KR100499015B1 - 위상지연판 및 이를 갖는 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복굴절성에 의한 위상지연 기능을 갖는 유기물박막과, 상기 유기물박막의 적어도 일 측면에 접착제에 의해 접착되는 고정기판을 갖는 위상지연판 및 이를 갖는 광픽업장치에 관한 것으로서, 상기 유기물박막의 선팽창계수(L1)와 상기 접착제의 선팽창계수(L2)와 상기 고정기판의 선팽창계수(L3) 간의 관계는 L1＞L2＞L3의 관계를 만족하며; 상기 유기물박막은 상기 유기물박막은 0 내지 π 사이의 위상지연값을 가지고 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 위상지연시키는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 장기간 동안의 온도변화에도 재료간의 고착상태를 견고하게 유지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 광대역 파장의 입사광에 대해서도 원하는 위상지연을 얻을 수 있는 위상지연판 및 이를 이용한 광픽업장치가 제공된다.

Description

위상지연판 및 이를 갖는 광픽업장치 {Wave retardation plate and optical pickup device has them}
본 발명은, CD(Compact Disc)나 DVD(Digital Versatile Disc) 등의 광디스크로부터 데이터를 읽는 광픽업장치에 마련되는 위상지연판에 관한 것이다.
광픽업장치(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(51)에서 발생된 빔을 빔스프리터(53)와 시준렌즈(55) 및 대물렌즈(57)를 거쳐 광디스크(59)로 집광 유도하고, 광디스크(59)로부터의 반사광을 광검출기(54)로 수광함으로써, 광디스크(59)에 저장된 데이터를 읽어낸다.
이때, 광원(51)에서는 선평광빔이 발생되어 광디스크(59)를 향하게 되는데, 이러한 선편광빔은 원편광빔(또는 타원편광빔)으로 변환된 후 광디스크(59)로 조사되어야 하고, 광디스크(59)에서 반사되는 원평광빔(또는 타원편광빔)은 다시 선편광빔으로 변환된 후 광검출기(54)로 전달되어야만 데이터를 읽어낼 수 있다.
이러한 빔의 편광상태를 변환시키기 위해서, 광원(51)과 광디스크(59) 사이의 빔 경로 상에 투과되는 빔의 위상을 지연시켜서 빔의 편광상태를 변환시키는 위상지연판(A)이 배치된다.
종래 위상지연판(A)은 수정 등의 무기물 단결정의 두께를 적절히 가공하여 투과되는 빔의 위상지연량을 조절함으로써, 빔의 편광상태를 변환하였다.
그러나, 이러한 무기물 단결정을 이용한 위상지연판(A)은 투과빔의 위상차의 입사각도 의존성이 크기 때문에, 원하는 위상지연량을 얻기가 매우 어렵고, 투과빔의 위상차의 입사각도 의존성에 의해서 위상지연판(A)이 빔의 평행광 형성 영역에 배치되어야 하므로 위상지연판(A)의 대면적화를 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 원하는 위상지연량을 얻기 위해서는 단결정의 두께를 미세하게 조절해야 하는데, 이를 위해서는 단결정의 광학적 연마공정 등 복작합 제조 공정을 거쳐야 하기 때문에, 제조가 어렵고 가격이 비싸다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 무기물 단결정을 이용한 위상지연판(A)은 광픽업장치의 장시간 가동시 온도상승에 의한 빔의 발진파장이 변동하는데 대응하지 못하여 원하는 빔의 위상지연량을 얻지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 위상지연판이 대한민국 공개 특허 공보 제2001-0089321호에 개시된 바 있다. 이 위상지연판은 복굴절성을 갖는 유기물박막을 접착제를 이용하여 빛의 투과 또는 반사기능을 갖는 고정기판의 표면에 접착시킨 구조를 가지고 있으며, 유기물박막의 선팽창계수(E1)와 접착제의 선팽창계수(E2 ) 및 고정기판의 선팽창계수(E3) 간의 관계가 E1＜E2 및 E3＜E 2의 관계를 만족하도록 되어 있다.
이 위상지연판은 빔의 위상 지연을 위한 복굴절 특성을 갖는 유기물박막을 이용함으로써, 별도의 가공공정이 필요 없이 원하는 위상지연량을 용이하게 얻을 수 있으며, 위상차 입사각도의 의존성이 적어 소형화의 실현이 가능하다. 따라서, 제조가 용이하며 제조비용이 절감된다.
또한, 유기물박막의 위상지연값이 온도변화에 대응하도록 되어 있기 때문에, 광픽업장치의 장시간 이용에 의한 온도상승시 빔의 발진파장 변동이 발생하더라도 원하는 위상지연량을 얻을 수 있다.
이때, 온도 상승에 의한 유기물박막의 팽창 변형을 우려할 수 있지만, 유기물박막과 접착제 및 고정기판 간의 선팽창계수가 E1＜E2 및 E3＜E 2의 관계를 만족하도록 되어 있기 때문에, 유기물박막과 고정기판의 팽창은 접착제에 의해 흡수되어 온도상승에 의한 변형을 방지할 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 유기물박막을 이용한 위상지연판에 있어서는, 접착제의 선팽장계수(E2)가 유기물박막의 선팽창계수(E1)와 고정기판의 선팽창계수(E 3)에 비해서 크게 형성되기 때문에, 온도상승에 의한 접착제의 길이변화가 크게 일어나게 되어 접착제의 접착 신뢰성이 저하되는 문제점을 안고 있다.
예를 들면, 전술한 특허 공개 공보에 개시된 바와 같이, 유기물박막과 접착제 및 고정기판 간의 선팽창계수가 E1＜E2 및 E3＜E2의 관계를 만족하기 위해서, 선팽창계수(E2)가 1.2x10-4/℃인 접착제를 사용하고, 유기물박막을 선팽창계수(E1) 6.2x10-6/℃인 폴리카보네이트로 사용하는 한편, 고정기판을 선팽창계수(E3) 95x10-7/℃인 유리기판으로 사용할 경우, 접착제와 고정기판 간의 차이가 110μm /℃정도가 된다.
그러면, 온도변화에 따른 접착제와 고정기판의 상대적 길이변화는 1℃의 온도변화에 대하여 약 110μm의 길이 차이가 나게 된다. 따라서, 이와 같이 많은 길이차이는 빈번한 온도변화에 의한 접착제의 길이변화에 따라 접착력 저하의 원인이 되고, 장기간 경과후에는 접착제의 고착상태가 저하되어 박리현상이 발생하는 문제점으로 대두된다.
한편, 이러한 종래의 유기물박막을 이용한 위상지연판에 있어서는, 입사광의 파장대역에 따라 이미 설정된 위상 지연값을 가지고 입사광의 편광상태를 조절하도록 되어 있다. 이에 따라, 입사광의 파장 범위가 크게 형성되는 광대역 파장에 대해서는 원하는 파장대의 입사광에 대한 위상지연을 위해서는 복수의 위상지연판을 제작해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 장기간 동안의 온도변화에도 재료간의 고착상태를 견고하게 유지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 광대역 파장의 입사광에 대해서도 원하는 위상지연을 얻을 수 있는 위상지연판 및 이를 이용한 광픽업장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 복굴절성에 의한 위상지연 기능을 갖는 유기물박막과, 상기 유기물박막의 적어도 일 측면에 접착제에 의해 접착되는 고정기판을 갖는 위상지연판에 있어서, 상기 유기물박막의 선팽창계수(L1)와 상기 접착제의 선팽창계수(L2)와 상기 고정기판의 선팽창계수(L3) 간의 관계는 L1＞L2＞L3의 관계를 만족하며; 상기 유기물박막은 0 내지 π 사이의 위상지연값을 가지고 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 위상지연시키는 것을 특징으로 하는 위상지연판에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 고정기판은 상기 유기물박막의 양 측면에 접착되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 고정기판의 적어도 일면에는 회절격자가 형성되어 있는 것이 효과적이다.
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한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따르면, 광원과, 상기 광원에서 조사되는 빔을 광기록매체로 집광 유도하는 대물렌즈와, 상기 광기록매체로부터 반사되어 상기 대물렌즈를 거친 빔을 수광하는 광검출기와, 상기 광원으로부터 상기 대물렌즈 및 상기 광검출기 사이에 형성되는 빔의 경로상에 마련되는 위상지연판을 갖는 광픽업장치에 있어서, 상기 위상지연판은 상기에 기재된 위상지연판인 것을 특징으로 하는 광픽업장치에 의해서 달성된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상지연판의 단면도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위상지연판(1)은 복굴절성을 갖는 유기물박막(10)과, 유기물박막(10)의 적어도 일측면에 도포되는 접착제(20)와, 접착제(20)에 의해 유기물박막(10)과 상호 접착되어 유기물박막(10)의 형태를 유지시키는 고정기판(30)을 가지고 있으며, 유기물박막(10)의 선팽창계수(L1)와 접착제(20)의 선팽창계수(L2) 및 고정기판(30)의 선팽창계수(L3) 간의 관계가 L1＞L2 ＞L3의 관계를 만족하도록 되어 있다.
유기물박막(10)은 전술한 L1＞L2＞L3관계를 만족하는 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리알릴레이트, 폴리에테르술폰, (지환족) 폴리올레핀, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리에테르이미드 중 어느 하나 또는 이들의 중합체에 복굴절성을 부여하여 위상차 발생기능을 갖도록 함으로써 제조될 수 있다.
이중 폴리카보네이트는 제품양산을 고려할 때 공업적 안정성 면에서 양호하므로 양산품 재질로 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이 유기물박막(10)의 재료는 유리전이온도는 110℃이상인 것을 사용하면, 온도상승에 의한 위상차 발생기능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 유기물박막(10)은 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 π/2 또는 π 만큼 위상지연 시킬 수 있는 위상지연값을 갖거나 0에서 π사이의 임의의 위상지연값을 갖는다.
이러한 위상지연값은 파장대역의 범위에 따라 입사광의 위상을 90°지연시켜서 선편광을 원편광으로 전환시키거나, 입사광의 위상을 180°지연시켜서 선평광을 90° 회전된 선편광상태로 전환시킬 수 있고, 또 0에서 π 사이의 임의의 원하는 위상지연값을 가질 경우 입사광의 평광상태에 따라 투과광의 편광상태를 복수의 위상지연판을 사용하지 않고도 단일의 위상지연판을 가지고 비교적 넓은 광대역 파장의 파장대역에 따라 입사광의 편광을 적절한 상태로 전환해 줄 수 있다.
접착제(20)는 전술한 L1＞L2＞L3관계와 UV경화성 또는 열경화성을 만족하는 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 우레아계, 멜라민계, 푸란수지계, 이소시아네이트계, 실리콘계, 셀룰로오스계, 아세트산비닐계, 염화비닐계, 고무계 중 어느 하나 또는 이들의 혼합계를 사용할 수 있다.
이 접착제(20)는 유기물박막(10)의 표면에 평활하게 일정한 두께로 도포되는 것이 파면수차를 줄이는데 바람직하다. 접착제(20)의 도포방법으로는 스핀코트 또는 롤 코트 등의 방법을 이용하면 도포작업이 용이하고 도포두께의 조절이 용이할 것이다.
또한, 접착제(20)는 유기물박막(10)과 거의 동일한 굴절율을 갖는 물질로 마련되는 것이 바람직하다. 이는 투과광의 산란을 줄이는 한편, 접착제(20)와 유기물박막(10)의 계면의 반사손실을 줄이기 위함이다.
고정기판(30)은 역시 전술한 L1＞L2＞L3관계를 만족하고 빛의 투과 및/또는 반사성능을 갖는 평활한 유리기판를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 고정기판(30)의 반사성능을 부여하는 방법으로는 유리기판 표면에 알루미늄 또는 그 외의 금속 등의 박막을 이용하여 반사면을 형성함으로써 가능하다.
이러한 구성을 갖는 위상지연판(1)의 구체적인 예를 들면, 유기물박막(10)으로서 선팽창계수(L1) 120 x 10-6/℃인 폴리카보네이트와, 접착제(20)로서 선팽창계수(L2) 63 x 10-6/℃인 아크릴계수지와, 고정기판(30)으로서 선팽창계수(L3 ) 7.2 x 10-6/℃인 유리기판으로 이루어진 위상지연판(1)의 예를 들 수 있다.
이 위상지연판(1)은 유기물박막(10)과 접착제(20) 및 고정기판(30)의 선팽창계수 관계가 L1＞L2＞L3관계를 만족하면서 그 차이가 50~70μm 정도가 됨으로써, 온도증가에 따른 유기물박막(10)과 고정기판(30)의 차이를 그 중간값을 갖는 접착제(20)에서 흡수하면서 유기물박막(10)의 변형을 방지할 수 있다.
특히, 접착제(20)의 선팽창계수가 크지 않으므로, 온도상승에 따른 접착제(20)의 길이변화 역시 큰 변화가 일어나지 않는다. 따라서, 장기간 동안 빈번한 온도변화가 발생하더라도 접착제(20)의 고착력이 유지되어 박리현상이 발생하지 않으며, 유기물박막(10)과 고정기판(30)간의 고착상태를 오랜 기간동안 견고하게 유지할 수 있다.
또한, 유기물박막(10)은 0 내지 π 사이의 위상지연값을 가지고 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 위상지연시키므로 복수의 위상지연판을 사용하지 않고도 단일의 위상지연판을 가지고 비교적 넓은 광대역 파장의 파장대역에 따라 입사광의 편광을 적절한 각도로 전환해 줄 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위상지연판의 단면도이다. 본 실시예에 따른 위상지연판(1)은 전술한 위상지연판(1)의 유기물박막(10)과 접착제(20) 및 고정기판(30) 간의 선팽창계수 L1＞L2＞L3관계를 만족하는 상태에서 유기물박막(10) 양 측면에 고정기판(30)을 접착시킨 구조를 가지고 있다.
본 실시예에 따른 위상지연판(1)의 구조는 전술한 제1실시예의 위상지연판(1)에 비해서 투과되는 빔의 발진파장이 온도변화에 의해 변동될 때 위상차 변동을 보다 효과적으로 보상할 수 있는 구조이다.
한편, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상지연판의 단면도이다. 본 실시예에 따른 위상지연판(1)은 전술한 제2실시예의 위상지연판(1)과 거의 동일한 구조를 가지고 있으며, 유기물박막(10)과 접착제(20) 및 고정기판(30) 간의 선팽창계수 L1＞L2＞L3관계를 만족하는 상태에서 양측의 고정기판(30) 일면에 회절격자(40)가 형성되어 있다.
본 실시예에 따른 위상지연판(1)은 투과되는 빔의 위상을 지연시켜서 빔의 편광상태를 변환시키는 기능과 함께, 투과되는 빔을 메인빔과 서브빔으로 나누어 메인빔은 광디스크(59')에서 정보를 읽어들이고, 서브빔은 트랙의 위치를 파악하여 광검출기(54')로 전달하는 기능을 동시에 구현할 수 있도록 한 것이다.
이때, 고정기판(30)에 회절격자(40)를 형성하는 구조는 전술한 제1실시예의 고정기판(30)에 적용할 수 있음은 물론이다.
전술한 각 실시예에 따른 위상지연판(1)들은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 광픽업장치(50')의 빔 경로상에 설치되어 온도변화에 대응하면서 투과빔의 편광상태를 변환하게 된다.
이와 같이, 유기물박막의 선팽창계수(L1)와 접착제의 선팽창계수(L2) 및 고정기판의 선팽창계수(L3) 간의 관계가 L1＞L2＞L3의 관계를 만족하는 위상지연판을 마련함으로써, 온도증가에 따른 유기물박막과 고정기판의 차이를 그 중간값을 갖는 접착제에서 흡수하여 유기물박막의 변형을 방지할 수 있으며, 접착제의 선팽창계수가 크지 않으므로, 온도상승에 따른 접착제의 길이변화 역시 큰 변화가 일어나지 않는다.
또한, 장기간 동안 빈번한 온도변화가 발생하더라도 접착제의 고착력이 유지되어 박리현상이 발생하지 않으며, 유기물박막과 고정기판간의 고착상태를 오랜 기간동안 견고하게 유지하여 위상지연판 및 이 위상지연판을 구비하는 광픽업장치의 제품 신뢰성이 현격하게 향상된다.
또한, 유기물박막은 0 내지 π 사이의 위상지연값을 가지고 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 위상지연시킴으로써, 단일의 위상지연판을 이용하여 광대역 파장의 입사광에 대한 편광상태를 적절한 상태로 전환해 줄 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장기간 동안의 온도변화에도 재료간의 고착상태를 견고하게 유지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 광대역 파장의 입사광에 대해서도 원하는 위상지연을 얻을 수 있는 위상지연판 및 이를 이용한 광픽업장치가 제공된다.
도 1은 일반적인 광픽업장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상지연판의 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위상지연판의 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상지연판의 단면도,
도 5a 내지 도 5c는 각각 도 2 내지 도 4의 위상지연판을 갖는 광픽업장치의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 위상지연판 10 : 유기물박막
20 : 접착제 30 : 고정기판
40 : 회절격자 50' : 광픽업장치

Claims (4)

  1. 복굴절성에 의한 위상지연 기능을 갖는 유기물박막과, 상기 유기물박막의 적어도 일 측면에 접착제에 의해 접착되는 고정기판을 갖는 위상지연판에 있어서,
    상기 유기물박막의 선팽창계수(L1)와 상기 접착제의 선팽창계수(L2)와 상기 고정기판의 선팽창계수(L3) 간의 관계는 L1＞L2＞L3의 관계를 만족하며;
    상기 유기물박막은 0 내지 π 사이의 위상지연값을 가지고 파장대역 400nm 내지 800nm 범위의 입사광을 위상지연시키는 것을 특징으로 하는 위상지연판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정기판은 상기 유기물박막의 양 측면에 접착되는 것을 특징으로 하는 위상지연판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정기판의 적어도 일면에는 회절격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상지연판.
  4. 광원과, 상기 광원에서 조사되는 빔을 광기록매체로 집광 유도하는 대물렌즈와, 상기 광기록매체로부터 반사되어 상기 대물렌즈를 거친 빔을 수광하는 광검출기와, 상기 광원으로부터 상기 대물렌즈 및 상기 광검출기 사이에 형성되는 빔의 경로상에 마련되는 위상지연판을 갖는 광픽업장치에 있어서,
    상기 위상지연판은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 위상지연판인 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
KR1020040069028A 2004-07-08 2004-08-31 위상지연판 및 이를 갖는 광픽업장치 KR100499015B1 (ko)

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