KR20060130900A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR20060130900A
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 2개 이상의 플레이트 빔 스플리터(Plate beam splitter)를 적용할 경우 출사 빔의 수차를 최소화시켜 줄 수 있도록 한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광 픽업장치는, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2 레이저 다이오드와; 광 경로 절환을 위해 광 경로 상에 위치하며, 각 레이저 다이오드로부터 발생되는 빔을 편광 방향에 따라 각각 투과 또는 반사시키는 제 1 및 제 2플레이트 빔 스플리터와; 상기 제 1레이저 다이오드로부터 출사된 빔이 제 1플레이트 빔 스플리터를 투과할 때 발생되는 수차를 보상하기 위해 상기 제 1레이저 다이오드와 제 1플레이트 빔 스플리터 사이에 설치된 토릭 렌즈와; 상기 출사 빔의 경로를 대물렌즈 방향으로 변경하는 경로 전환수단 및 상기 빔을 평행화 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
레이저 다이오드, 플레이트 빔 스플리터, 수차, 토릭렌즈

Description

광 픽업 장치{Optical pick-up apparatus}
도 1은 종래 큐빅 프리즘을 이용한 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 2는 종래 플레이트 빔 스플리터를 이용한 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 3은 종래 두 개의 큐빅 프리즘을 이용한 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 4는 종래 큐빅 프리즘 및 플레이트 빔 스플리터를 이용한 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 플레이트 빔 스플리터에서의 코마수차 및 비점수차를 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명에서 토릭렌즈를 사용한 경우의 출사광의 광 품질을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201,211...레이저 다이오드 202...LD 윈도우
203,212...그레이팅 소자 204...토릭렌즈
205,213...플레이트 빔 스플리터 206...반사미러
207...콜리메이터 렌즈 208....대물렌즈
209...디스크 214...센서렌즈
215...광검출기
본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 플레이트 빔 스플리터(Plate beam splitter)에서 발생되는 수차를 감소시켜 줄 수 있도록 한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광 픽업 장치는 제한된 공간에서 레이저 다이오드에서 발생된 빔을 디스크 상에 초점 맺히도록 광 경로를 바꾸어 주는 광 경로 전환수단이 구비되는데, 상기 광 경로 전환수단은 빔의 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 특성을 갖고 있으며, 통상적으로 큐빅 프리즘(cubic prism) 및/또는 플레이트 빔 스플리터(Plate beam splitter)로 구성된다.
종래의 광 픽업 장치의 광 경로 전환수단은 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 한 개의 레이저 다이오드(101)를 사용하는 경우이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 경로 상에 큐빅 프리즘(Cubic prism)(107)을 구성한 것이며, 상기 큐빅 프리즘(107)은 레이저 다이오드(101)로부터 발생되는 광원의 경로를 대물렌즈 방향으로 반사시키고, 디스크로부터 반사된 반사광 빔의 경로를 광검출기(PDIC)(121)로 집광될 수 있도록 투과시켜 준다.
도 2는 상기의 큐빅 프리즘 대신에, 플레이트 빔 스플리터(Plate beam Splitter)(117)를 사용하여 광 경로를 레이저 다이오드(102)로부터 발생된 광빔을 디스크 방향으로 전환시키고 다시 반사광빔을 광검출기(121)의 방향으로 전환시켜 준다.
한편, 레이저 다이오드를 두 개 사용하는 경우 즉, DVD 플레이어, 콤보(COMBO), DVD 기록계 등의 픽업에서는 레이저 다이오드에서 출사한 빔의 경로를 바꾸어 주는 방법으로 큐빅 프리즘을 두 개 사용하거나, 큐빅 프리즘 한 개와 빔 스플리터 한 개를 조합하여 사용하거나, 두 개의 빔 스플리터를 사용하는 경우가 있다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저 다이오드(101,102)를 사용하는 경우이다. 두 개의 레이저 다이오드(101,102)를 사용하게 되므로 광빔을 각각 디스크 방향으로 반사시켜 주기 위해서 두 개의 광 경로 전환수단이 필요하게 된다. 즉, 도 3과 같이 큐빅 프리즘(107a)(107b)을 두 개를 사용하거나, 도 4와 같이 한 개의 큐빅 프리즘(107)과 한 개의 플레이트 빔 스플리터(117)를 사용할 수도 있다.
상기 상기 플레이트 빔 스플리터(117)는 제 2레이저 다이오드(102)에서 콜리메이터 렌즈(collimator lens) 사이의 수렴 또는 발산광의 영역(즉, 대물렌즈 방향으로 진행)에 구성될 경우 상기와 같이 코마수차(sagittal coma) 와 비점수차(astigmatism)가 발생된다. 이에 따라 종래의 플레이트 빔 스플리터(117)는 수광계 즉, 광검출기(121)로 빔이 집속되는 구간에 적용하여 사용하게 된다.
여기서, 큐빅 프리즘는 고가인데 반해, 수차(코마수차, 비점수차) 발생이 없 기 때문에 많이 이용되고 있다. 상기 코마수차는 구면수차 때문에 생기는 수차의 일종으로 렌즈의 중심부를 지나서 생긴 상은 렌즈의 바깥부분을 지나서 생기는 상 보다 작기 때문에 크기가 조금 다른 상이 겹쳐져서 나오는 수차이다. 즉, 물체의 한 점에서 렌즈의 광 축에 평행이 아닌 비스듬한 사광선이 입사되면 렌즈가 구멍이기 때문에 결상 면에 한 점으로 맺히지 않고 혜성이 고리 모양 형태의 흐름이 나타난다. 사광선에 의한 구면수차의 일종이다.
그리고, 비점수차는 렌즈 제조시 렌즈의 전면이 정확한 구면을 이루지 않을 때 생기는 현상으로 비점수차가 있는 렌즈의 상은 찌그러져 있다. 즉, 입사된 사광선이 수직 방향성분과 수평방향 성분이 각기 다른 지점에 상을 맺히게 된다. 조리개를 조이면 착락원이 작아지게 되므로 착락원의 감소에 의해 약간의 수정을 할 수 있다.
그리고, 상기 플레이트 빔 스플리터의 경우 수렴 또는 발산하는 빔이 수직 입사시에는 수차가 발생하지 않지만, 플레이트에 비스듬히 수렴 또는 발산하는 빔이 입사할 경우에는 코마 수차와 비점 수차가 발생하기 때문에, 레이저 다이오드에서 콜리메이터 렌즈(미도시)를 통해 대물렌즈까지 이동하는 빔의 수렴 또는 발산광의 영역에서는 기울어진 플레이트 빔 스플리터를 구성하지 않게 된다.
그러나, 레이저 다이오드를 사용하는 광 픽업에서는 기구적인 구속 조건 때문에 기울이전 플레이트 빔 스플리터가 필수적이므로, 상기와 같은 수차를 감소시키는 광학계가 필요하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 큐빅 프리즘을 사용하지 않고 플레이트 빔 스플리트만을 이용하여 2개 이상의 레이저 다이오드를 사용하는 광학계에 적용할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 2 개 이상의 레이저 다이오드로부터 출사된 빔 중 특정 플레이트 빔 스플리터를 투과되는 빔으로부터 발생되는 수차를 보상하기 위해 레이저 다이오드와 상기 플레이트 빔 스플리트 사이에 토릭렌즈를 구성함으로써, 상기 플레이트 빔 스플리트를 투과할 때 발생되는 빔의 수차를 보상하여 출사빔의 품질을 확보할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 광 픽업장치는,
서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2 레이저 다이오드와;
광 경로 절환을 위해 광 경로 상에 위치하며, 각 레이저 다이오드로부터 발생되는 빔을 편광 방향에 따라 각각 투과 또는 반사시키는 제 1 및 제 2플레이트 빔 스플리터와;
상기 제 1레이저 다이오드로부터 출사된 빔이 제 1플레이트 빔 스플리터를 투과할 때 발생되는 수차를 보상하기 위해 상기 제 1레이저 다이오드와 제 1플레이트 빔 스플리터 사이에 설치된 토릭 렌즈와;
상기 출사 빔의 경로를 대물렌즈 방향으로 변경하는 경로 전환수단 및 상기 빔을 평행화 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2플레이트 빔 스플리터는 광 축에 대해 일정 각도 경사지게 설치된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5를 참조하면, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2레이저 다이오드(201,211)와; 각 레이저 다이오드(201,211)의 출사측에 설치된 제 1 및 제 2그레이팅(grating) 소자(203,212)와; 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반사시켜 주며 광 경로 상에서 광 축으로부터 경사지게 설치된 제 1 및 제 2플레이터 빔 스플리터(205,214)와; 제 1 레이저 다이오드(201) 및 제 1 플레이트 빔 스플리터(205) 사이에 설치되어 상기 제 1플레이트 빔 스플리터(205)를 투과할 때 발생되는 수차를 보상하는 토릭 렌즈(Toric lens)(204)와; 빔을 대물렌즈 방향으로 경로를 전환하는 반사미러(206)와; 상기 반사된 빔을 평행화된 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(207)와; 상기 콜리메이터 렌즈(207)에 의해 평행화된 빔을 디스크(209)에 조사하는 대물렌즈(208)와; 상기 반사광빔을 광 검출기(215)에 집광하는 센서렌즈(214)를 포함하는 구성이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광 픽업 장치는 두 개의 레이저 다이오드(201,211)를 사용하고 있으며, 하나의 레이저 다이오드는 CD LD이며, 다른 하나는 DVD LD로 구성할 수도 있다. 그리고, 각각의 레이저 다이오드(201,211)로부터 발생된 빔의 경로를 변경하기 위해 두 개의 경사진 플레이트 빔 스플리터(205,213)를 사용하고 있다.
제 1레이저 다이오드(201)로부터 발생된 빔은 제 1그레이팅 소자(203)에 의해 3개의 빔으로 분광되며, 상기 제 1그레이팅 소자(203)에서 출사된 빔은 토릭렌즈(Toric lens)(204)를 통해 경사진 제 1플레이트 빔 스플리터(205)를 투과하게 된다. 상기 제 1플레이트 빔 스플리터(205)는 광 축으로부터 45도 경사지게 설치된다.
여기서, 토릭 렌즈(203)는 상기 제 1레이저 다이오드(201)에서 발생된 빔이 출사되어 경사진 제 1플레이트 빔 스플리터(205)를 투과할 때 발생되는 수차를 보상해 주게 된다. 즉, 출사빔이 제 1플레이트 빔 스플리터(205)를 투과할 때 발생되는 수차(코마수차, 비점수차)를 예측하고, 그 예측된 수차에 상응하는 값을 토릭렌즈(204)에서 보상해 주게 된다. 상기 토릭 렌즈(204)는 수차를 보상할 뿐만 아니라 NA(numerical aperture)를 짧게 가져갈 수 있도록 볼록렌즈 특성을 갖게 되므로, 광 효율을 증대시켜 줄 수 있다.
여기서, 플레이트 빔 스플리터(205)에서의 비점수차와 코마수차는 도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트 빔 스플리터(205)를 통과하는 빔은 코마 수차와 비점 수차가 발생되는데, 코마 수차(sagittal coma)는 수학식 1로 구해지며, 비점수차(astigmatism)는 수학식 2로 구해진다.
Figure 112005030473411-PAT00001
Figure 112005030473411-PAT00002
여기서, Up는 플레이트의 법선, 즉 플레이트의 수직인 면과 입사광선중 주광선(Chief Ray)이 이루는 각도이며, U는 플레이트를 통과한 후의 주 광선(Chief Ray)과 가장자리 광선(Marginal Ray)이 이루는 각도이며, t는 플레이트의 두께, N은 플레이트를 구성하는 재질의 굴절율, ls'는 Sagittal Focal Length, lt'는 Tangential Focal Length이다. 이러한 비점수차와 코마수차 문제를 해결하기 위해서, 빔이 투과되는 플레이트 빔 스플리터(205)의 입사측에 토릭 렌즈(204)를 구성해 주게 되므로, 상기 비점수차와 코마수차를 보상해 줄 수 있다.
그리고, 제 1레이저 다이오드(201)와 제 1그레이팅 소자(203 사이에 설치된 LD 윈도우(202)는 제 1레이저 다이오드(201)에 먼지가 인입되는 것을 방지해 준다.
상기 제 1플레이트 빔 스플레트(205)를 투과한 빔은 반사미러(206)에 의해 대물렌즈(208) 방향으로 반사된 후, 콜리메이터 렌즈(207)에 의해 평행화된 빔으로 변환되고, 대물렌즈(208)를 통해 디스크(209)에 조사된다.
그리고, 상기 디스크(209)로부터 반사된 빔은 역 경로로 대물렌즈(208), 콜리메이터 렌즈(207), 반사미러(206), 제 1플레이터 빔 스플리터(205)에 입사되며, 제 1플레이트 빔 스플리터(205)는 반사광빔을 반사하게 되며, 반사된 빔은 제 2플 레이트 빔 스플리터(213)를 투과하여 센서렌즈(214)에 의해 광 검출기(215)에 집광됨으로써, 전기적 신호로 검출된다.
여기서, 상기 제 1레이저 다이오드(201)의 위치에 제 2레이저 다이오드가 위치하더라도, 제 1플레이트 빔 스플리터(205)에 의해 수차가 발생되므로, 제 1플레이트 빔 스플리터(205)에 의해 발생된 수차를 토릭렌즈(204)를 이용하여 감소시켜 줄 수 있다.
한편, 제 2레이저 다이오드(211)로부터 발생되는 빔은 제 2그레이팅 소자(211)에 의해 3개의 빔으로 분광되며, 상기 제 2그레이팅 소자(211)를 통과한 빔은 제 2플레이트 빔 스플리터(213)에 의해 반사되며, 반사된 빔은 제 1플레이트 빔 스플리터(205)에 의해 반사되어 반사미러(206), 콜리메이터 렌즈(207), 대물렌즈(208)를 통해 디스크(209)에 조사된다. 그리고 디스크(209)에서 반사된 빔은 역 경로를 따라 상기의 광 검출기(215)에 집광되어 전기적 신호로 검출된다.
도 7은 본 발명에서 토릭 렌즈를 사용한 경우의 대물렌즈 출사광의 광 품질을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, WFE(Wave Front Error) RMS=0.042λ로서, 광 품질이 향상된다.
이와 같이 광 픽업 장치에서 고가의 큐빅 프리즘을 사용하지 않고 저가인 두 개의 플레이트 빔 스플리터를 경사진 구조로 채용함으로써, 레이저 다이오드를 배치하는 기구적인 문제를 해결하고, 수차를 최소화시켜 주어, 코마 및 비점 수차가 만족할 수 있는 광학계를 제공해 준다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 의하면, 2개 이상의 레이저 다이오드를 이용하는 광학계에 고가의 큐빅 프리즘을 사용하지 않고, 저가의 플레이트 빔 스플리터만을 이용할 경우 발생되는 수차를 최소화시켜 줌으로써, 대물렌즈 출사 빔의 품질을 확보하고 저가의 광 픽업 장치를 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2 레이저 다이오드와;
    광 경로 절환을 위해 광 경로 상에 위치하며, 각 레이저 다이오드로부터 발생되는 빔을 편광 방향에 따라 각각 투과 또는 반사시키는 제 1 및 제 2플레이트 빔 스플리터와;
    상기 제 1레이저 다이오드로부터 출사된 빔이 제 1플레이트 빔 스플리터를 투과할 때 발생되는 수차를 보상하기 위해 상기 제 1레이저 다이오드와 제 1플레이트 빔 스플리터 사이에 설치된 토릭 렌즈와;
    상기 출사 빔의 경로를 대물렌즈 방향으로 변경하는 경로 전환수단 및 상기 빔을 평행화 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2플레이트 빔 스플리터는 광 축에 대해 일정 각도 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
KR1020050049225A 2005-06-09 2005-06-09 광 픽업 장치 KR20060130900A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190044158A (ko) * 2017-10-20 2019-04-30 전자부품연구원 라이다 장치 및 이를 포함하는 라이다 시스템

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