KR100447149B1

KR100447149B1 - 이종광디스크용광픽업장치

Info

Publication number: KR100447149B1
Application number: KR1019960075492A
Authority: KR
Inventors: 김철민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-12-28
Filing date: 1996-12-28
Publication date: 2004-11-06
Also published as: KR19980056227A

Abstract

서로 다른 기판 두께 및 파장을 갖는 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 파장을 발생하는 복수의 광원을 별도로 구성하고 상기 광원에서 발생하는 파장에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 빔 분리기와 투과 또는 반사되는 빔을 광 디스크의 정보 기록면에 집광시키는 대물렌즈를 하나의 구면 렌즈에 일체형으로 구성함으로써, 별도의 광학 장치 필요없이 동일 광 픽업으로 서로 다른 파장을 사용하는 CD 계열 광 디스크/DVD 계열 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능하고, 개구율 조절이 용이하여 광 픽업의 고속 및 경박단소화가 용이하며, 또한, DVD용 광빔은 콜리메이터 렌즈에 의해 평행광으로 만들어 상고 발생을 제거하고, 빔 분리면의 다이크로익 미러와 다이크로익 미러에서 반사되는 빔이 모이는 점이 항상 일정 관계를 유지하므로, 소정 각을 가지고 발생되는 CD-R용 광빔에 대해서도 상고가 발생하지 않아 트랙킹 및 포커싱시 수차가 없는 빔 스폿을 광 디스크의 해당 정보 기록면에 형성할 수 있다.

Description

이종 광 디스크용 광 픽업장치

본 발명은 서로 다른 기판 두께 및 파장을 갖는 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것으로서, 특히 다이크로익 미러가 코팅된 빔 분리 일체형 구면 대물렌즈와 두개의 광원을 이용하여 동일 광 픽업장치에서 콤팩트 디스크(Compact Disc ; CD)와 디지탈 다기능 디스크(Digital Versatile Disc ; DVD) 뿐만 아니라 기록 가능한 CD 즉, CD-R(Compact Disc Recordable)의 기록/재생 호환이 가능하도록 하는 어종 광 디스크용 광 픽업장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 광 픽업장치의 광학계 구성도로서, 백색광을 발생하는 광원(11), 상기 광원(11)에서 발생하는 광빔을 수직 방향으로 굴절시켜주는 구면 미러 프리즘(12), 상기 구면 미러 프리즘(12)으로부터 수직 굴절된 빔을 광 디스크(10)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(13)를 포함하여 구성된다.

이때, 광 검출기는 부피를 줄이기 위하여 광원내에 일체형으로 구성되어 있다고 가정한다.

이와같이 구성된 도 1에 의하면, 광원(11)에서 발생된 빔은 구면 미러 프리즘(12)의 곡면상에서 수직 각도로 반사되어 대물렌즈(13)로 입사된다.

상기 대물렌즈(13)는 수직 굴절되어 입사되는 광빔을 광 디스크(10)의 정보 기록면에 집광시켜 디스크(10)에 정보를 기록하거나 기록된 정보가 억세스되도록 한다.

그러나, 상기된 도 1은 광원(11)이 고정되어 있어서 대물렌즈가 디스크(10)의 정보를 억세스할 때 즉, 대물렌즈가 포커싱 및 트랙킹에 의해 상승하면 스폿 포인트가 상측에서 일정 높이를 나타내게 되는 DC 옵셋이 도 2에서와 같이 발생한다.

이는 기본 설계의 기준축(a1)에서 벗어나는 위치이므로 수차가 많은 빔 스폿이 되어 빔 질이 저하되는 상고가 발생하는 문제점이 있었다.

즉, 광원내의 광 검출기에 스폿이 설계 위치로 입사되지 않아 신호 검출이 불가능하게 된다.

따라서, 이를 해결하기 위하여 광원과 대물렌즈를 일체 구동형으로 실시하면 상고 발생의 문제점은 해결할 수 있으나 무게가 증가하고 길이가 길어져 박형과 고배속 픽업을 이룰수가 없다.

한편, DVD용 광 픽업에 사용되는 광원은 635∼650nm(가시광, 적색)의 파장을 갖는데, 동일한 플레이어에서 CD-R의 디스크를 동시에 읽어내기 위해서는 780nm(적외광)의 파장을 갖는 광원이 필요하다.

즉, CD-R의 경우 디스크의 매체가 시아닌(Cyanine ; 청색소) 염색물질을 사용하게 되는데, 이 염료는 780nm에서만 반사율을 갖게 되는 성질을 갖고 있다.

따라서, 반드시 780nm의 광원이 필요하게 되므로 DVD용 광원으로는 겸용할 수가 없다.

이때, CD는 780nm나 635∼650nm파장 모두에서 읽을 수 있다.

결국, CD-R을 겸용으로 사용하기 위해서는 CD-R용 광원과 DVD용 광원이 각각 필요하게 된다.

또한, DVD 플레이어에서 CD나 CD-R을 읽어내기 위해서는 대물렌즈의 개구율(NA)의 조절이 필요하다.

즉, CD/DVD 겸용인 경우에는 동일한 파장의 광원을 사용해도 되지만 디스크의 두께(예컨대, CD는 1.2um, DVD는 0.6um)가 다르기 때문에 구면수차가 달라지게 되어 이를 보정해야 할 필요가 있다.

예컨대, CD의 경우 요구되는 대물렌즈의 개구율(NA1)은 DVD의 경우 요구되는 개구율(NA2)보다 작아야 한다(NA2 > NA1).

따라서, 종래에는 이러한 CDR/CD/DVD 겸용을 위해 2개의 광원을 별도로 사용하고, 개구율을 조절하기 위해 DVD용 대물렌즈와 CD용 대물렌즈를 별도로 사용하는 트윈-렌즈 방식이 제안되어 있다.

그러나, 상기 트윈 렌즈 방식은 2개의 대물렌즈 및 이를 각각 구동하기 위한 별도의 광학 장치가 추가되어야 하므로 제품이 무겁고 복잡해져 경박단소가 어렵고 가격이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 파장을 갖는 광원을 별도로 구성하고 파장의 차이에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 빔 분리기와 디스크상의 한점에 광빔을 집광시키는 대물렌즈를 하나의 구면 렌즈로 일체화함으로써, 상고 발생을 방지하면서 서로 다른 파장을 갖는 광디스크의 기록/재생 호환이 가능하도록 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 파장에 따라 빔의 전체 또는 일부를 선택적으로 투과시키도록 빔 분리 일체형 대물렌즈를 설계함으로서, 대물렌즈의 개구율 조절이 용이하여 서로 다른 두께 및 기록밀도를 갖는 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능하도록 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치의 특징은, 제 1 파장의 빔을 발광하는 제 1 광원과, 상기 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빔을 발광하는 제 2 광원과, 제 1 또는 제 2 광원에서 발생되는 빔의 파장에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 빔 분리 수단과 파장 및 두께등이 상이한 광 디스크의 해당 표면에 광빔을 집광시키는 포커싱 수단이 하나의 렌즈에 일체형으로 구성되는 빔 분리 일체형 대물렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

도 1은 종래의 광 픽업장치의 광학계 구성도

도 2는 도 1에서 포커싱시 상고 발생의 예를 보여주는 광 픽업장치의 광학계 구성도

도 3은 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치의 광학계 구성도

도 4는 도 3에서 개구율 조절을 위해 빔 분리 영역의 소정 부분을 광학 코팅한 예를 보여주는 평면도

도 5는 도 3에서 평행광 및 비평행광에 의한 반사 경로를 보이는 도면

도 6은 도 3에서 광원과 광 검출기가 광원 패키지내에 일체형으로 구성되는 예를 보인 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 광 디스크

30a : 제 1 정보 기록면 30b : 제 2 정보 기록면

31 : 제 1 광원 32 : 콜리메이터 렌즈

33 : 제 2 광원 34 : 빔 분리 일체형 대물렌즈

34a : 빔 분리면 34b : 대물렌즈면

34c : 광학코팅 영역 34d : 비코팅 영역

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치의 광학계 구성도로서, DVD용 광빔을 발생하는 제 1 광원(31), CD-R용 광빔을 발생하는 제 2 광원(33), 상기 제 1, 제 2 광원(31,33)에서 발생하는 파장에 따라 발생된 광빔을 투과 또는 반사시켜 개구율을 조절하여 광 디스크(30)의 표면상의 한점에 집광시키는 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)로 구성된다.

이때, 상기 제 1 광원(31)과 빔 분리 일체형 대물렌즈(34) 사이에는 제 1 광원(31)에서 발생된 빔을 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)로 평행하게 진행시키는 콜리메이터(Collimator) 렌즈(32)가 설치되어 DVD용 광빔에 의한 상고 발생을 제거한다.

그리고, 상기 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)는 하나의 구면 렌즈로서, 구면이 빔 분리면(34a)과 대물렌즈면(34b)으로 구분된다.

즉, 제 1 또는 제 2 광원(31,33)에서 발생된 빔이 입사되는 면이 빔 분리면(34a)이고, 미러면(34e)에 의해 반사되는 광이 입사되는 면이 대물렌즈면(34b)이다.

이때, 상기 대물렌즈 곡면(34b)은 광빔이 디스크(30)의 한점에 집광되게 설계되고, 미러면(34e)은 편광의 방향에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 편광 빔 분리(Polarizing Beam Splitter ; PBS) 코팅이되어 있다고 가정한다.

그리고, 제 1 광원(31)과 제 2 광원(33)에서 발생된 빔이 같은 경로를 통해 디스크(30)로 입사되고, 입사되는 빔의 개구율 조절을 위해 빔 분리면(34a)에 선편광의 방향을 변환하는 λ/2판을 부착하고 이 λ/2판의 소정 부분에 CD-R용 파장은 반사시키는 광학 코팅을 한다.

즉, 특정한 파장, 예컨대, CO-R용 파장은 반사시키는 광학 코팅막을 도 4에서와 같이 CD용 개구율(NA=0.45)에 해당하는 부분(34c)에 형성함으로써 DVD용 파장은 빔 분리면(34a)의 광학 코팅영역(34c)과 비코팅 영역(34d)을 모두 투과하고, CD-R용 파장은 상기 광학 코팅막에 의해 입사경의 크기가 조절되므로 CD 계열의 광 디스크의 재생시에도 구면수차가 크지않아 적절한 재생이 가능해진다.

본 발명의 실시예에서 광학 코팅은 파장에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 다이크로익 미러로 코팅한다고 가정한다.

즉, CD 계열은 780nm, DVD 계열은 635-650nm의 파장을 사용하면, CD 계열의 경우 요구되는 개구율(NA)는 NA1=0.45이고, DVD 계열의 경우 요구되는 NA는 NA2=0.6이다.

이때, 촛점거리를 F라고 할때 CD 계열의 입사경은 D1=2·NA1·F가 필요하고, DVD의 입사경은 D2=2·NA2·F가 필요하며, D2 > D1이 된다.

따라서, 도 4에서와 같이 CD용 NA가 0.45인 경우에 해당하는 입사경(D1)의 영역(34c)에는 CD-R용 파장의 빔은 투과시키지 않고 반사시키는 다이크로익 미러를 코팅한다.

이때, 도 3에서 광 디스크(30)의 제 1 정보 기록면(30a)은 DVD의 정보기록면이고, 제 2 정보 기록면(30b)은 CD의 정보 기록면이며, 제 2 정보 기록면(30b)은 제 1 정보 기록면(30a)보다 광 디스크(30)의 표면으로부터 0.6mm 더 떨어지도록 위치한다.

한편, 이렇게 광 디스크(30)의 제 1 정보 기록면(30a) 또는 제 2 정보 기록면(30b)에 촛점이 맺힌 후 반사되는 빔은 반대의 경로를 거쳐 각각의 광 검출기로 입사된다.

이때, 광 검출기는 도 6에서와 같이 광원 패키지내에 일체형으로 구성되어 있다고 가정한다.

즉, 광원의 패키지 내에 레이저 다이오드(61)와 광 검출기(62)을 나란히 배치하고, 홀로그램(63)을 이용하여 광원 패키지 내로 입사되는 빔을 광 검출기(62) 쪽으로 회절시킨다.

이와같이 구성된 본 발명은 제 1 광원(31)에서 발생되는 광범의 파장은 DVD 계열의 광 디스크에 사용되는 635-650nm이고, 제 2 광원(33)에서 발생되는 광빔의 파장은 CD 계열 광 디스크에 사용되는 780nm이라고 가정한다.

그리고, 상기 제 1, 제 2 광원(31,33)에서 발광되는 서로 다른 파장의 빔의 선편광은 P파로 고정되어 있고, 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)의 미러면(34e)은 P파는 투과하고 S파를 반사하도록 PBS 코팅되어 있다고 가정한다.

또한, 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)의 빔 분리면(34a)은 λ/2판이 부착되고, CD-R용 파장의 광빔이 입사되는 λ/2판에 파장에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 다이크로익 미러가 코팅되며, 이 다이크로익 미러는 780nm 파장의 광은 반사시키고 635-650nm 파장의 광은 반사시키도록 코팅되어 있다고 가정한다.

여기서, 780nm은 CD-R용 파장이고, 635-650nm은 DVD용 파장이다.

이때, CD는 780nm나 635-650nm 모두로 읽을 수 있지만 본 발명에서는 CD-R/CD/DVD 겸용을 위해 780nm를 사용한다.

이하, DVD 계열 광 디스크의 기록/재생과 CD 계열 광 디스크의 기록/재생을 나누어서 설명한다.

i) DVD 계열 광 디스크

제 1 광원(31)에서 635-650nm 파장을 갖는 P파의 광빔이 콜리메이터 렌즈(32)에 의해 평행광이 되어 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)의 빔 분리면(34a)으로 입사된다.

이때, 빔 분리면(34a)의 광학 코팅 영역(34c)은 다이크로익 코팅 특성에 의해 635-650nm 파장의 광빔은 투과시키므로 빔 분리면(34a)으로 입사되는 DVD용 파장의 광빔은 비코팅 영역(34d)과 광학 코팅 영역(34c)을 모두 투과한다.

그리고, 상기 광학 코팅 영역(34c)과 비코팅 영역(34d)을 모두 투과하는 DVD용 광빔의 선편광은 P파이므로 λ/2판에 의해 S파로 변환되어 미러면(34e)으로 입사된다.

상기 미러면(34e)으로 입사되는 광빔의 선편광은 S파이므로 미러면(34e)에서 반사되어 대물렌즈면(34b)으로 입사된다.

따라서, 광빔의 선속경이 감소되지 않으므로 원래의 개구수(즉, 0.6)가 유지된다.

그러므로, 상기 대물렌즈면(34b)은 비코팅 영역(34d)과 광학 코팅영역(34c)을 모두 투과하는 광빔을 광 디스크(30)의 제 1 정보 기록면(30a) 즉, DVD의 정보 기록면에 정확하게 집광시켜 DVD에 정보를 기록하거나 기록된 정보가 억세스되도록한다.

여기서, DVD용 파장의 빔은 콜리메이터 렌즈(32)에 의해 평행빔화함으로써, 상고가 발생하지 않는다.

따라서, 수차가 없는 빔 스폿을 포커싱과 트랙킹시 광 디스크(30)의 제 1 정보 기록면(30a)에 형성시킬 수 있다.

한편, 상기 제 1 정보 기록면(30a)에서 반사되는 광빔은 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)를 통해 광원(31)으로 입사되는데 광원(31)은 도 6에서와 같이 레이저 다이오드(61)와 광 검출기(62)가 나란히 배치되어 있으므로 광원(61)으로 입사되는빔은 홀로그램(63)에 의해 회절되어 광 검출기(62)로 입사된다.

상기 광 검출기(62)는 입사되는 광빔을 전기적 신호로 변환하여 고주파 신호, 포커스 에러신호 및 트랙킹 에러신호가 얻어지도록 한다.

ii) CD 계열 광 디스크

제 2 광원(33)에서 780nm 파장을 갖는 P파의 광빔이 발생하여 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)의 미러면(34e)으로 입사된다.

여기서, 상기 미러면(34e)으로 입사되는 빔의 편광은 P파이므로 미러면(34e)을 통과하여 빔 분리면(34a)으로 입사되고, 빔 분리면(34a)의 광학 코팅 영역(34c)에서 다이크로익 코팅 특성에 의해 반사된 후 λ/2판에 의해 S파로 변환되어 미러면(34e)으로 다시 입사된다.

이때,상기 미러면(34e)으로 입사되는 광빔의 선편광은 S파로 변환되었으므로 미러면(34e)에서 반사되어 대물렌즈면(34b)으로 입사된다.

즉, 상기 대물렌즈면(34b)으로 입사되는 CD-R용 빔은 광학 코팅 영역(34c)에서 다이크로익 코팅 특성에 의해 반사되므로 광빔의 선속경이 감소된다.

광빔의 선속경이 감소된 경우 개구수가 CD 개구수(즉, 0.45)로 감소되므로 광학 코팅 영역(34c)을 반사하는 광빔이 대물렌즈면(34b)을 통해 광 디스크(30)의 제 2 정보 기록면(30b) 즉, CD의 정보 기록면에 정확하게 집광되고 따라서, CD 계열의 광 디스크에 정보를 기록하거나 기록된 정보가 억세스될 수 있다.

한편, 상기 제 2 정보 기록면(30b)에서 반사되는 광빔도 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)를 통해 광원(33)으로 입사되고, 광원(33)으로 입사되는 빔은홀로그램(63)에의해 회절되어 광 검출기(62)로 입사된다.

이때, 제 2 광원(33)에서 발생되는 빔이 도 5의 a와 같이 평행광이면 오목경으로 된 빔 분리면(34a)에서 반사되는 빔은 f점에 모이고, b와 같이 소정 각을 가지고 입사되는 빔이면 빔 분리면(34a)에서 반사되는 빔은 p점에 모인다.

여기서, p점은 항상 광측에서 f점과 R점 사이의 한점에 위치하며, f점은 오목경의 R의 1/2되는 점이다.

따라서, 빔 분리 일체형 대물렌즈(34)가 포커싱 동작등에 의해 상하로 움직여도 p점은 항상 광축에 위치하므로 상고가 생기지 않는다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 의하면, 서로 다른 파장을 발생하는 복수의 광원을 별도로 구성하고 상기 광원에서 발생하는 파장에 따라 빔을 투과 또는 반사시키는 빔 분리기와 투과 또는 반사되는 빔을 광 디스크의 정보 기록면에 집광시키는 대물렌즈를 하나의 구면 렌즈에 일체형으로 구성함으로써, 별도의 광학 장치가 필요없으므로 고속 및 박형의 동일 광 픽업으로 서로 다른 파장을 사용하는 CD 계열 광 디스크/DVD 계열 광 디스크의 기록/재생 호환이 가능해진다.

또한, 빔의 파장에 따라 빔의 전체 또는 일부를 선택적으로 투과시켜 대물렌즈의 개구수를 조절함으로써, 별도의 광학 부품이 필요없이 개구수 조절이 용이하므로 광 픽업장치의 경박단소화가 용이하다.

또한, DVD용 광빔은 콜리메이터 렌즈에 의해 평행광으로 만들어 상고 발생을 제거하고, 빔 분리면의 다이크로익 미러와 다이크로익 미러에서 반사되는 빔이 모이는 점이 항상 일정 관계를 유지하므로, 소정 각을 가지고 발생되는 CD-R용 광빔에 대해서도 상고가 발생하지 않아 트랙킹 및 포커싱시 수차가 없는 빔 스폿을 광 디스크의 해당 정보 기록면에 형성할 수 있다.

Claims

파장 및 두께가 상이한 광 디스크의 해당 표면에 광빔을 집광시키기 위한 이종 광 디스크용 광 픽업장치에 있어서,

제1파장의 빔을 발광하는 제1발광수단과,

상기 제1파장과 다른 제2파장의 빔을 발광하는 제2발광수단과,

편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키도록 광학 코팅되어 있는 미러면과 구면으로 구성되며, 상기 구면은 다시 제1, 제2발광수단에서 발생되어 입사되는 빔의 파장에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키는 빔 분리면과 상기 미러면에서 반사되는 빔을 광 디스크의 해당 표면에 집광시키는 대물렌즈면으로 구분되는 빔 분리 일체형 대물렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제1항에 있어서,

상기 제1발광수단에서 발생된 빔은 상기 빔 분리 일체형 대물렌즈의 빔 분리면을 통과하여 미러면으로 입사되고, 미러면에서 반사되는 빔이 대물렌즈면을 통해 광 디스크로 출사되는 광 경로로 진행됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제1항에 있어서,

상기 제2발광수단에서 발생된 빔은 상기 빔 분리 일체형 대물렌즈의 미러면을 통과하여 빔 분리면으로 입사된 후 미러면으로 반사되고, 미러면세서 반사되는 빔이 대물렌즈면을 통해 광 디스크로 출사되는 광 경로로 진행됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제1항에 있어서, 상기 빔 분리 일체형 대물렌즈의 빔 분리면은 선편광의 방향을 변환하는 λ/2판이 더 부착되고, 상기 λ/2판의 소정 영역에 광학 코팅막을 형성하여 입사되는 빔의 편광을 변환시킴과 동시에 입사빔의 파장에 따라 광학 코팅막으로 입사되는 빔을 반사 또는 투과시킴을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제4항에 있어서, 상기 광학 코팅막은

다이크로익 미러가 코팅되어 있음을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제4항에 있어서, 상기 광학 코팅막이 형성되는 영역은

CD용 개구율에 해당하는 영역임을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제1항에 있어서, 상기 빔 분리 일체형 대물렌즈의 미러면은

편광 방향에 따라 입사빔을 투과 또는 반사시키도록 광학 코팅되어 있음을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제1항에 있어서,

제1항에 있어서, 상기 제1, 제2발광수단에는

광 검출수단이 일체형으로 구성됨을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.
제8항에 있어서, 상기 제1, 제2발광수단은

광 디스크로부터 반사되는 빔을 홀로그램 소자로 회절시켜 광 검출수단으로 입사시킴을 특징으로 하는 이종 광 디스크용 광 픽업장치.