KR100627490B1 - 이종 기록매체 호환 광픽업 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결상되는 위치가 서로 다른 기록 밀도가 상이한 이종 기록매체 호환용 광픽업 장치에 관한 것이다.

본 발명은 기록밀도가 상이한 이종 기록매체의 호환 광기록 및 재생을 적어도 하나이상 수행하기 위하여, 광기록 매체 상에 빔을 집속하여 결상시켜 주기 위한 광 집속/결상수단을 포함하며, 상기 광결상수단를 구성하는 액정소자에 인가되는 전류를 제어하여 전류가 ON/OFF 됨에 상기 액정의 분자배열이 변경되어 입사되는 광의 굴절율이 변경되도록 한다.

따라서 본 발명에 의하면, 서로 다른 파장을 가지며, 광이 결상되는 위치가 다른 두 종류이상의 디스크의 호환방식에 적용하여, 충분한 성능 뿐 아니라, 높은 효율을 달성할 수 있다.

광기록 재생장치, 액정소자, 호환, 이종, 대물렌즈

Description

이종 기록매체 호환 광픽업 장치{OPTICAL PICKUP APPARATUS FOR INTERFACING A DIFFERENT KIND OF RECOEDING MEDIA}

도1은 일반적인 CD/DVD 겸용 광픽업 장치의 구성을 나타낸 도면

도 2는 서로 다른 기판 두께를 가진 디스크간의 호환성을 확보하기 위해 회절소자인 HOE ( Holographic Optical Element ) 를 사용하는 것을 나타낸 도면.

도 3은 BD디스크인 0.1mm 디스크에 맞게 설계, 제작된 대물렌즈로서 0.6mm의 DVD디스크를 재생할 때 발생하는 수차의 형상을 나타낸 도면.

도 4는 0차광과 1차광을 사용하는 경우의 HOE의 depth와 회절효율과의 관계를 나타낸 곡선

도 5는 1차광과 1차광을 사용하는 경우의 HOE의 depth와 회절효율과의 관계를 나타낸 곡선

도 6은 본발명의 목적을 달성하기 위한 액정소자를 이용하여 호환을 달성할 수 있는 개략적인 구성을 나타낸 도면.

도 7은 상기 호환소자의 하나의 실시예로써, 액정소자를 사용한 것을 나타낸 도면

본 발명은 광기록 및 재생을 위한 광픽업 장치에 관한 것으로, 특히 결상되는 위치가 서로 다른 기록 밀도가 상이한 이종 기록매체 호환용 광픽업 장치에 관한 것이다.

상기 이종이라함은 기록밀도가 서로다른 2개이상의 기록매체를 말한다.

광디스크는 기록용량을 증가시키기 위한 꾸준한 개발 노력에 의해 기존의 컴팩트 디스크(Compact Disk; 이하 CD라함) 보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지탈 비디오 디스크(Digital Versatile Disk; 이하 DVD라 함)가 개발되었으며, 기존의 CD를 이용해서 고밀도(2배 밀도이상)로 데이터를 기록 및 재생할 수 있는 고밀도 기록 재생용 디스크와 그 드라이브도 개발되고 있다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도(즉, 트랙 밀도)가 조밀할 뿐만 아니라 디스크의 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다. 이로 인하여, DVD용 광픽업장치는 CD에 정보를 기록/재생하기 곤란하며, 이는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록면간의 거리가 변화함으로 인한 구면수차와, 광디스크의 틸팅(Tilting)으로 인한 코마수차 및 디포커스에 의한 비점수차 등이 발생하는 것에 기인한다.

구면수차는 정보 기록 매체 영역에 의한 광빔의 메인 로브의 세기가 정보 기록 매체 이외의 영역에 의한 사이드 로브의 세기에 비해 상대적으로 커지게 하여 정보 트랙간의 간섭 현상을 발생시킨다. 그리고 코마수차 및 비점수차등은 광학계 를 불안정하게 하여 광학 특성을 저하시킨다. 이러한 구면수차(SA), 코마수차(CA) 및 비점수차(DA)는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록면간의 거리의 변화, 굴절률, 대물렌즈의 개구수(NA), 디포커스 량, 광디스크의 틸트 정도 등에 의존한다.

그렇지만 광픽업 장치는 개구수(NA)가 다른 대물렌즈들을 이용하여 광원으로부터의 광빔의 직경을 조절할 경우 CD 및 DVD 모두를 억세스 할 수 있게 된다.

또한 최근 광 디스크가 고밀도, 고 용량화 되어 가면서, 이를 기록, 재생하기 위한 빔의 크기를 줄이기 위하여, 대물렌즈의 개구수를 증가시키고, 레이저 빔의 파장을 줄이는 방향으로 발전되어 왔다.

그러나 이때 디스크의 경사에 따른 신호의 열화특성은 레이저의 파장에 반비레하고 대물렌즈의 개구수의 세제곱에 비례하므로, 디스크의 경사에 대한 margin이 밀도가 증가할 수록 급격히 줄어들게 된다.

이에, 이를 보상하기 위하여 디스크의 기록 밀도가 증가할수록, 디스크의 기판 두께를 감소시켜서 디스크 경사특성을 보상한다.

일례로, 650MB의 CD 디스크는 레이저 파장이 780nm정도이고 대물렌즈의 개구수는 0.45이다.

한편 4.7GB의 대용량인 DVD디스크는 레이저 파장이 650nm이고 대물렌즈의 개구수는 0.6이다.

CD의 디스크 기판 두께는 1.2mm인데 비해서, DVD의 경우는 0.6mm로서 DVD가 얇게 되어 있다.

또 최근에 개발되고 있는 BD디스크의 경우 405nm파장에 개구수를 0.85로 하 는 방식이 제안되어 있다. 이 경우의 디스크 두께는 0.1mm로서 매우 얇게 하여 디스크 경사 margin을 확보한다.

이와 같이 디스크의 종류에 따라서 디스크의 기판두께가 다르므로, 한가지 종류의 디스크에 맞게 설계된 광픽업으로 다른 종류의 디스크를 기록,재생을 하게되면 디스크의 두께차이 때문에 구면수차가 크게 발생하게 되어, 광품질의 열화가 발생하여 정상적인 신호의 기록,재생이 힘들게 된다. 따라서 디스크 상호간의 호환성의 필요성이 대두되게 된다.

이에 서로 다른 기판 두께를 가진 디스크간의 호환성을 확보하기 위한 방법으로는 여러 가지의 방법이 제시되어 있다.

도 1은 일반적인 CD/DVD/BD 겸용 광픽업 장치의 구성을 나타낸다. 여기에서는 설명의 편의상 CD/DVD간의 호환을 예를들어 설명하나, BD등의 호환도 기본적인 방식은 같다고 할 수 있다.

도 1을 참조하면, DVD용 레이저 광을 출력하기 위한 제1 광원과(1)과, CD용 레이저 광을 출력하기 위한 제 2광원(2)과, 상기 제1 광원에서 출력하는 광빔은 투과시키고 제 2광원(2)에서 출력하는 광은 반사시키는 빔 스프리터(3)와, 상기 빔 스프리터로부터 진행하는 광빔을 평행빔으로 만들기 위한 시준 렌즈(Collimating lens)(4)와, 상기 시준렌즈를 통과한 평행빔을 반사시켜 광경로를 변환하는 반사경(5)과, 상기 반사경에 의해서 반사된 빔을 기록매체인 디스크(7) 상의 임의의 한 점에 집속하는 대물렌즈(6a)와, 상기 대물렌즈에 입사되는 광을 굴절시키는 굴절수단 (6b)를 포함하여 이루어지고 있다.

상기와 같이 구성되는 일반적인 광픽업장치에서, 제 1광원(1)에서 출력된 광빔은 빔 스프리터(3)를 투과하여 시준렌즈(4)에 의해서 평행빔으로 되고, 제 2광원(2)에서 출력된 광빔은 빔 스프리터(3)에서 반사되어 시준렌즈(4)에 의해서 평행빔으로 된다. 시준렌즈(4)를 통과하여 이루어진 평행빔은 반사경(Half Mirror)(5)에 의해서 광경로가 수직으로 변경되고, 반사경(5)을 경유한 광빔은 대물렌즈(6a)에 의해 디스크(7) 상의 한 점으로 집속된다. 이 때 반사경(5)을 경유하여 대물렌즈(6a)에 입사되는 광빔은 굴절수단(6b)를 통과하게 됨으로써, 650nm(DVD)와 780nm(CD)의 선택적 굴적율에 의한 CD/DVD 공유 액세스가 이루어질 수 있도록 한 것이다. 이와 같이 CD와 DVD의 호환을 위해서 NA의 차, 파장(λ)의 차, 그리고 디스크 두께(t)의 차 등을 모두 고려하는 방법이 요구된다.

특히, BD 기록 또는 재생을 위한 BD용 대물렌즈의 경우는 NA=0.85이고, λ=405nm이며, 커버 글래스는 t=0.1mm이므로, DVD용 대물렌즈(NA=0.6, λ=650nm, t=0.6mm)이므로 BD와 DVD와의 호환을 위해서는 상기한 NA, λ, t의 차를 극복할 수 있는 수단이 요구된다.

즉, BD 광 디스크의 경우 기록/재생용 레이저의 파장은 405nm이고, 디스크 표면에서 기록층 까지의 두께는 0.1t, 대물렌즈의 개구수 NA=0.85로 상대적으로 크며, DVD 광 디스크의 경우 레이저 파장은 650nm이고, 디스크 표면으로부터 기록층 까지의 두께는 0.6t, 대물렌즈의 개구수 NA=0.6이므로, HD디스크에 맞게 제작된 대물렌즈(광픽업 장치)로 DVD 디스크를 재생하기 위해서는 디스크 두께의 차에 의한 구면수차 및 레이저 파장의 차이에 의한 색수차 등을 보상할 수 있어야 한다.

상기한 바와 같이, 서로 다른 기판 두께를 가진 디스크간의 호환성을 확보하기 위한 방법중, 도 2와 같이 회절소자인 HOE ( Holographic Optical Element ) 를 사용하는 방법이 몇 가지 제시되어 있다.

상기 HOE를 사용하는 호환방식 중, 0차광(투과)과 1차광을 사용하여 0차광은 고밀도 디스크, 1차광은 저밀도 디스크에 사용하는 방법과, 두개의 디스크 모두에 대해서 1차광을 사용하는 방법 등 다양한 방법이 있다. 이때 몇차광을 사용하는가와, HOE의 특성이 어떠한가에 따라서 대물렌즈도 그에 맞게 설계되어야 한다.

그런데, 각각의 경우 모두 고밀도 디스크와 저밀도 디스크를 재생하는 광의 HOE에 의한 회절효율이 큰 것이 광량 손실을 최소화하는 관점에서 유리하다.

하지만 0차,1차광을 사용하는 방법의 경우, 1차광의 효율을 크게 가져가도록 HOE를 설계하면 0차광 의 효율은 떨어지게 되고, 0차광의 효율을 크게 가져가면, 1차광의 효율이 떨어지게 되어 중간의 적당 한 값을 취할 수 밖에 없다.

그리고 1차,1차광을 사용하는 방법의 경우에는 두 광의 파장이 다르기 때문

에, 두 파장에 동시에 회절효율이 최고치가 되도록 설계하기는 불가능하다. 따라서 이 경우도 마찬가지로 적당한 중간값에서 HOE가 설계된다.

즉 일반적인 비편광 HOE의 경우에는 두 파장에 대해서 회절효율을 최대치로 가져가기는 힘들게 되고, 따라서 어느 정도의 광 손실이 발생하게 된다.

이를 도 2와 같이 BD 디스크와 DVD 디스크를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 기판의 두께가 서로 다른 두 종류의 디스크를 하나의 대물렌즈를 사용하여 읽을 때, 두께차이때문에 구면수차가 크게 발생하게 된다.

도면 2에서 보는바와 같이, BD 디스크는 0.1 mm 의 두께를 가지고 있고, 이를 기록 재생하는 대물렌즈의 개구수는 0.85이다.

반면에 DVD디스크는 0.6mm의 두께를 가지고, 대물렌즈의 개구수는 0.6이다

BD디스크인 0.1mm 디스크에 맞게 설계, 제작된 대물렌즈로서 0.6mm의 DVD디스크를 재생할 때 발생하는 수차의 형상(OPD)(Optical Path Difference)은 도 3과 같다.

이의 rms(실효값)치로 환산한 수차값은 0.507l 정도로서, 전체 광학계의 수차값이 0.07l 이하이어야 한다는 Marechal Criterion 에 크게 부족하게 된다.

따라서 이 위상을 보상하기 위해서, 650nm의 빔이 입사했을 때, 수차와 반대되는 위상값을 가지게 하는 소자가 필요하게 된다.

그 한가지 방법으로서 빛의 회절효과를 이용하여 위상을 조정할 수 있는 광학소자인 HOE(holographcoptical element )가 있다.

상기에서 설명한바와 같이, 도 2는 BD 전용 대물렌즈의 앞에 HOE소자를 두어서, BD의 경우는 405nm파장의 빛을 0차광을 사용하여,빔의 특성변화가 없게 하고, DVD의 경우는 650nm의 빛은 1차광을 사용하여 구면수차를 보상하게 할 수 있다.

도 4에는 HOE의 depth와 회절효율과의 관계를 나타낸 곡선이며, 도면에서 보는바와 같이 BD의 경우는 405nm 0차광이고, DVD의 경우는 650nm 1차광이다.

도면에서 보는바와 같이, BD인 405nm파장의 0차광의 회절효율을 크게 하면 할 수록, DVD인 650nm파장의 빛의 1차 효율은 떨어지게 되고, 따라서 광량이 부족하게 되는 문제가 발생한다.

다른 방법으로서 405nm 와 650nm 파장 모두 1차광을 사용할 수도 있다. 이 경우 대물렌즈는 BD전용 렌즈가 아닌, 적절히 설계된 렌즈이어야 한다.

이경우의 HOE의 depth 와 회절효율과의 관계를 나타낸 곡선은 도 5와 같다.

도면에서 보는바와 같이, 좌측은 BD의 405nm 1차광의 효율 곡선이고, 우측은 DVD의 650nm파장의 1차광의 회절효율 곡선이며, 최대 효율이 나타나는 점이 서로 다르므로, 두 종류 모두 최대의 효율을 만들기는 어렵우며, 한편, 적절한 중간값을 취했을 때는 깊이의 공차에 따른 회절효율의 변화가 심하게 되어 제작했을 때, 공차에 따라 편차가 심하게 나타나는 단점이 있다.

하나의 다른 실시예로써, 서로 다른 기판 두께를 가진 디스크간의 호환성을 확보하기 위한 방법으로 편광 HOE를 사용하는 방법이 있다.

편광방향에 따라서 한쪽편광 방향으로는 회절이 없도록 하고, 수직한 편광 방향으로는 1차광의 효율이 최대로 되도록 적절히 조절하면, BD 광과 DVD 광의 편광방향을 서로 수직하게 입사하여, BD에 대해서는 HOE가 작용하지 않고, DVD 에 대해서만 회절이 일어나서 호환을 이루도록 할 수가 있게 된다.

하지만 이 경우에는 원편광을 사용하지 못한다는 단점이 있기 때문에, 빔의 형상관리나 광량확보 등에서 많은 문제점을 가지게 된다.

본 발명은 기판의 두께가 다른 이종의 광 디스크를 호환하는 장치에 있어서, 액정소자를 이용하여 전극을 ON/OFF 제어함에 따라 이종의 광 디스크를 호환할 수 있는 이종 디스크 기록/재생장치를 제공함을 목적으로한다.

즉, HOE를 이용한 기판의 두께가 다른 이종의 광 디스크를 호환하는 장치에 있어서, 양쪽 모두의 회절효율을 최대로 가져가기가 힘든 단점이 있는 문제점을 해결하기 위하여, 액정소자를 이용하여 전극을 on/off 함에 따라서 액정소자의 분자배열이 변경됨에 따라 이종의 광디스크를 모두 기록 재생할 수 있게 하는 장치이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종 기록매체 호환 광픽업 장치는, 서로다른 파장의 광을 발생하는 하나이상의 광원과; 상기 광원에서 출사된 광에 대해 굴절, 통과 및 반사를 하나이상 수행하는 빔 분리수단인 BS와; 상기 BS를 통과한 광을 평행광 또는 반사를 수행하는 수단 및 기록매체에 광을 집속하는 대물렌즈를 포함하는 광시스템에서, 기록밀도가 상이한 이종 기록매체의 호환 광기록 및 재생을 적어도 하나이상 수행하기 위하여, 광기록 매체 상에 빔을 집속하여 결상시켜 주기 위한 광 집속/결상수단을 포함하며, 상기 광결상수단를 구성하는 액정소자에 인가되는 전류를 제어하여 전류가 ON/OFF 됨에 상기 액정의 분자배열이 변경되어 입사되는 광의 굴절율이 변경되도록 한다.

또한 본 발명의 하나의 실시예로써, 액정소자내에는 입사되는 광이 굴절될 수 있도록 전극에 곡률이 형성되며, 상기 곡률을 조정하여 굴절율을 차별적으로 할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적, 특징들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설 명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본발명의 목적을 달성하기 위한 액정소자를 이용하여 호환을 달성할 수 있는 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

도면에서 보는바와 같이, 서로 다른 이종의 기록밀도를 가진 BD와 DVD간의 광효율을 확보하기 위해 호환소자(50)를 대물렌즈(51)과 대면하게 구성한다.

상기 호환소자에서 굴절발산되어 입사된 서로 다른 파장을 가진 각각의 광은 대물렌즈에서 수렴되어 각각의 BD디스크(52) 및 DVD디스크(53)에 집광된다.

도 7은 상기 호환소자의 하나의 실시예로써, 액정소자를 사용한 것을 나타낸 도면이다.

도면에서 보는바와 같이, 상기 액정소자에는 기판(60)이 형성되며, 액정(61)과 전극 (64)이 구성된다.

또한 부가적으로, 상기 액정소자에는 전원(63)이 인가되며, 상기 전원을 제어할 수 있도록 ON/OFF 스위치 (62)가 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 액정소자에서, 서로 다른 파장을 가진 BD 및 DVD의 광효율을 유지하면서 호환을 하기 위한 하나의 동작방법으로써, BD디스크를 재생할 때는, 이 액정소자에 아무런 전극을 가해주지 않으며, 이때 상기 액정소자는 아무런 작용을 하지 않는다. 따라서 BD재생시에는 아무 문제가 없다.

한편, DVD디스크를 재생할 때에는, 상기 액정소자에 전극을 가하며, 이때 액정들의 분자배열이 변하므로 입사하는 광이 발산을 하게 된다.

즉, 도 7에서 보는바와 같이, 가운데의 전극의 곡률을 적절히 조절하여 설계하면 DVD광이 입사할 때, 호환을 달성할 수 있는 렌즈 역할을 할 수 있도록 할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 기판의 두께가 다른 이종의 광 디스크를 호환하는 장치에 있어서, 액정소자를 이용하여 전극을 ON/OFF 제어함에 따라 이종의 광 디스크를 호환할 수 있는 이종 디스크 기록/재생장치에 관한 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다.

따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 이종 기록매체 호환 광픽업 장치에 의하면, 서로 다른 파장을 가지며, 광이 결상되는 위치가 다른 두 종류이상의 디스크의 호환방식에 적용하여, 충분한 성능 뿐 아니라, 높은 효율을 달성할 수 있다.

Claims (3)

1. 서로 다른 파장의 광을 발생하는 둘 이상의 광원과; 상기 둘 이상의 광원 중 어느 하나에서 출사된 광을 투과 또는 반사시키는 빔 스프리터와; 상기 빔 스프리터를 통과한 광을 기록매체에 광을 집속하는 대물렌즈를 포함하는 광학 시스템에 있어서,

   상기 대물렌즈와 빔 스프리터 사이에는 전극의 전원을 온/오프 함에 따라 액정분자 배열이 변화되어 입사된 원편광이 발산되도록 하는 액정소자가 포함되고,

   상기 전극은 광축에 대해 수직인 평면부와 광축에 대해 곡률이 형성된 곡률부로 구성된 것을 특징으로 하는 이종 기록매체 호환 광픽업 장치.
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3. 삭제

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