KR101045978B1 - 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 대물 렌즈의 가동(可動)으로 집광 스폿에 영향이 미치는 것을 방지하는 광 픽업기 및 이 광 픽업기를 이용하는 광 정보 처리 장치를 제공한다.
반도체 레이저(1)로부터 출사되는 P편광의 광선은 회절 소자(2)로 3빔으로 회절되어 편광 빔 분할기(3)를 투과하고, 콜리메이트 렌즈(4)를 거쳐 편향 미러(5)로 반사되어 보정 소자(6), 액정 소자(7), 1/4 파장 판(8)을 거쳐 원 편광으로 되며 대물 렌즈(9)에 의하여 집광되어 광 기록 매체(10)에 스폿이 형성된다. 광 기록 매체(10)로부터의 반사 광선은 동일한 광로를 역행하며, 1/4 파장 판(8)으로 직선 편광(S편광의 광선)으로 되고 편광 빔 분할기(3)로 반사되어 검출 렌즈(11)를 통하여 수광 소자(12)에 집광된다. 보정 소자(6)에 의하여 광 기록 매체(10)로부터의 귀환 광선을 회절시키고, 인접층의 반사 광선을 수광 소자(12)에 수광시키지 않는 위상 단차를 구비하며, 이 위상 단차에 의하여 대상층에서 반사되는 ±1차 광선과 중첩되는 인접층의 0차 광선은 회절시켜 인접층의 간섭 광선을 억제한다.
반도체 레이저, 콜리메이트 렌즈, 편광 빔 분할기, 보정 소자, 광 기록 매체

Description

광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치{OPTICAL PICKUP AND OPTICAL DATA PROCESSING DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 광학 소자를 구비한 광 픽업기에 관한 것이고, 특히 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체의 기록 및/또는 재생시에 인접층으로 인한 트랙 오류 신호의 열화를 방지하는 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 광 픽업기는 일반적으로 광 기록 매체 내에 있는 미리 정해진 기록 트랙상에 정확하게 집광 스폿을 조사하기 위하여, 포커스 오류 신호 및 트랙 오류 신호를 검출하고 이들 각 오류 신호를 이용하여 대물 렌즈의 위치 제어를 실행하는 구성으로 되어 있다. 이 중, 트랙 오류 신호의 검출 방식으로서는 3 스폿 방식, 푸시풀 방식, 차동 푸시풀 방식 등이 대표적인 검출 방식으로 알려져 있다(이하, 설명을 간략화하기 위하여, 편의상 이 차동 푸시풀 방식을 DPP 방식이라 함).
특히 DPP 방식은 비교적 간단한 광학계에 의하여 감도가 높은 트랙 오류 신호를 검출할 수 있는 외에, 대물 렌즈의 변위나 광 기록 매체의 경사 등에 기인하는 트랙 오류 신호의 오프셋(offset)이 양호하게 제거된 신뢰성이 높은 트랙 오류 신호를 검출할 수 있다는 이점이 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 평 7－272303호 참조).
여기서, DPP 방식에 의한 트랙 오류 신호의 검출 원리에 대하여 간단하게 설명한다. DPP 방식을 이용한 광 픽업기에서는 예를 들면 도 16에 나타낸 바와 같이, 광원의 반도체 레이저(1)와 하프 미러(23) 사이의 광로 중에 회절 소자(2)를 배치하고 있다. 이 회절 소자(2)는 일반적으로 예를 들면 도 17에 나타낸 바와 같이 일정한 주기로 등간격으로 새겨진 직선형의 홈을 구비하며, 반도체 레이저(1)로부터 발사된 광선의 0차 광선 및 ±1차 회절 광선과 같은 적어도 합계 3개의 광선을 회절 분리시키는 기능을 구비하고 있다.
그리고, 이들 3개의 광선은 각각 하프 미러(23), 콜리메이트 렌즈(4), 대물 렌즈(9)를 거쳐 각각 독립적으로 집광되며, 도 18a에 나타낸 바와 같이 광 기록 매체(10)의 신호 기록면에 3개의 집광 스폿(100, 101, 102)을 형성한다. 이 때, 3개의 집광 스폿(100, 101, 102)은 광 기록 매체(10)의 반경 방향, 즉 상기 광 기록 매체(10)의 기록면에 주기적으로 마련된 안내 홈(31)을 수직으로 통과하는 방향의 조사 위치 간격(δ)이 이 안내 홈(31)의 주기(이하, 설명을 간략화하기 위하여 편의상 이 안내 홈 주기를 트랙 피치라 함) Tp의 대략 2분의 1과 일치하도록 회절 소자(23)를 광축 주위로 회전 조정하는 등 수단에 의하여 그 조사 위치가 조정되어 있다. 그리고 각 집광 스폿(100~102)의 광 기록 매체(10)로부터의 반사 광선은 다시 대물 렌즈(9), 콜리메이트 렌즈(4), 하프 미러(23)에 이른다. 그리고 일부 광량이 이 하프 미러(23)를 투과한 후, 검출 렌즈(11)를 거쳐 수광 소자(12)에 입사된 다.
　이 수광 소자(12)에는 예를 들면 도 18b에 나타낸 바와 같이, 3개의 2분할 또는 4분할의 수광부(20a, 20b, 20c)가 배치되어 있고, 광 기록 매체(10)의 반사 광선은 각각 독립으로 미리 정해진 수광면에 입사되며, 각각 검출광 스폿(200, 201, 202)을 형성한다. 그리고, 이 각 수광면으로부터의 광전 변환 신호를 감산기(50a, 50b, 50c)에 의하여 각각 감산 처리함으로써, 각각 검출광 스폿(200, 201, 202)마다 푸시풀 방식에 의한 트랙 오류 신호(이하, 설명을 간략화하기 위하여 편의상 이 신호를 단순하게 푸시풀 신호라 함)가 검출된다.
이 때, 광 기록 매체(10) 상에 집광되어 있는 메인 집광 스폿(100)에 대응하는 검출광 스폿을 200, 서브 집광 스폿(101, 102)에 대응하는 검출광 스폿을 각각 201, 202로 하며, 이들 각 검출광 스폿으로부터 얻어지는 푸시풀 신호를 Sa, Sb, Sc로 나타내면, 광 기록 매체(10) 상의 집광 스폿(100, 101, 102)의 위치 관계로부터 명백하게 푸시풀 신호(Sa, Sb 및 Sc)는 그 위상이 서로 대략 180도 어긋나 있다. 즉, 푸시풀 신호(Sa와 Sb) 및 푸시풀 신호(Sa와 Sc)는 서로 그 신호 파형이 역위상으로 되어 출력된다(Sb와 Sc는 동위상). 따라서, 이 신호(Sa)에서 신호(Sb와 Sc)의 합 신호를 감산 처리하여도 신호 성분은 제거되지 않고, 반대로 증폭시킬 수 있다.
한편, 대물 렌즈(9)의 변위나 광 기록 매체(10)의 경사 등이 발생하면, 이에 기인하여 각 푸시풀 신호에 미리 정해진 오프셋 성분이 발생하지만, 이 오프셋 성분은 명백하게 광 기록 매체(10) 면의 집광 스폿 위치에 관계없이 신호(Sa, Sb 및 Sc) 모두에서 동일한 극성으로 발생한다. 따라서, 상기한 바와 같은 감산 처리를 실시하면, 각 푸시풀 신호에 포함되는 오프셋 성분만 선택적으로 서로 제거되어, 결과적으로 오프셋 성분만 완전하게 제거 또는 대폭적으로 감소된 양호한 트랙 오류 신호를 검출할 수 있다.　
즉, 예를 들면 도 18b의 푸시풀 신호(Sb와 Sc)를 가산기(51)에 의하여 가산 처리하고, 나아가 이 가산 처리 후의 신호를 증폭기(52)에 의하여 적당하게 증폭한 후, 감산기(53)에 의하여 메인 집광 스폿(100)의 푸시풀 신호(Sa)로부터 감산 처리함으로써, 이 푸시풀 신호(Sa)에 포함되는 상기 오프셋 성분을 완전하게 제거 또는 대폭적으로 감소시키고, 진폭만 증폭시킨 양호한 트랙 오류 신호가 출력되는 것이다.
광 기록 매체의 용량을 증가시키는 수단으로서 2층의 정보 기록면을 갖는 2층 광 기록 매체가 있다. 2층 광 기록 매체의 경우, 광 기록 매체의 광선 입사면에 가까운 층(L1) 및 광선 입사면에서 먼 층(L2)을 구비하고, 기록 및/또는 재생시, 수광 소자에 돌아오는 광선은 대물 렌즈의 초점에 위치한 층 뿐만 아니라, 인접한 층으로부터도 영향을 받게 된다. 이를 층간 혼선(crosstalk)이라 한다. 광 픽업기에서는 이러한 층간 혼선이 서보 신호에 영향을 주지 않도록 할 필요가 있다.
도 19는 2층 광 기록 매체의 재생시의 광로를 나타내는 모식도이다. 도 19를 참조하면, 광 입사면에서 가까운 L1층의 재생시에 수광 소자(12)에 수광되는 광 L11에 대하여, L2층에서 반사된 광 L12는 그 초점이 상기 광 L11보다 전방에 위치한다. 한편, L2층의 재생시에 수광 소자(12)에 수광되는 광 L22에 대하여, L1층에 서 반사된 광 L21은 그 초점이 광 L22보다 후방에 위치한다.
도 20a는 L1층의 재생시에 수광 소자에 집광되는 광 분포, 도 20b는 L2층의 재생시에 수광 소자에 집광되는 광 분포를 나타내는 도면이다. 도 20a에 있어서, L11_0차 광선, L11_±1차 광선, L12_0차 광선은 각각 L1층의 재생시, L1층에서 반사된 0차 광선, L1층에서 반사된 ±1차 광선, L2층에서 반사된 0차 광선을 나타내고, 도 20b에 있어서, L22_0차 광선, L22_±1차 광선, L21_0차 광선은 각각 L2층의 재생시, L2층에서 반사된 0차 광선, L2층에서 반사된 ±1차 광선, L1층에서 반사된 0차 광선을 나타낸다.
일반적으로 DPP용 회절 소자는 0차 광선과 ±1차 광선의 광량비를 [0차 광선:＋1차 광선:－1차 광선 = 10:1:1]로 분배한다. 그 때문에, L11_±1차 광선이나 L22_±1차 광선과 중첩되는 L12_0차 광선, L21_0차 광선과 같은 인접층에 의한 간섭 광선은 무시할 수 없는 광량 레벨이 되어, 결과적으로 L12_0차 광선은 L11_0차 광선과 L11_±1차 광선에 의하여 형성되는 DPP 신호에 영향을 준다. 마찬가지로 L21_0차 광선은 L22_0차 광선과 L22_±1차 광선에 의하여 형성되는 DPP 신호에 영향을 준다.
특히, 층간 간격의 두께 변동 등으로 인하여 L12_0차 광선 및 L21_0차 광선이 가변되면, 트랙 오류 신호가 흔들리는 등 현상이 초래되어 정확한 트랙 서보를 수행할 수 없게 된다.
이와 같은 층간 혼선을 감소시키는 수단으로서 비특허 문헌인 Ryuichi Katayama, Yuichi Komatsu [REDUCTION OF INTERLAYER CROSSTALK IN DUAL LAYER OPTICAL DISKS USING PATTERNED PHASE PLATE] NEC Corporation, 13th Microoptics Conference (Moc'07), PD4, 페이지 8－9, Oct. 28-31. 2007이 알려져 있다. 이 문헌에 의하면 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 광학 소자를 구비한다. 그 광학계의 구성을 도 21에 나타낸다.
반도체 레이저(1)로부터 출사된 광선은 입사 광선을 3개의 광선으로 나누는 회절 소자(2)를 거쳐 대물 렌즈(9)에 의하여 광 기록 매체(10)의 액세스 대상의 기록면에 집광된다. 기록면으로부터 반사된 광선은 다시 대물 렌즈(9)를 통하여 수광 소자(12)에서 검출된다. 도중에 광 기록 매체(10)를 향하는 왕로(往路) 및 광 기록 매체(10)로부터 반사되는 광선을 수광 소자(12)에 분기하는 빔 분할기(3)를 구비한다. 여기서, 빔 분할기(3)와 수광 소자(12)의 사이에 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자(12)에 수광되는 것을 억제하는 광학 소자(16)를 구비한다.
이 광학 소자(16)는 적어도 한 면에 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체(10)를 적용시, 인접층에서 반사된 광선을 수광 소자(12)에 입사시키지 않는 위상 단차를 부여하는 소자이다. 도 22a는 광 입사측에서 바라본 정면도, 도 22b는 단면도를 나타낸다. 도 22a에 나타낸 바와 같이 이 광학 소자(16)는 6개의 영역으로 이루어지고, 영역 a, d, f에 대하여 영역 b, c, e에 위상차 π를 부여하는 단차를 구비한다.
또한, 도 23a, 도 23b는 광학 소자의 유무에 따른 수광 소자상의 광량 분포를 나타내는 도면이다. 도 23a는 광학 소자를 광로 중에 배치하지 않은 경우의 수광 소자 면에 집광되는 광 분포를 나타내는 것으로, 도 20a, 도 20b와 동일한 것이 다. 한편, 도 23b는 광학 소자를 삽입한 경우의 수광 소자상에 집광되는 광 분포를 나타내는 것으로, L11_0차 광선, L11_±1차 광선, L12_0차 광선의 각 스폿이 6개로 분열되어 이루어진다. 이에 따라, L12_0차 광선은 수광 소자에 입사되지 않아 층간 혼선을 회피할 수 있게 된다. 한편, 신호 광선의 L11_0차 광선, L11_±1차 광선도 각각 6개로 분열되지만, 각 소자에 수광되는 량은 광학 소자를 삽입하지 않는 경우와 동일하므로 영향이 없다.
그런데, 광 픽업기에 이용하는 대물 렌즈는 액츄에이터에 배치되어 포커스 방향, 트랙 방향으로 가동한다. 트랙 방향으로 가동하는 경우에는, 도 24에 나타낸 바와 같이 대물 렌즈(9)의 광원으로부터 출사되는 광선의 광축에 대하여 트랙 방향으로 어긋나 광축차가 발생한다. 이와 같이 광축차가 발생하면, 도 25와 같이 플레어 광선이 간섭하게 된다. 또한, 광학계의 배치상, 광학 소자(16)를 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치하는 것이 바람직한 경우가 있다.
상기와 같은 플레어 광선의 간섭을 회피하는 방법으로서 광학 소자(16)도 액츄에이터에 탑재하여 대물 렌즈(9)와 일체로 가동시키면 회피할 수 있다. 그러나, 상기 문헌의 광학 소자(16)에서는 광원에서 광 기록 매체를 향하는 왕로 광선에도 위상 단차를 부여하게 되어, 광 기록 매체(10)에 조사하는 광 스폿의 집광 특성을 열화시킨다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 특히, 대물 렌즈 가동에 따른 광축차가 발생하여도 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없고, 층간 혼선을 보정할 수 있으며 또한 액츄에이터에 탑재 가능한, 또는 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치 가능한 보정 수단으로서 광학 소자를 구비하는 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 청구항 1에 기재한 광 픽업기는 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체에 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 픽업기에 있어서, 광원(예를 들면, 청색 파장 대역(λ=395~415 nm)의 반도체 레이저)과; 광원으로부터 출사되는 광선을 광 기록 매체의 액세스 대상의 기록면에 집광시키는 집광 수단과; 집광 수단과 광원 사이의 광로 중에 배치되어 광원으로부터 출사되는 광선을 3개의 광선으로 나누는 회절 소자와; 집광 수단과 광원 사이의 광로 중에 배치되어 집광 수단을 통과한 귀환 광선을 분기하는 분기 광학 소자와; 집광 수단과 분기 광학 소자 사이의 광로 중에 배치되어 입사 광선에 1/4 파장의 광학적 위상차를 부여하는 1/4 파장 판과; 분기 광학 소자로 분기된 귀환 광선을 미리 정해진 수광 위치에서 수광하는 수광 수단과; 집광 수단과 수광 수단 사이의 광로 중에 배치되고, 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체를 적용시, 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 보정 소자;를 구비하고, 보정 소자는 광축 수직면 내에 적어도 2개의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성되며, 서브 파장 요철 구조는 인접하는 영역의 홈 방향이 서로 직교하여 이루어지는 동시에, 인접하는 영역마다 유효 굴절률이 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향에 대하여 동일하게 되고, 또한 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향과 직교하는 편광 방향에 대하여 인접하는 영역간의 위상차가 π로 되도록 각 영역의 서브 파장 요철 구조의 충전율이 결정되는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하여, 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한(층간 간격의 두께 변동 등) 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 특히, 보정 수단으로 대물 렌즈 가동에 따른 광축차가 발생하여도 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 보정할 수 있으며, 층간 혼선을 억제하는 보정 소자는 편광 선택형으로, 왕로 광선에는 영향을 미치지 않고 귀로 광선에 대해서만 작용하기 때문에 액츄에이터에 탑재 가능하며, 또한 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치할 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재한 광 픽업기는 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체에 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 픽업기에 있어서, 파장 λ1의 광선을 출사하는 제1 광원(예를 들면, 청색 파장 대역(λ=395~415 nm)의 반도체 레이저)과; 파장 λ2(λ＞1)의 광선을 출사하는 제2 광원(예를 들면, 적색 파장 대역(λ=640~680 nm)의 반도체 레이저)과; 제1 및 제2 광원으로부터 출사되는 광선을 광 기록 매체의 액세스 대상의 기록면에 집광시키는 집광 수단과; 집광 수단과 제1 및 제2 광원 사이의 광로 중에 배치되어 제1 및 제2 광원으로부터 출사되는 광선을 3개의 광선으로 나누는 회절 소자와; 집광 수단과 제1 및 제2 광원 사이의 광로 중에 배치되어 집광 수단을 통과한 귀환 광선을 분기하는 분기 광학 소자와; 집광 수단과 분기 광학 소자의 사이의 광로 중에 배치되어 입사 광선에 1/4 파장의 광학적 위상차를 부여하는 1/4 파장 판과; 분기 광학 소자로 분기된 귀환 광선을 미리 정해진 수광 위치에서 수광하는 수광 수단과; 집광 수단과 수광 수단 사이의 광로 중에 배치되고, 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체를 적용시, 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 보정 소자;를 구비하고, 보정 소자는 광축 수직면 내에 적어도 2개의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 입사 광선의 파장 λ1보다 짧은 주기를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성되며, 서브 파장 요철 구조는 인접하는 영역의 홈 방향이 서로 직교하여 이루어지는 동시에, 인접하는 영역마다의 유효 굴절률이 제1 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향에 대하여 동일하게 되고, 또한 제1 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향과 직교하는 편광 방향에 대하여 인접하는 영역간의 위상차가 π로 되도록 각 영역의 서브 파장 요철 구조의 충전율이 결정되는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하여, 2파장 광원을 구비한, 예를 들면 BD/DVD 호환형에도 적용할 수 있고, 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한(층간 간격의 두께 변동 등) 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 특히, 보정 수단으로 대물 렌즈 가동에 따른 광축차가 발생하여도 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 보정할 수 있으며, 층간 혼선을 억제하는 보정 소자는 편광 선택형으로, 왕로 광선에는 영향을 미치지 않고 귀로 광선에 대해서만 작용하기 때문에 액츄에이터에 탑재 가능하며, 또한 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치할 수 있다.
또한, 청구항 3에 기재한 광 정보 처리 장치는 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체의 기록면에 광선을 조사하여 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 정보 처리 장치에 있어서, 스핀들 모터와; 서보 제어 회로와; 시스템 제어기와: 청구항 1 또는 2 기재의 광 픽업기를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하여, 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 대물 렌즈 가동에 따른 광축차가 발생하여도 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 보정하는 광 픽업기에 의하여 고범용성, 고신뢰성을 갖는 정보의 기록 또는 재생을 실행할 수 있는 광 정보 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한(층간 간격의 두께 변동 등) 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 특히, 대물 렌즈 가동에 따른 광축차가 발생하여도 보정 수단에 의하여 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 보정할 수 있으며, 층간 혼선을 억제하는 보정 소자는 편광 선택형으로, 왕로 광선에는 영향을 미치지 않고 귀로 광선에 대해서만 작용하기 때문에 액츄에이터에 탑재 가능하며, 또한 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치할 수 있다. 본 발명은 이와 같은 보정 소자를 구비한 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치를 제공할 수 있다는 효과를 얻는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 광 픽업기의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 1은 반도체 레이저, 2는 3빔용 회절 소자, 3은 편광 빔 분할 기, 4는 콜리메이트 렌즈, 5는 편향 미러, 6은 혼선 억제용 보정 소자, 7은 구면 수차 보정용 액정 소자, 8은 1/4 파장 판, 9는 대물 렌즈, 10은 광 기록 매체, 11은 검출 렌즈, 12는 수광 소자, 13은 액츄에이터이다. 광 기록 매체(10)에는 대물 렌즈(9)측으로부터 순서로 정보 기록면 L1, L2를 갖는다.
반도체 레이저(1)는 미리 정해진 파장 대역의 광선[예를 들면, Blu－ray(이하, BD라 함)계의 광 기록 매체의 규격을 만족하는 청색 파장 대역(405 nm파장)]을 출사한다.
3빔용 회절 소자(2)는 3빔법이나 DPP 방식 등에 의하여 트랙 오류 신호를 검출하도록, 반도체 레이저(1)로부터 출사되는 광선을 0차 광선(메인 광선) 및 ±1차 광선(서브 광선)으로 분기한다. 이에 따라 광 기록 매체(10)에서 반사된 0차 광선의 검출 신호로부터 재생 신호를 얻고, 광 기록 매체(10)에서 반사된 0차 광선 및 ±1차 광선의 검출 신호의 연산에 의하여 트랙 오류 신호를 얻을 수 있다.
편광 빔 분할기(3)는 반도체 레이저(1)로부터 출사되는 광선을 수렴시켜 광 기록 매체(10)에 광 스폿을 형성하기 위한 대물 렌즈(9)를 향하는 왕로 광선과, 광 기록 매체(10)로부터 반사된 귀로 광선을 수광 소자(12)에 유도하도록 진로를 변환시키는 광로 변환기이며, 광학계의 고효율 요구를 만족시키도록, 입사 광선의 진로를 편광에 의하여 변환시키는 편광 의존성 광로 변환기이다.　콜리메이트 렌즈(4)는 반도체 레이저(1)로부터 출사되어 입사되는 발산 광선을 평행 광선으로 변환시키는 동시에, 광 기록 매체(10)로부터 반사되어 수광 소자(12)를 향하는 귀로 광선에 대하여 집광 렌즈로서 작용한다.
편향 미러(5)는 반사막이 증착된 미러로서, 광로를 90도 변환시킨다.
혼선 억제용 보정 소자(6)는 수광 소자(12)에 수광될 때, 인접층에 의한 간섭 광선이 억제되도록 2층 광 기록 매체의 기록 및/또는 재생시, 인접층에서 반사된 광선을 적어도 2분할시키는 광학 부재이다.
액정 소자(7)는 광 기록 매체(10)의 두께차로 인한 구면 수차를 보정하기 위한 위상차를 발생시키는 보정 소자이다.
1/4 파장 판(8)은 기록 광학계의 고효율 요구를 만족시키도록 편광 빔 분할기(3)와 대물 렌즈(9)의 사이에 배치되어 입사 광선의 편광을 변화시키는 수단으로서 사용한다.
대물 렌즈(9)는 예를 들면, BD 규격을 만족하는 고도의 개구수(numerical aperture), 즉, 대략 0.85의 개구수를 갖는 것이 바람직하다.
광 기록 매체(10)는 예를 들면 BD계 광 기록 매체이며, 대물 렌즈측으로부터 순서로 정보 기록면 L1, L2를 갖는 2층 광 기록 매체이다.
검출 렌즈(11)는 비점(非点) 수차법에 의하여 포커스 오류 신호를 검출할 수 있도록 비점 수차를 발생시키는 비점 수차 렌즈이다.
수광 소자(12)는 광 기록 매체(10)에서 반사된 광선을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차 신호를 검출한다.
액츄에이터(13)는 혼선 억제용 보정 소자(6), 구면 수차 보정용 액정 소자(7), 1/4 파장 판(8), 대물 렌즈(9)를 탑재하여 이루어지는 가동(可動)부이며, 포커스 방향, 광 기록 매체(10)의 반경 방향인 트랙 방향으로 가동한다.
반도체 레이저(1)로부터 출사된 광선은 회절 소자(2)에 의하여 3빔으로 회절되고, 편광 빔 분할기(3)를 투과하여 콜리메이트 렌즈(4)로 평행 광선으로 변환되며, 편향 미러로 반사되어 광로가 90도 변환되고, 보정 소자(6), 액정 소자(7), 1/4 파장 판(8)을 거쳐 대물 렌즈(9)에 의하여 집광되어 광 기록 매체(10)의 미리 정해진 기록면에 스폿을 형성한다. 광 기록 매체(10)로부터 반사된 광선은 동일한 광로를 역행하며, 편광 빔 분할기(3)로 반사되어 검출 렌즈(11)를 거쳐 수광 소자(12)에 집광된다.
이와 같이 편광 빔 분할기(3) 및 1/4 파장 판(8)을 구비하는 경우, 반도체 레이저(1)측으로부터 편광 빔 분할기(3)에 입사되는 직선 편광, 예를 들면, P편광의 광선은 그 편광 빔 분할기(3)의 미러면을 투과하여 1/4 파장 판(8)을 경유하면서 원 편광의 광선으로 바뀌어 광 기록 매체(10) 측으로 진행된다. 이 원 편광의 광선은 광 기록 매체(10)에서 반사되면서 역 방향의 원 편광의 광선으로 되고, 1/4 파장 판(8)을 다시 경유하면서 다른 직선 편광, 예를 들면, S편광의 광선이 된다. 이 다른 직선 편광의 광선은 편광 빔 분할기(3)의 미러면에서 반사되어 수광 소자(12) 측을 향한다.
다른 예로서 편광 빔 분할기(3) 대신에, 입사 광선을 미리 정해진 비율로 투과 및 반사시키는 빔 분할기나, 반도체 레이저(1)로부터 출사된 광선은 그대로 투과시키고, 광 기록 매체(10)에서 반사되어 입사되는 광선은 ＋1차 또는 -1차로 회절시키는 홀로그램 소자를 구비할 수도 있다.
액정 소자(7)는 2층 광 기록 매체(10)의 기록 및/또는 재생시, 광 기록 매 체(10)의 광 입사면으로부터 대상 기록층까지의 두께가 대물 렌즈(9)의 설계값에서 벗어난 기록층의 기록 및/또는 재생시, 두께차로 인한 구면 수차 보정 기능을 실행하도록 동작한다.
액정은 편광 특성을 구비하므로, 액정 소자(7)는 입사 광선의 편광 및 전원 구동에 의하여 선택적으로 위상차를 발생시킨다. 즉, 액정 소자(7)는 전원 온 상태일 때에는, 반도체 레이저(1) 측에서 광 기록 매체(10) 측으로 진행되는 편광, 예를 들면, P편광의 광선에 대하여 위상차를 발생시켜 파면을 변화시킴으로써 두께차로 인한 구면 수차를 보정하고, 전원 오프 상태일 때에는, 입사 광선의 편광에 관계없이 위상차를 발생시키지 않고, 즉 파면 변화없이 그대로 입사 광선을 투과시킨다.
도 2는 액정 소자에 의한 구면 수차의 보정 원리를 나타내는 도면으로, S는 광 기록 매체(10)의 두께와 대물 렌즈(9)의 설계값의 차이로 인하여 대물 렌즈(9)로 수렴되어 광 기록 매체(10)의 기록층에 형성되는 광선에 발생하는 구면 수차의 위상, 즉, 파면을 나타낸다. S'는 그 두께차로 인한 구면 수차를 보정하기 위하여 액정 소자(7)로 발생시킨 위상, 즉, 파면을 나타낸다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 광 기록 매체(10)의 두께차로 인하여 구면 수차가 발생하기 때문에, 액정 소자(7)를 통과한 광선이 구면 수차의 위상 분포와 역 위상 분포를 갖는 광선으로 되어 대물 렌즈(9)에 입사되도록, 액정 소자(7)를 형성 및 구동시키면, 광 기록 매체(10)의 두께차로 인한 구면 수차를 보정할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(1)로부터 출사된 광선을 회 절 소자(2)에 의하여 3빔 광선으로 분기하는 경우, 수광 소자(12)는 도 3에 나타낸 DPP 방식의 신호 검출 회로와 같이, 메인 수광 소자(도 18b의 수광부)(20a)와, 그 양측에 광 기록 매체(10)에서 반사된 제1 및 제2 서브 광선을 각각 수광하는 제1 및 제2 서브 수광 소자(도 18b의 수광부)(20b, 20c)를 구비한다.
도 3은 본 실시예 1에 따른 광 픽업기에 사용될 수 있는 수광 소자(12)의 일례 및 신호 연산을 위한 연산 회로(50)를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 메인 수광 소자(수광부(20a))에 수광되는 메인 광선은 회절 소자(2)를 직진 투과한 0차 회절 광선, 제1 및 제2 서브 수광 소자(수광부(20b, 20c))에 수광되는 제1 및 제2 서브 광선은 회절 소자(2)에 의하여 ＋1차 및 -1차로 회절된 광선이다.
메인 수광 소자(수광부(20a))는 포커스 오류 신호 및/또는 트랙 오류 신호 검출이 가능토록, 예를 들면, 광 기록 매체(10)의 반경 방향에 대응하는 반경 방향(R 방향)과 회전 방향에 대응하는 접선 방향(T 방향)으로 각각 2분할되는 것이 바람직하다. 즉, 메인 수광 소자(수광부(20a))는 적어도 4분할 구조를 구비한다.
제1 및 제2 서브 수광 소자(수광부(20b, 20c))는 DPP 방식에 따른 트랙 오류 신호 검출이 가능토록 R 방향으로 2분할되어 있다.
즉, 메인 수광 소자(수광부(20a))는 R 방향으로 적어도 2분할, T 방향으로 적어도 2분할되고, 제1 및 제2 서브 수광 소자(수광부(20b, 20c))는 R 방향으로 적어도 2분할됨으로써 DPP 방식에 따른 트랙 오류 신호 검출이 가능토록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 메인 수광 소자(20a)가 4분할 또는 8분할되고, 제1 및 제2 서브 수광 소자(20b, 20c)가 R 방향으로 2분할된 경우, DPP 방식에 따른 트랙 오류 신호 검출이 가능하게 된다.
4분할된 메인 수광 소자(20a)의 각 수광 영역을 A, B, C, D로 하고, 제1 서브 수광 소자(20b)의 각 수광 영역을 E, F로 하며, 제2 서브 수광 소자(20c)의 각 수광 영역을 G, H로 하고, 보조 수광 소자(20d)의 수광 영역을 M로 할 때, 도 3에 도시된 바와 같은 수광 소자(12)의 분할 구조 및 도 1에 나타낸 바와 같은 본 실시예 1에 따른 광 픽업기의 광학적 구성에 의하여 얻어지는 포커스 오류 신호 FES, 트랙 오류 신호 TES, 정보 재생 신호 RF－SUM은 예를 들면 아래의 [표 1]에 나타낸 바와 같다. 여기에서는 편의상 각 수광 영역 및 이에 의하여 검출된 신호를 동일한 부호로 표기한다.
FES 비점 수차법:(B+D)－(A+C)
TES Push-Pull:( B+C)－(A+D)
DPP:{(B+C)－(A+D)}－κ{(E－F)+(G－H)}
RF-SUM A+B+C+D
여기서,　κ는 게인이며, 미리 정해진 정수이다.
한편, 도 20을 참조하여 상술한 바와 같이, 2층 광 기록 매체를 기록 및/또는 재생할 때, 수광 소자에 돌아오는 광선은 대물 렌즈의 초점에 위치한 기록 및/또는 재생 대상층 뿐만 아니라 인접층에 의한 간섭 광선도 포함된다. 이 때, 기록 및/또는 재생 대상층에 의하여 반사된 0차 및 ±1차 광선과 중첩되는 인접층에 의한 광선은 0차 광선이다. 이상의 현상을 층간 혼선(crosstalk)이라 한다.
이에 대하여, 도 1에 나타내는 본 실시예 1의 층간 혼선 억제용 보정 소자(6)는 2층 광 기록 매체(10)의 기록층의 기록 및/또는 재생시, 귀환 광선을 회절시켜 인접층에서 반사된 광선을 수광 소자(12)에 수광시키지 않도록 하는 위상 단차를 구비한다. 이 위상 단차에 의하여 적어도 대상층에 의하여 반사된 ±1차 광선과 중첩되는 인접층에 의한 0차 광선을 회절시키면, 제1 및 제2 서브 수광 소자(20b, 20c)에 수광되지 않도록 인접층에 의한 간섭 광선을 억제할 수 있다.
또한, 반도체 레이저(1)로부터 출사되어 대물 렌즈(9) 측으로 진행되는 광선이 S편광일 때, 층간 혼선 억제용 보정 소자(6)는 대물 렌즈(9) 측으로 진행되는 S편광의 광선은 그대로 직진 투과시키고, 광 기록 매체(10)에서 반사되어 1/4 파장 판(8)을 경유하여 P편광으로 변환된 광선만 회절시키도록 마련되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 반도체 레이저(1)측에서 대물 렌즈(9) 측으로 진행되는 광선에 대하여 회절 작용을 하지 않도록 층간 혼선 억제용 보정 소자(6)에 편광 선택성을 형성하는 이유는 광 기록 매체(10)를 향하는 광선이 회절에 의하여 유실되어 집광 스폿의 강도가 약해짐으로써 기록 광량이 저하되거나 재생 신호가 열화되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
도 4a, 도 4b는 층간 혼선 억제용 보정 소자(6)의 위상 단차 부여 방법(영역 분할 방법)의 실시예를 나타낸다. 그 외에도, 영역 분할 방법은 다양하게 변형할 수 있다. 도 4a에서는 광 입사 영역이 2영역으로 분할되어 있고, 광 입사 영역의 대략 중앙부에서 영역 분할된다. 또는, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 종래예인 상기 비특허 문헌과 같이 6영역으로 분할되어도 좋다.
대상층에 의하여 반사된 0차 광선과 인접층에 의하여 반사된 0차 광선은 그 광량차가 크기 때문에, DPP 방식에 의한 트랙 오류 신호를 검출하는데 사용되는 차이 신호, 즉, [표 1]에 나타내는 (B＋C)－(A＋D) 신호에 대하여 인접층에 의한 0차 광선이 크게 영향을 미치지 않는다.
그러나, 대상층에 의하여 반사된 ±1차 광선과 인접층에 의하여 반사된 0차 광선은 상대적으로 광량차가 크지 않기 때문에, 도 20을 참조하여 전술한 바와 같이, DPP 방식에 의한 트랙 오류 신호를 검출하는데 사용되는 신호, 즉, [표 1]에 나타내는 (E－F)＋(G－H) 신호에 대하여 인접층에 의한 0차 광선이 크게 영향을 미친다.
따라서, 트랙 오류 신호의 흔들림을 억제하기 위해서는, 인접층에 의한 0차 광선이 대상층에 의하여 반사된 ±1차 광선과 중첩되어 제1 및 제2 서브 수광 소자(20b, 20c)에 수광되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
도 4b의 구성은 후술하는 바와 같이, 제1 및 제2 서브 수광 소자(20b, 20c)에서 인접층에 의한 0차 광선을 보다 멀리하는 구성이다.
본 실시예 1에 따른 광 픽업기가 도 19에 나타낸 2층 광 기록 매체(10)에 적용된다고 가정한다. 그리고, 도 19를 참조하여 전술한 바와 같이, 광선 입사면에 가까운 L1층의 재생시에 수광 소자(12)에 수광되는 광선 L11에 있어서, L2층에서 반사된 광선 L12는 그 초점이 광 L11보다 전방에 위치하고, L2층의 재생시에 수광 소자(12)에 수광되는 광 L22에 있어서, L1층에서 반사된 광 L21은 그 초점이 광 L22보다 후방에 위치한다고 가정한다.
이 경우, 2층 광 기록 매체(10)에서 반사되어 도 4a의 영역 패턴의 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)를 경유하여 수광 소자(12)에 집광되는 광 분포는 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같다. 도 5a는 L1층의 재생시에 수광 소자(12)에 집광되는 광 분포를 나타내고, 도 5b는 L2층의 재생시에 수광 소자(12)에 집광되는 광 분포를 나타낸다.
도 5a에서 L11_0차 광선, L11_±1차 광선, L12_0차 광선은 각각 도 20a와 마찬가지로, L1층의 재생시에 L1층에서 반사된 0차 광선, L1층에서 반사된 ±1차 광선, L2층에서 반사된 0차 광선을 나타낸다. 또, 도 5a에서 L12_0차 광선은 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)의 위상 단차에 의하여 회절된 광선을 나타낸다.
도 5b에서 L22_0차 광선, L22_±1차 광선, L21_0차 광선은 각각 도 20b와 마찬가지로, L2 층의 재생시에 L2층에서 반사된 0차 광선, L2층에서 반사된 ±1차 광선, L1층에서 반사된 0차 광선을 나타낸다. 또한, 도 5b에서 L2_0차 광선은 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)의 위상 단차에 의하여 회절된 광선을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 광 픽업기를 적용하면, 제1 및 제2 서브 수광 소자(20b, 20c)에 대상층에 의하여 반사된 ±1차 광선과 중첩되어 인접층에 의하여 반사된 0차 광선이 수광되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, DPP 신호를 위한 ±1차 광선의 수광 영역에 있어서 인접층에 의한 간섭 광선이 효과적으로 억제되므로, 인접층에 의한 간섭 광선으로 인한 트랙 오류 신호의 흔들림을 크게 개선할 수 있다.
특히, 본 실시예 1의 보정 소자(6)는 왕로와 귀로가 공통되는 광로 중에 배치 가능하고, 액츄에이터(13)에 탑재 가능하기 때문에, 대물 렌즈(9)의 가동에 따른 광축차가 생겨도, 광 기록 매체(10)의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 억제할 수 있다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 광 픽업기의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예 2에 있어서, 전술한 실시예 1의 도 1에 나타낸 구성과 상이한 점은 실시예 1은 광 픽업기를 BD계 광 기록 매체의 전용으로 한 것에 반하여, 실시예 2는 광 픽업기를 BD계 광 기록 매체와 DVD계 광 기록 매체의 2종류의 광 기록 매체의 판독, 기록에 대응하도록 구성한 것이다.
도 1의 반도체 레이저(1) 대신에, 반도체 레이저(14)를 배치하고, 나아가 아래와 같이, 각각의 광학 소자가 2파장에 대응할 수 있도록 구성되어 있다. 반도체 레이저(14)는 파장 405 nm 대역의 광선을 출사하는 레이저 다이오드로 이루어지는 BD용 광원과 파장 660 nm 대역의 광선을 출사하는 레이저 다이오드로 이루어지는 DVD용 광원이 공통 패키지에 수납된 2파장 광원 유닛이다. 2파장 광원으로서는 동일한 반도체 기판상에 2파장 광원이 형성된 모놀리식 타입, 또는 개별 칩을 편입시킨 하이브리드 타입을 채용할 수 있다. 또한 본 실시예 2에서 BD용 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향과 DVD용 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향은 동일한 것으로 한다.
3빔용의 회절 소자(2)는 3빔법이나 DPP 방식 등에 의하여 트랙 오류 신호를 검출하도록 반도체 레이저(1)로부터 출사되는 광선을 0차 광선(메인 광선) 및 ±1차 광선(서브 광선)으로 분기한다. 이에 따라 광 기록 매체(10)에서 반사된 0차 광선의 검출 신호로부터 재생 신호를 얻고, 광 기록 매체(10)에서 반사된 0차 광선 및 ±1차 광선의 검출 신호의 연산에 의하여 트랙 오류 신호를 얻을 수 있다. 특히, 본 실시예 2에서 회절 소자(2)는 양면에 회절 격자가 형성되어 구성되며, 한 쪽 면은 BD용 3빔 회절 격자로 사용되고 다른 쪽 면은 DVD용 3빔 회절 격자로 사용된다. BD용 광 기록 매체와 DVD용 광 기록 매체에서는 그 정보 기록면에 형성되어 있는 안내 홈의 트랙 피치가 다르기 때문에, 각각의 광 기록 매체의 트랙 피치에 대응한 회절 격자가 필요하게 된다.
편광 빔 분할기(3)는 반도체 레이저(14)로부터 출사된 광선을 수렴시켜 기록 매체, 즉, 광 기록 매체(10)에 광 스폿을 형성시키는 대물 렌즈(9)를 향하는 왕로 광선과 광 기록 매체(10)로부터 반사된 귀로 광선을 수광 소자(12)에 유도하도록 진로를 변환시키는 광로 변환기이며, 광학계의 고효율 요구를 만족시키도록, 입사 광선의 진로를 편광에 의하여 변환시키는 편광 의존성 광로 변환기이다.
콜리메이트 렌즈(4)는 반도체 레이저(14)로부터의 발산 입사 광선을 평행 광선으로 변환시키는 동시에, 광 기록 매체(10)로부터 반사되어 수광 소자를 향하는 귀로 광선에 대하여 집광 렌즈로서 작용한다.
편향 미러(5)는 반사막이 증착된 미러로서, 광로를 90도 변환시킨다.
혼선 억제용의 보정 소자(6)는 수광 소자(12)에 수광시 인접층에 의한 간섭 광선이 억제되도록, 2층 광 기록 매체(10)의 기록 및/또는 재생시 인접층에서 반사된 광선을 적어도 2 분할시키는 광학 부재이다.
액정 소자(7)는 광 기록 매체(10)의 두께차로 인한 구면 수차를 보정하기 위한 위상차를 발생시키는 보정 소자이다. 각 광 기록 매체에 따라 부여하는 위상차를 조정한다.
1/4 파장 판(8)은 기록 광학계의 고효율의 요구를 만족시키도록, 편광 빔 분할기(3)와 대물 렌즈(9)의 사이에 배치되어 입사 광선의 편광을 변화시키는 수단으로서 사용된다.
대물 렌즈(9)는 예를 들면 BD계 광 기록 매체, DVD계 광 기록 매체의 각각에 집광시키기 위한 렌즈이며, 수지제의 회절 렌즈이다. 렌즈 표면에 회절 구조가 형성되어 이루어지고, 입사 광선의 파장에 따라 집광 위치, 개구수 전환이 가능한 렌즈이다. 파장 405 nm의 입사 광선에 대하여 개구수:NA 0.85로 BD계 광 기록 매체에 집광시키고, 파장 660 nm의 입사 광선에 대하여 개구수:NA 0.65로 DVD계 광 기록 매체에 집광시킨다.
광 기록 매체(10)는 BD계 광 기록 매체 또는 DVD계 광 기록 매체로서, 각각 대물 렌즈(9)측으로부터 순서로 정보 기록면 L1, L2를 갖는 2층 광 기록 매체이다. 예를 들면, BD계 2층 광 기록 매체는 광선이 입사되는 측에서 0.075 mm와 0.100 mm의 위치에 정보 기록면을 구비한다. 또한 DVD계 2층 광 기록 매체는 광선이 입사되는 측에서 0.600 mm와 0.640 mm의 위치에 정보 기록면을 구비한다.
검출 렌즈(11)는 비점(非点) 수차법에 의하여 포커스 오류 신호를 검출할 수 있도록 비점 수차를 발생시키는 비점 수차 렌즈이다.
수광 소자(12)는 광 기록 매체(10)에서 반사된 광선을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차 신호를 검출한다.
액츄에이터(13)는 혼선 억제용의 보정 소자(6), 구면 수차 보정용의 액정 소자(7), 1/4 파장 판(8), 대물 렌즈(9)를 탑재하여 이루어지는 가동부이며, 포커스 방향, 광 기록 매체(10)의 반경 방향인 트랙 방향으로 가동한다.
본 실시예 2에서 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)에는 파장 405 nm의 광선과 파장 660 nm의 광선이 모두 투과하는데, 어느 광선에 대하여도 실시예 1과 마찬가지로 귀로 광선에 위상차를 부여할 수 있지만, 그 설계시의 우선 순위로는 층간 혼선이 강한 광 기록 매체에 맞추면 바람직하다. 즉, 서브 스폿의 신호 광량과 인접하는 층으로부터의 간섭 광선의 광량차가 작은 쪽에 맞추면 바람직하다.
여기서, 전술한 실시예 1의 광 픽업기에 탑재되는 층간 혼선 억제용의 보정 소자에 대하여 상세하게 서술한다.
도 4a에 나타내는 매크로 구조를 갖는 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 P편광 성분의 광선을 그대로 투과시키고, S편광 방향의 광선에 대하여는 예를 들면 도 4a의 영역 a와 영역 b의 사이에서 위상차 π를 발현한다.
도 7은 층간 혼선 억제용의 보정 소자를 나타내는 확대도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 보정 소자(6)는 입사 광선의 파장 이상의 주기 구조에 서브 파장 요철 구조 1A, 2B가 중첩된 구조로 되어 있다. 서브 파장 요철 구조 1A는 S편광 방향으로 홈 방향을 갖는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기 구조이고, 서브 파장 요철 구조 2B는 P편광 방향으로 홈 방향을 갖는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기 구조이다.
도 7에 있어서,
q1은 서브 파장 요철 구조 1A의 주기를 나타낸다.
m1은 서브 파장 요철 구조 1A의 볼록부의 폭이다.
m1/q1은 충전율 (filling factor) 이라 하며, 후술하는 유효 굴절률의 계산에 이용한다.
q2는 서브 파장 요철 구조 2B의 주기를 나타낸다.
m2는 서브 파장 요철 구조 2B의 볼록부의 폭이다.
m2/q2는 충전율이라 하며, 후술하는 유효 굴절률의 계산에 이용한다.
d1은 서브 파장 요철 구조 1A의 홈 깊이를 나타낸다.
d2는 서브 파장 요철 구조 2B의 홈 깊이를 나타낸다.
층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 파장보다 짧은 주기 q1, q2를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성된다. 서브 파장 요철 구조에 의하여 P, S 편광 성분 중 어느 편광 성분의 광선으로 위상차를 감지시킬 것인지의 편광 선택이 이루어진다. 이에 따라 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 예를 들면, 왕로 광선으로서 P편광 성분의 광선이 입사하였을 때에는 불감대(不感帶) 투과시키고, 귀로 광선으로서의 S편광 성분의 광선에 대하여는 위상차를 감지하여 수광 소자면에서 귀환 광선의 광 분포를 분할한다.
각 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)면에 형성되어 있는 서브 파장 요철 구조는 일반적으로 알려져 있는 구조성 복굴절을 발현한다. 이 구조성 복굴절이란, 굴절률이 다른 2종류의 매질을 광선의 파장보다 짧은 주기로 스트라이프형으로 배치하였을 때, 스트라이프에 평행되는 편광 성분(TE 파)과 스트라이프에 수직되는 편광 성분(TM 파)은 굴절률이 달라 복굴절 작용이 생기는 것을 말한다.
여기서, 굴절률이 다른 2종류의 매질로서 공기와 굴절률 n의 매질을 상정하고 서브 파장 요철 구조의 주기보다 2배 이상의 파장을 갖는 광선이 수직으로 입사하였다고 가정한다. 이 때의 입사 광선의 편광 방향이 서브 파장 요철 구조의 홈에 평행(TE 방향)되는 가 또는 수직(TM 방향)되는 가에 따라 서브 파장 요철 구조의 유효 굴절률을 각각 다음의 [수학식 1] 및 [수학식 2]로 구할 수 있다. 입사 광선의 편광 방향이 서브 파장 요철 구조의 홈에 평행되는 경우를 n(TE), 수직되는 경우를 n(TM)으로 나타낸다. 부호 t는 전술한 충전율을 나타낸다.
Figure 112009015803280-pat00001
Figure 112009015803280-pat00002
도 8은 충전율에 대한 편광 방향마다의 굴절률을 나타내는 도면이다. 도 8에서는 각각의 굴절률의 계산 결과 예를 나타낸다. 계산에는 n=2.313, 파장 405 nm를 이용하였다.
도 7의 충전율 t는 각각 다음과 같다. 즉, 서브 파장 요철 구조 1A의 충전율 t1은 [수학식 3]과 같고, 서브 파장 요철 구조 2B의 충전율 t2는 [수학식 4]와 같다.
Figure 112009015803280-pat00003
Figure 112009015803280-pat00004
따라서, 각 서브 파장 요철 구조의 유효 굴절률은 아래와 같다. 즉, 서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, 1A)는 [수학식 5]와 같고, 서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, 1A)는 [수학식 6]과 같으며, 서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, 2B)는 [수학식 7]과 같으며, 서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, 2B)는 [수학식 8]과 같다.
Figure 112009015803280-pat00005
Figure 112009015803280-pat00006
Figure 112009015803280-pat00007
Figure 112009015803280-pat00008
또한, 위상차는 아래의 P편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(P편광)은 [수학식 9]와 같고, S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(S편광)은 [수학식 10]과 같다.
Figure 112009015803280-pat00009
Figure 112009015803280-pat00010
여기서, λ는 사용 파장, d는 서브 파장 요철 구조의 홈 깊이이다. 이로부터 충전율 및 홈 깊이 d를 적당하게 선택함으로써 위상차를 임의로 조정할 수 있다.
층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 P편광 성분의 광선을 그대로 투과시키고, S편광 방향의 광선에 대하여는 예를 들면 도 4a의 영역 a와 영역 b의 사이에서 위상차 π를 발현한다. P편광 성분의 광선을 불감대 투과시키려면, 위상차가 0 또는 2nπ(n은 정수)일 필요가 있다.
아래에 구체적인 수치의 일례를 나타내면,
n = 2.313인 매질에
서브 파장 요철 구조 1A의 충전율:t1=0.70
서브 파장 요철 구조 2B의 충전율:t2=0.30으로 한 경우,
서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, 1A)=2.011
서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, 1A)=1.523
서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, 2B)=1.518
서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, 2B)=1.150
서브 파장 요철 구조 1A, 2B에서 홈 깊이(d1, d2)를 동일한 d로 한 경우,
P편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차는
ψ(P편광) ≒ 0
S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차는
ψ(S편광) = (2πd/(0.405 μm))×(2.011－1.150)이다.
이상과 같이 함으로써 P편광 성분의 광선을 불감대 투과시킬 수 있다. 또한, 홈 깊이 d로서 0.236 μm를 선택하면, ψ(S편광)은 π로 되어 위상 단차를 최대로 할 수 있다.
또한, 전술한 실시예 2의 광 픽업기에 탑재되는 층간 혼선 억제용의 보정 소자에 대하여 상세하게 서술한다. 보정 소자의 단면 구조는 전술한 실시예 1과 동 일하지만, 실시예 2의 보정 소자에서는 BD용 광원 파장인 405 nm, DVD용 광원 파장인 660 nm의 2 파장의 광선을 입사시켜 사용한다.
도 4a에 나타내는 매크로 구조를 갖는 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 P편광 성분의 광선을 그대로 투과시키고, S편광 방향의 광선에 대하여는 예를 들면 도 4a의 영역 a와 영역 b의 사이에서 위상차 π를 발현한다.
도 7은 층간 혼선 억제용의 보정 소자를 나타내는 확대도로서, 실시예 1과 동일한 것이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 보정 소자(6)는 입사 광선의 파장 이상의 주기 구조에 서브 파장 요철 구조 1A, 2B가 중첩된 구조로 되어 있다. 서브 파장 요철 구조 1A는 S편광 방향으로 홈 방향을 갖는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기를 갖고, 서브 파장 요철 구조 2B는 P편광 방향으로 홈 방향을 갖는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기를 갖는다.
도 7에 있어서,
q1은 서브 파장 요철 구조 1A의 주기를 나타낸다.
m1은 서브 파장 요철 구조 1A의 볼록부의 폭이다.
m1/q1은 충전율이라 하며, 후술하는 유효 굴절률의 계산에 이용한다.
q2는 서브 파장 요철 구조 2B의 주기를 나타낸다.
m2는 서브 파장 요철 구조 2B의 볼록부의 폭이다.
m2/q2는 충전율이라 하며, 후술하는 유효 굴절률의 계산에 이용한다.
d1은 서브 파장 요철 구조 1A의 홈 깊이를 나타낸다.
d2는 서브 파장 요철 구조 2B의 홈 깊이를 나타낸다.
층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 파장보다 짧은 주기 q1, q2를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성된다. 서브 파장 요철 구조에 의하여 P, S 편광 성분 중 어느 편광 성분의 광선으로 위상차를 감지시킬 것인지의 편광 선택이 이루어진다. 이에 따라 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 예를 들면, 왕로 광선으로서 P편광 성분의 광선이 입사하였을 때에는 불감대 투과시키고, 귀로 광선으로서의 S편광 성분의 광선에 대하여는 위상차를 감지하여 수광 소자면에서 귀환 광선의 광 분포를 분할한다.
각 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)면에 형성되어 있는 서브 파장 요철 구조는 일반적으로 알려져 있는 구조성 복굴절을 발현한다. 이 구조성 복굴절이란, 굴절률이 다른 2종류의 매질을 광선의 파장보다 짧은 주기로 스트라이프형으로 배치하였을 때, 스트라이프에 평행되는 편광 성분(TE 파)과 스트라이프에 수직되는 편광 성분(TM 파)은 굴절률이 달라 복굴절 작용이 생기는 것을 말한다.
여기서, 굴절률이 다른 2종류의 매질로서 공기와 굴절률 n의 매질을 상정하고 서브 파장 요철 구조의 주기보다 2배 이상의 파장을 갖는 광선이 수직으로 입사하였다고 가정한다. 이 때의 입사 광선의 편광 방향이 서브 파장 요철 구조의 홈에 평행(TE 방향)되는 가 또는 수직(TM 방향)되는 가에 따라 서브 파장 요철 구조의 유효 굴절률을 각각 다음의 [수학식 11] 및 [수학식 12]로 구할 수 있다. 입사 광선의 편광 방향이 서브 파장 요철 구조의 홈에 평행되는 경우를 n(TE), 수직되는 경우를 n(TM)으로 나타낸다. 부호 t는 전술한 충전율을 나타낸다.
Figure 112009015803280-pat00011
Figure 112009015803280-pat00012
도 8은 충전율에 대한 편광 방향마다의 굴절률을 나타내는 도면이다. 도 8에서는 각각의 굴절률의 계산 결과 예를 나타낸다. 계산에는 5산화탄탈(Ta2O5)에서의 파장 405 nm의 굴절률 n(BD)=2.313을 이용하였다.
또한, 도 9는 충전율에 대한 편광 방향마다의 굴절률을 나타내는 도면이다. 도 9는 각각의 굴절률의 계산 결과의 예를 나타낸다. 계산에는 5산화탄탈(Ta2O5)에서의 파장 660 nm의 굴절률 n(DVD) = 2.147을 이용하였다.
도 7의 충전율 t는 각각 다음과 같다. 즉, 서브 파장 요철 구조 1A의 충전율 t1은 [수학식 13]과 같고, 서브 파장 요철 구조 2B의 충전율 t2는 [수학식 14]와 같다.
Figure 112009015803280-pat00013
Figure 112009015803280-pat00014
따라서, 각 서브 파장 요철 구조의 유효 굴절률은 아래와 같다. 즉, 서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 BD 적용시의 유효 굴절률:n(TE, BD1A)는 [수학식 15]와 같고, 서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 BD 적용시의 유효 굴절률:n(TM, BD1A)는 [수학식 16]과 같으며, 서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 BD 적용시의 유효 굴절률:n(TE, BD2B)는 [수학식 17]과 같고, 서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 BD 적용시의 유효 굴절률:n(TM, BD2B)는 [수학식 18]과 같으며, 서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 DVD 적용시의 유효 굴절률:n(TE, DVD1A)는 [수학식 19]와 같고, 서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 DVD 적용시의 유효 굴절률:n(TM, DVD1A)는 [수학식 20]과 같으며, 서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 DVD 적용시의 유효 굴절률:n(TE, DVD2B)는 [수학식 21]과 같고, 서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 DVD 적용시의 유효 굴절률:n(TM, DVD2B)는 [수학식 22]와 같다.
Figure 112009015803280-pat00015
Figure 112009015803280-pat00016
Figure 112009015803280-pat00017
Figure 112009015803280-pat00018
Figure 112009015803280-pat00019
Figure 112009015803280-pat00020
Figure 112009015803280-pat00021
Figure 112009015803280-pat00022
또한, 위상차는 아래와 같다. 즉, BD 적용시, P편광 방향의 광선이 입사하였 을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(BD, P편광)는 [수학식 23]과 같고, BD 적용시, S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(BD, S편광)는 [수학식 24]와 같으며, DVD 적용시, P편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(DVD, P편광)는 [수학식 25]와 같고, DVD 적용시, S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차 ψ(DVD, S편광)은 [수학식 26]과 같다.
Figure 112009015803280-pat00023
Figure 112009015803280-pat00024
Figure 112009015803280-pat00025
Figure 112009015803280-pat00026
여기서, d는 서브 파장 요철 구조의 홈 깊이이다. 이로부터 충전율, 홈 깊이 d를 적당하게 선택함으로써 위상차를 임의로 조정할 수 있다.
또한, BD계 광원 파장의 405 nm에 착안하여 구체적인 수치 사례를 나타낸다. 층간 혼선 억제용의 보정 소자(6)는 P편광 성분의 광선을 그대로 투과시키고, S편 광 방향의 광선에 대하여는 예를 들면 도 4a의 영역 a와 영역 b의 사이에서 위상차 π를 발현한다. P편광 성분의 광선을 불감대 투과시키려면, 위상차가 0 또는 2nπ (n은 정수)일 필요가 있다.
아래에 구체적인 수치의 일례를 나타내면,
n = 2.313인 매질에
서브 파장 요철 구조 1A의 충전율:t1 = 0.70
서브 파장 요철 구조 1A의 충전율:t2 = 0.30으로 한 경우,
서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, BD1A) = 2.011
서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, BD1A) = 1.523
서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, BD2B) = 1.518
서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, BD2B) = 1.150
서브 파장 요철 구조 1A, 2B에서 홈 깊이(d1, d2)를 동일한 d로 한 경우,
P편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차는
ψ (BD, P편광) ≒ 0
S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차는
ψ(BD, S편광) = (2πd/0.405 μm)×(2.011－1.150)
이다.
이상과 같이 함으로써, P편광 성분의 광선을 불감대 투과시킬 수 있다. 또한 홈 깊이 d로서 0.236 μm를 선택하면, ψ(S편광)은 π로 되어 위상 단차를 최대로 할 수 있다.
계속하여 DVD계 광원 파장의 660 nm에 착안하여 구체적인 수치 사례를 나타낸다.
n = 2.147인 매질에
서브 파장 요철 구조 1A의 충전율:t1 = 0.70
서브 파장 요철 구조 2B의 충전율:t2 = 0.30으로 한 경우,
서브 파장 요철 구조 1A의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, DVD1A) = 1.878
서브 파장 요철 구조 1A의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, DVD1A) = 1.488
서브 파장 요철 구조 2B의 TE 방향의 유효 굴절률:n(TE, DVD2B) = 1.443
서브 파장 요철 구조 2B의 TM 방향의 유효 굴절률:n(TM, DVD2B) = 1.143
서브 파장 요철 구조 1A, 2B에서 홈 깊이(d1, d2)를 d로 한 경우,
P편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A와 2B의 위상차는
ψ(DVD, P편광) ≒0
S편광 방향의 광선이 입사하였을 때의 서브 파장 요철 구조 1A과 2B의 위상차는
ψ(DVD, S편광) = (2π×(0.236μm)/(0.660 μm))×(1.878－1.143) = 0.5π
이다.
이상과 같이 함으로써, P편광 성분의 광선을 불감대 투과시킬 수 있다. 또 한, 귀로에서도 ψ(S편광)은 π／2에 상당한 위상 단차를 부여할 수 있다.
(보정 소자의 제작)
다음에, 전술한 각 실시예에 따른 보정 소자의 제작 순서에 대하여 설명한다. 우선, 보정 소자 제작의 설명에 앞서 몰드 제작 방법에 대하여 서술한다.
도 10a~도 10d는 석영을 기재로 한 몰드의 제작 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 10a에 있어서, 석영 재료(55)를 기판으로 하여 그 표면에 전자선(57) 묘화용 레지스트(56)를 미리 정해진 두께로 도포한 후, 프리 베이크(pre-bake)한다. 미리 설계된 프로그램에 의하여 보정 소자의 각 부분에 대응한 피치·선폭으로 묘화한다.
도 10b에 있어서, 레지스트(56)에 대하여 현상 및 세정 처리를 실행함으로써, 레지스트상에 서브 파장 요철 구조(58)가 형성된다. 홈 바닥은 석영 재료(55)가 노출되어 있다.
도 10c에 있어서, 서브 파장 요철 구조(58)의 레지스트 패턴을 마스크로 하여 석영 재료(55)의 건식 에칭을 실행한다. 에칭에는 RIE(Reactive Ion Etching:반응성 이온 에칭), NLD(Magnetic Neutral Loop Discharge:자기 중성선 방전), TCP(Transformer Coupled Plasma:전자 결합형 플라즈마) 등 에칭 장치로 CF4(4불화메탄), CHF3(트리플루오로메탄) 가스를 이용한다. 기판에 바이어스를 인가함으로써 면에 수직으로 에칭을 진행시킨다.
도 10d에 있어서, 레지스트를 박리한다. 박리 방법은 건식 에칭 장치내에서 산소 가스를 도입하여 산소 가스 플라즈마 중에서 레지스트를 제거하는 방법과, 기 판을 장치로부터 취출하여 CAROS(황산과 과산화수소수의 혼합액)를 이용한 세정으로 제거하는 방법이 있다. 랜드 폭 a와 스페이스 폭 b로 이루어진 피치 P와 깊이 d를 갖는 완성품을 석영 몰드로 이용한다.
또한, 도 11a~도 11d는 실리콘을 기재로 한 몰드의 제작 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 11a에 있어서, 실리콘(59)을 기판으로 하여 그 표면에 전자선(57) 묘화용 레지스트(56)를 미리 정해진 두께로 도포한 후, 프리 베이크(pre-bake)한다. 미리 설계된 프로그램에 의하여 보정 소자의 각 부분에 대응한 피치·선 폭으로 묘화한다.
도 11b에 있어서, 레지스트(56)에 대하여 현상 및 세정 처리를 실행함으로써, 레지스트 상에 서브 파장 요철 구조(58)가 형성된다. 홈 바닥은 실리콘(59) 기재가 노출되어 있다.
도 11c에 있어서, 서브 파장 요철 구조(58)의 레지스트 패턴을 마스크로 하여 실리콘(59)의 알칼리 습식 에칭(KOH 용액 사용)을 실행한다. 실리콘(59) 기판은 면의 벽으로서, 피치를 유지한 채로 깊이 방향으로 에칭된다. 또한 보슈 프로세스(Bosch process)를 이용한 건식 에칭으로도 동일 양태의 구조를 제작할 수 있다.
도 11d에 있어서, 레지스트를 박리한다. 랜드 폭 a와 스페이스 폭 b로 이루어진 피치 P와 깊이 d를 갖는 완성품을 실리콘 몰드로 이용한다.
도 12a~도 12g는 유리 기판에 Ta2O5 (5산화탄탈)를 성막하고 Ta2O5에 보정 소자를 형성하는 순서를 나타내는 공정도이다.
도 12a에 있어서, 유리 기판 표면에 Ta2O5막(5산화탄탈막)을 형성한다. 형성 방법으로는 스퍼터링법을 다음의
1. 기판 온도 : 70~100 ℃
2. 제막시 압력 : 5~8×10－4Torr
3. 성막 속도 : 0.7~1.0Å／sec
4. RF 파워 : 300~500 W
의 조건으로 이용한다.
도 12b에 있어서, 5산화탄탈(Ta2O5)막 상에 UV 경화 수지를 도포하고 위로부터 몰드로 누른다. 몰드로서는 실리콘 몰드, 석영 몰드 모두를 사용할 수 있는데, 미세 구조를 형성하는 나노 임프린트(nano-imprint)에서는 석영 몰드가 광 투과성을 구비하므로 적합하다. UV 경화 수지는 그랜디크 RC8790(일본 다이니폰잉크 회사제)를 이용한다.
도 12c에 있어서, 몰드 뒷면으로부터 UV(자외선)를 조사하여 수지를 굳힌다. 몰드로서 실리콘 몰드를 이용하는 경우에는, UV를 유리 기판측으로부터 조사한다.
도 12d에 있어서, 몰드를 이형시킨다. 유리 기판상의 UV 경화 수지에 볼록형의 미세 구조가 형성된다. 도 12e에 있어서, 5산화탄탈(Ta2O5)이 노출될 때까지 수지를 건식 에칭한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : 산소 가스(O2)
2. 가스 유입량 : 20sccm
3. 압력 : 0.4Pa
4. 수지 에칭 속도 : 30nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 60W
의 조건으로 실시한다.
도 12f에 있어서, 5산화탄탈(Ta2O5) 홈이 원하는 깊이가 될 때까지 건식 에칭한다. 이 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 :CHF3(트리플루오로 메탄), Ar(아르곤)
2. 가스 유입량
Ar : 5sccm
CHF3 : 20sccm
3. 압력 : 0.3Pa
4. Ta2O5 에칭 속도 : 8nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 400W
의 조건으로 실시한다.
마지막으로, 최상부에 남은 수지 마스크를 산소 가스(플라즈마) 중에서 건식 에칭에 의한 박리 처리에 의하여 제거한다.
도 12g의 상태가 되어 보정 소자가 완성되며, 유리 기판상의 5산화탄탈(Ta2O5)이 보정 소자를 형성한다.
또한, 도 13a~도 13i는 실리콘막과 몰드를 이용하여 유리 기판에 보정 소자를 형성하는 순서를 나타내는 공정도이다.
도 13a에 있어서, 유리 기판 표면에 실리콘막(Si막)을 형성한다. 형성 방법으로서는 스퍼터링법을 다음의
1. 기판 온도 : 70~100 ℃
2. 제막시 압력 : 7~8×10－4Torr
3. 성막 속도 : 0.5~1.0Å／sec
4. RF 파워 : 100~200 W
의 조건으로 이용한다.
도 13b에 있어서, Si막 상에 UV 경화 수지를 도포하고, 위로부터 몰드로 누른다. 몰드로서는 실리콘 몰드, 석영 몰드 모두를 사용할 수 있지만, 미세 구조를 형성하는 나노 임프린트에서는 석영 금형이 광 투과성을 구비하므로 적합하다. UV 경화 수지는 그랜디크 RC8790(일본 다이니폰잉크 회사제)을 이용한다.
도 13c에 있어서, 몰드 뒷면으로부터 UV(자외선)를 조사하여 수지를 굳힌다. 몰드로서 실리콘 금형을 이용하는 경우에는, UV를 유리 기판측으로부터 조사한다.
도 13d에 있어서, 몰드를 이형시킨다. 유리 기판 상의 UV 경화 수지에 볼록형의 미세 구조가 형성된다.
도 13e에 있어서, 건식 에칭으로 Si막이 노출될 때까지 수지를 제거한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : 산소 가스(O2)
2. 가스 유입량 : 20sccm
3. 압력 : 0.4Pa
4. 수지 에칭 속도 : 30nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 60W
의 조건으로 실시한다.
도 13f에 있어서, 유리 기판이 노출될 때까지 Si막과 수지를 건식 에칭한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : SF6(6불화유황), CHF3
2. 가스 유입량
SF6　 :20sccm
CHF3 :5sccm
3. 압력 : 0.3Pa
4. 수지 에칭 속도 : 5nm/sec
Si 에칭 속도 : 30nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 50W
의 조건으로 실시한다.
도 13g에 있어서, 유리 홈이 원하는 깊이가 될 때까지 건식 에칭한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : CHF3, Ar
2. 가스 유입량
Ar : 5sccm
CHF3 : 20sccm
3. 압력 : 0.3Pa
4. Si 에칭 속도 : 4nm/sec
　 유리 에칭 속도 : 12nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 400W
의 조건으로 실시한다.
도 13h에 있어서, 최상부에 남은 Si막을 박리 처리에 의하여 제거한다.　실리콘 마스크는 알칼리(KOH) 액으로 습식 박리한다.
도 13i의 상태가 되어 보정 소자가 완성되며 유리 기판 자체의 한 면이 보정 소자가 된다.
또한, 도 14a~도 14g는 몰드를 사용하지 않는 보정 소자의 제법을 설명하는 공정도이다.
도 14a에 있어서, 유리 기판 표면에 실리콘막(Si막)을 형성한다. 형성 방법으로서는 스퍼터링법을 다음의
1. 기판 온도 :70~100 ℃
2. 제막시 압력 : 7~8×10－4Torr
3. 성막 속도 : 0.5~1.0Å／sec
4. RF 파워 : 100~200 W
의 조건으로 이용한다.
도 14b에 있어서, Si막 상에 전자선용 레지스트를 도포한다.
도 14c에 있어서, [고정밀도 미세폭 노광 장치] 등에 의하여 I선 스테퍼를 사용한다. 노광 후, 현상 공정을 거쳐 부분적으로 레지스트를 제거하여 Si막을 노출시킨다. 남아 있는 레지스트는 이후의 에칭용 마스크 패턴이 된다.
도 14d에 있어서, 유리 기판이 노출될 때까지 Si막을 건식 에칭한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : SF6, CHF3
2. 가스 유입량
SF6 : 20sccm
CHF3 : 5sccm
3. 압력 : 0.4Pa
4. Si 에칭 속도 : 30nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 50W
의 조건으로 실시한다.
도 14e에 있어서, 유리 기판의 홈이 원하는 깊이가 될 때까지 건식 에칭한다. 건식 에칭은 아래의
1. 가스 종류 : CHF3, Ar
2. 가스 유입량
Ar : 5sccm
CHF3 : 20sccm
3. 압력 : 0.3Pa
4. 유리 에칭 속도 : 12nm/sec
5. 상부 바이어스 전력 : 1KW
6. 하부 바이어스 전력 : 400W
의 조건으로 실시한다.
도 14f에 있어서, 최상부에 남은 Si막을 박리 처리에 의하여 제거한다. 실리콘 마스크는 알칼리(KOH) 액으로 습식 박리한다.
도 14g의 상태가 되어 보정 소자가 완성되며 유리 기판 자체의 한 면이 보정 소자가 된다.
(실시예 3)
도 15는 본 발명의 실시예 3에 따른 광 정보 처리 장치를 간략적으로 도시한 블록도이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 광 기록 매체(10)에 대하여 정보 신호의 기록 및 재생을 실행하는 장치로서, 전술한 광 픽업기에 상당한 광 픽업기(41)를 구비하여 구성된다. 구체적으로는, 광 기록 매체(10)를 회전 조작하는 스핀들 모터(48)와, 정보 신호의 기록 재생을 실행함에 있어 사용되는 광 픽업기(41)와, 광 픽업기(41)를 광 기록 매체(10)의 내외주로 이동 조작하기 위한 송출 모터(42)와, 미리 정해진 변조 및 복조 처리를 실행하는 변조/복조 회로(44)와, 광 픽업기(41)의 서보 제어 등을 실행하는 서보 제어 회로(43)와, 광 정보 처리 장치 전체를 제어하는 시스템 제어기(47)를 구비한다.
구체적인 동작을 설명하면, 스핀들 모터(48)는 서보 제어 회로(43)에 의하여 구동 제어되어 미리 정해진 회전수로 회전 구동된다. 즉, 기록 재생의 대상이 되는 광 기록 매체(10)는 스핀들 모터(48)의 구동축 상에 처킹(chucking)되고, 서보 제어 회로(43)에 의하여 구동 제어되는 스핀들 모터(48)에 의하여 미리 정해진 회전수로 회전 주사된다.
광 픽업기(41)는 광 기록 매체(10)에 대한 정보 신호의 기록 및 재생을 실행할 때, 전술한 바와 같이, 회전 구동되는 광 기록 매체(10)에 대하여 레이저 광선을 조사하고 그 귀환 광선을 검출한다. 이 광 픽업기(41)는 변조/복조 회로(44)에 접속된다. 그리고, 정보 신호의 기록을 실행할 때에는, 외부 회로(45)로부터 입력되어 변조/복조 회로(44)에 의하여 미리 정해진 변조 처리가 된 신호가 광 픽업기(41)에 공급된다. 광 픽업기(41)는 변조/복조 회로(44)로부터 공급되는 신호에 근거하여 광 기록 매체(10)에 대하여 광 강도 변조 처리가 된 레이저 광선을 조사 한다.
또한, 정보 신호의 재생을 실행할 때에는, 광 픽업기(41)는 회전 구동되는 광 기록 매체(10)에 대하여 일정한 출력의 레이저 광선을 조사하고 그 귀환 광선으로부터 재생 신호가 생성되며 해당 재생 신호가 변조/복조 회로(44)에 공급된다.
또한, 이 광 픽업기(41)는 서보 제어 회로(43)에도 접속된다. 그리고, 정보 신호의 기록 재생시에, 회전 구동되는 광 기록 매체(10)에 의하여 반사되어 온 귀환 광선으로부터 전술한 바와 같이 포커스 서보 신호 및 트래킹 서보 신호가 생성되며 이들 서보 신호가 서보 제어 회로(43)에 공급된다.
변조/복조 회로(44)는 시스템 제어기(47) 및 외부 회로(45)에 접속된다. 이 변조/복조 회로(44)는 정보 신호를 광 기록 매체(10)에 기록하는 경우에는 시스템 제어기(47)의 제어 하에 광 기록 매체(10)에 기록하는 신호를 외부 회로(45)로부터 접수받아 해당 신호에 대하여 미리 정해진 변조 처리를 한다. 변조/복조 회로(44)에 의하여 변조된 신호는 광 픽업기(41)에 공급된다.
또한, 이 변조/복조 회로(44)는 정보 신호를 광 기록 매체(10)로부터 재생하는 경우에는, 시스템 제어기(47)의 제어 하에 광 기록 매체(10)로부터 재생된 재생 신호를 광 픽업기(41)로부터 접수받아 해당 재생 신호에 대하여 미리 정해진 복조 처리를 한다. 그리고, 변조/복조 회로(44)에 의하여 복조된 신호는 변조/복조 회로(44)에서 외부 회로(45)로 출력된다.
송출 모터(42)는 정보 신호의 기록 및 재생을 실행할 때, 광 픽업기(41)를 광 기록 매체(10)의 직경 방향의 미리 정해진 위치로 이동시키기 위한 것으로, 서 보 제어 회로(43)로부터의 제어 신호에 따라 구동된다. 즉, 이 송출 모터(42)는 서보 제어 회로(43)에 접속되며 서보 제어 회로(43)에 의하여 제어된다.
서보 제어 회로(43)는 시스템 제어기(47)의 제어 하에, 광 픽업기(41)가 광 기록 매체(10)에 대향하는 미리 정해진 위치로 이동되도록 송출 모터(42)를 제어한다. 또한, 서보 제어 회로(43)는 스핀들 모터(48)에도 접속되며, 시스템 제어기(47)의 제어 하에, 스핀들 모터(48)의 동작을 제어한다. 즉, 서보 제어 회로(43)는 광 기록 매체(10)에 대한 정보 신호의 기록 및 재생시에 이 광 기록 매체(10)가 미리 정해진 회전수로 회전 구동되도록 스핀들 모터(48)를 제어한다.
이 구성에서 전술한 광 픽업기를 이용함으로써 범용성 및 신뢰성 높게 정보의 기록 또는 재생을 실행할 수 있다.
본 발명에 따른 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치는 광 기록 매체의 인접층에 의한 간섭 광선을 억제하여 인접층으로 인한(층간 간격의 두께 변동 등) 트랙 오류 신호의 열화를 개선하고, 특히, 대물 렌즈 가동(可動)에 따른 광축 편위가 발생하여도 보정 수단에 의하여 광 기록 매체의 기록면에 집광되는 스폿에 대한 영향이 없이 층간 혼선을 보정할 수 있으며, 액츄에이터에 탑재 가능하고, 또한 왕로 및 귀로가 공통되는 광로 중에 배치할 수 있으므로, 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체의 기록 및/또는 재생시에 인접층으로 인한 트랙 오류 신호의 열화를 방지하는 광 픽업기 및 이것을 이용하는 광 정보 처리 장치로서 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 광 픽업기의 개략 구성을 나타내는 도면,
도 2는 액정 소자에 의한 구면 수차의 보정 원리를 나타내는 도면,
도 3은 DPP 방식의 신호 검출 회로를 나타내는 도면,
도 4a 및 도 4b는 층간 혼선 억제용의 보정 소자를 나타내는 도면,
도 5a 및 도 5b는 수광 소자에 집광되는 광 분포도로서,도 5a는 L1층 재생시, 도 5b는 L2층 재생시를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 광 픽업기의 개략 구성을 나타내는 도면,
도 7은 층간 혼선 억제용의 보정 소자를 나타내는 확대도,
도 8은 충전율에 대한 편광 방향마다의 굴절률(파장 405 nm)을 나타내는 도면,
도 9는 충전율에 대한 편광 방향마다의 굴절률(파장 660 nm)을 나타내는 도면,
도 10a 내지 도 10d는 석영을 기재로 한 몰드의 제작 방법 순서를 나타내는 공정도,
도 11a 내지 도 11d는 실리콘을 기재로 한 몰드의 제작 방법 순서를 나타내는 공정도,
도 12a 내지 도 12g는 유리 기판에 Ta2O5를 성막하고, Ta2O5에 보정 소자를 형성하는 순서를 나타내는 공정도,
도 13a 내지 도 13i는 실리콘 막과 몰드를 이용하여 유리 기판에 보정 소자를 형성하는 순서를 나타내는 공정도,
도 14a 내지 도 14g는 몰드를 사용하지 않는 보정 소자의 제법 순서를 나타내는 공정도,
도 15는 본 발명의 실시예 3에 따른 광 정보 처리 장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 16은 종래의 DPP 방식을 이용하는 광 픽업기의 개략 구성을 나타내는 도면,
도 17은 회절 소자의 구조 일례를 나타내는 도면,
도 18a는 광 기록 매체 면의 집광 스폿을 나타내는 도면, 도 18b는 연산 회로를 나타내는 도면,
도 19는 2층 광 기록 매체의 재생시의 광로를 나타내는 모식도,
도 20a 및 도 20b는 수광 소자에 집광되는 광 분포도로서, 도 20a는 L1층 재생시, 도 20b는 L2층 재생시를 나타내는 도면,
도 21은 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 광학 소자를 구비한 광학계의 구성도,
도 22a는 층간 혼선 억제용 보정 소자의 정면도, 도 22b는 단면도를 나타내는 도면,
도 23a는 광학 소자가 있는 경우의 수광 소자상의 광량 분포를 나타내는 도면, 도 23b는 광학 소자가 없는 경우의 수광 소자상의 광량 분포를 나타내는 도면,
도 24는 인접층에 의한 간섭 광선이 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 광학 소자를 구비한 광학계의 광축차 발생시의 구성도,
도 25는 광축차 발생시의 수광 소자상의 광량 분포를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 14 반도체 레이저
2 회절 소자
3 편광 빔 분할기
4 콜리메이트 렌즈
5 편향 미러
6 보정 소자
7 액정 소자
8 1/4 파장 판
9 대물 렌즈
10 광 기록 매체
11 검출 렌즈
12 수광 소자
13 액츄에이터
16 광학 소자
20a, 20b, 20c　수광부
20d 보조 수광 소자
23 하프 미러
41 광 픽업기
42 송출 모터
43 서보 제어 회로
44 변조/복조 회로
45 외부 회로
47 시스템 제어기
48 스핀들 모터
50 연산 회로
50a, 50b, 50c, 53 감산기
51 가산기
52 증폭기
55 석영 재료
56 레지스트
57 전자선
58 서브 파장 요철 구조
59 실리콘 재료
100, 101, 102 집광 스폿
200, 201, 202 검출광 스폿

Claims (3)

  1. 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체에 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 픽업기에 있어서,
    광원과;
    상기 광원으로부터 출사되는 광선을 상기 광 기록 매체의 액세스 대상의 기록면에 집광시키는 집광 수단과;
    상기 집광 수단과 상기 광원 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 광원으로부터 출사되는 광선을 3개의 광선으로 나누는 회절 소자와;
    상기 집광 수단과 상기 광원 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 집광 수단을 통과한 귀환 광선을 분기하는 분기 광학 소자와;
    상기 집광 수단과 상기 분기 광학 소자 사이의 광로 중에 배치되고, 입사 광선에 1/4 파장의 광학적 위상차를 부여하는 1/4 파장 판과;
    상기 분기 광학 소자로 분기된 귀환 광선을 미리 정해진 수광 위치에서 수광하는 수광 수단과;
    상기 집광 수단과 상기 수광 수단 사이의 광로 중에 배치되고, 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체를 적용시, 인접층에 의한 간섭 광선이 상기 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 보정 소자;를 구비하고,
    상기 보정 소자는 광축 수직면 내에 적어도 2개의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 입사 광선의 파장보다 짧은 주기를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성되어 있으며, 상기 서브 파장 요철 구조는 인접하는 영역의 홈 방향이 서로 직교하여 이루어지는 동시에, 상기 인접하는 영역마다 유효 굴절률이 상기 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향에 대하여 동일하게 되고, 또한 상기 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향과 직교하는 편광 방향에 대하여는 상기 인접하는 영역간의 위상차가 π로 되도록 각 영역의 상기 서브 파장 요철 구조의 충전율이 결정되는 것을 특징으로 하는 광 픽업기.
  2. 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체에 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 픽업기에 있어서,
    파장 λ1의 광선을 출사하는 제1 광원과;
    파장 λ2(＞λ1)의 광선을 출사하는 제2 광원과;
    상기 제1 및 제2 광원으로부터 출사되는 광선을 상기 광 기록 매체의 액세스 대상의 기록면에 집광시키는 집광 수단과;
    상기 집광 수단과 상기 제1 및 제2 광원 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 제1 및 제2 광원으로부터 출사되는 광선을 3개의 광선으로 나누는 회절 소자와;
    상기 집광 수단과 상기 제1 및 제2 광원 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 집광 수단을 통과한 귀환 광선을 분기하는 분기 광학 소자와;
    상기 집광 수단과 상기 분기 광학 소자 사이의 광로 중에 배치되고, 입사 광선에 1/4 파장의 광학적 위상차를 부여하는 1/4 파장 판과;
    상기 분기 광학 소자로 분기된 귀환 광선을 미리 정해진 수광 위치에서 수광하는 수광 수단과;
    상기 집광 수단과 상기 수광 수단 사이의 광로 중에 배치되고, 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체를 적용시, 인접층에 의한 간섭 광선이 상기 수광 소자에 수광되는 것을 억제하는 보정 소자;를 구비하고,
    상기 보정 소자는 광축 수직면 내에 적어도 2개의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 입사 광선의 파장 λ1보다 짧은 주기를 갖는 서브 파장 요철 구조가 형성되며, 상기 서브 파장 요철 구조는 인접하는 영역의 홈 방향이 서로 직교하여 이루어지는 동시에, 상기 인접하는 영역마다의 유효 굴절률이 상기 제1 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향에 대하여 동일하게 되고, 또한 상기 제1 광원으로부터 출사되는 광선의 편광 방향과 직교하는 편광 방향에 대하여는 상기 인접하는 영역간의 위상차가 π로 되도록 각 영역의 상기 서브 파장 요철 구조의 충전율이 결정되는 것을 특징으로 하는 광 픽업기.
  3. 복수개의 기록층을 갖는 광 기록 매체의 기록면에 광선을 조사하여 정보의 기록 또는 재생을 실행하는 광 정보 처리 장치에 있어서,
    스핀들 모터와;
    서보 제어 회로와;
    시스템 제어기와:
    제1항 또는 제2항에 기재된 광 픽업기;를 구비한 것을 특징으로 하는 광 정보 처리 장치.
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