KR20010046442A - 고밀도 기록 재생 가능한 광픽업장치 - Google Patents

고밀도 기록 재생 가능한 광픽업장치 Download PDF

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KR20010046442A
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Abstract

파장이 λ인 레이저광을 조사하는 광원과, 광원과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과, 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속시켜 기록매체에 광스폿을 형성시키는 대물렌즈와, 기록매체에서 반사되고 대물렌즈 및 광경로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기와, 광원과 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 광원쪽에서 입사되는 광의 중심영역을 차폐시키는 차폐부재와, 차폐부재와 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어 광원쪽에서 입사되는 광을 0차 및 ±1차로 회절시키고 그 ±1차 회절광을 0차 회절광에 대해 광축에 수직한 서로 반대방향으로 소정 거리 시프트시키는 회절부재를 포함하여, 대물렌즈에 의해 집속되어 형성된 0차 회절광스폿과 ±1차 회절광스폿의 중심이 서로 소정 거리 어긋난채로 중첩되어 상기 차폐부재에 의해 발생하는 빔 프로파일의 사이드 로브(side lobe) 성분을 저감시켜 초해상도의 광스폿을 형성할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고밀도 기록재생가능한 광픽업장치가 개시되어 있다.

Description

고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치{High density recordable and/or reproducible optical pickup apparatus}
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초해상도를 갖는 광스폿을 형성하여 기록매체의 정보를 보다 고밀도로 기록/재생할 수 있도록 된 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광픽업장치는 광디스크와 같은 기록매체의 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 장치이다. 기록매체의 정보 기록재생밀도는 광픽업장치에 의해 그 기록매체에 맺혀지는 광스폿의 크기를 줄일수록 커진다.
광스폿의 크기는 수학식 1에 보여진 바와 같이 사용되는 파장(λ)이 짧은 광이 사용될수록 작아지고, 대물렌즈의 개구수(NA)가 클수록 작아진다.
광스폿의 크기 = Κ×λ/NA
따라서, 높은 기록재생밀도를 요구하는 고밀도 기록재생용 광픽업장치에는 광스폿의 크기를 가능한 한 줄이기 위해 보다 짧은 파장영역의 광을 출사하는 광원 및 고 개구수를 가지는 대물렌즈를 채용할 필요가 있다. 또는, 상기 Κ를 줄일 수 있는 구조로 광픽업장치를 구성할 필요가 있다. 여기서, 상기 Κ는 광픽업장치의 전체 광학계 배치에 의해 정해지는 비례 상수로, 통상적인 광픽업장치의 경우에는 대략 0.83이 된다.
광원의 파장이 정해져 있다고 가정하면, 광스폿의 크기는 NA/Κ값 즉, 유효 개구수가 클수록 작아진다. 상대적으로 큰 유효개구수는 보다 고개구수를 가지는 대물렌즈를 채용하거나 광픽업장치를 0.83 이하 바람직하게는, 0.6 이하의 Κ값을 나타내도록 구성함으로써 얻어질 수 있다.
그러나, 일 매의 렌즈는 양산성 등을 고려할 때 예컨대, 0.65 이상의 개구수를 갖도록 제작하기 어려우며, 그 대안으로, 복수의 렌즈 조합으로 대물렌즈를 구성하여 예컨대, 0.8 이상의 고개구수를 실현하는 방식들이 제안된 바 있다.
하지만, 고개구수를 실현하기 위해 대물렌즈로 2매 이상의 렌즈를 구비하면, 구조가 복잡해지고 광학적 정렬이 어려워, 보다 고도화된 조립공정을 필요로 하며, 이에 따라 제조단가가 비싼 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제작한계를 벗어나지 않는 개구수를 갖는 1매의 대물렌즈를 채용하면서도 그 대물렌즈의 유효 개구수를 증가시키는 동시에 초해상도 광스폿을 형성시킬 수 있도록 된 구조를 갖는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치의 광학적 구성을 개략적으로 보인 도면,
도 2는 도 1의 주요부분을 확대하여 도시한 도면,
도 3은 도 1에서 차폐부재를 경유한 경우, 차폐부재 및 회절부재를 경유한 경우의 대물렌즈에 의해 집속되어 형성된 광스폿의 빔 프로파일을 종래와 대비하여 설명하기 위한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 광픽업장치에 의해 사이드 로브 성분이 저감된 초해상도 광스폿의 빔 프로파일을 얻을 수 있는 원리를 설명하기 위한 그래프,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...기록매체 1a...기록면
20...빔스프리터 30...차폐부재
40...투명부재 50...회절부재
60...대물렌즈 70...광검출기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 파장이 λ인 레이저광을 조사하는 광원과; 상기 광원과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과; 상기 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속시켜 기록매체에 광스폿을 형성시키는 대물렌즈와; 상기 기록매체에서 반사되고 상기 대물렌즈 및 광경로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기;를 포함하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치에 있어서, 상기 광원과 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 중심영역을 차폐시키는 차폐부재와; 상기 차폐부재와 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 0차 및 ±1차로 회절시키고, 그 ±1차 회절광을 0차 회절광에 대해 광축에 수직한 서로 반대방향으로 소정 거리 시프트시키는 회절부재;를 포함하여, 상기 대물렌즈에 의해 집속되어 형성된 0차 회절광스폿과 ±1차 회절광스폿의 중심이 서로 소정 거리 어긋난채로 중첩되어 상기 차폐부재에 의해 발생하는 빔 프로파일의 사이드 로브(side lobe) 성분을 저감시켜 초해상도의 광스폿을 형성할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 회절부재는, 상기 대물렌즈의 초점면에서 상기 ±1차 회절 광스폿의 빔 프로파일 중심을 상기 0차 회절광스폿의 빔 프로파일 중심에 대해 서로 반대 방향으로 대략 λ/2만큼 시프트시키도록 마련된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치의 광학적 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 레이저광을 조사하는 광원(10)과, 입사광의 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과, 입사광을 집속시켜 기록매체(1)에 광스폿을 형성시키는 대물렌즈(60)와, 상기 대물렌즈(60) 및 광경로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기(70)와, 광원(10)쪽에서 입사되는 광의 중심영역을 차폐시키는 차폐부재(30)와, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광을 0차 및 ±1차로 회절시키는 회절부재(50)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(10)으로는 소정 파장영역의 레이저광을 생성 출사하는 반도체 레이저 즉, 모서리 발광 레이저(edge emitting laser) 또는 표면광 레이저(vertical cavity surface emitting laser)를 구비한다. 이때, 상기 광원(10)은 고밀도 기록재생을 실현할 수 있도록 파장이 650nm 이하, 바람직하게, 400nm 파장대역의 광을 출사하는 것이 바람직하다. 이 광원(10)에서 출사된 광은 콜리메이팅렌즈(11)에 의해 평행광으로 바뀌어 광경로변환수단에 입사된다.
상기 광경로변환수단은 상기 광원(10)과 기록매체(1) 사이의 광경로 상에 배치된다. 이 광경로변환수단으로는 도시된 바와 같이, 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 대부분 기록매체(1)쪽으로 투과시키고, 기록매체(1)에서 반사되어 입사되는 광은 대부분 반사시켜 광검출기(70)로 향하도록 하는 빔스프리터(20)를 구비한다. 대안으로서, 상기 광경로변환수단은 입사광을 그 편광에 따라 투과 및 반사시키는 편광빔스프리터(미도시)와, 입사광의 편광을 바꾸어주는 사반파장판(quarter wave plate:미도시)으로 구성될 수도 있다.
상기 대물렌즈(60)는 상기 광경로변환수단과 기록매체(1) 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속시켜 기록매체(1)의 기록면(1a)에 광스폿으로 맺히도록 한다. 본 실시예에 있어서, 상기 대물렌즈(60)는 예컨대, 제작 한계 이내인 0.7 이하의 개구수를 가지는 단일 집속렌즈인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 대물렌즈(60)는 도면에 도시된 구조 이외에도 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.
상기 광검출기(70)는 상기 기록매체(1)의 기록면(1a)에서 반사되고 상기 대물렌즈(60) 및 광경로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하여 기록매체(1)의 정보신호, 포커스 및/또는 트랙킹 오차신호 등을 검출한다. 여기서, 참조부호 25는 반사프리즘, 참조부호 65는 상기 광경로변환수단을 경유하여 광검출기(70)쪽으로 입사되는 광을 집속시키는 센서렌즈이다.
상기 차폐부재(30)는 광원(10)과 대물렌즈(60) 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광의 광축을 포함하는 소정 넓이의 중심영역을 차폐(blocking)시키도록 마련된다. 따라서, 상기 차폐부재(30)에 의해 그 중심영역이 차폐되고 대물렌즈(60)에 의해 집속되어 상기 대물렌즈(60)의 초점면 즉, 온 포커스 상태일 때의 기록매체(1)의 기록면(1a)에 맺힌 광스폿의 빔 프로파일(90) 즉, 강도 분포(I)는 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 광픽업장치에서와 같이 차폐부재(30)가 없는 경우의 광스폿의 빔 프로파일(80)에 비해 빔폭이 현저히 줄어듬을 알 수 있다.
여기서, 도 3은 본 발명의 광원(10)의 출사 광파장 및 대물렌즈(60)의 개구수가 종래와 동일한 경우, 종래의 광픽업장치에 의해 형성되는 광스폿의 빔 프로파일(80)과 상기 차폐부재(30) 및/또는 후술하는 회절부재(50)를 채용한 본 발명에 따른 광픽업장치에 의해 형성되는 광스폿의 빔 프로파일(90,100)을 상호 대비하여 보인 것으로, 본 발명에 따른 광스폿의 크기(소정 강도에서의 빔폭)가 종래에 비해 현저히 줄어들었음을 알 수 있다. 결과적으로 도 3에 따르면, 본 발명의 광픽업장치는 종래에 비해 작은 Κ값을 가지므로, 대물렌즈(60)의 유효 개구수가 증가된 것으로 볼 수 있다.
한편, 상기와 같이 차폐부재(30)를 경유하여 형성된 빔 프로파일(90)에는 중심부분의 피크 이외에서 양쪽으로 ±1차, ±2차, ... 사이드 로브(side lobe)가 생기며, 이러한 사이드 로브 특히, ±1차 사이드 로브(91a)(91b)는 기록매체(1)의 정보 기록재생에 영향을 미치기 때문에 광스폿의 해상도를 반감시킨다. 여기서, 상기 사이드 로브들은 상기 차폐부재(30)의 양측 경계에서의 회절 현상에 기인한다.
상기 회절부재(50)는 상기와 같이 광스폿의 크기를 줄일 수 있도록 차폐부재(30) 구비시 빔 프로파일(90)에 생기는 사이드 로브 특히, ±1차 사이드 로브(91a)(91b)의 크기를 저감시키는 기능을 하여, 초해상도의 광스폿 형성을 가능하게 한다. 즉, 상기 회절부재(50)는 상기 차폐부재(30)와 대물렌즈(60) 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광을 0차 및 ±1차로 회절시킴으로써 그 ±1차 회절광의 빔 프로파일의 중심이 0차 회절광의 빔 프로파일의 중심에 대해 광축에 수직인 서로 반대 방향으로 소정 거리 시프트되도록 한다. 이때, 0차 회절 광스폿 중심에 대한 상기 ±1차 회절 광스폿 중심의 시프트 거리는 도 2에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(60)의 초점면 즉, 온 포커스 상태일 때 기록매체(1)의 기록면(1a)에서 상기 광원(10)의 출사 광파장에 대해 대략 λ/2인 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 ±1차 회절 광스폿을 0차 회절 광스폿에 대해 λ/2만큼 서로 반대 방향으로 시프트 시키면, 상기 0차 회절 광스폿의 ±1차 사이드 로브와 상기 ±1차 회절 광스폿의 중심영역이 각각 서로 겹쳐지게 되어 상기 ±1차 사이드 로브의 크기가 저감된 빔 프로파일(100)을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 ±1차 회절광스폿의 1차 사이드 로브들과 상기 0차 회절광스폿의 2차 사이드 로브등이 또한 겹쳐지는데, 이러한 2차 이상의 사이드 로브는 0차 회절광스폿의 중심에서부터 멀리 떨어져 있기 때문에 기록재생신호에 실질적으로 영향을 미치지 않아 문제가 되지 않는다.
한편, 상기와 같은 차폐부재(30) 및 회절부재(50)는 소정 두께의 투명부재(40) 양면에 각각 마련되어 일체로 된 것이 바람직하다. 즉, 투명부재(40)의 광경로변환수단을 향하는 면 일부영역에는 차폐부재(30), 기록매체(1)를 향하는 면에는 회절부재(50)가 각각 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절부재(50)로는 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 0차 및 ±1차로 회절시키고, 기록매체(1)에서 반사되어 입사되는 광은 대부분 직진 투과시키도록 마련된 홀로그램부재를 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치로 초해상도 광스폿을 형성할 수 있는 원리를 도 4에 도시된 전기장 분포 그래프를 참조로 설명한다. 도 4에서 가로축은 빔 프로파일이 광축으로부터의 수직 거리, 세로축은 그 빔 프로파일의 전기장(E) 세기이다.
도 4를 참조하면, 차폐부재(30)에 의해 그 중심영역이 차폐되고 상기 회절부재(50)에 의해 0차 회절되어 대물렌즈(60)에 의해 집속된 0차 회절광스폿의 빔 프로파일의 전기장 분포(E0)는 최대 피크치 영역(a) 즉, 중심영역의 중심축이 광축과 대략 일치하며, 상기 중심축에 대해 대칭 구조로 대략 사인 곡선을 그리면서 그 진폭은 상기 중심축에서 멀어질수록 현저히 감소한다. 이러한 0차 회절광스폿의 빔 프로파일의 전기장 분포(E0)는 차폐부재(30)만을 구비한 경우의 빔 프로파일의 전기장 분포와 대략 동일하며 그 진폭 크기만이 차이가 난다. 여기서, 상기 전기장 분포의 제곱은 빔 프로파일의 강도(I:Intensity) 분포에 해당하므로, 상기 전기장 분포(E0)의 최소 피크치 영역(b) 즉, ±1차 사이드 로브 영역(b)의 제곱은 각각 도 3에 도시된 된 강도 분포의 ±1차 사이드 로브(91a)(91b)에 해당한다.
+1차 회절 광스폿 빔 프로파일의 전기장 분포(E+1)는 그 최대 피크치 영역(c) 즉, 중심영역의 중심이 0차 회절광스폿의 중심으로부터 +가로축 방향으로 대략 λ/2 만큼 시프트되어 있으므로, 상기 1차 사이드 로브 영역(b)의 전기장 분포(E0)와 그 위상이 서로 대략 180도 어긋나게 되어 상기 1차 사이드 로브 영역(b)의 전기장을 거의 상쇄시킨다.
마찬가지로, -1차 회절광스폿 빔 프로파일의 전기장 분포(E-1)는 그 최대 피크치 영역(d) 즉, 중심영역의 중심이 0차 회절광스폿의 중심으로부터 -가로축 방향으로 대략 λ/2 만큼 시프트되어 있으므로, -1차 사이드 로브 영역(b)의 전기장 분포(E0)와 그 위상이 서로 대략 180도 어긋나게 되어 상기 -1차 사이드 로브 영역(b)의 전기장을 거의 상쇄시킨다.
따라서, 상기와 같은 차폐부재(30) 및 회절부재(50)를 경유하고 대물렌즈(60)에 의해 집속되는 광의 상기 대물렌즈(60) 초점면에서의 광스폿의 빔 프로파일은 도 3에 도시된 바와 같이, 단순히 대물렌즈(60)만을 사용한 경우에 비해 빔 폭이 현저히 작아지며, 또한, 차폐부재(30) 및 대물렌즈(60)를 사용한 경우에 비해 ±1차 사이드 로브 성분(91a)(91b)이 현저히 저감되어 초해상도 광스폿이 형성되게 됨을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 설명되었으나, 이외에도 다양한 실시예가 가능하다. 따라서, 본원의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 광픽업장치는, 입사광의 중심영역을 차폐시키는 차폐부재 및 입사광을 0차, ±1차로 회절시키고 그 ±1차 회절광을 서로 반대방향으로 소정 거리 시프트시켜 0차 회절광과 그 일부 영역이 중첩되도록 하는 회절부재를 구비하므로, 대물렌즈의 유효 개구수가 종래에 비해 크게 증가되어 광스폿의 크기를 현저히 줄일 수 있으며, 광스폿의 사이드 로브 성분을 저감시킴으로써 초해상도 광스폿을 형성시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 파장이 λ인 레이저광을 조사하는 광원과; 상기 광원과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과; 상기 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속시켜 기록매체에 광스폿을 형성시키는 대물렌즈와; 상기 기록매체에서 반사되고 상기 대물렌즈 및 광경로변환수단을 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기;를 포함하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치에 있어서,
    상기 광원과 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 중심영역을 차폐시키는 차폐부재와;
    상기 차폐부재와 대물렌즈 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 0차 및 ±1차로 회절시키고, 그 ±1차 회절광을 0차 회절광에 대해 광축에 수직한 서로 반대방향으로 소정 거리 시프트시키는 회절부재;를 포함하여, 상기 대물렌즈에 의해 집속되어 형성된 0차 회절광스폿과 ±1차 회절광스폿의 중심이 서로 소정 거리 어긋난채로 중첩되어 상기 차폐부재에 의해 발생하는 빔 프로파일의 사이드 로브(side lobe) 성분을 저감시켜 초해상도의 광스폿을 형성할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회절부재는,
    상기 대물렌즈의 초점면에서 상기 ±1차 회절 광스폿의 빔 프로파일 중심을 상기 0차 회절광스폿의 빔 프로파일 중심에 대해 서로 반대 방향으로 대략 λ/2만큼 시프트시키도록 마련된 것을 특징으로 하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차폐부재와 회절부재는 소정 두께의 투명부재 양면에 각각 마련되어 일체로 된 것을 특징으로 하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회절부재는 상기 광원쪽에서 입사되는 광은 0차 및 ±1차로 회절시키고, 기록매체에서 반사되어 입사되는 광은 대부분 직진 투과시키도록 마련된 홀로그램부재인 것을 특징으로 하는 고밀도 기록재생 가능한 광픽업장치.
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