KR19980029872A - 광 픽-업장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로서, 특히 소정의 두께로 일정한 기울기를 갖고 방사광원으로부터 방사되는 레이저 빔을 반사 및 회절을 일으켜 일정방향으로 조사하는 프리즘을 형성하며, 이 프리즘의 상면에는 일정 파장으로 편광된 빔을 반사시키는 편광코팅층을 형성하며, 상기 프리즘의 하면에는 소정의 두께로 입사빔의 편광 상태에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자를 형성하며, 상기 프리즘과 대물렌즈사이의 소정위치에는 입사빔을 파장변환하는 λ/4파장판을 구비함으로서 각 광학소자들간의 기구적인 오차를 줄임은 물론 각 구성요소 들간에 정밀성이 요구되지 않음에 따른 조립성이 향상되어 광 픽-업장치를 소형화 할 수 있으며 이상광선으로 편광된 빔을 이용함으로서 광효율이 향상된다.

Description

광 픽-업장치
본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 두께로 일정한 기울기를 갖고 방사광원으로부터 방사되는 레이저 빔을 반사 및 회절을 일으켜 일정방향으로 조사하는 프리즘과, 특정 빔의 파장을 변한시키는 λ/4파장판을 구비함으로서 기기의 경박단소화는 물론 광효율을 향상시킬 수 있도록 한 광 픽-업장치에 관한 것이다.
일반적으로 광픽업 장치는 대물렌즈, 빔스플리터, 회절격자, 레이저 다이오드, 광검출기 등의 개개부품이 조립되어 있어 디스크면의 피트형상에 광을 조사하여 그 신호를 읽어들이는 것으로 ,기록매체인 디스크는 스포트 사이즈 직경이 1.6μm인 디지탈 오디오 디스크(DAD) 또는 스포트 사이즈 직경이 0.8μm인 디지탈 비디오 디스크(DVD)가 많이 사용되고 있다. 또한 광 픽-업장치는 고밀도, 대용량의 정보를 정확히 읽을 수 있도록 좀더 세밀한 정밀성이 요구되고 있으며 기기의 소형화 추세에 더욱더 광학소자들의 직접화 및 단순화가 이루어지고 있다.
여기서 디지탈 오디오 또는 비디오 디스크에 사용되는 일반적인 광 픽-업(OPTICAL PICK-UP)장치는 도 1에 도시된 바와 같이 특정 파장의 레이저 빔을 발생하는 레이저 다이오드(71)와, 이 레이저 다이오드(71)의 일측에 형성되어 입사되는 레이저 빔을 0차광 및 ±1차광 즉, 쓰리 빔으로 분리하는 회절격자(72)와, 이 회절격자(72)의 일측에 소정의 기울기로 형성되어 입사되는 광을 일정 비율로 반사 및 투과하는 빔스플리터(73)와, 이 빔스플리터(73)의 상부 일측에 형성되어 일정 파장의 회절 한계로 인해 입사되는 레이저 광을 집광하여 디스크(75)상에 포커싱시켜 기록된 정보의 광 신호를 읽는 대물렌즈(74)와, 상기 빔스플리터(73)의 하부 소정의 위치에 형성되어 대물렌즈(74) 및 빔스플리터(73)를 경유해 입사된 디스크(75)상에 기록된 광정보 신호를 일정한 전기적인 신호로 출력하는 광검출기(76)로 이루어진다.
이와같은 종래의 구성으로 이루어진 광 픽-업장치에 동작을 살펴보면, 먼저 레이저 다이오드(71)에서는 소정의 발진파장 즉, 약 780㎚의 레이저 빔을 방사하게 되며, 이때 이 레이저 빔은 방사 방향 일측에 형성된 회절격자(72)로 입사된다. 그러면 이 회절격자(72)로 입사된 광은 회절 현상으로 인해 0차광 및 ±1차광으로 분리 방사된다. 이때, 회절격자(72)를 경유해 분리되는 0차광 및 ±1차광은 포커스 및 트랙킹 에러 검출용으로 이용하기 위한 것으로 통상 쓰리 빔(THREE BEAM : 0차광, ±1차광)이라 한다.
즉, 상기 회절격자(72)에 의해 쓰리 빔으로 분리된 광은 소정의 기울기로 일정한 반사율과 투과율을 갖는 빔스플리터(73)로 입사된다. 그러면 이 빔스플리터(73)로 입사된 광은 일정한 비율로 반사 및 투과하며 이 중 반사된 빔은 대물렌즈(74)로 입사되어 일정 파장 이하의 회절 현상에 의해 빔이 집광된다. 그러므로 이 대물렌즈(74)로 집광된 빔은 오디오 또는 비디오 디스크(75)상에 보내어져 디스크(75)상에 촛점이 맺히게 되며 이로 인해 디스크(75)에 기록된 정보는 일정한 광으로 반사되어 대물렌즈(74)에 입사되는 것이다. 즉, 대물렌즈(74)로 입사된 광은 수 μm 정도의 에어리 형태로 집광되어 디스크(75)의 신호면에 조사되는데 이 조사된 광은 데이터가 기록된 피트(75a)가 없는 곳에서 입사된 빔은 반사되어 전부 대물렌즈(74)의 개구로 거의 그대로 돌아오게 되나, 피트(75a)가 있는 곳에서는 광이 피트(75a)에 의해 회절되어 대물렌즈(74)의 범위 밖으로 방출되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(76)에 광량차이를 발생시킨다. 이는 피트(75a)의 깊이가 파장의 λ/4에 설정되어 있어 반사광은 피트(75a)의 상하에 반파장이 달라 간섭하여 상쇄되므로 광검출기(76)에 돌아온 광량이 감소하게 되는 것이다.
한편, 오디오 또는 비디오 디스크(75)에서 반사되어 돌아오는 광의 강도는 피트(75a)에 의해 변조되며, 이 변조된 광정보는 대물렌즈(74)와 빔스플리터(73)를 경유해 광검출기(76)로 보내어져 해당하는 전기적인 신호로 출력되며, 이 출력된 전기적인 신호는 디지탈신호처리부(도시안됨)에 의해 원래의 신호가 복조됨으로서 디스크(75)상에 기록된 오디오신호인 알.에프(RF)신호와, 서보신호인 에러 검출용 포커스신호 및 트랙킹신호가 출력되는 것이다
그러나 이와같은 종래 광 픽-업장치는 빔스플리터, 회절격자, 레이저 다이오드, 광검출기의 광학부품들이 각각 독립적으로 제작되어 조립에 의해 광 픽-업장치가 구성됨에 따라 조립시 발생되는 기구적인 오차에 의해 동작시 에러 발생률이 높으며 또한, 레이저 다이오드에서 방사된 광이 최종적으로는 광검출기에 미약하게 입사되어 광을 효율적으로 이용하지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로 소정의 기울기를 갖고 상면에는 편광코팅층이 형성되고 하면에는 위상홀로그램격자가 형성된 프리즘과, 특정빔의 파장을 변한시키는 λ/4파장판을 구비함으로서 각 광학소자의 기구적인 오차를 줄이며 광 픽-업장치의 경박단소화에 기여함은 물론 광기기의 광효율을 향상시킬 수 있는 광 픽-업장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
이와같은 본 발명은 이상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드와, 이 레이저다이오드와 일정한 거리를 두고 소정의 기울기를 갖고 이상광선으로 편광된 빔을 반사하며 정상광선은 그대로 투과시키는 편광코팅층이 상면에 형성된 프리즘과, 이 프리즘의 하면에 소정의 두께를 갖고 형성되어 레이저다이오드로부터 방사된 이상광선의 빔을 그대로 투과 및 반사시키며 대물렌즈를 경유해 입사된 정상광선의 빔을 회절시키는 위상홀로그램격자와, 상기 프리즘과 소정의 거리를 두고 상측에 형성되어 입사된 이상광선은 원편광으로 원편광은 정상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판이 구비되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 광 픽-업장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 광 픽-업장치의 구성도.
도 3는 본 발명에 따른 위상홀로그램격자의 홀로그램패턴을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 트래킹 및 포커싱 에러를 검출하기 위해 도시한 광검출기의 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 프리즘 2 : 레이저다이오드
3 : 위상홀로그램격자 4 : 반사코팅층
5 : 편광코팅층 6 : λ/4파장판
7 : 대물렌즈 8 : 디스크
9 : 광검출기 10 : 제 1위상홀로그램영역
11 : 제 2위상홀로그램영역
본 발명에 따른 광 픽-업장치는 도 2에 도시된 바와같이 소정의 기울기를 갖고 이상광선으로 편광된 빔을 반사하며 정상광선은 그대로 투과시키는 편광코팅층(5)이 상면에 형성된 프리즘(1)과, 이 프리즘(1)과 소정의 거리를 두고 일측에 형성되어 이상광선으로 편광된 빔을 방사하는 레이저다이오드(2)와, 상기 프리즘(1)에 하면에 소정의 두께로 형성되어 위상차를 갖고 입사되는 빔에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자(3)와, 상기 프리즘(1)과 일정거리를 두고 상측에 형성되어 입사되는 이상광선(S파)으로 편광된 빔을 원편광으로 원편광은 정상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판(6)과, 이 λ/4파장판(6)의 상부 소정의 위치에 형성되어 입사빔을 집속하여 디스크(8)의 피트(8a)에 조사함으로서 광정보를 검출하는 대물렌즈(7)로 이루어 진다.
그리고 상기 레이저다이오드(1)와 소정거리를 두고 상측에는 조사되는 광정보의 빔을 전기적인 신호로 검출하는 광검출기(9)가 형성되며, 상기 위상홀로그램격자(3)의 하면에는 입사되는 광정보의 비을 소정의 각으로 반사하여 광검출기(9)로 조사하기 위한 반사코팅충(4)이 형성되어 있다.
한편, 이와같은 구성으로 된 광 픽-업장치의 동작을 살펴보면 먼저, 레이저다이오드(1)에서는 이상광선으로 편광된 레이저 빔을 일정한 각으로 방사하며 이 방사된 레이저 빔은 프리즘(1)의 상면에 형성된 편광코팅층(5)으로 입사된다. 이때, 이 편광코팅층(5)은 입사된 이상광선의 빔은 소정의 각으로 반사하며 정상광선은 그대로 투과시키는 작용을 함으로 이 편광코팅층(5)으로 입사된 이상광선의 빔은 소정의 각으로 전반사되어 λ/4파장판(6)으로 입사된다. 그러면 이 λ/4파장판(6)을 투과한 빔은 원편광의 형태로 대물렌즈(7)로 집광되고 이 집광된 빔은 디스크(8)상의 피트(8a)에 촛점이 맺히게 되며 이로 인해 디스크(8)의 피트(8a)에 기록된 정보는 일정한 광으로 반사되어 일정한 회절영역을 갖는 대물렌즈(7)로 재차 입사되는 것이다.
한편, 이 대물렌즈(7)로 재차 집속된 원편광 형태의 광정보 빔은 λ/4파장판(6)을 경유함으로서 90o위상변환되어 정상광선(P파)의 광정보 빔으로 파장변환되며, 이 파장 변환된 광정보의 빔은 프리즘(1)의 상면의 편광코팅층(5)을 그대로 투과하여 위상홀로그램소자(3)로 입사되는 것이다. 이때, 이 위상홀로그램격자(3)는 입사되는 빔의 편광 상태에 따라 회절을 일으키는 격자로 작용하는데 즉, 정상광선(P파)으로 편광된 빔이 입사되면 0차 및 ±1차광으로 회절작용을 하며 이상광선(S파)으로 편광된 빔이 입사되면 그대로 투과시키는 성질을 갖고 있다. 그러므로 상기 위상홀로그램격자(3)에 입사된 정상광선으로 편광된 빔은 상기 위상홀로그램격자(3)의 하면에 형성된 반사코팅층(4)에서 일정한 각도로 반사하여 광검출기(9)로 조사되는 것이다.
여기서 위상홀로그램격자(3)의 홀로그램패턴을 자세히 살펴보면 도 3에 도시된 바와 같이 포커스에러 신호를 검출하기위한 회절광 발생영역인 제 1위상홀로그램영역(10)과, 트랙킹 에러신호를 검출하기 위한 회절광 발생영역인 제 2위상홀로그램영역(11)으로 나눌 수 있으며 이 영역을 통과한 광정보의 빔은 0차, +1차광 및 -1차광으로 회절되고 일반적으로 2조의 5분할로 이루어진 광검출기(9)의 상면에 조사되어 지는 것이다. 그리고 트랙킹 및 포커스 에러를 검출하는 방법을 살펴보면 도4에 도시된 바와같이 2조로 구성된 5분할의 광검출기(9)의 각각의 영역을 표시하면 트랙킹에러를 검출을 위한 영역은 T1.T2.T3.T4으로, 포커스 에러를 검출하기위한 영역은 F1.F2.F3.F4.F5.F6으로 표시 할수 있다. 이때, 트래킹 에러검출 신호 및 포커스 에러 신호는 아래와 같은 수식1. 수식2로 표기할 수 있다.
[수식 1]
TO= (T1+T4) - (T2+T3)
( TO는 트랙킹 에러검출신호)
[수식 2]
FO= (F1+F3 -F2) - (F4+F6- F5)
( FO는 포커스 에러검출 신호)
즉, 상기 광검출기(9)의 트랙킹 영역 및 포커스 영역에 조사되는 빔은 트래킹 에러및 포커싱 에러로 인해 빔의 광량 차이가 발생하며 이 빔의 광량 차이는 후단에 있는 차동증폭기(도시안됨)에서 연산 출력함으로서 에러 신호를 검출할 수 있다.
또한,상기 광검출기(9)에 조사되는 광정보 신호는 아래와 같은 수식으로 표시할 수 있다.
[수식 3]
R.F = F1+F2+F3+F4+F5+F6
(R.F는 광정보 신호)
이와같이 상기 광검출기(9)에 조사된 빔의 형상으로부터 디스크(8)에 대한 광정보신호 및 픽업 장치의 위치정확도, 즉 포커싱 및 트래킹 에러 신호가 발생되며 그 신호에 응답하여 대물렌즈(7)의 액츄에이터의 코일에 전류를 인가하여 보정함으로서 광 픽업장치가 안정적으로 동작하도록 하는 것이다.
본 발명은 소정의 기울기를 갖고 상면에 편광투과층이 형성된 프리즘과, 이 프리즘의 하면에는 소정의 두께를 갖고 위상차에 따라 회절하는 위상홀로그램격자를 형성하고, 상기 프리즘과 일정거리를 두고 상측에는 이상광선을 원편광으로 원편광은 정상광선으로 파장 변환하는 λ/4파장판을 형성함으로서 각 광학소자들간의 기구적인 오차를 줄여 기기의 조립성을 향상시키며 편광된 빔을 사용함으로서 서보신호나 정보신호의 S/N비를 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 일정한 파장을 갖고 입사되는 레이저 빔을 대물렌즈(7)로 집광하여 디스크(8)로 조사함에 따라 그 디스크(8)에서 반사되는 레이저 빔을 수광하는 광검출기(9)를 갖춘 광 픽-업장치에 있어서,
    상기 광검출기(9)와 일정한 거리를 두고 하측에 형성되어 이상광선으로 편광된 일정 파장의 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드(2)와, 이 레이저다이오드(2)와 일정한 거리를 두고 일측에 소정의 기울기로 형성되어 그 레이저다이오드(2)로부터 방사되는 빔을 상기 대물렌즈(7) 방향으로 반사시키며 그 대물렌즈(7)를 경유해 입사되는 정상광선은 투과 및 회절시켜 광검출기(9)로 조사하는 프리즘(1)과, 이 프리즘(1)과 대물렌즈(7)사이의 소정 위치에 형성되어 그 프리즘(1)으로부터 입사하는 이상광선을 원편광으로 파장변환하는 한편 대물렌즈(7)를 경유해 입사되는 원편광을 정상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판(6)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리즘(1)의 상부면에는 입사된 이상광선은 반사시키며 정상광선은 투과시키는 편광투과층(5)이 형성되며, 이 프리즘(1)의 하부면에는 입사된 빔의 편광 상태에 따라 회절을 하는 위상홀로그램격자(3)가 소정의 두께로 형성됨과 더불어, 이 위상홀로그램격자(3)의 하면에는 입사되는 정상광선의 빔을 광검출기(9)로 반사하는 반사코팅층(4)이 형성된 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
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