광픽업 장치{APPARATUS FOR OPTICAL PICK-UP}

본 발명은 광 픽업 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광 픽업에 사용되는 광학계 중 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 광을 3 빔으로 분해하는 그레이팅 내부에 액정을 주입하여 투과율을 조절함으로써, 분해되는 빔의 출력비를 크게할 수 있어 작은 출력을 갖는 레이저 광으로도 광디스크 상에 데이터를 기록할 수 있는 광 픽업 장치에 관한 것이다.

오늘날, 데이터(data)의 디지털(digital)화, 대용량화 등에 의하여 저장 매체가 테이프(tape)에서 디스크(disk)로 바뀌고있고, 또한 디스크에 데이터를 저장하는 기록 밀도를 높임으로써 디스크의 저장 용량을 크게하고 있다. 따라서, 광원으로 사용되는 레이저 다이오드가 780nm의 파장을 갖는 컴팩트 디스크(CD:Compact Disk)에서, 최근에는 대용량화의 차원에서650nm, 400nm의 파장에 적합한 디스크들이 개발되고 있다. 이에 따라, 상기 디스크에 정보를 기록하고 재생하는 광픽업장치는 하위 호환성의 차원에서 저장 밀도가 다른 디스크들에 동시 적용될 수 있도록, 파장이 다른 복수 광원에 대한 복수의 광학계를 구성한다.

또한, 기록 매체로서 현재 널리 알려진 콤팩트 디스크(CD; compact disk)는 그 기판 두께가 1.2mm로 되어 있으며, 기록층으로서 광이 반사하는 반사면을 가지며 그 반사면에 오목하게 형성되는 피트의 조합으로되는 음향, 문자, 그래픽 등의 정보를저장한다. 또한 대용량의 영상 정보 저장을 고밀도로서 기판 두께가 0.6mm인 디지탈 비디오 디스크(DVD; digital videodisk)도 출현되고 있다. DVD용 광픽업은 CD의 경우와 달리 단파장 광원을 사용하고 개구수(NA; numerical aperture)가큰 대물렌즈로 광을 집속하여 고밀도 재생을 위한 미소 스폿을 형성한다.

한편, 최근에는 일회 기록한 후 재생만 가능한기록 매체로서 상변화(相變化)디스크(CD-R)가 실용화되어 있는데, 이는 기판 두께는 전술한 CD의 그것과 같고 단지 기록층으로서는 CD의 피트(pit)와 달리 특정 파장대에서의 기록 파장과 재생 파장의 반사율이 바뀌는 상변화 재료로 되어 있다. 이러한 CD-R은 CD와 동일한 광픽업 환경으로 기록재생가능한 것이다.

이와 같이 두께 또는 기록재료가 다른 디스크들의 출현에 따라 사용자 입장에서는 그러한 디스크들의 호환이 가능한 광픽업이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 종래에 DVD와 CD의 호환이 가능한 광픽업이 제공된 바 있다. 종래에 알려진DVD, CD 호환 광픽업은 대체로 단파장(650nm) 광원 한 개를 사용하며, 재생할 디스크의 두께에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절하는 수단을 가지고 있다.

즉, DVD 재생시에는 대물렌즈의 모든 개구(NA: 0.6)를 이용하여 미소 스폿을 형성하고,CD 재생시에는 광원으로부터 대물렌즈로 입사되는 광의 빔 직경을 제한하거나 또는 대물렌즈에서 개구수가 작은 부위, 예컨대 그 근축부위를 이용하는 등 그 개구를 0.45로 조정하여 전술한 구면수차를 보정하는 것이다. 이같이 디스크 호환 광픽업에 있어서, 최근에는 광원으로서 면발광 레이저 다이오드(SEL; surface emitting laser diode)를 사용하고 대물렌즈의 개구를 조절하는 수단으로서 홀로그램(hologram) 구조의 광픽업 장치를 사용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(1)와, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 발생하는 레이저 광원을 3개의 레이저 광으로 분해하는 그레이팅(3)과, 상기 그레이팅(3)으로 분해된 3개의 레이저 광을 평행 광으로바꾸어주는 콜리메터 렌즈(collimator lens)(5)와, 상기 콜리메터 렌즈(5)로부터 임의의 각도로 입사되는 평행 광의 방향을 조절하는 정형 프리즘(7)과, 상기 정형 프리즘(7)을 통과한 레이저 광을 굴절 없이 통과시키거나, 광디스크(15)로부터 반사된 레이저 광을 직각으로 굴절시키는 빔스프리터(9)와, 선 편광된 레이저광을 원편광 레이저 광으로 변환 시켜주는 λ/4 플레이트(10)와, 상기 λ/4 플레이트(10)를 통과한 원편광된 레이저 광을 상기 광디스크(15) 방향으로 반사 시켜주는 반사거울(11)과, 상기 반사거울(11)로부터 반사된 � �이저 광을 굴절시켜 광 스폿을 형성하는 대물렌즈(13)와, 상기 대물렌즈(13)에서 발생된 광 스폿을 상기 광디스크(15)의 데이터 트랙에 조사하고, 반사된 레이저 광을 분할된 포토다이오들 상에 맺히게하여 데이터를 검출하는 검출기(20)로 구성되어 있다.

또한, 상기 빔스프리터(9)로부터 굴절되어 진행하는 반사광을 상기 검출기(20)에 맺히도록 하는 비점 렌즈(17)가 상기 검출기(20) 전단에 배치되어 있으며, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 발생하는 레이저 광량을 측정하여 안정된 레이저 광을 발생시키도록 조절하는 프론트 모니터 검출기(23)가 광 픽업 광학계에 배치되어 있다. 도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 19는 반사거울을 나타낸다.

상기과 같은 광학계 구조를 갖는 광 픽업 장치는 다음과 같이 동작하여 데이터를 검출한다.

먼저, 상기 광디스크(15) 상에 데이터를 기록/재생하기 위하여 상기 레이저 다이오드(1)에서 발생한 레이저 광은 상기 그레이팅(3)을 통과하면서 3개의 레이저광으로 분해된다. 상기 그레이팅(3)에서 분해되는 레이저 광은 하나의 메인 레이저 광과 두 개의 부 레이저광으로 분해된 다음, 상기 콜리메터 렌즈(5)를 통과하면서, 평행 광으로 바뀐다. 그런 다음, 상기 콜리메터 렌즈(5)를 통과한 레이저 광은 상기 정형 프리즘(7)으로 입사하게 되는데, 상기 정형 프리즘(7)의 경사면을 따라 임의의 각도로 입사된 레이저 광은 상기 광디스크(15)가 배치된 방향으로 평행하게 굴절된다.

상기 정형 프리즘(7)에서 평행하게 굴절된 레이저 광은 상기 빔스프리터(9)에서 굴절없이 통과된 다음, 상기 광디스크 방향으로 수평하게 진행한다. 상기 빔스프리터(9)의 경사면에서는 PBS(Polarization Beam Splitter) 코팅이 되어있는데, 상기 PBS 코팅막은 상기 빔스프리터(9)의 경사면으로 입사하는 광은 그대로 통과시키고, 경사면의 타측 방향으로 입사되는 광은 90°굴절시키는 성질을 가지고 있다.

상기 빔스프리터(9)를 통과한 레이저 광은 상기 레이저 다이오드로부터 진행하는 광이므로 선편광된 상태로 있으므로, 이를 원편광된 광으로 변환시키기 위하여 상기 빔스프리터(9)와 함께 배치된 상기 λ/4 플레이트(10)를 통과한다. 상기 λ/4 플레이트(10)를 통과한 원편광된 3개의 레이저 광은 상기 반사미러(11)에서 반사된 후, 액츄에이터에 배치된 상기 대물렌즈(13)로 입사하게 된다. 상기 대물렌즈(13)에 입사된 3개의 레이저 광은 굴절되어 광 스폿을 형성하고, 상기 광디스크(15)의 데이터 트랙 상에 3개의 레이저 광을 조사하게 된다.

상기 대물렌즈(13)로부터 조사되는 메인 레이저 광은 상기 광디스크(15)의 데이터 트랙 상에 형성된 테이터 홈에 정확히 조사되고, 나머지 두 개의 서브 레이저 광들은 상기 기록/재생을 목적으로 하지 않는 인접한 트랙 산에 조사되어 트래킹 에러를 검출하게된다.

상기 광디스크(15)에서 반사된 상기 메인 레이저 광과 서브 레이저 광들은 역순으로, 상기 반사미러(11)와 λ/4 플레이트(10)를 통과한 후, 상기 빔스프리트(9)에서 90°굴절된 후 상기 비점 렌즈(17)를 거쳐서 상기 검출기(20)에 입사된다.

상기 검출기(20)는 일반적으로 메인 레이저 광이 맺히게되는 영역에 4개의 포토다이오드를 분할하여 배치하고, 4분할된 포토다이오드 양측으로 포토다이오드를 배치하여 서브 레이저 광의 신호를 검출한다.

도 2는 상기 도 1에 사용하는 그레이팅의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 레이저 다이오드로부터 발생하는 레이저 광을 하나의 메인 레이저 광과 두 개의 서브 레이저 광으로 분해하는 그레이팅(3)은 요철 모양의 격자 형상 구조를 하고 있다. 격자 형상을 하는 상기 그레이팅(3)의 돌출부와 홈부의 깊이에 따라 상기 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 출력비를 조절할 수 있다.

도 3은 종래 광픽업 장치에서 트래킹 서보를 위한 DPP 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 광픽업에서 사용되는 그레이팅에 의하여 레이저 광이 3개의 광으로 분해 되면, 그 중 메인 레이저 광은 데이터를 기록/재생할 광디스크의 홈 트랙에 조사되고, 나머지 두 개의 서브 레이저 광은 상기 데이터를기록/재생할 홈 트랙의 좌우에 형성된 산 트랙에 조사되어 트래킹 에러를 검출한다.

또한, DPP법을 사용할 때 서브 레이저 광에 대한 메인 레이저 광의 비를 약1:15:1 정도로 할 경우에는 상기 광디스크로부터 데이터를 재생할 때, 1mW의 대물렌즈 출력을 사용한다고 봤을 때, 상기 서브 레이저 광과 메인 레이저 광의 상기 대물렌즈 출력은 각각 0.06mW:0.88mW:0.06mW가 되고, 이 출력이 상기 광디스크에 반사되어 상기 검출기에 수신되는 신호로서 RF와 서보를 구동하는데 사용된다.

그리고, 상기 광디스크 상에 기록시에는 상기 대물렌즈의 출력이 약 50mW일 경우, 3mW:44mW:3mW가 각각 서브 레이저 광과 메인 레이저 광으로 출력이 되고, 기록시에는 메인 레이저 광만을 사용하기 때문에 44mW로 기록을 하고, 서보에 사용되는 값은 기존의 재생시에 사용되는 출력과 같은 값을 사용하므로 서보회로에서는 기록시의 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 1/50로(0.06mW:0.88mW:0.06mW) 감소시킨다.

상기 도면에서 도시된 A, B, C, D, E, F, G 및 H는 상기 검출기의 포토다이오드들을 나타내고 있다.

DPP를 구하는 공식은 {(A+D)-(B+C)}-k{(G+E)-(H+F)}로 나타내어 진다.

그러나, 현재 광 픽업을 이용한 기록용 드라이버들의 기록 속도는 계속해서 빨라지고 있는 추세인데, 기록 속도가 빨라지면 빨라질수록 광 픽업에서 사용되는 레이저 광의 출력도 비례해서 높아져야 한다.

예를 들어, CD 드라이버의 속도가 24배속을 사용하여 기록을 할 때 대물렌즈에서 출력되는 레이저 광은 약 55mW정도가 되어야 하는데, 일반적으로 대물렌즈의 효율이 35%라고 할때, 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 광은 157mW의 출력을 가져야 된다. 32배속으로 올라가면, 광디스크에 기록을 위하여 약 73mW의 레이저 광 출력을 필요로하고, 이를 위해 레이저 다이오드에서 발생하는 레이저 광은 210mW가 되어야하는데, 현재 이러한 출력 크기를 갖는 레이저 다이오드는 나오지 않고 있다.

따라서, 드라이버의 배속이 크면 클수록 데이터를 기록하기 위한 레이저 다이오드의 레이저 광의 출력을 계속해서 크게하여야 하는 문제가 발생하는데, 레이저 다이오드의 출력을 키우는데는 한계가 있으므로 보다 합리적인 광학계의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 다이오드로부터 발생하는 레이저 광을 3개의 빔으로 분해하는 그레이팅 내부에 액정을 주입하고, 전압을 인가하여 투과율을 변화시킴으로써 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 크게하여 광효율을 높인 광 픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면.

도 2는 상기 도 1에 사용하는 그레이팅의 구조를 도시한 도면.

도 3은 종래 광픽업 장치에서 트래킹 서보를 위한 DPP 방식을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면.

도 5는 상기 도 4에서 사용되는 그레이팅의 구조를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31: 레이저 다이오드33: 그레이팅

35: 콜리메터 렌즈37: 정형 프리즘

39: 빔스프리터43: 대물렌즈

45: 광디스크47: 비점렌즈

50: 검출기

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광 픽업 장치는,

레이저 다이오드로부터 주사되는 레이저 광을 이용하여 데이터를 기록/재생하는 광픽업 장치에 있어서,

상기 레이저 다이오드 전단에 위치하여 3개의 레이저 광으로 분해하는 그레이팅 내부에 다수개의 액정 분자로된 액정을 주입하여, 투과율을 조절함으로써 분해되는 레이저 광의 출력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 그레이팅을 이용하여 3개의 레이저 광 중에서 메인 레이저 광의 비를 높게하여 광디스크 상에 데이터를 기록하고, 검출기로 반사될때에는 메인 레이저 광의 비만을 줄여 RF와 서보를 동작시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광 픽업에서 사용되는 그레이팅 내부에 액정을 주입하여 레이저 광의 투과율을 조절할 수 있도록하여 그레이팅에서 분해되는 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 크게 할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(31)와, 상기 레이저 다이오드(31)로부터 발생하는 레이저 광원을 3개의 레이저 광으로 분해하면서, 분해된 광의 투과율 비를 조절하는 그레이팅(33)과, 상기 그레이팅(33)으로 분해된 3개의 레이저 광을 평행 광으로 바꾸어주는 콜리메터 렌즈(35)와, 상기 콜리메터 렌즈(35)로부터 임의의 각도로 입사되는 평행 광의 방향을 조절하는 정형 프리즘(37)과, 상기 정형 프리즘(37)을 통과한 레이저 광을 굴절없이 통과시키거나, 광디스크(45)로부터 반사된 레이저 광을 직각으로 굴절시키는 빔스프리터(39)와, 선 편광된 레이저광을 원편광 레이저 광으로 변환 시켜주는 λ/4플레이트(40)와, 상기 λ/4 플레이트(40)를 통과한 원편광된 레이저 광을 상기 광디스크(45) 방향으로 반사 시켜주는 반사거울(41)과, 상 기 반사거울(41)로부터 반사된 레이저 광을 굴절시켜 광 스폿을 형성하는 대물렌즈(43)와, 상기 대물렌즈(43)에서 발생된 광 스폿을 상기 광디스크(45)의 데이터 트랙에 조사하고, 반사된 레이저 광을 분할된 포토다이오드들 상에 맺히게하는 비점렌즈(47)와 상기 비점렌즈(47)로부터 입사되는 반사광으로부터 데이터를 검출하는 검출기(50)로 구성되어 있다.

또한, 상기 레이저 다이오드로부터 발생하는 레이저 광량을 측정하여 안정된 레이저 광을 발생시키도록 조절하는 프론트 모니터 검출기가 광 픽업 광학계에 배치되어 있다. 도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 49는 반사거울을 나타낸다.

상기과 같은 광학계 구조를 갖는 광 픽업 장치는 다음과 같이 동작하여 데이터를 검출한다.

먼저, 상기 광디스크(45) 상에 데이터를 기록하기 위하여 상기 대물렌즈(43)로부터 출력되는 레이저 광의 출력과 기록된 데이터를 재생하기 위하여 필요로하는 레이저 광의 출력비는 서로 다르다. 즉, 상기 광디스크(45) 상에 데이터를 기록하는데 필요한 레이저 광의 출력이 50mW정도이면, 재생하는데는 1mW정도면 충분하다.

상기 광디스크(45) 상에 데이터를 기록할 때에는, 상기 그레이팅에서 레이저 광을 분해할 때 분해되는 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 크게한 다음, 상기 콜리메터 렌즈(35), 정형 프리즘(37), 빔스프리터(39), λ/4 플레이트(40), 반사미러(41) 및 대물렌즈(43) 등의 광학계를 통과하여 상기 광디스크(45)의 데이터 트랙 홈 상에 조사된다.

상기 대물렌즈(43)의 효율은 일반적으로 35%정도이고, 상기 그레이팅(33)에서 분해되는 레이저 광들 중에서 메인 레이저 광이 기록을 위하여 사용되고, 나머지 서브 레이저 광은 정확한 트랙 추종을 위하여 사용하므로, 상기 그레이팅(33)에서는 메인 레이저 광의 비를 크게 하여야 한다. 상기 광디스크(45) 상에 데이터를 기록할 때에는 메인 레이저광 만을 사용하기 때문에 RF와 서보를 동작시킬 때에는 높은 출력의 레이저 광이 궂이 필요 없어, 출력 값을 감쇠시킨 후, RF와 서보들에 인가하여 동작시킨다.

상기 그레이팅(33)에 인가되는 전압 변화에 따라 상기 레이저 다이오드(31)로부터 발생하는 레이저 광의 투과율을 변화시켜, 분해되는 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 조절하여 기록할 때 필요로 하는 높은 출력의 메인 레이저 광을 생성하도록 한다.

도 5는 상기 도 4에서 사용되는 그레이팅의 구조를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 그레이팅(33)의 내부 공간에 액정을 주입하고, 양측단에 전압을 인가할 수 있도록 하였다. 전압을 상기 그레이팅(33)에 인가함으로써 다수개의 액정 분자들은 트위스트 되고, 입사되는 레이저 광은 분해되면서 액정 분자들에 의하여 분해되는 레이저 광들의 출력비가 조절된다.

CD 드라이버의 재생시 상기 그레이팅에서 분해되는 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비가 1:15:1이라고 하면, 기록시에는 액정 트위스트에 의하여 1:750:1로 조절하여 사용할 수 있게된다.

따라서, 대물렌즈의 출력이 50mW인 경우 기존의 메인 레이저 광의 출력은 44mW이지만, 메인 레이저 광에 대한 서브 레이저 광의 비율을 조절하였을 경우 49.8mW의 출력을 사용할 수 있는 것으로서 6mW나 더 높은 메인 레이저 광의 출력으로 광디스크 상에 기록할 수 있게 된다. 그리고, 검출기에 수신되는 신호중 서브 레이저 광의 출력은 감쇠하지 않고, 메인 레이저 광의 출력만 감소시켜 RF와 서보를 구동한다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 광 픽업에서 레이저 광을 3빔 형태로 분해하는 그레이팅에 액정을 주입하여 메인 레이저 광과 서브 레이저 광의 비를 조절할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 그레이팅에서 분해되는 빔의 비를 크게하여 작은 출력을 갖는 레이저 광으로도 광디스크 상에 데이터를 기록할 수 있는 큰 출력의 레이저 광을 만들 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.