KR100430276B1 - 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치는, 디스크로부터 반사되는 빔이 수광되는 수광부와; 수광부의 전면에 위치하며 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 수광부로 투과시키는 실린드리컬 렌즈를 구비하는 비점수차를 발생시키는 광학계; 및 광학계의 전면에 위치하여 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 광학계로 투과시키며, 방사방향으로 서로 다른 피치를 가진 그레이팅으로 구성된 그레이팅 마스크;를 포함한다.

여기서, 수광부를 구성하는 PD 셀의 구조는, 그레이팅 마스크 및 비점수차를 발생시키는 광학계를 통과한 빔이 검출될 수 있도록 분할되어 배치된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 랜드/그루브 구조를 갖는 기록용 디스크에 있어 좌우 피치가 다른 그레이팅을 수광부의 광경로 상에 삽입함으로써, 비점 수차법을 이용하여 에러 검출을 수행하면서도 트랙 크로스 노이즈 등의 발생을 방지할 수 있으며, 높은 검출 감도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

비점 수차법을 이용한 광픽업 장치{Optical pickup using astigmatic method}

본 발명은 광픽업 장치에 관한 것으로서, 특히 랜드/그루브(Land/Groove) 구조를 갖는 기록용 디스크에 있어 좌우 피치(pitch)가 다른 그레이팅(grating)을 수광부의 광경로 상에 삽입함으로써, 비점 수차법을 이용하여 에러 검출을 수행하면서도 트랙 크로스 노이즈(track cross noise) 등의 발생을 방지할 수 있으며, 높은 검출 감도를 얻을 수 있는 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광픽업 장치는 CD-R, CD-RW, DVD 등을 읽고 쓰는 드라이버에 들어가는 핵심 부품으로 빛을 이용하여 기록체 표면의 광학적인 차이를 판별하여 정보를 읽거나 광학적인 차이를 발생시킴으로써 정보를 기록하는 동작을 한다.

광픽업 장치의 구성은 크게 빛을 만들어 내는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)와 레이저 다이오드에서 만들어진 빛을 조정하는 렌즈와 거울들, 그리고 기록체 표면에서 반사되는 빛을 검출하는 센서(PD: Photo Detector) 등으로 이루어져 있다.

한편, 이러한 광픽업 장치에서는 포커스 및 트랙킹 서보를 위한 에러 검출 (error detection) 방법으로 각 광픽업 장치의 용도에 따라 적합한 방법이 제안되고, 그 제안된 방법들이 이용되어 왔다.

광픽업 장치에 있어 보편적으로 사용되는 에러 검출 방법은 초점방향의 에러 검출과 트랙 방향의 에러 검출을 들 수 있는데, 각 방식별로 특징을 나타내면 표 1 및 표 2와 같다. 표 1은 포커싱 에러 검출 방법에 대한 특징을 나타낸 것이고, 표2는 트랙킹 에러 검출 방법에 대한 특징을 각각 나타낸 것이다.

Focus Error 검출법

	원 리	특 징
비점수차법	비점수차에 의해 대물렌즈 Defocus에 따라 빔 형상이 바뀌는 것을 이용.	구조가 간단하고 검출 감도가 높으나 Dynamic Range가 좁다.
Knife Edge 법	Knife Edge에 의하여 입사광이 대물렌즈 Defocus에 따라 차폐되는 것을 이용.	조정이 간단하나 광 loss가 크고 큰 Dynamic Range에 대하여 극성이 바뀔 우려가 있다.
Spot Size Detection 법	두 개의 수광소자에 형성되는 Spot의 크기가 대물렌즈의 Defocus에 의해 달라짐을 이용.	2 초점 구조로 특징적으로는 비점수차법과 유사함(조정이 어렵고, 구조가 간단하며 Dynamic Range가 좁다).

Tracking Error 검출법

	원 리	특 징
3-Beam 법	선/후행하는 2 개의 부빔 간의 회절에 의한 신호 크기를 검출	검출이 간단하고 검출 감도가 높으나, 부빔 Align에 의해 위상이 다소 변함.
Push-Pull 또는 차동 Push-Pull 법	Pit 열의 좌우에 대한 광량 분포차를 검출(PP), Offset 보상을 위하여 부빔 신호를 활용(DPP).	(λ/4) Pit 깊이에 대하여 에러 검출이 어려움.
위상차 검출법	(λ/4) Pit 깊이에 대하여 PD 상의 광 분포가 대칭이 되는 경우, 이 신호의 위상차를 검출.	위상 검출로 광 분포 변화의 영향이 적으나 RF 품질의 영향이 크고 검출 회로가 복잡하다.

한편, 실제에 있어서는 상기 설명한 각각의 방법은 다양한 방법으로 조합되어 사용되고 있으며, 예를 들어 CD 재생계의 경우 Discrete 구성의 광픽업 장치는 비점 수차법과 3-beam법, 또는 Knife Edge법(Foucault법)과 3-beam법, Spot Size Detection법과 3-beam법 등의 조합이 사용되고 있으며, CD 기록계의 경우는 비점 수차법, Knife Edge법, Spot Size Detection법과 같은 초점에러 검출법과 함께 차동 Push-Pull법이 주로 사용되고 있다.

그러나, 최근 DVD 기록계 특히 DVD-RAM 디스크의 기록 재생의 경우에는 상기 CD 기록계에서와 마찬가지로 각각의 초점에서 검출방법과 차동 Push-Pull 방법이 에러 검출법으로 사용되고 있으나, 상기 초점 에러 검출 방법 중에서 특히, 비점 수차법의 경우 DVD-RAM 디스크의 물리적 특성(Land/Groove 깊이 차:λ/6)으로 인하여 광 스팟이 트랙을 가로지를 때 포커스 에러 신호에 트랙킹 에러 신호가 인입되는 소위 Feedthrough가 발생되는 문제점을 갖고 있어, 서보 안정성을 확보하기 어렵다는 문제가 제기되고 있다.

따라서, DVD-RAM과 Land/Groove 깊이를 갖는 기록계의 경우 비점 수차법보다는 Knife Edge법이나 Spot Size Detection법을 기본으로 Feedthrough를 보상하는 초점 에러 검출 방법이 많이 사용되고 있다. 또한, 12분할 PD를 이용하여 주빔에서 검출되는 포커스 에러 신호에 유입되는 트랙킹 에러 신호 노이즈를 부빔에서 검출한 포커스 에러 신호에 발생하는 트랙킹 에러 신호 노이즈가 주빔의 것에 대하여 역 위상을 갖도록 부빔의 배치를 조정하여 두 신호를 더함으로써 트랙킹 에러 노이즈를 제거하는 방법 등 비점 수차법을 기본으로한 기록용 디스크에서 Feedthrough를 보상할 수 있는 방법이 제안되고 있다.

비점 수차법의 경우 Dynamic range가 좁으나 검출 감도가 높고 구조가 간단하며 안정적인 초점 에러 검출이 가능하다는 점, DVD-RAM 디스크와 같이 반사율이 낮은 디스크의 경우 높은 광 검출 효율이 필요하다는 점 및 기존 광픽업 장치가 주로 초점에러 검출 방법으로 비점 수차법을 사용하여 이식이 용이하다는 점 등의 장점이 있어, 비점 수차법에서 상기의 트랙 크로스 노이즈 발생을 억제하면서 기타필요한 다른 신호(TE, RF, Wobble etc)를 뽑아낼 수 있는 에러검출 방법의 제안이 필요한 여건이다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 랜드/그루브 구조를 갖는 기록용 디스크에 있어 좌우 피치가 다른 그레이팅을 수광부의 광경로 상에 삽입함으로써, 비점 수차법을 이용하여 에러 검출을 수행하면서도 트랙 크로스 노이즈 등의 발생을 방지할 수 있으며, 높은 검출 감도를 얻을 수 있는 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 채용되는 광학계의 구성을 개념적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, 포커스 에러 검출시의 PD 셀에 입사되는 광 분포를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, 트랙 에러 검출시의 PD 셀에 입사되는 광 분포를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, PDIC 내부의 신호 구성을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 채용되는 광학계 구성의 다른 실시 예를 개념적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

5... 그레이팅 마스크

7... 실린드리컬 렌즈

11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44... PD 셀

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치는,

디스크로부터 반사되는 빔이 수광되는 수광부와;

상기 수광부의 전면에 위치하며 상기 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 상기 수광부로 투과시키는 실린드리컬 렌즈를 구비하는 비점수차를 발생시키는 광학계; 및

상기 광학계의 전면에 위치하여 상기 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 상기 광학계로 투과시키며, 방사방향으로 서로 다른 피치를 가진 그레이팅으로 구성된 그레이팅 마스크;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 수광부를 구성하는 PD 셀의 구조는, 상기 그레이팅 마스크 및 비점수차를 발생시키는 광학계를 통과한 빔이 검출될 수 있도록 분할되어 배치되는점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 랜드/그루브 구조를 갖는 기록용 디스크에 있어 좌우 피치가 다른 그레이팅을 수광부의 광경로 상에 삽입함으로써, 비점 수차법을 이용하여 에러 검출을 수행하면서도 트랙 크로스 노이즈 등의 발생을 방지할 수 있으며, 높은 검출 감도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 채용되는 광학계의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 있어서의 광학계와 같은, 실린드리컬 렌즈(7) 등 비점 수차를 발생시키는 광학계에 방사 방향(radial direction)으로 입사 영역 분할을 위한 서로 다른 피치(pitch)를 가진 2 종류의 그레이팅으로 구성된 마스크(5)와 16개의 영역으로 분할된 PD(11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)로 구성된다.

이때, 수광계로 입사되는 주빔은 상기 그레이팅 마스크(5)에서 방사 방향으로 좌우 영역이 나뉘어 상기 실린드리컬 렌즈(7)를 통과하여 음영 영역은 가운데 2 개의 4분할 PD 패턴 내측의 PD 셀(13, 14, 23, 24) 영역으로 입사되고, 흰색 영역은 그레이팅의 피치가 다르므로 가운데 2 개의 4분할 PD 패턴 외측의 PD 셀(11, 12, 21, 22) 영역으로 입사되도록 한다. 여기서, 상기 실린드리컬 렌즈(7)의 영향으로 인하여 왼쪽 PD 셀(11, 12, 13, 14)로 입사한 광과 오른쪽 PD 셀(21, 22, 23, 24)로 입사한 광과의 회전 방향은 서로 반대가 된다.

따라서, 대물렌즈가 스윙(swing)을 하면 상기 실린드리컬 렌즈(7)에 의해 형성되는 비점수차의 형성 방향이, 도 2에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 대각선 방향으로 형성되게 되어 좌우 4 PD 셀에서 검출되는 포커스 에러(focus error) 신호를

FE1 = (11 + 13) - (12 + 14)

FE2 = (22 + 24) - (21 + 23)라고 할 때

전체 포커스 에러 신호는 FE = FE1 + FE2를 함으로써, 이중 비점 수차법 (Double Astigmatic method)에 의한 포커스 에러 검출이 가능해 진다. 이때, FE1에 발생되는 Feedthrough_1(FT1)의 위상과 FE2에 발생되는 Feedthrough_2(FT2)의 위상은 반대가 되어 전체 FE에서는 서로 상쇄되어 없어짐을 쉽게 알 수 있다. 여기서, 도 2는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, 포커스 에러 검출시의 PD에 입사되는 광 분포를 나타낸 도면이다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, 트랙 에러 검출시의 PD에 입사되는 광 분포를 나타낸 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 트랙킹 에러 검출에 있어서 렌즈의 쉬프트에 의한 TE offset 등을 보상하기 위한 DPP방법을 구성할 수 있는데, 레이저 다이오드로부터 발광되는 빔의 광경로 상에 설치된 또 다른 그레이팅 소자에 의하여 접선 방향 (tangential direction)으로 분할되어 입사하는 상/하 부빔에 대하여, 실린드리컬 렌즈(7) 전방에 설치된 그레이팅 마스크(5)는 주빔과 마찬가지로 좌우로 영역을 분할하여 서브 PD 셀(31~34, 41~44)로 각각 입사시키며, 각 PD 셀에서의 광 분포는 도 3에 나타낸 바와 같다.

즉, 좌우로 분할되어 입사하는 광선의 회절 방향과 상방향 부빔과 하방향 부빔의 회전 방향이 각각 반대임을 고려하면, Focus On 상태에서 중앙의 8개 PD 셀(11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24)과 주변의 8개 PD 셀(31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)에서의 광 분포를 알 수 있다.

이때, 차동 Push-Pull법에 의해 구성되는 전체 트랙킹 에러(TE: Tracking Error) 신호는,

Mpp1 = (11 + 14) - (12 + 13)

Mpp2 = (23 + 22) - (21 + 24)

Mpp = Mpp1 + Mpp2

Spp1 = (31 + 42) - (41 + 32)

Spp2 = (43 + 34) - (44 + 33)

Spp = Spp1 + Spp2

TE = Mpp - k(Spp)로 구성할 수 있다.

한편, 이와 같이 구성된 에러 검출방식은, 도 4에 나타낸 바와 같이, PDIC 내부에서 각 PD 셀을 묶어주면 종래 사용하던 아날로그 프론티드 집적회로 (analogue fornted IC)와 그대로 연결하여, 그 내부의 에러 검출 로직을 별도로 변경하지 않고 그대로 활용하여 서보 및 회로 구성에 필요한 모든 신호의 검출이 가능하다는 장점도 있다. 도 4는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에서, PDIC 내부의 신호 구성을 나타낸 도면이다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 각 PD 셀을 묶어주면

A = (11 + 22) E = (31 + 42)

B = (14 + 23) F = (32 + 41)

C = (13 + 24) G = (33 + 44)

D = (12 + 21) H = (34 + 43)로 하면,

FE = (A + C) - (B + D)가 되고,

Mpp = (A + B) - (C + D), Spp1 = (E - F), Spp2 = (H - G)로부터

TE(DPP) = Mpp - k(Spp1 + Spp2)가 된다.

또한, TE(DPD) = Φ(A+C) - Φ(B+D) = [Φ(A)- Φ(B)] + [Φ(D) - Φ(C)]로 표시할 수 있다.

그리고, RF = A + B + C + D로 표시할 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 채용되는 광학계 구성의 다른 실시 예를 개념적으로 나타낸 도면으로서, 도 5와 같이 서브 PD 셀을 분할하여 구성할 수도 있다. 도 5의 도면부호 311, 312, 321, 322, 331, 332, 341, 342, 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, 442는 각 서브 PD 셀을 나타낸다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치에 의하면, 랜드/그루브 구조를 갖는 기록용 디스크에 있어 좌우 피치가 다른 그레이팅을 수광부의 광경로 상에 삽입함으로써, 비점 수차법을 이용하여 에러 검출을 수행하면서도 트랙 크로스 노이즈 등의 발생을 방지할 수 있으며, 높은 검출 감도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 디스크로부터 반사되는 빔이 수광되는 수광부와;

   상기 수광부의 전면에 위치하며 상기 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 상기 수광부로 투과시키는 실린드리컬 렌즈를 구비하는 비점수차를 발생시키는 광학계; 및

   상기 광학계의 전면에 위치하여 상기 디스크로부터 반사되는 빔을 입사받고, 그 입사된 빔을 상기 광학계로 투과시키며, 방사방향으로 서로 다른 피치를 가진 그레이팅으로 구성된 그레이팅 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수광부를 구성하는 PD 셀의 구조는, 상기 그레이팅 마스크 및 비점수차를 발생시키는 광학계를 통과한 빔이 검출될 수 있도록 분할되어 배치되는 것을 특징으로 하는 비점 수차법을 이용한 광픽업 장치.