KR20020008795A - 호환형 광픽업장치 - Google Patents

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KR20020008795A
KR20020008795A KR1020010044198A KR20010044198A KR20020008795A KR 20020008795 A KR20020008795 A KR 20020008795A KR 1020010044198 A KR1020010044198 A KR 1020010044198A KR 20010044198 A KR20010044198 A KR 20010044198A KR 20020008795 A KR20020008795 A KR 20020008795A
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이철우
김영일
유장훈
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윤종용
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Abstract

단일 광모듈 내에 서로 파장이 다른 두 광원을 채용한 호환형 광픽업장치가 개시되어 있다.
이 개시된 호환형 광픽업장치는 서로 이웃되게 설치되며, 서로 다른 파장의 제1 및 제2광을 각각 출사하는 제1 및 제2광원을 포함하는 광모듈과; 제1 및 제2광 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체로 향하도록 하는 홀로그램 광커플러와; 입사광의 진행경로를 바꾸어주는 광로변환 디바이스과; 광로변환 디바이스와 광기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 제1 및 제2광을 집속시켜 광기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와; 광기록매체에서 반사되고, 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

호환형 광픽업장치{Compatible optical pickup apparatus}
본 발명은 포맷이 서로 다른 디스크형 기록매체를 호환 채용할 수 있는 호환형 광픽업장치에 관한 것으로, 상세하게는 단일 광모듈 내에 서로 파장이 다른 두 광원을 채용한 호환형 광픽업장치에 관한 것이다.
고밀도로 정보의 기록/재생이 가능한 디지털 다기능 디스크(DVD) 계열의 기록매체용 광기록재생장치는 호환성을 위하여 디지털 다기능 디스크 계열의 기록매체(이하, DVD) 뿐만 아니라 컴팩트 디스크(CD), CD-R(Recordable), CD-RW(Compact Disc Rewritable), CD-I, CD-G 등과 같은 CD 계열의 기록매체(이하, CD)에도 정보를 기록/재생할 수 있어야 한다.
그런데, 기존 CD의 표준두께가 1.2mm인 반면 DVD의 두께는 디스크 기울기의 허용오차와 대물렌즈 개구수 등으로 인하여 0.6mm로 표준화되었다. 따라서, DVD용광픽업장치로 CD에 정보를 기록/재생할 때에는 두께 차이에 의한 구면수차(spherical aberration)가 발생된다. 이 구면수차에 의하여 정보신호의 기록에 필요한 충분한 광강도를 얻지 못하거나 재생시의 신호가 열화(劣化;deterioration)되는 문제가 발생된다. 또한, DVD 및 CD 용 재생 광원의 파장도 각각 다른데, 기존 CD용 재생 광원 파장이 대략 780nm인 반면, DVD용 재생 광원 파장은 대략 650nm이다. 따라서, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 광원과 서로 다른 초점위치에 광스폿이 맺히도록 하는 구조를 갖는 호환형 광픽업장치가 요구된다.
도 1을 참조하면, 종래의 호환형 광픽업장치는 서로 다른 위치에 배치되어 대략 650nm 파장의 광을 출사하는 제1광원(21)과, 대략 780nm 파장의 광을 출사하는 제2광원(31)을 구비한다. 상기 제1광원(21)은 DVD와 같이 두께가 상대적으로 얇은 디스크(10a)용이고, 제2광원(31)은 CD와 같이 두께가 상대적으로 두꺼운 디스크(10b)용이다.
상기 제1광원(21)에서 출사된 광은 제1콜리메이팅렌즈(23)에 의해 집속되어 평행한 상태로 제1편광빔스프리터(25)에 입사되며, 이 제1편광빔스프리터(25)에서 반사되어 디스크(10) 쪽으로 향하게 된다. 그리고, 상기 상대적으로 얇은 디스크(10a)에서 반사된 후, 상기 제1편광빔스프리터(25)를 투과하여 제1광검출기(27)에 수광된다. 여기서, 상기 제1편광빔스프리터(25)와 디스크(10) 사이의 광경로 상에는 제1 및 제2광원(21)(31)에서 조사된 광의 경로를 변환시키는 간섭필터(41), 1/4파장판(43), 가변조리개(45) 및 입사광을 집속시키는대물렌즈(47)가 위치된다.
상기 제2광원(31)에서 조사된 광은 제2콜리메이팅렌즈(33)에 의해 집속되어 평행하게 되며, 제2편광빔스프리터(35), 수속렌즈(37)를 투과하여 상기 간섭필터(41)에 입사된다. 그리고, 이 입사된 광은 상기 간섭필터(41)에서 반사되고, 상기 1/4파장판(43), 가변조리개(45) 및 대물렌즈(47)를 경유하여 상대적으로 두꺼운 디스크(10b)에 광스폿이 맺힌다.
상기 상대적으로 두꺼운 디스크(10b)에서 반사된 광은 상기 대물렌즈(47), 가변조리개(45), 1/4파장판(43)을 경유하여 상기 간섭필터(41)에 입사되고, 상기 간섭필터(41)에서 반사되어 상기 제2편광빔스프리터(35) 쪽으로 향한다. 이 광은 상기 제2편광빔스프리터(35)에서 반사되어 제2광검출기(39)에 수광된다.
상기 간섭필터(41)는 입사광의 파장에 따라 투과 또는 반사시키는 광학요소로, 상기 제1광원(21)에서 출사된 광은 투과시키고, 상기 제2광원(31)에서 출사된 광은 반사시켜 광의 진행경로를 안내한다.
가변조리개(45)는 가변에 의해 개구의 크기가 결정되는 조리개로서, 대물렌즈(47)의 개구수 0.45 이하 또는 개구수 0.6 이하에 해당되는 영역으로 입사광의 단면폭을 제한한다.
상기 1/4파장판(43)은 입사되는 광의 편광상태를 변환시키는 광학부재이다. 상기 제1광원(21)과 제2광원(31)에서 조사된 광 각각은 상기 1/4파장판(43)을 두 번 통과하면서, 편광이 90°회전한 상태로 상기 제1 및 제2편광빔스프리터(25)(35)로 향하게 된다. 상기 대물렌즈(47)는 상기 제1광원(21)과 제2광원(31)에서 조사된광이 상기 디스크(10a)(10b) 각각의 기록면에 맺히도록 한다.
이와 같이, 구비된 호환형 광픽업장치는 두 파장을 이용함으로써, 기록매체로 CD-R을 채용한 경우에도 사용 가능하다는 이점이 있다.
하지만, 제조공정이 복잡하며 생산단가가 많이 드는 가변조리개를 구비함으로써, 조립이 어렵고 고비용이 든다는 단점이 있다. 또한, 제1광원과 제2광원이 서로 독립된 광모듈로 구성되어, 그 구성이 매우 복잡하고 광학적 배치가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 일 광모듈 내에 파장이 서로 다른 제1 및 제2광원을 설치하고, 홀로그램 커플러를 이용하여 광 경로를 일치시켜 줌으로써, 그 구성이 콤팩트화된 호환형 광픽업장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래의 호환형 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 호환형 광픽업장치의 광학적 배치를 보인 개략도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 홀로그램 광커플러의 홀로그램 패턴 구조를 보인 개략적인 도면.
도 4는 도 3의 구조에서 홀로그램 광커플러의 최대 패턴 깊이 변화에 따른 투과율 변화를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 광커플러의 회절효율을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 홀로그램 광커플러의 홀로그램 패턴 구조를 보인 개략적인 도면.
도 7은 도 6의 구조에서 홀로그램 광커플러의 최대 패턴 깊이 변화에 따른 투과율 변화를 보인 그래프.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 홀로그램 광커플러의 홀로그램 패턴 구조를 보인 개략적인 도면.
도 9는 도 8의 구조에서 홀로그램 광커플러의 최대 패턴 깊이 변화에 따른투과율 변화를 보인 그래프.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 홀로그램 광커플러의 홀로그램 패턴 구조를 보인 개략적인 도면.
도 11은 도 9의 구조에서 홀로그램 광커플러의 최대 패턴 깊이 변환에 따른 투과율 변화를 보인 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치에 채용된 대물렌즈를 개략적으로 보인 정면도.
도 13은 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치의 요부를 발췌하여 보인 개략적인 도면.
도 14는 도 2의 제1광의 파장이 650 nm이고, 제2광의 파장이 780 nm일 때, 제1광의 유효광인 0차광과, 제2광의 유효광인 1차광의 홀로그램 커플러의 최대 패턴 깊이(Dp)에 따른 투과율을 나타낸 그래프.
도 15는 650nm 파장의 제1광, 780nm 파장의 제2광을 사용하여, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다를 때, 홀로그램 커플러의 홀로그램 패턴의 구조변동에 따른 투과 효율을 예시한 도면.
도 16은 도 2의 제1광의 파장이 650nm이고, 제2광의 파장이 807nm일 때, 제1광의 유효광인 0차광과, 제2광의 유효광인 1차광의 홀로그램 커플러의 최대 패턴 깊이(Dp)에 따른 투과율을 나타낸 그래프.
도 17은 650nm 파장의 제1광, 807nm 파장의 제2광을 사용하여, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 같을 때, 홀로그램 커플러의 홀로그램 패턴의 구조 변동에 따른 투과 효율을 예시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50...광모듈 55...제1광원
57...제2광원 61...홀로그램 광커플러
63...편광빔스프리터 65...위상지연판
60...대물렌즈 69...수속렌즈
71...광검출기 80...광기록매체
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는, 서로 다른 파장의 제1 및 제2광을 각각 출사하는 제1 및 제2광원을 포함하는 광모듈과; 상기 제1 및 제2광 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체로 향하도록 하는 홀로그램 광커플러와; 입사광의 진행경로를 바꾸어주는 광로변환 디바이스와; 상기 광로변환 디바이스와 상기 광기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 제1 및 제2광을 집속시켜 상기 광기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 광기록매체에서 반사되고, 상기 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는, 서로 다른 파장의 제1 및 제2광을 각각 출사하는 제1 및 제2광원을 포함하는 광모듈과; 상기 제1 및 제2광 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체로 향하도록 하는 홀로그램 광커플러와; 입사광의 진행경로를 바꾸어주는 광로변환 디바이스와; 상기 광로변환 디바이스와 상기 광기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 제1 및 제2광을 집속시켜 상기 광기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 광기록매체에서 반사되고, 상기 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하며, 상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 투과율을 높일 수 있도록 최적화된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 일치하도록 최적화된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호환형 광픽업장치를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 호환형 광픽업장치는, 일 패키지로 구성되어 서로 다른 파장의 제1광(I) 및 제2광(Ⅱ)을 각각 조사하는 광모듈(50)과, 이 광모듈(50)에서 조사된 제1광(I) 및 제2광(Ⅱ)이 동일 광경로로 진행하도록 하는 홀로그램 커플러(61)와, 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환기와, 입사광을 광기록매체(80)에 집속시키는 대물렌즈(67) 및, 상기 광기록매체(80)에서 반사되고 상기 대물렌즈(67) 및 상기 광로변환기를 경유하여 입사된 광을 수광하는 광검출기(71)를 포함하여 구성된다.
상기 광모듈(50)은 기판(51)과, 이 기판(51) 상에 배치된 마운트(53)와, 상기 마운트(53)의 양측면 각각에 부착된 제1 및 제2광원(55)(57)을 포함한다.
여기서, 상기 제1 및 제2광원(55)(57) 각각은 반도체 레이저 예컨대, 모서리 발광레이저 또는 표면 발광레이저로서, 서로 다른 발산각으로 광을 조사한다. 상기 제1광원(55)에서 출사된 제1광(I)은 예컨대, 대략 650nm 파장의 광으로, 광기록매체(80)로서 상대적으로 두께가 얇은 광디스크(80a) 예컨대, DVD를 채용시에 적합한 광이다. 상기 제2광원(57)에서 출사된 제2광(Ⅱ)은 적외선 파장영역의 광 예컨대, 대략 780nm 파장의 광으로, 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(80b) 예컨대, CD를 채용시에 적합한 광이다.
여기서, 상기 제1광원(55)과 제2광원(57) 사이의 위치 공차는 상기 광모듈(50)과 상기 대물렌즈(67) 사이에 배치된 상기 홀로그램 광커플러(61)의 위치를 조정함으로써 조정할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 홀로그램 광커플러(61)는 상기 제1광원(55)에서 출사된 제1광(Ⅰ)과 상기 제2광원(57)에서 출사된 제2광(Ⅱ)을 단일 광축으로 모이게 하여, 상기 제1 및 제2광(I)(Ⅱ) 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체(80)로 향하도록 한다. 즉, 홀로그램 광커플러(61)는 일면에 마련되어 입사광을 회절투과시키는 홀로그램 패턴(61a)을 가진다.
이 홀로그램 광커플러(61)는 그 일면에 대하여 직교하는 방향으로 입사되는 상기 제1광(Ⅰ)은 직진 투과시키고, 비스듬히 입사되는 상기 제2광(Ⅱ)의 대부분은 회절 투과시켜 상기 제1광(I)과 나란한 방향으로 진행하도록 한다.
상기 홀로그램 광커플러(61)의 투과율은 상기 홀로그램 패턴(61a)의 패턴깊이, 패턴 사이의 간격 및 패턴의 구조에 의하여 결정된다. 여기서, 상기 홀로그램 광커플러(61)는 그 홀로그램 패턴(61a)이 적어도 2개의 계단을 포함하는 계단형 구조로 된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 홀로그램 패턴(61a)의 계단 레벨(즉, 계단 수)는 그 홀로그램 패턴을 형성하기 위한 식각 횟수와 동일한 것으로 간주한다.
도 3은 홀로그램 패턴이 5계단으로 형성된 경우를 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 경우, 최대 패턴깊이 DP의 변화에 따른 제1 및 제2광(I)(Ⅱ) 각각의 투과율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 TP는 홀로그램 패턴의 피치를 나타낸다.
최대 패턴깊이 DP가 6400nm일 때, 650nm 파장의 제1광(I)의 유효광인 0차광의 투과율은 대략 1.0이 된다. 그리고, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)은 0차회절광, +1차회절광, -1차회절광 각각으로 회절투과된다. 이때, 제2광(Ⅱ)의 투과율을 살펴볼 때, 입사광의 광량에 비하여 0차회절광은 대략 8%이고, +1차회절광은 0%에 가깝다. 한편, 제2광(Ⅱ)의 -1차회절광은 대략 75% 정도로 입사광의 대부분이 -1차회절광이 된다. 따라서, 제2광(Ⅱ)에 대해서는 -1차회절광이 유효광으로 이용되며, 상기 제1광(Ⅰ)의 0차 회절광과 나란하게 진행한다.
상기한 바와 같이, 홀로그램 광커플러(61)를 광로 상에 마련함으로써, 광모듈(50) 내의 서로 다른 위치에 설치된 제1 및 제2광원(55)(57)에서 출사된 광이 단일 광축으로 모아져 동일 경로로 상기 광기록매체(80)로 향하도록 할 수 있다.
상기한 홀로그램 광커플러(61)는 상기한 5계단 구조 이외에 도 6, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수도 있다.
도 6은 홀로그램 패턴이 4계단으로 형성된 경우를 나타낸 것이고, 도 7은 도 6의 경우 최대 패턴깊이 DP의 변화에 따른 제1 및 제2광(I)(Ⅱ) 각각의 투과율 변화를 나타낸 그래프이다. 본 실시예는 홀로그램 패턴이 위상을 고려하여 형성된 것이다. 홀로그램 패턴의 패턴 피치 TP를 계단별 패턴 피치 TP1,TP2, TP3, TP4로 구분하여 볼 때, 최대 패턴깊이 DP에서의 패턴 피치 TP1에 대해 다른 패턴 피치 TP2, TP3, TP4가 작도록 되어 있다.
도 7을 살펴보면, 최대 패턴깊이 DP가 대략 4900nm일 때, 650nm 파장의 제1광(I)의 0차광의 투과율은 대략 1.0이다. 그리고, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)은 0차회절광, +1차회절광, -1차회절광 각각으로 회절투과된다. 이때, 투과율을 살펴볼 때, 입사광의 광량에 비하여 0차회절광은 대략 10%이고, +1차회절광은 0%에 가까우며, -1차회절광은 대략 65% 정도로, 입사광의 대부분이 -1차회절광이 된다. 따라서, -1차회절광이 유효광으로 이용되며, 상기 제1광(Ⅰ)의 0차회절광과 동일한 광축으로 모아져 나란하게 진행한다.
도 8은 위상을 고려하지 않은 경우의 홀로그램 패턴이 4계단으로 형성된 경우를 나타낸 것이고, 도 9는 도 8의 경우 최대 패턴깊이 DP의 변화에 따른 제1 및 제2광(I)(Ⅱ) 각각의 투과율 변화를 나타낸 그래프이다. 본 실시예는, 홀로그램 패턴의 패턴 피치 TP를 계단별 패턴 피치 TP1,TP2, TP3, TP4로 구분하여 볼 때, 최대 패턴깊이 DP에서의 패턴 피치 TP1에 대해 다른 패턴 피치 TP2, TP3, TP4가 같은 크기로 된 경우이다.
이와 같이 구성된 경우 최대 패턴깊이 DP변화에 따른 투과율을 살펴보면 다음과 같다.
최대 패턴깊이 DP가 대략 4900nm 일 때, 650nm 파장의 제1광(I)의 0차광의 투과율은 대략 1.0이 된다. 그리고, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)에 대한 투과율을 살펴볼 때, 입사광의 광량에 비하여 0차 및 +1차회절광은 0%에 가까우며, -1차회절광은 대략 86% 정도로 입사광의 대부분이 -1차회절광이 된다. 따라서, -1차회절광이 유효광으로 이용되며, 상기 제1광(Ⅰ)의 0차회절광과 나란하게 진행한다.
도 10은 위상을 고려하지 않은 경우의 홀로그램 패턴이 2계단으로 형성된 경우를 나타낸 것이고, 도 11은 도 10의 경우 최대 패턴깊이 DP의 변화에 따른 제1 및 제2광(I)(Ⅱ) 각각의 투과율 변화를 나타낸 그래프이다. 본 실시예는, 홀로그램 패턴의 패턴 피치 TP를 계단별 패턴 피치 TP2, TP3로 구분할 때, 최대 패턴깊이 DP에서의 패턴 피치 TP1에 대해 다른 패턴 피치 TP2, TP3이 같은 크기로 되었다. 이와 같이 구성된 경우 최대 패턴깊이 변화에 따른 투과율을 살펴보면 다음과 같다. 패턴깊이DP가 대략 4900nm일 때, 650nm 파장의 제1광(I)의 0차광의 투과율은 대략 1.0이 된다. 그리고 제2광(Ⅱ)에 대한 투과율을 살펴볼 때, 입사광의 광량에 비하여 0차 및 +1차회절광은 0%에 가깝고, -1차회절광은 대략 68% 정도로 입사광의 대부분이 -1차회절광이 된다. 따라서, -1차회절광은 유효광으로 이용되며, 상기 제1광(Ⅰ)의 0차회절광과 나란하게 진행한다.
도 3, 도 6, 도 8 및 도 10을 참조로 설명한 홀로그램 광커플러(61)의 홀로그램 최대 패턴깊이 DP는 계단 구조 및 그 홀로그램 패턴(61a)을 형성하는 재료에 따라 다르게 설정되는 것으로, 수학식 1의 조건을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 홀로그램 패턴(61a)을 형성함으로써, 제1광(I)에 대해서는 직진 투과하는 0차회절광을 유효광으로 이용하고, 제2광(Ⅱ)에 대해서는 회절 투과하는 -1차회절광을 유효광으로 이용함으로써, 서로 다른 위치에 놓인 두 광원에서 조사된 광이 단일 경로로 진행하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 홀로그램 광커플러(61)를 투과하여 진행하는 제1 및 제2광(I)(Ⅱ)은 그 발산각을 달리한다. 이에 따라, 제1광(I)은 상대적으로 두께가 얇은 광디스크(80a)에 맺히며, 제2광(Ⅱ)은 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(80b)에 맺힌다.
상기 광로변환 디바이스는 입사광의 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(63)와, 상기 편광빔스프리터(63)와 상기 대물렌즈(67) 사이의 광로 상에 마련되어 입사광의 편광를 변화시키는 1/4파장판(65)을 포함한다. 따라서, 상기 광모듈(50) 쪽에서 입사된 광은 상기 편광빔스프리터(63)를 투과하여 상기 광기록매체(80) 쪽으로 향한다.
이 광기록매체(80)로 향하는 광 및, 상기 광기록매체(80)에서 입사된 광은 상기 1/4파장판(65)을 투과하면서 편광 상태가 바뀐다. 따라서, 상기 광기록매체(80)에서 반사된 광은 상기 편광빔스프리터(63)에서 반사되어 상기 광검출기(71)로 향한다.
상기 대물렌즈(67)는 입사된 제1 및 제2광(I)(Ⅱ)을 집속시켜, 광기록매체(80)로서 채용된 두 광디스크(80a)(80b) 각각에 맺히도록 한다. 이를 위하여, 상기 대물렌즈(67)는 상기 광모듈(50)에서 조사된 광이 입사되는 입사면과, 상기 광기록매체(80)와 대면되는 출사면을 가지고, 입사면 및 출사면 중 적어도 어느 한 면은 적어도 하나의 환형의 동심으로 분리된 구조를 갖는 바람직하다. 여기서, 분리된 부분은 서로 다른 비구면 곡률값을 가져 각 부분을 통과한 광이 서로 다른 위치에 집속되도록 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 대물렌즈(67)는 광축을 중심으로 근축영역(67a)과, 링 형태의 환렌즈영역(67b) 및 원축영역(67c)을 구비한다. 상기 환렌즈영역(73)은 근축영역(67a)과 원축영역(67c) 사이에 위치된 것으로, 동심원 형상의 링 또는 타원 상의 링으로 형성된다. 이 환렌즈영역(67b)은 비구면 형상으로 형성되어, 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(80b)에 대해 최적화된 것이 바람직하다.
이 경우, 광기록매체(80)로서 상대적으로 두께가 얇은 광디스크(80a)를 채용시, 제1광원(55)에서 조사된 광 중 원축영역(67c)을 통과한 광은 상대적으로 두께가 얇은 광디스크(80a)의 정보 기록면에 광스폿으로 집광되고, 환렌즈영역(67b)을 통과한 광은 산란된다.
한편, 상대적으로 두께가 두꺼운 광디스크(80b)를 채용시에는 제2광원(57)에서 조사된 광 중 환렌즈영역(67b) 및 근축영역(67a)을 통과한 광이 정보기록면에 집광된다.
여기서, 상기 환렌즈영역(67b)의 단면 형상은 그 환렌즈영역(67b)을 통과하는 광의 사용 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 이에 대해서는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 보다 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 대물렌즈(67)와 상기 1/4파장판(65) 사이의 광로 상에는 입사광을 집속시키는 콜리메이팅렌즈가 더 구비된 것이 바람직하다.
상기 광검출기(71)는 상기 광기록매체(80)에서 반사되고, 상기 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광(I)(Ⅱ)을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출한다. 여기서, 편광빔스프리터(63)와 광검출기(71) 사이의 광로 상에는 비점수차를 야기시키는 센서렌즈(69)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치의 제1 및 제2광원(55)(57)이 대략 650nm 파장의 제1광(Ⅰ), 대략 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)을 출사하고, 홀로그램커플러(61)가 650nm 파장의 제1광(Ⅰ)에 대해서는 0차광을 유효광으로 사용하고, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)에 대해서는 -1차 회절광을 유효광으로 사용하도록 형성된 경우를 예를 들어 설명하였다.
한편, 상기 홀로그램 커플러(61)는, 4계단 홀로그램 커플러에 대한 구조 및 그 홀로그램 커플러에서의 최대 패턴 깊이에 따른 광투과율 특성 곡선을 보인 도 9 및 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 650nm 파장의 제1광(Ⅰ)에 대한 0차광과, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)에 대한 -1차광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하지 않을 수도 있다.
따라서, 상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 파장과 상기 홀로그램 커플러(61)는, 상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 유효광의 투과율을 높일 수 있도록 최적화된 것이 보다 바람직하다. 상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 유효광의 투과율은 상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 유효광에 대해 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 일치하도록 함으로써 전체적으로 높일 수 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는, 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)에 대한 홀로그램 커플러(61)에서의 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하는 파장의 광을 출사하도록 된 제1 및 제2광원(55)(57) 및 이에 대응하는 홀로그램 커플러(61)를 구비하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하게 되면, 보다 높은 광효율을 달성할 수 있으며, 홀로그램 커플러(61)의 제작 공차 범위가 보다 커져서, 홀로그램 커플러(61)의 수율이 향상되고 제작 가격을 낮출 수 있다.
이하에서는, 홀로그램 커플러(61)에서 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하는 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 파장을 어떻게 결정할 수 있는 지와, 이러한 조건을 만족할 때의 홀로그램 커플러(61)의 제작 공차 범위가 보다 넓어질 수 있음을 보다 구체적으로 살펴본다.
회절 현상을 이용하여, 서로 이격되어 입사되는 서로 다른 파장의 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 광축을 하나로 모으는 계단형 구조의 홀로그램 커플러(61)에서 광효율(nm)은 수학식 2와 같다.
여기서, m은 회절광의 차수, A는 주기, nm은 광효율(투과율)을 나타낸다. Φ(x)은 홀로그램 커플러(61)의 홀로그램 패턴(61a)을 가로지르는 방향에서 위치(x)에 따른 위상(phase)을 나타낸다.
제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 파장을 λ0, λ1이라 할 때, 제1광(Ⅰ)의 0차광에 대해 광효율(nm)이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(DL0), 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대해 광효율(nm)이 최대가 되는 최대 패턴 깊이 (DL1)는 수학식 3과 같다. 여기서, 제2광(Ⅱ)의 1차광은 홀로그램 패턴(61)의 계단이 도 3, 도 6, 도 8, 도 10와 같은 방향으로 형성될 때는 -1차광, 그 반대로 형성될 때는 +1차광을 나타낸다. 수학식 3은 수학식 1을 x에 대해 미분하여, 광효율(nm)의 x에 대한 미분값을 영(zero)으로 놓고 풀면 얻어진다.
수학식 3에서, p=1,2,3,4,....로서 홀로그램 패턴의 계단 레벨을 나타내고, n0, n1은 굴절율을 나타낸다.
여기서, 수학식 2 및 수학식 3은 도 3 내지 도 11을 참조로 앞서 설명한 실시예의 홀로그램 커플러(61)에도 적용된다.
제1광(Ⅰ)의 0차광에 대해 광효율(nm)이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(DL0)와 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대해 광효율(nm)이 최대가 되는 최대 패턴 깊이 (DL1)를 동일하게 하면, 수학식 3에서 DL0=DL1이 된다. 따라서, 상기 등가식을 이용하여 계산하면, 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하는 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)의 파장의 관계식은 수학식 4와 같다.
홀로그램 커플러(61)의 재료로 fused silica를 이용하고, 홀로그램 패턴(61)의 계단 레벨을 4, 제1광(Ⅰ)의 파장(λ0)을 650nm라 할 때, 파장 650 nm에서,fused silica의 굴절율 n0은 1.456403이 되므로, 수학식 4로부터 제2광(Ⅱ)의 파장(λ1) 및 그에 대응하는 굴절율(n1)의 관계식은 수학식 5와 같이 구해진다.
fused silica의 굴절율 테이블을 이용하여, 수학식 5의 관계식을 만족하는 제2광(Ⅰ)의 파장(λ1)을 구하면, 제2광(Ⅰ)의 파장(λ1)은 대략 807 nm가 된다.
따라서, 제1 및 제2광원(55)(57)이 650nm 파장의 제1광(Ⅰ) 및 807nm 파장의 제2광(Ⅱ)을 출사하고, 홀로그램 커플러(61)가 fused silica를 이용하여 형성된 4계단 홀로그램 패턴(61a)을 구비하면, 홀로그램 커플러(61)에서의 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)에 대한 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하게 되어, 광효율이 극대화될 수 있다.
홀로그램 커플러(61)가 도 8에 도시된 바와 같은 4계단 구조이고, fused silica로 형성될 때, 제1광(Ⅰ)의 유효광인 0차광과, 제2광(Ⅱ)의 유효광인 1차광의 홀로그램 커플러(61)의 최대 패턴 깊이(Dp)에 따른 투과율은 도 14 및 도 16에 도시된 바와 같은 특성을 나타낸다. 도 14는 제1광(Ⅰ)의 파장이 650 nm이고, 제2광(Ⅱ)의 파장이 780 nm일 때, 도 16은 제1광(Ⅰ)의 파장이 650nm이고, 제2광(Ⅱ)의 파장이 807nm일 때, 제1광(Ⅰ)의 유효광인 0차광과, 제2광(Ⅱ)의 유효광인 1차광의 홀로그램 커플러(61)의 최대 패턴 깊이(Dp)에 따른 투과율 곡선이다.
도 14를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 650 nm 파장의 제1광(Ⅰ)의 0차광과, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광은 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다르다. 도 14에 보여진 바와 같이, 650 nm 파장의 제1광(Ⅰ)의 0차광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)는 대략 5700nm이고, 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)는 대략 5500nm이다. 따라서, 650 nm 파장의 제1광(Ⅰ)의 0차광에 대해 대략 90%의 투과율을 나타내는 홀로그램 구조를 채택하면, 780 nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율은 최소 65% 수준이 된다.
그런데, 홀로그램 커플러(61)의 홀로그램 패턴(61) 제작시에는 제작오차(보통 ±100nm 정도)가 존재하는데, 상기와 같이, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다르면, 제작오차를 고려할 때, 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율이 지나치게 낮아질 수 있다.
여기서, 도 14의 그래프와 도 9의 그래프를 비교할 때, 제1광(Ⅰ)의 0차광과 제2광(Ⅱ)의 1차광의 최대 패턴 깊이(Dp)가 차이가 나는 이유는, 홀로그램 커플러(61)를 제작하는데 사용한 재질 차이 때문이다. 도 4, 도 7, 도 9 및 도 11의 그래프는 홀로그램 커플러(61)로서 굴절율이 대략 1.55 정도인 재질을 사용한 경우이다.
도 15는, 650nm 파장의 제1광(Ⅰ), 780nm 파장의 제2광(Ⅱ)을 사용하여, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다를 때, 홀로그램 커플러(61)의 홀로그램 패턴(61a)의 구조변동 즉, 홀로그램의 4계단 중에서 마지막 계단 형성 정도와 최대 패턴 깊이 변화에 따른 투과 효율을 예시한 것이다. 도 15에서 가로축은 최대 패턴 깊이(Dp), 세로축은 4계단 구조에서 원하는 마지막 계단의 폭에 대한 제작된 마지막 계단의 폭의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 마지막 계단 폭 0%는 제작 에러에 의해 마지막 계단이 없어진 경우에 해당한다. 제1광(Ⅰ)의 0차광의 투과율 90% 이상, 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율 75% 이상의 투과 효율 영역을 사용하려면, 그 교집합으로 사용 가능한 홀로그램 구조가 결정되는데, 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다르면, 사용 가능한 홀로그램 구조의 범위가 좁다. 즉, 홀로그램 커플러(61)의 허용할 수 있는 제작 공차 범위가 좁다.
따라서, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다를 때, 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대해, 원하는 투과율 수준을 달성하려면, 홀로그램 커플러(61)의 제작 공차를 보다 엄격히 제한해야하므로, 홀로그램 커플러(61)의 제작 수율이 나쁘고, 이에 따라 제작 가격이 높아진다.
반면에, 도 16을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 650 nm 파장의 제1광(Ⅰ)의 0차광과, 807nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광은 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 일치하므로, 650 nm 파장의 제1광(Ⅰ)의 0차광에 대해 대략 95%의 투과율을 나타내는 홀로그램 구조를 채택하면, 807 nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율은 최소 85% 수준이 된다. 따라서, 제작 오차를 고려한다해도 제2광(Ⅱ)의 1차광은 높은 투과율을 가진다. 즉, 807nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대한 투과율이 780 nm 파장의 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대한 것보다 대략 20%정도 이익이다.
도 17은, 650nm 파장의 제1광(Ⅰ), 807nm 파장의 제2광(Ⅱ)을 사용하여, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 같을 때, 홀로그램 커플러(61)의 홀로그램 패턴(61a)의 구조 변동 즉, 홀로그램의 4계단 중에서 마지막 계단 형성 정도와 최대 패턴 깊이 변화에 따른 투과 효율을 예시한 것이다. 도 17에서 가로축은 최대 패턴 깊이(Dp), 세로축은 4계단 구조에서 원하는 마지막 계단의 폭에 대한 제작된 마지막 계단의 폭의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 제1광(Ⅰ)의 0차광의 투과율 90% 이상, 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율 75% 이상의 투과 효율 영역을 사용하려면, 그 교집합으로 사용 가능한 홀로그램 구조가 결정되는데, 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 같으면, 사용 가능한 홀로그램 구조의 범위는 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 다른 경우에 비해, 넓어진다. 즉, 홀로그램 커플러(61)의 허용할 수 있는 제작 공차 범위가 넓다.
따라서, 제1광(Ⅰ)의 0차광과, 제2광(Ⅱ)의 1차광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 일치하도록 된 홀로그램 커플러(61)의 경우에는, 제2광(Ⅱ)의 1차광에 대해, 원하는 투과율 수준을 달성하기 위한 홀로그램 커플러(61)의 제작 공차 범위가 넓어, 홀로그램 커플러(61)의 수율을 좋아지고, 제작 가격을 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는, 제1광(Ⅰ)과 제2광(Ⅱ)의 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 일치하도록 구성된 홀로그램 커플러(61)와, 이에 대응되는 파장의 제1광(Ⅰ)과 제2광(Ⅱ)을 출사하는 제1 및 제2광원(55)(57)을 구비하면, 유효광의 투과율이 최대가 되는 홀로그램 커플러(61)의 최대 패턴 깊이(Dp)가 서로 일치하지 않는 경우에 비해 높은 광효율을 달성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 호환형 광픽업장치는 서로 파장이 다른 제1 및 제2광원을 하나의 광모듈로 구성하고, 홀로그램 광커플러를 이용하여 서로 다른 위치에 배치된 제1 및 제2광원에서 조사된 제1 및 제2광이 동일 경로로 진행하도록 함과 아울러, 하나의 광검출기를 통하여, 정보신호 및 오차신호를 검출할 수 있도록 함으로써, 그 구성이 콤팩트화할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는, 상기 제1광과 제2광의 유효광의 투과율이 최대가 되는 최대 패턴 깊이가 서로 일치하도록 구성된 홀로그램 커플러와, 이에 대응되는 파장의 제1광과 제2광을 출사하는 제1 및 제2광원을 구비하면, 보다 높은 광효율을 달성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 서로 다른 파장의 제1 및 제2광을 각각 출사하는 제1 및 제2광원을 포함하는 광모듈과;
    상기 제1 및 제2광 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체로 향하도록 하는 홀로그램 광커플러와;
    입사광의 진행경로를 바꾸어주는 광로변환 디바이스과;
    상기 광로변환 디바이스와 상기 광기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어,상기 제1 및 제2광을 집속시켜 상기 광기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와;
    상기 광기록매체에서 반사되고, 상기 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀로그램 광커플러는,
    일면에 대하여 직교하는 방향으로 입사되는 상기 제1광은 직진 투과시키고,
    비스듬히 입사되는 상기 제2광의 대부분은 회절 투과시켜 상기 제1광과 나란한 방향으로 진행하도록 하는 홀로그램 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홀로그램 패턴의 최대 패턴깊이 DP는 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
    <조건식>
    4000 ≤DP≤ 7000 [nm]
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1광은 대략 650nm 파장의 광이며, 상기 제2광은 대략 780nm 파장의 광인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 투과율을 높일 수 있도록 최적화된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 일치하도록 최적화된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1광은 대략 650nm 파장의 광이며, 상기 제2광은 대략 807 nm 파장의 광인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 홀로그램 패턴은,
    적어도 2개의 계단을 포함하는 계단형 구조로 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 홀로그램 패턴은,
    적어도 2개의 계단을 포함하는 계단형 구조로 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광모듈과 상기 대물렌즈 사이에 배치된 상기 홀로그램광커플러의 위치를 조정하여, 상기 제1광원과 제2광원 사이의 위치 공차를 조정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  11. 서로 다른 파장의 제1 및 제2광을 각각 출사하는 제1 및 제2광원을 포함하는 광모듈과;
    상기 제1 및 제2광 각각이 동일 광경로를 통하여 광기록매체로 향하도록 하는 홀로그램 광커플러와;
    입사광의 진행경로를 바꾸어주는 광로변환 디바이스과;
    상기 광로변환 디바이스와 상기 광기록매체 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 제1 및 제2광을 집속시켜 상기 광기록매체에 맺히도록 하는 대물렌즈와;
    상기 광기록매체에서 반사되고, 상기 광로변환 디바이스를 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 수광하여 정보신호 및 오차신호를 검출하는 광검출기;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 투과율을 높일 수 있도록 최적화된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2광의 파장과 상기 홀로그램 커플러는, 상기 제1 및 제2광의 유효광의 최대 투과율 피크를 보이는 최대 패턴 깊이가 일치하도록 최적화된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  13. 제1항 내지 제3항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광로변환 디바이스는,
    입사광의 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터와;
    상기 편광빔스프리터와 상기 대물렌즈 사이의 광로 상에 마련되어 입사광의 편광방향으로 바꾸어주는 1/4파장판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  14. 제1항 내지 제3항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물렌즈는,
    상기 광모듈에서 조사된 광이 입사되는 입사면과, 상기 광기록매체와 대면되는 출사면을 가지며,
    상기 대물렌즈의 입사면 및 출사면 중 적어도 어느 한 면은, 적어도 하나의 환형의 동심으로 분리되며, 각 분리된 부분은 서로 다른 비구면 곡률값을 갖는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
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