 제2 광디스크(21)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이므로, 작동기(2)로부터의 방열이나 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 그 구면수차가 보정 과잉 방향으로 변화한다. 한편, 회절 일체형 커플링 렌즈(60)는 플라스틱 렌즈이며, 그 굴절 파워가 상술한 수식 C를 만족시키므로, 작동기(2)로부터의 방열이나 환경 온도의 상승에 의해 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 온도가 상승하면, 굴절율이 작아지는 방향으로 변화하여 회절 일체형 커플링 렌즈(60)로부터 사출되는 광속은 수렴 광속이 된다. 이는 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 횡배율이 작아지는 것에 상당하므로, 이 횡배율의 변화에 의해 회절 일체형 대물 렌즈(70)에 서는 보정 부족 방향으로 구면수차가 변화한다. 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 굴절 파워와 회절 파워는 회절 일체형 대물 렌즈(70)의 온도 변화에 의한 보정 과잉 방향으로의 구면수차 변화와, 횡배율 변화에 의한 보정 부족 방향으로의 구면수차 변화가 정확하게 캔슬되도록 결정되어 있으므로, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(60) 및 회절 일체형 대물 렌즈(70)를 경유함으로써, 온도가 변화하였을 때라도 거의 구면수차 없이 제1 광디스크(23)와 제2 광디스크(21)의 각각의 정보 기록면 상에 집광된다.
또한, 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 상술한 수식 A를 만족시키는 대략 동심원형의 회절 패턴이 광학면 상에 마련되어 있음으로써, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)의 발진 파장에 대해 회절 일체형 커플링 렌즈(60)의 회절 패턴에서 발생하는 축상 색수차와는 역부호이고, 또한 그 절대치가 대략 일치한 축상 색수차를 발생한다. 그로 인해, 반도체 레이저(11)와 반도체 레이저(31)로부터 출사된 광속은 회절 일체형 커플링 렌즈(60) 및 회절 일체형 대물 렌즈(70)를 경유함으로써, 거의 축상 색수차 없이 제1 광디스크(23)와 제2 광디스크(21)의 각각의 정보 기록면 상에 집광된다.
또한, 반도체 레이저(32)로부터 출사된 발산 광속은 편광 빔 스플리터(42)에 의해 반사된 후, 도시하지 않은 조리개를 통과하여 회절 일체형 대물 렌즈(70)에 의해 제3 광디스크(22)의 보호층(22a)을 거쳐서 정보 기록면(22b) 상에 집광되는 스폿이 된다. 회절 일체형 대물 렌즈(70)는 그 주변에 배치된 작동기(2)에 의해 포커스 제어 및 트래킹 제어된다.
정보 기록면(22b)에서 정보 피트에 의해 변조된 반사 광속은 다시 회절 일체형 대물 렌즈(70), 조리개를 통과한 후, 편광 빔 스플리터(42)에 의해 반사되어 광검출기(19")의 수광면 상에 수속한다. 그리고, 광검출기(19")의 출력 신호를 이용하여 제3 광디스크(22)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
도46에 도시한 바와 같은 광픽업 장치(1"), 예를 들어 CD, CD-R, CD-RW, CD-비디오, CD-ROM 등의 각종 CD, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 등의 각종 DVD, MD 등의 광 정보 기록 매체에 대해 컴패터블한 플레이어 또는 드라이브 등, 혹은 그들을 조립한 AV 기기, 퍼스널 컴퓨터, 그 밖의 정보 단말 등의 음성 및/또는 화상의 기록 및/또는 재생 장치에 탑재할 수 있다.
또한, 본 실시예의 기록 재생용 광학계에서는 청자색 반도체 레이저를 기록 재생용 광원으로서 사용하는 고밀도 DVD를 보호층의 두께가 0.6 ㎜, 대물 렌즈의 개구수가 0.65 근방인 광디스크로 하였지만, 고밀도 DVD로서 보호층의 두께가 0.1 ㎜, 대물 렌즈의 개구수가 0.85 근방인 광디스크(예를 들어, 2002년 2월에 발표된 블루레이 디스크 규격의 광디스크)라도 본 발명에 의한 기술을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
이하, 본 발명을 제1 실시예 내지 제8 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예의 각 렌즈에 있어서의 비구면은 광축 방향을 X축, 광축에 수직인 방향의 높이를 h, 굴절면의 곡율 반경을 r이라 할 때 다음 수학식 1에서 나타낸다. 단, κ를 원뿔 계수, A2i를 비구면 계수로 한다.
Figure 112003014327071-pat00001

또한, 본 실시예의 대물 렌즈에 설치한 링형의 회절 구조는 광로차 함수 φb로서 상술한 수식 A에 의해 나타낼 수 있고, 또한 각 수차 보정용 광학 소자에 설치한 링형의 회절 구조는 광로차 함수 φb로서 상술한 수식 B에 의해 나타낼 수 있다.
(제1 실시예)
제1 실시예는 도2의 광픽업 장치에 적합한 기록 재생용 광학계이다. 본 실시예는 수차 보정용 광학 소자로서의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈로서 초점 거리 8 ㎜, NA 0.28의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, NA 0.85의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 그리고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 광디스크측의 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 반도체 레이저측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표1에 제1 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00002

도4에 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도5는 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도6은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도7은 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도5로부터, 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈는 입사하는 빛의 파장 이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 언더측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도6으로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도7로부터 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 상관없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도8에 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도8로부터 알 수 있는 바와 같이 단일 부재에서는 사용 가능한 온도 범위가 -1O 내지 40도로 매우 좁은 1군 1매의 고NA 플라스틱 대물 렌즈라도 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
또한, 온도 변화시의 파면수차를 계산할 때에는 온도 변화에 대한 플라스틱 렌즈의 굴절율 변화(그 변화율은 -1.2 × 10-4/도임)와, 청자색 반도체 레이저의 파장 변화(그 변화율은 + 0.05 ㎚/도임)를 고려하고 있어, 플라스틱 렌즈의 형상 변화의 파면수차 변화로의 영향은 굴절율 변화에 비해 매우 작으므로, 플라스틱 렌즈의 형상 변화는 고려하고 있지 않다. 상술한 온도 변화시의 파면수차를 계산할 때의 조건은 이후에 설명하는 제2 실시예 내지 제7 실시예에서도 마찬가지이다.
도9에 제1 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 청자색 반도체 레이저는 모드 호핑에 의해 파장이 1 내지 2 ㎚ 변화하지만, 단일 부재에서는 2 ㎚의 파장 변화에 의해 마레샬 한계의 0.07 λrms를 크게 초과해 버리는 대물 렌즈라도 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 조합함으로써, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 모드 호핑에 의한 파장 변화가 일어났을 때의 파면수차를 계산할 때에는 대물 렌즈의 포커싱은 걸리지 않게 하였으므로, 대물 렌즈는 405 ㎚에 있어서의 최량 상점 위치에 고정되어 있고, 도9에 있어서의 파면수차치는 최량 상점 위치의 이동에 의한 디포커스 성분을 포함하고 있다. 상술한 모드 호핑에 의한 파장 변화가 일어났을 때의 파면수차를 계산할 때의 조건은 이후에 설명하는 제2 실시예 내지 제7 실시예에서도 마찬가지이다.
(제2 실시예)
제2 실시예는 수차 보정용 광학계 소자로서의 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 회절 일체형 빔 익스팬더로서 입사 동공 직경 3.16 ㎜, 사출 동공 직경 4.50 ㎜, 각 배율 1.47의 2군 2매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, NA 0.85의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 그리고, 회절 일체형 빔 익스팬더의 정 렌즈의 양면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 양면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표2에 제2 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00003

도10에 제2 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도11은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도12는 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도11로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 거리가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도12로부터 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 상관없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도13에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 회절 일체형 빔 익스팬더를 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도14에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 도14로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 회절 일체형 빔 익스팬더를 조합함으로써, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
(제3 실시예)
제3 실시예는 수차 보정용 광학 소자로서의 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 회절 일체형 빔 익스팬더로서 입사 동공 직경 2.47 ㎜, 사출 동공 직경 4.50 ㎜, 각 배율 1.84인 2군 2매 구성의 빔 익스팬더를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, NA 0.85인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 회절 일체형 빔 익스팬더의 정 렌즈가 플라스틱 렌즈이고, 부 렌즈가 정 렌즈보다도 아베수가 작은 유리 렌즈(HOYA사제, FD110)이다. 그리고, 회절 일체형 빔 익스팬더의 정 렌즈의 광디스크측 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 반도체 레이저측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표3에, 제3 실시예의 기 록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00004

도15에, 제3 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도16은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도17은 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도16으로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도17로부터 회절 일체형 빔 익스팬더와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 상관없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도18에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도18로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 회절 일체형 빔 익스팬더를 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도19에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 도19로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 회절 일체형 빔 익스팬더를 조합함으로써, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
(제4 실시예)
제4 실시예는 수차 보정용 광학 소자로서 회절 일체형 플라스틱 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 수차 보정용 광학 소자로서 입사 동공 직경 4.50 ㎜, 사출 동공 직경 4.70 ㎜, 개구수 0인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, NA 0.85인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 그리고, 수차 보정용 광학 소자의 광원측의 평면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물렌즈의 반도체 레이저측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표4에, 제4 실시 예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00005

도20에, 제4 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도21은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도22는 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도21로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도22로부터 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 상관없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도23에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도23으로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써, -2.0 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도24에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 도24로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
(제5 실시예)
제5 실시예는 수차 보정용 광학 소자로서의 회절 일체형 커플링 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 회절 일체형 커플링 렌즈로서 초점 거리 11.02 ㎜, 광원측 NA 0.19, 횡배율 -0.074인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, 광디스크측 NA 0.85, 횡배율 0.015의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 그리고, 회절 일체형 커플링 렌즈의 광디스크측의 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 양면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표5에, 제5 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00006

도25에, 제5 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도26은 본 실시예의 회절 일체형 커플링 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도27은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도28은 회절 일체형 커플링 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도26으로부터, 본 실시예의 회절 일체형 커플링 렌즈는, 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 언더측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도27로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도28로부터 회절 일체형 커플링 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 관계없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도29에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도29로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도30에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 도30으로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 회절 일체형 커플링 렌즈를 조합함으로써 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
(제6 실시예)
제6 실시예는 수차 보정용 광학 소자로서의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와, 색수차 보정용 광학 소자로서의 접합형 더블릿 렌즈와, 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계이고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈로서 초점 거리 7 ㎜, NA 0.375인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.2 ㎜, 광디스크측 NA 0.85의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 접합 형 더블릿 렌즈는 아베수 25.7의 부 렌즈(HOYA사제, FD110)와 아베수 46.6의 정 렌즈(HOYA사제, TAF5)가 접합되어 있고, 굴절 파워는 제로이다. 그리고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 광디스크측의 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 광원측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다. 표6에, 제6 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다.
Figure 112003014327071-pat00007

도31에, 제6 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 도32는 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도33은 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 접합형 더블릿 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면 수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도32로부터, 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계는, 입사하는 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하고, 입사하는 빛의 파장이 단파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 언더측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도33으로부터 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 접합형 더블릿 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 파장에 관계없이 초점 위치가 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
도34에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 온도 특성을 나타낸다. 도34로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도35에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 파장 특성을 나타낸다. 도35로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 접합형 더블릿 렌즈와 회절 일체형 콜리메이트 렌즈를 조합함으로써, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다. 또한, 도35에 있어서「기록 재생용 광학계」는 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 접합형 더블릿 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계를 나타내고,「COL + OBJ」는 회절 일체형 콜리메이트 렌즈와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 광학계를 나타낸다.
(제7 실시예)
제7 실시예는 도3의 광픽업 장치에 적합한 기록 재생용 광학계이다. 본 실시예는 고밀도 DVD와 DVD와 CD에 대해 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 정보의 기록 재생이 가능한 기록 재생용 광학계이며, 고밀도 DVD용 청자색 반도체 레이저와, 회절 일체형 대물 렌즈 사이의 광로 중에 수차 보정용 광학 소자로서의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈를 배치하고 있다. 또한, DVD와 CD에 대한 정보의 기록 재생을 행하는 경우에는 DVD용 반도체 레이저와 CD용 반도체 레이저로부터 출사된 발산 광속을 회절 일체형 대물 렌즈로 입사시키고, DVD와 CD 각각의 정보 기록면에 집광시키도록 하였다.
회절 일체형 콜리메이트 렌즈로서 초점 거리 7 ㎜, NA 0.321인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서 초점 거리 2.0 ㎜의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈의 NA는 고밀도 DVD에 대한 기록 재생시가 0.85, DVD에 대한 기록 재생시가 0.65, CD에 대한 기록 재생시가 0.50이다. 그리고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 광디스크측의 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 반도체 레이저측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다.
표7에, 제7 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타내고, 도36 내지 도38에 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 광로도를 도시한다. 표7의 렌즈 데이터에 있어서, 대물 렌즈의 광원측 면의 회절면 계수는 청자색 반도체 레이저로 부터의 빛이 입사한 경우에 2차 회절광이 발생하도록 결정하였다. 이와 같이 결정된 회절면에 DVD용 적색 반도체 레이저와, CD용 적외 반도체 레이저로부터의 빛이 입사하면 1차 회절광이 발생한다. 또한, 대물 렌즈의 광원측 면의 회절면 계수의 기준 파장(회절 구조의 제조 파장이라고도 함)을 380 ㎚로 설정하였으므로, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛과, 적색 반도체 레이저로부터의 빛과, 적외 반도체 레이저로부터의 빛 각각의 파장 영역에 있어서 높은 회절 효율을 얻을 수 있다.
Figure 112003014327071-pat00008

도36은, 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도이고, 도37은 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도이고, 도38은 CD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 광로도이다. 도39는 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도40은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이고, 도41은 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 650 ㎚에 있어서의 구면수차를 나타낸 그래프이고, 도42는 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈의 파장 780 ㎚에 있어서의 구면수차를 나타낸 그래프이다. 도43은 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계의 파장 405 ± 5 ㎚에 있어서의 구면수차 및 축상 색수차를 나타낸 그래프이다.
도39로부터, 본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈는 청자색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하고, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하는 것을 알 수 있다.
또한, 도4O으로부터, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는 청자색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 장파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 단파장측으로 변화하였을 때에는 초점 위치가 오버측으로 이동하는 것을 알 수 있다.
또한, 도43으로부터 수차 보정용 광학 소자와 회절 일체형 대물 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 청자색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 변화한 경우라도 초점 위치가 거의 변화하지 않은 것을 알 수 있다.
도44에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 온도 특성을 나타낸다. 도44로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써, -20 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
도45에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 파장 특성을 나타낸다. 도45로부터 알 수 있는 바와 같이, 고NA 플라스틱 대물 렌즈와 수차 보정용 광학 소자를 조합함으로써 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
(제8 실시예)
제8 실시예는 도46의 광픽업 장치에 적합한 기록 재생용 광학계이다. 본 실시예는 보호층의 두께가 0.6 ㎜인 고밀도 DVD와 DVD와 CD에 대해 1개의 대물 렌즈로 컴패터블하게 정보의 기록 재생이 가능한 기록 재생용 광학계이며, 고밀도 DVD용 청자색 반도체 레이저 및 DVD용 적색 반도체 레이저 사이의 광로 중에, 수차 보정용 광학 소자로서 회절 일체형 콜리메이트 렌즈를 배치하고 있다. 또한, CD에 대해 정보의 기록 재생을 행하는 경우에는, CD용 적외 반도체 레이저로부터 사출된 발산 광속을 회절 일체형 대물 렌즈로 입사시켜 CD의 정보 기록면 상에 집광시키도록 하였다.
회절 일체형 콜리메이트 렌즈로서, 초점 거리 15 ㎜, NA 0.173인 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하고, 회절 일체형 대물 렌즈로서, 초점 거리 3.077 ㎜의 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈를 이용하였다. 또한, 회절 일체형 대물 렌즈의 NA는 고밀도 DVD에 대한 기록 재생시가 0.65, DVD에 대한 기록 재생시가 0.61, CD에 대한 기록 재생시가 0.50이다. 그리고, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 광디스크측의 면이 부의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있고, 회절 일체형 대물 렌즈의 반도체 레이저측의 면이 정의 회절 파워를 갖는 회절면으로 되어 있다.
표8에, 제8 실시예의 기록 재생용 광학계에 관한 데이터를 나타낸다. 표8의 렌즈 데이터에 있어서 대물 렌즈의 광원측 면의 회절면 계수는 청자색 반도체 레이저로부터의 빛이 입사한 경우에 2차 회절광이 발생하도록 결정하였다. 이와 같이 결정된 회절면에 DVD용 적색 반도체 레이저와, CD용 적외 반도체 레이저로부터의 빛이 입사하면 1차 회절광이 발생한다. 또한, 대물 렌즈의 광원측 면의 회절면 계수의 기준 파장(회절 구조의 제조 파장이라고도 함)을 380 ㎚로 설정하였으므로, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛과, 적색 반도체 레이저로부터의 빛과, 적외 반도체 레이저로부터의 빛의 각각의 파장 영역에 있어서 높은 회절 효율을 얻을 수 있다.
또한, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈는 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 광속이 모두 통과하는 평행 광속 중에 배치되고, 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생시와 DVD에 대한 정보의 기록 재생시의 양 쪽에 있어서, 온도가 변화하였을 때의 구면수차 변화를 보상하는 기능과, 반도체 레이저가 모드 호프 하였을 때의 디포커스 오차를 보상하는 기능을 갖는 수차 보정용 광학 소자로서 기능한다. 또한, 회절 일체형 콜리메이트 렌즈의 광디스크측 면의 회절면 계수는 청자색 반도체 레이저로부터의 빛이 입사한 경우에 3차 회절광이 발생하도록 결정하였다. 이와 같이 결정된 회절면에 적색 반도체 레이저로부터의 빛이 입사하면 2차 회절광이 발생한다. 대물 렌즈의 광원측 면의 회절면 계수의 기준 파장(회절 구조의 제조 파장이라고도 함)을 415 ㎚로 설정하였으므로, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛과, 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 각각의 파장 영역에 있어서 높은 회절 효율을 얻을 수 있다.
본 실시예의 회절 일체형 콜리메이트 렌즈는, 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 장파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 오버측으로 이동하고, 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 단파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 언더측으로 이동한다. 또한, 본 실시예의 회절 일체형 대물 렌즈는, 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 장파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 언더측으로 이동하고, 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 단파장측으로 변화한 경우에는 초점 위치가 오버측으로 이동한다.
이와 같은 초점 위치의 파장 의존성을 갖는 회절 일체형 대물 렌즈와 회절 일체형 콜리메이트 렌즈를 조합한 기록 재생용 광학계는 청자색 반도체 레이저와 적색 반도체 레이저로부터의 빛의 파장이 변화한 경우라도 초점 위치가 거의 변화하지 않는다.
도47에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 온도 특성을 나타내고, 도48에 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 온도 특성을 나타낸다. 도47 및 도48로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 한 쪽의 광디스크에 대한 기록 재생시에도 -20도 내지 +85도의 온도 범위에 있어서 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
또한, 도47 및 도48에 있어서 온도 변화시의 파면수차를 계산하는 경우에는, 온도 변화에 대한 플라스틱 렌즈의 굴절율 변화(그 변화율은 -1, 1 × 10-4/도임)와, 반도체 레이저의 파장 변화(그 변화율은 청자색 반도체 레이저에서는 +0.05 ㎚/도이고, 적색 반도체 레이저에서는 +0.2 ㎚/도임)를 고려하고 있고, 플라스틱 렌즈의 형상 변화는 고려하고 있지 않다.
도49에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 고밀도 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 파장 특성을 나타내고, 도50에, 본 실시예의 기록 재생용 광학계의 DVD에 대한 정보의 기록 재생을 행할 때의 파장 특성을 나타낸다. 도49 및 도50으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 한 광디스크에 대한 기록 재생시에도, 2 ㎚의 파장 변화가 일어나도 양호한 집광 특성을 유지할 수 있다.
또한, 도49 및 도50에 있어서 모드 호핑에 의한 파장 변화가 일어났을 때의 파면수차를 계산할 때에는 대물 렌즈의 포커싱은 걸리지 않게 하였으므로, 대물 렌즈는 반도체 레이저의 기준 파장(청자색 반도체 레이저에서는 405 ㎚이고, 적색 반도체 레이저에서는 655 ㎚임)에 있어서의 최량 상점 위치에 고정되어 있고, 도49 및 도50에 있어서의 파면수차치는 최량 상점 위치의 이동에 의한 디포커스 성분을 포함하고 있다.
Figure 112003014327071-pat00009

상술한 제1 실시예 내지 제8 실시예의 렌즈 데이터에 있어서, 수차 보정용 광학 소자 및 대물 렌즈 회절면의 회절면 계수는 제7 실시예의 대물 렌즈 회절면을 제외하고, 청자색 반도체 레이저로부터의 빛이 입사한 경우에 1차 회절광이 최대 회절광량을 갖도록 결정하고 있고, 회절면 계수의 기준 파장은 405 ㎚이다. 실제 회절 구조를 제작할 때에는 이들의 회절면 계수를 이용하여 표시되는 광로차 함수가 m을 양의 정수로서, 회절면 계수의 기준 파장이 m배 변할 때마다 링형 단차부를 설치한다. m = n(n은 2 이상의 정수)이라 하면, m = 1로 하는 경우에 비해 링 피치가 n배가 되므로, 링형 단차부의 형상 오차에 의한 회절 효율의 저하를 작게 할 수 있으므로 바람직하고, 이 때, 회절 구조로 입사한 빛의 회절광 중, n차 회절광이 최대 회절광량을 갖도록 발생한다. 단, n이 지나치게 크면 회절 효율의 파장 의존성이 커지므로, 2 내지 10이 n의 바람직한 범위이다.
상술한 표1 내지 표8에 있어서, r(㎜)은 각 면의 근축 곡률 반경, d(㎜)는 면 간격, Nλ는 405 ㎚에 있어서의 굴절율, νd는 d선에 있어서의 아베수를 나타낸다. 또한, 표7에 있어서는 r(㎜)은 각 면의 근축 곡률 반경, d(㎜)는 면 간격, Nλ는 고밀도 DVD에서는 405 ㎚에 있어서의 굴절율을 나타내고, DVD에서는 650 ㎚에 있어서의 굴절율을 나타내고, CD에서는 780 ㎚에 있어서의 굴절율을 나타낸다.
또한, 상술한 각 표나 도면에서는 10의 거듭제곱의 표현에 E(또는 e)를 이용하고, 예를 들어 E - 02(= 10-2)와 같이 표시하는 경우가 있다.
본 발명에 따르면, 고NA의 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈를 사용하는 광디스크의 기록 재생용 광학계에 있어서, 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 파면수차 변화를 보상할 수 있다. 특히, 온도 변화에 의한 대물 렌즈의 파면수차의 변화를 동적으로 검출할 필요가 없어 기록 재생용 광학계를 저렴하게 제조할 수 있다.
또한, 이 기록 재생용 광학계를 탑재한 광디스크의 광픽업 장치 및 이 광픽업 장치를 탑재한 광디스크의 기록 재생 장치를 제공할 수 있다.
또한, 고NA의 1군 1매 구성의 플라스틱 대물 렌즈의 온도 변화에 의한 파면수차의 변화를 보상할 수 있는 기록 재생용 광학계에 적합한 대물 렌즈 및 수차 보정용 광학 소자를 제공할 수 있다.

Claims (58)

  1. 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 기록 재생용 광학계이며,
    광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 광속을 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키는 대물 렌즈와,
    상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된 수차 보정용 광학 소자를 포함하고,
    상기 대물 렌즈는 적어도 하나의 면이 비구면으로 되고, 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 회절면을 적어도 하나 가지며, 상기 대물 렌즈는 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈이고,
    상기 수차 보정용 광학 소자는, 적어도 하나의 면 상에 복수의 동심형의 링형 단차부로 이루어지는 회절 구조가 형성된 플라스틱 렌즈를 적어도 하나 가지며, 다음 식을 만족시키고,
    PD1 > 0
    PD2 < 0
    PR2 > 0
    0.05 < PD1/PT1 < 0.7
    여기서, PDl는 상기 대물 렌즈의 제i 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbi(mm)가 광축으로부터의 높이 hi(mm)의 함수로서, Φbi = ni·(b2i·hi2+ b4i·hi4+ b6i·hi6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD1 = ∑(-2·b2i·ni)라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, ni는 제i 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2i, b4i, b6i, ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PD2는 상기 수차 보정용 광학 소자의 제j 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbj(mm)가 광축으로부터의 높이 hj(mm)의 함수로서, Φbj = nj·(b2j·hj2+ b4j·hj4+ b6j·hj6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD2 = ∑(-2·b2j·nj)라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, nj는 제j 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2j, b4j, b6j, ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PR2는 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의, 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(mm-1),
    PT1은 대물 렌즈의 전체 시스템의 파워(mm-1)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 500 nm 이하의 파장을 가지는 광속을 출사하고, 상기 대물 렌즈는 상기 광 정보 기록 매체측의 개구수가 0.75 이상인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 광 정보 기록 매체측의 개구수가 0.80 이상인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 다음 식을 만족시키며,
    f2 < f0 < fl
    여기서, f0은 상기 광원으로부터 출사된 광속의 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이고,
    fl은 상기 광원으로부터 출사된 광속의 파장보다 소정의 파장차만큼 짧은 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이고,
    f2는 상기 광원으로부터 출사된 광속의 파장보다 소정의 파장차만큼 긴 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 파장이 다른 적어도 2 종류의 광원을 포함하고,
    상기 대물 렌즈는 각각 상이한 2 개의 파장을 가지는 광속을, 정보 기록면을 보호하기 위한 보호층의 두께가 상이한 적어도 2 종류의 광 정보 기록 매체의 각각의 정보 기록면 상에 집광시키고, 상기 대물 렌즈는 2 종류의 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 소정의 광 정보 기록 매체측의 개구수 내에서, 각각의 광 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하기 위해 적어도 2 개의 광속의 회절광을 만들기 위한 파장 특성을 가지고,
    상기 수차 보정용 광학 소자는 적어도 2 개의 광속 중 가장 짧은 파장을 가지는 광속을 출사하는 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되며, 다음 식을 만족시키고,
    PD1' > 0
    PD2' < 0
    PR2' > 0
    여기서, PDl'는 상기 대물 렌즈의 제i 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbi'(mm)가 광축으로부터의 높이 hi(mm)의 함수로서, Φbi' = ni'·(b2i'·hi2+ b4i'·hi4+ b6i'·hi6 +...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD1' = ∑(-2·b2i'·ni')라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, ni'는 제i 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2i', b4i', b6i ', ... 는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PD2'는 상기 수차 보정용 광학 소자의 제j 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbj'(mm)가 광축으로부터의 높이 hj(mm)의 함수로서, Φbj' = nj'·(b2j'·hj2+ b4j'·hj4+ b6j '·hj6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD2' = ∑(-2·b2j'·nj')라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, nj'는 제j 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2j', b4j', b6j ', ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PR2'는 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의, 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(mm-1)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 보다 짧은 파장을 가지는 광속의 회절광이 보다 얇은 보호층을 가지는 광 정보 기록 매체 상에 양호한 파면을 형성하고, 보다 긴 파장을 가지는 광속의 회절광이 보다 두꺼운 보호층을 가지는 광 정보 기록 매체 상에 양호한 파면을 형성하는 파장 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  7. 제5항에 있어서, 가장 짧은 파장을 가지는 광속을 출사하는 광원은 500 nm 이하의 파장의 빛을 출사하고, 상기 대물 렌즈는 가장 얇은 보호층을 가지는 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 0.75 이상의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  8. 제7항에 있어서, 광 정보 기록 매체측의 개구수가 0.80 이상인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  9. 제5항에 있어서, 대물 렌즈는 다음 식을 만족시키고,
    f2' < f0' < fl',
    여기서, f0'는 광속의 가장 짧은 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이며,
    f1'는 광속의 가장 짧은 파장보다 소정의 파장차만큼 짧은 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이고,
    f2'는 광속의 가장 짧은 파장보다 소정의 파장차만큼 긴 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원은 파장이 상이한 적어도 2 종류의 광원을 포함하고,
    상기 대물 렌즈는 각각 상이한 파장을 가지는 적어도 2 개의 광속을 기록 밀도가 상이한 적어도 2 종류의 광 정보 기록 매체의 각각의 정보 기록면 상에 집광 하고,
    상기 대물 렌즈는 적어도 2 개의 광속 중 보다 긴 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수가 가장 짧은 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광보다 낮은 차수가 되는 방식으로 설계된 복수의 동심형의 링형 단차부를 포함하는 회절 구조가 형성된 적어도 하나의 회절면을 가지고,
    상기 대물 렌즈는 최고 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하는 가장 짧은 파장을 가지는 광속의 회절광을 만들며 낮은 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하는 보다 긴 파장을 가지는 광속의 회절광을 만드는 파장 특성을 가지고,
    상기 수차 보정용 광학 소자는 광원과 대물 렌즈 사이의 적어도 광로 중에 가장 짧은 파장을 가지는 광속이 지나가는 광로 상에 배치되며, 다음의 식을 만족시키고,
    PD1" > 0
    PD2" < 0
    PR2" > 0
    여기서, PDl"는 상기 대물 렌즈의 제i 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbi"(mm)가 광축으로부터의 높이 hi(mm)의 함수로서, Φbi " = ni"·(b2i"·hi2+ b4i"·hi4+ b6i"·hi 6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD1" = ∑(-2·b2i"·ni")라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, ni"는 제i 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2i", b4i", b6i", ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PD2"는 상기 수차 보정용 광학 소자의 제j 면 상에 형성된 회절 구조를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbj"(mm)가 광축으로부터의 높이 hj(mm)의 함수로서, Φbj" = nj"·(b2j"·hj2+ b4j"·hj4 + b6j"·hj6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD2" = ∑(-2·b2j"·nj")라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, nj"는 제j 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2j", b4j", b6j", ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PR2"는 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의, 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(mm-1)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가장 짧은 파장은 380 nm 내지 420 nm이고 보다 긴 파장은 630 nm 내지 670 nm인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  12. 제11항에 있어서, n1은 380 nm 내지 420 nm의 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수이고 n2는 630 nm 내지 670 nm의 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수이고, n1과 n2의 조합은 (n1, n2) = (2, 1), (3, 2), (4, 2), (5, 3), (6, 4), (7, 4), (8, 5), (9, 6), (10, 6)중 하나 인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  13. 제10항에 있어서, 상기 가장 짧은 파장은 380 nm 내지 420 nm이고 보다 긴 파장은 630 nm 내지 670 nm 및 760 nm 내지 800 nm인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  14. 제13항에 있어서, n1은 380 nm 내지 420 nm의 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수이고, n2는 630 nm 내지 670 nm의 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수이고, n3은 760 nm 내지 800 nm의 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수이고, n1, n2 및 n3의 조합은 (n1, n2, n3) = (2, 1, 1), (4, 3, 2), (6, 4, 3), (8, 5, 4), (10, 6, 5)중 하나 인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  15. 제10항에 있어서, 상기 수차 보정용 광학 소자는 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중 가장 짧은 파장을 가지는 광속과 보다 긴 파장을 가지는 광속이 모두 지나가는 광로 상에 배치되고, 상기 수차 보정용 광학 소자의 표면상에 형성된 상기 회절 구조는 적어도 2 개의 광속 중에서 보다 긴 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광의 회절 차수가 가장 짧은 파장을 가지는 광속이 입사될 때 발생된 회절광 중 최대 회절 효율을 가지는 회절광보다 낮은 차수가 되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  16. 제10항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 최고 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 0.60 내지 0.70의 소정의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 가지고, 최고 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하도록 0.55 내지 0.65 mm의 두께를 가지는 보호층을 통해 가장 짧은 파장을 가지는 광속의 회절광을 집광하는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  17. 제10항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 최고 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위해 필요한 0.80 이상의 소정의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 가지고, 최고 기록 밀도를 가지는 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 양호한 파면을 형성하도록 0.07 내지 0.13 mm의 두께를 가지는 보호층을 통해 가장 짧은 파장을 가지는 광속의 회절광을 집광하는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  18. 제10항에 있어서, 대물 렌즈는 다음 식을 만족시키고,
    f2" < f0" < fl",
    여기서, f0"는 광속의 가장 짧은 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이며,
    f1"는 광속의 가장 짧은 파장보다 소정의 파장차만큼 짧은 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)이고,
    f2"는 광속의 가장 짧은 파장보다 소정의 파장차만큼 긴 파장에 대한 상기 대물 렌즈 전체 시스템의 초점거리(mm)인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서, 대물 렌즈의 횡배율이 다음 식
    0 < M < 1
    을 만족시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  21. 제1항에 있어서, 수차 보정용 광학 소자는 광원으로부터 출사된 발산 광속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  22. 제1항에 있어서, 광원으로부터 출사된 발산 광속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈를 더 포함하고, 상기 수차 보정용 광학 소자는 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 상에 배치되며 정 렌즈군과 부 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  23. 제1항에 있어서, 광원으로부터 출사된 발산 광속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈를 더 포함하고, 상기 수차 보정용 광학 소자는 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 상에 배치되며 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 하는 기록 재생용 광학계.
  24. 제1항의 기록 재생용 광학계에 사용하기 위한 대물 렌즈.
  25. 제1항의 기록 재생용 광학계에 사용하기 위한 수차 보정용 광학 소자.
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  47. 광 정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 기록 재생용 광학계에서 사용되는 수차 보정용 광학 소자이며,
    상기 기록 재생용 광학계는 500 nm 이하의 파장을 가지는 광속을 출사하는 광원과 상기 광원으로부터의 광속을 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상으로 집광하기 위해 0.80 이상의 광 정보 기록 매체측의 개구수를 가지는 1군 1렌즈 구성의 플라스틱 렌즈인 대물 렌즈를 포함하고,
    상기 수차 보정용 광학 소자는 복수의 동심형의 링형 단차부로 구성된 회절 구조가 그 적어도 하나의 표면상에 형성된 적어도 하나의 플라스틱 렌즈를 포함하고,
    수차 보정용 광학 소자는 다음 식을 만족시키고,
    PD2 < 0
    PR2 > 0
    여기서, PD2는 상기 수차 보정용 광학 소자의 제j 면 상에 형성된 회절 구조 를 투과하는 파면에 부가되는 광로차 Φbj(mm)가 광축으로부터의 높이 hj(mm)의 함수로서, Φbj = nj·(b2j·hj2+ b4j·hj4+ b6j ·hj6+...)에 의해 정의되는 광로차 함수에 의해 표현될 때, PD2 = ∑(-2·b2j·nj)라는 식에 의해 정의되는 회절 렌즈로서의 회절 파워(mm-1)이고(여기서, nj는 제j 면 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생하는 회절광 중 최대의 회절 효율을 갖는 회절광의 회절 차수이고, b2j, b4j, b6j , ...는 각각 2차, 4차, 6차, ...의 광로차 함수 계수(회절면 계수라고도 한다)임),
    PR2는 상기 수차 보정용 광학 소자의 플라스틱 렌즈의, 굴절 렌즈로서의 굴절 파워(mm-1)인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  48. 제47항에 있어서, 상기 수차 보정용 광학 소자는 광원으로부터 출사된 발산 광속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈이고 상기 커플링 렌즈는 복수의 동심형의 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 그 적어도 하나의 표면상에 형성된 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  49. 제48항에 있어서, 상기 커플링 렌즈는 0.15 내지 0.50의 광원 측의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  50. 제47항에 있어서, 상기 기록 재생용 광학계는 광원으로부터 출사된 발산 광 속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈를 포함하고, 상기 수차 보정용 광학 소자는 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로 상에 배치되며 정 렌즈군과 부 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  51. 제50항에 있어서, 각각의 정 렌즈군과 부 렌즈군은 플라스틱 렌즈이며 정 렌즈군과 부 렌즈군 중 하나는 복수의 동심형의 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 그 적어도 하나의 표면상에 형성된 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  52. 제50항에 있어서, 상기 정 렌즈군은 복수의 동심형의 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 그 적어도 하나의 표면상에 형성된 플라스틱 렌즈이고 상기 부 렌즈군은 상기 정 렌즈군의 플라스틱 렌즈보다 작은 아베수를 가지는 유리 렌즈이며, 수차 보정용 광학 소자는 다음 식을 만족시키고
    1.2 ≤|fP/fN|≤ 2.4
    여기서, fP는 상기 정 렌즈군의 초점 거리(㎜)이고 fN은 상기 부 렌즈군의 초점 거리(㎜)인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  53. 제50항에 있어서, 기록 재생용 광학계는 광원으로부터 출사된 발산 광속의 발산각을 변환시키기 위한 커플링 렌즈를 포함하고 수차 보정용 광학 소자는 커플링 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광로상에 배치되고, 복수의 동심형의 링형 단차부에 의해 구성된 회절 구조가 그 적어도 하나의 표면상에 형성된 1군 1매 구성의 플라스틱 렌즈인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  54. 제47항에 있어서, 회절 구조는 수차 보정용 광학 소자의 적어도 2 개의 표면상에 배치된 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  55. 제47항에 있어서, 소정의 파장의 n차 회절광의 회절 효율은 상기 수차 보정용 광학 소자 상에 형성된 회절 구조에 의해 발생된 어떤 다른 차수의 회절광보다 크고, n은 0, 1 및 -1을 제외한 정수인 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  56. 제47항에 있어서, 수차 보정용 광학 소자 상에 형성된 회절 구조는 거시적으로 볼록한 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 수차 보정용 광학 소자.
  57. 광원과,
    상기 광원으로부터 출사되는 광속을 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광하기 위한 집광 광학계와,
    상기 정보 기록면으로부터 반사된 광속을 수광하여 그 수광된 광속의 양에 상응하는 전기 신호를 출력하는 광검출기를 포함하는 광픽업 장치이며,
    상기 집광 광학계는 광 정보 기록 매체를 위한 제1항의 기록 재생용 광학계 인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  58. 제57항의 광픽업 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음성 및 화상 중 하나 이상의 기록 장치 및 음성 및 화상 중 하나 이상의 재생 장치 중 하나 이상을 포함하는 장치.
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