KR0186136B1 - 광픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 레이저 빔을 주사하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터 주사된 레이저 빔을 트래킹 서보를 위해 메인빔과 두개의 서브빔으로 만드는 회절격자와, 상기 회절격자를 지난 빔 중, 특정 파장의 빔은 투과시키고 다른 특정 파장의 빔은 반사시키는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터를 지난 빔을 광디스크 상에 집광시키는 대물렌즈와, 상기 빔 스플리터와 대물렌즈의 사이에 설치되어 빔의 투과광속경을 조절한 후, 대물렌즈에 입사시킴으로써 대물렌즈의 유효 개구수를 변경시키는 개구수 조절수단과, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 빔들을 집광시키는 센서렌즈와, 상기 센서렌즈를 통과한 빔들의 데이터 신호를 검지하는 광검출기로 구성하되, 상기 개구수 조절수단으로 전압, 또는 전류의 작용으로 물질에 일어나는 가역적인 색변화를 이용하는 ECD 소자를 적용하여, 두께 및 기록 밀도가 다른 각각의 디스크를 하나의 유니트(unit)로 독취하도록 한 것이다.

Description

광픽업장치

제1도는 일반적인 광픽업장치의 구성도.

제2도는 일반적인 광픽업장치에 의한 두께가 서로 다른 광디스크 상에서의 빔 강도 분포도.

제3도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 광학계 및 회로계 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 적용되는 ECD 소자의 기본 구조를 보인 구성도.

제5도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 적용되는 각종 ECD 소자의 특성을 보인 도표.

제6도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 ECD 소자가 착색되는 과정을 보인 작용도.

제7도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 적용되는 개구수 조절수단 구동장치의 실시예를 보인 구성도.

제8도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 ECD 소자에 전압이 인가되어 환형상으로 전극이 불투명해진 상태를 보인 정면도.

제9도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 ECD 소자가 탈색되는 과정을 보인 작용도.

제10도 및 제11도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 작용을 보인 것으로,

제10도는 CD용 광디스크의 재생을 보인 작용도.

제11도는 DVD용 광디스크의 재생을 보인 작용도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 레이저 다이오드 12 : 회절격자

13 : 빔 스플리터 14 : 대물렌즈

15 : 개구수 조절수단 16 : 센서렌즈

17 : 광검출기 31,32 : 투명 글래스 기판

33,34 : 투명 전극막 35 : 일렉트로크로우믹 재료층

36 : 이온 저장층 37 : 전해질층

본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 특히 대물렌즈의 개구수를 조절하는 개구부 조절수단으로서 ECD(electrochromic display) 소자를 적용하여 기록 밀도 및 두께가 다른 각각의 디스크를 하나의 유니트(unit)로 기록 및 독취할 수 있게 한 광픽업장치에 관한 것이다.

일반적인 광픽업장치는, 제1도에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(beam)을 주사하는 레이저 다이오드(1)와, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 주사된 레이저 빔을 트래킹 서보(tracking servo)를 위해 메인빔과 두 개의 서브빔으로 만드는 회절격자(grating)(2)와, 상기 회절격자(2)를 통한 빔을 평행광으로 만드는 시준렌즈(3)와, 상기 시준렌즈(3)를 통한 평행광을 광디스크(D) 상에 집광시키는 대물렌즈(4)와, 상기 평행광의 경로상에 설치되어 광디스크(D) 상에 기록된 정보의 유무에 따라 반사된 빔과 상기 회절격자(2)를 통한 입사빔을 소정 비율로 투과, 또는 반사시키는 빔 분리 프리즘(5)과, 상기 빔 분리 프리즘(5)을 통해 반사된 빔들을 집광시키는 센서렌즈(6)와, 상기 센서렌즈(6)를 통한 빔들의 데이터 신호를 검지하는 광검출기(7)로 구성되어 있다.

상기와 같은 일반적인 광픽업장치는, 레이저 다이오드(1)에서 나온 빔이 회절격자(2) 및 빔 분리 프리즘(5)을 지나 시준렌즈(3)에 의해 평행광으로 변환된 후, 대물렌즈(4)를 통해 집광되어 광디스크(D)의 표면에 기록된 정보에 의해 반사, 또는 회절된다.

이후, 광디스크(D)의 표면에 반사된 빔은 동일한 경로로 되돌아와 빔 분리 프리즘(5)에서 반사되며, 센서렌즈(6)를 지나 광검출기(7)에 의하여 감지된다.

한편, DVD(Digital Video Disk) 등의 고밀도 광디스크는 기존의 CD 계열 보다 기록 밀도가 6~8배 이상 증가되므로 대물렌즈(4)의 개구율(Numerical Aperture)이 0.6 정도의 높은 값을 가져야만 재생이 가능하게 되는 바, 이 경우 경사(tilt)에 의한 수차는 광디스크의 기판 두께가 두꺼워짐에 따라 커지게 되며, 이를 방지하기 위하여 DVD의 디스크 기판 두께를 0.6로 채택하고 있다.

이때, 두께가 0.6인 DVD 등의 고밀도 광디스크와, 두께가 1.2인 CD 계열의 광디스크를 재생하기 위하여 제1도와 같이 구성함에 있어서는 다음과 같은 문제가 발생된다.

즉, 두께 0.6인 광디스크에 최적 설계로 제작된 개구수(NA) = 0.6인 대물렌즈(4)로 광디스크 면에 초점이 맺힌 상태에서 빔 세기 분포는 제2도의 실선과 같이 표시된다.

이때, 1.2두께의 광디스크에 대물렌즈(4)를 통해 빔을 집광하였을 때는 대물렌즈(4)의 구면 수차에 기인하여 제2도의 점선과 같이 표시된다.

즉, 메인 로브(main lobe)의 빔 강도 비율이 현저하게 줄어들 뿐만 아니라, 사이드 로브(side lobe)들의 빔 강도가 상대적으로 증가하여 인접 트랙에 기록된 신호로부터의 크로스토크(crosstalk)가 커지게 된다.

이 크로스토크 값은 NA=0.6인 대물렌즈(4)를 CD계열(두께 1.2, 트랙 피치(pitch) 1.6㎛) 광디스크를 읽을 경우 -20㏈ 보다 열악하게 계산되어 진다.

결과적으로, NA = 0.6인 대물렌즈(4)로 1.2두께의 광디스크를 재생하기 위하여는 광디스크에 대한 구면 수차가 너무 커서 기존의 광픽업장치로서는 CD용 1.2광디스크 및 DVD용 0.6광디스크 모두를 재생할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 기록 밀도 및 두께가 다른 각각의 디스크를 하나의 유니트(unit)로 기록 및 독취할 수 있게 한 광픽업장치를 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 광원으로부터 입사되는 광빔을 광디스크에 집속하는 대물렌즈를 포함하는 기록 재생용 광픽업장치에 있어서, 기록밀도 및 두께가 다른 광디스크들을 호환하여 기록 또는 재생하기 위해 상기 대물렌즈의 개구수를 조절하는 개구수 조절수단으로서, 선택된 광디스크에 대응한 전기신호로 구동되며 그 전기신호에 따라서 상기 대물렌즈로 입사되는 광빔의 적어도 일부분을 투과시키거나 흡수하여 그 광빔의 직경을 변화시키도록 가역적으로 색변화되는 ECD 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 광픽업장치가 제공된다.

상기 ECD 소자는, 소정의 간격을 두고 배치되는 투명 글래스 기판에 투명 전극막이 각각 형성되고, 그 내측에 착색 및 탈색이 가역적으로 일어나는 일렉트로크로우믹 재료층과, 이온 저장층이 각각 형성되며, 그 사이에 전해질층이 형성된다.

상기 일렉트로크로우믹 재료층은, WO₃것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 광픽업장치를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 광학계 및 회로계 구성도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 광픽업장치의 광학계는, 레이저 빔을 주사하는 레이저 다이오드(11)와, 상기 레이저 다이오드(11)로부터 주사된 레이저 빔을 트래킹 서보를 위해 메인빔과 두 개의 서브빔으로 만드는 회절격자(12)와, 상기 회절격자(12)를 지난 빔(beam) 중, 특정 파장의 빔은 투과시키고 다른 특정 파장의 빔은 반사시키는 빔 스플리터(beam spliter)(13)와, 상기 빔 스플리터(13)를 지난 빔을 광디스크(D) 상에 집광시키는 대물렌즈(14)와, 상기 빔 스플리터(13)와 대물렌즈(14)의 사이에 설치되어 빔의 투과광속경을 조절한 후, 대물렌즈(14)에 입사시킴으로써 대물렌즈(14)의 유효 개구수(Effective Numerical Aperture)를 변경시키는 개구수 조절수단(15)과, 상기 빔 스플리터(13)에 의해 반사된 빔들을 집광시키는 센서렌즈(16)와, 상기 센서렌즈(16)를 통과한 빔들의 데이터 신호를 검지하는 광검출기(17)로 구성되어 있다.

본 발명에 의한 광픽업장치의 개구수 조절수단(15)은, 전압, 또는 전류의 작용으로 물질에 일어나는 가역적인 색변화를 이용한 ECD(electrochromic display)소자 인 것을 특징으로 한다.

도면중 미설명 부호 18은 액츄에이터 가동부를 보인 것이다.

이하, ECD 소자에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

1969년 D.K. DEB가 WO₃박막을 이용하여 제작한 소자가 ECD의 시초로 알려지고 있으며, 현재 적용되고 있는 ECD 소자의 기본적인 구조는 제4도에 도시한 바와 같이, 소정의 간격을 두고 배치되는 글래스 기판(21)(22) 상에 투명 전극막(23)(24)을 각각 코팅하고, 그 내측에 착색 및 탈색이 가역적으로 일어나는 WO₃등의 일렉트로크로우믹(electrochromic)층(25)과, 이온 공급원인 카운터 일렉트로우드(counter electrode)막(26)을 코팅하며, 그 사이에 전해질층(27)을 형성한 구조로 되어 있다.

상기 글래스 기판(21)(22)은, sn-doped In₂O₃등의 일렉트로니컬리 컨덕티브 트랜스퍼런트 레이어(electronically conductive transparent layer) 이며, 상기 전해질층(27)은 H⁺, Li⁺, Na⁺등의 이온 컨덕터(ion conductor)이다.

상기와 같은 구조의 ECD 소자에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 그 중에서도 EC(electrochromic) 재료에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. EC 재료에는 산화 반응시 발색하는 것과, 환원 반응시 발생하는 것이 알려지고 있으며, 제5도에 각종 EC 재료에 대한 정보가 나타나 있다. 그 중에서도 환원 발색의 대표적인 EC 재료는 산화 텅스텐으로서, 통상 진공 증착법에 의하여 얻어지는 비정질체(a-WO₃)가 이용되고 있다. 환원 발색 기구는 거의 동일하다고 알려지고 있으며, WO₃를 그 예로 들면 다음과 같다.

(여기서, M ; H, Li, Na, Ag 등...)

M⁺이온원으로 각종의 것이 이용되고 있으며, 그 예로서 SiO₂, Cr₂O₃, IrOx, Ta₂O₅등이 알려지고 있다. 그리고, 전해질로는 산을 이용하는 경우가 있으며, 이 경우 양호한 응답성이 얻어지지만 a-WO₃막의 용해가 일어나서 소자의 수명이 단축되는 단점이 있으므로 현재 실용화되고 있는 소자에는 유기 전해액, 예를 들어, LiCl₄+ prophylene carbonate가 이용되고 있다. 최근에는 고체 전해질을 이용하여 신뢰성을 향상시키는 방향으로 연구가 추진되고 있다.

또한, ECD 소자의 코팅막 제조 방법을 살펴보면, 일렉트로크로우믹층(25) 및 카운터 일렉트로우드막(26)은 주로 이베포레이션(evaporation) 및 스퍼터링(sputtering) 등의 코팅법으로 제작되며, 투명 전극막(23)(24)은 주로 ITO막이 이용된다.

한편, 본 발명에 의한 광픽업장치에 적용되는 ECD 소자의 실시예로는, 제6도에 도시한 바와 같이, 소정의 간격을 두고 배치되는 투명 글래스 기판(31)(32)에 투명전극막(33)(34)을 각각 코팅하고, 그 내측에 착색 및 탈색이 가역적으로 일어나는 WO₃등의 일렉트로크로우믹(electrochromic)재료층(35)과, 이온 저장층(ion storing layer)(36)을 각각 코팅하며, 그 사이에 전해질층(37)을 형성한 구조로 되어 있다.

또한, 제7도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 적용되는 개구수 조절수단 구동장치의 실시예를 보인 구성도로서, 도면중 41은 본 발명에 의한 광픽업장치의 EC-셔터(ECD 소자), 42는 전극 패턴, 43은 연동 스위치를 보인 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 광픽업장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시한 바와 같이, 레이저 다이오드(21)로부터 나온 빔은 회절격자(2)와, 빔 스플리터(13)를 통과하게 되며, 그 빔 스플리터(13)를 통과한 빔은 개구수 조절수단(15)을 통과하면서 투과광속경이 조절되고, 대물렌즈(14)에 의하여 광디스크(D)에 집광된다. 이후, 광디스크(D)로부터 반사된 빔은 대물렌즈(14) 및 개구수 조절수단(15)를 지나 빔 스플리터(13)에서 반사되며, 센서렌즈(16)를 거쳐서 광검출기(17)에 도달된다.

여기서, 개구수 조절수단(15)에 의한 CD용 광디스크(D12) 및 DVD용 광디스크(D6)의 재생 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 제6도 및 제10도에 도시한 바와 같이, CD용 광디스크(D12)를 재생할 경우에는 투명 전극막(33)(34)에 - 전압 및 + 전압을 각각 인가하게 되면, 다음 식(1)의 반응이 일어나게 된다.

따라서, 일렉트로크로우믹 재료층(35)에 의하여 제8도에 도시한 바와 같이, 투명전극막(33)(34)에 패터닝된 환형상의 전극 형상이 불투명하게 되므로, 빔 스플리터(13)를 지나 대물렌즈(14)로 향하는 빔이 투명 전극막(33)(34)의 환형상 불투명부위에는 통과하지 못하게 되어, 대물렌즈(14)의 개구수가 적어지는 효과가 있으며, 또한 이와 동시에 제10도에 도시한 바와 같이, 액츄에이터 가동부(18)가 대물렌즈(14)를 광디스크(D)의 방향으로 이동시키게 된다. 따라서, 대물렌즈(14)를 통과한 빔의 초점이 CD용 광디스크(D12)의 기록면에 맺히게 됨으로써 CD용 광디스크(D12)의 재생 동작이 가능하게 되는 것이다.

한편, 제9도 및 제11도에 도시한 바와 같이, DVD용 광디스크(D6)를 재생할 경우에는 투명 전극막(33)(34)에 +전압 및 - 전압을 각각 인가하게 되면, 다음 식(2)의 반응이 일어나게 된다.

따라서, 일렉트로크로우믹 재료층(35)에 의하여 투명 전극막(33)(34)의 전극 패턴 부위가 투명하게 되므로, 빔 스플리터(13)를 통과한 레이저 광이 ECD 소자를 그대로 통과하게 되고, 대물렌즈(14)를 통과한 빔의 초점이 DVD용 광디스크(D6)의 기록면에 맺히게 됨으로써 DVD용 광디스크(D6)의 재생 동작이 가능하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광픽업장치는, 레이저 빔을 주사하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터 주사된 레이저 빔을 트래킹 서보를 위해 메인빔과 두 개의 서브빔으로 만드는 회절격자와, 상기 회절격자를 지난 빔 중, 특정 파장의 빔은 투과시키고 다른 특정 파장의 빔은 반사시키는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터를 지난 빔을 광디스크 상에 집광시키는 대물렌즈와, 상기 빔 스플리터와 대물렌즈의 사이에 설치되어 빔의 투과광속경을 조절한 후, 대물렌즈에 입사시킴으로써 대물렌즈의 유효 개구수를 변경시키는 개구수 조절수단과, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 빔들을 집광시키는 센서렌즈와, 상기 센서렌즈를 통과한 빔들의 데이터 신호를 검지하는 광검출기로 구성하되, 상기 개구수 조절수단으로 전압, 또는 전류의 작용으로 물질에 일어나는 가역적인 색변화를 이용하는 ECD 소자를 적용하여, 두께 및 기록 밀도가 다른 각각의 디스크를 하나의 유니트(unit)로 독취하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 광원으로부터 입사되는 광빔을 광디스크에 접속하는 대물렌즈를 포함하는 기록재생용 광픽업장치에 있어서, 기록밀도 및 두께가 다른 광디스크들을 호환하여 기록 또는 재생하기 위해 상기 대물렌즈의 개구수를 조절하는 개구수 조절수단으로서, 선택된 광디스크에 대응한 전기신호로 구동되며 그 전기신호에 따라서 상기 대물렌즈로 입사되는 광빔의 적어도 일부분을 투과시키거나 흡수하여 그 광빔의 직경을 변화시키도록 가역적으로 색변화되는 ECD 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 ECD 소자는, 소정의 간격을 두고 배치되는 투명 글래스 기판에 투명 전극막이 각각 형성되고, 그 내측에 착색 및 탈색이 가역적으로 일어나는 일렉트로크로우믹 재료층과, 이온 저장층이 각각 형성되며, 그 사이에 전해질층이 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 일렉트로크로우믹 재료층은, WO₃인 것을 특징으로 하는 광픽업장치.