KR20120080921A

KR20120080921A - 광 픽업장치 및 이를 적용한 광디스크 장치

Info

Publication number: KR20120080921A
Application number: KR1020110002398A
Authority: KR
Inventors: 박성수; 박수한; 홍정우; 박세준; 신동진; 이치로 모리시타
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-18
Also published as: CN102592616A; JP2012146384A; US20120176881A1

Abstract

광픽업 장치 및 이를 적용한 광디스크 장치가 제공된다. 본 광픽업 장치는, 반도체 레이저 광원과 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 평행 또는 수직하도록 배치되는 편광판을 포함한다. 이에 따라, 반도체 레이저 광원의 빛에 대한 광 스폿의 형상을 원형으로 만들 수 있게 되어 지터(jitter)나 크로스 토크를 개선할 수 있게 된다.

Description

광 픽업장치 및 이를 적용한 광디스크 장치{Optical pickup device and optical disc apparatus applying the same}

광 픽업장치 및 이를 적용한 광디스크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광판을 이용하여 광스팟의 형태를 조절하는 광 픽업장치 및 이를 적용한 광디스크 장치에 관한 것이다.

영상 및 음성매체가 발전함에 따라 고화질의 영상정보와 고음질의 음성정보를 장시간동안 기록 저장할 수 있는 디스크가 개발되어 상용화되고 있다.

이러한 디스크는 그 표면에 무수히 많은 피트(pit)를 천공하여 레이저 광의 반사를 변화시킴으로써 음성, 화상, 문서 등의 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있는 기록매체로 기존에는 CD(Compact Disc)나 DVD(Digital Versatile Disc)와 같은 광디스크가 주로 사용되었으나, 최근 들어 이러한 디스크가 갖고 있는 기록용량이 점차 한계점에 도달함에 따라 새로운 디스크, 예를 들어 수십 Gbyte 이상 대용량의 정보를 기록할 수 있는 BD(Blu-ray Disc Recordable/Rewritable)나 HD DVD(High Density DVD)가 개발되어 그 사용이 확대되고 있다.

이러한 각종 디스크에 기록할 수 있는 정보의 용량은 디스크 표면에 집속되는 광 스폿의 크기에 반비례하여 결정되는데, 광 스폿의 크기(S)는 사용하는 레이저 광의 파장(λ)과 대물렌즈의 개구수(NA, Numerical Aperture)에 의해 다음과 같이 결정된다.

S ∝ k*λ/NA

여기에서, k는 광학계에 의존하는 상수로 보통 1~2의 값이다.

따라서, 디스크에 많은 양의 정보를 기록하기 위해서는 디스크에 맺히는 광 스폿의 크기(S)를 줄여야 하는데, 광 스폿의 크기(S)를 줄이기 위해서는 상기 수식에 나타난 바와 같이 레이저 광의 파장(λ)을 줄이거나 개구수(NA)를 증가시켜야 한다.

즉, 디스크의 용량이 커질수록 보다 짧은 파장의 광원과 보다 큰 개구수의 대물렌즈를 사용해야 한다. 예를 들어 CD의 경우 780㎚ 파장의 근적외선 광과 개구수가 0.45 정도인 대물렌즈를 사용하며, CD에 비해 약 6~8배 정도의 기록용량을 가지는 디지털 다기능 디스크(Digital Versatile Disc; 이하 DVD라 한다)의 경우 잘 알려진 바와 같이 650㎚(또는 630㎚) 파장의 적색 광과 개구수가 0.6(기록 가능형인 경우 0.65) 정도인 대물렌즈를 사용하였으나, BD의 경우 광원으로서는 단파장(405 내지 408㎚)의 광 즉, 청색 광과 개구수가 0.85 정도인 대물렌즈를 사용하고 있다.

광 픽업장치는 이러한 디스크의 신호 기록층에 레이저 광을 조사하여 정보를 기록하거나 디스크의 신호 기록층에서 반사되는 반사광을 수광하여 비접촉 방식으로 디스크에 기록되어 있는 정보를 재생하는 장치로, 디스크를 기록 재생했을 때 재생된 신호 품질은 디스크 상의 스폿 형상에 의해 결정되며 광 스폿의 형상이 작고 원형 모양일수록 좋다.

이에 따라, 종래 광 픽업장치는 디스크 상의 스폿 크기를 최소화하기 위해 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드의 각도에 따라 입사되는 광의 편광 성분을 바꾸어 주는 1/2편광판(Half Wave Plate)의 각도를 보정하여 1/4편광판(Quarter Wave Plate)을 통과한 디스크 상의 스폿이 원 편광으로 집속되도록 하여 1/4편광판의 경우 타원율이 90% 이상을 유지하도록 되어 있다.

그런데, 디스크 상의 스폿 크기를 최소화하기 위해 1/2편광판과 1/4편광판을 조합하여 디스크 상의 스폿의 편광성을 레이저 다이오드에서 발생하는 직선 편광이 아닌 원 편광을 사용하는 종래 광 픽업장치는 레이저 다이오드의 방사각 특성이나 디스크의 복굴절의 영향에 대해서는 전혀 고려하지 않아 실제 반도체 레이저의 경우 방사각의 차이에 의하여 장단축 비가 형성되고 이에 따라 디스크 상의 스폿 직경비가 1이 아닌 다른 값을 가지는 경우가 발생하여 여러 가지의 서로 다른 규격이 시장에 상존하게 되고 상호 호환성이 확보되지 않은 상황에서는 각종 디스크를 선택하고 정보를 저장하는데 어려움이 있다.

이와 같이, 광 스폿의 크기를 최소화하기 위한 광픽업 장치를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 반도체 레이저 광원과 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 평행 또는 수직하도록 배치되는 편광판을 포함하는 광픽업 장치 및 이를 적용한 광디스크 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 픽업장치는, 타원 형태의 직선 편광 레이저 광을 출사하는 반도체 레이저 광원; 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 집속하여 광디스크 상에 광 스폿(spot)을 형성하는 대물렌즈; 및 상기 반도체 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며, 상기 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 평행하도록 배치되는 편광판;을 포함한다.

그리고, 상기 편광판은, 상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 원형이 되는 위상차를 가질 수도 있다.

또한, 상기 편광판은, 상기 위상차가 1/4 파장 초과 3/10 파장 이하의 범위 내일 수도 있다.

그리고, 상기 편광판은, 상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿의 직경비(단축/장축)가 0.9 내지 1이 되는 위상차를 가질 수도 있다.

또한, 상기 레이저 광의 장축의 방향과 상기 타원 편광의 장축의 방향은, 상기 광디스크의 정보 트랙 방향과 평행일 수도 있다.

그리고, 상기 대물 렌즈는, 개구수(NA : Numerical Aperture)가 0.85 이상일 수도 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른, 광 디스크 장치는 상술된 광 픽업장치를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광픽업 장치는, 타원 형태의 직선 편광 레이저 광을 출사하는 반도체 레이저 광원; 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 집속하여 광디스크 상에 광 스폿(spot)을 형성하는 대물렌즈; 및 상기 반도체 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며, 상기 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 수직하도록 배치되는 편광판;을 포함한다.

그리고, 상기 편광판은, 상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 장축이 정보 트랙 방향과 수직이 되는 타원이 되도록 위상차를 가질 수도 있다.

또한, 상기 편광판은, 상기 위상차가 1/5 파장 이상 1/4 파장 미만의 범위 내일 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광디스크 장치는 상술된 광 픽업장치를 포함한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 반도체 레이저 광원과 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 평행 또는 수직하도록 배치되는 편광판을 포함하는 광픽업 장치 및 이를 적용한 광디스크 장치를 제공할 수 있게 되어, 반도체 레이저 광원의 빛에 대한 광 스폿의 형상을 원형으로 만들 수 있게 되어 지터(jitter)나 크로스 토크를 개선할 수 있게 된다.

또한, 차기 BD 규격 등의 광 디스크에서는 광 스폿의 형태를 장축이 트랙방향에 수직한 타원 형태로 형성함으로써, 트랙 방향의 스폿경을 짧게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 픽업장치의 개략적인 광학적 구성 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광픽업 장치의 배치 평면도,
도 3은 낮은 개구수(NA)의 대물렌즈로 입사되는 광선이 x방향으로 진동하는 경우 편광의 집광상태를 나타낸 도면,
도 4는 높은 개구수(NA)의 대물렌즈로 입사되는 광선이 x방향으로 진동하는 경우 편광의 집광상태를 나타낸 도면,
도 5는 낮은 개구수(NA)의 대물렌즈로 입사되는 광선이 z 방향으로 진동하는 편광의 집광상태를 도시한 도면,
도 6은 높은 개구수(NA)의 대물렌즈로 입사되는 광선이 z 방향으로 진동하는 편광의 집광상태를 도시한 도면,
도 7은 광 스폿의 진동 성분에 따른 광강도의 분포를 도시한 도면,
도 8은 NA가 0.95일 경우 광 스폿의 타원율과 타원 편광의 타원율의 관계를 도시한 도면,
도 9는 NA가 0.85일 경우 광 스폿의 타원율과 타원 편광의 타원율의 관계를 도시한 도면,
도 10은 NA에 따른 광 스폿의 타원율의 관계를 도시한 도면,
도 11은 NA=0.85일 경우 각 편광 상태에 따른 광 스폿의 형태를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 편광판의 위상차에 따른 타원 편광의 형태를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 편광판의 위상차에 따른 광스팟의 형태를 정리한 테이블이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 광 픽업장치의 개략적인 광학적 구성 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 광 픽업장치의 배치 평면도이다.

광 픽업장치(100)는 디스크의 신호 기록층에 레이저 광을 조사하여 정보를 기록하거나 디스크의 신호 기록층에서 반사되는 반사광을 수광하여 비접촉 방식으로 디스크에 기록되어 있는 정보를 재생하는 장치이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 픽업장치(100)는 광 디스크(10), 반도체 레이저 광원(20), 대물렌즈(30), 광 검출기(40), 광로 변환기(50)를 포함한다.

광 디스크(10)는 레이저 광을 이용하여 데이터를 기록 및 독출하는 디스크를 나타낸다. 예를 들어, 광 디스크(10)는 CD, DVD, BD(Blue-ray Disc) 등이 될 수도 있다.

반도체 레이저 광원(20)은 광 디스크(10) 포맷에 대응하는 파장의 반도체 레이저 광을 출사한다. 특히, 반도체 레이저 광원(20)은 타원 형태의 직선 편광 레이저 광을 출사한다.

대물렌즈(30)는 광원(20)에서 출사된 광을 집속하여 광 디스크(10)의 신호 기록층에 광 스폿(spot)을 형성시킨다.

광 검출기(40)는 대물렌즈(30)에 의해 광 디스크(10)에 집속된 뒤 광 디스크(10)에서 반사되어 되돌아오는 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출한다.

광로 변환기(50)는 광의 진행경로를 설정해 준다.

광 디스크(10)는 다양한 종류가 될 수 있고, 광 디스크의 종류별로 사용파장 및 기록밀도가 서로 다르다. 예를 들어, 광디스크(10)가 BD인 경우, 반도체 레이저 광원(20)은 BD 규격을 만족하는 파란색 파장영역의 레이저 광을 출사하게 된다. 그리고, 이 경우, 대물렌즈(30)는 BD 규격을 만족하는 개구수(NA) 즉, 대략 0.85의 개구수(NA)를 갖게 된다.

이와 같이, 반도체 레이저 광원(20)이 파란색 파장영역의 광을 출사하고, 대물렌즈(30)가 0.85의 개구수(NA)를 가지는 경우, 본 발명의 광 픽업장치는 BD 규격의 디스크(10)를 기록 및/또는 재생할 수 있다.

광 검출기(40)는 디스크(10)의 표면(신호 기록층)에서 반사되어 되돌아오는 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하는 Photo Diode IC이다.

광로 변환기(50)는 반도체 레이저 광원(20)에서 출사된 광이 대물렌즈(30)로 향하도록 안내하고, 광 디스크(10)에서 반사된 광이 광 검출기(40) 쪽으로 향하도록 안내한다.

광로 변환기(50)는 반도체 레이저 광원(20)에서 출사되는 광을 3개의 빔으로 분리하는 그레이팅(51)과, 광의 진행경로를 편광 방향에 따라 변경시키는 편광 빔 스프리터(52)와, 상기 편광 빔 스프리터(52)를 통과한 발산광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅 렌즈(53)와, 광의 진행경로를 꺾어 주는 반사 미러(54)와, 비점수차법에 의해 포커스 에러신호를 검출하도록 비점수차를 발생시키는 비점수차 렌즈(55)와, 그레이팅(51)과 편광 빔 스프리터(52) 사이에 설치되어 그레이팅(51)을 통과하는 광을 투과시켜 편광 빔 스프리터로 입사시키는 제1빔 스프리터(56)와, 비점수차 렌즈(55)와 광 검출기(40) 사이에 설치되어 비점수차 렌즈(55)를 통과하는 광을 광 검출기(40)로 전달하는 제2빔 스프리터(57)를 포함한다.

그레이팅(51)은 3빔 법이나 DPP법 등에 의해 트랙킹 에러신호를 검출하도록 반도체 레이저 광원(20)에서 출사되는 광을 0차광(메인 광) 및 ±1차광(서브 광)으로 분리하는 광분할 회절소자로, 광디스크(10)에서 반사된 0차광의 검출신호로부터 재생신호를 얻으며, 광디스크(10)에서 반사된 0차광 및 ±1차광의 검출신호의 연산에 의해 트랙킹 에러신호를 얻을 수 있다.

또한, 광로 변환기(50)는 반도체 레이저 광원(20)과 대물렌즈(30) 사이의 광로에 설치되어 입사되는 광의 편광 성분을 바꾸어 주는 편광판(59)과, 광원(20)에서 출사되는 광 출력값을 제어하기 위한 피드백 광 검출기(60;Feed-Back Photo Diode)를 더 포함한다.

편광판(59)은 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시킨다. 그리고, 편광판(59)은 타원 편광의 장축 방향이 레이저 광의 장축 방향과 평행하도록 배치된다. 이 때, 편광판(59)은 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 원형이 되는 위상차를 가지게 된다.

이를 위해, 편광판(59)은 위상차가 1/4 파장 초과 3/10 파장 이하의 범위 내가 되는 것이 적절하다. 구체적으로, 대물 렌즈(30)에 입사되는 빛의 광량 분포의 영향에 의한 광스폿의 타원율은 최대 0.9 정도가 된다. 따라서, 이를 제거하기 위해서는 타원 편광에 의한 광스폿의 타원율도 0.9정도가 되도록 설정해야 한다. NA가 0.85일 때, 광스폿의 타원율이 0.9 이상이 되는 타원 편광의 타원율 범위는 도 9를 참고(집광면 방향 성분 및 광축 방향 성분을 모두 고려한 점선 그래프 참고)하면, 0.7 ~ 1.0이 된다. 그리고, 타원 편광의 타원율이 0.7 ~ 1.0이 되기 위해서는 편광판(59)의 위상차가 파장의 1/4 초과에서 3/10 이하의 범위가 된다.

따라서, 편광판(59)의 위상차가 파장의 1/4 초과에서 3/10 이하의 범위일 경우, 광 스폿은 원형 또는 원형에 가까운 형태가 된다. 즉, 편광판(59)은 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿의 직경비(단축/장축)가 0.9 내지 1이 되는 위상차를 가지게 되는 것이다.

또한, 편광판(59)은 레이저 광의 장축의 방향과 타원 편광의 장축의 방향이 광디스크(10)의 정보 트랙 방향과 평행이 되도록 배치될 수도 있다.

이와 같은 구조의 편광판(59)이 광 픽업장치(100) 내에 배치됨으로써, 광 픽업장치(100)는 반도체 레이저 광원(20)의 레이저 광이 타원 형태임에도 불구하고, 광 스폿의 형태를 원형으로 형성시킬 수 있게 된다.

상술한 내용은 BD의 규격에 해당되는 대물렌즈(30)의 개구수가 0.85인 경우에 대해 설명하였다. 하지만, 대물렌즈(30)는 0.85 이상의 개구수(NA)를 가질 수도 있음은 물론이다.

이하, 상기와 같이 구성된 광 픽업장치(100)의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

먼저, 광원(20)에서 생성되어 출사된 광은 그레이팅(51)에서 회절되어 트랙킹 에러신호를 검출할 수 있도록 0차광(메인 광) 및 ±1차광(서브 광)으로 분리되어 3개의 빔을 형성한 후, 편광 빔 스프리터(52)를 거쳐 콜리메이팅 렌즈(53)를 통과하면서 평행 광으로 바뀌게 되고 반사 미러(54)에 의해 반사되어 대물렌즈(30)를 향하게 된다. 평행 광은 대물렌즈(30) 전방에 위치하는 편광판(59)을 통과하면서 타원 편광으로 바뀌게 되고 이 타원 편광의 광은 대물렌즈(30)를 통과하면서 디스크(10)의 신호 기록층에 광 스폿을 형성한다. 이 때, 광 스폿은 원형이 되게 된다.

하지만, 차세대 BD의 규격들에 의하면 대물렌즈(30)의 개구수가 0.85 이상이 될 것을 요구할 수도 있다. 따라서, 개구수가 0.85인 렌즈를 이용하여 개구수가 0.85 이상인 효과를 내는 방법이 필요할 수도 있으며, 이에 대해 이하에서 설명한다.

광디스크(10)의 데이터에 대한 변조도를 높이기 위해서는 광디스크(10)의 정보 트랙 방향(즉, 광디스크의 선속도 방향)의 스폿경(스폿의 지름)이 낮아져야 한다. 따라서, 광스폿의 형태를 장축이 광디스크(10)의 반지름 방향과 평행한 타원 형태가 되도록 형성시키면, 광스폿의 정보 트랙 방향에 대한 스폿경이 줄어들게 된다.

이를 위해, 편광판(59)은 타원 편광의 장축 방향이 레이저 광의 장축 방향과 수직하도록 배치된다. 그리고, 편광판(59)은 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 장축이 정보 트랙 방향과 수직이 되는 타원 형태가 되도록 위상차를 가지게 된다. 이를 위해, 편광판(59)은 위상차가 1/5 파장 이상 1/4 파장 미만의 범위 내가 된다.

구체적으로, 도 13에는 편광판(59)의 위상차가 1/4 파장, 2/9 파장, 1/5 파장인 경우의 스폿의 형태에 대해 정리되어 있다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 편광판의 위상차에 따른 광스팟의 형태를 정리한 테이블이다.

도 13에 따르면, 편광판(59)의 위상차가 1/4 파장인 경우 단축의 스폿경은 0.32 μm이고, 편광판(59)의 위상차가 2/9 파장인 경우 단축의 스폿경은 0.31 μm이며, 편광판(59)의 위상차가 1/5 파장인 경우 단축의 스폿경은 0.29 μm인 것을 확인할 수 있다. 또한, 단축 방향의 NA도 0.85에서 0.88까지 증가되는 것을 확인할 수 있다.

하지만, 편광판(59)의 위상차가 1/5 파장인 경우 광 검출기(40)에 도달하는 광량이 90%로 줄어들기 때문에 인식률이 낮아지게 된다. 따라서, 단축의 스폿경이 작고 광량이 높은 위상차로는 2/9 파장의 경우가 적절한 것을 확인할 수 있다.

하지만, 편광판(59)의 위상차가 1/5 파장 이상 1/4 파장 미만인 범위 내에서는 0.85의 개구수를 가진 대물렌즈를 이용하여 0.88의 개구수의 효과를 낼 수 있음을 확인할 수 있다.

이와 같이, 광스폿의 형태를 장축이 광디스크(10)의 반지름 방향과 평행한 타원 형태가 되도록 형성시킴으로써, 광스폿의 정보 트랙 방향에 대한 스폿경이 줄어들게 되므로, 광 픽업장치(100)는 0.85의 개구수를 가진 대물렌즈를 이용하여 0.88의 개구수의 효과까지 낼 수 있게 된다.

이하에서는, 직선 편광이 스폿에 미치는 영향을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 3 내지 도 6은 대물렌즈(30)의 개구수(NA)에 따라 최외부 부근의 광선에 대한 편광 상태를 나타낸 것이다.

도 3은 저개구수(NA)의 대물렌즈(30)로 입사되는 광선이 x방향으로 진동하는 경우 편광의 집광 상태를 나타낸 것이고, 도 4는 고개구수(NA)의 대물렌즈(30)로 입사되는 광선이 x방향으로 진동하는 경우 편광의 집광 상태를 나타낸 것이다.

도 3 및 도 4에서, 대물렌즈(30)로 입사되는 광선의 편광을 저NA는 벡터 a,a'(a=a'), 고NA는 벡터 f,f'(f=f')로 나타낸다. 대물렌즈(30)를 투과하여 수속광이 된 광선의 벡터는 a⇒b, a'⇒c, f⇒h, f'⇒i가 된다.

여기서, b, c, h, i의 벡터를 도 3 및 도 4에서 x, y방향으로 분해하여 나타내면,

b =d + e , c = f + g , h = j + k , I = l + m로 쓸 수 있다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, y방향의 성분 e와 g, k와 m은 서로 방향이 반대이고, 크기가 같은 벡터이므로, 스폿 형성 시 이 성분들은 상쇄된다. NA가 큰 쪽이 y방향 성분이 커지기 때문에 상쇄되는 성분은 커진다. 즉, 스폿에 미치는 영향이 커진다.

도 5는 저개구수(NA)의 대물렌즈(30)로 입사되는 광선이 z방향으로 진동하는 편광의 집광 상태를 나타낸 것이고, 도 6은 고개구수(NA)의 대물렌즈(30)로 입사되는 광선이 z방향으로 진동하는 편광의 집광 상태를 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6에서 알 수 있듯이, z방향으로 진동하는 편광은, 대물렌즈(30) 투과 전후에서 아무런 영향을 받지 않는다.

도 3 내지 도 6을 통해 직선 편광의 광을 집광했을 경우, 그 편광의 진동 방향의 광은 서로 약화시키는 성분이 발생하여, NA가 커질수록 서로 약화시키는 성분이 커진다. 한편, 진동 방향과 직교한 방향의 광에는, 서로 약화시키는 성분은 발생하지 않는다. 이 차이가 직선 편광을 입사시켰을 때 스폿이 타원이 되는 원인이며, NA가 커질수록 그 타원의 정도가 커지는 원인으로 생각할 수 있다.

이를 정리하면, 대물렌즈(30)에서 직선 편광의 광을 집광시켰을 때, 편광의 진동 방향이 대물렌즈(30)의 접선에 직각인 편광 방향의 광은 약해지고, 평행한 방향의 광은 감쇄되지 않는다.

하지만, NA가 클수록 대물렌즈의 접선에 직각인 편광의 방향(즉, y방향)의 광의 크기가 커지므로, NA가 0.95 내지 0.85인 경우, y 방향의 성분도 스폿의 형태에 영향을 미치게 된다. 이에 대해, 도 7에 대해 개시되어 있다.

도 7은 광 스폿의 진동 성분에 따른 광강도의 분포를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 집광면 방향(즉, 대물렌즈의 접선 방향, 또는 x,z 방향)의 성분 뿐만 아니라, 광축 방향(대물렌즈의 접선에 직각인 방향 또는 y 방향)에도 광 강도 존재하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 광축 방향(y방향) 성분의 경우, 중심 부분은 모두 상쇄되지만 주변 부분의 빛들은 상쇄되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, NA가 0.95 내지 0.85인 경우, y 방향의 성분도 광 스폿의 형태에 영향을 미치게 된다.

따라서, 집광면 방향 성분과 광축 방향 성분을 모두 고려한 경우의 편광 타원율에 대한 광스폿의 직경비의 그래프가 도 8 및 도 9에 개시되어 있다.

도 8은 NA가 0.95일 경우 광 스폿의 타원율과 타원 편광의 타원율의 관계를 도시한 도면이고, 도 9는 NA가 0.85일 경우 광 스폿의 타원율과 타원 편광의 타원율의 관계를 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9에서 광스폿의 직경비는 광스폿이 타원형일 때 "단축/장축"의 값을 나타내며, 이는 광스폿의 타원율에 해당된다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 집광면 방향 성분만을 고려한 경우보다, 집광면 방향 성분 및 광축 방향 성분을 모두 고려했을 경우에 광스폿의 직경비가 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 높은 NA를 가지는 렌즈에 대해서는 집광면 방향 성분 및 광축 방향 성분을 모두 고려한 그래프를 적용해야 되는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 NA에 따른 광 스폿의 타원율의 관계를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, NA가 낮을 경우(0.3 ~ 0.5), 광 스폿의 타원율은 편광의 정도에 크게 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있다. 하지만, NA가 높은 범위에서는 편광이 어떤 상태인지에 따라 광스폿의 타원율이 큰 범위로 변화되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 10을 통해, 편광의 영향은 NA가 커질수록 커진다는 것을 확인할 수 있게 된다.

편광 상태에 따른 광스폿의 형태에 대해, 도 11을 참고하여 설명한다. 도 11은 NA=0.85일 경우 각 편광 상태에 따른 광 스폿의 형태를 도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 대물렌즈에 입사된 광이 원 편광일 경우, 스폿의 형태는 원형인 것을 확인할 수 있다. 하지만, 대물렌즈에 입사된 광이 타원 편광일 경우, 스폿의 형태는 약간의 타원 형태가 된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 대물렌즈에 입사된 광이 직선 편광일 경우, 스폿의 형태는 정도가 큰 타원 형태가 된 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, NA가 0.85인 경우, 편광의 정도가 원 편광에서 어느 정도 벗어나는지에 따라 광 스폿의 형태가 점점 원 형태에서 타원 형태로 변화되게 된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 편광판의 위상차에 따른 타원 편광의 형태를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 편광판의 위상차를 변화시키면 타원 편광의 타원율이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 편광판의 위상차를 변화시켜 편광의 타원율을 변화시킬 경우, 타원 편광의 방향은 변화되지 않게 된다. 따라서, 편광판의 위상차를 이용하여 타원 편광의 타원율을 변화시킬 경우 타원 편광의 방향을 원하는 방향으로 설정할 수 있게 된다.

이상에서 알 수 있듯이, 반도체 레이저 광원(20)의 레이저 광은 타원 형태를 가지지만, 편광판의 위상차를 조절함으로써 광스폿의 형태를 원형으로 형성시키거나 다른 타원 형태로 형성시킬 수 있게 된다. 따라서, 광 픽업 장치(100)는 이와 같은 편광판을 이용하여 작고 원형인 광스폿을 형성시키게 되므로, 지터(jitter) 현상이나 크로스 토크 현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서 편광판(59)은 특정 크기의 위상차를 주어 편광 효과를 일으키는 광학 부품에 해당된다. 또한, 편광판(59)는 액정으로 구현되어 위상차의 크기가 조절될 수 있는 형태로 구현될 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서, 광 픽업장치(100)는 BD 디스크에 대한 광픽업 장치인 것으로 설명하였으나, 이외에 CD, DVD 등의 다른 광디스크에 대한 광픽업 장치에도 적용될 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서 광 픽업장치(100)는 다양한 광디스크 장치에 장착되어 광디스크를 읽고 쓰는데 사용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 광 픽업 장치(100)가 포함된 광디스크 장치는 BD 플레이어, BD 드라이브 등이 될 수도 있음은 물론이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100 : 광 픽업장치 10 : 광 디스크
20 ; 반도체 레이저 광원 30 : 대물렌즈
40 : 광 검출기 50 : 광로 변환기

Claims

타원 형태의 직선 편광 레이저 광을 출사하는 반도체 레이저 광원;
상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 집속하여 광디스크 상에 광 스폿(spot)을 형성하는 대물렌즈; 및
상기 반도체 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며, 상기 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 평행하도록 배치되는 편광판;을 포함하는 광 픽업장치.
제1항에 있어서,
상기 편광판은,
상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 원형이 되는 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제2항에 있어서,
상기 편광판은,
상기 위상차가 1/4 파장 초과 3/10 파장 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제1항에 있어서,
상기 편광판은,
상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿의 직경비(단축/장축)가 0.9 내지 1이 되는 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광의 장축의 방향과 상기 타원 편광의 장축의 방향은,
상기 광디스크의 정보 트랙 방향과 평행인 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제1항에 있어서,
상기 대물 렌즈는,
개구수(NA : Numerical Aperture)가 0.85 이상인 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업장치를 포함하는 광디스크 장치.
타원 형태의 직선 편광 레이저 광을 출사하는 반도체 레이저 광원;
상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 집속하여 광디스크 상에 광 스폿(spot)을 형성하는 대물렌즈; 및
상기 반도체 레이저 광원과 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 반도체 레이저 광원에서 출사된 광을 타원편광으로 편광시키며, 상기 타원 편광의 장축 방향이 상기 레이저 광의 장축 방향과 수직하도록 배치되는 편광판;을 포함하는 광 픽업장치.
제8항에 있어서,
상기 편광판은,
상기 타원 형태의 레이저 광에 대한 광 스폿이 장축이 정보 트랙 방향과 수직이 되는 타원이 되도록 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제9항에 있어서,
상기 편광판은,
상기 위상차가 1/5 파장 이상 1/4 파장 미만의 범위 내인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제8항에 있어서,
상기 대물 렌즈는,
개구수(NA : Numerical Aperture)가 0.85 이상인 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광 픽업장치를 포함하는 광디스크 장치.