KR100237888B1 - 이종 광디스크용 광 픽업 장치 - Google Patents

이종 광디스크용 광 픽업 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종의 광디스크들을 억세스 할 수 있고 구성이 간소화된 이종 광디스크용 와 장치에 관한 것이다.
상기 이종 광 디스크용 와 광디스크에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 광원과 광디스크 사이에 설치되어 광원으로부터 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와, 광디스크에 의해 반사된 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출기와, 광원으로부터의 광빔이 환형 간섭 무늬의 형태로 대물렌즈 쪽으로 진행되도록 함과 아울러 광디스크의 종류에 따라 환형 간섭 무늬의 간격을 조절하여 대물렌즈의 개구수를 조절하는 에태론을 구비한다.

Description

이종 광디스크용 광 픽업 장치
제1도는 종래의 이종 광디스크용 광 픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 이종 광디스크용 광 픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
제3도는 제2도의 에태론에 의한 광빔의 분포특성을 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,14 : 광원 2 : 회절격자
3,22 : 빔 스프리터 4,24 : 시준렌즈
5,18 : 대물렌즈 6,12 : 광디스크
7,26 : 센서렌즈 8,16 : 광검출기
9 : 액정패널 10 : 편광판
11,28 : 액츄에이터 20 : 에태론
20A,20B : 제1 및 제2 금속무늬막 20C,20D : 제1 및 제2 유리판
본 발명은 환형 간섭 특성을 이용하여 이종 광디스크들을 억세스 할 수 있고 간소화된 구성을 가진 이종 광디스크용 광 픽업 장치에 관한 것이다.
최근, 광디스크는 기록용량을 증가시키기 위한 꾸준한 개발 노력에 의해 기존의 컴팩트 디스크(Compact Disk; 이하 “CD”라 함)보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지탈 비디오 디스크(Digital Video Disk; 이하 “DVD”라 함)가 개발되었다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도(즉, 트랙 밀도)가 조밀할 뿐만 아니라 디스크의 표면으로부터 정보 기록 면까지의 거리가 짧다. 실제로, DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록 면까지의 거리가 0.6mm인 반면에 CD는 1.2mm이다. 이로 인하여, DVD용 광 픽업 장치는 CD에 정보를 기록/재생하기 곤란하며, 이는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록 면간의 거리가 변화함으로 인한 구면수차와, 광디스크의 틸팅(Tilting)으로 인한 코마수차 및 디포커스에 의한 비점수차 등이 발생하는 것과 디포커스에 의한 빔 사이즈의 확대에 기인한다.
구면수차는 정보 기록 매체 영역에 의한 광빔의 메인 로브의 세기가 정보 기록 매체 이외의 영역에 의한 사이드 로브의 세기에 비해 상대적으로 커지게 하여 정보 트랙간의 간섭 현상을 발생시킨다. 그리고 코마수차 및 비점수차 등은 광학계를 불안정하게 하여 광학 특성을 저하시킨다. 이러한 구면수차(SA), 코마수차(CA) 및 비점수차(DA)는
로 표현되고, 여기서 △d는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록 면간의 거리의 변화, n은 굴절률, NA는 대물렌즈의 개구수, △Z는 디포커스 량, θ는 광디스크의 틸트 정도이다.
상기 (식1)에서 광디스크의 굴절률(n)이 1.54이고, 광빔의 파장(λ)이 0.65㎛이고, 대물렌즈의 개구율이 0.6이고, 광디스크의 표면 및 정보 기록면과의 거리가 0.6mm인 경우, 무수차계를 이루는 광 픽업 장치가 대물렌즈의 개구율을 그대로 유지하면서 표면 및 정보 기록 면과의 거리가 1.2mm인 CD를 재생할 때에 구면수차는 CD 및 DVD에서의 표면 및 정보 기록 면과의 거리 차이인 0.6mm에 의해 파면수차 평균치인 0.43λ가 된다.
이와는 달리, 대물렌즈의 개구율을 0.35로 변경할 경우에 구면수차는 파면수차 평균치인 0.048λ가 되고, 디포커스에 의한 비점수차는 31.67λ에서 존재하지 않도록 보정되어 광학수차의 평가 기준인 0.07λ의 마샬 표준(Marechal's Criterion)이하가 된다.
또한, 상기 (식2)에서 광디스크의 틸트 량에 대해서도 개구율의 변화에 의해 기존 CD보다 2배 이상의 허용도를 갖게 되어 광학계를 안정화 할 수 있다. 그러나, 개구율의 증가는 구면수차의 증가를 초래하고, 반대로 개구율의 감소는 광디스크에 조사되는 빔 스폿(Beam Spot)이 커지게 한다. 결과적으로, 대물렌즈의 개구율의 변화는 신호 대 잡음 비율(S/N)의 변화를 초래한다. 따라서, 대물렌즈의 개구율은 0.25~0.38의 범위가 유용하다.
이상의 이론에 따라, 대물렌즈의 개구율은 대물렌즈에 입사되는 광빔의 직경을 조절하여 CD 및 DVD 모두를 억세스 할 수 있는 이종 광디스크용 광 픽업 장치가 본원 출원인에 의한 특허출원 제95-39516호에 개시되었다. 특허 출원 제95-39516호에 개시된 이종 광디스크용 광 픽업 장치는 광빔의 광속을 조절하기 위해 편광변환소자 및 편광기를 사용함으로 구조가 복잡하고 제작공정이 복잡하였다. 이러한 종래의 광 픽업 장치의 단점을 첨부한 제1도를 참조하여 상세히 살펴보기로 하자.
제1도는 DVD에 정보를 기록/재생하는 종래의 광 픽업 장치를 도시한다. 종래의 광 픽업 장치는 광원(1)으로부터의 광빔을 메인 광빔 및 두개의 서브 광빔으로 분리하는 회절격자(Grating, 2)와, 광빔을 분사시키는 빔 스프리터(Beam Splitter, 3)와, 시준렌즈(Collimator, 4)로부터의 광빔을 광디스크(6)의 표면상의 한 점에 집광시키는 대물렌즈(Object Lens, 5)를 구비한다. 메인 광빔은 광디스크(6)상의 정보를 억세스하기 위해 사용되고, 두개의 서브 광빔들은 트래킹 서보(Tracking Servo)용으로 이용된다. 빔 스프리터(3)는 회절격자(2)로부터의 광빔을 시준렌즈(4)쪽으로 통과시킴과 아울러 시준렌즈(4)로부터 입사되는 광빔을 광검출기(Photo Detector, 8)쪽으로 반사시킨다. 시준렌즈(4)는 빔 스프리터(3)로부터 입사되는 광빔이 대물렌즈(5)쪽으로 평행하게 진행되도록 한다.
그리고 종래의 이종 광디스크용 와 장치는 상기 빔 스프리터(3) 및 상기 광검출기(8) 사이에 설치된 센서렌즈(Sensor Lens, 7)와, 상기 광원(1) 및 시준렌즈(4) 사이에 설치된 액정 패널(9)과, 상기 대물렌즈(6) 및 빔 스프리터(3) 사이에 편광판(10)을 추가로 구비한다. 센서 렌즈(7)는 광디스크(6)에 의해 반사되어 대물렌즈(6), 편광판(10), 액정 패널(9) 및 빔 스프리터(3)를 경유한 반사광빔을 광검출기(8)의 표면에 집속시킨다. 광검출기(8)는 대물렌즈(5), 시준렌즈(4) 및 빔 스프리터(3)를 경유하여 입사되는 광디스크(6)로부터의 반사 광빔을 전기적신호로 변환한다. 액정 패널(9)은 광디스크의 종류(즉, CD 또는 DVD)에 따라 광원(1)으로부터 입사되는 광빔의 편광 방향을 변경시킨다. 편광판(10)은 액정 패널(9)로부터 시준렌즈(4) 및 빔 스프리터(3)를 경유하여 입사되는 광빔의 편광 방향에 따라 일부 또는 전부를 대물렌즈(6)쪽으로 통과시켜 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절한다. 이를 위하여, 편광판(10)은 편광방향과 무관하게 광빔을 통과시키는 중앙의 비편광영역과 편광방향에 따라 광빔을 선택적으로 편광시키는 가장자리의 편광영역으로 구분된다. 결과적으로, 액정 패널(9) 및 편광판(10)은 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절하는 광 셔터의 기능을 한다. 이를 다시 설명하면, 광빔의 선속경이 감소된 경우에 대물렌즈(6)는 0.35의 개구수를 유지하는 반면에 광빔의 선속경이 원래의 상태를 유지할 경우에는 대물렌즈(6)는 0.6의 개구수를 유지하게 된다.
상기한 바와 같이, 종래의 이종 광디스크용 와 장치는 광빔의 편광방향을 변경시키는 액정패널과 광빔의 일부를 선택적으로 투과시키는 편광판을 독립적으로 이용하여 구조가 복잡하고 제작공정이 복잡한 단점을 안고 있었다.
본 발명의 목적은 이종의 광디스크들을 억세스 할 수 있고 구성이 간소화된 이종 광디스크용 와 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 와 광디스크에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 광원과 광디스크 사이에 설치되어 광원으로부터 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와, 광디스크에 의해 반사된 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출수단과, 광원으로부터의 광빔이 환형 간섭 무늬의 형태로 대물렌즈 쪽으로 진행되도록 함과 아울러 광디스크의 종류에 따라 환형 간섭 무늬의 간격을 조절하여 대물렌즈의 개구수를 조절하는 개구수 조절수단을 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드라나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도를 참조하면, 광디스크(12)에 조사될 광빔을 발생하는 광원(14)과, 광디스크(12)에 의해 반사된 광빔의 광량을 검출하는 광검출기(16)와, 광디스크(12)의 표면에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈(18)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 이종 광디스크용 와 장치가 도시되어 있다. 대물렌즈(18)는 광원(14)으로부터의 광빔을 광디스크의 제1 또는 제2 정보 기록 면(12A 또는 12B)에 집광시킨다. 제1 정보 기록 면(12A)은 DVD의 정보 기록 면이고 제2 정보기록 면(12B)은 CD의 정보 기록 면이다. 광검출기(16)는 광디스크(12)에 의해 반사되어 대물렌즈(18)를 경유하여 입사되는 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환한다. 광검출기(16)에서 발생되는 전기적 신호는 광검출기(16)에 입사되는 광량에 따라 변화한다.
상기 이종 광디스크용 와 장치는 대물렌즈(18)쪽으로 진행되는 광빔의 선속경을 조절하는 에테론(20)과, 광빔을 분리하기 위한 빔 스프리터(22)를 추가로 구비한다. 빔 스프리터(22)는 광원(14), 광검출기(16) 및 에태론(20) 사이에 설치된다. 그리고 빔 스프리터(22)는 광원(14)으로부터의 광빔을 에태론(20)을 경유하여 대물렌즈(18)쪽으로 반사시킴과 아울러 광디스크(12)로부터 대물렌즈(18) 및 에태론(20)을 경유하여 입사되는 반사 광빔을 광검출기(16)쪽으로 반사시킨다. 에태론(20)은 빔 스프리터(22)로부터의 광빔이 환형 간섭 무늬의 형태로 대물렌즈(18)쪽으로 진행되도록 함과 아울러 광디스크의 종류(CD 또는 DVD)에 따라 환형 간섭 무늬들간의 간격을 조절함으로써, 대물렌즈(18)의 개구수 및 대물렌즈(18)에 입사되는 광빔의 선속경을 변화시킨다. 이를 위하여, 애테론(20)은 제1 및 제2 금속막(20A, 20B)이 각각 형성된 제1 및 제2 유리판(20C,20D)을 구비한다. 제1 및 제2 금속막(20A,20B)은 알루미늄에 의해 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 금속막(20A,20B)은 빔 스프리터(22)로부터 광빔이 환경 간섭 무늬의 형태로 대물렌즈(18)쪽으로 진행하게 된다. 제2 유리판(20D)은 한 위치에 고정되는 반면, 제1 유리판(20C)은 광디스크(12)가 CD 또는 DVD 인가에 따라 수평방향으로 유동된다. 이를 상세히 하면, 제1 유리판(20C)은 광디스크(12)가 DVD인 경우에 좌측방향으로 이동하여 제2 유리판(20D)과의 간격(d)과 제1 및 제2 금속막들(20A,20B)간의 간격을 증가시킨다. 이 때, 에태론(20)으로부터 대물렌즈(18)쪽으로 입사되는 광빔은 비교적 큰 선속경을 유지하여 대물렌즈(18)의 개구수를 비교적 크게(대략 0.6 정도가 되게)한다. 그리고 대물렌즈(18)를 통과한 광빔은 광디스크(12)의 제1 정보기록면상에 형성되어 DVD가 정확하게 억세스 되도록 한다. 이와는 달리, 광디스크(12)가 CD인 경우에 제1 유리판(20C)은 우측방향으로 이동하여 제2 유리판(20D)과의 간격(d)과 제1 및 제2 금속막들(20A,20B)간의 간격을 감소시킨다. 이 때, 에태론(20)으로부터 대물렌즈(18)쪽으로 입사되는 광빔은 비교적 작은 선속경을 유지하여 대물렌즈(18)의 개구수를 비교적 크게(대략 0.35 정도가 되게)한다. 그리고 대물렌즈(18)를 통과한 광빔은 광디스크(12)의 제2 정보기록면(12B)상에 형성되어 CD가 정확하게 억세스 되도록 한다.
그리고, 이종 광디스크용 와 장치는 대물렌즈(18)와 함께 에테론(20)을 구동하기 위한 액츄에이터(28)와, 광원(14)과 빔 스프리터(22) 사이에 위치한 시준렌즈(24)와, 빔 스트리터(22)와 광검출기(16) 사이에 설치된 센서렌즈(26)를 추가로 구비한다. 액츄에이터(28)는 에태론(20)과 함께 대물렌즈(18)를 좌우 및 상하로 유동시켜 광디스크(12)의 정보기록면에 형성되는 광빔의 포커스 및 트래킹을 조절한다. 시준렌즈(24)는 광원(14)으로부터 분산·입사되는 광빔이 평행하게 빔 스프리터(22)쪽으로 진행하도록 한다. 센서렌즈(26)는 빔 스프리터(22)로부터의 광빔을 광검출기(16)의 표면에 집광시킨다. 시준렌즈(24) 및 센서렌즈(26)는 대물렌즈(18)가 포커스 및 트래킹 서보로 인하여 수평 및 수직방향에서 이동함에 따라 저하되는 광빔의 감도를 일정한 수준으로 향상시킨다.
제3도는 제1 및 제2 금속막(20A,20B)에 의해 대물렌즈(18)에 입사되는 광빔의 분포 특성을 나타낸다. 그리고 제3(b)도는 대물렌즈(18)쪽으로 진행하는 광빔의 분포상태를 도시한다. 제3(b)도에서 메인 로브(ML)는 사이드 로브들(SL1내지 SL4)에 비하여 현저하게 큰 진폭을 갖는다. 그리고 메인 로보(ML)의 직경(MLr)은 제1 및 제2 금속막(20A,20B)간의 간격이 변화함에 따라 증감된다. 이를 상세히 하면, 메인 로브(ML)의 직경(MLr)은 제1 및 제2 금속막(20A,20B)간의 간격이 큰 경우(즉, 광디스크(12)가 DVD인 경우)에 비교적 크게 된다. 반면에 제1 및 제2 금속막(20A,20B)간의 간격이 작은 경우(즉, 광디스크(12)가 CD인 경우), 메인 로브(ML)의 직경(MLr)은 비교적 작게 된다. 이와 같이, 에태론(20)은 금속막들(20A,20B)간의 간격을 조절하여 대물렌즈(18)쪽으로 진행하는 광빔의 선속경을 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이종 광디스크용 와 장치는 에태론을 이용하여 대물렌즈에 입사되는 광빔의 선속경을 조절함으로써 CD 및 DVD와 같이 종류가 다른 광디스크에 따라 대물렌즈의 개구수를 가변시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 이종 광디스크 와 장치는 종류가 다른 광디스크들을 정확하게 억세스 할 수 있는 이점을 제공한다. 그리고 본 발명에 따른 이종 광디스크용 와 장치는 금속막이 증착된 두개의 유리판에 의해 광빔의 사이즈를 조절함으로 구성을 간소화 할 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (3)

  1. 광디스크에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원과 상기 광디스크 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 상기 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와, 상기 광디스크에 의해 반사된 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출기와, 상기 광원, 상기 대물렌즈 및 상기 광검출기 사이에 위치하여 상기 광원으로부터의 광빔을 상기 대물렌즈 쪽으로 전송함과 아울러 상기 대물렌즈로 부터의 광빔을 상기 광검출기 쪽으로 전송하는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터 및 상기 대물렌즈 사이에 위치함과 아울러 환형 띠들을 가지는 제1 금속막이 형성되어진 제1 유리판과 그리고 이 제1 유리판과 대향되어진 상태로 광빔의 광축방향에서 이동 가능하게 설치됨과 아울러 환형 띠들을 가지는 제2 금속막이 마련되어진 제2 유리판을 구비하여, 상기 빔 스프리터로부터의 광빔이 환형 간섭 무늬의 형태로 대물렌즈 쪽으로 진행되도록 함과 아울러 광디스크의 종류에 따라 상기 제1 및 제2 금속막간의 간격을 조절하여 환형 간섭 무늬의 간격을 조절함으로써 대물렌즈의 개구수를 조절하는 애테론과, 상기 에태론 및 상기 대물렌즈를 동시에 상하좌우로 유동시켜 광빔의 포커스 및 트래킹을 조절하는 액츄에이터를 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 와 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터 분산·입사되는 광빔이 상기 빔 스프리터 쪽으로 평행하게 진행하도록 하는 시준렌즈를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 와 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 빔 스프리터로부터 상기 와 진행하는 광빔을 집속하는 센서렌즈를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 와 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06295467A (ja) * 1993-04-01 1994-10-21 Nippon Columbia Co Ltd 光ピックアップ装置

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