KR20020045364A - 구면수차 검출 및/또는 보정 가능한 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

기록매체에서 반사/회절되고 대물렌즈를 경유한 광빔의 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 강도 분포 변화가 상대적으로 크게 발생되는 특정 광빔영역을 나머지 광빔영역과 구분되게 복수의 광빔영역으로 분할하여 검출하는 광분할-검출수단과, 광분할-검출수단에서 출력된 특정 광빔영역에 대한 복수의 검출신호를 연산하여 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 구면수차를 검출하는 구면수차 검출회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치가 개시되어 있다.
이 개시된 광픽업장치를 이용하면 기록매체의 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 디포커스의 영향없이 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 구면수차 보정소자를 더 구비하고, 이 검출된 구면수차 신호로 구면수차 보정소자를 구동하면 상기 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 보정할 수 있다.

Description

구면수차 검출 및/또는 보정 가능한 광픽업장치{Optical pickup apparatus for capable of detecting and/or compensating spherical abberation}
본 발명은 광픽업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기록매체의 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 검출 및/또는 보정할 수 있도록 된 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정보 기록재생밀도는 광픽업장치에 의해 그 기록매체에 맺혀지는 광스폿의 크기를 줄일수록 커진다. 광스폿의 크기는 수학식 1에 보여진 바와 같이 사용되는 파장(λ)이 짧은 광이 사용될수록, 대물렌즈의 개구수(NA)가 클수록 작아진다.
광스폿의 크기 ∝ λ/NA
따라서, 기록매체의 고밀도화를 위해 기록매체에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해서는, 광픽업장치에 청색 반도체 레이저와 같은 단파장 광원과 높은 개구수를 갖는 대물렌즈를 채용할 필요가 있다. 본 기술 분야에서는 개구수 0.85인 대물렌즈를 사용하여, 기록 용량을 22.5 GB로 높히고, 기록매체의 경사에 의한 성능 열화를 방지하기 위해 기록매체의 기판 두께를 0.1 mm로 줄이는 포맷이 관심을 얻고 있다.
그런데, 구면수차(W40d)는 수학식 2에서 보여진 바와 같이, 대물렌즈 개구수의 4승에 비례하고 기록매체의 두께 편차에 비례하기 때문에, 0.85 정도의 고개구수를 가지는 대물렌즈를 채용하려면, 기록매체는 ±3 μm 이내로 균일한 기판 두께를 가져야 한다. 하지만, 기록매체의 기판을 상기한 두께 편차 범위 이내로 제조하는 것은 극히 어렵다.
도 1은 파장 400 nm인 광원, 개구수 0.85인 대물렌즈를 사용했을 때, 기록매체의 기판 두께 오차와 그에 의해 발생된 파면수차(OPD)와의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 1에 보여진 바와 같이, 파면 수차는 기판 두께 오차에 비례하여 증가된다.
따라서, 개구수 0.85인 대물렌즈를 채용하려면, 기록매체의 기판 두께 편차에 의해 발생된 구면수차를 검출하여 보정하는 것이 필수적이다.
도 2는 일본 특개평 12-155979호에 개시된 수차 검출 및 보정 가능한 광픽업장치를 보여준다.
도면을 참조하면, 종래의 광픽업장치는 광원(10), 상기 광원(10)에서 출사된 광을 기록매체(1)에 집속시키는 대물렌즈(17)와, 상기 기록매체(1)에서 반사되고 대물렌즈(17)를 경유한 광의 진행 경로를 바꾸어주는 하프 미러(11)와, 상기 하프 미러(11)에서 경로 변환된 광을 특정 영역을 통과한 광과 그 이외의 영역을 통과한 광으로 분리 편향시키는 홀로그램(20)과, 편향된 특정 영역을 통과한 광을 검출하는 제1 내지 제4광검출기(21)와, 상기 제1 내지 제4광검출기(21)의 검출신호로부터 수차를 검출하는 신호처리 회로(23)와, 상기 신호처리 회로(23)로부터 입력된 신호에 따라 광원(10)쪽에서 기록매체(1)를 향하는 광의 파면을 변환시키는 파면 변환소자(25)를 구비한다. 여기서, 참조번호, 13은 광원(10)에서 출사된 발산광을 평행광으로 바꾸어주는 콜리메이팅 렌즈이다.
도 3은 구면수차가 발생했을 때의 파면수차를 보여준다. 구면수차가 발생하면, 개구 중심의 기준 파면(27)에 대해, 광축에 대해 대칭으로 지연된 파면(27a)(27b)이 생긴다. 반대로, 광축(c)에 대해 대칭으로 파면이 앞서는 경우에도 구면수차가 발생한다.
따라서, 상기 홀로그램(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 지연된 파면 영역의 광을 선택하여, 광축을 가로지르는 x축에 대해 반으로 나누어 서로 대칭되는 방향으로 회절시켜 제1 및 제4광검출기(21a)(21d)를 향하도록 하는 제1 및 제2회절영역(20a)(20b)을 구비한다. 더불어, 상기 홀로그램(20)은 지연된 파면 영역 이외 영역의 광 중 상기 x축 위쪽 영역의 광을 회절시켜 제2광검출기(21b)를 향하도록 하는 제3회절영역(20c)과, x축 아래 영역의 광을 그대로 투과시켜 제3광검출기(21c)를 향하도록 하는 투과영역(20d)을 구비한다. 상기 제1 및 제2회절영역(20a)(20b)은 반 고리형상이다.
상기 제1 및 제4광검출기(21a)(21d)는 포커스 상태를 검출함에 의해 구면수차 발생 여부를 알 수 있도록 각각 2분할 구조로 되어 있다. 그리고, 상기 제2 및 제3광검출기(21b)(21c)는 나이프 에지법에 의해 포커스 오차신호를 검출할 수 있도록 각각 2분할 구조로 되어 있다.
도 5a 내지 도 5c는 파면 수차 발생에 따라 제1 내지 제4광검출기(21)에 수광되는 광패턴의 변화를 보인 도면이다. 도 5a는 지연된 파면이 발생한 경우에 제1 내지 제4광검출기(21)에 수광되는 광패턴을 보인 것으로, 제1 및제2회절영역(20a)(20b)에서 회절된 지연 파면 영역의 광은 제1 및 제4광검출기(21a)(21d)의 뒤쪽에 집광된다. 제1 및 제4광검출기(21a)(21d)에 수광된 광 패턴은 서로 대칭이므로, 제1광검출기(21a)의 제1분할판(A)과 제4광검출기(21d)의 제2분할판(D)에서 제1광검출기(21a)의 제2분할판(B)과 제4광검출기(21d)의 제1분할판(C)에서보다 큰 신호가 검출된다. 도 5b는 수차가 발생하지 않은 경우로 제1광검출기(21a)의 제1 및 제2분할판(A)(B)에서 동일한 크기의 신호가 검출되며, 마찬가지로 제4광검출기(21d)의 제1 및 제2분할판(C)(D)에서 동일한 크기의 신호가 검출된다. 도 5c는 앞선 파면이 발생된 경우에 제1 내지 제4광검출기(21)에 수광되는 광패턴을 보인 것이다. 이 경우, 제1 및 제2회절영역(20a)(20b)에서 회절된 앞선 파면 영역의 광은 제1 및 제4광검출기(21a)(21d)의 앞쪽에 집광된다. 제1광검출기(21a)의 제2분할판(B)과 제4광검출기(21d)의 제1분할판(C)에서 제1광검출기(21a)의 제1분할판(A)과 제4광검출기(21d)의 제2분할판(D)에서보다 큰 신호가 검출된다.
따라서, 구면수차 신호(SES')는 수학식 3에서와 같이, 제1광검출기(21a)의 제1분할판(A)의 검출신호(a)와 제4광검출기(21d)의 제2분할판(D)의 검출신호(d)의 합신호로부터 제1광검출기(21a)의 제2분할판(B)의 검출신호(b)와 제4광검출기(21d)의 제1분할판(C)의 검출신호(c)의 합신호를 차동하여 검출된다.
SES' = (a+d)-(b+c)
이러한 종래의 수차 검출 방식을 이용하면, 미소한 구면수차에 대한 수차의양과 부호를 검출할 수 있다. 하지만, 일정 크기 이상의 큰 구면수차가 발생하는 경우에는 신호차가 포화되어, 수차의 부호는 알 수 있지만, 구면수차량을 정확히 검출하기는 어렵다.
또한, 상기와 같은 종래의 수차 검출 방식을 이용하면, 구면수차가 없고 디포커스만 있는 상태에서도 구면수차 신호(SES')가 소정 값으로 검출되는 단점이 있다. 이는 디포커스(W20)가 수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이, 대물렌즈 개구수의 2승에 비례하기 때문에, 이 디포커스 및 구면수차에 의한 파면의 지연과 앞섬이 크기는 서로 다르지만 동일한 특성으로 변화되기 때문이다.
여기서,는 상점 이동량이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 기록매체의 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 디포커스의 영향없이 정확하게 검출할 수 있도록 된 구면수차 검출 및/또는 보정 가능한 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 기록매체의 기판 두께 오차와 그에 의해 발생된 파면수차(OPD)와의 관계를 보여주는 그래프,
도 2는 종래의 수차 검출 및 보정 가능한 광픽업장치의 일 예를 보인 광학적 구성도,
도 3은 구면수차가 발생했을 때의 파면수차를 보인 그래프,
도 4는 도 2의 홀로그램의 구조 및 광검출기의 배치구조를 보인 도면,
도 5a 내지 도 5c는 수차 발생여부에 따라 도 2 및 도 4의 광검출기에 수광되는 광패턴의 변화를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 구성을 보인 도면,
도 7은 차세대 DVD 계열의 랜드/그루브형 기록매체에서 반사/회절된 광빔을 대물렌즈의 출사동에서 본 도면,
도 8a 내지 도 10c는 수차 발생 여부에 따라 도 7의 반사/회절광빔에 생기는 변화를 살펴보기 위한 도면 및 그래프,
도 11은 도 6의 기록매체로 차세대 DVD 계열의 랜드/그루브형 기록매체를 채용한 경우에 적합한 본 발명에 따른 광분할-검출수단의 구체적인 일 실시예를 개략적으로 보인 도면,
도 12는 구면수차에 대해 본 발명의 구면수차 검출회로에서 검출되는 구면수차 신호(SES)를 보인 그래프,
도 13은 디포커스에 대해 본 발명의 구면수차 검출회로에서 검출되는 구면수차 신호(SES)를 보인 그래프,
도 14는 소정의 디포커스 발생시 도 7의 반사/회절광빔의 광량 분포를 보인 도면 및 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50...기록매체 51..광원
57...대물렌즈 61...홀로그램소자
65...광검출부 65a,65b,65c...제1 내지 제3광검출기
70...구면수차 검출회로 75...구면수차 보정소자
LB...반사/회절 광빔 P1,P2,P3...제1 내지 제3광빔영역
H1,H2,H3...제1 내지 제3패턴영역
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광픽업장치는, 광빔을 생성 출사하는 광원과; 상기 광원쪽에서 입사된 광빔을 집속시켜 기록매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 광원과 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되어, 입사광빔의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과; 상기 기록매체에서 반사/회절되고 상기 대물렌즈를 경유한 광빔의 상기 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 강도 분포 변화가 상대적으로 크게 발생되는 특정 광빔영역을 나머지 광빔영역과 구분되게 복수의 광빔영역으로 분할하여 검출하는 광분할-검출수단과; 상기 광분할-검출수단에서 출력된 특정 광빔영역에 대한 복수의 검출신호를 연산하여 상기 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 구면수차를 검출하는 구면수차 검출회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광분할-검출수단은, 상기 특정 광빔영역을 광축을 가로지르는 래디얼 방향 또는 탄젠셜 방향을 따른 축상의 제1광빔영역과, 상기 기록매체의 탄젠셜 방향 또는 래디얼 방향을 따른 상기 제1광빔영역 양측의 제2 및 제3광빔영역으로 분할/검출하여, 상기 제1광빔영역에 대한 제1검출신호와, 상기 제2 및 제3광빔영역에 대한 제2검출신호를 생성하며, 상기 구면수차 검출회로는, 상기 제1 및 제2검출신호를 차동하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 광분할-검출수단은, 상기 특정 광빔영역을 제1 내지 제3광빔영역으로 분할/회절시키는 제1 내지 제3패턴영역을 가지는 홀로그램소자와; 상기 제1패턴영역을 경유한 제1광빔영역을 수광하여 제1검출신호를 출력하는 제1광검출기와, 상기 제2 및 제3패턴영역을 경유한 제2 및 제3광빔영역을 수광하여 제2검출신호를 출력하는 제2광검출기를 포함하는 광검출부;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 기록매체는, 그에 조사된 광빔을 반사시 래디얼 방향으로 0차, ±1차광빔으로 회절시키며, 상기 대물렌즈의 출사동에서 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 일부 영역을 서로 중첩시키도록 된 랜드/그루브 구조이며, 상기 특정 광빔영역은, 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 중첩 영역이고, 상기 홀로그램소자의 제1 내지 제3패턴영역은 상기 중첩 영역을 광축상의 제1광빔영역과 상기 기록매체의 탄젠셜 또는 래디얼 방향을 따른 상기 제1광빔영역 양측의 제2 및 제3광빔영역으로 분할/회절시키도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 기록매체는, 상기 광원의 파장을 λ, 상기 대물렌즈의 개구수를 NA, 상기 그루브의 폭을 Gw라 할 때,의 조건식을 만족하도록 된 것이 바람직하다.
한편, 상기 광검출부는, 상기 홀로그램소자를 경유한 나머지 광빔영역을 수광하여, 상기 기록매체에 기록된 정보의 재생신호, 포커스 오차신호 및/또는 트랙킹 오차신호를 검출하는 제3광검출기;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광로변환수단과 대물렌즈 사이의 광로 상에 상기 구면수차 검출회로에서 검출된 구면수차 신호에 따라 구동되어, 상기 기록매체의 두께 편차에 따른 구면수차를 보정하는 구면수차 보정소자;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광픽업장치의 광학적 구성을보인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치는, 광빔을 생성 출사하는 광원(51)과, 상기 광원(51)쪽에서 입사된 광빔을 집속시켜 기록매체(50)에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈(57)와, 상기 광원(51)과 대물렌즈(57) 사이의 광로 상에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과, 상기 기록매체(50)에서 반사/회절되고 상기 대물렌즈(57)를 경유한 광빔을 분할하여 검출하는 광분할-검출수단과, 상기 광분할-검출수단에서 출력된 복수의 검출신호들을 연산하여 상기 기록매체(50)의 두께 변화에 따른 구면수차 신호를 검출하는 구면수차 검출회로(70)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(51)으로는 반도체 레이저를 구비한다. 상기 반도체 레이저에는 모서리 발광 레이저(edge emitting laser)와 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser)가 있다.
상기 광로변환수단으로는 입사광을 소정 비율로 투과 및 반사시키는 빔스프리터(55)를 구비할 수 있다. 대안으로, 상기 광로변환수단은 입사광을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 편광 빔스프리터(미도시)와, 상기 편광 빔스프리터(미도시)와 대물렌즈(57) 사이의 광로상에 배치되어 입사광의 위상을 바꾸어주는 1/4파장판(미도시)으로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 광픽업장치를 차세대 DVD 계열의 기록매체(50) 기록재생용으로 사용하려면, 상기 광원(51)으로는 대략 400 nm 내지 420 nm 파장의 광 바람직하게는, 대략 405 nm 파장의 광을 출사하는 청색 반도체 레이저를 구비하며, 상기 대물렌즈(57)로는 0.7 이상 바람직하게는, 0.85의 개구수를 가지는 집속렌즈를 구비한다.
본 발명에 따른 광픽업장치는, 상기 광원(51)과 빔스프리터(55) 사이의 광로 상에 광원(51)에서 출사된 발산광빔을 평행광빔으로 바꾸어주는 콜리메이팅렌즈(53)를 더 구비하고, 상기 빔스프리터(55)와 후술하는 광분할-검출수단의 광검출부(65) 사이의 광로 상에는 입사광빔을 집속시켜 상기 광검출부(65)로 수광되도록 하는 검출렌즈(59)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 광분할-검출수단은, 상기 기록매체(50)에서 반사/회절되고 상기 대물렌즈(57)를 경유한 광빔 중 상기 기록매체(50)의 기판 두께 변화에 따른 강도 분포 변화가 상대적으로 크게 발생되는 광빔영역인 특정 광빔영역을 나머지 광빔영역과 구분되게 복수의 광빔영역으로 분할 검출한다.
보다 구체적으로, 후술하는 구체예에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 특정 광빔영역의 구면수차 방향에 따른 광량 분포 변화는, 상기 기록매체(50)의 탄젠셜 방향 또는 래디얼 방향으로 광축을 가로지르는 래디얼 또는 탄젠셜 방향을 따른 축에 대해 대칭적이고 반대 경향으로 발생한다. 따라서, 본 발명에 따른 광분할-검출수단은 상기 특정 광빔영역을 광축을 가로지르는 래디얼 또는 탄젠셜 방향을 따른 축 상의 제1광빔영역과, 상기 기록매체의 탄젠셜 또는 래디얼 방향을 따른 상기 제1광빔영역 양측의 제2 및 제3광빔영역으로 분할/검출하여, 상기 제1광빔영역에 대한 제1검출신호와 상기 제2 및 제3광빔영역에 대한 제2검출신호를 생성하도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광분할-검출수단은, 상기 특정 광빔영역을 상기 제1 내지 제3광빔영역으로 분할/회절시키는 홀로그램소자(61)와, 상기 홀로그램소자(61)에서 분할/회절된 제1광빔영역을 수광하여 제1검출신호를 출력하고 제2 및 제3광빔영역을 수광하여 제2검출신호를 출력하도록 된 광검출부(65)를 포함하여 구성된다. 상기 홀로그램소자(61)는 빔스프리터(55)와 대물렌즈(57) 사이에 배치될 수 있다.
상기 광검출부(65)는 상기 특정 광빔영역과는 별도로 상기 홀로그램소자(61)를 경유한 나머지 광빔영역을 수광하여 검출하도록 된 것이 바람직한데, 이 경우, 상기 광검출부(65)에서 출력되는 특정 광빔영역에 대한 신호는 구면수차 신호를 검출하는데 사용되며, 상기 광검출부(65)에서 출력되는 나머지 광빔영역에 대한 신호는 상기 기록매체(50)에 기록된 정보 재생신호를 검출하는데 사용된다. 물론, 나머지 광빔영역에 대한 신호로부터 정보 재생신호를 검출하는 대신에, 특정 광빔영역에 대한 신호로부터 정보 재생신호를 검출할 수도 있다.
여기서, 상기 광분할-검출수단으로는 상기 홀로그램소자(61)의 구조에 대응되는 분할 구조를 갖는 광검출기를 구비할 수도 있다.
상기 구면수차 검출회로(70)는 상기 광분할-검출수단에서 출력된 특정 광빔영역에 대한 복수의 검출신호들을 연산하여 디포커스에 대해 영향을 받지 않는 상기 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 구면수차 신호를 검출한다.
상기 구면수차 검출회로(70)는, 상기 광분할-검출수단에서 출력되는 제1광빔영역에 대한 제1검출신호와 상기 제2 및 제3광빔영역에 대한 제2검출신호의 차신호를 상기 제1 및 제2검출신호의 합신호로 정규화하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된다. 물론, 상기 구면수차 검출회로(70)는 상기 제1 및 제2검출신호를 차동하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련될 수도 있다.
여기서, 상기 구면수차 검출회로(70)는, 상기 제1 및 제2검출신호 중 적어도 하나의 검출신호를 소정 게인으로 증폭시킨 다음 연산하여 구면수차 신호를 검출하는 구성을 가질 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 광픽업장치는 상기 홀로그램소자(61)와 대물렌즈(57) 사이의 광로 상에, 상기 구면수차 검출회로(70)에서 검출된 구면수차 신호(SES)에 따라 기록매체(50)의 두께 편차에 따른 구면수차를 보정하는 구면수차 보정소자(75)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 구면수차 보정소자(75)로는 전극 패턴을 가지는 2장의 투명 기판 사이에 액정을 봉입하여 형성된 액정 플레이트를 구비할 수 있다. 액정의 굴절율 이방성 특성에 의해, 액정 플레이트를 통과하는 광은 위상이 바뀐다. 따라서, 상기 액정 플레이트를 통과하는 광빔이 상기 기록매체(50)의 두께 변화에 따라 발생하는 구면수차와 반대되는 파면을 갖도록, 상기 액정 플레이트를 상기 구면수차 신호(SES)에 따라 구동하여 입사광빔의 파면을 바꾸면, 기록매체(50)의 두께 변화에 따른 구면수차를 보정할 수 있다.
여기서, 상기 구면수차 보정소자(75)를 구동하기 위한 구동회로는 상기 구면수차 검출회로(70)에 내장될 수 있으며, 별도로 마련될 수도 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 구면수차 검출 및/또는 보정 가능한 본 발명에 따른 광픽업장치의 광분할-검출수단의 구체 실시예를, 상기 기록매체(50)가 랜드/그루브 구조를 갖는 차세대 DVD 계열의 기록매체(이하, 랜드/그루브형 기록매체)인 경우를 예를 들어 설명한다. 이때, 상기 랜드/그루브형 기록매체는 상기 광원(51)의 파장을 λ, 대물렌즈(57)의 개구수를 NA, 그 그루브의 폭을 Gw라 할 때, 수학식 5의 관계식을 만족하는 포맷을 가진다.
상기 랜드/그루브형 기록매체는 그에 조사된 광빔을 반사시키면서 래디얼 방향으로 0차, ±1차로 회절시키므로, 도 7에 보여진 바와 같이, 반사/회절 광빔(LB)은 대물렌즈(57)의 출사동에서 볼 때, +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 일부 영역이 서로 중첩된다.
도 8A 내지 도 10C는 수차 발생 여부에 따라 상기 랜드/그루브형 기록매체에서 반사/회절된 광빔에 생기는 변화를 살펴보기 위한 도면 및 그래프이다. 도 8A, 도 9A 및 도 10A는 상기 반사/회절 광빔(LB)을 대물렌즈(57)의 출사동에서 보았을 때의 프로파일이다. 도 8B, 도 9B 및 도 10B는 각각 도 8A, 도 9A 및 도 10A에서의 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 중첩 영역(이하, 중첩 광빔영역)만을 발췌한 것이고, 도 8C, 도 9C 및 도 10C는 각각 그 중첩 광빔영역의 탄젠셜 방향 및 래디얼 방향에서의 강도 분포를 보인 그래프이다.
도 8A 내지 도 10C에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 중첩 광빔영역의 광량분포는 무수차인 경우 거의 균일(후술하는 바와 같이, 디포커스에 대해서도 마찬가지임)한 반면, 구면수차에 대해서는 수차의 부호에 따라 가우시안과 역 가우신안 분포를 이룬다.
다시 말하면, 수차가 발생하지 않으면, 도 8A 내지 도 8C에 보여진 바와 같이, 중첩 광빔영역은 전체적으로 거의 균일한 강도 분포를 나타낸다.
반면에, 소정의 구면수차(W40d= 0.9391λ)가 발생하면, 중첩 광빔영역은 도 9A 내지 도 9C에 보여진 바와 같이, 중심에서 가장 세고, 그 중심으로부터 벗어날수록 기하급수적으로 감소되는 가우시안 강도 분포를 나타낸다. 도 9A 내지 도 9C에서와 반대 방향의 구면수차(W40d= -0.9391λ)가 발생하면, 중첩 광빔영역은 도 10A 내지 도 10C에 보여진 바와 같이, 그 중심에서 가장 약하고, 그 중심으로부터 벗어날수록 기하급수적으로 증가되는 역 가우시안 강도 분포를 나타낸다. 즉, 상기 중첩 광빔영역의 광량 분포는, 광축에 대해 대칭적이면서, 반대 방향의 구면수차에 대해 반대 경향으로 변화된다.
따라서, 기록매체(50)로 상기와 같은 랜드/그루브형 기록매체를 채용하는 경우, 무수차에 대해 상기 중첩 광빔영역의 광량 분포가 균일하므로, 본 발명에 따른 광분할-검출수단은 상기 중첩 광빔영역을 예컨대, 면적비가 동일하도록 광축 상의 제1광빔영역(도 7의 P1)과 그 양측의 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)으로 분할/회절시켜 검출하고, 상기 구면수차 검출회로(70)는 상기 제1광빔영역(P1)의 제1검출신호를제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)의 제2검출신호와 차동하여 구면수차 신호를 검출하도록 마련된 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 광분할-검출수단의 홀로그램소자(61)는 도 11에 도시된 바와 같이, 광축(c)상의 제1광빔영역(P1)을 회절/편향시키는 제1패턴영역(H1)과, 상기 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)을 회절/편향시키는 제2 및 제3패턴영역(H2)(H3)을 구비한다.
이때, 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)은 서로 유사한 강도 분포 특성을 나타내므로, 상기 제2 및 제3패턴영역(H2)(H3)은 동일한 홀로그램 패턴으로 형성되어, 상기 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)을 하나의 광검출기에서 수광할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
상기 광검출부(65)는, 상기 제1패턴영역(H1)에서 회절/편향된 제1광빔영역(P1)을 수광하는 제1광검출기(65a)와, 상기 제2 및 제3패턴영역(H2)(H3)에서 같은 방향으로 회절/편향되고 검출렌즈(59)에 의해 동일 위치로 집속되는 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)을 수광하는 제2광검출기(65b)를 포함하여 구성된다.
상기 제1광검출기(65a)에서 출력되는 제1검출신호(Pi)와 제2광검출기(65b)에서 출력되는 제2검출신호(Po)는 구면수차 검출회로(70)로 입력되고, 상기 구면수차 검출회로(70)는 예를 들어, 상기 제1검출신호(Pi)와 제2검출신호(Po)의 차신호(Pi-Po)를 상기 제1 및 제2검출신호(Pi)(Po)의 합신호(Pi+Po)로 정규화하여 구면수차 신호(SES:SES=(Pi-Po)/(Pi+Po))를 출력한다.
여기서, 도 11에서는 상기 홀로그램소자(61)가 상기 중첩 광빔영역을 광축(c) 상의 제1광빔영역(P1)과, 그 탄젠셜 방향 양측의 제2 및 제3광빔영역(P2)(P3)으로 회절/분할하고, 광검출부(65)가 이에 대응되게 마련된 것으로 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 중첩 광빔영역의 광량 분포는, 도 9C 및 도 10C에서 알 수 있는 바와 같이, 탄젠셜 방향 뿐만 아니라 래디얼 방향으로도 광축에 대해 대칭적이면서, 반대 방향의 구면수차에 대해 반대 경향으로 변화되므로, 본 발명에 따른 광분할-검출수단은 상기 중첩 광빔영역을 래디얼 방향으로 분할/검출하도록 마련될 수도 있다.
상기한 바와 같은 광분할-검출수단을 구비하는 본 발명에 따른 광픽업장치에 의하면, 다음과 같이 디포커스로부터 독립된 구면수차 신호(SES)를 검출할 수 있다.
도 12는 구면수차에 대해 본 발명의 구면수차 검출회로(70)에서 검출되는 구면수차 신호(SES)를 보인 그래프이고, 도 13은 디포커스에 대해 상기 구면수차 신호(SES)를 보인 그래프이다. 도 12의 가로축은 구면수차량을 λ 단위로 나타낸 구면수차계수이고, 도 13의 가로축은 디포커스량을 λ 단위로 나타낸 포커스계수이다.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 구면수차 신호(SES)는 구면수차 발생량이 음의 방향에서 양의 방향으로 커질수록 감소한다. 그리고, 구면수차계수가 제로인 점을 기점으로, 구면수차 방향에 따라 구면수차 신호(SES)의 부호가 바뀐다. 즉, 구면수차가 양의 방향일 때 구면수차 신호(SES)는 음의 값을 가지며, 구면수차가 음의 방향일 때 구면수차 신호(SES)는 양의 값을 가진다.
반면에, 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 구면수차 신호(SES)는 디포커스에 대해 영향을 받지 않는다. 이는 구면수차가 없고 소정의 디포커스(W20= 0.2425λ)가 발생했을 때, 상기와 같은 랜드/그루브형 기록매체에서 반사/회절된 광빔의 광량 분포 및 강도 분포 그래프를 보인 도 14A 내지 도 14C에서도 확인된다. 도 14A 내지 도 14C에서 알 수 있는 바와 같이, 소정의 디포커스(W20= 0.2425λ)가 발생해도, 중첩 광빔영역의 강도 분포는 구면수차가 발생한 경우와는 달리 거의 변화가 없다. 즉, 구면수차 없이 디포커스만 발생한 경우, 중첩 광빔영역은 탄젠셜 방향으로는 균일한 강도 분포를 나타내며, 래디얼 방향으로는 약간의 변화가 발생하기는 하지만, 구면수차에 따른 강도 분포 변화와 비교하면 무시할만하여, 전체적으로는 거의 균일한 강도 분포를 나타낸다.
한편, 도 12 및 도 13에서 나타난 구면수차가 발생하지 않은 경우와 디포커스에 대해 검출되는 구면수차 신호(SES)의 옵셋은 상기 제1 내지 제3광빔영역(P1)(P2)(P3)의 분할비를 최적화하거나, 상기 구면수차 검출회로(70)를 상기 제1 및 제2검출신호(Pi)(Po) 중 적어도 하나의 검출신호를 소정 게인으로 증폭시킨 다음 연산하여 구면수차 신호(SES)를 생성하도록 구성함으로써 제거될 수있다.
따라서, 본 발명에 따른 광분할-검출수단 및 구면수차 검출회로(70)를 이용하면, 디포커스의 영향을 받지 않고 정확하게 구면수차 신호(SES)를 검출할 수 있다. 이때, 본 발명은 구면수차에 대해 크게 영향을 받는 특정 광빔영역(예컨대, 랜드/그루브형 기록매체인 경우, +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 중첩 광빔영역)을 복수로 분할 검출하여 그로부터 구면수차 신호(SES)를 검출하므로, 일정 크기 이상의 큰 구면수차가 발생하는 경우에도 종래와 같은 신호차가 포화되는 문제가 생기지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 광분할-검출수단 및 구면수차 검출회로(70)를 이용하면, 기록매체의 두께 편차에 따른 구면수차량 및 부호를 정확히 검출할 수 있으며, 그 검출된 구면수차 신호(SES)로 구면수차 보정소자(75)를 구동하면 상기 기록매체(50)의 기판 두께 편차에 따른 구면수차를 보정할 수 있다.
한편, 상기 홀로그램소자(61) 및 광검출부(65)는 다음과 같이, 상기 특정 광빔영역을 제외한 나머지 광빔영역의 검출신호로부터 상기 기록매체(50)에 기록된 정보의 재생신호, 포커스 오차신호 및/또는 트랙킹 오차신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 기록매체(50)로 상기와 같은 랜드/그루브형 기록매체를 채용하는 경우, 상기 홀로그램소자(61)는 그 제1 내지 제3패턴 영역(H1)(H2)(H3) 이외로 입사되는 나머지 광빔영역을 그대로 투과시키도록 마련되고, 상기 광검출부(65)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그램소자(61)를 그대로 투과한 나머지 광빔영역을 수광하는 제3광검출기(65c)를 더 구비한다. 이때, 상기 제3광검출기(65c)는 포커스 오차신호 및/또는 트랙킹 오차신호 검출을 위해 적어도 4분할 구조로 된 것이 바람직하다.
이상에서는 광분할-검출수단이 랜드/그루브 구조의 차세대 DVD 계열의 기록매체를 기록재생하는데 적합하도록 마련된 경우를 구체적으로 예를 들어 설명하였는데, 이 광분할-검출수단은 다양한 포맷의 기록매체(50)에 적합하도록 변형될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 6의 광학적 구성은 기록매체(50)의 두께 편차에 따른 구면수차의 검출 및/또는 보정 가능한 본 발명에 따른 광픽업장치를 설명하기 위하여 예시한 것으로, 본 발명은 도 6의 광학적 구성에 한정되지 않는다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 광픽업장치는 기록매체에서 반사/회절되고 대물렌즈를 경유한 광빔의 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 강도 분포 변화가 상대적으로 크게 발생되는 특정 광빔영역을 복수로 분할하여 검출하고 이로부터 구면수차 신호를 얻으므로, 기록매체의 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 디포커스의 영향없이 정확하게 검출할 수 있으며, 이 검출된 구면수차 신호로 구면수차 보정소자를 구동하면 상기 기판 두께 편차에 의해 발생되는 구면수차를 보정할 수 있다.

Claims (14)

  1. 광빔을 생성 출사하는 광원과;
    상기 광원쪽에서 입사된 광빔을 집속시켜 기록매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와;
    상기 광원과 대물렌즈 사이의 광로 상에 배치되어, 입사광빔의 진행경로를 변환하는 광로변환수단과;
    상기 기록매체에서 반사/회절되고 상기 대물렌즈를 경유한 광빔의 상기 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 강도 분포 변화가 상대적으로 크게 발생되는 특정 광빔영역을 나머지 광빔영역과 구분되게 복수의 광빔영역으로 분할하여 검출하는 광분할-검출수단과;
    상기 광분할-검출수단에서 출력된 특정 광빔영역에 대한 복수의 검출신호를 연산하여 상기 기록매체의 기판 두께 변화에 따른 구면수차를 검출하는 구면수차 검출회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광분할-검출수단은, 상기 특정 광빔영역을 광축을 가로지르는 래디얼 방향 또는 탄젠셜 방향을 따른 축상의 제1광빔영역과, 상기 기록매체의 탄젠셜 방향 또는 래디얼 방향을 따른 상기 제1광빔영역 양측의 제2 및 제3광빔영역으로 분할/검출하여, 상기 제1광빔영역에 대한 제1검출신호와, 상기 제2 및 제3광빔영역에 대한 제2검출신호를 생성하며,
    상기 구면수차 검출회로는,
    상기 제1 및 제2검출신호를 차동하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광분할-검출수단은,
    상기 특정 광빔영역을 제1 내지 제3광빔영역으로 분할/회절시키는 제1 내지 제3패턴영역을 가지는 홀로그램소자와;
    상기 제1패턴영역을 경유한 제1광빔영역을 수광하여 제1검출신호를 출력하는 제1광검출기와, 상기 제2 및 제3패턴영역을 경유한 제2 및 제3광빔영역을 수광하여 제2검출신호를 출력하는 제2광검출기를 포함하는 광검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기록매체는, 그에 조사된 광빔을 반사시 래디얼 방향으로 0차, ±1차광빔으로 회절시키며, 상기 대물렌즈의 출사동에서 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 일부 영역을 서로 중첩시키도록 된 랜드/그루브 구조이며,
    상기 특정 광빔영역은, 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 중첩 영역이고,
    상기 홀로그램소자의 제1 내지 제3패턴영역은 상기 중첩 영역을 광축상의 제1광빔영역과 상기 기록매체의 탄젠셜 또는 래디얼 방향을 따른 상기 제1광빔영역 양측의 제2 및 제3광빔영역으로 분할/회절시키도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기록매체는, 상기 광원의 파장을 λ, 상기 대물렌즈의 개구수를 NA, 상기 그루브의 폭을 Gw라 할 때, 하기의 조건식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광검출부는, 상기 홀로그램소자를 경유한 나머지 광빔영역을 수광하여, 상기 기록매체에 기록된 정보의 재생신호, 포커스 오차신호 및/또는 트랙킹 오차신호를 검출하는 제3광검출기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3패턴영역에는 서로 동일한 홀로그램 패턴이 형성되어 있으며, 상기 제1패턴영역에는 상기 제2 및 제3패턴영역과는 다른 홀로그램 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 기록매체는, 그에 조사된 광빔을 반사시 래디얼 방향으로 0차, ±1차광빔으로 회절시키며, 상기 대물렌즈의 출사동에서 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 일부 영역을 서로 중첩시키도록 된 랜드/그루브 구조이며,
    상기 특정 광빔영역은, 상기 +1차 회절광빔과 -1차 회절광빔의 중첩 영역인 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기록매체는, 상기 광원의 파장을 λ, 상기 대물렌즈의 개구수를 NA, 상기 그루브의 폭을 Gw라 할 때, 하기의 조건식을 만족하도록 된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  10. 제2항 내지 제5항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면수차 검출회로는, 상기 제1 및 제2검출신호의 차신호를 상기 제1 및 제2검출신호의 합신호로 정규화하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 구면수차 검출회로는, 상기 제1 및 제2검출신호 중 적어도 하나의 검출신호를 소정 게인으로 증폭시킨 다음 연산하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  12. 제2항 내지 제5항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면수차 검출회로는, 상기 제1 및 제2검출신호 중 적어도 하나의 검출신호를 소정 게인으로 증폭시킨 다음 연산하여 구면수차 신호(SES)를 검출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  13. 제1항, 제2항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광분할-검출수단은 상기 특정 광빔영역과 독립되게 나머지 광빔영역의 검출신호로부터 상기 기록매체에 기록된 정보의 재생신호, 포커스 오차신호 및/또는 트랙킹 오차신호를 검출할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
  14. 제1항 내지 제5항, 제8항 및 제9중 어느 한 항에 있어서, 상기 광로변환수단과 대물렌즈 사이의 광로 상에 상기 구면수차 검출회로에서 검출된 구면수차 신호에 따라 구동되어, 상기 기록매체의 두께 편차에 따른 구면수차를 보정하는 구면수차 보정소자;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업장치.
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