KR19980028027A - 광 셔터 및 그를 이용한 이종 광디스크용 광픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성이 간단하고 설치가 용이한 광셔터와, 그를 이용하여 구성을 간소화한 이종 광디스크용 광픽업 장치에 관한 것이다.

상기 광셔터는 전계에 따라 선택적으로 트위스트 되고 광빔을 흡수하는 흡수성 액정분자를 포함하는 액정층과, 상기 액정층에 부분적으로 전계를 인가하는 전극패턴을 구비한다. 그리고 상기 이종 광디스크용 광픽업 장치는 상기 광셔터를 이용하여 광원으로부터 대물렌즈를 경유하여 광디스크에 조사될 광빔의 선속경을 광디스크의 종류에 따라 조절한다.

Description

광셔터 및 그를 이용한 이종 광디스크용 광픽업 장치

도 1은 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치를 개략적으로 도시하는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 광셔터를 상세하게 도시하는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 제 1 및 제 2금속전극을 상세하게 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 14 : 광원 2 : 회절격자

3, 22 : 빔 스프리터 4, 28 : 시준렌즈

5, 18 : 대물렌즈 6, 12 : 광디스크

7, 30 : 센서렌즈 8, 16 : 광검출기

9 : 액정판넬 10 : 편광판

11, 26 : 액츄에이터 20 : 광셔터

32, 34 : 제 1 및 제 2투명기판 36 : 액정층

38 : 투명전극 40, 42 : 제 1 및 제 2금속전극

본 발명은 광빔을 제어하기 위한 광학소자에 관한 것으로, 특히 광속경을 조절할 수 있는 광셔터에 관한 것이다. 그리고 본 발명은 광셔터를 이용하여 이종 광디스크들을 억세스 할 수 있고 간소화된 구성을 갖은 이종 광디스크용 광픽업 장치에 관한 것이다.

최근, 광디스크는 기록용량을 증가시키기 위한 꾸준한 개발 노력에 의해 기존의 컴팩트 디스크(Compact Disk : 이하 CD라 함)보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지탈 비디오 디스크(Digital Video Disk : 이하 DVD라 함)가 개발되었다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도(즉, 트랙 밀도)가 조밀한 뿐만아니라 디스크의 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다. 실제로, DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 0.6㎜인 반면에 CD는 1.2㎜이다. 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 것과 디포커스에 의한 빔 사이즈의 확대에 기인한다.

구면수차는 정보 기록 매체 영역에 의한 광빔의 메인 로브의 세기가 정보기록 매체 이외의 영역에 의한 사이드 로브의 세기에 비해 상대적으로 커지게 하여 정보 트랙간의 간섭 현상을 발생시킨다. 그리고 코마수차 및 비점수차등은 광학계를 불안정하게 하여 광학 특성을 저하시킨다. 이러한 구면수차(SA), 코마수차(CA) 및 비점수차(DA)는

SA = (△d/8)·((n²-1)/n³)·NA⁴---------------------(식1)

CA = (△d/2)·((n²-1)SinθCosθ/(n²-Sin²θ)^5/2)·NA³------ (식2)

DA = (1/4√3)·NA²·△Z ------------------------ (식3)

로 표현되고, 여기서 △d는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록면간의 거리의 변화, n은 굴절률, NA는 대물렌즈의 개구수, △Z는 디포커스 량, θ는 광디스크의 틸트 정도이다.

상기 (식1)에서 광디스크의 굴절률(n)이 1.54이고, 광빔의 파장(λ)이 0.65㎛이고, 대물렌즈의 개구율이 0.6이고, 광디스크의 표면 및 정보 기록면과의 거리가 0.6㎜인 경우, 무수차계를 이루는 광픽업 장치가 대물렌즈의 개구율을 그대로 유지하면서 표면 및 정보 기록면과의 거리가 1.2㎜인 CD를 재생할 때에 구면수차는 CD 및 DVD에서의 표면 및 정보 기록면과의 거리 차이인 0.6㎜에 의해 파면수차 평균치인 0.43λ가 된다.

이와는 달리, 대물렌즈의 개구율을 0.35로 변경할 경우에 구면수차는 파면수차 평균치인 0.048λ가 되고, 디포커스에 의한 비점수차는 31.67λ에서 존재하지 않도록 보정되어 광학수차의 평가 기준인 0.07λ의 마샬 표준(Marechal's Criterion)이하가 된다.

또한, 상기 (식2)에서 광디스크의 틸트량에 대해서도 개구율의 변화에 의해 기존 CD보다 2배 이상의 허용도를 갖게 되어 광학계를 안정화 할 수 있다.

그러나, 개구율의 증가는 구면수차의 증가를 초래하고, 반대로 개구율의 감소는 광디스크에 조사되는 빔스폿(Beam Spot)이 커지게 한다. 결과적으로, 대물렌즈의 개구율의 변화는 신호 대 잡음 비율(S/N)의 변화를 초래한다. 따라서, 대물렌즈의 개구율은 0.25 ∼ 0.38의 범위가 유용하다.

이상의 이론에 따라, 대물렌즈의 개구율은 대물렌즈에 입사되는 광빔의 직경을 조절하여 CD 및 DVD모두를 억세스 할 수 있는 이종 광디스크용 광픽업 장치가 본원 출원인에 의한 특허출원 제 95-39516호에 개시되었다. 특허 출원 제 95-39516호에 개시된 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광셔터를 이용하여 대물렌즈에 입사되는 광속경을 조절하여 대물렌즈의 개구수를 조절하였다. 그러나, 특허출원 제 95-39516호에서 제안된 광셔터는 광빔의 광속을 조절하기 위해 편광변환소자 및 편광기를 사용함으로 구조가 복잡하고 설치공정을 증가시키는 단점을 안고 있었다. 이로 인하여, 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치도 구조가 복잡해지고 제조공정이 증가되었다. 이러한 종래의 광픽업 장치의 단점을 첨부한 도 1을 참조하여 상세히 살펴보기로 하자.

도 1은 DVD에 정보를 기록/재생하는 종래의 광픽업 장치를 도시한다. 종래의 광픽업 장치는 광원(1)으로부터의 광빔을 메인 광빔 및 두개의 서브 광빔으로 분리하는 회절격자(Grating,2)와, 광빔을 분사시키는 빔 스프리터(Beam Splitter,3)과, 시준렌즈(Collimator,4)로부터의 광빔을 광디스크(6)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(Object Lens,5)를 구비한다. 메인 광빔은 광디스크(6)상의 정보를 억세스하기 위해 사용되고, 두개의 서브 광빔들은 트래킹 서보(Tracking Servo)용으로 이용된다. 빔 스프리터(3)는 회절격자(2)로부터의 광빔을 시준렌즈(4)쪽으로 통과시킴과 아울러 시준렌즈(4)로부터 입사되는 광빔을 광검출기(Photo Detector,8)쪽으로 반사시킨다. 시준렌즈(4)는 빔 스프리터(3)로부터 입사되는 광빔이 대물렌즈(5)쪽으로 평행하게 진행되도록 한다.

그리고, 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치는 상기 빔 스프리터(3) 및 상기 광검출기(8)사이에 설치된 센서렌즈(Sensor Lens,7)와, 상기 광원(1) 및 시준렌즈(4)사이에 설치된 액정 판넬(9)과, 상기 대물렌즈(6) 및 빔 스프리터(3)사이에 편광판(10)을 추가로 구비한다. 센서 렌즈(7)은 광디스크(6)에 의해 반사되어 대물렌즈(6), 편광판(10), 액정 판넬(9) 및 빔 스프리터(3)을 경유한 반사 광빔을 광검출기(8)의 표면에 접속시킨다. 광검출기(8)는 대물렌즈(5), 시준렌즈(4) 및 빔 스프리터(3)를 경유하여 입사되는 광디스크(6)로부터의 반사 광빔을 전기적 신호로 변환한다. 액정 판넬(9)은 광디스크의 종류(즉, CD 또는 DVD)에 따라 광원(1)으로부터 입사되는 광빔의 편광방향을 변경시킨다. 편광판(10)은 액정 판넬(9)로부터 시준렌즈(4) 및 빔 스프리터(3)를 경유하여 입사되는 광빔의 편광방향에 따라 일부 또는 전부를 대물렌즈(6)쪽으로 통과시켜 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절한다. 이를 위하여, 편광판(10)은 편광방향과 무관하게 광빔을 통과시키는 중앙의 비편광영역과 편광방향에 따라 광빔을 선택적으로 편광시키는 가장자리의 편광영역으로 구분된다. 결과적으로, 액정 판넬(9) 및 편광판(10)은 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절하는 광셔터의 기능을 한다. 이를 다시 설명하면, 광빔의 선속경이 감소된 경우에 대물렌즈(6)는 0.35의 개구수를 유지하는 반면에 광빔의 선속경이 원래의 상태를 유지할 경우에는 대물렌즈(6)는 0.6의 개구수를 유지하게 된다.

상기한 바와 같이, 종래의 광셔터는 광빔의 편광방향을 변경시키는 액정 판넬과 광빔의 일부를 선택적으로 투과시키는 편광판을 독립적으로 이용하여 구조가 복잡하고 설치공정을 증가시키는 단점을 안고 있었다. 이로 인하여, 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치도 복잡한 구성을 갖는 것은 물론 제조공정을 증가시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 구성이 간단하고 설치가 용이한 광셔터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이종의 광디스크들을 억세스 할 수 있고 구성이 간소화된 광픽업 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 광셔터는 전계에 따라 선택적으로 트위스트되고 광빔을 흡수하는 흡수성 액정분자를 포함하는 액정층과, 상기 액정층에 부분적으로 전계를 인가하는 전극패턴을 구비한다.

그리고 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광디스크에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원과 상기 광디스크 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 상기 광디스크에 조사될 광빔을 집속하는 대물렌즈와, 상기 광디스크에 의해 반사된 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출기와, 상기 광원으로부터 상기 대물렌즈쪽으로 진행하는 광빔의 선속경을 조절하기 위해, 전계에 따라 선택적으로 트위스트되고 광빔을 흡수하는 흡수성 액정분자를 포함하는 액정층과, 광디스크의 종류에 따라 액정층에 부분적으로 전계를 인가하는 전극패턴으로 이루어진 광셔터를 구비한다.

상기 목적들외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 광디스크(12)에 조사될 광빔을 발생하는 광원(14)과, 광디스크(12)에 의해 반사된 광빔의 광량을 검출하는 광검출기(16)와, 광디스크(12)의 표면에 조사된 광빔을 접속하는 대물렌즈(18)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치가 도시되어 있다. 대물렌즈(18)는 광원(14)으로부터의 광빔을 광디스크의 제 1 또는 제 2정보 기록면(12A 또는 12B)에 집광시킨다. 제 1정보 기록면(12A)은 DVD의 정보 기록면이고 제 2정보 기록면(12B)는 CD의 정보 기록면이다. 광검출기(16)는 광디스크(12)에 의해 반사되어 대물렌즈(18)를 경유하여 입사되는 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환한다.

광검출기(16)에서 발생되는 전기적 신호는 광검출기(16)에 입사되는 광량에 따라 변화한다.

상기 이종 광디스크용 광픽업 장치는 대물렌즈(18)쪽으로 진행되는 광빔의 선속경을 조절하는 광셔터(20)와, 광빔을 분리하기 위한 빔 스프리터(22)를 추가로 구비한다. 빔 스프리터(22)는 광원(14), 광검출기(16), 대물렌즈(18) 및 광셔터(20)사이에 설치된다. 그리고 빔 스프리터(22)는 광원(14)으로부터의 광빔을 광셔터(20)쪽으로 반사시킴과 아울러 광셔터(20)로부터의 광빔을 대물렌즈(18)을 경유하여 광디스크(12)쪽으로 반사시킨다. 또한, 빔 스프리터(22)는 광디스크(12)로부터 대물렌즈(18)를 경유하여 입사되는 반사 광빔을 광검출기(16)쪽으로 반사시킨다. 광셔터(20)는 제어라인(11)으로 제어전압신호에 따라 광빔의 일부를 선택적으로 흡수하여 광빔의 선속경을 조절한다. 이를 상세히 하면, 광셔터(20)은 제어전압신호가 0V의 레벨을 유지할 경우(즉, 광디스크(12)가 CD인 경우)에 빔 스프리터(22)로부터 광빔중 가장자리 부근의 광빔을 흡수함과 아울러 중앙부의 광빔만을 반사시킴으로서 빔 스프리터(22)를 경유하여 대물렌즈(18)에 입사되는 광빔의 선속경을 감소시킨다. 이 때, 대물렌즈(18)은 제 2정보 기록면(12B)에 광빔의 촛점을 형성하여 CD가 에러없이 억세스 되도록 한다. 이와는 달리, 제어전압신호가 Vpp 레벨을 유지할 경우(즉, 광디스크(12)가 DVD인 경우), 광셔터(22)는 빔 스프리터(22)로부터의 광빔을 전반사시켜 빔 스프리터(22)를 경유하여 대물렌즈(18)에 입사되는 광빔의 선속경을 증가시킨다. 이 때, 대물렌즈(18)은 제 2정보 기록면(12B)에 광빔의 촛점을 형성하여 CD가 에러없이 억세스 되도록 한다. 이는, 대물렌즈(18)의 개구수가 광빔의 선속경에 따라 0.6에서 0.35로 또는 0.35에서 0.6으로 변화되는 것에 기인한다.

또한, 이종 광디스크용 광픽업 장치는 빔 스프리터(22)와 대물렌즈(18)사이에 위치한 λ/4 판(24)와, 대물렌즈(18)를 구동하기 위한 액츄에이터(26)을 구비한다. λ/4 판(24)은 빔 스프리터(22)로부터 대물렌즈(18)쪽으로 진행되는 선편광빔을 원편광빔으로 변환함과 아울러 대물렌즈(18)로 빔 스프리터(22)쪽으로 진행되는 원편광빔을 선편광빔으로 변환한다. 한편, 액츄에이터(26)는 대물렌즈(18)를 좌우 및 상하로 유동시켜 광디스크(12)의 정보기록면에 형성되는 광빔의 포커스 및 트래킹을 조절한다.

더 나아가, 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광원(14)과 빔 스프리터(22)사이에 위치한 시준렌즈(28)와, 빔 스프리터(22)와 광검출기(30) 사이에 설치된 센서렌즈(30)를 더 구비한다. 시준렌즈(28)는 광원(14)으로부터의 분산되는 광빔이 평행하게 빔 스프리터(22)쪽으로 진행하도록 한다. 마찬가지로, 센서렌즈(30)는 빔 스프리터(22)로부터의 광빔을 광검출기(16)의 표면에 집광시킨다. 시준렌즈(28) 및 센서렌즈(30)는 대물렌즈(18)가 포커스 및 트래킹 서보로 인하여 수평 및 수직방향에서 이동함에 따라 저하되는 광빔의 감도를 일정한 수준으로 향상시킨다.

도 3은 도 2에 도시된 광셔터(20)를 상세하게 도시한다. 도 3에 있어서, 광셔터(22)는 제 1유리판(32)와 제 2유리판(34)사이에 위치한 액정층(36)을 구비한다. 액정층(36)은 전계에 의해 광빔의 진행방향으로 트위스트되는 메인 액정분자들(36A)과 기생 액정분자들(36B)로 구성된다. 메인 액정분자들(36A)은 투명하게 형성되어 광빔을 투과시킨다. 반면에 기생 액정분자들(36B)은 색소를 포함하여 광빔을 흡수한다.

그리고 광셔터(22)는 제 1유리판(32)과 액정층(36)사이에 위치한 투명전극(38)과, 제 2유리판(34)과 액정층(36)사이에 위치한 제 1 및 제 2금속전극(40,42)을 추가로 구비한다. 제 1금속전극(40)은 제 2유리판(34)의 중앙부에 원형을 이루도록 형성되고, 제 2금속전극(42)은 도 4에 도시된 바와 같이 제 2유리판(34)의 가장자리에 제 1금속전극을 감싸도록 형성된다. 제 1 및 제 2금속전극(40,42)은 상기 제 2투명기판(34)에 알루미늄막을 증착한 다음 사진식각법을 이용한 패터닝 공정에 의해 형성된다. 투명전극(38)은 기저전위(GND)에, 제 1금속전극(40)은 고전압원(Vpp)에 각각 접속되는 반면에 제 2금속전극(42)은 제어라인(11)에 접속된다. 제 1금속전극(40)은 고전압(Vpp)에 의해 투명전극(4)과의 사이에 전계를 형성하여 액정층(36)의 중앙부에 위치한 액정분자들이 광빔의 광축과 평행하게 트위스트 되도록 한다. 이 결과, 제 1유리판(32)에 입사되는 광빔은 제 1유리판(32), 투명전극(38) 및 액정층(36)을 경유하여 제 1금속전극(40)에 의해 제 1유리판(32)을 통과하도록 반사된다.

한편, 제 2금속전극(42)는 제어라인(11)으로부터의 제어전압신호에 따라 선택적으로 투명전극(38)과의 사이에 전계를 발생시켜 광빔이 선택적으로 반사되도록 한다. 이를 상세히 하면, 제 2금속전극(42)은 제어라인(11)으로부터 고전압(Vpp)의 제어전압신호가 공급될 경우(즉, 광디스크(12)가 DVD인 경우)에 투명전극(38)과의 사이에 위치한 액정분자들(36A,36B)을 광빔의 광축과 평행하게 배열시켜 광빔이 반사되도록 한다. 이 때, 광빔의 선속경은 원래의 크기를 유지하며, 이에 따라 대물렌즈(18)는 비교적 큰 개구수(0.6)를 유지하게 된다. 이와는 달리, 제 2금속전극(42)은 제어 라인(11)으로부터 기저전압(GND)의 제어전압신호가 공급된 경우(즉, 광디스크(12)가 CD인 경우)에는 투명전극(38)과의 사이에 위치한 액정분자들(36A,36B)을 광빔의 광축과 직각을 이루도록 배열시켜 기생 액정분자들(36B)로 하여금 광빔을 흡수하도록 한다. 이 때, 액정층(36), 투명전극(38) 및 제 1유리판(32)을 경유하는 광빔의 선속경은 제 1금속전극(40)의 직경으로 감소되어 대물렌즈(18)의 개구수를 0.35로 감소시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 광셔터는 색소를 포함하는 액정분자에 의해 광빔의 선속경을 조절함으로서 구성을 간소화 할 수 있는 이점을 제공한다. 그리고 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 단일의 소자로 이루어진 광셔터를 사용함으로 인하여 구성을 간소화함과 아울러 종류가 다른 광디스크들에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절하여 종류가 다른 광디스크들을 정확하게 억세스할 수 있는 이점을 제공한다.

이상과 같이, 본 발명은 지금까지 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예들로서 설명되었으나 이것들로 한정되는 것이라 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다. 예를 들면, 광셔터를 구성하는 제 1 및 제 2금속전극을 각각 투명전극들로 교체할 경우 광빔의 가장자리부분을 선택적으로 차단할 수 있다는 것을 당업자라면 충분히 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 특허청구의 범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 전계에 따라 선택적으로 트위스트되고 광빔을 흡수하는 흡수성 액정분자를 포함하는 액정층과, 상기 액정층에 부분적으로 전계를 인가하는 전극패턴을 구비한 것을 특징으로 하는 광셔터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극패턴은, 상기 액정층의 상부에 위치하는 투명전극과, 상기 액정층의 하부의 중앙부에 위치한 제 2투명전극과, 상기 제 2투명전극를 감싸도록 상기 액정층의 하부의 가장자리에 위치한 제 3투명전극을 구비한 것을 특징으로 하는 광셔터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전극패턴은, 상기 액정층의 상부에 위치하는 투명전극과, 상기 액정층의 하부의 중앙부에 위치하고 광빔의 반사시키는 제 1금속전극과, 상기 제 1금속전극을 감싸도록 상기 액정층의 하부의 가장자리에 위치하여 광빔을 반사시키는 제 2금속전극을 구비한 것을 특징으로 하는 광셔터.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2금속전극은 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 광셔터.
5. 제 1투명기판 및 제 2투명기판의 사이에 위치하고 광빔을 흡수하는 유색 액정분자를 포함하는 액정층과, 제 1투명기판과 상기 액정층 사이에 위치한 투명전극과 제 2투명기판과 상기 액정층 사이에 위치하고 상기 제 2투명기판의 중앙부에 형성된 제 2금속전극과, 상기 제 2투명기판과 상기 액정층 사이에 위치하고 상기 제 1금속전극을 감싸도록 상기 제 2투명기판의 가장자리에 형성된 제 2금속전극을 구비한 것을 특징으로 하는 광셔터.
6. 광디스크에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원과 상기 광디스크 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 상기 광디스크에 조사될 광빔을 접속하는 대물렌즈와, 상기 광디스크에 의해 반사된 광빔의 광량을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출기와, 상기 광원으로부터 상기 대물렌즈쪽으로 진행하는 광빔의 선속경을 조절하기 위해, 전계에 따라 선택적으로 트위스트되고 광빔을 흡수하는 흡수성 액정분자를 포함하는 액정층과, 광디스크의 종류에 따라 액정층에 부분적으로 전계를 인가하는 전극패턴으로 이루어진 광셔터를 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.