KR100717857B1 - 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 디스크 장치의 광 픽업 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 디스크 장치의 광 픽업에 관한 것으로써, 특히 광 디스크 상에서 부빔의 각도나, 트랙간의 간격에 상관없이 안정적인 트래킹 서보를 구현할 수 있는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 차동 푸쉬풀 방법을 이용하여 트래킹 에러 신호를 검출하는 광 픽업 장치에 관한 것으로써, 상기 광 픽업 내의 회절소자는 부빔을 디포커싱 시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 부빔의 위치에 관계없이 안정적인 DPP신호를 검출할 수 있으므로, 회절격자의 조정이 필요 없으며, 대물렌즈의 위치도 중심에 놓일 필요가 없게 되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 트랙 피치가 서로 다른 디스크 간에 호환성 있는 DPP 신호검출도 가능하게 한다.

광디스크, 광픽업, 회절격자, 트래킹에러, 푸쉬풀, DPP, SPP

Description

부빔의 각도 조정이 필요없는 광 디스크 장치의 광 픽업{Pick-up of Optical Disc System without Angle Controlling for Sub Beam}

도 1a 및 도 1b는 3빔법을 이용한 트래킹 에러검출방법을 나타낸 것이다.

도 2a는 3빔 방식에서 트래킹 에러 신호의 앰프 구성을 나타낸 것이다.

도 2b는 E-F 신호 파형을 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3e는 푸쉬풀법을 이용한 트래킹 에러 검출방법을 나타낸 것이다.

도 4는 차동 푸쉬-풀 방식을 이용한 트래킹 에러 검출방법을 나타낸 것이다.

도 5는 종래의 2분할 회절격자의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크에서의 집광빔의 경로를 나타낸 것이다.

도 7은 포커스 에러신호인 S 커브를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 다이오드에서의 빔 형상을 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 래디얼 쉬프트에 따른 메인빔 푸쉬풀 신호를 측정한 것이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 래디얼 쉬프트에 따른 부빔 푸쉬풀 신호를 측정한 것이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 광학 요소의 평면을 나타낸 것이다.

{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}

101 : 레이저 다이오드 102 : 회절격자

본 발명은 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 디스크 장치의 광 픽업에 관한 것으로써, 특히 광 디스크 상에서 부빔의 각도나, 트랙간의 간격에 상관없이 안정적인 트래킹 서보를 구현할 수 있는 장치에 관한 것이다.

광 픽업은 일반적으로 광디스크 내에 있는 소정의 기록 트랙 상에 올바르게 광 스팟을 집광시키기 위해서 포커스 에러 및 트래킹 에러신호를 검출하고 상기 에러신호를 이용하여 대물렌즈의 위치를 제어하는 방법으로 구성되어 있다. 상기 트래킹 에러신호를 검출하기 위해서 여러 방법이 사용되고 있는데, 현재 가장 일반적인 CD-ROM용 픽업 신호 검출법에 3빔법을 사용하고 있다. 이것은 1개의 레이저로부터 회절 격자에 의해 3가지의 빔을 만든다. 한가운데의 빔이 메인빔으로, 나머지 2 개의 서브빔을 트랙선 방향에 대하여 트랙 피치의 약 1/4(0.4㎛)만 비키어 놓아 대조 조사되도록 배치하여 놓는다. 세 빔의 반사광은 각각의 수광 소자에 인도된다. 메인 빔의 총합신호가 재생 정보 신호가 된다. 또한, 포커스(초점)추적 서보용의 포커스 오차 신호는 여러 가지 방식이 있지만, 일반적인 비점수차법으로는 반사광의 광로중에 실린드리컬 렌즈 등의 비점수차를 일으키는 광학 소자를 4분할하여 그 대각 합의 차를 잡아 검출한다.

도 1a 및 도 1b는 3빔법을 이용한 트래킹 에러 검출 방법을 나타낸 것이다.

트랙 추적 서보용의 트래킹 오차 신호는 서브빔의 평균 레벨차를 잡아서 검출할 수 있다. 원리는 도 1a과 같이 어떤 빔이 트랙 중심을 주사하였을 때는 피트로부터의 변조가 가장 깊게 되고, 트랙과 트랙의 중간을 주사하였을 때는 피트로부터의 변조는 가장 얕게 되는 것에 의한다. 따라서, 평균레벨은 트랙 중심에서 가장 낮게, 트랙 사이에서 가장 높다. 메인 빔이 트랙 중심을 주사하고 있을 때 서브빔의 평균 레벨은 어느 쪽이나 같은 레벨이다. 메인 빔의 트랙으로부터 1/4트랙 피치정도 어긋나 주사하고 있을 때는 어느 쪽인가의 서브 빔은 트랙 중심에 있으며 한쪽의 서브빔은 트랙 중간에 있다. 따라서, 이때 서브빔의 평균 레벨의 차가 최대로 된다. 이렇게 하여 메인 빔의 트랙 중심으로부터 편차량을 가로축에 잡으면 트래킹 오차 신호는 정현파 위에 얻어진다.

이러한 CD-ROM용 픽업을 그대로 이용하여 레이저를 하이 파워로 하면 CD-R/RW용의 픽업이 될 것 같지만 실은 그렇지 않다.

기록 중에는 메인 빔에 의해 피트(마크)가 형성되어 가기 때문에 선행하는 서브빔은 아직 반사광량이 높고, 뒤의 서브빔은 반사광량이 낮은 상태가 된다. 따라서, 서브빔으로부터 광량차인 트래킹 오차 신호는 메인 빔이 트랙 중심을 주사하고 있더라도 0이 되지 않는다. 바꿔말하면 트래킹 오차 신호가 0이 되는 위치는 트랙 중심에서 어긋나게 된다. 이렇게 되면 빔은 트랙 중심에 서보할 수 없게 되므로 부적당하다.

그래서 일반적으로 CD-R/RW, MO, PD라고 하는 광기록 픽업에서는 트래킹 오차를 검출하는 데 푸쉬풀법이라고 불리는 수법을 사용하는 것이 많다.

푸쉬풀법에서는 반사 빔을 트랙(그루브)과 평행하게 2분할된 수광 소자로 받아 그 차를 취한다. 그 원리는 빔은 그루브에 의해 회절을 받아 그 반사광의 강도분포 패턴의 변화를 잡는 것에 있다. 즉, 빔이 트랙 중심에 있을 때는 강도분포 패턴은 좌우 균형이 잡혀 있지만 트랙 중심에서 벗어나면 비대칭이 되는 것을 이용한다. 이것으로서 3빔인 때와 마찬가지로 트랙 중심에서 0이 되는 정현파 모양의 트래킹 오차 신호를 얻을 수 있다.

푸쉬풀법은 1빔으로 끝나기 때문에 기록 중에서도 정확히 트래킹 오차를 검출할 수 있다. 이 때문에 기록용 픽업에서 자주 사용된다. 그렇지만, 푸쉬풀법에는 트래킹에 따르는 대물 렌즈의 이동이나 디스크의 경사에 의해 수광 소자상의 빔이 어긋나면 빔이 트랙 중심에 있더라도 오차 신호가 0 이 되지 않는다는 결점이 있다.

그러나 상기 1빔의 푸쉬풀에서는 오프셋이 발생한다. 그래서 3빔의 서브빔을 트랙만 비켜 놓아 배치하고 여기서도 푸쉬풀을 잡고 메인 빔의 푸쉬풀과 뺄셈하는 것이 차동푸쉬풀법이다. 이렇게 하면 오프셋은 메인 빔과 서브빔에 같은 양이 실리기 때문에 그 차를 잡으면 캔슬된다. 또한, 푸쉬풀은 메인 빔과 서브빔에 같은 양이 실리기 때문에 그 차를 잡으면 캔슬된다. 또한, 푸쉬풀은 메인 빔과 서브빔으로 반대 극성이 되므로 그 차를 잡으면 2배가 된다.

이 차동푸쉬풀(DPP)법은 그레이팅이라는 회절소자를 이용하여 레이저에서 나오는 광을 0차광과 ±1차광의 3개빔으로 나누어서 0차광에서 푸시풀 신호를 검출하여 이 신호를 메인푸쉬풀(MPP)신호라고 한다. ±1차광에서 검출되는 푸시풀 신호를 서브푸쉬풀(SPP)라고 하는데, 그레이팅의 각도를 조정하여 0차광의 주빔이 디스크 트랙의 그루브에 배치되어 있을 때, ±1차광의 부빔을 랜드에 배치를 하면, MPP와 SPP의 위상이 반대로 발생하게 된다. 한편, 대물렌즈의 래디얼 쉬프트나 틸트에 따라서 발생하는 오프셋의 부호는 MPP나 SPP 모두 같은 방향으로 발생하게 되므로 DPP=MPP-k SPP (k:비례상수)를 연산하면 푸시풀 신호만 남고, 오프셋양은 제거되는 원하는 신호를 얻을 수 있게 된다.

이 DPP법은 기존의 1 빔 푸쉬풀법의 개량된 방법으로 전술한 바와 같이 대물렌즈의 래디얼 쉬프트나 틸트에 따라서 발생하는 오프셋을 제거하고 안정된 트래킹 신호를 검출할 수 있는 방법이다.

하지만, 이 DPP법을 사용하기 위해서는 ±1차광인 부빔의 각도조정이 필요하다. 물론 1종의 디스크를 기록, 재생하는 데는 큰 문제가 없으나, 광디스크의 규격이 다양해 지면서 서로 다른 트랙피치를 가진 디스크들이 생겨나게 되었다.

그 예로서는, 적색 레이저를 사용하는 광디스크인 DVD-R/RW 디스크에서 그루 브와 랜드간 거리가 0.37um이지만, DVD-RAM디스크에서는 0.615um로서 서로 크게 차이가 난다. 그리고 최근 개발되고 있는 청색 레이저를 사용하는 고밀도 디스크에서도 BD디스크는 0.16um 이고, HD-R디스크는 0.2um, HD-RW디스크는 0.34um 로서 서로 차이가 난다.

이를 해결하기 위한 수단으로서, 일본특허공개공보 평 9-81942 에 나와 있는 바와 같이, 도 1에 나타난 것과 같은 중심부를 기준으로 1/2 피치만큼 이동된 2분할 그레이팅을 사용하는 방법이 있다.

이 방법은 2분할 그레이팅에 의해서 발생되는 ±1차광의 부빔을 주빔의 트랙과 동일 트랙상에 배치하여도, SPP신호가 MPP신호와 위상이 반대가 된다. 따라서 부빔을 동일 트랙에 배치를 하면 되기 때문에, 트랙피치에 관계가 없게 된다. 이를 해결하기 위해서 3분할 그레이팅이나 기타 방법들 또한 제시되고 있다.

이 방법의 또 다른 문제점으로는, 대물렌즈의 래디얼 쉬프트에 의한 시야 특성이 나쁘고, 2분할 그레이팅의 조립 에러 등에 민감한 문제점이 있다. 또 하나의 문제점으로는 이 방법 역시 그레이팅의 각도조정은 필요하다. 특히 최근에는 다양한 디스크의 호환을 위해서 대물렌즈를 2개를 사용하는 방법이 사용되고 있는데, 대물렌즈가 배열이 되면서 접선방향으로 어긋났을 때에는, 디스크의 내주와 외주 사이에 부빔의 각도가 변하게 되어서 각도조정이 의미가 없게 된다. 따라서 부빔각도에 상관없이 안정적인 트래킹 신호를 검출하기 위한 방법이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 부빔의 각도에 상관없는 트래킹 에러 신호를 검출하는 광 픽업을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 트랙피치가 다른 광 디스크에서 호환 가능한 트래킹 에러신호를 검출하는 광 픽업을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 픽업은 상기 광 픽업 내의 회절소자가 부빔을 디포커싱 시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 부빔은 두 개가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 회절소자는 홀로그래픽 광학 요소(holographic optical element, 'HOE')를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 디포커스 양은 Δ=S±20%(단, S는 포커스 에러신호 검출시 형성되는 S-커브의 범위를 나타낸다)에 의해 정해지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 앞서 기술한 바와 같이 트랙 피치가 서로 다른 광디스크에서도 안정적인 트래킹 에러 신호검출이 가능하고, 부빔의 위치에 상관없이 DPP신호 검출이 가능한 트래킹 신호검출방법을 제공하는 데 있다.

트랙피치에 관계없이 DPP신호검출이 가능해지려면, 메인 푸쉬풀 신호의 위상 과 서브 푸쉬풀 신호의 위상이 트랙피치에 관계없이 반대위상이 나와야 한다. 하지만, 부빔의 위치가 변하면 서브 푸쉬풀의 위상은 변하게 되므로 이러한 조건은 불가능해진다. 따라서 트랙피치 종류와 부빔의 위치, 두 가지에 모두 상관이 없기 위해서는 서브 푸쉬풀 신호가 교류성분이 아닌, 직류성분으로 나오게 되면 가능해 진다.

따라서 부빔을 대물렌즈의 시야 특성이나 경사에 의해 발생하는 오프셋 양만 서브 푸쉬풀에서 검출이 되도록 하고, 트래킹 신호의 교류성분은 발생하지 않도록 부빔을 발생시키는 소자를 기존의 일반 회절격자 대신 채용하면 본 발명의 목적은 달성 가능해 진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크에서의 집광 빔의 경로를 나타낸 것이다.

상기 실시예에서, 집광빔은 메인 빔인 0차광, 서브 빔인 -1차광, +1차광을 포함한다.

상기 실시예는, 상기 서브빔인 -1, +1 차광이 디포커싱 되어 집광되는 내용을 개략적으로 나타낸 것이다.

트래킹 에러의 신호의 교류성분은 포커싱 된 빔이 초점이 맞지가 않아서 디포커스가 된 경우에 교류성분은 크게 줄어들게 된다. 따라서 부빔의 광을 디스크 상에서 디포커스가 발생하도록 만들어 주는 소자를 사용하면 서브 푸쉬풀신호를 직류성분만 남길 수 있게 된다. 단 이 경우 메인 푸쉬풀신호는 남아 있어야 트래킹 에러 신호를 검출하고, 주된 RF신호도 검출 가능하므로, 0차 광인 메인 광은 디포커스가 발생하면 안 되고, ±1차 광인 부빔만 디포커스를 발생시켜야 한다. 이를 도면으로 나타내면 도 6과 같다.

이러한 역할은 홀로그램 광학 소자(holographic optical element, 'HOE')라는 회절소자를 이용해서 구현 가능하다. 한편, 이 경우 발생시켜야 하는 디포커스양은 크면 클수록 교류성분이 줄어들어 성능이 좋아지지만, 빔을 검출하는 포토 다이오드 상에서 빔의 크기가 너무 커지게 되면, 빔이 포토 다이오드 밖으로 빠져나가게 되는 문제가 있다.

따라서 빔이 빠져나가지 않으면서 교류성분은 없어지게 할 수 있는 정도의 디포커스를 가지는 홀로그램 광학 소자의 설계가 필요하다. 이를 위하여 빔이 포토 다이오드에서 벗어나지 않을 정도의 디포커스양을 계산해보면 다음과 같다.

일반적으로 광 픽업에서 대물렌즈가 상하방향으로 이동하면서 포커스에러 신호를 검출하여 S-커브를 검출하면 도 7과 같은 모양이 된다.

포토 다이오드에서의 빔 형상은 대물렌즈가 초점에 맞을 때 도 8b와 같은 형 상이며, 이때 S-커브 범위를 S 라고 하면, 대물렌즈가 초점에서 -S/2 만큼 이동했을 때, 포토 다이오드에서의 빔은 비점수차법을 사용하면 도 8a와 같이 되며, +S/2 만큼 이동했을 때, 도 8c와 같이 된다.

한편, 픽업의 광학계는 일반적으로 S-커브가 발생하는 -S/2에서 +S/2까지의 범위에서 빔이 포토 다이오드에서 벗어나지 않게 설계하고, 약간의 여분(±20%)을 가진다. 따라서 본 발명의 홀로그램 광학 소자를 이용하여 디포커스를 가한 빔도 포토 다이오드에서 벗어나지 않게 하기 위해서는, 도 8a에서 도 8c정도의 빔 크기가 되면 된다.

이때 대물렌즈가 S/2만큼 이동해서 발생하는 디포커스양은 실제로는 그 2배인 S만큼 디포커스가 발생한 정도와 같다. 따라서 HOE를 이용해서 발생시키는 디포커스가 S의 양이면 포토 다이오드에서의 빔 크기 및 모양은 도 8a 와 도 8c와 같다.

즉 부빔에 디포커스 Δ = S ±20% 의 양을 발생시키는 홀로그램 광학 소자를 사용하면 포토 다이오드에서 빔이 벗어나지 않게 된다.

한편, 이 경우 본 발명이 목적으로 한 서브 푸쉬풀신호가 교류성분이 제거되고 직류성분만 남게 되는지를, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 계산해 보면 도면 9와 같이 된다.

여기서 도 9는 대물렌즈의 래디얼 쉬프트에 따른 메인 푸쉬풀신호를 나타낸 것이며, 도 10은 대물렌즈의 래디얼 쉬프트에 따른 서브 푸쉬풀신호를 나타낸 것이다.

도면에서와 같이 메인 푸쉬풀신호는 대물렌즈의 시야특성에 따라서 오프셋을 가지게 되고, 서브 푸쉬풀신호는 교류성분은 없어지고 직류 성분만 남아서 메인 푸쉬풀의 오프셋을 제거할 수 있으며, 부빔의 위치나 트랙 피치에 무관하게 트래킹 에러 신호를 검출할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 홀로그램 광학 소자의 형상의 예를 도시한 것이다. 상기 홀로그램 광학 소자는 상기 도 11의 형상에 국한된 것이 아니라 광 픽업의 부빔이 디포커싱 되도록 형성되는 것이면 어느것이나 가능함은 자명한 일이다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부빔의 위치에 관계없이 안정적인 DPP신호를 검출할 수 있으므로, 회절격자의 조정이 필요 없으며, 대물렌즈의 위치도 중심에 놓일 필요가 없게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 트랙 피치가 서로 다른 디스크 간에 호환성 있는 DPP 신호 검출도 가능하게 한다.

Claims (4)

1. 차동 푸쉬풀 방법을 이용하여 트래킹 에러 신호를 검출하는 광 픽업 장치에 있어서, 상기 광 픽업 내의 회절소자는 부빔을 디포커싱 시키며,

   상기 디포커스 양은 다음식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 픽업.

   디포커스 Δ=S±20%

   (단, S는 포커스 에러신호 검출시 형성되는 S-커브의 범위를 나타낸다)
2. 제 1항에 있어서, 상기 부빔은 두 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 픽업.
3. 제 2항에 있어서, 상기 회절소자는 홀로그래픽 광학 요소(holographic optical element, 'HOE')를 사용하는 것을 특징으로 하는 부빔의 각도 조정이 필요없는 광 픽업.
4. 삭제

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