KR100231388B1 - 광헤드의 트래킹오차 검출장치(Optical Head Tracking Error Detection Device) - Google Patents

광헤드의 트래킹오차 검출장치(Optical Head Tracking Error Detection Device) Download PDF

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Abstract

광학적으로 정보의 기록재생을 실행하는 광헤드의 트래킹오차 검출장치에 관한 것으로서, 대물렌즈의 병진이나 정보기록매체의 기울기에 의해 발생하는 오프세트를 억압할 수 있음과 동시에 정보기록매체의 트랙 간격이 변화해도 트래킹오차신호의 진폭을 최대로 유지할 수 있도록 하기 위해서, 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가한 1개의 광빔을 포함하는 2개의 광빔을 대물렌즈를 거쳐서 정보기록매체에 집광조사하고, 2개의 광빔에 의해 형성되는 집광스폿의 정보기록매체상 트렉과 직교하는 방향의 간격이 트랙간격의 대략 정수배로 되도록 집광스폿을 정보기록매체상에 배치하고, 이 정보기록매체로 부터의 광빔을 각각 한쌍의 2분할 광검지기에서 수광하고, 한쌍의 2분할 광검지기의 차출력의 차에서 트래킹오차신호를 얻도록 하였다.
이것에 의해, 오프세트의 발생이 매우 작고 또한 트랙간격에 대한 검출감도의 의존성도 매우 작은 트래킹오차 검출장치를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Description

광헤드의 트래킹오차 검출장치
본 발명은 광학적으로 정보의 기록재생 실행하는 광헤드의 트래킹오차 검출장치에 관한 것으로서, 특히 오프세트의 발생이 작고, 또 검출감도의 트랙간격에 대한 의존성이 작은 트래킹오차 검출장치에 관한 것이다.
제8도는 일본국 특허공보공보 평성 4-1412호 및 "G. Bouwhuis et al., Principles of Optical Disc System Adam Hilger, pp. 72~73(1985)"에 기재된 푸시풀법이라 불리는 종래의 트래킹오차 검출장치를 도시한 구성도이다. 제8도에 있어서, (1)은 기록재생용의 광속을 방사하는 반도체레이저등의 발광원이다. (2)은 발광원(1)로 부터의 광빔을 평행빔으로 변환하는 콜리메이터렌즈이고, (3)은 콜리메이터렌즈(2)로 부터의 평행빔을 투과함과 동시에 후술하는 정보기록매체(5)로 부터의 반사빔을 반사시키는 빔스플리터, (4)는 상기 발광원(1)로 부터의 출사광빔을 후술하는 정보기록매체(5)의 정보기록면(6)상에 집광함과 동시에 정보기록매체(5)로 부터의 반사빔을 평행빔으로 하는 대물렌즈이다. (5)는 광디스크등의 정보기록매체이고, (7)은 정보리록매체(5)의 정보기록면(6)상에 형성된 집광스폿이다. (8)은 트랙이라 불리는 것으로서, 도면에 도시한 바와 같이 x방향으로 평행하다. 여기에서, y방향이라는 것은 정보기록매체(5)와 평행한 면내에 있고 또한 트랙(8)에 수직인 방향이다. 또, z방향은 정보기록면(6)은 수직인 방향이다. (9)는 반사빔을 후술하는 2분할 광검지기(10)상에 적당한 크기로 짜넣는 집속렌즈이다. (10)은 2분할 광검지기로서, 2개의 수광면(11), (12)로 구성되어 있다. (100)은 2분할 광검지기 (10)상의 광스폿이다. 수광면(11), (12)으로 부터의 출력의 차가 차동 증폭기(13)에 의해 추출되고, 트래킹오차신호TES로 된다. 이 트래킹오차신호TES는 위상보상회로 및 증폭기(14)를 거쳐서 대물렌즈 구동기구(15)로 공급된다.
다음에, 제8도에 도시한 종래의 트래킹오차 검출장치의 동작에 대해서 설명한다. 2분할 광검지기(10)상의 광스폿(100)은 제8도에 도시한 바와 같이 원형을 이루고 있고, 수광면(11)과 (12)의 경계가 이것을 상하 반원으로 나누도록 2분할 광검지기(10)이 배치되어 있다. 상기 집광스폿(7)이 트랙(8)의 정가운데를 주사하고 있을 때는 수광면(11)이 받는 광량의 수광면(12)가 받는 광량이 동일하게 되지만, 상기 집광스폿(7)이 트랙(8)의 정가운데에서 어긋나면 수광면(11)이 받는 광량과 수광면(12)가 받는 광량이 달라진다. 또 상기 집광스폿(7)이 트랙(8)의 정가운데에서 오른쪽으로 어긋나거나, 왼쪽으로 어긋나거나 하는 것에 의해 수광면(11)이 받는 광량의 수광면(12)가 받는 광량의 차는 정 또는 부로된다. 따라서, 수광면(11)과 (12)의 출력의 차를 트래킹오차신호로 할수 있다.
제8도에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(4)가 점선으로 나타낸 위치로 병진한 경우, 2분할 광검지기(10)상의 광스폿(100)도 점선으로 나타낸 위치로 병진한다. 이 때문에, 집광스폿(7)이 트랙(8)의 정가운데에 있어도 수광면(11)과 (12)의 수광하는 광량이 동일하게 되지 않는다.
또, 정보기록매체(5)가 y방향으로 경사진 경우에도 마찬가지로 2분할 광검지기(10)상의 광스폿(100)이 어긋나기 때문에, 집광스폿(7)이 트랙(8)의 정가운데에 있어도 수광면(11)과 (12)의 수광하는 광량이 동일하게 되지 않는다는 현상이 발생한다.
이 문제점을 해결하는 방법으로서, 일본국 특허공고공보 평성 4-34212호에는 2개의 집광스폿을 트랙간격의 약 1/2 어긋나게 해서 정보기록매체상에 배치시키고, 이들 2개의 집광스폿의 각각의 반사빔을 2개의 2분할 광검지기에서 수광하여 2개의 2분할 광검지기의 차출력의 차를 트래킹오차신호로 하는 방법이 기술되어 있다. 이하에서는 제9도, 제10도을 사용해서 이 방법의 구성, 동작 및 문제점에 대해서 기술한다.
제9도는 일본국 특허공고공보 평성 4-34212호에 기재된 종래의 다른 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 사시도이다. 도면에 있어서, (16) 및 (17)은 반도체레이저등의 발광원으로서, 상이한 파장의 광빔을 출사한다(발광원(16)의 발진파장을 λ 1, 발광원(17)의 발진파장을 λ2로 한다). (18), (19)는 발광원(16) 및 (17)로 부터의 광빔을 평행빔으로 변환하는 콜리메이터렌즈이다. (20)은 콜리메이터렌즈(18)로 부터의 파장 λ1의 평행빔을 90도 편향시켜서 대물렌즈(4)를 향하게 하는 빔스플리터이고, (21)은 콜리메이터렌즈(19)로 부터의 파장 λ2의 평행빔을 90도 편향시켜서 대물네즈(4)를 향하게 하는 빔스플리터이다. 빔스플리터(20) 및 (21)은 광원(16) 및 (17)로 부터의 광빔을 합성시킨다. (22) 및 (23)은 정보기록매체(5)의 정보기록면(6)상에 형성된 집광스폿으로서, 파장 λ1의 광빔으로 부터의 집광스폿이 (22)이고, 파장 λ2의 광빔으로 부터의 집광스폿이 (23)이다.
정보기록매체(5)에서 반사된 2개의 광빔은 대물렌즈(4)에 의해 재차 평행빔으로 변환되고 빔스플리터(20), (21)을 통과해서 2색빔스플리터(24)에 입사한다. 이 2색빔스플리터(24)는 파장 λ1의 광빔은 투과시키고, 파장 λ2의 광빔은 반사시킨다. 이와 같이 해서, 빔스플리터의(24)는 정보기록매체(5)로 부터의 광빔을 파장 λ1의 광빔과 파장 λ2의 광빔으로 분리한다. (25) 및 (28)은 2분할 광검지기로서, 각각 2개의 수광면(26), (27) 및 (29), (30)으로 구성되어 있다. 따라서, 파장 λ1의 광빔의 집광스폿(22)로 부터의 반사빔은 2색빔스플리터(24)를 통과해서 2분할 광검지기(25)에 입사한다. 또, 파장 λ2의 광빔의 집광스폿(23)으로 부터의 반사빔은 2색빔스플리터(24)에서 반사되고, 2분할 광검지기(28)에 입사한다.
제10도는 정보기록면(6)상에서의 집광스폿(22), (23)의 위치관계, 그들에 대응하는 2분할 광검지기(25), (28)상에서의 광스폿 및 트래킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면이다. 도면에서는 정보기록매체(5)의 정보기록면(6)상에는 랜드부와 홈부가 있고, 트랙(8)이 랜드부에 형성되어 있다. 트랙의 간격을 p로 하면 2개의 집광스폿(22)와 (23)의 y방향(트랙과 직교하는 방향)의 간격은 p/2로 되도록 설정되어 있다. 또, (31)과 (32)는 집광스폿(22), (23) 각가에 대응하는 2분할 광검지기상의 광스폿이다. 1개의 2분할 광검지기(25)의 2개의 수광면(26), (27)로 부터의 출력이 차동증폭기(33)에 입력되어 차출력 TE1이 얻어지고, TE1은 다음의 차동증폭기(36)으로 공급된다. 마찬가지로, 또 하나의 2분할 광검지기(28)의 2개의 수광면(29), (30)으로 부터의 출력은 차동증폭기(34)에 입력되어 차출력TE2가 얻어진다. TE2는 이득이 G인 가변이득 증폭기(35)를 통해서 차동증폭기(36)에 입력되므로, 차동증폭기(36)의 출력에는 TE1과 G배한 TE2의 차가 얻어지고, 트래킹오차신호TES로 된다. 이 트래킹오차신호TES는 위상보상회로 및 증폭기(14)를 거쳐서 대물렌즈 구동기구(15)로 공급된다.
다음에, 트래킹 오차신호TES에는 대물렌즈병진에 의한 오프세트가 나타나지 않는 것을 간단하게 설명한다. 대물렌즈가 병진하는 것에 의해 2분할 광검지기상의 스폿이 동일한 방향으로 이동하는 것이 오프세트의 원인이라는 것은 상술하였다. 제10도에서는 2개의 스폿(31), (32)가 y방향으로 이동하게 된다. 그러면, 수광면(26), (29)에서 수광되는 광량이 수광면(27), (30)에서 수광되는 광량에 비해 증가하므로, 제11도중에 1점쇄선으로 나타낸 바와 같이 TE1 및 TE2에 정의 오프세트가 발생하게 된다. 집광스폿이 트랙(8)을 횡단하는 것에 의해 발생하는 트랙횡단 성분은 시간축상 정현파형상으로 변화지만, 집광스폿(22)와 (23)의 y방향의 간격이 정확히 트랙간격의 1/2로 설정되어 있으므로, 제11도에 도시한 바와 같이 차출력TE1과 TE2의 위상은 정확히 역상으로 된다.
따라서, 가변이득 증폭기(35)의 이득G를 차출력TE1의 오프세트와 차출력TE2의 오프세트비와 동일하게 되도록 설정하면, 제11도에 도시한 바와 같이 트래킹오차신호TES에서 오프세트를 제거할 수 있는 것이다. 또 정보기록매체의 기울기에 기인하는 오프세트도 마찬가지로 제거할 수 있다.
종래의 다른 트래킹오차 검출장치는 이상과 같이 구성되므로, 트래킹오차신호의 진폭이 2개의 집광스폿의 간격과 정보기록매체의 트랙간격의 비에 의존한다는 문제점이 있었다. 특히, 이것은 트랙간격이 다른 여러개의 종류의 광디스크를 1개의 광헤드에서 재생하는 경우에 문제로 된다. 예를 들면, 트랙간격이 p인 광디스크에 대해서 집광스폿의 간격이 트랙간격의 1/2, 즉 p/2로 되도록 (즉, 트래킹오차신호의 진폭이 최대로 되도록)조정한 경우를 고려하면, 트래간격이 p/2근방의 디스크에 대해서는 트래킹오차신호의 진폭이 거의 0으로 되버린다. 이것은 이 방식에서의 트래킹오차신호의 진폭이 2개의 집광스폿의 간격이 트랙간격의 1/2의 기수배인 경우에 최대, 트랙간격의 정부배에서는 0으로 되도록 변화하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 제1목적은 대물렌즈의 병진이나 정보기록매체의 기울기에 의해 발생하는 오프세트를 억압할 수 있음과 동시에 정보기록매체의 트랙간격이 변화해도 트래킹오차신호의 진폭을 최대로 유지할 수 있는 광헤드의 트래킹오차 검출장치를 제공하는 것이다.
또, 제2목적은 대물렌즈의 병진이나 정보기록매체의 기울기에 의해 발생하는 오프세트를 억압할 수 있음과 동시에 정보기록매체의 트랙간격이 변화해도 트래킹오차신호의 진폭을 최대로 유지할 수 있고 또한 광학계가 간소한 광헤드의 트래킹오차 검출장치를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 실시 형태1인 광헤드의 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 사시도.
제2도는 제1도에 있어서의 위상부가수단의 1예를 도시한 개략도.
제3도는 본 발명의 실시 형태1에 있어서 정보기록면상의 집광스폿의 위치관계, 2분할 광검지기 및 트래킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 실시 형태1에 있어서 광디스크로 부터의 반사광을 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 실시 형태2인 광헤드의 트래킹오차 검출장치의 구성도를 도시한 사시도.
제6도는 본 발명의 실시 형태2에 있어서 위상부가 수단으로서의 회절격자의 구조를 도시한 개략도.
제7도는 본 발명의 실시 형태2에 있어서 정보기록면상의 집광스폿의 위치관계, 2분할 광검지기 및 트랙킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면,
제8도는 종래의 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 개략도.
제9도는 종래의 다른 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 사시도.
제10도는 종래의 다른 트래킹오차 검출장치에 있어서 정보기록면상의 집광스폿의 위치관계, 2분할 광검지기 및 트래킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면.
제11도는 종래의 다른 트래킹오차 검출장치에 있어서 2분할 광검지기의 차출력과 트래킹오차신호를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 대물렌즈 5 : 정보기록매체
8 : 트랙 16, 17 : 발광원
25, 28 : 2분할 광검지기 33, 34, 36 : 차동증폭기
37 : 위상부가수단
본 발명에 관한 광헤드의 트래킹오차 검출장치에 있어서는 약 반면(半面)에 약 180도의 위상차를 부가한 1개의 광빔을 포함하는 2개의 광빔을 대물렌즈를 거쳐서 정보기록매체에 집광조사하고, 상기 2개의 광빔에 의해 형성되는 집광스폿의 상기 정보기록매체상 트랙과 직교하는 방향의 간격이 트랙간격의 대략 정수배로 되도록 상기 집광스폿을 상기 정보기록매체상에 배치하고, 이 정보기록매체로 부터의 광빔을 각각 한쌍의 2분할 광검지기에서 수광하고, 한쌍의 2분할 광검지기의 차출력의 차에서 트래킹오차신호를 얻도록 한 것이다.
또, 발광원에서 출사하는 1개의 광빔을 3개의 광빔으로 하는 수단으로서 약 반면의 주기구조의 위상이 다른 한쪽의 약 반면에 형성된 주기 구조의 위상과 약 180도 다른 회절격자를 마련하고, 이들 3개의 광빔을 대물렌즈를 거쳐서 정보기록매체에 집광조사하고, 이 정보기록매체상에 3개의 집광스폿을 형성하고, 서로 인접하는 상기 집광스폿의 상기 정보기록매체상 트랙과 직교하는 방향의 간격이 트랙간격의 대략 정수배로되도록 상기 집광스폿을 상기 정보기록매체상에 배치하고, 상기 정보기록매체로 부터의 광빔을 각각 3개의 2분할 광검지기에서, 3개의 2분할 광검지기의 차출력에서 트래킹오차신호를 얻도록 한 것이다.
상기 광헤드의 트래킹오차 검출장치에 있어서는 한쌍의 2분할 광검지기의 차출력에 나타나는 오프세트성분은 동상, 트랙횡단성분은 역상이므로, 한쌍의 2분할 광검지기의 차출력의 차로서 얻어지는 트래킹오차신호에서 오프세트성분을 제거할 수 있다.
또, 3개의 2분할 광검지기의 차출력에 있어서, 오프세트성분은 모두 동상으로 나타나지만, 3개 중 2개의 2분할 광검지기의 차출력의 트랙횡단성분은 나머지 1개의 2분할 광검지기의 차출력과 역상이므로, 3개의 2분할 광검지기의 차출력을 가감산해서 얻어지는 트래킹오차신호에서 오프세트성분을 제거할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 그 실시 형태를 도시한 도면에 따라서 구체적으로 설명한다.
[실시 형태 1]
제1도는 본 발명의 실시 형태1인 광헤드의 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 사시도이다. 도면에 있어서, 부호4~6, 8, 14~22, 24~30, 33~36은 제8도, 제9도에 도시한 종래예에 있어서의 것과 동일하다. (37)은 발과원(17)로 부터의 광빔의 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가하는 위상부가수단, (38)은 발광원(17)로 부터의 광빔에 의해 정보기록매체(5)의 정보기록면(6)상에 형성된 집광스폿이다.
제2도는 제1도에 있어서의 위상부가수단의 1예를 도시한 개략도이다. 여기에서, 위상부가수단 그 자체는 굴절율n의 투명재료로 구성되어 있고, 그의 대략 중심에서 계단형상으로 두께가 d변화하는 구조로 되어 있다. 입사광은 두께가 변화하는 직선부에서 상하로 나누어지고, 상반원부와 하반원부에서는 두께의 변화분 d에 비례한 위상차가 부가되게 된다. 위상차를 180도로 하기 위해서는 (n-1)d가 발광원(17)의 파장 λ2의 1/2로 되도록 d를 설정하면 좋다. 예를 들면, n=1. 5, λ2=0.78μm인 경우 d는 0.78μm로 된다.
제3도는 본 발병의 실시 형태 1에 있어서, 정보기록면(6)상에서의 집광스폿(22), (38)의 위치관계, 그들에 대응하는 2분할 광검지기(25), (28)상에서의 광스폿 및 트래킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면이다. 도면에 있어서, (8) 및 (22), (25)~(36)은 제8도, 제9도에 도시한 종래예의 것과 동일하다. 트래킹오차신호를 발생시키는 회로계도 제10도의 종래예와 매우 동일하다. 차이는 발광원(17)로 부터의 광빔에 있어서 그의 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가하므로, 이 집광스폿(38)이 통상의 대략 원형이 아니라 2개의 타원형상 서브스폿으로 구성되는 스폿인 점과 집광스폿(38)과 집광스폿(22)의 y방향(트랙과 직교하는 방향)의 간격이 0이라는 점이다. 여기에서, 광스폿(22) 및 (38)의 간격은 광스폿(22)의 중심과 광스폿(38)을 구성하는 서브스폿의 중심상호간의 중심점과의 트랙의 황방향의 거리로 정의 된다. 제3도에서는 이 2개의 집광스폿의 간격은 0이지만, 트랙간격의 정수배이어도 좋다.
즉, 본원의 청구의 범위에서 있어서의 「트랙간격의 정수배」라는 표현에는 간격이 0인 경우가 포함된다.
다음에, 이 실시 형태1의 동작에 대한 설명에 필요한 푸시풀법에 의한 트래킹오차신호 발생원리를 흡킨스의 이론에 따라서 설명한다. 우선, 대물렌즈 사출동공(pupil)상에서의 조사광 복소 진폭분포를 a(x, y)로 하면 일반적으로 a(x, y)는
로 나타낼 수 있다. 여기에서 τ(x, y)는 조사광 진폭분포의 절대값, W(x, y)는 파면수차이다. 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위해, τ(x, y)=1, W(x, y)=0, 즉 동공상의 진폭분포가 균일하고 또한 무수차인 경우를 고려한다. 다음에, 디스크에서 반사되어 오는 반사광의 광검지기상에서의 복소 진폭분포Ad(x' , y')는
로 부가된다. 여기에서, 광디스크는 x방향으로는 균일하지만, y방향(트랙와 직교하는 방향)으로는 주기성이 있다고 가정하고 있다. 또, v0은 정규화한 트랙어긋남량, q는 정규화한 트랙간격이다.
여기에서, 0차의 반사광과 광디스크의 주기성에 의해 1차(n=1)의 회절을 받은 반사광이 서로 중첩하는 영역A(도 4참조)에서의 반사광 복소진폭분포를 Ad1로 하면,
이 성립한다.
또, 0차의 반사광과 광디스크의 주기성에 의해 마이너스 1차(n = -1)의 회절을 받은 반사광이 서로 중첩하는 영역B(도 4참조)에서의 반사광 복소진폭분포를 Ad-1로 하면,
가 성립한다.
그리고, R1, R-1을 다음과 같이 다시 수정하고,
이들을 식(2), (3)에 대입해서 정리하면,
를 얻는다.
영역 A, B 각각에서의 광강도분포는 식 (7), (8)을 제곱하면 얻어지고, 각각은
으로 된다.
마지막으로, 2분할 광검지기의 2개의 수광면의 각각 영역A를 포함하는 y'＞0인 반면과 영역B를 포함하는 y'＜0인 반면에 배치되어 있다고 하고, 2개의 수광면으로 부터의 출력을 각각 Id1, Id-1로 하면,
가 성립한다. 여기에서, K1, K-1은 각각 수광면의 감도와 영역A 또는 B의 면적의 부피이고, I0은 제4도에 도시된 원점근방의 0차광만이 입사되고 있는 영역으로 부터의 출력전류이다. 그리고, 트래킹오차신호 TES는 Id1과 Id-1의 차로서 부가된다.
지금, 2개의 수광면의 감도, 면적이 동일하고 또한 광디스크의 주기구조가 디스크면에 수직이고 또한 트랙의 중심을 통과하면 (엄밀하게는 트랙의 중심선의 접선을 통과하는 면)에 관해서 대칭인 것이라면,
K1=K-1, α1=α-1, ψ1=ψ-1
이 성립하므로, 이들을 식(11), (12)에 대입해서 트래킹오차신호TE를 구하면 TE는
으로 된다.
또, 이 실시 형태1에 있어서 특징적인 반면에 180도의 위상이 부가된 빔에 의한 푸시풀법에 의한 트래킹오차신호 발생원리를 홉스킨스이론에 따라서 마찬가지로 설명한다. 우선, 대물렌즈 사출동공상에서의 조사광 복소 진폭분포를 ai n v(x, y)라 하면, ainv(x, y)는
로 표시할 수 있다. 여기에서, 앞에서 설명한 바와 같이 τinv(x, y)=1로 두지만, Winv(x, y)에 대해서는 180도의 위상어긋남이 빔의 반면 사이에 존재하므로,
로 할 수 있다.
그리고, 디스크에서 반사되어 오는 반사광의 광검지기상에서의 복소진폭분포Adinv(x', y')는
로 부가된다.
여기에서, 0차의 반사광과 광디스크의 주기성에 의해 1차(n=1)의 회절을 받은 반사광이 중첩하는 영역A에서의 반사광 복소진폭분포를 A dinv로 하면,
이 성립한다.
통상 영역A는 y'＞0이므로, 상식중의 ainv(-x', -y')는
로 되고, 또 통상의 광디스크에서는 1/q가 1전후이므로, (-y'+1/q)는 대략 정으로 되므로 영역A에서의 ainv(-x', -y'+1/q)는
로 할 수 있다.
따라서, 식 (18), (19)를 사용해서 식(17)은
으로 된다.
한편, 0차의 반사광과 광디스크의 주기성에 의해 마이너스1차(n=-1)의 회절을 받은 반사광이 중첩하는 영역B에서의 반사광 복소 진폭분포를 Ad-inv는 이하와 같이 부가된다.
통상 영역B는 y'＜0이므로, 상식중의 ainv(-x', -y')는
로 되고, 또 통상의 광디스크에서는 1/q가 1전후이므로, (-y'+1/q)는 대략 부로 되므로 영역A에서의 ainv(-x', -y'-1/q)는
로 할 수 있다. 따라서, 식 (22), (23)를 사용해서 식 (21)은
로 된다.
다음에, 식 (5), (6)을 식 (23, (24)에 대입해서 정리하면,
를 얻는다.
영역A, B 각각에서의 광감분포는 식(25), (26)을 제곱하면 얻어지고, 각각은
으로 된다.
마지막으로 2개의 수광면으로 부터의 출력을 각각 Id1 inv, Id- 1 inv로 하면,
이 성립한다.
그리고, 트래킹오차신호 TEinv는 Id1 inv와 Id- 1 inv의 차로서 마찬가지로
로 된다. TEinv는 TE의 부호를 반전시킨 것과 동일하고, 즉 트랙어긋남에 대한 위상이 TEinv와 TE에서는 180도 다를뿐이라는 것이 나타낸다.
다음에, 실시 형태1에서 얻어지는 트래킹오차신호TES는 대물렌즈 병진등에 의한 오프세트성분이 대부분 제거된 것이다는 것을 제3도를 참조해서 설명한다. 우선 대물렌즈의 병진량이 u인 경우, 통상의 푸시풀법에서 얻어지는 차출력 TE1은 식(13)을 사용해서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서, B1·u 는 u가 작을때에 u에 비례하는 오프세트성분이고, 광검지기(25)상의 광스폿(31)이 y의 정방향으로 이동하는 것에 의해 발생하는 것이다. 또, A1은 트랙횡단성분의 진폭이다. 동일 상태에서 반면에 180도의 위상이 부가된 빔에 의한 푸시풀법에 의한 차출력인 TE2는 식 (31)에서
로 나타낼 수 있다. 여기에서, B2·u는 u가 작을때에 u에 비례하는 오프세트성분이고, 광검지기(28)상의 광스폿(32)이 y의 정방향으로 이동하는 것에 의해 발생하는 것이다(이것은 대물렌즈의 병진에 의한 스폿(31)의 이동하는 방향과 스폿(32)의 이동하는 방향이 동일하다는 것을 의미하고 있고, 계수B2는 계수B1과 동일부호이다).
또, 상술한 바와 같이 TE2의 트랙횡단성분의 위상은 TE1에 비해 180도 어긋나 있고, -A2가 트랙횡단성분의 진폭이다(계수A2는 계수A1과 동일 부호). 따라서, 가변이득 증폭기의 이득G를 B1과 B2의 비와 동일하게 해서 얻어지는 트래킹오차신호 TES는
로 된다. 따라서, 트랙킹오차신호TES에서 오프세트성분을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 광디스크의 기울기에 대해서도 광검지기상의 광스폿(31)과 (32)의 이동하는 방향이 동일하다는 것은 명확하므로, 트래킹오차신호TES에서 오프세트성분을 제거할 수 있다.
또, 종래예에서는 트래킹오차신호의 진폭이 2개의 집광스폿의 간격과 정보기록매체의 트랙간격의 비에 의존한다는 문제점도 있었다. 그러나, 제2도와 같이 2개의 집광스폿은 트랙에 대해서 평행하게 되도록 배치하였으므로, 간격이 다른 여러 종류의 광디스크를 1개의 광헤드에 의해 재생하는 경우에 있어서 문제로 되었던 임의의 트랙간격에 있어서 트래킹오차신호의 진폭이 거의 0으로 되는 현상은 완전히 없어지게 된다. 이것은 트랙간격이 어떻게 변화하더라도 2개의 집광스폿은 트랙에 대해서 평행하기 때문이다.
[실시 형태 2]
제5도는 본 발명의 실시 형태2인 트래킹오차 검출장치의 구성을 도시한 사시도이다. 도면에 있어서, (1), (2), (4), (5), (6), (8), (9), (14), (15)는 제8도, 제9도에 도시한 종래예에 있어서의 것과 동일하다. (39)는 발광원(1)로 부터의 광빔을 3개의 광빔으로 분할함과 동시에 그 중 2개의 광빔의 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가하는 위상부가수단으로서의 회절격차, (40)은 콜리메이터렌즈(2)로 부터의 평행빔을 반사함과 동시에 정보기록매체(5)로 부터의 반사빔을 투과시키는 빔스플리터, (41), (42), (43)은 정보기록면(6)상에서의 3개의 집광스폿이다. 3개의 집광스폿 (41), (42), (43)으로 부터의 반사빔의 집광렌즈(54)를 통과해서 하나의 패키지에 수납된 3개의 2분할 광검지기(25), (28), (45)에서 수광된다. 여기에서, (45)가 실시 형태1에 대해서 새롭게 부가된 2분할 광검지기이고, (46), (47)이 2분할 광검지기(45%)의 2개의 수광면이다. 또 나중에 설명하는 제7도에는 도시되어 있지만, 3개의 2분할 광검지기 (25), (28), (45)상에는 각각 광스폿(48), (49), (50)이 형성된다. (51)은 2분할 광검지기(45)의 출력이 공급되는 차동증폭기, (52), (53)은 각각 이득 G1, G2이 가변이득 증폭기이다.
제6도는 본 발명의 실시 형태2에 있어서, 위상부가수단으로서의 회절격자의 구조를 도시한 개략도이다. 이 회절격차는 제1 및 제2 부분을 갖는 광학 유리와 같은 투명재료로 형성되어 있다. 제1 및 제2 부분은 각각 포토에칭등의 수단으로 형성된 선형의 오목부 및 볼록부의 열을 갖는다. 통상의 광학헤드에서는 회절격자의 주기는 10~100μm으로 설정된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 위쪽 절반부분의 주기 구조의 위상과 아래쪽 절반부분의 주기구조의 위상이 180도 다르다. 이하에서는 회절격자(39)를 사용하는 것에 의해 회절된 1차 및 -1차의 광빔의 상반면과 하반면 사이에 180도의 위상차를 발생할 수 있는지에 대해서 설명을 한다.
회절격자에 균일한 광빔이 조사되는 경우를 고려하면, 회절격차 직후의 광의 진폭분포u1(x1)은
로 부가된다. 여기에서 λ는 회절격자의 주기이다.
다음에, 프라운호퍼(Fraunhoffer)의 회절공식을 사용해서 상반면의 회절광과 하반면의 회절광의 관계를 구한다. 우선, y1＞0인 영역으로 부터의 회절광의 복소진폭분포 u2a(x2)는
로 부가된다. 여기에서, λ는 광빔의 파장 , L은 전파거리이다.
다음에, y1＜0인 영역으로 부터의 회절광의 복소 진폭분포 u2b(x2)는
로 된다. 여기에선 x1-X0=s로 두면
이 성립한다.
광빔이 L전파했을 때의 ±1차 회절광의 위치는 x2좌표에서 ±L·(λ/Λ)이므로 상기 식의 x2에 ±L·(λ/Λ)를 대입하면
가 얻어진다. 그러므로, 1차회절광의 상반면과 하반면 사이에는 +180도의 위상차를,-1차 회절광의 상반면과 하반면 사이에는 -180도의 위상차를 발생시킬 수 있다.
제7도는 본 발명의 실시 형태2에 있어서, 정보기록면(6)상에서의 3개의 집광스폿(41), (42), (43)의 위치관계와 그들에 대응하는 2분할 광검지기(25), (28), (45)상에서의 광스폿 및 트래킹오차신호를 발생시키는 회로를 도시한 도면이다. 도면에 있어서, (41)은 0차 회절광에 의한 집광스폿, (42)가 -1차 회절광에 의한 집광스폿, (43)이 1차회절광에 의한 집광스폿이다. 트래킹오차신호TES를 발생시키는 회로계는 제3도에 도시한 실시 형태1의 것에 2분할 광검지기(4)로 부터의 출력의 차를 취하는 차동증폭기(51)과 차동증폭기(51)의 차출력TE3을 받는 이득G2의 가변이득 증폭기(53)을 부가하고 또 제3도 중의 이득G의 가변이득 증폭기(35) 대신에 이득G1의 가변이득 증폭기(52)를 배치한 것이다. 차출력TE1, G1배된 차출력TE2, G2배된 차출력TE3은 차동증폭기(36)에 입력되고, 차동증폭기(36)의 출력으로서 트래킹오차신호TES가 얻어진다. 정보기록면(6)상에서의 3개의 집광스폿(41), (42), (43) 중 (41)은 통상의 약 원형의 집광스폿이고, (42), (43)은 2개의 타원형상 서브스폿으로 구성되는 스폿이다. 집광스폿(41), (42), (43) 중 인접하는 2개의 집광스폿의 y방향(트랙과 직교하는 방향)의 간격은 거의 0으로 되도록 회절격자(39)가 회전조정되어 있다. 여기에서, 서로 인접하는 광스폿, 예를 들면 (41) 및 (42)의 간격은 광스폿(41)의 중심과 광스폿(42)를 구성하는 서브스폿의 중심 상호간의 중심점과의 트랙의 횡방향의 거리로 정의된다. 제7도에서는 인접하는 집광스폿의 간격은 0이지만, 트랙간격의 약 정수배이어도 좋다. 즉, 본원의 청구의 범위에 있어서의 「트랙간격의 정수배」라는 표현에는 간격이 0인 경우가 포함된다.
다음에, 실시 형태2에 있어서도 트래킹오차신호TES중에서 오프세트성분을 제거할 수 있다는 것을 이하에 설명한다. 오프세트성분을 제거할 수 있는 원리는 실시 형태1과 동일하지만, 실시 형태2에서는 인접하는 집광스폿의 y방향의 간격이 정확히 0이 아니어도 오프세트의 발생은 원리상 0으로 할 수 있다. 우선, 대물렌즈의병진량이 u인 경우, 통상의 푸시풀법에 의해 얻어지는 차출력TE1은 식(13)을 사용해서 이하와 같이 나타낼 수 있다는 것은 실시형태1과 동일하다.
여기에서, B1·u 는 u가 작을때에 u에 비례하는 오프세트성분이고, 광검지기(25)상의 광스폿(48)이 y의 정방향으로 이동하는 것에 의해 발생하는 것이다. 또, A1은 트랙횡단성분의 진폭이다.
동일 상태에서, 반면에 180도의 위상이 부가된 빔에 의한 푸시풀법에 의한 차출력인 TE2는 식 (31)에서
로 나타낼 수 있다. 여기에서, e는 집광스폿(41)과 집광스폿(42)의 y방향의 정규화한 간격이다.
또, B2·u는 u가 작을때에 u에 비례하는 오프세트성분이고, 광검지기(28)상의 광스폿(49)가 y의 정방향으로 이동하는 것에 의해 발생하는 것이다. TE2의 트랙횡단성분의 위상은 TE2에 비해 180×(1+e/q)도 어긋나 있고, -A2가 트랙횡단성분의 진폭이다(계수 A2는 계수 A1과 동일부호). 또, 다른 하나의 반면에 180도의 위상이 부가된 빔에 의한 푸시풀법에 의한 차출력인 TE3도 식(31)에서
로 나타낼 수 있다. 여기에서, B3·u는 u가 작을 때에 u에 비례하는 오프세트성분이고, 광검지기(45)상의 광스폿(50)이 y의 정방향으로 이동하는 것에 의해 발생하는 것이다. TE23의 트랙횡단성분의 위상은 TE1에 비해 180×(1-e/q)도 어긋나 있고, -A3이 트랙횡단성분의 진폭이다(계수 A2는 계수 A1과 동일부호).
다음에, 가변이득 증폭기(52), (53) 각각의 이득G1, G2를 그의 비 G2/G1이 차출력TE2의 트랙횡단성분의 진폭 A2와 TE3의 트랙횡단성분의 진폭 A3의 비A2/A3과 동일하게 되도록 설정해서 (A2/A3=G2/G1) 가산하면
(단, C=A2G1=A3G2, D=G1B2+G2B3)을 얻는다.
마지막으로, 가변이득 증폭기(52), (53) 각각의 이득G1, G2를 그의 비 G2/G1을 일정하게 유지하면서 변화시키는 것에 의해, TE의 오프세트성분의 진폭D를 차출력TE1의 오프세트성분의 진폭B1과 동일하게 할 수 있다.(B1=D=G1B2+G2B3)
따라서,
TES=TE1-T1'
가 성립한다. 따라서, e의 값에 관계없이 트래킹오차신호TES에서 오프세트성분을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다. 단, 트래킹오차신호TES이 진폭은 e의 특기에 의존해서 변화하지만, e/q의 값이 정수인 경우 즉 인접하는 집광스폿의 y방향의 간격이 정확히 트랙간격의 정수 배인 경우에 최대로 된다. 마찬가지로, 광디스트의 기울기에 대해서도 광검지기상의 3개의 광스폿의 이동하는 방향이 동일하다는 것이 명확하므로, 광디스크의 기울기가 있어도 트래킹오차신호TES에서 오프세트성분을 제거할 수 있다.
마지막으로, 실시 형태2에 있어서, 회절격자의 상반면의 주기구조와 하반면의 주기구조 사이에 본래 180도의 위상차가 있어야 하는 데도 불구하고 이 위상차가 180도에서 180·δ/π도(δ라디안) 어긋난 경우에 대해서 고찰한다. 우선, ±1차회절광의 상반면과 하반면의 위상차를 구한다. 이것은 식(35)에 있어서,
로 둔 경우에 상당하므로 식(45)를 식 (36)에 대입한다.
를 얻고, 다음에 상기 식에 x2=±L·(λ/Λ)를 대입하면
을 얻는다. 식(47)은 1차 회절광에 대해서는 (π +δ)라디안의 위상차가 -1차 회절광에 대해서는 -(π +δ)라디안의 위상차가 발생하는 것을 의미하고 있다.
계속해서, TE2를 구한다. TE2는 회절격자(39)에 의해서 발생한 1차 회절광에 의해 얻어지는 신호이다. 1차 회절광에 대해서는 (π +δ)라디안의 위상차가 부가된다는 것은 식(15)의 0.25에 δ/(4π)를 부가하는 것에 대응한다. 즉,
이다. 따라서, 식(48)에서 시작해서 식(16)~(31)의 계산을 실행하면 TE2중의 트랙횡당성분 TE2t가 이하와 같이 구해진다.
또, TE3를 구한다. TE3은 회절격자(39)에 의해 발생한 -1차 회절광에 의해 얻어지는 신호이므로, -(π +δ)라디안의 위상차를 상반면과 하반면 사이에 부가한 경우를 고려한다. 이것은 식(15) 대신에 식(50)을 사용하는 것에 대응한다.
따라서, 식(50)에서 시작해서 식(16)~(31)의 계산을 실행하면 TE3중의 트랙횡당성분 TE3t가 이하와 같이 구해진다.
따라서, 가변이득 증폭기(52), (53) 각각의 이득G1, G2를 그 비 G2/G1이 차출력TE2의 트랙횡단성분의 진폭 A2와 TE3의 트랙횡단성분의 진폭 A3의 비A2/A3과 동일하게 되도록 설정해서 (A2/A3=G2/G1) 가산하면, -cosδ·sin(2π·v0/q)에 비례하는 트랙회단성분을 갖는 신호TE'가 얻어진다. 이 신호TE'에는 δ의 값에 관계없이 오프세트는 발생하지만, δ의 코사인에 비례해서 진폭은 저하한다. TE1은 원래 δ와는 관계가 없으므로, TE'와 G1배한 TE1이 차에서 얻어지는 트래킹오차신호TES에도 오프세트가 발생하지 않는다.
마지막으로, 실시 형태2의 이점을 정리하면, 실시 형태1에서 기술한 이점에 부가해서 정보기록매체상의 집광스폿의 배치정밀도와 위상부가 수단이 부가하는 위상차의 정밀도가 완화된다는 이점이 있다.
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 다음에 기술하는 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.
2개의 광빔을 대물렌즈를 거쳐서 정보기록매체에 집광조사하는 광헤드에 있어서, 한쪽의 광빔의 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가하는 위상부가수단을 마련하고, 이들 광빔에 의해 형성되는 집광스폿을 정보기록매체상 트랙과 직교하는 방향의 간격이 트랙간격의 약 정수배로 되도록 배치하고, 이 정보기록매체로 부터의 광빔을 각각 한쌍의 2분할 광검지기에서 수광하고, 한쌍의 2분할 광검지기의 차출력의 차에서 트래킹오차신호를 얻도록 했으므로, 오프세트의 발생이 매우 작고 또한 트랙간격에 대한 검출감도의 의존성도 매우 작은 트래킹오차 검출장치를 실현할 수 있다.
또, 3개의 광빔을 대물렌즈를 거쳐서 정보기록매체에 집광조사하는 광헤드에 있어서, 그 중 2개의 광빔의 약 반면에 약 180도의 위상차를 부가하는 위상부가수단으로서, 약 반면의 주기구조의 위상이 다른 한쪽의 약 반면에 형성된 주기구조의 위상과 약 180도 다른 회절격자를 마련하고 서로 인접하는 상기 집광스폿의 상기 정보기록매체상 트랙과 직교하는 방향의 간격이 트랙간격의 양 정수배로 되도록 상기 집광스폿을 상기 정보기록매체상에 배치하고, 상기 정보기록매체로 부터의 광빔을 각각 3개의 2분할 광검지기에서 수광하고, 3개의 2분할 광검지기의 차출력에서 트래킹오차신호를 얻도록 했으므로, 오프세트의 발생이 매우 작고 또한 트랙간격에 대한 검출감도의 의존성도 매우 작고 또 집광스폿의 배치나 위상부가수단의 위상차에 요구되는 정밀도가 완화된 트래킹오차 검출장치를 실현할 수 있다.

Claims (2)

  1. 제1 및 제2의 집광스폿을 형성하도록 2개의 광빔을 정보기록매체에 집광 조사하는 수단, 상기 정보기록매체로 향한 상기 2개의 빔중의 하나의 대략 반면에 약 180도의 위상차를 부가하는 위상차부가수단, 상기 정보기록매체상의 각각의 집광스폿에서 귀환된 상기 광빔을 각각 수광하는 제1 및 제2의 2분할 광검지기 및 상기 제1 및 제2의 2분할 광검지기의 차동출력 사이의 차에 따라서 트래킹에러신호를 생성하는 수단을 포함하고, 상기 제1 및 제2의 2분할 광검지기는 각각 한쌍의 수광면을 갖고, 상기 수광면의 각각은 상기 집광스폿이 상기 정보기록매체상에 집광되고 정확하게 트래킹되는 경우에 대략 귀환광의 동일면을 수광하며, 상기 집광 조사수단은 상기 집광스폿이 오버랩되지 않고 또한 상기 정보기록매체상의 트랙과 직교하는 방향에서의 상기 집광스폿 사이의 간격이 대략 0으로 되도록 상기 집광스폿을 상기 정보기록매체상에 배치한 것을 특징으로 하는 광헤드의 트래킹오차 검출장치.
  2. 기록매체상에 제1, 제2 및 제3의 집광스폿을 형성하도록 3개의 광빔을 정보기록매체에 집광 조사하는 수단,상기 정보기록매체상의 제1, 제2 및 제3의 집광스폿에서 귀환된 상기 광빔을 각각 수광하는 제1, 제2 및 제3의 2분할 광검지기 및 상기 제1, 제2 및 제3의 2분할 광검지기의 차동출력에 따라서 트래킹에러신호를 생성하는 수단을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3의 2분할 광검지기는 각각 한쌍의 수광면을 갖고, 상기 수광면의 각각은 상기 집광스폿이 상기 정보기록매체상에 집광되고 정확하게 트래킹되는 경우에 대략 귀환광의 동일면을 수광하며, 상기 집광 조사수단은 상기 3개의 빔중 2개의 대략 반면에 약 180도의 위상차를 부가하기 위해 약 180도 위상이 다른 주기구조를 각각 갖는 제1 및 제2의 부분을 갖는 회절격자를 구비하고, 또한 상기 정보기록매체상의 트랙과 직교하는 방향에서의 2개의 서로 인접하는 집광스폿 사이의 간격이 대략 트랙간격의 정수배로 되도록 상기 집광스폿을 상기 정보기록매체상에 배치한 것을 특징으로 하는 광헤드의 트래킹오차 검출장치.
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