KR100616585B1 - 광학소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광을 결합 또는 분리할 수 있는 광학소자를 제공하는 것이다.

광학부재의 표면(3)에 계단형상의 회절격자(2)를 다수 설치하여 이루어지는 광학소자(1)에 있어서,

상기 회절격자(2)는 5단계의 계단형상으로 이루어짐과 함께, 각 단차는 그것에 의하여 생기는 위상차가 405 nm 대의 청색광의 파장의 대략 2배가 되는 높이이다.

Description

광학소자{OPTICAL ELEMENT}

도 1은 본 실시형태에 있어서의 광학소자를 모식적으로 나타낸 정면도,

도 2는 본 실시형태에 있어서의 광학소자의 회절격자를 모식적으로 나타낸 확대단면도,

도 3은 본 실시형태에 있어서의 광학소자의 회절격자를 모식적으로 나타낸 확대사시도,

도 4는 본 실시형태에 있어서의 광학소자의 반경방향과 회절효율 분포의 관계를 나타낸 그래프,

도 5는 다른 형태에 있어서의 광학소자를 모식적으로 나타낸 정면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 광학소자 2 : 회절격자

3 : 출사면 4 : 계단격자

5 : 상승면부 6 : 회절면부

7 : 단부

본 발명은 2개의 다른 파장의 입사광 중 한쪽을 직진시키고 다른쪽을 회절시킴으로써 분리 또는 결합하는 회절격자를 가진 광학소자에 관한 것으로, 특히 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광을 분리 또는 결합시키는 광학소자에 관한 것이다.

종래부터 2개의 다른 파장의 레이저광을 입사시켜, 한쪽의 파장의 레이저광은 직진시키고, 다른쪽의 파장의 레이저광은 회절시킴으로써 이들 2개의 레이저광을 분리 또는 결합하는 광학소자가 알려져 있다. 예를 들면, CD와 DVD 양쪽이 사용 가능한 디스크장치에 있어서, CD용 레이저광(파장 785 nm)과 DVD용 레이저광(파장 650 nm)을 입사시켜, 이 중 한쪽을 직진시키고, 다른쪽을 회절시킴으로써, 이들 레이저광을 분리하는 광학소자가 사용되고 있다. 또 반대로 CD용 레이저광(파장 785 nm)과 DVD용 레이저광(파장 650 nm)에 대하여 각각의 광축이 어긋난 상태에서 광학소자에 입사하여, 그 한쪽을 직진시키고, 다른쪽을 회절시킴으로써, 이들 레이저광의 수광위치를 일치시키는 광학소자도 사용되고 있다. 이 광학소자로서는 예를 들면 특허문헌 1에 드는 것이 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2002-311220호 공보

이들 광학소자는 어느것이나 표면에 회절격자를 형성하여 이루어지는 것으로, 회절격자의 단차의 높이를 그 단차에 의하여 생기는 위상차 (n-1)d(단, n은 광학소자의 굴절율, d는 단차의 높이, 이하 동일)가 한쪽의 광의 파장의 정수배가 되도록 함으로써, 한쪽의 광을 직진시킬 수 있고, 다른쪽의 광은 단차마다 위상차를 일으키기 때문에 회절시킬 수 있다.

이와 같이 CD용 레이저광(파장 785 nm)과 DVD용 레이저광(파장 650 nm)에 대해서는, 파장이 비교적 가깝기 때문에 이들을 분리 또는 결합하는 광학소자는 이전부터 알려져 있던 것이다. 한편, 소위 블루레이 디스크(Blu-ray Disc)에 있어서는, 405 nm 대의 청색광이 사용된다. 따라서 블루레이 디스크와 종래의 DVD의 양쪽을 사용 가능한 디스크장치에 있어서는, 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광을 분리 또는 결합할 수 있는 광학소자가 요구된다. 그러나 이들은 파장에 큰 차가 있기 때문에, 종래 이들을 분리 또는 결합할 수 있는 광학소자는 존재하지 않았다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광을 결합 또는 분리할 수 있는 광학소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광학부재의 표면에 계단형상의 회절격자를 다수 설치하여 이루어지는 광학소자에 있어서, 상기 회절격자는 5단계의 계단형상으로 이루어짐과 함께, 각 단차는 그것에 의하여 생기는 위상차가 405 nm 대의 청색광의 파장의 대략 2배가 되는 높이인 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

또 본 발명은, 상기 회절격자는 동심원형상의 격자로 형성되는 것을 특징으로 하여 구성되어 있다.

또 본 발명은, 상기 회절격자는 직선형상의 격자로 형성되는 것을 특징으로하여 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 따라 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 있어서의 광학소자를 모식적으로 나타낸 정면도, 도 2는 본 실시형태에 있어서의 광학소자의 회절격자를 모식적으로 나타낸 확대단면도, 도 3은 본 실시형태에 있어서의 광학소자의 회절격자를 모식적으로 나타낸 확대사시도이다.

본 실시형태에 있어서의 광학소자(1)는, 예를 들면 블루레이 디스크와 DVD의 양쪽이 이용 가능한 블루레이 디스크장치에 있어서, 블루레이 디스크에 사용되는 405 nm 대의 청색광과, DVD에 사용되는 650 nm 대의 적색광을 분리할 수 있도록 하기 위한 것이다. 광학소자(1)는 광 투과성의 수지부재나 유리부재 등의 광학부재로 형성되는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이 대략 원형으로 형성된다. 이 광학소자(1)의 출사면(3)에는 회절격자(2)가 형성되어 있고, 이 회절격자(2)에 의하여 405 nm 대의 청색광을 직진시키고, 또한 650 nm 대의 적색광을 회절시킨다.

회절격자(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 계단형상으로 형성되어 이루어지는 계단격자(4)로 구성되고, 도 2에 있어서 아래쪽으로부터 광이 입사된다. 회절격자(2)를 구성하는 계단격자(4)는, 광학소자(1)의 출사면(3)에 동심원형상으로 다수 설정되고, 그 피치는 바깥 둘레의 영역만큼 작으며, 따라서 바깥 둘레부에 있어서, 계단격자(4)는 가장 피치가 작게 형성되어 있다. 또한 도 2의 왼쪽 끝의 일점쇄선은, 광학소자(1)의 중심선을 나타내고 있다. 계단격자(4)는 광의 출사방향을 따르는 상승면부(5)와, 이 상승면부(5)로부터 수직방향으로 내뻗어 가는 폭으로 형 성된 회절면부(6)로 이루어지는 단부(段部)(7)를 소정 단수 구비하고, 반경방향 바깥쪽으로 계단이 내려가는 바깥쪽 경사로 되어 있다. 또한 도 2는 회절격자(2)를 과장하여 나타낸 모식도이다. 따라서 회절격자(2)를 구성하는 계단격자(4)는, 실제로는 도 2에 나타내는 것보다도 다수 설치된다.

이와 같은 계단격자(4)로 구성되는 회절격자(2)는, 일반적으로 계단격자(4)의 각 단의 단차의 높이, 즉 상승면부(5)의 높이를 d, 광학소자의 굴절율을 n, 직진시키는 레이저광의 파장을 λ라 하면, (n-1)d= kλ의 관계가 성립하도록 형성된다(k는 양의 정수로 한다). 즉, 본 발명에 있어서는 계단격자(4)의 상승면부(5)의 높이(d)에 의하여 생기는 위상차〔(n-1)d〕가, 405 nm 대의 청색광의 파장의 정수배가 되도록 한다. 이에 의하여 도 3에 나타내는 바와 같이 405 nm 대의 청색광은 광학소자(1)의 회절격자(2)에 있어서 회절하지 않고 직진하고, 한편 650 nm 대의 적색광은 회절면부(6)에 있어서 회절하게 되어, 이들 2개의 파장의 레이저광을 분리시킬 수 있다.

여기서 본 발명은, 도 2에 나타내는 바와 같이 이 계단격자(4)의 단수를 4단으로 하고, 또 배수(k)를 2로 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 계단격자(4)는 4단 5단계이고, 상승면부(5)의 높이(d)는 계단격자(4)의 1단에 의하여 생기는 위상차〔 (n-1)d〕가 405 nm 대의 청색광의 파장의 대략 2배가 되도록 형성한다. 이 구성에 의하여 405 nm 대의 청색광의 0차 회절광과 650 nm 대의 적색광의 1차 회절광을 높은 회절효율로 얻을 수 있다.

도 4는 단계수가 5, 배수(k)가 2인 광학소자(1)에 있어서, 반경방향, 405 nm 대의 청색광의 0차 회절광 및 650 nm 대의 적색광의 1차 회절광의 회절효율 분포를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 405 nm 대의 청색광의 0차 회절광은 중심위치에서는 약 89%, 바깥 둘레부 부근에서도 약 73%, 또 650 nm 대의 적색광의 1차회절광은 중심위치에서는 77%, 바깥 둘레부 부근에서도 약 63%라는 높은 회절효율이 얻어지는 것을 알 수 있다.

이와 같은 광학소자(1)를 형성하기 위해서는, 광학소자(1)의 회절격자(2)와 요철이 반대인 회절격자부를 성형면에 가지는 성형금형을 형성하고, 이 성형금형에 의하여 사출성형을 행한다. 즉, 계단격자가 4단 5단계이고, 상승면부의 높이를 계단격자의 1단에 의하여 생기는 위상차〔(n-1)d〕가 405 nm 대의 청색광의 파장의 대략 2배가 되도록 형성한 회절격자부를 성형금형의 성형면에 형성하고, 이 성형금형에 의하여 광학부재를 사출성형함으로써 광학소자(1)를 형성한다. 이와 같은 성형금형은 금속부재를 바이트로 절삭함으로써 형성한다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였다. 상기 실시형태에 있어서는, 계단격자(4)가 반경방향 바깥쪽으로 계단이 내려가는 바깥쪽 경사의 경우에 대하여 기재하였으나, 본 발명은 특별히 이것에 한정되지 않고, 계단격자(4)가 반경방향 안쪽으로 계단이 내려가는 안쪽 경사, 또는 바깥쪽 경사와 안쪽 경사가 혼재한 형상으로 하여도 좋다.

또 상기 실시형태에 있어서는, 광학소자(1)의 형상을 대략 원형으로 하고, 이 광학소자(1)의 출사면(3)이 동심원형상으로 다수 형성된 계단격자(4)로 구성되는 회절격자(2)를 가지는 형상으로 하였다. 그러나 본 발명은 특별히 이 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 이 광학소자(1)의 출사면(3)이 직선형상으로 다수 형성된 계단격자(4)로 구성되는 회절격자(2)를 가지는 형상 등 다른 형상이어도 좋다. 이와 같이 광학소자의 형상을 바꾸는 경우도, 계단격자(4)의 단수 및 상승면부(5)의 높이(d)는 상기 실시형태와 동일하다.

또한 상기 실시형태에서는 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광을 분리시키는 경우에 대하여 기재하였으나, 405 nm 대의 청색광과 650 nm 대의 적색광에 대하여 각각의 광축이 어긋난 상태에서 광학소자(1)에 입사시켜, 405 nm 대의 청색광을 직진시키고, 650 nm 대의 적색광을 회절시킴으로써, 이들 2개의 파장의 레이저광을 결합시키는 것도 가능하다.

이상 본 발명에 의하면, 광학소자의 회절격자는 5단계의 계단형상으로 이루어짐과 함께, 각 단차는 그것에 의하여 생기는 위상차가 405 nm 대의 청색광의 파장의 대략 2배가 되는 높이이기 때문에, 405 nm 대의 청색광의 0차 회절광과 650 nm 대의 적색광의 1차 회절광을 높은 회절효율로 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 광학부재의 표면에 계단형상의 회절격자를 다수 설치하여 이루어지는 광학소자에 있어서,

   상기 회절격자는 5단계의 계단형상으로 이루어짐과 함께, 각 단차는 그것에 의하여 생기는 위상차가 405 nm 대의 청색광의 파장의 약 2배가 되는 높이인 것을 특징으로 하는 광학소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회절격자는 동심원형상의 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회절격자는 직선형상의 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학소자.

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