KR19990019439A - 광기록매체들에 호환가능한 광픽업 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광들을 사용하는 적어도 두 종류의 광기록매체들에 호환하는 광픽업에 관한 것으로, 시준렌즈와 상대적으로 긴 파장의 광을 출사하는 레이저다이오드 사이의 거리를 조정함으로써 두께의 차이가 있는 광기록매체들에 호환가능한 광픽업에 관한 것이다. 이렇게 함으로써 광기록매체의 두께 차이로 인한 구면수차를 감소시키고 또한, 대물렌즈 구경에 의한 CD계열 디스크 재생시의 광학성능열화를 감소시킬 수 있다.

Description

광기록매체들에 호환가능한 광픽업
본 발명은 CD계열의 디스크에 호환하는 디지털 비디오 디스크(DVD)용 광픽업에 관한 것으로서, 시준렌즈와 레이저다이오드 사이의 거리를 조절함으로써 DVD 및 CD계열 디스크에 대하여 신호의 기록 및 재생이 가능한 광픽업에 관한 것이다.
광픽업은 영상이나 음향 또는 데이터 등의 정보를 고밀도로 기록하고 재생하는 장치로써 광픽업의 기록매질은 디스크, 카드 또는 테이프로 구성되어 있으나 디스크형태가 주류이다. 최근 광디스크 기기분야는 LD, CD로부터 DVD까지 제품이 개발되어 오고 있다. 이러한 광디스크는 광이 입사하는 축방향에서 일정한 두께의 플라스틱 또는 유리매질과 그 위에 위치하여 정보가 기록되는 정보기록면으로 구성된다.
현재까지의 고밀도 광디스크 시스템은 기록밀도를 높이기 위해 대물렌즈의 개구수(Numerical aperture)를 크게 하고, 635㎚ 또는 650㎚의 단파장 광원을 사용한다. 이 단파장의 광원을 사용함으로써 상호 두께가 다른 DVD의 기록 및 재생뿐 아니라 CD의 재생도 가능하도록 개발되었다.
그러나, 이 시스템은 CD의 최근 형태인 기록가능한 CD-R의 호환을 위해서는 780㎚ 파장의 광을 사용해야만 한다. 이것은 CD-R기록매체의 기록특성에 기인한 것이다. 그래서, 780㎚ 파장의 광과 650㎚ 파장의 광을 하나의 광픽업에서 모두 사용할 수 있게 하는 것 즉, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 것은 DVD와 CD-R의 호환을 위하여 대단히 중요한 기술로 대두되었다.
그러나, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 시스템은 광픽업의 구성을 간단히 하기위하여 대물렌즈 하나만을 사용한다. 그 결과, CD재생용 광학계의 구성상 대물렌즈의 구경은 기존 CD계열에서 사용된 0.45보다 큰 0.6을 사용하게 되고, 이로인해 대물렌즈의 기울어짐과 광축 어긋남특성은 매우 나빠진다. 이에 대한 일례로 도 1에 1.2㎜ 두께의 CD가 1도 기울어져있을 경우 대물렌즈 구경에 따른 코마수차발생량의 관계를 도시하였다. 디스크의 기울어짐에 대한 코마수차 발생량은 대물렌즈 구경의 3승에 비례하여 커진다. 그래서, 대물렌즈 구경을 작게 할수록 코마수차 발생량은 적어지게 되고, 성능열화도 또한 작게 된다. 따라서, 일반적인 CD플레이어의 경우 대물렌즈 구경을 0.45∼0.5의 값으로 한정하여 사용하고 있다. 그래서, 두 개의 레이저다이오드를 사용하는 시스템은 유전체코팅에 의한 가변조리개를 광로상에 삽입하여 CD의 광학계 구경을 0.45정도로 낮추어 사용한다.
두 개의 레이저다이오드와 가변조리개를 사용하는 시스템의 일례로써 DVD와 CD-R에 호환되는 기존의 광픽업을 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 DVD와 CD-R의 광원으로서 두 개의 레이저다이오드를 구비하고, 단일의 대물렌즈 및 가변조리개를 사용하는 기존 광픽업의 구성을 보여준다. 도 2의 광픽업은 DVD재생시에는 635㎚ 파장의 광을 사용하고 CD-R의 기록과 재생시에는 780㎚ 파장의 광을 사용한다.
제 1레이저다이오드(11)로부터 출사되는 635㎚ 파장의 광은 제 1시준렌즈(Collimating lens)(12)로 입사된다. 이 광선은 실선으로 도시하였다. 제 1시준렌즈(12)는 입사된 광을 평행광선으로 만든다. 제 1시준렌즈(12)를 통과한 광은 광분할기(Beam splitter)(13)에서 반사된 후 간섭필터형 프리즘(14)으로 진행한다.
제 2레이저다이오드(21)로부터 출사되는 780㎚ 파장의 광은 제 2시준렌즈(22), 광분할기(23) 및 집광렌즈(24)를 통과한 다음 간섭필터형 프리즘(14)으로 진행한다. 이 광선은 점선으로 도시하였다. 여기서 780㎚ 파장의 광은 간섭필터형 프리즘(14)에서 수렴되어지며 이러한 구조의 광학계를 유한광학계라 한다.
간섭필터형 프리즘(14)은 광분할기(13)에 의해 반사된 635㎚ 파장의 광을 전투과시키고, 집광렌즈(24)에 집광된 780㎚ 파장의 광을 전반사시킨다. 그 결과 제 1레이저다이오드(11)로부터의 광은 제 1시준렌즈(12)에 의해 평행하게 된 형태로 파장판(Wave plate)(15)으로 입사된다. 그리고, 제 2레이저다이오드(21)로부터의 광은 집광렌즈(24) 및 간섭필터형 프리즘(14)에 의해 발산하는 형태로 파장판(15)으로 입사된다. 파장판(15)을 투과한 광은 박막형 가변조리개(16)를 통과한 다음 대물렌즈(17)로 입사된다.
이 대물렌즈(17)는 두께가 0.6㎜인 DVD(18)의 정보기록면에 초점이 맞도록 설계된 것으로서 제 1레이저다이오드(11)로부터 출사된 635㎚ 파장의 광을 DVD(18)의 정보기록면에 초점맺히게 한다. 그러므로, DVD(18)의 정보기록면에서 반사된 광은 그 정보기록면에 기록된 정보를 담게 된다. 이 반사된 광은 광분할기(13)를 투과하여 광학적 정보를 검출하는 광검출기(19)로 입사된다.
위에서 언급한 유한광학계를 적용하지않는 경우, 제 2레이저다이오드(21)로부터 출사된 780㎚ 파장의 광을 전술한 대물렌즈(17)를 사용하여 그 두께가 1.2㎜인 CD-R(25)의 정보기록면에 초점맺히게 하면, DVD(18)의 두께와 CD-R(25)의 두께가 서로 다름에 의한 구면수차(Spherical aberration)가 발생한다. 이 구면수차는 대물렌즈(17)에 대하여 CD-R(25)의 정보기록면이 DVD(18)의 정보기록면으로부터 광축상에서 보다 멀리 떨어져 있음에 기인한다. 이러한 구면수차를 줄이기 위하여 집광렌즈(24)를 사용한 유한광학계의 구성이 요구된다. 도 3과 함께 나중에 설명될 가변조리개(16)의 사용에 의해 780㎚ 파장의 광은 CD-R(25)의 정보기록면에 최적화된 크기의 광스폿(Optical spot)을 형성하게 된다. 그리고, CD-R(25)에서 반사된 780㎚ 파장의 광은 광분할기(23)에 의해 반사되어 광검출기(26)에 의해 검출될 수 있게 된다.
도 2의 가변조리개(16)는, 도 3에 보인 바와 같이, 대물렌즈(17)의 직경에 일치하는 개구수(NA) 0.6이하의 영역에 들어있는 광들을 선택적으로 투과할 수 있는 박막형구조를 갖는다. 즉, 가변조리개(16)는 광축에 대하여 개구수 0.45를 중심으로 635㎚ 파장과 780㎚ 파장의 광을 모두 투과시키는 영역 1과 635㎚ 파장의 광을 전투과하며 780㎚ 파장의 광을 전반사하는 영역 2로 구분된다. 여기서 영역 1은 개구수 0.45이하의 영역이며 영역 2는 영역 1바깥의 영역으로 유전체박막의 코팅에 의해 만들어진다. 그리고, 영역 1은 유전체박막 코팅된 영역 2에 의해 발생하는 광학수차(Optical aberration)를 제거하기위해 석영(SiO2)박막으로 구성된다.
이러한 가변조리개(16)의 사용에 의해 개구수 0.45이하의 영역 1을 통과하는 780㎚ 파장의 광은 CD-R(25)에 적합한 광스폿을 그 정보기록면에 형성하게 된다. 따라서, 광픽업은 광기록매체를 DVD(18)로부터 CD-R(25)로 변경하는 경우, 최적화된 광스폿을 가지고 호환이 가능하다.
그러나, 도 2와 관련하여 전술한 광픽업은 DVD와 CD-R호환시에 발생하는 구면수차를 제거하기 위하여 780㎚ 파장의 광에 대하여 유한광학계를 구성해야 한다. 그로 인해, 광학계 구성이 복잡하여 광부품의 조립이 어려운 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 가변조리개(16)의 개구수 0.45이상인 영역 2에 형성되는 광학박막인 유전체박막에 의해 개구수 0.45이하인 영역 1과 개구수 0.45이상인 영역 2를 통과하는 광들간에 광학경로차(Optical path difference)가 발생하므로 이것을 제거하기 위해 영역 1에 특별한 광학박막의 형성을 필요로 한다. 그래서, 영역 1에 석영코팅과 영역 2에 다층박막을 각각 형성하였으나 그 제조공정이 복잡하였고, 또한 박막두께의 조절을 ㎛단위의 정밀도로 행해야하므로 양산에 적합하지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 시준렌즈와 레이저다이오드간에 거리를 조정함으로써 디스크 재생시 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업을 제공하고자 한다.
도 1은 대물렌즈 구경과 코마수차 발생량의 관계를 나타낸 도면,
도 2는 종래 광픽업의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 가변조리개의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업의 구성을 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 레이저다이오드 42 : 홀로그램모듈
43 : 프리즘 44 : 미러
45 : 시준렌즈 46 : 대물렌즈
47 : DVD 48 : 비점수차렌즈
49 : 광검출기 50 : CD계열 디스크
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광들을 사용하는 적어도 두 종류의 광기록매체들에 호환하는 광픽업에 있어서, 상대적으로 짧은 파장의 광을 출사하는 제 1레이저다이오드, 상대적으로 긴 파장의 광을 출사하는 제 2레이저다이오드, 입사광과 반사광을 분리하여 투과 혹은 반사시키는 프리즘, 프리즘으로부터 입사하는 광을 반사하여 대물렌즈로 향하도록하고, 대물렌즈로부터 입사하는 광을 반사하여 프리즘으로 향하도록하는 미러(mirror), 미러로부터 입사되는 광을 시준시키는 시준렌즈, 시준렌즈로부터 입사되는 광을 광기록매체의 정보기록면에 집광시키는 대물렌즈, 프리즘으로부터 입사되는 상대적으로 짧은 파장의 광에 대한 포커스에러를 검출하는 비점수차렌즈 및 비점수차렌즈로부터 입사하는 광으로부터 광학적정보를 검출하는 광검출기를 포함하여 시준렌즈와 제 2레이저다이오드 사이의 거리를 조절함으로써 광기록매체들에 호환가능한 광픽업에 있다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구현한 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로써 CD계열의 디스크와 호환가능한 DVD용 광픽업의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4의 광픽업은 DVD(47)에 대한 신호의 기록 및 재생을 위하여 650㎚ 파장의 광을 출사하는 레이저다이오드(41)를 구비한다. 또한, 이 광픽업은 CD계열의 디스크(50)에 대한 신호의 기록 및 재생을 위하여 780㎚ 파장의 광을 출사하는 레이저다이오드와 CD계열 디스크(50)의 정보기록면에서 반사되어 되돌아오는 광을 검출하는 광검출기가 일체화된 홀로그램모듈(42)을 구비한다. 이 홀로그램모듈(42)은 광학계의 조립, 조정을 간단히 하기 위한 것이다.
레이저다이오드(41)에서 출사된 650㎚ 파장의 광은 프리즘(43)의 A면에서 반사하고, B면에서 투과하여 미러(mirror)(44)로 향한다. 미러(44)는 수광하는 광을 모두 전반사시키도록 코팅특성을 갖음으로써 반사되는 광이 대물렌즈(46)로 입사되도록 한다. 그래서, 미러(44)로 향한 650㎚ 파장의 광은 전반사되어 시준렌즈(45)로 향한다. 시준렌즈(45)는 입사되는 광을 평행하게 만들고, 이 평행광은 대물렌즈(46)에 집광되어 DVD(47)의 정보기록면 위에 광스폿을 형성한다. 형성된 광스폿은 DVD(47)의 정보기록면 위에서 반사되어 다시 프리즘(43)으로 되돌아온다. 프리즘(43)으로 되돌아온 광의 일부는 A, B면을 투과하여 비점수차렌즈(48)로 향한다. 비점수차렌즈(48)는 입사하는 광의 포커스에러를 검출하여 광검출기(49)에 광이 맺도록 한다. 그리고, 광검출기(49)는 입사된 광으로부터 광학적 정보를 검출한다.
한편, 홀로그램모듈(42)에서 출사된 780㎚ 파장의 광은 프리즘(43)의 B면에서 반사하여 미러(44)로 향한다. 미러(44)로 입사된 광도 또한 반사되어 시준렌즈(45)와 대물렌즈(45)를 통하여 CD계열 디스크(50)의 정보기록면 위에 광스폿을 형성한다. 형성된 광스폿은 CD계열 디스크(50)의 정보기록면 위에서 반사되어 다시 프리즘(43)으로 되돌아온다. 프리즘(43)으로 되돌아온 광은 B면에서 반사되어 홀로그램모듈(42)의 광검출기로 입사된다. 홀로그램모듈(42)의 광검출기는 입사된 광으로부터 광학적 정보를 검출한다.
두 개의 레이저다이오드(41, 42)를 구비한 도 4의 광픽업은 하나의 대물렌즈(46)를 사용하여 DVD(47) 및 CD계열 디스크(50)에 대한 신호의 기록동작 및 재생동작을 수행한다. 이 대물렌즈(46)는 무한광학계용으로 설계된 렌즈로 입사빔이 평행광일 경우 디스크에 대한 최적의 성능을 발휘한다. 그래서, 이 대물렌즈(46)는 두께가 얇은 DVD(47)에 최적화되어 있다. 그리고, CD계열 디스크(50)와 같은 두께의 디스크 기록재생시에는 대물렌즈(46)로 입사되는 빔을 약간의 발산빔으로 조절해줄 때 대물렌즈(46)는 최적의 성능을 발휘한다. 대물렌즈(46)로 입사되는 광의 발산 또는 평행의 정도는 780㎚ 파장의 광에 대한 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45)의 거리변화에 의해 조절된다. 이렇게 함으로써 디스크의 두께 차이에 의한 구면수차가 줄어든다. 즉, 시준렌즈(45)와 홀로그램모듈(42) 사이의 거리를 변화시킴에 따라 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿의 크기가 변화한다. 이것은 대물렌즈(46)의 효과적인 구경이 변화하는 것을 의미한다. 다음의 표 1에 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿이 최소화되는 최적화거리 즉, 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45) 사이의 거리인 14.6㎜를 기준으로하여 거리변화량에 따른 효과적인 구경의 변화 및 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿의 크기변화를 나타내었다.
거리변화량(㎜) 0 1.0 1.5 2.0
효과적인 구경 0.58 0.52 0.49 0.46
광스폿크기(㎛) 1.14 1.26 1.35 1.46
표 1에 보인바와 같이 거리변화량 즉, 홀로그램모듈(42)과 시준렌즈(45) 사이의 거리가 증가할수록 효과적인 구경은 선형적으로 감소하고, 디스크(47, 50)에 집광되는 광스폿의 크기는 선형적으로 증가한다. 또한, 거리변화에 의해 집광되는 광스폿에 발생하는 사이드로브(side lobe)는 환형차폐의 대물렌즈를 사용함으로써 감소된다. 그래서, 사이드로브로 인한 성능열화를 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 시준렌즈와 홀로그램모듈사이의 거리를 조절함으로써 디스크의 두께차이에 의한 구면수차를 감소시키고 또한, 대물렌즈 구경에 의한 CD계열 디스크의 재생시의 광학성능열화를 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 정보의 기록 및 재생을 위하여 서로 다른 파장의 광들을 사용하는 적어도 두 종류의 광기록매체들에 호환하는 광픽업에 있어서,
    상대적으로 짧은 파장의 광을 출사하는 제 1레이저다이오드;
    상대적으로 긴 파장의 광을 출사하는 제 2레이저다이오드;
    입사광과 반사광을 분리하여 투과 혹은 반사시키는 프리즘;
    상기 프리즘으로부터 입사하는 광을 반사하여 대물렌즈로 향하도록하고, 상기 대물렌즈로부터 입사하는 광을 반사하여 상기 프리즘으로 향하도록하는 미러(mirror);
    상기 미러로부터 입사되는 광을 시준시키는 시준렌즈;
    상기 시준렌즈로부터 입사되는 광을 상기 광기록매체의 정보기록면에 집광시키는 대물렌즈;
    상기 프리즘으로부터 입사되는 상대적으로 짧은 파장의 광에 대한 포커스에러를 검출하는 비점수차렌즈; 및
    상기 비점수차렌즈로부터 입사하는 광으로부터 광학적정보를 검출하는 광검출기를 포함하여 상기 시준렌즈와 제 2레이저다이오드 사이의 거리를 조절함으로써 광기록매체들에 호환가능한 광픽업.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리즘은
    상기 제 1레이저다이오드로부터 입사되는 광을 반사시키고, 상기 미러로부터 반사되어오는 상대적으로 짧은 파장의 광을 투과시키는 제 1면; 및
    상기 제 1면에서 반사된 상대적으로 짧은 파장의 광과 상기 미러로부터 반사되어오는 상대적으로 짧은 파장의 광을 투과시키고, 상기 제 2레이저다이오드로부터 입사되는 광과 상기 미러로부터 반사되어오는 상대적으로 긴 파장의 광을 반사시키는 제 2면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 대물렌즈는 환형차폐렌즈인 것을 특징으로 하는 광픽업.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2레이저다이오드는 상대적으로 긴 파장의 광에 대한 광학적 정보를 검출하는 광검출기와 일체화된 홀로그램모듈인 것을 특징으로 하는 광픽업.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 미러는 입사하는 광을 반사시키도록 코팅특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업.
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