KR20030093683A - 호환형 광픽업 - Google Patents

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KR20030093683A
KR20030093683A KR1020020031491A KR20020031491A KR20030093683A KR 20030093683 A KR20030093683 A KR 20030093683A KR 1020020031491 A KR1020020031491 A KR 1020020031491A KR 20020031491 A KR20020031491 A KR 20020031491A KR 20030093683 A KR20030093683 A KR 20030093683A
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정종삼
안영만
마병인
김종배
김석중
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삼성전자주식회사
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Abstract

고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환 채용할 수 있도록, 고밀도 기록매체에 적합한 고개구를 달성할 수 있어 입사되는 고밀도 기록매체용 광을 집속시켜 고밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할 수 있으며 발산광 형태로 입사되는 저밀도 기록매체용 광을 집속시켜 저밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할 수 있도록 된 대물렌즈와, 대물렌즈에 틸트를 가할 수 있도록 마련된 액츄에이터를 구비하며, 저밀도 기록매체용 광은 발산광 형태로 대물렌즈로 입사되며, 저밀도 기록매체에 대해서 대물렌즈의 래디얼 방향으로의 시프트 발생시 이 시프트에 대응되게 대물렌즈에 틸트를 가하도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업이 개시되어 있다.
개시된 호환형 광픽업은, 두께가 서로 다른 고밀도 광디스크와 저밀도 광디스크를 호환 채용할 수 있으며, 저밀도 광디스크에 대해서 별도의 광학적인 부품 추가 없이 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트시에도 양호한 수차 특성을 얻을 수 있다.

Description

호환형 광픽업{Compatible optical pickup}
본 발명은 호환형 광픽업에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대물렌즈의 최적 설계 조건에서 벗어난 두께의 기록매체에 대해서는 발산광을 이용하여 기록매체의 두께 차이에 따른 구면수차를 보정하도록 된 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, 청자색 레이저와 같은 단파장 광원과 개구수 0.6 이상의 대물렌즈의 채용이 필수적이다.
또한, 광디스크의 경사각 θ, 광디스크의 굴절율 n, 광디스크의 두께 d, 대물렌즈의 개구수 NA라 할 때, 광디스크의 경사에 의해 발생하는 코마수차 W31은, 수학식 2와 같은 관계식으로 나타내질 수 있다.
여기서, 광디스크의 굴절율 및 두께는 각각 광입사면으로부터 기록면에 이르는 광학 매질의 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 DVD보다 고밀도인 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, 차세대 DVD의 경우에는 대물렌즈의 개구수가 0.6 이상 예컨대, 0.85로 될 가능성이 높다. 또한, 차세대 DVD의 경우에는 기록용량을 고려할 때, 청자색 광원이 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/또는 CD-R과의 호환성을 고려할 때, 차세대 DVD용 광픽업은 두 개 또는 세 개의 파장이 서로 다른 광원을 채용할 필요가 있다.
상기와 같이 파장이 다른 복수의 광원을 채용하는 호환형 광픽업의 경우에도 장치의 크기, 조립성, 가격 등의 여러 이점을 고려할 때, 단일의 대물렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.
단일 대물렌즈로 두께가 서로 다른 광디스크를 호환하여 기록/재생할 때에는, 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차가 발생한다. 따라서, 단일 대물렌즈만을 사용해서도 두께가 서로 다른 복수 광디스크를 호환하여 기록/재생할 수 있도록, 호환형 광픽업은 구면수차를 보정할 수 있어야 한다.
본 출원인은 대한민국특허공개 제1999-19439호를 통하여, 대물렌즈가 DVD에 대해 최적으로 설계되어 DVD용 650nm 파장의 제1광은 대물렌즈에 평행광으로 입사되고, 상기 대물렌즈의 설계 조건에서 벗어난 기판 두께를 갖는 CD용 780nm 파장의 제2광은 대물렌즈에 발산광으로 입사되는 광학적 배치를 가지는 CD 및 DVD 호환형 광픽업을 제안한 바 있다.
본 출원인에 의해 제안된 상기 공개특허의 경우에는, 발산광을 이용하므로, CD 채용시 DVD와 CD의 기판 두께 차이에 의한 구면수차의 보정이 가능하다.
하지만, 상기와 같이 발산광을 이용하는 경우에는 편심 광디스크 재생시, 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트시에 코마수차가 크게 발생되어, 트랙킹 에러신호 및 재생신호의 열화가 심해지는 단점이 있다.
차세대 DVD와 이보다 저밀도인 광디스크 즉, CD 및/또는 DVD를 호환 채용할 수 있는 호환형 광픽업을 구성하는데 있어서, 가장 고밀도인 차세대 DVD에 적합하도록 대물렌즈를 설계하고, CD 및/또는 DVD에 대해서는 발산광을 이용하면, 구면수차와 작동거리의 확보가 가능하다.
하지만, 차세대 DVD 계열의 광디스크(이하, 차세대 DVD)용 광픽업에서 기존의 DVD 계열의 광디스크(이하, DVD) 및 CD 계열의 광디스크(이하, CD)를 호환 채용하기 위한 방법으로, 발산광을 이용하면 파장과 광디스크의 두께 차이에 의한 구면수차의 보정은 가능하지만, 편심 광디스크 채용시와 같은 경우에 발생하는 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트에 의해 광학수차(OPD:Optical Path Difference) 특히, 코마 수차가 크게 발생되어 트랙킹 에러신호 및 재생신호의 열화가 심해진다.
즉, 차세대 DVD에 적합하고 DVD 및/또는 CD에도 적용이 가능하도록 예컨대, 0.85 정도의 고 개구수를 가지는 대물렌즈를 한 매의 렌즈로 설계 및 제작하는 데는 상당한 기술이 요구되며, 작동 거리(working distance)를 DVD에 최적화되도록 설계되는 DVD용 대물렌즈와 같이 길게 하는 것이 어렵다.
본 기술 분야에서 알려진 바에 의하면, 일반적으로 청자색 광원과 0.1mm 두께에 대해서 대물렌즈는 약 0.6mm의 작동거리를 갖도록 설계된다. 이와 같이 청자색 광원과 0.1mm 두께에 대해서 설계되는 고 개구수의 대물렌즈로 DVD용 650nm 파장의 광 및 CD용 780nm 파장의 광을 집속하여 DVD 및 CD의 기록면에 광스폿을 형성할 때, 작동거리는 0.32mm와 -0.03mm가 된다. 즉, CD와 대물렌즈는 서로 부딪히게 된다.
하지만, 780nm 파장의 광을 출사하는 CD용 광원을 콜리메이팅렌즈의 초점 위치에서 벗어나는 위치 즉, 초점 거리보다 짧은 위치에 배치하여 대물렌즈에 발산광형태의 780nm 파장의 광이 입사되도록 하면, 작동거리 확보가 가능하며 차세대 DVD와 CD의 두께 차이 및 파장 차이에 따른 구면수차의 보정 또한 가능하다. 또한, DVD용 650nm 파장의 광이 발산광 형태로 대물렌즈에 입사되도록 하면 차세대 DVD와 DVD의 두께 차이 및 파장 차이에 따른 구면수차 보정도 가능하다.
그런데, CD 및/또는 DVD에 대해 발산광을 이용하는 경우, 구면 수차 보정 및 작동거리 확보는 가능하겠지만, 광픽업이 유한 광학계가 되므로, 편광 광디스크 채용시와 같이 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트가 일어나면 코마수차가 크게 발생되어 수차 특성이 급격히 나빠진다. 특히, 코마 수차에 기인하여 트랙킹신호 및 재생신호의 열화가 심해진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 두께가 서로 다른 고밀도 광디스크와 저밀도 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 저밀도 광디스크에 대해서는 발산광을 이용하면서도, 별도의 광학적인 부품 추가 없이 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트시에도 양호한 수차 특성을 얻을 수 있도록 된 호환형 광픽업을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 구체적인 일 실시예를 개략적으로 보인 광학적 구성도,
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서, 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈로 제1광을 집속하여 제1광디스크의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제1광의 광로도 및 수차도를 보인 도면,
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1의 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서, 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈로 제2광을 집속하여 제2광디스크의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제2광의 광로도 및 수차도를 보인 도면,
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1의 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서, 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈로 제3광을 집속하여 제3광디스크의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제3광의 광로도 및 수차도를 보인 도면,
도 5는 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 채용한 광디스크 시스템의 일 실시예를 개략적으로 보인 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용되는 개구수 조절부재의 다른 실시예를 개략적으로 보인 도면,
도 7은 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 이용하여 DVD 재생시 대물렌즈가0.4mm 시프트되었을 때의 650nm 파장(λ2)의 제2광을 대물렌즈로 집속하여 DVD의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 수차도를 보인 도면,
도 8은 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 이용하여 CD 재생시 대물렌즈가 0.4mm 시프트되었을 때의 780nm 파장(λ3)의 제3광을 대물렌즈로 집속하여 CD의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 수차도를 보인 도면,
도 9은 도 7과 동일 조건에서 대물렌즈 시프트시 대물렌즈의 시프트량에 대응되게 대물렌즈에 래디얼 틸트를 가할 때의 수차도를 보인 도면,
도 10는 도 8과 동일 조건에서 대물렌즈 시프트시 대물렌즈의 시프트량에 대응되게 대물렌즈에 래디얼 틸트를 가할 때의 수차도를 보인 도면,
도 11은 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용할 수 있는 광검출기 및 트랙킹 에러신호 검출 회로의 제1실시예를 개략적으로 보인 도면,
도 12은 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용할 수 있는 광검출기 및 트랙킹 에러신호 검출 회로의 제2실시예를 개략적으로 보인 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...광디스크 1a,1b,1c...제1 내지 제3광디스크(차세대 DVD, DVD, CD)
3...대물렌즈 5...액츄에이터
5a...틸트 액츄에이터부분 5b...트랙킹 액츄에이터부분
7...개구수 조절부재 8a...제1개구 영역
9a...제2개구 영역 10...광유니트
20,30,40...제1 내지 제3광유니트 21...광검출기,
21a,31a,41a...제1 내지 제3광 23...편광빔스프리터
25...1/4파장판 27...검출렌즈
29,200,200'...광검출기 51,57...제1 및 제2콜리메이팅렌즈
53,55...제1 및 제2광로변환기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업에 있어서, 고밀도 기록매체에 적합한 고개구를 달성할 수 있어, 입사되는 고밀도 기록매체용 광을 집속시켜 고밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할수 있으며, 발산광 형태로 입사되는 저밀도 기록매체용 광을 집속시켜 저밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할 수 있도록 된 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에 틸트를 가할 수 있도록 마련된 액츄에이터;를 구비하며, 저밀도 기록매체용 광은 발산광 형태로 상기 대물렌즈로 입사되며, 저밀도 기록매체에 대해서 상기 대물렌즈의 래디얼 방향으로의 시프트 발생시 이 시프트에 대응되게 상기 대물렌즈에 틸트를 가하도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 틸트를 가함에 따라 상기 대물렌즈가 기울어지는 양은 상기 대물렌즈의 래디얼 방향 병진 운동에 비례하는 것이 바람직하다.
또한, 틸트를 가함에 따라 상기 대물렌즈가 기울어지는 양은 상기 대물렌즈를 래디얼 방향으로 병진운동시키기 위해 상기 액츄에이터의 코일에 인가되는 전류로부터 검출하는 것이 바람직하다.
상기 틸트는 래디얼 틸트인 것이 바람직하다.
상기 대물렌즈는 청자색 광과 기록매체의 두께 0.1mm에 대해 대해 개구수 0.85 이상을 가지도록 된 것이 바람직하다.
상기 대물렌즈에 의해 집속되는 저밀도 기록매체용 광이 저밀도 기록매체에 적합한 개구수의 광이 되도록, 상기 저밀도 기록매체용 광에 대한 개구수를 조절하는 개구수 조절부재;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 개구수 조절부재는, 입사되는 고밀도 기록매체용 광 및 저밀도 기록매체용 광을 투과시키며, 적어도 하나의 저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 중심 투과영역과; 상기 중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 개구수 조절 영역;을 구비하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 저밀도 기록매체가 상대적으로 고밀도인 제1저밀도 기록매체와 상대적으로 저밀도인 제2저밀도 기록매체인 경우, 상기 개구수 조절부재는, 상기 제1저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 제1중심 투과영역과; 상기 제1중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 제1저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 제1개구수 조절 영역과; 상기 제2저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 제2중심 투과영역과; 상기 제2중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 제2저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 제2개구수 조절 영역;을 포함하여 구성될 수 있다.
대안으로, 상기 저밀도 기록매체가 상대적으로 고밀도인 제1저밀도 기록매체와 상대적으로 저밀도인 제2저밀도 기록매체인 경우, 상기 개구수 조절부재는, 상기 제1저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 제1중심 투과영역과; 상기 제1중심 투과영역 외측에 위치되고, 상기 제2저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 외경을 가지며, 상기 제1저밀도 기록매체용 광은 차단시키고 제2저밀도 기록매체용 광과 고밀도 기록매체용 광은 투과시키는 제1개구수 조절 영역과; 상기 제2개구수 조절 영역 외측에 위치되며, 상기 제2저밀도 기록매체용 광을 차단시키고 고밀도 기록매체용 광은 투과시키는 제2개구수 조절 영역;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고밀도 기록매체는 DVD보다 고밀도인 차세대 DVD 계열의 기록매체이고,상기 저밀도 기록매체는 CD 계열의 광디스크 및 DVD 계열의 광디스크 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 저밀도 기록매체용 광은 DVD 계열의 광디스크에 적합한 적색 파장의 광과 CD 계열의 광디스크에 적합한 근적외선 파장의 광 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
저밀도 기록매체에서 반사된 저밀도 기록매체용 광을 수광하여 검출하는 광검출기는 적어도 기록매체의 래디얼 방향으로 4분할되어, 한 쌍의 내측 수광부와 한쌍의 외측 수광부를 포함하는 구조인 것이 바람직하다.
상기 광검출기는 기록매체의 트랙 방향의 주기적인 구조에 기인한 기록매체에서 반사/회절된 광의 베이스볼 패턴이 상기 광검출기의 외측 수광부에만 수광되도록 분할된 구조인 것이 바람직하다.
상기 광검출기의 내측 수광부의 검출신호들 사이의 차신호와 상기 광검출기의 외측 수광부의 검출신호들 사이의 차신호 중 어느 하나를 PP1, 다른 하나를 PP2라 할 때, 트랙킹 에러신호(TES)는 하기의 식에 따라 검출되는 것이 바람직하다.
<식>
TES = PP2 - ζ·PP1
여기서, ζ는 게인이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 호환형 광픽업은 서로 다른 두께를 갖는 고밀도 광디스크와저밀도 광디스크를 호환 채용할 수 있도록, 각 포맷의 광디스크에 적합한 파장의 광을 출사하는 복수의 광원과, 단일 대물렌즈 및 이 대물렌즈를 광디스크의 래디얼 방향으로 틸트시킬 수 있는 액츄에이터를 구비하며, 상기 대물렌즈의 최적 설계 조건으로부터 벗어난 두께를 갖는 광디스크에 대해서는 발산광이 대물렌즈에 입사되도록 광학적 배치를 가져며, 대물렌즈의 래디얼 방향으로의 시프트시에 이 대물렌즈의 시프트에 대응되게 상기 대물렌즈에 래디얼 틸트를 가하도록 동작된다.
이러한 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 의하면, 대물렌즈의 최적 설계 조건으로부터 벗어난 두께의 광디스크에 대해 발산광을 이용하므로 광디스크의 두께 차이에 기인한 구면수차를 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 광디스크와 대물렌즈가 부딪히지 않을 정도의 충분한 작동거리를 확보할 수 있으며, 대물렌즈의 래디얼 방향으로의 시프트시에 수차 특히, 코마 수차 발생이 억제되어 양호한 트랙킹신호 및 재생신호를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 구체적인 일 실시예를 개략적으로 보인 광학적 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은 서로 다른 두께를 갖는 복수의 광디스크(1a)(1b)(1c)를 호환 채용할 수 있도록, 복수의 광디스크(1a)(1b)(1c)에 각각 적합한 파장의 광을 출사하여 광디스크(1) 쪽으로 향하도록 하며 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 마련된 광유니트(10)와, 입사되는 광을 집속시켜 광디스크(1)의 기록면 상에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈(3)와, 상기 대물렌즈(3)를 광디스크(1)의 래디얼 방향으로 틸트시킬 수 있도록 된 액츄에이터(5)를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광유니트(10)는 서로 다른 두께의 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)에 각각 적합한 파장의 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)을 출사하며 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)을 수광하여 정보 재생신호 및/또는 오차신호를 검출할 수 있도록 마련된 제1 내지 제3광유니트(20)(30)(40)와, 상기 제1 및 제2광유니트(20)(30)와 대물렌즈(3) 사이에 배치된 제1광로변환기(53)와, 상기 제1광로변환기(53)와 대물렌즈(3) 사이에 배치된 제2광로변환기(55)와, 상기 제1광유니트(20)와 제1광로변환기(53) 사이에 배치된 제1콜리메이팅렌즈(51)와, 상기 제2광유니트(30)와 제1광로변환기(53) 사이에 배치된 제2콜리메이팅렌즈(57)를 포함하여 구성된다.
상기 제1광유니트(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1광디스크(1a) 예컨대, DVD보다 고밀도 광디스크인 차세대 DVD 계열의 광디스크(이하, 차세대 DVD)에 적합하도록 청자색 파장 예컨대, 405 nm 파장의 제1광(21a)을 출사하는 청자색 광원(21)과, 입사되는 제1광(21a)을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터(23)와, 상기 제1광(21a)의 편광을 바꾸어주는 상기 제1광(21a)의 파장에 대한 1/4 파장판(25:quarter wave plate)과, 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 제1광(21a)을 수광하여 정보 재생신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 광검출기(29)와, 편광빔스프리터(23)와 광검출기(29) 사이에 배치된 검출렌즈(27)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 검출렌즈(27)로는 입사되는 제1광(21a)을 비점수차를 발생시켜 비점수차법에 의한 포커스 에러신호를 검출할 수 있도록 하는 비점수차렌즈를 구비할 수 있다.
상기 제2광유니트(30)로는 제2광디스크(1b) 예컨대, DVD 계열의 광디스크(이하, DVD)에 적합한 적색 파장 예컨대, 650nm 파장용 홀로그램 광모듈을 구비할 수 있다. 또한, 상기 제3광유니트(40)로는 제3광디스크(1c) 예컨대, CD 계열의 광디스크(이하, CD)에 적합한 근적외선 파장 예컨대, 780nm 파장용 홀로그램 광모듈을 구비할 수 있다.
본 기술분야에서 알려져 있는 바와 같이, 홀로그램 광모듈은 소정 파장 예컨대, 650nm 또는 780nm 파장의 광을 출사사키는 광원과, 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 광원 일측에 배치된 광검출기와, 광원쪽에서 입사되는 광은 대부분 직진 투과시키고 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 광을 +1차 또는 -1차로 회절 투과시켜 광검출기로 향하도록 하는 홀로그램소자를 구비하며, 예를 들어, dpp(differential push-pull)법에 의해 트랙킹 에러신호를 검출하도록 그레이팅을 더 구비할 수도 있다. 그레이팅을 구비하는 구조인 경우, 홀로그램 광모듈의 광검출기는 dpp법에 의해 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있도록 된 구조를 가진다. 여기서, 제2 및 제3광유니트(30)(40)로 적용되는 DVD를 위한 적색 파장용 홀로그램 광모듈 및 CD를 위한 근적외선 파장용 홀로그램 광모듈에 대한 보다 자세한 설명 및 도시는 생략한다.
상기 제2 및 제3광유니트(30)(40)는 홀로그램 광모듈로 구성되는 대신에, 상기한 제1광유니트(20)와 마찬가지로, 광원 및 광검출기가 따로 분리되는 광학적 구성을 가질 수도 있다. 또한, 상기 제1광유니트(20)로 차세대 DVD를 위한 청자색 예컨대, 405nm 파장용 홀로그램 광모듈을 구비할 수도 있다.
상기 대물렌즈(3)는 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c) 중 가장 고밀도 광디스크 즉, 제1광디스크(1a)에 대해 최적화되는 것이 바람직한데, 이와 같이 대물렌즈(3)가 제1광디스크(1a)에 대해 최적화되는 경우, 상기 제2 및 제3광유니트(30)(40)는 트랙킹 에러 옵셋이 최소화된 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있도록 후술하는 도 11 및 도 12에 보여진 바와 같이, 적어도 광디스크의 래디얼 방향에 대응되는 방향(R 방향)으로 4분할된 구조의 광검출기를 구비하는 것이 바람직하다. 몰론, 제1광유니트(20)의 광검출기 또한 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 적어도 R 방향으로 4분할된 구조인 것이 바람직하다.
상기 제1광로변환기(53)는 상기 제1 및 제2광유니트(20)(30)와 대물렌즈(3) 사이에 배치되어, 제1 및 제2광유니트(20)(30)로부터 입사된 제1 및 제2광(21)(31a)이 대물렌즈(3)쪽으로 향하도록 하며, 광디스크(1)에서 반사되어 되돌아온 제1 및 제2광(21a)(31a)이 제1 및 제2광유니트(20)(30)쪽으로 되돌아가도록 한다. 상기 제1광로변환기(53)로는 상기 제1광(21a)은 투과시키고 제2광(31a)은 전반사시키는 경면(54a)을 가지는 빔스프리터(54)를 구비할 수 있다.
상기 제2광로변환기(55)는 제1광로변환기(53)와 대물렌즈(3) 사이에 배치되어 제1 및 제2광유니트(20)(30)로부터 입사된 제1 및 제2광(21a)(31a)은 투과시키고 제3광유니트(40)쪽에서 입사된 제3광(41a)은 반사시킨다. 상기 제2광로변환기(55)로는 상기 제1 및 제2광(21a)(31a)은 전부 또는 일부를 투과시키고, 제3광(41a)은 전부 또는 일부를 반사시키는 경면(56a)을 가지는 빔스프리터(56)를 구비할 수 있다.
상기 제1콜리메이팅렌즈(51)는, 상기 제1광유니트(20)와 제1광로변환기(53) 사이에 배치되어, 상기 제1광유니트(20)쪽에서 발산광 형태로 입사되는 제1광(21a)을 평행광으로 바꾸어 대물렌즈(3)로 입사되도록 한다.
이와 같이 제1광(21a)을 평행광으로 바꾸어주는 제1콜리메이팅렌즈(51)를 구비하는 경우, 상기 대물렌즈(3)는 평행광인 제1광(21a)에 대해 최적화되도록 설계된다. 제1콜리메이팅렌즈(51)를 구비하여 제1광(21a)이 평행광 형태로 대물렌즈(3)로 입사되며, 대물렌즈(3)가 제1광(21a) 및 제1광디스크(1a)에 대해 최적화되도록 설계된 경우, 대물렌즈(3)의 래디얼 방향으로의 시프트 시에도 양호한 재생신호 및 트랙킹 에러신호 검출이 가능하다.
상기 제2콜리메이팅렌즈(57)는, 상기 제2광유니트(30)와 제1광로변환기(53) 사이에 배치된다. 이 제2콜리메이팅렌즈(57)는 상기 제2광유니트(30)쪽에서 발산광 형태로 입사되는 제2광(31a)을 평행광에 가까운 발산광으로 바꾸어주도록 마련되는 것이 바람직하다. 제2광유니트(30)의 광원의 위치를 제2콜리메이팅렌즈(57)의 초점으로부터 벗어나는 위치 즉, 초점 거리보다 짧은 위치에 배치하면, 제2광(31a)이 제2콜리메이팅렌즈(57) 통과 후에도 발산하게 되어 제2광(31a)을 평행광에 가까운 발산광으로 바꾸어줄 수 있다. 이 경우, 제2광(31a)이 평행광에 가까운 발산광 형태로 대물렌즈(3)에 입사되므로, 제2광디스크(1b) 채용시 제1광디스크(1a)와 제2광디스크(1b)의 두께 차이 및 제2광(31a)과 제1광(21a)의 파장 차이에 의한 구면수차 발생을 억제할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3광유니트(40)로부터 출사된 제3광(41a)은 발산광 형태로 대물렌즈(3)로 입사되므로, 제3광유니트(40)의 광원과 대물렌즈(3)는 유한 광학계를 이루어, 제3광디스크(1c) 채용시 제1광디스크(1a)와 제3광디스크(1c)의 두께 차이 및 제3광(41a)과 제1광(21a)과의 파장 차이에 따른 구면수차 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 제3광디스크(1c)와 대물렌즈(3)가 부딪히지 않을 정도의 충분한 작동거리의 확보가 가능하다.
도 1에는 제2콜리메이팅렌즈(57)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 제2콜리메이팅렌즈(57) 없이 대물렌즈(3)와 제2광유니트(30)를 유한 광학계로 구성하여도 상기한 구면수차 보정이 가능하다. 또한, 상기 제3광유니트(40)와 제2광로변환기(55) 사이에 제3광(41a)을 평행광에 가까운 발산광으로 바꾸어주기 위한 콜리메이팅렌즈(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 광유니트(10)의 광학적 구성의 일 실시예를 보인 것일 뿐, 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 광유니트(10)가 도 1의 광학적 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 있어서, 광유니트(10)의 광학적 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 상기 대물렌즈(3)는 앞서 언급한 바와 같이, 가장 고밀도 광디스크인제1광디스크(1a)에 대해 최적화된 것이 바람직하다. 또한 상기 대물렌즈(3)는, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)도 호환 채용할 수 있도록, 발산광 형태로 입사되는 제2 및 제3광(31a)(41a)을 집속하여 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)의 기록면에 광스폿을 형성할 때, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)와 대물렌즈(3) 사이에 제2 또는 제3광디스크(1b)(1c)와 대물렌즈(3) 사이에 부딪힘이 발생하지 않을 정도로 충분한 작동거리를 확보하도록 마련된 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제1광디스크(1a)가 0.1mm두께를 가지며, 405nm인 청자색 광과 0.85 이상의 개구수에 대해 원하는 기록용량을 달성하도록 마련된다면, 상기 대물렌즈(3)는 0.1mm 두께, 405nm 파장에 대해 개구수 0.85이상을 가지도록 된 것이 바람직하다. 물론, 제1콜리메이팅렌즈(51)를 구비하여 평행광 형태의 제1광(21a)이 대물렌즈(3)로 입사되도록 된 경우, 상기 대물렌즈(3)는 평행광 형태의 제1광(21a)에 대해 설계된다.
상기와 같이 대물렌즈(3)가 제1광디스크(1a)에 대해 최적화되고 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시 충분한 작동거리를 확보할 수 있도록 마련된 경우, 제2 및 (31a)제3광(41a)이 평행광 형태로 대물렌즈(3)로 입사된다면, 대물렌즈(3)에 의해 집속되어 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)의 기록면에 광스폿으로 맺히는 제2 및 제3광(31a)(41a)에는 제1광디스크(1a)와의 두께 차이에 의한 구면수차가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은 제2 및 제3광유니트(30)(40)로부터 출사되는 제2 및 제3광(31a)(41a)이 발산광 형태로 대물렌즈(3)에 입사되도록 되어 있으므로, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)와 제1광디스크(1a)의 두께 차이에 의한 구면수차 발생이 충분히 억제될 수 있다.
표 1은 도 1에서와 같이 두께가 서로 다른 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)를 호환 채용할 수 있는 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 적용 가능한 대물렌즈(3)의 구체적인 설계 예를 보여준다. 표 1은 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)의 파장이 각각 405nm, 650nm, 780nm이고, 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)의 두께가 각각 0.1mm, 0.6mm, 1.2mm이고, 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)에 대한 유효 개구수(NA)가 각각 0.85, 0.60, 0.45이고, 평행광 형태로 입사되는 제1광(21a)과 발산광 형태로 입사되는 제2 및 제3광(31)(41a)에 대해 대물렌즈(3)를 설계한 데이터를 보여준다.
면 곡률반경[mm] 두께/간격[mm] 재질(유리)
물체면 INFINITY INFINITY32.3195820.99335
S1(STOP) INFINITY 0.000000
S2(비구면1) 1.562481 2.00000 BaCD5_HOYA
K: -0.830781A:0.115242E-01 B:0.174402E-02 C:0.432473E-04 D:0.207460E-03E:-.512981E-04 F:0.100915E-04 G:0.000000E+00 H:0.000000E+00J:0.000000E+00
S3(비구면2) -8.323786 0.000000
K:-135.523964A:0.241679E-01 B:-.488517E-02 C:0.442140E-03 D:-.129910E-04E:0.000000E+00 F:0.000000E+00 G:0.000000E+00 H:0.000000E+00J:0.000000E+00
S4 INFINITY 1.155901.093290.84607
S5 INFINITY 0.1000000.600001.20000 'CG'
상면 INFINITY 0.000000
표 1에서, 물체면, 면(S4) 및 면(S5)으로부터 다음 면까지의 간격 또는 두께를 나타내는 3개의 수치는 위에서부터 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)에 대한 것이다. BaCD5_HOYA는 대물렌즈(3)를 이루는 광학매질로서, 405nm, 650nm, 780nm 파장에 대한 굴절율이 각각 1.605256, 1.586422, 1.582509이다. 또한, 'CG'는 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)의 광입사면으로부터 기록면에 이르는 광학매질로서, 405nm, 650nm, 780nm 파장에 대한 굴절율이 각각 1.621462, 1.581922, 1.575091이다. K는 대물렌즈(3)의 렌즈면인 비구면1,2(S2)(S3)의 원추 상수, A, B, C, D, E, F, G, H, J는 비구면 계수이다. 표 1에서 면을 나타내는 S1-S5는 참조를 위해 도 2a 내지 도 4a에 표시되어 있다.
상기 제1 및 제2비구면(S2)(S3)에 대한 비구면식은 비구면의 정점으로부터의 깊이를 z라 할 때, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, h는 광축으로부터의 높이, c는 곡율, K는 원추상사(Conic Coefficient), A∼J는 비구면 계수이다.
표 1에서와 같은 설계 데이터를 갖는 대물렌즈(3)는, 표 1에도 나타낸 바와 같이, 각각 0.1mm, 0.6mm, 1.2mm 두께의 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)에 대해 1.15590mm, 1.09329mm, 0.84607mm의 충분한 작동 거리를 가져 상기 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건으로부터 벗어난 두께를 갖는 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 즉, DVD 및 CD 채용시 광디스크(1)와 대물렌즈(3)가 부딪히는 일이 발생하지 않는다. 또한,표 1에서와 같은 설계 데이터를 갖는 대물렌즈(3)는 최적 설계 조건으로부터 벗어난 파장의 광 즉, 제2 및 제3광(31a)(41a)에 대해서는 발산광 형태의 입사광에 대해 설계되며, 실제로 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업에서 제2 및 제3광(31a)(41a)은 발산광 형태로 대물렌즈(3)로 입사되므로, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)에 대해 충분히 작은 광학수차(OPD:Optical Path Difference)를 가진다.
도 2a 및 도 2b는 각각 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈(3)로 제1광(21a)을 집속하여 제1광디스크(1a)의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제1광(21a)의 광로도 및 수차도를 보여준다. 도 3a 및 도 3b는 각각 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈(3)로 제2광(31a)을 집속하여 제2광디스크(1b)의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제2광(31a)의 광로도 및 수차도를 보여준다. 도 4a 및 도 4b는 각각 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈(3)로 제3광(41a)을 집속하여 제3광디스크(1c)의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 제3광(41a)의 광로도 및 수차도를 보여준다. 도 2b, 도 3b, 도 4b의 수차도는 각각 405nm 파장의 제1광(21a), 650nm 파장의 제2광(31a), 780nm 파장의 제3광(41a)에 대한 광학수차(OPD)를 보여준다.
도 2a 및 도 2b, 도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈(3)는 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)을 각각 집속하여 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)의 기록면에 광스폿을 형성할 때 충분히 작은 광학 수차(OPD)를 나타낸다.
따라서, 표 1의 설계 데이터에 의해 형성된 대물렌즈(3)를 적용한 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업은 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)를 호환 채용할 수 있다.
상기와 같은 대물렌즈(3)는 액츄에이터(5)에 탑재된다. 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 있어서, 액츄에이터(5)는 대물렌즈(3)를 광디스크(1)의 래디얼 방향으로 틸트시킬 수 있도록 된 것이 바람직하다. 이러한 액츄에이터(5)로는, 대물렌즈(3)를 포커스 방향 및 트랙킹 방향으로 움직여줄 뿐 만 아니라, 대물렌즈(3)를 래디얼 틸트 방향으로 조정할 수 있도록 된 액츄에이터를 구비하면 된다. 대물렌즈(3)를 포커스 방향, 트랙킹 방향 및 래디얼 틸트 방향으로 조정할 수 있는 액츄에이터(5)에 대해서는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 액츄에이터(5)의 구조 및 동작에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같은 래디얼 방향으로 틸트가능한 액츄에이터(5)를 이용하여 대물렌즈(3)에 래디얼 틸트를 가할 때, 액츄에이터(5)가 기울어지는 양(결과적으로 대물렌즈(3)가 기울어지는 양)은 대물렌즈(3)의 광디스크(1)의 래디얼 방향으로의 병진운동에 비례한다. 또한, 대물렌즈(3)가 기울어지는 양은 상기 대물렌즈(3)를 래디얼 방향으로 병진운동시키기 위해 상기 액츄에이터(5)의 트랙킹 액츄에이터 부분의 코일에 인가되는 전류로부터 검출할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 채용한 광디스크(1) 시스템은 도 5에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있으며, 다음과 같이 대물렌즈(3)의 움직임을 제어한다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 채용한광디스크 시스템에 있어서, 액츄에이터(5)는 래디얼 틸트를 제어하기 위한 틸트 액츄에이터부분(5a)과 트랙킹 제어를 위한 트랙킹 액츄에이터 부분(5b)을 구비한다. 물론, 상기 액츄에이터(5)는 포커스 제어를 위한 포커스 액츄에이터 부분(미도시)도 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명에 따른 호환형 광픽업의 액츄에이터(5)로는 본 기술분야에서 알려진 대물렌즈(3)에 래디얼 틸트를 가할 수 있는 다양한 구조의 액츄에이터가 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 트랙킹 에러신호(TES)는 본 발명에 따른 호환형 광픽업 광학계(100)를 이용하여 검출된다. 트랙킹 에러신호(TES)를 연산하여 트랙킹 구동신호(TRD)를 구하고, 이 트랙킹 구동신호를 이용하여 트랙킹 액츄에이터부분(5b)과 틸트 액츄에이터부분(5a)을 구동한다. 도 5에서, 참조번호 110는 서보 회로를 나타내며, 참조번호 111는 저역 통과 필터(Low Pass Filter), 참조번호 113는 게인 조정기를 나타낸다. 참조번호 105는 RF 신호 증폭기로서, 본 발명에 따른 호환형 광픽업 광학계(100)의 각 광유니트(20)(30)(40)의 광검출기로부터 출력되는 신호를 증폭한다. 참조번호 115는 트랙킹제어기, 참조번호 117, 119는 각각 트랙킹 액츄에이터부분(5b)과 틸트 액츄에이터부분(5a)을 구동하기 위한 드라이버이다. 여기서, 도 5에서와 같은 신호 처리 회로 구성 및 신호 처리 과정은 본 기술분야에서 알려진 바에 의해 충분히 알 수 있을 뿐만 아니라, 유추할 수 있으므로, 여기서는 보다 자세한 설명은 생략한다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 트랙킹 구동신호(TRD)가 트랙킹 액츄에이부분(5b)과 틸트 액츄에이터부분(5a)을 구동하는데 모두 사용되므로, 대물렌즈(3)가기술어지는 양은 대물렌즈(3)의 광디스크(1)의 래디얼 방향으로의 병진 운동에 비례하게 되며, 대물렌즈(3)를 광디스크(1)의 래디얼 방향으로 병진운동시키기 위해 트랙킹 액츄에이터부분(5b)의 코일에 인가되는 전류로부터 대물렌즈(3)의 틸트 양을 검출하는 것이 가능하다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 상기 대물렌즈(3)가 가장 큰 개구수를 필요로 하는 고밀도 광디스크에 적합하도록 마련되므로, 상대적으로 저밀도 광디스크를 위한 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에서 벗어난 파장의 광에 대한 유효 개구수를 조절하는 개구수 조절부재(7)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 개구수 조절부재(7)는 입사되는 고밀도 광디스크 및 저밀도 광디스크용 광을 투과시키며, 적어도 하나의 저밀도 광디스크에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 중심 투과영역과, 상기 중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 저밀도 광디스크용 광을 차단시키도록 된 개구수 조절 영역을 포함하여 구성된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 호환형 광픽업이 제1 내지 제3광디스크(1a)(1b)(1c)를 호환 채용하며, 대물렌즈(3)가 제1광디스크(1a)에 적합하도록 마련된 경우, 상기 개구수 조절부재(7)는 상기 대물렌즈(3)에 의해 집속되는 제2 및 제3광(31a)(41a)이 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)에 적합한 유효 개구수를 가지도록 제2 및 제3광(31a)(41a)의 개구수를 조절하는 구성을 가진다.
보다 구체적인 예로서, 상기 개구수 조절부재(7)는, 제2광디스크(1b)에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가져 제2광(31a)의 유효 개구수가 0.6이 되도록 하는 제1중심 투과영역(8a)과, 제3광디스크(1c)에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가져 제3광(41a)의 유효 개구수가 0.45가 되도록 하는 제2중심 투과영역(9a)을 구비한다.
상기 제1중심 투과 영역(8a)의 주변의 제1개구수 조절 영역(8b)은 개구수 제한 대상인 제2광디스크(1b)용 제2광(31a)의 진행은 차단하고 제1광(21a)은 투과시키도록 홀로그램 또는 파장 선택성 필터로 형성된다. 또한, 상기 제2중심 투과 영역(9a)의 주변의 제2개구수 조절 영역(9b)은 개구수 제한 대상인 제3광디스크(1c)용 제3광(41a)의 진행은 차단하고 제1 및 제2광(21a)(31a)을 투과시키도록 홀로그램 또는 파장 선택성 필터로 형성된다.
이때, 상기 제1 및 제2중심 투과 영역(8a)(9a)의 중심과 대물렌즈(3)의 중심은 서로 일치하는 것이 바람직하므로, 상기 개구수 조절부재(7)는 대물렌즈(3)와 함께 액츄에이터(5)에 탑재되는 것이 바람직하다.
도 1에서는 개구수 조절부재(7)가 대물렌즈(3)와 별도의 부재로 마련된 것으로 도시되어 있으나, 개구수 조절부재(7)는 대물렌즈(3)와 일체로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 개구수 조절부재(7)의 제1중심 투과 영역(8a) 및 제1개구수 조절 영역(8b)은 대물렌즈(3)의 광유니트(10)쪽을 향하는 일 렌즈면 상에 형성되고, 개구수 조절부재(7)의 제2중심 투과 영역(9a) 및 제2개구수 조절 영역(9b)은 대물렌즈(3)의 반대 렌즈면 상에 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 호환형 광픽업은, 상기와 같은 개구수 조절부재(7) 대신에도 6에 도시된 바와 같은 개구수 조절부재(17)를 구비할 수도 있다. 상기 개구수 조절부재(17)는 제1 내지 제3광(21a)(31a)(41a)의 파장을 모두 투과시키는 제1중심 투과 영역(17a)과, 제1 및 제2광(21a)(31a)의 파장(청자색 및 적색파장영역의 광)만 투과시키는 제1개구수 조절 영역(17b)과, 제1광(21a)의 파장(청자색 파장영역의 광)만 투과시키는 제2개구수 조절 영역(17c)으로 이루어진다. 이때, 상기 제1중심 투과 영역(17a)의 직경(제1개구수 조절 영역(17b)의 내경)은 제3광디스크(1c)에 적합한 유효 개구수 예컨대, 0.45의 유효 개구수에 대응하는 크기, 상기 제1개구수 조절 영역(17b)의 외경(제2개구수 조절 영역17c)의 내경)은 제2광디스크(1b)에 적합한 유효 개구수 예컨대, 0.6의 유효 개구수에 대응하는 크기인 것이 바람직하다.
상기와 같은 개구수 조절부재(17)는 대물렌즈(3)의 일 렌즈면에 코팅에 의해 형성되거나, 별도의 투명 플레이트에 코팅에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 상기 제1중심 투과 영역 및 제1 및 제2개구수 조절 영역(17a)(17b)(17c) 간에는 위상차가 없도록 코팅되는 것이 바람직하다. 즉, 제1중심 투과 영역 및 제1 및 제2개구수 조절 영역(17a)(17b)(17c) 간에는 예를 들어, 제1광(21a)이 제1중심 투과 영역 및 제1 및 제2개구수 조절 영역(17a)(17b)(17c)을 지나는 동안 동일한 위상변화를 겪도록 코팅되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업은, 다음과 같이 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에 해당하는 두께는 갖는 제1광디스크(1a) 채용시 양호한 재생신호 및 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있으며, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건으로부터 벗어난 두께를 갖는 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시충분한 작동 거리 확보가 가능하며 구면수차 및 코마수차 발생이 억제되어 양호한 재생신호 및 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있다.
제1광디스크(1a) 채용시에는 제1광유니트(20)의 광원(21)이 작동되어 제1광(21a)이 출사된다. 상기 대물렌즈(3)가 제1광디스크(1a)의 두께 및 제1광(21a)의 파장에 대해 최적화되도록 설계되면, 제1광유니트(20)로부터 출사된 제1광(21a)을 대물렌즈(3)로 집속하여 제1광디스크(1a)의 기록면 상에 광스폿을 형성할 때에 구면 수차가 거의 발생하지 않으며, 대물렌즈(3)의 제1광디스크(1a)의 래디얼 방향으로트의 시프트시에도 코마 수차가 거의 발생하지 않아 아주 양호한 트랙킹 신호 및 재생신호를 검출할 수 있다.
제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시에는 각각 제2 및 제3광유니트(30)(40)의 광원이 작동되어 제2 및 제3광(31a)(41a)이 출사된다. 제2 및 제3광(31a)(41a)은 발산광 형태로 대물렌즈(3)에 입사되므로, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c)와 제1광디스크(1a)와의 두께 차이 및 제2 및 제3광(31a)(41a)과 제1광(21a)과의 파장 차이에 의한 구면수차가 충분히 보정될 수 있으며, 표 1의 대물렌즈(3)에 대한 설계 예에서 알 수 있는 바와 같이 충분한 작동거리의 확보가 가능하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업에 의하면, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에서 벗어난 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시에도 대물렌즈(3)의 래디얼 방향으로의 시프트에 따른 코마수차 발생이 충분히 억제될 수 있다. 따라서, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시에도 양호한 재생신호 및 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 10 및 표 2를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업에 의하면, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에서 벗어난 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시에도 대물렌즈(3) 시프트에 따른 코마수차 발생이 억제되어 양호한 재생신호 및 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있음을 설명한다.
상기 제2 및 제3광(31a)(41a)은 대물렌즈(3)에 발산광 형태로 입사되므로, 앞서 언급한 바와 같이 편심 광디스크(1) 재생시와 같이 대물렌즈(3)의 래디얼 방향 시프트 발생시 코마수차가 발생한다. 도 7 및 도 8은 DVD 및 CD 재생시 대물렌즈(3)가 0.4mm 시프트되었을 때의 650nm 파장(λ2)의 제2광(31a) 및 780nm 파장(λ3)의 제3광(41a)을 대물렌즈(3)로 집속하여 DVD 및 CD의 기록면에 광스폿을 형성할 때의 수차도를 보여준다.
도 7 및 도 8의 수차도에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 및 제3광(31a)(41a)은 발산광 형태로 대물렌즈(3)에 입사되므로, 대물렌즈(3) 시프트 시 광학 수차 특히, 코마 수차가 크게 발생된다. 대물렌즈(3)가 래디얼 방향으로 0.4mm 시프트되었을 때, 표 2에서 나타낸 바와 같이 DVD에 대해서는 광학수차(OPDrms)가 0.201 λ2 만큼 발생되며, CD에 대해서는 광학수차(OPDrms)가 0.167 λ3 만큼 발생된다.
대물렌즈 시프트/대물렌즈 래디얼 틸트 OPDrms
DVD 0.0mm / 0° 0.005 λ2
0.4mm / 0° 0.201 λ2
0.4mm / 1.2° 0.011 λ2
CD 0.0mm / 0° 0.001 λ3
0.4mm / 0° 0.167 λ3
0.4mm / 2.0° 0.012 λ3
하지만, 대물렌즈(3) 시프트시 대물렌즈(3)의 시프트량에 대응되게대물렌즈(3)에 래디얼 틸트를 가하면, 도 9 및 도 10의 수차도에서 알 수 있는 바와 같이, 대물렌즈(3) 시프트에 따른 광학수차 특히, 코마수차 발생이 크게 억제되어 광학수차가 거의 발생하지 않게 된다. 이는 표 2에 의해서도 확인된다. 표 2에 나타낸 바와 같이, DVD에 대해서는 0.4mm 시프트된 대물렌즈(3)에 1.2°의 래디얼 틸트를 가하면, 광학수차(OPDrms)는 0.011 λ2로 줄어든다. CD에 대해서는 0.4mm 시프트된 대물렌즈(3)에 2.0°의 래디얼 틸트를 가하면, 광학수차(OPDrms)는 0.012 λ3으로 줄어든다.
따라서, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 의하면, 대물렌즈(3)의 최적 설계조건으로부터 벗어난 두께의 광디스크(1)를 채용할 때, 대물렌즈(3) 시프트시에도 코마수차 발생을 억제할 수 있어, 양호한 트랙킹 에러신호 및 재생신호 검출이 가능하다.
이하에서는, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에서 벗어난 포맷의 광디스크(1) 예컨대, 제2 및/또는 제3광디스크(1b)(1c) 채용시, 대물렌즈(3)의 래디얼 방향 시프트에 따른 트랙킹 에러신호 옵셋을 제거할 수 있는 트랙킹 에러신호 검출에 대해 설명한다.
본 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 기록 가능형 광디스크에 대한 트랙킹 에러신호 검출은 푸시풀(push-pull) 방법을 이용할 수도 있지만, 대물렌즈(3)의 래디얼 방향으로의 시프트에 의해 트랙킹 에러신호 옵셋이 발생하기 때문에, 이를 보정하기 위해 DPP(Differential Push Pull) 방법이 일반적으로 사용된다.
본 발명에 따른 호환형 광픽업에서와 같이, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건으로부터 벗어난 두께의 광디스크를 위해 발산광을 이용하는 경우에는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 트랙킹 에러신호 검출 기술을 적용하는 것이 보다 바람직하다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 있어서, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건에서 벗어난 포맷의 광디스크(1) 즉, 제2 및 제3광디스크(1b)(1c) 채용시, 광디스크(1)의 기록면에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하는 광검출기(200)는, 적어도 광디스크(1)의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 4분할 된 구조인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 광검출기(200)는 제2 및 제3광유니트(30)(40)의 광검출기가 될 수 있으며, 제1광디스크(1a) 채용시에도 도 11을 참조로 설명하는 바와 같은 트랙킹 에러신호 검출 기술을 적용한다면, 상기 광검출기(200)는 제1광유니트(20)의 광검출기(29)가 될 수도 있다.
이때, 상기 광검출기(200)는 광디스크(1)의 트랙 방향의 주기적인 구조에 기인하여 광디스크(1)에서 반사/회절되는 광의 베이스볼 패턴이 상기 광검출기(200)의 외측 분할판(S3)(S4)에만 수광되도록 분할된 구조인 것이 바람직하다.
트랙킹 에러신호 검출 회로(250)는 광검출기(200)의 4개의 분할판 중 내측 분할판(S1)(S2)의 검출신호들 사이의 차신호를 구하는 제1감산기(251)와, 외측 분할판(S3)(S4)의 검출신호들 사이의 차신호를 구하는 제2감산기(255)와, 상기 제1감산기(251)에서 출력되는 신호에 소정 게인(ζ)을 가하는 게인 조정기(253)와, 상기 게인 조정기(253)쪽에서 입력되는 신호와 제2감산기(255)쪽에서 입력되는 신호의차신호를 구하는 제3감산기(257)를 포함한다.
상기 내측 분할판(S1)(S2)의 검출신호들 사이의 차이에 해당하는 신호를 PPin, 상기 외측 분할판(S3)(S4)의 검출신호들 사이의 차이에 해당하는 신호를 PPout이라 할 때, 트랙킹 에러신호(TES)는 수학식 4와 같이 검출될 수 있다.
여기서, ζ는 게인이다.
이상에서는 도 11을 참조로, 내측 분할판(S1)(S2)의 검출신호들 사이의 차신호에 소정 게인(ζ)을 가하는 것으로 설명 및 도시하였는데, 내측 분할판(S1)(S2)의 검출신호들 사이의 차신호에 게인을 가하는 대신에 외측 분할판(S3)(S4)의 검출신호들 사이의 차신호에 게인을 가하거나, 내측 분할판(S1)(S2)의 검출신호들 사이의 차신호 및 외측 분할판(S3)(S4)의 검출신호들 사이의 차신호에 각각 적정 게인을 가하는 것도 가능하다.
또한, 이상에서는 도 11을 참조로 상기 광검출기(200)가 광디스크(1)의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 4분할된 것으로 설명 및 도시하였는데, 광검출기(200')는 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 광디스크(1)의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 4분할되고, 광디스크(1)의 탄젠셜 방향에 대응되는 방향으로 2분할되어 이루어진 8분할 구조 또는 16분할 구조로 될 수도 있다. 이때, 트랙킹 에러신호 검출 회로(250')는 도 12에 도시된 바와 같은, 광검출기(200')의 분할 구조를 고려하여 변형되지만, 실질적으로는 도 11의 트랙킹 에러신호 검출회로(250)와 동등하다.
한편, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에 있어서, 대물렌즈(3)의 최적 설계 조건을 만족하는 포맷의 제1광디스크(1a)에 대해서 DPP 방법에 의한 트랙킹 에러신호 검출 기술 또는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 트랙킹 에러신호 검출 기술이 적용될 수 있다.
이상의 실시예에서는 본 발명에 따른 호환형 광픽업이, 차세대 DVD, DVD 및 CD를 호환 채용할 수 있도록 3개의 서로 다른 파장의 광을 출사하는 광유니트(10)를 구비하는 것으로 설명 및 도시하였는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 호환형 광픽업에 대한 다양한 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 두께가 서로 다른 고밀도 광디스크와 저밀도 광디스크를 호환 채용할 수 있으며, 저밀도 광디스크에 대해서 별도의 광학적인 부품 추가 없이 대물렌즈의 광디스크의 래디얼 방향으로의 시프트시에도 양호한 수차 특성을 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 고밀도 기록매체와 적어도 하나의 저밀도 기록매체를 호환 채용할 수 있도록 된 호환형 광픽업에 있어서,
    고밀도 기록매체에 적합한 고개구를 달성할 수 있어, 입사되는 고밀도 기록매체용 광을 집속시켜 고밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할 수 있으며, 발산광 형태로 입사되는 저밀도 기록매체용 광을 집속시켜 저밀도 기록매체의 기록면 상에 기록 및/또는 재생에 적합한 광스폿을 형성할 수 있도록 된 대물렌즈와;
    상기 대물렌즈에 틸트를 가할 수 있도록 마련된 액츄에이터;를 구비하며,
    저밀도 기록매체용 광은 발산광 형태로 상기 대물렌즈로 입사되며,
    저밀도 기록매체에 대해서 상기 대물렌즈의 래디얼 방향으로의 시프트 발생시 이 시프트에 대응되게 상기 대물렌즈에 틸트를 가하도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  2. 제1항에 있어서, 틸트를 가함에 따라 상기 대물렌즈가 기울어지는 양은 상기 대물렌즈의 래디얼 방향 병진 운동에 비례하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  3. 제2항에 있어서, 틸트를 가함에 따라 상기 대물렌즈가 기울어지는 양은 상기 대물렌즈를 래디얼 방향으로 병진운동시키기 위해 상기 액츄에이터의 코일에 인가되는 전류로부터 검출하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 틸트는 래디얼 틸트인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  5. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈는 청자색 광과 기록매체의 두께 0.1mm에 대해 대해 개구수 0.85 이상을 가지도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈에 의해 집속되는 저밀도 기록매체용 광이 저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수의 광이 되도록, 상기 저밀도 기록매체용 광에 대한 개구수를 조절하는 개구수 조절부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  7. 제6항에 있어서, 상기 개구수 조절부재는,
    입사되는 고밀도 기록매체용 광 및 저밀도 기록매체용 광을 투과시키며, 적어도 하나의 저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 중심 투과영역과;
    상기 중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 개구수 조절 영역;을 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저밀도 기록매체는 상대적으로 저밀도인 제1저밀도 기록매체와 상대적으로 고밀도인 제2저밀도 기록매체이고,
    상기 개구수 조절부재는,
    상기 제1저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는제1중심 투과영역과;
    상기 제1중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 제1저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 제1개구수 조절 영역과;
    상기 제2저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 제2중심 투과영역과;
    상기 제2중심 투과영역 외측에 위치되며, 개구수 제한 대상인 제2저밀도 기록매체용 광을 차단시키도록 된 제2개구수 조절 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  9. 제7항에 있어서, 상기 저밀도 기록매체는 상대적으로 저밀도인 제1저밀도 기록매체와 상대적으로 고밀도인 제2저밀도 기록매체이고,
    상기 개구수 조절부재는,
    상기 제1저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 직경을 가지는 제1중심 투과영역과;
    상기 제1중심 투과영역 외측에 위치되고, 상기 제2저밀도 기록매체에 적합한 유효 개구수에 대응하는 외경을 가지며, 상기 제1저밀도 기록매체용 광은 차단시키고 제2저밀도 기록매체용 광과 고밀도 기록매체용 광은 투과시키는 제1개구수 조절 영역과;
    상기 제2개구수 조절 영역 외측에 위치되며, 상기 제2저밀도 기록매체용 광을 차단시키고 고밀도 기록매체용 광은 투과시키는 제2개구수 조절 영역;을 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  10. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고밀도 기록매체는 DVD보다 고밀도인 차세대 DVD 계열의 기록매체이고, 상기 저밀도 기록매체는 CD 계열의 광디스크 및 DVD 계열의 광디스크 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  11. 제10항에 있어서, 상기 저밀도 기록매체용 광은 DVD 계열의 광디스크에 적합한 적색 파장의 광과 CD 계열의 광디스크에 적합한 근적외선 파장의 광 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  12. 제1항에 있어서, 저밀도 기록매체에서 반사된 저밀도 기록매체용 광을 수광하여 검출하는 광검출기는 적어도 기록매체의 래디얼 방향으로 4분할되어, 한 쌍의 내측 수광부와 한쌍의 외측 수광부를 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광검출기는 기록매체의 트랙 방향의 주기적인 구조에 기인한 기록매체에서 반사/회절된 광의 베이스볼 패턴이 상기 광검출기의 외측 수광부에만 수광되도록 분할된 구조인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 광검출기의 내측 수광부의 검출신호들 사이의 차신호와 상기 광검출기의 외측 수광부의 검출신호들 사이의 차신호 중 어느 하나를 PP1, 다른 하나를 PP2라 할 때, 트랙킹 에러신호(TES)는 하기의 식에 따라 검출되는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
    <식>
    TES = PP2 - ζ·PP1
    여기서, ζ는 게인이다.
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