KR0139177B1 - 초점에러 및 트랙킹에러를 검출하기 위하여 홀로그램을 사용하는 광헤드 - Google Patents

초점에러 및 트랙킹에러를 검출하기 위하여 홀로그램을 사용하는 광헤드

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KR0139177B1
KR0139177B1 KR1019930010646A KR930010646A KR0139177B1 KR 0139177 B1 KR0139177 B1 KR 0139177B1 KR 1019930010646 A KR1019930010646 A KR 1019930010646A KR 930010646 A KR930010646 A KR 930010646A KR 0139177 B1 KR0139177 B1 KR 0139177B1
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Abstract

본 발명은 광저장매체로부터 정보를 독출하는 광헤드에 관한 것이다. 본 발명의 광헤드는 회절수단으로 사용되는 홀로그램소자들이 회절되는 광빔을 소정의 각도로 회전시키므로써, 회절각이 변경되는 광빔이 포토다이오우드들의 소정방향상에서 움직이게 한다. 그리고, 홀로그램소자들을 통과하는 빔의 파장변화에 따라 광반점의 형성되는 위치가 변화되는 경우에도 회절된 광빔에 의한 광반점을 수용할 수 있는 형상의 포토다이오우드를 이용한다. 따라서, 파장의 변경에 의해 회절각이 바뀐 광빔을 입사받을 수 있으므로 주위온도의 변화에도 불구하고 오프셋이 들어있지 않은 초점에러 및 트랙킹에러를 검출할 수 있는 효과를 가져온다.

Description

초점에러 및 트랙킹에러를 검출하기 위하여 홀로그램을 사용하는 광헤드
제 1 도는 종래의 광헤드,
제 2 도는 제 1 도 장치의 초점에러 및 트랙킹에러를 설명하기 위한 개념도,
제 3 도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광헤드의 개략적인 구성도,
제 4 도는 회절 및 분리부에 의해 포토다이오우드상으로 투사되는 광빔의 형태를 나타낸 개념도,
제 5 도는 홀로그램소자들에 의해 회전되는 광반점을 나타낸 도면,
제 6 도는 정초점시에 홀로그램소자들에 의해 수광부근처에 형성되는 광반점,
제 7 도는 대물렌즈의 초점방향 이송에 의해 포토다이오우드상에 생성되는 광반점을 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
31 : 발광부32 : 회절 및 분리부
33 : 대물렌즈34 : 광디스크
35 : 수광부321, 322 : 홀로그램소자
A1, A2, B1, B2 : 포토다이오우드
본 발명은 광헤드에 관한 것으로서, 특히 컴팩트디스크플레이어(CDP), CD-ROM등과 같이 광빔을 이용하여 기록된 정보를 읽어내는 장치의 광헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 광헤드는 레이저다이오우드에서 발생되는 광빔을 광기록 매체로 방출하여 광기록매체에 의해 반사되는 광빔을 포토다이오우드를 이용하여 전기적 신호로 변환시킨다. 광헤드를 이용하는 재생시스템은 비점수차법, 임계각검출법 등을 이용하여 광헤드에서 투사되는 빔이 기록매체상에 정확한 초점이 맺히도록 조절한다. 그리고, 3-빔(beam)법, 푸시-풀(Push-Pull)법 등을 이용하여 광헤드의 트랙킹을 제어한다. 6개의 포토다이오우드를 이용하며 초점에러(focus error)는 비점수차법을 사용하여 검출하며, 트랙킹에러(tracking error)는 3-빔법을 사용하여 검출하는 종래의 기술을 제 1 도 및 제 2 도를 참조하여 설명한다.
제 1 도는 종래의 광헤드(10)를 개략적으로 나타낸다. 제 2a 내지 2e 도는 제 1도 장치의 초점에러 및 트랙킹에러를 설명하기 위한 개념도로서, 레이저빔에 의해 6개의 포토다이오우드상에 형성되는 반점(spot)을 나타낸다.
제 1 도의 광헤드(10)는 레이저빔을 발생하는 레이저다이오우드(11)와 전기적신호를 발생하는 6개의 포토다이오우드들(A~F)로 이루어진 수광부(16)를 구비한다. 정보가 기록된 광저장매체(15)와 레이저다이오우드(11) 사이에는 격자(grating)(12), 홀로그램렌즈(13) 및 대물렌즈(14)가 레이저다이오우드(11)로부터 광저장매체(15)의 방향으로 차례로 배치된다. 홀로그램렌즈(13)는 광저장매체(15)에 의해 반사된 빔을 수광부(16)의 포토다이오우드들(A~F)에 입사시키도록 위치조절된다. 그리고, 레이저다이오우드(11)와 수광부(16)는 지지대(17)에 의해 서로 일정한 간격이 유지된다.
레이저다이오우드(11)로부터 투사되는 빔은 격자(12)에 의해 세개의 빔들로 분리된다. 각각의 분리된 빔들은 홀로그램렌즈(13)를 통과하면서 다수의 차수(order)를 갖는 빔들로 회절되고, 영차 회절된 빔은 대물렌즈(14)에 의해 집속되어 광저장매체(15)로 입사한다. 광저장매체(15)로 입사되어 반사되는 빔들은 다시 대물렌즈(14)를 통과하여 홀로그램렌즈(13)로 입사한다. 홀로그램렌즈(13)는 대물렌즈(14)로부터 입사하는 빔을 다시 회절시켜 다수의 차수를 갖는 회절된 빔들을 발생한다. 회절된 빔들중에서 영차빔을 제외한 나머지 회절된 빔들은 격자(12)로 투사시킨다. 격자(12)는 회절된 빔들을 세개의 빔으로 분리한다. 격자(12)에 의해 분리되는 빔들은 6개의 포토다이오우드들(A~F)로 구성된 수광부(16)로 입사한다. 수광부(16)로 입사하는 빔들은 6개 다이오우드상의 표면에 광반점(spot)들을 형성한다. 이 광반점들은, 제 2a 내지 제 2c 도에 보인 바와 같이, 초점에러정도에 따라 그 모양이 바뀐다. 그리고, 외곽에 있는 포토다이오우들(E, F)에 형성되는 광반점들은, 도면상에 표시되진 않았지만, 트랙킹에러정도에 따라 상대적인 밝기가 달라진다. 초점에러(FE) 및 트랙킹에러(TE)는 각각 다음의 식들에 의해 계산된다.
FE = (A + C) - (B + D)
TE = E - F
위의 식들에서 우변에 있는 기호들은 각 문자에 의해 대응되는 포토다이오우드의 광량 또는 전기적신호에 크기를 나타낸다. 그리고, 제 2a 도의 형태로 표시된 반점들을 갖는 경우, 재생시스템은 초점에러(FE) 0을 검출한다. 그런데, 광헤드(10)는 레이저빔의 특정파장(CD의 경우, 일반적으로 780nm)을 사용하므로, 홀로그램렌즈(13) 및 포토다이오드들(A~F)의 위치는 수광부(16)로 입사되는 회절된 빔들중의 1차빔의 회절각에 따라 결정된다.
그러나, 일반적으로 알고 있는 것처럼, 레이저빔의 파장은 온도변화에 대응하여 달라진다. 따라서, 광헤드(10)의 온도가 주변의 온도변화등에 의해 변화되는 경우, 홀로그램렌즈(13)를 통과하는 광은 그 회절각이 변경된다. 회절각의 변경에 의해 포토다이오우들에 형성되는 반점의 위치가 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동된 형태는 제 2d 도 및 제 2e 도에서 보여졌다. 파장의 변화에 의해 광반점의 중심위치가 광헤드(10)에서 허용될 수 있는 포토다이오우드들(A, B, C, D)의 중심위치로부터 벗어나면, 재생시스템은 오프셋(offset)이 포함된 비정상적인 초점에러로 인해 정확한 초점조절을 할 수 없는 문제가 발생한다.
홀로그램렌즈를 광헤드에 사용하는 다른 선행기술은 1988년 3월 15일자로 발행된 미국특허번호 4,731,772에서 설명되었다. 이 선행기술은 광분리기(beam-splitter) 및 이중프리즘(biprism)의 기능을 겸비한 홀로그램렌즈를 광헤드에 이용한다. 그리고, 이 선행기술은, 반도체레이저다이오우드와 포토다이오우드를 동일한 부재에 부착하여 반도체레이저다이오우드와 포토다이오우드가 동일하게 움직이게 하므로써, 어떠한 진동에도 광헤드가 정확하게 동작하도록 한다. 그러나, 이 선행기술 역시 온도변화에 기인한 회절된 빔의 파자연화로 인하여 발생되는 광반점의 위치변경문제를 해결하지 못하였다.
본 발명의 목적은 상술의 문제점을 해결하기 위하여 주변온도의 변화에 의해 광빔의 회절각이 변경되는 경우에도 오프셋의 영향을 받지 않고 초점에러를 검출할 수 있는 광헤드를 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은 광저장매체에 저장된 정보를 읽어내는 광헤드에 있어서, 기설정된 파장을 갖는 광빔을 방출하기 위한 광방출수단; 상기 광저장매체와 광방출수단사이에 위치하여, 상기 광저장매체로부터 반사되는 광이 상기 광저장매체와 광방출수단에 의해 형성되는 축에 대하여 기울어진 축을 가지며, 상기 광저장매체상에 형성하는 초점변화에 응답하는 공간적변화를 갖도록 회절시키는 수단; 및 광빔이 주변의 온도변화에 따라 상기 기설정된 파장과는 다른 파장을 갖는 경우에도 상기 회절수단에 의해 회절된 광빔으로부터 트랙킹에러 및 초점에러를 검출할 수 있도록 상기 광저장매체로부터 상기 회절수단으로 입사되어 회절되는 광빔의 경로상에 배치되는 광검출수단을 포함하는 광헤드에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명을 구현한 일 일시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 3 도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광헤드의 개략적인 구성을 나타낸다. 제 3 도의 광헤드(30)는 레이저다이오우드를 구비한 발광부(31)와, 발광부(31)에 대해 일정한 위치에 고정되며 4개의 포토다이오우들(A1, A2, B1, B2)을 갖는 수광부(35)를 갖는다. 발광부(31)의 전면에는 발광부(31)로부터 투사되는 광빔을 광디스크(34)에 집속시키기 위하 대물렌즈(33)가 위치된다. 그리고, 발광부(31)와 대물렌즈(33)의 사이에는 회절 및 분리부(32)가 배치된다. 회절 및 분리부(32)는 미국특허번호 4,731,772의 참증자료의 홀로그램렌즈와 마찬가지로 광분리기 및 이중프리즘의 기능을 겸비한다. 따라서, 회절 및 분리부(32)는 발광부(31)로부터 입사하는 광빔을 회절시키고 이중 영차 회절된 광빔만을 대물렌즈(33)를 통해 광디스크(34)에 집속시킨다. 그리고, 회절 및 분리부(32)는 광디스크(34)로부터 입사되는 광빔을 일정한 각도로 회전(rotation)시키는 기능을 갖는다. 이러한 회절 및 분리부(32)는 대물렌즈(33)로부터 입사하는 광빔을 서로다른 각도로 회절시키며, 제 5 도에 도시한 바와 같이, 옵틱 엘리먼트(Holographic Optic Element)라고 불리우는 제 1 홀로그램소자(321)과 제 2 홀로그램소자(322)로 구성된다. 회절 및 분리부(32)는 종래와 마찬가지로 25℃의 상온에서 수광부(35)의 포토다이오우드(A1, A2, B1, B2)들의 중심위치에 광반점이 맺히도록 위치조절된다. 레이저다이오우드(LD) 및 포토다이오우드(A1, A2, B1, B2)들은 각각 아래에서 설명할 제 6 도 및 제 7 도에서 보여진다.
위의 광헤드(30)가 동작을 시작하면, 발광부(31)의 레이저다이오우드(LD)로부터 방출되는 광빔은 회절 및 분리부(32)에 의해 회절되고, 영차 회절된 빔만 대물렌즈(33)로 입사된다. 대물렌즈(33)에 의해 광디스크(34)에 집속되는 영차 회절된 빔은 피트들(pits)이 새겨진 광디스크(34)에 의해 반사된다. 반사된 광빔은 다시 대물렌즈(33)를 거쳐 회절 및 분리부(32)로 입사한다. 회절 및 분리부(32)의 제 1 홀로그램소자(321) 및 제 2 홀로그램소자(322)는, 반시계방향으로 회전된 광반점이 수광부(35)의 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)상에 형성되도록, 입사하는 광빔을 회전시켜 방출한다.
제 4a 도는 제 1 홀로그램소자(321)에 의해 두개의 포토다이오우드(A1, A2)로 진행하도록 회절되는 광빔의 진행경로를 나타낸다. 그리고, 제 4b 도는 제 2 홀로그램소자(322)에 의해 나머지 포토다이오우드(B1, B2)로 진행하도록 회절되는 광빔의 진행경로를 나타낸다.
제 5a 및 5b 도는 홀로그램소자로 입사하는 광빔이 회전된 형태로 포토다이오우드상에 광반점을 형성하는 것을 보여준다. 특히, 제 5a 도는 제 1 홀로그램소자(321)에 의해 포토다이오우드(A1, A2)상에 형성된 광반점을 보여주며, 제 5b 도는 제 2 홀로그램소자(322)에 의해 포토다이오우드(B1, B2)상에 형성된 광반점을 보여준다. 참고로, 제 5a 도 및 제 5b 도에서, 인용부호 32는 회절 및 분리부를 나타낸 것이고, 인용부호 35는 수광부를 나타낸다.
제 6 도는 정초점시에 홀로그램소자들(321, 322)에 의해 수광부(35) 근처에 형성되는 광반점을 나타낸다. 제 7a 내지 제 7e 도는 대물렌즈(33)와 광디스크(34)간의 거리가 변할 때 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)상에 생성되는 각각의 광반점을 나타낸다.
홀로그램소자들(321, 322)에 의해 회절되는 광빔은 홀로그램소자들(321, 322)로부터의 진행거리에 따라 그 집속정도가 달라진다. 따라서, 이후의 설명에서는 초점에러(FE) 및 트랙킹에러(TE)가 모두 0이 되는 광반점이 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)상에 생성되는 경우, 홀로그램소자와 포토다이오우드 사이에 형성되는 초선(焦線)을 '전측초선'이라 정하고, 포토다이오우드를 지난 위치에 형성되는 가상적인 초선을 '후측초선'이라 정한다.
하나의 홀로그램소자(321 또는 322)로 입사하는 광빔의 반점이 반달 모양을 갖는 경우, 초점에러(FE) 및 트랙킹에러(TE)가 모두 0이면 동일한 반달모양의 반점이 각 홀로그램소자(321 또는 322)에 대응하는 포토다이오우들(A1, A2 또는 B1, B2)에 형성된다. 이와 같은 광반점은, 제 5a 및 5b 도에서 보인 것처럼, 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)상에서 그 모양이 반시계방향으로 90°회전한 형태로 생긴다. 광디스크(34)상에 광빔의 초점이 정확히 일치하면, 광반점이 제 7c 도 형태로 나타난다. 반면에, 광빔의 초점의 광디스크(34)상에 놓이지 않게 되면, 제 7a 도, 제 7b 도, 제 7d 도, 제 7e 도와 같은 광반점이 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)상에 형성된다. 대물렌즈(33)가 광디스크(34)상에 정초점을 형성할때의 광디스크(34)와 대물렌즈(33)간의 거리를 동작거리(working distance)라 하면, 대물렌즈(33)와 광디스크(34)간의 거리인 실제거리가 동작거리보다 짧은 경우, 제 7a 및 제 7b 도의 형상을 갖는 광반점이 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)로 이루어진 수광부(35)에 의해 검출된다. 반면에, 실제거리가 동작거리보다 긴 경우, 제 7d 및 제 7e 도의 형상을 갖는 광반점이 수광부(35)에 의해 검출된다.
도시되지 않은 초점서보(focusing servo)에 의해 광빔의 초점조절이 이루어지는 도중에 광헤드의 발열 또는 주위환경의 변화에 의해 온도가 상승 또는 하강하면 초점에러 및 트랙킹에러의 검출에 이용되는 광빔은 그 파장이 바뀌게 된다. 따라서, 회절 및 분리부(32)의 홀로그램소자들(321, 322)에 의해 회절되는 광빔의 회절각 역시 변경된다. 그러나, 회절 및 분리부(32)를 구성하는 홀로그램소자들(321, 322)은 방출하는 광빔의 회절각 변화가 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)의 길이방향에서 발생하도록 구성되어 있으므로, 광반점은 주변온도의 변화에 관계없이 포토다이오우드들상에서 형성된다. 따라서, 광헤드는 광디스크(34)에 저장된 정보를 정확히 검출할 수 있다.
수광부(35)에 의해 검출되는 광반점을 이용하여 초점에러(FE) 및 트랙킹에러(TE)를 계산하는 식은 아래와 같다.
FE = (A1 + B2) - (A2 + B1)
TE = (A1 + A2) - (B1 + B2)
실제거리가 동작거리보다 매우 짧아 제 7a도의 전측초선반점 또는 제 7b 도의 형상을 갖는 광반점이 수광부(35)에 의해 검출되면, 도면에 도시되지 않은 초점서보는 대물렌즈(33)를 광디스크(34)로부터 멀어지도록 이동시킨다. 수광부(35)에 의해 검출되는 광반점이 제 7d 또는 제 7e 도의 형상을 가지면, 초점서보는 대물렌즈(33)가 광디스크(34)에 접근하도록 대물렌즈(33)를 이송시킨다. 따라서, 대물렌즈(33)의 광초점은 광디스크(34)상에 정확히 맺히게 된다. 초점에러(FE)는 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)에 입사하는 광빔의 상대적 광량에 의해 결정된다. 제 7b 도와 같이 실제거리가 초점 거리보다 짧은 경우에 제 1 홀로그램(321)에 의해 포토다이오우드들(A1, A2)상에 맺히는 광반점을 비교해 보면, 포토다이오우드 A1 에 맺히는 광반점이 포토다이오우드 A2 에 맺히는 광반점보다 크게 된다. 따라서, 초점서보는 4개의 포토다이오우드들(A1, A2, B1, B2)을 이용하는 종래의 비점수차법을 이용하여 초점에러(FE)를 검출하고, 검출된 초점에러에 따라 대물렌즈(33)를 이송시킨다. 도면상에 표시되진 않았지만, 트랙킹 에러(TE)의 크기에 따라 두개의 포토다이오우드(A1, A2)에 입사하는 광량과 다른 두개의 포토다이오우드(B1, B2)에 입사하는 광량이 서로 다르게 된다. 따라서, 종래의 푸시-풀법을 이용하면 트랙킹서보는 검출되는 트랙킹에러에 따라 광헤드의 트랙킹을 조절할 수 있다.
상술한 본 발명은 회절 및 분리부가 회절되는 광빔을 소정의 각도로 회전시키므로써, 회절각이 변경되는 광빔이 포토다이오우드들의 소정방향을 따라서 움직이게 한다. 그리고, 회절 및 분리부를 통과하는 빔의 파장변화에 따라 광반점의 형성되는 위치가 변화되는 경우에도 회절된 광빔에 의한 광반점을 수용할 수 있는 형상의 포토다이오우드를 이용한다. 따라서, 파장의 변경에 의해 회절각이 바뀐 광빔을 입사할 수 있으므로 주위온도의 변화에도 불구하고 오프셋이 들어있지 않은 초점에러 및 트랙킹에러를 검출할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (6)

  1. 광저장매체에 저장된 정보를 읽어내는 광헤드에 있어서,
    기설정된 파장을 갖는 광빔을 방출하기 위한 광방출수단;
    상기 광저장매체와 광방출수단사이에 위치하여, 상기 광저장매체로부터 반사되는 광이 상기 광저장매체와 광방출수단에 의해 형성되는 축에 대하여 기울어진 축을 가지며, 상기 광저장매체상에 형성하는 초점변화에 응답하는 공간적변화를 갖도록 회절시키는 수단; 및
    광빔이 주변의 온도변화에 따라 상기 기설정된 파장과는 다른 파장을 갖는 경우에도 상기 회절수단에 의해 회절된 광빔으로부터 트랙킹에러 및 초점에러를 검출할 수 있도록 상기 광저장매체로부터 상기 회절수단으로 입사되어 회절되는 광빔의 경로상에 배치되는 광검출수단을 포함하는 광헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회절수단은 상기 광저장매체로부터 회절수단으로 입사되는 광빔을 서로다른 회절각을 갖는 두 광빔으로 분리하며, 기설정된 각도만큼 회전시켜 방출하는 2종류의 홀로그램소자를 구비함을 특징으로 하는 광헤드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 홀로그램소자들은 각각의 홀로그램소자로부터 방출되는 광빔을 동일한 각도만큼 회전시키는 제 1 홀로그램소자 및 제 2 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 광헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광검출수단은 광빔의 회절방향에 나란한 부분의 길이가 회절방향에 수직한 부분의 길이보다 긴 복수개의 포토다이오우드를 구비함을 특징으로 하는 광헤드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광검출수단은 분할비점수차법을 이용하여 초점에러를 검출하고, 푸시-풀법을 이용하여 트랙킹에러를 검출하기 위해 서로 인접되게 배치된 4개의 포토다이오우드를 구비함을 특징으로 하는 광헤드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광검출수단은 상기 광방출수단과 함께 움직이도록 설치되는 것을 특징으로 하는 광헤드.
KR1019930010646A 1993-06-11 1993-06-11 초점에러 및 트랙킹에러를 검출하기 위하여 홀로그램을 사용하는 광헤드 KR0139177B1 (ko)

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