KR20060088848A - 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광기록재생 장치 - Google Patents

회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광기록재생 장치 Download PDF

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KR20060088848A
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Abstract

본 발명은 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치에 관한 것으로, 고품질 신호를 검출할 수 있는 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
회절격자(13)는 2파장 반도체 레이저로부터 사출한 제1 레이저광(25) 또는 제 2 레이저광(25')을 회절 분리하여 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b) 또는 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')을 생성하는 광 사출면 측만에 형성된 회절영역(21)을 갖고 있다. 회절영역(21)에 형성된 오목부(23b)의 깊이(d)는 220㎚로 형성되어 있다. 요철부(23)의 1피치의 길이(p)는 22㎛로 형성되고, 볼록부(23a)의 폭(w)은 17.6㎛로 형성되어 있다. 요철부(23)의 1피치의 길이(p)에 대한 볼록부(23a)의 폭(w)의 비율은 0.8로 되어 있다.

Description

회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치{Diffraction grating, light receiving element, optical head using the same, and optical recording reproducing apparatus}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 광 헤드(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 광 헤드(10)로서, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 정보 기록면에 집광한 주빔(27, 27') 및 ±1차 부빔(29a, 29b, 29a', 29b')을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 광 헤드(10)로, 주빔(27, 27')에 대한 ±1차 부빔(29a, 29b, 29a', 29b')의 각각의 조정 위치 등을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 수광소자(18)를 광 입사면으로부터 본 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)를 설명하기 위한 도면으로, 종래의 2종류의 격자 정수를 갖는 회절격자에서의 주빔, 부빔 및 미광의 광 량비를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)를 설명하기 위한 도면으로, 단면이 직사각형상의 회절격자에서의 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)를 설명하기 위한 도면으로, 단면이 직사각형상의 회절격자에서의 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)에서 회절한 회절광의 분리 위치 및 광 강도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 회절격자(13)에서의 회절광의 분리 위치 및 광 강도의 측정에 이용한 측정계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 광 기록재생 장치(150)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 회절격자(13)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 광 헤드로, 제 2 광 기록매체(1b)의 정보 기록면에 집광한 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)을 모식적으로 나타내는 도면이다.
*부호의 설명*
1a. 제 1 광 기록매체 1b.제 2 광 기록매체
1c. 제 3 광 기록매체 10. 광 헤드
11. 2파장 반도체 레이저 11a. 제 1 발광부
11b. 제 2 발광부 12. 위상차판
13, 40. 회절격자 14. 빔 스플리터
15. 콜리메이터 렌즈 16. 대물렌즈
17. 센서 렌즈 18. 수광소자
18a. 제 1 수광영역 18b. 제 2 수광영역
18a1, 18b1. 주빔용 수광영역
18a2, 18a3, 18b2, 18b3. 부빔용 수광영역
21, 41. 회절영역 23, 43. 요철부
23a, 43a. 볼록부 23b, 43b. 오목부
25. 제 1 레이저광 25'. 제 2 레이저광
25a, 25b. 레이저광 27, 27'. 주빔
29a, 29a'. +1차 부빔 29b, 29b'. -1차 부빔
31. CD용 회절 격자 33. DVD용 회절격자
37. 광원 39. 스크린
150. 광 기록재생 장치 152. 스핀들 모터
154. 컨트롤러 155. 레이저 구동회로
156. 렌즈 구동회로 157. 포커스 서보 추종회로
158. 트래킹 서보 추종회로 159. 레이저 컨트롤 회로
본 발명은 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치에 관한 것이다.
광 기록재생 장치는, 예를 들면 원판 형상의 광 기록매체의 원주방향을 따라 형성되고, 또한 광 기록매체의 반경방향에 복수 형성된 트랙의 소정 영역에 정보를 기록하고, 또는 해당 트랙의 소정 영역에 기록된 정보를 재생하는 광 헤드를 구비하고 있다. 광 헤드에는, 광 기록매체에 대해 정보를 기록하는 것만으로 이용되는 기록 전용형과, 정보를 재생하는 것만으로 이용되는 재생 전용형, 및 기록재생의 쌍방에 사용 가능한 기록 재생형이 있다. 따라서, 이들을 탑재한 장치는 각각 광 기록장치, 광 재생장치, 광 기록재생 장치가 되는데, 본원에서는 이하, 그들 모두를 포함하여 광 기록재생 장치라 총칭한다.
광 기록재생 장치에 이용하는 광 헤드 중, 부품 가짓수를 삭감하여 저비용화를 달성하기 위해, 파장이 다른 광을 발생하는 복수의 광원을 동일 패키지 내에 넣은 광원을 탑재한 광 헤드가 널리 이용되고 있다. 이러한 광 헤드에서는, 광 기록매체의 정보 기록면 상에서 광 빔을 복수로 분할하기 위해 이용하는 회절 격자를 파장이 다른 광의 광로 중에 설치해야 한다. 이 때문에, 회절격자를 삽입하는 공간을 광 헤드의 광학계에 확보해야 한다. 따라서, 광 헤드의 광학계의 광로 길이를 충분히 길게 설계해야 하므로, 광 헤드를 소형화하는 것이 곤란하다.
이 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1에 개시되어 있는 방법에서는, 다른 격자 정수를 갖는 2종류의 회절 격자를 동일 소자의 표리면에 형성하여 일체화함으로써, 광 헤드의 소형화를 달성하고 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 해당 2종류의 회절 격자가 평행하지 않은 소정의 각도가 되도록 설계함으로써, 회절 격자의 각도 조정을 간략화하는 방법도 개시되어 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특허 공개공보 2004-39109호
그런데, 특허문헌 1에 개시되어 있는 회절격자는, 사용하지 않는 측의 파장의 광에 대해서는 전(全)광량 투과, 즉 광을 회절하지 않도록 설계해야 한다. 사용하지 않는 측의 파장의 광이 회절하면, 해당 회절광은 미광(迷光)이 되어 광 기록매체에 입사된다. 광 기록매체에서 반사한 미광은 수광 소자에 입사되기 때문에, 정확한 신호검출의 방해가 된다. 미광을 거의 생기게 하지 않도록 회절격자를 설계하는 것은, 광의 파장이 2종류인 경우에는 충분히 가능하다. 예를 들면, 2종류의 광의 파장을 각각 650㎚ 및 780㎚으로 하면, 회절격자의 홈의 깊이는 1200∼1600㎚ 정도가 된다. 종래의 설계예로, 광 헤드가 재생 전용이고, 0차광(주(主) 빔)과 1차광(부(副) 빔)과의 회절 광량비가 6:1 정도이면, 사용하지 않는 측의 파장의 회절광을 충분히 약하게 할 수 있는 회절격자의 제작이 가능하다.
그러나, 기록 겸용의 광 헤드에서 광 빔을 분할하는 경우, 1차광의 강도가 너무 강하면, 기록 동작중의 1차광의 열에 의해 기입 완료의 기록 데이터를 지워 버릴 우려가 있다. 이를 회피하기 위해서는, 0차광과 1차광과의 회절 광량비를 18:1 정도로 설정해야 한다. 그러나, 0차광과 1차광과의 회절 광량비를 크게 설정하면, 사용하지 않는 측의 파장의 1차 회절광을 완전히 제거할 수 없게 되는 문제를 갖고 있다. 즉, 파장이 다른 광마다 회절격자를 개별로 설계하면, 사용하지 않는 측의 회절격자로부터의 미광이 수광 소자상에 형성된 수광 영역중의 1차광용 수광영역에 입사되어 버릴 가능성이 있다. 1차광용 수광영역에 입사한 미광의 광량이 미소하더라도, 1차광용 수광영역은 상대적으로 고감도이기 때문에, 검출되는 신호의 품질이 열화된다.
본 발명의 목적은 고품질 신호를 검출할 수 있는 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광의 광로중에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 광의 각각을 회절하여 분리한 0차광과 ±1차광을 생성하는 광 입사면 또는 광 사출면의 한쪽에만 형성된 회절영역을 갖는 것을 특징으로 하는 회절격자에 의해 달성된다.
상기 본 발명의 회절격자로, 상기 회절영역은 오목부의 깊이가 4OOnm 이하로 형성되어 반복 연속하는 요철부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 회절격자로, 상기 회절영역은 단면이 직사각형상의 상기 요철부를 갖고, 상기 요철부의 1피치에 대한 볼록부의 길이의 비율은 0.2 내지 0.8인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 회절격자로, 상기 제 1 및 제 2 광의 적어도 한쪽의 광이 회절한 상기 ±1차광의 각각의 광량은, 상기 한쪽의 광이 회절한 상기 0차광의 광량 의 10분의 1 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 회절격자로, 상기 제 1 광은 DVD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합하고, 상기 제 2 광은 CD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 것 특징으로 한다.
상기 본 발명의 회절격자로, 상기 회절영역은 상기 DVD계 광 기록매체 또는 상기 CD계 광 기록매체의 반경방향의 상기 DVD계 광 기록매체 또는 상기 CD계 광 기록매체의 정보 기록면에 결상한 상기 ±1차광의 각각의 스폿 직경의 길이가, 동 방향의 상기 0차광의 스폿 직경의 길이보다 길어지도록 수차를 주는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은 광원으로부터 사출한 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광의 각각을 회절하여 0차광 및 ±1차광으로 분리하여 광 기록매체에 집광시키고, 상기 광 기록매체에서 반사한 상기 0차광 및 상기 ±1차광을 수광하는 수광소자로, 상기 제 1 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 1 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 1 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 구비한 제 1 수광영역과, 상기 제 2 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 2 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 2 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 구비한 제 2 수광영역을 갖는 것을 특징으로 하는 수광소자에 의해 달성된다.
상기 본 발명의 수광소자로, 상기 제 1 수광영역의 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역의 각각의 중심 사이의 거리(L1)와, 상기 제 2 수광영역 의 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역의 각각의 중심 사이의 거리(L2)와의 비는, 상기 제 1 파장과 상기 제 2 파장과의 비와 거의 같은 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 수광소자로, 상기 제 1 수광영역의 상기 O차 광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역은, 상기 DVD계 광 기록매체의 트랙의 접선방향에 연신하는 분할선을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 수광소자로, 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역은, 상기 광 기록매체의 반경방향에 나란히 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 수광소자로, 상기 제 1 및 제 2 수광영역은, 상기 광 기록매체의 트랙의 접선방향에 나란히 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광을 사출하는 광원과, 상기 제 1 및 제 2 광을 회절하여 분리한 0차광과 ±1차광을 생성한다, 광 입사면 또는 광 사출면의 한쪽에만 형성된 회절영역을 구비한 회절격자와, 상기 제 1 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 1 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 1 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 갖는 제 1 수광영역과, 상기 제 2 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 2 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 2 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 갖는 제 2 수광영역을 구비한 수광소자를 갖는 것을 특징으로 하는 광 헤드에 의해 달성된다.
상기 본 발명의 광 헤드로, 상기 회절격자는 상기 본 발명의 회절격자인 것 을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 광 헤드로, 상기 수광소자는 상기 본 발명의 수광소자인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 광 헤드로, 상기 광원은 DVD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 상기 제 1 광을 발광하는 제 1 발광부와, CD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 상기 제 2 광을 발광하는 제 2 발광부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 광 헤드로, 물리적 트랙 피치의 길이가 P1인 상기 DVD계 광 기록매체 (제 1 광 기록매체) 또는 상기 물리적 트랙 피치의 길이가 P2 (P2>P1)인 상기 DVD계 광 기록매체(제 2 광 기록매체)에 대해 상기 제 1 파장의 광을 회절한 상기 ±1차광의 스폿을 상기 제 1 파장의 광을 회절한 상기 0차광의 스폿에 관해, 대칭 또한 상기 제 1 또는 제 2 광 기록매체의 반경방향에 P1×(n＋1/2)(단, n은 0 이상의 정수) 정도의 위치에 배치하고, 상기 물리적 트랙 피치의 길이가 P3(P3>P2)인 상기 CD계 광 기록매체(제 3 광 기록매체)에 대해 상기 제 2 파장의 광을 회절한 상기 ±1차광의 스폿을 상기 제 2 파장의 광을 회절한 상기 0차광의 스폿에 관해, 대칭 또한 상기 제 3 광 기록매체의 반경방향에 P3×(n＋1/4)(단, n은 0 이상의 정수) 정도의 위치에 배치한 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 광 헤드로, 상기 DVD계 광 기록매체의 트래킹 서보 신호는 차동 푸시풀(push-pull) 방식을 이용하여 검출되고, 상기 CD계 광 기록매체의 상기 트래킹 서보 신호는 3빔 방식을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은 상기 본 발명의 광 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는 광 기록재생 장치에 의해 달성된다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 형태에 의한 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치에 대해 도 1 내지 도 11을 이용하여 설명한다. 본원에서는, 직선형상의 격자형상을 갖는 회절소자와, 곡선형상의 격자형상을 갖는 회절소자를 포함하여 회절격자라 총칭한다. 도 1은, 본 실시형태에 의한 광 헤드(10)의 개략의 구성을 나타내고 있다. 광 헤드(10)는, 예를 들면, 제 1 광 기록매체(1a) 및 제 2 광 기록매체(1b)(DVD계 광 기록매체 ) 및 제 3 광 기록매체(1c)(CD계 광 기록매체)에 대응할 수 있도록 되어 있다. 광 헤드(10)는, 2파장 반도체 레이저(광원)(11)와, 위상차판(12)과, 위상 변조형 회절격자(13)와, 빔 스플리터(14)와, 콜리메이터 렌즈(15)와, 도시를 생략한 기동 미러(mirror) 및 파워 모니터용 포토 다이오드와, 대물렌즈(16)와, 센서 렌즈(17)와, 수광소자(18)를 갖고 있다.
2파장 반도체 레이저(11)는, 예를 들면 제 1 파장의 제 1 레이저광(제 1 광)(25)을 발생하는 제 1 발광부(11a)와, 제 2 파장(제 1 파장＜제 2 파장)의 제 2 레이저광(제 2 광)(25')을 발생하는 제 2 발광부(11b)를 1개의 패키지에 내장한 구성을 갖고 있다. 제 1 파장의 제 1 레이저광(25)은, 예를 들면 DVD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 파장 650㎚의 광이다. 제 2 파장의 제 2 레이저광(25')은, 예를 들면 CD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 파장 780㎚의 광이다. 2파장 반도체 레이저(11)로부터 사출된 제 1 또는 제 2 레이저광(25, 25')은 도시하 지 않은 파워 모니터용 포토 다이오드에서 광 출력량이 검지되고, 제 1 또는 제 2 발광부(11a, 11b)에 공급하는 전력을 피드백 제어 등 함으로써, 2파장 반도체 레이저(11)의 광 출력량은 자동 제어되게 되어 있다.
위상차판(12)은, 예를 들면 1/4 파장판이다. 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')은 위상차판(12)에 의해 직선 편광으로부터 원 편광으로 변환된다. 본 실시형태에서는 위상차판(12)은, 예를 들면 얇은 유리판에 기능성 필름이 점착된 구성을 갖고 있다. 위상차판(12)은 직선 편광의 광의 편광면에 대해 광학축이 45도 기울도록 설치되어 있다.
회절격자(13)는, 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')을 충분히 포함하도록 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')의 광로중에 배치되어 있다. 회절격자(13)는 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')의 각각을 회절하여 소정의 광량비로 분리한 0차광(주빔(27, 27'))과 도시하지 않은 ±1차광(±1차 부빔)을 생성하는 광 사출면만에 형성된 회절영역(21)을 갖고 있다. 회절영역(21)은 회절격자(13)의 광 입사면만에 형성되어 있어도 된다. 회절격자(13)는 제 1 또는 제 2 레이저광(25, 25')의 적어도 어느 한쪽의 레이저광이 회절한 ±1차 부빔의 각각의 광량이 주빔의 광량의 10분의 1 이하가 되도록 분리한다. 예를 들면, 회절격자(13)는 주빔(27)과 ±1차 부빔과의 광량비가 18(주빔(27)):1(＋1차 부빔):1(-1차 부빔)이 되고, 주빔(27')과 ±1차광과의 광량비가 28(주빔(27')):1(＋1차 부빔):1(-1차 부빔)이 되도록 제 1 또는 제 2 레이저광(25, 25')을 회절 분리한다.
빔 스플리터(14)는, 2파장 반도체 레이저(11)측으로부터의 제 1 또는 제 2 레이저광(25, 25')을 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c) 방향으로 반사하고, 또한, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)로부터의 반사광을 수광소자(18) 측으로 투과하는 이른바 하프 미러의 기능을 갖고 있다. 도 1에서는, 입방체 형상의 빔 스플리터(14)를 예시하고 있다.
콜리메이터 렌즈(15)는, 2파장 반도체 레이저(11)로부터의 발산 광선속을 평행 광선속으로 변환하여 대물렌즈(16)로 인도함과 동시에, 대물렌즈(16)로부터의 평행 광선속을 수속 광선속으로 변환하여 수광소자(18)로 인도하기 위해 설치되어 있다.
대물렌즈(16)는 콜리메이터 렌즈(15)로부터의 평행 광선속을 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 정보 기록면에 집광하여 판독 스폿을 형성함과 동시에, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)로부터의 반사광을 평행 광선속으로 변환하여 콜리메이터 렌즈(15)로 인도하기 위해 설치되어 있다.
대물렌즈(16)는 도시하지 않은 액추에이터 구성(액추에이터 어셈블리) 상에 초점 방향(포커스 방향) 및 트래킹 방향(광 기록매체의 반경방향)으로 이동 자재로 유지되어 있다. 포커스 서보 제어 및 트래킹 서보 제어에 의해 대물렌즈(16)의 위치가 제어되어, 주빔의 스폿을 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c) 상의 판독점에 추종시킬 수 있도록 되어 있다.
도시를 생략한 기동 미러는, 콜리메이터 렌즈(15)로부터의 평행 광선속을 대물렌즈(16)의 방향으로 반사시키고, 또한, 대물렌즈(16)로부터의 평행 광선속을 콜리메이터 렌즈(15) 측으로 반사시킨다.
콜리메이터 렌즈(15)로부터 봐서 빔 스플리터(14)의 광투과 측에는, 센서 렌즈(17) 및 수광소자(18)가 이 순서로 배치되어 있다. 센서 렌즈(17)는, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)에서 반사한 주빔 및 ±1차 부빔의 합초 위치를 광학적으로 조정하기 위한 반사광 합초 위치 조정부로서 기능한다. 또한, 센서 렌즈(17)는 광 기록매체(15)에서 반사한 주빔 및 ±1차 부빔을 소정의 광학계 배율로 확대시켜 수광소자(18) 상에 각각 개별로 결상시키도록 되어 있다.
수광소자(18)는, 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)에서 반사한 제 1 레이저광(25)에 기초하는 주빔(27) 및 ±1차 부빔을 각각 수광하는 제 1 수광영역(18a)과, 제 3 광 기록매체(1c)에서 반사한 제 2 레이저광(25')에 기초하는 주빔(27') 및 ±1차 부빔을 각각 수광하는 제 2 수광영역(18b)을 갖고 있다. 제 1 및 제 2 수광영역(18a, 18b)은, 제 1 및 제 2 발광부 (11a, 11b)의 간격(LA)에 기초하여 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 트랙의 접선방향에 간격(LB)만큼 떨어져 나란히 배치되어 있다.
제 1 수광영역(18a)에서 수광된 주빔(27) 및 ±1차 부빔의 광 강도는 전기신호로 변환된다. 해당 전기신호를 이용하여 소정의 연산이 이루어지고, 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 2a)에 대해 대물렌즈(16)를 추종시키기 위해서 이용하는 트래킹 서보 신호가 검출된다. 또한, 제 2 수광영역(18b)에서 수광된 주빔(27') 및 ±1차 부빔의 광 강도는 전기신호로 변환된다. 해당 전기신호를 이용하여 소정의 연산이 이루어지고, 제 3 광 기록매체(1c)에 대해 대물렌즈(16)를 추종시키기 위해 이용하는 트래킹 서보 신호가 검출된다.
도 2는, 회절격자(13)의 개략 구성을 나타내고 있다. 도 2a는, 회절격자(13)의 부분 사시도이다. 도 2b는, 도 2a에 나타내는 가상선 A-A으로 절단한 단면을 나타내고 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 회절격자(13)는 2파장 반도체 레이저(11)(도 2에서는 미도시)로부터 사출한 제 1 레이저광(25) 또는 제 2 레이저광(25')을 회절 분리하여 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b) 또는 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')을 생성하는 광 사출면 측만에 형성된 회절영역(21)을 갖고 있다. 주빔(27, 27')은 제 1 또는 제 2 레이저광(25, 25')이 회절영역(21)에서 거의 회절하지 않고 투과한 0차광이고, ±1차 부빔(29a, 29b, 29a', 29b')은 회절영역(21)에서 회절하여 주빔(27, 27')에 대해 소정의 각도(θ)로 사출한 ±1차광이다. 소정의 각도(θ)는 회절격자(13)에 입사하는 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')의 파장에 의존한다. 예를 들면, 제 1 레이저광(25)의 제 1 파장을 λ1로 하고, 제 2 레이저광(25')의 제 2 파장을 λ2(λ1＜λ2)로 하고, 제 1 레이저광(25)에서의 각도를 θ1로 하고, 제 2 레이저광(25)에서의 각도를 θ2로 하면, 각도 θl＜각도 θ2가 된다.
회절영역(21)은 반복 연속하는 N개의 요철부(23)를 갖고 있다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 요철부(23)의 오목부(23b)의 깊이(d)는 400㎚ 이하가 되도록 형성되어 있고, 예를 들면 220㎚에 형성되어 있다. 요철부(23)는 단면이 직사각형상으로 형성되어 있다. 요철부(23)의 1피치의 길이(p)는, 예를 들면 22㎛로 형성되어 있다. 볼록부(23a)의 폭(w)은, 예를 들면 17.6㎛로 형성되어 있다. 요철부(23)의 1피치의 길이(p)에 대한 볼록부(23a)의 폭(w)의 비율은, 0.2 내지 0.8의 범위내에 들어가도록 되어 있다.
회절격자(13)는, 예를 들면 굴절율이 1.52의 유리 재료로 형성되어 있다. 볼록부(23a)의 굴절율은 공기로 채워진 오목부(23b)의 굴절율과 다르다. 회절격자(13)에 입사한 레이저광(25) 중 볼록부(23a)를 투과하여 사출한 레이저광(25a)의 위상은, 오목부(23b)를 투과하여 사출한 레이저광(25b)의 위상과 다르다. 이 때문에, 회절영역(21)을 사출한 레이저광(25a, 25b)이 서로 간섭하여 회절하여, 주빔(27)(0차광) 및 ±부빔(29a, 29b)(±1차광)이 생성된다.
또한, 요철부(23)의 1피치의 길이(p)에 대한 볼록부(23a)의 폭(w)의 비율(요철부(23)의 듀티비)를 바꾸면, 회절영역(21)을 투과하는 레이저광(25a, 25b)의 광량이 변화한다. 이 때문에, 요철부(23)의 듀티비를 바꿈으로써, 회절영역(21)을 사출하는 주빔(27)(0차광) 및 ±부빔(29a, 29b)(±1차광)의 광량비를 소정의 값으로 설정할 수 있다.
이와 같이, 오목부(23b)의 깊이(d)나 요철부(23)의 듀티비를 적절히 설정함으로써, 주빔(27) 및 소정의 각도(θ1)로 회절하는 ±1차 부빔(29a, 29b) 또는 주빔(27') 및 소정의 각도(θ2)로 회절하는 ±1차 부빔(29a', 29b')을 생성하거나, 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)의 광량비 또는 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')의 광량비를 소정의 값으로 설정할 수 있다.
도 3은, 제 1 및 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 정보 기록면에 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)이 집광된 상태와, 제 3 광 기록매체(1c)의 정보 기록면에 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')이 집광된 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 도 3a는, 제 1 광 기록매체(1a)로서의 DVD-RW의 정보 기록면을 나타내고 있다. 도 3b는, 제 2 광 기록매체(1b)로서의 DVD-RAM의 정보 기록면을 나타내고 있다. 도 3c는, 제 3 광 기록매체(1c)로서의 CD-R의 정보 기록면을 나타내고 있다. 도 3a 내지 도 3c의 도면 중의 좌우 방향의 화살표는 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 반경(radial)방향(R)을 나타내고, 상하 방향의 화살표는 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 트랙의 접선방향(T)을 나타내고 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 광 기록매체(1a, 1b) 모두, 반경방향(R)으로 본 주빔(27)과 ±1차 부빔(29a, 29b)과의 스폿 간격(SP1)은 0.39㎛로 조정되어 있다. 즉, ＋1차 부빔(29a)의 스폿은 주빔(27)의 스폿에 대해 반경방향(R)(도면 중 왼쪽 방향)으로 ＋0.39㎛ 떨어져 배치되어 있다. 또한, -1차 부빔(29b)의 스폿은 주빔(27)의 스폿에 대해 반경방향(R)(도면 중 오른쪽 방향)으로 -0.39㎛ 떨어져 배치되어 있다.
그런데, 제 1 광 기록매체(1a)의 물리적 트랙 피치(P1)는 0.74㎛이기 때문에, ±P1×(n＋1/2)=±0.74×(0＋1/2)=±0.37㎛(n=0)가 된다. 이와 같이, ±1차 부빔(29a, 29b)은 주빔(27)의 스폿에 대해 반경 방향으로 제 1 광 기록매체(1a)의 물리적 트랙 피치(P1)의 1/2 정도만큼 어긋나 위치하도록 조정되어 있다.
제 2 발광부(11b)로부터 사출한 레이저광(27')의 파장은, 제 1 발광부(11a)로부터 사출한 레이저광(27)의 파장보다 길기 때문에, 회절격자(13)에서의 회절각은 커진다. 이 때문에, 주빔(27)과 ±1차 부빔(29a, 29b)과의 스폿 간격(SP1)을 0.39㎛이 되도록 조정하면, 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')의 스폿 간격 (SP2)은 레이저광(27, 27')의 파장의 비에 기초하여 결정된다. 도 3c에 도시하는 바와 같이, 제 3 광 기록매체(1c)에서, 반경방향으로 본 주빔(27')과 ±1차 부빔(29a', 29b')과의 스폿 간격(SP2)은 0.468㎛(=0.39μ×780㎚/650㎚)이 된다.
그런데, 제 3 광 기록매체(1c)의 물리적 트랙 피치(P3)는 1.6㎛이기 때문에, ±P3×(n＋1/4)=±1.6×(0＋1/4)=±0.4㎛(n=0)이 된다. 이와 같이, ±1차 부빔(29a', 29b')은 주빔(27')의 스폿에 대해 반경 방향으로 제 3 광 기록매체(1c)의 물리적 트랙 피치(P3)의 1/4 정도만큼 어긋나 위치하도록 조정된다.
도 4는, 도 3에 나타내는 주빔(27, 27')에 대한 ±1차 부빔(29a, 29b, 29a', 29b')의 각각의 조정 위치를 일람표로 하여 나타내고 있다. 도 4에서, 「주-부빔 최적 간격」 란은, 주빔과 부빔과의 스폿 간격의 최적치를 나타내고, 「주-부빔 조정위치」 란은, 스폿간격(SP1, SP2)을 나타내고 있다. 「물리적 트랙 피치와의 비」 란은, 스폿간격(SP1, SP2)에 대한 물리적 트랙 피치(P1, P2, P3)의 각각의 비를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 광 기록매체의 반경방향에서의 주빔과 부빔과의 스폿 간격은 제 1 광 기록매체(1a)(DVD±R/RW)에서 0.39㎛이 되도록 설정되어 있다. 스폿 간격(SP1)은 차동 푸시풀 방식에서의 주빔 및 부빔의 스폿 간격의 최적치 0.37㎛에 비교적 가까운 값이 된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 광 기록매체(1a)(DVD±R/RW)에서는, 물리적 트랙 피치와의 비가 0.53이 되고, 최적치의 0.50에 거의 같아진다. 이 때문에, 제 1 광 기록매체(1a)(DVD±R/RW)에서의 트랙 서보 신호의 생성에 차동 푸시풀 방식을 적용하는 것이 가능해진다.
스폿 간격(SP1)=0.39㎛은, 제 2 광 기록매체(1b)(DVD-RAM)의 최적치 0.615㎛과는 다르다. 그러나, 제 2 광 기록매체(1b)(DVD-RAM)와 같이 랜드 그루브(Land Groove) 기록방식의 광 기록매체는 다른 기록방식의 광 기록매체와 비교하여, 대물렌즈가 광 기록매체를 가로지를 때에 생기는 트랙 크로스 신호의 콘트라스트(진폭)가 커진다. 이 때문에, 제 2 광 기록매체(1b)(DVD-RAM)에서는, 스폿간격(SP1)이 최적치로부터 떨어져 있더라도, 비교적 큰 진폭의 트랙 크로스 신호가 얻어진다. 따라서, 제 2 광 기록매체(1b)(DVD-RAM)에서도, 트랙 서보 신호의 생성에 차동 푸시풀 방식을 적용하는 것이 가능해진다.
제 3 광 기록매체(1c)(CD-R/RW)의 정보 기록면에 집광하는 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')의 스폿 간격(SP2)은 0.468㎛이다. 스폿 간격(SP2)은 3빔 방식에서의 주빔 및 부빔의 스폿 간격의 최적치 0.4㎛에 비교적 가까운 값이 된다. 이 때문에, 제 3 광 기록매체(1c)(CD-R/RW)에서의 트랙 서보 신호의 생성에 3빔 방식을 적용하는 것이 가능해진다.
도 5는, 본 실시형태에 의한 수광소자(18)의 수광면을 광 입사면측에서 본 상태를 나타내고 있다. 도 5의 도면 중의 좌우방향의 화살표는 광 기록매체의 트랙의 접선방향(T)을 나타내고, 상하방향의 화살표는 광 기록매체의 반경(radial) 방향(R)을 나타내고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 수광소자(18)는 제 1 레이저광(25)의 파장에 기초하여 배치되어 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)(도 5에서는, 미도시)에서 반사한 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)을 수광하는 제 1 수광영역(18a)과, 제 2 레이저광(25')의 파장에 기초하여 배치되어 제 3 광 기록매체 (1c)(도 5에서는 미도시)에서 반사한 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a' 29b')을 수광하는 제 2 수광영역(18b)을 갖고 있다.
제 1 수광영역(18a)은 주빔(27)을 수광하는 주빔용 수광영역(0차광용 수광영역)(18a1)과, ±1차 부빔(29a, 29b)을 각각 수광하는 부빔용 수광영역(1차광용 수광영역)(18a2, 18a3)을 갖고 있다. 마찬가지로, 제 2 수광영역(18b)은 주빔(27')을 수광하는 주빔용 수광영역(0차광용 수광영역)(18b1)과, ±1차 부빔(29a', 29b')을 각각 수광하는 부빔용 수광영역(1차광용 수광영역)(18b2, 18b3)을 갖고 있다.
주빔용 수광영역(18a1)은, 예를 들면 한 변의 길이가 약 100㎛로 형성된 정방형상을 갖고 있다. 주빔용 수광영역(18a1)은 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 트랙의 접선방향(T)의 방향에 연신하는 분할선(l1)과, 분할선(l1)에 거의 직교하여 반경방향(R)의 방향으로 연신하는 분할선(l2)을 갖고 있다. 주빔용 수광영역(18a1)은, 분할선(l1, l2)에 의해 분할되어 인접하여 매트릭스 형상으로 배치된 정방형상의 4개의 수광부(A, B, C, D)를 갖고 있다. 수광부(A, B, C, D)의 각각의 한 변의 길이는 약 50㎛로 형성되어 있다. 수광부(A)는 분할선(l1)을 통해 수광부(D)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광부(B)에 인접하고, 수광부(C)에 대각으로 위치하여 배치되어 있다. 수광부(C)는 분할선(l1)을 통해 수광부(B)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광부(D)에 인접하여 배치되어 있다. 수광부(A, B, C, D)는 분할선(l1, l2)에 의해 전기적으로 독립하고 있다.
＋1차 부빔(29a)을 수광하는 부빔용 수광영역(18a2)은, 예를 들면 한 변의 길이가 약 100㎛로 형성된 정방형상을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18a2)은 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 트랙의 접선방향(T)의 방향으로 연신하는 분할선(l1)과, 분할선(l1)에 거의 직교하여 반경방향(R)의 방향으로 연신하는 분할선(l2)을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18a2)은 분할선(l1, l2)에 의해 분할되어 인접하여 매트릭스 형상으로 배치된 정방형상의 4개의 수광부(E1, F1, G1, H1)를 갖고 있다. 수광부(E1, F1, G1, H1)의 각각의 한 변의 길이는 약 50㎛로 형성되어 있다. 수광부(E1)는 분할선(l1)을 통해 수광부(H1)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광부(F1)에 인접하고, 수광부(G1)에 대각으로 위치하여 배치되어 있다. 수광부(G1)는 분할선(l1)을 통해 수광부(F1)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광부(H1)에 인접하여 배치되어 있다. 수광부(E1, F1, Gl, H1)는 분할선(l1, l2)에 의해 전기적으로 독립하고 있다.
마찬자기로, -1차 부빔(29b)을 수광하는 부빔용 수광영역(18a3)은, 예를 들면 한 변의 길이가 약 100㎛로 형성된 정방형상을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18a3)은 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 트랙의 접선방향(T)의 방향으로 연신하는 분할선(l1)과, 분할선(l1)에 거의 직교하여 반경방향(R)의 방향으로 연신하는 분할선(l2)을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18a3)은 분할선(l1, l2)에 의해 분할되어 인접하여 매트릭스 형상으로 배치된 정방형상의 4개의 수광부(E2, F2, G2, H2)를 갖고 있다. 수광부(E2, F2, G2, H2)의 각각의 한 변의 길이는 약 50㎛로 형성되어 있다. 수광부(E2)는 분할선(l1)을 통해 수광부(H2)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광부(F2)에 인접하고, 수광부(G2)에 대각으로 위치하여 배치되어 있다. 수광부(G2)는 분할선(l1)을 통해 수광부(F2)에 인접하고, 분할선(l2)을 통해 수광 부(H2)에 인접하여 배치되어 있다. 수광부(E2, F2, G2, H2)는 분할선(l1, l2)에 의해 전기적으로 독립하고 있다.
부빔용 수광영역(18a2, 18a3)은 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 반경방향(R)의 방향으로 주빔용 수광영역(18a1)을 끼고 나란히 배치되어 있다. 주빔용 수광영역(18a1)과 부빔용 수광영역(18a2, 18a3)은, 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 반경방향(R)의 방향으로 약 50㎛의 틈을 형성하여 각각 배치되어 있다. 주빔용 수광영역(18a1)의 중심과, 부빔용 수광영역(18a2, 18a3)의 각각의 중심과의 거리(L1)는 약 150㎛이다.
제 2 수광영역(18b)의 주빔용 수광영역(18b1)은 제 1 수광영역(18a)의 주빔용 수광영역(18a1)과 동일한 구성 또한 형상으로 형성되어 있기 때문에, 설명은 생략한다. 제 2 수광영역(18b)의 부빔용 수광영역(18b2)은, 예를 들면 한 변의 길이가 약 100㎛로 형성된 정방형상을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18b2)은 트랙의 접선방향(T)의 방향으로 연신하는 분할선(l1)을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18b2)은 분할선(l1)에 의해 분할되어 인접하여 배치된 직사각형상의 수광부(I1, J1)를 갖고 있다. 수광부(I1, J1)는 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙의 접선방향(T)의 방향의 길이가 약 100㎛이고, 반경방향(R)의 방향의 길이가 약 50㎛인 직사각형상으로 형성되어 있다. 수광부(I1, J1)는 분할선(l1)에 의해 전기적으로 독립하고 있다.
마찬가지로, 부빔용 수광영역(18b3)은, 예를 들면 한 변의 길이가 약 100㎛로 형성된 정방형상을 갖고 있다. 부빔용 수광영역(18b3)은 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙의 접선방향(T)의 방향으로 연신하는 분할선(l1)을 갖고 있다. 부빔용 수광 영역(18b3)은 분할선(l1)에 의해 분할되어 인접하여 배치된 직사각형상의 수광부(I2, J2)를 갖고 있다. 수광부(I2, J2)는 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙의 접선방향(T)의 방향의 길이가 약 100㎛이고, 반경방향(R)의 방향의 길이가 약 50㎛인 직사각형상으로 형성되어 있다. 수광부(I2, J2)는 분할선(l1)에 의해 전기적으로 독립하고 있다.
부빔용 수광영역(18b2, 18b3)은 제 3 광 기록매체(1c)의 반경방향(R)의 방향으로 주빔용 수광영역(18b1)을 끼고 나란히 배치되어 있다. 제 1 수광영역(18a)의 주빔용 수광영역(18a1) 및 부빔용 수광영역(18a2, 18a3)의 각각의 중심 사이의 거리(L1)와, 제 2 수광영역(18b)의 주빔용 수광영역(18b1) 및 부빔용 수광영역(18b2, 18b3)의 각각의 중심 사이의 거리(L2)와의 비는, 제 1 레이저광(25)의 파장과 제 2 레이저광(25')의 파장과의 비와 거의 같아져 있다. 따라서, 주빔용 수광영역(18b1)의 중심과, 부빔용 수광영역(18b2, 18b3)의 각각의 중심과의 거리(L2)는, 제 1 및 제 2 레이저광(25, 25')의 각각의 파장을 λ1 및 λ2로 하면, L2=(λ2/λ1)×L1의 관계에 기초하여 결정되어 180㎛(=(780㎚/650㎚)×150㎛)로 되어 있다.
제 1 및 제 2 수광영역(18a, 18b)은, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 트랙의 접선방향(T)에 대해 주빔용 수광영역(18a1, 18b1)의 각각의 분할선(l1)이 거의 일직선 상이 되도록 나란히 배치되어 있다. 주빔용 수광영역(18a1)의 중심과 주빔용 수광영역(18b1)의 중심과의 간격(LB)은 제 1 및 제 2 발광부(11a, 11b)(도 5에서는, 미도시)의 간격(LA)에 기초하여 결정되고, 주빔용 수광영역(18a1, l8b1)은, 예를 들면 LB=110㎛가 되도록 배치되어 있다.
다음으로, 회절격자(13)의 설계방법에 대해 도 6 내지 도 10을 이용하여 설명한다. 도 6은, 종래의 2종류의 격자 정수를 갖는 회절격자에서의 주빔, 부빔 및 미광의 광량비를 모식적으로 나타내고 있다. 도 6a는, DVD측 광원의 레이저광(DL)을 투과시킨 경우의 광량비를 나타내고 있다. 도 6b는, CD측 광원의 레이저광(CL)을 투과시킨 경우의 광량비를 나타내고 있다. 도 6a 및 도 6b의 도면 중에 나타내는 수치는, 레이저광(DL, CL)의 입사광량을 100%로 한 경우의 각 투과광량(%)을 나타내고 있다.
도 6a에 도시하는 바와 같이, DVD측 광원으로부터 사출한 레이저광(DL)은, CD용 회절격자(31)와 DVD용 회절격자(33)를 이 순서로 투과한다. CD용 회절격자(31)는 레이저광(DL)을 회절하지 않고 투과하도록 설계되어 있다. 또한, DVD용 회절격자(33)는 주빔(DL1)의 광량과, ±1차 부빔(DLa, DLb)의 각각의 광량이 18:1이 되도록 레이저광(DL)을 회절 분리하게 되어 있다. 그러나 실제로는, 레이저광(DL)은 CD용 회절격자(31)에서 약간 회절해 버리기 때문에, 0차광 및 ±1차광이 생성된다. 해당 ±1차광이 미광(DSLa, DSLb)이 된다. 0차광(DL0)의 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 96%에 상당하고, 미광(DSLa, DSLb)의 각 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 0.5%에 상당한다. 또, 레이저광(DL)의 잔여 약 3%의 광량은 ±2차광, ±3차광 등의 광량이 되거나, CD용 회절격자(31)에서 흡수되거나 한다.
0차광(DL0)은 DVD용 회절격자(33)에서 회절되어 주빔(DL1) 및 ±1차 부빔(DLa, DLb)으로 분리된다. 주빔(DL1)의 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 85%에 상당하고, ±1차 부빔(DLa, DLb)의 각 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 4.5%에 상당 한다. 주빔(DL1) 및 ±1차 부빔(DLa, DLb)의 광량은 거의 18:1이 된다. 또한, 미광(DSLa, DSLb)도 DVD용 회절격자(33)에서 회절되어 주빔 및 ±1차 부빔으로 분리된다. ±1차 부빔은 미소하기 때문에 도 6a에서는 생략되어 있다. DVD용 회절격자(33)를 투과한 미광(DSLa, DSLb)의 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 0.4%에 상당한다. 또한, 미광(DSLa, DSLb)의 광량은 ±1차 부빔(DLa, DLb)의 광량의 약 10%에 상당한다. 이와 같이, 미광(DSLa, DSLb)은 ±1차 부빔(DLa, DLb)에 대해 비교적 큰 광량이 된다. 따라서, ±1차 부빔(DLa, DLb)용 고감도 수광영역에 미광(DSLa, DSLb)이 입사되면, 재생신호의 품질이 열화된다.
한편, 도 6b에 도시하는 바와 같이, CD측 광원으로부터 사출한 레이저광(CL)은 CD용 회절격자(31)에서 회절하여, 주빔(CL1) 및 ±1차 부빔(CLa, CLb)으로 분리된다. 주빔(CL1)의 광량은 레이저광(CL)의 광량의 약 88%에 상당하고, ±1차 부빔(CLa, CLb)의 각 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 4.6%에 상당한다. 주빔(CL1) 및 ±1차 부빔(CLa, CLb)은 DVD용 회절격자(33)에서는 회절되지 않도록 설계되어 있다. 그러나 실제로는, 주빔(CL1) 및 ±1차 부빔(CLa, CLb)은 DVD용 회절격자(33)에서 회절되어 버린다. 주빔(CL1)이 DVD용 회절격자(33)에서 회절하여 0차광(주빔(CLl)) 및 ±1차광이 생성된다. 해당 ±1차광이 미광(CSL1, CSL2)이 된다. DVD용 회절격자(33)를 투과한 주빔(CL1)의 광량은 레이저광(CL)의 광량의 약 85%에 상당하고, 미광(CSL1, CSL2)의 각 광량은 레이저광(CL)의 광량의 약 0.4%에 상당한다.
또한, ±1차 부빔(CLa, CLb)도 DVD용 회절격자(33)에서 회절되어 주빔 및 ±1차 부빔으로 분리된다. 해당 ±1차 부빔은 미소하기 때문에, 도 6b에서는 생략되 어 있다. DVD용 회절격자(33)를 투과한 ±1차 부빔(CLa, CLb)의 광량은 레이저광(DL)의 광량의 약 4.5%에 상당한다. 주빔(CL1) 및 ±1차 부빔(CLa, CLb)의 광량은 거의 18:1이 된다. 또한, 미광(CSL1, CSL2)의 광량은 ±1차 부빔(CLa, CLb)의 광량의 약 10%에 상당한다. 이와 같이, 미광(CSL1, CSL2)은 ±1차 부빔(CLa, CLb)에 대해 비교적 큰 광량이 된다. 따라서, ±1차 부빔(CLa, CLb)용 고감도 수광영역에 미광(CSL1, CSL2)이 입사되면, 재생신호의 품질이 열화된다.
도 7은, 단면이 직사각형상의 회절격자의 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내고 있다. 도 7a는, 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내고 있다. 도 7b는, 도 7a에서 0차광에 대한 1차광의 광 강도비가 0 내지 1의 범위를 확대하여 나타내고 있다. 도 7a 및 도 7b에서, 가로축은 격자 깊이(nm)를 나타내고, 세로축은 O차광에 대한 1차광의 광 강도비(1차광 대 0차광 강도비)를 나타내고 있다. 도면 중 ◆ 표시를 잇는 곡선은, 파장이 650㎚의 레이저광(DVD용 레이저광)의 특성을 나타내고, 도면 중 ■ 표시를 잇는 곡선은, 파장이 780㎚의 레이저광(CD용 레이저광)의 특성을 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 특성은, 광 입사면 또는 광 사출면 중 어느 한쪽에만 요철부를 구비한 회절영역을 갖고, 굴절율이 1.52의 유리 재료로 형성된 회절격자를 상정하여 산출되어 있다. 0차광과 1차광과의 광 강도비는, 해당 요철부의 1피치의 길이를 22㎛로 하고, 1피치의 길이에 대한 볼록부의 길이의 비(요철부의 듀티비)를 50%로 하여 스칼라 회절 이론에 의한 시뮬레이션을 이용하여 산출되어 있다. 또, 도 7의 가로축의 격자 깊이는 오목부의 깊이에 상당한다.
도 7a에 도시하는 바와 같이, 1차광의 광 강도에 대해 0차광의 광 강도가 매우 작아져, 1차광 대 0차광의 광 강도비가 최대가 되는 격자 깊이가 존재한다. 해당 깊이는 회절격자를 투과하는 레이저광의 파장에 따라 다르고, 격자 깊이가 0 내지 2000㎚의 범위 내에서는, 파장이 650㎚의 레이저광은 격자 깊이가 약 650㎚에서 광 강도비가 최대가 되고, 파장이 780㎚의 레이저광은 격자 깊이가 약 780㎚ 및 약 1850㎚에서 광 강도비가 최대가 되어 있다.
그런데, 종래 2종류의 격자 정수를 갖는 회절격자에서는, 예를 들면 CD용 레이저광은 DVD용 회절격자를 전투과, 즉 0차광에 대한 1차광의 비율이 0이 되는 것이 바람직하다. 도 7b에 도시하는 바와 같이, 회절격자의 격자 깊이를 1500㎚에 설정하면, CD용 레이저광의 1차광은 0이 된다. 한편, DVD용 레이저광의 0차광에 대한 1차광의 광 강도비는 약 0.2(약 20%)이 된다. 격자 깊이를 고정하여, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비를 변경하고 싶은 경우에는, 뒤에 설명하는 바와 같이 회절격자의 요철부의 듀티비를 변경하면 된다.
도 8은, 회절격자의 요철부의 듀티비를 20%로 한 경우의 회절격자의 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내고 있다. 도 8a는 격자 깊이와, 0차광의 광 강도에 대한 1차광의 광 강도의 비율과의 관계를 나타내고 있다. 도 8b는, 도 8a에서 0차광에 대한 1차광의 광 강도비가 0 내지 0.1이 되는 범위를 확대하여 나타내고 있다. 도 8a 및 도 8b에서, 가로축은 격자 깊이(nm)를 나타내고, 세로축은 0차광에 대한 1차광의 광 강도비(1차광 대 0차광 강도 비)를 나타내고 있다. 도면 중 ◆ 표시를 잇는 곡선은 파장이 650㎚의 레이저광(DVD용 레이저광)의 특성을 나타내고고, 도면 중 ■ 표시를 잇는 곡선은 파장이 780㎚의 레이저광(CD용 레이저광)의 특성을 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 특성은, 요철부의 듀티비가 다른 것을 제외하고는, 도 7에 나타내는 특성과 동일한 조건으로 산출되어 있다. 도 8의 특성은 오목부의 폭을 볼록부의 폭보다 넓게 한 경우(Wide Groove)의 산출 결과이지만, 반대로 볼록부의 폭 쪽을 넓게 한 경우(요철부의 듀티비가 80%인 경우)라도 동일한 산출 결과가 얻어진다.
회절격자의 요철부의 듀티비가 작아져 0%에 접근할수록, 혹은 요철부의 듀티비가 커져 100%에 접근할수록 요철부는 평탄화되어 간다. 이 때문에, 회절격자의 회절 작용은 저하하여 0차광의 광 강도가 커진다. 따라서, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 요철부의 듀티비를 20%로 하면, 50%의 경우에 비해 0차광에 대한 1차광의 광 강도비는 작아진다. 파장이 650㎚ 및 780㎚의 어느 레이저광에 있어서도, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비의 최대치는 약 0.6(약 60%)이 된다.
도 8b에 도시하는 바와 같이, CD용 레이저광의 1차광이 0이 되도록 격자 깊이를 1500㎚로 설정하면, DVD용 레이저광의 0차광에 대한 1차광의 광 강도비는 약 0.08(약 8%)이 된다. 요철부의 듀티비를 50%에서 80%까지 변화시킨 경우, 이 사이의 광 강도비는 연속적으로 변화하여 극치를 갖지 않는다. 즉, 듀티비를 50%에서 80%까지 변화시킴으로써, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비를 20%에서 8%까지 단조롭게 감소시켜 제어할 수 있다. 요철부의 듀티비를 50%에서 20%까지 변화시킨 경우도 마찬가지로, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비를 20%에서 8%까지 단조롭게 감소 시켜 제어할 수 있다.
그러나, 기록 동작중의 1차광의 열에 의해 기입 완료의 기록 데이터를 지워버리지 않도록 0차광의 광량과 1차광의 광량과의 광량비를 18:1로 설정하고 싶은 경우에는, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비를 5.56%로 설정해야 한다. 광 강도비 5.56%를 요철부의 듀티비만으로 제어하고자 하면, 요철부의 듀티비를 80%보다 크게 설정하든지, 20%보다 작게 설정할 필요가 있다. 즉, 오목부의 폭에 대해 볼록부의 폭이 극단적으로 넓은 설계로 하든지, 혹은 극단적으로 좁은 설계로 해야 한다. 이러한 설계에서는 회절격자의 가공이 곤란하고, 요철부의 오차도 커지기 때문에, 실용에는 적합하지 않다. 예를 들면, 볼록부의 폭을 극단적으로 넓게 하면, 오목부가 메워져 버릴 가능성을 갖고 있다. 이렇게 되면, 광 입사면 또는 광 사출면에 형성된 회절영역이 일정 형상이 되지 않고, 회절격자의 회절 능력이 열화된다. 또한, 볼록부의 폭을 극단적으로 짧게 하면, 회절 격자의 평균 두께가 얇아진다. 이 때문에, 회절격자의 기계적 강도가 저하되어 버린다.
요철부의 듀티비 20% 내지 80% 사이에서, DVD용 레이저광의 0차광에 대한 1차광의 광 강도비를 5.56%로 하기 위해서는, 도 8b의 도면 중의 ◆를 잇는 곡선으로 도시하는 바와 같이, 격자 깊이를 1500㎚보다 조금 얕은 약 1450㎚로 설계해야 한다. 이렇게 하면, 회절격자는 CD용 레이저광의 0차광의 전광량을 완전히 투과할 수 없게 되고, 미소하지만 1차광이 발생해 버린다. 예를 들면, 격자 깊이를 약 1450㎚로 하면, 도 8b의 도면 중의 ■를 잇는 곡선으로 도시하는 바와 같이, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비는 약 0.0025(약 0.25%)가 되어 1차광이 발생한다. 해당 1차광이 2종류의 격자정수를 갖는 회절격자에서의 미광이 된다. 이와 같이, 요철부의 가공상의 제약 등에 의해, 2종류의 격자 정수를 갖는 회절격자에서는 미광을 완전히 없애는 것은 곤란하다.
주빔과 ±1차 부빔과의 광량비는 DVD용 레이저광 및 CD용 레이저광에서 거의 같은 값이 되는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에서는 도 8b에 도시하는 바와 같이, 0차광에 대한 1차광의 광 강도비가 DVD용 레이저광과 CD용 레이저광에서 비교적 같아지는, 격자 깊이가 상대적으로 얕은 범위에 착안하여, 회절격자(13)의 회절영역(21)이 설계되어 있다. 도 2b를 이용하여 설명한 바와 같이, 회절격자(13)는 굴절율이 1.52인 유리 재료로 형성되어 있다. 또한, 회절격자(13)는 요철부(23)의 1 피치의 길이(p)가 약 22㎛로 형성되고, 볼록부(23a)의 폭(w)이 약 17.6㎛로 형성되고, 오목부(23b)의 깊이(d)는 220㎚로 형성되어 있다. 요철부(23)의 듀티비는 약 80%로 형성되어 있다. 회절격자(13)에 파장 650㎚의 제 1 레이저광(25)이 투과하면, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 주빔(27)(0차광)에 대한 ±1차 부빔(29a, 29b)(1차광)의 광 강도비는 약 5.56%가 된다. 이와 같이, 회절격자(13)는 제 1 레이저광(25)을 회절 분리하여, 광량비가 18:1의 주빔(27)과 ±1차 부빔(29a, 29b)을 생성할 수 있다.
한편, 회절격자(13)에 파장 780㎚의 제 2 레이저광(25')이 투과하면, 주빔(27')(0차광)에 대한 ±1차 부빔(29a', 29b')(1차광)의 광 강도비는 약 3.5%가 된다. 이와 같이, 회절격자(13)는 제 2 레이저광(25')을 회절 분리하여, 광량비가 28:1인 주빔(27')과 ±1차 부빔(29a', 29b')을 생성할 수 있다.
그런데, 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 회절격자(13)의 요철부(23)의 오목부(23b)의 깊이(d)는 400㎚ 이하가 되도록 형성되어 있고, 예를 들면, 220㎚로 형성되어 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 오목부(23b)의 깊이(d)가 400㎚이면, 파장 650㎚의 제 1 레이저광(25)의 주빔(27)(0차광)에 대한 ±1차 부빔(29a, 29b)(±1차광)의 광 강도의 비율을 25% 이하(주빔(27):＋1차 부빔(29a):-1차 부빔(29b)=4:1:1)로 설정할 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 본 실시형태에서의 회절격자(13)와 같이, 오목부(23b)의 깊이(d)가 250㎚ 이하이면, 파장 650㎚의 레이저광의 주빔(27)에 대한 ±1차 부빔(29a, 29b)의 광 강도의 비율을 10% 이하(주빔(27):＋1차 부빔(29a):-1차 부빔(29b)=10:1:1)로 할 수 있기 때문에, 더 바람직하다.
또한, 파장 650㎚의 레이저광 및 780㎚의 레이저광에서의 주빔(0차광)에 대한 ±1차 부빔(±1차광)의 광 강도비의 차가 적은 편이 바람직하다. 격자 깊이(오목부(23b)의 깊이(d))가 400㎚ 이하에서는, 양 레이저광의 해당 광 강도비의 차가 작아진다. 격자 깊이가 14OOnm 부근에서도 양 레이저광의 해당 광 강도비가 작아진다. 그러나, 격자 깊이가 1400㎚ 부근에서는, 격자 깊이가 조금 변화한 것만으로도 주빔에 대한 ±1차 부빔의 광 강도비가 크게 변화해 버린다. 또, 14O0㎚에서는, 격자 깊이가 너무 깊어 가공이 곤란하기 때문에, 회절격자(13)의 실용화가 곤란해진다.
도 9는, 회절격자(13)에서의 회절광의 분리 위치 및 광 강도의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 9a는, DVD용 레이저광(파장 650㎚)에서의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 9b는, CD용 레이저광(파장 780㎚)에서의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 9a 및 도 9b의 가로축은 뒤에 설명하는 스크린(39)의 x축 좌표(mm)를 나타내고, 세로축은 회절광의 광 강도(임의 단위)를 나타내고 있다.
도 10은, 도 9에 나타내는 회절광의 분리 위치 및 광 강도의 측정에 이용한 측정계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 광원(37)으로부터 사출하는 레이저광의 진행방향인 z축 상에는, 광 입사면이 z축에 거의 직교하도록 배치된 회절격자(13) 및 스크린(39)이 이 순서로 배치되어 있다. 회절격자(13)는 광축을 z축에 일치시켜 배치되어 있다. 회절격자(13)에서의 회절광을 조사하는 스크린(39)은 회절광의 조사면 내의 xy 직교 좌표계의 원점을 z축에 일치시켜 배치되어 있다. 광원(37)으로부터 사출하는 레이저광의 파장은 650㎚ 또는 780㎚ 이다. 광원(37)과 회절격자(13)와의 거리(R0) 및 회절격자(35)와 스크린(39)과의 거리(R1)는 함께 3mm로 설정되고 있다.
도 9a에 도시하는 바와 같이, 회절격자(13)에서 회절한 레이저광(파장 650㎚)끼리 간섭하여 서로 강화함으로써 생기는 회절광의 광 강도는 xy 직교 좌표계의 원점에서 최대가 되고, 원점으로부터 ＋x축 방향으로 멀어짐에 따라 작아진다. 도 9a에서, 회절광의 광 강도의 각 피크의 회절 차수는 도면 중 왼쪽으로부터 차례대로 0차, ＋1차, ＋2차 및 ＋3차로 되어 있다. 또, -1차, -2차 및 -3차의 각 회절광은 y축에 대해 대칭으로 -x축 방향에 생기는데, 도 9a에서는 생략되어 있다. 도 9a에 도시하는 바와 같이, 0차광의 광 강도는 약 1.2×1010인데 대해 1차광의 광 강도는 약 0.7×109이고, 0차광과 1차광과의 광량비는 거의 18:1로 되어 있다.
도 9b에 도시하는 바와 같이, 회절격자(13)에서 회절한 레이저광(파장 780㎚)끼리 간섭하여 서로 강화함으로써 생기는 회절광의 광 강도는 xy 직교 좌표계의 원점에서 최대가 되고, 원점으로부터 ＋x축 방향으로 멀어짐에 따라 작아진다. 도 9b에서, 회절광의 광 강도의 각 피크의 회절 차수는 도면 중 왼쪽으로부터 차례대로 0차, ＋1차, ＋2차 및 ＋3차로 되어 있다. 또, -1차, -2차 및 -3차의 각 회절광은 y축에 대해 대칭으로 -x축 방향에 생기는데, 도 9b에서는 생략되어 있다. 도 9b에 도시하는 바와 같이, 0차광의 광 강도는 약 8.0×109인데 대해 1차광의 광 강도는 약 0.3×109이고, 0차광과 1차광과의 광량비는 거의 28:1로 되어 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 회절격자(13)는 요철부(23)의 오목부(23b)의 깊이(d)가 220㎚로 형성된 회절영역(21)을 갖고 있다. 회절격자(13)는 오목부(23b)의 깊이(d)가 종래의 회절격자의 오목부와 비교하여 얕게 되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 광 입사면 또는 광 사출면을 에칭하여 회절영역(21)을 형성하는 경우, 에칭 시간이 짧아져 회절격자(13)의 제조공정의 단축화를 도모할 수 있다.
또한, 회절격자(13)를 사출성형으로 형성하는 경우에는, 금형의 가공이 비교적 용이해지고, 또 금형의 장수명화를 도모할 수 있다. 이에 의해, 회절격자(13)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
또, 회절격자(13)의 요철부(23)의 듀티비를 20% 이상 80% 이하로 형성할 수 있다. 이 때문에, 균일하게 반복 연속하는 요철부(23)를 갖는 회절영역(21)을 비교 적 용이하게 형성할 수 있다. 이에 의해, 회절격자(13)는 우수한 회절 작용을 가져 온다. 또한, 회절격자(13)는 회절영역(21)을 광 입사면 또는 광 사출면 중 어느 한쪽에만 갖고 있기 때문에, 사용하지 않는 레이저광에 의한 미광은 생기지 않는다. 이에 의해, 광 헤드(10)는 양호한 재생신호나 트래킹 서보 신호를 검출할 수 있다.
다음으로, 광 헤드(10)의 동작 및 트래킹 서보 신호의 검출방법에 대해 도 1 및 도 3 내지 도 5를 이용하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 제 1 레이저광(25)을 예로 들어 설명하는데, 광 헤드(10)는 제 2 레이저광(25')에 대해서도 동일하게 동작한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 2파장 반도체 레이저(11)로부터 사출된 직선편광의 제 1 레이저광(25)은, 위상차판(12)에서 원 편광으로 바뀐 후에 회절격자(13)에 입사하고, 주빔(27) 및 ±1차 부빔(미도시)에 회절 분리한다. 주빔(27) 및 ±1차 부빔은 빔 스플리터(14)에 입사한다. 빔 스플리터(14)에 입사한 주빔(27) 및 ±1차 부빔의 각각의 약 반의 광량의 광은, 빔 스플리터(14)에서 반사하여 진행방향이 90도 구부러져 콜리메이터 렌즈(15) 측으로 사출한다. 콜리메이터 렌즈(15)에 입사하는 주빔(27) 및 ±1차 부빔은 발산 광선속이다.
콜리메이터 렌즈(15)는 빔 스플리터(14) 측으로부터 입사한 주빔(27) 및 ±1차 부빔을 평행 광선속으로 변환한다. 콜리메이터 렌즈(15)로부터 사출한 주빔(27) 및 ±1차 부빔은 도시를 생략한 기동 미러에 의해 주빔(27) 및 ±1차 부빔의 진행방향이 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 정보 기록면에 거의 직교하는 방향으로 변경되어 대물렌즈(16)에 입사하고, 대물렌즈(16)에서 수속 광선속이 되어 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 정보 기록면에 스폿광으로서 조사된다.
이때, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 반경방향의 주빔(27)과 ±1차 부빔(29a, 29b)과의 스폿간격(SP1)은 약 0.39㎛이 된다. 스폿간격(SP1)은 회절격자(13)의 회절영역(21)을 회절격자(13)의 광축 주위에 회전시킴으로써 조정된다.
또한, 이와 같이 조정된 회절격자(13)에 제 2 레이저광(25')이 투과하면, 제 3 광 기록매체(1c)의 반경방향의 회절격자(13)에서 회절 분리된 주빔(27')과 ±1차 부빔(29a', 29b')과의 스폿 간격(SP2)은 약 0.468㎛이 된다(도 3 및 도 4 참조).
제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)로부터의 반사광은, 대물렌즈(16), 도시하지 않은 기동 미러, 콜리메이터 렌즈(15)의 순으로 빔 스플리터(14)에 이르고, 약 반의 광량의 광이 빔 스플리터(14)를 투과한다. 빔 스플리터(14)를 투과한 광은, 센서 렌즈(17)를 통해 수광소자(18)에 형성된 제 1 수광영역(18a) 상에 각각 집광한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 주빔(27)은 주빔용 수광영역(18a1)에 입사한다. ±1차 부빔(29a, 29b)은 부빔용 수광영역(18a2, 18a3)에 각각 입사한다. 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)이 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 트랙에 정확히 추종하고 있으면, 주빔(27)은 수광부(A, B, C, D)에서 거의 같은 광 강도로 수광되고, ±1차 부빔(29a)은 수광부(E1, F1, G1, H1)에서 거의 같은 강도로 수광되고, -1차 부빔(29b)은 수광부(E2, F2, G2, H2)에서 거의 같은 강도로 수광된다.
이에 대해, 주빔(27) 및 부빔(29a, 29b)이 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 소정 트랙의 일측방으로 어긋나면, 예를 들면, 주빔(27)의 수광부(A, B)의 광 강도가 높아지는데 대해 수광부(C, D)의 광 강도는 낮아지고, ±1차 부빔(29a, 29b)의 수광부(E1, F1, E2, F2)의 광 강도가 각각 낮아지는데 대해 수광부(G1, H1, G2, H2)의 수광부는 각각 높아진다. 또, 주빔(27) 및 부빔(29a, 29b)가 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 소정 트랙의 타측방으로 어긋나면, 예를 들면, 주빔(27)의 수광부(A, B)의 광 강도가 낮아지는데 대해 수광부(C, D)의 광 강도는 높아지고, ±1차 부빔(29a, 29b)의 수광부(E1, F1, E2, F2)의 광 강도가 각각 높아지는데 대해 수광부(G1, H1, G2, H2)의 광 강도는 각각 낮아진다.
따라서, 각 수광부(A, B, C, D, E1, F1, G1, H1, E2, F2, G2, H2)에서 광전 변환되어 얻어진 검출 전압을(VA, VB, VC, VD, VE1, VF1, VG1, VH1, VE2, VF2, VG2, VH2)로 하고, 소정의 계수를 k1으로 하면, 트래킹 서보 신호(TS)는 TS={(VA+VB)-(VC+VD)}-k1×{(E1+E2+F1+F2)-(G1+G2+H1+H2)}로 구해진다. 계수(k1)는 대물렌즈(16)의 제 1 또는 제 2 광 기록매체(1a, 1b)의 반경방향으로의 이동(shift)에 의해 생기는 직류 오프셋 성분이 TS에서 제거되도록 설정된다. 이와 같이, 제 1 및 제 2 광 기록매체(1a, 1b)(DVD계 광 기록매체)에서는, 트래킹 서보 신호는 차동 푸시풀 방식을 이용하여 구해진다. 또한, 재생신호(RF)는, RF=VA+VB+VC+VD+E1+F1+G1+H1+E2+F2+G2+H2로 구해진다.
한편, 제 2 레이저광(25')에 기초하는 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')은, 수광소자(18)에 형성된 제 2 수광영역(18b) 상에 각각 집광한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 주빔(27')은 주빔용 수광영역(18b1)에 입사한다. ±1차 부빔(29a', 29b')은 부빔용 수광영역(18b2, 18b3)에 각각 입사한다. 주빔(27') 및 ±1 차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙에 정확히 추종하고 있으면, 주빔(27')은 수광부(A, B, C, D)에서 거의 같은 광 강도로 수광된다. 도 2c에 도시하는 바와 같이, ±1차 부빔(29a', 29b')의 중심은 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙의 에지부에 거의 일치하여 배치되어 있다.
이 때문에, ±1차 부빔(29a', 29b')은, 예를 들면 부빔용 수광영역(18b2)의 수광부(I1) 및 부빔용 수광영역(18b3)의 수광부(J2)에서 거의 같은 강도로 각각 수광되고, 부빔용 수광영역(18b2)의 수광부(J1) 및 부빔용 수광영역(18b3)의 수광부(I2)에서 거의 같은 강도(수광부(I1, J2)의 광 강도＜수광부(I2, J1)의 광 강도)로 각각 수광된다. 따라서, 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙에 정확히 추종하고 있으면, 부빔용 수광영역(18b2)에서 수광되는 광 강도와, 부빔용 수광영역(18b3)에서 수광되는 광 강도는 거의 같아진다.
이에 대해, 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체(1c)의 소정 트랙의 일측방으로 어긋나면, 예를 들면 주빔(27')의 수광부(A, B)의 광 강도가 높아지는데 대해 수광부(C, D)의 광 강도는 낮아진다. 또한 이 경우, ±1차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체(1c)의 트랙에 정확히 추종하고 있는 경우의 광 강도에 비해, ±1차 부빔(29a')의 수광부(I1, J1)의 광 강도가 낮아지는데 대해 -1차 부빔(29b')의 수광부(I2, J2)의 광 강도는 높아진다. 또한, 주빔(27') 및 ±1차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체(1c)의 소정 트랙의 타측방으로 어긋나면, 예를 들면 주빔(27')의 수광부(A, B)의 광 강도가 낮아지는데 대해 수광부(C, D)의 광 강도는 높아진다. 또한 이 경우, ±1차 부빔(29a', 29b')이 제 3 광 기록매체 (1c)의 트랙에 정확히 추종하고 있는 경우의 광 강도에 비해, ±1차 부빔(29a')의 수광부(Il, J1)의 광 강도가 높아지는데 대해 -1차 부빔(29b')의 수광부(I2, J2)의 광 강도는 낮아진다.
따라서, 각 수광부(I1, J1, I2, J2)에서 광전 변환되어 얻어진 검출 전압을 VI1, VJ1, VI2, VJ2로 하면, 트래킹 서보 신호(TS)는 TS=(VI1+VJl)-(VI2+VJ2)로 구해진다. 이와 같이, 제 3 광 기록매체(1c)(CD계 광 기록매체)에서는, 트래킹 서보 신호는 3빔 법을 이용하여 구해진다. 또한, 재생신호(RF)는 RF=VA+VB+VC+VD+VI1+VJ1+VI2+VJ2로 구해진다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 주빔(27)과 ±1차 부빔(29a, 29b)과의 스폿 간격(SP1)이 제 1 광 기록매체(1a)의 물리적 트랙 피치(P1)의 약 1/2이 되도록 조정한 경우에, 주빔(27')과 ±1차 부빔(29a', 29b')과의 스폿 간격(SP2)이 제 3 광 기록매체(1c)의 물리적 트랙 피치(P3)의 약 1/4이 되도록 회절격자(13)의 회절영역(21)은 형성되어 있다. 이에 의해, 광 헤드(10)는 제 1 및 제 2 광 기록매체(1a, 1b)(DVD계 광 기록매체)에서는, 차동 푸시풀 방식을 이용하여 트래킹 서보 신호를 검출할 수 있다. 또한, 광 헤드(10)는 제 3 광 기록매체(1c)(CD계 광 기록매체)에서는, 3빔 법을 이용하여 트래킹 서보 신호를 검출할 수 있다. 또, 회절격자(13)에서 미광은 발생하지 않기 때문에, 광 헤드(10)는 양호한 재생신호 및 트래킹 서보 신호를 검출할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 의한 광 기록재생 장치에 대해 설명한다. 도 11은, 본 실시형태에 의한 광 헤드(10)를 탑재한 광 기록재생 장치(150)의 개략 구성을 나타내고 있다. 광 기록재생 장치(150)는 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(152)와, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)에 레이저 빔을 조사함과 동시에 그 반사광을 수광하는 광 헤드(10)와, 스핀들 모터(152) 및 광 헤드(10)의 동작을 제어하는 컨트롤러(154)와, 광 헤드(10)에 레이저 구동신호를 공급하는 레이저 구동회로(155)와, 광 헤드(10)에 렌즈 구동신호를 공급하는 렌즈 구동회로(156)를 구비하고 있다.
컨트롤러(154)에는 포커스 서보 추종회로(157), 트래킹 서보 추종회로(158) 및 레이저 컨트롤 회로(159)가 포함되어 있다. 포커스 서보 추종회로(157)가 작동하면, 회전하고 있는 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 정보 기록면에 포커스가 걸린 상태가 되고, 트래킹 서보 추종회로(158)가 작동하면, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)의 편심(偏芯)하고 있는 신호 트랙에 대해 레이저 빔의 스폿이 자동 추종 상태가 된다. 포커스 서보 추종회로(157) 및 트래킹 서보 추종회로(158)에는, 포커스 게인을 자동 조정하기 위한 오토 게인 컨트롤 기능 및 트래킹 게인을 자동 조정하기 위한 오토 게인 컨트롤 기능이 각각 구비되어 있다. 또한, 레이저 컨트롤 회로(159)는 레이저 구동회로(155)에 의해 공급되는 레이저 구동신호를 생성하는 회로이고, 제 1 내지 제 3 광 기록매체(1a, 1b, 1c)에 기록되어 있는 기록조건 설정정보에 기초하여 적절한 레이저 구동신호의 생성을 행한다.
이들 포커스 서보 추종회로(157), 트래킹 서보 추종회로(158) 및 레이저 컨트롤 회로(159)에 대해서는, 컨트롤러(154) 내에 내장된 회로일 필요는 없고, 컨트롤러(154)와 별개의 부품이어도 상관없다. 또, 이들은 물리적인 회로일 필요는 없 고, 컨트롤러(154) 내에서 실행되는 소프트웨어이어도 상관없다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 형태에 의한 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치를 도 12 및 도 13을 이용하여 설명한다. 상기 실시형태에서는, 회절격자(13)는 광 입사면을 법선 방향으로 보아 직선형상의 회절영역(21)을 갖고 있다. 이에 대해, 본 실시형태에 의한 회절격자(40)는 광 입사면을 법선 방향으로 보아 파형 형상의 회절영역(4l)을 구비한 점에 특징을 갖고 있다. 또, 본 실시형태에 의한 광 헤드 및 광 기록재생 장치의 구성은 상기 실시형태와 동일하기 때문에, 설명은 생략한다. 또한, 본 실시형태에 의한 광 헤드의 트래킹 서보 신호의 검출방법은 상기 실시형태와 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.
도 12는, 본 실시형태에 의한 회절격자(40)의 회절영역(41)의 일부를 광 사출면 측에서 본 상태를 나타내고 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 회절영역(41)은 파형 형상으로 형성되어 반복 연속하는 요철부(43)를 갖고 있다. 요철부(43)의 오목부(43b)의 깊이는 400nm 이하가 되도록 형성되어 있고, 예를 들면 220㎚로 형성되어 있다. 요철부(43)는, 예를 들면 단면이 직사각형상으로 형성되어 있다. 요철부(43)의 1피치의 길이(p)에 대한 볼록부(43a)의 폭(w)의 비율(요철부(43)의 듀티비)는, 0.2 내지 0.8의 범위 내에 들어가도록 형성되어 있다. 예를 들면, 요철부(43)의 1피치의 길이(p)는 22㎛로 형성되고, 볼록부(43a)의 폭(w)은 17.6㎛로 형성되어 있다. 따라서, 요철부(43)의 듀티비는 0.8로 되어 있다.
회절영역(41)의 파형의 진폭과 주기는 회절격자(4O)의 광 입사면 또는 광 사 출면의 전면에 걸쳐 거의 일정한 것이 바람직하다. 렌즈 이동이 발생했을 때, 회절격자(4O)의 어느 부분에 레이저광이 입사해도 동일하게 레이저광이 분할되도록 하기 위해서이다.
도 13은, 예를 들면, 제 2 광 기록매체(1b)의 정보 기록면에 주빔(27) 및 ±1차 부빔(29a, 29b)이 집광된 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 도면 중의 좌우방향의 화살표는 제 2 광 기록매체(1b)의 반경(radial)방향(R)을 나타내고, 상하방향의 화살표는 제 2 광 기록매체(1b)의 트랙의 접선방향(T)을 나타내고 있다.
회절격자(40)의 회절영역(41)은 파형 형상으로 형성되어 있기 때문에, 도 13에 도시하는 바와 같이 제 2 광 기록매체(1b)의 정보 기록면에 집광된, 반경방향(R)의 ±1차 부빔(29a, 29b)의 스폿 직경의 길이(D2)를 동 방향의 주빔(27)의 스폿 직경의 길이(D1)보다 길게 할 수 있다. 이와 같이, 회절격자(40)는 ±1차 부빔(29a, 29b)에 수차를 부여하여 스폿 직경의 길이(D2)를 상대적으로 길게 할 수 있다. ±1차 부빔(29a, 29b)의 스폿 형상은 원형일 필요는 없고, 반경방향(R)의 스폿 직경의 길이(D2)가 동 방향의 주빔(27)의 스폿 직경의 길이(D1)의 2.5배 이상이면, 타원형 등이어도 된다.
±1차 부빔(29a, 29b)의 레이디얼(radial) 방향의 길이(D2)를 길게 하면, ±1차 부빔(29a, 29b)에서의 광학적 전달계수의 차단 주파수가 저역측으로 이동하기 때문에, 공간 주파수(트랙 피치의 역수)가 높은 트랙 크로스 신호 성분이 제거된다. 이 때문에, 제 2 광 기록매체(1b)에서 반사한 ±1차 부빔(29a, 29b)을 부빔용 수광소자(18a2, 18a3)에서 수광하고, 부빔용 수광소자(18a2, 18a3)로부터 각각 출 력된 전기신호를 이용하면, 트랙 크로스 신호의 혼입을 저감한 포커스 서보 신호를 검출할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 3 광 기록매체(1a, 1c)에서도, 동일한 효과가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 광 헤드는 트랙 크로스 신호의 혼입을 저감한 포커스 서보 신호를 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고품질 신호를 검출할 수 있는 회절격자, 수광소자 및 그들을 이용한 광 헤드 및 광 기록재생 장치를 실현할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광의 광로중에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 광의 각각을 회절하여 분리한 0차광과 ±1차광을 생성하는, 광 입사면 또는 광 사출면의 한쪽에만 형성된 회절영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회절영역은, 오목부의 깊이가 400㎚ 이하로 형성되어 반복하여 연속하는 요철부를 갖는 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회절영역은, 단면이 직사각 형상의 상기 요철부를 갖고,
    상기 요철부의 1피치에 대한 볼록부의 길이의 비율은 0.2 내지 0.8인 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  4. 제 1항 내지 제 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광의 적어도 한쪽의 광이 회절한 상기 ±1차광의 각각의 광량은, 상기 한쪽의 광이 회절한 상기 0차광의 광량의 10분의 1 이하인 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  5. 제 1항 내지 제 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광은 DVD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합하고, 상기 제 2 광은 CD계 광 기록매체에서의 기록재생에 적합한 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회절영역은, 상기 DVD계 광 기록매체 또는 상기 CD계 광 기록매체의 반경 방향의, 상기 DVD계 광 기록매체 또는 상기 CD계 광 기록매체의 정보 기록면에 결상한 상기 ±1차광의 각각의 스폿 직경의 길이가, 동 방향의 상기 0차광의 스폿 직경의 길이보다 길어지도록 수차를 주는 것을 특징으로 하는, 회절격자.
  7. 광원으로부터 사출한 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광의 각각을 회절하여 0차광 및 ±1차광으로 분리하여 광 기록매체에 집광시키고, 상기 광 기록매체에서 반사한 상기 0차광 및 상기 ±1차광을 수광하는 수광소자로서,
    상기 제 1 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 1 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 1 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 구비한 제 1 수광영역과,
    상기 제 2 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 2 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 2 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 구비한 제 2 수광영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 수광소 자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 수광영역의 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역의 각각의 중심 사이의 거리(L1)와, 상기 제 2 수광영역의 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역의 각각의 중심 사이의 거리(L2)와의 비는, 상기 제 1 파장과 상기 제 2 파장과의 비와 거의 같은 것을 특징으로 하는, 수광소자.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 수광영역의 상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역은, 상기 DVD계 광 기록매체의 트랙의 접선방향으로 연신(延伸)하는 분할선을 갖는 것을 특징으로 하는, 수광소자.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 0차광용 수광영역 및 상기 1차광용 수광영역은, 상기 광 기록매체의 반경방향에 나란히 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 수광소자.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 수광영역은, 상기 광 기록매체의 트랙의 접선방향에 나란히 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 수광소자.
  12. 제 1 파장의 제 1 광 및 제 2 파장의 제 2 광을 사출하는 광원과,
    상기 제 1 및 제 2 광을 회절하여 분리한 0차광과 ±1차광을 생성하는 광 입사면 또는 광 사출면의 한쪽에만 형성된 회절영역을 구비한 회절격자와,
    상기 제 1 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 1 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 1 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 갖는 제 1 수광영역과, 상기 제 2 파장에 기초하여 배치되어 상기 제 2 광이 회절한 상기 0차광을 수광하는 0차광용 수광영역과, 상기 제 2 광이 회절한 상기 ±1차광을 각각 수광하는 1차광용 수광영역을 갖는 제 2 수광영역을 구비한 수광소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  13. 제 13항에 있어서,
    상기 회절격자는, 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재한 회절격자인 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 수광소자는, 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재한 수광소자인 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은, DVD계 광 기록매체에서의 기록 재생에 적합한 상기 제 1 광을 발광하는 제 1 발광부와, CD계 광 기록매체에서의 기록 재생에 적합한 상기 제 2 광을 발광하는 제 2 발광부를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  16. 제 15항에 있어서,
    물리적 트랙 피치의 길이가 P1인 상기 DVD계 광 기록매체(제 1 광 기록매체) 또는 상기 물리적 트랙 피치의 길이가 P2(P2>P1)인 상기 DVD계 광 기록매체(제 2 광 기록매체)에 대해 상기 제 1 파장의 광을 회절한 상기 ±1차광의 스폿을 상기 제 1 파장의 광을 회절한 상기 0차광의 스폿에 관해, 대칭 또한 상기 제 1 또는 제 2 광 기록매체의 반경방향으로 P1×(n＋1/2)(단, n은 0 이상의 정수) 정도의 위치에 배치하고,
    상기 물리적 트랙 피치의 길이가 P3(P3>P2)인 상기 CD계 광 기록매체(제 3 광 기록매체)에 대해 상기 제 2 파장의 광을 회절한 상기 ±1차광의 스폿을 상기 제 2 파장의 광을 회절한 상기 0차광의 스폿에 관해, 대칭 또한 상기 제 3 광 기록매체의 반경방향으로 P3×(n＋1/4)(단, n은 0 이상의 정수) 정도의 위치에 배치한 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 DVD계 광 기록매체의 트래킹 서보 신호는 차동 푸시풀 방식을 이용하여 검출되고, 상기 CD계 광 기록매체의 상기 트래킹 서보 신호는 3빔 방식을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 하는, 광 헤드.
  18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 기재한 광 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 기록재생 장치.
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