KR100514323B1

KR100514323B1 - 복수의광디스크를호환하는대물렌즈를구비한광픽업

Info

Publication number: KR100514323B1
Application number: KR1019970066390A
Authority: KR
Inventors: 이용재; 성평용; 유장훈; 이철우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2005-12-08
Also published as: JPH11250490A; US6285646B1; CN1229929A; KR19990047850A; EP0921521A3; EP0921521A2

Abstract

개시된 광픽업은, DVD, CD-R, CD 및 LD등과 같은 다수의 다른 사양의 광디스크들을 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 하나이상의 레이저광원들과, 레이저광원들로부터 출사된 광을 복수의 광기록매체들 각각의 정보기록면상에 최적이 되는 광스폿으로 집광시키는 기능을 갖는 대물렌즈, 및 광스폿이 집광된 광기록매체의 정보기록면으로부터 반사되어 대물렌즈를 통과한 광을 검출하기 위한 광검출기를 포함하도록 구성된다. 따라서, 본 발명에 따른 광픽업은 디스크의 두께에 관계없이 다른 사양들에 호환 가능하다.

Description

복수의 광디스크를 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업

본 발명은 사양이 다른 광기록매체의 정보기록면에 광학적 스폿을 형성하는 기능을 갖는 대물렌즈를 구비한 광픽업에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다른 사양의 광디스크들에 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업에 관한 것이다.

영상이나 음향 또는 데이타 등의 정보를 고밀도로 기록하고 재생하기 위한 기록매체는 디스크, 카드 또는 테이프로 구성되어 있으나 디스크 형태가 주류이다. 이러한 디스크의 구조는 광이 입사하는 축방향에서 일정한 두께의 플라스틱 또는 유리매질이 있고 그 위에 정보기록면이 있다. 최근 광디스크 기기분야는 레이저디스크(LD), 콤팩트디스크(CD)로부터 디지탈비디오디스크(DVD)로까지 제품이 개발되어 오고 있다.

현재까지의 고밀도 광디스크시스템은 기록밀도를 높이기 위해 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)를 크게 하고 635m 또는 650nm의 단파장 광원을 사용한다. 이 단파장의 광원을 사용함으로써 DVD의 기록 및 재생뿐만 아니라, DVD와는 다른 두께를 갖는 CD의 재생도 가능하도록 개발되었다. 그러나, 이 시스템은 CD의 최근형태인 기록 가능한 콤팩트디스크(CD-R)의 호환을 위해서는 780nm 파장의 광을 사용해야 한다. 이것은 CD-R 기록매체의 기록특성에 기인한 것이다. 그래서 780nm 파장의 광과 650nm 파장의 광을 하나의 광픽업에서 모두 사용할 수 있게 하는 것은 DVD와 CD-R의 호환을 위하여 대단히 중요한 기술로 대두되었다. 디스크 사양이 바뀌게 되면 디스크의 두께와 파장의 변화 및 개구수의 변화로 인한 광학수차가 발생한다. 따라서, 이러한 광학수차를 제거하면서도 다른 사양들에 호환하는 광픽업에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구의 결과로 다른 사양들에 호환하는 광픽업들이 제작되고 있다. DVD와 CD-R에 호환되는 기존의 광픽업을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 대물렌즈를 사용하는 기존의 광픽업을 보여주는 도면이다. 도 1의 광픽업은 DVD 재생시에는 635nm 파장의 레이저광을 사용하고 CD-R의 기록과 재생시에는 780nm 파장의 레이저광을 사용한다. 레이저다이오드인 광원(1)으로부터 출사된 635m 파장의 광은 시준렌즈(collimating lens)(2)로 입사된다. 이 광선은 실선으로 도시되었다. 시준렌즈(2)는 입사된 광을 평행광선으로 만든다. 시준렌즈(2)를 통과한 광은 편광광분할기(polarization beam splitter)(3)에서 반사된 후 간섭필터형 프리즘(4)으로 진행한다.

한편, 레이저다이오드인 광원(11)으로부터 출사된 780nm 파장의 광은 시준렌즈(12), 광분할기(13) 및 집광렌즈(14)를 통과한 다음 프리즘(4)으로 진행한다. 이 광선은 점선으로 도시되었다. 프리즘(4)은 편광광분할기(3)에 의해 반사된 635nm 파장의 광을 전투과시키며 집광렌즈(14)에 의해 집광된 780nm 파장의 광을 전반사시킨다. 그 결과, 광원(1)으로부터의 광은 시준렌즈(2)에 의해 평행하게된 형태로 파장판(5)에 입사된다. 그리고, 광원(11)으로부터의 광은 발산하는 형태로 파장판(5)에 입사된다. 파장판(wave plate)(5)을 투과한 광은 박막형 가변조리개(6)를 통과한 다음 대물렌즈(7)로 입사한다.

대물렌즈(7)는 두께가 0.6mm인 DVD(8)의 정보기록면에 초점이 맞도록 설계된 것으로서, 가변조리개(6)를 통과한 635nm 파장의 광을 DVD(8)의 정보기록면에 초점 맺히게 한다. 그 결과, DVD(8)의 정보기록면에서 반사된 광은 그 정보기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 편광광분할기(3)를 투과하여 광검출기(10)에 의해 검출된다.

또한, 대물렌즈(7)는 가변조리개(6)를 통과한 780nm 파장의 광을 두께가 1.2mm인 CD-R(9)의 정보기록면에 초점맺히게 한다. 그러나, DVD(8)의 두께와 CD-R(9)의 두께가 서로 다름에 의한 구면수차(spherical aberration)가 발생한다. 이 구면수차는 대물렌즈(7)에 대하여 CD-R(9)의 정보기록면이 DVD(8)의 정보기록면으로부터 광축상에서 보다 멀리 떨어져 있음에 기인한다. 도 2와 함께 나중에 설명될 가변조리개(6)의 사용에 의해, 780nm 파장의 광은 CD-R(9)에 최적화된 크기의 광스폿(optical spot)을 CD-R(9)의 정보기록면에 형성하게 된다. 그리고, CD-R(9)에서 반사된 780nm 파장의 광은 광분할기(13)에 의해 반사되어 광검출기(15)에 의해 검출된다.

도 2에 보인 바와 같이, 도 1의 가변조리개(6)는 대물렌즈(7)의 직경에 대응하는 개구수(NA) 0.6 이하의 영역으로 입사하는 광들을 선택적으로 투과할 수 있는 박막형 구조를 갖는다. 즉, 가변조리개(6)는 635nm 파장과 780nm 파장의 광들을 모두 투과시키는 제 1영역과 635nm 파장의 광을 전투과하며 780nm 파장의 광을 전반사하는 제 2영역으로 구분된다. 제 1영역은 개구수(NA) 0.45 이하의 영역이며, 제 2영역은 제 1영역 바깥의 영역이다. 또한, 제 1영역은 유전체박막으로 형성되는 제 2영역에 의해 발생하는 광학수차(optical aberration)를 제거하기 위하여 석영(SiO₂)박막으로 형성된다. 이러한 가변조리개(6)의 사용에 의해 개구수(NA) 0.45 이하의 제 1영역을 통과하는 780nm 파장의 광은 CD-R(9)에 적합한 광스폿을 그 정보기록면에 형성하게 된다. 그 결과로, 도 1의 광픽업은 광기록매체를 DVD(8)로부터 CD-R(9)로 변경하는 경우, 최적화된 광스폿을 가지고 호환이 가능하다.

그러나, 전술한 도 1의 광픽업은 DVD와 CD-R의 호환시에 발생하는 구면수차를 제거하기 위하여 780nm 파장의 광에 대하여 유한광학계를 구성하였다. 이로 인하여 광학계 구성이 복잡하여 광부품의 조립이 어려운 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 가변조리개(6)의 개구수 0.45 이상인 제 2영역에 형성되는 유전체박막에 의해 개구수 0.45 이하인 제 1영역과 개구수 0.45 이상인 제 2영역을 통과하는 광들간에 광학경로차(optical path difference)가 발생하므로, 이것을 제거하기 위해 제 1영역은 특별한 광학박막(석영박막)의 형성을 필요로 하였다. 그래서, 제 1영역에 석영박막을 제 2영역에 다층박막을 각각 형성하였으나, 그 제조공정이 복잡하였고, 또한, 박막두께의 조절을 "㎛단위"의 정밀도로 행해야 하므로 양상에 적합하지 못한 문제가 있었다. 또한, 기록과 동시에 재생하는 다이렉트 오버라이트(Direct Overwrite)기술에 있어서도 사용하는 광들의 파장을 달리하고 단일렌즈를 사용하는 기법이 알려져 있으나 사양이 서로 다른 디스크에 기록하고 재생할 수 없었다.

전술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광원에서부터 디스크까지의 광로에서 시준렌즈와 대물렌즈를 서로 공유하며, 광원을 하나 혹은 복수개 사용하여 복수의 광디스크를 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업을 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 광픽업장치는 적어도 하나이상의 레이저광원들과, 레이저광원들로부터 출사된 광을 복수의 광기록매체들 각각의 정보기록면상에 최적의 광스폿으로 집광시키는 대물렌즈, 및 광스폿이 집광된 광기록매체의 정보기록면으로부터 반사되어 대물렌즈를 통과한 광을 검출하기 위한 광검출기를 포함하며, 대물렌즈는 대물렌즈의 광학적 축을 기준으로 안쪽영역, 환렌즈영역 및 바깥영역의 3개의 영역을 가지며, 안쪽영역은 상대적으로 얇은 두께를 갖는 제 1광기록매체와 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 제 2광기록매체 둘 다에 최적화된 비구면을 구비하고, 환렌즈영역은 제 2광기록매체에 최적화된 비구면을 구비하며, 바깥영역은 제 1광기록매체에 최적화된 비구면을 갖는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대물렌즈를 구비한 광픽업을 보여주는 도면이다. 도 3의 광픽업은 레이저광원들(31,38), 홀로그램형 광분할기(32,39), 광분할기(33), 시준렌즈(34), 대물렌즈(35) 및 광검출기(37,41)를 구비한다. 레이저광원(31) 및 광검출기(37)는 하나의 유닛(30)을 이루며, 또한, 레이저광원(38) 및 광검출기(41)는 하나의 유닛(42)을 이룬다.

도 3에 보여진 광픽업의 동작에 대해 도 6과 도 7 및 도 8을 참조하여 광기록매체 디스크를 얇은 디스크인 DVD(36)와 두꺼운 디스크인 CD-R(40)에 대하여 설명한다.

도 3의 광픽업에서, DVD(36)에 대한 정보재생시에 레이저광원(31)으로부터의 650nm 파장의 레이저광은 홀로그램형 광분할기(32)로 입사된다 이 광선은 실선으로 도시되었다. 입사된 광은 홀로그램형 광분할기(32)를 투과하여 광분할기(33)로 진행한다. 광분할기(33)를 투과한 광은 시준렌즈(34)에 의해 평행광선으로 만들어진다. 시준렌즈(34)를 투과한 광은 대물렌즈(35)에 의해 DVD(36)의 정보기록면에 광스폿을 형성한다. 이러한, DVD(36)의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 광경로는 도 5에 실선으로 도시되었다. DVD(36)의 정보기록면에서 반사된 광은 대물렌즈(35), 시준렌즈(34)를 통과한 다음 광분할기(33)로 입사한다. 광분할기(33)는 이 입사광을 투과시킨다. 투과된 광은 홀로그램 광분할기(32)에 의해 광경로 변경되어 광검출기(37)에서 집광된다. 대물렌즈(35)의 안쪽영역(A1) 및 바깥영역(A3)을 통과한 광은 도 6 및 도 7에 보여진 것처럼, DVD(36)의 정보기록면(36A)에 정보를 읽어낼수 있는 크기의 스폿을 형성한다.

한편, CD-R(40)에 대한 정보재생시에는 레이저광원(38)으로부터의 780nm 파장의 레이저광은 홀로그램형 광분할기(39)로 입사된다. 이 광선은 점선으로 도시되었다. 입사된 광은 홀로그램형 광분할기(39)를 투과하여 광분할기(33)로 진행한다. 광분할기(33)에서 반사된 광은 시준렌즈(34)에 의해 평행하게 만들어진다. 시준렌즈(34)를 투과한 광은 대물렌즈(35)에 의해 CD-R(40)의 정보기록면에 광스폿을 형성한다. CD-R(40)의 정보기록면에 광스폿을 형성하는 광경로는 도 5에 점선으로 도시되었다. CD-R(40)의 정보기록면에서 반사된 광은 홀로그램 광분할기(39)에 의해 광검출기(41)에 집광된다. 대물렌즈(35)의 안쪽영역(A1) 및 환렌즈영역(A2)을 통과한 광은 도 6 및 도 8에 보여진 것처럼, CD-R(40)의 정보기록면(40A)에 정보를 읽어낼수 있는 크기의 스폿을 형성한다. 그러므로 광검출기(41)는 대물렌즈(35)의 안쪽영역(A1) 환렌즈영역(A2)을 통과한 광을 검출한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대물렌즈를 구비한 광픽업을 보여주는 도면이다. 도 4의 광픽업에는 광원(31,38), 광분할기(413,415), 시준렌즈(416), 반사경(417), 대물렌즈(35)를 구비한다. 또한, 수차렌즈(412)는 디스크(36,40)의 정보기록면으로부터 반사되는 광을 광검출기(411)에 집광되도록 배치된다. 도 4에 보여진 구성요소들은 도 3에서 동일 참조부호는 갖는 구성요소와 동일한 기능을 갖는다.

도 4에서 DVD(36) 재생시에 레이저광원(31)에서 출사한 광은 광분할기(413,415)에서 반사 및 투과되어 시준렌즈(416)를 통과한다. 반사경(417)은 시준렌즈(416)로부터의 평행광을 대물렌즈(35)로 반사하며, 대물렌즈(35)에 의해 DVD(36)의 정보기록면에 광스폿을 형성한다. 이 광선은 실선으로 도시되었다. DVD(36)에서 반사된 광은 시준렌즈(416)와 광분할기(415,413)로 돌아와 광검출기(411)에서 검출된다. 한편, CD-R(40)의 재생시에 레이저광원(38)에서 출사한 광은 회절격자(414)에 의해 회절되어 광분할기(415)에서 반사된다. 이 반사광은 시준렌즈(416)와 반사경(417) 및 대물렌즈(35)를 거쳐 CD-R(40)의 정보기록면에 광스폿이 형성된다. 광검출기(411)는 CD-R(40)로부터의 반사광을 검출한다.

도 3 및 도 4에서 보여진 대물렌즈에 대해서 도 6, 7 및 8을 참조하여 설명한다.

도 6은 광원쪽에서 대물렌즈(35)를 바라본 도면으로서, 대물렌즈(35)의 광원쪽 렌즈면(도 7의 35A)이 안쪽영역(A1), 환렌즈영역(A2) 및 바깥영역(A3)으로 구분됨을 보여준다. 도 7은 DVD(36)의 재생을 위하여 대물렌즈(35)의 작동거리(Working distance)가 "WD1"일 때의 광학경로들을 보여주며, 도 8은 CD-R(40)의 재생을 위해 작동거리가 "WD2"일 때의 광학경로들을 보여준다.

대물렌즈(35)는 도 6에 보여진 것처럼, 3개의 영역으로 분리된다. 안쪽영역(A1)은 DVD와 CD-R에 대한 정보의 기록 및 재생을 위해 요구되는 최소의 광학수차를 동시에 만족하도록 형성된다. 즉, 광디스크(36,40)의 정보기록면(36A,40A)에 최선의 초점을 형성하도록 최적화된 비구면형상을 구비한다. 환렌즈영역(A2)은 CD-R에 대하여 만 최소의 광학수차를 갖도록 형성한다. 즉, CD-R(40)의 정보기록면(40A)에 최선의 초점을 형성하도록 최적화된 비구면형상을 구비한다. 마지막으로, 바깥영역(A3)은 DVD(36)에 대하여 최적화된 비구면형상을 구비한다. 따라서, DVD재생시에는 도 7에 실선으로 도시한 것처럼 대물렌즈(35)의 안쪽영역(A1)과 바깥영역(A3)을 통과한 광을 검출하고, CD-R재생시에는 도 8에 실선으로 도시된 것처럼 대물렌즈(35)의 안쪽영역(A1)과 환렌즈영역(A2)을 통과한 광을 검출한다. 위와 같은 동일 렌즈위에 복수의 서로 다른 형상의 렌즈가공면을 구비하기 위해서는 안쪽영역(A1)의 렌즈데이터값을 가지고 일차적인 가공후에 환렌즈영역(A2)의 렌즈면을 가공하고 최종적으로 바깥영역(A3)의 렌즈면을 가공해야 한다. 그 결과, 영역과 영역사이에 단차를 가지며, 단차는 광학수차를 발생시킨다. 이런 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 대물렌즈(35)는 CD-R 재생시에 안쪽영역(A1)과 환렌즈영역(A2)사이의 단차와, DVD 재생시에 안쪽영역(A1)과 바깥영역(A3) 사이의 단차가 광의 파장의 정수배가 되도록 한다. 여기서, 단차가 광의 파장의 정수배가 된다는 것은 광학수차가 발생하지 않음을 의미한다. 도 8의 부분확대된 부분은 대물렌즈(35)의 환렌즈영역(A2)부근으로 각 영역별 단차를 보여준다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업은, 디스크의 두께에 관계없이 다른 사양들에 호환가능하며, 두 개이상의 레이저광을 사용하는 경우에도 단일의 대물렌즈를 사용하여 광픽업을 구성 할 수 있다.

도 1은 종래의 대물렌즈를 사용하는 기존의 광픽업을 보여주는 도면,

도 2는 도 1의 가변조리개를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대물렌즈를 구비한 광픽업을 보여주는 도면,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대물렌즈를 구비한 광픽업을 보여주는 도면,

도 5는 도 3 및 도 4에 보여진 대물렌즈가 복수의 광디스크의 정보기록면에 광학적 스폿을 형성시킴을 보여주는 도면,

도 6은 광원쪽에서 대물렌즈를 바라본 도면으로서, 대물렌즈의 안쪽영역, 환렌즈영역 및 바깥영역을 구분되게 보여주는 도면,

도 7은 대물렌즈가 얇은 광디스크의 정보기록면에 광학적 스폿을 형성시킴을 보여주는 도면,

도 8은 대물렌즈가 두꺼운 광디스크의 정보기록면에 광학적 스폿을 형성시킴을 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31, 38 : 레이저광원 36 : 얇은 광디스크(DVD)

40 : 두꺼운 광디스크(CD-R, CD) 35 : 대물렌즈

37, 41, 411 : 광 검출기 A1 : 안쪽영역

A2 : 환렌즈영역 A3 : 바깥영역

Claims

복수의 광기록매체들에 호환하는 광픽업에 있어서,

서로 다른 파장의 광들을 개별적으로 출사하는 복수의 레이저광원들;

상기 레이저광원들로부터 출사된 광을 상기 복수의 광기록매체들 각각의 정보기록면상에 최적의 광스폿으로 집광시키는 대물렌즈; 및

광스폿이 집광된 광기록매체의 정보기록면으로부터 반사되어 상기 대물렌즈를 통과한 광을 검출하기 위한 광검출기를 포함하며,

상기 대물렌즈는 광원쪽 렌즈면이 대물렌즈의 광학축을 기준으로 안쪽영역, 환렌즈영역 및 바깥영역의 3개의 영역을 가지며, 상기 안쪽영역은 상대적으로 얇은 두께를 갖는 제 1광기록매체와 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 제 2광기록매체 둘다에 최적화된 비구면을 구비하고, 상기 환렌즈영역은 제 2광기록매체에 최적화된 비구면을 구비하며, 상기 바깥영역은 제 1광기록매체에 최적화된 비구면을 갖는 복수의 광디스크를 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업.
제 1항에 있어서, 상기 대물렌즈는

상기 안쪽영역과 상기 환렌즈영역의 사이에, 상기 제 2광기록매체 재생시에 사용되는 광이 갖는 파장의 정수배가 되는 광학수차를 발생시키는 단차를 갖는 복수의 광디스크를 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업.
제 1항에 있어서, 상기 대물렌즈는

상기 안쪽영역과 상기 바깥영역의 사이에, 상기 제 1광기록매체 재생시에 사용되는 광이 갖는 파장의 정수배가 되는 광학수차를 발생시키는 단차를 갖는 복수의 광디스크를 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업.
제 1항에 있어서, 상기 레이저광원들은 상대적으로 얇은 디스크인 DVD에 사용되는 파장의 광과, 상대적으로 두꺼운 디스크인 CD계열에 사용되는 파장의 광을 각각 출사함을 특징으로 하는 복수의 광디스크에 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업.
제 1항에 있어서, 상기 레이저광원들은 각각 광검출기와 하나의 유닛으로 이루어짐을 특징으로 하는 복수의 광디스크에 호환하는 대물렌즈를 구비한 광픽업.