KR20060047697A

KR20060047697A - 광픽업 장치

Info

Publication number: KR20060047697A
Application number: KR1020050036908A
Authority: KR
Inventors: 준지 하시무라; 신이찌로 사이또; 도오루 기무라
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP1596383A3; CN100419878C; US20050249097A1; CN1707649A; TW200540857A; EP1596383A2

Abstract

파장 λ1의 광속을 이용하여, 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체 및 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치로, 이하의 구성을 갖는다. 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과 서로 별개의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고, 상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고, 상기 제1 보호 기판 두께 t1과 제2 보호 기판 두께 t2는 2.5 < t2/t1을 만족시킨다.

광정보 기록 매체, 대물 광학 소자, 보호 기판, 정보 기록면

Description

광픽업 장치 {OPTICAL PICKUP APPARATUS}

도1a 내지 도1b는 회절 구조의 예를 도시한 도면.

도2a 내지 도2b는 회절 구조의 예를 도시한 도면.

도3a 내지 도3d는 회절 구조의 예를 도시한 도면.

도4a 내지 도4b는 위상차 부여 구조의 예를 도시한 도면.

도5는 제1 실시 형태에 관한 광픽업 장치(PU1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도6은 본 실시 형태의 광픽업 장치에 이용하는 대물 렌즈 작동기 장치의 사시도.

도7은 제2 실시 형태에 관한 광픽업 장치(PU2)의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도8은 대물 광학 소자의 정면도 (a), 측면도 (b), 배면도 (c).

도9는 광로를 하프 미러로 나누어 대물 광학 소자로 광로를 유도하는 구성으로 도시하는 도면.

도10은 광로를 미러를 이동시켜 나누고, 대물 광학 소자로 광로를 유도하는 구성하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 대물 렌즈 작동기 장치

13 : 렌즈 홀더

13A : 원주

14 : 지지축

15 : 섀시

20 : 트래킹 작동기

21B : 트래킹 코일

22B, 23B : 마그넷

100, 102, 103, 105 : 링

101, 104 : 단차

AP : 조리개

BS : 빔 셰이퍼

COL : 콜리메이터

DP : 다이크로익 프리즘

EXP : 빔 익스팬더

LD1 내지 LD4 : 제1 반도체 레이저 내지 제4 반도체 레이저

OBJ1, OBJ2 : 대물 렌즈

OD1 내지 OD4 : 제1 광디스크 내지 제4 광디스크

QWP : 1/4 파장판

[문헌 1] 일본 특허 공개 평9-179020호

[문헌 2] 일본 특허 공개 평9-120027호

[문헌 3] 유럽 공개 제1304689호

본 발명은, 다른 종류의 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.

최근 광픽업 장치에 있어서, 광디스크에 기록된 정보의 재생이나 광디스크에의 정보의 기록을 위한 광원으로서 사용되는 레이저 광원의 단파장화가 진행되어, 예를 들어 청자색 반도체 레이저나 제2 고조파를 이용하여 적외 반도체 레이저의 파장 변환을 행하는 청색 SHG 레이저 등, 파장 400 내지 420 ㎚의 레이저 광원이 실용화되고 있다.

이들 청자색 레이저 광원을 사용하면, DVD(디지털 다기능 디스크)와 동일한 개구수(NA)의 대물 렌즈를 사용하는 경우로, 직경 12 ㎝의 광디스크에 대해 15 내지 20 GB의 정보의 기록이 가능해지고, 대물 렌즈의 NA를 0.85까지 높인 경우에는 직경 12 ㎝의 광디스크에 대해 23 내지 25 GB의 정보의 기록이 가능해진다. 이하, 본 명세서에서는 청자색 레이저 광원을 사용하는 광디스크 및 광자기 디스크를 총칭하여「고밀도 광디스크」라 한다.

그런데, 고밀도 광디스크로서 현재 2개의 규격이 제안되어 있다. 하나는 NA 0.85인 대물 렌즈를 사용하여 보호 기판 두께가 0.1 ㎜인 블루레이(blue-ray) 디스크(이하, BD라 줄여 기록함)이며, 다른 하나는 NA 0.65 내지 0.67인 대물 렌즈를 사용하여 보호 기판 두께가 0.6 ㎜인 HD DVD(이하, HD라 줄여 기록함)이다. 장래, 시장에서 이들 2개 규격의 고밀도 광디스크가 유통될 가능성이 있는 것을 감안하면, 어떠한 고밀도 광디스크에 대해서도 기록/재생을 행할 수 있는 고밀도 광디스크 플레이어/레코더가 요구된다.

한편, 고밀도 광디스크에 대해서만 정보의 기록/정보가 가능하다고 하는 것만으로는 광디스크 플레이어/레코더의 제품으로서의 가치는 충분한 것이라고는 할 수 없다. 현재에 있어서, 다종다양한 정보를 기록한 DVD나 CD(콤팩트디스크)가 시판되고 있는 현실을 감안하면, 고밀도 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 할 수 있는 것만으로는 충분하지 않아, 예를 들어 사용자가 소유하고 있는 DVD나 CD에 대해서도 마찬가지로 적절하게 정보의 기록/재생을 할 수 있도록 하는 것이 고밀도 광디스크용의 광디스크 플레이어/레코더로서의 상품 가치를 높인다. 이와 같은 배경으로부터, 고밀도 광디스크용의 광디스크 플레이어/레코더 등에 탑재되는 광픽업 장치는 고밀도 광디스크와 DVD, 또는 CD 중 어느 하나에 대해서도 적절하게 정보를 기록/재생할 수 있는 기능을 갖는 것이 요구된다.

여기서, 보호 기판의 두께가 서로 달라 광원 파장이 동일한 2종류의 광디스크 대해 완벽하게 기록/재생을 행할 수 있는 2초점 대물 렌즈가 이하의 특허 문헌 1 및 2에 기재되어 있다. 특허 문헌 1 및 2에 개시된 2초점 렌즈는 렌즈 표면에 형성된 회절 구조에 의해 입사 광속의 광량을 2개의 초점으로 배분함으로써, 보호 기판 두께가 서로 다른 광디스크의 기록/재생을 행하는 것이다. 또한, 이하의 특허 문헌 3에는 위상 구조로서의 회절 구조를 갖고, 고밀도 광디스크와 종래의 DVD나 CD에 대해 공통적으로 사용 가능한 대물 광학계, 및 이 대물 광학계를 탑재한 광픽업 장치가 기재되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평9-179020호

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평9-120027호

[특허 문헌 3] 유럽 공개 제1304689호

그런데, 상기한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된 2초점 대물 렌즈는, 기록/재생의 대상이 되는 광디스크로서, NA가 0.6인 DVD와 NA가 0.45 정도인 콤팩트디스크(이하, CD라 줄여 기록함)를 상정하고 있으므로, NA가 큰 BD와 HD에 대해 기록/재생을 행하는 것을 포함한 4 종류의 광디스크에는 대응하고 있지 않다.

또한, 상기한 특허 문헌 3에 기재되어 있는 대물 광학계는 각각의 광디스크에 정보의 기록/재생을 행할 때의 배율차가 크기 때문에, 광픽업 장치에 있어서 대물 광학계 이외의 광학 부품을 공통화하는 복수 종류의 광원이 집적화된 광원 모듈 등을 사용하는 등이 곤란하며, 광픽업 장치 구성의 간략화, 저비용화를 실현할 수 없게 되는 등의 문제가 있다. 또한 특히 CD에 정보의 기록/재생을 행할 때의 배율이 크기 때문에, 렌즈 트래킹시의 코마수차가 커져 문제가 된다.

본 발명은 이들의 문제에 비추어 이루어진 것으로, 보호 기판 두께가 서로 다른 2개의 규격의 고밀도 광디스크, DVD와 CD를 포함하는 기록 밀도가 다른 4종류의 디스크에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 적절하게 행할 수 있는 대물 광학 소자를 탑재한 광픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서에 있어서는 정보의 기록/재생용의 광원으로서, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광디스크(광정보 기록 매체라고도 함)를 총칭하여「고밀도 광디스크」라 하고, NA 0.85인 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하고, 보호 기판의 두께가 0.1 ㎜ 정도인 규격의 광디스크(예를 들어 BD), NA 0.65 내지 0.67의 대물 광학계에 의해 정보의 기록/재생을 행하고, 보호 기판의 두께가 0.6 ㎜인 규격의 광디스크(예를 들어 HD)도 포함하는 것으로 한다. 또한, 이와 같은 보호 기판을 그 정보 기록면 상에 갖는 광디스크 외에, 정보 기록면 상에 수 내지 수십 ㎚ 정도 두께의 보호막을 갖는 광디스크나 보호 기판 혹은 보호막의 두께가 0인 광디스크도 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에 있어서는 고밀도 광디스크에는 정보의 기록/재생용의 광원으로서, 청자색 반도체 레이저나 청자색 SHG 레이저를 사용하는 광자기 디스크도 포함되는 것으로 한다.

또, 여기서 말하는 "매체의 보호층의 두께가 동일"이라 함은, DVD의 후계의 대용량 광기록 매체이고, DVD 규격과 높은 호환성을 갖는 HD DVD의 규격(HD DVD 규격)에 준거하고 있는 범위 내에서의 DVD 보호층과의 두께차는 포함하는 것으로 한다.

본 명세서에 있어서는, DVD라 함은 DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD＋R, DVD＋RW 등의 CD계열 광디스크의 총칭이며, CD라 함 은 CD-ROM, CV-Audio, CD-Video, CD-R, CD-RW 등의 CD계열 광디스크의 총칭이다.

본 발명의 형태 중 하나는 파장 λ1의 광속을 이용하여, 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체 및 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치이며, 이하의 구성을 갖는다.

파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과

서로 별개의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 기록 및/또는 재생의 기록을 행하는 경우는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 기록을 행하는 경우는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족시킨다.

본 발명의 다른 태양은 적어도 파장 λ1의 제1 광속 및 파장 λ2(λ1 ≠ λ2)의 제2 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체 및 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체 및 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체와는 기록 밀도가 다른 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정 보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 기록을 행하는 광픽업 장치이며, 이하의 구성을 갖는다.

제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

서로 별개의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자 및 제2 대물 광학 소자를 갖고

상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 어느 한 쪽을 이용하여 상기 제3 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족시킨다.

본 발명의 다른 형태는 적어도 파장 λ1의 제1 광속, λ2(λ1 ≠ λ2)의 제2 광속 및 λ3(λ1 ≠ λ3)(λ2 ≠ λ3)의 제3 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체, 제1 보호 기판 두께 t2를 갖는 제2 광정보 기록 매체 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체와는 기록 밀도가 다른 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정보 기록 매체 및 제4 보호 기판 두께 t4(t4 ≠ t1)(t4 ≠ t2)를 갖는 제4 광정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치이며, 이하의 구성을 갖는다.

상기 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

상기 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

상기 파장 λ3의 제3 광속을 출사하는 제3 광원과,

서로 별개의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 소자 중, 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 어느 한 쪽을 이용하여 제3 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행 하는 경우는 상기 제3 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 어느 한 쪽을 이용하여 제4 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족시킨다.

본 발명의 다른 형태는 적어도 파장 λ1(400 ㎚ ≤ λ1 ≤ 420 ㎚)의 제1 광속, λ2(640 ㎚ ≤ λ2 ≤ 670 ㎚)의 제2 광속 및 λ3(780 ㎚ ≤ λ3 ≤ 800 ㎚)의 제3 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체, 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체와는 기록 밀도가 다른 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정보 기록 매체 및 제4 보호 기판 두께 t4(t4 ≠ t1)(t4 ≠ t2)를 갖는 제4 광정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치는 이하의 구성을 갖는다.

상기 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

상기 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

상기 파장 λ3의 제3 광속을 출사하는 제3 광원과,

서로 별개의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 제1 대물 광학 소 자를 이용하여 제1 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 제2 대물 광학 소자를 이용하여 제2 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 제2 대물 광학 소자만을 이용하여 제3 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는 상기 제3 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중, 제2 대물 광학 소자만을 이용하여 제4 보호 기판을 거쳐서 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족시키는 동시에,

상기 제2 대물 광학 소자는

상기 제1 내지 제3 광속의 일부이며, 광축을 포함하는 중앙 광속 부분이 통과하는 제1 영역과, 상기 중앙 광속 부분보다도 외측의 중간 광속 부분이 통과하는 제2 영역을 갖고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때는 상기 제1 및 제2 영역을 통과하는 제1 광속을 상기 제1 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키고,

제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때는 상기 제1 영역 및 제2 영역을 통과하는 제2 광속을 상기 제2 광디스크의 정보 기록면 상에 집광시키고,

제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때는 상기 제1 영역을 통과하는 제2 광속을 상기 제3 광디스크의 정보 기록면 상에 집광시키는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.

1개의 대물 광학 소자를 이용하여, 보호 기판의 두께가 다른 상기 제1 광정보 기록 매체와 상기 제2 광정보 기록 매체의 쌍방에 대해 정보의 재생 및/또는 기록을 행하는 경우, 한 쪽의 광정보 기록 매체에 대해 구면 수차를 보정하면, 다른 한 쪽의 광정보 기록 매체에 있어서는 보호 기판 두께의 차에 의해 구면 수차가 발생하게 된다. 예를 들어 한 쪽의 광정보 기록 매체에 대해 구면 수차 보정을 행한 경우, 다른 한 쪽의 광정보 기록 매체에 있어서의 3차의 구면 수차 W40은

W40 = {Δt(n_λ ² - 1)/(8n_λ ²)ㆍNA⁴로 나타낸다. 여기서 Δt : 광정보 기록 매체간의 기판 두께차, nλ : 파장 λ에 있어서의 광정보 기록 매체 기판의 굴절률, NA : 대물 렌즈의 개구수이다.2종류의 광정보 기록 매체의 보호 기판 두께차가 [식 1]에 있는 조건과 같이 클 때에는 이 구면 수차가 커져 문제가 된다. 이에 대해, 종래는 대물 광학 소자에 회절을 이용하거나 공역 길이를 가변으로 하거나 함으로써, 보호 기판 두께의 차에 기인하는 구면 수차를 보정하고 있다.

하나의 대물 광학 소자를 이용하여, 보호 기판 두께가 다른 상기 제1 광정보 기록 매체와 상기 제2 광정보 기록 매체의 쌍방에 대해 정보의 재생 및/또는 기록을 행하는 경우, 종래는 대물 광학 소자에 회절을 이용하거나 공역 길이를 가변으로 하거나 함으로써, 보호 기판 두께의 차에 기인하는 구면 수차를 보정하고 있다. 그러나 상기 제1 광정보 기록 매체와 상기 제2 광정보 기록 매체에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때에, 동일 파장의 광속을 동일한 회절 구조를 통과시키도록 한 경우, 양 매체 사용 시에 대해 회절 효율을 동시에 크게 하는 것이 불가능해지므로, 어느 한 쪽의 효율만이 높아진다. 예를 들어 2개의 회절 차수로 효율을 균형 있게 한 경우, 각각의 효율을 높게 할 수 없으므로, 광량 부족의 문제가 발생하게 되어 바람직하지 않다. 또한, 대물 광학 소자의 공역 길이를 가변으로 하여 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 구면 수차의 보정을 행함으로써 각각의 광정보 기록 매체에 대응하는 경우에는 2종류의 광정보 기록 매체의 보호 기판 두께의 차가 [식 1]에 있는 조건과 같이 클 때에는 두꺼운 쪽의 보호 기판 두께를 갖는 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때에 워킹 디스턴스(이하 WD)를 확보하는 데 필요해지는 대물 광학 소자의 공역 길이가 작아지게 되어, 예를 들어 대물 광학 소자의 트래킹 등에 의해 발생하는 렌즈 시프트에 대해 발생하는 코마수차의 보정이 곤란해지므로 바람직하지 않다. 그래서 본 발명에 있어서는 상기 제1 광정보 기록 매체 전용의 대물 광학 소자와 상기 제2 광정보 기록 매체 전용의 대물 광학 소자를 별개의 부재로 하고 있으며, 그에 의해 보호 기판 두께가 다른 경우라도 적절한 대물 광학 소자 설계를 행함으로써, 어떠한 광정보 기록 매체에 대해서도 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있도록 하고 있다.

본 발명의 광픽업 장치를 이용하여 상기 제2 광정보 기록 매체와 기록 밀도가 다르며 상기 제2 보호 기판 두께 t2를 갖는 제3 광정보 기록 매체에 대해, 상기 광원으로부터 출사되는 상기 제1 파장 λ1보다 긴 제2 파장 λ2의 광속을 이용하여 정보의 기록 및/또는 재생을 행하도록 할 수 있으면, 3종류의 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있게 된다. 예를 들어, t1 = 0.085 내지 0.1 ㎜, λ1 = 400 내지 420 ㎚로 하고, t2 = 0.6 ㎜, λ2 = 640 내지 670 ㎚로 하면, BD, HD뿐만 아니라 DVD에의 대응도 가능해져 사양 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 광픽업 장치를 이용하여, 제3 보호 기판 두께 t3(t3 ≠ t1, t3 ≠ t2)을 갖는 제4 광정보 기록 매체에 대해, 상기 광원으로부터 출사되는 상기 제2 파장 λ2보다 긴 제3 파장 λ3의 광속을 이용하여 정보의 기록 및/또는 재생을 행하도록 할 수 있으면, 3종류의 광정보 기록 매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있게 된다. 예를 들어 t3 = 1.2 ㎜, λ3 = 780 내지 800 ㎚로 하면 BD, HD뿐만 아니라 CD 정보의 재생 및/또는 기록이 가능해진다. 또한, 여기서 제4 광정보 기록 매체의 재생에 관해서는 λ2의 파장의 광속을 이용하는 경우도 있을 수 있다. 또한, 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 조합하여, 제1 내지 제3 광정보 기록 매체에다가 제4 광정보 기록 매체에 대응시킴으로써, 4종류의 광정보 기록 매체에 대해 호환 가능하게 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있게 된다.

3종류의 광정보 기록 매체 또는 4종류의 광정보 기록 매체에 상기 대물 광학 소자를 대응시키는 경우, 적어도 한 쪽의 대물 광학 소자는 2종류의 광정보 기록 매체, 또는 3종류의 광정보 기록 매체의 호환성을 갖는 것으로 하는 것이 바람직하다. 그 때의 호환성을 부여하기 위해, 상기 대물 광학 소자에 위상 구조를 갖게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 대물 광학 소자의 광학면 상에 형성하는 위상 구조는, 예를 들어 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2와 같이 다른 파장의 파장 차에 기인하는 색 수차 및/또는 제1 광정보 기록 매체의 보호 기판과 제2 광정보 기록 매체의 보호 기판과 같은 다른 두께에 기인하는 구면 수차를 보정하기 위한 구조이다. 여기서 말하는 색 수차라 함은 파장 차에 기인하는 근축 상점(像点) 위치의 차 및/또는 파장 차에 기인하는 구면 수차를 가리킨다.

상술한 위상 구조는 회절 구조, 광로차 부여 구조 중 어느 하나라도 좋다. 회절 구조로서는 도1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 복수의 링(100)으로 구성되고, 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상인 것이나, 도2에 개략적으로 도시한 바와 같이 단차(101)의 방향이 유효 직경 내에서 동일한 복수의 링(102)으로 구성되고, 광축을 포함하는 단면 형상이 계단 형상인 것이나, 도3에 개략적으로 도시한 바와 같이 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링(103)으로 구성되는 것이나, 도4에 개략적으로 도시한 바와 같이 단차(104)의 방향이 유효 직경 도중에서 교체되는 복수의 링(105)으로 구성되고, 광축을 포함하는 단면 형상이 계단 형상인 것이 있다. 또한, 광로차 부여 구조로서는, 도4에 개략적으로 도시한 바와 같이 단차(104)의 방향이 유효 직경 도중에서 교체되는 복수의 링(105)으로 구성되고, 광축을 포함하는 단면 형상이 계단 형상인 것이 있다. 따라서 도4에 개략적으로 도시한 구조는 회절 구조인 경우도 있으며, 광로차 부여 구조인 경우도 있다. 또, 도1 내지 도4 는 각 위상 구조를 평면 상에 형성한 경우를 개략적으로 도시한 것이지만, 각 위상 구조를 구면 혹은 비구면 상에 형성해도 좋다.

또한, 본 명세서에 있어서,「대물 광학 소자」라 함은 광픽업 장치에 있어서 광디스크에 대향하는 위치에 배치되고, 광원으로부터 출사된 파장이 서로 다른 광속을 기록 밀도가 서로 다른 광디스크 각각의 정보 기록면 상에 집광하는 기능을 갖는 집광소자를 적어도 포함하는 광학계를 가리킨다. 대물 광학계는 집광소자만으로 구성되어 있어도 좋으며, 이러한 경우에는 집광소자의 광학면 상에 위상 구조가 형성된다.

또한, 상술한 집광소자와 일체가 되어 작동기에 의해 트래킹 및 포커싱을 행하는 광학 소자가 있는 경우에는 이들 광학 소자와 집광소자로 구성되는 광학계가 대물 광학 소자가 된다. 대물 광학 소자가 이와 같이, 복수의 광학 소자로 구성되는 경우에는 집광소자의 광학면 상에 위상 구조를 형성해도 되지만, 위상 구조의 단차 부분에 의한 광속의 주변 흐림의 영향을 저감시키기 위해서는 집광소자 이외의 광학 소자의 광학면 상에 위상 구조를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 집광소자는 플라스틱 렌즈 혹은, 유리 렌즈라도 좋다. 집광소자를 플라스틱 렌즈로 하는 경우는 환상 오레핀계의 플라스틱 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 환상 오레핀계 중에서도 파장 405 ㎚에 대한 온도 25 ℃에서의 굴절률(N₄₀₅)이 1.54 내지 1.60의 범위 내이며, -5 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위 내에서의 온도 변화에 수반하는 파장 405 ㎚에 대한 굴절률의 변화율 dN₄₀₅/dT(℃^-1)이 -10 × 10^-5 내지 -8 × 10^-5의 범위 내인 플라스틱 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 집광소자를 유리 렌즈로 하는 경우는 유리 전이점(Tg)이 400 ℃ 이하인 유리 재료를 사용하면, 비교적 저온에서의 성형이 가능해지므로 금형의 수명을 연장시킬 수 있다. 이와 같은 유리 전이점(Tg)이 낮은 유리 재료로서는, 예를 들어 가부시끼가이샤 스미다 고가꾸 가라스제의 K-PG325나 K-PG375(모두 제품명)가 있다.

그런데, 유리 렌즈는 일반적으로 플라스틱 렌즈보다도 비중이 크기 때문에 집광소자를 유리 렌즈로 하면, 중량이 커져 대물 광학계를 구동하는 작동기에 부담이 가해진다. 그로 인해, 집광소자를 유리 렌즈로 하는 경우에는 비중이 작은 유리 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비중이 3.0 이하인 것이 바람직하고, 2.8 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상술한 집광소자의 재료로서 플라스틱 재료 중에 직경이 30 ㎚ 이하인 입자를 분산시킨 재료를 사용해도 좋다. 온도가 상승하면 굴절률이 내려가는 플라스틱 재료에, 온도가 상승하면 굴절률이 상승하는 무기 재료를 균질하게 형성함으로써 양자의 굴절률의 온도 의존성을 상쇄시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 플라스틱 재료의 성형성을 보유 지지한 상태에서, 온도 변화에 수반하는 굴절률 변화가 작은 광학 재료(이하, 이러한 광학 재료를「아사말 수지」라 부름)를 얻을 수 있다.

여기서, 집광소자의 굴절률의 온도 변화에 대해 설명한다. 온도 변화에 대 한 굴절률의 변화율은 Lorentz의 공식을 기초로 하여, 굴절률(n)을 온도(T)로 미분함으로써, 이하의 [수학식 1]의 A로 나타낸다.

[수학식 1]

단, n은 레이저 광원의 파장에 대한 상기 집광소자의 굴절률이며, α는 집광소자의 선팽창 계수이며, [R]은 집광소자의 분자 굴절력이다.

일반적인 플라스틱 재료의 경우는 제1항에 비해 제2항의 기여가 작으므로 제2항은 거의 무시할 수 있다. 예를 들어, 아크릴 수지(PMMA)의 경우, 선팽창 계수(α)는 7 × 10^-5인 상기 식에 대입하면, A = -12 × 10^-5가 되고, 실측치와 대개 일치한다. 여기서, 아사말 수지에서는 직경이 30 ㎚ 이하인 미립자 플라스틱 재료 중에 분산시킴으로써, 실질적으로 상기 식의 제2항의 기여를 크게 하여, 제1항의 선팽창에 의한 변화와 서로 상쇄시키고 있다. 구체적으로는, 종래는 -12 × 10^-5 정도였던 온도 변화에 대한 굴절률의 변화율을 절대치가 10 × 10^-5 미만으로 억제하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 8 × 10^-5 미만, 더욱 바람직하게는 6 × 10^-5 미만으로 억제하는 것이 집광소자의 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 저감하는 면에서 바람직하다.

예를 들어, 아크릴 수지(PMMA)에, 산화 니오브(Nb보호층)의 미립자를 분산시킴으로써, 이와 같은 온도 변화에 대한 굴절률 변화의 의존성을 해소할 수 있다. 모재가 되는 플라스틱 재료는 체적비가 80, 산화 니오브는 20 정도인 비율이며, 이들을 균일하게 혼합한다. 미립자는 응집하기 쉽다고 하는 문제가 있으나 입자 표면에 전하를 부여하여 분산시키는 기술도 알려져 있으며, 필요한 분산 상태를 발생시킬 수 있다.

또, 이 체적 비율은 온도 변화에 대한 굴절률의 변화 비율을 제어하기 위해 적절하게 증감시킬 수 있고, 복수 종류의 나노 사이즈 무기 입자를 블렌드하여 분산시키는 것도 가능하다.

체적 비율에서는 상기한 예에서는 80 : 20이지만, 90 : 10 내지 60 : 40까지의 사이에서 적절하게 조정 가능하다.90 : 10보다도 체적 비율이 낮으면 굴절률 변화 억제의 효과가 작아지고, 반대로 60 : 40을 넘으면 아사말 수지의 성형성에 문제가 발생하기 때문에 바람직하지 않다.

미립자는 무기물인 것이 바람직하고, 또한 산화물인 것이 바람직하다. 그리고 산화 상태가 포화되어 있어 그 이상 산화하지 않는 산화물인 것이 바람직하다. 무기물인 것은 고분자 유기 화합물인 플라스틱 재료와의 반응을 낮게 억제하므로 바람직하고, 또한 산화물인 것에 의해 청자색 레이저의 장시간의 조사에 수반하는 투과율 열화나 파면수차 열화를 방지할 수 있다. 특히, 고온 하에서 청자색 레이저가 조사된다고 하는 과혹한 조건에 있어서 산화가 촉진되기 쉬워지지만, 이와 같은 무기 산화물이면 산화에 의한 투과율 열화나 파면수차 열화를 방지할 수 있다.

또, 플라스틱 재료에 분산시키는 미립자의 직경이 크면, 입사 광속의 산란이 발생하기 쉬워져 집광소자의 투과율이 저하된다. 고밀도 광디스크에 있어서, 정보의 기록/재생에 사용되는 청자색 레이저의 출력이 충분히 높지 않은 현상에 있어서는 집광소자의 청자색 레이저 광속에 대한 투과율이 낮으면, 기록 속도의 고속화, 다층 디스크 대응이라는 관점에서 불리해진다. 따라서 플라스틱 재료에 분산시키는 미립자의 직경은, 바람직하게는 20 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 ㎚ 이하인 것이 집광소자의 투과율 저하를 방지하는 면에서 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 또, 본 실시 형태에 있어서, 제1 광디스크 내지 제4 광디스크의 기록 밀도(ρ1 내지 ρ4)는 ρ4 < ρ3 < ρ2 < ρ1로 되어 있으며, 제1 광디스크 내지 제4 광디스크에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 때, 대물 광학계(OBJ1 또는 OBJ2)의 배율을 제1 배율(M1) 내지 제4 배율(M4)로 한다. 단, 파장, 보호층의 두께, 개구수, 기록 밀도 및 배율의 조합은 이에 한정되지 않는다.

도5는 고밀도 광디스크(제1 광디스크 또는 제2 광디스크), 종래의 DVD(제3 광디스크) 및 CD(제4 광디스크)의 전부에 대해 정보의 기록/재생을 행할 수 있는 제1 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 개략 단면도이다.

또한, 도6은 본 실시 형태의 광픽업 장치에 이용하는 대물 렌즈 작동기 장치의 사시도이다. 우선, 대물 렌즈 작동기 장치로부터 설명한다. 도6에 도시되는 대물 렌즈 작동기 장치(10)는 도5의 광픽업 장치에 배치되어 있으며, 후술하는 반도체 레이저로부터의 레이저광을, 다른 광디스크의 정보 기록면 상에 각각 집광하 는 대물 광학 소자[OBJ1(재1 대물 광학 소자), OBJ2(제2 대물 광학 소자)]와, 이들 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)의 광축을 동일 원주(13A) 상에 보유 지지하는 렌즈 홀더(13)와, 이 렌즈 홀더(13)를 원주(13A)의 중심축 위치에 설치된 지지축(14)을 거쳐서 회전 가능하게 또한 이 회전 중심축을 따라서 왕복 이동 가능하게 보유 지지하는 섀시(15)와, 렌즈 홀더(13)를 지지축(14)을 따른 방향으로 왕복 이동시키는 포커싱 작동기(도시 생략)와, 렌즈 홀더(13)에 회전 동작을 압박하여 각 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)의 위치 결정을 행하는 트래킹 작동기(20)를 구비하고 있다. 이 대물 렌즈 작동기 장치(10)에는 각 작동기의 동작 제어를 행하는 동작 제어 회로(도시 생략)가 설치되어 있다.

대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)는 각각 원판상의 렌즈 홀더(13)의 평판 면을 관통한 구멍부에 장착 구비되어 있으며, 렌즈 홀더(13)의 중심으로부터 각각 비슷한 거리로 배치되어 있다. 이 렌즈 홀더(13)는 그 중심부에서 섀시(15)로부터 세워 설치된 지지축(14)의 상단부와 회전 가능하게 결합하고 있으며, 이 지지축(14)의 하방에는 도시를 생략한 포커싱 작동기가 배치되어 있다.

즉, 이 포커싱 작동기는 지지축(14)의 하단부에 설치된 영구 자석과 이 주위에 설치된 코일에 의해 전자 솔레노이드를 구성하고, 코일에 흐르게 하는 전류를 조절함으로써, 지지축(14) 및 렌즈 홀더(13)에 대해 상기 지지축(14)을 따른 방향(도6에 있어서의 상하 방향)으로의 미소 단위에서의 왕복 이동을 압박하여, 초점 거리의 조정을 행하도록 되어 있다.

또한, 전술한 바와 같이 이 렌즈 홀더(13)는 트래킹 작동기(20)에 의해 광축 과 평행한 축선을 갖는 지지축(14)을 중심으로 한 회전 동작이 부여된다. 이 트래킹 작동기(20)는 렌즈 홀더(13)의 단부 테두리에 지지축(14)을 사이에 두고 대칭으로 설치된 한 쌍의 트래킹 코일(21A, 21B)과, 렌즈 홀더(13)의 단부 테두리에 근접하여 섀시(15) 상의 지지축(14)을 사이에 두고 대칭이 되는 위치에 각각 설치된 2세트의 쌍을 이루는 마그넷(22A, 22B, 23A, 23B)을 구비하고 있다.

그리고 트래킹 코일(21A, 21B)이, 한 쪽의 쌍을 이루는 마그넷(22A, 22B)과 각각 대향할 때에는 대물 광학 소자(OBJ1)가 반사 미러(16)에 의해 반사된 레이저광의 광로 상이 되도록 마그넷(22A, 22B)의 위치가 설정되어 있으며, 또한, 마그넷(23A, 23B)과 각각 대향할 때에는 대물 렌즈(OBJ2)가 레이저광의 광로 상이 되도록 마그넷(23A, 23B)의 위치가 설정되어 있다.

또한, 상술한 렌즈 홀더(13)에는 트래킹 코일(21A)과 마그넷(22B) 또는 마그넷(23B) 및 트래킹 코일(21B)과 마그넷(22A) 또는 마그넷(23A)이 대향하는 일이 없도록, 그 회전 범위를 제한하는 도시하지 않은 스톱퍼가 설치되어 있다.

또한, 트래킹 작동기(20)는 원형인 렌즈 홀더(13)의 외주의 접선 방향이 광디스크 트랙의 접선 방향과 직교하도록 배치되고, 이 렌즈 홀더(13)에 미소 단위로 회전 동작을 압박함으로써 레이저광의 트랙에 대한 조사 위치의 어긋남 보정을 행하기 위한 것이다. 그로 인해, 이 트래킹 동작을 행하기 위해, 예를 들어 각 트래킹 코일(21A, 21B)이 각 마그넷(22A, 22B)과 대향한 상태를 보유 지지하면서 미묘하게 렌즈 홀더(13)에 회전을 압박할 필요가 생긴다.

이러한 트래킹 동작을 행하기 위해, 각 트래킹 코일(21A, 21B)에는 그 내측 에 철편이 장착 구비되어 있고, 이 철편이 각 마그넷에 끌리게 하면서, 이들 각 마그넷과 사이에 미묘한 척력을 발생시키도록 각 트래킹 코일(21A, 21B)에 전류를 흐르게 하는 제어가 동작 제어 회로에 의해 행해지는 구성으로 되어 있다.

다음에, 광픽업 장치 본체에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는 4종류의 광디스크(OD1 - OD4)의 정보 기록면에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우, 대물 렌즈 작동기 기구(10)의 렌즈 홀더(13)를 회전시키고, 도5에 도시한 바와 같이 대물 광학 소자(OBJ1) 또는 대물 광학 소자(OBJ2)를 광로 내에 삽입하는 것으로 한다. 또, 본 실시 형태에서는 제1 반도체 레이저(LD1)와 제2 반도체 레이저(LD2)는 동일 기판에 부착되고, 이른바 2 레이저 1 패키지(2L1P)라 불리는 단일 유닛을 구성하고 있다. [제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우]

우선, 제1 광원으로서의 제1 반도체 레이저(LD1)(파장 λ1 = 400 ㎚ 내지 420 ㎚)로부터 출사된 광속은 빔 셰이퍼(BS)에 의해 빔 형상이 보정되고, 다이크로익 프리즘(DP)을 통과하여 콜리메이터(COL)에서 평행 광속이 된 후, 편광 빔 스플리터(PBS)를 통과하여, 광학 소자(L1, L2)를 갖는 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다. 적어도 한 쪽[바람직하게는 광학 소자(L1)]이 광축 방향으로 이동 가능한 빔 익스팬더(EXP)는 평행 광속의 광속 직경을 변경(여기서는 확대)하고, 색 수차 및 구면 수차를 보정하는 기능을 갖는다. 특히, 빔 익스팬더(EXP)의 다른 쪽 광학 소자(L2)의 광학면에는 회절 구조(회절 링)가 형성되어 있으며, 이에 의해 제1 반도체 레이저(LD1)로부터 출사된 광속에 대해 색 수차 보정을 행하도록 되어 있다. 색 수차 보정용 회절 구조는 광학 소자(L2)뿐만 아니라, 다른 광학 소자[콜리메이터(COL)] 등에 설치해도 좋다. 또, 색 수차 보정 기능은 회절 구조에 상관없이, 위상 구조, 멀티 레벨 등에 의해서도 달성 가능하다.

이와 같이 빔 익스팬더(EXP)를 설치함으로써, 색 수차 보정 및 구면 수차 보정을 행할 수 있고, 또한 예를 들어 고밀도 DVD가 정보 기록면을 2층으로 갖고 있는 타입인 경우, 광학 소자(L1)를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 정보 기록면의 선택을 행할 수도 있다. 또, 색 수차 보정 광학 소자 및 구면 수차를 억제하는 수단은 빔 익스팬더(EXP)가 아닌, 회절 구조 등을 설치한 대물 광학 소자[OBJ1(OBJ2)]라도 좋다.

도5에 있어서, 빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 4/1 파장판(QWP) 및 조리개(AP)를 통과하고, 굴절면만으로 이루어지는 대물 광학 소자인 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)에 의해, 제1 광디스크(OD1)의 보호 기판(두께 t1 = 0.085 내지 0.1 ㎜)을 거쳐서 그 정보 기록면에, 또는 제2 광디스크(OD2)의 보호 기판(두께 t2 = 0.55 내지 0.65 ㎜)을 거쳐서 그 정보 기록면에 집광되어 여기에 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사된 광속은 다시 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2), 조리개(AP), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP)를 투과하여, 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사되고, 원통형 렌즈(CY1)로 비점수차가 부여되고, 센서 렌즈(SL1)를 투과하여 광검출기(PD)의 수광면에 입사하므로, 그 출력 신호를 이용하여 제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)에 정보 기록된 정 보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화, 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 포커싱 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 작동기 기구(10)의 포커싱 작동기(도시 생략) 및 트래킹 작동기(20)가 제1 반도체 레이저(LD1)로부터의 광속을 제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)를 일체적으로 이동시키도록 되어 있다.

[제3 광디스크(OD3)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우]

도5에 있어서, 제2 광원으로서의 제2 반도체 레이저(LD2)(파장 λ2 = 640 ㎚ 내지 670 ㎚)로부터 출사된 광속은 빔 셰이퍼(BS)로 빔 형상이 보정되고, 다이크로익 프리즘(DP)을 통과하여 콜리메이터(COL)에서 평행 광속이 된 후, 편광 빔 스플리터(PBS)를 통과하여 광학 소자(L1, L2)를 갖는 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 1/4 파장판(QWP) 및 조리개(AP)를 투과하여, 굴절면만으로 이루어지는 대물 광학 소자인 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)에 의해, 제3 광디스크(OD3)의 보호 기판(두께 t3 = 0.55 내지 0.65 ㎜)을 거쳐서 그 정보 기록면에 집광되고 여기에 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사된 광속은 다시 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2), 조리개(AP), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP)를 투과하여 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사되고, 원통형 렌즈(CY)로 비점수차가 부여되고, 센서 렌즈(SL1)를 투과하여 광검출기(PD)의 수광면에 입사하므로, 그 출력 신호를 이용하여 제3 광디스크(OD3)에 정보 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화, 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 포커싱 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 작동기 기구(10)의 포커싱 작동기(도시 생략) 및 트래킹 작동기(20)가 제2 반도체 레이저(LD2)로부터의 광속을 제3 광디스크(OD3)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)를 일체적으로 이동시키도록 되어 있다.

[제4 광디스크(OD4)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우]

제3 광원으로서의 제3 반도체 레이저(LD3)(파장 λ3 = 750 ㎚ 내지 820 ㎚)로부터 출사된 광속은 다이크로익 프리즘(DP)에서 반사되고, 콜리메이터(COL)에서 광속 직경이 교축되면서 평행 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(PBS)를 통과하여 광학 소자(L1, L2)를 갖는 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 1/4 파장판(QWP) 및 조리개(AP)를 투과하여 굴절면만으로 이루어지는 대물 광학 소자인 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)에 의해 제4 광디스크(OD4)의 보호 기판(두께 t4 = 1.2 ㎜)을 거쳐서 그 정보 기록면에 집광되고 여기에 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사된 광속은 다시 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2), 조리개(AP), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP)를 투과하여 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사되고, 원통형 렌즈(CY)로 비점수차가 부여되고, 센서 렌즈(SL1)를 투과하여 광검출기(PD)의 수광면에 입사하므로, 그 출력 신호를 이용하여 제4 광디스크(OD4)에 정보 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화, 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 포커싱 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 작동기 기구(10)의 포커싱 작동기(도시 생략) 및 트래킹 작동기(20)가 제3 반도체 레이저(LD3)로부터의 광속을 제4 광디스크(OD4)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)를 일체적으로 이동시키도록 되어 있다.

(제2 실시 형태)

도7은 제2 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 개략 구성도이다. 본 실시 형태에 있어서는 제1 반도체 레이저(LD1)와 제2 반도체 레이저(LD2)와 제3 반도체 레이저(LD3)는 동일 기판에 부착되고, 이른바 3 레이저 1 패키지(3L1P)라 불리는 단일 유닛을 구성하고 있다.

제1 반도체 레이저(LD1), 제2 반도체 레이저(LD2), 제3 반도체 레이저(LD3)로부터 각각 출사된 광속은 빔 셰이퍼(BS)에 의해 빔 형상이 보정되고, 콜리메이터(COL)로 광속 직경이 교축되면서 평행 광속이 되고, 편광 빔 스플리터(PBS)를 통과하여, 광학 소자(L1, L2)를 갖는 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 1/4 파장판(QWP) 및 조리개(AP)를 통과하여 굴절면만으로 이루어지는 대물 광학 소자인 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)에 의해 제1 내지 제4 광디스크(OD1 내지 OD4) 중 어느 하나의 보호 기판을 거쳐서 그 정보 기록면에 집광되어 여기에 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사된 광속은 다시 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2), 조리개(AP), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP)를 투과하여 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사되고, 원통형 렌즈(CY1)로 비점수차가 부여되고, 센서 렌즈(SL1)를 투과하여 광검출기(PD)의 수광면에 입사하므로, 그 출력 신호를 이용하여 제1 내지 제4 광디스크(OD1 내지 OD4) 중 어느 하나에 정보 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화, 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 포커싱 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 작동기 기구(10)의 포커싱 작동기(도시 생략) 및 트래킹 작동기(20)가 제3 반도체 레이저(LD3)로부터의 광속을 제1 내지 제4 광디스크(OD1 내지 OD4) 중 어느 하나의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ1 또는 OBJ2)를 일체적으로 이동시키도록 되어 있다.

또, 이상 서술한 실시 형태에서는 2개의 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)를 보유 지지한 렌즈 홀더(13)를 이동시킴으로써, 어느 한 쪽의 대물 광학 소자를 기계적으로 광로 내에 삽입하도록 하고 있으나, 본 발명은 그와 같은 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)의 위치를 고정하고, 가동 미러나 가동 프리즘을 이용하여 사용하는 광디스크에 따라서 광속이 어느 하나의 대물 광학 소자를 행하도록 광로를 바꾸는 구성이나, 가동부를 이용하지 않고 편광 빔 스플리터 등의 편광 작용을 이용하여 광로를 바꾸는 구성 외에, 3개의 광원으로부터 2개의 대물 광학 소자를 향하는 광학계를 독립적으로 2개 설치해도 좋다. 여 기서『고정』이라 함은『포커싱을 위해 광축 방향으로는 작용하지만, 광축과 수직 방향의 이동은 하지 않음』이라는 의미이다. 또한, 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)는 반드시 별개의 부재일 필요는 없으며, 예를 들어 플라스틱 수지로 형성하는 경우, 대물 광학 소자(OBJ1, OBJ2)를 병설한 광학 소자를 일체적으로 형성할 수도 있다.

이하의 도9, 도10은 상술한 대물 광학 소자의 위치를 고정 배치한 경우의 픽업 장치 구성을 도시한 것이다.

도9는, 광로를 빔 스플리터로서의 하프 미러(HMR)에 의해 분리하고, 각 광축이 평행하게 되도록, 고정적으로 배치되어 있는 대물 광학 소자(OBJ3 및 OBJ4)에 광속을 유도하여 각 디스크 정보의 기록 및/또는 재생하는 구성을 도시한 것이다.

도10은 도9의 빔 스플리터로서의 하프 미러 대신에 OBJ3에 광속을 유도하기 위한 제1 위치와 OBJ4에 광속을 유도하기 위한 제2 위치 사이를 이동하는 가동성 미러에 의해 각 디스크 정보의 기록 및 또는 재생하는 구성을 도시한 것이고, 그 밖의 구성에 대해서는 도9와 마찬가지이다.

도9에서는, BD 또는 HD용의 제1 광원으로서의 반도체 레이저(L1)를 구비하는 한편, DVD/CD용의 제2 광원, 제3 광원으로서의 반도체 레이저(L2), 반도체 레이저(L3)는 1 패키지화하여 설치한 2L1P로서 구비하고 있다.

[제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 경우]

우선, 제1 광원으로서의 제1 반도체 레이저(L1)(파장 λ1 = 40O ㎚ 내지 420 ㎚)로부터 출사된 광속은, 파장 선택 소자로서의 다이크로익 프리즘(DP)을 통과하 고, 콜리메이터(COL)에 의해 평행 광속으로 된 후 복수의 광학 소자로 구성하는 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은, 1/4 파장판(QWP)(및 교축 AP)을 통과하고, 하프 미러(HMR)에 의해 광속의 일부를 투과 및 일부를 반사시킨다.

여기서의 하프 미러는 파장 λ1의 광속에 대해, 입사 광속의 대부분을 투과광과 반사광으로 분리시키는 구성이고, 파장 λ2, λ3에 대해서는 입사 광속의 대부분을 투과 또는 반사(도9는 반사의 구성)시키는 특성을 갖는 것이다.

제1 광디스크(OD1)의 정보 기록 또는 재생인 경우에는, 상기 하프 미러로 투과한 광속의 일부를 절곡 미러(MR)에 의해 반사시키고, 빛의 진행 방향을 변경시켜 대물 광학 소자(OBJ4)에 입사되고, 제1 광디스크(OD1)의 보호 기판(두께 t1 = 0.085 내지 0.1 ㎜)을 개재하여 그 정보 기록면에 집광 스폿을 형성한다.

제2 광디스크(OD2)의 정보 기록 또는 재생인 경우에는, 상기 하프 미러에 의해 반사한 광속의 일부를 대물 광학 소자(0BJ3)에 입사시키고, 제2 광디스크(OD2)의 보호 기판(두께 t2 = 0.55 내지 0.65 ㎜)을 개재하여 그 정보 기록면에 집광 스폿을 형성한다.

그리고, 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사한 광속은, 다시 대물 광학 소자(OBJ3, OBJ4), 하프 미러(HMR), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP)를 투과하여 편광 빔 스플리터(PBS1)에 의해 반사되고, 광검출기(PD1)의 수광면에 입사하기 때문에, 그 출력 신호를 이용하여 제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)에 정보 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화 및 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 초점 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 액튜에이터 기구의 포커싱 액튜에이터 및 트랙킹 액튜에이터(도시하지 않음)가, 제1 반도체 레이저(LD1)로부터의 광속을 제1 광디스크(OD1) 또는 제2 광디스크(OD2)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ3, OBJ4)를 일체로 이동시키도록 되어 있다.

제2 광원으로서의 제2 반도체 레이저(L2)(파장 λ2 = 640 ㎚ 내지 670 ㎚)로부터 출사된 광속은, 편광 빔 스플리터(PBS2)를 통과하여 파장 선택 소자로서의 다이크로익 프리즘(DP)에 의해 반사되고, 콜리메이터(COL)에 의해 평행 광속으로 된 후 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 1/4 파장판(QWP)을 통과하고, 하프 미러(HMR)에서 그 대부분이 반사되어 대물 광학 소자(OBJ3)에 입사되고, 제3 광디스크(OD3)의 보호 기판(두께 t3 = 0.55 내지 0.65 ㎜)을 통해 그 정보 기록면에 집광되어 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사한 광속은, 다시 대물 광학 소자(OBJ3), 하프 미러(HMR), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP), 콜리메이터(C0L)를 투과하여 다이크로익 프리즘(DP)에 의해 반사되고, 편광 빔 스플리터(PBS2)에 의해 반사되고, 광검출 수단(PD2)의 수광면에 입사하므로, 그 출력 신호를 이용하여 제3 광디스크(OD3)에 정보 기록된 정보 판독 신호를 얻을 수 있다.

또한, 광검출기(PD) 상에서의 스폿의 형상 변화 및 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 초점 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 액튜에이터 기구의 포커싱 액튜에이터 및 트랙킹 액튜에이터(도시되지 않음)가, 제2 반도체 레이저(LD2)로부터의 광속을 제3 광디스크(OD3)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ3)를 일체로 이동시키게 되어 있다.

제3 광원으로서의 제3 반도체 레이저(L3)(파장 λ3 = 750 ㎚ 내지 820 ㎚)로부터 출사된 광속은, PBS2를 통과하여 파장 선택 소자로서의 다이크로익 프리즘(DP)에 의해 반사되고, 콜리메이터(COL)로 광속 직경을 교축하면서 평행 광속이 되어 빔 익스팬더(EXP)에 입사한다.

빔 익스팬더(EXP)를 투과한 광속은 1/4 파장판(QWP)을 통과하고, 하프 미러( HMR)에 의해 그 대부분이 반사되어 대물 광학 소자(OBJ3)에 입사되고, 제4 광디스크(OD4)의 보호 기판(두께 t4 = 1.2 ㎜)을 개재하여 그 정보 기록면에 집광되어 집광 스폿을 형성한다.

그리고 정보 기록면에서 정보 피트에 의해 변조되어 반사한 광속은, 다시 대물 광학 소자(0BJ3), 하프 미러(HMR), 1/4 파장판(QWP), 빔 익스팬더(EXP), 콜리메이터(C0L)를 투과하여 다이크로익 프리즘(DP)에 의해 반사되고, 편광 빔 스플리터(PBS2)에 의해 반사되어 광검출 수단(PD2)의 수광면에 입사하기 때문에, 그 출력 신호를 이용하여 제4 광디스크(OD4)에 정보 기록된 정보의 판독 신호를 얻을 수 있다.

또, 광검출 수단(PD2) 상에서의 스폿의 형상 변화 및 위치 변화에 의한 광량 변화를 검출하여 초점 검출이나 트랙 검출을 행한다. 이 검출을 기초로 하여 대물 렌즈 액튜에이터 기구의 포커싱 액튜에이터 및 트랙킹 액튜에이터(도시되지 않음)가, 제3 반도체 레이저(L3)로부터의 광속을 제4 광디스크(OD4)의 정보 기록면 상에 결상하도록 대물 광학 소자(OBJ3)를 일체로 이동시키도록 되어 있다.

다이크로익 프리즘을 파장 λ1을 통과시키는 한편, 파장 λ2, λ3은 반사시키는 파장 선택성을 갖는 소자이다.

또, 여기서의 빔 익스팬더(EXP)는 복수의 광학 소자로 구성되고, 적어도 하나의 광학 소자가 광축 방향으로 가동하여 콜리메이터(COL)로부터의 평행 광속의 광속 직경을 변경(여기서는 확대)하는 구성으로 되어 있다. 그러나 빔 익스팬더(EXP)는 다른 기능으로서의 색 수차나 구면 수차를 보정하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 또 여기서의 색 수차라 함은, 파장 변동에 의해 생기는 색 수차가고, 구면 수차라 함은 각 디스크 사이의 보호 기판 두께차가에 의해 생기는 구면 수차, 파장 변동에 의해 생기는 구면 수차, 온도 변동에 의해 생기는 구면 수차 중 어느 하나가 적어도 하나를 가리킨다.

또한 이러한 수차 보정은, 반드시 빔 익스팬더(EXP)를 복수의 광학 소자로 가동하는 구성으로 한정되지 않고, 그 광학면 중 적어도 하나로 복수의 단차 구조를 형성하여 행하는 것이라도 좋다. 여기서의 단차 구조에는, 입사 광속에 대해 회절 작용을 생기게 하여 이러한 수차를 줄이기 위한 회절 구조, 위상차를 생기게 하여 이러한 수차를 줄이기 위한 위상 구조, 혹은 이러한 구조의 양쪽을 다른 광학 면 상에 각각 구성하거나 또는 동일 광학면 상에 겹쳐 구성하는 단차 구조, 파장 선택성을 갖게 한 계단형 단차 구조 중 어느 하나라도 그 범주에 포함된다. 물론, 여기서의 빔 익스팬더(EXP)는 복수의 광학 소자에 의해 구성되어 있지만, 단일의 광학 소자라도 좋다.

또한 이러한 단차 구조는 빔 익스팬더(EXP)로 한정되지 않고, 다른 광학 소자[콜리메이터(COL)] 등에 설치해도 좋고, 물론 대물 광학 소자[OBJ3(OBJ4)]에 설치하는 것이라도 좋다.

이와 같이 빔 익스팬더(EXP)를 설치함으로써, 색 수차 보정 및 구면 수차 보정을 행할 수 있고, 또한 예를 들어 고밀도(DVD)가 정보 기록면을 2층으로 갖고 있는 식인 경우, 광원측의 광학 소자를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 정보 기록면의 선택을 행할 수 있다. 또, 본 도면에서는 PD1과, PD2를 각각 따로따로 구비하고 있지만, 이러한 센서는 제1 내지 제3 광원으로부터의 각 광속에 대해 공용하여 이용되는 하나의 센서로 구성해도 좋다. 이 경우, 도시되는 PD2와 PDS2는 불필요하게 되는 것은 용이하게 이해될 것이다.

또한 본 도면에서는 콜리메이터(COL)는 3 파장 공용된 것 1개 이용하고 있지만, 이를 BD용과 DVD/CD용의 2개로 이용해도 상관없다.

또 본 도면에서는, 대물 광학 소자(OBJ3, OBJ4)에 입사하는 광속의 진행 방향을 각각, 변경하기 위해 하프 미러를 이용하였다.

이는 광학계의 수를 감소시키기 위한 구성으로서는 바람직한 구성이지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉 여기서 이용되는 빔 스플리터는, 입사 광속을 각 대물 광학 소자에 유도하는 일이 가능해지도록 복수의 진행 방향으로 변경 가능한 구성이면 좋고, 하프 미러와 같은 입사 광속을 선택적으로 투과 및 반사하여 행하는 것만으로 한정되지 않으며, 예를 들어 편광 빔 스플리터와 같이 입사 광속의 제1 편광 방향 성분과, 그와는 다른 편광 방향 성분을 갖는 제2 편광 방향 성분으로 분리하는 구성이라도 좋다.

그 경우, 도9와 같은 광학계의 구성에 있어서는 PBS1은 하프 미러로 할 필요가 있다.

또 도10은 도9와 동일하게, HD/DVD/CD용의 대물 광학 소자(OBJ3) 및 BD 전용의 대물 광학 소자(OBJ4)의 2 렌즈 방식으로 청자색 레이저의 광로를, 미러(MR)를 이동시키는 것으로 달성하고 있는 구성을 도시한 것이다.

다음에, 상술한 실시 형태에 적합한 실시예에 대해 설명한다. 또, 이하의 실시예에 있어서 NA1 = 0.85 내지 0.9이며, NA2 = 0.65 내지 0.67이며, NA3 = 0.60 내지 0.67이며, NA4 = 0.45 내지 0.53이다. 또한, HWL은 회절격자의 브레이즈화 파장(예를 들어 회절 구조 HOE의 설계 파장)인 것으로 한다. 또, 이 이후(표의 렌즈 데이터 포함함)에 있어서, 10의 거듭제곱 수(예를 들어 2.5 × 10^-3)를 E(예를 들어 2.5E_3)를 이용하여 나타내는 것으로 한다.

또, 대물 광학계의 광학면은 각각 수학식 2에 표 1에 나타내는 계수를 대입한 수식으로 규정되는 광축 주위에 축대칭인 비구면으로 형성되어 있다.

[수학식 2]

여기서, X(h)는 광축 방향의 축(빛의 진행 방향을 플러스로 함), κ는 원뿔 계수, a_2i는 비구면 계수, h는 광축으로부터의 높이이다.

또한, 회절 구조에 의해 각 파장의 광속에 대해 부여되는 광로 길이는 수학식 3의 광로차 함수에 표 1에 나타내는 계수를 대입한 수학식으로 규정된다.

[수학식 3]

B_2i는 광로차 함수의 계수이다.

(실시예 A)

실시예 A에서는 제1 대물 광학 소자는 HD(제2 광디스크) 및 DVD(제3 광디스크) 공용이며, 제2 대물 광학 소자는 BD(제1 광디스크) 및 CD(제4 광디스크) 공용이다.

실시예 A에서의 제1 대물 광학 소자의 제1 실시예 내지 제6 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예 내지 제4 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 그 광원측면(S1)에는 도1에서 나타낸 바와 같이 톱니 모양의 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회 절 구조 DOE」라 함)가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 DOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚인 광속과, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚인 광속은 각각 실시예에 있어서, 이하의 표 1에 나타낸 차수에 있어서 가장 회절 효율이 높아진다. 단일 렌즈(L1)의 광디스크측면(S2)은 비구면이다.

S1면의 회절차수

	405 ㎚	655 ㎚
제1 실시예	2차	1차
제2 실시예	3차	2차
제3 실시예	5차	3차
제4 실시예	8차	5차

다음에, 제1 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ2 = 655 ㎚에 대한 굴절률은 1.54073이다. 각 실시예의 렌즈 데이터를 표 2 내지 표 5에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 양 광디스크에 대한 사용 NA가 NA2로 동일하므로 1개의 영역으로 구성되어 있으나, 사용하는 광속의 파장이 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2와 다르므로(λ1 < λ2), 제1 반도체 레이저로부터의 제1 광속이 통과하는 NA2 영역과, 제2 반도체 레이저로부터의 제2 광속이 통과하는 NA2 영역에서는 제2 광속에 대한 NA2 영역 쪽이 커지므로, 제1 광속의 NA2 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, 제1 광속의 NA2로부터 제2 광속의 NA2까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있어, 각각에 다른 위상 구조를 마련해도 좋다.

회절 구조 DOE는 제1 파장 λ1의 제1 광속과, 제2 파장 λ2의 제2 광속에 대해 각각에 대응한 광디스크에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 호환성을 확보하는 동시에, 단일 렌즈(L1)를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학 소자의 색 수차와 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조이기도 하다.

회절 구조 DOE에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE에 대해 제1 광속이 입사하면 회절광이 95 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

예를 들어 단차의 높이를, 파장 400 ㎚에 대해 ＋2차 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계하면, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 97 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 약 94 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능하다. 그 밖의 회절 차수의 페어(pair)에 대해서도 동일한 효율 할당이 가능하며, 각각에 있어서 실용상 충분한 회절 효과를 얻을 수 있다. 또한, 여기서 제1 파장 λ1에 대해 가장 적절하게 함으로써, 제2 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE로서 청자색 영역에 있어서 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 갖는 것으로 한 경우, 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써, 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 확대시키는 것이 가능하다.

이와 같이 회절 구조 DOE를 이용함으로써, 2종류의 광디스크에 1개의 대물 광학 소자로 대응하면서 각각 광속의 배율(M2, M3)을 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써 제2 광디스크와 제3 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 광학면(S1)을 회절 구조 DOE로 하였지만, 회절 구조 DOE를 광학면(S2)에 설치해도 된다.

(제5 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 광원측면(S1) 및 광디스크측면(S2)의 양면이 비구면이다. 이러한 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ2 = 655 ㎚에 대한 굴절률은 1.54073이다. 제5 실시예의 렌즈 데이터를 표 6에 나타낸다.

(제6 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 양 광디스크에 대한 사용 NA가 NA2로 동일하므로 1개의 영역으로 구성되어 있고, 도3의 (a), (d)에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚인 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚인 광속은 ＋1차의 방향으로 회절된다. 또한 단일 렌즈(L1)의 광디스크측면(S2)은 비구면이다.

다음에, 제1 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ2 = 655 ㎚에 대한 굴절률은 1.54073이다. 제6 실시예의 렌즈 데이터를 표 7에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 도3의 (c), (d)에 도시한 바와 같이, 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있다.

제1 영역(AREA1)에 형성된 회절 구조 HOE1에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 D는

[식 2]

Dㆍ(N1 - 1)/λ1 = 2ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있다. 단, λ1은 제1 발광점 EP1로부터 출사되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는, λ1 = 0.405 ㎛), N1은 λ1에 대한 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D가 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해, 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 2 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 그대로 투과한다(본 명세서에서는「0차 회절광」이라 함).

한편, 이 계단 구조에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는 λ2 = 0.655 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {2 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2} × λ2 = {2 × 0.405/(1.5601 - 1) × (1.54073 - 1)/0.655} × λ2 = 1.194ㆍλ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있으므로, 인접하는 링끼리 제2 파장 λ2의 1파장분의 광로차가 발생하게 되어 [(1.194 - 1) × 5 ≒ 1], 제2 광속은 ＋1차의 방향으로 회절한다(＋1차 회절광). 이 때의 제2 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 약 87 %가 되지만, DVD에 대한 정보의 기록/재생에는 충분한 광량이다.

이와 같이 회절 구조 HOE를 이용함으로써 2 종류의 광디스크에 1개의 대물 광학계로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M2, M3)을 전부 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써, 제2 광디스크와 제3 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)을 회절 구조 HOE로 하였지만, 회절 구조 HOE를 광디스크측 광학면(S2)에 마련해도 좋다.

실시예 A에 있어서, 이상의 제1 대물 광학 소자와 조합하여 이용할 수 있는 제2 대물 광학 소자의 제1 실시예 내지 제2 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 그 광원측면(S1)은 NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있고, 제1 영역(AREA1)에는 도1에서 도시한 바와 같은 톱니 형상의 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 DOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 2차광으로서, 제3 파장 λ3 = 785 ㎚의 광속은 1차광으로서 회절한다. 제2 영역(AREA2)은 제1 영역(AREA1)의 베이스가 되는 비구면 형상과는 다른 형상의 비구면으로 되어 있다. 또한, 단일 렌즈(L1)의 광디스크측면(S2)은 비구면이다.

다음에, 제2 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ3 = 785 ㎚에 대한 굴절률은 1.5372이다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 8에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제2 영역(AREA2)은 위상 구조를 가지고 있지 않으나, 여기에 제1 영역(AREA1)과는 다른 위상 구조를 마련해도 된다.

회절 구조 DOE는 제1 파장 λ1의 광속과, 제3 파장 λ3의 광속에 대해 각각에 대응한 광디스크에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 호환성을 확보하는 동시에, 단일 렌즈(L1)를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학계의 색 수차와 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조로 할 수도 있다.

회절 구조 DOE에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해 제1 광속이 입사하면 회절광이 95 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

예를 들어 단차의 높이를, 파장 400 ㎚에 대해 회절 효율이 100 %가 되도록 설계하면, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 약 97 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 약 94 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능하다. 또는 제1 파장 λ1에 대해 가장 적절하게 함으로써 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE가 청자색 영역에 있어서, 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 가지면, 환경 온도 변화에 수반하여 단일 렌즈에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써, 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓힐 수 있다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 설치된 회절 구조 DOE의 각 링의 폭은 제2 광속에 대해 유한 배율(여기서는 M4 = -0.166)로 하면서, 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 DOE에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판의 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄함으로써, 회절 구조 DOE와 CD의 보호 기판을 투과한 제3 광속은 CD의 정보 기록면 상에 양호한 스폿을 형성한다. 또한, 본 실시예에서는 광학면(S1)을 회절 구조 DOE로 하였지만, 회절 구조 DOE를 광학면(S2)에 설치해도 좋다.

(제2 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱으로 이루어지는 L1 렌즈와 유리 재료로 이루어지는 L2 렌즈로 이루어진다. L1 렌즈는 그 디스크측면(S2)에, 도3의 (c), (d)에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제2 파장 λ3 = 780 ㎚의 광속은 ＋1차 방향으로 회절된다. 여기서 본 실시예에서는 생략되어 있으나, L1 렌즈의 광원측면(S1)에, 도2나 도4에서 나타낸 바와 같은 링 구조가 마련되어 있어도 좋다. 이 링 구조는 설계 기준 상태에 있어서는 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속도 제1 파장 λ3 = 780 ㎚의 광속도 회절하는 일 없이 투과하지만, 반도체 레이저의 파장 오차나 광픽업 장치 사용 시의 온도 상승에 의한 반도체 레이저 파장 변화 등, 설계에서 파장이 어긋난 경우에, 링 구조가 작용하여 상기 파장차나 온도차에 의해 발생하는 수차를 보정하는 작용을 하는 것이다. 이들 광학면(S1)의 베이스가 되는 면 형상은 평판 형상이고, 광학면(S2)의 베이스가 되는 면 형상은 오목 구면이다. 여기서, 이 베이스면은 평면이나 구면 이외라도 좋으며, 예를 들어 비구면 형상으로 함으로써 축외 수차의 보정이나 고차 수차의 제어 등에 자유도가 증가하여 유리해진다.

한편, L2 렌즈는 유리 몰드 등으로 작성되는 유리의 양면 비구면 렌즈이며, L2 렌즈 단일 부재에서는 L1 렌즈의 오목 구면에서 결정되는 유한 배율과, BD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 본 실시예와 같이 제1 광속에 대한 제1 배율(M1)과 제3 광속에 대한 제4 배율(M4)을 동일하게 0으로 하는 경우, BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판의 두께의 차이에 의해 대물 광학 소자와 CD의 보호 기판을 투과한 제3 광속의 구면 수차는 위상 구조가 없는 상태에서는 보정 과잉 방향으로 되어 버린다. 본 실시예에서는 이 제3 광속의 구면 수차 보정 과잉을 제3 광속에 대한 배율을 유한 배율로 함으로써 BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판의 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차를 상쇄하여 구면 수차를 보정하고 있다.

다음에, 제2 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. L1 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5087이며, 아베수(νd)가 56.3인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.52403, λ3 = 780 ㎚에 대한 굴절률은 1.50261이다. 또한, L2 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.61544이며, 아베수(νd)가 60.0인 유리 몰드 렌즈이다. 제2 실시예의 렌즈 데이터를 표 9에 나타낸다.

L1 렌즈와 L2 렌즈를 일체화하는 경우에는 다른 부재의 거울 프레임을 거치는 것이 보통이다. 그러나, L1 렌즈의 광학 기능부(제1 광속이 투과하는 L1 렌즈의 영역)의 주위에, 광학 기능부와 일체적으로 성형된 플랜지부를 마련하고, 이러한 플랜지부와 L2 렌즈의 일부 끼리를 융착이나 접착 등으로 접합함으로써 일체화되어 있는 구조로 하는 것도 가능하다.

L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 도8에 도시한 바와 같이 NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있으며, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (c), (d)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있다.

제3 영역(AREA3)에 형성된 회절 구조 HOE에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 D(㎛)는

[식 3]

Dㆍ(N1 - 1)/λ1 = 1ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 2로 설정되어 있다. 단, λ1은 발광점 EP1로부터 사출(射出)되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는 λ1 = 0.405 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D가 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 1 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

한편, 이 계단 구조에 대해 제3 파장 λ3(여기서는 λ3 = 0.780 ㎛)의 제3 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {1 × λ1/(N1 - 1) × (N3 - 1)/λ3} × λ3 = {1 × 0.405/(1.52403 - 1) × (1.50261 - 1)/0.780} × λ3 = 0.498ㆍλ3(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 2로 설정되어 있으므로, 제3 광속은 ±1차의 방향으로 동일한 회절 효율로 회절한다(＋1차 회절광과 -1차 회절광). 본 실시예에서는 ＋1차 회절광을 이용하여 CD에 대한 정보의 기록/재생을 행하고 있으며, 이 때의 제1 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 40 %강이 된다. 또한, -1차 회절광은 플레어광이 된다.

여기서, ＋1차 회절광의 회절 효율을 높게 하기 위해, 예를 들어 계단 형상의 광축과 평행한 면과 광축과 평행하지 않은 쪽의 면의 기울기를 최적화하거나, 예를 들어 상기 광축과 평행하지 않은 면의 형상을 파면수차적으로 바람직하게 되는 형상으로부터 조금 변경하거나 함으로써 개선할 수 있다. 또한, L1 렌즈를 구성하는 재료의 매질 분산을 변경하고 또 계단 형상의 분할수 P를 변경함으로써 효율을 높게 하는 것도 가능하다.

또한, 여기서 L1 렌즈의 광원측의 광학면(S1)은 도8의 (c)에 도시한 바와 같이, NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있어도 좋고, 각각에 있어서 다른 위상 함수를 갖는 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조로 하는 등 설계 자유도를 늘릴 수 있다.

L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)에 설치된 회절 구조 HOE의 각 링의 폭은 제3 광속이 입사한 경우에, 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 HOE에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄함으로써 회절 구조 HOE와 CD의 보호 기판을 투과한 제3 광속은 CD의 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성한다.

이와 같이, 회절 구조 HOE를 이용함으로써 2종류의 광디스크에 1개의 대물 광학계로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M1, M4)을 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써 제1 광디스크와 제4 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 양호한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 L1 렌즈에 회절 구조 HOE를 마련하였지만, 적어도 1개의 회절 구조 HOE를 L2 렌즈에 설치해도 좋다.

또한, L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제1 영역(AREA1)이나 제2 영역(AREA2), 광디스크측의 광학면(S2)의 제4 영역(AREA4)에는 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상인 복수의 링으로 구성된 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)가 형성되어 있어도 좋다. 이러한 회절 구조 DOE는 대물 광학 소자의 색 수차를 억제하기 위한 구조이다.

회절 구조 DOE에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE에 대해 제1 광속이 입사하면, 회절광이 90 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

본 실시예에 있어서의 제2 대물 광학 소자에서는, 이러한 회절 구조 DOE를 설치하고 있지 않으나, 이들 회절 구조 DOE는 L2 렌즈의 광학면 상에 설치해도 좋다. 그 때의 회절 구조 DOE는 L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면 전 영역을 1개의 영역으로서 1개의 회절 구조 DOE로 해도 상관없으며, L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면을 광축을 중심으로 하는 동심원상의 2개의 영역으로서, 각각의 영역에서 다른 회절 구조 DOE를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 때 각각의 영역에서의 회절 효율은 제1 광속과 제3 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속과 제3 광속에 대해 회절 효율이 할당되도록 하면 좋다. 또는 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

본 실시예의 L1 렌즈에서는 디스크측의 광학면(S2)에 회절 구조 HOE를 형성하였지만, 이와는 반대로 광학면(S1)에 회절 구조 HOE를 형성한 구조로 해도 좋다.

(실시예 B)

본 실시예 B에서는 제1 대물 광학 소자는 HD(제2 광디스크) 및 CD(제4 광디스크) 공용이며, 제2 대물 광학 소자는 BD(제1 광디스크) 및 DVD(제3 광디스크) 공용이다.

실시예 B에 있어서의 제1 대물 광학 소자의 제1 실시예 내지 제4 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예 내지 제2 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 그 광원측면(S1)에는 도1에서 도시한 바와 같은 톱니 형상의 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 DOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 2차광으로서, 제3 파장 λ3 = 785 ㎚의 광속은 1차광으로서 회절한다. 단일 렌즈(L1)의 광디스크측면(S2)은 비구면이다.

다음에, 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ3 = 785 ㎚에 대한 굴절률은 1.5372이다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 10에 나타내고, 제2 실시예의 렌즈 데이터를 표 11에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 1개의 영역으로 구성되어 있으나, NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3으로부터 NA2까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있어 각각에 다른 위상 구조를 구비해도 좋다.

회절 구조 DOE는 제1 파장 λ1의 광속과, 제3 파장 λ3의 광속에 대해 각각에 대응한 광디스크에의 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 호환성을 확보하는 동시에 단일 렌즈(L1)를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학계의 색 수차와, 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조이기도 하다.

회절 구조 DOE에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해, 제1 광속이 입사하면 회절광이 95 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

예를 들어 단차의 높이를 파장 400 ㎚에 대해 효절 효율이 100 %가 되도록 설계하면, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 약 97 %인 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 약 94 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능하다. 또는 제1 파장 λ에 대해 최적화함으로써, 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE는 청자색 영역에 있어서 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 갖는다. 이에 의해, 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써, 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓히고 있다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 설치된 회절 구조 DOE의 각 링의 폭은 제3 광속이 입사한 경우에, 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 DOE에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄됨으로써, 회절 구조 DOE와 CD의 보호 기판을 투과한 제3 광속은 CD의 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성한다.

이와 같이 회절 구조 DOE를 이용함으로써 2종류의 광디스크에 1개의 대물 광학계로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M2, M4)을 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써, 제1 광디스크와 제2 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 광학면(S1)을 회절 구조 DOE로 하였지만, 회절 구조 DOE를 광학면(S2)에 설치해도 된다.

(제3 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 광원측면(S1) 및 광디스크측면(S2)의 양면이 비구면이다.

다음에, 제1 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ3 = 785 ㎚에 대한 굴절률은 1.5372이다. 제3 실시예의 렌즈 데이터를 표 12에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)는 렌즈 단일 부재로 배율 M2 = 0과 HD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 그로 인해, 본 실시 형태와 같이 제1 광속에 대한 제2 배율(M2)과, 제3 광속에 대한 제4 배율(M4)을 동일하게 0으로 하는 경우, HD의 보호 기판과, CD의 보호 기판의 두께의 차이에 의해 대물 광학 소자와 CD의 보호 기판을 투과한 제3 광속의 구면 수차는 보정 과잉 방향으로 되어 버린다. 본 실시예에서는 이 제3 광속의 구면 수차 보정 과잉을 제3 광속에 대한 배율을 유한 배율로 함으로써 HD의 보호 기판과 CD의 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차를 상쇄하여 구면 수차를 보정하고 있다.

(제4 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 그 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3으로부터 NA2까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있고, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (c), (d)에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제3 파장 λ3 = 785 ㎚의 광속은 ＋1차 방향으로 회절된다. 단일 렌즈(L1)의 광디스크측면(S2)은 비구면이다. 또한 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)의 제2 영역(AREA2)은 평면이지만, 여기에 다른 위상 구조를 마련해도 된다.

다음에, 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. 단일 렌즈(L1)는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.5601, λ3 = 785 ㎚에 대한 굴절률은 1.5372이다. 제4 실시예의 렌즈 데이터를 표 13에 나타낸다.

단일 렌즈(L1)의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 도8에 나타낸 바와 같이 NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA3으로부터 NA2까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있으며, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (c), (d)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있다.

제3 영역(AREA1)에 형성된 회절 구조 HOE에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 D는

[식 4]

Dㆍ(N1 - 1)/λ1 = 1ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 2로 설정되어 있다. 단, λ1은 발광점 EP1로부터 출사되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는 λ1 = 0.405 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

한편, 이 계단 구조에 대해 제3 파장 λ3(여기서는 λ3 = 0.785 ㎛)의 제3 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {1 × λ1/(N1 - 1) × (N3 - 1)/λ3} × λ3 = {1 × 0.405/(1.5601 - 1) × (1.5372 - 1)/0.785} × λ3 = 0.495ㆍλ3(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 2로 설정되어 있으므로, 제3 광속은 ±1차의 방향으로 거의 동일한 회절 효율로 회절한다(＋1차 회절광과 -1차 회절광). 본 실시예에서는 ＋1차 회절광을 이용하여 CD에 대한 정보의 기록/재생을 행하고 있으며, 이 때의 제1 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 40 %강이 된다. 또한, -1차 회절광은 플레어광이 된다.

실시예 B에 있어서, 이상의 제1 대물 광학 소자와 조합하여 이용할 수 있는 제2 대물 광학 소자의 제1 실시예 내지 제2 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱 렌즈 2매의 구성으로, 광원측으로부터 L1 렌즈, L2 렌즈로 이루어진다. L1 렌즈는 그 양면에 회절형의 위상 구조가 설치되어 있고, 그 광원측면(S1)에는 도3에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속은 ＋1차의 방향으로 회절된다. L1 렌즈의 광디스크측면(S2)에는 도2나 도4에서 도시한 바와 같은 링 구조가 설치되어 있다. 이 링 구조는 설계 기준 상태에 있어서는 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속도 제1 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속도 회절하는 일 없이 투과하지만, 반도체 레이저의 파장 오차나 광픽업 장치 사용 시의 온도 상승에 의한 반도체 레이저 파장 변화나 렌즈 굴절률 변화 등 설계에서 파장이나 굴절률이 어긋난 경우에, 링 구조가 작용하여 상기 파장차나 온도차에 의해 발생하는 수차를 보정하는 작용을 하는 것이다. 이들 광학면(S1 및 S2)의 베이스가 되는 면 형상은 비구면 형상이다. L2 렌즈가 플라스틱 렌즈의 양면 비구면 렌즈이다.

다음에, 제2 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. L1 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5091이며, 아베수(νd)가 56.4인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.52469, λ2 = 655 ㎚에 대한 굴절률은 1.50650이다. 또한, L2 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5435이며, 아베수(νd)가 56.7인 플라스틱 렌즈이다. 또한, 각각의 광학 기능부(제1 광속이 투과하는 L1 렌즈와 L2 렌즈의 영역)의 주위에는 광학 기능부와 일체적으로 성형된 플랜지부를 갖고, 이러한 플랜지부의 일부 끼리를 접합함으로써 일체화되어 있다. 또, L1 렌즈와 L2 렌즈를 일체화하는 경우에는 다른 부재의 거울 프레임을 거쳐서 양자를 일체화해도 좋다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 14에 나타낸다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 도8에 도시한 바와 같이 NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA2에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있고, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 HOE」라 함)인 회절 구조 HOE1이 형성되어 있다.

제1 영역(AREA1)에 형성된 회절 구조 HOE1에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 D1(㎛)은

[식 5]

Dㆍ(N1 - 1)/λ1 = 2ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있다. 단, λ1은 제1 발광점 EP1로부터 사출되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는, λ1 = 0.405 ㎛), N1은 λ1에 대한 N1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D1이 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해, 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 2 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차광으로서 그대로 투과한다.

한편, 이 계단 구조에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는 λ2 = 0.655 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {2 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2} × λ2 = {2 × 0.405/(1.52469 - 1) × (1.50650 - 1)/0.655} × λ2 = 1.194ㆍλ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있으므로, 인접하는 링끼리 제2 파장 λ2의 1파장분의 광로차가 발생하게 되고[(1.194 - 1) × 5 ≒ 1], 제2 광속은 ＋1차의 방향으로 회절한다(＋1차 회절광). 이 때의 제2 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 약 87 %가 되지만, DVD에 대한 정보의 기록/재생에는 충분한 광량이다.

L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 1개의 영역으로 이루어지는 비구면에 설치된 링 구조로 각각의 링 사이의 단차 D2(㎛)는

[식 6]

D2ㆍ(N1 - 1)/λ1 = 5

로 설정되어 있다. 이 단차에 대해 제2 파장 λ2(여기서는 λ2 = 0.655 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {5 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2} × λ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 단, N2는 파장 λ2에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률이다. 제2 파장 λ2는 λ2/(N2 - 1)와 λ1(N1 - 1)의 비가 대략 5 : 3의 관계이므로, 인접하는 계단 구조 사이에서는 대략 3 × λ2(㎛)의 광로차가 발생하고, 제2 광속도 제1 광속과 마찬가지로, 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

그러나, 제1 파장 λ1의 반도체 레이저가 본래의 0.405 ㎛로부터 예를 들어 λ1' = 0.410 ㎛로 변화한 경우, 0.410 ㎛에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률은 1.524이므로, 인접하는 링 사이의 광로차는 {5 × 0.405/(1.52469 - 1) × (1.524 - 1)/0.410} × λ1' = 4.933ㆍλ1'(㎛)이 된다. 이 광로차에 의해 발생하는 수차와 대물 광학 소자 전 시스템에서 발생하는 수차가 서로 상쇄됨으로써 파장 변동에 대한 수차의 조정을 행하고 있다.

또한, 여기서 L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 도8에 도시한 바와 같이, NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제3 영역(AREA3)과, NA2에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제4 영역(AREA4)으로 분할되어도 좋고, 각각에 있어서 다른 위상 함수를 갖는 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조로 하는 등 설계 자유도를 늘릴 수 있다.

제2 대물 광학 소자는 위상 구조가 없는 L2 렌즈와 L2 렌즈의 조합으로, 제1 파장 λ1과 배율 M1 = 0과 BD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 그로 인해, 본 실시 형태와 같이 제1 광속에 대한 제1 배율(M1)과, 제2 광속에 대한 제2 배율(M3)을 동일하게 0으로 하는 경우, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판의 두께의 차이에 의해 대물 광학 소자와 DVD의 보호 기판을 투과한 제2 광속의 구면 수차는 위상 구조가 없는 상태에서는 보정 과잉 방향으로 되어 버린다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 설치된 회절 구조 HOE1의 각 링의 폭은 제2 광속이 입사된 경우에, 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 HOE1에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄됨으로써, 회절 구조 HOE1과 DVD의 보호 기판을 투과한 제2 광속은 DVD의 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성한다.

이와 같이 회절 구조 HOE를 이용함으로써 2종류의 광디스크에 1개의 대물 광학 소자로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M1, M3)을 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써, 제1 광디스크와 제3 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 L1 렌즈를 회절 구조 HOE로 하였으나, 적어도 1개의 회절 구조 HOE를 L2 렌즈에 설치해도 좋다.

또한, L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제2 영역(AREA2)이나 광디스크측의 광학면(S2)에는 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상인 복수의 링으로 구성된 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)가 형성되어 있어도 좋다. 회절 구조 DOE는 L2 렌즈를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학계의 색 수차와 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조이다.

회절 구조 DOE에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해, 제1 광속이 입사하면 회절광이 95 % 이상인 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

본 실시예에서의 대물 광학 소자에서는 이러한 회절 구조 DOE를 설치하고 있지 않지만, 이들 회절 구조 DOE는 전술한 제2 영역(AREA2) 이외에 L2 렌즈의 광학면 상에 설치해도 좋다. 그 때의 회절 구조 DOE는 L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면 전 영역을 1개의 영역으로서 1개의 회절 구조 DOE로 해도 상관없으며, L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면을 광축을 중심으로 하는 동심원상의 2개의 영역으로서, 각각의 영역에서 다른 회절 구조 DOE를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 때 각각의 영역에서의 회절 효율은 제1 광속과 제2 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 좋다(예를 들어 단차의 높이를 파장 400 ㎚[L 렌즈의 파장 400 ㎚에 대한 굴절률은 1.5273]에 대해 회절 효율이 100 %가 되도록 설계하면, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 96.8 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 93.9 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능함). 또는 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써, 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE는 청자색 영역에 있어서 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 갖는다. 이에 의해, 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓히고 있다.

본 실시예의 L1 렌즈에서는 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 회절 구조 HOE를 형성하고, 광디스크측의 광학면(S2)에 회절 구조를 형성한 구성으로 하였으나, 이와는 반대로 광학면(S1)에 링을 형성하고, 광학면(S2)에 회절 구조 HOE를 형성한 구성으로 해도 된다.

(제2 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱으로 이루어지는 L1 렌즈와 유리 재료로 이루어지는 L2 렌즈로 이루어진다. L1 렌즈는 그 양면에 회절형의 위상 구조가 설치되어 있어, 그 광원측면(S1)에는 도3에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속은 ＋1차의 방향으로 회절된다. L1 렌즈의 광디스크측면(S2)에는 도2나 도4에서 도시한 바와 같은 링 구조가 설치되어 있다. 이 링 구조는 설계 기준 상태에 있어서는 제1 파장 λ1 = 405 ㎚의 광속도 제2 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속도 회절하는 일 없이 투과하지만, 반도체 레이저의 파장 오차나 광픽업 장치 사용 시의 온도 상승에 의한 반도체 레이저 파장 변화 등, 설치에서 파장이 어긋난 경우에, 링 구조가 작용하여 상기 파장차나 온도차에 의해 발생하는 수차를 보정하는 작용을 하는 것이다. 이들 광학면(S1 및 S2)의 베이스가 면형상은 평판 형상이다.

L2 렌즈는 유리 몰드 등으로 작성되는 유리의 양면 비구면 렌즈이며, 대물 광학 소자는 L2 렌즈 단일 부재로 배율 M1 = 0과 BD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 그로 인해, 본 실시 형태와 같이 제1 광속에 대한 제1 배율(M1)과, 제2 광속에 대한 제3 배율(M3)을 0으로 한 경우, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판의 두께의 차이에 의해 대물 광학 소자와 DVD의 보호 기판을 투과한 제2 광속의 구면 수차는 위상 구조가 없는 상태에서는 보정 과잉 방향으로 되어 버린다.

다음에, 제2 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. L2 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5091이며, 아베수(νd)가 56.4인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률이 1.52469, λ2 = 655 ㎚에 대한 굴절률은 1.50650이다. 또한, L2 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.68893이며, 아베수(νd)가 31.1인 유리 렌즈이다. 제2 실시예의 렌즈 데이터를 표 15에 나타낸다.

L1 렌즈와 L2 렌즈를 일체화하는 경우에는, 다른 부재의 거울 프레임을 거치는 것이 보통이다. 그러나, L1 렌즈의 광학 기능부(제1 광원이 통과하는 L1 렌즈의 영역)의 주위에, 광학 기능부와 일체적으로 성형된 플랜지부를 설치하고, 이러한 플랜지부와 L2 렌즈의 일부 끼리를 융착이나 접착 등으로 접합함으로써 일체화되어 있는 구조로 하는 것도 가능하다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에는 도8에 도시한 바와 같이 NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA2에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있으며, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 HOE」라 함)인 회절 구조 HOE1이 형성되어 있다.

제1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 도8에 도시한 바와 같이 NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA2에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있으며, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 HOE」라 함)인 회절 구조(HOE1)가 형성되어 있다.

[식 6]

D1ㆍ(N1 - 1)/λ1 = 2ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있다. 단, λ1은 제1 발광점 EP1로부터 사출되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는 λ1 = 0.405 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D1이 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해, 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 2 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 그대로 0차 회절광으로서 투과한다.

한편, 이 계단 구조에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는, λ2 = 0.655 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {2 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2 = {2 × 0.405/(1.52469 - 1) × (1.50650 - 1)/0.655} × λ2 = 1.194ㆍλ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있으므로, 인접하는 링끼리에서 제2 파장 λ2의 1파장분의 광로차가 발생하게 되어{(1.194 - 1) × 5 ≒ 1), 제2 광속은 ＋1차 방향으로 회절한다(＋1차 회절광). 이 때 제2 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 약 87 %가 되지만, DVD에 대한 정보의 기록/재생에는 충분한 광량이다.

L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 1개의 영역으로 이루어지는 비구면에 설치된 링 구조로, 각각의 링 사이의 단차 D2(㎛)는

(식 7)

D2ㆍ(N1 - 1)/λ1 = 5

로 설정되어 있다. 이 단차에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는, λ2 = 0.655 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 링 사이에서는 {5 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2) × λ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 단, N2는 파장 λ2에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률이다. 제2 파장 λ2는 λ2/(N2 - 1)와 λ1/(N1 - 1)의 비가 대략 5 : 3의 관계이므로, 인접하는 계단 구조에서는 대략 3 × λ2(㎛)의 광로차가 발생하고, 제2 광속도 제1 광속과 마찬가지로 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

그러나, 제1 파장 λ1의 반도체 레이저가 본래의 0.405 ㎛로부터, 예를 들어 λ1' = 0.410 ㎛로 변화한 경우, 0.410 ㎛에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률은 1.524이므로, 인접하는 링 사이의 광로차는 5 × 0.405/(1.52469 - 1) × (1.524 - 1)/0.410 × λ1' = 4.933ㆍλ1'(㎛)가 된다. 이 광로차에 의해 발생하는 수차와 대물 광학 소자 전계에서 발생하는 수차가 서로 상쇄됨으로써 파장 변동에 대한 수차의 보정을 행하고 있다.

또한, 여기서 L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 도8에 도시한 바와 같이 NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제3 영역(AREA3)과, NA2에서 NA2까지의 영역에 대응하는 제4 영역(AREA4)으로 분할되어 있어도 좋고, 각각에 있어서 다른 위상 함수를 갖는 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조로 하는 등 설계 자유도를 늘릴 수 있다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 설치된 회절 구조 HOE1의 각 링의 폭은 제2 광속이 입사한 경우에, 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 HOE1에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄됨으로써, 회절 구조 HOE1과 DVD의 보호 기판을 투과한 제2 광속은 DVD의 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성한다.

이와 같이 회절 구조 HOE를 이용함으로써 2종류의 광디스크에 1개의 대물 광학계로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M1, M3)을 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써 제1 광디스크와 제2 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다. 또한 본 실시예에서는 L1 렌즈를 회절 구조 HOE로 하였지만, 적어도 1개의 회절 구조 HOE를 L2 렌즈에 설치해도 좋다.

또한, L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제2 영역(AREA2)이나 광디스크측의 광학면(S2)에는 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상의 복수의 링으로 구성된 회절 구조(이하, 이 회절 구조「회절 구조 DOE」라 함)가 형성되어 있어도 좋다. 이러한 회절 구조 DOE는 대물 광학계의 색 수차를 억제하기 위한 구조이다.

본 실시예에서의 제2 대물 광학 소자에서는 이러한 회절 구조 DOE를 설치하고 있지 않지만, 이들 회절 구조 DOE는 전술한 제2 영역(AREA2) 이외에 L2 렌즈의 광학면 상에 설치해도 좋다. 그 때의 회절 구조 DOE는 L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면 전 영역을 1개의 영역으로서 1개의 회절 구조 DOE로 해도 좋으며, L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면을, 광축을 중심으로 하는 동심원상의 2개의 영역으로서, 각각의 영역에서 다른 회절 구조 DOE를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 때 각각의 영역에서의 회절 효율은 제1 광속과 제2 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 좋으며(예를 들어 단차의 높이를, 파장 400 ㎚[L1 렌즈의 파장 400 ㎚에 대한 굴절률은 1.5273]에 대해 회절 효율이 100 %가 되도록 설계하면, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 96.8 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 93.9 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능함) 또는 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써, 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE는 청자색 영역에 있어서, 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 갖는다. 이에 의해, 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써, 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓히고 있다.

본 실시예의 L1 렌즈에서는 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 회절 구조 HOE를 형성하고, 광디스크측의 광학면(S2)에 링 구조를 형성한 구성으로 하였지만, 이와는 반대로 광학면(S1)에 링을 형성하고, 광학면(S2)에 회절 구조 HOE를 형성한 구성으로 해도 좋다.

(실시예 C)

실시예 C에서는 제1 대물 광학 소자는 BD(제1 광디스크) 전용이며, 제2 대물 광학 소자는 HD(제2 광디스크), DVD(제3 광디스크) 및 CD(제4 광디스크) 공용이다.

실시예 C에서의 제1 대물 광학 소자의 제1 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제1 대물 광학 소자는 유리 재료의 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 광원측면(S1) 및 광디스크측면(S2)의 양면이 비구면이다. d선에서의 굴절률(nd)이 1.6935이며, 아베수(νd)가 53.2이며, λ1 = 405 ㎚에 대한 굴절률은 1.71157이다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 16에 나타낸다.

실시예 C에 있어서, 이상의 제1 대물 광학 소자와 조합하여 이용할 수 있는 제2 대물 광학 소자의 제1 실시에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱으로 이루어지는 L1 렌즈로 이루어진다.

L1 렌즈는 그 광원측면(S1)에, 도1에서 도시한 바와 같은 단면이 톱니 형상인 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 DOE1 및 회절 구조 DOE2가 설치되어 있다. 광원측면(S1)은 광축을 중심으로 한 2개의 영역으로 구성되고, CD 사용 시의 개구수 NA3의 영역에 대응하는 내측 영역에서는 회절 구조 DOE1에 의해 제1 파장 λ1 = 407 ㎚의 광속은 10차광으로서 회절하고, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속은 6차광으로서 회절하고, 제3 파장 λ3 = 785 ㎚의 광속은 5차광으로서 회절된다. 한편, NA3의 외측 영역에서는 상기 내측 영역과는 다른 회절 구조 DOE2에 의해 제1 파장 λ1 = 407 ㎚의 광속은 5차광으로서 회절하고, 제2 파장 λ2 = 655 ㎚의 광속은 3차광으로서 회절된다. 이들 광원측면(S1)의 베이스가 되는 면형상, 및 광디스크측면(S2)의 베이스가 되는 면형상은 각각 2개의 영역으로 이루어지는 비구면 형상이다.2개의 영역을 설치함으로써, 특히 CD 사용 시의 축외 특성을 향상시키고 있다. 또, 이러한 L1 렌즈에 입사하는 광속은 파장 λ1의 광속 및 파장 λ2에 광속은 수속광으로서 입사하고, 파장 λ3의 광속은 발산광으로서 입사하도록 되어 있다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 17에 나타낸다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제1 영역(AREA1)과 제2 영역(AREA2)에는 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상인 복수의 링으로 구성된 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)인 회절 구조 DOE1, 회절 구조 DOE2가 형성되어 있다.

회절 구조 DOE1 및 회절 구조 DOE2는 3개의 다른 파장의 광속을 이용하여 정보의 기록 및/또는 재생을 행하기 위한 구조이며, 또한 L1 렌즈를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학계 OBJ의 색 수차와, 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조이다.

회절 구조 DOE1에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해 제1 파장이 입사하면 회절광이 95 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차 보정도 가능해진다.

회절 구조 DOE2에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 예를 들어 파장 400 ㎚(L1 렌즈의 파장 400 ㎚에 대한 굴절률은 1.559806임)에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해, 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 96.8 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 93.9 %의 회절 효율로 발생하므로, 어떠한 파장 영역에 있어서 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차를 보정한 경우라도 제2 광속의 파장 영역에 있어서의 색 수차 보정이 지나치게 과잉이 되지 않는다. 여기서, 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하였지만, 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

본 실시 형태에서의 대물 광학 소자에서는 광디스크측 광학면(S2)에 이러한 회절 구조 DOE를 설치하고 있지 않지만, 이들 회절 구조 DOE는 광학면(S2) 상에 설치해도 좋다. 그 때의 회절 구조 DOE는 L1 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면 전 영역을 1개의 영역으로서 1개의 회절 구조 DOE로 해도 상관없으며, L1 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면을 광축을 중심으로 하는 동심원상의 2개 또는 3개의 영역으로서, 각각의 영역에서 다른 회절 구조 DOE를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 때 각각의 영역에서의 회절 효율은 제1 광속 내지 제3 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속 내지 제3 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 좋으며, 제1 광속과 제2 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 된다. 또한 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE1, DOE2는 청자색 영역에 있어서 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하도록 구면 수차의 파장 의존성을 갖는다. 이에 의해, 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에서 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓히고 있다.

(실시예 D)

실시예 D에서는 제1 대물 광학 소자는 HD(제2 광디스크) 전용이며, 제2 대물 광학 소자는 BD(제1 광디스크), DVD(제3 광디스크) 및 CD(제4 광디스크) 공용이다.

실시예 D에서의 제1 대물 광학 소자의 제1 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제1 대물 광학 소자는 플라스틱 재료의 단일 렌즈(L1)로 구성되고, 광원측면(S1) 및 광디스크측면(S2)의 양면이 비구면이다. λ1 = 407 ㎚에 대한 굴절률은 1.543이다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 18에 나타낸다.

실시예 D에 있어서, 이상의 제1 대물 광학 소자와 조합하여 이용할 수 있는 제2 대물 광학 소자의 제1 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

제2 대물 광학 소자는 플라스틱으로 이루어지는 L1 렌즈와 유리 재료로 이루어지는 L2 렌즈로 이루어진다.

L1 렌즈는 그 양면에 회절형의 위상 구조가 마련되어 있어, 그 광원측면(S1) 및 광디스크측면(S2)의 양면에 도3의 (a) 내지 (d)에서 도시한 바와 같은 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE가 형성되어 있으며, 이 위상 구조에 의해 제1 파장 λ1 = 408 ㎚의 광속은 회절되지 않고 0차광으로서 투과하고, 제2 파장 λ2 = 658 ㎚, 제3 파장 λ3 = 785 ㎚의 광속은 ＋1차의 방향으로 회절된다. 이들 광원측면(S1)의 베이스가 되는 면형상은 비구면이며, 광디스크측면(S2)의 베이스가 되는 면형상은 평판 형상이다.

L2 렌즈는 유리 몰드 등으로 작성되는 유리의 양면 비구면 렌즈이며, 대물 광학 소자는 L2 단일 부재로 배율 M1 = 0과 BD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 그로 인해, 본 실시예와 같이 제1 광속에 대한 제2 배율(M2)과, 제2 광속에 대한 제3 배율(M3) 및 제3 광속에 대한 제4 배율(M4)을 동일하게 0으로 하는 경우, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판 두께의 차이와, BD의 보호 기판과 CD의 보호 기판 두께의 차이에 의해 대물 광학 소자와 DVD의 보호 기판, 대물 광학 소자와 CD의 보호 기판을 투과한 제2 광속 및 제3 광속의 구면 수차는 위상 구조가 없는 상태에서는 보정 과잉 방향으로 되어 버린다.

다음에, 제2 대물 광학 소자의 상세에 대해 설명한다. L1 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.5091이며, 아베수(νd)가 56.4인 플라스틱 렌즈이며, λ1 = 408 ㎚에 대한 굴절률은 1.52424, λ2 = 685 ㎚에 대한 굴절률은 1.50642, λ3 = 785 ㎚에 대한 굴절률은 1.50324이다. 또한, L2 렌즈는 d선에서의 굴절률(nd)이 1.6935이며, 아베수(νd)가 53.2인 유리 렌즈이다. L1 렌즈와 L2 렌즈를 일체화하는 경우에는 다른 부재의 거울 프레임을 거치는 것이 보통이다. 그러나, L1 렌즈의 광학 기능부(제1 광속이 투과하는 L1 렌즈의 영역)의 주위에, 광학 기능부와 일체적으로 성형된 플랜지부를 설치하고, 이러한 플랜지부와 L2 렌즈의 일부 끼리를 융착이나 접착 등으로 접합함으로써 일체화되어 있는 구조로 하는 것도 가능하다. 제1 실시예의 렌즈 데이터를 표 19에 나타낸다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)은 도8에 도시한 바와 같이 NA2 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제1 영역(AREA1)과, NA2에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제2 영역(AREA2)으로 분할되어 있으며, 제1 영역(AREA1)에는 도3의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 HOE」라 함)인 HOE1이 형성되어 있다.

[식 10]

D1ㆍ(N1 - 1)/λ1 = 2ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있다. 단, λ1은 제1 발광점 EP1로부터 사출되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는 λ1 = 0.408 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D가 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해, 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 2 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 그대로 투과한다.

또한, 이 계단 구조에 대해, 제3 파장 λ3(여기서는, λ3 = 0.785 ㎛)의 제3 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {2 × λ1/(N1 - 1)ㆍ(N3 - 1)/λ3} × λ3(㎛)의 광로차가 발생한다. 단, N3은 파장 λ3에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률이다. 제3 파장 λ3은 (N3 - 1)/λ3이 (N1 - 1)/λ1의 대략 2배이므로, 인접하는 계단 구조 사이에서는 대략 1 × λ3(㎛)의 광로차가 발생하고, 제3 광속도 제1 광속과 마찬가지로 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

한편, 이 계단 구조에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는, λ2 = 0.658 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {2 × λ1/(N1 - 1) × (N2 - 1)/λ2} × λ2 = {2 × 0.408/(1.5242 - 1) × (1.5064 - 1)/0.658} × λ2 = 1.199ㆍλ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있으므로, 인접하는 링끼리에서 제2 파장 λ2의 1파장분의 광로차가 발생하게 되어{(1.199 - 1) × 5 ≒ 1}, 제2 광속은 ＋1차의 방향으로 회절한다(＋1차 회절광). 이 때 제2 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 약 87.5 %가 되지만, DVD에 대한 정보의 기록/재생에는 충분한 광량이다.

L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)은 도8에 도시한 바와 같이 NA3 내의 영역에 대응하는 광축을 포함하는 제3 영역(AREA3)과, NA3에서 NA1까지의 영역에 대응하는 제4 영역(AREA4)으로 분할되어 있으며, 제3 영역(AREA3)에는 도3의 (c), (d)에 도시한 바와 같은 그 내부에 계단 구조가 형성된 복수의 링이 광축을 중심으로 하여 배열된 구조인 회절 구조 HOE2가 형성되어 있다.

제3 영역(AREA3)에 형성된 회절 구조 HOE2에 있어서, 각 링 내에 형성된 계단 구조의 깊이 D는

[식 11]

D1ㆍ(N1 - 1)/λ1 = 5ㆍq

에서 산출되는 값으로 설정되고, 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있다. 단, λ1은 제3 발광점 EP1로부터 사출되는 레이저 광속의 파장을 미크론 단위로 나타낸 것이며(여기서는 λ1 = 0.408 ㎛), N1은 파장 λ1에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률, q는 자연수이다.

광축 방향의 깊이 D가 이와 같이 설정된 계단 구조에 대해, 제1 파장 λ1의 제1 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 5 × λ1(㎛)의 광로차가 발생하고, 제1 광속은 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

또한, 이 계단 구조에 대해, 제2 파장 λ2(여기서는, λ2 = 0.658 ㎛)의 제2 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {5 × λ1/(N1 - 1)ㆍ(N2 - 1)/λ2} × λ2(㎛)의 광로차가 발생한다. 단, N2는 파장 λ2에 대한 L1 렌즈의 매질 굴절률이다. 제2 파장 λ2는 λ2/(N2 - 1)와 λ1/(N1 - 1)의 비가 대략 5 : 3이므로, 인접하는 계단 구조 사이에서는 대략 3 × λ2(㎛)의 광로차가 발생하고, 제2 광속도 제1 광속과 마찬가지로 실질적으로 위상차가 부여되지 않으므로 회절되지 않고 0차 회절광으로서 투과한다.

한편, 이 계단 구조에 대해, 제3 파장 λ3(여기서는, λ3 = 0.785 ㎛)의 제3 광속이 입사한 경우, 인접하는 계단 구조 사이에서는 {5 × λ1/(N1 - 1) × (N3 - 1)/λ3} × λ3 = {5 × 0.408/(1.5242 - 1) × (1.5050 - 1)/0.785} × λ3 = 2.5ㆍλ3(㎛)의 광로차가 발생한다. 각 링 내의 분할수 P는 5로 설정되어 있으므로, 제3 광속은 ±1차 방향으로 거의 동일한 회절 효율로 회절한다(＋1차 회절광과 -1차 회절광). 본 실시예에서는 ＋1차 회절광을 이용하여 CD에 대한 정보의 기록/재생을 행하고 있으며, 이 때의 제2 광속의 ＋1차 회절광의 회절 효율은 40 % 강(强)이 된다. 또한 -1차 회절광은 플레어광이 된다.

여기서, ＋1차 회절광의 회절 효율을 높게 하기 위해, 예를 들어 계단 형상의 광축과 평행한 면과 광축과 평행하지 않은 쪽의 면의 기울기를 최적화하거나, 예를 들어 상기 광축과 평행하지 않은 면의 형상을 파면수차적으로 바람직하게 되는 형상으로부터 조금 변경하거나 함으로써 개선할 수 있다. 또한, L1 렌즈를 구성하는 재료의 매질 분산을 변경하고, 또한 계단 형상의 분산 수 P를 변경함으로써 효율을 높게 하는 것도 가능하다.

L2 렌즈는 제1 파장 λ1과 일정 유한 배율과 BD의 보호 기판과의 조합에 대해 구면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 그로 인해, 본 실시 형태와 같이 제1 광속에 대한 제1 배율(M1)과, 제2 광속에 대한 제3 배율(M3)과, 제3 광속에 대한 제4 배율(M4)을 동일하게 0으로 하는 경우, BD의 보호 기판과 DVD의 보호 기판, CD의 보호 기판 두께의 차이에 의해 L2 렌즈와 DVD 보호 기판을 투과한 제2 광속의 구면 수차 및 L2 렌즈와 CD 보호 기판을 투과한 제3 광속의 구면 수차는 보정 과잉 방향이 되어 버린다.

L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 설치된 회절 구조 HOE1과, L1 렌즈의 광디스크측의 광학면(S2)에 설치된 회절 구조 HOE2의 각 링의 폭은 각각 제2 광속, 제3 광속이 입사한 경우에 회절 작용에 의해 ＋1차 회절광에 대해 보정 부족 방향의 구면 수차가 부가되도록 설정되어 있다. 회절 구조 HOE1, 회절 구조 HOE2에 의한 구면 수차의 부가량과, BD의 보호 기판과 DVD 보호 기판, CD 보호 기판 두께의 차에 의해 발생하는 보정 과잉 방향의 구면 수차가 서로 상쇄됨으로써, 회절 구조 HOE1과 DVD 보호 기판을 투과한 제2 광속은 DVD의 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성하고, 회절 구조 HOE2와 CD 보호 기판을 투과한 제3 광속은 CD 정보 기록면 상에서 양호한 스폿을 형성한다.

이와 같이 회절 구조 HOE를 2면 이용함으로써 3종류의 광디스크에 1개의 대물 광학계로 대응하면서 각각의 광속의 배율(M1, M3, M4)을 모두 0으로 하는 것이 가능해진다. 모든 결상 배율을 0으로 함으로써 제1 광디스크로부터 제3 광디스크까지 모든 광디스크에 대해 정보의 기록/재생을 행할 때의 트래킹에 의한 렌즈 시프트로 인해 발생하는 코마수차의 문제가 해결되므로 매우 바람직한 구성이다.

또한 본 실시예에서는 L1 렌즈의 양면을 회절 구조 HOE로 하였지만, 적어도 1개의 회절 구조 HOE를 L2 렌즈에 설치해도 좋고, 회절 구조 HOE를 2면 이용하면, 상기 양면 회절 구조 HOE와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, L1 렌즈의 반도체 레이저 광원측 광학면(S1)의 제2 영역(AREA2) 또는 광디스크측 광학면(S2)의 제4 영역(AREA4)에는 광축을 포함하는 단면 형상이 톱니 형상인 복수의 링으로 구성된 회절 구조(이하, 이 회절 구조를「회절 구조 DOE」라 함)인 회절 구조 DOE1, 회절 구조 DOE2가 형성되어 있어도 좋다.

회절 구조 DOE1은 L2 렌즈를 예를 들어 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색 영역에서의 대물 광학계 OBJ의 색 수차와 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 회절 구조 DOE2는 L2 렌즈를 플라스틱 렌즈로 구성한 경우에 특히 문제가 되는 청자색과 적색, 양 영역에서의 대물 광학계 OBJ의 색 수차와 온도 변화에 수반하는 구면 수차 변화를 억제하기 위한 구조이다.

회절 구조 DOE1에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 파장 400 ㎚ 내지 420 ㎚에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해 제1 광속이 입사하면 회절광이 95 % 이상의 회절 효율로 발생하여, 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 수차 보정도 가능해진다.

회절 구조 DOE2에 있어서, 광축에 가장 가까운 단차의 높이(d1)는 예를 들어 파장 400 ㎚(L1 렌즈의 파장 400 ㎚에 대한 굴절률은 1.5273임)에 대해 원하는 차수의 회절광의 회절 효율이 100 %가 되도록 설계되어 있다. 이와 같이 단차의 깊이가 설정된 회절 구조 DOE1에 대해 제1 광속이 입사하면, ＋2차 회절광이 96.8 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 93.9 %의 회절 효율로 발생하므로, 어떠한 파장 영역에 있어서 충분한 회절 효율을 얻을 수 있는 동시에, 청자색 영역에서 색 수차를 보정한 경우라도, 제2 광속의 파장 영역에서의 색 수차 보정이 지나치게 과잉이 되지 않는다. 여기서, 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하였지만, 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써, 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

본 실시예에서의 대물 광학 소자에서는 이러한 회절 구조 DOE를 설치하고 있지 않지만, 이들 회절 구조 DOE는 전술한 제2 영역(AREA2), 제4 영역(AREA4) 이외에 L2 렌즈의 광학면 상에 설치해도 좋다. 그 때의 회절 구조 DOE는 L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면 전 영역을 1개의 영역으로서 1개의 회절 구조 DOE로 해도 상관없지만, 상기 L2 렌즈로 회절 구조 DOE를 설치한 광학면을, 광축을 중심으로 하는 동심원상의 2개 또는 3개의 영역으로서, 각각의 영역에서 다른 회절 구조 DOE를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 때 각각의 영역에서의 회절 효율은 제1 광속 내지 제3 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속 내지 제3 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 좋으며{예를 들어 단차의 높이를 파장 400 ㎚(L1 렌즈의 파장 400 ㎚에 대한 굴절률은 1.5273임)에 대해 회절 효율이 100 %가 되도록 설계하면 제1 광속이 입사하면 ＋2차 회절광이 96.8 %의 회절 효율로 발생하고, 제2 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 93.9 %의 회절 효율로 발생하고, 제3 광속이 입사하면 ＋1차 회절광이 99.2 %의 회절 효율로 발생한다고 하는 회절 효율의 할당이 가능함), 제1 광속과 제2 광속이 공통적으로 투과하는 영역에서는 제1 광속과 제2 광속에 대해 회절 효율을 할당하도록 하면 좋다. 또한, 제1 파장 λ1에 대해 최적화함으로써 제1 광속의 회절 효율을 중시한 구성으로 해도 좋다.

또한, 회절 구조 DOE1, DOE2는 청자색 영역에 있어서 입사 광속의 파장이 길어진 경우에 구면 수차가 보정 부족 방향으로 변화하고, 입사 광속의 파장이 짧아진 경우에 구면 수차가 보정 과잉 방향으로 변화하는 구면 수차의 파장 의존성을 갖는다. 이에 의해 환경 온도 변화에 수반하여 집광소자에 의해 발생하는 구면 수차 변화를 상쇄함으로써, 고NA의 플라스틱 렌즈인 대물 광학 소자의 사용 가능한 온도 범위를 넓히고 있다.

본 실시예의 L1 렌즈에서는 반도체 레이저 광원측의 광학면(S1)에 회절 구조 HOE를 형성하고, 광디스크측의 광학면(S2)에 회절 구조 DOE를 형성한 구성으로 하였지만, 이와는 반대로 광학면(S1)에 회절 구조 DOE를 형성하고, 광학면(S2)에 회절 구조 HOE를 형성한 구성으로 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 고밀도 DVD와 종래의 DVD, CD의 전부에 대해 적절하게 정보의 기록 및/또는 재생을 행할 수 있는 광픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims

파장 λ1의 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체 및 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치는 이하의 구성을 갖고,

파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과

서로 별도의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 만족하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 플라스틱 재료로 구성되는 동시에, 위상 구조를 갖는 단일의 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자 중 적어도 한 쪽이 플라스틱으로 구성된 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자의 한 쪽은 플라스틱으로 구성된 광학 소자이며, 다른 쪽은 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 제1 또는 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때, 상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속이 상기 제1 또는 제2 광정보 기록 매체를 향하는 광로 내에, 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자를 가동하여 배치시키는 대물 광학 소자 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자를 고정적으로 배치하는 동시에,

상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속이 통과하는 광로 내에 배치된, 입사하는 상기 제1 광속을 제1 및 제2 방향으로 분리시키는 빔 스플리터를 갖고,

상기 빔 스플리터는, 상기 제1 광원으로부터 출사, 상기 제1 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제1 대물 광학 소자에 입사시키는 한편, 상기 제2 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자의 광축이 서로 평행하게 되도록 고정적으로 배치되어 있고, 상기 빔 스플리터로 분리한 제1 방향 또는 제2 방향으로 진행하는 제1 광속의 일부가 각각에 대응하는 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자에 입사하도록 광로를 변경하는 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제6항에 있어서, 상기 빔 분할기는 입사 광속을 투과광과 반사광으로 분리하는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제6항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 입사 광속의 편광 방향 성분에 의해 분리하는 편광 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및 /또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자를 고정적으로 배치하는 동시에, 상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속이 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체를 향하는 광로 중에 배치된, 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동 가능한 미러를 구비하고, 상기 제1 위치에 배치되는 경우에는 상기 제1 광속을 상기 제1 대물 광학 소자에 유도하고, 상기 제2 위치에 배치되는 경우에는 상기 제2 대물 광학 소자에 유도하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
적어도 파장 λ1의 제1 광속 및 파장 λ2(λ1 ≠ λ2)의 제2 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체 및 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체 및 상기 제1 및 제2 정보 기록 매체는 기록 밀도가 다르고, 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치는, 이하의 구성을 갖고,

제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

서로 별도의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자 및 제2 대물 광학 소자를 갖고,

상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록의 기 록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 다른 쪽을 이용하여 제2 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 어느 한 쪽을 이용하여 상기 제3 의 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 플라스틱으로 구성되는 동시에, 위상 구조를 갖는 단일의 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자 중 적어도 한 쪽이 플라스틱으로 구성된 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자의 한 쪽은 플라스틱으로 구성된 광학 소자이고, 다른 쪽은 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 광원으로부터의 제1 광속과 상기 제2 광원으로부터의 제2 광속이 입사하는 위치에 배치되고, 상기 제1 및 제2 광속의 출사 방향을 파장의 차이에 의해 선택적으로 변경하는 파장 선택 소자를 갖고, 상기 제1 및 제2 광원과 상기 파장 선택 소자 사이에는 광로를 제1 및 제2 대물 광학 소자의 광축과 평행한 방향으로 절곡하는 미러를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 제1 또는 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 광원으로부터 출사한 광속이 상기 제1 또는 제2 광정보 기록 매체를 향하는 광로 내에, 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자를 가동하여 배치시키는 대물 광학 소자 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자를 고정적으로 배치하는 동시에, 상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속이 통과하는 광로 내에 배치된 입사하는 상기 제1 광속을 제1 및 제2 방향으로 분리시키는 빔 스플리터를 갖고,

상기 빔 스플리터는, 상기 제1 광원으로부터 출사하여 상기 제1 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제1 대물 광학 소자에 입사시키는 한편, 상기 제2 의 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자의 광축이 서로 평행하게 되도록 고정적으로 배치되어 있고, 상기 빔 스플리터로 분리한 제1 방향 또는 제2 방향으로 진행하는 제1 광속의 일부가 각각 대응하는 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자에 입사하도록, 광로를 변경하는 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제17항에 있어서, 상기 빔 분할기는 입사 광속을 투과광과 반사광으로 분리하는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제17항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 입사 광속의 편광 방향 성분에 의해 분리하는 편광 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원은 패키지화된 1개의 광원으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 매체의 보호 기판의 두께와 상기 제3 매체의 보호 기판의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
적어도 파장 λ1의 제1 광속, λ2(λ1 ≠ λ2)의 제2 광속 및 λ3(λ1 ≠ λ3)(λ2 ≠ λ3)의 제3 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체, 제1 보호 기판 두께 t2를 갖는 제2 광정보 기록 매체 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체는 기록 밀도가 다르고, 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정보 기록 매체 및 제4 보호 기판 두께 t4(t4 ≠ t1)(t4 ≠ t2)를 갖는 제4 광정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치는 이하의 구성을 갖고,

상기 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

상기 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

상기 파장 λ3의 제3 광속을 출사하는 제3 광원과,

서로 별도의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 소자 중 한 쪽을 이용하여 제1 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 다른 쪽을 이 용하여 제2 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 어느 한 쪽을 이용하여 제3 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제3 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 어느 한 쪽을 이용하여 제4 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하도록 구성되고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 의 보호 기판 두께 t2는

2.5 < t2/t1

을 충족시키는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 어느 한 쪽은 플라스틱으로 구성되는 동시에, 위상 구조를 갖는 단일의 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자 중 적어도 한 쪽이 플라스틱으로 구성된 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자의 한 쪽은 플라스틱으로 구성된 광학 소자이며, 다른 쪽은 위상 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제24항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 한 쪽은 유리 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 한 쪽은 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하기 위해 이용되고, 다른 쪽은 제2 내지 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 광원으로부터의 제1 광속과 상기 제2 광원으로부터의 제2 광속이 입사하는 위치에 배치되고, 상기 제1 및 제2 광속의 출사 방향을 파장의 차이에 의해 선택적으로 변경하는 파장 선택 소자를 갖고, 상기 제1 및 제2 광원과 상기 파장 선택 소자 사이에는 광로를 제1 및 제2 대물 광학 소자의 광축과 평행한 방향으로 절곡되는 미러를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 제1 내지 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/ 또는 정보의 기록시, 상기 제1 내지 제3 광원으로부터 출사한 각 광속이 상기 제1 내지 제4 광정보 기록 매체를 향하는 광로 내에, 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자를 가동하여 배치시키는 대물 광학 소자 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제30항에 있어서, 상기 대물 광학 소자 구동 수단은 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자의 각 광축이 동일 원주 상에 위치하도록 보유 지지하는 중심축에 대해 회전 가능한 렌즈 홀더와, 상기 렌즈 홀더의 단연부에 상기 렌즈 홀더의 중심축에 설치된 지지축을 회전 구동하는 구동 수단을 갖고,

제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는 상기 구동 수단에 의한 상기 렌즈 홀더의 제1 회전 동작에 의해 보유 지지되어 있는 상기 제1 대물 광학 소자를 광로 내에 배치시키고,

제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는 상기 구동 수단에 의한 상기 렌즈 홀더의 제2 회전 동작에 의해 보유 지지되어 있는 상기 제2 대물 광학 소자를 광로 내에 배치시키는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자를 고정적으로 배치하는 동시에, 상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속이 통과하는 광로 내에 배치된 입 사하는 상기 제1 광속을 제1 및 제2 방향으로 분리시키는 빔 스플리터를 갖고,

상기 빔 스플리터는 분리한 상기 제1 광원으로부터 출사하고 상기 제1 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제1 대물 광학 소자에 입사시키는 한편, 상기 제2 방향으로 분리한 제1 광속의 일부를 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제32항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자의 광축이 서로 평행하게 되도록 고정적으로 배치되어 있고, 상기 빔 스플리터로 분리한 제1 방향 또는 제2 방향으로 진행하는 제1 광속이, 각각 대응하는 상기 제1 또는 제2 대물 광학 소자에 입사하도록, 광속의 진행 방향을 변경하는 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제32항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 입사 광속을 투과광과 반사광으로 분리하는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제32항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 입사 광속의 편광 방향 성분에 의해 분리하는 편광 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 광원은 패키지화된 하나의 광원으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제28항에 있어서, 상기 제2 및 제3 광원은 패키지화된 하나의 광원으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제37항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자가 각각 고정적으로 배치되고,

상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속과, 패키지화된 상기 제2 및 제3 광원으로부터 출사한 제2 및 제3 광속이 입사하는 위치에 배치되어 입사한 상기 제1 광속과, 상기 제2 내지 제3 광속을 선택적으로 투과 또는 반사시키는 파장 선택 소자와,

상기 파장 선택 소자를 통과 또는 반사한 상기 제1 내지 제3 광속이 입사하는 위치에 배치되어 입사 광속을 평행광으로 하는 콜리메이터와,

상기 콜리메이터와 통과한 상기 제1 내지 제3 광속 중 적어도 하나의 광속의 광속계를 변경하는 빔 익스팬더와,

상기 빔 익스팬더를 통과한 상기 제1 내지 제3 광속이 함께 입사하는 위치에 배치된 1/4 파장판과,

상기 제1 광속 내지 제3 광속이 함께 입사하는 위치에 배치되고, 상기 제1 광속의 일부를 투과, 일부를 반사하는 동시에, 상기 제2 및 제3 광속은 투과 혹은 반사시키는 특성을 갖는 하프 미러를 갖고,

상기 하프 미러를 투과한 제1 광속의 일부는 상기 제1 대물 광학 소자에 입사되어 반사한 제1 광속의 일부는 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키는 한편,

상기 하프 미러를 투과 또는 반사한 제2 및 제3 광속은 상기 제1 대물 광학 소자 또는 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제37항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록시, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자가 각각 고정적으로 배치되고,

상기 제1 광원으로부터 출사한 제1 광속과, 패키지화된 상기 제2 및 제3 광원으로부터 출사한 제2 및 제3 광속이 입사하는 위치에 배치되어 입사한 상기 제1 광속과, 상기 제2 내지 제3 광속을 선택적으로 투과 또는 반사시키는 파장 선택 소자와,

상기 파장 선택 소자를 통과 또는 반사한 상기 제1 내지 제3 광속이 입사하는 위치에 배치되어 입사 광속을 평행광으로 하는 콜리메이터와,

상기 콜리메이터와 통과한 상기 제1 내지 제3 광속 중 적어도 하나의 광속의 광속 직경을 변경하는 빔 익스팬더와,

상기 빔 익스팬더를 통과한 상기 제1 내지 제3 광속이 함께 입사하는 위치에 배치된 1/4 파장판과,

상기 제1 광속 내지 제3 광속을 각각 반사시켜 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자에 각각 유도하도록, 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동 가능하게 배치한 미러를 갖고,

상기 미러가 상기 제1 위치에 배치된 경우, 상기 제1 광속 내지 제3 광속을 상기 제1 대물 광학 소자에 유도하고, 상기 미러가 상기 제2 위치에 배치된 경우, 상기 제1 광속을 상기 제2 대물 광학 소자에 입사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 콜리메이터는 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 하나로 발생하는 색 수차를 보정하기 위한 단차 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더는 상기 제1 내지 제4 광정보 기록 매체 사이의 보호층 두께차에 의해 생기는 구면 수차, 파장 변동 또는 파장 절환에 의해 발생하는 색 수차 또는 구면 수차, 온도 변동에 의해 생기는 구면 수차 중 적어도 하나를 보정하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더는 복수의 광학 소자로 구성되어 상기 복수의 광학 소자 중 적어도 하나를 광축 방향으로 이동 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더를 구성하는 광학 소자의 광학면에는 상기 색 수차를 보정하기 위한 복수의 단차 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
적어도 파장 λ1(400 ㎚ ≤ λ1 ≤ 420 ㎚)의 제1 광속, λ2(640 ㎚ ≤ λ2 ≤ 670 ㎚)의 제2 광속 및 λ3(780 ㎚ ≤ λ3 ≤ 800 ㎚)의 제3 광속을 이용하여 제1 보호 기판 두께 t1을 갖는 제1 광정보 기록 매체, 제2 보호 기판 두께 t2(t2 ≠ t1)를 갖는 제2 광정보 기록 매체, 상기 제1 및 제2 광정보 기록 매체는 기록 밀도가 다르고, 제3 보호 기판 두께 t3을 갖는 제3 광정보 기록 매체 및 제4 보호 기판 두께 t4(t4 ≠ t1)(t4 ≠ t2)를 갖는 제4 광정보 기록 매체의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 광픽업 장치는 이하의 구성을 갖고,

상기 파장 λ1의 제1 광속을 출사하는 제1 광원과,

상기 파장 λ2의 제2 광속을 출사하는 제2 광원과,

상기 파장 λ3의 제3 광속을 출사하는 제3 광원과,

서로 별도의 부재로 설치된 제1 대물 광학 소자와 제2 대물 광학 소자를 갖고, 상기 제1 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 소자 중 제1 대물 광학 소자를 이용하여 제1 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행 하는 경우에는, 상기 제1 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 제2 대물 광학 소자를 이용하여 제2 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제2 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 제2 대물 광학 소자를 이용하여 제3 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행하는 경우에는, 상기 제3 광속을 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 제2 대물 광학 소자를 이용하여 제4 보호 기판을 통해 정보 기록면에 집광시킴으로써 행하고,

상기 제1 보호 기판 두께 t1과 상기 제2 의 보호 기판 두께 t2는,

2.5 < t2/t1

을 만족하는 동시에,

상기 제2 대물 광학 소자는,

상기 제1 내지 제3 광속의 일부이며, 광축을 포함하는 중앙 광속 부분이 통과하는 제1 영역과,

상기 중앙 광속 부분보다도 외측의 중간 광속 부분이 통과하는 제2 영역을 갖고,

제2 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때는, 상기 제1 및 제2 영역을 통과하는 제1 광속을 상기 제2 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키고,

제3 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때 는, 상기 제1 영역 및 제2 영역을 통과하는 제2 광속을 상기 제3 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키고, 제4 광정보 기록 매체로부터의 정보의 재생 및/또는 정보의 기록을 행할 때는, 상기 제1 영역을 통과하는 제3 광속을 상기 제4 광정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광시키는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제44항에 있어서, 상기 제2 대물 광학 소자는, 상기 제1 영역에 제1 회절 구조를 형성하고, 상기 제2 영역에 상기 제1 회절 구조와는 다른 회절 구조로 이루어지는 제2 회절 구조가 형성되고, 상기 제2 대물 광학 소자에 대해 상기 제1 광속 및 제2 광속은 수속광으로서 입사하는 한편, 상기 제3 광속은 발산광으로서 입사하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제44항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 플라스틱 재료로 구성된 회절 구조를 갖는 단일의 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제44항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자가 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자 중 적어도 한 쪽이 플라스틱으로 구성된 회절 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제44항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 한 쪽은 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 소자의 한 쪽은 플라스틱으로 구성된 광학 소자이고, 다른 쪽은 회절 구조를 갖는 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제45항에 있어서, 상기 제2 대물 광학 소자는, 상기 제1 회절 구조에 입사하는 제1 내지 제3 광속에 대해서는 각각 10차광, 6차광, 5차광으로서 회절되고, 상기 제2 회절 구조에 입사하는 제1 및 제2 광속에 대해서는 각각 5차광, 3차광으로서 회절되는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 콜리메이터는 상기 제1 및 제2 대물 광학 소자 중 적어도 하나로 발생하는 색 수차를 보정하기 위한 단차 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더는 상기 제1 내지 제4 광정보 기록 매체 사이의 보호층 두께차에 의해 생기는 구면 수차, 파장 변동 또는 파장 절환에 의해 발생하는 색 수차 또는 구면 수차, 온도 변동에 의해 생기는 구면 수차 중 적어도 하나를 보정하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더는 복수의 광학 소자로 구성되고, 상기 복수의 광학 소자 중 적어도 하나를 광축 방향으로 이동 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
제38항에 있어서, 상기 빔 익스팬더를 구성하는 광학 소자의 광학면에는, 상기 색 수차를 보정하기 위한 복수의 단차 구조가 형성되어 있는 광픽업 장치.