KR970009539B1 - 광학식 정보 재생 장치 - Google Patents

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구니아끼 오까다
유끼오 구라따
고지 미나미
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샤프 가부시끼가이샤
쯔지 하루오
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Abstract

내용없음.

Description

광학식 정보 재생 장치
제1도는 본 발명에 따른 광 픽업용 광학 시스템의 단면도.
제2도는 제1도의 광학 시스템의 사시도.
제3a도는 본 발명에 따른 광 픽업용 광 도파관 소자의 평면도.
제3b도는 제3a도의 라인 A-A'를 따라 절취한 광 도파관 소자의 단면도.
제3c도는 제3a도의 라인 B-B'를 따라 절취한 광도판관 소자의 평면도.
제4도는 본 발명에 따른 광 픽업용의 다른 광 도파관 소자의 평면도.
제5도는 본 발명에 따른 광 픽업용으로 또 다른 광 도파관 소자의 평면도.
제6a도 및 제6b도는 본 발명에 따른 광 도파관 소자로의 입사광의 편광과 도파된 광의 편광 사이의 관계를 도시한 도면.
제7도는 본 발명에 따른 광 도파관 소자로의 입사광의 편광을 도시한 도면.
제8도는 본 발명에 따른 광 도파관 소자 내로 도파된 광의 편광을 도시한 도면.
제9도는 종래의 광 픽업용 광학 시스템의 사시도.
제10a도 내지 제l0c도는 제9도의 종래의 광 픽업용 광 검출기상의 집광 영역 부분을 도시한 도면.
제l1a도 내지 제11c도는 제9도의 종래의 광 픽업용 광 디스크상의 집광점 부분을 도시한 도면.
제12도는 제9도의 종래의 광 픽업용 광학 시스템을 더 구체적으로 도시한 사시도.
제13도는 다른 종래의 광 픽업용 광학 시스템의 사시도.
제14도는 광자기 디스크의 종래의 광 픽업용 광학 시스템의 개략도.
제15도는 광자기 신호를 검출하는 원리를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 레이저 2 : 유리 기판
3 : 제1회절 소자 4 : 제2회절 소자
5 : 시준 렌즈 6 : 대물 렌즈
7 : 광자기 렌즈 8 : 도파관 소자
9 : 광결합기 10 : 황 도파관
11 : 제1광 검출기 13 : 실리콘 기판
14 : 피복층 15 : 도파관 층
16 : 제2광 검출기 18a,18b : 편광 분할기.
본 발명은 광학식 정보 재생 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 광학 시스템이 소형화(compact)되어 있고 일체화되어 있는 광자기(magneto-optical) 디스크 유니트용으로 적합한 광 픽업과 같은 광학식 정보재생 장치에 관한 것이다.
광 디스크는 대단히 많은 양의 정보를 고밀도로 저장할 수 있다. 최근에, 광 디스크와 같은 것을 사용하고자 하는 노력이 다양한 분야에 진행하고 있다. 이러한 상황에서, 광 디스크상에 기록된 정보를 재생하는데 사용되는 광 픽업과 같은 소형 경량의 광학식 정보 재생 장치를 제공하는 것이 중요하다. 상술한 목적에는 광 픽업용의 광학 시스템에 회절 소자를 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있었으며, 회절 소자를 사용하여 광 픽업을 실현시키는 몇 가지 제안이 공개되어 있다.
제9도는 와이. 요시다(Y. Yoshida) 등에 의한 홀로그래픽 광소자를 사용하는 3비임의 CD 광 픽업(Three beam CD optical pickup using a holographic optical element)이란 명칭의 Proc. Optical Data Storage Technologies, SPIE 1401(1990), 페이지 58에 기술된 종래의 광 픽업용 광학 시스템을 개략적으로 도시하고 있다.
제9도를 참조하면, 반도체 레이저(101)에서 방사된 발산 광(divergent light)이 제1회절 소자(102)로 입사되고, 여기서 트랙킹 에러를 검출하기 위해 입사광은 0차 회절 비임(메인 비임)과 2개의 1차 회절 비임(서브 비임)으로 분할된다. 분할된 회절 비임 각각은 제2회절 소자(103)를 투과하여 시준 렌즈(104) 및 대물 렌즈(105)를 통해 정보 기록 매체(106)(이하 광 디스크라 함)상에 집광된다. 메인 비임은 광 디스크(106)상에 집광 점(108a)를 형성하고, 서브 비임은 광 디스크(106) 상에 집광 점(108b 및 108c)를 형성한다. 광 디스크(106)으로부터 반사된 광 비임(이하 복귀 비임이라 함)은 다시 대물 렌즈(105)를 통해 광학 시스템에 입사하고, 시준 렌즈(104)를 투과하여 제2회절 소자(103)에 의해 회절된다. 그 다음 회절된 복귀 비임은 광 검출기(107) 상에 집광된다. 제1회절 소자(102)는 선정된 격자 간격을 갖는 평행한 직선의 격자 패턴을 갖는다. 제2회절 소자(103)은 회절된 복귀 비임이 광 검출기(107)상에 적절히 집광될 수 있도록 결정된 곡선의 격자 패턴을 갖는다.
일반적으로, 종래의 광학식 정보 재생 장치는 다음의 요구 조건을 갖는다 : 광 디스크상에 광 비임이 약1μm의 직경을 갖는 점으로서 집광되어야 하고, 이러한 점이 광 디스크상의 정보 트랙을 정확하게 추적할 수 있어야 한다. 이러한 요구 조건을 만족하기 위해서는, 초점 에러 검출 메카니즘 및 트랙킹 에러 검출 메카니즘이 광 정보 재생 장치에 필수적이다.
먼저, 초점 에러 검출 메카니즘에 대해 설명한다.
제9도에 도시된 바와 같이, 제2회절 소자(103)은 실질적으로 원형이며, 분할선 DL로 나뉘어진 2개의 반원 영역(103a 및 103b)를 갖고 있다. 광 검출기(107)은 4개의 분할선 A,B,C 및 D로 나뉘어진 5개의 검출 부분(107a,107b,103c,107d 및 107e)를 갖고 있다.
제9도를 참조하면, 제2회절 소자(103)의 영역(103a)로부터 회절된 복귀된 메인 비임의 한 부분은 광 검출기(107)의 분할선 A상에 집광 영역(111a)를 형성하고, 제2회절 소자(103)의 영역(103b)로부터 회절된 복귀된 메인 비임의 다른 부분은 광 검출기(107)의 검출 부분(107c)상에 집광 영역(111a')를 형성한다.
그런데, 광 디스크(106) 상의 집광 점(108b)로부터 반사된 복귀된 서브 비임 중 하나는 광 검출기(107)의 검출부(107d)상에 2개의 집광 영역(111b 및111b')를 형성한다. 마찬가지로, 광 디스크(106)상의 집광 점(108c)로부터 반사된 다른 복귀 서브 비임은 광 검출기(107)의 검출부(107e)상에 2개의 집광 영역(111c 및 111c')를 형성한다.
상술한 구성에서, 반도체 레이저(101)에서 방사된 발산광이 대물 렌즈(105)에 의해 광 디스크(106)상에 정확하게 집속될 때, 집광 영역(111a)는 제l0b도에 도시된 바와 같이 초점으로서 분할선 A상에 정확히 형성된다. 결과적으로, 검출부(107a 및 107b)로부터 출력되는 광량은 서로 동일하다.
한편, 광 디스크(106)이 대물 렌즈(105)에 근접하게 이동되는 경우에, 회절된 복귀 비임의 초점은 광 검출기(107) 뒤에 형성된다. 결과적으로, 제l0c도에 도시된 바와 같이, 집광 영역(111a)는 반원형으로 검출부(107b)상에 형성된다. 역으로, 광 디스크(106)이 대물 렌즈(105)로부터 멀리 이동되면, 회절된 복귀 비임의 초점은 광 검출기(107)의 전방에 형성된다. 결과적으로, 제10a도에 도시된 바와 같이, 집광 영역(111a)는 반원형으로 검출부(107a)상에 형성된다.
그러므로, 다음 식을 연산하여 초점 에러 신호 FES를 구한다 :
여기서, S1 및 S2는 광 검출기(107)의 검출부(107a 및 107b)로부터의 출력 신호이다. 연산은 도시되지 않은 감산기에 의해 실행된다.
서보 신호로서 상술한 바와 같이 구해진 초점 에러 신호 FES에 기초하여 대물 렌즈(105)를 작동기(actuator)(도시 생략)에 의해 구동시켜 집광 점(108a)가 초점으로서 정보 트랙(112)상에 있을 수 있는 적당한 뒤치로 이동시킨다.
이어서, 상기 광 픽업용 트래 에러 검출 메카니즘에 대해 설명한다.
제l1a도 내지 재11c도는 광 디스크(106)상의 집광 점(108a,198b 및 108c) 및 정복 트랙(112)의 상대적인 위치를 도시한다. 제11b도에 도시된 바와 같이, 서브 비임에 의해 집광 점(108b 및 108c)는 메인 비임에 의해 형성된 집광 점(108a)로부터 동일 거리만큼 떨어져 위치하고 정보 트랙(112)를 따라 서로 대향 방향으로 위치한다. 또한, 집광 점(108b 및 108c)는 서로 대향 방향으로 정보 트랙(112)에 대해 약간 시프트되어 있다.
정보 트랙(112)가 어떤 원인으로 인해 제11a도에 도시된 바와 같이, 집광 점(108a)에 대해 우측으로 시프트되는 경우에, 집광 점(108b)는 정보 트랙(112)상에서 실질적으로 우측에 위치하게 된다. 이로 인해 결과적으로 집광 점(108b)로부터 반사된 복귀 비임의 강도가 감소하게 된다.
대조적으로, 집광 점(108c)가 정보 트랙(112)로부터 먼 곳에 위치하면, 집광 점(108c)로부터 반시된 복귀 비임의 강도는 증가하게 된다.
역으로, 정보 트랙(112)가 어떤 원인으로 인해 제11c도에 도시된 바와 같이, 집광 점(108a)에 대해 좌측으로 시프트되는 경우에, 집광 점(108b 및 108c)는 전의 경우와 역으로 위치하게 된다. 이로 인해 결과적으로 집광 점(108b)로부터 반사된 복귀 비임의 세기가 중가하게 되나, 집광 점(108c)로부터 반사된 복귀 비임의 강도는 감소하게 된다.
상술한 바와 같이, 집광 점(108b 및 108c)로부터 반사된 서브 비임은 각각 광 검출기(107)의 검출부(107d 및 107e)상에 검출된다. 따라서, 다음의 식을 연산하여 트랙킹 에러 신호 TES를 구한다.
여기서, S4 및 S5는 검출부(107a 및 107e)로부터의 출력 신호이다. 연산은 도시되지 않은 감산기에 의해 실행된다.
서보 신호로서 상술한 바와 같이 구해진 트랙킹 에러 신호 TES에 기초하여 대물 렌즈(105)를 작동기에 의해 구동시켜 집광 점(108a)가 초점으로서 정확하게 정보 트랙(112)상에 있을 수 있는 적당한 위치로 이동시킨다.
제12도는 제9도에 도시된 종래의 광 픽업의 더 자세한 구성을 도시하고 있다. 제12도를 참조하면, 제1회절 소자(102) 및 제2회절 소자(103)은 각각 에칭에 의해 유리 기판(109)의 상부면 및 하부면상에 형성된다. 반도체 레이저(101) 및 광 검출기(107)은 밀봉된 팩키지(110) 내부에 설치된다.
제13도는 회절 소자를 사용하여 트랙킹 에러 검출을 1-비임(one-beam) 방법을 사용하는 종래의 다른 광 픽업을 도시한다. 제13도에서, 단순화를 위해 제12도와 동일한 소자는 동일한 참조부호를 병기하였다. 이러한 종래의 광 픽업은 단일 회절 소자(113)이 유리 기판(114)의 하부면상에 형성되고 광 검출기(115)가 4개의 부분으로 분할된다는 점에서 제9도 및 제12도에서 도시한 광 픽업과는 다르다. 이러한 종래 광 픽업용의 초정 에러 검출 메카니즘 및 트랙킹 에러 검출 메카니즘는 제9도에 도시된 광 픽업용의 것과 거의 유사하다. 그러므로, 이들 메카니즘에 대한 설명은 생략한다. 이에 대한 상세한 사항은 와이, 구라따(Y.Kurata) 등에 의해 컴퓨터 발생 홀로그래픽 광 소자를 사용하는 CD 광 픽업(CD optical pickup using a computer generated holographic optical element)이란 명칭의 Proc. Optical Data Storage and Scanning Technologies, SPIE, 1139(1989), 페이지 161에 실린 논문을 참조할 수 있다.
상술한 바와 같이 회절 소자를 사용하는 일체화된 이러한 종래의 광 픽업은 광원과 광 검출기가 동일한 팩키지 내에 설치되기 때문에 외부 환경에 의한 영향을 적게 받는다는 이점이 있다. 또한, 이들은 소형 경량이기 때문에 제조 비용을 줄일 수 있다.
최근 광 디스크의 확산으로, 광자기 디스크가 재기입 가능한 광 디스크로서 주목받게 되었다. 제14도는 회절 소자를 사용하는 광자기 디스크 지향형의 종래의 광 픽업용 광학 시스템을 도시한다.
제14도를 참조하면, 반도체 레이저(201)에서 방사된 발산 광은 0차 회절 비임으로서 회절 소자(202)를 투과하고 시준 렌즈(203)에 의해 평행 비임으로 변환된다. 평행 비임은 복합 프리즘(204), 45°미러(205) 및 대물 렌즈(206)을 통과하여 광자기 디스크(207)상에 집광된다.
광자기 디스크(207)로부터 반사된 광 비임(복귀 비임)은 대물 렌즈(206)을 통해 다시 광학 시스템으로 입사된다. 복귀 비임의 일부는 복합 프리즘(204) 및 시준 렌즈(203)을 투과하여 회절 소자(202)에 의해 회절되어 초점 에러 및 트랙킹 에러를 검출하기 위한 광 검출기(209)상에 집광된다. 회절 소자(202)는 회절된 복귀 비임이 제14도에 도시되지는 않았지만 광 검출기(209)상에 적절히 집광될 수 있도록 결정된 곡선의 패턴을 갖는다. 이 광 픽업용의 초점 에러 검출 메카니즘 및 트랙킹 에러 검출 메카니즘은 제9도에 도시된 광 픽업용의 것과 유사하기 때문에, 이들 메카니즘에 대한 설명은 생략한다. 이에 대한 더욱 상세한 설명은 사도(Sato) 등에 의한 3.5인치 광자기 디스크용 픽업(A pickup for a 3.5-inch magneto-optical disk)란 명칭의 샤프 기술 보고서(Sharp Technical Report), 제50호 (1991), 페이지 20 내지 24에 실린 논문을 참조할 수 있다.
복귀 비임의 나머지 부분은 윌라스톤 프리즘(Wollaston prism ; 210)에 도달되도록 하기 위해 복합 프리즘(204) 내에서 2번 반사되는데, 여기서 2개의 다른 편광 비임으로 분할된다. 그 다음 편광된 비임은 집광 렌즈(211)을 통해 2분할 포토 다이오드(212)상에 집광된다. 정보 신호를 재생하기 위해 2분할 포토 다이오드(212)로부터의 출력의 차이가 계산된다.
공지된 바와 같이, 예를 들면, P편광이 광자기 디스크 상의 한 위치에 방사되면, 광은 광이 조사된 위치에서의 자화 방향에 대응하여 결정된 θk 또는 -θk만큼 회전된 편광 면을 갖는 위치로부터 반사된다(제15도 참조). 이 회전 각도는 정보 신호로서 검출된다. 일반적으로, 회전 각도를 검출하기 위해 복귀 광은 ±45o의 방향을 갖는 2개의 편광 성분으로 분할되고 2성분의 강도 차이가 계산된다. 윌리스톤 프리즘(210)의 결정방위는 이러한 편광 성분을 얻을 수 있도록 결정된다.
소형 경량화시킬 수 있는 제9도 및 13도에 도시된 광 디스크용 광 픽업은 제생 전용 디스크 유니트 및 1회 기록 전용 디스크 유니트용으로 적당하다. 그러나, 이들 광 픽업에는 광자기 신호를 검출하는 기능이 부여되지 않으므로, 재기입 가능한 광자기 디스크 유닛으로서는 응용되지 않는다. 그런데, 제14도에 도시된 광자기 디스크용 광 픽업은 광자기 신호를 검출하기 위한 광학 시스템의 구성 부품으로서 프리즘을 포함한다. 이는 회절 소자를 사용함으로써 어느 정도의 광 픽업의 크기 및 중량을 감소시키는 것이 가능하지만 광 픽업의 크기 및 중량을 현저히 감소시키는 것은 곤란하다. 더우기, 편광 분리용으로 사용된 윌라스톤 프리즘은 고가의 결정으로 만들어지므로 광 픽업의 비용 절감에 장애가 된다.
본 발명의 광학식 정보 재생 장치는, 광 비임을 발생시키기 위한 광원, 상기 광원으로부터 발생된 상기 광 비임을 기록 정보가 기록되어 있는 광자기 기록 매체상에 집광시키고 상기 광자기 기록 매체로부터 반사된 복귀 광 비임을 집광시키기 위한 광학 시스템, 상기 복귀 광 비임을 분할된 광 비임으로 분할시키기 위한 비임 분할 수단(4), 상기 분할된 광 비임 중 하나의 분할된 광 비임을 수신하여 상기 분할된 광 비임 중 하나의 분할된 광 비임의 강도를 검출하기 위한 제1검출 수단(11), 상기 제1검출 수단의 출력에 기초하여 트랙킹 에러 신호 및 초점 에러 신호를 발생시키기 위한 서보 신호 발생 수단, 상기 비임 분할 수단과 상기 제1검출 수단과의 사이에 설치되고 상기 분할 광 비임 중 하나의 분할된 광 비임의 광 축과 교차하는 광 도파관(10), 상기 광 도파관상에 설치되고 상기 분할된 광 비임 중 하나의 분할된 광 비임의 일부를 분리하여 상기 광 도파관내로 도파되는 도파된 광을 형성하기 위한 광 결합기(9), 상기 광 도판관으로부터 상기 도파된 광 비임을 수신하여 상기 도파된 광 비임의 하나 이상의 편광 성분의 강도를 검출하기 위한 제2검출 수단(16), 및 상기 제2검출 수단의 출력에 기초하여 상기 기록 정보를 재생하기 위한 정보 신호 재생 수단을 포함하고 있다.
한 예에서, 상기 비임 분할 수단이 회절 소자이다.
다른 예에서, 상기 광 도파관, 상기 제1검출 수단 및 상기 제2검출 수단이 기판 상에 일체로 형성되어 있다.
다른 예에서, 광학식 정보 재생 장치는 상기 광원 및 상기 기판을 팩키징하기 위한 팩키징 수단을 더 포함하고 있다.
또 다른 예에서, 광학식 정보 재생 장치는 상기 도파된 광 비임을 TE 편광된 비임 및 TM 편광된 비임으로 분할하기 위한 편광된 분할 수단(18a,18b)을 더 포함한다.
다른 예에서, 상기 하나 이상의 편광 성분이 상기 TE 편광된 광 비임이다.
다른 예에서, 상기 편광된 비임 편할 수단이 상기 TM 편광된 광 비임을 흡수하고 상기 TE 편광된 비임을 투과시키기 위한 검광자(analyzer)이다.
다른 예에서, 광학식 정보 재생 장치가 상기 TE 편과된 광 비임 및 상기 TM 편광된 광 비임을 상기 제2검출 수단상에 집광시키기 위한 집광 렌즈를 더 포함한다.
다른 예에서, 광학식 정보 재생 장치가 상기 광원과 상기 광학 시스템 사이에 설치된, 상기 광원에서 발생된 광 비임을 메인 비임과 2개의 서브 비임으로 분할하기 위한 광 분할 수단을 더 포함한다.
다른 예에서, 광학식 정보 재생 장치가 상기 팩키징 수단상에 설치된 투명 기관을 더 포함하고, 상기 투명기판에 상기 패키징 수단과 접촉하는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖고 있으며. 상기 비임 분할 수단이 상기 제2면상에 설치되어 있고 상기 광 분할 수단이 상기 제1면에 설치되어 있다.
다른 예에서, 상기 광 결합기가 격자 결합기이다.
본 발명의 광 픽업에 따라, 광자기 신호 검출용 광학 시스템은 초점 및 트랙킹 에러를 검출하기 위한 광검출기와 일체로 형성된다. 또한, 이러한 일체형 광 검출기 및 광원이 동일 팩키지 내에 배치된다.
그러므로, 개시된 본 발명은 (1) 주변 환경에 의해 영향을 적게 받을 뿐만 아니라 광 부품의 수가 감소되어 소형 경량인 광자기 디스크용 광학식 정보 재생 장치를 제공하고 (2) 윌라스톤 프리즘을 사용할 필요없이 저가로 제조될 수 있는 광자기 디스크용 광학식 재생 장치를 제공하는 장점을 갖는다.
본 발명의 제반 특징은 첨부 도면에 따른 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.
실시예 1
제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 광 픽업의 단면도 및 사시도이다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 반도체 레이저(1)로부터 방사되는 발산 광은 유기 기판(2)과 하부면에 설치된 제1회절 소자(3)내로 입사되고, 여기서 이 광은 트랙킹 에러를 검출하기 위해 0차 회절 비임(메인 비임) 및 2개의 1차 회절 비임(서브 비임)으로 분할된다. 각각의 분할된 회절 비임은 유리 기판(2)의 상부면 상에 설치된 제2회절 소자(4)를 투과하고 시준 렌즈(5) 및 대물 렌즈(6)을 통해 광자기 디스크(7) 상에 집광된다. 광자기 디스크(7)로부터 반사된 광 비임(복귀된 비임)이 대물 렌즈(6)을 통해 다시 광학 시스템에 입사되고 시준 렌즈(5)를 투과하며 제2회절 소자(4)에 의해 회절된다. 다음 회절된 복귀 비임은 광 도파관 소자(8) 상에 집광된다.
제3a도는 광 도파관 소자(8)의 평면도이고 제3b도 및 제3c도는 제3a도의 선 A-A' 및 B-B'를 따라 각각 절취한 광 도파관 소자의 단면도이다. 제3a도 내지 제3c도를 참조하면, 각각의 회절된 복귀 비임은 광 도파관 소자(8)의 광 결합기(9)상에 집광된다. 그 다음, 비임 일부분이 광 도파관(10)을 통해 제1광 검출기(11) 내로 입사된다. 비임의 나머지 부분은 제2광 검출기(16)으로 입사되기 위해 광 도파관(10) 내로 도파되고 상기 도파관을 통해 전파된다.
제2도에 도시된 바와 같이, 제1회절 소자(3)은 선정된 격자 피치를 가진 평형한 직선의 패턴을 갖는다. 제2회절 소자(4)는 원형이고 2개의 반원 영역(4a 및 4b)로 분할된다. 각각의 영역(4a 및-4b)는 회절된 복귀 비임이 광 도파관 소자(8) 내에 형성된 제1광 검출기(11)상에 적절히 집광될 수 있도록 결정된 곡선의 격자 패턴을 갖는다.
제3a도 내지 제3c도를 참조하여, 광 도파관 소자(8)의 구성을 기술한다.
광 도파환 소자(8)은 실리콘 기판(13)의 상부면 영역 내에 형성된 제1 및 제2광 검출기(11 및 16)을 포함한다. 피복층(14) 및 도파관 층(15)로 구성된 광 도파관(10)은 제1 및 제2광 검출기(11 및 16)을 포함하는 실리콘 기판(13)의 표면 위에 형성된다. 다음, 광 결합기(9)는 광 도파관(10)이의 표면 상에 형성된다. 제1광 검출기(11)은 5개의 검출부(l1a,l1b,11c,11d 및 l1e)를 포함한다. 제2광 검출기(16)은 4개의 검출부 (16a,16b,16c 및 16d)를 포함한다. 광 결합기(2)는 2개의 영역(9a 및 9b)를 포함하고 상기 검출부(11a,11b 및 11c) 위에 위치한 광 도파관(10)의 표면부의 한 부분에 형성된다. 광 도파관 소자(8)은 또한 광 도파관(10) 내로 전파된 광(이하 도파 광 또는 도파 비임이라 함)을 TE 편광 및 TM 편광 성분으로 분리시키기 위한 편광 비임 분할기(18a 및 18b)를 포함한다. 제8도에 도시된 바와 같이, TE 편광은 도파 광(17)의 자계 성분이 도파관 층(15)에 평행한 상태이고 TM 편광은 도파 광(17)의 자계 성분이 도파관 층(15)에 수직한 상태이다.
광자기 디스크(7)로부터 반사되고 제2회절 소자(4)의 영역(4a)로부터 회절된 복귀된 메인 비임의 일부 분이 광결합기(9) 내로 입사되는데, 여기에서 비임의 일부분은 광결합기를 통해 전파되기 위해 광 도파관(10)으로 도파되고 비임의 나머지 부분은 제3a도에 도시된 바와 같이 제1광 검출기(11)의 분할선 A상에 집광 영역(19a)를 형성하기 위해 광 도파관(10)을 통과한다. 이와 유사하게, 제2회절 소자(4)의 영역(4b)로부터 회절된 복귀된 메인 비임의 다른 부분이 검출부(11c)상에 집광 영역(19a)에 형성된다. 한 서브 비임이 검출부(11d)상에 집광 영역(19b 및 19b')을 형성하고 다른 서브 비임이 검출부(l1e)상에 집광 영역(19c 및 19c')을 형성한다.
상술한 설명에서 명백한 바와 같이, 이 실시예의 광 픽업용 초점 에러 검출 메카니즘은 이 실시 예에서 복 귀된 메인 비임의 일부분이 광결합기(9)를 통해 광 도파관(10) 내로 도파되는 것을 제외하고는 제9도에 도시된 종래의 광 픽업의 것과 동일하다. 따라서, 초점 에러 신호 FES는 검출부(11a 및 11b)의 출력 차이를 검출하고 식(1)과 유사한 식을 연산함으로써 구해질 수 있다. 또한, 이 실시예의 광 픽업용 트랙킹 에러 검출 메카니즘은 제9도에 도시된 종래의 광 픽업용 트랙킹 에러 검출 메카니즘과 동일하다. 따라서, 트랙킹 에러 신호 TES는 검출부(11d 및 11e)의 출력 차이를 검출하고 식(2)와 유사한 식을 연산함으로써 구해질 수 있다.
상기 에러 검출 메카니즘 외에, 이 실시예의 광 픽업용 광 도파관 소자(8)은 복귀된 메인 비임의 일부분을 광 도파관(10) 내로 도파시킴으로써 광자기 디스크상에 기록된 정보 신호를 검출하는 기능을 한다. 즉, 복귀된 메인 비임의 일부분이 광 도파관 소자(8)의 광 결합기(9)를 통해 광 도파관(10) 내로 도파되고 도파된 비임(17a 및 17b)으로서 광 도파관(10) 내에 전파된다. 광자기 신호는 도파된 비임(17a 및 17b)의 편광 성분을 검출함으로써 검출될 수 있다.
광자기 신호의 검출 원리를 기술하겠다. 제2회절 소자(4)의 영역(4a)로부터 회절된 복귀 메인 비임의 일부분이 광결합기(9)의 영역(9a)를 통해 광 도파관(10) 내로 부분적으로 도파되고 도파된 비임(17a)으로서 광 도파관(10) 내에 전파된다. 도파된 비임(17a)는 편광된 비임 분할기(18a)에 의해 TE 편광 성분 및 TM편광 성분으로 분할된다. TE 편광 비임 및 TM 편광 비임은 제2광 검출기(16)의 검출부(16a 및 16b)에 의해 각각 검출된다. 이와 유사하게, 제2회절 소자(4)의 영역(4b)로부터 회절된 복귀 메인 비임의 다른 부분이 광 결합기(9)의 영역(9b)를 통해 광 도파관(10)내로 부분적으로 도파되고 도파된 비임(17b)으로서 광 도파관(10) 내로 전파된다. 도파된 비임(17b)는 편광된 비임 분할기(18b)에 의해 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분으로 분할된다. TE 편광 비임 및 TM 편광 비임은 제2광 검출기(16)의 검출부(16c 및 166)에 의해 각각 검출된다.
제6a도 및 제6b도를 참조하여 광 도파관 소자(8)로 입사하는 회절된 복귀 비임의 편광과 도파된 비임(17a 및 17b)의 편광 사이의 관계를 기술한다.
x-y 평면은 광 도파관(10)에 평행하다. 제2회절 소자(4)로부터 회절된 복귀 비임이 y축에 대하여 θ의 입사각으로 x-y 평면상에 존재하고 회절된 복귀 비임이 광결합기(9)에 의해 x-y 평면상에서 전파되는 도파 비임으로 변환된다고 가정하자. 도파 비임이 x축에 대하여 각 ø의 방향으로 전파될 때, 회절된 복귀 비임의 +45°편광 성분이 도파 비임의 TE 편광 성분에 대응하고 회절된 복귀 비임의 -45°편광 성분이 도파 비임의 TM 편광 성분에 대응한다. 이에 반하여, x축에 대하여 각 -ø의 방향으로 전파될 때, 회절된 복귀 비임의 +45°편광 성분이 도파 비임의 TM 편광 성분에 대응하고 회절된 복귀 비임의 -45°편광 성분은 도파 비임의 TM 편광 성분에 대응한다.
따라서, 광자기 신호 M0를 다음 식을 연산하여 구한다.
여기에서, Ml,M2,M3 및 M4는 제2광 검출기(16)이 검출부(16a,16b,16c 및 16d)각각의 출력이다. 연산은 가산기 및 감산기(도시하지 않음)로 행해진다.
상술한 바와 같이, 이 실시예의 광 픽업에 따라서, 회절된 복귀 비임의 편광면이 광 도파관(10)의 적당한 방향으로 전파되기 위하여 3차원적으로 비임을 변환하여 회전되고 분할될 수 있어서 윌라스톤 프리즘에 의해 제공된 것과 동일한 효가를 얻을 수 있다.
제7도에 도시된 +45°편광 비임을 TE 편광 비임에 대응하도록 하기 위해, 각도 ø는 도파된 비임의 방향이 x-y 평면상의 회절된 복귀 비임의 입사각 θ를 결정할 때, 각 ø를 다음 식을 연산하여 구한다.
격자 결합기가 광 결합기(9)로 사용될 때, 도파된 비임의 방향은 격자 결합기 라인의 기울기를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
이 실시 예에서, 도파된 비임의 방향은 ±45°편광 비임이 TE 및 TM 편광 비임에 대응하도록 결정되었다. 그러나, 사용될 광 디스크의 특성에 따라, 도파 비임의 방향은 또한 z축에 대해 ±30°각에서의 편광 비임이 TE 및 TM 편광 비임에 대응하도록 결정될 수 있다.
광 결합기(9)의 영역(9a 및 9b)에서 변환된 도파 비임(17a 및 17b)가 제3a도 내지 제3c도에 도시된 바와 같이 서로 교차하는 방향으로 광 도파관(10)을 통해 전파되는 것이 바람직하다. 이것을 도파 비임(17a 및 17b)의 방향이 서로 교차할 때 편광 방향이 또한 서로 교차되기 때문이다. 결국, 편광 비임 분할기 등의 특성이 제작 오차에 의해 변화해도, 이러한 변화는 연산에 의해 오프셋될 수 있어서 결과에 심각한 영향을 주지 않는다. 또한, 상기 세팅에 의해 도파 비임(17a 또는 17b) 및 그로부터 분기하는 다른 비임이 검출부(16c,16d 및 16c 및 16b)에 입사되지 않는다. 또한, 제2광 검출기(16)의 구성이 간단해진다.
제3a도에 도시된 광 도파관 소자(8)은 다음과 같이 제작된다.
실리콘 기판(13)의 상부 표면 영역 내에 광 검출기(11 및 16)를 형성한 후에, 실리콘 이산화물을 예를 들면 피복층(14)를 형성하기 위해 열 산화에 의해 광 검출기(11 및 16)을 포함하는 실리콘 기판(13) 상에 성장시킨다. 이어서, 코닝(Corning) #7059 유리 등을 예를 들면 도파관 층(15)를 형성하기 위해 스퍼터링에 의해 피보층(14)상에 피착시켜 피복층(14) 및 도파관층(15)로 구성된 광 도파관(10)을 완성한다. 다음, 광 결합기(9)와 같은 격자 결합기를 전자 비임 인입에 의한 레지스트 패터링 및 도파관층(15)의 것과 동일하게 스퍼터링하여 광 도파관(10) 상에 형성한다. 격자헝 편광 비임 분할기(18a 및 18b)를 예를 들어 광 결합기(9)와 동일하게 패터닝시키고 반응 이온 에칭에 의해 형성한다.
실시예 2
제4도에 본 발명에 따른 광 도파관 소자(8)의 제2실시예를 도시한다. 동일한 부품에는 제3도의 것과 동일한 참조 번호를 병기하였다. 이 실시예에서, 검광자(20a 및 20b)는 편광 비임 분할기 대신에 설치되고 제2광 검출기(16)에는 2개의 검출부(16a 및 16c)만이 있다. 검광자(20a 및 20b)는 예를 들어 도파관 층(15) 위의 적당한 부분에 Al 등으로 만들어진 금속 막을 입혀 형성한다. 이러한 검광자(20a 및 20b)는 TM 편광 비임을 흡수하고 TM 편광 비인은 투과하게 한다. 따라서, 광자기 신호 M0를 다음 식을 연산하여 구 할 수 있다.
여기에서, Ml 및 M3은 각각 제2광 결합기(16)의 검출부(16a 및 16c)의 출력이다. 이 연산은 감산기(도시하지 않음)에 의해 실행된다. 초점 에러 검출 및 트랙킹 에러 검출은 실시예 1과 같은 방식으로 실행된다.
실시예 3
제5도는 본 발명에 따른 광 도파관 소자(8)의 제3실시예이다. 동일한 부품은 상술한 실시예와 동일한 참조 번호를 병기하였다. 이 실시예에서는 도파된 비임(17a,17b)이 너무 넓게 발산될 때 이들을 집광하기 위한 집광 렌즈(21a,21b)가 광 도파관(10) 내에 더 설치되었다.
이 실시예에서, 광 결합기(9)와 집광 렌즈(21a 또는 21b) 사이의 거리 l1은 집광 렌즈(21a 또는 21b)와 검출부(22a 및 22b ; 22c 및 22d) 사이의 거리 12보다 크게, 즉 l211로 설정된다. 이러한 구성으로, 회절된 복귀 비임이 광 도파관 소자(8) 상에 입사되는 위치가 변화되어 제5도에 파선으로 도시한 바와 같이 도파된 비임(17a',17b')이 광 도파관 소자(8)를 통해 전파될 때에도 이러한 도파된 비임(17a' 및 17b)가 집광 렌즈(21a 또는 21b)를 통해 소규모 검출부(22a 및 22b ; 또는 22c 및 22d)상에 집광될 수 있다. 이로써 고주 파수의 광자기 신호를 검출할 수 있다. 룬버그 렌즈(luneburg lens), 측지 렌즈(geodesic lens), 격자 렌즈 및 굴절률 분포 렌즈가 집광 렌즈(21a 및 21b)용을 사용될 수 있다.
본 발명의 광 픽업은 상기 실시 예에서 기술된 바와 같이 초점 및 트랙킹 에러 검출용으로만 사용될 수 있는 것이 아니라 다른 분야에도 역시 사용될 수 있다. 제1광 검출기(11) 형태 뿐만 아니라 제2회절 소자(4)상의 분할선 위치 및 분할선에 의해 분할되는 각 영역상에 형성되는 격자선의 방향은 상기 실시예의 것으로 제한되지 않고 응용에 따라 여러 가지로 변경할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 광 픽업은 트랙킹 에러가 계13도에 도시된 바와 같은 1-비임 방법에 의해 검출되는 광 픽업으로 수정될 수 있다. 또한, 본 발명의 광 픽업은 외부로부터 잡음의 영향을 감소시키는 효과를 얻기 위해 광 검출기 이외에 예를 들면 실리론 기판상에 전류전압 변환용 또는 신호증폭용 전자 회로를 제공할 수 있다.
본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위 및 원리를 벗어나지 않고 여러가지 변형 실시예가 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허 청구의 범위는 제시된 설명에만 제한되지 않고 넓게 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 광 비임을 발생시키기 위한 광원, 상기 광원으로부터 발생된 상기 광 비임을 기록 정보가 기록되어 있는 장자기 기록 매체상에 집 광시키고 상기 광자기 기록 매체로부터 반사된 복귀 황 비임을 집 광시키기 위한 광학 시스템, 상기 복귀 광 비임을 분할된 광 비임으로 분할시키기 위한 비임 분할 수단, 상기 분할된 광 비임 중 하나의 분할된 광 비임을 수신하여 상기 분할된 광 비임잉 중 하나의 분할 광 비임의 강도를 검출하기 위한 제1검출 수단, 상기 제1검출 수단의 출력에 기초하여 트랙킹 에러 신호와 초점 에러 신호를 발생시키기 위한 서보 신호 발생 수단, 상기 비임 분할 수단과 상기 제1검출 수단과의 사이에 설치되고 상기 분할광 비임 중 하나의 분할광 비임의 광 축을 가로지르는 광 도파관, 상기 광 도파관상에 설치되고 상기 분할광 비임 중 상기 하나에서 상기 분할광 비임 중 상기 하나의 일부를 분리하여 상기 광 도파관 내로 도파 되는 도파된 광 비임을 형성하기 위한 광 결합기, 상기 광 도파관으로부터 상기 도파된 광 비임을 수신하여 상기 도파된 광 비임의 하나 이상의 편광 성분의 강도를 검출하기 위한 제2검출 수단, 및 상기 제2검출 수단의 출력에 기초하여 상기 기록 정보를 재생하기 위한 정보 신호 재생 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비임 분할 수단이 회절 소자인 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 도파관, 상기 제1검출 수단, 및 상기 제2검출 수단이 기판상에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광원 및 상기 기판을 팩키징하기 위한 팩키징 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도파된 광 비임을 TE 편광 비임 및 TM 편광 비임으로 분할시키기 위한 편광된 비임 분할 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 성분이 상기 TE 편광 비임인 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 편광 비임 분할 수단이 상기 TM 편광 비임을 흡수하고, 상기 TE 편광 비임을 투과시키기 위한 검광자인 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 TE 편광 비임 및 상기 TM 편광 비임을 상기 제2검출 수단상에 집광시키기 위한 집광 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 광원과 상기 광학 시스템 사이에 설치되어, 상기 광원에서 발생된 광 비임을 메인 비임과 2개의 서브 비임으로 분할하기 위한 광 분할 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 팩키징 수단상에 설치되며 상기 팩키징 수단과 접촉하는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 갖고 있는 투명 기관을 더 포함하며, 상기 비임 분할 수단이 상기 제2면상에 설치되고, 상기 광 분할 수단이 상기 제1면상에 설치되는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광 결합기가 격자 결합기인 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1검출 수단은 상기 광 결합기와 상기 광 도파관의 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 정보 재생 장치.
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