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KR100705168B1 - 광 픽업 장치 - Google Patents

광 픽업 장치 Download PDF

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KR100705168B1
KR100705168B1 KR1020050128473A KR20050128473A KR100705168B1 KR 100705168 B1 KR100705168 B1 KR 100705168B1 KR 1020050128473 A KR1020050128473 A KR 1020050128473A KR 20050128473 A KR20050128473 A KR 20050128473A KR 100705168 B1 KR100705168 B1 KR 100705168B1
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KR
South Korea
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path switching
optical path
switching means
optical
beam splitter
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KR1020050128473A
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Inventor
강도원
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 광학 부품을 최소화하기 위한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광 픽업장치는, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2 레이저 다이오드; 제 1 또는 제 2레이저 다이오드에서 발생되는 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 제 1광 경로 전환수단; 상기 제 1광 경로 전환 수단에 의해 출사된 빔의 경로를 디스크 방향으로 반사하며, 디스크로부터의 반사 광빔을 투과시켜 주는 제 2광 경로 전환수단; 제 2광 경로 전환수단의 일측에 위치하여, 광을 전기적인 신호로 검출하기 위한 광 검출기; 제 2 광 경로 전환수단으로부터 입사된 빔을 평행하게 변환하여 대물렌즈로 입사시키고, 디스크로부터 반사된 빔을 제 2광 경로 전환 수단을 통해 상기 광 검출기에 집광시키는 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
레이저 다이오드, 플레이트 빔 스플리터, 광 검출기

Description

광 픽업 장치{Optical pick-up apparatus}
도 1은 종래 광 픽업 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 광 검출기의 위치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광 검출기의 메인 셀 및 서브 셀의 거리를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 평판 플레이트에서의 수차 보상 예를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101,102...레이저 다이오드 103,105...그레이팅 소자
104...보상렌즈 106,107...빔 스플리터
108...콜리메이터 렌즈 109...대물렌즈
110...광 검출기 111...모니터 광 검출기
본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 대물렌즈 하부의 광학 부품의 일측 에 광 검출기 또는/및 모니터 광 검출기를 배치한 광학계를 갖는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광 디스크는 광학적 특성을 이용하여 정보를 기록, 재생하는 제품으로, 일반적으로 작은 원판형상 모양으로 제조된다. 이러한 광 디스크를 사용하기 위해서는 광 디스크 드라이버가 필요하고 광 디스크 드라이버 내부에 장착되어 있는 광 픽업에 의해 광 디스크의 정보를 재생하거나 기록하게 된다.
상기 광 픽업 장치는 하나 이상의 레이저 다이오드(Laser Diode) 등의 회로 부품과 레이저의 빔을 반사, 수렴, 발산시키는 광 부품과, 그리고 상기 부품들을 안착 및 조정 가능한 구조를 구현하는 기구 부품으로, 크게 3부분의 핵심 부품으로 나눌 수 있다. 또한, 광 디스크 상에 빔이 정확히 맺히기 위해서 액츄에이터(actuator)라는 기구가 사용되게 된다. 액츄에이터는 레이저 다이오드에서 나온 레이저 빔을 광 디스크 상 정보가 기록된 정확한 지점에 모아주는 대물렌즈의 위치를 움직여, 레이저에 의한 정보의 재생/기록 성능을 향상시키는 장치이다. 이러한 광 픽업 장치는 CD, DVD, BD(blue laser diode)용 레이저 다이오드 중 하나 이상의 레이저 다이오드를 적용하여 사용하게 된다.
도 1은 종래 2 파장의 광 픽업 장치의 광학 계를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 제 1레이저 다이오드(예: CD LD)(11)로부터 발생되는 제 1광원은 보정렌즈(CD Lens)(13) 및 그레이팅 렌즈(15)를 통해 선 편광의 방향이 변환되어 큐빅 프리즘(17)에 입사된다.
여기서, 상기 보정렌즈(13)는 평행빔을 만들어주는 콜리메이터 렌즈(19)와 어느 정도의 거리가 유지되도록 기구적인 위치 등에 대한 보상해 주는 렌즈이다. 그리고, 그레이팅 렌즈(15)는 입사 빔의 회절 현상을 이용하여 3빔으로 분할하게 된다.
그리고, 큐빅 프리즘(17)은 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키며, 반사된 빔은 토탈 미러(18)에서 대물렌즈 방향으로 반사되고 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(19)에 의해 평행빔으로 만들어져 대물렌즈(20)를 통해 디스크(미도시)에 한 점으로 집광된다.
그리고, 디스크로부터 반사된 제 1반사광빔은 대물렌즈(20), 콜리메이터 렌즈(19), 토탈미러(18), 큐빅 프리즘(17), 플레이트 빔 스플리터(16), 센서렌즈(21)를 통해서 광 검출기(22)에 집광되어 전기적인 신호로서 검출된다. 이 검출된 신호를 이용하여 서보 및 RF 제어신호를 출력하게 된다. 여기서, 센서렌즈(21)는 렌즈면의 곡률이 균일하게 구성되는 것이 아니라 세로 방향과 가로 방향으로 서로 다르게 구성되어 비점수차를 발생시키는 렌즈이다.
한편, 제 2레이저 다이오드(예: DVD LD)(12)로부터 발생되는 제 2광원은 그레이팅 렌즈(15)를 경유하여, 플레이트 빔 스플리터(16)에 입사되며, 플레이트 빔 스플리터(16)는 제 2광원을 반사하여 큐빅 프리즘(17), 토탈미러(18), 콜리메이터 렌즈(19), 대물렌즈(20)를 통해 디스크에 한 점으로 집광된다.
그리고, 제 2레이저 다이오드(12)로부터 발생된 제 2광빔은 디스크로부터 반사되고, 제 2반사광빔은 역 경로를 통해서 광 검출기(22)에 전기적인 신호로서 검출되어, 서보 및 RF 신호로 출력된다.
상기한 바와 같이 디스크에 정보를 기록 또는 제거할 때, 그리고 기록 정보를 읽을 때 각각 다른 레이저 다이오드 파워가 필요하고, 이와 같이 레이저 다이오드 파워를 변화시키기 위해서 대물렌즈(20)의 파워 상태를 확인하기 위한 수단으로 모니터 PD(23)에서 광 파워를 검출한다.
이러한 광 픽업 장치는 제한된 공간에서 두 개의 레이저 다이오드에서 발생된 빔을 디스크 상에 초점 맺히도록 광 경로를 바꾸어 주는 광 경로 전환을 위한 광전부품이 구비되는데, 상기 광전 부품은 빔의 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 특성을 갖고 있으며, 통상적으로 큐빅 프리즘(cubic prism) 및/또는 플레이트 빔 스플리터(Plate beam splitter)로 구성된다.
종래에는 2파장 광학계를 위해 3개의 광전부품인 제 1레이저 다이오드(CD LD), 제 2레이저 다이오드(DVD LD), 광 검출기(PD IC)로 구성될 경우, 서로의 광 경로를 방해하지 않는 최소한의 미러(Mirror)는 2개가 필요하게 된다. 즉, 만일 플레이트 빔 스플리터가 없다면 제 2레이저 다이오드(DVD LD)와 광 검출기의 경로가 겹쳐지고, 큐빅 프리즘이 없다면 제 1레이저 다이오드(CD LD)와 광 검출기의 경로가 겹쳐지게 된다. 또한 광점 부품이 횡으로 배치되어 있기 때문에 광 경로를 꺾어주기 위한 토탈 미러가 반드시 필요하게 된다.
이와 같이, 2파장 광학계를 구성하기 위해 필연적으로 광 경로 상에 설치되는 큐빅 프리즘 또는 웨지 프리짐(Wedge prism) 등은 고가의 광 부품으로서 가격 상승의 한 요인으로 작용된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 두 개의 미러를 이용하여 3개의 광전 부품에 대응할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 두 개의 플레이트 빔 스플리터를 이용하여 두 개의 레이저 다이오드와 하나의 광 검출기에 대한 광의 경로를 제공할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 광 경로 상에 배치되는 광학 부품을 최소화할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 광 픽업장치는,
서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2 레이저 다이오드;
제 1 또는 제 2레이저 다이오드에서 발생되는 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 제 1광 경로 전환수단;
상기 제 1광 경로 전환 수단에 의해 출사된 빔의 경로를 디스크 방향으로 반사하며, 디스크로부터의 반사 광빔을 투과시켜 주는 제 2광 경로 전환수단;
제 2광 경로 전환수단의 일측에 위치하여, 광을 전기적인 신호로 검출하기 위한 광 검출기;
제 2 광 경로 전환수단으로부터 입사된 빔을 평행하게 변환하여 대물렌즈로 입사시키고, 디스크로부터 반사된 빔을 제 2광 경로 전환 수단을 통해 상기 광 검 출기에 집광시키는 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 콜리메이터 렌즈와 광 검출기는 제 2광 경로 전환 수단을 중심으로 180도 방향에 설치된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 2광 경로 전환 수단의 후방에는 모니터 광검출기를 더 배치한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1, 제 2광 경로 전환 수단은 플레이트 빔 스플리터인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 콜리메이터 렌즈의 광 검출기에 대한 초점 길이는 11.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광 검출기의 메인 및 서브 셀의 간격은 최대 100um인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 광 경로 전환수단의 입사측에는 플레이트 빔 스플리터에 의해 발생되는 수차를 보상하기 수차 보상 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2레이저 다이오드(101,102); 각 레이저 다이오드(101,102)의 출사측에 설치된 제 1 및 제 2그레이팅(grating) 소자(103,105); 상기 발생된 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반 사시켜 주는 제 1 플레이트 빔 스플리터(106); 제 1 그레이팅 소자(105) 및 제 2레이저 다이오드(102) 사이에 설치된 보상렌즈(104); 상기 제 1플레이트 빔 스플리터로부터 출사된 빔을 디스크 방향으로 전환하는 제 2플레이트 빔 스플리터(107); 상기 제 2플레이트 빔 스플리터(107)로부터 출사된 빔을 평행하게 하는 콜리메이터 렌즈(108)와, 상기 평행화된 빔을 디스크에 조사하는 대물렌즈(109)와, 상기 제 2플레이트 빔 스플리터(107)의 일측에 서로 직각 방향으로 배치된 광 검출기(110)와, 모니터 광 검출기(111)를 포함하는 구성이다.
상기와 같은 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 제 1 레이저 다이오드(101) 및 제 2레이저 다이오드(102)는 하나의 빔 스플리터(Beam Splitter)를 공용으로 사용하게 된다. 여기서, 제 1레이저 다이오드(101)는 CD LD이며, 제 2레이저 다이오드(102)는 DVD LD로 구성할 수도 있다.
제 1 및 제 2 레이저 다이오드(101,102)의 출사측에는 그레이팅 소자(103,105)가 배치되어, 입사 빔의 회절 현상을 이용하여 몇 개(예; 3개)의 빔으로 분할하게 된다.
그리고, 제 2레이저 다이오드(102)와 그레이팅 소자(105) 사이에는 보상 렌즈(104)가 배치되는데, 상기 보상 렌즈(104)는 제2 레이저 다이오드(102)로부터 발생되는 빔의 수차를 보정하게 된다. 이러한 상기 보상 렌즈(102)의 한 면에는 토릭 렌즈(toric lens) 또는 실린더 렌즈(cylinder lens) 등과 같은 수차 보상 렌즈가 설치된다. 상기 수차 보상 렌즈는 두 개의 광학계를 하나의 플레이트 빔 스플리터를 사용하므로 인해 발생되는 비점 수차와 코마 수차를 보정하게 된다.
상기 토릭 렌즈 또는 실린더 렌즈는 수평과 수직의 곡률이 다른 렌즈를 이용하여 초점이 두 군데서 맺히게 하여 비점 수차를 발생시켜 준다. 즉, 기울어진 플레이트 빔 스플리터(106)에 의하여 발생되는 비점 수차를 수평/수직 곡률이 다른 토릭 렌즈 또는 실린더 렌즈를 이용하여 원래 발생한 비점 수차와 정 반대의 비점 수차를 다시 발생시켜서 보상하게 된다.
상기 플레이트 빔 스플리터(106)에서의 비점수차와 코마수차는 도 5에 도시된 바와 같이, 플레이트 빔 스플리터(106)를 통과하는 빔은 코마 수차와 비점 수차가 발생되는데, 코마 수차(sagittal coma)는 수학식 1로 구해지며, 비점수차(astigmatism)는 수학식 2로 구해진다.
Figure 112005075600197-pat00001
Figure 112005075600197-pat00002
여기서, Up는 플레이트의 법선, 즉 플레이트의 수직인 면과 입사광선중 주광선(Chief Ray)이 이루는 각도이며, U는 플레이트를 통과한 후의 주 광선(Chief Ray)과 가장자리 광선(Marginal Ray)이 이루는 각도이며, t는 플레이트의 두께, N은 플레이트를 구성하는 재질의 굴절율, ls'는 Sagittal Focal Length, lt'는 Tangential Focal Length이다. 이러한 비점수차와 코마수차 문제를 해결하기 위해서, 빔이 투과되는 플레이트 빔 스플리터(106)의 입사측에 토릭 렌즈를 구성해 주게 되므로, 상기 비점수차와 코마수차를 보상해 줄 수 있다.
그리고, 제 1플레이트 빔 스플리터(106)로부터 출사된 빔은 제 2플레이트 빔 스플리터(107)에서 디스크 방향으로 경로가 전환되며, 경로가 전환된 빔은 콜리메이터 렌즈(108)에 의해 평행 빔으로 변환되고, 변환된 평행 빔의 대물렌즈(109)에 의해 디스크에 한 점으로 조사된다.
그리고, 디스크로부터 반사된 반사광빔은 대물렌즈(109), 콜리메이터 렌즈(108), 제 2플레이트 빔 스플리터(107)를 통해 픽업 장치의 하부에 위치한 광 검출기(110)에 집광된다.
이때, 상기 제 2플레이트 빔 스플리터(107)의 일측에는 서로 직각 방향으로 배치된 광 검출기(110)와 모니터 광 검출기(111)를 각각 구비하게 된다. 상기 광 검출기(110)는 제 2플레이트 빔 스플리터(107)를 중심으로 콜리메이터 렌즈(108)와 180도 방향에 배치되며, 콜리메이터 렌즈(108)의 초점 길이 내에 위치하게 된다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 검출기(110)는 광 픽업의 하부에 배치되는 것으로서, 콜리메이터 렌즈(108)의 초점 길이(a)가 길다면 광 검출기에 도달하는 광의 경로가 길어지게 되므로, 픽업의 두께가 두꺼워 지며, 이로 인해 픽업의 이동 등에 따라 문제가 발생된다. 이를 방지하기 위해 본 발명은 콜리메이터 렌즈(108)의 초점 길이(거리)(a)를 11.5mm이하로 하여, 해당 위치 내에 광 검출기(110)를 배치하게 된다.
또한 광 검출기(110)는 메인 및 서브 셀(cell)의 간격은 대물렌즈의 초점 길이와 콜리메이터 렌즈 이후의 수광계의 배율 차이에 의해 결정된다. 대물렌즈는 예를 들면, 초점 길이가 3mm이고 수광계와의 배율이 상당히 작기 때문에 광 검출기의 셀 간격이 100um 정도를 초과할 경우, 두 개의 셀 간격을 기준으로 할 경우 디스크에 맺히는 메인 및 서브 빔의 간격이 더 이격되므로, 편심 디스크 등에 취약해 진다. 이를 위해, 본 발명은 디스크에서의 메인 및 서브 빔의 간격을 맞추기 위해 메인 및 서브 셀(cell)의 간격(d)을 도 4와 같이 100um 이하로 배치한다.
또한 모니터 광 검출기(111)는 제 2플레이트 빔 스플리터(107)의 후 방향에 배치되어 제1 플레이터 빔 스플리터(107)로부터 출사된 광의 파워를 검출하게 된다. 즉, 디스크에 정보를 기록 또는 제거할 때, 그리고 기록 정보를 읽을 때 각각 다른 레이저 다이오드 파워가 필요하고, 이와 같이 레이저 다이오드 파워를 변화시키기 위해서 대물렌즈(109)의 파워 상태를 확인하게 되기 위한 수단으로 모니터 광 검출기(111)에서 광 파워를 검출한다. 이러한 모니터 광 검출기(111)는 제 2플레이트 빔 스플리터(107)의 후방에 위치하므로, 광 경로로 진행하는 소정의 빔이 제 2플레이트 빔 스플리터(107)를 투과하여 모니터 광 검출기(111)에 집광된다. 이에 따라 기존과 같이 모니터 광 검출기 앞단에 센서 렌즈를 구비하지 않아도 된다.
본 발명은 큐빅 프리즘이 없이 두 개의 플레이트 빔 스플리터를 이용하여 두 개의 레이저 다이오드로부터 출사된 광의 경로를 대물렌즈 방향으로 진행시켜 줄 수 있으며, 콜리메이터 렌즈의 초점 길이에 해당되는 위치에 광 검출기를 배치하 여, 광 검출기가 다른 레이저 다이오드와의 광의 경로를 겹쳐 사용하지 않도록 한다.
따라서, 본 발명은 플레이트 빔 스플리터와 같은 2개의 미러를 이용하여 2개의 레이저 다이오드 및 광 검출기의 광의 경로를 방해하지 않고 광 픽업 장치에 적용할 수 있다. 본 발명은 제 1플레이트 빔 스플리터를 제 2플레이트 빔 스플리터와 같은 렌즈를 사용하지 않고 다른 렌즈인 큐빅 프리즘을 사용할 수도 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 의하면, 2개 이상의 레이저 다이오드를 이용하는 광학계에 고가의 큐빅 프리즘을 사용하지 않고, 저가의 플레이트 빔 스플리터를 이용하여 3개의 광전 부품을 모두 배치하여 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 광 경로 상에 배치되는 광학 부품을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제1 및 제2 레이저 다이오드;
    상기 제1 또는 제2 레이저 다이오드에서 발생되는 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 플레이트 빔 스플리터;
    상기 플레이트 빔 스플리터에 의해 출사된 빔의 경로를 디스크 방향으로 반사하며, 디스크로부터의 반사광 빔을 투과시켜 주는 광 경로 전환수단;
    상기 광 경로 전환수단의 일측에 위치하여, 광을 전기적인 신호로 검출하기 위한 광 검출기; 및
    상기 광 경로 전환수단으로부터 입사된 빔을 평행하게 변환하여 대물렌즈로 입사시키고, 디스크로부터 반사된 빔을 상기 광 경로 전환수단을 통과하여 상기 광 검출기에 집광시키는 콜리메이터 렌즈를 포함하되,
    상기 플레이트 빔 스플리터를 투과하는 입사부 쪽에는 상기 플레이트 빔 스플리터의 투과두께에 의해 발생되는 수차를 보상하기 위해 수차 보상 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈와 광 검출기는 상기 광 경로 전환수단을 중심으로 서로 반대편에 설치된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광 경로 전환수단의 후방에는 모니터 광검출기를 더 배치한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈의 광 검출기에 대한 초점 길이는 11.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광 검출기의 메인 및 서브 셀의 간격은 최대 100um인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 삭제
  8. 광 픽업 장치에 있어서,
    복수개의 레이저 다이오드로부터 입사되는 빔의 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 광 경로 전환 수단;
    상기 광 경로 전환수단으로부터 입사된 빔을 대물렌즈 방향으로 반사시키고, 대물렌즈로부터 반사되는 빔을 투과시키는 플레이트 빔 스플리터; 및
    상기 플레이트 빔 스플리터의 하부에 배치되며, 상기 플레이트 빔 스플리터의 투과 빔을 전기적인 신호로 검출하는 광 검출기를 포함하되,
    상기 광 경로 전환수단의 입사측에는 상기 플레이트 빔 스플리터의 투과두께에 의해 발생되는 수차를 보상하기 수차 보상 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 대물렌즈로 반사되는 빔을 입사받아 상기 플레이트 빔 스플리터를 통해 광 검출기에 집광시키는 집광 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는 콜리메이터 렌즈인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 플레이트 빔 스플리터를 중심으로 광 검출기의 직각 방향에 모니터 광 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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