KR100740481B1 - 광헤드장치 - Google Patents

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Abstract

광원으로부터의 출사광에 대하여 파면형상을 면내에서 연속적으로 변화시킬 수 있는 전압공급방식의 위상보정소자를 구비한 광헤드장치를 얻는다.
이 목적을 달성하기 위해서 1 쌍의 기판 사이에 이방성 광학매질을 사이에 포함하고, 1 쌍의 기판 표면에는 이방성 광학매질에 대한 전압 인가용 전극을 각각 형성하고, 하나 이상의 전극에 2 개 이상의 급전부를 각각 다른 위치에 형성하여, 급전부마다 다른 전압이 공급되는 위상보정소자를 제작하고, 이 위상보정소자를 광헤드장치의 콜리메이트렌즈와 1/4 파장판 사이에 설치한다.
또한, 파면형상을 연속적으로 변화시키는 위상보정소자에 대한 전압공급용 제어회로 수를 적게 한 광헤드장치로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서, 도전성 박막으로 이루어진 박막 저항을 통해 급전부의 2 개 이상이 도전접속된 위상보정소자를 제작하고, 이 위상보정소자를 광헤드장치에 설치한다.
구면수차, 코마수차, 비점수차 보정, DVD, 틸트, 대물렌즈, 광원

Description

광헤드장치{OPTICAL HEAD}
본 발명은 광디스크 등의 광기록매체의 정보를 기록·재생하는 광헤드장치에 관한 것이다.
광디스크인 DVD 는 동일한 광디스크인 CD 에 비해 디지털정보가 고밀도로 기록되어 있으며, DVD 를 재생하기 위한 광헤드장치는 광원의 파장을 CD 의 780㎚ 보다 짧은 650㎚ 또는 635㎚ 로 하거나 대물렌즈의 개구수 (NA) 를 CD 의 0.45 보다 큰 0.6 으로 하여 광디스크 면상에 집광되는 스폿 직경을 작게 하고 있다.
또한, 차세대의 광기록에 있어서는 광원의 파장을 400㎚ 정도, NA 를 0.6 이상으로 함으로써 보다 큰 기록밀도를 얻는 것이 제안되어 있다. 그러나, 광원의 단파장화나 대물렌즈의 높은 NA 화가 원인이 되어, 광디스크면이 광축에 대하여 직각보다 기울어지는 틸트의 허용량이나 광디스크의 두께편차의 허용량이 작아진다.
이들 허용량이 작아지는 이유는, 광디스크를 틸트시킨 경우에는 코마수차가 발생하고, 광디스크에 두께편차가 있는 경우에는 구면수차가 발생하기 때문에, 광헤드장치의 집광특성이 열화되어 신호 판독이 어려워지게 된다. 고밀도 기록에 있어서, 광디스크의 틸트나 두께편차에 대한 광헤드장치의 허용량을 확장시키기 위한 몇가지 방식이 제안되어 있다.
한가지 방식으로, 통상적인 광디스크의 접선방향과 반경방향의 2축 방향으로 이동하는 대물렌즈의 액추에이터에, 검출된 틸트각에 따라 대물렌즈를 기울어지게 하도록 경사용 축을 추가하는 방식이 있다. 그러나, 이 추가방식에서는 구면수차는 보정할 수 없고, 액추에이터의 구조가 복잡해지는 등의 문제가 있다.
다른 방식으로, 대물렌즈와 광원 사이에 구비된 위상보정소자에 의해 파면수차를 보정하는 방식이 있다. 이 보정방식에서는 액추에이터에 대폭적인 개조를 실시하지 않고 광헤드장치에 소자를 삽입하는 것만으로 광디스크의 틸트의 허용량이나 두께편차의 허용량을 확장할 수 있다.
예컨대, 위상보정소자를 사용하여 광디스크의 틸트를 보정하는 상기 보정방식에는 일본 공개특허공보 평10-20263 호에 있다. 이것은 위상보정소자를 구성하고 있는 액정 등의 복굴절성 재료를 사이에 포함하고 있는 1 쌍의 기판 각각에, 전극이 분할되어 형성된 분할전극에 전압을 인가하여, 복굴절성 재료의 실질적인 굴절률을 광디스크의 틸트각에 따라 변화시키고, 이 굴절률 변화에 의해 발생한 투과광의 위상 (파면) 변화에 의해 광디스크의 틸트에서 발생한 코마수차를 보정하는 방식이다.
종래의 위상보정소자에서는, 광원으로부터의 출사광의 파면을 변화시켜 파면수차를 보정하기 위해서, 위상보정소자에 구비된 전극을 복수개로 분할하여 각각 다른 제어신호인 전압을 인가해야 한다. 따라서, 원하는 파면형상을 얻기 위해서는 다수의 전극, 배선 및 외부신호원 (전원) 이 필요하며, 소자 구성의 복잡화 나 다수의 외부신호원 (전원) 사용에 따른 장치의 복잡화 등의 문제가 발생한다. 이에 대해서, 전극, 배선 및 외부신호원 (전원) 의 수를 될 수 있는 한 저감시키고자 하는 요구가 있었다.
하나의 전극에 착안하면 파면의 변화량은 동일하기 때문에 연속적으로 변화시키는 것은 어렵다. 특히, 구면수차의 주변부분 등의 파면수차의 변화량이 큰 영역을 연속적으로 변화시킬 것이 요구되었다. 또한, 분할된 전극간의 영역에는 외부신호를 인가할 수 없기 때문에, 광산란 등에 따른 광 투과율 저하의 원인이 되는 경우도 있다. 따라서, 될 수 있는 한 분할전극수를 줄여 전극간의 영역 수를 줄이는 것이 요구되었다.
발명의 개시
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이뤄어진 것으로, 광원과, 광원으로부터의 출사광을 광기록매체 상에 집광시키기 위한 대물렌즈와, 광원과 대물렌즈 사이에 설치된 출사광의 파면을 변화시키는 위상보정소자로서 하나 이상은 투명한 1 쌍의 기판 사이에 포함된 이방성 광학매질을 구비하고 있으며, 1 쌍의 기판 표면에는 이방성 광학매질으로의 전압 인가용 전극이 각각 형성되어 있고, 상기 전극 중 하나 이상에는 복수의 급전부가 각각 다른 위치에 형성되어 있으며, 상기 복수의 급전부에는 각각 다른 전압을 공급할 수 있도록 되어 있는 위상보정소자와, 파면을 변화시키기 위한 전압을 위상보정소자로 출력하는 제어전압발생수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치를 제공한다.
또, 광원과, 광원으로부터의 출사광을 광기록매체 상에 집광시키기 위한 대물렌즈와, 광원과 대물렌즈 사이에 설치된 출사광의 파면을 변화시키는 위상보정소자로서, 1 쌍의 기판 사이에 포함된 이방성 광학매질을 구비하고 있으며, 1 쌍의 기판이 대향하는 각각 표면에는 이방성 광학매질으로의 전압 인가용 전극이 형성되어 있고, 상기 전극 중 하나 이상에는 복수의 급전부가 각각 다른 위치에 형성되어 있으며, 도전성 박막으로 이루어진 박막 저항을 통해 복수의 급전부의 2 개 이상이 도전 접속되어 있는 위상보정소자와, 파면을 변화시키기 위한 전압을 위상보정소자로 출력하는 제어전압발생수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 급전부가 형성되어 있는 전극이 분할되어 복수의 분할전극으로 되고, 각각의 분할전극에는 하나 이상의 급전부가 배치되어 있으며, 상기 급전부 중 2 개 이상이 상기 박막 저항을 통해 도전 접속되어 있는 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 복수의 급전부는 각각이 원형고리체이며 서로 동심원형상으로 배치되어 있고, 상기 위상보정소자를 통과하는 상기 광원으로부터의 출사광의 광속 (光束) 반경에 대한 어느 하나의 원형고리체 반경의 비가 0.65 내지 0.85 이고, 또 광속반경에 대한 상기 어느 하나의 원형고리체가 아닌 다른 하나의 원형고리체 반경의 비가 0.2 내지 0.4 인 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 1 쌍의 기판 중 하나만 투명한 기판인 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 이방성 광학매질이 액정인 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 급전부를 갖는 전극을 형성하는 전극재료의 시트저항이 100Ω/
Figure 112001010053745-pct00001
이상인 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 박막 저항 전부는 저항값이 100Ω에서 1000kΩ까지의 범위에 있는 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 전극을 형성하는 전극재료의 시트저항 전부는 상기 급전부를 형성하는 급전부 재료의 시트저항의 1000 배 이상인 상기 광헤드장치를 제공한다.
또한, 상기 전극재료는 갈륨이 첨가된 산화 아연막, 또는 갈륨과 실리콘이 첨가된 산화 아연막으로 이루어진 상기 광헤드장치를 제공한다.
도 1 은 본 발명의 광헤드장치의 원리 구성의 일례를 나타낸 개념적 단면도.
도 2 는 본 발명의 위상보정소자의 일례를 나타낸 단면도.
도 3 은 광디스크의 두께편차가 0.03㎜ 발생하였을 때 구면수차를 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명의 위상보정소자의 전극패턴에 종래의 인출선 (배선) 을 사용한 예를 나타낸 모식적 평면도.
도 5 는 도 4 의 위상보정소자의 등가회로를 나타낸 회로도.
도 6 은 본 발명의 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화량의 일례를 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명의 위상보정소자의 전극패턴과 박막 저항의 일례를 나타낸 모식적 평면도.
도 8 은 도 7 의 위상보정소자의 등가회로의 일례를 나타낸 회로도.
도 9 는 실시예 1 의 위상보정소자의 전극패턴을 나타낸 모식적 평면도.
도 10 은 광디스크의 틸트가 1°발생하였을 때 파면수차를 나타낸 도면.
도 11 은 실시예 1 의 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 나타낸 도면 (렌즈의 시프트가 없는 경우).
도 12 는 실시예 1 의 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 나타낸 도면 (오른쪽 방향의 렌즈의 시프트가 있는 경우).
도 13 은 실시예 2 의 위상보정소자의 전극패턴을 나타낸 모식도.
도 14 는 실시예 2, 3 및 5 의 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 나타낸 도면.
도 15 는 실시예 3 및 6 의 위상보정소자의 전극패턴을 나타낸 모식도.
도 16 은 실시예 4 의 위상보정소자의 전극패턴을 나타낸 모식도.
도 17 은 실시예 6 의 위상보정소자의 하나의 전극패턴을 나타낸 모식적 평면도.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
도 1 에 본 발명의 광헤드장치의 원리구성의 일례를 나타낸다. 도 1 에 나타낸 광헤드장치는 CD 또는 DVD 등의 광디스크 (8) 에 기록된 정보를 재생하기 위한 것이며, 광원인 예컨대 반도체레이저 (1) 로부터 출사된 광은 예컨대 홀로그램 타입의 편광 빔스플리터 (2) 를 투과한 후, 콜리메이트 렌즈 (3, collimator lens) 에 의해 평행광이 되며, 위상보정소자 (4) 를 투과 후, 상승미러 (11) 에서 90°방향으로 반사되어 4 분의 1 파장판 (5) 을 투과하고, 액츄에이터 (7) 에 설치된 대물렌즈 (6) 에 의해 광디스크 (8) 상에 집광된다. 위상보정소자 (4) 를 구성하고 있는 한쌍의 기판은 모두 투명하다. 기판이 모두 투명하지 않고 하나만이 투명해도 되고, 이것에 대해서는 후술한다.
집광된 광은 광디스크 (8) 에 의해 반사되며, 대물렌즈 (6), 4 분의 1 파장판 (5), 상승미러 (11), 위상보정소자 (4), 콜리메이트렌즈 (3) 을 순차적으로 조금 전과는 반대로 투과한 후, 편광 빔스플리터 (2) 에 의해 회절되어 광검출기 (9) 로 입사한다. 상술한 반도체레이저 (1) 로부터의 출사광이 광디스크 (8) 에 의해 반사될 때, 광디스크의 면상에 기록된 정보에 의해 반사광은 진폭변조되어, 광검출기 (9) 에 의해 광강도신호로서 기록정보를 판독할 수 있다.
편광 빔스플리터 (2) 는 예컨대 편광성의 홀로그램을 구비하고 있고, 이방성방향 (굴절율에 차이가 있는 방향) 으로 편광성분을 갖는 광을 강하게 회절시켜 광검출기 (9) 로 안내한다. 광검출기 (9) 에서 얻은 광디스크의 예컨대 재생신호의 강도가 최적이 되도록, 위상보정소자 (4) 를 향해 제어전압 발생수단인 위상보정소자 제어회로 (10) 에 의해 전압이 출력된다. 위상보정소자 제어회로 (10) 에서 출력되는 전압은, 광디스크의 틸트량이나 대물렌즈의 시프트량에 따른 전압이며, 위상보정소자 (4) 의 전극으로 인가하는 실질적으로 변화하는 전압이 된다.
또한, 상승미러 (11) 는, 반도체레이저 (1) 에 의해 출사된 광을 거의 90°방향으로 반사시켜 광디스크로 입사시키는 것이며, 광헤드장치의 두께 (광디스크 (8) 의 면에 수직인 방향) 을 얇게 하는 데 사용하는 것이 바람직한 광학부품이다. 통상적으로는, 글래스 표면에 알루미늄 등의 고반사막을 증착한 것이 사용된다.
도 1 에서는, 상승미러 (11) 를 사용하여, 반도체레이저 (1) 에서 출사된 광의 광로를 변경하였지만, 상승미러 (11) 를 사용하지 않고 처음부터 반도체레이저 (1) 로부터의 출사광의 방향을 광디스크 (8) 의 면에 수직이 되도록 해도 된다.
이방성 광학매질에는, 니오브산 리튬 (lithium niobate) 등의 광학결정이나 액정 등을 사용할 수 있다. 이방성 광학매질로서 액정을 사용하는 것은, 예컨대 6 V 정도의 낮은 전압에 의해 실질적인 굴절율이 용이하게 또한 전압의 크기에 따라 연속적으로 제어할 수 있어 바람직하다. 또한, 니오브산 리튬 등의 광학결정 등과 비교하여 양산성이 높아 바람직하다. 따라서, 이하에서는, 이방성 광학매질로서 액정의 재료를 사용할 경우에 대해 설명한다.
사용하는 액정재료는, 디스플레이용도 등에 사용되는 네마틱액정이 좋고, 카이럴제의 첨가에 의해 트위스트시켜도 된다.
또한, 사용하는 기판의 재료로서는, 글래스, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 염화비닐계 수지, 폴리카보네이트계 수지 등을 사용할 수 있지만, 내구성 등의 점에서 글래스 기판이 바람직하다. 따라서, 이하에서는 기판의 재료로서 글래스를 사용하는 경우에 대해 설명한다.
이어서, 본 발명에서 사용하는 위상보정소자의 구성을 도 2 를 사용하여 설명한다. 글래스 기판 (21a, 21b) 이 예컨대 에폭시계 수지를 주성분으로 하는 시일재 (22) 에 의해 접착되어 액정셀을 형성하고 있다. 시일재 (22) 에는 예 컨대 글래스제의 스페이서와 예컨대 수지 표면에 금 등을 피막시킨 도전성 스페이서가 포함되어 있다. 글래스 기판 (21a) 의 내측표면에는, 내측표면으로부터 전극 (24a), 실리카 등을 주성분으로 하는 절연막 (25), 배향막 (26) 이 이 순서로, 또 글래스 기판 (21b) 의 내측표면에는, 내측표면으로부터 전극 (24b), 실리카 등을 주성분으로 하는 절연막 (25), 배향막 (26) 이 이 순서로 피막되어 있다. 액정셀의 외측표면에는 반사방지막이 피막되어 있어도 된다.
전극 (24a) 은 전극인출부 (27) 에서 접속선에 의해 위상보정소자 제어회로와 접속할 수 있도록 패턴배선되어 있다. 또한, 전극 (24b) 은 상술한 금 등을 피막한 도전성 스페이서에 의해 글래스기판 (21a) 상에 형성된 전극 (24a) 과 도전접속하고 있고, 따라서, 전극 (24b) 은 전극인출부 (27) 에서 접속선에 의해 위상보정소자 제어회로와 접속할 수 있다. 도 2 에는, 전극 (24b) 과 전극 (24a) 이 시일재 (22) 와 접하고 있는 상태가 나타나 있지 않지만, 지면과 평행한 시일재와는 접하고 있고 양전극은 도전성 스페이서를 통하여 도전접속되어 있다. 액정셀 내부에는 액정 (23) 이 충진되어 있고, 도 2 에 나타낸 액정분자 (28) 는, 일방향으로 배향된 호모지니어스 배향의 상태에 있다.
본 발명의 위상보정소자에서는, 이들 전극 (24a) 및 전극 (24b) 중 하나 이상의 전극 면내의 상이한 위치에, 상이한 전압을 공급하기 위한 복수 (2 개 이상) 의 급전부를 형성하고 있다. 즉, 일측 전극인 경우는 2 개 이상의 급전부를, 양측 전극인 경우는 각각 2 개 이상의 급전부 (합계 4 개 이상) 를 형성한다.
배향막의 재료로서는, 액정분자 (28) 의 프레틸트각이 2 내지 10°가 되면 바람직하고, 폴리이미드막을 도 2 의 지면에 평행하게 좌우방향으로 러빙한 것, 또는 실리카막을 비스듬히 증착한 것 등이 좋다. 또한, 액정의 정상 광굴절율과 이상 광굴절율의 차이를 크게 하여 액정셀의 간격을 작게 한 쪽이 응답성이 높아져 바람직하다. 그러나, 액정셀의 간격이 작아질수록 액정셀의 제작이 곤란해지기 때문에, 액정의 정상 광굴절율과 이상 광굴절율의 차이는 0.1 내지 0.2, 액정셀의 간격은 2 내지 5 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
도 1 에 나타낸 광헤드장치의 경우, 한쌍의 기판 양측 모두가 투명하여, 광은 위상보정소자 (4) 를 투과하기 때문에, 전극 (24a, 24b) 의 재질은 투과율이 높은 쪽이 바람직하고, ITO 막, 산화 아연막 등의 투명도전막을 사용하면 된다. 이 경우는, 위상보정소자 (4) 를 투과형소자로 사용하고 있다.
그러나, 한쌍의 기판의 한쪽만을 투명한 기판으로 하는 경우, 전극 (24a, 24b) 중 어느 하나를 알루미늄, 크롬 등의 반사율이 높은 재질을 사용하여 제작하고, 위상보정소자 (4) 를 반사형소자로 사용할 수 있다. 이 때, 도 1 의 상승미러 (11) 대신에 이 위치에 위상보정소자 (4) 를 설치할 수 있다. 최초로 광이 입사되는 측의 전극 (예컨대 전극 (24a)) 을 고투과율의 투명전극으로 하여, 타측의 전극 (예컨대, 전극 (24b)) 을 고반사율의 전극으로 하면, 위상보정소자 (4) 로 입사한 광은, 투명 전극 (24a), 액정을 투과하여 전극 (24b) 에서 반사된 후, 다시, 액정, 투명 전극 (24a) 을 투과하여 광디스크 (8) 를 향한다.
전술한 바와 같이, 위상보정소자 (4) 로서 반사형소자를 사용하면, 즉 위상보정소자를 구성하는 한 쌍의 기판 중 하나가 투명한 기판이면, 도 1의 상승미러 (11) 를 위상보정소자 (4) 로 치환할 수 있기 때문에 부품점수가 감소하고, 또한 광헤드장치의 두께를 얇게 할 수 있어 바람직하다. 이 경우, 위상보정소자 (4) 로 입사하는 광은 거의 45°의 각도로 액정 (23) 을 두번 통과하기 때문에, 투과형의 경우와 상이한 액정셀 간격 (액정셀 중 액정층의 두께) 을 설정해 두면 된다.
이상, 위상보정소자를 사용하여 파면(波面)을 변화시키는 기능에 필요한 구성을 서술하였지만, 파장판이나 편광 홀로그램을 위상보정소자 (4) 에 적층함으로써, 파장판 (5) 이나 편광 빔스플리터 (2) 의 기능을 위상보정소자 (4) 가 겸비하도록 할 수 있다. 이 경우, 광헤드장치를 구성하는 광학부품의 수가 감소함으로써 조립, 조정이 간편해지고, 생산성이 향상하여 바람직하다.
위상보정소자 (4) 에, 회절격자나 광원의 파장에 의해 광속직경을 변화시키기 위한 다이크로익(dichroic) 개구제한층 등을 적층하거나, 글래스 기판 (21a, 21b) 의 외측표면상에 다이크로익 개구제한층을 직접 형성하거나 할 수도 있고, 이 경우도 개개의 부품을 새롭게 추가하는 것과 비교하여 생산성이 향상하여 바람직하다. 파장판을 적층할 경우는, 광디스크측의 글래스 기판에 직접 부착하거나, 또는 부착한 글래스기판을 다시 적층하면 된다.
이어서, 본 발명에서의 위상보정소자를 구성하여 이방성 광학매질을 사이에 포함하는 기판상의 전극에 형성되는, 전압공급을 위한 부재인 급전부에 대해 설명한다. 후술하는 바와 같이, 급전부의 저항율은 전극의 저항율과 비교하여 매우 작고 전압을 인가하였을 때, 급전부내에서는 등전위가 된다.
본 발명에서는, 한쌍의 기판 각각의 기판에 대해 1 개 (1 면) 의 전극이 형 성되어, 합계 2 개 (2 면) 의 전극이 형성된다. 전극은 한쌍의 기판이 대향하는 면에 형성되는 것이 바람직하다. 이들 전극 및 급전부의 형태로서, 예컨대 아래의 것을 들 수 있다.
(1) 2 면의 전극이 모두 연속된 1 장의 전극인 경우.
(a) 일측 전극에는 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성하고, 또한 타측 전극에는 급전부를 형성하지 않고, 1 개의 급전부와 대향하는 전극과의 사이와, 다른 급전부와 대향하는 전극과의 사이에 상이한 전압을 인가할 수 있도록 한다.
(b) 일측 전극에는 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성하고, 또한 타측 전극에도 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성한다.
2 면의 전극 각각에 2 개 이상의 급전부를 형성하는 (b) 인 경우는, 각각의 급전부는 2 개의 전극간에서 대향하는 위치에 형성해도 되고, 복수의 급전부를 대향하지 않는 위치에 형성해도 된다.
(2) 2 면의 전극 중, 일측 전극은 연속된 1 장의 전극으로 하고, 타측은 연속된 1 장의 전극을 복수 개로 분할하여 분할전극으로 한 경우,
(c) 일측의 연속된 1 장의 전극에 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성하고, 또한 타측 복수 개의 모든 분할전극에 급전부를 형성하지 않고, 1 개의 급전부와 대향하는 분할전극간과, 다른 급전부와 대향하는 분할전극 간에 상이한 전압을 인가할 수 있도록 한다.
(d) 일측의 연속된 1 장의 전극에 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성하고, 또한 타측 복수 개 중, 일부의 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성한다.
(e) 일측의 연속된 1 장의 전극에 2 개 이상의 급전부를 상이한 위치에 형성하고, 또한 타측의 복수 개의 모든 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성한다.
(f) 일측의 연속된 1 장의 전극에는 급전부를 형성하지 않고, 또한 타측의 복수 개 중, 일부의 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성하여, 1 개의 급전부와 대향하는 전극간과, 다른 급전부와 대향하는 전극간에 상이한 전압을 인가할 수 있도록 한다.
(g) 일측의 연속된 1 장의 전극에 급전부를 형성하지 않고, 또한 타측의 복수 개의 모든 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성하여, 1 개의 급전부와 대향하는 전극간과, 다른 급전부와 대향하는 전극간에 상이한 전압을 인가할 수 있도록 한다.
(3) 2 면의 전극이 함께 1 장의 전극을 복수 개로 분할하여 분할전극으로 한 경우.
(h) 일측의 복수 개의 분할전극의 일부 또는 전부에 2 개 이상의 급전부를 형성하고, 또한 타측의 복수 개의 분할전극에 급전부를 형성하지 않고, 1 개의 급전부와 대향하는 분할전극간과, 다른 급전부와 대향하는 분할전극 간에 상이한 전압을 인가할 수 있도록 한다.
(i) 일측의 복수 개의 분할전극의 일부 또는 전부에 2 개 이상의 급전부를 형성하고, 또한 타측 복수 개 중, 일부의 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성한다.
(j) 일측의 복수 개의 분할전극의 일부 또는 전부에 2 개 이상의 급전부를 형성하고, 또한 타측의 복수 개의 모든 분할전극에 2 개 이상의 급전부를 형성한다.
이방성 광학매질에 전압을 인가하는 경우, 각각 급전부는 다음과 같이 기능한다. 먼저, 2 면의 전극이 함께 연속된 1 장의 전극인 경우의 예를 설명한다.
전극의 일측에만 2 개 이상의 급전부를 형성하는 경우, 급전부를 1 개만 가지는 전극이 공통전극 (C) (등전위) 이 되고, 전자의 전극의 2 개 이상의 급전부 (S1, S2, S3 …)간에, 즉 C-S1, C-S2, C-S3 …간에 상이한 전압이 공급된다.
2 개의 전극에 각각 2 개 이상의 급전부를 형성하고, 또한 전극간에서 각각의 급전부가 대향하여 동일 위치에 있는 경우, 일측의 전극의 2 개 이상의 급전부 (S1, S2, S3 …) 와 타측의 전극의 2 개 이상의 급전부 (S1', S2', S3' …) 간, 즉 -S1'-S1, S2'-S2, S3'-S3 …간에 상이한 전압이 공급된다.
2 개의 전극에 각각 2 개 이상의 급전부를 형성하고, 또한 전극간에 각각의 급전부가 대향하지 않고 빗겨나 있는 경우, 일측의 전극의 2 개 이상의 급전부 (S1, S2, S3 …) 와 타측의 전극의 2 개 이상의 급전부 (T1, T2, T3 …)간, 즉 T1-S1, T2-S2, T3-S3 …간에 상이한 전압이 공급된다.
이 대향하지 않는 경우에는, T1 과 S1, T2 와 S2, T3 과 S3 등의 사이에서 급전부의 형상이나 크기가 서로 상이하게 되어 있어도 되고, 목적에 따라서 적절한 형상 또는 크기로 할 수도 있다. 또한, 대향하고 있는 경우에도, 필요에 따라 서 상호 형상이나 크기를 변화시킬 수도 있다.
다음, 2 면의 전극 중의 일측이 복수의 분할전극 (U1, U2, U3 …) 으로 분할되고, 타측이 연속된 1 장의 전극에서 복수의 급전부 (S1, S2, S3 …) 를 가지는 경우, 분할전극과 급전부간, U1-S1, U2-S2, U3-S3 … 간에 상이한 전압이 공급된다.
전술한 다른 전극의 태양에 대해서도, 각각 급전부는 동일하게 기능한다.
급전부의 수는 목적이나 형상에 따라서 상이하나, 1 개의 전극에 10 개 정도 있으면 필요한 양만큼 파면을 변화시킬 수 있다.
이어서, 본 발명에서의 위상보정소자를 구성하는 기판상의 전극에 형성되는, 전압공급을 위한 급전부를 도전접속하는 박막 저항에 대하여 설명한다. 본 발명에서의 위상보정소자는, 예를 들어 동일 기판상의 전극에 형성된 상기 급전부의 2 개 이상은, 도전성 박막에 의하여 형성된 박막 저항에 의하여 기판면상에서 도전접촉되어 있다. 박막 저항을 형성함으로써 얻을 수 있는 효과는, 구면수차를 보정하는 경우를 일례로, 이하에서 상세하게 설명한다.
도 3 은, 대물렌즈의 NA 가 0.65, 광원의 파장이 0.4 ㎛ 인 광학계에 있어서, 광디스크의 두께가 설계값의 0.6 ㎜ 보다 0.03 ㎜ 두껍게 되어 있는 경우에 발생되는 파면수차 (구면수차) 를 나타내는 도면이다. 광디스크가 설계값보다 두꺼운 경우에는 유효동공(瞳) 의 중심부 및 주변부에 비하여, 그 양측부에 끼워진 중간부의 위상이 진행된 상태가 되고, 두께가 얇은 경우에는 위상이 뒤쳐진 상태가 된다.
본 발명의 위상보정소자와의 비교를 용이하게 하기 위해서는, 여기에서 종래의 인출선 (배선) 을 사용한 위상보정소자에 대하여 설명하기로 한다. 도 4 는 상기와 같은 구면수차를 보정하기 위하여 사용되는, 본 발명의 위상보정소자의 전극패턴에 종래의 배선을 사용한 예이고, 박막 저항을 가지지 않는 구성이다. 도 4 중의 사선부분은 고저항의 투명도전막으로 형성된 투명전극 (30) 이고, 급전부 (31) 를 중심으로 동심원형상으로 급전부 (32, 33, 34) 가 형성되고, 도면 중의 직선형상의 굵은선으로 표시한 배선에 의하여 급전부 (31~34) 는 외부신호원에 접속되고, 급전부 (31, 34) 는 신호 (1) 를, 급전부 (32) 는 신호 (3) 을, 급전부 (33) 는 신호 (2) 를 공급받아, 각각의 급전부에 전압을 인가할 수 있다.
따라서, 종래예에서는 3 개 이상의 신호를 발생시킬 수 있는 외부신호원 (도 4 에서는 3 개) 이 필요하다. 도 5 는, 도 4 의 위상보정소자의 전극패턴의 등가회로도이다. 도 5 의 점 (35, 36, 37, 38) 은 도 4 에 나타낸 급전부 (31, 32, 33, 34) 에 상당한다. 또한, 저항 (R1) 은 투명전극 (30) 에 기인하는 급전부 (31, 32) 간의 저항이고, 마찬가지로 R2, R3 은 급전부 (32 와 33), 급전부 (33 과 34) 간의 저항이다. 여기에서, 급전부의 저항 및 급전부와 외부신호원과의 배선의 저항은 투명전극 (30) 에 기인하는 저항 (R1, R2, R3) 에 비하여 충분히 작기 때문에 등가회로에서는 무시한다.
투명전극 (30) 및 급전부의 재질에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다. 도 3 의 구면수차를 보정하기 위하여, 급전부에 전압 (V1, V2, V3) 을 인가하여 투명 전극 (30) 의 면내에서 전압강하를 발생시키고 연속적인 전위분포를 발현시킨다. 도 6 은 구면수차량과 전위의 크기 관계에 대하여 중심점을 통하는 절단면에서 비교한 도면으로서, 전압 (V1, V2, V3) 을 적절히 설정함으로써 전위분포형상을 수차분포형상에 일치시킬 수 있다.
위상보정소자 내부의 액정분자는, 전압의 인가에 의하여 배향방향이 장소에 따라서 연속적으로 변화된다. 따라서, 상기와 같이 연속적으로 변화하는 전압분포에서는 배향방향이 장소에 따라서 연속적으로 변화하므로 액정복굴절의 실질적인 굴절율차 (δn) 가 연속적으로 변화된다. 입사광의 파면은, δn 의 크기에 따라서 위상시프트되기 때문에, 인가전압의 크기에 따라서 위상시프트량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 발생된 수차량에 따른 전압을 인가함으로써 파면수차를 상쇄시키고 보정할 수 있다.
이상이 종래의 배선을 사용한 위상보정소자로서, 이어서 본 발명의 위상보정소자에 대하여 설명한다. 도 7 은 본 발명에서의 위상보정소자의 전극패턴과 (본 발명에서의) 박막 저항 (45) 의 일례를 나타낸 도면이다. 투명전극 (40), 급전부 (41, 42, 43, 44) 및 신호 (1, 2) 는 도 4 의 경우와 동일하고, 급전부 (42) 가 박막 저항 (45) 을 사용하여 급전부 (41, 44) 와 도전접속되고, 신호 (1) 를 인가할 수 있는 점이 상이하다. 도 8 은, 도 5 와 마찬가지로 점 (46, 47, 48, 49) 은 급전부 (41, 42, 43, 44) 에 상당하고, 저항 (R1, R2, R3) 은 급전부 (41 과 42, 42 와 43, 43 과 44) 간의 투명전극 (40) 에 의한 저항을 각각 나타내고 있다. Rs 은 박막 저항 (45) 의 저항을 나타내고 있고, 점 (47) 이 소망하는 전압이 되도록 신호 (1) 에 의해 공급되는 전압 (V1) 을 분압한다. 따라서, 종래의 배선을 사용한 예에서는, 점 (47) 의 전압 (도 5 의 점 36 에 상당) 은 별도의 신호원으로부터 발생된 신호 (3) 로 얻을 수 있지만, 본 발명의 위상보정소자의 경우, 신호 (3) 는 필요 없기 때문에 종래보다 작은 신호원으로 동작시킬 수 있다. 점 (47) 에서의 전압 (V3) 은 옴의 법칙을 사용하여 계산한 식 (1) 으로 얻을 수 있다.
V3 = {R2(R1 + Rs) V1 + R1RsV 2}/(R1R2 + R1Rs + R2Rs)ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
따라서, 투명전극의 저항 (R1, R2) 및 구동전압 (V1, V2 ) 을 얻을 수 있다면, Rs 를 적절하게 설정함으로써, 종래 외부신호원으로부터 공급되고 있던 전압과 동등한 전압을 인가할 수 있다.
박막 저항의 저항 (RS) 은, 박막 저항을 구성하고 있는 도전성박막의 시트저항 (ρL), 박막 저항의 폭 (W), 길이 (L) 를 사용하여 Rs = ρL ×L/W 로 표시할 수 있다. 예를 들어, Rs = 10 ㏀ 로 하기 위해서는, ρL = 300 Ω/□, L = 1 ㎜, W = 30 ㎛ 로 할 수 있다. 박막 저항의 선폭 (W) 은 너무 좁으면 형상오차에 의한 저항 편차가 커지기 때문에 10 ㎛ 이상으로 할 수 있다. 길이 (L) 가 길어져 기판상에 설치하기 곤란한 경우에는 도중에서 굽힐 수도 있다.
상기 구성에서는, 신호 (1) 에 의한 전압 (V1) 을 분압하여 점 (47) 의 전압을 설정하였으나, 동일한 원리에 의하여 신호 (2) 에 의한 전압 (V2) 을 분압할 수도 있다. 이 경우, 박막 저항은 도 7 에서 신호 2 측의 배선에 접속되고, 도 8 의 등가회로에서는 저항 R2 와 병렬이 되도록 점 47 과 48 사이에 설치된다.
이어서, 전극, 급전부, 박막 저항의 저항값 및 재질에 대해 설명한다. 급전부를 형성하는 급전부 재료의 시트저항 ρS 과 전극을 형성하는 전극재료의 시트저항 ρT 의 비 ρT/ρS 을 1000 이상으로 하는 것이 바람직하다. ρT/ρS 가 작은 경우, 전극에도 비교적 큰 전류가 흐르고, 전극과 접하고 있는 급전부내에서 전압강하가 발생하여, 원하는 전압분포를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, 급전부 재료에 비해 전극재료의 시트저항이 높을수록, 인접하는 급전부 사이에서 전위를 연속적으로 변화시키기 쉬워, 원하는 전위분포를 얻을 수 있다. ρT/ρS 를 1000 이상으로 하는 것이 이 조건을 만족하기 위한 기준이다.
그러나, ρT 가 너무 크면 급전부의 도전성이 없어져 전위분포는 발생하지 않는다. 따라서, ρS 를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하고, ρS 는 0.1 ∼ 10 Ω/
Figure 112001010053745-pct00002
정도, ρT 는 100 ∼ 100 kΩ/
Figure 112001010053745-pct00003
정도가 좋다.
이상의 조건을 만족하여 적절하게 ρS 와 ρT 를 설정하면, 일측 전극에만 2 개 이상의 급전부를 형성하여 이들 2 개 이상의 급전부에 각각 서로 다른 전압을 공급한 경우, 급전부 S1, S2, S3 ‥ 각각의 급전부내에서는 등전위가 되지만, 전극면 내의 전위분포는 급전부 사이에 발생하는 전압강하에 의해 연속적으로 변화한다. 이 연속적으로 변화하는 상황은, 2 개 (2 면) 의 전극에 2 개 이상의 급전부를 형성하여 서로 다른 전압을 공급해도 동일하다.
급전부 재료로는, 구리, 금, 알루미늄, 크롬 등의 금속재료가 도전성·내구성의 면에서 바람직하지만, 비저항이 실온에서 10-8 ∼ 10-7 Ω·m 정도라면 금속 이외의 재료라도 된다. 예컨대, ITO 막 등의 투명도전막을 사용할 수도 있고, 금속재료를 사용하는 경우에 비해 차광부가 없어지므로, 광의 투과율이 높아져 바람직하다. 그러나, 투명도전막은 금속막에 비해 비저항이 크기 때문에, 시트저항을 작게 하기 위해서는 막두께를 두껍게 할 필요가 있다.
급전부에 외부의 위상보정소자 제어회로로부터 전압을 인가하기 위한 전극인출부 (27, 도 2 참조) 상의 배선재료는 ITO 막과 같은 투명도전막이라도 되고, 크롬이나 니켈과 같은 금속막이라도 된다. 특히 니켈 등 땜납 (half-and-half solder) 으로 접속가능한 금속의 경우, 외부의 신호선을 용이하게 땜납으로 접속할 수 있어 바람직하다.
한편, 전극재료로는 투명하며 급전부 재료에 비해 시트저항이 높을 필요가 있다. 투명도전막인 ITO 막 등이 좋고, ITO 막은 시트저항이 높을수록 좋고 100 Ω/
Figure 112001010053745-pct00004
이상이 바람직하다. 또한, 1 kΩ/
Figure 112001010053745-pct00005
이상으로 하는 편이 ρS 를 1 Ω/
Figure 112001010053745-pct00006
정도로 할 수 있기 때문에, 급전부의 막두께를 얇게 할 수 있는 등 제작이 용이해져 보다 바람직하다.
ρT 를 크게 하기 위해 산화 아연막이나 갈륨을 함유하는 산화 아연막 (GZO 막), 또는 갈륨과 실리콘을 함유하는 산화 아연막 (GZS 막) 을 사용하는 것은 ITO 막에 비해 용이하게 고저항막을 얻을 수 있어 바람직하다. 특히, GZO 막이나 GZS 막은 고비저항이면서 에칭성도 양호하고, 광의 투과성, 내구성이 뛰어나다는 점에서 본 발명의 광헤드장치에 적합한 재료이다.
산화 아연막에 갈륨을 첨가하는 경우, 막의 투과율이 변화하므로 그 첨가량을 1 ∼ 10 질량% 로 하는 것이 바람직하다. 또한, 갈륨과 실리콘을 모두 첨가하는 경우에도, 막의 투과율이 변화하므로 그 합계한 첨가량을 1 ∼ 20 질량% 로 하는 것이 바람직하다.
한편, 박막 저항의 재료로는 식 (1) 의 관계를 만족하는 R3 을 갖는 재료로 할 필요가 있다. 광헤드장치에 사용하는 경우, 박막 저항의 저항값을 100 Ω∼ 1000 kΩ로 하는 것은, 전극 및 박막 저항의 제작이 용이해지므로 바람직하고, ITO 나 GZO, GZS 등을 사용할 수 있다. 박막 저항의 재료를 전극재료와 동일하게 하여 전극형성시에 동시에 형성하는 것은, 재료의 저항값이 로트에 의해 편차가 생기더라도, 그 영향은 식 (1) 에 나타내는 바와 같이 분모·분자로 상쇄되므로, V3 에는 영향을 미치지 않아 바람직하다.
다음, 급전부의 형상이나 크기에 관하여 설명한다. 급전부의 형상이나 크기는, 전술한 바와 같이 상황에 따라 변화시키는 것이 바람직하다. 즉, 위상보정소자에 의해 발생하는 파면의 변화는, 급전부의 형상이나 크기 등에 의존하고, 보정하고자 하는 파면수차의 종류나 발생시키고자 하는 파면형상에 따라 변화시키면 된다. 여기서, 파면수차로는 코마수차, 구면수차, 비점수차 등이 있다.
코마수차는, 전술한 바와 같이 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 수차이며, 위상보정소자상의 입사광속의 중심을 통하여 소자면에 평행하며 광디스크의 회전방향에 평행한 직선의 주위에 180°회전했을 때 겹치는 형상을 가지고 있다. 따라서, 급전부는 전술한 평행한 직선에 대해 대칭이 되도록 배치되는 것이 좋다.
구체적으로는, 예컨대 연속된 1 장의 전극의 중앙부에는 통상적으로 장방형상 또는 직선형상의 급전부를 설치하고, 주변부에는 전극의 주변부에서의 형상 (원호 등) 의 급전부를 설치한다. 그리고, 그들 급전부가 전술한 직선에 대해 대칭이 되도록 급전부를 배치한다. 이와 같이 급전부를 배치하는 것은, 가장 효과적으로 코마수차를 보정할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 구면수차를 보정하는 경우는, 구면수차가 광축을 중심으로 하는 동심원형상이기 때문에, 복수의 급전부는, 각각이 원형고리체이며 상호 동심원형상으로 배치되어 있고, 위상보정소자를 통과하는 광원으로부터의 출사광의 광속반경에 대한, 어느 하나의 원형고리체의 반경의 비가 0.65 ∼ 0.85 이며, 출사광의 광속반경에 대한 상기와는 다른 또 하나의 원형고리체의 반경의 비가 0.2 ∼ 0.4 인 것이 바람직하다.
여기서, 원형고리체는 도너츠형이어서 반경에는 폭이 있기 때문에, 원형고리체의 반경의 비와는 내반경의 비와 외반경의 비의 평균값을 의미한다.
통상적으로, 반경의 비 0.65 인 원과 0.85 인 원에 의해 둘러싸인 영역 (영 역 A) 에 구면수차의 최대값이 존재하므로, 급전부인 1 개의 원형고리체가 광축과 중심을 맞춰 영역 A 에 형성되고, 반경의 비가 0.2 인 원과 0.4 인 원으로 둘러싸인 영역 (영역 C) 에, 정밀도가 매우 높게 구면수차를 보정하기 위해 상기와는 다른 하나의 원형고리체의 급전부를 광축과 중심을 맞춰 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 반경의 비 0.65 인 원과 0.85 인 원 대신, 반경의 비 0.7 인 원과, 0.8 인 원으로 하는 것은, 영역 A 보다도 영역은 좁지만 구면수차의 최대값이 존재할 확률이 높은 영역에 원형고리체를 추가할 수 있고, 또 다른 원형고리체를 더 추가할 수 있어 구면수차의 미조정이 가능하므로 바람직하다.
또한, 전극이 연속된 1 장의 전극인 경우, 광축을 포함하여 반경의 비가 0.2 보다 작은 광축근방영역 (영역 B) 에 다시, 원형고리체의 급전부를 광축과 중심을 맞춰 설치함으로써, 구면수차의 미조정이 가능하여 보다 바람직하다.
또한, 전극이 분할전극으로, 영역 B 가 다른 영역 (영역 A, 영역 C 등) 과 분할되어 있는 경우라도, 전술한 바와 같이 정밀도를 매우 높게 하여 구면수차를 보정할 수 있기 때문에 충분하다.
비점수차의 경우에는, 연속된 1 장의 전극에 설치하는, 전극의 중심부의 1 점을 통과하는 복수개의 방사선형 급전부가 바람직하게 갯수를 늘릴수록 원하는 전위분포를 얻을 수 있다. 또한, 코마수차와 구면수차의 양측을 포함하는 파면수차 등을 보정할 수도 있고, 이 경우는 상기 직선형의 급전부와 동심원형상의 급전부를 조합하면 된다.
전술한 바와 같이, 1 쌍의 연속된 전극의 각각에 서로 다른 형상의 급전부를 설치하고, 일측 전극이 코마수차를 보정하고, 타측 전극이 구면수차를 보정하도록 할 수도 있다. 마찬가지로, 한쌍의 전극의 일측을 급전부를 갖는 연속된 1 장의 전극으로 하고, 타측을 복수개로 분할한 분할전극으로 함으로써, 연속된 수차분포와 계단형의 수차분포의 양측을 발생시킬 수도 있다. 파면수차인 코마수차, 구면수차, 비점수차 등은 시스템으로서의 광헤드장치가 발생시키는 것이며, 따라서 광헤드장치내에 본 발명에서의 위상보정소자를 삽입함으로써 파면수차를 유효하게 보정할 수 있다.
본 발명의 위상보정소자는 투과하는 광의 파면형상을 변화시키는 기능을 가지고 있기 때문에, 파면수차를 보정할뿐 아니라 광의 초점위치를 변경하는 등 다른 목적에서도 동일한 원리로 사용할 수 있다. 예컨대, 단순히 광학배율을 변화시켜 투과하는 광의 초점위치를 변화시키는 목적으로 사용하거나, 또 투과하는 파면을 기울여 출사시킴으로써 광의 진행방향을 변경할 목적으로도 사용할 수 있다.
파면수차를 보정하는 경우에도, 상기의 코마수차, 구면수차, 비점수차 등의 보다 고차원의 파면수차도 보정할 수 있다. 이들 경우에도, 원하는 파면의 변화에 따라 급전부의 형상이나 수, 위치, 또는 전극의 분할방법 등을 적절히 설정하면 된다.
본 발명의 위상보정소자의, 급전부가 설치된 전극이 분할되어 복수의 분할전극이 되고, 각각의 분할전극에는 1 개 이상의 급전부가 배치되어 있고, 급전부중 2 개 이상이 박막 저항에 의해 도전접속되어 있는 것이 바람직하다. 도전접속되는 2 개 이상의 급전부가 동일한 분할전극상의 급전부라면 연속적인 전압분포를 발생할 수 있어 바람직하고, 서로 다른 분할전극상의 급전부라면 비연속적인 전압분포가 필요한 경우에 사용할 수 있어 바람직하다.
어떠한 경우에도, 박막 저항을 사용하여 2 개 이상의 급전부를 도전접속함으로써, 종래에 비해 보다 적은 외부신호원으로 광헤드장치를 작동할 수 있다. 또한, 박막 저항의 접속선의 일측이 급전부이며, 타측이 급전부를 갖지 않는 분할전극인 구성의 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 나타낸다.
[예 1]
본 예의 광헤드장치는 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 코마수차를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있고, 또한 이 위상보정소자는 광디스크의 반경방향으로 대물렌즈의 시프트가 발생하여도, 대물렌즈와 위상보정소자를 일체구동시키는 일 없이 적절한 보정용 위상 (파면) 분포를 얻을 수 있는 것이 특징이다. 본 예의 위상보정소자를 삽입한 광헤드장치는 도 1 에 나타낸 것이다.
도 9 는 본 예의 위상보정소자의 전극패턴을 나타내고, 사선부분은 ITO 막에 의해 형성된 연속된 1 장의 전극인 투명전극 (60) 이고, 굵은선 부분은 급전부인 메탈전극 (61 ∼ 66) 이다. 또한, 메탈전극 (61 ∼ 66) 은 급전용 메탈배선 (67) 에 의해 위상보정소자 외부의 도시하지 않은 신호원과 접속되어 있고 각각 신호 (1 ∼ 6) 에 의해 임의의 전압을 공급할 수 있다.
메탈전극 (62 ∼ 65) 의 폭은 100 ㎛, 길이는 1.5 ㎜, 또한 메탈전극 (61 과 62) 의 폭은 100 ㎛, 원호의 길이는 6 ㎜ 였다.
전극패턴은 다음과 같이 형성한다. 우선, 글래스 기판에 스퍼터링법으로 ITO 막을 형성한 후, 포토리소그래피의 기술을 사용하여 패터닝한다. 이 때, 메탈전극부는 ITO 막을 남기고, 메탈배선부는 투명전극 (60) 과 절연되도록 에칭에 의해 메탈배선부 주위의 ITO 막을 제거한다. 이어서, 리프트오프법에 의해 도 9 의 메탈전극 및 메탈배선을 형성한다. 여기서 사용한 메탈전극재는 알루미늄이었다.
또한, 도 9 중의 파선으로 나타낸 영역내가 대물렌즈의 시프트가 없을 때에 광선이 통과하는 유효동공공이고, 전극의 형상은 대물렌즈의 시프트방향 (도면의 좌우방향) 을 따라 렌즈의 시프트량의 분량만큼 길어졌다.
이어서, 대물렌즈의 시프트가 발생한 경우에도, 본 예의 위상보정소자를 사용하여 양호하게 광디스크의 틸트를 보정할 수 있음을 설명한다. 대물렌즈의 NA 가 0.6, 광원의 파장이 0.65 ㎛ 인 광헤드장치에 있어서, 두께가 0.6 ㎜ 인 광디스크가 1°틸트하였을 때에 발생하는 위상변화인 파면수차 (주로 코마수차) 를 도 10 에 나타낸다. 여기서, 위상보정소자에 의한 위상변화가 도 10 의 파면수차량과 역상이면, 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 파면수차를 상쇄시킬 수 있다.
본 예의 위상보정소자에서는 다음과 같이 하여 파면수차를 상쇄하기 위한 위상변화를 얻는다.
먼저, 렌즈의 틸트가 없는 경우에 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 도 11 에 나타낸다. 도 11 에서는 위상변화를 ㎚ 단위로 나타내고 있으며, 예 컨대 좌측절반의 영역의 140 ㎚ (거의 장방형 부분) 와 -140 ㎚ (유효동공공의 주변부) 는 반대방향으로 각각의 수치의 크기로 위상변화가 발생하고, 이들 영역 사이의 곡선은 등고선으로서 이 도 11 에서는 1 개의 등고선이 약 47 ㎚ 를 나타낸다.
본 예에서 렌즈의 시프트가 없는 경우에는, 도 9 의 메탈전극 (61) 에 1.5 V, 메탈전극 (62,63) 에 2.7 V, 메탈전극 (64,65) 에 1.9 V, 메탈전극 (66) 에 3.2 V 의 전압을 공급한다. 본 예의 경우, 6 개의 급전부 (메탈전극) 를 갖는 전극에 대향하는 전극은 급전부가 1 개의 연속된 1 장의 투명전극으로 구성되어 있으며, 항상 0 V 의 전위로 되어 있다.
고저항의 투명전극 (60) 은 다른 전위를 갖는 메탈전극 (61 ∼ 66) 과 전기적으로 접속되어 있기 때문에 장소에 따라 전위가 달라져서 일정하지 않은 전압분포를 일으킨다. 또한, 위상보정소자 내부의 액정분자는 전압의 인가에 의해 배향방향이 변화하여, 상기 일정하지 않은 전압분포에 따라 배향방향에 편차가 발생하는 결과, 입사광의 위상변화 (δn·d) 가 장소에 따라 달라진다. 여기서, d 는 액정셀의 기판간격이고, δn 은 액정셀의 각 점에서의 실질적인 굴절률차이고 인가전압에 따라 변화한다.
본 예에서는 이상과 같이, 메탈전극 (61 ∼ 66) 으로 전압을 공급하여 얻은 도 11 의 위상변화가 도 10 의 파면수차를 상쇄한다.
이어서, 도 9 의 우방향으로 렌즈의 시프트가 발생한 경우를 설명한다. 렌즈의 시프트량 0.3 ㎜, 디스크 틸트각 1°로 발생하는 파면수차 (주로 코마수차) 를 보정하기 위하여, 위상보정소자에 의해 발생하는 위상변화를 도 12 에 나타낸다. 이 경우에는 전극 (61) 에 1.5 V, 전극 (63) 에 2.6 V, 전극 (65) 에 1.8 V, 전극 (66) 에 2.7 V 를 공급하고, 전극 (62,64) 에는 전압을 공급하지 않도록 신호 (1 ∼ 6) 를 설정한다. 위상보정소자상의 유효동공공은 렌즈의 시프트에 따라 우방향으로 이동한다. 따라서, 메탈전극 (62,63) 과 메탈전극 (64,65) 의 세트중 우측 메탈전극 (66,65) 에 전압을 공급함으로써, 위상변화의 최대위치도 렌즈의 시프트에 추종하도록 이동할 수 있기 때문에, 도 10 에 나타낸 파면수차를 보정할 수 있었다.
마찬가지로, 좌방향으로 렌즈의 시프트가 발생한 경우에도, 전극 (61) 에 1.5 V, 전극 (62) 에 2.4 V, 전극 (64) 에 1.6 V, 전극 (66) 에 2.7 V 를 공급하고, 전극 (66,65) 에는 전압을 공급하지 않도록 신호 (1 ∼ 6) 를 설정하였기 때문에, 우방향과 동일한 방법으로 파면수차를 보정할 수 있었다.
본 예에서 렌즈의 시프트량의 최대값은 0.4 ㎜ 이고, 렌즈의 시프트량이 최대값인 경우에도 파면수차를 보정할 수 있도록, 메탈전극 (62,63) 의 간격 및 메탈전극 (64,65) 의 간격을 0.6 ㎜ 로 한다. 이 간격은 고려해야 할 렌즈의 시프트량의 70 ∼ 80 % 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
렌즈의 시프트량이 0.3 ㎜ 보다 크거나 작은 경우에는, 메탈전극 (62 ∼ 65) 으로 공급하는 전압을 적절히 변화시키면 되고, 광디스크의 틸트 및 렌즈의 시프트에 대하여 연속적으로 파면수차를 보정할 수 있었다.
또한, 상기에서 메탈전극 (62,64) 에 전압을 공급하지 않는 경우를 설명하였 으나, 메탈전극 (61 과 63) 의 중간 전압을 메탈전극 (62) 으로, 메탈전극 (65 과 66) 의 중간 전압을 메탈전극 (64) 으로 공급함으로써, 도 12 와 동일한 위상변화를 얻을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 예의 광헤드장치를 사용함으로써, 대물렌즈가 이동한 경우에도, 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 코마수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 전극을 분할한 종래의 위상보정소자와 비교하여 분할영역에서의 광산란이 억제된 결과, 투과율이 3 % 향상되었다.
[예 2]
본 예의 광헤드장치는 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면수차를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있다. 대물렌즈는 광디스크의 두께가 설계값에서 벗어나면 구면수차를 발생하여 신호의 판독 정밀도가 저하된다. 이 구면수차를 보정하는 위상보정소자를 도 1 의 광헤드장치의 위상보정소자 (4) 로 장착하였다. 단, 위상보정소자 제어회로 (10) 는 본 예의 위상보정소자용으로 개량되었다.
본 예의 위상보정소자의 소자구조는 도 2 에 나타낸 것과 동일하고, 이하에 설명하는 전극패턴만 다르다. 따라서, 위상보정소자의 제조방법이나 구성재료 등은 예 1 과 동일한 것을 사용한다. 이하에 본 예의 위상보정소자에 의해 구면수차를 보정하는 원리를 설명한다.
도 3 은 대물렌즈의 NA 가 0.65, 광원의 파장이 0.4 ㎛ 인 광학계에 있어서, 광디스크의 두께가 설계값의 0.6 ㎜ 보다 0.03 ㎜ 두꺼워진 경우에 발생하는 파면 수차 (구면수차) 를 나타낸 도면이다. 광디스크가 설계값보다 두꺼운 경우에는 유효동공공의 중심과 유효동공공의 주변부의 위상에 대하여, 그 양자에 끼워진 중간부의 위상이 진행된 상태로 되며, 두께가 얇은 경우에는 위상이 지연된 상태로 된다. 본 예의 위상보정소자의 전극패턴을 도 13 에 나타낸다.
도 13 중의 사선부는 ITO 막으로 형성된 연속된 1 장의 투명전극 (80) 이고, 굵은선 부분은 메탈전극 (81 ∼ 83) 이다. 메탈전극 (81 ∼ 83) 은 메탈배선 (84) 에 의해 각각 외부의 신호원에 접속되어 있고, 신호 (1 ∼ 3) 로부터 각각 임의의 전압을 공급할 수 있다. 전극패턴의 재질, 제조방법은 전술한 바와 같이 예 1 과 동일하고, 본 예에서는 메탈전극 (82,83) 에 접속되어 있는 메탈배선부의 주변의 투명전극 (80) 의 부분은 에칭에 의해 제거되어 있다.
도 13 의 메탈전극 (81 과 82) 의 외경은 각각 4 ㎜ 와 3 ㎜, 폭은 모두 100 ㎛ 또한 메탈전극 (83) 의 직경은 200 ㎛ 였다.
0.03 ㎜ 의 광디스크 두께편차에 의해 발생하는 구면수차를 위상보정소자에 의해 보정하기 위하여, 메탈전극 (81,83) 에 2.3 V, 메탈전극 (82) 에 2.0 V 공급한다. 여기에서도, 예 1 과 마찬가지로 3 개의 급전부 (메탈전극) 를 갖는 전극에 대향하는 전극은 급전부가 1 개의 연속된 1 장의 투명전극으로 구성되어 있으며, 항상 0 V 의 전위로 되어 있다.
도 14 에 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 나타낸다. 도 14 도 도 11 과 마찬가지로 위상변화를 ㎚ 단위로 표시하고 있으며, 원의 중심부와 외주부는 위상변화가 0 ㎚ 이고, 위상변화가 -100 ㎚ 인 영역이 중간부에 있다. 또 한, 복수개의 실선의 원은 등고선으로서, -100 ㎚ 의 영역의 내측에서는 1 개의 등고선이 20 ㎚ 를 나타내고, 외측에서는 약 60 ㎚ 를 나타낸다.
투명전극 (80) 은 각 메탈전극의 전압에 따라 전압분포를 발생시킨다. 전술한 설명과 마찬가지로, 전압분포에 의해 액정의 실질적인 굴절률 분포가 발생한 결과, 위상보정소자는 도 14 에 나타낸 동심원형상의 위상변화를 발생시킬 수 있다.
한편, 광디스크두께가 0.03 ㎜ 만큼 얇은 경우에는, 도 3 과는 정부(正負)가 역전된 구면수차를 보정하기 위하여, 메탈전극 (81,83) 으로, 2.0 V, 메탈전극 (82) 으로 2.3 V 를 공급하면 된다. 그럼으로써, 위상보정소자에 의해 발생하는 위상변화도 도 14 의 정부를 역전시킨 형태로 되기 때문에, 구면수차를 상쇄시킬 수 있다. 이상과 같이, 메탈전극 (81,82,83) 에 적절한 전압을 공급함으로써 도 3 의 구면수차를 보정할 수 있다. 또, 메탈전극 (81, 83) 에 항상 동일한 전압을 공급해도, 광학특성상 크게 영향받지 않기 때문에 양자를 도통시켜서 하나의 전원에 접속시켜도 된다.
전술한 바와 같이 본 예에서의 광헤드장치를 이용함으로써 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면수차를 양호하게 보정할 수 있었다. 또한, 전극을 분할한 종래의 위상보정소자에 비해 분할영역에서의 광산란이 억제된 결과, 투과율이 3% 향상하였다. 그리고, 종래에 비해 적은 외부신호원에 의해 동작시킬 수 있었기 때문에, 낮은 비용으로 광헤드장치를 제작할 수 있었다.
[예 3]
본 예의 광헤드장치는, 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면수차와 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 코마수차와의 두 수차를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있다. 이 위상보정소자를 도 1 의 광헤드장치의 위상보정소자 (4) 로서 장착하였다. 단, 위상보정소자 제어회로 (10) 는 본 예의 위상보정소자용으로 개량되어 있다. 본 예의 위상보정소자의 소자구조는 도 2 에 나타낸 것과 동일하며, 이하에 서술하는 전극패턴 및 재료가 다르다.
도 2 의 전극 (24a) 으로서, 도 13 에 나타낸 예 2 와 동일한 전극패턴이 형성되어 있어 구면수차를 보정할 수 있다. 본 예의 경우, 도 13 의 연속된 1 장의 투명전극 (80) 의 재료로서 GZO 막을 이용하고, 메탈전극 (81∼83) 으로는 크롬을 이용하였다. 메탈전극 (81, 82) 은 원형고리체이며 서로 동심원상으로 배치되어 있다. GZO 막의 시트저항값은 100 ㏀/
Figure 112001010053745-pct00007
이고, 크롬의 시트저항값은 1Ω /
Figure 112001010053745-pct00008
이다.
한편, 전극 (24b) 으로서, 도 15 에 나타낸 바와 같이 분할전극 (91∼95) 이 형성되어 있어 코마수차를 보정할 수 있다. 도 15 의 분할전극은 글래스 기판에 스퍼터링법에 의해 ITO 막을 형성하고, 포토리소그래피 및 에칭 기술을 이용하여 패턴을 형성하였다. 도 15 의 굵은 선은 분할전극 간 갭을 나타내고 있고, 이 부분은 에칭 기술에 의해 ITO 막이 제거되어 있기 때문에, 전압이 인가되지 않는다. 분할전극 간 갭의 폭은 5 ㎛ 이었다.
이하, 본 예의 위상보정소자에 의해 구면수차와 코마수차를 보정하는 원리를 설명한다. 본 예에서는, 분할전극 (91∼95) 및 메탈전극 (81∼83) 에 입력하는 신호로서, 주파수 1 ㎑, 듀티비가 1/2 인 직사각형 교류파 신호를 인가하였다. 교류신호의 위상은 분할전극 (91∼95) 내, 및 메탈 전극 (81∼83) 내에서는 정렬되어 있으나, 분할전극 (91∼95) 과 메탈전극 (81∼83) 사이에서는 위상이 180° 어긋나 있다.
여기에서, 위상보정소자 제어회로의 공통 (common) 전압 (예를 들어 0 V) 에 대한 메탈전극 (81∼83) 의 전극을 Vn(M) (n = 1∼3), 분할전극 (91∼95) 의 전압을 Vm(D) (m = 1∼5) 로 하면, 위상은 두 전극간에서 180° 어긋나 있기 때문에, 어느 순간에서는 Vn(M) > 0, Vm(D) < 0 이고, 또 어느 순간에서는 Vn(M) < 0, Vm(D) > 0 이 된다. 따라서, 액정분자 (28) 를 구동하는 실효전압 Vnm(E) 은 [Vn(M)-Vm(D)]rms 이고, Vn(M) 과 Vm(D) 의 차인 rms 값 (진폭 자승의 시간적 평균의 평방근) 이 된다. 단, n = 1∼3, m = 1∼5 이다.
본 예의 경우, 주파수, 듀티비가 1/2 로 위상이 180° 어긋난 직사각형 교류파이기 때문에, 실효전압 Vnm(E) 은 단순히 차의 절대값
Figure 112001010053745-pct00009
에 일치한다. 인가하는 전압 Vn(M), Vm(D) 은 보정하는 수차분포에 의해 다르다.
먼저, 구면수차만을 보정하는 경우, 코마수차 보정용 분할전극 (91∼95) 은 고정전압을 인가하고, 본 예에서는 Vm(D) = 1 V (m=1∼5) 로 하였다. 구면수차보정용 메탈전극 (81, 83) 은 동일하게 고정전압을 인가하며, 메탈전극 (82) 에는 광디스크의 두께편차에 대응하는 전압을 인가하고, 본 예에서는 Vn(M) = 1 V (n = 1, 3), V2(M) = 0.5 ∼ 1.5 V 를 인가하였다.
따라서, 실효전압 Vnm(E) 은 메탈전극 (81, 83) 에서는 항상 2 Vrms 가 되고, 메탈전극 (81) 에서는 광디스크의 두께편차의 크기에 따라 1.5 ∼ 2.5 V 의 범위에서 변화하였다. 그 결과, 예 2 와 동일하게 메탈전극 간에 발생하는 연속적인 전위분포에 의해 실효전압도 연속적으로 변화하기 때문에, 도 14 에 나타낸 바와 같은 위상변화를 얻을 수 있었다.
다음, 코마수차만 보정하는 경우, 전술한 경우와는 반대로 구면수차 보정용 메탈전극 Vn(M) (n = 1∼3) 에는 고정전극 1 V 를 인가하고, 코마수차 보정용 분할전극 (93) 에는 고정전극 1 V 를 인가하였다. 분할전극 (91 과 94, 92 와 95) 는 각각 동일한 전압을 광디스크의 틸트량에 따라 0.5∼1.5 V 의 전압을, (V1(D)+V2(D))/2 = V3(D) 의 관계를 만족하도록 인가하였다. 여기에서, 첨자 1 을 4 로, 2 를 5 로 치환해도 이 관계식은 성립된다.
따라서, 실효전압 Vnm(E) 은 분할전극 (93) 에서는 항상 2 Vrms 가 되고, 분할전극 (91, 92, 94, 95) 에서는, 광디스크의 틸트량에 따라 1.5∼2.5 V 까지 변화한다. 그 결과, 도 15 에 나타낸 전극패턴과 동일한 전위분포가 발생하여, 동일한 위상변화를 얻을 수 있었다.
다음, 구면수차와 코마수차를 동시에 보정하는 경우에 관하여 서술한다. 이 경우, 분할전극 (93) 과 메탈전극 (81, 83) 에는 고정전압 1 V 를 인가하고, 분할전극 (91, 92, 94, 95) 은 광디스크의 틸트량에 따라 0.5∼1.5 V 를, 메탈전극 (82) 에는 광디스크의 두께편차의 크기에 따라 0.5∼1.5 V 를 인가한다. 이로써 전술한 경우와 마찬가지로 코마수차 및 구면수차의 수차량에 따른 전위분포가 발생한다.
액정은 전압응답에 의해 실효적인 굴절율이 변화하기 때문에, 전위분포에 따른 굴절율분포가 형성되고, 위상보정소자를 통과하는 광의 위상이 변화한다.
따라서, 두께편차가 있는 광디스크가 틸트되어도, 구면수차와 코마수차의 양측을 동시에 보정함으로써 양호한 재생신호를 얻을 수 있었다.
이상은 코마수차 보정용 전극을 분할전극으로 하였으나, 이것과는 달리 예 1 과 같이 코마수차용으로 연속된 1 장의 전극을 급전부인 메탈전극으로 하고 구면수차용 전극을 동심원형상으로 분할한 분할전극으로 해도 된다.
또한, 광디스크의 래디얼 (radial, 반경) 방향의 코마수차보정과 탄젠셜 (tangential, 접선) 방향의 코마수차 보정용의 전극패턴을 쌍으로 하여 조합해도 되고, 구면수차와 비점수차, 코마수차와 비점수차를 각각 보정하는 전극패턴을 쌍으로 해도 된다. 어느 경우든 2 종류의 수차나 파면변화를 동시에 보정할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 예에서의 광헤드장치를 이용함으로써 광디스크의 경사에 의해 발생하는 코마수차와 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면수차의 양측을 동시에 보정할 수 있었다. 또한, 전극을 분할한 종래의 위상보정소자에 비해 분할영역에서의 광산란이 억제된 결과, 투과율이 5 % 향상하였다. 그리고, 종래에 비해 적은 외부신호원에 의해 동작시킬 수 있었기 때문에, 낮은 비용으로 광헤드장치를 제작할 수 있었다.
[예 4]
본 예의 광헤드장치는 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면수차를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있다. 이 위상보정소자를 도 1 의 광헤드장치의 위상보정소자 (4) 로서 장착하였다. 단, 위상보정소자 제어회로 (10) 는 본 예의 위상보정소자용으로 개량되어 있다.
본 예의 위상보정소자의 소자구조는 도 2 에 나타낸 것과 동일하며, 이하에 서술하는 전극패턴만 다르다. 따라서, 위상보정소자의 제조방법이나 구성재료 등은 예 1 과 동일한 것을 사용하였다.
도 2 의 전극 (24a) 은 도 16 에 나타낸 바와 같이 분할전극 (101, 102, 103) 과 분할전극 (103) 에 형성한 급전부 (104, 105) 에 의해 구성되어 있다. 분할전극 (101∼103) 의 재질은 GZS 막이며, 급전부 (104, 105) 의 재질은 ITO 막이다. GZS, ITO 의 시트저항은 각각 1000 ㏀/
Figure 112001010053745-pct00010
, 10 ㏀/
Figure 112001010053745-pct00011
으로 하였다.
전극 (24a) 은 먼저 글래스 기판상에 ITO 막을 스퍼터링법에 의해 형성시켜 포토리소그래피 및 에칭 기술을 이용하여 급전부 (104, 105) 를 형성하였다. 다음으로, ITO 막을 스퍼터링법에 의해 형성하여 상기한 것과 마찬가지로 포토리소그래피 및 에칭 기술을 이용하여 분할전극 (101∼103) 을 형성하였다. 분할간격은 예 3 과 마찬가지로 5 ㎛ 로 하였다.
도 16 의 신호 (1∼4) 는 각각 분할전극 (101, 102), 급전부 (104, 105) 에 인가되는 신호이며, 위상보정소자 제어회로 (10) 에 의해 발생하였다. 도 16 에서는 신호 (1) 의 배선은 분할전극 (102) 을 통과하고 있는 것처럼 도시되어 있으나, 본 예에서는 에칭에 의해 양자는 절연되도록 분할전극 (102) 이 패터닝되어 있다.
한편, 도 2 의 전극 (24b) 은 ITO 막에 의해 형성한, 연속된 1 장의 전극으로 하였다.
다음, 본 예의 위상보정소자에 의해 구면수차를 보정하는 원리를 설명한다. 본 예의 경우, 인가하는 신호는 주파수 1 ㎑, 듀티비가 1/2 인 직사각형 교류파 신호이며, 신호의 위상은 분할전극 (101, 102), 급전부 (104, 105) 의 모두에 대해 정렬되어 있다. 대향하는 전극 (24b) 은 위상보정소자 제어회로의 공통 (common) 전압 (예컨대, 0 V) 에 고정되어 있다.
구면수차가 발생하지 않은 경우, 신호 (1∼4) 의 전압은 모두 2 V 로 하였다. 그렇게 하면, 전극 (24a) 은 2 V 의 등전위가 되어 위상변화는 발생하지 않는다.
다음, 광디스크의 두께편차에 의해 구면수차가 발생한 경우는 신호 (1), 신호 (4) 의 전압 (V1, V4) 을 2V 로 고정하여 신호 (2), 신호 (3) 의 전압 (V2 , V3) 을 두께편차의 크기에 따라 1 ∼ 3V 범위의 값으로 설정하였다. V1 ∼ V4 의 관계는 (V2-V1)=αㆍ(V3-V1) 및 V1=V4 로 하였다. 여기에서 α는 0 < α< 1 의 비례 정수로 분할전극 (101), 급전부 (104) 의 직경에 따라 결정된다. 본 예에서는 α=0.5 로 한 경우, 광디스크의 재생신호가 가장 양호했다. 또한, 구면 수차를 보정하는 경우에는 V1=V4 일 필요는 없고, 급전부 (104, 105) 의 형상에 따라서는 V 1 과 V4 에서 다른 전압을 인가한 것이 파면수차를 잘 보정할 수 있는 경우도 있고, 이 때는 양호한 재생신호를 얻을 수 있다.
이상과 같이 하여 발생하는 위상보정소자 전체의 전위분포는, 분할전극 (101, 102) 의 내부에서는 전위가 일정하고 계단형태의 분포가 되며, 또 분할전극 (103) 의 내부에서는 연속적으로 변화하는 분포가 된다. 이와 같이, 위상변화가 생긴 결과, 두께편차가 있는 광디스크에서도 구면 수차를 보정할 수 있어 양호한 재생신호를 얻을 수 있었다.
전술한 바와 같이, 본 예에서의 광헤드 장치를 사용함으로써 종래와 비교하여 적은 외부신호원에 의해 동작시킬 수 있고, 낮은 비용으로 광헤드 장치를 제작할 수 있었다.
또한, 분할전극의 일부를 복수의 급전부를 갖는 구성으로 한 결과, 종래의 위상보정소자와 비교하여 분할전극수가 줄었기 때문에, 분할영역에서의 광산란이 저감되어 투과율이 3 % 향상되었다.
[예 5]
본 예의 광헤드장치는 광디스크의 두께편차에 의해 생기는 구면 수차를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있다. 대물렌즈는 광디스크의 두께가 설계값으 로부터 벗어나면 구면 수차를 발생하여 신호의 판독 정밀도가 저하된다. 이 구면 수차를 보정하는 위상보정소자를 도 1 의 광헤드장치의 위상보정소자 (4) 로서 장착하였다. 단, 위상보정소자 제어회로 (10) 는 본 예의 위상보정소자용으로 개량되어 있다.
본 예의 위상보정소자의 소자구조는 도 2 에 나타낸 것과 동일하다. 이하에 본 예의 위상보정소자에 의해 구면 수차를 보정하는 원리를 설명한다. 본 예의 광헤드장치에서의 대물렌즈의 NA 는 0.95, 광원의 파장은 0.4 ㎛ 였다. 광디스크의 두께가 설계값의 0.6 ㎜ 보다도 0.03 ㎜ 만큼 두꺼운 경우에 발생하는 파면수차 (구면수차) 는 상기와 같이 도 3 에 나타난다. 본 예에서의 위상보정소자의 전극패턴은 도 7 에 나타낸 것이고, 등가회로는 도 8 에 나타낸 것이다.
도 7 중의 사선부는 GZO 막으로 형성된 투명전극 (40) 이고, 굵은선 부분 (원형고리체) 은 크롬박막을 에칭기술에 의해 형성한 급전부 (41, 42, 43, 44) 이다. 급전부는 동일한 기판면상에 형성된 동일한 크롬박막에 의한 배선에 의해 외부의 신호원인 신호 (1, 2) 에 접속되어 있다. 급전부 (42) 는 동일한 기판면상에 형성된 박막 저항 (45) 에 의해 신호 (1) 에 접속되어 있다.
급전부 (41 ∼ 44) 의 폭은 100 ㎛, 급전부 (42, 43, 44) 의 직경은 각각 0.5, 1.5, 2.2 ㎜ 이고, 급전부 (41) 는 직경 50 ㎛ 의 원형이었다. 이상의 전극 및 급전부의 패턴은 이하와 같이 형성하였다. 먼저, 글래스 기판상에 스퍼터링법으로 크롬막을 퇴적시킨 후, 에칭기술에 의해 불용부분을 제거하여 급전부 및 배선을 형성하였다. 다음으로, ITO 막을 스퍼터링법에 의해 퇴적한 후, 에칭기술에 의해 박막 저항 (45) 을 형성하였다. 그 후, 스퍼터링법에 의해 GZO 막을 퇴적하고 에칭기술에 의해 투명전극 (40) 을 형성하였다.
각 부의 시트저항값으로서, 급전부가 1 Ω/
Figure 112005046493061-pct00012
, 전극이 100 kΩ/
Figure 112005046493061-pct00013
, 박막 저항이 300 Ω/
Figure 112005046493061-pct00014
였다. 도 8 의 저항 (R1, R2, R3) 에 상당하는 급전부간의 전극저항값은 각각 50, 28, 20 kΩ였다. 박막 저항의 저항값 및 형상은 다음과 같이 하여 결정했다. 급전부 (41, 44) 의 전위가 신호 (1) 에 의해 V1 = 2V, 급전부 (43) 의 전위가 신호 (2) 에 의해 V2 = 3V 로 한 경우, 도 8 의 점 (47) 에 상당하는 급전부 (42) 의 전위를 약 2.15 V 로 하기 위해, 식 (1) 로부터 RS = 5.48 kΩ로 하면 된다. 따라서, 시트저항 (ρL) 은 300 Ω/
Figure 112005046493061-pct00015
이기 때문에, 박막 저항의 선폭 (W) 을 30 ㎛ 로 하면, 길이 (L) 는 RS=ρL ×L/W 로부터 약 0.55 ㎜ 가 된다. 본 예에서는, 폭 30 ㎛, 길이 0.55 ㎜ 의 선을 3 회 절곡한 형상의 저항값 5.48 kΩ의 박막 저항 (선형 저항) 을 형성하였다.
0.03 ㎜ 의 광디스크의 두께편차에 의해 발생하는 구면 수차를 위상보정소자에 의해 보정하기 위해, 급전부 (41, 44) 에 2.3 V, 급전부 (43) 에 2.0 V 의 전압을 공급하였다. 그 결과, 박막 저항에 의해 급전부 (42) 에는 약 2.05 V 의 전압이 공급되었다. 여기에서, 도 7 에 나타낸 급전부를 갖는 전극에 대향하는 전극은 급전부를 하나 갖는 1 장의 투명전극으로 구성되어 있고, 항상 0V 의 전위가 된다.
도 14 에 위상보정소자에 의해 발생한 위상변화를 ㎚ 단위로 나타냈다. 예 2 와 동일했다. 원의 중심부와 바깥부의 위상변화를 0 ㎚ 로 한 경우, 중간부 영역의 위상변화는 -100 ㎚ 정도가 된다. 여기서, 복수개의 실선의 원은 등고선으로서, -100 ㎚ 의 중간부 영역의 내측에서는 1 개의 등고선이 20 ㎚ 를 나타내고, 외측에서는 약 30 ㎚ 를 나타낸다.
투명전극 (40) (도 7) 에는 급전부의 전압에 따라 전압분포가 발생한다. 전술한 바와 같이, 도 7 의 투명전극 (40) 내의 전압분포에 의해 액정의 실질적인 굴절율 분포가 생기는 결과, 위상보정소자는 도 14 에 나타낸 동심원형상의 위상변화를 발생할 수 있다.
한편, 광디스크 두께가 0.03 ㎜ 만큼 얇은 경우에는 도 14 와는 정부(正負)가 역전된 구면 수차를 보정하기 위해, 급전부 (41, 44) 에 2.0 V, 급전부 (43) 에 2.3 V 를 공급하면 위상보정소자에 의해 발생하는 위상변화가 도 14 의 정부를 역전한 형태이 되므로 구면수차를 상쇄할 수 있다. 이상과 같이 원하는 전압을 얻을 수 있도록 박막 저항 (45) 을 형성하고, 급전부 (41, 43, 44) 에 적절한 전압을 공급함으로써 도 14 의 구면 수차를 보정할 수 있다.
[예 6]
본 예의 광헤드장치는 광디스크의 두께편차에 의해 생기는 구면수차와 광디스크의 틸트에 의해 발생하는 코마수차의 양자를 보정하는 위상보정소자를 구비하고 있다. 이 위상보정소자를 도 1 의 광헤드장치의 위상보정소자 (4) 로서 삽입하였다. 단, 위상보정소자 제어회로 (10) 는 본 예의 위상보정소자용으로 개 량되어 있다. 본 예의 위상보정소자의 소자구조는 도 2 에 나타낸 것과 동일하고, 이하에 서술하는 전극패턴 및 재료가 다르다.
도 2 의 전극 (24a) 은 도 17 에 나타낸 바와 같이 분할전극 (51, 52, 55) 과 분할전극 (55) 에 형성한 급전부 (53, 54) 및 박막 저항 (56, 57) 에 의해 구성되어 있다. 도 17 에서는 박막 저항 (56, 57) 은 모식적으로 나타나 있고, 실제의 형상은 원하는 저항값을 얻을 수 있도록 선형 등으로 한다.
분할전극 (51, 52, 55) 의 재질은 GZS 막이고, 급전부 (53, 54) 및 박막 저항 (56, 57) 의 재질은 ITO 막이었다. GZS 막, ITO 막의 시트저항은 각각 1000, 10 kΩ/
Figure 112005046493061-pct00016
였다. 전극 (24a) 은 먼저 글래스 기판상에 ITO 막을 스퍼터링법에 의해 형성하고 포토리소그래피기술 및 에칭기술을 사용하여 급전부 (53, 54) 및 박막 저항 (56, 57) 을 형성하였다. 급전부 (53, 54) 의 폭은 50 ㎛ 로 하였다. 다음으로, GZS 막을 스퍼터링법에 의해 형성하고 포토리소그래피기술 및 에칭기술을 사용하여 분할전극 (51, 52, 55) 을 형성하였다. 분할전극의 분할간격은 5 ㎛ 로 하였다. 도 17 의 신호 (1 및 2) 는 각각 분할전극 (51) 과 급전부 (54) 및 급전부 (53) 에 인가되는 신호이고, 위상보정소자 제어회로 (10) 에 의해 발생한다.
한편, 전극 (24b) 에는 예 3 과 동일하게 도 15 에 나타낸 바와 같이 분할전극 (91 ∼ 95) 이 형성되어 있어 코마수차를 보정할 수 있다. 도 15 의 분할전극은 글래스 기판에 스퍼터링법에 의해 ITO 막을 형성하고, 포토리소그래피기술 및 에칭기술에 의해 패턴을 형성하였다. 도 15 의 굵은선은 분할전극간 갭을 나타 내고 있고, 이 부분은 에칭에 의해 ITO 막이 제거되어 있으므로, 전압이 인가되지 않는다. 분할전극간 갭의 폭은 5 ㎛ 였다.
이하에 본 예의 위상보정소자에 의해 구면 수차와 코마수차를 보정하는 원리를 설명한다. 위상보정소자 제어회로의 출력파형은 주파수 1 kHz, 듀티비 1/2 의 직사각형 교류파 신호이고, 교류신호의 위상은 전극 (24a) 내 및 전극 (24b) 내는 동위상이고, 전극 (24a) 과 전극 (24b) 간은 역위상 (위상차 180 °) 이 된다. 여기서, 위상보정소자 제어회로의 공통(common)전압 (예컨대 0V) 에 대한 전압으로서, 전극 (24a) 의 분할전극, 급전부의 전압을 Vn(S) (n=1 ∼ 4), 전극 (24b) 의 분할전극의 전압을 Vm(D) (m=1 ∼ 5) 로 하면, 위상은 양자에서 180 °어긋나 있기 때문에, 어느 순간에서는 Vn(S) > 0, Vm(D) < 0 이고, 또 어느 순간에서는 Vn (S) < 0, Vm(D) > 0 이 된다. 따라서, 액정분자 (28) 를 구동하는 실효전압 (Vnm(E)) 은 [Vn(S) - Vm(D)]rms 이고, Vn(S) 와 Vm(D) 의 차의 rms 값 (진폭 자승의 시간적 평균의 제곱근) 이 된다.
본 예의 경우, 듀티비가 1/2 이고, 위상이 180 °어긋난 직사각형 교류파이기 때문에, 실효전압 (Vnm(E)) 은 단지 차의 절대값 │Vn(S) - Vm(D) │에 일치한다. 인가하는 전압 (Vn(S), Vm(D)) 은 보정하는 수차분포에 따라 다르다.
먼저, 구면수차만을 보정하는 경우, 코마수차 보정용인 분할전극 (91 ∼ 95) 에는 고정전압을 인가한다. 본 예에서는 Vm(D) = 1V (m=1 ∼ 5) 로 하였다. 구면수차 보정용인 전극 (24a) 에 대해서는 신호 (1) 를 고정전압으로서 분할전극 (51), 급전부 (54) 에 대하여 Vn(S) = 1V (n=1, 4) 로 하고, 신호 (2) 에는 광디스크의 두께편차에 대응하는 전압으로서 분할전극 (52), 급전부 (53) 에 Vn(S) = 0.5 ∼ 1.5V (n = 2, 3) 를 인가하였다. 따라서, 실효전압 (Vnm(E)) 은 분할전극 (51), 급전부 (54) 에서는 항상 2 Vrms 가 되고, 분할전극 (52), 급전부 (53) 에서는 광디스크의 두께편차에 따라 1.5 ∼ 2.5 Vrms 까지 변화한다. 그 결과, 예 5 와 동일하게 메탈전극간에 발생하는 연속적인 전위분포에 의해 실효전압도 연속적으로 변화하므로, 전극패턴에 따른 위상변화를 얻을 수 있다.
이어서, 코마수차만을 보정하는 경우, 전술한 것과는 반대로 구면수차 보정용 전극 (24a) 에 대해서는 신호 (1, 2) 모두 고정전압으로 하고, 분할전극, 급전부 모두 Vn(S) (n=1 ∼ 4) = 1V 를 인가하였다. 한편, 코마수차 보정용 전극 (24b) 에 대해서는 분할전극 (93) 에는 고정전압 1V 를 인가하였다. 분할전극 (91 과 94, 92 와 95) 에 대해서는 각각 동일한 전압을 광디스크의 틸트량에 따라 0.5 ∼ 1.5 V 의 전압을 (V1(D)+V2(D))/2 = V3(D) 의 관계를 만족하도록 인가하였다.
따라서, 실효전압 (Vnm(E)) 은 분할전극 (93) 에서는 항상 2 Vrms 가 되고, 분할전극 (91, 92, 94, 95) 에서는 광디스크의 틸트량에 따라 1.5 ∼ 2.5 Vrms 의 범위에서 변화한다. 그 결과, 도 15 에 나타낸 전극패턴의 형상과 동일한 전위분포 가 발생하고, 위상변화를 얻을 수 있었다.
계속해서, 구면수차와 코마수차를 동시에 보정하는 경우에 대하여 서술한다. 이 경우, 분할전극 (93) 과 분할전극 (51), 급전부 (54) 에는 고정전압 1V 를 인가하고, 분할전극 (91, 92, 94, 95) 에는 광디스크의 틸트량에 따라 0.5 ∼ 1.5V 를, 도 17 의 신호 (1 및 2) 의 전압에는 광디스크의 두께편차량에 따라 0.5 ∼ 1.5V 를 인가한다. 이에 의해, 전술한 경우와 동일하게 코마수차, 구면수차에 대응한 전위분포가 발생한다. 따라서, 위상변화가 생긴 결과, 두께편차가 있는 광디스크가 틸트한 경우에도 구면수차와 코마수차를 보정할 수 있기 때문에, 양호한 재생신호를 얻을 수 있었다.
이상은 코마수차 보정용 전극을 분할전극으로 했는데, 예 5 와 같이 코마수차용 전극을 급전부인 메탈전극으로 하여 구면수차용 전극을 동심원으로 분할한 분할전극으로 해도 된다. 또한, 레이디얼 코마수차 보정과 탄젠셜 코마수차 보정의 전극패턴을 쌍으로 하여 각각의 기판상에 형성해도 되고, 구면수차와 비점수차, 코마수차와 비점수차를 각각 보정하는 전극패턴을 쌍으로 해도 된다. 어떠한 경우에도 2 종류의 수차나 파면변화를 동시에 보정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 헤드장치에서는 위상보정소자를 구성하는 1 쌍의 기판 각각에 형성된 전극 중 하나 이상의 전극에 2 개 이상의 급전부를 설치함으로써, 이 위상보정소자에 의해 광원으로부터의 출사광에 연속적인 위상 (파면) 변화를 발생시킬 수 있기 때문에, 광디스크의 틸트나 광디스크 두께편차 등에 의해 발생하는 파면수차를 효율적으로 보정할 수 있어, 노이즈가 적은 양호한 신호광을 얻을 수 있다.
또한, 복수의 급전부를 박막 저항을 통해 도전접속함으로써 종래보다 적은 신호원으로 동등한 수차보정성능을 발휘할 수 있다.
또한, 광기록매체의 반경반향에 대한 대물렌즈의 시프트가 생긴 경우라도 위상보정소자를 대물렌즈와 일체로 구동시키지 않고 파면수차 (주로 코마수차) 를 보정할 수 있다. 그리고, 광디스크의 두께편차로 발생하는 구면수차도 보정할 수 있다.
본 발명의 효과는 기판에 형성된 전극이 연속된 1 장의 전극이라도, 복수개로 분할되어 있어도, 본 발명의 요건을 만족시키고 있는 한 효과에 큰 차이를 발생시키지 않는다.

Claims (10)

  1. 광원,
    상기 광원으로부터의 출사광을 광기록매체 상에 집광시키기 위한 대물렌즈,
    상기 광원과 상기 대물렌즈 사이에 설치되고 출사광의 파면을 변화시키는 위상보정소자로서, 적어도 일방이 투명한 1 쌍의 기판의 사이에 포함된 이방성 광학매질을 구비하고 있으며, 상기 1 쌍의 기판 표면에는 상기 이방성 광학매질으로의 전압 인가용 전극이 각각 형성되어 있고, 상기 1 쌍의 기판 표면에 형성된 전극은 연속 전극을 포함하고, 적어도 일방의 상기 연속 전극에는 복수의 급전부가 각각 다른 위치에 형성되어 있으며, 상기 복수의 급전부에는 연속적으로 변화하는 전위 분포를 얻기 위해서 상기 연속 전극에 전압 강하가 발생하도록, 각각 다른 전압을 공급할 수 있도록 되어 있는 위상보정소자, 및
    파면을 변화시키기 위한 전압을 상기 위상보정소자로 출력하는 제어전압 발생수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  2. 광원,
    상기 광원으로부터의 출사광을 광기록매체 상에 집광시키기 위한 대물렌즈,
    상기 광원과 상기 대물렌즈 사이에 설치되고 출사광의 파면을 변화시키는 위상보정소자로서, 1 쌍의 기판의 사이에 포함된 이방성 광학매질을 구비하고 있으며, 상기 1 쌍의 기판의 대향하는 각각의 표면에는 상기 이방성 광학매질으로의 전압 인가용 전극이 형성되어 있고, 상기 1 쌍의 기판 표면에 형성된 전극은 연속 전극을 포함하고, 적어도 일방의 상기 연속 전극에는 복수의 급전부가 각각 다른 위치에 형성되어 있으며, 연속적으로 변화하는 전위 분포를 얻기위해 상기 연속 전극에 전압 강하가 발생하도록 도전성 박막으로 이루어진 박막 저항을 통해 상기 복수의 급전부의 2 개 이상이 도전 접속되어 있는 위상보정소자, 및
    파면을 변화시키기 위한 전압을 상기 위상보정소자로 출력하는 제어전압 발생수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 급전부가 형성되어 있는 전극이 분할되어 복수의 분할전극으로 되고, 상기 각각의 분할전극에는 하나 이상의 급전부가 배치되어 있으며, 상기 급전부 중 2 개 이상이 상기 박막 저항을 통해 도전 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 급전부는 각각이 원형고리체이며, 서로 동심원형상으로 배치되어 있고, 상기 위상보정소자를 통과하는 상기 광원으로부터의 출사광의 광속반경에 대한 어느 하나의 원형고리체 반경의 비가 0.65 내지 0.85 이고, 상기 광속반경에 대한 상기 어느 하나의 원형고리체가 아닌 다른 하나의 원형고리체 반경의 비는 0.2 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 쌍의 기판 중 하나만 투명한 기판인 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 광학매질이 액정인 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전부를 갖는 전극을 형성하는 전극재료의 시트저항이 100Ω/
    Figure 112005046493061-pct00017
    이상인 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 박막 저항 전부는 저항값이 100Ω에서 1000kΩ까지의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 전극재료의 시트저항 전부는 상기 급전부를 형성하는 급전부재료의 시트저항의 1000 배 이상인 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극재료는 갈륨이 첨가된 산화 아연막 또는 갈륨과 실리콘이 첨가된 산화 아연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
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