KR0166233B1 - 초소형 듀얼 포커스 광 픽-업장치 - Google Patents

초소형 듀얼 포커스 광 픽-업장치 Download PDF

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KR0166233B1 KR1019950043819A KR19950043819A KR0166233B1 KR 0166233 B1 KR0166233 B1 KR 0166233B1 KR 1019950043819 A KR1019950043819 A KR 1019950043819A KR 19950043819 A KR19950043819 A KR 19950043819A KR 0166233 B1 KR0166233 B1 KR 0166233B1
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Abstract

본 발명은 광 디스크 플레이어에서 디스크에 기록된 정보를 읽어들이는 광 픽-업에 관한 것으로서, 특히 모든 광학계를 실리콘기판에 초소형 박막형으로 일체로 구성하여 두께가 서로 다른 두 종류의 디스크에 기록된 정보를 읽어들일 수 있도록 함으로서 조립 및 조정의 용이성과 경박단소화에 기여할 수 있도록 하는 초소형 광 픽-업 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 다수의 광학소자가 집적 형성되는 실리콘기판과, 상기 실리콘기판의 일측 중앙부에 형성되어 소정의 발진파장으로 레이저 빔을 방출하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드 하측에 집적 형성되어 디스크로부터 돌아오는 광정보를 검출하는 광검출기, 상기 실리콘기판 상부의 소정부분에 형성되어 상기 레이저 다이오드로부터 방사되는 레이저 빔을 평행광으로 유지하여 반사하는 제 1 프레즈넬렌즈, 상기 실리콘기판 상부 일측에 형성되어 레이저 빔을 집광하여 두께가 다른 디스크상에 서로 다른 빔 포커스를 형성하는 듀얼 포커스 대물렌즈, 상기 실리콘기판 중앙부의 소정위치에 형성되어 제 1 플레즈넬렌즈에 의해 반사된 레이저 빔을 소정비율로 투과 및 반사시켜 상기 듀얼 포커스 대물렌즈로 조사하는 빔 스플리트, 상기 실리콘기판 하부의 소정위치에 형성되어 상기 빔 스플리트로 투과하는 광정보를 이용해 포커스에러를 발생시켜 광검출기로 조사하는 제 2 프레스넬렌즈로 이루어진 것이다.

Description

초소형 듀얼 포커스 광 픽-업장치
제1도는 디스크의 종류에 따른 데이타 기록상태도.
제2도는 종래 듀얼 포커스 광 픽-업장치의 구성도.
제3도는 본 발명에 따른 초소형 광 픽-업장치의 구성도.
제4도는 본 발명에 따른 초소형 광 픽-업장치의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘기판 2 : 레이저 다이오드
3 : 광검출기 4 : 제 1 프레즈넬렌즈
5 : 듀얼 포커스 대물렌즈 5a : 제 1 대물렌즈
5b : 제2 대물렌즈 6 : 빔 스프리트
7 : 제 2 프레즈넬렌즈 8 : 무반사막
9 : 반사막 59 : 제 1 디스크(0.6mm)
59 : 제 2 디스크(1.2mm)
본 발명은 광 디스크 플레이어에서 디스크에 기록된 정보를 읽어들이는 광 픽-업에 관한 것으로서, 특히 모든 광학계를 실리콘기판에 초소형 박막형으로 일체로 구성하여 두께가 서로 다른 두 종류의 디스크에 기록된 정보를 읽어들일 수 있도록 함으로서 조립 및 조정의 용이성과 경박단소화에 기여할 수 있도록 하는 초소형 광 픽-업 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광 디스크(CD)는 크게 1.2mm와 0.6mm의 두께를 갖는 두가지 종류로 구분되며, 최근에 들어 디스크에 상당히 많은 분량의 영상신호를 압축 기록하여 이를 재생할 수 있는 디지탈 디스크 플레이어(Digital Video Disk Player : DVDP)에 대한 연구가 이루어지고 있다.
이러한 광 디스크 플레이어에서의 제1도의 (a), (b)와 같이 1.2mm 디스크는 한면에 복층으로 데이타를 기록하고, 0.6mm 부분의 중간에 디스크 복층으로 데이타를 기록하여 하나의 디스크에 많은 량의 데이타를 기록하도록 하고 있다.
따라서 이러한 두 종류의 디스크에 기록된 데이타를 읽기 위한 광 픽-업장치는 0.6mm 또는 1.2mm 디스크중 하나의 기록된 정보만을 읽을 수 있도록 되어 있어 두 종류의 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 읽어들일 수 없도록 되어 있다.
그 이유는 두께가 1.2mm 디스크에 비해 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 읽을 경우 0.6mm의 두께 차이가 발생되어 광학적인 수차가 높아져 노이즈가 증가하게 되고, 이로 인하여 에러 발생율이 증대되어 기록된 정보를 정확히 읽을 수 없는 것이다.
따라서 최근에 들어 레이저 빔이 회절격자를 경유한 빔의 회절 정도에 따라 대물렌즈에 입사하는 빔의 광 경로차이(0차와 1차 회절광)에 의하여 포커스가 서로 다른 위치에 형성되도록 하여 1.2mm 디스크와 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 읽을 수 있도록 하는 듀얼 포커스 광 픽-업장치가 개발되고 있는 것이다.
이러한 종래 듀얼 포커스 광 픽-업장치의 구조는, 제2도에 도시된 바와 같이 레이저 빔을 발생하는 레이저 다이오드(51)의 일측에는 레이저 빔을 포커스 및 트래킹용의 광으로 분리하는 회절격자(52)가 소정 간격을 두고 설치된다.
그리고 상기 회절격자(52)의 일측에는 소정의 기울기를 갖도록 설치되고 일정한 비의 반사율과 투과율을 가져 입사광을 반사광과 투과광으로 분리하여 빔 스플리트(53)가 배치된다.
또한 상기 빔 스플리트(52)의 상부에는 굴절된 광이 직선성을 갖도록 하는 콜리메이트렌즈(54)가 설치되며, 상기 콜리메이트렌즈(54)의 상측에는 홀로그래픽 광학렌즈(56)와 대물렌즈(57)가 복합 배열되어 분리된 광을 집광하여 0.6mm 디스크(이하 제 1 디스크라 함)(58) 및 1.2mm 디스크(이하 제 2 디스크라 함)(59)상에 포커싱시켜 기록된 정보를 읽는 듀얼 포커스 대물렌즈(55)가 설치되어 있다.
그리고 상기 빔 스플리트(53)의 하부에는 듀얼 포커스렌즈(55)를 통해 돌아오는 제 1 디스크(58) 및 제 2 디스크(59) 상에 기록된 광 정보를 이용해 비점수차를 발생시키는 비점수차 발생렌즈(60)가 배치되고, 그 하부에는 광정보를 전류로 변환하는 광 검출기(61) 소정 간격을 두고 설치되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 종래 광 픽-업장치는, 먼저 레이저 다이오드(51)에서 680nm의 발진파장을 갖는 레이저 빔을 송출하게 되며, 이러한 레이저 빔은 회절격자(52)를 경유함에 따라 0차 및 1차 광으로 분리하여 0차 광은 포커스용으로, 그리고 1차의 광은 트랙킹용으로 이용한다.
따라서 상기 회절격자(52)에 의해 포커스 및 트랙킹용으로 분리된 광은 일정한 비의 반사율과 투과율을 갖는 빔 스플리트(53)로 방출되어 입사광을 반사광과 투과광으로 분리하게 되며, 이 반사공은 콜리메이트 렌즈(54)를 경유함에 따라 빔을 직선성으로 유지시켜 듀얼 포커스 대물렌즈(55)로 보내게 된다.
여기서 듀얼 포커스렌즈(55)에서의 빔 처리 과정을 살펴보면, 상기 콜리메이트 렌즈(54)를 통과하여 직선성이 유지된 빔은 홀로그래픽 광학렌즈(56)를 거침에 따라 0차 1차광으로 분리되며, 이 분리된 광은 대물렌즈(57)에 보내어짐으로서 상기 대물렌즈(57)에 의해 빔을 집광하여 0.6mm인 제 1 디스크(58)와 1.2mm인 제 2 디스크(59)상에 약 1.6㎛ 정도의 초점을 맺혀 디스크에 기록된 정보를 읽게 된다.
즉 대물렌즈(57)에 의해 약 1㎛ 정도의 에어리 형태로 집광되어 제 1 디스크(58)와 제 2 디스크(59)의 피트(58a)(59a)인 신호면에 조사되며, 이 광은 데이타가 기록된 피트(58a)(59a)가 없는 곳에서는 거의 그대로 돌아오게 되나, 피트(58a)(59a)가 있는 곳에서는 광이 피트(58a)(59a)에 의해 회절되어, 대물렌즈(57)의 범위 밖으로 나가게 되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(61)에 광량차이를 발생시킨다.
따라서 상기 제 1 디스크(58)와 제 2 디스크(59)에서 반사되어 돌아오는 변조된 광 정보는 듀얼 포커스 대물렌즈(55)와 콜링메이터렌즈(54), 그리고 빔 스플리트(53)를 통해 비점수차 발생렌즈(60)로 보내어져 포커스 에러를 검출하기 위한 비점수차를 발생하게 된다.
이때 비점수차 발생렌즈(60)를 경유한 광 정보는 광 검출기(61)로 보내어짐으로서 알.에프(RF), 포커스와 트랙킹에러 조절 및 정보를 전류로 변환시키며, 이 변환된 전류를 미도시된 제어회로에 의해 원래의 신호로 복조하여 재생시키게 되는 것이다.
이와 같은 종래 듀얼 포커스 광 픽-업장치는, 빔 스플리트, 회절격자, 레이저 다이오드, 광검출기, 듀얼 포커스렌즈, 콜리메이트렌즈, 대물렌즈 등의 광학부품들이 각각 독립적으로 제작되어 조립에 의해 광 픽-업장치가 구성됨에 따라 조립시 발생되는 기구적인 오차에 의해 동작시 에러가 발생률이 높을 뿐만 아니라 위치선정의 정확도에 따라 개별 부품의 크기 및 설치의 제한을 받게됨으로서 소형화하기에 많은 어려움이 있으며, 특히 최근에 들어 광 디스크 플레이어의 소형화 추세에 따라 광 픽-업장치도 그에 비례하여 소형화되어야 하나 제작상에 있어 많은 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 광 픽-업장치의 소형화를 위해 실리콘기판에 빔 스플리트, 프레즈넬렌즈, 레이저 다이오드, 광검출기, 듀얼 포커스 대물렌즈, 콜리메이트렌즈기능을 갖는 프레즈넬렌즈 등 다수의 광학소자를 일체로 집적형성하여 조립 및 조정의 용이성과 경박단소화에 기여할 수 있도록 하는 일체형 듀얼 포커스 광 픽-업장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 다수의 광학소자가 집적 형성되는 실리콘 기판, 상기 실리콘기판의 일측 중앙부에 형성되어 소정의 발진파장으로 레이저빔을 방출하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드 하측에 집적 형성되어 디스크로부터 돌아오는 광정보를 검출하는 광검출기, 상기 실리콘기판 상부의 소정부분에 형성되어 상기 레이저 다이오드로부터 방사되는 레이저 빔을 평행광으로 유지하여 반사하는 제 1 프레즈넬렌즈, 상기 실리콘기판 상부 일측에 형성되어 레이저 빔을 집광하여 두께가 다른 디스크상에 서로 다른 빔 포커스를 형성하는 듀얼 포커스 대물렌즈, 상기 실리콘기판 중앙부의 소정위치에 형성되어 제 1 플레즈넬렌즈에 의해 반사된 레이저 빔을 소정비율로 투과 및 반사시켜 상기 듀얼 포커스 대물렌즈로 조사하는 빔 스플리트, 상기 실리콘기판 하부의 소정위치에 형성되어 상기 빔 스플리트로 투과하는 광정보를 이용해 포커스에러를 발생시켜 광검출기로 조사하는 제 2 프레스넬렌즈로 이루어진 것이다.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명에 따른 초소형 듀얼 포커스 광 픽-업장치의 구성도로서, 실리콘기판(1)의 일측 중앙부에는 소정의 발진파장으로 레이저 빔을 방출하는 레이저 다이오드(2)가 설치되고, 상기 레이저 다이오드(2) 하측에는 제 1 디스크(58) 및 제 2 디스크(59)로부터 돌아오는 광정보를 검출하는 광검출기(3)가 배치되어 있다.
또한 상기 실리콘기판(1) 상부의 소정부분에는 레이저 다이오드(2)로부터 방사되는 레이저 빔을 반사하여 평형광으로 유지시키는 제 1 프레즈넬렌즈(4)가 형성되며, 상기 실리콘기판(1) 상부의 일측에는 레이저 다이오드(2)로부터 방사되는 레이저 빔을 제 1 디스크(58) 및 제 2 디스크(59)상에 각각 서로 다른 포커스를 형성하는 듀얼 포커스 대물렌즈(5)가 집적 형성되어 있다.
그리고 상기 실리콘기판(1) 중앙부의 소정위치에는 제 1 프레즈넬렌즈(4)에 의해 평행광으로 반사된 레이저 빔을 소정 비율로 투과 및 반사시켜 상기 듀얼 포커스 대물렌즈(5)로 조사하는 빔 스플리트(6)가 형성되고, 실리콘기판(1) 하부의 소정 위치에는 빔 스플리트(6)에 의해 돌아오는 디스크의 광정보를 집광하여 광검출기(3)로 조사하는 제 2 프레즈넬렌즈(7)가 형성되어 구성된다.
또한 상기 실리콘기판(1)의 하부에는 상기 제 2 프레즈넬렌즈(4)의 중앙부를 중심으로 좌측에는 나이프 에지(knife edge) 기능을 갖도록 무반사막(8)이 형성되고, 제 2 프레즈넬렌즈(7)의 중앙부를 중심으로 우측에는 반사막(9)이 집적 형성되어 있다.
제4도는 본 발명에 따른 초소형 광 픽-업장치의 평면도로서, 제 1 프레즈넬렌즈(4)의 중앙에는 집광만곡부(4a)가 돌설되고 상기 집광만곡부(4a)를 중심으로 집광만곡부(4b)보다 만곡반경이 작은 다수의 평면상의 굴절만곡부(4b)의 궤적이 동심원을 이루게 형성되어 있으며, 듀얼 포커스 대물렌즈(5)는 원형형상의 소정 굴절율을 갖는 제 1 대물렌즈(5a) 외주면에 상기 제 1 대물렌즈(5a)와 굴절율이 다른 제 2 대물렌즈(5b)가 감싸도록 형성되어 있다.
이와 같이 이루어진 본 발명은, 먼저 레이저 다이오드(2)로부터 소정의 발진파장을 갖는 레이저 빔이 임의의 각도를 유지하면서 방출하게 되며, 이러한 레이저 빔은 실리콘기판(1)의 상면에 형성된 제 1 프레즈넬렌즈(4)에 의해 전반사되어 평행관으로 유지된 후 실리콘기판(1) 중앙부에 위치하여 일정한 반사율과 투과율을 갖는 빔 스플리트(6)로 조사된다.
따라서 상기 빔 스플리트(6)는 입사광을 소정비율로 반사광과 투과광으로 분리하게 되며, 상기 빔 스플리트(6)에 의해 반사된 광은 실리콘기판(1) 상부 일측 형성되어 듀얼 포커스 대물렌즈(5)에 의해 레이저 다이오드(2)로부터 발생되는 레이저 빔을 집광하여 디스크상에 빔 포커스를 형성하게 된다.
즉, 두 개의 제 1 및 제 2 대물렌즈(5a)(5b)가 일체로 형성된 듀얼 포커스 대물렌즈(5)에서 굴절율이 적은 제 1 대물렌즈(5a)에 의해 0.6mm인 제 1 디스크(58)에 빔 포커스를 형성하게 되며, 상기 제 1 대물렌즈(5a)보다 굴절율이 큰 제 2 대물렌즈(5b)에 의해 1.2mm의 제 2 디스크(59)에 약 1.6㎛ 정도의 빔 포커스를 각각 형성하게 된다.
한편 상기 듀얼 포커스 대물렌즈(5)의 제 1 및 제 2 대물렌즈(5a)(5b)에 의해 제 1, 제 2 디스크(58)(59)에 에어리 디스크 형태로 집광되어 피트(58a)(59a)인 신호면에 조사되며, 이 광은 데이타가 기록된 피트(58a)(59a)가 없는 곳에서는 거의 그대로 돌아오게 되나, 피트(58a)(59a)가 있는 곳에서는 광이 피트(58a)(59a)에 의해 회절되어 제 1 및 제 2 대물렌즈(5a)(5b)의 범위밖으로 나가게 되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(3)에 광량 차이를 발생시키게 된다.
따라서 상기 제 1 및 제 2 대물렌즈(5a)(5b)에서 반사되어 돌아오는 변조된 광정보는 듀얼 포커스 대물렌즈(5)의 제 1 및 제 2 대물렌즈(5a)(5b)를 거쳐 빔 스플리트(6)에 조사됨으로서 디스크의 광 정보를 소정 비율로 반사광과 투과광으로 분리하게 되며, 상기 빔 스플리트(6)에 의해 투과된 광정보는 실리콘기판(1) 하부에 형성되어 있는 제 2 프레즈넬렌즈(7)에 조사된다.
이때 상기 실리콘기판(1) 하부에 형성되어 있는 제 2 프레즈넬렌즈(7)를 중앙으로 하여 우측에 형성된 반사막(9)에 의해 빔 스플리트(6)를 투과한 광정보를 집광하여 광검출기(2)로 조사하게 되나, 상기 제 2 프레즈넬렌즈(7)를 중앙으로 하여 좌측에 형성된 무반사막(8)에 의해 빔 스플리트(6)를 투과한 광정보를 광검출기(2)로 조사하지 않게 되어 상기 무반사막(8)은 나이프 에지 기능을 갖게 됨으로서 반사막(9)과 무반사막(8)에 의해 포커스에러를 검출하게 되는 것이다.
그러므로 반사막(9)이 형성되어 있는 제 2 프레즈넬렌즈(7)에 의해 광검출기(3)로 보내어진 광 정보는 미도시된 트랙킹 및 포커스에러 검출회로에서 포커스에러와 트랙킹에러를 검출하고, 디지탈신호 처리부에서 원래의 신호로 복조하여 재생시키게 되는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 픽-업장치는 실리콘기판에 빔 스플리트, 프레즈넬렌즈, 레이저 다이오드, 광검출기, 듀얼 포커스 대물렌즈, 콜리메이트렌즈기능을 갖는 프레즈넬렌즈 등 다수의 광학소자를 일체로 집적 형성하여 조립 및 조정의 용이성과 경박단소화에 기여할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 다수의 광학소자가 집적 형성되는 실리콘 기판(1), 상기 실리콘기판(1)의 일측 중앙부에 형성되어 소정의 발진파장으로 레이저빔을 방출하는 레이저 다이오드(2), 상기 레이저 다이오드(2) 하측에 집적 형성되어 디스크로부터 돌아오는 광정보를 검출하는 광검출기(3), 상기 실리콘기판(1) 상부의 소정부분에 형성되어 상기 레이저 다이오드(2)로부터 방사되는 레이저 빔을 평행광으로 유지하여 반사하는 제 1 프레즈넬렌즈(1), 상기 실리콘기판(1) 상부 일측에 형성되어 레이저 빔을 집광하여 두께가 다른 디스크상에 서로 다른 빔 포커스를 형성하는 듀얼 포커스 대물렌즈(5), 상기 실리콘기판(1) 중앙부의 소정위치에 형성되어 제 1 프레즈넬렌즈(4)에 의해 반사된 레이저 빔을 소정비율로 투과 및 반사시켜 상기 듀얼 포커스 대물렌즈(5)로 조사하는 빔 스플리트(6), 상기 실리콘기판(1) 하부의 소정위치에 형성되어 상기 빔 스플리트(6)로 투과하는 광정보를 이용해 포커스에러를 발생시켜 광검출기(3)로 조사하는 제 2 프레스넬렌즈(7)로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 광 픽-업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 듀얼 포커스 대물렌즈(5)는, 상기 실리콘기판(1)의 상부 일측에 형성되어 원형형상의 소정 굴절율을 갖는 제 1 대물렌즈(5a), 상기 제 1 대물렌즈(5a) 외주면을 감싸돌고 형성되고 굴절율을 다른 제 2 대물렌즈(5b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 광 픽-업장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 2 프레즈넬렌즈(7)는, 절반은 무반사막(8)이 코팅되고, 나머지 절반은 반사막(9)이 코팅되어 상기 무반사막(8)이 나이프에지 기능을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 초소형 광 픽-업장치.
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