KR100472471B1 - 액츄에이터 스큐 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

액츄에이터 스큐 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

간단하면서도 정밀하게 액츄에이터의 스큐를 측정할 수 있는 장치 및 측정 방법이 개시되어 있다.
이 개시된 액츄에이터 스큐 측정 장치는, 액츄에이터에 탑재된 대물렌즈를 통과한 광이 통과되어 회절되는 핀홀;과 상기 핀홀을 경유하여 회절된 광이 검출되는 광검출기;를 포함하며, 스큐 측정 방법은 대물렌즈를 통과한 광을 핀홀로 입사시키고, 상기 핀홀을 통과하여 회절된 광을 광검출기에 의해 검출하여 광신호 처리하며, 상기 광신호 처리된 신호에 따라 조정 유닛을 이용하여 액츄에이터의 스큐를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액츄에이터 스큐 측정 장치는, 간단한 구조로 되어 있어 조작하기가 쉽고, 기계적 및 자동적으로 액츄에이터의 스큐를 측정할 수 있다.

Description

액츄에이터 스큐 측정 장치 및 측정 방법{Apparatus for measuring skew of actuator and measuring method thereof}
본 발명은 간단하면서도 정밀하게 액츄에이터의 스큐를 측정할 수 있는 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
CD나 DVD와 같은 광정보 저장매체의 기록용량이 대용량, 고밀도화되어 감에 따라 저장매체에 맺히는 광스폿 사이즈를 축소시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, CD는 650MB의 용량을 가지는데 비해, DVD는 4.7GB의 용량을 가지며 더 나아가 20GB 이상의 용량을 가지는 HD-DVD가 개발되고 있다. 이와 같이 기록용량이 증가됨에 따라 광스폿의 사이즈가 작아지는데, CD에 맺히는 광스폿의 사이즈는 대략 1.4㎛이고, DVD에 맺히는 광스폿의 사이즈는 대략 1㎛이다. 광스폿의 사이즈는 레이저 빔의 파장에 비례하고, 픽업에 채용되는 대물렌즈의 개구수 NA에 반비례한다. 따라서, 광스폿의 사이즈를 줄이기 위한 방법으로는 레이저 빔의 파장을 단파장화하거나, 대물렌즈의 개구수 NA를 크게 하는 방법이 있다. 이에 따라 CD의 NA는 0.45인데 비해 DVD의 NA는 0.6으로 증가되었고, CD에 사용되는 레이저 빔의 파장은 780nm인데 비해, DVD에 사용되는 레이저 빔의 파장은 650nm로 짧아졌다.
그런데, 대물렌즈의 개구수가 커짐에 따라 대물렌즈의 코마수차가 급격히 증가하는 문제점이 있다. 코마수차가 증가하면 픽업의 기본 성능인 지터값에 악영향을 미치게 된다. 그리고, 기록 밀도가 증가함에 따라 대물렌즈의 스큐에 대한 민감도가 증가되어 매우 작은 스큐에도 저장매체에 큰 영향을 미친다. 따라서, 보다 정밀한 대물렌즈의 스큐 보정의 필요성이 제기되었으며, 대물렌즈의 스큐 보정을 위해 대물렌즈가 탑재된 액츄에이터의 스큐에 대한 정밀한 측정이 필요하게 되었다.
종래에 액츄에이터의 스큐 측정 장치(101)는, 도 1을 참조하면 대물렌즈(100)를 통과하여 퍼지는 광을 평행광으로 만들기 위한 콜리메이팅 렌즈(103), 상기 콜리메이팅 렌즈(103)를 통과한 광을 반사 또는 투과시켜 광경로를 변경하는 빔스프리터(105), 상기 빔스프리터(105)에 의해 분리된 광 중 하나의 광을 고배율 예를 들어, 100배의 배율로 집속시키는 제1집속렌즈(107), 나머지 다른 광을 저배율 예를 들어, 5배의 배율로 집속시키는 제2집속렌즈(110)를 구비한다.
상기 제1 및 제2 집속렌즈(107)(110)를 통과한 광이 각각 고배율 CCD(109)와 저배율 CDD(113)에 집속되고, 상기 고배율 CCD(109)와 저배율 CCD(113)에 맺히는 광을 화상처리장치(115)에 의해 처리하여 제1모니터(117) 및 제2모니터(119)상에 화상으로 나타나도록 한다. 상기 제1모니터(117)는 고배율 CCD(109)에 연결되어 있고, 제2모니터(119)는 저배율 CCD(113)에 연결되어 있다.
한편, 상기 제2집속렌즈(110)와 저배율 CCD(113) 사이의 광경로상에는 제3집속렌즈(111)와 반사거울(112)이 더 구비될 수 있으며, 상기 대물렌즈(100)가 탑재되는 액츄에이터는 도면부호 120으로 표시된다.
상기 제1 및 제2 모니터(117)(119)에 나타난 화상을 육안으로 확인하여 대물렌즈(100)의 스큐를 조절한다. 상기 제1집속렌즈(107)와 제2집속렌즈(109)는 각각 배율이 다르므로 제1 및 제2 모니터(117)(119)에 나타나는 화상이 각각 다른 크기로 나타난다. 상기 제1모니터(117)에 나타난 화상에 의해 스폿의 위치를 확인하여 상기 액츄에이터(120)를 X,Y,Z축 방향으로 조절으로써 스폿이 모니터의 중심에 위치하도록 한다. 그리고, 제2모니터(119)에 나타난 화상에 의해 스폿의 형상을 확인하여 액츄에이터(120)의 기울기를 조절함으로써 광축에 대한 대물렌즈의 기울기를 조절한다. 여기서, X축 및 Y축은 광스폿이 맺히는 면에서 서로 직교하는 축을 나타내며, Z축은 광축 방향의 축을 나타낸다. 그리고, 액츄에이터(120)의 기울기는 대물렌즈(100)가 광스폿이 맺히는 면에 대해 기울어진 정도를 나타낸다.
상기 대물렌즈(100)의 위치를 조절하기 위해 대물렌즈(100)가 탑재된 액츄에이터(120)의 스큐를 조절하기 위한 조정지그(123)가 구비되어 있다. 종래에는 상기 제1 및 제2 모니터(117)(119)에 나타난 광스폿의 화상을 육안으로 확인한 다음 수작업으로 상기 조정지그(123)를 X,Y,Z 축 방향으로 움직이면서 스큐 조절을 한다. 도 2a는 스큐를 조절하기 전의 광스폿의 형상을 사진으로 나타낸 것이고, 도 2b는 스큐를 조절한 후의 광스폿의 형상을 사진으로 나타낸 것이다. 상기 대물렌즈(100)를 통과한 광빔의 주변에는 도 3b에 도시된 바와 같이 동심원의 1차링(125)이 생긴다. 여기서, 스폿 주변의 1차링(125)의 형상을 측정하여 스큐 조절을 한다. 도면에는 광세기의 프로파일을 함께 나타내었다. 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 1차링(125)의 형상이 비대칭 형상으로 나타날 때에는 대물렌즈(100)가 한쪽으로 치우쳐져 있는 것이다.
그러면, 상기 조정지그(123)에 의해 액츄에이터(120)의 스큐를 조절함으로써 도 3b에 도시된 바와 같이 1차링이 대칭형으로 되고, 이때의 광세기 프로파일이 대칭형으로 되도록 조절한다.
하지만, 종래의 스큐 측정 장치는 상기 빔스프리터(105), 제1 및 제2 집속렌즈(107)(110)와 같은 광학소자 특히, 렌즈들이 많이 사용되기 때문에, 렌즈들의 수차 문제가 생기기 쉽고 광축 정렬에 어려움이 따른다. 따라서, 액츄에이터를 조절하더라도 정밀하게 스큐 조절이 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 모니터를 통해 육안으로 확인하여 스큐를 측정하기 때문에 관찰자마다 측정 결과가 다르게 나올 수 있고, 이에 따른 오차가 발생될 수밖에 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대물렌즈가 탑재된 액츄에이터의 스큐를 기계적으로 측정하고, 구조를 단순화하여 조작을 간단하게 할 수 있도록 된 액츄에이터 스큐 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치는 액츄에이터에 탑재된 대물렌즈를 통과한 광이 통과되어 회절되는 핀홀; 상기 핀홀을 경유하여 회절된 광이 검출되는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광검출기는 4분할 광검출기인 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 방법은 대물렌즈가 탑재된 액츄에이터를 조정유닛에 결합시키고, 상기 대물렌즈를 통과한 광을 핀홀로 입사시키는 단계; 상기 핀홀을 통과하여 회절된 광을 광검출기에 의해 검출하여 광신호 처리하는 단계; 상기 광신호 처리된 신호에 따라 상기 조정 유닛을 이용하여 액츄에이터의 스큐를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광검출기는 4분할 광검출기이고, 4분할 광검출기에 수광된 합신호에 의해 상기 액츄에이터의 광축 방향에서의 위치 또는 액츄에이터의 기울기를 측정하도록 되어 있다.
상기 광검출기는 4분할 광검출기이고, 4분할 광검출기에 수광된 차신호를 이용하여 상기 액츄에이터의 수평 방향 또는 수직방향에서의 위치를 측정하도록 되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치 및 측정 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치(1)는, 도 4를 참조하면 대물렌즈(10)가 탑재된 액츄에이터(13) 앞에 핀홀(17)이 배치되고, 상기 핀홀(17)을 통과한 광을 검출하기 위한 광검출기(20)가 구비된다. 또한, 상기 광검출기(20)에 맺히는 광스폿을 광신호 처리하기 위한 컴퓨터(22)가 준비된다. 상기 액츄에이터(13)는 조정유닛(15)에 지지되어 있어 이 조정유닛(15)에 의해 액츄에이터(13)의 스큐를 조절할 수 있도록 되어 있다.
본 발명에서는 상기 핀홀(17)을 통과한 광이 회절을 일으키는 현상을 이용한 것이다. 즉, 상기 대물렌즈(10)를 통과한 광이 상기 핀홀(17)을 통과할 때 회절이 일어나 상기 광검출기(20)에 광스폿이 맺힐 때에는 도 5a에 도시된 바와 같이 다중링 형상으로 맺히며, 광빔의 프로파일을 보면 0차빔을 중심으로 대칭으로 분포되어 있다. 상기 광검출기(20)는 도 5b에 도시된 바와 같이 예를 들어 4분할 광검출기일 수 있다. 상기 광검출기(20)가 A,B,C,D 네 영역으로 분할되어 있고, 상기 대물렌즈(10)의 위치에 따라 광검출기에 맺히는 광스폿의 위치가 변하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서 상기 핀홀(17)을 이용하여 대물렌즈(10)의 위치를 측정하는 이유는 핀홀을 통과하는 광의 회절 현상을 이용하기 위한 것이다. 대물렌즈를 통과한 광이 상기 핀홀(17) 없이 상기 광검출기(20)에 직접 맺힌다면 대물렌즈의 위치 변화에 따른 광스폿의 위치변화량이 너무 완만하기 때문에 정밀한 위치 측정이 어렵다. 즉, 광이 가우시안 분포로 전체적으로 일정하게 형성되어 있어, 이 경우 대물렌즈의 위치의 변화에 대해서 광량의 변화량이 작기 때문에 정확한 스큐가 어렵다. 이에 반해, 핀홀을 이용하여 회절현상을 이용하면 상기 광검출기(20) 전영역에 띠 형태로 맺히기 때문에 대물렌즈의 위치 변화에 대해서 광량의 변화량이 많아 정밀하게 측정할 수 있다.
상기 핀홀(17)의 홀 사이즈는 대물렌즈(13)에 의해 집속되는 광스폿의 사이즈보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 대물렌즈(13)가 DVD에 사용되는 경우 핀홀의 홀 사이즈가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 광검출기와 핀홀 사이의 거리가 멀수록 0차광이 커져 액츄에이터의 움직임에 대한 민감도가 커지므로 액츄에이터를 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 하지만, 광검출기(20)와 핀홀(17) 사이의 거리는 핀홀을 통과한 0차광의 크기가 광검출기를 벗어나지 않도록 설정되어야 한다.
또한, 입사광이 핀홀(17)에 대해 기울어져 입사되는 경우 핀홀을 통과한 광도 기울어진 상태로 회절되므로 대물렌즈의 기울어진 정도가 그대로 반영된다. 따라서, 이러한 성질을 이용하여 대물렌즈의 스큐를 정밀하게 측정하고, 액츄에이터의 기울기를 조절함으로써 저장매체의 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 광검출기(20)에 맺히는 광스폿에 대해 광신호 처리하여 액츄에이터의 스큐를 측정하고 액츄에이터의 스큐를 조절하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 대물렌즈(10)가 저장매체에 대해 광량 분포나 초점 측면에서 이상적으로 위치하는 기준점이 있고, 이 기준점에 대해 액츄에이터(13)가 기울어져 있는 각 경우에 대해 도 6a 내지 도 6d에 도시하였다. 도 6a는 상기 액츄에이터(13)가 기준점으로부터 광축 방향 즉, Z축 방향으로 떨어져 있는 경우를 도시한 것으로, 이 경우에는 광검출기(20)에 맺히는 광스폿이 기준점에 있을 때에 비해 상대적으로 퍼진 상태로 분포하게 된다. 즉, 대물렌즈로 광을 집속시켜 핀홀을 통과시킬 때 집속이 잘 되지 않고 디포커싱이 되면 핀홀 때문에 대부분의 광이 막혀 광량이 감소됨을 이용하여 광축 방향으로의 조절을 할 수 있다. 이와 같이, 디포커싱이 되면 광검출기(20)에 맺히는 광스폿의 전체적인 광량이 감소한다. 이때, 합신호 (A+B+C+D)가 기준 광량보다 작게 나온다. 이와 같이 액츄에이터의 Z축 방향에 대한 스큐 측정은 합신호 (A+B+C+D)에 의해 이루어지며, 이 합신호가 기준 광량과 같거나 크게 나올 때까지 상기 조정유닛(15)을 이용하여 액츄에이터(13)를 조절한다.
다음, 도 6b는 액츄에이터(13)가 수평 방향 즉, X축 방향으로 치우쳐 있는 경우를 도시한 것으로, 이 경우에는 상기 광검출기(20)에 맺히는 전체적인 광량이 떨어질 뿐만 아니라 0차광이 광검출기(20)의 중심을 벗어나 맺히게 된다. 이때, 차신호 {(A+D)-(B+C)}가 0보다 크거나 작은 값으로 나타난다. 따라서, 이 차신호 {(A+D)-(B+C)}가 0이 나올 때까지 상기 조정유닛(15)을 이용하여 액츄에이터(13)를 조절한다.
도 6c는 액츄에이터(13)가 수직 방향 즉, Y축 방향으로 치우쳐 있는 경우를 도시한 것으로, 이 경우에는 상기 광검출기(20)에 맺히는 전체적인 광량이 떨어질 뿐만 아니라 0차광이 광검출기(20)의 중심을 벗어나 맺히게 된다. 이때, 차신호 {(A+B)-(C+D)}가 0보다 크거나 작은 값으로 나타난다. 따라서, 이 차신호 {(A+B)-(C+D)}가 0이 나올 때까지 상기 조정유닛(15)을 이용하여 액츄에이터(13)를 조절한다.
상기한 도 6b나 도 6c에 도시된 경우의 광세기 프로파일을 보면 0차광의 기준 광세기를 1이라고 할 때, 광세기가 1보다 적게 나옴을 알 수 있다.
한편, 도 6d는 액츄에이터(13)가 기울어져 있는 경우를 도시한 것으로, 이 경우에는 0차광이 광검출기(20)의 중심을 벗어나 맺히며, 전체적인 광량이 떨어진다. 하지만, 광세기의 프로파일을 보면 0차광의 광세기가 기준 광세기를 유지하고 있음을 알 수 있다. 이때, 합신호 (A+B+C+D)가 기준 광량보다 적게 나오므로 합신호가 기준 광량과 같거나 크게 나올 때까지 상기 조정유닛(15)을 이용하여 액츄에이터(13)를 조절한다.
상술한 바와 같이 상기 광검출기(20)에 맺히는 광스폿을 광신호 처리하여 액츄에이터의 스큐를 정확히 측정하고 이 측정값을 이용하여 액츄에이터의 위치를 최적의 상태로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 액츄에이터의 스큐 측정 장치 및 측정 방법은 상술한 바와 같이 간단한 구조로 되어 있어 조작하기가 쉽고, 핀홀과 광검출기를 이용하여 기계적 및 자동적으로 액츄에이터의 스큐를 측정할 수 있다. 또한, 그 측정치를 이용하여 보다 정밀하게 액츄에이터의 스큐를 조절할 수 있으며, 이와 같이 저장매체의 기록용량이 증가함에 따라 요구되는 대물렌즈 즉, 액츄에이터의 스큐 조절 성능을 향상시킴으로써 저장매체의 기록용량의 고밀도화를 가능하게 한다.
도 1은 종래의 액츄에이터 스큐 측정 장치를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 액츄에이터의 스큐를 조절하기 전과 조절한 후의 광스폿의 사진을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 액츄에이터의 스큐가 조절되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치에 채용된 광검출기상에 맺힌 광스폿의 분포 상태와 광세기의 프로파일을 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명에 따른 액츄에이터 스큐 측정 장치에 채용된 광검출기상에 맺힌 광스폿의 분포 상태에 따라 액츄에이터의 스큐를 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 액츄에이터가 기준점으로부터 Z축 방향으로 어느 정도 떨어진 상태에서의 광스폿의 분포와 광세기 프로파일을 나타낸 것이다.
도 6b는 액츄에이터가 기준점으로부터 X축 방향으로 어느 정도 떨어진 상태에서의 광스폿의 분포와 광세기 프로파일을 나타낸 것이다.
도 6c는 액츄에이터가 기준점으로부터 Y축 방향으로 어느 정도 떨어진 상태에서의 광스폿의 분포와 광세기 프로파일을 나타낸 것이다.
도 6d는 액츄에이터가 소정 각도로 기울어진 상태에서의 광스폿의 분포와 광세기 프로파일을 나타낸 것이다.
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...대물렌즈, 13...액츄에이터
15...조정 유닛, 17...핀홀
20...광검출기, 22...광신호 처리 컴퓨터

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  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 대물렌즈가 탑재된 액츄에이터를 조정유닛에 결합시키고, 상기 대물렌즈를 통과한 광을 핀홀로 입사시키는 단계;
    상기 핀홀을 통과하여 회절된 광이 광검출기에 수광되고, 수광된 광의 합신호에 의해 상기 액츄에이터의 광축 방향에서의 위치 또는 액츄에이터의 기울기를 측정하는 단계;
    상기 광검출기에 수광된 광의 차신호를 이용하여 상기 액츄에이터의 수평 방향 또는 수직방향에서의 위치를 측정하는 단계;
    상기 측정된 위치에 따라 상기 조정 유닛을 이용하여 액츄에이터의 스큐를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 스큐 측정 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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