KR100234306B1 - 광픽업 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광기록매체의 기록면에 조사되는 광스폿의 유효크기를 작게 할수 있는 광픽업에 관한 것으로, 특히 광축방향이 서로 다른 파장판을 사용하여 선편광된 스폿의 크기를 줄이는 광픽업에 관한 것이다.
본 발명에 의해 광픽업은 광원과, 이 광원에서 발생된 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈와 광디스크의 반사광으로부터 신호를 검출하는 광검출기를 구비한 광픽업에 있어서, 직경과 광축방향이 서로다른 복수개의 1/4파장판을 광디스크에 입사되는 광중심에 맞추어 대물렌즈의 하부에 장착한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의한 광픽업은 광축방향이 서로 다른 1/4파장판을 사용하여 스폿이 갖고 있는 편광성분을 분리하여 스폿의 선형편광성분의 크기를 줄이고, 제1회절광을 감소시킴으로써 재생신호의 해상도를 증가시키는 효과가 있다.

Description

광픽업
제1도는 종래의 광픽업을 나타낸 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 광축방향이 서로 다른 파장판을 사용하여 스폿의 선형편광성분의 크기를 조절하는 광픽업을 나타낸 개략도.
제3도는 본 발명에 의한 광픽업에서 스폿의 원형 편광성분을 보인 도면.
제4도는 종래의 광픽업과 본 발명에 의한 광픽업의 스폿크기를 나타낸 도면.
제5도는 종래의 광픽업과 본 발명에 의한 광픽업의 광학적 변조함수값(MTF)을 나탄낸 도면.
제6a도에서 제7b도는 제2도에 도시된 서로 다른 광축방향을 갖는 파장판의 실시예를 보인 도면.
제8도는 본 발명에 의한 광픽업의 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 도면.
제9a도는 광축방향이 다른 파장판을 2개 사용한 경우 광픽업의 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 도면.
제9b도는 광축방향이 서로 다른 파장판을 4개 사용한 경우 광픽업의 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 도면.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 광원 2 : 평향빔분할기
3 : 그레이팅 4 : 콜리메이팅렌즈
20 : 1/4파장판 6 : 대물렌즈
7 : 광디스크 8 : 비점수차렌즈
9 : 광검출기
본 발명은 광기록매체의 기록면에 조사되는 광스폿의 유효크기를 작게 할 수 있는 광픽업에 관한 것으로, 특히 광축방향이 서로 다른 파장판을 사용하여 선편광된 스폿의 크기를 줄이는 광픽업에 관한 것으로, 좀더 자세히 말하면 스폿이 갖고 있는 편광성분을 분리하고 재생에 사용되는 편광성분의 영역을 감소시켜 재생신호의 해상도를 획기적으로 증가시키는 광픽업에 관한 것이다.
일반적으로 광픽업의 광원은 주로 780nm 또는 830nm의 파장을 가지는 장파장의 광을 출력하는 반도체 레이저를 채용하였는데, 광기록매체인 디스크의 기록형태가 고밀도화 되어감에 따라 광디스크의 기록면에 조사되는 광스폿의 사이즈가 축소될 필요성이 대두되고 있다. 광스폿의 사이즈를 축소시키기 위한 수단으로 파장이 400nm 내지 600nm영역의 단파장이 광픽업의 새로운 광원의 파장 영역으로 부각되고 있는 실정이다. 이 파장대의 광을 출력하기 위한 광원으로 600nm의 가시광선 파장 영역을 가지는 반도체 레이저 뿐만 아니라, Nd : YAG 또는 Nd : YVO4레이저등의 고체레이저를 채용하고 제2차 공진을 통하여 약 530nm 정도의 단파장의 광을 출력하는 광원 구조를 가지는 광픽업의 연구가 활발히 진행중에 있다. 컴팩트 디스크에서의 일 데이타를 살펴보면, 광픽업의 광원에서 출사되는 광의 파장이 780nm이고, 개구수 0.45인 경우 스폿의 직경이 1.47㎛이고, 광원에서 출사되는 파장이 532nm이고, 개구수가 0.6인 경우 스폿의 직경은 0.75㎛로 스폿면적 대비 약 3.8배의 차이를 보인다. 이 데이타를 통하여 알 수 있듯이, 광스폿은 광원의 파장이 짧을수록 그 직경이 작아지고, 대물렌즈의 개구수(NA : Numerical Aperture)가 증가할 수록 그 직경이 커진다. 따라서 재생신호의 해상도를 증가시키기 위하여 대물렌즈의 중심광을 차다나는 방법을 사용하는데, 이때는 광량이 상당히 손실되며 서보신호가 감소하게 된다.
제 1 도는 종래의 광스폿의 크기를 작게한 구조의 광픽업의 일 실시예를 나타낸 개략도이다. 이 도면을 참조하여 종래 광픽업의 구조와 기능 및 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
광픽업장치는 광기록재생 매체인 광디스크(7)에 조사되는 광스폿의 크기를 근본적으로 작게하기 위하여 파장이 약 530nm대의 단파장의 입사광을 생성하는 광원(1)과, 이 광원(1)에서 출사된 광을 광디스크(7)에 집속하여주는 대물렌즈(6)와, 광디스크(7)의 기록면에서 반사되어 대물렌즈(6)를 통과한 광을 수광하여 기록된 정보 및 오차신호를 검출하는 광검출기(9)를 구비한다. 그리고, 광원(1)과 대물렌즈(6) 사이에는 광원(1)에서 생성된 광을 평행광으로 바꾸어주는 콜리메이팅 렌즈(4)와 광디스크(7)에서 반사된 광의 경로를 입사광의 경로와 다른 경로를 가지도록 하는 편광빔분할기(2)와, 트랙킹 오차신호 검출용으로 광을 회절시키는 그레이팅(3)이 더 구비되어 있으며, 편광빔분할기(2)와 광검출기(9) 사이에 포커스 오차신호 검출용 비점수차렌즈(8)가 광경로상에 더 구비되어 있다.
또한, 콜리메이팅 렌즈(4)와 대물렌즈(6) 사이에는 대물렌즈(6)에 의하여 수렴되어 상기 광디스크(7)에 형성되는 광스폿의 직경 크기를 광디스크(7)의 기록밀도에 따라 미세 조절하는데 이용되는 조리개(5)가 구비되어 있다. 광검출기(9)에서 검출된 포커스 오차신호와 트랙 오차신호는 대물렌즈(6)와 광디스크(7) 사이의 간격 조절 및 대물렌즈(6)의 트랙 벗어남을 보상 하도록 포커스/트랙 서보(도시하지 않음)에 전달된다. 이 포커스/트랙 서보에 전달된 신호는 대물렌즈(6)를 구동하여 액츄에이터(도시하지 않음)에 전달된다.
이와 같이 이루어진 종래의 광스폿의 크기를 조절할 수 있는 광픽업은 광디스크(7)의 기록 밀도에 따라 조사되는 스폿의 크기를 조절 가능하고, 조리개(5)에 의한 광량손실을 광량측정장치(도시하지 않음)를 통하여 보상함으로써 비교적 일정한 광량으로 신호를 검출하도록 되어 있으나, 조리개(5)의 채용을 통하여 광스폿의 크기를 조절하여야 하고, 이 조리개(5)를 구동하는 구동장치(도시하지 않음)가 필요하다는 단점이 있다. 아울러 광디스크(7)에 도달하는 광량을 차단하므로 광원(1)의 출력 구동범위가 넓어야 한다는 문제가 있다. 또한, 기존의 초해상도는 스폿의 1차 회절광(Side lobe)의 크기를 증가시키고, 상호 간섭(Crosstalk)을 일으켜 지터(Jitter)를 증가시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에 의한 광픽업은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 조리개를 사용하지 않고 광축방향이 서로다른 파장판을 사용함으로써, 종래 광스폿의 유효크기를 조절하는 광픽업의 근본적인 문제점을 해결하고 광원에서 출사되는 광량의 이용 효율을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장치는 광원과, 이 광원에서 발생된 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈와, 광디스크의 반사광으로부터 신호를 검출하는 광검출기를 구비한 광픽업에 있어서, 직경과 광축방향이 서로다른 복수개의 1/4파장판을 광디스크에 입사되는 광중심에 맞추어 대물렌즈의 하부에 장착한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또다른 장치는 광원과, 이 광원에서 발생된 광을 광디스크에 집속하는 대물렌즈와, 광디스크의 반사광으로부터의 신호를 검출하는 광검출기를 구비한 광픽업에 있어서, 직경과 광축방향이 서로다른 링(Ring)형태의 복수개의 1/4파장판을 광디스크에 입사되는 광중심에 맞추어 대물렌즈의 하부에 장착한 것을 특징으로 한다. 상기 본 발명의 광픽업에 있어서, 상기 복수개의 1/4파장판은 동심원이 되도록 하여 장착하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광픽업을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 2 도는 본 발명에 따라 광축방향이 서로 다른 파장판을 사용하여 스폿의 선형편광성분의 크기를 조절하는 광픽업을 나타낸 개략도로서, 이 광픽업은 광을 발산하는 광원(1)과, 이 광원(1)에서 생성된 광을 광기록매체인 광디스크(7)에 집속하는 대물렌즈(6)와, 광디스크(7)에서 반사되어 대물렌즈(6)를 경유하여 집속되는 반사광으로부터 신호를 검출하는 광검출기(9)를 구비한다. 광원(1)은 단파장의 광을 출사하여 정보가 고밀도로 수록된 고밀도용 광디스크의 정보를 재생 및 소거할 수 있고, 그 광디스크에 정보를 기록하는데 사용된다. 광원(1)과 대물렌즈(6)사이의 광경로 상에는 광의 특성을 향상 시키기 위하여 광원(1)에서 입사되는 발산광을 평행광으로 바꾸어주는 콜리메이팅 렌즈(4)와, 광디스크(7)에서 반사된 광이 광검출기(9)로 향하도록 반사광의 광경로를 바꾸어주는 광경로 변환수단이 구비되어 있다. 도면에서는 이 광경로 변환수단으로 편광빔분할기(2)를 도시하였지만, 홀로그램소자등의 광경로를 변환하는 수단이면, 모두 채용가능하다. 광원(1)에서 발산된 빔은 콜리메이팅 렌즈(4)를 거쳐 대물렌즈(6)의 유효구경보다 작은 구경의 1/4파장(20)을 통과한후 선형편광과 원형편광된 빔으로 분리된다.
이때, 1/4파장(20)을 광축방향의 중심에 설치하면 광디스크(7)에서의 스폿중심은 순수하게 선형편광된 빛으로 구성되며, 스폿의 주변은 원형편광된 빛으로 구성된다. 따라서, 재생신호를 검출가능한 유효스폿(선형편광된 빔)의 크기는 작아지므로 해상도가 증가한다.
제 3 도는 스폿이 갖고 있는 원형편광성분(Ellipticity)을 보인 도면으로서, 스폿의 중심(C)에는 선형편광된 성분만이 존재함을 보여준다. 제 3 도에서 원형편광성분이 0도이면 선형편광된 빛을 나타내고, 원형편광성분이 45도이면 원편광된 빛을 나타낸다.
본 발명은 광디스크(7)에 포커스되는 스폿의 원형편광성분을 조정하여 재생신호에 필요한 스폿의 유효크기(이하 크기로 칭함)를 줄이고 초해상도(Super resolution)를 달성하기 위한 광픽업으로, 제 4 도는 초해상도가 적용되지 않은 종래의 광픽업이 갖는 스폿의 크기와 본 고안이 적용된 광픽업이 갖는 스폿의 크기를 비교한 것이다. 제 4 도에서 보인 바와 같이 본 발명에 의한 광픽업이 갖는 스폿의 크기(4b)가 종래의 광픽업이 갖는 스폿의 크기(4a)보다 작음을 알 수 있다.
제 5 도는 광학계의 해상도를 나타내는 광학적 전달 함수값(Modulation Transfer Function : TMF)을 나타낸 도면으로서, 고주파수 성분에서는 본 발명에 의한 광픽업의 전달함수값(5b)이 종래의 전달함수값(5a)보다 높다.
제 6a 도와 제 6b 도는 서로 다른 광축방향을 갖는 1/4파장판의 바람직한 일실시예를 보인 것으로서, 제 6a 도는 직경이 서로 다른 링(Ring)형태의 1/4파장판의 단면도이고 제 6b 도는 제 6a 도의 사시도이다. 제 7a 도와 제 7b 도는 서로 다른 광축방향을 갖는 1/4파장판의 다른 실시예를 보인 것으로서, 한개의 기판상에 서로 다른 광축방향을 갖는 복수개(4개)의 동심원 1/4파장판의 단면도와 사시도이다.
예를들어서, 1/4파장판 A의 광축방향은 입사광축과 45도가 되도록 설치하고, B의 광축방향은 60도가 되도록 설치하고, C의 광축방향은 90도가 되도록 설치하며, D의 광축방향은 입사광축과 동일하게 설치하면, 광디스크(7)에 포커스되는 스폿의 원형편광성분도 증가하지 않고 초해상도를 적용하지 않은 경우의 스폿과 동일한 크기로 기록이 가능하다.
따라서, 1/4파장판의 중심부(A) 및 주변부(B, C, D)의 크기와 광축방향을 조정함으로써 기록/재생시에 최적화된 스폿의 크기를 조절하여 사용할 수 있다. 또한 광디스크(7)에 포커스된 스폿의 편광성분을 선형, 타원 및 원형편광성분으로 구성가능하고 재생신호에 영향을 주는 선형편광을 갖는 스폿의 1차 회절광(Side lobs)의 크기를 감소시킬 수 있다.
제 8 도는 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 도면으로서, a, b, c, d는 각각 1/4파장판 A, B, C, D에 의한 스폿의 크기와 빔의 강도를 나타낸다. 제 8 도에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 스폿의 크기는 작아지며, 1차 회절광의 크기가 감소되는 것을 알 수 있다.
제 9a 도는 광축방향이 다른 파장판을 2개 사용한 경우 광픽업이 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 것으로, 1차 회절광의 크기가 크며 스폿의 크기가 비교적 크다. 한편, 제 9b 도는 광축방향이 서로 다른 파장판을 4개 사용한 경우 광픽업의 스폿크기와 빔의 강도분포를 도시한 것으로 제 9a 도와 비교해 볼때 1차 회절광이 거의 없으며, 스폿크기가 작다.
따라서 1/4파장판의 크기와 광축방향을 조절함으로써 광디스크에 데이타를 기록할 때에는 커다란 스폿으로 기록가능하고, 광디스크 재생시에는 작은 스폿으로 재생할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광픽업은 광축방향이 서로 다른 1/4파장판을 사용하여 스폿이 갖고 있는 편광성분을 분리하여 스폿의 선형편광성분의 크기를 줄이고, 제 1 회절광을 감소시킴으로써 재생신호의 해상도를 증가시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 광원으로부터 발생된 광에 의해 광스폿을 광매체에 조사하여, 그 매체에 신호를 기록하거나 그 매체로부터 신호를 독출하기 위한 광픽업장치에 있어서, 상기 광을 상기 매체 표면에 집속하거나 상기 매체표면에서 반사된 광을 집속하는 대물렌즈 ; 및 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광 경로상에 위치하는, 반경을 달리하는 복수의 동심원으로 구성되며 상기 대물렌즈의 유효경보다는 작은 유효경을 갖는 적어도 셋이상의 파장판을 구비하되, 상기 파장판들 중 반경이 가장 작은 동심원으로 구성된 제1파장판 및 반경이 가장 큰 동심원으로 구성된 제2파장판은 선형편광된 빔성분이 완전히 투과되도록 광축방향을 조정하고, 상기 제 1파장판의 반경보다는 크고 상기 제2파장판의 반경보다는 작은 반경을 갖는 동심으로 구성된 적어도 하나의 다른 파장판은 선형편광된 빔성분이 완전히 차단되거나 또는 부분적으로 차단되도록 광축을 조정하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파장판들은 상기 제1파장판, 상기 적어도 하나의 다른 파장판 및 상기 제2파장판의 순으로 그 중심이 일치하도록 차레대로 적층되어 구성됨을 특징으로 하는 광픽업장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1파장판의 광축방향이 상기 광의 광축방향과 0도, 상기 제2파장판의 광축방향이 상기 광의 광축방향과 90도, 그리고 상기 제1파장판과 상기 제2파장판의 사이에 있는 두 파장판은 45도 및 60도가 되도록 구성함을 특징으로 하는 광픽업장치.
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