KR20050084914A - 2파장 광원유닛 및 광헤드 장치 - Google Patents

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요시하루 오오이
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

안정된 신호검출이 가능한 2파장 광원유닛을 실현한다. 2파장 광원유닛은 2파장 광원과, 광검출기와, 2파장용 회절소자를 구비하고, 2파장용 회절소자는 2파장 광원인 2개의 반도체 레이저로부터 출사된 파장 (λ1 및 λ2 ; λ1≠λ2) 의 광 중 λ1 의 광을 투과하고, λ2 의 광을 회절하는 회절격자와, λ1 의 광을 회절하고, λ2 의 광을 투과하는 회절격자와, 격자를 형성하는 격자재와 충전재로 이루어지고, λ1 의 광에는 양 재료의 굴절률이 동일하게 투과하고, λ2 의 광에는 굴절률이 다르게 회절하는 회절격자와, 제 1 편광면을 갖는 λ1 의 광을 투과하고, 이것과 직교하는 편광면의 λ1 의 광을 회절하는 회절격자를 구비한다.

Description

2파장 광원유닛 및 광헤드 장치{DOUBLE-WAVELENGTH LIGHT SOURCE UNIT AND OPTICAL HEAD DEVICE}
기술분야
본 발명은 2파장 광원유닛 및 광헤드 장치에 관한 것으로, 특히 2종류 이상의 광디스크 등의 광기록 매체의 정보의 기록 또는 재생을 행하는 광헤드 장치 등에 사용되는 2파장 광원유닛 및 그것을 사용한 광헤드 장치에 관한 것이다.
배경기술
종래, CD-R 이나 CD-RW 등의 CD 계 광디스크가 광기록 매체로서 사용되어 왔는데, 최근 용량이 큰 DVD-RAM, DVD-R 등으로 대표되는 DVD 계 광디스크가 광기록 매체로서 사용되게 되었다.
따라서, 동일한 광헤드 장치를 사용하여 규격이 다른 광기록 매체인 CD 및 DVD 광디스크의 정보의 기록 또는 재생을 행하기 위한 CD/DVD 호환 광헤드 장치가 실용화되어 있다. 특히, 광기록 매체층에 650nm 파장대의 광에 대해 흡수가 큰 매질을 사용하는 CD-R 등의 기록 및 재생을 전제로 한 경우, DVD 용 650nm 파장대의 반도체 레이저에 더해 CD 용 790nm 파장대의 반도체 레이저를 겸비하는 것이 필요하게 된다.
도 5 에 790nm 파장대의 반도체 레이저 (35A) 와 광검출기 (35B) 및 회절소자 (35C) 가 일체화된 CD 용 광원유닛 (46) 과 650nm 파장대의 반도체 레이저 (34A) 와 광검출기 (34B) 및 회절소자 (34C) 가 일체화된 DVD 용 광원유닛 (45) 이 분리되어 배치된 종래의 CD/DVD 호환 광헤드 장치의 구성예를 나타낸다.
반도체 레이저 (34A 및 35A) 로부터의 출사광은 회절소자 (34C 및 35C) 를 투과하여 파장합성 프리즘 (33) 에 의해 동일 광축상에 합성된 후, 콜리메이터 렌즈 (32) 에 의해 평행광이 되고, 대물렌즈 (31) 에 의해 광디스크 (30) 의 정보기록면에 집광된다. 정보기록면에서 반사된 출사광은 신호광이 되고 다시 대물렌즈 (31) 에 의해 평행광이 되어 콜리메이터 렌즈 (30) 에 의해 집광되고, 회절소자 (34C 및 35C) 에 의해 반사된 신호광의 일부가 회절되어 검출기 (34B 및 35B) 의 면으로 집광되고, 전기신호로 변환된다.
도 5 에서 회절소자 (34C 및 35C) 에는 트래킹 빔 발생용 회절격자가 광원측에 가공되고, 검출기 (34B 및 35B) 의 수광면으로 집광하는 홀로그램 빔 스플리터가 광디스크측에 가공되어 있다.
또한, 790nm 파장대의 반도체 레이저와 650nm 파장대의 반도체 레이저를 1칩내에 형성한 모놀리식 2파장 반도체 레이저나, 2개의 파장대의 레이저 칩을 각각의 발광점이 100 ∼ 300㎛ 정도의 간격이 되도록 배치한 2파장 반도체 레이저를 사용함으로써, 각 레이저 칩이 다른 유닛에 배치된 종래의 광헤드 장치에 대해 부품점수를 저감시키고, 소형화 및 저비용화를 가능하게 하는 구성이 제안되어 있다.
790nm 파장대의 반도체 레이저와 650nm 파장대의 반도체 레이저를 1칩내에 형성한 모놀리식 2파장 반도체 레이저 또는 각 파장대의 레이저 칩을 각각의 발광점이 100 ∼ 300㎛ 정도의 간격이 되도록 배치한 2파장 반도체 레이저와, 수광소자를 일체화한 소자를 사용한다. 이 경우, 종래의 3빔법 또는 차동 푸쉬풀법에 사용되는 회절격자, 및 광검출기에 집광하는 홀로그램 빔 스플리터에서는 CD 용 790nm 파장대 및 DVD 용 650nm 파장대의 어느 입사광에 대해서도 회절광이 생성되고, 여분의 회절광이 미광 (迷光) 으로 되어 광검출기에 혼입된다. 이 때문에, 신호의 기록 및 재생을 안정적으로 행할 수 없는 문제가 생긴다.
또한, CD 용 3빔법에 사용되는 회절격자만 구비한 경우, DVD 용 광을 CD 용 회절격자가 회절시키므로, 광디스크로 도달하는 광량이 줄고, DVD 계 광디스크의 재생 또는 기록의 방해가 된다.
또한, 상기 3빔법에 사용되는 회절격자와, 레이저 출력변동을 억제하기 위해 복귀광 저감대책으로 마련되어 위상판이 개별로 배치된 경우, 개개의 부품의 파면수차값이 합산되므로, 전체의 파면수차값이 증가하는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기 기술한 실정을 감안하여, 2파장 레이저를 광원으로 하는 광헤드 장치에서, CD 계 광디스크 및 DVD 계 광디스크의 안정된 신호의 기록 또는 재생시에, 안정된 신호검출이 가능해지는 2파장 광원유닛 및 그것을 사용한 광헤드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명은 다른 2개의 파장의 광을 다른 발광점 위치로부터 출사하는 2파장 광원과, 광검출기와, 2개의 파장의 광이 투과하는 2파장용 회절소자를 구비하는 2파장 광원유닛에서, 2파장용 회절소자는 2파장 광원으로부터 출사된 2개의 파장의 광 중 일측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하고, 타측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 상기 일측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 상기 타측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자와, 상기 2개의 파장의 광 중 적어도 어느 일측의 파장의 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 회절격자를 구비하는 것을 특징으로 하는 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 상기 다른 2개의 파장의 광을 파장 (λ1) 의 광 및 파장 (λ2) 의 광으로 하고, 그 중 파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 파장 (λ1) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자와, 파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자와, 제 1 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 검출 가능한 양만큼 회절하고, 파장 (λ2) 의 직선편광은 제 1 편광면을 갖는 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자를 구비하는 상기 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 파장 (λ1) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자와, 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되어 있고, 파장 (λ1) 의 광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자와, 제 1 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 검출 가능한 양만큼 회절하고, 파장 (λ2) 의 직선편광은 제 1 편광면을 갖는 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자를 구비하는 상기 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 상기 2파장용 회절소자의 광출사측에 파장 (λ1) 에 대해 λ1/4 의 홀수배의 위상차를 부여하는 위상판이 배치되어 있는 상기 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 제 1 회절격자와 제 2 회절격자에 의해 2파장 선택회절격자가 구성되고, 2파장 선택회절격자 중 제 1 회절격자는 제 1 편광면에서 또한, 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면에서 또한, 파장 (λ2) 의 직선편광을 회절하여 트래킹 빔화하는 편광성 회절격자이고, 또한, 제 2 회절격자는 제 1 편광면에서 또한, 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하여 트래킹 빔화함과 함께 제 2 편광면에서 또한, 파장 (λ2) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 편광성 회절격자인 상기 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 제 1 회절격자와 제 2 회절격자에 의해 2파장 선택회절격자가 구성되고, 2파장 선택회절격자 중 제 1 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 이루어지고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 제 2 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 상기 2파장 광원유닛을 제공한다.
또한, 상기 2파장 광원유닛이 탑재되고, 적어도 대물렌즈와 조합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치를 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 2파장 광원유닛의 구성예를 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다.
도 2 는 본 발명에서의 2파장 선택회절격자의 일례를 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다.
도 3 은 본 발명에서의 2파장 선택회절격자의 다른 예를 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 2파장 광원유닛을 탑재한 광헤드 장치의 개략을 나타내는 측면도이다.
도 5 는 종래의 광헤드 장치의 개략을 나타내는 측면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 제 1 실시태양은 2파장 광원유닛이다. 이하, 제 1 실시태양의 예를 몇가지 설명한다.
본 발명의 2파장 광원유닛은 다른 2개의 파장의 광을 다른 발광점 위치로부터 출사하는 2파장 광원과, 광검출기와, 2개의 파장의 광이 투과하는 2파장용 회절소자를 구비하는 2파장 광원유닛이다.
2파장 광원이란, 다른 2개의 파장의 광을 출사하는 광원이며, 이것에는 2파장 반도체 레이저가 주로 사용되고, 또한, 2파장 반도체 레이저에는 모놀리식 타입, 2개의 파장대의 레이저 칩을 접합한 타입 등이 있고 어느 것이나 사용할 수 있다. 또한, 광검출기로는 포토다이오드, 포토트랜지스터 등의 수광소자를 사용할 수 있다.
2파장용 회절소자는 트래킹 빔을 발생하는 회절격자와 검출신호를 발생하는 회절격자의 2종류로 이루어진다. 즉, 2파장 광원으로부터 출사된 2개의 파장의 광 중 일측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하고, 타측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 상기 일측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 상기 타측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자를 구비하고, 또한, 2개의 파장의 광 중 적어도 일측의 파장의 광에 대해 검출 가능한 양만큼 회절하는 회절격자를 구비한다. 검출 가능한 양만큼 회절하는 회절격자는 1개라도, 2개라도 된다.
즉, 광원유닛내에 2파장용 회절소자로서 2개의 파장의 광에 대해 트래킹 빔을 발생하는 상기 제 1 회절격자 및 제 2 회절격자에 더해 추가로 검출신호를 발생하는 1개의 회절격자, 합계 3개의 회절격자를 구비하고 있어도 되고, 또는 상기 제 1 회절격자 및 제 2 회절격자에 더해 추가로 2개의 파장의 광의 각각에 대해 검출신호를 발생하는 2개의 회절격자, 합계 4개의 회절격자를 구비하고 있어도 된다.
광원유닛내에 합계 3개의 회절격자를 구비하는 경우, 추가되는 1개의 회절격자로는, 예컨대 요철형 회절격자 외에, 복굴절 재료를 사용한 편광 회절격자나 굴절률 파장분산이 다른 재료의 조합으로 이루어지는 파장선택 회절격자 등을 들 수 있다. 이 경우 또한, 광원유닛 외에 별도의 동일하게 편광회절격자나 파장선택 회절격자를 대물렌즈와 조합하여 사용해도 된다. 일측의 파장의 광에 대해 검출 가능한 양만큼 회절하는 회절격자를 분리한 구성으로 함으로써, 2파장 광원 중, 2개의 파장대의 레이저 칩을 접합한 타입으로 발광점 위치의 제조오차가 생기는 경우에도, 각각의 회절격자를 개별로 조정하여 충분한 검지신호를 얻는 것이 가능하다.
2파장용 회절소자가 4개의 회절격자로 이루어진다고 가정한다. 즉, 2파장 광원으로부터 출사된 2개의 파장의 광 중 일측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하고, 타측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 상기 일측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 상기 타측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자와, 상기 일측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하고, 상기 타측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자와, 상기 2개의 파장의 광 중 어느 일측의 파장의 광이, 제 1 편광면을 가질 때에는 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 이것과 직교하는 제 2 편광면을 가질 때에는 이 광을 검출 가능한 양만큼 회절하고, 타측의 파장의 광이 제 1 편광면을 가질 때에는 이 광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자이다.
또한, 제 4 회절격자에서, 타측의 파장의 광이 제 2 편광면을 가질 때에는 광을 회절하지 않고 투과해도 되고, 광을 검출 가능한 양만큼 회절해도 된다.
여기서, 일부의 편광면을 갖는 광이란, 편광면이 특정방향으로 일정하지 않은 광을 말하며, 랜덤 편광 등을 말한다. 또한, 제 1 편광면, 제 2 편광면을 갖는 광이라고 할 때에는 편광면이 특정방향으로 일정한 광을 말한다. 트래킹 빔화란, 광기록 매체 표면을 트래킹하는 빔을 생성하는 것을 의미하고, 이것에는 광을 3개로 분리하는 3빔화, 5개로 분리하는 5빔화 등이 있다.
또한, 4개의 회절격자는 제 1 회절격자, 제 2 회절격자, 제 3 회절격자, 제 4 회절격자의 순서로 배열하고, 제 4 회절격자를 광기록 매체측으로 하는 것이 제 3, 제 4 회절격자 피치를 작게 하는 경우에는 바람직한데, 제 1 과 제 2 를 교환해도 되고, 제 3 과 제 4 를 교환해도 된다. 또한, 제 1 과 제 3 을 교환하거나 해도 된다.
또한, 상기 다른 2개의 파장의 광을 파장 (λ1) 의 광 및 파장 (λ2) 의 광으로 한다. 본 발명의 2파장 광원유닛은 파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자와, 파장 (λ1) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자와, 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되어 있고, 파장 (λ1) 의 광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자와, 제 1 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께, 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 검출 가능한 양만큼 회절하고, 파장 (λ2) 의 직선편광은 제 1 편광면을 갖는 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자를 구비한다.
이 제 4 회절격자는 광기록 매체와 본 유닛의 사이에 λ1/4 의 홀수배의 위상차를 부여하는 위상판이 배치된 경우, 위상판에 의해 제 2 편광면으로 변환된 광기록 매체로부터 반사된 파장 (λ1) 의 복귀광의 직선편광을 광검출기로 회절시킬 수 있다.
이와 같이, 2파장 광원유닛을 구성함으로써 파장 (λ1) 의 광을 불필요한 회절을 시키지 않고 광기록 매체까지 도달시킬 수 있고, 기록시의 광의 이용효율을 높이는 효과를 갖는다. 또한, 파장 (λ1 및 λ2) 의 광을 불필요한 회절을 시키지 않고 광기록 매체까지 도달시키고, 광기록 매체로부터 반사된 광을 제 3 또는 제 4 회절격자에서만 광검출기로 회절시켜 불필요한 회절광이 광검출기에 입사되지 않으므로, 광헤드 장치에 본 유닛을 탑재한 경우에 안정된 정보의 재생 또는 기록이 가능하다는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 도시예와 함께 설명한다. 도 1 은 본 발명의 2파장 광원유닛의 구성예를 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다. 2파장 광원유닛 (100) 은 2파장 선택회절격자 (3) 와 제 3 회절격자와 제 4 회절격자가 도시되어 있지 않은 패키지에 일체화되어 있다.
여기서 수광발광소자 (40) 는, 예컨대 파장 λ1 = 650nm 파장대의 반도체 레이저 (1A) 와 예컨대 파장 λ2 = 790nm 파장대의 반도체 레이저 (1B) 와 광디스크 (8) 로부터 반사된 신호광을 수광하는 광검출기 (1C) 를 갖는다. 또한, 2파장 선택회절격자 (3) 는, 예컨대 투광성 기판 (2) 및 투광성 기판 (4) 상에 직선형의 격자를 형성하여 적어도 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생시키는 제 1 및 제 2 회절격자로 이루어져 있다.
제 3 회절격자는, 예컨대 투광성 기판 (4) 상에 광디스크 (8) 로부터 반사된 신호광 중 요철형의 격자 (5A) 를 형성하는 격자재와 요철형의 격자 (5A) 를 충전하는 충전재 (5B) 가 파장 (λ1) 의 광에 대해서는 동일한 굴절률을 갖도록 구성되어 있고, 이 때문에 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광에 대해서는 다른 굴절률을 갖도록 구성되어 있고, 따라서 광디스크 (8) 에서 반사된 파장 (λ2) 의 광을 광검출기의 수광면으로 회절하는 빔 스플리터로서 기능한다.
제 4 회절격자는, 예컨대 투광성 기판 (7) 상에 복굴절 매질로 이루어지는 격자재에 의해 형성되는 격자 (6A) 와, 격자 (6A) 를 충전하는 충전재 (6B) 로 이루어지고, 제 1 편광면에서 또한, 파장 (λ1) 의 직선편광을 발진하는 반도체 레이저 (1A) 와 파장 (λ1) 과 동일하게 제 1 편광면을 갖는 파장 (λ2) 을 발진하는 반도체 레이저 (1B) 로부터 출사된 광에 대해서는 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면의 직선편광으로 변경된 복귀광에 대해 광검출기의 수광면으로 회절하는 편광 빔 스플리터로서 기능한다.
이와 같이 2파장 광원유닛을 구성함으로써, 각각의 파장용 유닛을 사용하는 것보다 소형화가 실현되고, 본 유닛내에서의 부품의 위치조정을 생략할 수 있다.
도 1 에는 2파장 선택회절격자, 제 3 회절격자 및 제 4 회절격자가 일체화된 구성을 나타냈지만, 3개의 회절격자로서 독립적으로 형성된 후에 패키지에 고정해도 된다.
더욱 상세하게, 제 3 회절격자 및 제 4 회절격자에 대하여 설명한다.
제 3 회절격자는 투광성 기판 (4) 의 표면에 형성된 요철형의 격자 (5A) 의 격자재와, 적어도 격자 (5A) 의 오목부를 충전하고 있는 충전재 (5B) 의 어느 하나는 광의 흡수를 갖는 유기물 안료를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 격자재에 유기물 안료가 포함되어 있으면, 이상 분산효과에 의해 격자재의 파장 (λ1) 에서의 굴절률과 파장 (λ2) 에서의 굴절률에 큰 차이를 발생시킬 수 있다. 즉, 격자 (5A) 와 충전재 (5B) 의 재료를 적절히 선택하면, 격자 (5A) 와 충전재 (5B) 의 파장 (λ1) 에서의 굴절률을 동일하게 하고, 또한, 파장 (λ2) 에서의 굴절률의 차이를 크게 할 수 있다.
이 수법을 사용하여 격자 (5A) 와 충전재 (5B) 의 재료를 적절히 선택함으로써, 제 3 회절격자를 통과할 때에는 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 양 재료의 굴절률이 동일하므로 회절광은 발생하지 않고 투과하는 한편, 파장 (λ2) 의 입사광이 투과할 때에는 양 재료의 굴절률이 다르므로 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생한다.
여기서, 파장 (λ1) 의 광에 대해 굴절률이 동일하다는 것은 수치적으로 완전히 동일하지 않아도, 파장 (λ1) 의 광이 0.5% 이상 회절되지 않고 투과하는 정도라면 어긋나 있어도 된다. 또한, 파장 (λ2) 의 광에 대해 굴절률이 다르다는 것은 ±1차 회절광의 회절효율이 2% 이상인 경우를 말한다.
제 4 회절격자는 상광굴절률이 no 이고, 이상광굴절률이 ne 인 복굴절 매질로 이루어지는, 예컨대 단면이 요철형인 격자 (6A) 가 투광성 기판 (7) 의 표면에 형성되고, 단면이 요철형인 제 3 회절격자와 굴절률 (ns) 로 균질굴절률인 충전재 (6B) 가 적어도 격자 (6A) 의 오목부에 충전되어 있고, 적층되어 있다.
여기서, 예컨대 복굴절 매질의 상광굴절률 (no) 과 충전재의 굴절률 (ns) 이 대략 동일해지도록 하면, 제 4 회절격자는 상광편광의 입사광을 회절하지 않고 투과하고, 이상광편광의 입사광을 회절할 수 있다.
또한, 제 1 회절격자와 제 2 회절격자에 의해 2파장 선택회절격자가 구성되고, 2파장 선택회절격자 중 제 1 회절격자는 제 1 편광면에서 또한, 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과하고, 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면에서 또한, 파장 (λ2) 의 직선편광을 회절하는 편광성 회절격자이다. 또한, 2파장 선택회절격자 중 제 2 회절격자는 제 1 편광면에서 또한, 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하고, 제 2 편광면에서 또한, 파장 (λ2) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 편광성 회절격자이다. 이와 같은 2파장 선택회절격자를 구비한 2파장 광원유닛으로 하는 것이 바람직하다. 이하, 도시예와 함께 제 1 실시태양의 예를 설명한다.
도 2 는 본 발명의 2파장 광원유닛에서의 2파장 선택회절격자 (3) 의 일례의 단면도를 모식적으로 나타내고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다. 투광성 기판 (10) 에 접착제 (11) 로 위상판 (12) 으로서 위상차 발생기능을 갖는 예컨대 유기박막이 적층되어 있다. 상광굴절률 (no) 또한, 이상광굴절률 (ne) 의 복굴절 매질로 형성된 요철형의 격자 (13A) 를 포함하는 제 1 회절격자가 투광성 기판 (14) 의 표면에 형성되고, 상광굴절률 (no) 과 대략 동일한 굴절률 (ns) 을 갖는 충전재 (13B) 로 적어도 격자 (13A) 의 오목부에 충전되어 있고, 위상판 (12) 과 적층되어 있다.
투광성 기판 (14) 의 제 1 회절격자의 격자가 있는 면과는 반대측의 면에 상광굴절률 (no) 이며 이상광굴절률 (ne) 의 복굴절 매질로 형성된 요철형의 격자 (15A) 를 포함하는 제 2 회절격자가, 상광굴절률 (no) 과 대략 동일한 굴절률 (ns) 을 갖는 충전재 (15B) 로 적어도 격자 (15A) 의 오목부에 충전되어 있고, 또한, 위상판 (16) 으로서 위상차 발생기능을 갖는 유기박막에 적층되어 있다. 또한, 위상판 (16) 은 투광성 기판 (18) 에 접착제 (17) 에 의해 적층되어 있다.
또한, 위상판 (12) 및 위상판 (16) 은 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 정수배의 위상차를 발생시키고, 또한, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 반정수배의 위상차를 발생시키는 기능을 가지며, 각 위상판의 진상축이 예컨대 직교하도록 배치되어 있다. 진상축이 직교함으로써, 어느쪽 파장도 위상판 (12) 으로의 입사광의 편광면과 동일한 편광면에서 위상판 (16) 으로부터 출사되는 효과를 갖는다.
여기서, 격자 (13A) 와 격자 (15A) 를 구성하는 복굴절 매질의 이상광굴절률 축방향은 예컨대 직교하며 위상판 (12, 16) 의 진상축에 대해 예컨대 45 도의 각도를 이루도록 배치한다. 이와 같이, 이상광굴절률 축방향과 진상축의 각도를 배치함으로써, 각각의 파장의 편광면과 각각의 격자를 형성하는 굴절률 축방향이 일치하는 효과를 갖는다.
예컨대, 위상판 (12) 및 위상판 (16) 을 파장 (λ1) 의 광에 대해 5λ/2 의 위상차를 부여하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 대략 2λ의 위상차를 부여하는 것으로 한다. 여기서, 5λ/2 로 한 것은, 위상판의 두께가 가장 얇으므로 위상차의 입사각도 의존성이나 파장 의존성이 작다는 이유에 의한다. 반도체 레이저로 이루어지는 2파장 광원으로부터 출사되는 직선편광이고, 또한, 평행한 편광면을 갖는 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 광이 위상판 (12) 을 투과하면, 파장 (λ1) 의 광의 편광면이 90도 회전하여 출사되는 한편, 파장 (λ2) 의 광의 편광면은 불변인 채로 출사된다.
파장 (λ1) 의 광의 편광이 상광편광이 되도록 복굴절 매질의 이상광굴절률 축방향을 조정한 격자 (13A) 에 의해, 파장 (λ2) 의 광은 파장 (λ1) 의 광의 편광면에 수직이므로 이상광편광이 되고 회절하여 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생시키는 한편, 파장 (λ1) 의 입사광은 투과한다. 격자 (15A) 는 격자 (13A) 와 수직인 이상광굴절률 축방향을 갖는 복굴절 매질로 형성되어 있으므로, 파장 (λ2) 의 편광은 상광편광이 되어 투과하는 한편, 파장 (λ1) 의 광은 이상광편광이 되고 회절하여 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생시킨다. 위상판 (16) 의 진상축은 위상판 (12) 의 진상축과 직교하고 있으므로, 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 광은 2파장 선택회절격자 (42) 로의 입사광과 동일한 편광면을 갖는 직선편광으로서 출사된다.
또한, 2파장 선택회절격자는 제 1 회절격자와 제 2 회절격자가 적층되어 구성되고, 제 1 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 이루어지고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 또한, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절한다. 또한, 제 2 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절한다. 이와 같은 2파장 선택회절격자를 구비한 2파장 광원유닛으로 하는 것이 바람직하다. 이하, 도시예와 함께 제 1 실시태양의 예를 설명한다.
도 3 에 본 발명의 2파장 광원유닛에서의 2파장 선택회절격자의 다른 예의 단면도를 모식적으로 나타내고, (a) 는 파장 (λ1) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타내고, (b) 는 파장 (λ2) 의 광이 입사할 때의 모습을 나타낸다. 요철형의 격자 (20A) 를 포함하는 제 1 회절격자를 표면에 형성하고 있는 투광성 기판 (19) 과, 요철형의 격자 (21A) 를 포함하는 제 2 회절격자를 표면에 형성하고 있는 투광성 기판 (22) 을 구비하고, 충전재 (20B) 및 충전재 (21B) 가 적어도 격자 (20A 및 21A) 의 오목부에 충전되어 있고, 제 1 회절격자와 제 2 회절격자가 적층되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 유닛을 소형화하는 효과가 있다. 또한, 제 3 회절격자와 동일하게, 격자 (20A) 를 형성하는 재료 또는 충전재 (20B) 의 재료 중 어느 하나가, 또한, 격자 (21A) 를 형성하는 재료 또는 충전재 (21B) 의 재료 중 어느 하나가 광의 흡수를 갖는 유기물 안료를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
예컨대, 격자 (20A) 및 격자 (21A) 의 격자재가 유기물 안료를 포함하는 것으로 한다. 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자 (20A) 를 형성하는 격자재와 충전재 (20B) 의 굴절률을 대략 동일하게 하고 있으므로 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자 (20A) 를 형성하는 격자재와 충전재 (20B) 의 굴절률을 다르게 하고 있으므로, 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생시킨다. 또한, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자 (21A) 를 형성하는 격자재와 충전재 (21B) 의 굴절률을 다르게 하고 있으므로, 0차 회절광과 ±1차 회절광을 발생시키고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자 (21A) 를 형성하는 격자재와 충전재 (21B) 의 굴절률을 대략 동일하게 하고 있으므로, 회절하지 않고 투과한다.
또한, 2파장용 회절소자의 광출사측에 파장 (λ1) 에 대해 λ1/4 의 홀수배의 위상차를 부여하는 위상판이 일체화되어 있는 2파장 광원유닛으로 하는 것이 바람직하다.
도 1 에서 2파장용 회절소자의 광출사측에 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 λ/4 의 홀수배의 위상차를 부여하는 위상판이 일체화되어 있는 2파장 광원유닛으로 하는 것이 부품의 조정을 생략하고, 파면수차의 합을 저하시키는 이유에서 바람직하다. 홀수배란, 1배, 3배, 5배, 7배 등이지만, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 λ2 의 정수배의 위상차를 부여하는 5배의 위상판으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 정수배란, 1배, 2배, 3배 등을 말한다. 1배가 위상차의 입사각도 의존성이나 파장 의존성이 작다는 이유에서 바람직하다 (도시생략).
본 발명의 제 2 실시태양인 광헤드 장치에 대하여 설명한다.
상기 2파장 광원유닛이 탑재되고, 적어도 대물렌즈와 조합되어 사용되는 광헤드 장치로 하는 것이, 불필요한 회절광을 발생시키지 않으므로 안정된 기록 또는 재생을 행할 수 있고, 광의 이용효율이 높으므로 효율이 좋은 기록을 행할 수 있어 바람직하다.
도 4 에 본 발명의 2파장 광원유닛 (44) 을 광헤드 장치에 탑재한 일례의 측면도를 나타낸다. 2파장 광원유닛 (44) 은 2파장 광원인 2파장 반도체 레이저 (29AB) 와, 2파장 반도체 레이저 (29AB) 로부터 출사된 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 광 중 파장 (λ1) 의 광에 대해 λ/4 의 홀수배의 위상차를 부여하고, 또한, 파장 (λ2) 의 광에 대해 λ2 의 정수배의 위상차를 부여하는 위상판 (26) 과, CD 계 및 DVD 계의 트래킹 오차신호 검출용 3빔 생성용 회절격자로서의 제 1 및 제 2 회절격자로 이루어지는 2파장 선택회절격자 (28) 와, 광디스크 (23) 로부터 반사된 신호광을 광검출기 (29C) 로 집광하는 홀로그램 빔 스플리터로서 기능하는 제 3 회절격자와 제 4 회절격자로 이루어지는 2파장 선택회절 빔 스플리터 (27) 와, 광디스크로부터 반사된 신호광을 수광하는 광검출기 (29C) 가 일체화되어 있다. 여기서 2파장 반도체 레이저 (29AB) 는 λ1 = 650nm 파장대의 DVD 용 및 λ2 = 790nm 파장대의 CD 용의 광을 출사한다.
광헤드 장치는 2파장 레이저 광원유닛 (44), 콜리메이터 렌즈 (25), 대물렌즈 (24) 로 구성되어 있다. 2파장 반도체 레이저 (29AB) 로부터 출사한 파장 (λ1) 의 광은 2파장 선택회절격자 (28) 에 의해 입사광의 5% 에서 10% 까지를 ±1차 광으로서 회절하고, 또한, 2파장 선택회절 빔 스플리터 (27) 를 투과하고, 위상판 (26) 인 λ/4 판에 의해 원편광이 되고, 콜리메이터 렌즈 (25) 에 의해 평행광화되고 대물렌즈 (24) 에 의해 DVD 계의 광디스크 (23) 의 정보기록면에 집광된다. 정보기록면에서 반사된 광은 다시 대물렌즈 (24) 및 콜리메이터 렌즈 (25) 를 투과하고, 위상판 (26) 으로부터 출사시와는 수직인 직선편광이 되고, 2파장 선택회절 빔 스플리터 (27) 에 의해 회절되어 광검출기 (29C) 의 수광면에 집광된다.
한편, 2파장 반도체 레이저 (29AB) 로부터 출사한 파장 (λ2) 의 광은 2파장 선택회절격자 (28) 에 의해 입사광의 5% 에서 20% 까지를 ±1차광으로서 회절하고, 또한, 2파장 선택회절 빔 스플리터 (27) 를 투과하고, 위상판 (26) 에 의해 직선편광이 되고, 콜리메이터 렌즈 (25) 에 의해 평행광화되고 대물렌즈 (24) 에 의해 CD 계 광디스크 (23) 의 정보기록면의 정보기록트랙상에 2파장 선택회절격자에 의한 0차 회절광 및 ±1차 회절광이 3빔이 되어 집광된다. 정보기록면에서 반사된 광은 다시 대물렌즈 (24) 및 콜리메이터 렌즈 (25) 를 투과하고, 위상판 (26) 에 의해 출사시와 평행한 직선편광이 되고, 2파장 선택회절 빔 스플리터 (27) 에 의해 회절되어 광검출기 (29C) 의 수광면에 집광된다.
또한, 파장 (λ2) 의 광은 2파장 선택 빔 스플리터 (27) 의 제 3 회절격자에 의해 광디스크로 향하는 왕로에서도 회절광이 발생하는데, 콜리메이터 렌즈 (25) 의 유효면내에 회절광이 입사하지 않도록 격자피치를 설정함으로써, 광디스크에 집광되지 않도록 할 수 있으므로 미광은 되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 2파장 광원유닛을 탑재한 광헤드 장치의 경우, 파장 (λ1) 의 광을 사용하는 DVD 계에서는, 복수의 수광부로 분할된 광검출기 (29C) 를 사용하여 비점수차법에 의한 광디스크 정보기록면으로의 포커스 신호검출 및 피트신호검출이 행해진다. 광검출기 (29C) 에서 ±1차 회절광을 트래킹 오차신호로서 검출하는 차동 푸쉬풀법이 적용된다.
한편, 파장 (λ2) 의 광을 사용하는 CD 계에서는, DVD 계와 동일한 복수의 수광부로 분할된 광검출기 (29C) 를 사용하여 비점수차법에 의한 광디스크 정보기록면으로의 포커스 신호검출 및 피트신호검출이 행해진다. 광검출기 (29C) 에서 ±1차 회절광을 트래킹 오차신호로서 검출하는 3빔법이 적용된다.
또한, 위상판 (26) 으로서 위상차 발생기능을 갖는 유기박막, 예컨대 면내에 광축이 구비된 폴리카보네이트 등의 복굴절 매질을 사용한다. 이에 의해, 종래의 수정 위상판과 비교하여 입사광의 입사각도의 차이에 의한 위상차 변동이 적으므로, 발산광이 2파장용 회절소자에 입사하는 2파장 광원의 근방에 배치하는 구성에서도 일정하고 균질한 위상차를 생성할 수 있다.
제 1 의 2파장 선택회절격자 (42; 도 2) 에서는 파장 (λ1) 의 입사광 편광과 파장 (λ2) 의 입사광 편광을 평행하게 하면, 일측의 파장에만 작용하는 편광성 회절격자가 되므로, 복굴절 매질의 격자 깊이를 바꿈으로써, 0차 회절광과 ±1차 회절광의 효율비를 목적에 따라 조정할 수 있는 자유도가 있다. 특히, 0차 회절광의 투과율을 70% 이상으로 설정하는 것이 바람직한 기록용 광헤드 장치에는 유효하다. 또한, 수광발광소자 (40; 도 1) 의 반도체 레이저 (1A 와 1B) 로부터 출사된 직선편광의 편광면을 직교시킴으로써 위상판 (12) 을 생략할 수 있다.
제 2 의 2파장 선택회절격자 (43; 도 3) 에서는, 제 1 의 2파장 선택회절격자와 비교하여 위상판 2장과 투명성 기판 1장을 생략할 수 있고, 입사하는 직선편광의 방향에 회절광량이 의존하지 않는다. 따라서, 2파장 선택회절격자의 배치위치에 제약이 없는 자유도와, 제 1 의 2파장 선택회절격자가 갖는 0차 회절광과 ±1차 회절광의 효율비를 목적에 따라 조정할 수 있는 자유도를 겸비하고 있다.
도 4 에서는, 위상판 (26) 으로서 폴리카보네이트의 복굴절막을 유리기판에 접착제를 사용하여 고정한 구성예를 나타냈는데, 위상차 발생기능을 갖는 유기박막을 유리기판상에 직접 형성해도 된다.
구체적으로는, 유리기판상에 배향막용 도포액을 도포하여 배향막으로 하고, 원하는 배향처리를 한 후 복굴절 매질인 액상의 고분자 액정을 도포함으로써, 배향막의 배향방향으로 고분자 액정의 광축방향을 정렬시킨다. 또한, 고분자 액정에 미리 광중합 경화제를 함유시키고, 광중합용 광원광을 조사함으로써 고분자 액정을 고화시켜 접착제를 사용하지 않고 위상판이 얻어진다.
상기에서도 일부 설명하였지만, 복굴절 매질로 이루어지는 격자의 경우에는 고분자 액정이나 연신에 의해 복굴절성을 발생시킨 유기물막을 사용할 수 있다. 충전재로는, 아크릴계, 에폭시계 등의 접착재를 사용할 수 있다. 격자가 형성되는 투광성 기판으로는 유리기판, 플라스틱기판 등을 들 수 있는데, 내구성 등의 관점에서 유리기판을 사용하는 것이 바람직하다.
격자재 또는 충전재에 함유시키는 유기물 안료로는, 피롤로 피롤, 아조, 프탈로시아닌계 안료 등을 들 수 있다.
이하의 실시예에서, 제 1 및 제 2 의 2파장 선택회절격자를 사용한 2파장 광원유닛의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
이하, 실시예를 기술한다.
[예 1]
본 발명의 2파장 광원유닛에 대해 제 1 회절격자, 제 2 회절격자, 제 3 회절격자 및 제 4 회절격자에 대하여 순차적으로 설명한다.
먼저, 제 1 의 2파장 선택회절격자를 사용한 경우에 대해 도 1 및 도 2 를 사용하여 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 의 2파장 선택회절격자는 먼저 투광성 기판 (10) 으로서 유리기판에 접착제 (11) 로서 아크릴계 접착제를 사용하여 위상판 (12) 을 적층하였다. 위상판 (12) 으로서 연신방향으로 광축이 구비된 복굴절 유기박막이며, 또한, 파장 λ1 = 650nm 에 대해 5λ/2 의 위상차를 부여하는 폴리카보네이트막을 사용하였다. 위상판 (12) 의 진상축은 2파장 광원으로서의 2파장 반도체 레이저로부터 출사하는 평행한 편광면을 갖는 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 출사광의 편광면에 대해 45도의 각도를 이루도록 조정하였다.
위상판 (12) 으로서 파장 λ1 = 650nm 에 대해 5λ/2 의 위상차를 부여하는 폴리카보네이트막을 사용하면, 파장 λ2 = 790nm 에 대해서는 λ의 대략 2배의 위상차를 부여하므로, 위상판 (12) 을 투과하는 파장 (λ1) 의 광의 편광면은 입사한 편광면에 대해 수직인 대략 직선편광이 되어 출사되는데, 파장 (λ2) 의 입사광의 편광면은 불변이다. 또한, 위상판 (12) 으로서 사용한 폴리카보네이트막 자체는 두께 20㎛ 에서 80㎛ 정도까지의 박막이고, 막두께 분포가 균일하지 않으므로, 단체로 사용한 경우에는 투과파면수차의 편차가 컸다.
상광굴절률 no =1.5 이며 이상광굴절률 ne = 1.65 의 복굴절 매질인 고분자 액정에 의해 형성된 격자 (13A) 를 포함하는 제 1 회절격자가 투광성 기판 (14) 인 유리기판의 표면에 형성되고, 상광굴절률 (no) 과 대략 동일한 굴절률 (ns) 을 갖는 충전재 (13B) 인 아크릴계 접착제에 의해 위상판 (12) 과 적층하였다.
제 1 회절격자의 격자 (13A) 의 격자 깊이를 d3 으로 하면, 파장 (λ1) 의 상광 입사편광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률차가 없으므로 위상차가 생기지 않고, 회절되지 않고 직진 투과한다. 한편, 파장 (λ2) 의 이상광 입사편광에 대해 2π×(ne-ns) ×d3/λ의 위상차가 발생하여 회절광을 발생한다.
따라서, 격자 (13A) 를 포함하는 제 1 회절격자에 대해 DVD 계의 파장 λ1 = 650nm 의 입사편광이 상광에 대응하고, CD 계의 파장 λ2 = 790nm 의 입사편광이 이상광에 대응하도록 격자재의 이상광굴절률 축방향을 조정함으로써, 파장 (λ1) 의 입사편광에 대해서는 회절하지 않고 투과하는데, 파장 (λ2) 의 입사편광에 대해서는 회절광을 발생하는 편광성 회절격자가 얻어졌다.
제 1 회절격자의 격자 (13A) 의 격자 깊이 (d3) 를 0.92㎛ 로 함으로써, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 투과함과 함께 파장 λ2 = 790nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 대략 70% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 대략 10% 가 되는 제 1 회절격자가 실현되었다.
투광성 기판 (14) 의 표면의 격자 (13A) 가 있는 면과는 반대측의 면에, 격자 (13A) 의 격자재의 이상광굴절률 축방향과 직교하는 이상광굴절률 축방향을 가지며 동종의 복굴절 매질, 즉 고분자 액정으로 형성된 격자 (15A) 를 포함하는 제 2 회절격자가 형성되었다. 그리고, 상광굴절률 (no) 과 대략 동일한 굴절률 (ns) 을 갖는 충전재 (15B) 로, 위상판 (16) 으로서 위상차 발생기능을 갖는 유기박막에 적층되어 있다. 또한, 위상판 (16) 은 투광성 기판 (18) 인 유리기판에 접착제 (17) 에 의해 적층하였다.
제 2 회절격자의 격자 (15A) 의 격자 깊이를 d4 로 하면, 파장 (λ2) 의 상광 입사편광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률차가 없어 위상차가 생기지 않으므로, 회절하지 않고 직진 투과한다. 한편, 파장 (λ1) 의 이상광 입사편광에 대해 2π×(ne-ns) ×d4/λ의 위상차가 발생하여 회절광을 발생한다.
따라서, 제 2 회절격자에 대해 DVD 계의 파장 λ1 = 650nm 의 입사편광이 이상광에, CD 계의 파장 λ2 = 790nm 의 입사편광이 상광에 대응하므로, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 회절하지 않고 투과하는데, 파장 (λ1) 에 대해서는 회절광을 발생한다.
제 2 회절격자의 격자 (15A) 의 격자 깊이 (d4) 를 0.6㎛ 로 함으로써, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 대략 80% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 대략 7% 가 되는 제 2 회절격자가 실현되었다.
위상판 (16) 은 위상판 (12) 과 동일하게 폴리카보네이트막을 연신함으로써 연신방향으로 광축이 구비된 복굴절 유기박막을 사용하였다. 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 정수배의 위상차를 발생시키고 또한, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 반정수배의 위상차를 발생시키는 위상판 (16) 의 진상축은 직교하는 편광면을 갖는 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 입사광의 편광면에 대해 45도의 각도를 이루도록 조정되어 있다. 이 때, 위상판 (12) 에 입사하는 파장 (λ1) 의 직선편광은 입사한 편광면에 대해 수직인 대략 직선편광이 되어 출사되는 한편, 파장 (λ2) 의 직선편광은 입사한 편광면에 대해 평행한 대략 직선편광이 되어 출사하므로, 2파장 선택회절격자 (42) 로의 입사광과 동일한 편광면을 가지며 출사된다.
위상판 (16) 으로서 위상판 (12) 과 동일하게 파장 λ1 = 650nm 에 대해 5λ/2 의 위상차를 부여하는 폴리카보네이트막을 사용하면, 파장 λ2 = 790nm 에 대해서는 λ2 의 2배의 위상차를 부여하므로, 위상판 (16) 을 투과하는 파장 (λ1) 의 광의 편광면은 입사한 편광면에 대해 수직인 대략 직선편광이 되어 출사되는데, 파장 (λ2) 의 입사광의 편광면은 불변이다.
도 1 로부터 파장 (λ2) 의 입사광을 회절하는 제 3 회절격자는 투광성 기판 (4) 으로서의 유리기판상에 적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 (254) 를 포함하고, 파장 (λ1) 에 대한 굴절률이 n1 = 1.7 이고 파장 λ2 에 대한 굴절률이 n2 = 1.66 인 컬러 레지스트로 형성된 격자 (5A) 를 포함하는 제 3 회절격자가, ns = 1.7 의 균질 굴절재료인 고굴절률 유기물의 충전재 (5B) 에 의해 오목부에 충전되어 있다.
제 3 회절격자의 격자 (5A) 의 격자 깊이를 d1 로 하면, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자 (5A) 와 충전재 (5B) 의 굴절률이 대략 동일 (1.7) 하므로 회절하지 않고 투과한다. 한편, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 위상차가 2π×(n2-ns) ×d1/λ2 가 되므로 회절광을 발생한다.
격자 (5A) 의 격자 깊이 (d1) 를 3.8㎛ 로 함으로써, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 투과함과 함께 파장 λ2 = 790nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 대략 78% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 대략 8% 가 되는 제 3 회절격자가 실현되었다.
투광성 기판 (7) 으로서의 유리기판의 표면에 파장 λ1 = 650nm 및 파장 λ2 = 790nm 의 입사광의 편광과 동일한 상광굴절률 축방향을 가지며, 파장 λ1 = 650nm 의 광에 대해 상광굴절률 no = 1.5 이고 이상광굴절률 ne = 1.65 인 복굴절 매질로서의 고분자 액정이 요철형상의 편광회절격자의 격자 (6A) 로서 가공되고, 오목부에는 복굴절 매질의 상광굴절률 (no) 과 대략 동일한 균질 굴절률 (ns) 의 충전재 (6B) 로서의 아크릴계 접착제가 충전되어 있다.
격자 (6A) 의 격자 깊이를 d2 로 하면, 파장 λ1 = 650nm 및 파장 λ2 = 790nm 의 상광 입사편광에 대해서는 격자재와 충전재 (6B) 의 굴절률이 대략 동일하므로 회절하지 않고 투과한다. 한편, 파장 (λ) 의 이상광 입사편광에 대해 2π×(ne-ns) ×d2/λ의 위상차가 발생하여 회절한다.
따라서, 격자 (6A) 를 포함하는 제 4 회절격자에 대해 2파장 광원으로부터 출사된 DVD 계의 파장 λ1 = 650nm 와 CD 계의 파장 λ2 = 790nm 의 편광방향은 복굴절 매질에 대해 상광이므로 회절이 일어나지 않았다. 또한, 광디스크와 광원유닛의 사이에 배치된 파장 λ1 = 650nm 에 대해 5λ/4 의 위상차를 부여하는 폴리카보네이트막의 위상판에 의해 광디스크로부터 반사된 DVD 계의 파장 λ1= 650nm 의 편광을, 제 4 회절격자를 형성하는 복굴절 매질에 대해 이상광에 대응시켰다. 또한, CD 계의 파장 λ2 = 790nm 의 편광을 폴리카보네이트막의 위상판에 의해 제 4 회절격자를 형성하는 복굴절 매질에 대해 상광에 대응시켰다. 이에 의해, 광디스크로의 왕로에서는 파장 λ1 = 650nm 및 파장 λ2 = 790nm 에서 회절이 일어나지 않고, 복로에서 파장 λ1 = 650nm 의 광만 회절이 일어나는 파장선택성 회절 빔 스플리터가 얻어졌다.
제 4 회절격자의 격자 (6A) 의 격자 깊이 (d2) 를 2.2㎛ 로 함으로써, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 대략 0% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 38% 가 되는 파장선택성 회절 빔 스플리터가 실현되었다.
본 예에서는, 충전재가 두께 정밀도 및 면 정밀도가 우수한 변형이 적은 유리기판에 끼워 넣어져 접합되므로, 2파장 광원유닛 출사후의 투과파면수차는 안정되어 작은 값이 된다. 구체적으로는 파장 (λ1) 및 파장 (λ2) 의 광에 대해 제곱평균 파면수차값으로 0.03λ이하의 값이 되었다.
파장 λ1 = 650nm 의 반도체 레이저 (1A) 와 파장 λ2 = 790nm 의 반도체 레이저 (1B) 와 포토다이오드 (1C) 를 형성한 수광발광소자 (40) 위에 제 1 회절격자로부터 제 4 회절격자를 적층화한 2파장용 회절소자 (41) 를 도시하지 않은 플라스틱 캡에 의해 일체화하여 2파장 광원유닛을 제작하였다.
[예 2]
본 발명의 2파장 광원유닛에서의 제 2 의 2파장 선택회절격자에 대해 도 3 을 사용하여 설명한다.
투광성 기판 (19) 으로서의 유리기판상에 예 1 의 격자 (5A) 와 동일하게 적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 (254) 를 포함하고, 파장 (λ1) 에 대한 굴절률이 n1 = 1.7 이고, 파장 (λ2) 에 대한 굴절률이 n2 = 1.66 인 컬러 레지스트로 형성된 격자 (20A) 를 포함하는 제 1 회절격자가, ns = 1.7 의 균질 굴절재료인 고굴절률 유기물의 충전재 (20B) 에 의해 오목부를 충전하였다.
제 1 회절격자의 격자 (20A) 의 격자 깊이를 d5 로 하면, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 격자 (20A) 와 충전재 (20B) 의 굴절률이 대략 동일 (n = 1.7) 하므로 회절하지 않고 투과한다. 한편, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 위상차가 2π×(n2-ns) ×d5/λ2 가 되므로 회절광을 발생한다.
격자 (20A) 의 깊이 (d5) 를 3.2㎛ 로 함으로써, 파장 λ2 = 790nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 80% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 각각 5% 이었다. 또한, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 95% 이고, ±1차 회절광 및 고차 회절광의 회절효율은 모두 0.5% 이하인 제 1 회절격자가 실현되었다.
이어서 투광성 기판 (22) 으로서의 유리기판상에 적색 유기물 안료로서 피그먼트 레드 (254) 를 상기 격자 (5A) 나 격자 (20A) 보다 많이 포함하고, 파장 (λ1) 에 대한 굴절률이 n1 = 1.74 이고, 파장 (λ2) 에 대한 굴절률이 n2 = 1.7 인 컬러 레지스트로 형성된 격자 (21A) 를 포함하는 제 2 회절격자가, ns = 1.7 의 균질 굴절재료인 고굴절률 유기물의 충전재 (21B) 를 오목부에 충전하였다.
제 2 회절격자의 격자 (21A) 의 격자 깊이를 d6 으로 하면, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자 (21A) 와 충전재 (21B) 의 굴절률이 대략 동일하므로 회절하지 않고 투과한다. 한편, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 위상차가 2π×(n1-ns) ×d6/λ1 이 되므로 회절광을 발생한다.
격자 (21A) 의 깊이 (d6) 를 2.6㎛ 로 함으로써, 파장 λ1 = 650nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 78% 이고, ±1차 회절광의 회절효율이 각각 6% 이었다. 또한, 파장 λ2 = 780nm 의 입사광에 대해 0차 회절광의 투과율이 95% 이고, +1차 회절광, -1차 회절광, 및 고차 회절광의 회절효율은 모두 0.5% 이하인 제 2 회절격자가 실현되었다.
이와 같이 제작한 제 1 회절격자 및 제 2 회절격자를 예 1 과 동일하게 작성한 제 3 회절격자 및 제 4 회절격자를 적층화하여 2파장용 회절소자 (41) 를 제작하였다. 예 1 과 동일하게 파장 λ1 = 650nm 의 반도체 레이저 (1A) 와 파장 λ2 = 790nm 의 반도체 레이저 (1B) 와 포토다이오드 (1C) 를 형성한 수광발광소자 (40) 위에 2파장용 회절소자 (41) 를 도시하지 않은 플라스틱 캡에 의해 일체화하여 2파장 광원유닛을 제작하였다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 2파장 광원유닛을 사용하면, 파면수차를 열화시키지 않고 특정한 파장에 대해 3빔을 발생하는 회절격자기능과 광디스크로부터 반사된 신호광을 광검출기 등으로 집광시키는 기능을 겸비한 광학소자가 실현된다.
또한, 본 발명의 2파장 광원유닛을 사용한 광헤드 장치에서, 2파장 레이저의 탑재와 함께 장치의 부품점수의 삭감 및 소형화를 실현할 수 있음과 함께, CD 계 광디스크 및 DVD 계 광디스크의 정보의 기록 또는 재생에서 광이용효율이 높은 안정된 기록 및 재생성능을 실현할 수 있다.

Claims (7)

  1. 다른 2개의 파장의 광을 다른 발광점 위치로부터 출사하는 2파장 광원, 광검출기, 및 2개의 파장의 광이 투과하는 2파장용 회절소자를 구비하는 2파장 광원유닛에 있어서,
    상기 2파장용 회절소자는,
    2파장 광원으로부터 출사된 2개의 파장의 광 중 일측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하고, 타측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자;
    상기 일측의 파장의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 상기 타측의 파장의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자; 및
    상기 2개의 파장의 광 중 적어도 어느 일측의 파장의 광을 검출가능한 양만큼 회절하는 회절격자를 구비하는 것을 특징으로 하는 2파장 광원유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다른 2개의 파장의 광을 파장 (λ1) 의 광 및 파장 (λ2) 의 광으로 하고, 그 중 파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자;
    파장 (λ1) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자;
    파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광 중 적어도 일부의 편광면을 갖는 광을 검출가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자; 및
    제 1 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 검출가능한 양만큼 회절하고, 파장 (λ2) 의 직선편광은 제 1 편광면을 갖는 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자를 구비하는, 2파장 광원유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    파장 (λ1) 의 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하는 제 1 회절격자;
    파장 (λ1) 의 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 파장 (λ2) 의 광을 회절하지 않고 투과하는 제 2 회절격자;
    요철형의 격자를 형성하는 격자재와 상기 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되어 있고, 파장 (λ1) 의 광에 대해서는 상기 격자재와 상기 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해서는 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 검출 가능한 양만큼 회절하는 제 3 회절격자; 및
    제 1 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면을 갖는 파장 (λ1) 의 직선편광을 검출 가능한 양만큼 회절하고, 파장 (λ2) 의 직선편광은 제 1 편광면을 갖는 직선편광을 회절하지 않고 투과하는 제 4 회절격자를 구비하는, 2파장 광원유닛.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 2파장용 회절소자의 광출사측에 파장 (λ1) 에 대해 λ1/4 의 홀수배의 위상차를 부여하는 위상판이 배치되어 있는, 2파장 광원유닛.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 회절격자와 상기 제 2 회절격자에 의해 2파장 선택회절격자가 구성되고, 상기 2파장 선택회절격자 중 제 1 회절격자는 제 1 편광면에서 파장 (λ1) 의 직선편광을 또한 회절하지 않고 투과함과 함께 제 1 편광면과 직교하는 제 2 편광면에서 파장 (λ2) 의 직선편광을 또한 회절하여 트래킹 빔화하는 편광성 회절격자이고, 또한, 제 2 회절격자는 제 1 편광면에서 파장 (λ1) 의 직선편광을 또한 회절하여 트래킹 빔화함과 함께 제 2 편광면에서 파장 (λ2) 의 직선편광을 또한 회절하지 않고 투과하는 편광성 회절격자인, 2파장 광원유닛.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 회절격자와 상기 제 2 회절격자에 의해 2파장 선택회절격자가 구성되고, 상기 2파장 선택회절격자 중 제 1 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 상기 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 이루어지고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해서는 상기 격자재와 상기 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절하여 트래킹 빔화하고, 제 2 회절격자는 요철형의 격자를 형성하는 격자재와 격자재의 요철부를 충전하는 충전재로 구성되고, 파장 (λ2) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 동일하게 되어 있고, 이 광을 회절하지 않고 투과하고, 파장 (λ1) 의 입사광에 대해 격자재와 충전재의 굴절률이 다르게 되어 있고, 이 광을 회절하여 트래킹 빔화하는, 2파장 광원유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 2파장 광원유닛이 탑재되고, 적어도 대물렌즈와 조합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치.
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