KR19980087503A - 광 헤드 장치 - Google Patents

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KR19980087503A
KR19980087503A KR1019980019733A KR19980019733A KR19980087503A KR 19980087503 A KR19980087503 A KR 19980087503A KR 1019980019733 A KR1019980019733 A KR 1019980019733A KR 19980019733 A KR19980019733 A KR 19980019733A KR 19980087503 A KR19980087503 A KR 19980087503A
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optical system
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KR1019980019733A
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류이찌 가따야마
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가네꼬 히사시
닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 다른 장치는 다른 파장의 레이저 광을 방출하고 수광하는 제1 광학계(11)와 제2 광학계(12)를 구비하고, 각 광학계의 반도체 레이저(11A)로부터 방출된 광을 결합하고 또한 기록 매체(16, 17)로부터 반사된 광을 분할하여 대응하는 광 검출기로 유도하는 광 결합 및 분할 수단 (간섭 필터)(13)을 구비한다. 이 간섭 필터(13)와 대물 렌즈(15) 사이에 제1 또는 제2 반도체 레이저(11A)로부터의 한 또는 다른 하나의 파장의 위상 분포를 변화시키는 성질의 파장 선택 위상판을 개재한다. 이에 따라, 기판 두께가 다른 두 종류의 디스크를 재생할 수 있고, 또한 재생시에는 양호한 S/N 및 지터를 얻을 수 있으며, 또한 기록시에는 충분한 선출력(先出力) 및 피크 강도를 얻을 수 있는 광 헤드 장치를 제공할 수 있다.

Description

광 헤드 장치
본 발명은 광 헤드 장치에 관한 것으로서, 특히 기판 두께가 다른 두 종류의 광 기록 매체에 대해 기록이나 재생을 행하기 위한 광 헤드 장치에 관한 것이다.
현재 제품화가 진행되고 있는 디지털 비디오 디스크(DVD)는 기판 두께가 0.6〔㎜〕인 반면, 종래의 컴팩트 디스크(CD)는 기판 두께가 1.2〔㎜〕이다. 그래서, DVD와 CD 양자를 모두 재생할 수 있는 광 헤드 장치가 요구되고 있다.
그러나, 종래의 광 헤드 장치에서는 대물 렌즈가 특정 두께의 디스크에 대해 구면 수차를 상쇄하도록 설계되기 때문에, 서로 다른 두께의 디스크를 재생하는 경우, 구면 수차가 잔류하여 정확하게 재생할 수 없다.
〔종래 예(1)〕
기판 두께가 다른 두 종류의 디스크를 재생할 수 있는 종래의 광 헤드 장치의 제1예로서, Japanese Journal of Applied Physics Volume 36 Part 1 No. 1B의 460∼466 쪽의 도 1에 예시된 것이 있다.
도 19는 이 광 헤드 장치의 구성을 예시한다.
도 19에서, 제1 광학계(111) 및 제2 광학계(112)는 각각 소정의 레이저 광을 출력하는 반도체 레이저와, 디스크(광 기록 매체)로부터의 반사광을 수광하는 광 검출기를 구비하고 있다. 이 중, 제1 광학계(111)의 반도체 레이저의 파장은 650〔㎚〕이고, 제2 광학계의 반도체 레이저의 파장은 780〔㎚〕이다.
또한, 부호 113은 간섭 필터를 나타낸다. 이 간섭 필터(113)는 파장 650〔㎚〕의 광을 통과시키고, 파장 780〔㎚〕의 광을 반사시키는 기능을 한다. 이러한 방식으로, 제1 광학계(111)의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(113)를 통과하여 파장 선택 홀로그램(161)에 입사한다. 파장 선택 홀로그램(161)을 통과한 광은, 평행광의 형태로 대물 렌즈(115)에 입사하고 두께 0.6〔㎜〕의 디스크 (광 기록 매체)(116) 상에 집광된다.
디스크(116)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(115)를 역방향으로 통과하여, 다시 파장 선택 홀로그램(161)으로 입사한다. 파장 선택 홀로그램(161)을 통과한 광은 간섭 필터(113)를 통과하여, 제1 광학계(111) 내의 광 검출기로 수광된다.
마찬가지로, 제2 광학계(112)의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(113)를 통과하여 파장 선택 홀로그램(161)에 입사한다. 파장 선택 홀로그램(161)의 +1차 회절광은 발산광의 형태로 대물 렌즈(15)로 입사하고 두께 1.2〔㎜〕의 디스크 (광 기록 매체)(117) 상에 집광된다.
디스크(117)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(115)를 역방향으로 통과하고, 다시 파장 선택 홀로그램(161)으로 입사한다. 또한, 파장 선택 홀로그램(161)의 +1차 회절광은 간섭 필터(113)에 의해 반사되고, 제2 광학계(112) 내의 광 검출기로 수광된다.
대물 렌즈(115)는 대물 렌즈(115)로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며, 파장 선택 홀로그램(161)은, 대물 렌즈(115)로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때 파장 선택 홀로그램(161)의 +1차 회절광에 대해 생기는 구면 수차와 대물 렌즈(115)가 갖는 구면 수차의 합을 상쇄시키는 구면 수차를 갖는다.
따라서, 파장 선택 홀로그램(161)을 통과한 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(115)에 의해 디스크(116) 상에 무수차로(without aberration) 집광되는 한편, 파장 780〔㎚〕의 +1차 회절광은 대물 렌즈(115)에 의해 디스크(117) 상에 무수차로 집광된다.
도 20은 파장 선택 홀로그램(161)의 평면도 및 단면도이다.
파장 선택 홀로그램(161)은 유리 기판(118) 상에 동심원 형태의 홀로그램 패턴(162)이 형성된 구성이다.
홀로그램 패턴(162)의 단면이 도면에서와 같은 4 레벨의 계단형인 경우, 각 단의 높이를 h/2, 굴절율을 n, 입사광의 파장을 λ로 하면, 투과율 η0및 +1차 회절 효율 η+1은 이하의 식으로 주어진다.
예를 들어, h = 2.83〔㎛〕, n = 1.46일 때, λ = 650〔㎚〕에 대해 φ = 4π이므로, η0= 1, η+1= 0이 된다.
마찬가지로, λ = 780〔㎚〕에 대해 φ = 3.33π이므로, η0= 0.188, η+1= 0.567이 된다.
즉, 반도체 레이저로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광은 파장 선택 홀로그램(61)을 전부 투과하여 디스크(116)를 향하고, 반도체 레이저로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광은 파장 선택 홀로그램(161)에 의해 +1차 회절광으로서 56.7%가 회절되어 디스크(117)를 향한다.
또한, 도 20에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(115)의 유효 지름을 2a라고 하면, 홀로그램 패턴(162)은 이보다 작은 지름의 영역 2b 내에만 형성된다. 지름 2b의 영역밖에는, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광은 파장 선택 홀로그램(161)을 전부 통과한다.
즉, 파장 선택 홀로그램(116)에서, 파장 650〔㎚〕의 광은 전부 통과하는 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 +1차 회절광으로서 56.7%가 회절되고 지름 2b의 영역 밖에서는 전혀 회절되지 않는다.
따라서, 대물 렌즈(115)의 초점 길이를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 「a/f」및「b/f」로 주어진다. 예를 들면, f = 3 〔㎜〕, a = 1.8〔㎜〕, b = 1.35〔㎜〕라고 하면, a/f = 0.6이고, b/f = 0.45로 된다.
〔종래 예(2)〕
두께가 다른 두 종류의 디스크를 재생할 수 있는 종래의 광 헤드 장치의 제2예로서, Japanese Journal of Applied Physics Volume 36 Part 1 No. 1B의 460∼466 페이지의 도 7에 예시된 것이 있다.
도 21에 이 광 헤드 장치[종래 예(2)]의 구성을 예시한다.
도 21에서, 제1 광학계(111) 및 제2 광학계(112)는 각각 반도체 레이저, 및 디스크로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 구비한다.
제1 광학계(111)의 반도체 레이저의 파장은 650〔㎚〕, 제2 광학계(112)의 반도체 레이저의 파장은 780〔㎚〕이다. 간섭 필터(113)는 파장 650〔㎚〕의 광을 투과시킴과 동시에 파장 780〔㎚〕의 광을 반사시키는 기능을 한다.
제1 광학계(111)의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(113) 및 파장 선택 개구(163)를 통과하고 평행광의 형태로 대물 렌즈(115)로 입사하여 두께 0.6〔㎜〕의 디스크(116) 상에 집광된다. 이 디스크(116)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(115), 파장 선택 개구(163) 및 간섭 필터(113)를 역방향으로 통과하고, 제1 광학계(111) 내의 광 검출기로 수광된다.
또한, 제2 광학계(112)의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(113)에 의해 반사되고, 파장 선택 개구(163)를 통과하여, 발산광의 형태로 대물 렌즈(115)로 입사하여 기판 두께 1.2〔㎜〕의 디스크(117) 상으로 집광된다.
디스크(117)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(115) 및 파장 선택 개구(163)를 역방향으로 통과하고, 간섭 필터(113)로 반사되어, 제1 광학계(112) 내의 광 검출기로 수광된다.
대물 렌즈(115)는, 대물 렌즈(115)로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄하는 구면 수차를 갖는다. 이 때, 대물 렌즈(115)에 평행광의 형태로 입사한 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때에는 구면 수차가 잔류한다.
그러나, 대물 렌즈(115)에 발산광의 형태로 파장 780〔㎚〕의 광을 입사시키면, 대물 렌즈(115)의 물점(object point) 이동에 따르는 새로운 구면 수차가 생기고, 이것이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 잔류하는 구면 수차를 상쇄하는 방향으로 작동한다.
따라서, 파장 780〔㎚〕의 광의 물점 위치를 알맞게 설정하면, 파장 650〔㎚〕의 광은 디스크(116) 상에 무수차로 집광되고, 파장 780〔㎚〕의 광은 디스크(117) 상에 무수차로 집광된다.
도 22의 (a) 및 도 22의 (b)는 파장 선택 개구 부재(163)의 평면도 및 단면도이다. 이 파장 선택 개구 부재(163)는 유리 기판(118) 상에 간섭 필터 패턴(120)이 형성되는 방식으로 구성된다.
대물 렌즈(115)의 유효 지름을 2a라고 하면, 간섭 필터 패턴(120)은 이보다 작은 지름 2b의 영역밖에만 형성된다.
간섭 필터 패턴(120)은 파장 650〔㎚〕의 광을 전부 통과시키고 파장 780〔㎚〕의 광을 전부 반사시키는 기능과 함께, 지름 2b의 영역 내를 통과하는 광과 그 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 기능을 한다.
즉, 파장 선택 개구 부재(163)에 의해, 파장 650〔㎚〕의 광은 지름 2a의 영역 내에서 전부 통과하는 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 전부 통과하고 지름 2b의 영역 밖에서는 전부 반사된다.
따라서, 대물 렌즈(115)의 초점 길이를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 「a/f」및「b/f」로 부여된다.
예를 들면, f = 3〔㎜〕, a = 1.8〔㎜〕, b = 1.35〔㎜〕이면, a/f = 0.6이고, b/f = 0.45가 된다.
〔종래 예(3)〕
두께가 다른 두 디스크를 재생할 수 있는 종래의 광 헤드 장치의 제3예로서 일본 특허 공개 공보 평6-295467호에 기재된 것이 있다.
이 광 헤드 장치는 반도체 레이저와 대물 렌즈 사이에 가변 위상판(164)을 구비하고 있다.
가변 위상판(164)은, 전극(166)에 끼워진 고리형 기판(165)이 유리 기판(118) 상에 형성되는 방식으로 구성된다.
고리형 기판(165)은 전계에 의해 굴절율이 변화하는 성질을 가져, 전극(166)에 인가하는 전압을 바꿈에 따라 고리형 기판(65)의 내측 및 외측을 통과하는 광의 위상차를 변화시킬 수 있다.
도 24는, 이 광 헤드 장치에서의 파면 수차의 특성도이다.
가로축은 광의 파장으로 규격화된 파면 수차이며, 세로축은 대물 렌즈의 초점 길이로 규격화된 광축으로부터의 거리, 즉 개구수이다.
광의 파장을 670〔㎚〕, 대물 렌즈의 개구수를 0.6, 기판 두께의 설계치에 대한 차이를 +0.1〔㎜〕로 한다. 개구수 0.6의 광선의 파면 수차가 0이 되는 방식으로 포커스를 제어한다.
도 22의 (a)는 고리형 기판(165)에 의해 위상차를 부여하지 않은 경우이고, 파면 수차의 표준 편차는 0.095λ이다. 한편, 도 22의 (b)는 내측의 개구수가 0.244, 외측의 개구수가 0.560의 고리형 기판(65)에 의해 0.316π의 위상차를 부여한 경우를 예시하며, 파면 수차의 표준 편차는 0.048λ로 저감된다.
종래의 광 헤드 장치의 제1예에서는, 파장 650〔㎚〕의 광은 파장 선택 홀로그램(161)을 전부 통과하지만, 파장 780〔㎚〕의 광은 파장 선택 홀로그램(161)에 의해 +1차 회절광으로서 56.7%밖에 회절되지 않는다.
이 때문에, 디스크(117)의 재생시 양호한 S/N을 얻을 수 없거나, 디스크(117)의 기록시 충분한 광 출력을 얻을 수 없다는 문제가 있다.
종래의 광 헤드 장치의 제2예에서는, 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(115)에 평행광의 형태로 입사하지만, 파장 780〔㎚〕의 광은 발산광의 형태로 입사한다. 따라서, 대물 렌즈(115)가 액츄에이터에 의해 포커싱 방향 또는 트래킹 방향으로 구동되는 경우, 파장 650〔㎚〕의 광은 수차를 발생시키지 않지만, 파장 780〔㎚〕의 광은 수차를 발생시킨다.
이 때문에, 디스크(117)의 재생시 양호한 S 지터 N을 얻을 수 없고, 디스크(117)의 기록시 충분한 피크 강도를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
종래의 광 헤드 장치의 제3예에서, 광의 파장은 단일하다. 디지털 비디오 디스크의 재생은 파장 650〔㎚〕에서는 가능하지만, 파장 780〔㎚〕에서는 충분히 작은 광 스폿 지름을 얻을 없기 때문에 불가능하다.
반대로, 추기형(recordable) 컴팩트 디스크의 재생은 파장 780〔㎚〕에서는 가능하지만, 파장 650〔㎚〕에서는 충분히 높은 반사율을 얻을 수 없어 불가능하다. 이 때문에, 광의 파장을 650〔㎚〕이면, 추기형 컴팩트 디스크를 재생할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 두께가 다른 두 종류의 디스크를 재생할 수 있는 광 헤드 장치에서의 상술한 종래의 문제를 해결하고, 재생시 양호한 S/N 및 지터를 얻을 수 있고, 기록시 충분한 광 출력 및 피크 강도를 얻을 수 있음과 동시에, 추기형 컴팩트 디스크도 재생할 수 있는 광 헤드 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소정의 파장에서 발진하는 제1 반도체 레이저와 상기 파장의 레이저 광을 수광하는 제1 광 검출기를 갖는 제1 광학계, 이 제1 광학계의 반도체 레이저와 다른 소정의 파장에서 발진하는 제2 반도체 레이저와 상기 파장의 레이저 광을 수광하는 제2 광 검출기를 갖는 제2 광학계를 구비하고 있다.
또한, 상술한 제1 및 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광을 결합하고 또한 소정의 두께를 갖는 소정의 광 기록 매체에 각각 유도함과 함께, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 광을 분할하여 상기 제1 또는 제2 광 검출기로 각각 유도하는 광 결합 및 분할 장치를 갖추고 있다. 이 광 결합 및 분할 수단과 상술한 소정의 광 기록 매체간에는 대물 렌즈가 배치되어 있다.
또한, 상술한 광 결합 및 분할 수단과 대물 렌즈간에는 상술한 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터의 광의 하나의 파장에 대해서는 위상 분포를 거의 변화시키지 않고, 다른 파장에 대해서는 위상 분포를 변화시키는 성질의 파장 선택 위상판이 개재되어 있다.
그리고, 상술한 제1 반도체 레이저로부터 방출된 광을 이용하여 소정의 광 기록 매체에 대해 기록 또는 재생을 행함과 함께, 상술한 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광을 이용하여 다른 소정의 광 기록 매체에 대해 기록 또는 재생을 행한다.
즉, 본 발명은 파장이 다른 두 반도체 레이저를 갖고, 제1 반도체 레이저로부터의 파장의 광을 이용하여 대응하는 소정 두께의 디스크에 대해 기록 및 재생을 행하고, 제2 반도체 레이저로부터의 파장의 광을 이용하여 대응하는 소정의 두께의 디스크에 대해 기록 및 재생을 행한다.
파장 선택 위상판은 제1 반도체 레이저로부터의 파장의 광에 대해서는 위상 분포를 변화시키지 않는 반면 제2 반도체 레이저로부터의 파장의 광에 대해서는 위상 분포를 변화시킨다는 사실에 의해, 기판 두께의 차이에 따른 구면 수차를 보정한다.
상술한 제1 및 제2 파장의 광은 파장 선택 위상판을 전부 통과하기 때문에, 재생시 양호한 S/N을 얻을 수 있고, 기록시 충분한 광 출력을 얻을 수 있다.
이 경우, 제1 광학계로부터 출력된 소정의 파장을 650〔㎚〕의 근방으로 설정하고, 제2 광학계로부터 출력된 소정의 파장을 780〔㎚〕부근에 설정해도 좋다.
또한, 제1 광학계로부터 출력되는 레이저 광 출력은, 두께가 약 0.6〔㎜〕인 광 기록 매체를 타겟으로 함과 함께, 제2 광학계로부터 출력된 레이저 광 출력은 두께가 약 1.2〔㎜〕인 광 기록 매체를 타겟으로 하도록 해도 좋다.
또한, 제1 및 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광은 상술한 대물 렌즈에 대해서는 평행광의 형태로 입사하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 대물 렌즈가 이동하는 경우에도 수차를 발생시키지 않으므로, 재생시에는 양호한 지터를 얻을 수 있고, 기록시에는 충분한 피크 강도를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 다른 파장을 780〔㎚〕의 부근에 설정함으로써, 추기형 컴팩트 디스크의 재생도 가능해진다.
상술한 파장 선택 위상판은 기판 상에 동심원 형태의 위상판 패턴 및 간섭 패턴을 형성하게 되는 구조로 이루어질 수 있다.
필요한 경우, 위상판 패턴은 대물 렌즈의 유효 지름보다 작은 지름의 원형 영역내에만 형성될 수도 있다. 이 경우, 위상판 패턴의 단면은 2 레벨의 직사각형으로 해도 좋고, 또는 3 레벨 이상의 계단형으로 해도 좋다.
또한, 위상판 패턴의 두 개의 인접한 단의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광의 파장에 대해 2π의 정수배로 하면 좋다.
위상판 패턴의 인접하는 두개의 단이 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는, 상술한 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광의 파장에 대해 2π의 정수배로 해도 좋다.
상술한 간섭 필터 패턴은 상술한 원형 영역 밖에만 형성될 수 있다. 이 간섭 필터 패턴은 제1 광학계로부터 출력되는 파장의 광을 전부 통과시킴과 동시에 제2 광학계로부터 출력되는 파장의 광을 전부 반사시키는 특성을 가지며, 제1 광학계로부터 출력되는 파장에 대해서는 원형 영역 내를 통과하는 광과 원형 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정한다.
또한, 상술한 파장 선택 위상판은 액츄에이터에 의해 포커싱 방향 및 트래킹 방향으로 대물 렌즈와 일체로 구동되도록 구성될 수 있다. 이 때, 파장 선택 위상판의 법선은 대물 렌즈의 광축에 대해 약간 경사지도록 해도 좋다.
상술한 광 결합 및 분할 장치는 제1 광학계로부터 출력된 파장의 광은 투과시키는 반면 제2 광학계로부터 출력된 파장의 광은 반사시키는 특성을 갖는 간섭 필터로 형성해도 좋다.
또한, 상술한 파장 선택 위상판 패턴은 유리 기판 상에 유전체막을 피착시킴으로써 형성해도 좋다.
상술한 간섭 필터 패턴은 유리 기판 상에 다층 유전체막을 피착시킴으로써 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 다층 유전체막은 제1층은 저굴절율층이, 제2층 이후에는 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 홀수층의 구조로 해도 좋다.
또한, 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴은 동일한 유리 기판의 동일한 면에 형성될 수 있다.
이 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴은 동일한 유리 기판의 서로 다른 면에 형성될 수 있다.
또한, 이 파장 선택 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴은 서로 다른 유리 기판상에 형성될 수 있다. 이 경우, 상술한 파장 선택 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴이 형성되지 않은 서로 다른 유리 기판의 면들은 접착제에 의해 서로 부착될 수 있다.
유리 기판의 한쪽 면 또는 양면에는 반사 방지막이 형성될 수 있다.
또한, 상술한 위상판 패턴은 유리 또는 플라스틱 성형에 의해 형성될 수 있다.
또한, 파장 선택 위상판 패턴 또는 간섭 필터 패턴은 대물 렌즈의 표면 상에 형성될 수 있다.
또한, 제1 광학계 또는 제2 광학계는 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 각각 방출된 광을 평행하게 하는 콜리메이터 렌즈를 구비할 수 있다. 그리고, 그 효능은 상술한 바와 같다.
또한, 이 제1 또는 제2 광학계는 내장된 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출되어 상기 대응하는 기록 매체를 향하는 광과, 제1 또는 제2 기록 매체에 의해 반사되어 제1 또는 제2 광 검출기를 향하는 광을 분리하는 광 분리 수단을 구비할 수 있다.
이 경우, 광 분리 수단은 빔 분할기인 것이 좋다. 또한, 광 분리 수단을 편광 빔 분할기인 것도 좋으며, 이 편광 빔 분할기와 대물 렌즈간에 1/4 파장판을 설치하는 것이 좋다.
또한, 제1 반도체 레이저와 제1 광 검출기, 또는 제2 반도체 레이저와 제2 광 검출기는 동일한 패키지에 수납해도 좋다.
또한, 광 분리 수단을 홀로그램 광학 소자로 구성해도 좋다. 그리고, 광 분리 수단을 편광 홀로그램 광학 소자로 구성하고, 이 편광성 홀로그램 광학 소자와 상술한 대물 렌즈간에 1/4 파장판을 설치하는 것이 좋다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 예시한 블록도.
도 2는 도 1에 예시한 바와 같은 파장 선택 위상판을 이용하지 않은 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 나타내는 선도(line diagram).
도 3은 도 1에 예시한 바와 같은 제1 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판을 예시한 도면으로서, 도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A선에 따른 단면도.
도 4는 도 1에 예시한 바와 같은 제1 실시예에서 도 3에 예시한 파장 선택 위상판을 이용한 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 선도.
도 5는 도 4에 도시한 그래프를 얻기 위해 사용된 도 3의 위상판 패턴의 위치를 도시한 표.
도 6은 도 1에 예시한 바와 같은 제1 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판의 다른 예를 도시한 도면으로서, 도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 B-B 선에 따른 단면도.
도 7은 도 1에 예시한 바와 같은 제1 실시예에서 도 6에 예시한 파장 선택 위상판을 이용한 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 선도.
도 8은 도 7에 도시한 그래프를 얻기 위해 사용된 도 6의 위상판 패턴의 위치를 도시한 표.
도 9는 본 발명의 제2 실시예를 예시한 블록도.
도 10은 도 9에 예시한 바와 같은 제2 실시예에서 파장 선택 위상판을 이용하지 않은 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 선도.
도 11은 도 9에 예시한 바와 같은 제2 실시예에서 도 3에 예시한 파장 선택 위상판을 이용한 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 선도.
도 12는 도 9에 예시한 바와 같은 제2 실시예에서 도 6에 예시한 파장 선택 위상판을 이용한 경우의 파면 수차의 변화를 예시한 선도.
도 13은 도 3 및 도 6에 예시한 바와 같은 제1 및 제2 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판의 제조 방법을 예시한 도면으로서, 도 13의 (a)는 도 3의 위상판 패턴 제조 방법을 도시한 설명도, 도 13의 (b)는 도 6의 위상판 패턴 제조 방법을 도시한 설명도, 도 13의 (c)는 도 3 및 도 6의 간섭 필터 패턴 제조 방법을 도시한 설명도.
도 14는 도 3 및 도 6에 예시한 바와 같은 제1 및 제2 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판의 다른 제조 방법을 예시한 도면으로서, 도 14의 (a)는 도 3의 위상판 패턴 제조 방법을 도시한 설명도, 도 14의 (b)는 도 6의 위상판 패턴 제조 방법을 도시한 설명도, 도 14의 (c)는 도 3 및 도 6의 간섭 필터 패턴 제조 방법을 도시한 설명도.
도 15는 도 1 및 도 9에 예시한 바와 같은 제1 및 제2 실시예에 이용하는 반도체 레이저와 광 검출기를 포함하는 광학계의 구성을 예시한 블록도.
도 16은 도 15에 개시한 광학계에서의 광 검출기의 구성을 예시한 설명도.
도 17은 도 1 및 도 9에 예시한 바와 같은 제1 및 제2 실시예에 이용하는 반도체 레이저와 광 검출기를 포함하는 광학계의 다른 구성을 예시한 블록도.
도 18은 도 17에 개시한 광학계에서의 광 검출기의 구성을 예시한 설명도.
도 19는 종래 예(1)의 구성을 예시한 설명도.
도 20은 도 19에 예시한 바와 같은 종래 예(1)에 이용되는 파장 선택 홀로그램을 예시한 도면으로서, 도 20의 (a)는 그 평면도, 도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 C-C선에 따른 단면도.
도 21은 종래 예(2)의 구성을 예시한 설명도.
도 22는 도 21에 예시한 바와 같은 종래 예(2)에 이용되는 파장 선택 개구 부재를 나타내는 도면으로서, 도 22의 (a)는 그 평면도, 도 22의 (b)는 도 22의 (a)의 D-D선에 따른 단면도.
도 23은 종래 예(3)에 이용되는 가변 위상판을 예시한 도면으로서, 도 23의 (a)는 그 평면도, 도 23의 (b)는 도 23의 (a)의 E-E선에 따른 단면도.
도 24는 종래의 광 헤드 장치의 제3예에서의 파면 수차의 특성을 예시한 설명도로서, 도 24의 (a)는 위상차를 부여하지 않은 경우의 특성을 도시한 도면, 도 24의 (b)는 소정의 위상차를 부여한 경우의 특성을 도시한 선도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 제1 광학계
11A, 11E : 반도체 레이저(제1 반도체 레이저)
11B, 11F : 광 검출기(제1 광 검출기)
12 : 제2 광학계
13 : 광 결합 및 분할 수단으로서의 간섭 필터
14, 14A, 22, 24, 24A : 파장 선택 위상판
15, 23 : 대물 렌즈
16, 17 : 디스크(광 기록 매체)
18, 28 : 유리 기판
19, 21, 31 : 위상판 패턴
20 : 간섭 필터 패턴
29 : 콜리메이터 렌즈
30, 46 : 회절 격자
32 : 광 분리 수단으로서의 빔 분할기
47 : 광 분리 수단으로서의 편광 빔 분할기
48 : 1/4 파장판
이하, 본 발명에 따른 광 헤드 장치의 실시예에 대해 설명한다.
〔제1 실시예〕
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 예시한 블록도이다.
도 1에서, 광학계(11) 및 광학계(12)는 광 결합 및 분할 장치(13)에 대향하도록 설치되며, 또한 동일 평면 상에서 두 방향으로 분리되어 있다. 또한, 이들 광학계(11) 및 광학계(12)는 반도체 레이저 및 디스크(기록 매체)로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 구비하고 있다. 도 1에서, 부호 14는 파장 선택 위상판을 나타낸다.
간섭 필터(13)는 파장 650〔㎚〕의 광을 통과시키는 반면 파장 780〔㎚〕의 광을 반사시키는 기능을 한다.
이 때문에, 도 1에 예시한 실시예에서는, 제1 광학계(11) 내의 반도체 레이저의 파장은 650〔㎚〕이고, 제2 광학계(12) 내의 반도체 레이저의 파장은 780〔㎚〕이다.
제1 광학계(11) 내의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(13) 및 파장 선택 위상판(14)을 통과하여, 평행광의 형태로 대물 렌즈(15)에 입사하고, 광 기록 매체인 기판 두께 0.6〔㎜〕의 디스크(16) 상으로 집광된다.
이 디스크(16)로부터 반사된 광은, 대물 렌즈(15), 파장 선택 위상판(14), 간섭 필터(13)를 역방향으로 통과하여, 상술한 제1 광학계(11) 내의 광 검출기로 수광된다.
이에 대해, 제2 광학계(12) 내의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(13)로 반사되고, 파장 선택 위상판(14)을 통과하여, 평행광의 형태로 대물 렌즈(15)에 입사하고, 광 기록 매체인 기판 두께 1.2〔㎜〕의 디스크 상으로 집광된다.
이 디스크(17)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(15) 및 파장 선택 위상판(14)을 역방향으로 통과하고, 간섭 필터(13)에 의해 반사된 후, 상술한 제2 광학계(12) 내의 광 검출기에 의해 수광된다.
여기서, 대물 렌즈(15)는, 대물 렌즈로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 갖는다.
따라서, 파장 선택 위상판(14)을 이용하지 않은 경우, 대물 렌즈로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때 생기는 구면 수차가 잔류한다.
도 2는, 파장 선택 위상판(14)을 이용하지 않은 경우의 파면 수차의 특성을 예시한다. 종래 예를 예시하는 도 24와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차이고, 세로축은 개구수이다. 파장 780〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(15)의 실효적인 개구수를 0.45로 하고, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다.
이 때의 최적의 화상 표면은 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 대물 렌즈(15)로부터 9.4〔㎛〕만큼 멀어진 위치에 있으며, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.188λ이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 각각 도 1에 도시한 제1 실시예에 이용한 파장 선택 위상판(14)의 평면도 및 단면도이다. 이 파장 선택 위상판(14)은 유리 기판(18) 상에 형성된 동심원 형태의 위상판 패턴(19) 및 간섭 필터 패턴(20)으로 이루어진다. 여기서, 위상판 패턴(19)은 중앙부에 원통 형상의 위상판 패턴(19a)을 가지며, 그 주위에 소정 간격 이격하여 동일 높이의 고리 형상의 위상판 패턴(19b)을 갖는 구조로 이루어져 있다. 간섭 필터 패턴(20)은 전체적으로 높이가 위상판 패턴(19)보다도 낮게 형성되어 있다.
대물 렌즈(15)의 유효 지름을 2a라고 하면, 위상판 패턴(19)은 이보다 작은 지름 2b의 영역 내에만 형성된다. 위상판 패턴(19)의 단면은 도 3의 (b)와 같은 2 레벨의 직사각형이다.
위상판 패턴(19)의 높이를 h, 굴절율을 n, 입사광의 파장을 λ라고 하면, 위상판 패턴(19)이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차는 상술한 수학식 3에 의해 주어진다.
예를 들면, h = 2.83〔㎛〕, n = 1.46일 때, λ = 650〔㎚〕에 대해서 φ = 4π (= 0)이고, λ = 780〔㎚〕에 대해서 φ = 3.33π (= -0.6π)가 된다.
간섭 필터 패턴(20)은, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 지름 2b의 영역 밖에만 형성되어 있다.
이 경우, 간섭 필터 패턴(20)은, 파장 650〔㎚〕의 광을 전부 통과시키고, 파장 780〔㎚〕의 광을 전부 반사시킴과 함께, 지름 2b의 영역 내를 통과하는 광과 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 기능을 한다.
즉, 파장 선택 위상판(14)에 의해 파장 650〔㎚〕의 광은 지름 2a의 영역 내에서 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과한다. 또한, 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받아 전부 통과하지만, 지름 2b의 영역 밖에서는 전부 반사된다.
따라서, 대물 렌즈(15)의 초점 길이를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 a/f 및 b/f로 부여된다. 예를 들면, f = 3〔㎜〕, a = 1.8〔㎚〕, b = 1.35〔㎜〕로 하면, a/f = 0.6, b/f = 0.45가 된다.
도 4는 도 3에 예시한 파장 선택 위상판(14)을 이용한 경우의 파면 수차의 특성을 예시한 도면이다. 상술한 도 24(종래 예)의 경우와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차를 나타내고, 세로축은 개구수를 나타낸다.
여기서, 파장 780〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(15)의 실효적인 개구수를 0.45, 위상판 패턴(19)의 위치를 도 5에 도시한 표와 같이 설정한다. 그리고, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다.
이 때의 최적의 화상 표면은, 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 대물 렌즈(15)로부터 12.0〔㎛〕만큼 멀어진 위치에 있고, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.076λ이다.
따라서, 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(15)에 의해 디스크(16) 상에 무수차로 집광된다. 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은, 기판 두께의 차이에 따르는 구면 수차가 상술한 0.188λ로부터 0.076λ로 저감되어, 대물 렌즈(15)에 의해 디스크(17) 상에 집광된다.
종래 예를 예시하는 도 24에서, 도 24의 (b)는 도 24의 (a)에 비해 고리형 기판(165)이 있는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트하고 있다. 이에 반해, 본 실시예를 예시하는 도 4에서는 도 2에 비해 위상판 패턴(19)이 없는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트하고 있다.
이것은 수학식 3에 의해 부여되는 위상차 φ가 종래 예의 고리형 기판(165)에서는 포지티브인데 반해 본 실시예에서의 위상판 패턴(19)에서는 실효적으로 네거티브이기 때문이다.
도 3에 예시한 파장 선택 위상판(14)에서, 위상판 패턴(19)이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차는 λ = 650〔㎚〕에 대해 4π이지만, 이것은 4π에 한하지 않고 2π의 정수배이면 된다.
도 6은 도 1에 예시한 제1 실시예에 이용한 파장 선택 위상판(14)의 다른 예 [파장 선택 위상판(24)]을 예시한 도면으로서, 도 6의 (a)는 평면도이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 B-B선에 따른 단면도이다. 이 파장 선택 위상판(24)은 동심원 형태의 위상판 패턴(21) 및 간섭 필터 패턴(20)이 유리 기판(18) 상에 형성되는 방식으로 구성되어 있다.
여기서, 대물 렌즈(15)의 유효 지름을 2a라고 하면, 위상판 패턴(21)은 이 보다 작은 지름 2b의 영역 내에만 형성된다. 여기서, 위상판 패턴(21)은 상부에 평탄부를 구비한 피라미드형 (기판을 포함하는 4 레벨의 계단형)의 단면을 제공하도록 형성되는 중앙부의 위상판 패턴(21a)과 그 주위에 소정 간격을 이격하여 고리 형상의 위상판 패턴(21b)을 갖는다.
이 경우, 고리 형상의 위상판 패턴(21b)은 그 단면이 3 레벨 (기판 포함)의 형상으로 형성되는 방식으로 형성된다. 상술한 위상판 패턴(21a)의 높이는 본 실시예에서는 고리 형상 위상판 패턴(21b)의 대략 1.5배 정도로 설정된다.
또한, 간섭 필터 패턴(20)은 전체적으로 높이가 위상판 패턴(21) 보다도 낮게 형성된다.
이것을 위상차와의 관계로 설명하면, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 4 레벨의 계단형이고, 인접하는 두 단의 높이의 차를 h, 굴절율을 n, 입사광의 파장을 λ라고 하면, 위상판 패턴(21)의 인접하는 두 단의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 상술한 수학식 3에 의해 주어진다.
예를 들어, h = 1.41〔㎛〕이고 n = 1.46일 때, λ=650〔㎚〕에 대해서는 φ = 2π (= 0)가 되고, λ = 780〔㎚〕에 대해서는 φ = 1.67π (= -0.33π)가 된다.
여기서, 간섭 필터 패턴(20)은, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 지름 2b의 영역 밖에만 형성된다. 이 간섭 필터 패턴(20)은 파장 650〔㎚〕의 광을 전부 투과시키고 파장 780〔㎚〕의 광을 전부 반사시킴과 함께, 지름 2b의 영역 내를 통과하는 광과 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 기능을 한다.
즉, 파장 선택 위상판(24)에 의해, 파장 650〔㎚〕의 광은 지름 2a의 영역 내에서 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과한다. 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받아 전부 통과하고, 지름 2b의 영역 밖에서는 전부 반사된다.
따라서, 대물 렌즈(15)의 초점 거리를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 a/f 및 b/f로 주어진다. 예를 들어, f = 3〔㎜〕, a = 1.8〔㎜〕, b = 1.35〔㎜〕라고 하면, a/f = 0.6이고, b/f = 0.45가 된다.
도 7은 도 6에 도시한 파장 선택 위상판(24)을 이용한 경우의 파면 수차의 특성을 예시한 도면이다. 상술한 종래 예의 도 24와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차이고, 세로축은 개구수이다.
여기서, 파장 780〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(15)의 실효적인 개구수를 0.45로 설정하고, 위상판 패턴(21)의 위치를 도 8과 같이 설정한다. 그리고, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다.
이 때의 최적의 화상 표면은 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 14.1〔㎛〕만큼 대물 렌즈(15)로부터 멀어진 위치에 있고, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.042λ이다.
따라서, 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(15)에 의해 디스크(16) 상에 무수차로 집광된다. 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(15)에 의해 디스크(17) 상에 집광되며, 기판 두께의 차이에 따르는 구면 수차가 상술한 0.188λ로부터 0.042λ로 저감된다.
종래 예와 관련하여, 도 24의 (b)는 도 24의 (a)에 비교하여 고리형 기판(165)이 있는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트하고 있다. 이에 반해, 본 실시예를 예시하는 도 7은 도 2에 비해 위상판 패턴(21)의 네 레벨이 낮은 쪽으로 파면 수차가 포지티브 방향으로 크게 시프트하고 있다.
이것은, 수학식 3에 의해 주어지는 위상차 φ가 고리형 기판(65)에서는 포지티브인데 반해 위상판 패턴(21)에서는 실효적으로 네거티브이기 때문이다.
도 6에 예시한 파장 선택 위상판(24)에서, 위상판 패턴(21)의 인접하는 두 단의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 λ = 650〔㎚〕에 대해 2π이지만, 이것은 2π에 한하지 않고 2π의 정수배이면 된다.
또한, 도 6에 예시한 파장 선택 위상판(24)에서의 위상판 패턴(21)의 단면은 4 레벨이지만, 이것은 3 레벨 이상이면 어떠한 레벨이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서, 디스크(16, 17)를 서로 중첩하여 그리고 있다. 이것은 설명의 편의를 위한 것이다. 이것은, 예를 들어, DVD와 CD를 겸용할 수 있다는 것을 의미하며, 이들은 원래 개별적으로 설치되어 사용된다 (이하, 동일함).
〔제2 실시예〕
도 9는 본 발명의 제2 실시예를 예시한 블록도이다.
도 9에서, 제1 광학계(11) 및 다른 광학계(12)는 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 반도체 레이저와 디스크(기록 매체)로부터 반사된 광을 수광하는 광 검출기를 구비하고 있다. 또한, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, 제1 광학계(11) 내의 반도체 레이저의 파장은 650〔㎚〕로 설정되는 반면, 제2 광학계(12) 내의 반도체 레이저의 파장은 780〔㎚〕로 설정되어 있다.
간섭 필터(13)는 파장 650〔㎚〕의 광을 통과시키는 반면, 파장 780〔㎚〕의 광을 반사시키는 기능을 한다.
제1 광학계(11) 내의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(13) 및 파장 선택 위상판(22)을 통과하여 평행광의 형태로 대물 렌즈(23)에 입사하고, 기판 두께 0.6〔㎜〕의 디스크(16) 상에 집광된다.
또한, 디스크(16)로부터 반사된 광은 대물 렌즈(23), 파장 선택 위상판(22) 및 간섭 필터(13)를 역방향으로 통과하여 상술한 제1 광학계(11) 내의 광 검출기에 의해 수광된다.
이에 반해, 제2 광학계(12) 내의 반도체 레이저로부터 방출된 광은 간섭 필터(13)에 의해 반사되고 파장 선택 위상판(22)을 통과하여 평행광의 형태로 대물 렌즈(23)에 입사해서 기판 두께 1.2〔㎜〕의 디스크(17) 상으로 집광된다. 그리고, 디스크(17)로부터 반사된 광은, 대물 렌즈(23) 및 파장 선택 위상판(22)을 역방향으로 통과하고, 간섭 필터(13)에 의해 반사되어, 상기 제2 광학계(12) 내의 광 검출기에 의해 수광된다.
대물 렌즈(23)는 내주부에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며, 외주부에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 갖는다.
따라서, 파장 선택 위상판(22)을 이용하지 않은 경우, 대물 렌즈로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에는 구면 수차가 잔류한다.
도 10은 파장 선택 위상판(22)을 이용하지 않은 경우의 파면 수차의 특성을 예시한다. 여기서, 도 4 (종래 예)의 경우와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차를 나타내며, 세로축은 개구수를 나타낸다. 파면 수차의 값이 제1 실시예에 비해 반전되는 이유는 대물 렌즈(23)의 구면 수차의 차이 때문이다.
파장 650〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(23)의 내주부의 실효적인 개구수를 0.45로 설정하고, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다. 이 경우의 최적의 화상 표면은 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 대물 렌즈(23)로부터 9.4〔㎛〕만큼 근접하며, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.2λ이다.
도 9에 예시한 바와 같은 제2 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판(22)은 상술한 도 3 (제1 실시예)에 예시한 것 [파장 선택 위상판(14)]과 동일하다. 즉, 파장 선택 위상판(22)은 위상판 패턴(19) 및 간섭 필터 패턴(20)이 유리 기판(18) 상에 동심원 형태로 형성되는 구조로 되어 있다.
대물 렌즈(23)의 유효 지름이 2a이면, 위상판 패턴(19)은 이보다 작은 지름 2b의 영역 내에만 형성된다. 위상판 패턴(19)의 단면은 2 레벨 (기판 포함)의 직사각형이다.
여기서, 위상판 패턴(19)의 높이를 h, 굴절율을 n, 입사광의 파장을 λ라고 하면, 위상판 패턴(19)이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차는 상술한 수학식 3에 의해 주어진다.
예를 들어, h = 3.39〔㎛〕, n = 1.46일 때, λ = 780〔㎚〕에 대해서는 φ = 4π (= 0)가 되며, λ = 650〔㎚〕에 대해서는 φ = 4.8π (= 0.8π)가 된다.
도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 간섭 필터 패턴(20)은 지름 2b의 영역 밖에만 형성되어 있다.
이 간섭 필터 패턴(20)은 파장 650〔㎚〕의 광을 전부 투과시키고, 파장 780〔㎚〕의 광을 전부 반사시킴과 함께, 지름 2b의 영역 내를 통과하는 광과 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 기능을 한다.
즉, 파장 선택 위상판(22)에 의해, 파장 650〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받아 전부 통과하고, 지름 2a와 지름 2b 사이의 영역에서는 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과한다. 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과하고, 지름 2b의 영역 밖에서는 전부 반사된다.
따라서, 대물 렌즈(23)의 초점 길이를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 a/f 및 b/f로 주어진다.
예를 들어, f = 3〔㎜〕, a = 1.8〔㎜〕, b = 1.35〔㎜〕라고 하면, a/f = 0.6, b/f = 0.45가 된다.
또, 대물 렌즈(23)의 내주부와 외주부의 경계의 지름은 2b이다.
즉, 대물 렌즈(23)는 지름 2b의 영역 내에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며, 지름 2a와 지름 2b 사이의 영역에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 갖는다.
도 11은 도 3에 예시한 파장 선택 위상판(14)과 동일한 파장 선택 위상판(22)을 이용한 경우의 파면 수차의 특성을 예시한 도면이다. 도 24 (종래 예)의 경우와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차를 나타내며 세로축은 개구수를 나타낸다.
파장 650〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(23)의 개구수를 0.6으로 설정하고, 위상판 패턴(19)의 위치를 도 5에 도시한 표와 동일하게 설정한다. 또한, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다.
이 때의 최적의 화상 표면은 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 12.0〔㎚〕만큼 대물 렌즈(23)에 근접한 위치에 있고, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.091λ이다.
따라서, 대물 렌즈(23)를 외주부의 화상 표면이 무수차시의 내주부의 화상 표면의 위치에 대해 12.0〔㎛〕만큼 대물 렌즈(23)에 근접한 위치에 있도록 설계해 두면, 파장 780〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(23)에 의해 디스크(17) 상에 무수차로 집광되는 반면, 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(23)에 의해 디스크(16) 상에, 기판 두께의 차이에 따르는 구면 수차가 0.226λ로부터 0.091λ로 저감되어 집광된다.
도 24의 (b)에서는 도 24의 (a)에 비해 고리형 기판(165)이 있는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트하고 있다.
마찬가지로, 도 11에서는 도 10에 비해 위상판 패턴(19)이 있는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트하고 있다.
이것은, 수학식 3에 의해 주어지는 위상차 φ가 종래 예의 고리형 기판(165)에서는 포지티브이며, 위상판 패턴(19)에서도 실효적으로 포지티브이기 때문이다.
도 3에 예시한 파장 선택 위상판(22)에서는, 위상판 패턴(19)이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차는 λ = 780〔㎚〕에 대해 4π이지만, 이것은 4π로 한하지 않고 2π의 정수배이면 된다.
또한, 도 6에 예시하는 파장 선택 위상판(24)은 도 9에 예시한 바와 같은 제2 실시예에서 사용된 파장 선택 위상판(24)을 이용해도 좋다. 이 경우, 동심원 형태의 위상판 패턴(21) 및 간섭 필터 패턴(20)이 유리 기판(18) 상에 형성되는 방식으로 구성된다.
그리고, 대물 렌즈(23)의 유효 지름이 2a이면, 위상판 패턴(21)은 이보다 작은 지름 2b의 영역내에만 형성된다.
여기서, 위상판 패턴(21)의 단면은 4 레벨의 계단형이다. 만일, 인접하는 두 단의 높이의 차를 h, 굴절율을 n, 입사광의 파장을 λ라고 하면, 위상판 패턴(21)의 인접하는 두 단의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 수학식 3에 의해 주어진다.
예를 들어, h = 1.70〔㎛〕이고 n = 1.46일 때, λ = 780〔㎚〕에 대해서는 φ = 2π (= 0)가 되고, λ = 650〔㎚〕에 대해서는 φ = 2.4π (= 0.4π)가 된다.
여기서, 간섭 필터 패턴(20)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 지름 2b의 영역 밖에만 형성되어 있다.
이 간섭 필터 패턴(20)은, 도 6에 경우와 마찬가지로, 파장 650〔㎚〕의 광을 전부 투과시키고, 파장 780〔㎚〕의 광을 전부 반사시킴과 함께, 지름 2b의 영역 내를 통과하는 광과 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 기능을 한다.
즉, 파장 선택 위상판(22)에 의해, 파장 650〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받아 전부 통과하고, 지름 2a와 지름 2b 사이의 영역에서는 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과한다. 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 지름 2b의 영역 내에서는 위상 분포의 변화를 받지 않고 전부 통과하고, 지름 2b의 영역 밖에서는 전부 반사된다.
따라서, 대물 렌즈(23)의 초점 길이를 f라고 하면, 파장 650〔㎚〕및 780〔㎚〕의 광에 대한 실효적인 개구수는 각각 a/f 및 b/f로 주어진다.
예를 들어, f = 3〔㎜〕, a = 1.8〔㎜〕, b = 1.35〔㎜〕라고 하면, a/f = 0.6, b/f = 0.45가 된다.
대물 렌즈(23)의 내주부와 외주부간의 경계의 지름은 2b이다.
즉, 대물 렌즈(23)는 지름 2b의 영역 내에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 780〔㎚〕의 광이 두께 1.2〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며, 지름 2a와 지름 2b간의 영역에서는 대물 렌즈로부터 방출된 파장 650〔㎚〕의 광이 두께 0.6〔㎜〕의 기판을 통과할 때에 생기는 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 갖는다.
도 12는 도 6에 도시한 파장 선택 위상판(22)을 이용한 경우의 파면 수차의 특성을 예시한 도면이다. 도 24 (종래 예)의 경우와 마찬가지로, 가로축은 파면 수차를 나타내며, 세로축은 개구수를 나타낸다.
파장 650〔㎚〕의 광에 대한 대물 렌즈(23)의 개구수를 0.6으로 설정하고, 위상판 패턴(21)의 위치를 도 8과 같이 설정한다. 또한, 파면 수차의 표준 편차가 최소가 되도록 포커스 제어를 행한다.
이 때의 최적의 화상 표면은 무수차시의 화상 표면의 위치에 대해 14.1〔㎛〕만큼 대물 렌즈(23)에 근접한 위치에 있으며, 그 위치에서의 파면 수차의 표준 편차는 0.051λ이다.
따라서, 이 경우, 대물 렌즈(23)를 외주부의 화상 표면이 무수차시의 내주부의 화상 표면의 위치에 대해 14.1〔㎛〕만큼 대물 렌즈(23)에 근접한 위치에 있도록 설계해 두면, 파장 780〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(23)에 의해 디스크(17) 상에 무수차로 집광되는 반면, 파장 650〔㎚〕의 광은 대물 렌즈(23)에 의해 디스크(16) 상에, 기판 두께의 차이에 따르는 구면 수차가 0.226λ로부터 0.051λ로 저감되어 집광된다.
종래 예와 관련하여, 도 24의 (b)는 도 24의 (a)에 비해 고리형 기판(165)이 있는 부분의 파면 수차가 포지티브 방향으로 시프트한다. 마찬가지로, 본 실시예를 예시한 도 12에서는 도 10에 비해 위상판 패턴(21)의 네 단의 가장 낮은 쪽으로 파면 수차가 포지티브 방향으로 크게 시프트한다.
이것은, 수학식 3에 의해 주어지는 위상차 φ가 종래 예 (도 24참조)에서의 고리형 기판(165)에서 포지티브이며, 위상판 패턴(21)에서도 실효적으로 포지티브이기 때문이다.
또한, 도 6에 예시한 바와 동일한 파장 선택 위상판(24)을 파장 선택 위상판(22)용으로 대체하면, 위상판 패턴(21)의 인접하는 두 단의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 λ = 780〔㎚〕에 대해 2π이지만, 이것은 2π에 한하지 않고 2π의 정수배이면 된다.
또한, 도 6에 도시한 바와 동일한 파장 선택 위상판(24)을 파장 선택 위상판(22)용으로 대체하면, 위상판 패턴(21)의 단면은 4 레벨이지만, 이것은 3 레벨 이상이면 어떠한 레벨이라도 좋다.
또한, 도 1 및 도 9에 도시한 실시예에서는, 파장 선택 위상판(14, 22)은 대물 렌즈(15, 23)와 함께 액츄에이터에 의해 포커싱 방향 및 트래킹 방향으로 일체 구동되도록 되어 있다.
대물 렌즈(15, 23)만이 액츄에이터에 의해 트래킹 방향으로 구동되는 경우, 파장 선택 위상판(14, 22)의 동심원 형태의 위상판 패턴의 중심과 대물 렌즈(15, 23)의 중심이 틀어지기 때문에, 파장 선택 위상판(14, 22)에서 위상 분포의 변화를 받은 광에 수차가 발생한다.
또한, 이 경우 파장 선택 위상판(14, 22)을 대물 렌즈(15, 23)와 함께 액츄에이터에 의해 트래킹 방향으로 일체로 구동시키면, 이러한 수차가 발생하지 않는다. 또한, 도 1 및 도 9에 예시한 실시예에서는, 파장 선택 위상판(14, 22)의 법선을 대물 렌즈(15, 23)의 광축에 대해 약간 기울어질 수 있다.
파장 선택 위상판(14, 22)의 법선이 광축에 대해 평행한 경우, 파장 선택 위상판(14, 22)에 의해 반사된 미광(stray light)이 광학계(11, 12) 내의 광 검출기로 입사한다. 그러나, 파장 선택 위상판(14, 22)의 법선을 광축에 대해 약간 기울이면, 이러한 미광은 광 검출기에 입사되지 않는다.
도 1 및 도 9에 예시한 실시예에서는, 파장 650〔㎚〕의 광은 통과시키는 반면, 파장 780〔㎚〕의 광은 반사시키는 간섭 필터(13)를 이용하고 있다.
반대로, 파장 650〔㎚〕의 광은 반사시키는 반면 파장 780〔㎚〕의 광은 통과시키는 간섭 필터를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 제1 광학계(11)와 제2 광학계(12)의 위치가 반전된다.
도 1 및 도 9에 예시한 실시예에서는, 파장 650〔㎚〕의 광 및 파장 780〔㎚〕의 광 모두 파장 선택 위상판(14, 22)을 실효적인 개구수 내에서 전부 통과하기 때문에, 디스크(16) 및 디스크(17)의 재생시 양호한 S/N을 얻을 수 있고, 기록시 충분한 광출력을 얻을 수 있다.
또한, 파장 650〔㎚〕의 광 또는 파장 780〔㎚〕의 광이 대물 렌즈(15, 23)에 평행광의 형태로 입사하고, 대물 렌즈(15, 23)가 이동하는 경우에도, 수차가 발생하지 않는다. 그 결과, 디스크(16) 및 디스크(17)의 재생시 양호한 S/N을 얻을 수 있고, 기록시 충분한 피크 강도를 얻을 수 있다.
또한, 파장 780〔㎚〕의 광에 의해, 디스크(16B)가 추기형 컴팩트 디스크인 경우에도 재생이 가능하다.
〔파장 선택 위상판의 제조 방법(1)〕
다음에, 본 발명의 주요부를 이루는 파장 선택 위상판(14, 24)의 제조 방법에 대해 상술한다.
도 13은 상술한 제1 및 제2 실시예에 설치되는 파장 선택 위상판(14, 24)의 제조 방법을 예시한다.
도 13에서, 위상판 패턴은 우선 유리 기판(18) 상에 산화 규소(SiO2) 또는 그와 유사한 화합물의 유전체막을 피착함으로써 형성된다.
먼저, 파장 선택 위상판(14) (도 3참조)에 도시한 바와 같은 단면이 2 레벨 (기판 포함)의 직사각형인 위상판 패턴(19)을 형성하는 경우에 대해 설명한다.
도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 포토마스크를 이용하여 영역(19E, 19F)에 높이 h 만큼 피착한다. 이에 따라, 유리 기판(18) 상에 위상판 패턴(19)이 형성된다.
파장 선택 위상판(24) (도 6참조)에 도시한 바와 같이, 단면이 4 레벨 (기판 포함)의 계단형인 위상판 패턴(21)을 형성하는 경우에는, 도 13의 (a)와 같이, 제1 포토마스크를 이용하여 영역(19E, 19F)에 높이 2h 만큼 피착한다. 이어서, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이 제2 포토마스크를 이용하여 영역(21E)에 높이 h 만큼 피착한다. 이에 따라, 유리 기판(18) 상에 위상판 패턴(21)이 형성된다.
또한, 도 13의 (c)에 예시한 바와 같이, 포토마스크를 이용하여 도 13의 (a) 또는 (b)에 도시한 것에 부가하여 유리 기판(18) 상에 다층 유전체막을 피착함으로써, 간섭 필터 패턴(20)을 형성한다. 이에 따라, 파장 선택 위상판(14 또는 24)이 완성된다.
〔파장 선택 위상판의 제조 방법(2)〕
도 14는 상술한 제1 및 제2 실시예에 이용하는 파장 선택 위상판(14, 24)의 다른 제조 방법을 예시한다.
도 14에서는, 유리 기판(18)을 에칭함으로써 위상판 패턴(19)이 형성된다.
먼저, 위상판 패턴(29)의 형성에 대해 설명한다. 이것은 위상판 패턴(19) (도 3 참조)과 동일하며, 2 레벨 (기판 포함)의 직사각형 단면을 갖는다. 우선, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 포토마스크를 이용하여 영역(29A) (고리형 부분)에 깊이 h의 에칭을 행한다. 이러한 방식으로, 유리 기판(28) 상에 위상판 패턴(29)이 형성되며, 이것은 위상판(14) (도 3참조)과 동일하다.
또한, 파장 선택 위상판(24) (도 6참조)에서와 마찬가지로, 단면이 4 레벨 (기판 포함)의 계단형인 위상판 패턴(31)을 형성하는 경우, 도 14의 (a)에서와 마찬가지로, 제1 포토마스크를 이용하여 영역(29a)에 깊이 2h의 에칭을 행한다. 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 포토마스크를 이용하여 영역(31A)에 높이 h의 에칭을 행한다. 이러한 방식으로, 유리 기판(28) 상에 위상판 패턴(31)이 형성된다.
또한, 도 4의 (c)에 예시된 바와 같이, 포토 마스크를 이용하여 유리 기판(28) 상에 다층 유전체막을 피착시킴으로써 간섭 필터 패턴(20)을 형성한다. 이러한 방식으로, 파장 선택 위상판(14A 또는 24A)이 완성된다.
〔파장 선택 위상판의 간섭 필터 패턴 등에 대하여〕
간섭 필터 패턴(20)을 구성하는 다층 유전체막은, 제1층에 저굴절율층을 가지며, 제2층 이후에 고굴절율층과 저굴절율층을 교대로 적층한 홀수층을 포함하는 방식으로 구성된다.
이 경우, 제2층 이후의 각 층의 굴절율을 n1, n2라고 하고 두께를 d1, d2라고 하면, 파장 650〔㎚〕의 광을 모두 통과시키는 반면 파장λ = 780〔㎚〕의 광을 모두 반사시키는 간섭 필터 패턴은 n1·d1= n2·d2= λ/4를 만족하면 된다.
고굴절율층으로서 산화 티탄(TiO2)을 사용하고 저굴절율층으로서 산화 규소(SiO2)를 이용하면, n1및 n2는 각각 2.30 및 1.46이기 때문에, d1= 85〔㎚〕, d2= 134〔㎚〕가 된다.
여기서, 제1층의 두께는, 간섭 필터 패턴(20)이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차가 2π의 정수배가 되도록 설정된다.
도 13 및 도 14에 예시한 방법들에서는, 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴은 동일한 유리 기판의 동일 표면 상에 형성된다. 이에 반해, 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴을 동일한 유리 기판의 서로 다른 표면 상에 형성하는 것도 가능하다.
또한, 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴을 서로 다른 유리 기판 상에 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴이 형성되지 않은 표면들은 접착제에 의해 서로 부착될 수 있다. 또한, 이들 유리 기판의 한쪽 면 또는 양면에 반사 방지막을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 도 13 및 도 14에 예시한 방법들에서, 위상판 패턴 및 간섭 필터 패턴을 피착 또는 에칭에 의해 유리 기판 상에 형성한다. 이에 반해, 위상판 패턴을 성형에 의해 유리 또는 플라스틱에 형성하는 것도 가능하다. 위상판 패턴 또는 간섭 필터 패턴을 대물 렌즈의 표면 상에 형성하는 것도 가능하다.
〔광학계에 대하여〕
도 15는 상술한 제1 및 제2 실시예에 이용하는 반도체 레이저(11A)와 광 검출기(11B)를 포함하는 광학계(11, 12)의 구체예를 예시한다.
도 15에 예시한 광학계는 판독 전용 디스크에 대해 적합하다. 제1 광학계(11)로서 그대로 이용하면, 기판 두께 0.6〔㎜〕의 디지털 비디오 디스크를 재생할 수 있다. 마찬가지로, 제2 광학계(12)로서 그대로 이용하면, 기판 두께 1.2〔㎜〕의 컴팩트 디스크를 재생할 수 있다.
이하, 이를 보다 상세히 설명한다.
광학계(11)(또는 12)가 구비하고 있는 반도체 레이저(11A)로부터 방출된 광은 회절 격자(30)에 의해 투과광과 ±1차 회절광으로 나누어진다. 이들은 각각 콜리메이터 렌즈(29)에 의해 평행광으로 된 후, 빔 분할기(32)를 약 50% 통과하여 디스크를 향한다. 디스크에서 반사된 각각의 광은 빔 분할기(32)에 의해 약 50%가 반사되고, 렌즈(33) 및 원통 렌즈(34)를 통과하여 광 검출기(11B)에 의해 수광된다. 여기서, 회절 격자(30)는 반드시 필요하지는 않다. 도 16은 광 검출기(11B)의 구체예이다. 도 15에서, 회절 격자(30)로부터의 투과광은, 4 분할된 수광부(36∼39) 상에 광 스폿(42)을 형성한다. 또한, 회절 격자(30)로부터의 ±1차 회절광은 각각 수광부(40, 41) 상에 광 스폿(43, 44)을 형성한다.
수광부(36∼41)로부터의 출력을 각각 V36∼V41〔V〕로 나타내면, 포커스 오차 신호는 비점 수차법에 따라 (V36+ V39) - (V37+ V38)로 연산된다.
트랙 오차 신호는 디지털 비디오 디스크(DVD)에 대해서는 위상차 검출법을 사용하여 V36+ V39, V37+ V38을 위상 비교함으로써 얻을 수 있다. 또한, 컴팩트 디스크(CD)에 대해서는 3빔법을 사용하여 V40- V41의 연산에 의해 얻을 수 있다.
또한, 디스크의 판독 신호는 V36+ V37+ V38+ V39를 연산함으로써 얻을 수 있다
〔광학계의 다른 예〕
도 17은 광학계(11)(또는 12)의 다른 구성을 예시한다.
도 17에 예시한 광학계는 추기형 및 재기록형 디스크에 대해 적합하다. 제1 광학계(11)는 기판 두께 0.6〔㎜〕의 추기형 및 재기록형 디지털 비디오 디스크를 기록 및 재생하는데 유효하게 사용될 수 있으며, 제2 광학계(12)는 기판 두께 1.2〔㎜〕의 추기형 및 재기록형 컴팩트 디스크를 기록 및 재생하는데 유효하게 사용될 수 있다.
반도체 레이저(11E)로부터 방출된 광은 회절 격자(46)에 의해 투과광과 ±1차 회절광으로 나누어진다. 이들은 각각 콜리메이터 렌즈(29)에 의해 평행광으로 된 후, 편광 빔 분할기(47)에 P 편광으로서 입사한다. 이들 광은 모두 통과하고, 1/4 파장판(48)에 의해 직선 편광으로부터 원 편광으로 변환되어 디스크를 향한다.
디스크에서 반사된 광은 1/4 파장판(48)에 의해 원 편광으로부터 직선 편광으로 변환되고, 편광 빔 분할기(47)에 S 편광의 형태로 입사한다. 이들 광은 모두 통과하고, 렌즈(33) 및 원통 렌즈(34)를 통과하여 광 검출기(11F)로 수광된다. 여기서, 회절 격자(46)는 반드시 필요하지는 않다. 도 18은 광 검출기(11F)의 구성을 예시한다. 회절 격자(46)로부터의 투과광은 광 검출기(11F) (도 18 참조)의 4 분할된 수광부(50∼53) 상에 광 스폿(58)을 형성한다. 또한, 회절 격자(46)로부터의 ±1차 회절광은 각각 2분할된 수광부(54, 55 및 56, 57) 상에 광 스폿(59, 60)을 형성한다.
수광부(50∼57)로부터의 출력을 각각 V50∼V57(V)로 나타내면, 포커스 오차 신호는 비점 수차법에 따라 (V50+ V53) - (V51+ V52)로 연산된다.
트랙 오차 신호는 재기록형 디지털 비디오 디스크 또는 컴팩트 디스크에 대하여 푸시풀(push-pull)법을 사용하여 (V50+ V52)- (V51+ V53)의 연산으로부터 얻을 수 있다.
추기형 디지털 비디오 디스크 또는 컴팩트 디스크에 대해서는 차동 푸시풀법을 사용하여 (V50+ V52) - (V51+ V53) - K〔(V54+ V56) - (V55+ V57)〕의 연산으로부터 얻을 수 있다. 여기서, K는 상수이다. 또한, 디스크 판독 신호는 V50+ V51+ V52+ V53의 연산으로부터 얻을 수 있다.
도 15 및 도 17에 예시한 광학계(11, 12)의 각 구성에서는, 반도체 레이저와 광 검출기는 별도의 패키지로 수납된다.
이에 반해, 소형화를 위해 반도체 레이저와 광 검출기를 동일한 패키지로 수납하는 것도 가능하다.
이 경우, 빔 분할기나 편광빔 분할기를 대신해서 홀로그램 광학 소자나 편광성 홀로그램 광학 소자를 이용해도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 파장이 다른 두 반도체 레이저 및 파장 선택 위상판을 구비하여, 소정의 파장 (예를 들면 650〔㎚〕)의 광을 이용하여 소정의 두께의 디스크 (예를 들면 DVD)에 대해 기록 및 재생을 행하면서, 다른 파장 (예를 들면 780〔㎚〕)의 광을 이용하여 다른 두께의 디스크 (예를 들면 CD)에 대해 기록 및 재생을 행하도록 구성된다. 파장 선택 위상판에 대해서는, 제1 광학계로부터 출력되는 소정의 파장의 광에 대해서는 위상 분포를 변화시키지 않고, 제2 광학계로부터 출력되는 다른 소정의 파장의 광에 대해서는 위상 분포를 변화시킴으로써, 기판 두께의 차이에 따르는 구면 수차를 보정하는 방법을 채용한다.
따라서, 본 발명에서는, 제1 및 제2 광학계로부터 각각 출력되는 파장의 광이 파장 선택 위상판을 전부 통과하게 되고, 이 때문에 종래의 광 헤드 장치에 비해 재생시 양호한 S/N을 얻을 수 있고, 기록시 충분한 광출력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 광학계로부터 각각 출력되는 파장의 광은 대물 렌즈에 평행광의 형태로 입사하도록 함으로써, 대물 렌즈가 이동하는 경우의 수차의 발생을 방지한다. 그 결과, 종래의 광 헤드 장치에 비해 재생시 양호한 지터를 얻을 수 있는 동시에 기록시 충분한 피크 강도를 얻을 수 있으므로, 종래에 없는 우수한 효과를 발휘하는 광 헤드 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 헤드 장치에서는, 제2 광학계로부터 출력되는 레이저 광의 파장을 예를 들어 780〔㎚〕로 설정함으로써, 종래의 광 헤드 장치에서는 불가능한 추기형 컴팩트 디스크의 재생도 가능해진다는 효과를 발휘한다.
본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않으면서 다른 형태로도 구현될 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 모두 예시적인 것일 뿐으로 제한성을 갖지 않으며, 본 발명의 범주는 상술한 설명에 의해서 보다는 첨부된 청구 범위에 의해 정해지므로, 첨구 범위에 상당하는 수단 및 범위 내에 속하는 모든 변형들이 본 발명에 포함된다.
명세서, 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 일본 특허 출원 제9-140129호 (1997년 5월 29일자 출원)에 개시된 모든 내용이 본 명세서 내에서 참조된다.

Claims (35)

  1. 광 기록 매체 상에 데이터를 기록 및 재생하는 광 헤드 장치에 있어서,
    (a) 소정의 파장에서 발진하는 제1 반도체 레이저 및 상기 파장의 레이저 광을 수광하는 제1 광 검출기를 갖는 제1 광학계,
    (b) 상기 제1 광학계의 반도체 레이저와 다른 소정의 파장에서 발진하는 제2 반도체 레이저 및 상기 파장의 레이저 광을 수광하는 제2 광 검출기를 갖는 제2 광학계,
    (c) 상기 제1 및 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광을 결합하여 소정의 두께를 갖는 소정의 광 기록 매체로 유도함과 동시에, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 광을 분할하여 상기 제1 또는 제2 광 검출기로 각각 유도하는 광 결합 및 분할 장치,
    (d) 상기 광 결합 및 분할 장치와 상기 소정의 광 기록 매체간에 설치된 대물 렌즈, 및
    (e) 상기 광 결합 및 분할 장치와 상기 대물 렌즈간에 설치되어, 상기 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터의 광의 하나의 파장에 대해서는 위상 분포를 거의 변화시키지 않고, 다른 파장에 대해서는 위상 분포를 변화시키는 특성을 갖는 파장 선택 위상판
    을 포함하는 광 헤드 장치.
  2. 제1항에 있어서, (a) 상기 대물 렌즈는, 상기 대물 렌즈로부터 방출된 광이 상기 제1 광학계에 대응하는 상기 소정의 두께의 기판을 통과할 때 상기 제1 광학계로부터 출력된 소정의 파장에 대해 발생된 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며,
    (b) 상기 파장 선택 위상판은, 상기 제1 반도체 레이저로부터 출력된 소정의 파장의 레이저 광에 대해서는 위상 분포를 거의 변화시키지 않고, 상기 제2 광학계로부터 출력된 소정의 파장의 레이저 광에 대해서는 위상 분포를 변화시키는 특성을 갖는 광 헤드 장치.
  3. 제1항에 있어서, (a) 상기 대물 렌즈는, 내주부에서는, 상기 대물 렌즈로부터 방출된 광이 상기 제2 광학계에 대응하는 상기 소정의 두께의 기판을 통과할 때 상기 제2 광학계로부터 출력된 소정의 파장에 대해 발생된 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 갖고, 외주부에서는, 상기 대물 렌즈로부터 방출된 광이 상기 제1 광학계에 대응하는 상기 소정의 두께의 기판을 통과할 때 상기 제1 광학계로부터 출력된 소정의 파장에 대해 발생된 구면 수차를 상쇄시키는 구면 수차를 가지며,
    (b) 상기 파장 선택 위상판은, 상기 제2 반도체 레이저로부터 출력된 소정의 파장의 레이저 광에 대해서는 위상 분포를 거의 변화시키지 않고, 상기 제1 반도체 레이저로부터 출력된 소정의 파장의 레이저 광에 대해서는 위상 분포를 변화시키는 특성을 갖는 광 헤드 장치.
  4. 제1항에 있어서, (a) 상기 제1 광학계로부터 출력된 소정의 파장을 650〔㎚〕의 부근에 설정하고,
    (b) 상기 제2 광학계로부터 출력된 소정의 파장을 780〔㎚〕의 부근에 설정하는 광 헤드 장치.
  5. 제1항에 있어서, (a) 상기 제1 광학계로부터 출력된 레이저 광은 두께가 약 0.6〔㎜〕인 광 기록 매체를 타겟으로 하며,
    (b) 상기 제2 광학계로부터 출력된 레이저 광은 두께가 약 1.2〔㎜〕인 광 기록 매체를 타겟으로 하는 광 헤드 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광은 평행광의 형태로 상기 대물 렌즈에 입사하는 광 헤드 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판은 동심원 형태의 위상판 패턴 및 간섭 패턴이 기판 상에 형성되는 구조인 광 헤드 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위상판 패턴은 상기 대물 렌즈의 유효 지름보다 작은 지름의 원형 영역내에만 형성되는 광 헤드 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 위상판 패턴의 단면은 2 레벨의 직사각형인 광 헤드 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 위상판 패턴의 단면은 3 레벨 이상의 계단형인 광 헤드 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 위상판 패턴이 있는 부분과 없는 부분을 통과하는 광의 위상차는 상기 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광의 파장에 대해 2π의 정수배인 광 헤드 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 위상판 패턴의 인접하는 두 단(step)의 높은 쪽과 낮은 쪽을 통과하는 광의 위상차는 상기 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출된 광의 파장에 대해 2π의 정수배인 광 헤드 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 간섭 필터 패턴은 상기 원형 영역밖에만 형성되는 광 헤드 장치.
  14. 제13항에 있어서, (a) 상기 간섭 필터 패턴은 상기 제1 광학계로부터 방출된 파장의 광을 전부 투과시킴과 동시에, 상기 제2 광학계로부터 방출된 파장의 광을 전부 반사시키는 특성을 가지며,
    (b) 상기 간섭 필터 패턴은 상기 제1 광학계로부터 방출되는 파장에 대해서는 상기 원형 영역 내를 통과하는 광과 상기 원형 영역 밖을 통과하는 광의 위상차를 2π의 정수배로 조정하는 광 헤드 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판은 액츄에이터에 의해 포커싱 방향 및 트래킹 방향으로 상기 대물 렌즈와 일체로 구동되는 광 헤드 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판의 법선은 상기 대물 렌즈의 광축에 대해 약간 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 광 헤드 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 광 결합 및 분할 수단은, 상기 제1 광학계로부터 방출된 파장의 광은 통과시키는 반면 상기 제2 광학계로부터 방출된 파장의 광은 반사시키는 특성을 갖는 간섭 필터인 광 헤드 장치.
  18. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴은 유리 기판 상에 유전체막을 피착함으로써 형성되는 광 헤드 장치.
  19. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴은 유리 기판을 에칭함으로써 형성되는 광 헤드 장치.
  20. 제7항에 있어서, 상기 간섭 필터 패턴은 유리 기판 상에 다층 유전체막을 피착함으로써 형성되는 광 헤드 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 다층 유전체막은, 제1층은 저굴절율층을 가지며 제2층 이후에는 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 홀수층을 포함하도록 구성되는 광 헤드 장치.
  22. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴은 동일한 유리 기판의 동일한 면 위에 형성되는 광 헤드 장치.
  23. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴은 동일한 유리 기판의 서로 다른 면 위에 형성되는 광 헤드 장치.
  24. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴은 서로 다른 유리 기판 위에 형성되는 광 헤드 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴 및 상기 간섭 필터 패턴이 형성되지 않은 상기 서로 다른 유리 기판의 두 면들은 접착제에 의해 서로 부착되는 광 헤드 장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 기판의 한 면 또는 양면에 반사 방지막이 형성되는 광 헤드 장치.
  27. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴은 유리 또는 플라스틱 성형에 의해 형성되는 광 헤드 장치.
  28. 제7항에 있어서, 상기 파장 선택 위상판 패턴 또는 상기 간섭 필터 패턴은 상기 대물 렌즈의 표면 위에 형성되는 광 헤드 장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학계 또는 상기 제2 광학계는 상기 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 각각 방출된 광을 평행하게 하는 콜리메이터 렌즈를 구비하는 광 헤드 장치.
  30. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 광학계는 광 분리 수단을 구비하며, 이에 의해 상기 제1 또는 제2 광학계에 내장된 상기 제1 또는 제2 반도체 레이저로부터 방출되어 상기 대응하는 기록 매체를 향하는 광이 상기 대응하는 기록 매체에 의해 반사되어 상기 제1 또는 제2 광 검출기를 향하는 광으로부터 분리되는 광 헤드 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 광 분리 수단은 빔 분할기인 광 헤드 장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 광 분리 수단은 편광빔 분할기이고, 상기 편광빔 분할기와 상기 대물 렌즈간에 1/4 파장판이 설치되는 광 헤드 장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저와 상기 제1 광 검출기, 또는 상기 제2 반도체 레이저와 상기 제2 광 검출기는 동일한 패키지에 수납되는 광 헤드 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 광 분리 수단은 홀로그램 광학 소자인 광 헤드 장치.
  35. 제33항에 있어서, (a) 상기 광 분리 수단은 편광성 홀로그램 광학 소자이고,
    (b) 상기 편광성 홀로그램 광학 소자와 상기 대물 렌즈간에 1/4 파장판이 설치되는 광 헤드 장치.
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