KR19980057955A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로서, 특히 정상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드와, 이 레이저다이오드와 일정한 거리를 두고 상측에 2개의 직각 프리즘의 경사면이 대면하게 설치하고 그 직각프리즘의 경사면에는 빔스플리터를 형성하며 상기 제 1직각프리즘의 일측면 중앙부에는 광검출기를 형성하고 이 광검출기와 평행하게 대응되는 제 2직각프리즘의 일측면에는 반사막을 코팅하며 상기 제 2직각프리즘의 상면에는 위상홀로그램격자를 형성한 입방체의 프리즘과, 상기 프리즘과 일정거리를 두고 상측에 형성되어 입사하는 정상광선은 원편광으로, 원편광은 이상광선으로 파장변환하는 λ/4 파장판을 구비함으로서 각 광학소자들간의 기구적인 오차를 줄임은 물론 각 구성요소 들간에 정밀성이 요구되지 않음에 따른 조립성이 향상되어 광 픽-업장치를 소형화 할 수 있으며 정상광선으로 편광된 빔을 이용함으로서 광효율이 향상된다.

Description

광 픽업 장치
본 발명은 광 픽-업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 두께를 갖는 제 1직각프리즘과 제 2직각프리즘이 접합되어 입방체의 프리즘을 구성하며 이 프리즘내에 다수의 광학소자를 형성함으로서 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 제 1직각프리즘과 제 2직각프리즘을 접합시켜 입방체 형상의 프리즘과 이 프리즘내에 다수의 광학소자를 형성하며 정상광선으로 편광된 레이저 빔을 사용함으로써 각 광학소자의 기구적인 오차를 줄여 광 픽-업장치의 경박단소화에 기여함은 물론 광기기의 광효율을 향상시킬 수 있는 광 픽-업장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
이와같은 본 발명은 정상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드와, 이 레이저다이오드와 일정한 거리를 두고 상측에 제 1직각프리즘과 제 2직각프리즘의 사면이 체결되어 그 사면이 빔스플리터의 작용을 하며 제 2직각프리즘의 상면에는 입사되는 빔의 편광상태에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자가 형성되고 상기 제 1직각프리즘의 일측면 중앙부에는 입사되는 광정보를 수광하여 전기적인 신호로 검출하는 광검출기가 형성되며 이 광검출기와 평행하게 대응되는 제 2직각프리즘의 일측면에는 입사되는 이상광선의 빔을 전반사하는 반사막이 형성되어 그 형상이 입방체인 프리즘과, 이 프리즘과 일정거리를 두고 상측에 형성되어 입사되는 정상광선은 원편광으로, 원편광은 이상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판이 구비되는 것을 특징으로한다.
도 1은 종래 광 픽-업장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 광 픽-업장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 포커스 에러를 검출하기 위해 도시한 광검출기의 평면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 레이저다이오드 2 : 프리즘
3 : 제 1프리즘 4 : 제 2직각프리즘
5 : 빔스플리터 6 : 위상홀로그램격자
7 : λ/4파장판 8 : 대물렌즈
9 : 디스크 10 : 반사막
11 : 광검출기
이에 본 발명에 의한 광 픽-업 장치를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 전체적인 구성도이고, 도 3은 프리즘의 사시도로서 본 발명에 따른 광 픽-업장치는 정상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드(1)와, 이 레이저다이오드(1)와 일정한 거리를 두고 상측에는 제 1직각프리즘(3)과 제 2직각프리즘(4)의 경사면이 대면하게 접합되어 그 경사면에 입사되는 빔을 소정 비율로 반사 및 투과하는 빔스플리터(5)가 형성된 프리즘(2)과, 상기 레이저다이오드(1)와 평행하게 대응되는 제 2직각프리즘(4)의 상면에 형성되어 입사되는 빔의 편광상태에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자(6)와, 상기 프리즘(2)와 소정의 거리를 두고 상측에 형성되어 입사되는 정상광선은 원편광으로, 원편광은 이상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판(7)과, 상기 프리즘(2)의 상부 소정위치에 형성되어 빔을 집광하여 디스크(9)에 조사하며, 이 디스크(9)로부터 반사되는 광정보의 빔을 수광하는 대물렌즈(8)와, 상기 제 1직각프리즘(3)의 일측면 중앙부에 형성되어 입사되는 광정보의 빔을 수광하여 전기적인 신호로 출력하는 광검출기(11)로 이루어 진다.
그리고 상기 광검출기(11)와 평행하게 대응되는 제 2직각프리즘(4)의 일측면에는 입사되는 빔을 전반사하는 반사막(10)이 형성되어 있다.
한편, 이와같은 구성으로 이루어진 광 픽-업장치의 동작을 살펴보면 먼저, 레이저다이오드(1)에서는 정상광선으로 편광된 레이저 빔을 일정한 각으로 방사하며 이 방사된 레이저 빔은 제 1직각프리즘(3)의 경사면과 제 2직각프리즘(4)의 경사면 사이에 형성된 빔스플리터(5)로 입사된다. 이때, 이 빔스플리터(5)로 입사된 정상광선의 레이저 빔은 소정의 비율로 반사 및 투과하여 이중 투과된 레이저 빔은 제 2직각프리즘(4)의 상면에 형성된 위상홀로그램격자(6)를 그대로 투과하여 프리즘(2)과 일정거리를 두고 상측에 형성된 λ/4파장판(7)으로 입사되는데 여기서 이 정상광선의 레이저 빔은 λ/4파장판(7)을 투과함으로서 빔의 형태는 원편광의 상태로 되어 대물렌즈(8)로 집광되고 이 집광된 레이저 빔은 디스크(9)상의 피트(9a)에 촛점이 맺히게 되며 이로 인해 디스크(9)의 피트(9a)에 기록된 정보는 일정한 광으로 반사되어 일정한 회절영역을 갖는 대물렌즈(8)로 재차 입사되는 것이다.
한편, 이 대물렌즈(8)로 재차 집속된 원편광 형태의 광정보 빔은 λ/4파장판(7)을 경유함으로서 이상광선(S파)의 광정보 빔으로 파장변환되며, 이 파장 변환된 광정보의 빔은 제 2직각프리즘(3)의 상면에 형성된 위상홀로그램격자(6)로 입사되는 것이다. 이때, 이 위상홀로그램격자(6)는 입사되는 빔의 편광상태에 따라 회절작용을 하는데 즉, 이상광선으로 편광된 빔은 0차 및 ±1차광으로 회절되어 빔스플리터(5)로 조사된다. 그러면 이 빔스플리터(5)으로 입사된 빔은 일정 비율로 반사 및 투과되어 이중 반사된 빔은 반사막(10)으로 입사후 반사되어 재차 빔스플리터(5)를 투과하여 제 1직각프리즘(2)의 일측면에 형성된 광검출기(11)로 조사되어 전기적인 신호로 출력되는 것이다.
여기서 포커스 에러는 포컬트 법을 이용하여 검출하고 있는데 도 3에 도시된 바와같이 위상홀로그램격자(6)에서 회절된 광정보의 빔은 빔스플리터(5)를 경유해 보통의 5분활 광검출기(11)의 각 영역으로 수광되는데 이때 포커스가 광검출기(11)의 앞쪽에 맺힐 경우에는 도 3가에 도시된바와 같은 빔형상으로 광검출기(1)의 각 영역에 조사되며 또한 포커스가 광검출기(11)의 뒷쪽에 맺힐 경우에는 도 3다에 도시된 바와같은 빔의 형상이 광검출기(11)의 각 영역에 조사된다. 그리고 포커스가 광검출기(11)의 정확히 맺힐 경우에는 도 3나에 도시된 바와같은 빔의 형상이 광검출기(11)의 각 영역에 조사된다. 이때, 상기 광검출기(11)의 각 영역은 A.B.C.D로 구분하며 포커스에러 검출신호는 아래와 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
[수식 1]
F.E.S = A - B (여기서 F.E.S는 포커스에러 검출신호)
즉, A 및 B의 광검출기(11) 영역에 조사되는 빔을 후단에 설치된 차동증폭기(도시안됨)에서 광량의 차이를 이용함으로서 에러는 검출되고 이 에러는 미도시된 제어장치에 의해 보정되는 것이다.
또한, 본 발명에서 트래킹 에러는 원빔법을 이용하여 검출하고 있는데 디스크(9)의 피트(9a)에 조사되는 빔이 피트(9a)의 좌우측으로 벗어나면 도 3에 도시된 바와 같이 트래킹에러 검출영역에 조사되는 광량에 차이가 나타난다. 여기서 트래킹에러 검출신호는 아래와 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
[수식 2]
T.E.S = (A+C)-(C+D) ( 여기서 T.E.S는 트래킹에러 검출신호)
즉, 두 트래킹 검출영역으로 조사되는 광량의 차이는 후단에 설치된 차동증폭기에서 마이너스 및 플러스 값으로 출력되는 것이다.
또한, 상기 광검출기(11)의 조사되는 광정보의 빔은 아래와 같은 수식으로 표시할 수 있다.
[수식 3]
R.F = A + B + C +D( 여기서 R.F는 광정보 신호)
이와같이 상기 광검출기(11)에 조사된 빔의 형상으로부터 디스크(9)에 대한 픽업 장치의 위치정확도, 즉 포커싱 및 트래킹 에러 신호가 발생되며 그 신호에 응답하여 미도시된 제어장치가 대물렌즈(8)의 액츄에이터의 코일에 전류를 인가하여 보정함으로서 광 픽-업장치가 안정적으로 동작하도록 하는 것이다.
본 발명은 정상광선으로 편광된 빔을 방사하는 레이저다이오드와, 두개의 직각프리즘의 경사면을 대면하게 접합시켜 입방체의 프리즘을 형성하며 이 프리즘내에 다수의 광학소자를 구비함으로서 광학부품의 수를 줄여 기기의 조립성을 향상시키며 광 픽업 장치의 소형화는 물론 기기의 경박단소화에 기여할 수 있다.

Claims (4)

  1. 일정한 파장을 갖고 입사되는 레이저 빔을 대물렌즈(8)로 집광하여 디스크(9)로 조사함에 따라 그 디스크(9)에서 반사되는 레이저 빔을 수광하는 광 픽-업장치에 있어서,
    정상광선으로 편광된 레이저 빔을 방사하는 레이저다이오드(1)와, 이 레이저다이오드(1)와 일정한 거리를 두고 상측에 형성되어 제 1직각프리즘(3)과 제 2직각프리즘(4)의 경사면이 대면되게 접합되어 상기 레이저다이오드(1)와 평행하게 대응되는 제 2직각프리즘(4)의 상면에는 편광상태에 따라 회절작용을 하는 위상홀로그램격자(6)가 형성되며 상기 제 1직각프리즘(2)의 일측면 중앙부에는 입사되는 광정보의 빔을 수광하여 전기적인 신호로 출력하는 광검출기(11)가 형성되어 입방체의 형상을 이루는 프리즘(2)과, 상기 프리즘(2)과 일정거리를 두고 상측에 소정의 두께로 형성되어 입사되는 정상광선은 원편광으로, 원편광은 이상광선으로 파장변환하는 λ/4파장판(7)이 구비되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1직각프리즘(3)과 제 2직각프리즘(4)의 경사면에는 입사되는 빔을 소정 비율로 반사 및 투과시키는 빔스플리터(5)가 형성된 것을 특징으로 하는 광 픽-업장치.
  3. 제 1항에 있어서, 제 2직각프리즘(4)의 일측면에는 입사되는 빔을 소정의 각으로 반사하는 반사막(10)이 코팅된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 위상홀로그램격자(6)는 정상광선은 그대로 투과시키며 이상광선은 소정의 각으로 회절시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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