KR100339345B1 - 광픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 소형의 홀로그램/포토검출기 모듈을 사용함으로써 광학계의 소형화와 광픽업의 얼라인먼트(alignment)가 용이한 광 픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 픽업 장치는 광디스크 표면에 대물렌즈를 통해 빔을 주사하는 레이져 다이오드와, 트레킹 에러신호발생을 위해 상기레이져 다이오드빔을 인가하는 그래팅과, 상기 광디스크 표면에 반사된 빔을 수속하는 볼록렌즈와, 상기 볼록렌즈로 수속되는 빔의 회절여부를 결정하는 HOE와, 상기 HOE의 -1 차, +1 차 회절빔을 인가하는 포거스 에러 포토검출기셀과, 상기 포커스 에러 포토검출기셀에 인가된 -1 차, +1 차 회절빔의 초점거리를 비교하여 포커스 에러신호를 발생하는 비교기와, 상기 HOE에서 회절되지 않고 초점이 맞는 빔을인가하여 RF 신호를 발생하는 RF용 포토검출기셀과, 상기 그래팅을 통해 광디스크표면에서 반사된 빔을 인가하여 트래킹 에러신호를 발생하는 트래킹 에러 포토검출기셀로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

광픽업장치

본 발명은 고밀도용 광 픽업(pick-up) 장치에 관한 것으로, 특히 소형의 홀로그램/포토검출기 모듈을 사용해 RF신호 및 서보에서 신호를 검출하며, 광디스크의 고밀도 기록/재생화에 적당하도록 한 고밀도용 광 픽업장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 광픽업장치를 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 종래 기술에 따른 제 l 광픽업 구성도를 나타내었다.

제 1 도에 도시한 바와 같이 레이져 다이오드(LD)(1)에서 나온 빔(beam)은 여러 과정을 거쳐 대물렌즈(6)에 의해 광 디스크 표면에 집광된다.

또한, 픽업의 방식에 따라 콜리메이터(collimator)(2)로 평행광을 만들수도있고, 3-빔(bear11)법의 트래킹 서보(tracking servo)를 목적으로 그래팅(grating) (4)을 사용하거나, 빔모양을 정형하는 정형 프리즘(prism)(3)을 거치기도 한다.

그리고, 디스크에서 반사 혹은 회전된 빔은 다시 대물렌즈(6)와 밀러 (mirror)를 거쳐 포토검출기(photo detector)(9)에 도달한다.

상기 포토검출기(9)는 디스크에 기록된 신호를 읽음은 물론이고 포커스 방향및 트랙방향의 서보(servo)를 구현하기 위한 신호를 만들어내는 패턴(pattern)으로구성되어 있다.

제 1 도에서는 코리메이터(collimator) 및 원통형(cylindrical) 렌즈(7,8) 에 의해 포커스 에러신호를 발생시키고 그래팅(4)에 의해 3-빔(beam)법 트래킹 에러신호를 발생시킴을 나타내었다.

그리고, 상기 포토검출기(9)의 정형적인 분할면을 제 2 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 2 도는 제 1 도에 의한 종래의 포토검출기(9)의 분할 구성도를 나타내었다.

우선 중앙의 ABCD 4 분할 포토검출기에서 기록신호의 RF신호 및 포커스 에러신호를 검출하고 E, F 포토검출기에서는 트래킹 에러신호를 검출한다.

그러나, 제 1, 2 도에 설명된 종래 기술은 RF 신호에 누화성분이 섞여있는 문제점이 있었다.

그래서, 상기 문제점의 해결을 위해서 또 다른 종래 기술을 첨부된 제 3 도와 제 4 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 3 도는 종래의 제 2 광픽업 구성도를 나타내었다.

제 3 도는 제 1 도의 구성과 거의 동일하며 RF 신호의 품질을 높히기 위해 광학계의 공초점형(confocal) 위치에 별도의 제 2 포토검출기(11)를 위치시킨다.

그리고 제 1 포토검출기(10)는 제 1 도의 포토검출기(9)와 유사하며 서보 (servo)에러 신호를 검출한다.

또한 렌즈류(12, 13, 14)에 의해 비점수차 방식의 포커스 에러신호를 검출하며 제 1, 제 2 포토검출기(10, 11)의 광을 분배하기 위해 할프 밀러(15)를 사용한다.

그리고, 상기 제 2 포토검출기(11)의 종류에 대해서는 제 4 도를 통해 설명하면 다음과 같다.

제 4 도는 종래의 포토검출기의 종류 설명도를 나타내었다.

제 4 도에 도시된 바와 같이 (a)(b)의 포토검출기는 슬리트(slit)형으로 디스크의 래디얼(radial)방향에 평행 또는 수직으로 배치되어 인터심벌 노이즈(inter symbol noise) 또는 인접 트랙(track)에서 누화(crosstalk)를 줄이며 (c)의 포토검출기는 래디얼 방향, 탠젤설(tangential)방향 모두의 누화 및 인터심벌노이즈를 줄이기 위한 정사각형(또는 원형)으로 구성된다.

그리고 슬리트(slit)형이나 정사각형의 한 변의 길이인 d = 트랙피치(track pitch)×공초점형(confocal) 광학계의 배율로 결정된다.

이상에서 설명한 종래의 광픽업장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

1. 제 1 도에서는 검출된 RF 신호에 누화성분이 많기에 검출신호의 품질이 떨어진다.

2. 제 3 도에는 광디스크의 기록/재생에 있어서 제 1, 제 2 포토검출기와, 상기 제 1, 제 2 포토검출기의 광을 분배하기 위한 할프 밀러가 필요하여 전체 용적이 커지며, 광학적 얼라인(align)이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 소형의 홀로그램/포토검출기 모듈을 사용함으로써 RF 신호의 품질을 높이고 광학계를 소형화하고, 광픽업의얼라인먼트(alignment)의 용이함을 구현한 고밀도용 광픽업장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고밀도용 광픽업장치는 광디스크 표면이 대물렌즈를 통해 빔을 주사하는 레이져 다이오드와, 트래킹 에러신호발생을 위해 상기 레이져 다이오드빔을 인가하는 그래팅과, 상기 광디스크 표면에 반사된 빔을 수속하는 볼록렌즈와, 상기 볼록렌즈로 수속되는 빔의 회절연부롤 결정하는 HOE와, 상기 HOE의 -1 차, +1 차 회절빔을 인가하는 포커스 에러 포토검출기셀과, 상기 포커스 에러 포토검출기셀에 인가된 -1 차, +1 차, 회절빔의 초점거리를 비교하여 포커스 에러신호를 발생하는 비교기와, 상기 HOE에서 회절되지 않고 초점이 맞는 빔을 인가하여 RF신호를 발생하는 RF용 포토검출기셀과, 상기 그래팅을 통해 광디스그 표면에서 반사된 빔을 인가하여 트래킹 에러신호를 발생하는 트래킹 에러 포토검출기셀로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광 픽업장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 5 도는 본 발명의 광픽업 구성도를 나타내었다.

제 5 도에 도시된 바와 같이 레이져 다이오드에서 디스크까기 집광시키는 집속광학계는 종래의 기술을 그대로 사용한다.

즉, 레이져 다이오드에서 나온 빔은 대물렌즈에 의해 광디스크 표면에 집광된다.

또한 픽업의 방식에 따라 코리메이터(collimator)로 평행광을 만들수도 있고, 3-빔(beam)법의 트래킹 서보(tracking servro)를 목적으로 그래팅(grating)을사용하거나 빔모양을 정형하는 정형 프리즘을 거치기도 한다.

그리고, 디스크에서 반사 혹은 회절된 빔(beam)은 다시 대물렌즈와 도시된 볼록렌즈(16)에 의해 홀로그램/포토검출기 모듈(17)에 도달한다.

그리고, 상기 볼록렌즈(16)는 제 3 도에서 언급된 렌즈류(12)로 설명되며, 유한 광학계의 경우에는 밀러(5)와 렌즈류(12)로 설명될 수 있다.

또한, 상기 홀로그램/포토검출기 모듈(17)은 HOE(Holographic Optical Element)(17-1)와 포토검출기 셀(photo detector cell)(17-2)이 동일 패키지 (package)로 제작되며, 상기 볼록렌즈(16)로부터 수속되는 빔이 H0E(17-1)의 동작에 의해 포토검출기셀(17-2)에 결상하게 됨으로써 RF신호 및 서보 에러(servo error)신호를 검출한다.

그리고, RF신호와 서보에러신호를 검출하기 위한 상기 포토검출기셀(17-2)은 다시, RF용 포토검출기셀(17-2-1), 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3), 트래킹 에러 포토검출기셀(17-2-4, 17-2-5)로 각각 구성됨을 알 수 있다.

그리고 상기 HOE(17-1)의 패턴 모양은 진폭 변조형과 표면 양각(surface relief)형의 두 가지가 있으며 상기 두 가지를 모두 쓸 수 있으며, 특히 상기 표면양각형의 경우가 효율이 좋고 양산성이 우수하다.

그리고, 상기 트래킹 에러 포토검출기셀(17-2-4, 17-2-5)의 위치는 약식으로표시된 바와 같이 RF용 포토검출기셀(17-2-1)을 중심으로 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)과 트래킹 에러 포토검출기 셀(17-2-4, 17-2-5)이 마름모 형태로 각각 위치해 있다.

이어서, 제 6 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작 설명도를 나타내었다.

제 6 도에서, RF용 포토검출기셀(17-2-1)과 포커스 에러 포토검출기셀 (17-2-2, 17-2-3)은 제 5도와 똑같은 위치에 배치된다. 즉, 볼록렌즈(16)의 초점면에 RF용 포토검출기셀(17-2-1)을 위치시키고, +1차 회절빔과 -1차 회절빔의 초점면에 각각 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)을 위치시킨다.

따라서, HOE(17-1)에서 회절되지 않고 투과된 0 차빔은 볼록렌즈(16)의 초점면에 위치한 RF용 포토검출기 셀(17-2-1)에 맺히게 되며, 제 3 도에서 설명된 공초점형(confocal) 광학계용 구성을 맞추어 고밀도 디스크 재생을 가능케 한다.

그리고 -1 차 회절빔은 볼록렌즈(16)를 통과한 효과를 가지므로 포커스 에러포토검출기셀(17-2-2)을 지나서 초점이 형성되고 +1 차 회절빔은 오목렌즈를 통과한 효과를 가지므로 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-3)에 도달하기전에 초점이 맺히게 된다.

이때, 포커스 에러신호검출에 대해서는 제 7 도를 참조하여 설명하면 다음과같다.

제 7 도는 본 발명의 포커스 에러 포토검출기셀의 동작 설명도로써, 도시된바와 같이 포커스 에러신호는 +1 차 회절빔과 -1 차 회절빔의 차이를 기본 아이디어로 하여 검출된다.

즉, (a)는 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-3), (b)는 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2)에서 각각 검출되는 빔이 디스크와 대물렌즈 초점에서 멀때와 가까울때에 변하는 것을 나타내고, (c)는 상기 (a)와 (b)의 차이에 의해 포커스 에러신호가 얻어짐을 나타내었다.

또한, 제 5 도에서 설명된 트래킹 에러신호는 트래킹 에러 포토검출기셀 (17-2-4, 17-2-5)상에 제 3 도에서 설명된 그래팅(grating)(4)과 같은 소자에 의해 발생된 서보빔(servo-beam)이 디스크에 반사되어 돌아와 맺힘으로써 얻어진다.

그리고 상술한 본 발명의 RF용 포토검출기셀(17-2-1)의 크기는 제 4 도(c)와같이 d = 트랙피치(track pitch) × 공초점형(confocal) 광학계의 배율, 즉 트랙 피치가 0.8㎛, 배율이 6인 경우 d 5㎛가 되므로 RF용 포토검출기셀(17-2-1)의 크기는 d²으로 구할 수 있다.

또한, 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)의 경우는 제 6 도에서 설명된 바와 같이 초점부를 벗어난 곳에 설치되므로 RF용 포토검출기셀(17-2-1)보다는 크며 초점부의 위치에 따라 그 크기는 변한다.

보통, RF용 포토검출기셀(17-2-1)이 d5㎛인 경우 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)은 10㎛ < d < 100㎛ 범위에서 설계된다.

이때 포커스 에러 포토검출기셀과 RF용 포토검출기셀의 거리는 RF용 포토검출기셀의 d 보다 1.5배 정도 떨어지게 설계하는 것이 좋다.

다음에 제 8 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작설명도를 나타낸 것으로써, 볼록렌즈 기능을 갖는 +1 차 회절빔의 초점에 RF용 포토검출기셀(17-2-1)을 위치시키고, 0차빔과 -1차 회절빔의 초점면에 포커스에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)을 각각 위치시켜, 0 차빔과 -1 차 회절빔의 차이를 이용하여 포커스 에러신호가 얻어지도록 하고 있다.

또한, 같은 방법으로 -l 차 회절빔의 초점에 RF용 포토검출기셀(17-2-1)을 위치시키고 포커스 에러 포토검출기셀(17-2-2, 17-2-3)을 각각 0 차빔과 +1차 회절빔의 초점면에 위치시켜 상기 0 차빔과 +1차 회절빔의 차이를 이용하여 포커스 에러신호를 얻을 수도 있다.

이어서 제 9 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작 설명도를 나타낸 것으로써, 상기 H0E(17-1)를 윈통형 렌즈 패턴으로 사용하고, 0 차 빔의 초점에 RF용 포토검출기셀(17-2-1)이 위치하고, +1 차 회절빔 혹은 -1 차 회절빔의 위치에 서보용 검출기(18)를 위치시킨다. 그러면, +1 차 회절빔혹은 -1 차 회절빔은 서보용 검출기(l8)에 맺히므로, 비점수차법에 의해 서보 에러신호를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 광픽업장치는 소형의 홀로그램/포토검출기 모듈을 사용함으로써 광학계의 소형화를 이루며 광픽업의 얼라인먼트(alignment)의 용이함과 0 차빔을 RF 검출용으로 사용하기에 수치를 최소화하고 +1, -1 차 회절빔을모두 사용함으로써 회절 손실을 극소화하는 효과가 있다.

제 1 도는 종래 기술에 따른 제 1 광픽업 구성도

제 2 도는 종래 기술에 따른 포토검출기 분할 구성도

제 3 도는 종래 기술에 따른 제 2 광픽업 구성도

제 4 도는 종래 기술에 따른 포토검출기의 종류설명도

제 5 도는 본 발명에 따른 광픽업 구성도

제 6 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작설명도

제 7 도는 본 발명에 따른 포커스 에러신호의 발생 설명도

제 8 도는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 나타낸 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작 설명도

제 9 도는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 나타낸 홀로그램/포토검출기 모듈의 동작 설명도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

17 : 홀로그램/포토검출기 모듈 17-1 : HOE

17-2 : 포토검출기셀 17-2-1 : RF용 포토검출기셀

17-2-2, 17-2-3 : 포커스 에러 포토검출기셀

17-2-4, 17-2-5 : 트래킹 에러 포토검출기셀

18 : 서보용 검출기

Claims (5)

1. 광디스크 표면에 대물렌즈를 통해 빔을 조사하는 레이져 다이오드와,

   트래킹 에러신호발생을 위해 상기 레이져 다이오드빔을 인가하는 그래팅과,

   상기 광디스크 표면에 반사된 빔을 수속하는 볼록렌즈와,

   상기 볼록렌즈로 수속되는 빔의 회절여부를 결정하는 HOE와,

   상기 HOB에서 회절되는 +1차, -1차 회절빔의 초점면에 배치되어 상기 HOE의 -1 차, +1 차 회절빔을 검출하는 포커스 에러 포토검출기셀과,

   싱기 포커스 에러 포토검출기셀에서 검출된 -l차, +l차 회절빔의 초점거리를 비교하여 포커스 에러신호를 발생하는 비교기와,

   상기 HOE에서 회절되지 않고 투과되는 0차 빔의 초점면에 배치되어, 상기 HOE에서 회절되지 않고 초점이 맞는 빔을 검출하여 RF신호를 발생하는 RF용 포토검출기셀과,

   상기 광디스크 표면에서 반사된 빔이 그래팅을 통해 입사되면 이를 검출하여 트래킹 에러신호를 발생하는 트래킹 에러 포토검출기셀로 이루어짐을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 RF용 포토검출기셀은 +1차 회절빔의 초점면에 배치되어 RF 신호를 발생하고, 상기 포커스 에러 포토검출기셀은 각각 -1차 회절빔과 0차빔의 초점면에 배치되고, 상기 비교기는 상기 포커스 에러 포토검출기셀에서 검출된 -1차 회절빔과 회절되지 않은 0차 빔의 초점거리를 비교하여 포커스 에러신호를 발생함을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 RF용 포토검출기셀은 -1차 회절빔의 초점면에 배치되어 RF 신호를 발생하고, 상기 포커스 에러 포토검출기셀은 각각 +1차 회절빔과 0차빔의 초점면에 배치되고, 상기 비교기는 상기 포커스 에러 포토검출기셀에서 검출된 +1차 회절빔과 회절되지 않은 0차 빔의 초점거리를 비교하여 포커스 에러신호를 발생함을 특징으로 하는광 픽업 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 HOE를 원통형 렌즈 패턴으로 정의하고, 상기 RF용 포토검출기셀은 상기 HOE에서 회절되지 않는 0차빔의 초점면에 배치되어 RF 신호를 발생하고, +1차 회절빔 또는 -1차 회절빔의 초점면에는 서보용 검출기를 배치하며, 상기 서보용 검출기는 -1 차 또는 +1 차 회절빔을 검출하여 비점수차법으로 각 서보 에러신호를 발생함을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 포커스 에러 포토검출기셀과 RF용 포토검출기셀간의 거리는 트랙 피치의 1.5배 임을 특징으로 하는 광픽업장치.