KR20000027038A - 계단형 회절격자구조를 갖는 평판렌즈를 채용하여 cd－rw에호환하는 dvd용 광기록/픽업헤드 - Google Patents

계단형 회절격자구조를 갖는 평판렌즈를 채용하여 cd－rw에호환하는 dvd용 광기록/픽업헤드 Download PDF

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Abstract

계단형회절격자구조를 갖는 평판렌즈를 사용하며 DVD 및 CD-RW에 호환하는 광기록/픽업헤드가 제공된다. 이 광기록/픽업헤드는, 상대적으로 짧은 파장의 제 1광을 출사하는 제1광원, 상대적으로 긴 파장의 제 2광을 출사하는 제2광원, 광검출기, 제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광들을 상기 광디스크들의 정보기록면에 집속하는 대물렌즈, 제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광을 대물렌즈로 진행케하며, 광디스크들의 정보기록면으로부터 반사된 제1광 및 제2광을 광검출기로 진행케하는 광경로변경수단 및 광경로변경수단으로부터 대물렌즈로 진행하는 제 1광 및 제 2광중 하나에 대해서는 실질적으로 전투과시키며, 다른 하나에 대해서는 자신으로 입사하는 광의 대부분을 대물렌즈의 광축 쪽으로 회절시키는 평판렌즈를 구비한다.

Description

계단형 회절격자구조를 갖는 평판렌즈를 채용하여 ＣＤ－ＲＷ에 호환하는 ＤＶＤ용 광기록/픽업헤드
본 발명은, 서로 다른 파장의 광에 의해 정보의 기록 및 재생이 이루어지는 적어도 2가지의 광디스크들을 위한 광기록/픽업헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, DVD 및 CD-RW에 정보를 기록 및 재생하기 위한 광기록/픽업헤드에 관한 것이다.
대용량의 정보를 저장하기 위한 기록매체로 광디스크가 이용되고 있다. 이들 광디스크중 널리 사용되는 디스크로는 CD (Compact Disk) 및 DVD (Digital Versatile Disk) 등이 있다. 이중 CD의 최근 형태는 CD-R(Recordable Compact Disk) 및 CD-RW (Read-Writable Compact Disk)이다. 알려진 바와 같이, DVD는 660nm의 레이져광에 의해, CD-RW는 790nm의 레이져광에 의해 정보의 기록 및 재생이 이루어진다. 그러므로, DVD 및 CD-RW에 호환하는 광기록/픽업헤드는 서로 다른 파장의 레이져광을 출사하는 2개의 광원을 구비하며, 이들 2개의 광 모두를 위한 광학계를 구비한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 DVD 및 CD-R에 호환하는 광기록/픽업헤드에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 DVD 및 CD-R에 호환하는 종래의 광기록/픽업헤드의 구성을 나타낸 도면이다. 이 광기록/픽업헤드는 DVD(8)에 대해 정보의 기록 및 재생을 하기 위한 660nm파장의 제1광을 출사하는 광원(1), CD-R(9)에 대해 정보의 기록 및 재생을 하기 위한 790nm 파장의 제2광을 출사하는 광원(11) 및 광원들(1, 11)에 의해 출사된 제1광 및 제2광을 DVD(8)의 정보기록면 및 CD-R(9)의 정보기록면에 각각 집속하는 대물렌즈(7)를 구비한다. 시준렌즈(2)는 광원(1)으로부터 출사되는 제1광을 평행광으로 시준하여 광분할기(3)로 전달한다. 광분할기(3)는 시준렌즈(2)로부터 입사하는 제1광을 간섭필터형프리즘(4)으로 반사하며, 간섭필터형프리즘(4)은 광분할기(3)로부터 입사하는 평행광인 제1광을 1/4파장판(5)으로 전달한다. 보다 상세하게는, 간섭필터형프리즘(4)은 파장에 따라 입사광을 전투과 또는 전반사하는 광학소자이며, 660nm의 파장을 갖는 제1광은 전투과시키고 수렴렌즈(4)로부터 입사하는 790nm파장의 광은 전반사시킨다. 박막형가변조리개(6)은 1/4파장판으로부터 입사하는 제1광을 대물렌즈(7)로 전달한다. 대물렌즈(7)는 평행하게 입사하는 660nm파장의 제1광을 두께가 0.6mm인 DVD(8)의 정보기록면에 집속한다. 그 결과, 대물렌즈(7)에 의해 DVD(8)의 정보기록면에 집속 및 반사되는 제1광은 집속된 위치에 기록되어 있는 정보를 담게 된다. DVD(8)의 정보기록면으로부터 반사된 제1광은 대물렌즈(7), 가변조리개(6) 및 1/4파장판(5)를 차례로 투과한 다음, 간섭필터형프리즘(4)으로 입사한다. 간섭필터형프리즘(4)은 1/4파장판(5)으로부터 입사하는 제1광을 광분할기(3)으로 전달하며, 광분할기(3)는 간섭필터형프리즘(4)으로부터 입사하는 제1광을 광검출기(10)으로 진행케 한다. 광검출기(10)는 광분할기(3)로부터 입사하는 제1광으로부터 정보를 검출한다.
광원(11)에 의해 출사된 790nm 파장의 제2광은 시준렌즈(12) 및 광분할기(13)을 통과한 다음, 수렴렌즈(14)로 입사한다. 수렴렌즈(14)는 광분할기(13)로부터 입사하는 제2광을 간섭필터형프리즘(4)에 수렴하는 형태로 입사시킨다. 간섭필터형프리즘(4)은 수렴렌즈로부터 입사된 제2광을 발산되게 1/4파장판(5)으로 전달한다. 1/4파장판(5)은 간섭필터형프리즘(4)으로부터 입사하는 제2광을 가변조리개(6)로 전달한다. 가변조리개(6)는 1/4파장판(5)으로부터 입사하는 790nm파장의 제2광의 일부만을 투과시키며, 투과한 제2광을 발산되게 대물렌즈(7)로 전달한다. 제2광을 발산되게 대물렌즈(7)로 입사시키는 것은 제2광을 구면수차의 발생없이 CD-R(9)의 정보기록면에 집속하기 위함이다.
도 2는 도 1의 광기록/픽업헤드에 사용된 박막형가변조리개(6)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 도시된 것과 같이, 박막형가변조리개(6)는 개구수(NA: Numerical Aperture) 0.6이하의 영역으로 입사하는 광들을 선택적으로 투과할 수 있는 구조를 갖는다. 영역 1은 개구수 0.45이하의 영역이며, 790nm 및 660nm 파장의 입사광을 전투과하는 영역이다. 영역 2는 유전체박막이 코팅된 영역이며, 개구수 0.45에서 개구수 0.6까지의 영역이다. 이 영역 2는 마이크로미터 오더의 두께를 갖는 박막을 다층으로 구성한 것이며, 660nm의 파장을 갖는 광은 전투과하고 790nm의 파장을 갖는 광은 전반사하는 영역이다. 영역 1은 유전체박막이 코팅된 영역 2에 의해 발생되는 광학수차를 제거하기 위해 석영(SiO2)박막으로 구성된다. 이러한 투과특성을 갖는 가변조리개(6)는, 660nm파장의 제1광에 대해서는 영역의 구분없이 전투과시키며, 790nm파장의 제2광에 대해서는 개구수 0.45이하의 영역 1로 입사하는 제2광은 전투과시켜 대물렌즈(7)로 전달하고, 개구수 0.45이상의 영역 2로 입사하는 제2광은 전반사한다. 이 것에 의해, 대물렌즈(7)로 입사하는 광에 대한 개구수가 파장에 따라 제한된다.
대물렌즈(7)는 박막형가변조리개(6)로부터 입사하는 제2광을 두께가 1.2mm인 CD-R(9)의 정보기록면에 집속시켜 CD-R(9)의 정보기록며에 광스폿을 형성한다. CD-R(9)의 정보기록면에 의해 반사된 제2광은 대물렌즈(7), 가변조리개(6) 및 1/4파장판(5)을 차례로 통과한 다음, 간섭필터형프리즘(4)으로 입사한다. 간섭필터형프리즘(4)은 1/4파장판(5)으로부터 입사하는 제2광을 수렴렌즈(14)로 반사하며, 수렴렌즈(14)는 이 제2광을 광분할기(13)로 입사시킨다. 광분할기(13)는 수렴렌즈(14)로부터 입사하는 제2광을 광검출기(15)로 진행켄 한다. 광검출기(15)는 광분할기(13)로부터 제2광을 수신하며, 수신된 제2광으로부터 정보를 검출한다. 따라서, 도 1의 광기록/픽업헤드는 DVD(8) 및 CD-R(9), 둘 다에 대해 기록 및 재생이 가능하다.
그러나, 도 1의 광기록/픽업헤드는, 대물렌즈(7)로 입사하는 광에 대한 개구수를 입사광의 파장에 따라 선택적으로 제한하기 위해 별도의 가변조리개(6)를 구비해야 한다. 이 가변조리개(6)는 구면수차의 발생을 억제하기 위해, 영역 1에는 영역 1을 투과한 광과 영역 2를 투과한 광들이 서로 동일한 위상차를 갖도록 석영박막이 코팅되며, 영역 2에는 마이크로미터오더의 두께를 갖는 유전체박막이 다층으로 구성되야 하므로 제조공적이 복잡하며 생산단가가 많이 든다. 뿐만 아니라, 박막형가변조리개(6)는 개구수 0.45이상으로 입사하는 CD-R용 제 2광을 전반사하기 때문에 기록을 위해 약 0.5이상의 큰 개구수 및 높은 광효율을 요구하는 CD-RW용 광기록/픽업헤드의 광학계에 적용하기에는 적합하지 않다.
상술한 문점점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자신으로 입사하는 광을 그 파장에 따라 전투과 또는 대물렌즈의 광축쪽으로 회절시키는 평판렌즈를 구비하는 DVD 및 CD-R용 광기록/픽업헤드를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 다른 파장의 광에 의해 정보의 기록 및 재생이 이루어지는 복수의 광디스크들을 위한 광기록/픽업헤드는 상대적으로 짧은 파장을 갖는 제1광을 출사하는 제1광원; 상대적으로 긴 파장을 갖는 제2광을 출사하는 제2광원; 광검출수단; 상기 제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광들을 상기 광디스크들의 정보기록면에 집속하는 대물렌즈; 제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광을 대물렌즈로 진행케하며, 상기 복수의 광디스크의 정보기록면으로부터 반사된 제1광 및 제2광을 각각 상기 광검출수단으로 진행케하는 광경로변경수단; 상기 광경로변경수단으로부터 대물렌즈로 진행하는 제 1광을 실질적으로 전투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 대물렌즈로 진행하는 제 2광을 대물렌즈의 광축 쪽으로 회절시키는 평판렌즈를 구비하는 광기록/픽업헤드이다.
도 1은 DVD 및 CD-R에 기록 및 재생이 가능한 종래의 광기록/픽업헤드의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 박막형가변조리개의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 DVD 및 CD-RW에 기록 및 재생이 가능한 광기록/픽업헤드의 개략적인 구성을 나타낸 도면,
도 4는 계단형평판렌즈의 구조를 나타낸 도면,
도 5는 계단형평판렌즈의 회절격자구조를 나타낸 도면,
도 6은 회절격자깊이에 따라 변화하는 계단형평판렌즈의 회절효율특성을 나타낸 도면,
도 7은 계단형평판렌즈에 있어서 회절격자 각각의 깊이와 회절효율과의 관계를 설명하기 위한 도면,
도 8은 계단형평판렌즈와 일체화된 대물렌즈의 구성을 나타낸 도면,
도 9는 계단형평판렌즈와 일체화된 대물렌즈의 회절격자구조를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 DVD 및 CD-RW에 기록 및 재생이 가능한 광기록/픽업헤드의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 박막형가변조리개
8 : DVD
90 : CD-RW
35 : 평판렌즈
36 : 대물렌즈
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 DVD 및 CD-RW에 호환하는 광기록/픽업헤드의 구성을 나타낸다.
도 3의 광기록/픽업헤드는 660nm파장을 갖는 제 1광을 출사하는 제 1광원(31), 790nm 파장을 갖는 제 2광을 출사하는 제 2광원(41), 광디스크들(8, 90)에서 반사된 제 1광 및 제 2광으로부터 정보를 검출하는 하나의 광검출기(39), 제 1광 및 제 2광을 대응하는 광디스크들(8 또는 90)의 정보기록면에 집속하는 대물렌즈(36), 제 1광원(31) 및 제 2광원(41)으로부터 출사된 제 1광을 대물렌즈(36)로 전달하며 반사된 제 1광 및 제 2광을 광검출기(39)로 전달하기 위한 광학소자들(32, 33, 34, 38) 및 계단형평판렌즈(35)를 구비한다.
제 1광원(31)은 DVD(8)에 대해 정보를 기록 및 재생하기 위해 660nm파장을 갖는 제 1광을 출사한다. 반사평판(32)은 제 1광원(31)으로부터 입사하는 제 1광을 광분할기(33)로 전달한다. 광분할기(33)는 반사평판(32)으로부터 입사하는 제 1광의 대부분을 투과시켜 제 1시준렌즈(34)로 전달하며, 반사평판(32)으로부터 입사하는 제 1광의 나머지 일부를 반사시켜 광량검출기(37)로 전달한다. 광량검출기(37)는 반사평판(32)으로부터 입사하는 제 1광의 광량을 검출한다. 시준렌즈(34)는 광분할기(33)로부터 입사하는 제 1광을 평행광으로 시준시켜 계단형평판렌즈(35)로 전달한다. 계단형평판렌즈(35)는 시준렌즈(34)로부터 입사되는 평행광인 제 1광을 왜곡이나 회절없이 실질적으로 전투과시켜 대물렌즈(36)로 전달한다. 대물렌즈(36)는 계단형평판렌즈(35)로부터 입사하는 제 1광을 두께가 0.6mm인 DVD(8)의 정보기록면 상에 스폿사이즈 약 0.9μm의 광스폿을 형성하기 위해 기설정된 초점거리를 갖는 것으로, 입사하는 제 1광을 DVD(8)의 정보기록면에 집속한다. 그 결과, 제 1광은 DVD(8)의 정보기록면 상의 집속된 위치에 기록되어 있는 정보를 담게 된다. DVD(8)에서 반사된 광은 대물렌즈(36), 계단형평판렌즈(35) 및 시준렌즈(34)를 차례로 투과한 후, 광분할기(33)로 전달된다. 광분할기(33)는 제 1광을 수광렌즈(38)로 전달한다. 수광렌즈(38)는 광분할기(33)로부터 입사하는 제 1광이 광검출기(39)에서 수렴하는 형태로 수광되도록 광검출기(39)로 전달한다. 광검출기(39)는 수광렌즈(38)로부터의 광으로부터 정보를 검출한다.
제 2광원(41)은 CD-RW에 대해 정보를 기록 및 재생하기 위해 790nm의 파장을 갖는 제 2광을 광분할기(33)로 출사한다. 광분할기(33)는 제 2광원(41)으로부터 입사하는 780nm 파장의 광을 반사하는 광학적특성을 갖는 것으로, 제 2광원(41)으로부터 입사하는 제 2광의 대부분을 시준렌즈(34)로 전달하며, 나머지 일부를 광량검출기(37)로 전달한다. 광량검출기(37)는 광분할기(33)로부터 입사하는 제 2광의 광량을 검출한다. 시준렌즈(34)는 광분할기(33)로부터 입사하는 제 2광을 평행광으로 시준하여 계단형평판렌즈(35)로 전달한다. 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여, 계단형평판렌즈(35)에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 계단형평판렌즈(35)의 구조를 나타낸 도면이다. 계단형평판렌즈(35)는 제 1내지 제 3영역을 구비한다. 제1영역은 개구수 0.3이하의 영역이고 제 2영역은 개구수 0.3 내지 0.5의 영역이며, 제 3영역은 개구수 0.6이하의 영역이다. 제 2영역은 지름방향으로 계단형의 구조를 갖는 회절격자들을 구비한다. 제 1영역은 660nm 및 790nm의 광 둘 다에 대해 0차회절효율이 약 100%인 광학적특성을 갖는 영역이다. 0차회절효율이란, 입사할 때의 진행방향을 그대로 유지하면서 투과된 광의 광량을 입사시의 광량에 대해 백분율로 나타낸 값이라고 정의한다. 제 2영역은 660nm의 광에 대해서는 0차회절효율이 약 100%이며, 790nm의 광에 대해서는 0차회절효율이 약 0%이며 1차회절효율이 약 70%이상인 광학적 특성을 갖는 영역이다. 1차회절효율이란, 1차회절된 광의 광량을 입사시의 광량에 대한 백분율로 나타낸 값이라고 정의한다. 도시된 바와 같이, 도 3의 광기록/픽업헤드에 있어서, 계단형평판렌즈(35)는 시준렌즈(34)로부터 제 1영역으로 입사하는 660nm 파장의 제 1광 및 790nm 파장의 제 2광에 대해서는 회절시키지 않고 그대로 전투과시켜 대물렌즈(36)로 전달한다. 그리고, 시준렌즈(34)로부터 제 2영역으로 입사하는 660nm 파장의 제 1광에 대해서는 회절시키지 않고 그대로 전투과시키며, 시준렌즈(34)로부터 제 2영역으로 입사하는 790nm 파장의 광에 대해서는 입사시 광량의 약 70%를 1차회절각 만큼 회절시켜 대물렌즈(36)로 전달한다.
도 5는, 계단형평판렌즈(35)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 5의 윗쪽 도표는 계단형평판렌즈(35)의 수광면 상에 형성되는 격자의 구조를 수광면의 반지름에 대해 나타낸 것이다. 이 도표에 있어서, 가로축은 계딘형평판렌즈(35)의 광학적인 중심으로부터의 지름방향거리를 나타낸 것이며, 세로축은 가로축에 표시된 지름방향에 직교하는 방향의 지름방향거리를 나타낸 것이다. 가로축 및 세로축의 단위는 μm이다. 도시된 바와 같이, 계단형평판렌즈(35)는 그 수광면상에 환형으로 길게된 격자들을 구비한다. 도 5의 아랫쪽 그림은 계단형평판렌즈(35)의 격자구조를 수광면에 대해 직교하는 측면에서 나타낸 도면이다. 이 그림에서 좌측에 표시된 세로축은 계단형평판렌즈(35)의 광축을 표시한다. 이 그림에서 점선부분의 윗쪽에 표시된 6.4μm는 식각된 격자의 최대깊이를 표시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 3의 계단형평판렌즈(35)는 수광면의 광학적중심으로부터 멀어질수록 낮게되는 깊이를 갖는 계단형 격자들을 구비하며, 계단형격자들은 주기적으로 반복된다. 예를 들면, 도 5 아랫쪽 그림에서는 지름방향거리 1000μm 내지 1500μm와 1500μm 내지 1700μm에서 계단형격자들이 2번에 걸쳐 반복된다. 이 격자들은 시준렌즈(34)를 바라보도록 설치된다. 도면에서 보여지는 바와 같이, 각 회절격자의 폭은 수광면의 광학적중심으로부터 멀어질수록 좁아진다. 이 것에 의해 제 2광원의 사용시 발생하는 구면수차가 제거된다.
도 6은 회절격자깊이에 따라 변화하는 계단형평판렌즈(35)의 회절효율특성을 나타낸 도표이다. 이 도표에서 가로축은 회절격자의 깊이를 nm 단위로 표시한 것이며, 세로축은 회절효율을 나타낸 것이다. 도표에 있어서, 점선으로 표시된 곡선은 격자깊이에 따라 변화하는 660nm의 광에 대한 0차회절효율값을 나타내며, 속이 빈 동그라미가 연결된 곡선은 790nm의 광에 대한 1차회절효율값을 나타낸다. 박스 안의 문자들은 각각 방향이 고려된 회절차수 및 입사광의 파장을 표시한다. 회절차수의 표시에 있어서, "-"는 대물렌즈(36)의 광축 쪽으로 회절되는 것을 표시하며, 그렇지 않은 것은 대물렌즈(36)의 광축으로부터 멀어지는 쪽으로 회절되는 것을 표시한다. 도시된 바와 같이, 계단형평판렌즈(35)의 깊이가 6400nm 즉 6.4μm일 때, 660nm의 제 1광에 대한 계단형평판렌즈(35)의 0차회절효율은 1이며, 790nm의 제 2광에 대한 계단형평판렌즈(35)의 -1차회절효율은 0.75이다. 그러므로, 도 3의 광픽업에 있어서, 660nm광에 대해서는 0차회절효율이 100%에 가깝도록 하고 790nm 파장의 광에 대해서는 0차회절효율이 발생하지 않도록 하면서도, CD-RW(90)를 기록 및 재생하는데 사용되는 790nm 파장의 제 2광의 광효율을 최대한 높이기 위해서는, 계단형평판렌즈(35)의 가장 깊게된 회절격자의 깊이를, 바람직하게는, 약 6.4μm가 되도록 구성한다.
도 7은 계단형평판렌즈(35)에 있어서 회절격자 각각의 깊이와 회절효율과의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 이 도면에서, 세로축은 계단형평판렌즈(35)의 광축을 표시하며, 가로축은 수광면 상에서 지름방향거리를 표시한다. 가로축에 있어서, T는 계단형회절격자구조의 하나의 길이를 표시한다. 그리고, α,β,γ 각각은 0이상 1미만의 크기를 갖는 계수이며, 이들 간에는 α<β<γ의 관계가 성립된다. 아울러, 도면에서 n은 계단형평판렌즈(35)의 굴절율이며, n0는 공기중에서의 굴절율이며, 통상 1의 값을 갖는다. 계단형평판렌즈(35)는, χ를 지름방향좌표상의 임의의 좌표라 할 때, 계단형평판렌즈(35)는 지름방향좌표상의 각 구간에서 다음의 수학식 1을 만족하는 투과효율계수 Tm을 갖는다.
여기서, T는 한주기에 대응하는 계단형회절격자구조의 폭, m은 회절차수, π는 원주율, i는 단위허수, 그리고 T(x)는 x에서의 투과효율계수이다. 투과효율계수의 복소수제곱에 의해 결정된다.
보다 상세하게 설명하면, 구간 αT < χ < βT에 위치하는 계단형평판렌즈(35)의 1번째 회절격자는, 다음의 수학식 2를 만족하는 투과효율계수 T(χ)를 가지며,
여기서, n은 평판렌즈의 굴절율, n0는 공기중의 굴절율, d는 회절격자의 최대깊이, 그리고, λ는 입사광의 파장이다. 투과효율계수의 복소수제곱에 의해 결정된다.
구간 βT < χ < γT 에 위치하는 계단형평판렌즈(35)의 2번째 회절격자는, 다음의 수학식 3을 만족하는 투과효율계수 T(χ)를 가지며,
구간 γT < χ < T 에 위치하는 계단형평판렌즈(35)의 3번째 회절격자는, 다음의 수학식 4를 만족하는 투과효율계수 T(χ)를 갖는다.
그리고, 구간 0 < χ < αT 에 위치하는 0번째 회절격자의 투과효율계수 T(χ) = 1.0이다.
또한, 계단형평판렌즈(35)는 회절격자구조의 한주기 내에서 다음의 수학식 5를 만족하는 갯수의 회절격자를 구비한다.
N ≒ λ1/(λ2-λ1)
여기서, N은 정수로 표현되며, 하나의 계단형회절격자구조가 갖는 회절격자의 갯수, λ1은 상기 제1광의 파장, 그리고, λ2는 상기 제2광의 파장이다.
또한, 계단형평판렌즈(35)의 회절격자 각각의 단차는 모두 동일하며, 이들 단차는 790nm의 파장을 갖는 제 2광에 대해 다음의 수학식 6을 만족하는 위상차를 발생함으로써, 개구수 0.3이하의 영역으로 입사하는 제 2광과 개구수 0.3 내지 0.5로 입사하는 제 2광 간의 위상차를 일치시킨다. 이 것에 의해 구면수차가 제거된다.
여기서, δi는 평판렌즈(35)의 광학적 중심으로부터 i번째 단차가 만드는 광학적 위상차, π는 원주율이며, di는 i번째 단차의 깊이이다.
그러므로, 도 4와 같은 계단형평판렌즈(35)를 채용한 도 3의 광기록/픽업헤드에 있어서, 계단형평판렌즈(35)는 개구수 0.3이하의 영역으로 입사하는 제 2광을 전투과시켜 대물렌즈(36)로 전달하며, 개구수 0.3 내지 0.5의 영역으로 입사하는 제 2광의 대부분을 대물렌즈(36)의 광축 쪽으로 -1차회절시켜 대물렌즈(36)로 전달한다.
도 3을 참조하여, 대물렌즈(36)에 의해 CD-RW(90)의 정보기록면에 집속 및 반사된 제 2광은 대물렌즈(36), 계단형평판렌즈(35), 시준렌즈(34) 및 광분할기(33)을 차례로 투과하여 반사평판(32)으로 입사된다. 반사평판(32)은 광분할기(33)로부터 입사하는 제 2광을 수광렌즈(38)로 전달한다. 수광렌즈(38)는 반사평판(32)으로부터의 제 2광을 광검출기(39)로 전달하며, 광검출기(39)는 반사평판(32)으로부터 입사되는 제 2광으로부터 정보를 검출한다.
도 8은 계단형평판렌즈(35)의 회절격자구조가 시준렌즈(34) 쪽의 수광면 상에 형성된 대물렌즈(36)의 구성을 나타내며, 도 9는 계단형평판렌즈(35)와 일체화된 대물렌즈(36)의 회절격자구조를 나타낸 도면이다. 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 계단형평판렌즈(35)는, 그 회절격자구조를 대물렌즈(36)의 한쪽 수광면 상에 형성시킴으로써 대물렌즈(36)와 일체화시킬 수 있다.
도 10은, 본 발명의 제 2실시예에 따른 DVD(8) 및 CD-RW(90)에 기록 및 재생이 가능한 광기록/픽업헤드의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다, 도 10에서 보여진 바와 같이, 제 1광원(31)은 DVD(8)에 정보를 기록 및 재생하기 위한 660nm파장의 제 1광을 제 1광분할기(330)로 출사한다. 제 1광분할기(330)는 제 1광원(31)으로부터 입사하는 제 1광의 대부분을 제 1시준렌즈(340)로 투과시키며, 나머지 일부를 광량검출기(37)로 전달한다. 광량검출기(37)는 제 1광분할기(330)로부터 입사하는 제 1광의 광량을 검출한다. 제 1시준렌즈(340)는 제 1광분할기(330)로부터 입사되는 광을 평행광으로 시준한 후 제 2광분할기(331)로 전달한다. 제 2광분할기(331)는 파장에 따라 입사광을 투과 또는 반사하는 광학적특성을 갖는 광학소자로, 660nm파장의 광에 대해서는 전투과시키며, 780nm파장의 광에 대해서는 전반사시키는 광학적특성을 갖는다. 이러한 제 2광분할기(331)는 제 1광분할기(330)로부터 입사되는 광을 반사거울(320)로 전달한다. 제 2광원및광검출기(410)는 CD-RW에 정보를 기록 및 재생하기 위한 790nm파장의 제 2광을 제 2홀로그램형광검출렌즈(381)로 출사한다. 제 2홀로그램형광검출렌즈(381)는 제 2광원(410)으로부터 입사하는 제 2광을 제 2시준렌즈(341)로 전달한다. 제 2시준렌즈(341)는 제 2홀로그램형렌즈(381)로부터 입사되는 제 2광을 평행광으로 시준한 후, 제 2광분할기(331)로 전달한다. 제 2광분할기는 제 2시준렌즈(341)로부터 입사되는 제 2광을 반사시켜 반사거울(320)로 전달한다. 반사거울(320)은 제 2광분할기(331)로부터 입사되는 제 1광 및 제 2광을 1/4파장판(500) 쪽으로 반사한다. 1/4파장판(500)은 입사광의 편광방향을 변환하는 광학소자이다. 반사거울(320)로부터 1/4파장판(500)으로 입사되는 제 1광 및 제 2광은 평판렌즈(35)를 통과한 후, 대물렌즈(36)에 의해 광디스크들(8 및 90) 각각의 정보기록면에 집속된다. 광디스크들(8 및 90)에서 반사된 제 1광 및 제 2광은 대물렌즈(36), 평판렌즈(35), 1/4파장판(500) 및 반사거울(320)을 경유하여 제 2광분할기(331)로 입된다. 제 2광분할기(331)는 반사거울로부터 입사되는 제 1광을 제 1시준렌즈(340) 쪽으로 투과하며, 반사거울로부터 입사되는 제 2광을 제 2시준렌즈(341)쪽으로 반사한다. 제 1시준렌즈로부터(340) 제 1광분할기(330)로 입사되는 제 1광은 제 1홀로그램형광검출렌즈(380) 및 제 1광검출기(390)로 전달되며, 제 1광검출기(390)는 입사된 광으로부터 정보를 검출한다. 한편 제 2광분할기(331)로부터 제 2광분할기(331)로 입사되는 제 2광은 제 2시준렌즈(341) 및 제 2홀로그램형광검출렌즈(381)을 투과하여 제 2광검출기(410)로 입사되며, 제 2광검출기(410)는 입사되는 제 2광으로부터 정보를 검출한다. 이러한 구성의 도 7의 광픽업은 반사거울(320), 1/4파장판(500), 평판렌즈(35) 및 대물렌즈(36)로 구성되는 광학유닛은 이동가능한 유닛이며, 이들 광학소자를 제외한 나머지 광학소자들로 구성되는 광학유닛은 고정된 유닛이다.
상술한 바와 같이, 본원 발명에 따르는 광기록/픽업헤드는 DVD(8) 및 CD-RW(90)에 호환한다. 특히, CD-RW(90) 상에 정보를 기록 및 재생하는 경우, 도 1의 가변조리개처럼 개구수 0.3 내지 0.5로 입사하는 790nm의 광을 전반사하지 않고 그 광량의 대부분을 대물렌즈(36)의 중심쪽으로 -1차회절함으로써 상대적으로 높은 광효율을 제공한다.

Claims (39)

  1. 다른 파장의 광에 의해 정보의 기록 및 재생이 이루어지는 복수의 광디스크들을 위한 광기록/픽업헤드에 있어서,
    상대적으로 짧은 파장을 갖는 제1광을 출사하는 제1광원;
    상대적으로 긴 파장을 갖는 제2광을 출사하는 제2광원;
    광검출수단;
    상기 제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광들을 상기 광디스크들의 정보기록면에 집속하는 대물렌즈;
    제1광원 및 제2광원으로부터 출사된 광을 대물렌즈로 진행케하며, 상기 복수의 광디스크의 정보기록면으로부터 반사된 제1광 및 제2광을 각각 상기 광검출수단으로 진행케하는 광경로변경수단;
    상기 광경로변경수단으로부터 대물렌즈로 진행하는 제 1광을 실질적으로 전투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 대물렌즈로 진행하는 제 2광을 대물렌즈의 광축 쪽으로 회절시키는 평판렌즈를 구비하는 광기록/픽업헤드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 편광렌즈는 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 1광을 그대로 투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 위상을 지연시키는 광기록/픽업헤드.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 평판렌즈는 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 광을 수광하는 수광면 상에 서로 다른 광학적특성을 갖는 제 1영역 및 제 2영역을 구비하며,
    상기 제 1영역은 수광면의 광학적중심을 포함하며, 상기 제 2영역은 제 1영역의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기록/픽업헤드.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1영역은 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 1광 및 제 2광을 실질적으로 전투과시키며, 상기 제 2영역은 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 1광을 전투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 대부분을 상기 대물렌즈의 광축쪽으로 회절시키는 광기록/픽업헤드.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1영역은 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 1광 및 제 2광을 위상지연없이 투과시키며, 상기 제 2영역은 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 1광을 위상지연없이 투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 위상을 지연시키는 광기록/픽업헤드.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2영역은 상기 평판렌즈의 광학축을 중심으로 갖는 환형의 형상인 광기록/픽업헤드.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2영역은 회절격자들을 구비하는 광기록/픽업헤드.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 회절격자들은 상기 광경로변경수단을 바라보도록 형성된 광기록/픽업헤드.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 회절격자들은 상기 평판렌즈의 광학적중심으로부터 멀어질수록 얕게 식각된 광기록/픽업헤드.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 회절격자들은 주기적으로 반복되는 계단형구조를 갖도록 식각된 광기록/픽업헤드.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 회절격자들은 서로 동일한 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 광기록/픽업헤드.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 회절격자들은 한주기의 계단형구조에 있어서 다음의 수학식을 만족하는 갯수로 구성되며,
    N ≒ λ1/(λ2-λ1)
    여기서, N은 정수로 표현되는 회절격자의 갯수, λ1은 상기 제1광의 파장, 그리고, λ2는 상기 제2광의 파장인 광기록픽업헤드.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 회절격자들은 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광에 대해 다음의 수학식을 만족하는 투과효율계수 및 단차를 가지며,
    여기서, Tm은 투과효율계수, T는 한주기에 대응하는 계단형구조의 폭, m은 회절차수, π는 원주율, i는 단위허수, x는 평판렌즈의 광학적중심으로부터 떨어진 거리, 그리고 Tj(x)는 x에서의 투과효율계수인 광기록/픽업헤드.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 계단형구조의 회절격자 한주기에 있어서 상기 평판렌즈의 광학적중심으로부터 j번째 위치하는 회절격자들 각각은 다음의 수학식을 만족하는 투과효율계수Tj(x)를 가지며,
    여기서, λ는 입사광의 파장이며, d는 계단형구조 한주기에서 가장 깊게 식각된 회절격자의 깊이, n은 평판렌즈의 굴절율, n0는 공기중에서의 굴절율인 광기록/픽업헤드.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 회절격자들은 다음의 수학식을 만족하는 위상차를 발생하며,
    여기서, δj는 평판렌즈의 광학적 중심으로부터 j번째 회절격자의 단차가 발생하는 광학적 위상차, π는 원주율, n은 평판렌즈의 굴절율, n0는 공기중에서의 굴절율, 그리고, dj는 j번째 회절격자의 단차인 광기록/픽업헤드.
  16. 제 4항에 있어서, 상기 제 1영역은 개구수 0.3이하의 영역이며, 상기 제 2영역은 개구수 0.3부터 0.5까지의 영역인 광기록/픽업헤드.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 2영역은 2개의 계단형구조를 구비하며,
    상기 2개의 계단형구조 중 하나는 평판렌즈의 광학적중심으로부터 지름방향으로 약 1000㎛부터 약 1500㎛까지의 영역에 걸쳐 형성되며, 다른 하나는 약 1500㎛부터 약 1700㎛까지의 영역에 걸쳐 형성되는 광기록/픽업헤드.
  18. 제 4항에 있어서, 상기 제 2영역은 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 광량중 약 70% 이상을 대물렌즈의 광축쪽으로 회절시키는 광기록/픽업헤드.
  19. 제 5항에 있어서, 상기 제 2영역은 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 위상을 약 180도 만큼 지연시키는 광기록/픽업헤드.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평판렌즈는 대물렌즈와 일체화된 것을 특징으로 하는 광기록/픽업헤드.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광디스크 및 제 2광디스크는 각각 DVD 및 CD-RW이며,
    상기 제 1광디스크의 기록 및 재생시에는 제 1광이 사용되며, 제 2광디스크의 기록 및 재생시에는 제 2광이 사용되는 광기록/픽업헤드.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 광경로변경수단은 상기 제 1광원 및 제 2광원로부터 입사되는 제 1광 및 제 2광을 시준하여 상기 평판렌즈 쪽으로 전달하는 시준렌즈를 구비하는 광기록/픽업헤드.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 광경로변경수단은 상기 제 1광원으로부터 출사된 제 1광을 상기 시준렌즈 쪽으로 전달하며, 상기 광디스크들의 정보기록면으로부터 반사된 후, 상기 시준렌즈 쪽으로부터 되돌아오는 제 1광 및 제 2광을 광검출기로 전달하는 반사평판; 및
    상기 제 2광원으로부터 출사된 제 2광을 상기 시준렌즈로 전달하며, 상기 광디스크들로부터 반사된 후, 시준렌즈를 통하여 되돌아오는 제 1광 및 제 2광을 상기 반사평판으로 전달하는 광분할기를 더 구비하는 광기록/픽업헤드.
  24. 서로 다른 파장의 광을 수광하는 렌즈에 있어서,
    수광면 상에 서로 다른 광학적특성을 갖는 제 1영역 및 제 2영역을 구비하며,
    상기 제 1영역은 수광면의 광학적중심을 포함하며, 상기 제 2영역은 제 1영역의 바깥쪽에 위치하고,
    상기 제 1영역은 자신으로 입사하는 제 1광 및 제 2광을 실질적으로 전투과시키며, 상기 제 2영역은 자신으로 입사하는 광중 상대적으로 짧은 파장의 광인 제 1광을 전투과시키며, 자신으로 입사하는 광중 상대적으로 긴 파장의 광인 제 2광의 대부분을 상기 대물렌즈의 광축쪽으로 회절시키는 렌즈.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 제 1영역은 자신으로 입사하는 제 1광 및 제 2광을 그대로 투과시키며, 상기 제 2영역은 자신으로 입사하는 제 1광을 위상지연없이 그대로 투과시키며, 상기 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 위상을 지연시키는 렌즈.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 제 2영역은 환형의 형상으로 길게 형성된 렌즈.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 제 2영역은 회절격자들을 구비하는 렌즈.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 회절격자들은 상기 제 1광 및 제 2광을 수광하는 면 상에 형성된 렌즈.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 회절격자들은 상기 렌즈의 광학적중심으로부터 멀어질수록 얕게 식각된 렌즈.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 회절격자들은 주기적으로 반복되는 계단형구조를 갖도록 식각된 렌즈.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 회절격자들은 동일한 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 회절격자들은 하나의 계단형구조에 있어서 다음의 수학식을 만족하는 개수로 구성되며,
    N ≒ λ1/(λ2-λ1)
    여기서, N은 정수로 표현되는 회절격자의 갯수, λ1은 상기 제 1광의 파장, 그리고, λ2는 상기 제 2광의 파장인 렌즈.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 회절격자들은 자신으로 입사하는 제 2광에 대해 다음의 수학식을 만족하는 투과효율계수 및 단차를 가지며,
    여기서, Tm은 투과효율계수, T는 한주기에 대응하는 계단형구조의 폭, m은 회절차수, π는 원주율, i는 단위허수, x는 렌즈의 광학적중심으로부터 떨어진 거리, 그리고 Tj(x)는 x에서의 투과효율계수인 렌즈.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 계단형구조의 회절격자 한주기에 있어서 상기 평판렌즈의 광학적중심으로부터 j번째 위치하는 회절격자들 각각은 다음의 수학식을 만족하는 투과효율계수를 가지며,
    여기서, λ는 입사광의 파장이며, d는 계단형구조 한주기에서 가장 깊게 식각된 회절격자의 깊이, n은 평판렌즈의 굴절율, n0는 공기중에서의 굴절율인 렌즈.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 회절격자들은 다음의 수학식을 만족하는 위상차를 발생하며,
    여기서, δj는 평판렌즈(35)의 광학적 중심으로부터 j번째 회절격자의 단차가 발생하는 광학적 위상차, π는 원주율, n은 평판렌즈의 굴절율, n0는 공기중에서의 굴절율, 그리고, dj는 j번째 회절격자의 단차인 렌즈.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 제 1영역은 개구수 0.3이하의 영역이며, 상기 제 2영역은 개구수 0.3으로부터 0.5까지의 영역인 렌즈.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 제 2영역은 2개의 계단형구조를 구비하며,
    상기 2개의 계단형구조 중 하나는 광학적중심으로부터 지름방향으로 약 1000㎛로부터 약 1500㎛까지의 영역에 걸쳐 형성되며, 다른 하나는 약 1500㎛로부터 약 1700㎛까지의 영역에 걸쳐 형성되는 렌즈.
  38. 제 24항에 있어서, 상기 제 2영역은 자신으로 입사하는 제 2광의 광량중 약 70% 이상을 광축을 기준으로 수렴하는 방향으로 회절시키는 렌즈.
  39. 제 25항에 있어서, 상기 제 2영역은 광경로변경수단으로부터 입사하는 제 2광의 위상을 약 180도 만큼 지연시키는 렌즈.
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