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KR19980081548A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR19980081548A
KR19980081548A KR1019980014013A KR19980014013A KR19980081548A KR 19980081548 A KR19980081548 A KR 19980081548A KR 1019980014013 A KR1019980014013 A KR 1019980014013A KR 19980014013 A KR19980014013 A KR 19980014013A KR 19980081548 A KR19980081548 A KR 19980081548A
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optical
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아라이노리까즈
야마자끼히로유끼
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우에마쯔도미지
코니카가부시끼가이샤
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Abstract

다른 두께의 투명 기판을 각각 갖는 다른 종류의 광 정보 기록 매체중 하나에 대한 정보의 판독 또는 기록 동작을 수행하기 위한 광 픽업 장치(optical pickup apparatus)가 개시된다. 상기 광 픽업 장치는 레이저 빔 발생기, 상기 레이저 빔 발생기로부터 광속을 상기 투명 기판을 통해 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 수렴시키기 위한 광 수렴 광학 시스템을 포함한다. 상기 광 픽업 장치에서, 상기 광 수렴 광학 시스템은 대물 렌즈를 포함하고, 상기 레이저 빔 발생기로부터의 광속을 상기 광축에 평행한 방향으로 둘 이상의 영역으로 분할한다. 상기 다른 종류의 광 정보 기록 매체는 두께가 t1인 투명 기판을 갖는 제1 광 정보 기록 매체, 및 두께가 t2인 투명 기판을 갖는 제2 광 정보 기록 매체를 포함하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체로부터 보이는 상기 대물 렌즈의 배율 m2는 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 보이는 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 작다.

Description

광 픽업 장치
본 발명은, 투명 기판의 두께가 다른 복수의 광 정보 기록 매체를, 1개의 집광 광학계에서 기록 및/또는 재생(기록/재생)할 수 있는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
최근, 단파장 적색 반도체 레이저 실용화에 따라, 종래의 광 정보 기록 매체(광 디스크라고도 함)인 CD(컴팩트 디스크)와 동일 정도의 크기로 대용량화시킨 고밀도의 광 정보 기록 매체인 DVD(디지탈 비디오 데스크, 혹은, 디지탈 범용 디스크라고도 함)의 개발이 진행되고 있다. 이 DVD에서는, 635㎚의 단파장 반도체 레이저를 사용할 때의 대물 렌즈의 광 디스크측의 개구수 NA를 0. 6으로 하고 있다. 또, DVD는 트랙 피치 0. 74㎛, 최단 피트 길이 0. 4㎛이고, CD의 트랙 피치 1. 6㎛, 최단 피트 길이 0. 83㎛에 대해 반 이하로 고밀도화되어 있다. 또한, 상술한 CD, DVD 외에, 여러가지 규격의 광 디스크, 예를 들면, CD-R(추기형 컴팩트 디스크), LD(레이저 디스크), MD(미니 디스크), MO(광자기 디스크) 등도 상품화되어 보급되어 있다. 표 1에 여러가지 광 디스크의 투명 기판의 두께와, 필요 개구수를 나타낸다.
광디스크 투명 기판의두께(㎜) 필요 개구수 NA(광원 파장λ㎚)
CD, CD-R(재생만) 1.20 0.45(λ=780)
CD-R(기록, 재생) 1.20 0.50(λ=780)
LD 1.25 0.50(λ=780)
MD 1.20 0.45(λ=780)
MO(ISO3.52인치 230MB) 1.20 0.55(λ=780)
MO(ISO3.52인치 640MB) 1.20 0.55(λ=680)
DVD 0.60 0.60(λ=635)
또, CD-R에 대해서는 광원 파장λ=780(㎚)일 필요가 있지만, 다른 광 디스크에 있어서는, 표 1에 기재한 광원 파장 이외의 파장의 광원을 사용할 수 있고, 이 경우에 사용하는 광원 파장 λ에 따라서 필요 개구수 NA가 바뀐다. 예를 들면, CD의 경우는 필요 개구수 NA=λ(㎛)/1. 73, DVD의 경우에는 필요 개구수 NA=λ(㎛)/1. 06으로 근사된다.
이와 같이, 시장에는 사이즈, 기판 두께, 기록 밀도, 사용 파장 등이 종류가 다른 여러가지 광 디스크가 존재하는 시대로 되어 있고, 여러가지 광 디스크에 대응할 수 있는 광 픽업 장치가 제안되어 있다.
그 하나로서, 다른 광 디스크의 각각에 대응한 집광 광학계를 구비하고, 재생하는 광 디스크에 의해 집광 광학계를 전환하는 광 픽업 장치가 제안되어 있다. 그러나, 이 광 픽업 장치에서는 집광 광학계가 복수개 필요해져서 비용고를 초래할 뿐만 아니라, 집광 광학계를 전환하기 위한 구동 기구가 필요해져서 장치가 복잡화하고, 그 전환 정밀도도 요구되어 바람직하지 못하다.
그래서, 하나의 집광 광학계에서, 복수의 광 디스크를 재생하고자 하는 제안이, 예를 들면, 특개평8-55363호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 두개의 광원과 조리개의 크기를 최적화함으로써, DVD와 CD의 양쪽이 결상 스폿을 그 파면 수차가 각각 0. 01λ(rms)이하로 되도록 배치하는 광 픽업 증폭기 장치의 제안이 되어 있다.
또한 별도의 예로서, 시간평9-184975호 공보에는, 대물 렌즈에 광축과 동심형이 근소하지만 단차를 설치한 광 픽업 장치가 제안되어 있다. 이 픽업 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사한 광속을 단차보다 광축측의 제1영역과 외측의 제3영역인 2개의 영역으로 나눠, CD의 기록/재생에는 제1 영역을, DVD의 기록/재생에는 제1영역 및 제3 영역을 통과하는 광속에 따라 행함으로써 1개의 집광 광학계를 이용하여 DVD와 CD의 2개의 광 디스크를 기록/재생하고자 하는 것이다(이하, 이 집광 광학계를 2영역 집광 광학계라 하며, 대물 렌즈에 적용한 경우, 이 대물 렌즈를 2영역대물 렌즈라고 함).
또한, 「International symposium on optical memory and optical data storage 1996」 에서의 강연 번호 OFA3-1에서는, 대물 렌즈에 광축과 동심형의 차폐링을 설치한 광 픽업 장치가 제안되어 있다. 이 픽업 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사한 광속을 차폐링보다 광축측의 제1 영역과, 차폐링에 의한 차폐 영역과, 차폐링보다 외측의 제3 영역의 3개의 영역으로 나누고, CD의 기록/재생에는 광축 근방의 제1 영역을, DVD의 기록/재생에는 제1 영역 및 제3 영역을 통과하는 광속에 따라 행함으로써 1개의 집광 광학계를 이용하여 DVD와 CD의 2개의 광 디스크를 기록/재생하고자 하는 것이다(이하, 이 집광 광학계를 차폐 집광 광학계라 하며, 대물 렌즈에 적용한 경우에 이 대물 렌즈를 차폐 대물 렌즈라고 함).
이 2영역 집광 광학계나 차폐 집광 광학계를 탑재한 광 픽업 장치는, 단차 혹은 차폐링에 의해 파면 수차(구면 수차)를 불연속으로 하여, CD의 기록/재생 시에 있어 DVD의 투명 기판의 두께와 CD의 투명 기판의 두께의 차에 의해 발생하는 구면 수차가 원인이 되는 플레어의 영향을 줄이고자 하는 것이다.
이들 광 픽업 장치에 있어서는, 단파장(λ=635㎚)의 1개의 광원을 이용하고 있기 때문에, CD의 재생 시에 있어서의 필요 개구수가 NA=0. 367 정도로 작은 개구수여도 좋기 때문에 회절 한계 성능을 만족할 수 있어, DVD 및 CD를 재생할 수 있다. 여기서, CD 대신에 CD-R에 대응시키기 위한 2광원화하고자 하면, CD-R의 재생 시에 있어서의 필요 개구수 NA=0. 45가 필요해져서, LD 등에 대응시킬 때와 마찬가지로, 고 NA화가 필요해진다.
그러나, 2영역 집광 광학계에 있어서는, 고 NA화에 대응시키기 위해서는, 설계 기판 두께를 두껍게 하여 단차의 위치를 고 NA의 영역으로 이동할 필요가 있지만, 이 경우, DVD를 재생할 때에 스폿 형상이 악화하고 DVD를 재생할 수 없게 된다. 또한, 차폐 집광 광학계에 있어서는, 개구수 NA=0. 367로「회절 한계 성능을 겨우 만족시킬 수 있으므로, 이 이상 차폐링의 위치를 고 NA의 영역으로 이동시키면 회절 한계 성능을 만족시킬 수 없어 재생이 불가능하다.
그런데, 본 발명자 등은, 이러한 것을 감안하여 특원평9-197076호에 있어서 대물 렌즈를 광축과 동심형으로 적어도 2개의 단차를 설치한 광 픽업 장치를 제안하고 있다. 이 픽업 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사한 광속을 광축 근방의 제1 영역과, 제1 영역보다 외측의 제2 영역과, 제2 영역보다 외측의 제3 영역의 3개의 영역으로 나누고, 제2 광 디스크의 기록/재생에는 광축 근방의 제1 영역 및 제2 영역을, 제1 광 디스크의 기록/재생에는 제1 영역 및 제3 영역을 통과하는 광속에 의해 행함으로써 1개의 집광 광학계를 이용하여 복수의 광 디스크를 기록/재생한다(이하, 이 집광 광학계를 3영역 집광 광학계라 하고, 대물 렌즈에 적용한 경우에 이 대물 렌즈를 3영역 대물 렌즈라고 함). 그러나, 이러한 광 픽업 장치에 있어서, 고 NA의 제2 광 디스크에 대응시키고자 하면, 제1광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 광량 손실이 커져 버리는 등의 문제가 발생하였다.
또한, 특개평8-55363호 공보에 기재된 광 픽업 장치에서는 단순히 DVD와 CD의 양쪽의 결상 스폿의 파면 수차가 0. 01λ(rms) 이하가 되도록 광원을 배치하고 있어, 집광 광학계의 광 정보 기록 매체측의 굴절면인 최종 굴절면으로부터 광 디스크의 투명 기판까지의 거리(이하, 작동 거리, WD라고도 함)에 대해 아무것도 고려되어 있지 않다. DVD의 경우와 CD의 경우에서 이 WD가 다르면, 적어도 한쪽의 광 디스크를 재생할 때에는, 집점(포커스)을 위해 집광 광학계의 대물 렌즈를 이동시키는 액튜에이터에 언제나 구동 전류를 흘려 놓을 필요가 있다. 이 때문에, 소비 전력이 많아질 수 밖에 없는 문제가 있다. 또한, 집점을 위해 필요한 이동가능한 거리를 벌기 위해서도, 액튜에이터가 DVD 혹은 CD 전용의 경우에 비해 대형으로 된다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 1개의 집광 광학계에서 투명 기판의 두께가 다른 복수의 광 정보 기록 매체를 기록/재생할 수 있음과 동시에, 고 NA화에 대응할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은, 고 NA의 제2 광 디스크에 대응시키더라도, 제1 광 디스크의 기록/재생 시에도 양호하게 행하는 것을, 또 다른 과제로 한다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 1개의 집광 광학계에서 투명 기판의 두께가 다른 복수의 광 정보 기록 매체를 기록/재생할 때에, 복잡한 조리개 기구를 필요로 하지 않고서, 분할면의 반경이 일정하여도 고 NA화를 가능하게 하고, 고 NA를 필요로 하는 제2 광 디스크에도 대응할 수 있고, 또한, 일정한 NA를 얻는 경우에 분할화의 반경을 작게 할 수 있도록 하고, 보다 많은 광량을 필요로 하는 제1 광 디스크에도 대응할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 1개의 집광 광학계에서 다른 투명 기판의 두께를 갖는 광 디스크를 기록/재생 가능하게 하고, 조밀하고 소비 전력이 적은 광 픽업 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
(1) 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계에, 광원으로부터 출사한 광속을, 광축에 대해 수직 방향에 있어서 적어도 2개의 영역으로 분할하는 기능을 갖게 함으로써, 투명 기판의 두께가 t1의 제1 광 정보 기록 매체에 대해 제1 광원(파장λ1(㎚))으로부터 출사한 광속을, 상기 집광 광학계에서 투명 기판을 통해 정보 기록면에 집광시키고, 제1 광 정보 기록 매체 정보의 기록 또는 재생을 함과 동시에, 투명 기판의 두께가 t2(t2 t1)의 제2 광 정보 기록 매체에 대해 제2 광원(파장λ2(㎚))으로부터 출사한 광속을, 상기 집광 광학계에서 투명 기판을 통해 정보 기록면에 집광시키고, 제2 광 정보 기록 매체 정보의 기록 또는 재생을 하도록 한 광 픽업 장치에 있어서, 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생 시에 있어서의 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측으로부터 본 배율 m1보다, 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생 시에 있어서의 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측으로부터 본 배율 m2의 쪽이, 작은 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
(2) 광원으로부터의 광속을, 대물 렌즈를 포함하는 집광 광학계에 의해 광 정보 기록 매체의 투명 기판을 통해 정보 기록면 상에 집광하여, 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생을 행하도록 구성되어 있고, 또한, 투명 기판의 두께 및 기록밀도가 다른 적어도 2종류의 광 정보 기록 매체 정보의 기록 또는 재생을 행하는 광 픽업 장치에 있어서, 상기 집광 광학계에, 파면 수차를 불연속으로 하기 위해, 렌즈의 광축과 대략 동심의 렌즈면 분할부를 적어도 1개 설치함과 동시에, 투명 기판의 두께가 t1의 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생 시에는, 상기 렌즈분할부보다 광축측의 제1 영역 및 상기 렌즈면 분할부에 의해 외측의 제3 영역을 통과하는 광속에 의해 정보 기록면 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 05λ1(rms) (단, λ1은 제1광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생에 사용하는 제1광원의 파장(㎚)) 이하가 되도록, 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측으로부터 본 배율을 m1로 하여, 제1 광원으로부터의 광속을 집광하고, 기록 밀도가 제1 광 정보 기록 매체보다도 낮고, 투명 기판의 두께가 t2 (t2 t1)의 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생 시에는, 상기 제1 영역을 통과하는 광속에 의해 정보 기록면 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 07λ2(rms) (단, λ2는 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 기록 또는 재생에 사용하는 제2 광원의 파장(n)) 이하가 되도록, 상기 대물 렌즈의 광 정보 기록 매체측으로부터 본 배율을 m2로 하여, 제2 광원으로부터의 광속을 집광하도록 한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
도 1은 광 픽업 장치의 개략 구성도.
도 2a 내지 도 2d는 3영역 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도.
도 3a 내지 도 3d는 차폐 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도.
도 4a 내지 도 4d는 2영역 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도.
도 5는 광 픽업 장치의 개략 구성도.
도 6a 내지 도 6d는 실시예 1의 구면 수차도 및 파면 수차도.
도 7a 및 도 7b는 실시예 1의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 8a 내지 도 8d는 실시예 2의 구면 수파면 및 파면 수차도.
도 9a 및 도 9b는 실시예 2의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 10a 내지 도 10d는 실시예 3의 구면 수차도 및 파면 수차도.
도 11a 및 도 11b는 실시예 3의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 12a 내지 도 12d는 실시예 4의 구면 수차도 및 파면 수차도.
도 13a 및 도 13b는 실시예 4의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 14a 내지 도 14d는 실시예 5의 구면 수차도 및 파면 수차도.
도 15a 및 도 15b는 실시예 5의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 16a 내지 도 16d는 실시예 6의 구면 수차도 및 파면 수차도.
도 17a 및 도 17b는 실시예 6의 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도 18은 광 픽업 장치의 개략 구성도.
도 19는 작동 거리가 일정한 경우의 제2 실시 형태의 광 픽업 장치의 개략 구성도.
도 20a 내지 도 20c는 작동 거리가 일정한 경우의 광 픽업 장치에 바람직하게 이용되는 대물 렌즈를 나타낸 도면.
도 21a 및 도 21b는 대물 렌즈의 기능을 설명하기 위한 정보 기록면 상에 있어서의 구면 수차도.
도 22a 및 도 22b는 제7 실시예의 정보 기록면 상의 구면 수차도.
도 23a 및 도 23b는 제7 실시예의 최량의 스폿 형상이 집광 스폿의 상대 강도 분포도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 광 픽업 장치
11: 제1 반도체 레이저
12: 제2 반도체 레이저
13: 커플링 렌즈
15: 액츄에이터
16: 대물 렌즈
17: 조리개
19: 프리즘
20: 광 정보 기록 매체
21: 투명 기판
22: 정보 기록면
25, 26: 빔 분할기
27: 비점수차 발생 소자
31: 제1 광 검출 수단
32: 제2 광 검출 수단
우선, 실시 형태를 설명하기 전에, 도 1에 기초하여 광 정보 기록 매체(이하, 광 디스크)에 대해 설명한다. 광 픽업 장치(10)는 광 정보 기록 매체(이하, 광 디스크라고 함: 20, 20')로서 투명 기판(21, 21')의 두께가 다른 복수의 광 디스크((20, 20'))의 정보 기록면(22, 22') 상에 정보를 기록 또는 정보 기록면(22, 22') 상의 정보를 재생(광 디스크 20, 20'의 정보의 기록 또는 재생, 광 디스크 20, 20'의 기록/재생이라고도 함)할 수 있는 것이다. 이 복수의 광 디스크(20, 20')로서, 투명 기판(21)의 두께 t1의 제1 광 디스크(20)와, 제1 광 디스크의 투명 기판(22)의 두께 t1은 다른 두께 t2의 제2 광 디스크(20')로서 설명한다. 또한, 제1광 디스크(20)를 기록/재생하기 위해 필요한 집광 광학계(후술함)의 광 디스크측의 필요 개구수를 NA1로 하고, 제2 광 디스크(20')를 기록/재생하기 위해 필요한 집광 광학계의 광 디스크측의 필요 개구수를 NA2로 한다(이하의 설명에서는, 제1 광 디스크 20은 제2 광 디스크 20'보다 고밀도의 정보 기록 매체이기 때문에 NA1 NA2이다.
또, 이하의 설명 중에서, DVD(DVD-RAM을 포함)는 제1 광 디스크(20)를 가르키고 있고, 이 경우, 투명 기판의 두께 t1=0. 6㎜이고 (DVD에는 한면 타입과 양면 타입이 있지만, 양자 모두 정보 기록면의 양측에 두께 t1의 투명 기판이 접합시켜져있으므로, DVD 자체는 두께 1. 2㎜임), CD(CD-R을 포함하지지만, LD, MD, MO 등이어도 좋다)는 제2 광 디스크(20')를 가르키고 있고, 이 경우에, t2=1. 2㎜(단, LD의 경우에 t2=1. 25㎜임)이고, t1 t2이다.
우선, 광 픽업 장치(10)의 개략에 대해 설명한다. 도 1은 광 픽업 장치(10)의 개략 구성도이다. 또, 도 1에 있어서는, 광축을 경계로 하여 상측에 제1 광 디스크(20)로서 DVD를, 하측에 제2 광 디스크(20')로서 CD를 나타내고 있다. 또한, 광 픽업 장치(10)에 있어서는, 광 디스크(20, 20')는, 대물 렌즈(16: 후단에 있어서 상술한다)와 정보 기록면(22, 22') 사이에 투명 기판(21)이 존재하도록, 트레이(도시하지 않음)에 실린다.
본 실시 형태의 광 픽업 장치(10)에서는, 광원으로서 제1 광원인 제1 반도체 레이저(11: 파장λ1=635㎚)와 제2 광원인 제2 반도체 레이저(12: 파장λ2=780㎚)를 갖고 있다. 또, 제1 반도체 레이저(11)로서는 610㎚ 내지 670㎚의 사이의 발신 파장을 갖는 것이, 제2 반도체 레이저(12)로서는 740㎚ 내지 870㎚의 사이의 발신 파장을 갖는 것을 사용할 수 있다. 이 제1 반도체 레이저(11)는 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시에 사용되는 광원이고, 제2 반도체 레이저(12)는 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 사용되는 광원이다. 또, 이 제1 반도체 레이저(11)와 제2 반도체 레이저(12)의 배치에 대해, 후단에 있어서 상술한다. 또한, 도 1에 있어서는, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속 중 조리개(17: 후술)로 조여진 최외 광선을 2점 쇄선으로, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속 중 조리개(17)로 조여진 최외 광선을 1점 쇄선으로 나타내고 있다.
합성 수단으로서의 다이클로익 프리즘(19)은, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속과 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속을 합성하는 것이 가능한 수단이다. 이 다이클로익 프리즘(19)은, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속, 혹은, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속을, 후술하는 1개의 집광 광학계를 통해, 각각 제1 광 디스크(20) 혹은 제2 광 디스크(20')에 집광시키기 위해, 광축 상에서의 광로를 동일(거의 동일하여도 됨)하게 이루는 수단이다. 또한, 이 다이클로익 프리즘(19)은, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사하여 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면으로부터 반사한 광속과, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사하여 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면으로부터 반사한 광속을, 각각, 후술하는 제1 광 검출 수단(31), 제2 광 검출 수단(32)으로 유도하는 수단이기도 하다. 또, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 광 디스크(20)와 제2 광 디스크(20')를 배타적으로 기록/재생하기 위해 다이클로익 프리즘(19)에 의해 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속과 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속이 실제로 합성되는 일은 없다.
집광 광학계는, 광원(제1 반도체 레이저 11 혹은 제2 반도체 레이저 12)으로부터 출사된 광속을, 광 디스크(20, 20')의 투명 기판(21, 21')을 통해 정보 기록면(22, 22') 상에 집광시켜, 스폿을 형성시키는 수단이다. 이 집광 광학계는, 제1 반도체 레이저(11) 및 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속의 발산도를 변경하는 발산도변경 광학 소자인 커플링 렌즈(13)와, 커플링 렌즈(13)에 의해 발산도가 변경된 광속을 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 집광시키는 대물 광학 소자인 대물 렌즈(16)를 갖고 있다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에서는 커플링 렌즈(13)로서는, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속에 대해서는 평행광(대략 평행하여도 됨)으로 변환하는 콜리메이터 렌즈를 이용하고 있다.
본 실시 형태에서는 이와 같이, 1개의 집광 광학계를 이용하여 복수의 광 디스크의 기록/재생을 행하게 하므로, 광 픽업 장치(10)를 저비용 또한 간단한 구조로 실현시킬 수 있다.
또, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속에 대해, 본 실시 형태에서는 집광 광학계로서 커플링 렌즈(13: 콜리메이터 렌즈)와 대물 렌즈(16)를 이용한, 소위 무한계의 집광 광학계이지만, 커플링 렌즈(13)가 없이 광원으로부터의 발산광을 직접 집광시키는 대물 렌즈(16)만, 소위 유한계의 집광 광학계여도 좋다. 또한, 집광 광학계로서, 커플링 렌즈(13)에 의해 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속을 평행광으로 발산도를 변환하는 것이 아니라, 제1 반도체 레이저(11)로부터의 발산광의 발산 정도를 감하는 커플링 렌즈 또는 제1 반도체 레이저(11)로부터의 광속을 수렴광으로 변경하는 커플링 렌즈와, 이 커플링 렌즈를 통한 광속을 집광시키는 대물 렌즈를 갖는, 소위 준유 한계의 집광 광학계여도 좋다.
또한, 집광 광학계 내에는, 광속을 개구수 NA1에 상당하는 개구수로 제한하는 조리개(17)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서 조리개(17)는 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속을 개구수 NA1에 상당하는 개구수로 제한하도록 개구수를 고정하고 있다. 즉, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에도 조리개(17)에 의해 제한되는 개구수는 NA1에 상당하는 개구수이고, 이 때문에, 조리개(17)의 개구수를 가변으로 하는 여분의 기구를 필요로 하지 않아, 저비용화를 실현할 수 있다. 그러나, 제2광 디스크(20')의 기록/재생 시에는 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사되는 광속을 개구수 NA2에 상당하는 개구수로 제한하도록, 조리개(17)의 개구수를 가변으로 하여도 좋다.
변경 수단인 빔 분할기(25, 26)는, 정보 기록면 상으로부터 반사한 광속의 광로를, 광원(각각 제1 반도체 레이저 11, 제2 반도체 레이저 12)으로부터 출사한 광속의 광로과는 다른 광로로 변경하는 수단이다. 즉, 빔 분할기(25, 26)는 빔 분할기(25, 26)와 광 디스크 사이에서, 광원(제1 반도체 레이저 11, 제2 반도체 레이저 12)으로부터 출사한 광속의 광로와 광 디스크의 정보 기록면 상으로부터 반사한 광속의 광로를 동일하게 시키는 수단이다. 빔 분할기(25)는 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속의 광로는 변경하지 않고서, 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에서 반사한 광속의 광로를 후술하는 광 검출 수단(31)으로 유도하도록 변경하고 있다. 또한, 빔 분할기(26)는 평행 평면판(하프 미러)으로 구성하고, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속의 광로는 제2 광 디스크(20')로 유도하도록 변경하고, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상으로부터 반사한 광속의 광로를 변경하지 않고 후술하는 광 검출 수단(32)으로 유도한다. 또, 이 빔 분할기(25, 26)에 있어서는, 변경하는 광로를 본 실시 형태와 마찬가지로 하는 것이 아니라, 어느 한쪽을 변경 혹은 양쪽을 변경하더라도 좋다.
광 검출 수단(31, 32)은, 각각, 빔 분할기(25, 26)를 통해 광 디스크(20, 20')의 정보 기록면(22, 22') 상으로부터 반사한 광속을 검출하는 수단이다. 이 광 검출 수단(31, 32)에 의해 정보 기록면(22, 22') 상으로부터 반사한 광속의 광량 분포 변화를 검출하고, 도시하지 않은 연산 회로에 의해 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호, 재생 신호 정보)의 판독이 이루어진다.
또, 본 실시 형태에서는, 포커스 에러 신호는 비점 수차법을 이용하여 행하기 때문에, 광 검출 수단(31, 32) 전에, 비점 수차 발생 소자(본 실시 형태에서는, 비점수차 발생 소자 27)는 원통형 렌즈로 구성하고, 또한, 빔 분할기(26)가 비점 수차 발생 소자를 겸용하고 있다)를 배치하고 있지만, 포커스 에러 신호는 비점 수차법이 아니라, 나이프 엣지법[프코(Foucault)법을 포함], 위상차 검출(DPD)법, 스폿 사이즈 디텍션(SSD)법, 등 여러가지 공지의 방법에 의해 검출할 수 있다. 또한, 트랙킹에러 신호의 검출에 대해서도 3빔법, 위상차 검출(DPD)법, 푸시풀법, 워블링법 등 여러가지 공지의 방법에 의해 검출할 수 있다.
2차원 액튜에이터(15)는 대물 렌즈(16)를 이동시키는 수단이고, 상술한 연산회로에 의해 얻어진 포커스 에러 신호에 기초하여 대물 렌즈(16)를 소정의 위치로 이동(집점 추종) 시키는 포커싱 제어용과, 트랙 에러 신호에 기초하여 대물 렌즈(16)를 소정의 위치로 이동(트랙 추종)시키는 트래킹 제어용이 있다.
다음에, 이와 같은, 광 픽업 장치(10)에 있어서, 제1 광 디스크(20)를 기록/재생하는 경우에 대해 개략을 설명한다.
제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속(도 1에 있어서 2점 쇄선으로 나타냄)은, 빔 스플리터(25)를 투과하여, 다이클로익 프리즘(19)에 의해 광로를 집광 광학계의 쪽으로 변경하여 집광 광학계로 입사한다. 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사하여 집광 광학계로 입사한 광속은, 커플링 렌즈(13)에 의해 그 발산도를 변경하고, 즉, 본 실시 형태에서는 평행 광속으로 변경된다. 커플링 렌즈(13)에 의해 평행하게 발산도가 변경된 광속은, 조리개(17)에 의해 조여지고, 대물 렌즈(16)에 의해 제1광 디스크(20)의 투명 기판(21)을 통해 정보 기록면(22) 상에 집광된다. 그리고, 제1광 디스크(20)에 기록하는 경우에는 이 집광된 빔 스폿에 의해 기록이 이루어진다.
그리고, 정보 기록면(22)에서 반사된 광속은, 다시 집광 광학계(대물 렌즈 16, 커플링 렌즈 13)를 투과하여, 다이클로익 프리즘(19), 빔 분할기(25)로 광로가 변경되고, 원통형 렌즈(27)에 의해 비점 수차가 부여되고, 광 검출 수단(31)으로 입사한다. 그리고, 제1 광 디스크(20)를 재생하는 경우에는 광 검출 수단(31)으로부터 출력되는 신호를 이용하여 제1 광 디스크(20)에 기록된 정보의 재생 신호가 얻어진다. 또한, 광 검출 수단(31) 상에서의 스폿 형상 변화에 의한 광량 분포 변화를 검출하여, 포커스 에러 신호, 트래킹 에러 신호를 얻는다. 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속이 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 결상하도록, 얻어진 포커스 에러 신호에 기초하여 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용: 15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다. 또한, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속이 제1 광 디스크(20)의 소정의 트랙에 결상하도록, 얻어진 트랙킹 에러 신호에 기초하여, 2차원 액튜에이터(트랙킹 제어용: 15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다.
이와 같이 하여, 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 정보를 기록 또는 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상의 정보를 재생한다.
마찬가지로, 제2 광 디스크(20')를 기록/재생하는 경우에는, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속(도 1에 있어서 1점 쇄선으로 나타냄)은, 평행 평면판(26)에 의해 광로를 변경하고, 다이클로 익프리즘(19), 커플링 렌즈(13) (조리개 17에 의해서 조여짐), 대물 렌즈(16)를 투과하여, 제2 광 디스크(20')의 투명 기판(21')을 통해 정보 기록면(22') 상에 집광된다. 그리고, 정보 기록면(22')에서 반사한 광속은 다시 집광 광학계(대물 렌즈 16, 커플링렌즈 13), 다이클로익 프리즘(19)을 투과하여, 평행 평면판(26)에 의해 비점 수차가 부여되고, 광 검출 수단(32)으로 입사한다. 그리고, 광 검출 수단(32)으로부터 출력되는 신호를 이용하여, 재생 신호, 포커스 에러신호, 트랙킹 에러 신호를 얻는다. 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속이 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22) 상에 결상하도록, 얻어진 포커스 에러 신호에 기초하여, 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용: 15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다. 또한, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속이 제2 광 디스크의 소정의 트랙에 결상하도록, 얻어진 트랙킹 에러 신호에 기초하여, 2차원 액튜에이터(트랙킹 제어용: 15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다.
이와 같이 하여, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 정보를 기록 또는 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상의 정보를 재생한다. 또, 도면에 있어서는, 대물 렌즈(16)의 광 디스크측의 굴절면 S2과 광 디스크 표면과의 간격(소위, 작동 거리)을 제1 광 디스크(20)와 제2 광 디스크(20') 모두 동일한 거리로 하여 기재하고 있지만, 후술하는 실시예에서도 알 수 있듯이, 제1 광 디스크(20)와 제2광 디스크(20')에서는 그 거리가 다르고, 이것은 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용: 15)에 의해 이동시켜진다. 따라서, 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용: 15)는 양 광 디스크의 포커싱을 행할 수 있는 작동 거리를 갖는 것을 사용한다.
다음에, 집광 광학계에 대해 설명한다. 집광 광학계는, 광원(11, 12)으로부터 출사한 광속을, 광축에 대해 수직 방향으로 적어도 2개의 영역으로 분할하도록 구성하고 있다(후단에 있어서 구체예로서 상술한다). 그 때문에, 집광 광학계에, 광축과 대략 동심형의 렌즈면 분할부를 설치하고, 이에 따라 파면 수차를 불연속(떨어지는 것만이 아니라 굴곡 등이어도 좋다)으로 하고 있다. 이와 같이, 파면 수차를 불연속으로 설치함으로써, 개구 제한 효과(조리개 효과)가 얻어지고, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 조리개(17)에 의해 제한하는 개구수를 바꿀 필요가 없어, 저비용화가 실현된다.
여기서, 이하의 설명에 있어서, 이 렌즈면 분할부를 1개 설치한 경우(2영역 집광 광학계)에 있어서는 렌즈면 분할부보다 광축측을 제1 영역, 외측을 제3영역으로 하고, 이 렌즈면 분할부에 상당하는 집광 광학계의 광 디스크측의 개구수를 NA3으로 한다. 또한, 렌즈면 분할부를 2개 설치한 경우에 있어서는, 광축측의 렌즈면 분할부보다 광축측을 제1영역, 2개의 렌즈면 분할부의 사이를 제2 영역, 외측의 렌즈면분할부보다 외측의 영역을 제3 영역으로 하고, 이 2개의 렌즈면 분할부 중 광축측의 렌즈 분할부에 상당하는 집광 광학계의 광 디스크측의 개구수를 NA3으로 하고, 외측의 렌즈 분할부에 상당하는 집광 광학계의 광 디스크측의 개구수를 NA4로 한다. 또, 렌즈면 분할부를 2개 설치한 경우에 있어서는, 제2 영역을 차폐 구조(광원으로부터의 광을 흡수, 산란, 반사를 시키는 등 차폐(요는, 이 부분에 대응하는 광속이 광검출기 32에 도달하지 않도록) 하는 구조)로 하여도 좋다(이 경우가 차폐 집광 광학계이고, 차폐 구조로 하지 않는 경우가 3영역 집광 광학계이다).
이러한 집광 광학계는, 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시에는 제1 영역 및 제3영역의 광속을 이용하고, 제2광 디스크(20')의 기록/재생 시에는 제1 영역의 광속을 (3영역 집광 광학계에 있어서는 제2 영역의 광속도) 이용한다. 따라서, 렌즈면 분할부보다 광축측의 제1 영역의 광속을, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생뿐만 아니라 제2 광 디스크(20')의 기록/재생에도 이용하고 있다.
그런데, 이러한 파면 수차(구면 수차)를 불연속으로 한 2영역 집광 광학계 및 차폐 집광 광학계에 있어서는, 고 NA를 필요로 하는 제2 광 디스크에 대응할 수 없게 된다. 이것은, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)의 제1 광 디스크측으로부터 본 배율 m1인 상태 그대로에서, 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시키면, 투명 기판의 두께 t1, t2의 차에 의해 크게 구면 수차가 발생한다. 그 때문에, 제2 광 디스크(20')를 기록/재생할 때에 이용하는 제1 영역의 광속의 상한, 즉, 개구수 NA3이 작아질 수 없다. 따라서, 이 2영역 집광 광학계 및 차폐 집광 광학계를 이용한 경우에, 고 NA의 제2 광 디스크에 대응할 수 없다. 또한, 3영역 집광 광학계에 있어서도, 고 NA의 제2 광 디스크에 대응한 경우에 제1 광 디스크의 기록/재생 시의 광량이 크게 저하된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)의 제1 광 디스크(20)측으로부터 본 배율 m1(본 실시 형태에서는 무한계이므로 m1=0임)보다, 제2광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)의 제2 광 디스크(20') 측으로부터 본 배율 m2의 쪽을 작게 한다. 즉, 대물 렌즈(16)에 입사하는 광속의 발산도를, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시로 바꿈으로써, 집광 특성에서 중요한 파면 수차의 구면 수차 성분을 바꿔, 고 NA화에 대응시킨다. 더욱 상세히 말하면, 배율 m2는 제1 광 디스크(20)의 투명 기판(21)의 두께 t1과 제2 광 디스크(20')의 투명 기판(21')의 두께 t2와의 차에 의해 발생된(오버의) 구면 수차(배율 m1로 두께 t2의 투명 기판 21'를 통한 때에 발생되는 구면 수차)를 보정하는 방향으로 설정한다(환언하면, 마이너스의 구면 수차를 발생시킨다).
이에 따라, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 발생하는 구면 수차가 보정되고, 제2 광 디스크(20')를 기록/재생할 때에, 집광시키는 제1 광속의 상한, 즉, 개구수NA3을 크게 할 수 있어, 고 NA화에 대응시킬 수 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 커플링 렌즈(13)는 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 위치를 바꾸지 않고, 제2 반도체 레이저(12)의 위치가 커플링 렌즈(13)에 근접하도록 제2 반도체 레이저(12)를 배치하고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 제2 반도체 레이저(12)가 제1 반도체 레이저(11)보다 커플링 렌즈(13)에 근접한 위치에 배치하고 있으므로, 배율 m1보다 배율 m2의 쪽을 작게 할 수 있어 고 NA화에 대응할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는 제1, 제2 반도체 레이저(11, 12)의 위치를 다르게 함으로써 제1, 제2 반도체 레이저(11, 12)를 고정 배치할 수 있고, 이동 수단 등이 필요하지 않아, 저비용화가 실현되지만, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 커플링 렌즈(13)의 위치를 바꾸더라도 좋고(이 경우, 제2광 디스크의 기록/재생 시의 쪽이, 광원에 근접하도록 이동시킨다), 요는 제1 반도체 레이저(11)와 커플링 렌즈(13)와의 광축 방향에 있어서의 거리보다, 제2 반도체 레이저(12)와 커플링 렌즈(13)와의 광축 방향에 있어서의 거리가 짧아지도록 하면 좋다.
여기서, 이 배율 m1과 배율 m2와의 차인 m2 - m1은,
- 0. 05 m2 - m1 -0. 005
를 만족하는 것이 바람직하고,
- 0. 04 m2 - m1 - 0. 01
을 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
이 하한을 넘으면, 즉, 배율 m1과 배율 m2와의 차가 커지면, 정현 조건이 대폭 변화되기 때문에, 축외 특성이 악화하고 광 픽업 장치의 조립에 있어서 고정밀도가 요구된다. 또한, 이 상한을 넘으면, 즉, 배율 m1과 배율 m2와의 차가 작아지면, 고 NA화에 대응하는 것이 어렵게 된다.
그런데, 이와 같이 구성한 집광 광학계에 있어서, 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시에는, 제1 영역 및 제3 영역의 광속에 의해 정보 기록면(22) 상에 형성되는 빔스폿의 파면 수차가 0. 05λ1(rms) 이하가 되도록 함으로써, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에는, 제1 영역의 광속에 의해 정보 기록면(22') 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 07λ2(rms) 이하가 되도록 함으로써, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 렌즈면 분할부에서 파면 수차를 천이(불연속으로 함)하여, 개구 제한 효과도 갖게 하고 있으므로, 이 효과를 살리기 위해서도 배율 m2를 설정할 때에, 구면 수차를 완전히 보정하지 않고서, 구면 수차를 잔류시키도록 한다. 이 때문에, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에는, 제1 영역의 광속에 의해 정보 기록면(22') 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가, 0. 025λ2(rms) 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
다음에, 이 집광 광학계의 구체적인 예에 대해, 3영역 집광 광학계, 차폐 집광 광학계 및 2영역 집광 광학계로 설명한다. 또, 집광 광학계는 커플링 렌즈(13)와 대물 렌즈(16)로 이루어지며, 커플링 렌즈(13)는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 콜리메이터 렌즈로서 작용하지만, 이것에 한정되지 않고, 또한, 대물 렌즈(16)의 2개의 굴절면 S1, S2 중, 광원측의 굴절면 S1에 렌즈면 분할부를 설치하였지만, 이것에 한정되지 않고, 굴절면 S2에 설치하여도 좋고, 또한, 커플링 렌즈(13) 혹은 별개의 부재의 광학 소자에 설치하여도 좋다. 또한, 본 예에서는, 제2 분할면 Sd2를 광축과 동심형의 환(원) 형상으로 설치하였지만, 이것에 한정되지 않고, 동심형의 타원형형, 또는, 도중에서 끊긴 환상으로 설치하여도 좋다.
또한, 어느 한쪽의 집광 광학계에 있어서도 제1 영역을 복수로 분할하더라도 좋다. 또한, 차폐 집광 광학계 및 3영역 집광 광학계에 있어서는, 제1 광 디스크의 기록/재생 시의 광량의 향상을 위해, 제2 영역을 복수로 분할하여, 그 일부를 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 면을 설치하여도 좋다.
(3영역 집광 광학계)
3영역 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도인 도 2에 기초하여 설명한다. 도 2a는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제1 광 디스크(20)에 결상하는 형태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2b는 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 있어서의 구면 수차도이고, 도 2c는 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제2 광 디스크(20')에 결상하는 형태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2d는 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 있어서의 구면 수차도이다. 또, 도 2d에 있어서 파선으로 나타낸 구면 수차는, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1로, 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시킬 때의 구면 수차를 나타내고 있다.
본 예에 있어서, 대물 렌즈(16)는 광원측의 굴절면 S1 및 광 디스크측의 굴절면 S2(최종 굴절면)를 모두 비구면 형상으로 나타낸 플러스의 굴절력을 지닌 볼록 렌즈이다. 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1을, 광축과 대략 동심형으로 3개의 제1 분할면Sd1 내지 제3 분할면 Sd3(상술에 있어서의 제1 영역 내지 제3 영역에 상당)에 의해 구성하고, 각 분할면 Sd1 내지 Sd3의 경계는 단차를 설치하고 있다. 이 단차가 렌즈면 분할부이고, 개구수 NA3, NA4에 상당하는 위치에 설치되고, 이 부분에 있어서 파면 수차가 불연속으로 된다.
도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(16)는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생을 할 때에는, 배율 m1=0이므로 평행 광속이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 그리고, 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3을 통과하는 제1 광속 및 제3 광속은 제1광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 결상한다. 이 때, 제1 광속 및 제3 광속에 의해 정보 기록면(22) 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 05λ1(rms) 이하로 된다. 한편, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 제2 광속(파선으로 나타난 광속)은, 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22)상 보다 언더측으로 결상한다. 따라서, 제1 광 디스크의 기록/재생 시에는, 제1 광속 및 제3 광속이 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 집광하고, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생이 행해진다.
이 대물 렌즈(16)를, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1로, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시키면, 도 2d에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이, 투명 기판의 두께 t1, t2의 차에 의해 크게 구면 수차가 발생한다. 본 실시 형태에서는, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시의 배율 m2를, m1보다 작게 함으로써 이 크게 발생한 구면 수차를, 도 2d에 있어서 실선으로 나타낸 바와 같이, 보정시키는 것이다.
따라서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생을 할 때에는(도 2c, 도 2d 참조), 배율 m2 m1 이므로 발산 광속이 대물 렌즈(16)로 입사한다. 그리고, 제1 광속(우측 상승의 사선으로 나타냄) 및 제2 광속(우측 하강의 사선으로 나타냄)은 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 거의 결상한다. 이 때, 제1 광속에 의해 정보 기록면(22') 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 07λ2(rms) 이하로 된다. 한편, 제3 광속(도중까지 파선으로 나타냄)은 플레어로서 발생한다. 그 때문에, 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에서는, 주로 제1, 2 광속에 의해 핵이 형성되고, 그 주위에 제3 광속에 의한 플레어가 발생한 빔 스폿 형상으로 되어, 이 핵에 의해 제2 광 디스크(20')의 기록/재생이 행해진다.
이와 같이, 3영역 대물 렌즈(16)는 개구수 NA3과 개구수 NA4와의 사이(즉, 제2 분할면 Sd2)를 제2 광 디스크(20')의 기록/재생을 위해 이용할 수 있으므로, 이 부분의 파면 수차를 최적화함으로써, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서 제1 광속의 파면 수차를 작게 유지하면서 고 NA화할 수 있다.
또, 이 3영역 대물 렌즈(16)에 있어서는,
0. 7NA2 NA3 1. 05NA2
의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 개구수 NA2에 의존하지만 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서 광량 부족이 생긴다. 또한, 상한을 넘으면, 필요 이상으로 스폿 지름이 조여지고, 또한, 배율 m1과 배율 m2와의 차가 커져 정현 조건이 대폭 변화되기 때문에, 축외 특성이 악화하여 광 픽업 장치(10)의 조립 정밀도가 요구된다.
또한,
0. 04 (NA42- NA32)/NA120. 4
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서 제2 광속에 의한 고 NA화의 효과가 적어진다. 즉, 다른 집광 광학계(후단에 있어서 상술하는 2 영역 집광 광학계나 차폐 집광 광학계)에 비해 본래 가장 고 NA화에 대응할 수 있는 3영역 집광 광학계이면서, 이 하한을 넘으면, 단차부의 성형(금형의 가공)에 의해 이완이 생기기 때문에, 후단에서 설명하는 2영역 대물 렌즈(16: 집광 광학계)와의 차이가 없어지게 된다. 또한, 상한을 넘으면, 제1 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서 광량 부족이 생긴다.
또한, 3영역 대물 렌즈(16)에 있어서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 개구수 NA3의 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4의 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)과 차 δ로 하면(도 2d 참조),
0. 002㎜ δ 0. 020㎜
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어 스폿의 사이드 로브가 증가하여, 포커스 에러 신호에 비대칭성이 나오는 등의 문제가 생긴다. 또한, 상한을 넘으면, 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 밸런스를 취할 수 없어, 양호하게 행할 수 없다. 또, 이 하한을 넘은 경우에서도, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생에 있어 트랙킹시에 대물 렌즈(16)와 일체로 움직이는 개구 제한이 행해지면, 포커스 에러 신호의 비대칭성은 개선되므로, 이 하한은 없어도 좋다.
또, 이 차 δ는, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 생기는 스폿의 핵과 플레어와의 거리에 따른 것이므로, 개개의 영역(각 광속)의 경계 부분에 주목하고, 간섭 줄무늬를 관찰하면서 디포커스를 바꾸면서, 마이크로미터로 측정한다.
또, 본 예에서는, 제1 분할면 Sd1 내지 제3 분할면 Sd3의 경계에 각각에 단차를 설치하였지만, 한쪽 경계만에 단차를 설치하여도, 또한, 단차가 아니라, 소정의 곡율 반경의 면에서 접속시키더라도 좋다. 결국, 렌즈면 분할부에 있어서, 파면 수차를 불연속(굴곡 등이어도 좋지만, 분리(천이)하는 것이 바람직하다)으로 하면 좋다.
또한, 본 예에서는, 대물 렌즈(16)의 제2 분할면 Sd2를 비구면 형상으로 하였지만, 홀로그램(혹은 프레넬)으로 구성하여도 좋다. 또, 제2 분할면 Sd2를 홀로그램으로 구성한 경우에, 0차광과 1차광으로 나눈 광속의 한쪽을 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하고, 다른쪽을 제2 광 디스크의 기록/재생에 이용한다. 이 때, 제2 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 광속의 광량의 쪽이, 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 광속의 광량보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 본 예에 있어서는, 제2 분할면 Sd2에 구면 수차를 부여하도록 구성하였지만, 이것을 대신하거나 혹은 이것에 가하여, 위상에 차를 설치하는, 즉, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속의 위상을, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속의 위상과 변이되도록 하여도 좋다.
또한, 본 예에 있어서는, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 동일한 비구면형상으로 구성하고 있지만, 이 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3에 위상차를 설치하여, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 스폿의 피크 강도를 컨트롤하더라도 좋다.
(차폐 집광 광학계)
차폐 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도인 도 3에 기초하여 설명한다. 도 3a는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제1 광 디스크(20)에 결상하는 형태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 3b는 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 있어서의 구면 수차도이고, 도 3c는 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제2 광 디스크(20')에 결상하는 형태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 3d는 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 있어서의 구면 수차도이다. 또, 도 3d에 있어서 파선으로 나타낸 구면 수차는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1이고, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시킬 때의 구면 수차를 나타내고 있다.
본 예에 있어서, 대물 렌즈(16)는 광원측의 굴절면 S1 및 광 디스크측의 굴절면 S2(최종 굴절면)을 모두 비구면 형상으로 나타낸 플러스의 굴절력을 지닌 볼록 렌즈이다. 이 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1에, 광원으로부터의 광을 흡수하는 물질을 광축과 대략 동심형으로 증착하여 차폐 구조 SH를 설치하고 있다. 이 차폐 구조 SH를 설치함으로써, 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1을, 광원으로부터의 광을 투과하는 제1 분할면 Sd1, 제3 분할면 Sd3 및 광원으로부터의 광을 차폐하는 제2 분할면 Sd2의 3개의 분할면에 의해 구성한다(각각 상술한 제1 영역, 제3 영역, 제2 영역에 상당). 각 분할면 Sd1 내지 Sd3의 경계가 렌즈면 분할부이고, 개구수 NA3, NA4에 상당하는 위치에 설치되고, 이 개구수 NA3 내지 개구수 NA4의 사이의 파면 수차가 천이되어, 불연속으로 된다.
도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(16)는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생을 할 때에는, 배율 m1=0이므로 평행 광속이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 그리고, 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3을 통과하는 제1 광속 및 제3 광속은, 제1광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 결상한다. 이 때, 제1 광속 및 제3 광속에 따라서 정보 기록면(22) 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 05λ1(rms) 이하로 된다. 한편, 제2 분할면 Sd2에 도달하는 광속, 즉, 제2 광속은 차폐 구조 SH에 의해, 투과하지 않고서 흡수된다. 따라서, 제1 광 디스크의 기록/재생 시에는, 제1 광속 및 제3 광속이 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 집광하고, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생이 행해진다.
이 대물 렌즈(16)를, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1로, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시키면, 도 3d에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이, 투명 기판의 두께 t1, t2의 차에 의해 크게 구면 수차가 발생한다. 본실시 형태에서는, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시의 배율 m2를, m1보다 작게 함으로써, 이 크게 발생한 구면 수차를 도 3d에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 보정시키는 것이다.
본원에 있어서, 평행광이 대물 렌즈에 입사하는 경우에는, 배율은 0이고, 수속광이 대물 렌즈에 입사하는 경우에는, 배율은 플러스 값으로 되고, 발산광이 대물 렌즈에 입사하는 경우에는, 배율은 마이너스의 값으로 되는 것이다.
따라서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생을 할 때에는(도 3c, 도 3d 참조), 배율 m2 m1 이므로 발산 광속이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 그리고, 제1 광속(사선으로 나타냄)은, 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 거의 결상한다. 이 때, 제1 광속에 의해 정보 기록면(22') 상에 형성되는 빔스폿의 파면 수차가 0. 07λ2(rms) 이하로 된다. 한편, 제3 광속(도중까지 파선으로 나타냄)은 플레어로서 발생하고, 제2 분할면 Sd2에 도달하는 광속, 즉, 제2 광속은 차폐 구조 SH에 의해, 투과하지 않고서 흡수된다. 그 때문에, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에서는, 제1 광속에 의해 핵이 형성되고, 그 주위에 제3광속에 의한 플레어가 발생한 빔 스폿 형상으로 되어, 이 핵에 의해 제2 광 디스크(20')의 기록/재생이 행해진다.
이와 같이, 차폐 대물 렌즈(16)는 개구수 NA3과 개구수 NA4와의 사이(즉, 제2 분할면 Sd2)에 차폐 구조 SH를 설치하였으므로, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에는, 이 부분(제2 영역)의 구면 수차(파면 수차)가 천이되고, 불연속으로 되어 플레어의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, m2 m1로 하고 있으므로, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 투명 기판의 두께 t1과 t2의 차에 의해 생기는 구면 수차를 적게 할 수 있어 고 NA화할 수 있다.
또, 이 차폐 대물 렌즈(16)에 있어서는, 개구수 NA3의 위치의 경계가, 개구 제한의 역할을 하고 있고, 0.9 NA2NA31.2 NA2의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 스폿 지름을 줄일 수 없다. 또한, 상한을 넘으면, 필요 이상으로 스폿지름이 줄어들어서, 또한, 배율 m1과 배율 m2와의 차가 커져 정현 조건이 대폭 변화되기 때문에, 축외 특성이 악화하여, 광 픽업 장치(10)의 조립 정밀도가 요구된다.
또한, 차폐 대물 렌즈(16)에 있어서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 개구수 NA3의 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4의 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)과의 차를 δ로 하면(도 3d 참조),
0. 002㎜ δ0. 020㎜
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서 스폿의 사이드 로브가 증가하고, 포커스 에러 신호에 비대칭성이 나타나는 등의 문제가 생긴다. 또한, 상한을 넘으면, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 밸런스를 취할 수 없어 양호하게 행할 수 없다. 또, 이 하한을 넘은 경우에서도, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어 트랙킹시에 대물 렌즈(16)와 일체로 움직이는 개구 제한이 행해지면, 포커스 에러 신호의 비대칭성은 개선되므로, 이 하한은 없더라도 좋다. 또, 이 차 δ의 측정에 대해서는 상술한 3영역 집광 광학계와 동일하므로 생략한다.
(2영역 집광 광학계)
2영역 집광 광학계에 의한 광 디스크의 기록/재생 시에 있어서의 모식도 및 구면 수차도인 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4a는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제1 광 디스크(20)에 결상하도록 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 4b는 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상에 있어서의 구면 수차도이고, 도 4c는 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제2 광 디스크(20')에 결상하도록 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 4d는 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 있어서의 구면 수차도이다. 또, 도 4d에 있어서 파선으로 나타낸 구면 수차는, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1로, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시킬 때의 구면 수차를 나타내고 있다.
본 예에 있어서, 대물 렌즈(16)는 광원측의 굴절면 S1 및 광 디스크측의 굴절면 S2(최종 굴절면)를 모두 비구면 형상으로 나타낸 플러스의 굴절력을 지닌 볼록 렌즈이다. 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1을, 광축과 대략 동심형으로 2개의 제1 분할면Sd1, 제3 분할면 Sd3에 의해 구성하고(상술한 제1 영역, 제3 영역에 상당), 각 분할면Sd1, Sd3의 경계는 단차를 설치하고 있다. 이 단차가 렌즈면 분할부이고, 개구수NA3에 상당하는 위치에 설치되고, 이 부분에 있어서 파면 수차가 불연속으로 된다.
도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(16)는 제1 광 디스크(20)의 기록/재생을 할 때에는, 배율 m1=0이므로 평행 광속이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 그리고, 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3을 통과하는 제1 광속 및 제3 광속은 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 거의 결상한다. 이 때, 제1 광속 및 제3 광속에 의해 정보 기록면(22) 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 05λ1(rms) 이하 로 된다. 따라서, 제1광 디스크의 기록/재생 시에는, 제1 광속 및 제3 광속이 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 집광하고, 제1광 디스크(20)의 기록/재생이 행해진다.
이 대물 렌즈(16)를, 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시의 배율 m1로, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 결상시키면, 도 4d에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이, 투명 기판의 두께 t1, t2의 차에 의해 크게 구면 수차가 발생한다. 본 실시 형태에서는, 제2 광 디스크(20)/의 기록/재생 시의 배율 m2를, m1보다 작게 함으로써, 이 크게 발생한 구면 수차를, 도 4d에 있어서 실선으로 나타낸 바와 같이, 보정시키는 것이다.
따라서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생을 할 때에는(도 4c, 도 4d 참조), 배율 m2 m1 이므로 발산 광속이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 그리고, 제1 광속(사선으로 나타냄)은, 제2 광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에 거의 결상한다. 이 때, 제1 광속에 의해 정보 기록면(22') 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0. 07λ2(rms) 이하로 된다. 한편, 제3 광속(도중까지 파선으로 나타냄)은 플레어로서 발생한다. 그 때문에, 제2광 디스크(20')의 정보 기록면(22') 상에서는, 제1 광속에 의해 핵이 형성되고, 그 주위에 제3 광속에 의한 플레어가 발생한 빔 스폿 형상으로되어, 이 핵에 의해 제2 광 디스크(20')의 기록/재생이 행해진다.
이와 같이, 2영역 대물 렌즈(16)는 개구수 NA3의 위치에 단차를 설치하였으므로, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에는, 이 부분의 구면 수차(파면 수차)가 천이되어 불연속으로 되어, 플레어의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, m2 m1로 하고 있으므로, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 투명 기판의 두께 t1과 t2의 차에 의해 생기는 구면 수차를 적게 할 수 있어, 고 NA화할 수 있다.
또, 이 2 영역 대물 렌즈(16)에 있어서는, 개구수 NA 3의 위치의 단차가, 개구 제한의 역할을 하고 있고,
0. 9NA2 NA3 1. 2NA2
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 스폿 지름을 줄일 수 없다. 또한, 상한을 넘으면, 필요 이상으로 스폿 지름이 줄어져 버려, 또한, 배율 m1과 배율 m2와의 차가 커져 정현 조건이 대폭 변화되기 때문에, 축외 특성이 악화되어 광 픽업 장치(10)의 조립 정밀도가 요구된다.
또한, 2 영역 대물 렌즈(16)에 있어서, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서의 개구수 NA3의 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA 3의 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(3)과의 차를 δ로 하면(도 4d 참조),
0. 002㎜ δ 0. 010㎜
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
이 하한을 넘으면, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어 스폿의 사이드 로브가 증가하여, 포커스 에러 신호에 비대칭성이 나타나는 등의 문제가 생긴다. 또한, 상한을 넘으면, 제1광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 밸런스를 취할 수 없어, 양호하게 행할 수 없다. 또, 이 하한을 넘은 경우에서도, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에 있어서 트래킹시에 대물 렌즈(16)와 일체로 움직이는 개구 제한이 행해지면, 포커스 에러 신호의 비대칭성은 개선되므로, 이 하한은 없어도 좋다. 또, 이 차 δ의 측정에 대해서는 상술한 3 영역 집광 광학계와 동일하므로 생략한다.
또, 본 예에서는, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3과의 경계에 단차를 설치하였지만, 단차가 아니라, 소정의 곡율 반경의 면에서 접속시키더라도 좋다.
또한, 본 예에서는, 대물 렌즈(16)에서는, 상술한 차폐 대물 렌즈와는 달리, 경계 영역에서 위상의 천이 (δ)를 컨트롤 할 수 있어, 피크 강도에 대해 제1 광 디스크(20)의 기록/재생 시와 제2 광 디스크(20')의 기록/재생 시에서 밸런스를 취할 수 있다. 이상, 도 2 내지 도 4에서 도시한 예로부터도, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크에 공통하여 이용되는 광이 있는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 광 디스크의 판독/기록 시에 있어도, 제2 광 디스크의 판독/기록 시에 있어도 공통하여 이용되는 광이 통하는 분할면을 집광 광학계는 갖고 있는 것이다.
이상 설명한 실시 형태에 있어서는, 광원으로서, 제1 광 디스크(20)의 기록/재생에 사용하는 제1 반도체 레이저(11)와, 제2 광 디스크(20')의 기록/재생에 사용하는 제2 반도체 레이저(12)를 이용한 광 픽업 장치(10)이지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 반도체 레이저(11)만, 즉, 제1 반도체 레이저(11)가 제2 반도체 레이저(12)를 겸용하여, 제2광 디스크(20')의 기록/재생에도 사용하도록 하더라도 좋다.
이 광 픽업 장치에 대해 약간 설명한다. 또, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 기능, 작용, 부재에 대해서는 동일한 번호를 부기하여 그 설명을 생략하는 경우도 있다.
상기 광 픽업 장치에서는 제1 광원인 제1 반도체 레이저(11)와, 광 검출 수단(31)과, 상술한 실시 형태에서의 변경 수단(25) 및 비점 수차 발생 소자(27)를 겸용한 평행 평면판(25, 27)을 유닛(41)으로서 일체화하고 있다. 그리고, 상기 유닛(41)은 이동 수단(40)에 의해 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한, 하나의 광원을 이용하여 제1 광 디스크, 제2 광 디스크를 기록/재생하므로, 제1 실시 형태로부터 제2 반도체 레이저(12), 합성 수단(19), 평행 평면판(26), 광 검출 수단(32)을 생략하고 있다.
제1 광 디스크 기록/재생하는 경우에는, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속(도 5에서 2점 쇄선으로 도시함)은, 빔 분할기(25, 27)에 의해 광로를 구부리고, 커플링 렌즈(13)에 의해 평행 광속이 되고(이 경우에도 배율 m1=0임), 조리개(17)에 의해 조여지고, 대물 렌즈(16)에 의해 제1 광 디스크의 투명 기판을 통해 정보 기록면 상으로 집광된다. 그리고, 정보 기록면에서 반사한 광속은 다시 집광 광학계(대물 렌즈(16), 커플링 렌즈(13))를 투과하여 빔 분할기(25, 27)에 의해 비점 수차가 부여되고, 광 검출 수단(31)으로 입사한다. 그리고, 광 검출 수단(31)으로부터 출력되는 신호를 이용하여 재생 신호, 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호를 얻는다.
상기 광 픽업 장치에서 제2 광 디스크를 기록/재생하는 경우, 상술한 실시 형태에서 설명한 바와 같은 배율 m2가 되도록, 이동 수단(40)에 의해 유닛(41)을 이동시킨다(도 5에서, 파선으로 도시한 위치). 그리고, 상술한 바와 같이 함으로써 제2 광 디스크의 기록/재생을 행한다. 또, 도 5에서 1점 쇄선은 제2 광 디스크를 기록/재생하는 경우의 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속 중 조리개(17)(후술)로 조인 최외광선을 나타내고 있다.
이와 같이 상기 광 픽업 장치에서는 하나의 광원, 하나의 광 검출기로 구성할 수 있고, 조밀한 광 픽업 장치로 할 수 있다. 또, 상기 광 픽업 장치와 같이 광원을 이동시키는 것은 아니고, 커플링 렌즈(13)를 이동시킴에 따라 배율 m1, m2를 바꾸도록 해도 된다.
또, 이상의 설명에서는 기록 밀도가 높아 제1 광 디스크의 투명 기판의 두께t1이, 제1 광 디스크보다도 기록 밀도가 낮은 제2 광 디스크의 투명 기판의 두께 t2보다 얇으므로 m2m1로 하였지만, 기록 밀도가 높아 제1 광 디스크의 투명 기판의 두께 t1이, 제1 광 디스크보다도 기록 밀도가 낮은 제2 광 디스크의 투명 기판의 두께 t2보다 두꺼운 경우에는, m1m2로 하면 된다.
(동작 거리 일정하게 한 경우)
우선, 실시 형태를 설명하기 전에 아래에 설명한 도 18의 광 픽업 장치(10)는, 광 정보 기록 매체(이하, 광 디스크라고도 함)(20)로서 투명 기판(21)의 두께가 다른 복수의 광 디스크(20)를 기록/재생(광 디스크(20)의 정보 기록면(22) 상으로 정보를 기록 또는 정보 기록면(22) 상의 정보를 재생하는 것을, 기록/재생이라고도 함) 할 수 있는 것이다. 상기 복수의 광 디스크(20)로서, 투명 기판의 두께 t1의 제1 광 디스크와, 제1 광 디스크의 투명 기판의 두께 t1과는 다른 두께 t2의 제2 광 디스크에 대해 설명한다. 또한, 제1 광 디스크를 기록/재생하기 위해 필요한 집광 광학계(후술하겠음)의 광 디스크측의 필요 개구수를 NA1로 하고, 제2 광 디스크를 기록/재생하기 위해 필요한 집광 광학계의 광 디스크측의 필요 개구수를 NA2로 한다(이하의 설명에서는 제1 광 디스크는, 제2 광 디스크보다 고밀도의 정보 기록 매체이므로 NA1NA2임).
또, 이하의 설명 중에서 DVD(DVD-RAM 포함)는 제1 광 디스크를 나타내고 있고, 이 경우 투명 기판의 두께 t1=0.6㎜이고(DVD에는 한면 타입과 양면 타입이 있지만, 양자 모두 정보 기록면의 양측에 두께 tl의 투명 기판이 접합되어 있으므로, DVD 자체는 두께 1.2㎜임), CD(CD-R 포함)는 제2 광 디스크를 가리키고 있고, 이 경우 t2=1.2㎜(즉, t1t2)이다.
(동작 거리 일정한 제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 18은 광 픽업 장치(10)의 개략 구성도이다. 또, 도 18에서는 WD를 일정하게 한 것 외에는 도 1에 도시된 광 픽업 장치를 10과 대략 동일하므로, 상세한 설명은 도 1의 설명에 준거한다.
다음에, 이러한 도 18에 도시한 광 픽업 장치(10)에서 제1 광 디스크를 기록/재생하는 경우에 대해 설명한다.
제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속(도 18에서 2점 쇄선으로 나타냄)은, 편광빔 분할기(25)를 투과시켜, 다이클로익 프리즘(19)에 의해 광로를 집광 광학계 쪽으로 구부리고, 집광 광학계로 입사한다. 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사하여 집광 광학계로 입사한 광속은 콜리메이터 렌즈(13)에 의해 그 발산도를 변경시키고, 즉 본 실시 형태에서는 평행 광속으로 변경시킨다. 콜리메이터 렌즈(13)에 의해 평행하게 발산도가 변경된 광속은, 조리개(17)에 의해 조여지고, 대물 렌즈(16)에 의해 제1 광 디스크의 투명 기판을 통해 정보 기록면 상으로 집광된다. 그리고, 제1 광 디스크에 기록하는 경우에는, 상기 집광된 빔 스폿에 의해 기록이 이루어진다.
그리고, 정보 기록 면에서 반사한 광속은 다시 집광 광학계(대물 렌즈(16), 콜리메이터 렌즈(13))를 투과하여 다이클로익 프리즘(19), 편광 빔 분할기(25)로 광로가 변경되고, 원통형 렌즈(27)에 의해 비점 수차가 부여되고, 광 검출 수단(31)으로 입사한다. 그리고, 제1 광 디스크를 재생하는 경우에는 광 검출 수단(31)으로부터 출력되는 신호를 이용하여 제1 광 디스크에 기록된 정보의 재생 신호를 얻을 수 있다. 또한, 광 검출 수단(31) 상에서의 스폿 형상 변화에 따른 광량 분포 변화를 검출하여 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호를 얻는다. 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속이 제1 광 디스크의 정보 기록면 상으로 결상하도록, 얻어진 포커스 에러 신호에 기초하여 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용)(15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다. 또한, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속이 제1 광 디스크의 소정의 트랙으로 결상하도록, 얻어진 트랙킹 에러 신호에 기초하여 2차원 액튜에이터(트랙킹 제어용)(15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다.
이와 같이 함으로써, 제1 광 디스크의 정보 기록면 상에 정보를 기록 또는 제1 광 디스크의 정보 기록면 상의 정보를 재생 시킨다.
마찬가지로, 제2 광 디스크 기록/재생하는 경우에는, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속(도 18에서 1점 쇄선으로 도시함)은, 평행 평면판(26)에 의해 광로를 구부리고, 다이클로익 프리즘(19), 콜리메이터 렌즈(13), (조리개(17)에 의해 조여지고), 대물 렌즈(16)를 투과하여 제2 광 디스크의 투명 기판을 통해 정보 기록면 상으로 집광된다. 그리고, 정보 기록면에서 반사한 광속은, 다시 집광 광학계(대물 렌즈(16), 콜리메이터 렌즈(13)), 다이클로익 프리즘(19)을 투과하여 평행 평면판(26)에 의해 비점 수차가 부여되고, 광 검출 수단(32)으로 입사한다. 그리고, 광 검출 수단(32)으로부터 출력되는 신호를 이용하여 재생 신호, 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호를 얻는다. 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속이 제2 광 디스크의 정보 기록면 상으로 결상하도록, 얻어진 포커스 에러 신호에 기초하여 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용)(15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다. 또한, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속이 제2 광 디스크의 소정의 트랙으로 결상하도록, 얻어진 트랙킹 에러 신호에 기초하여 2차원 액튜에이터(트랙킹 제어용)(15)에 의해 대물 렌즈(16)를 이동시킨다.
이와 같이 함으로써 제2 광 디스크의 정보 기록면 상에 정보를 기록 또는 제2 광 디스크의 정보 기록면 상의 정보를 재생 시킨다.
그런데, 상기 광 픽업 장치(10)(하나의 집광 광학계)에서 제2 광 디스크를 기록/재생하려고 한 경우, 제1 광 디스크와 제2 광 디스크로는 투명 기판의 두께가 다르기 때문에 도시되지 않은 트레이에 광 디스크를 투명 기판의 정보 기록면과는 반대면(대물 렌즈(16)에 가까운 면)을 기준으로 하여 탑재한 경우, 제1 광 디스크의 정보 기록면의 위치와 제2 광 디스크의 정보 기록면의 위치가 달라진다. 그 때문에 (물론, 투명 기판의 두께가 다른 것도 영향을 주지만), 제2 반도체 레이저(12)의 위치를 제1 반도체 레이저(11)의 위치와 등가인 위치에 배치한 경우, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속이 집광 광학계를 통해 제2 광 디스크의 정보 기록면 상으로 집광시키기 위해서는 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용)(15)로 항상 전류를 흘리고, 대물 렌즈(16)의 위치를 제1 광 디스크의 기록/재생 시간과는 다른 위치로 이동시켜 두는 것이 필요해진다.
다시 말하면, 집광 광학계의 광 정보 기록 매체측의 굴절면인 최종 굴절면(본 실시 형태에서는 대물 렌즈(16)의 광 디스크측 면)으로부터 광 디스크의 투명 기판까지의 거리(동작 거리, WD 라고도 함)가, 제1 광 디스크의 기록/재생 시와 제2 광 디스크의 기록/재생시에 다르도록, 2차원 액튜에이터(15)에 오프셋을 걸 필요가 있어, 소비 전력이 많아지지 않을 수 없고, 또한 그 만큼 2차원 액튜에이터(15)로 대물 렌즈(16)를 이동시키기 때문에, 2차원 액튜에이터(15)를 대형으로 해야한다. 또, 제1 광 디스크를 DVD로 하고, 제2 광 디스크를 CD로 한 경우, DVD의 두께(≒1.2㎜, DVD에는 정보 기록면의 양측에 두께 0.6(㎜)의 투명 기판이 접합되어 있음)와 CD의 두께(≒1.2㎜)는 동일하므로 트레이의 위치(기준면)가 반대측이라도 동일한 문제가 생긴다.
그래서, 본 실시 형태에서는 제2 광 디스크를 기록/재생할 때 WD가, 제1 광 디스크를 기록/재생할 때 WD와 거의 동일해지도록, 제2 반도체 레이저(12)를 배치한다. 즉, 제1 광 디스크를 기록/재생할 때 WD와 제2 광 디스크를 기록/재생할 때 WD가 거의 동일해지도록, 제1 반도체 레이저(11) 및 제2 반도체 레이저(12)를 배치한다. 이에 따라, 본 실시 형태에서는 제2 광 디스크의 기록/재생 시 제1 광 디스크의 기록/재생 시와는 다른 위치에 대물 렌즈(16)를 이동시킬 필요가 없고, 소비 전력이 적어 조밀한 광 픽업 장치가 된다.
또, 제1 광 디스크를 기록/재생할 때 WD와 제2 광 디스크를 기록/재생할 때 의 WD를 동일하게 한다는 것은, 원래 대물 렌즈(16)는 포커싱을 위해 광축 방향으로 이동하는 것이므로, ±0.2㎜ 이하의 범위내이면 본 발명에서 말하는 「거의 같음」에 상당한다.
이와 같이, 제1 반도체 레이저(11)와 제2 반도체 레이저(12)를 배치함에 따라 본 실시 형태에서의 발산도 변경 광학 소자(13)는, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속에 대해서는 그 발산도를 변경하여 평행 광속으로 하는 콜리메이터 렌즈로서 기능했지만, 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속에 대해서는 단순히 발산도를 변경하는 기능만(콜리메이터 렌즈로서는 기능하지 않음)을 갖는다. 더 상세하게는, 발산도 변경 광학 소자(13)에 의해 변경된 발산도는, 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속에 대한 경우에 비해 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속에 대한 경우에 더 작게 한다. 특히, 본 실시 형태에서는 NAlNA2이므로, 발산도 변경 광학 소자(13)에 의해 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속을 평행 광속으로 하는 것이 바람직하며, 이 경우 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사한 광속은 도 18에 도시된 바와 같이 발산 광속이 된다.
또한, 제1 반도체 레이저(11)와 제2 반도체 레이저(12)의 배치에 대해서는, 제1 광 디스크의 기록/재생 시의 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속에 대한 집광 광학계의 결상 배율을 m1, 제2 광 디스크의 기록/재생 시의 제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속에 대한 집광 광학계의 결상 배율을 m2, 집광 광학계의 촛점 거리를 f(㎜), 제1 반도체 레이저(11)의 파장 λ1에 대한 제1 광 디스크의 투명 기판의 굴절율을 n1, 제2 반도체 레이저(12)의 파장 λ2에 대한 제2 광 디스크의 투명 기판의 굴절율을 n2로 하면,
｜(m2-m1)f-t1/n1+t2/n2｜0.25(㎜)
의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 상기 조건을 만족시킴에 따라 2차원 액튜에이터(포커싱 제어용)(15)로 여분의 구동 전류를 흘리는 일이 없어 소전력화를 달성할 수 있다.
또한, 2차원 액튜에이터(15)를 대형화시키지 않기 위해서도,
｜(m2-m1)f-t1/n1+t2/n2｜0.15(㎜)의 조건을 만족하는 것이 보다 바람직하다.
(작동 거리가 일정한 경우의 제2 실시 형태)
다음에, 제2 실시 형태에 대해 광 픽업 장치(10)의 개략 구성도인 도 19에 기초하여 설명한다. 제1 실시 형태에서는 광원으로서 제1 반도체 레이저(11)와 제2 반도체 레이저(12)를 이용하여 각 반도체 레이저(11, 12)를 상술한 바와 같은 배치로 함에 따라 과제를 해결하였지만, 본 실시 형태에서는 광원으로서 제1 반도체 레이저(11)만을 이용하여 과제를 해결하는 것이다. 즉, 제1 실시 형태에서는 제1 광 디스크, 제2 광 디스크 각각에 대응한 광원과 광 검출 수단을 설치했지만, 제1 광 디스크, 제2 광 디스크 각각에 대응한다. 본 실시 형태에서는 하나의 광원(11), 하나의 광 검출 수단(31)으로 또, 제1 실시 형태와 동일한 기능, 작용, 부재에 대해서는 동일한 번호를 부여하고, 이하에서 설명하는 것 외에는 그 설명을 생략하는 경우도 있다. 또한, 도 19에서는 WD를 일정하게 한 것 외에는 도 5에 도시된 광 픽업 장치와 대략 동일하므로 상세한 내용은 도 5의 설명에 준거한다.
상기 광 픽업 장치(10)에서 제2 광 디스크를 기록/재생하는 경우, 제1 광 디스크를 기록/재생하는 경우의 WD와 동일한 WD가 되도록, 이동 수단(40)에 의해 유닛(41)을 이동시킨다(도 19에서, 파선으로 도시한 위치). 그리고, 상술한 바와 같이 함으로써 제2 광 디스크의 기록/재생을 행한다. 또, 도 19에서1점 쇄선은 제2 광 디스크를 기록/재생하는 경우의 제1 반도체 레이저(11)로부터 출사한 광속 중 조리개(17)(후술)로 조여진 최외광선을 나타내고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 제2 광 디스크의 기록/재생 시에 제1 광 디스크의 기록/재생 시간과는 다른 위치에 대물 렌즈(16)를 이동시킬(2차원 액튜에이터(15)에 바이어스를 인가함) 필요가 없고, 소비 전력이 적어 조밀한 광 픽업 장치가 된다.
(바람직한 대물 렌즈예)
다음에, 상술한 동작 거리 일정한 경우의 제1, 제2 실시 형태의 광 픽업 장치(10)에 적합하게 이용할 수 있는 대물 렌즈(16)에 대해 도 20에 기초하여 설명한다. 도 20a는 제1 광 디스크의 기록/재생 시의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제1 광 디스크에 결상하는 모양을 모식적으로 도시한 도면이고, 도 20b는 대물 렌즈(16)를 광원측으로부터 본 도면이고, 도 20c는 제2 광 디스크의 기록/재생 시의 대물 렌즈(16)를 통과하는 광속이 제2 광 디스크에 결상하는 모양을 모식적으로 도시한 도면이다.
본예에서 대물 렌즈(16)는, 광원측의 굴절면 S1 및 광 디스크측의 굴절면 S2 (최종 굴절면)을 모두 비구면 형상을 나타낸 플러스의 굴절력을 갖은 볼록 렌즈이다. 대물 렌즈(16)의 굴절면 S1을, 광축과 동심원형으로 복수(본 예에서는 3개)의 제1 분할면 Sd1∼제3 분할면 Sd3에 의해 구성하고, 분할면 Sd1∼Sd2의 경계는 단차를 설치하고 있다.
본 예에서의 대물 렌즈(16)는, 제1 광 디스크의 기록/재생할 때에는(도 20a 참조), 제1 분할면 Sd1 및 제3 분할면 Sd3을 통과하는 제1 광속 및 제3 광속(사선으로 도시한 광속)은, 거의 동일한 결상 위치(제1 광 디스크의 정보 기록면(22))에 결상한다. 이 때, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 제2 광속(파선으로 나타낸 광속)은, 제1, 제3 광속의 결상 위치와는 다른 결상 위치에 결상한다(즉, 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 결상하지 않음). 따라서, 제1 광 디스크의 기록/재생 시에는 제1 광속 및 제3 광속이 제1 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에 집광하고, 빔 스폿을 형성하고, 이것이 반사하여 광 검출 수단(30)에 의해 검출되고, 상술된 바와 같이 포커스 에러 신호, 트랙 에러 신호, 재생 신호(정보)의 판독이 이루어진다.
또한, 제2 광 디스크의 기록/재생을 할 때에는(도 20c 참조), 제1 광속(우측으로 상승하는 사선으로 나타냄) 및 제2 광속(우측으로 하강하는 사선으로 나타냄)은, 거의 동일한 결상 위치(제2 광 디스크의 정보 기록면 상)에 결상한다. 이 때, 제3 광속(도중까지 파선으로 나타냄)은 플레어로서 발생한다. 따라서, 제2 광 디스크의 정보 기록면(22) 상에서는 주로 제1, 제2 광속에 의해 핵이 형성되고, 그 주위에 제3 광속에 따른 플레어가 발생한 빔 스폿 형상이 되고, 이 핵에 의해 제2 광 디스크의 기록/재생을 행한다.
다시 말하면, 본 실시 형태의 대물 렌즈(16)는 개구수가 작은 광축 근방을 통과하는 제1 광속을, 기록/재생할 수 있는 모든 광 디스크의 기록/재생으로 이용하고, 또한 제1 분할면으로부터 외측을 통과하는 광속을 재생하는 각 광 디스크에 대응하도록 나누고, 나누어진 각 광속을 각 광 디스크(본 실시 형태에서는 제1, 제2 광 디스크)의 기록/재생으로 이용한다. 이 때, 필요 개구수가 큰 광 디스크(제1 광 디스크)를 기록/재생하는데 이용하는 광속은, 나누어진 광속 중 제1 광속으로부터 떨어진 광속(제3 광속)으로 한다.
또한, 상기 대물 렌즈(16)의 기능을 설명하기 위한 정보 기록면 상에서의 구면 수차도인 도 4에 기초하여 설명한다. 도 21a는 DVD 기록/재생 시에서의 두께 t1의 투명 기판을 통할 때의 구면 수차도를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 21b는 CD 기록/재생 시에서의 두께 t2의 투명 기판을 통할 때의 구면 수차도를 모식적으로 도시한 도면이다. 또, 종축은 집광 광학계의 광 디스크측(최종 굴절면 : S2)의 개구수에 상당하는 개구수를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 개구수 NAL은 제2 분할면 Sd2 중 광축에 가장 가까운 위치이고, 제1 분할면 Sd1과 제2 분할면 Sd2와의 경계부에 상당하고, 개구수 NAH는 제2 분할면 Sd2 중 광축에 가장 먼 위치이고, 제2 분할면 Sd2와 제3 분할면 Sd3과의 경계부에 상당한다.
도 21a에 도시된 바와 같이 DVD의 기록/재생 시에는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속은 거의 동일한 결상 위치에 결상되고, 상기 결상 위치와는 다른 위치에 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속은 결상하도록 되어 있다. 또한, 도 21b에 도시된 바와 같이 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속 중, 광축 근방을 통과하는 광선이 결상하는 위치와, 광축과 직교하는 방향에서 광축으로부터 떨어진 제1 분할면 Sd1의 단부를 통과하는 광선이 결상하는 위치 사이에, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광선이 결상하도록 되어 있다.
또한, 본 예의 대물 렌즈(16)에 의하면, 필요 개구수(NA2)에 상당하는 개구수 근방 중 적어도 2개의 개구 위치(본 예에서는 2개)에서, 구면 수차가 불연속으로 변화하고 있다. 상기 불연속으로 변화하는 방향은, 작은 개구수 NAL(제2 분할면 Sd2 중 광축에 가장 가까운 위치이고, 제1 분할면 Sd1과 제2 분할면 Sd2와의 경계부에 상당) 및 큰 개구수 NAH(제2 분할면 Sd2 중 광축에 가장 먼 위치이고, 제2 분할면 Sd2과 제3 분할면 Sd3과의 경계부에 상당)에서는, 상호 역 방향이다.
본 예의 대물 렌즈(16)에서는 원래 언더측에 구면 수차가 발생하므로(도 21b), 작은 개구수로부터 큰 개구수의 방향으로 봤을 때, 개구수 NAL에서는 구면 수차가 플러스의 방향으로 불연속으로 변화하고, 개구수 NAH에서는 구면 수차가 마이너스의 방향으로 불연속으로 변화한다. 이에 따라, 투명 기판의 두께 t1이 얇은 DVD 및 투명 기판의 두께 t2가 두꺼운 CD로부터 반사한 광속의 검출을 양호하게 행할 수 있다. 또, 「구면 수차가 불연속으로 변화함」은, 구면 수차도에서 봤을 때 급격한 구면 수차의 변화를 볼 수 있는 것을 뜻한다.
또한, CD의 기록/재생 시의 구면 수차도를 보면(도 21b), 개구수 NAL로부터 개구수 NAH 사이의 구면 수차는, 다른 개구수(광축∼개구수 NAL, 개구수 NAH∼필요 개구수 NA1)의 구면 수차와 동일 부호(본 실시 형태에서는 모두 오버측)의 구면 수차로 하고 있다. 이에 따라, 또한 포커스 에러 신호가 개선된다.
이와 같이, 본 예의 대물 렌즈(16)에 의하면, 광축 근방의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광속(제1 광속)은 제1 광 디스크의 기록/재생 및 제2 광 디스크의 기록/재생에 이용하여, 제1 분할면 Sd1보다 외측인 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속(제2 광속)은 주로 제2 광 디스크의 재생/기록에 이용하고, 제2 분할면 Sd2보다 외측인 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속(제3 광속)은 주로 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 형상으로 되어 있다.
여기서, 「주로」라는 문언의 의미는, 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속의 경우, 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속을 차광하지 않은 상태에서, 광 검출 수단(30) 상에 형성되는 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서의 핵 부분의 에너지에 대해 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속을 차광한 상태에서 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서의 핵 부분의 에너지 비율(「차광 상태 핵 에너지」/「차광하지 않은 핵 에너지」)이, 60%∼100%의 범위로 들어 가는 것을 나타내고 있다. 또한, 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속의 경우도 마찬가지로, 제2 분할면 Sd2를 차광하지 않은 상태에 대한 차광한 상태의 핵 부분의 에너지 비율(「차광 상태 핵 에너지」/「차광하지 않은 핵 에너지」)이, 60%∼100%의 범위로 들어가는 것을 나타내고 있다. 또, 상기 에너지 비율을 쉽게 측정하기 위해서는, 각각의 경우에 빔 스폿의 중심 강도가 최대가 되는 위치에서의 피크 강도 Ip와, 빔 지름 Dp (중심 강도에 대해 강도가 e-2이 되는 위치로 정함)를 측정하고, 핵 부분의 빔의 형상은 거의 일정하기 때문에 Ip×Dp를 구하여 이것을 비교하면 된다.
또, 본 예에서는 분할면(Sd1∼Sd3)을 대물 렌즈(16)의 광원측의 굴절면(S1)에 설치했지만, 광 디스크측의 굴절면(S2)에 설치해도 좋고, 또한 다른 소자(예를 들면, 발산도 변경 광학 소자(13)나 합성 수단(19)이나 변경 수단(25, 26)등)에 설치하고, 혹은 별개의 소자로서 설치해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 제1 분할면 Sd1∼제3 분할면 Sd3의 경계 각각에 단차를 설치하였지만, 한쪽 경계에만 단차를 설치해도 좋고, 또한 단차가 아니라, 소정의 곡율 반경의 면에서 접속시켜도 좋다.
또한, 본 예에서는 대물 렌즈(16)는 도 21a에 도시된 바와 같이 제2 분할면 Sd2에 비구면 형상으로 했지만, 홀로그램(혹은 프레넬)으로 구성해도 좋다. 또, 제2 분할면 Sd2를 홀로그램으로 구성한 경우, 0차 빛과 1차 빛으로 나눈 광속의 한쪽을 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하고, 다른쪽을 제2 광 디스크의 기록/재생에 이용한다. 이 때, 제2 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 광속의 광량이, 제1 광 디스크의 기록/재생에 이용하는 광속의 광량보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 본예에서는 제2 분할면 Sd2를 광축과 동심형의 환(원) 형상으로 설치했지만, 이것에 한정되지 않고 동심형의 타원형상, 또는 도중에 끊긴 환형상으로 설치해도 좋다. 또한, 본예에서는 제2 분할면 Sd2에 구면 수차를 부여하도록 구성했지만, 이에 대신하여 혹은 이것에 가하여 위상에 차를 설치한, 즉 제2 분할면 Sd2를 통과하는 광속의 위상을, 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광속의 위상으로 변이되도록 해도 좋다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또, 이하의 실시예 1∼실시예 6에서, 커플링 렌즈(13)는 설계를 최적으로 함에 따라, 제1 광 디스크(20)의 정보 기록면(22)으로 집광시키는 대물 렌즈(16)에는 무수차의 평행광을 입사할 수 있는 렌즈를 사용하는 것을 전제로, 대물 렌즈(16)의 광원측에 배치되는 조리개(17) 이후의 구성을 나타낸다. 따라서, 근축 광학 데이타를 나타낸 표에서는 조리개(17)를 제1 면으로서 빛의 진행 방향을 따라 여기에서 순서대로 제i 번째로 하고, 광 디스크의 정보 기록면까지를 나타낸다. 또한, r은 광축과 교차하는 면의 곡율 반경을, d는 제i 번째의 면과 제i+1 번째의 면 사이의 거리를, n은 사용하는 반도체 레이저의 광속의 파장에서의 굴절율을 나타내고 있다. 즉, 부호는 빛의 진행 방향을 플러스로 한다. 또, 이하의 각 실시예에서의 비구면 데이타를 나타낸 표2에서는,
의 비구면의 식에 기초한 것으로 한다. 단, X는 광축 방향의 축, H는 광축과 수직 방향의 축, 빛의 진행 방향을 플러스로 하고, K는 원추 계수, Aj는 비구면 계수, Pj는 비구면의 수이다.
또한, 이하의 각 실시예에서의 파면 수차도는, 최량 파면 수차를 얻을 수 있는 위치에 디포커스한 상태에서 봤을 때를 나타내고 있다.
(실시예 1)
실시예 1은, 3영역 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 1에 도시된 광 픽업 장치로, 제1 광 디스크로서 DVD를, 제2 광 디스크로서 CD(CD-R의 재생)를 이용한 것이다. 표 2에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD CD, CD-R
파장 635㎚ 780㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.02778
｜ γ d1 n1 d3 n3
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5336
3 -7.963 1.76 1.0000 1.48 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.20 1.5500
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 3에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.401(제1 분할면)1.566≤H(제3 분할면)
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제2비구면 1.401≤H1.566(제2 분할면)
d2=2.1995
κ=-0.13290×101
A1= 0.10694×10-1 P1= 3.0
A2=-0.21612×10-1 P2= 4.0
A3= 0.35177×10-1 P3= 5.0
A4=-0.14405×10-1 P4= 6.0
A5= 0.12913×10-2 P5= 8.0
A6=-0.86517×10-4 P6=10.0
제3면 κ =-0.24914×102
A1= 0.13775×10-2 P1= 3.0
A2=-0.41269×10-2 P2= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4=-0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6=-0.12138×10-3 P6=10.0
또, 표 3중의 제2 비구면의 「d2=2.1995」란, 제2 비구면(제2 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식에 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축상의 간격을 나타내고 있다.
도 6a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 6b에 CD 재생 시의 구면 수차도를, 도 6c에 DVD 재생 시의 파면 수차도를, 도 6d에 CD 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 7a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 7b에 CD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 CD의 기록/재생 시의 개구수 NA3 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량(SA3:1)과, 개구수 NA4의 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)와 차δ는, δ=0.0040㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 DVD와 CD(CD-R)를 양호하게 재생할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2는, 3영역 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 1에 도시된 광 픽업 장치로, 제1 광 디스크로서 DVD를, 제2 광 디스크로서 CD(CD-R의 재생)를 이용한 것이다. 또, 상기 3영역 대물 렌즈는 제1 분할면 Sd1과 제3 분할면 Sd3에 2π의 위상차를 설치한 것이다. 또, 이 경우 파면 수차의 rms값을 계산(측정)하기 위해서는 위상차2nπ를 파라메터로서, rms 값이 최소가 되는 n을 이용하여 행한다.
표 4에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD CD, CD-R
파장 635㎚ 780㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.02778
l γ d1 n1 d3 n3
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5336
3 -7.963 1.76 1.0000 1.48 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.20 1.5500
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 5에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.401(제1 분할면)d1=2.200
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제2비구면 1.401≤H1.566(제2 분할면)
d2=2.19975
κ=-0.13290×101
A1= 0.10694×10-1 P1= 3.0
A2=-0.21612×10-1 P2= 4.0
A3= 0.35177×10-1 P3= 5.0
A4=-0.14405×10-1 P4= 6.0
A5= 0.12913×10-2 P5= 8.0
A6=-0.86517×10-4 P6=10.0
제3비구면 1.566≤H(제3 분할면)
d3=2.2014
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4= -0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6= -0.43124×10-4 P6= 10.0
제3면 κ=-0.24914×102
A1= 0.13775×10-2 P1= 3.0
A2= -0.41269×10-2 P3= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4= -0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6= -0.12138×10-3 P6= 10.0
또, 표 5중의 제2 비구면의 「d2=2.19975」는, 제2 비구면(제2 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식에 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축 상의 간격을 나타내고 있다. 또한, 표 5중의 제3 비구면의 「d3=2.2014」는, 제3 비구면(제3 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식을 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축 상의 간격을 나타내고 있다.
도 8a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 8b에 CD 재생 시의 구면 수차도를, 도 8c에 DVD 재생 시의 파면 수차도를, 도 8d에 CD 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 9a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 9b에 CD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 CD의 기록/재생 시의 개구수 NA3의 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4의 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)와의 차δ는 δ=0.0033㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 DVD와 CD (CD-R)를 양호하게재생할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 3은, 3영역 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 1에 도시된 광 픽업 장치로서, 제1 광 디스크로서 DVD를, 제2 광 디스크로서 LD를 이용한 것이다.
표 6에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD LD
파장 635㎚ 780㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.029
｜ γ d1 n1 d2 n2
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5336
3 -7.963 1.76 1.0000 1.42 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.25 1.4862
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 7에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.512(제1 분할면)1.747≤H(제3 분할면)
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-3 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제2비구면 1.512≤H1.747(제2 분할면)
d2=2.1996
κ=-0.97633
A1= 0.58178×10-3 P1= 3.0
A2= 0.38447×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83731×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37151×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46882×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43010×10-4 P6=10.0
제3면 κ =-0.24914×102
A1= 0.13775×10-2 P1= 3.0
A2=-0.41269×10-2 P2= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4=-0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6=-0.12138×10-3 P6=10.0
또, 표 7중의 제2 비구면의 「d2=2.1996」은, 제2 비구면(제2 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식을 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축 상의 간격을 나타내고 있다.
도 10a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 10b에 LD 재생 시의 구면 수차도를, 도 10c에 DVD 재생 시의 파면 수차도를 도 10d에 LD 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 11a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 11b에 LD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 LD의 기록/재생 시의 개구수 NA3 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)와의 차δ는 δ=0.0066㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 DVD와 LD를 양호하게 재생할 수 있다.
(실시예 4)
실시예4는, 3영역 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 5에 도시된 광 픽업 장치로, 제1 광 디스크로서 DVD를, 제2 광 디스크로서 MO를 이용한 것이다.
표 8에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD LD
파장 635㎚ 635㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.023
｜ γ d1 n1 d2 n2
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5383
3 -7.963 1.76 1.0000 1.41 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.20 1.4901
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 9에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.411(제1 분할면)1.747≤H(제3 분할면)
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제2비구면 1.411≤H1.747(제2 분할면)
d2=2.1997
κ=-0.97337
A1= 0.57492×10-3 P1= 3.0
A2= 0.42381×10-3 P2= 4.0
A3= 0.84030×10-2 P3= 5.0
A4=-0.36994×10-2 P4= 6.0
A5= 0.47050×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43823×10-4 P6=10.0
제3면 κ =-0.24914×102
A1= 0.13775×102 P1= 3.0
A2=-0.41269×10-2 P2= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4=-0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6=-0.12138×10-3 P6=10.0
또, 표 9중의 제2 비구면의 「d2=2.1997」은, 제2 비구면(제2 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식을 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축 상의 간격을 나타내고 있다.
도 12a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 12b에 MO 재생 시의 구면 수차도를, 도 12c DVD 재생 시의 파면 수차도를, 도 12d에 MO 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 13a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 13b에 MO 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 MO의 기록/재생 시의 개구수 NA3 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)과의 차δ는 δ=0.0086㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이 본 실시예에서는 DVD, MO의 2개의 광 디스크를 양호하게 재생 시킬 수 있다.
(실시예 5)
실시예 5는, 2영역 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 1에 도시한 광 픽업 장치로, 제1 광 디스크로서 DVD를, 제2 광 디스크로서 CD를 이용한 것이다.
표 10에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD CD
파장 635㎚ 780㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.0350
｜ γ d1 n1 d2 n2
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5336
3 -7.963 1.76 1.0000 1.51 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.20 1.5500
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 11에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.546(제1 분할면)
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제2비구면 1.546≤H(제3 분할면)
d2=2.20
κ=-0.97360
A1= 0.59171×10-3 P1= 3.0
A2= 0.42368×10-3 P2= 4.0
A3= 0.82878×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37523×10-2 P4= 6.0
A5= 0.48773×10-3 P5= 8.0
A6=-0.46503×10-4 P6=10.0
제3면 κ =-0.24914×102
A1= 0.13775×10-2 P1= 3.0
A2=-0.41269×10-2 P2= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4=-0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6=-0.12138×10-3 P6=10.0
또한, 표 11중 제2 비구면의 「d2=2.20」은, 제2 비구면(제2 분할면)의 형상을 비구면 형상의 식을 따라 광축까지 연장했을 때의 광축과의 교점으로부터 다음 면까지의 광축 상의 간격을 나타내고 있다.
도 14a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 14b에 CD 재생 시의 구면 수차도를, 도 14c에 DVD 재생 시의 파면 수차도를, 도 14d에 CD 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 15a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 15b에 CD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 CD의 기록/재생 시의 개구수 NA3 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA3 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(3)과 차δ는, δ=0.0012㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 DVD와 CD를 양호하게 재생할 수 있다.
(실시예 6)
실시예 6은, 차폐 대물 렌즈(16)를 탑재한 도 1에 도시된 광 픽업 장치로, 제1 광 디스크로서 DVD를 제2 광 디스크로서 CD를 이용한 것이다.
표 12에 근축 광학 데이타를 나타낸다.
미디어 DVD CD
파장 635㎚ 780㎚
조리개 지름 φ4.04 φ4.04
대물 렌즈의 가로 배율 m1=0 m2=-0.0267
｜ γ d1 n1 d2 n2
1 ∞ 0.00 1.0000 0.00 1.0000
2 2.114 2.20 1.5383 2.20 1.5336
3 -7.963 1.76 1.0000 1.48 1.0000
4 ∞ 0.60 1.5800 1.20 1.5500
5 ∞ 1.0000 1.0000
표 13에 비구면 데이타를 나타낸다.
비구면 데이타
제2면 제1비구면 0H1.546(제1 분할면)1.680≤H(제3 분할면)
κ=-0.97770
A1= 0.63761×10-3 P1= 3.0
A2= 0.36688×10-3 P2= 4.0
A3= 0.83511×10-2 P3= 5.0
A4=-0.37296×10-2 P4= 6.0
A5= 0.46548×10-3 P5= 8.0
A6=-0.43124×10-4 P6=10.0
제3면 κ=-0.24914×102
A1= 0.13775×10-2 P1= 3.0
A2=-0.41269×10-2 P2= 4.0
A3= 0.21236×10-1 P3= 5.0
A4=-0.13895×10-1 P4= 6.0
A5= 0.16631×10-2 P5= 8.0
A6=-0.12138×10-3 P6=10.0
도 16a에 DVD 재생 시의 구면 수차도를, 도 16b에 CD 재생 시의 구면 수차도를, 도 16c에 DVD 재생 시의 파면 수차도를 도 16d에 CD 재생 시의 파면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 17a에 DVD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를, 도 17b에 CD 재생 시의 최량의 스폿 형상을 얻을 수 있을 때의 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다. 또, 본 실시예에서 CD의 기록/재생 시의 개구수 NA3의 위치의 제1 분할면 Sd1을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA3(1)과, 개구수 NA4 위치의 제3 분할면 Sd3을 통과하는 광선에 발생하는 구면 수차량 SA4(3)와의 차δ는 δ=0.0034㎜이다.
이들로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 DVD와 CD를 양호하게 재생할 수 있다.
(실시예 7)
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는 상술한 동작 거리 일정하게 한 경우의 제1 실시 형태의 실시예이다. 제1 광 디스크로서 DVD (투명 기판의 두께 t1=0.6㎜, 필요한 개구수 NA1=0.60(제1 반도체 레이저(11)의 파장 λ=635㎚))을 이용하고, 제2 광 디스크로서 CD (투명 기판의 두께t2=1.2㎜, 필요한 개구수 NA2=0.45(λ=780㎚))을 이용하기로 한다.
표 1에 렌즈 데이타를 나타낸다.
면 번호 γ d(λ=635㎚) n(λ=635㎚) d(λ=780㎚) n(λ=780㎚)
0(발광점)123(조리개)456(디스크)7 117.284-9.257∞1.638-6.793∞∞ 15.1541.46.00.01.71.30.6 1.01.53851.01.01.53831.01.58 6.991.46.00.01.71.31.2 1.01.53361.01.01.53361.01.55
또, 표 14에서는 제1, 제2 반도체 레이저의 발광점을 제0면으로서, 빛의 진행 방향을 따라 여기부터 순서대로 제i 번째로 하고, 광 디스크의 정보 기록면까지를 나타낸다(단, 변경 수단(25, 26)과 합성 수단(19)에 대해서는 누락되어 있으므로, 제1 , 제2면이 발산도 변경 광학 소자(13), 제4면, 제5면이 대물 광학 소자(16)가 됨). 또한, r은 광축과 교차하는 면의 곡율 반경을, d는 제i 번째의 면과 제i+1 번째의 면사이의 거리를, n은 사용하는 반도체 레이저의 광속의 파장에서의 굴절율을 나타내고 있다. 즉, 부호는 빛의 진행 방향을 플러스로 한다.
발산도 변경 광학 소자(13)의 촛점 거리 f=16.0(㎜)
대물 광학 소자(16)의 촛점 거리 f=2.64(㎜)
집광 광학계의 촛점 거리 f=3.43(㎜)
제1 반도체 레이저(11)로부터 출사된 광속에 대한 집광 광학계의 결상 배율m1=-1/6.06
제2 반도체 레이저(12)로부터 출사된 광속에 대한 집광 광학계의 결상 배율 m2=-1/3.65이다. 따라서 m1m2 이다.
또한, 상술된 각 면 중 비구면을 이용한 면에 대한 비구면의 데이타를 표 15에 나타낸다.
제2면 K=-0.70672
제4면 K=-0.10810×101A1= 0.67031×10-2A2=-0.42797×10-2A3= 0.23602×10-1A4=-0.76855×10-2A5= 0.48711×10-4A6= 0.46208×10-3 P1=3.0P2=4.0P3=5.0P4=6.0P5=8.0P6=10.0 제1 분할면(0H1.47㎜)곡율 반경=1.638
K=-0.12836×101A1= 0.62906×10-2A2=-0.12809×10-2A3= 0.22997×10-1A4=-0.97278×10-2A5= 0.14686×10-2A6= 0.12773×10-3 P1=3.0P2=4.0P3=5.0P4=6.0P5=8.0P6=10.0 제2 분할면(1.47㎜H1.53㎜)곡율 반경=1.638
K=-0.10810×101A1= 0.67031×10-2A2=-0.42797×10-2A3= 0.23602×10-1A4=-0.76855×10-2A5= 0.48711×10-4A6= 0.46208×10-3 P1=3.0P2=4.0P3=5.0P4=6.0P5=8.0P6=10.0 제3 분할면(1.53㎜H1.64㎜)곡율 반경=1.638
제5면 K=-0.11225×102A1= 0.80457×10-2A2=-0.78604×10-2A3= 0.53359×10-1A4=-0.41948×10-1A5= 0.13052×10-1A6=-0.24357×10-2 P1=3.0P2=4.0P3=5.0P4=6.0P5=8.0P6=10.0
또한, 비구면의 식은
에 기초한 것으로 한다. 단, X는 광축 방향의 축, H는 광축과 수직 방향의 축, 빛의 진행 방향을 플러스로 하고, K는 원추 계수, Aj는 비구면 계수, Pj는 비구면의 수이다.
도 22에, DVD의 기록/재생 시(a) 및 CD의 기록 재생 시(b)의 정보 기록면 상의 구면 수차도를 나타낸다. 또한, 도 23에 DVD의 기록/재생 시(a) 및 CD의 기록 재생 시(b)에서 최량의 스폿 형상이 집광 스폿의 상대 강도 분포도를 나타낸다.
본 실시예에 의하면, DVD, CD 모두 양호하게 기록/재생을 할 수 있고, DVD, CD 모두 WD가 동일하고, 2차원 액튜에이터(15)에 바이어스로서의 여분의 소비 전력이 없어지고, 또한 2차원 액튜에이터(15)에 의해 이동시키는 대물 광학 소자(16)의 이동 가능 범위를 넓힐 필요가 없어 조밀하게 되었다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 하나의 집광 광학계에서 투명 기판의 두께가 다른 복수의 광 정보 기록 매체를 기록/재생할 수 있음과 동시에, 고 NA 화에 대응할 수 있고, 또한 고NA의 제2 광 디스크에 대응시켜도 제1 광 디스크의 기록/재생 시에 양호하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 하나의 집광 광학계에서 다른 투명 기판의 두께를 갖는 광 디스크를 기록/재생 가능하게 하고, 서로 호환성을 갖는 구조가 간단하고 조밀하게 소비 전력이 적은 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims (30)

  1. 두께가 다른 투명 기판을 갖는 복수종의 광 정보 기록 매체로부터 정보의 재생 또는 복수종의 광 정보 기록 매체로의 정보의 기록을 행하기 위한 광 픽업 장치에 있어서,
    레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원으로부터의 광속을 상기 광 정보 기록 매체의 상기 투명 기판을 통해 상기 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 집광하기 위한 집광 광학계
    를 구비하되,
    상기 집광 광학계는 대물 렌즈를 가지며,
    상기 집광 광학계는 상기 레이저 광원의 광속을 광축에 대해 수직인 방향으로 적어도 2개의 영역으로 분할하고,
    상기 복수종의 광 정보 기록 매체는 상기 투명 기판의 두께가 t1인 제1 광 정보 기록 매체 및 상기 투명 기판의 두께가 t2(t2 t1)인 제2 광 정보 기록 매체를 포함하고,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m2 쪽이 작은 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 발산도를 다르게 함으로써,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측에서 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m1으로 하고, 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m2로 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 발산도보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 대물 렌즈에 입사하는 광속의 발산도를 크게 함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m2를 작게 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 상기 대물 렌즈까지의 광로 길이를 다르게 함으로써,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m1으로 하고,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m2로 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광로 길이는 상기 레이저 광원으로부터 상기 대물 렌즈까지의 광축의 길이인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 상기 레이저 광원으로부터의 광속의 발산도를 변경하는 발산도 변경 광학 소자를 가지며,
    상기 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이를 다르게 함으로써, 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m1으로 하고,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율을 상기 m2로 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이를 짧게 함으로써,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m2를 작게 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 제1 레이저 광원 및 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 제2 레이저 광원을 포함하고,
    상기 제1 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이보다 상기 제2 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이를 짧게 함으로써,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m2를 작게 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 광원 또는 상기 발산도 변경 광학 소자를 광축 방향으로 이동시키고,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 레이저 광원으로부터 상기 발산도 변경 광학 소자까지의 광로 길이를 짧게 함으로써,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 제1 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m1보다 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서의 상기 제2 광 정보 기록 매체측으로부터 본 상기 대물 렌즈의 배율 m2를 작게 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계에 의해서, 분할된 광속중 적어도 1개의 영역의 광속을
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도, 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도 이용하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도, 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도 이용하는 상기 적어도 1개의 영역의 광속은 광축에 가장 가까운 영역의 광속인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 상기 레이저 광원의 광속을 광축에 가장 가까운 제1 영역의 광속 및 상기 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역의 광속으로 분할하고,
    상기 제1 영역의 광속을 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도, 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서도 이용하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 상기 레이저 광원의 광속을 광축에 가장 가까운 제1 영역의 광속 및 상기 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역의 광속 및 상기 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역의 광속으로 분할하고,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 광속을 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 상기 레이저 광원의 광속을 광축에 가장 가까운 제1 영역의 광속 및 상기 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역의 광속 및 상기 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역의 광속으로 분할하고,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역의 광속을 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하고,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 광속을 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 파면 수차를 불연속으로 하기 위한 광축과 거의 동심의 렌즈면 분할부를 갖는 면을 적어도 1개 갖고,
    상기 렌즈면 분할부를 갖는 상기 면을 광속이 통과하게 됨으로써, 상기 레이저 광원의 광속을 광축에 대해 수직인 방향으로 적어도 2개의 영역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 집광 광학계에 2개의 상기 렌즈면 분할부를 설치하고,
    상기 렌즈면 분할부를 설치한 면을 광축에 가장 가까운 제1 영역 및 상기 제1 영역의 외측에 위치하는 제2 영역 및 상기 제2 영역의 외측에 위치하는 제3 영역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 영역을 차폐 구조로 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 배율 m2는 상기 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 t1과 상기 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 두께 t2와의 차에 의해 생기는 구면 수차를 보정하는 방향의 배율인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 배율 m1과 상기 배율 m2는 -0.05 ＜ m2 - m1 -0.005를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0.05λ1(rms) 이하이고,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보 기록면 상에 형성되는 빔 스폿의 파면 수차가 0.07λ2(rms) 이하인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 집광 광학계의 가장 광 정보 기록 매체측의 굴절면인 최종 굴절면으로부터 상기 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리와 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 최종 굴절면으로부터 상기 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리가 거의 같은 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 제1 레이저 광원 및 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 제2 레이저 광원을 포함하고,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 최종 굴절면으로부터 상기 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리와 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 최종 굴절면으로부터 상기 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리가 거의 같아지도록 상기 제1 레이저 광원과 상기 제2 레이저 광원을 배치하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 광축 방향으로 이동 가능하고,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 최종 굴절면으로부터 상기 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리와 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시, 상기 최종 굴절면으로부터 상기 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판까지의 거리가 거의 같아지도록 상기 레이저 광원의 위치를 바꾸는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    |(m2 - m1)f - t1/n1 + t2/n2| 0.25(㎜)
    f : 상기 집광 광학계의 촛점 거리(㎜)
    n1 : 상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 광원의 파장에 대한 상기 제1 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 굴절율
    n2 : 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 이용하는 광원의 파장에 대한 상기 제2 광 정보 기록 매체의 투명 기판의 굴절율인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    |(m2 - m1)f - t1/n1 + t2/n2| ＜ 0.15(㎜)인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 필요한 상기 대물 렌즈의 상기 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수를 NA2로 하고,
    상기 대물 렌즈는 상기 NA2에 대응하는 개구수 근방의 적어도 2개의 개구 위치에서 구면 수차를 불연속으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 개구 위치중 가장 작은 개구수를 NAL, 가장 큰 개구수를 NAH로 하고,
    상기 대물 렌즈는 상기 NAL 및 상기 NAH에서는 상호 역 방향으로 또한 불연속으로 구면 수차를 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에,
    상기 NAL과 상기 NAH 간의 개구수로의 구면 수차는 다른 개구수의 구면 수차와 동일 부호가 되는 구면 수차인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에 필요한 상기 대물 렌즈의 상기 광 정보 기록 매체측의 필요 개구수를 NA2로 하고,
    상기 대물 렌즈는 상기 NA2에 대응하는 개구수 근방의 적어도 2개의 개구 위치 간의 위상차가 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 제1 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시와 상기 제2 광 정보 기록 매체의 정보의 재생 또는 기록 시에서, 상기 집광 광학계의 광축 방향의 위치가 동일한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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