KR100535341B1 - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR100535341B1
KR100535341B1 KR10-2003-0020147A KR20030020147A KR100535341B1 KR 100535341 B1 KR100535341 B1 KR 100535341B1 KR 20030020147 A KR20030020147 A KR 20030020147A KR 100535341 B1 KR100535341 B1 KR 100535341B1
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Abstract

기판 및 신호기록면을 가지는 광기록 매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광픽업 장치는 빔을 생성, 출사하는 광원부와, 광원부에서 나온 빔을 상기 광기록 매체의 신호기록면에 집광시키는 투명 광학 부재를 포함하여, 광기록 매체에 기록된 정보를 기록 또는 재생할 수 있다. 광학 부재는 광원부에서 나온 빔이 입사하는 입사면과, 입사면을 통과한 빔을 반사시키며 제1 반사면, 제2 반사면 및 출사면으로 이루어지고, 입사면으로 입사하는 빔의 광축과 상기 출사면에서 출사하는 빔의 광축이 대략 90°를 이루도록 형성된다. 이 때, 제1 반사면과 제2 반사면이 소정의 곡률을 가지도록 형성될 수 있다.

Description

광픽업 장치 {Optical pickup apparatus}
본 발명은 광디스크와 같은 광기록 매체에 정보를 기록, 재생하기 위한 광픽업 장치에 관한 것으로서, 특히 원격장(far field) 및 근접장(near field) 효과에 의한 기록, 재생에 모두 사용 또는 응용할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터의 기록 장치나 음악, 화상정보의 패키지 미디어로서의 광디스크나, 광자기 디스크 등의 광기록 매체의 고밀도화가 진행되고 있다. 광기록 매체의 고밀도화를 위해서 정보를 기록, 재생하는 광픽업 장치의 광스폿의 크기를 줄여야 할 뿐 아니라 광픽업 장치를 소형화시킬 필요가 있다.
이러한 필요성에 의하여, 미국 특허 제6,275,453호에서 제안된 바와 같이, 입사광을 구면 또는 비구면 반사면에서 반사시켜 입사 방향과 수직하게 향하게 하는 투명 광학부재를 사용하는 소형 광픽업 장치가 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 광픽업 장치는 도 13에 도시되어 있으며, 투명 광학부재(6)의 1개의 비축 반사면(7)을 사용하기 때문에 최종적으로 광디스크(8)에 입사하는 광스폿의 형상이 원형이 아니라 도 14에 도시된 바와 같이 왼쪽으로 퍼지는 형상을 취하게 되어 실제적으로 광디스크에 저장된 정보를 재생하거나 기록할 수 없게 된다. 이러한 광스폿의 형상이 일그러지는 현상은 광디스크의 신호기록면에 입사하는 입사빔이 광축을 중심으로 가장자리 광선(marginal ray)의 수렴각이 서로 다르기 때문에 발생한다. 즉, 도 13에서, θ1과 θ2의 값이 다르게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기에서 언급한 문제점을 해소하는 개선된 광픽업 장치를 제공하는 것으로서, 광기록 매체에 집광되는 광스폿의 형상이 이상적인 원형에 근접하여 고밀도 기록 재생이 가능한 소형 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 광기록 매체의 기록, 재생에 사용할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 및 신호기록면을 가지는 광기록 매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광픽업 장치로서, 빔을 생성, 출사하는 광원부와 상기 광원부에서 나온 빔을 상기 광기록 매체의 신호기록면에 집광시키는 투명 광학 부재를 포함한다.
광학 부재는 광원부에서 나온 빔을 반사시키기 위하여 소정의 제1 곡률을 가지는 제1 반사면과, 제1 반사면에서 반사된 빔을 다시 반사시키기 위하여 소정의 제2 곡률을 가지는 오목한 제2 반사면을 포함하여 상기 제1 반사면으로 입사하는 빔의 광축과 상기 제2 반사면에서 반사되는 빔의 중심 광축이 대략 90°를 이루도록 형성된다.
또한, 광학 부재는 광원부에서 나온 빔이 입사하는 입사면과, 제2 반사면에서 반사된 빔이 출사하는 출사면을 더 포함할 수 있으며, 그 굴절률이 1.0 또는 그 이상이다.
한편, 광학 부재의 제1 반사면, 또는 제2 반사면의 곡률의 중심이 상기 광학 부재에 입사하는 빔의 광축의 연장선과 일치하지 않도록 형성될 수 있으며, 구면, 비구면 또는 평면일 수 있다.
구체적으로, 제1반사면에서 반사된 빔이 제2반사면에서 반사하여 광기록매체의 신호기록면에 집속하기 위해서는 제1 또는 제2 반사면의 기울기가 반사면이 입사광에 대하여 최소한 반대방향으로 45도보다 적게 기울어지게 되어야 하며, 제1반사면이 평면인 경우에는 제2반사면에 의하여 광이 집속되어야 하고, 집속된 광은 출사면을 지나 광기록매체의 신호기록면에 집속되도록 되어야 한다. 제 1반사면이 입사빔에 대하여 오목한 곡면인 경우에는 제2반사면에 입사되는 빔은 수렴하는 광속이 되고 제 2반사면에 의하여 다시 집속하게 되므로 제2 반사면은 평면일 수도 있고 입사빔 쪽에서 볼 때 위의 경우보다 제2반사면에 의하여 집속되는 광다발의 수렴정도가 작아도 무방하게 되므로 오목한 곡면이 될 수도 있다. 따라서, 광학부재는 제1 및 제2 반사면의 형상과 굴절률을 고려하여 설계할 수 있다.
또한, 굴절률이 1보다 큰 매질로 이루어진 경우에는 출사면의 곡률 및 형상을 이용하여 이를 조정할 수 있다. 구체적으로, 광기록매체의 신호기록면에 집광하는 광스폿의 개구수를 NAd라 하고, 광학 부재의 굴절률을 n, 광학 부재의 제2 반사면에서 반사된 가장자리 광선(marginal ray)의 수렴각을 θ라 할 때, NAd ≤ n sinθ인 경우에는 출사면이 광디스크 방향으로 오목한 곡면 또는 평면으로 형성되고, NAd > n sinθ인 경우에는 출사면이 광디스크 방향으로 볼록한 곡면으로 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 일반적인 컴팩트 디스크(CD) 또는 디지털 다기능 디스크(DVD) 등 원격장 방식의 종래의 광기록 매체뿐 아니라 근접장 방식의 고밀도 광기록 매체 등의 모든 광학 기록 매체의 기록/재생에 사용할 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치가 도시되어 있다. 제1 실시예에 따른 광픽업 장치는 무한 광학계, 즉 평행빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 광원부(100)는 레이저 다이오드인 발광소자와 콜리메이터 렌즈를 포함하여 평행빔을 방출하게 된다.
광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 1.0 또는 그 이상인 투명 광학 재료로 형성된다.
도 1에 도시된 광픽업 장치의 광학 부재(200)는 입사면(210)이 평면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)은 볼록한 구면 또는 비구면으로 이루어져 있어서 집광되는 빔의 수차를 줄일 수 있다. 이 때, 비구면은 타원면, 포물면, 아나모르픽(anamorphic)면 및 기타 비구면 등이 설계에 따라 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 반사면(220) 또는 제2 반사면(230)의 회전중심축(또는 대칭축)은 입사하는 빔의 중심 광축과 일치하지 않게 형성됨으로써, 입사하는 빔의 중심 광축에 대하여 비대칭인 구면 또는 비구면으로 형성된다. 제1 반사면(220) 또는 제2 반사면(230)의 회전중심축이 입사하는 빔의 중심 광축과 일치하지 않도록 설계하는 것은 광축으로부터 반사면의 회전중심축(대칭축)을 평행이동시키거나(decentered), 회전시키거나(tilted) 또는 평행이동/회전을 함께 시키는 등의 방법을 사용할 수 있다.
또한, 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)이 구면인 경우의 특수한 경우로서 평면으로 형성될 수도 있다.
더욱이, 제2 반사면(230)의 경우는 입사빔쪽에서 볼 때, 볼록, 오목 또는 평면인 면이 가능하며, 이는 최종적으로 광디스크의 신호기록면으로 입사하는 빔의 개구수(Numerical Aperture: NA)의 값에 의해 결정된다.
일반적으로, 개구수는 제2 반사면에서의 수렴각(θ1 또는 θ2)의 싸인값과 광학부재(200)의 굴절률의 곱이며, 수렴하는 광스폿의 크기를 결정하여 광디스크의 기록밀도를 결정하는 값이다. 예를 들어 CD의 경우에는 NA=0.45(파장 780nm) 이며, DVD의 경우에는 NA=0.6(파장 650nm), 최근 연구되는 고밀도 광기록매체의 경우에는 NA=0.85 정도가 되며, 이들의 광기록매체는 개구수와 함께 사용 파장이 표준규격으로 정해져 있다.
따라서, 제2 반사면(230)에 의하여 형성되는 개구수가 표준 규격에 맞도록 제2 반사면(230)의 곡률이 오목, 평면, 볼록인지 결정된다. 즉, 최종 광디스크에서 수렴하는 광스폿의 개구수를 NAd라 하고, n을 광학 부재(200)의 굴절률이라 할 때 다음 조건을 만족하는 경우는 출사면이 광디스크 쪽으로 볼록으로 형성된다.
NAd < n sinθ1(또는 θ2)
위의 조건을 만족하지 않는 경우에는 광디스크 쪽에서 볼 때 오목 또는 평면으로 형성된다.
한편, 도 1의 광학 부재의 경우 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)은 광학부재의 외측으로 금속 또는 기타 반사 재료로 코팅이 되어 있어서 내부에서 진행하는 빛이 반사할 수 있도록 형성되어 있다.
도 1에 도시된 광픽업 장치의 동작원리는 광원부(100)에서 발생된 평행빔이 광학부재(200)의 입사면(210)을 통하여 입사하여 제1 반사면(220)에서 빔이 발산하도록 반사하게 되고 이러한 반사빔은 다시 제2 반사면에서 빔이 수렴하도록 반사되어 출사면(240)으로 향하게 된다. 이때, 제1 반사면(220) 및 제2 반사면(230)은 모두 빔의 중심 광축에 대하여 비대칭적으로 형성됨으로써 제1 반사면에서 비대칭적으로 발산하는 빔이 다시 제2 반사면에서 반사될 때 보상됨으로써 최종적으로 출사면(240)으로 향하게 될 때는 가장자리 광선의 수렴각이 같아지게 된다. (θ1 ≒ θ2) 따라서, 광디스크(300)에 맺히는 빔스폿의 형상은 이상적인 원형에 근접하게 된다. 도 1에 도시된 광학 부재(200)의 출사면(240)은 구면 또는 비구면으로 형성되어 수렴하는 출사빔의 수차를 줄이는 역할을 한다.
광디스크(300)에 집광된 빔은 광디스크의 신호기록면에서 반사하여 다시 광학부재(200)를 거쳐 광원부(100)로 향하게 되고 광원부(100) 내에서 도시되지 않은 빔스플리터와 광학계를 거쳐 수광소자로 입사하게 되어, 광디스크에 기록된 신호를 재생하거나 광디스크에 신호를 기록하게된다.
도 3에 도시된 광픽업 장치는 도 1에 도시된 광픽업 장치와 유사하며, 출사면(240)에 리플리카 렌즈(replicated lens)가 더 형성된 점이 다르다. 리플리카 렌즈는 출사면에 수 마이크로 미터 내지 수십 마이크로 미터 두께로 광학적 성질이 다른 재료를 평면, 구면 또는 비구면 형상으로 코팅하는 것으로서 광학적인 성능을 높이기 위하여 사용된다. 즉, 구면수차, 파워의 증대, 비점 수차, 코마 수차, 색수차 등을 포함한 각종 수차를 제거하여 원하는 광로차를 최소화하기 위하여 사용될 수 있고, 각종 성능을 만족시키는 충분한 공차를 확보하기 위해서나 내부재료의 강성 내지 화학적 안정을 위하며 광학적 특성의 향상을 위하여 사용될 수 있다.
도 4는 광학 부재(200)의 굴절률이 1.0인 경우, 즉 공기와 같은 경우에 대한 예시이다. 즉 광학 부재(200)는 별도의 입사면이나 출사면이 형성되지 않고 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230) 만이 형성된 형태로 형성되어 빔이 입사하는 면에 금속 또는 기타 반사 재료로 코팅이 되어 있다.
표 1은 도 4의 광학 부재(200)를 사용한 경우의 원격장 형태의 표면 기록에 사용되는 광픽업 장치의 구체적인 예를 보여준다.
면 곡률반경(mm) 및 형상 팩터 거리(mm) 굴절률
광원부 0.001 공기
입사면 ∞ 1.0 공기
제1 반사면 아나모르픽면y축 곡률반경 0.73776y축 코닉상수KY -1.015838x축 곡률반경 0.64261x축 코닉상수 KX -0.839519y축 평행이동값 YDE -0.350000*x축을 중심으로 시계방향 회전값 ADE -10.000000°** -0.42(반사) 반사면
제2 반사면 아나모르픽면y축 곡률반경 1.17277y축 코닉상수 KY 0.067160y축 4차 비구면 계수AR -0.144787E-02y축 6차 비구면 계수BR -0.914299E-03x축 곡률반경 1.15339x축 코닉상수 KX -0.017506x축 4차 비구면 계수 AP 0.566754E+00y축 평행이동값 YDE 0.650000*x축을 중심으로 시계방향 회전값 ADE -64.200000° ** 반사면
출사면 ∞ 공기
주*) + 값은 축상에서 위쪽으로 평행이동한 값이며, -는 축상에서 아래 방향으로 평행이동한 값임. **) + 값은 반시계 방향, - 값은 시계방향으로 회전한 값임. 또한 앞면이 회전되어 있으며, 그 값에 이어서 계속적으로 회전된 값임.
또한, 도 4와 같은 광픽업 장치에서는, 광디스크를 재생할 때, 광디스크 쪽에서 들어오는 외부의 먼지 또는 기타 이물질을 막기 위하여 도 1의 출사면에 해당하는 면에 얇은 커버글라스를 배치하여 외부의 먼지, 이물질의 유입을 막을 수 있다. 이러한 커버글라스를 배치하는 경우에는 커버글라스의 두께 및 재료에 따라서 제1 반사면 및 제2 반사면의 비구면 계수 등의 설계를 조정할 필요가 있다.
도 1에 도시된 광픽업 장치가 CD나 DVD 등의 광기록 매체를 위한 원격장 방식광픽업 장치였다면 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명이 근접장 방식의 광픽업 장치에 적용된 예시를 설명한다.
먼저 도 5를 참조하면, 근접장 효과를 이용한 광픽업 장치는 평행빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 통상 1.5 이상의 고굴절인 투명 광학 재료로 형성된다. 또한, 광학 부재(200)는 입사면(210)이 평면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)은 평면으로 이루어지고, 광디스크(300)와 근접하여 배치되게 된다. 광디스크(300)는 기판(302) 위에 정보가 기록된 신호기록면(301)이 형성된 것으로 광학부재의 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)에 의해 집광되는 빔이 출사면(240)에 초점이 맺히도록 구성되어 근접장 효과에 의하여 광디스크의 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생 또는 광디스크의 신호기록면(301)에 정보를 기록할 수 있게 된다.
표 2는 도 5의 광학 부재(200)를 사용한 경우의 근접장 형태의 표면 기록에 사용되는 광픽업 장치의 구체적인 예를 보여준다.
면 곡률반경(mm) 및 형상 팩터 거리(mm) 굴절률
광원부 0.001 공기
입사면 ∞ 1.0 1.92
제1 반사면 아나모르픽면y축 곡률반경 0.73776y축 코닉상수KY -1.015838x축 곡률반경 0.64261x축 코닉상수 KX -0.839519y축 평행이동값 YDE -0.350000x축을 중심으로 시계방향 회전값 ADE -10.000000 -0.42(반사) 1.92
제2 반사면 아나모르픽면y축 곡률반경 1.17277y축 코닉상수 KY 0.067160y축 4차 비구면 계수AR -0.144787E-02y축 6차 비구면 계수BR -0.914299E-03x축 곡률반경 1.15339x축 코닉상수 KX -0.017506x축 4차 비구면 계수 AP 0.566754E+00y축 평행이동값 YDE 0.650000x축을 중심으로 시계방향 회전값 ADE -64.200000 1.92
출사면 ∞
주*) + 값은 축상에서 위쪽으로 평행이동한 값이며, -는 축상에서 아래 방향으로 평행이동한 값임. **) + 값은 반시계 방향, - 값은 시계방향으로 회전한 값임. 또한 앞면이 회전되어 있으며, 그 값에 이어서 계속적으로 회전된 값임.
한편, 도 6에 도시된 근접장 효과를 이용한 광픽업 장치는 평행빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 도 6에 도시된 광픽업 장치는 도 5에 도시된 광픽업 장치와 유사하나, 재생, 기록할 수 있는 광디스크(300)의 구조가 약간 다른 것이다. 즉, 도 6의 광디스크(300)는 기판(302)을 통하여 빛이 입사하여 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생, 기록하는 종류로서 본 발명은 이러한 광디스크용의 광픽업 장치에도 적용될 수 있다. 즉, 도 6의 광픽업 장치는 평행빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 1.5 이상의 고굴절인 투명 광학 재료로 형성된다. 또한, 광학 부재(200)는 입사면(210)이 평면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)은 평면으로 이루어지고, 광디스크(300)와 근접하여 배치되게 된다. 광원부(100)에서 나온 평행빔은 광학 부재(200)의 입사면(210)으로 입사하여 광학부재의 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)에 반사되어 광디스크(300)의 기판(302)을 통하여 신호기록면(301)에 집광된다. 이때, 출사면(240)과 광디스크의 기판(302)이 충분히 근접함으로써 근접장 효과에 의하여 광디스크의 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생하거나 광디스크의 신호기록면(301)에 정보를 기록할 수 있게 된다.
한편, 도 5 또는 도 6과 같이 기판(302)을 통하여 신호기록면(301)에 집광되는 근접장 기록의 경우에 있어서는 광학부재(200)의 두께 및 광디스크의 기판(302)두께의 오차로 인하여 신호기록면(301)에 정확히 광스폿을 형성할 수 없는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 본 출원인의 특허출원 10-2002-0009877 "광기록매체의 두께 편차를 보상할 수 있는 광픽업 장치"에서 무한광학계에서 제안한 바와 같이 해결할 수 있으며, 상기 출원은 본 명세서에서 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다. 즉, 광원부(100)가 통상의 레이저 다이오드인 발광소자와 콜리메이터 렌즈로 구성되고, 광학 부재(200) 또는 광기록 매체기판의 두께 편차에 대응되도록 발광소자 또는 콜리메이터 렌즈의 위치를 이동시켜서, 두께 편차에 따라 평행광은 발산광 또는 수렴광으로 만들게 되고, 최종적으로 신호기록면에는 수차 없이 광스폿을 형성하게 하는 것이다.
다음으로 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광픽업 장치가 도시되어 있다. 제2 실시예에 따른 광픽업 장치는 유한 광학계, 즉 발산하는 빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다.
광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 1.0 또는 그 이상인 투명 광학 재료로 형성된다.
도 7에 도시된 광픽업 장치의 광학 부재(200)는 입사면(210)이 입사빔 쪽에서 봤을 때 오목한 구면 또는 비구면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)도 오목한 구면 또는 비구면으로 이루어져 있다. 이 때, 각 면에 사용된 비구면은 타원면, 포물면, 아나모르픽면 및 기타 비구면 등이 설계에 따라 사용될 수 있다. 입사면(210)은 입사하는 빔 쪽에서 봤을 때 오목한 구면 또는 비구면으로 이루어져 있어서 발산하는 빔의 수차를 줄일 수 있으며, 출사면(240)은 입사하는 빔 쪽에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면으로 이루어져 있어서 집광하는 빔의 수차를 줄일 수 있다.
제1 반사면(220) 또는 제2 반사면(230)의 회전중심축이 입사하는 빔의 중심 광축과 일치하지 않도록 설계하는 것은 광축으로부터 반사면의 회전중심축(대칭축)을 평행이동시키거나(decentered), 회전시키거나(tilted) 또는 평행이동/회전을 함께 시키는 등의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)이 구면인 경우의 특수한 경우로서 평면으로 형성될 수도 있다. 도 7의 광학 부재의 경우 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)은 광학부재의 외측으로 금속 또는 기타 반사 재료로 코팅이 되어 있어서 내부에서 진행하는 빛이 반사할 수 있도록 형성되어 있다.
도 7에 도시된 광픽업 장치의 동작원리는 광원부(100)에서 발생된 발산빔이 광학부재(200)의 입사면(210)을 통하여 입사하여 제1 반사면(220)에서 빔이 발산하도록 반사하게 되고 이러한 반사빔은 다시 제2 반사면에서 빔이 수렴하도록 반사되어 출사면(240)으로 향하게 된다. 이때, 제1 반사면(220) 및 제2 반사면(230)은 모두 빔의 중심 광축에 대하여 비대칭적으로 형성됨으로써 제1 반사면에서 비대칭적으로 발산하는 빔이 다시 제2 반사면에서 반사될 때 보상됨으로써 최종적으로 출사면(240)으로 향하게 될 때는 좌우의 수렴각이 같아지게 된다. 따라서, 광디스크(300)에 맺히는 빔스폿의 형상은 이상적인 원형에 근접하게 된다.
광디스크(300)에 집광된 빔은 광디스크의 신호기록면에서 반사하여 다시 광학부재(200)를 거쳐 광원부(100)로 향하게 되고 광원부(100) 내에서 도시되지 않은 빔스플리터와 광학계를 거쳐 수광소자로 입사하게 되어 광디스크에 기록된 신호를 재생하거나 광디스크에 신호를 기록하게 된다.
도 8에 도시된 광픽업 장치는 도 1에 도시된 광픽업 장치와 유사하며, 입사면(210)과 출사면(240)에 각각 리플리카 렌즈(replicated lens)(211, 241)가 더 형성된 점이 다르다.
도 9는 광학 부재(200)의 굴절률이 1.0인 경우, 즉 공기와 같은 경우에 대한 예시이다. 즉 광학 부재(200)는 별도의 입사면이나 출사면이 형성되지 않고 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230) 만이 형성된 형태로 형성되어 빔이 입사하는 면에 금속 또는 기타 반사 재료로 코팅이 되어 있다.
도 9와 같은 광픽업 장치에서도, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 광디스크 쪽에서 들어오는 외부의 먼지 또는 기타 이물질을 막기 위하여 도 7의 출사면에 해당하는 면에 얇은 커버글라스를 배치하여 외부의 먼지, 이물질의 유입을 막을 수 있다. 이러한 커버글라스를 배치하는 경우에는 커버글라스의 두께 및 재료에 따라서 제1 반사면 및 제2 반사면의 비구면 계수 등의 설계를 조정할 필요가 있다.
표 3은 도 9의 광학 부재(200)를 사용한 경우의 광픽업 장치의 구체적인 예를 보여준다.
면 곡률반경(mm) 및 형상 팩터 거리(mm) 굴절률
광원부 0.96 공기
제1 반사면 곡률반경 1.5코닉상수 -496.0044454차 비구면계수 -0.570136E+016차 비구면계수 0.458878E+038차 비구면계수 -0.845605E+0410차 비구면계수 -0.202388E+05평행이동값 -0.2시계방향 회전값 -33.25° 0.315(반사) 공기
제2 반사면 곡률반경 0.67코닉상수 -29.9950984차 비구면계수 0.550549E+016차 비구면계수 0.485264E+008차 비구면계수 -0.127687E+0410차 비구면계수 0.148083E+05평행이동값 0.205시계방향 회전값 -44.47° 공기
보조면 ∞ 공기
신호기록면 ∞
주*) + 값은 축상에서 위쪽으로 평행이동한 값이며, -는 축상에서 아래 방향으로 평행이동한 값임. **) + 값은 반시계 방향, - 값은 시계방향으로 회전한 값임. 또한 앞면이 회전되어 있으며, 그 값에 이어서 계속적으로 회전된 값임.
도 7에 도시된 광픽업 장치가 CD나 DVD 등의 광기록 매체를 위한 원격장 방식 광픽업 장치였다면 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명이 근접장 방식의 광픽업 장치에 적용된 예시를 설명한다.
먼저 도 10을 참조하면, 근접장 효과를 이용한 광픽업 장치는 발산빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 1.5 이상의 고굴절인 투명 광학 재료로 형성된다. 또한, 광학 부재(200)는 입사면(210)이 입사하는 빔쪽에서 봤을 때 오목한 구면 또는 비구면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)은 평면으로 이루어지고, 광디스크 (300)와 근접하여 배치되게 된다. 광디스크(300)는 기판(302) 위에 정보가 기록된 신호기록면(301)이 형성된 것으로 광학부재의 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)에 의해 집광되는 빔이 출사면(240)에 초점이 맺히도록 구성되어 근접장 효과에 의하여 광디스크의 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생 또는 광디스크의 신호기록면(301)에 정보를 기록할 수 있게 된다.
한편, 도 11에 도시된 근접장 효과를 이용한 광픽업 장치는 발산빔을 방출하는 광원부(100)와 광학부재(200)로 이루어진다. 도 11에 도시된 광픽업 장치는 도 6에 도시된 광디스크와 같이 기판(302)을 통하여 빛이 입사하여 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생, 기록하는 종류이다. 광학 부재(200)는 입사면(210), 제1 반사면(220), 제2 반사면(230) 및 출사면(240)으로 이루어지며, 그 굴절률은 1.5 이상의 고굴절인 투명 광학 재료로 형성된다. 또한, 광학 부재(200)는 입사면(210)이 오목한 구면 또는 비구면이고, 제1 반사면(220)은 입사광측에서 봤을 때 볼록한 구면 또는 비구면이며, 제2 반사면(230)은 오목한 구면 또는 비구면이다. 출사면(240)은 평면으로 이루어지고, 광디스크(300)와 근접하여 배치되게 된다. 광원부(100)에서 나온 평행빔은 광학 부재(200)의 입사면(210)으로 입사하여 광학부재의 제1 반사면(220)과 제2 반사면(230)에 반사되어 광디스크(300)의 기판(302)을 통하여 신호기록면(301)에 집광된다. 이때, 출사면(240)과 광디스크의 기판 (302)이 충분히 근접함으로써 근접장 효과에 의하여 광디스크의 신호기록면(301)에 기록된 정보를 재생하거나 광디스크의 신호기록면(301)에 정보를 기록할 수 있게 된다.
이때, 도 10 및 도 11의 광픽업 장치에서, 도시되지는 않았지만 광학 부재(200)의 입사면(210)에 리플리카 렌즈를 덧붙여 사용할 수도 있다.
한편, 도 10 또는 도 11과 같이 기판(302)을 통하여 신호기록면(301)에 집광되는 근접장 기록의 경우에 있어서는 광학부재(200)의 두께 및 광디스크의 기판(302)두께의 오차로 인하여 신호기록면(301)에 정확히 광스폿을 형성할 수 없는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 도 5 또는 도 6을 참고하여 설명하였던 바와 유사하게, 광원부로 사용하는 발광소자의 위치를 이동시켜 두께 편차에 따른 결상 위치를 조정할 수 있다. 역시 상기 특허출원 10-2002-0009877 "광기록매체의 두께 편차를 보상할 수 있는 광픽업 장치"에서 제안한 바와 같이 해결할 수 있으며, 유학광학계에 관한 내용은 본 명세서에서 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다. 즉, 광원부(100)가 통상의 레이저 다이오드와 같은 발광소자로 구성되고, 광학부재 또는 광기록 매체기판의 두께 편차에 대응되도록 발광소자의 위치를 이동시켜서, 발광소자와 본 발명의 광학부재와의 거리를 미세하게 이동시킴으로써 광학부재(200)의 제작상의 두께 및 광디스크의 두께 편차를 보상하여 최종적으로 신호기록면에는 수차 없이 광스폿을 형성하게 하는 것이다.
본 발명에 따른 광픽업 장치는 일반적인 CD, DVD 등의 원격장 방식의 광픽업 장치 뿐 아니라 근접장 방식의 광픽업 장치에도 적용할 수 있어서 적용 범위가 매우 넓다.
또한, 2개의 비축 반사면을 사용하여 광원부에서 나오는 빔과 최종적으로 집광되는 빔이 이루는 각도를 90°로 할 수 있어서 소형 광픽업 장치를 구현할 수 있을 뿐 아니라, 광기록 매체에 집광되는 광스폿의 형상이 이상적인 원형에 근접하도록 할 수 있어서 고밀도 기록 재생이 가능해진다.
이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치를 설명하는 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치의 다른 예를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치에서 굴절률이 1.0일 때의 광학부재를 도시한 도면이고,
도 5와 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광픽업 장치의 또 다른 예를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광픽업 장치를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광픽업 장치의 다른 예를 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광픽업 장치에서 굴절률이 1.0일 때의 광학부재를 도시한 도면이고,
도 10과 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광픽업 장치의 또 다른 예를 도시한 도면이고,
도 12는 본 발명의 광픽업 장치에서 광기록매체의 신호기록면에 맺히는 광스폿의 형상을 도시한 도면이고,
도 13은 종래 기술에 따른 광픽업 장치의 개략적인 도면이며,
도 14는 도 13의 광픽업 장치에서 광기록매체의 신호기록면에 맺히는 광스폿의 형상을 도시한 도면이다.

Claims (25)

  1. 기판 및 신호기록면을 가지는 광기록 매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광픽업 장치에 있어서,
    빔을 생성, 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 나온 빔을 상기 광기록 매체의 신호기록면에 집광시키는 투명 광학 부재
    를 포함하고,
    상기 광학 부재는
    상기 광원부에서 나온 빔을 반사시키며, 소정의 제1 곡률을 가지는 제1 반사면과;
    상기 제1 반사면에서 반사된 빔을 다시 반사시키며, 소정의 제2 곡률을 가지는 오목한 제2 반사면
    을 포함하여 상기 제1 반사면으로 입사하는 빔의 광축과 상기 제2 반사면에서 반사되는 빔의 중심 광축이 대략 90°를 이루며,
    상기 광학 부재의 굴절률 n은 1.0 또는 그 이상이고, 상기 광기록매체의 신호기록면에 집광하는 광스폿의 개구수를 NAd라 하고, 상기 광학 부재의 제2 반사면에서 반사된 빛의 중심광에 대한 가장자리 광의 수렴각을 θ라 할 때, NAd < n sinθ인 경우에는 출사면이 입사빔에 대하여 볼록한 곡면으로 형성되고, NAd ≥ n sinθ인 경우에는 출사면이 오목한 곡면 또는 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재가
    상기 광원부에서 나온 빔이 입사하는 입사면과;
    상기 제2 반사면에서 반사된 빔이 출사하는 출사면
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 반사면의 곡률의 중심이 상기 광학 부재에 입사하는 빔의 광축의 연장선과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 반사면의 곡률의 중심이 상기 출사면에서 출사하는 빔의 광축의 연장선과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 반사면과 제2 반사면 중 적어도 1면의 반사면이 구면인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 반사면과 제2 반사면 중 적어도 1면의 반사면이 비구면인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비구면인 반사면은 아나모르픽 비구면(anamorphic aspherical) 반사면인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 반사면과 제2 반사면 중 적어도 1면의 반사면의 곡률이 무한대의 값을 가진 평면인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원부에서 나오는 빛이 평행한 빔(collimated beam)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원부에서 나오는 빛이 발산하는 빔(divergent beam)인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광픽업 장치는 원격장(far field) 효과에 의하여 광기록 및 재생을 하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학부재의 굴절률이 1.5 이상이고, 광학부재의 출사면이 상기 광기록 매체와 근접하게 위치하여 근접장(near field) 효과에 의하여 광기록 및 재생을 하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학부재는 제2 반사면에서 반사된 빔이 광학부재의 출사면에서 초점이 맺히도록 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광기록 매체는 기판을 통하여 신호기록면에 정보를 기록, 재생하도록 된 것이고,
    상기 광학부재는 제2 반사면에서 반사된 빔이 광학부재의 출사면 및 기판을 통하여 신호기록면에서 초점이 맺히도록 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 입사면이 평면, 구면 및 비구면 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 입사면에 리플리카 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 출사면이 평면, 구면 및 비구면 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 출사면에 리플리카 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 제1 반사면 및 제2 반사면에는 광학 부재의 외측으로 금속 필름이 코팅된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사면 및 제2 반사면에 직접 금속 필름이 코팅된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 반사면과 광기록매체 사이, 상기 광원부로부터 제1 반사면 사이의 광로를 벗어난 위치에, 상기 광기록매체와 대략 평행하게 배치된 커버글라스
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 광원부는
    발광소자와,
    발광소자에서 발산하는 빛을 평행빔으로 만들어주는 콜리메이터 렌즈
    를 포함하고,
    상기 광픽업 장치는
    발광소자 또는 콜리메이터 렌즈에 연결되어, 발광소자 또는 콜리메이터 렌즈의 위치를 이동시키는 위치 조정부
    를 더 포함하여,
    발광소자 또는 콜리메이터 렌즈의 위치를 조절하여 상기 광학 부재 또는 광기록 매체의 두께 편차를 보상하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 광원부는 발광소자를 포함하고,
    상기 광픽업 장치는
    상기 발광소자에 연결되어, 발광소자의 위치를 이동시키는 위치 조정부
    를 더 포함하여,
    발광소자의 위치를 조절하여 상기 광학 부재 또는 광기록 매체의 두께 편차를 보상하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  25. 삭제
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