KR20010017537A

KR20010017537A - 홀로그램 스캐너

Info

Publication number: KR20010017537A
Application number: KR1019990033109A
Authority: KR
Inventors: 이문규
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-03-05
Also published as: US6529296B1

Abstract

입사광을 회절 편향시켜 주사선을 형성하는 홀로그램 스캐너가 개시되어 있다.

이 개시된 홀로그램 스캐너는 회전력을 제공하는 구동원과; 입사광을 회절 편향시키는 홀로그램 패턴이 형성된 복수의 섹터를 구비하며, 구동원의 회전축에 설치되어 회전에 의해 주사선을 형성하는 편향디스크와; 편향디스크의 일면에 대향되게 배치되어, 편향디스크의 소정 위치에 편향디스크의 회전방향으로 장경이 위치되며 TE 편광모드를 갖는 타원형상의 광스폿이 맺히도록 광을 조사하는 TE 편광 조사수단과; 편향디스크의 회전에 의해 형성된 주사선이 감광매체로 향하도록 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

홀로그램 스캐너{Hologram scanner}

본 발명은 입사광을 회절 편향시켜 주사선을 형성하는 홀로그램 스캐너에 관한 것으로서, 상세하게는 편향디스크에 입사되는 레이저 광의 편광방향을 특정하여 편향디스크에 대한 홀로그램 패턴을 용이하게 형성할 수 있도록 된 홀로그램 스캐너에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 홀로그램 스캐너는 레이저 광을 조사하는 광원(10)과, 이 조사된 광을 회절 편향시키는 편향기(20)와, 이 편향기(20)에서 회절 편향된 광이 주사선이 형성될 매체 예컨대, 소정 방향(dp)으로 진행하는 감광매체(40)의 인스캔(in-scan) 방향(ds)으로 주사되도록 주사선의 진행방향을 변환하기 위한 광로변환수단을 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(13) 상에 설치되며 측방향으로 레이저 광을 조사하는 모서리 발광형 레이저 다이오드(11)를 포함하여 구성된다. 이 레이저 다이오드(11)는 상기 기판(13) 상에 반도체물질층들이 적층 형성된 구조로, 그 측면(z축 방향)으로 레이저 광(L)을 조사한다. 이 레이저 다이오드(11)는 TE 편광모드(Transverse Electric Polarization Mode)의 광 즉, S편광의 광을 조사한다. 이는 조사된 광의 전기장성분이 반도체물질층의 적층된 부분의 경계와 평행함을 의미한다. 또한, 상기 레이저 다이오드(11)는 조사되는 광의 시발점에 있어서 종방향과 횡방향 차이를 가진다. 이에 따라 조사광은 적층방향으로 장경이 배치된 타원형상의 빔단면 형상을 가진다. 즉, 상기 레이저 다이오드(11)에서 조사된 광은 자기장성분이 그 단면이 장경방향으로 배치되고, 전기장성분이 단경방향으로 배치된다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기한 편향기(20)는 회전력을 제공하는 구동원(21)과, 복수의 섹터를 가지며 각 섹터에 홀로그램 패턴(24)이 형성된 편향디스크(23)를 포함한다. 여기서, 상기 편향디스크(23)에 대한 레이저 다이오드(11)의 광학적 배치는 다음의 두 가지 제한요건을 감안하여 결정된다.

첫 번째 제한요건은 레이저 다이오드의 모듈레이션 특성을 고려하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 감광매체(40)의 인스캔방향(ds)으로 광스폿(SPOT)의 단경이 위치되어야 한다는 것이다. 두 번째 제한요건은 하기의 수학식 1에 나타낸 바와 같은 광스폿(SPOT)과 렌즈요소의 개구수(NA)의 관계식에 의거 빔형상이 역전되는 것을 감안하여야 한다는 것이다.

여기서,는 입사광의 파장을 의미하는 것으로, 레이저 다이오드에서 조사된 광의 파장은 일정하므로, 광스폿(SPOT)은 개구수에 반비례한다.

상기 광로변환수단은 진행경로를 확보할 수 있도록 진행경로를 변환하는 평면미러(31)(33), 보우(bow) 및 수차를 보정하기 위한 만곡미러(35) 및, 이 만곡미러(35)에서 반사된 주사선을 감광매체(40) 쪽으로 회절 투과시키는 홀로그램소자(37)를 포함한다. 여기서, 상기한 렌즈요소에 해당되는 부재로는 만곡미러(35)와 홀로그램소자(37)를 들 수 있다.

따라서, 상기한 제한요건들을 감안할 때, 상기 레이저 다이오드(11)에서 조사된 광은, 도 3에 도시된 바와 같이 편향디스크(23)의 회전방향으로 스폿(SPOT)의 장경이 위치되도록 배치되어야 한다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 편향디스크(23)에 대한 상기 레이저 다이오드(10)가 배치되어야 한다.

한편, 상기 레이저 다이오드(11)에서 조사되어 상기 편향디스크(23)에 입사되는 광의 편광특성을 상기 편향디스크(23)의 입장에서 볼 때, 편향디스크(23)의 계면에 대하여 자기장 성분이 평행하므로, 입사된 레이저 광은 TM 편광모드(Transverse Magnetic Polarization Mode) 특성을 가진다. 여기서, 편향디스크(23)에 홀로그램 패턴을 형성시, 그 패턴의 깊이는 입사된 광의 편광특성에 따라 다르게 결정된다.

도 6은 입사광의 편광특성에 따른 편광디스크의 패턴깊이와 회절효율의 관계를 개략적으로 보인 그래프이다. 이 그래프를 살펴볼 때, 상기 편향디스크(23)의 회절효율은 상기 편향디스크(23)의 입장에서 본 입사광의 편광특성에 따라 영향을 받는다. 즉, 회절효율을 비교하여 볼 때, TE 편광의 광이 TM 편광의 광에 비하여 상대적으로 낮은 패턴깊이에서 동일한 회절효율을 얻음을 알 수 있다.

그러므로, 상기한 구조의 종래의 홀로그램 스캐너는 TM 편광의 광이 편향디스크에 입사됨으로써, 소망하는 회절효율을 얻고자 하는 경우 TE 편광의 광이 편향디스크에 입사되는 것에 비하여 상대적으로 깊은 패턴 깊이가 요구된다.

여기서, 정해진 트랙피치에 대해 상대적으로 깊은 패턴 깊이를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 경우, 패턴의 형상이 무너져 회절효율이 저하되는 등 홀로그램 패턴이 제작이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 편향디스크에 TE 편광모드의 광이 입사되도록 하여 상대적으로 얕은 홀로그램 패턴깊이로 소망하는 회절효율을 얻을 수 있도록 된 홀로그램 스캐너를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 편향디스크를 이용한 홀로그램 스캐너의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.

도 2는 도 1의 광원 및 이 광원에서 조사된 빔 형상을 보인 도면.

도 3은 도 1의 편향디스크를 보인 평면도.

도 4는 감광매체의 일부분 및 홀로그램 스캐너에 의해 감광매체에 주사된 광을 보인 도면.

도 5는 종래의 광원에서 조사되어 편향디스크에 입사된 광의 편광특성을 설명하기 위하여 나타낸 홀로그램 스캐너의 요부를 보인 개략적인 정면도.

도 6은 입사광의 편광특성에 따른 편광디스크의 패턴 깊이와 회절효율의 관계를 보인 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 스캐너의 광학적 배치를 보인 도면.

도 8은 도 7의 편향디스크를 보인 평면도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광원을 보인 개략적인 사시도.

도 10a와 도 10b 각각은 종래예와 본 실시예 각각에 따른 소정의 회절효율을 얻는데 필요한 편광특성에 따른 홀로그램 패턴 깊이를 비교하여 보인 개략적인 단면도.

도 11은 트랙피치 0.9㎛를 갖는 편향디스크에 파장 785nm의 광을 조사시, 편광 및 굴절률에 따른 패턴깊이와 회절효율의 관계를 보인 그래프.

도 12는 트랙피치 0.68㎛를 갖는 편향디스크에 파장 785㎚의 광을 조사시, 편광 및 굴절률에 따른 패턴깊이와 회절효율의 관계를 보인 그래프.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

40...감광매체 50...TE 편광 조사수단

51,53...레이저 다이오드 55...1/2파장판

60...편향기 61...구동원

63...편향디스크 64...홀로그램패턴

71,73...평면미러 75...만곡미러

77...홀로그램소자 TP...트랙피치

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 홀로그램스캐너는, 회전력을 제공하는 구동원과; 입사광을 회절 편향시키는 홀로그램 패턴이 형성된 복수의 섹터를 구비하며, 상기 구동원의 회전축에 설치되어 회전에 의해 주사선을 형성하는 편향디스크와; 상기 편향디스크의 일면에 대향되게 배치되어, 상기 편향디스크의 소정 위치에 상기 편향디스크의 회전방향으로 장경이 위치되며 TE 편광모드를 갖는 타원형상의 광스폿이 맺히도록 광을 조사하는 TE 편광 조사수단과; 상기 편향디스크의 회전에 의해 형성된 주사선이 감광매체로 향하도록 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, TE편광 조사수단(50)과, 입사광을 회절편향시키는 편향기(60)와, 이 편향기(60)에서 회절 편향된 광이 주사선이 형성될 매체 예컨대, 감광매체(40)의 인스캔(in-scan) 방향으로 주사되도록 주사선의 진행방향을 변환하기 위한 광로변환수단을 포함하여 구성된다.

상기 편향기(60)는 회전력을 제공하는 구동원(61)과, 상기 구동원(61)의 회전축에 설치되어 회전에 의해 주사선을 형성하는 편향디스크(63)를 포함한다. 상기 편향디스크(63)는 입사광을 회절 편향시키는 홀로그램 패턴(64)이 형성된 복수의 섹터를 구비한다.

상기 TE 편광 조사수단(50)은 상기 편향디스크(63)의 일면에 대향되게 배치되어, 상기 편향디스크(63)의 소정 위치에 상기 편향디스크(63)의 회전방향으로 장경이 위치되며 TE 편광모드를 갖는 타원형상의 광스폿(SPOT)이 맺히도록 광을 조사한다.

이를 위하여 일 실시예에 따른 TE 편광 조사수단(50)은 기판 상에 반도체 물질층들이 적층되어 형성된 것으로, 그 측면으로 반도체 물질층들의 적층방향으로 장경이 위치되는 타원형상의 S편광의 광을 조사하는 레이저 다이오드(51)와, 상기 레이저 다이오드(51)와 상기 편향디스크(63) 사이의 광경로 상에 배치되어 편광의 방향을 바꾸어주는 1/2 파장판(55)을 포함하여 구성된다.

상기 레이저 다이오드(51)는 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 통상의 모서리 발광형 레이저 다이오드로, 반도체 물질층의 경계와 나란하게 전기장방향이 위치된 TE 편광모드의 광을 조사한다. 또한, 이 레이저 다이오드(51)는 장경이 자기장방향인 타원형상의 광을 조사한다. 상기 1/2파장판(55)은 입사광의 위상을 지연시켜, 편광을 바꾸어준다. 즉, 1/2파장판(55)은 입사되는 광의 형상을 변경하지 않으면서, 편광모드만을 바꾸어준다. 따라서, 상기 편향디스크(63)의 입장에서 볼 때, 전기장방향이 경면에 대해 나란한 TE 편광모드의 광이 입사된다.

다른 실시예에 따른 TE 편광조사수단은 도 9에 도시된 바와 같이, 기판 상에 반도체 물질층들이 적층되어 형성된 것으로, 그 측면으로 반도체 물질층들의 적층방향으로 장경이 위치되는 타원형상의 P편광의 광(L')을 조사하는 레이저 다이오드(53)를 포함한다. 이 레이저 다이오드(53)는 모서리 발광형 레이저 다이오드로, 반도체 물질층의 경계와 나란하게 자기장방향이 위치된 TM 편광모드의 광을 조사한다. 또한, 이 레이저 다이오드(51)는 장경이 전기장방향인 타원형상의 광을 조사한다.

상기 광로변환수단은 상기 편향디스크(63)에서 편향 주사된 광을 반사시켜 광의 진행경로를 확보하는 평면미러(71)(73)와, 상기 평면미러를 경유하여 입사된 광을 집속 반사시키는 만곡미러(75)와, 상기 만곡미러(75)와 상기 감광매체(77) 사이에 배치되어 입사된 주사선을 회절 투과시키는 홀로그램소자(77)를 포함한다.

여기서, 상기 광로변환수단은 앞서 설명된 수학식 1에 나타낸 바와 같은 광스폿(SPOT)과 렌즈요소의 개구수(NA)의 관계식에 의거 빔형상을 역전시킨다. 따라서, 상기 편향디스크(63)의 회전방향으로 장경이 위치된 광은 상기 광로변환수단을 경유하여 감광매체(40)에 주사시 감광매체의 인스캔방향으로 광스폿의 단경방향이 위치된다.

도 6에 도시된 TE 편광의 광과 TM 편광의 광에 대한 패턴깊이와 회절효율의 관계를 감안하여 볼 때, 종래예와 본 실시예 각각에 따른 소정의 회절효율을 얻는데 필요한 편광특성에 따른 홀로그램 패턴 깊이는 도 10a와 도 10b 각각에 도시된 바와 같다. 즉, 종래예에 따른 홀로그램 패턴(24a)은 트랙피치(TP)에 대하여 패턴깊이 D1 을 형성하여 소망하는 회절효율을 얻을 수 있는 반면, 본 실시예에 따른 홀로그램 패턴(64a)는 트랙피치(TP)에 대하여 상기한 패턴 깊이 D1에 비하여 상대적으로 얕은 깊이인 패턴깊이 D2 로 소망하는 회절효율을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같은 편광에 따른 소망하는 회절효율을 얻는데 필요한 패턴깊이를 구체적인 실험데이터를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

표 1은 굴절률이 1.5와 1.66인 재질 각각에 소정 회절패턴을 형성시, TM편광의 광과 TE 편광의 광에 대한 패턴 깊이와 회절효율 사이의 관계를 나타낸 것이다. 여기서, 패턴은 트랙피치 0.9㎛를 가지며, 이 패턴에 조사되는 광은 785nm 파장의 레이저 광이다. 그리고, 도 11은 표 1의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다.

	굴절률 1.5	굴절률 1.66
패턴 깊이[㎛]	TM 편광	TE 편광	TM 편광	TE 편광
0.6	0.215251	0.236390	0.353735	0.256196
0.7	0.282010	0.319027	0.445293	0.345447
0.8	0.352597	0.415746	0.530998	0.469411
0.9	0.425137	0.519394	0.610439	0.614756
1.0	0.498307	0.621986	0.687614	0.757633
1.1	0.571397	0.716900	0.761964	0.871562
1.2	0.642786	0.798873	0.827261	0.940734
1.3	0.710170	0.865038	0.879426	0.962638
1.4	0.772662	0.914075	0.915194	0.942787
1.5	0.829145	0.944745	0.931966	0.891214
1.6	0.877306	0.956574	0.929519	0.817086
1.7	0.916358	0.949668	0.907098	0.727521
1.8	0.946007	0.924158	0.865238	0.628419
1.9	0.964631	0.880941	0.806431	0.524013
2.0	0.971642	0.821743	0.733488	0.417389
2.1	0.967419	0.748711	0.649882	0.311770
2.2	0.951717	0.664665	0.558827	0.211925
2.3	0.924215	0.573061		0.124318
2.4	0.887837	0.477634		0.056233
2.5				0.013882

표 1 및 도 11을 살펴보면, 굴절률 1.5인 재질을 선택한 경우, 종래의 TM편광의 광의 경우에는 패턴깊이 2.0 ㎛에서 최고회절효율 97.1642%를 가지는 반면, 본 발명에 따른 TE편광의 광의 경우에는 패턴깊이 1.6 ㎛에서 최고회절효율 95.6574%를 가진다. 또한, 굴절률 1.66인 재질을 선택한 경우, TM편광의 광은 패턴깊이 1.5 ㎛에서 최고회절효율 93.1966%를 가지는 반면, TE편광의 광은 패턴깊이 1.3 ㎛에서 최고회절효율 96.2638%를 가짐을 알 수 있다.

표 2는 굴절률이 1.5와 1.66인 재질 각각에 소정 회절패턴을 형성시, TM편광의 광과 TE 편광의 광에 대한 패턴 깊이와 회절효율 사이의 관계를 나타낸 것이다. 여기서, 패턴은 트랙피치 0.68㎛를 가지며, 이 패턴에 조사되는 광은 785nm 파장의 레이저 광이다. 그리고, 도 12은 표 2의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다.

	굴절률 1.5	굴절률 1.66
	TM 편광	TE 편광	TM 편광	TE 편광
0.6	0.129000	0.375000	0.238000	0.546000
0.7	0.173000	0.484000	0.312000	0.681000
0.8	0.221000	0.593000	0.389000	0.802000
0.9	0.271000	0.699000	0.471000	0.896000
1.0	0.326000	0.793000	0.553000	0.957000
1.1	0.385000	0.873000	0.633000	0.982000
1.2	0.443000	0.935000	0.710000	0.966000
1.3	0.503000	0.975000	0.779000	0.909000
1.4	0.563000	0.990000	0.84000	0.820000
1.5	0.621000	0.981000	0.894000	0.704000
1.6	0.678000	0.948000	0.934000	0.569000
1.7	0.732000	0.893000	0.961000	0.429000
1.8	0.782000	0.817000	0.978000	0.294000
1.9	0.828000	0.726000	0.979000	0.174000
2.0	0.870000	0.623000	0.965000	0.081300
2.1	0.905000	0.514000	0.940000	0.021700
2.2	0.934000	0.404000	0.901000	0.000777
2.3	0.958000	0.299000	0.851000	0.020200
2.4	0.974000	0.203000	0.791000	0.078300
2.5	0.982000	0.122000	0.722000	0.171000
2.6	0.983000	0.058900	0.647000	0.290000
2.7	0.978000	0.017900	0.568000	0.426000
2.8	0.964000	0.000718	0.486000	0.568000
2.9	0.944000	0.008120	0.405000	0.704000
3.0	0.918000	0.039800	0.327000	0.823000

여기서, 굴절률 1.5에 대해 종래의 TM편광의 광의 경우에는 패턴깊이 2.6 ㎛에서 최고회절효율 98.3000%를 가지는 반면, 본 발명에 따른 TE편광의 광의 경우에는 패턴깊이 1.4 ㎛에서 최고회절효율 99.0000%를 가진다. 그리고, 굴절률 1.66인 경우 TM편광의 광은 패턴깊이 1.9 ㎛에서 최고회절효율 97.9000%를 가지는 반면, TE편광의 광은 패턴깊이 1.1 ㎛에서 최고회절효율 98.2000%를 가짐을 알 수 있다.

따라서, 본 발명과 같이 TE편광의 광이 편향디스크에 입사되도록 하는 경우, 상대적으로 얕은 패턴 깊이로 동일 내지 유사한 회절효율을 달성할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 홀로그램 스캐너는 광스폿의 장경방향이 편향디스크의 회전방향으로 배치됨과 아울러, TE 편광의 광이 편향디스크에 입사되도록 함으로써, TM 편광의 광을 이용하는 종래의 홀로그램 스캐너에 비하여 상대적으로 얕은 홀로그램패턴의 패턴깊이로 소망하는 회절효율을 얻을 수 있다.

따라서, 편향디스크 제작시 정해진 트랙피치에 대해 상대적으로 얕은 패턴 깊이를 갖는 홀로그램 패턴을 형성함으로써, 패턴의 형상이 무너지는 것을 방지할 수 있어서 양산수율을 대폭 높일 수 있다.

Claims

회전력을 제공하는 구동원과;

입사광을 회절 편향시키는 홀로그램 패턴이 형성된 복수의 섹터를 구비하며, 상기 구동원의 회전축에 설치되어 회전에 의해 주사선을 형성하는 편향디스크와;

상기 편향디스크의 일면에 대향되게 배치되어, 상기 편향디스크의 소정 위치에 상기 편향디스크의 회전방향으로 장경이 위치되며 TE 편광모드를 갖는 타원형상의 광스폿이 맺히도록 광을 조사하는 TE 편광 조사수단과;

상기 편향디스크의 회전에 의해 형성된 주사선이 감광매체로 향하도록 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 스캐너.
제1항에 있어서, 상기 TE 편광 조사수단은,

기판 상에 반도체 물질층들이 적층되어 형성된 것으로, 그 측면으로 반도체 물질층들의 적층방향으로 장경이 위치되는 타원형상의 S편광의 광을 조사하는 레이저 다이오드와;

상기 레이저 다이오드와 상기 편향디스크 사이의 광경로 상에 배치되어, S편광의 광을 P편광의 광으로 바꾸어주는 1/2 파장판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 스캐너.
제1항에 있어서, 상기 TE 편광 조사수단은,

기판 상에 반도체 물질층들이 적층되어 형성된 것으로, 그 측면으로 반도체 물질층들의 적층방향으로 장경이 위치되는 타원형상의 P편광의 광을 조사하는 레이저 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 스캐너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광로변환수단은,

상기 편향디스크에서 편향 주사된 광을 반사시켜, 광의 진행경로를 확보하는 평면미러와;

상기 평면미러를 경유하여 입사된 광을 집속 반사시키는 만곡미러와;

상기 만곡미러와 상기 감광매체 사이에 배치되어, 입사된 주사선을 회절 투과시키는 홀로그램소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 스캐너.