KR100485921B1 - 회절격자부재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 사출금형 절삭용 바이트의 날끝각도나 설치각도를 정밀하게 조정하지 않아도 소정의 회절광을 얻을 수 있는 회절격자부재를 제공하는 것이다.

오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 회절격자부재를 오목부 평면과 볼록부 평면의 적어도 한쪽은 동일 방향으로 동일 경사각도를 이루는 복수의 경사면으로 구성되어, 양쪽 경사면 사이에 단차를 가지는 경사단부가 형성되도록 구성하였다.

Description

회절격자부재 및 그 제조방법{DIFFRACTION GRATING MEMBER AND METHOD MANUFACTURING THEREFOR }

본 발명은 회절격자부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 회절격자부재에 관한 것이다.

종래, 회절격자부재로서 도 5에 나타내는 것이 있다. 이 회절격자부재(100)는 오목부 평면(101)과 볼록부 평면(102)을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부(103)를 가지는 것이다.

이와 같은 회절격자부재(100)는 발광소자인 레이저 다이오드로부터 발생한 DVD 기록재생용의 광(光)과, CD 재생용의 광을 광디스크에 조사하고, 또는 광디스크로부터의 반사광을 포토다이오드에 유도하여 광디스크에의 신호기록, 재생 및 트래킹을 행하도록 하는 광픽업에 사용된다.

상기한 DVD와 CD와의 겸용 광픽업에서는 트래킹검출로서, DVD는 1빔으로 족하는 위상차법, CD는 3빔법을 채용하는 것이 일반적이다. 종래, 광픽업에서는 파장이 다른 2개의 LD를 사용하여, CD측 LD(780 nm 대)에만 3빔을 발생시키기 위한 회절격자를 배치해 왔었다. 그러나 최근 2개의 LD 칩을 하나의 패키지에 수납한 2파장 LD가 제안되고 있고, 이 2파장 LD를 사용하는 경우에는 CD 재생시만 3빔법으로 제어하고, DVD 기록 재생시에는 위상차법으로 제어하기 때문에, CD측만 3빔을 출사하고, DVD측은 1빔으로 출사하는 파장선택성의 회절격자부재가 사용되고 있다.

이와 같은 회절을 하는 회절격자부재는, 격자의 요철(凹凸)부의 광학적 위상차〔(굴절율 n-1) × 깊이〕를 DVD 파장 정도로 함으로서 실현된다. 그러나 회절격자부재의 오목부 평면의 깊이는 종래 사용되고 있던 1 파장용 회절격자의 5배 정도가 되는 것이 계산상 분명하다.

통상 이와 같은 회절격자부재(100)는 에칭가공에 의해 회절홈을 모재에 직접 에칭하는 방법도 있으나, 도 5에 나타내는 바와 같이 절삭가공으로 오목부 평면(111)〔회절격자부재(100)의 볼록부 평면(102)을 성형〕과 볼록부 평면(112)〔회절격자부재(100)의 오목부 평면(101)을 성형〕으로 이루어지는 직사각형 웨이브형상면(113)을 성형한 금형(110)을 작성하고, 이 금형(110)을 사용하여 광학수지를 사출 성형함으로써 작성하는 방법이 양산에는 적합하다.

그러나 어느 경우도 격자깊이(d)(도 5에 나타냄)가 일반의 회절격자에 비하여 깊기 때문에, 회절격자부재(100)의 볼록부 평면(102)이나 오목부 평면(101)이 기울어지기 쉽다는 문제가 있다.

즉, 에칭에 의한 제조방법에서는, 큰 면적의 회절격자부재를 만들 때에, 회절격자의 장소에 의한 에칭량의 불균일이 발생하기 쉬우므로, 상기 경사가 발생한다. 또 금형(110)에 의해 회절격자를 작성함에 있어서는, 금형(110)을 절삭 가공할 경우에는 도 6에 나타내는 바와 같이, 금형절삭용 바이트(120)의 절삭면(121)의 경사에 의한 것 외, 공작기계의 바이트의 유지정밀도나 바이트의 이동정밀도의 변동에 의하여 금형(110)의 오목부 평면(111) 및 볼록부 평면(112)에 경사가 발생한다.

이와 같이, 3빔용의 회절격자부재(100)에 있어서, 요철 각부평면(101, 102)이 기울어지면, 3빔의 서브빔인 +1차광과 -1차광에 강도차가 생겨 픽업의 트랙에러신호에 옵셋이 생겨, 안정된 트랙서보제어를 할 수 없게 된다는 문제가 발생한다.

즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 요철 각 면부(101, 102)가 기울어져, 격자의 양쪽 끝에 깊이의 차 △d= d2-d1 (nm)의 차가 생기면, 도 8에 나타내는 바와 같이, +1차광과 -1차광 사이에서 △d에 대략 비례한 차가 생기게 된다.

본 예와 같은 트래킹 서보제어를 하기 위해서는, ± 1차 회절광의 차는 3% 이하인 것이 요구되고 있고, 이를 실현하기 위해서는 도 8로부터 △d를 1Onm보다 작게하지 않으면 안되게 된다.

여기서 구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 회절격자부재(100)의 격자간 피치를 30㎛로 하면, 각 면(101, 102)의 경사각도는 0.019도 이하라는 정밀도가 요구되게 된다.

통상, 금형의 홈을 절삭 성형하는 절삭 바이트(120)의 선단(121)을 이 정밀도로 마무리하는 것은 곤란하게 된다. 또 이와 같은 고정밀도의 가공을 실현하기위해서는, 테스트가공을 행하여 경사의 발생분, 바이트의 설치각도를 기계적으로 보정하는 것이 필요하게 된다. 그러나 이와 같은 보정은 이론적으로는 가능하나, 피치 30㎛라는 미세한 가공에 있어서, 절삭바이트(120)의 10nm 정도의 경사를 정확하게 측정하는 것은 매우 곤란하고, 또 할 수 있었다고 하여도 테스트가공만큼 시간이 걸리게 된다.

따라서 본 발명은 사출성형용 금형을 작성하는 절삭 바이트의 날끝각도나 설치각도를 어느 정도 정밀하게 조정하는 일 없이 소정의 회절광을 얻을 수 있는 회절격자부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 회절격자부재 및 제조방법을 이하와 같이 구성하였다.

본 발명의 회절격자부재는 오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 것으로서, 상기 오목부 평면과 볼록부 평면의 적어도 한쪽은 동일 방향으로 동일 경사각도를 이루는 복수의 경사면으로 구성되고, 양쪽 경사면 사이에 단차를 가지는 경사단부가 형성되어 있다.

본 발명에 의하면, 격자의 경사에 의한 깊이의 차를 작게 할 수 있어, ±1차 회절광의 불균형을 해소할 수 있다.

또 본 발명에 관한 회절격자부재는 오목부 평면에 경사단부가 형성되어 있는 것이다.

본 발명에 관한 회절격자부재에 의하면, 회절격자부재의 오목면 평면에 대응하는 성형 금형의 볼록부에 단을 절삭가공하는 것은 용이하게 되어, 금형을 정밀도좋게 제조할 수 있다.

본 발명에 관한 회절격자부재에 있어서는, 상기 오목부 평면은 2개의 경사면으로 경사단부가 형성되어 있고, 2개의 경사면 중 하나의 경사면의 가장 얕은 위치 인 오목부의 끝 가장자리부와, 다른 경사면의 가장 깊은 위치인 오목부의 끝 가장자리부가 동일 깊이 위치에 배치된 것이다.

본 발명에 의하면, 회절격자부재의 작성시에 발생하는 2개의 경사면의 최대및 최소깊이는, 회절격자부재 오목부의 설계이론값과 큰 차가 없어져, 설계된 광학성능값과 가까운 값이 얻어진다.

본 발명에 관한 회절격자의 제조방법은, 오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 회절격자부재의 회절격자부를 성형하는 성형 금형의 볼록부 평면을 절삭하는 것에 있어서, 절삭면을 격자의 병렬방향으로 제 1회 및 제 2회로 나누어 동일한 바이트로 동일한 이송조건으로 절삭하고, 각 회의 절삭에는 절삭가공용 바이트의 절삭위치에 대하여 격자병렬방향으로 바이트의 절삭개소를 변경하여, 격자 금형에 동일 방향으로 동일 경사각도를 이루는 복수의 경사면으로 구성되고, 양쪽 경사면 사이에 단차를 가지는 경사단부를 형성하여, 상기 금형으로 회절격자형성소재를 사출 성형하여 제조하는 것이다.

본 발명에 의하면, 회절격자를 사출 성형하기 위한 금형을 작성함에 있어서, 금형의 볼록면부를 절삭 작성할 때에는 하나의 바이트로 2회 절삭을 행하도록 한다. 이 때문에, 특별한 절삭용 바이트를 준비할 필요나, 바이트에 특수한 조정을 하는 일 없이, ± 1차 회절광의 부정합성을 적게 한 회절격자를 용이하게 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 회절격자부재의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명에 관한 회절격자부재(10)의 실시형태를 나타내는 것이다.

본 실시형태에 관한 회절격자부재(10)는 오목부 평면(13)과 볼록부 평면(14)을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부(15)를 가지는 것이다. 이와 같은 기본적인 회절격자부재의 구성은 종래예로서 나타낸 회절격자부재(100)와 동일하다.

또 본 예에 관한 회절격자부재(10)는 종래의 예와 동일한 목적인 DVD와 CD와의 겸용 광픽업에 사용되는 것이다.

또 본 예에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회절격자부재(10)에는 오목부 평면(13)과 볼록부 평면(14)이 설치되어, 오목부 평면(13)에는 오목부 평면(13) 및 볼록부 평면(14)의 병렬방향을 따라 동일한 경사각도(θ)(도 1)를 이루는 2열의 경사면(11, 12)으로 구성되고, 양쪽 경사면(11, 12) 사이에 계단형상 단차가 설치된 경사단부(16)가 형성되어 있다. 또한 본래이면 θ의 값은 0인 것이 바람직하나, 실제의 가공에서는 θ를 0으로 하는 데에는 시간이 걸리게 되어, 제품으로서 회절격자부재를 작성하면 매우 고가의 것이 되어 버린다.

따라서 본 예에 관한 회절격자부재(10)에 있어서는, 오목부 평면(13)은 2개의 경사면(11, 12)으로 경사단부(16)가 형성되어 있고, 2개의 경사면(11, 12) 중 하나의 경사면(12)의 가장 얕은 위치(12a)와, 다른 경사면(11)의 가장 깊은 위치(1 la)가 동일한 깊이 위치(h)에 형성되어 있다.

이와 같은 회절격자부재(10)에 의하면, 회절격자부재(10)의 오목부 평면(13)의 평균깊이는 설계한 값과 대략 동일한 값이 되어 있고, 각 면으로부터의 광은 그 위상차가 상쇄되어, 설계된 광학성능값과 가까운 값이 얻어진다.

즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 성형금형(20)의 요철(凹凸) 각 면부(23, 24)를 작성할 때의 바이트(30)의 경사에 의한, +1차광과 -1차광 사이에서의 불균형은 종래예에서 동일한 경사의 바이트를 사용한 경우에 비하면 1/4 정도로 저감시킬 수 있다.

다음에 본 발명에 관한 회절격자부재의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 예에서는, 회절격자부재(10)는 소정의 직사각형 회절격자의 요철이 형성된 성형금형(20)에 광학수지를 사출성형함으로써 형성된다.

즉, 본 예에서는 성형금형(20)에는 오목부 평면(24)〔사출성형된 회절격자부재(10)의 볼록부 평면(14)에 상당〕과 볼록부 평면(23)〔동일 오목부 평면(13)에 상당)을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자형성부(25)를 절삭 가공하여 설치한다.

이 성형금형(20)의 회절격자 형성부(25)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속으로 형성된 모재(40)를 바이트(30)로 절삭하여 볼록부 평면(23) 및 오목부 평면(24)을 형성한다.

본 예에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 성형금형(20)의 볼록부 평면(23)을 절삭 형성함에 있어서, 격자의 병렬방향으로 제 1회 및 제 2회로 나누어 동일한 바이트(30)로 동일한 이송조건으로 절삭하고, 각 회의 절삭에는 절삭가공용 바이트(30)의 절삭위치에 대하여 격자병렬방향으로 바이트(30)의 절삭개소를 전부(30a), 후부(30b)로 변경하여 절삭가공한다. 이 2회의 절삭가공에 이어서 오목부 평면(24)을 절삭하는 가공을 행한다.

이에 의하여, 성형금형(20)의 볼록부 평면(23)에 동일 경사각도를 이루는 2줄의 경사면(21, 22)이 형성되고, 또 오목부 평면(24)이 형성되게 된다. 이들 가공에 의해 양 경사면(21, 22)으로 이루어지는 볼록부 평면(23)과 오목부 평면(24)을 형성하여, 회절격자 형성부(25)를 형성한다.

성형금형(20)의 볼록부 평면(23)의 절삭에 대하여 상세하게 설명한다. 본 예에서는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 하나의 바이트(30)를 이동함으로써, 성형금형(20)의 볼록부 평면(23)을 전반의 경사면(21) 및 후반의 경사면(22)으로 나누어 절삭하고 있다.

이 절삭은 하나의 면에 대하여 1회로 완료시킬 필요는 없고, 필요한 회수절삭을 행하여 최종적인 평면을 형성할 수 있다.

본 예는, 바이트(30)의 폭(W)을 오목부 평면(24)의 폭(w)과 대략 동일한 것 으로 해 두고, 성형금형(20)의 오목부 평면(24)을 절삭하여, 볼록부 평면(23)을 절삭 작성함에 있어서는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 하나의 바이트(30)를 W/2에 상당하는 치수로 이송하도록 하여, 볼록부 평면(23)을 전반 및 후반을 따로따로 절삭하도록 하고 있다.

또한 본 예에 이와 같은 회절격자의 제조방법에 있어서는, 바이트(30)는 다이오드 단결정의 절삭칩을 설치한 통상의 금형절삭용 바이트를 사용하는 것으로 하고 있다.

이와 같은 절삭가공에 의하여, 본 예에서는 금형의 볼록부 평면(23)의 2개의 경사면(21, 22) 중 하나의 경사면(22)의 가장 높은 위치(22a)와, 다른 경사면(11)의 가장 낮은 위치(21a)가 동일한 깊이 위치가 된다.

본 예에서는, 이와 같이 작성한 금형을 사용하여 광학수지를 사출성형함으로써, 상기한 회절격자의 구성이 얻어진다. 이 사출성형의 방법은 종래부터의 공지의 방법이 사용된다.

본 예에 의하면, 특별한 형상의 금형절삭용 바이트을 사용하는 일이나, 바이트에 특수한 조정을 하는 일 없이, ± 1차 회절광의 차를 적게 한 회절격자를 용이하게 작성할 수 있다.

또한 상기 예에서는 회절격자부재의 오목부 평면(성형금형의 볼록부 평면)을 2개의 경사면으로 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명에서는 오목부 평면에 더하여 볼록부 평면을 복수의 경사면으로 구성할 수 있다. 또 회절격자부재의 볼록부 평면만을 복수의 경사면으로 구성할 수 있다.

상기한 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 성형금형(50)을 절삭형성할 때, 작성하는 회절격자부재(60)의 요철부 평면(53, 56)의 폭치수(w)의 대략 절반의 폭치수(W1)를 구비한 바이트(70)로 절삭함으로써 성형금형(50)을 성형할 수 있다.

이 때, 바이트(70)를 단지 평행 이동시킬뿐으로는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 성형금형(50)의 볼록부 평면(53)의 2개의 경사면(51, 52), 오목부 평면(56)의 2개의 경사면(54, 55)의 최고부 및 최저부는 서로 동일한 위치가 되어 버려, 상기한 실시형태예에 비하여 그 효과가 저하한다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 회절격자부재 및 제조방법에 의하면, 이하의 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에 의하면, 격자의 경사에 의한 깊이의 차를 작게 할 수 있어, ± 1차 회절광의 불균형을 해소할 수 있다.

또 본 발명에 관한 오목부 평면에 경사단부가 형성되어 있는 회절격자부재에 의하면, 회절격자부재의 오목면 평면에 대응하는 성형금형의 볼록부에 단을 절삭가공하는 것은 용이하게 되어, 금형을 정밀도 좋게 제조할 수 있다.

본 발명에 관한 회절격자부재에 의하면, 회절격자부재의 작성시에 발생하는 2개의 경사면의 최대 및 최소깊이는 회절격자부재 오목부의 설계이론값과 큰 차가 없어져, 설계된 광학성능값과 가까운 뛰어난 값이 얻어진다.

본 발명에 관한 회절격자부재의 제조방법에 의하면, 회절격자를 사출성형하기 위한 금형을 작성함에 있어서, 금형의 볼록면부를 절삭작성할 때에는 하나의 바이트로 2회 절삭을 행하도록 한다. 이 때문에, 특별한 절삭용 바이트을 준비할 필요나, 바이트에 특수한 조정을 하는 일 없이, ± 1차 회절광의 부정합성을 적게 한 회절격자를 용이하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 회절격자부재의 제조방법에 있어서의 금형과 회절격자의 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 회절격자부재의 제조방법에 있어서의 금형의 절삭의 상태를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 회절격자부재의 격자면의 기울기와 회절광의 불균형의 상태를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 관한 회절격자부재의 다른 예를 나타내는 단면도,

도 5는 종래예에 관한 회절격자부재를 나타내는 단면도,

도 6은 종래예에 관한 회절격자부재 사출성형용 고정구의 제조방법을 나타내는 단면도,

도 7은 종래예에 관한 회절격자부재의 회절면의 기울기를 나타내는 도,

도 8은 종래예에 관한 회절격자부재의 격자면의 기울기와 회절광의 불균형의 상태를 나타내는 그래프이다.

※ 도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명

10 : 회절격자부재 11 : 경사면

12 : 경사면 13 : 오목부 평면

14 : 볼록부 평면 15 : 회절격자부

16 : 경사단부 20 : 성형금형

21 : 경사면 22 : 경사면

23 : 볼록부 평면 24 : 오목부 평면

25 : 회절격자 형성부 30 : 바이트

40 : 모재 50 : 성형금형

51 : 경사면 52 : 경사면

53 : 볼록부 평면 54 : 오목부 평면

60 : 회절격자부재 70 : 바이트

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 회절격자부재로서,

   상기 오목부 평면과 볼록부 평면의 적어도 한쪽은 동일 방향으로 동일 경사각도를 이루는 복수의 경사면으로 구성되어, 양쪽 경사면 사이에 단차를 가지는 경사단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절격자부재에 있어서,

   상기 오목부 평면에 경사단부가 형성되어 있고, 상기 오목부 평면은 2개의 경사면에서 경사단부가 형성되어 있고, 2개의 경사면 중 하나의 경사면의 가장 얕은 위치인 오목부의 끝 가장자리부와, 다른 경사면의 가장 깊은 위치인 오목부의 끝 가장자리부가 동일 깊이 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
4. 오목부 평면과 볼록부 평면을 구비한 직사각형 웨이브형상의 회절격자부를 가지는 회절격자부재의 회절격자부를 성형하는 성형 금형의 볼록부 평면을 절삭함에 있어서,

   절삭면을 격자의 병렬방향으로 제 1회 및 제 2회로 나누어 동일한 바이트로 동일한 이송조건으로 절삭하고, 각 회의 절삭에는 절삭가공용 바이트의 절삭위치에 대하여 격자병렬방향으로 바이트의 절삭개소를 변경하여, 격자금형에 동일 방향으로 동일 경사각도를 이루는 복수의 경사면으로 구성되고, 양쪽 경사면 사이에 단차를 가지는 경사단부를 형성하여, 상기 금형으로 회절격자형성소재를 사출 성형하여 제조하는 회절격자부재의 제조방법.