KR100234313B1 - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR100234313B1
KR100234313B1 KR1019970002877A KR19970002877A KR100234313B1 KR 100234313 B1 KR100234313 B1 KR 100234313B1 KR 1019970002877 A KR1019970002877 A KR 1019970002877A KR 19970002877 A KR19970002877 A KR 19970002877A KR 100234313 B1 KR100234313 B1 KR 100234313B1
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optical pickup
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윤종용
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Abstract

광경로를 변환하는 편광빔스프리터가 기울어지게 배치되는 경우에도 이 편광빔스프리터에 의해 경로 변환되어 출사되는 광의 진행 방향이 일정하도록 된 광픽업장치가 개시되어 있다.
이 광픽업장치는 광을 생성 출사하는 광원과, 디스크의 기록면에 광스폿이 형성되도록 입사광을 집속하는 대물렌즈와, 광원과 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터와, 편광빔스프리터와 디스크 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제1파장판과, 디스크에서 반사되어 대물렌즈와 편광빔스프리터를 투과한 광을 수광할 수 있도록 된 광검출기를 포함하며, 편광빔스프리터의 광원과 대향되는 일 측에 설치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제2파장판과, 제2파장판의 편광빔스프리터 반대쪽 면에 위치되어 입사광을 반사시키도록 된 반사부재를 더 포함하여 편광빔스프리터가 기울어지게 배치되어도 대물렌즈로 향하는 광의 진행방향을 보정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

광픽업장치{Optical pickup apparatus}
본 발명은 픽업장치에 관한 것으로, 상세하게는 광경로를 변환하는 편광빔스프리터가 기울어지게 배치되는 경우에도 이 편광빔스프리터에 의해 경로 변환되어 출사되는 광의 진행방향이 일정하도록 된 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로 광픽업장치는 콤팩트디스크 플레이어(CDP), 디지털 비디오 디스크 플레이어(DVDP), CD-ROM 드라이브, DVD-ROM 드라이브 등에 채용되어 비접촉식으로 정보의 기록/재생을 수행한다.
종래의 광픽업장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 광을 생성 출사하는 광원(1)과, 디스크(19)의 기록면에 광스폿이 형성되도록 입사광을 수렴하는 대물렌즈(12)와, 상기 광원(1)과 대물렌즈(12) 사이의 광경로 상에 위치되어 광경로를 변환하는 편광빔스프리터(13)와, 오차신호 및 정보신호를 검출하는 광검출기(16)로 구성된다.
상기 대물렌즈(12)는 편광빔스프리터(13)와 디스크(19) 사이에 배치되어, 광원(1)쪽에서 입사되는 광을 집속시켜 디스크(19)의 기록면에 광스폿이 맺히도록 한다.
상기 편광빔스프리터(13)는 광원(1)쪽에서 입사되는 광은 반사시켜 디스크(19)를 향하도록 하고, 상기 대물렌즈(12)쪽에서 입사되는 광은 직진 통과시켜 상기 광검출기(16)로 향하도록 한다. 상기 광검출기(19)는 디스크(19)의 기록면에서 반사된 광을 수광하여 RF 정보신호 및 오차신호를 검출한다.
또한, 상기 편광빔스프리터(13)와 대물렌즈(12) 사이에 콜리메이팅렌즈(13)가 설치되어 입사되는 발산광을 평행광으로 바꾸어준다. 그리고 비점수차법으로 포커스 오차신호를 검출할 수 있도록 편광빔스프리터(13)와 광검출기(16) 사이에 비점수차렌즈(17)가 더 설치되고, 3빔법으로 트랙 오차신호를 검출할 수 있도록 광원(1)과 편광빔스프리터(13) 사이에 그레이팅(20)이 더 설치된다.
이와 같이 구성된 광픽업장치는 상기 광검출기(16)에서 수광된 오차신호를 이용하여 정보를 기록/재생할 디스크(19) 상의 위치를 결정하고, 정보의 기록/재생을 수행하게 된다.
그러나, 상기 편광빔스프리터(13)가 조립오차 등에 의해 상기 광원(1)으로부터 입사되는 광의 광축에 대해 소정 각도 기울어지게 되는 경우 이 편광빔스프리터(13)에 의해 반사되어 디스크(19)를 향하여 출사되는 광은 상기 편광빔스프리터(13)의 경사각의 두 배만큼 진행 방향이 바뀌게 된다. 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 편광빔스프리터(13)의 입사면(14)의 수직방향이 입사광축(x축)에 대해
Figure pat00001
만큼 기울어져 있는 경우, 이 편광빔스프리터(13)에 입사되는 광은 입사면(14)에서 굴절각
Figure pat00002
(스넬 법칙
Figure pat00003
, 여기서 n은 편광빔스프리터(13)의 굴절율이며 공기의 굴절율은 1로 간주한다)로 굴절된다. 이 굴절된 광은 상기 편광빔스프리터(13)의 반사면(13a)에서 반사(반사법칙: 입사각=반사각=
Figure pat00004
=
Figure pat00005
)된다. 여기서, 상기 입사면(14)과 출사면(15)은 직각을 이루고, 상기 반사면(13a)과 입사면(14)의 사이각 및 상기 반사면(13a)과 출사면(15)의 사이각이 45o인 경우를 예로 설명한다. 상기 반사면(13a)에서 반사된 광은 편광빔스프리터(13)의 출사면(15)에 출사광축(Y축)을 기준으로
Figure pat00006
의 각도로 입사되고 상기 편광빔스프리터(13)의 출사면(15)을 투과하여 출사광축(Y축)을 기준으로 굴절각
Figure pat00007
로 굴절되어 출사된다.
그러므로 상술한 바와 같이 편광빔스프리터(13)가
Figure pat00008
만큼 기울어지게 배치된 경우는 바르게 배치된 경우와 비교하여 볼 때, 출사광축(Y축)에 대해 2
Figure pat00009
만큼 광의 진행 방향이 변하게 된다.
따라서, 편광빔스프리터(13)의 기울어짐에 의해 광의 진행 방향이 크게 변하게 되고, 이로 인하여 광원(1)에서 출사되어 상기한 바와 같은 편광빔스프리터(13)에 의해 광경로가 변환된 광은 출사광축(Y축)에 대해 기울어진 각으로 대물렌즈(12)에 입사되어 수차가 발생하게 된다. 따라서 디스크(19)의 정확한 위치에 바른 광스폿을 형성하기가 어렵게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대물렌즈로 향하는 광이 편광빔스프리터의 기울어짐에 관계없이 광축에 평행하도록 된 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면,
도 2는 도 1의 광픽업장치에서 편광빔스프리터 내의 광의 진행 경로를 보인 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면,
도 4는 도 3의 편광빔스프리터, 제1파장판 및 반사부재에서의 광의 진행 경로를 보인 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100...광원 120...대물렌즈
130...편광빔스프리터 150...제1파장판
160...광검출기 170...비점수차렌즈
175...그레이팅 180...콜리메이팅렌즈
190...디스크 200...제1파장판
210...반사부재
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광픽업장치는 광을 생성 출사하는 광원과; 디스크의 기록면에 광스폿이 형성되도록 입사광을 집속하는 대물렌즈와; 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터와; 상기 편광빔스프리터와 디스크 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제1파장판과; 상기 디스크에서 반사되어 상기 대물렌즈와 상기 편광빔스프리터를 투과한 광을 수광할 수 있도록 된 광검출기;를 포함하여 된 광픽업장치에 있어서, 상기 편광빔스프리터의 상기 광원과 대향되는 일 측에 설치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제2파장판과; 상기 제2파장판의 상기 편광빔스프리터 반대쪽 면에 위치되어 입사광을 반사시키도록 된 반사부재;를 더 포함하여, 상기 편광빔스프리터가 기울어지게 배치되어도 상기 대물렌즈로 향하는 광의 진행방향을 보정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면이다.
도시된 바와 같이, 광픽업장치는 광을 생성 출사하는 광원(100)과, 입사광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(130)와, 입사광을 집속시켜 디스크(190)의 기록면에 맺히도록 하는 대물렌즈(120)와, 상기 편광빔스프리터(130)와 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 배치된 제1파장판(150)과, 상기 편광빔스프리터(130)의 상기 광원(100)과 대향되는 일 측에 설치된 제2파장판(200)과, 상기 디스크(190)에서 반사된 광을 수광하는 광검출기(160)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제1 및 제2파장판(150)(200)은 사반파장판(quarter wave plate)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제2파장판(200)의 일면 즉, 상기 편광빔스프리터(130)와 마주하지 않는 면에는 반사부재(210)가 구비된다. 이때 이 반사부재(210)는 제2파장판(200)에 결합된 별도의 부재일 수 있다. 또한 바람직하게는 상기 반사부재(210)는 상기 제2파장판(200)의 일면에 반사 코팅 예컨대, 전반사 코팅함에 의해 형성될 수 있다.
상기 편광빔스프리터(130)는 상기 광원(100)과 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 위치되며, 입사광의 편광 방향에 따라 상기 광원(100) 쪽에서 입사되는 광은 디스크(190)를 향하도록 하고, 상기 디스크(190)쪽에서 입사되는 광은 투과시켜 상기 광검출기(160)를 향하도록 광의 진행경로를 변환한다.
여기서 상기 편광빔스프리터(130)에 광원(100)으로부터 입사되는 광이 디스크(190)를 향하도록 광의 진행경로가 변환되는 과정은 다음과 같다. 광원(100)쪽에서 입사되는 광은 이 편광빔스프리터(130)의 입사면(131) 및 제1투과면(132)을 투과하여 상기 제2파장판(200)에 입사된다. 이 광은 제2파장판(200)을 투과한 후 상기 반사부재(210)에서 반사되고, 제2파장판(200)을 다시 투과하여 상기 제1투과면(132)을 재 투과한다. 이 광은 상기 편광빔스프리터(130)의 반사면(133)에서 반사되고, 제2투과면(134)을 투과하여 상기 디스크(190)로 향하게 된다.
상기 대물렌즈(120)는 입사되는 광을 집속하여 상기 디스크(190)의 기록면에 광스폿이 형성되도록 한다. 그리고 상기 광검출기(160)는 디스크(190)의 기록면에서 반사되어 상기 대물렌즈(120)와 편광빔스프리터(130)를 경유한 광을 수광하여 오차신호 및 RF 정보신호를 검출한다. 이를 위하여 상기 광검출기(160)는 각각 독립적으로 광전 변환하는 적어도 2개의 분할판을 포함한다.
또한, 광픽업장치는 광원(100)과 디스크(190) 사이에 그레이팅(175)과 콜리메이팅렌즈(180)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 그레이팅(175)은 상기 광원(100)과 편광빔스프리터(130) 사이의 광경로 상에 구비되며, 광검출기(160)에서 3빔법으로 트랙 오차신호를 검출할 수 있도록 입사광을 0차회절광,
Figure pat00010
1차회절광,... 등으로 회절 시킨다. 상기 콜리메이팅렌즈(180)는 입사되는 발산광을 평행광으로 바꾸어주는 렌즈로 광원(100)과 편광빔스프리터(130) 사이에 위치되는 것으로 도시하였으나, 편광빔스프리터(130)와 대물렌즈(120) 사이에 위치되는 것도 가능하다.
그리고, 상기 편광빔스프리터(130)와 광검출기(160) 사이의 광경로 상에 비점수차렌즈(170)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이 비점수차렌즈(170)는 통상 실린더리컬 렌즈로 상기 대물렌즈(120)와 디스크(190) 사이의 거리가 온 포커스(on focus)인 경우, 원형의 빔이 상기 광검출기(160)에 맺히도록 하고, 그렇지 않은 경우 타원형의 빔이 광검출기(160)에 맺히도록 하여 포커스 오차신호의 검출을 가능하게 한다.
상술한 바와 같은 광픽업장치에서 광원(100)에서 출사된 광은 편광빔스프리터(130)와 제2파장판(200)에 의해 광경로가 변환되고, 대물렌즈(120)에서 집속되어 디스크(190)의 기록면에 맺히게 된다. 그리고 디스크(190)의 기록면에서 반사된 광은 편광빔스프리터(130)를 투과하여 광검출기(160)에서 검출된다.
이 과정을 광원(100)으로부터 직선편광 p파의 광이 출사되고, 편광빔스프리터(130)가 p파의 광은 투과시키고 s파의 광은 반사시키도록 구비된 경우의 예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다. 광원(100)으로부터 출사된 p파의 광은 편광빔스프리터(130)를 투과하여 제2파장판(200)에 입사된다. 상기 제2파장판(200)으로 사반파장판을 구비하고, 상기 제2파장판(200)의 빠른축이 p파 광의 편광방향에 대해 45도의 각을 이루는 경우, 제2파장판(200)을 투과하는 직선편광의 광은 우원편광(right circular polarization)이 된다. 이 우원편광 된 광은 상기 반사부재(210)에서 반사되어 좌원편광(left circular polarization)된 광이 되고, 제2파장판(200)을 다시 투과하면서 직선편광인 s파의 광이 된다. 이 s파의 광은 편광빔스프리터(130)의 반사면(133)에서 반사되어 대물렌즈(120) 쪽으로 출사된다. 이후의 과정은 일반적인 광픽업에서와 마찬가지로, 출사된 s파의 광은 편광빔스프리터(130)와 대물렌즈(120) 사이에 위치된 제2파장판(150)을 지나면서 좌원편광의 광이 된 채로 상기 대물렌즈(120)를 투과하여 디스크(190)에 맺힌다. 디스크(190)에서 반사시에 우원편광 된 광으로 바뀌고, 다시 제1파장판(150)을 투과하면서 직선편광인 p파의 광이 되며 편광빔스프리터(130)의 반사면(133)을 투과하여 광검출기(160)에 수광된다.
이와 같이 구비된 본 발명에 따른 광픽업장치에서는 상기 편광빔스프리터(130)가 조립 오차 등에 의해 경사지게 배치되는 경우에도 광의 진행 방향이 바뀌지 않게 된다. 이를 도 4를 참조하여 입사광축(X축)에 대해 편광빔스프리터(130)가
Figure pat00011
만큼 기울어지게 배치된 경우 즉, 입사면(131)에 수직한 방향이 입사광축(X축)과 각
Figure pat00012
만큼 기울어진 경우를 예로 들어 설명한다. 상기 입사면(131)을 투과한 광은 굴절되어 입사광축(X축)에 대해
Figure pat00013
이 된다. 이 굴절된 광은 상기 반사면(133), 제1투과면(132) 및 제2파장판(200)을 투과하여 반사부재(210)에 입사된다. 이후, 상기 반사부재(210)에서 전반사된 광은 상기 제2파장판(200) 및 제1투과면(132)을 다시 투과하여 반사면(133)을 향한다. 여기서 상기 편광빔스프리터(130)내에서 상기 반사부재(210)에 입사 및 반사된 광의 사이각은
Figure pat00014
이다. 이 광은 상기 편광빔스프리터(130)의 반사면(133)에서 반사되어 디스크(190) 쪽을 향하고 있는 제2투과면(134)에 입사각
Figure pat00015
으로 입사되고, 상기 제2투과면(134)에 대해
Figure pat00016
만큼 굴절되어 출사된다. 이때 상기 제2투과면(134)의 수직방향이 출사광축(Y축)에 대해
Figure pat00017
만큼 기울어지게 배치되고, 상기 제2투과면(134)에서 굴절되어 출사되는 광의 방향은 이 제2투과면(134)에 대해
Figure pat00018
만큼 기울어지므로, 상기 제2투과면(134)을 통과하여 디스크(190)로 향하는 광의 진행 방향은 출사광축(Y축)과 나란하게 된다.
여기서, 상기 편광빔스프리터(130)의 기울어짐에 의해 광축이 나란하게 쉬프트 되는 것은 상기 대물렌즈(120)를 가동함에 의해 보정할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광픽업장치는 조립 오차 등에 의해 편광빔스프리터가 기울어지게 배치되는 경우에도 광의 진행 방향이 출사광축(Y축)과 나란하게 되어 대물렌즈에서의 수차를 줄일 수 있다. 그리고 이에 따라, 디스크의 정확한 위치에 광스폿을 형성할 수 있으므로, 디스크의 정보를 정확히 기록/재생할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술이 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 광을 생성 출사하는 광원과; 디스크의 기록면에 광스폿이 형성되도록 입사광을 집속하는 대물렌즈와; 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 편광빔스프리터와; 상기 편광빔스프리터와 디스크 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제1파장판과; 상기 디스크에서 반사되어 상기 대물렌즈와 상기 편광빔스프리터를 투과한 광을 수광하는 광검출기;를 포함하여 된 광픽업장치에 있어서,
    상기 편광빔스프리터의 상기 광원과 대향되는 일 측에 설치되어 입사광의 편광상태를 변환하는 제2파장판과; 상기 제2파장판의 상기 편광빔스프리터 반대쪽 면에 위치되어 입사광을 반사시키는 반사부재;를 더 포함하여, 상기 편광빔스프리터를 경유하여 상기 대물렌즈로 향하는 광이 입사광축에 대한 상기 편광빔스프리터의 기울어짐에 무관하게 일정한 방향으로 진행되도록 된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사부재는 상기 제2파장판의 일면에 반사코팅에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2파장판은 사반파장판(quarter wave plate)인 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편광빔스프리터와 상기 광검출기 사이의 광경로 상에 배치되어 비점수차를 야기하는 비점수차렌즈가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 광원과 상기 편광빔스프리터 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 회절 투과시키는 그레이팅이 더 구비된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광원과 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 발산광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅렌즈가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
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