KR20010038042A - 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치 - Google Patents

광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치 Download PDF

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Abstract

광디스크 두께변화 및 파장 변동에 다른 구면수차와 광디스크 경사에 의한 코마수차를 보정할 수 있도록 된 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치가 개시되어 있다.
개시된 광디스크 수차보정장치는 입사광을 집속시켜 광디스크에 맺히도록 하는 대물렌즈와 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과; 이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과; 고정판에 대해 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판에 상기 가동판을 결합시키는 벨로우즈와; 가동판을 구동하는 가동판 구동수단;을 포함하여, 광디스크의 경사 및 두께 변화에 따른 수차를 보정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 개시된 광픽업장치는 광디스크의 경사를 검지하는 경사 검지센서와; 광디스크에 광을 조사하는 광원과; 광원에서 조사된 광을 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와; 대물렌즈와 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과; 이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과; 고정판에 대해 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 고정판에 가동판을 결합시키는 벨로우즈와; 가동판을 구동하는 가동판 구동수단; 입사광의 진행 경로를 변환하는 광로변환수단과; 광디스크에서 반사된 광을 수광하는 광검출기;를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치{Apparatus for compensating aberration of optical disk and optical pickup apparatus adopting thereof}
본 발명은 광디스크 두께변화 및 파장 변동에 다른 구면수차와 광디스크 경사에 의한 코마수차를 보정할 수 있도록 된 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광픽업장치는 광디스크에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생할 수 있도록 된 것으로, 광디스크가 고밀도화되면서 광원에서 조사되는 광이 단파장화되고, 광의 개구수 NA가 고개구수로 증가된다. 따라서, 이 광픽업장치를 통해 광디스크에 정보를 기록/재생하고자 하는 경우에 있어서, 광디스크가 경사지게 배치되는 경우 즉, 광디스크의 정보면이 광축에 수직한 방향으로 위치되지 않고 기울어지게 배치되는 경우에 그 경사에 의한 코마수차가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 광디스크의 고밀도화에 따른 광원의 단파장화와 대물렌즈의 고개구수화 및, 호환성에 따라 수반되는 광디스크 두께변화 및 파장 변동에 다른 구면수차가 발생되는 문제점이 있다.
여기서, 코마수차 W31은 수학식 1과 같은 비례관계가 성립하므로, 고 개구수의 광픽업에서는 동일한 광디스크 경사에 대해서도 상대적으로 낮은 개구수에 비하여 광디스크 경사에 의한 코마수차가 급격히 커진다.
도 1을 참조하면, 상기한 바와 같은 코마수차를 보정하기 위한 종래의 광디스크 수차보정장치는 광디스크(1)와 입사광을 집속시켜 광디스크(1)에 맺히도록 하는 대물렌즈(3) 사이의 광로 상에 경사 조정 가능하게 배치된 평판글래스(5)를 포함한다. 따라서, 광디스크(1)가 일 방향으로 경사진 경우, 상기 평판글래스(5)는 상기 광디스크(1)의 경사방향과 반대방향으로 경사지게 위치되어 코마수차를 보정한다.
특히, 상기 평판글래스(5)의 두께가 상기 광디스크(1)의 기판 두께와 동일한 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 광디스크(1)가 일 방향으로 각 θ만큼 경사진 경우, 상기 평판글래스(5)는 그 반대방향으로 각 θ만큼 경사지게 배치된다.
상기한 바와 같이 일 매의 대물렌즈와 광디스크 사이에 평판글래스를 구비하여, 광디스크의 경사를 보정하도록 구성한 경우는 코마수차에 대해서는 보정이 가능한 반면, 사용 파장의 변화 및 광디스크 두께 변화에 따른 구면수차를 보정할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 광디스크 두께변화 및 파장 변동에 다른 구면수차와 광디스크 경사에 의한 코마수차를 보정할 수 있도록 된 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래의 광픽업의 광디스크 경사에 따른 코마수차 보정장치를 보인 도면.
도 2는 도1의 광디스크 경사에 따른 코마수차 보정장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광디스크 수차보정장치를 보인 개략적인 분리사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대물렌즈, 고정판 및, 가동판의 광학적 배치를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 광디스크 수차보정장치의 광디스크 경사가 없을 때의 광학적 배치 및 광로를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 광디스크 수차보정장치의 광디스크 경사가 있을 때의 광학적 배치 및 광로를 보인 도면.
도 8은 광디스크 경사를 보정한 경우 및 보정하지 않은 경우 각각에 대해, 광디스크 경사각도에 따른를 보인 그래프.
도 9 및 도 10 각각은 본 발명에 따른 광디스크 수차보정장치의 광디스크 두께 편차가 있는 경우의 광학적 배치 및 광로를 보인 도면.
도 11은 광디스크 두께 편차를 보정한 경우 및 보정하지 않은 경우 각각에 대해, 광디스크 두께 편차에 따른를 보인 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1...광디스크 10...경사 검지센서 20...광원
31...콜리메이팅렌즈 33...수광렌즈 40...광로변환수단
41...편광빔스프리터 43...1/4파장판 51...대물렌즈
60...광디스크 수차보정장치 61...고정판 63...가동판
65...벨로우즈 66...액체 67,68...설치링
69...가동판 구동수단 71...광검출기
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광디스크 수차보정장치는, 입사광을 집속시켜 상기 광디스크에 맺히도록 하는 대물렌즈와 상기 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과; 이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과; 상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판에 상기 가동판을 결합시키는 벨로우즈와; 상기 가동판을 구동하는 가동판 구동수단;을 포함하여, 광디스크의 경사 및 두께 변화에 따른 수차를 보정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광픽업장치는, 광디스크의 경사를 검지하는 경사 검지센서와; 상기 광디스크에 광을 조사하는 광원과; 상기 광원에서 조사된 광을 상기 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈와 상기 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과; 이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과; 상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판에 상기 가동판을 결합시키는 벨로우즈와; 상기 가동판을 구동하는 가동판 구동수단; 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 광로변환수단과; 상기 광디스크에서 반사된 후, 상기 광로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기;를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업을 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광픽업장치는 광원(20)과, 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단(40)과, 상기 광원(20)에서 조사된 광을 상기 광디스크(1)에 집속시키는 대물렌즈(51)와, 상기 광디스크(1)에서 반사되고 상기 광로변환수단(40)을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기(71) 및, 상기 제1대물렌즈(51)에 의해 집속된 광을 재차 집속시킴과 아울러 상기 광디스크(1)의 경사를 검지하고 이를 보정하기 위한 광디스크 수차보정장치를 포함하여 구성된다.
상기 광원(20)은 소정 파장의 레이저 광을 생성 조사하는 것으로, 사용 파장은 상기 광디스크(1)의 기록밀도를 결정하는 요소인 광디스크(1)에 맺히는 광스폿의 직경을 감안하여 결정된다. 상기 광원(20), 대물렌즈(51) 및 광검출기(71) 사이의 광로 상에 배치되는 것으로, 상기 광원(20) 쪽에서 입사된 광은 상기 대물렌즈(51) 쪽으로 향하도록 하고 상기 대물렌즈(51) 쪽에서 입사된 광은 상기 광검출기(71) 쪽으로 향하도록 입사광의 진행경로를 변환한다. 이 광로변환수단(40)은 도시된 바와 같이, 입사광을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터(41)와, 입사광의 위상을 바꾸어주는 1/4파장판(43)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 광로변환수단(40) 입사광을 광량비로 분할하여 투과/반사시키는 빔스프리터, 또는 입사광을 직진투과 또는 회절투과시켜 경로를 변환하는 홀로그램소자 등의 널리 알려진 광학요소를 채용할 수도 있다. 상기 광검출기(71)는 상기 광디스크(1)에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출한다.
여기서, 바람직하게는 상기 광원(20)과 광로변환수단(40) 사이의 광로 상에는 상기 광원(20)에서 조사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(31)가 더 구비되고, 상기 광로변환수단(40)과 상기 광검출기(71) 사이에는 수광렌즈(33)가 더 구비된다.
또한, 본 발명은 광디스크(1)의 경사를 검지하여, 상기 광디스크 수차보정장치를 통한 경사 보정에 이용할 수 있도록 상기 광디스크(1)에 대면되게 설치된 경사 검지센서(10)를 포함한다. 이 경사 검지센서(10)는 수,발광소자로 구성되어 광디스크(1)의 일면에 광을 조사하고, 광디스크(1)에서 반사된 광을 수광함으로써, 광디스크(1)의 경사를 검출한다.
상기 광디스크 수차보정장치(60)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 대물렌즈(51)와 상기 광디스크(1) 사이에 배치된 고정판(61)과, 이 고정판(61)에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판(63)과, 상기 고정판(61)에 대해 상기 가동판(63)이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판(61)에 상기 가동판(63)을 결합시키는 벨로우즈(65)와, 상기 가동판(63)을 구동하는 가동판 구동수단(69)을 포함한다.
상기 고정판(61)과 가동판(63) 각각은 입사광을 투과시킬 수 있도록 투명한 재질로 구성된다. 상기 가동판(63)은 상기 고정판(61)에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 것으로, 상기 광디스크(1)의 경사 정도 및 광디스크의 두께 편차 정도에 따라 상기 가동판 구동수단(69)에 의해 승강 및 상,하방향 경사 구동된다.
여기서, 상기 벨로우즈(65)는 상기 고정판(61)과 가동판(63) 사이의 공간을 밀폐시키도록 되고, 상기 고정판(61)과 가동판(63) 사이의 밀폐 공간에 소정 굴절률을 갖는 투명한 액체(66)가 봉입된 것이 바람직하다. 이 봉입된 액체(66)의 굴절률은 공기 보다 상대적으로 큰 굴절률을 가지는 것으로, 상기 고정판(61) 및 가동판(63)과 더불어 입사광을 굴절 투과시켜 광의 경로를 보정하는데 이용된다.
상기 가동판 구동수단(69)은 도 4에 도시된 바와 같이, 입력된 전기신호에 따라 팽창 및 수축 구동되는 복수의 피에조(piezo) 구동기 인 것이 바람직하다. 이 피에조 구동기 각각은 상기 고정판(61)과 가동판(63) 사이에 마련되는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상,하 설치링(67)(68)에 의해 상기 벨로우즈(65)와의 간섭없이 설치된다. 즉, 상기 벨로우즈(65)가 액체(66)를 밀봉하는데 영향을 주지 않는다.
상기 대물렌즈(51)과 광디스크 수차보정장치(60)의 광학적 데이터 및 광학적 배치에 대한 실시예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 5 및 표 1, 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대물렌즈(51)는 양면 각각이 비구면인 양볼록렌즈로 구성되고, 상기 고정판(61)과 가동판(63) 각각은 평판으로 구성되고, 광디스크(1)의 두께가 0.6mm인 경우를 예로 들어 나타내었다.
구분 곡률반경[mm] 간격 또는 두께[mm] 굴절률
대물렌즈(51) S1= 1.78015 [비구면 1] d1= 1.802215 n1= 1.606048
S2= -0.716852 [비구면 2] d2= 0.200000
고정판(61) S3= ∞ d3= 0.250000 n3= 1.606048
S4= ∞ d4= 0.100000 n4= 1.606048
가동판(63) S5= ∞ d5= 0.250000 n5= 1.606048
S6= ∞ d6= 0.724489
광디스크(1) S7= ∞ d7= 0.600000 n7= 1.623343
S8= ∞
비구면 1, 2를 표현함에 있어서, 비구면의 정점으로부터의 높이를 z라 할 때, 이 비구면의 높이 z는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, h는 광축으로부터의 높이이고, c는 곡률이고, K는 원추상수(Conic Coefficient)이며, A~F는 비구면 계수이다.
상기 대물렌즈(51)의 곡률 S1의 비구면1과 S2의 비구면2의 원추상수 및 비구면 계수 각각은 표 2와 같다.
원추상수(K) 비구면 계수
비구면 1 - 0.716852 A = 0.534123E-02, B = 0.339826E-03C = 0.104020E-03, D = -0.128742E-04
비구면 2 -159.215313 A = 0.196887E-02, B = 0.206953E-03C = -0.121640E-04, D = 0.426965E-05
이와 같이, 대물렌즈(51), 고정판(61) 및, 가동판(63)을 구성한 경우에 있어서, 상기 대물렌즈(51)를 통해 평행하게 입사되는 광의 입사동 직경은 4.0mm이고, 상기 광원(20)에서 조사된 광의 파장은 400nm이다. 또한, 전체 초점거리는 2.7287mm이다.
상기한 바와 같이, 구성된 광디스크 수차보정장치(60)의 동작 및 수차보정결과를 도 6 내지 도 11를 참조하여 설명한다.
도 6은 광디스크(1)의 경사가 없고, 그 두께가 소망하는 두께 d 예를 들어 0.6mm를 갖는 경우를 나타낸 것이다. 이 경우, 가동판(63)이 고정판(61)과 평행하게 배치되며, 고정판(61)과 가동판(63) 사이의 간격이 소정 간격 예를 들어, 0.1mm를 유지한다.
도 7은 광디스크의 경사가 발생된 경우, 경사를 보정하기 위한 광디스크 수차보정장치의 광학적 배치를 나타낸 것이다. 이 경우, 광디스크(1)의 경사방향 및 경사정도에 따라 가동판(63)이 경사지게 구동됨으로써, 코마수차를 보정하여 광스폿이 광축 상에 맺히게 된다. 여기서, 상기 광디스크(1)의 경사방향 및 경사정도는 상기 경사 검지센서(10)를 통해 검지된다. 이와 같이 경사 검지센서(10)를 통해 검지된 값으로부터 필요한 가동판(63)의 경사방향 및 경사각도는 도 8에 나타낸 그래프와 같은 관계를 이용하여 설정된다.
도 8은 광디스크 경사를 보정한 경우 및 보정하지 않은 경우 각각에 대해, 광디스크의 경사각도에 따른 파면에서의 경로차(OPD : Optical Path Difference)의 제곱평균제곱근인를 보인 그래프이다.
도시된 바와 같이, 경사 미보정시는 광디스크(1)의 경사각도가 커질 수록값이 큰 기울기로 증가함을 알 수 있다. 반면, 경사보정시에는 광디스크 경사각도가 증가하여도값의 증가 기울기가 완만하여 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. 예를 들어, 광디스크 경사각도가 1도인 경우를 살펴보면, 경사 미보정시에는값이 대략 0.4λ로 파면수차가 크게 발생하는 반면, 가동판을 0.2도 기울여 경사를 보정하는 경우에는값이 대략 0.03λ로 파면수차가 거의 없음을 알 수 있다.
도 9는 광디스크의 두께가 소망하는 두께 d보다 두꺼운 두께을 갖는 경우, 구면수차를 보정하기 위한 광디스크 수차보정장치의 광학적 배치를 나타낸 것이다. 이 경우, 광디스크(1)의 두께 증가에 따라 가동판(63)이 고정판(61)쪽으로 수평을 유지한 채로 이동되어 간격이 좁아짐으로써, 구면수차를 보정한다.
도 10는 광디스크의 두께가 소망하는 두께 d보다 얇은 두께을 갖는 경우, 구면수차를 보정하기 위한 광디스크 수차보정장치의 광학적 배치를 나타낸 것이다. 이 경우, 광디스크(1)의 두께 감소에 따라 가동판(63)이 고정판(61)쪽에서 멀어지는 방향으로 수평을 유지한 채로 이동되어 고정판(61)과 가동판(63) 사이 간격이 넓어짐으로써, 구면수차를 보정한다.
도 11은 광디스크 두께 편차를 보정한 경우 및 보정하지 않은 경우 각각에 대해, 광디스크의 두께 편차에 따른 파면에서의 경로차(OPD : Optical Path Difference)의 제곱평균제곱근인를 보인 그래프이다.
도시된 바와 같이, 광디스크(1)의 두께 편차 미보정시는 광디스크(1)의 두께편차가 커질 수록값이 큰 기울기로 증가함을 알 수 있다. 반면, 보정시에는 광디스크(1) 두께 편차가 증가하여도값의 증가 기울기가 완만하여 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. 예를 들어, 광디스크(1) 두께 편차가 50㎛인 경우를 살펴보면, 광디스크(1)의 두께 편차 미보정시에는값이 대략 0.27λ로 파면수차가 크게 발생하는 반면, 두께편차를 보정하는 경우에는값이 거의 영(0)임을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 광디스크 수차보정장치 및 이를 채용한 광픽업장치는 벨로우즈에 의해 고정판에 연결된 가동판을 포함하고, 이 가동판을 경사방향 구동 및 광축방향으로 구동함으로써, 광디스크의 경사에 의한 코마수차를 보정함과 아울러, 광디스크의 두께 편차와 파장 오차에 의한 구면수차를 보정할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 입사광을 집속시켜 상기 광디스크에 맺히도록 하는 대물렌즈와 상기 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과;
    이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과;
    상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판에 상기 가동판을 결합시키는 벨로우즈와;
    상기 가동판을 구동하는 가동판 구동수단;을 포함하여, 광디스크의 경사 및 두께 변화에 따른 수차를 보정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 광디스크 경사 보정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벨로우즈는 상기 고정판과 가동판 사이의 공간을 밀폐시키도록 되고,
    상기 고정판과 가동판 사이의 밀폐 공간에 소정 굴절률을 갖는 투명한 액체가 봉입된 것을 특징으로 하는 광디스크 수차보정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가동판 구동수단은,
    상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 경사 구동되도록 상기 고정판과 가동판 사이에 마련되며, 입력된 전기신호에 따라 팽창 및 수축 구동되는 복수의 피에조 구동기인 것을 특징으로 하는 광디스크 수차보정장치.
  4. 광디스크의 경사를 검지하는 경사 검지센서와;
    상기 광디스크에 광을 조사하는 광원과;
    상기 광원에서 조사된 광을 상기 광디스크에 집속시키는 대물렌즈와;
    상기 대물렌즈와 상기 광디스크 사이에 배치되며 입사광을 투과시키는 투명한 고정판과;
    이 고정판에 대해 소정 간격 이격되게 배치된 가동판과;
    상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 회동 가능하도록 상기 고정판에 상기 가동판을 결합시키는 벨로우즈와;
    상기 가동판을 구동하는 가동판 구동수단;
    상기 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 광로변환수단과;
    상기 광디스크에서 반사된 후, 상기 광로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기;를 구비한 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벨로우즈는 상기 고정판과 가동판 사이의 공간을 밀폐시키도록 되고,
    상기 고정판과 가동판 사이의 밀폐 공간에 소정 굴절률을 갖는 투명한 액체가 봉입된 것을 특징으로 하는 광디스크 수차보정장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가동판 구동수단은,
    상기 고정판에 대해 상기 가동판이 승강 및 경사 구동되도록 상기 고정판과 가동판 사이에 마련되며, 입력된 전기신호에 따라 팽창 및 수축 구동되는 복수의 피에조 구동기인 것을 특징으로 하는 광디스크 수차보정장치.
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