KR100647946B1 - 광 픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 트랙 사이의 간격이 다른 이종의 광 디스크에서 트랙제어신호를 호환하여 검출할 수 있는 광 픽업 장치에 관해 개시된다.
본 발명에 따른 광 픽업 장치는 광원에서 방출된 빔에 대해 적어도 0차 회절광과 ±1차 회절광을 생성하고, 폭이 L인 다수의 분할 영역으로 구비되어 인접한 분할 영역의 격자 패턴이 어긋난 형태로 형성되며, 상기 분할영역의 폭 L에 제1정수 및 제2정수를 곱한 값이 제1종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L1 및 제2종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L2에 대하여 90%~110% 범위에 포함되는 회절격자를 구비한다.
상기와 같은 회절격자를 포함하여 구성된 광 픽업 장치는 대물렌즈와 회절격자의 축 틀어짐에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 양호한 트랙제어신호를 얻을 수 있다.
광 픽업

Description

광 픽업 장치{APPARATUS FOR OPTICAL PICK-UP}
도 1은 종래의 광 픽업 장치를 설명하는 도면.
도 2는 광 디스크의 랜드/그루브 구조를 설명하는 도면.
도 3은 종래의 주빔과 부빔의 push pull신호를 설명하는 도면.
도 4는 종래의 2분할 회절격자를 설명하는 도면.
도 5는 종래의 2분할 회절격자를 통과한 부빔이 광 디스크에 맺히는 것을 설명하는 도면.
도 6은 DVD-RW에서의 2분할 회절격자와 대물렌즈 사이의 축 틀어짐에 의해 나타나는 신호 특성을 도시한 도면.
도 7은 DVD-RAM에서의 2분할 회절격자와 대물렌즈 사이의 축 틀어짐에 의해 나타나는 신호 특성을 도시한 도면.
도 8은 종래의 다분할 회절격자를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 광 픽업 장치를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명에서 회절 격자를 설명하는 도면.
도 11은 본 발명에서 회절 격자를 통과한 부빔이 광 디스크에 맺히는 것을 설명하는 도면.
도 12와 도 13은 DVD-RW와 DVD-RAM에서 검출한 push pull 신호를 설명하는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 ; 광원 11 ; 콜리메이터 렌즈
12 ; 회절격자 13 ; 빔 스프리터
14 ; 1/4 파장판 15 ; 대물렌즈
16 ; 광 디스크 17 ; 집광렌즈
18 ; 원통렌즈 19 ; 광 검출수단
20 ; 랜드 21 ; 그루브
30 ; 회절격자 40 ; 다분할 회절격자
90 ; 광원 91 ; 콜리메이터 렌즈
92 ; 회절격자 93 ; 빔 스프리터
94 ; 1/4 파장판 95 ; 대물렌즈
96 ; 광 디스크 97 ; 집광렌즈
98 ; 원통렌즈 99 ; 광 검출수단
100 ; 입사빔
본 발명은 광 픽업 장치에 관한 것으로서, 특히 트랙 사이의 간격이 다른 이종의 광 디스크에서 트랙제어신호를 호환하여 효과적으로 검출할 수 있는 광 픽업 장치에 관한 것이다.
광 디스크란 광학적인 특성을 이용하여 정보를 기록, 재생하는 제품으로 일반적으로 작은 원판형상 모양을 가진다. 광 디스크를 사용하기 위해서는 광 디스크 드라이버가 필요하고, 광 디스크 드라이버 내부에 장착되어 있는 광 픽업 장치에 의해 광 디스크의 정보를 재생하거나 기록하게 된다.
도 1은 종래의 광 픽업 장치를 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광 픽업 장치는 광원(10)과, 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)(11)와, 회절격자(12)와, 빔 스프리터(Beam Splitter)(13)와, 1/4 파장판(14)과, 대물렌즈(15)와, 집광렌즈(17)와, 원통렌즈(Cylindrical lens)(18)와, 광 검출수단(19)이 포함되어 구성된다.
상기 광원(10)은 레이저 빔을 방출하고, 상기 콜리메이터 렌즈(11)는 상기 광원(10)에서 방출된 빔을 평행광으로 변환한다.
그리고, 상기 회절격자(12)는 상기 콜리메이터 렌즈(11)를 통과한 빔에서 적어도 0차 회절광(주빔)과 ±1차 회절광(부빔)을 생성한다.
상기 빔 스프리터(13)는 광 분기 수단으로써 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사 빔을 투과 또는 반사시킨다. 예를 들어, 상기 회절격자(12)에서 입사된 빔은 투과시키고, 광 디스크(16)에서 반사되어 입사된 빔은 반사시키게 된다.
상기 회절격자(12)를 투과한 광은 상기 1/4 파장판(14)을 지나면서 원편광으로 변환된다.
그리고, 상기 대물렌즈(15)에서 집속되어 상기 광 디스크(16)에서 반사된 빔 은 대물렌즈(15)를 지나고, 1/4 파장판(14)을 통과하면서 편광 성분이 변화된다.
그리고, 상기 빔 스프리터(13)에서 반사되어 집광렌즈(17) 및 원통렌즈(18)를 지나 광 검출수단(19)으로 입사된다. 상기 원통렌즈(18)는 입사빔에 대하여 비점을 발생시켜 광 검출이 가능하도록 한다.
한편, 상기와 같은 광 픽업 장치를 통해 데이터의 기록 또는 재생이 가능한 광 디스크(16)의 대표적인 예로써 DVD(Digital Versatile Disc)를 들 수 있는데, 기록용으로 개발된 DVD에는 DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM 등 여러가지 스펙(spec)이 개발되어 있다.
이와 같은 광 디스크는 도 2에 도시된 바와 같이 랜드(Land)/그루브(Groove) 구조로 이루어진다.
상기 DVD-RW 및 DVD+RW는 그루브(21)에 데이터를 기록하는 방식인 반면에 DVD-RAM의 경우 랜드(20)와 그루브(21)에 데이터를 기록하는 방식이다.
한편, 광 디스크의 종류에 따라 랜드(20)와 그루브(21)의 간격에 차이가 있다. 예를 들면, DVD+RW 및 DVD-RW의 경우 랜드(20)와 랜드(20) 사이의 간격, 즉 데이터가 기록되는 한 주기인 트랙 피치(track pitch)의 값이 0.74㎛이고, 랜드(20)와 그루브(21)의 간격은 0.37㎛이다.
그리고, DVD-RAM의 경우 랜드(20)와 랜드(20) 사이의 간격이 1.23㎛이고, 랜드(20)와 그루브(21)에 데이터를 모두 기록하므로 트랙 피치의 값은 0.615㎛이다.
상기 광 픽업 장치는 상기 대물렌즈(15)에 의해 집속된 빔이 상기 랜드(20)와 그루브(21)를 적절히 추종하면서 트랙 중심에서 벗어나지 않도록 하기 위한 제 어신호를 검출한다.
제어신호의 검출 방법으로서 많이 사용되는 것이 DPP(Differential Push-Pull)법이다.
상기 DPP법은 회절격자(12)를 사용하여 빔을 3개로 나누고, 주빔이 그루브(21)에 있을 때 부빔이 랜드(20)에 배치되도록 조정하여 각 빔에서 나오는 광의 좌우 차 신호를 검출하는 방식을 사용한다.
이때, 각각의 신호는 push-pull신호로 지칭되고 주빔과 부빔의 신호는 도 3에 도시된 바와 같이 위상이 180도인 sine 파형이 나오게 된다.
이 두 신호의 차이를 DPP라고 하는데, 이렇게 주빔과 부빔의 차 신호를 구하는 이유는 대물렌즈(15)이 레디얼 방향으로 이동되는 경우 push-pull신호에 오차가 발생하게 되고 이를 정확히 보정하기 위함이다.
상기와 같은 DPP법을 사용하는 경우 부빔이 그루브(21)에 있으면 주빔은 랜드(20)에 있어야 하고, 부빔이 랜드(20)에 있으면 주빔은 그루브(21)에 있어야 한다.
따라서, DVD-RAM과 DVD-RW와 같이 트랙 피치가 다른 다양한 종류의 광 디스크에서는 호환이 용이하지 않다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 2분할 회절격자를 사용하는 방법이 제안되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 2분할 회절격자(30)는 중앙을 경계로 격자패턴이 1/2 피치 만큼 어긋나 있는 형태로 되어 있다.
상기 2분할 회절격자(30)에 의해 회절되는 ±1차광의 부빔은 중앙을 경계로 180도의 위상차를 가지는 위상판을 투과한 광과 동일한 효과를 나타낸다. 반면, 주빔은 위상차 없이 그대로 투과한다.
이 경우에 부빔은 대물렌즈를 통과한 빔이 광 디스크에 집광될 때, 도 5와 같은 쌍봉 형태의 빔이 형성된다.
상기 주빔을 그루브에 위치시키고 상기 쌍봉 형태의 부빔 중심 역시 그루브에 위치 시킨 후 push pull 신호를 구해보면, 도 3에 도시된 바와 같은 신호를 나타내게 된다.
특히, 이 신호는 DVD-RW나 DVD-RAM 등 트랙의 간격주기에 거의 영향을 받지 않으므로 트랙의 간격 주기가 다른 다양한 광 디스크에 호환하여 검출할 수 있다.
그러나, 2분할 회절격자의 중앙과 대물렌즈의 중심은 조립 오차에 의해 정확한 조립이 용이하지 않다.
또한, 대물렌즈가 광 디스크의 트랙을 따라 레디얼 방향으로 이동하기 때문에 2분할 회절격자의 중심과 대물렌즈의 중심은 정확히 일치할 수 없다.
이와 같이 회절격자의 분할 영역 중심과 대물렌즈의 중심이 일치하지 않는 현상을 축 틀어짐이라고 한다.
도 6은 DVD-RW에서의 2분할 회절격자와 대물렌즈 사이의 축 틀어짐에 의해 나타나는 신호 특성을 도시한 도면이고, 도 7은 DVD-RAM에서의 2분할 회절격자와 대물렌즈 사이의 축 틀어짐에 의해 나타나는 신호 특성을 도시한 도면이다. 도면에서 실선은 주빔의 신호이고 점선들은 축 틀어짐의 정도에 따라 나타나는 부빔들의 신호이다.
도시된 바와 같이 DVD-RW에서 축 틀어짐에 따라 나타나는 신호는 변화폭이 크지 않으나, DVD-RAM에서 축 틀어짐에 따라 나타나는 신호는 축 틀어짐의 정도에 따라 변화폭이 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 보다 정확한 push pull 신호를 얻기 위해서는 축 틀어짐에 대한 영향을 최소화하여야 한다.
이와 같은 축 틀어짐에 대한 영향을 최소화하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 다분할 회절격자(40)가 제안되었다.
상기 다분할 회절격자(40)는 회절격자의 패턴이 각각 1/2 피치 만큼 어긋난 다수의 분할 영역으로 구성된다.
이때, 분할 영역의 폭(L)은 다음과 같이 계산된다.
폭(L)=(대물렌즈의 촛점거리)/(광 디스크의 트랙주기)*(레이저 빔의 파장)
DVD-RAM의 경우를 예로 들면, 대물렌즈의 촛점거리가 3.05mm, 광 디스크의 트랙주기가 1.23㎛, 레이저 빔의 파장이 0.66㎛인 경우 폭(L)은 1.637mm가 된다.
그러나, 상기 폭(L)은 DVD-RAM을 기준으로 한 것으로 DVD-RW의 경우에는 다시 축 틀어짐에 의한 영향이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 광 디스크의 종류 및 축 틀어짐에 상관없이 안정적인 DPP 신호를 검출할 수 있는 광 픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광 픽업 장치는 빔을 방출하는 광원과; 상기 광원에서 방출된 빔에 대해 적어도 0차 회절광과 ±1차 회절광을 생성하고, 폭이 L인 다수의 분할 영역으로 구비되어 인접한 분할 영역의 격자 패턴이 어긋난 형태를 갖는 회절격자와; 상기 0차 회절광과 ±1차 회절광을 투과 또는 반사시키는 빔 스프리터와; 상기 빔 스프리터에서 투과된 빔을 상기 광 디스크에 집광되도록 하는 집광수단과; 상기 광 디스크에서 반사된 빔에 대해 비점을 발생시키는 원통렌즈와; 상기 원통렌즈를 통과한 광이 입사되어 트랙제어신호를 검출하는 광 검출수단이 포함되고, 상기 회절격자의 분할영역의 폭 L은 제1종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L1 및 제2종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L2와의 관계에서 정의되고, 상기 L에 제1정수 또는 제2정수를 곱한 값이 상기 L1 또는 L2의 소정 범위 이내에 속하는 값이 되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 회절격자의 인접한 분할 영역을 통과한 빔은 180도의 위상차를 갖는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 제1종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭(L1) 및 제2종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭(L2)는 다음 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
폭(L1)=(대물렌즈의 촛점거리)/(제1종 광 디스크의 트랙주기)*(빔의 파장)
폭(L2)=(대물렌즈의 촛점거리)/(제2종 광 디스크의 트랙주기)*(빔의 파장)
보다 바람직하게, 상기 분할 영역의 폭(L)은 대물렌즈의 반경보다 작은 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 제1정수와 제2정수는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 제1정수 또는 제2정수가 복수인 경우 최대값이 선택되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광 픽업 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명에 따른 광 픽업 장치를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 광 픽업 장치는 광원(90)과, 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)(91)와, 회절격자(92)와, 빔 스프리터(Beam Splitter)(93)와, 1/4 파장판(94)과, 대물렌즈(95)와, 집광렌즈(97)와, 원통렌즈(Cylindrical lens)(98)와, 광 검출수단(99)이 포함되어 구성된다.
상기 광원(90)은 레이저 빔을 방출하고, 상기 콜리메이터 렌즈(91)는 상기 광원(90)에서 방출된 빔을 평행광으로 변환한다.
그리고, 상기 회절격자(92)는 상기 콜리메이터 렌즈(91)를 통과한 빔에서 적어도 0차 회절광(주빔)과 ±1차 회절광(부빔)을 생성한다.
특히, 본 발명에서 상기 회절격자(92)는 다분할되어 형성되고, 각각의 인접한 분할 영역은 어긋난 격자 패턴이 형성된다.
상기 빔 스프리터(93)는 광 분기 수단으로써 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사 빔을 투과 또는 반사시킨다. 예를 들어, 상기 회절격자(92)에서 입사된 빔은 투과시키고, 광 디스크(96)에서 반사되어 입사된 빔은 반사시키게 된다.
상기 회절격자(92)를 투과한 광은 상기 1/4 파장판(94)을 지나면서 원편광으로 변환된다.
그리고, 상기 대물렌즈(95)에서 집속되어 상기 광 디스크(96)에서 반사된 빔은 대물렌즈(95)를 지나고, 1/4 파장판(94)을 통과하면서 편광 성분이 변화된다.
그리고, 상기 빔 스프리터(93)에서 반사되어 집광렌즈(97) 및 원통렌즈(98)를 지나 광 검출수단(99)으로 입사된다. 상기 원통렌즈(98)는 입사빔에 대하여 비점을 발생시켜 광 검출이 가능하도록 한다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 회절격자(92)는 다분할되어 구성되고, 인접한 분할 영역의 격자 패턴은 1/2 피치 만큼 서로 어긋나게 형성되어 인접한 분할 영역을 통과한 빔은 180도의 위상차를 가지게 된다. 도 10에서 도면부호 100은 회절격자(92)에 입사되는 입사빔을 나타낸다.
상술한 바와 같이 대물렌즈와 회절격자의 축 틀어짐 현상에 둔감한 회절격자의 분할 영역의 폭(L)은 다음과 같이 구해질 수 있다.
폭(L)=(대물렌즈의 촛점거리)/(광 디스크의 트랙주기)*(레이저 빔의 파장)
DVD-RAM의 경우, 대물렌즈의 촛점거리가 3.05mm, 광 디스크의 트랙주기가 1.23㎛, 레이저 빔의 파장이 0.66㎛인 경우 폭(L)은 1.637mm가 된다.
그러나, 분할 영역의 폭을 1.637mm로 하면 DVD-RW에서는 축 틀어짐 현상에 민감하게 된다.
DVD-RW에 적합한 분할 영역의 폭(L)을 계산하면 대물렌즈의 촛점거리가 3.05mm, 광 디스크의 트랙주기가 0.74㎛, 레이저 빔의 파장이 0.66㎛인 경우 폭(L)은 2.72mm가 된다.
만약, 분할 영역의 폭(L)을 DVD-RW에 적합한 2.72mm로 하는 경우 대물렌즈의 반경이 2.0mm로 분할 영역의 폭(L)보다 작아 다분할하는 의미가 없어진다. 즉, 실제 2분할 회절 격자와 동일한 결과가 된다. 반면, DVD-RAM은 축 틀어짐에 의한 영향이 커지게 된다.
따라서, 본 발명에서는 트랙간의 간격이 서로 다른 다종의 광 디스크에 적합한 다분할 회절 격자의 분할 영역의 폭을 제시한다.
즉, 다종의 광 디스크에 대하여 축 틀어짐 현상을 최소화하기 위한 분할 영역의 폭(L)은 DVD-RW(또는 DVD+RW)에 적합한 분할 영역의 폭(L1)과 DVD-RAM에 적합한 분할 영역의 폭(L2)의 관계에 의해 계산될 수 있다.
예를들어, DVD-RW에 적합한 분할 영역의 폭(L1)을 2.72mm, DVD-RAM에 적합한 분할 영역의 폭(L2)를 1.637mm 이라고 하면, DVD-RW와 DVD-RAM에 모두에 적합한 분할 영역의 폭(L)은 0.545mm로 제시될 수 있다.
다종의 광 디스크에 대하여 축 틀어짐 현상이 최소화되기 위해서는 각각의 광 디스크에 적합한 분할 영역의 폭에 대하여 최대 공약수와 유사한 관계를 가진 분할 영역의 폭이 바람직하다. 이때, 분할 영역의 폭은 상기 대물렌즈의 반경보다 작은 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에서 다분할 회절격자의 폭을 L이라고 하면, L에 정수 A를 곱한 값은 DVD-RW에 적합한 분할 영역의 폭(L1)의 90%~110%의 값을 가지고, 동시에 L에 정수 B를 곱한 값은 DVD-RAM에 적합한 분할 영역의 폭(L2)의 90%~110%의 값을 가지게 된다.
여기서, 100%에 대한 오차인 ±10%값은 실험적으로 결정된 한계범위이고, 정 수 A와 정수 B는 각각 다른 값을 가진다.
즉, 다분할 회절 격자의 분할 영역의 폭이 상기 범위내에 있을 때, DVD-RW 및 DVD-RAM에 대하여 축 틀어짐 현상을 최소화하면서 보다 정확한 push pull 신호를 얻을 수 있다.
이와 같이, 다분할 회절 격자를 형성한 경우 도 11에 도시된 바와 같이 좌우로 넓게 벌어진 두개의 빔이 광 디스크에 맺히게 된다.
이때, 도 11에 도시된 빔은 DVD-RAM에서는 3주기의 트랙에 맺히게 되고, DVD-RW에서는 2.5주기의 트랙에 맺히게 된다.
상기 빔을 이용하여 구한 push pull 신호가 도 12와 도 13에 각각 도시되어 있다.
도 12는 DVD-RW의 push pull 신호이고, 도 13은 DVD-RAM의 push pull 신호이다.
도 12와 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다분할 회절 격자가 적용된 결과, 각각 다른 트랙 주기를 갖는 이종의 광 디스크에서 축 틀어짐 현상없이 양호한 push pull 신호를 얻을 수 있다.
본 발명은 축 틀어짐없이 다종의 광 디스크에서 양호한 트랙제어신호를 검출할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 빔을 방출하는 광원과;
    상기 광원에서 방출된 빔에 대해 적어도 0차 회절광과 ±1차 회절광을 생성하고, 폭이 L인 다수의 분할 영역으로 구비되어 인접한 분할 영역의 격자 패턴이 어긋난 형태를 갖는 회절격자와;
    상기 0차 회절광과 ±1차 회절광을 투과 또는 반사시키는 빔 스프리터와;
    상기 빔 스프리터에서 투과된 빔을 상기 광 디스크에 집광되도록 하는 집광수단과;
    상기 광 디스크에서 반사된 빔에 대해 비점을 발생시키는 원통렌즈와;
    상기 원통렌즈를 통과한 광이 입사되어 트랙제어신호를 검출하는 광 검출수단이 포함되고,
    상기 회절격자의 분할영역의 폭 L은 제1종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L1 및 제2종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭 L2와의 관계에서 정의되고,
    상기 L에 제1정수 또는 제2정수를 곱한 값이 상기 L1 또는 L2의 소정 범위 이내에 속하는 값이 되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 L에 제1정수 또는 제2정수를 곱한 값은 상기 L1 또는 L2의 값의 90%~110% 범위 이내에 속하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭(L1) 및 제2종의 광 디스크에 적합한 분할영역의 폭(L2)는 다음 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
    폭(L1)=(대물렌즈의 촛점거리)/(제1종 광 디스크의 트랙주기)*(빔의 파장)
    폭(L2)=(대물렌즈의 촛점거리)/(제2종 광 디스크의 트랙주기)*(빔의 파장)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분할 영역의 폭(L)은 대물렌즈의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1정수와 제2정수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1정수 또는 제2정수가 복수인 경우 최대값이 선택되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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