KR20060050736A - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR20060050736A
KR20060050736A KR1020050079198A KR20050079198A KR20060050736A KR 20060050736 A KR20060050736 A KR 20060050736A KR 1020050079198 A KR1020050079198 A KR 1020050079198A KR 20050079198 A KR20050079198 A KR 20050079198A KR 20060050736 A KR20060050736 A KR 20060050736A
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겐지 나가또미
세이지 가지야마
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 비용 상승을 억제하면서 원활하게 광축 조정을 행할 수 있고, 게다가 레이저 소자 사이의 배치 갭에 변동이 생긴 경우에도 정확하게 광축 보정을 행할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
광픽업 장치는 출사 파장이 다른 적어도 3개의 레이저 소자를 동일 하우징 내에 수용한 반도체 레이저(101)와, 레이저 소자로부터 출사된 각 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 대략 일치시키는 제1 및 제2 회절 격자(102, 111)를 갖는다. 제1 회절 격자(102)는 회절 작용에 의해 DVD용 레이저광(파장 : 655 ㎚)의 광축을 기준 광축에 일치시킨다. 또한, 제2 회절 격자(111)는 회절 작용에 의해 CD용 레이저광(파장 : 780 ㎚)의 광축을 기준 광축에 일치시킨다. 레이저 소자 사이의 발광점 간격에 변동이 생겨도 대응하는 회절 격자를 기준 광축 방향으로 미세 조정함으써 레이저광의 광축 조정을 행할 수 있다.
광픽업 장치, 반도체 레이저, 회절 격자, 출사 파장, 하우징

Description

광픽업 장치 {OPTICAL PICK-UP DEVICE}
도1은 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 구성을 도시하는 도면.
도2a 및 도2b는 실시 형태에 관한 3파장 레이저의 구성을 도시하는 도면.
도3은 실시 형태에 관한 회절 격자에 의한 광축 어긋남의 보정 작용을 설명하는 도면.
도4는 제1 회절 격자와 제2 회절 격자에 의한 광축 조정 작용을 설명하는 도면.
도5a 및 도5b는 제1 회절 격자와 제2 회절 격자에 의한 광축 조정 작용을 설명하는 도면.
도6은 제1 회절 격자에 의한 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도7은 제2 회절 격자에 의한 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도8a 및 도8b는 실시 형태에 관한 회절 격자의 배치 방법을 설명하는 도면.
도9는 실시 형태에 관한 회절 격자의 배치 방법을 설명하는 도면.
도10은 실시 형태에 관한 회절 격자의 배치 방법을 설명하는 도면.
도11은 실시 형태의 변경예를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 3파장 레이저
102 : 제1 회절 격자
103 : 콜리메이터 렌즈
104 : 편광 BS
105 : 미러
106 : 개구 제한 소자
107 : 파면 보정 소자
108 : λ/4판
109 : 대물 렌즈
110 : 집광 렌즈
111 : 제2 회절 격자
112 : 광검출기
201 : 재생 회로
202 : 서보 회로
203 : 제어기
[문헌 1] 일본 특허 공개 평6-131688호
[문헌 2] 일본 특허 공개 평11-134702호 공보
본 발명은 광픽업 장치에 관한 것으로, 특히 파장이 다른 수종류의 레이저광을 기록 매체에 조사하는 호환형 광픽업 장치에 이용하기 적합한 것이다.
현재, CD(Compact Disc)나 DVD(Digital Versatile Disc) 등 다양한 광디스크가 상품화되어 보급되어 있다. 또한, 최근에는 청자 레이저광을 이용하여 정보를 기록 재생하는 차세대 DVD의 규격화가 진행되고 있다. 이 차세대 DVD는 파장 405 ㎚ 정도의 청자 레이저광을 이용하여 정보를 기록 재생하는 것이다. 레이저광의 단파장화에 의해 한층 고밀도화를 도모할 수 있다.
이와 같이, 디스크의 다양화가 진행되면, 다른 종류의 디스크에 대해 기록 재생을 행할 수 있는, 소위 호환형 광픽업 장치의 개발이 요구된다. 여기서, 파장이 다른 레이저광을 디스크에 조사하기 위해서는 각각의 파장의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저를 개별로 배치하는 방법을 채용할 수 있다. 그러나, 이렇게 하면 각각의 반도체 레이저를 배치하기 위한 공간과, 각 레이저광을 대물 렌즈로 유도하기 위한 광학 소자가 개별로 필요해진다. 이로 인해, 외형 치수의 대형화와 부품 개수의 증가를 초래하게 된다.
그래서, 하나의 CAN 내에 출사 파장이 다른 복수의 레이저 소자를 동시에 장비하는 방법이 검토되고 있다. 이렇게 하면, 반도체 레이저의 배치 공간을 삭감시킬 수 있고, 또한 각 레이저광에 대해 광학계를 공용할 수 있게 된다.
그런데, 이와 같이 하나의 CAN 내에 복수의 레이저 소자를 장비하면 각 레이저 소자의 배치 갭에 따라서 레이저광의 광축 사이에 광축에 직교하는 방향의 어긋남이 생긴다. 이 경우, 하나의 레이저광의 광축에 광학계를 위치 맞춤하면 다른 레이저광의 광축이 광학계에 대해 어긋나게 된다. 이로 인해, 이를 다른 레이저광으로 기록 재생을 행하는 경우에, 기록 매체 또는 광검출기 상의 레이저광에 수차가 생겨 광학 특성이 열화된다.
그래서, 일본 특허 공개 평6-131688호 공보에서는 수종류의 레이저 소자를 수용한 반도체 레이저의 바로 뒤에 복굴절 소자를 배치하고, 이 복굴절 소자로 각각의 레이저광의 광축을 일치시킨 후, 광학계로 레이저광을 유도하도록 하고 있다. 즉, 기준이 되는 레이저광의 편광면과 그 밖의 레이저광의 편광면이 서로 직교하도록 복수의 레이저 소자를 동일 CAN 내에 배치한다. 그리고, 이 반도체 레이저의 바로 뒤에 기준 레이저광은 그대로 통과시키고, 그 밖의 레이저광은 기준 레이저광의 광축에 일치하도록 굴절시키는 복굴절 소자를 배치한다. 이 기술에 따르면, 복굴절 소자에 의한 굴절 작용으로 각 레이저광의 광축을 일치시킨 후에 레이저광을 후단의 광학계로 유도할 수 있다. 아울러, 각 파장의 레이저광을 기록 매체에 대해 수차없이 수렴시킬 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 평11-134702호 공보에는 디스크로부터의 반사광을 수광하는 광검출기의 바로 앞에 회절 격자를 배치하고, 이에 의해 하나의 광검출기에 각 파장의 반사광을 유도하는 기술이 기재되어 있다. 즉, 동일 CAN 내에 3개의 레이저 소자를 배치하여 각 레이저 소자로부터 출사되는 파장이 다른 레이저광을 동일 광학계에서 디스크 상에 수렴시킨다. 그리고, 디스크로부터의 반사광을 상기 회절 격자로 회절시켜 하나의 광검출기 상에 수렴시킨다. 이러한 구성에 의해, 각 레이저광을 광검출기에 적절하게 수렴시킬 수 있다. 이에 의해, 혼란이 없는 검출 신호를 얻을 수 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 별도로 복굴절 소자가 필요해진다. 복굴절 소자는 고가이기 때문에, 광픽업 장치 전체의 비용 상승을 초래하는 문제가 생긴다. 또한, 미리 기준이 되는 레이저광의 편광면과 그 밖의 레이저광의 편광면이 직교하도록 각각의 레이저 소자를 형성할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 편광면을 상위시키면서 레이저 소자를 형성하는 것은 용이하지 않다.
복굴절 소자에 있어서의 굴절 작용에는 파장 의존성이 있다. 그러나, 호환형 광픽업 장치에서 이용되는 레이저광의 파장은 서로 접근하고 있다. 이로 인해, 각 파장의 레이저광을 복굴절 소자로 굴절시켰을 때의 굴절각은 그만큼 바꾸지 않는다. 예를 들어, CD용 레이저광(파장 780 ㎚)과 DVD용 레이저광(파장 655 ㎚) 사이에는 100 ㎚ 정도의 파장 차밖에 없다. 이로 인해, 복굴절 소자에 있어서의 양 레이저광의 굴절각은 거의 동일한 크기가 된다.
따라서, CD용 레이저광과 DVD용 레이저광을 복굴절 소자에 의한 굴절에 의해 차세대 DVD용 레이저광에 광축 맞춤하고자 하는 경우에는 CD용 레이저광과 DVD용 레이저광을 광축이 대략 일치하는 정도까지 접근시킨 상태에서 복굴절 소자에 입사시킬 필요가 생긴다. 그러나, 제조상, 레이저 소자를 거기까지 접근시켜 배치하는 것은 불가능에 가깝다. 따라서, 복굴절 소자를 이용하여 CD용 레이저광(파장 780 ㎚)과 DVD용 레이저광(파장 655 ㎚)의 광축을 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 일치시키는 것은 매우 곤란하다.
또한, 특허문헌 2의 발명에 따르면, 광검출기의 바로 앞에 배치된 유일한 회절 격자에 의해 각 파장의 반사광에 회절 작용이 실시되어 각각 광 검출기 상으로 유도된다. 이 경우, 각 파장의 레이저 소자의 배치나 출사 파장에 설계치와의 어긋남이 생기면, 각 파장의 레이저광을 적절하게 광검출기 상으로 유도할 수 없다. 이것에 대응하기 위해서는, 설계치와의 어긋남에 따라서 회절 격자의 설계를 적절하게 변경할 필요가 생긴다.
그러나, 설계치와의 어긋남이 생긴 경우에, 일일이 이것에 따라서 회절 격자를 다시 설계하는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 이와 같은 경우에는 실제상, 어긋남이 없는 것으로 하여 설계한 회절 격자를 그대로 사용할 수밖에 없다. 그러나, 이 경우에는, 광축 보정을 적절하게 행하는 것은 불가능해진다.
본 발명은 광축 보정 소자로서 회절 격자를 이용함으로써 비용 상승의 억제를 도모하면서 각 레이저 소자의 배치나 파장에 어긋남이 생긴 경우에도 원활하고 또한 정확하게 광축 조정을 행할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 국면에 관한 광픽업 장치는 출사 파장이 다른 복수의 레이저 소자를 동일 하우징 내에 수용한 반도체 레이저와, 상기 레이저 소자로부터 출사된 각 레이저광 중, 광학계의 광축에 정합하는 기준 레이저광 이외의 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 대략 일치시키는 회절 격자를 갖는다. 여기서, 회절 격자는 광축 보정을 행하고자 하는 레이저광에 따라서 개별 로 준비된다. 또한, 회절 격자는 상기 광학계의 광축 상에 있어서 상기 기준 레이저광을 출사하는 레이저 소자로부터 다음 식으로 나타내는 광로 길이(L')의 위치에 배치되어 있다.
[식 A]
Figure 112005047775571-PAT00001
단 ;
X, Y, Z는 기준 레이저광의 진행 방향을 3차원 직교 좌표축의 Z축으로 하고, 또한 기준 레이저광을 출사하는 레이저 소자를 상기 좌표축의 원점에 두었을 때의 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
ΔX, ΔY, ΔZ는 상기 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치와 상기 설계치 사이의 어긋남을 상기 좌표축의 X축, Y축, Z축의 값으로서 나타낸 것이고,
λ는 상기 광축 조정 대상 레이저광의 파장이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
Δλ는 상기 광축 조정 대상 레이저광의 파장과 상기 설계치 사이의 파장 어긋남이고,
L ＝ ΛㆍR00T(X2 ＋ Y2)/(mㆍλ) ＋ Z(Λ는 격자 피치, m은 회절 차수)
이다.
제1 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 ΔX, ΔY, ΔZ 및 Δλ의 사양치(仕樣値)(허용치)를 상기 식(A)에 대입하여 산출되는 상기 광로 길이(L)의 상한치와 하한치의 범위 내에 배치될 수 있다.
또한, 제1 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 식 A에서 산출되는 광로 길이(L')에 대해, 다음 식으로 나타내는 광로 길이(La)를 가감산한 광로 길이의 범위 내에 배치될 수 있다.
[식 B]
La ＝ (1/tanθ)(fa/fb)
단 ;
θ는 상기 기준 레이저광이 상기 회절 격자에 입사하는 위치에 있어서의, 상기 광축 조정 대상 레이저광의, 상기 기준 레이저광의 광축에 대한 입사각이고,
fa는 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈의 초점 거리이고,
fb는 상기 기록 매체에 레이저광을 수렴시키는 대물 렌즈의 초점 거리이다.
또한, 제1 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 광검출기에 입사하는 레이저광의 광축을 상기 회절 격자에 의해 상기 기준 레이저광의 광축에 일치시키는 경우, 상기 회절 격자는 상기 광학계의 광축 상에 있어서, 상기 광검출기로부터 다음 식으로 나타내는 광로 길이(Lpd)의 위치에 배치될 수 있다.
[식 C]
Lpd ＝ (f2/f1)(L-Z)
단 ;
f1은 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈의 초점 거리이고,
f2는 상기 기록 매체로부터의 레이저광을 상기 광검출기 상에 수렴시키는 집광 렌즈의 초점 거리이다.
또한, 제1 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 상기 회절 격자와 레이저 소자 사이, 또는 상기 회절 격자와 광검출기 사이에 기판이 배치되어 있는 경우, 상기 회절 격자는 상기 각 식에서 산출되는 광로 길이에 다음 식으로 나타내는 광로 길이(ΔLm)를 가산한 광로 길이 위치에 배치될 수 있다.
[식 D]
Figure 112005047775571-PAT00002
단, ti 및 ni는 각 기판의 광축 방향의 두께 및 굴절률이다.
이 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 상기 회절 격자의 피치 방향이 다음 식으로 나타내는 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 회절 격자의 위치가 설정된다.
[식 E]
θd' ＝ (YㆍΔY-XㆍΔX)/(Yㆍ(Y ＋ ΔY))
단 ;
θd'는 상기 Y축에 대한 X-Y 평면 상에 있어서의 경사각이며,
Y ≫ X를 조건으로 한다.
이 때, 상기 회절 격자는 상기 ΔX 및 ΔY의 사양치(허용치)를 상기 식 E에 대입하여 산출되는 상기 θd'의 상한치와 하한치의 범위 내로 상기 회절 격자의 피치 방향이 억제되도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정될 수 있다.
본 발명의 제2 국면에 관한 광픽업 장치는 출사 파장이 다른 복수의 레이저 소자를 동일 하우징 내에 수용한 반도체 레이저와, 상기 레이저 소자로부터 출사된 각 레이저광 중, 광학계의 광축에 정합하는 기준 레이저광 이외의 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 대략 일치시키는 회절 격자를 구비한다. 여기서, 회절 격자는 광축 보정을 행하고자 하는 레이저광에 대응하여 개별로 준비된다. 또한, 회절 격자는 피치 방향이 다음 식으로 나타내는 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정된다.
[식 F]
θd' ＝ (YㆍΔY-XㆍΔX)/(Yㆍ(Y＋ΔY))
단 ;
X, Y는 기준 레이저광의 진행 방향을 3차원 직교 좌표축의 Z축으로 하였을 때의, 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
ΔX, ΔY는 상기 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치와 상기 설계치 사이의 어긋남을 상기 좌표축의 X축, Y축의 값으로서 나타낸 것이고,
θd'는 상기 Y축에 대한 X-Y 평면 상에 있어서의 경사각이고,
Y ≫ X를 조건으로 한다.
제2 국면에 있어서의 광픽업 장치에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 ΔX 및 ΔY의 사양치(허용치)를 상기 식 F에 대입하여 산출되는 상기 θd'의 상한치와 하한치의 범위 내로 상기 회절 격자의 피치 방향이 억제되도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광축 조정용 광학 소자로서 저렴한 회절 격자가 이용된다. 이로 인해, 광픽업 장치의 비용 상승을 억제할 수 있다. 또한, 광축 조정을 행하고자 하는 레이저광에 대응하여 개별로 회절 격자가 준비된다. 이로 인해, 레이저 소자의 배치나 출사 파장에 설계치와의 어긋남이 생겨도 회절 격자를 광축 방향으로 위치 조정함으로써, 상기 레이저광의 광축을 기준 레이저광의 광축에 정합시킬 수 있다. 이 때, 회절 격자는 상기에 나타내는 식 A 내지 식 F를 기초로 배치되어 적절하게 광축 방향으로 위치 조정된다. 이렇게 하면, 회절 격자의 배치 및 위치 조정을 간이하고 또한 원활하게 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광픽업 장치의 비용 상승을 억제하면서 간이하고 또한 원활하게 레이저광의 광축 조정을 행할 수 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 이하에 나타내는 실시 형태의 설명을 이하와 같은 첨부 도면과 대조하여 읽으면, 보다 완전히 명백해질 것 이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도1에 실시 형태에 관한 광픽업 장치의 구성을 도시한다. 또한, 이 광픽업 장치는 CD/DVD/차세대 DVD용 호환형으로서 이용되는 것이다. 또한, 도1 중, 재생 회로(201), 서보 회로(202) 및 제어기(203)는 광디스크 장치측의 구성이다.
도시한 바와 같이, 광픽업 장치는 3파장 레이저(101)와, 제1 회절 격자(102)와, 콜리메이터 렌즈(103)와, 편광 BS(빔 스플리터)(104)와, 미러(105)와, 개구 제한 소자(106)와, 파면 보정 소자(107)와, λ/4판(108)과, 대물 렌즈(109)와, 집광 렌즈(110)와, 제2 회절 격자(111)와, 광검출기(112)와, 대물 렌즈 작동기(300)를 구비하고 있다.
3파장 레이저(101)는 CD용 레이저광(파장 780 ㎚), DVD용 레이저광(파장 655 ㎚), 차세대 DVD용 레이저광(파장 408 ㎚)을 각각 출사하는 3개의 레이저 소자를 동일 CAN 내에 수용하고 있다. 여기서, 각각의 레이저 소자는 하나의 직선 상에 늘어서도록 소정의 갭을 두고 배치되어 있다. 또한, 각 소자로부터 출사되는 레이저광은 서로 편광면이 평행하게 되어 있다. 또한, 각 레이저 소자의 배치에 대해서는 후술한다.
제1 회절 격자(102)는 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 레이저광 중, CD용 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합시킨다. 즉, 제1 회절 격자(102)에는 CD용 레이저광의 광축 어긋남을 보정할 수 있도록 설계된 패턴이 형성되어 있다. 또한, 회절 격자의 구성 및 광축 어긋남의 보정 작용 에 대해서는 후술한다.
콜리메이터 렌즈(103)는 제1 회절 격자(102)로부터 입사된 각 파장의 레이저광을 평행광으로 변환한다. 여기서, 콜리메이터 렌즈(103)는, 예를 들어 각 파장의 레이저광에 대해 색수차 없앰 효과를 실현할 수 있도록 아베수와 곡률(구면)이 조정된 복수매의 렌즈를 접합하여 형성되어 있다.
편광 BS(104)는 그 편광면이 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 레이저광의 편광면에 일치하도록 조정ㆍ배치되어 있다. 따라서, 콜리메이터 렌즈(103)에 의해 평행광으로 변환된 각 파장의 레이저광은 각각 편광 BS(104)를 대략 전체 투과한다.
미러(105)는 편광 BS(104)로부터의 레이저광의 광로를 대물 렌즈(109) 방향으로 수직 상승시킨다.
개구 제한 소자(106)는 각 디스크의 기판 두께에 따라서 레이저광의 외주를 차광하고, 이에 의해 대물 렌즈(109)에 대한 각 레이저광의 개구수(NA)를 조정한다. 즉, 대물 렌즈(109)의 개구수는 디스크마다의 기판 두께에 따라서 미리 레이저광마다 결정되어 있고, 개구 제한 소자(106)는 디스크의 기판 두께에 대응하는 개구수가 되도록 레이저광의 외주부를 차광하고, 각 레이저광을 적절한 유효 직경으로 대물 렌즈(109)에 입사시킨다.
예를 들어, 상기 광픽업 장치가 CD/DVD/차세대 DVD(기판 두께 0.6 ㎜)호환용인 경우, CD의 기판 두께(1.2 ㎜)만이 다른 디스크에 비해 크고, 이것에 따라서 CD용 레이저광의 NA만이 다른 것에 비해 작게 설정되어 있다. 개구 제한 소자(106) 는 CD용 레이저광만 외주부를 차광하여 대물 렌즈(109)에 대한 CD용 레이저광의 유효 직경을 조정하고, 이에 의해 CD용 레이저광의 개구수를 설정치로 조정한다.
또한, 개구 제한 소자(106)로서는, 예를 들어 회절 소자를 이용할 수 있다. 이 회절 소자에는 레이저광의 외주부가 입사하는 위치에 파장 선택성의 회절 패턴이 형성되어 있고, 이 패턴의 회절 작용에 의해 상기 파장의 레이저광의 외주부를 발산시킨다. 예를 들어, CD/DVD/차세대 DVD(기판 두께 0.6 ㎜) 호환인 경우에는 CD용 레이저광(파장 780 ㎚)만을 회절시키는 회절 패턴이 외주부 입사 위치에 형성된다. 이에 의해, CD용 레이저광의 외주부가 회절에 의해 발산되어 중앙부만이 대물 렌즈(109) 방향으로 유도된다.
이 밖에, 개구 제한 소자(106)로서 편광 필터를 이용할 수도 있다. 즉, 개구를 제한하고 싶은 레이저광의 외주부 위치에 편광 필터를 배치하는 동시에, 상기 레이저광의 편광면을 편광 필터의 편광면에 대해 직교시킨다. 이 경우, 개구를 제한하고 싶은 레이저광의 편광면만을 편광 필터의 편광면에 대해 직교시키기 때문에, 상기 레이저광의 편광면을 다른 레이저광의 편광면에 대해 90°회전시키는 수단이 별도로 필요해진다. 이 수단으로서는, 예를 들어 파장 선택성의 λ/2판을 이용할 수 있다.
또한, 개구 제한 소자(106)로서 위상 필터를 이용할 수도 있다. 이 경우, 개구를 제한하고 싶은 레이저광만 필터링되도록 위상 필터의 두께를 조정할 필요가 있다.
파면 보정 소자(107)는 서보 회로(202)로부터의 서보 신호에 따라서 레이저 광의 파면 상태를 보정한다. 상술한 바와 같이, 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 각 파장의 레이저광은 콜리메이터 렌즈(103)에 의해 모두 평행광이 되므로, 개구 제한 소자(106)를 통과한 후에도 평행광으로 되어 있다. 이에 대해, 대물 렌즈(109)가, 예를 들어 소정 파장의 레이저광에만 유한계가 되도록 설계되어 있는 경우에는, 상기 파장의 레이저광의 파면 상태를 그것에 따라서 보정할 필요가 있다. 파면 보정 소자(107)는 이러한 경우에 상기 파장의 레이저광의 파면 상태가 적정 상태가 되도록 상기 파장의 레이저광에 파면 보정 작용을 부여한다.
구체적으로는, 대물 렌즈(109)가 DVD용 레이저광(파장 655 ㎚)과 차세대 DVD용 레이저광(파장 408 ㎚)에 대해서는 무한계, CD용 레이저광(파장 780 ㎚)에 대해서는 유한계가 되도록 설계되어 있는 경우, 파면 보정 소자(107)는 CD용 레이저광을 이용하는 경우에만 구동되어 CD용 레이저광의 파면 상태를 대물 렌즈(109)의 사양에 맞는 파면 상태로 보정한다.
또한, 파면 보정 소자(107)로서는, 예를 들어 일본 공개 특허 제2895150호 공보에 기재한 바와 같은 액정 소자를 이용할 수 있다. 즉, 액정 소자를 광축 방향에 협지하도록 하여 동심 링형상의 투명 전극을 복수 배치하는 동시에, 레이저광의 광축이 동심 링형상의 투명 전극의 중심을 관통하도록 액정 소자를 배치하여 상기 투명 전극에 전압을 인가함으로써 액정 소자의 굴절률을 링형상으로 상위시키고, 이에 의해 레이저광의 파면 상태를 만곡시킨다. 여기서, 투명 전극 위치의 굴절률은 인가하는 전압의 크기에 의해 조정할 수 있으므로, 인가 전압을 조정함으로써 레이저광의 파면 상태를 적정 상태로 조정할 수 있다.
이 외, 파면 보정 소자(107)로서는 일본 특허 공개 2003-149443호 공보에 기재된 바와 같은 복굴절 소자를 이용할 수도 있다. 또한, 빔확장기나 렌즈 개재 삽입 기구 등의 메커니컬 조정 기구를 이용할 수도 있다.
또한, 대물 렌즈(109)가 모든 레이저광에 대해 무한계인 경우에는, 파면 보정 소자(107)는 불필요하다. 이 경우, 도1에 도시하는 광학계로부터 파면 보정 소자(107)가 생략된다.
λ/4판(108)은 편광 BS(104)를 전체 투과한 레이저광(직선 편광)을 원편광으로 변환한다. 또한, 디스크로부터 반사된 레이저광(원편광)을 입사 시의 편광 방향에 직교하는 직선 편광으로 변환한다. 따라서, 디스크로부터 반사된 레이저광은 편광 BS(104)에 의해 대략 전체 반사된다.
대물 렌즈(109)는 각 파장의 레이저광을 기록층 상에 적절하게 수렴시키도록 설계되어 있다. 또한, 대물 렌즈(109)는, 상술한 바와 같이 각 레이저광에 대해 무한계 혹은 유한계가 되도록 설계되어 있다.
대물 렌즈 작동기(300)는 서보 회로(202)로부터의 서보 신호(트랙킹 서보 신호 및 포커스 서보 신호)에 따라서 대물 렌즈(109)를 구동한다. 또한, 대물 렌즈 작동기(300)의 구성은 종래에 이미 알려진 것이므로 설명을 생략한다.
집광 렌즈(110)는 편광 BS(104)에 의해 반사된 레이저광(디스크로부터의 반사광)을 광검출기(112) 상에 집광한다.
제2 회절 격자(111)는 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 레이저광 중, DVD용 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합시킨 다. 즉, 제2 회절 격자(111)에는 DVD용 레이저광의 광축 어긋남을 보정할 수 있도록 설계된 패턴이 형성되어 있다. 또한, 회절 격자의 구성 및 광축 어긋남의 보정 작용에 대해서는 후술한다.
광검출기(112)는 수광한 레이저광의 강도 분포로부터 재생 RF 신호, 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호를 도출하기 위한 센서 패턴을 갖고 있다. 각 센서로부터의 신호는 디스크 장치측의 재생 회로(201) 및 서보 회로(202)에 출력된다.
재생 회로(201)는 광검출기(112)로부터 수신한 센서 신호를 연산 처리하여 재생 RF 신호를 도출하고, 이를 복조하여 재생 데이터를 생성한다.
서보 회로(202)는 광검출기(112)로부터 수신한 센서 신호를 연산 처리하여 트랙킹 에러 신호 및 포커스 에러 신호를 도출하고, 이를 기초로 하여 트랙킹 서보 신호 및 포커스 서보 신호를 생성하여 대물 렌즈 작동기(300)에 출력한다. 또한, 제어기(203)로부터의 지령에 따라서 파면 보정 소자(107)에 구동 신호를 출력한다.
제어기(203)는 키 입력부(도시하지 않음)로부터의 입력 지령 등에 따라서 각 부를 제어한다.
도2a 및 도2b에 3파장 레이저(101)의 구성을 도시한다. 또한, 도2b는 도2a를 우측에서 본 우측면도이다.
도면에 있어서, 101a 내지 101c는 레이저 소자이다. 도시한 바와 같이, 레이저 소자(101a 내지 101c)는 출사구측에서 보아 일직선 상에 늘어서도록 기체(101d)에 마운트되어 있다. 여기서, 각 레이저 소자 사이의 간격은 레이저 소자(101a) 및 레이저 소자(101c)로부터 출사되는 레이저광이 상기 제1 회절 격자(102) 및 제2 회절 격자(111)에 의해 레이저 소자(101b)로부터 출사되는 레이저광의 광축에 일치하도록 회절되는 간격으로 되어 있다.
도3을 참조하여 회절 격자에 의한 광축 어긋남의 보정 작용에 대해 설명한다.
회절 격자의 레이저광 입사측의 면에 도3에 도시하는 홀로그램 격자 패턴이 형성되어 있는 경우, 발광점(1, 2)으로부터의 레이저광은 이 격자 패턴에 의해 회절 작용을 받는다. 또한, 도3에는 스텝수 ＝ 3의 격자 패턴이 도시되어 있다.
여기서, 격자 간격을 Λ라 하면, 레이저광의 1차광의 회절각(θ)과 파장(λ)의 관계는,
[식 1]
λ ＝ Λsinθ
[식 2]
θ ＝ sin-1λ/Λ
로 규정된다. 따라서, 발광점(1)과 발광점(2)으로부터의 레이저광의 광축을 회절 격자에 의한 회절로 기준 광축에 일치시키고자 하면, 발광점 간격(d1, d2)은,
[식 3]
d1 ＝ Ltanθ1
[식 4]
d2 ＝ Ltanθ2
로 규정된다. 따라서, 발광점(1, 2)으로부터의 레이저광의 파장(λ1, λ2)과, 회절 격자의 격자 피치(Λ)로부터 발광점 간격(d1, d2)은,
[식 5]
d1 ＝ Ltan(sin-1λ1/Λ)
[식 6]
d2 ＝ Ltan(sin-1λ2/Λ)
로서 설정된다.
여기서, 상기 식5, 식6을 참조하면, 단순 광로 길이(L)가 동일하면 발광점 간격(d1, d2)은 출사 레이저광의 파장(λ1, λ2)에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 발광점 간격(d1, d2)을 크게 하기 위해서는 발광점(1, 2)으로부터의 레이저광의 파장을 크게 하면 된다.
본 실시 형태에서는 3파장 레이저(101)로부터 CD용 레이저광(파장 780 ㎚), DVD용 레이저광(파장 655 ㎚), 차세대 DVD용 레이저광(파장 408 ㎚)이 출사된다. 따라서, 발광점 간격을 크게 하기 위해서는 파장이 큰 CD용 레이저광(파장 780 ㎚)과 DVD용 레이저광(파장 655 ㎚)을 회절시키고, 이들 레이저광의 광축을 차세대 DVD용 레이저광(파장 408 ㎚)의 광축에 정합시키도록 하면 된다.
즉, 3파장 레이저(101)에 격납되는 레이저 소자(101a 내지 101c)(도2 참조) 중, 중앙의 레이저 소자(101b)로서 출사 레이저 파장의 가장 작은 차세대 DVD용 레이저 소자(파장 : 408 ㎚)를 배치하고, 이를 협지하도록 하여 CD용, DVD용 레이저 소자(파장 : 655 ㎚, 파장 : 780 ㎚)를 배치한다. 이에 의해, 레이저 소자 사이의 간격(d1, d2)을 크게 할 수 있고, 레이저 소자(101a 내지 101c)의 배치를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 회절 격자에 의한 광축 보정에 있어서는 회절 효율의 관계로부터 광축 맞춤을 행하고자 하는 레이저광의 파워가 저하된다. 따라서, 파워를 높게 유지하고 싶은 레이저광에 대해서는 광축 맞춤의 대상으로부터 제외시키는 것이 좋다.
차세대 DVD용 레이저광(파장 : 408 ㎚)을 출사하는 레이저 소자의 출사 파워는 현시점에 있어서, CD용 레이저광(파장 780 ㎚)이나 DVD용 레이저광(파장 655 ㎚)의 레이저 파워에 비하면 미약하다. 상기와 같이, 차세대 DVD용 레이저 소자(파장 : 408 ㎚)를 센터에 배치하여 회절에 의한 축 보정을 행하지 않도록 하면 본래 미약한 차세대 DVD용 레이저광의 파워를 높게 유지할 수 있다.
도4에 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 3개의 레이저광과, 제1 회절 격자(102) 및 제2 회절 격자(111)에 의한 광축 조정 작용의 관계를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 3개의 레이저광 중, CD용 레이저광(파장 : 780 ㎚)의 광축이 제1 회절 격자(102)에 의해 차세대 DVD용 레이저광(파장 : 408 ㎚)의 광축에 정합된다. DVD용 레이저광(파장 655 ㎚)은 제1 회절 격자(102)에 의해 광축 조정되지 않고, 출사 시의 광축 어긋남 상태에서 대물 렌즈(109)에 입사된다.
대물 렌즈(109)는 기준 광축인 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 위치 조정되어 있으므로, CD용 레이저광과 차세대 DVD용 레이저광은 대물 렌즈(109)에 의해 수 차없이 디스크 상에 수렴된다. 이에 대해, DVD용 레이저광은 광축이 어긋난 상태에서 대물 렌즈(109)로 입사되므로, 디스크 상의 수렴광에 수차가 생긴다.
일반적으로, 수차의 크기는 레이저광의 파장의 크기에 반비례하므로, DVD용 레이저광에 생기는 수차는 기록/재생 특성에 심각한 영향을 부여할 정도까지 커지지 않는다. 오히려, DVD용 레이저광을 기록용 빔으로서 이용하는 경우에는 광축 맞춤 시의 회절에 의해 레이저 파워가 저하되는 것보다도, 본 실시 형태와 같이 회절에 의한 광축 조정을 행하지 않고, 높은 레이저 파워를 확보하는 것을 우선으로 하는 쪽이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 기록에 필요한 레이저 파워를 확보할 수 있는 경우에는 DVD용 레이저광의 광축을 조정하기 위한 회절 격자를 별도로 콜리메이터 렌즈(103)의 전단에 배치하도록 해도 좋다.
디스크로부터 반사된 레이저광 중, DVD용 레이저광은 제2 회절 격자(111)에 의해 회절되어 광검출기(112) 상으로 유도되도록 광축이 구부러진다. CD용 레이저광과 차세대 DVD용 레이저광은 제2 회절 격자(111)에 의해 광축 조정되지 않고, 그대로 광검출기(112) 상에 수렴된다.
또한, 제1 회절 격자(102)와 제2 회절 격자(111)는 각각 상기 식5, 식6을 기초로 CD용 레이저광과 DVD용 레이저광의 광축을 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합시키는 격자 패턴(격자 피치 : Λ)이 설정되어 있다. 따라서, 차세대 DVD용 레이저 소자에 대한 CD용 레이저 소자와 DVD용 레이저 소자의 발광점 간격(d1, d2)이 격자 패턴 설계 시의 발광점 간격으로부터 어긋난 경우, 그 상태에서는 CD용 레이저광과 DVD용 레이저광의 광축 조정을 적절하게 행할 수 없다. 이 경우에는 제1 회절 격자(102)와 제2 회절 격자(111)를 기준 광축 방향으로 전후시켜 단순 광로 길이(L)를 조정한다.
도5a 및 도5b에 제1 회절 격자(102)와 제2 회절 격자(111)에 의한 광축 보정 작용을 도시한다.
레이저 소자(101a)(CD용)의 발광점 간격(d1)이 설계 시보다도 커진 경우, θ1이 설계 시의 값이 되는 위치에 제1 회절 격자(102)를 3파장 레이저(101)로부터 멀게 한다. 반대로, 발광점 간격(d1)이 설계 시보다도 작아진 경우에는 θ1이 설계 시의 값이 되는 위치에 제1 회절 격자(102)를 3파장 레이저(101)에 가깝게 한다.
마찬가지로, 레이저 소자(101c)(DVD용)의 발광점 간격(d2)이 설계 시보다도 커진 경우에는 θ2가 설계 시의 값이 되는 위치에 제2 회절 격자(111)를 3파장 레이저(101)로부터 멀게 하고, 또한 발광점 간격(d2)이 설계 시보다도 작아진 경우에는 θ2가 설계 시의 값이 되는 위치에 제2 회절 격자(111)를 3파장 레이저(101)에 가깝게 한다.
회절 격자의 위치를 미세 조정할 수 있는 경우에는 DVD용 레이저광을 발광시키고 디스크(DVD)에 레이저광을 조사한 상태에서 제2 회절 격자(111)를 광축 방향으로 전후시키고, 광검출기(112)로부터의 출력을 모니터하여 광검출기(112)로부터의 출력이 최량이 되는 위치에 제2 회절 격자(111)를 포지셔닝한다. 그 후, CD용 레이저광을 발광시키고 디스크(CD)에 레이저광을 조사한 상태에서 제1 회절 격자(102)를 광축 방향으로 전후시키고, 광검출기(112)로부터의 출력을 모니터하여 광 검출기(112)로부터의 출력이 최량이 되는 위치에 제1 회절 격자(102)를 포지셔닝한다.
또한, 회절 격자의 배치 방법의 상세에 대해서는 도8 이후의 도면을 참조하면서 추가로 설명한다.
도6에, 제1 회절 격자(102)의 격자 패턴과 회절 효율이 관계를 나타낸다.
도6은 격자 패턴의 스텝수를 3스텝으로 하였을 때의 시뮬레이션 결과이다. 또한, 시뮬레이션의 조건은 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프의 하측란 외에 나타낸 바와 같다. 또한, 그래프 중에 부기된 Blue－0th, Red－0th, IR-1st는 각각 파장 408 ㎚ 레이저광의 0차 회절광, 파장 655 ㎚ 레이저광의 0차 회절광, 파장 780 ㎚ 레이저광의 -1차 회절광의 회절 효율 특성인 것을 나타내는 것이다.
도6으로부터 격자 패턴이 3스텝인 경우에는 스텝 높이(H)를 4.35 ㎛ 정도로 설정하면 파장 408 ㎚의 청자 레이저광(차세대 DVD용)과 파장 655 ㎚의 적색 레이저광(DVD용)의 회절 효율을 100 ％ 가깝게 유지하면서 파장 780 ㎚(CD용)의 레이저광의 회절 효율을 40 ％ 정도까지 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
도7에 제1 회절 격자(111)의 격자 패턴과 회절 효율의 관계를 나타낸다.
도7은 격자 패턴의 스텝수를 4스텝으로 하였을 때의 시뮬레이션 결과이다. 또한, 시뮬레이션의 조건은 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프의 하측란 외에 나타낸 바와 같다. 또한, 그래프 중에 부기된 Blue－0th, Red＋1st, IR－0th는 각각 파장 408 ㎚ 레이저광의 0차 회절광, 파장 655 ㎚ 레이저광의 ＋1차 회절광, 파장 780 ㎚ 레이저광의 0차 회절광의 회절 효율 특성인 것을 나타내는 것이다.
도7로부터 격자 패턴이 4스텝인 경우에는 스텝 높이(H)를 1.75 ㎛ 정도로 설정하면, 파장 408 ㎚의 청자 레이저광(차세대 DVD용)과 파장 780 ㎚의 적외 레이저광(CD용)의 회절 효율을 100 ％ 가깝게 유지하면서 파장 655 ㎚(DVD용)의 레이저광의 회절 효율을 80 ％ 정도까지 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도6 및 도7에 도시하는 회절 격자를 제1 회절 격자(102) 및 제2 회절 격자(111)로서 이용한 경우, 제1 회절 격자(102) 및 제2 회절 격자(111)를 통과한 후에 있어서의 청자 레이저광(차세대 DVD용), 적색 레이저광(DVD용), 적외 레이저광(CD용)의 회절 효율은 95.5 ％ × 96.1 ％ ＝ 91.8 ％, 95.9 ％ × 78.2 ％ ＝ 75.0 ％, 42.3 ％ × 98.0 ％ ＝ 41.5 ％가 된다. 이와 같이, 2개의 회절 격자를 이용해도 광검출기(112) 상에 충분한 파워의 레이저광을 수렴시킬 수 있다. 특히, 청자 레이저광(차세대 DVD용)에 대해서는 10 ％ 미만밖에 저하되지 않아 레이저 파워를 높게 유지할 수 있다.
또한, 격자 패턴의 스텝 높이는 상기 도6 및 도7에 도시하는 시뮬레이션을 행하고, 그 결과를 기초로 각 파장의 회절 효율을 비교하여 각 파장의 레이저광이 만족시켜야 하는 조건을 고려하여 가장 바람직한 스텝 높이를 설정하도록 하면 된다. 예를 들어, 상기와 같이 청자 레이저광의 출사 파워는 현시점의 것이 다른 레이저광에 비해 미약한 것이므로, 우선 청자 레이저광의 회절 효율을 90 ％ 이상으로 설정하고, 다음에 이를 만족시키는 스텝 높이의 범위로부터 나머지 2개의 레이저광에 최적의 스텝 높이를 찾아내도록 하면 된다. 이 때, 상기와 같이 CD용 레이저광의 파워를 그만큼 높게 설정할 필요가 없는 경우(대상 디스크가 재생 전용 CD 인 경우 등)에는 DVD용 레이저광의 회절 효율이 조금이라도 커지는 스텝 높이를 찾아내도록 한다. 또한, CD용, DVD용의 어떠한 파워도 크게 하는 경우에는 양 파워가 밸런스 좋게 높아지는 스텝 높이를 찾아내도록 한다.
다음에, 회절 격자의 배치 방법에 대해 설명한다. 또한, 상기에서는 레이저 소자(101a 내지 101c)가 일직선 상에 늘어서는 것으로 하여 설명을 행하였지만, 여기서는 도8에 도시한 바와 같이 레이저 소자(101a 내지 101c)가 임의의 위치에 배치되어 있는 것으로 하여 설명을 행한다.
도8에 도시한 바와 같이 3차원 직교 좌표계를 설정하여 그 원점 위치에 기준 레이저광을 출사하는 레이저 소자(0)가 배치되어 있다고 하면, 레이저 소자(0)로부터 회절 격자까지의 단순 광로 길이(L)는 다음 식으로 표시된다.
[식 7]
Figure 112005047775571-PAT00003
여기서, θ1이 충분히 작을 때, tanθ1 ＝ sinθ1이므로, 이 식은 다음 식에서 근사할 수 있다.
[식 8]
Figure 112005047775571-PAT00004
따라서, 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1, Z1)와 파장(λ1)이 반도체 레이저 의 설계치로서 부여되었을 때, 그것에 따라서 상기와 같이 설계된 회절 격자의 배치 위치는 상기 식 8의 각 파라미터에 대응하는 값을 각각 대입함으로써 구할 수 있다.
그런데, 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1, Z1)와 파장(λ1)은 제조 오차 등에 기인하여, 통상 설계치로서 부여된 것에 대해 어느 정도의 어긋남이 생기고 있다. 이 어긋남에 의해 회절 격자를 배치해야 할 단순 광로 길이(L)가 변동되지만, 이 경우에는 상기 식 8에 어긋남량을 예측한 파라미터치를 대입함으로써 적절한 단순 광로 길이를 구할 수 있다.
예를 들어, 좌표치(X1)에 어긋남(ΔX1)이 생긴 경우에는 식 8의 X1로서, X1 ＋ ΔX1을 대입한다. 또한, 이 때의 단순 광로 길이(L)의 변동치(Δ1)는 상기 식 8을 기초로 다음 식에서 구할 수 있다.
[식 9]
Figure 112005047775571-PAT00005
마찬가지로, 좌표치(Y1)에 어긋남(ΔY1)이 생긴 경우에는, 단순 광로 길이(L)의 변동치(ΔL)는 상기 식 8을 기초로 다음 식에서 구할 수 있다.
[식 10]
Figure 112005047775571-PAT00006
또한, 좌표치(Z1)에 어긋남(ΔZ1)이 생긴 경우에는, 단순 광로 길이(L)의 변동치(ΔL)는,
[식 11]
ΔL ＝ ΔZ1
이 된다.
또한, 파장(λ1)에 어긋남(Δλ1)이 생긴 경우에는, 단순 광로 길이(L)의 변동치(ΔL)는 상기 식 8을 기초로 다음 식에서 구할 수 있다.
[식 12]
Figure 112005047775571-PAT00007
여기서, θ1이 충분히 작을 때, tanθ1 ＝ sinθ1 ＝ θ1이므로, 이 식은 다음 식에서 근사할 수 있다.
[식 13]
Figure 112005047775571-PAT00008
이 식에 상기 식 8을 대입하면, ΔL은 이하의 식으로 변형할 수 있다.
[식 14]
Figure 112005047775571-PAT00009
상기 식 8에서 구한 단순 행로 길이(L)에 식 9, 식 10, 식 11, 식 14에서 구한 각각의 변동치(ΔL)를 합산함으로써, 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1, Z1)와 파장(λ1)이 변동되었을 때의 단순 행로 길이(L')를 구할 수 있다. 합산한 단순 광로 길이(L')는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
[식 15]
Figure 112005047775571-PAT00010
광축 보정용 회절 격자는 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1, Z1) 및 파장(λ1)의 설계치와 그곳에 상정되는 변동치(ΔX1, ΔY1, ΔZ1, Δλ1)로부터 식 15를 기초로 단순 광로 길이(L')를 구하고, 그 위치에 배치하도록 하면 된다. 이 때, 상정되는 변동치(ΔX1, ΔY1, ΔZ1, Δλ1)는 소정의 폭을 갖기 때문에(통상, 변동치의 상한치가 사양에 의해 결정되어 있음 : 사양치), 단순 광로 길이(L')도 소정의 변동 폭을 갖는 것이 된다. 따라서, 광축 보정용 회절 격자는 이 폭의 범위 내에 포지셔닝되도록 고정하거나, 혹은 이 범위 내에 포지셔닝한 후, 광축 방향으로 변위시켜 광검출기(112)로부터의 출력이 최량이 되는 위치에 미세 조정하도록 하면 된다.
또한, 광축 보정용 회절 격자를 미세 조정하지 않고, 단순 광로 길이(L')의 변동 폭 내의 소정의 위치에 고정하는 경우에는 광축 어긋남이 생길 가능성이 있다. 그러나, 이 경우라도 상정되는 변동치(ΔX1, ΔY1, ΔZ1, Δλ1)를 예측한 후에 단순 광로 길이(L')의 변동 폭을 구하고 있으므로, 광축 어긋남의 크기는 그만 큼 커지지 않는다. 즉, 식 15를 기초로 광축 보정용 회절 격자의 배치 위치를 결정하면, 광검출기(112)로부터의 출력이 최량이 되는 위치에 미세 조정하지 않아도 비교적 양호한 광축 보정 작용을 발현시킬 수 있다.
또한, 단순 광로 길이(L')의 변동 폭의 범위 내는 적어도 광축 보정용 회절 격자의 배치 영역 또는 조정 스트로크라 가정하여, 이 범위 내에는 다른 광학 소자를 배치하지 않도록 광학계를 설계하면 된다. 즉, 식 15는 광축 보정용 회절 격자의 배치 위치의 설정에 있어서 유용해지는 것 외에, 다른 광학 소자의 배치 설계 내지 광픽업 장치의 형상 설계에 있어서도 유용해진다.
또한, 상기 도2에 도시하는 타입의 반도체 레이저에서는 레이저 소자(101a 내지 101c)가 일직선 상에 늘어서 있으므로, 식 15에 있어서의 좌표치(X1, Z1)는 모두 0이 된다. 따라서, 이 경우에는 X1 ＝ 0, Z1 ＝ 0으로 하여 식 15로부터 단순 광로 길이(L')를 구하면 된다.
그런데, 상기에서는 레이저 소자의 후단에 광축 보정용 회절 격자를 배치하는 경우를 도8에 예시하면서 이 경우의 회절 격자의 위치 설정에 대해 식 15를 기초로 설명을 행하였지만, 도8b와 같이 광검출기(112)의 전단에 광축 보정용 회절 격자를 배치하는 경우에는 식 15에서 구한 단순 광로 길이(L')를 기초로 이하와 같이하여 광축 보정용 회절 격자의 배치 위치를 구한다.
즉, 레이저 소자(1)의 발광점이 레이저 소자(0)의 광축(기준 광축)에 대해 거리(D1)만큼 어긋나 있다고 하면, 광축 보정을 행하지 않는 경우, 광검출기(112) 상에 있어서의 수렴점의 기준 광축에 대한 거리(D2)는 다음 식으로 나타낼 수 있 다.
[식 16]
D2 ＝ (f2/f1)ㆍD1
또한, f1, f2는 각각 콜리메이터 렌즈(103)와 집광 렌즈(110)의 초점 거리이다.
광검출기(112)의 전단에 광축 보정용 회절 격자를 배치하는 경우에는 이 거리(D2)의 위치에 발광점이 존재한다고 가정하여 상기 식 15를 기초로 회절 격자를 배치하는 방법이 채용된다. 즉, 도9를 참조하여 가상 발광점에 레이저 소자가 배치되어 있다고 가정하여 광검출기로부터의 단순 광로 길이(Lpd)를 구한다.
여기서, 도9로부터 Lpd와 L 사이에는,
[식 17]
Lpd/(L － Z2) ＝ D2/D1
의 관계가 성립한다. 따라서, 상기 식 16을 식 17에 대입함으로써,
[식 18]
Lpd ＝ (f2/f1)(L － Z2)
의 관계식을 얻을 수 있다.
레이저 소자(2)의 좌표치(X2, Y2, Z2) 및 파장(λ2)의 설계치가 부여된 경우, 상기 식 8을 기초로 단순 행로 길이(L)를 구하고, 또한 구한 단순 광로 길이(L)를 식 18에 대입함으로써, 광검출기(112)의 전단에 광축 보정용 회절 격자의 배치 위치(설계치에 따른 것)를 구할 수 있다.
또한, 레이저 소자(2)의 좌표치(X2, Y2, Z2) 및 파장(λ2)의 설계치와, 그것에 상정되는 변동치(ΔX2, ΔY2, ΔZ2, Δλ2)로부터 식 15를 기초로 단순 광로 길이(L')를 구하고, 구한 단순 광로 길이(L')를 식 18의 L에 대입함으로써, 변동치를 예측한 광축 보정용 회절 격자의 배치 위치를 구할 수 있다.
그런데, 상기 도8a에 있어서, 회절 격자의 배치 위치가 적정 위치로부터 어긋난 경우에는 레이저 소자(1)로부터의 레이저광의 광축이 광학계의 광축으로부터 어긋나게 되어 디스크면 상에 있어서 파면수차가 생긴다. 즉, 도10에 도시한 바와 같이, 회절 격자의 배치가 적정 위치에 대해 La만큼 어긋나면, 디스크 상에 있어서의 상고의 크기가 B가 되고, 이것에 따라서 레이저 소자(1)로부터의 레이저광에 파면수차가 생긴다. 여기서, 상고(B)와 파면수차(λrms) 사이에는 도10 중 그래프에 나타내는 관계가 있다. 통상, 대물 렌즈의 광학 특성이나 디스크 종별 등으로부터 허용되는 파면수차의 크기에 한계치(λmaX)가 설정되어 있다. 따라서, 회절 격자의 배치 어긋남(La)은 파면수차가 한계치(λmaX) 이하가 되는 범위 내로 억제할 필요가 있다.
여기서, 상고(B)와 광축 어긋남(A) 사이에는,
[식 19]
A ＝ (fa/fb)ㆍB
의 관계가 성립한다. 또한, fa, fb는 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈의 초점 거리이다. 또한, 도10으로부터 회절 격자의 배치 어긋남(La)과 광축 어긋남(A) 사이에는,
[식 20]
A ＝ Laㆍtanθ1
의 관계가 성립한다. 따라서, 식 19와 식 20으로부터,
[식 21]
La ＝ (1/tanθ1)(fa/fb)ㆍB
를 도출할 수 있고, 이 식 21의 B에 파면수차가 한계치(λmaX)를 부여하는 상고치(XLimit)를 대입함으로써 배치 어긋남(La)의 허용치(Lamax)를 구할 수 있다. 도10에 있어서, 광축 보정용 회절 격자를 배치하는 경우에는 상기 식 15를 기초로 구할 수 있는 단순 광로 길이(L')에 대해 식 21을 기초로 구할 수 있는 허용치(Lamax)를 레이저광의 진행 방향으로 플러스/마이너스한 범위 내에 광축 보정용 회절 격자를 배치하면 된다.
또한, 광축 보정용 회절 격자와 레이저 소자 사이, 혹은 광축 보정용 회절 격자와 광검출기 사이에 다른 회절 격자 등 소정의 두께를 갖는 유리 등의 기판이 배치되어 있는 경우에는 상기 식 8 또는 식 15에서 구할 수 있는 단순 광로 길이에 대해 상기 기판만큼의 광로 보정을 행하는 것이 바람직하다. 즉, 보정치를 ΔLm, 보정 후의 단순 광로 길이를 Lm이라 하면, 상기 식 8 또는 식 15에서 구할 수 있는 단순 광로 길이는 다음 식과 같이 보정된다.
[식 22]
Figure 112005047775571-PAT00011
상기 식 중, ti, ni는 각 기판의 광축 방향의 두께, 굴절률이다.
다음에, 도8b를 참조하여 Y축에 대한 레이저 소자(1)의 배치 위치의 경사각(θd)에 대해 설명한다. 도8b로부터 명백한 바와 같이, 경사각(θd)은,
[식 23]
θd ＝ tan-1(X1/Y1)
으로서 구할 수 있다. 여기서, θ가 충분히 작을 때, tanθ ＝ θ로 근사할 수 있으므로, 경사각(θd)은,
[식 24]
θd ＝ X1/Y1
으로서 구할 수 있다.
경사각(θd)은 좌표치(X1, Y1)에 의해 규정되는 것이므로, 레이저 소자(1)의 설계치 중, X 좌표치 또는 Y 좌표치가 변동되었을 때에 그 값이 변동된다. 이 변동치를 Δθd라 하면, X 좌표치가 변동치(ΔX1)만큼 설계치로부터 어긋났을 때, Δd는 식 23으로부터,
[식 25]
Δθd ＝ tan-1((X1 ＋ ΔX1)/Y1)－ tan-1(X1/Y1)
로서 구할 수 있다. 또한, Y 좌표치가 변동치(ΔY1)만큼 설계치로부터 어긋났을 때에는,
[식 26]
Δθd ＝ tan-1(X1/(Y1 ＋ ΔY1))－ tan-1(X1/Y1)
로서 구할 수 있다.
상기 식 23에서 도출한 경사각(θd)에 식 25, 식 26에서 도출한 각각의 변동치(Δθd)를 합산함으로써 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1)가 변동되었을 때의 경사각(θd')을 구할 수 있다. 또한, 합산 시에 Y1 ≫ X1로서 tan-1의 항을 근사하면 경사각(θd')은,
[식 27]
θd' ＝ (Y1ㆍΔY1 － X1ㆍΔX1)/(Y1ㆍ(Y1 ＋ ΔY1))
로서 도출할 수 있다.
광축 보정용 회절 격자는 레이저 소자(1)의 좌표치(X1, Y1)의 설계치와, 그것에 상정되는 변동치(ΔX1, ΔY1)로부터 식 27을 기초로 경사각(θd')을 구하고, 광축 보정용 회절 격자의 피치 방향이 이 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 광축 보정용 회절 격자의 위치를 설정하면 된다. 이 때, 상정되는 변동치(ΔX1, ΔY1)는 소정의 폭을 갖기 때문에(통상, 변동치의 상한치가 사양에 의해 결정되어 있음 : 사양치), 경사각(θd')도 소정의 변동 폭을 갖는 것이 된다. 따라서, 광축 보정용 회절 격자는 이 폭의 범위 내로 억제되도록 면내 방향의 위치를 설정하거나, 혹은 이 범위 내에 포지셔닝한 후, 면내 방향으로 회전시켜 광검출기(112)로부터의 출력이 최량이 되는 위치에 미세 조정하도록 하면 된다.
또한, 상기 도2에 도시하는 타입의 반도체 레이저에서는 레이저 소자(101a 내지 101c)가 일직선 상에 늘어서 있으므로, 식 27에 있어서의 좌표치(X1)는 0이 된다. 따라서, 이 경우에는 X1 ＝ 0으로 하여 식 27로부터 경사각(θd')을 구하면 된다.
또한, 광검출기(112)의 전단에 광축 보정용 회절 격자를 배치하는 경우에는, 도9에 도시하는 가상 발광점을 구하고, 이 가상점에 레이저 소자가 배치되어 있다고 가정하면 식 27을 기초로 경사각(θd')을 구하고, 광축 보정용 회절 격자의 격자 패턴이 이 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향의 위치를 설정하면 된다.
이상, 본 실시 형태에 따르면, 광축 조정용 광학 소자로서 저렴한 회절 격자를 이용하므로, 광픽업 장치의 비용 상승을 억제할 수 있다. 또한, 광축 조정을 행하고자 하는 레이저광에 대응하여 개별로 제1 및 제2 회절 격자(102, 111)를 배치하고 있으므로, 레이저 소자 사이의 배치 갭에 변동이 생겨도 대응하는 회절 격자를 기준 광축 방향에 위치 조정함으로써, 상기 레이저광의 광축을 기준 광축에 원활하게 정합시킬 수 있다. 이 때, 회절 격자는 상기 식을 기초로 배치하여 적절하게 위치 조정하면 되고, 이로 인해, 회절 격자의 배치 내지 위치 조정을 간이하고 또한 원활하게 행할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 광픽업 장치의 비용 상승을 억제하면서 간이하고 또한 원활하게 레이저광의 광축 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 외에 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 청자 레이저광용 레이저 소자를 센터에 배치하도록 하였지만, 다른 레이저 소자를 센터에 배치하도록 해도 좋다. 단, 이 경우에는 상기 식5, 식 6으로부터 상기 실시 형태에 비해 발광점 간격이 작아지고, 이것에 따라서 레이저 소자의 배치 마진이 심해지고, 또한 청자 레이저광의 회절 효율(파워)은 저하된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 제1 및 제2 회절 격자의 스텝수를 각각 3스텝, 4스텝으로 하였지만, 이 이외의 스텝수로 하여 제1 및 제2 회절 격자를 설계할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 제1 회절 격자(102)를 3파장 레이저(101)의 바로 뒤에 배치하고, 제2 회절 격자(111)를 광검출기(112)의 바로 앞에 배치하도록 하였지만, 도11에 도시한 바와 같이 제2 회절 격자(111)도 3파장 레이저(101)의 바로 뒤에 배치하도록 해도 좋다. 이 경우, DVD용 레이저광은 광축 조정이 이루어진 후, 대물 렌즈(109)에 입사되므로, 디스크 상에 있어서의 DVD용 레이저광에 수차가 생기는 일은 없다. 따라서, 상기에 비해 디스크 상에 있어서의 DVD용 레이저광의 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 회절 격자(102)와 제2 회절 격자(111)를 모두 광검출기(112)의 바로 앞에 배치하도록 해도 좋다.
그 밖에, 본 발명의 실시 형태는 특허 청구의 범위에 개시된 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 적절하게 다양한 변경이 가능하다.
본 발명은 광축 보정 소자로서 회절 격자를 이용함으로써 비용 상승의 억제를 도모하면서 각 레이저 소자의 배치나 파장에 어긋남이 생긴 경우에도 원활하고 또한 정확하게 광축 조정을 행할 수 있는 광픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기록 매체에 대해 파장이 다른 레이저광을 조사하는 광픽업 장치에 있어서,
    출사 파장이 다른 복수의 레이저 소자를 동일 하우징 내에 수용한 반도체 레이저와, 상기 레이저 소자로부터 출사된 각 레이저광 중, 광학계의 광축에 정합하는 기준 레이저광 이외의 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 대략 일치시키는 회절 격자를 구비하고,
    상기 회절 격자는 광축 보정을 행하고자 하는 레이저광에 대응하여 개별로 준비되는 동시에, 상기 광학계의 광축 상에 있어서 상기 기준 레이저광을 출사하는 레이저 소자로부터 다음 식으로 나타내는 광로 길이(L')의 위치에 배치되어 있는 광픽업 장치.
    Figure 112005047775571-PAT00012
    …(A)
    단 ;
    X, Y, Z는 기준 레이저광의 진행 방향을 3차원 직교 좌표축의 Z축으로 하고, 또한 기준 레이저광을 출사하는 레이저 소자를 상기 좌표축의 원점에 두었을 때의 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
    ΔX, ΔY, ΔZ는 상기 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치와 상기 설계치 사이의 어긋남을 상기 좌표축 의 X축, Y축, Z축의 값으로서 나타낸 것이고,
    λ는 상기 광축 조정 대상 레이저광의 파장이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
    Δλ는 상기 광축 조정 대상 레이저광의 파장과 상기 설계치 사이의 파장 어긋남이고,
    L ＝ ΛㆍR00T(X2 ＋ Y2)/(mㆍλ) ＋ Z(Λ는 격자 피치, m은 회절 차수)임.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 ΔX, ΔY, ΔZ 및 Δλ의 사양치를 상기 식(A)에 대입하여 산출되는 상기 광로 길이(L)의 상한치와 하한치의 범위 내에 배치되어 있는 광픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 식(A)에서 산출되는 광로 길이(L')에 대해 다음 식으로 나타내는 광로 길이(La)를 가감산한 광로 길이의 범위 내에 배치되어 있는 광픽업 장치.
    La ＝ (1/tanθ)(fa/fb) …(B)
    단 ;
    θ는 상기 기준 레이저광이 상기 회절 격자에 입사하는 위치에 있어서의, 상기 광축 조정 대상 레이저광의, 상기 기준 레이저광의, 광축에 대한 입사각이고,
    fa는 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈의 초점 거리이고,
    fb는 상기 기록 매체에 레이저광을 수렴시키는 대물 렌즈의 초점 거리임.
  4. 제1항에 있어서, 광검출기에 입사하는 레이저광의 광축을 상기 회절 격자에 의해 상기 기준 레이저광의 광축에 일치시키는 경우, 상기 회절 격자를 상기 광학계의 광축 상에 있어서, 상기 광검출기로부터 다음 식으로 나타내는 광로 길이(Lpd)의 위치에 배치하는 광픽업 장치.
    Lpd ＝ (f2/f1)(L － Z) …(C)
    단 ;
    f1은 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈의 초점 거리이고,
    f2는 상기 기록 매체로부터의 레이저광을 상기 광검출기 상에 수렴시키는 집광 렌즈의 초점 거리임.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 회절 격자와 레이저 소자 사이, 또는 상기 회절 격자와 광검출기 사이에 기판이 배치되어 있는 경우, 상기 각 식에서 산출되는 광로 길이에 다음 식으로 나타내는 광로 길이(ΔLm)를 가산한 광로 길이 위치에 상기 회절 격자를 배치하는 광픽업 장치.
    Figure 112005047775571-PAT00013
    …(D)
    단 ;
    ti 및 ni는 각 기판의 광축 방향의 두께 및 굴절률임.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 회절 격자의 피치 방향이 다음 식으로 나타내는 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 상기 회절 격자의 위치를 설정하는 광픽업 장치.
    θd' ＝ (YㆍΔY － XㆍΔX)/(Yㆍ(Y ＋ ΔY)) …(E)
    단 ;
    θd'는 상기 Y축에 대한 X-Y 평면 상에 있어서의 경사각이고,
    Y ≫ X를 조건으로 함.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 ΔX 및 ΔY의 사양치를 상기 식(E)에 대입하여 산출되는 상기 θd'의 상한치와 하한치의 범위 내로 상기 회절 격자의 피치 방향이 억제되도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정되어 있는 광픽업 장치.
  8. 기록 매체에 대해 파장이 다른 레이저광을 조사하는 광픽업 장치에 있어서,
    출사 파장이 다른 복수의 레이저 소자를 동일 하우징 내에 수용한 반도체 레이저와, 상기 레이저 소자로부터 출사된 각 레이저광 중, 광학계의 광축에 정합하는 기준 레이저광 이외의 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해 대략 일치시키는 회절 격자를 구비하고,
    상기 회절 격자는 광축 보정을 행하고자 하는 레이저광에 대응하여 개별로 준비되는 동시에, 피치 방향이 다음 식으로 나타내는 경사각(θd')의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정되어 있는 광픽업 장치.
    θd' ＝ (YㆍΔY － XㆍΔX)/(Yㆍ(Y ＋ ΔY)) …(F)
    단 ;
    X, Y는 기준 레이저광의 진행 방향을 3차원 직교 좌표축의 Z축으로 하였을 때의 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치이며, 반도체 레이저의 설계치로서 나타낸 것이고,
    ΔX, ΔY는 상기 광축 조정 대상 레이저광을 출사하는 레이저 소자의 상기 좌표축 상에 있어서의 좌표 위치와 상기 설계치 사이의 어긋남을 상기 좌표축의 X축, Y축의 값으로서 나타낸 것이고,
    θd'는 상기 Y축에 대한 X-Y 평면 상에 있어서의 경사각이고,
    Y ≫ X를 조건으로 함.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회절 격자는 상기 ΔX 및 ΔY의 사양치를 상기 식(F)에 대입하여 산출되는 상기 θd'의 상한치와 하한치의 범위 내로 상기 회절 격자의 피치 방향이 억제되도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정되어 있는 광픽업 장치.
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