KR100425888B1 - 대물 렌즈, 및 이를 구비한 광픽업 장치 및 대물 렌즈의조립 방법 - Google Patents

대물 렌즈, 및 이를 구비한 광픽업 장치 및 대물 렌즈의조립 방법 Download PDF

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Abstract

대물 렌즈는 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 서로 대향하는 쪽의 면을 대향면으로 한 경우에, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 되어 있고, 이 수직부로 된 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 서로 접촉하고, 양외주부 사이의 간극에 형성된 접착 수지층에 의해 양렌즈끼리가 고정되어 있다. 이에 의해, 한 쌍의 렌즈를 사용한 구성에 있어서, 전체의 강성을 높게 하여 공진에 의한 악영향을 억제하고, 고속에서의 기록 재생이 가능해진다.

Description

대물 렌즈, 및 이를 구비한 광픽업 장치 및 대물 렌즈의 조립 방법{Objective Lens, Optical Pickup-Device Equipped with Same and Assembling Method of Same}
본 발명은 광학적 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록, 재생을 행하는 광픽업 등에 사용되고, 한 쌍의 렌즈로 이루어지는 대물 렌즈 및 그를 구비한 광픽업 장치 및 대물 렌즈의 조립 방법에 관한 것이다.
빛을 이용한 기술은 주파수가 높은 것 즉 고속인 것, 공간 정보 처리가 가능한 것, 위상 처리가 가능한 것 등의 많은 특징을 가지고 있으므로, 통신, 계측 및 가공 등의 다방면에 걸친 분야에 있어서 연구, 개발이 행해지고, 또한 실용화되고 있다. 그 기술 중에서는, 광 비임을 집광하기 위한 수단으로서 고정밀도의 대물 렌즈가 사용되고 있다. 최근, 특히 빛을 이용한 정보 기록, 예를 들어 화상 기록 장치에 대한 대용량화로의 요구는 크고, 이를 위한 기술은 매우 중요시되어 오고 있다.
광정보 기록의 대용량화를 위해서는 기록 매체의 향상은 물론 비임 스폿의 소경화, 즉 대물 렌즈에 의한 비임 스폿의 충분한 집광이 필요하다. 이미 알려진 바와 같이, 비임 스폿 직경은 빛의 파장에 비례하고, 대물 렌즈의 NA(Numerical Aperture : 개구수)에 반비례한다. 파장에 대해서는 최근, 청색 레이저 다이오드나 청색 또는 녹색 SHG 레이저가 개발되고 있다. 한편, 대물 렌즈의 고NA화에 대해서는 CD(Compact Disc)의 NA 0.45에 대하여 DVD(Digital Versatile Disc)에서는 NA 0.6으로 하여, 고밀도화를 달성하고 있다.
그러나, 이들 대물 렌즈에 사용되는 2면 비구면의 1매 렌즈를 구비한 구성에서는, 이 이상의 높은 NA에 대응하는 것이 제조상 곤란하다. 그래서, 일본국 공개특허 공보「일본 특허 공개 평10-123410호 공보」(공개일 1998년 5월 15일)에 있어서는 2군 2매의 렌즈(한 쌍의 렌즈)에 의해 고NA화를 도모하고자 하는 대물 렌즈 및 광픽업 장치가 제안되어 있다.
이러한 2군 렌즈(한 쌍의 렌즈) 구성의 대물 렌즈를 조립하여, 경통에 탑재하는 경우의 구성을 도11에 도시한다. 이 대물 렌즈(101)는 광원측 렌즈(102), 매체측 렌즈(103), 제1 경통겸 애퍼쳐(104) 및 제2 경통(105)을 구비하고, 광원측 렌즈(102)가 제1 경통겸 애퍼쳐(104)에 보유 지지되고, 매체측 렌즈(103)가 제2 경통(105)에 보유 지지되어, 제1 경통겸 애퍼쳐(104)와 제2 경통(105)이 접착 수지층(106)을 거쳐서 부착되어 있다.
또한, 경통을 사용하는 일 없이 2군 렌즈를 일체화하는 구성은 일본국 공개 특허 공보「일본 특허 공개 평10-123388호 공보」(공개일 1998년 5월 15일)에 복합 렌즈로서 개시되어 있다. 그 일예를 도12에 도시한다. 이 복합 렌즈(111)에서는 광원측 렌즈(112)와 매체측 렌즈(113)가 이들을 관통하는 투명한 코어 부재(114)에 의해 보유 지지되어, 고정되어 있다.
상기와 같은 2군 렌즈에 있어서는, 렌즈를 2매 이상 사용하여, 이들의 렌즈를 통 형상의 부재, 즉 이른바 경통, 또는 코어 부재 등의 렌즈 보유 지지 부재에 의해 보유 지지하여 고정함으로써 일체화하고 있다.
상기 종래의 2군 렌즈에서는 렌즈 보유 지지 부재의 재료로서 강성인 면에서 금속을 사용하는 것이 바람직하지만, 여기에서는 중량이 무거워져 버린다. 그래서, 고분자 수지 화합물을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이미 알려진바와 같이 이러한 재료는 강성이 낮으며, 그를 보충하려고 하는 유리 파이버, 유리 비드, 또는 카본 파이버 등의 충전물의 비율이 커진다. 이로 인해, 결국 중량이 커져 버릴 뿐만 아니라, 금속 정도의 강성도 얻을 수 없게 된다.
또한, 2군 렌즈를 사용하는 대물 렌즈에서는 렌즈 간격이 크면, 경통 등의 렌즈 보유 지지 부재의 길이도 그에 따라서 커지며, 중량 증가를 초래할 뿐만 아니라, 렌즈 보유 지지 부재의 비틀림이나 굽힘 등이 발생해 역시 강성이 낮아진다.
또한 광학 특성에 대해서는, 도11의 대물 렌즈(101)를 예로 들어 설명하면, 일반적으로 광원측 렌즈(102) 및 매체측 렌즈(103)의 제조 오차(성형 오차)는 피할 수 없으며, 2군 렌즈의 조립시에 2개의 렌즈(102, 103) 끼리의 중심 간격을 조정하여 상기 오차에 의해 발생하는 수차를 없앨 필요가 있다. 이로 인해, 2개의 렌즈(102, 103) 끼리의 중심 간격을 고정하는 것, 예를 들어 2개의 렌즈(102, 103) 끼리의 계산 상의 중심 간격에 의해 경통[제1 경통겸 애퍼쳐(104) 및 제2 경통(105)] 치수를 미리 결정하고, 이 경통 치수에 의거하여 렌즈(102, 103) 끼리의 중심 간격을 일률적으로 고정하는 것은 곤란하다. 즉, 2개의 렌즈(102, 103)는 비임 스폿을 관측하면서, 알맞은 중심 간격으로 조정하여 수지 등으로 고정하는 방법을 취할 필요가 있다.
그러나, 이 방법에 있어서는 광원측 렌즈(102)를 보유 지지하는 제1 경통겸 애퍼쳐(104)와 매체측 렌즈(103)를 보유 지지하는 제2 경통(105) 사이에, 강성이 결핍된 접착 수지층(106)이 개재되게 된다. 이로 인해, 대물 렌즈(101) 전체의 강성이 더욱 저하하고, 이 결과 렌즈의 초점 맞춤용 및 트랙 맞춤용 액튜에이터 구동시의 공진 특성이 악화하여, 고속에서의 기록 재생이 곤란해진다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 2군 렌즈를 사용한 구성에 있어서, 전체 강성이 높고, 포커스 서보용 및 트랙 서보용의 액튜에이터 구동시의 공진 특성이 악화되지 않으며, 고속에서의 기록 재생이 가능한 대물 렌즈의 제공을 목적으로 하고 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 대물 렌즈의 개략 단면도.
도2는 도1에 도시한 광원측 렌즈의 사시도.
도3은 도1에 도시한 매체측 렌즈의 사시도.
도4는 도1에 도시한 대물 렌즈의 렌즈 간격 조정부가 볼록형 경사면과 구형 볼록부로 이루어지는 예를 도시한 대물 렌즈의 주요부 확대도.
도5는 도4에 도시한 렌즈 간격 조정부의 다른 예를 도시하는 것으로써, 렌즈 간격 조정부가 볼록형 경사면으로 이루어지는 예를 도시한 대물 렌즈의 주요부 확대도.
도6은 도4에 도시한 렌즈 간격 조정부의 다른 예를 도시하는 것으로써, 렌즈 간격 조정부가 볼록형 계단면으로 이루어지는 예를 도시한 대물 렌즈의 주요부 확대도.
도7은 도4에 도시한 렌즈 간격 조정부의 다른 예를 도시하는 것으로써, 렌즈 간격 조정부가 볼록형 계단면과 구형 볼록부로 이루어지는 예를 도시한 대물 렌즈의 주요부 확대도.
도8은 도1에 도시한 대물 렌즈의 다른 예를 도시한 개략 단면도.
도9는 도1에 도시한 대물 렌즈가 조립시에 사용되는 지그를 도시한 종단면도.
도10은 도1에 도시한 대물 렌즈를 구비하는 광픽업 장치의 예를 도시한 개략 사시도.
도11은 종래의 대물 렌즈를 도시한 종단면도.
도12는 다른 종래의 대물 렌즈를 도시한 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 대물 렌즈
2 : 광원측 렌즈
3 : 매체측 렌즈
4 : 기록 매체
6 : 볼록형 경사면
8 : 구형 볼록부
9 : 접착 수지층
10 : 렌즈 간격 조정부
31 : LD(레이저 다이오드)
34 : 수직 거울
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 대물 렌즈는 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루고, 대향하여 설치된 대물 렌즈에 있어서, 상기 양렌즈의 서로 대향하는 측의 면을 대향면으로 한 경우에, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부가, 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 이루어져 있으며, 이 수직부로 이루어진 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 서로 접촉하는 동시에, 상기 양외주부 사이의 간극에 형성된 접착 수지층에 의해 양렌즈끼리가 고정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 따르면, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 이루어져 있으며, 이 수직부로 이루어진 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 서로 접촉하는 동시에, 상기 양외주부 사이의 간극에 형성된 접착 수지층에의해, 양렌즈끼리가 고정되어 있다.
따라서, 대물 렌즈에서는 예를 들어 유리로 이루어지는 광원측 렌즈와 매체측 렌즈가 그들의 외주부에 있어서 직접 접촉하는 동시에, 경통 등의 렌즈 보유 지지 부재를 사용하는 일 없이, 접착 수지층에 의해 서로 고정되어 있다.
이로써, 렌즈 보유 지지 부재에 의한 중량 증가를 초래하는 일 없이, 또한 접착 수지층이 탄성체로서 작용하는 일이 억제되어 강성을 높일 수 있다. 이 결과, 이 대물 렌즈를 사용한 포커스 서보 및 트랙 서보시에는 대물 렌즈를 구동하는 액튜에이터의 공진 주파수를 높게 하는 것, 또는 진폭을 억제하는 것이 가능해져 고속 동작이 가능해진다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 개시한 기재에 의해 충분히 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 이익은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명에 의해 명백해질 것이다.
본 발명의 일 실시 형태를 도1 내지 도10에 의거하여 이하에 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 대물 렌즈(1)는 한 쌍을 이루는 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)를 구비한 구성, 즉 2군 2매 구성이다. 대물 렌즈(1)의 광원측 렌즈(2)에는 평행 광속이 된 레이저 광이 입사하고, 이 레이저 광은 매체측 렌즈(3)를 투과하여, 기록 매체(4)의 기록면 상에 비임 스폿을 형성한다.
대물 렌즈(1)의 NA는 0.85로 되어 있다. 광원측 렌즈(2)는 양면 비구면이며, 광원측면(2a)이 볼록면, 매체측면(2b)이 얕은 오목면으로 되어 있다. 매체측 렌즈(3)는 평볼록 렌즈이며, 광원측면(3a)이 볼록면, 매체측면(3b)이 평탄면으로 되어 있다. 또한, 광원측면(3a)인 볼록면은 비구면이다. 대물 렌즈(1)를 투과 후의 수차는 작게 보정되어 있으며, 렌즈 조립 후, 파면 수차의 r.m.s.치(이하 파면 수차라 칭함)는 0.03λ 이하로 되어 있다. 또, 기록 매체(4)에 있어서의 대물 렌즈(1) 측에 설치된 투과층의 두께는 0.1 ㎜이다.
광원측 렌즈(2)는, 도2에 도시한 바와 같이 매체측면(2b)에 있어서의 외주부(5)가 링 형상의 평탄면으로 되어 있다. 상기 외주부(5)에는 2개의 볼록형 경사면(6, 6)이 형성되어 있다. 이들 볼록형 경사면(6, 6)은 외주부(5)로부터 돌출하고, 또한 경사진 면으로, 서로 180도의 간격을 유지하고 있다. 또한, 양 볼록형 경사면(6, 6)의 경사 방향은 광원측 렌즈(2)의 주위 방향에 있어서 동일 방향으로 되어 있다.
매체측 렌즈(3)는 도3에 도시한 바와 같이, 광원측면(3a)에 있어서의 외주부(7)가 광원측[광원측 렌즈(2)측]으로의 링 형상의 수직부로 이루어져 있다. 이 외주부(7)와 광원측 렌즈(2)의 외주부(5)는 대향 가능하다. 외주부(7)에 있어서의 광원측면은 평탄면으로 되어 있으며, 이 평탄면에는 2개의 구형 볼록부(8, 8)가 형성되어 있다. 이들 구형 볼록부(8, 8)는 외주부(7)의 상기 평탄면으로부터 돌출하여, 서로 180도의 간격을 유지하고 있다. 그리고, 이 구형 볼록부(8) 및 상기 볼록형 경사면(6)에 의해 렌즈(2, 3)의 간격을 조정하기 위한 렌즈 간격 조정부(10)가 구성되어 있다.
상기의 광원측 렌즈(2) 및 매체측 렌즈(3)는 모두 유리를 성형 가공한 것이며, 그들의 볼록형 경사면(6) 및 구형 볼록부(8)도 광원측 렌즈(2) 및 매체측 렌즈(3)의 성형시에 동시에 금형에 의해 성형된다. 따라서, 볼록형 경사면(6) 및 구형 볼록부(8)의 형성은 용이하고 또한 정밀도 좋게 행할 수 있다.
대물 렌즈(1)가 조립된 도1에 도시한 상태에 있어서는, 도4에 도시한 바와 같이 광원측 렌즈(2)의 볼록형 경사면(6)과 매체측 렌즈(3)의 구형 볼록부(8)가 접촉하고 있다. 이 경우, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 간격은 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 적어도 한 쪽을 광축을 중심으로 하여 약간의 각도 만큼 회전시켜, 볼록형 경사면(6)에 대하여 구형 볼록부(8)를 회전 방향으로 슬라이드시킴으로써 조정되어 있다. 또한, 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)가 접촉하고 있지 않은 부분에 있어서의 광원측 렌즈(2)의 외주부(5)와 매체측 렌즈(3)의 외주부(7)의 대향 부분 사이, 즉 외주부(5)와 외주부(7) 사이의 간극에는 접착 수지층(9)이 설치되고, 이에 의해 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)가 부착되어 있다.
상기와 같이, 대물 렌즈(1)에서는 광원측 렌즈(2)가 볼록형 경사면(6)을 갖고, 매체측 렌즈(3)가 구형 볼록부(8)를 갖고, 이들 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)가 접촉하여, 외주부(5)와 외주부(7) 사이의 간극에 접착 수지층(9)이 설치됨으로써, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)를 경통 등의 렌즈 보유 지지 부재를 사용하는 일 없이, 직접 결합할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)를 접촉시키는 구성에 의해, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 중심 간격의 조정을 정확하고 또한 간편하게 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 대물 렌즈(1)는 상기 조정 범위 내에서, 파면수차가 가장 작아지도록 광학적으로 설계되어 있다. 또, 대물 렌즈(1)에 있어서는 광원측 렌즈(2)의 외주부(5) 및 매체측 렌즈(3)의 외주부(7)를 유효한 광속이 통과하는 일은 없으며, 상기 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)가 대물 렌즈(1)의 광학적 특성에 영향을 끼치는 일은 없다.
다음에, 대물 렌즈(1)의 광학 설계에 대해 이하에 설명한다.
표1에는 대물 렌즈(1)의 광학 구성을 나타낸다. 단, 비구면 계수에 대해서는 다음 식에 나타낸 관계가 성립된다.
Z = (1/r)y2/{1 ＋ [1 - (1 ＋ K)(1/r)2y2]1/2} ＋ Ay4＋ By6＋ Cy8＋ Dy10＋ Ey12＋ Fy14＋ Gy16
(단, Z : 면 정상점을 기준으로 한 광축 방향의 깊이, y : 광축으로부터의 높이, r : 근축 곡률 반경, K : 원추 정수, A 내지 G : 비구면 계수)
또한, 대물 렌즈(1)에서는 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 중심 간격이 0.096 ㎜이며, 광속의 직경이 ø3 ㎜이다. 따라서, 대물 렌즈(1)는
D/100 ≤ d ≤ D/10
[단, d : 대물 렌즈(1)의 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 중심 간격, D : 대물 렌즈(1)에 입사하는 광속의 직경]을 충족시키고 있다.
상기의 식에 관한 것으로, d가 D/10보다 큰 경우에는 매체측 렌즈(3)의 외주부(7)에 있어서의 상기 수직부의 높이가 지나치게 높아지며, 매체측 렌즈(3)를 몰드 성형할 경우에, 유리의 흐름성이 악화되어 형상 불량이 발생한다. 이 경우에는이러한 문제점을 방지하기 위해, 진공 성형 등의 특수한 성형법을 채용할 필요가 발생하는 경우와 금형의 조기 마모가 발생하는 경우 등으로 인해, 비용적으로 불리한 데다가, 경량화의 효과도 적어진다.
한편, d가 D/100보다 작은 경우에는 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 대물 렌즈(1)에서는 광원측 렌즈(2) 및 매체측 렌즈(3)를 성형 가공할 때에 발생한 제조 오차(각면의 곡률 반경 오차, 렌즈 두께 오차 등)를 없애기 위해, 전술한 바와 같이, 중심 간격(d)을 조정 가능한 구성으로 하고 있다. 그러나, d가 D/100보다 작은 때에는 이러한 제조 오차를 흡수하는 여유가 없어져 버린다.
다음에, 대물 렌즈(1)의 조립 방법에 대해 설명한다.
상기와 같이, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 중심 간격(d)은 각 렌즈(2, 3) 성형시의 제조 오차를 고려하여, 그를 흡수하기 위해 조립시에는 변경 가능하게 하고, 조정 후에는 고정하는 것이 바람직하다.
대물 렌즈(1)의 조립에 있어서는, 우선 성형 몰드 가공에 의해 제조된 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)에 대해, 미리 파면 수차 또는 3차 구면 수차를 측정해 둔다. 이 측정은 렌즈(2, 3) 사이의 편심을 작게 억제하고, 또한 렌즈(2, 3) 끼리의 중심 간격(d)이 설계치(0.096 ㎜)에 가까운 값이 되도록 정밀도 좋게 만들어진 측정용 지그를 이용하여 파면 수차 측정 장치에 의해 행한다.
도9에 도시한 바와 같이, 상기의 측정용 지그(25)는 예를 들어 광원측 렌즈 보유 지지 부재(26)와 매체측 렌즈 보유 지지 부재(27)로 이루어지며, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)를 이들의 중심 간격(d)이 설계치에 가까운 값이 되도록보유 지지한다.
상기의 측정치는 렌즈면의 곡률 반경이나 렌즈 두께 등의 제조 오차에 의해 발생하는 3차 구면 수차를 포함한 값이며, 3차 구면 수차는 중심 간격(d)을 변경 가능하게 함으로써 작은 값으로 억제하는 것이 가능하다.
그래서, 파면 수차 또는 3차 구면 수차를 최소로 하는 알맞은 렌즈(2, 3)의 중심 간격(d)을 계산에 의해 구해, 실제 조립시에 중심 간격(d)을 그 계산치로 조정한 후, 양렌즈(2, 3)를 고정한다. 양렌즈(2, 3)의 고정은 자외선 경화 수지 또는 에폭시 수지 등을 이용한다. 이로써, 스폿 형상을 확인하거나, 수차를 측정하면서 상기 중심 간격(d)을 조정하여, 양렌즈(2, 3)를 고정할 필요가 없으므로, 대물 렌즈(1)의 조립 공정이 간편해진다.
렌즈(2, 3)의 중심 간격(d)의 조정은 광원측 렌즈(2)의 볼록형 경사면(6)과 매체측 렌즈(3)의 구형 볼록부(8)를 접촉시킨 상태에 있어서, 한 쪽 렌즈를 광축 주위로 미끄럼 이동 회전시킴으로써 행한다. 이 작업에 의해, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 상대 위치가 광축 방향으로 어긋나게 되고, 중심 간격(d)이 변화하여 중심 간격(d)을 상기 소정치로 조정할 수 있다. 이 조정에 있어서는 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)로 이루어지는 구성에 의해, 중심 간격(d)을 연속적으로 또한 간편하게 변화시킬 수 있다.
또한, 유리로 이루어지는 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)가 그들의 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)에 의해 직접 접촉되어 있으므로, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)를 부착하고 있는 접착 수지층(9)이 탄성체로서 작용하는 것이 억제되어 있다. 따라서, 포커스 서보 및 트랙 서보시에 대물 렌즈(1)를 구동하는 액튜에이터의 공진 주파수를 높게 하는 것과, 또는 진폭을 억제하는 것이 가능해져 대물 렌즈(1)의 고속 동작을 실현할 수 있다.
또, 상기한 설명에 있어서는 볼록형 경사면(6)이 광원측 렌즈(2)에 형성되고, 구형 볼록부(8)가 매체측 렌즈(3)에 형성된 구성으로 하고 있지만, 이와는 반대로, 볼록형 경사면(6)이 매체측 렌즈(3)에 형성되고, 구형 볼록부(8)가 광원측 렌즈(2)에 형성된 구성이라도 좋다.
또한, 렌즈 간격 조정부(10)는 상기한 볼록형 경사면(6)과 구형 볼록부(8)로 이루어지는 구성 대신에, 도5에 도시한 바와 같이 모두가 볼록형 경사면(6)으로 이루어지는 구성, 즉 광원측 렌즈(2)에 형성된 볼록형 경사면(6)과 매체측 렌즈(3)에 형성된 볼록형 경사면(11)으로 이루어지는 구성이라도 좋다． 또한, 도6에 도시한 바와 같이, 모두가 볼록형 계단면(12, 13)으로 이루어지는 구성, 또는 도7에 도시한 바와 같이, 한 쪽이 볼록형 계단면(12)으로 이루어지며, 다른 쪽이 구형 볼록부(8)로 이루어지는 구성이라도 좋다.
또한, 렌즈(2, 3) 중 어느 한 쪽에 형성되는 상기한 볼록형 경사면이나 볼록형 계단면은 볼록 형상뿐만 아니라, 오목 형상, 즉 오목형 경사면이나 오목형 계단면이라도 마찬가지로 렌즈 간격 조정부(10)로서 기능할 수 있다.
또한, 상기한 예에 있어서, 렌즈 간격 조정부(10)는 렌즈(2, 3)의 2 군데에 설치된 것으로 하고 있지만, 예를 들어 렌즈(2, 3) 끼리의 기울기를 조정하기 쉽게 하기 위해 렌즈(2, 3)의 한 군데에 설치되어 있어도 좋으며, 3 군데 이상에 설치되어 있어도 좋다. 즉, 렌즈 간격 조정부(10)의 갯수는 각 대물 렌즈(1)의 광학 설계에 있어서, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3) 사이의 기울기 오차에 대한 감도와 기울기 조정의 필요성에 따라서 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 예에서는 렌즈 간격 조정부(10)를 형성하기 위해, 도3에 도시한 바와 같이 외주부(7)가 광원측[광원측 렌즈(2)측]으로의 수직부로 이루어져 있는 매체측 렌즈(3) 및 외주부(5)가 수직부로 이루어져 있지 않은 광원측 렌즈(2)를 구비한 구성으로 하고 있으나, 이 대신에 도8에 도시한 바와 같이 외주부(23)가 기록 매체(4) 측으로의 수직부로 이루어져 있는 광원측 렌즈(21) 및 외주부(24)가 수직부로 이루어져 있지 않은 매체측 렌즈(22)를 구비한 구성으로 해도 좋다. 이 대물 렌즈(1)에 있어서, 렌즈 간격 조정부(10) 등의 다른 구성은 상기의 대물 렌즈(1)와 마찬가지이다.
또, 상기의 예에서는 광원측 렌즈(2, 21) 및 매체측 렌즈(3, 22)가 모두 유리로 이루어지는 것으로 하고 있지만, 물론 플라스틱으로 이루어지는 것이라도 상관없다.
또, 이상으로 기재한 대물 렌즈(1)는 광픽업 장치에 사용할 수 있다. 이 광픽업 장치는 상기 대물 렌즈(1)를 구비한 구성 이외에, 주지의 구성으로 되어 있다.
즉, 광픽업 장치는 도10에 도시한 바와 같이, 광원인 LD(레이저 다이오드)(31), 콜리메이터 렌즈(32), 편광 비임 분할기(33), 수직 거울(34), 1/4 파장판(35), 대물 렌즈(1), 집광 렌즈(36) 및 수광부(37)를 구비하고 있다. 기록매체(4)는 광투과층(4a), 기록면(4b) 및 기판(4c)으로 이루어지고, 기판(4c)의 두께는 0.1 mm이다.
이 광픽업 장치에 있어서, LD(31)가 발한 직선 편광의 레이저광은 콜리메이터 렌즈(32)에 의해 평행 광속으로 되고, 편광 비임 분할기(33)를 투과하여 수직 거울(34)에 의해 90도 절곡되며, 1/4 파장판(35)에 의해 원편광으로 변환된다. 그 후, 레이저광은 대물 렌즈(1)에 입사되고, 여기서 집광된 후, 기록 매체(4)의 광투과층(4a)을 거쳐서 기록면(4b)에 비임 스폿을 형성한다.
한편, 기록면(4b)에서 반사된 레이저광은 상기의 경로를 역행하여 1/4 파장판(35)에 의해 직선 편광으로 복귀된다. 이 때의 레이저광은 편광 방향이 기록 매체(4)에 입사되기 전의 편광 방향에 대하여 90도 회전하고 있으므로, 편광 비임 분할기(33)에 의해 대략 직각으로 구부러진다. 그 후, 레이저광은 집광 렌즈(36)를 거쳐서 수광부(37)에 입사된다.
또, 대물 렌즈(1)에의 입사 광속 직경에 대해서는 그 직경이 그대로 광픽업 장치의 두께에 영향을 주므로, 5 mm 미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 설정으로 하면, 예를 들어 현재 시판되고 있는 디스크 톱형의 개인 컴퓨터용 하우징에 형성되어 있는 디스크 드라이브 장착용의 5인치 베이에 대물 렌즈(1), 즉 이 대물 렌즈(1)를 구비한 광픽업 장치를 사용한 디스크 드라이브를 장착 가능해진다.
즉, 입사 광속 직경이 5 mm일 때, 대물 렌즈(1)의 초점 거리는 NA0.7에서는 3.6 mm가 되고, NA0.85에서는 2.9 mm가 된다. 도10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 오차를 포함한 콜리메이터 렌즈(32) 및 수직 거울(34)의 치수, 대물 렌즈(1)의주요점 간격, 초점 거리 등이 커지면 광픽업 장치의 두께가 두꺼워지고, 광픽업 장치의 두께가 25 mm를 초과해 버린다. 그 밖의 부품, 예를 들어 디스크 회전용 모터(도시 생략), 디스크 두께, 드라이브의 하우징(도시 생략)도 포함한 경우, 드라이브 전체의 두께를 상기 5인치 베이에 들어가는 것으로 하는 것이 곤란해진다. 따라서, 입사 광속 직경은 5 mm 미만이 바람직하며, 이러한 구성에 의해 대물 렌즈(1)를 구비한 디스크 드라이브 장치의 범용성을 높일 수 있다.
또, 상기 입사 광속 직경의 하한은 특별히 한정되어 있지는 않지만, 대물 렌즈(1)의 각 렌즈 두께를 제조(성형) 가능한 값으로 하고, 또한 작동 거리를 확보하는 것을 고려하면 1.5 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 상기의 광픽업 장치는 도1 및 도8의 구성으로부터, 대물 렌즈(1)에 평행광을 입사시키는 소위 무한계의 구성으로 되지만, 이것으로 한정하지 않고 대물 렌즈(1)에 집속ㆍ발산광을 입사시키는 유한계의 구성이라도 상관없다.
이상 기술한 구성 및 방법에 의해, 대물 렌즈(1)는 중량을 가볍게 할 수 있을 뿐만 아니라, 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)가 접착 수지층을 개재시키지 않고 직접 접촉되어 있다. 따라서, 포커스 서보 및 트랙 서보 등의 액튜에이터의 동작시에 공진을 작게 하거나, 또는 공진 주파수를 높게 할 수 있어 상기 서보의 고속화에 대하여 유리하다.
또, 대물 렌즈(1)를 조립할 때는 광원측 렌즈(2)와 매체측 렌즈(3)의 중심 간격(d)을 렌즈 간격 조정부(10)에 의해 용이하게 조정 가능하게 되어 있다. 그리고, 이 조정에 의해 렌즈(2, 3)의 고체에 제조 오차가 있어도 구면 수차를, 또는전체의 파면 수차를 양호하게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 대물 렌즈는 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈에 있어서, 상기 양렌즈의 서로 대향하는 쪽의 면을 대향면으로 한 경우에, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 되어 있고, 이 수직부로 된 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부에는 서로 접촉하는 동시에, 광축 주위로의 어느 한 쪽 렌즈의 회전에 의해 양렌즈의 광축 방향의 간격을 변화시키는 렌즈 간격 조정부가 형성되어 있는 구성이다.
상기의 구성에 따르면, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 되어 있고, 이 수직부로 된 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부에는 서로 접촉하는 동시에, 광축 주위로의 어느 한 쪽 렌즈의 회전에 의해 양렌즈의 광축 방향의 간격을 변화시키는 렌즈 간격 조정부가 형성되어 있다.
따라서, 대물 렌즈에서는 예를 들어 유리로 이루어지는 광원측 렌즈와 매체측 렌즈가 이들 외주부의 렌즈 간격 조정부에 있어서 직접 접촉하고 있으므로, 강성이 높아지고, 이 대물 렌즈를 사용한 포커스 서보 및 트랙 서보에 있어서는 대물 렌즈를 구동하는 액튜에이터의 공진 주파수를 높게 하거나, 또는 진폭을 억제하는 것이 가능해지며, 고속 동작이 가능해진다.
또, 렌즈 간격 조정부를 구비하고 있으므로, 한 쪽 렌즈의 회전에 의해 양렌즈의 광축 방향의 간격을 변화시켜, 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격의 조정을 용이하게 행할 수 있다.
상기의 대물 렌즈에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 상기의 양외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 경사면인 구성으로 해도 된다.
그리고, 한 쪽이 볼록형, 다른 쪽이 오목형의 경사면인 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 렌즈 간격 조정부가 간단한 구조로 되고, 또한 이 렌즈 간격 조정부에 의해 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 연속적이면서도 간편하게 조정할 수 있다.
상기의 대물 렌즈에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 상기의 양외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 계단면인 구성으로 해도 된다.
그리고, 한 쪽이 볼록형, 다른 쪽이 오목형의 계단면인 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 렌즈 간격 조정부가 간단한 구조로 되고, 또한 이 렌즈 간격 조정부에 의해 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 연속적이고도 간편하게 조정할 수 있다.
상기의 대물 렌즈에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 한 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 경사면, 및 다른 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록부인 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 렌즈 간격 조정부가 간단한 구조로 되고, 또한 이 렌즈 간격 조정부에 의해 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 연속적이고도 간편하게 조정할 수 있다.
상기의 대물 렌즈에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 한 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 계단면, 및 다른 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록부인 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 렌즈 간격 조정부가 간단한 구조로 되고, 또한 이 렌즈 간격 조정부에 의해 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 연속적이고도 간편하게 조정할 수 있다.
상기의 대물 렌즈에 있어서, 광원측 렌즈의 외주부와 매체측 렌즈의 외주부 사이의 간극에는 이들 양렌즈를 부착시키는, 고분자 수지로 이루어지는 접착 수지층이 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 양렌즈가 경통 등의 렌즈 보유 지지 부재를 사용하지 않고 접착 수지층에 의해 서로 고정되어 있으므로, 렌즈 보유 지지 부재에 의한 중량 증가를 초래하지 않는다. 또한, 전술한 바와 같이, 광원측 렌즈와 매체측 렌즈가 이들 외주부의 렌즈 간격 조정부에 있어서 직접 접촉하고 있으므로, 접착 수지층이 탄성체로서 작용하는 것이 억제된다. 그 결과, 이 대물 렌즈를 사용한 포커스 서보 및 트랙 서보에 있어서, 한층 더 고속 동작이 가능해진다.
상기의 대물 렌즈는 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈에 있어서, NA가 0.7 이상이고, 상기 렌즈끼리의 중심 간격이 0.5 mm 이하인 구성으로 된다．
상기의 구성에 따르면, 본 대물 렌즈는 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 한 쌍의 렌즈를 구비하고, NA가 0.7 이상이고 양렌즈끼리의 중심 간격이 0.5 mm 이하이므로, 고밀도 기록에 대응 가능하며, 또한 예를 들어 통상의 몰드 성형에 의해 성형이 용이하게 되어 있다.
또, NA의 상한치에 대해서는 특별히 한정되어 있지는 않지만, 바람직하게는 0.95 이하이다. 또한, 니어 필드형의 광디스크 장치에 있어서는 1 이상도 될 수 있다.
상기의 대물 렌즈는 입사되는 유효 광속의 직경이 5 mm 미만인 구성으로 해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 대물 렌즈 즉 이 대물 렌즈를 구비한 광픽업 장치를 25 mm 이하로 얇게 할 수 있고, 더 나아가서는 이를 사용한 디스크 드라이브의 두께를 얇게 할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 현재 시판되고 있는 디스크 톱형의 개인 컴퓨터용 하우징에 형성되어 있는 디스크 드라이브 장착용의 5인치 베이에, 상기 디스크 드라이브를 장착 가능해진다. 따라서, 대물 렌즈를 구비한 디스크 드라이브의 범용성을 높일 수 있다.
상기의 대물 렌즈는 입사되는 유효 광속의 직경과, 상기 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격이 이하의 관계인 구성으로 해도 된다.
D/100 ≤ d ≤ D/10
(d : 대물 렌즈의 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격,
D : 대물 렌즈에 입사되는 유효 광속의 직경)
상기 수학식에 있어서, d가 D/10보다 클 때는 렌즈의 외주부에 있어서의 상기 수직부의 높이가 너무 높아지고, 그 렌즈를 몰드 성형할 때 유리의 유동성이 나빠져서 형상 불량이 발생한다. 이 경우에는 이러한 문제점을 방지하기 위해서, 진공 성형 등의 특수한 성형법을 채용할 필요가 발생하고, 금형의 조기 마모가 발생하는 등으로부터 비용적으로 불리한 데다가, 경량화의 효과도 적어진다.
한편, d가 D/100보다 작을 때는 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 대물 렌즈에서는 광원측 렌즈 및 매체측 렌즈를 성형 가공할 때 발생한 제조 오차(각면의 곡률 반경 오차, 렌즈 두께 오차 등)를 없애기 위해서, 중심 간격(d)을 조정 가능한 구성으로 하고 있다. 그러나, d가 D/100보다 작을 때는 이러한 제조 오차를 흡수할 여유가 없어져 버린다.
그래서, 상기한 바와 같이 중심 간격(d)을 설정함으로써, 이러한 문제를 회피할 수 있도록 하고 있다.
본 발명의 광픽업 장치는 상기의 대물 렌즈를 구비하고 있는 구성이다.
따라서, 포커스 서보 및 트랙 서보에 있어서, 대물 렌즈를 구동하는 액튜에이터의 공진 주파수를 높게 하거나 또는 진폭을 억제하는 것이 가능해지며, 고속 동작이 가능해진다.
본 발명의 대물 렌즈의 조립 방법은, 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈의 조립 방법에 있어서, 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 일정한 값이 되도록 위치 결정하는 지그를 이용하여 미리 수차를 측정하고, 그 수차의 값을 가장 작게 할 수 있는 중심 간격의 최적치를 계산에 의해 구하여, 상기 중심 간격을 상기 최적치로 조정한 후, 양렌즈끼리를 고정하는 구성이다.
상기의 구성에 따르면, 스폿 형상을 확인하거나 수차를 측정하면서 양렌즈끼리의 중심 간격을 조정하고, 양렌즈를 고정할 필요가 없으므로 대물 렌즈의 조립 공정이 간편해진다.
상기의 조립 방법에 있어서, 상기 수차는 3차 구면 수차라도 상관없다.
발명의 상세한 설명의 항에 있어서 행한 구체적인 실시 형태, 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하는 것이며, 그러한 구체예만으로 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구 사항의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 2군 렌즈를 사용한 구성에 있어서, 전체 강성이 높고, 포커스 서보용 및 트랙 서보용의 액튜에이터 구동시의 공진 특성이 악화되지 않으며, 고속에서의 기록 재생이 가능한 대물 렌즈를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈에 있어서,
    상기 양렌즈의 서로 대향하는 쪽의 면을 대향면으로 한 경우에, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 되어 있고,
    이 수직부로 된 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 서로 접촉하는 동시에, 상기 양외주부 사이의 간극에 형성된 접착 수지층에 의해 양렌즈끼리가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, NA가 0.7 이상이고, 상기 렌즈끼리의 중심 간격이 0.5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 입사되는 유효 광속의 직경이 5 mm 미만인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  4. 제1항에 기재된 대물 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈에 있어서,
    상기 양렌즈의 서로 대향하는 쪽의 면을 대향면으로 한 경우에, 적어도 한 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부의 적어도 일부가 다른 쪽 렌즈측으로 연장된 수직부로 되어 있고,
    이 수직부로 된 외주부와, 이 외주부와 대향하는 다른 쪽 렌즈의 대향면에 있어서의 외주부에는 서로 접촉하는 동시에, 광축 주위로의 어느 한 쪽 렌즈의 회전에 의해 양렌즈의 광축 방향의 간격을 변화시키는 렌즈 간격 조정부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  6. 제5항에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 상기의 양외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 경사면인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  7. 제5항에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 상기의 양외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 계단면인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  8. 제5항에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 한 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 경사면, 및 다른 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록부인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 볼록부는 구형 볼록부인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  10. 제5항에 있어서, 상기의 렌즈 간격 조정부는 한 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록형 또는 오목형의 계단면, 및 다른 쪽 렌즈의 상기 외주부에 형성된 볼록부인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 볼록부는 구형 볼록부인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  12. 제5항에 있어서, 광원측 렌즈의 외주부와 매체측 렌즈의 외주부 사이의 간극에는 이들 양렌즈를 부착시키는, 고분자 수지로 이루어지는 접착 수지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  13. 제5항에 있어서, NA가 0.7 이상이고, 상기 렌즈끼리의 중심 간격이 0.5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  14. 제5항에 있어서, 입사되는 유효 광속의 직경이 5 mm 미만인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
  15. 제5항에 있어서, 입사되는 유효 광속의 직경과, 상기 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격이 이하의 관계인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈.
    D/100 ≤ d ≤ D/10
    (d : 대물 렌즈의 광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격,
    D : 대물 렌즈에 입사되는 유효 광속의 직경)
  16. 제5항에 기재된 대물 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  17. 광원측에 배치되는 광원측 렌즈와 기록 매체측에 배치되는 매체측 렌즈가 한 쌍을 이루어 대향하여 배치된 대물 렌즈의 조립 방법에 있어서,
    광원측 렌즈와 매체측 렌즈의 중심 간격을 일정한 값이 되도록 위치 결정하는 지그를 이용하여 미리 수차를 측정하고, 그 수차의 값을 가장 작게 할 수 있는 중심 간격의 최적치를 계산에 의해 구하여, 상기 중심 간격을 상기 최적치로 조정한 후, 양렌즈끼리를 고정하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈의 조립 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수차는 3차 구면 수차인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈의 조립 방법.
KR10-2001-0031356A 2000-06-06 2001-06-05 대물 렌즈, 및 이를 구비한 광픽업 장치 및 대물 렌즈의조립 방법 KR100425888B1 (ko)

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