KR19980068987A - 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

빔 사이즈를 균형있게 파형정형하는 광픽업장치에 관한 것으로 가우시안 분포의 광량분포를 갖는 광원과, 상기 광원에서 발생된 빔의 발산각도에서 관계없이 일정한 광량분포의 광을 출력하는 광학박막 코팅면을 갖는 빔 스프리터와, 빔 스프리터에서 투사된 광을 일정 광량분포를 갖는 원형 빔으로 출력하는 시준 렌즈와, 시준 렌즈에서 출력된 원형의 빔을 광 디스크에 집광하는 대물 렌즈를 포함하여 구성되어 빔 스프리터를 통과한 입사광의 밝기분포가 일정하도록 하는 효과가 있다.

Description

광픽업장치
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로 특히, 빔사이즈를 균형있게 파형정형하는 광픽업장치에 관한 것이다.
이하, 종래기술에 따른 파형정형을 위한 광픽업장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래기술에 따른 제 1 실시예로 실린더 렌즈를 이용하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면으로써, 레이저 다이오드(21)와, 시준렌즈(22)와, 실린더 렌즈(23)와, 빔 스프리터(24)와, 반사 미러(25)와, 대물렌즈(26) 및 디스크(27)로 구성되어 레이저 다이오드(21)는 타원형을 가진 레이저 광을 발생하고, 시준 렌즈(22)는 이 발생된 레이저 광을 평행하게 진행시켜 주어 실린더 렌즈(23)에 입사된다.
여기서 일반적인 레이져 다이오드(21)에서 발생하는 빛을 살펴보면 다음과 같다.
도 2a는 일반적인 레이져 다이오드에서의 출사광의 밝기 분포를 보여주는 그래프이고, 도 2b는 도 1a의 등분포면의 단면으로 빔의 형태를 보여주는 그래프이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 일반적으로 레이저 다이오드(21)에서 발광하는 빛은 수직(y) 및 수평(x)방향에 대하여 발산각도의 차이로 인하여 등강도면을 잘라서 볼때 도 2b와 같이 빔의 형태가 타원형을 가지게 된다.
일반적인 광픽업장치의 디스크(27)상에 맺히는 빔 촛점의 크기는 입사광의 강도분포에 영향을 받게되는데 이와 같이 발산광의 각도차이가 크면 발산각도가 큰 방향의 빔 촛점의 크기는 작아지고, 발산각도가 작은 방향의 빔 촛점의 크기는 커지게 되어 디스크(27)상의 피트(pit) 방향 및 트랙 방향에서의 빔사이즈에 불균형을 초래하게 된다.
따라서 파형정형을 하여 각 방향에서의 입사광속의 밝기분포가 같거나 유사하게 변경시켜 주어야한다.
실린더 렌즈(23)에 입사된 빔은 수직방향으로 광을 굴절시키지 않고 그대로 통과하고, 수평방향으로는 광을 굴절시키는 오목 렌즈를 통해 빔의 폭을 넓힌다.
그 후 수평방향으로 광이 굴절된 빔을 블록 렌즈가 받아서 수평 및 수직방향으로도 평행인 평행광선을 출력한다.
즉, 레이저 다이오드(21)에서 발생된 타원형을 가진 레이저 광은 오목렌즈와 볼록 렌즈로 구성된 실린더 렌즈(23)를 통해 수평, 수직방향이 동일하게 파형정형이 이루어진다.
실린더 렌즈(23)에서 파형정형된 빔은 빔 스프리터(24)에 입사되어 투사 및 수직회절되고, 반사 미러(mirror)(25)에서 반사되어 대물 렌즈(26)에 의해 광을 디스크(27)에 집광한다.
또한, 도 3a는 종래기술에 따른 제 2 실시예로 한개의 프리즘을 이용하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 한개의 프리즘 대신에 두개의 프리즘을 이용하여 파형정형을 하는 도면으로써, 도 2의 실린더 렌즈(23) 대신에 한 개의 프리즘(31)을 이용하여 레이저 다이오드(21)에서 발생된 타원형을 가진 레이저 광을 수평, 수직방향이 동일하게 파형정형을 수행한다.
그리고 한개의 프리즘 대신에 도 3b와 같이 두개의 프리즘을 이용하여 파형정형을 수행할 수도 있다.
종래기술에 따른 광픽업장치는 파형정형을 하기 위해 2매의 실린더 렌즈와 1매 또는 2매의 프리즘을 사용하므로 기구적으로 복잡하고, 비경제적이적이며 기구적으로 복잡해짐에 따라 누적수차가 커지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 빔 스프리터의 일면에 광학박막 코팅하여 입사광의 밝기분포가 일정하도록 파형정형을 수행하는 광픽업장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1는 종래기술에 따른 제 1 실시예로 실린더 렌즈를 이용하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면
도 2a는 일반적인 레이져 다이오드에서의 출사광의 밝기 분포를 보여주는 그래프
도 2b는 도 2a의 등분포면의 단면으로 빔의 형태를 보여주는 그래프
도 3a는 종래기술에 따른 제 2 실시예로 한개의 프리즘을 이용하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면
도 3b는 도 3a의 한개의 프리즘 대신에 두개의 프리즘을 이용하여 파형정형을 하는 도면
도 4는 본 발명에 따른 광학 박막코팅에 의해 투과율을 조절하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면
도 5는 도 4의 빔 스프리터를 상세하게 보여주는 도면
도 6은 도 4의 P편광의 경우 빔 스프리터를 통과한 후의 빔의 광량분포를 보여주는 그래프
도 7은 도 4의 빔 스프리터에 광학박막의 각도에 대한 P편광에 대한 광량분포 특성을 보여주는 그래프
도 8은 도 4의 빔 스프리터에 광학박막의 각도에 대한 S편광에 대한 광량분포 특성을 보여주는 그래프
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41: 레이저 다이오드42 : 빔 스프리터
43 : 시준 렌즈44 : 대물 렌즈
45 : 디스크46 : 센서 렌즈
47: 수광소자
본 발명에 따른 광픽업장치의 빔 스프리터에 광원에서 발생된 빔의 발산각도에서 관계없이 일정한 광량분포의 광을 출력하는 광학박막 코팅면을 갖도록 하는 데 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광픽업장치를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 광학 박막코팅에 의해 투과율을 조절하여 파형정형을 하는 광픽업장치의 구성을 보여주는 도면으로써, 타원형을 가진 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(41), 반사면의 이면에 일정 투과특성을 갖는 광학박막(48)을 코팅하여 레이저 다이오드(41)에서 발생된 레이저 광을 투과 및 반사시키는 광학박막(48)(42)와, 빔 스프리터(42)에서 투사된 광을 평행하게 진행시켜 원형의 광을 출력하는 시준 렌즈(Collimator Lense)(43)와, 시준 렌즈(43)에서 출력된 원형의 광을 광 디스크(45)의 신호 트랙위에 집광하는 대물 렌즈(44)와, 디스크(45)에서 반사된 빔을 다시 대물렌즈(44), 시준 렌즈(43)의 입사경로를 통해 되돌아와 빔 스프리터(42)의 반사면에 반사된 빔을 집속하는 센서 렌즈(Sensor Lense)(46)와, 센서 렌즈(46)에 의해 집속되는 레이저 빔을 감지하는 수광소자(47)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 광픽업장치의 동작을 설명하면 먼저, 레이저 다이오드(41)는 타원형 형태의 레이저 광을 발생하는데 이 발생된 광은 빔 스프리터(42)를 거쳐 시준 렌즈(43)로 입사된다.
이때 빔 스프리터(42)에 반사면이 존재하는데 그 일면에 광학박막 코팅을 한다.
이 코팅하는 광학 박막의 막구성의 일실시예를 설명하면 글라스(G)와 글라스(G) 사이에 0.317M, 0.473H, 0.349M, 0.316L, 0.466M, 0.375H, 0.358M, 0.288L, 0.502M, 0.329H, 0.509M, 0.25L, 2(0.5M, 0.25H, 0.5M, 0.25L), 0.5M의 21층의 막으로 이루어진다. 여기서, G=1.515, H=2.3, M=1.63, L=1.38, 기준파장 λ0=645nm, 모니터 파장 λm=0.556nm 이다.
이렇게 21층의 막으로 구성된 광학박막(48)을 빔 스프리터(42)에 코팅할때 투과특성을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4의 빔 스프리터를 상세하게 보여주는 도면으로 기준각도 θ0대하여 좌우 대칭형태의 투과특성을 가지며, 임의의 각도θ에 대하여 Δθ=θ-θ0라고 정의할 때 S 및 P 편광에 대하여 각각 다음의 식과 같은 투과특성을 갖도록 한다.
[수학식 1]
여기서, T0는 기준각도θ0에서의 각 편광별 투과율을 의미하며, θe는 광학계에서 사용하는 레이저 다이오드(41)에 있어 광의 강도분포를 일정하게 하고자 하는 방향에서의 강도분포가 피크에 대하여 1/e2로 작아지는 위치에서의 방사각도를 의미한다.
도 7은 도 4의 빔 스프리터에 광학박막의 각도에 대한 P편광에 대한 광량분포 특성을 보여주는 그래프이고, 도 8은 도 4의 빔 스프리터에 광학박막의 각도에 대한 S편광에 대한 광량분포 특성을 보여주는 그래프로써, 수학식 1과 같은 투과특성을 가진 빔 스프리터(42)에 가공된 광학박막(48)의 각도에 대한 P편광의 광량분포와 S편광일 때의 광량분포를 보여준다.
도 6은 도 4의 P편광의 경우 빔 스프리터를 통과한 후의 빔의 광량분포를 보여주는 그래프로써, 예를들어 레이저 다이오드(41)에서 발산된 빔이 P편광일 때 레이저 다이오드(41)에서 발산되는 가우시안(Gaussian) 분포의 광량분포는 아래와 같다.
[수학식 2]
여기서, Φ는 레이저 다이오드의 발산각을 말한다.
수학식 2와 같은 가우시안 분포의 광량분포를 갖는 레이저 다이오드(41)에서 발산된 빔(b)은 수학식 1과 같이 나타낼수 있는 빔 스프리터(42)에 광학박막(48)의 각도에 대한 P편광의 광량분포(a) 특성으로 빛의 광량분포가 일정한 빔(c)이 된다.
즉, 수학식 2와 같은 광량분포를 가진 레이저 다이오드(41)에서 발산되는 빔이 수학식 1과 같은 투과특성을 가진 빔 스프리터(42)의 코팅면을 투과할 때 발산각(Φ)에 해당하는 코팅면의 입사각도 편이량을 함께 고려하면 빔 스프리터(42)를 통과한 빔의 광량분포는 레이저 다이오드(41)의 발산각도(Φ)에 상관없이 T0로 일정하게 된다.
이때 빔 스프리터(42)의 코팅면에서의 각도 편이량 Δθ와 레이저 다이오드(41)의 발산각 Φ사이의 관계는 다음과 같다.
[수학식 3]
여기서, Φ는 레이저 다이오드(41)의 발산각을 말하며, N은 프리즘의 굴절율을 말한다.
이와 같이 레이저 다이오드(41)가 발산한 빔의 형태가 타원형을 가진 빛을 발산하여도 수학식 1과 같은 특성을 가진 광학 박막(48)을 빔 스프리터(42)에 코팅을 하여 투과시키면 일정한 광량분포를 갖게되어 시준 렌즈(43)에 입사된다.
일정한 광량분포를 갖게된 광선은 회전대칭인 시준 렌즈(43)를 거쳐 레이저 다이오드(41)에서 방사된 타원 형태의 빔을 원형으로 바꾼다.
광량분포가 등분포로 바뀐 광선은 대물 렌즈(44)를 통해 디스크(45)에 집광되어 빔 스팟(Spot)을 형성한다.
이때 형성된 빔 스팟은 입사광의 강도분포가 거의 평행광에 가깝게 정형되어 있으므로 1/e2의 광량을 가지는 부분까지의 크기를 빔 스팟 사이즈로 정의하면 다음과 같다.
[수학식 4]
수학식 4와 같이 정의된 빔 스팟 사이즈는 빔 정형이 되어 가우시안 분포를 갖는 입사광에 대하여 정의된 빔 스팟 사이즈 즉,(K :에 해당하는 가우시안 빔의 지름/ 입사경 크기)에 비해 더욱 작은 빔 스팟이 구현된다.
한편, 레이저 다이오드(41)에서 발산각이 큰 방향의 경우 입사경 역할을 하는 시준 렌즈(43)의 구경에 비하여 입사 광선폭이 크므로 시준 렌즈(43)를 통과한 후에 별도의 파형정형 없이도 유사 평행광으로 취급이 가능하므로 스팟 사이즈를 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 파형정형으로 형성된 빔 스팟은 디스크(45)에 기록된 피트에 의하여 반사 및 회절되어 대물렌즈(44)에 의하여 집광되며, 다시 시준 렌즈(43)를 거쳐 빔 스프리터(42)에서 반사된다.
빔 스프리터(42)에서 반사된 빔은 센서 렌즈(46)에 의해 집광되고, 수광소자(47)에서 전기신호로 변환되어 신호를 재생한다.
본 발명에 따른 광픽업장치는 종래에 파형정형을 위해 사용하던 실린더 렌즈 또는 프리즘을 모두 제거하고, 디스크로에 입사광량과 수광소자쪽으로 출사광량을 분할해주는 빔 스프리터에 각도에 따른 투과율을 조절하여 빔 스프리터를 통과한 입사광의 밝기분포가 일정하도록 하여 파형정형의 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 가우시안 분포의 광량분포를 갖는 광원과,
    상기 광원에서 발생된 빔의 발산각에 대해 일정 출사 광량분포를 위해 정형하고자 하는 방향으로의 입사각도에 대하여 서로 다른 투과특성을 갖는 광학박막 코팅면을 포함하는 빔 스프리터와,
    상기 빔 스프리터에서 투사된 광을 일정 광량분포를 갖는 원형 빔으로 출력하는 시준 렌즈와,
    상기 시준 렌즈에서 출력된 원형의 빔을 광 디스크에 집광하는 대물 렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광픽업장치.
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