KR100570866B1 - 회절 광학 소자 및 그것을 이용한 광픽업 장치 - Google Patents

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테츠오 아리요시
정호섭
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삼성전기주식회사
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Abstract

본원발명에 의한 회절광학소자는 BD에 최적화된 단일의 대물렌즈를 사용하며, DVD, CD가 평행광, 혹은 거의 동일한 발산광, 집속광으로 입사해도 호환이 가능한 회절광학소자를 제공하고, 상기 회절광학소자에 개구수조절부재를 마련하도록 함으로서, 보다 구성이 간단하며, 효율이 좋은 광픽업장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
주기, 회절, 개구수, 편광층, 경계면

Description

회절 광학 소자 및 그것을 이용한 광픽업 장치{A DIFFRACTION OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL PICK-UP DEVICE USING THEREOF}
도1은 본원발명인 회절광학소자의 사시도,
도2는 본원발명인 회절광학소자의 측면도,
도3은 본원발명인 회절광학소자의 단면도,
도4는 본원발명의 회절광학소자에 의한 회절효과를 도시하고,
도5는 본원발명의 회절광학소자의 회절구조주기를 도시하며,
도6 및 도7은 본원발명의 회절광학소자에 의한 DVD 및 CD의 광선추적결과를 나타낸다.
*도면의 주요부호에 대한 설명*
10: 회절광학소자 11: 제1영역
12: 제2영역 13: 제3영역
15: 유리기판층 16: 평면유리기판층
17: 편광층 24: 제1경계면
25: 제2경계면 26: 제1개구수 조절영역
27: 제2개구수 조절영역 28: BD의 0차광
29: CD 및 DVD의 1차광
본 발명은 청색 레이저에 최적화된 광디스크용 대물렌즈를 이용하여, 디스크 두께, 레이저 파장이 상이한 광디스크의 기록 또는 재생을 가능하게 하는 회절 광학 소자 및 그것을 이용한 광픽업 장치를 제공하기 위한 것이다.
종래에는 영상정보, 음성정보 또는 컴퓨터 상의 데이터를 보존하는 수단으로서 기록용량 0.65GB의 CD, 기록용량 4.7GB의 DVD 등의 광기록매체가 보급되어 왔다. 이러한 광기록매체는 대물렌즈에 의해 집속된 광스폿을 이용하여 광디스크에 임의의 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광기록 재생기기로서, 기록용량은 광스폿의 크기에 의해 결정되어진다. 광스폿의 크기(S)는 수학식 1에서와 같이, 광의 파장(λ)에 비례하고, 대물렌즈의 개구수(NA, Numerical Aperture)에 반비례한다.
S ∝ λ/NA
따라서, 광디스크의 고밀도화를 위해 광디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해서는, 청자색 레이저와 같은 단파장 광원을 사용하는 것과 개구수를 0.6 이상으로 크게 하는 것이 필수적으로 요구됨을 알 수 있다. 이와 같은 대용량의 광기록매체 및 광기록장치의 예로서 청색의 파장영역(405nm)과 개구수 0.85의 대물렌즈를 이용하고, 22GB 상당의 용량확보를 만족하는 시스템이 제안되고 있다.
여기서, 광디스크의 경사각(θ), 광디스크의 굴절율(n), 광디스크의 두께(d), 대물렌즈의 개구수를 NA라 할 때, 광디스크의 경사에 의해 발생하는 코마수차 W31 은, 수학식 2와 같은 관계식으로 나타내어 질 수 있다.
Figure 112004051295864-pat00001
여기서, 광디스크의 굴절율 및 두께는 각각 광입사면으로부터 기록면에 이르는 광학 매질의 굴절율 및 두께를 나타낸다. 일반적으로 광디스크의 경사에 따른 신호의 열화특성은 레이저의 파장에 반비례하고 대물렌즈의 개구수의 세제곱에 비례하므로 디스크의 경사에 대한 공차는 밀도가 증가할수록 급격히 줄어들게 된다. 따라서 이를 보상하기 위하여 디스크의 기록밀도가 증가할수록 디스크의 두께를 감소시킴으로써 디스크의 경사특성을 보상할 수 있다. 이는 상기 [수학식 2]를 고려할 때, 광디스크의 경사에 의한 공차를 확보하려면, 고밀도화를 위해 대물렌즈의 개구수를 높임에 따라 광디스크의 두께를 줄일 필요가 있다는 것을 통해서도 확인된다. 따라서, 780nm의 파장을 구비하는 CD의 경우 1.2mm, 650nm파장을 구비하는 DVD의 경우 0.6mm로 두께를 줄였으며, 향후의 DVD보다 고밀도인 청색 레이저를 사용하는 광디스크(Blue-ray Disc, 이하 BD)는 0.1mm 두께로 될 가능성이 높다. 물론, CD의 경우 0.45에서 DVD의 경우 0.6으로 대물렌즈의 개구수가 높아졌으며, BD의 경우에는 대물렌즈의 개구수가 0.85로 될 가능성이 높다. 이와 같이 새로운 규격의 광디스크를 개발함에 있어, 문제가 되는 것은 기존 광 디스크와의 호환성이다.
이와 같이, 디스크의 종류에 따라서 디스크의 기판 두께가 다르므로 한가지 종류의 디스크에 맞게 설계된 광픽업으로는 다른 종류의 디스크를 기록/재생하게 되면 디스크의 두께 차이 때문에 구면수차가 크게 발생하게 되고, 광품질의 열화가 발생하여 정상적인 신호의 기록/재생이 힘들게 된다. 이에 따라 서로 다른 기판 두께를 가진 디스크 상호 간의 호환성을 확보할 수 있는 여러가지 방안이 제시되고 있다.
이러한 방법 중 하나로서 1개의 픽업 안에 BD용의 대물렌즈와 CD/DVD용의 대물렌즈를 탑재한 방법이 일본공개특허공보 제2004-158118호에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 2개의 대물렌즈를 탑재하고 있다는 점에서 소형화, 저비용화를 달성하는 것이 어렵다는 점에서 현실적인 문제가 발생한다.
따라서, 상술한 디스크 상호간의 호환성을 확보할 수 있는 방법 중 파장이 다른 복수의 광원을 채용하는 호환형 광픽업의 경우에 장치의 크기, 조립성, 가격 등의 여러 이점을 고려할 때, 단일의 대물렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 단일의 대물렌즈를 사용하여 두께가 서로 다른 광디스크를 호환하여 기록/재생할 때에는, 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차가 발생한다. 따라서, 단일의 대물렌즈만을 사용해서 두께가 서로 다른 복수의 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있기 위해서는 상기 호환형 광픽업은 상기 구면수차를 보정하여야 한다는 문제가 발생한다.
상술한 단일의 대물렌즈를 사용하여 호환을 이루는 한 방법으로 일본특허공개공보 제04-14095호가 개시되어진다. 상기 방법은 두께가 서로 다른 고밀도 광디스크와 저밀도 광디스크를 호환채용할 수 있도록 저밀도 광디스크에 대해서는 발산광(입사광을 유한계)을 이용하면서도, 별도의 광학적인 부품의 추가 없이 대물렌즈 의 광디스크의 레디얼 방향으로의 시프트시에도 양호한 수차특성을 얻을 수 있도록 한 호환형 광픽업을 제공한다. 그러나, 이와 같은 방법은 대물렌즈가 트랙킹 동작에 따라 이동하는 것에 의해 수차가 발생하게 되는 실용상의 문제가 발생한다.
상술한 단일의 대물렌즈를 사용하여 호환을 이루는 다른 방법으로 일본특허공개공보 제03-91859호가 개시되어진다. 상기 방법은 회절광학소자로 복굴절 물질이 채용된 홀로그램소자를 사용하고, 상기 회절광학소자를 대물렌즈 액츄에이터에 탑재하여 트랙킹 시에는 대물렌즈와 함께 이동하는 것에 의해 트랙킹 동작에 의한 수차발생을 억제하고, 이종의 광디스크 각각에 대하여 구면수차를 보정하며, 빔의 최대효율을 이용하여 데이터를 기록, 재생할 수 있는 홀로그램소자 및 그 홀로그램소자를 이용한 광픽업 장치를 제공한다. 그러나, 상기 방식은 회절광학소자를 DVD에 대해 최적화하면, CD의 경우는 발산광으로 입사시킬 필요가 있고, 반대로 CD에 대해서 최적화하면, DVD의 경우는 집속광으로 입사시킬 필요가 있어 광픽업의 구성이 복잡하게 되는 문제점이 발생하게 되었다.
상술한 바와 같이, 향후 광픽업에 요구되는 과제로서 고 개구수 및 단파장화를 구비하는 광원을 사용하는 경우에 발생하는 수차를 제거하고, 종래의 광기록매체와의 호환성을 해결하기 위한 방법이 제안되고 있으며, 상술한 바대로, 여러 대책안이 개시되고 있지만 그러한 보정수단으로 인해 광픽업의 대형화, 고비용화를 초래한다는 문제점이 발생하였는 바, 그와 같은 문제를 제거함과 동시에 각 기능을 집약시킨 소형화를 달성하는 광픽업 장치가 요구되고 있다.
본원발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본원발명에 의한 회절광학소자는 단일의 대물렌즈를 사용하며, DVD, CD가 평행광, 혹은 거의 동일한 발산광, 집속광으로 입사해도 호환이 가능한 회절광학소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원발명의 다른 목적으로는 회절광학소자에 개구수조절부재를 마련하도록 함으로서, 보다 구성이 간단하며, 효율이 좋은 광픽업장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 회절광학소자는 고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환채용하기 위한 회절광학소자에 있어서, 상기 회절광학소자는 적어도 3개의 동심원 형상의 영역으로 구분되어 있으며, 상기 각 영역의 경계부근에서 회절구조의 주기의 변화가 불연속적이 되도록 하며, 상기 분할된 3개의 동심원 형상의 영역 중 하나는 상기 저밀도 기록매체에 있어 상대적으로 저밀도인 제1 저밀도 기록매체 및 상대적으로 고밀도인 제2 저밀도 기록매체의 중간 디스크 두께의 수차를 보정하기 위한 영역이고, 다른 하나는 제1 저밀도 기록매체의 수차를 보정하기 위한 영역이며, 또 다른 하나는 제2 저밀도 기록매체 의 수차를 보정하기 위한 영역이다.
본원발명의 다른 목적을 달성하기 위한 회절광학소자는 상기 회절광학소자에 입사되는 저밀도 기록매체의 광이 저밀도 기록매체에 적합한 유효개구수를 구비하도록 하는 개구수 조절부재를 더 포함하여 구성되도록 하고, 본원발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본원발명의 광픽업장치는 그 구성요소로 본원발명의 회절광학소자를 사용하여 구성된 것이다.
상술한 본 발명의 목적은 이 기술분야에서 숙련된 당업자에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본원발명을 설명하면 다음과 같다.
참고로, 도1은 본원발명인 회절광학소자의 사시도이고, 도2는 상기 회절광학소자의 측면도이며, 도3은 상기 회절광학소자의 단면도를 도시하고, 도4는 본원발명의 회절광학소자에 의한 회절효과를 도시하며, 도5는 본원발명의 회절광학소자의 회절구조주기를 도시하고, 도6 및 도7은 본원발명의 회절광학소자에 의한 DVD 및 CD의 광선추적결과를 도시하고 있다.
이하, 도1 내지 도3을 참고하여 본원발명의 회절광학소자를 설명하면 다음과 같다. 본원발명의 회절광학소자(10)는 고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환채용하기 위한 것으로, 상기 회절광학소자(10)는 적어도 3개의 동심원 형상의 영역으로 구분되어 형성되며, 그 구성은 도3의 회절광학소자의 단면도에 의해 도시된 바와 같이 두개의 유리기판층(15, 16) 사이에 마련되는 편광층(17)으로 형성되어 있다.
이하 본원발명의 일 실시예에 있어 서술되는 상기 저밀도 기록매체는 적어도 2개의 기록매체로 분리될 수 있는 바, 본원발명의 일 실시예에서는 상대적으로 저밀도인 제1저밀도 기록매체와 상대적으로 고밀도인 제2저밀도 기록매체로 분리하여 본원발명을 기술하기로 한다. 즉, 본 실시예에 있어서 상기 고밀도 기록매체는 파장이 405nm인 단파장을 구비하고, 개구수가 0.85인 BD를 사용하고, 상기 저밀도 기록매체 중 상대적으로 저밀도인 제1저밀도 기록매체는 파장이 780nm이고, 개구수가 0.4인 CD를 사용하고, 상대적으로 고밀도인 제2저밀도 기록매체는 파장이 650nm이고, 개구수가 0.6인 DVD를 사용하여 기술하도록 한다.
도1을 참조하면, 본원발명의 회절광학소자(10)는 중심에서 외부로 제1영역(11), 제2영역(12), 제3영역(13)으로 분리형성되어 있으며, 제3영역의 외부는 외부영역(14)으로 도시된다. 상기 분할된 3개의 영역 중 제1영역(11)은 상기 저밀도 기록매체에 있어 상대적으로 저밀도인 제1 저밀도 기록매체와 상대적으로 고밀도인 제2 저밀도 기록매체의 중간 디스크 두께의 수차를 보정하기 위한 영역이고, 제2영 역(12)은 제1 저밀도 기록매체의 수차를 보정하기 위한 영역이며, 제3영역(13)은 제2 저밀도 기록매체의 수차를 보정하기 위한 영역으로 분리형성되어 있다.
즉, 본원발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1영역(11)은 DVD와 CD의 중간 영역에 대해서 최적화된 영역으로, 디스크 두께 0.6mm 내지 1.2mm에 대해 최적화된 영역으로서, 그 범위는 0〈 r〈 0.75(mm)에 형성되어 있으며, 제2영역은 CD에 대해 최적화된 영역으로, 디스크 두께 1.2mm에 대해 최적화된 영역으로서, 그 범위는 0.75〈 r〈 0.89(mm)에 형성되어 있고, 제3영역은 DVD에 대해 최적화된 영역으로, 디스크 두께 0.6mm에 대해 최적화된 영역으로서, 그 범위는 0.89〈 r〈 1.185(mm)에 형성되어 진다. 이러한 회절광학소자(10)의 측면도가 도2에 개시되어 지며, 이렇게 형성된 회절광학소자(10)를 통과하는 광은 거의 회절한계까지 집광되도록 설계된다.
도3은 상기 회절광학소자(10)의 단면도를 나타내는 바, 상기 회절광학소자(10)는 톱날형상으로 브레이징 처리된 유리기판층(15)과, 상기 유리기판층(15)의 톱날형상에 대응하는 면을 구비하는 편광층(17) 및 상기 편광층(17)의 평면에 대응하는 평면유리기판층(16)으로 형성되어 있다. 상기 회절광학소자(10)는 BD, DVD 및 CD를 호환하기 위한 것으로서, 가장 고밀도 기록매체의 파장의 광인 BD에 대해서 최적화되어 있으며, DVD 및 CD를 회절시키는 것에 의해 호환이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, CD의 기록재생광 및 DVD의 기록재생광은 모두 평행광으로 회절 광 학 소자(10)에 입사되고, 상기 회절 광학 소자(10)의 회절면에 의해 회절되어 광로가 변환되어 대물렌즈에 입사되도록 함으로서 디스크의 기록면의 두께의 차이 및 파장의 차이에 따른 수차를 보정할 수 있게 된다.
이러한 회절광학소자(10)를 회절한계까지 집광되도록 설계하기 위해서는 상술한 바와 같이 상기 회절광학소자(10)는 BD에 대해서는 최적화되어 있으므로 BD는 0차 회절광(회절되지 않는 광)을 사용하도록 하고, DVD 및 CD의 경우에 있어서는 1차 회절광을 사용하도록 한다. 즉, 도4a 및 도4b에 도시되어 있는 바와 같이, BD의 경우에 있어서는 0차회절광(28)에 대해서 거의 100%, DVD 및 CD에 대해서는 1차회절광(29)이 거의 100%가 되도록 회절광학소자(10)를 형성하도록 한다.
이것은 본원발명의 회절광학소자(10)를 형성하는 유리의 굴절률(ng1)과 홈깊이(d)에 의해 결정되어진다. 도3에서 개시되고 있는, 톱날형상으로 브레이징 처리된 유리기판층(15)과, 상기 유리기판층(15)의 톱날형상에 대응하는 면을 구비하는 편광층(17) 및 상기 편광층(17)의 평면에 대응하는 평면유리기판층(16)에 있어, 상기 편광층(17)은 복굴절성 광학재료를 사용하도록 하고, 상기 복굴절성 광학재료의 경우, BD의 파장에서의 굴절률을 n1, DVD의 파장에서 BD와 직교한 편광방향에서의 굴절률을 n2로 한 경우, 유리의 굴절률(ng1)과 홈깊이(d)는 이하와 같은 관계를 만족하도록 한다.
BD의 파장에서의 유리 재료의 굴절률은 ng1=n1,
DVD의 파장에서의 유리굴절률을 ng2로 한 경우,
d = 0.655/(ng2 - n2)(단위:um)
이 때, BD의 파장에 대해서는 회절은 거의 생기지 않고, CD/DVD의 파장에 대해서만 회절효과가 생겨 회절광은 거의 1차광으로 된다. 다만, 이 때 BD와 DVD/CD의 편광방향은 직교시켜 입사할 필요가 있다.
상기 편광층(17)은 상술한 편광성 고분자재료 대신 파장에 의한 굴절률변화가 큰 고분자재료를 이용하여 사용할 수 도 있다. 이때, BD의 파장에서의 굴절률을 n1, DVD의 파장에서 BD와 직교한 편광방향에서의 굴절률을 n2로 한 경우, 유리의 굴절률(ng1)과 홈깊이(d)는 이하와 같은 관계를 만족하도록 한다.
BD의 파장에서의 유리 재료의 굴절률을 ng1=n1,
DVD의 파장에서의 유리굴절률을 ng2로 한 경우,
d = 0.655/(ng2 - n2)(단위:um)
다만, 이 경우에서는 일반적으로 편광성 재료의 굴절률 변화에 비해 파장에 의한 굴절률 변화는 작기 때문에 회절구조의 홈깊이(d)는 커지게 된다. 상술한 바와 같이, 편광층(17)을 형성하는 재료는 상술한 조건을 만족하는 경우라면 고분자 이외에 어떠한 재료를 사용하더라도 문제가 되지 않는다.
상술한 바와 같은 회절광학소자(10)의 재료 및 홈깊이를 구비한 경우, 그 주기(pitch)는 제1영역(11), 제2영역(12) 및 제3영역(13)이 서로 다른 일정한 주기를 구비하도록 형성된다. 도5는 본원 발명의 회절광학소자(10)의 반경에 따른 회절구조의 주기(pitch)를 도시하고 있는 것으로서, 회절광학소자(10)의 제1영역(11)은 영역A(18)로 표시되고, 제2영역(12)은 영역B(19)로 표시되며, 제3영역(13)은 영역C(20)로 표시되어 있다. 각각의 영역에서의 주기는 연속적으로 형성되는 바, 실선(21)은 제1영역(11)에서의 연속적인 주기를 도시하고 있으며, 파선(22)은 제2영역(12)에서의 연속적인 주기(pitch)를 도시하며, 1점 쇄선(23)은 제3영역(13)에서의 연속적인 주기(pitch)를 도시한다. 즉, 각각의 영역에서의 주기(pitch)는 연속적으로 형성되어 있으나, 제1영역(11)과 제2영역(12)의 제1 경계면(24), 제2영역과 제3영역의 제2 경계면(25)에서는 그 주기(pitch)가 불연속적으로 변하도록 구성된다.
즉, 본원발명의 일 실시예에서는, DVD와 CD의 중간영역에 대해 최적화된 제1 영역(11)은 0〈 r〈 0.75(mm)의 범위, CD에 대해 최적화된 제2 영역(12)은 0.75〈 r〈 0.89(mm)의 범위, DVD에 대해 최적화된 제3 영역(13)은 0.89〈 r〈 1.185(mm)의 범위를 갖도록 형성되어 있으며, 상술한 바와 같은 그 경계가 되는 0.75mm 및 0.89mm에서는 그 주기(pitch)가 불연속적으로 변하도록 형성되어 있는 것이 본원발명의 특징이다. 또한, 본원발명의 회절광학소자(10)를 3개의 영역으로 분리할 수 있는 것도 상술한 바와 같은 각 영역의 주기를 다르게 형성하는 것에 의해 얻어지는 결과이다.
상술한 바와 같이, 본원발명의 일 실시예의 회절광학소자(10)의 편광층(17)의 홈깊이(d)는 상술한 [수학식 3],[수학식 4]에 의해 정해지며, 그 주기(pitch)는 상기 도5에 도시된 그래프에 의해 정해지도록 한다. 이렇게 형성된 본원발명의 회절광학소자(10)에 의해 BD, DVD 및 CD의 3파장의 광원을 단일의 대물렌즈를 사용하여 호환하도록 하는 것이 가능하다.
덧붙여, 본원발명의 회절광학소자(10)는 상기 회절광학소자(10)에 입사되는 저밀도 기록매체의 광이 저밀도 기록매체에 적합한 유효개구수를 구비하도록 하는 개구수 조절부재를 더 포함하여 형성하는 것도 가능하다.
즉, 본원발명의 일 실시예에서는 상술한 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 제한하기 위한 개구수 조절부재가 상기 회절광학소자(10)의 각 면에 형성되도록 한다. 도2에 도시된 본원발명의 회절광학소자(10)의 측면도를 참고하면, 상기 회절 광학소자(10)의 전면의 표면에는 상대적으로 저밀도인 제1 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 제한하기 위한 제1 개구수 조절영역(26)이 형성되어 있고, 상기 회절광학소자(10)의 이면에는 상대적으로 고밀도인 제2 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 제한하기 위한 제2 개구수 조절영역(27)이 형성되어 있다.
즉, 본원발명의 일 실시예에 의하면, 제3영역(13)의 외측영역(14)은 DVD의 개구를 제한하기 위한 제1 개구수 조절영역(26)으로서, 이 영역을 통과하는 DVD의 개구를 제한하여 DVD의 파장의 회절광이 디스크 상에 초점을 맞지 않도록 구성한다. 또한, CD의 개구 제한을 위해서는 상기 회절광학소자(10)의 이면의 0.91(um)〈 r의 영역에 CD의 개구를 제한하기 위한 제2 개구수 조절영역(27)을 두어 이 영역을 통과하는 CD의 개구를 제한하여 CD의 파장의 회절광이 디스크 상에 초점을 맞지 않도록 구성한다. 이러한 본원발명의 개구수 조절부재는 상기 회절광학소자의 표면에 다층막 코팅을 행하는 것에 의해 형성될 수 있다. 그러나, CD의 파장의 투과를 막기 위한 제2 개구수 조절영역(27)의 경우에는 CD의 기록재생시에는 수차가 크고, 디스크 상에서는 집광되지 않기 때문에 제2 개구수 조절영역(27)은 형성하지 않아도 그 효과에 있어서는 큰 차이를 보이지 않는다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본원 발명에 의한 회절 광학 소자는 BD, DVD, CD의 3파장의 광원을 1개의 대물렌즈를 사용하여 호환하는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라 상기 회절광학소자의 각 면에 DVD, CD의 개구를 제한하기 위한 개구수 조절영 역을 형성함으로 인하여 보다 구성이 간단한 광픽업장치를 실현할 수 있다는 장점이 있다.
이렇게 형성된 본원발명의 일 실시예에 의한 회절광학소자(10)에 의해 투과된 BD, DVD 및 CD의 광빔의 작용효과를 살펴보기로 한다.
도6은 본원발명의 회절광학소자에 의한 DVD의 광선추적결과를 도시하고 있으며, 도7은 본원발명의 회절광학소자에 의한 CD의 광선추적결과를 도시하고 있다.
도면을 참고하여, 본원발명에 의한 회절광학소자(10)를 사용한 경우의 광선의 흐름을 살펴보면, 도6a는 제1영역(11)을 DVD가 통과하는 경우를 도시하고 있으며, 도6b는 제2영역(12)을, 도6c는 제3영역(13)을 통과하는 DVD의 광선의 경로를 도시하고 있다. 이와 같이 형성된 광로에 의해 발생하는 수차는 각 영역별로 계산될 수 있는 바, 제1영역(11)에 있어서는 0.014 λrms, 제2영역(12)에 있어서는 0.119 λrms, 제3영역(13)에 있어서는 0.022 λrms의 수차 값이 얻어짐을 알 수 있다. 이러한 각 영역의 수차의 값은 각 영역의 면적비(A:B:C = 0.4:0.16:0.44)의 비율에 의해 가중치를 주게 되어 전체 파면수차의 값으로 약 0.034 λrms의 값이 얻어지게 된다. 이와 같은 전체 파면수차의 값은 파면수차의 마레이샤르조건(파면수차〈 0.07 λrms)을 만족할 뿐 아니라, 기록계에 대한 조건(파면수차〈 0.033 λrms)을 오차범위 한계 내에서 만족하는 것을 알 수 있다.
또한, 도7을 살펴보면, 도7a는 제1영역(11)을 CD가 통과하는 경우를 도시하고 있으며, 도7b는 제2영역(12)을 통과하는 CD의 광선의 경로를 도시하고 있다. 이와 같이 형성된 광로에 의해 발생하는 수차를 각 영역별로 계산하면, 제1영역(11)에 있어서는 0.029 λrms, 제2영역(12)에 있어서는 0.01 λrms의 값을 갖는 다는 것을 알 수 있다. 따라서, 전체의 파면수차의 값은 이들의 값을 각각의 면적비(A:B = 0.71:0.29)로 가중치를 준 값이 되어 약 0.23 λrms의 값을 만족하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 값은 파면수차의 마레이샤르조건(파면수차〈 0.07 λrms)을 만족할 뿐 아니라, 기록계에 대한 조건(파면수차〈 0.033 λrms)을 만족하는 것을 알 수 있다. 도면에서 부호(30)는 대물렌즈를 도시하며, 부호(31)는 기록매체를 도시한다.
따라서, 본원발명에 의한 회절광학소자를 장착한 광픽업장치에서는 상술한 바와 같이, 파면수차를 적정한 범위 내로 감소시킬 수 있어 그 효율의 증가를 가져올 뿐만 아니라 상기 회절광학소자에 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 제한할 수 있는 개구수 조절부재를 장착하도록 함으로서 전체 광픽업장치의 구성을 간단히 할 수 있다는 점에 본원발명의 특징이 있다 할 것이다.
상술한 본원발명에 의한 회절광학소자를 사용하는 것에 의해 단일의 대물렌 즈를 사용하도록 하여 BD, DVD, CD의 호환이 가능한 광픽업장치를 제공할 수 있으며, 또한, 상기 회절광학소자에 상기 DVD, CD의 개구수를 제한 하기 위한 개구수조절부재를 마련하도록 함으로서, 보다 구성이 간단하며, 효율이 좋은 광픽업장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.
이와 같이, 본 발명은 상기 서술된 본 발명의 실시예에 한하지 않고 자유로운 변경 및 수정이 가능하다. 본 발명의 자유스러운 변경은 상술된 상세한 설명의 실시예에 한정되지 않고 당업자에 의해 이하 서술되는 특허청구범위를 넘지않는 범위 내에서 자유로운 변경이 가능하다.

Claims (9)

  1. 고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환채용하기 위한 광픽업용 회절광학소자에 있어서,
    상기 회절광학소자는 적어도 3개의 동심원 형상의 영역으로 구분되고, 상기 각 영역에서 회절구조의 주기는 연속적으로 변화하되, 그 각각의 경계부근에서 회절구조의 주기의 변화는 불연속적인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분할된 3개의 동심원 형상의 영역 중 하나는 상기 저밀도 기록매체에 있어 상대적으로 저밀도인 제1 저밀도 기록매체 및 상대적으로 고밀도인 제2 저밀도 기록매체의 중간 디스크 두께의 수차를 보정하기 위한 영역이고,
    다른 하나는 제1 저밀도 기록매체의 수차를 보정하기 위한 영역이며,
    또 다른 하나는 제2 저밀도 기록매체의 수차를 보정하기 위한 영역인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회절구조의 주기는 상기 회절광학소자에 형성된 톱날형상의 주기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회절광학소자는 톱날 형상으로 브레이징 처리된 유리기판층과;
    상기 유리기판층의 톱날형상에 대응하는 면을 구비하는 편광층과; 및
    상기 편광층의 다른 면에 결합되어 있는 평면유리기판층을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편광층은 복굴절성 광학재료 또는 파장에 의한 굴절률 변화가 큰 고분자 재료인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회절광학소자의 편광층은 BD의 파장에서의 굴절률을 n1, DVD 파장에서 BD와 직교한 편광방향에서의 굴절률을 n2로 한 경우, 유리기판층의 굴절률(ng1)과 홈깊이(d)는 이하의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
    유리재료의 굴절률 ng1=n1,
    DVD파장에서 유리재료의 굴절률이 ng2인 경우, d=0.655/(ng2 - n2)(um).
  7. 제4항에 있어서,
    상기 회절광학소자에 입사되는 저밀도 기록매체의 광이 저밀도 기록매체에 적합한 유효개구수를 구비하도록 하는 개구수 조절부재;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 개구수 조절부재는 상기 회절광학소자의 한 면에 상대적으로 저밀도인 제1 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 조절하기 위한 제1 개구수 조절영역;
    상기 회절광학소자의 다른 면에 상대적으로 고밀도인 제2 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 조절하기 위한 제2 개구수 조절영역;으로 구성된 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회절광학소자에 입사되는 저밀도 기록매체의 광의 개구수를 조절하기 위한 개구수 조절부재는 다층막 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.
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