KR100422078B1 - 광주사디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기록 매체에 의해 영향받는 주사 빔(scanning beam)을 수신하기 위한 홀로그래픽 광 소자(holographic optical element)를 갖는 광 주사 디바이스를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 정보 신호의 획득 및 검출 디바이스(detection device)에 관하여 공지된 방법들 및 디바이스들의 결점들을 극복하는 것이다.
본 발명의 한 양상은 상기 정보 신호들을 얻도록 광 공간 필터를 사용하는 것이다. 또 다른 양상은 단지 한 검출기 상의 주사점(scanning spoet)의 전체 영역을 이미징하고, 완전한 광 성분(complete light component)을 이용하는 것이며, 그 결과, 전력 성분(power component)은 증가되고, 다른 검출기에 관한 다수의 소자들의 조절에 대한 요구는 감소된다. 홀로그래픽 광 소자가 단순한 구조를 가지고 있다는 것은 제 3 양상으로서 언급된다.
본 발명은 CD 플레이어들, 비디오 디스크 플레이어들, 또는 대응하는 기록 디바이스들(recording devices)에 양호하게 사용될 수 있다.

Description

광 주사 디바이스{Optical scanning device}
본 발명은 기록 매체 상에 저장된 정보를 주사하거나, 기록 매체 상에 정보를 기록하기 위한 광 주사 디바이스(optical scanning device)를 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 광 주사 디바이스는, 주사 빔을 제공하기 위한 복사원(radiation source) 또는 광원(light source), 주사점(scanning spot)을 형성하도록 주사 빔을 포커싱하기 위한 수단과, 기록 매체에 의해 영향을 받는 주사 빔을 수신하기 위한 홀로그래픽 광 소자(holographic light element)를 갖는 검출 시스템을 포함한다. 이러한 주사 디바이스들은 CD 플레이어들, 비디오 디스크 플레이어들 또는 대응하는 기록 디바이스들(record devices)에 사용될 수 있다.
광 기록 매체를 주사하기 위해 사용될 홀로그래픽 광 소자들은 공지되어 있으며, 홀로그래픽 광 소자들에 의해, 주사 빔은 정보 신호의 생성뿐만 아니라 트래킹 및/또는 포커싱(tracking and/or focusing)을 위해 빔 소자들로 분해된다. 참조. EP 0 373 699 B1, EP 0 357 323 B1 및 EP 0 305 169 B1. 홀로그래픽 광 소자들은 주사 빔의 방향을 편향하며, 기록 매체로부터 검출 시스템 상으로 반사되는 격자들(gratings)을 포함한다. 격자들 및/또는 홀로그래픽 광 소자들은, 특히 광 주사 디바이스의 구현을 위해 요구되는 광 소자들의 수를 감소시키기 위한 광 주사 디바이스들에 사용된다. 빔 편향 수단(beam deflection means) 또는 빔 스플릿팅 수단(beam splitting means)으로서 격자들의 사용 결과로서, 주사 빔의밀도(intensity)는 빔 분할에 관련하여 감소되고, 고차 사이드로브들(higher-order sidelobes)은 격자에 의한 빔 편향에 관련하여 발생된다. 다수의 스플릿 포토 검출기들(split photo detectors)은 검출을 위해 요구되며, 고 정밀도(high accuracy)로 배열되어야 한다. 정보 신호는 다수의 검출기들에 의해 얻어진 신호 소자들에 부가함으로써 형성되며, 주사될 정보가 포함하는 결과로서, 불리하게 영향받는다.
본 발명의 목적은 정보 신호의 획득 및 검출 디바이스(detection device)에 관하여 공지된 방법들 및 디바이스들의 결점들을 극복하는 것이다.
이러한 목적은 독립항들에 명시된 수단에 의해 이루어진다. 이로운 고안들 및 개발들은 종속항들에 명시된다.
본 발명의 한 양상은, 예컨대, 디지털 비디오 디스크 플레이어들과 같은 고해상도 주사 디바이스(high-resolution scanning devices) 내에 정보 신호의 획득을 개선하도록 광 공간 필터를 사용하는 것이다. 광 공간 필터의 사용은 제거된 정보 신호 내에 간섭(interference)뿐만 아니라, 예컨대, CD 의 피트들(pits)과 같은 주사될 소자들의 해상도 또한 증가된다. 이러한 목적을 위해, 주사 시스템 내의 검출기는, 양호하게, 슬롯(slot)에 의해 덮여져 있거나, 슬롯 폭에 대응하는 크기(dimension)를 갖는 검출기를 이용하며, 슬롯 폭은 주사될 소자들의 최소 길이와 매칭된다. 이러한 매칭은 최상의 변조를 위한 공간 주파수의 함수로서, 정상화된 변조 이동 함수(normalized modulation transfer function)를 이용하여, 미리 정해진 수의 구경(aperture)에 대해, 결정되는 최소 피트 길이에 대한 슬롯 폭을 포함한다.
이어서, 광 공간 필터는, 슬롯 또는 칼럼의 평면에서의 초점(focus point)이 기록 매체 상의 주사점의 공액 이미지(conjugate image)인 방식으로 주사 디바이스에서 작동하며, 단지, 초점의 사이즈는 이미징 광 시스템(imaging light system)의 확대, 및 슬롯 평면 내에 재생되는 주사될 소자들의 구조에 의해 결정된다. 주사될 소자들의 구조는 슬롯 평면 내에 재생되며, 그들의 섹션(section)은 각각 슬롯 또는 칼럼을 사용하여 선택 및 필터링된다. 슬롯의 폭이, 주사될 소자의 이미지의 단지 한 부분이 검출기에 도달하도록 선택된다는 사실의 결과로서, 예컨대, 인터심벌 간섭(intersymbol interference) 또는 기판 불순물들(substrate impurities)과 같은 간섭을 나타내는, 이것을 넘어서 확장하는 이미지의 소자들 및/또는 이미지의 나머지(remainder)는 마스크 아웃(mask out)되며, 주사될 소자들의 해상도는 증가된다. 또한, 다른 양상은 홀로그래픽 광 소자들을 이용하는 주사 시스템들에서 단지 하나의 검출기 상의 주사점의 전체 영역을 이미징하고, 완전한 광 성분을 이용하는 것이며, 그 결과로서, 전력 성분은 증가되며, 서로에 대하여 다수의 소자들의 조절에 대한 요구가 감소된다. 홀로그래픽 광 소자가 가능한 단순한 구조를 갖도록 의도되었다는 것은 제 3 양상으로서 설명된다. 광 공간 필터는, 전체 검출 빔(entire detection beam)에서 일차원인 적어도 하나의 격자(grating)를 갖는 홀로그래픽 광 소자를 사용하여 양호하게 구성되며, 일차원 격자(one-dimensional grating)는, 특성들이 그 전체 영역에 걸쳐 표준 또는 균일한 격자를 의미하는 것으로 이해된다. 이어서, 그러한 일차원 격자는, 이차원 격자를 형성하도록 다른 격자에 의해 그 부 영역들(subareas) 중 하나에 양호하게 부가된다.
일차 격자는 주사점 또는 기록점(recording point)에 완전하게 대응하는 광점(light spot)을 형성하는데 사용되고, 정보 신호를 얻기 위해 사용되므로, 이제, 광점에 매칭되는 형태의 결과로서, 간섭광(interference light)을 동시에 차단(cut out)할 수 있는 단지 하나의 검출기가 요구된다. 광점의 크기들(dimensions)에 대한 매칭은 검출기의 폭의 적당한 선택 또는 슬롯에 의해 상기 검출기를 덮음으로써 이루어질 수 있다. 대체로, 홀로그래픽 광 소자와 광점에 매칭되지 않는 검출기를 조합하는 것이 또한 가능하지만, 그 결과로서, 전자 등화기(electronic equalizer)가 정보 신호들을 얻기 위한 필터로서 요구된다.
대체로, 홀로그래픽 광 소자들이 없는 주사 디바이스들에서 광 공간 필터를 사용하는 것이 또한 가능하지만, 폭 넓은 온도 범위에 걸쳐서 조합되어야 하는 정확도 요구들(accuracy requirements)을 만족시키기 위해 시스템의 열 안정성(thermal stability)은 특정한 요구들에 대해 종속한다.
스플릿팅 없이 전체를 구성하도록 설계된 단지 하나의 검출기를 이용하는 결과로서, 서로 정렬되어야 하는 소자들의 수는 이로운 방식으로 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예컨대, 정보 신호 검출기에 대한 포커싱 에러 검출기(focusing error detector)와 같은 다른 검출기들에 대하여 조절이 요구되기 때문에, 이들 검출기들은 평면의 변위(displacement)에 의해 조절을 용이하게 하기 위하여 서로에 대한 각(angle)에서 양호하게 배열된다.
상기 광 홀로그래픽 소자에 관련한 광 공간 필터의 구현은, 특히, 공지된 주사 디바이스들의 열 문제들(thermal problems) 때문에 유리하다.
광 공간 필터의 이용은, 대체로, 기록 매체의 정보를 전달하는 광 빔에 제한되지 않는다.
본 발명은 도면들을 참조하여 다음의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 방법을 수행하기 위한 장치의 개략도.
도 2는 검출기 장치의 개략도.
도 3은 공지된 주사 시스템의 개략도.
도 4는 검증 장치(verification arrangement)의 개략도.
도 5는 광 공간 필터(optical spatial filter)가 없는 오실로스코프 디스플레이 프린트(oscilloscope display print)를 도시하는 도면.
도 6은 광 공간 필터를 갖는 오실로스코프 디스플레이 프린트를 도시하는 도면.
도 7은 광 공간 필터가 없는 오실로스코프 디스플레이 프린트의 크기(amplitude)/시간 분포도.
도 8은 광 공간 필터를 갖는 오실로스코프 디스플레이 프린트의 진폭/시간 분포도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
G1, G2 : 일차원 격자(one-dimensional grating) d3 : 검출기
HOE : 홀로그래픽 광 소자
도 1에서는, 주사 시스템이 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 전체 영역에 제 1 일차원 격자(G1)를 갖는 홀로그래픽 광 소자(HOE)를 포함하며, 제 2 격자(G2)는 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 단지 한 부영역 내에만 제공되어서, 일차원 격자(G1)가 전체 홀로그래픽 광 소자(HOE)에 걸쳐 확장된 영역에서, 제 1 일차원 격자(G1)와 제 2 일차원 격자(G2)로 제공되는 격자(G2)를 함께 포함하는 이차원 격자를 형성한다. 격자(G1, G2)는, 양호하게, 위상 격자들(phase gratings)이며, 또한, 진폭 격자들(amplitude gratings)로서 형성될 수도 있다. 상기 일차원 격자(G1)는, 주사점을 완벽하게 재생하고, 정보 신호를 재생하며, 단일 검출기(d3)를 이용하여 검출되는 빔(b2)을 형성한다. HOE 전체에 걸쳐 복사되는 광 빔은 도 1의 빔(b2)의 빔 경로상에 하나의 원으로 표현된다. 간섭의 발생 원인인 사이드로브나 주위 주사 소자에서 발생하는 간섭은 주사되는 소자들과 빔(b2)에 의해 형성된 광점의 직경에 대한 포토 검출기(d3)의 폭을 매칭시킴으로써 차단된다. 또한, 이러한 원리를, 소위, 공간 필터(spatial filter)라고 한다. 정보 신호를 제공하는 공간 필터를 특수하게 이용함으로써, 주사 위치를 완벽하게 표현하는 광점은, 격자로 인한 회절(diffraction)과 스플릿팅(splitting)에도 불구하고, 빔(b2)으로부터 형성되고, 유리하게, 광점의 크기들과 주사될 소자에 대한 검출기(d3)를 매칭시킴으로써 측면상의 영향으로 인한 간섭을 차단하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 단지 하나의 단일 검출기(d3)가 이용될 수 있으므로, 이 검출기의 특정 조정은 요구되지 않는다.
포커싱 에러 신호를 생성하기 위하여, 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 절반은 제 1 일차원 격자(G1)와 함께 이차원 격자를 형성하는 제 2 격자(G2)를 포함한다. 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 절반 또는 빔(b2)으로부터 발광된 광 성분은 또한 절반의 주사 빔으로 표현한다. 이 절반의 주사 빔은, 도 1에서, 빔 경로(b1)상에 반원으로 나타나며, 2 개의 검출기(d1, d2)를 포함하는 포커싱 에러 검출기로 향한다. 포커싱 에러 검출기와 정보 신호 검출기는 한 평면 내에 양호하게 배열되고, 정보 신호를 얻기 위하여, 빔(b2)에 의해 형성된 광점에 대해 최적의 방법으로 검출기(d3)의 폭을 매칭시키기 위하여, 검출기(d2)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 포커싱 에러 신호 검출기에 대해 각(α) 상의 위치에 배열되거나, 또는 검출기(d1, d2)에 의해 그들의 중앙 부분에 형성된 중앙선에 대해 각(α) 상의 일정한 거리에 배열되며, 이것은 광점의 크기의 변화가 홀로그래픽 광 소자(HOE)와의 거리에 의해 특정하게 정해진다하더라도, 한 평면 내에 유리한 방법으로 조절 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 아이디어는, 이와 대조적으로, 도 3에서 설명된 바와 같이, 어떤 장치를 고려하게 되더라도 명백해진다. 도 3에서는, 각각의 경우에, 절반의 영역에 한 격자 구조를 갖는 일차 격자를 포함하는 홀로그래픽 광 소자(HOE)를 포함하며, 공지된 종래 기술에 따라, 각각 절반의 영역에서의 격자는 방향 또는 모양에 있어서 서로 다르다. 이에 따라서, 두 방향의 빔(b3, b4)이 발생하나, 이들은 절반의 주사빔을 각각 표현한다. 이는, 도 3에 나타난 바와 같이, 검출 빔(b3, b4)에서 반원들(semicircles)에 의해 표시된다. 정보 신호에 부가하여 포커싱 에러 신호를 제공할 수 있게 하기 위해, 격자(G3)는 검출 빔(b3)에 제공되고, 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 격자를 갖는 이차원 격자를 형성하며, 포커싱 에러를 표현하는 광점은 이차원 격자를 갖는 도 1의 아날로그 방식으로 형성된다. 포커싱 에러 신호들은 공지된 이중 포우콜트(double-Foucault) 방법에 대응하는 검출기들(d1, d2)에 의해 제공된다. 제안된 방안과는 대조적으로, 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 전체 영역에 걸쳐 어떤 일차 격자도 더 이상 제공되지 않는 다른 사실에 비추어 보면, 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 절반에 형성된 검출 빔(b4)은 단지 절반의 주사 빔을 표현할 수 있으므로, 주사점은 완벽하게 재생되지 아니하고, 광 전력이 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 원형 광 분포로부터 발생한 광점은 반원 광 분포로부터 발생한 광점 보다 최대 사이드로브의 수를 작게 한다.
도 4에 나타난 광 공간 필터의 구성을 위한 검증 장치(verification arrangement)는, 광 공간 필터의 사용이 홀로그래픽 광 소자를 이용하는 주사 디바이스에 관한 애플리케이션(application)에만 제한된 것이 아니라는 것을 명백하게 입증한다. 도 4에 설명된 검증 장치는 원칙적으로, 또한 고 저장 밀도(high store density)를 갖는 기록 매체의 광 주사를 위해 이용될 수 있다. 그러나, 이 장치는 열적 불안정의 단점을 가지고 있어서, 이를 보안하는 것(preference)이 홀로그래픽 광 소자를 이용하는 주사 디바이스에 주어져야 만 할 것이다. 그럼에도 불구하고,광 공간 필터를 사용하므로 얻어지는 뛰어난 효과의 검증은 도 4에 나타난 장치로 인해 얻어진다.
도 4에 따라서, 디스크(D)에서 반사된, 레이저(LD)의 광이 포커싱 렌즈(F1)에 대한 극성 빔 스플릿터(PBS)를 통해 통과되고, 빔 스플릿터(BSP)를 이용하여 두 부분으로 스플릿팅된다. 제 1 부분은 원주 모양의 렌즈(CL)를 통하여 통과하고, 4분면 검출기(QD) 상에 서보 신호가 얻어지는 것을 통하여 포커싱된다. 제 2 부분은 공간 필터를 형성하기 위하여 슬릿 또는 슬롯 S 에 의해 덮여져 있는 단일 검출기 SD 상에서 반사된다. 도 4에 따른 동일 장치는 공간 필터를 이용하는 주사 디바이스의 특성과 공간 필터를 이용하지 않는 주사 디바이스의 특성을 비교하기 위하여 슬릿 또는 슬롯(S)없이 이용된다. 주사 또는 정보 신호는 검출기(SD)로부터 제공되며, 도 4에 따른 장치는 격자(G), 시준기(collimator; C), 4분파 플레이트(quarter-wave plate; λ/4, 편향 거울(deflection mirror: M), 및 대물 렌즈(objective lens; OL)와 같은 주사 디바이스의 여러 소자를 포함한다.
스플릿 또는 슬롯(S)은 디스크(D) 상의 정보 트랙에 우회전 각에 배열되며, 최단 피트 길이와 매칭되는 폭을 갖는다. 15㎛의 슬롯 폭은, 양호하게, 0.48㎛의 최단 피트 길이의 경우에 이용된다. 미리 결정된 수치를 갖는 대물 렌즈(OL)와 포커싱 렌즈(FL) 의 구경에 대한 최적의 슬롯 폭은 최상의 변조를 위해 공간 주파수의 함수로서 정상화된 변조 이동 함수를 사용하여 결정한다.
도 5 내지 도 8에서는, 검출 디바이스 내에서 광 공간 필터를 사용함으로써 얻어지는 이점 및 놀라운 효과를 도시한다. 광 공간 필터를 이용하여 발생된 신호의 아이(eye) 패턴이 열려 있다는 것은 도 5와 도 6의 비교를 통하여 알게 될 수 있다. 이는 고주파수에서, 신호들이 공간 필터를 가지고 보다 강하게 필터링된다는 것을 의미한다. 도 7과 도 8에 따라서, 시간(t)에 관한 진폭(A)의 설명은 펄스 폭 분포를 나타낸다. 필터링되지 않은 아이 신호는 불안전한 각각의 펄스 형태로 나타나는데, 각각 긴 못의 날카로운, 소위 뾰족한 끝 모양을 갖고 있으며, 에러율의 증가와 결점들이 많은 암호화 처리를 유발하며, 표준 편차는 반으로 급격히 감소되고, 진폭은 실질적으로 3% 정도 증가된다. 이는, 간섭 신호이며, 마스크 아웃(mask out)된 간섭 성분일 뿐만 아니라, 검출기(SD)의 전면에 광 공간 필터 또는 슬릿 또는 슬롯(S)을 이용함으로써, 주사 신호가 꽤 향상되었다는 것을 의미한다. 따라서, 광 공간 필터는, 예를 들어 디지털 비디오 디스크 플레이어와 같은 광 주사 디바이스에서, 특히 유리하게 이용될 수 있고, 주사 기록 매체는 높은 저장 밀도를 갖는다. 또한 정보의 기록은 높은 신호 특성을 요구하여서, 애플리케이션의 영역은 플레이어들에만 제한된 것은 아니고, 기록 매체들도, 또한 포함된다.
본 발명에 의하면, 정보 신호의 획득 및 검출 디바이스(detection device)에 관하여 공지된 방법들 및 디바이스들의 결점들을 극복할 수 있다.

Claims (3)

  1. 기록 매체 상에 저장된 정보를 주사하거나, 기록 매체 상에 정보를 기록하기 위한 광 주사 디바이스(optical scanning device)를 위한 장치(arrangement)로서, 상기 광 주사 디바이스는 주사 빔을 제공하기 위한 복사원(radiation source) 또는 광원(light source), 주사점(scanning spot)을 형성하도록 주사 빔을 포커싱하기 위한 수단과, 상기 기록 매체에 의해 영향받은 상기 주사 빔을 수신하기 위한 홀로그래픽 광 소자를 갖는 검출 시스템을 포함하는, 광 주사 디바이스를 위한 장치에 있어서,
    상기 홀로 그래픽 광 소자(HOE)는 상기 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 전체 영역에 걸쳐 확장하는 일차원 격자(one-dimensional grating)G1)를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 주사 디바이스를 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출 시스템은 검출기(d3)를 포함하며, 상기 검출기의 폭은, 상기 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 전체 영역에 걸쳐 확장하는 상기 일차원 격자(G1)로 형성된 광점 직경(light spot diameter)과 매칭되는 것을 특징으로 하는, 광 주사 디바이스를 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 광 소자(HOE)는, 상기 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 전체 영역에 걸쳐 확장하는 제 1 일차원 격자(G1)와, 상기 홀로그래픽 광 소자(HOE)의 절반에 걸쳐 확장하는 제 2 일차원 격자(G2)를 가지며, 상기 제 1 일차원 격자(G1)는 상기 기록 매체의 정보를 나타내는 광점을 얻기 위해 쓰이며, 상기 제 2 일차원 격자(G2)는 상기 제 1 일차원 격자(G1)와 함께 이차원 격자를 형성하고, 이 이차원 격자는 포커싱 에러를 나타내는 광점을 형성하기 위해 쓰이는 것을 특징으로 하는, 광 주사 디바이스를 위한 장치.
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