KR19980029873A - 광 픽-업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로서, 특히 일정한 기울기로 소정의 두께를 갖고 다수의 광학소자가 형성된 프리즘과, 이 프리즘의 상면에 소정의 두께로 형성되어 입사빔의 편광 상태에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자와, 상기 프리즘과 일정한 거리를 두고 상측에 형성되어 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 기울기를 갖고 다수의 광학소자가 형성된 프리즘과, 입사빔의 편광 상태에 따라 회절작용하는 위상홀로그램격자 및 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 조립되어있어 디스크면의 피트 형상에 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 일반적인 디지탈 오디오 또는 비디오 디스크에 사용되는 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 다수의 광학소자로 구성되어 소정의 두께를 갖는 프리즘을 형성하며, 이 프리즘의 상면에는 위상홀로그램소자를 형성하며, 상기 프리즘과 소정의 거리를 두고 상측에는 λ/4파장판 구비함으로서 각 광학소자의 기구적인 오차를 줄이며 광 픽-업장치의 경박단소화에 기여함은 물론 광기기의 광효율을 극대화 할 수 있는 광 픽-업장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이와같은 본 발명은 소정의 기울기를 갖고 이상광선으로 편광된 빔을 반사 및 회절을 통해 방사하며 입사되는 광정보의 빔을 수광하는 프리즘과, 이 프리즘의 상면에 소정의 두께를 갖고 형성되어 레이저다이오드로부터 방사되는 이상광선의 빔은 그대로 투과시키며 대물렌즈를 경유해 입사하는 정상광선 빔은 회절시키는 위상홀로그램격자와, 상기 프리즘과 소정의 거리를 두고 상측에 형성되어 위상홀로그램격자를 경유해 입사하는 이상광선은 원편광으로 대물렌즈를 경유해 입사하는 원편광을 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 3은 본 발명에 따른 포커싱 에러검출을 위해 광검출기상에 표시되는 빔의 형상을 표시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 프리즘 2 : 레이저다이오드

3 : 제 1반사층 4 : 제 2반사층

5 : 위상홀로그램격자 6 : λ/4파장판

7 : 대물렌즈 8 : 디스크

9 : 제 1광검출기 10 : 제 2광검출기

본 발명에 따른 광 픽-업장치는 도 2에 도시된 바와같이 일정한 기울기로 소정으 두께를 갖고 다수의 광학소자가 형성되어 입사되는 빔을 반사 및 투과하는 프리즘(1)과, 이 프리즘(1)의 상면에 소정의 두께로 형성되어 편광 상태에 따라 입사빔을 회절시키는 위상홀로그램격자(5)와, 상기 프리즘(1)과 일정 거리를 두고 상측에 형성되어 입사빔의 이상광선(S파)은 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 프리즘(1)의 일측면 중앙부에는 이상광선(P파)으로 편광된 빔을 방사하는 레이저다이오드(2)가 형성되어 있으며, 이 레이저다이오드(2)와 소정거리를 두고 좌우측에는 입사되는 광정보의 +1차광 및 -1차광의 빔을 전기적인 신호로 검출하는 제 1광검출기(9) 및 제 2광검출기(10)가 형성되어 있다. 또한 상기 위상홀로그램격자(5)가 안치된 프리즘(1)의 상면 일측에는 입사빔을 소정의 각으로 전반사하는 제 1반사층(3)이 형성되어 있고, 상기 프리즘(1)의 하면에는 입사되는 빔을 일정한 각으로 전반사하는 제 2반사층(4)이 형성되어 있다.

한편, 이와같은 구성으로 된 광 픽-업장치의 동작을 살펴보면 먼저, 프리즘(1)내 일측면 중앙부에 형성된 레이저다이오드(2)에서 이상광선으로 편광된 빔은 일정한 각으로 방사되어 제 1반사층(3)으로 입사된다. 그러면 이 제 1반사층(3)으로 입사된 이상광선의 빔은 소정의 각으로 전반사되며 이 전반사된 빔은 프리즘(1)의 하면에 형성되어 있는 제 2반사층(4)을 경유함으로서 소정의 각으로 반사되어 프리즘(1)의 상면에 소정의 두께로 형성되어 있는 위상홀로그램격자(6)로 입사되는 것이다. 이때, 이 위상홀로그램격자(5)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(5)로 입사된 이상광선의 빔은 그대로 투과하여 λ/4파장판(6)으로 입사되고 이 입사된 빔은 900의 위상이 변환된다.이때, 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 대물렌즈(9)에 입사되는 것이다.

이때, 이 대물렌즈(7)로 재차 집속된 원편광 형태의 광정보 빔은 λ/4파장판(6)으로 입사되는데 이때, 이 λ/4파장판(6)으로 입사된 원편광의 형태인 광정보의 빔은 정상광선(P파)으로 파장 변환되며, 이 파장 변환된 광정보의 빔은 위상홀로그램격자(5)를 경유함으로서 0차광 및 ±1차광의 쓰리빔으로 회절되어 프리즘(1)의 하면에 형성된 제 2반사층(4)에서 일정한 각으로 반사되어 제 1반사층(3)으로 입사된다. 이때 이 제 1반사층(3)으로 입사된 쓰리빔의 광정보는 일정한 각으로 반사되는데 이 중 +1차광의 빔은 제 1광검출기(9)로 입사되며 -1차광의 빔은 제 2광검출기(10)로 입사되어 해당하는 광정보 신호는 각각의 전기적인 신호로 출력되어 미도시된 신호처리부로 인가됨으로서 광정보 및 트랙킹 에러및 포커스 에러를 검출하고 제어를 통해 광 픽-업 장치가 안정적으로 동작하게 되는 것이다.

여기서 트랙킹 에러 검출은 원빔법을 이용하여 검출하고 있는데 6분활된 광검출기에서 트래킹영역에 해당하는 2 분할된 광검출기에 조사되는 광량의 차이로 인해 검출하는 것으로 즉, 피트가 형성된 트랙에 정확히 빔이 맺힐 경우에는 두 트래킹 영역에는 균등하게 조사됨으로서 미도시된 에러 검출용 차동증폭기(도시안됨)의 출력값은 제로가 된다. 그리고 빔이 트랙의 우측으로 빗나가면 광검출기의 좌측 트래킹 영역에 수광되는 빔의 량이 상대적으로 증가하여 차동증폭기의 출력전압은 플러스가 되고 또한, 빔이 트랙의 좌측으로 빗나가면 광검출기의 우측 트래킹영역으로 수광되는 빔의 량이 상대적으로 증가하여 차동증폭기의 출력전압이 마이너스가되어 트랙킹 에러를 검출하는 것이다.

또한, 본 발명의 포커스 에러는 비점수차를 이용하여 검출하고 있는데 아래와 같은 수식 1로 표시 할 수 있다.

[수식 1]

F = (A+C)- (B+D)

즉, 광검출기로 입사되는 빔의 포커스가 광검출기의 뒤에 맺힐 경우에는 빔은 도3 가에 같은 형상으로 광검출기에 맺혀 차동증폭기(도시안됨)의 출력값은 플러스가 되며, 입사되는 빔의 포커스가 광검출기의 앞에 맺힐 경우에는 도 3다에 도시 된 바와같은 형상으로 빔이 광검출기에 맺히며 차동증폭기의 출력값은 마이너스가 된다. 그리고 입사되는 빔의 포커스가 정확히 광검출기에 맺히면 도 3나에 도시 된 바와같은 형상으로 빔이 나타나며 차동증폭기의 출력값은 제로가 되는 것이다.

이와같이 상기 광검출기(9)에 조사된 빔의 형상으로부터 디스크(8)에 대한 픽업장치의 위치정확도, 즉 포커싱 및 트래킹 에러 신호가 발생되며 그 신호에 응답하여 대물렌즈(7)의 액츄에이터의 코일에 전류가 인가되는 것이다.

본 발명은 소정의 기울기를 갖고 다수의 광학소자로 구성된 프리즘을 형성하며 , 이 프리즘의 상면에는 소정의 두께를 갖고 위상차에 따라 회절하는 위상홀로그램격자를 형성되며, 상기 프리즘과 일정거리를 두고 상측에는 이상광선은 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 (1)

1. 일정한 파장의 레이저 빔을 대물렌즈(7)로 집광하여 디스크(8)로 조사함에 따라 그 디스크(8)에서 반사되는 레이저 빔을 수광하는 광 픽-업장치에 있어서,

   상기 대물렌즈(7)를 경유해 입사되는 정상광선을 회절시키는 위상홀로그램격자(5)가 상부측에 형성되고, 이 위상홀로그램격자(5)의 하부 일측면 중앙에는 이상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드(2)가 형성되고, 상기 레이저다이오드(5)의 양측면으로 광정보를 검출하는 제 1광검출기(9) 및 제 2광검출기(10)가 형성되고, 상기 위상홀로그램격자(5)의 하부일측에 형성된 제 1반사층(3)과 대응되도록 제 2반사층(4)이 설치되도록 일체로 형성한 프리즘(1)과, 이 프리즘(1)과 상기 대물렌즈(7)사이에 형성되어 위상차를 갖고 입사되는 레이저 빔을 파장변환하는 λ/4파장판(6)이 구비되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.