KR100419983B1 - 광학픽업및광학기록매체재생장치 - Google Patents

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Abstract

종래의 광학픽업 및 광학기록매체 재생장치보다 작으며 보다 신뢰성있는 광학픽업 및 광학기록매체 재생장치이다. 이러한 것들은 와이어격자를 구성하는 금속도체의 두께 "h"와 피치 "d"의 비율 h/d가 약 0.1이상이 되도록 형성된 1-차원 금속격자와, 1-차원 금속격자에 의해 분기된 광선을 수취하는 일군의 수광소자와로 구성되어 있다.

Description

광학픽업 및 광학기록매체 재생장치
본 발명은 광학픽업과 광학기록매체 재생장치에 관한 것이며, 특별히 광자기 기록매체로부터 데이터를 재생하기에 적합한 광학픽업 및 광학기록매체 재생장치에 관한 것이다.
지금까지는 광자기 기록매체 재생장치에 있어서, 제 1도의 구성을 갖는 광자기 디스크를 기록하고 재생하기 위한 광학픽업(1)이 장치된다. 광학픽업(1)에서 레이저 다이오드(LD)(2)로부터 조사된 광은 편광빔 스플리터(PBS)(3)와 대물렌즈(4)를 통해서 디스크(5) 상에서 집광되며, 디스크(5)로 반사된 광은 대물렌즈(4)와, 편광빔 스플리터(3)와, 다중렌즈(6)를 통해서 광검출기(PD)(7)로 안내된다.
현행의 광학픽업(1)에 있어서, 레이저 다이오드(2)와 광검출기(7)와 편광빔 스플리터(3)와 같은 광학부가 분리되어서 장치되므로, 광자기 디스크를 기록하고 재생하기 위한 광학픽업은 소형화나 신뢰도의 개선에 있어서 불충분하다.
게다가, 광학기록매체를 재생하기 위한 소자로는, 레이저 다이오드와 광검출기와 광검출기 상에 놓이는 광선분기용 프리즘이 동일한 기판상에 장착되는 복합광학소자(미국 특허 4,823,331 참조)와, 반도체처리에 의해 형성되는 발광부와 레이징미러(raising mirror)와 또한 수광부가 장치되는 한 반도체내에 형성되는 수광 및 발광장치(공개된 일본 특허출원 제 114746/1995)가 있다.
비편광 광학시스템의 수광 및 발광소자를 이용하는 경우에, 광자기 신호를 검출하는 것이 불가능하며, 즉 광자기 디스크를 재생하는 것이 불가능하다.
그러므로, 광자기 신호의 검출에 편광기로써 와이어 격자인 1-차원 금속격자를 이용하는 것이 고려된다. 제 2도에 나타난 바와같이 대략 3-10 ㎛정도의 파장을 갖는 적외선범위에 대한 1-차원 금속격자는 서로에게 평행하게 놓이는 다수의 와이어(9)로 형성된다. 여기서, 피치 "d"가 입사광의 파장(λ)보다 짧도록 선택될 경우, 와이어(9)에 평행한 편광성분(P편광)을 반사하고, 와이어(9)에 수직인 편광성분(S 편광)을 투과시키는 특성이 있다. 1-차원 금속격자(8)는 이러한 특성을 이용함으로써 편광기로써 작동한다.
편광기로써 1-차원 금속격자(8)를 이용할 경우, 와이어(9)의 폭 "b" 와 피치 "d"의 비율(b/d)가 b.d~0.6이 되고, 파장(λ)과 피치 "d"의 비율(λ/d)가 λ/d≥5가 되는 두가지 조건이 만족되어야만 한다. 그러므로, 예를들어 파장이 대략 780nm인 빛이 가시선 및 근적외선 영역의 빛을 편광시키기 위해서는, 주위매체의 굴절율을 고려할때, 피치 "d"는 대략 100nm의 작은 값일 필요가 있으며, 따라서, 그러한 격자는 제조하기가 굉장히 어렵게 된다.
상술한 바를 고려하여서, 본 발명의 목적은 더욱 소형화되고 더욱 신뢰도 있으며 용이하게 제조할 수 있는 광자기 기록매체용 광학픽업과, 광자기 기록매체 재생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 외의 목적은 피치 "d"와 와이어격자를 구성하는 금속도체의 두께 "h"의 비율(h/d)이 0.1~0.5가 되도록 형성되는 1-차원 금속격자와, 상기 1-차원 금속격자에 의해 분리되는 광을 수신하는 광수신소자군과를 장치함으로써 달성될 수 있다.
1-차원 금속격자를 구성하는 금속도체의 두께를 이용함으로써 1-차원 금속격자의 투과율과 반사율 특성에 있어서 공명영역을 형성함으로써, 종래의 장치와 비교할때 더욱 소형이며 더욱 신뢰도있는 광자기 기록매체용 광학픽업이 달성될 수 있다.
본 발명의 법칙, 원리, 유용성은 첨부된 도면과 관련하여 읽혀질때 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이며, 도면은 동일한 부분은 동일한 부호 및 문자로 표시될 것이다.
본 발명의 선택된 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 설명될 것이다.
(1) 광학기록매체 재생장치
(1-1) 광학기록매체 기록 및 재생장치의 일반적인 구성
제 3도는 광학기록매체 재생장치의 일례로써 광자기 기록 및 재생장치(10)를 나타낸다.
광자기 기록 및 재생장치에 있어서, 레이저광은 광학픽업(11)에 의해서 광자기디스크(12) 상에 집광되어서, 디스크상에 광자기 기록 및 재생하기 위해 필요한 소정의 강도로 광스폿을 조사한다. 광자기디스크(12)에 반사된 광은 광학픽업(11)에 의해 수광되어서, 검출신호로 변환된다. 그후에 검출신호는 I-V증폭회로(13)에 의해서 전류-전압 변환된다. I-V증폭회로(13)로부터 출력된 신호는 매트릭스회로(14)에서 계산되고, 트래킹에러신호(S1)와, 포커스에러신호(S2)와, 광자기신호(S3)와 정보신호(S4)가 출력된다. 재생시에, 광자기신호(S3) 및 정보신호(S4)는 복조 및 복호화회로(15)에 의해서 복조 및 복호화되어서, 디지탈-아날로그(D/A) 변환회로(16)로 출력한다. 그러므로, 아날로그신호의 재생출력이 광자기 기록 및 재생장치(10)로부터 출력된다.
(1-2) 광학픽업
제 4도(A)는 광자기 기록 및 재생장치(10)에 장치될 광학픽업(11)의 배열에 대한 실시예를 나타낸다. 광학픽업(11)은, 광선을 조사하기 위한 레이저광원(21)과, 광 자기 디스크(22)의 신호를 검출하기 위한 광검출기(23a, 23b)와, 레이저광원(21)으로부터 조사된 광을 광자기디스크(22)의 신호기록면 상에 집광하기 위한 대물렌즈(24)와, 조사된 광을 대물렌즈(24)에로 반사하며 반사광을 광검출기(23a, 23b)로 향하게 하기 위한 광학파 디렉터(optical wave director)(25)와, 레이저광원(21)과, 광검출기(23a, 23b)와 광학파 디렉터(25)와를 장착하는 기판(26)과, 기판(26)을 지지하기 위한 지지대(26A)와를 포함하여 구성된다. 광학파 디렉터(25)는, 광원(21)으로부터 조사된 광을 반사시키고 광자기 디스크(22)로부터 되돌아온 광을 투과하기 위한 빔 스플리터막(27)과, 빔스플리터막(27)을 통해 투과되며 광검출기(23)로 향하게 되는 광선에서 소정의 편광성분은 투과하고 다른 편광성분은 반사하기 위한 1-차원 금속격자(28)와, 1-차원 금속격자(28)에 의해 반사된 광선을광검출기(23b)로 반사시키기 위한 전반사막(29)과로 구성된다. 빔 스플리터막(27)은 30%의 S편광투과율(Ts)과 65%의 P편광투과율(Tp)을 갖는다고 가정한다.
여기서, 1-차원 금속격자(28)는 와이어(28A)의 두께"h"와 피치 "d"사이의 관계에서 h/d≥0.1의 요구사항을 만족시키며, 따라서 그것은 아래에 설명되는 바와같이 공명 영역에서 작동한다. 소정의 요구사항이 1-차원 금속격자(28)에서 만족될 경우에, 와이어 격자(전계는 와이어격자와 평행)에 평행인 P편광은 반사되고, 와이어격자(전계가 와이어격자에 직각임)에 수직인 S편광은 투과된다.
1-차 금속격자(28)에 있어서, 와이어의 폭이 "b"이며, 피치가 "d"이며, 두께가 "h"라고 가정한다. 제 5도는 λo가 격자 주위의 광의 파장이고 λo=λ/n일 경우 b/d=0.4이고 h/d를 변화시킬때, S편광투과율(Ts)과 λo/d 사이의 관계를 나타낸다.
제 5도의 그래프에 나타나는 바와같이, "공명영역"(Ts∼1의 피크가 존재하는 부근)은 h/d∼0.1 이상에서 시작된다. 특별히, h/d=0.1이며 λo/d가 대략 1일때, 급경사피크(PK)가 나타난다. 급경사피크를 갖는 공명영역을 이용함으로써, λo/d는 공명영역을 이용하지 않는 값의 1/4로 되며, 따라서 피치 "d"는 일정파장 하에서의 종래의 광학픽업과 비교할때 4배정도로 증가될 수 있게 된다.
제 4도(B)는 광학픽업(11)에서 두 광검출기(23a, 23b)의 분할패턴 및 신호생성방법을 나타낸다. 광학파 디렉터(25)를 향하는 입사광의 비교적 위에 놓인 광검출기(23a)와 비교적 입사광 아래에 놓인 광검출기(23b)는 각각 4개의 수광영역(광검출기(23a)용 영역(a, b, c, d)과 광검출기(23b)용 영역(e, f, g, h))으로 각각 분할되며 각 수광영역으로부터 출력된 전류는 I-V증폭회로(13)에서 전류/전압 변환된다. 그후에 그 출력은 매트릭스회로(14)에서 계산되며, 그 결과, 트래킹에러신호(S1), 포커스에러신호(S2), 정보신호(S3, S4)가 얻어진다. 정보신호(S3)는 광자기 디스크(12)로 반사된 광의 케르(Kerr)회전각에 대응하는 광자기신호이며, 정보신호(S4)는 피트에 대응하는 RF신호(광강도신호)이다.
(2) 1-차원 금속격자의 구성원리
제 6도의 단면도에 나타난 바와같이, 1-차원 금속격자(28)는 파장"h"와 피치"d"의 비(h/d)를 고려한 이론에 기초해서 구성된다. 1-차원 금속격자(28)의 와이어(28A)의 단면이 직사각형인 경우에, 모드전개법이 적용될 수 있다. 모드전개법에서는, 와이어(28A)사이의 영역과 외부영역으로 분리하여 고려한다. 외부영역에서는 정상의 굴절이론과 유사하게 전자기장에 대해서 레일레이(Rayleigh)전개(평면파 전개 된다. 와이어(28A) 사이의 영역(제 7도에서, 0≤x≤c, -h/2≤y≤h/2)에서, 전자기장에 대해서 x=0 또는 x=c에서 경계조건을 만족시키는 모드로의 전개인 모드전개가 행해진다. 전개계수는 0≤x≤d 및 y=±h/2에서 두 전개법 사이의 매칭조건에 따라서 결정된다. 모드전개의 보다 상세한 설명이 이하에 설명된다.
(2-1) 1-차원 금속격자의 원리
1-차원 금속격자의 원리에 대해 설명된다. 와이어(28A)는 완전도체인 금속으로 만들어진다고 가정한다. 모드전개에 대해서, 이하의 표현이 만족된다.
S편광파(TM파, 즉 자기장 "f"가 와이어격자(28)에 평행함)는 다음식으로 표현된다.
여기서, am, bm은 복소진폭(complex amplitude)이다.
식(1)은 x=0 또는 x=c일 경우 뉴먼(Neumann) 경계조건(인터페이스에서 법선의 방향에 대한 유도계수는 0으로 된다)이 만족되는 조건에서 유도된다.
이처럼 TM파에 대해서 광은 와이어(28A)사이에서 자기장을 통해 투과된다.
P편광파(TE파 즉, 전기장이 와이어격자에 평행함)는 다음식으로 표현된다.
방정식(2)은 x=0 또는 x=c일때 디리클레(Dirichlet)경계조건(도체에는 전기장이 없으므로 그 값은 인터페이스에서 제로임)을 만족시킨다.
이 경우에, βo=0이므로 sin(βo x)=0이 되기 때문에, "m"에 대해 값이 존재하지 않는다. 이는 1차 또는 후속의 항이 무시되면 와이어(28A) 사이의 영역에 전기장이 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
근사한 조건(m-th 차(m≥1)의 항을 무시함)하에서의 1-차원 금속격자(28)에 대해서, TM파는 1-차원 금속격자사이의 영역에 들어갈 수 있으나, TE파는 불가능하다. 다시말해서, TM파는 광을 투과하는 전자기장을 가지지만, TE파는 전자기장을 가지지 않으므로 광을 반사한다.
(2-2) 모드전개법과 종래 이론과의 차이
제 8도는 종래이론에 있어서 파장(λ)과 피치(d)의 비(λ/d)와 S편광투과율(Ts)과의 관계를 나타내는 그래프이다. 제 9도는 모드전개법에 있어서의 비(λ/d)에 대한 S편광투과율(Ts)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도면에 나타나는 바와같이, 그들은 상당히 다르다. 그들을 비교하기 위해서, 또한 S편광반사율(Rs)과 P편광반사율(Rp)을 호출하기 위해서, 그 이론적 굴절은, 레일레리 전개에서는 0차(주투과 및 반사광) 및 ±1차(에버네센트파(evanescent wave))가, 또한 모드전개에서는 0차(S편광파 및 TM파) 및 1차(P편광파 및 TE파)(P편광파는 0차의 모드가 없음)가 실행될 것이다.
상기와 같이 단지 낮은 차수의 항으로 가까와지며, S편광투과율(Ts)과 P편광투과율(Tp)과 S편광반사율(Rs)과 P편광반사율(Rp)의 값을 얻으며, 다음의 조건에서 매스매티카(Mathematica)를 이용함으로써 그래프를 만들 수 있다.
(1) 광은 수직으로 입사된다.
2) 와이어는 완전도체인 금속으로 만들어진다.
(3) 피치 "d"는 d=2c를 만족한다.
S편광파(TM파)에 대해 설명될 것이다. 제 10도(A) 및 제 10도(B)는 h/d=0.1(와이어두께 "h"는 얇음)에서 발생되는 S편광투과율(Ts) 및 S편광반사율(Rs)의 변화를 나타내며, 제 11도(A) 제 11도(B)는 h/d=0.5(와이어두께 "h"는 두꺼우며, 그 단면은 정사각형임)에서 발생하는 것을 나타낸다.
이들 도면에 나타나는 바와같이, 제 11도(A)의 h/d=0.5에서의 곡선은 제 10도(A)의 h/d=0.1에서의 곡선보다 제 9도의 모드전개법에서의 곡선과 더욱 유사하다. 이에 덧붙여서, 제 10도(A)(B)에 나타나는 바와같이, 와이어두께 "h"가 감소될때 곡선은 제 8도의 종래이론에서의 곡선과 유사하다. 예를들어, h/d=0.01(와이어두께 "h"는 초박형임)에서, 투과율은 제 8도의 곡선과 거의 동일하다.
P편광파(TE파)에 있어서, 제 13도(A) 및 제 13도(B)에 나타나는 바와같이, h/d=0.1에서의, P편광파 투과율(Tp) 및 P편광파 반사율(Rp)은 S편광파의 경우와 같이 제 8도에서의 종래이론의 곡선과 유사하다. 반대로, 제 14도(A), (B)에 나타난 바와같이, h/d=0.5에서의, P편광파 투과율(Tp) 및 P편광파 반사율(Rp)은 제 9도의 모드전개법에서의 곡선과 유사하다.
S편광파의 경우를 고려할때, 제 13도(A)(B), 제 14도(A)(B)는 종래 설계이론에서 유도될 수 없는 다음을 나타낸다.
h/d=0.5(와이어의 단면은 정사각형)에서, Ts=1에서 λ/d 값은 λ/d∼1.4 및 Rp>0.99인 공명영역내에 있다. λ=780nm라고 가정할때, λ/d∼1.4이므로 피치 "d"~550nm이며, 와이어두께 "h"~275nm이므로, 따라서 크기에 있어서 제조하는 것이 용이하게 된다. 즉, 그 공명영역은 λ/d≥5의 제조시에 종래의 문제점을 회피하는데 이용된다.
상기 설명된 바와같이, 종래 설계이론은 단지 얇은 와이어에서만 유효했다. 그러나 상기 실시예의 경우, 와이어두께를 증가시켜서 피치가 증가되도록 한다. 또한, 와이어두께가 감소될 경우 h/d=0.5에서 시작하여 Ts=1인 λ/d의 피크값은 1에 가까워지며, 또한 와이어두께가 더욱 감소될때, P편광파의 소광비(Rp/Tp)가 감소된다.
(2-3) 1-차원 금속격자 검광기(analyzer)의 가능성
1-차원 금속격자의 단면이 정사각형일 경우(d~550nm, h∼275nm), 소광비(Ts/Rs)=∞이며, Rp/Tp>200이다. 제조시의 문제점을 해결하기 위해서, 비(h/d)를 감소시킬 필요가 있다.
제 15도(A)(B)에 나타나는 바와같이 h/d=0.4에서, d=618nm이며 h=247nm일 경우 Ts/Rs=∞이며 Rp/Tp∼40이다. 일반적으로 ∼0.5㎛이하의 피치를 갖는 와이어를 제조하는 것은 상당히 어려우며, 0.5㎛~1㎛의 피치를 갖는 것조차도 어렵다.
그러나, 본 발명에 따른 테스트의 결과, 1-차원 금속격자 검광기가 다음의 조건하에서 만족스런 특성을 나타냄을 알 수 있다.
(1)광은 수직으로 입사된다.
(2)와이어는 완전도체로 만들어진다.
(3)와이어의 단면은 정사각형이다.
4)신호의 듀티요소는 50%이다.
따라서. 1-차원 금속격자 검광기의 프로세스에서 용이한 와이어격자상수가 선택될 수 있음이 알려졌다.
(3)실시예에서 1-차원 금속격자의 좌표계
제 16도(A)(B)는 완전도체가 아닌 1-차원 금속격자와 직교좌표계에 의해 그 위에 경사로 입사되는 광선과의 관계를 나타낸다. 도면에서, Z축은 와이어격자(28)에 평행하며, 입사광의 파수벡터는 k로 표시되며, 입사광의 전기장 벡터는 a로 표시된다. k(α, β, ￥)의 구성성분은 다음의 식으로 표현된다.
X-Y평면상에서 투영된 k는 k' 로 표현되며, k' 에 직교하는 벡터는 u로써 표현된다. u와 a가 이루는 각을 δ로 가정할때, 투과율(T)과 반사율(R)은 다음식으로 표시된다.
Tp는 P편광파 투과율일 경우, Ts는 S편광파 투과율이며, Rp는 P편광파 반사율이며, Rs는 S편광파 반사율이며, 이들은 투영도상에서 투영된다.
만일 식(4)에서 투과율(T)과 반사율(R)에 있어서 검광기 요구사항이 만족된다면, Rp∼1, Ts-1, Tp∼0, Rs∼0에 의거해서 투과율(T)∼cos2δ이며, 반사율(R)∼sin2δ이다. T=R일때 즉 다음식을 만족시킬때 45° 차동파 검출이 가능하다.
그러므로
입사광의 전기장이 위치벡터(r)로 표시될 경우 다음의 식이 만족된다.
제 4도(A)에 나타난 광학픽업(11)에 대해서, 입사 편광된 광에 대한 전기장 벡터(a)는 다음식으로 표시되며, 입사광의 파수벡터(k)와 Y축 방향에서의 단위벡터(y" )를 이용하여 표시된다.
여기서 케르회전의 각은 무시된다.
전기장 벡터(a)와 a에 직교하는 벡터(u)에 의해 만들어지는 각(δ)은 다음의 식으로 표시된다.
k'(α, -β, 0)로부터 u로써 u(β, α, 0)가 얻어지며, 따라서 다음식은 식(8)에 기초하여 만족된다.
식(5)이 다음 식에 치환될 수 있다.
따라서, 다음식과 같은 관계가 얻어질 수 있다.
와이어면으로의 입사각(θ)은 0° ≤θ<90° 이며, φ는 -90° <φ≤90° 라고 가정할때, 식(11)은 다음의 식으로 표시될 수 있다.
투영에 있어서, Tp, Ts, Rp, Rs를 얻기 위해서 필요한 벡터(k')가 다음의 식으로 표시된다.
따라서, 와이어격자를 수직으로 가로지르는 광학성분의 파장(λ')은 다음의 식으로 표현된다.
이로부터, 다음의 식이 얻어진다.
이하에는 1-차원 금속격자(28)의 배열과 광자기신호의 검출의 실시예가 설명될 것이다.
제 17도(A)(B)에 있어서, 제 4도(A)의 부분에 대응하는 부분은 동일한 도면부호로 표시된다. 제 17도(A)는 1-차원 금속격자(28)와 반파장판(32)이 종방향으로 광학파 디렉터(25)내에 놓이며 따라서 광검출기(23a, 23b)에 수직이 되도록 하는 제 1실시예에 따른 광학픽업(31)을 일반적으로 나타낸다.
제 18도에 나타나는 바와같이, 광학픽업(31)에 있어서 1-차원 금속격자(28)와 입사 광 사이의 관계에 있어서, 와이어(28A)는 φ=0이 되며 θ를 변화시키도록 배치된다.
이 실시예에 있어서, 광학픽업(31)은 광원(21)과, 광학파 디렉터(25)와, 두개의 광 검출기(23a, 23b)를 포함하여 이루어지며, 이들은 지지체(26)에 의해 지지된다. 빔 스플리터막(27)은 광학픽업(31)내에서 광학파 디렉터(25)의 입사광 조사면상에 배치된다. 빔스플리터막(27)로부터 입사된 광선은 광학파 디렉터(25)를 통해 기판(26) 상에 장치된 광검출기(23a)에 조사되며, 반사된 광선은 기판(26)에 대면하는 전반사막(29)에 입사된다. 전 반사광선은 종방향으로 배열된 반파장판(32)을 통과하고, 반파장판(32)상에 쌓여진 1-차원 금속격자(28)에 입사된다. 투과광성분과 반사광성분은 기판(26)상의 광검출기(23b)에 입사된다.
광검출기(23a)를 제 4도(B)와 같이 4개 영역(a, b, c, d)으로 분할된다. 광검출기(23b)는 4개의 영역으로 분할되며, 그 영역은 1-차원 금속격자(28)에 의해 반사된 광을 수광하는 영역"e"과, 1-차원 금속격자(28)을 통해 투과된 빛을 수광하는 3개의 영역"f, g, h"이다.
와이어(28A)가 φ=0이 되도록 배치되는 상태에서 θ가 변화되는 경우에, 와이어(28A)로부터의 투과광 및 반사광은 다음의 식이 만족될때 단지 0차광만으로 구성되며, 모드전개법의 규칙에서 상세하게 설명될 것이다.
0°≤θ<90° 이며, λo/d>0이므로 다음의 식이 얻어진다.
제 19도는 입사각(θ)과 λo/d의 관계를 나타낸다. 1-차원 금속격자(28)는 검광기로써 작용하며, 따라서 입사광을 편광방향에 의존하여 투과광과 반사광으로 분리한다. 와이어면에 대한 입사각(θ)이 증가될때(제 16도(A)(B)), 식(19)에 나타난 피치"d"의 범위는 더 작아지도록 이동된다.
상기 설명된 배열에 의거해서, 그 피치"d"가 λo/(1+sinθ)보다 작은 1-차원 금속 격자(28)가 광학픽업(31)의 광학파 디렉터(25)에서 반파장판(32)과 함께 종방향으로 장치되며, 따라서 입사광의 편광방향은 반파장판(32)에 의해서 45°만큼 회전되어서 45° 차동파검출을 실행하게 된다. 그러므로, 제 18도에 나타난 바와같이 φ=0에서 입사광이 입사되는 1-차원 금속격자(28)의 와이어(28A)의 배열에서, 더욱 소형이며 더욱 신뢰도 있는 광학기록매체용 광학픽업(31)이 실현될 수 있게 된다.
제 17도(A)(B)의 실시예의 경우, 광검출기(23a) 및 전반사막(29)으로 계속적으로 반사된 입사광은 광검출기(23a, 23b)에 수직 방향으로 배열된 반파장판(32)과 1-차원 금속격자(28)에 입사된다. 그러나, 이 대신에 제 20도(A)(B)의 구성을 갖는 광학픽업을 이용하면 제 17도(A)(B)의 실시예에서와 동일한 효과를 얻는다.
이와 관련하여, 제 20도(A)(B)의 광학픽업(33)에 있어서, 입사광은 기판(26)상의 광 검출기(23a, 23b)에 대면하는 반파장판(34)과, 반파장판(34)과 광검출기(23a) 사이에 삽입되는 1-차원 금속격자(28)와를 통해 광검출기(23a, 23b)에 입사된다.
1-차원 금속격자(28) 배열의 상기 예에 있어서, 와이어면에 대한 입사각(θ)이 증가되어서 식(19)에 나타난 피치"d"의 범위가 더 작게 이동된다. 이하에는, 그와 반대로 피치"d"의 범위가 더 크게 이동되는 경우에 대해 설명될 것이다.
이 경우에, 와이어(28A)는 제 21도에 나타난 바와같이 φ=90°가 되도록 배치되며, 제 17도(A)(B)에 나타난 광학픽업(31)의 1-차원 금속격자(28)와, 제 20도(A)(B)에 나타난 광학픽업(32)이 이용된다.
제 21도에 나타난 바와같이, 1-차원 금속격자(28)의 와이어(28A)가 φ=90°이고 θ가 변화되도록 배치되는 경우에, 다음의 식이 θ'=0, φ=90°의 조건하에서 식(20)으로부터 얻어진다.
입사각(θ)과 λo/d의 관계는 제 22도에 나타난 바와같다. 제 22도로부터 알수 있는 바와같이, 제 21도의 실시예에 있어서, 와이어면에 대한 입사각(θ)이 증가함에 따라서, 식(26)에서 피치"d"의 범위는 더 커지도록 이동된다.
제 17도(A)(B), 제 20도(A)(B), 제 21도의 배열에 의거해서, 그 피치"d"가 λo/cosθ보다 작게 되는 1-차원 금속격자(28)는 반파장판(32, 34)과 함께 종방향이나 횡방향으로 배치되어서, 45° 차동파 검출을 실행하게 되고, 따라서, 더욱 소형화되고 신뢰도 있는 광학기록매체용 광학픽업이 달성될 수 있다.
다음으로, 반파장판을 필요로 하지 않는 광학픽업(41)의 구성이 설명될 것이다. 광학픽업(41)에 있어서, 제 23도(A)(B)에 나타난 바와같이, 빔스플리터(27)를 통과한 광선은 종방향으로 놓여진 1-차원 금속격자(28)에 입사된다. 광검출기(23a)는 1-차원 금속격자(28)의 반사광선이 조사된 영역에 배치되며, 또한 전반사막(42)은 투광광선이 조사된 영역에 배치된다. 그러므로, 전반사막(29)에 의해 반사된 후에 전반사막(42)에 의해 반사된 광선이 광검출기(23b)에 입사된다.
이 경우, 광검출기(23a)는 제 20도(B)와 같이 4개의 영역"a", "b", "c", "d"으로 분할된다. 광검출기(23b)는 광검출기(23a)와 같이 4개의 영역 "e", "f", "g" ,"h"으로 분할된다.
본 실시예의 1-차원 금속격자(28)의 경우에서, 와이어(28A)가 다음식을 만족하도록 배치된다면 45°차동파 검출은 반파장판을 이용하지 않고도 실행될 수 있다.
식(14)(15)를 이용함으로써, 다음식이 얻어진다.
식(22)에서 sin2φ, cosφ은 다음식에 의해 주어진다.
식(23)을 식(22)에 치환하면, 다음식이 얻어진다.
다음식에 의해 표시되는 d/λo는 제 25도에 나타난 바와같이 변화된다.
d/λo을 주는 식에서 입사각(θ)에 60°나 그 이상을 치환하면 더욱 좋은 검출이 가능하다.
상기 설명된 배열에 의거해서, 그 피치"d"가 식(25)을 만족하는 1-차원 금속격자(28)는 광학픽업(41)의 광학파 디렉터(25)에 횡방향으로 배치되며, 따라서 45° 차동파 검출은 반파장판을 이용하지 않고도 달성될 수 있으며, 더욱 소형화되고 신뢰도 있는 광학기록매체용 광학픽업이 실현될 수 있다.
제 23도(A)(B)의 실시예의 경우에, 제 24도(φ=0°, 90°)의 관계로 빔스플리터막(27)을 통과하는 입사광을 1-차원 금속격자(28)에 입사시킴으로써, 반사광이 하나의 광검출기(23a)에 입사되고, 투과광은 연속적으로 전반사막(42, 29)에 반사되어서 다른 광검출기(23b)에 입사된다. 그러나, 이러한 구성 대신에, 제 26도(A)(B)의 경우는 제 23도(A)(B)의 실시예의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이와 관련하여서, 제 26도(A)(B)에서 광학픽업(42)은 빔스플리터막(27)을 통과한 입사광을 광검출기(23a)와 전반사막(29)에 연속적으로 반사하여서 종방향으로 장치된 1-차원 금속격자(28)에 입사한다. 그후, 1-차원 금속격자(28)로부터 얻어진 투과광은 다른 광검출기(23b)의 3개의 분할영역"f", "g", "h"에 입사되며, 반사광은 하나의 분할영역"e"에 입사된다.
4) 모드전개법
이하에는 상기 실시예에 이용된 모드전개법이 설명될 것이다. 직사각형과 같은 구체적 형태의 회절격자에 적용된 모드전개법은 쉽게 결과를 제공하는 것으로알려져 있다. 그 방법은 하나의 홈에서의 모드전개와 그 홈 외측에서 레일레이 전개가 서로에게 매칭되는 기술을 이용한다. 전개방법은 특별히 제 7도에 나타난 1-차원 금속격자(완전도체)(28)와 관련하여 구체적으로 설명될 것이다.
f(x, y)를 자기장(S모드)나 전기장(P모드)의 Z축 성분의 공간-의존성성분으로 놓으며, 공간의존성성분은 레일레이전재를 금속 상하에서의 평면파로 전개한다(y≥h/2, y≤-h/2).
금속위에서의 전개(y≥h/2)과 금속아래의 전개(h≤-h/2)에 관하여, 다음식이 만족된다.
Rn 및 Tn은 반사광 및 투과광의 복소진폭이다.
간격 0≤ x≤c, -h≤y≤h/2에 있어서 뉴먼경계조건 ∂f/∂n'=0 (n' 는 표면법선벡터를 나타냄)(S모드)이나 디리클레 경계조건f=0(P모드)이 만족되도록 헬름홀쯔 방정식 Δf+k2f=0을 풀면 다음과 같이 산출된다.
여기서 βm = mπ/c, ㎛ = + (ko2-βm2)1/2이고, am및 bm은 복소진폭이다. P모드에 있어서, φo = 0이고, m ≥ 1이다.
f(x, y)와 ∂f/∂y가 간격 0 ≤ x ≤ c 및 y = ±h/2에서 계속되는 매칭조건에서 헬름홀츠방정식을 풀이하면, y = h/2일때는 다음의 식을 산출하며:
y = -h/2일 때에는 다음의 식을 산출한다.
따라서,
이제 S 편광파를 설명한다. 식 (33) 및 (35)는 간격 0 ≤ x ≤ c내에 유지되어 있다. 그 간격에서, 식 um(x) = cos (βmx)에 의해 표현된 벡터들은 서로에게 직교한다. 따라서, 식 (33) 및 (35)을,
를 이용하여 간격 0 ≤ x ≤ c에 걸쳐 상기 식들을 적분하여서, uj(x)로 승산하면,
가 얻어진다.
심지어 c ≤ x ≤ d이고 y = ±h/2인 경우라도 "f"가 뉴먼경계조건 ∂f/∂n' = 0을 만족하기 때문에,
이다.
식 (34) 및 (43)은 각각 간격 0 ≤ x ≤ c 및 간격 c ≤ x ≤ d내에 유지되어 있다. 따라서, 식 (34) 및 (43)은 exp(-iαux)에 의해 승산되고, 각각 간격 0 ≤ x ≤ c 및 간격 c ≤ x ≤ d를 걸쳐서 적분되어, 서로 합산된다. 결과적으로, exp-iαux)의 직각도는
을 제공한다. 이와 유사하게, 식 (36) 및 (44)로부터는
이 주어진다.
식(40), (41), (45) 및 (47)은 4개의 미지수를 포함하는 연립방정식으로써 풀이된다. Rn과 Tn에 대한 식을 풀이하기 위해서, 그것들은
로 감소된다.
식(41)에 식(40)을 합산하고 식(40)에서 식(41)을 감산하면,
이 산출된다.
식(47)에 식(45)을 합산하고 식(45)에서 식(47)을 감산하면,
가 산출된다.
식(49) 및 (50)을 식(51) 및 (52)로 치환하면,
가 산출된다.
이러한 것들을 행렬로 표시하면 다음과 같다.
이러한 행렬은
과 같이 축소된다.
따라서,
이 된다. 이와 유사하게,
이 된다.
상술한 바와같은 방식으로, P편광파에 대해서 다음과 같은 식이 얻어진다.
(5) 그 외의 다른 실시예
본 발명이 완전도체로 이루어진 1-차원 금속격자가 사용된 실시예를 들어 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 그 전도체가 확실히 만족스러운 검광성능을 갖는 격자를 제공한다면, 불완전도체로 이루어진 1-차원 금속격자를 사용하는 것도 포함할 수 있다는 것을 알아야 할 것이다.
또한, 본 발명이 비록 파 디렉터의 입사광조사면상에 빔 스플리터막이 위치되는 실시예를 들어 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 예를들어 1-차원 금속격자의 전단에 편광빔스플리터를 위치시킴으로써, 그 스플리터가 100의 P파 투과율(Tp)과 25의 Ts파 전도율로 강화된 기능을 갖는 것도 포함할 수 있다는 것을 알아야 할 것이다.
본 발명은 또한, 광학픽업이 광자기 디스크 상에 정보를 기록하고 그로부터 정보를 재생시키는 실시예를 들어 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 광학카드 상에 정보를 기록하고 그로부터 정보를 재생시키는 광학픽업을 사용하는 것도 포함할 수 있다는 것을 알아야 할 것이다.
본 발명의 적절한 실시예들과 결부시켜 설명이 이루어져 왔지만, 그 기술에 있어 능숙한 사람들에 의해 다양한 변화 및 수정등이 꾀하여 질 수도 있음이 분명할 것이다. 따라서, 모든 그러한 변화 및 수정등은 본 발명의 진의 및 범위내로 귀속되는 바 첨부된 청구범위내에서 보호될 것이다.
제 1도는 픽업의 배열을 나타내는 개략도이다.
제 2도는 1-차원 금속격자의 배열을 나타내는 개략도이다.
제 3도는 본 발명에 따른 광학기록매체 재생장치의 일반적 구성을 나타내는 개략도이다.
제 4도(A)는 본 발명에 따른 광학픽업의 배열을 나타내는 개략도이다.
제 4도(B)는 광검출기의 신호처리회로를 나타내는 블럭도이다.
제 5도는 b/d=0.4일때 Ts와 λo/d 사이의 관계에서 공명영역의 발생(h/d=0.1일 경우 그것은 대략 λo/d에서 발생함)을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 6도는 1차원 금속격자의 단면도이다.
제 7도는 1-차원 금속격자의 단면에 대한 좌표계를 나타내는 개략도이다.
제 8도는 종래의 설계이론에 따라 한편으로는 파장/피치의 비율과 다른 한편으로는 S편광투과율 및 P편광투과율과의 관계를 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 9도는 파장 : 피치의 비율과 투과율 사이의 관계를 나타내는 특징적 곡선도이며, 모드전개법에 의해 알려진 관계가 이용된다.
제 10도(A)(B)는 h/d=0.1일때, S편광파 투과율과 S편광파 반사율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 11도(A)(B)는 h/d=0.5일때, S편광파 투과율과 S편광파 반사율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 12도는 h/d=0.01일때, S편광파 투과율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 13도(A)(B)는 h/d=0.1일때, P편광파 투과율과 P편광파 반사율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 14도(A)(B)는 h/d=0.5일때, P편광파 투과율과 P편광파 반사율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 15도(A)(B)는 h/d=0.4일때, S편광파 투과율과 P편광파 반사율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 16도(A)(B)는 1-차원 금속격자의 단면에서 좌표계를 나타내는 개략도이다.
제 17도(A)(B)는 실시예에서 광학픽업의 배열을 나타내는 개략도이다.
제 18도는 실시예에서 입사각과 1-차원 금속격자 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
제 19도는 실시예에서 d/λo 비율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 20도(A)(B)는 실시예에서 입사각과 1-차원 금속격자 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
제 21도는 실시예에서 입사각과 1-차원 금속격자 사이의 다른 관계를 나타내는 개략도이다.
제 22도는 제 21도에서 비율 d/λ0 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 23도(A)(B)는 광학픽업의 다른 배열을 나타내는 개략도이다.
제 24도는 입사광과 1-차원 금속격자 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
제 25도는 제 24도에서 d/λo비율의 특성을 나타내는 특징적 곡선도이다.
제 26도(A)(B)는 광학픽업의 다른 배열을 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
1. 광학픽업 2. 레이저 다이오드
3. 편광빔 스플리터 4. 대물렌즈
5. 디스크 6. 다중렌즈
7. 광검출기 9. 와이어
10. 광자기 기록 및 재생장치 11. 광학픽업
12. 광자기 디스크 13. I-V증폭회로
14. 매트릭스회로 15. 복조 및 복호회로
16. D/A 변환회로 21. 레이저광원
22. 광자기 디스크 23(23a, 23b). 광검출기
24. 대물렌즈 25. 광학파 디렉터
26. 기판 26A. 지지대
28. 1-차원 금속격자 28A. 와이어
31,33,41. 광학픽업 32,34. 반파장판
42,29. 전반사막 Ts. S편광 투과율
Rs. S편광 반사율 Tp. P편광 투과율
Rp. P편광 반사율 d. 피치(pitch)
λ. 파장 h. 와이어의 두께
b. 와이어의 폭

Claims (8)

  1. 광선을 조사하는 레이저광원과;
    상기 레이저광원으로부터 조사된 광선을 광학기록매체의 데이터기록면상에 집광시키기 위한 대물렌즈와;
    상기 광학기록매체로부터 되돌아온 광을 수취하는 수광수단과;
    상기 광학기록매체로부터의 상기 되돌아온 광을 상기 레이저광원으로부터의 조사광으로부터 분기시키기 위한 광선스플리팅수단과;
    광선중에 편광성분을 투과시키기 위해, 상기 수광수단의 적어도 한부분과 상기 광선스플리팅수단 사이에 위치되고, 와이어를 구성하는 금속도체의 두께 "h" 에 대한 피치 "d"의 비율 h/d가 0.1~0.5가 되도록 형성된 와이어격자소자와;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 빔스플리팅수단과 상기 와이어격자소자 사이에는 반파장판이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 와이어격자소자는 주광선이 와이어표면의 와이어에 직각인 방향과 상기 와이어표면에 법선인 방향으로 형성된 평면에 입사되도록 위치되며, θ는 상기 반파장판을 통해 상기 와이어에 입사된 빛의 입사각이고 λo는 입사광의 파장일때, 상기 피치 "d"가 다음조건:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 와이어격자소자는 주광선이 상기 와이어방향과 상기 와이어표면에 법선방향으로 형성된 평면에 입사되도록 위치되며, θ는 상기 반파장판을 통해 상기 와이어 표면에 입사된 빛의 입사각이고 λo는 입사광의 파장일때, 상기 피치 "d"가 다음 조건:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어격자소자에 있어서, θ는 상기 와이어표면에 입사된 빛의 입사각이고, λo는 입사광의 파장일때, 상기 피치 "d"가 다음조건:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광선스플리팅수단이 편광빔스플리터막을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어격자소자는 주입사광의 입사각이 60° 이상이 되도록 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학픽업.
  8. 광선을 조사하는 레이저광원과;
    상기 레이저광원으로부터 조사된 광선을 광학기록매체의 데이터기록면상에 집광시키기 위한 대물렌즈와;
    상기 광학기록매체로부터의 되돌아온 광을 수취하기 위해 복수의 수광소자를 갖추고 있는 수광수단과;
    상기 광학기록매체로부터의 상기 되돌아온 광을 상기 레이저광원으로부터의 조사광으로부터 분기시키기 위한 광선스플리팅수단과;
    광선중에 소정의 편광성분을 전송시키기 위해, 상기 수광수단의 적어도 한부분과 상기 광선스플리팅수단 사이에 위치되고, 와이어를 구성하는 금속도체의 두께 "h"에 대한 피치 "d"의 비율 h/d가 0.1~0.5가 되도록 형성된 와이어격자소자와;
    상기 와이어격자소자를 통해 투과된 광선의 편광성분을 수취하기 위한 수광소자의 출력과 상기 와이어격자소자에 의해 반사된 광선의 편광성분을 수취하기 위한 수광소자의 출력을 바탕으로, 상기 광학기록매체상의 정보신호를 검출하기 위한 수단과;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학기록매체재생장치.
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