KR100798197B1 - 아나몰픽 프리즘, 광학 헤드 및 광학 기록/재생 장치 - Google Patents

아나몰픽 프리즘, 광학 헤드 및 광학 기록/재생 장치 Download PDF

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KR100798197B1
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Abstract

본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘은, 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘(2)과 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘(3)을 포함하되, 상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들 각각의 소정의 평면을 따라 접합되고, 상기 제1 프리즘(2)에 입사하는 광빔은 상기 광빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며, 상기 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘(2)에 입사하는 상기 입사 광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행하고 상기 제2 프리즘 (3)으로부터 출사된다. 기록 매체 상의 광빔의 강도 분포를 용이하게 변경할 수 있고, 장치의 크기를 크게 증가시키지 않고서도 최적의 상태에서 신호의 기록/재생을 수행할 수 있는 아나몰픽 프리즘, 및 이러한 아나몰픽 프리즘을 포함한 소형이고 높은 제조 효율로 제조될 수 있는 광학 헤드와 광학 기록/재생 장치가 제공된다.
아나몰픽 프리즘, 광학 헤드, 광빔, 굴절율, 대물 렌즈, 아나몰픽 배율

Description

아나몰픽 프리즘, 광학 헤드 및 광학 기록/재생 장치{ANAMORPHIC PRISM, OPTICAL HEAD AND OPTICAL RECORDING/REPRODUCING DEVICE}
도 1은 종래의 아나몰픽 프리즘의 개략적인 단면도.
도 2는 종래의 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광학 헤드 및 이 광학 헤드를 사용하여 구현된 광 디스크 장치의 드라이브의 주요부를 도시하는 개략적인 평면도.
도 3은 도 2의 화살표 D를 따라 나타난 바와 같이 도 2의 광 디스크 장치의 주요부를 도시하는 개략적인 측면도.
도 4는 또 다른 종래의 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광학 헤드 및 이 광학 헤드를 사용하여 구현된 광 디스크 장치의 드라이브의 주요부를 도시하는 개략적인 평면도.
도 5는 도 4의 화살표 E를 따라 나타난 바와 같이 도 4의 광 디스크 장치의 주요부를 도시하는 개략적인 측면도.
도 6은 또 다른 종래의 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광학 헤드 및 이 광학 헤드를 사용하여 구현된 광 디스크 장치의 주요부를 도시하는 개략적인 평면도.
도 7은 도 6의 화살표 F를 따라 나타난 바와 같이 도 6의 광 디스크 장치의 주요부를 도시하는 개략적인 측면도.
도 8은 2개의 아나몰픽 프리즘을 접합하지 않고 구현된 아나몰픽 프리즘의 개략적인 확대 단면도.
도 9는 또 다른 종래의 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광학 헤드 및 이 광학 헤드를 사용하여 구현된 광 디스크 장치의 드라이브의 주요부를 도시하는 개략적인 평면도.
도 10은 도 9의 화살표 F에 나타난 바와 같이 도 9의 광 디스크 장치의 주요부에 도시된 개략적인 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘의 일 실시예의 개략적인 단면도.
도 12는 아나몰픽 배율과 수학식 3의 좌변의 값 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 13은 본 발명에 따른, 표면에 반사면을 갖는 아나몰픽 프리즘의 일 실시예의 개략적인 단면도.
도 14는 본 발명에 따른, 표면에 빔분할기 면을 갖는 아나몰픽 프리즘의 또 다른 실시예의 개략적인 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 광학 헤드의 일 실시예의 개략적인 평면도.
도 16은 도 15의 화살표 C에 따라 나타난 바와 같이 도 15의 실시예의 개략적인 측면도.
도 17은 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘의 또 다른 실시예의 개략적인 단면도.
도 18은 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘의 또 다른 실시예의 개략적인 단면도.
도 19는 본 발명에 따른 광학 기록/재생 장치의 일 실시예의 개략적인 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 아나몰픽 프리즘
2 : 제1 프리즘
3 : 제2 프리즘
6 : 광학 헤드
7 : 광 디스크
8 : 반도체 레이저
9 : 대물 렌즈
10 : 포워드 콜리메이터 렌즈
11 : 반파장판
12 : 회절 격자
13 : 편광 빔분할기
14 : 1/4 파장판
15 : 벤딩 미러
16 : 백워드 콜리메이터 렌즈
17 : 멀티 렌즈
18 : 광검출기
본 발명은, 일반적으로, 출사되기 이전에 광빔의 단면의 특정 방향에서 입사 광빔을 확대 또는 축소하도록 사용되는 아나몰픽 프리즘, 이러한 프리즘을 사용한 광학 헤드, 및 이러한 광학 헤드를 사용한 광 신호 기록/재생 장치에 관한 것이다.
최근 수년간, 다양한 광학 기록/재생 장치들이 개발되었고, 현재 널리 사용되고 있다. 그러나, 신호 기록/재생용의 광 디스크 장치들은, 장치의 기록 성능이 디스크 상에 형성된 광 스폿의 프로파일에 따라 변할 수 있다는 문제가 수반된다. 많은 광 디스크 장치들은 입사 광빔을 축소하거나 확대함으로서 입사 광빔의 단면의 특정 방향에서 입사광빔에 대한 출사광빔의 배율을 변경할 수 있는 아나몰픽 프리즘을 포함하여 제작된다. 일반적으로, 반도체 레이저는 이러한 시스템의 광원으로서 사용되는데, 반도체 레이저로부터 출사된 빔의 발산각은, pn 접합면에 평행한 방향으로 (θ// 방향) 반치폭(FWHM : full-width half maximum)이 약 10도이고, pn 접합면에 수직인 방향으로 (θ⊥ 방향) 약 FWHM 20 내지 30도이다 (발산각의 비 즉, θ⊥ / θ//는 어스펙트 비(aspect ratio)라 함). 그러므로, 출사 빔의 이러한 배율 변환이 수행되지 않으면, 광의 강도가 θ// 방향에 대응하는 방향을 따른 주변 영역에서 급격히 떨어져서, 빔 직경을 더 이상 감소시킬 수가 없게 된다. 이러한 사실에서 볼 때, 반도체 레이저로부터 출사된 빔은 약 1.4 내지 3.0배의 배율 변환이 수행되어, 광의 강도 분포에서 방향에 따른 변이를 최소화하는 것이 통상의 방안이다. 예를 들면, 순 방향으로의 콜리메이터 렌즈로부터 발광점의 변위 Δ에 기인하여 광 디스크 장치에서 발생될 수 있는 비점 수차가 Δ×β2 (여기서 β는 변환 배율)에 비례하므로, 통상적으로는 변환 배율을 억제하도록 어스펙트 비보다 약간 작은 값의 변환 배율이 선택된다.
종래, 광 디스크 장치에서 사용되는 아나몰픽 프리즘(101)은 통상적으로 서로 상이한 유리 재료로 각각 이루어진 제1 프리즘(102)과 제2 프리즘(103)을 접합함으로써 제조된다. 배율 변환 작용과 "탈색(decolorization)" 작용을 아나몰픽 프리즘에 제공하여 프리즘의 제조 효율을 향상시키도록, 두 가지의 상이한 유리 재료로 된 프리즘들이 접합되어, 아나몰픽 프리즘(101)이 만들어진다. "탈색"이라 함은, 프리즘으로부터 출사된 광빔의 방향이, 프리즘에 입사하는 광빔의 파장이 소정의 값으로부터 바뀌는 경우에 크게 변경되는 것을 방지하는 작용을 말한다. "탈색" 작용은 광 기록 변조형의 광 디스크 장치에 특히 중요하다. 이러한 종류의 광 디스크 장치는 레이저의 출력 파워를 변경시킴으로써 디스크형 매체 상에 신호를 기록하게 되어 있지만, 레이저 파장은 이러한 동작의 바로 시작과 바로 끝에서 변동될 수 있다. 만일 아나몰픽 프리즘에 "탈색" 작용이 제공되지 않으면, 아나몰픽 프리즘으로부터 출사하는 광빔의 각도가 크게 변경될 수 있어서, 대물 렌즈에 의해 디스크 상에 형성되는 빔 스폿이 적절한 위치로부터 현저히 이동될 수 있다. 게다가, 아나몰픽 프리즘이 광 디스크의 선 밀도의 방향에 사용되는 때에는 지터가 증가될 수 있는 반면, 아나몰픽 프리즘이 광 디스크의 직경 방향에 사용되는 때에는 디트랙된 광 스폿 문제가 발생한다.
종래, 광 파장에 의한 굴절율의 변화가 작은, 즉 아베(Abbe) 수가 큰 크라운 유리형의 유리 재료와, 광 파장에 의한 굴절율의 변화가 큰, 즉 아베 수가 작은 플린트 유리형의 유리 재료를 결합하는 기술이, 렌즈에서와 같이 아나몰픽 프리즘에 "탈색" 작용을 구현하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 아나몰픽 프리즘(101)은 660㎚ 파장의 입사광빔에 1.9 배율 변환을 나타내도록 설계되었다. 그러나, 이러한 아나몰픽 프리즘은, 프리즘에 입사하는 광빔의 방향과 프리즘을 출사하는 광빔의 방향이 24.63 각도로 현저히 다르므로, 광학 헤드의 광학 부품 구성의 설계에 대한 자유도를 크게 제한할 수 있다.
도 2는 이러한 아나몰픽 프리즘을 구성하는 공지의 광학 헤드의 구성과, 이러한 광학 헤드를 사용하여 구현된 공지의 광 디스크 장치의 드라이브부의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 3은 도 2의 화살표 D의 방향으로 표시된 바와 같이 도 2의 광 디스크 장치의 주요부의 개략적인 측면도이다.
통상, 광학 헤드를 구성하기 위해서는, 아나몰픽 프리즘의 배치 방향을 반도체 레이저의 발산각에 따라 결정한다.
도 2의 광학 헤드의 광경로는 여기서 간단히 설명한다. 반도체 레이저 (105)로부터 출사된 레이저빔은 콜리메이터 렌즈(106)에 의해 순 방향으로 평행하게 되어, 아나몰픽 프리즘(101)에 입사한다. 아나몰픽 프리즘(101)에 입사한 레이저빔은 θ//의 방향에 대응하는 방향으로 레이저빔의 단면이 1.9배만큼 확대되어, 레이저빔의 강도 분포의 불균일성이 보정된다. 다음으로, 강도 분포가 아나몰픽 프리즘(101)에 의해 보정된 레이저빔은 아나몰픽 프리즘으로부터 출사되어 회절 격자(grating, 107)에 입사한다. 다음으로, 레이저빔은 회절 격자(107)에 의해, 트랙킹 에러 검출용으로 사용되는 주 빔과 복수개의 부 빔들로 분리되어, 편광 빔분할기 프리즘(108)의 편광 빔분할기 면을 투과한다. 편광 빔분할기 면은 P 편광은 투과시키고, S 편광은 반사시킨다. 다음으로, 편광 빔분할기 면을 투과한 레이저빔은 1/4 파장판(109)에 입사하여, 원편광이 되고, 그 후 광학 헤드(109)의 박형화(薄形化)를 위해 설치된 벤딩 미러(110)에 의해 그 방향이 90°만큼 휘게 되어, 레이저빔이 대물 렌즈(111)에 입사한다. 다음으로, 대물 렌즈(111)에 입사한 레이저빔은 광학 디스크(116)의 신호 기록면 상에 집광되어, 광 디스크 상에 신호를 기록하거나, 광 디스크로부터 신호를 재생한다. 광 디스크 (116)에 의해 반사되어 광 디스크(116)로부터 복귀된 레이저빔은 대물 렌즈(111)에 의해 평행하게 되고 나서, 벤딩 미러(110)에 의해 그 방향이 90°만큼 휘게 되어, 1/4 파장판(109)에 입사하고, 순 방향으로 진행하는 레이저빔의 방향에 대하여 레이저빔의 90°만큼 편광하는 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 편광 방향이 순 방향으로 진행하는 레이저빔의 방향에 대하여 90°만큼 이동된 복귀 레이저빔은, S 편광으로서 편광 빔분할기 프리즘(108)의 편광 빔분할기 면에 의해 반사되고 전반사면에 의해 전반사된 다음, 역 방향으로 콜리메이터 렌즈(112)에 입사한다. 역 방향으로 콜리메이터 렌즈(112)에 입사한 복귀 레이저빔은 수렴 광빔으로 수렴되고 나서, 집광 에러 신호 검출용의 멀티 렌즈(113)에 의해 비점 수차가 제공되고, 광검출기에 의해 수광된다. 광검출기에 의해 수광된 복귀 광빔의 광 신호에 기초하여, 광 디스크의 정보 재생과 광 스폿의 동작이 제어된다.
광 디스크(116)의 직경 크기를 감소시킬 수 있으면 그 장치는 소형화될 수 있으므로, 상술한 구성을 갖는 공지의 광학 헤드(104)를 사용하여 구현된 공지의 광학 장치는 소형화될 수 있다.
만일 대물 렌즈의 동공(pupil)면 상의 광 강도 분포에 대하여 θ// = 10°, θ⊥ = 25°, 배율 변환 β를 1.9배, 및 순 방향에 대한 콜리메이터의 유효 NA를 0.17이라 하고, 대물 렌즈의 동공 중심에서의 광 강도를 1로 하면, 광 강도는 트랙의 선 밀도 방향의 외연부에서 0.66이고, 광 디스크의 직경 방향의 외연부에서 0.48이다. 따라서, 광 강도는 트랙의 선 밀도의 방향에서 보다 적게 감소된다.
그러나, 일부 광 디스크 장치에서는, 트랙의 선 밀도 방향보다 광 디스크의 직경 방향에서 광 강도가 보다 적게 감소된다. 도 2의 부품 구성을 포함하는 이러한 광 디스크 장치의 경우에는, 후술되는 바와 같이 세 가지의 다른 구성 중 하나를 선택하여야 한다. 그러나, 이 세 가지의 다른 구성은 이하에 지적되는 바와 같은 각각의 문제점들을 수반한다.
도 4는 두 가지의 광 강도의 관계를 고려하여 반도체 레이저(105)와 아나몰픽 프리즘(101)이 서로에 대하여 90°만큼 회전되어 있는 광 디스크 장치의 구성을 도시한다. 도 5는 화살표 E의 방향으로 나타난 바와 같이 도 4의 구성의 주요부에 대한 개략적인 측면도이다. 이러한 구성에 있어서, 편광 빔분할기 프리즘(108)에 입사하는 광이 S 편광이므로, 반파장판(115)이 삽입되어 P 편광을 생성하도록 변환된다. 그러나, 이러한 구성에 있어서, 아나몰픽 프리즘(101)이 광축을 24.63°까지 기울게 하므로, 광학 헤드(104)의 높이가 커져서, 광학 장치를 대형화하며, 게다가 부품들을 배치하는 베이스를 가공하기 위한 소정의 정밀도를 유지하는 것이 곤란하다.
도 6은, 광경로 상의 광축 기울기를 회피하도록 하는 데 기인하여, 아나몰픽 프리즘(101)이, 2개의 프리즘을 접합하지 않고 구현된 유형의 아나몰픽 프리즘(117)으로 대체되는 광 디스크의 또 다른 구성을 도시한다. 도 7은 화살표 F의 방향으로 나타난 바와 같이 도 6의 구성의 주요부에 대한 개략적인 측면도이다. 도 8은 아나몰픽 프리즘(117)의 확대도이다. 아나몰픽 프리즘(117)을 사용하는 이러한 구성에 있어서, 아나몰픽 프리즘(117)에 입사하는 광과 아나몰픽 프리즘으로부터 출사하는 광 모두가 서로에 대하여 평행이 될 수 있지만, 제1 프리즘 (118), 제2 프리즘(119), 및 지지 부재(120)를 포함하는 프리즘의 구성 부재는 개별적으로 그리고 정밀하게 접합되어야 하므로, 이러한 아나몰픽 프리즘(117)을 제작하는 작업에 시간이 소비되고, 따라서 이러한 아나몰픽 프리즘(117)의 제조 효율은 부득이하게 낮게 된다.
도 9는 반도체 레이저(105)와 아나몰픽 프리즘(101)의 상대적인 각도가 변함없이 유지되고, 그 외의 다른 부품 전체는 90°만큼 회전시킨 광 디스크 장치의 구성을 도시한다. 도 10은 화살표 G의 방향으로 나타난 바와 같이 도 9의 구성의 주요부에 대한 개략적인 측면도이다. 이러한 구성에 있어서, 트랙에 대한 광 디스크(116)의 위치 관계의 변화에 기인하여, 회절 격자(107)와 광검출기(114) 모두가 90°만큼 회전된다. 이러한 구성이 광학 헤드(104)의 높이 및 베이스의 가공 정밀도의 문제나 아나몰픽 프리즘(101)의 낮은 제조 효율성의 문제 중 어느 하나도 수반하지 않는다 하더라도, 광 디스크는 직경 방향의 크기가 크게 되어 드라이브가 대형화되므로, 광 디스크 장치의 소형화가 곤란하다.
그러므로, 종래의 상술한 실정을 감안할 때, 본 발명의 목적은, 기록 매체 상의 광빔의 강도 분포를 용이하게 변경할 수 있고, 장치의 크기를 크게 증가시키지 않고 최적의 상태에서 신호의 기록/재생을 수행할 수 있는 아나몰픽 프리즘과, 상기 아나몰픽 프리즘을 포함하며 소형이고 높은 제조 효율로 제조될 수 있는 광학 헤드 및 광학 기록/재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적이 광빔의 단면의 특정 방향에서 입사 광빔을 축소 또는 확대하도록 전형적으로 사용되는 아나몰픽 프리즘을 제공함으로써 달성되는데, 상기 아나몰픽 프리즘은:
제1 광 투과 재료로 이루어지는 제1 프리즘; 및
제2 광 투과 재료로 이루어지는 제2 프리즘
을 포함하되,
상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들의 소정의 면을 따라 접합되고,
상기 제1 프리즘에 입사하는 광빔은 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 선정된 배율로 확대 또는 축소되며,
상기 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사한 상기 입사 광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제2 프리즘으로부터 출사된다.
본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘은, 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘, 및 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘을 포함하되, 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되므로 용이하게 제작될 수 있고, 이러한 아나몰픽 프리즘은 높은 제조 효율로 제조될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘은, 제1 프리즘에 입사하는 광빔이 소정의 배율로 빔의 단면의 특정 방향에서 확대 또는 축소되고, 확대 또는 축소된 광빔이 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 제2 프리즘으로부터 출사되는 구성으로 설계되므로, 아나몰픽 프리즘은 아나몰픽 프리즘(117)에 입사하는 광과 아나몰픽 프리즘(117)으로부터 출사하는 광 모두가 서로 평행하도록 하는 프리즘들을 접합하지 않고 구현된 아나몰픽 프리즘의 특성과, 제조 효율이 높게 제조되도록 하는 프리즘들을 접합함으로써 구현된 아나몰픽 프리즘의 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 특성에 있어서, 광원으로부터의 광빔이 광학 기록 매체로 출사되도록 사용되는 광학 헤드가 제공되는데, 상기 광학 헤드는:
상기 광원으로부터 출사된 상기 광빔을 상기 광빔의 단면의 특정 방향에서 변환하기 위한 아나몰픽 프리즘;
상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 광빔을 집광하고, 광 기록 매체에 광 빔을 조사하기 위한 대물 렌즈; 및
상기 광 기록 매체에 의해 반사되고 그로부터 복귀된 광빔을 수광하기 위한 광검출기
를 포함하되, 상기 아나몰픽 프리즘은,
제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘; 및
제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘
을 포함하되,
상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되고,
상기 제1 프리즘에 입사하는 광빔은 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며,
상기 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제2 프리즘으로부터 출사된다.
본 발명에 따른 광학 헤드는, 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘 및 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘이 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되는 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 용이하게 제조될 수 있고, 이러한 아나몰픽 프리즘은 높은 제조 효율로 제조될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 광학 헤드는, 제1 프리즘에 입사하는 광빔은 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며, 확대 또는 축소된 광빔은 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 제2 프리즘으로부터 출사되는 구성으로 설계된 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 광학 헤드가 소형화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특성에 있어서, 광학 기록 매체의 신호 기록면에 정보 신호를 광학적으로 기록하고, 상기 신호 기록면으로부터 정보 신호를 재생하기 위한 광 기록/재생 장치가 제공되는데, 상기 장치는:
광원;
상기 광원으로부터 출사된 상기 광빔을 광빔의 단면의 특정 방향에서 변환하기 위한 아나몰픽 프리즘;
상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 상기 광빔을 집광하고, 상기 광빔으로 광 기록 매체에 조사하기 위한 대물 렌즈; 및
상기 광 기록 매체에 의해 반사되고 상기 광 기록 매체로부터 복귀한 상기 광빔을 수광하기 위한 광검출기
를 포함하는 광학 헤드;
상기 광학 헤드로부터 상기 검출 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로; 및
상기 신호 처리 회로의 출력에 따라 상기 광학 헤드의 동작을 제어하기 위한 제어 수단
을 포함하되, 상기 아나몰픽 프리즘은
제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘; 및
제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘
을 포함하되,
상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들 각각의 면을 따라 접합되고,
상기 제1 프리즘에 입사하는 광빔은 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며;
상기 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사한 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제2 프리즘으로부터 출사된다.
본 발명에 따른 광학 기록/재생 장치는, 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘 및 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘이 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되는 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 용이하게 제조될 수 있고, 이러한 아나몰픽 프리즘은 높은 제조 효율로 제조될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 광학 기록/재생 장치는, 제1 프리즘에 입사하는 광빔이 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되고, 확대 또는 축소된 광빔이 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 제2 프리즘으로부터 출사되는 구성으로 설계된 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 광학 기록/재생 장치가 소형화될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘은, 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘 및 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘을 포함하되, 상기 프리즘들은 각각의 소정의 면을 따라 접합 일체화된다. 게다가, 이 아나몰픽 프리즘은, 제1 프리즘에 입사하는 광빔이 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되고, 확대 또는 축소된 광빔이 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 제2 프리즘으로부터 출사되는 구성으로 설계된다. 그러므로, 이 아나몰픽 프리즘은, 아나몰픽 프리즘에 입사한 광과 아나몰픽 프리즘으로부터 출사한 광 모두가 서로 평행하게 하는 프리즘들을 접합하지 않고 구현된 아나몰픽 프리즘의 특성과, 높은 제조 효율로 제조되도록 하는 프리즘들을 접합함으로써 구현된 아나몰픽 프리즘의 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 광학 헤드는, 광원으로부터 출사된 광빔을 광빔의 단면의 특정 방향에서 변환하기 위한 아나몰픽 프리즘, 상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 광빔을 집광하여 기록 매체에 조사하기 위한 대물 렌즈, 및 상기 기록 매체에 의해 반사되고 복귀된 광빔을 수광하기 위한 광검출기를 포함하되, 상기 아나몰픽 프리즘은 제1 광 투과 재료로 이루어진 제1 프리즘 및 제2 광 투과 재료로 이루어진 제2 프리즘을 포함하되, 상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되고, 상기 제1 프리즘에 입사한 광빔은 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며, 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사하는 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제2 프리즘으로부터 출사된다. 본 발명에 따른 광학 헤드가 이러한 구성을 갖는 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 용이하게 제조될 수 있고, 높은 제조 효율로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 광학 헤드는 크게 소형화될 수 있다.
본 발명에 따라, 광학 기록 매체의 신호 기록면 상에 정보 신호를 광학적으로 기록하고, 상기 기록면으로부터 정보 신호를 광학적으로 재생하기 위한 광학 기록/재생 장치는, 광원, 광원으로부터 출사된 광빔을 광빔의 단면의 특정 방향에서 변환시키기 위한 아나몰픽 프리즘, 상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 광빔을 집광하여 광학 기록 매체에 조사하기 위한 대물 렌즈, 및 상기 광학 기록 매체에 의해 반사되고 복귀한 광빔을 수광하기 위한 광검출기를 포함하는 광학 헤드, 상기 광학 헤드로부터 검출 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로, 및 상기 신호 처리 회로의 출력에 따라 상기 광학 헤드의 동작을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하되, 상기 아나몰픽 프리즘은 제1 광 투과 재료로부터 이루어진 제1 프리즘 및 제2 광 투과 재료로부터 이루어진 제2 프리즘을 포함하되, 상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘은 상기 프리즘들 각각의 소정의 면을 따라 접합되고, 상기 제1 프리즘에 입사한 광빔은 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 또는 축소되며, 확대 또는 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사한 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제2 프리즘으로부터 출사된다. 본 발명에 따른 광학 기록/재생 장치가 이러한 구성을 갖는 아나몰픽 프리즘을 포함하므로, 용이하게 제조될 수 있고 높은 제조 효율로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 광학 헤드는 크게 소형화될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 기록 매체 상에 광빔의 강도 분포를 용이하게 변경할 수 있고, 장치의 크기를 크게 증가시키지 않고 최적의 상태에서 신호의 기록/재생을 수행할 수 있는 아나몰픽 프리즘과, 이 아나몰픽 프리즘을 포함하며 소형이고 높은 제조 효율로 제조될 수 있는 광학 헤드 및 광학 기록/재생 장치가 제공된다.
지금부터, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 후술되는 바와 같은 실시예들은 엄밀하게 기술적으로 다양한 방법으로 규정될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으므로 이들 실시예들은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 적절히 변형될 수 있다.
먼저, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘의 일 실시예를 설명한다. 아나몰픽 프리즘(1)은 탈색 효과를 갖는 탈색 아나몰픽 프리즘이고, 상이한 유리 재료로 이루어진 한 쌍의 프리즘을 포함한다. 보다 상세히는, 함께 접합된 BAM3(상표, 오하라(OHARA)사로부터 입수 가능함)으로 이루어진 제1 프리즘(2)과 SLAM60(상표, 오하라사로부터 입수 가능함)으로 이루어진 제2 프리즘(3)을 포함한다. 아나몰픽 프리즘(1)은 660 ±30㎚ 파장의 광을 처리하기 위해 사용된다.
아나몰픽 프리즘(1)이 2개의 상이한 유리 재료를 함께 접합함으로써 형성되지만, 아나몰픽 프리즘(1)에 입사하는 광빔과 아나몰픽 프리즘(1)으로부터 출사하는 대응하는 광빔은 서로 거의 평행하게 진행한다. 보다 상세히는, 아나몰픽 프리즘(1)은 입사광빔을 이 광빔의 단면의 선정된 방향에서 선정된 배율로 변환되며, 출사광빔을 입사 광빔의 방향과 거의 평행한 방향으로 이 프리즘으로부터 출사되도록 한다. 이러한 구성에 있어서, 대물 렌즈의 동공 상의 광의 강도 분포는, 반도체 레이저(8)와 아나몰픽 프리즘(1)의 상대적인 방향을 변경함으로써 용이하게 변경될 수 있다.
또한, 이러한 아나몰픽 프리즘(1)에 있어서, 입사 광빔의 광축과 출사 광빔의 광축이 서로에 대하여 경사지지 않기 때문에, 이러한 아나몰픽 프리즘을 포함하 는 광학 헤드는 프리즘의 사용으로 인하여 치수에 영향을 받지 않는다. 다시 말하면, 아나몰픽 프리즘(1)의 입사 광빔과 출사 광빔이 서로 평행하게 진행하므로, 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광학 헤드에는 입사 광빔의 광축과 출사 광빔의 광축의 상대적인 기울기를 조정하기 위한 공간이 제공될 필요가 없다. 따라서, 광학 헤드를 소형화할 수 있다.
게다가, 아나몰픽 프리즘(1)은 어떤 특별한 제조 공정을 필요로 하지 않는다. 다시 말하면, 적절한 종래의 아나몰픽 프리즘 제조 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 입사 광빔의 광축과 출사 광빔의 광축이 서로에 대하여 경사지지 않기 때문에, 종래의 아나몰픽 프리즘과 비교한다면 본 아나몰픽 프리즘(1)은 가공 및 고정 정확성에서 엄밀한 정밀도가 필요하지 않으므로, 효율성이 향상된 수준에서 제조될 수 있다.
종래의 아나몰픽 프리즘은 아베 수가 큰 즉, 굴절율이 파장에 의해 덜 영향받는 크라운형 유리 재료와, 아베 수가 작은 즉, 굴절율이 파장에 의해 더 영향받는 플린트형 유리 재료를 혼합하여 제조된다. 반면에, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)은 아베 수가 거의 동일하지만 굴절율은 서로 상이한 2가지의 유리 재료를 혼합함으로써 구현된다.
탈색 아나몰픽 프리즘은 2회의 굴절에 의해 "광빔의 단면의 변환"과 "탈색"의 두 가지 작용을 야기한다. 표 1은 종래의 아나몰픽 프리즘의 특성과 상술한 실시예의 아나몰픽 프리즘의 특성의 비교를 요약하여 보여준다.
종래의 아나몰픽 프리즘 본 발명의 아나몰픽 프리즘
굴절율 제2 유리 재료가 제1 유리 재료보다 큼 제2 유리 재료가 제1 유리 재료보다 큼
파장에 따른 굴절율의 변화 제2 유리 재료가 제1 유리 재료보다 상당히 큼 제2 유리 재료가 제1 유리 재료와 동일하거나 그보다 약간 큼
아나몰픽 배율 제1 굴절에 의해 확보됨 제2 굴절에 의해 확보됨
표 2는 표 1의 2가지 상이한 아나몰픽 프리즘에서 얻은 수치를 보여준다.
종래의 아나몰픽 프리즘 본 발명의 아나몰픽 프리즘
파장이 660㎚인 광의 굴절율 제1 유리 재료(N1) 1.51374 1.578761
제2 유리 재료(N2) 1.775572 1.738444
파장이 630㎚와 690㎚ 사이인 광의 굴절율의 변화 제1 유리 재료(ΔN1) 0.001848 0.00274
제2 유리 재료(ΔN2) 0.006293 0.003353
아나몰픽 배율 총 배율 1.90배 1.90배
제1 굴절 시의 배율 1.87배 1.12배
제2 굴절 시의 배율 1.02배 1.70배
"아나몰픽 배율"이라 함은 도 11의 A →B 방향을 따라 진행하는 광빔의 확대율을 말한다. 그러나, 광빔이 도 11의 B →A 방향을 따라 아나몰픽 프리즘에서 진행하게 된다면 아나몰픽 배율은 축소율의 역수가 된다.
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)에 있어서, 제1 프리즘(2)과 제2 프리즘(3)의 정합면에서의 제2 회절에 따른 변환 배율은 제1 프리즘의 입사면에서의 제1 회절에 따른 대응하는 변환 배율보다 크다. "변환 배율"이라 함은 광빔의 단면의 확대율 또는 축소율을 말한다. 따라서, "큰 변환 배율"이라는 표현은, 변환 이전의 광빔의 단면을 1로 할때 광빔의 단면의 확대율 또는 축소율이 1과 상당히 다르다는 것을 의미한다. 만일 아나몰픽 프리즘(1)이 광빔의 단면을 특정한 방향으로 감소시키는 데 사용되면, 축소율이 1보다 훨씬 작을 때 "변환 배율이 크다".
종래의 아나몰픽 프리즘의 경우, 굴절율의 파장 의존성은 제1 프리즘의 유리 재료 및 제2 프리즘의 유리 재료 간에 상당한 차이가 있어, 제1 프리즘에의 입사면에서의 제1 굴절각에 의해 생성된 굴절각의 파장 의존성을 보정하기 위해서 필요한 굴절각의 값이 작게 선택될 수 있다. 그 결과로서, 제1 프리즘과 제2 프리즘과의 접합면에서 제2 굴절에 의해 생성된 광빔의 입사각은 작아지게 된다. 따라서, 제1 굴절로 인한 광빔의 진행 방향의 각도 변화는 입력 광빔 및 출력 광빔 사이의 진행 방향에서의 변화로 직접 반영된다.
한편, 상술한 실시예에 따른 아나몰픽 프리즘(1)의 경우에는, 제1 프리즘의 유리 재료와 제2 프리즘의 유리 재료 간에는 굴절율의 파장 의존성이 단지 약간 다르기 때문에, 제1 프리즘의 입사면에서 제1 굴절에 의해 생긴 굴절각의 파장 의존성을 보정하기 위해서 필요한 굴절각을 크게 취할 수 있다. 그 결과, 제1 프리즘 (2)과 제2 프리즘(3)과의 접합면에서 제2 굴절에 의해 생긴 광빔의 입사각도는 커진다. 따라서, 제1 굴절로 인한 광빔의 진행 방향의 각도 변화와 제2 굴절로 인한 광빔의 진행 방향의 각도 변화가 거의 동일하고, 제1 굴절로 인한 각도 변화에 의해 생긴 굴절각의 파장 의존성과 제2 굴절로 인한 각도 변화에 의해 생긴 굴절각의 파장 의존성도 거의 동일하게 되도록, 아나몰픽 프리즘(1)을 설계할 수 있다. 더욱, 제2 굴절은 아나몰픽 배율을 현저하게 증가시키는데 사용될 수 있기 때문에, 제1 굴절로 인한 각도 변화와 제2 굴절에 의해 보정될 굴절각의 파장 의존성은 저 레벨로 억제될 수 있다.
또한, 아나몰픽 프리즘(1)은 제1 유리 재료의 굴절율의 파장에 의해 야기되는 변화 ΔN1을 제1 유리 재료의 굴절율 N1로 나누고, 제2 유리 재료의 굴절율의 파장에 의해 야기되는 변화 ΔN2를 제2 유리 재료의 굴절율 N2로 나눌 때의 비가 굴절율 N1과 굴절율 N2의 비와 거의 동일하도록 설계된다. 다시 말해, 아나몰픽 프리즘(1)에 있어서, 아래 수학식이 만족된다.
Figure 112006026758008-pat00024
또한, 아나몰픽 프리즘(1)이 광 디스크 장치에서 사용될 때 좁은 파장 범위에서 이용되기 때문에, 굴절율의 파장에 의해 야기되는 변화 ΔN1 및 ΔN2는 그대로 사용된다. 아나몰픽 프리즘(1)이 보다 넓은 파장 영역을 수용하도록 요구될 때, d 선에 대한 굴절율 Nd1 및 Nd2와, 아베수 vd1 및 vd2를 그대로 이용하여, 하기 수학식 2를 얻을 수 있다.
Figure 112001008923557-pat00002
종래의 아나몰픽 프리즘 및 표 2에 도시된 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘의 값을 상기 수학식 1에 적용시킨 결과를 표 3에 도시한다.
좌변(ΔN2/N2)/(ΔN1/N1) 우변(N2/N1)
종래의 아나몰픽 프리즘 2.903145 1.17297
본 발명의 아나몰픽 프리즘 1.111319 1.101145
표 3에 의해, 종래의 아나몰픽 프리즘의 경우에는 수학식 1에 있어서의 좌변 과 우변이 크게 다른 데 반하여, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)의 경우에는, 좌변과 우변의 값이 거의 동일하다. 따라서, 수학식 1의 조건을 만족하도록 아나몰픽 프리즘을 준비함으로써, 입사광빔과 출사광빔이 거의 서로 평행하게 진행할 수 있도록 아나몰픽 프리즘을 탈색할 수 있다는 것이 이해된다.
또한, 상기 수학식 1을 변형함으로써 하기 수학식 3을 도출할 수 있다.
Figure 112001008923557-pat00003
따라서, 수학식 3의 좌변의 값을 1 전후로 약간 변화시키는 것에 의해, "입사광빔 및 출사광빔의 평행 조건" 및 "탈색 조건"을 만족한 채로, 아나몰픽 배율을 변화시킬 수 있다.
현재, 기록 밀도를 보다 높이기 위해, 보다 단파장인 405nm 근방의 파장의 레이저빔을 이용하는 광 디스크 등의 개발, 실용화가 진행되고 있다. 도 12는 설계값으로서 선택된 405nm의 중심 주파수 및 ±10nm(395nm∼415nm)의 파장 범위를 갖는 레이저빔에 대해, 제1 프리즘과 제2 프리즘을 구성하는 유리 재료의 조합을 변화시킴으로써, 상기 수학식 3의 좌변에서 도출된 값의 그래프이다.
도 12에 의해, 선택된 유리 재료에 따라 상당히 달라질 수 있지만, 수학식 3의 좌변의 값과 아나몰픽 배율과의 사이에는 매우 높은 상관이 있다는 것이 보여질 것이다. 이러한 상관은 제1 프리즘 및 제2 프리즘에 이용하는 유리 재료, 사용하는 레이저빔의 파장, 및 상정하는 파장 변화 범위의 함수로서 다소의 변동은 생기지만 거의 동일하게 유지된다. 이것은 설계 값으로서 선택된 660nm의 중심 주파수 및 ±30nm(630nm∼690nm)의 파장 범위를 갖는 레이저빔에 대해 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 구성하는 선택된 유리 재료의 함수로 변화되는 아나몰픽 배율이 도 12의 분포 영역 내에서 발견된다는 사실에 의해 입증된다.
이상의 결과에 의해, 하기 수학식 4의 조건을 만족하는 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 구성하는 유리 재료를 선택함으로써, 소정의 아나몰픽 배율을 나타내고 "입사광빔 및 출사광빔의 평행 조건"과 "탈색 조건"을 만족하는 효과를 제공하는 아나몰픽 프리즘이 도출될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
Figure 112001008923557-pat00004
광학계의 구성에 의해서는, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘은 도 13 혹은 도 14에 도시한 바와 같은 반사면을 갖는 구성일 수 있다.
즉, 도 13에 도시된 아나몰픽 프리즘(1)의 경우에는, 제2 프리즘(3)이 제1 프리즘(2)과 접하는 면과 반대측의 면에 반사면을 구비한다. 아나몰픽 프리즘(1)에 입사한 광빔의 진행 방향은 제1 프리즘(2)의 입사면에서 제1 굴절에 의해 바뀌고, 그 때 광빔이 제1 프리즘과 제2 프리즘과의 접합면에서 제2 굴절에 의해 제1 프리즘에 입사하는 광빔과 거의 평행하게 진행하도록 다시 바뀐다. 그 때, 광빔은 아나몰픽 프리즘(1) 밖으로 출사되기 전에 제1 프리즘에 입사하는 광빔의 방향으로부터 90°정도 그 방향을 바꾸기 위해 제2 프리즘(3)의 반대편에 위치한 면에 배열된 반사면에 의해 반사된다. 출사광빔은 그 광빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 변환된다.
도 14에 도시된 아나몰픽 프리즘(1)은 전형적으로 제2 프리즘(3)이 제1 프리즘(2)에의 접합면과 반대측의 면에 배열된 편광 빔분할기(5)를 구비한다. 아나몰픽 프리즘(1)에 입사한 광빔의 진행 방향은 제1 프리즘의 입사면에서 제1 굴절에 의해 바뀌고, 그 때 광빔이 제1 프리즘(2)과 제2 프리즘(3)의 접합면에서 생긴 제2 굴절에 의해 제1 프리즘(2)에 입사한 광빔과 거의 평행하게 진행하도록 다시 바뀐다. 그 때, 광빔은 아나몰픽 프리즘(1) 밖으로 출사되기 전에 소정의 방식으로 그 방향을 바꾸기 위해 제2 프리즘(3)의 반대편에 위치한 면에 배열된 빔분할기(5)에 의해 반사된다. 출사광빔은 광빔 단면의 소정 방향에서 소정 배율에 의해 변환된다. 소정의 방향에서 출사된 광빔은 그 때 렌즈를 통해 광디스크를 비추게 되고, 반사된 광빔은 광경로를 역으로 따르도록 제2 프리즘(3)에 재입사되며, 그 때 제1 프리즘(2)에 입사하는 광빔의 방향으로부터 90°정도 휜 방향에서 제2 프리즘(3)으로부터 출사되도록 빔분할기 면(5)을 투과한다.
따라서, 도 13 및 도 14에 도시된 아나몰픽 프리즘(1)은 입사광빔의 단면의 특정 방향에서 소정 배율로 출력빔을 변환하기 위해, 그리고 입사광빔의 방향으로부터 90°정도 출사광빔의 방향이 휘도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)은 서로 다른 유리 재료로 각각 이루어지는 2 종류의 프리즘을 접합하여 구성되고, 입사광빔과 거의 평행하게 진행하는 출력광빔을 생성하기 위해, 소정의 배율로 특정 방향에서 그것을 확대 혹은 압축하도록 입사광빔을 변환한다. 두 종류의 유리 재료는 거의 동일한 아베수를 갖고 굴절율이 다르기 때문에, 제1 굴절로 인한 각도 변화는 제2 굴절로 인한 광빔의 진행 방향의 각도 변화와 거의 동일하게 되고, 제1 굴절로 인한 각도 변화에 의해 생긴 굴절각의 파장 의존성 역시 제2 굴절로 인한 각도 변화에 의해 생긴 굴절각의 파장 의존성과 거의 동일하게 된다. 따라서, 아나몰픽 프리즘이 접합된 형태이더라도, 출사광빔이 입사광빔과 거의 평행하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 접합된 형태의 아나몰픽 프리즘(1)은 높은 생산 효율을 쉽게 실현할 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 사용함으로써 구현한 광학 헤드(6)의 실시예가 이하 기술될 것이다. 도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 광학 헤드(6)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 15는 광학 헤드(6)의 개략적인 평면도이고, 도 16은 광학 헤드의 개략적인 측면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 광학 헤드(6)는 신호 기록/재생을 위해 광 디스크를 향하여 레이저빔을 출사하는 반도체 레이저(8)와, 광 디스크(7)에 대향 배치되어 반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔을 집광하도록 개조되고, 집광된 레이저빔을 광 디스크(7)의 신호 기록층에 조사하는 대물 렌즈(9)를 구비하고 있다. 또한, 반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔을 콜리메이트(collimating)하는 포워드 콜리메이터 렌즈(10), 포워드 콜리메이터 렌즈(10)를 투과한 신호 기록/재생용 레이저빔을 정형하고, 광 강도 분포를 보정하는 아나몰픽 프리즘(1), 아나몰픽 프리즘(1)을 투과한 신호 기록/재생용 레이저빔의 편광 방향을 90° 시프트하는 반파장판(11), 편광 방향을 90° 시프트한 레이저빔을 주 빔과 복수의 부 빔으로 분리하는 회절 격자(12), 회절 격자(12)를 투과된 신호 기록/재생 레이저빔을 투과하고 광 디스크(7)의 신호 기록층에 의해 반사된 신호 기록/재생 레이저빔(복귀 빔)을 반사하는 편광 빔분할기(13), 편광 빔분할기(13)를 투과한 신호 기록/재생 레이저빔을 원편광시키는 1/4 파장판(14), 반도체 레이저(8)와 대물 렌즈(9) 사이에 위치한 광학 헤드(6)의 박형화를 위해, 1/4 파장판(14)을 투과한 원편광된 빔의 광경로를 90° 휘게하는 벤딩(bending) 미러(15)를 구비한다. 아나몰픽 프리즘(1)은 본 발명에 따른 상술한 실시예에서의 아나몰픽 프리즘이다. 아나몰픽 프리즘(1)은 광 디스크의 주면에 수직인 방향으로 레이저빔의 배율이 변환되도록 한다. 레이저빔에 인가되는 아나몰픽 프리즘(1)의 변환 배율은 1.4배 이상이다.
또한, 편광 빔분할기(13)에 의해 반사된 복귀 빔을 콜리메이트하는 백워드 콜리메이터 렌즈(16), 백워드 콜리메이터 렌즈(16)를 투과한 복귀 빔에서 포커스 서보용의 비점 수차를 발생시키는 멀티 렌즈(17), 및 멀티 렌즈(17)를 투과한 복귀 빔을 수광하는 광검출기(18)는 편광 빔 분리기(13)에 의해 반사된 복귀 빔의 광경로 상에 배열된다.
그러나, 단지 일례로서 인용된 광학 헤드의 상기 구성은 본 발명에 적용됨으로써 구현될 수 있고, 본 발명에 따른 광학 헤드는 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것은 주목되어야 한다. 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한, 그에 사용될 광 디스크의 포맷이나, 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호의 검출 방법에 따라, 하나 이상의 광학 소자의 추가, 삭제 혹은 변경될 수 있다.
이제, 레이저빔의 광경로 상에 배열되고 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하는 광학 헤드(6)에 의해, 광 디스크(7)로부터 정보 신호를 기입 및 판독하는 동작에 대하여 이하 설명할 것이다.
광학 헤드(6)에 의해 광 디스크(7) 상에 정보 신호를 기입할 때, 우선 레이저빔은 제어부의 제어 하에 기록될 신호에 따라 광 강도를 변조하여 편광 빔분할기(13)에 관련하는 S-편광 빔을 생성하는 편광 방향으로 반도체 레이저로부터 출사된다.
반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔은 후자를 투과함으로써 포워드 콜리메이터 렌즈(10)에 의해 콜리메이트되고, 그 때 아나몰픽 프리즘(1)에 입사한다.
아나몰픽 프리즘(1)에 입사한 레이저빔은 θ// 방향에 대응하는 방향의 레이저빔의 단면이 1.9배 확대되어, 레이저빔의 광 강도 분포의 불균일성이 보정된다.
광 강도 분포가 보정된 레이저빔은 반파장판(11)에 입사하여, 레이저빔의 편광 방향을 90° 시프트한다. 이어서, 레이저빔은 회절 격자(12)에 입사한다.
회절 격자(12)에 입사한 레이저빔은 트래킹 에러 신호를 얻기 위해, 편광 빔분할기(13)에 입사하기 전에 주 빔과 부 빔으로 분리된다.
편광 빔분할기(13)는 P 편광의 광을 투과시키고, S 편광의 광을 반사하도록 구성되어 있다. 따라서, 회절 격자(12)를 투과한 레이저빔 역시 편광 빔분할기 (13)를 투과하여, 1/4 파장판(14)에 입사한다.
1/4 파장판(14)에 입사한 레이저빔은 1/4 파장판(14)에 의해 원편광되어 벤 딩 미러(15)에 의해 광경로가 90° 휘어진다. 그 때, 레이저빔은 대물 렌즈(9)에 입사하여, 이 대물 렌즈(9)에 의해 집광되어 광 디스크(7)의 신호 기록층에 조사된다.
광학 헤드(6)는 상술한 바와 같은 방식으로 레이저빔을 광 디스크(7)의 신호 기록층에 조사시킴으로써, 광 디스크(7)의 신호 기록층의 결정 상태인 기록막에 정보 신호로서 기록 마크를 형성한다.
광 디스크(7)의 신호 기록층에 의해 반사된 복귀광은 대물 렌즈(9)를 투과하고, 벤딩 미러(15)에 의해 그것의 광경로가 90° 휘어진다. 그 때, 레이저빔은 1/4 파장판(14)에 입사하여, 편광 빔분할기(13)에 대하여 S 편광된 빔으로 바뀐다.
S 편광된 복귀 레이저빔은 그 때 편광 빔분할기(13)에 의해 반사되고, 콜리메이터 렌즈(16)에 의해 콜리메이트되어 멀티 렌즈(17)에 입사한다.
그 때, 비점 수차는 소정의 방식으로 멀티 렌즈(17)에 입사한 복귀 레이저빔에 멀티 렌즈(17)에 의해 발생된다. 그후, 레이저빔이 광검출기(18)에 의해 수신된다.
광검출기(18)에 의해 수광된 복귀 레이저빔은 광검출기(18)에 의해 전기 신호로 변환되고, 전기 신호는 그 때 신호 처리 회로(도시되지 않음)에 공급된다. 신호 처리 회로는 광검출기로부터 공급된 전기 신호에 기초하여 포커스 에러 신호나 트랙킹 에러 신호를 생성하고, 신호는 신호 기록 조작 및 광 디스크 상의 광 스폿을 제어하는데 사용된다.
광 디스크(7) 상에 기록된 정보 신호를 판독할 때는, 우선, 광학 헤드(6)의 반도체 레이저(8)가 소정의 강도를 갖는 레이저빔을 방출한다.
신호 기록 조작의 경우에 있어서, 반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔은 포워드 콜리메이터 렌즈(10), 아나몰픽 프리즘(1), 반파장판(11), 회절 격자 (12), 편광 빔분할기(13), 및 1/4 파장판(14)을 각각 투과하여, 그 방향이 벤딩 미러(15)에 의해 휘어진다. 그 때, 레이저빔은 대물 렌즈(9)에 의해 집광되어, 광 디스크(7)의 신호 기록층 상에 조사된다.
광 디스크(7)는 소위 상 변화 기록 방식에 의해 통상적으로 정보 신호를 기억한다. 보다 구체적으로, 광 디스크(2)의 기록막은 레이저빔이 조사된 위치에 기록 마크를 수송하여, 결정질의 기록막은 거기서 비결정질 상태로 바뀐다. 기록 마크는 결정 상태인 기록막의 나머지 부분과 반사율이 다르다는 것을 보여준다. 따라서, 광 디스크(7) 상에 기록된 정보 신호는 광 디스크(7)의 신호 기록층을 조사한 이후에 광 디스크(7)로부터 되돌아온 복귀 레이저빔을 검출함으로써, 판독될 수 있다.
광 디스크(7)의 신호 기록층에 의해 반사된 복귀광은 대물 렌즈(9)를 투과하여, 그 방향이 벤딩 미러(15)에 의해 휘어된다. 그 때, 레이저빔은 1/4 파장판 (14)에 입사하여, 1/4 파장판(14)에 의해 편광 빔분할기(13)에 대하여 S 편광된 빔으로 바뀐다.
S 편광된 복귀 빔은 편광 빔분할기(13)에 의해 반사되고, 백워드 콜리메이터 렌즈(16)에 의해 콜리메이트되어 멀티 렌즈(17)에 입사한다.
복귀 레이저빔이 멀티 렌즈(17)에 입사함으로써, 멀티 렌즈(17)에 의해 소정의 방식으로 비점 수차가 발생되고, 그 때 복귀 레이저빔이 광검출기(18)에 의해 수광된다.
광검출기(18)에 의해 수광된 복귀 레이저빔은 광검출기(18)에 의해 전기 신호로 변환되고, 그 때 전기 신호는 신호 처리 회로(도시되지 않음)에 공급된다. 신호 처리 회로는 광검출기로부터 공급된 전기 신호에 기초하여, 포커스 에러 신호나 트랙킹 에러 신호와 같은 서보 신호, 및 RF 신호등을 생성하고, 신호 기록 조작 및 디스크 상의 광 스폿을 제어하는데 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 헤드(6)는 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하고, 접합 프리즘 없이 구현되는 형태인 종래의 아나몰픽 프리즘과 같이 동작한다. 따라서, 광 디스크(7)의 직경 방향쪽이 트랙의 밀도 스캐닝 방향보다도 더 광 강도의 저하를 억제하도록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 광학 헤드(6)는 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하기 때문에, 레이저빔의 광경로 상에서 광축 경사를 제거할 수 있다. 다시 말해, 광학 헤드(6)는 종래의 아나몰픽 프리즘을 이용한 경우에 발생하는 아나몰픽 프리즘의 광축 경사에 기인하는 대형화의 문제점이 없고, 소형화가 가능하다.
또한, 광학 헤드(6)는 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하기 때문에, 준비 과정에 있어서 개개의 부재를 정밀하게 접합하기 위한 어떤 조작도 수반하지 않고, 제조 효율을 쉽게 개선할 수 있고 제조 비용을 줄일 수 있다.
더불어, 광학 헤드(6)는 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘을 포함하기 때문에, 아나몰픽 프리즘(1)에 입사하는 광빔은 아나몰픽 프리즘(1)에서 출사되는 광빔과 평행하게 된다. 따라서, 광학 헤드는 경사진 광축을 갖는 종래의 아나몰픽 프리즘의 이동(displacement) 문제점이 없다. 다시 말해, 레이저빔의 진행 방향에 평행한 방향인 아나몰픽 프리즘의 이동으로 인한 역효과가 없으므로 본 발명에 따르면 고품질 광학 헤드가 구현될 수 있다. 상기 지적된 바와 같이, 광학 헤드(6)에서는, 아나몰픽 프리즘(1)에 의해 광빔에 대하여 1.4배 이상의 변환 배율이 제공되기 때문에, 광학 헤드(6)는 아나몰픽 프리즘(1)의 장점(광학 헤드의 소형화, 낮은 제조 비용의 관점에서)을 누릴 수 있고, 광 디스크 상에 형성되는 광 스폿에 있어서 광 강도 분포에서 어떤 방향적(반도체 레이저의 pn 접합면에 대한 방향 혹은 θ// 및 θ┴ 에 대응하는 방향에서) 불균일을 제거할 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)의 다른 실시예를 도 17 및 도 18을 참조하여 설명할 것이다. 이러한 실시예에 따른 아나몰픽 프리즘(1)은 405nm의 중심 파장, ±1Onm의 파장 범위가 설계값으로 선택되어 설계되고, 변환 배율이 다르고 광축에 대해 입사광빔과 출사광빔 양측에 대한 오프셋 값이 동일한 탈색 아나몰픽 프리즘이다. 도 17 및 도 18의 아나몰픽 프리즘(1)에 따르면, 광축에 대해 입사광빔 및 출사광빔 양측에 대한 오프셋 값 X가 동일하고, 변환 배율 β가 다른 아나몰픽 프리즘의 실현이 가능하다.
현재, 광 디스크의 보다 높은 기록 밀도화를 달성하기 위해, 약 405nm의 중심 파장을 갖는 레이저빔을 사용하는 광 디스크 장치의 개발은 진행되고 있지만, 아직 실용에는 이르고 있지 않다. 다시 말해, 그러한 광 디스크 장치를 위해 사용될 광원에 대한 어떠한 사양도 결정되지 않았다. 사양이 미결정된 상태에서 시스 템을 개발하는 경우나, 시스템이 판매되는 이후에 시스템 사양의 변경이 예상되는 경우에 있어서는, 특히 광원에 정합한 아나몰픽 프리즘의 배율최적화가 매우 곤란하여 지는데, 이는 종래의 아나몰픽 프리즘에서는 상기 지적된 바와 같이 광축의 경사가 존재하고 그 경사가 아나몰픽 배율의 함수로서 변화하므로, 아나몰픽 프리즘의 배율에 있어서 어떤 변경은 베이스의 설계 변경을 초래하기 때문이다.
반대로, 도 17 및 도 18에 도시한 본 발명에 따라 배율을 변경하기 위한 아나몰픽 프리즘(1)을 포함한 광학 헤드(6)에 있어서, 베이스에 공통 사양을 제공하기 위해, 입사광빔과 출사광빔의 오프셋은 광축에 대해 동일하게 될 수 있다. 다시 말해, 아나몰픽 프리즘(1)의 배율이 변경된다면, 베이스는 어떠한 설계 변경도 실시할 필요가 없어진다. 그 때, 아나몰픽 프리즘(1)의 배율 변경이 높아진 자유도로 변경될 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 레이저의 특성에 따라 반도체 레이저와 아나몰픽 프리즘의 조합 역시 가능하다. 따라서, 이제 그것의 성능의 견지에서 광범위의 적응성을 갖는 반도체 레이저를 이용하여, 원하는 특성을 보여주는 광학 헤드를 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 광축으로부터 입사광빔의 오프셋이 출사광빔의 오프셋과 동일하게 될 수 있으므로, 아나몰픽 프리즘(1)의 길이를 적절하게 설정할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 광학 헤드를 포함하는 광학 기록/재생 장치의 실시예가 이하 기술될 것이다. 도 19는 실시예의 개략적인 블럭도이다.
도 19를 참조하면, 광학 기록/재생 장치(19)의 실시예는 디스크 장치와 광 디스크를 포함한다. 디스크 장치는 광 디스크(7)를 회전 구동하는 스핀들 모터(20), 광학 헤드, 및 광학 헤드를 구동하는 급송 모터(21)를 포함한다.
광 디스크(7)는 신호 재생 전용의 Pit 디스크일 수도 있지만, 기록/재생 디스크인 CD-R/RW, DVD-R, DVD-RAM, DVD-R/RW, DVD+RW 등이나, 약 405nm 파장의 단파장 광원을 이용한 고밀도 광 디스크를 이용하면 본 발명의 목적에 보다 효과적 일 수 있다.
스핀들 모터(20)는 시스템 컨트롤러(30) 및 서보 제어 회로(22)에 의해 그 동작이 제어되고 단위 시간당 소정의 회전수로 광 디스크를 회전 구동한다.
광학 헤드(6)는 본 발명에 따른 광학 헤드이다.
상기 광학 헤드(6)는 광 디스크(7) 상의 소정의 기록 트랙까지 광학 헤드를 이동시키기 위한 급송 모터가 접속된다. 스핀들 모터(2O), 급송 모터(21), 및 광학 헤드의 대물 렌즈를 지지하는 이축(biaxial) 액츄에이터(도시되지 않음)의 포커싱 방향 및 트랙킹 방향은 서보 제어 회로(22)에 의해 제어된다.
신호 변조기 및 ECC 블럭(23)은 신호의 변조/복조 및 오류 정정 부호(ECC)의 추가를 위해 사용된다. 광학 헤드(6)는 광 디스크(7)의 신호 기록면으로부터 반사된 광빔을 검출하고, 광빔에 대응하는 신호를 전치 증폭기(24)에 공급한다.
전치 증폭기(24)는 검출된 광빔에 대응하는 신호에 기초하여 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호, 및 RF 신호등을 생성하도록 설계된다. 재생되는 신호로부터 기록 매체의 종류에 따라, 서보 제어 회로(22) 및 신호 변조기 및 ECC 블럭(23)에 의해, 이것들의 신호에 기초하는 복조 및 오류 정정과 같은 소정의 처리 조작이 수행된다.
복조된 기록 신호는, 기록 매체가 컴퓨터의 데이터 기억부라면 인터페이스 (25)를 통해 외부 컴퓨터(26)에 송신될 수 있다. 따라서, 외부 컴퓨터(26)는 광 디스크(7)에 기록된 신호를 수신하여 광 디스크(7)로부터 재생한다.
반면에, 기록 매체가 오디오 비주얼 신호를 기억하기 위해 사용된다면, 재생된 신호는 D/A, A/D 변환기(27)의 D/A 변환부에서 디지털/아날로그 변환되고, 오디오 비주얼 처리 스캐닝부(28)에 공급되어, 재생된 오디오 비주얼 신호 처리가 행해지고 그것을 오디오 비주얼 신호 입출력부(29)를 통해 외부의 이미지 장치/영사기에 전송된다.
본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘이 광 디스크에서 가능한 응용의 관점에서 기술되었지만, 상기된 기술에 제한되지 않고, 종래의 아나몰픽 프리즘의 경우에서와 같이, 카메라를 포함하는 다양한 다른 응용에 대해서도 사용될 수 있다. 그 경우, 그러한 아나몰픽 프리즘을 포함하는 광시야각의 가격을 낮추고 소형화할 수 있으며, 필름 혹은 CCD를 사용하여 기록할 수 있다.
본 발명에 따른 광 기록/재생 장치(19)는 본 발명에 따른 광학 헤드(6)를 포함하고, 또한 접합 프리즘 없이 구현되는 형태인 종래의 아나몰픽 프리즘과 같이 동작하는 본 발명에 따른 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하기 때문에, 트랙의 밀도 스캐닝 방향에서보다 광 디스크(7)의 직경 방향 쪽에서 광 강도의 저하를 막을 수 있다.
본 발명에 따른 광 기록/재생 장치(19)는 본 발명에 따른 광학 헤드를 포함 하기 때문에, 레이저빔의 광경로 상에서의 광축 경사에 기인하는 대형화의 문제가 없고, 따라서 광학 헤드의 소형화가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 광 기록/재생 장치(19)는 상술한 광학 헤드(6)를 포함하기 때문에, 제조 효율이 높고 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 기록/재생 장치는 아나몰픽 프리즘(1)을 포함하는 상술한 광학 헤드(6)를 포함하기 때문에, 광축 경사를 갖는 종래의 아나몰픽 프리즘의 이동(displacement) 문제가 없다. 다시 말해, 레이저빔의 진행 방향에 평행한 방향에서 아나몰픽 프리즘의 이동으로 인한 역효과가 없으므로, 본 발명에 따르면 고품질의 광학 헤드가 실현될 수 있다.

Claims (9)

  1. 통상적으로 광빔 단면의 특정 방향에 있어서 입사광빔을 축소 혹은 확대하여 출사시키는 아나몰픽 프리즘에 있어서,
    제1 광 투과 재료로 이루어지는 제1 프리즘; 및
    제2 광 투과 재료로 이루어지는 제2 프리즘;
    을 포함하되,
    상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 소정의 각각의 면이 서로 접합되어 있고, 상기 제1 프리즘에 입사하는 상기 광빔은 소정의 배율로 상기 빔의 단면의 특정 방향에서 확대 혹은 축소되며, 상기 확대 혹은 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사하는 상기 입사광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 진행하고 상기 제2 프리즘에서 출사되고,
    상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘의 접합면에 있어서 상기 입사광빔의 단면의 변환 배율이, 상기 접합면과 다른 상기 제1 프리즘 또는 상기 제2 프리즘의 굴절면에 있어서 입사광빔의 단면의 변환 배율보다 더 큰 것을 특징으로 하는 아나몰픽 프리즘.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 소정의 파장에 있어서 상기 제1 광 투과 재료의 굴절율 및 상기 제2 광 투과 재료의 굴절율은 각각 N1 및 N2로 하고, 상기 파장의 변화에 대한 상기 제1 광 투과 재료의 굴절율 및 상기 제2 광 투과 재료의 굴절율의 변화량을 각각 ΔN1 및 ΔN2로 했을 때, 하기 수학식
    0.7≤(ΔN2/ΔN1)×(N1/N2)2≤1.4
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 아나몰픽 프리즘.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 프리즘에서 상기 출사 광빔이 출사되는 면에는 반사면이 제공되고, 상기 반사면에 의해, 상기 출사 광빔의 진행 방향이 상기 제1 프리즘에 입사하는 입사 광빔의 상기 진행 방향에 거의 수직이 되는 것을 특징으로 하는 아나몰픽 프리즘.
  5. 광빔을 광원에서 광 기록 매체로 보내는 광학 헤드에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사된 광빔을 상기 광빔의 단면의 특정 방향으로 변환을 행하는 아나몰픽 프리즘;
    상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 광빔을 집광하여 광 기록 매체에 조사하는 대물 렌즈; 및
    상기 광 기록 매체에 의해 반사되어 복귀한 광빔을 수광하는 광검출기
    를 포함하되,
    상기 아나몰픽 프리즘은, 제1 광 투과 재료로 이루어지는 제1 프리즘, 및 제2 광 투과 재료로 이루어지는 제2 프리즘을 구비하고,
    상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 소정의 각각의 면이 서로 접합되고,
    상기 제1 프리즘에 입사한 광빔은 상기 광빔의 단면의 특정 방향에 있어서 소정의 배율로 확대 혹은 축소되며,
    상기 확대 혹은 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사하는 상기 입사 광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 상기 제2 프리즘으로부터 출사되어 진행하고,
    상기 아나몰픽 프리즘 이외의 부재는, 상기 입사 광빔과 상기 출사 광빔의 광축의 오프셋이 거의 동일하고, 상기 입사 광빔에 대한 각각의 변환 배율이 다른 복수의 아나몰픽 프리즘과 조합하여 사용 가능하도록 각각의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아나몰픽 프리즘은 상기 광 기록 매체의 주면에 수직인 방향에서, 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 소정의 배율로 확대 혹은 축소하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 아나몰픽 프리즘은 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 1.4배 이상의 변환 배율로 변환하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  9. 광 기록 매체의 신호 기록면 상에 정보 신호를 광학적으로 기록하고, 상기 신호 기록면으로부터 정보 신호를 재생하는 광 기록/재생 장치에 있어서,
    광원; 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 상기 광빔의 단면의 특정 방향에서 변환을 행하는 아나몰픽 프리즘; 상기 아나몰픽 프리즘으로부터 출사된 광빔을 집광하여 광 기록 매체에 조사하는 대물 렌즈; 및 상기 광 기록 매체로부터 반사된 복귀 광빔을 수광하는 광검출기를 포함하는 광학 헤드,
    상기 광학 헤드로부터의 검출 신호를 처리하는 신호 처리 회로, 및
    상기 신호 처리 회로에서의 출력에 따라 상기 광학 헤드의 동작을 제어하는 제어 수단
    을 포함하되,
    상기 아나몰픽 프리즘은, 제1 광 투과 재료로 이루어지는 제1 프리즘과, 제2 광 투과 재료로 이루어지는 제2 프리즘을 포함하고,
    상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 소정의 각각의 면이 서로 접합되고,
    상기 제1 프리즘에 입사한 광빔은 상기 광빔의 단면의 특정 방향에서 소정의 배율로 확대 혹은 축소되며,
    상기 확대 혹은 축소된 광빔은 상기 제1 프리즘에 입사하는 상기 입사 광빔의 진행 방향과 거의 동일한 방향으로 상기 제2 프리즘으로부터 출사되어 진행하고,
    상기 아나몰픽 프리즘 이외의 부재는, 상기 입사 광빔과 상기 출사 광빔의 광축의 오프셋이 거의 동일하고, 상기 입사 광빔에 대한 각각의 변환 배율이 다른 복수의 아나몰픽 프리즘과 조합하여 사용 가능하도록 각각의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 기록/재생 장치.
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