KR20070060602A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR20070060602A
KR20070060602A KR1020050120366A KR20050120366A KR20070060602A KR 20070060602 A KR20070060602 A KR 20070060602A KR 1020050120366 A KR1020050120366 A KR 1020050120366A KR 20050120366 A KR20050120366 A KR 20050120366A KR 20070060602 A KR20070060602 A KR 20070060602A
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Abstract

본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 광 경로 상에 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키기 위해, 위상 코팅을 이용한 웨이브 플레이트 일체형 렌즈를 구비한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광 픽업장치는, 하나 이상의 광원을 이용하여 디스크를 액세스하기 위한 광 픽업 장치에 있어서, 광의 경로 상에, 입사되는 빔을 평행 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈; 상기 콜리메이터 렌즈에 상기 평행 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키는 위상 지연 수단이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
레이저 다이오드, 콜리메이터 렌즈, 웨이브 플레이트

Description

광 픽업 장치{Optical pick-up apparatus}
도 1은 종래 광 픽업 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 사시도.
도 3은 종래 및 본 발명의 콜리메이터 렌즈의 비교를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 위상 코팅막의 형성 및 지연 원리를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201,202...레이저 다이오드 203...보상렌즈
205,218...그레이팅 렌즈 206,217...빔 스플리터
208...콜리메이터 렌즈 208a...위상 코팅막
211...반사미러 213...대물렌즈
219...센서렌즈 221...광 검출기
223...모니터 광 검출기
본 발명은 광 픽업 장치에 있어서, 특히 광 경로 상에 빔의 편광 방향에 따 라 위상을 지연시키기 위해, 위상 코팅을 이용한 웨이브 플레이트 일체형 렌즈를 구비한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
오늘날, 데이터의 디지털(digital)화, 대용량화 등에 의하여 저장 매체가 테이프(tape)에서 디스크로 바뀌고 있고, 또한 디스크에 데이터를 저장하는 기록 밀도를 높임으로써 디스크의 저장 용량을 크게하고 있다. 따라서, 광원으로 사용되는 레이저 다이오드가 780nm의 파장을 갖는 컴팩트 디스크(CD: Compact Disc)에서, 최근에는 대용량화의 차원에서 650nm, 400nm의 파장에 적합한 디스크들이 개발되고 있다. 이에 따라, 상기 디스크에 정보를 기록하고 재생하는 광 픽업 장치는 하위 호환성의 차원에서 저장 밀도가 다른 디스크들에 동시 적용될 수 있도록 다양하게 개발되고 있다.
또한, 최근 여러 가지 새로운 디스크 기록 장치들 예를 들면 DVD, HD, BD 등이 나오고 이러한 기록 장치들이 점점 고속화 고밀도화되고 있으며, 디스크 면의 기록되는 피트(PIT)와 트랙 피치(track pitch)도 점점 작아지고 좁아지고 있다. 이에 따라, 디스크 면에 직접 데이터를 읽고 쓰는 광 픽업 장치도 디스크 면에 더욱 더 민감하게 반응하고, 대응할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
도 1은 종래 개략적인 광 픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, CD계열 광빔을 발생하는 제 1레이저 다이오드(101)와, DVD계열 광 빔을 발생하는 제 2레이저 다이오드(102)와, 빔의 수차를 보정하기 위한 보정렌즈(103)와, 상기 발생된 빔을 분할하는 그레이팅 소자(105,118)와, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사 빔을 투과 또는 반사시키는 제 1, 제2 빔 스플리터(107)(117)와, 입사 빔을 평행하게 하는 콜리메이터 렌즈(108)와, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 원 편광으로 변환하는 QWP(Quarter Wave Plate)(109)와, 광 경로 상에서 입사빔을 디스크 방향으로 전환하는 반사미러(111)와, 입사되는 빔을 디스크(115)에 조사하는 대물렌즈(113)와, 센서렌즈(119), 광 검출기(121), 모니터 광 검출기(MPD)(123)를 포함하는 구성이다.
이러한 종래의 광 픽업 장치에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 이종 광 디스크용 광 픽업 장치는 제 1레이저 다이오드(101)에서 발생되는 광 빔의 파장은 780nm이고 편광 방향은 S파이며, 제 2레이저 다이오드(103)에서 발생되는 광빔의 파장은 635-650nm이고 편광 방향은 P파에 해당한다. 여기서, 780nm은 CD-R용 파장이고, 635-650nm는 DVD용 파장이다.
이를 위해서, CD계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우와, DVD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우는 나누어서 설명한다.
제 1레이저 다이오드(101)에서 발생된 광 빔은 보정렌즈(103)를 통과하면서 수차가 보정되고, 그레이팅 소자(103)를 통해 여러 개의 빔으로 분할된 후 제 1빔 스플리터(107)에 입사되어 반사된다. 상기 제 1빔 스플리터(107)로부터 반사된 빔은 콜리메이터 렌즈(108)에서 평행 빔으로 변환되고, QWP(109)에서 원 편광으로 변환된다. 여기서, 상기 그레이팅 소자는 빛의 회절 현상을 이용하여 보강 및 상쇄 간섭으로 빔을 3빔으로 분할하는 광 소자이다. 상기 QWP(109)는 입사되는 빔을 P파와 S파와의 지연을 통한 원 편광으로 만들어 준다.
상기 원 편광으로 변환된 광 빔은 반사미러(111)에 의해 디스크 방향으로 반사되고, 대물렌즈(113)를 통해 디스크(115)에 조사된다. 즉, 대물렌즈(113)는 콜리메이터 렌즈(111)로부터의 평행 빔을 광 디스크 즉, CD 정보 기록면에 집광시켜 준다.
한편, 제 2레이저 다이오드(102)에서 발생된 광 빔은 그레이팅 소자(118)를 통해 여러 개의 빔으로 분할되고, 제 2빔 스플리터(117)에 입사되어 반사되고, 제 1빔 스플리터(107)에 투과된 후 콜리메이터 렌즈(108)에서 평행 빔으로 변환되고, QWP(109)를 거치면서 원 편광으로 변환된다.
상기 원 편광으로 변환된 빔은 반사 미러(111)를 통해서 직각으로 반사되어, 대물렌즈(113)에 입사되며, 대물렌즈(113)는 광 디스크 즉, DVD 정보 기록면에 집광시켜 준다.
이와 같이, 광 디스크 상에 집광된 광 빔은 다시 역 경로로 반사되는데, 반사되는 광 빔은 대물렌즈(113), 반사 미러(111), 콜리메이터 렌즈(108), 제 1 빔 스플리터(107), 제 2빔 스플리터(117)를 거쳐서 센서렌즈(119)에 입사된다. 그러면, 센서렌즈(119)는 반사되는 빔의 구면 수차를 보정한 후 광 검출기(PD)(121)의 표면에 집광시켜 준다. 광 검출기(PD)(121)는 집광된 광 빔을 전기적 신호로 변환하여, 고주파 신호, 포커스 에러신호, 트랙킹 에러 신호가 얻도록 한다.
그리고, 모니터 광 검출기(123)는 각 디스크의 기록 또는 재생을 위해 디스크에 조사되는 광 파워를 계산하기 위해 광 경로 상에 지나는 광 파워를 검출하게 된다.
그러나, 종래에는 광 경로 상에 웨이브 플레이트로서, QWP 및 HWP(Half Wave Plate)를 사용하게 되는데, 이러한 QWP 및 HWP를 다른 광학 부품과 분리하여 독립적으로 구성할 경우 광학 공간을 차지하게 되고, 접착 등의 공정이 추가되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키는 수단을 광 경로 상의 특정 렌즈에 일체로 구성함으로써, 광 픽업의 공간 확보 및 공정 단축을 제공할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 콜리메이터 렌즈의 출사면에 위상 지연 수단을 코팅을 통해 구현함으로써, 평행 빔에 대해 QWP 또는 HWP 기능을 통해 위상 지연시켜 줄 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 광 픽업장치는,
하나 이상의 광원을 이용하여 디스크를 액세스하기 위한 광 픽업 장치에 있어서,
광의 경로 상에, 입사되는 빔을 평행 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈; 상기 콜리메이터 렌즈에 상기 평행 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키는 위상 지연 수단이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상 지연 수단은 콜리메이터렌즈의 출사면에 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상 변환 수단은 입사 빔의 편광 방향을 90도 위상 지연시키는 QWP(Quarter Wave Plate) 위상 코팅막인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상 변환 수단은 입사 빔의 편광 방향을 180도 위상 지연시키는 HWP (Half Wave Plate) 위상 코팅막인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 콜리메이터 렌즈는 광학 경로 상에서 입사되는 빔을 디스크 방향으로 반사시켜 주는 반사수단의 입사측 또는 출사측에 배치된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제1, 제2레이저 다이오드(201,202)와, 빔의 수차를 보정하기 위한 보정렌즈(203)와, 상기 발생된 빔을 분할하는 그레이팅 소자(205,218)와, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사 빔을 투과 또는 반사시키는 제 1, 제2 빔 스플리터(207)(217)와, 입사 빔을 평행하게 변환한 후 위상 지연시켜 출사시키는 콜리메이터 렌즈(208)와, 광 경로 상에서 입사빔을 디스크 방향으로 전환하는 반사미러(211)와, 입사되는 빔을 디스크(215)에 조사하는 대물렌즈(213)와, 센서렌즈(219), 광 검출기(221), 모니터 광 검출기(MPD)(223) 를 포함하는 구성이다.
상기 콜리메이터 렌즈(208)에는 출사면에는 렌즈 자체에서 변환된 평행 빔에 대해 위상 지연시키는 웨이브 플레이트(wave plate)로서 위상 코팅막(208a)이 일체로 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 광 픽업 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 이종 광 디스크용 광 픽업 장치는 제 1레이저 다이오드(201)에서 발생되는 광 빔의 파장은 예를 들면, 780nm이고 편광 방향은 S파이며, 제 2레이저 다이오드(103)에서 발생되는 광빔의 파장은 예를 들면, 635-650nm이고 편광 방향은 P파에 해당한다. 여기서, 780nm은 CD-R용 파장이고, 635-650nm는 DVD용 파장이다. 다른 예로서, 서로 다른 광원으로서, DVD/HD, DVD/BD 등으로 구성할 수 도 있다. 본 발명의 설명의 편의를 위해서, 서로 다른 광원의 예로서 이하에서는, CD계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우와, DVD 계열 광 디스크의 기록 및 재생하는 경우는 나누어서 설명한다.
제 1레이저 다이오드(201)에서 발생된 광 빔은 보정렌즈(203)를 통과하면서 수차가 보정되고, 그레이팅 소자(203)를 통해 여러 개의 빔으로 분할된 후 제 1빔 스플리터(207)에 입사되어 반사된다. 상기 제 1빔 스플리터(207)로부터 반사된 빔은 콜리메이터 렌즈(208)에서 평행 빔으로 변환된 후 편광 방향에 따라 위상 지연되어 출사된다. 여기서, 상기 그레이팅 소자는 빛의 회절 현상을 이용하여 보강 및 상쇄 간섭으로 빔을 3빔으로 분할하는 광 소자이다.
상기 콜리메인터 렌즈는 입사 빔을 평행 빔으로 변환하고, 그 변환된 빔에 대해 편광 방향에 따라 위상 지연시켜 주게 된다. 이를 위해 콜리메이터 렌즈(208)에는 출사면에 위상 코팅막(208a)이 형성된다.
상기 위상 코팅막(208a)은 입사 빔의 편광 방향에 따라 90도 지연 또는 180도 지연시켜 주는 웨이브 플레이트(Wave plate) 역할을 수행하게 된다. 즉, 광 픽업 시스템에 따라 위상 코팅막(208a)이 QWP 또는 HWP 기능을 수행하게 된다. 예컨대, 상기 위상 코팅막(208a)이 QWP로 구성될 경우 입사 편광을 90도 지연시켜 원 편광으로 변환시키고, HWP로 구성될 경우 입사 편광을 180도 지연시켜 준다. 여기서, QWP(Quarter Wave Plate) 코팅막은 입사되는 평행 빔의 편광 방향을 90도 지연시켜 주어 P파와 S파와의 지연을 통한 원 편광으로 만들어 주며, 이러한 QWP 코팅막을 두 번 통과할 경우 위상이 180도 지연된다. 그리고, HWP(Half Wave Plate) 코팅막은 입사되는 평행 빔의 편광 방향을 180도 지연시켜 준다.
이러한 웨이브 플레이트를 이용하여, 디스크에 입사되는 레이저빔은 상변화형 광 디스크의 경우에는 원편광된 빔으로, 광자기형 광 디스크의 경우에는 선편광된 빔으로 입사되어야 한다. 또한 광자기형 광 디스크의 경우에는 반사빔의 위상을 조절할 수 있어야 한다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 종래에는 도 3의 (a)와 같이 콜리메이터 렌즈(108)와 QWP(109)를 분리하여 독립적인 공간상에 설치하였으나, 본 발명은 도 3의 (b)와 같이 콜리메이터 렌즈(208)의 출사면에 웨이브 플레이트 역할을 수행하는 위상 코팅막(208a)을 일체로 구성함으로써, 평행 빔에 대해 위상 지연을 수행할 수 있다.
이러한 위상 코팅막은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 코팅 시료 입자의 증발을 통해 서브스트레이트(substrate)(208b) 상에 코팅 시료의 입자(208c)가 증착된다. 이때, 서브스트레이트(208b)에 증착되는 코팅 시료 입자(208c)는 기울어진 형태의 기둥 구조로 형성된다. 여기서, 서브 스트레이트는 콜리메이트 렌즈이나 투명렌즈 또는 기판 등이 될 수도 있다.
즉, 콜리메이터 렌즈의 출사면에는 코팅 매질의 증발된 입자가 서브스트레이트(substrate)(208b)에 수직이 아닌 임의의 각도를 가지고 칼럼(column) 구조가 형성될 수 있도록 증착된다.
여기서, 위상 지연의 정도는 박막을 형성할 때 사용되는 매질의 굴절율, 다공성(Porosity), 칼럼(column) 구조의 각도, 두께 등에 의해 결정된다. QWP와 HWP의 두께 차이는 1/4 파장의 정수배 만큼 차이가 나며, QWP는 P파와 S파의 위상차가 1/4 파장만큼 유지하도록 만들어지며, HWP는 P파와 S파의 위상차가 1/2 파장만큼 유지하도록 만들어진다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 위상 코팅막(208a)은 도면에 보이는 코팅 면으로서, 이에 수직으로 빔이 통과하게 된다. n1은 수직 방향 굴절율이며, n2는 수평 방향 굴절율이다. 즉, 위상 지연이 발생하는 원인은 수직 방향과 수평 방향의 굴절율이 달라져 나타나게 된다.
이와 같이, 콜리메이터 렌즈(208)에서 평행한 위상 지연된 빔은 반사미러(211)에 의해 디스크 방향으로 반사되고, 대물렌즈(213)를 통해 디스크(215)에 조 사된다. 즉, 대물렌즈(213)는 콜리메이터 렌즈(211)로부터의 평행 빔을 광 디스크 즉, CD 정보 기록면에 집광시켜 준다.
한편, 제 2레이저 다이오드(202)에서 발생된 광 빔은 그레이팅 소자(218)를 통해 여러 개의 빔으로 분할되고, 제 2빔 스플리터(217)에 입사되어 반사되고, 제 1빔 스플리터(207)에 투과된 후 콜리메이터 렌즈(208)에서 평행 빔으로 변환된 후 위상 코팅막에 의해 90도 또는 180도의 위상이 지연되어 출사된다.
상기 위상 지연된 평행 빔은 반사 미러(211)를 통해서 직각으로 반사되어, 대물렌즈(213)에 입사되며, 대물렌즈(213)는 광 디스크 즉, DVD 정보 기록면에 집광시켜 준다.
이와 같이, 광 디스크 상에 집광된 광 빔은 다시 역 경로로 반사되는데, 반사되는 광 빔은 대물렌즈(213), 반사 미러(211), 콜리메이터 렌즈(208), 제 1 빔 스플리터(207), 제 2빔 스플리터(217)를 거쳐서 센서렌즈(219)에 입사된다. 그러면, 센서렌즈(219)는 반사되는 빔의 구면 수차를 보정한 후 광 검출기(PD)(221)의 표면에 집광시켜 준다. 광 검출기(PD)(221)는 집광된 광 빔을 전기적 신호로 변환하여, 고주파 신호, 포커스 에러신호, 트랙킹 에러 신호가 얻도록 한다.
여기서, 콜리메이터 렌즈(208)에 반사되는 광빔은 위상 코팅막(208a)에 의해 위상 지연이 발생된 후, 통과하게 된다. 이때, 위상 코팅막(208a)에 입사되는 빔은 디스크 방향으로 진행할 때 위상 지연이 발생된 빔으로서, 상기 위상 코팅막(208a)에 의해 다시 90도 또는 180도 만큼 위상 지연된다.
그리고, 모니터 광 검출기(223)는 각 디스크의 기록 또는 재생을 위해 디스 크에 조사되는 광 파워를 계산하기 위해 광 경로 상에 지나는 광 파워를 검출하게 된다.
본 발명의 도 2는 이종 광 디스크용 광 픽업 장치를 제시하였으나, 본 발명은 단일 광원을 이용한 광학계 즉, CD 광학계 또는 DVD 광학계 등에 적용할 수도 있고, 복수개의 광원을 이용한 광학계 즉, CD/DVD 광학계, DVD/HD 광학계 등에도 적용할 수 있다.
또한 본 발명의 도 2에는 콜리메이터 렌즈가 제 1빔 스플리터와 반사 미러 사이에 배치되었으나, 광학 경로의 임의의 위치에 배치할 수도 있다. 예를 들면, 반사미러와 대물렌즈 사이에 위치시킬 수도 있고, 단일 광학계일 경우 레이저 다이오드와 빔 스플리터 사이에 배치시킬 수도 있다. 또한 빔 스플리터를 편광 빔 스플리터 또는 큐빅 프리즘 등으로 구현할 수도 있다.
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, 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키는 위상 코팅막을 광의 경로에 위치하는 특정 렌즈에 일체로 구성함으로써, 광학 공간 확보, 공정 단축의 효과가 있다.
또한 광학 시스템에 따라 콜리메이터 렌즈의 출사면에 형성된 위상 코팅막을 이용하여 QWP 또는 HWP로 사용할 수 있어, 위상 지연 기능의 구현을 편리하게 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 하나 이상의 광원을 이용하여 디스크를 액세스하기 위한 광 픽업 장치에 있어서,
    광의 경로 상에, 입사되는 빔을 평행 빔으로 변환하는 콜리메이터 렌즈; 상기 콜리메이터 렌즈에 상기 평행 빔의 편광 방향에 따라 위상을 지연시키는 위상 지연 수단이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 지연 수단은 콜리메이터렌즈의 출사면에 형성된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 변환 수단은 입사 빔의 편광 방향을 90도 위상 지연시키는 QWP(Quarter Wave Plate) 위상 코팅막인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 변환 수단은 입사 빔의 편광 방향을 180도 위상 지연시키는 HWP (Half Wave Plate) 위상 코팅막인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈는 광학 경로 상에서 입사되는 빔을 디스크 방향으로 반사시켜 주는 반사수단의 입사측 또는 출사측에 배치된 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101249543B1 (ko) * 2010-12-16 2013-04-05 방주광학 주식회사 위상지연소자와 결합된 복합 시준렌즈 및 그 제조방법

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