KR20050104289A - 광학 콤팩트 디스크의 판독 및 기록용 호환 픽업 헤드의광학 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 기구 제조 산업에 관한 것으로, 예컨대 CD 또는 DVD와 같은 다양하게 포맷된 광학 디스크의 판독 또는 기록용 호환 픽업 헤드의 광학 시스템 설계에 적용될 수 있다.

본 발명은 대수 방정식과 부등식을 이용하여 주요 초기 설계 변수의 가능한 범위를 결정한다.

Description

광학 콤팩트 디스크의 판독 및 기록용 호환 픽업 헤드의 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM OF COMBINED HEAD FOR READING AND RECORDING OF OPTICAL COMPACTS DISCS}

본 발명은 광학 기구 제조 산업에 관한 것으로, 예컨대 CD 또는 DVD와 같이 다양하게 포맷된 광학 디스크의 판독 또는 기록용 호환 광픽업 헤드의 광학 시스템 설계에 적용될 수 있다.

하나의 대물렌즈를 포함하는 픽업헤드를 이용하여 다양한 포맷의 광학 디스크의 판독 또는 기록이 가능한 호환형 픽업 헤드에 대해서는 공지되어 있다.

각 채널의 광학 시스템은 레이저 다이오드, 콜리메이팅 렌즈, 입방체 빔분할기, 평판 빔분할기, 미러 또는 그 밖의 유사한 소자들을 포함한다. 빔분할기 및 미러는 대물렌즈로 각 채널의 빔을 전달하며 대물렌즈 이후에는 어느 정도의 거리를 가지고 정보면을 포함한 디스크가 있다.

각각의 채널(예컨대, CD 또는 DVD)은 각각의 설계 변수를 가지며, 이들 매개 변수로서는 파장과, 디스크 및 대물 렌즈 굴절율과, 대물 렌즈 및 디스크 사이의 공기 간극과, 디스크 두께가 있으며 상기 변수는 최종적으로 공기 중에서의 특정한 개구수에 의하여 결정된다.

디스크의 판독 또는 기록 시 호환 픽업 대물렌즈는 각 채널에 대하여 동시에 디스크 두께 차에 의한 구면수차를 보상해야만 하나 각 채널에서의 판독 대물 렌즈의 수차 보정 조건은 서로 상이하며 이를 합성한다는 것을 매우 어려운 과정이다. 또한, 대물 렌즈의 높은 개구수와 고차의 비구면으로 인하여, 수차 계산은 상당한 시간을 요한다. 비구면 방정식 (1)은 -∞에서 +∞까지 변화될 수 있는 다항식 계수(α_n)과 원추계수(K)로 표현 할 수 있다.

z =(ρㆍh)/(1+√(1-(1+κ)ㆍρ²ㆍh)) + α₄ h² + α₆ h³ + α₈ h⁴ + α₁₀ h⁵ + α₁₂ h⁶ + α₁₄ h⁷

h² = x² + y²

주요 수차인 P,W와, 디스크 및 대물렌즈의 굴절률과, 대물 렌즈 및 디스크 사이의 공기 간극과, 파장의 적절한 선택은 설계에 있어 매우 중요하며 이러한 변수들의 적절한 조합을 통하여 수차의 보정이 가능하다. 그러나, 그 해를 찾기 위한 설계 변수의 범위는 매우 넓으며 호환형 대물렌즈의 설계를 아주 복잡하게 만들기 때문에 상용 광학 S/W를 적용 시에도 상당한 시간과 비용을 요구한다. 따라서, 모든 이와 같은 복잡한 수차 계산 작업과 최적의 초기 설계 변수의 선택을 위해서는 초기 광학 채널, 재료 및 대물 렌즈 형상,P,W의 주요 변수를 적절하게 선택하는 경우에만 가능하다.

본 발명에서는 상술한 단점을 해결하기 위해 대수 방정식과 부등식을 이용하여 모든 초기 설계변수의 가능한 범위를 제안한다. 이론적인 조합의 선택 영역을 상당히 감소시켜서 설계변수를 선택된 작은 범위에서 변경함으로써, 빠른 시간에 광역 최적점에 도달할 수 있는 해법을 제공한다.

각 채널에 대한 대물 렌즈의 재배치를 위하여 조건 (2)가 필요하다.

｜dv_DVD - dv_CD｜ < 0.3

이때, dv_DVD는 대물 렌즈와 DVD 디스크 사이의 공기 간극값이고, dv_CD는 대물 렌즈와 CD 디스크 사이의 공기 간극값이다.

3차 수차에서의 DVD 채널의 경우,

n_dvd*dSob + dSd = 0

-n_dvd*tgU1²*(Rob,osn + Kob,osn)*FS + d_{DVD _disc}*(1-1./n_dvd ²)*tgU1² = 0

Rob,osn + Kob,osn = d_{DVD _disc}*(1-1./n_dvd ²)/(n_dvd*FS) = Rob1

CD 채널의 경우,

n_dvd*dSob + dSd = 0

이므로

Rob + Kob = 2*d_{DVD _disc}*(1.-1./n_cd ²)/(n_cd*FS) = Rob2

따라서, 다음과 같다.

(Rob,osn + Kob,osn) = Rob1

(Rob + Kob) = Rob2

이때, 우측항은 알려져 있으며, 좌측항은 DVD 채널에 대해서는 α2_0 을 대입하여 표현된다.

Rob,osn = (n_dvd/(n_dvd-1)²)*((n_dvd+2)*α2_0²-(2*n _dvd+1)*α2_0+n_dvd)

Kob,osn = -eks_cd*(1-n_dvd*α2_0)³/(n_dvd-1)²

그리고, CD 채널에 대해서 α2와 β0를 대입하면,

Rob = (n_dvd/(n_dvd-1)²)*((n_dvd+2)*(1-β0)*α2² - (2*n_dvd+1)*(1-β0²)*α2 + ((1-β0³)*n_dvd)

α2 = (1-β0)*α2_0 + β0/n_dvd의 관계가 있으므로,

Rob = (n_dvd/(n_dvd-1)²)*((n_dvd+2)*(1-β0)*((1-β0)*α2_0 + β0/n_dvd)² - (2*n_dvd+1)*(1-β0²)*((1-β0)*α2_0 + β0/n_dvd)+ ((1-β0³)*n _dvd)

Kob = -eks_cd*(1-n_dvd*α2)³/(n_dvd-1)²

(5) 및 (6)의 시스템의 경우 다음과 같다.

Rob1 = (n_dvd/(n_dvd-1))²*(-eks_dvd*n_dvd*α2_0³ + (n_dvd+2)/n_dvd*α2_0² - (2*n_dvd+1)/n_dvd*α2_0 +1)

Rob2 = (n_dvd/(n_dvd-1))²*((n_dvd+2)*n_dvd)*(1-β0)*((1-β0)*α2_0 + β0/n_dvd)²

방정식 (7)의 시스템은 변수인 α2_0(DVD 채널에 있어서 대물 렌즈로의 보조광선의 경사각)과 β0(CD 채널에 있어서 판독 대물 렌즈의 선형 증가)에 따라 무한적으로 많은 해를 갖는다. 따라서, α2_0와 β0의 값들을 찾기 위해 부등식 (2)로서 제한을 가할 필요가 있다. 도1에 도시된 바와 같이, dv_DVD 및 dv_CD의 공기 간극은 방정식 (8) 및 (9)로부터 확인될 수 있다.

dv_DVD + d_{DVD _disc}/n_dvd = S'f_DVD

dv_DVD + 2*d_{DVD _disc}/n_cd = S'f_CD + Δz'

여기에서,

n_dvd = DVD 디스크의 굴절율

n_cd = CD 디스크의 굴절율

d_{DVD _disc} = DVD 디스크 두께

S'f_DVD = DVD 채널에서 대물 렌즈로의 후방초점거리

S'f_CD = CD 채널에서 대물 렌즈의 후방초점거리

Δz' = 광축을 따르는 판독 부위 위치의 변위로서 β0 증가를 감안한 추가 변위이며, Δz' = -f*β0

따라서, 본 발명에 의하여 호환형 픽업 대물 렌즈에 있어 초기 주요 설계변수의 선정과 설계 시간 감소로 인한 비용 절감이라는 결과를 얻게 된다.

도2는 CD 채널에 있어서 대물렌즈로의 보조광선의 경사각 α2로부터 공기 간극 dv_DVD와 dv_CD의 그래프 도표를 이용하여 a2에 대한 곡률 반경(r1)의 의존도를 나타낸 것으로 조건(2)를 실행함으로써 Δ_최적 영역에서의 α2_최적에 대한 최적값 선택의 일 예이다.

대수 방정식 및 부등식을 이용하여 호환형 픽업 대물렌즈의 주요 설계변수를 결정함으로써 빠른 시간에 광역 최적점에 도달할 수 있는 해법을 제시한다.

도1은 DVD채널과 CD채널을 도시한 도면.

도2는 CD 채널에 있어서 대물 렌즈로의 보조광선의 경사각 α2로부터 공기 간극 dv_DVD와 dv_CD의 그래프 도표를 이용하여 α2에 대한 곡률 반경(r1)의 의존도를 도시한 그래프.

Claims (1)

1. 방사 강도가 펌핑 시스템에 의해 제어되는 레이저(예컨대, 반도체)와,

   레이저 비임을 정형하기 위한 콜리메이팅 렌즈와,

   정보면 상에 레이저 비임 집속을 수행하는 단일 대물렌즈와,

   편평 경계변에 정보를 가지는 디스크를 포함하는 호환형 픽업의 광학 시스템에 있어 설계 시간의 저감 및 수차 계산의 단순화를 위해, 하기의 수식을 이용하여 주요 설계 변수가 결정되는 것을 특징으로 하는 호환형 픽업의 광학 시스템.

   ｜dv_DVD - dv_CD｜ < 0.3

   Rob1 = (n_dvd/(n_dvd-1))²*(-eks_dvd*n_dvd*α2_0³ + (n_dvd+2)/n_dvd*α2_0² - (2*n_dvd+1)/n_dvd*α2_0 +1)

   Rob2 = (n_dvd/(n_dvd-1))²*((n_dvd+2)*n_dvd)*(1-β0)*((1-β0)*α2_0 + β0/n_dvd)²

   (n_dvd = DVD 디스크의 굴절율, n_cd = CD 디스크의 굴절율, S'f_DVD = DVD 채널에서 대물 렌즈로의 후방초점거리, S'f_CD = CD 채널에서 대물 렌즈의 후방초점거리, α2_0 = DVD 채널에 있어서 대물 렌즈로의 보조광선의 경사각, β0 = 판독 대물 렌즈의 선형 증가, Δz' = β0 증가에 따른 광축으로의 추가 변위, P = 상면의 탈초점에 의존하는 대물 렌즈 매개 변수)