KR19980029890A - 광 픽-업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 데이타기록매체에 신호를 기록하고, 그 기록된 정보를 전기신호로 재생시키는 광 픽-업장치에 관한 것으로서, 특히 일반적 음악재생용 디지탈 오디오 디스크(DAD)와 영상 및 음성 재생용 디지탈 비디오 디스크(DVD)를 동시에 재생할 수 있도록 하는 광 픽-업장치에 관한 것이다.

이를 위하여 실리콘기판에 서로 다른 두 개의 파장을 방사하는 2파장 레이저다이오드, 레이저 빔을 쓰리빔으로 분리하는 회절격자, 특정 파장의 레이저빔 만을 선택적으로 투과하여 디스크상에 스포트사이즈를 조절함과 동시에 상광선을 원편광으로 원편광을 이상광선으로 변환시키는 파장변환 및 빔조절판을 집적 형성하여 디스크상에 직경이 1.6μm와 0.8μm의 빔 포커스가 동시에 형성되도록 하여 디지탈 오디오 디스크는 물론, 상기 오디오 디스크 보다 데이타 기록 용량이 수배 많아 피트의 폭이 현저히 좁은 디지탈 비디오 디스크의 재생이 가능토록 한 것이다.

Description

광 픽-업장치

본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로서, 특히 일반적 음악재생용 디지탈 오디오 디스크(DAD)와 영상 및 음성 재생용 디지탈 비디오 디스크(DVD)를 동시에 재생할 수 있도록 하는 광 픽-업장치에 관한 것이다.

일반적으로 디지탈 오디오 디스크(DAD) 또는 디지탈 비디오 디스크(DVD)에 기록된 정보를 전기신호를 재생시키는 광 픽-업장치는 대물렌즈, 빔스플리트, 회절격자, 레이저다이오드, 광검출기 등의 개개부품을 사용하여 조립한다.

즉, 일반적으로 디지탈 오디오 디스크에 사용되는 광 픽-업(OPTICAL PICK-UP)장치의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 빔을 발생하는 레이저다이오드(51)의 일 측에는 레이저 빔을 포커스 및 트래킹 에러검출용의 광으로 분리하는 회절격자(52)가 소정 간격을 두고 설치된다.

그리고, 상기 회절격자(52)의 일측에는 소정의 기울기를 갖도록 설치되고 일정한 비의 반사율과 투과율을 가져 입사광을 반사광과 투과광으로 분리하는 빔스플리트(53)가 배치된다. 또한, 상기 빔스플리트(53)의 상부에는 소정 파장 이하의 회절한계 성능을 갖고 상기 분리된 광을 집광하여 디스크(55)상에 포커싱시켜 기록된 정보를 읽는 대물렌즈(54)가 소정 간격을 두고 설치되며, 상기 빔스플리트(53)의 하부에는 대물렌즈(54)를 통해 오디오 및 비디오 디스크(55)상에 기록된 광정보를 전류로 변환하는 광검출기(56)가 소정간격을 두고 설치되어 있다.

이와 같은 구조를 갖는 종래 광 픽-업장치는, 먼저 레이저다이오드(51)에서 소정의 발진파장을 갖는 레이저 빔을 송출하게 되며, 이러한 레이저 빔은 회절격자(52)를 경유함에 따라 포커스 및 트랙킹 에러 검출용으로 쓰리 빔(THREE BEAM : 0차광, ±1차광)으로 분리하여 방사한다.

따라서 상기의 회절격자(52)에 의해 포커스 및 트랙킹용으로 분리된 광은 일정한 비의 반사율과 투과율을 갖는 빔스플리트(53)로 방출되어 입사광을 반사광과 투과광으로 분리하게 되며, 상기 반사광은 대물렌즈(54)에 의해 소정파장 이하의 회절한계 성능으로 빔을 집광하여 오디오 또는 비디오 디스크(55)상에 보내어져 디스크(55)상에 촛점을 맺혀 디스크(55)에 기록된 정보를 읽게 된다.

즉, 대물렌즈(54)에 의해 수 μm 정도의 에어리 형태로 집광되어 디스크(55)의 신호면에 조사되며, 이 빛은 데이타가 기록된 피트(55a)가 없는 곳에서는 거의 그대로 돌아오게 되나, 피트(55a)가 있는 곳에서는 광이 피트(55a)에 의해 회절되어 대물렌즈(54)의 범위 밖으로 방출 되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(56)에 광량차이를 발생시킨다.

한편, 오디오 또는 비디오 디스크(55)에서 반사되어 돌아오는 광의 강도가 피트(55a)에 의해 변조되며, 이 변조된 광정보는 대물렌즈(54)와 빔스플리트(53)를 통해 광검출기(56)로 보내어져 RF신호, 포커스신호, 트랙킹신호를 전류로 변환시키며, 이 변환된 전류를 미도시된 디지탈신호처리부에 의해 원래의 신호로 복조함으로서 디스크(55)상에 기록된 오디오신호를 재생할 수 있는 것이다.

이와 같은 종래 광 픽-업장치는, 디지탈 오디오 디스크(DAD) 또는 디지탈 비디오 디스크(DVD)중 하나의 디스크에 기록된 정보만을 읽어들일뿐 두 종류의 디스크에 기록된 데이타를 선택적으로 읽어들일 수 없게 된다. 그 이유는, 디지탈 비디오 디스크는 디지탈 오디오 디스크에 비해 데이타 기록 용량이 4배에 달하게 되며, 이로인해 피트의 폭이 디지탈 오디오 디스크 보다 절반정도로 좁아지게 됨으로서 빔포커스 형성시 스포트사이즈(SPOT SIZE)역시 작게 형성되어야 한다.

즉, 디지탈 오디오 디스크에서의 스포트 사이즈는 직경이 1.6μm, 그리고 디지탈 비디오 디스크에서의 스포트사이즈는 직경이 0.6μm가 각각 형성되어야 디스크에 기록된 오디오 및 비디오 데이타를 정확히 재생할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 도 1에 도시된 종래 광 픽-업장치는, 직경이 1.6μm, 또는 직경이 0.8μm중 하나만의 스포트사이즈 형성이 가능하므로 데이타 기록방식이 서로다른 오디오 및 디지탈 비디오 디스크를 선택적으로 재생할 수 없는 문제점이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 실리콘기판에 상광선으로 편광된 서로 다른 두 개의 파장의 빔을 방사하는 2파장 레이저다이오드, 레이저 빔을 쓰리빔으로 분리하는 회절격자, 특정파장의 레이저빔 만을 선택적으로 투과하여 디스크상에 스포트사이즈를 조절함과 동시에 상광선을 원편광으로 원편광을 이상광선으로 변환시키는 파장변환 및 빔조절판을 집적 형성하여 디스크상에 직경이 1.6μm와 0.8μm의 빔 포커스가 동시에 형성되도록하여 디지탈 오디오 디스크는 물론, 디지탈 비디오 디스크의 재생이 가능토록하여 광 픽-업 장치의 신뢰성 향상에 기여할 수 있도록 하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 광 픽-업장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 광 픽-업장치의 구성도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

54 : 대물렌즈 55 : 디스크

60 : 실리콘기판 61 : 지지체

62 : 2파장 레이저다이오드 63 : 광검출기

64 : 회절격자 65 : 편광 빔스플리트

66 : 프리즘 68 : 제 1 파장투광부

69 : 제 2 파장투광부 70 : 파장변환 및 빔조절판

본 발명에 따른 광 픽-업장치는 도 2에 도시된 바와같이 실리콘기판(60)의 일측 상부에는 파장이 서로다른 제 1 및 제 2 파장(λ1)(λ2)의 빔을 방사하는 2파장 레이저다이오드(63)가 일체로 집적 형성된 지지체(61)가 형성되고, 이 2파장 레이저다이오드(63)가 형성된 실리콘기판(60)의 타측에는 레이저 빔을 투과하는 프리즘(66)이 소정의 크기로 형성되어 있다.

그리고 상기 프리즘(66)의 일측면에는 2파장 레이저다이오드(62)에서 입사된 빔을 쓰리빔으로 회절시키는 요철형태의 회절격자(64)가 형성된다. 또한 상기 프리즘(66)의 중앙부에는 2파장 레이저다이오드(62)로부터 방사되는 레이저 빔에 포함된 상광선(P파)은 반사시키고 이상광선(S파)은 투과하는 편광 빔스플리트(65)가 대각선 방향으로 형성되며, 그리고 상기 프리즘(66)의 상면에는 특정파장의 레이저 빔만을 선택적으로 투과시켜 디스크(55)상에 상이한 스포트 사이즈를 형성함과 동시에 디스크(55)를 통해 돌아오는 광정보의 파장을 변환하는 파장변환 및 빔조절판(70)이 형성되어 있다.

즉, 상기 파장변환 및 빔조절판(70)의 구성은, 상기 2파장 레이저다이오드(62)로부터 방출되는 제 1 파장(λ1)만을 투과시키는 제 1 파장투광부(68)와, 상기 제 1 파장투광부(68)를 포함한 외주면에 소정의 크기로 형성되어 상기 2파장 레이저다이오드(62)로부터 방출되는 제 2 파장(λ2)을 투과시키는 제 2 파장투광부(69)로 구성된다.

여기서 상기 제 1 및 제 2 파장투광부(68)(69)는 모두 λ/4 플레이트로 이루어져 2파장 레이저다이오드(62)에서 입사된 상광선의 빔은 λ/4 플레이트를 투과함으로서 원편광으로 변환되며, 디스크(55)에서 조사되어 읽혀진 광정보의 원편광은 λ/4 플레이트를 투과함으로서 이상광선으로 변환된다.

그리고, 상기 파장변환 및 빔조절판(70)의 상측에는 입사빔을 디스크(55)에 빔포커스를 형성하는 대물렌즈(54)가 설치되어 있고 상기 프리즘(66)이 안치된 실리콘기판(60)의 상면 일측에는 디스크(55)의 광정보를 검출하는 광검출기(63)가 형성되어 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명은, 먼저 실리콘기판(60)의 일측 상면의 지지체(61)내부에 형성된 2파장 레이저다이오드(63)에서 상광선(P파)인 각기 다른 제 1 및 제 2 파장(λ1)(λ2)의 레이저 빔이 방사되며, 상기 파장의 레이저 빔은 프리즘(66)의 일측면에 형성된 회절격자(67)로 입사되어 0차광 및 ±1차광 즉, 쓰리빔으로 분리되며 이 분리된 쓰리빔의 빔은 프리즘(66)내부 중앙부에 대각선으로 형성되어 있는 편광 빔스플리트(65)로 입사된다.

따라서, 이 편광 빔스플리트(65)에서는 상기 회절격자(67)에서 쓰리빔으로 분리된 상광선(P파)의 레이저 빔은 반사되고 또한 이 상광선에 일부 포함된 이상광선(S파)은 모두 투과시키게 됨으로서 상광선(P파)만이 파장변환 및 빔조절판(70)으로 입사된다. 이때, 상기 파장변환 및 빔조절판(70)으로 입사된 상광선의 제 1, 제 2 파장(λ1)(λ2)의 레이저 빔은 제 1 및 제 2 파장투광부(68)(69)에 의해 두 종류의 빔경로를 형성하게 되며, 이 빔경로에 따라 디지탈 오디오 디스크(DAD) 또는 디지탈 비디오 디스크(DVD)에 기록된 정보를 읽게 된다.

즉, 편광 빔스플리트(65)를 통해 반사된 상광선의 제 1 파장(λ1) 레이저 빔은 제 1 파장투광부(68)를 경유하여 대물렌즈(54)로 조사됨에 따라 θ1의 각으로 집속되어 디스크(55)에 빔 포커스를 형성하게 되며, 이와 동시에 편광 빔스플리트(65)를 통해 반사된 상광선의 제 2 파장(λ2) 레이저 빔은 제 2 파장투광부(69)를 경유하여 대물렌즈(54)로 조사됨에 따라 θ2의 각으로 집속되어 디스크(55)에 빔 포커스를 형성하게 된다. 따라서, 상기 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 1 및 제 2 파장투광부(68)(69)에 의해 두 개의 제 1 및 제 2 개구수(NA1)(NA2)로 나누어지며, 이 두 개구수의 차이에 의해 디스크(55)상에 형성되는 빔의 크기가 변화되고, 이로 인해 광량에도 차이가 발생하게 된다. 여기서 개구수의 수식을 살펴보면 다음과 같다.

[수학식 1]

NA1=ηSinθ1, NA2=ηSinθ2

(여기서, η은 굴절율이며, 공기중에서 η은 1이다.)

[수학식 2]

NA1=Sinθ1이며, NA2 =Sinθ2가 된다.

[수학식 3]

D = K×λ/NA, H = R×λ/(NA)²

(여기서 D는 빔 사이즈이며, H는 초점심도이고, K와 R은 각각 상수이므로 NA가 변함에 의해 빔 사이즈와 초점심도가 변하게 되는 것이다.)

그러므로, 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 1 파장투광부(68)를 투과하여 θ1의 각도로 집속되는 빔 사이즈와 초점심도는 제 2 파장투광부(69)를 투과하여 θ2의 각도로 집속되는 빔 사이즈와 초점심도에 비해 크게 형성된다.

따라서, 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 1 파장투광부(68)를 투과하여 대물렌즈(54)에 의해 θ1의 각으로 집속된 레이저 빔은 디스크(55)상에 1.6μm 크기의 빔 스포트가 형성됨으로서 피트(55a)의 길이가 보다 넓은 디지탈 오디오 디스크(DAD)에 수록된 데이타를 읽어들이며, 또한 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 2 파장투광부(69)를 투과하여 대물렌즈(54)에 의해 θ2의 각으로 집속된 레이저 빔은 디스크(55)상에 0.8μm 크기의 빔 스포트가 형성됨으로서 피트(55a)의 길이가 보다 좁은 디지탈 비디오 디스크(DVD)에 수록된 데이타를 각각 읽어들이게 된다.

즉, 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 1 및 제 2 파장투광부(68)(69)와 대물렌즈(54)에 의해 θ1, θ2의 각으로 집속된 1.6μm와 0.8μm의 에어리 형태로 집광되어 디지탈 비디오 디스크 또는 디지탈 오디오 디스크(55)의 신호면에 조사되며, 이 빛은 데이타가 기록된 피트(55a)가 없는 곳에서는 거의 그대로 돌아오게 되나, 피트(55a)가 있는 곳에서는 광이 피트(55a)에 의해 회절되어 대물렌즈(54)의 범위 밖으로 방출되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기에 광량차이를 발생시키게 된다.

이러한 상태에서 디스크(55)가 디지탈 오디오 디스크일 경우라고 가정하면, θ1의 각으로 집속되어 돌아오는 디지탈 오디오 디스크의 광정보는 다시 θ1의 각으로 대물렌즈(54)를 통해 λ/4 플레이트로 이루어진 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 1 파장투광부(68)를 경유함으로서 디스크(55)의 광정보인 원편광은 이상광선(S파)으로 변환하여 편광 빔스플리트(65)로 입사된다. 이때 상기 편광 빔스플리트(65)는 상광선(P파)은 반사하고 이상광선(S파)은 반사하는 성질을 가지므로 제 1 파장투광부(68)를 경유한 이상광선(S파)의 디스크 광정보는 광검출기(63)로 입사하게 된다.

한편, 디스크(55)가 디지탈 비디오 디스크일 경우라고 가정하면, θ2의 각으로 집속되어 돌아오는 디지탈 비디오 디스크의 광정보는 다시 θ2의 각으로 대물렌즈(54)를 통해 λ/4 플레이트로 이루어진 파장변환 및 빔조절판(70)의 제 2 파장투광부(69)를 경유함으로서 디스크(55)의 광정보인 원편광은 이상광선(S파)으로 변환하여 편광 빔스플리트(65)로 조사함에 따라 이상광선(S파)만을 투과시킴으로서 제 2 파장투광부(69)를 경유한 이상광선(S파)선의 디스크 광정보는 광검출기(63)로 조사하게 된다.

그러므로 본 발명의 구조에서 포커스 에러 검출은 포컬트법으로, 그리고 트랙킹에러 검출은 쓰리 빔(three beam)법으로 검출된다. 따라서, 상기 광검출기(63)에서는 디스크의 광정보를 전류로 변환 출력시키며, 이 광검출기(63)의 출력을 이용하여 미도시된 디지탈 신호처리부에 의해 RF신호, 포커스신호, 트랙킹신호를 검출 및 원래의 신호로 복조함으로서 디지탈 오디오 및 비디오 디스크상에 기록된 오디오신호를 재생하게 되는 것이다.

본 발명은 실리콘기판에 서로다른 두 개의 파장을 방사하는 2파장 레이저다이오드, 레이저 빔을 쓰리빔으로 분리하는 회절격자, 특정 파장의 레이저 빔을 선택적으로 투과하여 디스크상에 스포트사이즈를 조절함과 동시에 상광선을 원편광으로 원편광을 이상광선으로 변환시키는 파장변환 및 빔조절판을 집적형성하여 디스크상에 직경이 1.6μm와 0.8μm의 빔 포커스가 동시에 형성되도록하여 디지탈 오디오 디스크는 물론, 상기 오디오 디스크 보다 데이타 기록 용량이 수배 많아 피트의 폭이 현저히 좁은 디지탈 비디오 디스크의 재생이 가능토록하여 광 픽-업 장치의 신뢰성 향상에 기여할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 레이저 빔을 대물렌즈(54)로서 빔을 집광하여 디스크(55)상에 신호를 기록하고, 그 기록된 정보를 전기신호로 재생시키는 광 픽-업장치에 있어서,

   다수의 광학소자가 안치되는 실리콘기판(60)과, 이 실리콘기판(60)의 상부 일측에 돌출된 지지체(61)의 내부에 형성되어 상광선(P파)의 서로 다른 파장(λ_1,λ₂)의 빔을 방사하는 2파장레이저다이오드(62)와, 상기 실리콘기판(60)의 일측 상부에 소정크기로 형성되어 2파장레이저다이오드(62)로부터 입사된 상광선의 빔은 반사 및 원편광으로 파장변환시키며 상기 대물렌즈(54)로부터 입사되는 원편광의 광정보를 이상광선으로 파장변환하여 투과시키는 프리즘(66)과, 상기 실리콘기판(60)의 타측 상면부내에 형성되어 프리즘(66)을 투과하여 입사되는 광정보를 전기적인 신호로 검출하는 광검출기(63)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 픽-업장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프리즘(66)은 상기 레이저다이오드(62)와 소정의 거리를 두고 대응되게 형성되어 2파장레이저다이오드(62)로부터 입사되는 상광선의 빔을 회절시키는 회절격자(64)와, 상기 광검출기(63)와 소정의 거리를 두고 대각선 방향으로 형성되어 상기 회절격자(64)에 의해 회절된 상광선의 빔을 대물렌즈(54)쪽으로 반사시키는 한편 그 대물렌즈(64)를 통해 입사되어 파장 변환된 광을 상기 광검출기(63)로 입사시키는 편광 빔스플리트(65)와, 이 편광 빔스플리트(65)의 상측 소정의 위치에 형성되어 2파장의 빔(λ_1,λ₂)을 선택적으로 투과하여 디스크 상에 스포트사이즈를 조절하며 파장 변환하는 파장변환 및 빔조절판(70)이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 광 픽-업장치.