KR20040110434A - 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 디스크를 재생 및 기록하는 광 픽업 장치에 있어서, 특히 레이저 빔을 3개로 나누어 줄 수 있도록 블레이즈 회절격자를 제공함으로써, 기존의 투과형 회절격자를 제고할 수 있도록 한 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치는, 광 디스크에 대응하는 레이저 빔을 발생하는 광원과; 상기 레이저 빔을 광 디스크 상의 한 점에 집광하는 대물렌즈와; 상기 광원과 대물렌즈 사이의 광 경로 상에서 빔의 입사 방향에 대해 경사각도를 갖는 반사면과, 상기 반사면이 평면상에 등간격으로 형성된 반사미러로 이루어진 블레이즈 회절격자를 포함하며, 상기 블레이즈 회절격자는 입사 빔에 대해서 반사면 법선방향과 반사미러의 법선 방향이 이루는 각에 따라 반사하여 3개의 빔을 생성시켜 대물렌즈 방향으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

Description

블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치{Apparatus for optical pick-up with blazed reflection grating}
본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 블레이즈 회절격자(Blazed reflection grating)를 이용하여 레이저 다이오드로부터 입사되는 빔을 반사하여여러 개의 빔이 생성될 수 있도록 한 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광 디스크는 광학적인 특성을 이용하여 정보를 기록, 재생하는 제품으로 일반적으로 작은 원판형상의 모양을 가진다. 광 디스크를 사용하기 위해서는 광디스크 드라이버가 필요하고 광디스크 드라이버 내부에 장착되어 있는 광 픽업에 의해 광디스크의 정보를 재생하거나 기록하게 된다. 이러한 광 픽업은 크게 레이저를 발생시키는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)와 광디스크 상에서 반사되어진 빔을 판독하는 광 검출기인 포토 다이오드(PD: Photo Detector), 그리고 이 둘 사이의 빔을 분리시키는 하프미러인 빔 스플리터(BS: Beam Splitter)가 핵심 부품이 된다.
도 1은 종래 광 픽업 장치의 광학계를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 광빔을 발생하는 레이저 다이오드(LD)(110)와, 레이저 다이오드(110)로부터 빔이 입사되면 선 편광을 원 편광으로 변환하는 투과형 회절격자(120)와, 투과형 회절격자(120) 또는 광 디스크로부터 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사 빔을 투과 또는 반사시키는 하프미러(half mirror)(130)를 포함하는 구성이다.
상기와 같은 종래의 광 픽업 장치의 광 학계에서의 동작에 대하여 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 광원으로서 레이저 다이오드(LD)(110)에서 출사된 광 빔은 투과형 회절격자(102)에 입사되어 선 편광이 원 편광으로 변환되어 하프미러(103)에 입사된다.
이때, 투과형 회절격자는, 상기 입사되는 레이저 빔을 3개의 빔으로 나누어 투과시켜 주며, 3개의 빔은 대물렌즈(미도시)에 의해서 광 디스크(미도시) 상의 한 점으로 초점 맺어지며, 광 디스크로부터 역경로로 다시 반사되는 빔은 최종단에 위치한 포토 다이오드(미도시)에 의해 검출되어 법선 방향의 빔을 이용하여 리드/라이트를 위한 포커싱 서버, 좌/우측 빔을 이용하여 트랙킹 서버로 동작하게 된다.
이러한 투과형 회절격자로부터 빔이 직진할 때의 방향이 0차 빔이 되고, 그 사이드 빔이 ±1차 빔이 된다. 그리고, 반사형의 경우는 빔이 반사했을 때의 각도 방향이 0차 빔이 된다.
일반적으로 회절격자는 등간격으로 된 많은 수의 슬릿으로 되어 있고, 반사형과 투과형 두 가지 형태가 있다. 반사형 회절격자는 잘 연마된 금속 표면에 선이 그어져 있고, 입사 광선은 선이 없는 부분에서 반사되어 회절 및 간섭을 일으키게 된다. 투과형 회절격자는 유리와 같은 것에 선이 그어져 있으며, 선이 없는 부분이 슬릿으로 작용한다.
도 2는 회절격자(diffraction grating)에서의 회절 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 각각의 슬릿(slit)을 통과한 빛은 호이겐스의 원리에 따라 각각의 슬릿에서부터 원형파를 형성합니다. 그 원형파들이 위상이 맞아 즉, 보강간섭을 일으켜 상기 도 2의 (a)(b)(c)와 같이 여러 방향으로 빔이 분산된다. 여기서, 도 2의 (a)는 0차 빔(m=0)이 발생된 경우이고, (b)는 1차 빔이 발생된 경우이며, (c)는 2차 빔(m=2)이 발생된 경우이다.
도 3의 (a)(b)는 종래 투과형 회절격자를 나타낸 도면으로서, (a)는 투과형 회절 격자의 개념도이며, (b)는 도 2a에서의 슬릿 간격에 따른 회절 현상을 나타낸 그래프이다.
도 3의 (a)(b)를 참조하면, 유리 기판(241) 상에 일정 간격으로 홈이 형성되고 그 부분이 슬릿으로 작용한다. 유리 기판으로 통과하는 입사 빔은 슬릿으로부터 0차, 1차, -1차 빔으로 발생된다. 이 경우의 0차의 빔은 빔이 진행하던 방향으로 나타내고, ±1차의 빔은 0차의 빔 양쪽에 생기는 부빔을 나타낸다.
이때, 회절현상을 나타내는 식은 다음과 같다.
여기서, a는 슬릿 간격이고, m은 1,0,-1..등의 정수이며 빛의 파장을 나타낸다. θ는 회절각이다.
도 3과 같은 투과형 회절격자의 경우를 반사형 회절격자로써 나타낼 수 있다. 도 4는 반사형 회절격자를 나타낸 도면으로서, (a)는 반사형 회절 격자의 개념도이고, (b)는 도 4a에서의 입사 및 반사 빔을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 입사각과 반사각이 같다는 스넬의 법칙에 따라 반사각도 방향으로 0차 빔이 생성되며, 0차 빔의 양쪽으로 ±1차의 빔이 대칭적으로 생성된다.
이때, 반사형 회절격자의 회절 현상을 나타내는 공식을 도 3의 (b)를 이용하여 나타내면 다음과 같다.
여기서, a는 슬릿 간격이며, θ는 회절각이다.
이러한 투과형 회절격자 또는 반사형 회절격자의 경우 생성된 빔 중에서 0차의 빔이 가장 큰 에너지를 갖고 있다.
그러나, 종래에는 입사 빔을 3개의 빔으로 생성시켜 주기 위해서, 대물렌즈에 전달하는 경로 상에 투과형 회절격자와 하프미러를 각각 구성함으로써, 두 개의 부품을 사용하여야 하기 때문에 소형화가 어렵고 가격 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 블레이즈 회절격자를 사용하여 3개의 빔을 생성함으로써, 기존의 투과형 회절격자와 반사형 미러를 모두 구비하지 않을 수 있도록 한 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 반사미러 상에 형성된 반사면의 경사각도 만큼 빔이 기울어져 입사되고 반사시켜 주고 회절에 의해 생성되는 3개의 빔이 대물렌즈 방향으로 전달될 수 있도록 한 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 광 픽업 장치의 광학계 구성도.
도 2는 회절격자에서의 회절현상을 나타낸 도면.
도 3은 투과형 회절격자를 나타낸 도면.
도 4는 반사형 회절격자를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 블레이즈 회절격자를 이용한 광 픽업장치를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 블레이즈 회절격자를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210...레이저 다이오드 220...블레이즈 회절격자
221...반사면 222...반사미러
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치는,
광 디스크에 대응하는 레이저 빔을 발생하는 광원과;
상기 레이저 빔을 광 디스크 상의 한 점에 집광하는 대물렌즈와;
상기 광원과 대물렌즈 사이의 광 경로 상에서 빔의 입사 방향에 대해 경사각도를 갖는 반사면과, 상기 반사면이 평면상에 등간격으로 형성된 반사미러로 이루어진 블레이즈 회절격자를 포함하며,
상기 블레이즈 회절격자는 입사 빔에 대해서 반사면 법선방향과 반사미러의 법선 방향이 이루는 각에 따라 반사하여 3개의 빔을 생성시켜 대물렌즈 방향으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 블레이즈 회절격자의 회절은인 것을 특징으로 하며, 상기 a는 반사면 간의 간격이며, 상기는 반사면의 경사각도이고, 상기 m은 빔의 회절차수인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 블레이즈 회절격자는 입사 빔을 대물렌즈 방향으로 90도 꺾어주도록, 입사 빔에 대한 반사면의 경사각도()와 반사미러의 각의 합이 45도인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치를 나타낸 구성도로서, (a)는 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치의 개념도이며, (b)는 블레이즈 회절격자 상세도이다.
도 5를 참조하면, 광원으로서 광 빔을 발생하는 레이저 다이오드(LD)(210)와, 상기 레이저 다이오드(210)로부터 입사되는 빔을 반사하여 3개의 빔으로 생성하는 블레이즈 회절격자(Blazed diffraction grating)(220)로 구성된다.
여기서, 블레이즈 회절격자(220)는 빔의 입사 방향에 대해 경사각()을 갖는 경사각도 만큼 입사 빔을 입사 및 반사시켜 주는 반사면(221)과, 상기 반사면(221)의 평면을 이루는 반사미러(222)를 포함하여, 입사 빔을 90도로 꺾어 반사하여 3개의 빔으로 생성시켜 대물렌즈로 전달한다.
상기와 같은 본 발명 실시 예에 따른 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5의 (a)를 참조하면, 레이저 다이오드(210)로부터 발생된 광 빔이 블레이즈 회절격자(220)에 입사되면, 블레이즈 회절격자(220)는 입사 빔이 반사되어 간섭과 회절을 일으켜 3개의 빔이 생성된다.
상기 블레이즈 회절격자(220)는 반사의 기준이 되는 법선의 반사면의 경사각도 만큼 빔을 입사 및 반사시켜 주므로, 반사 및 회절에 의해 생성되는 3개의 빔은 광 디스크 상에 초점 맺어짐으로써 리드/라이트 및 포커싱 서버, 그리고 트랙킹 서버로 쓰일 수 있게 된다.
도 5의 (b)를 참조하면, 블레이즈 회절격자(220)는 빔의 입사 방향에 대해 소정 경사각()을 갖는 반사면(221), 상기 반사면(221)이 평면상에 등간격으로 형성된 반사미러(222)로 구성된다. 여기서, 반사미러(222) 상에 형성된 반사면(221)은 실질적으로 반사형 회절격자로 기능하게 된다. 그리고 반사미러(222)와 그 평면에 형성되는 반사면(221)은 절삭이나 에칭 등의 방법에 의해서 일체형으로 제조가 가능하다.
이러한 블레이즈 회절격자(220)는 반사미러(222)의 평면에 수직한 법선 방향(P1)과 반사면(222)에서 수직한 법선 방향(P2)은 각의 차이가 있다. 이것을 빛냄각(blazed angle) 또는 회절격자 인자라고 한다.
그리고, 반사면(222)에 입사하는 빔의 입사각은 반사미러(222) 평면에 수직한 법선 방향(P1)과 입사 빔 사이의이고, 반사면(221)에 의해 반사하는 반사각은 반사미러(222)의 평면에 수직한 법선 방향(P1)과의 반사 빔의 사이의 이므로, 반사면(221)에 의해 반사하는 반사각은가 된다.
또한, 상기 반사면(221)에 의해 반사하는 반사각()과 회절격자(220)에 의한 회절각()이 일치하면(), 회절되는 빛의 효율은 커지게 된다.
이때, 실질적인 빔의 회절 공식은 다음과 같다.
투과형 회절격자는이므로, 블레이즈 회절격자의 회절은이 된다. 여기서, a는 반사면 간의 간격이며,는 반사면의 경사 각도이다. m은 빔의 회절차수이다. 이때, m=0일 때 0차의 빛이, m±1일 때 ±1차의 빛이 나와 3개의 빔이 생성된다.
즉, 2는 반사의 기준이 되는 법선(P1)이 각도 감마()만큼 기울어져 있고, 입사 빔이 감마() 만큼 기울어져 입사되면 반사되는 빔도 감마() 만큼 기울어져 나가므로 두 각의 차이는 2이 된다.
상세하게 도 6의 (a)(b)를 참조하면, 반사미러(222) 또는 블레이즈회절격자(220) 평면에 수직한 법선(P1)으로부터의 각도은 입사각이며,는 0차 빔의 각도이다. 그리고, 반사면(222)으로부터 수직한 법선(P2)으로부터의 각도는 양쪽이 대칭적으로 생긴다. 또한 반사미러(222)에 수직한 법선(P1)과 반사면(221)에 수직한 법선(P2) 사이의 각()은 반사면(222)의 경사 각도와 동일하다.
또한 반사미러의 평면에 수직한 법선(P1)으로부터 입사한 빔이 반사면(222)에 의해 반사될 때, 그 반사각은 도 6의 (b)와 같이 반사면의 경사각의 2배(2)와 동일하게 반사하게 된다. 즉, 반사면의 경사각도() 만큼 기울어져 입사되고 반사될 때 그 경사각도()만큼 기울어져 반사되게 된다.
그러므로, 블레이즈 회절격자(220) 또는 반사미러(222)에 수직한 법선(P1) 및 반사면(221)로부터 수직한 법선(P2)으로부터의 입사 및 반사되는 각도와, 반사면(221)의 간격(a)을 이용하여 실질적인 빔의 회절공식은로 구할 수 있다.
이에 따라, 블레이즈 회절격자(220)는 반사면의 경사각도 만큼 기울어져 빔의 입사와 반사가 진행되기 때문에, 회절격자의 법선 방향(P1)의 주 빔(0차 빔)과 주 빔의 양측 사이드의 부 빔(±1차 빔)으로 발생된다. 여기서, 반사면(221)의 경사 각도(또는 반사각도)에 의해 0차 빔의 에너지가 가장 크지 않을 수 있으므로, 0차가 아닌 빔의 에너지(1차,2차)를 가장 크게 할 수도 있다. 이는 기존의 투과형과 반사형에서 0차 빔의 에너지가 가장 큰 것과는 대별된다.
또한, 일반 반사형 회절격자의 경우는 빔의 경로를 90도 변경시켜 주기 위해45도 기울여야 하지만, 본 발명의 블레이즈 회절격자는 반사면의 경사각도 만을 조절하면 된다. 즉, 실제 반사면의 경사각도()를 조절할 경우, 블레이즈 회절격자(220) 자체는 30도로 기울이고, 반사면 경사각도를 15도 높이면, 입사 빔에 대해서는 45도가 되어지므로, 빔의 경로를 90도 꺾을 수가 있다. 이러한 경사 조절이 가능한 광학계를 두께(또는 높이) 제약이 있는 슬림형 광 픽업 장치에 효율적으로 적용할 수가 있다.
이와 같이, 반사미러와 반사형 회절격자(즉, 반사면)를 결합한 블레이즈 회절격자를 광 픽업 장치에 제공함으로써 기존의 투과형 회절격자를 제거하고, 픽업 장치의 소형화가 가능하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치에 의하면, 반사미러와 반사형 회절격자를 결합한 블레이즈 회절격자를 제공함으로써, 두 개의 부품을 하나로 결합하여 제품 가격의 하락 및 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 광 디스크에 대응하는 레이저 빔을 발생하는 광원과;
    상기 레이저 빔을 광 디스크 상의 한 점에 집광하는 대물렌즈와;
    상기 광원과 대물렌즈 사이의 광 경로 상에서 빔의 입사 방향에 대해 경사각도를 갖는 반사면과, 상기 반사면이 평면상에 등간격으로 형성된 반사미러로 이루어진 블레이즈 회절격자를 포함하며,
    상기 블레이즈 회절격자는 입사 빔에 대해서 반사면 법선방향과 반사미러의 법선 방향이 이루는 각에 따라 반사하여 3개의 빔을 생성시켜 대물렌즈 방향으로 전달하는 것을 특징으로 하는 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이즈 회절격자의 회절은인 것을 특징으로 하며,
    상기 a는 반사면 간의 간격이고,
    상기는 반사면의 경사각도이며,
    상기 m은 빔의 회절차수인 것을 특징으로 하는 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이즈 회절격자는 입사 빔을 대물렌즈 방향으로 90도 꺾어주도록,입사빔에 대한 반사면의 반사각도와 반사미러의 각의 합은 45도인 것을 특징으로 하는 블레이즈 회절격자를 갖는 광 픽업 장치.
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