KR20060109087A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR20060109087A
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Abstract

본 발명은 광 픽업장치에 있어서, 특히 다층 디스크의 기록 및 재생을 위한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치는, 레이저 다이오드로부터 발생된 빔을 디스크에 조사하는 대물렌즈와; 상기 대물렌즈와 디스크 사이에 설치되며, 상기 디스크 두께 변화에 의해 발생되는 구면 수차를 보상해 주는 구면수차 보상수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
픽업, 구면수차, 다층 디스크

Description

광 픽업 장치{Optical Pick-up apparatus}
도 1은 종래 광 픽업장치의 개략 구성도.
도 2는 종래 DVD 디스크의 초점 상태를 나타낸 도면.
도 3은 종래 도 1에 적용된 구면수차 보상용 액츄에이터의 구조.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 구면수차 보상수단의 일 실시 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 도 5의 구면수차 보상수단의 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 구면수차 보상수단의 다른 실시 예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명 도 7의 구면수차 보상수단의 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 구면수차 보상수단의 또 다른 실시 예를 나타낸 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
31,32...LD 33,34...그레이팅 소자
35...웨지 플레이트 36....빔 스플리터
37...콜리메이터 렌즈 38...반사미러
39...대물렌즈 40,50,60...구면수차 보상수단
41,51...디스크 32...센서렌즈
43...광검출기 44...모니터 PD
본 발명은 광 픽업장치에 있어서, 특히 디스크와 대물렌즈 사이에 디스크의 두께 보상용 구면수차 보상수단을 구비한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광 저장장치의 배속 및 저장 밀도 증가와 함께 소비자 기호의 고급화로 고화질 동영상 처리에 대한 수요가 증가함에 따라 광 저장 디스크(Optical Disk)의 데이터 저장용량도 대용량으로 요구되고 있다.
도 1은 일반적인 광 픽업 장치의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일정 파장의 빔을 발생하는 레이저 다이오드(101)와, 빔을 반사 또는 투과시키는 빔 스플리터(102)와, 상기 빔 스플리터(102)로부터 입사된 빔을 평행화된 빔으로 출사하는 콜리메이터 렌즈(103)와, 상기 콜리메이터 렌즈(103)로부터 입사된 빔을 광 디스크(105)에 집광시키고 반사되는 빔을 상기 콜레메이터 렌즈(103)로 전달하는 대물렌즈(104)와, 상기 빔 스플리터(102)에 의해 반사된 빔을 전기적 신호로 검출하는 광 검출기(106)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 광 픽업 장치는 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(LD)(101)로부터 발생되는 레이저빔은 빔 스플리터(102)를 투과하고, 투과된 빔은 콜리메이터 렌즈(103)에서 평행 빔으로 대물렌즈 (104)에 입사된다. 대물렌즈(104)는 입사된 빔을 광 디스크(105) 상에 한 점으로 집광시켜 정보를 기록 및 재생하게 되며, 광 디스크(105)로부터 맺힌 빔은 반사되고, 반사된 빔은 대물렌즈(104), 콜리메이터 렌즈(103)를 투과하여 빔 스플리터(102)에 의해 광 검출기(106)로 반사된다. 광 검출기(106)는 반사되어 입력되는 정보를 전기적인 신호로 변환하게 된다.
도 2는 대물렌즈에 의해 디스크에 맺히는 빔의 형태를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, DVD LD로부터 발생되는 빔은 대물렌즈(104)에 의해 디스크에 집광된다. 여기서, DVD 계열의 광디스크(105)를 억세스하기 위한 광 픽업 장치에 사용되는 빔의 파장과 빔 사이즈는 각각 635∼650 nm와 0.9 μm 를 가져야 하고, 대물렌즈의 개구 수는 0.6mm 을 유지하여야 한다. 여기서, 디스크가 기준 두께(L)일 때 0.6mm이고 구면수차(SA: Spherical Aberration)가 제로가 된다. 그러나, 디스크의 두께가 두꺼워지거나 얇아지면 L1 층 또는 L0 층에서 구면수차(-,+)가 각각 발생된다.
또한, 레이저급 광학 시스템은 데이터의 고집적화 및 대용량화를 위해 디스크에 두 개 이상의 레이어(layer)가 존재하게 됨에 따라, 사용되고 있는 광원의 파장이 짧아 디스크 레이어의 편차에 의한 구면수차가 발생된다. 구면수차가 발생되면 빔 사이즈가 커져 재생시의 지터가 증가하고 기록 품질의 열화를 초래하게 된다.
이러한 구면수차를 보상해주기 위해 광 축상의 광학소자를 이동시켜 주어야 하는 1축 구동 서보 시스템이 요구된다.
기존의 구면 수차 보상을 위한 1축 액츄에이터는 도 3에 도시된 바와 같이, 구면수차 보상을 위한 액츄에이터(110)의 경우, 렌즈홀더(111)의 중심부에 콜리메이터 렌즈(112)를 취부하고, 렌즈홀더(111)의 가동을 위한 모터(113), 렌즈홀더(111)의 일측에서 상기 모터(113)에 의해 회전하여 렌즈홀더(111)를 가동하는 리드 스크류(lead screw)(114), 렌즈홀더(111)의 타측에서 렌즈홀더의 이동을 가이드하는 샤프트(115)로 구성된다.
즉, 콜리메이터 렌즈(112)에 의한 구면수차를 보상하기 위해서는 렌즈홀더(111)를 광 축 방향으로 이동시켜 주어야 하는데, 이때 모터(113)를 구동하면 모터 축에 연결된 리드 스크류(114)가 회전하여 렌즈홀더(111)를 전/후 방향으로 이동시켜 준다. 더블어 렌즈홀더 타측의 샤프트(115)가 렌즈홀더의 이동을 가이드해 주게 됨으로써, 구면수차를 보상하게 된다.
그러나, 모터(113)의 축인 리드 스크류(114)가 렌즈홀더 일측에 설치되어 있기 때문에, 렌즈홀더를 가동하는 힘이 한쪽으로 집중되는 경우가 발생될 수 있다. 또한, 리드 스크류 방식을 이용하게 될 경우 별도의 모터-스크류 시스템을 구성해야 하는 등 가격 및 조립성 측면에서 단점을 가지게 된다.
그리고, 구면 수차를 최소화할 수 있는 1축 액츄에이터는 그 특성상 고정밀도의 구동이 요구되므로, 수십 um이하의 구동 정밀도와 광학소자의 틸트 마진을 확보하기 위해 구동 중 각도 틀어짐이 최소화되어야 한다.
본 발명의 제 1목적은 대물렌즈와 디스크 사이에 구면수차 보상수단을 구비함으로써, 디스크의 두께를 보상할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제 2목적은 구면수차 보상수단이 디스크의 두께 변화에 반비례하는 구면수차를 발생시켜 줄 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제 3목적은 구면수차 보상수단이 다층 디스크에 각 층에 대응되는 구면수차를 보상해 줄 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제 4목적은 구면수차 보상수단이 적어도 2개 이상의 영역으로 분할되어, 적어도 2층 이상의 간격을 갖는 디스크에 대응하여 구면수차를 보상할 수 있도록 한 광 픽업 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 광 픽업 장치는,
광 픽업 장치에 있어서,
레이저 다이오드로부터 발생된 빔을 디스크에 조사하는 대물렌즈와;
상기 대물렌즈와 디스크 사이에 설치되며, 상기 디스크 두께 변화에 의해 발생되는 구면 수차를 보상해 주는 구면수차 보상수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구면수차 보상수단은 적어도 2층 이상의 디스크로부터 발생되는 구면수차를 각각 보상하기 위해 2개의 영역 이상으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구면수차 보상수단의 각 영역은 디스크의 두께 변화에 의해 발생되는 구면수차에 반비례되는 구면수차를 발생하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구면수차 보상수단의 각 영역은 디스크의 층별 두께 변화에 반비례하는 두께로 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 디스크의 층별 두께 간격과 구면수차 보상수단의 두께 간격이 동일한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구면수차 보상수단은 중심부에 설치된 회전축에 의해 서로 다른 구면수차 보상 영역을 디스크 두께에 대응하여 전환시켜 주는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 광 픽업 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 서로 다른 파장의 빔을 발생하는 제 1 및 제 2레이저 다이오드(31,32)와, 상기 발생된 선형 편광빔을 원형 편광빔으로 변경시키는 제 1 및 제 2그레이팅 소자(33,34)와, 상기 그레이팅 소자(33,34)를 거친 빔을 입사 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 웨지 플레이트(Wedge Plate)(35)와, 상기 웨지 플레이트(35)로부터 입사된 빔을 입사 방향에 따라 반사 또는 투과시키는 빔 스플리터(36)와, 상기 반사된 빔을 평행화된 빔으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(37)와, 상기 평행화된 빔을 디스크 방향으로 반사시키는 반사미러(38)와, 상기 반사미러(38)에 의해 반사된 빔을 디스크에 조사하는 대물렌즈(39)와, 상기 대물렌즈(39)와 디스크(40) 사이에서 디스크의 기준 두께와의 차이에 의해 발생되는 구면수차를 보상 해 주는 구면수차 보상수단(40)과, 상기 빔 스플리터(36)에 투과되는 반사빔을 집광시키는 센서렌즈(42)와, 상기 센서렌즈에 의해 집광된 빔을 수광하여 전기적 신호로 검출하는 광 검출기(43)와, 상기 빔 스플리터(36)에 의해 투과 및 반사된 빔을 검출하여 모니터용 신호를 사용하기 위한 모니터 포토 다이오드(MPD)(44)를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 광 픽업 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 제 1 및 제 2레이저 다이오드(31,32)는 서로 다른 파장의 빔을 발생하게 된다. 예를 들면, 제 1레이저 다이오드(31)는 예를 들어, 650nm 파장의 광을 조사하는 레이저 다이오드이고, DVD용 디스크에 사용된다. 이러한 제 1레이저 다이오드(31) 칩에는 2파장 대응 다이오드가 탑재될 수도 있다. 제 2레이저 다이오드(32)는 예를 들면 고 개구수(예컨대, NA=0.85), 짧은 파장(예컨대, 405nm)의 레이저 광을 조사하는 블루 레이저 다이오드(BD: Blue laser Diode)이며, HD 디스크용으로 사용된다.
그리고, 제 1 및 제 2그레이팅 소자(33,34)는 제 1 및 제 2레이저 다이오드(31,32)로부터 발생된 각각의 선형 평광빔을 원형 편광빔으로 변경시켜 준다. 이때, 그레이팅 소자(33,34)는 QWP 소자와 일체형으로 구성될 수도 있다.
웨지 플레이트(35)는 상기 제 1레이저 다이오드(31)로부터 발생된 빔은 투과시키고, 제 2레이저 다이오드(32)로부터 발생된 빔은 반사시켜 주며, 빔 스플리터(36)는 상기 웨지 플레이트(35)로부터 입사된 빔을 디스크 방향으로 반사시켜 준 다.
상기 빔 스플리터(36)에 의해 반사된 빔은 콜리메이터 렌즈(37)에 의해 평행화된 빔으로 변경되고, 상기 평행화된 빔은 반사미러(38)에 의해 디스크 방향으로 반사되며, 대물렌즈(39)에 의해 디스크(40)에 조사된다.
그리고, 상기 대물렌즈(39)로부터 조사된 빔은 대물렌즈(39)와 디스크(41) 사이에 설치된 구면수차 보상수단(40)을 거쳐 디스크(41)에 조사된다.
그리고, 상기 디스크(41)로부터 반사된 반사빔은 그 역 경로를 따라, 대물렌즈(39), 반사미러(38), 콜리메이터 렌즈(37)를 거쳐 이동하고, 빔 스플리터(36)에 투과되며, 센서렌즈(42)에 의해 광 검출기(43)에 집광된다. 이때 광 검출기(43)는 상기 집광된 신호를 전기적 신호로 검출하여 서버 신호로 사용하게 된다.
그리고, 모니터 포토 다이오드(MPD)(44)는 상기 빔 스플리터(36)에 반사 및 투과되는 신호를 검출하여 모니터 신호로 사용하게 된다.
상기의 구면수차 보상수단(40)은 디스크의 두께 변화에 적응적으로 반비례하는 구면수차로 보상해 줌으로써, 디스크(40)의 기준 두께 변화에 대해 보상해 주게 된다.
구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면 다음과 같다. 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구면수차 보상수단(40)의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 디스크(41)의 구조는 기준 두께(L, 예: 0.6mm)에서 반사면 방향 또는 두께가 얇아지는 방향으로 여러 층(L0,L1,L2)의 3층으로 형성된다. 여기서, 기준 두께(L)를 제외하고 3층으로 이루어지며, 각 층간 간격은 동일한 간격( △)으로 형성된다. 상기 기준 두께는 구면수차 보상수단이 없이도 구면수차가 발생되지 않는 디스크 두께이다.
그리고, 디스크(41)의 두께가 얇아지면 플러스 구면수차가 발생되는데, 이를 보상하기 위해 대물렌즈(10)와 디스크(41) 사이에 구면수차 보상수단(40)을 설치하여, 디스크(41)의 두께가 얇아진 만큼 구면수차 보상수단(40)에서 디스크 두께를 보상해 줌으로써 구면수차를 최소화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 구면수차 보상수단(40)은 원 형상으로 형성되며, 디스크의 전체 4층 두께에 대응하는 구면수차를 각각 발생시키도록 4개의 영역(S,S0,S1,S2)으로 분할된 구조이다. 이러한 구면수차 보상수단(40)의 영역을 2개 이상의 영역으로 구성할 수도 있다. 각각의 영역(S~S2)은 디스크의 각 층별로 액세스가 가능하도록 디스크의 최내주에서 최외주까지를 포함하게 된다.
여기서, 구면수차 보상수단(40)에 구성된 4개의 영역 중에서 S 영역은 두께가 제로(구멍)이고, S0 영역은 두께는 △, S1의 두께는 2△, S2의 두께는 3△가 된다. 이에 따라 S 영역은 디스크 L층에 적용되며, S0 영역은 디스크 L0층에 적용되며, S1 영역은 디스크 L1층에 적용되며, S2 영역은 디스크 L2층에 적용된다.
즉, 디스크(41)의 기준 두께(L)로부터 얇아지면 질수록 플러스 구면수차가 발생되는데, 상기의 대물렌즈(10)와 디스크(41) 사이에 위치한 구면수차 보상수단(40)이 상기 발생된 플러그 구면수차에 각각 반비례하는 마이너스 구면수차를 각각 발생시켜 줌으로써, 다층 디스크에서의 구면수차를 보상해 주게 된다.
상기와 같은 구면수차 보상수단은 픽업과 일체로 이동하게 됨으로써, 디스크 의 최내주부터 최외주에 대응할 수 있다. 그러나 서로 다른 영역(S,S0,S1,S2)으로의 교환은 구면수차 보상수단(40) 자체의 회전에 의해 해결될 수 있다.
이를 위해, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 구면 수차 보상수단의 다른 실시 예이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 구면수차 보상수단(50)의 중심부에 회전축(45)을 삽입, 설치하고, 상기 디스크(51)의 두께에 대응하여 상기 회전축(45)을 중심으로 구면수차 보상수단(50)에 구비된 영역(S,S0,S1,S2)으로의 변경이 가능하게 된다.
여기서, 상기 구면수차 보상수단(50)은 각각의 영역(S~S2)이 빔 사이즈의 크기 보다 적어도 크게 형성된다. 즉, 각 영역(S~S2)이 대물렌즈에 의해 디스크(51)에 조사된 빔이 구면수차 보상수단(50)을 통과함으로써, 그 통과되는 빔 사이즈의 크기 보다 적어도 크게 형성된다. 이에 따라 디스크의 기준두께(L), L0층, L1층, L2층을 각각 액세스할 때 해당되는 구면수차 보상 영역 S, S2, S1, S0이 광 경로 상에 놓이게 된다.
이러한 방식으로 광 디스크 장치를 구성하는 경우 0.6mm의 디스크인 경우 디스크의 층 간격(△)을 40um정도로 한다면 15층 디스크가 가능하고 DVD 용량을 기준으로 약 70GB의 용량을 얻을 수 있다.
또한, 15층 디스크를 구성할 경우, 구면수차 보상수단(60)은 도 9에 도시된 바와 같다. 도 9에 도시된 바와 같이, 15층 디스크에 대응하도록 구면수차 보상수단(60) 내에 영역을 15개의 영역(S~S13)으로 나누고, S 영역의 두께는 0이며, S0 영역의 두께는 △이며, S1 영역의 두께는 2△이며, 이러한 방식으로 설정해 주며, 최종 마지막 S13영역의 두께는 14△로 이루어진다. 중심부에는 회전축(45)이 설치되므로, 15층 디스크 두께에 대응하여 15개의 영역(S~S13)이 변경된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 의하면, 대물렌즈와 디스크 사이에 구면수차 보상수단을 구비함으로써, 2층 이상의 다층 디스크의 기록 및 재생시 발생되는 구면수차를 보상해 줄 수 있는 효과가 있다. 또한 디스크의 용량을 회기적으로 증가시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 광 픽업 장치에 있어서,
    레이저 다이오드로부터 발생되는 빔을 디스크에 조사하는 대물렌즈와;
    상기 대물렌즈와 디스크 사이에 설치되며, 상기 디스크 두께 변화에 의해 발생되는 구면 수차를 보상해 주는 구면수차 보상수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구면수차 보상수단은 적어도 2층 이상의 기록층을 갖는 디스크로부터 발생되는 구면수차를 각각 보상하기 위해 2개의 영역 이상으로 구분되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 구면수차 보상수단의 각 영역은 디스크의 두께 변화에 의해 발생되는 구면수차에 반비례되는 구면수차를 발생하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 구면수차 보상수단의 각 영역은 디스크의 층별 두께 변화에 반비례하는 두께로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디스크의 층별 두께 간격과 구면수차 보상수단의 두께 간격이 동일한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 구면수차 보상수단은 중심부에 설치된 회전축에 의해 서로 다른 구면수차 보상 영역을 디스크 두께에 대응하여 전환시켜 주는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
KR1020050031358A 2005-04-15 2005-04-15 광 픽업 장치 KR100693660B1 (ko)

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