KR20030075464A - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR20030075464A
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Abstract

부품수를 줄여 생산성을 높이고 광효율을 향상시킨 광픽업 장치가 개시되어 있다.
이 개시된 광픽업 장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원이 일모듈로 구성한 광원모듈; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제2광을 투과시키는 제1그레이팅; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 투과시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅; 상기 광원모듈에서 조사된 광을 반사 또는 투과시키는 빔스프리터; 상기 빔스프리터를 경유한 광을 디스크에 집속시키기 위한 대물렌즈; 상기 디스크에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 광검출기;를 포함한다.
이와 같이 본 발명에서는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원을 일모듈로 구성한 광원모듈을 구비하여 광부품을 현격히 줄일 수 있다.

Description

광픽업 장치{Optical pick-up apparatus}
본 발명은 광픽업 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부품수를 줄여 생산성을 높이고 광효율을 향상시킨 광픽업 장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 호환형 광픽업장치는 대략 650nm 파장의 광을 출사하는 제1광원(100)과 트래킹 서보 또는 포커싱 서보 구현을 위해 상기 제1광원(100)으로부터의 광을 3빔으로 분할하는 제1그레이팅(103)이 일체형으로 형성된 제1홀더(105), 대략 780nm 파장의 광을 출사하는 제2광원(110)과 트래킹 서버 또는 포커싱 서보 구현을 위해 상기 제2광원(110)으로부터의 광을 3빔으로 분할하는 제2그레이팅(113)이 일체형으로 형성된 제2홀더(115)를 구비한다. 상기 제1홀더(105)와 제2홀더(115)는 각각 독립적으로 구비되어 서로 다른 위치에 배치된다. 상기 제1광원(100)은 DVD와 같이 두께가 상대적으로 얇은 디스크(107)용이고, 제2광원(110)은 CD와 같이 두께가 상대적으로 두꺼운 디스크(117)용이다.
상기 제1광원(100)에서 출사된 광은 제1빔스프리터(120)에 의해 반사되어 제2빔스프리터(123)를 통과한 후 상대적으로 얇은 디스크(107) 쪽으로 향하게 된다. 그리고, 상기 상대적으로 얇은 디스크(107)에서 반사된 후, 상기 제1 및 제2빔스프리터(120)(123)를 투과하여 광검출기(130)에 수광된다. 또한, 상기 제2빔스프리터(123)와 디스크(107) 사이의 광경로 상에는 제1 및 제2광원(100)(110)에서 조사된 광의 경로를 변환시키는 반사미러(125), 광을 평행한 상태로 만들어 주는 콜리메이팅렌즈(127) 및 입사광을 디스크(107)에 집속시키는 대물렌즈(129)가 더 구비된다.
한편, 상기 제2광원(110)에서 조사된 광은 제2그레이팅(113)을 통과하여 제2빔스프리터(123)에 의해 반사된 다음, 상기 반사미러(125), 콜리메이팅렌즈(127) 및 대물렌즈(129)를 경유하여 상대적으로 두꺼운 디스크(117)에 광스폿이 맺힌다. 이어서, 상기 상대적으로 두꺼운 디스크(117)에서 반사된 광은 상기 대물렌즈(129), 반사미러(125), 제2 및 제1 빔스프리터(123)(120)를 투과하여 광검출기(130)에 수광된다. 여기서, 상기 제1 및 제2 빔스프리터(120)(123)는 상기 제1 및 제2 광원(100)(110)으로부터 조사된 광을 대략 50:50으로 분기시켜 50%의 광만을 사용하므로 광효율이 매우 낮다.
상기 제1빔스프리터(120)와 광검출기(130) 사이에는 비점수차렌즈(132)가 구비된다. 상기 비점수차렌즈(132)는 렌즈면의 곡률이 균일하게 구성된 것이 아니라 세로 방향과 가로 방향으로 서로 다르게 구성되어 비점수차를 발생시키는 렌즈이다. 이 비점수차렌즈(132)는 상기 콜리메이팅 렌즈(129)와 결합하여 광검출기에 맺히는 광의 크기를 크게 할 뿐만 아니라 제1빔스프리터(120)를 통과한 광에 생긴 콤마 수차를 제거하도록 상기 제1빔스프리터(120)가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어지게 배치한다. 또한, 렌즈면의 가로 방향과 세로 방향의 곡률을 서로 다르게 제조하여 비점수차가 생기도록 하는데, 이와 같이 하여 발생된 비점수차를 이용하여 비점수차법에 의한 포커싱 에러 검출을 한다.
상기 제1 및 제2 광원(100)(110)에서 출사된 광은 상기 제1 및 제2 그레이팅(103)(113)에 의해 3빔으로 분광되고, 이 3빔을 이용하여 상기 상대적으로 얇은 디스크(107)에 대해서는 차동 푸시풀법(differential push-pull)에 의해, 상기 상대적으로 두꺼운 디스크(117)에 대해서는 3빔법 또는 푸시풀법에 의해 포커싱 에러 검출을 한다. 상기 차동 푸시풀법, 3빔법, 푸시풀법 등에 대해서는 이미 널리 알려져 있는 기술이므로 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
상기와 같은 구성에 의해 하나의 픽업 장치에 의해 CD와 DVD를 호환적으로 기록/재생할 수 있다. 그런데, 종래의 광픽업 장치는 CD용 광원과 그레이팅, DVD 용 광원과 그레이팅이 각각 구비되고, 빔스프리터도 2개가 구비되는 등 부품수가 많아 자재비가 많이 들고, 광학 정렬을 위해 조정해야할 부분이 많아지므로 생산성이 감소되고, 불량품이 발생될 확률이 부품수가 적은 경우에 비해 상대적으로 높다. 다시 말하면, 광픽업 장치에 채용되는 부품들은 렌즈의 초점거리 및 광학적 길이에 따라 설계되어 각 광부품들의 위치를 정하게 되는데, 이때 각 부품들은 설계상의 공차 또는 제조상 공차 등이 불가피하게 발생될 수밖에 없다. 또한, 부품수가 많아질수록 각 부품들의 공차가 증가하게 되고, 이로 인해 광원으로부터 조사된 광이 디스크에 정확히 초점을 맺지 못하게 되므로 신호의 감도가 떨어진다. 또한, 디스크에 광이 비대칭적으로 맺히는 경우 광의 위치에 따라 광량차가 생기게 되어 광검출기에 맺히는 광이 비대칭이 되기 때문에 지터가 증가하는 원인이 되는 등 많은문제점을 야기한다.
한편, 광픽업 장치가 설치되는 플레이어에는 디스크를 회전시키는 모터와 여러 칩들이 존재한다. 따라서, 디스크의 재생시 모터나 칩들로부터 많은 열이 발생되고, 이 열을 식히기 위한 팬이 설치되어 있지만 내부 온도가 60도까지 올라가는 경우도 있다. 그런데, 픽업 장치 내부의 부품들은 UV 본드로 부착이 되어 있어 고온에서는 본드에 의해 부착된 부위가 틀어지거나 팽창하는 일이 발생된다. 이에 따라 광부품의 위치가 변경되고 광축에서 벗어나게 되어 신호 재생 능력을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 가능하면 부품수를 줄여 본드로 부착되는 부위를 줄일 필요가 있다.
또 다른 문제로는 기록 가능한 디스크는 읽기 전용 디스크에 비해 재질상 광의 반사율이 낮다는 점이 있다. 이와 같이 반사되는 광량이 적어 신호 검출시 불리하고, 노이즈의 영향이 커진다. 따라서, 기록용 디스크에 사용되는 광원은 읽기 전용 디스크에 사용되는 광원에 비해 파워를 높여야 한다. 광파워를 높이기 위해 도 2b에 도시된 바와 같은 싱글 모드의 레이저 광원을 사용하게 된다. 그런데, 싱글 모드의 레이저 광원을 사용하는 경우 광파워를 증가시키는데는 효과적이나 노이즈에 의한 영향을 해소하는데 있어서는 불리한 측면이 있다. 따라서, 노이즈에 대한 대응력 향상을 위해서 도 2a에 도시된 바와 같은 멀티 모드 레이저 광원을 사용하게 된다. 780nm 파장대의 레이저 광원에 대해서는 광파워가 높은 멀티 모드 레이저 광원이 개발되어 있다. 하지만, 현재 650nm 파장대의 레이저 광원에 있어서는 고파워의 멀티 모드 레이저 광원의 제작이 어렵다. 이런 단점을 보완하기 위해 고주파수 장치인 HFM(High-Frequency Modulation)을 이용하여 멀티 모드화하고 있다. 그런데, 고주파 장치를 이용할 경우 고주파가 인체에 해롭기 때문에 이를 막아 주기 위한 전자 차폐 수단이 별도로 구비되어야 한다. 이로 인해 부품수가 증가되고, 부피가 커질 뿐 아니라 고주파가 완전히 차폐되지 못하는 경우 사용자에게 매우 해롭게 될 수 있다.
이밖에, 복굴절이 큰 디스크를 재생할 때 종래의 광픽업 구조에서는 복굴절에 따른 편광의 변화를 감소시킬 수 있는 장치가 없어 재생 능력이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1 및 제2 광원을 일모듈로 구성하고, 제1광원과 제2광원에 공통적으로 사용되는 다목적 그레이팅을 채용하여 부품수를 줄이며, 편광빔스프리터와 1/4파장판을 이용하여 광효율을 높이고 복굴절 디스크에 대한 대응력을 증대시킨 광픽업 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광픽업 장치의 구성도이다.
도 2a는 레이저 광원의 멀티 모드를 나타낸 그래프이다.
도 2b는 레이저 광원의 싱글 모드를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광픽업 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 일반적인 그레이팅의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광픽업 장치에 사용되는 그레이팅의 패턴 깊이에 따른 광량의 변화를 광원의 파장별로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광픽업 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광픽업 장치에 채용되는 다목적그레이팅의 확대 단면도이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광픽업 장치에 채용되는 광검출기의 여러 가지 예를 나타낸 도면이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,31...광원 모듈 3,33...제1광원
5,35...제2광원 7,8,36...그레이팅
10...빔스프리터 13,43...콜리메이팅 렌즈
15,45...대물렌즈 17,18...디스크
20,47...비점수차 렌즈 23,50...광검출기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광픽업 장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원이 일모듈로 구성한 광원모듈; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제2광을 투과시키는 제1그레이팅; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 투과시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅; 상기 광원모듈에서 조사된 광을 반사 또는 투과시키는 빔스프리터; 상기 빔스프리터를 경유한 광을 디스크에 집속시키기 위한 대물렌즈; 상기 디스크에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1그레이팅과 제2그레이팅이 일체형으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 빔스프리터와 대물렌즈 사이에 광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 광검출기는 상기 제1광을 검출하는 제1광검출기와 상기 제2광을 검출하는 제2광검출기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 4분할 구조의 서브 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1그레이팅의 패턴 깊이(d)는 1.51㎛이고, 제2그레이팅의 패턴 깊이는 1.23㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광픽업 장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원이 일모듈로 구성한 광원모듈; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제2광을 투과시키는 제1그레이팅; 상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 투과시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅; 상기 광원모듈에서 조사된 광을 편광 방향에 따라 선택적으로 반사 또는 투과시키는 편광빔스프리터; 상기 편광빔스프리터를 경유한 광의 편광 상태를 변환시키는 1/4파장판; 상기 1/4파장판을 경유한 광을 디스크에 집속시키기 위한 대물렌즈; 상기 디스크에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광픽업 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광픽업 장치는, 도 3을 참조하면 서로 다른 파장의 제1 및 제2광원(3)(5)을 갖는 광원모듈(1)과, 상기 광원모듈(1)로부터 조사된 광을 반사시키거나 투과시켜 광경로를 변경하는 빔스프리터(10)와, 이 빔스프리터(10)에서 반사된 광을 상대적으로 얇은 디스크(17) 또는 상대적으로 두꺼운 디스크(18)로 집속시키기 위한 대물렌즈(15)와, 상기 디스크(17)(18)에서 반사되어 돌아오는 광을 수광하여 검출하는 광검출기(23)를 포함하여 구성된다.
상기 광원모듈(1)은 마운트(2)에 서로 다른 파장을 갖는 제1광원(3)과 제2광원(5)이 함께 탑재되어 구성된다. 상기 제1광원(3)은 예를 들어, 650nm 파장의 광을 조사하는 레이저 다이오드이고, 상기 상대적으로 얇은 디스크(17) 예를 들어 DVD용으로 사용된다. 상기 제2광원(5)은 예를 들어, 780nm 파장의 광을 조사하는 CD용 레이저 다이오드이고, 상기 상대적으로 두꺼운 디스크(18) 예를 들어 CD용으로 사용된다. 이들 제1 및 제2 광원(3)(5)은 대략 (110±2)㎛ 정도 떨어져 배치된다.
상기 광원모듈(1)과 상기 빔스프리터(10) 사이의 광경로상에는 상기 제1광원(3)으로부터 조사된 광을 3빔으로 분광시키는 제1그레이팅(7)과 상기 제2광원(5)으로부터 조사된 광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅(8)이 구비된다. 상기 제1그레이팅(7)은 제1광원(3)에서 조사된 광에 대해서는 3빔으로 분광시키고, 상기제2광원(5)에서 조사된 광에 대해서는 90% 이상을 투과시키도록 제작되어야 한다. 이와 반대로, 상기 제2그레이팅(8)은 제1광원(3)에서 조사된 광에 대해서는 90% 이상을 투과시키고 제2광원(5)에서 조사된 광에 대해서는 3빔으로 분광시키도록 제작되어야 한다.
일반적으로 그레이팅의 패턴을 형성시 다음과 같은 투과 방정식을 얻을 수 있다.
여기서, m은 회절차수를 나타내고, T는 회절 패턴(25)의 주기를, n0는 공기의 굴절률을, n은 그레이팅의 굴절률을, d는 회절 패턴(25)의 깊이를, λ는 광원의 파장을 각각 나타낸다. 상기 수학식 1을 이용하여 종래 사용하던 그레이팅의 회절효율과 본 발명에 따라 개발된 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)의 회절효율을 계산하였다. 다음은 회절효율을 계산시 사용되는 상수값들을 표로 나타낸 것이다.
CD DVD
α 0.5 0.5
n 1.5111 1.5145
n0 1 1
λ 0.78 0.65
회절효율은 그레이팅의 패턴 깊이(d)를 변화시킴으로써 쉽게 변화시킬 수 있다. 이때, α=1/2을 대입하여 상기 수학식 1을 계산하고, 그레이팅의 패턴 깊이(d) 변화에 따른 광량 변화를 그래프로 나타낸 것이 도 4이다. 이 그래프로부터 본 발명에 따른 광픽업 장치에 채용되는 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)의 최적의 깊이(d)를 결정할 수 있다.
상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)은 상기 광원모듈(1)과 빔스프리터(10) 사이의 광경로상에 배치되어 있기 때문에 상기 제1 및 제2광원(3)(5)으로부터 조사되는 제1광(I)과 제2광(Ⅱ)이 모두 상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)을 통과하게 된다. 이때, 상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)은 각각에 대응되는 광에 대해서만 선택적으로 3빔으로 분기시키고, 나머지 다른 광에 대해서는 90% 이상을 통과시켜야 한다.
구체적으로, 상기 제1광원(3) 예를 들어, DVD용 레이저 다이오드를 사용하는 경우 제1광(I)이 상기 제1그레이팅(7)에 입사시 -1차, 0차, +1차광이 1:5:1의 비를 갖는 3빔으로 분광되고, 이어서 제2그레이팅(8)을 통과시 90% 이상 더욱 바람직하게는 95% 이상 투과된다.
반대로, 상기 제2광원(5) 예를 들어, CD용 레이저 다이오드를 사용하는 경우 제2광(Ⅱ)이 제1그레이팅(7)을 통과시 90% 이상 더욱 바람직하게는 95% 이상 투과되고, 상기 제2그레이팅(8)을 통과시 -1차, 0차, +1차광이 1:5:1의 비를 갖는 3빔으로 분광된다.
도 5의 그래프를 참조하여 상기와 같은 조건을 만족하는 그레이팅의 패턴 깊이(d)를 구하면 다음과 같다.
본발명의 그레이팅 d(깊이) 650nm 780nm
0차 1차 0:1비율 0차 1차 0:1비율
650nm 1.51㎛ 67.1% 13.37% 5:1 99.88% 0.05%
780nm 1.23㎛ 99.3% 0.3% 67.1% 13.35% 5:1
상기 표 2에 따르면 제1그레이팅(7)의 패턴 깊이(d)는 1.51㎛로 하는 것이 바람직하고, 제2그레이팅의 패턴 깊이(d)는 1.23㎛로 하는 것이 바람직하다.
다음은 본 발명에 따른 그레이팅과 비교하기 위해 종래 CD용 그레이팅과 DVD용 그레이팅이 각각 구비되어 각각 다른 광경로에 배치된 경우 그레이팅의 패턴 깊이(d)에 따른 회절효율비를 표로 나타낸 것이다.
종래 그레이팅 d(깊이) 650nm 780nm
0차 1차 0:1비율 0차 1차 0:1비율
650nm 0.246㎛ 67.1% 13.37% 5:1 76.5% 9.5% 8:1
780nm 0.297㎛ 54.7% 18.4% 3:1 67.1% 13.36% 5:1
본 발명에서는 제1 및 제2 광원(3)(5)이 일모듈로 구성되어 이에 대응되는 상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)이 동일 광경로에 배치되므로 종래와는 다른 설계 조건이 요구된다. 여기서는 상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)이 독립적으로 구비된 경우를 설명하였지만, 제1 및 제2 그레이팅을 일체형으로 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이 서로 다른 파장을 갖는 광원을 일모듈로 구성하고 그레이팅을 새롭게 구성함으로써 광부품을 최소한으로 줄일 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 그레이팅(7)(8)에 의해 각각에 대응되는 광이 3빔으로 분광된 후 상기 디스크(17)(18)에서 반사되어 상기 광검출기(23)에 검출되고, 검출된 3빔을 이용하여 트래킹 에러 검출 및 포커스 에러 검출을 하게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 빔스프리터(10)에서 반사된 광은 상기 대물렌즈(15)로 향하게 되는데, 이 대물렌즈(15) 전에 콜리메이팅렌즈(13)를 더 구비하여 평행광을 만들어주는 것이 바람직하다. 상기 대물렌즈(15)에 의해 광이 디스크(17)(18)에 집속된다. 이와 같이 하여 본 발명에 따른 광픽업 장치는 상대적으로 얇은 디스크(17) 예를 들어, DVD와 상대적으로 두꺼운 디스크(18) 예를 들어 CD 양쪽에 호환적으로 사용할 수 있다.
상기 디스크(17)(18)에서 반사되어 상기 대물렌즈(15) 및 콜리메이팅렌즈(13)을 경유한 후 상기 빔스프리터(10)를 투과한 광은 상기 광검출기(23)에 의해 전기적 신호를 변환된다.
여기서, 상기 빔스프리터(10)와 광검출기(23) 사이에 요렌즈 또는 비점수차렌즈(20)를 더 구비할 수 있다. 요렌즈 또는 비점수차렌즈가 없는 경우에는 상기 빔스프리터(10)의 두께를 조절하여 광검출기(23)에 맺히는 광스폿의 크기를 조절할 수 있고, 상기 렌즈(20)가 구비되는 경우에는 렌즈(20)의 초점거리를 변화시켜 광스폿의 크기를 조절할 수 있다.
다음은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광픽업 장치에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원(33)과 제2광원(35)이 일모듈로 형성된 광원모듈(31)과, 이 광원모듈(31)로부터 조사된 광을 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터(40); 편광빔스프리터(40)에 의해 광경로가 변경된 광의 편광 상태를 바꾸는 1/4파장판(41); 1/4파장판(41)을 통과한 광을 디스크(17)(18)에 집속시키는 대물렌즈(45); 상기 디스크(17)(18)에서 반사되어 상기 대물렌즈(45)와 1/4파장판(41), 편광빔스프리터(40)를 통과한 광을 수광하는 광검출기(43);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 광픽업 장치는 호환형 광픽업 장치로서 두께가 다른 디스크에 호환적으로 사용할 수 있다. 다시 말하면, 상기 디스크(17)(18) 중 한 디스크는 상대적으로 얇은 디스크 예를 들어 DVD이고, 다른 디스크는 상대적으로 두꺼운 디스크 예를 들어 CD로, DVD와 CD 모두에 적용될 수 있다.
상기 광원모듈(31)은 제1광(I)을 조사하는 제1광원(33)과 이 제1광원(33)과 다른 파장의 제2광(Ⅱ)을 조사하는 제2광원(35)이 하나의 패키지로 제작된 것이다. 상기 제1광원(33)은 예를 들어, 650nm 파장의 광을 조사하는 레이저 다이오드로, 상기 상대적으로 얇은 디스크(17)를 읽을 때 사용되고, 상기 제2광원(5)은 예를 들어, 780nm 파장의 광을 조사하는 레이저 다이오드로, 상기 상대적으로 두꺼운 디스크(18)를 읽을 때 사용된다.
한편, 상기 광원모듈(31)과 편광빔스프리터(40) 사이의 광경로상에는 다목적 그레이팅(36)이 구비된다. 이 다목적 그레이팅(36)은 상기 제1광원(33)과 제2광원(35) 양쪽에 겸용으로 사용될 수 있다. 도 7은 상기 다목적 그레이팅(36)을 확대하여 도시한 것이다.
상기 다목적 그레이팅(36)의 일면(36a)에는 상기 제1광원(33)에서 조사된 광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원(35)에서 조사된 광을 90% 이상 투과시키도록 제1패턴(37)이 형성되고, 타면(36b)에는 상기 제1광원(33)에서 조사된 광을 90% 이상 투과시키고, 상기 제2광원(35)에서 조사된 광을 3빔으로 분광시키도록 제2패턴(38)이 형성된다. 이러한 조건은 앞서 설명한 상기 제1그레이팅(7)과 제2그레이팅(8)에 적용된 조건과 동일하다. 그리고, 여기서 사용되는 다목적 그레이팅(36)은 제1그레이팅(7)과 제2그레이팅(8)을 일체형으로 형성한 것이 특징이다. 이와 같이 그레이팅을 일체형의 다목적 그레이팅으로 형성함으로써 광픽업 장치에 구비되는 부품을 줄일 수 있다.
상기 표 2를 이용하면, 제1패턴(37)의 패턴깊이(d)는 1.51㎛로 하는 것이 바람직하고, 제2패턴(38)의 패턴깊이(d)는 1.23㎛로 하는 것이 바람직하다. 또는 이와 반대로 구성하여도 된다. 이와 같이 하여 CD용과 DVD용 그레이팅을 일체형으로 형성할 수 있다.
상기의 구성에 의해, 상기 제1광원(33)으로부터 조사된 광이 상기 다목적 그레이팅(36)의 일면(36a)을 통과시 -1차, 0차, +1차광이 1:5:1의 비율을 갖는 3빔으로 분광되고, 이어서 타면(36b)을 통과시 90% 이상 더욱 바람직하게는 95% 이상 투과된다.
반대로, 상기 제2광원(35)에서 조사된 광이 상기 다목적 그레이팅(36)의 일면(36a)을 통과시 90% 이상 더욱 바람직하게는 95% 이상 투과되고, 이어서 타면(36b)을 통과시 -1차, 0차, +1차광이 1:5:1의 비율을 갖는 3빔으로 분광된다.
상기 다목적 그레이팅(36)에 의해 3빔으로 분할된 광이 상기 편광빔스프리터(40)에 입사된다. 상기 편광빔스프리터(40)는 입사광의 편광 방향에 따라 광을 투과 또는 반사시킨다. 예를 들어, P편광의 광은 투과시키고, S편광의 광은 반사시킨다. 또는 반대로 P편광의 광은 반사시키고, S편광의 광은 투과시킬 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 상기 광원모듈(31)에서 조사된 대부분의 광을 반사시켜 상기 1/4파장판(41)으로 향하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 편광빔스프리터(40)는 광원에서 조사된 광의 95% 이상을 반사시키도록 형성할 수 있다.
그런 다음, 광이 1/4파장판(41)을 통과하면 입사광의 편광상태가 변환된다. 예를 들어, 상기 광원모듈(31)에서 S편광의 광이 조사되었다고 할 때 상기 1/4파장판(41)을 통과하면 원형 편광으로 바뀐다. 이와 같이 편광 상태가 바뀐 상태에서 상기 대물렌즈(45)를 경유하여 디스크(17)(18)에 집속된다. 그리고, 상기 디스크(17)(18)에서 반사된 광이 상기 1/4파장판(41)을 통과하면 P편광으로 바뀐다. 따라서, 처음에 S편광의 광이 상기 편광빔스프리터(40)에 의해 95% 이상 반사되고, 상기 디스크(17)(18)에서 반사되어 돌아오는 P편광의 광은 상기 편광빔스프리터(40)에 의해 95% 이상 투과되어 상기 광검출기(43)로 향한다. 이와 반대로, 상기 광원모듈(31)에서 P편광의 광이 조사되는 경우에도 동일한 방법으로 적용될 수 있다. 이와 같이 편광빔스프리터(40)와 1/4파장판(41)을 채용함으로써 광원모듈(31)에서 조사되는 대부분의 광을 유효광으로 사용할 수 있어 광효율이 증대된다.
뿐만 아니라, 상기 광원모듈(31)에서 조사되는 광은 P편광이든 S편광이든 상관없이 상기 1/4파장판(41)에 의해 원편광의 상태로 상기 디스크(18)(28)에 입사된다. 원편광의 광은 선편광 상태의 광보다 복굴절에 대한 대응력이 크기 때문에 상기 1/4파장판(41)은 복굴절이 큰 디스크에 대한 대응력을 증진시키는 데에도 일조한다.
한편, 상기 1/4파장판(41)과 디스크(17)(18) 사이의 광경로상에는 반사미러(42)와, 광을 평행하게 만들어주는 콜리메이팅 렌즈(43)가 더 구비될 수 있다. 여기서, 상기 반사미러(42)에 의해 직각으로 광경로를 변경시킴으로써 광픽업 장치의 전체적인 두께를 줄여 슬림화할 수 있다.
또한, 상기 편광빔스프리터(40)와 광검출기(50) 사이에 요렌즈 또는 비점수차렌즈와 같은 렌즈(47)가 더 구비될 수 있다.
상기 실시예에서는 광원모듈(31)과 다목적 그레이팅(36)을 구비하여 부품수를 줄이는 것과 함께 상기 편광빔스프리터(40)와 1/4파장판(41)을 이용하여 광효율을 극대화하는 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 기존에 DVD용으로 사용되던 싱글모드의 레이저 다이오드에 광량을 증대시키기 위해 별도의 고주파장치를 채용하였는데 본 발명에서는 이러한 고주파장치가 요구되지 않는다. 이는, 광원의 광효율을 극대화함으로써 다중 모드의 레이저 다이오드를 사용하여도 충분한 광량을 확보할 수 있기 때문이다.
다음, 상기 디스크(17)(18)에서 반사된 광이 상기 대물렌즈(45), 1/4파장판(41), 편광빔스프리터(40) 등을 경유하여 상기 광검출기(50)에 수광되는데, 이 광검출기(50)에 대해 살펴본다. 후술되는 광검출기에 대한 설명은 앞서 설명한 실시예에서의 광검출기(23)(50) 모두에 공통적으로 적용될 수 있다.
상기 광원모듈(1)(31)에서 제1광원(3)(33)과 제2광원(5)(35)이 대략 (110±2)㎛ 떨어져 있기 때문에 광축이 서로 일치되지 않는다. 따라서, 상기 광검출기(23)(50)는 제1광원에 대응되는 제1광검출기와 제2광원에 대한 제2광검출기가 각각 구비될 필요가 있다.
일예로, 도 8a에 도시된 바와 같이 제1광검출기(51)는 4분할 구조의 메인 광검출기(51a)와 그 양측에 배치된 한 쌍의 4분할 구조의 서브 광검출기(51b)(51c)를 포함하여 구성된다. 상기 그레이팅(7)(8)(36)에 의해 회절된 3빔을 상기 제1광검출기(51)에 의해 검출하여 트랙킹 서보 및 포커싱 서보를 구현한다. 여기서, 상기 제1광검출기(51)는 DVD용으로 사용될 수 있다.
여기서, 트랙킹 에러 검출시 차동푸쉬풀법(DPP;Differential Push-Pull))을 이용하는데, 트래킹 에러 검출 신호는 다음과 같이 구해진다.
TES = [(A+D)-(B+C)] - G[((J1+J4)+(I1+I4))-((J2+J3)+(I2+I3))]
여기서, G는 서브 광검출기로부터의 광량이 메인 광검출기로부터의 광량에 비해 너무 작기 때문에 최적의 트래킹 에러신호가 검출되도록 서브 광검출기(51b)(51c)의 검출신호에 가해지는 게인이다. 이는 회절되는 0차광과 1차광의 광량의 비로 정해질 수 있다. 이와 같이 차동 푸쉬풀법은 신호를 증폭시키는 방법이다.
한편, 포커싱 에러 검출시 차동 비점수차법을 이용하는데 포커싱 에러 검출신호는 다음과 같이 구해진다.
FES = [(A+C)-(B+D)]+ G[((J1+J3)+(I1+I3))-((J2+J4)+(I2+I4))]
여기서, 예를 들어 상기 제1광검출기(51)가 DVD-RAM 디스크에 적용할 때 그루브와 랜드부에 피트들이 형성되어 있어서 포커싱을 할 경우 피트로부터 발생하는 노이즈가 메인 광검출기(51a)에 수광되는 메인빔뿐만 아니라 서브 광검출기(51b)(51c)에 수광되는 사이드빔에서도 발생하는데, 포커싱을 할 때에는 피트의 영향이 없는 것이 좋다. 메인빔과 사이드빔에서 180도의 위상차가 형성되는데 이때 메인빔과 사이드빔을 더해주면 피트의 영향을 줄일 수 있다.
한편, 제2광검출기(52)는 4분할 구조의 메인 광검출기(52a)와, 그 양측에 각각 서브 광검출기(52b)(52b)를 포함하여 구성된다. 상기 제2광검출기(52)는 CD용으로 사용될 수 있다.
3빔법에 의한 트래킹 에러 검출신호(TES) 및 비점수차법에 의한 포커싱 에러 검출신호(FES)는 다음과 같다.
또 다른 예로는, 도 8b에 도시된 바와 같이 제1광검출기(53)는 4분할 구조의 메인 광검출기(53a), 그 양측에 각각 4분할 구조의 서브 광검출기(53b)(53c)를 포함하여 구성된다. 이는 앞서 설명한 제1광검출기(51)와 동일하게 구성되고, 트래킹에러 검출신호와 포커싱에러 검출신호를 동일한 방법으로 검출한다.
제2광검출기(54)는 4분할 구조의 메인 광검출기(54a)와 그 양측에 각각 구비된 2분할 구조의 서브 광검출기(54b)(54c)를 포함하여 구성되며, 포커싱 에러 검출신호(FES)와 트래킹 에러 검출신호(FES)는 다음과 같은 식에 의해 얻어진다.
다음은 도 8c에 도시된 바와 같이 제1광검출기(55)가 4분할 구조의 메인 광검출기(55a)와 그 양측에 각각 구비된 2분할 구조의 서브 광검출기(55b)(55c)를 포함하고, 제2광검출기(56)가 4분할 구조의 메인 광검출기(56a)와 그 양측에 각각 구비된 서브 광검출기(56a)(56b)를 포함한다. 상기 제2광검출기(56)는 도 8a에 도시된 제2광검출기(52)와 동일한 구성으로 포커싱 에러 검출신호와 트래킹 에러 검출신호가 수학식 4에 의해 구해질 수 있다. 한편, 상기 제1광검출기(55)는 8분할 구조의 광검출기로서 포커싱 에러 검출신호와 트래킹 에러 검출신호가 다음과 같이 구해진다.
또한, 도 8d에 도시된 바와 같이 제1광검출기(57)가 4분할 구조의 메인 광검출기(57a)와 그 양측에 각각 구비된 2분할 구조의 서브 광검출기(57b)(57c)를 포함하고, 제2광검출기(58)가 4분할 구조의 메인 광검출기(58a)와 그 양측에 각각 구비된 2분할 구조의 서브 광검출기(58b)(58c)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1광검출기(57)는 상기 수학식 6에 의해, 상기 제2광검출기(58)는 상기 수학식 5에 의해 각각 포커싱 에러 검출신호와 트래킹 에러 검출신호를 얻을 수 있다.
또한, 도 8e에 도시된 바와 같이 제1광검출기(59)가 4분할 구조의 메인 광검출기(59a)와, 그 양측에 각각 구비된 4분할 구조의 서브 광검출기(59b)(59c)를 포함하고, 제2 광검출기(60)가 4분할 구조의 메인 광검출기(60a)와 그 양측에 각각 구비된 4분할 구조의 서브 광검출기(60a)(60b)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 광검출기(59)(60)는 실질적으로 동일한 구조로 되어 있으며, 차동푸쉬풀법에 의해 트래킹 에러 검출신호를 구하고, 차동 비점수차법에 의해 포커싱 에러 검출신호를 구한다. 상기 제1광검출기(59)는 상기 수학식 2와 3을 이용하여 트래킹 에러 검출과 포커싱 에러 검출을 할 수 있다.
상기 제2광검출기(60)에서 트래킹 에러 검출신호(TES)와 포커싱 에러 검출신호(FES)를 구하면 다음과 같다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이 제1광원에 대응되는 제1광검출기와 제2광원에 대응되는 제2광검출기를 각각 구비한다. 도 8a 내지 도 8e에 도시된 제1광검출기(51)(53)(55)(57)(59)는 예를 들어 DVD용이고, 제2광검출기(52)(54)(56)(58)(60)는 예를 들어 CD용으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 광픽업 장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과제2광원을 일모듈로 구성한 광원모듈을 구비하여 광부품을 현격히 줄일 수 있다. 이와 같이 광부품을 줄임으로써 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.
첫째, 서로 다른 파장을 갖는 제1광원과 제2광원이 함께 탑재된 광원모듈을이용하여 광부품을 줄임으로써 생산성이 증가하고 고온 동작시 광부품의 본드접착 약화로 인해 성능 저하가 되는 것을 감소시켜 신뢰성을 높일 수 있다.
둘째, 2파장 1LD의 광원모듈에 적합하게 설계된 그레이팅을 구비하고, 더 나아가 제1광과 제2광에 대해 겸용으로 사용할 수 있도록 된 일체형의 그레이팅을 구비하여 부품수를 줄이는데 기여한다. 이와 같이 부품수의 감소로 구조가 단순화되어 조립성이 향상되고 생산비가 낮아지는 이점이 있다.
세째, 제1광원과 제2광원에 각각 대응되는 제1광검출기와 제2광검출기를 구비하여 차동푸쉬풀법과 차동 비점수차법을 이용함으로써 낮은 반사율을 가진 기록용 디스크의 신호를 증폭하여 트래킹 서보 및 포서싱 서보를 효율적으로 구현할 수 있다.
네째, 편광빔스프리터와 1/4파장판을 이용하여 광효율을 극대화함으로써 낮은 광파워를 갖는 멀티 모드 레이저 다이오드를 광원으로 이용하여도 반사율이 낮은 기록 가능한 디스크 예를 들어, DVD-RW, DVD-RAM, DVD-R, DVD+RW와 같은 디스크에 대한 기록/재생이 가능하다. 뿐만 아니라, 편광빔스프리터에서 광원모듈쪽으로 되반사되는 광이 거의 없어 레이저 광원의 모드가 안정적이고, 일정한 광량으로 구동이 가능하며, 싱글모드 레이저 다이오드와 멀티모드 레이저 다이오드 어느쪽도 광원으로 사용할 수 있다.
다섯째, 1/4파장판에 의해 디스크에 원편광의 광이 입사되도록 함으로써 복굴절이 큰 디스크에 대한 대응력을 향상시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원이 일모듈로 구성한 광원모듈;
    상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제2광을 투과시키는 제1그레이팅;
    상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 투과시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅;
    상기 광원모듈에서 조사된 광을 반사 또는 투과시키는 빔스프리터;
    상기 빔스프리터를 경유한 광을 디스크에 집속시키기 위한 대물렌즈;
    상기 디스크에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1그레이팅과 제2그레이팅이 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빔스프리터와 대물렌즈 사이에 광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 제1광을 검출하는 제1광검출기와 상기 제2광을 검출하는 제2광검출기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 4분할 구조의 서브 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제1광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와 그 양측에 각각 배치된 2분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 8분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 서브 광검출기를 구비한 6분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 2분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 8분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 4분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 12분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1그레이팅의 패턴깊이(d)는 1.51㎛이고, 제2그레이팅의 패턴깊이는 1.23㎛인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1광원은 650nm 이상의 파장의 광을 조사하고, 상기 제2광원은 상기 제1광원의 파장보다 긴 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빔스프리터와 상기 광검출기 사이의 광경로상에 비점수차렌즈 또는 요렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  13. 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1광원과 제2광원이 일모듈로 구성한 광원모듈;
    상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제2광을 투과시키는 제1그레이팅;
    상기 제1광원에 의해 조사된 제1광을 투과시키고, 상기 제2광원에 의해 조사된 제1광을 3빔으로 분광시키는 제2그레이팅;
    상기 광원모듈에서 조사된 광을 편광 방향에 따라 선택적으로 반사 또는 투과시키는 편광빔스프리터;
    상기 편광빔스프리터를 경유한 광의 편광 상태를 변환시키는 1/4파장판;
    상기 1/4파장판을 경유한 광을 디스크에 집속시키기 위한 대물렌즈;
    상기 디스크에서 반사된 광을 수광하여 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1그레이팅과 제2그레이팅이 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 빔스프리터와 대물렌즈 사이에 광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  16. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 제1광을 검출하는 제1광검출기와 상기 제2광을 검출하는 제2광검출기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 4분할 구조의 서브 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제1광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와 그 양측에 각각 배치된 2분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 8분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 서브 광검출기를 구비한 6분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  20. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 2분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 8분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 제2광검출기는 4분할 구조의 메인 광검출기와, 그 양측에 각각 배치된 4분할 구조의 서브 광검출기를 구비한 12분할 광검출기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  22. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 제1그레이팅의 패턴깊이(d)는 1.51㎛이고, 제2그레이팅의 패턴깊이는 1.23㎛인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
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