KR19980069288A - 편광분할기를 사용한 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 대물렌즈로부터 디스크까지의 거리가 서로 다르며 기록 및 재생을 위해 서로 다른 파장을 사용하는 광픽업에 관한 것이다. 본 발명은 서로 다른 파장을 출사하는 복수개의 레이저 광원과, 복수개의 레이저 광원으로부터 출사되는 광원들중 단파장에 대하여 편광빔 분리가 가능한 광분할기를 포함한다. 이 복수개의 광분할기들중 적어도 하나는 편광분할기로 작동하여 광원으로부터 출사되는 S파는 전반사하고, P파는 전투과하여 DVD와 CD-R이 호환되도록 한다. 따라서, 본 발명은 두 개의 광분할기중 하나를 편광빔분할기로 동작하도록하여 단파장(650㎚)에 대해 높은 광효율을 유지시킬 수 있는 잇점을 제공한다.

Description

편광분할기를 사용한 광픽업장치
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 특히 단일렌즈와 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 편광분할기를 사용하여 광효율을 증대시킬 수 있는 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 영상이나 음향 또는 데이터등의 정보를 고밀도로 기록하고 재생하기 위한 기록매체는 디스크, 카드 또는 테이프로 구성되어 있으나 디스크 형태가 주류이다. 최근 광디스크 기기분야는 레이저디스크(LD), 콤팩트디스크(CD)로부터 디지탈비디오디스크(DVD)에 이르기까지 제품이 개발되어 오고 있다. 이러한 광디스크는 광이 입사하는 축방향에서 일정한 두께를 갖는 플라스틱 또는 유리매질과 그 위에 위치하여 정보가 기록되는 신호기록면으로 구성된다.
현재까지의 고밀도 광디스크시스템은 기록밀도를 높이기 위해 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)를 크게하고 단파장(650㎚)광원을 사용하여 디지탈비디오디스크에 기록 및 재생할 수 있으면서 CD의 재생이 가능하도록 개발되었다. 그러나, CD의 최근 형태로써 기록이 가능한(recordable) 컴팩트디스크(CD-R)의 호환을 위해서는 기존의 사용파장인 780㎚의 빛을 사용해야 한다. 이는 CD-R 기록매체의 기록특성에 기인한 것으로, DVD와 CD-R의 호환을 위하여 대단히 중요한 기술로 대두되었다. DVD와 CD-R에 호환되는 기존의 광픽업을 도 1을 참조하여 설명하겠다.
도 1은 DVD와 CD-R의 광원으로 두 개의 레이저다이오드(LD)와 단일의 대물렌즈를 사용하는 광픽업을 보여준다. 도 1의 광픽업은 DVD재생시에는 635㎚ 파장의 레이저광을 사용하고 CD-R의 기록과 재생시에는 780㎚ 파장의 레이저광을 사용한다. 레이저다이오드인 제 1광원(1)으로부터 출사된 635㎚파장의 광은 제 1시준렌즈(collimating lens)(2) 및 광분할기(beam splitter)(3)를 통과한 다음 간섭필터형 프리즘(4)으로 진행한다. 레이저다이오드인 광원(11)으로부터 출사된 780㎚의 파장의 광은 제 2시준렌즈(12), 편광분할기(13) 및 집광렌즈(14)를 통과한 다음 간섭필터형 프리즘(4)으로 진행한다. 여기서, 780㎚ 파장의 광은 간섭필터형 프리즘(4)에서 수렴되어지며 이러한 구조 즉, 대물렌즈로 발산되는 광을 디스크에 집광시킬 수 있는 광학계를 '유한광학계'라고 한다. 간섭필터형 프리즘(4)은 광분할기(3)에 의해 반사된 635㎚ 파장의 광을 투과시키며 집광렌즈(14)에 의해 집광된 광을 반사시킨다. 그 결과, 제 2광원(11)으로부터의 780㎚ 파장의 광은 집광렌즈(14) 및 프리즘(4)에 의해 발산하는 형태로 파장판(5)에 입사된다. 파장판(5)을 투과한 광은 대물렌즈(7)로 입사한다.
대물렌즈(7)는 두께가 0.6㎜인 DVD디스크(8)의 신호기록면에 초점이 맞도록 설계된 것으로, 제 1광원(1)으로부터 출사된 635㎚파장의 광을 DVD디스크(8)의 신호기록면에 초점맺히게 한다. 그러므로, DVD디스크(8)의 신호기록면에서 반사된 광은 그 신호기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 광분할기(3)를 투과하여 광학적 정보를 검출하는 광검출기(10)로 입사된다.
제 2광원(11)으로부터 출사된 780㎚파장의 광을 전술한 대물렌즈(7)를 사용하여 그 두께가 1.2㎜인 CD-R디스크(9)의 신호기록면에 초점맺히게 하면, DVD디스크(8)의 두께와 CD-R디스크(9)의 두께가 서로 다름에 의한 구면수차(spherical aberration)가 발생한다. 보다 상세하게는, 이 구면수차는 대물렌즈(7)에 대하여 CD-R디스크(9)의 신호기록면이 DVD디스크(8)의 신호기록면 광축상에서 보다 멀리 떨어져 있음이 기인한다. 이러한 구면수차를 줄이기 위하여 파장판(5)과 대물렌즈(7) 사이의 위치에서 가변조리개(6)를 사용한다. 도 2와 함께 나중에 설명될 가변조리개(6)의 사용에 의해, 780㎚ 파장의 광은 CD-R디스크(9)의 신호기록면에 정확하게 광스폿을 형성하게 되며, CD-R디스크(9)에서 반사된 780㎚ 파장의 광은 프리즘(4)에 의해 반사되며 편광분할기(13)에 의해 반사되어 광검출기(15)에 의해 검출될 수 있게 된다.
도 2의 가변조리개(6)는 대물렌즈(7)의 직경에 일치하는 개구수(NA) 0.6 이하의 영역에 들어있는 광들을 선택적으로 투과할 수 있는 박막형 구조를 갖는다. 즉, 가변조리개(6)는 광축에 대하여 개구수(NA) 0.45를 중심으로 635㎚ 파장과 780㎚ 파장의 광들을 모두 투과시키는 영역 1과 635㎚ 파장의 광을 전투과하며 780㎚ 파장의 광을 전반사하는 영역 2로 구분된다. 영역 1은 개구수(NA) 0.45이하의 영역이며, 영역 2는 영역 1 바깥의 영역으로 유전체박막의 코팅에 의해 만들어진다. 전술의 영역 1은 유전체박막 코팅된 영역 2에 의해 발생되는 광학수차(optical aberration)를 제거하기 위하여 석영(SiO2)박막으로 구성된다. 이러한 가변조리개(6)의 사용에 의해 개구수(NA) 0.45이하의 영역 1을 통과하는 780㎚ 파장의 광은 CD-R디스크(9)에 적합한 광스폿을 그 신호기록면에 형성하게 된다. 따라서, DVD디스크(8)로부터 CD-R디스크(9)로 변경할 때 발생되는 구면수차가 제거된다.
그러나, 도 1과 관련된 전술의 광픽업은 DVD디스크와 CD-R디스크의 호환시에 발생하는 구면수차를 제거하기 위하여 780㎚ 파장의 광에 대하여 유한광학계를 구성해야 한다. 그러므로, 그 광학적인 구조가 복잡해지고 부가적인 프리즘이나 간섭필터의 사용이 요구된다. 또한, 가변조리개(6)의 개구수 0.45 이상인 영역 2에 형성되는 광학박막에 의해 개구수 0.45 이하인 영역 1과 개구수 0.45이상인 영역 2를 통과하는 광들간에 광학경로차(optical path difference)가 발생하므로, 이를 제거하기 위하여 영역 1에 특별한 광학박막의 형성을 필요로 하였다. 이런 이유로 영역 1에 석영코팅과 영역 2에 다층박막을 각각 형성하였으나, 그 제조공정이 복잡할뿐만 아니라 박막두께의 조절을 '파장단위'의 정밀도로 행해야 하므로 양산에 적합하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 상술한 바와같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서로 다른 광기록매체에 대하여 동일한 송광부와 수광부를 구비하며, 기존의 광분할기들중 적어도 하나는 편광빔분할기로 동작하게하여 DVD와 CD-R의 호환이 가능하도록 한 편광분할기를 사용한 광픽업장치를 제공함에 있다.
도 1은 DVD와 CD-R의 광원으로 두 개의 레이저다이오드(LD)와 단일의 대물렌즈를 사용하는 기존의 광픽업의 광학구조를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 가변조리개를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광픽업의 광학구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광픽업의 광학구조를 나타낸 도면,
도 5, 도 6은 파장에 따른 광반사특성을 보여주는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
31 : 광원32, 33 : 광분할기
34 : 시준렌즈35 : 홀로그램형 가변조리개
36 : 위상판37 : 대물렌즈
38 : 광검출렌즈39 : 광검출기
40 : 레이저다이오드 유닛41 : 홀로그램형 광분할기
위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 광픽업으로부터 정보기록면들까지의 거리들이 서로 다르며, 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광을 사용하는 적어도 두가지의 디스크들을 위한 광픽업에 있어서, 파장이 서로 다른 제 1광 및 제 1광보다 긴 파장의 제 2광을 출사하는 제 1광원 및 제 2광원, 상기 서로 다른 광원으로부터 출사된 광을 두 가지 이상의 서로 다른 디스크에 각각 집광할 수 있는 하나의 대물렌즈, 상기 디스크로부터 반사된 광신호를 검출하는 광검출기, 상기 반사된 광신호들을 상기 광검출기로 분리하기 위한 제 1광분할기 및 제 2광분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치에 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 유한광학계 형태로 구성된 광픽업의 구조를 보여준다. 도 3에서, 레이저다이오드 광원(31)이 동작하는 경우, 광원(31)으로부터 출사된 650㎚파장의 광은 제 1광분할기(32)에서 반사되어, 제 2광분할기(33)를 투과한다. 제 2광분할기(33)를 투과한 광은 시준렌즈(34)를 통과하고, 위상판(36)과 홀로그램형 가변조리개(35)를 투과하여 디스크에 광스폿을 집광한다.
통상적으로 두 개의 레이저광과 하나의 대물렌즈를 사용하는 CD-R 및 DVD호환 광픽업은 일반적으로 DVD디스크에 최적화된 대물렌즈를 구비하므로, 대물렌즈(37) 역시 DVD디스크(8)의 정보기록면에 일치하는 초점거리(focal length)를 갖는다. 그리고, CD-R디스크(9)는 도 3에 도시된 바와같이, DVD디스크(8)의 정보기록면보다 대물렌즈(37)로부터 더 멀리 떨어진 위치에 정보기록면을 갖는다. 이런 이유로, 현재 사용되는 디스크가 DVD디스크(8)에서 CD-R디스크(9)로 교환되는 경우, 사용하는 파장과 광학거리를 바꾸어 CD-R디스크(9)의 재생에 최적화된 스폿의 크기를 제공한다. 이때 CD-R재생에 필요한 광학계는, 780㎚파장의 광원과 그에 대응하는 광검출기를 일체로 형성한 레이저다이오드 유닛(40)을 구비한다. 이 레이저다이오드 유닛(40)으로부터 출사되는 780㎚파장의 레이저광은 제 2광분할기(33)에서 반사되어, 시준렌즈(34)와 위상판(35)을 투과하여 CD-R디스크(9)에 광스폿을 집광한다. 이에 따라, 홀로그램형 광분할기(41)는 레이저다이오드 유닛(40)에서의 광방출과 광검출을 모두 수행할 수 있도록 제작된다. 그리고, 위상판(36)과 대물렌즈(37) 사이에 홀로그램형 가변조리개(35)가 설치되어 필요한 개구수를 한정하게 된다.
도 3에서, 레이저다이오드인 광원(31)으로부터 출사된 S-파로써 선형편광된 650㎚ 파장의 광은 제 1광분할기(32)에서 전반사되어 제 2광분할기(33)를 전투과한 다음 시준렌즈(34) 및 위상판(36)을 통과한 우(좌)원형편광되어 홀로그램형 가변조리개(35)로 진행한다. 홀로그램형 가변조리개(35)를 통과한 광은 대물렌즈(37)로 입사한다. 대물렌즈(37)는 광원(31)으로부터 출사된 650㎚파장의 광을 DVD디스크(8)의 신호기록면에 초점맺히게한다. 그러므로, DVD디스크(8)의 신호기록면에 반사된 광은 그 신호기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 편광방향이 바뀐 좌(우)원형편광된 광이 되고, 이 반사된 광은 위상판(36)을 통과하면 P-파로써 선형편광된다. 선형편광된 광은 제 1광분할기(32)를 전투과하고, 광검출렌즈(38)를 통과하여 광검출기(39)로 집광된다. 이 광검출기(39)에서 서보신호와 재생신호의 검출이 가능하다.
한편, 레이저다이오드 유닛(40)으로부터 출사된 780㎚파장의 광은 제 2광분할기(33)에서 전반사하고, 시준렌즈(34) 및 위상판(36)을 통과한 우(좌)원형편광되어 홀로그램형 가변조리개(35)로 진행한다. 홀로그램형 가변조리개(35)를 통과한 광은 대물렌즈(37)로 입사한다. 대물렌즈(37)는 레이저다이오드 유닛(40)으로부터 출사된 780㎚파장의 광을 CD-R디스크(9)의 신호기록면에 초점맺히게 한다. 그러므로, CD-R디스크(9)의 신호기록면에 반사된 광은 그 신호기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 제 2광분할기(33)에서 전반사되어 홀로그램형 광분할기(41)에 의해 유닛(40)상에 위치한 광검출소자에 집광된다. 따라서, 제 2광분할기(33)의 광학적인 광투과특성은 780㎚파장의 광은 전반사해야하고, 650㎚파장의 광은 전투과해야한다. 따라서, DVD디스크(8) 재생시에는 높은 광효율을 얻을 수 있으며, 동시에 CD-R디스크(9) 재생시에는 복굴절이 큰 디스크의 사용에 어려움이 없다.
도 4는 도 3에 보여진 본 발명의 다른 실시예를 도시한 광픽업으로, 도 3에 도시된 본 발명의 장치와 비교하여볼 때, 광원들(51, 60)의 위치를 서로 바꾸어 배치하였다. 그러므로, 도 3에서와 동일한 참조번호를 갖는 도 4의 광학소자들은 도 3의 대응소자와 동일한 구조 및 광학특성을 가지므로 그 설명은 생략하겠다.
그래서, 본 발명의 타실시예에서는 전술한 광원들을 반사 또는 투과하는 제 1광분할기(52) 및 제 2광분할기(53)에 대한 광학적 특성만을 간단히 언급하겠다.
유닛(60)으로부터 출사되는 780㎚파장의 광을 분할하는 제 2광분할기(53)의 광학적 특성은 도 3에 도시된 제 2광분할기(33)와 동일하다. 그리고, 제 1광분할기(52)는 광원(51)으로부터 출사되는 650㎚파장의 광에 대한 광학적특성도 동일하다. 단지, 도 4에 도시된 제 1광분할기(52)와 도 3에 도시된 제 1광분할기(32)와의 차이점은 다음과 같다. 도 3에 도시된 본 발명의 제 1광분할기(32)는 그 배열된 위치에 의해 780㎚파장의 광은 관계없지만, 도 4에 도시된 타실시예의 제 1광분할기(52)는 그 배열된 위치에 의해 780㎚파장의 광은 전투과해야하는 특성을 더 포함한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 광분할기들의 광반사특성을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 5는 편광분할기로 동작하는 제 1광분할기(32)의 광반사특성을 보여주는 도면으로써, 제 1광분할기(32)는 복수개의 파장중에서 단파장에 대한 편광빔을 분리가능하게하여 S파는 전반사하고, P파는 전투과하는 편광분할기로 동작한다. 즉, 도 4에 도시된 바와같이, 650㎚ 파장의 S파 편광빔은 99%의 반사율을 보여주며, P파의 편광빔은 99%이상 투과하는 특성을 보여준다. 한편, 780㎚파장의 광은 P, S파에 관계없이 모두 99%이상 투과하는 특성을 보여준다.
도 6은 광분할기로 동작하는 제 2광분할기(33)의 광반사특성을 보여주는 도면으로써 780㎚파장의 광은 전반사하고, 650㎚파장의 광은 전투과하는 광분할기로 동작한다. 도 5에 도시된 바와같이, 650㎚파장의 광은 편광성분에 무관하게 99%이상의 투과율을 보여주며, 780㎚파장의 광은 S,P파에 대하여 각각 99%, 90%를 반사하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 650㎚파장의 광에 대하여 높은 광효율을 유지할 수 있어서 비편광분할기를 사용한 경우와 비교하여 4배의 광효율 증대가 가능하며, 780㎚파장의 광에 대해서는 홀로그램형 광분할기(41)를 사용함으로써 기존의 CD나 CD-R디스크 재생시 복굴절이 큰 디스크가 사용되어도 재생에 어려움이 없다.
상술한 바와같이, 종래의 기술과 비교하여 볼 때, DVD와 CD-R을 호환하는 경우 동일한 송광부와 수광부를 사용하고, 종래에 사용되었던 간섭필터를 사용하지 않고 기존의 광분할기를 2개만 사용하여 CDR호환이 가능하도록 하며, 광분할기중 하나는 편광분할기의 역할을 하여 광효율을 증대시킬 수 있는 잇점을 제공한다.

Claims (6)

  1. 광픽업으로부터 정보기록면들까지의 거리들이 서로 다르며, 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광을 사용하는 적어도 두가지의 디스크들을 위한 광픽업에 있어서,
    파장이 서로 다른 제 1광 및 제 1광보다 긴 파장의 제 2광을 출사하는 제 1광원 및 제 2광원;
    상기 서로 다른 광원으로부터 출사된 광을 두 가지 이상의 서로 다른 디스크에 각각 집광할 수 있는 하나의 대물렌즈;
    상기 디스크로부터 반사된 광신호를 검출하는 광검출기;
    상기 반사된 광신호들을 상기 광검출기로 분리하기 위한 제 1광분할기 및 제 2광분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광분할기는 상기 광원들으로부터 출사되는 복수개의 파장의 광중 제 1광에 대하여 편광빔 분리가 가능한 편광빔분할기인 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광분할기는 상기 단파장의 제 1광에 대하여 반사 또는 투과하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1광분할기는 상기 제 1광원의 S편광은 전반사하고, P편광은 전투과하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제 1광분할기는 상기 제 2광에 대하여 전투과하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2광분할기는 상기 제 1광에 대하여 전투과하고, 상기 제 2광에 대하여 전반사하는 것을 특징으로 하는 편광분할기를 사용한 광픽업장치.
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