KR100224886B1 - 광픽업장치 - Google Patents

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KR100224886B1
KR100224886B1 KR1019960046351A KR19960046351A KR100224886B1 KR 100224886 B1 KR100224886 B1 KR 100224886B1 KR 1019960046351 A KR1019960046351 A KR 1019960046351A KR 19960046351 A KR19960046351 A KR 19960046351A KR 100224886 B1 KR100224886 B1 KR 100224886B1
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Abstract

기록매체에 정보를 기록 재생하기 위한 소형화된 광픽업장치가 개시되어 있다.
이 광픽업장치는 광원과, 입사광의 편광에 따라 그 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과, 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어 입사광을 수렴시켜 기록매체에 광스폿이 형성되도록 하는 대물렌즈와, 기록매체에서 반사된 광을 수광하여 오차신호 및 정보신호를 검출하는 광검출기를 포함하며, 광경로변환수단으로 입사광의 편광특성을 바꾸어주는 파장판과, 광원쪽에서 입사되는 광은 대물렌즈를 향하도록 반사시키고 기록매체쪽에서 입사되는 광은 광검출기로 향하도록 회절반사 시키는 편광홀로그램 반사판을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

광픽업장치{Optical pickup apparatus}
본 발명은 기록매체에 정보를 기록 재생하기 위한 광픽업장치에 관한 것으로서, 상세하게는 소형화된 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로 광픽업장치는 광원에서 출사된 광을 조사하여 기록매체에 영상이나 음향 또는 각종 정보를 기록/재생하기 위한 것이다. 기록매체로서는 카드, 테이프, 디스크 등 여러 형태가 있으나, 현재에는 예를 들면, 콤팩트 디스크(CD), 디지탈 비데오 디스크(DVD) 등으로 잘 알려진 디스크 형태가 주류를 이루고 있다.
디스크형 기록매체는 일정한 두께의 플라스틱 또는 유리로 된 투명매질과, 이 투명매질 위에 형성되어 정보가 수록되는 기록면을 가진다. 상기 대물렌즈에서 집속되는 광은 기록매체의 투명매질에서 굴절된 후 기록면에 맺히게 되고, 다시 반사되어 광픽업으로 되돌아가게 된다.
상기한 디스크형 기록매체의 기록밀도를 높이기 위한 방안으로 그 기록면에 맺히는 광스폿의 크기를 가능한 줄여야 하는데, 이를 위하여 일반적으로 광픽업장치는 개구수(NA; numerical aperture)가 큰 대물렌즈와, 파장이 짧은 광을 출사하는 광을 사용한다.
한편, 기록과 재생이 자유로운 자기기록재생장치의 편리를 감안하여 대용량의 비데오 정보 저장능력을 가지면서 그 정보를 마음대로 기록하고 재생할 수 있는 DVD-RAM(read and memory)의 개발이 시도되고 있다. 이 DVD-RAM은 주로 컴퓨터의 보조기억장치로 응용되고 있는데, 이를 위한 광픽업장치는 기록시에 높은 광 파워가 요구되기 때문에 고출력 레이저 다이오드의 채용이 필수적이다. 이는 재생시에는 10mW 내외의 광 파워로 디스크 정보를 읽는데 반해, 기록시에는 광파워를 10mW 이상으로 유지해야하기 때문이다. 따라서 DVD-RAM을 위한 광픽업에 있어서는 레이저 다이오드의 출력을 증대시키는 것과 함께 광효율을 극대화하는 것이 중요하다. 광효율의 극대화를 위하여는 편광빔스프리터와 파장판을 사용하는 방안이 일반화되어 있으나, 이 경우 통상의 재생전용인 컴팩트 디스크용 광픽업장치에 비교하여 볼 때 편광빔스프리터가 채용됨으로 그 무게가 증가된다. 반면, 보조기억장치는 고속 액세스 및 탐색 기능이 요구되므로, DVD-RAM용 광픽업장치에서는 광학부품의 크기와 수량 감축을 통해 소형 및 경량화 할 필요가 있다.
종래의 광픽업장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드(1), 입사되는 발산광을 평행광으로 바꾸어주는 콜리메이팅렌즈(4), 반사경(5), 편광홀로그램렌즈(6), 1/4파장판(7), 입사광을 집속시켜 디스크(9)에 광스폿이 맺히도록 하는 대물렌즈(8) 및 디스크(9)에서 반사된 광을 수광하는 광검출기(2)(3)로 구성된다.
여기서, 편광홀로그램 렌즈(6)는 회절패턴이 새겨져 있는 그레이팅(6a)과, 이 그레이팅(6a)에 형성된 교환영역(exchanged region)(6b)으로 구성된다. 상기 그레이팅(6a)은 복굴절 물질인 리튬니오베이츠(LiNbO_3)로 구성되며, 입사광은 이 그레이팅(6a)의 광축과 평행한 보통광선(ordinary ray)과, 평행하지 않은 특이광선(extraordinary ray)으로 나뉘어 출사된다. 상기 교환영역(6b)은 보통광선이 가지는 굴절률과 비슷한 굴절률의 양성자로 채워진다. 따라서, 입사광의 편광에 따른 회절효율을 달리할 수 있다.
이와 같이 종래에는 복굴절 매질의 특성을 이용한 편광홀로그램 렌즈를 사용하여 광픽업장치를 소형화한 것으로, 그 동작은 아래와 같다.
레이저 다이오드(1)에서는 직선편광의 광이 출사된다. 이 직선편광의 광은 콜리메이팅렌즈(4)에 의해 평행광으로 된 후 반사경(5)과 편광홀로그램 렌즈(6) 및 파장판(7)을 경유하여 대물렌즈(8)에 입사되는데, 그 1/4파장판(7)에 의하여 그 편파면이 90°회전되어 원편광으로 바뀐다. 이 원편광의 광은 대물렌즈(8)에 의해 집속되어 디스크(9)에 광스폿을 형성하고 반사되어 상기 대물렌즈(8)를 경유하여 1/4파장판(7)을 재투과함으로써 그 편광각도가 90° 더 회전된 직선편광의 광으로 바뀐다. 이때 되돌아오는 직선편광의 편파면은 입사하는 직선편광에 대해 180°회전된 것으로서, 편광홀로그램 렌즈(6)에 의하여 광검출기(2)(3)에 각각 수광된다.
이와 같이 종래에는 광검출기를 레이저 다이오드 가까이 배치할 수 있도록 편광홀로그램 렌즈를 사용함으로써 그 배치의 최적화에 의한 부피 축소를 통해 광픽업장치의 소형화를 이루고 있다. 그러나 종래의 소형화 광픽업장치는 그 편광홀로그램 렌즈에 있어서, 복굴절 매질 위에 이온 교환영역을 만들어 사용하므로 제작비가 증가하고, 그 제작공정이 까다로운 문제점을 안고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 저가이면서 제작이 간단한 형태의 소형화된 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 광픽업장치의 편광홀로그램 반사판의 그루브 깊이에 따른 회절효율을 나타낸 그래프.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광픽업장치의 편광홀로그램 반사판의 그루브 깊이에 따른 회절효율을 나타낸 그래프.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11...광원 12...광검출기
13...콜리메이팅렌즈 15...파장판
16...대물렌즈 17...광디스크
18...검출렌즈 20...편광홀로그램 반사판
21,23...그레이팅 22,25...반사박막
24...프리즘
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원과; 입사광의 편광에 따라 그 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과; 상기 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 입사광을 수렴시켜 상기 기록매체에 광스폿이 형성되도록 하는 대물렌즈와; 상기 기록매체에서 반사되고, 상기 대물렌즈와 상기 광경로변환수단을 경유한 광을 수광하여 오차신호 및 정보신호를 검출하는 광검출기를 포함하여 된 광픽업장치에 있어서, 상기 광검출기는 상기 광원 주변에 배치되고, 상기 광경로변환수단은 입사되는 직선편광의 광은 원편광의 광으로 원편광의 광은 직선편광의 광으로 바꾸어주는 파장판과; 상기 광원쪽에서 입사되는 광은 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키고, 상기 기록매체에서 반사되어 입사되는 광은 상기 광검출기로 향하도록 회절반사 시키는 편광홀로그램 반사판을; 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광픽업장치를 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 광픽업장치는 광원(11), 광검출기(12), 편광홀로그램 반사판(20), 파장판(15), 그리고 대물렌즈(16)로 구성된다. 여기서, 미설명 부호 17은 광디스크를 나타낸다.
상기 광원(11)은 레이저 다이오드로 소정 파장을 갖는 직선편광의 레이저광을 출사한다. 상기 광검출기(12)는 광디스크(17)에서 반사된 광을 수광하기 위한 것으로 상기 광원(11)에 인접되게 배치된다. 상기 편광홀로그램 반사판(20)은 상기 광원(11)과 대물렌즈(16) 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원(11)쪽에서 입사되는 광은 그 진행방향이 상기 광디스크(17)로 향하도록 하고, 상기 광디스크(17)에서 반사된 광은 회절 반사시켜 그 진행방향이 상기 광검출기(12)로 향하도록 한다.
이 편광홀로그램 반사판(20)은 복굴절물질로 되고 그 표면에 회절패턴이 형성된 그레이팅(21)과, 이 그레이팅(21) 상에 증착되어 입사광을 반사시키는 반사박막(22)을 구비한다. 이 반사박막(22)은 금속박막 또는 유전체 박막(dielectric thin film)으로 구성된다.
이 편광홀로그램 반사판(20)은 상기 회절격자의 회절패턴 주기가 상기 광원(11)에서 출사된 광의 파장보다 짧은 값을 갖는다. 즉, 회절격자의 주기가 파장 보다 작을 때 복굴절형상(form birefringence)이 생기게 되고 편광방향에 따라 회절효율이 달라지게 된다. 이와 같은 회절격자를 표면식각 회절격자(Substrate relief grating)라 한다.
여기서, 상기 편광홀로그램 반사판(20)은 반사표면을 갖는 복굴절물질로 구성된 것이 바람직하다. 이와 같이, 복굴절물질로 구성된 경우, 회절각도를 작게 유지할 수 있음으로 상기 광원(11)과 광검출기(12)를 단일 유니트로 구성할 수 있는 이점이 있다.
상기 파장판(15)은 구체적으로 1/4파장판으로서 편파면 회전기 역할을 한다. 즉, 입사되는 직선편광의 편파면을 90°회전시켜 원편광을 만들며, 되돌아오는 원편광의 편파면을 90°더 회전시켜서 그 입사되는 직선편광에 대해 편파면이 180° 회전된 직선편광을 만든다.
상기 대물렌즈(16)는 광디스크(17)의 기록면에 광스폿이 맺히도록 입사되는 원편광의 광을 집속시킨다.
또한, 본 발명은 상기 광원(11)과, 상기 편광홀로그램 반사판(20) 사이의 광경로 상에 콜리메이팅렌즈(13)를 더 구비할 수 있다. 상기 콜리메이팅렌즈(13)는 상기 광원(11)쪽에서 입사되는 발산광을 집속시켜 평행광으로 만들고 상기 광디스크(17)쪽에서 입사되는 평행광을 집속시켜 상기 광검출기(12)에 맺히도록 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 광픽업장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 편광홀로그램 반사판(20)과 광검출기(12) 사이에 회절 반사되는 광을 상기 광검출기(12)로 수렴시키는 검출렌즈(18)를 더 구비한다. 이는 편광홀로그램 반사판(20)의 회절각도가 큰 경우에 회절효율의 최적화에 유리하며, 상기 광검출기(12)의 광학적 배치가 용이하다.
도 4는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 표면식각 회절격자의 회절효율을 보이는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 광디스크(17) 상의 그루브 깊이가 0.7㎛에서 P편광은 5% 이하의 회절효율을 보이며, S편광은 95% 이상의 회절효율을 보인다. 즉, 입사된 직선편광의 광이 P편광의 광인 경우 상기한 편광홀로그램 반사판(20)에서 거의 회절없이 대물렌즈(16) 쪽으로 입사되고, 입사되는 직선편광의 광이 S편광의 광인 경우 이 광은 상기 편광홀로그램 반사판(20)에서 95% 이상 회절되어 거의 손실없이 광검출기(12)에 수광된다. 따라서, 충분한 높을 광효율을 유지하면서 정보의 기록 재생이 가능하다.
본 발명의 제3실시예에 따른 광픽업장치는 도 5와 도 6 각각에 도시된 바와 같이, 편광홀로그램 반사판(20)으로 입사광을 회절 투과시키는 그레이팅(23)과, 상기 그레이팅(23)과 결합되며 입사광을 반사시키는 프리즘(24)을 구비한다. 상기 그레이팅(23)은 평판형의 복굴절물질 예컨대, LiNbO_3 로 되고 그 표면에 회전패턴이 형성된다. 또한, 상기 그레이팅(23)에서의 반사효율을 높이기 위해 상기 그레이팅(23) 상에 증착된 반사박막(25)을 더 구비할 수 있다. 이 반사박막(25)은 금속박막 또는 유전체박막으로 구성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘(24)은 상기 광원(11)쪽 광축과 상기 대물렌즈(16)쪽 광축이 직각을 이루고 상기 그레이팅(23)이 결합된 경사면이 입사광에 대해 배치된 직각프리즘일 수 있다. 상기 경사면에 입사되는 광의 입사각이 45°를 유지하는 경우, 상기 그레이팅(23)에서는 17.5°의 입사각을 가지게 됨으로 상기한 반사박막을 증착하면 광을 전반사시킬 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘(24)은 광원(11)쪽 광축과 대물렌즈(16)쪽 광축이 대략 81°를 이루는 예각프리즘일 수 있다. 이 프리즘(24)의 그레이팅이 결합되는 경사면이 입사광에 대해 49.6°경사지게 배치된 경우, 그레이팅(23) 내에서는 30°의 전반사 각도를 달성할 수 있다. 따라서, 이와 같이, 프리즘(24)의 각도를 조정한 경우, 실질적으로 상기한 반사박막(25)의 증착이 불필요하다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 그레이팅의 그루브 깊이에 따른 0차광의 회절효율을 보인 그래프이다. 도시된 바와 같이, 그루브 깊이가 1.86㎛에서 P파는 75% 이상의 회절효율을 보이며, S파는 1% 이하의 회절효율을 나타낸다. 즉, 입사빔이 P파인 경우 회절없이 대물렌즈(16) 쪽으로 75% 이상의 광이 입사하고 디스크(17)에 광스폿을 형성한다. 또한, 디스크(17)에서 반사되고 파장판(15)을 통과한 광은 S파가 되며, O차광의 회절효율은 1% 이하가 되는 반면, 1차광의 회절효율은 75% 이상 된다. 따라서, 높은 광효율을 유지하면서, 그 광진행경로가 변환되어 상기 광검출기(12)로 향한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 소형 광픽업장치는 다음과 같이 동작한다.
광원(11)에서 출사되는 광은 콜리메이팅렌즈(13)에 의해 평행광으로 되고, 편광홀로그램 반사판(20)에서 반사되고, 파장판(15)을 경유하여 대물렌즈(16)에 입사되며, 그 대물렌즈(16)에 의하여 광디스크(17)의 기록면에 집속된다. 다음 광은 광디스크(17)에서 반사되어 대물렌즈(16)와 파장판(15)을 경유하여 편광홀로그램 반사판(20)으로 입사되고, 이 편광홀로그램 반사판(20)에서 반사회절되며, 그 회절각도에 따라 콜리메이팅렌즈(13) 의하여 광원(11) 주변에 위치된 광검출기(12) 상에 수렴된다.
여기서, 광원(11)에서 출사된 광은 직선편광의 광으로서 파장판(15)에 의해 원편광의 광으로 바뀐다. 이 원편광의 광이 광디스크(17)에서 반사되어 다시 파장판(15)을 경유한 광은 편파면이 회전된 직선편광의 광으로 된다. 예컨대, 초기의 직선편광을 P편광이라고 하면, 그 반사광은 S편광이 된다. 따라서, 편광홀로그램 반사판(20)에서의 그 회절되는 특성이 바뀌고 초기 입사방향과는 다른 방향으로 회절된다.
본 발명에 따르면, 기록과 재생이 가능한 광픽업을 구성함에 있어서, 광학부품의 최적배치로 소형화와 광학부품수의 감소를 통해 경량화가 가능하다. 또한, 반사형 편광홀로그램 소자를 사용함으로써 그 제작이 쉬워져 생산성을 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 광원과;
    입사광의 편광에 따라 그 진행경로를 변환하는 광경로변환수단과;
    상기 광경로변환수단과 기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 입사광을 집속시켜 상기 기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와;
    상기 기록매체에서 반사되고, 상기 대물렌즈와 상기 광경로변환수단을 경유한 광을 수광하여 오차신호 및 정보신호를 검출하는 광검출기;를 포함하여 된 광픽업장치에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 광원 주변에 배치되고,
    상기 광경로변환수단은,
    입사되는 직선편광의 광은 원편광의 광으로, 원편광의 광은 직선편광의 광으로 바꾸어주는 파장판과; 상기 광원쪽에서 입사되는 광은 상기 대물렌즈를 향하도록 반사시키고, 상기 기록매체에서 반사되어 입사되는 광은 회절 반사시켜 상기 광검출기로 향하도록 하는 편광홀로그램 반사판을; 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광홀로그램 반사판은,
    복굴절물질로 되고 그 표면에 회절패턴이 형성된 그레이팅과, 상기 그레이팅 상에 증착되어 입사광을 반사시키는 반사박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사박막은 금속박막 또는 유전체박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 그레이팅의 회절패턴 주기는 상기 광원에서 출사된 광의 파장보다 짧게 된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 편광홀로그램 반사판은 입사광을 회절투과시키는 평판형의 복굴절물질로 되고 그 표면에 회절패턴이 형성된 그레이팅과, 상기 그레이팅과 결합되며 입사광을 반사시키는 프리즘을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 편광홀로그램 반사판은 상기 그레이팅 상에 증착되어 입사광을 반사시키는 반사박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사박막은 금속박막 또는 유전체박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
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