KR100326872B1 - 광픽업장치 - Google Patents

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KR100326872B1
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Abstract

본 발명은 크로스토크(Crosstalk) 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명의 광픽업 장치는 편광위상판을 이용하여 크로스토크 성분을 제거하기 위한 부빔을 생성하는 광픽업 장치에서, 편광위상판은 그의 중심선을 기준으로 양측 각각에 위상이 서로 다르고 나란하게 형성된 적어도 2개 이상의 위상편을 구비하여, 편광위상판의 내측에 배치되는 2개의 위상편의 폭으로 부빔의 결상위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다수개의 위상편으로 이루어진 편광위상판을 이용하여 광디스크의 트랙피치에 따라 부빔의 위치를 용이하게 조절함으로써 크로스토크 성분을 최적으로 제거할 수 있게 된다.

Description

광픽업 장치{Optical Pick-up Apparatus}
본 발명은 광디스크의 기록/재생에 이용되는 광픽업 장치에 관한 것으로, 특히 크로스토크(Crosstalk)를 효과적으로 제거할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광픽업 장치는 광디스크의 기록면에 광을 조사하여 반사된 광을 검출함으로써 정보의 기록/재생 동작을 수행한다. 이를 위하여, 광픽업 장치는 광을 출사하는 레이져 다이오드와, 출사된 광을 디스크의 기록면에 집광하는 대물렌즈와, 광디스크로부터 반사된 광을 검출하는 광검출기와, 집광 및 수광에 필요한 기타 광학계로 이루어져 있다.
광디스크는 상용화된 CD(Compact Disc)에 이어 기록용량이 향상 된 DVD(Digital Versatile Disc)가 개발되어 보급되고 있다. 이 광디스크는 오디오 및 비디오 데이터와 컴퓨터 데이터 등의 기록/재생용으로 그 용도가 더욱 증대되고 있다. 최근에는 단파장의 광을 발생하는 블루레이져의 개발성공으로 기록용량이 더욱 향상된 광디스크의 개발이 기대되고 있다. 광디스크의 기록용량을 증대시키기 위하여 블루 레이져 등과 같은 단파장의 광원의 사용과 함께 대물렌즈의 개구수(NA) 증대, 트랙피치의 협소화 등의 방안이 시도되고 있다. 그런데, 광디스크의 트랙피치가 좁히는 경우 인접 트랙간의 크로스토크 현상이 문제가 되고 있다.
상세히 하면, 도 1에 도시된 바와 같이 임의의 피트(P1)를 재생하기 위하여 조사되는 광스폿은 그 크기가 피트의 폭보다 크기 때문에 인접트랙의 피트들에도 조사된다. 이 결과, 재생신호에는 인접트랙의 피트들에 의한 크로스토크 성분이포함되게 된다. 이러한 크로스토크 성분을 제거하기 위한 방법 중의 하나로서 도 2에 도시된 바와 같이 편광위상판(Polarizing Phase Plate)을 이용하는 방법이 알려져 있다.
도 2는 종래의 크로스토크 성분 제거를 위한 광픽업장치를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 광픽업 장치는 광빔을 발생하는 광원(12)과, 광원(12)으로부터 발생된 광빔을 광디스크(22)의 기록면에 집속하기 위한 대물렌즈(20)와, 광디스크(22)로부터 반사된 광빔을 전기적 신호로 변환하기 위한 제1 및 제2 광검출기(26, 28)와, 광원(12)과 대물렌즈(20) 및 제1 및 제2 광검출기(26, 28) 사이에 배치된 빔스프리터(18)와, 빔스프리터(18)와 제1 및 제2 광검출기(26, 28) 사이에 배치된 편광 빔스프리터(이하, PBS라 한다)(24)와, 광원(12)과 빔스프리터(18) 사이에 배치된 편광위상판(14)과, 편광위상판(14)과 빔스프리터(18) 사이에 배치된 시준렌즈(16)를 구비한다. 광원(12)은 상호 직교하여 유동하는 편광특성을 가지는 2개의 편광빔을 발생한다. 시준렌즈(16)는 광원(12)으로부터 편광위상판(14)을 경유하여 빔스프리터(18) 쪽으로 진행하는 발산형의 광빔을 평행광빔으로 변환하여 광빔의 누설을 방지한다. 빔스프리터(18)는 시준렌즈(16)로부터의 광빔을 대물렌즈(20) 쪽으로 진행하도록 통과시킴과 아울러 광디스크(22)의 기록면에서 반사되어 대물렌즈(20)를 경유한 반사광빔을 PBS(24) 쪽으로 진행하도록 반사시킨다. 대물렌즈(20)는 빔스프리터(18)로부터의 입사광빔을 광디스크(22)의 기록면에 집속시킨다. 편광위상판(14)은 도 3a에 도시된 바와 같이 좌우 위상이 180°차이가 나는 2개의 위상편(0,π)으로 구성되어 광원(12)으로부터의 광빔을 편광특성에 따라 선택적으로 위상을 변화시키게 된다. 상세히 하면, 편광위상판(14)은 광원(12)으로부터 출사된 2개의 편광빔 중 어느 한방향의 제1 편광빔은 그대로 통과시켜 시준렌즈(16)와 빔스프리터(18) 및 대물렌즈(20)를 경유하여 광디스크(22)의 기록면에 도 2(A)에 도시된 바와 같이 주빔으로 조사되게 한다. 반면에, 편광위상판(14)은 광원(12)으로부터의 광빔 중 제1 편광빔에 수직한 방향의 제2 편광빔은 위상이 변조되게 통과시켜 광디스크(22)의 기록면에 도 2(A)에 도시된 바와 같이 주빔의 양측부에 중첩된 쌍봉 모양의 부빔으로 조사되게 한다. 이렇게 광디스크(22)의 기록면에 조사된 광빔들 중 주빔은 억세스하고자 하는 신호트랙에 조사되어 정보신호를 재생하는데 이용되게 된다. 반면에, 부빔은 인접트랙에 조사되는 것으로서 재생신호에 포함되어진 크로스토크 성분을 검출하는데 이용되게 된다. PBS(24)는 광디스크(22)로부터 반사되어 대물렌즈(20)와 빔스프리터(18)을 경유하여 입사되는 반사광빔 중 주빔은 제1 광검출기(26) 쪽으로 진행하도록 그대로 통과시키고, 부빔은 제2 광검출기(28) 쪽으로 진행하도록 반사시킨다. 제1 광검출기(26)는 PBS(24)로부터 입사되는 주빔을 검출하고, 제2 광검출기(26, 28)는 PBS(24)로부터 입사되는 부빔을 검출하여 전기적인 신호로 변환하게 된다. 다시말하여, 제1 광검출기(26)는 주빔으로부터 정보신호가 포함된 고주파신호를 검출하고, 제2 광검출기(28)는 부빔으로부터 인접트랙의 크로스토크 성분을 검출하게 된다.
그리고, 도 2에 도시된 광픽업은 제2 광검출기(28)에 접속된 증폭기(30)와, 제1 광검출기(26)와 증폭기(32)에 접속된 차동증폭기(32)를 더 구비한다. 증폭기(30)는 제2 광검출기(28)의 크로스토크 성분을 증폭하여 출력하고, 차동증폭기는(32)는 제1 광검출기(26)로부터의 고주파신호에서 증폭기(32)로부터의 크로스토크 성분을 제거하여 출력한다.
그런데, 광픽업 장치는 트랙피치가 다른 광디스크 모두를 정확히 엑세스하기 위하여 인접트랙에 조사되는 부빔간의 거리를 가변할 수 있어야 한다. 그러나, 전술한 광픽업 장치에서는 부빔간의 거리를 조절하기 위하여 부빔간의 거리를 결정하는 빔의 파장( λ)이나 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절해야 하므로 설계상 자유도가 떨어질 수밖에 없다.
상세히 하면, 도 3b에 도시된 쌍봉모양의 부빔의 중심부에서 피크치까지의 거리 즉, 부빔의 위치를 x라 가정하는 경우 x 값은 fsinθ(여기서, f는 대물렌즈의 초점거리, θ는 부빔과 대물렌즈 중심부를 잇는 선이 대물렌즈의 광축과 이루는 각)가 된다. 또한, 대물렌즈의 지름을 a, 빔의 파장을 λ라고 하면 회절식에 의해 asinθ = λ이 된다. 이들에 의하여, 부빔의 위치값(x)은 다음 수학식에 의해 유도될 수 있게 된다.
여기서, f는 대물렌즈의 초점거리, a는 대물렌즈의 지름, λ는 빔의 파장, NA는 대물렌즈의 개구수를 나타낸다. 상기 수학식 1로부터 부빔의 위치값(x)은 대물렌즈의 개구수(NA)와 빔의 파장(λ)에만 의존한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 빔의 파장(λ)이 650nm 이고, 대물렌즈의 개구수(NA)가 0.6인 경우 x 값은0.54㎛가 된다.
그런데, 부빔을 이용하여 크로스토크 성분을 최적으로 제거하기 위해서는 부빔의 위치값(x)이 광디스크의 트랙피치(P)에 따라 조절될 수 있어야 한다. 다시 말하여, 동일한 파장과 개구수가 적용되는 디스크 계열일지라도 각 디스크에 형성되는 트랙피치(P)는 서로 다르므로 부빔의 위치값이(x)이 트랙피치(P)에 따라 적응적으로 조절될 수 있어야만 크로스토크 성분을 최적으로 제거할 수 있게 된다. 그러나, 도 2에 도시된 광픽업 장치에서는 디스크의 트랙피치에 대응하여 부빔의 위치값(x)를 조절하기 위해서는 빔의 파장(λ)이나 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절해야 하므로 설계상 자유도가 떨어질 수밖에 없다. 따라서, 트랙피치(P)에 따라 크로스토크를 최적으로 제거할 수 있는 위치에 부빔을 정확하게 위치시킬 수 있는 광픽업 장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 크로스토크 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 위치에 부빔을 정확하게 위치시킬 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 트랙피치에 용이하게 대응하여 크로스토크 성분을 제거할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 크로스토크 현상을 나타낸 도면.
도 2는 종래 광픽업 장치를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 편광위상판의 구조와 그에 의한 부빔의 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광픽업 장치를 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 도시된 편광위상판의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 도 4에 도시된 편광위상판의 다른 구조를 나타낸 도면.
도 7은 도 4에 도시된 편광위상판의 또 다른 구조를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
12 : 광원 14, 34 : 편광위상판
16 : 시준렌즈 18 : 빔스프리터
20 : 대물렌즈 22 : 광디스크
24 : 편광빔스프리터(PBS) 26, 28 : 제1 및 제2 광검출기
30 : 증폭기 32 : 차동증폭기
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 편광위상판을 이용하여 크로스토크 성분을 제거하기 위한 부빔을 생성하는 광픽업 장치에서, 편광위상판은 그의 중심선을 기준으로 양측 각각에 위상이 서로 다르고 나란하게형성된 적어도 2개 이상의 위상편을 구비하여, 편광위상판의 내측에 배치되는 2개의 위상편의 폭으로 부빔의 결상위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광픽업 장치의 구성을 나타내는 것이다. 도 4의 광픽업장치는 도 2에 도시된 종래의 광픽업 장치와 대비하여 편광위상판(34)의 구조가 다른 것을 제외하고는 동일한 구성요소들을 구비한다. 따라서, 도 2와 중복되는 구성요소들에 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 광픽업 장치는 광디스크(22)의 트랙피치에 따라 부빔의 위치를 조절하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 위상편(34a, 34b, 34c, 34d)으로 구성되는 편광위상판(34)을 구비한다. 이 편광위상판(34)에 구성되어진 제1 내지 제4 위상편(34a, 34b, 34c, 34d)은 인접한 위상편과 180°의 위상차가 나도록 배치되어 있다. 광원(12)으로부터 출사된 2개의 편광빔 중 제1 편광빔은 편광위상판(34)의 위상변조없이 통과하여 광디스크(22)의 기록면에 주빔으로 조사된다. 광원(12)으로부터의 출사빔 중 제2 편광빔은 편광위상판(34)에 마련된 4개의 위상편(34a, 34b, 34c, 34d)에 의해 위상변조되어 광디스크(22)의 기록면에 쌍봉모양의 부빔으로 조사된다. 이 경우, 상기 편광위상판(34)에 의해 광디스크(22)의 기록면에 결상된 쌍봉 모양 부빔의 중심부에서 피크치까지의 거리, 즉 부빔의 위치를 나타내는 x값은다음 수학식 2에 나타낸 바와 같이 편광위상판(34)의 중앙부에 위치하는 제1 및 제 2 위상판(34a, 34b)의 폭(d)에 따라 결정되게 된다.
여기서, f는 대물렌즈의 초점거리,는 빔의 파장을 나타낸다. 상기 수학식 2에 의해 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)을 조절하여 부빔의 위치 x를 조절 할 수 있음을 알 수 있다. 다시 말하여, 편광위상판(34)에서 제 1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)를 조절함으로써 부빔을 크로스토크를 제거하기에 적합한 위치에 위치시킬 수 있게 된다. 이 경우, 크로스토크 제거에 적합한 위치에 부빔을 결상시키기 위한 편광위상판(34)의 제 1 및 제 2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 부빔의 쌍봉이 억세스하고자 하는 트랙의 인접트랙에 정확하게 위치할 때 즉, 부빔의 위치를 나타내는 x 값이 트랙피치(p)와 동일할 때 크로스토크 성분이 최적으로 제거된다고 가정하는 경우 편광위상판(34)에서 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)은 상기 수학식 2에 의해 fλ/p로 설정되게 된다. 그러나, 부빔의 인접한 트랙에 정확하게 위치하여야만 그 부빔에 의해 크로스토크 성분을 정확하게 제거할 수 있는 것은 아니다. 따라서, 상기 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)이 트랙피치(p)에 대하여 임의의 상수 k배일 때 크로스토크 성분이 최적으로 제거된다고 가정하여 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)은로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 부빔의 위치(x)가 트랙피치(p)에 따라 적응적으로 조절되기 위해서는 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)이 대물렌즈의 지름(a)보다는 작게 설정되어야만 한다. 이는 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)이 대물렌즈의 지름(a)보다 크게 설정되는 경우 부빔의 위치(x)는 종래와 같이 트랙피치(p)와는 무관하게 빔의 파장()과 대물렌즈의 개구수(NA)에 의해서만 결정되기 때문이다.
예를 들어, 광픽업 장치에서 파장()이 410nm인 빔과, 개구수(NA)가 0.6이고 초점거리(f)가 3.3mm로 설정된 대물렌즈를 이용하여 트랙피치(p)가 0.37㎛로 설정된 광디스크를 억세스한다고 가정하기로 한다. 이러한 광픽업 장치에서 상기 편광위상판(34)을 이용하여 억세스하고자 하는 트랙의 인접트랙에 정확하게 결상되어 지는 부빔을 생성하고자 하는 경우(즉, k=1인 경우) 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)은로 설정하게 된다.이 경우, 개구수(NA)가 0.6이고 초점거리(f)가 3.3mm인 대물렌즈의 지름(a)은 전술한 수학식 1에 의해가 됨을 알 수 있다. 이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 광픽업 장치에서는 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d=3.66mm)이 대물렌즈의 지름(a=4mm) 보다는 작게 설정됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 광픽업 장치에서는 편광위상판(34)의 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)의 폭(d)을 조절함으로써 빔의 위치(x)가 트랙피치(p)에 따라 적응적으로 조절가능하게 된다.
그리고, 편광위상판(34)에서 중앙부에 배치되는 제1 및 제2 위상편(34a, 34b)은 도 6에 도시된 바와 같이 소정의 곡률을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 위상판(34a, 34b)의 양측부에 배치된 제3 및 제4 위상판(34c, 34d)이 도 7에 도시된 바와 같이 인접한 위상판과 180°+ α의 차이가 나도록 형성하는 것도 가능하다. 여기서, α는 -π/2<α<π/2의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이에 따라, 광디스크(22)의 기록면에는 주빔과 크로스토크성분을 최적으로 제거하기 위한 부빔이 조사되고 그 기록면으로부터 반사된 주빔과 부빔은 대물렌즈 (20) 및 빔스프리터(18)를 경유하여 PBS(24)에 입사되어진다. PBS(24)는 빔스프리터(18)로부터 입사되는 반사광빔을 주빔과 부빔으로 분리하여 제1 및 제2 광검출기(26, 28)에 각각 입사되게 한다. 제1 광검출기(26)는 주빔으로부터 정보신호가 포함된 고주파신호를 검출하고, 제2 광검출기(28)는 부빔으로부터 인접트랙의 크로스토크 성분을 검출하게 된다. 차동증폭기(32)는 제1 광검출기(26)로부터의 고주파신호에서 제2 광검출기(28)로부터의 크로스토크 성분을 제거하여 정확한 재생신호를 출력하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치에서는 다수개의 위상편으로 이루어진 편광위상판을 이용하여 광디스크의 트랙피치에 따라 부빔의 위치를 용이하게 조절함으로써 크로스토크 성분을 최적으로 제거할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 편광위상판을 이용하여 크로스토크 성분을 제거하기 위한 부빔을 생성하는 광픽업 장치에 있어서,
    상기 편광위상판은 그의 중심선을 기준으로 양측 각각에 위상이 서로 다르고 나란하게 형성된 적어도 2개 이상의 위상편을 구비하여,
    상기 편광위상판의 내측에 배치되는 2개의 위상편의 폭으로 상기 부빔의 결상위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광위상판의 내측에 배치되는 2개의 위상편은 외측으로 소정의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상편은 인접한 위상편들과 180°의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광위상판의 내측에 배치된 2개의 위상편은 서로 180°의 위상차를 가지고, 외측에 배치된 위상편들은 인접한 위상편과 180°+α(-π/2<α<π/2) 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    광빔을 발생하는 광원과,
    상기 광원으로부터 상기 편광위상판을 경유한 광빔을 광디스크에 집광하는 대물렌즈와,
    상기 광디스크로부터 반사된 광빔을 검출하기 위한 광검출기와,
    상기 편광위상판으로부터의 광빔을 상기 대물렌즈 쪽으로 진행시키고 상기 광디스크로부터 상기 대물렌즈를 경유한 반사광빔을 상기 광검출기 쪽으로 진행시키는 빔스프리터와;
    상기 반사광빔을 상기 주빔과 부빔을 분리하여 상기 광검출기로 진행시키기 위한 편광빔스프리터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광검출기는
    상기 광디스크로부터 반사된 주빔을 검출하기 위한 제1 광검출기와,
    상기 광디스크로부터 반사된 부빔을 검출하기 위한 제2 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광위상판으로부터 광빔을 상기 빔스프리터쪽으로 평행하게 진행시키는 시준렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광위상판의 내측에 배치되는 2개의 위상편의 폭은 상기 대물렌즈의 직경보다 작게 설정된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
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