KR100555489B1 - 호환형 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

제1파장의 광을 조사하는 제1광원과; 제1파장 보다 단파장인 제2파장의 광을 조사하는 제2광원과; 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과; 제1 및 제2광원에서 조사되고, 광로변환수단을 경유하여 입사된 광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와; 제1 및 제2광원에서 조사되고, 광디스크에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하는 호환형 광픽업장치가 개시되어 있다. 이 개시된 호환형 광픽업장치는 상기한 광로변환수단으로, 제1광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제1빔스프리터와, 제2광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제2빔스프리터를 포함하며, 제1광원과 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 제1광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제1콜리메이팅렌즈와; 제1콜리메이팅렌즈와 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 입사된 평행광을 적어도 0차광, ±1차광으로 회절 투과시키는 그레이팅과; 제2광원과 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 제2광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제2콜리메이팅렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

호환형 광픽업장치{Compatible optical pickup apparatus}
도 1은 종래 호환형 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 호환형 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.
도 3은 도 2의 광원 및 이 광원에서 조사된 빔 형상을 보인 도면.
도 4는 광디스크에 맺힌 광스폿의 형상을 보인 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광검출기를 보인 개략적인 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30...광디스크 50...고정광학계 51...제1광원
54...제1콜리메이팅렌즈 55...그레이팅 57...제1빔스프리터
61...제2광원 63...제2빔스프리터 71...제2콜리메이팅렌즈
73...수광렌즈 75...광검출기 77...모니터용 광검출기
80...가동광학계 81...반사부재 83...대물렌즈
본 발명은 두께가 서로 다는 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업장치에 관한 것으로서, 상세하게는 CD-RW(rewritable), DVD 등을 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광픽업장치는 비접촉식으로 디스크에 정보를 기록하거나, 기록된 정보를 재생하는 장치이다. 디스크의 고밀도화에 따라 사용 광 파장이 단파장화되고, 고개구수를 갖는 대물렌즈를 채용한 광픽업장치가 요구되고 있다. 또한, 고밀도용 광픽업장치는 CD, CD-R, CD-RW, CD-I 등의 통상의 디스크를 호환채용이 필요하다.
도 1을 참조하면, 종래의 호환형 광픽업장치는 제1 및 제2광원(11)(21), 입사광을 회절 투과시키는 그레이팅(13), 입사광의 경로를 변환하기 위한 광로변환수단, 콜리메이팅렌즈(17), 광디스크(1)에 광스폿이 형성되도록 입사광을 집속시키는 대물렌즈(19) 및, 광디스크(1)에서 반사되고 수광렌즈(25)을 경유하여 입사된 광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기(27)를 포함하여 구성된다.
상기 제1광원(11)은 CD 등의 두께 1.2mm를 갖는 광디스크용 광원으로, 대략 780nm의 파장을 갖는 광을 조사한다. 상기 제2광원(21)은 DVD 등의 단면 두께 0.6mm를 광디스크용 광원으로 대략 650nm 파장을 갖는 광을 조사한다. 여기서, 상기 제1 및 제2광원(11)(21)에서 조사된 광은 발산광으로 상기 콜리메이팅렌즈(17)에 의해 집속되어 평행광이 된다.
상기 그레이팅(13)은 상기 제1광원(11)과 상기 광로변환수단 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제1광원(11)에서 조사된 발산 입사광을 0차광, ±1차광 등으로 회절 투과시킨다. 이 그레이팅(13)을 통해 회절 입사된 +1차광과 -1차광은 상기 광 디스크(1)의 트랙오차신호를 검출하는데 이용된다.
상기 광로변환수단은 상기 제1광원(11)에서 조사된 광의 진행경로를 변환하기 위한 제1빔스프리터(15)와, 상기 제2광원(21)에서 조사된 광의 진행경로를 변환하기 위한 제2빔스프리터(23)를 포함하여 구성된다.
상기 콜리메이팅렌즈(17)는 상기 제1빔스프리터(17)와 상기 대물렌즈(19) 사이의 광로 상에 배치되어, 입사광을 집속 투과시킨다. 즉, 상기 콜리메이팅렌즈(17)는 상기 제1 및 제2광원(11)(21)에서 조사되어 입사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 한다.
상기한 바와 같이 구성된 광픽업장치에 있어서, 상기 그레이팅이 상기 제1광원과 상기 제1빔스프리터 사이의 경로 상에 배치되므로, 입사광이 발산하여 상기 그레이팅을 통과한다. 이에 따라 입사광중 광축에 대해 먼 쪽에 위치된 부분에 수차가 발생하여 ±1차회절광을 이용하여 트랙오차신호를 검출하는데에 영향을 준다는 단점이 있다. 또한, 광축에 대한 그레이팅의 조립공차가 발생하는 경우, 광디스크 및 광검출기 상의 0차광, ±1차광 사이의 간격이 달라져 검출신호 옵셋(offset)이 존재하여 오차신호의 정도가 떨어지는 단점이 있다. 이와 같은 단점에 의하여, 종래의 호환형 광픽업장치로는 광디스크로서 CD-RW(rewritable)와 DVD를 호환 채용하는 것이 불가능하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로, 광픽업장치에서 발생되는 수차를 최소화할 수 있도록 광학계의 배치 구조를 개선함으로써, CD- RW(rewritable), DVD 등을 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1파장의 광을 조사하는 제1광원과; 상기 제1파장 보다 단파장인 제2파장의 광을 조사하는 제2광원과; 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과; 상기 제1 및 제2광원에서 조사되고, 상기 광로변환수단을 경유하여 입사된 광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와; 상기 제1 및 제2광원에서 조사되고, 상기 광디스크에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하는 호환형 광픽업장치에 있어서, 상기 광로변환수단은 상기 제1광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제1빔스프리터와, 상기 제2광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제2빔스프리터를 포함하고,
상기 제1광원과 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제1광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제1콜리메이팅렌즈와; 상기 제1콜리메이팅렌즈와 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 입사된 평행광을 적어도 0차광, ±1차광으로 회절 투과시키는 그레이팅과; 상기 제2광원과 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제2광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제2콜리메이팅렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호환형 광픽업장치를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는 광을 조사하고 수광하는 것으로 광로 상에 고정 배치된 고정광학계(50)와, 상기 고정광학계(50) 쪽에서 입사된 평행광을 집속시켜 광디스크(30)에 맺히도록 하는 것으로 광디스크(30)의 반경방향으로 왕복 움직임 가능하게 설치된 가동광학계(80)를 포함하여 구성된다.
상기 고정광학계(50)는 제1광(L1)을 조사하는 제1광원(51), 상기 제1광(L1) 보다 단파장인 제2광(L2)을 조사하는 제2광원(61), 광로변환수단, 상기 광디스크(30)에서 반사된 제1 및 제2광(L1)(L2)을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기(75), 제1 및 제2콜리메이팅렌즈(54)(71) 및, 상기 제1콜리메이팅렌즈(54)와 상기 광로변환수단 사이의 경로 상에 배치되어 평행하게 입사된 제1광(L1)을 회절 투과시키는 그레이팅(55)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 가동광학계(80)는 상기 고정광학계(50) 쪽에서 평행하게 입사된 제1 및 제2광(L1)(L2) 각각이 광디스크(33)(31) 각각에 맺히도록 집속시키는 대물렌즈(83)를 포함한다. 또한, 가동광학계(80)는 상기 광로변환수단과 상기 대물렌즈(83) 사이의 광로 상에 마련되어 수평방향으로 평행하게 입사된 광을 수직방향으로 바꾸어주는 반사부재(81)를 더 포함한다. 이와 같이, 구성된 가동광학계(80)는 상기 광디스크(30)에 대한 정보의 기록/재생시 상기 광디스크(30)의 반경방향으로 이송되면서 상기 고정광학계(50)에서 조사된 광스폿이 상기 광디스크(30)에 맺히도 록 한다.
상기 제1 및 제2광원(51)(61)은 통상 반도체 레이저로 구성되며, 소정 발산각을 갖는 레이저 광을 각각 조사한다. 즉, 제1광원(51)에서 조사된 제1광(L1)은 상대적으로 두께가 두꺼운 디스크(33) 예컨대, 콤팩트 디스크를 채용시 적합한 것으로, 대략 780nm의 파장을 가진다. 그리고, 상기 제2광원(61)에 조사된 제2광(L2)은 상대적으로 두께가 얇은 디스크(31) 예컨대, DVD 채용시 적합한 것으로, 대략 650nm의 파장을 가진다.
상기 제1광원(51)은 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(53) 상에 설치되며 측방향으로 레이저 광을 조사하는 모서리 발광형 레이저 다이오드(52)를 포함하여 구성된다. 이 레이저 다이오드(52)는 상기 기판(53) 상에 반도체물질층들이 적층 형성된 구조로, 그 측면(z축 방향)으로 레이저 광(L)을 조사한다. 이 레이저 다이오드(52)는 TE 편광모드(Transverse Electric Polarization Mode)의 광 즉, S편광의 광을 조사한다. 이는 조사된 광의 전기장
Figure 111999012819506-pat00001
성분이 반도체물질층의 적층된 부분의 경계와 평행함을 의미한다. 또한, 상기 레이저 다이오드(52)는 조사되는 광의 시발점에 있어서 종방향과 횡방향 차이를 가진다. 이에 따라 조사광은 적층방향으로 장경이 배치된 타원형상의 빔단면 형상을 가진다. 즉, 상기 레이저 다이오드(52)에서 조사된 광은 자기장
Figure 111999012819506-pat00002
성분이 그 단면이 장경방향으로 배치되고, 전기장
Figure 111999012819506-pat00003
성분이 단경방향으로 배치된다. 한편, 상기 제1광원(51)에서 조사되어 상기 광디스크에 맺힌 광스폿이 도 4에 도시된 바와 같이, 광디스크(30)의 반경방향(R)으로 장반경이 위치되고, 접선방향(T)으로 단반경이 위치되는 것이 바람직하다. 상기 제1광원(51)은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 배치된다.
상기 제1콜리메이팅렌즈(54)는 상기 제1광원(51)과 상기 그레이팅(55) 사이에 배치되어, 상기 제1광원(51)에서 조사되어 발산하는 제1광(L1)이 평행광이 되도록 한다. 따라서, 상기 그레이팅(55)에 입사되는 광이 평행광이 유지됨으로써, 상기 그레이팅(55)를 투과하여 회절되는 광이 광학적인 수차가 적게 발생된다는 이점이 있다. 또한, 상기 그레이팅(55)의 광학적 배치시, 광축 조립공차가 발생해도 회절된 0차광, ±1차광을 포함한 3빔 사이 간격이 일정하다는 이점이 있다.
상기 제2콜리메이팅렌즈(71)는 입사되는 발산광은 평행광이 되도록 하고, 입사되는 평행광은 집속광이 되도록 한다. 즉, 제2광원(61)에서 조사된 제2광(L2)은 평행광이 되도록 하고, 상기 광디스크(30)에서 반사되어 입사된 평행하게 입사된 제1 및 제2광(L1)(L2)은 집속광이 되도록 한다.
상기 광로변환수단은 상기 제1광원(51)에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제1빔스프리터(57)와, 상기 제2광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제2빔스프리터(63)를 포함하여 구성된다. 상기 제1빔스프리터(57)는 상기 그레이팅(55), 제2콜리메이팅렌즈(71) 및, 상기 반사부재(81) 사이의 광로 상에 배치되어 상기 제1광원(51) 쪽에서 입사된 광은 상기 디스크(33) 쪽으로 향하도록 하고, 상기 디스크(33) 쪽에서 입사된 광은 상기 광검출기(75) 쪽으로 향하도록 한다. 이 제1빔스프리터(57)는 입사광을 편광성분에 따라 분기시키는 편광빔스프리 터, 입사광을 소정 광량비로 분할하여 투과/반사시키는 통상의 빔스프리터 또는, 일 방향에서 입사되는 광을 직진투과시키고, 다른 방향에서 입사된 광은 회절투과시키는 홀로그램소자 등으로 구성된다. 여기서, 상기 제1빔스프리터(57)는 상기 제1광원(51)에서 조사된 광 중 대부분은 상기 광디스크(33)쪽으로 반사시키지만, 일 부분은 투과시켜 상기 제1 및 제2광원(51)(61)의 광출력 정도를 검출하는 모니터용 광검출기(77)에 수광된다. 상기 모니터용 광검출기(77)로 향하는 광은 상기 제1 및 제2콜리메이팅렌즈(54)(71)를 경유하여 평행하게 입사된다. 이에 따라 도 1에 도시된 바와 같은 광학적 배치를 포함하여 모니터용 광검출기로 향하는 광이 발산광이 되도록 된 광픽업장치에 비하여, 상기 모니터용 광검출기(77)의 광출력 수광 효율을 높일 수 있다.
상기 제2빔스프리터(63)는 상기 제2광원(61), 상기 콜리메이티렌즈(71) 및, 수광렌즈(73) 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제2광원(61) 쪽에서 입사된 광은 상기 광디스크(31) 쪽으로 향하도록 하고, 상기 광디스크(31)에서 반사된 광은 상기 광검출기(75) 쪽으로 향하도록 한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 광검출기(75)는 상기 광디스크(30)에서 반사된 0차회절광을 수광하는 제1광검출기, +1차회절광과 -1차회절광을 각각 수광하는 제2 및 제3광검출기를 포함한다.
상기 제1광검출기는 수광된 광을 각각 독립적으로 광전변환하며, 2×2 배열을 갖는 분할판 A, B, C 및 D를 포함한다. 상기 제2광검출기는 상기 그레이팅(55)에 의해 회절된 +1차회절광을 수광하도록 상기 제1광검출기의 일 측에 배치되며, 각각 독립적으로 광전변환하는 분할판 E1, E2를 포함한다. 그리고, 상기 제3광검출기는 상기 그레이팅(55)에 의해 회절된 -1차 회절광을 수광하도록 상기 제1광검출기의 타 측에 배치되며, 각각 독립적으로 광전변환하는 분할판 F1, F2를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 제1 내지 제3광검출기를 구비한 이유는, 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(33)를 채용시, 이 광디스크(33)에 대한 트랙오차신호는 차동푸시풀법(Differential Push Pull ; DPP)을 이용하여 검출하기 위함이다.
즉, DPP법에 의한 트랙오차신호(TE)의 검출은 수학식 1과 같이 차동 및 합산 함에 의해 검출할 수 있다.
Figure 111999012819506-pat00004
상기한 바와 같이, DPP법에 의해 트랙오차신호를 검출함으로써, 광디스크의 바른 트랙에 대한 정보의 검출시, +1차회절광과 -1차회절광을 수광하여 차동시 (0)이 아닌 값이 검출되는 옵셋(offset) 문제를 해결할 수 있다는 이점이 있다.
그리고, 상기한 바와 같이 구성된 광픽업장치의 광학요소의 광축조정은 다음과 같다. 우선 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(33)를 기준으로 제1광원(51), 대물렌즈(83), 광검출기(75)를 조정한 후, 상대적으로 두께가 얇은 광디스크(31)에 적합한 제2광원(61)을 x, y, z축으로 조정한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는 제1 및 제2콜리메이팅렌즈의 위치를 변경하여, 고정광학계(50)과 가동광학계(80) 사이에 전달되 는 광이 평행광이 되도록 함으로써, 가동광학계(80)의 가동위치에 무관하게 광검출기(75)로 향하는 광의 폭이 일정하도록 할 수 있다. 또한, 평행광이 진행하는 경로 상에 그레이팅을 배치하여 그레이팅에 입사되는 광이 평행광이 유지되도록 함으로써, 상기 그레이팅를 투과하여 회절되는 광이 광학적인 수차가 적게 발생된다는 이점이 있고, 광축 조립공차가 발생해도 회절된 0차광, ±1차광을 포함한 3빔 사이 간격이 일정하다는 이점이 있다. 그리고, 광검출기를 복수의 분할판을 갖는 제1 내지 제3광검출기를 구비하여 DPP법으로 트랙오차신호를 검출함으로써, 트랙오차신호 검출시의 옵셋을 줄일 수 있다.
상기한 바와 같은 이점을 갖는 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는 통상의 CD와 DVD의 호환 채용 이외에, 기록가능한 CD-RW(rewritable)를 호환 채용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 제1파장의 광을 조사하는 제1광원과; 상기 제1파장 보다 단파장인 제2파장의 광을 조사하는 제2광원과; 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과; 상기 제1 및 제2광원에서 조사되고, 상기 광로변환수단을 경유하여 입사된 광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와; 상기 제1 및 제2광원에서 조사되고, 상기 광디스크에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하는 호환형 광픽업장치에 있어서,
    상기 광로변환수단은 상기 제1광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제1빔스프리터와, 상기 제2광원에서 조사된 광의 진행경로를 변환시키는 제2빔스프리터를 포함하고,
    상기 제1광원과 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제1광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제1콜리메이팅렌즈와;
    상기 제1콜리메이팅렌즈와 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 입사된 평행광을 적어도 0차광, ±1차광으로 회절 투과시키는 그레이팅과;
    상기 제2광원과 상기 제1빔스프리터 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 제2광원에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 제2콜리메이팅렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는 입사되는 평행광을 집속시키는 것으로, 상기 광디스크의 반경방향으로 가동가능하게 배치되며,
    상기 제1 및 제2광원, 상기 광로변환수단, 상기 제1 및 제2콜리메이팅렌즈, 상기 그레이팅 및, 상기 광검출기는 고정 배치된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광검출기는,
    수광된 광을 각각 독립적으로 광전변환하며, 2×2 배열을 갖는 분할판 A, B, C 및 D를 포함하는 제1광검출기와;
    상기 그레이팅에 의해 회절된 일 회절광을 수광하도록 상기 제1광검출기의 일 측에 배치되며, 각각 독립적으로 광전변환하는 분할판 E1, E2를 포함하는 제2광검출기와;
    상기 그레이팅에 의해 회절된 다른 회절광을 수광하도록 상기 제1광검출기의 타 측에 배치되며, 각각 독립적으로 광전변환하는 분할판 F1, F2를 포함하는 제3광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
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