KR100410975B1 - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR100410975B1
KR100410975B1 KR10-2001-0005529A KR20010005529A KR100410975B1 KR 100410975 B1 KR100410975 B1 KR 100410975B1 KR 20010005529 A KR20010005529 A KR 20010005529A KR 100410975 B1 KR100410975 B1 KR 100410975B1
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Abstract

본 발명에 따른 광픽업 장치는, 제 1 광원과, 그 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 제 1 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 대물렌즈와, 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 대물렌즈로 투과시키는 제 1 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 1 광원용 유한 광학계; 및 제 2 광원과, 그 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 제 2 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 대물렌즈와, 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 대물렌즈로 투과시키는 제 2 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 2 광원용 유한 광학계; 를 포함하여 구성되며, 제 1 광원은 제 1 콜리메이터 렌즈의 초점거리 밖의 위치에 마련되고, 제 2 광원은 제 2 콜리메이터 렌즈의 초점거리 내의 위치에 마련되는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 연속적인 비구면으로 구성된 하나의 대물렌즈를 이용하여, 두께가 다른 이종 디스크에 대한 광학계를 모두 유한 광학계로 구성함으로써, 워킹 디스턴스의 감소, 광 노이즈 및 서보 신호의 변형 방지 및 별도의 개구수 조절 장치를 제거할 수 있는 장점이 있다.

Description

광픽업 장치{Optical pickup}
본 발명은 광픽업 장치에 관한 것으로서, 특히 연속적인 비구면으로 구성된 하나의 대물렌즈를 이용하여, 두께가 다른 이종 디스크에 대한 광학계를 모두 유한 광학계로 구성함으로써, 워킹 디스턴스(WD: Working Distance)의 감소, 광 노이즈 및 서보 신호의 변형 방지 및 별도의 개구수 조절 장치를 제거할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.
오늘날 DVD용 광 디스크를 재생하는 광픽업 장치에 있어서 CD용 광 디스크를 동시에 재생할 수 있는 하위 호환성의 확보는 필수 불가결한 기능으로 각 제조 사에서 여러 방식을 개발하여 적용하고 있다. 또한, 최근에는 이러한 재생 하위 호환성에 더하여 DVD 계열 디스크의 기록/재생 및 CD 계열 디스크의 기록/재생을 전제로 DVD-multi 라는 규격도 새롭게 논의되고 있다.
한편, 재생 하위 호환성을 구현하기 위하여 각 제조 사는 다음과 같은 방법들을 이용하고 있다.
첫 째, DVD용 대물렌즈 1 개만을 사용하고, CD 재생을 위하여 CD 계열 디스크 재생용 레이저 또는 홀로그램 레이저 유닛(Hologram Laser Unit)을 별도로 사용하는 방법이다. 이때, 레이저 또는 홀로그램 레이저 유닛의 위치를 변경하고, 이 변경된 레이저 또는 홀로그램 레이저 유닛의 위치에 따라 최적의 광학 성능을 얻을 수 있도록 대물렌즈의 위치를 동시에 이동시켜 유한 광학계를 구성한다. 그리고, 여기에 필요에 따라 CD 재생에 필요한 적절한 스팟(spot) 경을 얻고 입사광 주변부에서 크게 발생하는 수차의 영향을 줄이기 위하여 광학 박막 또는 투과/반사형 회절광학 소자를 사용하여 일부 영역의 광을 반사 또는 회절시켜 결과적으로 대물렌즈에 입사되는 광선의 구경을 줄일 수 있는 기능을 가진 개구수 조절 수단을 병용하여 DVD 재생용 광픽업에서 CD 계의 디스크들을 재생할 수 있도록 하는 방법이다.
둘 째, CD용 재생 레이저를 별도로 사용하지 않는 경우로서, DVD 재생용 레이저 또는 홀로그램 레이저 유닛에 대하여 첫 번째 방법에서와 같은 목적으로 개구수 조절 수단을 설치하고, 대물렌즈의 위치를 광 스팟(spot)이 CD 디스크의 정보 기록면에 형성될 수 있도록 디스크 쪽으로 이동시키는 동작에 의하여 CD용 디스크를 재생하는 방법이다.
셋 째, CD용 재생 레이저를 별도로 사용하지 않는 경우로서, Kinoform 형태의 회절 광학 소자를 이용하여 회절광의 0차 광은 평행광으로 대물렌즈에 입사되어 DVD 재생에 사용하고, 1차 회절광은 회절에 의하여 경로가 변경되어 대물렌즈에 입사하게 되며, 이때 LD 위치 변화에 의한 보정 시와 같은 입사 조건을 맞추어 줌으로써 CD 성능을 보정할 수 있는 방법이다.
넷 째, CD용 레이저 또는 홀로그램 레이저 유닛을 별도로 사용하거나 또는 DVD용 광원만을 사용하는 임의의 광픽업장치에 있어서,
(1) 대물렌즈의 렌즈 면에 회절 특성을 갖는 특수한 구성을 하거나,
(2) 대물렌즈를 방사(radial) 방향으로 몇 개의 영역을 나누어 비구면의 형태를 달리하거나,
(3) 대물렌즈의 방사(radial) 방향으로 영역을 나누어 일부 영역의 빛이 DVD 또는 CD 계의 기록/재생 시에 광 스팟(spot) 형성에 기여하지 않도록 차폐하거나 노이즈(noise)를 발생시키는 방법에 의하여, 1 개의 대물렌즈로 DVD에 해당하는 디스크 두께 및 CD 계열에 해당하는 디스크 두께에 대하여 각각 최적 점을 형성하여 각각의 디스크를 재생할 수 있도록 하는 방법이다.
그러나, 이러한 재생계와는 달리 기록계는 기록을 위한 광량 확보를 위하여 광원에서 방사되는 광과 이를 디스크 상에 결상시키는 광학계와의 결합 효율을 올릴 필요가 있으며 이러한 요구를 충족시키기 위하여 콜리메이터(collimator)의 개구수를 재생계보다 높게 설정하여 사용하고 있다. 따라서, 이러한 설계 조건의 변경으로 인하여 재생계에서 사용하는 첫 번째 방법의 경우에는 기록, 재생 시에 대물렌즈가 디스크의 편심 등 외부 조건에 대응하기 위하여 중심으로부터 방사(radial) 방향으로 이동하는 경우 디스크 상에 형성되는 광 스팟(spot)의 광학 품질이, 도 1에 나타낸 바와 같이, 급격히 나빠지는 문제가 발생된다.
또한, 두 번째와 세 번째 방법과 같은 하위 호환성 확보 방식의 경우에는,DVD 계열 디스크를 기록/재생하기 위한 대물렌즈의 위치와 CD 계열 디스크를 기록/재생하기 위한 대물렌즈의 위치 차가, 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 발생한다. 즉, 대물렌즈와 디스크와의 거리를 나타내는 Working Distance(WD)의 차가 크게 발생하여 기록, 재생 시 발생하는 Turn Table, 디스크 등의 오차에 의하여 발생하는 초점 방향으로의 런아웃(Run Out)에 적절히 대응할 수 없게 되거나, 이러한 대물렌즈의 위치 차에 수반하여 발생하는 보빈(bobbin)의 위치 이동으로 인하여 자기 회로 내에서 포커스(focus) 및 트랙킹 코일(tracking coil)의 기준 위치 변경으로 인한 엑츄에이터(actuator) 구동 특성의 열화가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 네 번째 방법과 같은 하위 호환성 확보 방식의 경우에는, 재생계 및 기록계를 불문하고 그 원리적 특성으로 인하여 일부 광이 DVD 계열 디스크에 대한 기록, 재생 및 CD 계열 디스크에 대한 기록, 재생 시 사용되는 광 스팟(spot)의 결상에 기여하지 못하고 광학 노이즈로 작용하게 되어 광 효율이 낮아지는 문제가 있는 바 이러한 문제는 재생계의 경우 그 문제의 심각도가 상대적으로 낮으나, 기록계의 경우에는 특히 고배속 기록의 경우, 이러한 광 이용율의 저하는 결과적으로 더 높은 출력의 광원을 요구하게 되어 결론적으로 사양을 낮추거나 비용을 올리게 되는 요인이 된다. 또한, 이러한 광학 노이즈는 수광계로 입사하여 백그라운드 노이즈 (background noise)로 작용, 신호의 변조도를 낮추어 결국 S/N 비를 악화시키는 문제점이 있다.
또한, 네 번째 방법의 경우에는 DVD/CD 호환의 경우 DVD에 해당하는 디스크 두께 0.6t와 CD에 해당하는 디스크 두께 1.2t에 대하여 동시에 최적 점을 형성하도록 구성되어 있으므로, CD 계열의 디스크를 기록, 재생하기 위하여 초기 포커스 서보(focus servo)를 위한 디스크 인입 시 광 스팟(spot)이 0.6t 부근을 통과할 때, 수광 소자 상에 광 스팟(spot)이 형성되고 또한, 원래 목적인 1.2t에 해당하는 정보 기록면에 대하여 수광 소자 상에 광 스팟(spot)이 형성되므로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 포커스 에러 신호가 왜곡되는 문제점이 있다.
한편, 이와 같은 종래의 2 개의 광원을 가진 DVD/CD 디스크의 기록, 재생이 가능한 광픽업 장치의 일반적인 구성은 도 4와 같다. 즉, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 DVD 계, CD 계 모두를 무한 광학계로 구성하거나, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 DVD 계는 무한 광학계, CD 계는 유한 광학계로 구성하는 것이 일반적인 구성이며, 이러한 구성에서의 문제점은 상기에서 지적한 바와 같다.
본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 연속적인 비구면으로 구성된 하나의 대물렌즈를 이용하여, 두께가 다른 이종 디스크에 대한 광학계를 모두 유한 광학계로 구성함으로써, 워킹 디스턴스의 감소, 광 노이즈 및 서보 신호의 변형 방지 및 별도의 개구수 조절 장치를 제거할 수 있는 광픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광픽업 장치의 기록계용 필터방식에서의 시야특성을 나타낸 도면
도 2는 종래의 광픽업 장치의 DVD 및 CD 기록/재생 시 발생되는 대물렌즈의 위치 차를 나타낸 도면.
도 3은 종래의 광픽업 장치의 DVD/CD 호환 렌즈 방식에서 CD 디스크 포커스 인입 시에 발생되는 오버슈트(overshoot)를 나타낸 도면.
도 4는 종래의 광픽업 장치의 광학계의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 광픽업 장치의 광학계의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 채용되는 대물렌즈의 한 수치 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의해 디스크 상에 형성되는 광 스팟 (spot)의 OPD 특성을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의해 디스크 상에 형성되는 광 스팟 (spot)의 광량분포를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100... DVD용 광원 110, 210... 콜리메이터 렌즈
120... 대물렌즈 130... DVD용 디스크
140... DVD용 광원의 가상 수렴점 150... DVD용 광원의 실제 수렴점
160... 개구수 조절장치 200... CD용 광원
230... CD용 디스크 240... CD용 광원의 허물체
250... CD용 광원의 실제 수렴점
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광픽업 장치는,제 1 광원과, 그 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 제 1 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 대물렌즈와, 상기 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 상기 대물렌즈로 투과시키는 제 1 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 1 광원용 유한 광학계; 및제 2 광원과, 그 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 제 2 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 상기 대물렌즈와, 상기 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 상기 대물렌즈로 투과시키는 제 2 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 2 광원용 유한 광학계; 를 포함하여 구성되며,상기 제 1 광원은 상기 제 1 콜리메이터 렌즈의 초점거리 밖의 위치에 마련되고, 상기 제 2 광원은 상기 제 2 콜리메이터 렌즈의 초점거리 내의 위치에 마련되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 콜리메이터 렌즈와 제 2 콜리메이터 렌즈는 하나의 콜리메이터 렌즈인 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기 대물렌즈는 연속되는 단순 비구면으로 형성된 렌즈이며, 상기 제1광원용 유한 광학계와 상기 제2광원용 유한 광학계에 공용으로 사용되는 점에 그 특징이 있다.
또한 상기 대물렌즈는, 상기 제 1 광원과 제 1 광원에 적합한 디스크에 대하여 실상의 결상 배율(+)을 가지는 조건에서 최적의 빔 스팟을 형성하며, 상기 제 2 광원과 제 2 광원에 적합한 디스크에 대하여 허상의 결상 배율(-)을 가지는 조건에서 최적의 빔 스팟을 형성하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기 제 1 콜리메이터 렌즈를 투과하고 상기 대물렌즈에 입사되는 빔의 입사경과, 상기 제 2 콜리메이터 렌즈를 투과하고 상기 대물렌즈에 입사되는 빔의 입사경이 동일한 위치에 있음에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 연속적인 비구면으로 구성된 하나의 대물렌즈를 이용하여, 두께가 다른 이종 디스크에 대한 광학계를 모두 유한 광학계로 구성함으로써, 워킹 디스턴스의 감소, 광 노이즈 및 서보 신호의 변형 방지 및 별도의 개구수 조절 장치를 제거할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 제 1 광학계는 DVD용 광학계, 제 2 광학계는 CD용 광학계로 구성되는 광픽업 장치를 예로 설명하였다. 도 5는 본 발명에 따른 광픽업 장치의 광학계의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광픽업 장치의 광학계에서는 DVD용 광원 (100)은 콜리메이터 렌즈(110)의 초점거리 밖에 위치하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 DVD용 광원(100)으로부터 발광되는 빔은 상기 콜리메이터 렌즈(110)를 통과한 후, 대물렌즈(120) 쪽으로 수렴하면서 진행하게 된다.
이와 같은 경우에, DVD용 디스크(130) 쪽으로 상기 콜리메이터 렌즈(110)에 의한 가상의 수렴점(140)이 형성된다고 볼 수 있으며, 상기 대물렌즈(120)는 이 수렴점(140)을 허물체로 하여 상기 DVD 디스크(130) 상에 실제의 광 스팟(spot)(150)을 형성하게 된다. 즉, 상기 대물렌즈(120)의 입장에서 보면 실상(+)의 배율을 갖게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광픽업 장치의 광학계에서는 CD용 광원(200)은 콜리메이터 렌즈(210)의 초점거리 이내에 위치하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 CD용 광원(200)으로부터 발광되는 빔은 상기 콜리메이터 렌즈(210)를 통과한 후, 상기 대물렌즈(120) 쪽으로 발산하면서 진행하게 된다.
이와 같은 경우에, 상기 대물렌즈(120)의 관점에서는 상기 콜리메이터 렌즈 (210)에서 출사하는 빔은 마치 CD용 광원의 허물체(240)에서 출사되는 빔으로 취급될 수 있다. 따라서, 상기 대물렌즈(120)는 상기 CD용 광원의 허물체(240)에 대하여 결상 관계를 만족시키면서 CD용 디스크(230) 상에 광 스팟(spot)(250)을 형성하게 된다. 즉, 상기 대물렌즈(120)의 입장에서 보면 허상(-)의 배율을 갖게 되는 것이다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 DVD용 광원(100) 및 디스크 두께에 대하여 (+)의 결상 배율을 갖는 조건에서 최적의 광 스팟을 형성함과 동시에, CD용 광원(200) 및 디스크 두께에 대하여 (-)의 결상 배율을 가지는 조건에서 최적의 광 스팟을 형성하는 특성을 갖는 일반 비구면으로 구성된 1 개의 대물렌즈(120)로 구성된다.
여기서, 상기 대물렌즈(120)에 대한 각각의 광원(100)(200)과 콜리메이터 렌즈(110)(210)의 적절한 거리 조합에 의하여, 상기 대물렌즈(120)가 최적의 특성을 낼 수 있는 결상 조건을 각각 만족시켜 줌으로써, DVD용 디스크(130) 및 CD용 디스크(230)의 기록, 재생이 가능한 광픽업 장치를 구성할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 채용되는 대물렌즈의 한 수치 예를 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 수치 예는 광학 설계에 종사하는 엔지니어들에 의하여 쉽게 그 타당성이 인정될 수 있으며, 이 수치 예로부터
1) DVD 및 CD 기록/재생 시에 DVD는 입사광이 수렴광이고, CD는 발산광이므로 적정 배율을 선정하면 동일한 입사경을 가지고 기록/재생에 필요한 개구수(NA: Numerical Aperture)를 달성할 수 있음을 알 수 있으며,
2) DVD와 CD를 기록/재생함에 있어, 대물렌즈와 디스크 간의 거리 차가 (2.25mm-2.1mm=0.15mm)로서 종래 DVD/CD 무한계의 구성의 경우 및 DVD 무한계/CD 유한계 구성의 경우에 비하여 거리차를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의해 디스크 상에 형성되는 광 스팟(spot)의 OPD 특성을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의해 디스크 상에 형성되는 광 스팟 (spot)의 광량분포를 나타낸 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의하면 DVD 및 CD 구성에 있어 매우 양호한 광학품질을 달성할 수 있음을 입증할 수 있다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의하면 광 스팟에 고차 수차에 의한 광학 노이즈가 발생하지 않음으로써, 광 이용율을 높일 수 있으며 또한, 광학 노이즈로 인하여 기인되었던 서보 신호의 변형 및 신호 감쇄 등이 발생되지 않음으로써, 높은 S/N 비를 얻을 수 있음을 입증할 수 있다.
더욱이, 회절 광학 소자나 위상 보상 소자와는 달리 연속되는 단순 비구면에 의한 대물렌즈를 통하여 광픽업 장치의 구성이 가능함으로써, 제작 시에 높은 수율을 기대할 수 있으며, 별도의 개구수 조절 수단이 필요 없으며, 비용 절감에도 대단히 유용하다.
또한, 본 발명은 0.1mm의 두께를 가지며 NA=0.85인 광학계를 사용하는 광픽업에서 DVD의 0.6mm 디스크와 NA=0.6인 규격과의 호환성을 구현함에 있어서도 효과적으로 사용될 수 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의하면 다음과 같은 다양한 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
1. 이종 디스크 간 기록/재생 시에 워킹 디스턴스(WD)의 차를 줄일 수 있어 기구적 제약이 적고, 엑츄에이터 성능 변화를 줄일 수 있다.
2. 연속적인 비구면으로 구성된 대물렌즈를 사용하므로 광 이용율이 높아 하위 호환성을 갖는 기록용 광픽업 장치에 유리하다.
3. 이종 디스크 각각에 대하여 굴절특성만을 이용하여 각각 독립적으로 최적 성능을 얻을 수 있어 광학 노이즈 발생이 없다.
4. 광학 노이즈가 없어 서보(servo)의 왜곡 및 언밸런스(unbalance)가 발생하지 않는다.
5. 광학 노이즈가 없어 RF 신호의 감쇄 등이 발생되지 않는다.
6. 적절한 배율 설정에 의하여 DVD NA 및 CD NA에 대하여 동일한 입사경으로 구성이 가능하므로 별도의 개구수 조절 장치가 필요없다.

Claims (7)

  1. 제 1 광원과, 그 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 제 1 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 대물렌즈와, 상기 제 1 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 상기 대물렌즈로 투과시키는 제 1 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 1 광원용 유한 광학계; 및
    제 2 광원과, 그 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 제 2 광원에 적합한 디스크에 집광시키는 상기 대물렌즈와, 상기 제 2 광원으로부터 발광된 빔을 입사 받아 상기 대물렌즈로 투과시키는 제 2 콜리메이터 렌즈를 구비하는 제 2 광원용 유한 광학계; 를 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 광원은 상기 제 1 콜리메이터 렌즈의 초점거리 밖의 위치에 마련되고, 상기 제 2 광원은 상기 제 2 콜리메이터 렌즈의 초점거리 내의 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 콜리메이터 렌즈와 제 2 콜리메이터 렌즈는 하나의 콜리메이터 렌즈인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 제1유한광학계와 제2유한광학계에 공용으로 사용되며 연속되는 단순 비구면으로 형성된 렌즈인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 상기 제 1 광원과 제 1 광원에 적합한 디스크에 대하여 실상의 결상 배율(+)을 가지는 조건에서 최적의 빔 스팟을 형성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 상기 제 2 광원과 제 2 광원에 적합한 디스크에 대하여 허상의 결상 배율(-)을 가지는 조건에서 최적의 빔 스팟을 형성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 콜리메이터 렌즈를 투과하고 상기 대물렌즈에 입사되는 빔의 입사경과, 상기 제 2 콜리메이터 렌즈를 투과하고 상기 대물렌즈에 입사되는 빔의 입사경이 동일한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
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