KR100540700B1 - Objective Lens for Optical-Storage Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 레이져 빔을 이용하여 광디스크에 기록 및 재생을 하는 초소형 광픽업에 장착되는 고 개구율 웨이퍼 기반의 일체형 대물렌즈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high aperture ratio wafer-based integrated objective lens mounted on a compact optical pickup for recording and reproducing on an optical disk using a semiconductor laser beam.

본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 광저장장치용 대물렌즈는, 광원으로부터 입사되는 평행광선에 대해 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면을 구비하는 홀로그램 플레이트와, 상기 홀로그램 플레이트의 홀로그램면을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈와, 상기 상부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 홀로그램 플레이트와 접착되는 상부측 웨이퍼와, 상기 상부측 웨이퍼에 지지된 반구형 렌즈로부터 조사되는 빛을 다시 굴절시켜 디스크면에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈와, 상기 하부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 상부측 웨이퍼의 하단면을 따라 접착되는 하부측 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 홀로그램 플레이트 및 렌즈 그리고 구조물 웨이퍼는 위치가 바뀔 수 있다. 또한, 본 발명은 웨이퍼가 합착될 때 간격을 유지시키는 스페이서 역할을 하도록 하는 웨이퍼 가공단계, 상기 단계로부터 가공된 웨이퍼상의 홀에 볼렌즈를 얹어 안착시키는 단계, 상기 단계에서 웨이퍼에 안착된 볼렌즈를 웨이퍼에 밀착시켜 고정시키기 위해 접착수단을 이용하여 볼렌즈를 웨이퍼에 본딩하는 단계, 상기 본딩 단계를 거쳐 웨이퍼상에 안착된 볼렌즈의 불필요한 구면을 제거하는 폴리싱 단계로 웨이퍼 기반의 렌즈로 제조될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 기반의 고 개구율, 높은 광학특성,제조에서의 우수한 공정성 등으로 양산이 가능한 초소형 차세대 광저장장치용 대물렌즈를 제공할 수 있다. An objective lens for a wafer-based optical storage device according to the present invention includes a hologram plate having a hologram surface for correcting aberration of an optical system with respect to parallel rays incident from a light source, and a beam passing through the hologram surface of the hologram plate. The upper side hemispherical lens refracted according to the radius, the upper side wafer bonded to the hologram plate to bond and support the upper side hemisphere lens through the hole, and the light irradiated from the hemispherical lens supported on the upper side wafer And a lower side hemispherical lens for refraction to focus on the disk surface, and a lower side wafer bonded along the bottom surface of the upper wafer to bond and support the lower side hemispherical lens through a hole. . Here, the hologram plate, the lens and the structure wafer may be changed in position. In addition, the present invention is a wafer processing step to serve as a spacer to maintain a gap when the wafer is bonded, the step of mounting the ball lens in the hole on the wafer processed from the step, the ball lens seated on the wafer in the step Bonding the ball lens to the wafer using an adhesive means to adhere and fix the wafer to the wafer; and polishing the ball lens to remove unnecessary spherical surfaces of the ball lens seated on the wafer through the bonding step. have. Accordingly, it is possible to provide an ultra-small sized next-generation optical storage device that can be mass-produced with a wafer-based high aperture ratio, high optical characteristics, excellent processability in manufacturing, and the like.

광저장장치,웨이퍼,대물렌즈,광학렌즈,광픽업Optical storage device, wafer, objective lens, optical lens, optical pickup

Description

웨이퍼 기반의 광저장장치 대물렌즈{Objective Lens for Optical-Storage Device}Objective Lens for Optical-Storage Device

도 1은 일반적인 광저장장치용 광픽업의 광경로 도식도1 is a schematic diagram of an optical path of an optical pickup for a general optical storage device;

도 2는 종래의 초소형 광저장장치용 대물렌즈의 구성을 보인 도면2 is a view showing the configuration of an objective lens for a conventional ultra-compact optical storage device

도 3은 광통신 분야에서 알려진 렌즈의 구성을 보인 보면Figure 3 shows the configuration of a lens known in the optical communication field

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구성도4 is a configuration diagram of the objective lens of the wafer-based form according to the present invention

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구성도5 is a configuration diagram of another wafer-based objective lens according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구성도Figure 6 is another wafer-based objective lens configuration in accordance with the present invention

도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 광저장장치용 대물렌즈의 구동 및 특성을 설명하기 위한 도면7 is a view for explaining the driving and characteristics of the objective lens for a wafer-based optical storage device according to the present invention

도 8의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 대물렌즈 제작에서 볼렌즈 웨이퍼 제작방법을 설명하기 위한 도면8A to 8D are views for explaining a ball lens wafer manufacturing method in manufacturing a wafer-based objective lens according to the present invention;

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

50:홀로그램플레이트 51:홀로그램면50: hologram plate 51: holographic surface

52:상부측반구형렌즈 53:홀52: upper side hemispherical lens 53: hole

54:상부측웨이퍼 55:디스크면54: upper side wafer 55: disk surface

56:하부측반구형렌즈 57:홀56: lower side hemispherical lens 57: hole

58:하부측웨이퍼 60:접착층58: lower side wafer 60: adhesive layer

72:공간 72: space

본 발명은 반도체 레이져 빔을 이용하여 광디스크에 기록 및 재생을 하는 초소형 광픽업에 장착되는 고 개구율 웨이퍼 기반의 일체형 대물렌즈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high aperture ratio wafer-based integrated objective lens mounted on a compact optical pickup for recording and reproducing on an optical disk using a semiconductor laser beam.

CD와 DVD 그리고 차세대 광저장장치로 개발되고 있는 블루-레이 디스크(BD)는 개구수(NA:Numerical Aperture) 0.85의 대물렌즈와 405nm의 파장을 가진 청자색 계열의 레이저 다이오드(LD)를 장착함으로써 저장용량의 증대를 꾀하고 있으며, 이와 더불어 휴대폰, 노트북 PC, MP3 재생기등 휴대기기의 수요가 늘어날 것으로 예상되면서, 휴대용 저장장치로서의 응용개발이 진행되고 있다.The Blu-ray Disc (BD), which is being developed as a CD, DVD, and next-generation optical storage device, is stored by mounting an NA (Numerical Aperture) 0.85 objective lens and a blue violet laser diode (LD) with a wavelength of 405 nm. As capacity is increasing, and demand for mobile devices such as mobile phones, notebook PCs, and MP3 players is expected to increase, application development as a portable storage device is progressing.

최근 발표된 1 인치 디스크기반의 1GB 저장용량급 광저장장치는 BD 계열의 규격을 가지며 초소형 광저장장치의 가시적 가능성을 제시해 주었다. 그러나 초소형 광저장장치의 개발을 위해서는 기존의 픽업보다 작으면서도 충분한 성능이 확보될 수 있는 새로운 픽업 어셈블리가 개발되어 제공되어야 하며, 여기에 필수적으로 장착되는 초소형 광학렌즈의 개발도 선행과제로 수행되어야 할 필요성이 있었다. The recently announced 1-inch disk-based 1GB storage class optical storage device has a BD-based standard and presents the visible possibility of ultra-compact optical storage device. However, in order to develop an ultra-small optical storage device, a new pickup assembly capable of securing sufficient performance while being smaller than an existing pickup has to be developed and provided. There was a need.

이와 같은 초소형 광저장장치를 구현하기 위해 필수적인 구성이 되는 광학렌즈의 설계 및 구조 그리고 제조 등과 관련된 종래의 기술적인 문제점 등을 광저장 장치를 중심으로 설명하면 다음과 같다. The conventional technical problems related to the design, structure, and manufacture of an optical lens, which are essential components for implementing such a microscopic optical storage device, will be described with reference to the optical storage device.

일반적인 광저장장치의 주요부분은, LD에서 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 렌즈(Collimating Lens)와, 상기 렌즈를 통과하여 나온 광을 분광하는 빔 분광판(Beam Splitter)과, 분광판을 통과하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하는 대물렌즈, 그리고 광검출렌즈 및 포토디텍터(Photo Detector) 등으로 이루어진다. The main part of the general optical storage device includes a lens for converting light from LD into parallel light, a beam splitter for spectroscopy of the light passing through the lens, and It consists of an objective lens that focuses the disk surface, and a photodetector lens and a photo detector.

대물렌즈가 적용된 일반적인 광저장장치용 광픽업의 광경로는 도 1과 같다. 도 1은 CD 및 DVD 등의 광저장장치용 광픽업의 일반적인 광경로를 나타내 준다. 광픽업의 광경로는 도 1과 같이, LD 즉, 레이져 다이오드(1)에서 나온 빔(8)은 시준렌즈(2)로 들어가 평행광선이 된다. 이 광선은 빔 분광판(3)에서 진행방향으로 투과하여 대물렌즈(4)를 거쳐 디스크면(7)에 초점을 맺게 된다. 이 광선은 디스크면(7)에서 반사되어 역순으로 다시 대물렌즈(4)를 지나 빔 분광판(3)에서 반사되어 역순으로 다시 대물렌즈를 지나 빔분광판에서 반사되어 광검출렌즈(5)를 거쳐 포트디텍터(6)에 의해 신호로 변환된다.The optical path of the optical pickup for the general optical storage device to which the objective lens is applied is shown in FIG. 1 shows a general optical path of an optical pickup for an optical storage device such as a CD and a DVD. As shown in FIG. 1, the optical path of the optical pickup, that is, the beam 8 from the LD, that is, the laser diode 1, enters the collimating lens 2 and becomes parallel rays. This light beam is transmitted by the beam spectroscopy plate 3 in the advancing direction to focus on the disk surface 7 via the objective lens 4. This light beam is reflected on the disk surface 7 and again in the reverse order through the objective lens 4 and in the beam spectroscopy plate 3 in the reverse order and then again through the objective lens and in the beam splitter plate to reflect the photodetecting lens 5. Through the port detector 6 is converted into a signal.

도 1과 같은 광저장장치에서 광선의 스폿 사이즈(Spot Size)인 빔직경과 개구수는 다음과 같은 수학식에 의해 설명된다.In the optical storage device as shown in FIG. 1, the beam diameter and the numerical aperture, which are the spot size of the light beam, are described by the following equation.

즉, LD에 의해 나온 광선의 파장을 λ, 디스크의 굴절률을 n, 렌즈에 의해 굴절된 광선이 초점에 입사되는 각도를 θ라고 할 경우,That is, when λ is the wavelength of the light emitted by LD, n is the refractive index of the disk, and θ is the angle at which the light refracted by the lens is incident on the focal point,

개구수(NA)=nsinθNumerical aperture (NA) = nsinθ

스폿 사이즈=

Figure 112003005797982-pat00013
Spot size =
Figure 112003005797982-pat00013

로 나타낼수 있다.It can be represented as

즉 NA의 증가와 λ의 감소에 따라 스폿 사이즈를 줄일 수 있으며, 스폿 사이즈의 감소는 같은 면적에 많은 기록마크를 기록할 수 있게 해 저장용량의 증대를 가져올 수 있다.That is, the spot size can be reduced by increasing NA and decreasing λ, and reducing the spot size can increase the storage capacity by enabling the recording of many recording marks in the same area.

일반적으로 CD가 개구율 0.45의 대물렌즈와 파장 780nm를 쓰는데 반해 DVD는 개구율 0.6의 대물렌즈와 650nm의 파장을, 차세대 DVD인 블루-레이(Blue-lay) 디스크(BD)의 경우는 개구율 0.85의 대물렌즈와 405nm의 LD파장을 이용한다. 각각의 저장용량은 12cm의 단면 디스크에 CD가 최대 700MB. DVD는 4.7GB, BD는 27GB이상의 저장용량을 가질 수 있다. In general, a CD uses an objective lens with an aperture ratio of 0.45 and a wavelength of 780 nm, whereas a DVD uses an objective lens with an aperture ratio of 0.6 and a wavelength of 650 nm, and an objective with an aperture ratio of 0.85 for a next-generation DVD, Blue-lay Disc (BD). A lens and LD wavelength of 405nm are used. Each storage capacity is up to 700MB with a CD on a 12cm single sided disc. DVDs can have more than 4.7GB of storage and BDs up to 27GB.

BD는 기존의 CD, DVD와 같은 데스크탑용 및 오디오 비데오(A/V)용 뿐만 아니라, 향후 수요가 늘어날 것으로 예상되는 휴대폰, 노트북 PC, MP3 재생기등 휴대기기에 적용하기 위해 디스크 1인치(inch) 크기의 소형의 휴대용 광저장장치로서의 응용개발이 진행되고 있다.BD is not only used for desktop and audio video (A / V) such as CDs and DVDs, but also for use in mobile devices such as mobile phones, notebook PCs, and MP3 players that are expected to increase in the future. Application development as a small size and portable optical storage device is in progress.

초소형 휴대용 광저장장치는 휴대성을 높이기 위해 장치의 크기를 줄이고 높은 저장밀도를 가진 BD의 작동원리를 이용해 직경 1인치의 디스크상에 기록/재생을 하도록 한 광저장장치의 일종으로써, 이를 개발하기 위해서는 기존의 CD, DVD 와는 별도로 신호처리기술, 기존의 픽업보다 작으면서도 성능이 확보될 수 있는 새로은 광픽업이 개발되어야 하며, 또한 필수적으로 광픽업에 장착될 초소형 대물렌즈 개발이 필요하다.The ultra-portable optical storage device is a kind of optical storage device that allows recording / playback on a 1-inch-diameter disk using BD's principle of operation and its high storage density to increase portability. In order to develop a new optical pickup that can secure performance while being smaller than conventional pickups, it is necessary to develop an ultra-small objective lens to be mounted on the optical pickup.

현재 이같은 초소형 광저장장치용 대물렌즈는 두 개의 비구면을 가진 몰딩 가공렌즈의 결합 형태와 비구면을 가진 몰딩 렌즈 하나와 구면을 가진 몰딩 렌즈의 결합 형태, 또한 도 2와 같이 양쪽 비구면을 가진 몰딩렌즈(10) 하나와 멤스(MEMS) 공정을 이용한 에칭 렌즈(11)하나의 혼합형태가 있는데, 이러한 몰딩 렌즈(10)가 포함된 형태의 경우, 비구면의 형상 제작시 오차 관리가 쉽지 않으며, 조립시 각 렌즈를 별도로 기계적 구조물(12)에 거치 시켜야 하므로 픽업 내부의 온도 변화 등에 따른 변형으로 렌즈부인 몰딩렌즈(10)와 에칭렌즈(11) 그리고 구조물(12) 사이에 갭(gap)이 존재할 우려가 있어 성능열화의 원인이 되고, 특히, 각 렌즈끼리의 정열(alignment)이 어려운 단점이 있어 실제 제작 및 양산 단계에서 렌즈의 정열과 구조물 처리에 따라 그 만큼 작업성이 저하되고 고정도로 제조되는 고품질의 렌즈 제조가 어려운 문제로 나타나고 있다.At present, such an optical lens for an ultra-small optical storage device has a combination of two aspherical molding lenses and one aspherical molding lens and a spherical molding lens, as shown in FIG. 10) There is a mixed form of one and the etching lens 11 using the MEMS process, in the case of the shape including the molding lens 10, it is not easy to manage the error when manufacturing the aspherical shape, Since the lens must be separately mounted on the mechanical structure 12, a gap may exist between the molding lens 10, the etching lens 11, and the structure 12, which are lens parts, due to deformation due to temperature change in the pickup. It is a cause of deterioration of performance, and in particular, it is difficult to align each lens. As a result, workability depends on the alignment and structure of the lens during actual manufacturing and mass production. Decreases and high quality of the lens produced, so it appears to be produced as a difficult problem.

광통신 분야에서 알려진 또 다른 렌즈가 있다. 이 렌즈는 도 3과 같이 웨이퍼 기반의 지지 구조로서, 커버글래스(20)와 고 굴절 수지(21)를 합착하고, 고 굴절 수지(21)를 중심으로 렌즈(L1,L2,L3)를 실리카 웨이퍼(S1,S2)로 광 통과용 틈새(22)를 두어 제조된 렌즈이다.There is another lens known in the optical communication field. This lens is a wafer-based support structure as shown in FIG. 3, in which the cover glass 20 and the high refractive resin 21 are bonded together, and the lenses L1, L2, and L3 are formed around the high refractive resin 21. It is a lens manufactured by placing a gap 22 for light passing through S1 and S2.

상기 렌즈는 광통신용으로 에칭 렌즈 레이어(layer)의 결합에 의한 웨이퍼 기반 렌즈(wafer based lens)로 볼 수 있으나, 이는 광저장장치의 렌즈로 사용하기 어려운 단점이 있다. 즉, 광저장장치에서는 필수적인 커버 글래스(29) 레이어(layer)와 렌즈(L1,L2,L3)와 커버 글래스(20) 레이어간의 거리인 작동거리(working distance)가 고려되지 않았으며, 기존 에칭에 의한 제조방법으로 는, 높은 곡률(Sag hight ; 웨이퍼(S1,S2) 기판에서 렌즈 정점(vertex)까지의 거리)을 얻을 수 없었고, 이러한 제조상의 한계로 인해 NA 0.7수준까지만 제작되어 있다.The lens may be regarded as a wafer based lens by combining an etched lens layer for optical communication, but it is difficult to use as a lens of an optical storage device. That is, in the optical storage device, the working distance, which is a distance between the cover glass 29 layer and the lenses L1, L2, L3 and the cover glass 20 layer, is not considered. In this manufacturing method, high curvature (Sag hight; distance from the wafers S1 and S2 substrate to the lens vertex) cannot be obtained, and due to this manufacturing limitation, only the NA 0.7 level is produced.

따라서 본 발명의 목적은 초소형 광저장장치에 기구적 재설계나 정열을 위한 세팅없이 웨이퍼를 기반으로 그대로 적용할 수 있는 대물렌즈를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an objective lens that can be applied to a microscopic optical storage device as it is, based on a wafer without mechanical redesign or setting for alignment.

본 발명의 다른 목적은 볼렌즈와 홀로그램을 사용하여 적절한 광파워와 원하는 고 개구율을 얻을 수 있으면서도 오차요인에 둔감하고 빛의 회절현상을 홀로그램을 통해 수차 보정이 가능하도록 하여 초소형 광저장장치에서 요구되는 대물렌즈를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to obtain a suitable optical power and the desired high aperture ratio by using a ball lens and a hologram, while being insensitive to error factors and allowing aberration correction of light diffraction through holograms, which is required in a micro optical storage device. It is to provide an objective lens.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼를 기반으로 볼렌즈를 거치하는데 있어서 웨이퍼에 스페이서 기능을 포함시킴에 의해 설계의 제약조건을 없애고 제조 공정을 줄일 수 있게 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광저장장치용 대물렌즈는, 레이저다이오드(LD)의 광원으로부터 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 시준렌즈와, 상기 렌즈를 통과해서 나온 광을 분광하는 분광판과, 상기 분광판을 통과하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하기 위한 대물렌즈와, 상기 분광판으로 입사된 광을 검출하여 신호로 변환시키기 위해 광을 포토디텍터로 보내는 광검출렌즈로 이루어지는 광저장장치용 광픽업에 있어서,
Yet another object of the present invention is to include a spacer function in the wafer to mount the ball lens based on the wafer, thereby eliminating design constraints and reducing the manufacturing process.
An objective lens for an optical storage device according to the present invention for achieving the above object includes a collimating lens for converting light from a light source of a laser diode (LD) into parallel light, and a spectroscopic plate for spectroscopy of light emitted through the lens. And an objective lens for focusing light emitted from the spectroscopic plate onto a disk surface, and a light detecting lens for transmitting light to a photodetector for detecting and converting light incident on the spectroscopic plate into a signal. In the optical pickup for storage devices,

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상기 광저장장치의 대물렌즈는,The objective lens of the optical storage device,

광원으로부터 입사되는 평행광선을 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면을 구비하는 홀로그램 플레이트와,A hologram plate having a hologram surface for correcting aberration of an optical system having parallel light incident from a light source;

상기 홀로그램 플레이트의 홀로그램면을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈와,An upper side hemispherical lens for refracting a beam passing through the hologram surface of the hologram plate according to a radius of curvature;

상기 상부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 홀로그램 플레이트와 접착되는 상부측 웨이퍼와,An upper wafer adhered to the hologram plate to support the upper hemisphere lens by bonding it through the hole;

상기 상부측 웨이퍼에 지지된 반구형 렌즈로부터 조사되는 빛을 다시 굴절시켜 디스크면에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈와,A lower hemispherical lens for refocusing the disk surface by refracting light emitted from the hemispherical lens supported on the upper wafer;

상기 하부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 상부측 웨이퍼의 하단면을 따라 접착되는 하부측 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 또 다른 광저장장치용 대물렌즈는, 레이저다이오드(LD)의 광원으로부터 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 시준렌즈와, 상기 렌즈를 통과하여 나온 광을 분광하는 분광판과, 상기 분광판을 통과하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하기 위한 대물렌즈와, 상기 분광판으로 입사된 광을 검출하여 신호로 변환시키기 위해 광을 포토디텍터로 보내는 광검출렌즈로 이루어지는 광저장장치용 광픽업에 있어서,
And a lower side wafer adhered along a lower surface of the upper side wafer in order to support the lower side hemispherical lens through a hole.
Another objective lens for an optical storage device according to the present invention includes a collimating lens for converting light from a light source of a laser diode (LD) into parallel light, a spectroscopic plate for spectroscopy of light passing through the lens, and the spectroscopy. Light for an optical storage device comprising an objective lens for focusing light from a plate onto a disk surface, and a photodetector lens for transmitting light to a photo detector for detecting and converting light incident on the spectroscopic plate into a signal. In the pickup,

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상기 광저장장치의 대물렌즈는, The objective lens of the optical storage device,                         

광원으로부터 입사되는 평행광선을 자체 곡률반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈와,An upper hemispherical lens for refracting parallel light incident from a light source according to a radius of curvature thereof;

상기 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하는 상부측 웨이퍼와,An upper wafer for bonding and supporting the hemispherical lens through a hole;

상기 상부측 반구형 렌즈를 통해 굴절된 광선을 보내고 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면을 구비하는 홀로그램 플레이트와,A hologram plate having a hologram surface for transmitting a refracted ray through the upper hemispherical lens and correcting aberration of the optical system;

상기 홀로그램 플레이트의 홀로그램면을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시켜 디스크면에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈와,A lower hemispherical lens for refraction of the beam passing through the hologram surface of the hologram plate according to a radius of curvature to focus on the disk surface;

상기 하부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하는 하부측 웨이퍼와,A lower wafer for bonding and supporting the lower hemisphere lens through a hole;

상기 하부측 웨이퍼와 홀로그램 플레이트를 일정한 거리를 유지시켜 접착시키고 상,하부측 반구형 렌즈의 광축을 중심으로 광통로를 형성하기 위해 홀로그램 플레이트와 하부측 웨이퍼 사이에 형성되는 접착층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이렇게 광저장장치용 대물렌즈를 구성하는데 있어서 홀로그램과 웨이퍼 기반의 대물렌즈를 구성하면, 크기의 소형화가 가능하고, 웨이퍼 레이어들은 리소그래피 공정에 의해 확보될 수 있는 얼라인먼트 오차 수준으로 각 콤퍼넌트의 조립을 가능하게 할 수 있으며, 대량생산시 기존의 렌즈형태 가공보다 양산성 측면에서 유리하다. 또한 웨이퍼 기반 레벨로 렌즈를 제작할 때 기존에 주류를 이루던 에칭렌즈가 가지는 NA의 한계를 볼렌즈를 이용하여 극복할 수 있으면서도 광저장장치에서 요구되는 성능을 만족시켜 초소형 광저장장치용 대물렌즈로 적용이 가능하며, 향후 광픽업용 모듈을 일체형으로 제작하는 기초 기술로 활용될수 있다.
The lower side wafer and the hologram plate are adhered to each other at a constant distance, and an adhesive layer is formed between the hologram plate and the lower side wafer to form an optical path around an optical axis of the upper and lower hemispherical lenses.
Thus, when the hologram and the wafer-based objective lens are configured in the optical storage device, the size can be reduced, and the wafer layers can be assembled at the component level with the alignment error level that can be secured by the lithography process. In mass production, it is more advantageous in terms of mass production than conventional lens processing. In addition, when the lens is manufactured at the wafer-based level, it is possible to overcome the limitation of NA, which has been the mainstream etched lens, by using the ball lens, while satisfying the performance required in the optical storage device, and applying it as the objective lens for the micro optical storage device. This is possible, and can be used as a basic technology to manufacture the module for the optical pickup in the future.

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이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 이다. 도 5는 본 발명에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구성이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구성을 나타낸다. 도 7은 본 발명에 따른 대표적인 웨이퍼 기반의 광저장장치용 대물렌즈의 구동 및 특성을 설명하기 위한 도면이며, 도 8의 (a)~(d)는 본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 대물렌즈 제작에서 볼렌즈 웨이퍼 가공의 공정예를 순서적으로 나타낸 것이다.4 is a wafer-based objective lens according to the present invention. 5 is another wafer-based objective lens configuration according to the present invention, Figure 6 shows another wafer-based objective lens configuration according to an embodiment of the present invention. 7 is a view for explaining the driving and characteristics of a representative wafer-based optical storage device according to the present invention, Figure 8 (a) ~ (d) is a wafer-based objective lens manufacturing in accordance with the present invention Process example of ball lens wafer processing is shown in order.

본 발명에 따른 광저장장치용 대물렌즈는 도 4 내지 도 6과 같이 웨이퍼 기반 형태로 조합되어 있다.The objective lens for the optical storage device according to the present invention is combined in a wafer-based form as shown in FIGS. 4 to 6.

즉, 레이저다이오드(LD)의 광원으로부터 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 시준렌즈, 상기 렌즈를 통과하여 나온 광을 분광하는 분광판, 상기 분광판을 통과 하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하기 위한 대물렌즈, 상기 분광판으로 입사된 광을 검출하여 신호로 변환시키기 위해 광을 포토디텍터로 보내는 광검출렌즈로 이루어지는 광저장장치에 웨이퍼 기반으로 적용하기 위한 것이다. That is, a collimating lens that converts light from the light source of the laser diode LD into parallel light, a spectroscopic plate for spectroscopy of the light passing through the lens, and the light emitted through the spectroscopic plate to focus on the disk plane. The present invention relates to a wafer-based optical storage device including an objective lens and a photodetector lens that sends light to a photo detector for detecting and converting light incident on the spectroscopic plate into a signal.

본 발명에 따른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구조는, 도 4과 같이 한 개의 홀로그램광소자(HOE:Hologram Optical Element) 플레이트 웨이퍼와 두 개의 웨이퍼상에 고정된 반구형태의 볼렌즈로 구성할 수 있다. The wafer-based objective lens structure according to the present invention may be composed of one hologram optical element (HOE) plate wafer and a hemispherical ball lens fixed on two wafers as shown in FIG. 4.

구체적으로는, 광원으로부터 입사되는 평행광선을 보내고 광학계가 지니는 수차를 회절효과를 이용하여 보정하는 홀로그램면(51)을 구비하는 홀로그램 플레이트(50)와, 홀로그램 플레이트(50)의 홀로그램면(51)을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절 시키는 상부측 반구형 렌즈(52)와, 상부측 반구형 렌즈(52)를 홀(53)을 통해 본딩하여 지지하기 위해 홀로그램 플레이트(50)와 접착되는 상부측 웨이퍼(54)와, 상부측 웨이퍼(54)에 지지된 반구형 렌즈(52)로부터 조사되는 빛을 다시 굴절시켜 디스크면(55)에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈(56)와, 하부측 반구형 렌즈(56)를 홀(57)을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 상부측 웨이퍼(54)의 하단면을 따라 접착되는 하부측 웨이퍼(58)를 차례로 웨이퍼 기반으로 구성할 수 있다.Specifically, a hologram plate 50 having a hologram surface 51 for transmitting parallel light incident from a light source and correcting an aberration of the optical system using a diffraction effect, and a hologram surface 51 of the hologram plate 50. The upper side hemispherical lens 52 for refracting the beam passing through the curvature radius, and the upper side wafer bonded to the hologram plate 50 for bonding and supporting the upper side hemispherical lens 52 through the hole 53 ( 54, a lower side hemispherical lens 56 for refracting light emitted from the hemispherical lens 52 supported on the upper side wafer 54 to focus on the disk surface 55, and a lower side hemispherical lens ( In order to bond and support 56 through the hole 57, the lower side wafer 58 adhered along the lower surface of the upper side wafer 54 may be sequentially configured on a wafer basis.

선택적으로, 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)를 지지하는 상,하부측 웨이퍼(54)(58)상의 홀(53)(57) 경사각은 좌우 대칭으로 동일한 경사각으로 하여 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)에 대하여 동일한 정열각을 설정할 수 있다. 여기서 홀(53)(57)는 렌즈를 지지하는 동시에 렌즈를 투과하는 광통로가 된다. 또한 홀는 렌즈를 중심으로 그 하부측은 이웃하는 다른 웨이퍼와 스페이서를 형성하는 공간을 구비한다. Optionally, the inclination angles of the holes 53 and 57 on the upper and lower wafers 54 and 58 that support the upper and lower hemispherical lenses 52 and 56 are the same inclination angle in the left and right, and the upper and lower sides are the same. The same alignment angle can be set for the hemispherical lenses 52 and 56. Here, the holes 53 and 57 serve as light paths that pass through the lens while supporting the lens. The hole also has a space around the lens, the lower side of which forms a spacer with another neighboring wafer.

또한, 상,하부측 웨이퍼(54)(58)상에 형성되는 홀(53)(57)은 하부측으로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지게 설계하여 서로 크기가 다른 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)를 지지하도록 구성할 수 있다.In addition, the holes 53 and 57 formed on the upper and lower wafers 54 and 58 are designed to gradually narrow in width toward the lower side, so that the upper and lower hemispherical lenses 52 having different sizes from each other ( 56).

또한, 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)의 형상이 대칭인 조건에서 상부측 반구형 렌즈(52) 사이즈가 하부측 반구형 렌즈(56) 사이즈에 비해 보다 크게 하여 빛의 굴절각을 점진적으로 크게 유도하도록 구성할 수 있다. In addition, the size of the upper hemispherical lens 52 and the lower hemispherical lens 52 is larger than that of the lower hemispherical lens 56 under the condition that the shapes of the upper and lower hemispherical lenses 52 and 56 are symmetrical. Can be configured to induce.

본 발명에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구조는, 도 5과 같이 하나의 홀로그램과 두 개의 반구형 볼렌즈로 이루어진 대물렌즈로서, 홀로그램이 두 반구형 볼렌즈 사이에 위치하는 구조이다.Another wafer-based objective lens structure according to the present invention is an objective lens composed of one hologram and two hemispherical ball lenses as shown in FIG. 5, and the hologram is positioned between the two hemispherical ball lenses.

구체적으로는, 광원으로부터 입사되는 평행광선을 자체 곡률 반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈(52)와, 상부측 반구형 렌즈(52)를 홀(53)을 통해 본딩하여 지지하는 상부측 웨이퍼(54)와, 상부측 반구형 렌즈(52)를 통해 굴절된 광선을 보내고 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면(51)을 구비하는 홀로그램 플레이트(50)와, 홀로그램 플레이트(50)의 홀로그램면(51)을 지난 빔을 곡률 반경에 따라 굴절시켜 디스크면(55)에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈(56)와, 하부측 반구형 렌즈(56)를 홀(57)를 통해 본딩하여 지지하는 하부측 웨이퍼(58)와, 하부측 웨이퍼(58)와 홀로그램 플레이트(50)를 일정한 거리를 유지시켜 접착시키고 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)의 광축을 중심으로 광통로(59)를 형성하기 위해 홀로그램 플레이트(50)와 하부측 웨이퍼(58) 사이에 접착층(60)을 두어 웨이퍼 기반 의 대물렌즈를 구성할 수 있다.Specifically, the upper side hemispherical lens 52 for refracting parallel light incident from the light source according to its radius of curvature, and the upper side wafer 54 for bonding and supporting the upper side hemispherical lens 52 through the hole 53. ), A hologram plate (50) having a hologram surface (51) for transmitting the refracted light through the upper side hemispherical lens (52) and correcting aberration of the optical system, and a hologram surface (51) of the hologram plate (50). The lower side hemispherical lens 56 for refraction of the beam passing through the curvature radius to focus on the disk surface 55 and the lower side wafer for bonding the lower side hemispherical lens 56 by bonding through the hole 57. 58 and the lower wafer 58 and the hologram plate 50 are bonded at a constant distance to form the optical path 59 around the optical axes of the upper and lower hemispherical lenses 52 and 56. Hologram plate 50 and lower side wafer 58 The wafer-based objective lens may be formed by placing the adhesive layer 60 between the layers.

여기서, 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)의 형상은 비대칭이고, 상부측 반구형 렌즈(52)의 사이즈가 하부측 반구형 렌즈 사이즈(56)에 비해 보다 크게 하여 빛의 굴절 차이를 유도할 수 있도록 구성할 수 있다.Here, the shapes of the upper and lower hemispherical lenses 52 and 56 are asymmetric, and the size of the upper hemispherical lens 52 is larger than that of the lower hemispherical lens size 56 to induce the difference in refraction of light. It can be configured to be.

본 발명에 따른 또 다른 웨이퍼 기반 형태의 대물렌즈 구조는, 도 6과 같이 하나의 홀로그램 플레이트와 하나의 반구형 볼렌즈로 구성된 대물렌즈의 구조이다.Another wafer-based objective lens structure according to the present invention is the structure of the objective lens consisting of one hologram plate and one hemispherical ball lens as shown in FIG.

구체적으로는, 광원으로부터 입사되는 평행광선을 렌즈로 보내고 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면(51)을 구비하는 홀로그램 플레이트(50)와, 홀로그램 플레이트(50)의 홀로그램면(51)을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시켜 디스크면(55)에 초점을 맺게하는 반구형 렌즈(56)와, 반구형 렌즈(56)를 광통로를 형성하여 홀(57)을 통해 본딩하여 지지하는 웨이퍼(58)를 차례로 정렬하여 웨이퍼 기반의 대물렌즈를 구성할 수 있다.
도 4 내지 도 6과 같이 웨이퍼 기반 형태로 조합된 본 발명에 따른 대물렌즈의 특성을 설명하면 다음과 같다.
Specifically, a hologram plate 50 having a hologram surface 51 for sending parallel light incident from a light source to a lens and correcting aberration of the optical system, and a beam passing through the hologram surface 51 of the hologram plate 50. The hemispherical lens 56 for refraction according to the radius of curvature to focus on the disk surface 55, and the wafer 58 for bonding and supporting the hemispherical lens 56 through the hole 57 to form an optical path. In order, the wafer-based objective lens may be configured.
The characteristics of the objective lens according to the present invention, which are combined in a wafer-based form as shown in FIGS. 4 to 6, are as follows.

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도 4와 같이 한 개의 홀로그램 플레이트와 두 개의 웨이퍼상에 고정된 반구형태의 렌즈로 구성된 경우, When composed of a hemisphere lens fixed on one hologram plate and two wafers as shown in FIG.

각각의 레이어들은 리소그래피(lithography) 공정에 의해 확보될 수 있는 얼라인먼트 에러 수준으로 본딩되어 일체형 렌즈 형태로 조립이 가능하게 되어 별도의 얼라인먼트 과정이 불필요해진다.Each layer is bonded to an alignment error level that can be secured by a lithography process, so that the layers can be assembled in the form of an integrated lens, thereby eliminating a separate alignment process.

이 구조는 대량생산시 각 콤퍼넌트 별로 직접 조정후 조립해야만 하는 기존의 몰딩 렌즈 형태의 가공법에 비해 웨이퍼 단위로 접착하여 절단함으로서 하나의 유니트를 얻을 수 있어 양산성 측면에서도 우수성을 가지게 되는 한편, 광저장장치의 광픽업을 위한 모든 광학계를 웨이퍼 기반으로 제작하여 광픽업 자체를 일체형으로 하는 기술이 될 수 있다.Compared to the conventional molding lens type processing method, which has to be directly adjusted and assembled for each component in mass production, this structure can be obtained by bonding and cutting in units of wafers. All optical systems for optical pickup can be fabricated on a wafer basis, so that the optical pickup itself can be integrated.

도 5와 같이 하나의 홀로그램과 두 개의 반구형 볼렌즈로 이루어지고, 그 홀로그램이 두 반구형 볼렌즈 사이에 위치하는 구조인 경우,5 is made of one hologram and two hemispherical ball lens, the hologram is a structure located between the two hemispherical ball lens,

기존의 광통신 및 광저장장치용 웨이퍼 기반의 렌즈는 서멀 리플로우(thermal reflow) 방식을 이용한 에칭렌즈가 주류를 이루는데 이와 같이 제작된 웨이퍼 기반의 렌즈는 앞서 설명된 바와 같이 제한적인 곡률로 인해 NA를 0.85까지 높이는데 한계를 드러냈다.Conventional wafer-based lenses for optical communication and optical storage devices are mainly composed of etched lenses using thermal reflow method. The wafer-based lenses manufactured as described above have a NA due to limited curvature as described above. The limit was raised to 0.85.

이에 대하여 도 5와 같은 웨이퍼 기반의 대물렌즈는 두 개의 구면의 반구형 렌즈를 사용함으로써 볼렌즈의 곡률반경에 의해 요구되는 광파워를 만들어 NA 0.85를 달성할 수 있다. 아울러 두 개의 볼렌즈에 각각 광파워를 분산시키도록 하여 광빔의 오차요인에 대해 둔감하게 반응하도록 되어 있는 구조이다.On the other hand, the wafer-based objective lens as shown in FIG. 5 can achieve NA 0.85 by making optical power required by the radius of curvature of the ball lens by using two spherical hemispherical lenses. In addition, by dispersing the optical power to each of the two ball lenses, it is a structure that is insensitive to the error factors of the light beam.

또한, 일반적으로 광저장장치용 대물렌즈는 요구되는 NA를 지니고 있어야 함과 동시에 광학계의 수차를 보정해 주는 역할이 필수적인데, 기존 초소형 광저장장치용 대물렌즈의 경우, 비구면 형태의 렌즈를 사용함으로써 수차를 보정해 주지만, 도 5와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 대물레즈는 빛의 회절현상을 이용한 홀로그램 플레이트가 수차 보정의 역할을 담당하게 된다.In addition, in general, the objective lens for the optical storage device must have the required NA, and at the same time, it is essential to correct the aberration of the optical system. In the case of the conventional ultra-small optical storage objective lens, the use of an aspherical lens Although aberration is corrected, in the wafer-based objective according to the present invention as shown in FIG. 5, the hologram plate using the diffraction phenomenon of light plays a role of aberration correction.

도 6과 같이 하나의 홀로그램 플레이트와 하나의 반구형 볼렌즈로 구성된 대물렌즈 구조의 경우,In the case of the objective lens structure consisting of one hologram plate and one hemispherical ball lens as shown in FIG.

반구형 볼렌즈 웨이퍼 제작시, 각 웨이퍼간 거리를 유지시켜주기 위해 반드시 스페이서(spacer)가 요구된다. 기존의 제작 방식의 경우, 본딩 메트리얼을 이용하여 스페이서 역할을 담당하게 했으나 이와 같은 경우 약 5㎛ 내외의 공간밖에 확보할 수 없어 설계에 제약을 받게 되며 이를 극복하기 위해 별도의 스페이서층을 주어 부가적인 공간을 확보하게 된다. 이에 대하여 도 6과 같은 구조의 대물렌즈를 구성할 경우 렌즈가 거치될 퓨즈드 실리카 웨이퍼(fused silica wafer)에 스페이서 기능을 포함시킬 수 있으므로 설계의 제약 조건을 극복하고 동시에 공정을 줄일 수 있는 유리한 장점을 갖는다.When manufacturing a hemispherical ball lens wafer, a spacer is required to maintain the distance between the wafers. In the conventional manufacturing method, the bonding material is used to play the role of a spacer, but in such a case, only about 5 μm of space can be secured and the design is limited, and a separate spacer layer is added to overcome this problem. Space is secured. On the contrary, when the objective lens having the structure as shown in FIG. 6 is included, a spacer function can be included in the fused silica wafer on which the lens is to be mounted, which is an advantageous advantage of overcoming the constraints of the design and at the same time reducing the process. Has

본 발명에 따른 초소형 광저장장치용 대물렌즈의 구동원리 그리고 특성을 도 7을 참고로 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 7, the driving principle and characteristics of the objective lens for the micro-optical storage device according to the present invention are as follows.

입사한 평행광선은 퓨즈드 실리카 웨이퍼인 홀로그램 플레이트(50)를 투과하여 회절현상을 이용한 광 컴퍼넌트 홀로그램면(51)을 지난다. 이때 입사되는 광선다발의 직경은 금속막 조리개에 의해 원하는 크기로 조정된다. 홀로그램면(51)를 지나면서 광선은 이 광학계가 가진 수차를 보정시켜 최종 디스크면(55)에 초점이 맺을 때 요구되는 성능을 만족할 수 있도록 설계되어 있다. 홀로그램면(51)를 지난 빔은 첫번째 상부측 반구형 렌즈(52)를 투과한다. 이때 렌즈의 곡률반경에 따라 광선이 굴절하며, 이 굴절된 광선은 다시 하부측 반구형 렌즈(56)에 투과된 후 다시 굴절되며, 결국 0.1mm의 두께를 가지며 폴리카보네이트로 만들어진 디스크면(55)에 초점을 맺게 된다. 퓨즈드 실리카 웨이퍼인 상,하부측 웨이퍼(54)(58)는 상,하부측 반구형 렌즈(52)(56)를 고정시켜 주는 역할과 함께 웨이퍼간의 거리를 유지시키며 구조물을 지지하는 스페이서 역할을 겸한다.The incident parallel light passes through the hologram plate 50, which is a fused silica wafer, and passes through the optical component hologram surface 51 using the diffraction phenomenon. At this time, the diameter of the incident light bundle is adjusted to a desired size by the metal film aperture. As the light passes through the hologram surface 51, the light beam is designed to correct the aberration of the optical system so as to satisfy the performance required when the final disk surface 55 is focused. The beam passing through the hologram surface 51 passes through the first upper side hemispherical lens 52. At this time, the light beam is refracted according to the radius of curvature of the lens, and the refracted light beam is transmitted again to the lower hemispherical lens 56 and then refracted again, eventually having a thickness of 0.1 mm and having a disk surface 55 made of polycarbonate. Will come into focus. The upper and lower wafers 54 and 58, which are fused silica wafers, serve to fix the upper and lower hemispherical lenses 52 and 56, and serve as spacers to maintain the distance between the wafers and to support the structure. do.

이와 같이 3장의 웨이퍼 결합형태로된 웨이퍼 기반의 도 4과 같은 대물렌즈의 경우, 각각의 레이어들은 웨이퍼 단위로 제작되어 얼라인 과정을 거쳐 본딩되어 일체형으로 제작할 수 있다. 본 발명에 따른 대물렌즈는 홀로그램 플레이트부와 반구형 렌즈부로 나뉘어 각각 다른 기능을 수행하는데, 홀로그램 플레이트는 렌즈 전체의 수차를 보정하는 역할을 하게 되며 퓨즈 실리카 웨이퍼 위에 홀로그램 패턴이 새겨져 가공된다. 반구형 렌즈에서는 NA 0.85달성을 위한 광파워를 만들어 낼 수 있다. As described above, in the case of the objective lens of FIG. 4 based on three wafers combined, each of the layers may be manufactured in units of wafers, bonded through an alignment process, and then integrally manufactured. The objective lens according to the present invention is divided into a hologram plate portion and a hemispherical lens portion to perform different functions, and the hologram plate serves to correct aberration of the entire lens and is processed by engraving a hologram pattern on a fuse silica wafer. Hemispherical lenses can produce optical power to achieve NA 0.85.

상부측 반구형 렌즈(52)는 매질 BK7로 굴절율은 1.52이고 그 반지름은 0.85mm이며, 하부측 반구형 렌즈(56)는 굴절율 1.90의 LaSF015를 사용하였으며 반지름은 0.45mm이다. 각 레이어에서 광선이 지나는 광경로의 매질은 파장 405nm에서 95%이상의 투과율을 유지할 수 있도록 하여 렌즈의 광손실을 최소화하도록 선택되어져 있다. 반구형 볼렌즈(52)(56)는 대량 생산이 가능하여 생산단가를 낮추는데 기여할 수 있고, 비구면 제작이 어렵기 때문에 발생되는 설계변수의 제한은 홀로그램 플레이트가 광학계의 모든 수차를 보정해 주도록 했기 때문에 수차 보상이 가능하다.The upper hemispherical lens 52 has a medium BK7 with a refractive index of 1.52 and a radius of 0.85 mm, and a lower hemispherical lens 56 using LaSF015 with a refractive index of 1.90 and a radius of 0.45 mm. The light path medium through which light passes in each layer is selected to minimize light loss of the lens by maintaining a transmittance of more than 95% at a wavelength of 405 nm. Since the hemispherical ball lens 52 and 56 can be mass-produced, they can contribute to lower production costs, and the limitation of design variables generated due to the difficulty in producing aspheric surfaces causes the hologram plate to correct all aberrations of the optical system. Compensation is possible.

홀로그램은 광파워를 가질 경우 회절각도에 따른 회절효율 의존성이 커져 광학적 성능이 떨어지는 단점이 있어, 이를 보완하기 위해 광파워가 최소가 되도록 설계되어 평균 95%이상의 회절효율을 유지한다.When the hologram has optical power, the dependence of diffraction efficiency on the diffraction angle is increased, and thus optical performance is deteriorated. Therefore, the hologram is designed to minimize the optical power to maintain diffraction efficiency of 95% or more.

또한 짧은 파장의 레이져 다이오드를 사용함으로 인해 문제시 되는 렌즈의 색수차를 별도의 보상장치 없이 렌즈만으로도 초점의 이동량이 LD파장 400nm와 415nm범위에서 1nm변화시 0.06㎛이하로 우수한 성능 구현이 가능하다.In addition, it is possible to realize excellent performance of less than 0.06㎛ when the shift amount of focus is changed only 1nm in the LD wavelength 400nm and 415nm range without the compensation device for the chromatic aberration of the lens in question because of the short wavelength laser diode.

도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 기반의 대물렌즈 제작에서 볼렌즈 웨이퍼 제작방법을 도식적으로 보인 것이다.8 is a schematic view showing a ball lens wafer manufacturing method in manufacturing a wafer-based objective lens according to the present invention.

도 8의 (a)와 같이 먼저 퓨즈드 실리카 웨이퍼(70)를 에칭하여 양방향에서 일정한 각도로 구멍을 뚫고 홀(71)를 형성한다. 이때 볼렌즈 아래측의 공간(72)을 두어 다른 웨이퍼가 합착될 때 간격을 유지시키는 스페이서 역할을 하도록 한다. 본 발명에 따른 제작방법의 경우, 퓨즈드 실리카 웨이퍼(70)의 가공 공정만으로 스페이서를 포함할 수 있는 구조가 되는 장점을 갖게 된다. (b)는 구멍 위에 볼렌즈(73)를 얹어놓은 그림이다. 이때 볼렌즈(73)와 퓨즈드 실리카 웨이퍼(70)의 빗면은 접하게 되고, 이후 (c)와 같이 접착제(74)를 이용하여 볼렌즈(73)를 퓨즈드 실리카 웨이퍼(70)에 밀착 고정시키고 본딩 재료를 이용해 접착한다. 최종적으로 (d)에서와 같이 불필요한 부분을 폴리싱(75)하여 원하는 형상을 얻는다.As shown in (a) of FIG. 8, the fused silica wafer 70 is first etched to form holes 71 at a predetermined angle in both directions. At this time, the space 72 below the ball lens is provided to serve as a spacer to maintain the gap when the other wafers are bonded. In the case of the manufacturing method according to the present invention, it has the advantage of having a structure that can include a spacer only by the processing process of the fused silica wafer 70. (b) shows the ball lens 73 placed on the hole. At this time, the inclined surface of the ball lens 73 and the fused silica wafer 70 are in contact with each other. Then, the ball lens 73 is tightly fixed to the fused silica wafer 70 using the adhesive 74 as shown in (c). Bond using a bonding material. Finally, as in (d), unnecessary portions are polished 75 to obtain a desired shape.

이와 같이 본 발명은 초소형 광저장장치용 대물렌즈를 구성하는데 있어서 대물렌즈 크기의 소형화로 기존 몰딩으로 제작된 렌즈의 조립 조정시 도출되는 다양한 문제를 웨이퍼 기반 형태의 구조물로 간단히 극복할 수 있는 효과가 있다. 또 한, 각각의 웨이퍼 레이어들은 리소그래피 공정에 의해 확보될수 있는 얼라인먼트 오차 수준으로 각 콤퍼넌트의 조립을 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 대량생산시 기존의 렌즈형태 가공보다 양산성 측면에서 우수한 효과가 있으며, 웨이퍼 기반 레벨로 렌즈를 제작할 때 기존에 주류를 이루던 에칭렌즈가 가지는 NA의 한계를 볼렌즈를 이용하여 극복할 수 있으면서도 광저장장치에서 요구되는 성능을 만족시켜 초소형 광저장장치용 대물렌즈로 적용이 가능하며, 향후 광픽업용 모듈을 일체형으로 제작하는데 유리한 기초 기술로 활용될 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect that the wafer-based structure can easily overcome various problems caused by the assembly adjustment of the lens manufactured by the existing molding due to the miniaturization of the objective lens in the compact optical storage device. have. In addition, each wafer layer has the effect of enabling the assembly of each component to an alignment error level that can be ensured by the lithography process. In addition, the mass-production process is more effective in terms of mass production than conventional lens-type processing, and it is possible to overcome the limitations of the NA of etching lenses that used to be mainstream when manufacturing lenses at the wafer-based level. It can be applied as an objective lens for ultra-small optical storage device by satisfying the performance required in the optical storage device, and it can be used as an advantageous basic technology for manufacturing the optical pickup module in one piece in the future.

Claims (8)

광원으로부터 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 시준렌즈와, 상기 렌즈를 통과해서 나온 광을 분광하는 분광판과, 상기 분광판을 통과하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하기 위한 대물렌즈와, 상기 분광판으로 입사된 광을 검출하여 신호로 변환시키기 위해 광을 포토디텍터로 보내는 광검출렌즈로 이루어지는 광저장장치용 광픽업에 있어서,A collimating lens for converting light from the light source into parallel light, a spectroscopic plate for spectroscopy of the light passing through the lens, an objective lens for focusing the light emitted from the spectroscopic plate on the disk surface, In the optical pickup for the optical storage device consisting of a light detection lens for transmitting the light to the photo detector to detect the light incident on the spectroscopic plate and convert it into a signal, 상기 광저장장치의 대물렌즈는,The objective lens of the optical storage device, 광원으로부터 입사되는 평행광선을 보내고 광학계가 지니는 수차를 회절효과를 이용하여 보정하는 홀로그램면을 구비하는 홀로그램 플레이트와,A hologram plate having a hologram surface for transmitting parallel light incident from a light source and correcting aberration of the optical system by using a diffraction effect; 상기 홀로그램 플레이트의 홀로그램면을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈와,An upper side hemispherical lens for refracting a beam passing through the hologram surface of the hologram plate according to a radius of curvature; 상기 상부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 홀로그램 플레이트와 접착되는 상부측 웨이퍼와,An upper wafer adhered to the hologram plate to support the upper hemisphere lens by bonding it through the hole; 상기 상부측 웨이퍼에 지지된 반구형 렌즈로부터 조사되는 빛을 다시 굴절시켜 디스크면에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈와,A lower hemispherical lens for refocusing the disk surface by refracting light emitted from the hemispherical lens supported on the upper wafer; 상기 하부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하기 위해 상기 상부측 웨이퍼의 하단면을 따라 접착되는 하부측 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치 대물렌즈.And a lower side wafer adhered along a lower surface of the upper side wafer to support the lower side hemispherical lens through a hole. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상,하부측 반구형 렌즈를 지지하는 상,하부측 웨이퍼상의 홀 경사각은 좌우 대칭으로 동일한 경사각으로 하여 상,하부측 반구형 렌즈에 대하여 동일한 정열각으로 지지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치 대물렌즈.A wafer-based optical storage device characterized in that the inclination angles of the holes on the upper and lower wafers supporting the upper and lower hemispherical lenses are the same inclination angles symmetrically to support the upper and lower hemispherical lenses at the same alignment angle. Objective lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홀은 렌즈를 지지하는 동시에 렌즈를 투과하는 광통로를 형성하고, 상기 홀 하부측은 이웃하는 다른 웨이퍼와 스페이서를 형성하는 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치 대물렌즈. And the hole forms a light path that supports the lens and passes through the lens, and the lower part of the hole has a space for forming a spacer with another wafer adjacent thereto. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상,하부측 웨이퍼상에 형성되는 홀은 하부측으로 갈수록 점진적으로 폭이 좁아지게 설계하여 서로 크기가 다른 상,하부측 반구형 렌즈를 각각 독립적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치의 대물렌즈.The holes formed on the upper and lower wafers are designed to gradually decrease in width toward the lower side to independently support the upper and lower hemispherical lenses having different sizes, respectively. Objective lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상,하부측 반구형 렌즈의 형상이 대칭인 조건에서 상부측 반구형 렌즈 사이즈가 하부측 반구형 렌즈 사이즈에 비해 보다 크게 하여 빛의 굴절각을 점진적으로 크게 유도하도록 구성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치의 대물렌즈.Wafer-based optical storage device, characterized in that the upper side hemisphere lens size is larger than the lower side hemisphere lens size to gradually induce the refractive angle of the light in a condition that the shape of the upper, lower hemisphere lens is symmetrical Objectives. 광원으로부터 나온 빛을 평행광선으로 바꿔주는 시준렌즈와, 상기 렌즈를 통과하여 나온 광을 분광하는 분광판과, 상기 분광판을 통과하여 나온 빛이 디스크면에 초점을 맺게하기 위한 대물렌즈와, 상기 분광판으로 입사된 광을 검출하여 신호로 변환시키기 위해 광을 포토디텍터로 보내는 광검출렌즈로 이루어지는 광저장장치용 광픽업에 있어서,A collimating lens for converting light from the light source into parallel light, a spectroscopic plate for spectroscopy of the light passing through the lens, an objective lens for focusing the light emitted from the spectroscopic plate on the disk surface, In the optical pickup for the optical storage device consisting of a light detection lens for transmitting the light to the photo detector to detect the light incident on the spectroscopic plate and convert it into a signal, 상기 광저장장치의 대물렌즈는,The objective lens of the optical storage device, 광원으로부터 입사되는 평행광선을 자체 곡률반경에 따라 굴절시키는 상부측 반구형 렌즈와,An upper hemispherical lens for refracting parallel light incident from a light source according to a radius of curvature thereof; 상기 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하는 상부측 웨이퍼와,An upper wafer for bonding and supporting the hemispherical lens through a hole; 상기 상부측 반구형 렌즈를 통해 굴절된 광선을 보내고 광학계가 지니는 수차를 보정하는 홀로그램면을 구비하는 홀로그램 플레이트와,A hologram plate having a hologram surface for transmitting a refracted ray through the upper hemispherical lens and correcting aberration of the optical system; 상기 홀로그램 플레이트의 홀로그램면을 지난 빔을 곡률반경에 따라 굴절시켜 디스크면에 초점을 맺게하는 하부측 반구형 렌즈와,A lower hemispherical lens for refraction of the beam passing through the hologram surface of the hologram plate according to a radius of curvature to focus on the disk surface; 상기 하부측 반구형 렌즈를 홀을 통해 본딩하여 지지하는 하부측 웨이퍼와,A lower wafer for bonding and supporting the lower hemisphere lens through a hole; 상기 하부측 웨이퍼와 홀로그램 플레이트를 일정한 거리를 유지시켜 접착시키고 상,하부측 반구형 렌즈의 광축을 중심으로 광통로를 형성하기 위해 홀로그램 플레이트와 하부측 웨이퍼 사이에 형성되는 접착층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 기반의 광저장장치 대물렌즈.A wafer comprising a bonding layer formed between the hologram plate and the lower wafer to bond the lower wafer and the hologram plate at a constant distance and form an optical path around an optical axis of the upper and lower hemispherical lenses. Based optical storage objective lens. 삭제delete 삭제delete
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