KR100529313B1 - 광모듈 및 이를 채용한 광픽업 - Google Patents

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Abstract

기록매체에 광을 조사하고 이 기록매체로부터 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 광픽업에 사용할 수 있는 광모듈 및 이를 채용한 광픽업이 개시되어 있다.
개시된 광모듈은, 광원과, 이 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와, 기록매체에서 반사된 후 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기와, 기록매체에서 반사되어 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
개시된 바에 따르면, 대물렌즈를 제외한 대부분의 광학부품들이 광모듈 내에 단일 패키지화되어 있으므로, 광픽업의 전체 구조가 간단해지고, 광픽업의 광학부품들을 베이스에 고정하기 위한 본딩 포인트를 줄일 수 있어 고온 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

광모듈 및 이를 채용한 광픽업{Optical module and optical pickup employing it}
본 발명은 간단한 광학계 구조를 실현할 수 있도록 된 광 모듈 및 이를 채용한 광픽업에 관한 것이다.
광픽업은 기록매체에 대해 정보의 기록 및/또는 재생을 수행하기 위한 것으로, 레이저 광을 조사하는 광원과, 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기, 광원에서 조사된 광을 집속하여 기록매체의 기록면에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈 및 기록매체의 기록면에서 반사된 광을 수신하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 광검출기를 포함한 다양한 광학소자들로 이루어져 있다.
도 1은 광픽업에 광원으로 사용되는 반도체 레이저 모듈을 보인 부분 절개 사시도이다.
도 1을 참조로, 일반적인 반도체 레이저 모듈을 살펴보면, 몸체(1) 상에 레이저광이 투과되는 글래스 윈도우(5)를 가지는 캡(3)이 마련되어 있다. 그리고, 상기 몸체(1) 내부에는 마운트(2)가 마련되어 있고, 이 마운트(2)의 측벽에 소정 파장의 레이저 빔을 양측면으로 각각 조사하는 반도체 레이저(10)가 설치되어 있다. 또한, 상기 반도체 레이저(10)에서 후방으로 조사된 빔(L2)을 수광하는 모니터용 광검출기(7)가 상기 몸체(1) 내에 마련되어 있다. 이 모니터용 광검출기(7)는 검출된 신호를 토대로 상기 광원(10)의 전방으로 조사되는 레이저 빔(L1)의 광출력을 모니터링한다. 그리고 상기 반도체 레이저(10) 및 모니터용 광검출기(7)는 통전 경로로 이용되는 리드(9)에 연결되어 있다.
한편, 도 2을 참조하여 볼 때, 상기한 반도체 레이저(10)의 활성층(11)의 소정 위치에서 출사된 레이저 빔은 타원형 방사각을 이루어, 그 단면 형상이 타원형을 유지한다. 이는 활성층(11)의 두께방향과 이에 수직한 폭방향에서의 레이저 빔이 출사되는 출사구의 크기가 서로 달라, 두께방향과 폭방향 각각에서 서로 다르게 회절 되는 현상에 기인한 것이다. 이때 두께방향(Y축 방향)의 레이저 빔은 레이저의 앞쪽 부분에서 출사되는 것과 같고, 폭방향(X축 방향)의 레이저 빔은 레이저의 앞쪽에서 ΔZ 만큼 들어간 부분에서부터 출사되는 것처럼 나타난다. 도 2에서 는 폭방향(수평 방향)의 퍼지는 각도이고, 는 수직방향의 퍼지는 각도를 나타낸 것이다.
이러한 반도체 레이저 모듈의 구조적 특성에 기인한 비점수차는 광디스크 상에서 광이 정확하게 포커싱되면 문제가 되지 않는다.
그러나, 광학계의 광학적인 길이가 변해서 광디스크 상에 광이 정확하게 포커싱되지 않으면, 광의 모양이 한쪽 방향으로 일그러지는 현상이 발생한다. 이 현상은 기록 및/또는 재생시 성능을 떨어뜨리는 주된 원인이 된다.
비점수차는 광학계 구조가 완벽하고, 고온, 저온에서 광학계의 길이 변화가 없을 때는 문제는 없다. 하지만, 광픽업을 이루는 광학부품들은 베이스에 자외선 본드를 이용하여 부착되며, 통상 광픽업은 기록 및/또는 재생시 고온 동작을 하므로, 후술하는 바와 같이 광학계의 광학적인 길이에 변화가 생기게 된다. 광픽업을 이루는 광학부품수가 많을수록 광학계의 광학적인 길이 변화는 크게 생길 수 있다. 따라서, 반도체 레이저 모듈의 이러한 비점수차는 기록 및/또는 재생 성능에 나쁜 영향을 미치게 된다.
광픽업을 채용한 광기록 및/또는 재생기기 가동시, 광디스크를 회전시켜주는 스핀들 모터와 신호처리를 위한 여러 칩들도 동시에 작동하므로, 이러한 부품들로부터 열이 발생하게 되어, 광디스크에 정보를 기록하거나 광디스크에 기록되어 있는 정보를 읽을 때, 광픽업 내부의 온도는 고온으로 올라갈 수 있다.
예컨대, DVD 기록시에는 레이저광의 파워가 재생시보다 높기 때문에, 재생시보다 기록시에 상대적으로 고온에서 광픽업이 동작되게 된다. 기록시 신호처리를 위한 칩이나 광원으로 사용되는 반도체 레이저 모듈에서 열이 발생하여 광기록 및/또는 재생기기의 내부 온도가 예컨대, 70도 정도까지 상승하게 된다. DVD를 위한 광 기록 및/또는 재생기기에는 내부에 특히 열이 많이 발생하는 칩 예컨대, 서보용 칩이 있기 때문에, 팬(Fan)과 같은 쿨러 시스템(cooler system)이 장착되어 있지만, 이 경우에도 60도 이상까지 상승한다. 또한, 재생시에는 온도가 예컨대, 45도까지 상승하게 된다.
따라서, 광기록 및/또는 재생기기를 가동하면 광픽업은 항상 고온에서 동작을 하게 된다. 여름철이나 더운 곳에서는 이런 현상이 두드러진다.
이러한 고온에서의 동작은 광학계의 길이와 광부품의 비틀림 현상을 유발한다.
즉, 광픽업을 이루는 광학부품들을 베이스에 부착시키는데는, 통상 자외선 본드(UV Bond)를 이용한다. 그런데, 고온에서는 본드에 의해 부착된 부위가 틀어지거나 팽창하는 일이 발생한다. 이에 기인하여 광학부품들이 비틀리게 되어 광경로가 약간씩 어긋나는 현상이 발생한다.
상기와 같이, 광학부품들의 광경로가 약간씩 어긋나게 되면, 광손실이 크게 발생되고 이에 의해 광디스크(1)에 조사되는 광량이 줄어들게 되어 결과적으로 신호가 감소하거나, 광이 정상적으로 광검출기(10)에서 수광되지 않고 광검출기(10)에서 벗어나게 되는 광픽업의 불작동이 유발될 수 있다.
따라서, 고온 동작에서는 광픽업의 신호 기록 및/또는 재생능력이 떨어진다.또한, 고온 동작에서 광픽업을 구성하는 광학부품수가 많다는 것은 광픽업의 불작동 가능성을 증가시키는 원인이 된다.
이외에도 광픽업을 구성하는 광학부품수가 많다는 것은 다음과 같은 점에 있어서 불리하다. 즉, 많은 광학부품수는, 광픽업 제조단가를 증가시키는 단점으로 작용한다.
또한, 광학 부품들을 베이스에 부착할 때에는 항상 공차가 발생하게 되는데, 예를 들어, 기록형 광픽업에서와 같이 광학부품들이 상대적으로 많은 경우에는, 각 광학부품들이 약간씩의 공차를 가져도 광픽업 전체적으로는 큰량의 공차가 발생하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 광학부품들은 렌즈의 초점거리 및 광학적 길이 설계에 따라 위치가 정해진다. 이때, 설계에 맞게 샘플을 만들거나 제품을 만들어도 항상 설계상의 공차와 각 광학부품들의 제조 공차가 존재하기 때문에, 의도했던 광학설계와 정확하게 맞지는 않는다. 더욱이, 베이스와 각 광학부품들의 공차가 서로 더해지는 방향으로 베이스에 광학부품들이 조립될 경우, 공차는 상대적으로 커지게 된다.
통상 광픽업에서 광원으로부터 사용되는 반도체 레이저로부터 발산광 형태로 출사되는 레이저광을 평행광으로 바꾸어주기 위해 사용되는 콜리메이팅렌즈를 투과한 광은 이런 조립 오차에 기인한 광로 길이(optical path) 차이로 수렴이나 발산하게 될 수도 있다.
광이 일반 렌즈를 투과할 때 렌즈의 정 가운데를 기점으로 가장자리로 갈수록 수차가 증가하므로, 이러한 단점을 보완하기 위해 대물렌즈는 수차 특히, 구면수차를 고려하여 평행광 입사시 수차가 제일 작게 설계되고, 이에 맞게 콜리메이팅렌즈를 구비하는 방식으로 광픽업 광학계가 구성된다. 그런데, 조립 오차에 의해 대물렌즈에 입사되는 광이 평행광이 아니라 수렴이나 발산하는 광으로 되는 경우, 수차가 증가하게 되고 이에 의해 광디스크에 맺히는 광은 비대칭적인 모양이 되게 된다. 이와 같이 비대칭적인 광이 광디스크에 맺힐 경우, 광검출기에 수광되는 광은 더 이상 대칭이 되지 않게 되어 지터(Jitter)를 증가시키는 원인이 된다. 또한, 광검출기에 광이 정확하게 초점이 맺히지 않기 때문에 신호의 감도가 떨어지는 원인이 된다.
따라서, 반도체 레이저의 비점수차를 유발할 수 있는 구조적인 특성, 광픽업의 고온 동작, 광픽업의 제조단가, 조립 오차 등을 고려할 때, 광픽업 광학계를 자외선 본드에 의해 부착되는 본딩 포인트를 줄일 수 있도록 구성하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 자외선 본드에 의해 부착되는 본딩 포인트를 줄일 수 있도록 된 구조를 가져 고온 동작의 신뢰성을 확보할 수 있도록 된 광모듈 및 이를 구비한 광픽업을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기록매체에 광을 조사하고, 이 기록매체로부터 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 광픽업에 사용할 수 있는 광모듈에 있어서, 광원과; 이 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와; 기록매체에서 반사된 후 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기와; 기록매체에서 반사되어 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광픽업은 광원과, 이 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와, 기록매체에서 반사된 후 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기와, 기록매체에서 반사되어 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자를 포함하는 광모듈과; 상기 광모듈쪽에서 입사되는 광을 집속시켜 기록매체의 기록면에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서, 상기 홀로그램소자는 적어도 2개로 분할된 분할면을 포함하며, 상기 분할면 중 하나 이상은 양의 비점수차를 발생시키고, 나머지 분할면은 음의 비점수차를 발생시키도록 소정 홀로그램 패턴이 형성된 것이 바람직하다.
상기 메인 광검출기는, 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제1수광부와; 2×3 배열된 6개의 분할판을 구비하는 제2수광부와; 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제3수광부;를 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 적어도 2분할된 구조의 상기 제1수광부의 검출신호들을 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 제1 및 제2수광신호라 할 때, 정보신호는 상기 제1 및 제2수광신호를 합산하여 검출되고, 상기 기록매체에 대한 상기 대물렌즈의 상대적인 틸트 신호는 상기 제1 및 제2수광신호의 차신호로 검출되는 것이 바람직하다.
상기 제2수광부의 2×3 배열된 6개의 분할판을 A1, A2, A3 B1, B2 및 B3라 할 때, 포커스 오차신호는 상기 분할판 A2의 검출신호와 분할판 B2의 검출신호의 차신호로 검출되는 것이 바람직하다.
상기 제2수광부의 2×3 배열된 6개의 분할판을 A1, A2, A3 B1, B2 및 B3라 하고, 적어도 2분할된 구조의 상기 제3수광부의 검출신호들을 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 제1 및 제2수광신호라 할 때, 트랙킹 오차신호는 상기 제1 및 제2수광신호의 차신호와, 상기 분할판 A1, A2 및 A3 각각에서 검출된 신호의 합신호와 상기 분할판 B1, B2 및 B3 각각에서 검출된 신호의 합신호의 차신호를 감산하여 검출되는 것이 바람직하다.
상기 광로변환기는, 입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터와, 입사되는 광의 편광을 바꾸어주는 1/4 파장판을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 홀로그램소자 및 1/4파장판은 상기 편광빔스프리터에 결합된 것이 바람직하다.
상기 광원은 CD에 적합한 적외선 파장영역의 광, DVD에 적합한 적색 파장영역의 광, 고선명급의 동영상 정보를 저장할 수 있는 차세대 DVD에 적합한 청색 파장영역을 포함하는 세 파장영역 중 어느 하나 또는 둘 이상의 파장영역의 광을 출사하도록 된 반도체 레이저인 것이 바람직하다.
상기 광원의 광출력을 모니터링하기 위한 모니터용 광검출기;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 광원에서 출사된 광 빔을 정형하는 빔정형 윈도우;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광모듈 및 이를 구비한 광픽업을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 광모듈은 기록매체에 광을 조사하고, 이 기록매체로부터 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 광픽업에 사용할 수 있는 것으로, 광픽업을 구현하는데 필요한 광학부품들 중 대물렌즈를 제외한 대부분의 광학부품들을을 단일 패키지화한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 광모듈(20)을 구비한 광픽업의 일 실시예를 개략적으로 보여주며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈(20)을 보여준다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광픽업은, 광모듈(20)과, 입사되는 광을 집속시켜 광디스크(D)의 기록면에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈(55)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업은 상기 광모듈(20)로부터 발산광 형태의 광이 출사될 때, 이 발산광을 평행광으로 바꿔주기 위한 콜리메이팅렌즈(52)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 광픽업이 광모듈(20)로부터 출사되는 광의 진행 경로를 반사 미러부재(51)에 의해 꺽어주어 대물렌즈(55)로 진행시키도록 배치된 예를 보여준다. 도 3에서는 반사 미러부재(51)와 대물렌즈(55) 사이에 콜리메이팅렌즈(52)가 배치되는 것으로 도시하였는데, 콜리메이팅렌즈(52)는 광모듈(20)과 반사 미러부재(51) 사이에 배치되거나 광모듈(20)내에 배치될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 광모듈(20)은, 광원(21)과, 이 광원(21)에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와, 광디스크(D)에서 반사된 후 광모듈(20)내로 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기(30)와, 상기 광디스크(D)에서 반사되어 광모듈(20)내로 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자(29)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 광모듈(20)은 상기 광원(21)의 광출력량을 모니터링하기 위한 모니터용 광검출기(22)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 광모듈(20)은 상기한 광학적 구성요소를 배치하기 위한 몸체(20a) 및 캡(20b)을 포함한다. 상기 캡(20b)은 상기한 광학적 구성요소를 외부영향으로부터 상기 광원(21), 메인 광검출기(30) 및 모니터용 광검출기(22)를 보호하며, 광을 통과시키는 글래스 윈도우(27)(도 9에 보여진 본 발명의 다른 실시예에서는 빔정형 윈도우(77))가 설치되어 있다.
상기 광원(21)으로는 CD에 적합한 적외선 파장영역 예컨대, 780nm 파장의 광, DVD에 적합한 적색 파장영역 예컨대, 650nm 파장의 광 또는 고선명급의 동영상 정보를 저장할 수 있는 차세대 DVD에 적합한 청색 파장영역 예컨대, 405nm 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저를 구비한다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업이 서로 포맷이 다른 복수 종류의 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 경우, 상기 광원(21)으로는 상기한 세 종류의 파장영역 중 두 파장영역의 광을 출사하도록 된 광원(21) 예컨대, TWIN LD를 구비하거나 세 개의 서로 다른 파장으로 구성된 3파장 반도체 레이저로 구성될 수 도 있다. 여기서, TWIN LD는 서로 다른 파장의 레이저광을 각각 출사하는 두 개의 반도체 레이저로 구성된다.
상기 광로변환기는 광원(21)에서 출사되는 광의 대부분을 광모듈(20)의 윈도우(27)를 통하여 출사되도록 하고, 윈도우(27)를 통하여 광모듈(20)내로 입사되는 광은 메인 광검출기(30)로 향하도록 광의 진행 경로를 변경한다.
상기 광로변환기는 편광빔스프리터(23)와 1/4 파장판(25)으로 구성될 수 있다.
편광빔스프리터(23)는 일 선편광성분의 광을 투과시키고 다른 선편광성분의 광을 반사시킨다. 상기 광원(21)에서 출사된 광 중 일 선편광성분의 광은 편광빔스프리터(23)에 의해 예컨대, 반사되어 광모듈(20)로부터 출사된다. 광원(21)에서 출사된 다른 선편광성분의 광은 편광빔스프리터(23)를 투과하여, 모니터용 광검출기(22)에 수광된다.
상기 1/4 파장판(25)은 입사되는 광의 편광을 바꾸어준다. 광원(21)에서 출사되고 편광빔스프리터(23)를 경유하여 입사되는 일 선편광의 광은 1/4 파장판(25)을 투과하면서 일 원편광의 광으로 된다. 이 광은 광디스크(D)에 조사된 후 반사되면서 다른 원편광의 광으로 되고, 광모듈(20)쪽으로 재입사된다. 광모듈(20)쪽으로 재입사된 다른 원편광의 광은 1/4 파장판(25)을 투과하면서 다른 선편광의 광으로 되고, 편광빔스프리터(23)를 투과하여 메인 광검출기(30)에 수광된다.
상기 홀로그램소자(29)는 광디스크(D)에서 반사된 후 메인 광검출기(30)로 진행하는 광에 비점수차를 발생시키기 위한 것으로, 편광빔스프리터(23)와 메인 광검출기(30) 사이 또는 편광빔스프리터(23)와 광모듈(20)의 윈도우(27) 사이에 배치될 수 있다. 도 4에서는 홀로그램소자(29)가 편광빔스프리터(23)와 메인 광검출기(30) 사이에 배치된 예를 보여준다.
광로변환기와 메인 광검출기(30) 사이에 배치되는 경우, 홀로그램소자(29)는 그 편광 상태에 관계없이 입사되는 광에 비점수차를 발생시키도록 마련되거나 편광빔스프리터(23)를 경유하여 메인 광검출기(30)쪽으로 진행할 수 있는 특정 편광의 광에 대해서만 비점수차를 발생시키도록 마련될 수도 있다.
홀로그램소자(29)를 광로변환기와 메인 광검출기(30) 사이에 배치하는 경우에는, 상기 광로변환기로 입사광을 소정 비율로 투과 및 반사시키는 빔스프리터를 구비하는 것도 가능하다.
또한, 편광빔스프리터(23)와 광모듈(20)의 윈도우(27) 사이에 배치되는 경우, 상기 홀로그램소자(29)는, 편광빔스프리터(23)를 경유하여 메인 광검출기(30)쪽으로 진행할 수 있는 특정 편광의 광에 대해서만 비점수차를 발생시키도록 마련된 것이 바람직하다.
상기 홀로그램소자(29) 및 1/4 파장판(25)은 편광빔스프리터(23)와 일체로 결합된 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 상기 홀로그램소자(29)는 적어도 2개로 분할된 분할면(29a)(29b)을 가진다. 상기 일 분할면(29a)은 양(+)의 비점수차를 발생시키고, 다른 분할면(29b)은 음(-)의 비점수차를 발생시키도록 홀로그램 패턴이 형성되어 있다. 또한, 상기 분할면(29a)(29b)은 그에 의해 1차로 회절된 반원 모양의 광이 서로 분리될 수 있도록 홀로그램 패턴이 서로 다른 방향으로 형성되어 있다.
여기서, 원래의 초점 위치보다 앞에서 초점이 맺히는 것을 양의 비점수차, 뒤에서 초점이 맺히는 경우를 음의 비점수차라 한다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 광디스크(D) 쪽에서 입사된 광은 홀로그램소자(29)에 의해 O차광과, +1차광 및 -1차광으로 회절되는 동시에, 두 분할면(29a)(29b)에 의해 1차(즉, +1차 및 -1차)로 회절된 반원 모양의 광빔이 서로 분리된 채로 상기 메인 광검출기(30)로 향하게 된다. 또한, 대물렌즈(55)가 위, 아래로 움직임에 따라, 두 분할면(29a)(29b)에서 발생되는 비점수차가 달라지므로, 메인 광검출기(30) 상에서 +1차(또는 -1차)로 회절된 광의 반원 중 어느 하나가 커지면 다른 하나는 작아지게 된다.
이와 같이, 홀로그램소자(29)를 구비하여, 상기 두 분할면(29a)(29b) 각각에서 발생되는 양의 비점수차와 음의 비점수차를 상기 메인 광검출기(30)를 통하여 차동 검출함으로써, 상기 대물렌즈(55)의 포커싱 동작을 수행할 수 있다.
상기 메인 광검출기(30)는 상기 광디스크(D)의 기록면에서 반사되어 광모듈(20)로 재입사되고, 광로변환기를 경유하여 입사되는 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출한다.
상기 메인 광검출기(30)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3수광부(30a)(30b)(30c)를 포함한다.
상기 제1수광부(30a)는 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 광디스크(D)의 재생시 정보신호를 검출하며, 또한, 광디스크(D)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생시 틸트(tilt) 신호를 검출하는데 사용된다. 이를 위하여, 상기 제1수광부(30a)는 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향(이하, R 방향)으로 적어도 2분할된 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제1수광부(30a)는 도 7에 예시한 바와 같이, 2×2 배열 구조를 가지는 4개의 분할판 C, D, E 및 F를 포함하며, 이 분할판 C, D, E 및 F는 각각 독립적으로 광전변환한다.
상기 제2수광부(30b)는 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 광디스크(D)의 정보 기록 및/또는 재생시 포커스 오차신호 및 트랙킹 오차신호를 검출하는데 사용된다. 이를 위하여, 제2수광부(30b)는 각각 독립적으로 광전변환하는 것으로, 2×3 배열 구조를 가지는 6개의 분할판 A1, A2, A3, B1, B2 및 B3을 포함한다.
상기 제3수광부(30c)는 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제2수광부(30b)와 더불어 광디스크(D)에 대해 정보의 기록 및/또는 재생시 트랙킹 오차신호를 검출하는데 사용된다. 이를 위하여 상기 제3수광부(30c)는 R 방향으로 적어도 2분할된 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제3수광부(30c)는 2×1 배열 구조를 가지는 2개의 분할판 G 및 H를 포함하며, 이 분할판 G 및 H는 각각 독립적으로 광전변환한다.
상기한 제1 내지 제3수광부(30a)(30b)(30c)의 검출신호를 이용하면, 포커스 오차신호(FES), 트랙킹 오차신호(TES), 틸트 신호(Tilt) 및 정보신호(RF)는 하기의 수학식 1과 같이 검출할 수 있다. 수학식 1 및 후술하는 수학식 2에서는 편의상 제1 내지 제3수광부(30a)(30b)(30c)의 각 분할판 및 그 분할판의 검출신호를 동일 기호로 표시한다.
수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 포커스 오차신호는 제2수광부(30b)의 검출신호 중 분할판 A2의 검출신호와 분할판 B2의 검출신호의 차신호로 검출된다. 이러한 포커스 오차신호 검출은 beam spot size detection method의 원리를 이용한 것이다.
적어도 2분할된 구조의 제3수광부(30c)의 검출신호들을 R 방향으로 제1 및 제2수광신호(도 7에 보여진 바와 같이, 제3수광부(30c)가 R방향으로 2분할된 경우에는 제1수광신호는 분할판 G의 검출신호, 제2수광신호는 분할판 H의 검출신호가 된다)라 하자.
그러면, 트랙킹 오차신호는 상기 제1 및 제2수광신호의 차신호와 제2수광부(30c)의 6분할판 중 분할판 A1, A2 및 A3 각각에서 검출된 신호의 합신호와 분할판 B1, B2 및 B3 각각에서 검추로딘 신호의 합신호의 차신호를 감산하여 검출된다.
또한, 적어도 2분할된 구조의 제1수광부(30a)의 검출신호들을 R 방향으로 제3 및 제4수광신호(도 7에 보여진 바와 같이, 제1수광부(30a)가 2×2 배열로 4분할되어 분할판 C, D, E 및 F을 구비하는 경우에는, 제3수광신호는 분할판 C 및 분할판 D의 검출신호의 합신호가 되고, 제4수광신호는 분할판 E 및 분할판 F의 검출신호의 합신호가 된다)라 할 때, 정보신호는 제3 및 제4수광신호를 합산하여 검출되고, 광디스크(D)에 대한 대물렌즈(55)의 상대적인 틸트 신호는 제3 및 제4수광신호의 차신호로 검출된다.
여기서, 상기 메인 광검출기(30)는 그 전체 분할구조에 있어서, 상기한 12분할 구조 이외에도 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
상기와 같은 홀로그램소자(29) 및 메인 광검출기(30)의 분할 구조를 이용하면, 수학식 1에 보인 바와 같이, 틸트 신호를 검출할 수 있어, 이 틸트 신호를 이용하여 광디스크(D)에 대한 대물렌즈(55)의 상대적인 틸트를 제어하면, 대물렌즈(55)의 틸트 효과를 상쇄시킬 수 있다.
또한, 제1 내지 제3수광부(30a)(30b)(30c)에 수광되는 광스폿에는 광디스크(D)에서 반사되는 광에 대한 DC 성분과, 광디스크(D)에 형성되어 있는 피트 또는 마크에 의한 회절에 기인한 AC 성분이 섞여 있다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 광디스크(D)에서 반사되는 광은 피트 또는 마크에 의한 회절에 기인하여, 0차 및 ±1차로 회절된다. 따라서, 도 8에 보여진 바와 같이, 대물렌즈(55)를 통과하여 광모듈(20)쪽으로 진행하는 광빔(LB)의 단면은 0차 회절광에 ±1차 회절광이 일부 중첩된 구조를 이룬다. 이와 같은 중첩 구조의 광빔이 상기 홀로그램소자(29)에 의해 0차 및 ±1차로 회절되어 도 7에 보여진 바와 같이, 제1 내지 제3수광부(30a)(30b)(30c)에 각각 수광된다. 도 7에서는 중첩 구조의 도시는 생략하였다.
따라서, 예를 들어, 제1 및 제3수광부(30a)(30c)의 검출신호를 이용하면, 대물렌즈(55)의 시프트 신호(shift)는 수학식 2와 같이 검출할 수 있다.
여기서, k는 게인 조정값이다.
수학식 2에서와 같이 제1 및 제3수광부(30a)(30c)의 검출신호를 연산하면, AC 성분은 제거되고 대물렌즈(55)의 시프트량에 대응하는 DC 성분만 남게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1수광부(30a)의 검출신호를 연산한 (C+D) -(F+E)항과 제3수광부(30c)의 검출신호를 연산한 G-H항은 광디스크(D)에서 반사되는 광에 대한 DC 성분과 광디스크(D)에 형성되어 있는 피트 또는 마크에 의한 회절에 기인한 AC 성분이 섞여 있다. 대물렌즈(55)의 시프트가 발생하지 않으면, (C+D)-(F+E)항과 G-H항에서, DC 성분과 AC 성분은 항상 같은 비로 존재하기 때문에 k(광량비)을 적절히 사용하면 시프트 신호는 항상 영이 된다. 그러나 광디스크(D)의 편심에 따른 대물렌즈(55)의 시프트가 발생하면 광검출기에 맺히는 광은 광검출기의 정중앙을 기준으로 AC항은 같으나 DC항은 서로 다르게 분포된다.
하지만, 수학식 2에서와 같이 연산하면, AC항은 제거되고 DC 항만 남게 된다.
따라서, 수학식 2를 이용하여 구해진 시프트 신호는 대물렌즈(55)의 시프트량에 대응하는 DC항이므로, 이 시프트 신호를 이용하여, 서보 신호 및/또는 재생 신호 등을 보정해주면, 대물렌즈(55)의 시프트 효과를 제거할 수 있으며, 이에 따라 대물렌즈(55)의 오동작과 신호 기록 및/또는 재생 능력이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 홀로그램소자(29) 및 메인 광검출기(30)의 분할 구조를 이용하면, 수학식 2에 보인 바와 같이, 대물렌즈(55) 시프트 신호를 검출할 수 있어, 이 시프트 신호를 이용하여 대물렌즈(55)의 래디얼 방향을 따른 위치를 조정하면, 대물렌즈(55) 시프트 효과를 상쇄시킬 수 있다.
상기 모니터용 광검출기(22)는 광원(21)에서 출사된 광의 일부를 수광하여 상기 광원(21)의 광출력을 모니터링함으로써, 상기 모니터용 광검출기(22)와 상기 광원(21) 사이에 마련된 자동 광출력 콘트롤러(APC : Auto pover controller) 회로를 통하여 보다 정밀하게 광원(21)의 광출력을 제어하도록 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈(20)을 적용하면, 광픽업을 구성하는 광학부품들 중 대물렌즈(55)를 제외한 대부분의 광학부품들이 광모듈(20)내에 단일 패키지화되므로, 광픽업의 전체 구조가 간단해지고, 광픽업의 광학부품들을 베이스에 고정하기 위한 본딩 포인트를 줄일 수 있어 고온 동작시 재생 및/또는 기록 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 대물렌즈(55)는 광모듈(20)쪽에서 조사된 광을 집속하여 광디스크(D)의 기록면에 광스폿이 형성되도록 한다. 이 대물렌즈(55)는 액츄에이터(87)에 의해 상기 메인 광검출기(30)에서 검출된 오차신호를 바탕으로 하여, 포커스 방향, 트랙 방향 및 포커스 방향으로 구동된다.
한편, 본 발명에 따른 광모듈(20)은, 광원(21)으로 사용되는 반도체 레이저로부터 출사되는 타원형 빔을 정형하기 위하여, 플레이트형 윈도우(27) 대신에 도 9에 보여진 바와 같이 빔정형 윈도우(77)를 구비할 수도 있다.
상기 빔정형 윈도우(77)는 상기 레이저 빔의 진행 경로에 대응되는 상기 캡(20b)의 소정 위치에 결합 설치된다. 이 빔정형 윈도우(77)는 투과되는 레이저 빔을 정형한다.
상기 빔정형 윈도우(77)는 레이저 빔이 입사되는 제1면(77a)과, 레이저 빔이 출사되는 제2면(77b)을 가진다.
상기 제1면(77a)은 광원(21)으로부터 출사되어 진행하는 광의 진행 방향에 수직한 면을 이루어 입사빔의 거의 대부분을 직진투과시킨다.
상기 제2면(77b)은 상기 제1면(77a)을 직진투과하여 진행하는 광의 광축에 대해 소정 기울기로 경사지게 배치되어 입사빔을 굴절 투과시킨다.
이와 같이, 상기 빔정형 윈도우(77)를 마련함으로써, 광모듈(20)로부터 출사되는 광의 빔 형상을 소망하는 형상으로 정형할 수 있다.
여기서, 빔정형 원리에 대하여 도 10을 참조하면서 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, 도 9의 빔정형 윈도우(77)에 대응되는 빔정형 프리즘(80)은 굴절률 n을 가지는 투명부재로, 빗면이 밑면에 대해 각도 만큼 경사지게 배치되어 있다. 이 빔정형 프리즘(80)의 밑면에 수직 입사된 레이저빔은 빗면에 각도 만큼의 기울기를 가지고 출사된다.
이와 같은 배치를 가지는 경우에 있어서, 예를 들어, 단면 직경이 a인 입사빔에 대하여, 출사빔의 단면 직경을 로 하고자 하는 경우의 각도 와 는 다음과 같이 설정된다.
상기 각도 와 각도 는 수학식 3으로 나타낸 바와 같은 스넬의 법칙에 따른 방정식과, 수학식 4로 나타낸 바와 같은 기하학적인 형상에 따른 방정식을 연립하여 풀면 구할 수 있다.
수학식 4는 입사빔의 단면 직경과 출사빔의 단면 직경의 관계로부터 얻어진다.
상기 빔정형 프리즘(80)이 굴절률 이 1.514362인 매질로 이루어졌다고 할 때, 상기한 수학식 3 및 4를 연립하여 각도 와을 각각 구하면, 각도 는 37.29°이고, 각도 는 23.44°임을 알 수 있다.
한편, 상기한 설명은 상기 빔정형 프리즘(80)에 입사되는 광의 일 방향 예컨대, 수직방향(도 1의 방향)에 대한 것이고, 이와 직교하는 방향 예컨대, 수평방향(도 1의 방향)에 대해서는 직경의 변화 없이 투과시킨다. 따라서, 상기 각도 와 각도 각각을 소정 각도로 선택함으로써, 빔정형 프리즘(80)에 단면이 타원형상인 레이저 빔이 입사된 경우에도, 그 단면 형상을 원형상으로 정형할 수 있고, 출사된 레이저 빔의 크기를 소망하는 크기로 바꿀 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조로 설명한 바와 같은 빔정형 윈도우(77)를 구비하는 광모듈(20)을 광픽업에 적용하는 경우에는, 빔정형 윈도우(77)에서의 광의 굴절에 기인하여 광로가 비스듬히 꺾이는 점을 고려하여, 광모듈(20)을 배치하면 된다.
여기서, 빔정형 윈도우(77)를 도 9에서와는 반대로 뒤집어, 광원(21)쪽으로부터 레이저빔이 입사되는 제1면(77a)이 빗면이 되도록 배치하고 이에 맞게 나머지 광학부품들을 배치할 수도 있다.
상기와 같이 광모듈(20)에 빔정형 윈도우(77)를 구비하여, 광원(21)에서 출사되는 타원형 빔을 원형 빔으로 정형해주면, 광 기록 및/또는 재생 특성을 보다 좋게 할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 대물렌즈를 제외한 대부분의 광학부품들이 광모듈 내에 단일 패키지화되어 있으므로, 광픽업의 전체 구조가 간단해지고, 광픽업의 광학부품들을 베이스에 고정하기 위한 본딩 포인트를 줄일 수 있어 고온 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 반도체 레이저 모듈을 보인 일부 절개 사시도,
도 2는 반도체 레이저로부터 출사되는 광 빔을 보인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 광모듈을 구비한 광픽업의 일 실시예를 개략적으로 보인 광학적 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈을 개략적으로 보인 도면,
도 5는 도 4의 홀로그램소자의 구성을 개략적으로 보인 도면,
도 6은 도 5의 홀로그램소자에 의한 광디스크에서 반사된 광의 회절 특성을 보인 도면,
도 7은 도 4의 메인 광검출기의 분할 구조를 개략적으로 보인 도면,
도 8은 광디스크에서 반사되는 광의 피트 또는 마크에 의한 회절에 기인한 중첩 구조를 보인 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광모듈을 개략적으로 보인 도면,
도 10은 도 9의 빔정형 윈도우의 빔정형 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20...광모듈 21...광원
22...모니터용 광검출기 23...편광빔스프리터
25...1/4 파장판 29...홀로그램소자
30...메인 광검출기 30a,30b,30c...제1 내지 제3수광부
52...콜리메이팅렌즈 55...대물렌즈
77...빔정형 윈도우 D...광디스크
LB...반사 광빔

Claims (20)

  1. 기록매체에 광을 조사하고, 이 기록매체로부터 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하도록 광픽업에 사용할 수 있는 광모듈에 있어서,
    광원과;
    이 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와;
    기록매체에서 반사된 후 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기와;
    기록매체에서 반사되어 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자;를 포함하며,
    상기 홀로그램소자는 적어도 2개로 분할된 분할면을 포함하며,
    상기 분할면 중 하나 이상은 양의 비점수차를 발생시키고, 나머지 분할면은 음의 비점수차를 발생시키도록 소정 홀로그램 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 메인 광검출기는,
    기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제1수광부와;
    2×3 배열된 6개의 분할판을 구비하는 제2수광부와;
    기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제3수광부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광로변환기는,
    입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터와,
    입사되는 광의 편광을 바꾸어주는 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 홀로그램소자 및 1/4파장판은 상기 편광빔스프리터에 결합된 것을 특징으로 하는 광모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광원은 CD에 적합한 적외선 파장영역의 광, DVD에 적합한 적색 파장영역의 광 및 고선명급의 동영상 정보를 저장할 수 있는 차세대 DVD에 적합한 청색 파장영역을 포함하는 세 파장영역 중 어느 하나 또는 둘 이상의 파장영역의 광을 출사하도록 된 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광원의 광출력을 모니터링하기 위한 모니터용 광검출기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광원에서 출사된 광 빔을 정형하는 빔정형 윈도우;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  9. 광원과, 이 광원에서 출사된 광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기와, 기록매체에서 반사된 후 재 입사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 메인 광검출기와, 기록매체에서 반사되어 재입사되는 광에 대해 비점수차를 발생시키는 홀로그램소자를 포함하는 광모듈과;
    상기 광모듈쪽에서 입사되는 광을 집속시켜 기록매체의 기록면에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈;를 포함하며,
    상기 홀로그램소자는 적어도 2개로 분할된 분할면을 포함하며,
    상기 분할면 중 하나 이상은 양의 비점수차를 발생시키고, 나머지 분할면은 음의 비점수차를 발생시키도록 소정 홀로그램 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 메인 광검출기는,
    기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제1수광부와;
    2×3 배열된 6개의 분할판을 구비하는 제2수광부와;
    기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 적어도 2분할된 구조의 제3수광부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 2분할된 구조의 상기 제1수광부의 검출신호들을 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 제1 및 제2수광신호라 할 때,
    정보신호는 상기 제1 및 제2수광신호를 합산하여 검출되고, 상기 기록매체에 대한 상기 대물렌즈의 상대적인 틸트 신호는 상기 제1 및 제2수광신호의 차신호로 검출되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2수광부의 2×3 배열된 6개의 분할판을 A1, A2, A3 B1, B2 및 B3라 할 때,
    포커스 오차신호는 상기 분할판 A2의 검출신호와 분할판 B2의 검출신호의 차신호로 검출되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제2수광부의 2×3 배열된 6개의 분할판을 A1, A2, A3 B1, B2 및 B3라 하고, 적어도 2분할된 구조의 상기 제3수광부의 검출신호들을 기록매체의 래디얼 방향에 대응되는 방향으로 제1 및 제2수광신호라 할 때,
    트랙킹 오차신호는 상기 제1 및 제2수광신호의 차신호와, 상기 분할판 A1, A2 및 A3 각각에서 검출된 신호의 합신호와 상기 분할판 B1, B2 및 B3 각각에서 검출된 신호의 합신호의 차신호를 감산하여 검출되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  15. 제9항에 있어서, 상기 광로변환기는,
    입사광을 편광성분에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터와,
    입사되는 광의 편광을 바꾸어주는 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  16. 제15항에 있어서, 상기 홀로그램소자 및 1/4파장판은 상기 편광빔스프리터에 결합된 것을 특징으로 하는 광픽업.
  17. 제9항에 있어서, 상기 광원은 CD에 적합한 적외선 파장영역의 광, DVD에 적합한 적색 파장영역의 광, 고선명급의 동영상 정보를 저장할 수 있는 차세대 DVD에 적합한 청색 파장영역을 포함하는 세 파장영역 중 어느 하나 또는 둘 이상의 파장영역의 광을 출사하도록 된 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광픽업.
  18. 제9항에 있어서, 상기 광원의 광출력을 모니터링하기 위한 모니터용 광검출기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  19. 제9항에 있어서, 상기 광원에서 출사된 광 빔을 정형하는 빔정형 윈도우;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  20. 제9항에 있어서, 상기 광모듈의 광원에서 발산광 형태로 출사된 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
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