KR100260705B1 - Optical pickup compatible with optical recording media - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 CD계열의 디스크에 호환하는 디지털 비디오 디스크(DVD)용 광픽업에 관한 것으로서, 시준렌즈와 레이저다이오드 사이의 거리를 조절함으로써 DVD 및 CD계열 디스크에 대하여 신호의 기록 및 재생이 가능한 광픽업에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical pickup for a digital video disc (DVD), which is compatible with a CD-based disc. It is about.
광픽업은 영상이나 음향 또는 데이터 등의 정보를 고밀도로 기록하고 재생하는 장치로써 광픽업의 기록매질은 디스크, 카드 또는 테이프로 구성되어 있으나 디스크형태가 주류이다. 최근 광디스크 기기분야는 LD, CD로부터 DVD까지 제품이 개발되어 오고 있다. 이러한 광디스크는 광이 입사하는 축방향에서 일정한 두께의 플라스틱 또는 유리매질과 그 위에 위치하여 정보가 기록되는 정보기록면으로 구성된다.Optical pickup is a device that records and reproduces information such as video, sound, or data with high density. The recording medium of optical pickup is composed of disk, card, or tape, but the disk type is mainstream. Recently, products in the field of optical disc devices have been developed from LD, CD to DVD. Such an optical disk is composed of a plastic or glass medium of constant thickness in the axial direction in which light is incident and an information recording surface on which information is recorded.
현재까지의 고밀도 광디스크 시스템은 기록밀도를 높이기 위해 대물렌즈의 개구수(Numerical aperture)를 크게 하고, 635nm 또는 650nm의 단파장 광원을 사용한다. 이 단파장의 광원을 사용함으로써 상호 두께가 다른 DVD의 기록 및 재생뿐 아니라 CD의 재생도 가능하도록 개발되었다.To date, high density optical disc systems have increased the numerical aperture of the objective lens in order to increase the recording density, and use short wavelength light sources of 635 nm or 650 nm. By using this short wavelength light source, it has been developed to enable CD playback as well as recording and playback of DVDs of different thicknesses.
그러나, 이 시스템은 CD의 최근 형태인 기록가능한 CD-R의 호환을 위해서는 780nm 파장의 광을 사용해야만 한다. 이것은 CD-R기록매체의 기록특성에 기인한 것이다. 그래서, 780nm 파장의 광과 650nm 파장의 광을 하나의 광픽업에서 모두 사용할 수 있게 하는 것 즉, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 것은 DVD와 CD-R의 호환을 위하여 대단히 중요한 기술로 대두되었다.However, this system must use light of 780 nm wavelength for compatibility with the recordable CD-R, the latest form of CD. This is due to the recording characteristics of the CD-R recording medium. Thus, making it possible to use both light of 780 nm wavelength and light of 650 nm wavelength in one optical pickup, that is, using two laser diodes, has emerged as a very important technology for DVD and CD-R compatibility.
그러나, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 시스템은 광픽업의 구성을 간단히 하기위하여 대물렌즈 하나만을 사용한다. 그 결과, CD재생용 광학계의 구성상 대물렌즈의 구경은 기존 CD계열에서 사용된 0.45보다 큰 0.6을 사용하게 되고, 이로인해 대물렌즈의 기울어짐과 광축 어긋남특성은 매우 나빠진다. 이에 대한 일례로 제1도에 1.2mm 두께의 CD가 1도 기울어져있을 경우 대물렌즈 구경에 따른 코마수차발생량의 관계를 도시하였다. 디스크의 기울어짐에 대한 코마수차 발생랑은 대물렌즈 구경의 3승에 비례하여 커진다. 그래서, 대물렌즈 구경을 작게 할수록 코마수차 발생량은 적어지게 되고, 성능열화도 또한 작게 된다. 따라서, 일반적인 CD플레이어의 경우 대물렌즈 구경을 0.45∼0.5의 값으로 한정하여 사용하고 있다. 그래서, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 시스템은 유전체코팅에 의한 가변조리개를 광로상에 삽입하여 CD의 광학계 구경을 0.45정도로 낮추어 사용한다.However, a system using two laser diodes uses only one objective lens to simplify the construction of the optical pickup. As a result, the aperture of the objective lens in the configuration of the optical system for CD playback uses 0.6, which is larger than 0.45 used in the conventional CD series, and thus the tilting and optical axis shift characteristics of the objective lens become very poor. As an example of this, the relationship between the amount of coma aberration according to the objective lens diameter is shown when the CD having a thickness of 1.2 mm is tilted 1 degree in FIG. 1. The coma aberration for the tilt of the disk increases in proportion to the third power of the objective aperture. Therefore, the smaller the objective lens aperture, the smaller the amount of coma aberration and the smaller the performance deterioration. Therefore, in the case of a general CD player, the objective lens aperture is limited to a value of 0.45 to 0.5. Thus, a system using two laser diodes is used by inserting a variable stop by dielectric coating on an optical path to reduce the optical system aperture of the CD to about 0.45.
두 개의 레이저다이오드와 가변조리개를 사용하는 시스템의 일례로써 DVD와 CD-R에 호환되는 기존의 광픽업을 제2도를 참조하여 설명하도록 한다.As an example of a system using two laser diodes and a variable aperture, a conventional optical pickup compatible with DVD and CD-R will be described with reference to FIG.
제2도는 DVD와 CD-R의 광원으로서 두 개의 레이저다이오드를 구비하고, 단일의 대물렌즈 및 가변조리개를 사용하는 기존 광픽업의 구성을 보여준다. 제2도의 광픽업은 DVD재생시에는 635nm 파장의 광을 사용하고 CD-R의 기록과 재생시에는 780nm 파장의 광을 사용한다.2 shows the structure of a conventional optical pickup having two laser diodes as a light source for a DVD and a CD-R, and using a single objective lens and a variable aperture. The optical pickup of FIG. 2 uses light of 635 nm wavelength for DVD reproduction and light of 780 nm wavelength for recording and reproduction of CD-R.
제 1레이저다이오드(11)로부터 출사되는 635nm 파장의 광은 제 1시준렌즈(Collimating lens)(12)로 입사된다. 이 광선은 실선으로 도시하였다. 제 1시준렌즈(12)는 입사된 광을 평행광선으로 만든다. 제 1시준렌즈(12)를 통과한 광은 광분할기(Beam splitter)(13)에서 반사된 후 간섭필터형 프리즘(14)으로 진행한다.Light having a wavelength of 635 nm emitted from the first laser diode 11 is incident on the first collimating
제 2레이저다이오드(21)로부터 출사되는 780nm 파장의 광은 제 2시준렌즈(22), 광분할기(23) 및 집광렌즈(24)를 통과한 다음 간섭필터형 프리즘(14)으로 진행한다. 이 광선은 점선으로 도시하였다. 여기서 780nm 파장의 광은 간섭필터형 프리즘(14)에서 수렴되어지며 이러한 구조의 광학계를 유한광학계라 한다.Light of 780 nm wavelength emitted from the
간섭필터형 프리즘(14)은 광분할기(13)에 의해 반사된 635nm 파장의 광을 전투과시키고, 집광렌즈(24)에 집광된 780nm 파장의 광을 전반사시킨다. 그 결과 제 1레이저다이오드(11)로부터의 광은 제 1시준렌즈(12)에 의해 평행하게 된 형태로 파장판(Wave plate)(15)으로 입사된다. 그리고, 제 2레이저다이오드(21)로부터의 광은 집광렌즈(24) 및 간섭필터형 프리즘(14)에 의해 발산하는 형태로 파장판(15)으로 입사된다. 파장판(15)을 투과한 광은 박막형 가변조리개(16)를 통과한 다음 대물렌즈(17)로 입사된다.The interference filter-
이 대물렌즈(17)는 두께가 0.6mm인 DVD(18)의 정보기록면에 초점이 맞도록 설계된 것으로서 제 1레이저다이오드(11)로부터 출사된 635nm 파장의 광을 DVD(18)의 정보기록면에 초점맺히게 한다. 그러므로, DVD(18)의 정보기록면에서 반사된 광은 그 정보기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 광분할기(13)를 투과하여 광학적 정보를 검출하는 광검출기(19)로 입사된다.The objective lens 17 is designed to focus on the information recording surface of the
위에서 언급한 유한광학계를 적용하지않는 경우, 제 2레이저다이오드(21)로부터 출사된 780nm 파장의 광을 전술한 대물렌즈(17)를 사용하여 그 두께가 1.2mm인 CD-R 디스크(25)의 정보기록면에 초점맺히게 하면, DVD(18)의 두께와 CD-R 디스크(25)의 두께가 서로 다름에 의한 구면수차(Spherical aberration)가 발생한다. 이 구면수차는 대물렌즈(17)에 대하여 CD-R 디스크(25)의 정보기록면이 DVD(18)의 정보기록면으로부터 광축상에서 보다 멀리 떨어져 있음에 기인한다. 이러한 구면수차를 줄이기 위하여 집광렌즈(24)를 사용한 유한광학계의 구성이 요구된다. 제3도와 함께 나중에 설명될 가변조리개(16)의 사용에 의해 780nm 파장의 광은 CD-R 디스크(25)의 정보기록면에 최적화된 크기의 광스폿(Optical spot)을 형성하게 된다. 그리고, CD-R 디스크(25)에서 반사된 780nm 파장의 광은 광분할기(23)에 의해 반사되어 광검출기(26)에 의해 검출될 수 있게 된다.When the above-mentioned finite optical system is not applied, the 780 nm wavelength light emitted from the
제2도의 가변조리개(16)는 제3도에 보인 바와 같이, 대물렌즈(17)의 직경에 일치하는 개구수(NA) 0.6이하의 영역에 들어있는 광들을 선택적으로 투과할 수 있는 박막형구조를 갖는다. 즉, 가변조리개(16)는 광축에 대하여 개구수 0.45를 중심으로 635nm 파장과 780nm 파장의 광을 모두 투과시키는 영역 1과 635nm 파장의 광을 전투과하며 780nm 파장의 광을 전반사하는 영역 2로 구분된다. 여기서 영역 1은 개구수 0.45이하의 영역이며 영역 2는 영역 1바깥의 영역으로 유전체박막의 코팅에 의해 만들어진다. 그리고, 영역 1은 유전체박막 코팅된 영역 2에 의해 발생하는 광학수차(Optical aberration)를 제거하기위해 석영(SiO2)박막으로 구성된다.As shown in FIG. 3, the
이러한 가변조리개(16)의 사용에 의해 개구수 0.45이하의 영역 1을 통과하는 780nm 파장의 광은 CD-R 디스크(25)에 적합한 광스폿을 그 정보기록면에 형성하게 된다. 따라서 광픽업은 광기록매체를 DVD(18)로부터 CD-R 디스크(25)로 변경하는 경우, 최적화된 광스폿을 가지고 호환이 가능하다.By the use of such a
그러나, 제2도와 관련하여 전술한 광픽업은 DVD와 CD-R호환시에 발생하는 구면수자를 제거하기 위하여 780nm 파장의 광에 대하여 유한광학계를 구성해야 한다. 그로 인해, 광학계 구성이 복잡하여 광부품의 조립이 어려운 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 가변조리개(16)의 개구수 0.45이상인 영역 2에 형성되는 광학박막인 유전체박막에 의해 개구수 0.45이하인 영역 1과 개구수 0.45이상인 영역 2를 통과하는 광들간에 광학경로차(Optical path difference)가 발생하므로 이것을 제거하기 위해 영역 1에 특별한 광학박막의 형성을 필요로 한다. 그래서, 영역 1에 석영코팅과 영역 2에 다층박막을 각각 형성하였으나 그 제조공정이 복잡하였고, 또한 박막두께의 조절을 nm단위의 정밀도로 행해야하므로 양산에 적합하지 못한 문제점이 있었다.However, the optical pickup described above with reference to FIG. 2 should configure a finite optical system for light of 780 nm wavelength in order to remove spherical numbers generated during DVD and CD-R compatibility. Therefore, there is a problem that the assembly of optical parts is difficult due to the complicated optical system configuration. In addition, the optical path difference between the light passing through the area 1 having a numerical aperture of 0.45 or less and the area 2 having a numerical aperture of 0.45 or more by the dielectric thin film, which is an optical thin film formed in the area 2 having a numerical aperture of 0.45 or more, of the
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 시준렌즈와 레이저다이오드간에 거리를 조정함으로써 디스크 재생시 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업을 제공하고자 한다.Accordingly, in order to solve such a problem, the present invention is to provide an optical pickup for DVD that is compatible with a CD-type disc during disc playback by adjusting the distance between the collimator lens and the laser diode.
제1도는 대물렌즈 구경과 코마수차 발생량의 관계를 나타낸 도면.1 is a view showing the relationship between the objective lens aperture and the amount of coma aberration.
제2도는 종래 광픽업의 구성을 나타낸 도면.2 is a view showing the configuration of a conventional optical pickup.
제3도는 가변조리개의 구조를 나타낸 도면.3 is a view showing the structure of a variable stop.
제4도는 본 발명에 따른 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업의 구성을 나타낸 도면.4 is a diagram showing the configuration of an optical pickup for DVD that is compatible with a CD-based disk according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
41 : 레이저다이오드 42 : 홀로그램모듈41: laser diode 42: hologram module
43 : 프리즘 44 : 미러43: Prism 44: Mirror
45 : 시준렌즈 46 : 대물렌즈45: collimating lens 46: objective lens
47 : DVD 48 : 비점수차렌즈47: DVD 48: astigmatism lens
49 : 광검출기 50 : CD계열 디스크49: photodetector 50: CD disc
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광들을 사용하는 적어도 두 종류의 광기록매체들에 호환하는 광픽업에 있어서, 상대적으로 짧은 파장의 광을 출사하는 제 1레이저다이오드, 상대적으로 긴 파장의 광을 출사하는 제 2레이저다이오드, 입사광과 반사광을 분리하여 투과 혹은 반사시키는 프리즘, 프리즘으로부터 입사하는 광을 반사하여 대물렌즈로 향하도록하고, 대물렌즈로부터 입사하는 광을 반사하여 프리즘으로 향하도록하는 미러(mirror), 미러로부터 입사되는 광을 시준시키는 시준렌즈, 시준렌즈로부터 입사되는 광을 광기록매체의 정보기록면에 집광시키는 대물렌즈, 프리즘으로부터 입사되는 상대적으로 짧은 파장의 광에 대한 포커스에러를 검출하는 비점수차렌즈, 비점수차렌즈로부터 입사하는 광으로부터 광학적정보를 검출하는 광검출기 및 상기 프리즘으로부터 입사되는 상대적으로 긴 파장의 광으로부터 광학적정보를 검출하는 제 2광검출기를 포함하여 시준렌즈와 제 2레이저다이오드 사이의 거리를 조절함으로써 광기록매체들에 호환가능한 광픽업에 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is that in the optical pickup that is compatible with at least two kinds of optical recording media that use different wavelengths of light for recording and reproducing information, A first laser diode that is emitted, a second laser diode that emits light having a relatively long wavelength, a prism that separates and transmits or reflects incident light and reflected light, and reflects light incident from a prism to an objective lens, A mirror for reflecting light incident from the light beam toward the prism, a collimating lens for collimating light incident from the mirror, an objective lens for focusing light incident from the collimating lens on the information recording surface of the optical recording medium, and an incident light from the prism Astigmatism and astigmatism lenses for detecting focus errors with relatively short wavelengths of light A distance between the collimator lens and the second laser diode including a photodetector for detecting optical information from light incident from the lens and a second photodetector for detecting optical information from relatively long wavelength light incident from the prism. The optical pickup is compatible with optical recording media.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구현한 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제4도는 본 발명에 따른 일 실시예로써 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업의 구성을 나타낸 도면이다. 제4도의 광픽업은 DVD(47)에 대한 신호의 기록 및 재생을 위하여 650nm 파장의 광을 출사하는 레이저다이오드(41)를 구비한다. 또한, 이 광픽업은 CD계열의 디스크(50)에 대한 신호의 기록 및 재생을 위하여 780nm 파장의 광을 출사하는 레이저다이오드와 CD계열 디스크(50)의 정보기록면에서 반사되어 되돌아오는 광을 검출하는 광검출기가 일체화된 홀로그램모듈(42)을 구비한다. 이 홀로그램모듈(42)은 광학계의 조립, 조정을 간단히 하기 위한 것이다.4 is a diagram showing the configuration of an optical pickup for DVD that is compatible with a CD-based disk according to an embodiment of the present invention. The optical pickup of FIG. 4 has a laser diode 41 which emits light of 650 nm wavelength for recording and reproducing a signal to the
레이저다이오드(41)에서 출사된 650nm 파장의 광은 프리즘(43)의 A면에서 반사하고, B면에서 투과하여 미러(mirror)(44)로 향한다. 미러(44)는 수광하는 광을 모두 전반사시키도록 코팅 특성을 갖음으로써 반사되는 광이 대물렌즈(47)로 입사되도록 한다. 그래서, 미러(44)로 향한 650nm 파장의 광은 전반사되어 시준렌즈(45)로 향한다. 시준렌즈(45)는 입사되는 광을 평행하게 만들고, 이 평행광은 대물렌즈(46)에 의해 집광되어 DVD(47)의 정보기록면 위에 광스폿을 형성한다. 형성된 광스폿은 DVD(47)의 정보기록면 위에서 반사되어 다시 프리즘(43)으로 되돌아온다. 프리즘(43)으로 되돌아온 광의 일부는 A, B면을 투과하여 비점수차렌즈(48)로 향한다. 비점수차렌즈(48)는 입사하는 광의 포커스에러를 검출가능하도록 광검출기(49)에 광이 맺도록 한다. 그리고, 광검출기(49)는 입사된 광으로부터 광학적 정보를 검출한다.Light of 650 nm wavelength emitted from the laser diode 41 is reflected on the A side of the prism 43, transmitted on the B side, and directed to the
한편, 홀로그램모듈(42)에서 출사된 780nm 파장의 광은 프리즘(43)의 B면에서 반사하여 미러(44)로 향한다. 미러(44)로 입사된 광도 또한 반사되어 시준렌즈(45)와 대물렌즈(45)를 통하여 CD계열 디스크(50)의 정보기록면 위에 광스폿을 형성한다. 형성된 광스폿은 CD계열 디스크(50)의 정보기록면 위에서 반사되어 다시 프리즘(43)으로 되돌아온다. 프리즘(43)으로 되돌아온 광은 B면에서 반사되어 홀로그램모듈(42)의 광검출기로 입사된다. 홀로그램모듈(42)의 광검출기는 입사된 광으로부터 광학적 정보를 검출한다.On the other hand, the light of 780nm wavelength emitted from the
두 개의 레이저다이오드(41, 42)를 구비한 제4도의 광픽업은 하나의 대물렌즈(46)를 사용하여 DVD(47) 및 CD계열 디스크(50)에 대한 신호의 재생동작을 수행한다. 이 대물렌즈(46)는 무한광학계용으로 설계된 렌즈로 입사빔이 평행광일 경우 디스크에 대한 최적의 성능을 발휘한다. 그래서, 이 대물렌즈(46)는 두께가 얇은 DVD(47)에 최적화되어 있다. 그리고, CD계열 디스크(50)와 같은 두께의 디스크 기록재생시에는 대물렌즈(46)로 입사되는 빔을 약간의 발산빔으로 조절해줄 때 대물렌즈(46)는 최적의 성능을 발휘한다. 대물렌즈(46)로 입사되는 광의 발산 또는 평행의 정도는 780nm 파장의 광에 대한 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45)의 거리변화에 의해 조절된다. 이렇게 함으로써 디스크의 두께 차이에 의한 구면수차가 줄어든다. 즉, 시준렌즈(45)와 홀로그램모듈(42) 사이의 거리를 변화시킴에 따라 디스크(47, 50)에 집장되는 광스폿의 크기가 변화한다. 이것은 대물렌즈(46)의 효과적인 구경이 변화하는 것을 의미한다 다음의 표 1에 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿이 최소화되는 최적화거리 즉, 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45) 사이의 거리인 14.6mm를 기준으로하여 거리변화량에 따른 효과적인 구경의 변화 및 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿의 크기변화를 나타내었다.The optical pickup of FIG. 4 having two
표 1에 보인바와 같이 거리변화량 즉, 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45) 사이의 거리가 증가할수록 효과적인 구경은 선형적으로 감소하고, 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿의 크기는 선형적으로 증가한다. 또한, 거리변화에 의해 집광되는 광스폿에 발생하는 사이드로브(side lobe)는 환형차폐의 대물렌즈를 사용함으로써 감소된다. 그래서 사이드로브로 인한 성능열화를 감소시킬 수 있다.As shown in Table 1, as the distance change amount, that is, the distance between the
상술한 바와 같이, 시준렌즈와 홀로그램모듈사이의 거리를 조절함으로써 디스크의 두께차이에 의한 구면수차를 감소시키고 또한, 기존의 DVD용 대물렌즈 한매를 사용함에 따라 발생하는 대물렌즈 대구경에 의한 CD계열 디스크의 재생시의 광학성능열화를 감소시킬 수 있다.As described above, by adjusting the distance between the collimating lens and the hologram module, the spherical aberration due to the difference in the thickness of the disk is reduced, and the CD-based disk due to the objective lens large diameter generated by using an existing single objective lens for DVD. It is possible to reduce the deterioration of optical performance at
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