KR19990024008A

KR19990024008A - 광디스크장치

Info

Publication number: KR19990024008A
Application number: KR1019980035285A
Authority: KR
Inventors: 세이지 니시와키; 데츠오 사이미
Original assignee: 모리시따요오이 찌; 마쓰시따덴끼상교가부시끼가이샤
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 1999-03-25
Also published as: US6327238B1; CN1211790A; CN1160712C

Abstract

본 발명은 워킹 디스턴스(working distance)나 개구수를 변경하지 않고, 물리적인 한계를 초월한 박형의 광 디스크 장치를 제공하는 것으로써, 반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 평행광으로 변환된 광(3)은, 프리즘(4)의 표면(4A)에 입사각(표면(4A)의 법선(4a)에 대한 입사광(3)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각

Description

광디스크 장치

본 발명은 광 디스크에 신호를 기록, 또는 광 디스크 신호를 재생하기 위해 사용되는 광 디스크 장치에 관한 것이다.

종래기술을 도8에 의거하여 설명한다. 도8은 종래예의 광 디스크 장치의 단면구성을 도시하고 있고, 반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하는 레이저광은 콜리메이트렌즈(2)에 의해 z축에 따른 평행광으로 변환되며, 이 광(3)은 경사미러(10)의 반사면(10A)에 입사하여 반사광(6)이 되고, 광(6)은 대물렌즈(7)에 의해 수속광(8)으로 되며, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상에 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

이 광 디스크 장치에 있어서, 그 두께t(광 디스크 기재 하면(9B)으로부터 경사미러(10)의 저면까지의 거리)는 t1 + t2로 결정된다. t1은 대물렌즈(7)의 두께에 상하의 가동폭을 더한 값, t2는 경사전의 빔 지름(d)에 경사미러(10)의 하면 선단부의 부족폭 여유분(미러(10)의 하부에 있어서 가공면 정밀도가 보증되지 않아 레이저광(3)의 반사에 기여하지 않는 영역의 두께)를 포함한 값이다. 경사전의 빔 지름(d)은 대물렌즈(7)의 위치조정 오차의 여유도 고려하여(z축이 광 디스크의 지름방향에 있는 경우는 대물렌즈(7)의 트랙킹시의 가동폭도 고려하여), 대물렌즈(7)의 구경보다 큰 값이 된다. 구경은 2×NA×f로 주어지며, 여기서 NA, f는 대물렌즈의 개구수, 초점거리이다. NA는 DVD인 경우에 0.6이 채용되고, 광 디스크장치의 해상력이 NA의 2곱에 비례하므로, 이 채용치보다 작게할 수는 없다. 또한, f도 대물렌즈(7)가 기재표면(9B)과 충돌하지 않도록 하기 위해 적어도 1.3mm이상의 워킹 디스턴스(기재표면(9B)과 대물렌즈 표면과의 최단거리)가 필요하므로, 일반적으로는 DVD로 2.4mm이상인 크기로 된다. 따라서, DVD에서는 적어도 2×NA×f = 2.88mm의 구경이 필요하고, 0.4mm의 조정여유를 두어 빔 지름(d)은 3.3mm정도의 크기가 되고, 이에 경사미러의 부족폭 여유0.3mm를 더하여 t2=3.6mm로 된다. 또한, f=2.4mm인 경우, 설계적으로 t1=4.0mm로 되고, 광 디스크 장치의 두께는 t=7.6mm로 된다.

이와같은 종래의 광 디스크 장치에 있어서, 워킹 디스턴스나 개구수를 변경하지 않는 한, 광 디스크장치의 두께t를 7.6mm미만으로 하는 것은 물리적으로 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점에 감안하여 워킹 디스턴스나 개구수를 변경하지 않고, 물리적인 한계를 초월한 박형의 광 디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시형태의 광 디스크 장치의 구성을 도시한 개략도,

도2는 본 발명의 제2 실시형태의 광 디스크 장치의 구성을 도시한 개략도,

도3은 본 발명의 제3 실시형태의 광 디스크 장치의 구성을 도시한 개략도,

도4는 본 발명의 제4 실시형태의 광 디스크 장치의 구성을 도시한 개략도,

도5는 본 발명의 제5 실시형태의 광 디스크 장치의 구성의 개략을 도시한 정면도,

도6은 본 발명의 제5 실시형태의 광 디스크 장치의 구성의 개략을 도시한 평면도,

도7은 본 발명의 제5 실시형태의 광 디스크 장치의 구성의 개략을 도시한 측면도,

도8은 종래예의 광 디스크 장치의 구성을 도시한 개략도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사광원 2 : 콜리메이트렌즈(collimate lenz)

3 : 입사광 4, 4' : 프리즘

4A, 4B, 4C : 프리즘의 연마면

4'A, 4'B, 4'C : 프리즘의 연마면

5a : 굴절광 5b : 반사광

5c : 반사광 5'a : 굴절광

5'b : 반사광 5'c : 굴절광

5'd : 반사광 5'e : 반사광

6 : 굴절광 7 : 대물렌즈

8 : 수속광(收束光) 9 : 광 디스크 기재

9A : 광 디스크 신호면 9B : 광 디스크 기재표면

10 : 경사미러 10A : 반사면

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 이용한다.

즉, 본 발명의 광 디스크 장치는 방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 반사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 다시 반사되며, 다시 상기 B면에 입사하여 이를 투과하여, 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 디스크 장치는 방사광원과, 콜리메이트렌즈와 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 다시 입사하여 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각′, 굴절각′), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 디스크 장치는 방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면, γ면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 동일 굴절율을 가지고, 그들은 γ면과 A면사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 β면에 입사하여 반사되며, γ면 즉 제2 프리즘의 A면에 입사하여 투과하고, 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 다시 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 디스크 장치는 방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면, γ면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 제1 프리즘과 제2 프리즘은 상호 다른 굴절율을 가지고, 그들은 γ면과 A면의 사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 β면에 입사하여 반사되며, γ면 즉 제2 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고(입사각′, 굴절각′), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 다시 입사하여 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 디스크 장치는 방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면의 2개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 상호 다른 굴절율을 가지고, 그들은 β면과 A면사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), β면 즉 제2 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되며(입사각′, 굴절각′), 상기 B면에 입사하여 반사되고, 상기 C면에 다시 입사하여 반사되며, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 구성에 의해 프리즘의 A면 또는 제1 프리즘의 α면을 굴절하는 광이 얇은 프리즘의 내부에서 반사를 반복하여 대물렌즈로 인도되므로, 대물렌즈의 바로 아래 영역을 얇게할 수 있고, 광 디스크 장치의 두께를 물리적인 한계를 초월하여 얇게할 수 있다.

또한, 입사면에서의 굴절을 출사면에서의 굴절이 부정하는 관계를 가지게하면, 광학적으로는 콜리메이트렌즈와 대물렌즈간에 평행평판을 배치한 관계로 할 수 있으므로, 파장변화에 의한 출사광축의 변화가 없고, 평행광 이외의 광을 프리즘에 입사해도 방사광원과 콜리메이트렌즈사이에 평행평판을 경사지게 하여 끼우든지, 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는 등의 방법으로 수차(收差)를 용이하게 보정할 수 있다.

실시형태

이하, 본 발명을 도1∼도7에 도시하는 실시형태에 의거하여 상세히 설명한다.

제1 실시형태

도1은 본 발명의 제1 실시형태의 광 디스크 장치의 개략 구성도이고, 프리즘(4)은 4A, 4B, 4C의 3개의 종이면에 직교한 연마면으로 구성되어 있다.

도1에서 반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 평행광으로 변환된 광(3)은 굴절율(n)의 질산칼륨재로 형성되는 프리즘(4)의 표면(4A)에 입사각(표면(4A)의 법선(4a)에 대한 입사광(3)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각(법선(4a)에 대한 굴절광(5a)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5a)으로 된다. 이 굴절광(5a)은 프리즘(4)의 면(4B)에 입사하여 이 면을 전반사하고, 반사광(5b)은 프리즘(4)의 면(4C)에 입사하여 이 면을 반사하며, 반사광(5c)은 다시 프리즘(4)의 면(4B)에 입사하여 이 면을 투과한다. 이 투과광(6)은 대물렌즈(7)에 의해 수속광(8)이 되고, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상에 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

여기서, 면(4B)이 광(3)과 평행이고, 또한 광(5c)과 직교하며, 면(4A)이 광(5b)과 평행인 경우를 예로 든다. 면(4B)이 광(3)과 평행이므로, 면(4A)과 면(4B)이 이루는 각은 π/2-이고, 면(4B)이 광(5c)과 직교하므로, 면(4C)과 면(4B)이 이루는 각β=π/4-(-)/2로 된다. 또한, 면(4A)이 광(5b)과 평행이므로,

-=π/2 -…(식1)이 성립한다.

한편, 면(4A)에서의 스넬의 법칙에 의해

sin= n × sin…(식2)가 성립한다. 한편, 면(4A)에서의 굴절에 의한 빔 확대율은 다음식에 따른다.

m = cos/cos…(식3)

n = 1.5로 하면(식1), (식2)에서= 63.3도,= 36.5도, β = 31.6도, (식3)에서 m=1.79로 된다. 따라서 프리즘 출사후의 광(6)의 빔 지름(d)은 입사전의 광(3)의 빔 지름(d1)의 1.79배로 된다. d=3.3mm로 하면 d1=1.84mm가 된다. 프리즘(4)의 두께t2는 (d+0.3) × tanβ의 값(0.3의 값은 프리즘 상우단의 부족폭 여유분)에 프리즘 최하부의 부족폭(0.3mm)을 더하여 t2 = 2.5mm이다. 따라서, t1 = 4.0mm로 하면, 광 디스크 장치의 두께t =6.5mm로 되고, 동일 조건의 종래예에 비해 1.1mm나 얇게 할 수 있다.

이 제1 실시형태는 광이 얇은 프리즘 내부에서 반사를 반복하는 중에 수직으로 경사져 대물렌즈로 인도될뿐만 아니라, 반도체 레이저(1)에서 출사하는 타원상으로 퍼지는 광을 원형상에 가깝게 퍼지도록 정형할 수 있는 장점도 함께 가진다.

본 실시형태와 같이, 면(4A)에서의 입사광(3)과 면(4B)에서의 투과광(6)을 직교시킴으로서, 방사광원(1)과 프리즘(4)의 거리가 길어진 경우라도, 방사광원(1)과 콜리메이트렌즈(2)를 포함한 광 디스크 장치 전체의 두께가 상기 t보다 두꺼워지지 않아, 박형의 광 디스크 장치로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 면(4A), (4B), (4C)이 종이면에 직교하는 것으로 설명했는데, 다른 위치관계에 있어도 된다. 또한 면(4B)이 광(3)과 평행이고, 또한 광(5c)과 직교하며, 면(4A)이 광(5b)과 평행인 경우를 예로들어 설명했는데, 다른 조건하에서도 같은 효과를 얻을 수 있다. 그 예를 이하에 표시한다.

제2 실시형태

도2는 본 발명의 제2 실시형태의 광 디스크(3)장치의 개략 구성도이다. 도2에서, 방사광원(1) 및 콜리메이트렌즈(2)등의 구성요소는 제1 실시형태와 같으므로 생략하고, 프리즘(4)은 기본적으로 종이면에 수직인 4A, 4B, 4C의 3개의 연마면으로 구성되며, 그 이외의 면은 단순히 잘라낸면으로 연마는 필요하지 않다.

반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 종이면상의 z축을 따라 평행광으로 변환된 광(3)은, 프리즘(4)의 표면(4A)(z축에 대한 경사각γ)에 입사각(표면(4A)의 법선(4a)에 대한 입사광(3)이 이루는 각,=γ-π/2)으로 입사하고, 굴절각(법선(4a)에 대한 굴절광(5a)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5a)이 된다. 이 굴절광(5a)은 면(4B)(z축에 대한 경사각α)에 입사하여 이 면을 전반사하고, 반사광(5b)은 면(4C)(z축에 대한 경사각β)에 입사하여 이 면을 반사하며, 반사광(5c)은 다시 면(4B)에 입사각′(표면(4B)의 법선(4b)에 대한 입사광(5c)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각′(법선(4b)에 대한 굴절광(6)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(6)이 된다. 이 투과굴절광(6)은 대물렌즈(7)를 투과하여 수속광(8)이 되고, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상에 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

여기서 프리즘의 굴절율=1.5, α=24도, β=12도, γ=119도로 하면, 각 굴절면에서의 스넬의 식과 반사면의 반사식을 연립시켜 푼 결과로써 대략′=α가 성립되므로, 광(6)을 광(3), 즉 z축에 대해 직교시킬 수 있다. 광(6)의 빔 지름d=3.3mm로 하면, 프리즘(4)의 대물렌즈의 바로 아래 두께t2는 0.3mm 프리즘의 부족폭분을 고려하여, t2=2.0mm정도이다. 따라서, t1=4.0mm로 하면, 광 디스크 장치의 두께t=6.0mm로 되고, 동일 조건의 종래예에 비해 1.6mm나 얇게 할 수 있다.

일반적으로 대믈렌즈(7)와 간섭하지 않는한, 다스크 기재 표면(9B)에서 워킹 디스턴스분만큼 떨어진 위치까지는 자유롭게 사용할 수 있는 영역이다. 종래예에서는 광학계 전체가 대물렌즈(7) 밑에 구성되므로, 도8의 영역(11)에 상당하는 부분이 미활용 영역으로 되었는데, 본 실시형태에서는 이 영역을 효과적으로 활용하는 것이다.

그런데, 본 실시형태에서는 면(4A), (4B), (4C)이 종이면에 직교하는 것으로 하여 설명했는데, 다른 위치관계에 있어도 된다.

본 실시형태와 같이 면(4A)에서의 입사광(3)과 면(4B)에서의 굴절광(6)을 직교시킴으로서, 방사광원(1)과 프리즘(4)의 거리가 길어진 경우라도 방사광원(1)과 콜리메이트렌즈(2)를 포함한 광 디스크 장치 전체의 두께가 상기 t보다 두꺼워 지지않아 박형의 광 디스크 장치로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 입사면(4A)에서의 굴절과 출사면(4B)에서의 굴절이 상호 캔슬하는 관계가 아니고, 소위 쐐기형상 프리즘을 광이 투과하는 관계에 있고, 광(3)의 파장이 변동하면 질산칼륨재의 굴절율이 변하며, 굴절광(6)의 전달방위가 변해, 결과로써 수속광(8)이 변위하고, 서브 미크론의 위치제어가 요구되는 광 디스크 시스템의 특성을 잃게 된다. 이것을 고려하여 파장이 변화해도 굴절광(6)의 전달방위가 변하지 않는 예를 다음 제3 실시형태에 표시한다.

제3 실시형태

도3은 본 발명의 제3 실시형태의 광 디스크 장치의 개략 구성도이다. 도3에서, 방사광원(1) 및 콜리메이트렌즈(2)등의 구성요소는 제1 실시형태와 같으므로 생략한다.

본 실시형태는 상기 제2 실시형태의 프리즘(4)의 표면(4A)에 재질이 다른 쐐기형상의 프리즘(4′)을 마주붙인 것으로, 그 이외의 구성은 제2 실시형태와 동일하다.

프리즘(4′)은 기본적으로는 종이면에 수직인 (4′A), (4′B)의 2개의 연마면((4′B)는 프리즘(4)의 표면(4A)에 마주붙여져 있다)으로 구성되며, 그 이외의 면은 단순히 잘라낸면으로 연마는 필요로 하지 않는다.

반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 종이면상의 z축을 따라 평행광으로 변환된 광(3)은 프리즘(4′)의 표면(4′A)(z축에 대한 경사각δ)에 입사각(표면(4′A)의 법선(4′a)에 대한 입사광(3)이 이루는 각,=δ-π/2)으로 입사하고, 굴절각(법선(4′a)에 대한 굴절광(5a)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5a)으로 된다. 이 굴절광(5a)은 프리즘(4)의 표면(4A)(z축에 대한 경사각γ)에 입사하고, 이를 굴절하는 광(5b)으로 된다. 이 굴절광(5b)은 면(4B)(z축에 대한 경사각α)에 입사하여 이면을 전반사하고, 반사광(5c)은 면(4C)(z축에 대한 경사각β)에 입사하여 이 면을 반사하며, 반사광(5d)은 다시 면(4B)에 입사각′(표면(4B)의 법선(4b)에 대한 입사광(5d)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각′(법선(4b)에 대한 굴절광(6)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(6)이 된다. 이 투과굴절광(6)은 대물렌즈(7)를 투과하여 수속광(8)으로 되고, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상으로 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

여기서 프리즘(4)의 굴절율=1.5, α=15도, β=23도, γ=130도, 프리즘(4′)의 굴절율=1.6, δ=120도, 프리즘(4′)의 굴절율 분산/프리즘(4)의 굴절율 분산=2.1로 하면, 파장변화에 따라 면(4′A), (4′B)에서의 굴절각 변화가, 면(4A)에서의 굴절각 변화로 거의 캔슬되며, 전체로써는 굴절광(6)의 전달방위가 거의 변하지 않는다. 또한, 본 실시형태는 제2 실시형태와 거의 같은 형상을 이루므로, 제2 실시형태의 특징인 박형화의 효과도 잃지않는다.

또한, 제2 실시형태에서는, 광(3)이 평행광인 경우에 한정된다. 또한, 제3 실시형태의 상기 조건에서는 마찬가지로 광(3)이 평행광인 경우에 한정된다. 즉 입사면(4A)(제2 실시형태) 또는 (4′A)(상기 조건의 제3 실시형태)에서의 굴절과 출사면(4B)에서의 굴절이 상호 캔슬하는 관계가 아니고, 소위 쐐기형상의 프리즘을 광이 투과하는 관계에 있고, 광(3)이 유한계(발산성, 또는 수속성)의 광이면, 큰 비점 수차가 발생하게 된다. 이것을 고려하여 유한계의 광이라도 수차를 억제하는 예를 다음 제4 실시형태에 표시한다.

제4실시형태

도4는 본 발명의 제4 실시형태의 광 디스크 장치의 개략 구성도이다. 도4에서, 방사광원(1) 및 콜리메이트렌즈(2)등의 구성요소는 제1 실시형태와 같으므로 생략하고, 프리즘(4)은 기본적으로는 종이면에 수직인 4A, 4B, 4C의 3개의 연마면으로 구성되며, 다른면은 단순히 잘라낸면으로 연마는 필요로 하지 않는다.

반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 z축과 θ이 각을 이루는 평행광으로 변환된 광(3)은, 프리즘(4)의 표면(4A)(z축에 대한 경사각γ)에 입사각(표면(4A)의 법선4a에 대한 입사광(3)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각(법선(4a)에 대한 굴절광(5a)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5a)이 된다. 이 굴절광(5a)은 프리즘(4)의 면(4B)(z축에 대한 경사각α)에 입사하여 이 면을 전반사하고, 반사광(5b)은 프리즘(4)의 면(4C)(z축에 대한 경사각β)으로 입사하여 이 면을 반사하며, 반사광(5c)은 다시 프리즘(4)의 면(4B)에 입사각′(표면(4B)의 법선(4b)에 대한 입사광(5c)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각′(법선(4b)에 대한 굴절광(6)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(6)이 된다. 이 투과 굴절광(6)은 대물렌즈(7)를 투과하여 수속광(8)으로 되고, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상에 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

여기서 프리즘의 굴절율=1.5, θ=14도, α=21도, β=18도, γ=83도로 하면, 각 굴절면에서의 스넬의 식과 반사면의 반사식을 연립시켜 푼 결과로써, 대략′=α가 성립하고, 광(6)을 z축에 대해 직교시킬 수 있다. 광(6)의 빔 지름(d)=3.3mm로 하면, 프리즘(4)의 대물렌즈의 바로 아래의 두께(t2)는 프리즘의 부족폭 여유분(0.3mm)을 고려하여 t2=2.2mm정도이다. 따라서, t1=4.0mm로 하면, 광 디스크 장치의 두께t=6.2mm로 되고, 동일조건의 종래예에 비해 1.4mm나 얇게 할 수 있다.

또한,=′,′=의 관계가 ｜coscos′- coscos′｜＜0.1의 오차범위로 성립하고, 입사면(4A)에서의 굴절이 굴절면내에서 우회, 출사면(4B)에서의 굴절이 좌회 방향에 있다. 즉, 프리즘내의 반사회수가 짝수회일 경우는 굴절방향의 불일치가 굴절 캔슬의 조건을 만족하므로, 입사면(4A)에서의 굴절과 출사면(4B)에서의 굴절이 상호 캔슬되고, 소위 평행평판을 광이 투과하는 관계에 있다(이후, 평행편판의 관계라고 부르기로 한다). 따라서, 광(3)이 유한계(발산광, 또는 수속성)의 광이어도 수차의 발생은 작다.

그런데, 본 실시형태에서는 면(4A), (4B), (4C)이 종이면에 직교하는 것으로 하여 설명했는데, 면(4A), (4B)에서의 각 굴절면(입사광과 굴절광을 모두 포함하는 면)이 평행이면, 다른 위치관계에 있어도 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 방사광원(1), 콜리메이트렌즈(2)를 t=6.2mm의 두께내로 하기 위해서는 θ를 작게, 가능하면 제로로 할 수 있으면 좋은데, θ를 10도 이하로 하면, 얇고, 또한 평행평판의 관계를 만족시키는 조건을 양립할 수 없게 된다. 이것을 고려하여 얇고, 또한 평행평판의 관계에 있으면서, θ를 제로로 설정할 수 있는 예를 다음 제5 실시형태에 표시한다.

제5 실시형태

도5는 본 발명의 제5 실시형태의 광 디스크 장치의 정면도이고, 도6은 그 평면도(대물렌즈(7), 광 디스크 기재(9)는 생략되어 있다), 도7은 측면도(대물렌즈(7), 광 디스크 기재(9)는 생략되어 있다)이다. 도5∼도7에 있어서, 방사광원(1) 및 콜리메이트렌즈(2)등의 구성요소는 제1 실시형태와 같으므로 생략하고 있다.

프리즘(4)은 기본적으로는 yz면에 직교하는 4A, 4B, 4C의 3개의 연마면으로 구성되며, 다른면은 단순히 잘라낸면으로 연마는 필요로 하지않고, 프리즘(4′)은 도7의 ξ축(xy면에 있어 y축과 ε의 각을 이룬다)에 평행인 4′A, 4′B, 4′C의 3개의 연마면으로 구성되며, 다른 면은 단순히 잘라낸면으로 연마는 필요로 하지 않는다. 프리즘(4′)과 프리즘(4)은 면(4′C)과 면(4A)사이에서 UV수지등을 이용하여 접합되어 있다.

반도체 레이저등의 방사광원(1)을 출사하고, 콜리메이트렌즈(2)에 의해 x축(y축, z축은 직교좌표축으로써 x축에 따라 정의)을 따라 평행광으로 변환된 광(3)은 프리즘(4′)의 표면(4′A)(도7에서 y측에 대한 경사각ε, 도6에서 x축에 대한 경사각δ)에 입사각(표면(4′A)의 법선(4′a)에 대한 입사광(3)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각(법선(4′a)에 대한 굴절광(5′a)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5′a)이 된다. 이 굴절광(5′a)은 면(4′B)(도6에서 x축에 대한 경사각γ)에 입사하여 이 면을 전반사하고, 반사광(5′b)은 면(4′C), 즉 프리즘(4)의 면(4A)(z축에 대해 직교)에 입사각′(표면(4A)의 법선(4a)에 대한 입사광(5′b)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각′(법선(4a)에 대한 굴절광(5′c)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(5′c)이 된다(프리즘(4), (4′)이 같은 질산나트륨재이면 굴절하지 않고 직진 투과한다). 이 굴절광(5′c)은 면(4B)(z축에 대한 경사각α)에 입사하여 이 면을 전반사하고, 반사광(5′d)은 면(4C)(z축에 대한 경사각β)에 입사하여 이 면을 반사하며, 반사광(5′e)은 다시 면(4B)에 입사각”(표면(4B)의 법선(4b)에 대한 입사광(5′e)이 이루는 각)으로 입사하고, 굴절각”(법선(4b)에 대한 굴절광(6)이 이루는 각)으로 굴절하는 광(6)이 된다. 이 투과 굴절광(6)은 대물렌즈(7)를 투과하여 수속광(8)으로 되고, 광 디스크 기재(9)의 표면(9B)을 투과하여 신호면(9A)상에 집광한다. 이 수속광(8)에 의해 신호면(9A)상에 신호를 기록, 또는 신호면상의 신호를 재생할 수 있다.

여기서 2개의 프리즘의 굴절율을 모두 1.5, α=14.6도, β=23도, γ=45.1도, δ=90도, ε=14.6도로 하면, 각 굴절면에서의 스넬의 식과 반사면의 반사식을 연립시켜 푼 결과로서, 대략”=α가 성립하고, 광(6)을 xz면에 대해 직교시킬 수 있다. 광(6)의 빔 지름(d)=3.3mm로 하면, 프리즘(4)의 대물렌즈 바로 아래에서의 두께(t2)는 프리즘의 부족폭 여유분(0.3mm)를 고려하여 t2=2.2mm정도이다. 따라서, t1=4.0mm로 하면, 광 디스크 장치의 두께t=6.2mm로 되고, 동일 조건의 종래예에 비해 1,4mm나 얇게 할 수 있다.

또한,=”,”=의 관계가 ｜coscos”- coscos”｜＜0.1의 오차범위로 성립하고, 입사면(4’A)에서의 굴절이 굴절면내에서 좌회, 출사면(4B)에서의 굴절이 좌회 방향에 있다. 즉, 프리즘내의 반사회수가 홀수회인 경우는 굴절방향의 일치가 굴절력 캔슬의 조건이므로, 입사면(4′A)에서의 굴절과 출사면(4B)에서의 굴절이 상호 캔슬되고, 소위 평행평판을 광이 투과하는 관계에 있다. 따라서, 광(3)이 유한계(발산성, 또는 수속성)의 광이어도, 수차의 발생은 작다.

또한, 상기 실시형태에서는 입사광축이 출사광(6)과 직교하는 면내에 있어, 방사광원(1), 콜리메이트렌즈(2)를 포함한 전체의 박형화를 실현할 수 있다.

2매의 프리즘을 사용한다는 디메리트는 있지만, 각각의 프리즘의 연마면은 특정 일축과 평행관계에 있으므로(프리즘(4)에서는 x축, 프리즘(4′)에서는 도7에 도시한 ξ축), 봉형상의 질산칼륨재를 3면 연마하고, 그것을 잘라내는(프리즘(4)에서는 직각으로 잘라낸다. 프리즘(4′)에서는 π/2-ε의 각으로 잘라낸다)것으로 다수개 취할 수 있고, 가공비를 낮은 가격으로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 면(4′C), 면(4A)가 z축에 직교하고, 면(4A), (4B), (4C)이 종이면에 직교하고, 면(4′A), (4′B), (4′C)이 ξ축에 평행하는 것으로 설명했는데, 면(4A), (4B)에서의 굴절면(입사광축과 굴절광축을 포함하는 면)이 평행이고, 면(4′A)에서의 굴절면의 면(4′B)에 대한 대칭면이 면(4B)면에서의 굴절면과 평행이면, 다른 위치관계에 있어도 된다. 또한, 광(3)을 x축에 따른 광원으로 했는데, 그 방위를 바꾸어도 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 2개의 프리즘의 굴절율을 같게 했는데, 굴절율이 다른 개개의 질산나트륨재를 이용해도 되고, 이 때, 평행평판의 조건=”또한”=는 coscos′cos”= coscos′cos”로 변화하고, 상기 관계식의 오차 정밀도는 ｜coscos′cos”- coscos′cos”｜＜0.1을 만족한다.

또한, 프리즘(4)과 같은 3각 프리즘이 아니어도 제3 실시형태에 도시한 바와같이, 2면의 연마면을 가지는 웨지 프리즘을 프리즘(4)에 접합시켜(접합된 전체의 프리즘 형상은 도2∼도4와 동등), 웨지 프리즘의 접합면에서의 굴절이 가해짐으로써, 평행평판의 관계를 가지게 하면서, 입사광축과 출사광축을 직교관계로 설정할 수 있다. 이 때의 평행평판의 조건도=”또한”=에서 coscos′cos”= coscos′cos”로 변화하고, 상기 관계식의 오차 정밀도는 ｜coscos′cos”- coscos′cos”｜＜0.1을 만족한다.

또한, 평행평판의 조건을 만족하지 않는 경우, 일반적으로는 광원의 파장변화에 따른 굴절율 분산의 영향으로 광축이 기울어지는데, 프리즘(4′)이나 웨칭 프리즘을 프리즘(4)에 접합시키는 방식으로는, 각각의 프리즘에 다른 질산나트륨재를 이용하여 이를 잘 조합시킴으로서, 굴절율 분산의 영향을 캔슬시킬 수 있다.

또한, 유한계의 광중에 평행평판을 배치할 경우, 일반적으로 광축에 수직으로 배치하면 구면 수차가, 기울어지면 비점 수차가 발생한다. 다라서, 제4, 제5 실시형태에서 프리즘에 평행평판의 관계를 가지게 해도, 광은 프리즘에 수직으로는 입사하지 않으므로, 비점 수차가 발생한다. 그러나 이러한 종류의 수차는 보정할 수 있는 성질의 것이고, 예를들면, 광축에 대해 콜리메이트렌즈(2)를 경사지게 하던지, 방사광원(1)과 콜리메이트렌즈(2)사이에 평행평판을 경사지게 배치함으로서, 거의 수차를 제거할 수 있다.

또한 제1에서 제5 실시형태까지 면(4B)에서의 반사는 전반사이고 제5 실시형태의 4′B면도 전반사이지만, 면(4C)에서의 반사는 전반사가 아니므로, 반사율을 높히기 위해서는 반사층의 막형성이 필요하다. 이 때, 프리즘에 입사하는 광이 원편광이고, 프리즘 투과후도 원편광을 유지하기 위해서는, 전반사로 발생하는 P파, S파간의 위상차를 면(4C)에서의 반사로 보정할 필요가 있다. 일반적으로 반사층에 유전체의 다층막을 사용하므로서, 이 위상보정은 달성할 수 있다.

이상의 본 발명에 의해, 프리즘의 입사면을 굴절하는 광이 얇은 프리즘의 내부에서 반사를 반복하여 대물렌즈로 인도되므로, 대물렌즈 바로아래 영역을 얇게 할 수 있고, 물리적인 한계를 초월한 얇은 광 디스크 장치를 제공할 수 있다.

또한, 입사면에서의 굴절을 출사면에서의 굴절이 부정하는 관계를 가지게함으로서, 광학적으로는 콜리메이트렌즈와 대물렌즈간에 평행평판을 배치한 관계로 할 수 있으므로, 평행광 이외의 광을 프리즘에 입사해도, 방사광원과 콜리메이트렌즈간에 평행평판을 경사지게 끼우든지, 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는등의 방법으로 수차를 용이하게 보정할 수 있어, 콜리메이트의 위치조정이 용이해지는 등의 효과도 함께 가진다.

Claims

방사광원과, 콜리메이트렌즈와 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 다시 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 이를 투과하여, 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속(收束)(convergence)하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 A면에서의 입사광축과 상기 B면에서의 투과광축이 직교하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 다시 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각′, 굴절각′), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제3항에 있어서, 상기 입사각, 굴절각및 입사각′, 굴절각′사이에=′또한=′의 관계가 ｜coscos′- coscos′｜＜0.1의 오차범위로 성립하고, 상기 A면 및 B면에서의 각 굴절면(입사광축과 굴절광축을 포함하는 면)이 평행 또는 일치하고, 각 굴절면에 있어서의 굴절방향이 상호 반대로 되는 (한쪽이 우회하면 다른쪽이 좌회한다)것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제4항에 있어서, 상기 프리즘A면에의 입사광이 평행광이 아니고, 입사각이 제로가 아닌 경우, 상기 방사광원과 상기 콜리메이트렌즈사이에 평행평판을 경사지게 끼우든지, 상기 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제3항에 있어서, 상기 A면에서의 입사광축과 상기 B면에서의 굴절광축이 직교하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면, γ면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 동일 굴절율을 가지고, 그들은 γ면과 A면사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 β면에 입사하여 반사되며, γ면 즉 제2 프리즘의 A면에 입사하여 이를 투과하고, 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제7항에 있어서, 상기 입사각, 굴절각및 입사각”, 굴절각”사이에=”또한=”의 관계가 ｜coscos”- coscos”｜＜0.1의 오차범위로 성립하고, 상기 α면에서의 입사광축이 상기 B면에서의 굴절광축과 직교하는 면내에 있고, 상기 A면(γ면)의 투과광축이 B면에서의 굴절면(입사광축과 굴절광축을 포함하는 면)내에 있고, α면에서의 굴절면의 β면에 대한 대칭면이 B면에서의 굴절면과 평행 또는 일치하고, α면 및 B면에서의 각 굴절면에 있어서의 굴절방향이 상호 같아지는(동시에 우회, 또는 좌회한다)것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1 프리즘의 α면에의 입사광이 평행광이 아니고, 입사각이 제로가 아닌 경우, 상기 방사광원과 상기 콜리메이트렌즈사이에 평행평판을 경사지게 끼우든지, 상기 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
방사광원과 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면, γ면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 상호 다른 굴절율을 가지고, 그들은 γ면과 A면사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트 렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), 상기 β면에 입사하여 반사되며, γ면 즉 제2 프리즘의 A면에 입사하여 굴절되고 (입사각′, 굴절각′), 상기 B면에 입사하여 반사되며, 상기 C면에 입사하여 반사되고, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되며(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제10항에 있어서, 상기 입사각, 굴절각및 입사각′, 굴절각′또한 입사각”, 굴절각”사이에 coscos′cos”= coscos′cos”의 관계가 ｜coscos′cos”- coscos′cos”｜＜0.1 의 오차범위로 성립하고, 상기 α면에서의 입사광축이 상기 B면에서의 굴절광축과 직교하는 면내에 있고, 상기 A면, B면에서의 굴절면(입사광축과 굴절광축을 포함하는 면)이 일치하고, α면에서의 굴절면의 β면에 대한 대칭면이 B면에서의 굴절면과 평행 또는 일치하고, α면 및 B면에서의 각 굴절면에 있어서의 굴절방향이 상호 같아지는(동시에 우회 또는 좌회한다)것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 프리즘의 α면에의 입사광이 평행광이 아니고, 입사각이 제로가 아닌 경우, 상기 방사광원과 상기 콜리메이트렌즈사이에 평행평판을 경사지게 끼우든지, 상기 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
방사광원과, 콜리메이트렌즈와, 적어도 α면, β면의 2개의 연마된 평면을 가지는 제1 프리즘과, 적어도 A면, B면, C면의 3개의 연마된 평면을 가지는 제2 프리즘과, 대물렌즈로 이루어지고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 상호 다른 굴절율을 가지고, 그들은 β면과 A면사이에서 접합되어 있고, 상기 방사광원을 출사하는 광은 상기 콜리메이트 렌즈에 의해 집광되며, 상기 제1 프리즘의 α면에 입사하여 굴절되고(입사각, 굴절각), β면 즉 제2 프리즘 A면에 입사하여 굴절되며(입사각′, 굴절각′), 상기 B면에 입사하여 반사되고, 상기 C면에 입사하여 반사되며, 다시 상기 B면에 입사하여 굴절되어(입사각”, 굴절각”), 상기 대물렌즈를 거쳐 광 디스크 신호면상에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제13항에 있어서, 상기 입사각, 굴절각및 입사각′, 굴절각′또한 입사각”, 굴절각”사이에 coscos′cos”= coscos′cos”의 관계가 ｜coscos′cos”- coscos′cos”｜＜0.1 의 오차범위로 성립하고, 상기 α면, A면, B면에서의 각 굴절면(입사광축과 굴절광축을 포함하는 면)이 일치하고, α면, B면에서의 각 굴절면의 굴절방향이 상호 반대로 되는(한쪽이 우회하면 다른쪽은 좌회한다)것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 프리즘의 α면에의 입사광이 평행광이 아니고, 입사각이 제로가 아닌 경우, 상기 방사광원과 상기 콜리메이트렌즈사이에 평행평판을 경사지게 끼우든지, 상기 콜리메이트렌즈를 광축에 대해 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
제13항에 있어서, 상기 α면에서의 입사광축과 상기 B면에서의 굴절광축이 직교하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.