KR100646433B1 - 광픽업장치 - Google Patents

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KR100646433B1
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유장훈
김석중
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Abstract

광원; 입사광을 광기록매체의 기록면에 집속시키는 대물렌즈; 대물렌즈에 의해 기록면에 집속된 뒤 반사되는 광을 수광하는 광검출기; 대물렌즈로 입사하는 광을 평행광으로 변경해주는 콜리메이팅렌즈; 콜리메이팅렌즈를 광축방향으로 이동시키기 위한 구동부; 및 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하기 위한 위치감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치가 개시된다.
광픽업, 구면수차, 광기록매체, 대물렌즈, 콜리메이팅렌즈

Description

광픽업장치{An optical pick-up apparatus}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 광픽업장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10..광디스크 11..대물렌즈
12..반사미러 13..광원
15..광검출기 17..광로변환기
19..콜리메이팅렌즈 20..구동부
21..홀더 23..스테핑모터
30..위치감지센서 41..신호연산부
43..제어부
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구면수차를 보정할 수 있는 구성을 가지는 광픽업장치에 관한 것이다.
대물렌즈에 의해 집속된 광을 이용하여 광정보 저장매체인 광디스크에 임의의 정보를 기록하거나, 기록된 정보를 재생하는 광기록재생기기에서, 기록용량은 광스폿의 크기에 의해 결정된다. 광스폿(S)의 크기는 사용하는 광의 파장(λ)과 대물렌즈의 개구수(NA, Numerical Aperture)에 의해 수학식 1과 같이 결정된다.
S ∝ λ/NA
따라서, 광디스크의 고밀도화를 위해 광디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해서는, 청자색 레이저와 같은 단파장 광원과 개구수 0.6 이상의 대물렌즈의 채용이 필수적이다.
디지털 다기능 디스크(이하, DVD:Digital Versatile Disk)는 잘 알려진 바와 같이, 파장 650nm(또는 635nm)인 광 및 개구수 0.6(기록 가능형인 경우 0.65)인 대물렌즈를 사용하여 기록 및/또는 재생된다. 이 DVD는 직경 120mm, 트랙피치 0.74㎛로 하면, 단면에 대해 4.7GB 이상의 기록용량을 가진다.
따라서, DVD는 고선명(HD:High Definition)급의 동영상정보를 기록하기 위한 기록매체로는 불충분하다. 이는 135분 분량의 동영상정보를 고선명급으로 기록하려면, 단면에 대해 예컨대, 23GB 이상의 기록용량이 요구되기 때문이다.
이러한 고밀도 기록용량 요구에 부응하도록, 적색보다 짧은 파장(405 내지 408nm)의 광 즉, 청색광 및 0.6보다 큰 개구수의 대물렌즈를 사용하며, 보다 협 트랙을 갖는 고밀도 광디스크 즉, 차세대 DVD[이하, HD-DVD(High Definition-DVD)]에 대한 개발 및 규격의 표준화가 추진되고 있다.
한편, 광디스크의 틸트에 의한 공차를 확보하려면, 고밀도화를 위해 대물렌즈의 개구수를 높임에 따라 광디스크의 두께를 줄일 필요가 있다. 이러한 광디스크의 틸트에 의한 허용 공차를 고려할 때, CD의 경우 1.2mm에서 DVD의 경우 0.6mm로 두께를 줄였으며, HD-DVD는 0.6mm 두께로 될 가능성이 높다. 대물렌즈의 개구수는, CD의 경우 0.45에서 DVD 및 HD-DVD의 경우 0.65으로 높아진다. 그리고, HD-DVD의 경우에는, 광원으로서 기록용량을 고려할 때, 청색 광원이 채용될 가능성이 높다. 이와 같이 새로운 규격의 광디스크를 개발함에 있어, 문제가 되는 것은 기존 광디스크와의 호환성이다.
또한, 개구수 0.85와 같은 고개구수를 갖는 대물렌즈를 이용한 차세대 고밀도 광정보기록저장매체로서, 일명 BD(BD, Blue-ray Disk)가 활발히 개발되고 있다.
상기 BD의 경우에는, 광원으로서는 단파장(405 내지 408nm)의 광 즉, 청색 광원이 이용되며, 디스크의 두께는 0.1mm가 될 가능성이 있다. 이러한 BD의 경우, DVD의 대략 10배의 기록용량을 갖게 된다. 이와 같이, 새로운 규격의 광정보저장매체를 개발함에 있어, 문제가 되는 것은 기존의 광정보 기록매체와의 호환성이다.
예를 들어, 기존 광디스크 중 일회 기록용의 DVD-R 및 CD-R은 파장에 따라 반사율이 현격히 떨어지기 때문에, 650nm와 780nm 파장의 광원의 사용이 필수적이다. 따라서, DVD-R 및/또는 CD-R과의 호환성을 고려할 때, HD-DVD용 광픽업 및 BD용 광픽업 각각은 두 개 또는 세 개의 파장이 서로 다른 광원을 채용할 필요가 있다.
그러데. 상기와 같이 0.85와 같은 고 개구수를 갖는 대물렌즈를 채용할 경 우, 광기록매체의 기록층을 보호하는 기재두께의 오차에 기인하는 구면수차는 개구수(NA)의 4승에 비례하므로, 고 개구수(NA)를 사용하는 광학계의 경우 구면수차를 보정하는 수단을 구성하는 것이 필수적이 되었다.
따라서, 구성이 간단하면서도 구면수차를 효과적으로 보정할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구면수차를 보정할 수 있는 구성을 가지는 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 광픽업장치는, 광원; 입사광을 광기록매체의 기록면에 집속시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈에 의해 상기 기록면에 집속된 뒤 반사되는 광을 수광하는 광검출기; 상기 대물렌즈로 입사하는 광을 평행광으로 변경해주는 콜리메이팅렌즈; 상기 콜리메이팅렌즈를 광축방향으로 이동시키기 위한 구동부; 및 상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하기 위한 위치감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 위치감지센서는 상기 광원과 상기 콜리메이팅렌즈 사이에서 상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위치감지센서는 상기 콜리메이팅렌즈와 상기 대물렌즈 사이에서 상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하도록 배치되어도 좋다.
또한, 상기 위치감지센서는 비접촉으로 상기 콜리메이팅렌즈를 감지하는 포 토센서를 포함하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 광픽업장치는 상기 광검출기에서 검출된 전기적 신호에 따라 소정 에러신호를 산출하는 신호연산부; 및 상기 에러신호에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 좋다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치를 자세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광픽업장치는, 기록밀도가 서로 다른 적어도 한 종류의 광기록매체(10;이하 광디스크라 함)에 정보를 기록/재생하는데 사용되는 대물렌즈(11), 광원(13), 광검출기(15), 광로변환기(17), 콜리메이팅렌즈(19), 구동부(20) 및 위치감지센서(30)를 구비한다.
상기 대물렌즈(11)는 예를 들어, 저밀도 광디스크인 DVD 계열의 광디스크(이하, DVD)에 정보를 기록/재생할 수 있으면서, 부가적으로 CD 계열의 광디스크(이하, CD)에 정보를 기록/재생할 수 있도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 대물렌즈(11)는 예를 들어, DVD 보다 고밀도 광디스크인 HD-DVD 계열의 광디스크(이하, HD-DVD)에 정보를 기록/재생할 수 있도록 마련될 수 있다. 이와 같이, 대물렌즈(11)는 CD, DVD 및 HD-DVD의 서로 다른 광디스크를 호환하여 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있도록 0.65 이하의 개구수를 가지도록 마련되어, 대략 0.6mm 이상의 두께를 가지는 광디스크에 사용하기 적합한 것으로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 대물렌즈(11)를 이용하여 상기와 같이 서로 기록밀도가 상이한 3종류 이상의 광디스크에 정보를 기록/재생하는데 따른 구면수차를 보정하기 위해 서 대물렌즈(11)로 입사하는 광경로 상에는 상기 콜리메이팅렌즈(19)가 마련된다. 이 콜리메이팅렌즈(19)는 대물렌즈(11)로 입사하는 광을 평행광으로 바꾸어주어 두께가 다른 광디스크에 따른 구면수차를 보정할 수 있도록 한다.
또한, 상기 대물렌즈(11)는 앞서 설명한 바와 같이, 비교적 저밀도의 광디스크보다는 기록밀도가 높은 광디스크 예를 들어, 0.1mm의 디스크 두께를 가지는 BD 계열의 광디스크(이하 BD라 함)에 정보를 기록 및/또는 저장하기에 적합하도록 대략 0.85 이상의 개구수(NA)를 가지는 것으로 채용될 수도 있다.
또한, 상기와 같이 저밀도 대물렌즈와 고밀도 대물렌즈 각각 즉, 서로 다른 개구수를 가지는 복수의 대물렌즈가 채용될 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명한 콜리메이팅렌즈(19)는 각 대물렌즈에 대응되게 복수개가 광경로 상에 이동 가능하게 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 3가지의 광디스크에 호환하여 사용할 수 있는 하나의 대물렌즈(11)를 채용한 것을 예로 들어서 설명하는 것이다.
이러한 대물렌즈(11)는 블레이드에 지지되어 미도시된 액튜에이터에 의해 트랙방향 및 포커싱방향 등으로 구동 가능하다.
상기 광원(13)은 상기 대물렌즈(11)가 CD, DVD 및 HD-DVD 등에 적합한 것을 감안할 때, 대략 405nm 내지 408nm(바람직하게는 405nm)의 단파장을 가지는 청색광을 출사하는 청색 레이저 다이오드일 수 있다. 이 광원(13)에서 출사되는 청색광은 상기 대물렌즈(11)를 이용해서는 HD-DVD 계열의 광디스크에 정보를 기록 및/또는 저장하는데 사용될 수 있다.
상기 광검출기(15)는 상기 대물렌즈(11)에서 광디스크(10)의 기록면에 집속 된 뒤 반사되는 광을 모두 수광하여 정보신호와 오차신호 등을 검출해낼 수 있는 PDIC(Photo Diod Integrated Circuit)인 것이 좋다. 도 1에서 도면부호 16은 광검출기(15)로 수광되는 광의 스폿을 확대하기 위한 센싱렌즈를 나타낸다.
상기 광로변환기(17)는 입사광의 편광성분에 따라서 반사 또는 투과시키는 편광 빔스프리터일 수 있다. 이 광로변환기(17)는 광원(13)에서 출사되는 광은 투과시키고, 광디스크(10)에서 반사되어 되돌아오는 반사광은 광검출기(15)로 향하도록 반사시킨다. 이러한 광로변환기(17)는 공지의 기술로부터 쉽게 이해될 수 있는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.
여기서, 상기 콜리메이팅렌즈(19)와 대물렌즈(11) 사이에는 콜리메이팅렌즈(19)를 통과한 평행광을 대물렌즈(11)로 반사시키는 반사미러(12)가 설치된다. 그리고 광원(13)과 광로변환기(17) 사이에는 출사된 광을 모아서 광료변환기(17)로 안내하는 광학부재(14)가 설치될 수 있다.
상기 구동부(20)는 콜리메이팅렌즈(19)를 지지하는 홀더(21)와, 홀더(21)를 광의 축방향으로 전후진 이동시키기 위한 스테핑모터(23)를 구비한다. 상기 홀더(21)는 대물렌즈(11)로 향하는 광축 방향을 따라 이동가능하게 설치된다. 상기 스테핑모터(23)는 정방향 및 역방향 구동가능하다. 예를 들어 스테핑모터(23)는 정방향 회전시 콜리메이팅렌즈(19)를 대물렌즈(11)에서 멀어지도록 이동시키고, 역방향으로 회전시 콜리메이팅렌즈(19)를 대물렌즈(11) 쪽으로 가까워지도록 구동시킨다.
여기서, 상기 홀더(21)에는 상기 위치감지센서(30)에 의해 감지될 수 있는 감지부(21a)가 연결될 수 있다. 이 감지부(21a)는 홀더(21)의 일측으로 연장되도록 마련되며, 바람직하게는 홀더(21)와 일체로 형성되는 것이 좋다.
상기 위치감지센서(30)는 상기 감지부(21a)를 비접촉식으로 감지할 수 있는 포토센서인 것이 바람직하다. 이 위치감지센서(30)는 콜리메이팅렌즈(19)의 이동시 감지부(21a)를 감지함으로써, 콜리메이팅렌즈(19)의 초기위치 즉, 기준위치를 찾을 수 있도록 한다. 구체적으로 살펴보면, 상기 콜리메이팅렌즈(19)는 상기 광디스크(10)의 종류 예컨대, 단층 기록면을 가지는 광디스크, 다층 기록면을 가지는 광디스크 등과 같이 다양한 광디스크에 대해서 구면수차를 보정할 수 있도록 광디스크의 종류에 따라 최적의 위치로 상기 구동부(20)에 의해 구동된다. 상기와 같이 최적의 상태에서 사용되다가 광픽업장치의 동작이 정지되면, 콜리메이팅렌즈(19)는 초기위치로 복귀하는 것이 아니라, 최적위치였던 지점에서 정지된 상태로 유지된다. 이러한 상태에서, 광픽업장치가 다시 구동되고 이전의 광디스크와는 다른 종류의 광디스크가 채용될 경우에는 구면수차를 보정할 수 있도록 콜리메이팅렌즈(19)는 다시 최적의 위치로 조정되어야 한다. 그런데, 콜리메이팅렌즈(19)가 현재 어느 위치에 위치된 상태인지 모르기 때문에, 최적의 위치를 찾기 위해서 어느 한 쪽으로 무작정 이동시킬 경우, 콜리메이팅렌즈(19)가 이웃한 광학부재(12,17)와 충돌할 수 있기 때문에 안전상의 문제가 될 수 있다.
때문에, 본 발명의 실시예에서와 같이, 위치감지센서(30)를 마련하면 콜리메이팅렌즈(19)의 기준위치를 찾을 수 있기 때문에, 콜리메이팅렌즈(19)의 이동시 발생하는 광학계의 손상 등을 방지할 수 있게 된다. 상기 콜리메이팅렌즈(19)의 초기위치 감지동작은 이후에 자세히 설명하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광픽업장치는, 상기 광검출기(15)에서 검출된 전기적 신호에 따라 소정 에러신호를 산출하는 신호연산부(41)와, 상기 에러신호에 따라 상기 구동부(20)의 구동을 제어하는 제어부(43)를 더 구비한다. 상기 신호연산부(41)는 구체적으로는, 광검출기(15)에서 검출된 전기적 신호로부터 포커스에러, 트래킹에러, 지터값 및 RF신호 등으로 산출한다.
상기 제어부(43)는 상기 위치감지센서(30)에서 전달되는 신호에 따라서 상기 구동부(20)를 제어하여 위치감지센서(30)에서 콜리메이팅렌즈(19)의 기준위치를 감지할 수 있도록 한다. 또한, 제어부(43)는 상기 신호연산부(41)에서 인가되는 정보를 근거로 구동부(20)를 구동제어함으로써, 콜리메이팅렌즈(19)에 의해 구면수차가 최소가 되는 최적위치를 찾을 수 있도록 한다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 광픽업장치의 작용효과에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 광픽업장치의 구동을 위해서 구동부(20) 즉, 스테핑모터(23)에 전원이 인가되면, 스테핑모터(23)는 정방향으로 구동된다(S10). 그러면, 콜리메이팅렌즈(19)는 도 1에서 대물렌즈(11)로부터 멀어지는 방향으로 이동된다. 이때, 제어부(43)는 위치감지센서(30)에서 감지부(21a)를 감지한 신호가 입력되었는지를 판단하고(S11), 감지신호가 입력되면 제어부(43)는 콜리메이팅렌즈(19)가 기준위치에 위치된 것으로 판단한다. 그런 다음, 제어부(43)는 스테핑모터(23)를 역방향으로 구동시킨다(S12). 그러면, 콜리메이팅렌즈(19)가 기준위치로부터 대물렌즈(11)와 가까워지는 쪽으로 이동된다. 그리고 제어부(43)는 스테핑모터(23)를 역회전 구동시 키되, 각 광디스크의 종류에 따라 디스크보호층에서 기록면까지의 두께를 감안하여 구면수차가 이론적으로 최소가 되는 위치 즉, 이론적인 설계위치까지 콜리메이팅렌즈(19)가 이동하도록 스테핑모터(23)를 구동시킨다(S13). 여기서, 상기 기준위치에서 설계위치까의 이송거리는 광디스크의 종류에 따라서 미리 설정되는 값이다. 예를 들어, BD의 경우에는 디스크보호층 t0.1(mm)를 감안하여 이송거리가 0.1mm인 지점이 구면수차가 최소가 될 수 있는 설계위치에 해당되며, 이러한 값은 제어부(43)에 미리 입력된다. 그리고 HD-DVD나 DVD인 경우에 있어서는, 디스크보호층 t0.6(mm)를 감안하여 이송거리가 0.6mm인 지점이 구면수차가 최소가 될 수 있는 설계위치에 해당된다.
상기와 같이, 기준위치에서부터 각 광디스크별로 각기 다른 이론적인 설계위치로 이동시킨 다음, 제어부(43)는 광검출기(15)에서 검출된 뒤 신호연산부(41)를 통해 입력되는 에러신호를 근거로 구동부(20)를 구동제어함으로써, 상기 콜리메이팅렌즈(19)를 최적위치로 조정하게 된다(S14). 여기서, 상기 단계(S14)는 광픽업장치의 동작에 있어서 통상적인 과정에 해당하는 것이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 상기 위치감지센서(30)에 의해서 콜리메이팅렌즈(19)의 기준위치를 감지하는 위치가 콜리메이팅렌즈(19)와 광원(13) 사이에 위치된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 즉, 위치감지센서(30)를 콜리메이팅렌즈(19)와 대물렌즈(11) 사이에 배치하고, 상기 기준위치가 콜리메이팅렌즈(19)와 대물렌즈(11) 사이에서 감지되도록 구성할 수도 있다. 이와 같이, 위치감지센서(30)의 위치를 적절히 설계함으로써, 대물렌즈(11)와 광로변환기(17)와 같은 광학부품에 위치감지센서(30)가 간섭되거나, 콜리메이팅렌즈(19)가 간섭되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 광학부품들을 간섭없이 콤팩트하게 배치하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광픽업장치의 소형화가 가능하고, 광학부품의 안전성을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 하나의 대물렌즈(11)가 채용된 것을 예로 들어 설명하였으나, 복수의 대물렌즈를 채용하는 광픽업장치의 경우에도 본 발명의 사상이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 복수의 대물렌즈 각각에 대응되게 복수의 콜리메이팅렌즈를 마련하되, 각 콜리메이팅렌즈를 함께 이동시킬 수 있게 구성함으로써, 앞서 도 1 및 도 2를 통해 설명한 바와 같은 구성을 통해 얻을 수 있는 동일한 작용효과를 얻을 수 있음은 당연하다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광픽업장치에 따르면, 광디스크의 구면수차를 보정하기 위한 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지할 수 있는 위치감지센서를 구비함으로써, 콜리메이팅렌즈의 제어동작이 용이하고, 콜리메이팅렌즈의 오동작에 의한 광학부품의 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 콜리메이팅렌즈를 기준위치로 이동시킨 상태에서 최적의 상태로 찾아갈 수 있도록 제어할 수 있기 때문에, 제품의 동작시간을 단축시킬 수 있으며, 제품의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 광원;
    입사광을 광기록매체의 기록면에 집속시키는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈에 의해 상기 기록면에 집속된 뒤 반사되는 광을 수광하는 광검출기;
    상기 대물렌즈로 입사하는 광을 평행광으로 변경해주는 콜리메이팅렌즈;
    상기 콜리메이팅렌즈를 광축방향으로 이동시키기 위한 구동부; 및
    상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하기 위한 위치감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치감지센서는 상기 광원과 상기 콜리메이팅렌즈 사이에서 상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치감지센서는 상기 콜리메이팅렌즈와 상기 대물렌즈 사이에서 상기 콜리메이팅렌즈의 기준위치를 감지하도록 배치되는 것을 특징으 로 하는 광픽업장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 위치감지센서는 비접촉으로 상기 콜리메이팅렌즈를 감지하는 포토센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광검출기에서 검출된 전기적 신호에 따라 소정 에러신호를 산출하는 신호연산부; 및
    상기 에러신호에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
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