KR100200857B1 - 광픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 픽업 장치에 관한 것으로서, 특히 두께가 다른 디스크에 대한 정보의 읽기 및 쓰기가 가능한 광 픽업 장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 광원과; 디스크 면을 향하는 상기 광원으로 부터의 광 진행 경로 상에 마련되는 것으로 소정의 유효직경을 가지는 대물 렌즈와; 상기 대물 렌즈와 상기 광원의 사이의 광진행 경로 상에 마련되는 광분할소자와; 상기 광분할소자로 부터 분할되어 입사되는 것으로 상기 디스크로 부터 반사된 광을 검지하는 광 검출기를; 구비한 광 픽업에 있어서, 상기 광검출기는 중앙의 제1광검지영역과, 제1광검지영역의 주위에 마련는 제2광검지영역을 구비한다.

이러한 본 발명 장치는 구조가 간단하고 제작단가가 저렴할 뿐 아니라 광에 대한 구면수차의 영향을 줄임으로써 두께가 다른 디스크를 하나의 디스크 드라이브에서 사용할 수 있게 된다.

Description

광픽업장치

제1도는 홀로그램 렌즈를 갖는 종래 렌즈 장치의 개략도로서 얇은 두께의 디스크에 광이 접속되는 상태를 보인다.

제2도는 제1도에 도시된 종래 렌즈 장치에 의해 두께가 상대적으로 두꺼운 디스크에 광이 접속되는 상태를 보인다.

제3도는 종래 다른 렌즈 장치를 가지는 광 픽업 장치의 개략적 구성도이다.

제4도는 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 개략적 구성도이다.

제5도는 본 발명에 따른 광픽업 장치에 적용되는 8분할 광검출기의 평면적 구조를 보인다.

제6도 내지 제8도는 얇은 디스크에 대한 대물렌즈의 위치에 따라 형성되는 8분할 광검출기의 광도달분포를 보인 평면도이다.

제9도 내지 제11도는 두꺼운 디스크에 대한 대물렌즈의 위치에 따라 형성되는 8분할 광검출기의 광도달분포를 보인 평면도이다.

제12도는 8분할 광검출기로부터 얻어지는 포커스 신호 곡선이다.

본 발명은 광디스크로 부터 정보를 재생하고 기록하는 광픽업장치에 관한 것으로서, 두께가 다른 적어도 두 개의 디스크로 부터 정보를 재생하고 기록하는 광픽업장치에 관한 것이다.

광픽업은 영상이나 음향 또는 데이터 등의 정보를 디스크, 카드 테이플 등과 같은 메디아에 기록하고 재생하는 것이다. 디스크는 플라스틱 또는 유리고 된 기판에 정보가 실려있는 기록면이 형성되어 있는 구조를 가진다. 디스크에 대한 기록 밀도를 높이기 위해서는 광 스폿의 크기를 줄이는 것이 필요하다. 이를 위하여 일반적으로 대물렌즈의 개구수(Numerical Aperture, NA)를 크게하고 짧은 파장의 광원을 사용한다. 한편, 기록 정보의 고밀도화에 따른 디스크의 광측에 대한 기울어짐 허용 공차가 엄격해 지게됨으로써, 따라서 디스크의 두께를 줄여 디스크 기울어짐 허용공차가 줄어들도록하고 있다.

디스크의 기울어진 각도를 θ라 할 때 코마수치계수 W₃₁의 크기는 아래 식1으로부터 얻어진다.

위의 식에서 d는 매질의 두께, n은 매질의 굴절율, NA는 개구수이다. 위 식에서 알수 있듯이 수차 W₃₁은 NA의 3제곱에 비례한다. 즉, 12.㎜의 두께를 가지는 기존의 CD에 비례 고밀도화한 DVD(Digital Video Disc)는 동일한 매질 두께에서 기울어짐 허용공차가 약 4배에 달하는 엄격한 관리가 요구된다. 따라서 디스크의 두께를 기존의 컴팩트디스크에 비해 두께를 0.6㎜ 정도로 절반 가량 줄여 허용공차를 완화하고 있다.

이상과 같이 기록정보의 고밀도화에 따른 디스크 기울어짐 허용공차를 완화시키기 위하여 두께가 줄어든 고밀도 디스크는 기존의 CD용 드라이브 장치에 사용될 수 없다. 이는 디스크 두께가 변하면 그에 해당하는 구면수차가 발생하여 정보기록면에 형성되는 스폿의 크기가 커지게 되어 신호를 기록할 때 기록에 필요한 강도를 얻지 못하거나 재생신호가 열화되는 문제가 생기기 때문이다. 따라서, 서로 다른 두께를 디스크에 공히 사용될 수 있는 호환성이 있는 광픽업이 필요하다.

이를 위하여 하나의 광 디스크 드라이브에 두께가 다른 2개의 디스크를 사용할 수 있도록 하기 위한 연구가 진행되고 있는데 그 하나의 결과로 일본 특개평 7-98431호를 통하여 홀로그램 렌즈와 굴절형 렌즈를 적용한 렌즈 장치가 제안되었다.

제1도와 제2도는 0차 회절광(the Zero order diffracted light)과 1차 회절광(the lst order diffracted light)에 의한 디스크에 대한 입사광의 접속상태를 보인다. 도면번호 3은 정보 기록 대상인 디스크이다. 이 디스크(3a,3b)의 전방에는 굴절형 렌즈(2)와 홀로그램 렌즈(1)가 광진행 경로 상에 마련된다. 상기 홀로그램 렌즈(1)는 격자패턴(11)을 가지고 있어서 이를 통과한 빛은 회절되게 된다. 따라서, 광원(미도시)으로 부터의 빛은 홀로그램 렌즈(1)를 통과하면서 회절된 1차광(41)과 회절되지 않은 0차광(40)으로 분리된다. 따라서, 회절된 1차광(41)과 회절되지 않은 0차광(40)은 대물렌즈(2)에 의해 서로 다른 강도 접속되게 됨으로서 두꺼운 디스크(3b)의 얇은 디스크(3a)에 초점을 맺게 된다.

이러한 렌즈 장치는 0차광과 1차광을 이용하여 서로 다른 두께의 디스크에 대한 정보 저장 및 읽기가 가능한데, 입사광을 0차광과 1차광으로 분리하게 됨에 따른 광 이용효율의 저하의 결점이 있다. 즉, 입사광이 홀로그램 렌즈(2)에 의해 0차광과 1차광으로 나뉘기 때문에 실제 재생된 이용효율은 15% 내외가 된다. 그리고 정보 재생시 0차 또는 1차광 중의 어느 하나에만 정보가 실려 있기 때문에, 정보가 실려 있지 않은 1차광 또는 0차광이 광검출기에 검출되어 실효 정보의 노이즈로 작용할 가능성이 높다. 한편, 상기 렌즈장치의 홀로그램 렌즈를 가공함에 있어서 미세한 홀로그램 패턴의 식각과정이 높은 정밀도의 공정이 요구되기 때문에 제작 단가의 상승이 필연적으로 따른다.

제3도는 미국특허공부 5,281,797호에 개새된 다프노의 광학장치의 개략적 구조도이다. 이 광학장치는 광진행 중심축에 가까운 근축광의 스폿에 영향을 미치는 근축 바깥의 광을 분리하는 가변조리개를 구비한다.

이것은 디스크(3a,3b)를 대면하고 있는 대물렌즈(2)와 콜리메이팅렌즈(5)의 사이에 광원(9)으로 부터 방출되어 공분할기(6)를 투과한 광(4)을제어하는 것으로로서, 전술한 홀로그램 렌즈 대신에 마련되어, 광통과 영역의 면적, 즉 개구율의 적절히 조절하는 것이다. 즉, 이 광학장치는 상기 광(4)의 통과 면적을 조절할 수 있는 가변조리개(1a)를 구비하여 광(4)의 근축 영역 광(4a)을 제외한 근축 영역 바깥의 광(4b)을 전절히 분리할 수 있도록 된 것이다. 도면에서 7은 접속 렌즈 등의 검출광학계이며, 그리고 8은 광검출기이다.

이상과 같은 구조의 종래 광학 장치에 있어서, 실용적인 면에 있어서 가변조리개를 기계적인 조리개로 구성을 하면 조리개의 유효구경에 따라서 구조적인 공진 특성이 변하기 때문에 대물 렌즈 구동기구인 액츄에이터에 장착하기 어려운 문제가 있고, 그리고 조리개로서 액정을 이용하면, 위와 같은 문제는 해결되지만 반면에 소형화가 어렵고, 그리고 내열성, 내구성 등에 있어서 블리하게 됨은 물론 가격이 상승되게 되는 문제가 생긴다.

상기한 바와 같은 방법 외에 각 디스크를 위한 별개의 대물렌즈를 마련하여 특정 디스크에 대해 특정 대물렌즈가 사용되도록 하는 것이 있는데, 이것은 렌즈 교체를 위한 구동장치가 필요하기 때문에 구조가 복잡해짐은 물론 제조단가가 상승하는 문제가 발생한다.

본 발명은 제작 단가가 저렴하고 부품의 제작 및 조립이 용이한 광픽업장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 광 이용효율이 높고, 종래에 비해 작은 빔 스폿을 형성할 수 있는 광픽업장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광픽업 장치는,

광원과;

디스크 면을 향하는 상기 광원으로 부터의 광 진행 경로 상에 마련되는 것으로 소정의 유효직경을 가지는 대물 렌즈와;

상기 대물 렌즈와 상기 광원의 사이의 광진행 경로 상에 마련되는 광분할소자와;

상기 광분할소자로 부터 분할되어 입사되는 것으로 상기 디스크로 부터 반사된 광을 검지하는 광 검출기를; 구비한 광 픽업에 있어서,

상기 광검출기는 중앙의 제1광검지영역과, 제1광검지영역의 주위에 마련되는 제2광검지영역이 마련되고,

상기 제1광검지영역은 얇은 디스크를 적용할 시 입사광의 근축영역과 원축영역을 수광하는 크기를 가지는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는 상기 광검출기의 제1광검지영역은 제2광검지영역은 각각 4분할형으로 하는 것이 바람직하다.

상기 제1광검지영역은, 두꺼운 디스크로 부터 반사된 근축영역의 광에 대응함과 동시에 얇은 디스크로 부터 반사된 광의 근축영역과 원축영역의 광에 대응하는 크기의 광검지영역을 가지도록 하여, 두꺼운 디스크를 사용할 때에는 근축 영역의 광만을 검출할 수 있도록 하고, 그리고 얇은 디스크를 사용할 때에는 근축을 포함하는 원축 영역의 광을 함께 검출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제2광검지영역은 근축 바깥의 광, 축 원축의 광을 디스크과 대물렌즈가 거리에 따라 수광할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 렌즈 장치의 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 광검출기로 향하는 광진행 중심축 주위. 즉 근축과, 근축으로부터 먼 원측 사이의 중간 영역의 광, 즉 구면수차 성분이 많은 광을 차단 도는 차폐하도록 함으로써 광검출기에 구면수차 성분이 적은 광만이 도달되도록 한다. 이와 같이 함으로써 포커스 신호를 안정화시킬 수 있게 되어 두께가 다른 디스크, 예를 들어 1.2㎜의 CD 나 현재 개발 도상에 있는 0.6㎜의 DVD(Digital Video Disc)의 겸용이 가능한 디스크 드라이브를 용이하고 저렴한 가격으로 마련할 수 있게 된다.

제4도는 본 발명에 따른 광픽업의 개략적인 전체 구조도로서, 얇은 디스크(SD)와 두꺼운 디스크(CD)에 대해 광의 집속상태를 비교할 수 있도록 작성되어 있다.

제4도에 있어서, 도면 번호 300a 는 비교적 얇은 정보 기록 및 재생매체, 예를 들어 0.6㎜의 두께를 가지는 디스크, 300b는 비교적 두꺼운, 예를 들어 1.2㎜의 두께를 가지는 디스크이다. 상기 디스크(300a,300b)의 정면에 일반적인 형상의 대물렌즈(200)가 위치한다. 상기 대물렌즈(200)를 소정의 유효직경을 가지는 것으로 상기 광원(900)으로 부터의 입사광(400)을 디스크(300a, 300b)에 접속 또는 디스크(300a, 300b)로부터 반사된 광을 받아들인다. 상기 대물 렌즈(200)와 광원(900)의 사이에는 광원으로 부터 광을 상기 대물렌즈(200)로 반사하고, 디스크에서 반사된 광을 검출렌즈(800)로 투과시키는 빔스프리터(700)이 위치해 있고, 그리고 검출렌즈(800)의 후방에는 본 발명을 특징지우는 광검출기(820)이 마련되어 있다.

상기 광검출기는 다음과 같은 구조적 특징을 가진다.

상기 광검출기(820)는 전체적으로 마름모형을 이루고 있고, 그 중앙에 4분할된 마름모형 제1광검지영역(821)이 위치하고, 그 주위에 분할된 제2광검지영역(822)이 마련된다. 제1광검지영역(821)은 네개의 마름모형 광검지요소(A1, B1, C1, D1)를 구비하고, 제2광검지영역(822)은 네 개의 L형 광검지요소(A2, B2, C2, D2)를 구비한다.

상기 제1광검지영역(821)은 얇은 두께의 디스크에 대물렌즈가 포커스 위치에 있을 때, 입사광이 모두 도달할 수 있는 정도의 크기를 가지고, 그리고 제2광검지영역(822)은 포커스 위치에 있지 않을 때 비점수차에 의해 확장된 영역의 광이 도달되며, 특히, 두꺼운 디스크에 대해 대물렌즈가 포커스 위치에 있을 때에는 도달된 광분포 영역에 내접되는 정도의 크기를 가진다.

이를 보다 이해하기 쉽기 위하여 제6도 내지 12도를 참조하여 설명한다.

제6도는 얇은 디스크에 대물렌즈가 정확한 포커스 위치에 있을 때의 광분포를 보인다. 광검출기에 도달한 광 분포영역은 제1광검지영역에 실질적으로 내접한다.

제7도는 얇은 디스크에 대물렌즈가 포커스 우치보다 떨어져 있을 때의 광분포를 보인다. 이때에는 도시된 바와 같이 광분포는 횡방향으로 누워있어서, 수평방향의 수광요소(B2,B1,D1,D2)에 걸쳐서 분포되어 있다.

제8도는 얇은 디스크에 대물렌즈가 포커스 위치보다 가까워져 있을 때의 광분포이다. 이경우에는 도시된 바와 같이 공분포가 수직방향으로 세워져 있어서 수직방향의 수광요소(A2, A1, C1, C2)에 걸쳐서 광분포 영역이 형성되어 있다.

한편, 제9도에 도시된 바와 같이, 두꺼운 디스크에 대물렌즈가 정확한 포커스 위치에 있을 때에는 광 분포 영역이 제2광검지영역에 내접하는 형태가 된다.

제10도에 도시된 바와 같이, 두꺼운 디스크에 대물렌즈가 포커스 위치보다 떨어져 있을 때에는 광분포는 횡방향으로 누워있어서, 수평방향의 수광요소(B2, B1, D1, D2)에 걸쳐서 분포되어 있다.

제11도에 도시된 바와 같이, 두꺼운 디스크에 대물렌즈가 포커스 위치보다 가까워져 있을 때에는 광분포영역이 수직방향으로 세워져 있어서 수직방향의 수광요소(A2, A1, C1, C2)에 걸쳐서 광분포 영역이 형성되어 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 상기 제1광검지영역에는 항상 구면수차 성분이 적은 근축광만이 도달한다.

본 발명의 광픽업을 구동함에 있어서, 얇은 두께의 디스크로부터 정보를 재생하거나 기록하는 경우에는 제1광검지영역과 제2광검지영역으로 부터의 검출신호를 모두 사용한다. 따라서, 얇은 디스크를 사용할때의 포커스 에러 신호(FES)는 A1+A2+C1+C2+B1+B2+D1+D2 이다. 두꺼운 디스크로부터 정보를 재생하거나 기록하는 경우에 있어서는, 제1광검지영역으로부터 발생된 검출신호만을 사용하도록 한다. 따라서, 두꺼운 디스크를 사용할때의 포커스 에러 신호는 A1+C1+B1+D1 이다.

제12도는 두꺼운 디스크를 사용할때에, 60마이크로미터와 90마이크로 미터폭을 가지는 제1광검지영역으로 부터의 검출신호에 의한 포커스 신호와, 전체적으로 160마이크로미터의 폭을 가지는 제1광검지영역과 제2광검지영역으로 부터의 모든 검출신호에 의한 포커스 신호를 비교한 곡선이다. 이에 의하면, 두꺼운 디스크를 사용할 시, 제1광검지영역을 사용한 경우가 제1광검지영역과 제2광검지영역 모두를 사용하는 것에 비해 안정된 포커스 신호를 얻을 수 있다. 또한 이러한 본 발명에 있어서는 두꺼운 디스크를 적용할 시 제2광검지영역에 구면수차가 큰 원축광선이 크게 분포되도록 함으로써 포커스 신호를 증가시키고 포커스 방향에 대한 대칭성을 유지시킬 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 광픽업 장치는 광제어막과 8분할된 광검출기를 적용함으로써, 두개의 다른 두께의 디스크로 부터 정보를 읽어 내기 위하여, 두꺼운 디스크로 부터 정보를 읽은 때에는 광검출기에 근축 영역의 광 만이 도달되고, 그리고 얇은 디스크로 부터 정보를 읽을 때에는 근축과 원축 영역의 빛이 모두 도달될 수 있도록 설계된 광검출기를 적용한다. 이 광검출기는 전수한 바와 같이 전체적으로 8분할, 각 영역마다는 4분할형으로 되어 있는데, 필요에 따라 분할수를 더 늘일수 있다. 이와 같이 함으로써, 광검출기에 의해 두께가 두꺼운 디스크를 사용할때에는 근축영역의 광에 대응하는 신호를 얻고, 얇은 디스크를 사용할때에는 모든 영역, 즉 근축과 원축영역의 광에 대응하는 상대적으로 높은 신호를 얻는다.

이상과 같은 본 발명 렌즈 장치는 홀로그램 렌즈를 적용한 종래 렌즈 장치에 비해 여러 측면에서 유리하다. 즉, 종래 렌즈 장치는 가공이 어렵고 따라서 제작 단가가 높은 홀로그램 렌즈를 사용하는데 반해, 볼 발명의 렌즈 장치는 매우 간단하고 제작이 용이한 광 차단 또는 산란 수단, 구체적으로 투명 부재에 광 제어막을 적용한다. 또한 광이용 효율면에 있어서 본 발명의 렌즈 장치는 종래 렌즈 장치에 비해 높다. 이는 본 발명 렌즈장치는 종래 렌즈 장치와 같이 홀로그램 렌즈에 의해 광을 분리하지 않고 그대로 사용하기 때문이다.

Claims (4)

1. 광원과; 디스크 면을 향하는 상기 광원으로 부터의 광 진행 경로 상에 마련되는 것으로 소정의 유효직경을 가지는 대물 렌즈와; 상기 대물 렌즈와 상기 광원의 사이의 광진행 경로 상에 마련되는 광분할소자와; 상기 광분할소자로 부터 분할되어 입사되는 것으로 상기 디스크로 부터 반사된 광을 검지하는 광 검출기를; 구비한 광 픽업에 있어서, 상기 광검출기는 중앙의 제1광검지영역과, 제1광검지영역의 주위에 마련되는 제2광검지영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1광검지영역은 얇은 디스크를 적용할 시 입사광의 근축영역과 원축영역을 수광하는 크기를 가지도록 하여 된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 광검출기의 제1광검지영역과 제2광검지영역은 각각 4분할형인 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
4. 제1항 내지 제2항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광검출기는 마름모형인 것을 특징으로하는 광픽업장치.