KR20010042490A - 광픽업 및 홀로그램소자 - Google Patents

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Abstract

광픽업은, 홀로그램소자를 포함하고, 그 홀로그램소자는, 각각이 원형영역 전체에 형성된 제 1패턴과 제 2패턴을 2분하여 접합하는 것에 의해, 원형으로 형성되는 홀로그램패턴을 포함한다. 제 1패턴은, ＋1차 서브 비임을 광원으로 한때의 광로길이와 파장에 기초하여, 수광소자상에서의 서브 비임 스폿이 최소로 되도록 설계된다. 제 2패턴은, －1차 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로길이와 파장에 기초하여, 수광소자상에서의 서브 비임 스폿이 최소로 되도록 설계된다.

Description

광픽업 및 홀로그램소자{OPTICAL PICKUP AND HOLOGRAM DEVICE}
디스크로부터 정보를 판독하는 광픽업에는, 기억정보의 재생기능과 함께 포커스 에러 및 트래킹 에러를 검출하는 기능이 요구되며, 종래에는, 주지의 프코법(Foucault)이나 비점수차법(astigmatism) 등으로 트래킹 에러를 검출하도록 하고 있었다.
그리고, 프코법과 3비임법을 조합시켜 사용하는 경우에는, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 메인 비임을 수광하는 수광소자(2a∼2c)와 서브 비임을 수광하는 수광소자(3a, 3b)를 갖는 광검출기(1)를 사용하여, 수광소자(2a) 및 (2b)의 출력신호의 차(S2a-S2b)로 포커스 오차신호를 구하고, 수광소자(3a) 및 (3b)의 출력신호의 차(S3a-S3b)로 트래킹 오차신호를 구하도록 하고 있었다.
디스크에서 반사된 서브 비임의 반사광은 렌즈를 경사지게 통과하기 때문에, 홀로그램소자(4)(도 9)에 있어서 균등하게는 2분할되지 않고, 분할된 2개의 서브 비임의 스폿 사이즈(spot size)는 동일하지는 않게 된다.
따라서, 분할 후에 스폿 사이즈가 큰 측(이하, 「개구측」이라 한다)으로서 회절된 서브 비임과 스폿 사이즈가 작은 측(이하, 「차광측」이라 한다)으로서 회절된 서브 비임은, 광검출기(1)의 수광면상에서 대칭 형상으로는 되지 않고, 수광면상에서는, 차광측의 서브 비임(B)의 스폿 사이즈쪽이 개구측의 서브 비임(A)의 스폿 사이즈 보다도 크게 된다.
한편, 종래의 홀로그램소자(4)의 패턴 설계에 있어서는, 메인 비임에 대한 파면수차(波面收差)를 작게하는 것이 중시되고, 서브 비임에 대해서는 큰 파면수차가 잔류하고 있었다.
즉, 종래에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 분할선(5)으로부터의 거리 x에 대하여, Ax4＋Bx2＋C의 우함수(even funtion)로 표시되는 제 1패턴(6) 및 제 2패턴(7)을 설계하고, 이들의 패턴을 2분하여 접합하는 것에 의해 전체 패턴(8)을 얻도록 하고 있지만, 이 패턴 설계에 있어서는 서브 비임에 대한 파면수차는 고려되고 있지 않았다.
그 때문에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 차광측의 서브 비임(B)이 수광소자(3a) 및 (3b)로부터 비어져 나올 염려가 있으며, 트래킹 에러 밸런스나 지터(jitter)가 온도 변화에 수반하여 크게 변동하여, 광픽업의 특성이 불안정하게 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 광픽업 및 홀로그램소자에 관한 것이며, 특히 예를 들면 CD나 DVD 등과 같은 광픽업(이하, 단순히「디스크」라 한다)으로부터의 반사광을 회절함과 동시에 수광소자상에 수속시키는, 광픽업 및 홀로그램소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 광픽업을 나타내는 도해도.
도 2는 제 1실시예에서 사용되는 광검출기를 나타내는 도해도.
도 3은 제 1실시예에서 사용되는 홀로그램소자를 나타내는 도해도.
도 4는 홀로그램소자의 설계방법을 나타내는 도해도.
도 5는 제 1패턴을 나타내는 그래프.
도 6은 제 2패턴을 나타내는 그래프.
도 7은 제 1패턴과 제 2패턴을 조합시킨 홀로그램패턴을 나타내는 그래프.
도 8은 서브 비임 스폿의 중심으로부터의 거리와 광강도의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 종래기술을 나타내는 도해도.
도 10은 종래의 홀로그램패턴을 나타내는 도해도.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 목적은, 광픽업의 특성을 안정시킬 수가 있는 광픽업을 제공하는 것이다.
제 1의 발명은, 레이저소자로부터의 레이저 비임을 1개의 메인 비임과 2개의 서브 비임으로 분할하는 회절소자와, 메인 비임 및 서브 비임을 디스크에 수속시키는 렌즈와, 디스크로부터의 반사광을 각각 회절하는 제 1패턴 및 제 2패턴으로 2분된 홀로그램소자와, 제 1패턴 및 제 2패턴으로 각각 회절된 메인 비임을 수광하는 제 1부분과 서브 비임을 수광하는 제 2부분을 포함하는 광검출기를 구비하는 광픽업에 있어서, 홀로그램소자에 있어서의 제 1패턴 및 제 2패턴은, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여, 제 2부분으로 수속되는 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 되는 것을 특징으로 하는 광픽업이다.
제 2의 발명은, 디스크로 반사된 2개의 서브 비임을 각각 회절하여 수광소자에 수속하기 위한 홀로그램패턴을 구비하는 홀로그램소자에 있어서, 홀로그램패턴은, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여 제 2부분으로 수속되는 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 되는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자이다.
이와 같이, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여, 수광소자에 수속되는 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 홀로그램소자의 패턴을 설계하고 있기 때문에, 서브 비임의 스폿이 수광소자의 수광면으로부터 비어져 나올 염려는 없다.
본 발명에 의하면, 서브 비임의 스폿이 수광면으로부터 비어져 나오는 것을 방지할 수 있기 때문에, 광픽업의 특성을 안정시킬 수가 있다.
본 발명의 상술한 목적, 그 외의 목적, 특징, 및 이점은, 도면을 참조하여 행하는 이하의 실시예의 상세한 설명으로부터 일층 명확하게 될 것이다.
도 1에 나타내는 본 실시예의 광픽업(10)은, 디스크 모터(12)에 의해 회전되는 CD나 DVD 등과 같은 디스크(14)로부터 정보를 판독하기 위한 것이며, 소정 파장의 레이저광을 수광하는 광원으로서의 반도체 레이저소자(16)를 포함한다.
반도체 레이저소자(16)에는, APC(Automatic Power Control)(18)가 접속되며, 이 APC(18)에 의해 반도체 레이저소자(16)의 출력이 제어된다.
또, 반도체 레이저소자(16)와 디스크(14) 사이에는, 회절소자로서의 홀로그램소자(20) 및 대물렌즈(22)가 배치되며, 홀로그램소자(20)의 경사 하방에는, 광검출기(24)(도 2)가 배치된다.
홀로그램소자(20)는, 석영글래스 등으로 이루어지는 기판(26)을 포함하고, 기판(26)의 하면에는 1개의 메인 비임과 2개의 서브 비임을 생성하기 위한 그래이팅(grating)패턴(28)이 형성되며, 기판(26)의 상면에는 광편향용의 홀로그램패턴(30)이 형성된다.
홀로그램패턴(30)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 디스크(14)의 직경방향으로 뻗는 분할선(A0)에 의해, 상호 다른 피치를 갖는 제 1패턴(30a)과 제 2패턴(30b)으로 분할된다.
대물렌즈(22)는, 포커싱 액츄에이터(focussing actuator)를 구성하는 도시하지 않은 액츄에이터 코일에 고정되며, 액츄에이터 코일에 통전되는 것에 의해 상하방향으로 변위된다.
광검출기(24)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 5개의 수광소자(32a, 32b, 32c, 32e, 32f)로 분할되며, 수광소자(32a)와 (32b)를 분할하는 분할선(B0)은, 포커스 오프셋을 방지하기 위해, 홀로그램패턴(30)(도 2)에 있어서의 회절방향과 거의 동등한 방향으로서 약간의 각도를 갖도록 형성된다.
일반적으로, 개구의 수 NA의 대물렌즈에서 파장 λ의 비임을 조인 스폿(aeri-disk)의 직경 d는, d＝1.22λ/NA로 나타낼 수가 있다.
또, 대물렌즈(22)의 반도체레이저(16)측의 NA를 NAL로 하고, 메인 비임(0차 광)의 홀로그램패턴(30)으로 분할된 후의 NA를 NAO로 하면, 메인 비임(0차 광)은 홀로그램패턴(20)으로 2등분 되는 것에서, NAO＝NAL/2로 나타낼 수가 있다.
따라서, 메인 비임(0차 광)의 스폿 직경 d0은, d0＝2.44λ/NAL로 된다.
한편, 서브 비임은, 중심으로부터 어긋난 위치에서 분할되기 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 개구측의 서브 비임(A)의 스폿은 수광소자(32e) 및 (32f)상에서 작게 조여 들어가지만, 차광측의 서브 비임(B)의 스폿은 수광소자(32e) 및 (32f)상에서 크게 흐려진 상태로 된다.
그 때문에, 수광소자(32e) 및 (32f)의 폭은, 차광측 스폿의 크기 보다도 넓게 설정할 필요가 있지만, 이 폭을 너무 크게 하면, 칩 사이즈가 대형화되고 만다.
그래서, 본 실시예에서는, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여, 수광소자(32e) 및 (32f)상에서의 서브 비임의 스폿 사이즈가 최소화되도록 홀로그램패턴(30)을 설계한다.
즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, ＋1차 서브 비임을 광원으로 한때의 광로 길이와 파장에 기초하여 수광소자상에서의 서브 비임 스폿이 최소로 되도록 원형 영역 전체에 제 1패턴(30a)을 설계하고, －1차 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로길이와 파장에 기초하여 수광소자상에서의 서브 비임 스폿이 최소로 되도록 원형 영역 전체에 제 2패턴(30b)을 설계하고, 이들을 2분하여 접합하는 것에 의해 홀로그램패턴(30)을 얻는다.
보다 구체적으로 설명하면, 제 1패턴(30a)을 설계하는 때에는, 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 홀로그램소자(20)와 광검출기(24)를 소정위치에 배치하고, ＋1차 서브 비임의 가상 광원점을 P1로 하고, 수광소자(32f)상에 있어서의 수속점을 S1로 한때, ＋1차 서브 비임의 광로길이(광학적 거리) O1Pl과 O1S1의 차(O1P1－O1S1)가 nλ(n＝0, ±정수, λ:파장)으로 되는 홀로그램소자(20)상의 점 O1의 궤적을 구하여, 이것을 제 1패턴(30a)으로 한다.
한편, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, －1차 서브 비임의 가상광원점 P2와 수속점 S2에 기초하여, 같은 모양의 방법에 의해 제 2패턴(30b)을 구한다.
그리고, 제 1패턴(30a) 및 제 2패턴(30b)의 각각을 2분하여 접합한다.
또, 공기중과 기판(26)중에 걸친 광로길이는, 각각의 광로길이를 이른바 광선추적계산에 의해 구하여, 이들을 합계하는 것에 의해 얻어진다.
예를 들면, 16㎛ 피치의 그래이팅패턴(28)을 사용하여 렌즈광을 3개로 분할하고, 디스크(14)상에 있어서 메인 비임 스폿으로부터 ±13㎛ 거리를 둔 위치에 서브 비임 스폿을 만들어, 이 서브 비임의 반사광을 대물렌즈(22) 및 홀로그램패턴(30)을 통하여 메인 비임의 광축으로부터 ±66㎛ 떨어진 위치에 수속시키는 경우, 서브 비임의 가상광원점 P1및 P2는, 각각 ±70㎛만큼 실제의 발광점 P0으로부터 어긋나게 된다.
그리고, 이 조건하에서는, 상술한 설계방법에 따라, 도 5의 그래프에 나타내는 제 1패턴(30a)과, 도 6의 그래프에 나타내는 제 2패턴(30b)이 얻어지며, 이들 패턴(30a) 및 (30b)에 기초하여 도 7에 나타내는 홀로그램패턴(30)이 얻어진다.
제 1패턴(30a) 및 제 2패턴(30b)의 각각은, Ax4＋Dx3＋Bx2＋Ex＋C를 기본으로 하는 다항식으로 나타낼 수가 있다.
결국, 홀로그램패턴(30)에 있어서의 제 1패턴(30a) 및 제 2패턴(30b)은, 이들의 경계선으로부터의 거리 x에 대하여 기수차(奇數次;odd-order)의 의존성을 갖는 패턴으로 구성되게 된다.
동작에 있어서, 광픽업(10)의 스위치를 ON 하면, 디스크 모터(12)에 의해 디스크(14)가 회전됨과 동시에, 반도체 레이저소자(16)가 발광된다.
그러면, 반도체 레이저소자(16)로부터의 레이저 비임이 그래이팅패턴(28)에 의해 회절되어, 메인 비임과 2개의 서브 비임으로 분할된다.
그래이팅패턴(28)에 의해 분할된 3개의 비임은, 홀로그램패턴(30)을 통과하고, 대물렌즈(22)에 의해 디스크(14)에 수속된다.
디스크(14)에 의해 반사된 반사광은, 대물렌즈(22)를 경유하여, 홀로그램패턴(30)에 의해 회절되어, 메인 비임이 광검출기(24)의 수광소자(32a∼32c)에 수속되고, 서브 비임이 수광소자(32e) 및 (32f)에 수속된다.
그리고, 수광소자(32a) 및 (32b)의 출력신호의 차(S32a-S32b)로 포커스 오차신호가 구해지며, 수광소자(32e) 및 (32f)의 출력신호의 차(S32e-S32f)로 트래킹 오차신호가 구해진다.
본 실시예에 의하면, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로길이와 파장에 기초하여, 서브 비임의 스폿 사이즈가 최소로 되도록 홀로그램패턴(30)을 설계하고 있기 때문에, 차광측의 서브 비임이 수광면으로부터 비어져 나올 염려는 없다.
따라서, 트래킹 에러 밸런스나 지터가 온도변화에 수반하여 크게 변동하는 것을 방지할 수가 있어, 광픽업(10)의 특성을 안정시킬 수가 있다.
또, 홀로그램소자(20)나 광검출기(24) 등의 설치 정밀도의 허용범위를 넓게 할 수가 있다.
또한, 도 8은, 도 7에 나타낸 홀로그램패턴(30)을 사용한 경우의 서브 비임 스폿의 중심으로부터의 거리와 광강도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
이 그래프에서는, 서브 비임 스폿의 끝 부분에 있어서의 광강도가 종래 기술에 비하여 큰 폭으로 작게 되며, 이로부터 서브 비임의 스폿 사이즈가 실질적으로 작게 되는 것을 알 수가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여, 수광소자에 소속되는 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 홀로그램소자의 패턴을 설계하고 있기 때문에, 서브 비임의 스폿이 수광소자의 수광면으로부터 비어져 나올 염려는 없다.
또한, 본 발명에 의하면, 서브 비임의 스폿이 수광면으로부터 비어져 나오는 것을 방지할 수 있기 때문에, 광픽업의 특성을 안정시킬 수가 있다.
본 발명이 상세히 설명되고 도시되었지만, 그것은 단순한 도해 및 일예로서 사용된 것으로서, 한정되어야 한다고 이해되지 않아야 할 것이며, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 특허청구범위의 문언에 의해서만 한정된다.

Claims (5)

  1. 레이저소자로부터의 레이저 비임을 1개의 메인 비임과 2개의 서브 비임으로 분할하는 회절소자 ;
    상기 메인 비임 및 상기 서브 비임을 디스크에 수속시키는 렌즈 ;
    상기 디스크로부터의 반사광을 각각 회절하는 제 1패턴 및 제 2패턴으로 2분 된 홀로그램소자 ;
    상기 제 1패턴 및 상기 제 2패턴으로 각각 회절된 상기 메인 비임을 수광하는 제 1부분과 상기 서브 비임을 수광하는 제 2부분을 포함하는 광검출기 ;를 구비하는 광픽업으로서,
    상기 홀로그램소자에 있어서의 상기 제 1패턴 및 상기 제 2패턴은, 상기 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여, 상기 제 2부분으로 수속되는 상기 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1패턴 및 상기 제 2패턴의 각각은, 이들 경계선으로부터의 거리에 대하여 기수차의 의존성을 갖는 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  3. 디스크로 반사된 2개의 서브 비임을 각각 회절하여 수광소자에 수속하기 위한 홀로그램패턴을 구비하며,
    상기 홀로그램패턴은, 상기 서브 비임을 광원으로 한 때의 광로 길이와 파장에 기초하여 제 2부분으로 수속되는 상기 서브 비임의 스폿이 최소로 되도록 되는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 홀로그램패턴은, 피치길이가 다른 제 1패턴과 제 2패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1패턴 및 상기 제 2패턴은, 이들의 경계선으로부터의 거리에 대하여 기수차의 의존성을 갖는 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
KR1020007011111A 1999-02-10 2000-02-09 광픽업 및 홀로그램소자 KR100661196B1 (ko)

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