KR19990050015A - 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치에 관한 것이다. 이는, 광디스크(50, 60)의 기록면(55)과 평행하게 설치되는 실리콘기판(1)과, 이 실리콘기판(1)의 상부면에서 예각으로 설치되어 레이저광을 선택적으로 투과 및 반사시키는 편광분리부(12)와, 이 편광분리부(12)의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부(18)와, 이 반사부(18)와 상기 편광분리부(12)사이에서 반사광에 에러신호를 부여하는 비점수차렌즈부(14)와, 상기 편광분리부(12)와 이격되어 설치되는 레이저다이오드(5)와, 이 레이저다이오드(5)의 설치면 상측에 설치되어 광디스크(50)상의 반사광이 수광되는 광검출기(60)와, 상기 편광분리부(12)의 상측면에서 일체로 설치되어 레이저광의 위상을 변환시키는 파장판(20)과, 이 파장판(20)의 상면에서 일체로 형성되어 레이저광을 광폭에 따라 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절 액정소자(30)과, 이 광조절 액정소자(30)를 경유한 레이저광을 광디스크(50)에 집속시키는 대물렌즈(40)를 포함하여 이루어진다. 이로써, 광디스크의 두께 및 신호정보의 기록면 차이로 인하여 발생되는 구면수차를, 대물렌즈에 입사하는 광속의 입사광세기분포를 가변시키므로 대물렌즈의 개구수(NA)가 능동적으로 변환되어 구면수차가 현저히 저하되므로 디지털 오디오 및 디지털 비디오 디스크를 호환재생할 수 있는 효과가 있다.

Description

광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치

본 발명은 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치에 관한 것으로, 특히 광디스크의 두께 및 신호정보의 기록면 차이로 인하여 발생되는 구면수차를 액정소자를 이용하여 대물렌즈에 입사하는 광속의 입사광세기분포를 가변시키므로 대물렌즈의 개구수(NA)가 능동적으로 변환되어 구면수차가 현저히 저하되므로 디지털 오디오 및 디지털 비디오 디스크를 호환재생할 수 있는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 데이터 기록매체 즉, 광디스크는 두께가 1.2 mm인 음악재생용 디지탈 오디오 디스크(Digital Audio Disk ;DAD)와 0.6mm인 디지탈 비디오 디스크(Digital Video Disk ;DVD) 등으로 구분되며, 1.2mm두께의 디지탈 오디오 디스크는 한면에 복층으로 데이타를 기록하고, 0.6mm의 두께의 디지탈 비디오 디스크는 중간에 복층으로 데이타를 기록하여 하나의 디스크에 다량의 데이타를 기록하도록 되어 있었다.

상기한 두 종류의 디스크에서 기록된 데이타를 재생하는 광 픽업장치는 1.2mm두께의 디지탈 오디오 디스크와 0.6mm두께의 디지탈 비디오 디스크에서 기록된 정보를 읽는 경우, 디지탈 비디오 디스크에서는 기록의 고밀도화를 위해 디스크상의 트랙 피치가 0.74㎛이고 기록신호인 피트간의 최단길이가 0.4㎛이므로 트랙피치가 1.6㎛와 피트간의 최단길이가 0.834㎛인 디지탈 오디오 디스크와 서로 상이하여 재생시 광스폿의 지름이 달라야 하므로 대물렌즈의 구면수차가 일치되지 않아 동시재생이 불가능하고, 디스크의 상호 0.6mm 두께 차이에 의해 광학적 수차가 높아져 노이즈가 증가하여 에러발생율이 증대되므로 기록된 정보를 정확히 읽을 수 없으므로 광 픽업장치는 0.6mm 또는 1.2mm 디스크중 하나의 기록된 정보만을 읽을수 있도록 되어 있었다.

따라서, 최근에 들어 1.2mm 디스크와 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 독출할 수 있도록 도 1의 상세도에 도시된 바와 같이, 0.6mm 디스크에 대하여 설계된 개구수(NA)가 0.6인 대물렌즈(1130)와, 에칭(Eching)에 의해 다단계 회절층(w1,w2,h0)이 형성된 홀로그래픽 광학소자(1120)가 복합배열된 듀얼포커스렌즈를 채택하고, 이 홀로그래픽 광학소자(1120)에 의해 회절된 0차광은 직진함과 동시에 1차회절된 레이저광은 발산광이 되도록 하므로 회절효율을 조절하여 광량을 적절히 배분하는 듀얼 포커스 광픽업장치가 개발되고 있다.

이러한 홀로그래픽 광학소자(1120)가 채택된 듀얼 포커스 광픽업장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 선형편광된 일정파장의 레이저광을 주사하는 레이저다이오드(1100)와, 이 레이저다이오드(1100)에서 주사된 레이저광을 트랙킹에러신호검출을 위한 0차회절광과 ±1차회절광 즉, 쓰리빔(Three Beam)으로 분리시키는 회절격자(1105)와, 이 회절격자(1105)의 일측에서 소정의 기울기를 갖고 설치되어 주사된 레이저광을 일정한 비율로 반사 및 투과시키는 빔스플리터(1110)와, 이 빔스플리터(1110)를 경유한 레이저광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터렌즈(1115)와, 이 콜리메이터렌즈(1115)를 경유한 평행광의 회절효율을 조절하여 광량을 배분하는 홀로그래픽 광학소자(1120)와, 이 홀로그래픽 광학소자(1120)를 경유한 레이저광을 디지탈 비디오 디스크용인 0.6mm 디스크(1150; 이하 "제 1디스크"라함) 및 디지탈 오디오 디스크인 1.2mm 디스크(1160; 이하 "제 2디스크"라함)상에 포커싱시켜 기록된 정보를 독출하는 대물렌즈(1130)와, 상기 기록된 정보를 수반한 레이저광에서 에러신호의 검출을 위해 비점수차법에 의한 포커싱에러신호를 발생시키는 비점수차 발생렌즈(1140)와, 이 비점수차 발생렌즈(1140)를 통과한 광 정보를 검출하여 전류신호로 변환시키는 광검출기(1145)로 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 광 픽업장치의 작동은 먼저, 소정의 발진파장을 갖는 레이저광은 레이저다이오드(1100)에서 주사되어 회절격자(1105)로 입사되고, 이 입사된 레이저광은 회절격자(1105)를 투과하며 0차 및 ±1차 광 즉, 쓰리빔으로 분리되어 방사된다. 이 쓰리빔은 트랙킹에러용으로 이용되는 것으로, 회절격자(1105)를 투과하여 빔스플리터(1110)로 입사되고, 이 쓰리빔은 빔스플리터(1110)에 의해 일정한 비율로 반사 및 투과된다. 이렇게 반사 및 투과되는 레이저광중에서 반사된 레이저광은 빔스플리터(1110)에서 콜리메이터렌즈(1115)로 입사되고, 이 레이저광은 콜리메이터렌즈(1115)를 경유하므로 직선성이 부여된다. 이렇게 직선성이 부여되어 평행광이 된 레이저광은 콜리메이터렌즈(1115)에서 홀로그래픽 광학소자(1120)로 입사되고, 레어저광은 홀로그램 광학렌즈(1120)에 의해 회절된다. 이렇게 회절된 레이저광중에서 0차회절광은 직진하므로 개구수가 0.6인 대물렌즈(1130)의 구경을 경유하여 0.6mm인 제 1디스크(1150)상에서 지름이 1.6μm인 스폿으로 집광되고, 1차회절광은 발산광으로 변환되어 대물렌즈에서 협폭으로 집광되어 제 2디스크(1155)상에 지름이 0.8μm의 에어리 형태로 집광되므로, 이 레이저광은 디스크상의 피트(1155)가 없는 곳에서는 거의 그대로 반사되어 대물렌즈(1130)로 돌아오게 되나, 피트(1155)가 있는 곳에서는 레이저광이 피트(1155)에 의해 회절되어 대물렌즈(1130)의 범위밖으로 방출되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광검출기(1145)에 광량차이를 발생시킨다. 이는 피트(1155)의 깊이가 파장의 λ/4에 설정되어 있어 반사광은 피트(1155)의 상하에 반파장이 달라 간섭에 의해 상쇄되므로 광검출기(1145)에 돌아온 광량이 감소하게 되는 것이다.

그리고, 상기 제 1디스크(1150) 또는 제 2디스크(1160)에서 반사되어 돌아오는 변조된 반사광은 홀로그래픽 광학소자(1120)와 콜리메이터렌즈(1115)를 경유하여 빔스플리터(1110)로 조사되고, 이 반사광은 다시 일정한 비율로 반사 및 투과되며 이중에서 빔스플리터(1110)에 의해 투과되는 레이저광은 광검출기(1145)측으로 직진하게 된다. 이렇게 변조된 반사광은 빔스플리터(1110)에서 비점수차 발생렌즈(1140)로 조사되고, 이 반사광은 비점수차 발생렌즈(1140)에 의해 포커스 에러를 검출하기 위한 비점수차가 발생되며 광검출기(1145)로 보내어지고, 이렇게 디스크에서 변조된 반사광은 광검출기에 의해 알에프(RF), 포커스 에러검출, 트랙킹조절 및 정보를 전류로 변환되며, 이 변환된 전류는 미도시된 제어회로에 의해 원래의 신호로 복조하여 재생시키게 된다.

그러므로, 상기와 같이 레이저다이오드(1100)로 부터 방사되는 레이저광은 홀로그래픽 광학소자(1120)를 경유하여 디스크상에 상호 다른 에어리 형태로 집광되어 빔 포커스가 서로 다른 위치에 형성됨으로서 두께가 1.2mm 디스크와, 0.6mm 디스크에 기록된 정보를 선택적으로 읽어들일 수 있는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래 듀얼 포커스 광 픽업장치는, 디스크의 두께에 따라 이중의 포커스로 광디스크에 집광시키기 위하여 광의 회절을 이용하는 홀로그래픽 광학소자(1120)와 대물렌즈(1130)의 복합배치에 따른 가공상 고도의 기술력이 요구되므로 그 제작이 난해함과 동시에 홀로그래픽 광학소자(1120)가 무버(1125)에 고정되어 있으므로 액츄에이터의 동특성에 악영향을 미치고, 제 1디스크(1150)에서 제 2디스크(1160)로 변화시 수차변화에 따른 대물렌즈의 초점거리를 길게 하는데 따른 대물렌즈의 대형화 및 광학소자간에 소정의 간격을 유지해야 하는데 따른 설계치수의 증가로 광 픽업의 소형화에 장애요인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 에칭에 의한 홀로그래픽 광학소자의 층간 정밀배열에 따른 제작상의 난해함과 수차변화를 보상하는데 따른 형상의 복잡함을 해소하여 액츄에이터의 동특성을 향상시키고, 복수의 디스크 두께차이에 의해 발생되는 재생시 수차변화에 의한 대물렌즈의 초점거리 조절에 대한 문제를 해소하여 설계치수를 감소시켜 광픽업장치의 소형화를 도모할 수 있는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

광디스크의 기록면과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판;

이 실리콘기판의 상부면에서 예각으로 설치되어 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시키는 편광분리부;

이 편광분리부의 하측사면에서 일체로 형성되어 레이저광을 전반사시키는 반사부;

이 반사부와 상기 편광분리부사이에서 반사광에 에러신호를 부여하도록 프레넬 렌즈가 내장된 비점수차렌즈부;

상기 편광분리부와 이격되어 상기 실리콘기판상에 설치되며 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광을 방출시키는 레이저다이오드;

이 레이저다이오드의 설치면 상측에 설치되어 광디스크상의 반사광을 수광하는 광검출기;

상기 편광분리부의 상면에서 일체로 광디스크면과 수평하게 설치되어 레이저광의 위상차를 지연시켜 편광성을 변환시키는 파장판;

이 파장판의 상면에서 일체로 형성되어 광디스크상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각을 조절하도록, 상하측에 대향되게 설치되는 투명기판과, 이 투명기판의 내측으로 설치되어 전원이 인가되는 투명전극과, 이 투명전극사이에 설치되어 전원의 인가여부에 따라 상이한 광폭으로 레이저광을 투과시키는 중공액정판으로 이루어지는 광조절 액정소자;

이 광조절 액정소자를 경유한 레이저광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈를 포함하여 이루어지는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치를 제공한다.

도 1은 종래 광픽업장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 광조절 액정소자를 상세히 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 광학계가 디지털 비디오 디스크를 재생하는 것을 보인 작동상태 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 광학계가 디지털 오디오 디스크를 재생하는 것을 보인 작동상태 개략도,

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

5 : 레이저다이오드 12 : 편광회절부

14 : 비점수차렌즈부 18 : 반사부

20 : 파장판 30 : 광조절 액정소자

32 : 투명기판 34 : 투명전극

36 : 중공액정판 37 : 중공원형부

38 : 액정층 40 : 대물렌즈

50, 60 : 광디스크

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 광디스크의 기록면과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판(1)과, 이 실리콘기판(1)의 상부면에서 예각으로 설치되어 레이저광을 선택적으로 투과 및 반사시키는 편광분리부(12)와, 이 편광분리부(12)의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부(18)와, 이 반사부(18)와 상기 편광분리부(12)사이에서 반사광에 에러신호를 부여하도록 프레넬렌즈가 내장된 비점수차렌즈부(14)와, 상기 편광분리부(12)와 이격되어 상기 실리콘기판(1)상에 설치되며 일정파장의 레이저광이 방출되는 레이저다이오드(5)와, 이 레이저다이오드(5)의 설치면 상측에 설치되어 광디스크상에서 반사된 반사광이 수광되는 광검출기(50)와, 상기 편광분리부(12)의 상측면에서 일체로 광디스크와 수평하게 설치되어 레이저광의 위상을 변환시키는 파장판(20)과, 이 파장판(20)의 상면에서 일체로 형성되어 레이저광을 광폭에 따라 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절 액정소자(30)과, 이 광조절 액정소자(30)를 경유한 레이저광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 레이저다이오드(5)는 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광 예컨데, S편광된 레이저광을 방출한다.

그리고, 상기 편광분리부(12)는 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시키는 것으로, 레이저다이오드(5)로부터 방출되는 S편광의 레이저광을 반사시키는 것이다.

상기 편광분리부(12)의 하측사면에 형성된 반사부(18)는 레이저광의 편광성에 관계없이 모든 레이저광을 전반사시키도록 통상 미러(Mirror)면체가 부착되고, 이 편광분리부(12)와 반사부(18)사이에 형성된 비점수차렌즈부(14)는 일방향으로만 렌즈로 작용하는 즉, 광진행 방향의 수평면 방향으로만 렌즈로 작용하여 비점수차가 발생되는 것으로, 반사광에 에러신호를 부여함과 동시에 광경로를 단축시키도록 레이저광을 집광시키는 프레넬렌즈(15)가 내장된다.

또한, 상기 광조절 액정소자(30)는 광디스크상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각(θ1, θ2)을 조절하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상하측에 대향되게 설치되는 투명기판(32)과, 이 투명기판(32)의 내측으로 설치되어 전원이 인가되는 투명전극(34)과, 이 투명전극(34)사이에 설치되는 중공액정판(36)으로 이루어지고, 이중 중공액정판(36)은 내측에 일정반경으로 형성된 중공원형부(37)와, 이 중공원형부(37)의 외측으로 형성되어 전압인가시 레이저광을 투과시키는 액정층(38)으로 이루어진다.

그러므로, 상기 광조절 액정소자(30)는 광디스크상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각을 조절하게 된다.

이러한 최외각입사각은 개구수에 비례하므로 광폭에 따른 투과율로 광량이 조절되어 광디스크상에 다른 입사각으로 집광되면 개구수(N.A. : Numerical Aperture)가 조절될 수 있는 것이다.

이러한 광조절 액정소자(30)에서 조절되는 개구수(N.A.)는 다음과 같이 정리된다.

본 발명에 의하여 광디스크상에 집광되는 광스폿의 직경은 최외각입사각에 따라 상이하게 그 크기가 결정된다. 두께가 0.6㎜인 디지털 비디오 디스크에 조사되는 최외각입사각을 θ2, 두께가 1.2㎜인 디지털 오디오 디스크에 조사되는 최외각입사각을 θ1라 하고, 매질의 굴절율을 η하면, 이에 대한 개구수 (N.A.)의 결정은 다음 수학식 1에 의해 결정된다.

N.A.1 = ηsinθ1 N.A.2 = ηsinθ2

상기 식 1에 의하여 굴절율이 동일한 경우에 개구수는 최외각입사각(θ1, θ2)에 따라 비례하게 되므로 θ2＞θ1이라 하면 개구수는 N.A.2＞N.A.1으로 결정된다.

그리고, 이와 같이 상이한 개구수에 의한 광스폿의 크기는 다음 수학식 2에 의해 결정된다. 빔의 반경 W은(K는 광의 강도분포특성에 의해 결정되는 상수),

이므로, 광스폿의 직경은 개구수에 반비례하게 된다.

그러므로, 두께가 0.6㎜인 광디스크의 경우에는 트랙간격 및 신호면인 피트의 크기가 작으므로 작은 광스폿지름을 필요로 하게 되어 두께가 1.2㎜인 광디스크보다 큰 개구수의 대물렌즈를 필요로 하게 된다. 이때, 빔스폿직경은 두께가 1.2㎜인 광디스크상에서는 다소 크게 되어도 광신호의 독출이 가능하게 되므로 디지털 비디오 디스크 전용의 개구수(N.A.=0.6)를 가지는 대물렌즈(40)를 사용하므로 호환재생을 시도하게 되는 것이다.

상기 개구수와 대물렌즈에 입사되는 광폭에 대한 관계는 다음 수학식 3에 의해 결정된다. 대물렌즈에 조사되는 광폭을 D, f를 대물렌즈의 초점거리라 하면,

D=2×f×(N.A.)

즉, 상기 식 3에서 동일한 초점거리를 갖는 대물렌즈로의 입사광폭을 제어하게 되면 유효개구수(Effective N.A.)를 조절할 수 있게 된다.

본 발명에서는 동일한 초점거리를 기준으로 단일한 대물렌즈 즉, 디지털 비디오 디스크 전용 대물렌즈(40)를 채택하므로 0.6㎜두께의 광디스크상에서는 구면수차의 발생없이 광신호를 독출하게 된다.

그러나, 이때 두께 1.2㎜의 광디스크를 독출하게 되는 경우, 첫째, 초점보상이 되지 않을 경우에는 디포커스(Defocus)로 인하여 집속이 정확하지 않아 에러발생폭이 크게 되며, 둘째, 디스크 두께차이에 의한 구면수차의 발생으로 레이저광의 사이드로브의 분포광량증대 및 중심강도분포의 저하가 되고, 이로 인하여 인접신호간의 크로스토그(Crosstalk)가 증가되어 신호대잡음비(S/N ratio)가 저하되는 등, 광학성능이 현저히 저하되어 광정보의 독출이 불가능하게 된다. 그러므로 상기 식 3에 의해 유효개구수(Effective N.A.)를 조절해야만 한다. 이러한 유효개구수의 범위는 다음과 같이 결정된다.

우선, 디스크두께의 차이에 의한 구면수차발생량은 다음 수학식 4에 의해 결정된다. 굴절율을 η, 디스크의 두께변화량을 Δd 라 하면,

한편, 디포커스에 의한 수차발생량을 ΔZ라 하면 상기 수학식 4는 다음과 같이 변형된다.

상기 식 4의 수차발생량을 디포커스시 보상된 값으로 동일시하여 구면수차를 일치시키면 중심강도분포와 전체파면수차(Wave Aberration)의 관계로부터 무수차계로 표현가능한 본 발명의 광학계전체의 누적파면수차량은 0.07λ이하이어야 한다는 marechal's criterion에 따라 디포커스에 대한 영향을 제거할 수 있어 무수차계로 접근되는 것이다.

그러므로, 상기의 식들에서 개구수를 보상하게 되면 구면수차값의 최대치 0.5가 얻어지게 된다. 즉, 유효개구수는 0.5이하가 되어야 하며 그 최소치는 수학식 2에 제한되고, 이에 따라 광스폿의 직경이 증가하게 된다. 이러한 광스폿직경의 증가는 발생수차에 의한 강도분포의 변화에 따라 크로스토크보다 광스폿사이즈가 증가되는데 따른 크로스토크가 발생되므로 신호대잡음비가 저하된다. 따라서 그 최소치는 발생수차의 강도분포에 제약되므로 본 실시예에서 사용되는 개구수 0.6인 대물렌즈로 0.6㎜두께의 광디스크를 독출하게 되는 경우에는 다음과 같은 식으로 그 유효개구수가 정리된다.

0.27<N.A.≤0.5

이와 같이 개구수 변화에 따른 크로스토그의 변화와 재생신호의 감도크기에 대하여 연산된 값중 적절한 수치를 선택하여 개구수를 결정할 수 있고, 본 발명에서는 그 개구수를 0.3으로 결정한다.

그러므로, 수학식 1 내지 6에 의하여 광조절 액정소자(30)에서 광디스크상으로의 최외각입사각(θ1, θ2)을 조절하게 되면 개구수가 조절되므로 0.6㎜두께 전용의 광디스크 전용 대물렌즈(40)로 1.2㎜두께의 광디스크를 재생할 수 있고, 이렇게 호환재생시에 발생되는 구면수차는 협폭의 레이저광 즉, 광축주변의 레이저광을 전투과시켜 재생하므로 유효개구수가 조절 및 호환재생이 탁월해 질 수 있는 것이다.

다음에는 상기와 같이 개구수조절이 가능한 광조절 액정소자(30)가 채택되어 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 일정파장의 레이저광이 레이저다이오드(5)로부터 방출되는데, 이 레이저다이오드(5)로부터 레이저광의 진행방향에 대하여 입사면에 수직성분인 광 예컨데, S편광이 방출되도록 레이저광의 위상이 조절되어 레이저광이 방출된다. 이 편광된 레이저광은 레이저다이오드(5)에서 편광분리부(12)로 조사되는데, 이 편광분리부(12)는 편광스플리팅코팅처리되어 있으므로 입사면에 대해 수직성분인 S편광을 반사시키고 입사면에 수평성분인 P편광을 투과시킨다. 그러므로, 이 편광분리부(12)에 의해 입사된 레이저광은 반사되어 광경로가 파장판(20)측으로 조사된다. 이렇게 조사된 레이저광은 파장판(20)에 의해 직선편광이 원편광으로 편광된다. 이렇게 원편광으로 편광된 레이저광은 파장판(20)에서 광조절 액정소자(30)로 조사되고, 이 광조절 액정소자(30)에 의해 레이저광은 분리투과된다.

이때, 광조절 액정소자(30)의 중공액정판(36)을 경유하는 레이저광은 중공액정판(36)에 의해 투과량이 조절되는 것이다. 이러한 투과량의 조절은 입사광세기의 광량분포를 가변시키면서 선택적투과되는 것인데, 광조절 액정소자(30)에 전원이 인가된 경우에는 광조절 액정소자(30)의 투명전극(36)으로부터 액정층(38)이 전압이 인가되어 있으므로, 이 액정층(38)의 액정분자가 전계방향에 세로방향으로 배열되므로 S편광의 레이저광이 투과될 수 있는 것이고, 이 광조절 액정소자(30)에 전원이 인가되지 않은 경우에는 광조절 액정소자(30)의 투명전극(34)으로부터 액정층(38)이 전압이 인가되어 있지 않으므로 액정분자가 레이저광의 편광면과 동일방향으로 비틀어져 배향되므로 S편광의 레이저광이 투과되지 못하게 된다.

그러므로, 전압의 인가여부에 따라 레이저광은 중공액정판(36)의 액정층(38)로부터 분리투과되는 것이고, 전압인가시 중공액정판(36)의 액정층(38)과 중공원형부(37)를 모두 투과한 레이저광은 대물렌즈(40)를 경유하여 광축을 기준으로 최외각입사각이 θ2로 집광되는 것이고, 전압이 인가되지 않은 경우에는 액정층(38)을 투과하지 못하고 중공원형부(37)만을 투과한 레이저광은 대물렌즈(40)를 경유하여 광축을 기준으로 최외각입사각이 θ1으로 집광된다. 즉, 광조절 액정소자(30)를 경유한 레이저광은 각각 다른 최외각입사각(θ1, θ2)을 갖게 되어 전술한 수학식 1 내지 6에 의하여 서로 다른 개구수(N.A.)로 파장판(20)을 동시에 경유하게 된다. 이렇게 파장판(20)과 광조절 액정소자(30)를 동시에 경유하면서 원편광으로 편광되어 광량이 조절된 레이저광은 대물렌즈(40)로 조사되어 광디스크(60, 70)상으로 집광된다.

그런데, 상기 상호 다른 개구수로 광조절 액정소자(30)를 경유하여 대물렌즈(40)에 의해 집광되는 레이저광은 광디스크(60, 70)상에서 입사시에 레이저광의 최외각입사각(θ1, θ2)의 차이로 인한 광스폿의 직경의 차이는 전술한 바와 같이 광조절 액정소자(30)의 중공원형부(37)를 투과하여 집광되는 광보다 액정층(38)을 모두 투과하여 집광되는 광이 더 작게 된다.

그리하여, 각각의 광디스크(60, 70) 예컨데, 두께가 0.6mm인 디지털 비디오 디스크(60)를 재생하는 경우에는 상기 액정층(38)을 투과하여 대물렌즈(40)에 의해 개구수 0.6으로써 광축에 대하여 θ2로 광디스크(60)상에서 약 0.8㎛크기의 광스폿을 형성하게 되어 기록면에서 회절과 간섭이 되어 광량 및 광의 유무로 광정보를 독출하게 된다. 이때, 본 발명에서는 디지털 비디오 디스크(60)전용 대물렌즈(40)를 사용하였으므로 기록면에서 구면수차의 발생없이 정확하게 집광된다.

그리고, 두께가 1.2mm인 디지털 오디오 디스크(70)의 재생시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 광조절 액정소자(30)에 전압이 인가되지 않으므로 액정분자가 편향되게 배열되므로 중공액정판(36)의 액정층(38)을 투과하지 못하고 중공원형부(37)만을 투과한 레이저광이 파장판(20)에 의해 편광되어 대물렌즈(40)에 의해 개구수 0.3으로써 집속되고 광축에 대하여 θ1으로 광디스크(70)상에서 집광되는 것이다.

그리하여, 상기와 같은 과정으로 각각의 광디스크(60, 70)상에서 광정보를 독출한 레이저광은, 대물렌즈(40)를 경유하여 광조절 액정소자(30) 및 파장판(20)으로 조사된다. 이 레이저광은 파장판(20) 투과시에 원편광이 직선편광으로 편광된다. 이때, 직선편광된 레이저광은 광디스크(60, 70)상에서 반사시 역전된 원편광이 파장판(20)으로 입사되므로, 초기 파장판(20)에 입사시와는 직교하는 편광방향을 갖는 P파의 직선편광이 된다. 이렇게 역전된 직선편광의 레이저광은 파장판(20)에서 편광분리부(12)로 조사되고, 이 직선편광의 레이저광은 편광분리부(12)에 의해 투과된다. 이러한 투과는 편광분리부(12)가 P파에 대하여 투과되도록 편광스플리팅코팅되어 있으므로 레이저광은 편광분리부(12)를 투과하게 된다. 그리하여, 상기 편광분리부(12)를 투과한 레이저광은 비점수차렌즈부(14)를 경유하면서 에러신호검출을 위한 비점수차가 부여되고, 이 비점수차가 부여된 반사광은 반사부(18)로 조사된다. 이러한 레이저광의 경로는 비점수차렌즈부(14)를 경유하면서 비점수차렌즈부(14)가 상이한 굴절율로 반사광을 투과 및 반사부(18)에 의해 반사되므로 초기 레이저다이오드(5)로부터 방출시와는 다른 광경로와는 다르게 유도됨과 동시에 굴절된 반사광은 포커스에러신호를 가지고 반사부(18)에서 전반사되고, 전반사된 레이저광은 레이저다이오드(5)의 상측에 설치된 다분할 방식의 포토디텍터인 광검출기(50)로 조사된다.

이와같이, 각각의 경로를 경유하여 광정보를 독출한 레이저광은 회절과 간섭 및 반사 투과되어 디지털 오디오신호 및 디지털 비디오신호를 원래의 전기적 신호로 출력시키고, 이 출력된 광신호는 디지털 신호처리부(도시않됨)에 의해 원래의 신호로 복조됨으로써 광디스크상에 기록된 오디오신호인 알에프(R.F)신호와 에러검출신호인 포커스신호, 트랙킹신호가 출력되는 것이다.

이와 같이 본 발명은, 전압의 인가여부에 따라 각각 다른 투과율로 레이저광을 투과시키는 광조절 액정소자(30)로 인하여 대물렌즈(40)에서 집광되므로 광디스크상(50)에 약 0.8㎛직경의 크기로 광스폿을 형성하여 디지털 비디오 디스크를 재생하고, 디지털 오디오 디스크의 재생시 레이저광이 상기 광축부분의 광은 중공원형부(37)와 액정층(38)을 모두 전투과하여 최외각입사각이 디지털 비디오 디스크의 재생시보다 작게 입사되어 상호 광디스크(60, 70)의 두께차이로 발생되는 구면수차를 대폭 감소시켜 광디스크(70)상에 1.6㎛크기보다 큰 직경의 광스폿을 형성하므로 기록면의 폭이 큰 디지털 오디오 디스크도 광량의 손실없이 정확하게 재생할 수 있는 것이다.

본 발명 광조절 반사형 듀얼포커스 광픽업장치는, 광디스크의 두께 및 신호정보의 기록면 차이로 인하여 발생되는 구면수차를, 대물렌즈에 입사하는 광속의 입사광세기분포를 가변시키므로 대물렌즈의 개구수(NA)가 능동적으로 변환되어 구면수차가 현저히 저하되므로 디지털 오디오 및 디지털 비디오 디스크를 호환재생할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 광디스크(60, 70)의 기록면(65)과 평행하게 설치되어 상부에 광학소자가 설치되는 실리콘기판(1);

   이 실리콘기판(1)의 상부면에서 예각으로 설치되어 입사면에 대하여 평행한 성분의 레이저광을 투과시키고, 입사면에 대하여 수직한 성분의 레이저광을 반사시키는 편광분리부(12);

   이 편광분리부(12)의 하측사면에서 레이저광을 전반사시키는 반사부(18);

   이 반사부(18)와 상기 편광분리부(12)사이에서 반사광에 에러신호를 부여하도록 프레넬렌즈(15)가 내장된 비점수차렌즈부(14);

   상기 편광분리부(12)와 이격되어 상기 실리콘기판(1)상에 설치되며 광의 진행방향에 대하여 수직한 성분으로 편광된 레이저광을 방출시키는 레이저다이오드(5);

   이 레이저다이오드(5)의 설치면 상측에 설치되어 광디스크(60)상에서 반사된 반사광이 수광되는 광검출기(50);

   상기 편광분리부(12)의 상측면에서 일체로 광디스크(60, 70)와 수평하게 설치되어 레이저광의 위상을 변환시키는 파장판(20);

   이 파장판(20)의 상면에서 일체로 형성되어 레이저광을 광폭에 따라 다른 투과율로 분리투과시키는 광조절 액정소자(30);

   이 광조절액정소자(30)를 경유한 레이저광을 광디스크(60)에 집속시키는 대물렌즈(40);

   상기 구성요소를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광조절 액정소자(30)는 광디스크(60, 70)상에 집광되는 레이저광의 최외각입사각(θ1, θ2)을 조절하는 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.
3. 제 1 항에 있어서, 광조절 액정소자(30)는 상하측에 대향되게 설치되는 투명기판(32)과, 이 투명기판(32)의 내측으로 설치되어 전원이 인가되는 투명전극(34)과, 이 투명전극(34)사이에 설치되어 내측에 일정반경으로 형성된 중공원형부(37) 및 이 중공원형부(37)의 외측으로 형성되어 전압인가시 레이저광을 투과시키는 액정층(38)으로 구성된 중공액정판(36)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광조절 반사형 듀얼 포커스 광픽업장치.