KR950005638Y1 - 아나모르픽 프리즘(Anamorphic prism) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[고안의 명칭]

아나모르픽 프리즘(Anamorphic prism)

[도면의 간단한 설명]

제 1 및 제 2 도는 각각 본 고안의 원리를 설명하기 위한 측면도.

제 3 도 내지 6 도는 본 고안의 제 1내지 제 4실시예를 도시하는 측면도.

제 7 도는 제 1실시예와 본 고안의 두 개의 종래예에서 파장과 출사각 변화 사이의 관계를 도시하는 그래프.

[실용신안의 상세한 설명]

[고안의 분야]

본 고안은 비임 방사각(beam radiation angles)의 이방성(anisotropy)을 보정하기 위한 아나모르픽 프리즘(anamorphic prism)에 관한 것이다.

[배경 기술]

실례로, 기록이 가능한 광학 기록 매체용 광학 헤드에 있어서, 비임의 이용효율을 높이기 위해서 일반적으로 많은 수의 개구(aperture)를 갖는 콜리메이터(collimator)가 사용된다. 반도체 레이저가 광원으로 사용될 때, 비임 방사각의 이방성은 일반적으로 아나모르픽 프리즘을 사용하여 보정된다.

하지만 반도체 레이저는 온도와 출력 전력 등의 변화에 따라서, 또는 광학 기록 매체로부터의 반사 비임의 입사에 따라 10 내지 20nm의 파장 변동 △λ를 발생하며, 파장 변동 △λ로 인해 상기 아나모르픽 프리즘의 굴절율이 변화하고, 그 결과, 아나모르픽 프리즘으로부터의 출사 비임의 각(angle of on exit beam)이 변화될 수 있다. 그러나, 종래의 아나모르픽 프리즘에 있어서는 이러한 점에 대한 배려가 없었다.

광학 유리 SF13을 사용하는 단일 프리즘으로 구성되고 확대 배율비 β≒1.7을 갖는 종래의 아나모르픽 프리즘에 있어서, △λ≒10nm 라면 △ξ≒0.02°의 출사각 변화가 발생된다. 그러므로, 초점거리 f=4.5mm를 갖는 대물렌즈가 사용될 때, 비임 스폿(beam spot)은 광학 기록 매체상에서 횡방향으로 △X=f △ξ=1.5㎛ 만큼 이동된다.

△λ≒10mm 정도의 파장변동은 여러 조건으로 인하여 용이하게 발생하게 되어 제어 불가능하게 된다. 그 결과, 기록 또는 재생을 위한 비임 스폿의 위치 제어를 실행한다는 것은 아주 어렵게 되었고, 안정되고 정확한 기록 및 재생 작동의 실행은 불가능하게 된다.

[고안의 설명]

본 고안에 따른 아나모르픽 프리즘은 굴절율 n₁, 파장 변동으로 인한 굴절율 변화 △n₁및 정점각 θ₁을 갖는 제 1프리즘과, 굴절율 n₂, 굴절율 변화 △n₂및 정점각 θ₂를 가지며 제 1프리즘에 접합되는 제 2프리즘을 구비한다. 입사각 ψ₁으로 제 1프리즘상에 입사되는 상기 비임의 제 2프리즘상의 입사각이 ψ₂로 주어지고, 입사각 Φ₂〈정점각 θ₁이라면, 제 1 및 제 2프리즘과 입사각 ψ₁은 다음의 관계를 만족하고, (△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)n₁ ²/(n₁ ²-sin²ψ₁) 제 2 도에 도시된 바와같이, 입사각 Φ₂〉정점각 θ₁을이면 다음의 관계가 만족되어야 한다. (△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)(n₁ ²/n₁ ²-sin²ψ₁)이에 더해서 상기 비임은 상기 정점각 θ₂에 대하여 출사각 0°에서 제 2프리즘으로부터 출사된다.

이러한 구성으로, 본 고안에 따른 아나모르픽 프리즘은 파장에 대해 의존성(dependency)을 갖지 않고, 색지움 구성(achromatic structure)을 갖을 수 있다.

이러한 이유로, 본 고안에 따른 아나모르픽 프리즘이 반도체 레이저가 광원(light source)으로 사용되고 광학 디스크와 같은 광학 기록 매체에 대한 정보의 기록 및 재생 작동에 사용되는 광학 헤드에 이용될 경우, 파장 변동이 반도체 레이저의 온도, 출력 전력 등의 변화에 따라서 또는 광학 기록 매체로부터의 반사비임의 입사에 따라 반도체 레이저내에서 발생한다 하더라도 아나모르픽 프리즘으로부터의 출사된 비임각은 변화하지 않는다.

그러므로, 상기 파장 변동이 발생한다 할지라도 광학 기록 매체상에서 조사 비임(irradiation beam)의 스폿은 이동될 수 없으며, 안정되고 정확한 기록 또는 재생 작동이 실행될 수 있다.

[고안을 실시하는 최선의 형태]

이제는 본 고안의 제 1내지 제 4실시예가 설명될 것이며, 이러한 실시예를 설명하기 전에, 제 1 및 제 2 도를 참조하여 본 고안의 원리가 설명될 것이다.

제 1 및 제 2 도의 각 아나모르픽 프리즘(11)에서, 각각의 정점각 θ₁및 θ₂를 갖는 제 1 및 제 2 프리즘(12, 13)이 서로 접합된다.

제 1프리즘(12)은 파장λ를 갖는 빛에 대해 굴절율 n₁을 갖고, 파장 변동 △λ로 인한 굴절율 변화 △n₁을 갖는다. 제 2프리즘(13)은 유사하게 굴절율 n₂와 굴절율 변화 △n₂를 갖는다.

프리즘(12, 13)에 있어서, 각각의 아나모르픽 프리즘(11)상에 입사되는 파장λ를 갖는 비임(14)의 입사각 및 굴절각이 각각 ψ₁, ξ₁, ψ₂, 및 ξ₂로서 주어지면, 다음식이 성립된다.

sinψ₁=n₁·sinξ₁······①

n₁·sinψ₂=n₂·sinξ₂······②

제 1 도의 경우에 있어서 다음식이 성립된다 :

ψ₂=θ₁-ξ₁······③

제 2 도의 경우에 있어서 다음식이 성립된다 :

ψ₂=θ₁-ξ₁······③'

상기 비임(14)의 파장이 λ+△λ로 변동할 때, 식①은 sinψ₁=(n₁+△n₁)·sin(ξ₁+△ξ₁)와 같이 바뀐다. 그러나, △n₁및 △ξ₁이 작으므로, 상기 식을 전개하여 근사식으로 치환하고, 2차 이상의 근사항이 0이라 하면, 상기 식은 sinψ₁=n₁·sinξ₁+n₁·△ξ₁·cosξ₁+△n₁·sinξ₁이 될 수 있다. 그러므로 상기 식과 식 ①로부터 다음의 식을 얻을 수 있다 :

△ξ₁=-(△n₁/n₁)·tanξ₁······④

만일 비임(14)의 파장이 λ+△λ로 변동된다 하더라도, 정점각 θ₁은 불변이다. 따라서, 식 ③ 및 ③'으로부터, 식 ψ₂+△ψ₂=θ₁-(ξ₁+△ξ₁), ψ₂+△ψ₂=θ₁+(ξ₁+△ξ₁)과 같이 될 수 있다. 그러므로, 상기 식들과 식 ③ 및 ③'는 다음의 식을 유도한다.

△ψ₂=-△ξ₁······⑤

△ψ₂=△ξ₁······⑤'

비임(14)의 파장이 λ+△λ로 변동할 때, 식②는 (n₁+△n₁)·sin(ψ₂+△ψ₂)=(n₂+△n₂)·sin(ξ₂+△ξ)와 같이 표시될 수 있다. 하지만, 굴절각 ξ₂가 파장 의존성을 갖지 않는다면, △ξ₂=0이므로, 상기 식은 (n₁+△n₁)·sin(ψ₂+△ψ₂)=(n₂+△n₂)·sinξ₂가 된다. 따라서, 상기 식이 전개되어 근사식으로 치환되고, 2차 이상의 근사항이 0이며, 식 ②가 사용되면, 다음의 식이 얻어진다.

△ψ₂={(△n₂/n₂)-(△n₁/n₁)}·tan₂······⑥

식 ⑤또는 ⑤', 식 ④ 및 식③ 또는 ③'이 식⑥에 대해 사용되면, 다음의 식을 얻을 수 있다 :

tanξ₁={(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)-1}·tan(θ₁-ξ₁) ······⑦

tanξ₁={1-(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)}·tan(θ₁+ξ₁) ······⑦'

식 ⑦은 {tan²ξ₁+1-(△n₁/△n₁)·(n₁/n₂)}·tanθ₁=-(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)·tanξ와 같이 전개되고, 다시 tan²ξ₁+1=1/cos²ξ₁=1/(1-sin²ξ₁)=1/{1-(sin²ψ₁/n₁ ²)}=n₁ ²/(n₁ ²-sin²ψ₁)가 되므로, 결국

tanθ₁={(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)·tanξ₁}/{(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)-n₁ ²/(n² ₁-sin²ψ₁)} ······⑧을 얻을 수 있고, 식 ⑦'은 다음과 같이 전개된다.

tanθ₁={(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)·tanξ₁}/{(n² ₁/(n² ₁-sinψ₁)}-(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂) ······⑧'을 얻을 수 있다.

식 ⑧ 및 ⑧'에서, 좌변과 우변의 분자가 양이므로, 우변의 분모는 양이어야 한다.

제 1 및 2 도에 도시된 바와 같이 정점각 θ₂가 선택되어 상기 비임이 출사각 0°에서 프리즘(13)으로부터 출사된다면, 출사각은 비임(14)의 파장에 의존하지 않게 된다.

그러므로, 제 1 도에 도시된 바와 같이 상기 아나모르픽 프리즘(11)이 색 지움 구성을 갖도록 설계되고, 입사각 ψ₂〈정점각 θ₁가 되면, 제 1 도에 도시된 바와같이 다음의 관계(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)〉n² ₁/(n² ₁-sinψ₁)가 만족되고, 제 2 도에 도시된 바와같이 입사각 Φ₂〈정점각 θ₁이면, 다음의 관계가 만족된다.

(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)〉n² ₁/(n² ₁-sinψ₁)

본 고안의 제 1내지 제 4실시예는 제 3내지 7 도를 참조하여 설명될 수 있다. 이들 실시예 중 어느것에서나, 아나모르픽 프리즘(11)은 광학 유리 BK7을 사용하는 제 1프리즘(12)과 광학 유리 SF11을 사용하는 제 2프리즘(13)으로 구성된다.

상기 광학 유리 BK7은 파장 λ가 780nm인 빛에 대해 굴절율 n₁=1.5112를 갖고, 파장 변동 △λ=10nm로 인한 굴절율 변화 △n₁=0.0002를 갖는다. 광학 유리 SF11은 굴절율 n₂=1.7660 및 굴절율 변화 △n₂=0.0006을 갖는다.

어떤 실시예에 있어서도 아나모르픽 프리즘(11)은 색지움 구조를 갖을 뿐만 아니라, 프리즘(12 및 13)에 반사면이 설치되어 비임 입사 및 출사 방향이 상호 직교하도록 하여 압축 광학 헤드(compact optical head)의 실현을 가능하게 한다.

제 1 내지 제 4실시예중 어느 것에서도, 비임(14)의 입사 방향은 도면중에서 좌측에서 우측으로 향한다. 제 3 도에 도시된 제 1실시예에 있어서, 출사 방향을 도면중 밑에서 위쪽으로 발생시키기 위해서, .반사면이 제 2프리즘(13)에 설치되며, 제 4 도에 도시된 제 2실시예에 있어서는, 출사 방향을 도면중 윗쪽에서 밑으로 향하도록 하기 위해 반사면이 제 2프리즘(13)에 설치된다. 제 5 도에 도시된 제 3실시예에 있어서, 도면중 밑에서 윗쪽으로 출사 방향을 향하도록 하기 위해서, 반사면은 제 1프리즘(12)에 설치되고, 제 6 도에 도시된 제 4실시예에서는 도면중 위쪽에서 밑으로 출사 방향을 향하도록 하기 위해 반사면은 제 1프리즘(12)으로 설치된다.

그러므로, 제 1 및 제 2실시예에 있어서, 각각의 제 2프리즘(13)이 비임(14)과 수직인 평면(15)을 갖는다면, 이들 아나모르픽 프리즘(11)은 적어도 색지움 구조를 갖을 수 있다.

제 7 도는 각각 평행사변형의 측면을 갖고 광학 유리 BK7 또는 광학 유리 SF13을 각각 포함하는 종래의 프리즘과 제 1실시예의 출사각 변화 및 파장 사이의 관계를 도시한다.

제 7 도로부터 명백히 알 수 있듯이, 제 1실시예에 있어서, 출사각은 파장에 대한 의존성이 없으며, 제 1실시예의 프리즘은 대체로 완전한 색지움 구조를 갖는다.

본 고안은 반도체 레이저가 광원으로 사용되고 광학 디스크와 같은 광학 기록매체상에서 정보를 기록하거나 재생하기 위해 사용되는 광학헤드 등에 적용하게 되며, 본 고안을 이용하는 광학 헤드는 반도체 레이저에서 파장 변동이 발생한다 할지라도 광학기록매체상에서 조사 비임 스폿의 이동을 발생시키지 않고, 안정되고 정확한 기록 또는 재생 작동이 실행 될 수 있다.

Claims (1)

1. 빔이 출사되는 광원으로서 반도체 레이저를 갖는 광학 헤드에 적용되는 아나모르픽 프리즘(anamorphic prism)으로서, 파장 변동과, 정점각 θ₁으로 인한 굴절율 n₁및 굴절율 변화 △n₁을 갖는 제 1프리즘과, 굴절율 n₂굴절율 변화 △n₂및 정점각 θ₂을 갖고 상기 제 1프리즘에 접합되는 제 2프리즘을 구비하며, 입사각 ψ₁으로 제 1프리즘상에 입사되는 비임의 제 2프리즘상의 입사각이 ψ₂로 주어질 경우, 입사각 ψ₂가 정점각 θ₁보다 작을 때, 상기 제 1 및 제 2프리즘과 입사각 ψ은 (△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)〉n₁ ²/(n₁ ²-sin₂ψ₁)을 만족시키고, 입사각 ψ₂가 정점각 θ₁보다 클 때에는(△n₂/△n₁)·(n₁/n₂)〈n₁ ²/(n₁ ²-sin²ψ₁)을 만족시키며,상기 비임은 상기 정점각 θ₂에 대하여 출사각 0°에서 상기 제 2프리즘으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 아나모르픽 프리즘.