KR20030014639A

KR20030014639A - 회절격자부재

Info

Publication number: KR20030014639A
Application number: KR1020020046716A
Authority: KR
Inventors: 교야쇼이치
Original assignee: 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2003-02-19
Also published as: JP3817154B2; JP2003057421A; CN1402022A; CN1262852C; KR100478699B1; TW552433B

Abstract

본 발명의 목적은 하나의 파장의 빛의 0 차광과, 다른 파장의 빛의 1차 회절광을 수광소자의 동일 개소에 집광할 수 있도록 함과 동시에, 수광에 사용하는 상기 다른파장의 빛의 1차 회절광의 회절효율을 높은 것으로 하고, 양 파장의 빛의 에너지량에 큰 차가 생기지 않도록 할 수 있는 회절격자부재를 제공하는 것이다.

다른 입사위치에 입사되는 광축이 서로 평행한 다른 파장의 2개의 입사광을 동일한 개소를 향하여 사출하는 회절격자부재(40)로서, 사출면에는 입사방향을 따르는 상승면부(31)와 그 상승면부로부터 내달아, 가는 폭으로 형성된 회절면부(32) 소정 단수 구비하고, 상기 회절면부는 인접하는 회절면부를 통과하는 빛에 파장의 정수배의 광로차를 부여하는 계단형상 격자부(30)가 병설된 격자면을 구비하는 것에 있어서, 상기 회절면부는 상기 입사광의 입사방향으로 수직한 면에 대하여 경사하여 구성한다.

Description

회절격자부재{GRATING MEMBER}

본 발명은 회절격자부재에 관한 것으로, 특히 다른 입사위치에 평행하게 입사되는 다른 파장의 2개의 입사광을 동일한 개소를 향하여 사출하는 회절격자부재에 관한 것이다.

종래 CD 및 DVD의 2종의 매체로부터 신호를 판독하는 광픽업에서는 CD의 판독에 사용되는 파장 785nm의 레이저광과, DVD의 판독에 사용되는 파장 655nm의 레이저광을 판독의 대상으로 하고 있다.

이와 같은 광픽업에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 2개의 파장(655nm, 785nm)의 레이저광(1, 2)을 발진하는 레이저 다이오드(3)로부터의 빛을 빔 분할기(4)에서 진행방향을 변경한 후, 집광렌즈(5)로 CD 매체, DVD 매체의 신호면(도시 생략)에 집광하여 조사하고, 상기 매체신호면에서 변조된 반사광을 상기 집광렌즈(5)를 거쳐 상기 빔 분할기(4)를 통과시키고, 이 빔 분할기(4)를 통과시킨 빛을 포토다이오드(6) 상에 집광하여, 그 포토다이오드(6)에서 입사된 빛에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기신호를 얻도록 하고 있다.

그런데 상기한 광픽업은 CD 재생용의 파장 785nm의 빛(1)과, DVD 재생용의 파장 655nm의 빛(2)을 출력하는 레이저 다이오드(3)를 구비하고 있고, 상기 레이저 다이오드(3)에 있어서는 2개의 파장의 빛(1, 2)이 출력되는 위치가 약간 달라져 있다(예를 들면, 110㎛ 정도). 그 때문에 이들 2파장의 빛은 빔 분할기 (4), 집광렌즈(5)를 거쳐 포토다이오드(6)에 집광될 때에는 그대로로는 포토 다이오드(6)의 동일한 위치에 집광되지 않게 된다.

이에 대처하여, 본 출원인은 빔 분할기(4)의 후단에 회절격자부재(7)를 배치하여 파장 785nm의 빛의 0차광과, 파장 655nm의 빛의 1차 회절광이 포토 다이오드(6)의 동일한 개소에 초점을 맺도록 한 것을 제안하였다.

이 회절격자부재(7)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 광축방향으로 연장되는 측면부(11)와, 그 측면부(11)로부터 측면부(11)에 대한 수직방향으로 내달은 회절면부(12)를 구비한 소정 단수(이 예에서는 6단)의 계단형상 격자부(10)를 반복 형성한 격자면(8)이 빛의 사출면측에 형성되어, 인접한 회절면부(12)를 통과하는 빛에 부여하는 광로차가 입사광(1)의 파장 655nm의 정수배로 설정한 것이다.

이와 같은 회절격자부재(7)를 사용함으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이 DVD 재생용의 파장 655nm의 빛(1)의 0차광(투과광)과, CD 재생용의 파장 785nm의 빛의 1차 회절광이 광축상에 배치된 포토다이오드(6)의 동일한 개소(수광면)에 입사되게 된다.

또 상기한 종래의 회절격자부재에 있어서는, 파장 785nm의 빛의 1차 회절광의 회절효율이 낮아져 버린다는 문제가 있다. 또한 종래의 회절격자부재에 있어서는, 파장 655nm의 빛의 0차광과, 파장 785nm의 빛의 1차 회절광에 대해서는 그 에너지량에 큰 차가 생기는 경우가 있어, 양쪽 빛 에너지량에 그다지 차가 없도록 하고 싶다는 요청이 있다.

그런데 최근 DVD 디스크에 있어서는 매체의 2층에 신호가 기록되는 것이 일반적이고, 이와 같은 2층의 DVD 디스크에 있어서는 입사되는 레이저광의 반사율은 십수 퍼센트로 낮고, CD 디스크에 있어서도 개서형의 CD-RW 디스크의 반사율은 낮고, 광픽업의 수광소자에 입사하는 빛은 적어져, 이와 같은 광디스크의 판독에 있어서도 되도록 광픽업에 있어서의 광신호의 손실을 저감하고 싶다는 요망이 있다.

본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 하나의 파장의 빛의 0차광과, 다른 파장의 빛의 1차 회절광을 수광소자의 동일 개소에 집광할 수 있도록 함과 동시에, 수광에 사용하는 상기 다른 파장의 빛의 1차 회절광의 회절효율을 높은 것으로 하고, 양 파장의 빛의 에너지량에 큰 차가 생기지 않도록 할 수 있는 회절격자부재를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 회절격자부재가 적응되는 광픽업의 광학계의 개요를 나타내는 도,

도 2는 종래의 회절격자부재를 나타내는 도,

도 3은 본 발명에 관한 회절격자부재에 있어서의 회절면부의 경사량에 대한 회절효율의 변화를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 관한 회절격자부재의 단면형상을 나타내는 도,

도 5는 본 발명에 관한 회절격자부재의 단면형상을 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명

1 : 레이저광 2 : 레이저광

3 : 레이저 다이오드 4 : 빔 분할기

5 : 집광렌즈 6 : 포토다이오드

7 : 회절격자부재 8 : 격자면

10 : 계단형상 격자부 11 : 측면부

12 : 회절면부 30 : 계단형상 격자부

31 : 측면부 32 : 회절면부

40 : 회절격자부재

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여, 다른 입사위치에 입사되는 광축이 서로 평행한 다른 파장의 2개의 입사광을 동일한 개소를 향하여 사출하는 회절격자부재로서, 사출면에는 입사방향에 따르는 상승면부와 상기 상승면부로부터 내달아 형성된 회절면부를 구비한 단부를 소정단수 구비하고, 상기 인접하는 회절면부를 통과하는 빛에 하나의 입사광의 파장의 정수배가 되는 광로차를 부여하는 계단형상 격자부가 병설된 격자면이 설치된 것에 있어서, 상기 회절면부는 상기 입사광의 입사방향에 수직인 면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 회절격자부재의 상기 회절면부는 상기 계단형상 격자부의 높이가 증가하는 방향을 향하여 회절격자부재의 두께가 감소하도록 경사하여 형성되어있는 것이다.

또한 본 발명의 회절격자부재는 입사되는 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm 이고, 다른쪽 입사광의 파장은 785nm 이고, 파장 655nm의 입사광의 회절 0차광과, 파장 785nm의 입사광의 1차 회절광이 수광소자에 사출되는 것이다.

또한 또 본 발명의 회절격자부재는 계단형상 격자부에는 회절면부가 6면 형성되어 이루어지는 것이다.

그리고 본 발명의 회절격자부재는 그 회절면부가 입사광의 광축의 법선을 포함하는 평면에 대하여 1°내지 2.5°의 경사를 이루는 것이다.

본 발명에서는 회절격자부재의 회절면부는 인접하는 회절면부를 통과하는 빛에 하나의 입사광의 파장의 정수배로 한 광로차를 주는 계단형상 격자부가 병설된 격자면을 구비하고, 회절면부는 상기 입사광의 입사방향에 수직인 면에 대하여 경사져 형성되어 있으므로, 하나의 파장의 빛의 0차광과, 다른 파장의 빛의 1차 회절광을 수광소자의 동일 개소에 집광할 수 있는 외에, 경사면의 각도를 변경함으로써 양 입사광의 회절효율을 변화시킬 수 있으므로 양 파장의 빛의 에너지량에 큰 차가 생기지 않는 소망의 양으로 할 수 있다.

또 회절면부를 상기 계단형상 격자부의 높이가 증가하는 방향을 향하여 회절격자부재의 두께가 감소하도록 경사함으로써, 형성수광에 사용하는 다른 파장의 빛의 1차 회절광의 회절효율을 높은 것으로 할 수 있다.

또한 입사되는 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm로 하고, 다른쪽의 입사광의 파장은 785nm로 하면, CD와 DVD를 재생하는 픽업에 사용하는 데 가장 적합한 것으로 할 수 있다. 이 경우, 계단형상 격자부에는 회절면부를 6면 형성하도록 하면, 통상 사용되는 광학재료로 형성되는 계단형상 회절격자부재부에 있어서의 파장 785nm의 빛의 1차 회절광의 회절효율을 높은 것으로 할 수 있다. 그리고 상기와 같은 경우, 회절격자부재는 그 회절면부의 폭치수를 입사광의 파장정도로 하면, 입사광의 광축의 법선을 포함하는 평면에 대하여 1°내지 2.5°의 경사를 이룬다.

이하, 본 발명에 관한 회절격자부재의 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

본 예에 관한 회절격자부재(40)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기한 CD 매체, DVD 매체에 다른 파장의 레이저광을 조사하여 반사한 빛을 포토다이오드(6)에 조사하고, 이 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전기신호를 얻는 광픽업에 사용된다. 여기서 본 예에 관한 회절격자부재(40)는 형재에 의해 광학합성수지를 성형하여 대량으로 성형된다.

본 예에서는 다른 입사위치에 입사되는 평행한 입사광은 상기한 종래의 예와 마찬가지로, 하나의 레이저 다이오드로부터 출사되는 DVD 재생용의 파장 655nm의 빛과, CD 재생용의 파장 785nm의 빛을 사용한다. 이들 2개의 파장의 빛은 종래의 광픽업과 마찬가지로, 빔 분할기(4), 집광렌즈(5)를 지나 포토다이오드(6)에 집광된다.

본 예에서는 빔 분할기(4)의 후단에 본 발명에 관한 회절격자부재(40)를 배치하여 DVD 재생용의 파장 655nm의 빛의 0차광과, CD 재생기의 파장 785nm의 빛의1차 회절광이 동일한 개소에 초점을 맺도록 하고 있다.

이 회절격자부재(40)는 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 광축방향으로 연장되는 측면부(31)와, 그 측면부(31)로부터 측면부(31)에 대한 수직방향으로 내달은 회절면부(32)를 구비한 6단의 계단형상 격자부(30)를 반복 형성한 격자면이 회절격자부재(40)의 사출면측에 형성되고, 인접한 회절면부(32)는 그들의 거리를 △로 하여 통과하는 빛에 광로차〔(n-1)△: n은 회절격자부재의 굴절율, 공기의 굴절율을 1로 하였다〕를 부여하여, 이 광학적인 광로차를 입사광(1)의 파장인 655nm의 정수배로 설정하고 있다.

그리고 본 예에서는 회절격자부재(40)의 사출면에는 입사방향에 따르는 상승면부(31)와, 이 상승면부(31)로부터 내달아 가는 폭으로 형성된 회절면부(32)를 6단구비한 계단형상 격자부(30)를 병설하는 것으로 하고 있다

또 본 예에 있어서, 회절격자부재(40)의 상기 회절면부(32)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 계단형상 격자부(30)의 높이가 증가하는 방향을 향하여 회절격자부재(40)의 단차량(dh)이 증가(dh>0)하는 것이므로, 도 5에 나타내는 바와 같이 계단형상 격자부의 높이가 증가하는 방향을 향하여 회절격자부재의 단차량이 감소(dh<0) 하도록 경사하여 형성할 수 있는 것으로 하고 있다.

또한 본 발명의 회절격자부재(40)는 입사되는 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm 이고, 다른쪽의 입사광의 파장은 785nm 이고, 파장 655nm의 입사광의 회절 0차광과, 파장 785nm의 입사광의 1차 회절광이 수광소자에 사출되는 것이다.

이와 같은 조건에 있어서, 단차량(dh)을 +60nm 로부터 -360nm 까지 변화시켜, 655nm의 0차광과 785nm의 1차 회절광의 회절효율을 계산하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.

도 3으로부터 655nm의 0차광과, 785nm의 1차 회절광의 회절효율을 양호하게 하기 위해서는, 단차량(dh)을 0nm 내지 -200nm로 하면 좋은 것을 알 수 있다.

즉 단차량(dh)을 0nm로 하였을 때 655nm의 0차광의 회절효율은 대략 85%로 극대이고, 또 785nm의 1차 회절광의 회절효율은 대략 75% 로 실용에 이용할 수 있다. 655nm의 0차광은 단차량(dh)을 0nm 보다 크게 하였을 때에는 저하하고, 또 785nm의 1차 회절광에 대해서도 그 회절효율은 75% 이하가 되어 실제로 사용하기에는 효율이 나쁘다.

또 단차량(dh)을 -200nm로 하였을 때 655nm의 0차광의 회절효율은 대략 81%가 되고, 또 785nm의 1차 회절광의 회절효율은 대략 82% 로 극대에 근접하다. 655nm의 0차광은 단차량(dh)을 -200nm보다 작게(절대치로서는 크게) 하였을 때에는 급격히 저하하기 때문에, 785nm의 1차 회절광의 회절효율이 81% 이상으로 되나, 실제로는 사용할 수 없다.

이상의 이유에 의하여 본 예의 회절격자부재는 회절면부(32)의 폭치수를 입사되는 파장치수에 근접한 5.67㎛로 하였을 때, 상기 조건에서 2개의 빛의 회절면부(32)가 입사하는 광선의 광축에 대하여 이루는 법선을 포함하는 평면에 대하여 1°내지 2.5°의 기울기가 된다. 이와 같이 하면, 2개의 파장의 입사광에 대하여 양 입사광에 대하여 함께 높은 회절효율을 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 회절격자부재에 의하면, 회절격자부재의 절면부는 인접하는 회절면부를 통과하는 빛에 하나의 입사광의 파장의 정수배로 한 광로차를 주는 계단형상 격자부가 병설된 격자면을 구비하고, 회절면부는 상기 입사광의 입사방향으로 수직인 면에 대하여 경사져 형성되어 있으므로, 하나의 파장의 빛의 0차광과, 다른 파장의 빛의 1차 회절광을 수광소자의 동일개소에 집광할 수 있는 외에, 경사면의 각도를 변경함으로써 양 입사광의 회절효율을 변화시킬 수 있으므로 양 파장의 빛의 에너지량에 큰 차가 생기지 않는 소망의 양으로 할 수 있다.

또한 입사되는 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm로 하고, 다른쪽의 입사광의 파장은 785nm라고 하면, CD와 DVD를 재생하는 픽업에 사용하는 데 적합한 것으로 할 수 있다. 이 경우, 계단형상 격자부에는 회절면부를 6면 형성하도록 하면 통상 사용되는 광학재료로 형성되는 계단형상 회절격자 부재부에 있어서의 파장 785nm의 빛의 1차 회절광의 회절효율을 높은 것으로 할 수 있다. 그리고 상기와 같은 경우, 회절격자부재는 그 회절면부의 폭치수를 입사광의 파장정도라 하면, 입사광의 광축의 법선을 포함하는 평면에 대하여 1°내지 2.5°의 경사를 이루도록 하면 좋다.

Claims

다른 입사위치에 입사되는 광축이 서로 평행한 다른 파장의 2개의 입사광을 동일한 개소를 향하여 사출하는 회절격자부재로서, 사출면에는 입사방향에 따르는 상승면부와 그 상승면부로부터 내달아 형성된 회절면부를 구비한 단부를 소정단수 구비하여, 상기 인접하는 회절면부를 통과하는 빛에 하나의 입사광의 파장의 정수배가 되는 광로차를 부여하는 계단형상 격자부가 병설된 격자면이 설치된 것에 있어서,

상기 회절면부는 상기 입사광의 입사방향으로 수직인 면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 1항에 있어서,

상기 회절면부는 상기 계단형상 격자부의 높이가 증가하는 방향을 향하여 회절격자부재의 두께가 감소하도록 경사하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 1항에 있어서,

상기 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm 이고, 다른쪽 입사광의 파장은 785nm 이고, 파장 655nm의 입사광의 회절 0차광과, 파장 785nm의 입사광의 1차 회절광이 수광소자에 사출되는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 3항에 있어서,

상기 계단형상 격자부에는 회절면부가 6면 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 2항에 있어서,

상기 입사광 중 한쪽의 입사광의 파장은 655nm 이고, 다른쪽의 입사광의 파장은 785nm 이고, 파장 655nm의 입사광의 회절 0차광과, 파장 785nm의 입사광의 1차 회절광이 수광소자에 사출되는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 5항에 있어서,

상기 계단형상 격자부에는 회절면부가 6면 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.
제 1항에 있어서,

회절면부는 입사광의 광축의 법선을 포함하는 평면에 대하여 1°내지 2.5°의 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 회절격자부재.