KR100262120B1

KR100262120B1 - 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치

Info

Publication number: KR100262120B1
Application number: KR1019970069018A
Authority: KR
Inventors: 최양오
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR19990049996A

Abstract

본 발명은 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치에 관한 것이다. 이는, 광디스크(60, 70)의 기록면(65)과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판(1)과, 이 실리콘기판(1)의 상부면과 예각으로 설치되어 레이저광을 선택적으로 투과 및 반사시킴과 동시에 레이저광의 편광성에 따라 선택회절시키는 액정소자(20)와, 이 액정소자(20)와 이격됨과 동시에 상기 실리콘기판(1)상에 설치되어 일정파장의 레이저광이 방출되는 레이저다이오드(10)와, 이 레이저다이오드(10)의 설치측방 상측에 설치되어 광디스크(60, 70)상의 반사광이 수광되는 광검출기(80)와, 상기 액정소자(20)와 광디스크(60, 70)상에 설치되어 레이저광의 위상을 변환시킴과 동시에 레이저광의 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절파장판(40)과, 이 광조절파장판(40)을 경유한 레이저광을 광디스크(60, 70)상에 집광시키는 대물렌즈(50)를 포함하여 이루어진다. 이로써, 광디스크의 두께 및 신호정보의 기록면 차이로 인하여 발생되는 구면수차를, 대물렌즈에 입사하는 광속의 입사광세기분포를 가변시키므로 대물렌즈의 개구수(NA)가 능동적으로 변환되어 구면수차가 현저히 저하되므로 디지털 오디오 및 디지털 비디오 디스크를 호환재생할 수 있는 효과가 있다.

Description

광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치

본 발명은 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치에 관한 것으로, 특히 광디스크의 두께 및 기록신호면의 차이로 인한 구면수차를 개구수를 조절하므로 이중의 포커스로 집광시킬 수 있는 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학 데이터 기록매체 즉, 광디스크는 두께가 1.2 mm인 음악재생용 디지탈 오디오 디스크(Digital Audio Disk ;DAD)와 0.6mm인 디지탈 비디오 디스크(Digital Video Disk ;DVD) 등으로 구분되며, 1.2mm두께의 디지탈 오디오 디스크는 한면에 복층으로 데이타를 기록하고, 0.6mm의 두께의 디지탈 비디오 디스크는 중간에 복층으로 데이타를 기록하여 하나의 디스크에 다량의 데이타를 기록하도록 되어 있었다.

상기한 두 종류의 디스크에서 기록된 데이타를 재생하는 광 픽업장치는 1.2mm두께의 디지탈 오디오 디스크와 0.6mm두께의 디지탈 비디오 디스크에서 기록된 정보를 읽는 경우, 디지탈 비디오 디스크에서는 기록의 고밀도화를 위해 디스크상의 트랙 피치가 0.74㎛이고 기록신호인 피트간의 최단길이가 0.4㎛이므로 트랙피치가 1.6㎛와 피트간의 최단길이가 0.834㎛인 디지탈 오디오 디스크와 서로 상이하여 재생시 광스폿의 지름이 달라야 하므로 대물렌즈의 구면수차가 일치되지 않아 동시재생이 불가능하고, 디스크의 상호 0.6mm 두께 차이에 의해 광학적 수차가 높아져 노이즈가 증가하여 에러발생율이 증대되므로 기록된 정보를 정확히 읽을 수 없으므로 광 픽업장치는 0.6mm 또는 1.2mm 디스크중 하나의 기록된 정보만을 읽을수 있도록 되어 있었다.

따라서, 최근에 들어 1.2mm 디스크와 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 독출할 수 있도록 도 1의 상세도에 도시된 바와 같이, 0.6mm 디스크에 대하여 설계된 개구수(NA)가 0.6인 대물렌즈(1130)와, 에칭(Eching)에 의해 다단계 회절층(w1,w2,h0)이 형성된 홀로그래픽 광학소자(1120)가 복합배열된 듀얼포커스렌즈를 채택하고, 이 홀로그래픽 광학소자(1120)에 의해 회절된 0차광은 직진함과 동시에 1차회절된 레이저광은 발산광이 되도록 하므로 회절효율을 조절하여 광량을 적절히 배분하는 듀얼 포커스 광픽업장치가 개발되고 있다.

이러한 홀로그래픽 광학소자(1120)가 채택된 듀얼 포커스 광픽업장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 선형편광된 일정파장의 레이저광을 주사하는 레이저다이오드(1100)와, 이 레이저다이오드(1100)에서 주사된 레이저광을 트랙킹에러신호검출을 위한 0차회절광과 ±1차회절광 즉, 쓰리빔(Three Beam)으로 분리시키는 회절격자(1105)와, 이 회절격자(1105)의 일측에서 소정의 기울기를 갖고 설치되어 주사된 레이저광을 일정한 비율로 반사 및 투과시키는 빔스플리터(1110)와, 이 빔스플리터(1110)를 경유한 레이저광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터렌즈(1115)와, 이 콜리메이터렌즈(1115)를 경유한 평행광의 회절효율을 조절하여 광량을 배분하는 홀로그래픽 광학소자(1120)와, 이 홀로그래픽 광학소자(1120)를 경유한 레이저광을 디지탈 비디오 디스크용인 0.6mm 디스크(1150; 이하 "제 1디스크"라함) 및 디지탈 오디오 디스크인 1.2mm 디스크(1160; 이하 "제 2디스크"라함)상에 포커싱시켜 기록된 정보를 독출하는 대물렌즈(1130)와, 상기 기록된 정보를 수반한 레이저광에서 에러신호의 검출을 위해 비점수차법에 의한 포커싱에러신호를 발생시키는 비점수차 발생렌즈(1140)와, 이 비점수차 발생렌즈(1140)를 통과한 광 정보를 검출하여 전류신호로 변환시키는 광검출기(1145)로 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 광 픽업장치의 작동은 먼저, 소정의 발진파장을 갖는 레이저광은 레이저다이오드(1100)에서 주사되어 회절격자(1105)로 입사되고, 이 입사된 레이저광은 회절격자(1105)를 투과하며 0차 및 ±1차 광 즉, 쓰리빔으로 분리되어 방사된다. 이 쓰리빔은 트랙킹에러용으로 이용되는 것으로, 회절격자(1105)를 투과하여 빔스플리터(1110)로 입사되고, 이 쓰리빔은 빔스플리터(1110)에 의해 일정한 비율로 반사 및 투과된다. 이렇게 반사 및 투과되는 레이저광중에서 반사된 레이저광은 빔스플리터(1110)에서 콜리메이터렌즈(1115)로 입사되고, 이 레이저광은 콜리메이터렌즈(1115)를 경유하므로 직선성이 부여된다. 이렇게 직선성이 부여되어 평행광이 된 레이저광은 콜리메이터렌즈(1115)에서 홀로그래픽 광학소자(1120)로 입사되고, 레어저광은 홀로그램 광학렌즈(1120)에 의해 회절된다. 이렇게 회절된 레이저광중에서 0차회절광은 직진하므로 개구수가 0.6인 대물렌즈(1130)의 구경을 경유하여 0.6mm인 제 1디스크(1150)상에서 지름이 1.6μm인 스폿으로 집광되고, 1차회절광은 발산광으로 변환되어 대물렌즈에서 협폭으로 집광되어 제 2디스크(1155)상에 지름이 0.8μm의 에어리 형태로 집광되므로, 이 레이저광은 디스크상의 피트(1155)가 없는 곳에서는 거의 그대로 반사되어 대물렌즈(1130)로 돌아오게 되나, 피트(1155)가 있는 곳에서는 레이저광이 피트(1155)에 의해 회절되어 대물렌즈(1130)의 범위밖으로 방출되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(1145)에 광량차이를 발생시킨다. 이는 피트(1155)의 깊이가 파장의 λ/4에 설정되어 있어 반사광은 피트(1155)의 상하에 반파장이 달라 간섭에 의해 상쇄되므로 광검출기(1145)에 돌아온 광량이 감소하게 되는 것이다.

그리고, 상기 제 1디스크(1150) 또는 제 2디스크(1160)에서 반사되어 돌아오는 변조된 반사광은 홀로그래픽 광학소자(1120)와 콜리메이터렌즈(1115)를 경유하여 빔스플리터(1110)로 조사되고, 이 반사광은 다시 일정한 비율로 반사 및 투과되며 이중에서 빔스플리터(1110)에 의해 투과되는 레이저광은 광검출기(1145)측으로 직진하게 된다. 이렇게 변조된 반사광은 빔스플리터(1110)에서 비점수차 발생렌즈(1140)로 조사되고, 이 반사광은 비점수차 발생렌즈(1140)에 의해 포커스 에러를 검출하기 위한 비점수차가 발생되며 광검출기(1145)로 보내어지고, 이렇게 디스크에서 변조된 반사광은 광검출기에 의해 알에프(RF), 포커스 에러검출, 트랙킹조절 및 정보를 전류로 변환되며, 이 변환된 전류는 미도시된 제어회로에 의해 원래의 신호로 복조하여 재생시키게 된다.

그러므로, 상기와 같이 레이저다이오드(1100)로 부터 방사되는 레이저광은 홀로그래픽 광학소자(1120)를 경유하여 디스크상에 상호 다른 에어리 형태로 집광되어 빔 포커스가 서로 다른 위치에 형성됨으로서 두께가 1.2mm 디스크와, 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 읽어들일 수 있는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래 듀얼 포커스 광 픽업장치는, 디스크의 두께에 따라 이중의 포커스로 광디스크에 집광시키기 위하여 광의 회절을 이용하는 홀로그래픽 광학소자(1120)와 대물렌즈(1130)의 복합배치에 따른 가공상 고도의 기술력이 요구되므로 그 제작이 난해함과 동시에 홀로그래픽 광학소자(1120)가 무버(1125)에 고정되어 있으므로 액츄에이터의 동특성에 악영향을 미치고, 제 1디스크(1150)에서 제 2디스크(1160)로 변화시 수차변화에 따른 대물렌즈의 초점거리를 길게 하는데 따른 대물렌즈의 대형화 및 광학소자간에 소정의 간격을 유지해야 하는데 따른 설계치수의 증가로 광 픽업의 소형화에 장애요인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 에칭에 의한 홀로그래픽 광학소자의 층간 정밀배열에 따른 제작상의 난해함과 수차변화를 보상하는데 따른 형상의 복잡함을 해소하여 액츄에이터의 동특성을 향상시키고, 복수의 디스크 두께차이에 의해 발생되는 재생시 수차변화에 의한 대물렌즈의 초점거리 조절에 대한 문제를 해소하여 설계치수를 감소시켜 광픽업장치의 소형화를 도모할 수 있는 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

광디스크의 기록면과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판;

이 실리콘기판의 상부면과 예각으로 설치되어 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시키는 편광회절부와, 이 편광회절부의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부와, 이 반사부 및 편광회절부사이에 설치되며 복수개로 대향되게 형성된 투명기판과, 이 투명기판 사이에서 기립방향의 굴절율과 수평방향의 굴절율이 각각 다르게 형성되어 수평방향의 굴절이 기립방향의 굴절보다 크게 굴절되는 액정분자가 함유된 액정층과, 이 액정층의 중앙부와 일측면에서 형성된 투명전극으로 구성된 액정홀로그램이 일체로 형성된 액정소자;

이 액정소자와 이격됨과 동시에 상기 실리콘기판상에 설치되어 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광을 방출시키는 레이저다이오드;

이 레이저다이오드의 설치측방 상측에 설치되어 광디스크상의 반사광이 수광되는 광검출기;

상기 액정소자와 광디스크상에 설치되어 레이저광의 위상을 변환시키는 파장판과, 이 파장판의 상측에서 레이저광을 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시키며 광디스크상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각을 조절하는 광조절판이 일체로 형성되고, 이 광조절판이 협폭의 레이저광을 제 1투과율로 투과시키는 내측원형판과, 광폭의 레이저광을 제 2투과율로 투과시키는 외부판으로 구성되어 내측원형판의 투과율은 1인 전투과막이고, 상기 외부판의 투과율은 1/2인 반투과막으로 형성된 광조절파장판;

이 광조절파장판을 경유한 레이저광을 광디스크상에 집광시키는 대물렌즈;

상기의 구성요소를 포함하여 이루어지는 광량조절을 이용한 듀얼 포커스 광픽업장치를 제공한다.

도 1은 종래 광픽업장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 배치사시도,

도 3a, b는 본 발명에 따른 액정소자의 부분 상세도,

도 4는 본 발명에 따른 광학계가 디지털 비디오 디스크를 재생하는 것을 보인 작동상태 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 광학계가 디지털 오디오 디스크를 재생하는 것을 보인 작동상태 개략도,

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 레이저다오오드 20 : 액정소자

22 : 편광회절부 24 : 반사부

30 : 액정홀로그램 40 : 광조절파장판

42 : 투과형 파장판 45 : 광조절판

46 : 내측원형판 47 : 외부판

50 : 대물렌즈 60, 70 : 광디스크

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 광디스크(60, 70)의 기록면(65)과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판(1)과, 이 실리콘기판(1)의 상부면과 예각으로 설치되어 레이저광을 선택적으로 투과 및 반사시킴과 동시에 레이저광의 편광성에 따라 선택회절시키는 액정소자(20)와, 이 액정소자(20)와 이격됨과 동시에 상기 실리콘기판(1)상에 설치되어 일정파장의 레이저광이 방출되는 레이저다이오드(10)와, 이 레이저다이오드(10)의 설치측방 상측에 설치되어 광디스크(60, 70)상의 반사광이 수광되는 광검출기(80)와, 상기 액정소자(20)와 광디스크(60, 70)상에 설치되어 레이저광의 위상을 변환시킴과 동시에 레이저광의 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절파장판(40)과, 이 광조절파장판(40)을 경유한 레이저광을 광디스크(60, 70)상에 집광시키는 대물렌즈(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 액정소자(20)는 상측사면에서 레이저광의 위상에 따라 선택적으로 투과 및 반사시키는 편광회절부(22)와, 이 편광회절부(22)의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부(24)와, 이 반사부(24) 및 편광회절부(22)사이에 설치되는 액정홀로그램(30)으로 형성된다.

상기 액정홀로그램(30)은 도 3(a)(b)에 도시된 바와 같이, 복수개로 대향되게 형성된 투명기판(32)과, 이 투명기판(32) 사이에서 액정분자(36)가 함유된 액정층(38)과, 이 액정층(38)의 중앙부와 일측면에서 형성된 투명전극(34)으로 구성되고, 액정층(38)의 액정분자(36)는 기립방향의 굴절율(ηs)과 수평방향의 굴절율(ηℓ)이 각각 다르게 형성되어 수평방향의 굴절이 기립방향의 굴절보다 크게 굴절될 수 있는 것이다.

그리고, 상기 편광회절부(22)는 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시킨다.

또한, 상기 레이저다이오드(10)는 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광을 방출시키는데, 실리콘기판(1)상의 연장 수직면에 설치되므로 광방출시 발생되는 열을 효과적으로 전달한다.

그리고, 상기 액정소자(20)와 광디스크(60, 70)사이에는 광조절파장판(40)이 설치되어 레이저광의 편광성을 변환시킴과 동시에 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시킨다.

이 광조절파장판(40)은 입사광의 광폭에 따라 상이한 투과율로 분리투과시킴과 동시에 입사광의 위상을 지연시키는 것으로, 광조절판(45)과 투과형파장판(42)으로 구성되고, 이중, 광조절판(45)은, 투과율 1로 협폭의 입사광을 전투과시키는 내측원형판(46)과, 투과율 1/2로 광폭의 입사광을 반투과시키는 외부판(47)으로 이루어진다. 그리고, 이 광조절파장판(40)은 환형의 투광막으로 형성되어 광축을 기준으로 광디스크(60, 70)상에서 집광되는 최외각입사각(θ1, θ2)을 조절하는 것이다.

이러한 최외각입사각(θ1, θ2)은 개구수에 비례하므로 광폭에 따른 투과율로 광량이 조절되어 광디스크(60, 70)상에 다른 입사각으로 집광되면 개구수(N.A. : Numerical Aperture)가 조절될 수 있는 것이다.

이러한 광조절파장판(40)에서 조절되는 개구수(N.A.)는 다음과 같이 정리된다.

본 발명에 의하여 광디스크(60, 70)상에 집광되는 광스폿의 직경은 최외각입사각(θ1, θ2)에 따라 상이하게 그 크기가 결정된다. 두께가 0.6㎜인 디지털 비디오 디스크(60)에 조사되는 최외각입사각을 θ2, 두께가 1.2㎜인 디지털 오디오 디스크(70)에 조사되는 최외각입사각을 θ1라 하고, 매질의 굴절율을 η하면, 이에 대한 개구수 (N.A.)의 결정은 다음 수학식 1에 의해 결정된다.

N.A.1 = ηsinθ1 N.A.2 = ηsinθ2

상기 식 1에 의하여 굴절율이 동일한 경우에 개구수는 최외각입사각(θ1, θ2)에 따라 비례하게 되므로 θ2＞θ1이라 하면 개구수는 N.A.2＞N.A.1으로 결정된다.

그리고, 이와 같이 상이한 개구수에 의한 광스폿의 크기는 다음 수학식 2에 의해 결정된다. 빔의 반경 W은(K는 광의 강도분포특성에 의해 결정되는 상수),

이므로, 광스폿의 직경은 개구수에 반비례하게 된다.

그러므로, 두께가 0.6㎜인 광디스크(60)의 경우에는 트랙간격 및 신호면인 피트(65)의 크기가 작으므로 작은 광스폿지름을 필요로 하게 되어 두께가 1.2㎜인 광디스크(70)보다 큰 개구수의 대물렌즈를 필요로 하게 된다. 이때, 빔스폿직경은 두께가 1.2㎜인 광디스크(70)상에서는 다소 크게 되어도 광신호의 독출이 가능하게 되므로 디지털 비디오 디스크(60) 전용의 개구수(N.A.=0.6)를 가지는 대물렌즈(50)를 사용하므로 호환재생을 시도하게 되는 것이다.

상기 개구수와 대물렌즈에 입사되는 광폭에 대한 관계는 다음 수학식 3에 의해 결정된다. 대물렌즈에 조사되는 광폭을 D, f를 대물렌즈의 초점거리라 하면,

D=2×f×(N.A.)

즉, 상기 식 3에서 동일한 초점거리를 갖는 대물렌즈로의 입사광폭을 제어하게 되면 유효개구수(Effective N.A.)를 조절할 수 있게 된다.

본 발명에서는 동일한 초점거리를 기준으로 단일한 대물렌즈 즉, 디지털 비디오 디스크 전용 대물렌즈(50)를 채택하므로 0.6㎜두께의 광디스크(60)상에서는 구면수차의 발생없이 광신호를 독출하게 된다.

그러나, 이때 두께 1.2㎜의 광디스크(70)를 독출하게 되는 경우, 첫째, 초점보상이 되지 않을 경우에는 디포커스(Defocus)로 인하여 집속이 정확하지 않아 에러발생폭이 크게 되며, 둘째, 디스크 두께차이에 의한 구면수차의 발생으로 레이저광의 사이드로브의 분포광량증대 및 중심강도분포의 저하가 되고, 이로 인하여 인접신호간의 크로스토그(Crosstalk)가 증가되어 신호대잡음비(S/N ratio)가 저하되는 등, 광학성능이 현저히 저하되어 광정보의 독출이 불가능하게 된다. 그러므로 상기 식 3에 의해 유효개구수(Effective N.A.)를 조절해야만 한다. 이러한 유효개구수의 범위는 다음과 같이 결정된다.

우선, 디스크두께의 차이에 의한 구면수차발생량은 다음 수학식 4에 의해 결정된다. 굴절율을 η, 디스크의 두께변화량을 Δd 라 하면,

한편, 디포커스에 의한 수차발생량을 ΔZ라 하면 상기 수학식 4는 다음과 같이 변형된다.

상기 식 4의 수차발생량을 디포커스시 보상된 값으로 동일시하여 구면수차를 일치시키면 중심강도분포와 전체파면수차(Wave Aberration)의 관계로부터 무수차계로 표현가능한 본 발명의 광학계전체의 누적파면수차량은 0.07λ이하이어야 한다는 marechal's criterion에 따라 디포커스에 대한 영향을 제거할 수 있어 무수차계로 접근되는 것이다.

그러므로, 상기의 식들에서 개구수를 보상하게 되면 구면수차값의 최대치 0.5가 얻어지게 된다. 즉, 유효개구수는 0.5이하가 되어야 하며 그 최소치는 수학식 2에 제한되고, 이에 따라 광스폿의 직경이 증가하게 된다. 이러한 광스폿직경의 증가는 발생수차에 의한 강도분포의 변화에 따라 크로스토크보다 광스폿사이즈가 증가되는데 따른 크로스토크가 발생되므로 신호대잡음비가 저하된다. 따라서 그 최소치는 발생수차의 강도분포에 제약되므로 본 실시예에서 사용되는 개구수 0.6인 대물렌즈로 0.6㎜두께의 광디스크를 독출하게 되는 경우에는 다음과 같은 식으로 그 유효개구수가 정리된다.

0.27＜N.A.≤0.5

이와 같이 개구수 변화에 따른 크로스토그의 변화와 재생신호의 감도크기에 대하여 연산된 값중 적절한 수치를 선택하여 개구수를 결정할 수 있고, 본 발명에서는 그 개구수를 0.3으로 결정한다.

그러므로, 수학식 1 내지 6에 의하여 광조절파장판(40)에서 광디스크(60, 70)상으로의 최외각입사각(θ1, θ2)을 조절하게 되면 개구수가 조절되므로 0.6㎜두께 전용의 광디스크(60) 전용 대물렌즈(50)로 1.2㎜두께의 광디스크(70)를 재생할 수 있고, 이렇게 호환재생시에 발생되는 구면수차는 협폭의 레이저광 즉, 광축주변의 레이저광을 전투과시켜 재생하므로 유효개구수가 조절 및 호환재생이 탁월해 질 수 있는 것이다.

다음에는 상기와 같이 개구수조절이 가능한 광조절파장판(40)이 채택되어 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 일정파장의 레이저광이 레이저다이오드(10)로부터 방출되는데, 이 레이저다이오드(10)로부터 레이저광의 진행방향에 대하여 입사면에 수직성분인 광 예컨데, S편광이 방출되도록 레이저광의 위상을 조절시켜 레이저광을 방출한다. 이 편광된 레이저광은 레이저다이오드(10)에서 액정소자(20) 상면에 형성된 편광회절부(22)로 조사되는데, 이 편광회절부(22)는 편광스플리팅코팅처리되어 있으므로 입사면에 대해 수직성분인 S편광을 반사시키고 입사면에 수평성분인 P편광을 투과시킨다. 그러므로, 이 편광회절부(22)에 의해 입사된 레이저광은 반사되어 광경로가 광조절파장판(40)측으로 조사된다. 이렇게 조사된 레이저광은 광조절파장판(40)의 투과형파장판(42)에 의해 직선편광이 원편광으로 편광된다. 이렇게 원편광으로 편광된 레이저광은 투과형파장판(42)에서 광조절판(45)으로 조사되고, 이 광조절판(45)에 의해 레이저광은 분리투과된다. 이때, 광조절판(45)의 내측원형판(46)을 통하는 레이저광은 전투과되고, 외부판(47)을 통하는 레이저광은 반투과되므로 단일한 광폭의 레이저광에 대하여 광의 세기가 다르게 분리투과되는 것이다. 이렇게 상이한 광세기분포로 분리되어 투과된 레이저광중에서 내측원형판(46)을 투과한 레이저광은 전투과되어 대물렌즈(40)를 경유하여 광축을 기준으로 최외각입사각이 θ1으로 집광됨과 동시에 외부판(47)을 투과한 레이저광은 대물렌즈(50)를 경유하여 광축을 기준으로 최외각입사각이 θ2로 집광된다. 즉, 내측원형판(46)과 외부판(47)으로 구성된 광조절판(45)을 경유한 레이저광은 투과율이 다르게 투과된 광량에 따라 각각 다른 최외각입사각을 갖게 되어 상기 식 1 내지 2에 의해 서로 다른 개구수(N.A. : Numerical Aperture)로 대물렌즈(50)로 조사되어 광디스크(60, 70)상으로 집광된다.

그리하여, 각각의 광디스크(60, 70) 예컨데, 도 4에 도시된 바와 같이 두께가 0.6mm인 디지털 비디오 디스크(60)를 재생하는 경우에는 상기 투과형파장판(42)에서 편광되어 외부판(47)을 반투과하고, 이렇게 반투과된 레이저광은 대물렌즈(50)에 의해 광축에 대하여 θ2로 광디스크(60)상에서 약 0.8㎛크기의 광스폿을 형성하게 되어 기록면(65)에서 회절과 간섭이 되어 광량 및 광의 유무로 광정보를 독출하게 된다. 이때, 본 발명에서는 디지털 비디오 디스크전용 렌즈를 사용하므로 기록면(65)에서 구면수차의 발생없이 정확하게 집광된다.

그리고, 두께가 1.2mm인 디지털 오디오 디스크의 재생시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 투과형파장판(42)에서 원편광된 레이저광이 내측원형판(46)에서 전투과되어 대물렌즈(50)에 의해 집속되고, 이 레이저광은 광축에 대하여 θ1으로 광디스크(70)상에서 개구수가 상기 수학식 1의 N.A.1로서 작게 된다. 이는 디지털 오디오 디스크와 디지털 비디오 디스크가 각각 0.6mm의 두께 차이가 존재하므로 구면수차가 발생하게 되는데, 이는 상기 수학식 4 내지 5에 의해 결정되므로, 구면수차의 발생이 적은 광축 주변의 레이저광을 내측원형판(46)으로 전투과시키고, 상대적으로 외부판(47)을 반투과하여 구면수차의 발생이 큰 레이저광은 개구수가 N.A.1로서 작아지도록 조정가능하므로 구면수차는 (N.A.)⁴에 비례하게 되어 구면수차가 현저하게 감소한다. 이에 따라 개구수가 작아져 광스폿의 직경은 수학식 2에 따라 개구수에 반비례하므로 광디스크(70)상 즉, 디지털 오디오 디스크(70)상에서 1.6㎛의 크기보다 광스폿의 직경이 크게 집광되므로 트랙피치가 1.6㎛와 기록면(65)의 최단길이가 0.834㎛인 디지탈 오디오 디스크상에서 기록면(65)에서 회절과 간섭이 되어 광량 및 광의 유무로 광정보를 독출하게 된다.

그리하여, 상기와 같은 과정으로 각각의 광디스크(60, 70)상에서 광정보를 독출한 레이저광은, 대물렌즈(50) 및 광조절판(45)을 경유하여 투과형파장판(42)으로 조사된다. 이 레이저광은 투과형파장판(42)의 투과시에 원편광이 직선편광으로 편광된다. 이때, 직선편광된 레이저광은 광디스크(60, 70)상에서 반사시 역전된 원편광이 투과형파장판(42)으로 입사되므로, 초기 투과형파장판(42)에 입사시와는 직교하는 편광방향을 갖는 P파의 직선편광이 된다. 이렇게 역전된 직선편광의 레이저광은 투과형파장판(42)에서 액정소자(20) 상면의 편광회절부(22)로 조사되고, 이 직선편광의 레이저광은 편광회절부(22)에 의해 투과된다. 이러한 투과는 편광회절부(22)가 P파에 대하여 투과되도록 편광스플리팅코팅되어 있으므로 레이저광은 편광회절부(22)를 투과하게 된다. 그리하여, 상기 편광회절부(22)를 투과한 레이저광은 액정홀로그램(30)을 경유하고, 이 레이저광은 액정홀로그램(30)에 의해 회절이 발생된다. 이는, 액정홀로그램(30)내에 함유된 액정분자(36)의 광축방향 굴절율(ηs)이 액정층(38)의 굴절율과 동일함과 동시에 광축방향으로 위상지연된 레이저광 즉, S편광된 레이저광을 회절시키지 않고, 광축방향과 평행한 즉, P편광된 레이저광만을 회절시키므로 반사광은 회절되어 액정홀로그램(30)으로부터 반사부(24)로 조사된다. 이러한 레이저광의 경로는 액정소자(20) 일측에 배치된 레이저다이오드(10)에서 방출되는 레이저광의 경로와는 다르게 유도됨과 동시에 회절된 레이저광은 액정소자(20)의 평면상에서 직선편광의 레이저광은 회절되어 방출시와는 다른 광경로로 포커스에러신호를 가지고 반사부(24)에서 전반사되고, 전반사된 레이저광은 레이저다이오드(10)의 상측에 설치된 다분할 방식의 포토디텍터인 광검출기(80)로 조사된다.

이와같이, 각각의 경로를 경유하여 광정보를 독출한 레이저광은 회절과 간섭 및 반사 투과되어 디지털 오디오신호 및 디지털 비디오신호를 원래의 전기적 신호로 출력시키고, 이 출력된 광신호는 디지털 신호처리부(도시않됨)에 의해 원래의 신호로 복조됨으로써 광디스크상에 기록된 오디오신호인 알에프(R.F)신호와 에러검출신호인 포커스신호, 트랙킹신호가 출력되는 것이다.

이와 같이 본 발명은, 투과율이 다른 광조절판(45)으로 레이저광을 투과시키므로 디지털 비디오 디스크의 재생시에는 광조절판(45)의 외부판(47)을 반투과하여 대물렌즈(50)에서 집광되므로 광디스크상(60)에 약 0.8㎛직경의 크기로 광스폿을 형성하여 디지털 비디오 디스크를 재생하고, 디지털 오디오 디스크의 재생시에는 레이저광이 상기 광축부분의 광은 내측원형판(46)을 전투과하여 대물렌즈(50)에 의해 광디스크(70)상에 집광됨과 동시에 최외각입사각이 디지털 비디오 디스크의 재생시보다 작게 입사되어 상호 광디스크(60, 70)의 두께차이로 발생되는 구면수차를 대폭 감소시키므로 광디스크(70)상에 1.6㎛크기보다 큰 직경의 광스폿을 형성하므로 기록면의 폭이 큰 디지털 오디오 디스크도 광량의 손실없이 정확하게 재생할 수 있는 것이다.

본 발명 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치는 광정보를 판독하는 레이저광의 방출부와 수광부를 동일한 평면상에 배치시키고, 광디스크간의 두께차이로 인한 구면수차의 발생을 감소시키므로 기록용량이 다른 각각의 광디스크를 동시에 재생할 수 있으며 광학소자간의 정열배치가 단순화됨과 동시에 일체로 제작될 수 있어 제작시 각각의 광학소자가 정확한 위치에 배열되므로 광픽업장치의 제작비를 저감시키며 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 복수개의 광디스크에 따라 광량을 조절하여 재생시키므로 광량의 손실을 최소화하여 광픽업장치의 기능이 향상되는 효과가 있는 것이다.

Claims

광디스크(60, 70)의 기록면(65)과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판(1)과, 이 실리콘기판(1)의 상부면과 예각으로 설치되어 레이저광을 선택적으로 투과 및 반사시킴과 동시에 레이저광의 편광성에 따라 선택회절시키는 액정소자(20)와, 이 액정소자(20)와 이격됨과 동시에 상기 실리콘기판(1)상에 설치되어 일정파장의 레이저광이 방출되는 레이저다이오드(10)와, 이 레이저다이오드(10)의 설치측방 상측에 설치되어 광디스크(60, 70)상의 반사광이 수광되는 광검출기(80)와, 상기 액정소자(20)와 광디스크(60, 70)상에 설치되어 레이저광의 위상을 변환시킴과 동시에 레이저광의 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절파장판(40)과, 이 광조절파장판(40)을 경유한 레이저광을 광디스크(60, 70)상에 집광시키는 대물렌즈(50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광조절파장판(40)은 레이저광의 위상을 변환시키는 투과형파장판(42)과, 이 투과형파장판(42)의 상측에서 레이저광을 광폭에 따라 상호 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절판(45)으로 형성되어 이 광조절판(45)에 의해 광디스크(60, 70)상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각(θ1, θ2)이 조절되는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 2 항에 있어서, 상기 광조절판(45)은 협폭의 레이저광을 제 1투과율로 투과시키는 내측원형판(46)과, 광폭의 레이저광을 제 2투과율로 투과시키는 외부판(47)으로 구성되어 제 1투과율은 제 2투과율보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 3 항에 있어서, 상기 내측원형판(46)의 투과율은 1인 전투과막이고, 상기 외부판(47)의 투과율은 1/2인 반투과막으로 형성된 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 광조절파장판(40)의 외부판(47)은 환형인 원형의 투광막으로 형성된 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정소자(20)는 상측사면에서 레이저광의 위상에 따라 선택적으로 투과 및 반사시키는 편광회절부(22)와, 이 편광회절부(22)의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부(24)와, 이 반사부(24) 및 편광회절부(22)사이에 설치되는 액정홀로그램(30)으로 형성된 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 6 항에 있어서, 상기 액정홀로그램(30)은 복수개로 대향되게 형성된 투명기판(32)과, 이 투명기판(32) 사이에서 액정분자(36)가 함유된 액정층(38)과, 이 액정층(38)의 중앙부와 일측면에서 형성된 투명전극(34)으로 구성된 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 7 항에 있어서, 상기 액정층(38)의 액정분자(36)는 기립방향의 굴절율(ηs)과 수평방향의 굴절율(ηℓ)이 각각 다르게 형성되어 수평방향의 굴절이 기립방향의 굴절보다 크게 굴절되는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 6 항에 있어서, 상기 편광회절부(22)는 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저다이오드(10)는 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광을 방출시키는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.