대물 렌즈 및 광학 소자의 설계 방법 document_id A220623010152

본원발명은 다른 규격에 기초하는 복수 유형의 광 디스크에 데이터를 기록 및/또는 그 광 디스크로부터 데이터를 재생할 수 있는 광 디스크 드라이브용 대물 렌즈 등의 광학 소자의 설계 방법에 관한 것이다. 각각 다양한 밀도로 디지털 정보가 기록되는 다양한 유형의 광 디스크가 존재한다. 예를 들어, DVD(digital versatile disc)는 CD(compact disc) 또는 CD-R(CD Recordable)보다 더 높은 기록 밀도를 갖고 CD 또는 CD-R보다 더 얇은 보호층을 갖는다. 최근에는, 더 높은 기록 밀도를 갖는 HD DVD(High Definition DVD) 및 BD(Blue-ray Disc) 등 광 디스크에 대한 새로운 기술 규격이 제안되고 있다. 그러한 새로운 규격의 광 디스크는 DVD의 보호층 두께 이하의 보호층 두께를 갖는다. 이들 환경하에서, 광 디스크 드라이브(즉, 광 디스크 드라이브내 광학계)는 적어도 2개 유형의 광 디스크를 지원하도록 요구된다. 이하, 적어도 2개 유형의 광 디스크를 지원하는 그러한 광 디스크 드라이브(대물 렌즈)는 호환성 광 디스크 드라이브(대물 렌즈)라 일컫기도 한다. 복수 유형의 광 디스크를 지원하기 위해서, 광 디스크 드라이브용 광학계는, 사용되는 광 디스크의 보호층 두께에 따라 달라지는 구면 수차를 보정하는 한편, NA(개구수)를 변화시켜, 사용되는 광 디스크에 적합한 사이즈로 빔 스폿 사이즈를 형성하도록 요구된다. 일반적으로, 빔 스폿 직경은 광 빔의 파장이 감소함에 따라 감소한다. 따라서, 예를 들어, CD에 대한 대략 780nm의 파장보다 더 낮은 대략 660nm의 파장을 갖는 레이저 빔이 DVD에 사용된다. DVD보다 더 높은 기록 밀도를 갖는 새로운 기술 규격의 광 디스크에 대하여서는, DVD보다 더 짧은 파장을 갖는 레이저 빔(즉, 예를 들어 대략 408nm의 파장을 갖는 소위 블루 레이저)이 사용된다. 또한, 광 디스크 드라이브용 광학계는, 사용되는 광 디스크의 유형에 따라 파장이 달라지는 광 빔이 부딪히는 광 디스크의 기록면에 광 빔을, 구면 수차를 야기시키지 않고, 적절하게 수렴시키도록 요구된다. 이러한 이유로, 호환성 광 디스크 드라이브의 통상적인 광학계는 광학계내 광학 소자(예를 들어, 대물 렌즈)의 일면에 회절 구조를 보유하여 광 빔이 각각의 광 디스크의 기록면에 적절하게 수렴되도록 구성된다. 회절 구조가 구비된 광학 소자는 광원 디바이스 사이의 개별적인 차이 또는 온도 변화 등의 환경 조건의 변동에 따라 레이저 빔의 설계 파장이 달라질 때 야기되는 구면 수차를 보정하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 설계 파장이라는 용어는 광 디스크의 재생 및/또는 기록에 적합한 광 빔의 파장을 의미한다. 회절 구조의 설계에 대하여 자유도는 제한된다. 따라서, 회절 구조가 2개 유형의 광 디스크를 지원하도록 형성되면, 파장 시프트에 대한 보정 기능(즉, 2개 유형의 광 디스크에 대한 2개의 다른 광 빔의 각각에서의 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차의 변화를 보정하는 기능)을 회절 구조에 부가적으로 부여하는 것은 불가능하다고 생각되었다. 그러는 동안, 기존의 광 디스크뿐만 아니라 새로운 기술 규격의 광 디스크(즉, 3개 유형의 광 디스크를 지원할 수 있는 광 디스크 드라이브)도 지원할 수 있는 광 디스크 드라이브가 요구되고 있었다. 그러나, 회절 구조 설계의 자유도는 제한되어 있다. 따라서, 단일 회절 구조의 광학 성능은, 기껏해야, 다른 파장을 갖는 2개 유형의 광 빔을 2개 유형의 광 디스크의 기록면에 각각 수렴시키는 것이다. 즉, 광학계가 광학계내 광학 소자의 일면에 회절 구조를 갖도록 구성된다면, 광학계는 2개 유형의 광 디스크만을 지원할 수 있다. 그러한 문제점을 해결하기 위해, 논문 "Compatible Objective Lens for Blue-ray Disc and DVD using Diffractive Optical Element and Phase-step Element which Corrects both Chromatic and Spherical Aberration", Yoshiaki Komma et al. of Matsushita Electric Industrial Co., Ltd, ISOM collected papers(We-F-20)에서 소정 광학계가 제안되어 있다. 상기 논문에서 제안된 광학계는 2개의 렌즈면에 다른 회절 구조를 각각 갖도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 광학계는 DVD 및 BD용 레이저 빔을 각각 DVD 및 BD의 기록면에 적절하게 수렴시키는 한편, DVD 및 BD용 레이저 빔의 각각에서의 파장 시프트에 의해 야기된 구면 수차를 보정할 수 있다. 그러나, 상기 논문에서 제안된 바와 같이 2개의 렌즈면에 회절 구조를 갖도록 구성된다면, 디센터링 등의 제조 오차에 기인하여 광학 성능이 저하될 가능성은 증가할 수 있다. 또한, 제조 비용 및 부품 수의 감축을 위해 단일의 대물 렌즈에 의해 광학계가 형성된다면, 회절 구조는 대물 렌즈의 양면에 형성된다. 이러한 경우에 있어서, 대물 렌즈의 일면(즉, 회절 구조 중 하나)은 디스크 트레이를 통하여 외부에 노출됨으로써, 외부에 노출된 회절 구조는 렌즈 클리너가 사용될 때 손상될 가능성이 증가한다. 따라서, 실용적인 면에서 볼 때, 상기 논문에 제안된 광학계는 광학계내 광학 소자에 복수 유형의 회절 작용을 제공할 수 있긴 하여도 광 디스크 드라이브에서 사용될 수는 없다. 일본 특허 공개 공보 제2000-171704호에는 복수의 광학 기능을 갖는 단일의 회절면을 설계하는 방법이 나와 있다. 상기 공보 제2000-171704호에 나와 있는 설계 방법은 복수의 광학 기능을 단일 회절면에 부여하여 특정 파장을 갖는 광 빔이 가장 적합하게 사용될 수 있도록 하는 방법이다. 그러나, 이 공보에서는, 복수 유형의 광 디스크를 지원하는 성능을 갖는 광 디스크 드라이브(광학계)를 제공할 수 있는 광학 소자 설계 방법은 나와 있지 않다.