KR100556477B1 - 광픽업 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광투과층 두께가 다른 복수 종류의 광디스크에 대응할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.

본 발명의 광픽업 장치는 광원에서 발생되어 입사되는 광빔을 해당 광디스크에 집속하기 위한 대물렌즈와, 광디스크의 종류에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절함과 아울러 마스크링을 구비하여 대물렌즈로 입사되는 광빔의 특정영역을 링형태로 차단하기 위한 빔차단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 디스크의 두께가 다른 복수 종류의 디스크를 호환하여 억세스하는 경우 개구수 조정방법과 링마스크에 의한 빔 차단방법을 이용하여 광학수차량이 디스크의 기울기에 둔감하게 변화되도록 함으로써 광학적 성질을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

광픽업 장치{Optical Pick-up Apparatus}

도 1은 DVD와 CD 상에 조사된 광빔의 분포 특성을 도시한 그래프.

도 2는 DVD 용 대물렌즈로 CD를 억세스하는 경우 대물렌즈의 개구수와 구면수차량의 관계를 나타낸 그래프.

도 3은 종래의 마스크를 이용한 DVD 및 CD의 억세스 방법을 나타낸 도면.

도 4는 기하광학적 해석과 회절광학적 해석에 의한 구면수차량을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광픽업 장치에 채용되는 마스크의 형태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마스크를 이용한 DVD 및 CD의 억세스 방법을 나타낸 도면.

도 7은 디스크의 기울기와 광학수차량의 관계를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10, 20 : 마스크 12 : 대물렌즈

14 : DVD 16 : CD

본 발명은 광픽업 장치에 관한 것으로, 특히 광투과층 두께가 다른 복수 종류의 광디스크에 대응할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광을 이용한 기록매체, 예컨대 CD(Compact Disc) 등과 같은 통상의 디스크형 매체를 구동하는 광 기록/재생 장치는 디스크를 회전시키면서 레이저 빔(Laser Beam)을 디스크의 기록면에 조사하여 데이터를 기록하거나 재생한다. 이를 위하여, 광 기록/재생 장치는 광원인 반도체 레이저로부터 발생된 레이저 빔을 광학계 소자들을 이용하여 광디스크의 기록면에 조사하는 광픽업을 구비한다.

최근에는 종래의 CD 계열 광디스크보다 대용량의 정보를 기록할 수 있는 DVD(Digital Versatile Disc) 계열 광디스크가 상용화되고 있는 추세이다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도가 높을 뿐만 아니라 디스크의 두께, 즉 광투과층의 두께가 작다. 실제로, DVD는 광투과층의 두께가 0.6mm인 반면에 CD의 광투과층 두께는 1.2mm이다. 이로 인하여, DVD용 광픽업 장치는 CD에 정보를 기록/재생하기 곤란하며, 이는 광디스크의 두께차이로 인한 구면수차, 광디스크의 기울기로 인한 코마수차와 디포커스에 의한 비점수차 등이 발생하는 것에 기인한다. 그러나, 이러한 광학수차들은 대물렌즈의 구경(NA)의 조정에 의해 조절이 가능함으로써 DVD와 CD의 호환을 가능하게 하고 있다.

구체적으로, 구면수차는 다음과 같이 디스크 두께(d)와 대물렌즈의 개구수(NA)에 비례하고 있다.

구면수차 ∝ d·NA⁴

도 1을 참조하면, DVD와 CD 상에 조사된 광빔의 분포 특성이 도시되어 있다.

도 1에서 대물렌즈의 개구수(NA)가 0.6으로 일정한 경우 DVD 상에서의 빔의 세기가 CD 상에서의 빔의 세기보다 높음을 알 수 있다. 이는 DVD용으로 설계된 대물렌즈를 이용하여 CD를 억세스하기에는 부적합함을 의미한다.

도 2는 DVD 및 CD에서의 구면수차량을 나타내고 있다.

도 2에서 대물렌즈의 개구수(NA)가 커지는 경우 CD의 구면수차량이 증가하게 되므로 구면수차량을 줄이기 위한 방법으로 개구수(NA)를 조절하여 즉, (A)에 도시된 바와 같이 구경의 a'인 지점을 차단하여 DVD용 광픽업 장치에서 CD에 정보를 기록/재생할 수 있게 된다.

이를 위하여, 종래의 광픽업 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 대물렌즈(12)의 전단부에 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절할 수 있는 마스크(10)를 구비한다. 이 마스크(10)는 특정한 파장대역의 광빔만을 선택하여 차단하거나 특정방향의 편광빔만을 선택하여 차단함으로써 대물렌즈(12)의 개구수를 조절하게 된다. 도 3에서, 대물렌즈(12)가 DVD용으로 설계된 경우 DVD(14)를 억세스하기 위한 광빔은 마스크(10)에 의해 차단되지 않고 투과되어 대물렌즈에 의해 DVD(14)에 집속되게 된다. 반면에, CD(16)를 억세스하기 위한 광빔은 마스크(10)의 차단영역에 의해 차단되어 광폭이 조절된 상태로 대물렌즈에 의해 CD(16)에 집속되게 된다.

이와 같이, 종래의 광픽업 장치는 개구수조절수단을 채용하여 DVD와 CD를 호 환하여 억세스할 수 있었다.

그런데, 코마수차 또한 다음과 같이 디스크의 두께(d)와 개구수(NA)에 비례하고 있다.

코마수차 ∝ d·NA²

이 코마수차는 개구수(NA)가 증가하면 디스크의 기울기에 민감하게 작용하게 된다. 다시 말하여, 광학수차량이 디스크의 기울기에 민감하게 작용하여 광학적 특성을 저하시켜 기록/재생시 성능을 열화시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 광투과층의 두께 등이 다른 복수종류의 광디스크를 호환하여 억세스하는 경우 광학적 성질이 디스크의 기울기에 둔감하도록 하는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 광원에서 발생되어 입사되는 광빔을 해당 광디스크에 집속하기 위한 대물렌즈와, 광디스크의 종류에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절함과 아울러 마스크링을 구비하여 대물렌즈로 입사되는 광빔의 특정영역을 링형태로 차단하기 위한 빔차단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발 명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

통상, 광투과층의 두께가 0.6mm인 DVD용 광픽업 장치에서 광투과층의 두께가 1.2mm인 CD에 정보를 기록/재생하는 경우 광투과층의 두께 차이에 의하여 광학수차가 발생하게 된다. 이 광학수차에서 구면수차량이 지배적으로 존재하게 되고, 그 구면수차량을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, Δd는 광투과층의 두께 변화량, n은 광디스크의 굴절률, NA는 대물렌즈의 개구수를 나타내는 변수이다.

도 4를 참조하면, 상기 수학식 1에 의한 구면수차량을 나타내고 있다. 도 4에서 기하학적인 구면수차란 빛의 직진성질에 의한 구면수차를 의미한다. 또한, 상기 수학식 1에서 회절을 고려한 수차량 W(r)(A)를 포함하는 동함수는 다음과 같다.

여기서, A는 투과광량, W(r)(A)는 상기 수학식 1에 나타낸 구면수차량이다. 동함수 f(r)(B)에 의한 회절광학적 구면수차량에 대한 그래프는 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4에서 렌즈의 반경변화에 따라 구면수차는 일정한 주기를 갖고 변화하고 있음을 알 수 있다. 도 4에서 π/2에서 3π/2 사이에서 구면수차가 증가하므로 이 부분은 차단하여야 구면수차가 줄어들게 된다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 중간부분과 최외곽부에 제1 및 제2 마스크링(20A, 20B)을 구비하는 마스크(20)를 구비한다.

도 4 및 도 5에서, 마스크(20)에서의 마스크링(20A, 20B)의 중심위치(r_m+1)는 (2m+1)π의 지점에 위치하므로 마스크링의 폭(Δr_m+1)은 상기의 중심위치에서 ±π/2의 차이가 나도록 각각 설정되어야 함을 알 수 있다. 이 경우, 마스크링(20A, 20B) 반경(r_m+1)과 마스크링(20A, 20B)의 폭(Δr_m+1)은 상기 식에 의하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, m은 상수이며, a는 대물렌즈의 반경, n은 광디스크의 굴절율, λ은 레이져빔의 파장, Δd는 광디스크의 두께차이, NA는 대물렌즈의 개구수이다. 이와 같이, π/2에서 3π/2 영역에 마스킹을 하는 경우 주빔과 주변빔의 관계에서 구면수차량의 감소현상이 현저하게 나타나게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 대물렌즈의 구경이 a인 렌즈의 일부에 링 형태의 마스킹(20A, 20B)을 하여 π/2에서 3π/2 영역으로 입사되는 빔을 차단하게 하는 경우 앞식에서 중간부분에 위치하는 제2 마스크 링(20A)에 해당하는 위치 r₂가 3λ/2 기준으로 3π±π/2 이고 이 제2 마스킹 링(20A)의 폭Δr₂는 다음과 같다. r₂/a = 0.717을 중심으로 Δr₂ = ±0.06 으로하는 경우 제2 마스크링(20A)의 중심위치 r₂는 1.434mm가 되며, 제2 마스크링(20A)의 Δr₂폭은 ±0.12mm가 된다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마스크(20)를 이용한 DVD 및 CD의 억세스 방법을 나타내고 있다.

도 5에 도시된 바와 같은 빔차단수단(20)은 마스크링(20A, 20B)에 의해 특정한 파장대역의 광빔만을 선택하여 차단하거나 특정방향의 편광빔만을 선택하여 차단함으로써 대물렌즈(12)의 개구수를 조절하게 된다. 도 6에서, 대물렌즈(12)가 DVD용으로 설계된 경우 DVD(14)를 억세스하기 위한 광빔은 마스크(10)에 의해 차단되지 않고 투과되어 대물렌즈에 의해 DVD(14)에 집속되게 된다. 반면에, CD(16)를 억세스하기 위한 광빔은 마스크(20)의 마스크링(20A, 20B)에 의해 차단되어 광폭이 조절된 상태로 대물렌즈(12)에 의해 CD(16)에 집속되게 된다.

도 7은 디스크의 기울기와 광학수차량의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7에서 종래의 광픽업장치에서 광투과층의 두께가 0.6mm 인 DVD에 적합하게 설계되어 개구수 NA가 0.6인 대물렌즈로 광투과층의 두께가 1.2mm인 CD를 억세스하는 경우 개구수 조정방법에 의해 대물렌즈의 개구수 NA를 0.45로 조절하였을 경우 그래프 C와 같이 CD(16)의 광학수차량의 평균값(RMS)은 디스크의 기울기에 민감하게 작용하게 된다. 반면에, 본 발명에 따른 마스크링을 구비한 마스크(20)를 이용하여 CD(16)를 억세스하는 경우 개구수 조절방법과 링방식의 결합에 의해 CD(16)의 광학수차량의 평균값(RMS)은 그래프 E와 같이 디스크의 기울기에 보다 둔감하게 작용하게 된다. 그리고, DVD(14)를 억세스하는 경우 종래와 본 발명의 광픽업 장치 모두 광학수차량의 평균값(RMS)과 디스크 기울기의 관계는 그래프 D와 같이 동일한 나타나게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의하면 디스크의 두께가 다른 복수 종류의 디스크를 호환하여 억세스하는 경우 개구수 조정방법과 링마스크에 의한 빔 차단방법을 이용하여 광학수차량이 디스크의 기울기에 둔감하게 변화되도록 함으로써 광학적 성질을 향상시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광픽업 장치에 의하면 디스크의 두께가 서로 다른 복수 종류를 호환하여 억세스하는 경우 기록/재생 품질을 향상시킬 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 (4)

1. 디스크의 두께가 서로 다른 복수 종류의 디스크를 호환하여 억세스하기 위한 광픽업 장치에 있어서,

   광원에서 발생되어 입사되는 광빔을 해당 광디스크에 집속하기 위한 대물렌즈와,

   상기 광디스크의 종류에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절함과 아울러, 구면수차랑을 회절광학적으로 해석하는 경우, 구면수차량 주기의 (2n+1)π 지점에 위치하는 마스크링을 구비하여 상기 대물렌즈로 입사되는 광빔의 특정영역을 링형태로 차단하기 위한 빔차단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크링의 폭은 상기 중심위치에서 ±π/2로 설정되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
3. 삭제
4. 삭제

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