KR100226864B1 - 이종 광 디스크용 광 픽업장치 - Google Patents

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Abstract

서로 다른 기판 두께 및 파장을 갖는 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것으로서, 특히 입사되는 빔의 파장이 635-650nm이면 편광 방향에 관계없이 무조건 입사빔을 반사시키고, 입사되는 빔의 파장이 780nm이고 편광 방향이 P파이면 입사빔을 투과시키고 S파이면 입사빔을 반사시키는 DPBS와 λ/4판, 그리고 각 매질의 경계면에서의 입사각이 브루스터 각으로 결정되어 P/S파 분리 기능과 함께 비점수차를 발생시키는 PBS판, 및 파장에 따라 입사빔을 선택적으로 투과시키는 CSF를 이용함으로써, 서로 다른 파장 및 두께와 기록 밀도를 갖는 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능함과 동시에, 사용되는 광 소자의 수를 줄여 광 픽업장치를 콤팩트화시키고 조립 공정을 용이하게 하며 가격을 다운시킨다.

Description

이종 광 디스크용 광 픽업장치
본 발명은 서로 다른 기판 두께 및 파장을 갖는 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것으로서, 특히 동일 광 픽업장치에서 콤팩트 디스크(Compact Disc ; CD)와 디지탈 다기능 디스크(Digital Versatile Disc ; DVD) 뿐만 아니라 기록 가능한 CD 즉, CD-R(Compact Disc Recordable)의 기록/재생 호환이 가능하도록 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것이다.
DVD용 광 픽업에 사용되는 광원은 635∼650nm(가시광, 적색)의 파장을 갖는데, 동일한 플레이어에서 CD-R의 디스크를 동시에 읽어내기 위해서는 780nm(적외광)의 파장을 갖는 광원이 필요하다.
즉, CD-R의 경우 디스크의 매체가 시아닌(Cyanine ; 청색소) 염색물질을 사용하게 되는데, 이 염료는 780nm에서만 반사율을 갖게 되는 성질을 갖고 있다.
따라서, 반드시 780nm의 광원이 필요하게 되므로 DVD용 광원으로는 겸용할 수가 없다.
이때, CD는 780nm나 635∼650nm 파장 모두에서 읽을 수 있다.
도 1은 이러한 종래의 이종 광 디스크용 광 픽업 장치의 광학계 구성도이다.
도 1을 보면, CD-R용 광빔을 발생하는 제 1 레이저 다이오드(LD) 패키지(11), DVD용 광빔을 발생하는 제 2 LD(12), CD-R용 광빔의 수차를 보정하는 보정렌즈(13), 상기 제 2 LD(12) 또는 광 디스크(21)로부터 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 편광 빔 분리기(Polarizing Beam Splitter ; PBS)(14), 상기 PBS(14)를 통과하는 빔을 일정방향으로 평행하게 진행시키는 콜리메이터 렌즈(15), 상기 콜리메이터 렌즈(15)로부터 평행하게 출사되는 빔이 입사되는 면에 편광의 방향을 변환하는 λ/4 판(16b)이 부착되고, 상기 λ/4 판(16b) 또는 보정 렌즈(13)를 통해 입사되는 빔의 파장과 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 다이크로익 빔 분리기(Dichroic Beam Splitter ; DBS)(16), 상기 DBS(16)로부터 입사되는 빔을 수직방향으로 반사시키는 프리즘 미러(Prism Mirror ; PM)(17), 상기 프리즘 미러(17)에서 반사되는 빔의 파장에 따라 입사빔의 일부를 선택적으로 투과시켜 광빔의 선속경을 조절하는 칼라분리필터(Color Separation Filter ; CSF)(18), 상기 CSF(18)를 투과하는 광빔을 광디스크(21)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(19), 및 상기 광 디스크(21)로부터의 반사 광빔이 대물렌즈(19), CSF(18), 프리즘 미러(17), DBS(16), 콜리메이터 렌즈(15), 및 PBS(14)를 거쳐 반사되면 이를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 광 검출기(23)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 대물렌즈(19)에는 대물렌즈(19)를 수평 및 수직 방향에서 이동시키기 위한 액츄에이터(20)가 설치되고, 상기 PBS(14)와 광 검출기(23) 사이에는 비점수차범에 의한 포커스 에러 신호를 검출하기 위한 센서렌즈(22)가 설치된다.
그리고, 상기 제 1 LD 패키지(11)는 패키지 내에 780nm 파장의 빔을 발생하는 LD(11a)와 디스크(21)로부터의 반사광빔을 검출하는 광 검출기(11c)를 일체화시킨 것으로서, LD(11a)와 광 검출기(11c)를 나란히 배치하고, 홀로그램(11b)를 이용하여 제 1 LD 패키지(11) 내로 입사되는 빔을 광 검출기(11c) 쪽으로 회절시킨다.
여기서는 780nm 파장의 반사 광빔을 검출하는 광 검출기(11c)는 제 1 LD 패키지(11) 내에 일체화시키고, 635-650nm 파장의 반사 광빔을 검출하는 광 검출기(23)는 PBS(14)에서 반사되는 빔의 광 경로상에 제 2 LD(12)와 분리하여 설치한다.
그리고, 대물렌즈(19)는 개구수(NA)가 큰 DVD의 경우에 대하여 보정될 필요가 있으므로 635-650nm의 파장에 대하여 수차 보정이 되어있고, 따라서 CD 또는 CD-R을 재생할 경우 파장이 달라지므로 이로인해 발생하는 수차를 보정하는 보정렌즈(13)가 제 1 LD 패키지(11)와 DBS(16) 사이에 설치된다.
그리고, 상기 DBS(16)는 글라스 기판 2매를 접합하고 접합면(16a)에 다이크로익 코팅을 하여 형성한다.
이때, 상기 접합면(16a)은 도 2a에서와 같이 편광 방향이 S파인 경우 635-650nm 파장의 빔에 대해서는 무조건 투과시키고 780nm 파장의 빔에 대해서는 무조건 반사시키는 특성을 갖고, 도 2b에서와 같이 편광 방향이 P파인 경우 635-650nm 파장의 빔과 780nm 파장의 빔에 대해서 무조건 투과시키는 특성을 갖는다.
그리고, 이렇게 DBS(16)를 투과 또는 반사하는 빔은 대물렌즈(19)를 통해 광 디스크(21)의 한면에 집광되어 지는데, CD/CD-R/DVD 재생호환을 위해서는 개구율 조절이 필요하다.
이때, CD/CD-R과 DVD에는 서로 다른 파장을 갖는 빔이 입사되므로 상기 CSF(18)는 이 차이를 이용하여 입사경의 크기를 조절한다.
즉, 특정한 파장, 예컨대, CD용 파장을 차단시키는 광학 코팅막을 CD용 개구율(NA)에 해당하는 부분을 제외한 나머지 영역에 형성함으로써 DVD용 파장은 그대로 투과하고 CD용 파장은 상기 광학 코팅막에 의해 입사경의 크기가 조절되어 입사하게 되므로 CD의 재생시에도 구면수차가 크지않아 적절한 재생이 가능해진다.
여기에서, 광학 코팅은 다이크로익 코팅으로 한다.
즉, CD 계열은 780nm, DVD 계열은 635-650nm의 파장을 사용하면, CD 계열의 경우 요구되는 NA는 0.45이고, DVD 계열의 경우 요구되는 NA는 0.6이다.
따라서, 도 3a에서와 같이 CD용 NA가 0.45인 경우에 해당하는 입사경을 제외한 영역 즉, 코팅 영역(18b)에는 CD용 파장의 빔을 반사시키는 다이크로익 막을 코팅한다.
도 3b는 상기 코팅 영역(18b)에 적용된 광학 코팅막의 투과 특성을 나타낸 그래프로서, CD의 파장인 780nm에서 반사하는 것을 보여주고 있다.
따라서, CD용 파장은 도 3a에서와 같이 중앙부의 비코팅영역(18a)만을 통과하고, DVD용 파장은 비코팅 영역(18a)과 광학 코팅 영역(18b)을 모두 통과하므로 한개의 대물렌즈를 이용하여 CD와 DVD를 모두 재생할 수 있다.
그리고, 광 디스크(21)의 제 1 정보 기록면(21a)은 DVD의 정보기록면이고, 제 2 정보 기록면(21b)은 CD의 정보 기록면이며, 제 2 정보 기록면(21b)은 제 1 정보 기록면(21a)보다 광 디스크(21)의 표면으로부터 0.6mm 더 떨어지도록 위치한다.
이와같이 구성되는 종래의 이종 광 디스크용 광 픽업장치는 제 1 LD 패키지(11)에서 발생되는 광빔의 파장은 780nm이고 편광 방향은 S파이며, 제 2 LD(12)에서 발생되는 광빔의 파장은 635-650nm이고 편광 방향은 P파라고 가정한다.
여기서, 780nm은 CD-R용 파장이고, 635-650nm은 DVD용 파장이다.
이때, CD는 780nm나 635-650nm 모두로 읽을 수 있지만 여기서는 CD-R/CD 겸용을 위해 780nm를 사용한다.
이하, CD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우와 DVD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우는 나누어서 설명한다.
i) CD 계열 광 디스크
제 1 LD 패키지(11)의 LD(11a)에서 파장이 780nm 이고 선편광 방향이 S파인 광빔이 홀로그램(11c)을 통해 발생되면 보정 렌즈(13)에 의해 수차가 보정된 후 DBS(16)로 입사된다.
이때, 상기 DBS(16)의 접합면(16a)은 도 2a에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 S파인 경우 무조건 반사시키는 특성을 갖고 있으므로, 상기 제 1 LD 패키지(11)에서 발생된 광빔은 DBS(16)의 접합면(16b)에서 반사되어 프리즘 미러(17)로 입사된다.
상기 프리즘 미러(17)는 DBS(16)로부터 입사되는 빔을 수직으로 반사시키고, 이 반사빔은 CSF(18)로 입사된다.
상기 CSF(18)는 도 3a,3b에서와 같이 CD용 파장과 DVD용 파장을 모두 투과시키는 비코팅 영역(18a)과 CD용 파장은 반사시키고 DVD용 파장만 투과시키는 광학 코팅 영역(18b)으로 구성되며, 광학 코팅 영역(18b)은 파장에 따라 입사빔을 반사 또는 투과시키는 다이크로익 코팅막이 형성되어 있다.
따라서, 상기 프리즘 미러(17)에서 반사되어 CSF(18)로 입사되는 CD/CD-R용 빔은 비코팅 영역(18a)에서는 투과하고 광학 코팅 영역(18b)에서는 반사되므로 광빔의 선속경이 감소된다.
광빔의 선속경이 감소된 경우 대물렌즈(19)는 개구수가 CD 개구수(즉, 0.45)로 감소되므로 비코팅 영역(18a)을 투과하는 광빔을 광 디스크(21)의 제 2 정보 기록면(21b) 즉, CD의 정보 기록면에 정확하게 집광시킨다.
한편, 상기 제 2 정보 기록면(21b)에서 반사되는 광빔은 대물렌즈(19), CSF(18), 및 프리즘 미러(17)를 거쳐 DBS(16)로 입사된다.
이때, 상기 DBS(16)의 접합면(16a)은 도 2a에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 S파인 경우 무조건 반사시키는 특성을 갖고 있는데, 상기 DBS(16)로 입사되는 반사광빔이 S파이면서 780nm의 파장을 갖고 있으므로 이 반사광빔은 접합면(16a)에서 무조건 반사되어 보정 렌즈(13)를 통해 제 1 LD 패키지(11)로 입사된다.
이때, 상기 제 1 LD 패키지(11)에는 LD(11a)와 광 검출기(11c)가 나란히 배치되어 실장되어 있고, 제 1 LD 패키지(11)로 입사되는 빔은 홀로그램(11b)에 의해 회절되어 광 검출기(11c)로 입사된다.
상기 광 검출기(11c)는 입사되는 광빔을 전기적 신호로 변환하여 고주파 신호, 포커스 에러신호 및 트랙킹 에러신호가 얻어지도록 한다.
ii) DVD 계열 광 디스크
제 2 LD(12)에서 발생된 파장이 635-650nm 이고 선편광 방향이 P파인 광빔은 PBS(14)로 입사된다.
상기 PBS(14)는 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 특성을 갖고 있으므로, 제 2 LD(12)에서 발생된 광빔은 PBS(14)를 투과하여 콜리메이터 렌즈(15)로 입사된다.
상기 콜리메이터 렌즈(15)는 PBS(14)를 투과하는 P파의 발산광빔을 평행하게 DBS(16)의 λ/4판(16b) 쪽으로 진행시킨다.
이때, 선편광빔인 P파가 상기 λ/4 판(16b)을 통과하면 우회전 원편광빔으로 변환되고, 이 우회전 원편광빔은 DBS(16)의 접합면(16a)으로 입사된다.
상기 접합면(16a)은 도 2a, 도 2b에서와 같이, 파장이 650nm이면 P파, S파에 관계없이 입사빔을 무조건 투과시키는 특성을 갖고 있으므로 상기 우회전 원편광빔은 상기 DBS(16)의 접합면(16a)을 그대로 투과하여 프리즘 미러(17)로 입사된다.
상기 프리즘 미러(17)는 DBS(16)를 투과하는 광빔을 수직으로 반사시킴에 의해 CSF(18)로 입사시킨다.
이때, 상기 CSF(18)는 CD용 파장과 DVD용 파장을 모두 투과시키는 비코팅 영역(18a)과 CD용 파장은 반사시키고 DVD용 파장만 투과시키는 광학 코팅 영역(18b)으로 구성되어 있으므로, 입사 광빔은 CSF(18)의 비코팅 영역(18a)과 광학 코팅 영역(18b)을 모두 투과한다.
따라서, 광빔의 선속경이 감소되지 않으므로 대물렌즈(19)는 원래의 개구수(즉, 0.6)를 유지한다.
그러므로, 상기 대물렌즈(19)는 CSF(18)의 비코팅 영역(18a)과 광학 코팅영역(18b)을 모두 통과하는 광빔을 대물렌즈(19)가 설치된 액츄에이터(20)의 이동에 의해 광 디스크(21)의 제 1 정보 기록면(21a) 즉, DVD의 정보 기록면에 정확하게 집광시킨다.
한편, 상기 제 1 정보 기록면(21a)에서 반사되는 광빔은 대물렌즈(19), CSF(18), 및 프리즘 미러(17)를 통해 DBS(16)로 입사된다.
이때, 우회전 원편광빔이 상기 제 1 정보 기록면(21a)에서 반사될 때 정보 기록면상의 정보매체에 의해 회절되어 좌회전 원편광빔으로 변환된다.
그리고, 상기 DBS(16)의 접합면(16a)은 도 2a, 도 2b에서와 같이 파장이 650nm이면 편광 방향에 관계없이 무조건 투과시키는 특성을 갖고 있는데, 상기 DBS(16)의 접합면(16a)으로 입사되는 광빔도 635-650nm 파장의 좌회전 원편광빔이므로, 이 좌회전 원편광빔은 그대로 접합면(16a)을 투과하여 λ/4판(16b)으로 입사된다.
상기 좌회전 원편광빔이 λ/4판(16b)을 통과하면 선편광빔인 S파로 변환되고, 이 S파는 콜리메이터 렌즈(15)로 입사된다.
이때, 대물렌즈의 수차가 DVD에 맞추어져 있다고 가정하였으므로 반사빔은 콜리메이터 렌즈(15)에서 다시 집광되어 PBS(14)로 입사된다.
상기 PBS(14)는 입사되는 S파를 모두 반사시키고, 상기 PBS(14)에서 반사되는 S파는 센서렌즈(22) 쪽으로 입사되며, 상기 센서렌즈(22)는 반사되는 빔의 구면수차를 보정한 후 광 검출기(23)의 표면에 집광시킨다.
상기 광 검출기(23)는 입사되는 광빔을 전기적 신호로 변환하여 고주파 신호, 포커스 에러신호 및 트랙킹 에러신호가 얻어지도록 한다.
그러나, 종래의 이종 광 디스크용 광 픽업장치는 CD/CD-R/DVD 기록/재생 호환을 위해 DBS, 보정 렌즈, 센서 렌즈, 및 CSF가 필요하게 됨으로써, 너무 많은 광소자와 복잡한 구조를 갖게되어 광 픽업장치의 부피가 커지면서 콤팩트(Compact)화가 어렵고 조립 공정이 어려우며, 코스트가 올라가는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 입사되는 빔의 파장과 편광 방향에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 다이크로익 편광 빔 분리기(Dichroic Polarizing Beam Splitter ; DPBS)와 브루스터 각(Brewster Angle)을 이용하여 광 소자를 줄임으로써, 서로 다른 두께, 파장 및 기록밀도를 갖는 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능하면서, 광 픽업장치의 콤팩트화하고 조립 공정이 용이하며 가격이 다운되는 이종 광 디스크용 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업 장치의 특징은, 제 1 파장의 빔을 발광하는 제 1 LD 패키지와, 상기 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빔을 발광하는 제 2 LD와, 제 2 파장의 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 편광 빔 분리판과, 입사되는 빔의 편광 방향과 파장에 따라 입사빔을 반사 또는 투과시키는 다이크로익 편광 빔 분리기와, 상기 다이크로익 편광 빔 분리기로부터 입사되는 발산빔을 평행빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈로부터 입사되는 평행빔의 파장에 따라 입사빔의 전체 또는 일부를 선택적으로 통과시키는 CSF와, 상기 CSF를 통과하는 광량에 따라 상이한 개구수를 유지하여 파장, 기록밀도 및 두께등이 상이한 광 디스크의 해당 표면에 광빔을 집광시키는 대물렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.
도 1은 종래의 이종 광 디스크용 광 픽업장치의 광학계 구성도
도 2a는 도 1의 다이크로익 빔 분리기(DBS)의 S파에 대한 반사 특성을 나타낸 그래프
도 2b는 도 1의 다이크로익 빔 분리기(DBS)의 P파에 대한 반사 특성을 나타낸 그래프
도 3a는 도 1의 칼라 분리필터(CSF)의 광학 코팅 영역과 비광학 코팅 영역의 관계를 나타낸 도면
도 3b는 도 1의 칼라 분리 필터(CSF)의 광학 코팅 영역의 투과 특성을 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업 장치의 광학계 구성도
도 5는 도 4에서 입사각과 부르스터 각의 관계를 나타낸 그래프
도 6a는 도 4의 다이크로익 편광 빔 분리기(DPBS)의 P파에 대한 반사 특성을 나타낸 그래프
도 6b는 도 4의 다이크로익 편광 빔 분리기(DPBS)의 S파에 대한 반사 특성을 나타낸 그래프
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
41 : 제 1 레이저 다이오드(LD) 패키지41a : LD
41b : 홀로그램41c : 광 검출기
42 : 제 2 LD43 : 편광 빔 분리판
44 : 다이크로익 편광 빔 분리기(DPBS)
44a : 접합면44b,44c : λ/4판
45 : 콜리메이터 렌즈46 : 칼라 분리 필터(CSF)
46a : 비광학 코팅 영역46b : 광학 코팅 영역
47 : 대물렌즈48 : 액츄에이터
49 : 광 디스크49a : 제 1 정보 기록면
49b : 제 2 정보 기록면50 : 광 검출기
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치의 광학계 구성도이다.
도 4를 보면, CD-R용 광빔을 발생하는 제 1 LD 패키지(41), DVD용 광빔을 발생하는 제 2 LD(42), 입사각이 부르스터 각을 만족하도록 설치되어 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 PBS판(43), 상기 제 1 LD 패키지(11) 또는 PBS판(43) 또는 광 디스크로부터 반사되는 빔의 편광 방향과 파장에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 DPBS(44), 상기 DPBS(44)로부터 입사되는 빔을 일정방향으로 평행하게 진행시키는 콜리메이터 렌즈(45), 상기 콜리메이터 렌즈(45)로부터 평행하게 출사되는 빔의 파장에 따라 입사빔의 일부를 선택적으로 투과시켜 광빔의 선속경을 조절하는 CSF(46), 상기 CSF(46)를 투과하는 광빔을 광디스크(49)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(47), 및 상기 광 디스크(49)로부터의 반사 광빔이 대물렌즈(47), CSF(46), 콜리메이터 렌즈(45), DPBS(44), 및 PBS판(43)을 거쳐 반사되면 이를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 광 검출기(50)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 대물렌즈(47)를 수평 및 수직 방향에서 이동시키기 위한 액츄에이터(48)가 설치된다.
이때, 상기 제 1 LD 패키지(41)는 상기된 도 1에서와 같이 패키지 내에 780nm 파장의 빔을 발생하는 LD(41a)와 광 디스크(49)로부터의 반사광빔을 검출하는 광 검출기(41c)를 일체화시킨 것으로서, LD(41a)와 광 검출기(41c)를 나란히 배치하고, 홀로그램(41b)를 이용하여 제 1 LD 패키지(41) 내로 입사되는 빔을 광 검출기(41c) 쪽으로 회절시킨다.
본 발명의 실시예에서는 780nm 파장의 반사 광빔을 검출하는 광 검출기(41c)는 제 1 LD 패키지(41) 내에 일체화시키고, 635-650nm 파장의 반사 광빔을 검출하는 광 검출기(50)는 PBS판(43)에서 반사되는 빔의 광 경로상에 제 2 LD(42)와 분리하여 설치한다.
이와같이, 광 검출기는 둘다 일체형으로 구성할 수도 있고, 둘 다 분리형으로 구성할 수도 있으며, 일체형과 분리형을 선택적으로 사용할 수도 있다.
그리고, PBS판(43)의 입사각을 부르스터 각(θB)으로 결정한다.
여기서, 부르스터 각(θB)이란 두개의 굴절율을 가진 매질의 경계면에서의 특정한 각을 일컫는 말로 이 각도(θB)에서는 도 5에서와 같이 S파는 무조건 투과하고 P파는 반사되어 P파/S파 분리가 자연적으로 이루어진다.
즉, 두 경계면에서 항상 입사되는 빔의 일부는 반사되는데, 별도의 코팅이 없는 경계면에서도 자연적으로 특정한 각도에서는 반사되는 빔중에 P파의 성분이 발견되지 않는 현상이 발생한다.
이때의 각도를 브루스터 각도 또는 편광 각도라 한다.
본 발명에서는 이 원리를 이용하여 PBS판(43)의 각 매질의 경계면에서의 입사각(θin)이 상기 브루스터 각도(θB)를 만족하도록 각 코팅막의 굴절율을 조절한다.
한편, 상기 DPBS(44)는 글라스 기판 2매를 접합하고 접합면(44a)에 다이크로익 코팅을 하여 형성한다.
이때, 상기 접합면(44a)은 도 6a에서와 같이 편광 방향이 P파인 경우 635-650nm 파장의 빔에 대해서는 무조건 반사시키고 780nm 파장의 빔에 대해서는 무조건 투과시키는 특성을 갖고, 도 6b에서와 같이 편광 방향이 S파인 경우 635-650nm 파장의 빔과 780nm 파장의 빔에 대해서 무조건 반사시키는 특성을 갖는다.
또한, 상기 DPBS(44)에는 상기 PBS판(43)에서 반사되는 635-650nm 파장의 빔이 입사되는 면에는 제 1 λ/4판(44b)이 부착되고, 제 1 LD 패키지(41)에서 발광된 780nm 파장의 빔이 상기 접합면(44a)에서 반사되거나 광 디스크(49)로부터 반사되는 780nm 파장의 빔이 상기 접합면(44a)을 투과하여 입사되는 면에는 제 2 λ/4판(44c)이 부착되며, 제 2 λ/4판(44c)에는 전반사 거울(44d)이 코팅되어 있다.
그리고, 이렇게 DPBS(44)를 투과 또는 반사하는 빔은 대물렌즈(47)를 통해 광 디스크(49)의 한면에 집광되어 지는데, CD/CD-R/DVD 재생호환을 위해서는 개구율 조절이 필요하다.
따라서, 상기 CSF(46)는 CD/CD-R과 DVD에는 서로 다른 파장을 갖는 빔이 입사되므로 이 차이를 이용하여 입사경의 크기를 조절한다.
즉, CD용 파장을 차단시키는 광학 코팅막을 CD용 개구율(NA)에 해당하는 부분을 제외한 나머지 영역에 형성함으로써 DVD용 파장은 그대로 투과하고 CD용 파장은 상기 광학 코팅막에 의해 입사경의 크기가 조절되어 입사하게 되므로 CD의 재생시에도 구면수차가 크지않아 적절한 재생이 가능해진다.
여기에서, 광학 코팅은 다이크로익 코팅으로 한다.
즉, 도 3a에서와 같이 CD용 NA가 0.45인 경우에 해당하는 입사경을 제외한 영역 즉, 광학 코팅 영역(46b)에는 CD용 파장의 빔을 반사시키는 다이크로익 막을 코팅하여, CD-R의 파장인 780nm 파장의 빔이 입사되면 무조건 반사시킨다.
따라서, CD용 파장은 중앙부의 비코팅영역(46a)만을 통과하고, DVD용 파장은 비코팅 영역(46a)과 광학 코팅 영역(46b)을 모두 통과하므로 한개의 대물렌즈를 이용하여 CD와 DVD를 모두 재생할 수 있다.
그러나, 비코팅 영역(46a)과 광학 코팅 영역(46b)에 있어 박막 두께로 인한 경로차가 발생하여 빔 스폿을 왜곡시킬 우려가 있으므로 위상차를 보상하기 위한 코팅을 비코팅 영역(46a)에 해주어 다이크로익 막을 통과한 후에 비코팅 영역(46a)과 광학 코팅 영역(46b)을 통과한 광 사이의 위상차가 λ/10 이하가 되도록 조절한다.
또한, 상기 콜리메이터 렌즈(45)와 대물렌즈(47)는 개구수가 큰 DVD용으로 설계되어 있으며, 상기 콜리메이터 렌즈(45)를 DVD용 광빔과 CD-R용 광빔이 모두 통과하도록 DPBS(44)와 CSF(46) 사이에 설치함으로써, CD-R용 광빔에 대해서도 수차가 발생하지 않는다.
즉, CD-R용 광빔이 원하는 수차 범위내에 들어오게 된다.
따라서, CD-R용 광빔의 수차를 보정하기 위한 보정렌즈가 필요없게 된다.
그리고, 광 디스크(49)의 제 1 정보 기록면(49a)은 DVD의 정보기록면이고, 제 2 정보 기록면(49b)은 CD의 정보 기록면이며, 제 2 정보 기록면(49b)은 제 1 정보 기록면(49a)보다 광 디스크(49)의 표면으로부터 0.6mm 더 떨어지도록 위치한다.
이와같이 구성된 본 발명은 제 1 LD 패키지(11)에서 발생되는 광빔의 파장은 780nm이고 편광 방향은 S파이며, 제 2 LD(12)에서 발생되는 광빔의 파장은 635-650nm이고 편광 방향은 S파라고 가정한다.
여기서, 780nm은 CD-R용 파장이고, 635-650nm은 DVD용 파장이다.
이때, CD는 780nm나 635-650nm 모두로 읽을 수 있지만 여기서는 CD-R/CD 겸용을 위해 780nm를 사용한다.
이하, CD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우와 DVD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우는 나누어서 설명한다.
i) CD 계열 광 디스크
제 1 LD 패키지(41)의 LD(41a)에서 발생된 파장이 780nm 이고 선편광 방향이 S파인 광빔은 홀로그램(41c)을 통해 DPBS(44)로 입사된다.
이때, 상기 DPBS(44)의 접합면(44a)은 도 6b에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 S파인 경우 무조건 반사시키는 특성을 갖고 있으므로, 상기 제 1 LD 패키지(41)에서 발생된 광빔은 DPBS(44)의 접합면(44a)에서 반사되어 제 2 λ/4판(44c)으로 입사된다.
이때, 상기 780nm 파장의 빔은 접합면(44a)에서 반사되어 제 2 λ/4판(44c)으로 입사되었다가 전반사 거울(44d)에 의해 반사되어 다시 접합면(44a)으로 입사되므로, 결국 제 2 λ/4판(44c)을 두번 통과한 결과를 얻게 된다.
따라서, 상기 780nm 파장의 빔은 접합면(44a)에서 반사되어 제 2 λ/4판(44c)으로 입사되었다가 반사되어 접합면(44a)으로 다시 입사되면 편광 방향이 S파에서 P파로 변한다.
이때, 상기 접합면(44a)은 도 6a에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 P파인 경우 무조건 투과시키는 특성을 갖고 있으므로, 제 2 λ/4판(44c)에서 접합면(44a)으로 입사된 빔은 접합면(44a)을 그대로 투과하여 콜리메이터 렌즈(45)로 입사된다.
상기 콜리메이터 렌즈(45)는 DPBS(44)로부터 입사되는 P파의 발산빔을 CSF(46)로 평행하게 입사시킨다.
상기 CSF(46)는 도 3a,3b에서와 같이 CD용 파장과 DVD용 파장을 모두 투과시키는 비코팅 영역(46a)과 CD용 파장은 반사시키고 DVD용 파장만 투과시키는 광학 코팅 영역(46b)으로 구성되며, 광학 코팅 영역(46b)은 파장에 따라 입사빔을 반사 또는 투과시키는 다이크로익 코팅막이 형성되어 있다.
따라서, 상기 CSF(46)로 입사되는 CD/CD-R용 빔은 비코팅 영역(46a)에서는 투과하고 광학 코팅 영역(46b)에서는 반사되므로 광빔의 선속경이 감소된다.
광빔의 선속경이 감소된 경우 대물렌즈(47)는 개구수가 CD 개구수(즉, 0.45)로 감소되므로 비코팅 영역(46a)을 투과하는 광빔을 광 디스크(49)의 제 2 정보 기록면(49b) 즉, CD의 정보 기록면에 정확하게 집광시킨다.
한편, 상기 제 2 정보 기록면(49b)에서 반사되는 광빔은 대물렌즈(47), CSF(46), 및 콜리메이터 렌즈(45)를 거쳐 DPBS(44)로 입사된다.
이때, 상기 DPBS(44)의 접합면(44a)은 도 6a에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 P파인 경우 무조건 투과시키는 특성을 갖고 있는데, 상기 DPBS(44)로 입사되는 반사광빔이 P파이면서 780nm의 파장을 갖고 있으므로 이 반사광빔은 접합면(44a)을 그대로 투과하여 제 2 λ/4판(44c)으로 입사된다.
마찬가지로, 상기 780nm 파장의 P파 광빔은 접합면(44a)에서 반사되어 제 2 λ/4판(44c)으로 입사되었다가 전반사 거울(44d)에 의해 반사되어 다시 접합면(44a)으로 입사되면 편광 방향이 P파에서 S파로 변한다.
이때, 상기 접합면(44a)은 도 6b에서와 같이 파장이 780nm이고 편광 방향이 S파인 경우 입사빔을 무조건 반사시키는 특성을 갖고 있으므로, 제 2 λ/4판(44c)에서 접합면(44a)으로 입사된 S파의 광빔은 접합면(44a)에서 반사되어 제 1 LD 패키지(41)로 입사된다.
그리고, 상기 제 1 LD 패키지(41)에는 LD(41a)와 광 검출기(41c)가 나란히 배치되어 실장되어 있고, 제 1 LD 패키지(41)로 입사되는 빔은 홀로그램(41b)에 의해 회절되어 광 검출기(41c)로 입사된다.
상기 광 검출기(41c)는 입사되는 광빔을 전기적 신호로 변환하여 고주파 신호, 포커스 에러신호 및 트랙킹 에러신호가 얻어지도록 한다.
ii) DVD 계열 광 디스크
제 2 LD(42)에서 발생된 파장이 635-650nm 이고 선편광 방향이 S파인 광빔이 PBS판(43)로 입사된다.
이때, 상기 PBS판(43)의 각 매질의 경계면에서의 입사각(θin)이 도 5에서와 같이 브루스터 각(θB)을 만족하도록 각 코팅막의 굴절율이 조절되어 있으므로, 635-650nm 인 S파의 광빔은 PBS판(43)에서 반사되어 DPBS(44)의 제 1 λ/4판(44b)을 통과한다.
선편광빔인 S파가 상기 제 1 λ/4판(44b)을 통과하면 좌회전 원편광빔으로 변환되고, 이 좌회전 원편광빔은 접합면(44a)으로 입사된다.
상기 접합면(44a)은 도 6a, 도 6b에서와 같이, 파장이 635-650nm이면 편광 방향에 관계없이 반사시키는 특성을 갖고 있으므로 상기 좌회전 원편광빔은 상기 접합면(44a)에서 반사되어 콜리메이터 렌즈(45)로 입사된다.
상기 콜리메이터 렌즈(45)는 상기 DPBS(44)로부터 입사되는 좌회전 원편광 발산빔을 CSF(46) 쪽으로 평행하게 진행시킨다.
이때, 상기 CSF(46)는 CD용 파장과 DVD용 파장을 모두 투과시키는 비코팅 영역(46a)과 CD용 파장은 반사시키고 DVD용 파장만 투과시키는 광학 코팅 영역(46b)으로 구성되어 있으므로, 입사되는 좌회전 원편광빔은 CSF(46)의 비코팅 영역(46a)과 광학 코팅 영역(46b)을 모두 투과한다.
따라서, 광빔의 선속경이 감소되지 않으므로 대물렌즈(47)는 원래의 개구수(즉, 0.6)를 유지한다.
그러므로, 상기 CSF(46)의 비코팅 영역(46a)과 광학 코팅영역(46b)을 모두 통과하는 좌회전 원편광빔은 대물렌즈(47)가 설치된 액츄에이터(48)의 이동에 의해 광 디스크(49)의 제 1 정보 기록면(49a) 즉, DVD의 정보 기록면에 정확하게 집광된다.
한편, 상기 제 1 정보 기록면(49a)에서 반사되는 광빔은 대물렌즈(47), CSF(46), 및 콜리메이터 렌즈(45)를 거쳐 DPBS(44)로 입사된다.
이때, 좌회전 원편광빔이 상기 제 1 정보 기록면(49a)에서 반사될 때 정보 기록면상의 정보매체에 의해 회절되어 우회전 원편광빔으로 변환된다.
그리고, 상기 DPBS(44)의 접합면(44a)은 도 6a, 도 6b에서와 같이 파장이 635-650nm이면 편광 방향에 관계없이 무조건 반사시키는 특성을 갖고 있는데, 상기 DPBS(44)의 접합면(44a)으로 입사되는 광빔도 635-650nm 파장의 우회전 원편광빔이므로, 이 우회전 원편광빔은 접합면(46a)에서 반사되어 제 1 λ/4판(44b)으로 입사된다.
상기 우회전 원편광빔이 제 1 λ/4판(44b)을 통과하면 선편광빔인 P파로 변환되고, 이 P파는 PBS판(43)으로 입사된다.
상기 PBS판(43)은 부르스터 각을 만족하므로 상기 P파는 그대로 PBS판(43)을 투과하여 광 검출기(50)로 입사된다.
이때, 상기 PBS판(43)은 P파와 S파를 분리하는 빔 분리 기능과 함께 비점수차를 발생시켜 포커스 서보 기능이 가능하도록 한다.
상기 광 검출기(50)는 입사되는 광빔을 전기적 신호로 변환하여 고주파 신호, 포커스 에러신호 및 트랙킹 에러신호가 얻어지도록 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 의하면, 입사되는 빔의 파장이 635-650nm이면 편광 방향에 관계없이 무조건 입사빔을 반사시키고, 입사되는 빔의 파장이 780nm이고 편광 방향이 P파이면 입사빔을 투과시키고 S파이면 입사빔을 반사시키는 DPBS와 λ/4판, 그리고 각 매질의 경계면에서의 입사각이 브루스터 각으로 결정되어 P/S파 분리 기능과 함께 비점수차를 발생시키는 PBS판, 및 파장에 따라 입사빔을 선택적으로 투과시키는 CSF를 이용함으로써, 서로 다른 파장 및 두께와 기록 밀도를 갖는 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능함과 동시에, 사용되는 광 소자의 수를 줄여 광 픽업장치를 콤팩트화시키고 조립 공정을 용이하게 하며 가격을 다운시키는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 제 1 파장의 빔을 발광하는 제 1 발광수단과,
    상기 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빔을 발광하는 제 2 발광수단과,
    제 2 파장의 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 편광 빔 분리판과,
    입사되는 빔의 편광 방향과 파장에 따라 입사빔을 반사 또는 투과시키는 다이크로익 편광 빔 분리 수단과,
    상기 다이크로익 편광 빔 분리 수단으로부터 입사되는 발산빔을 평행빔으로 집광하는 콜리메이터 렌즈와,
    상기 콜리메이터 렌즈로부터 입사되는 평행빔의 파장에 따라 입사빔의 전체 또는 일부를 선택적으로 통과시키는 차광 수단과,
    상기 차광수단을 통과하는 광량에 따라 상이한 개구수를 유지하여 파장, 기록밀도 및 두께등이 상이한 광 디스크의 해당 표면에 광빔을 집광시키는 대물렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 발광수단은
    CD 계열의 광 디스크에 사용하는 파장의 빔과 DVD 계열의 광 디스크에 사용하는 파장의 빔을 각각 발광함을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 빔 분리판의 각 매질의 경계면에서의 입사각이 브루스터 각으로 결정됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 빔 분리판은 비점수차를 발생시킴을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다이크로익 편광 빔 분리 수단은
    글라스 기판 2매를 접합하고, 접합면에는 다이크로익 코팅을 하며, 상기 편광 빔 분리판에서 반사되는 제 2 파장의 빔이 입사되는 면에 제 1 λ/4판을 부착하고, 제 1 발광 수단에서 발광된 제 1 파장의 빔이 상기 접합면에서 반사되면 반사빔이 입사되는 면에 제 2 λ/4판을 부착하며, 제 2 λ/4판에 전반사 거울을 코팅하여 형성함을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접합면은
    제 1 파장의 빔에 대해서는 편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키고 제 2 파장의 빔에 대해서는 편광 방향에 관계없이 입사빔을 무조건 반사시키는 특성을 갖도록 광학 코팅되어 있음을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 접합면은
    CD-R용 파장의 빔에 대해서는 편광 방향이 P파이면 입사되는 CD-R용 파장의 빔을 투과시키고 S파이면 반사시키며, DVD용 파장의 빔에 대해서는 편광 방향에 관계없이 입사되는 DVD용 파장의 빔을 무조건 반사시키는 특성을 갖도록 다이크로익 코팅되어 있음을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 다이크로익 편광 빔 분리 수단은
    제 1 발광 수단에서 발광된 제 1 파장의 빔을 접합면에서 제 2 λ/4판으로 반사시키고, 이 반사빔을 제 2 λ/4판과 전반사 거울에 의해 반사빔의 선편광 방향을 바꾼 후 다시 접합면에서 콜리메이터 렌즈로 투과시킴을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 다이크로익 편광 빔 분리수단은
    제 2 발광 수단에서 제 2 파장의 선편광빔이 입사되면 제 1 λ/4판에서 원편광빔으로 변환한 후 접합면에서 콜리메이터 렌즈로 반사시킴을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 차광수단은
    칼라 분리 필터임을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 차광수단은
    특정한 파장을 차단시키는 차단 영역과 파장에 관계없이 입사빔을 투과시키는 투과 영역으로 구분됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 투과 영역의 코팅에 의한 보정된 위상차는 λ／10 이하인 것을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
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