KR100828369B1 - Optical pickup apparatus - Google Patents
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Abstract
NA가 0.85인 대물 렌즈를 가지는 BD/CD 광학계와 NA가 약 0.6인 대물 렌즈를 가지는 HD DVD/DVD 광학계를 조합시킨 호환계를 가지는 광픽업 장치가 개시되어 있다.An optical pickup apparatus having a compatibility system combining a BD / CD optical system having an objective lens having an NA of 0.85 and an HD DVD / DVD optical system having an objective lens having an NA of about 0.6 is disclosed.
이 개시된 광픽업장치는, 커버층 두께가 0.1mm인 제1광디스크와, 커버층 두께가 1.2mm인 제2광디스크를 재생하는 제1광학계와; 커버층 두께가 0.6mm인 제3 및 제4광디스크 각각을 재생하는 제2광학계와; 제1광학계를 경유해서 제1광디스크에 빔을 조사하거나, 제2광학계를 경유해서 제3광디스크에 빔을 조사하는 약 405nm 대의 파장을 가지는 제1반도체 레이저와; 제1광학계를 경유해서 제2광디스크에 빔을 조사하는 약 780nm 대의 파장을 가지는 제2반도체 레이저와; 제2광학계를 경유해서 제4광디스크에 빔을 조사하는 약 650nm대의 파장을 가지는 제3반도체 레이저;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The disclosed optical pickup apparatus includes: a first optical disk for reproducing a first optical disk having a cover layer thickness of 0.1 mm and a second optical disk having a cover layer thickness of 1.2 mm; A second optical system for reproducing each of the third and fourth optical disks having a cover layer thickness of 0.6 mm; A first semiconductor laser having a wavelength in a range of about 405 nm for irradiating a beam to the first optical disk via the first optical system or for irradiating the beam to the third optical disk via the second optical system; A second semiconductor laser having a wavelength in the range of about 780 nm for irradiating a beam onto the second optical disk via the first optical system; And a third semiconductor laser having a wavelength of about 650 nm for irradiating a beam to the fourth optical disk via the second optical system.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HD DVD/DVD 호환 광학계와 BD/CD 호환 광학계로 이루어지는 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면이다.1 is a view showing an optical arrangement of an optical pickup device consisting of a HD DVD / DVD compatible optical system and a BD / CD compatible optical system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 대물렌즈에 입사되는 광의 편광상태를 나타내는 모식도로서, 도 2a는 저 NA에서 집광시킨 모식도이며, 도 2b는 고 NA에서 집광시킨 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a polarization state of light incident on an objective lens, FIG. 2A is a schematic diagram focused on a low NA, and FIG. 2B is a schematic diagram focused on a high NA.
도 3은 도 2의 편광상태에 있어서 진동 방향과 직교한 방향의 스폿을 나타내는 모식도로서, 도 3a는 저 NA에서 집광시킨 모식도이며, 도 3b는 고 NA에서 집광시킨 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a spot in a direction orthogonal to the vibration direction in the polarization state of FIG. 2, FIG. 3A is a schematic diagram focused on a low NA, and FIG. 3B is a schematic diagram focused on a high NA.
도 4는 파필드 패턴(Far Field Pattern)을 고려하지 않은 경우의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭과 대물 렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the half-width of the spot diameter in the polarization state and the NA of the objective lens in the case where the far field pattern is not considered.
도 5는 도 4의 편광상태에 있어서의 스폿 직경 반치폭비와 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between the spot diameter half-width ratio and the NA of the objective lens in the polarization state of FIG.
도 6은 파필드 패턴을 고려했을 경우의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭과 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다.Fig. 6 is a graph showing the relation between the spot diameter half width in the polarization state and the NA of the objective lens in the case of considering the farfield pattern.
도 7은 도 6의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭비와 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a relationship between the spot diameter half-width ratio in the polarization state of FIG. 6 and the NA of the objective lens. FIG.
도 8은 종래의 호환형 광학계를 가지는 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면이다.8 is a view showing an optical arrangement of a conventional optical pickup apparatus having a compatible optical system.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
4...BD/CD 호환 광학계4 ... BD / CD compatible optics
8...HD DVD/DVD 호환 광학계8 ... HD DVD / DVD compatible optics
10...청 보라 레이저 소자10 ... Blue Purple Laser Element
15...회절격자15 ... Dragonist
45a, 45b...1/4 파장판45a, 45b ... 1/4 wave plate
50...무편광 홀로그램 소자50 ... polarization hologram element
55...BD/CD 호환 대물렌즈 유니트55 ... BD / CD compatible objective unit
60...CD용 홀로그램 유니트60 ... hologram unit for CD
70...DVD용 홀로그램 유니트 70 ... DVD hologram unit
85...HD DVD/DVD/CD 호환 대물렌즈 유니트85 ... HD DVD / DVD / CD compatible objective unit
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 상세하게는 호환 광학계를 가지는 광픽업장치에 관한 것이다. The present invention relates to an optical pickup device, and more particularly, to an optical pickup device having a compatible optical system.
일반적으로, 소형이며 휴대 가능한 기록 매체에 15GB이상의 대용량 데이터를 기록하기 위하여, 청 보라색의 레이저 다이오드(LD)를 사용하는 광디스크 시스템으로서 Blu-ray Disc(상표명, 이하 「BD」로 약칭한다)나 HD DVD(상표명) 등이 개발 되어 있다. Generally, an optical disc system using a blue-violet laser diode (LD) for recording large data of 15 GB or more on a small and portable recording medium, Blu-ray Disc (hereinafter abbreviated as "BD") or HD DVD (trade name) is developed.
이들 시스템에 적용되는 광픽업장치는 종래의 전형적인 기록매체인 컴팩트 디스크(Compact Disc; CD), 디브이디(Digital Versatile Disc; DVD)와의 호환성 뿐만 아니라, BD와 HD DVD 상호 간에 호환성을 가지는 것이 바람직하다.The optical pickup apparatus applied to these systems is not only compatible with compact discs (CDs) and digital versatile discs (DVDs), which are typical recording media, but also with BD and HD DVDs.
일반적으로 CD 재생을 위한 광픽업장치는 약 780nm대 파장의 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드(Laser Diode; 이하 LD라 한다)와, 개구수(Numerical Aperture; 이하, NA라 한다)가 0.45인 대물렌즈를 이용한다. 그리고, DVD용 광픽업장치는 약 650nm대 파장의 레이저 광을 조사하는 LD와 NA가 0.6인 대물렌즈를 이용한다. 그리고, HD DVD에 대하여 기록 및 재생을 수행하는 광픽업장치는 NA가 0.65인 대물렌즈를 사용하고 있다. In general, an optical pickup device for reproducing CD has a laser diode (hereinafter referred to as LD) for irradiating laser light having a wavelength of about 780 nm and an objective lens having a numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of 0.45. Use The optical pickup device for DVD uses LD and NA of 0.6 for irradiating laser light with wavelength of about 650 nm. The optical pickup apparatus for recording and reproducing HD DVD uses an objective lens having a NA of 0.65.
또한, 광디스크 커버층의 두께는 BD가 0.1mm, HD DVD가 0.6mm, DVD가 0.6mm, CD가 1.2mm이다. 그러므로, HD DVD용 광픽업장치와 DVD용 광픽업장치와의 호환을 비교적 용이하게 확보할 수 있는 가능성이 있다. 그러나, BD에는 NA가 0.85인 대물 렌즈를 사용하므로 그 외의 광학계와 호환시키는 것이 곤란하다. The thickness of the optical disc cover layer is 0.1 mm for BD, 0.6 mm for HD DVD, 0.6 mm for DVD, and 1.2 mm for CD. Therefore, there is a possibility that the compatibility between the optical pickup device for HD DVD and the optical pickup device for DVD can be secured relatively easily. However, since an objective lens having a NA of 0.85 is used for BD, it is difficult to be compatible with other optical systems.
이에 따라, BD 광학계와 기타 광학계를 구별하여 2개의 광학계를 구비한 광 픽업장치가 제안된 바 있다.Accordingly, there has been proposed an optical pickup apparatus having two optical systems that distinguishes the BD optical system from other optical systems.
도 8은 종래의 HD DVD/DVD/CD 호환 광학계(108)와 BD 광학계(104)를 가지는 광픽업 장치의 광학적 배치를 보인 도면이다.FIG. 8 is a view showing an optical arrangement of an optical pickup apparatus having a conventional HD DVD / DVD / CD compatible
도 8을 참조하면, 종래의 호환형 광픽업장치는 HD DVD/DVD/CD 호환 광학계(108)에서 사용하는 광학부품은 3파장에 대응시키고 있기 때문에 이하의 문제가 생길 수 있다.Referring to FIG. 8, in the conventional compatible optical pickup apparatus, since the optical component used in the HD DVD / DVD / CD compatible
예를 들어 홀로그램 소자는 모든 파장에 대하여 광 이용 효율을 높이기 어렵고, DVD나 CD를 재생할 때에도 기록용 고출력 LD를 사용해야만 한다. 따라서, DVD용 LD 및 CD용 LD의 고출력화를 수행하면, 재생시 LD의 고주파수(High Frequency; HF) 변조가 곤란해질 경우가 있다. 그리고, 홀로그램 소자의 광 이용 효율이 낮다는 것은 불필요한 광이 많다는 것으로, 예를 들어 포커싱 에러(FE) 신호에 포함되는 옵셋(offset) 신호가 커지는 문제가 생긴다. 또한, 3파장에 대응한 다이크로익 필터(Dichroic filter; DF) 미러는 막 두께가 두텁기 때문에 왜곡이 커지는 문제가 생긴다.For example, the hologram element is difficult to improve the light utilization efficiency for all wavelengths, and a high output LD for recording must be used even when playing a DVD or a CD. Therefore, when high output of the LD for DVD and the LD for CD is performed, high frequency (HF) modulation of LD may become difficult during reproduction. The low light utilization efficiency of the hologram element means that there is a lot of unnecessary light. For example, an offset signal included in a focusing error (FE) signal increases. In addition, since a dichroic filter (DF) mirror corresponding to three wavelengths has a large film thickness, a problem arises in that distortion is large.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, NA가 0.85인 대물 렌즈를 가지는 BD/CD 광학계와, NA가 약 0.6인 대물 렌즈를 가지는 HD DVD/DVD 광학계가 조합된 호환 광학계를 가지는 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and includes a compatible optical system in which a BD / CD optical system having an objective lens having a NA of 0.85 and an HD DVD / DVD optical system having an objective lens having a NA of about 0.6 are combined. Its purpose is to provide an optical pickup apparatus having a.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 커버층 두께가 0.1mm인 제1광디스크와, 커버층 두께가 1.2mm인 제2광디스크를 재생하는 제1광학계와; 커버층 두께가 0.6mm인 제3 및 제4광디스크 각각을 재생하는 제2광학계와; 상기 제1광학계를 경유해서 상기 제1광디스크에 빔을 조사하거나, 상기 제2광학계를 경유해서 상기 제3광디스크에 빔을 조사하는 약 405nm 대의 파장을 가지는 제1반도체 레이저와; 상기 제1광학계를 경유해서 상기 제2광디스크에 빔을 조사하는 약 780nm 대의 파장을 가지는 제2반도체 레이저와; 상기 제2광학계를 경유해서 상기 제4광디스크에 빔을 조사하는 약 650nm대의 파장을 가지는 제3반도체 레이저;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1광학계는 개구수가 0.85인 제1대물렌즈를 포함하며, 상기 제2광학계는 개구수가 0.65인 제2대물렌즈를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a first optical system for reproducing a first optical disk having a cover layer thickness of 0.1 mm, and a second optical disk having a cover layer thickness of 1.2 mm; A second optical system for reproducing each of the third and fourth optical disks having a cover layer thickness of 0.6 mm; A first semiconductor laser having a wavelength of about 405 nm for irradiating a beam to said first optical disk via said first optical system or to irradiate a beam to said third optical disk via said second optical system; A second semiconductor laser having a wavelength in the range of about 780 nm for irradiating a beam to the second optical disk via the first optical system; And a third semiconductor laser having a wavelength of about 650 nm for irradiating a beam to the fourth optical disk via the second optical system. Here, the first optical system includes a first objective lens having a numerical aperture of 0.85, and the second optical system includes a second objective lens having a numerical aperture of 0.65.
또한, 본 발명은 복수의 다른 규격의 광디스크를 재생 또는 재생 기록할 수 있도록 서로 개구수가 다른 대물렌즈를 가지는 복수의 광학계를 포함하는 광픽업장치에 있어서, 상기 광학계는 원편광의 광이 상기 광학계의 대물렌즈 중 개구수가 가장 큰 대물렌즈에 입사되도록 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 복수의 다른 규격의 광디스크는 청 보라색 광을 사용하는 광디스크 규격을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention includes a plurality of optical systems having an objective lens having a numerical aperture different from each other so as to reproduce or reproduce recording of a plurality of different standard optical discs, the optical system is characterized in that the circularly polarized light of the optical system Characterized in that the numerical aperture of the objective lens to be incident on the largest objective lens. Herein, the optical discs of the different standards include an optical disc standard using blue violet light.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광픽업장치를 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에서 실질상 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였으며, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an optical pickup apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for substantially the same components, and repeated description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram showing an optical arrangement of an optical pickup apparatus according to an embodiment of the present invention.
이 광픽업장치는 BD/CD 호환 광학계(4)와 HD DVD/DVD 호환 광학계(8)로 이루어진다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 광픽업장치는 상기한 호환 광학계(4)(8)를 구성하는 DVD용 LD를 가지는 DVD용 홀로그램 유니트(70)와, CD용 LD를 가지는 CD용 홀로그램 유니트(60)와, 청 보라 LD(10)와, HD DVD/DVD용 호환 대물렌즈 유니 트(85)와, BD/CD 호환 대물 렌즈 유니트(55)를 구비한다. 상기 청 보라 LD(10)는 HD DVD 광학계와 BD 광학계에서 공통화되어 있다.This optical pickup device consists of a BD / CD compatible
HD DVD 광학계와 DVD 광학계의 광 경로는 대개 공통화되어 있고, HD DVD/DVD 호환 대물렌즈 유니트(85)는 청 보라 LD(10)에 의한 405nm대 중심파장과 DVD용 홀로그램 유니트(70)에 의한 650nm대 파장의 레이저 광을 광디스크에 집광시킨다. 한편, BD 광학계의 광 경로의 일부는 CD 광학계와 공통화되어 있고, BD/CD 호환 대물렌즈 유니트(55)는 청 보라 LD(10)에 의한 405nm대 중심파장과 CD용 홀로그램 유니트(60)에 의한 780nm대 파장의 레이저 광을 광디스크에 집광하는 역할을 한다.The optical paths of the HD DVD optical system and the DVD optical system are generally common, and the HD DVD / DVD compatible
이하, 본 실시예에 따른 호환 광학계를 가지는 광픽업장치의 광 경로에 대해서 설명하기로 한다. Hereinafter, an optical path of an optical pickup apparatus having a compatible optical system according to the present embodiment will be described.
먼저, HD DVD/DVD 호환 광학계(8)의 광 경로는 다음과 같다.First, the optical path of the HD DVD / DVD compatible
청 보라 LD(10)에서 조사된 P편광성분의 직선편광(이하, 「P파」로 약칭한다)인 405nm대의 발산광은 회절격자(15)를 통과한 후, 편광변환소자(20a)에서 편광 변환된다. 즉, 상기 편광변환소자(20a)에 입사된 P파는 S편광성분의 직선편광(이하, 「S파」로 약칭한다)로 변환된다. 이 변환된 S파는 편광 프리즘(25a)에서 반사된 후, 파장 선택성을 가지는 다이크로익 필터(DF)(25b)에서 반사된다. 그리고, 콜리메이트 렌즈(30a)에서 평행 광속으로 변환된다. 이후, 1/2 파장판(80)에서 위상이 90°지연되어 다시 P파로 변환되고, DF 미러(40b)에서 두 경로로 분리된다. 즉, 상기 DF 미러(40b)를 투과한 광은 검출렌즈(90b)를 경유하여 모니터용 수광소 자(95b)로 입사된다. 한편, 상기 DF 미러(40b)에서 반사된 광은 1/4 파장판(45b)에서 45도 위상지연되어 원편광이 되고 상기 HD DVD/DVD 호환 대물렌즈 유니트(85)에서 집광되어 광디스크의 신호기록층으로 수렴된다. 또한 상기 광디스크로부터 반사된 광은 상기 HD DVD/DVD 호환 대물렌즈 유니트(85)에 다시 입사되고, 이 대물렌즈 유니트(85)를 경유한 후, 상기 1/4 파장판(45b)에서 S파가 되고, 상기 1/2 파장판(80)에서 P파로 변환된다. 그리고, DF(25b)에서 반사된 후, 편광 프리즘(25a)를 투과하고, 검출렌즈(90c)를 경유하여 수광소자(96)에 수광된다.The divergent light in the 405 nm band, which is linearly polarized light (hereinafter abbreviated as "P wave") of the P-polarized light emitted from the
다음에 DVD 광학계의 광 경로에 대하여 설명하기로 한다.Next, the optical path of the DVD optical system will be described.
DVD용 홀로그램 유니트(70)에서 조사된 650nm 대의 발산광은 미러(75)에서 반사되어 파장 선택성을 가지는 DF(25b)에 입사된다. 그리고, 이 DF(25b)를 투과한 P파는 HD DVD와 동일한 광경로를 통하여 광디스크에 입사된다. The 650-nm divergent light emitted from the
광디스크에서 반사된 광은 광디스크로 향하는 광경로와 동일 광경로를 역순으로 진행하여, DVD용 홀로그램 유니트(70)에 수광된다. 여기서, DVD 광학계의 편광상태는 직선편광과 원편광에서의 성능의 차이가 적으므로 어느 것이어도 좋다.The light reflected from the optical disc proceeds in the reverse order of the same optical path as that directed to the optical disc, and is received by the
다음에 BD/CD 호환 광학계(4)에 있어서, BD 광학계의 광 경로에 대해서 설명한다.Next, in the BD / CD compatible
청 보라 LD(10)로부터 조사된 P파인 약 405nm대의 발산광은 편광변환소자(20a)에서 편광 변환되지 않고 투과된다. 그리고, 이 투과된 광은 편광 프리즘(25a)을 투과한 후, 콜리메이트 렌즈(30a)에서 평행 광속으로 집속된다. 이어서, 제2DF(27)을 투과한 후, DF 미러(40a)에서 두 경로로 분리된다. 즉, 상기 DF 미 러(40a)를 투과한 광은 검출렌즈(90a)를 경유하여 모니터용 수광소자(95a)로 입사된다. 한편, 상기 DF 미러(40a)에서 반사된 광은 1/4 파장판(45a)에서 45도 위상지연되어 원편광이 되고, BD용 대물렌즈 유니트(55)에서 집광되어 광디스크의 신호기록층으로 수렴된다. 상기 광디스크에서 반사된 광은 입사 경로를 순차로 되돌아 1/4 파장판(45a)에서 S파가 되고, 편광 프리즘(25a)에서 반사되어 검출 렌즈(90c)를 통해 수광소자(96)에서 수광된다.The divergent light of about 405 nm band which is P wave irradiated from the
한편, CD 광학계의 광 경로는 아래와 같다.On the other hand, the optical path of the CD optical system is as follows.
CD용 홀로그램 유니트(60)로부터 조사된 약 780nm대의 발산광은 콜리메이트 렌즈(30c)를 통해 집속된다. 이 집속된 광은 상기 제2DF(27)에서 반사되어, 상기 BD 광학계에서 조사된 광의 경로와 동일한 광경로로 광디스크의 신호기록층으로 수렴된다. 광디스크에서 반사된 광은 입사광 경로를 되돌아와, 상기 CD용 홀로그램 유니트(60)에 수광된다. 여기서, CD 광학계의 편광상태는 직선편광과 원편광에서의 성능의 차이가 적으므로 어느 것이어도 좋다.About 780 nm of divergent light emitted from the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 각 광학요소들은 2파장 대응으로 함으로써, 예를 들어 홀로그램의 광 이용 효율을 향상시키고 DF 미러의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, CD를 재생할 때 생기는 포커스 오차신호를 억제할 수 있다. 또한, DVD 재생이나 CD 재생에서 저출력 LD를 사용할 수 있으며, 나아가 DF 미러의 왜곡을 억제할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, each optical element corresponds to two wavelengths, for example, to improve the light utilization efficiency of the hologram and to reduce the thickness of the DF mirror. Therefore, the focus error signal generated when playing the CD can be suppressed. In addition, low output LD can be used in DVD playback or CD playback, and furthermore, distortion of the DF mirror can be suppressed.
한편, NA가 0.65 보다 큰 대물렌즈를 사용하면, 광의 편광상태가 스폿 직경에 미치는 영향을 무시할 수 없게 된다. 도 1에 예시한 구체적인 실시예에서는, 1/4 파장판(45a, 45b)을 이용하여 직선편광을 원편광으로 변환하고 있지만, 가령 직선편광을 대물렌즈에 입사시켰을 경우, 스폿 형상이 타원화되고 스폿 강도도 저하되는 현상이 나타난다. On the other hand, when an objective lens having a NA larger than 0.65 is used, the influence of the polarization state of the light on the spot diameter cannot be ignored. In the specific embodiment illustrated in FIG. 1, linearly polarized light is converted into circularly polarized light using
한편, 종래의 CD용이나 DVD용 광픽업장치는 NA가 0.65 이하의 대물렌즈를 사용하고 있었기 때문에 상기한 현상이 문제되지 않았다. 한편, 기록매체의 고밀도화에 따른 대물렌즈의 고개구수화가 요청됨에 따라, 대물렌즈의 NA가 0.65 보다 커지면서 그러한 현상은 현저하게 된다. 즉, 이와 같이 스폿 직경이 타원화되거나 강도가 저하되면 각 재생 신호의 변조도나 강도가 작아지는 문제가 생긴다.On the other hand, in the conventional optical pickup device for CD or DVD, the above-mentioned phenomenon was not a problem because the NA had an objective lens of 0.65 or less. On the other hand, as the number of objective lenses is increased due to the higher density of the recording medium, such a phenomenon becomes remarkable as the NA of the objective lens becomes larger than 0.65. In other words, when the spot diameter is ellipsized or the intensity is reduced, the modulation degree or the intensity of each reproduction signal becomes small.
예를 들어 도 2는 대물렌즈에 입사되는 광의 편광상태를 나타내는 모식도로서, 도 2a가 저 NA에서 집광시킨 모식도이며, 도 2b가 고 NA에서 집광시킨 모식도이다.For example, FIG. 2 is a schematic diagram showing a polarization state of light incident on an objective lens, and FIG. 2A is a schematic diagram focused on a low NA, and FIG. 2B is a schematic diagram focused on a high NA.
여기에서, 광축방향이 z축이고 대물렌즈의 평면이 x축과 y축이며, 대물렌즈에 입사되는 광은 x방향으로 진동하고 있다. 이 진동 방향을 도 2a에서는 a벡터, a’벡터(a=a’)로 나타내고, 도 2b에서는 t벡터, t’벡터(t=t’)로 나타낸다.Here, the optical axis direction is the z axis, the planes of the objective lenses are the x axis and the y axis, and the light incident on the objective lens vibrates in the x direction. This vibration direction is represented by a vector and a 'vector (a = a') in FIG. 2A, and is shown by a t vector and t 'vector (t = t') in FIG. 2B.
대물렌즈를 투과해 수속광이 된 광선의 벡터는, 도 2(a)에서는 a벡터 및 a’벡터는 각각 b벡터 및 c벡터가 된다. 이 b벡터를 d벡터(x방향성분)와 e벡터(z방향성분)의 합(b = d + e)으로 나타내고, c벡터를 f벡터(x방향성분)와 g벡터(z방향성분)의 합(c = f + g)으로 나타낸다. 도 2b에서는 t벡터 및 t’벡터는 각각 h벡터 및 i벡터가 된다. 이 h벡터를 j벡터(x방향성분)와 k벡터(z방향성분)의 합(h = j + k)으로 나타내고, i벡터를 l벡터(x방향성분)와 m벡터(z방향성분)의 합(i = l + m) 으로 나타낸다.The vector of the light beam passing through the objective lens and converging light becomes a vector and a 'vector in FIG. 2 (a), respectively. This b vector is represented by the sum of the d vector (x direction component) and the e vector (z direction component) (b = d + e), and the c vector is represented by the f vector (x direction component) and the g vector (z direction component). Expressed as sum (c = f + g). In FIG. 2B, the t vector and the t 'vector become h and i vectors, respectively. The h vector is represented by the sum of the j vector (x direction component) and the k vector (z direction component) (h = j + k), and the i vector is represented by the l vector (x direction component) and the m vector (z direction component). It is represented by the sum (i = l + m).
또한 도 3은 도 2의 편광상태에 있어서 진동 방향과 직교한 방향의 스폿을 나타내는 모식도로서, 도 3a가 저 NA에서 집광시킨 모식도이며, 도 3b가 고 NA에서 집광시킨 모식도이다.3 is a schematic diagram showing spots in a direction orthogonal to the vibration direction in the polarization state of FIG. 2, and FIG. 3A is a schematic diagram focused on a low NA, and FIG. 3B is a schematic diagram focused on a high NA.
여기에서, 광축방향이 z축이고 대물렌즈(OL)의 평면이 x축과 y축이며, y방향으로 진동하고 있다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, x방향으로 진동할 경우, NA에 상관없이 z방향성분인 e벡터와 g벡터, 그리고 k벡터와 m벡터는 각각 서로 방향이 반대이고 같은 크기의 벡터이기 때문에, 스폿 형성시에는 이 성분방향은 상쇄된다. 그러나, NA가 큰 경우는 z방향성분이 커지기 때문에 상쇄되는 성분이 커짐으로써, 스폿 직경에 미치는 영향이 커진다.Here, the optical axis direction is the z axis, and the plane of the objective lens OL is the x axis and the y axis, and vibrates in the y direction. That is, as shown in Fig. 2, when vibrating in the x direction, the y and g vectors, and the k and m vectors, which are the z-direction components irrespective of NA, are opposite directions and are the same size, respectively. At the time of spot formation, this component direction cancels out. However, when NA is large, the z-direction component is large, so that the component to be canceled is large, and the influence on the spot diameter becomes large.
이에 대하여 도 3 에 나타낸 바와 같이, y방향으로 진동하는 편광은 대물렌즈를 투과하더라도 어떠한 영향도 받지 않는다. 따라서, 직선편광을 집광한 경우 진동 방향과 방향성분이 동일하면 광은 서로 약화시키는 성분이 생겨서 광의 강도가 저하되지만, 진동 방향에 직교한 방향에는 서로 약화시키는 성분이 생기지 않는다. 이에 따라, 스폿 직경이 타원화되는 현상이 생기고, NA가 증대될 수록 타원화는 현저하게 나타난다.On the other hand, as shown in Fig. 3, the polarized light oscillating in the y direction is not affected even if it passes through the objective lens. Therefore, in the case of condensing linearly polarized light, if the vibration direction and the direction component are the same, the light weakens each other and the intensity of the light decreases. However, the light weakening component does not occur in the direction orthogonal to the vibration direction. As a result, the phenomenon that the spot diameter is elliptical occurs, and as the NA is increased, the ellipsation becomes remarkable.
도 4는 LD의 파필드 패턴(Far Field Pattern; 이하, FFP라 한다)를 고려하지 않을 경우의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭과 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, 가로축은 대물렌즈의 NA이며, 세로축은 스폿 직경 반치폭(㎛)을 각각 나타낸다. 또한, LD의 FFP는 θ∥20°(LD의 층 방향에 평행), θ ⊥20°(LD의 층 방향에 수직)로 되어 있으며, 직선편광은 x방향으로만 진동하고 있다. 이 때, 약 405nm대의 파장의 광이 NA가 0.85의 대물렌즈에 입사되며, 강도분포는 등방적인 가우스 분포로 형성되며, 대물렌즈의 개구 직경은 약 3.0mm이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the half-width of the spot diameter in the polarization state and the NA of the objective lens in the case where the Far Field Pattern (hereinafter referred to as FFP) of LD is not taken into consideration. Here, the horizontal axis represents the NA of the objective lens, and the vertical axis represents the spot diameter half width (占 퐉), respectively. Moreover, FFP of LD is set to (theta) 20 degrees (parallel to the layer direction of LD) and (theta) 20 degrees (perpendicular to the layer direction of LD), and linearly polarized light vibrates only in the x direction. At this time, light having a wavelength of about 405 nm is incident on the objective lens with NA of 0.85, the intensity distribution is formed by an isotropic Gaussian distribution, and the aperture diameter of the objective lens is about 3.0 mm.
또한 도 5는 도 4의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭비와 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, 스폿 직경 반치폭비는 동일한 방향으로 진동한 편광상태에 있어서 x방향성분의 스폿 직경 반치폭을 y방향성분으로 나눈 값이다. 5 is a graph showing the relationship between the spot diameter half-width ratio in the polarization state of FIG. 4 and the NA of the objective lens. Here, the spot diameter half value width ratio is a value obtained by dividing the spot diameter half value width of the x-direction component by the y-direction component in the polarization state oscillated in the same direction.
도 4에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈의 NA의 증가에 따라 스폿 직경 반치폭은 작아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 직선편광의 진동 방향에 직교한 방향성분은 서로 강화시키기 때문에 스폿 직경 반치폭은 원편광의 곡선보다 작고, 직선편광의 진동 방향에 평행한 방향성분에서는 서로 약화시키기 때문에 원편광보다 커진다. 그러므로, 직선편광의 진동 방향에 직교방향성분과 평행 방향성분과의 차이는 NA의 증가에 따라 커지는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the spot diameter half width becomes smaller with increasing NA of the objective lens. Further, since the direction components orthogonal to the vibration direction of the linearly polarized light strengthen each other, the spot diameter half width is smaller than the curve of the circularly polarized light, and larger than the circularly polarized light because the component weakens each other in the direction components parallel to the vibration direction of the linearly polarized light. Therefore, it can be seen that the difference between the orthogonal component and the parallel component in the vibration direction of the linearly polarized light increases with increasing NA.
또한 도 5에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈의 NA의 증가에 따라 진동 방향에 평행한 방향성분이 약화되므로, 스폿 직경 반치폭비는 커지고 타원화되는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, NA가 0.35의 때 x방향으로 진동한 직선편광의 스폿 직경 반치폭비는 1.03이며, NA가 0.85에서는 스폿 직경 반치폭비가 1.28이다. 여기에서, 이 장축 방향은 직선편광의 진동 방향과 일치하고 있다. 한편, 편광상태가 원편광인 경우, 스폿 직경 반치폭비는 예를 들어 1.0과 등축상인 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, since the direction component parallel to the vibration direction is weakened as the NA of the objective lens increases, the spot diameter half-width ratio can be confirmed to increase and ellipse. For example, the spot diameter half value width ratio of linearly polarized light vibrated in the x direction when NA is 0.35 is 1.03, and the spot diameter half value width ratio is 1.28 when NA is 0.85. Here, this long axis direction coincides with the vibration direction of linearly polarized light. On the other hand, when the polarization state is circularly polarized light, it can be confirmed that the spot diameter half-width width ratio is equiaxed with 1.0, for example.
도 6은 FFP를 고려했을 경우의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭과 대물렌 즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다. 그리고, 도 7은 도 6의 편광상태에서의 스폿 직경 반치폭비와 대물렌즈의 NA와의 관계를 나타내는 그래프이다.Fig. 6 is a graph showing the relationship between the half-width of the spot diameter in the polarization state and the NA of the objective lens in the case of considering the FFP. 7 is a graph showing the relationship between the spot diameter half-width ratio in the polarization state of FIG. 6 and the NA of the objective lens.
여기서, LD의 FFP를 θ∥8.5°, θ⊥20°로 고려하고, 직선편광은 x방향 및 y방향으로 진동하고 있다. 이때, 대물렌즈에 입사되는 강도분포는 비등방적인 가우스 분포를 형성하고 있다.Here, the FFP of LD is considered as
도 6에 나타낸 바와 같이, NA의 증가에 따라 도 4와 같이 스폿 직경 반치폭은 작아지는 것을 알 수 있다. 또한 FFP를 고려했을 경우에도 직선편광의 진동 방향에 직교한 방향성분은 서로 강화시킨다. 그러므로, 스폿 직경 반치폭은 원편광의 곡선보다 작다. 그리고, 직선편광의 진동 방향에 평행한 방향성분에서는 서로 약화시키기 때문에, 스폿 직경 반치폭은 원편광보다도 커지는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, as the NA increases, the spot diameter half width becomes smaller as shown in FIG. 4. In addition, even when considering FFP, the direction components orthogonal to the vibration direction of linearly polarized light are strengthened. Therefore, the spot diameter half width is smaller than the curve of circular polarization. In addition, in the direction components parallel to the oscillation direction of linearly polarized light, the spot components are half-width wider than the circularly polarized light.
또한 도 7에 나타낸 바와 같이, 도 5와 동일한 경향이 보인다. 예를 들어 대물렌즈의 NA가 0.35일 때 x방향으로 진동한 스폿 직경의 반치폭비는 1.075, y방향이 1.020이고 NA가 0.85일 때 x방향으로 진동한 스폿 직경의 반치폭비는 1.310, y방향이 0.811이다. 여기에서, 이 장축 방향은 직선편광의 진동 방향과 일치하고 있다.7, the same tendency as in FIG. 5 is seen. For example, when the NA of an objective lens is 0.35, the half width ratio of the spot diameter oscillated in the x direction is 1.075, the y direction is 1.020, and when NA is 0.85, the half width ratio of the spot diameter oscillated in the x direction is 1.310, the y direction is 0.811. Here, this long axis direction coincides with the vibration direction of linearly polarized light.
이와 같이, 직선편광을 광디스크에 입사시키면 NA의 증가에 따라 스폿 형상이 타원화되고, 진동 재생시에는 원주방향과 반경방향의 광학적 주파수 특성이 다르며 예를 들어 크로스 토크나 신호 열화 등의 문제가 생긴다.In this way, when the linearly polarized light is incident on the optical disk, the spot shape is ellipsized according to the increase of NA, and the optical frequency characteristics in the circumferential direction and the radial direction are different at the time of vibration reproduction, and problems such as cross talk and signal degradation occur.
이에 대하여 편광상태가 원편광이면, 도 7에 나타낸 바와 같이 NA의 증가에 상관없이 스폿 직경 반치폭비는 예를 들어 1.05과 등축상으로 할 수 있게 된다.On the other hand, if the polarization state is circularly polarized light, as shown in Fig. 7, the spot diameter half width ratio can be made to be equal to 1.05, for example, regardless of the increase of NA.
또한 NA가 0.35에서 0.85로 증가했을 때의 스폿 직경 수축률은 직선편광의 진동 방향과 방향성분이 동일한 경우가 약 50%이며, 이 진동 방향에 직교방향에서는 약 40%이다. 이에 대하여 원편광에서는 44%로 균일하게 수축시킬 수 있게 된다.In addition, when NA increases from 0.35 to 0.85, the spot diameter shrinkage ratio is about 50% when the direction of vibration of the linearly polarized light and the direction component are the same, and about 40% in the direction perpendicular to the direction of vibration. On the other hand, in circularly polarized light, it can contract uniformly at 44%.
이와 같이, 본 실시예에 따른 광픽업장치의 BD/CD 호환 광학계(4)에 있어서, NA가 0.85인 대물렌즈에 원편광을 입사시킴으로써 크로스 토크(cross talk)나 신호 열화 등을 억제할 수 있다. 또한, HD DVD/DVD 호환 광학계(8)에 원편광을 사용하면 더욱 양호한 신호 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 광이용 효율을 고려한 호환 광학성을 가지는 광픽업장치의 설계가 가능해 진다.As described above, in the BD / CD compatible
또한, 도 6 에 나타낸 바와 같이 광디스크의 스폿 직경은 LD의 FFP의 영향을 받아서 타원형상이 된다고 일반적으로 알려져 있다. 한편, 전술한 바와 같이 직선편광을 대물렌즈에 입사시키면 그 스폿은 타원형상이 된다. 그러므로, LD의 층 방향과 직교하는 방향으로 직선편광의 방향을 설정함으로써 광디스크상의 스폿 직경을 원형으로 할 수 있다. 이것은, 예를 들어 LD의 캡층에 1/2 파장판을 형성해도 된다. 이러한 스폿 형상은 눈으로 확인할 수가 있다.6, it is generally known that the spot diameter of the optical disc becomes elliptical under the influence of the FFP of LD. On the other hand, when the linearly polarized light is incident on the objective lens as described above, the spot becomes elliptical. Therefore, the spot diameter on the optical disk can be made circular by setting the direction of linearly polarized light in the direction orthogonal to the layer direction of LD. This may form a 1/2 wave plate in the cap layer of LD, for example. This spot shape can be visually confirmed.
그런데, LD의 FFP의 크기나 콜리메이트 렌즈의 촛점거리에 따라 FFP가 스폿 형상에 미치는 영향이 다르기 때문에, 직선편광을 다소 타원편광으로 함으로써 스폿 형상을 원형 모양으로 조정할 수도 있다. 또한, 예를 들어 중심파장이 405nm대의 LD의 편광상태를 레이저의 층 방향에 대하여 직교하는 방향의 직선편광으로 해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.However, since the influence of FFP on the spot shape varies depending on the size of the LD FFP and the focal length of the collimated lens, the spot shape can be adjusted to a circular shape by making the linearly polarized light somewhat elliptical. Further, for example, the same effect can be obtained even if the polarization state of LD having a center wavelength of 405 nm band is linearly polarized in a direction orthogonal to the layer direction of the laser.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 HD DVD/DVD 호환 광학계(8)와 BD/CD 호환 광학계(4)로 이루어지는 호환 광학계를 가지는 광픽업장치는 광학소자가 2파장에 대응하고, 예를 들어 부품설계나 제작이 용이하며 또한 홀로그램 효율이 높은 호환 광학계를 가지는 광픽업장치를 얻을 수 있다.In an optical pickup apparatus having a compatible optical system composed of an HD DVD / DVD compatible
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.The above embodiments are merely exemplary, and those skilled in the art may have various modifications and equivalent other embodiments.
예를 들어 광정보 기록 재생장치를 구성하는 장치의 구성, 광학부품, 수광소자 등의 구성요소에 있어서의 사이즈, 형상, 배치 등에 관해 당업자가 행하는 각종 설계 변경 등도 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명에 포함된다.For example, various design changes made by those skilled in the art regarding the configuration of the apparatus constituting the optical information recording and reproducing apparatus, the size, shape, arrangement, and the like of components such as optical components, light receiving elements, and the like may be used without departing from the spirit of the present invention. It is included in the invention.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the invention described in the claims below.
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