KR100438131B1 - 광학픽업장치및광학픽업장치용대물렌즈 - Google Patents

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Abstract

광학 픽업 장치는, 레이저 광 빔을 방출하는 레이저 소스; 레이저 소스로부터 방출된 광 빔을 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통하여 정보 기록면상으로 집광시키기 위한 집광 광학 시스템 - 집광 광학 시스템은 광학 정보 기록 매체측의 제3 개구수(NA3)에서 구면 수차가 불연속적이며 제3 개구수(NA3)는 다음의 조건, NA1 〉NA3 ≥ NA2을 만족하는 한 면을 포함하며, 여기서 제1 개구수(NA1)는 제1 두께(t1)의 투명 기판을 가지는 제1 광학 정보 기록 매체측의 집광 광학 시스템의 개구수로서 제1 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면으로부터 정보를 얻는데 필요하며, 제2 개구수(NA2)는 제1 두께(t1)보다 두꺼운 제2 두께(t2)의 투명 기판을 가지는 제2 광학 정보 기록 매체측의 집광 광학 시스템의 개구수로서 제2 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면으로부터 정보를 얻는데 필요함 -; 및 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면으로부터 반사된 광 빔을 검출하기 위한 광 검출기를 포함한다.

Description

광학 픽업 장치 및 광학 픽업 장치용 대물 렌즈
본 발명은 광학 픽업 장치 및 광학 픽업 장치용 대물 렌즈에 관한 것으로, 더 상세하게는 레이저 소스로부터 방출된 레이저 빔이 투명 기판을 통하여 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광 스폿(light spot)으로서 집광되어 정보 기록면상에 정보가 기록 및/또는 재생되는 광학 픽업 장치 및 광학 픽업 장치에 사용되는 대물 렌즈에 관한 것이다.
종래로부터, 레이저 소스로부터 방출되는 레이저 빔이 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면상에 광스폿으로서 집광되고 정보 기록면상에 정보가 기록 및/또는 재생되는 광학 픽업 장치들이 알려져 있다.
상술한 광학 정보 기록 매체에는 다양한 종류가 있다. 예를 들어, 제2 광학 정보 기록 매체는 콤팩트 디스크(이하 CD로 명명함)를 포함하고, 예를 들어, 제1 광학 정보 기록 매체는 디지탈 비디오 디스크(이하 DVD로 명명함)를 포함한다.
DVD로 말하자면, 대용량을 얻기 위해, 광학 픽업 장치의 광소스로서 635-690 nm의 파장을 가지는 반도체 적색 레이저, 0.6의 개구수를 가지는 대물 렌즈 및, 종래 CD의 대략 반에 해당하는 두께인 0.6mm의 두께를 가지는 투명 기판을 사용한다. 게다가, 0.74 ㎛의 트래킹 피치와 0.4 ㎛의 최단 피치가 사용되고 종래 CD의 트래킹 피치1.6 ㎛ 및 최단 피트 0.8 ㎛에 비교하여 1/2 미만으로 고밀도화되어 있다.
(1) 본 발명의 출원인은 단일의 집광 광학 시스템에서 다른 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 픽업 장치에 관한 일본 특허 출원 번호 21225/1996호를 이미 출원하였다. 이 출원은 다음과 같이 설명된다. 종래 제2 광학 정보 매체(예를 들어, CD)등의 정보를 제1 광학 정보 기록 매체(예를 들어, DVD)용 광학 픽업 장치를 사용하여 재생할때, CD용 파장 780 nm보다 짧은 635- 690 nm의 파장을 가지는 레이저 소스가 사용된다. 그러면, 판독(reading)용의 대물 렌즈의 유효 개구수 NA는 파장 차이에 대응하는 것 만큼 작아지고 (0.26- 0.40), DVD 재생용 집광 광학 시스템을 사용하여 이 범위내의 광 빔을 사용하여 판독이 실행된다. 또한, 도면을 참조하여, 이를 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 도 12(A)와 12(B)는 광학 픽업 장치의 집광 광학 시스템을 설명한다. 도 12(A)는 제1 광학 정보 기록 매체에 부합하는 장치이고 도 12(B)는 제2 광학 정보 기록 매체에 부합하는 장치이다. 도 12(A)에서, 레이저 소스(12)로부터 방출된 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(32)를 통하여 대략 평행 빔으로 전달되고 구경- 조리개(33: aperture-stop)에서 의도하는 빔으로 한정된다. 그러면, 최종적인 빔은 후에 설명될 대물 렌즈(31)로 전송된다. 대물 렌즈(31)로 전송된 레이저 빔은 제1 광학 정보 기록 매체(DVD: 51)의 투명 기판(52)을 통하여 정보 기록면(53)상에 집광된다. 도 12(B)에서도, 이와 같은 방식으로, 레이저 빔은 제2 광학 정보 기록 매체(CD: 54)의 투명 기판(55)을 통하여 정보 기록면(56)상에 집광된다. 또한, 점선에 의해 도시된 레이저 빔은 효율적인 판독에 기여한다.
도 13(A)와 13(B)는 도 12(A)와 12(B)에서 도시하는 대물 렌즈의 구면 수차도이다. 도 13(A)는 제1 투명 기판을 통한 대물 렌즈의 구면 수차이고, 도 13(B)는 제2 투명 기판을 통한 대물 렌즈의 구면 수차이다. 이러한 대물 렌즈는, 평행 빔이 입사될 때, 제1 광학 정보 기록 매체의 투명 기판(두께 t1)을 통하여 개구수 NA1의 광 스폿을 정보 기록면에 집광한다. 또한, 이러한 대물 렌즈는 개구수 NA2의 광 빔과 비교하여 이의 반(1/2)에 해당하는 개구수(1/2 NA2)을 가지는 레이저 빔의 수차에 대하여 과도한 보상을 한다. 상기의 이유로, 파면 수차(wave front aberration)는 두께 t2의 투명 기판을 통하여 레이저 빔을 통과시킬때 NA2의 범위에서 감소된다.
또한, 상기의 광학 픽업 장치는, 다분할 영역으로 구성되는 수광 소자를 광검출기로서 사용하여 포커싱 에러 신호, 트래킹 에러 신호 등을 검출하는 방법이 사용된다.
또한, 다른 픽업 장치(2)를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도 14(A)와 14(B)는 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본 특허 출원 번호 105463/1995에 기술된 광학 픽업 장치의 개략도이다. 도 14(A)는 제1 광학 정보 기록 매체에 부합하는 배치이고 도 14(B)는 제2 광학 정보 기록 매체에 부합하는 배치이다. 도 14(A)에서, 레이저 소스(12)로부터 방출된 레이저 빔은 홀로그램 빔 분할기(34)를 통과하여 광축을 따라 이동가능한 프레임(44)에 의해 지지되는 콜리메이터 렌즈(32)를 통하여 대략 평행 빔으로 전송된다. 최종적인 평행 빔은 구경- 조리개(33)에서 의도하는 빔으로 한정된 다음, 대물 렌즈(31)로 전송된다. 대물 렌즈(31)에 입사되는 빔은 투명 기판(52)을 통하여 정보 기록면(53)상에 집광된다. 빔은 정보 기록면상의 정보 피트로 변조된 다음 반사된다. 반사된 빔은 대물 렌즈(31)와 콜리메이터 렌즈(32) 모두를 통하여 홀로그램 빔 분할기(34)로 복귀하고, 빔은 레이저 소스의 빔 경로로부터 분리된 다음 광 검출기(13)로 전송된다. 광 검출기(13)는 다분할 영역으로 구성된 PIN 포토다이오드(Photo Diode)를 포함하고 각 영역은 입사 빔의 강도에 비례하는 전류를 출력한다. 전류는 도시되지 않은 검출 회로 시스템으로 보내어져, 정보 신호, 포커싱 에러 신호 및 트래킹 에러 신호가 발생된다. 자기 회로, 코일 등으로 구성된 도시되지 않은 2차원의 액츄에이터는 광 스폿이 항상 정보 트랙에 위치하도록, 일체로 설치된 대물 렌즈(31)와 구경- 조리개(33)을 제어한다. 도 14(B)에서, 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 동안, 콜리메이터렌즈(32)는 광축 방향으로 레이저 소스측의 소정 지점으로 이동되고, 개구수 NA의 조정을 위해, 구경- 조리개 소자(42)를 사용하여 제2 구경- 조리개(43)가 광 경로에 삽입된다. 상술한 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(32)는 광축을 따라 이동되며 대물 렌즈(32)로의 입사광의 발산도는 변하고 기판의 두께 차이에 의한 구면 수차가 배제될 수 있다. 이는 두께가 다른 기판의 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 것이 가능해진다. 게다가, 콜리메이터 렌즈(32)의 수차는 주로 렌즈의 어느 한 측에서 구면을 사용할때 주로 보상된다. 결과적으로, 대물 렌즈(31)는 수차 없이 평행 빔을 수광할 수 있다. 동일한 방법으로, 대물 렌즈(31)의 구면 수차는 렌즈의 어느 한측에서 비구면을 사용하여 제로(0)값으로 보상될 수 있다. 게다가, 렌즈의 양 측에 비구면을 사용하여, 코마 수차(comatic aberration)가 양호하게 보상될 수 있다.
그러나, 전술의(1) 픽업 장치[도 12(A) 와 12(B)]의 경우, 집광 광학 시스템의 대물 렌즈(31)의 구면 수차를 최소화 하고 두께가 다른 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독할 때 유효한 NA의 한계를 초과하는 검출기로의 광 복귀를 억제하는 것이 필요하다.
또한, 이러한 광학 장치에 사용된 대물 렌즈에 대하여, 단일의 집광 광학 시스템에서 광학 기록 매체의 다른 투명 기판을 통하여 더 작은 구면 수차를 가지도록 하여 광 검출기로의 노이즈 광의 복귀를 제어하는 것을 가능케 하는 것이 필요하다.
또한, 전술의 광학 픽업 장치(1)에 대하여, 단일의 집광 광학 시스템에서 광학 정보 기록 매체의 두께가 다른 투명 기판을 통하여 포커싱 에러 신호, 트래킹 에러신호 등을 검출하는 데 보다 더 정확성을 기하는 것을 필요로 한다.
또한, 전술의(2) 광학 픽업 장치[도 14(A) 및 14(B)]에 대해서는, 제2 의 구경- 조리개의 설치없이, 콜리메이터 렌즈의 움직임이 좀더 짧도록 하여 좀 더 콤팩트하고 저렴한 비용으로 설치되는 것이 필요하다.
전술을 참조하면, 본 발명의 목적은 두께가 다른 투명한 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보가 단일의 광학 시스템에서 고정밀도로 기록 및/또는 재생되는 광학 픽업 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상술한 광학 픽업 장치에 사용되는 두께가 다른 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 양호하게 재생할 수 있는 대물 렌즈를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 고정밀도의 광 검출 시스템을 가지는 광학 픽업 장치를 제공하여 단일의 집광 광학 시스템에서 두께가 다른 투명한 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생 가능하게 하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 콜리메이터 렌즈의 이동을 작게 하면서, 두께가 다른 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 양호하게 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 픽업 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적들은 다음의 실시예에 의해서 달성된다.
상술한 목적은 다음의 수단에 의해 성취되는데, 다시 말해서 ; 레이저 소스로부터 방출되는 레이저 빔이 투명한 기판을 통과한 다음 광학 정보 기록 매체의정보 기록면상에 광 스폿으로서 집광되는 광 픽업 장치에서 최소한 단일의 표면을 가지는 집광 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이는 구면 수차가 개구수 NA3에서 불연속적이며 개구수 NA3은 t1〈 t2및 NA1 〉NA2의 조건에서, 개구수NA1 보다 작고 개구수 NA2 보다 크며, 상기 t1은 제1 투명 기판의 두께이고; t2는 제2 투명 기판의 두께이고; NA1은 제1 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 데 사용하는 레이저 소스의 파장중 하나를 가지는 광 스폿을 얻기 위한 집광 광학 시스템의 광학 정보 기록 매체에 필요한 개구수이고, NA2는 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 데 사용되는 레이저 소스의 파장중 하나를 가지는 광 스폿을 얻기 위한 집광 광학 시스템의 광학 정보 기록 매체에 필요한 개구수이다.
또한, 레이저 소스로부터 방출된 상기 레이저 빔은 투명 기판을 통과한 다음 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면에 광스폿으로써 집광되고 정보 기록면 상에 정보가 기록 및/또는 재생되는 광학 픽업 장치용 대물 렌즈는 최소한 단일 면을 가지는 집광 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 구면 수차가 개구수 NA3에서 불연속적이며 상기 NA3은 t1〈 t2및 NA1 〉NA2의 조건하에서, 개구수 NA2 보다 크고 개구수 NA1 보다 작으며, 상기 t1은 제1 투명 기판의 두께이고; t2는 제2 투명 기판의 두께이고; NA1은 제1 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 데 사용되는 레이저 소스의 파장중 하나를 가지는 광 스폿을 얻기 위한 대물 렌즈를 포함하는 정보 기록 매체에 필요한 개구수이고, NA2는 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하는 데 사용되는 레이저 소스의 파장중 하나를 가지는 광 스폿을 얻기 위한 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학 시스템의 광학 정보 기록 매체에 필요한 개구수이다.
또한, 상기 집광 광학 시스템에서, 레이저 소스로부터 방출된 레이저 빔이 투명 기판을 통과하는 광학 픽업 장치는 광학 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 광스폿으로써 집광되며; 정보 기록면으로부터 반사된 빔은 광 검출기로 전송되어, 정보 기록면상에 기록되는 정보가 판독되는 광학 픽업 장치로서, 이는 집광 광학 시스템의 두께 t1을 가지는 제1 투명 기판을 통하여 최적화된 파면 수차가 0.05λrms 또는 그 이하인 광 스폿을 유지하는 것을 특징으로 하며, 제1 광학 정보 기록매체의 정보를 판독하는 데 사용되는 레이저 소스의 파장중 하나를 가지는 광 스폿을 사용하는 집광 광학 시스템의 광학 정보 기록 매체에 필요한 두께 t1 및 개구수 NA1의 제1 투명 기판을 조건으로 한다.
도 1은 본 발명의 광학 픽업 장치의 주요 부분의 개략도.
도 2(A)는 대물 렌즈의 시뮬레이트된 광축부.
도 2(B)-1와 2(B)-2는 시뮬레이트된 구면 수차도.
도 2(C)와 2(D)는 시뮬레이트된 간섭 프린지(interference fringes).
도 3(A)는 다른 대물 렌즈의 시물레이트된 광축부.
도 3(B)는 두께 t1에서의 시뮬레이트된 구면 수차도.
도 3(C)는 시뮬레이트된 간섭 프린지(interference fringes).
도 4(A)는 다른 대물 렌즈의 시뮬레이트된 광축부.
도 4(B)는 두께 t1에서의 시뮬레이트된 구면 수차도.
도 4(C)는 시뮬레이트된 간섭 프린지(interference fringes).
도 5(A)와 5(B)는 다른 대물 렌즈의 시뮬레이트된 광축부.
도 6(A), 6(B) 및 6(C)는 또 다른 대물 렌즈의 시뮬레이트된 구면 수차도.
도 7(A), 7(B) 및 7(C)는 또 다른 대물 렌즈의 시뮬레이트된 구면 수차도.
도 8은 본 발명에 따른 다른 픽업 장치의 주요 부분의 개략도.
도 9는 도 8의 광 검출기의 블럭도.
도 10은 유효 개구수를 설명하는 도.
도 11(A)와 11(B)는 다른 광학 픽업 장치의 주요 부분의 개략도.
도 12(A)와 12(B)는 광학 픽업 장치의 집광 광학 시스템의 설명도.
도 13(A)와 13(B)는 도 12(A)와 12(B)에서 대물 렌즈의 구면 수차도.
도 14(A)와 14(B)는 다른 광학 픽업 장치의 개략도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
12 : 레이저 소스
31 : 대물 렌즈
32 : 콜리메이터 렌즈
33 : 구경- 조리개
34 : 빔 분할기
52 : 투명 기판
53 : 기록면
다음에서, 광학 픽업 장치 및 광학 픽업 장치용 대물 렌즈의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 광학 픽업의 주요 부분의 개략도이다. 도 1에서, 레이저 소스(12)로부터 방출된 레이저 빔은 홀로그램 빔 분할기(34)를 통과하여 콜리메이터 렌즈(32)를 통하여 대략 평행 빔으로 변환된다. 평행 빔은 구경- 조리개(33)에서 의도하는 빔으로 한정되고 후에 기술될 도 2(A)의 제1 표면(311)에서 불연속적인 대물 렌즈(31)로 구면 수차가 전달된다. 대물 렌즈(31)로 입사되는 레이저 빔은제1 광학 정보 기록 매체(51)의 투명 기판(52)을 통하여 정보 기록면(53)상에 집광된다. 그런다음, 상기 레이저 빔은 정보 기록면(53)상에서 정보 피트로 변조된 다음 반사된다. 반사된 빔은 대물 렌즈(31)와 콜리메이터 렌즈(32)를 경유하여 홀로그램 빔 분할기(34)로 복귀되고, 레이저 소스(12)의 광 경로로부터 분리된 다음 광 검출기(13)로 전달된다. 광 검출기는 다분할 영역으로 구성되는 PIN 포토다이오드를 포함하고 각 영역은 입사광의 세기에 비례하는 전류를 출력한다. 상기 전류는 도시되지 않은 검출 회로 시스템으로 전송되고, 정보 신호, 포커싱 에러 신호 및 트래킹 에러 신호가 발생된다. 상기 포커싱 에러 신호와 트래킹 에러 신호에 따라서, 2차원의 액츄에이터(도시되지 않음)는 광스폿이 항상 정보 트랙상에 위치하도록, 일체로 설치된 대물 렌즈(31)와 구경- 조리개(33)을 포커싱 방향과 트래킹 방향으로 제어한다.
상술한 레이저 소스의 파장 λ는 635 nm이고, 제1 광학 정보 기록 매체(51)의 정보를 판독하기 위해서 필요한 개구수 NA1은 0.56이다. 상기 개구수가 상기의 값보다(예를 들어, 0.58) 커질수록, 판독이 양호하게 실행될 수 있다.
제1 광학 정보 기록 매체(DVD)의 정보를 읽는데 있어, 회절 한도용 기준으로써 간주되는 파면 수차는 0.07 λrms내(Marechal criterion)로 한정되어 있지만, 고 밀도의 정보 기록으로 인해 파면 수차를 0.05 λrms내로 하는 것이 바람직하다.
제2 광학 정보 기록 매체(CD)의 경우, 개구수 대 파장의 비가 λ/NA= 1.75(㎛)일때 양호한 판독 특성이 얻어진다. 레이저 빔의 파장λ이 780 nm일때, 개구수 NA2는 0.45이다. 레이저 빔의 파장이 635 nm일때, 개구수 NA2는 0.36이다.
또한, 신호 처리 시스템에서 이퀄라이저를 사용하여, 스폿 크기 대 정보 기록 라인 밀도의 비율을 제1 광학 정보 기록 매체(DVD)와 거의 같은 수준으로 하여, 판독에 필요되는 NA을 좀 더 작게 함으로써 정보를 재생 가능토록 한다. 이 경우, 개구수 NA2는 λ(㎛)/2.46 (㎛)이다. 레이저 빔의 파장이 635nm인 경우, 대략 0.26의 개구수 NA2가 이용 가능하다.
개구수 NA3가 개구수 NA2와 같거나 그 이상의 범위내에서 제2 광학 정보의 기록 매체(54)의 정보를 재생할때 투명 기판(55)의 두께가 증가하는 경우에도 광스폿을 양호하게 집광하기 위하여, 개구수 NA3를 초과하는 영역에서는 광 검출기(13)로 복귀되는 광의 양이 줄어들 수 있도록 수차 특성은 갖는 집광 광학 시스템을 제공하는데 있다.
전술한 바는, 이 개구수 NA3에 부합하는 광학 구성 요소(빔 분할기, 콜리메이터 렌즈, 대물 렌즈)의 개구에 특정 특성을 제공함으로써 방출된 레이저 빔의 구면 수차를 불연속적으로 하는 것이 가능하다. 실제로, 표면 구조는 쉽게 적용된다. 대물 렌즈는 집광 특성이 트래킹에 기인한 대물 렌즈의 시프트에 대해 변하지 않은채 유지되므로 양호하게 적용된다. 광학 픽업 장치가 DVD와 CD에 부가하여 CD-R의 정보를 재생하기 위해서는 장파장(λ= 770- 830nm)용 레이저 소스를 도 1의 픽업 장치에 있는 단 파장용(λ= 635-690nm) 레이저 소스와 함께 설치된다. DVD용 재생은 단파장의 레이저 소스를 사용하여 실행되며 CD-R용 재생은 장파장의 레이저 소스를 사용하여 실행된다. 이러한 경우, 개구수 NA3은 λ=780 nm인 경우 NA이 0.45 또는 그 이상이다. CD의 재생은 어느 한 쪽의 레이저 소스를 사용하여 실행된다.
(실시예 2)
도면을 참조하여, 본 발명의 집광 광학 시스템용 대물 렌즈를 설명하기로 한다. 동시에, 원리 또한 설명된다. 도 2(A)는 시뮬레이트된 광축 단면도이다. 도 2(B)와 2(C)는 각각 시뮬레이트된 구면 수차도와 시뮬레이트된 간섭 프린지이다. 도 2(A)에서, 대물 렌즈(31)는 제1 광 입사면(311)과 제2 광 방출면(312)으로 구성된다. 제1 면(311)은 리세스를 가진다. 점선으로 표시되는 이상적인 면(313)은 두께(t1)의 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체를 통하여 아무런 구면 수차도 없는 이상적인 면을 도시한다. 제1 면(311)은 NA3 높이까지는 이상적인 표면의 경사보다는 가파른 경사를 가지고 NA3 높이 이상까지는 좀 더 완만한 경사를 가진다. 도 2(B)-1은 제1 광학 정보 기록 매체(51)를 통한 시뮬레이트된 수차도이다. 축으로부터 NA3까지의 영역은 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 판독하기 위한 유효 광빔이다. 개구수 NA3에서, 구면 수차는 불연속적으로 된다. 개구수 NA3 이하의 개구수를 가지는 영역에서 구면 수차를 감소시킴으로써 제2 광학 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께가 증가함에 따라 발생되는 과도한 구면 수차가 줄어들게 된다. 결과적으로, 광 스폿은 양호하게 포커스 되고 정보 재생의 품질이 개선된다. 도 2(B)- 2는 제2 투명 기판을 통한 시뮬레이트된 구면 수차이고, 개구수 NA3의 수차 또는 그 이상이 가지는 과도한 경향을 도시한다. 개구수 NA3의 외부 영역에서의 광 빔은 판독에 기여를 하지 않고 노이즈 성분이 된다. 광 빔으로서, NA1 근처에 위치하는 부분은 과도하게 많은 양의 구면 수차를 가진다. 많은 양의 수차 때문에, 정보 판독면으로부터 디포커스되어 노이즈 요인이 되지 않는다. 그러나, NA3 근처의부분이 판독에 유효한 광 빔에 인접하여, 광 검출기로 전송될때, 큰 노이즈를 야기시키고 지터 저하(jitter degradation)가 발생한다. NA3의 외부의 한정된 개구 영역을 구면 수차에 대한 과도한 방향으로 만듦으로써, 상기 영역에서 진행되는 광 빔이 광 검출기로 복귀하지 않게 하는 것이 가능하다. 결과적으로, 노이즈가 줄어들 수 있다. 게다가, 대물 렌즈의 볼록한 면에서, 곡률 반경은 이상적인 형태에 대해 낮은 개구측에서는 크고, 높은 개구측에서는 좀 더 부드러워진다. 오목한 표면에서, 상기 상황은 역전된다.
이러한 대물 렌즈를 제조하기 위해서, 형태에 대한 사양에 따라 다이(die)가 준비되고 상기 다이를 사용하여 플라스틱 재료와 유리 재질을 몰딩(molding)합으로써 대물 렌즈가 제조된다. 몰딩은 종래의 대물 렌즈에서와 같은 방법으로 실행된다.
대물 렌즈에 대한 평가는 예를 들어, 간섭계(interfermometer)를 사용하는 간섭 프린지를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 파면 수차(구면 수차 소자)를 가지는 파면은 간섭계에 의해 측정되고, 다양한 간섭 프린지가 간섭계의 종류, 디포커싱, 및 틸팅의 정도에 따라 관찰된다. 그러나, 대물 렌즈를 평가하는 것은 가능하다. 이러한 상세한 설명은, 존 윌리 앤드 선스사의 "광학 숍 테스팅(Optical Shop Testing)"에 기술되어 있다. 게다가, 공유 간섭계를 사용하면, 광학 픽업 장치로부터 방출된 광의 파면을 관찰하는 것이 가능하다. 이러한 간섭계의 종류로서, ZYGO Co. 에 의해 제조된 Mark IV, Model 8100이 상용 가능하다.
예를 들어, 광축에 대한 경도 수차와 파면 수차 사이의 관계는 구사까와에대한, "파면 광학", p9에서 기술된다. 축의 경도 수차 (구면 수차: △S)와 W 사이의 관계가 얻어질때, △S와 측면 수차간의 관계는 다음의 수학식(1)으로 표현된다.
[수학식 1]
Figure pat00002
따라서, 다음의 수학식 (2)가 얻어진다.
[수학식 2]
Figure pat00003
△s로서, 자이델(Seidel) 수차를 △s= ph2라 고려하면, W(h) = ph4/64가 얻어진다. 이러한 방법으로, 간섭 프린지의 분석을 통하여 축 대칭 성분을 추출함으로써 경도 수차를 얻는 것이 가능하다.
도 2(C)는 경도 수차의 시뮬레이트된 간섭 프린지 K를 도시한다. 대물 렌즈(31)에서, 두께 t1 을 가지는 광축 정보 기록 매체를 통과하거나 상기와 동일한 기판을 통과하는 광 빔과 이상적인 개구 기준 파장사이에 틸트를 제공함으로서, 규칙적인 간격의 평행한 라인으로 도시된 프린지는 굴곡되어 있고 안쪽 및 바깥쪽으로 위상 시프트되어 있다. 그 결과, 반전된 지연에 따른 글자 V형으로 굽은 파면이 측정된다. 안 팍으로 2nπ(n=±1,±2)만큼 위상 시프트가 있을때, 계산 결과에 의해 파면 수차는 증가한다. 그러나, 실제적인 집광 특성은 유지된다. 이 경우에 있어, 파면 수차를 계산하되, 이 위상 점프의 정수 성분을 무시하고 최종값 0.07λrms 또는 양호하게는 0.05 λrms가 얻어진다. 두께 t2의 제2 투명 기판을 통한 파면 수차를 얻을때, 개구수 NA3에 대응하는 간섭 프린지의 불연속 부분의 영역의 범위내에서 수차가 계산된다. 즉, 도 2(D)에서, 평행선으로 된 내부 영역은 최적의 파면 수차를 측정하기 위한 것이다. 또한, 도 2(C)에서, 모든 영역은 최적의 파면 수차를 관찰하기 위한 영역이 된다.
(실시예 3)
다음의 복수의 예를 참조하여, 다른 대물 렌즈들을 설명하기로 한다. 도 2(A)-2(C)에서의 대물 렌즈의 것과 동일한 부분은 동일한 번호로 정의된다. 구성 및 기능의 변화가 없는 부분의 설명은 생략하기로 한다. 도 3(A)는 시뮬레이트된 광축부이다. 도 3(B)는 두께 t1에서의 구면 수차이다. 도 3(C)는 시뮬레이트된 간섭 프린지이다. 대물 렌즈(31)의 제1 표면(311)의 개구수 NA3의 높이에서, 도시된 바와 같이 구면 수차의 불연속 부분이 있다. 점선으로 도시된 표면은 제1 광학 정보 기록 매체의 두께 t1의 투명 기판을 통하여 상기 구면 수차가 제로(0)로 되는 이상적인 면(313)이다. 이 경우에 있어, 시뮬레이트된 간섭 프린지는 도 3(C)에서와 같이 도시된다.
NA3의 값이 예를 들어 0.3과 같이 작을때, 또는 제1 광학 정보 기록 매체와 제2 광학 기록 매체 사이의 두께의 차이가 제1 광학 정보 기록 매체의 두께인 t1=0.6 mm 및 제2 광학 정보 기록 매체의 두께인 t2= 0.8mm이 되게 작을때, NA3의 범위에서, 제2 광학 정보 기록 매체의 두께 t2의 투명 기판을 통하는 최적의 파면 수차는 두께 t1의 투명 기판을 통한 경우에도 0.07 λrms내에 조정될 수 있어, 구면 수차는 완전히 보상된다. 이 경우, NA3에 인접한 외부 영역에서 광 빔은 광 검출기로 복귀되고, 정보 신호 검출시에 노이즈는 증가하며, 포커싱 에러 신호의 선형 범위는 좁아진다. 본 발명의 실시예에서, NA3 외부의 한정된 수차 영역에서 구면 수차는 과보정 방향으로 유지되도록 정렬된다. 이 때문에, 이 영역에서 광 검출기로의 광 빔의 복귀가 저감될 수 있다.
또한, 다른 대물 렌즈에 관한 도면 도 4(A)- 4(C)에서, 도 4(A)는 시뮬레이트된 광축 단면을 도시하고, 도 4(B)는 시뮬레이트된 구면 수차 및 도 4(C)는 시뮬레이트된 간섭 프린지를 도시한 것이다. 도시하는 바와 같이, 대물 렌즈(31)는 제1 표면(311)의 개구수 NA3의 높이에서 완만한 곡선의 구면 수차의 불연속 부분을 가진다. 이 경우에서, 시뮬레이트된 간섭 프린지는 도 4(C)에서 도시하는 바와 같다. 이러한 방법으로, 렌즈 표면용 다이(die)를 잘라내기 위한 완만한 곡률 반경의 커팅기구의 에지가 사용될 수 있다.
또한, 도 5(A) 및 5(B)는 대물 렌즈의 시뮬레이트된 광축 단면도이다. 도 5(A)에서 도시되는 대물 렌즈(31)는 제1 표면(311)과 제2 표면(312)를 가지며, 불연속 부가 제2 표면(312)에 설치되어 있다. 이러한 실시예에서도, 제2 표면의 오목면에 기인한 NA3의 광 빔에 대응하는 위치에 위치하는 리세스(recess)를 만듦으로써 도 2(A)- 2(C)의 대물 렌즈와 동일한 수차가 제공될 수 있다. 도 5(B)는 대물 렌즈(31)의 표면(311)에 두개의 불연속 부가 설치되어 있는 것을 도시한다. 이는 두께가 다른 3개의 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체로부터 정보 판독에 응용될 수 있다.
또한, 도 6(A)-(C)는 다른 대물 렌즈의 시뮬레이트된 구면 수차도이다. 도 6(A)-6(C)에서, 제1 투명 기판을 통한 3가지 유형의 구면 수차를 설명하기로 한다. 각 개구수는 NA3이고 불연속적인 구면 수차 곡선은 도면에서 도시하는 바와 같다. 도 6(A)는 도 2(A)- 2(D)까지의 대물 렌즈의 구면 수차와 동일한 구면 수차를 도시한다. 도 6(B)와 6(C)는 NA3의 범위내에 다른 방법으로 보상되는 구면 수차를 도시한다. NA3의 반(1/2)에 해당하는 광 빔의 두가지 유형의 구면 수차는 모두 NA3의 광 빔에 비해 과도하게 보상되고 제2 투명 기판이 사용될때, 광 스폿은 양호하게 포커스된다. 본 발명은 그러한 곡선에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 0.45와 같은 NA3의 큰 수치는, NA3의 외부 영역이 과도 방향으로 취해질때, 제1 정보 기록 매체를 경유하는 파면 수차는 증가하고 집광 특성은 감소한다. 그러나, NA3에서 증가에 기인하여, 원래의 과도 방향으로의 수차는 커졌고 이 영역에서 광검출기로 광 빔의 복귀는 감소되었다. 이러한 경우, 양호하게는, 도 7(A)-7(C)에서 도시하는 NA3의 영역에서만이 구면 수차는 양호하게 유지된다. 도 7(B)의 수차도에 도시된 대물 렌즈의 실시예는 다음에서와 같이 기술된다.
(일 예)
본 발명의 대표적인 실시예로서, 정보 기록면상에 평행 빔을 집광하는 대물 렌즈의 무한 결합형 광학 정보 기록 매체의 정보를 기록 및/또는 재생하는 광학 시스템이 설명되며 레이저 소스로부터 방출된 방출 레이저 빔을 대략 평행하게 변환시키는 콜리메이터 렌즈로 전송하여 평행 빔이 제공된다.
먼저, 여기에 사용된 수차는 다음과 같다.
광학 시스템의 표면 수: s
각 광학면의 곡률 반경: r
광학면 사이의 두께 또는 거리: d, d'
각 광학 매체의 굴절율: n
또한, 수학식 3은 렌즈 또는 광학면에 비구면을 이용할때 비구면에 대한 공식을 도시한다.
[수학식 3]
Figure pat00004
여기서, X는 광축 방향으로의 축을 표시하고; H는 광축에 수직하는 축을 표시하고; 광 진행 방향은 정방향이고, r은 근축 곡률 반경(paraxial radius of curvature)이고; K는 원추 계수; Aj는 비구면 계수를 표시하고 Pj는 비구면 계수의 지수를 나타낸다. 그리고 f = 3.36 mm, λ= 635 nm, NA1 = 0.60, NA3 = 0.37 이다. 두께 0.6 mm의 기판을 통과하는 최적 파면 수차는 0.05λrms 이고 두께 1.2mm의 기판을 통과하는 NA3에서 최적 파면 수차는 0.01 λrms이다.
실시예의 수치 데이타
일예의 수치 데이타가 테이블 1 및 테이블 2에서 각각 도시된다.
[표 1]
[표 2]
Figure pat00006
(실시예 4)
다음에서, 도면을 참조하여, 본 발명의 광학 픽업 장치를 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 다른 픽업 장치의 주요 부분의 개략도; 도 9는 도 8에서 광 검출기의 개략도 및 도 10은 유효 개구수를 설명하기 위한 도면이다. 게다가, 이번 예에서 대물 렌즈(31)는 실시예 2에서 설명하는 바와 같다.
도 8에서, 레이저 소스(12)로부터 방출된 파장 680 nm의 레이저 빔은 편광 빔 분할기(14), 콜리메이터 렌즈(32)와 1/4 파장판(36)을 통과하여 원 편광 평행 빔으로 변환된다. 최종 평행 빔은, 그 다음, 제1 광학 정보 기록 매체(51)의 투명 기판(52)을 통해 대물 렌즈(31)에 의해서 정보 기록면(53)상에 집광된다. 그런 다음, 상기 빔은 정보 기록면상의 정보 피트에 의해 변조되고 반사된다. 반사된 빔은 대물 렌즈(31), 1/4 파장판(35) 및 콜리메이터 렌즈(32)를 통과하여 편광된 빔 분할기(14)로 전송된다. 빔에는 광 경로에 설치된 원통형의 렌즈(35)에 의해 비점 수차로 제공되고 초기 위치가 광축 방향으로 조정될 수 있는 오목 렌즈(37)에 의해 확대된다. 확대된 빔은 후에 기술될 광 검출기(13)로 진행된다. 광 검출기(13)는 다 분할 영역으로 구성된 PIN 포토다이오드를 포함하고 입사광의 세기에 비례하는 전류를 출력한다. 전류는 도시되지 않은 검출 회로 시스템으로 전달된다. 상기에서,정보 신호(FES), 포커싱 에러 신호(FES) 및 트래킹 에러 신호(TES)가 발생된다. 포커싱 에러 신호와 트래킹 에러 신호에 따라서 자기 회로, 코일 등으로 구성된 2차원의 액츄에이터(도시되지 않음)는 광 스폿이 정보 트랙상에 항상 위치되도록 대물 렌즈를 포커싱 및 트래킹 방향으로 제어한다.
도 9를 참조하여, 상술한 광 검출기(13)를 설명하기로 한다. 광 검출기(13)는 4개의 영역으로 구성되는 수광 소자로 구성된다. 수광 소자의 한변의 길이는 'L'이다. 광 검출기(13)에서, a-d 까지의 수광 영역으로 구성되는 소자는 광 스폿을 수신한다. 광 검출기(13)의 분할 라인 'S'은 원통형 렌즈(35)의 모선(generatrix)에 대하여 대략 45 ° 방향으로 정렬되어 있다. 포커싱 에러 신호는 상기 (a + c)-(b + d)가 계산되는 비점 수차 방법으로 발생된다. 예를 들어, 트래킹 에러 신호는 상기 (a+ b)- (c+ d)가 계산되는 푸시-풀 방식 및 상기 (a + c)-(b + d)가 계산되는 위상차 검출 방식으로 발생된다. 또한, 정보 신호는 (a+ b+ c+ d)로 계산된다. 이들 검출 방식은 널리 공지되어 있어 이에 따른 상세한 설명은 하지 않기로 한다. 또한, 본 실시예의 광 소스의 파장을 표시하는 λ= 680 nm에서, 제1 광학 정보 기록 매체(DVD)의 정보 판독시에 필요한 개구수 NA1는 0.60이고 제2 광학 정보 기록 매체(CD)의 정보 판독시에 필요한 개구수는 0.39이다.
오목 렌즈의 위치는 제1 광학 정보 기록 매체(DVD)에서 정보 신호의 검출이 최대화 되도록 광축 방향으로 위치해 있고, 환상의 광 스폿이 4분할 검출기의 중심에 형성되도록 초기 조정이 실행된다. 수광 영역 a-d 까지의 출력이 (a + c)-(b + d)를 지지하도록 액츄에이터를 사용하여 대물 렌즈에 의해 포커싱 제어가 수행된다.
이러한 방법으로, 제1 광학 정보 기록 매체(DVD)에 대한 최적의 조정이 이루어지는 상태에서 제2 광학 정보 기록 매체(CD)의 정보가 재생되는 경우 이는 4-분할 광 검출기에 의해 검출되는 포커싱 에러 신호(FES)의 제로점이 판독에 적합한범위에 있는 정보 기록면상의 판독 스폿의 디포커싱 점에 대응되게 하는 것이 필요하다. 따라서, 포커싱 에러 신호를 표시하는 FES가 0에 있도록 대물 렌즈(31)의 위치가 제어될때, 도 10에서 후에 기술될 유효 NA는 NA2 이상이거나 NA3 이하이며, 상술한 디포커싱 점에서 최적의 파면 수차를 제공한다. 도 13에서 도시되는 구면 수차를 가지는 대물 렌즈는 일본 특허 출원 번호 21225/1986에 제안되고, 유효 NA는 파면 수차가 0.07 λrms 이하의 NA2 이상일 필요가 있다. 이 디포커싱 점은 대물 렌즈로부터 광 검출기까지의 집광 광 시스템의 배율 및 검출기의 크기에 따라 다양하게 변환된다.
또한, 도 10을 참조하여, 상술한 유효 개구수를 설명하기로 한다. 도 10에서, 횡좌표는 환산된 수광 면의 크기를 표시하고 종좌표는 유효 개구수를 나타낸다. 환산된 수광 면의 크기 = 신호 검출을 위한 수광 소자의 크기/ (정보 기록면과 광 검출기 사이의 배율)
예를 들어, 광 검출기(13)의 한면의 길이가 150 ㎛일때(150 ㎛는 한 변의 길이가 75 ㎛인 4개의 수광 영역의 전체 길이이다), 대물 렌즈의 촛점 길이는 3.17 mm이고 콜리메이터 렌즈, 원통형 렌즈 및 오목 렌즈의 합성 촛점 길이는 31.7 mm이고, 정보 기록면과 광 검출기 사이의 배율은 10배이고 환산된 수광면은 15 ㎛가 된다. 환산된 수광 면의 크기가 커질수록, 포커싱에 의해 제어되는 촛점에서 유효 개구수가 커진다. 개구수 NA3의 파면 수차 0.07 λrms 범위 내에서, 18 ㎛는 변환된 수광 면의 크기 면에서는 상기와 동일하다. 유효 개구수가 증가할때, 정보 신호를 재생하는 진폭은 증가하고 분해능은 개선된다. 이보다 커지게 되면, 파면 수차의증가에 기인한 스폿 크기의 저하 때문에 지터 저하가 발생되고 섬광 때문에 노이즈가 증가한다. 또한, 포커싱 에러 신호(FES)의 선형 범위는 좁아지고 포커싱 제어의 안정성은 감소한다. 반대로, 환산된 수광 영역의 크기가 감소할때, 디포커싱에 의해 제어되는 디포커싱 점에서의 유효 개구수는 감소한다. 게다가, 섬광 때문에 발생하는 노이즈는 감소하고; 포커싱 에러 신호(FES)의 선형 범위는 증가하고 포커싱 제어의 안정성은 개선된다. 변환된 수광면에 대응하는 크기는 대략 6 ㎛이다. 상기 크기가 6 ㎛보다 작아지면, 정보 신호를 재생하는 진폭은 감소하고 분해능도 감소한다. 더욱이, 광 검출기의 수광부의 형태로서 정방형 이외에도 장방형 또는 원형이 이용될 수 있다. 이 경우에, 장방형 또는 원형의 수광부와 동일한 면적을 가지는 정방형의 한 변의 길이를 각각 장방형 또는 원형의 한 변의 길이라 간주한다.
(실시예 5)
도면을 참조하여 광학 픽업 장치를 설명하기로 한다. 도 11(A)와 11(B)는 광학 픽업 장치의 주요 부분의 개략도이다. 좀 더 상세히, 도 11(A)는 제1 광학 정보 기록 매체의 두께 t1의 투명 기판에 대응하는 구성이고 도 11(B)는 제2 광학 정보 기록 매체의 두께 t2의 투명 기판에 대응하는 구성이다. 도 14(A)와 14(B)에서는 기능과 메카니즘이 동일한 것에는 동일 번호가 사용되었다. 도 11(A)와 11(B)에서, 레이저 소스(12)로부터 방출되는 레이저 빔은 홀로그램 빔 분할기(34)를 통과하고 광축 방향으로 이동 가능한 프레임(44)에 의해 지지되는 콜리메이터 렌즈(32)에 의해 대략 평행 빔 형태로 변환된다. 최종 평행 빔은 구경 조리개(33)에 의해 의도된 빔으로 한정되어 대물 렌즈(31)로 전송된다. 대물 렌즈(31)로의 입사 빔은 대물 렌즈(31)에 의해 집광되어 제1 광학 정보 기록 매체의 투명 기판(52)을 통하여 정보 기록면(53)에 집광된다. 정보 기록면(53)상에서, 레이저 빔은 정보 피트에 의해 변조되고 반사된다. 반사된 빔은 대물 렌즈(31)와 콜리메이터 렌즈(32)를 통하여 홀로그램 빔 분할기(34)로 귀환되고; 레이저 소스(12)의 경로로부터 분리되어 광 검출기(13)에 전송된다. 광 검출기(13)는 다 분할 영역으로 구성되는 PIN 포토다이오드로 구성되고 각 영역은 입사광의 강도에 비례하는 전류를 출력한다. 전류는 검출 회로 시스템(도시되지 않음)으로 전송되고, 여기서 정보 신호, 포커싱 에러 신호 및 트래킹 에러 신호가 발생된다. 포커싱 에러 신호와 트래킹 에러 신호에 따라서, 도시되지 않은 2차원의 액츄에이터는 일체로 설치된 대물 렌즈(31)를 제어하여 광 스폿이 항상 정보 트랙에 위치하도록 구성한다. 또한, 렌즈 이동 메카니즘(41)은 콜리메이터 렌즈(32)를 지지하는 프레임(44)이 모터를 이용하는 2-지점 푸시 엔딩(two-point push ending)에 의해 기계적으로 고정되는 식으로 구성되어 있다.
상술한 집광 광학 시스템에 두께 t1의 투명 기판이 배치되면, 개구수 NA2의 1/2의 높이의 레이저 빔에 구면 수차에 대한 과보상을 제공함으로써 어떤 변화 없이도 제2 광학 정보 기록 매체로부터 정보를 재생하는 것이 가능하다. 또한, 도 11(B)에서 도시하는 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(32)는 광축 방향으로 레이저 소스측의 소정 위치로 이동되고, 투명 기판의 두께 차이에 기인한 구면 수차는 레이저 빔이 대물 렌즈로 입사되는 레이저 빔을 방출시킴으로써 제거되고 직경이 좀더 크더라도 광 스폿이 개선된다. 기록은 두께 t2의 광학 정보 기록 매체상에서 실행된다. 예를 들어, MO 방식과 같은 고기록 밀도를 갖고 있는 CD에 견줄 수 있을 만큼,광학 정보 매체의 정보가 재생될 수 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈(32)의 전송 길이는 미리 주어진 수차만큼 감소될 수 있다.
또한, 이러한 집광 광학 시스템에서와 같이, 두께 t1의 투명 기판을 통하는 개구수 NA2 이상의 NA3의 개구에 대해서, 구면 수차는 불연속적이 되게 만들어지고; 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 읽을때, 콜리메이터 렌즈(32)는 렌즈 전송 메카니즘(41)을 이용하여 광축 방향으로 레이저 소스측의 소정 위치로 이동되고 대물 렌즈로 입사되는 레이저 빔을 방출 빔으로 만듦으로서, 투명 기판의 두께 차이 때문에 나타나는 구면 수차가 보다 양호하게 보상된다. 미리 제공된 수차의 불연속 지점의 외부에 있는 레이저 빔은 내부에 있는 레이저 빔의 역방향 수차를 갖고 있어서 구경 조리개 효과가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광학 픽업 장치를 사용하여, 장치 구조는 콜리메이터 렌즈(32)의 이동 길이를 도 14(A)와 14(B)에서 도시된 것보다 짧게 만들고, 제2 광학 정보 기록 매체의 정보를 재생하기 위해 설치된 제2 구경-조리개(도 14(A)와 14(B))에서 구경-조리개(43))를 제거하는 것이 가능하므로 단순화 된다. 또한, 콜리메이터 렌즈 대신 레이저 소스를 이동시키는 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.
상술한 바와 같이 구현하여으므로, 다음의 장점이 얻어진다.
본 발명의 광학 픽업 장치는 불연속 구면 수차를 제공하는 면을 설치하므로써, 단일의 집광 광학 시스템에서 두께가 다른 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록매체의 정보를 정확하게 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 픽업 장치를 가능케 한다.
본 발명의 광학 픽업용 대물 렌즈는 상술한 바와 같이 본 발명의 고-정밀의 광학 픽업 장치에 최적의 광학 픽업용의 대물 렌즈를 가능하게 한다.
본 발명의 광학 픽업 장치는 다분할 수광 소자의 크기 및 정보 기록면과 광검출기 사이의 배율이 최적화되고 포커싱 에러 신호와 트래킹 에러 신호의 검출이 개선되는 단일의 집광 광학 시스템에서 두께가 다른 투명한 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 정확하게 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 픽업 장치를 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 광학 픽업 장치는 두께가 다른 투명 기판을 가지는 광학 정보 기록 매체의 정보를 보다 짧은 콜리메이터 렌즈의 이동 거리로 양호하게 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 픽업 장치를 가능하게 한다.

Claims (20)

  1. 광학 픽업 장치에 있어서,
    (a) 레이저 광 빔을 방출하는 레이저 소스;
    (b) 상기 레이저 소스로부터 방출된 상기 광 빔을 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통하여 정보 기록면상으로 집광시키기 위한 집광 광학 시스템 - 상기 집광 광학 시스템은 상기 광학 정보 기록 매체측의 제3 개구수(NA3)에서 구면 수차가 불연속적이며 상기 제3 개구수(NA3)는 다음의 조건,
    NA1 〉NA3 ≥NA2
    을 만족하는 한 면을 포함하며, 여기서 제1 개구수(NA1)는 제1 두께(t1)의 투명 기판을 가지는 제1 광학 정보 기록 매체측의 상기 집광 광학 시스템의 개구수로서 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻는데 필요하며, 제2 개구수(NA2)는 상기 제1 두께(t1)보다 두꺼운 제2 두께(t2)의 투명 기판을 가지는 제2 광학 정보 기록 매체측의 상기 집광 광학 시스템의 개구수로서 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻는데 필요함 -; 및
    (c) 상기 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 반사된 광 빔을 검출하기 위한 광 검출 수단
    을 포함하는 광학 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서, 다음의 조건,
    6 ㎛ 〈 ｜L/ M｜〈 18 ㎛이 만족되며, 여기서, M은 상기 광 검출 수단에 대한 상기 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면의 배율을 나타내고, L은 포커싱 에러 신호를 검출하기 위한 상기 광 검출 수단의 수광부의 한 변의 길이를 나타내는 광학 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학 시스템으로 입사되는 상기 광 빔의 발산도(diverging degree)를 변경하기 위한 발산도 변경 수단; 및
    상기 제1 광학 정보 기록 매체 또는 상기 제2 광학 정보 기록 매체에 따라 상기 발산도 변경 수단의 상기 발산도의 변경을 제어하는 제어 수단
    을 더 포함하는 광학 픽업 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 픽업 장치의 제1 두께(t1)의 투명 기판을 통한 상기 광학 픽업 장치의 최적의 파면 수차(wavefront aberration)는 0.05 λrms 미만이고, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 광학 픽업 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제3 개구수(NA3)에서의 상기 광학 픽업 장치의 제2 두께(t2)의 투명 기판을 통한 상기 광학 픽업 장치의 최적 파면 수차는 0.07 λrms 미만이고, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터정보가 얻어질때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 광학 픽업 장치.
  6. 제1항에 있어서, 불연속 구면 수차를 갖는 렌즈면 상에서 상기 제3 개구수(NA3)의 1/2에 대응하는 구면 수차는, 제1 두께(t1)의 투명 기판이 사용될때 상기 제3 개구수에 대응하는 구면 수차보다 과보정(over-corrected)되는 광학 픽업 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 두께(t1)는 0.6 mm이고, 상기 제1 개구수(NA1)는 λ/1.14 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 광학 픽업 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께(t2)는 1.2 mm이고, 상기 제2 개구수(NA2)는 λ/1.75 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 광학 픽업 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께(t2)는 1.2 mm이고, 상기 제2 개구수(NA2)는 λ/2.46 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 광학 픽업장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻기 위해 제1 파장 λ1의 광 빔을 방출하는 광 소스와, 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻기 위해 제2 파장 λ2의 광 빔을 방출하는 광 소스를 가지는 광학 픽업 장치.
  11. 레이저 소스로부터의 광 빔을 광학 정보 기록 매체의 투명 기판을 통하여 정보 기록면상으로 집광시키기 위해 광학 픽업 장치에 사용되는 대물 렌즈에 있어서,
    상기 광학 정보 기록 매체측에서의 제3 개구수(NA3)에서 구면 수차가 불연속적이고, 상기 제3 개구수(NA3)가 다음의 조건,
    NA1〉 NA3 ≥ NA2
    을 만족하는 렌즈면을 포함하며, 여기서 제1 개구수(NA1)는 제1 두께(t1)의 투명 기판을 가지는 제1 광학 정보 기록 매체측의 상기 대물 렌즈의 개구수로서 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻기 위하여 필요하며, 제2 개구수(NA2)는 상기 제1 두께(t1)보다 두꺼운 제2 두께(t2)의 투명 기판을 가지는 제2 정보 기록 매체측의 상기 대물 렌즈의 개구수로서 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보를 얻는데 필요한 대물 렌즈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광학 정보 기록 매체의 상기 제1 두께(t1)의 투명 기판을 통한 상기 대물 렌즈의 최적의 파면 수차는 0.05 λrms 미만이며, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  13. 제11항에 있어서, 제3 개구수(NA3)에서의 상기 광학 정보 기록 매체의 상기 제2 두께(t2)의 투명 기판을 통한 상기 대물 렌즈의 최적의 파면 수차는 0.07 λrms 미만이며, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  14. 제11항에 있어서, 불연속 구면 수차를 갖는 렌즈면 상에서, 상기 제3 개구수(NA3)의 1/2에 대응하는 구면 수차는 상기 제1 두께(t1)의 투명 기판이 사용될 때의 상기 제3 개구수에 대응하는 구면 수차보다 과보정되는 대물 렌즈.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 두께(t1)은 0.6 mm이고, 상기 제1 개구수(NA1)는 λ/1.14 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제2 두께(t2)는 1.2 mm이고, 상기 제2 개구수(NA2)는 λ/1.75 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제2 두께(t2)는 1.2 mm이고, 상기 제2 개구수(NA2)는 λ/2.46 ㎛이며, 여기서 λ는 상기 제2 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  18. 레이저 소스로부터의 광 빔을 제1 광학 정보 기록 매체의 제1 두께(t1)의 투명 기판을 통하여 정보 기록면상으로 집광시키기 위해 광학 픽업 장치에 사용되는 대물 렌즈에 있어서,
    구면 수차가 상기 제1 광학 정보 기록 매체측의 제3 개구수(NA3)에서 불연속적이고 상기 제3 개구수(NA3)가 다음의 조건,
    제1 개구수(NA1) 〉제3 개구수(NA3)
    을 만족하는 렌즈면을 포함하며, 여기서 상기 제1 개구수(NA1)는 상기 레이저 소스로부터의 상기 광 빔을 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면상으로 집광시키기 위한, 상기 제1 광학 정보 기록 매체측의 상기 대물 렌즈의 개구수이고, 상기 제1 개구수(NA1)에서의, 상기 대물 렌즈의 최적의 파면 수차는 0.05 λrms 미만이고, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스로부터의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
  19. 제18항에 있어서, 불연속 구면 수차를 갖는 렌즈면 상에서, 상기 제3개구수(NA3)의 1/2에 대응하는 구면 수차는 상기 제1 두께(t1)의 투명 기판이 사용될 때의 상기 제3 개구수에 대응하는 구면 수차보다 과보정되는 대물 렌즈.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 두께(t1)는 0.6 mm이고, 상기 제1 개구수 NA1은 λ/1.14 ㎛ 이상이며, 여기서 λ는 상기 제1 광학 정보 기록 매체의 상기 정보 기록면으로부터 정보가 얻어질 때의 상기 레이저 소스의 방출 파장을 나타내는 대물 렌즈.
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