KR100717020B1 - 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하는광픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상할 수 있는 광픽업 장치를 개시한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치는, 광을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 포커싱하여 광기록 매체 상에 광스폿을 형성하는 대물렌즈; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광원에서 방출된 광을 분기하여 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿이 광기록 매체 상에 형성되도록 하는 광분기 수단; 광기록 매체에서 반사된 메인 스폿의 광과 서브 스폿의 광의 광량을 각각 검출하는 검출기; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광기록 매체에서 반사된 광을 상기 검출기로 향하게 하는 빔스플리터; 상기 검출기의 출력에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 구면 수차 신호를 각각 생성하는 신호 생성 회로; 및 상기 대물렌즈와 빔스플리터 사이에 위치하는 것으로, 두께 변화에 의한 구면 수차를 상기 신호 생성 회로에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 보상하기 위한 구면수차 보상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하는 광픽업 장치{Optical pickup apparatus capable of detecting and compensating spherical aberration due to thickness variation of recording layer}
도 1은 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하는 종래의 광픽업 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래의 광픽업 장치의 광검출기의 구성 및 상기 광검출기에 수광되는 빔 스폿의 패턴을 도시한다.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 사용되는 홀로그램 광학소자의 구성을 예시적으로 도시하는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광픽업 장치의 광검출기의 구성, 상기 광검출기에 수광되는 빔 스폿의 패턴 및 상기 광검출기와 연결되어 트래킹 에러 신호, 구면 수차 신호 등을 구하는 주변 회로를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 광기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차 신호의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 광픽업 장치에서의 트래킹 에러 신호를 보여주는 그 래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 대물렌즈의 시프트가 있는 경우 광기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차 신호의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 대물렌즈의 시프트가 있는 경우 트래킹 에러 신호를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 광기록/재생 시스템을 개략적으도 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
11.....광원 12.....콜리메이팅 렌즈
13.....홀로그램 광학소자 14.....빔스플리터
15.....구면수차 보상소자 16.....대물렌즈
17.....액츄에이터 18.....수렴렌즈
19.....비점수차 렌즈 20.....검출기
본 발명은 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상할 수 있는 광픽업 장치에 관한 것이다.
산업 발전과 더불어 처리 및 기록해야 할 정보량이 증가하면서, 보다 기록밀도가 높은 광기록 매체가 요구되고 있다. 이러한 고용량의 광기록 매체는 광기록 매체에 포커싱 되는 광스폿의 크기를 작게 함으로써 실현될 수 있다. 광스폿의 크 기를 작게 하기 위해서는, 일반적으로 보다 짧은 파장을 갖는 광을 사용하고 대물렌즈의 개구수(numerical aperture; NA)를 증가시켜야 한다. 예컨대, 405nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 광원과 0.85의 개구수를 갖는 대물렌즈가 블루레이 디스크(Blu-ray disc; BD) 시스템에서 사용되고 있다.
일반적인 광기록 매체의 구조를 보면, 정보 기록층의 상하면에 각각 투명기판이 형성되어 있어서 정보 기록층을 먼지나 긁힘으로부터 보호한다. 기록층은 단층 구조로 구성될 수도 있지만, 기록층을 2층 구조로 구성함으로써 고용량의 정보 저장 기능을 실현하는 광기록 매체도 개발되어 있다. 이러한 복층 구조의 광기록 매체의 경우, 서로 인접하는 기록층들 사이에 스페이서층을 두어 두 기록층들을 분리한다.
상기와 같은 구조의 광기록 매체에서 정보를 기록하거나 재생하기 위해서는, 광픽업 장치를 통해 광기록 매체의 기록층에 광을 포커싱하고 상기 기록층으로부터 반사된 광을 분석한다. 이 과정에서, 광은 투명기판을 통과하여 기록층에 입사하거나, 또는 복층 구조의 광기록 매체의 경우, 투명기판, 상부 기록층 및 스페이서층을 차례로 통과하여 하부 기록층에 입사한다. 그런데, 제조과정에서의 오차 또는 기록층의 변화(예컨대, 상부 기록층에서 하부 기록층으로 또는 하부 기록층에서 상부 기록층으로)로 인하여 기록층의 두께가 미세하게 변하게 되면, 구면 수차가 발생하게 된다. 여기서, 기록층의 두께는 광기록 매체의 입사 표면으로부터의 거리로 정의된다. 일반적으로 구면 수차는 기록층의 두께의 변화량에 비례하고 대물렌즈의 개구수의 4제곱에 비례한다. 이러한 구면 수차는 정보를 기록/재생하는 시스템의 성능을 저하시키는데, 특히, 기록밀도를 높이기 위하여 개구수가 큰 대물렌즈를 사용하는 시스템에서는 그 영향이 매우 크다. 따라서, 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상할 수 있는 광픽업 장치가 요구되고 있다.
도 1은 미국특허공개 US2002/0041542에 개시된 종래의 광픽업 장치를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 광픽업 장치는, 광원(101), 콜리메이팅 렌즈(102), 회절격자(112), 빔스플리터(103), 볼록렌즈와 오목렌즈로 구성된 렌즈 조합(104), 대물렌즈(105), 액츄에이터(106), 홀로그램 광학소자(108), 수렴렌즈(109), 실린더 렌즈(110) 및 검출기(111)를 포함하고 있다.
도 1에 도시된 광픽업 장치의 동작을 보면, 광원(101)에서 방출된 광은 콜리메이팅 렌즈(102)에 의해 평행광이 된 후, 회절격자(112)에 입사한다. 상기 회절격자(112)에 회절된 광은 세 개의 광, 즉, 0차 회절광과 ±1차 회절광으로 분리되어 빔스플리터(103)와 렌즈 조합(104)을 통과한 후, 대물렌즈(105)에 의해 광기록 매체(D)의 기록층 상에 포커싱된다. 이때, 대물렌즈(105)에 의해 포커싱된 0차 회절광은 메인 스폿이 되며, 대물렌즈(105)에 의해 포커싱된 ±1차 회절광은 메인 스폿 양측의 제 1 및 제 2 서브 스폿이 된다. 메인 스폿은 광기록 매체(D) 상의 한 트랙에 위치하고, 두 개의 제 1 및 제 2 서브 스폿은 메인 스폿이 포커싱된 트랙과 그 인접 트랙 사이의 중간에 위치하게 된다.
이렇게 포커싱된 세 개의 광은 기록층에서 반사되어 다시 대물렌즈(105)와 렌즈 조합(104)을 통과한 후, 빔스플리터(103)에 의해 반사되어 홀로그램 광학소자(hologram optical element; HOE)(108)에 입사하게 된다. 홀로그램 광학소자(108) 는 입사광의 대부분을 통과시키고 일부를 회절시키는 역할을 하는 것으로, 메인 스폿의 광을 대부분 통과시키는 한편, 일부를 회절시켜 제 3 및 제 4 서브 스폿을 형성한다. 그런 후, 메인 스폿과 제 1 내지 제 4 서브 스폿은 수렴 렌즈(109)에 의해 수렴된 후, 실린더 렌즈(110)를 통과하여 검출기(111)에 입사하게 된다. 여기서, 실린더 렌즈(110)는 포커싱 에러 신호를 얻기 위한 일반적인 비점 수차법에 따라 각 광에 비점 수차를 제공하는 역할을 한다.
도 2는 검출기(111)에 수광되는 빔 스폿의 패턴을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기(111)는 5개의 4분할 광검출기(quad-detector)(111a~111e)로 구성되며, 상기 4분할 광검출기(111a~111e)에 메인 스폿과 제 1 내지 제 4 서브 스폿이 각각 수광된다. 이때, 메인 스폿과 제 1 및 제 2 서브 스폿을 수광한 4분할 광검출기(111a~111c)의 출력은 일반적인 DPP(differential push-pull) 방법에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 광기록 매체(D)에 기록된 정보를 재생하기 위한 RF 신호를 얻는 데 사용된다. 이렇게 얻은 트래킹 에러 신호 및 포커싱 에러 신호는 제어/구동 회로를 통해 액츄에이터(106)를 제어하는 데 사용된다. 또한, 제 3 및 제 4 서브 스폿을 수광한 4분할 광검출기(111d,111e)의 출력을 통해 두께 변화에 따른 구면 수차 신호를 얻는다. 이렇게 얻은 구면 수차 신호를 이용하여 제어/구동 회로가 렌즈 조합(104)의 볼록 렌즈와 오목 렌즈 사이의 간격을 조절함으로써 구면 수차를 최소화할 수 있다.
그러나, 상술한 미국특허공개 US2002/0041542에 개시된 종래의 광픽업 장치의 경우, 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하기 위하여 회절 격자와 홀 로그램 광학소자를 모두 사용하기 때문에, 광학소자의 증가에 따른 광학적 효율의 저하를 가져오며, 비교적 고가인 광검출기를 다수 사용해야 한다는 문제가 있다.
한편, 미국특허 제6,661,750호 역시 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하는 광픽업 장치를 개시하고 있으나, 상기 광픽업 장치의 경우, 구면 수차 신호가 광픽업 장치에서의 디포커싱에 영향을 받는다는 문제가 있다. 따라서, 두께 변화 없이 약간의 디포커싱만이 있는 경우에도 구면 수차 신호가 발생하게 되어 정확한 구면 수차의 보정이 어렵다.
또한, 미국특허 제6,807,133호에 개시된 광픽업 장치의 경우, 8분할 홀로그램 광학소자를 사용하기 때문에, 홀로그램 광학소자의 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 검출기의 구조 역시 매우 복잡하게 되어 제조가 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하는데 있어서, 구조가 비교적 간단하고, 디포커싱에 의한 영향을 받지 않으며, 비교적 저렴하게 제작할 수 있는 할 수 있는 광픽업 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치는, 광을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 포커싱하여 광기록 매체 상에 광스폿을 형성하는 대물렌즈; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광원에서 방출된 광을 분기하여 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿이 광기록 매체 상에 형성되도록 하는 광분기 수단; 광기록 매체에서 반사된 메인 스폿의 광과 서브 스폿의 광의 광량을 각각 검출하는 검출기; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광기록 매체에서 반사된 광을 상기 검출기로 향하게 하는 빔스플리터; 상기 검출기의 출력에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 구면 수차 신호를 각각 생성하는 신호 생성 회로; 및 상기 대물렌즈와 빔스플리터 사이에 위치하는 것으로, 두께 변화에 의한 구면 수차를 상기 신호 생성 회로에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 보상하기 위한 구면수차 보상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 광분기 수단에 의해 형성된 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿은 광기록 매체의 기록층의 동일한 트랙 위에 일렬로 배열되며, 메인 스폿의 전방과 후방에 각각 서브 스폿이 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광분기 수단은 0차 회절된 메인 스폿과, 메인 스폿 보다 광량이 작으며 ±1차 회절된 두 개의 서브 스폿을 형성하는 홀로그램 광학소자일 수 있다. 이 경우, 상기 홀로그램 광학소자에 의해 형성되는 두 개의 서브 스폿은 동일한 광량을 가지며, 두 개의 서브 스폿 중 하나는 광축에 인접하며 원형 단면을 갖고, 다른 하나는 광축으로부터 상대적으로 멀고 고리 형태의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 홀로그램 광학소자는 원형의 제 1 영역과 상기 제 1 영역 외측의 제 2 영역을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 영역에는 간격이 상이한 회절 격자가 각각 형성되어 있다.
한편, 상기 홀로그램 광학소자는 상기 광원과 빔스플리터 사이에 배치될 수 있다. 또는, 상기 홀로그램 광학소자는 상기 대물렌즈와 빔스플리터 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 홀로그램 광학소자는 광기록 매체를 향해 입사하는 광만을 선택적으로 회절시키는 편광 홀로그램 광학소자인 것이 바람직하다.
또한, 상기 검출기는 광기록 매체로부터 반사된 메인 스폿의 광량을 측정하는 하나의 메인 스폿 4분할 광검출기와 광기록 매체로부터 반사된 두 개의 서브 스폿의 광량을 각각 측정하는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 광기록 매체로부터 반사되어 상기 검출기로 입사하는 광에 비점수차를 부여하는 비점수차 렌즈가 상기 빔스플리터와 검출기 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 신호 생성 회로는, 포커싱 에러 신호 및 RF 신호를 생성하기 위한 RF/FES 회로, 트래킹 에러 신호를 생성하기 위한 TES 회로, 및 구면 수차 신호를 생성하기 위한 SAS 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 RF/FES 회로는 상기 메인 스폿 4분할 광검출기의 각 세그먼트에서 측정된 광량을 모두 합산하여 RF 신호를 생성하고, 한 대각선 방향의 두 세그먼트에서 측정된 광량의 합과 다른 대각선 방향의 두 세그먼트에서 측정된 광량의 합의 차로서 포커싱 에러 신호를 생성한다.
또한, 상기 SAS 회로는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 각각 산출한 두 개의 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차로서 구면 수차 신호를 생성한다.
또한, 상기 TES 회로는 메인 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 메인 스폿의 푸시-풀 신호와 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 서브 스폿의 푸시-풀 신호의 차로서 트래킹 에러 신호를 생성한다.
한편, 상기 구면수차 보상소자는, 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 의해 발생하는 구면 수차와 반대 방향의 구면 수차를 발생시키는 액정 패널 또는 빔 확대기일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광픽업 장치는, 상기 신호 생성 회로에서 발생한 트래킹 에러 신호 및 포커싱 에러 신호에 따라 상기 대물렌즈를 구동하는 액츄에이터와 상기 광원으로부터 방출된 광을 평행빔으로 만드는 콜리메이팅 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광기록 매체를 탑재 및 회전시키는 구동 장치; 광기록 매체의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 광기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 광기록 매체에 정보를 기록하는 광픽업 장치; 및 상기 광픽업 장치의 포커싱 및 트래킹 서보를 제어하는 제어부;를 구비하는 광기록/재생 시스템에 있어서, 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하기 위하여 상기 광픽업 장치는, 광을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 포커싱하여 광기록 매체 상에 광스폿을 형성하는 대물렌즈; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광원에서 방출된 광을 분기하여 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿이 광기록 매체 상에 형성되도록 하는 광분기 수단; 광기록 매체에서 반사된 메인 스폿의 광과 서브 스폿의 광의 광량을 각각 검출하는 검출기; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치하는 것으로, 광기록 매체에서 반사된 광을 상기 검출 기로 향하게 하는 빔스플리터; 상기 검출기의 출력에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 구면 수차 신호를 각각 생성하는 신호 생성 회로; 및 상기 대물렌즈와 빔스플리터 사이에 위치하는 것으로, 기록층의 두께 변화에 의한 구면 수차를 상기 신호 생성 회로에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 보상하기 위한 구면수차 보상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치의 구조 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치는, 광을 방출하는 광원(11), 상기 광원(11)으로부터 방출된 광을 평행빔으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(12), 평행빔을 포커싱하여 광디스크와 같은 광기록 매체(D) 상에 광스폿을 형성하는 대물렌즈(16), 상기 광원(11)과 대물렌즈(16) 사이에 위치하며 평행빔을 메인 빔과 서브 빔으로 분기시키는 광분기 수단(13), 광기록 매체(D)에서 반사된 광의 광량을 검출하는 검출기(20), 상기 광원(11)과 대물렌즈(16) 사이에 위치하며 상기 광기록 매체(D)에서 반사된 광을 상기 검출기(20)로 향하게 하는 빔스플리터(14), 상기 검출기(20)의 출력을 받아 트래킹 에러 신호(tracking error signal; TES), 포커싱 에러 신호(focusing error signal; FES) 및 구면 수차 신호(spherical aberration signal; SAS)를 각각 생성하는 신호 생성 회로(30,40,50) 및 상기 대물렌즈(16)와 빔스플리터(14) 사이에 위치하며 두께 변화에 의한 구면 수차를 상기 신호 생성 회로(30,40,50)에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 보상하 기 위한 구면수차 보상소자(15)를 포함하고 있다. 상기 신호 생성 회로(30,40,50)는 포커싱 에러 신호(FES) 및 RF 신호를 생성하기 위한 RF/FES 회로(30), 트래킹 에러 신호(TES)를 생성하기 위한 TES 회로(40) 및 구면 수차 신호(SAS)를 생성하기 위한 SAS 회로(50)로 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 트래킹 에러 신호(TES)와 포커싱 에러 신호(FES)에 따라 대물렌즈(16)를 트래킹/포커싱 구동하는 액츄에이터(17)를 더 포함한다.
광원(11)은 레이저 다이오드와 같은 소정의 파장을 갖는 광을 방출하는 반도체 레이저 소자일 수 있다. 예컨대, 기록밀도가 높은 광기록 매체에 대한 요구에 따라 약 405nm의 짧은 파장을 갖는 블루 레이를 방출하는 반도체 레이저 소자를 광원(11)으로서 사용할 수 있다. 광원(11)으로부터 방출된 광은 일반적으로 발산광이기 때문에, 콜리메이팅 렌즈(12)를 사용하여 평행빔으로 변환시킨다. 이렇게 콜리메이팅 렌즈(12)를 통과하여 평행빔으로 변환된 광은, 도 3에 도시된 바와 같이, 광분기 수단(13)에 입사한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 광분기 수단(13)은, 예컨대, 홀로그램 광학소자(hologram optical element; HOE)를 사용할 수 있다. 홀로그램 광학소자는 입사광을 다수의 회절광으로 분기시키며, 표면에 형성된 회절 패턴의 형태에 따라 회절광의 광량을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 사용되는 홀로그램 광학소자의 구성을 예시적으로 도시하는 정면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀 로그램 광학소자(13)의 표면은 반경 R1 내측의 영역(13a)과 반경 R1 외측의 영역(13b)으로 나누어져 있으며, 상기 홀로그램 광학소자(13)의 두 영역(13a, 13b)에는 격자 간격이 각각 다른 회절 격자가 형성되어 있다. 여기서, R2는 콜리메이팅 렌즈(12)를 투과한 평행빔이 입사하는 영역의 반경이다. 이러한 구조에서, 홀로그램 광학소자(13)에 입사하는 평행빔은 0차 회절된 메인 빔과 상기 메인 빔 보다 광량이 작으며 ±1차 회절된 두 개의 서브 빔으로 분기된다. 이때, 상기 홀로그램 광학소자(13)로부터 출사되는 메인 빔은 반경이 R2인 원형 단면을 갖는 평행빔이다. 또한, ±1차 회절되어 출사되는 서브 빔들 중 하나는 광축에 인접하며 반경이 R1인 원형 단면을 갖고, 다른 하나는 광축으로부터 비교적 멀고 내측 반경이 R1이며 외측 반경이 R2인 고리 형태의 단면을 갖는다. 한편, 광기록 매체의 기록층의 실제 두께 변화량과 선형적인 비례 관계를 갖는 구면 수차 신호를 얻을 수 있도록, 상기 두 개의 서브 빔들의 광량이 서로 동일한 것이 좋다. 이를 위해서, 반경 R2에 대한 반경 R1의 비는 약 0.75 인 것이 적당하다.
상기 홀로그램 광학소자(13)에 의해 형성된 메인 빔과 서브 빔들은 빔스플리터(beam splitter)(14)와 후술할 구면수차 보상소자(15)를 통과하여 대물렌즈(16)에 입사한다. 대물렌즈(16)는 메인 빔과 서브 빔들을 포커싱하여 광기록 매체(D) 상에 광스폿을 형성한다. 이하, 메인 빔의 광스폿을 메인 스폿이라 부르고, 서브 빔들의 광스폿을 서브 스폿이라고 부른다. 일반적으로, 광기록 매체(D) 내의 기록 층은 광기록 매체(D)를 나선형으로 일주하는 다수의 트랙의 형태로 형성되어 있다. 상기 대물렌즈(16)에 의해 형성되는 메인 스폿과 서브 스폿들은 이러한 트랙들 중 하나에 일렬로 위치하게 되는데, 특히 메인 스폿의 전방과 후방에 서브 스폿이 각각 하나씩 위치하게 된다.
이렇게 해서 광기록 매체(D) 상에 포커싱된 메인 빔과 서브 빔들은 기록층 트랙에서 반사 및 회절된 후, 다시 대물렌즈(16)와 구면수차 보상소자(15)를 통과하여 빔스플리터(14)에 입사한다. 빔스플리터(14)는 광기록 매체(D)로부터 반사된 광을 검출기(20)를 향해 반사시킨다. 빔스플리터(14)에 의해 반사된 광은 수렴렌즈(18)에 의해 검출기(20) 상에 포커싱되어 메인 스폿과 서브 스폿을 형성한다. 이때, 검출기(20) 상에 형성되는 메인 스폿과 서브 스폿에는 비점수차 렌즈(19)에 의해 약 45°의 비점수차(astigmatism)가 부여된다.
검출기(20)는, 예컨대, 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿의 광량을 각각 검출하기 위한 3개의 4분할 광검출기로 구성될 수 있다. 도 5에는 이러한 3개의 4분할 광검출기(21~23) 및 상기 4분할 광검출기(21~23) 상에 형성된 광스폿의 패턴이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 4분할 광검출기(21~23)는 4개의 세그먼트로 분할되어 각각의 세그먼트에서 개별적으로 광량을 검출한다. 도 5에서, 중앙에 위치하는 메인 스폿 4분할 광검출기(21)는 메인 스폿의 광량을 검출하며, 상부 및 하부의 서브 스폿 4분할 광검출기(22,23)는 두 개의 서브 스폿의 광량을 각각 검출한다. 대물렌즈(16)를 트래킹 및 포커싱 구동하기 위한 트래킹 에러 신호(TES)와 포커싱 에러 신호(FES), 기록층의 두께 변화에 의해 발생하는 구면 수 차를 보정하기 위한 구면 수차 신호(SAS) 및 광기록 매체(D)에 기록된 정보를 재생하기 위한 RF 신호 등은 상기 각각의 4분할 광검출기(21~23)에서 검출된 광량으로부터 얻을 수 있다.
먼저, 포커싱 에러 신호(FES)는 메인 스폿 4분할 광검출기(21)의 대각선 방향의 광량차로부터 계산될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 검출기(20) 상에 형성되는 광스폿에는 비점수차 렌즈(19)에 의해 대각선 방향인 약 45°방향으로 비점수차가 부여되는데, 광이 광기록 매체(D)의 기록층에 정확하게 포커싱되었을 경우에는 검출기(20) 상에 형성되는 광스폿은 거의 원형을 유지하지만, 정확하게 포커싱되지 않은 경우에는 비점수차에 의해 대각선 방향으로 기울어진 타원형의 광스폿이 검출기(20) 상에 형성된다. 따라서, 대물렌즈(16)의 포커싱 에러는 메인 스폿 4분할 광검출기(21)의 두 개의 대각선 방향의 세그먼트에서 각각 측정된 광량의 차이가 된다. 즉, 포커싱 에러 신호(FES)는 다음의 수학식(1)에 의해 계산될 수 있다.
FES = A + C - B - D
여기서, 알파벳 A~D는 메인 스폿 4분할 광검출기(21)의 해당하는 알파벳으로 표시된 세그먼트에서 측정된 광량을 나타낸다.
또한, 광기록 매체(D)에 기록된 정보를 재생하기 위한 RF 신호는, 다음의 수학식(2)에 정의된 바와 같이, 메인 스폿 4분할 광검출기(21)의 각 세그먼트에서 측정된 광량의 총합이 된다.
RF = A + C + B + D
광기록 매체(D)의 기록층의 두께 변화는 한 트랙 상에서 메인 스폿의 전방과 후방에 각각 위치하는 두 개의 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차이가 된다. 즉, 기록층의 두께 변화가 없는 경우에는, 메인 스폿의 전방과 후방에 있는 각각의 서브 스폿으로부터 계산한 포커싱 에러 신호가 동일하게 된다. 그러나, 기록층의 두께 변화가 있을 경우에는, 두 서브 스폿의 위치에서 포커싱 깊이가 다르게 되므로 두 서브 스폿의 포커싱 에러 신호가 달라지게 된다. 따라서, 두 개의 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차이는 기록층의 두께 변화량에 비례하게 된다. 수학식(3)은 이러한 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차 신호(SAS)를 서브 스폿 4분할 광검출기(22,23)의 각 세그먼트들에서 검출된 광량으로 나타내고 있다.
SAS = FES1 - FES2 = (F + H - E - G) - (J + L - I - K)
여기서, 알파벳 E~L은 서브 스폿 4분할 광검출기(22,23)의 해당하는 알파벳으로 표시된 세그먼트들에서 측정된 광량을 나타낸다.
한편, 광기록 매체(D) 상에 형성되는 메인 스폿과 서브 스폿들은 기록층 트랙에 의해 반사되는 동시에 트랙의 모서리 부분에 의해 회절하게 된다. 광기록 매체(D) 상에 형성되는 메인 스폿과 서브 스폿들이 트랙의 중심에 정확히 위치할 경우에는 검출기(20) 상에 형성되는 광스폿의 회절 무늬가 대칭을 이루지만, 트랙의 중심에 위치하지 않을 경우에는 검출기(20)에 형성되는 광스폿의 회절 무늬는 비대 칭을 이룬다. 따라서, DPP(differential push-pull) 방법에 따라, 도면에서 보았을 때, 4분할 광검출기(21~23)들의 상하측에 있는 세그먼트들에서 측정된 광량의 차이로서 트래킹 에러 신호(TES)를 구할 수 있다. 즉, 트래킹 에러 신호(TES)는 다음의 수학식(4)로부터 계산될 수 있다.
TES = MPP - M × SPP
= (A + B - C - D) - M × [(E + H - F - G) + (I + L - J - K)]
여기서, MPP는 메인 스폿에 의한 푸시-풀(push-pull) 신호이고, SPP는 서브 스폿에 의한 푸시-풀 신호이며, M 은 메인 스폿과 서브 스폿의 광량차를 고려한 계수이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 포커싱 에러 신호(FES) 및 RF 신호를 생성하기 위한 RF/FES 회로(30), 트래킹 에러 신호(TES)를 생성하기 위한 TES 회로(40) 및 구면 수차 신호(SAS)를 생성하기 위한 SAS 회로(50)는, 상술한 수학식(1)~(4)에 따라 4분할 광검출기(21~23)의 각 세그먼트들의 출력을 합하거나 차감하는 다수의 가산기와 차동회로로 구성된다.
이렇게 해서 구한 포커싱 에러 신호(FES)와 트래킹 에러 신호(TES)는 액츄에이터(17)로 보내져서, 정보를 기록하거나 재생할 때 대물렌즈(16)를 포커싱 및 트래킹 제어하는 데 사용된다. 또한, 구면 수차 신호(SAS)는 구면수차 보상소자(15)로 보내져서, 기록층의 두께 변화에 따른 구면수차를 보상하는 데 사용된다. 상기 구면수차 보상소자(15)로는, 예컨대, 액정 패널(liquid crystal panel)이나 빔 확 대기(beam expander) 등을 사용할 수 있다. 즉, 광기록 매체(D)의 표면으로부터 기록층까지의 거리 차이에서 발생하는 구면 수차를, 액정 패널이나 빔 확대기를 이용하여 반대 방향의 구면 수차를 발생시킴으로써 보상하게 된다. 이러한 액정 패널이나 빔 확대기를 이용한 구면 수차의 보상 방법은 공지된 기술이므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 따른 광픽업 장치에서 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차 신호(SAS)의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 구면 수차 신호(SAS)는 기록층의 두께 변화에 대해 양호한 선형적 비례 관계를 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7은 대물렌즈(16)가 기록층의 트랙을 횡단하면서 발생하는 트래킹 에러 신호(TES)를 도시한다. 도 7에서, 대물렌즈(16)에 의해 포커싱되는 광스폿이 정확히 트랙의 중심에 위치하는 경우 또는 트랙과 트랙 사이에 정확히 위치하는 경우에 트래킹 에러 신호(TES)가 0 이 된다. 따라서, 도 7의 그래프에 표시된 트래킹 에러 신호(TES)의 값으로부터 광스폿이 트랙 상의 어느 위치에 있는지를 알 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 대물렌즈(16)가 트랙의 가장자리 방향으로 소정의 거리만큼(예컨대, 약 2mm) 시프트 된 경우의 구면 수차 신호(SAS)와 트래킹 에러 신호(TES)를 도시하는 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치에서는, 대물렌즈(16)가 시프트 되더라도 구면 수차 신호(SAS)에는 영향을 주지 않기 때문에 항상 정확한 구면 수차 신호(SAS)를 얻을 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(16)가 시프트 되는 경우, 메인 스 폿에 의한 푸시-풀 신호(MPP)와 서브 스폿에 의한 푸시-풀 신호(SPP)는 소정의 값만큼 오프셋 되지만, 상기 두 신호(즉, MPP와 SPP)의 차로부터 구해지는 트래킹 에러 신호(TES)에는 오프셋이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 광픽업 장치에서는, 대물렌즈(16)가 시프트 되더라도 항상 정확한 트래킹 에러 신호(TES)를 얻을 수 있다.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광픽업 장치는, 동일한 기록층 트랙 상에 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿을 형성하기 때문에, 기록층의 트랙이 랜드(land) 또는 그루브(groove)의 형태로 된 모든 형태의 광기록 매체, 예컨대, DVD-RW, DVD-RAM, HDDVD-RW, BD-RW 등에 모두 적용될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 홀로그램 광학소자(13)에서 발생되는 두 개의 서브 스폿이 동일한 광량을 갖기 때문에, 광픽업 내에 약간의 디포커싱이 발생하더라도 그에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 즉, 동일한 광량의 두 개의 서브 스폿은 디포커싱에 의한 영향을 동일하게 받는 한편, 구면 수차 신호(SAS)는 두 개의 서브 스폿에서의 포커싱 에러 신호의 차(즉, SAS = FES1 - FES2)로서 구해지기 때문에, 디포커싱에 의한 영향은 상쇄될 수 있다. 따라서, 광픽업 내에 디포커싱이 발생하더라도 기록층의 두께 변화에 의한 구면 수차 신호(SAS)를 정확하게 계산하는 것이 가능하다.
한편, 상술한 설명에서는 홀로그램 광학소자(13)가 광원(11)과 빔스플리터(14)에 위치하는 것으로 설명하였으나, 빔스플리터(14)과 대물렌즈(16) 사이에 홀로그램 광학소자를 배치할 수도 있다. 이 경우, 홀로그램 광학소자는 광기록 매체 (D)를 향하여 입사하는 광만을 회절시키고, 광기록 매체(D)로부터 반사되어 입사하는 광은 그대로 통과시키도록 방향성을 가질 필요가 있다. 이러한 홀로그램 광학소자로서, 예컨대, 편광 홀로그램 광학소자(p-HOE)를 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 광기록/재생 시스템의 전체적인 구조를 개략적으도 도시하고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 광기록/재생 시스템(60)은, 예컨대, CD, DVD 또는 BD와 같은 디스크 형상의 광기록 매체(D)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(65), 상기 광기록 매체(D)의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 광기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 광기록 매체에 정보를 기록하는 광픽업(61), 스핀들 모터(65)를 구동하기 위한 구동부(67), 및 광픽업(61)의 포커싱 및 트래킹 서보를 제어하기 위한 제어부(69)를 포함한다. 여기서, 미설명된 참조번호 62는 광기록 매체(D)가 탑재되는 턴테이블이고, 63은 광기록 매체(D)를 척킹하기 위한 클램프를 나타낸다.
광픽업(61)은, 상술한 바와 같이, 광원으로부터 출사된 광을 광기록 매체(D)에 집속시키는 대물렌즈(16)를 포함하는 광학계와, 상기 대물렌즈(16)를 구동하기 위한 액츄에이터와, 포커싱 에러 신호(FES), 트래킹 에러 신호(TES), 구면 수차 신호(SAS) 및 RF 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함한다.
광기록 매체(D)로부터 반사된 광은 광픽업(61)에 마련된 광검출기를 통해 검출되고 광전변환되어 상술한 전기적 신호들로 바뀌고, 상기 전기적 신호들은 제어부(69)에 입력된다. 제어부(69)는 구동부(67)를 통해 스핀들 모터(65)의 회전 속도를 제어하는 한편, 광픽업(61)으로부터 입력된 신호를 바탕으로 광픽업(61)의 포커 싱 및 트래킹 구동을 제어한다. 또한, 상기 제어부(69)는 광픽업(61)으로부터 입력된 RF 신호를 바탕으로 광기록 매체(D)에 기록된 정보를 재생한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업 장치는 비교적 간단한 구조로 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지 및 보상할 수 있다. 또한, 광픽업에 디포커스가 발생하더라도 구면 수차 신호에는 영향을 주지 않기 때문에 정확하게 기록층의 두께 변화를 탐지할 수 있으며, 대물렌즈에 시프트가 발생하는 경우에도 트래킹 에러 신호에 영향을 주지 않는다. 이러한 본 발명에 따른 광픽업 장치는 구조가 간단하고 고가의 부품을 적게 사용하기 때문에 비교적 저렴하게 제작할 수 있다.

Claims (24)

  1. 광을 방출하는 광원;
    광원에서 방출된 광을 분기하여 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿이 광기록 매체 상에 형성되도록 하는 광분기 수단;
    광기록 매체에서 반사된 메인 스폿의 광과 서브 스폿의 광의 광량을 각각 검출하는 검출기;
    상기 검출기의 출력에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 구면 수차 신호를 각각 생성하는 신호 생성 회로; 및
    상기 신호 생성 회로에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 구면 수차를 보상하기 위한 구면수차 보상소자;를 포함하며,
    구면 수차 신호는 두 개의 서브 스폿으로부터 각각 산출한 두 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차로부터 구하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분기 수단에 의해 형성된 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿은 광기록 매체의 기록층의 동일한 트랙 위에 일렬로 배열되며, 메인 스폿의 전방과 후방에 각각 서브 스폿이 위치하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광분기 수단은 0차 회절된 메인 스폿과, 메인 스폿 보다 광량이 작으며 ±1차 회절된 두 개의 서브 스폿을 형성하는 홀로그램 광학소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀로그램 광학소자에 의해 형성되는 두 개의 서브 스폿은 동일한 광량을 가지며, 두 개의 서브 스폿 중 하나는 광축에 인접하며 원형 단면을 갖고, 다른 하나는 광축으로부터 상대적으로 멀고 고리 형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀로그램 광학소자는 원형의 제 1 영역과 상기 제 1 영역 외측의 제 2 영역을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 영역에는 간격이 상이한 회절 격자가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    광원에서 방출된 광을 광기록 매체로 투과시키고, 광기록 매체에서 반사된 광을 상기 검출기로 반사하는 빔스플리터를 더 포함하며,
    상기 홀로그램 광학소자는 상기 광원과 빔스플리터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    광원에서 방출된 광을 광기록 매체로 투과시키고, 광기록 매체에서 반사된 광을 상기 검출기로 반사하는 빔스플리터를 더 포함하며,
    상기 홀로그램 광학소자는 광기록 매체와 빔스플리터 사이에 배치되며, 광기록 매체를 향해 입사하는 광만을 선택적으로 회절시키는 편광 홀로그램 광학소자인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기는 광기록 매체로부터 반사된 메인 스폿의 광량을 측정하는 하나의 메인 스폿 4분할 광검출기와 광기록 매체로부터 반사된 두 개의 서브 스폿의 광량을 각각 측정하는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광기록 매체로부터 반사되어 상기 검출기로 입사하는 광에 비점수차를 부여하는 비점수차 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는, 포커싱 에러 신호 및 RF 신호를 생성하기 위한 RF/FES 회로, 트래킹 에러 신호를 생성하기 위한 TES 회로, 및 구면 수차 신호를 생성하기 위한 SAS 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 RF/FES 회로는 상기 메인 스폿 4분할 광검출기의 각 세그먼트에서 측정된 광량을 모두 합산하여 RF 신호를 생성하고, 한 대각선 방향의 두 세그먼트에서 측정된 광량의 합과 다른 대각선 방향의 두 세그먼트에서 측정된 광량의 합의 차로서 포커싱 에러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 SAS 회로는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 각각 산출한 두 개의 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차로서 구면 수차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 TES 회로는 메인 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 메인 스폿의 푸시-풀 신호와 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 서브 스폿의 푸시-풀 신호의 차로서 트래킹 에러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구면수차 보상소자는, 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 의해 발생하는 구면 수차와 반대 방향의 구면 수차를 발생시키는 액정 패널 또는 빔 확대기인 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로에서 발생한 트래킹 에러 신호 및 포커싱 에러 신호에 따라, 광기록 매체 상에 광을 포커싱하는 대물렌즈를 구동하는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출된 광을 평행빔으로 만드는 콜리메이팅 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업 장치.
  17. 광기록 매체를 탑재 및 회전시키는 구동 장치; 광기록 매체의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 광기록 매체에 기록된 정보를 재생하거나 광기록 매체에 정보를 기록하는 광픽업 장치; 및 상기 광픽업 장치의 포커싱 및 트래킹 서보를 제어하는 제어부;를 구비하는 광기록/재생 시스템에 있어서,
    상기 광픽업 장치는:
    광을 방출하는 광원;
    광원에서 방출된 광을 분기하여 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿이 광기록 매체 상에 형성되도록 하는 광분기 수단;
    광기록 매체에서 반사된 메인 스폿의 광과 서브 스폿의 광의 광량을 각각 검출하는 검출기;
    상기 검출기의 출력에 따라 트래킹 에러 신호, 포커싱 에러 신호 및 구면 수차 신호를 각각 생성하는 신호 생성 회로; 및
    상기 신호 생성 회로에서 생성된 구면 수차 신호에 따라 구면 수차를 보상하기 위한 구면수차 보상소자;를 포함하며,
    구면 수차 신호는 두 개의 서브 스폿으로부터 각각 산출한 두 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차로부터 구하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광분기 수단에 의해 형성된 하나의 메인 스폿과 두 개의 서브 스폿은 광기록 매체의 기록층의 동일한 트랙 위에 일렬로 배열되며, 메인 스폿의 전방과 후방에 각각 서브 스폿이 위치하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 광분기 수단은 0차 회절된 메인 스폿과, 메인 스폿 보다 광량이 작으며 ±1차 회절된 서로 동일한 광량의 두 개의 서브 스폿을 형성하는 홀로그램 광학소자인 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 검출기는 광기록 매체로부터 반사된 메인 스폿의 광량을 측정하는 하나의 메인 스폿 4분할 광검출기와 광기록 매체로부터 반사된 두 개의 서브 스폿의 광량을 각각 측정하는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 각각 산출한 두 개의 서브 스폿의 포커싱 에러 신호의 차로서 구면 수차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는 메인 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 메인 스폿의 푸시-풀 신호와 두 개의 서브 스폿 4분할 광검출기에서 산출한 서브 스폿의 푸시-풀 신호의 차로서 트래킹 에러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  23. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 구면수차 보상소자는, 광기록 매체의 기록층의 두께 변화에 의해 발생하는 구면 수차와 반대 방향의 구면 수차를 발생시키는 액정 패널 또는 빔 확대기인 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
  24. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로에서 발생한 트래킹 에러 신호 및 포커싱 에러 신호에 따라, 광기록 매체 상에 광을 포커싱하는 대물렌즈를 구동하는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기록/재생 시스템.
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