KR20030035519A

KR20030035519A - 위상보정기 및 이를 채용한 호환형 광픽업

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Publication number: KR20030035519A
Application number: KR1020010067620A
Authority: KR
Inventors: 김태경; 안영만; 서해정; 이진경; 김종배; 정종삼
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-09
Also published as: JP3970747B2; CN1416120A; US20030095334A1; JP2003207714A; US7180846B2; TWI221208B; CN1244919C

Abstract

서로 다른 포맷의 제1 내지 제3광디스크에 각각 적합한 파장 lambda1, ~lambda2, ~lambda3의 제1 내지 제3광을 출사하며 제1 내지 제3광디스크로부터 반사된 광을 수광하여 검출하도록 된 광유니트와, 광유니트쪽에서 입사되는 제1 내지 제3광을 집속하여 광디스크에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와, 대물렌즈의 입사동 측에 배치되어 제2 및 제3광에 대해 각각 위상차 변화를 발생시키는 제1 및 제2위상보정기를 포함하는 호환형 광픽업이 개시되어 있다. 제1위상보정기는 제2광의 위상만 보정하고, 나머지 제1 및 제3광은 거의 그대로 진행되도록 하며, 제2위상보정기는 제3광의 위상만 보정하고, 나머지 제1 및 제2광은 거의 그대로 진행되도록 한다. 개시된 호환형 광픽업은, 광디스크의 두께 차이에 의한 구면수차 및/또는 사용되는 광의 파장 차이에 의한 색수차 등의 수차를 보정할 수 있도록, 서로 다른 일 파장의 광에 대해 위상을 보정하는 한쌍의 위상보정기를 구비하므로, 단일 대물렌즈만을 사용해서도 두께가 서로 다른 세 종류의 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있다.

Description

위상보정기 및 이를 채용한 호환형 광픽업{Phase compensator and compatible optical pickup employing it}

본 발명은 세가지 파장의 광 중 어느 한 파장의 광에 대해서만 위상 보정을 할 수 있도록 된 위상보정기 및 이를 채용한 호환형 광픽업에 관한 것이다.

대물렌즈에 의해 집속된 광스폿을 이용하여 광디스크에 임의의 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광기록재생기기에서, 기록용량은 광스폿의 크기에 의해 결정된다. 광스폿의 크기(S)는 수학식 1에서와 같이, 광의 파장(λ)에 비례하고, 대물렌즈의 개구수(NA, Numerical Aperture)에 반비례한다.

S ∝ λ/NA

따라서, 광디스크의 고밀도화를 위해 광디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해서는, 청색레이저와 같은 단파장 광원과 개구수 0.6 이상의 대물렌즈의 채용이 필수적이다.

또한, 광디스크의 경사에 의해 발생하는 코마수차 W₃₁은, 광디스크의 경사각θ, 광디스크의 굴절율 n, 광디스크의 두께 d, 대물렌즈의 개구수 NA라 할 때, 수학식 2와 같은 관계식으로 나타내진다.

여기서, 광디스크의 굴절율 및 두께는 각각 광입사면으로부터 기록면에 이르는 광학 매질 예컨대, 광디스크 기판의 굴절율 및 두께를 나타낸다.

수학식 2를 고려할 때, 광디스크의 경사에 의한 공차를 확보하려면, 고밀도화를 위해 대물렌즈의 개구수를 높임에 따라 광디스크의 두께를 줄일 필요가 있다. CD의 경우 1.2mm에서 DVD의 경우 0.6mm로 두께를 줄였으며, 향후의 차세대 DVD 일명, HD-DVD(High Definition Digital Versatile Disc)는 0.1mm 두께로 될 가능성이 높다. 물론, CD의 경우 0.45에서 DVD의 경우 0.6으로 대물렌즈의 개구수가 높아졌으며, HD-DVD의 경우에는 대물렌즈의 개구수가 0.85로 될 가능성이 높다. 또한, HD-DVD의 경우에는 기록용량을 고려할 때, 청색광원이 채용될 가능성이 높다. 이와 같이 새로운 규격의 광디스크를 개발함에 있어, 문제가 되는 것은 기존 광디스크와의 호환성이다.

예를 들어, 기존 광디스크 중 일회 기록용의 DVD-R 및 CD-R은 파장에 따라 반사율이 현격히 떨어지기 때문에, 650 nm와 780nm 파장의 광원의 사용이 필수적이다. 따라서, DVD-R 및 CD-R과의 호환성을 고려할 때, HD-DVD용 광픽업은 세 개의 파장이 다른 광원을 채용할 필요가 있다.

한편, 파장이 다른 복수의 광원을 채용하는 호환형 광픽업은, 장치의 크기, 조립성, 가격 등의 여러 이점을 고려할 때, 단일의 대물렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.

이때, 단일 대물렌즈로 두께가 서로 다른 광디스크를 호환하여 기록/재생할 때에는, 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차가 발생한다. 따라서, 단일 대물렌즈만을 사용해서도 두께가 서로 다른 세 종류의 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있도록, 호환형 광픽업은 수차를 보정하기 위한 수차보정소자를 필수적으로 구비하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로, 세가지 파장의 광 중 어느 한 파장의 광에 대해서만 입사되는 광의 위상을 보정할 수 있도록 된 위상보정기 및 이를 채용한 세 종류의 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있도록 된 호환형 광픽업을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 도 1의 호환형 광픽업에 채용되는 제1 및 제2위상보정기의 일 실시예를 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1의 제1위상보정기의 광학매질로 BK7을 사용할 때, 계단 단차 s1의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광의 파장λ1과 CD용 제3광의 파장 λ3에 대한 위상차를 보인 그래프,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업의 광학적 구성도를 개략적으로 보인 도면,

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 표 2의 설계 데이터를 갖는 대물렌즈로 도 1의 제1 내지 제3광을 집속하여 HD-DVD, DVD, CD에 포커싱할 때의 광로도를 보인 도면,

도 6은 도 1의 제1위상보정기의 광학매질로 EFD4_HOYA를 사용할 때, 계단 단차 s1의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광의 파장 λ1과 CD용 제3광의 파장 λ3에 대한 위상차를 보인 그래프,

도 7은 도 1의 제2위상보정기의 광학매질로 EFD8_HOYA를 사용할 때, 계단 단차s2의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광의 파장λ1과 DVD용 제2광의 파장 λ2에 대한 위상차를 보인 그래프,

도 8은 DVD 채용시 보정해야 할 구면수차에 해당하는 위상차를 2차원으로 나타낸 도면,

도 9는 도 8에 도시된 위상차(수차)를 보정하기 위해 4-계단 구조로 패턴이 형성된 제1위상보정기에서 발생되는 위상차 변화를 2차원으로 나타낸 도면,

도 10은 도 8 및 도 9를 겹쳐 그린 1차원 위상차 단면을 보인 도면,

도 11a은, CD 기록/재생시에 제1위상보정기에 의해 잔존하는 위상차를 보인 도면,

도 11b는, HD-DVD 기록/재생시에 제1위상보정기에 의해 잔존하는 위상차를 보인 도면,

도 12는 CD 채용시 보정해야 할 구면수차에 해당하는 위상차를 2차원으로 나타낸 도면,

도 13은 도 12의 위상차(수차)를 보정하기 위해 3- 계단 구조로 패턴이 형성된 제2위상보정기에서 발생하는 위상차 변화를 2차원으로 나타낸 도면,

도 14는 도 12 및 도 13을 겹쳐 그린 1차원 위상차 단면을 보인 도면,

도 15a는, DVD 기록/재생시에, 제2위상보정기에 의해 잔존하는 위상차를 보인 도면,

도 15b는, HD-DVD 기록/재생시에, 제2위상보정기에 의해 잔존하는 위상차를 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...광유니트 10a,10b,10c...제1 내지 제3광

20,30...제1 및 제2위상보정기 25,35...제1 및 제2개구 필터

25a,35a...링부 40...대물렌즈

50a,50b,50c...제1 내지 제3광디스크(HD-DVD,DVD,CD)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상보정기는 복수의 위상 지연영역을 구비하며, 입사되는 광의 서로 다른 파장을 λ1, λ2, λ3라 하고, 파장 λ1, λ3인 광이 각각 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 a, a', 이에 인접한 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 b, b'라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것을 특징으로 한다.

<식>

(a-b)=mλ1

(a'-b')=nλ3

여기서, m,n은 정수±0.07이내의 수이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 위상보정기는 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단이 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s는, 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것이 바람직하다.

<식>

(n1-n0)s=m

(n3-n0")s=nλ3

여기서, n0, n0"은 λ1,λ3에 대한 공기영역의 굴절율이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 서로 다른 포맷의 제1 내지 제3광디스크에 각각 적합한 파장 λ1, λ2, λ3의 제1 내지 제3광을 출사하며, 상기 제1 내지 제3광디스크로부터 반사된 광을 수광하여 검출하도록 된 광유니트와; 상기 광유니트쪽에서 입사되는 상기 제1 내지 제3광을 집속하여 광디스크에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈의 입사동 측에 배치되어, 상기 제2 및 제3광에 대해 각각 위상차 변화를 발생시키는 제1 및 제2위상보정기;를 포함하며, 상기 제1 및 제2위상보정기는, 복수의 위상 지연영역을 구비하며, 상기 제1위상보정기는, 파장 λ1, λ3인 제1 및 제3광이 각각 상기 제1위상보정기의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 a, a', 이에 인접한 제1위상보정기의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 b, b'라 할 때, 하기의 식1을 만족하며, 상기 제2위상보정기는 파장 λ1, λ2인 제1 및 제2광이 각각 상기 제2위상보정기의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 c, c', 이에 인접한 제2위상보정기의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 d, d'라 할 때, 하기의 식2를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<식1>

(a-b)=mλ1

(a'-b')=nλ3

여기서, m,n은 정수±0.07이내의 수이다.

<식2>

(c-d)=pλ1

(c'-d')=qλ2

여기서, p,q는 정수±0.07이내의 수이다.

여기서, 상기 제1위상보정기에는 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단이 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s1은 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 상기 제1위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것이 바람직하다.

<식>

(n1-n0)s1=mλ1

(n3-n0")s1=nλ3

여기서, n0, n0"은 각각 λ1,λ3에 대한 공기영역의 굴절율이다.

상기 제2위상보정기에는 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단은 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s2는 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 상기 제2위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것이 바람직하다.

<식>

(n1'-n0)s2=pλ1

(n2'-n0')s2=qλ2

여기서, n0, n0'은 각각 λ1,λ2에 대한 공기영역의 굴절율이다.

여기서, 상기 제2광디스크는 DVD 계열의 광디스크, 제3광디스크는 CD 계열의 광디스크이고, 상기 제1광디스크는 제2광디스크보다 고밀도인 것이 바람직하다.

상기 제1광디스크는 상기 제2광디스크보다 얇은 두께 예컨대, 대략 0.1mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

상기 대물렌즈는 상기 제1광디스크에 적합하도록 0.7 이상의 개구수를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 대물렌즈의 작동 거리는 0.7 mm 이상인 것이 바람직하다.

상기 제2 및 제3광디스크 중 어느 한 광디스크의 기록/재생에 적합하도록, 상기 제2 및 제3광 중 어느 한 광에 대해서 상기 대물렌즈의 유효개구수를 변경시키는 개구 필터;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 개구 필터는, 상기 제1 및 제2위상보정기 중 어느 한 위상보정기에 일체로 구비될 수 있다.

상기 제1광은 청색 파장영역의 광이고, 상기 제2광은 적색 파장영역의 광이며, 상기 제3광은 적외선 파장영역의 광인 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 λ1은 대략 400~410 nm, 상기 λ2는 대략 635 및 650nm 중 어느 한 파장, λ3는 대략 780nm일 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 위상보정기 및 이를 채용한 호환형 광픽업의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 두께가 서로 다른 제1 내지 제3광디스크(50a)(50b)(50c)를 호환하여 기록/재생하도록, 상기 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)에 각각 적합한 파장의 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)을 출사하며 상기 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)로부터 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및 오차신호를 검출하도록 된 광유니트(10)와, 상기 광유니트(10)쪽에서 입사되는 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)을 집속하여 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈(40)와, 상기 대물렌즈(40)의 입사동 측에 배치되어 상기 제2 및 제3광(10b)(10c)에 대해 각각 위상 변화를 발생시키는 제1 및 제2위상보정기(20)(30)를 포함하여 구성된다.

상기 제1광디스크(50a)는 예를 들어, HD-DVD 계열의 광디스크(이하, HD-DVD)로서, DVD보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 제1광디스크(50a)가 HD-DVD인 경우, 상기 제2광디스크(50b)는 DVD 계열의 광디스크(이하, DVD), 상기제3광디스크(50c)는 CD 계열의 광디스크(이하, CD)이다.

본 발명에 따른 호환형 광픽업이 CD, DVD, HD-DVD를 호환하여 기록/재생하도록 마련된 경우, 상기 제1광(10a)은 청색 파장영역 예컨대, 대략 400~410 nm 범위내의 파장의 광이고, 상기 제2광(10b)은 적색 파장영역 예컨대, 대략 635 또는 650nm 파장의 광이며, 상기 제3광(10c)은 적외선 파장영역 예컨대, 대략 780 nm 파장의 광인 것이 바람직하다.

상기 대물렌즈(40)는 고밀도인 제1광디스크(50a)를 기록/재생하는데 적합하도록 마련되어, 0.7 이상 보다 바람직하게는, 0.85의 개구수를 가진다. 이때, 상기 대물렌즈(40)는 제1광디스크(50a)보다 두께가 두꺼운 상기 제2 및 제3광디스크(50b)(50c) 채용시 이 대물렌즈(40)가 제2 및 제3광디스크(50b)(50c)와 부딪히는 일이 발생하지 않도록 상대적으로 긴 작동거리 예컨대, 0.7mm 이상의 작동거리를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제2 및 제3광디스크(50b)(50c)가 제1광디스크(50a)와 다른 두께를 가지면, 제2광디스크(50b)를 상기 대물렌즈(40)로 집속하여 제2광디스크(50b)에 광스폿을 형성할 때, 제1광디스크(50a)와 제2광디스크(50b)의 두께 차이에 기인한 구면수차가 발생한다. 마찬가지로, 제3광(10c)을 상기 대물렌즈(40)로 집속하여 제3광디스크(50c)에 광스폿을 형성할 때, 상기 제1광디스크(50a)와 제3광디스크(50c)의 두께 차이에 기인한 구면수차가 발생한다. 또한, 상기 제2 및 제3광(10b)(10c)을 상기 대물렌즈(40)에 의해 집속할 때, 상기 제1광(10a)과의 파장 차이에 의한 색수차가 발생한다.

제1위상보정기(20)는, 상기와 같이 제2광디스크(50b) 기록/재생시 제2광(10b)에 대해 발생하는 구면수차 및/또는 색수차 등을 보정하기 위한 것이다. 또한, 제2위상보정기(30)는 제3광디스크(50c) 기록/재생시 상기 제3광(10c)에 대해 발생하는 구면수차 및/또는 색수차 등을 보정하기 위한 것이다.

제2광디스크(50b) 기록/재생시 발생하는 수차를 보정하기 위하여 제1위상보정기(20)는 제2광(10b)에 대해서만 위상차 변화를 발생시키도록 마련된 복수의 위상 지연영역을 구비한다. 상기 복수의 위상 지연영역은, 상기 제1 및 제3광(10a)(10c)에 대해 일 위상 지연영역과 그에 인접한 다른 위상 지연영역에서의 위상차가 각각 수학식3에서와 같이 대략 제1광(10a)의 파장λ1와 제3광(10c)의 파장 λ3의 정수배가 되도록 마련된 것이 바람직하다.

즉, 상기 제1 및 제3광(10a)(10c)이 각각 제1위상보정기(20)의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 a, a', 상기 제1 및 제3광(10a)(10c)이 각각 상기 제1위상보정기(20)의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 b, b'이라 할 때, 인접한 위상 지연영역들 사이의 위상차는 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.

여기서, m, n은 정수±0.07 이내 보다 바람직하게는, 정수±0.05 이내의 수이다.

이 경우, 제1위상보정기(20)는 제2광(10b)에 대해서는 위상 변화를 발생시키면서 제1 및 제3광(10c)은 위상 변화없이 그대로 투과시킬 수 있다.

유사하게, 제3광디스크(50c) 기록/재생시 발생하는 수차를 보정하기 위하여, 상기 제2위상보정기(30)는 입사되는 제3광(10c)에 대해서만 위상차 변화를 발생시키도록 마련된 복수의 위상 지연영역을 구비한다. 상기 복수의 위상 지연영역은, 상기 제1 및 제2광디스크(50a)(50b)에 대해 일 위상 지연영역과 그에 인접한 다른 위상 지연영역에서의 위상차가 각각 대략 제1광(10a)의 파장λ1와 제2광(10b)의 파장 λ2의 정수배가 되도록 마련된 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 및 제2광(10a)(10b)이 각각 상기 제2위상보정기(30)의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 c, c', 상기 제1 및 제2광(10a)(10b)이 각각 상기 제2위상보정기(30)의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 d, d'이라 할 때, 인접한 위상 지연영역들 사이의 위상차는 수학식 4를 만족하는 것이 바람직하다.

여기서, p, q는 정수±0.07 이내 보다 바람직하게는, 정수±0.05 이내의 수이다.

이 경우, 제2위상보정기(30)는 제3광(10c)에 대해서는 위상 변화를 발생시키면서 제1 및 제2광(10a)(10b)은 위상 변화없이 그대로 투과시킬 수 있다.

구체적인 실시예로서, 상기 제1 및 제2위상보정기(20)(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 플레이트형 광학매질의 적어도 일면에, 제2 및 제3광디스크(50b)(50c)호환시 발생할 수 있는 수차를 보정할 수 있는 위상차 변화를 발생시키도록 계단형 구조로 된 패턴을 형성한 구조로 될 수도 있다. 도 2에서 참조번호 25는 제1 및 제2위상보정기(20)(30)를 제작하는데 사용되는 유리 등의 광학매질 부분이고, 참조번호 27은 계단형 구조의 패턴을 형성되어 광학매질이 제거된 공기영역이다. 또한, s는 계단 단차의 크기를 의미한다.

이때, 상기 제1 및 제2위상보정기(20)(30) 각각의 패턴의 계단 단차의 크기는, 수학식 3 및 4의 조건을 만족하도록, 한 파장의 광에 대해서만 위상차 변화를 발생시키는 작용을 하고, 나머지 두 파장의 광을 거의 그대로 투과시키도록, 대략 두 파장의 정수배에 해당하는 크기로 형성된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 패턴의 계단은 각각 상기한 위상 지연영역에 대응된다.

상기 제1위상보정기(20)의 패턴의 계단 단차의 크기 s1은, 수학식 3에 대응되게 수학식 5를 만족하도록 된 것이 바람직하다.

여기서, n1, n3는 제1위상보정기(20)를 이루는 광학매질의 상기 제1 및 제3광(10a)(10c)의 파장λ1,λ3에 대한 굴절율이고, n0, n0"은 제1 및 제3광(10a)(10c)의 파장 λ1,λ3에 대한 공기영역의 굴절율이다.

또한, 상기 제2위상보정기(30)의 패턴의 계단 단차의 크기 s2는, 수학식 4에 대응되게 수학식 6을 만족하도록 된 것이 바람직하다.

여기서, n1', n2'은 제2위상보정기(30)를 이루는 광학매질의 상기 제1 및 제2광(10a)(10b)의 파장λ1,λ2에 대한 굴절율이고, n0, n0'은 상기 제1 및 제2광(10a)(10b)의 파장λ1,λ2에 대한 공기영역의 굴절율이다.

표 1을 참조하면, 상기 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)가 각각 HD-DVD, DVD, CD이고, 이 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)를 기록/재생하는데 사용되는 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)의 파장λ1, λ2, λ3가 각각 400nm, 650nm, 780nm라 할 때, 유리 재질인 BK7의 굴절율은 각각 400nm, 650nm, 780nm에서 1.530849, 1.514520, 1.511183이다.

	HD-DVD	DVD	CD
파장	400nm(λ1)	650nm(λ2)	780nm(λ3)
BK7 굴절율	1.530849	1.514520	1.511183

도 3은 제1위상보정기(20)의 광학매질로 BK7을 사용할 때, 계단 단차 s1의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1과 CD용 제3광(10c)의 파장 λ3에 대한 위상차를 보인 그래프이다. 도 3의 그래프는, 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b) 및 파장 조건이 표 1과 같은 경우에 대해 얻어진 것이다.

도 3을 참조하면, BK7에 계단 단차 s1이 1.5μm인 계단형 패턴을 형성한다면, HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1에 대해서는 정수배에 가까운 0.99λ1의 위상차가 발생하고, CD용 제3광(10c)의 파장 λ3에 대해서는 정수배에 가까운 0.98λ3의 위상차가 발생하며, DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2에 대해서는 0.20λ2의 위상차가 발생한다. 여기서, 위상보정기에 형성된 패턴의 계단 단차의 크기가 소정 파장의 광에 대한 위상차의 정수배라는 것은, 그 파장의 광이 위상보정기를 통과할 때, 패턴 형상에 따른 위상차 변화가 생기지 않음을 의미한다.

따라서, BK7을 광학매질로 사용하여 계단 단차 s1이 1.5μm이 되도록 패턴을 형성하면, 수학식 3 및 수학식 5를 만족하는 제1위상보정기(20)를 얻을 수 있다.

또한, 상기한 제1위상보정기(20)처럼 소정의 광학매질에 수학식 6의 조건을 만족하는 계단형 구조의 패턴을 형성하면, 제1 및 제2광(10a)(10b)은 거의 그대로 통과시키고, 제3광(10c)에 대해서만 위상차 변화를 발생시키는 제2위상보정기(30)를 얻을 수 있다. 제2위상보정기(30)의 구체 실시예에 대해서는 후술한다.

상기와 같이, 상기 제1위상보정기(20)에 수학식 5를 만족하는 계단 단차 s1을 갖는 패턴을 형성하면, 제1 및 제3광(10a)(10c)은 상기 제1위상보정기(20)를 거의 그대로 투과하지만, 상기 제2광(10b)은 제1위상보정기(20)를 통과하면서, 그 패턴 형상에 따른 위상차 변화가 발생한다. 또한, 상기 제2위상보정기(30)에 수학식 6을 만족하는 계단 단차 s2를 갖는 패턴을 형성하면, 제1 및 제2광(10a)(10b)은 상기 제2위상보정기(30)를 거의 그대로 투과하지만, 상기 제3광(10c)은 제2위상보정기(30)를 통과하면서, 그 패턴 형상에 따른 위상차 변화가 발생한다.

따라서, 패턴의 계단 단차를 두 파장의 정수배로 제작하여 한 파장에 대해서만 위상차 변화를 발생시키는 작용을 하는 두 종류의 위상보정기 즉, 상기 제1 및제2위상보정기(20)(30)를 구비한 본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 두께가 서로 다른 세 가지의 광디스크를 호환 채용할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은 제2광(10b)에 대해 대물렌즈(40)의 유효 개구수를 변경시키기 위한 제1개구 필터(25)와, 상기 제3광(10c)에 대해 대물렌즈(40)의 유효 개구수를 변경시키기 위한 제2개구 필터(35)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2개구 필터(25)(35)는, 중심부로 입사되는 광은 그대로 진행시키고, 그 외측의 링부(25a)(35a)로 입사되는 광의 진행을 파장에 따라 선택적으로 방해하여 대물렌즈(40)의 유효 개구수를 변경시킬 수 있도록 형성된 파장 선택성 코팅부재 또는 홀로그램 타입의 회절부재인 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2개구 필터(25)(35)는 도 1에 도시된 바와 같이, 링부(25a)(35a)의 내측이 개구된 형상으로 이루어질 수 있으며, 제1 및 제2위상보정기(20)(30)에 각각 일체로 구비된 것이 바람직하다.

상기 제1개구 필터(25)의 링부(25a)는 제2광(10b)의 진행만을 차단하고, 나머지 광 즉, 제1 및 제3광(10a)(10c)은 그대로 투과시키도록 마련된다. 이때, 상기 제1개구 필터(25)의 링부(25a)의 내경은 제2광디스크(50b)의 기록/재생에 적합한 대물렌즈(40)의 유효 개구수를 달성할 수 있는 크기로 형성된 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제2광디스크(50b)가 DVD인 경우, 상기 제1개구 필터(25)의 링부(25a)의 내경은 대물렌즈(40)의 유효 개구수 0.6을 달성할 수 있는 크기로 형성된 것이 바람직하다.

상기 제2개구 필터(35)의 링부(35a)는 제3광(10c)의 진행만을 차단하고, 나머지 광 즉, 제1 및 제2광(10a)(10b)은 그대로 투과시키도록 마련된다. 이때, 상기 제2개구 필터(35)의 링부(35a)의 내경은 제3광디스크(50c)의 기록/재생에 적합한 대물렌즈(40)의 유효 개구수를 달성할 수 있는 크기로 형성된 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제3광디스크(50c)가 CD인 경우, 상기 제2개구 필터(35)의 링부(35a)의 내경은 대물렌즈(40)의 유효 개구수 0.45를 달성할 수 있는 크기로 형성된 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업의 광학적 구성도를 개략적으로 보인 도면이다.

도 4를 참조하면, 광유니트(10)는, 제1광디스크(50a)의 기록/재생에 적합한 파장 λ1의 제1광(10a)을 출사하는 제1광원(11)과, 제1광디스크(50a)에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 제1광검출기(15)와, 제2 및 제3광디스크(50b)(50c)의 기록/재생에 적합한 파장 λ2, λ3의 제2 및 제3광(10b)(10c)을 출사하는 제1 및 제2광모듈(17)(18)과, 상기 제1광원(11), 제1 및 제2광모듈(17)(18)에서 출사된 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)의 진행 경로를 변환하기 위한 제1 내지 제3광로변환기(12)(16)(13)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1광디스크(50a)로 HD-DVD를 적용하는 경우, 상기 제1광원(11)으로는 예컨대, 400nm 파장의 제1광(10a)을 출사하는 청자색 반도체 레이저를 구비할 수 있다.

상기 제1광모듈(17)은 제2광(10b)를 출사하는 광원 및 제2광디스크(50b)에서반사된 제2광(10b)을 수광하는 광검출기가 일체화된 구조이다. 마찬가지로, 상기 제2광모듈(18)은 제3광(10c)을 출사하는 광원 및 제3광디스크(50c)에서 반사된 제3광(10c)을 수광하는 광검출기가 일체화된 구조이다. 상기 제2 및 제3광디스크(50b)(50c)로 DVD, CD를 적용하는 경우, 상기 제1 및 제2광모듈(17)(18)의 광원으로는 각각 예컨대, 650nm 파장의 제2광(10b) 및 780nm 파장의 제3광(10c)을 출사하는 적색 반도체 레이저, 적외선 반도체 레이저를 구비할 수 있다.

여기서, 제1 및 제2광모듈(17)(18)의 구조는 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같으므로, 여기서는 보다 상세한 설명 및 도시를 생략한다.

한편, 상기 광유니트(10)는 제3광로변환기(13)와 대물렌즈(40) 사이의 광로상에는 제1광원(11), 제1 및 제2광모듈(17)(18)에서 출사된 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)을 집속하여 대략 평행광으로 변환시키는 콜리메이팅렌즈(14)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 광유니트(10)는 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용될 수 있는 구조의 일 예로, 이외에도 본 발명에 따른 호환형 광픽업에는 다양한 구조의 광유니트가 적용될 수 있다. 더불어, 도 4에서는 상기 제1 내지 제3광로변환기(12)(16)(13)로 빔스프리터를 구비한 예를 도시하였는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제3광로변환기(12)(16)(13)에 대한 다양한 변형이 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 호환형 광픽업은 다음과 같이 작동된다.

먼저, 제1광디스크(50a)가 채용된 경우, 광유니트(10)에서 출사된 제1광(10a)은 제1 및 제2위상보정기(20)(30)쪽으로 진행한다. 상기 제1광(10a)은 제1 및 제2위상보정기(20)(30), 제1 및 제2개구 필터(25)(35)를 그대로 투과하고, 대물렌즈(40)에 의해 집속되어 제1광디스크(50a)의 기록면에 광스폿으로 맺힌다. 이 제1광디스크(50a)에서 반사된 제1광(10a)은 상기와 반대 경로를 거쳐 광유니트(10)로 되돌아온다.

제2광디스크(50b)가 채용된 경우, 광유니트(10)에서 출사된 제2광(10b)은 제1위상보정기(20)에 입사된다. 제2광(10b)은 제1위상보정기(20)에서 구면수차 및/또는 색수차를 보정할 수 있도록 위상차 변화가 발생되고, 제1개구 필터(25)에 입사된다. 이 제2광(10b)은 제1개구 필터(25)에 의해 그 일부가 차단되고, 그 링부(25a)의 내측으로 진행하는 부분만이 제1개구 필터(25)를 통과하여, 제2광디스크(50b)를 기록/재생하는데 적합한 유효 개구수 예컨대, 0.6의 개구수를 달성할 수 있는 크기로 된다. 이 제2광(10b)은 제2위상보정기(30) 및 제2개구 필터(35)를 그대로 통과하여 대물렌즈(40)에 입사되고, 대물렌즈(40)에 의해 집속되어 제2광디스크(50b)의 기록면에 광스폿으로 맺힌다. 상기 제2광디스크(50b)에서 반사된 제2광(10b)은 상기와 반대 경로를 거쳐 광유니트(10)로 되돌아온다.

제3광디스크(50c)가 채용된 경우, 광유니트(10)에서 출사된 제3광(10c)은 제1위상보정기(20) 및 제1개구 필터(25)를 그대로 통과한 후, 제2위상보정기(30)에 입사된다. 제3광(10c)은 제2위상보정기(30)에서 구면수차 및/또는 색수차를 보정할 수 있도록 위상차 변화가 발생되고, 제2개구 필터(35)에 의해 그 일부가 차단된다.제3광(10c)의 링부(35a)의 내측으로 진행하는 부분만이 제2개구 필터(35)를 통과하여, 제3광디스크(50c)를 기록/재생하는데 적합한 유효 개구수 예컨대, 0.45의 개구수를 달성할 수 있는 크기로 된다. 이 제3광(10c)은 대물렌즈(40)에 의해 집속되어 제3광디스크(50c)의 기록면에 광스폿으로 맺힌다. 상기 제3광디스크(50c)에서 반사된 제3광(10c)은 상기와 반대 경로를 거쳐 광유니트(10)로 되돌아온다.

이하에서는, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용 가능한 대물렌즈(40) 및 제1 및 제2위상보정기(20)(30)의 구체 실시예를 설명한다. 대물렌즈(40) 및 제1 및 제2위상보정기(20)(30)의 구체 실시예는 제1 내지 제3광디스크(50c)(50a)(50b)가 각각 HD-DVD, DVD, CD이고, 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)의 파장 λ1, λ2,λ3을 각각 400nm, 650nm, 780nm인 경우에 대해, 설명한다.

표 2는 본 발명에 호환형 광픽업에 적용 가능한 대물렌즈(40)의 실시예에 대한 설계 데이터이다. 표 2는 본 발명에 따른 대물렌즈(40)를, 파장 400nm, 개구수 0.85, 제1광디스크(50a) 즉, HD-DVD의 두께 0.1mm에 대해, 광학매질로 BaCD5_HOYA(파장 400nm에 대한 굴절율이 대략1.606048)를 사용하여, 입사동 지름이 대략 3.886mm, 초점거리가 대략 2.286mm가 되도록 설계한 것이다. 그리고, 제1광디스크(50a)의 굴절율이 파장 400nm에 대해 대략 1.623343인 경우에 대해 설계한 것이다. 여기서, 광디스크의 굴절율은 광입사면으로부터 기록면까지 광이 진행하는 매질의 유효 굴절율을 의미한다.

면	곡율반경(mm)	두께/간격[mm]	재질(유리)
물체면	INFINITY	INFINITY
S1	INFINITY	0.000000
S2	1.482974	1.963318	BaCD5_HOYA
S2	K:-0.830113A:0.121087E-01 B:0.141346E-02 C:0.257098E-03D:0.249301E-04 E:0.102134E-04 F:0.312166E-05
S3	-10.53984	1.082337
S3	K:9.901398A:0.267356E-01 B:-0.403555E-02 C:0.220095E-03D:0.933479E-05
S4	INFINITY	0.100000	'CG'
S5	INFINITY	0.000000
상면	INFINITY	0.000000

표 2에서, 'CG'는 제1광디스크(50a)의 매질을 의미하며, K는 상기 제1 및 제2비구면(S2)(S3)의 원추 상수, A, B, C, D, E, F는 비구면 계수이다. 표 2에서 면을 나타내는 S2~S5는 참조를 위해 도 5a에 표시되어 있다.

상기 제1 및 제2비구면(S2)(S3)에 대한 비구면식은 비구면의 정점으로부터의 깊이를 Z(h)라 할 때, 수학식 7와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, h는 광축으로부터의 높이, c는 곡률, A∼J는 비구면 계수이다.

상기와 같은 설계 데이터를 갖는 대물렌즈(40)는 1.082337mm의 큰 작동거리를 가져, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 보여진 바와 같이, HD-DVD 뿐만 아니라, DVD, CD 재생시에도 광디스크와 대물렌즈(40) 사이의 충돌을 방지할 수 있을 정도로 충분한 작동 거리를 확보할 수 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 표 2의 설계 데이터를 갖는 대물렌즈(40)로 상기 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)을 집속하여 HD-DVD, DVD, CD에 포커싱할 때의광로도를 보인 도면이다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에서 HD-DVD, DVD, CD 채용시 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)에 대한 대물렌즈(40)의 초점거리는 각각 대략 2.286mm, 2.359mm, 2.375mm이고, 대물렌즈(40)의 유효경(개구수)은 제1 내지 제3광(10a)(10b)(10c)에 대해 각각 대략 3.9mm(NA=0.85), 2.8mm(NA=0.60), 2.1mm(NA=0.45)이다.

	HD-DVD	DVD	CD
파장	400nm(λ1)	650nm(λ2)	780nm(λ3)
광디스크 두께	0.1mm	0.6mm	1.2mm
대물렌즈 초점거리	2.286	2.359	2.375
대물렌즈 유효경(NA)	3.9mm(0.85)	2.8mm(0.60)	2.1mm(0.45)
OPDrms	0.00λ1	0.64λ2	0.28λ3

한편, 표 2의 설계 데이터로 제작된 대물렌즈(40)로 DVD 및 CD를 호환할 때 발생하는 수차(OPDrms)의 크기를 살펴보면, 표 3 및 도 5a에 나타낸 바와 같이, 상기 대물렌즈(40)로 파장이 400nm인 제1광(10a)을 집속하여 두께 0.1mm인 HD-DVD(50a)에 광스폿을 형성할 때에는 수차가 거의 발생하지 않는다. 반면에, 표 3 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 상기 대물렌즈(40)로 파장이 650nm인 제2광(10b)을 집속하여 두께 0.6mm인 DVD(50b)에 광스폿을 형성할 때에는 0.64λ2의 수차, 표 3 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 상기 대물렌즈(40)로 파장이 780nm인 제3광(10c)을 집속하여 두께 1.2mm인 CD(50c)에 광스폿을 형성할 때에는 0.28λ3의 수차가 발생한다. 즉, 상기 대물렌즈(40)로 DVD 및 CD 호환시에는 광픽업에서 통상적으로 수차 허용치로 인정하는 값인 0.035λ을 크게 넘어선 수차가 발생한다.

그러나, 상기 대물렌즈(40)의 입사동 측에 본 발명에 따른 제1 및 제2위상보정기(20)(30)를 배치하면, 후술하는 바와 같이 DVD 및 CD 호환시에 발생하는 수차를 현저히 줄일 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 제1 및 제2위상보정기(20)(30)의 실시예 및 이러한 제1 및 제2위상보정기(20)(30)를 이용하면, DVD 및 CD 호환시에 발생하는 수차를 현저히 줄일 수 있음을 설명한다.

표 4는 제1 및 제2위상보정기(20)(30)의 구체적인 실시예 및 그에 따른 제1 및 제2위상보정기(20)(30)를 이용할 때의 잔존수차를 보여준다. 도 6은 제1위상보정기(20)의 광학매질로 EFD4_HOYA를 사용할 때, 계단 단차 s1의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1과 CD용 제3광(10c)의 파장 λ3에 대한 위상차를 보인 그래프이다. 도 7은 제2위상보정기(30)의 광학매질로 EFD8_HOYA를 사용할 때, 계단 단차s2의 크기에 따른 HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1과 DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2에 대한 위상차를 보인 그래프이다. 표 4, 도 6 및 도 7의 그래프는, HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1을 400nm, CD용 제3광(10c)의 파장 λ3은 780nm, DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2는 650nm로 하여 얻어진 것이다.

		HD-DVD	DVD	CD
DVD용제1위상보정기	유리 재질단차 깊이단차 수	EFD4_HOYA7.41 μm4 계단
	위상차/단차	0.99 λ1	0.53 λ2	0.01 λ3
	굴절율	1.809201	1.747905	1.738138
	보정후 잔존수차(OPDrms)	0.012 λ1	0.026 λ2	0.016 λ3
CD용제2위상보정기	유리 재질단차 깊이단차 수	EFD8_HOYA3.83 μm3 계단
	위상차/단차	0.01 λ1	0.02 λ2	0.31 λ3
	굴절율	1.731744	1.683005	1.674996
	보정후 잔존수차(OPDrms)	0.00 λ1	0.024 λ2	0.029 λ3

표 4 및 도 6을 참조하면, 제1위상보정기(20)의 광학매질로 EFD4_HOYA를 사용하는 경우, 계단 단차 s1이 7.41μm일 때, HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1에 대해서는 정수배에 가까운 0.99λ1의 위상차가 발생하고, CD용 제3광(10c)의 파장 λ3에 대해서는 정수배에 가까운 0.01λ3의 위상차가 발생하며, DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2에 대해서는 0.53λ2의 위상차가 발생한다.

이와 같이, 제1위상보정기(20)를 광학매질로 EFD4_HOYA를 사용하여 계단 단차 s1을 7.41μm, 패턴을 4계단 구조로 형성하면, HD-DVD용 제1광(10a)과 CD용 제3광(10c)은 제1위상보정기(20)를 통과하면서 위상차 변화가 거의 생기지 않는 반면에, DVD용 제2광(10b)은 제1위상보정기(20)를 통과하면서 위상차 변화가 생기게 된다. 따라서, 상기 제1위상보정기(20)에 DVD용 제2광(10b)에 대해 수차를 상쇄할 수 있는 위상차 변화를 발생시키도록 된 패턴을 형성하면, DVD용 제2광(10b)에 대한 수차의 보정이 가능하다.

표 4 및 도 7을 참조하면, 제2위상보정기(30)의 광학매질로 EFD8_HOYA를 사용하는 경우, 계단 단차 s2가 3.83μm일 때, HD-DVD용 제1광(10a)의 파장λ1에 대해서는 정수배에 가까운 0.01λ1의 위상차가 발생하고, DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2에 대해서는 정수배에 가까운 0.02λ2의 위상차가 발생하며, CD용 제3광(10c)의 파장 λ3에 대해서는 0.31λ3의 위상차가 발생한다.

이와 같이, 제2위상보정기(30)를 광학매질로 EFD8_HOYA를 사용하여 계단 단차 s2를 3.83μm, 패턴을 3계단 구조로 형성하면, HD-DVD용 제1광(10a)과 DVD용 제2광(10b)은 제2위상보정기(30)를 통과하면서 위상차 변화가 거의 생기지 않는 반면에, CD용 제3광(10c)은 제2위상보정기(30)를 통과하면서 위상차 변화가 생기게 된다. 따라서, 제2위상보정기(30)에 CD용 제3광(10c)에 대해 수차를 상쇄할 수 있는 위상차 변화를 발생시키도록 패턴을 형성하면, CD용 제3광(10c)에 대한 수차의 보정이 가능하다.

한편, 도 8은 DVD 채용시 보정해야 할 구면수차에 해당하는 위상차를 2차원으로 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 위상차(수차)를 보정하기 위해 4-계단 구조로 패턴이 형성된 제1위상보정기(20)에서 발생되는 위상차 변화를 2차원으로 나타낸 도면이다. 도 10은 도 8 및 도 9를 겹쳐 그린 1차원 위상차 단면을 보여준다. 도 8 및 도 10에 도시한 보정해야 할 위상차는 DVD 채용시 발생하는 수차에 대한 위상차를 역상으로 나타낸 것이다. 도 10에서 가로축은 도 8 및 도 9의 가로축과 동일 스케일을 나타내며, 세로축은 위상차(λ)를 나타낸다.

도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 제1위상보정기(20)에 의하면, DVD 채용시에 발생하는 수차를 충분히 보정할 수 있다.

이때, 상기 제1위상보정기(20)에 형성되는 패턴의 계단 단차 s1의 크기가 HD-DVD용 제1광(10a)의 파장 λ1의 정수배의 값, CD용 제3광(10c)의 파장 λ3의 정수배의 값과는 앞서 언급한 오차 범위내에서 미소한 차이가 있다. 따라서, CD 기록/재생시에는 도 11a에 도시한 바와 같이 제1위상보정기(20)에 의한 위상차가 잔존할 수 있다. 또한, HD-DVD 기록/재생시에는 도 11b에 도시한 바와 같이 제1위상보정기(20)에 의한 위상차가 잔존할 수 있다. 도 11a 및 도 11b에서와 같이 제1 및 제3광(10c)에 대해 제1위상보정기(20)에 의해 위상차가 잔존하기는 하지만, 이러한 잔존하는 위상차에 따른 수차량은 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 0.035λ보다 훨씬 작은 값으로, 충분히 허용 가능한 정도이다. 여기서, 도 11a 및 도 11b에서 가로축은 도 10의 가로축과 동일 스케일을 나타내며, 세로축은 위상차(λ)를 나타낸다.

도 12는 CD 채용시 보정해야 할 구면수차에 해당하는 위상차를 2차원으로 나타낸 도면이다. 도 13은 도 12의 위상차(수차)를 보정하기 위해 3- 계단 구조로 패턴이 형성된 제2위상보정기(30)에서 발생하는 위상차 변화를 2차원으로 나타낸 도면이다. 도 14는 도 12 및 도 13를 겹쳐 그린 1차원 위상차 단면을 보여준다. 도 14에서 가로축은 도 12 및 도 13의 가로축과 동일 스케일을 나타내며, 세로축은 위상차(λ)를 나타낸다.

도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 제2위상보정기(30)에 의하면, CD 채용시에 발생하는 수차를 충분히 보정할 수 있다.

이때, 상기 제2위상보정기(30)에 형성되는 패턴의 계단 단차 s2의 크기가 제1위상보정기(20)에서와 유사하게, HD-DVD용 제1광(10a)의 파장 λ1의 정수배의 값, DVD용 제2광(10b)의 파장 λ2의 정수배의 값과는 앞서 언급한 오차 범위내에서 미소한 차이가 있다. 따라서, DVD 기록/재생시에는 도 15a에 도시한 바와 같이 제2위상보정기(30)에 의한 위상차가 잔존할 수 있다. 또한, HD-DVD 기록/재생시에는 도 15b에 도시한 바와 같이 제2위상보정기(30)에 의한 위상차가 잔존할 수 있다. 도 15a 및 도 15b에서와 같이, 제1 및 제2광(10b)에 대해 제2위상보정기(30)에 의해 위상차가 잔존하기는 하지만, 이러한 잔존하는 위상차에 따른 수차량은 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 충분히 허용 가능한 정도이다. 여기서, 도 15a 및 도 15b에서 가로축은 도 14의 가로축과 동일 스케일을 나타내며, 세로축은 위상차(λ)를 나타낸다.

이상에서는 본 발명에 따른 위상보정기가 광학매질에 계단형 구조의 패턴을 형성한 구조로 된 것으로 예를 들어 설명 및 도시하였는데, 수학식 3 및 4의 조건을 만족하는 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 위상보정기로, 수학식 3 및 4의 조건을 만족하도록 제작 및 구동되어, 특정한 일 파장의 광에 대해서는 위상 보정기능을 수행하고, 나머지 두 파장의 광은 거의 그대로 투과시키도록 형성된 액정 패널을 구비할 수도 있다.

한편, 이상에서는 본 발명에 따른 위상보정기가 세 가지 파장의 광을 사용하여, 두께가 서로 다른 제1 내지 제3광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업에 적용되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 세 가지 파장의 광을 이용하며 파장에 따라 선택적인 수차 보정을 필요로 하는 다양한 광학시스템에 응용할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 위상보정기는 세 가지 파장의 광 중 어느 한 파장의 광에 대해서만 입사되는 광의 위상을 보정하고, 나머지 파장의 광은 거의 그대로 진행시킨다.

본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 광디스크의 두께 차이에 의한 구면수차 및/또는 사용되는 광의 파장 차이에 의한 색수차 등의 수차를 보정할 수 있도록, 서로 다른 일 파장의 광에 대해 위상을 보정하는 한쌍의 위상보정기를 구비하므로, 단일 대물렌즈만을 사용해서도 두께가 서로 다른 세 종류의 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있다.

Claims

복수의 위상 지연영역을 구비하며, 입사되는 광의 서로 다른 파장을 λ1, λ2, λ3라 하고, 파장 λ1, λ3인 광이 각각 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 a, a', 이에 인접한 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 b, b'라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 위상보정기.

<식>

(a-b)=mλ1

(a'-b')=nλ3

여기서, m,n은 정수±0.07이내의 수이다.
제1항에 있어서, 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단이 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s는, 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 위상보정기.

<식>

(n1-n0)s=mλ1

(n3-n0")s=nλ3

여기서, n0, n0"은 λ1,λ3에 대한 공기영역의 굴절율이다.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 λ1은 청색영역의 파장이고, 상기 λ2, λ3 중 어느 하나는 적색영역의 파장, 다른 하나는 적외선영역의 파장인 것을 특징으로 하는 위상보정기.
제3항에 있어서, 상기 λ1은 대략 400~410nm, 상기 λ2, λ3 중 어느 하나는 대략 635 및 650nm 중 어느 한 파장, 다른 하나는 780nm인 것을 특징으로 하는 위상보정기.
서로 다른 포맷의 제1 내지 제3광디스크에 각각 적합한 파장 λ1, λ2, λ3의 제1 내지 제3광을 출사하며, 상기 제1 내지 제3광디스크로부터 반사된 광을 수광하여 검출하도록 된 광유니트와; 상기 광유니트쪽에서 입사되는 상기 제1 내지 제3광을 집속하여 광디스크에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈의 입사동 측에 배치되어, 상기 제2 및 제3광에 대해 각각 위상차 변화를 발생시키는 제1 및 제2위상보정기;를 포함하며,

상기 제1 및 제2위상보정기는, 복수의 위상 지연영역을 구비하며,

상기 제1위상보정기는, 파장 λ1, λ3인 제1 및 제3광이 각각 상기 제1위상보정기의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 a, a', 이에 인접한 제1위상보정기의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 b, b'라 할 때, 하기의 식1을 만족하며, 상기 제2위상보정기는 파장 λ1, λ2인 제1 및 제2광이 각각 상기 제2위상보정기의 일 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 c, c', 이에 인접한 제2위상보정기의 다른 위상 지연영역을 통과할 때의 위상 지연량을 d, d'라 할 때, 하기의 식2를 만족하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.

<식1>

(a-b)=mλ1

(a'-b')=nλ3

여기서, m,n은 정수±0.07이내의 수이다.

<식2>

(c-d)=pλ1

(c'-d')=qλ2

여기서, p,q는 정수±0.07이내의 수이다.
제5항에 있어서, 상기 제1위상보정기에는 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단이 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s1은 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 상기 제1위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.

<식>

(n1-n0)s1=mλ1

(n3-n0")s1=nλ3

여기서, n0, n0"은 각각 λ1,λ3에 대한 공기영역의 굴절율이다.
제5항에 있어서, 상기 제2위상보정기에는 계단형 구조로 된 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴의 계단은 상기 위상지연영역에 각각 대응되며, 상기 계단의 단차 s2는 상기 파장 λ1, λ2, λ3에 대한 상기 제2위상보정기를 이루는 광학매질의 굴절율을 각각 n1, n2, n3라 할 때, 하기의 식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.

<식>

(n1'-n0)s2=pλ1

(n2'-n0')s2=qλ2

여기서, n0, n0'은 각각 λ1,λ2에 대한 공기영역의 굴절율이다.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2광디스크는 DVD 계열의 광디스크, 제3광디스크는 CD 계열의 광디스크이고, 상기 제1광디스크는 제2광디스크보다 고밀도인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제8항에 있어서, 상기 제1광디스크는 상기 제2광디스크보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제9항에 있어서, 상기 제1광디스크는 대략 0.1mm의 두께로 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제9항에 있어서, 상기 대물렌즈는 상기 제1광디스크에 적합하도록 0.7 이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제11항에 있어서, 상기 대물렌즈의 작동 거리는 0.7 mm 이상인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제11항에 있어서, 상기 대물렌즈는 0.85의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제11항에 있어서, 상기 제2 및 제3광디스크 중 어느 한 광디스크의 기록/재생에 적합하도록, 상기 제2 및 제3광 중 어느 한 광에 대해서 상기 대물렌즈의 유효개구수를 변경시키는 개구 필터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제14항에 있어서, 상기 개구 필터는, 상기 제1 및 제2위상보정기 중 어느 한 위상보정기에 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제14항에 있어서, 상기 개구 필터는, 중심부로 입사되는 광은 그대로 진행시키고, 상기 중심부 외측으로 입사되는 광의 진행을 파장에 따라 선택적으로 방해하도록 형성된 파장 선택성 코팅부재 및 홀로그램 타입의 회절부재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광은 청색 파장영역의 광이고, 상기 제2광은 적색 파장영역의 광이며, 상기 제3광은 적외선 파장영역의 광인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제17항에 있어서, 상기 λ1은 대략 400~410 nm, 상기 λ2는 대략 635 및 650nm 중 어느 한 파장, λ3는 대략 780nm인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.