KR100213063B1 - 2중초점 광픽업 - Google Patents

Abstract

광원, 이 광원에서 출사되는 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈, 광디스크에서 반사되어 그 대물렌즈를 경유하는 반사광으로부터 신호를 검출하는 검출수단, 그리고 두께가 다른 광디스크에 그 두께 차이에 의하여 수차가 보정된 스폿을 형성하는 2중초점 형성수단을 포함하여 두께가 다른 광디스크들의 호환이 가능한 2중초점 광픽업이 개시되어 있다.

이 개시된 광픽업은 상기한 2중초점 형성수단으로 대물렌즈의 중간영역으로 입사되는 광을 차단하는 환형 차폐부를 구비하고, 검출수단으로 광축에 수직한 평면상에서 직교하는 양방향으로 각각 양분된 4개의 분할영역으로 이루어진 4분할 수광부를 가지는 광검출기와, 입사광을 광검출기에 집속하는 비점수차 렌즈를 구비하며, 4분할 수광부가 광축을 중심으로 하는 원형으로 형성되며, 그 중심이 양 방향의 분할선이 교차하는 지점과 일치되게 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

2중초점 광픽업{Double focus optical pickup}

본 발명은 2중초점 광픽업에 관한 것으로서, 특히 두께가 다른 2개의 광디스크 호환을 위하여 각 디스크에 대해 수차보정된 광스폿을 형성하는 2중 초점 광픽업에 관한 것이다.

광 정보를 저장하는 주된 광기록 매체로서는 예를 들면 콤팩트 디스크(compact disc)와 같은 디스크 형태의 것이 있다. 디스크는 광이 입사하는 방향에서 투명한 플라스틱이나 유리로 된 소정 두께의 기판과 이 기판 위에 코팅되어 정보가 기록되는 기록면을 가진다. 광픽업의 대물렌즈에 의하여 집속되는 광은 디스크의 기판에서 굴절되어 기록면에 스폿으로 맺힌 후 그 기록면으로부터 반사되어 광픽업으로 되돌아 간다. 이러한 디스크의 기록밀도를 높이기 위하여 기록면에 맺히는 광의 스폿 크기를 가능한 축소시킬 필요가 있다. 스폿의 직경은 대체로 대물렌즈의 개구수(NA; numerical aperture)와 비례하고 광의 파장과 반비례하므로, 현재에는 고밀도 기록재생을 위한 미소 스폿을 얻기 위해 NA가 큰 대물렌즈와 단파장 광원을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, NA가 큰 대물렌즈를 사용하면, 디스크가 경사(tilt)질 때 그 기운 정도에 따라 기록면에서의 스폿의 수차가 비약적으로 증가하기 때문에, 고밀도화가 진행될수록 그 디스크의 기울어짐 허용공차를 더욱 엄격하게 관리해야 하는 어려움이 따른다. 한편, 이러한 수차는 디스크가 기울어진 정도뿐 아니라 디스크의 기판 두께와도 비례하여 증가하므로 고밀도화시 그 기판을 얇게 함으로써 그 디스크의 기울어짐 허용범위를 넓힐 수 있게 된다. 이에 따라 기존의 콤팩트 디스크의 기판 두께가 1.2mm인데 대하여, 고밀도용으로서 기판 두께가 0.6mm인 디지탈 비디오 디스크(digital video disc)가 출현되고 있다.

하나의 광픽업에 대하여 전술한 콤팩트 디스크와 디지탈 비디오 디스크간의 호환성은 사용자 입장에서 매우 중요한 과제이다. 그러나 기판 두께가 다르면 그 두께 차이에 의한 구면수차가 발생하게 되어 두께가 다른 디스크 기록면에 형성되는 스폿이 커지고, 그렇게 되면 기록시에 필요한 충분한 광강도를 얻지 못하거나 재생시의 신호가 열화(劣化)되는 문제가 따른다. 따라서 두께가 다른 디스크에 대해 수차보정된 스폿으로 정보를 쓰고 읽을 수 있는, 즉 디스크 호환이 가능한 광픽업이 요구되는 것이다.

이와 같은 디스크 호환이 가능한 광픽업은 결국 두께가 다른 디스크 각각에 대한 초점을 갖는 이른바 2중 초점을 갖는 것으로서, 2중 초점을 위한 수단에 대해 종래에 여러 가지 방식이 제안되어 있다. 예를 들면, 미국특허 5,446,565에 의하여 홀로그램 렌즈를 이용하는 방식이 잘 알려져 있으며, 또한 본원출원인의 선출원 발명인 특허원 95-33914호와 같이 대물렌즈에 환형 차폐부를 형성하는 기술이 있다.

도 1은 상기한 선출원에 의하여 구성된 환형차폐 대물렌즈를 갖는 2중 초점 광픽업을 보인다. 도면에 있어서, 부호 1은 레이저 다이오드, 2는 광분할기, 3은 환형차폐 대물렌즈, 4와 5는 두께가 다른 광디스크들, 6은 비점수차 렌즈, 7은 광검출기이다. 레이저 다이오드(1)에서 출사된 광은 광분할기(2)에서 반사되어 환형차폐 대물렌즈(3)에 입사되고 그 환형차폐부(선출원 참조)를 경계로 하는 근축부와 원축부를 각각 경유하는 두 부분으로 나뉘어 각각 출사되며, 그때 그 근축부와 원축부의 개구수 차이에 따라 서로 다른 회절률로 집속됨으로써 각각 두께가 다른 광디스크(4,5)에 스폿으로 형성된다. 즉, 얇은 광디스크(4)에는 상대적 회절률이 큰 환형차페 대물렌즈(3)의 원축부를 경유하는 광이 집속되는 것에 의한 스폿이 형성되며, 두꺼운 광디스크(5)에는 상대적 회절률이 작은 환형차폐 대물렌즈(3)의 근축부를 경유하는 광이 집속되는 것에 의한 스폿이 형성된다. 물론 광디스크(4,5)들은 그들중 어느 하나가 환형차폐 대물렌즈(3)에 대하여 로드되는 것이다. 광디스크(4,5)에서 반사되는 광은 환형차폐 대물렌즈(3)를 경유하여 광분할기(2)를 직진하게 되며 이어 비점수차 렌즈(6)를 경유하여 광검출기(7)에 수광된다. 여기서 비점수차 렌즈(6)는 광축에 수직한 평면상에 직교하는 두 방향으로 다른 굴절률을 가지는데, 이는 통상적인 비점수차법에 의한 대물렌즈의 포커스 에러 신호 검출을 위해 사용된 것이다.

선출원에 있어서의 상기한 광검출기(7)는 도 2a와 도 2b에 보인 바와 같이 일렬로 배열된 3개의 수광부(8,9,10)를 가진다. 이중 가운데 위치된 수광부(8)는 가로와 세로로 각각 양분된 4개의 분할 영역(8a,8b, 8c,8d)으로 이루어진 것으로 이는 전술한 비점수차법에 의한 대물렌즈의 포커스 에러신호와 재생신호 산출에 이용되는 것이며, 양 가측의 단일 영역으로 되어 있는 수광부(9,10)는 3빔법에 의한 트랙에러 신호를 구하는데 이용되는 것이다. 즉, 각 영역에서 검출된 신호의 값을 도면에 표시된 바와 같은 A∼F라 하면 각 신호는 다음과 같이 구하여진다.

* 재생신호 = A + B + C + D

* 포커스에러 신호 = ( A + C ) - ( B + D )

* 트랙에러 신호 = E - F

상기와 같은 선출원에 있어서의 광검출기의 각 영역은 모두 사각형 또는 직사각형으로 되어 있는데, 고밀도용인 두께가 얇은 광디스크를 읽는 경우에는 그 두께에 의한 구면수차의 영향이 미소하여 도 2a에 도시된 바와 같이 광검출기(7) 상에서 정규의 광량분포를 얻을 수 있고 그래서 상기한 신호검출에 오류가 거의 없게 되나, 두께가 두꺼운 광디스크에 대하여는 그 구면수차의 영향이 크기 때문에 제2도 (나)에 도시된 바와 같이 광검출기(7) 특히 4분할 수광부(8)에 맺히는 스폿의 주변부에 의한 검출분이 포커스 서보신호 및 재생신호를 열화(劣化)시키고 소음을 발생시키는 주요원인이 되고 있다.

따라서 두께가 다른 광디스크의 호환을 위한 2중초점 광픽업에 있어서는 그 광디스크들의 두께 차이에 의한 구면수차의 영향을 제거할 수 있는 수단이 요구되는 것이다.

본 발명은 광디스크들의 두께 차이에 의한 구면수차에 의해 주변부에 분포되는 광의 영향을 받지 않고 신호를 검출할 수 있는 광검출기를 이용하여 두께가 다른 광디스크들의 호환성능이 향상된 2중초점 광픽업을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 선출원에 의한 환형차폐 대물렌즈를 이용한 2중 초점 광픽업의 구성도.

도 2a 도 2b는 도 1에 도시된 광픽업에 사용되는 광검출기의 구조와 그에 수광되는 광분포를 보인 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 2중초점 광픽업에 적용되는 광검출기를 보인 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 2중초점 광픽업에 적용되는 광검출기에 의한 고밀도 디스크에 대한 대물렌즈의 포커스 에러 신호를 선출원에 사용된 광검출기에 의한 것과 비교하여 나타낸 신호파형도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1...레이저 다이오드 2...광분할기

3...환형차폐 대물렌즈 4,5...광디스크

6...비점수차 렌즈 7,11...광검출기

8...사각형 4분활 수광부 12...원형 4분할 수광부

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원, 이 광원에서 출사되는 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈, 광디스크에서 반사되어 그 대물렌즈를 경유하는 반사광으로부터 신호를 검출하는 검출수단, 그리고 두께가 다른 광디스크에 그 두께 차이에 의하여 수차가 보정된 스폿을 형성하는 2중초점 형성수단을 포함하여 두께가 다른 광디스크들의 호환이 가능한 2중초점 광픽업에 있어서, 상기한 검출수단으로서, 광축에 수직한 평면상에서 직교하는 양방향으로 각각 양분된 4개의 분할영역으로 이루어진 4분할 수광부를 가지는 광검출기와, 상기한 대물렌즈를 경유한 반사광을 그 광검출기에 집속하는 비점수차 렌즈를 구비하고, 상기한 광검출기의 4분할 검출부가 광축을 중심으로 하는 원형으로 형성되며, 그 중심이 양 방향의 분할선이 교차하는 지점과 일치되게 배치하는 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 광디스크의 두께 차이에 의한 구면수차의 증가로 주변부에 분포하는 광이 원형의 수광부 외부에 맺히게 되므로 그 검출신호에 영향을 미치지 아니하게 되며, 따라서 깨끗한 신호의 검출이 가능하고 신호의 열화 및 노이즈 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 2중초점 광픽업의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 2중초점 광픽업은 도 1에 개시된 바와 같이, 광원(1), 이 광원(1)에서 출사되는 광을 광디스크(4, 5)에 집속하는 대물렌즈(3), 광디스크(4, 5)에서 반사되어 그 대물렌즈(3)를 경유하는 반사광으로부터 신호를 검출하는 광검출기(11), 그리고 두께가 다른 광디스크에 그 두께 차이에 의하여 수차가 보정된 스폿을 형성하는 2중초점 형성수단을 포함하여 구성된다.

상기 2중초점 형성수단의 일 예로는 도 1 및 앞서 설명된 특허원 95-33914에 개시된 바와 같이 대물렌즈에 환형 차폐부(20)를 형성할 수 있다. 이 환형 차폐부(20)는 상기 대물렌즈(3)의 중간영역에 형성된 홈으로, 입사되는 광이 광디스크(4, 5)에 집속되지 않도록 한다. 이는 근축영역으로 입사되는 광은 중심광에 영향을 거의 주지 않고, 원축영역으로 입사되는 광은 중심광에 영향을 준다는 사실에 근거한 것이다. 여기에서 근축영역이라 함은 실용상 무시될 수 있는 정도의 구면수차를 가지는 광축 주위의 영역을 의미하며, 원축영역은 근축영역보다 광축으로부터 상대적으로 먼 부분의 영역을 의미하고, 그리고 중간영역은 근축영역과 원축영역 사이의 영역을 의미한다.

상기 광검출기(11)는 총 6분할된 영역을 가지는 것으로서, 일렬로 배열되는 3개의 수광부(12,13,14)로 구분되어 있고, 이중에서 가운데 위치된 수광부(12)는 원형으로서 상호 직교하는 두 방향으로 양분된 4개의 분할영역(12a,12b,12c,12d)으로 이루어진 것이다.

이러한 본 발명에 따른 광검출기(11)는 두께가 다른 광디스크들 각각에 그 두께 차이에 의한 수차가 보정된 2중 스폿을 형성하기 위한 전술한 바와 같은 홀로그램 대물렌즈나 환형차폐 대물렌즈 등 어떠한 수단을 가지는 모든 광픽업에 적용될 수 있는 것으로, 바람직하게는 다음의 조건을 충족한다.

여기서,은 상기한 광검출기(11)의 원형의 4분할 수광부(12)가 탄젤셜(tangential) 방향을 X축, 래디얼(radial) 방향을 Y축으로 하는 2차원 평면상에서의 그 중심을 원점으로 할 때 그 원점으로부터 각각 원의 최장길이와 최단길이를 나타내며, R은 그 수광부(12)에 수광되는 반사광 스폿의 반경이다.

상기한 수학식 (1)의 조건은 4분할 수광부(12)를 기존의 사각형 모양에서 모퉁이 부분을 제거하기 위한 것으로 이 범위보다 크면 두께가 두꺼운 광디스크(예: 콤팩트 디스크) 재생시의 노이즈 제거성능이 저하된다. 다음 수학식 (2)의 조건은 4분할 수광부(12)의 검출면에 형성되는 스폿 크기에 대한 그 검출영역의 크기를 규정하는 것으로 이 범위보다 작으면 그 형상변화에 따른 노이즈 제거효과가 떨어지고 이 범위보다 크면 두께가 얇은 디스크(예: 디지탈 비디오 디스크) 재생시 그 조립오차 등에 의한 신호손실의 우려가 있어 실용상 문제가 될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 환형차폐 방식에 의한 2중 초점광픽업에 있어서 기판 두께가 0.6mm인 고밀도용 디지탈 비디오 디스크에 대한 대물렌즈의 포커스 에러신호 특성을 선출원과 비교하여 나타낸 그래프이다. 이 도면에서 S1은 기존 사각형 4분할 수광부를 갖는 광검출기를 사용한 경우이고, S2는 본 발명에 따라 원형의 4분할 수광부를 갖는 광검출기(11)를 사용한 경우이다. 이 도면에 의하면, 본 발명에 따른 포커스 에러 신호(S1)의 첨두값이 기존에 의한 신호(S2)보다 약간 감소하게 되나 선형구간을 확보하는데는 문제가 없어 실용상 지장을 초래하지는 않는다.

한편, 기판 두께가 1.2mm인 콤팩트 디스크에 대하여는 기존 사각형의 모퉁이 부위에서의 노이즈 성분을 제거할 수 있어서 서보신호와 재생신호의 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

이상에 설명된 바와 같이 본 발명은 두께가 다른 광디스크들의 호환을 위한 환형 차폐방식의 2중초점 광픽업을 구성함에 있어서, 원형의 4분할 수광부를 갖는 개선된 구조의 광검출기를 제공함으로써 두꺼운 디스크 사용할 때에 문제가 되었던 서보에러와 재생시의 잡음문제를 해결해 주며, 특히 기존의 콤팩트 디스크와 차제의 두께가 다른 고밀도용 디스크간의 호환성을 높이는데 크게 기여하는 효과적인 발명이다.

Claims (2)

1. 광원, 이 광원에서 출사되는 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈, 광디스크에서 반사되어 그 대물렌즈를 경유하는 반사광으로부터 신호를 검출하는 검출수단, 그리고 두께가 다른 광디스크에 그 두께 차이에 의하여 수차가 보정된 스폿을 형성하는 2중초점 형성수단을 포함하여 두께가 다른 광디스크들의 호환이 가능한 2중초점 광픽업에 있어서,

   상기 2중초점 형성수단으로, 상기 대물렌즈의 중간영역으로 입사되는 광을 차단하는 환형 차폐부를 구비하고,

   상기 검출수단으로, 광축에 수직한 평면상에서 직교하는 양방향으로 각각 양분된 4개의 분할영역으로 이루어진 4분할 수광부를 가지는 광검출기와, 입사광을 상기 광검출기에 집속하는 비점수차 렌즈를 구비하며,

   상기 4분할 수광부가 광축을 중심으로 하는 원형으로 형성되며, 그 중심이 양 방향의 분할선이 교차하는 지점과 일치되게 배치된 것을 특징으로 하는 2중초점 광픽업.
2. 제1항에 있어서, 광검출기가 가지는 원형의 4분할 수광부가 그 중심의 원점으로부터 최장길이와 최단길이를 각각이라 하고, 그 수광부에 형성되는 반사광 스폿의 반경을 R이라 할 때,

   의 조건이 충족된 것을 특징으로 하는 2중초점 광픽업.