KR20050022007A - Optical scanning device including a tilt tolerant objective system - Google Patents
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Abstract
광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하며, 방사빔(12)을 발생하는 방사원(11)과, 정보층 상에 방사빔(12)의 초점을 맞추는 대물계(18)를 구비한 광학주사장치에 있어서, 대물계에의 경사 빔 입사시에 대물계(18)에 의해 발생된 광로차들(OPD들)의 제곱 평균 제곱근의 비율이 대물계의 필드 내에서 수학식 (1)의 조건을 만족하며, 이때, OPD(A31)은, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3 제르니케 코마수차의 기여값이고, OPD(A51)은 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 5차 제르니케 코마수차의 기여값인 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1)가 제공된다.A radiation source 11 for scanning the information layer 4 of the optical record carrier 2, generating a radiation beam 12, and an objective 18 for focusing the radiation beam 12 on the information layer. In one optical scanning device, the ratio of the root mean square of the optical path differences (OPDs) generated by the objective system 18 when the oblique beam is incident on the objective system is expressed in the field of the objective system (1). Where OPD (A31) is the contribution of the third Zernike Koma's aberration to the root mean square root aberration, and OPD (A51) is the fifth-order Zernike Koma's root mean square root aberration. An optical scanning device 1 is provided, which is a contribution value of aberration.
Description
본 발명은, 광학 기록매체를 주사하는 광학주사장치와, 이와 같은 주사장치에서 대물렌즈들로 사용하는데 적합한(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다) 렌즈계와, 이 장치의 제조방법들과, 이와 같은 시스템에 관한 것이다.The present invention provides an optical scanning device for scanning an optical record carrier, a lens system suitable for use as (but is not limited to) an objective lens in such a scanning device, methods of manufacturing the device, and such a system. It is about.
광학 기록에서는, 광학 기록매체 상의 정보밀도의 증가는 정보를 주사하는 더 작은 방사빔 스폿을 수반해야만 한다. 이와 같은 더 작은 스폿은, 주사장치에서 기록매체 상에 방사빔의 초점을 맞추는데 사용된 대물계의 개구수(NA)를 증가시킴으로써 실현될 수 있다. 광학 기록매체의 예로는, CD(Compact Disc) 및 DVD(Digital Versatile Disc)를 들 수 있다.In optical recording, the increase in information density on the optical record carrier must involve smaller radiation beam spots that scan the information. Such smaller spots can be realized by increasing the numerical aperture NA of the objective system used to focus the radiation beam on the record carrier in the scanning device. Examples of optical recording media include compact discs (CDs) and digital versatile discs (DVDs).
회절한계로 인해, 방사 스폿은 완전한 점이 아니다. 그러나, 이와 같은 광학 기록 시스템에서는, 스폿이 수차의 영향에 의해서가 아니라 회절에 의해 제한되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 전체로 대략 0.07λ(이때, λ는 관련된 방사빔의 파장이다)의 광로차(optical path difference: OPD)의 제곱평균제곱근(root mean square)의 공차가 파면수차에 대해 허용되므로, 시스템이 회절제한된다. OPD를 mλ 단위로 표시하는 것이 간편할 수 있다(이때, 0.001λ=1mλ). 이와 같은 전체 공차로부터 대물계의 전체 파면수차에 대해 대략 30-40mλ의 수차가 허용되며, 이들 중에서 15mλ가 코마수차의 영향에 대해 허용된다. 기록 시스템의 나머지 부분들과 효과들(예를 들면, 온도, 파장 오차, 기타 부품들의 오정렬)은 수차의 전체량에 기여하게 된다.Due to the diffraction limit, the radiation spot is not perfect. However, in such an optical recording system, it is preferable that the spot is limited not by the influence of aberration but by diffraction. In general, the tolerance of the root mean square of the optical path difference (OPD) of approximately 0.07λ (where λ is the wavelength of the associated radiation beam) is permitted for wavefront aberration, as a whole. This diffraction is limited. It may be convenient to indicate the OPD in mλ (where 0.001λ = 1mλ). From this total tolerance, aberrations of approximately 30-40 mλ are allowed for the total wavefront aberration of the objective system, of which 15 mλ is allowed for the influence of coma aberration. The remaining parts and effects of the recording system (eg, temperature, wavelength error, misalignment of other components) contribute to the total amount of aberration.
다수의 광학 기록(및 광학 판독) 시스템은 기록매체에 기록하는데(또는 기록매체로부터 판독하는데) 사용되는 중앙 빔 스폿에 인접하여 광 기록매체 상에 초점에 맞추어진 1개 이상의 추가적인 빔 스폿들을 갖는다. 이와 같은 추가적인 스폿들은, 보통 기록매체 상의 주사(예를 들면, 판독 또는 기록) 방사 스폿의 위치지정에 대한 정보를 제공하는데 사용된다. 이와 같은 시스템의 일례로는, 주된 판독 또는 기록 스폿의 한쪽에 한 개씩의 2개의 보조 스폿들을 갖는 "3-스폿 푸시풀" 시스템을 들 수 있다. 이들 추가적인 스폿들은, 중앙 스폿이 초점이 맞추어지고 기록매체의 원하는 위치(예를 들면, 원하는 트랙)에 놓이도록 확보하기 위해 사용된다. 주 스폿은 보통 대물계의 광축에 배치되므로, 인접하는 스폿들을 형성하는 방사빔들이 대물렌즈계에 경사지게 입사하게 된다는 것을 알 수 있다.Many optical recording (and optical reading) systems have one or more additional beam spots focused on the optical record carrier adjacent to a central beam spot used to write to (or read from) the record carrier. Such additional spots are usually used to provide information about the positioning of the scanning (e. G. Reading or writing) radiation spot on the record carrier. An example of such a system is a "3-spot push-pull" system with two auxiliary spots, one on each side of the main read or write spot. These additional spots are used to ensure that the center spot is in focus and placed in the desired position (eg the desired track) of the record carrier. Since the main spot is usually disposed on the optical axis of the objective system, it can be seen that the radiation beams forming the adjacent spots are obliquely incident on the objective lens system.
광학계를 조립할 때, 대물렌즈가 정확하게 배치될 뿐만 아니라, 광학계의 광축과 기록매체 모두에 대해 정확하게 배향되어(예를 들면, 틸트되어), 코마수차를 포함하는 수차의 영향을 최소화하는 것이 중요하다.When assembling the optical system, it is important not only that the objective lens is correctly positioned, but also precisely oriented (eg tilted) with respect to both the optical axis of the optical system and the recording medium, so as to minimize the effects of aberrations including coma aberration.
대물렌즈계의 광축은 광학계의 광축과 일치하고(즉, 평행광으로 변환된 방사빔), 기록매체의 표면에 수직하게 정렬되는 것이 바람직하다.The optical axis of the objective lens system preferably coincides with the optical axis of the optical system (i.e., the radiation beam converted into parallel light) and is aligned perpendicular to the surface of the recording medium.
기록매체에 입사하는 방사빔의 광축이 기록매체에 대해 수직이 아닌 경우에는, 빔이 투명 커버층을 통과할 때, 빔 내부에 코마수차가 발생한다. 대부분의 광 기록매체들은 완전히 평면이 아니고 휘어질 수도 있다. 따라서, 방사빔이 기록매체의 표면을 가로질러 주사할 때, 방사빔이 바람직한 방향에서 벗어나 틸트된 표면을 갖는 서로 다른 영역들을 마주치게 된다. 이와 같은 기록매체의 서로 다른 틸트들(예를 들어, 다양한 디스크 틸트)에 기인한 코마수차를 보상하기 위해, 액추에이터부를 사용하여 대물렌즈를 능동적으로 틸트시키는 것이 알려져 있다.If the optical axis of the radiation beam incident on the recording medium is not perpendicular to the recording medium, coma aberration occurs inside the beam when the beam passes through the transparent cover layer. Most optical record carriers are not completely planar and may bend. Thus, when the radiation beam scans across the surface of the record carrier, the radiation beam encounters different regions with the tilted surface out of the desired direction. In order to compensate for coma aberration caused by such different tilts of the recording medium (for example, various disk tilts), it is known to actively tilt the objective lens using an actuator portion.
종래의 렌즈 구조들은 비교적 적은 범위의 틸트 보상에 한정된다. 중앙의 주사 빔의 광축이 대물계의 광축 상에 배치되더라도, 대물렌즈계에 경사지게 입사하는 보조 스폿들로 인해 고유하게 발생하는 코마수차에 의해, 3스폿 푸시풀 시스템이 특히 한계를 갖는다.Conventional lens structures are limited to a relatively small range of tilt compensation. Although the optical axis of the central scanning beam is disposed on the optical axis of the objective system, the three-spot push-pull system is particularly limited by the coma aberration inherently caused by the auxiliary spots obliquely entering the objective lens system.
결국, 본 발명의 목적은, 대물렌즈계를 틸트시킴으로써 달성될 수 있는 디스크 틸트 보상의 범위를 향상시킬 수 있는 광학계를 제공함에 있다.After all, it is an object of the present invention to provide an optical system capable of improving the range of disc tilt compensation that can be achieved by tilting the objective lens system.
(발명의 요약)(Summary of invention)
제 1 국면에 따르면, 본 발명은, 광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하며, 방사빔(12, 15, 17, 20)을 발생하는 방사원(11)과, 정보층 상에 방사빔의 초점을 맞추는 대물계(18)를 구비한 광학주사장치(1)에 있어서, 대물계에의 경사 빔 입사시에 대물계(18)에 의해 발생된 광로차들(OPD들)의 제곱 평균 제곱근의 비율이 대물계(18)의 필드(field) 내에서 다음 조건을 만족하며:According to the first aspect, the present invention relates to a radiation source 11 which scans an information layer 4 of an optical record carrier 2 and generates radiation beams 12, 15, 17, 20, and an information layer. In an optical scanning device (1) having an objective (18) for focusing a radiation beam, the square of optical path differences (OPDs) generated by the objective (18) upon incidence of the oblique beam into the objective. The ratio of the root mean square satisfies the following conditions in the field of objective 18:
이때, OPD(A31)은, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3 제르니케(Zernike) 코마수차의 기여값이고, OPD(A51)은 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 5차 제르니케 코마수차의 기여값인 것을 특징으로 하는 광학주사장치를 제공한다.In this case, OPD (A31) is a contribution value of the third Zernike coma aberration to the root mean square root aberration, and OPD (A51) is a contribution of the fifth order Zernike coma aberration to the root mean square root aberration. It provides an optical scanning value characterized in that the value.
또 다른 국면에 따르면, 본 발명은, 방사빔의 초점을 맞추는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계에 있어서, 렌즈계에의 경사 빔 입사시에 렌즈계에 의해 발생된 광로차들(OPD들)의 제곱 평균 제곱근의 비율이 렌즈계의 필드 내에서 다음 조건을 만족하며:According to another aspect, the present invention provides a lens system having at least one lens for focusing a radiation beam, the square mean of optical path differences (OPDs) generated by the lens system upon incidence of the oblique beam into the lens system. The ratio of the square root meets the following conditions within the field of the lens system:
이때, OPD(A31)은, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3차 제르니케 코마수차의 기여값이고, OPD(A51)은 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 5차 제르니케 코마수차의 기여값인 것을 특징으로 하는 렌즈계를 제공한다.In this case, OPD (A31) is the contribution value of the third-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration, and OPD (A51) is the contribution value of the fifth-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration. It provides a lens system characterized in that.
또 다른 국면에 따르면, 본 발명은, 방사빔(17)의 초점을 맞추는 적어도 1개의 렌즈를 구비한 렌즈계의 제조방법에 있어서, 렌즈계에의 경사 빔 입사시에 렌즈계에 의해 발생된 광로차들(OPD들)의 제곱 평균 제곱근의 비율이 렌즈계의 필드 내에서 다음 조건을 만족하도록 상기 렌즈계를 형성하는 단계를 포함하며:According to yet another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a lens system having at least one lens for focusing a radiation beam 17, wherein the optical path differences generated by the lens system at the incidence of the oblique beam into the lens system ( Forming said lens system such that the ratio of the root mean squared of OPDs) satisfies the following conditions within the field of the lens system:
이때, OPD(A31)은, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3차 제르니케 코마수차의 기여값이고, OPD(A51)은 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 5차 제르니케 코마수차의 기여값인 것을 특징으로 하는 렌즈계(18)의 제조방법을 제공한다.In this case, OPD (A31) is the contribution value of the third-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration, and OPD (A51) is the contribution value of the fifth-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration. It provides a method of manufacturing a lens system 18, characterized in that.
또 다른 국면에 따르면, 본 발명은, 광 기록매체(1)의 정보층(4)을 주사하는 광학주사장치(1)를 제조하며,According to another aspect, the present invention provides an optical scanning device 1 for scanning an information layer 4 of an optical record carrier 1,
방사빔을 발생하는 방사원(11)을 설치하는 단계와,Installing a radiation source 11 for generating a radiation beam;
정보층(4)에 방사빔을 집광시키는 렌즈계(18)를 설치하는 단계를 포함하는 광학주사장치의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of an optical scanning device comprising the step of providing a lens system 18 for condensing a radiation beam on the information layer (4),
렌즈계에의 경사 빔 입사시에 렌즈계에 의해 발생된 광로차들(OPD들)의 제곱 평균 제곱근의 비율이 렌즈계의 필드 내에서 다음 조건을 만족하며:The ratio of the root mean square of the optical path differences (OPDs) generated by the lens system upon incidence of the oblique beam into the lens system satisfies the following conditions within the field of the lens system:
이때, OPD(A31)은, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3차 제르니케 코마수차의 기여값이고, OPD(A51)은 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 5차 제르니케 코마수차의 기여값인 것을 특징으로 하는 광학주사장치의 제조방법을 제공한다.In this case, OPD (A31) is the contribution value of the third-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration, and OPD (A51) is the contribution value of the fifth-order Zernike coma aberration to the root mean square wavefront aberration. It provides a method for manufacturing an optical scanning device, characterized in that.
본 발명의 또 다른 국면은 종속항들에 기재되어 있다.Another aspect of the invention is described in the dependent claims.
본 발명의 이해를 위해, 그리고 본 발명의 실시예들이 실현되는 방법을 제공하기 위해, 이하, 다음의 첨부도면을 참조한다:For the understanding of the present invention and to provide a way for the embodiments of the present invention to be realized, reference is made to the following accompanying drawings:
도 1은 대물계를 포함하는 광 기록매체의 주사장치를 나타낸 것이고,1 shows an apparatus for scanning an optical record carrier including an objective system,
도 2a는 2개의 평-비구면(plano-aspherical) 부재들을 포함하는 대물계를 나타낸 것이며,2A shows an objective system comprising two plano-aspherical members,
도 2b는 1개의 평-비구면 부재를 포함하는 대물계를 나타낸 것이고,Figure 2b shows an objective system including one spherical-aspherical member,
도 2c는 이중 비구면 부재를 포함하는 대물계를 나타낸 것이며,Figure 2c shows an objective system including a double aspherical member,
도 3은 렌즈계 및/또는 매체가 틸트될 수 있는 방법을 나타낸 것이고,3 illustrates how the lens system and / or medium can be tilted,
도 4는 디스크의 틸트와 종래의 렌즈 구조의 틸트에 의해 각각 발생된 빔의 코마수차로 인한 서로 다른 제르니케 항들에 기인한 대표적인 OPD들을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing representative OPDs due to different Zernike terms due to the coma aberration of the beam respectively generated by the tilt of the disc and the tilt of the conventional lens structure.
도 1은 광 기록매체(2)를 주사하는 장치(1)를 나타낸 것이다. 기록매체는 투명층(3)을 포함하고, 이 투명층의 일면에 정보층이 배치된다. 투명층의 반대측에 있는 정보층의 면은 보호층(5)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 장치를 마주보는 투명층의 면은 입사면(6)으로 불린다. 투명층(3)은 정보층에 대한 기계적 지지를 제공함으로써 기록매체에 대한 기판으로서의 역할을 한다.1 shows an apparatus 1 for scanning an optical record carrier 2. The recording medium includes a transparent layer 3, and an information layer is disposed on one surface of the transparent layer. The surface of the information layer on the opposite side of the transparent layer is protected from external influences by the protective layer 5. The face of the transparent layer facing the device is called the incident face 6. The transparent layer 3 serves as a substrate for the recording medium by providing mechanical support for the information layer.
이와 달리, 투명층은 정보층을 보호하는 유일한 기능을 갖는 한편, 기계적인 지지가 정보층의 다른 면에 있는 층, 예를 들면, 보호층(5) 또는 정보층(4)에 연결된 또 다른 정보층 및 투명층에 의해 제공될 수도 있다. 정보는, 도시하지 않은 거의 평행하거나, 동심을 이루거나 나선형의 트랙들로 배치된 광학적으로 검출가능한 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4)에 저장될 수도 있다. 이들 마크는, 광학적으로 판독가능한 형태, 예를 들면, 피트들의 형태, 또는 그것의 주변부와 다른 반사계수 또는 자화방향을 갖는 영역들의 형태, 또는 이들 형태의 조합의 형태를 가질 수도 있다.In contrast, the transparent layer has a unique function of protecting the information layer, while the mechanical support is on a layer on the other side of the information layer, for example another layer connected to the protective layer 5 or the information layer 4. And a transparent layer. The information may be stored in the information layer 4 of the record carrier in the form of optically detectable marks arranged in nearly parallel, concentric or helical tracks, not shown. These marks may have an optically readable form, for example in the form of pits, or in the form of regions having a reflection coefficient or magnetization direction different from its periphery, or a combination of these forms.
주사장치(1)는 방사빔(12)을 방출할 수 있는 방사원(11)을 구비한다. 방사원은 반도체 레이저일 수 있다. 빔 스플리터(13)는 발산하는 방사빔(12)을 시준렌즈(14)를 향해 반사시키고, 이 시준렌즈는 발산하는 빔(12)을 평행광을 변환된 빔(15)으로 변환시킨다. 평행광으로 변환된 빔(15)은 광학계(18)에 입사한다.The scanning device 1 has a radiation source 11 capable of emitting a radiation beam 12. The radiation source may be a semiconductor laser. The beam splitter 13 reflects the diverging radiation beam 12 toward the collimating lens 14, which converts the diverging beam 12 into a converted beam 15. The beam 15 converted into parallel light is incident on the optical system 18.
대물계는 1개 이상의 렌즈 및/또는 격자를 포함할 수도 있다. 대물계(18)는 광축(19)을 갖는다. 대물계(18)는, 빔(17)을 기록매체(2)의 입사면(6)에 입사하는 수렴 빔(20)으로 변화시킨다. 대물계는, 투명층(3)의 두께를 통해 방사빔을 통과시키도록 구성된 구면수차 교정을 갖는다. 수렴 빔(20)은 정보층(4)에 스폿(21)을 형성한다. 정보층(4)에 의해 반사된 방사빔은 발산 빔(22)을 형성하며, 이것은 대물계(18)에 의해 거의 평행광으로 변환된 빔(23)으로 변환되고, 시준렌즈(14)에 의해 수렴 빔(24)으로 변환된다. 빔 스플리터(13)는 수렴 빔(24)의 적어도 일부를 검출계(25)로 전달함으로써 전방 빔과 반사 빔을 분리한다. 검출계는 방사빔을 포착하고, 그것을 전기 출력신호들로 변환한다. 신호처리기(27)는 이들 출력신호들을 다양한 다른 신호들로 변환한다.The object system may include one or more lenses and / or gratings. The objective system 18 has an optical axis 19. The objective system 18 converts the beam 17 into a converging beam 20 which is incident on the incident surface 6 of the recording medium 2. The objective system has a spherical aberration correction configured to pass the radiation beam through the thickness of the transparent layer 3. The converging beam 20 forms a spot 21 in the information layer 4. The radiation beam reflected by the information layer 4 forms a diverging beam 22, which is converted into a beam 23 which is converted into nearly parallel light by the objective system 18, by the collimating lens 14. Is converted to a converging beam 24. The beam splitter 13 separates the front beam and the reflected beam by passing at least a portion of the converging beam 24 to the detection system 25. The detector captures the radiation beam and converts it into electrical output signals. The signal processor 27 converts these output signals into various other signals.
이들 신호들 중에서 한가지는 정보신호(28)로서, 이 신호의 값은 정보층(4)에서 판독된 정보를 표시한다. 정보신호는 오류정정(29)을 위한 정보처리부에 의해 처리된다. 신호처리기(27)의 나머지 신호들은 포커스 에러신호와 래디얼 에러신호(30)이다. 포커스 에러신호는 스폿(21)과 정보층(4) 사이의 축방향 높이차를 나타낸다. 래디얼 에러신호는 스폿(21)과 스폿이 따라가게 되는 정보층 내부의 트랙의 중심 사이의 정보층(4)의 평면에서의 거리를 나타낸다.One of these signals is an information signal 28, the value of which indicates information read from the information layer 4. The information signal is processed by the information processor for error correction 29. The remaining signals of the signal processor 27 are the focus error signal and the radial error signal 30. The focus error signal represents the axial height difference between the spot 21 and the information layer 4. The radial error signal represents the distance in the plane of the information layer 4 between the spot 21 and the center of the track within the information layer to which the spot follows.
포커스 에러신호와 래디얼 에러신호는 서보회로(31)로 공급되고, 이 서보회로는 이들 신호를 포커스 액추에이터와 래디얼 액추에이터를 각각 제어하기 위한 서보 제어신호들(32)로 변환한다. 액추에이터들은 도면에 나타내지 않았다. 포커스 액추에이터는 초점 방향(330으로 대물계(18)의 위치를 제어하여, 스폿(21)의 실제 위치가 정보층(4)의 평면과 거의 일치하도록, 이 실제 위치를 제어한다. 래디얼 액추에이터는, 반경방향(34)으로 대물계(18)의 위치를 제어하여, 스폿(21)의 반경방향의 위치가 정보층(4) 내부에서 뒤따르게 될 트랙의 중심선과 거의 일치하도록 이 반경방향의 위치를 제어한다. 도면에서 트랙들은 이 도면의 평면에 수직한 방향으로 이어진다.The focus error signal and the radial error signal are supplied to the servo circuit 31, which converts these signals into servo control signals 32 for controlling the focus actuator and the radial actuator, respectively. Actuators are not shown in the figures. The focus actuator controls the position of the object system 18 in the focal direction 330 so as to control this actual position so that the actual position of the spot 21 substantially coincides with the plane of the information layer 4. The radial actuator is By controlling the position of the objective system 18 in the radial direction 34, the radial position of the spot 21 is adjusted so that the radial position of the spot 21 substantially coincides with the centerline of the track to be followed within the information layer 4. In the figure, the tracks run in a direction perpendicular to the plane of the figure.
도 1의 장치는, 상기 기록매체(2)보다 두꺼운 투명층을 갖는 제 2 형태의 기록매체도 주사하도록 구성될 수 있다. 이 장치는, 방사빔(12) 또는 제 2 형태의 기록매체를 주사하기 위해 이와 다른 파장을 갖는 방사빔을 사용할 수도 있다. 이 방사빔의 NA는 기록매체의 형태에 맞추어 변형될 수도 있다. 대물계의 구면수차 보상은 이와 따라 변형되어야 한다.The apparatus of FIG. 1 can also be configured to scan a second type of record carrier with a transparent layer thicker than the record carrier 2. The apparatus may use a radiation beam having a different wavelength to scan the radiation beam 12 or the recording medium of the second type. The NA of this radiation beam may be modified to match the shape of the recording medium. The spherical aberration compensation of the objective system must be modified accordingly.
본 발명은, 단일 렌즈, 또는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈계에 대해 구현될 수 있다는 것은 자명하다. It is apparent that the present invention can be implemented for a lens system including a single lens or a plurality of lenses.
예를 들어, 도 2a는 2개의 분리된 렌즈부재들(18A, 18B)을 포함하는 대물렌즈계(18)를 나타낸 것이다. 본 실시예에서의 각각의 부재 18A, 18B는 평-비구면이다. 이들 2개의 부재는 렌즈 홀더(18C)를 사용하여 서로 고정되게 유지된다.For example, FIG. 2A shows the objective lens system 18 including two separate lens members 18A and 18B. Each member 18A, 18B in this embodiment is a flat-aspherical surface. These two members are held fixed to each other using the lens holder 18C.
마찬가지로, 본 발명은, 다른 형태의 렌즈들, 또는 도 2b에 도시된 단일 평-비구면 렌즈(18)나 도 2c에 도시된 이중-비구면 렌즈(18) 등과 같은 다른 렌즈 배치에 의해 구현될 수도 있다. 참조하기 쉽도록 하기 위해, 도 2a-도 2c의 모든 도면에 대해 한 개의 기록매체(2)를 표시하였다. 이들 각각의 도면에서, Y 및 Z축은 용지의 평면 내에 존재하는 것으로 가정하였으며, X축은 용지에서 돌출되는 방향으로 가정하였다. 보통, 렌즈의 광축은 기록매체(2)의 표면에 대해 수직하다. 그러나, 도 3에 나타낸 것과 같이, 대물렌즈(18') 또는 기록매체(2')가 X축 및/또는 Y축을 중심으로 회전함으로써 그들의 정규의 이상적인 위치들(18, 2)로부터 틸트될 수도 있다.Likewise, the present invention may be implemented by other lens arrangements or other lens arrangements, such as the single plain-aspherical lens 18 shown in FIG. 2B or the double-aspherical lens 18 shown in FIG. 2C, or the like. . For ease of reference, one record carrier 2 is shown for all the figures in FIGS. 2A-2C. In each of these figures, the Y and Z axes are assumed to exist in the plane of the paper, and the X axis is assumed to be a direction projecting from the paper. Normally, the optical axis of the lens is perpendicular to the surface of the recording medium 2. However, as shown in FIG. 3, the objective lens 18 'or the recording medium 2' may be tilted from their normal ideal positions 18, 2 by rotating about the X and / or Y axis. .
방사빔 내부에 존재하는 파면수차의 양은 수차함수 Φ(ρ,θ)로 표시되는데, 이때 ρ,θ는 구면좌표이고, ρ는 정규화된 동공(pupil) 반경이며, θ는 각방향 좌표이다. 이 수차함수는 제르니케 다항식들로 표시될 수 있다. 제르니케 함수들은 예를 들면 유명한 참고서적인 Max Born & Emil Wolf의 "Principals of Optics"에 기재되어 있다. 파면수차 함수 Φ(ρ,θ)는 다음과 같이 표현될 수 있다:The amount of wavefront aberration present in the radiation beam is represented by the aberration function Φ (ρ, θ), where ρ and θ are spherical coordinates, ρ is a normalized pupil radius, and θ is an angular coordinate. This aberration function can be represented by Zernike polynomials. Zernike functions are described, for example, in the famous reference book "Principals of Optics" by Max Born & Emil Wolf. The wavefront aberration function Φ (ρ, θ) can be expressed as:
이때, Anm은 제르니케 계수들이고, Rn m(ρ)는 래디얼 다항식들이다(서적 "Principals of Optics", by University Press, Cambridge, 수정판, 2002의 9.2절을 참조할 것). 제 3차 제르니케 코마수차에 대응하는 전개항은 다음 식으로 주어지고:Where A nm are Zernike coefficients and R n m (ρ) are radial polynomials (see section 9.2 of the book "Principals of Optics", by University Press, Cambridge, Revision, 2002). The development term corresponding to the third Zernicke Coma aberration is given by:
제 5차 제르니케 코마수차에 대응하는 다음 식으로 주어진다:It is given by the following equation corresponding to the fifth Zernike Koma aberration:
파면수차의 제곱 평균 제곱근 OPD는 다음과 같이 정의된다:The root mean square OPD of wavefront aberration is defined as:
따라서, 제곱 평균 제곱근 파면수차에 대한 제 3차 제르니케 코마수차의 기여값 OPD(A31)은 다음 식으로 주어지고:Thus, the contribution OPD (A31) of the third-order Zernike Koma's aberration to the root mean square wavefront aberration is given by:
제 5차 제르니케 코마수차의 기여값 OPD(A51)은 다음과 같이 주어진다:The contribution OPD (A51) of the fifth Zernike coma aberration is given by:
종래의 대물렌즈들은 적당한 시야(field of view) 성능을 갖도록 설계된다. 이것은, 모든 경사 빔 입사에 대해 최저차 코마수차의 발생이 가능한한 크게 억제된다는 것을 의미한다.Conventional objectives are designed to have adequate field of view performance. This means that the generation of the lowest order coma aberration is suppressed as large as possible for all inclined beam incidences.
본 발명자들은, 최저차 코마수차가 억제된 결과로써, 렌즈계의 최대의 허용된 시야각이 더 높은 차수의 코마수차 항들에 의해 대체로 제한된다는 것을 파악하였다.The inventors have found that, as a result of the lowest order coma aberration being suppressed, the maximum allowed viewing angle of the lens system is generally limited by higher order coma aberration terms.
코마수차는, 틸트된 디스크에 입사하는 빔에서, 커버층을 통한 빔의 비대칭적인 통과로 인해 생긴다. 비교적 큰 양의 최저차 코마수차와 아주 적은 양의 더 높은 차수의 코마수차가 발생한다. 그 결과, 디스크를 틸트시켜 대물렌즈의 틸트 오정렬을 보상할 때, 더 높은 차수의 코마수차가 서로 두드러지게 상쇄하지 않으므로, 단지 중간 정도의 대물렌즈의 틸트 오정렬만이 허용될 수 있다.Coma aberration occurs due to the asymmetrical passage of the beam through the cover layer in the beam incident on the tilted disc. A relatively large amount of lowest order coma and a very small amount of higher order coma occur. As a result, when the disc is tilted to compensate for the tilt misalignment of the objective lens, only a moderate degree of tilt misalignment of the objective lens can be tolerated since higher order coma aberrations do not cancel each other out significantly.
도 4는 디스크(즉, 기록매체) 각각의 서로 다른 틸트 양들과 종래의 대물렌즈계에 대한 서로 다른 A31 및 A51 제르니케 항들에 대해 발생한 코마수차의 크기를 나타낸 그래프이다. 이상적인 방향으로부터 벗어난 1°에 이르는 디스크의 대물렌즈의 틸트각들을 고려하였다. 이와 같은 틸트 범위에서는, A31 및 A51 제르니케 항들 각각에 대해 발생하는 제곱 평균 제곱근 광로차는 틸트량에 대해 거의 비례한다(즉, 선형이다).4 is a graph showing the magnitudes of the coma aberrations generated for the different tilt amounts of each of the disks (ie, the recording medium) and for the different A31 and A51 Zernike terms for the conventional objective system. The tilt angles of the objective lens of the disc up to 1 ° were taken into account. In this tilt range, the root mean square optical path difference that occurs for each of the A31 and A51 Zernike terms is nearly proportional to the amount of tilt (ie, linear).
그래프에서 알 수 있는 것과 같이 1°의 틸트에서 통상적인 디스크에 대해, A31 항은 대략 135mλ의 OPD를 제공하고, A51 항은 대략 7.5mλ의 OPD를 제공한다. 이에 반해, 최저차 코마수차가 억제되는 것으로 인해, 1°틸트에서 대물렌즈계는 A31 항으로부터 OPD=12.6mλ를 갖고 A51 항으로부터 OPD=44.2mλ를 갖는데, 즉 A31 기여값이 A51 기여값보다 작다.As can be seen in the graph, for a conventional disc at a tilt of 1 °, term A31 gives an OPD of approximately 135mλ and term A51 gives an OPD of approximately 7.5mλ. In contrast, because the lowest order coma aberration is suppressed, the objective lens system has OPD = 12.6 mλ from the A31 term and OPD = 44.2 mλ from the A51 term, that is, the A31 contribution value is smaller than the A51 contribution value at 1 ° tilt.
디스크가 약 0.1°로 틸트된다고 가정하면, A31 항으로부터 OPD=13.5mλ가 되고 A51 항으로부터 OPD=0.75mλ가 된다. 대물렌즈계가 A31 항으로부터 발생한 OPD를 보상하기 위해 틸트되려면, 즉 렌즈계의 틸트로부터 13.5mλ의 OPD를 제공하려면, 대물렌즈계가 1°를 초과하여 틸트되어야만 한다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 틸트는 직교 A51 항에서 발생하는 비교적 큰 양의 OPD(이것은 1°에서 대물렌즈계에 대해 44.2mλ이다)를 발생하게 되는데, 이것은 디스크 A51 항으로부터의 OPD를 크게 초과한다. 따라서, 종래의 대물렌즈계는, A31 항 디스크 틸트에서 발생하는 코마수차와 A51 항 디스크 틸트에서 발생하는 코마수차 모두를 동시에 보상하도록 틸트되는 것이 불가능하다는 것을 알 수 있다.Assuming that the disk is tilted at about 0.1 °, OPD = 13.5mλ from A31 and OPD = 0.75mλ from A51. It can be seen that in order for the objective lens system to be tilted to compensate for the OPD generated from the term A31, that is, to provide an OPD of 13.5 mλ from the tilt of the lens system, the objective lens system must be tilted by more than 1 °. This tilt will result in a relatively large amount of OPD occurring in the quadrature A51 term (which is 44.2mλ for the objective lens system at 1 °), which greatly exceeds the OPD from the disc A51 term. Therefore, it can be seen that the conventional objective lens system cannot be tilted to simultaneously compensate for both the coma aberration occurring in the A31 anti-disk tilt and the coma aberration occurring in the A51 anti-disk tilt.
더욱 더 큰 내성을 갖는 대물렌즈계를 제공하기 위해, 본 발명자들은, 경사 빔 입사의 함수로써의 더 높은 차수의 코마수차와 제 3차 코마수차의 비율이 디스크를 틸트할 때 발생하는 비율과 거의 같도록 대물렌즈를 설계하는 것을 제안한다.In order to provide an objective lens system with even greater tolerance, the inventors have found that the ratio of higher order comma aberration and third order coma aberration as a function of oblique beam incidence is about the same as that occurring when tilting the disc. We propose to design an objective lens to
그 결과, 빔이 대물렌즈에 경사지게 입사할 때, 더 높은 차수의 코마수차에 대해 상당한 양의 최저차 코마수차가 발생하게 된다. 특히, 대물계의 틸트 오정렬에 대해 내성을 갖기 위해서는, 경사 입사시에 대물렌즈에 의해 발생된 OPDrms(제곱 평균 제곱근 OPD) 제 3차 코마수차 OPD(31)과 제 5차 코마수차 OPD(51)의 크기가 렌즈계의 필드 내에서 다음 관계를 만족해야 한다:As a result, when the beam is obliquely incident on the objective lens, a significant amount of lowest order coma occurs for higher order coma. In particular, in order to be resistant to the tilt misalignment of the objective system, the OPDrms (square root mean square OPD) third coma aberration OPD 31 and the fifth coma aberration OPD 51 generated by the objective lens at an oblique incidence The size of must satisfy the following relationship within the field of the lens system:
이때, 제르니케 계수들 A31 및 A51의 부호는 같다. 렌즈계의 필드는, 경사 빔들이 15mλ보다 작은 OPD를 발생하는 영역이다. 렌즈계의 시야는 필드의 2배이다.At this time, the signs of the Zernike coefficients A31 and A51 are the same. The field of the lens system is an area where the oblique beams generate an OPD smaller than 15 mλ. The field of view of the lens system is twice the field.
다음 식을 만족할 때 더욱 우수한 보상이 일어난다:Better compensation occurs when the following equation is met:
이때, 제르니케 계수들 A31 및 A51의 부호는 같다. At this time, the signs of the Zernike coefficients A31 and A51 are the same.
이하, 각각의 종래의 대물렌즈 설계를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to each conventional objective lens design.
실시예 1Example 1
본 발명의 실시예들에 따른 대물계들은, 틸트 액추에이터 개념을 사용하여 (예를 들면, 재기록형 DVD 드라이브에서의) 디스크 틸트를 보상하는데에도 사용될 수 있다. 디스크의 휘어짐을 눈에 뜨게 보상할 수 있도록 하기 위해, 디스크 틸트로 인해 발생하는 더 낮은 차수의 코마수차 OPD(A31)과 더 높은 차수의 코마수차 OPD(A51)을 대물렌즈의 틸트로 인해 발생하는(따라서, 대물렌즈에의 경사 입사로 인해 발생하는) 코마수차와 더 높은 차수의 코마수차에 의해 각각 눈에 뜨게 보상되어야 한다. 효과적인 보상을 얻기 위해서는, 관계식 (1), 또는 더욱 바람직하게는 관계식 (2)를 충족하여야 한다.Objectives in accordance with embodiments of the present invention can also be used to compensate for disc tilt (eg, in a rewritable DVD drive) using the tilt actuator concept. In order to compensate for the disc's deflection, the lower order coma aberration OPD (A31) and the higher order coma aberration OPD (A51) generated by the disc tilt are caused by the tilt of the objective lens. The coma and higher order coma aberrations (which occur as a result of oblique incidence into the objective lens) must therefore be noticeably compensated respectively. In order to obtain an effective compensation, relation (1), or more preferably relation (2) must be satisfied.
제 1의 종래의 설계에 따르는 도 1에 도시된 대물렌즈(18)는 평-비구면 부재이다. 대물렌즈(18)는 0.65의 개구수와 3.58mm의 입사동 직경을 갖고, 파장 λ=660nm에서 동작한다. 대물렌즈(18)는 광축을 따라 2.150mm의 두께를 갖는다. 대물렌즈의 렌즈 몸체는 (캘리포니아의 회사인 OHARA Corporation에 의해 제조된) 굴절률 n=1.768을 갖는 S-LAH66 OHARA 유리로 제조된다. 사용시에 시준렌즈를 향하는 렌즈 몸체의 볼록면은 2.32mm의 반경을 갖는다. 사용시에 기록매체를 향하는 대물렌즈의 표면은 평탄하다. 비구면 형태는 유리 몸체 상에 (예를 들면, US4,623,496에 기재된 것과 같은) UV 경화 아크릴 래커의 박막층을 구현된다. 이 래커는 n=1.564의 굴절률을 갖는다. 광축을 따른 이 층의 두께는 30 미크론이다. 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:The objective lens 18 shown in FIG. 1 according to the first conventional design is a flat-aspherical member. The objective lens 18 has a numerical aperture of 0.65 and an incident pupil diameter of 3.58 mm, and operates at a wavelength λ = 660 nm. The objective lens 18 has a thickness of 2.150 mm along the optical axis. The lens body of the objective lens is made of S-LAH66 OHARA glass with refractive index n = 1.768 (manufactured by OHARA Corporation, a company in California). In use the convex surface of the lens body facing the collimating lens has a radius of 2.32 mm. In use, the surface of the objective lens facing the recording medium is flat. The aspherical form embodies a thin layer of UV cured acrylic lacquer (eg, as described in US Pat. No. 4,623,496) on the glass body. This lacquer has a refractive index of n = 1.564. The thickness of this layer along the optical axis is 30 microns. The rotationally symmetric aspherical shape is given by
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, Bk는 r의 k승의 계수이다. 계수들 B2 내지 B10의 값은 각각 0.24451798, 0.0053871439, -8.0244002×10-5, -2.4646422×10-5 , -1.1188561×10-5이다. 자유 작업 거리(free working distance)(대물렌즈(18)와 디스크 사이의 거리)는 1.160mm이다. 디스크의 커버층은 0.60mm의 두께와 n=1.580의 굴절률을 갖는다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, and B k is the coefficient of the k power of r. The values of the coefficients B 2 through B 10 are 0.24451798, 0.0053871439, -8.0244002 × 10 -5 , -2.4646422 × 10 -5 , -1.1188561 × 10 -5, respectively. The free working distance (distance between the objective lens 18 and the disk) is 1.160 mm. The cover layer of the disk has a thickness of 0.60 mm and a refractive index of n = 1.580.
이와 같은 대물렌즈계에서 디스크만을 틸트할 때, 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms는 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:When tilting only the disk in such an objective system, the OPDrms of the fifth and third coma aberrations were found to be as follows:
이때, 1도의 틸트에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 133mλ인 것으로 밝혀졌다.At this time, for the tilt of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 133 mλ.
전술한 종래의 설계 접근방식을 따를 때, 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms들의 비율은 경사 빔 입사에 대해 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:Following the conventional design approach described above, the ratio of OPDrms of the fifth and third coma aberrations was found to be as follows for the oblique beam incidence:
이때, 1도의 필드에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 12.6mλ인 것으로 밝혀졌다. (3)과 (4) 사이의 상당한 차이로 인해, 디스크가 틸트 오정렬을 가질 때, 대물렌즈를 틸트시켜 더 높은 차수의 코마수차가 눈에 뜨게 상쇄되는 것이 불가능하다. 15mλ를 한계값으로 취하면, 공칭 배치에서 시야의 공차(필드의 2배)는 0.64도로 주어진다. 즉, 디스크가 틸트되지 않을 때, 경사 빔이 렌즈를 통과하여 OPD<15mλ를 얻을 수 있는 최대 시야각은 0.64도이다.At this time, for the field of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 12.6 mλ. Due to the significant difference between (3) and (4), when the disc has tilt misalignment, it is impossible to tilt the objective lens so that higher order coma aberrations can be canceled out noticeably. Taking 15 mλ as the limit, the nominal tolerance (double the field) in a nominal arrangement is given as 0.64 degrees. That is, when the disc is not tilted, the maximum viewing angle at which the oblique beam passes through the lens to obtain OPD <15mλ is 0.64 degrees.
이와 같은 경우에, 대물렌즈를 틸트시켜 보상될 수 있는 최대 디스크 틸트는 0.39도의 디스크 틸트이다(즉, 디스크는 평행광으로 변환된 방사빔의 광축에 대해 0.39°의 각도로 틸트된다).In such a case, the maximum disc tilt that can be compensated for by tilting the objective lens is a disc tilt of 0.39 degrees (ie, the disc is tilted at an angle of 0.39 ° with respect to the optical axis of the radiation beam converted into parallel light).
이와 같은 경우에는, (4)의 높은 값으로 인해, 허용된 디스크 틸트가 대물렌즈의 허용된 필드(=시야의 0.5배)에 근접한다.In such a case, due to the high value of (4), the allowed disc tilt is close to the allowed field of the objective lens (= 0.5 times the field of view).
따라서, 여기에서는, 디스크 틸트의 보상을 달성하기 위해 렌즈 표면이 디스크에 거의 평행하게 유지되는 한편, 디스크 틸트를 보상할 때, 보통 렌즈 표면은 디스크에 대해 일정한 각도로 존재한다.Thus, here, the lens surface remains almost parallel to the disc to achieve compensation of the disc tilt, while when compensating for the disc tilt, the lens surface is usually at a constant angle with respect to the disc.
본 발명의 이와 같은 제 1 실시예에서의 도 1에 도시된 대물렌즈(18)는 평-비구면 렌즈이다. 대물렌즈(18)는 0.65의 개구수와 3.58mm의 입사동 직경을 갖고, λ=660nm에서 동작한다. 이 대물렌즈(18)는 광축을 따라 1.843mm의 두께를 갖는다. 대물렌즈의 렌즈 몸체는 굴절률 n=1.768을 갖는 S-LAH66 OHARA 유리로 제조된다. 사용시에 시준렌즈를 향하는 렌즈 몸체의 볼록면은 반경 2.32mm를 갖는다. 사용시에 기록매체를 마주보는 대물렌즈의 표면은 평탄하다. 비구면 형태는 유리 몸체 상의 UV 경화 아크릴 래커의 박막층으로 구현된다. 래커는 굴절률 n=1.564를 갖는다. 광축 상의 이와 같은 층의 두께는 33 미크론이다. 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:The objective lens 18 shown in FIG. 1 in this first embodiment of the present invention is a spherical-aspherical lens. The objective lens 18 has a numerical aperture of 0.65 and an incident pupil diameter of 3.58 mm, and operates at λ = 660 nm. This objective lens 18 has a thickness of 1.843 mm along the optical axis. The lens body of the objective lens is made of S-LAH66 OHARA glass with refractive index n = 1.768. In use, the convex surface of the lens body facing the collimating lens has a radius of 2.32 mm. In use, the surface of the objective lens facing the recording medium is flat. The aspherical shape is implemented with a thin layer of UV cured acrylic lacquer on the glass body. The lacquer has a refractive index n = 1.564. The thickness of this layer on the optical axis is 33 microns. The rotationally symmetric aspherical shape is given by
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, Bk는 r의 k승의 계수이다. 계수들 B2 내지 B10의 값은 각각 0.24672704, 0.0051164884, -1.2805998×10-4, -4.1024615×10-5 , -9.0856931×10-6이다. 자유 작업 거리(대물렌즈(18)와 디스크 사이의 거리)는 1.316mm이다. 디스크의 커버층은 0.6mm의 두께와 n=1.580의 굴절률을 갖는다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, and B k is the coefficient of the k power of r. The values of the coefficients B 2 through B 10 are 0.24672704, 0.0051164884, -1.2805998 × 10 -4 , -4.1024615 × 10 -5 , -9.0856931 × 10 -6, respectively. The free working distance (distance between the objective lens 18 and the disk) is 1.316 mm. The cover layer of the disk has a thickness of 0.6 mm and a refractive index of n = 1.580.
전술한 제 1 실시예의 설계를 따를 때, 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms의 비율은 경사 빔 입사에 대해 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:Following the design of the first embodiment described above, the ratio of OPDrms of the fifth and third coma aberrations was found to be as follows for the oblique beam incidence:
이때, 1도의 틸트에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 75.8mλ인 것으로 밝혀졌다. 이때, (5)가 (3)에 훨씬 더 근접한데, 이것은 더 높은 차수의 기여값이 거의 서로를 보상한다는 것을 나타낸다는 점에 주목하기 바란다. 15mλ를 한계값으로 취하면, 대물렌즈를 틸트시켜 보상될 수 잇는 허용되는 디스크 틸트는 0.55도인 한편, 시야 공차는 0.34도로 주어진다. 따라서, 허용된 디스크 틸트가 40% 만큼 향상된다. At this time, for the tilt of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 75.8 mλ. Note that at this time (5) is much closer to (3), which indicates that higher order contributions almost compensate each other. Taking 15 mλ as the limit, the permissible disc tilt that can be compensated by tilting the objective lens is 0.55 degrees, while the field of view tolerance is given as 0.34 degrees. Thus, the allowed disk tilt is improved by 40%.
실시예 2Example 2
본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 도 1에 도시된 대물렌즈(18)는 이중-비구면 부재이다. 대물렌즈(18)는 0.65의 개구수와 3.58mm의 입사동 직경을 갖고, 파장 λ=660nm에서 동작한다. 대물렌즈(18)는 광축을 따라 2.614mm의 두께를 갖는다. 대물렌즈의 렌즈 몸체는 굴절률 n=1.530을 갖는 COC 플라스틱으로 제조된다. 표면 및 이면은 각각 다음 식으로 주어지는 회전대칭 비구면 형태를 갖는다: The objective lens 18 shown in FIG. 1 in the second embodiment of the present invention is a double-aspherical member. The objective lens 18 has a numerical aperture of 0.65 and an incident pupil diameter of 3.58 mm, and operates at a wavelength λ = 660 nm. The objective lens 18 has a thickness of 2.614 mm along the optical axis. The lens body of the objective lens is made of COC plastic with refractive index n = 1.530. The front and back surfaces each have a rotationally symmetric aspherical form given by:
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, Bk는 r의 k승의 계수이다. 표면(즉, 사용시에 디스크를 향하는 면)에 대한 계수들의 값은 B2 내지 B16에 대해 각각 0.27449755, 0.010768742, -0.0014658405, 0.0026677659, -0.0021173668, 0.00094500757, -0.00021921749, 2.0032412e-005이다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, and B k is the coefficient of the k power of r. The values of the coefficients for the surface (ie the face facing the disk in use) are 0.27449755, 0.010768742, -0.0014658405, 0.0026677659, -0.0021173668, 0.00094500757, -0.00021921749, 2.0032412e-005 respectively for B 2 to B 16 .
이면(즉, 사용시에 시준렌즈를 향하는 면)에 대한 계수들의 값은 B2 내지 B16에 대해 각각 -0.13747401, 0.067465541, -0.0550585, 0.04365398, -0.021116527, 0.00040009845, 0.0038992694, -0.0010731055이다.The values of the coefficients for the back side (i.e., the face facing the collimator lens in use) are -0.13747401, 0.067465541, -0.0550585, 0.04365398, -0.021116527, 0.00040009845, 0.0038992694, -0.0010731055 for B 2 to B 16 , respectively.
자유 작업 거리(대물렌즈(18)와 디스크 사이의 거리)는 1.000mm이다. 디스크의 커버층은 0.6mm의 두께와 n=1.580의 굴절률을 갖는다.The free working distance (distance between the objective lens 18 and the disk) is 1.000 mm. The cover layer of the disk has a thickness of 0.6 mm and a refractive index of n = 1.580.
디스크만을 틸트할 때, 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms는 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:When tilting the disc only, the OPDrms of the 5th and 3rd coma were found to be:
이때, 1도의 틸트에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 133mλ인 것으로 밝혀졌다. 대물렌즈에서의 경사 빔 입사에 대해 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms들의 비율은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: At this time, for the tilt of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 133 mλ. The ratio of OPDrms of the fifth and third coma aberrations to the oblique beam incidence in the objective lens was found to be:
이때, 1도의 필드에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 29.53mλ인 것으로 밝혀졌다. 15mλ를 한계값으로 취하면, 허용된 디스크 틸트는 1.0도인 한편, 공칭 배치에서 시야 공차는 0.9도로 주어진다. 이에 따르면, 실시예 1에서 설명한 종래의 제 1 설계 렌즈에 비해, 허용된 디스크 틸트가 256% 만큼 향상된다. At this time, for the field of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 29.53 mλ. Taking 15 mλ as the limit, the disc tilt allowed is 1.0 degrees while the field of view tolerance in a nominal arrangement is given as 0.9 degrees. According to this, the allowable disk tilt is improved by 256% compared with the conventional first designed lens described in the first embodiment.
실시예 3Example 3
점점 더, 광학계의 전체적인 치수가 줄어들고 있다. 이것은, 기록밀도의 증가와 함께, 특히 대물렌즈의 배향과 관련하여, 정밀한 조립 제약을 요구한다. 조립중에 작은 대물렌즈를 정확하게 배향시키는 것은 매우 곤란하다.Increasingly, the overall dimensions of the optical system are decreasing. This requires precise assembly constraints with increasing recording density, especially with respect to the orientation of the objective lens. It is very difficult to orient the small objective lens correctly during assembly.
조립중에 대물렌즈가 틀리게 배향된다(즉, 틸트된다)는 문제점을 회피하기 위한 한가지 방법은, 대물렌즈의 오정렬를 허용하고, 이와 같은 오정렬을 디스크를 틸트시켜 보상하는 것이다. 디스크를 틸트시키는 이와 같은 보상은 광픽업부의 조립중에 행해질 수 있다(즉, 조립중에 디스크 모터를 틸트시켜, 모터의 배향이 디스크의 배향을 결정하게 한다).One way to avoid the problem that the objective lens is incorrectly oriented (ie tilted) during assembly is to allow for misalignment of the objective lens and to compensate for this misalignment by tilting the disc. This compensation for tilting the disk can be done during assembly of the optical pickup (ie, tilting the disk motor during assembly so that the orientation of the motor determines the orientation of the disk).
제 3 실시예 설계에 따른 도 1에 도시된 대물렌즈(18)는 2개의 부재로 구성된다. 각각의 부재는 평-비구면이다. 대물렌즈(18)는 0.85의 개구수와 1.0mm의 입사동 직경을 갖고, 파장 λ=405nm에서 동작한다. 두 개의 부재들은 굴절률 n=1.550을 갖는 COC(cyclic olefin copolymer)로 제조된다. 레이저를 향하는 대물렌즈(18)의 제 1 부재는 광축을 따라 0.40mm의 두께를 갖는 한편, 디스크를 향하는 제 2 부재는 0.527mm의 두께를 갖는다. 광축 상에서의 이들 2개의 부재 상의 거리는 0.075mm이다. 제 1 부재의 제 1 표면의 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:The objective lens 18 shown in FIG. 1 according to the third embodiment design consists of two members. Each member is flat-aspherical. The objective lens 18 has a numerical aperture of 0.85 and an incident pupil diameter of 1.0 mm, and operates at a wavelength λ = 405 nm. The two members are made of a cyclic olefin copolymer (COC) with a refractive index n = 1.550. The first member of the objective lens 18 facing the laser has a thickness of 0.40 mm along the optical axis, while the second member facing the disk has a thickness of 0.527 mm. The distance on these two members on the optical axis is 0.075 mm. The rotationally symmetric aspheric shape of the first surface of the first member is given by the following equation:
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, Bk는 r의 k승의 계수이다. 계수들 B2 내지 B16의 값은 각각 0.52915187, -2.6064464, 59.745801, -728.17842, 5097.5432, -20502.8, 44013.121, -39077.168이다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, and B k is the coefficient of the k power of r. The values of the coefficients B 2 through B 16 are 0.52915187, -2.6064464, 59.745801, -728.17842, 5097.5432, -20502.8, 44013.121 and -39077.168, respectively.
제 2 부재의 제 1 표면의 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:The rotationally symmetric aspheric shape of the first surface of the second member is given by the following equation:
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, c는 표면의 곡률이고, r0는 정규화된 반경이며, Dk는 r의 k승의 계수이다. c의 값은 2.506mm-1인 반면에, r0는 0.5mm이다. 계수들 D2 내지 D16의 값은 각각 0.3376384, -2.484319, 8.0824648, -7.2616424, -24.092634, 64.606397, -46.405224이다. 자유 작업 거리, 즉 대물렌즈(18)와 디스크 사이의 거리는 0.075mm이다. 디스크의 커버층은 0.1mm의 두께와 n=1.622의 굴절률을 갖는다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, c is the curvature of the surface, r 0 is the normalized radius, and D k is k in r Coefficient of power. The value of c is 2.506 mm −1 , while r 0 is 0.5 mm. The values of the coefficients D 2 through D 16 are 0.3376384, -2.484319, 8.0824648, -7.2616424, -24.092634, 64.606397 and -46.405224, respectively. The free working distance, that is, the distance between the objective lens 18 and the disk, is 0.075 mm. The cover layer of the disk has a thickness of 0.1 mm and a refractive index of n = 1.622.
이와 같은 대물렌즈계에서 디스크만을 틸트할 때, 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms는 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:When tilting only the disk in such an objective system, the OPDrms of the fifth and third coma aberrations were found to be as follows:
이때, 1도의 틸트에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 108.5mλ인 것으로 밝혀졌다.At this time, for the tilt of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 108.5 mλ.
전술한 제 3 실시예 설계 접근방식을 따를 때, 대물렌즈에서의 경사 빔 입사에 대해 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms들의 비율은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:Following the third embodiment design approach described above, the ratio of OPDrms of the fifth and third coma aberrations to the oblique beam incidence in the objective lens was found to be:
이때, 1도의 필드에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 66.1mλ인 것으로 밝혀졌다. (8)과 (9) 사이의 상당한 차이로 인해, 대물렌즈가 틸트 오정렬을 가질 때, 디스크를 틸트시킴으로써(조건 (1) 충족) 더 높은 차수의 코마수차를 적절히 상쇄할 수 있다. 15mλ를 수차 한계값으로 취하면, 대물렌즈의 허용된 디스크 틸트 오정렬은 0.45도인 한편, 시야 공차는 0.4도로 주어진다.At this time, for the field of 1 degree, the amount of the third coma aberration was found to be 66.1 mλ. Due to the significant difference between (8) and (9), when the objective lens has a tilt misalignment, it is possible to appropriately cancel higher order coma aberration by tilting the disc (measured by condition (1)). Taking 15mλ as the aberration limit, the permissible disc tilt misalignment of the objective lens is 0.45 degrees while the field of view tolerance is given as 0.4 degrees.
마찬가지로, 본 발명의 제 4 실시예의 도 1에 도시된 대물렌즈(18)는 2개의 부재로 구성된다. 각각의 부재는 평-비구면이다. 대물렌즈(18)는 0.85의 개구수와 1.0mm의 입사동 직경을 갖고, 파장 λ=405nm에서 동작한다. 두 개의 부재들은 굴절률 n=1.550을 갖는 COC로 제조된다. 레이저를 향하는 대물렌즈(18)의 제 1 부재는 광축을 따라 0.40mm의 두께를 갖는 한편, 디스크를 향하는 제 2 부재는 0.444mm의 두께를 갖는다. 광축 상에서의 이들 2개의 부재 상의 거리는 0.075mm이다. 제 1 부재의 제 1 표면의 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:Similarly, the objective lens 18 shown in Fig. 1 of the fourth embodiment of the present invention is composed of two members. Each member is flat-aspherical. The objective lens 18 has a numerical aperture of 0.85 and an incident pupil diameter of 1.0 mm, and operates at a wavelength λ = 405 nm. Two members are made of COC with refractive index n = 1.550. The first member of the objective lens 18 facing the laser has a thickness of 0.40 mm along the optical axis, while the second member facing the disk has a thickness of 0.444 mm. The distance on these two members on the optical axis is 0.075 mm. The rotationally symmetric aspheric shape of the first surface of the first member is given by the following equation:
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, Bk는 r의 k승의 계수이다. 계수들 B2 내지 B16의 값은 각각 0.67904917, -0.7382746, 22.022311, -296.67542, 2236.389, -9564.7477, 21643.036, -20152.291이다. 제 2 부재의 제 1 표면의 회전대칭 비구면 형태는 다음 식으로 주어진다:Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, and B k is the coefficient of the k power of r. The values of the coefficients B 2 through B 16 are 0.67904917, -0.7382746, 22.022311, -296.67542, 2236.389, -9564.7477, 21643.036 and -20152.291, respectively. The rotationally symmetric aspheric shape of the first surface of the second member is given by the following equation:
이때, z는 밀리미터 단위를 가지며 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 가지며 광축까지의 거리이며, c는 표면의 곡률이고, r0는 정규화된 반경이며, Dk는 r의 k승의 계수이다. c의 값은 2.480mm-1인 반면에, r0는 0.5mm이다. 계수들 D2 내지 D16의 값은 각각 0.20750918, -2.667102, 16.934987, -61.236377, 124.45225, -133.28039, 57.151524이다. 자유 작업 거리,(대물렌즈(18)와 디스크 사이의 거리)는 0.075mm이다. 디스크의 커버층은 0.1mm의 두께와 n=1.622의 굴절률을 갖는다.Where z is the position of the surface in the optical axis direction in millimeters, r is the distance to the optical axis in millimeters, c is the curvature of the surface, r 0 is the normalized radius, and D k is k in r Coefficient of power. The value of c is 2.480 mm −1 , while r 0 is 0.5 mm. The values of the coefficients D 2 through D 16 are 0.20750918, -2.667102, 16.934987, -61.236377, 124.45225, -133.28039 and 57.151524, respectively. The free working distance, (distance between the objective lens 18 and the disk) is 0.075 mm. The cover layer of the disk has a thickness of 0.1 mm and a refractive index of n = 1.622.
전술한 제 4 실시예의 설계를 따를 때, 경사 빔 입사에 대해 제 5차 코마수차와 제 3차 코마수차의 OPDrms들의 비율은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다:Following the design of the fourth embodiment described above, the ratio of OPDrms of the fifth and third coma aberrations to the oblique beam incidence was found to be:
이때, 1도의 필드에 대해, 제 3차 코마수차의 양은 142.7mλ인 것으로 밝혀졌다. 이때, (10)가 (8)에 훨씬 더 근접한데, 이것은 더 높은 차수의 기여값이 거의 서로를 보상한다는 것을 나타낸다는 점에 주목하기 바란다. 15mλ를 한계값으로 취하면, 대물렌즈의 허용되는 틸트 오정렬은 0.8도인 한편, 시야 공차는 0.2도로 주어진다. 따라서, 허용된 틸트 오정렬이 거의 2배 만큼 향상된다.At this time, for the field of 1 degree, the amount of third coma aberration was found to be 142.7 mλ. Note that (10) is much closer to (8), which indicates that higher order contributions almost compensate each other. Taking 15 mλ as the limit, the permissible tilt misalignment of the objective lens is 0.8 degrees while the field of view tolerance is given as 0.2 degrees. Thus, the allowed tilt misalignment is improved by almost twice.
이때, 본 발명의 다양한 실시예들이 다양한 렌즈계와 관련하여 사용될 수 있다는 것은 자명하다. 바람직하게는, 이들 실시예들은 0.7보다 큰 개구수를 갖는 렌즈계들과 관련하여 사용된다. 바람직하게는, 본 실시예들에 따른 렌즈계들은 2mm보다 작은, 더욱 바람직하게는 1.5mm보다 작은 입사동 직경을 갖는다. 바람직하게는, 이들 실시예들은, 대략 405nm의 파장을 갖는 빔을 포함하여, 600nm보다 작은 파장을 갖는 방사빔과 함께 사용된다.At this time, it is apparent that various embodiments of the present invention may be used in connection with various lens systems. Preferably, these embodiments are used in connection with lens systems having a numerical aperture greater than 0.7. Preferably, the lens systems according to the embodiments have an incident pupil diameter smaller than 2 mm, more preferably smaller than 1.5 mm. Preferably, these embodiments are used with a radiation beam having a wavelength less than 600 nm, including a beam having a wavelength of approximately 405 nm.
전술한 실시예들에 비추어 보면, 본 발명의 실시예들은, 소형 광학 드라이브들과 같은 광학계들의 조립을 향상시키거나, (예를 들어, 재기록형 DVD 드라이브에서와 같이) 틸트 액추에이터를 사용할 때 디스크 틸트 보상을 허용하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. In light of the foregoing embodiments, embodiments of the present invention improve the assembly of optics, such as small optical drives, or disc tilt when using a tilt actuator (eg, as in a rewritable DVD drive). It can be seen that it can be used to allow compensation.
Claims (11)
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KR10-2004-7020890A KR20050022007A (en) | 2002-06-25 | 2003-06-23 | Optical scanning device including a tilt tolerant objective system |
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KR10-2004-7020890A KR20050022007A (en) | 2002-06-25 | 2003-06-23 | Optical scanning device including a tilt tolerant objective system |
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KR10-2004-7020890A KR20050022007A (en) | 2002-06-25 | 2003-06-23 | Optical scanning device including a tilt tolerant objective system |
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- 2003-06-23 KR KR10-2004-7020890A patent/KR20050022007A/en not_active Application Discontinuation
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |