KR100601955B1 - 집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 적용한 정보기록 및/또는 재생기기 - Google Patents

집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 적용한 정보기록 및/또는 재생기기 Download PDF

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Abstract

광을 발생시키는 광원 및 광을 수광하는 메인 광검출기를 포함하는 적어도 하나의 광검출기가 배치된 광학 벤치와; 광학 벤치에 결합되는 렌즈부와; 광원에서 출사되어 렌즈부쪽으로 진행하는 광과 렌즈부쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재를 포함하는 집적 광학 시스템, 그 제조 방법 및 이를 광모듈 및 광픽업 중 어느 하나로 적용한 정보 기록 및/또는 재생기가 개시되어 있다.
개시된 집적 광학 시스템은, 모니터 광검출기 및 광학 벤치에 결합된 광경로 형성부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 모니터 광검출기는, 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 광학 벤치에 배치된다. 광경로 형성부는, 광원에서 출사되어 입사되는 광의 진행 방향을 전환하여 렌즈부쪽으로 향하도록 하는 제1미러와, 렌즈부쪽에서 입사되고 제1미러에서 반사된 광의 진행 방향을 전환하여 메인 광검출기로 향하도록 하는 제2미러를 구비한다.

Description

집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 적용한 정보 기록 및/또는 재생기기{Integrated optical system and method for manufacturing the same and apparatus for recording and/or reproducing information applied the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집적 광학 시스템의 구성을 개략적으로 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 집적 광학 시스템의 측면도이다.
도 3은 도 1의 광학 벤치를 발췌하여 보인 사시도이다.
도 4a는 도 1의 광경로 분리부재의 일 실시예를 보여준다.
도 4b는 도 1의 광경로 분리부재의 다른 실시예를 보여준다.
도 5는 도 1의 렌즈부의 일 실시예를 보여준다.
도 6은 도 1의 렌즈부의 다른 실시예를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 도 5의 렌즈부를 구비하여, 집적 광픽업으로 사용되는 예를 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 도 6의 렌즈부를 구비하여, 광픽업용 광모듈로 사용되는 예를 보여준다.
도 9는 모니터 광검출기가 광학 벤치의 바닥면에 광원에 평행하게 위치한 경우의 설계예를 보여준다.
도 10은 모니터 광검출기가 광원쪽으로 경사지게 배치된 경우의 설계예를 보여준다.
도 11은 모니터 광검출기가 광학 벤치의 바닥면으로부터 돌출된 위치에 광원에 평행하게 배치되는 경우의 설계예를 보여준다.
도 12는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 채용한 정보 기록 및/또는 재생기기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...정보 저장매체 10...광학 벤치 11...바닥면
13...마운트 15...광원 17...메인 광검출기
19...모니터 광검출기 21...배선 23...패드
25...설치홈 27...개구 30...광경로 형성부
31,35...제1 및 제2미러 50,150...광경로 분리부재 51...회절광학소자
70...렌즈부 71...굴절렌즈 73...회절렌즈
75...렌즈 홀더 85...대물렌즈 151...편광회절광학소자
153...1/4파장판
본 발명은 정보 기록 및/또는 재생기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 채용한 정보 기록 및/또는 재생기기에 관 한 것이다.
레이저광을 대물렌즈에 의해 집속한 광스폿을 이용하여 정보 저장매체에 임의의 정보를 기록 및/또는 정보 저장매체에 기록되어 있는 정보를 재생하는 정보 기록 및/또는 재생기기에서, 정보 저장 용량은 집광되는 광스폿의 크기에 의해 정해진다. 집광스폿의 크기(S)는 사용하는 레이저광 파장(λ)과 대물렌즈의 개구수(NA: Numerical Aperture)에 의해 수학식 1과 같이 결정된다.
S ∝ λ / NA
따라서, 정보 저장매체의 고밀도화를 위해 정보 저장매체에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해, 청색레이저와 같은 단파장 광원과 개구수 0.6 이상의 대물렌즈 채용하는 방향으로 정보 기록 및/또는 재생기기가 연구되고 있다.
780nm 파장의 광과 개구수 0.45 또는 0.5인 대물렌즈를 이용하여 정보의 기록 및/또는 재생이 이루어지도록 된 CD가 나온 이래로, 기록 밀도를 높여 정보 저장 용량을 늘리기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 그 결과물이 650 nm 파장의 광과 개구수 0.6 또는 0.65인 대물렌즈를 이용하여 정보의 기록 및/또는 재생이 이루어지도록 된 DVD이다.
현재는 청색 파장 예컨대, 405nm 파장의 광을 이용하여 20GB 이상의 저장 용량을 가질 수 있도록 된 고밀도 정보 저장매체에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
청색 파장 예컨대, 405nm 파장의 광을 이용하는 고밀도 정보 저장매체는 현 재 규격화가 활발히 진행되고 있고 일부 규격은 거의 완료 단계에 있으며, 그 고밀도 정보 저장매체를 위한 대물렌즈의 개구수는 후술하는 바와 같이 0.65 또는 0.85이다.
CD는 두께가 1.2mm인데, DVD의 경우에 두께를 0.6mm로 줄인 이유는 개구수가 CD의 경우 0.45에서 DVD의 경우 0.6 정도로 높아졌기 때문에, 정보 저장매체의 틸트에 의한 공차를 확보하기 위해서이다.
또한, DVD보다 고용량을 가지는 고밀도 정보 저장매체의 경우, 그 고밀도 정보 저장매체를 위한 대물렌즈의 개구수를 예컨대, 0.85로 높인다면, 그 고밀도 정보 저장매체의 두께는 대략 0.1mm 정도로 줄여야 한다.
이와 같이, 대물렌즈의 개구수를 높이고 그 정보 저장매체의 두께를 얇게 한 것이 Blu-ray Disc(이하, BD)이다. BD 규격에서 광원의 파장은 405nm이고, 대물렌즈의 개구수는 0.85이며, 그 정보 저장매체의 두께는 대략 0.1mm이다.
현재 개발중인 고밀도 정보 저장매체로는 BD 이외에 AOD(Advanced Optical Disc)가 있다. 이 AOD는 DVD와 동일 기판 두께를 가지며, DVD와 동일한 대물렌즈의 개구수를 사용하며, 광원의 파장만이 BD 규격에서와 같이 청색 파장 예컨대, 405nm로 하는 규격이다.
정보 기록 및/또는 재생기기분야에서는, 이러한 정보 저장매체의 고밀도, 고용량화 요구에 부가하여, 광픽업을 구성하는 전체 광학시스템의 박형화 및 소형화가 요구되고 있다.
즉, 최근 PDA, 휴대폰, 디지털 카메라, 휴대용 디스크 플레이어, 캠코더 등 과 같은 휴대용 단말기에 정보 기록 및/또는 재생기기의 사용 요구가 증가하면서 박형 광픽업에 대한 요구가 증가되고 있다. 휴대 단말기 분야에 적용되기 위해 광픽업은 박형화 및 소형화되어야 하며, 음악 및 동영상 등의 대용량 정보를 저장하고 재생하기 위해 고밀도로 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있어야 한다.
하지만, 현재 시중에 나와 있는 CD 및/또는 DVD용 디스크 드라이브 또는 디스크 플레이어 등에 적용되는 것과 같은 기존의 광픽업에서는 그 광픽업을 구성하는 광학 부품들의 크기를 감소시킴에 의해 전체 광픽업 시스템을 소형화 및 박형화하는 것은 기술적으로 이미 한계에 도달하고 있다.
또한, 기존의 광픽업은 별개로 각각 제조된 다수개의 광학부품들을 접착시키고 조정하는 과정을 통해 구성되는데, 조립 및 조정 과정에서 부품간의 조립공차로 인해, 신뢰성이 떨어지고, 자동화율이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 소형화 및 박형화 요구를 충족할 수 있으며, MEMS 공정기술을 이용하여 집적 가능한 집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 광모듈 또는 광픽업으로 적용하는 정보 기록 및/또는 재생기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 광을 발생시키는 광원 및 광을 수광하는 메인 광검출기를 포함하는 적어도 하나의 광검출기가 배치된 광학 벤치와; 상기 광학 벤치에 결합되는 렌즈부와; 상기 광원에서 출사 되어 상기 렌즈부쪽으로 진행하는 광과 상기 렌즈부쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재와; 상기 광원에서 출사되어 입사되는 광의 진행 방향을 전환하여 상기 렌즈부쪽으로 향하도록 하는 제1미러와, 상기 렌즈부쪽에서 입사되고 상기 제1미러에서 반사된 광의 진행 방향을 전환하여 상기 메인 광검출기로 향하도록 하는 제2미러를 구비하며, 상기 광학 벤치와 결합되는 광경로 형성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 적어도 하나의 광검출기는, 상기 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 상기 광학 벤치에 배치된 모니터 광검출기;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 메인 광검출기와 모니터 광검출기는 상기 광학 벤치의 바닥면에 배치되고, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 것이 바람직하다.
상기 모니터 광검출기는 상기 광원과 평행한 배치, 상기 광원쪽으로 경사진 배치 및 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 위치에 배치된 것 중 어느 하나로 배치될 수 있다.
상기 광원은 마운트에 탑재될 수 있다.
상기 광경로 분리부재는, 회절광학소자 또는 편광회절소자와 1/4 파장판을 포함할 수 있다.
상기 광학 벤치에는 개구를 가지는 설치홈이 형성되어 있으며, 상기 광경로 분리부재는 상기 설치홈에 삽입 설치될 수 있다.
상기 광학 벤치에는 상기 광원 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선 및 단자가 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 모니터 광검출기가 배치된 광학 벤치와; 상기 광학 벤치에 결합되는 렌즈부와; 상기 광원에서 출사되어 상기 렌즈부쪽으로 진행하는 광과 상기 렌즈부쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모니터 광검출기는 상기 광학 벤치의 바닥면에 배치되고, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격될 수 있다.
상기 모니터 광검출기는 상기 광원과 평행한 배치, 상기 광원쪽으로 경사진 배치 및 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 위치에 배치된 것 중 어느 하나로 배치될 수 있다.
상기 광원은 마운트에 탑재될 수 있다.
상기 광학 벤치에는 광을 수광하는 메인 광검출기가 더 배치되며, 상기 광학 벤치의 바닥면에는 상기 광원 , 메인 광검출기 및 및 모니터 광검출기와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선 및 단자가 형성될 수 있다.
이상에서, 상기 렌즈부는, 굴절 렌즈, 회절 렌즈 및 그린 렌즈 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
즉, 상기 렌즈부는 상기 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하는 하이브리드 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 렌즈부는 상기 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하며, 상기 굴절 렌즈는 대물렌즈로서 기능을 하며, 상기 회절 렌즈는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 마련될 수 있다.
상기 렌즈부는, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 상기 회절 렌즈를 렌즈 홀더의 일면에 형성된 구조를 가지며, 상기 렌즈 홀더에 대물렌즈로서 기능을 하는 상기 굴절 렌즈를 선택적으로 삽입함에 의해, 광픽업용 광모듈과 광픽업으로 선택적으로 전환할 수 있도록 마련될 수 있다.
상기 렌즈부는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 굴절 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈를 사용하여 광픽업용 광모듈로 사용될 수 있도록 마련될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 집적 광학 시스템을 제조하는 방법에 있어서, (a)상기 광학 벤치를 형성한 광학 벤치 웨이퍼와, 상기 광경로 형성부를 형성한 광경로 형성부 웨이퍼를 마련하는 단계; (b)상기 광경로 형성부 웨이퍼와 상기 광학 벤치 웨이퍼를 결합하고, 이를 다이싱하여, 광학 벤치와 광경로 형성부 조립체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 집적 광학 시스템을 제조하는 방법에 있어서, (a)상기 광학 벤치를 형성한 광학 벤치 웨이퍼를 마련하는 단계; (b) 상기 광학 벤치 웨이퍼 상의 광학 벤치에 상기 광경로 형성부를 부착하는 단계; (c) 광경로 형성부가 부착된 광학 벤치 웨이퍼를 다이싱 하여, 광학 벤치와 광경로 형성부 조립체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 집적 광학 시스템을 제조하는 방법 에 있어서, (a)상기 광학 벤치를 형성한 광학 벤치 웨이퍼를 마련하는 단계; (b) 광학벤치 웨이퍼를 다이싱하는 단계; (c) 광학 벤치에 광경로 형성부를 부착하여 광학 벤치와 광경로 형성부 조립체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광경로 형성부는, 웨이퍼에 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정보 기록 및/또는 재생기기는, 상기한 집적 광학 시스템; 정보저장매체를 회전시키는 정보저장매체 회전부; 상기 집적 광픽업과 상기 정보저장매체 회전부를 구동하는 구동부; 및 상기 구동부를 제어하여 포커싱 및 트래킹 서보를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 집적 광학 시스템은, 광픽업으로 사용될 수 있다.
상기 집적 광학 시스템은 광모듈로 사용되고, 입사광을 정보 저장매체에 집속시키는 대물렌즈;를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 적용한 정보 기록 및/또는 재생기기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집적 광학 시스템의 구성을 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 집적 광학 시스템의 측면도, 도 3은 도 1의 광학 벤치를 발췌하여 보인 사시도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 광원(15) 및 메인 광검출기(17)를 포함하는 적어도 하나의 광검출기가 배치된 광학 벤치(10)와, 상기 광학 벤치(10)에 결합되는 렌즈부(70) 및 광경로 형성부(30)와, 상기 광원(15)에서 출사되어 렌즈부(70)쪽으로 진행하는 광과 정보 저장매체에서 반사되어 렌즈부(70)쪽으로 입사되는 진행 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재(50)를 포함하여 구성되며, 상기 렌즈부(70)의 구성에 따라 광픽업용 광모듈 및 광픽업 중 어느 하나로 사용할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 광검출기는 메인 광검출기(17)와 광원(15)의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 광학 벤치(10)에 배치된 모니터 광검출기(19)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 광학 벤치(10) 예컨대, 실리콘 광학 벤치(SiOB:Silicon Optical Bench)는 기판 상에 배치된 광원(15)과, 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)를 포함한다.
상기 광학 벤치(10) 기판은 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다. 광학 벤치(10)는 광학 벤치 웨이퍼에 MEMS 공정을 이용하는 웨이퍼 프로세스로 제조될 수 있다.
상기 광원(15)으로는 소정 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저를 구비한다. 상기 광원(15)으로 청색 파장 예컨대, 405nm 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저를 구비할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은 BD 나 AOD를 기록 및/또는 재생하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 상기 광원(15)으로 적색 파장 예컨대, 650nm 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저를 구비할 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은 DVD를 기록 및/또는 재생하는데 사용될 수 있다.
이외에도, 상기 광원(15)을 다른 파장대역의 광을 출사하도록 구성할 수 있 다. 또한, 상기 광원(15)을 서로 다른 복수 파장의 광을 출사하도록 마련하여, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 포맷이 서로 다른 복수 종류의 광정보 저장매체를 호환 채용하도록 할 수도 있다.
본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 적용하려는 대상 정보 저장매체에 따라 상기 광원(15)의 파장은 달라질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은 다양한 종류의 광정보 저장매체 예컨대, CD 계열의 광디스크, DVD 계열의 광디스크, BD 및/또는 AOD를 기록 및/또는 재생할 수 있다.
상기 광원(15)으로는 반도체 물질층의 측 방향으로 레이저광을 출사하는 모서리 발광 타입 반도체 레이저를 구비할 수 있다.
이러한 반도체 레이저의 발광 구조를 고려하여, 상기 광원(15)은 마운트(13)에 탑재된다. 이에 의해 광원(15)은 상기 광학 벤치(10)의 바닥면(11)으로부터 이격되게 배치된다.
상기 광원(15)은 마운트(13)에 탑재된 상태로 상기 광학 벤치(10)에 설치될 수 있다. 또는, 상기 광학 벤치(10)에 그 바닥면(11)으로부터 돌출되게 마운트(13)를 형성하고, 이 마운트(13)에 상기 광원(15)을 탑재할 수도 있다. 여기서, 상기 광원(15) 즉, 반도체 레이저는 반도체 공정에 의해 광학 벤치(10)를 제작하기 위한 광학 벤치 웨이퍼 상에 직접 형성될 수도 있다.
한편, 상기 메인 광검출기(17)는 정보 저장매체에서 반사되어 입사되는 광을 수광하여 정보 재생신호(RF 신호) 및 서보 구동에 사용되는 에러신호(예컨대, 포커스 에러신호, 트랙킹 에러신호 및/또는 틸트 에러신호)를 검출한다. 상기 메인 광 검출기(17)는 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에 배치될 수 있다.
상기 모니터 광검출기(19)는 광원(15)에서 방출되는 광량을 모니터링한다.
본 발명에 따른 집적 광학 시스템에 있어서, 상기 모니터 광검출기(19)는 광원(15)의 전방으로 출사된 광의 일부가 반사 미러 등을 경유하지 않고 곧바로 이 모니터 광검출기(19)에 수광되도록 광원(15)의 전방쪽에 위치되록 배치될 수 있다.
광원(15)으로 반도체 레이저를 사용하는 경우, 이 광원(15)으로부터 출사되는 광은 대략적으로 가우시안 광강도 분포를 가지는 발산광이다. 실제 집적 광학 시스템에서 정보 저장매체의 기록 및/또는 재생을 위해 대물렌즈에서 집광되는 유효 광은 발산 광빔중 광강도가 높은 중심 부분이며, 그 주변의 광강도가 낮은 광은 대물렌즈에서 집광되지 않고 손실된다.
상기 모니터 광검출기(19)는, 이러한 광강도가 낮아 대물렌즈에서 집광되지 않는 빔의 일부분을 수광하여, 광원(15)의 광출력을 모니터링한다. 이때, 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광은 별도의 미러부재 등을 경유하지 않고, 광원(15)에서 출사되어 곧바로 모니터 광검출기(19)로 입사되는 광이다.
후술하는 설계예에서 알 수 있는 바와 같이, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)의 전방으로 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에 배치하여도, 모니터링에 충분한 광량을 수광할 수 있다.
따라서, 상기 모니터 광검출기(19)는 광원(15)과 평행하게 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에 위치되는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량을 보다 크게 하기 위 해, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)쪽으로 경사지게 배치하거나 광학 벤치(10)의 바닥면(11)으로부터 돌출된 위치에 모니터 광검출기(19)를 배치할 수도 있다. 모니터 광검출기(19)의 이러한 배치는 광학 벤치(10)를 모니터 광검출기(19) 설치 위치에 바닥면(11)으로부터 돌출된 경사면을 가지도록 형성하거나, 바닥면(11)으로부터 돌출되며 광원(15)에 평행한 평면을 가지는 마운트를 가지도록 형성함에 의해 얻어질 수 있다. 또는, 광학 벤치(10)에 모니터 광검출기(19)가 탑재된 마운트를 부착할 수도 있다.
상기 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)는 광학 벤치(10)를 제작하기 위한 광학 벤치(10) 웨이퍼 상에 직접 생성되거나, 별도로 제조되어 광학 벤치(10)에 설치될 수도 있다.
상기 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광원(15), 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선(21) 및 패드(pad:23)가 형성된 것이 바람직하다. 상기 패드(23)는 외부 회로와의 전기적인 컨택을 위해 형성된다. 상기 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)가 광학 벤치(10) 웨이퍼 상에 직접 생성되는 경우, 상기 광학 벤치(10)에는 박막 공정에 의해 내부 배선(21)과 패드(23) 등이 형성된다.
한편, 상기 광학 벤치(10)의 상면에는 집적 광픽업을 구동하기 위한 액츄에이터(미도시) 및/또는 광원(15)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 방열구조물(미도시)을 설치할 수 있다. 여기서, 방열구조물은 필요에 따라 광학 벤치(10)의 측면에 더 설치될 수도 있다.
한편, 상기 광학 벤치(10)의 일측에는 개구(27)를 가지는 설치홈(25)이 형성될 수 있다. 상기 광경로 분리부재(50)는 이 설치홈(25)에 삽입 설치될 수 있다.
상기 광경로 분리부재(50)는, 광원(15)에서 출사되어 렌즈부(70)쪽으로 진행하는 광과 렌즈부(70)쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하기 위한 것이다.
상기와 같이, 광학 벤치(10)에는 광경로 분리부재(50)를 설치하기 위하여 개구(27)를 가지는 설치홈(25)이 형성되고, 이 설치홈(25)에 광경로 분리부재(50)를 삽입 설치할 수 있다. 대안으로, 설치홈(25)을 형성하고, 이 설치홈(25)에 광경로 분리부재(50)를 삽입 설치하는 대신에, 광학 벤치(10)가 설치홈을 가지지 않으며, 상기 광경로 분리부재(50)는 광학 벤치(10) 일 면에 부착되는 것도 가능하다. 또한 상기 광경로 분리부재(50)를 렌즈부(70)와 일체로 형성하는 것도 가능하다.
여기서, 설치홈(25)의 존재 유,무와 무관하게, 광학 벤치(10)에는 광원(15)에서 출사되고 광경로 형성부(30)의 제1미러(31)에서 반사된 광이 렌즈부(70)쪽으로 진행할 수 있도록 광을 통과시키도록 상기 개구(27)가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 집적 광학 시스템에 있어서, 상기 광경로 분리부재(50)는 정보 저장매체(1)로 향하는 광은 예컨대, 직진 투과시키고, 정보 저장매체(1)에서 반사된 광은 회절 투과시켜, 광의 경로를 분리하도록 마련될 수 있다. 상기 광경로 분리부재(50)는, 정보 저장매체에서 반사되어 돌아오는 광빔에 회절을 일으켜 광빔을 여러 광빔으로 나누거나, 메인 광검출기(17)에 맺히는 스폿의 형상을 조절하고, 진행 방향을 바꾸어 신호 검출을 위한 메인 광검출기(17)에 맺히도록 함으로써, 정 보 저장매체에 기록된 신호와, 포커싱 및 트랙킹 방향의 에러신호를 검출하도록 한다.
도 4a에서는 이 광경로 분리부재(50)로 회절광학소자(51) 예컨대, HOE(Hologram Optical Element) 또는 DOE(Diffractive Optical Element)를 구비한 예를 보여준다.
이와 같이 광경로 분리부재(50)로 회절광학소자(51)를 구비하는 경우, 광정보 저장매체(1)에서 반사되고, 상기 광경로 분리부재(50)를 회절 투과한 광은 상기 정보 저장매체(1)쪽으로 진행하는 광에 대해 비스듬하게 진행하여, 광원(15)과는 다른 위치에 배치된 메인 광검출기(17)에서 수광된다.
한편, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 회절광학소자(51)를 가지는 광경로 분리부재(50) 대신에 도 4b에 보여진 바와 같은 편광 선택성 광경로 분리부재(150)를 구비할 수도 있다.
편광 선택성 광경로 분리부재(150)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 입사광을 편광에 따라 선택적으로 직진 투과 또는 회절투과시키는 편광회절소자(151) 즉, 편광홀로그램소자와, 입사광의 편광을 바꾸어주는 1/4 파장판(153)을 포함한다.
광원(15)으로 사용되는 반도체 레이저는 일 직선 편광 성분이 우세한 레이저광을 출사한다. 따라서, 반도체 레이저에서는 대략적으로 s 편광 또는 p 편광된 광이 출사된다.
따라서, 광원(15)에서 출사되어 입사되는 일 직선편광의 광은 직진투과시키도록 편광회절소자(151)를 구성하면, 편광회절소자(151)를 직진 투과한 광은 1/4 파장판(153)을 경유하면서 일 원편광의 광으로 되고, 이 일 원편광의 광은 정보 저장매체에서 반사되면서 직교하는 다른 원편광의 광으로 된다. 이 원편광의 광은 1/4 파장판(153)을 경유하면서 다른 직선편광의 광으로 되고, 편광회절소자(151)에 의해 회절된다.
따라서, 정보 저장매체쪽으로 진행하는 광과 정보 저장매체에서 반사되어 진행하는 광의 경로를 편광 선택성 광경로 분리부재(150)에 의해 분리할 수 있다. 이와 같이, 편광 선택성 광경로 분리부재(150)를 구비하면, 출사하는 광에는 영향을 주지 않고, 정보 저장매체로부터 반사되는 광에만 회절을 일으켜 효율을 높일 수 있다.
상기 광경로 형성부(30)는, 광원(15)에서 출사되어 입사되는 광의 진행 방향을 전환하여 렌즈부(70)쪽으로 향하도록 하는 제1미러(31)와, 렌즈부(70)쪽에서 입사되고 제1미러(31)에서 반사된 광의 진행 방향을 전환하여 메인 광검출기(17)로 향하도록 하는 제2미러(35)를 구비한다.
상기 광경로 형성부(30)는, 도 1 및 도 2에 보여진 바와 같이 2개의 미러(31)(35)로 이루어지며, 광원(15)에서 방출된 광빔의 방향을 전환하여 예컨대, 렌즈부(70)의 대물렌즈를 통해 정보 저장매체 상에 초점이 형성되는 광경로를 형성하며, 정보 저장매체에서 반사된 광빔이 메인 광검출기(17)에 전달되도록 하는 역할을 한다.
상기 광경로 형성부(30)는 웨이퍼 프로세스로 제조할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이, 광경로 형성부(30)는 광경로 형성부 웨이퍼 상에 복수의 미러를 가공함 에 의해 형성될 수 있다. 적어도 하나의 광경로 형성부를 형성한 광경로 형성부 웨이퍼를 광학 벤치 웨이퍼와 결합한 다음 다이싱하여, 광학 벤치와 광경로 형성부 결합체를 제조하거나, 각 미러 단위로 광경로 형성부 웨이퍼를 다이싱한 다음, 이 미러들을 광학 벤치의 적정 위치에 부착시킬 수도 있다.
상기 렌즈부(70)는, 광학 벤치(10)의 상면 일측에 결합될 수 있다. 상기 렌즈부(70)는 굴절 렌즈, 회절 렌즈 및 그린(GRIN) 렌즈 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 렌즈부(70)는, 굴절렌즈(71)와 회절렌즈(73)로 이루어진 하이브리드 렌즈를 구비할 수 있다. 이때, 렌즈부(70)는 예를 들어, 굴절렌즈(71)가 렌즈 홀더(75)에 삽입되고, 회절렌즈(73)가 렌즈 홀더(75)의 일면에 형성된 구조를 가질 수 있다.
도 5의 구조로 된 경우, 렌즈부(70)는, 실리콘 기판에 굴절 렌즈(71) 조립을 위한 구멍을 뚫어 렌즈 홀더(75)를 형성하고, 유리 기판에 회절렌즈(73)를 형성하고, 렌즈 홀더(75)의 구멍에 굴절 렌즈(71)를 삽입하고, 렌즈 홀더(75)의 일면에 회절 렌즈(73)를 부착하는 공정을 통해 형성될 수 있다.
대물렌즈는 광원(15)에서 방출된 광을 회절한계 이하의 작은 스폿으로 모아 정보 저장매체에 신호를 기록하고, 기록된 신호를 읽을 수 있도록 한다. 상기 굴절렌즈(71) 및 회절렌즈(73)는 입사되는 발산광에 대해 대물렌즈로서 작용을 하도록 설계될 수 있다. 이와 같이, 대물렌즈로 회절 렌즈(73)와 굴절 렌즈(71)로 이루어진 하이브리드 렌즈를 사용하면, 굴절 렌즈(71) 제작을 용이하게 하고 좋은 색수차 특성을 가질 수 있는 이점이 있다. 여기서, 도 5에서는 굴절 렌즈(71) 및 회절 렌즈(73)가 서로 독립적인 부품으로 된 경우를 보여주는데, 대물렌즈로 이 굴절렌즈(71) 및 회절렌즈(73)가 일체로 형성된 하이브리드 렌즈를 구비할 수도 있다.
한편, 상기 회절 렌즈(73)는 도 5에 도시한 바와 같이, 렌즈 홀더(75)의 하면에 형성될 수 있다. 이 회절 렌즈(73)는 빔을 콜리메이팅하도록 설계될 수 있다.
이 경우, 렌즈 홀더(75)에 굴절 렌즈(71)를 조립하면, 회절 렌즈(73)는 입사되는 발산광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅렌즈 역할을 하고, 굴절 렌즈(71)는 이 회절 렌즈(73)에 의해 평행광으로 된 광을 집속하는 대물렌즈 역할을 하게 된다.
여기서, 렌즈부(70)에 굴절 렌즈(71)와 회절 렌즈(73)로 이루어진 하이브리드 렌즈 구조를 구비하면, 이 하이브리드 렌즈가 대물렌즈와 콜리메이팅렌즈의 역할을 하든, 대물렌즈만의 역할을 하든지 간에, 이러한 하이브리드 렌즈는 색수차, 구면수차 등의 수차를 완화시킬 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 회절 렌즈(73)는 파장이 길수록 회절각이 커지고 굴절 렌즈(71)는 파장이 길수록 굴절각이 작으므로, 회절 렌즈(73)와 굴절 렌즈(71)를 조합하면, 광원(15)의 파장 변화에 따른 색수차 발생을 억제할 수 있다.
한편, 상기와 같이 회절 렌즈(73)가 빔을 콜리메이팅하도록 설계된 경우, 도 6에 보여진 바와 같이 렌즈 홀더(75)에 굴절 렌즈(71)를 조립하지 않은 상태에서는, 렌즈부(70)는 콜리메이팅렌즈로서 역할을 하게 된다.
따라서, 렌즈부(70)의 렌즈 홀더(75)에 굴절렌즈(71)를 삽입한 경우에는, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 도 7에서와 같이 집적 광픽업으로 사용될 수 있다.
또한, 렌즈부(70)의 렌즈 홀더(75)에 굴절렌즈(71)을 삽입하지 않은 경우에는, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 도 8에서와 같이 광픽업용 광모듈로 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 집적 광픽업으로서 사용되는 예를 보여준다. 도 7의 경우, 렌즈부(70)는 도 5에 도시된 굴절 렌즈(71)와 회절 렌즈(73)를 모두 구비한다.
도 7에 보여진 바와 같이, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 집적 광픽업으로 사용되는 경우에는, 집적 광학 시스템 전체가 액츄에이터에 의해 포커스, 트랙킹 및/또는 틸트 구동된다.
도 8은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 광픽업용 광모듈로서 사용되는 예를 보여준다. 도 8의 경우, 렌즈부(70)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 대물렌즈로서 기능을 하는 굴절 렌즈(71)는 배제되고, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 설계된 회절 렌즈(73)를 구비할 수 있다.
이 때 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 설계된 회절 렌즈(73)는 별도의 기판에 형성되어 광학 벤치(10)의 개구에 부착되거나 광경로 분리부재(50)에 일체로 형성될 수도 있다.
여기서, 렌즈부(70)에는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 굴절 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈를 사용할 수도 있으며, 이를 적용하는 경우 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은 광픽업용 광모듈로 사용될 수 있다.
도 8에 보여진 바와 같이 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 광모듈로 사용되는 경우, 광픽업은 이 광모듈로부터 출사된 광을 반사시키는 반사 미러(81)와, 이 반사 미러에 의해 반사된 광을 집속시켜 정보 저장매체에 스폿을 형성하는 대물렌즈(85)를 더 포함할 수 있다. 이 경우에는, 대물렌즈(85)만이 액츄에이터에 의해 포커스, 트랙킹 및/또는 틸트 구동될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 제작시 광픽업과 광픽업용 광모듈의 전환이 매우 쉬워진다. 즉, 일면에 회절 렌즈(73)가 형성된 렌즈 홀더(75)에 굴절 렌즈(71)를 선택적으로 삽입함에 의해 광픽업용 광모듈과 광픽업으로 선택적으로 전환할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(75)를 사용하는 경우, 렌즈 홀더(75)를 광학 벤치(10)에 부착하면 되므로, 렌즈부(70)를 광학 벤치(10)와 결합시키기가 용이하다.
이상에서는, 회절 렌즈(73)를 사용하는 경우를 예를 들어 설명 및 도시하였는데, 이 회절 렌즈(73) 대신에 콜리메이팅렌즈로 기능을 하도록 된 굴절 렌즈를 구비하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템에서는 광원(15) 즉, 반도체 레이저에서 방출된 빔의 광강도가 높은 부분은 제1미러(31)에서 반사됨으로써 방향이 전환되어 대물렌즈 즉, 렌즈부(70)의 대물렌즈로서 기능을 하는 굴절 렌즈(71) 또는 별도의 대물렌즈(도 8의 85)를 통하여 정보 저장매체(1)에 포커싱되 고, 광원(15)에서 방출된 빔의 광강도가 낮아 대물렌즈에서 집광되지 않는 빔의 일부분은 모니터 광검출기(19)에 전달되어 광원(15)의 광량을 모니터링하는데 사용된다.
정보 저장매체(1)에서 반사된 빔은 다시 대물렌즈를 통과하고 광경로 분리부재(50)에서 여러 빔으로 나뉘거나 메인 광검출기(17)에 맺히는 스폿의 형상이 조절되고 진행 방향이 바뀌어, 제1미러(31)에서 반사되고, 광원(15)과 이 광원(15)의 서브 마운트(13)의 간섭을 피하여 제2미러(35)에 도달하고, 이 제2미러(35)에서 반사된 빔은 방향이 전환되어 신호 검출을 위한 메인 광검출기(17)에 맺힘으로써 정보 저장매체(1)에 기록된 신호 및/또는 정보 저장매체에 대한 포커싱 및 트랙킹 방향의 에러를 검출한다.
이러한 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 종래의 광픽업에 비하여 구조가 매우 간단하고, 대부분의 제작 공정 즉, 광학 벤치와 광경로 형성부 제작 공정으로 MEMS 공정을 사용할 수 있기 때문에, 웨이퍼 상에서 동시에 여러 개의 제작이 가능하고, 일반적인 광픽업에 비하여 조정과 조립이 용이하다. 또한, 구조가 간단하고 대부분의 부품들이 집적되어 있기 때문에 광픽업의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 제조하는 과정을 설명한다.
먼저, 광학 벤치(10)는 다음과 같이 제조될 수 있다. 광학 벤치 웨이퍼 상에 직접 메인 광검출기(17)와 모니터 광검출기(19)를 생성시킨 후, 박막 공정에 의해 내부 배선(21)과 패드(23)를 형성한다. 광원(15) 즉 반도체 레이저를 광학 벤치(10)에 올리기 위해, 광원(15)이 본딩된 서브 마운트(13)를 제작하고, 이 서브 마운트(13)를 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)가 배치된 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에 본딩하며, 필요에 따라 와이어 본딩 등에 의해 배선(21)을 완성한다. 물론, 메인 광검출기(17) 및 모니터 광검출기(19)는 별도로 제작하여 광학 벤치(10)의 바닥면(11)에 본딩할 수도 있고, 광원(15) 또한 반도체 공정에 의해 광학 벤치(10)에 직접 형성할 수도 있다.
제1 및 제2미러(31)(35)로 구성되는 광경로 형성부(30)는 광경로 형성부 웨이퍼를 에칭하거나 폴리머 또는 글래스를 몰딩하는 등의 방법에 의해 광학 벤치(10)의 배열과 일치하는 제1 및 제2미러(31)(35)를 웨이퍼 상에 어레이 형태로 제작한다. 즉, 광경로 형성부를 웨이퍼 프로세스로 제조한다.
상기와 같이 광학 벤치(10)를 형성한 광학 벤치 웨이퍼와, 상기 제1 및 제2미러(31)(35)를 구비하는 광경로 형성부가 형성된 광경로 형성부 웨이퍼를 제작한 다음, 이 광경로 형성부 웨이퍼와 광학 벤치 웨이퍼를 정렬하여 본딩한 다음, 이를 다이싱하여, 광학 벤치(10)와 광경로 형성부(30) 조립체를 얻는다.
이와 같이 제작된 광학 벤치(10)와 광경로 형성부(30)의 결합 조립체 다이(die)에 광경로 분리부재(50)와 렌즈부(70)를 결합하면 앞서 설명한 바와 같은 광픽업 또는 광모듈로 사용되는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 제작된다.
이때, 렌즈부(70)(예컨대, 대물렌즈)의 렌즈 중심을 맞추고, 광경로 분리부재(50)를 조정하여 메인 광검출기(17) 상에 제대로 광이 수광되도록 렌즈부(70) 및 광경로 분리부재(50)를 조정하는 과정을 통해 렌즈부(70) 및 광경로 분리부재(50)를 광학 벤치(10)에 결합하면 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 얻어진다.
다른 예로서, 상기와 같은 광학 벤치(10)를 형성한 광학 벤치 웨이퍼를 마련하고, 이 광학 벤치 웨이퍼 상의 각 광학 벤치(10)의 적정 위치에, 웨이퍼 프로세스에 의해 혹은 개별적으로 제작된 미러를 부착하여, 광학 벤치(10)에 광경로 형성부(30)의 제1 및 제2미러(31)(35)를 광학 벤치(10)에 부착한 구조를 얻는다. 그런 다음, 광경로 형성부(30)가 부착된 광학 벤치 웨이퍼를 다이싱하여, 광학 벤치(10)와 광경로 형성부(30) 조립체를 얻을 수도 있다.
여기서, 광경로 형성부(30)를 이루는 미러들(31)(35)은 웨이퍼 프로세스에 의해 광경로 형성부 웨이퍼 상에 어레이로 가공 형성될 수 있다. 그리고, 각 미러 단위로 광경로 형성부 웨이퍼를 다이싱하여, 미러 조각들을 분리해내고, 이를 광학 벤치 웨이퍼 상의 적정 위치에 부착한 다음, 광학 벤치 웨이퍼를 다이싱하면, 광학 벤치(10)와 광경로 형성부(30) 조립체를 얻을 수 있다. 또는, 광학 벤치 웨이퍼를 먼저 다이싱하고, 각 광학 벤치의 적정 위치에 상기 미러 조각들을 부착하여, 광학 벤치(10)와 광경로 형성부(30) 조립체를 얻을 수도 있다.
이때, 렌즈부(70)의 대물렌즈를 먼저 광학 벤치(10)에 고정시킨 후 광학 벤치(10)에 각각 광경로 형성부(30)의 제1 및 제2미러(31)(35)를 부착할 수 있다. 이는 대물렌즈를 고정시킨 후 이 대물렌즈 위치에 맞추어 제1미러(31)의 위치를 정해주면 되기 때문이다. 그리고, 메인 광검출기(17) 상에 제대로 광이 수광되도록 광경로 분리부재(50)를 조정하여 광학 벤치(10)에 광경로 분리부재(50)를 삽입 고정 시키면, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 얻어진다.
여기서, 대물렌즈와 광경로 분리부재(50)를 먼저 광학 벤치(10)에 고정시킨 후 제1미러 및 제2미러(31)(35)를 부착할 수도 있다. 이는 대물렌즈를 고정시킨 후 이 대물렌즈의 위치에 맞추어 제1미러(31)의 위치를 정해주고, 메인 광검출기(17) 상에 제대로 광이 수광되도록 제2미러(35)의 위치를 정해주면 되기 때문이다.
이상에서는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 제조하는 과정을 구체적인 예를 들어 설명한 것으로, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 제조하는 과정은 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템에서의 모니터 광검출기(19) 배치 설계 예를 설명한다. 모니터 광검출기(19)는 앞서 설명한 바와 같이, 광원(15)의 전방에 위치된다.
도 9 내지 도 11은 각각 모니터 광검출기(19)가 광학 벤치의 바닥면(11)에 광원(15)에 평행하게 위치한 경우, 모니터 광검출기(19)가 광원(15)쪽으로 경사지게 배치된 경우 및 모니터 광검출기(19)가 광학 벤치(10)의 바닥면(11)으로부터 돌출된 위치에 광원(15)에 평행하게 배치되는 경우의 설계예들을 보여준다. 도 9 내지 도 11에서는 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기가 0.7mm인 경우를 예시하였다. 도 9 내지 도 11에서, LD는 광원(15)의 발광점을 나타내고, MPD는 모니터 광검출기(19)를 나타내며, 유효 빔으로 사용하는 영역은 기록 및/또는 재생에 사용되는 빔영역을 나타내며, MPD로 들어가는 빔의 영역은 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역으로 수광되는 빔의 영역을 나타낸다.
표 1은 광원(19)에 대한 모니터 광검출기(19)의 상대적인 위치가 도 9 내지 도 11과 같이 설계되고, 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기가 각각 0.7mm, 0.5mm인 두 경우의, 광원(15)으로부터 출사되는 전체 광량에 대해 모니터 광검출기(19)의 수광영역에 수광되는 광량 비율을 보여준다.
MPD의 위치 MPD에 수광되는 광량(에너지) 비율
MPD 유효 수광영역 크기φ=0.7mm MPD 유효 수광영역 크기φ=0.5mm
LD에 대해 광학 벤치 바닥면에 평행하게 위치 6.9% 4.75%
MPD가 LD에 경사지게 위치 23.1% 22.58%
광학 벤치의 바닥면으로부터 돌출된 위치에 LD에 평행하게 위치 17.96% 13.58%
표 1을 참조하면, 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기가 0.7mm일 때, 도 9 내지 도 11의 경우 각각 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량 비율은 6.9%, 23.1%, 17.96%이다. 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기가 0.5mm일 때, 도 9 내지 도 11의 경우 각각 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량 비율은4.75 22.58%, 13.58%이다.
모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량이 광원(15)에서 출사되는 전체 광량의 5-10% 정도이면, 광원(15)의 전체 출사 광량을 모니터링할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이를 고려할 때, 모니터 광검출기(19)를 도 9의 경우와 같이, 광원(15)의 전방으로 2.085mm 이격된 광학 벤치의 바닥면에 유효 수광영역의 크기가 0.7mm가 되도록 배치하는 경우, 수광비율 6.9%로, 모니터링에 필요한 충분한 광량을 수광할 수 있다.
도 9에서와 같이, 모니터 광검출기(19)가 광학 벤치의 바닥면에 배치되는 경우, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)으로부터 보다 이격시키면, 유효 수광영역의 크기는 예컨대, 0.7mm보다 작게 할 수도 있다. 또한, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)에 보다 가깝게 위치시키면, 유효 수광영역의 크기는 예컨대, 0.7mm보다 크게하는 것이 필요할 수 있다.
여기서, 도 9는 단지 특정 설계예를 나타낸 것으로, 모니터 광검출기(19)의 광원(15)으로부터의 전방쪽으로의 이격 거리 및 유효 수광영역의 크기는 도 9의 예시에 한정되는 것은 아니며, 모니터링에 필요한 광량을 수광하는 범위내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
모니터 광검출기(19)를 도 10에서와 같이, 광원(15)의 전방으로 1.099mm 이격된 위치에 광원(15)쪽으로 15.0°경사지게 유효 수광영역의 크기가 0.7mm가 되도록 배치하는 경우, 23.1%의 광량을 수광할 수 있다. 같은 조건하에서 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기를 0.5mm로 하는 경우, 22.58%의 광량을 수광할 수 있다.
도 10에서와 같이, 모니터 광검출기(19)가 광원(15)쪽으로 경사지게 배치되는 경우, 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량을 도 10의 경우보다 줄여도 모니터링이 가능하므로, 모니터 광검출기(19)의 경사각을 예컨대, 15.0°보다 작게 하거나, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)쪽으로 보다 가깝게 위치시킬 수도 있다.
여기서, 도 10은 단지 특정 설계예를 나타낸 것으로, 모니터 광검출기(19)의 광원(15)으로부터의 전방쪽으로의 이격 거리, 유효 수광영역의 크기, 모니터 광검출기(19)의 경사각은 도 10의 예시에 한정되는 것은 아니며, 모니터링에 필요한 광량을 수광하는 범위내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
모니터 광검출기(19)를 도 11에서와 같이, 광원(15)의 전방으로 0.5mm 이격된 위치에 광학 벤치의 바닥면으로부터 예컨대, 0.218mm 돌출되게 유효 수광영역의 크기가 0.7mm가 되도록 배치하는 경우, 17.96%의 광량을 수광할 수 있다. 같은 조건하에서 모니터 광검출기(19)의 유효 수광영역의 크기를 0.5mm로 하는 경우, 13.58%의 광량을 수광할 수 있다.
도 11에서와 같이, 모니터 광검출기(19)가 광학 벤치의 바닥면으로부터 돌출된 위치에 배치되는 경우, 모니터 광검출기(19)에 수광되는 광량을 도 11의 경우보다 줄여도 모니터링이 가능하므로, 모니터 광검출기(19)의 돌출 위치를 도 11의 경우보다 작게 하거나, 모니터 광검출기(19)를 광원(15)쪽으로 보다 가깝게 위치시킬 수도 있다.
여기서, 도 11은 단지 특정 설계예를 나타낸 것으로, 모니터 광검출기(19)의 광원(15)으로부터의 전방쪽으로의 이격 거리, 모니터 광검출기(19)의 광학 벤치의 바닥면으로부터의 이격 거리 및 유효 수광영역의 크기는 도 11의 예시에 한정되는 것은 아니며, 모니터링에 필요한 광량을 수광하는 범위내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
이상의 설계예들 및 그 설계 결과를 보인 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 모니터 광검출기(19)는 광원(15)의 전방쪽에 광학 벤치의 바닥면에 위치하도록 배 치할 수 있으며, 이 경우는 모니터 광검출기(19)를 배치하기 위한 구조가 간단한 이점이 있다.
또한, 모니터 광검출기(19)는 광원(15)쪽으로 경사지게 배치되거나, 광학 벤치의 바닥면으로부터 돌출된 위치에 배치될 수도 있다.
도 12는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 채용한 정보 기록 및/또는 재생기기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 12를 참조하면, 정보 기록 및/또는 재생기기는 정보 저장매체(1) 예컨대, 광디스크를 회전시키기 위한 스핀들 모터(455)를 포함하는 회전장치와, 상기 정보 저장매체(1)의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 정보 저장매체(1)에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 광픽업(400)과, 상기 회전장치와 광픽업(400)을 구동하기 위한 구동부(457)와, 상기 구동부(457)를 제어하여 광픽업(450)의 포커스 및 트랙킹 서보를 제어하기 위한 제어부(470)를 포함한다. 여기서, 참조번호 452는 턴테이블, 453은 정보 저장매체(1)를 척킹하기 위한 클램프를 나타낸다.
상기 광픽업(400)은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이, 도 7의 경우처럼 광픽업으로 역할을 하도록 마련된 경우, 상기 광픽업(400)으로는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 집적 광학 시스템이 도 8의 경우처럼, 광모듈로서 역할을 하도록 마련된 경우, 상기 광픽업(400)은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템 과, 대물렌즈(85)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
정보 저장매체(1)로부터 반사된 광은 광픽업(400)에 마련된 메인 광검출기(17)를 통해 검출되고 광전변환되어 전기적 신호로 바뀌고, 이 전기적 신호는 구동부(457)를 통해 제어부(459)에 입력된다. 상기 구동부(457)는 스핀들 모터(455)의 회전 속도를 제어하며, 입력된 신호를 증폭시키고, 광픽업(400)을 구동한다. 상기 제어부(459)는 구동부(457)로부터 입력된 신호를 바탕으로 조절된 포커스 서보 및 트랙킹 서보 명령을 다시 구동부(457)로 보내, 광픽업(400)의 포커싱 및 트랙킹 서보 동작이 구현되도록 한다. 또한, 상기 제어부(459)는 모니터 광검출기(19)를 통해 검출된 광량 신호를 이용하여, 광원(15)으로부터 적정 광량이 출사되도록 광원(15)의 광출력량을 제어한다.
이와 같이 광픽업으로 본 발명의 실시예들에 따른 광픽업 중 어느 하나를 채용하면, 소형화 및 박형화된 정보 기록 및/또는 재생기기를 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 정보 기록 및/또는 재생기기는, 휴대용 단말기 예컨대, PDA, 휴대폰, 디지털 카메라, 휴대용 디스크 플레이어, 캠코더 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 집적 광학 시스템 및 그 제조 방법 및 이를 광모듈 또는 광픽업으로 적용한 정보 기록 및/또는 재생기기를 첨부된 도면들을 참조로 설명 및 도시하였는데, 이는 예시일 뿐으로, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은, 소형화 및 박형화 요구를 충족할 수 있으며, MEMS 공정기술을 이용하여 집적 가능하므로, 웨이퍼 상에서 동시에 여러 개의 제작이 가능하며, 일반적인 광픽업에 비해 조정 및 조립이 용이하다. 또한, 구조가 간단하고 대부분의 부품들이 접적될 수 있기 때문에, 광픽업의 크기를 작게 할 수 있다.
또한, 렌즈부를 렌즈 홀더 일면에 콜리메이틸렌즈로서 기능을 하는 렌즈를 형성하고, 렌즈 홀더에 대물렌즈로서 기능을 하는 굴절렌즈를 선택적으로 삽입 할 수 있는 구조로 형성하는 경우, 회절 렌즈를 형성하고, 굴절렌즈의 유,무에 따라 본 발명에 따른 집적 광학 시스템은 광모듈 또는 집적 광픽업으로 쉽게 전환할 수 있는 이점이 있다.

Claims (43)

  1. 광을 발생시키는 광원 및 광을 수광하는 메인 광검출기를 포함하는 적어도 하나의 광검출기가 배치된 광학 벤치와;
    상기 광학 벤치에 결합되는 렌즈부와;
    상기 광원에서 출사되어 상기 렌즈부쪽으로 진행하는 광과 상기 렌즈부쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재와;
    상기 광원에서 출사되어 입사되는 광의 진행 방향을 전환하여 상기 렌즈부쪽으로 향하도록 하는 제1미러와, 상기 렌즈부쪽에서 입사되고 상기 제1미러에서 반사된 광의 진행 방향을 전환하여 상기 메인 광검출기로 향하도록 하는 제2미러를 구비하며, 상기 광학 벤치와 결합되는 광경로 형성부;를 포함하며,
    상기 렌즈부는, 굴절 렌즈, 회절 렌즈 및 그린 렌즈 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광검출기는, 상기 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 상기 광학 벤치에 배치된 모니터 광검출기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메인 광검출기와 모니터 광검출기는 상기 광학 벤치의 바닥면에 배치되고, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 모니터 광검출기는 상기 광원과 평행한 배치, 상기 광원쪽으로 경사진 배치 및 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 위치에 배치된 것 중 어느 하나로 배치된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광경로 분리부재는, 회절광학소자를 포함하는 것을 특 징으로 하는 집적 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광경로 분리부재는, 편광회절소자와 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학 벤치에는 개구를 가지는 설치홈이 형성되어 있으며,
    상기 광경로 분리부재는 상기 설치홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학 벤치의 기판에는 상기 광원 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선 및 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광학 벤치에는 상기 광원에서 출사되고 상기 제1미러에서 반사된 광이 상기 렌즈부쪽으로 진행할 수 있도록 광을 통과시키는 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 제1 및 제2미러 사이에 배치되며,
    상기 광경로분리부재는 상기 광학벤치에 결합되며,
    상기 광경로 형성부는 상기 광학벤치에 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광검출기는, 상기 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 상기 광학 벤치에 배치된 모니터 광검출기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 메인 광검출기와 모니터 광검출기는 상기 광학 벤치의 바닥면에 배치되고, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 모니터 광검출기는 상기 광원과 평행한 배치, 상기 광원쪽으로 경사진 배치 및 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 위치에 배치된 것 중 어느 하나로 배치된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  15. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  16. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광경로 분리부재는, 회절광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  17. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광경로 분리부재는, 편광회절소자와 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  18. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학 벤치에는 개구를 가지는 설치홈이 형성되어 있으며,
    상기 광경로 분리부재는 상기 설치홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  19. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학 벤치의 기판에는 상기 광원 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선 및 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  20. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학 벤치에는 상기 광원에서 출사되고 상기 제1미러에서 반사된 광이 상기 렌즈부쪽으로 진행할 수 있도록 광을 통과시키는 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  21. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 렌즈부는 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하는 하이브리드 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  22. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 렌즈부는 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하며,
    상기 굴절 렌즈는 대물렌즈로서 기능을 하며, 상기 회절 렌즈는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  23. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 렌즈부는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 굴절렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈를 사용하여, 광픽업용 광모듈로 사용될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  24. 제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 렌즈부는, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 회절 렌즈를 렌즈 홀더의 일면에 형성된 구조를 가지며, 상기 렌즈 홀더에 대물렌즈로서 기능을 하는 굴절 렌즈를 선택적으로 삽입함에 의해, 광픽업용 광모듈과 광픽업으로 선택적으로 전환할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  25. 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원의 전방으로 출사된 광의 일부를 곧바로 수광하도록 모니터 광검출기가 배치된 광학 벤치와;
    상기 광학 벤치에 결합되는 렌즈부와;
    상기 광원에서 출사되어 상기 렌즈부쪽으로 진행하는 광과 상기 렌즈부쪽에서 입사되어 진행하는 광의 광경로를 분리하는 광경로 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 모니터 광검출기는 상기 광학 벤치의 바닥면에 배치되고, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 모니터 광검출기는 상기 광원과 평행한 배치, 상기 광원쪽으로 경사진 배치 및 상기 광학 벤치의 바닥면으로부터 이격된 위치에 배치된 것 중 어느 하나로 배치된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 광원은 마운트에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상기 광학 벤치에는 광을 수광하는 메인 광검출기가 더 배치되며,
    상기 광학 벤치의 바닥면에는 상기 광원 , 메인 광검출기 및 모니터 광검출기와 외부 회로와의 전기적 연결을 위한 배선 및 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈부는, 굴절 렌즈, 회절 렌즈 및 그린 렌즈 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하는 하이브리드 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  32. 제30항에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하며,
    상기 굴절 렌즈는 대물렌즈로서 기능을 하며, 상기 회절 렌즈는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 렌즈부는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 굴절렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈를 사용하여, 광픽업용 광모듈로 사용될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  34. 제30항에 있어서, 상기 렌즈부는, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 상기 회절 렌즈를 렌즈 홀더의 일면에 형성된 구조를 가지며, 상기 렌즈 홀더에 대물렌즈로서 기능을 하는 상기 굴절 렌즈를 선택적으로 삽입함에 의해, 광픽업용 광모듈과 광픽업으로 선택적으로 전환할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템.
  35. 청구항 1항 내지 14항 중 어느 한 항의 집적 광학 시스템을 제조하는 방법에 있어서,
    (a)제1미러와 제2미러를 포함하는 적어도 하나 이상의 광경로 형성부를 어레이 형태로 웨이퍼 상에 형성하는 단계;
    (b)광원과 메인 광검출기를 포함하는 적어도 하나 이상의 광학 벤치를 어레이 형태로 웨이퍼 상에 형성하는 단계;
    (c)집적 광학 시스템을 형성하도록 상기 광경로 형성부 어레이 웨이퍼를 광학 벤치 어레이 웨이퍼에 정렬하고 접합시킨 후 상기 접합체를 광학 벤치와 광경로 형성부 조립체 별로 다이싱하는 단계;;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템을 제조하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 광원이 상기 제1 및 제2미러 사이에 배치되도록, 상기 광경로 형성부 어레이 웨이퍼와 광학 벤치 어레이 웨이퍼를 정렬하여 접합시키는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템을 제조하는 방법.
  37. 청구항 1항 내지 14항 중 어느 한 항의 집적 광학 시스템을 제조하는 방법에 있어서,
    (a)제1미러와 제2미러를 포함하는 적어도 하나 이상의 광경로 형성부를 어레이 형태로 웨이퍼 상에 형성하는 단계;
    (b) 광원과 메인 광검출기를 포함하는 적어도 하나 이상의 광학 벤치를 어레이 형태로 웨이퍼 상에 형성하는 단계;
    (c) 집적 광학 시스템을 형성하도록, 상기 광경로 형성부를 광학 벤치 어레이 웨이퍼에 정렬하고 접합시킨 후 광학 벤치 어레이 웨이퍼를 광학 벤치와 광경로 형성부 조리베ㅊ 별로 다이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템을 제조하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 광원이 상기 제1 및 제2미러 사이에 배치되도록, 상기 광경로 형성부를 상기 광학 벤치 어레이 웨이퍼에 정렬하고 접합시키는 것을 특징으로 하는 집적 광학 시스템을 제조하는 방법.
  39. 청구항 1항 내지 14항, 25항 내지 29항 중 어느 한 항의 집적 광학 시스템;
    정보저장매체를 회전시키는 정보저장매체 회전부;
    상기 집적 광학 시스템과 상기 정보저장매체 회전부를 구동하는 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하여 포커싱 및 트래킹 서보를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 및/또는 재생기기.
  40. 제39항에 있어서, 상기 렌즈부는 굴절 렌즈와 회절 렌즈를 포함하는 하이브리드 렌즈를 구비하며, 상기 집적 광학 시스템은 광픽업으로 사용되는 것을 특징으로 하는 정보 기록 및/또는 재생기기.
  41. 제39항에 있어서, 상기 렌즈부는 대물렌즈로서 기능을 하는 굴절 렌즈와, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 회절 렌즈를 구비하며, 상기 굴절렌즈가 렌즈 홀더에 삽입되고, 상기 회절 렌즈가 상기 렌즈 홀더의 일면에 배치된 구조로 이루어지고, 상기 집적 광학 시스템은 광픽업으로 사용되는 것을 특징으로 하는 정보 기록 및/또는 재생기기.
  42. 제39항에 있어서, 상기 렌즈부는 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하며, 상기 집적 광학 시스템은 광모듈로 사용되고,
    입사광을 정보 저장매체에 집속시키는 대물렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 및/또는 재생기기.
  43. 제42항에 있어서, 상기 렌즈부는, 콜리메이팅렌즈로서 기능을 하는 회절 렌즈가 렌즈 홀더의 일면에 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 정보 기록 및/또는 재생기기.
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