KR980011159A - 편광 적응형 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치 - Google Patents

편광 적응형 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광빔의 편광방향에 따라 개구수를 가변하여 이종 광디스크용 광픽업 장치의 구성를 간소화 할 수 있는 편광 적응형 대물렌즈에 관한 것이다.
상기 편광 적응형 대물렌즈는 광빔을 집광하기 위한 렌즈부와, 광빔의 편광특성에 따라 광빔을 선택적으로 상기 렌즈부쪽으로 투과시키도록 상기 렌즈부의 표면에 링형상으로 형성된 편광물질막을 구비한다.

Description

편광 적응형 대물렌즈 및 그를 이용한 광픽업 장치
제1도는 종래의 광픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 광픽업 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 평광 적응형 대물렌즈를 도시하는 도면.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 12 : 광원 2 : 회절격자
3, 15 : 빔 스프리터 4, 16 : 시준렌즈
5 : 대물렌즈 6, 20 : 광디스크
7, 17 : 센서렌즈 8, 14 : 광검출기
9, 18 : 액정판넬 10 : 편광판
11, 19 : 액츄에이터 13 : 편광 적응형 대물렌즈.
본 발명은 광빔을 접속하는 대물렌즈에 관한 것으로, 특히 광빔의 편광방향에 따라 개구수가 변화되는 적응형 대물렌즈와 그를 이용한 광픽업 장치에 관한 것이다.
최근, 광디스크는 기록용량을 증가시키기 위한 꾸준한 개발 노력에 의해 기존의 컴팩트 디스크(Compact Disk; 이하 "CD"라 함)보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지털 비디오 디스크(Digital Video Disk; 이하 "DVD"라 함)가 개발되었다. DVD는 CD에 비하여 기록밀도(즉, 트랙 밀도)가 조밀할 뿐만 아니라 디스크의 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다. 실제로, DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 0.6mm인 반면에 CD는 1.2mm이다. 이로 인하여, DVD용 광픽업장치는 CD에 정보를 기록/재생하기 곤란하며, 이는 광디스크에서의 표면 및 정보 기록면간의 거리가 변화함으로 인한 구면수차와, 광디스크의 틸팅(Tilting)으로 인한 코마수차 및 디포커수에 의한 비점수차 등이 발생하는 것에 기인한다.
구면수차는 정보 기록 매체 영역에 의한 광빔의 메인 로브의 세기가 정보 기록 매체 이외의 영역에 의한 사이드 로브의 세기에 비해 상대적으로 커지게 하여 정보 트랙간의 간섭 현상을 발생시킨다. 그리고 코마수차 및 비점수차등을 광학계를 불안정하게 하여 광학 특성을 저하시킨다. 이러한 구면수차(SA), 코마수차(CA) 및 비점수차(DA)는
SA＝(??d/8)·(n2－1)/n3)·NA4(식1)
CA＝(△d/2)·(n2－1)Sinθ Cosθ/(n2－Sin2θ)5/2)·NA3(식2)
DA＝(1/4√3)·NA²·△Z (식3)
로 표현되고, 여기서 △d는 광디스크에서의 표현 및 정보 기록면간의 거리의 변화, n은 굴절률, NA는 대물렌즈의 개구수, △Z는 디포커스 량, θ는 광디스크의 틸트 정도이다.
상기 (식1)에서 광디스크의 굴절률(n)이 1.54이고, 광빔의 파장(λ)이 0.65μm이고, 대물렌즈의 개구율이 0.6이고, 광디스크의 표면 및 정보 기록면과의 거리가 0.6mm인 경우, 무수차계를 이루는 광픽업 장치가 대물렌즈의 개구율을 그대로 유지하면서 표면 및 정보 기록면과의 거리가 1.2mm인 CD를 재생할 때에 구면수차는 CD 및 DVD에서의 표면 및 정보 기록면과의 거리 차이인 0.6mm에 의해 파면수차 평균치인 0.43λ가 된다.
이와는 달리, 대물렌즈의 개구율을 0.35로 변경할 경우에 구면수차는 파면수차 평균치인 0.048λ가 되고, 디포커스에 의한 비점수차는 31.67λ에서 존재하지 않도록 보정되어 광학수차의 평가 기준인 0.07λ의 마샬 표준(Marechal's Criteron)이하가 된다.
또한, 상기 (식2)에서 광디스크의 틸트량에 대해서도 개구율의 변화에 의해 기존 CD보다 2배 이상의 허용도를 갖게 되어 광학계를 안정화 할 수 있다. 그러나, 개구율의 증가는 구면수차의 증가를 초래하고, 반대로 개구율의 감소는 광디스크에 조사되는 빔스폿(Beam Spot)이 커지게 한다. 결과적으로, 대물렌즈의
개구율의 변화는 신호 대 잡음 비율(S/N)의 변화를 초래한다. 따라서, 대물렌즈의 개구율은 0.25 ∼0.38 의 범위가 유용하다.
이상의 이론에 따라, 대물렌즈의 개구율은 대물렌즈에 입사되는 광빔의 직경을 조절하여 CD 및 DVD모두를 억세스할 수 있는 이종 광디스크용 광픽업 장치가 본원 출원인에 의한 특허출원 제95-39516호에 개시되었다. 특허출원 제 95-39516호에 개시된 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광빔의 광속을 대물렌즈에 도달전에 광빔의 일부를 편광시켜 대물렌즈의 개구수를 조절하였다. 이로 인하여, 종래의 광픽업 장치는 광빔의 일부를 광디스크에 따라 선택적으로 편과하기 위한 소자로 인하여 구성이 복잡하였다. 이러한 종래의 광픽업 장치의 단점을 첨부한 제1도를 참조하여 상세히 살펴보기도 하자.
제1도는 DVD에 정보를 기록/재생하는 종래의 광픽업 장치를 도시한다. 종래의 광픽업 장치는 광원(1)로부터의 광빔을 메인 광빔 및 두 개의 서브 광빔으로 분리하는 회절격자(Grating, 2)와, 광빔응 분산시키는 빔 스프리터(Beam Splitter, 3)과, 시준렌즈(Collimator, 4)로부터의 광빔을 광디스크(6)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(Object Lens, 5)를 구비한다. 메인 광빔은 광디스크(6)상의 정보를 억세스하기 위해 사용되고, 두 개의 서브 광빔들은 트래킹 서보((Tracking Servo)용으로 이용된다. 빔 스프리터(3)은 회절격자(2)로부터의 광빔을 시준렌즈(4)쪽으로 통과시킴과 아울러 시준렌즈(4)로부터 입사되는 광빔을 광검출기(Photo Detector, 8)쪽으로 반사시킨다. 시준렌즈($)는 빔 스프리터(3)으로부터 입사되는 광빔이 대물렌즈(5)쪽으로 평행하게 진행되도록 한다.
그리고 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치는 상기 빔 스프리터(3) 및 상기 광검출기(8) 사이에 설치된 센서렌즈(Sensor Lens, 7)와, 상기 광원 및 빔상기 대물렌즈(6) 및 빔 스프리터(3) 사이에 배치된 편광판(10)을 추가로 구비한다. 센서 렌즈(7)은 광디스크(6)에 의해 반사되어 대물렌즈(6), 편광판(10), 액정 판넬(9) 및 빔 스프리터(3)을 경유한 반사 광빔을 광검출기(8)의 표면에 접속시킨다. 광검출기(8)은 대물렌즈(5), 시준렌즈(4) 및 빔 스프리터(3)을 경유하여 입사되는 광디스크(6)로부터의 반사 광빔을 전기적신호로 변환한다. 액정판넬(9)은 광디스크의 종류(즉, CD 또는 DVD)에 따라 광원(1)으로부터 빔 스프리터(3)를 경유하여 입사되는 광빔의 편광 방향을 변경시킨다. 편광판(10)은 액정 판넬(9)로부터 입사되는 광빔의 편광 방향에 따라 일부 또는 전부를 대물렌즈(6)쪽으로 통과시켜 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절한다. 이를 위하여, 편광판(10)은 편광방향과 무관하게 광빔을 통과시키는 중앙의 비편광영역과 편광방향에 따라 광빔을 선택적으로 편광시키는 가장자리의 편광영역으로 구분된다. 결과적으로, 액정 패널(9) 및 편광판(10)은 대물렌즈(6)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절하는 광 셔터의 기능을 한다. 이를 다시 설명하면, 광빔의 선속경이 감소된 경우에 대물렌즈(6)는 0.35의 개구수를 유지하는 반면에 광빔의 선속경이 원래의 상태를 유지할 경우에는 대물렌즈(6)는 0.6의 개구수를 유지하게 된다. 그리고 상기 편광판(10)은 대물렌즈(6)와 함께 액츄에이터(11)에 의해 수평 및 수직방향으로 이동되도록 액츄에이터(11)에 설치된다.
상기한 바와 같이, 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광원과 대물렌즈 사이에 광빔의 일부를 선택적으로 편광시키는 편광판을 설치하여 대물렌즈의 개구수를 조절함으로서 구조가 복잡하였다. 그리고 종래의 이종 광디스크용 광픽업 장치는 편광판이 대물렌즈와 함께 액츄에이터에 구동되도록 되어 있어 액츄에이터의 구동부하를 가중시키는 단점을 안고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광빔의 편광특성에 따라 개구수가 가변되는 편광 적응형 대물렌즈를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이종의 광디스크들을 억세스할 수 있고 구성이 간소화된 광픽업 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 편광 적응형 대물렌즈는 광빔을 집광하기 위한 렌즈부와, 광빔의 편광특성에 따라 광빔을 선택적으로 상기 렌즈부쪽으로 부과시키도록 상기 렌즈부의 표면에 링형상으로 형성된 편광물질막을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광디스크의 표면에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 광원 및 광디스크 사이에 위치하여 광디스크쪽으로 입사될 광빔의 편광방향을 광디스크의 종류에 따라 선택적으로 변화시키는 액정판넬과, 액정판넬로부터의 광빔의 편광특성에 따라 상이한 개구수를 유지하여 이종의 광디스크들의 표면에 광빔을 정확하게 집광시키는 편광 적응형 대물렌즈를 구비한다.
상기 목적들외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도를 참조하면, 광디스크(20)에 조사될 광빔을 발생하는 광원(12)과, 광디스크(20) 및 광원(12) 사이에 위치하는 편광 적응형 대물렌즈(13)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치가 도시되어 있다. 편광 적응형 대물렌즈(13)는 광원(12)으로부터의 광빔을 그 편광방향에 따라 광디스크(20)의 제1또는 제2정보 기록면(20A 또는 20B)에 집광시킨다. 제1정보 기록면(20A)은 DVD의 정보 기록면이고 제2정보 기록면(20B)는 CD의 정보 기록면이고, 제2정보 기록면(20B)는 제1정보 기록면(20A)보다 광디스크(20)의 표면으로부터 0.6mm 더 떨어지도록 위치한다. 이를 위하여, 편광 적응형 대물렌즈(13)은 입사광빔의 편광특성에 따라 개구수가 조절되도록 제3도에 도시된 바와 같이 구성된다.
제3도에 있어서, 편광 적응형 대물렌즈(13)는 광빔의 입사면의 가장자리 영역에 편광물질막(13B)이 도포된 렌즈부(13A)를 구비한다. 편광물질막(13B)는 광빔을 그 편광특성에 따라 선택적으로 통과시킨다. 예를 들어, 편광 물질막(13B)가 투과방향과 수직인 선편광 광빔을 흡수하는 물질입자로 형성된 경우에 편광물질막(13B)는 선편광 광빔이 광디스크쪽으로 도달되지 않도록 흡수하는 반면에 투과방향과 평행한 선편광 광빔은 렌즈부(13A)을 경유하여 광디스크(20)쪽으로 진행되도록 통과시킨다. 렌즈부(13A)는 광빔이 입사면 전체에 거쳐 입사되는 경우 0.6의 개구수를 유지하게 되어 광빔이 광디스크(20)의 제1정보 기록면(20A)에 집광되도록 한다. 그리고 렌즈부(13A)은 광빔이 입사면의 중앙부쪽으로만 입사되는 경우에는 0.35의 개구수를 유지하여 광빔이 광디스크(20)의 제2정보 기록면(20B)에 집광되도록 한다. 결과적으로, 편광물질막(13B)는 입사광빔의 편광특성에 따라 선택적으로 통과시켜 불록거울의 개구수를 조절하는 역할을 담당한다. 그리고 편광물질막(13B)는 신장된 은 입자를 코팅함에 의해 형성된다.
다시 제2도로 되돌아 가면, 상기 이종 광디스크용 광픽업 장치는 상기 광원(12) 및 상기 편광 적응형 대물렌즈(13) 사이에 나란하게 설치된 시준렌즈(16) 및 빔 스프리터(15)와, 광검출기(14) 및 빔 스프리터(15) 사이에 설치된 센서렌즈(27)를 구비한다. 광검출기(14)는 광디스크(20)의 정보 기록면(20A, 20B)에 의해 반사되어 편광 적응형 대물렌즈(13), 빔 스프리터(15) 및 센서렌즈(17)를 경유하여 입사되는 반사 광빔을 전기적 신호로 변환한다. 시준렌즈(16)는 광원(12)으로부터의 분산되는 광빔이 편행하게 빔 스프리터(15)쪽으로 진행하도록 한다. 빔 스프리터(15)는 시준렌즈(16)으로부터의 광빔을 편광 적응형 대물렌즈(13)쪽으로 통과시킴과 아울러 편광 적응형 대물렌즈(13)으로부터 입사되는 반사 광빔을 센서렌즈(17)쪽으로 반사시킨다. 센서렌즈(17)는 빔 스프리터(15)로부터의 반사 광빔을 광검출기(14)의 표면에 집광시킨다. 시준렌즈(16) 및 센서렌즈(17)는 편광 적응형 대물렌즈(13)가 포커스 및 드래킹 서보로 인하여 수평 및 수직방향에서 이동함에 따라 저하되는 반사 광빔의 감도를 일정한 수준으로 향상시킨다.
그리고 상기 이종 광디스크용 광픽업 장치는 상기 광원(12) 및 상기 시준렌즈(16) 사이에 위치한 액정 판넬(18)과, 상기 편광 적응형 대물렌즈(13)를 수평 및 수직방향에서 이동시키기 위한 액츄에이터(19)를 추가로 구비한다. 액정판넬(18)는 광디스크의 종류에 따라 광원(12)으로부터의 광빔의 편광특성을 선택적으로 변화시킨다. 이를 상세히 하면, 액정판넬(18)는 광디스크(20)가 CD인 경우에 광원(12)으로부터의 광빔의 편광특성을 선편광(또는 원편광)에서 원편광(또는 선편광)방향으로 변경시켜 편광 적응형 대물렌즈(13)가 작은 개구수(0.35)를 유지하도록 한다. 이 때, 광빔은 광디스크(20)의 제2정보 기록면(20B)가 DVD인 경우에 액정판넬(18)은 광원(12)으로부터의 광빔을 그대로 시준렌즈(20)가 DVD인 경우에 액정판넬(18)은 광원(12)으로부터의 광빔을 그대로 시준렌즈(16)쪽으로 통과시켜 편광 적응형 대물렌즈(13)가 큰 개수구(0.6)를 유지하도록 한다. 이 때, 광빔은 광디스크(20)의 제1정보 기록면(20A)에 집광되어 DVD가 정확하게 억세스되도록 한다. 액츄에이터(19)는 편광 적응형 대물렌즈(13)를 수직 및 수평 방향에서 이동시켜
광빔의 초점이 광디스크(20)의 정보 기록면(20A 또는 20B)상에 형성되도록함과 아울러 광빔이 정보기록면(20A 또는 20B)을 정확하게 따라 가도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 광빔의 편광특성에 따라 개구수가 자동 조절되는 편광 적응형 대물렌즈와 광디스크의 종류에 따라 광빔의 편광특성을 선택적으로 변경시키는 CD 및 DVD와 같은 이종의 광디스크들을 정확하게 억세스할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 이종 광디스크용 광픽업 장치는 편광판을 제거하여 구성을 간소화 할 수 있는 이점을 제공하며 아울러 액츄에이터의 구동부하를 경감시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (9)

  1. 광빔을 집광하기 위한 렌즈부와, 광빔의 편광특성에 따라 광빔을 선택적으로 상기 렌즈부쪽으로 투과시키도록 상기 렌즈부의 표면에 링형상으로 형성된 편광물질막을 구비한 것을 특징으로 하는 편광 적응형 대물렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광물질막은 투과방향과 평행한 선편광의 광빔을 투과시키고 투과방향과 수직한 선편광의 광빔을 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 편광적응형 대물렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈부는 투과방향과 평행한 선편광의 광빔에 대하여 0.6의 개구수를 유지하는 것을 특징으로 하는 편광 적응형 대물렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편광 물질막은 원편광의 광빔을 투과시키고 선편광의 광빔은 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 편광 적응형 대물렌즈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 렌즈부는 원편광의 광빔에 대하여 0.6의 개구수를 유지하는 것을 특징으로 하는 편광 적응형 대물렌즈.
  6. 제2항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 편광물질막은 유전체를 다층 코팅함에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 편광 적응형 대물렌즈.
  7. 광디스크의 표면에 조사될 광빔를 발생하는 광원과, 상기 광원 및 상기 광디스크 사이에 위치하여 상기 광디스크쪽으로 입사될 광빔의 편광방향을 광디스크의 종류에 따라 선택적으로 변화시키는 액정판넬과, 상기 액정판넬로부터의 광빔의 편광특성에 따라 상이한 개구수를 유지하여 이종의 광디스크들의 표면에 광빔을 정확하게 집광시키는 편광 적응형 대물렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광디스크에 의해 반사된 광빔을 전기적신호로 변환하는 광검출기와, 상기 광원, 편광 적응형 대물렌즈 및 광검출기 사이에 위치하여 광원으로부터의 광빔을 상기 편광 적응형 대물렌즈쪽으로 통과시킴과 아울러 상기 광디스크에 의해 반사되어 상기 편광 적응형 대물렌즈를 경유하여 입사되는 광빔을 상기 광검출기쪽으로 반시시키는 빔 스프리터를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 편광 적응형 대물렌즈를 수직 및 수평방향으로 이동시켜 광빔의 초점이 광디스크의 정보 기록 면상에 형성되도록 하고 광빔이 정보 기록면을 정확하게 추적하도록 하는 액츄에이터를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 이종 광디스크용 광픽업 장치.
    ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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