KR200335121Y1 - 웨이브 가이드형 광픽업 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 종래에 광 디스크(D)에서 변조되어 귀환되는 레이저 광이 광학소자들을 경유하면서 손실되는 광량으로 인하여 에러 신호의 검출이 어려웠던 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이브 가이드(22)가 설치된 도파관 광학소자(20)의 일측 사면에 유전체 다층막(21)이 증착되고 타측에 알에프와 트래킹 및 포커스 에러 신호를 분리하여 검출 가능한 각각의 광 검출기를 설치한 것이다. 이와 같은 본 고안은 광 디스크(D)에서 회절·간섭되는 레이저 광을 웨이브 가이드(22)를 통하여 에러전용의 신호로 재생하여 다수의 광 검출기에 각각의 레이저 광이 수광됨으로서 에러 신호의 감도가 향상되어 광픽업 장치의 신뢰성이 향상되는 것이다.

Description

웨이브 가이드형 광픽업 장치{An optical pick-up device of a wave guide type}

본 고안은 웨이브 가이드형 광픽업 장치에 관한 것으로, 특히 광 디스크에서 반사되는 광량의 손실을 최소화 할 수 있는 광전도수단인 웨이브 가이드를 구비하여 에러 신호의 검출을 용이하게 할 수 있는 웨이브 가이드형 광픽업 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광픽업 장치는 광정보가 기록된 광 디스크의 피트상에 레이저 광을 집광 및 회절시켜 레이저 광을 변조시키고, 변조된 레이저 광을 광 검출기에 수속시켜 광정보를 재생시키는데 사용된다.

이러한 종래 광픽업 장치의 일 예로는, 도 1에 도시된 바와 같이 소정의 파장을 갖는 레이저 광이 발생되는 레이저 다이오드(100)와, 이 레이저 다이오드(100)의 상측에 형성되어 입사되는 레이저 광의 회절현상을 이용해 0차 회절광과 ±1차 회절광 즉, 쓰리빔(Three Beam)으로 분리시키는 회절격자(105)와, 이 회절격자(105)를 경유한 레이저 광에 평행성을 부여하는 콜리메이트 렌즈(110)와, 이 평행광을 부분반사 및 투과시켜 입사광과 반사광을 분리하는 빔 스플리터(120)와, 이 빔 스플리터(120)를 투과한 레이저 광의 편광성을 변환시키는 파장판(125)과, 이 파장판(125)을 경유한 레이저 광을 광 디스크(D)에 집광시키는 대물렌즈(130)와, 상기 빔 스플리터(120)에서 반사된 레이저 광을 광 검출기(150)에 집광시키며 포커스 에러 신호를 부여하는 수속 렌즈부(140)로 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 광픽업 장치의 작동은 먼저, 소정의 발진파장을 갖는 레이저 광이 레이저 다이오드(100)에서 회절격자(105)로 입사되고, 이 입사된 레이저 광은 회절격자(105)를 투과하며 0차 및 ±1차 광 즉, 쓰리빔으로 분리되어 방사된다. 이 쓰리빔은 포커스 및 트랙킹 에러용으로 이용되는 것으로, 회절격자(105)를 투과하여 콜리메이트 렌즈(110)를 경유하면서 평행성이 부여된다. 즉, 레이저 다이오드(100)에서 방출되는 레이저 광은 단면이 타원형인데 콜리메이트 렌즈(110)에서 중심의 원형만 잘라서 평행성을 부여 시키는 것이다.

그리고 이렇게 직진되는 레이저 광은 빔 스플리터(120)로 입사되고, 이 쓰리빔은 빔 스플리터(120)에 의해 일정한 비율로 반사 및 투과된다. 이중 투과되는 레이저 광은 빔 스플리터(120)에서 파장판(125)으로 입사되고, 파장판(125)을 경유하면서 레이저 광은 원편광으로 변환된다. 이 레이저 광은 대물렌즈(130)에 의해 집광되어 광 디스크(D)상의 피트 신호면에 조사되며, 이 레이저 광은 광 디스크(D)상의 피트가 없는 곳에서는 거의 그대로 반사되어 대물렌즈(130)로 돌아오게 되나, 피트가 있는 곳에서는 레이저 광이 피트에 의해 회절되어 대물렌즈(130)의 범위밖으로 방출되고, 이로 인하여 입사된 광 가운데 일부만 되돌아오게 됨으로서 광 검출기(150)에 광량의 차이를 발생시킨다.

그리고 상기 광 디스크(D)에서 반사되어 돌아오는 변조된 반사광은 다시 파장판(125)을 경유하면서 입사시와는 90°역전된 직선편광으로 변환됨으로 빔 스플리터(120)에서 반사되어 광경로가 변환된다. 상기 광경로가 변환된 반사광은 수속렌즈부(140)를 경유하면서 포커스 에러 신호가 부여되어 광 검출기(150)에 수광된다. 수속된 레이저 광은 광 검출기에 의해 알에프, 포커스 및 트랙킹 에러 검출신호가 전류로 변환되며, 이 변환된 전류는 미도시된 제어회로에 의해 원래의 신호로복조하여 재생시키게 된다.

그러나 이와 같은 종래 광픽업 장치는 상기 광 디스크(D)에서 변조시 회절되는 레이저 광이 광학소자들을 경유하면서 손실되는 광량으로 인하여 에러신호의 검출이 어려워져 광픽업 장치의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 고안의 기술적 과제는 광 디스크에서 변조되는 레이저 광이 광학소자의 경유시 저하되는 광투과율이나 이상굴절 등으로 인한 광량손실을 해소하여 에러신호의 검출이 용이해지며 광픽업 장치의 신뢰성이 향상되는 웨이브 가이드형 광픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 광픽업 장치의 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 웨이브 가이드의 원리를 나타내는 설명도로, 도 2a는 광학소자 내부에서 웨이브 가이드로 입사되는 레이저 광을 나타낸 것이고, 도 2b는 광학소자에서 입사되는 광의 입사각의 변화에 따른 도파광의 효율을 나타낸 그래프.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 광픽업 장치의 구성도.

도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 광픽업 장치의 작동상태도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 레이저 다이오드 20 : 도파관 광학소자

21 : 다층막 22 : 웨이브 가이드

24 : 분리격자 30 : 대물렌즈

35 : 파장판 40 : 주광검출기

46 : 제 1에러 광검출기 48 : 제 2에러 광검출기

본 고안의 기술적 과제는 일정파장의 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드(10); 도파관 광학소자(20)의 일측 사면에 증착되어, 상기 레이저 다이오드(10)에서 방출된 상기 레이저 광을 반사시키고, 광 디스크(D)로부터 귀환되는 상기 레이저 광을 투과시키는 유전체 다층막(21); 상기 도파관 광학소자(20)로부터 반사된 상기 레이저 광을 원편광으로 위상 변환시키고, 광 디스크(D)로부터 귀환되는 레이저 광을 직선편광으로 위상 변화시키는 파장판(35); 상기 파장판(35)을 통과한 상기 레이저 광을 상기 광 디스크(D)에 집광시키고, 상기 광 디스크(D)에서 반사되는 상기 레이저 광을 상기 도파관 광학소자(20)에 수속시키는 대물렌즈(30); 상기 유전체 다층막(21)을 통과한 상기 레이저 광이 상기 도파관 광학소자(20)의사면에 의해 굴절되는 경로상에 설치되어, 상기 레이저 광의 일부를 반사시키고 일부를 도파시키는 웨이브 가이드(22); 상기 웨이브 가이드(22)에 설치되어, 상기 레이저 광을 분리하는 분리격자(24); 상기 웨이브 가이드(22)에서 반사된 레이저 광이 집광되어 재생 신호 및 트래킹 에러 신호를 검출하는 주광검출기(40); 및 상기 분리격자(24)에서 분리된 상기 레이저 광이 집광되어 포커싱 에러 신호를 출력하는 제 1에러 광검출기(46) 및 제 2에러 광검출기(48)로 이루어져 달성되는 것이다.

이하, 본 고안인 웨이브 가이드형 광픽업 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 입사광의 입사각 변화에 따라 일정매질로 도파될 수 있는 웨이브가이드를 이용하여 광경로를 이중으로 함으로서 알에프 신호와 에러 신호를 분리하여 검출하는 것이다.

상기 웨이브 가이드(22)의 특성은 도 2a에 도시된 바와 같이, 일정파장의 레이저 광이 유전되는 굴절율이 (ηi)인 매질로부터 굴절율이 (ηt)인 웨이브 가이드(22)로 입사되는 광의 입사각의 변화가 (Δθ)인 경우, 입사광의 세기가 (Ii)이면 웨이브 가이드(22)에서 도파되는 도파광의 세기는 (It)가 된다.

도 2b는 도파관 광학소자(20)에서 웨이브 가이드(22)로 입사되는 광의 입사각의 변화(Δθ)에 따른 도파광의 효율을 나타낸 것으로, 그래프의 횡축은 입사광의 변화(Δθ)를 나타낸 것이고, 종축은 도파광의 효율을 나타낸 것이다.

이론적으로 도파광의 효율이 최고가 되는 조건 즉, 커플링 조건(Coupling Conditions)을 만족하게 되면 도파광의 광세기(It)는 입사광의 광세기(Ii)에 근접하게 된다.

그러나 실질적으로 얻을 수 있는 도파광의 효율은 커플링 조건을 결정하는 변수들에 의해 입사광의 세기(Ii)가 θm일 때 도팡광의 세기(It)가 최고효율인 30%를 갖게 된다.

이와 같은 커플링 조건을 결정하는 변수로는 웨이브 가이드(22)의 굴절율이나 두께 및 입사각의 변화량이나 광의 편광상태를 나타내는 변수 등이 있다.

상기와 같은 변수를 적절히 조절하여 최적의 상태로 웨이브 가이드(22)를 도파관내에 부착하게 되면 도파관에서 전파되는 광을 손실없이 분리할 수 있게 된다.

이러한 웨이브 가이드(22)가 구비된 도파관 광학소자(20)는 도 3에 도시된 바와 같다.

그리고 도파관 광학소자(20)가 설치된 광픽업 장치는 레이저 다이오드(10), 도파관 광학소자(20), 파장판(35), 대물렌즈(30)로 이루어진 것이다.

또한 레이저 다이오드(10)는 레이저 광의 진행방향에 대하여 입사면에 수직인 광 예컨데, 에스(S) 편광을 방출하도록 편광성이 조정되어 조사되는 것이다.

그리고 도파관 광학소자(20)는 일측 사면에 유전체 다층막(21)이 증착되어 있어 레이저 광을 반사시키거나 투과 시키고, 타측에 광 디스크(D)로부터 반사된 회절광이 집광되어 알에프 신호를 검출하는 주광검출기(40)와 포커스 에러를 검출하는 제 1에러 검출기(46) 및 제 2에러 검출기(48)가 설치되며, 유전체 다층막(21)을 투과한 회절광이 도파되도록 하는 웨이브 가이드(22)가 설치된 것이다.

또한 파장판(35)은 입사광이 복굴절되어 서로 직각 방향으로 진동하는 직선편광인 상광선과 이상광선으로 나누어지는데, 이 두개의 빛의 위상차이가 1/4파장 = 90°가 되도록 판의 두께를 선택한 수정판으로, 도파관 광학소자(20)로 부터 입사되는 직선편광을 원편광으로 변환시켜주고, 광 디스크(D)로 부터 반사된 원편광을 다시 직선편광으로 변환시켜 주는 것이다.

그리고 대물렌즈(30)는 도파관 광학소자(20)에서 반사되어 입사된 레이저 광을 광 디스크(D)에 집광 시키고, 광 디스크(D)에서 회절되는 회절광을 상기 도파관 광학소자(20)에 수속시키는 것이다.

또한 유전체 다층막(21)은 광의 진행방향과 일치되는 입사면에 평행인 피이(P)파는 투과 시키고, 광의 진행방향과 일치되는 입사면에 수직인 에스(S)파는 반사시키는 특성을 갖는 것으로, 레이저 다이오드(10)로 조사되는 레이저 광과 광 디스크(D)로 부터 반사된 회절광의 경로상에 설치된 것이다.

그리고 분리격자(22) 레이저 광의 귀환 경로상에 형성되어 포커스 에러를 검출할 수 있도록 수속광을 분리하여 주는 것이다.

또한 주광검출기(40)는 웨이브 가이드(22)에서 반사된 수속광이 집광되어 알에프 신호와 트래킹 에러신호를 출력하는 것이다.

그리고 제 1에러 검출기(46) 및 제 2에러 검출기(48)는 상기 분리격자(24)에 의해 분리되어 상기 웨이브 가이드(22)로 도파된 레이저 광이 집광되어 포커스 에러 신호를 출력하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(10)에서 광의 진행방향에 대하여 입사면에 수직으로 위상에 조정된 레이저 광이 도파관 광학소자(20) 측으로 조사된다.

그리고 방출된 레이저 광은 도파관 광학소자(20)의 측사면에 증착된 유전체 다층막(21)에 조사되어 광 디스크(D) 측으로 반사된다. 즉, 유전체 다층막(21)에 조사된 레이저 광은 입사면에 수직으로 진행하기 때문에 도파관 광학소자(20) 내측으로 투과되지 못하고 반사되는 것이다.

또한 도파관 광학소자(20)로부터 반사된 레이저 광은 파장판(35)을 통과하는데, 파장판(35)을 통과하는 레이저 광은 직선편광에서 원편광으로 위상 변화가 일어난다.

이와 같이 파장판(35)을 통과한 원편광의 레이저 광은 대물렌즈(30)에 의해 광 디스크(D)에 집광되고, 집광된 레이저 광은 광 디스크(D)에 형성된 피트의 유무에 따라 그대로 반사되거나 변조되어 회절된다.

즉, 피트가 없는 곳에 입사된 레이저 광은 반사되어 대물렌즈(30)에 대부분이 회귀되나, 피트가 있는 곳에서는 위상 지연이 발생하여 파장간에 상호 간섭에 의해 회귀되는 레이저 광량이 감소하게 되어 이런 광량의 차이로 신호를 검출하는 것이다.

그리고 이와 같이 변조된 레이저 광은 그 회절정도에 따라 0차, ±1차, ±2차, ..등의 다차회절광으로 회절 및 산란되는데, 이 회절차수는 광의 변조량이 동일하게 수반되어 각각의 회절차수로 배분 및 산란되므로 다차회절광 모두가 개별적으로 변조된 회절광으로써 광정보가 수반되는 것이다. 또한 레이저 광에서 종래 0차의 회절광이 대물렌즈(32)로의 귀환입사광량은 30 % 가량 된다.

그리고 대물렌즈(30)를 경유한 회절광은 다시 파장판(35)을 통과하면서 원편광에서 직선편광으로 위상의 변화가 발생한다. 이때, 광 디스크(D)에서 반사되는 회절광은 방향이 반대로 된다. 예컨데, 좌회 원편광이 입사되면 우회 원편광으로 반사되기 때문에, 다시 파장판(35)을 통과한 후 직선편광으로 변환된 회절광의 편광 방향은 입사광의 편광 방향과 수직을 이루는 것이다.

그리고 파장판(35)을 통과한 회절광은 도파관 광학소자(20)의 유전체 다층막(21)으로 조사되어 굴절된 후 일정 광경로를 유지하면서 도파관 광학소자(20) 내측에서 광량의 손실없이 도파된다.

또한 광 디스크(D)로 부터 반사된 회절광이 유전체 다층막(21)을 투과하는 이유는, 상기에서 언급한 것과 같이 광 디스크(D)로 입사되는 레이저 광의 위상방향이 수직으로 변하여 입사면에 평행하게 되었기 때문에, 유전체 다층막(21)에서 반사되지 않고 투과 되는 것이다.

그리고 상기와 같이 도파관 광학소자(20) 내측에서 전도되는 레이저 광은 굴절되어 분리격자(24)로 조사된다.

또한 분리격자(24)로 조사된 레이저 광은 분리격자(24)에 의해 그 일부가 웨이브 가이드(22) 내로 도파되는데, 이는 도파관 광학소자(20) 내측의 굴절율(ηi)과 웨이브 가이드(22)의 굴절율(ηt) 및 입사각에 따라 도파되는 광량이 결정된다.

그리하여 상기와 같이 웨이브 가이드(22) 내측으로 도파된 레이저 광은 제 1에러 광검출기(46) 및 제 2에러 광검출기(48)로 집광되어 포커스 에러 신호를 전용으로 검출한다. 이와 같은 포커스 에러 신호는 레이저 광이 광 디스크(D)의 피트상에 정확히 집속되었는가를 검출하고, 검출된 포커스 에러 신호는 미도시된 회로계로 전달된 후 포커스 액츄에이터의 코일을 구동한다.

그리고 포커스 에러 신호(FES; Focus Error Signal)는 제 1에러 광검출기(46)에서 검출된 포커스 에러(FEPD1; Focus Error Photo Diode 1)와 제 2에러 광검출기(48)에 검출된 포커스 에러(FEPD2; Focus Error Photo Diode 2)의 연산에 의해 얻어진다.

또한 웨이브 가이드(22)의 설치면에서 반사되는 레이저 광은 도파관 광학소자(20)의 측벽에 설치된 주광검출기(40)에 집광되어 전기적 신호로 변환되고, 이와 같은 전기적 신호는 증폭되어 알에프 신호와 트래킹 에러 신호로 검출된다.

그리고 트래킹 에러 신호는 광 디스크(D)에 집속된 광 스폿이 정확하게 트랙을 추종하고 있는가를 검출하고, 검출된 트래킹 에러 신호는 미도시된 회로계로 전달된 후 트래킹 액츄에이터의 코일을 구동한다.

즉, 광픽업 장치의 액츄에이터가 대물렌즈 홀더를 레이디얼 방향과 광축방향으로 미세하게 구동시켜 레이저 광의 트래킹과 포커싱이 정확히 유지되게 하는 것이다.

이와 같이 본 고안은, 일정한 매질로부터 통과 광량이 결정되는 웨이브 가이드(22)로부터 광을 분리하여 제 1에러 광검출기(46) 및 제 2에러 광검출기(48)로 집광시킴으로서 에러 전용신호를 검출 및 출력하여 에러신호의 검출도가 향상되는 것이다.

본 고안인 웨이브 가이드형 광픽업 장치는, 광 디스크에서 회절·간섭되는 레이저 광을 웨이브 가이드(22)를 통하여 에러전용의 신호를 재생하여 다수의 광 검출기에 각각의 레이저 광이 수광되므로 에러신호의 감도가 향상되어 광픽업 장치의 신뢰성이 향상되는 효과가 있는 것이다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 일정파장의 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드(10);

   도파관 광학소자(20)의 일측 사면에 증착되어, 상기 레이저 다이오드(10)에서 방출된 상기 레이저 광을 반사시키고, 광 디스크(D)로부터 귀환되는 상기 레이저 광을 투과시키는 유전체 다층막(21);

   상기 도파관 광학소자(20)로부터 반사된 상기 레이저 광을 원편광으로 위상 변환시키고, 상기 광 디스크(D)로부터 귀환되는 레이저 광을 직선편광으로 위상 변화시키는 파장판(35);

   상기 파장판(35)을 통과한 상기 레이저 광을 상기 광 디스크(D)에 집광시키고, 상기 광 디스크(D)에서 반사되는 상기 레이저 광을 상기 도파관 광학소자(20)에 수속시키는 대물렌즈(30);

   상기 유전체 다층막(21)을 통과한 상기 레이저 광이 상기 도파관 광학소자(20)의 사면에 의해 굴절되는 경로상에 설치되어, 상기 레이저 광의 일부를 반사시키고 일부를 도파시키는 웨이브 가이드(22);

   상기 웨이브 가이드(22)에 설치되어, 상기 레이저 광을 분리하는 분리격자(24);

   상기 웨이브 가이드(22)에서 반사된 상기 레이저 광이 집광되어 재생 신호 및 트래킹 에러 신호를 검출하는 주광검출기(40); 및

   상기 분리격자(24)에서 분리된 상기 레이저 광이 집광되어 포커싱 에러 신호를 출력하는 제 1에러 광검출기(46) 및 제 2에러 광검출기(48)로 이루어 진 것을 특징으로 하는 웨이브 가이드형 광픽업 장치.