KR100234250B1 - 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치 및 이를 이용한 광픽업 - Google Patents

동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치 및 이를 이용한 광픽업 Download PDF

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Abstract

동배율 가변초점을 형성하는 렌즈장치와 이를 이용하는 0.6㎜디스크와 1.2㎜ 디스크를 위한 기록재생용 광픽업이 개시되어 있다. 그 렌즈장치는 광축을 따라 이동가능하고 입사광을 집속하는 제1렌즈(26)와, 광축에 고정되어 있고 제1렌즈(26)에 의하여 집속되는 광을 집속하여 초점을 형성하는 제2렌즈(27), 그리고 그 제1렌즈(26)를 구동하는 액튜에이터(28)를 구비한다. 광픽업은 그 제1렌즈(26)와 제2렌즈(27)를 대물렌즈로서 구비한다. 이 렌즈장치와 이를 이용한 광픽업은 신호대 잡음비가 높고 두께가 다른 디스크에 대한 기록재생특성이 변화하지 않는 잇점을 가진다.

Description

동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치 및 이를 이용한 광픽업
제1도는 종래 2중 초점 광픽업의 광학적 구성을 보인 배치도.
제2도는 종래 2중 초점 광픽업에 의한 0.6㎜ 디스크에 대한 광로를 보인 부분 배치도.
제3도는 종래 2중 초점 광픽업에 의한 1.2㎜ 디스크에 대한 광로를 보인 부분배치도.
제4도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치를 포함하는 광픽업의 광학적 구성을 보인 배치도.
제5도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치에 의한 광로를 설명하는 배치도.
제6도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치에 의한 0.6㎜ 디스크에 대한 광로를 보인 렌즈 프로파일.
제7도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치에 의한 1.2㎜ 디스크에 대한 광로를 보인 렌즈 프로파일.
제8도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치에 의하여 0.6㎜ 디스크에 형성되는 초점의 강도분포를 보인 광 프로파일.
제9도는 본 발명에 따른 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치에 의하여 1.2㎜ 디스크에 형성되는 초점의 강도분포를 보인 광 프로파일.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
21 : 0.6㎜ 디스크 22 : 1.2㎜ 디스크
23 : 레이저 다이오드 26 : 제1렌즈
27 : 제2렌즈 28 : 액튜에이터
본 발명은 동배율 가변초점을 갖는 렌즈장치 및 이를 이용한 기록재생용 광픽업에 관한 것으로서, 특히 초점을 동배율로서 다른 위치의 결상면으로 이동시킬 수 있는 동배율 가별초점을 갖는 렌즈장치와 이를 이용하여 동배율의 초점으로 두께가 다른 디스크에 대한 기록과 재생을 수행할 수 있는 광픽업에 관한 것이다.
광기록매체로서 현재 널리 알려진 콤팩트 디스크는 그 기판 두께가 1.2㎜로 되어있다. 또한 최근에는 고밀도 저장용으로서 두께가 0.6㎜인 디스크도 출현하고 있다. 고밀도로 저장된 정보를 읽기 위하여는 광스폿의 크기를 줄여야 하는데, 이를 위해서는 단파장 광원과 개구수(numerical aperture ; NA)가 큰 대물렌즈의 사용이 필수적이다. 그러나 NA가 큰 렌즈는 디스크가 경사(tilt)진 경우에 그 디스크 기판의 수차에 대해 매우 불안정하므로, 재생시에 그 디스크 경사에 대한 엄격한 규제가 요구된다. 디스크 기판의 수차는 그 기판의 두께와 경사진 정도에 비례하여 증가하게 된다. 따라서 기판 두께를 가능한 얇게 하여 디스크 경사에 대한 허용오차를 크게함으로써 실용적인 고밀도 재생을 실현시킬 수 있는 것이다.
이와 같이 두께가 다른 디스크의 출현에 따라, 사용자 입장에서는 그 두께가 다른 디스크에 공용될 수 있는 광픽업을 요구하게 되었다. 이에 대하여 제1도에 도시된 바와 같은 0.6㎜ 디스크와 1.2㎜ 디스크를 위한 2중 초점 광픽업(dual focus optical pickup)이 문헌(International Symposium on Optical Memory : 1994년 5월)을 통해 제한된 바 있다. 물론 그 문헌에 제안된 광픽업에 있어서는 디스크들의 두께 차이에 의한 수차가 보정되어 있는 것이다.
제1도에 있어서, 부호 1은 0.6㎜ 디스크를, 2는 1.2㎜ 디스크를 나타낸다. 실질적으로는 도시되지 않은 디스크 드라이브(disk drive)내에 그 디스크(1, 2)의 어느 하나가 로드(load)되는 것이다. 종래의 2중 초점 광픽업은 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(laser diode ; 3), 광을 일부 반사시키고 일부 투과시키는 하프미러(half mirror ; 4), 이 하프미러(4)에서 디스크(1, 2)를 향하도록 반사되는 광을 평행하게 진행시키는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens ; 5), 이 콜리메이팅 렌즈(5)에 의한 평행광(collimated light )을 회절시키기 위한 홀로그램 렌즈(hologram lens ; 6), 이 홀로그램 렌즈(6)의 투과된 0차광(transmitted zero order light ; 7) 및 1차 회절광(first order diffracted light ; 8)을 상기한 디스크(1, 2)에 각각 집속하는 (focusing) 대물렌즈(9), 그리고 디스크(1, 2)의 반사광으로부터 신호를 검출하기 위하여 배치된 센서렌즈(sensor lens ; 10)와 광검출기(photo detector ; 11)로 구성되어 있다. 여기서 0.6㎜디스크(1)는 제2도에 보여진 바와 같이 홀로그램 렌즈(6)의 투과된 0차광(7)으로 읽혀지고, 1.2㎜ 디스크(2)는 제3도에 보여진 바와 같이 그 홀로그램 렌즈(6)의 1차 회절광(8)으로 읽혀진다. 인용된 문헌에 의하면, 상기한 홀로그램렌즈(7)는 광효율의 저하를 막기위해 +1차 회절광과 -1차 회절광의 하나를 회절하도록 블레이징(blazing)된 것이다.
그러나 상기와 같은 홀로그램 렌즈를 갖는 2중 초점 광픽업에 있어서는, 그 홀로그램 렌즈에 의하여 입사광이 0차광과 1차 회절광으로 나뉘고 이중의 하나가 로드된 디스크의 신호를 읽는데 이용되므로, 광효율이 매우 낮고 결과적으로 광검출기에 의한 재생신호의 신회대 잡음비(singnal-to-noise rate)가 저하된다. 또한 로드된 어느 한 디스크에 다른 디스크를 위한 초점이 동시에 맺히게 되므로 그 다른 초점의 광간섭으로 실질적인 기록이 불가하며, 그 로드된 디스크로부터 두개의 반사광이 광검출기에 동시에 수광되어 역시 광간섭에 기인하여 깨끗한 재생신호과 정확한 초점위치 신호의 검출이 어려운 문제가 있는 것이다. 게다가 굴절형 렌즈인 대물젠즈와 홀로그램 렌즈를 함께 사용하는 경우에, 그 대물렌즈가 일반적으로 고차의 비구면 계수를 가져야 하므로 이에 따른 그의 제작이 어렵고, 특히 단파장 광원을 사용할때 파면수차가(wavefront aberration)가 광의 파장에 반비례 하여 증가하는 문제가 따른다.
한편, 두께가 다른 디스크에 대하여 일정한 기록과 재생특성을 위하여는 그 두께 차이에 의한 수차가 보정되어야 하는 것은 물론, 그 두께가 다른 디스크에 동일한 크기와 강도의 초점을 형성할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이점을 감안하여 전술한 문제점을 모두 해결하기 위하여 단일한 초점을 형성하고 그 초점의 결상위치를 변화시킬 수 있는 렌즈장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단일한 초점을 형성하고 그 초점의 결상위치를 변화시킬 수 있는 렌즈장치를 이용하여 두께가 다른 디스크에 대한 기록과 재생에 공용될 수 있는 광픽업을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 단일한 초점을 동배율로서 그 초점의 결상위치를 변화시킬 수 있는 렌즈장치와 이를 이용한 광픽업을 제공하려는 것이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 렌즈장치는, 동배율의 가변초점을 형성하기 위한 렌즈장치에 있어서, 광축방향으로 이동가능하고 상기한 입사광을 집속하는 제1렌즈와, 공간적으로 고정되어 있고 상기한 제1렌즈에 의하여 집속되는 광을 집속하여 초점을 형성하는 제2렌즈와, 상기한 제2렌즈에 의한 초점의 위치가 변하도록 상기한 제1렌즈를 이동시키는 렌즈구동수단을 구비하여 되는 것을 그 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하는 본 발명의 광픽업은, 두께가 다른 디스크에 동배율의 초점을 형성하기 위한 광픽업에 있어서, 광을 발생하는 광원과, 광축방향으로 이동가능하고 상기한 광원으로부터 발생되는 광을 집속하는 제1렌즈와, 공간적으로 고정되어 있고 상기한 제1렌즈에 의하여 집속되는 광을 집속하여 디스크에 초점을 형성하는 제2렌즈와, 상기한 제2렌즈에 의한 초점이 두께가 다른 디스크에 형성되도록 제1렌즈를 이동시키는 렌즈구동수단과, 상기한 디스크에서 반사되는 광으로부터 신호를 검출하는 수단을 포함하여 되는 것을 그 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 대물렌즈로서 상기한 제1렌즈와 제2렌즈의 적어도 2매의 렌즈를 구비하여 그 제1렌즈를 이동시키는 것으로 가변초점을 형성하는 것으로서, 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명에 따른 가변초점을 형성하는 렌즈장치를 갖는 광픽업의 구성을 보인다. 도면에 있어서, 부호 21은 예를 들면 0.6㎜ 디스크이며, 22는 예를 들면 1.2㎜ 디스크이다. 물론 이들 디스크(21, 22) 중의 어느 하나가 도시되지 않은 드라이브 내에 로드되는 것이다. 본 발명에 따른 가변초점을 형성하는 광픽업은 광원으로서의 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(23), 광을 일부 반사시키고 일부 투과시키는 하프미러(24), 하프미러(24)에서 디스크(21, 22)를 향하도록 반사되는 광을 평행하게 진행시키는 콜리메이팅 렌즈(25), 광축을 따라 이동할 수 있게 설치되어 콜리메이팅 렌즈(25)에 의한 평행광(collimated light)을 집속하는 제1렌즈(26), 광축에 고정설치된 채 제1렌즈(26)에 의하여 집속되는 광을 다시 집속하여 로드된 디스크에 초점을 형성하는 제2렌즈(27), 제2렌즈(27)에 의한 초점을 그 로드된 디스크의 위치에서 다른 위치로 이동시키기 위해 구비된 제1렌즈(26)를 구동하는 액튜에이터(28), 그리고 그 디스크(21, 22)의 하나에서 반사되는 광으로부터 신호를 검출하기 위해 배치된 센서렌즈(29)와 광검출기(30)로 구성되어 있다.
제5도를 참조하면, 제1렌즈(26)와 제2렌즈(27)의 변화되는 간격(D0)에 따라 제2렌즈(28)에 의하여 형성되는 초점위치도 변화하게 된다. 따라서 제1렌즈(26)를 적절히 움직여서 그 제1렌즈(26)에 따른 제2렌즈(27)의 초점으로 제6도와 같이 0.6㎜ 디스크(21)를 읽거나 또는 제7도와 같이 1.2㎜ 디스크(22)를 읽을 수 있다. 여기서 본 발명은 그 제1렌즈(26)와 제2렌즈(27)의 간격(D1, D2), 그리고 제2렌즈(27)의 출사면으로부터 디스크(21, 22) 각각의 첫번째 면까지의 작동거리(W1, W2)를 최적화함으로써 양 디스크(21, 22)에 초점을 동배율로서 형성한다.
다음은, 본 발명의 한 실시예로서, 0.6㎜ 디스크와 1.2㎜ 디스크에 대한 시뮬레이션 검증를 통한 최적 설계 위한 렌즈 데이타이다.
제1렌즈(비구면렌즈)
두께 : 1.13㎜
굴절률 : 1.515
제1면곡률 : 4.05㎜
원추상수 : 0.20
비구면계수 : 0.72e-3, -0.12e-4, -0.89e-5, 0.92e-6
제2면곡률: 4.72㎜
원추상수 : -0.17
비구면계수 : -0.14e-2, 0.10e-3, 0.27e-4, -0.33e-6
제2렌즈(비구면렌즈)
두께 : 3.48㎜
굴절률 : 1.515
제1멱곡률 : 3.04㎜
원추상수 : 0.07
비구면계수 : -0.79e-2, -0.63e-3, 0.27e-3, -0.21e-4
제2면곡률 : -8.44㎜
원추상수 : 8.80
비구면계수 : -0.79e-2, 0.41e-1, -0.14e-2, 0.55e-3
0.6㎜ 디스크(기판 굴절률 : 1.51)사용시
제1렌즈와 제2렌즈의 간격(D1) : 0.26㎜
작동거리(W1) : 1.91㎜
1.2㎜ 디스크(기판 굴절률 : 1.51) 사용시
제1렌즈와 제2렌즈의 간격(D2) : 1.57㎜
작동거리(W2) : 1.5㎜
이와 같이 본 발명은, 비구면렌즈를 사용하여 디스크의 두께차이에 의한 수차를 보정한다. 실시예에 의한 제1렌즈는 광학적인 배율을 거의 갖지 않는다. 따라서 제1렌즈의 이동한 위치와 관계없이 제2렌즈는 일정한 배율로서 초점을 형성한다. 한편, 제1렌즈의 이동거리는 0.3㎜ 이내이다. 이정도의 거리는 전술한 액튜에이터로서 예를 들면 압전소자를 사용하여 간단히 구동할 수 있는 것이다. 다음, 상기한 실시예의 결과로서 0.6㎜ 와 1.2㎜ 디스크 각각에 형성되는 초점의 광강도분포를 제8도 및 제9도에 첨부하였다. 도면에서 횡축은 광스폿의 크기를 나타낸다. 이 결과에 따르면 본 발명에 의한 0.6㎜ 디스크와 1.2㎜ 디스크에 맺히는 스폿의 크기의 변화율은 5% 이내로서 거의 변화하지 않는, 즉 동배율로서 형성되는 것을 알 수 있다.
이상에 설명한 바와 같은 본 발명은 2매의 렌즈로 동배율의 가별초점을 형성하여 이것을 두께가 다른 디스크에 동배율로서 형성하는 것으로서 이러한 본 발명에 따르면 광을 분할하지 않으므로 높은 광효율로 기록재생시의 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있고 또한 두께가 다른 디스크에도 동배율의 초점을 형성하므로 디스크의 두께에 따라 특성이 변화하지 않는 광픽업을 제홍할 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 두께가 다른 디스크에 동배율의 초점을 형성할 수 있도록 된 동배율 가변초점을 갖는 광픽업에 있어서, 광을 발생하는 광원과, 광축방향으로 이동가능하고 상기 광원으로부터 밤생되는 광을 집속하는 제1렌즈와, 공간적으로 고정되어 있고 상기 제1렌즈에 의하여 일차적으로 집속되는 광을 재차 집속하여 디스크에 초점을 형성하는 제2렌즈와, 상기 제2렌즈에 의한 초점 위치가 선택된 디스크 두께에 따라 가변되도록 상기 제1렌즈를 이동시키는 렌즈구동수단과, 상기 디스크에서 반사되는 광으로부터 신호를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동배율의 가변초점을 갖는 광픽업.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1렌즈의 이동범위는 0.3㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 동배율 가변초점을 갖는 광픽업.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 제2렌즈로부터의 디스크까지의 작동거리가 채용된 디스크의 두께에 따라 각각 다르게 설정된 것을 특징으로 하는 동배율 가변초점을 갖는 광픽업.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 제1렌즈와 제2렌즈가 0.6㎜ 디스크와 1.2㎜ 디스크에 대하여 다음의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 동배율가변초점을 갖는 광픽업.
    제1렌즈(비구면렌즈)
    두께 : 1.13㎜
    굴절률 : 1.515
    제1면곡률 : 4.05㎜
    원추상수 : 0.20
    비구면 계수 : 0.72e-3, -0.12e-4, -0.89e-5, 0.92e-6
    제2면곡률 : 4.72㎜
    원추상수 : -0.17
    비구면 계수 : -0.14e-2, 0.10e-3, 0.27e-4, -0.33e-6
    제2렌즈(비구면렌즈)
    두께 : 3.48㎜
    굴절률 : 1.515
    제1면곡률 : 3.04㎜
    원추상수 : 0.07
    비구면계수 : -0.79e-2, -0.63e-3, 0.27e-3,-0.21e-4
    제2면곡률 : -8.44㎜
    원추상수 : 8.80
    비구면계수 : -0.79e-2, 0.14e-1, -0.41e-2, 0.55e-3
    0.6㎜ 디스크 (기판 굴절률 : 1.51) 사용시
    제1렌즈와 제2렌즈의 간격 : 0.26㎜
    작동거리 : 1.91㎜
    1.2㎜ 디스크(기판 굴절률 : 1.51) 사용시
    제1렌즈와 제2렌즈의 간격 : 1.57㎜
    작동거리 :1.5㎜
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