KR19990021183A - 환형차폐면을 사용한 cd-r 및 dvd 호환 광픽업 - Google Patents

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Abstract

광픽업은, 광픽업으로부터 정보기록면들까지의 거리가 서로 다르며, 기록 및 재생을 위해 서로 다른 파장의 광을 사용하는 적어도 두 가지 이상의 광기록매체들에 대하여 정보를 기록하거나 읽어낸다. 본 발명은 제 1광 및 상기 제 1광보다 긴 파장의 제 2광을 각각 출사하는 제 1 및 제 2레이저광원들과, 제 1광을 대물렌즈에 가까운쪽 디스크의 정보기록면에 집광시킬 수 있는 대물렌즈 및 광이 상기 광원들에서 상기 대물렌즈로 진행하는 경로상에 위치하는 환형의 차폐면을 구비한 환형조리개를 포함하며, 이 환형조리개는 레이저광원들로부터 입사되는 광원의 입사각도에 따라 개구수를 가변하여 개구수의 조절이 가능하면서도 평판에 차폐면만을 구비하여 그 제작이 용이하고, 양산성이 우수하다.

Description

환형차폐면을 사용한 ＣＤ－Ｒ 및 ＤＶＤ 호환 광픽업
본 발명은 광픽업에 관한 것으로, 특히 디지탈비디오디스크(DVD)와 기록가능한(recordable) 콤팩트디스크(CD-R) 호환시 발생하는 구면수차를 방지할 수 있는 환형의 차폐면을 사용한 광픽업에 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 재생도 가능하도록 개발되었다. 그러나, CD의 최근 형태인 기록이 가능한(recordable) 컴팩트디스크(CD-R)의 호환을 위해서는 780㎚파장의 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 파장의 광들에 따라 선택적으로 개구수의 조절이 가능한 환형의 차폐면을 구비한 환형조리개를 채용함으로써, 디스크호환시 발생하는 구면수차를 제거할 수 있는 광픽업을 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 도 3의 환형조리개(40)를 통과한 광들의 입사각도에 따라 대물렌즈(35)로 전달되는 것을 보여주는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : 레이저광원 32, 36 : 홀로그램형 광분할기
33 : 광분할기 34 : 시준렌즈
35 : 대물렌즈 37 : 레이저다이오드유닛
38 : 수광부렌즈 39 : 광검출기
40 : 환형조리개
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, 제 1광 및 상기 제 1광보다 긴 파장의 제 2광을 각각 출사하는 제 1 및 제 2레이저광원들, 상기 제 1광을 대물렌즈에 가까운쪽 디스크의 정보기록면에 집광시키며, 상기 제 2광을 대물렌즈에 먼쪽 디스크의 정보기록면에 집광시키는 대물렌즈 및 상기 광이 상기 광원들에서 상기 대물렌즈로 진행하는 경로상에 위치하며, 상기 레이저광원들로부터 입사되는 광의 입사각도에 따라 개구수가 조절되는 환형조리개를 포함하는 광픽업에 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광픽업의 광학구조를 나타낸 도면이다. 본 발명은 서로 다른 두 개의 광원과 단일렌즈를 사용하는 광픽업에 관한 것으로, 도 3의 레이저다이오드유닛(37)은 780㎚파장의 광원과 그에 대응하는 광검출기를 일체로 형성한 것이다. 그러므로, 제 2홀로그램형 광분할기(36)는 레이저다이오드유닛(37)에서 광방출과 광검출을 모두 수행할 수 있도록 제작된다.
도 3에서, 레이저다이오드 광원(31)이 동작하는 경우, 광원(31)으로부터 출사되는 650㎚파장의 광은 제 1홀로그램형 광분할기(32)를 투과하며, 투과된 광은 광분할기(33)로 입사된다. 광분할기(33)는 650㎚파장의 광은 모두 투과하고 780㎚파장의 광은 모두 전반사하도록 하는 광학적 박막으로 구성된다. 광분할기(33)를 투과한 광은 시준렌즈(34)를 통과하고, 환형조리개(40)로 전달된다. 레이저다이오드유닛(37)의 광원이 동작하는 경우, 광원으로부터 발사되는 780㎚파장의 광은 제 2홀로그램형 광분할기(36)를 투과하며, 투과된 광은 광분할기(33)로 입사된다. 광분할기(33)에서 반사된 780㎚파장의 광은 시준렌즈(34)를 통과하여 환형조리개(40)로 입사한다. 환형조리개(40)는 다음에 설명될 그 구조에 의해, 레이저다이오드유닛(37)으로부터의 780㎚파장의 광에 의해 발생하는 구면수차를 보정한다.
대물렌즈(35)에 입사하는 650㎚파장의 광은 DVD디스크(8)의 정보기록면에 광스폿의 형태로 집광되고, 780㎚파장의 광도 또한 CD-R디스크(9)의 정보기록면에 수차가 제거된 광스폿으로 집광된다. DVD디스크(8)의 신호기록면에서 반사된 광은 광분할기(33)에서 수광부렌즈(38)로 전반사되어 수광부렌즈(38)를 투과하여 광검출기(39)로 전달되고, CD-R디스크(9)에서 반사된 광은 제 2홀로그램형 광분할기(36)에서 광분할되어 레이저다이오드 유닛(37)의 광검출기로 전달된다.
통상적으로, 두 개의 레이저광과 하나의 대물렌즈를 사용하는 CD-R 및 DVD호환 광픽업은 일반적으로 DVD에 최적화된 대물렌즈를 구비하므로, 대물렌즈(35) 역시 DVD디스크(8)의 정보기록면에 일치하는 초점거리를 갖는다. 그리고, CD-R디스크(9)는 도 3에 보여준 바와같이, DVD디스크(8)의 정보기록면보다 더 멀리 떨어진 위치에 정보기록면을 갖는다. 이런 이유로 현재 사용되는 디스크가 DVD디스크(8)에서 CD-R디스크(9)로 교환되는 경우, CD-R디스크(9)의 정보기록면에 형성되는 광스폿은 CD-R디스크(9)나 CD디스크에 사용하기에 적합한 크기인 1.4㎛보다 큰 1.7㎛의 크기를 갖게 된다. 그러므로, CD-R디스크(9)에서 발생하는 구면수차(spherical aberration)를 방지할 수 있는 광학적 구조가 요구된다. 이러한 요구에 부응하는 환형조리개(40)에 관하여 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의해 제안된 환형조리개(40)는 광원들로부터 입사되는 광을 투과시키는 평판의 일부구간에 광이 투과되지 못하도록 하는 환형의 차폐면(a)을 구비한다. 환형의 차폐면(a)은 환형조리개(40)를 이루는 평판에 부착된 형태이다. 이 환형조리개(40)는 광이 광원(31 또는 37)에서 대물렌즈(35)로 진행하는 경로상에 위치하며, 대물렌즈(35)와는 일정한 거리로 이격되도록 설치된다. 환형조리개(40)는 광원(31 또는 37)으로부터 입사되는 광의 입사각도에 따라 개구수를 가변한다. 도 4에 도시된 바와같이, 환형의 차폐면(a)을 대물렌즈(35)의 반지름 1.2∼1.45㎜과 일치하는 평판의 위치에 설치할 경우, 시준렌즈(34)를 통과하여 평행하게 입사하는 광은 환형차폐면(a)에서는 차폐되면서 원래의 개구수(0.6)를 유지한다. 즉, 도 4에 실선으로 표시된 650㎚파장의 광은 대물렌즈(35)를 투과하고 디스크(8)에 광스폿을 집광한다. 한편, 본 발명의 광픽업은 CD 또는 CD-R재생시에는 유한광학계가 된다. 그러므로, 대물렌즈(35)로 입사하는 광이 도 4에 점선으로 표시된 광로와 같이 발산하는 형태를 가지고 있으면, 개구수 0.45 이상의 광은 환형차폐면(a)에 의해 차단된다. 다시 설명하면, CD 또는 CD-R을 재생하기 위한 780㎚파장의 광이 환형조리개(40)와 대물렌즈(350)를 각각 통과할 경우에 환형차폐면(a)을 통과하는 광축으로부터의 높이(반경)와 대물렌즈에서 통과하는 광선의 높이(반경)가 서로 달라지게 된다. 즉, 환형차폐면(a)의 반지름 1.2∼1.45㎜를 통과한 광은 대물렌즈(35)에서 반지름1.65∼2.0㎜가 되어 대물렌즈 반지름 1.65㎜이상의 광선을 모두 차단한다. 결국, 대물렌즈(35)의 개구수를 0.45이하로 제한할 수 있다. 따라서, 환형조리개(40)는 입사하는 광의 평행도와 발산정도에 따라 개구수가 가변되는 조리개의 역할을 수행한다.
상술한 바와같이, 본 발명은 CD-R 및 DVD 호환 광픽업을 구현함에 있어서, 환형의 차폐면을 구비한 환형조리개를 대물렌즈와 이격시켜 설치하고 CD-R재생을 위한 광학계는 유한광학계로 구성하여 DVD와 CD-R재생시에 개구수가 서로 다르게 적용되도록 함으로써 디스크의 두께 변화시 발생하는 구면수차를 줄일 수 있다. 이 환형조리개는 광원에 따라 개구수의 조절이 가능하면서도 평판에 차폐면만을 구비하여 그 제작이 용이하고, 양산성이 우수하다.

Claims (6)

  1. 광픽업으로부터 정보기록면들까지의 거리들이 서로 다르며, 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광을 사용하는 적어도 두가지의 디스크들을 위한 광픽업에 있어서,
    제 1광 및 상기 제 1광보다 긴 파장의 제 2광을 각각 출사하는 제 1 및 제 2레이저광원들;
    상기 제 1광을 대물렌즈에 가까운쪽 디스크의 정보기록면에 집광시키며, 상기 제 2광을 대물렌즈에 먼쪽 디스크의 정보기록면에 집광시키는 대물렌즈; 및
    상기 광이 상기 광원들에서 상기 대물렌즈로 진행하는 경로상에 위치하며, 상기 레이저광원들로부터 입사되는 광의 입사각도에 따라 개구수가 조절되는 환형조리개를 포함하는 광픽업.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 환형조리개는 상기 광원들로부터 입사되는 광을 투과시키는 평판의 일부구간에 광이 투과되지 못하도록 하는 환형의 차폐면을 구비한 것을 특징으로 하는 광픽업.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 환형조리개는 입사하는 빔의 평행정도와 발산정도에 따라 개구수가 가변되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 환형 차폐면을 구비한 환형조리개는 상기 대물렌즈와 일정 거리 떨어지게 위치하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  5. 제 1항에 있어서, 긴 파장의 제 2광이 상기 환형조리개와 상기 대물렌즈를 각각 통과할 경우에 상기 환형차폐면을 통과하는 광축으로부터의 높이(반경)와 상기 대물렌즈에서 통과하는 광선의 높이(반경)가 서로 다른 것을 특징으로 하는 광픽업.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광원들중 짧은 파장의 제 1광은 일정한 크기의 반경으로 평행하게 통과시키고, 긴 파장의 제 2광은 발산하는 광선의 형태를 유지하여 통과시키는 시준렌즈를 더 포함하는 광픽업.
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