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KR950005033B1 - 광픽업 장치 - Google Patents

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KR950005033B1
KR950005033B1 KR1019920020835A KR920020835A KR950005033B1 KR 950005033 B1 KR950005033 B1 KR 950005033B1 KR 1019920020835 A KR1019920020835 A KR 1019920020835A KR 920020835 A KR920020835 A KR 920020835A KR 950005033 B1 KR950005033 B1 KR 950005033B1
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photodetector
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focused
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이헌조
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Abstract

내용 없음.

Description

광픽업 장치
제1도는 종래의 광픽업 장치의 광학계 구성을 보인 사시도.
제2도는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 광학계 구성을 보인 사시도.
제3도는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 요부 구성을 보인 평면도.
제4도의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 작동도.
제5도의 (a) 내지 (b)는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 포커스 에러에 따른 4분할 포토디텍터상에서의 레이저 빔의 크기 변화를 보인 설명도.
제6도의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 작용을 보인 것으로, (a)는 광디스크가 대물렌즈에 의한 집속위치보다 멀어질 경우의 작용도, (b)는 광디스크가 대물렌즈에 의한 집속위치보다 가까워지는 경우의 작용도.
제7도는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 집속위치 변화에 따른 포토디텍터상에서의 레이저 빔의 크기 변화를 보인 설명도.
제8도의 (a) 내지 (b)는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 트랙킹에러의 예를 보인 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광디스크(Optical Disc) 2 : 대물렌즈(Objfective Lens)
3 : 4분할 홀로그램(Hologram, H1, H2, H3, H4)
4 : 반도체 레이저(Semiconductor Laser)
5 : 4분할 포토디텍터(photodetectors, P1, P2, P3, P4)
6 : 반도체 레이저(4)로부터 발산하는 레이저 빔(발산광)
7 : 5분할 홀로그램(3)에 의해 회절, 집속되는 레이저 빔(물체광)
8 : 액츄에이터(Actuator)
L1 : 4분할 홀로그램(3)으로부터 반도체 레이저(4)까지의 거리
L2 : 4분할 홀로그램(3)으로부터 4분할 포토디텍터(5)까지의 거리
Q1 : 홀로그램 H1의 물체광 위치(object beam point)
Q2 : 홀로그램 H2의 물체광 위치(object beam point)
Q3 : 홀로그램 H3의 물체광 위치(object beam point)
Q4 : 홀로그램 H4의 물체광 위치(object beam point)
B1, B2, B3, B4 : 포토디텍터 P1, P2, P3, P4에 입사되는 레이저 빔의 크기
d1 : 포커스 에러(Focus error)가 없을 때 대물렌즈(2)로부터 대물렌즈(2)에 의해 집속되는 레이저 빔의 집속위치까지의 거리
d2 : 대물렌즈(2)로 부터 광디스크(1)까지의 거리
s1, s2, s3, s4 : 포토디텍터 P1, P2, P3, P4에 의해 검지된 광의 전기적 신호
본 발명은 광픽업 장치(Optical Pickup System)에 관한 것으로, 특히, 홀로그래픽 광소자(HOE : Holographic Optical Element)를 사용하여 소형화 및 경량화에 기여할 수 있게 한 광픽업 장치에 관한 것이다.
종래의 광픽업 장치는 제1도에 도시한 바와 같이, 광원으로 사용되는 반도체 레이저(3)와, 그 반도체 레이저(3)에서 나온 빛을 반사시키는 반투과 반사경(half mirror)(2)와, 상기 반투과 반사경(2)에서 반사된 빛을 광디스크(1) 쪽으로 반사시키는 45°반사경(4)과, 45°반사경에서 반사된 빛을 광디스크(1) 면상에 집속시키는 집속렌즈(5)와, 상기 광디스크(1) 상에서 반사된 빛을 집광시키는 결상렌즈(6) 및, 상기 결상렌즈(6)에 의해 집속된 레이저 빔을 검지하는 포토디텍터(photodetector)(7)로 구성되어 있다.
상기한 바와 같은 종래의 광픽업 장치는, 반도체 레이저(3)에서 발생한 레이저 빔이 반투과 반사경(2)에서 반사되고 45°반사경(4)에서 다시 반사되어 집속렌즈(5)에 의해 광디스크(1) 면상에 집속된다.
이와 같이 집속된 빔은 광디스크(1) 상에 기록된 요철모양에 따라 반사되는 빔의 세기가 다르게 반사되고, 반사된 빔은 광로를 역행하여 반투과 반사경(2)에 도달하며, 그 일부가 반투과 반사경(2)을 통과하여 결상렌즈(6)에 의해 포토디텍터(7)에 결상된다.
상기 포토디텍터(7)에 결상된 레이저 빔의 세기를 포토디텍터(7)가 검지하여 광디스크(1) 상에 기록된 정보를 읽어내게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 광픽업 장치는 각 광학소자들의 배치가 공간적으로 이루어져 광학계 자체가 많은 부피를 차지하고, 반도체 레이저(3)와 포토디텍터(7)가 분리되어, 장치의 크기가 커지고 무게 또한 무거워지므로 액튜에이터에 의한 광픽업의 이동속도가 늦어져 광디스크(1) 상에 기록된 정보를 읽는데 필요한 시간이 느려지는 주된 원인이 된다.
또한 광부품들이 독자적으로 고정되어야 하므로 조립 시간이 오래 걸리고 조립성이 나쁘므로 제조원가의 상승요인이 되는 문제점이 있었다.
또한 종래에는 유럽특허 EP A2 357323와 같이 반도체 레이저로부터 발산되는
빔을 3개의 빔으로 나누는 디플랙팅 소자와, 상기 3개의 빔을 각각 평행관으로 만드는 시준렌즈, 상기 3개의 평행광을 광디스크상에 집속시키는 대물렌즈, 상기 광디스크상에서 반사된 빔을 읽는 포토디텍터로 구성되는 광픽업 장치가 알려지고 있다.
이러한 장치에서는 상기 대물렌즈와 시준렌즈를 거친 반사빔을 집속시키는 역할은 디플렉팅 소자에서 수행하도록 구성되어 있고, 반사된 빔을 읽어내는 포토디텍터의 구성은 광디스크에 기록된 정보는 에러없이 정확히 읽어내는 데 있어서 가장 중요한 구성으로 볼 수 있는 바, 포토디텍터를 2분할한 중심선에 반사되는 빔이 정확하게 집속되도록 디플렉팅 소자를 제조, 즉 a 포토디텍터의 2분할 영역에서 검지된 신호의 차로서 포커싱 에러를 검출하도록 되어 있는 것이다.
그러나 이러한 방식을 소위 나이프 에러방법(Knife Edge Method)라고 하는 데, 이 방법은 기준 파장이 변하면 2분할 중심선에 빔이 정확하게 집속되지 않고 벗어나게 되어 광픽업의 정확한 구동이 곤란하게 되며, 또 트랙킹 에러는 별도의 포토디텍터(d, e)에 의하여 이루너지는 것인바, 여기서 사용되는 빔은 디프랙팅 소자에 의해서 회절된 1차, 0차, -1차의 3빔을 모두 이용하는 것이므로 정확한 집속이 어렵게 되는 문제점이 있는 것이었다.
따라서, 본 발명의 목적은 홀로그라픽 광소자(HOE : Holographic Optical Element)를 사용하여 소형화 및 경량화가 가능한 광픽업 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 광원으로 사용되는 반도체 레이저와 ; 반도체 레이저로부터 발생하는 발산광을 광디스크상에 접속시키는 대물렌즈와 ; 광디스크에 의해 반사되어 대물렌즈를 통과한 후, 집속되는 레이저 빔을 집속시키는 4분할 홀로그램과 ; 4분할 홀로그램들에 의해 회절, 집속되는 레이저 빔을 검지하는 4분할 포토디텍터로 구성함을 특징으로 하는 광픽업 장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 광픽업 장치를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 광학계 구성을 보인 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 광픽업 장치는, 광원으로 사용되는 반도체 레이저(4)와, 그 반도체 레이저(4)로부터 발생하는 발산광(6)을 광디스크(1) 상에 집속시키는 대물렌즈(2)와, 광디스크(1)에 의해 반사되어 대물렌즈(2)를 통과한 후 집속되는 레이저 빔을 집속시키는 4분할 홀로그램(3 ; H1, H2, H3, H4)과, 상기 홀로그램(H1, H2, H3, H4)에 의해 집속되는 레이저 빔을 검지하는 4분할 포토디텍터(5 ; P1, P2, P3, P4)로 구성되어 있다.
상기 4분할 홀로그램(3)은 제4도(a)(b)에 도시한 바와 같이 홀로그램(H1)의 광축이 포토디텍터(P1), 홀로그램(H2)의 광축은 포토디텍터(P3), 홀로그램(H3)의 광축은 포토디텍터(P2), 그리고 홀로그램(H4)의 광축은 포토디텍터(P4)의 중심을 통과하도록 하며, 홀로그램(H1)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P1)을 지나서 집속되고, 홀로그램(H2)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P3)를 지나기 전에, 홀로그램(H3)에 의해 집속되는 레이저 빔도 포토디텍터 P2를 자나기 전에, 그리고 홀로그램(H4)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P4)를 지나서 집속하도록 구성하기 위하여 4분할 홀로그램(H1, H2, H3, H4)의 참조광의 위치는 반도체 레이저(4)의 발광점 즉, L1으로 하고 물체광 위치는 각각 Q1, Q2, Q3, Q4로 한다.
여기서 각 홀로그램(H1, H2, H3, H4)의 물체광 위치 Q,1, Q2, Q3, Q4의 관계는 다음과 같은 조건을 만족하도록 한다.
Q1(z)>L2, Q4(z)>L2, Q2(z)<L2, Q3(z)<L2
Q1(x)<0, Q2(x)<0, Q3(x)>0, Q4(x)>0
상기 4분할 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)의 크기는 레이저 빔이 광디스트(1)에 정확하게 집속되었을 때, L2 위치에서 집속되는 레이저 빔의 차단면 크기를 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)의 크기로 한다.
상기 반도체 레이저(4)는 4분할 홀로그램(3) 중심선상에 설치하고, 4분할 포토디텍터(5)는 광디스크 상에 레이저 빔의 집속위치가 변할 때 포토디텍터(5) 상에서 변화가 크게 나타나도록 하기 위해 반도체 레이저(4)보다 4분할 홀로그램(3)으로부터 먼 거리에 설치한다(L1<L2) .
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 광픽업 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
제2도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 반도체 레이저(4)로 부터 발산하는 레이저 빔(6)이 4분할 홀로그램(3)에 입사되고, 입사된 레이저 빔 일부는 4분할 홀로그램(H1, H2, H3, H4)에 의해 회절되어 대물렌즈(2)를 벗어나게 되고 회절되지 않은 0차 회절 빔만이 대물렌즈(2)에 입사되어 대물렌즈(2)에 의해 광디스크(1) 상에 집속된다.
이와 같이 광디스크(1) 상에 집속된 빔은 광디스크(1) 상에서 반사된 후 경로를 역행하면서 대물렌즈(2)에 의해 반도체 레이저(4)의 위치에서 집속되는 집속광으로 되며, 이 집속광이 4분할 홀로그램(3)(H1, H2, H3, H4)에 입사될 때는 각 홀로그램(H1, H2, H3, H4)의 참조광이 되므로 각 홀로그램(H1, H2, H3, H4)에 의해 Q1, Q2, Q3, Q4 위치에 집속되는 물체광(7)이 재생된다.
이와 같이 재생되는 물체광(7)들의 광축은 제4도 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 4분할 홀로그램(3)(H1, H2, H3, H4)으로부터 L2만큼 떨어진 곳에 위치한 4분할 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)에 의해 광디스크(1) 상에 기록된 정보를 읽기 위한 신호들이 발생한다.
본 발명에 의한 광픽업 장치의 픽업동작을 첨부된 도면에 의하여 보다 상세히 설명하면, 광디스크(1) 상에 레이저 빔이 정확하게 집속된 후(즉, 포커스 에러(forcus error)가 발생 안한 경우 : d1=d2) 반사되어 4분할 홀로그램(3)에 의해 회절되어 포토디텍터 상(5)에 집속될 경우에는 제5도(a)에 도시한 바와 같이 포토디텍터(3)(H1, H2, H3, H4)에 의해 차단되는 레이저 빔들의 크기(B1, B2, B3, B4)가 같게 된다.
즉, 4분할 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)에 의해 검지되는 빔의 세기가 같아지게 된다.
만일, 제6도 (a)에 도시한 바와 같이, 광디스크(1)가 대물렌즈(2)에 의해 집속되는 빔의 집속위치보다 멀어지면(d2>d1), 접속위치 c가 c'으로 이동되는 효과를 보여, 제7도에 도시한 바와 같이 집속점 c의 결상위치 c"보다 먼 곳에 있는 포토디텍터(PD2)에서는 빔의 크기가 H1에서 H2로 커지며, 결상위치 c"보다 가까운 곳에 있는 포토디텍터(PD2)에서는 H3에서 H4로 작아진다.
이와는 반대로 제6도(b)에 도시한 바와 같이, 광디스크(1)가 대물렌즈(2)에 의해 집속되는 빔의 집속위치보다 가까워지면(d2<d1), 집속위치가 짧아져 결상위치 c"보다 먼 곳에 위치한 포토디텍터(PD2)에서는 빔의 크기가 줄어들고, 반대로 c"보다 가까운 곳에 위치한 포토디텍터(PD1)에서는 빔의 크기가 커진다.
상기한 바와 같은 원리에 의해 포커스 에러가 없는 경우(d1=d2)에는 제5도(a)에 도시한 바와 같이, 각 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)들에 의하여 검지되는 빔의 세기가 같고, d1<d2인 경우에는 제5도(b)에 도시한 바와 같이 포토디텍터(P1)과 (P4)에 집속되는 빔의 크기는 줄어들고, 포토디텍터(P2)와 (P3)에 집속되는 빔의 크기는 커지게 되어, 포토디텍터(P1)과 (P3)에 의해 검지되는 빔의 세기가 포토디텍터(P2)와 (P4)에 의해 검지되는 빔의 세기보다 크게 된다.
또한, d1<d2인 경우에는 제5도(c)에 도시한 바와 같이, d1>d2의 경우와 반대 현상이 발생하여 포토디텍터(P2)와 (P3)에 의해 검지되는 빔의 세기가 포토디텍터(P1)과 (P4)에 의해 검지되는 빔의 세기보다 커진다.
그러므로, 포토디텍터(P1)과 (P4)의 전기적 신호 s1과 s4를 합한 신호와 포토디텍터(P2)와 (P3)의 전기적 신호 s2와 s3를 합한 신호를 비교하면, 포커스 에러의 발생 상태를 검지할 수 있고, 이 신호 상태를 대물레즈(2)를 상하좌우로 움직여주는 액츄에이터(actuator)(8)에 입력하여 대물렌즈(2)를 상하로 움직이게 함으로써 포커스 에러를 보정할 수 있다.
즉, (s1+s4)-(s2+s3)=FS
위 식에서 FS가 양의 신호이면, 제6도(a)에 도시한 바와 같이, 광디스크(1)가 대물렌즈(2)로 부터 멀어지는 것이므로 액츄에이터(8)로 대물렌즈(2)를 위로 움직이게 하여 광디스크91) 상에 빔이 정확하게 집속되도록 하며, 음의 신호이면 반대로 광디스크(1)가 대물렌즈(2)에 가까워지는 것이므로 대물렌즈(2)를 아래로 움직여 포커스 에러를 보정한다.
광디스크(1)가 회전중에 발생하는 트랙킹 에러는 제8도(b) 및 (c)에 도시한 바와 같이, -x방향으로 집속 빔이 치우치는 경우와, +x방향으로 치우치는 두 가지 경우가 있다.
본 발명에 의한 광픽업 장치에서는 제8도(a)에 도시한 바와, 트랙킹에러가 없는 경우에는 -x방향에 위치한 홀로그램(H1)과 (H3)에 입사되는 빔세기와 +x방향에 위치한 홀로그램(H2)와 (H4)에 입사되는 빔세기가 같아 4분할 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)에 의해 검지되는 신호 s1+s2와 s3+s4가 같게 된다.
즉, (s1+s2)-(s3+s4)=TS=0
그러나, 집속빔이 제8도(b)에 도시한 바와 같이, +x방향으로 치우치면 -x방향에 위치한 홀로그램(H1)과 (H3)에 입사되는 빔의 세기가 홀로그램(H2)와 (H4)에 입사되는 빔의 세기보다 크게되어,
(s1+s2)-(s3+s4)=Ts>0
와 같이 되고, 제8도(c)에 도시한 경우에는 반대 현상으로
(s1+s2)-(s3+s4)=Ts<0
로 되어, TS가 양수일 경우에는 대물렌즈(2)를 -x방향으로 TS가 음수일 경우에는 대물렌즈(2)를 +x방향으로 이동하는 액츄에이터(8)로 대물렌즈(2)를 좌우로 이동시킴으로써 트랙킹 에러를 보정한다.
또한, 광디스크(1) 상에 기록된 정보는 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)의 모든 신호를 합하여 합한 신호의 세기에 따라 피트(pit)의 유무를 결정함으로써 읽을 수 있다.
즉, s1+s2 +s3+s4=S
에서 신호 S는 광디스크 상에 집속된 빔이 피트가 있는 것을 지날때 보다 피트가 없는 부분을 지날때 더 크게 된다.
상기와 같은 원리에 의해 포커스 에러 보정, 트랙킹 에러 보정, 그리고 광디스크(1) 상에 기록된 피트 정보의 독취가 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 광픽업 장치는, 홀로그램을 사용하여 기존의 광픽업 기능을 가능하게 하고, 또한 반도체 레이저와 포토디텍터를 하나의 모듈로 구성할 수 있어 광픽업을 소형 및 경량화시킬 수 있기 때문에 픽업을 사용하는 CDP(Compact Disc Player), VDP(Video Disc Player), ODD(Optical Disc Driver), MDP(Multi Disc Player) 등에서 정보의 읽는 속도를 증가시킬 수 있으며, 조립도 용이한 이점이 있다.
또한, 홀로그램은 저가격의 대량생산이 용이하여 가격면에서도 종래 기술보다 유리하여 제조원가를 절감시키는 등의 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 광원으로 사용되는 반도체 레이저(4)와 ; 반도체 레이저로부터 발생하는 발산광을 광디스크 상에 접속시키는 대물렌즈(2)와 ; 광디스크에 의해 반사되어 대물렌즈를 통과한 후, 집속되는 레이저 빔을 집속시키는 4분할 홀로그램(3)과 ; 4분할 홀로그램들에 의해 회절, 집속되는 레이저 빔을 검지하는 4분할 포토디텍터로 구성함을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 4분할 홀로그램(3 ; H1, H2, H3, H4)은 홀로그램(H1)의 광축이 포토디텍터(P1), 홀로그램(H2)의 광축이 포토디텍터(P3), 홀로그램(H3)의 광축이 포토디텍터(P2), 홀로그램(H4)의 광축이 포토디텍터(P4)의 중심을 통과하도록 구성되어 상기 홀로그램(H1)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P1)을 지나서 접속되고, 홀로그램(H2)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P3)를 지나기 전에, 홀로그램(H3)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P2)를 자나기 전에, 홀로그램(H4)에 의해 집속되는 레이저 빔은 포토디텍터(P4)를 지나서 집속하도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 4분할 홀로그램(H1, H2, H3, H4)의 참조광의 위치는 반도체 레이저의 발광점 즉, L1으로 하고 물체광 위치는 각각 Q1, Q2, Q3, Q4로 하며, 상기 홀로그램(H1, H2, H3, H4)의 물체광 위치 Q1, Q2, Q3, Q4의 관계가 다음과 같은 조건을 만족하도록 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
    Q1(z)>L2, Q4(z)>L2, Q2(z)<L2, Q3(z)<L2
    Q1(x)<0, Q2(x)<0, Q3(x)>0, Q4(x)>0
    여기서, L1 : 4분할 홀로그램으로부터 반도체 레이저까지의 거리
    L2 : 4분할 홀로그램으로부터 4분할 포토디텍터까지의 거리
    Q1 : 홀로그램 H1의 물체광 위치(object beam point)
    Q 2 : 홀로그램 H2의 물체광 위치(object beam point)
    Q 3 : 홀로그램 H3의 물체광 위치(object beam point)
    Q 4 : 홀로그램 H4의 물체광 위치(object beam point)이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포토디텍터(5)(P1, P2, P3, P4)의 크기는 레이저 빔이 광디스트에 정확하게 집속되었을 때 각 분할 포토디텍터들에 의해 차단되는 레이저 빔의 크기로 결정되며, 반도체 레이저(4)는 4분할 홀로그램(3) 중심선상에 설치되고, 포토디텍터는 광디스크 상에 레이저 빔의 집속위치가 변할 때 포토디텍터 상에서 변화가 크게 나타나도록 반도체 레이저보다 4분할 홀로그램으로부터 먼 거리(L1<L2)에 설치된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치 .
  5. 제1항에 있어서, 상기 포토디텍터(P1)과 (P4)의 전기적 신호를 합한 신호와 포토디텍터(P2)와 (P3)의 전기적 신호를 합한 신호의 차로 포커스 에러가 보정되며, 포토디텍터(P1)과 (P2)의 전기적 신호를 합한 신호와 포토디텍터(P3)과 (P4)의 전기적 신호를 합한 신호와의 차이로 트랙킹 에러가 보정되고, 포토디텍터(P1, P2, P3, P4)의 전기적 신호 모두를 합한 값이 광디스크상에 기록된 정보 독취용으로 사용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전기적 신호들의 차이는 포토디텍터(P1, P2, P3, P4)에 입사되는 레이저 빔의 크기 변화에 의하여 발생되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
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