KR100223815B1 - 광픽업 시스템의 개구수 조절장치 - Google Patents

광픽업 시스템의 개구수 조절장치 Download PDF

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Abstract

광픽업 시스템의 개구수 조절장치에 관한 것으로 광원, 광원에서 발생한 광을 편광상태를 유지하면서 투과시키거나 또는 입사편광 방향에 대해 일정 각 회전된 직선편광으로 변환시키는 액정판, 광을 집광하는 대물렌즈, 광디스크에서 반사된 빔을 감지하는 수광소자로 이루어진 광픽업 시스템에 있어서, 상기 액정판에서 투사된 레이저 광을 투과 및 반사하는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터를 투과한 빔을 평행빔으로 만드는 시준렌즈와, 상기 시준렌즈를 통과한 빔의 입사편광 방향에 따라 일정 각의 위상지연을 일으키는 위상판을 부분적으로 갖는 부분 위상판을 포함하여 구성되어 입사광의 광속을 조절하여 개구수를 변경시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

광픽업 시스템의 개구수 조절장치
본 발명은 DVD(Digital Video Disk)/CD(Compact Disc) 겸용 광픽업 시스템에 관한것으로 특히, 광픽업 시스템의 개구수 조절장치에 관한 것이다.
일반적인 광픽업 시스템의 광학계를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 광픽업 시스템의 광학계 구성을 보여주는 도면으로써, 일반적인 광픽업 시스템의 광학계는 광원(11)과, 회절격자(12)와, 빔 스프리터(beam splitter)(13)와, 개구수 조절장치(15)와, 대물렌즈(14)와, 광디스크(16)와, 센서렌즈(17) 및 광검출기(18)로 구성된다.
이와같이 구성된 광픽업 시스템의 광학계의 동작을 설명하면 먼저, 광원(11)으로부터 나온 빔(beam)은 회절격자(Grating)(12)에 의해 트랙킹 서보(Tracking Servo)를 위한 메인 빔과 두 개의 서브 빔으로 만들어지고, 이 회절격자(12)를 통과한 빔은 빔 스프리터(13)를 거쳐서 대물렌즈(14)에 입사하게 된다.
그리고 대물렌즈(14)와 빔 스프리터(13) 사이의 개구수 조절장치(15)는 빔의 투과 광속경을 조절하여 대물렌즈(14)로 입사시켜 이에 따른 대물렌즈(14)의 유효 개구수(Effective Numerical Aperture)를 변경시킨다.
한편, 개구수 조절장치(15)를 통과한 광선속(Ray bundle)은 대물렌즈(14)를 통과하여 광디스크(16)상에 집광된다.
광디스크(16)에 집광된 빔은 광디스크(16)의 정보기록면상에 기록된 정보매체에 의해 반사 또는 회절 된다. 이와 같이 반사된 빔은 입사경로로 되돌아와 광검출기(18)에 도달된다.
즉, 광디스크(16)에서 반사된 빔은 다시 대물렌즈(14)와 빔 스프리터(13)를 경유하게 되는데 이때, 빔 스프리터(13)에 의해 센서렌즈(17)로 경로를 변경시킨다.
센서렌즈(17)는 빔 스프리터(13)에서 반사된 빔을 집광시켜 광검출기(18)에 투사하여 빔들의 데이터 신호를 검지하도록 한다.
여기서, 종래기술에 따른 개구수 조절장치(15)의 구체적인 실예의 하나인 액정셔터에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 2은 종래기술에 따른 액정층에 패턴을 넣은 액정셔터를 이용한 개구수 조절장치를 보여주는 사시도로써, 입, 출사측에 2장의 플레이트 형태의 투명기판(151, 155)과, 투명전극(152, 154)과, 투명전극(152, 154) 사이에 위치되어 전압 인가유무에 따라 입사편광 방향을 회전시키는 액정층(153)과, 출사측의 투명기판(155)을 통과한 광을 투과 및 차폐하는 편광판(156, 157)으로 구성된다.
이와 같이 구성된 액정셔터를 이용한 개구수 조절장치는 투명기판(151, 155)상에 설치된 투명전극(152, 154) 사이에 일정조건에 의하여 결정되는 간격(d)을 두는데 이 결정된 간격 사이에 형성된 액정층(153)에 액정을 주입한다.
입사측 투명기판(151)으로 입사한 광선다발은 투명전극(152)을 통과한 후 액정층(153)을 통과하게 된다.
이때 투명전극(152)의 일부분(152a)에 구동신호가 걸려있고, 다른부분(152b)에 구동신호가 걸려있지 않다고 할 때 액정층(153)의 액정을 전압이 걸린 상태에서 입사한 직선 편광된 광선다발(a)은 입사편광이 유지된다.
한편, 액정층(153)의 액정을 전압이 걸리지 않은 상태에서 입사한 직선 편광된 광선다발(a)을 90°선광성을 갖도록 배열시키고, 일정간격(d)을 조절하게 되면 수평 방향(b)으로 입사 편광방향을 90°회전시키게 된다.
그러므로 구동신호가 인가된 투명전극층(152a)를 통과한 광은 액정층(153)에서 직선 편광(a)된 상태로, 구동신호가 인가되지 않은 다른 부분의 투명전극층(152b)을 통과한 광은 90°회전하여 액정판에서 수평방향(b)의 편광상태가 된다.
이러한 광선이 투명전극(154)과 투명기판(155)을 통과한 후 편광판(156)에 입사하는 경우 구동신호가 인가된 투명전극층(152a)을 통과한 광은 편광판(156)에 편광방향과 일치하지 않으므로 차폐되고, 구동신호가 인가되지 않은 투명전극충(152b)을 통과한 광은 편광판(156)에 편광방향과 일치하므로 투과된다.
또한, 투명전극(154)과 투명기판(155)을 통과한 후 편광방향이 수직인 편광판(157)에 입사하는 경우 구동신호가 걸려있는 투명전극층(152a)을 통과한 광은 편광판(157)에 편광방향과 일치하므로 투과되고, 구동신호가 걸려있지 않은 투명전극층(152b)을 통과한 광은 편광판(157)에 편광방향과 일치하므로 차페되므로 편광판(157)을 통과한 광선의 광속경이 작아지게 되어 대물렌즈(14)의 유효 개구수 조절이 가능하다.
한편, 도 3은 종래기술에 따른 다른 실시예로 편광판에 패턴을 넣은 개구수 조절장치를 보여주는 사시도로써, 도 2와는 편광판(156, 157)에 투과 영역(156a, 157a)과 편광판 영역(156b, 157b)을 두고, 투명전극층(152)은 영역구분 없다는 것이 다르며 다른 구성은 동일하다.
이와같이 구성된 편광판에 패턴을 넣은 개구수 조절장치는 편광판(156, 157)에 투과 영역(156a, 157a)과 편광판 영역(156b, 157b)을 두고 패터닝하는 경우로 액정층(153)은 영역구분 없이 구동신호 유무에 따라 편광을 유지 또는 90°회전시키고, 편광판(156, 157)의 투과영역(156a, 157a)은 편광상태에 관계없이 항상 광을 투과시키며, 편광판 영역(156b, 157b)은 입사편광 상태에 따라 광을 투과 또는 차단하여 광선의 광속경을 조절한다.
종래기술에 따른 광픽업 시스템의 개구수 조절장치는 액정층에 패턴으 넣거나 편광판에 패턴을 넣어 개구수 조절하는 경우 모두 고가의 편광판을 필히 사용해야하므로 비경제적인 문제점이 발생된다.
본 발명은 이와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 부분 위상판과 빔 스프리터를 이용하여 입사 광속경을 조절하여 개구수를 조절하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 광픽업 시스템의 광학계 구성을 보여주는 도면
도 2은 종래기술에 따른 액정층에 패턴을 넣은 액정셔터를 이용한 개구수 조절장치를 보여주는 사시도
도 3은 종래기술에 따른 다른 실시예로 편광판에 패턴을 넣은 개구수 조절장치를 보여주는 사시도
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면
도 5는 도 4의 액정판의 상세 구성을 보여주는 도면
도 6은 도 4의 부분 위상판의 상세 구성을 보여주는 도면
도 7은 도 4의 입사 편광이 S편광일 경우 빔 스프리터의 투과 및 반사특성을 보여주는 그래프
도 8은 도 4의 입사 편광이 P편광일 경우 빔 스프리터의 투과 및 반사특성을 보여주는 그래프
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면
도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 레이저 다이오드42 : 액정판
43 : 빔 스프리터44 : 시준렌즈
45 : 부분 위상판46 : 대물렌즈
47 : 광디스크48 : 수광소자
451 : 투명 유리판452 :위상판
본 발명에 따른 광픽업 시스템의 개구수 조절장치는 위상판 부분에서 λ/4의 위상차를 발생시키는 부분 위상판과 일정비율로 각 편광에 대한 분광비를 가지는 빔 스프리터의 특성을 이용하여 입사 광속경을 조절하는데 특징이 있다.
이하, 본 발명에 따른 광픽업 시스템의 개구수 조절장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 액정판의 상세 구성을 보여주는 도면이고, 도 6은 도 4의 부분 위상판의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면으로써, 광을 발광하는 레이저 다이오드(41)와, 투사된 레이저 광을 투사 및 반사하는 빔 스프리터(43)와, 빔 스프리터(43)를 통과한 빔을 평행빔으로 만드는 시준렌즈(Collimator lens)(44)와, 시준렌즈(44)를 통과한 레이저 광을 구동신호에 따라 그대로 투과시키거나 일정 각으로 편광방향을 회전시켜 투과시키는 액정판(42)과, 액정판(42)을 통과한 빔이 입사할 때 일정방향의 편광에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 특정방향의 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 위상판을 부분적으로 갖는 부분 위상판(45)과, 부분 위상판(45)을 통과한 광을 광디스크(47)상의 신호 트랙위에 집광시키는 대물렌즈(46)와, 광디스크(47)에서 반사된 빔을 다시 대물렌즈(46), 부분 위상판(45), 액정판(42), 시준렌즈(44)의 입사경로를 통해 되돌아와 빔 스프리터(43)의 반사면에 반사된 빔을 감지하는 수광소자(48)로 구성된다.
여기서 액정판(42)은 도 5에 도시된 바와 같이 전후의 유리기판(421) (425)과, 구동신호의 인가 유무에 따라 입사편광을 그대로 유지하거나 일정한 방향으로 회전시키는 액정층(423)과, 액정층(423) 전후로 구동신호와 연결되어 있는 투명전극(422) (424)으로 구성된다.
또한, 부분 위상판(45)은 도 6과 같이 투명 유리판(451) 위에 조절하고자 하는 광속경의 크기로 또는 접합되어 특정입사 편광방향에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 회전하여 입사하는 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 위상판 부분(452)으로 구성된다.
이와같이 구성된 본 발명에 따른 광픽업 시스템의 개구수 조절장치에서 먼저, DVD(Digital Video Disk)를 재생하는 경우를 설명하면 레이저 다이오드(41)가 S편광의 광을 발광하면 발광된 빛은 S편광에 대해서는 일정비율로 반사 및 P편광에 대해서는 모두 투과시키는 특성을 가진 빔 스프리터(43) 및 시준렌즈(44)를 통과하여 평행광이 되어 구동신호가 가해진 액정판(42)을 통과하면서 발광된 S편광의 광이 그대로 유지되면서 투과된 후 부분 위상판(45)으로 입사된다.
여기서, 액정판(42)은 구동신호가 가해지면 레이저 다이오드(41)에서 발광된 S편광은 그대로 편광방향이 유지되면서 투과되나 구동신호가 해제되면 발광된 S편광은 선편광을 유지하면서 편광방향이 45˚회전한 편광으로 변환되는 특성을 갖는다.
부분 위상판(45)은 투명 유리판(451) 위에 위상판 부분(452)을 코팅 또는 2방성 재질을 사용하여 구성한 것으로 위상판 부분(452)은 S편광에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 방향이 45˚ 회전한 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 특성을 갖도록 배열한다.
따라서, 액정판(42)을 통해 부분 위상판(45)에 입사된 광은 도 7 및 도 8에서 보이는 바와 같이 S편광이면 투명 유리판(451) 부위는 S편광 상태가 유지되면서 투과되고, 위상판 부분(452)은 S편광에 대하여 λ/4의 위상지연을 일으키지 않으므로 모두 S편광 상태가 유지되면서 투과된다.
즉, 부분 위상판(45)을 통과한 광은 투명 유리판(451) 부위에 해당하는 영역과, 위상판 부분(452) 부위에 해당하는 영역에 있어 S편광 상태를 유지하면서 대물렌즈(46)에 입사되어 광디스크(47)상의 신호 트랙위에 집광된다.
광디스크(47)에 집광된 빔 스팟은 광디스크(47)상의 피트에 의하여 반사, 회절되어 다시 대물렌즈(46), 부분 위상판(45), 액정판(42) 및 시준렌즈(44)를 통과하여 빔 스프리터(43)로 재입사된다.
빔 스프리터(43)는 앞에서 상술한 바와 같이 S편광 상태일 때는 일정비율의 반사 및 투과로 분할되는 특성이 있으므로 시준렌즈(44)를 통과하여 입사된 광은 빔 스프리터(43)에서 일정 비율 반사된다.
빔 스프리터(43)에서 일정 비율 반사된 광은 수광소자(48)로 입사되어 대물렌즈(46)에 대하여 넓은 입사경을 가진 광선을 모두 받아 들여 전기신호로 변환시킨다.
즉, DVD를 재생하는 경우로 대물렌즈(46)에 대하여 넓은 입사경을 요구하는 디스크 다시 말하면 높은 개구수를 요구하는 디스크의 신호를 읽는 경우에 해당된다.
한편, 도 4와 같은 개구수 조절장치에서 CD(Compact Disc)를 재생하는 경우에는 좁은 입사경이 요구되고, 대물렌즈(46)의 유효 개구수를 줄여 구면수차 발생을 억제해야하므로 부분 위상판(45)을 투과하는 광을 CD용의 입사경 크기를 조절할 필요가 있다.
더욱 상세하게 CD를 재생하는 경우를 설명하면 액정판(42)에 구동신호를 해제하여 레이저 다이오드(41)에서 발광된 S편광을 직선편광 상태에서 편광방향만을 45˚회전시키고, 변환된 빔은 부분 위상판(45)에 입사된다.
부분 위상판(45)의 위상판 부분(452)은 앞에서 설명한 바와 같이 S편광에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 상기의 45˚ 방향이 회전된 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 특성을 가지므로 부분 위상판(45)으로 입사된 빔의 편광방향은 위상판 부분(452)에서 λ/4의 위상지연이 되어 우원편광 상태의 빔이 출사되며, 투명 유리판(451)에서는 입사편광 그대로 45˚ 회전된 편광이 투과된다.
부분 위상판(45)에서 영역별로 다른 편광방향을 가지도록 변환된 광선은 대물렌즈(46)에 의해 광디스크(47)에 집광되고, 집광된 빔은 광디스크(47)의 피트에 의하여 반사 및 회절되어 다시 대물렌즈(46)에 의하여 부분 위상판(45)으로 재입사된다.
45˚ 회전된 P편광 상태로 입사된 광은 부분 위상판(45)의 투명 유리판(451)에 재입사되어 편광 변화없이 45˚ 회전 상태로 투과되고, 부분 위상판(45)의 위상판 부분(452)을 통해 우원편광 상태가 된 광은 광디스크(47)에서의 반사로 인하여 회전방향이 바뀐 좌원편광 상태로 되고, 위상판 부분(452)을 통과하면서 다시 -45˚로 편광방향이 변환된다.
즉, 주변영역은 입사편광과 동일한 45˚회전 상태이고, 중심영역은 편광방향이 90˚ 변환된 상태가 되어 액정판(42) 및 시준렌즈(44)를 통해 빔 스프리터(43)에 입사된다.
이때 액정판(42)은 입사편광에 대해 45˚ 편광방향을 회전시키는 특성을 가지므로 위상판 부분(452)을 통과한 광은 S편광으로 투명 유리판(451)을 통과한 광은 P편광으로 변환되어 빔 스프리터(43)에 입사된다.
그러면 빔 스프리터(43)는 각 편광에 대한 특성으로 P편광 상태의 주변영역의 광을 레이저 다이오드(41)로 투과시키고, S편광 상태의 중심영역의 광은 일정 비율로 반사되어 수광소자(48)에 입사된다.
결국 주변영역의 광은 차폐되어 수광소자(48)로 입사되지 않으므로 투과 광속경이 작아져 대물렌즈(46)의 유효 개구수가 줄어든다.
또한, 도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면으로 도 4의 본 발명에 따른 제 1 실시예의 개구수 조절장치의 구성과 동일하다.
단, 빔 스프리터(43)는 레이저 다이오드(41)에서 발광된 빔을 반사면으로 입사하여 이 입사편광 상태가 P편광 상태일 때 반사 및 투과에 일정한 분할비를 가지고 입사편광 상태가 S편광 상태일 때 전부 반사하는 특성을 갖는다.
그리고 부분 위상판(45)은 위상판 부분(452)에서 P편광에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 45˚ 회전한 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 특성을 갖도록 배열하여 개구수를 조절한다.
또한, 도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시예로 개구수 조절장치를 설명하기 위한 도면으로 도 9의 본 발명에 따른 제 2 실시예의 개구수 조절장치의 구성과 동일하며 단지 빔 스프리터(43)를 플레이트(Plate) 형태로 변경하여 개구수를 조절하는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 광픽업 시스템의 개구수 조절장치는 편광판을 사용하지 않고 입사광의 광속을 조절하여 개구수를 변경시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 광원, 광원에서 발생한 광을 편광상태를 유지하면서 투과시키거나 또는 입사편광 방향에 대해 일정 각 회전된 직선편광으로 변환시키는 액정판, 광을 집광하는 대물렌즈, 광디스크에서 반사된 빔을 감지하는 수광소자로 이루어진 광픽업 시스템에 있어서,
    상기 액정판에서 투사된 레이저 광을 투과 및 반사하는 빔 스프리터;
    상기 빔 스프리터를 투과한 빔을 평행빔으로 만드는 시준렌즈;
    상기 시준렌즈를 통과한 빔의 입사편광 방향에 따라 일정 각의 위상지연을 일으키는 위상판을 부분적으로 갖는 부분 위상판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 스프리터는
    입사편광 상태가 S편광 상태일 때는 반사 및 투과에 대하여 일정 분할비를 가지며, 입사편광 상태가 P편광 상태일 때는 전부 투과함을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 스프리터는
    입사편광 상태가 P편광 상태일 때는 반사 및 투과에 대하여 일정 분할비를 가지며, 입사편광 상태가 S편광 상태일 때는 전부 반사함을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정판은
    디지탈 비디오 디스크를 재생하는 경우 상기 광원에서 발광된 광의 편광방향을 유지할수 있도록 구동신호를 가하여 편광을 유지하면서 출력함을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정판은
    콤팩트 디스크를 재생하는 경우 구동신호를 해제하여 상기 광원에서 발광된 광의 편광방향을 입사편광에 대하여 -45˚또는 +45˚로 편광방향을 회전시켜 출력함을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부분 위상판은
    입사된 광이 그대로 유지되면서 투과되는 투명 유리판;
    상기 투명 유리판 위에 조절하고자 하는 광속경의 크기로 코팅 또는 접합되어 위상판에 구성된 선행축 방향이나 지연축 방향과 일치하는 편광방향을 가진 입사광에 대해서는 위상지연을 일으키지 않고, 선행축과 지연축 사이에 각 축에 대하여 ±45˚의 방향으로 입사하는 편광에 대해서는 λ/4의 위상지연을 일으키는 위상판으로 구성됨을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  7. 광원;
    상기 광원에서 발광된 광을 구동신호에 따라 투사 및 일정 각으로 회절하는 액정판;
    상기 액정판에서 투사된 레이저 광을 투사 및 반사하는 빔 스프리터;
    상기 빔 스프리터에서 반사된 빔을 평행빔으로 만드는 시준렌즈;
    상기 시준렌즈를 통과한 빔의 편광에 따라 위상지연을 일으키는 위상판을 부분적으로 갖는 부분 위상판;
    상기 부분 위상판을 통과한 광을 광디스크상의 신호 트랙위에 집광시키는 대물렌즈;
    광디스크에서 반사된 빔을 다시 입사경로를 통해 되돌아와 상기 빔 스프리터에서 투과된 빔을 감지하는 수광소자로 구성됨을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 스프리터는
    입사편광 상태가 P편광 상태일 때 반사 및 투과에 대하여 일정 분할비를 가지며, 입사편광 상태가 S편광 상태일 때 전부 투과함을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 스프리터는
    플레이트 형태임을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 부분 위상판은
    입사된 광이 그대로 유지되면서 투과되는 투명 유리판;
    상기 투명 유리판 위에 조절하고자 하는 광속경의 크기로 코팅되어 상기 시준렌즈를 통과한 빔이 P편광 일때 위상지연을 일으키지 않고, S편광 일때 λ/4의 위상지연을 일으키는 위상판으로 구성됨을 특징으로 하는 광픽업 시스템의 개구수 조절장치.
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