KR20030074830A - 파장 선택성 회절소자 및 광헤드장치 - Google Patents

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Abstract

2 파장용 반도체 레이저가 출사하는 하나의 파장의 광을 회절시키지 않고 투과하고, 다른 파장의 광을 회절시키는 광학소자를 얻어 광헤드장치에 탑재하여 광 이용 효율이 높고 안정된 장치로 한다.
그 목적을 위해서, 단면 형상이 주기적 요철 형상인 격자를 표면에 형성한 투명기판과 격자의 요철부(12A)에 충전된 충전부재(13A)를 구비하고, 격자의 요철부에는 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 구비하고 있고, 또 요철부와 충전부재는 파장 λ1또는 파장 λ2중 어느 한쪽 파장의 광에 대해서는 동일한 굴절률을 가지고, 또 다른쪽 파장의 광에 대해서는 다른 굴절률을 갖는 파장 선택성 회절소자(1A)를 형성하여, 광헤드장치의 광원과 대물 렌즈 사이에 설치한다.

Description

파장 선택성 회절소자 및 광헤드장치 {WAVELENGTH SELECTIVE DIFFRACTION ELEMENT AND OPTICAL HEAD DEVICE}
CD나 DVD 등과 같은 광 디스크 또는 광 자기 디스크 등과 같은 광 기록매체(이하, 이들을 통합하여 「광 디스크」라고 함)의 정보 기록면 상에 정보를 기록하거나 또는 정보 기록면 상의 정보를 재생하는 광헤드장치가 여러가지 사용되고 있다. 이들 광헤드장치에는 회절소자가 각종 용도로 사용되고 있다.
광헤드장치에서는 광 디스크의 정보 기록면에 형성된 트랙 상에 레이저광을 집광시키면서 광 디스크를 회전시키기 위해서, 집광된 레이저광의 빔이 트랙에서 벗어나지 않도록 할 필요가 있으며, 이 때문에 각종 트래킹 방법이 개발되고 있다. 이들 트래킹 방법 중에서는 정보 재생시에 사용되는 3 빔법이 잘 알려져 있다. 또한, 정보 기록시에 사용되는 푸시풀법, 즉 트랙과 평행하게 2 분할된 수광소자를 사용하여 광 디스크에서 반사된 반사광을 수용함으로써 2 분할된 반사광의 차이를 취하는 방법, 특히 신호의 오프셋을 없애기 위한 차동 푸시풀법이 잘 알려져 있다.
3 빔법 및 차동 푸시풀법은 회절소자가 사용되고, 회절소자에 의한 0차 회절광인 메인 빔과 ±1차 회절광인 서브 빔을 발생시키는 점이 공통된다.
최근 규격, 구성 등이 다른 CD 및 DVD의 두 광 디스크의 정보를 기록하거나 재생하기 위해, CD와 DVD 호환형 광헤드장치(이하, 호환형 광헤드장치라고 함)가 주목받고 있다. 이 호환형 광헤드장치에서는, CD-R 등의 CD계에서 정보 재생을 전제로 하는 광 디스크의 경우에는, 재생용으로 790㎚ 파장대의 반도체 레이저가 사용된다. 또, DVD계 광 디스크의 경우에는 재생용으로 650㎚ 파장대의 반도체 레이저가 사용된다.
도 9의 구성예를 참조하면서 두 반도체 레이저가 분리 배치된 제 1 종래예의 광헤드장치에 대해서 설명한다. 반도체 레이저(3A,3B)에서 출사된 출사광은 파장 합성 프리즘(9)에 의해 동일 광축 상에서 합성되어 빔 스플리터(4)를 투과한 후에, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 대물 렌즈(6)를 투과한 후, 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광된다. 이 집광된 광은 정보 기록면에 의해 반사되고, 반사된 광은 진행로와 동일한 광로를 역행한다.
즉, 이 반사된 광은 다시 대물 렌즈(6)에 의해 평행 광이 되고, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 집광된 후 빔 스플리터(4)에 입사된다. 이 빔 스플리터(4)에 의해 반사된 반사광은 진행로의 광축과는 90°의 각도를 이루는 광축을 따라 진행되어 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다. 그리고, 신호광은 이 광 검출기(8)에 의해 전기 신호로 변환된다. 도 9에서 790㎚(이하, λ2라고 함) 파장대의 광에대하여 3 빔 발생용 회절격자(10)가 사용되고 있다.
이와 같은 광헤드장치에서 두 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저로서 예컨대 790㎚ 파장대의 반도체 레이저와 650㎚(이하, λ1이라고 함) 파장대의 반도체 레이저를 1 칩 내에 형성한 모놀리식 2 파장용 반도체 레이저가 제안되고 있다. 또, 각 파장대의 레이저 칩을 발광점 사이가 100∼300㎛ 정도의 간격이 되도록 배치한 복수 개의 칩으로 이루어진 2 파장용 반도체 레이저가 최근 제안되고 있다. 이들 반도체 레이저를 사용하면, 도 9에 나타낸 두 반도체 레이저가 각각 구성된 종래의 광헤드장치에 비해 부품 점수가 저감되어 장치의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 그래서, 2 파장용 반도체 레이저에 대응한 3 빔 발생용 회절격자가 크게 요망되고 있다.
회절소자가 사용되고 있는 제 2 종래예의 광헤드장치를 나타낸다. 광 디스크에 정보를 기록하는 광헤드장치에서, 반도체 레이저에서 출사된 출사광이 광 디스크에 의해 반사되어 복귀광으로 되고, 이 광은 빔 스플리터를 통해 광 검출기인 수광소자에 유도된다. 이 빔 스플리터로서 홀로그램의 회절소자(홀로그램 빔 스플리터)가 사용된다.
도 11에 홀로그램 빔 스플리터를 사용한 종래의 호환형 광헤드장치의 개략을 나타낸다(도 11(a)는 λ1파장대의 광을 출사하는 경우, 도 11(b)는 λ2파장대의 광을 출사하는 경우). 650㎚ 파장대의 광 및 790㎚ 파장대의 광을 출사하는 반도체 레이저(3)에서 출사된 출사광은 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7)면 상에 집광된다. 광 디스크(7)에서 반사된 반사광은 다시 대물 렌즈(6)를 통과하고 콜리메이트 렌즈(5)를 통과한 후, 홀로그램 빔 스플리터(11)에 의해 광 검출기(8A: 도 11(b) 또는 8B: 도 11(a))를 구성하는 수광소자에 도달한다. 수광소자는 수광한 반사광을 전기 신호로 변환시키고 전기 신호는 앰프로 증폭되고, 또한 자동 게인 보정회로에서 게인이 가해져 신호 레벨을 일정 범위로 조정된다. 단, 도 11에는 앰프 및 자동 게인 보정회로는 도시되어 있지 않다.
한편, CD와 DVD 호환용 회절소자로서 일본 공개특허공보 평4-129040호에, 일측 입사광에 대하여 광로 차이를 그 파장의 정수 배로 하고, 타측 입사광에 대하여 광로 차이를 그 파장의 비정수 배로 한 파장 선택성 회절소자가 기재되어 있다. 다음에 그 설명을 한다. 일반적으로 산과 계곡이 교대로 출현하는 2 레벨(직사각형 형상)의 회절격자의 회절 효율은 파장을 λ, 광로 차이를 R로 하여 다음 식에 의해 근사해진다. 여기서, η0은 0차의 회절 효율, ηm은 m 차의 회절 효율을 나타내고, m은 0 이외의 정수이다.
η0=[1+cos(2π×R/λ)]2/4
ηm=[1-cos(2π×R/λ)]2×[1-(-1)m]2/(4π㎡)
여기서, 일측 입사광에 대하여 그 광로 차이를 그 파장의 정수 배로 하면, 상기 식에서 η0=1, ηm=0이 된다. 또한, 타측 입사광에 대하여 광로 차이가 그파장의 비정수 배라면, 0＜η0＜1, 0＜ηm＜1이 되는 파장 선택성 회절소자를 얻을 수 있다.
여기서는, 2 레벨의 회절소자의 경우에 대해서 설명했는데, 1 레벨(단차)의 광로 차이가 일측 입사광에 대하여 그 파장의 정수 배이고, 타측 입사광에 대하여 그 파장의 비정수 배라는 조건이 충족되는 한, 멀티 레벨의 격자 형상, 특히 유사 블레이즈드 격자 형상에서도 파장 선택성 회절소자를 얻을 수 있다.
다음에, 이 파장 선택성 회절소자를 이용한 종래의 광헤드장치의 예를 나타낸다.
도 13은 파장 선택성 회절소자가 개구 제한 소자로서 사용되고 있는 제 3 종래예의 광헤드장치이다. 개구 제한 소자(18)는 합성 석영유리 등의 유리 기판으로 이루어지고, 개구 제한 소자로서 사용되고 있는 종래의 파장 선택성 회절소자의 구성의 일례를 도 12에 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이 개구 제한 소자(18)의 주변부에만 광로 차이가 DVD계 파장 λ1의 2배가 되는 회절격자가 형성되어 있다. 이 때, 이 광로 차이는 CD계 파장 λ2의 거의 1.6배가 되기 때문에, λ1의 파장의 광을 투과하고 λ2의 파장의 광의 70% 이상을 회절시킬 수 있다. 도 12에서 회절격자의 격자면이 2 분할되어 있는 이유는 진행로와 복귀로에서 모두 회절된 광이 비회절 투과광과 동일한 광로를 진행하여 광 검출기에 집광되는 것을 방지하기 위함이다.
도 13에 나타낸 바와 같이 반도체 레이저(3A,3B)에서 출사된 출사광은 파장합성 프리즘(9)에 의해 동일 광축 상에서 합성되어 빔 스플리터(4)를 투과한 후에, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 개구 제한 소자(18)에 입사된다. λ1의 광은 개구 제한 소자(18)의 주변부(도 12(b)의 사선부), 중심부(도 12(b)의 원내부)에서 회절되지 않고 투과되어 대물 렌즈(6)에 의해 DVD계 광 디스크(7)의 정보 기록면에 초점을 맺는다(도 13(a)).
또, λ2의 광은 개구 제한 소자(18)의 주변부에서는 회절되고 중심부를 투과한 광만 작은 개구 수로 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광된다(도 13(b)). 광 디스크에서 반사된 반사광은 다시 대물 렌즈(6), 개구 제한 소자(18), 콜리메이트 렌즈(5)를 투과한 후 빔 스플리터(4)에 입사된다. 이 빔 스플리터(4)에서 반사된 반사광은 진행로의 광축과는 90°의 각도를 이루는 광축을 따라 진행되어 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다. 그리고, 신호광은 이 광 검출기(8)에 의해 전기 신호로 변환된다. 또, 도 13(b)에서는 도시되어 있지 않지만, 개구 제한 소자(18)에 의해 회절된 λ2의 광도 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광되어 반사된 후, 신호광과 동일한 광로를 진행하여 광 검출기(8)의 수광면과는 다른 부분에 집광된다.
도 15에는 파장 선택성 회절소자가 파장 선택성 편향소자로서 사용되고 있는 제 4 종래예의 광헤드장치가 도시되어 있다. 파장 선택성 편향소자는 합성 석영유리 등의 유리 기판으로 이루어지고, 종래의 파장 선택성 회절소자의 구성 이외의 예인 도 14에 나타낸 바와 같이 1 레벨(단차)의 광로 차이 R이 DVD계 파장 λ1과동등해지는 5∼7 레벨(4∼6 단)의 멀티 레벨의 유사 블레이즈드 회절격자(19)가 형성되어 있다(도 14에서는 6 레벨(5 단)의 격자가 도시되어 있는데, 이 레벨 수에 한정되지 않음).
이 때, λ1의 파장의 광을 회절시키지 않고 투과하고, λ2의 파장의 광을 60% 이상, 하나의 회절 차수로 회절시켜 편향시킬 수 있다.
도 15에 나타낸 바와 같이 2 파장용 반도체 레이저(3)의 하나의 발광점에서 출사된 파장 λ1의 출사광(15(a)) 및 그와는 다른 발광점에서 출사된 파장 λ2의 출사광(15(b))은, 빔 스플리터(4)를 투과한 후에, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광된다.
광 디스크(7)에서 반사된 반사광은 다시 대물 렌즈(6), 콜리메이트 렌즈(5)를 투과한 후, 빔 스플리터(4)에 입사되고 이 빔 스플리터(4)에 의해 반사된 광은 진행로의 광축과는 90°의 각도를 이루는 광축을 따라 진행하여 파장 선택성 편향소자(19)에 입사된다. 파장 선택성 편향소자(19)에 입사된 파장 λ1의 광은 파장 선택성 편향소자(19)에 의해 편향되지 않고 투과한 후, 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다(도 15(a)). 한편, 파장 선택성 편향소자(19)에 입사된 파장 λ2의 광은 파장 선택성 편향소자(19)에 의해 편향된 후, 파장 λ1의 광의 검출기(8)와 동일한 광 검출기의 수광면에 집광된다(도 15(b)).
그러나, 제 1 종래예의 광헤드장치의 경우, 즉 3 빔법이나 차동 푸시풀법에서 사용하는 3 빔 발생용 회절소자를 2 파장용 반도체 레이저와 조합하여 사용하는 경우 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, CD계 광 디스크용 790㎚ 파장대 및 DVD계 광 디스크용 650㎚ 파장대의 어느 한 입사광에 대해서도 회절소자는 회절 효과를 가지며 회절광이 발생한다. 그 결과, 바람직하지 않은 불필요한 회절광이 산란광(stray light)으로 되고 광 검출기에 혼입되어 정보를 기록 또는 재생할 수 없게 된다. 또한, 일측 광 디스크용 입사광의 3 빔 발생용으로 형성된 회절격자가 타측 광 디스크용 입사광을 회절시켜 불필요한 회절광을 발생시켜 광량 손실을 가져와 신호광을 감소시키거나 하는 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하는 방법으로 상기 기술한 바와 같이 일본 공개특허공보 평4-129040호에는, 일측 입사광에 대하여 광로 차이를 그 파장의 정수 배로 하고, 타측 입사광에 대하여 광로 차이를 그 파장의 비정수 배로 한 파장 선택성 회절소자를 형성하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 일측 파장대의 입사광에 대하여 광로 차이를 그 파장의 정수 배로 하는 조건이, 타측 파장에 대한 설계의 자유도를 적게 하고 회절 효율 선택의 자유도를 적게 하기 때문에 만족할 만한 것은 아니었다.
또, 제 2 종래예의 광헤드장치의 경우, 즉 홀로그램 빔 스플리터를 모놀리식 2 파장용 반도체 레이저와 조합하여 사용하는 경우 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 격자 피치가 P인 회절소자로 이루어진 홀로그램 빔 스플리터에 파장 λ의 광이 입사되었을 때, 광의 회절각을 θ로 하면 sinθ는 λ/P에 비례한다. 그래서, 650㎚ 파장대와 790㎚ 파장대의 광에서는 파장이 다르기 때문에 회절각이 다르고,동일한 광 검출기에서 회절광을 수광할 때 수광 면적을 대형화시킬 필요가 있다.
대형화시킴으로써 고주파 특성이 열화되어 광 디스크를 고속으로 재생할 수 없는 문제가 있다. 또, 650㎚ 파장대와 790㎚ 파장대의 광에 대하여 광 검출기의 각각 수광면을 형성한 경우, 수광소자 수가 2배로 증가하고, 이 증가에 따라 신호처리회로도 복잡해지는 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하는 방법으로 일본 공개특허공보 2000-76689호에는, 광로 차이가 DVD계 파장 λ1과 동등한 회절격자 및 회절격자가 형성되어 있는 기판면과는 다른 면에 광로 차이가 CD계 파장 λ2와 동등한 회절격자를 형성하고, 소형 동일한 광 검출기에서 신호를 검출하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 상기 기술한 회절 효율의 식은 회절격자의 광로 차이와 비교하여 회절 격자의 피치가 매우 큰 것으로 생각되는 경우에만 성립되는 근사식으로, 격자의 광로 차이가 커지거나 또는 격자 피치가 작아짐에 따라 근사식이 성립되지 않는다. 광로 차이를 파장의 n 배(n은 자연수), 즉 상기 기술한 식에서 η0=1, ηm=0이 되는 조건으로 설정해도, 실제로는 η0=1이 되지 않거나 또는 ηm=0이 되지 않는 경우가 있다. 상기 근사식이 성립되지 않는 것은 회절격자의 공명현상이라고 하고, 격자 피치가 작아지거나 또는 광로 차이가 커짐에 따라 보다 현저하게 근사식이 성립되지 않게 된다.
통상 이 홀로그램 빔 스플리터의 격자 피치는 5㎛ 이하로 작고 광로 차이와 비교하여 격자 피치가 작기 때문에, 상기 기술한 공명현상에 의해 투과시키고자 하는 파장의 투과율이 저하되는 문제를 안고 있었다.
또, 제 3 종래예의 광헤드장치의 경우, 신호 검출용 광학소자에 개구 제한 소자에 의해 회절된 파장 λ2의 불필요한 광이 신호 검출용 광학소자에 입사되지 않게 하기 위해서, 회절격자의 피치를 작게 하여 회절광의 회절각도를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 상기 기술한 바와 같이 회절격자의 피치를 작게 하면, 투과시키고자 하는 λ1의 파장의 광 투과율이 저하되어 개구 제한 소자로서의 특성이 저하되는 문제를 안고 있었다.
또, 제 4 종래예의 광헤드장치의 경우, 파장 λ1의 광을 투과시키고 파장 λ2의 광을 회절시키기 위해서는, 유사 블레이즈드 회절격자의 레벨 수를 5∼7로 많게 할 필요가 있었다. 많게 하면 합계의 광로 차이는 파장 λ1의 4∼6배로 길어지기 때문에, 투과시키고자 하는 λ1의 파장의 광 투과율이 저하되어 파장 선택성 편향소자로서의 특성이 저하되는 문제를 안고 있었다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여 설계 자유도가 더 큰, 즉 회절 효율을 임의로 설정할 수 있고, 또한 투과시키고자 하는 파장의 광에 대하여 광로 차이가 발생하지 않고 격자 피치가 작아도 투과시키고자 하는 파장의 투과율이 저하되지 않는 파장 선택성 회절소자를 제공하는 것이다. 또, 이 파장 선택성 회절소자와 2 파장용 반도체 레이저를 구비한 정보를 안정적으로 기록 및 재생할 수 있는 광헤드장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 파장 선택성 회절소자 및 광헤드장치에 관한 것으로, 특히 다른 두 파장의 광이 입사되는 파장 선택성 회절소자 및 이 파장 선택성 회절소자를 탑재한 광헤드장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 1 태양을 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 1(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 2 태양을 나타내는 도면으로, 도 2(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 2(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 3 태양을 나타내는 도면으로, 도 1과 도 2의 파장 선택성 회절소자를 적층시킨 파장 선택성 회절소자로서, 도 3(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 3(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 4 태양을 나타내는 도면으로, 도 1과 도 2의 파장 선택성 회절소자를 적층시킨 파장 선택성 회절소자로서, 도4(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 4(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 5 태양을 나타내는 도면으로, 도 3의 파장 선택성 회절소자에 위상판을 조합한 파장 선택성 회절소자로서, 도 5(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 5(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 6 태양을 나타내는 도면으로, 도 4의 파장 선택성 회절소자에 위상판을 조합한 파장 선택성 회절소자로서, 도 6(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 6(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 7 태양을 나타내는 도면으로, 도 3의 파장 선택성 회절소자에 위상판을 조합한 파장 선택성 회절소자로서, 도 7(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 7(b)는 파장 λ2의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 광헤드장치의 제 1 태양을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 9는 종래의 광헤드장치의 일례를 나타내는 개략적 측면도이다.
도 10은 본 발명의 광헤드장치의 제 2 태양을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 11은 종래의 광헤드장치의 다른 예를 나타내는 도면으로, 도 11(a)는 파장 λ1의 광이 회절되는 모습을 나타내는 개략적 측면도, 도 11(b)는 파장 λ2의 광이 회절되는 모습을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 12는 종래의 파장 선택성 회절소자의 일례를 나타내는 도면으로, 도 12(a)는 단면도, 도 12(b)는 평면도이다.
도 13은 종래의 광헤드장치의 다른 예를 나타내는 도면으로, 도 13(a)는 파장 λ1의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도, 도 13(b)는 파장 λ2의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 14는 종래의 파장 선택성 회절소자의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 종래의 광헤드장치의 또다른 예를 나타내는 도면으로, 도 15(a)는 파장 λ1의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도, 도 15(b)는 파장 λ2의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 16은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 8 태양을 나타내는 도면으로, 도 16(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 16(b)는 파장 λ2의 광이 투과, 회절되는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 17은 본 발명의 광헤드장치의 제 3 태양을 나타내는 도면으로, 도 17(a)는 파장 λ1의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도, 도 17(b)는 파장 λ2의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 18은 본 발명의 파장 선택성 회절소자의 제 9 태양을 나타내는 도면으로, 도 18(a)는 파장 λ1의 광이 입사되었을 때의 모습을 나타내는 측면도, 도 18(b)는 파장 λ2의 광이 회절되는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 19는 본 발명의 광헤드장치의 제 4 태양을 나타내는 도면으로, 도 19(a)는 파장 λ1의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도, 도 19(b)는 파장 λ2의 광에 의해 기록ㆍ재생이 이루어지고 있는 모습을 나타내는 개략적 측면도이다.
발명의 개시
본 발명은 투명기판, 이 투명기판 표면에 형성된 주기적 요철 형상의 요철부재로 이루어진 격자 및, 격자의 적어도 오목부에 충전된 충전부재를 구비하고, 파장 λ1및 파장 λ2(λ1＜λ2)의 두 광을 입사시켜 사용하는 파장 선택성 회절소자로서, 요철부재 또는 충전부재 중 어느 하나가 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있고, 또 요철부재와 충전부재는 파장 λ1또는 파장 λ2중 어느 한쪽 파장의 광에 대해서는 동일한 굴절률을 가지며 다른쪽 파장의 광에 대해서는 다른 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 요철부재의 상기 투명기판과는 반대측에 상기 투명기판과는 다른 투명기판을 구비한 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 요철부재가 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있는 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 충전부재가 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있는 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 요철부재와 상기 충전부재는 파장 λ1의 광에 대하여 동일한 굴절률을 갖고 있는 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 요철부재와 상기 충전부재는 파장 λ2의 광에 대해서는 동일한 굴절률을 갖고 있는 청구 범위 1에 기재된 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 주기적 요철 형상의 격자가 투명기판 표면의 주변부에만 형성되어 있는 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
상기 주기적 요철 형상의 격자가 블레이즈드 형상 또는 유사 블레이즈드 형상을 갖고 있는 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
파장 λ1의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ2의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자 및 파장 λ2의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ1의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자를 구비하고, 이들 파장 선택성 회절소자가 적층되어 구성된 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
파장 λ1의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ2의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자 및 파장 λ2의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ1의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자가 적층되어 구성된 파장 선택성 회절소자의 외측에 추가로 위상판이 중첩되어 있는 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
파장 λ1의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ2의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자 및 파장 λ2의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ1의 광을 회절시키는 상기 파장 선택성 회절소자 사이에 위상판이 배치되어 있는 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
유기물 안료는 적색 유기물 안료인 상기 파장 선택성 회절소자를 제공한다.
파장 λ1및 파장 λ2의 두 광을 출사하는 광원, 두 광을 광 기록매체에 집광시키는 대물 렌즈 및, 두 광의 광 기록매체에서 반사된 반사광을 검출하는 광 검출기를 구비한 광헤드장치로서, 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 상기 파장 선택성 회절소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치를 제공한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[파장 선택성 회절소자의 제 1 실시 태양]
도 1에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1A)에 파장 λ1과 파장 λ2의 (λ1＜λ2)광이 입사된다(도 1(a)는 파장 λ1의 광이 입사되는 모습을 나타내고, 도 1(b)는 파장 λ2의 광이 입사되는 모습을 나타냄). 파장 선택성 회절소자(1A)는 격자의 요철부인 회절격자(12A: 요철부재로 이루어짐)를 표면에 형성하고 있는 투명기판(11A)과 그 사이에 충전된 충전부재(13A)를 구비한 회절소자로서, 투명기판(14A)에 의해 충전부재(13A)가 보호되고 있다. 파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(12A)와 충전부재(13A)의 굴절률이 동등하고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(12A)와 충전부재(13A)의 굴절률이 다르다.
여기서, 회절격자(12A) 또는 충전부재(13A) 중 어느 하나는 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단(파장)을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있다. 여기서 함유하고 있다는 의미는 요철부재 또는 충전부재가 유기물 안료를 실제로 함유하는(함유되는) 경우와 유기물 안료 그 자체가 두 부재의 한쪽을 구성하고 있는 경우를 말한다. 그러나, 유기물 안료를 함유하는 경우가 많으므로, 다음에서는 실제로 유기물 안료가 함유된다라고 설명한다.
예컨대, 회절격자(12A)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하면, 이상 분산 효과에 따라 회절격자(12A)의 파장 λ1에서의 굴절률과 파장 λ2에서의 굴절률의 차이를 충전부재(13A)의 굴절률의 차이보다 크게 할 수 있다. 따라서, 유기물 안료가 함유되어 있는 회절격자(12A)와 충전부재(13A)의 재료를 적절하게 선택하면(유기물 안료도 적절하게 선택함), 이들 재료의 파장 λ1에서의 굴절률의 차이를 0으로 하고, 파장 λ2에서의 굴절률의 차이를 크게 할 수 있다.
그래서, 파장 λ1의 광이 회절격자(12A)를 통과할 때에는, 굴절률이 동등하기 때문에 회절격자의 기능은 발생하지 않고 직진 투과된다. 한편, 파장 λ2의 광이 투과될 때에는, 굴절률이 다르기 때문에 회절격자로서 기능하고,회절격자(12A)의 높이 d1과 격자 형상에 의해 회절 효율을 변화시킬 수 있고, 또한 회절격자(12A)의 격자 피치를 변화시킴으로써 회절 각도를 변화시킬 수 있다.
여기서, 이상 분산 효과에 따른 굴절률의 차이를 이용하는 것은 분산 곡선에서의 이상 분산 영역이 아니라, 이 영역에서 벗어나 있지만 이상 분산 효과에 따라 굴절률이 크게 변화한 영역이다. 또, 이상 분산 영역의 전체 파장 영역에서 굴절률이 전체적으로 높은 쪽으로 시프트되므로 이 효과도 이용할 수 있다. 이하, 동일하다.
상기에서 회절격자(12A)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 했는데, 충전부재자(13A)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 해도 동일하다.
유기물 안료는 분자 골격이나 치환기를 바꿈으로써, 쉽게 파장 분산(굴절률의 파장 의존성)을 바꿀 수 있다는 점에서 우수하다. 또한, 유기물 안료는 염료 등과 달리 내열성, 대조사성 등이 우수하여 내구성이 있다.
파장 λ2에서의 요철부재와 충전부재의 굴절률의 차이가 클수록 격자의 깊이를 얇게 할 수 있고, 회절 효율의 입사 각도 의존성을 저감시킬 수 있어 바람직하다. 그러나, 현실적으로 존재하는 광학재료의 파장 λ2에서의 굴절률 분산과 흡수량의 관계를 고려하면, 굴절률의 차이는 0.02∼0.10까지의 값을 취할 수 있다.
[파장 선택성 회절소자의 제 2 실시 태양]
도 2에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1B)는 요철부재로 이루어진 회절격자(12B)를 표면에 형성하고 있는 투명기판과 그 사이에 충전된 충전부재(13B)를 구비한 회절소자이다. 파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(12B)와 충전부재(13B)의 굴절률이 다르고(도 1(a)), 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(12B)와 충전부재(13B)의 굴절률이 동등하다(도 1(b)). 부호 11B, 14B는 부호 11A, 14A와는 알파벳은 다르지만, 동일한 숫자인 것은 도 1과 동일한 구성 요소를 나타내고, 투명기판이다.
본 실시 태양에서도, 회절격자(12B) 또는 충전부재(13B) 중 어느 하나에 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료가 함유되어 있다. 예컨대, 회절격자(12B)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하면, 이상 분산 효과에 따라 회절격자(12B)의 파장 λ1에서의 굴절률과 파장 λ2에서의 굴절률의 차이를 충전부재(13B)의 굴절률의 차이보다 크게 할 수 있다. 따라서, 유기물 안료가 함유되어 있는 회절격자(12B)와 충전부재(13B)의 재료를 적절하게 선택하면(유기물 안료도 적절하게 선택함), 이들 재료의 파장 λ1에서의 굴절률의 차이를 크게 하고, 파장 λ2에서의 굴절률의 차이를 0으로 할 수 있다.
이 때, 회절격자(12B)를 파장 λ1의 광이 투과될 때에는, 파장 선택성 회절소자(1B)는 회절격자로서 기능하고, 격자 피치의 크기에 따라 특정한 각도로 회절된다. 직진 광의 투과 효율과 회절광의 회절 효율은 회절격자(12B)의 높이 d2나 격자 형상을 바꿈으로써 변화될 수 있다. 한편, 파장 λ2의 광이 투과될 때에는회절되지 않고 직진 투과된다.
[파장 선택성 회절소자의 제 3 실시 태양]
도 3에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1C)는 제 1과 제 2 실시 태양의 파장 선택성 회절소자를 조합한 것이다. 파장 선택성 회절소자(1C)는 회절격자(12C)를 표면에 형성하고 있는 투명기판(11C)과 회절격자(15C)를 표면에 형성하고 있는 투명기판(16C)을 구비하고, 충전부재(13C와 14C) 사이에 투명기판(17C)이 배치되어 있는 적층구조를 갖는다. 여기서, 파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(12C)와 충전부재(13C)의 굴절률이 동등하고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(12C)와 충전부재(13C)의 굴절률이 다르다.
또, 파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(15C)와 충전부재(14C)의 굴절률이 다르고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(15C)와 충전부재(14C)의 굴절률이 동등하다. 따라서, 도 3(a)가 나타내는 파장 선택성 회절소자(1C)의 상측 부분은 도 2(a), 하측 부분은 도 1(a)가 각각 나타내는 바와 같이 파장 λ1의 광은 회절격자(15C)에 의해 회절되어 회절격자(12C)를 투과하고, 부호 15C만 회절격자로서 작용한다.
한편, 도 3(b)가 나타내는 파장 선택성 회절소자(1C)의 상측 부분은 도 2(b), 하측 부분은 도 1(b)가 각각 나타내는 바와 같이 파장 λ2의 광은 회절격자(15C)를 투과하여 회절격자(12C)에서 회절되고, 부호 12C만 회절격자로서작용한다. 따라서, 하나의 복합된 소자로 2 종류의 파장에 대하여 각각 독립적으로 회절소자로서 기능한다.
[파장 선택성 회절소자의 제 4 실시 태양]
또한, 도 3에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1C)의 투명기판(17C)을 사용하지 않고, 도 4에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1D)와 같이 투명기판(11D) 상에 형성된 회절격자(12D)와 투명기판(15D) 상에 형성된 회절격자(14D)가 충전부재(13D)를 사이에 두고 적층되어 있는 구조로 할 수도 있다. 파장 λ1및 λ2에 대한 충전부재와 회절격자의 굴절률 값의 관계는 제 3 실시 태양의 경우와 동일하다.
제 4 실시 태양에서, 유기물 안료는 회절격자(12D 및 14D)에 함유시키거나 또는 충전부재(13D)에 함유시킨다. 도 4(a)에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1D)의 경우, 파장 λ1의 광은 회절격자(14D)에서 회절되고, 회절격자(12D)에서 회절되지 않고 투과하여 부호 14D만 회절격자로서 작용한다. 한편, 도 4(b)에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1D)의 경우, 파장 λ2의 광은 회절격자(14D)를 투과하고 회절격자(12D)에서 회절되어 부호 12D만 회절격자로서 작용한다.
따라서, 본 실시 태양에서도 하나의 복합된 소자로 2 종류의 파장에 대하여 각각 독립적으로 회절소자로서 기능한다.
[파장 선택성 회절소자의 제 5 실시 태양]
도 5에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1E)는 제 3 실시 태양에서 설명한 파장 선택성 회절소자(1C)에서 투명기판(11C)의 외측(도면에서는 하측)에 위상판(12E)이 형성되고, 그 위에 투명기판(11E)을 배치한 구성으로로 되어 있다. 위상판(12E)으로는 1/2 파장 판, 1/4 파장 판 등을 들 수 있다. 위상판(12E)을 파장 선택성 회절소자와 일체화함으로써, 소형이면서 입사광에 대하여 회절 효과와 편광상태를 변화시키는 효과를 겸비할 수 있어 바람직하다.
여기서, 도 5(a)는 파장 λ1의 광이 회절격자(15C)에 의해 회절되고 0차 회절광 및 ±1차 회절광이 위상판(12E)을 투과하는 모습을 나타내고, 도 5(b)는 파장 λ2의 광이 회절격자(12C)에 의해 회절되고 0차 회절광 및 ±1차 회절광이 위상판(12E)을 투과하는 모습을 나타내고 있다.
[파장 선택성 회절소자의 제 6 실시 태양]
도 6에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1F)는 제 4 실시 태양에서 설명한 파장 선택성 회절소자에서 투명기판(11D)의 외측에 위상판(12F)이 형성되고, 그 위에 투명기판(11F)을 배치한 구성으로 되어 있다. 도 6(a)에는 파장 λ1이 입사되고, 도 6(b)에는 파장 λ2가 입사되는 모습을 나타내고 있다. 위상판(12F)을 파장 선택성 회절소자와 일체화시킴으로써, 제 5 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1E)보다 더 소형이면서 입사광에 대하여 회절 효과와 편광상태를 변화시키는 효과를 겸비할 수 있어 바람직하다. 또, 파장 선택성 회절소자(1F)는 파장 선택성 회절소자(1E)보다 투명기판이 1개 적으므로, 제조 공정 수가 줄어 바람직하다.
[파장 선택성 회절소자의 제 7 실시 태양]
도 7에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1G)는 제 5 실시 태양에서 도입한 위상판을 위상판(11G)으로서 충전부재(13C와 14C) 사이에 배치되어 있다. 이 경우, 유기물 안료는 회절격자(15C,12C)에 모두 함유되거나 충전부재(14C와 13C)에 모두 함유될 수도 있고, 일측 회절격자(15C)와 타측 충전부재(13C)일 수도 있거나 일측 충전부재(14C)와 타측 회절격자(12C)에 함유될 수도 있다. 위상판(11G)으로는 1/2 파장 판, 1/4 파장 판 등을 들 수 있다.
도 7(a)에 나타낸 바와 같이 입사된 파장 λ1의 광은 회절격자(15C)에 의해 ±1차 회절광으로 분리되거나 또는 0차 회절광은 투과되어 모두 위상판(11G)으로 진행되고, ±1차 회절광 및 0차 회절광은 편광상태가 변화된다. 이들 광은 또한 다음 회절격자(12C)로 진행되지만 부호 13C와 12C의 굴절률이 동등하기 때문에 회절되지 않고 투과된다.
도 7(b)에 나타낸 바와 같이 입사된 파장 λ2의 광은 회절격자(15C)에서는 회절되지 않고 투과되어 위상판(11G)으로 진행되고, 편광상태가 변화되어 회절격자(12C)에 진행된다. 입사광은 회절격자(12C)에 의해 ±1차 회절광 및 0차 회절광으로 분리된다.
도 7에 나타낸 바와 같이 위상판(11G)을 회절격자(15C와 12C) 사이에 배치함으로써, 위상판을 일체화시킨 제 6 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1F)와 비교하여 파장 선택성 회절소자(1G)는 투명기판의 개수를 1 개 적게 할 수 있으므로,제조 공정 수가 줄고 또한 소자 두께를 얇게 할 수 있어 바람직하다.
이상 제 1∼7 실시 태양에서 파장 선택성 회절소자를 설명했다. 하나의 파장 선택성 회절소자의 경우, 두 파장 선택성 회절소자를 적층시키는 경우, 그리고 두 파장 선택성 회절소자와 위상판을 적층시키는 경우에 대해서 설명했는데, 하나의 파장 선택성 회절소자와 위상판을 적층시켜 사용할 수도 있다.
파장 선택성 회절소자에서는 격자 높이 d1, d2또는 격자 형상을 변화시킴으로써, 회절 효율을 바꿀 수 있으므로, 3 빔 발생용 소자 또는 홀로그램 빔 스플리터로서 바람직한 효율을 얻을 수 있는 격자 높이를 이용하면 된다. 또, 파장 선택성 회절소자의 요철부를 계단 형상의 다단 스텝 또는 블레이즈드 회절격자의 격자 형상으로 함으로써, 특정한 차수의 회절 효율을 높여 사용할 수도 있다. 회절 각도에 대해서도 원하는 회절 각도가 되는 격자 피치로 하면 되고, 이들은 종래의 3 빔 발생용 소자나 홀로그램 빔 스플리터에 사용되고 있는 수법을 그대로 파장 선택성 회절소자에 채택할 수 있다.
상기에서 두 파장 선택성 회절소자의 조합방법에 대해서 파장 λ1, 파장 λ2중 어느 한 파장의 광에 대해서도 회절격자로서 기능하는 경우를 설명하였다. 그러나, 파장 λ1의 광에 대해서는 3 빔 발생용 회절격자 및 홀로그램 빔 스플리터로서 기능하고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자로서 기능하지 않는 조합일 수도 있고, 또한 그 반대의 경우일 수도 있다. 선택적으로 회절시키는 파장과 그 회절격자의 기능은 목적에 따라 조합하여 채택할 수 있다.
상기에서 격자 높이 d1, d2가 회절 효율에 기여하여 격자 피치가 회절방향에 기여하는 것을 설명했는데, 격자 높이가 낮을수록 격자 형상의 에지에 처짐이 적고 또한 파인 피치를 제조하기 쉽다는 등 형상 제어성이 우수하여 바람직하다. 또한, 격자 높이가 낮을수록 소자의 제조 시간을 단축시킬 수 있어 공정상으로도 바람직하다.
상기와 같이 요철부재 또는 충전부재에 두 파장 λ1및 λ2(λ1＜λ2) 중 짧은 쪽의 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유시켜 이상 분산 효과에 따라 굴절률의 증가를 발생시킨다.
예컨대, 도 1에 나타낸 충전부재(13A)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하여, 회절격자(12A: 요철부재로 이루어짐)와 충전부재(13A)의 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 각각 n12A(λ1), n13A(λ1), λ2의 광에 대한 굴절률을 각각 n12A(λ2), n13A(λ2)로 한다. 파장 λ1에 대하여(도 1(a)), n12A(λ1)=n13A(λ1)이고 파장 λ2에 대하여(도 1(b)), n12A(λ2)＞n13A(λ2)로서, n12A(λ2)-n13A(λ2)를 크게 할 수 있다.
회절격자(12A)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하면, 파장 λ1에 대하여(도 1(a)), n12A(λ1)=n13A(λ1)이고 파장 λ2에 대하여(도 1(b)), n13A(λ2)＞n12A(λ2)로서, n13A(λ2)-n12A(λ2)를 크게 할 수 있다. 즉, 파장 λ1의 광에 대하여파장 선택성 회절소자는 회절 효과를 갖지 않고, 파장 λ2의 광에 대하여 회절 효과를 갖는다.
또, 예컨대 도 2에 나타낸 충전부재(13B)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하여, 회절격자(12B)와 충전부재(13B)의 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 각각 n12B(λ1), n13B(λ1), 파장 λ2의 광에 대한 굴절률을 각각 n12B(λ2), n13B(λ2)로 한다. 파장 λ1에 대하여(도 2(a)), n13B(λ1)＞n12B(λ1)로서, n13B(λ1)-n12B(λ1)을 크게 할 수 있고, 또한 파장 λ2에 대하여(도 2(b)), n12B(λ2)=n13B(λ2)이다. 회절격자(12B)에 유기물 안료가 함유되어 있는 것으로 하면, 파장 λ1에 대하여(도 2(a)), n12B(λ1)＞n13B(λ1)로서, n12B(λ1)-n13B(λ1)을 크게 할 수 있고, 또한 파장 λ2에 대하여(도 2(b)), n12B(λ2)=n13B(λ2)이다
즉, 파장 λ1의 광에 대하여 파장 선택성 회절소자는 회절 효과를 가지고, 파장 λ2의 광에 대하여 회절 효과를 갖지 않는다.
상기와 같이 요철부재 또는 충전부재에 유기물 안료를 사용하면, 일측 파장(예컨대, λ1)의 광에 대해서는 이들 두 재료 간의 굴절률을 동등하게 해 두면서, 타측 파장(예컨대, λ2)의 광에 대하여 굴절률의 차이를 크게 할 수 있다.
유기물 안료는 증착법 등으로 막을 제조하거나 또는 유기물 안료를 수지 바인더, 중합성 모노머, 중합 개시재, 증감제, 용제, 계면활성제 등에 혼합하여 적절하게 조정한 조성물을 사용하여 막을 제조할 수도 있다. 조성물을 사용하는 경우에는 투명기판 상에 조성물을 도포한 후, 용매를 가열 제거하고 다시 중합 경화시키면 된다. 또, 필요에 따라 중합 경화시킨 후 가열 처리할 수도 있다.
상기 조성물에서, 유기물 안료를 에칭할 수 있는 레지스트 중에 함유된 경우에는, 선택적으로 경화시킨 나머지 말(末)중합 경화부를 에칭 처리하고 쉽게 원하는 격자 형상을 제조할 수 있어 바람직하고, 또한 상기 레지스트가 포토레지스트인 경우에는 포토리소그래피로 직접 격자를 형성할 수 있어 특히 바람직하다.
파장 λ1및 파장 λ2가 각각 650㎚ 파장대 및 790㎚ 파장대인 경우에는 적색 유기물 안료가 바람직하게 사용된다.
적색 유기물 안료는 상기 어느 파장대에서도 현저한 흡수가 없어 높은 투과율을 실현할 수 있다. 한편, 650㎚보다 짧은 파장에서 흡수가 나타나고, 그 이후 파장 감소에 따라 급격히 흡수가 증가되어 550㎚ 근방에서 흡수 극대를 갖기 때문에, 이상 분산 효과에 따라 790㎚ 파장대, 650㎚ 파장대에서 굴절률의 차이의 큰 값을 실현할 수 있다.
황색 유기물 안료는 적색 유기물 안료와 비교하면 흡수단이 단파장영역의 500㎚ 부근에 있다. 그래서, CD계 790㎚ 파장대, DVD계 650㎚ 파장대에서는 흡수가 없기 때문에 투과율은 높고 양호한 재료이지만, 반면 파장 분산이 큰 영역이 적색 유기물 안료보다 전체적으로 단파장영역으로 시프트되었고, 650㎚ 파장대와790㎚ 파장대의 굴절률의 차이는 작은 값밖에 얻지 못한다.
적색 안료로는, 디케토피롤로피롤계, 안트라퀴논계, 퀴나크리돈계, 축합 아조계, 페릴렌계 등으로 분류되는 유기물 안료를 채택할 수 있다. 이들 유기물 안료는 단독으로 사용하거나 2 종류 또는 3 종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그 중에서도 피그먼트 레드(Pigment Red) 254로 대표되는 디케토피롤로피롤계나 피그먼트 레드 177로 대표되는 안트라퀴논계는 내구성이 우수하여 본 소자의 적색 유기물 안료로서 바람직하게 사용된다.
적색 유기물 안료가 함유된 포토레지스트는 액정 디스플레이용 컬러 필터의 제조에 사용되었고, 시판되는 컬러 필터용 레지스트의 일부는 그대로 사용할 수 있다. 또, 적색 유기물 안료, 수지 바인더, 중합성 모노머 중합 개시재, 증감제, 용제, 계면활성제 등의 농도나 화합물을 필요에 따라 조정할 수도 있다.
적색 유기물 안료를 사용하여 이루어진 격자의 요철부재 또는 충전부재 등에 대해서는 어떠한 경우에도 형성(막 제조) 후의 광의 흡수 특성이 다음과 같이 조정되는 것이 바람직하다. 흡수단의 파장은 580㎚∼620㎚까지의 범위에 있는 것이 바람직하고, 흡수단의 파장은 복소 굴절률 n*(λ)=n(λ)+iㆍk(λ)(실수부 n(λ)는 통상적인 굴절률, 허수부 iㆍk(λ) 중 k(λ)는 흡수계수, λ는 파장)에서 파장을 감소시켜 갈 때, 파장 650㎚ 이하에서 처음 k(λ)가 0.01을 초과하는 파장 λ를 흡수단으로 정의한다.
k(λ)를 0.01로 한 것은 k(λ)를 0에서 증가시킬 때에, 0에 가깝고 측정 오차보다 커서 명확하게 증가 경향을 파악할 수 있는 값에 따른다. 이 흡수단의 파장이 620㎚보다 큰 경우에는 흡수 손실(투과율 저하)이 문제가 되고, 580㎚ 보다 작은 경우에는 650㎚ 파장대와 790㎚ 파장대 사이에서 큰 파장 분산을 얻기 어렵다.
흡수단의 최소값으로 짧은 쪽의 파장 λ1에 대하여 0.85λ1인 것이 바람직하다. 그 이유는 통상 사용되는 파장 λ1은 650㎚이지만, 반도체 레이저의 개체 차이, 온도 변화 등에 따라 650㎚가 675㎚ 정도까지 변화하는 경우가 있고, 바람직한 흡수단의 최소값 580㎚가 되는 것은 0.85λ1이기 때문이다. 한편, 반도체 레이저에 개체 차이 등이 없고 상기와 같이 파장 λ1이 650㎚인 이상적인 경우, 흡수단의 최소값이 580㎚가 되는 것은 0.9λ1이다. 개체 차이가 있는 등 현 상황을 고려하면, 흡수단의 최소값으로 0.85λ1인 것이 바람직하다.
큰 파장 분산을 얻는다는 관점에서 파장 감소와 함께 흡수계수가 급격히 증가할 필요가 있다. 적색 유기물 안료는 파장 550㎚ 근방에서 흡수 극대를 가지므로, 이 파장에서 흡수계수가 큰 값이면 된다. 본 발명의 예 1, 예 3, 예 4, 예 10, 예 11에 사용된 유기물 안료의 550㎚에서의 흡수계수(k)와 650㎚와 790㎚의 굴절률의 차이(Δn)를 표 1에 나타냈다.
k(550㎚) Δn
예 1 0.21 0.028
예 3 0.19 0.024
예 4 0.09 0.035
예 10 0.05 0.014
예 11 0.05 0.015
쇼트(SCHOTT)사의 광학 유리 카탈로그에서 파장 분산이 큰 광학 유리로서 프린트 유리가 기재되어 있다. 상품명 SF6이나 SF58 등의 프린트 유리의 Δn은 각각 0.012, 0.015이다. 이들 값과 비교하면, 적색 유기물 안료를 사용한 표 1에서 k(550㎚)가 0.05 이하인 경우에는, 이상 분산 효과에 따라 Δn이 큰 값을 얻는다고 하기는 어렵다. 따라서, 파장 550㎚에서의 흡수계수(k)에 대해서는 0.05보다 큰 것이 바람직하다.
또, 상기 유기물 안료를 함유한 레지스트를 경화 전에 에칭하여 격자를 제조하는 방법 이외에도, 경화 후의 부재(막이나 증착막)를 포토리소그래피와 에칭 처리로 격자를 형성할 수도 있고, 또한 기판 표면에 형성된 격자의 요철부에 유기물 안료를 함유한 레지스트를 충전부재로서 충전할 수도 있다. 다른 충전부재로는 광 경화형 수지, 열 경화형 수지 등을 들 수 있다. 여기서, 요철부에 충전하는 것으로 기재되어 있는데, 적어도 오목부에 충전한다는 의미로서 오목부에만 충전할 수도 있다. 다음에서도 동일하다.
상기 기술한 적색 유기물 안료를 함유하고 있는 조성물의 Δn이 클수록 적색 유기물 안료 조성물의 막두께를 얇게 할 수 있어 바람직하고, Δn이 커지면 파장 650㎚에서의 굴절률도 높아진다. 그래서, 광 경화형 수지, 열 경화형 수지로서도 파장 650㎚에서의 굴절률이 높은 것이 바람직하고, 1.6 이상인 것이 바람직하게사용된다.
이와 같은 광 경화형 수지, 열 경화형 수지로는 일본 공개특허공보 평2000-309584호에 기재되어 있는 바와 같은 다음 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고 있는 조성물은 굴절률이 높고, 또 굴절률의 파장 분산이 작아 본 용도로서 바람직하게 사용할 수 있다. 그러나, 이 화합물에 한정되지 않는다.
식에서, R1∼R6은 각각 탄소수 1∼10의 탄화수소기 또는 수소를 나타낸다. X는 S 또는 O를 나타내고, 이 S의 개수는 3원환을 구성하는 S와 O의 합계에 대하여 50% 이상이다. Y는 O, S, Se 또는 Te를 나타내고, p는 0∼6, q는 0∼4 범위의 정수이다.
기판 표면에 격자를 형성하기 위해서는, 기판 그 자체를 에칭 처리, 금형 성형 등 할 수도 있고, 또한 기판에 다른 광학재료를 코팅하거나 한 후, 이 광학재료를 에칭 처리나 금형 성형하여 격자를 제조할 수도 있다. 또한, 상기 증착 등에 의해 막이 제조되어 유기물 안료도 이에 함유된다.
다음에, 파장 선택성 회절소자가 광헤드장치에 탑재된 경우를 설명한다.
[광헤드장치의 제 1 실시 태양]
도 8은 본 발명의 광헤드장치의 제 1 태양을 나타내고, 파장 선택성 회절소자로서 CD용 3 빔을 발생시키는 파장 선택성 회절소자(1A: 도 1)를 사용한 광헤드장치이다. 이와 같이 구성된 광헤드장치에서, 2 파장용 반도체 레이저(3: DVD계 광 디스크용 파장 λ1의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저와 CD계 광 디스크용 파장 λ2의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저가 일체화됨)에서 출사된 파장 λ1의 광은 파장 선택성 회절소자(1A)에 의해 회절되지 않고 직진 투과되고, 그리고 빔 스플리터(4)를 투과하여 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광이 된다.
그 이후, 이 평행 광은 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7: DVD계)의 정보 기록 트랙 위에 집광된다. 그리고, 광 디스크(7)에 의해 반사된 광은 다시 대물 렌즈(6) 및 콜리메이트 렌즈(5)를 투과하고, 빔 스플리터(4)에 의해 반사되어 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다.
한편, 2 파장용 반도체 레이저(3)에서 출사된 파장 λ2의 광은 파장 선택성 회절소자(1A)에 의해 출사광의 일부(예컨대, 5%∼40%)가 ±1차 회절광으로 회절되지만, ±1차 회절광을 포함하여 이 광은 또한 빔 스플리터(4)를 투과하여 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 된다. 그 이후, 이 평행 광은 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7: CD계)의 정보 기록 트랙 상에 0차 회절광 및 ±1차 회절광이 3 빔으로 되어 집광된다. 그리고, 광 디스크(7)에 의해 반사된 광은 다시 대물 렌즈(6) 및 콜리메이트 렌즈(5)를 투과하고, 빔 스플리터(4)에 의해 반사되어 0차 회절광 및 ±1차 회절광은 각각 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다.
상기와 같이 본 발명의 파장 선택성 회절소자(1A)를 탑재한 광헤드장치의 경우, 파장 λ1의 광은 파장 선택성 회절소자에 의해 회절되지 않고 직진 투과되기 때문에, 효율 저하를 가져오지 않고 산란광도 발생하지 않는다. 따라서, DVD계 광 디스크에서는, DVD계 광 검출기(4 분할 수광면)를 사용하여 1 빔을 사용하는 위상차법에 의한 트래킹 오차 신호 검출, 또한 비점수차법에 의한 광 디스크면에 대한 포커싱 오차 신호 검출 및 기록 정보인 피트 신호 검출을 안정적으로 할 수 있다.
한편, CD계 광 디스크에서는 DVD계와 동일한 4 분할 수광면의 광 검출기(8)를 사용하여 비점수차법에 의한 광 디스크 정보 기록면에 대한 포커싱 오차 신호 검출 및 피트 신호 검출이 이루어진다. 또한, 광 검출기에서 다른 두 수광면에서 ±1차 회절광을 수광함으로써, 3 빔법에 의한 트래킹 오차 신호 검출이 이루어진다.
상기 설명에서는 파장 선택성 회절소자를 CD계 파장 λ2의 광에 대한 3 빔법에 적용시킨 예에 대해서 설명했는데, 정보 기록용으로 사용되는 차동 푸시풀법에 적용시킬 수도 있다. 또, DVD계 파장 λ1의 광에 대하여 3 빔을 발생시키는 파장 선택성 회절소자(1B)를 적용시켜도 1 빔을 사용하는 방법에 비해 보다 정확한 트래킹 오차 검출에 유효하다. DVD계 파장 λ1의 광과 CD계 파장 λ2의 광에 대하여 독립적으로 3 빔을 발생시키는 파장 선택성 회절소자(1C 또는 1D)를 적용시켜도 CD계 및 DVD계 각각의 광 디스크에 대하여 최적의 회절격자를 설계할 수 있다.또, 일측 광 디스크용 광이 타측 광 디스크용 회절격자에 의해 회절되고, 광량 손실이 발생하지 않아 유효하다.
또한, CD 및 DVD의 광 디스크 상에 정보 기록을 하는 광헤드장치에서는, 3 빔 발생용 회절격자에서 0차 회절 효율과 1차 회절 효율 비의 값을 15 이상으로 하는 경우가 많고, 이 경우 회절 효율을 임의로 설정할 수 있어 특히 유용하다.
또, 파장 선택성 회절소자의 격자 피치는 소자가 사용되는 광헤드장치의 광학계 및 광 디스크의 트래킹 오차 신호 검출법에 따라 적절하게 정해진다.
[광헤드장치의 제 2 실시 태양]
도 10은 본 발명의 광헤드장치의 제 2 태양을 나타내고, 파장 선택성 회절소자(1C)를 홀로그램 빔 스플리터로서 사용한 광헤드장치이다. 이와 같이 구성된 광헤드장치에서, 파장 λ1및 파장 λ2의 광을 출사하는 2 파장용 반도체 레이저(3)에서 출사된 파장 λ1의 광은 홀로그램 빔 스플리터에서 입사광의 약 70%가 투과된 후, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 된다. 그 이후, 이 평행 광은 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7: DVD계)의 정보 기록 트랙 상에 집광된다. 그리고, 광 디스크(7)에 의해 반사된 광은 다시 대물 렌즈(6) 및 콜리메이트 렌즈(5)를 투과하고, 파장 선택성 홀로그램 빔 스플리터에 의해 회절된 약 10%의 광이 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다.
한편, 2 파장용 반도체 레이저(3)에서 출사된 파장 λ2의 광도 홀로그램 빔 스플리터에서 출사광의 약 70%가 투과된 후, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 된다. 그 이후, 이 평행 광은 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7: CD계)의 정보 기록 트랙 상에 집광된다. 그리고, 광 디스크(7)에 의해 반사된 광은 다시 대물 렌즈(6) 및 콜리메이트 렌즈(5)를 투과하고, 홀로그램 빔 스플리터에 의해 회절된 약 10%의 광이 파장 λ1의 광 검출에 사용한 바와 동일한 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다.
이와 같이 본 발명의 파장 선택성 회절소자(1C)를 탑재한 광헤드장치의 경우, 동일한 광 검출기를 사용하여 사용 파장이 다른 광 디스크에 대한 정보를 기록 및 재생할 수 있어 광헤드장치의 소형화ㆍ고특성화를 도모할 수 있다. 또, 파장 선택성 회절소자의 격자 피치는 그것이 사용되는 광헤드장치의 광학계에 따라 적절하게 정해진다. 통상 이 파장 선택성 회절소자의 격자 피치는 5㎛ 이하이기 때문에, 격자 피치가 5㎛ 이하가 되어도 투과시키고자 하는 파장의 광 투과율이 저하되는 일이 없는 본 발명의 소자는 광의 이용 효율이 높아 유용하다. 또, DVD계 광 디스크에 대해서는 파장 선택성 편광 홀로그램 빔 스플리터를 대물 렌즈와 일체 구동시키는 구성으로 할 수도 있다.
또, 도 8에 나타낸 광헤드장치의 예에서는 빔스플리터(4)가 사용되고, 2 파장용 반도체 레이저(3: 광원 유닛)와 광 검출기(8)가 분리된 구성으로 하였다. 그러나, 빔 스플리터(4) 대신에 파장 선택성 홀로그램 빔 스플리터를 사용하여 광 디스크에 의해 반사된 광을 2 파장용 반도체 레이저(광원 유닛) 내의 반도체 레이저 근방에 배치된 광 검출기에 집광하도록 회절시킬 수도 있다. 이 경우, 반도체 레이저와 광 검출기가 동일한 광원 유닛 내에 배치되기 때문에 광헤드장치를 소형화시킬 수 있다.
[파장 선택성 회절소자의 제 8 실시 태양]
도 16에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1H)는 제 1 실시 태양의 파장 선택성 회절소자에서 주변부에만 회절격자가 존재하는 것이다. 파장 선택성 회절소자(1H)는 격자의 요철부인 회절격자(12H: 요철부재로 이루어짐)를 표면에 형성하고 있는 투명기판(11H)과 그 사이에 충전된 충전부재(13H)를 구비한 회절소자로서, 투명기판(14H)에 의해 충전부재(13H)가 보호되고 있다.
파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(12H)와 충전부재(13H)의 굴절률이 동등하고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(12H)와 충전부재(13H)의 굴절률이 다르다. 그래서, 파장 λ1의 광이 회절격자(12H)를 통과할 때에는, 굴절률이 동등하기 때문에 회절격자의 기능은 발생하지 않고 직진 투과된다. 한편, 파장 λ2의 광이 투과될 때에는, 굴절률이 다르기 때문에 회절격자로서 기능하고, 격자의 높이를 조절함으로써 파장 λ2의 광 대부분을 회절시킬 수 있다.
[광헤드장치의 제 3 실시 태양]
도 17은 본 발명의 광헤드장치의 제 3 태양을 나타내고, 본 발명의 파장 선택성 회절소자(1H)가 개구 제한 소자로서 콜리메이트 렌즈와 대물 렌즈 사이에 배치된 구성으로 되어 있다. 반도체 레이저(3A,3B)에서 출사된 출사광은 파장 합성 프리즘(9)에 의해 동일 광축 상에서 합성되어 빔 스플리터(4)를 투과한 후에, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 개구 제한 소자인 파장 선택성 회절소자(1H)에 입사된다.
λ1의 광은 개구 제한 소자의 주변부, 중심부에서 회절되지 않고 투과하고, 대물 렌즈(6)에 의해 DVD계 광 디스크(7)의 정보 기록면에 초점을 맺는다(도 17(a)). 또, λ2의 광은 개구 제한 소자의 주변부에서는 회절되어 중심부를 투과한 광만 작은 개구 수로 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광된다(도 17(b)). 광 디스크에서 반사된 반사광은 다시 대물 렌즈(6), 개구 제한 소자(파장 선택성 회절소자(1H)), 콜리메이트 렌즈(5)를 투과한 후, 빔 스플리터(4)에 입사된다. 이 빔 스플리터(4)에 의해 반사된 광은 진행로의 광축과는 90°의 각도를 이루는 광축을 따라 진행되어 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다. 그리고, 신호광은 이 광 검출기(8)에 의해 전기 신호로 변환된다.
또, 도 17(b)에는 생략되어 있는데, 개구 제한 소자에 의해 회절된 λ2의 광도 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광되어 반사된 후, 신호광과 동일한 광로를 진행하여 광 검출기(8)의 수광면에서 벗어난 부분에 집광된다. 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ2의 광에 대해서만 개구 조리개로서 기능하고, 또 회절소자의 피치를 작게 해도 파장 λ1의 투과율이 떨어지지 않기 때문에, 격자 피치를 작게 하여 λ2의 광의 회절각도를 크게 할 수 있으므로 신호광과 분리하기 쉬워져 신호 검출용 수광소자에 산란광으로서 도달하는 일이 없고, 종래예의 개구 제한 소자와 비교하여 안정적으로 정보를 기록ㆍ재생할 수 있다.
[파장 선택성 회절소자의 제 9 실시 태양]
도 18에 나타낸 본 실시 태양의 파장 선택성 회절소자(1J)는 제 1 실시 태양의 파장 선택성 회절소자에서, 그 요철부의 형상이 블레이즈드 형상 또는 유사 블레이즈드 형상으로 되어 있는 것이다(도 18에서는 4 레벨의 유사 블레이즈드 형상이지만, 그것에 한정되지 않음). 파장 선택성 회절소자(1J)는 격자의 요철부인 회절격자(12J: 요철부재로 이루어짐)를 표면에 형성하고 있는 투명기판(11J)과 그 사이에 충전된 충전부재(13J)를 구비한 회절소자로서, 투명기판(14J)에 의해 충전부재(13J)가 보호되고 있다. 파장 λ1의 광에 대해서는 회절격자(12J)와 충전부재(13J)의 굴절률이 동등하고, 파장 λ2의 광에 대해서는 회절격자(12J)와 충전부재(13J)의 굴절률이 다르다.
그래서, 파장 λ1의 광이 회절격자(12J)를 통과할 때에는, 굴절률이 동등하기 때문에 회절격자의 기능은 발생하지 않고 직진 투과된다. 한편, 파장 λ2의 광이 투과될 때에는, 굴절률이 다르기 때문에 회절격자로서 기능하고, 요철 형상이 블레이즈드 형상 또는 유사 블레이즈드 형상이기 때문에, 격자의 높이 d를 조절함으로써 파장 λ2의 광 대부분을 특정한 회절 차수로 회절시킬 수 있다.
[광헤드장치의 제 4 실시 태양]
도 19는 본 발명의 광헤드장치의 제 4 태양을 나타내고, 본 발명의 파장 선택성 회절소자(1J)가 빔 스플리터(4)와 광 검출기(8) 사이에 파장 선택성 편향소자로서 배치된 구성으로 되어 있다. 2 파장용 반도체 레이저(3)의 하나의 발광점에서 출사된 파장 λ1의 출사광(도 19(a))과 그와는 다른 발광점에서 출사된 파장 λ2의 출사광(도 19(b))은 빔 스플리터(4)를 투과한 후에, 콜리메이트 렌즈(5)에 의해 평행 광으로 되고, 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7)의 정보 기록면에 집광된다.
광 디스크(7)에서 반사된 반사광은 다시 대물 렌즈(6), 콜리메이트 렌즈(5)를 투과한 후, 빔 스플리터(4)에 입사되어 이 빔 스플리터(4)에 의해 반사된 광은 진행로의 광축과는 90°의 각도를 이루는 광축을 따라 진행되어 파장 선택성 편향소자인 파장 선택성 회절소자(1J)에 입사된다. 파장 선택성 편향소자에 입사된 파장 λ1의 광은 파장 선택성 편향소자에 의해 편향되지 않고 투과한 후, 광 검출기(8)의 수광면에 집광된다(도 19(a)).
한편, 파장 선택성 편향소자에 입사된 파장 λ2의 광은 파장 선택성 편향소자인 파장 선택성 회절소자(1J)에 의해 편향된 후, 파장 λ1의 광 검출기(8)와 동일한 광 검출기의 수광면에 집광된다(도 19(b)). 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ1의 광을 높은 투과율로 투과하는 동시에, 파장 λ2의 광을 회절, 즉 편향시킬 수 있어, 종래예의 파장 선택성 편향소자를 사용하는경우보다 안정적으로 정보를 기록ㆍ재생할 수 있다.
다음에서 실시예를 나타낸다.
[예 1]
유기물 안료(적색 안료)를 함유한 적색 레지스트 CFRP-RH1019(토쿄 오우카 공업사 제조)를 요철부재로서 사용하였다. 이 적색 레지스트를 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 두께 6.0㎛로 코팅하고, 100℃에서 5분간 유지하였다. 다음으로, 포토마스크를 유기 기판의 적색 레지스트측에 배치하여 자외선 노광하였다. 그 이후 알칼리 현상하고, 220℃에서 60분간 유지하였다.
이와 같이 하여 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 60㎛, 격자 높이 6.0㎛로 형성하였다. 요철부재는 파장 590㎚에 흡수단을 가지고, 파장 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.21였다. 또, 굴절률은 파장 650㎚에서 1.654, 파장 790㎚에서 1.626이고, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.028이었다.
다음으로, 중합 후의 굴절률이 파장 650㎚에서 1.656, 파장 790㎚에서 1.646이고, 굴절률의 차이가 0.010인 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 포토폴리머를 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 모노머에 자외선을 조사하고 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 74%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 92%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장의 광에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 2]
예 1에서 사용한 바와 동일한 적색 레지스트를 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 예 1과 동일한 온도, 시간 등의 조건에서 두께가 6.0㎛인 적색 레지스트막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다.
다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 6.0㎛로 제조하였다. 다음으로, 예 1에서 사용한 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 회절격자와 포토폴리머를, 다른 유리 기판으로 적층시켜 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 자외선을 유리 기판 전체면에 조사하고 모노머를 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 파장 선택성 회절소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 74%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 모두 10%였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨결과, 0차 회절광의 투과율이 92%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장의 광에 대하여 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 3]
유기물 안료(적색 안료)를 함유한 적색 레지스트 A-0011(다이닛폰 잉크 화학공업사 제조)을 사용하였다. 이 적색 레지스트를 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하였다. 그 이후, 예 1과 동일하게 100℃에서 5분간 유지하며 유기 기판 전체면에 자외선을 조사하고 220℃에서 60분간 유지하여 두께 7.0㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 예 2와 동일하게 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 도포된 포토레지스트를 자외선 노광한 후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 7.0㎛로 제조하였다.
요철부재는 파장 580㎚에 흡수단을 가지고, 파장 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.19였다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.631, 파장 790㎚에서 1.607이며, 상기 두 파장의 광에서의 굴절률의 차이는 0.024였다.
다음으로, 중합 후의 굴절률이 파장 650㎚에서 1.632, 파장 790㎚에서 1.624이고, 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.008인 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 회절격자와 포토폴리머를, 다른 유리 기판으로 적층시켜 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 자외선을 유리 기판 전체면에 조사하고 모노머를 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 74%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 92%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장의 광에 대하여 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 4]
적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 177을 14.8%(질량 기준으로 함, 이하 동일함) 함유한 안료 함유액인 미쿠니 색소사 제조의 CF 레드 AGR-01을 73%, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(닛폰 화학사 제조의 KAYARAD-DPHA)를 22%, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르-2-아세테이트를 5% 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 또한, 광중합 개시재로서 이루가큐어 907(치바 스페셜리티 케미컬즈사 제조)을 상기 혼합물에 대하여 0.7%가 되도록 혼합하여 조성물을 제조하였다.
이 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 5.5㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 막두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다. 다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 5.5㎛로 제조하였다.
요철부재의 흡수단의 파장은 600㎚이고, 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.10이었다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.636, 파장 790㎚에서 1.601이며, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.035였다.
다음으로, 중합 후의 굴절률이 파장 650㎚에서 1.638, 파장 790㎚에서 1.624이고, 두 파장에서의 굴절률의 차이가 0.014인 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 포토폴리머를 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 모노머에 자외선을 조사하고 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 74%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 92%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 5]
예 1에서 사용한 바와 동일한 적색 레지스트를 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 예 1과 동일한 온도, 시간 등의 조건에서 두께 6.0㎛의 적색 레지스트막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 예 2와 동일하게 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고 건식 에칭을 행하여, 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 4.0㎛로 제조하였다.
다음으로, 중합 후의 굴절률이 파장 650㎚에서 1.632, 파장 790㎚에서 1.624이고, 두 파장에서의 굴절률의 차이가 0.008인, 예 3에서 사용한 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 회절격자와 포토폴리머를, 다른 유리 기판에서 적층시켜 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 자외선을 유리 기판 전체면에 조사하고 모노머를 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 72%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 95%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장의 광에 대하여 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타내고, 또한 예 2의 소자와는 다른 파장 선택성을 나타냈다.
[예 6]
예 1에서 사용한 바와 동일한 적색 레지스트를 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 예 1과 동일한 온도, 시간 등의 조건에서 두께 6.0㎛의 적색 레지스트막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 예 2와 동일하게 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고 건식 에칭을 행하여, 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 4.0㎛로 제조하였다.
다음으로, 중합 후의 굴절률이 파장 650㎚에서 1.632, 파장 790㎚에서 1.624이고, 두 파장에서의 굴절률의 차이가 0.008인 포토폴리머를 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 예 2에서 제조된 소자를 적층시켜 자외선을 유리 기판 전체면에 조사하고 모노머를 중합시켜 파장 선택성 회절소자를 제조하였다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 70%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 72%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 10%였다. 또한, 어느 파장의 광에서도 2차 이상의 고차 회절광의 회절 효율은 0.5% 이하였다.
[예 7]
본 예의 2 파장용 광헤드장치는 예 1에서 제조된 파장 선택성 회절소자가 도 8에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1A)와 같이 2 파장용 반도체 레이저(3)와 빔 스플리터(4) 사이에 배치된 구성으로 되어 있다. 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ1의 광을 회절시키지 않고, 또한 파장 λ2의 광에 대하여 트래킹 에러 검출용 3 빔을 발생시킬 수 있어, 적은 부품 점수로 S/N이 양호하며 안정적인 정보를 기록ㆍ재생할 수 있었다.
[예 8]
본 예의 2 파장용 광헤드장치는 예 6에서 제조된 파장 선택성 회절소자가 도 10에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1C)와 같이 2 파장용 반도체 레이저(3)와 콜리메이트 렌즈(5) 사이에 배치된 구성으로 되어 있다. 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ1의 광 및 파장 λ2의 광에 대하여 독립적으로 홀로그램 빔 스플리터를 설계할 수 있고, 파장 λ1및 파장 λ2의 어느 광도 동일한 광 검출기(8)의 수광면에 효율적으로 집광되어 적은 부품 점수로 S/N이 양호하며 안정적인 정보를 기록ㆍ재생할 수 있었다.
[예 9(비교예)]
유기물 안료(황색 안료)를 함유한 황색 레지스트 CY-S673A(후지 필름 오린사 제조)를 요철부재로 사용하였다. 이 유기물 안료를 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅한 후, 100℃에서 5분간 유지하였다. 다음으로, 유리 기판 전체면에 자외선을 조사한 후, 220℃에서 60분간 유지하여 두께 6.0㎛의 막을 형성하였다. 이 막은 파장 480㎚에 흡수단을 가지고, 굴절률은 파장 650㎚에서 1.590, 파장 790㎚에서 1.576이며, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.014였다.
반면에, 파장 590㎚에 흡수단을 갖는 적색 안료를 함유한 적색 레지스트CFRP-RH1019(토쿄 오우카 공업사 제조)를 사용하여 동일하게 형성된 막의 경우, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.028이고, 황색 레지스트 값의 2배였다.
상기 황색 레지스트를 사용하여 예 1과 동일한 파장 선택성 회절소자를 제조하고, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 90%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 3%였다. 회절 효율은 적색 레지스트 CFRP-RH1019 경우의 1/3 값이었다.
[예 10(비교예)]
적색 레지스트 CFRP-RP103(토쿄 오우카 공업사 제조)을 요철부재로서 사용하며 이 레지스트를 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 90℃에서 2분간 유지하였다. 다음으로, 전체면에 자외선을 조사한 후, 190℃에서 30분간 유지하여 두께 6.0㎛의 막을 제조하였다. 이 요철부재에서 흡수단의 파장은 580㎚이고, 파장 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.05였다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.548, 파장 790㎚에서 1.534로, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.014였다.
반면에, 파장 590㎚에 흡수단을 갖는 적색 안료를 함유한 적색 레지스트 CFRP-RH1019(토쿄 오우카 공업사 제조)를 사용하여 동일하게 형성한 막의 경우, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.028로, 적색 레지스트 CFRP-RP103의 2배였다.
상기 적색 레지스트 CFRP-RP103을 사용하여 예 1과 동일한 파장 선택성 회절소자를 제조하고, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 90%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 3%였다.회절 효율은 적색 레지스트 CFRP-RH1019 경우의 1/3 값이었다.
[예 11(비교예)]
적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 209를 14.7% 함유한 안료 함유액인 미쿠니 색소사 제조의 CF 레드 AGR-02를 73%, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(닛폰 화약사 제조의 KAYARAD-DPHA)를 22%, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르-2-아세테이트를 5% 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 또한, 광중합 개시재로서 이루가큐어 907(치바 스페셜리티 케미컬즈사 제조)을 상기 혼합물에 대하여 0.7%가 되도록 혼합하여 조성물을 제조하였다.
이 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 6.0㎛의 막을 제조하였다. 이 요철부재에서 흡수단의 파장은 570㎚이고, 파장 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.05였다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.605, 파장 790㎚에서 1.590으로, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.015였다.
반면에, 파장 590㎚에 흡수단을 갖는 적색 안료를 함유한 적색 레지스트 CFRP-RH1019(토쿄 오우카 공업사 제조)를 사용하여 동일하게 형성한 막의 경우, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.028로, 본 예의 조성물 값의 약 2배였다.
본 예의 조성물을 사용하여 예 1과 동일한 파장 선택성 회절소자를 제조하고, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 90%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 3%였다. 회절 효율은 적색 레지스트 CFRP-RH1019 경우의 1/3 값이었다.
[예 12]
적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 254를 14.7% 함유한 안료 함유액인 미쿠니 색소사 제조의 CF 레드 EX-2739를 85%, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(닛폰 화학사 제조의 KAYARAD-DPHA)를 12%, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르-2-아세테이트를 3% 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 또한, 광중합 개시재로서 이루가큐어 907(치바 스페셜리티 케미컬즈사 제조)을 상기 혼합물에 대하여 0.2%가 되도록 혼합하여 조성물을 제조하였다.
이 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 4.9㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 막두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다. 다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 1에 나타낸 바와 같은 회절격자(12A)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 4.9㎛로 제조하였다.
요철부재의 흡수단의 파장은 590㎚이고, 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.28이었다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.703, 파장 790㎚에서 1.656으로, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.047이었다.
다음으로, 화학식 2로 표시되는 화합물, 비스(β-에피티오프로필)술피드에 테트라부틸암모늄브로미드를 0.1% 첨가하여 5분간 교반시킨 후, 모노머 상태에서 충전부재로서 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 충전부재를 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 100℃에서 4시간 동안 가열하여 충전부재를 경화시켰다. 경화 후의 충전부재의 굴절률은 파장 650㎚에서 1.704이고, 790㎚에서 1.697이었다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 73%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 9%였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 95%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 두 파장에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 13]
적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 254를 14.7% 함유한 안료 함유액인 미쿠니 색소사 제조의 CF 레드 EX-2739를 91%, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(닛폰 화학사 제조의 KAYARAD-DPHA)를 7%, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르-2-아세테이트를 2% 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 또한, 광중합 개시재로서 이루가큐어 907(치바 스페셜리티 케미컬즈사 제조)을 상기 혼합물에 대하여 0.2%가 되도록 혼합하여 조성물을 제조하였다.
이 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 2.7㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 막두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다. 다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 2에 나타낸 바와 같은 회절격자(12B)를 격자 피치 4㎛, 격자 높이 2.7㎛로 제조하였다.
요철부재의 흡수단의 파장은 590㎚이고, 550㎚에서의 흡수계수(k)는 0.29였다. 굴절률은 파장 650㎚에서 1.756, 파장 790㎚에서 1.695이며, 상기 두 파장에서의 굴절률의 차이는 0.061이었다.
다음으로, 실시예 12에서 사용한 충전부재를 사용하여 동일하게 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 충전부재를 사이에 끼워 넣었다. 그 이후, 100℃에서 4시간 동안 가열하여 충전부재를 경화시켰다. 경화 후의 충전부재의 굴절률은 파장 650㎚에서 1.704이고, 790㎚에서 1.697이었다.
이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 97%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 0.5% 이하였다. 또, 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 70%이고, +1차 회절광, -1차 회절광 및 고차 회절광의 회절 효율은 모두 10%로, 본 소자는 상기 두 파장의 광에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 14]
예 12에서 사용한 바와 동일한 적색 유기물 안료를 함유한 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 10.0㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 막두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다. 다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 이와 같이 해서 도 16에 나타낸 바와 같은 파장 선택성 회절소자(12H)를 격자 피치 10㎛, 격자 높이 10.0㎛로 제조하였다. 이 회절소자는 주변부에만 회절격자가 존재하는 것(도 12(b)) 참조)이다.
다음으로, 예 12에서 사용한 충전부재를 사용하여 동일하게 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 충전부재를 사이에 두었다. 그 이후, 100℃에서 4시간 동안 가열하여 충전부재를 경화시켰다. 이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 95%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 0.5%이하였다. 또, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 10%로, 본 소자는 상기 2 파장의 광에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 15]
예 12에서 사용한 바와 동일한 적색 유기물 안료를 함유한 조성물을 요철부재로서 스핀코팅법으로 유리 기판 상에 균일하게 코팅하고, 100℃에서 3분간 유지하였다. 다음으로, 조성물 전체면에 자외선을 조사한 후, 200℃에서 60분간 유지하여 두께 15.0㎛의 막을 제조하였다. 이와 같이 해서 제조된 막 위에 막두께 60㎚의 SiO2막을 스퍼터링법으로 형성하고, SiO2막 위에 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하였다. 다음으로, 포토마스크를 유리 기판의 SiO2막측에 배치하여 자외선 노광하고, 그 이후 건식 에칭을 행하였다. 그 이후, SiO2막 형성에서 건식 에칭까지의 공정을 반복함으로써, 도 18에 나타낸 바와 같은 파장 선택성 회절소자(12J)를 격자 피치 30㎛, 각 단의 높이가 5.0㎛, 합계 높이 15.0㎛로 제조하였다.
다음으로, 예 12에서 사용한 충전부재를 사용하여 동일하게 격자의 요철부에 충전시키고, 추가로 다른 유리 기판을 적층시켜 회절격자와 충전부재를 사이에 두었다. 그 이후, 100℃에서 4시간 동안 가열하여 충전부재를 경화시켰다. 이와 같이 해서 제조된 소자에 파장 650㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, 0차 회절광의 투과율이 90%이고, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 회절 효율이 각각 0.5%이하였다. 또, 파장 790㎚의 반도체 레이저광을 입사시킨 결과, +1차 회절광의 투과율이 75%이고, 0차 회절광, -1 회절광의 회절 효율은 모두 0.5% 이하로, 본 소자는 상기 2 파장에서 파장 선택성이 있는 회절 기능을 나타냈다.
[예 16]
본 예의 2 파장용 광헤드장치는 예 14에서 제조된 파장 선택성 회절소자가 도 17에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1H)와 같이 콜리메이트 렌즈(5)와 대물 렌즈(6) 사이에 배치된 구성으로 되어 있다. 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ1의 광의 개구 수를 변화시키지 않고 파장 λ2의 광의 개구 수를 작게 할 수 있고, 또한 회절소자의 격자 피치를 작게 해도 파장 λ1의 광 투과율이 저하되지 않기 때문에, 격자 피치를 작게 하여 파장 λ2의 광의 회절각도를 크게 할 수 있고, 산란광이 적고 S/N이 양호하며 안정적인 정보를 기록ㆍ재생할 수 있었다.
[예 17]
본 예의 2 파장용 광헤드장치는 예 15에서 제조된 파장 선택성 회절소자가 도 19에 나타낸 파장 선택성 회절소자(1J)와 같이 빔 스플리터(4)와 광 검출기(8) 사이에 배치된 구성으로 되어 있다. 본 발명의 파장 선택성 회절소자가 사용되고 있기 때문에, 파장 λ1의 광을 높은 투과율로 투과시키는 동시에 파장 λ2의 광을 높은 회전 효율로 회절시킬 수 있고, 파장 λ1및 파장 λ2의 어느 광도 동일한 광 검출기(8)의 수광면에 효율적으로 집광되어, 적은 부품 점수로 S/N이 양호하며 안정적인 정보를 기록ㆍ재생할 수 있었다.
이상으로 설명한 바와 같이 본 발명의 파장 선택성 회절소자를 사용하면, 특정한 파장에 대하여 3 빔을 발생시키는 회절격자나 홀로그램 빔 스플리터로서 기능하는 광학소자가 실현된다. 이와 같은 파장 선택성 회절소자를 광헤드장치에 탑재함으로써, CD계와 DVD계 광에 대하여 독립적으로 회절 효율이나 회절 각도를 설정할 수 있기 때문에, 각각의 광학계에서 최적으로 광 디스크의 정보를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 파장 선택성 회절소자를 사용한 광헤드장치에서는, 2 파장용 반도체 레이저의 탑재에 의한 반도체 레이저 수의 삭감에 추가하여, 장치의 부품 점수의 삭감 및 소형화를 실현할 수 있는 동시에, CD계 광 디스크와 DVD계 광 디스크의 정보 기록 및 재생에 있어서 광 이용 효율이 높은 안정된 기록 및 재생 성능을 실현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 파장 λ1및 파장 λ2(λ1＜λ2)의 두 광을 입사시켜 사용하는 파장 선택성 회절소자에 있어서, 파장 선택성 회절소자는 투명기판, 이 투명기판 표면에 형성된 주기적 요철 형상의 요철부재로 이루어진 격자 및, 격자의 적어도 오목부에 충전된 충전부재를 구비하고, 요철부재 또는 충전부재 중 어느 하나가 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있고, 또 요철부재와 충전부재는 파장 λ1또는 파장 λ2중 어느 한쪽 파장의 광에 대해서는 동일한 굴절률을 가지며 다른쪽 파장의 광에 대해서는 다른 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요철부재의 상기 투명기판과는 반대측에 상기 투명기판과는 다른 투명기판을 구비한 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 요철부재가 파장 λ1보다 짧은 파장영역에 광의 흡수단을 갖는 유기물 안료를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기적 요철 형상의 격자는 투명기판 표면의 주변부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기적 요철 형상의 격자가 블레이즈드 형상 또는 유사 블레이즈드 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  6. 파장 λ1의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ2의 광을 회절시키는 제 1 항에 기재된 파장 선택성 회절소자 및 파장 λ2의 광은 회절되지 않고 투과되어 파장 λ1의 광을 회절시키는 제 1 항에 기재된 파장 선택성 회절소자를 구비하고, 이들 파장 선택성 회절소자가 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  7. 제 6 항에 기재된 적층되어 있는 파장 선택성 회절소자의 외측에 추가로 위상판이 중첩 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  8. 제 6 항에 기재된 적층되어 있는 파장 선택성 회절소자로서, 두 파장 선택성 회절소자 사이에 위상판이 배치 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기물 안료는 적색 유기물 안료인 것을 특징으로 하는 파장 선택성 회절소자.
  10. 파장 λ1및 파장 λ2의 두 광을 출사하는 광원, 두 광을 광 기록매체에 집광시키는 대물 렌즈 및, 두 광의 광 기록매체에서 반사된 반사광을 검출하는 광 검출기를 구비한 광헤드장치에 있어서, 상기 광헤드장치의 광원과 대물 렌즈 사이의 광로 중에 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 파장 선택성 회절소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
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