KR20030071070A - 광픽업 검출기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광픽업의 검출기를 16개의 포토다이오드가 분할된 형태로 구성하여 광학계들의 편차에도 불구하고, 트래킹 에러와 포커싱 에러를 정확하게 검출하여 데이터를 검출할 수 있는 광픽업 검출기 구조를 개시한다. 개시된 본 발명은 레이저 광을 이용하여 데이터 정보를 기록/재생하는 광픽업에 있어서, 상기 광디스크로부터 반사되는 레이저 광을 검출하는 검출기를 16개로 분할된 포토다이오드로 구성하고, 마이크로 컨트롤러를 사용하여 반사광이 맺히는 포토다이오드를 검출하여 포커싱과 트래킹 에러를 검출하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 검출기에 배치된 16개의 포토다이오드의 직경은 30㎛이하인 것을 특징으로 한다.

Description

광픽업 검출기 구조{STRUCTURE FOR PHOTO DIODE OPTICAL PICK-UP}

본 발명은 광픽업에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광픽업에서 사용되는 검출기의 포토다이오드들을 16개 배치하여, 광학계들의 미세한 변화에도 불구하고 정확한 신호를 수신하여 컨트롤할 수 있는 광픽업 검출기 구조에 관한 것이다.

오늘날, 데이터(data)의 디지털(digital)화, 대용량화 등에 의하여 저장 매체가 테이프(tape)에서 디스크(disk)로 바뀌고있고, 또한 디스크에 데이터를 저장하는 기록 밀도를 높임으로써 디스크의 저장 용량을 크게하고 있다. 따라서, 광원으로 사용되는 레이저 다이오드가 780nm의 파장을 갖는 컴팩트 디스크(CD:Compact Disk)에서, 최근에는 대용량화의 차원에서650nm, 400nm의 파장에 적합한 디스크들이 개발되고 있다. 이에 따라, 상기 디스크에 정보를 기록하고 재생하는 광픽업장치는 하위 호환성의 차원에서 저장 밀도가 다른 디스크들에 동시 적용될 수 있도록, 파장이 다른 복수 광원에 대한 복수의 광학계를 구성한다.

또한, 기록 매체로서 현재 널리 알려진 콤팩트 디스크(CD; compact disk)는 그 기판 두께가 1.2mm로 되어 있으며, 기록층으로서 광이 반사하는 반사면을 가지며 그 반사면에 오목하게 형성되는 피트의 조합으로되는 음향, 문자, 그래픽 등의 정보를저장한다. 또한 대용량의 영상 정보 저장을 고밀도로서 기판 두께가 0.6mm인 디지탈 비디오 디스크(DVD; digital videodisk)도 출현되고 있다. DVD용 광픽업은 CD의 경우와 달리 단파장 광원을 사용하고 개구수(NA; numerical aperture)가큰 대물렌즈로 광을 집속하여 고밀도 재생을 위한 미소 스폿을 형성한다.

한편, 최근에는 일회 기록한 후 재생만 가능한기록 매체로서 상변화(相變化) 디스크(CD-R)가 실용화되어 있는데, 이는 기판 두께는 전술한 CD의 그것과 같고 단지 기록층으로서는 CD의 피트(pit)와 달리 특정 파장대에서의 기록 파장과 재생 파장의 반사율이 바뀌는 상변화 재료로 되어 있다. 이러한 CD-R은 CD와 동일한 광픽업 환경으로 기록재생가능한 것이다.

이와 같이 두께 또는 기록재료가 다른 디스크들의 출현에 따라 사용자 입장에서는 그러한 디스크들의 호환이 가능한 광픽업이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 종래에 DVD와 CD의 호환이 가능한 광픽업이 제공된 바 있다. 종래에 알려진DVD, CD 호환 광픽업은 대체로 단파장(650nm) 광원 한 개를 사용하며, 재생할 디스크의 두께에 따라 대물렌즈의 개구수를 조절하는 수단을 가지고 있다.

즉, DVD 재생시에는 대물렌즈의 모든 개구(NA: 0.6)를 이용하여 미소 스폿을 형성하고,CD 재생시에는 광원으로부터 대물렌즈로 입사되는 광의 빔 직경을 제한하거나 또는 대물렌즈에서 개구수가 작은 부위, 예컨대 그 근축부위를 이용하는 등 그 개구를 0.45로 조정하여 전술한 구면수차를 보정하는 것이다. 이같이 디스크 호환 광픽업에 있어서, 최근에는 광원으로서 면발광 레이저 다이오드(SEL; surface emitting laser diode)를 사용하고 대물렌즈의 개구를 조절하는 수단으로서 홀로그램(hologram) 구조의 광픽업 장치를 사용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 광원을 발생하는 레이저 다이오드(1)와, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 발생하는 레이저 광원을 평행 광으로 바꾸어주는 콜리메터 렌즈(collimator lens)(3)와, 상기 콜리메터 렌즈(3)를 통하여 임의 각도로 입사되는 평행 광의 방향을 조절하는 정형 프리즘(5)과, 상기 정형 프리즘(5)을 통과한 레이저 광을 통과시키거나, 광디스크(15)로부터 반사된 레이저 광을 직각으로 굴절시키는 빔스프리터(7)와, 선 편광된 레이저광을 원편광 레이저 광으로 변환 시켜주는 λ/4 플레이트(9)와, 상기 λ/4 플레이트(9)를 통과한 레이저 광으로 더욱 정확한 데이터를 검출하기 위하여 3 빔으로 분해하는 그레이팅(10)과, 상기 그레이팅(10)을 통과한 레이저 광을 액츄에이터에 배치된 대물렌즈(13) 방향으로 반사시켜주는 반사거울(11)과, 상기 반사거울(11)로부터 반사된 레이저 광을 굴절시켜 광 스폿을 형성하는 상기 대물렌즈(13)와, 상기 대물렌즈(13)에서 발생하는 광 스폿을 조사하여 데이터를 기록/재생하는 광디스크(15)와, 상기 광디스크(15)로부터 반사된 레이저 광에 포함된 데이터를 검출하는 검출기(20)로 구성되어 있다.

또한, 상기 빔스프리터(7)로부터 굴절되어 진행하는 반사광을 상기 검출기(20)에 맺히도록 하는 비점 렌즈(17)가 상기 검출기(20) 전단에 배치되어 있으며, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 발생하는 레이저 광량을 측정하여 안정된 레이저 광을 발생시키도록 조절하는 프론트 모니터(19)가 배치되어 있다.

상기과 같은 광학계 구조를 갖는 광 픽업 장치는 다음과 같이 동작하여 데이터를 검출한다.

먼저, 상기 광디스크(15) 상에 데이터를 기록/재생하기 위하여 상기 레이저 다이오드(1)에서 레이저 광이 발생하면, 상기 레이저 광은 상기 콜리메터 렌즈(3)에 입사되어 평행한 레이저 광으로 변환된 다음, 상기 정형 프리즘(5)으로 입사된다. 상기 정형 프리즘(5)은 임의의 각도로 입사되는 레이저 광을 일정 방향의 진행할 수 있는 수평 레이저 광으로 굴절시키는 역할을 한다. 상기 정형 프리즘(5)을 통과한 레이저 광은 상기 빔스프리터(7)에서 굴절없이 통과된 다음, 수평하게 진행한다. 상기 빔스프리터(7)의 경사면에서는 PBS(Polarization Beam Splitter)코팅이되어있어 경사면으로 수평으로 입사하는 광은 통과시키고, 경사면의 역방향으로 직행하는 빛은 90°굴절시킨다.

상기 빔스프리터(7)를 통과한 레이저 광은 상기 레이저 다이오드(1)로부터 진행하는 광이므로 선편광된 상태로 있으므로, 이를 원편광된 광으로 변환시키기 위하여 상기 λ/4 플레이트(9)를 통과시킨다. 상기 λ/4 플레이트(9)를 통과한 원편광된 레이저 광은 보다 정확한 데이터를 검출하기 위한 3빔 법을 적용하기 위하여, 상기 그레이팅(10)에서 3개의 광들로 분해된다. 상기 그레이팅(10)에서 분해된 3개의 레이저 광은 상기 반사미러(11)에서 반사된 후, 액츄에이터에 배치된 상기 대물렌즈(13)로 입사하게 된다. 상기 대물렌즈(13)에 입사된 레이저 광은 굴절되어 광 스폿을 형성하고, 상기 광 디스크(15)의 데이터 트랙 상에 3개의 레이저 광을 조사하게 된다.

상기 3개의 레이저 광은 메인 레이저 광과 두 개의 서브 레이저 광으로 구성되어 있고, 상기 메인 레이저 광은 상기 광디스크(15)의 데이터 트랙에 데이터를 기록하고나 재생하기 위하여 사용되고, 상기 서브 레이저 광은 트랙 좌우의 산으로 돌출된 영역에 조사되어 정확한 트래킹 서보를 하기 위하여 사용된다.

그런 다음, 상기 광 디스크(15)에서 반사된 광은 상기 반사미러(11)와 그레이팅(10)와 λ/4 플레이트(9)를 통과하면서 선편광된 레이저 광으로 변환하게 되고, 상기 빔스프리트(7)에서 굴절된 후에 상기 비점렌즈(17)를 통과하여 상기 검출기(20)에 조사된다.

상기 검출기(20)는 4개의 포토다이오드가 분할 된 구조를 하고 있고, 반사된 레이저 광이 맺히는 위치에 따라 포커싱 에러를 검출하여 에러 신호를 포커싱 서보에 인가하고, 계속해서 트래킹 에러를 검출하여 에러 신호를 트래킹 서보에 인가하여 에러 정정을 하게 된다.

도 2는 상기 도 1에서 사용되는 검출기의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 4개의 포토다이오드로 구성된 4분할 방식으로 되어 있다. 상기 각각의 포토다이오드의 직경 d는 30~40㎛정도이고, 상기 광디스크에서 반사된 레이저 광이 상기 검출기의 포토다이오드 상에 맺히게 된다.

상기 검출기에 맺힌 빔의 출력값에 따라 포커싱 에러 검출과 트래킹 에러 검출을 하여 각각의 서보에 신호를 인가한다. 상기 검출기로부터 인가되는 에러 신호에 의하여 광픽업에 사용되는 액츄에이터의 트래킹 및 포커싱 동작을 하여 정확한 데이터의 기록/재생을 하게된다.

일반적으로 비점수차 방식에 의하여 포커싱 에러 검출식은 (A+C)-(B+D)로 나타내고, 트래킹 에러 검출식은 DPD 방식에 의하여 phase(A+C)-phase(B+D)로 나타내어 진다.

그러나, 검출기에 배치된 포토다이오드와 레이더 다이오드가 시간이 지남에 따라서, 레이저 광의 고온, 또는 외부의 저온에 의하여 많은 변형이 발생하여 신뢰도가 급속히 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 방지하기 위하여 레이저 다이오드와 포토다이오드를 고정하기 위하여 본드와 에폭시를 사용하여 접착시켜 놓지만, 열에 의하여 접착제의 변형이 발생하여 레이저 다이오드와 포토다이오드의 위치가 변하게되는 문제가 발생한다.

최근, 고저장 광디스크의 개발에 따라 정밀도가 높아지므로 레이저 다이오드와 포토다이오드가 수 마이크로미터의 이동하더라도, 데이터를 기록/재생하기 위한 레이저 광의 오차율은 크게 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광픽업에 사용되는 검출기를 16개의 포토다이오드로 구성하여, 광디스크로부터 반사되는 레이저 광이 맺히는 셀들 중 가장 큰 출력값을 나타내는 4개의 포토다이오드를 마이크로 컨트롤러에 의하여 선택하도록하여 포커싱 에러 및 트래킹 에러 검출을 하여 정확한 데이터의 기록/재생이 가능하도록 한 광픽업 검출기구조를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면.

도 2는 상기 도 1에서 사용되는 검출기의 구조를 도시한 도면.

도 3는 본 발명에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면.

도 4는 상기 도 3에서 사용되는 검출기의 구조를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31: 레이저 다이오드33: 콜리메터 렌즈

35: 정형 프리즘37: 빔스프리터

40: 그레이팅41: 반사거울

43: 대물렌즈45: 광디스크

50: 검출기60: 마이크로 컨트롤러

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광픽업 검출기구조는,

레이저 광을 이용하여 데이터 정보를 기록/재생하는 광픽업에 있어서,

상기 광디스크로부터 반사되는 레이저 광을 검출하는 검출기를 16개로 분할된 포토다이오드로 구성하고, 마이크로 컨트롤러를 사용하여 반사광이 맺히는 포토다이오드를 검출하여 포커싱과 트래킹 에러를 검출하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 검출기에 배치된 16개의 포토다이오드의 직경은 30㎛이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광픽업에서 반사광을 수신하여 데이터를 검출하는 검출기에 16개의 포토다이오드들을 배치하여 광학계들이 미세한 위치 변동에도 불구하고,정확한 신호를 수신할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 3는 본 발명에 따른 광픽업 구조를 도시한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(31)와, 상기 레이저 다이오드(31)로부터 발생하는 레이저 광원을 평행 광으로 바꾸어주는 콜리메터 렌즈(33)와, 상기 콜리메터 렌즈(33)로부터 임의의 각도로 입사되는 평행 광의 방향을 조절하는 정형 프리즘(35)과, 상기 정형 프리즘(35)을 통과한 레이저 광을 굴절없이 통과시키거나, 광디스크(45)로부터 반사된 레이저 광을 직각으로 굴절시키는 빔스프리터(37)와, 선 편광된 레이저광을 원편광 레이저 광으로 변환 시켜주는 λ/4 플레이트(39)와, 상기 λ/4 플레이트(39)를 통과한 레이저 광을 3 빔으로 분해하는 그레이팅(40)과, 상기 그레이팅(40)으로부터 3빔 형태로 분해된 광을 상기 광디스크(45) 방향으로 반사 시켜주는 반사거울(41)과, 상기 반사거울(41)로부터 반사된 레이저 광을 굴절시켜 광 스폿을 형성하는 대물렌즈(43)와, 상기 대물렌즈(43)에서 발생된 광 스폿을 상기 광디스크(45)의 데이터 트랙에 조사하고, 반사된 레이저 광을 맺히게하는 비점렌즈(47)와 상기 비점렌즈(47)로부터 나온 반사광으로부터 데이터를 검출하는 검출기(50)와 상기 검출기에 맺히는 반사광의 분할 영역을 판단하는 마이크로 컨트롤러(60)로 구성되어 있다.

또한, 상기 검출기(60)는 16개의 포토다이오드가 분할된 구조를 하고 있고, 각각의 포토다이오드의 직경은 30㎛이하이다. 상기 레이저 다이오드(31)로부터 발생하는 레이저 광량을 측정하여 안정된 레이저 광을 발생시키도록 조절하는 프론트 모니터 검출기(49)가 광 픽업 광학계에 배치되어 있다.

상기과 같은 광학계 구조를 갖는 광 픽업 장치는 다음과 같이 동작하여 데이터를 검출한다.

먼저, 상기 광디스크(45) 상에 데이터를 기록/재생하기 위하여 상기 레이저 다이오드(31)에서 발생한 레이저 광은 상기 콜리메터 렌즈(33)에서 입사되어 평행한 레이저 광으로 조절한다. 그런 다음, 상기 콜리메터 렌즈(33)로부터 나오는 레이저 광은 상기 정형 프리즘(35)으로 입사하는데, 상기 정형 프리즘(35)은 경사면을 따라 임의의 각도로 입사된 레이저 광은 상기 광디스크(45)가 배치된 방향으로 평행하게 굴절된다.

상기 정형 프리즘(35)에서 평행하게 굴절된 레이저 광은 상기 빔스프리터(37)에서 굴절없이 통과된 다음, 수평하게 진행한다. 상기 빔스프리터(37)의 경사면에서는 PBS 코팅이되어 있는데, 상기 PBS는 상기 빔스프리터(37)의 경사면으로 입사하는 광은 그대로 통과시키고, 경사면의 타측 방향으로 입사되는 광은 90°굴절시키는 성질을 가지고 있다.

상기 빔스프리터(37)를 통과한 레이저 광은 상기 레이저 다이오드(31)로부터 진행하는 광이므로 선편광된 상태로 있으므로, 이를 원편광된 광으로 변환시키기 위하여 상기 빔스프리터(37)와 함께 배치된 상기 λ/4 플레이트(39)를 통과시킨다. 상기 λ/4 플레이트(39)를 통과한 원편광된 레이저 광은 보다 정확한 데이터를 검출하기 위한 3빔 법을 적용하기 위하여 상기 그레이팅(40)에서 3개의 광들로분해된다.

상기 그레이팅(40)에서 3개로 분해된 광은 상기 반사미러(41)에서 반사된 후, 액츄에이터에 배치된 상기 대물렌즈(43)로 입사하게 된다. 상기 대물렌즈(43)에 입사된 3개의 레이저 광은 굴절되어 광 스폿을 형성하고, 상기 광디스크(45)의 데이터 트랙 상에 3개의 레이저 광을 조사하게 된다.

상기 3개의 레이저 광은 메인 레이저 광과 두 개의 서브 레이저 광으로 구성되어 있고, 상기 메인 레이저 광은 상기 광디스크(45)의 데이터 트랙에 조사되고, 나머지 서브 레이저 광은 인접한 데이터 트랙에 조사되어 트랙킹 에러를 검출하게 된다.

그런 다음, 상기 광디스크(45)에서 반사된 레이저 광은 다시 대물렌즈(43), 그레이팅(40), λ/4 플레이트(39) 및 빔스프리터(37)를 거쳐서 상기 검출기(50)에 맺히게 된다.

상기 검출기(50)는 16개의 포토다이오드들이 사각형 형태로 분할 된 구조를 하고 있는데, 이것은 종래의 4분할 포토다이오드 구조를 갖는 검출기보다 반사광의 수신 면적을 확대시킨 이점이 있다. 또한, 16분할에 사용되는 포토다이오드의 직경은 종래의 포토다이오드 직격보다 작으므로, 보다 정밀한 광을 수신할 수 있게 된다.

상기 검출기(50)에 반사광이 맺히게 되면, 트래킹 서보를 걸기 전 포커싱 서보가 걸린 상태에서 상기 16개의 포토다이오드 분할 영역에 맺힌 반사광 신호를 수신하여 로우 패스 필터(low pass filter)를 통과시킨 후, 상기 마이크로컨트롤러(60)에 의하여 가장 큰 수신값 4개를 찾아낸다. 상기 마이크로 컨트롤러(60)에서 처리된 4개의 포토다이오드 분할영역이 확정되면, 일반적인 비점 수차와 DPD 방식에 의하여 포커싱 에러와 트래킹 에러를 검출하게 된다.

도 4는 상기 도 3에서 사용되는 검출기의 구조를 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 검출기의 구조는 16개의 포토다이오드(a, b, c ...o, p)가 분할된 16분할 방식으로 되어 있다. 일반적으로 포토다이오드의 직경 d는 30~40㎛정도이지만, 포토다이오드의 수를 증가시키면서, 각각의 포토다이오드의 직경 d를 30㎛이하로 줄였다. 이것은, 포토다이오드의 셀이 크면 반사된 레이저 광의 궤도가 미세하게 틀어저도 유효하게 수신할 수 있지만, 그와 동시에 광 수차가 커지므로 신호의 에러 확률이 상승하게 된다. 즉, 광 품질이 저하된다.

따라서, 본 발명의 검출기 구조는 16개의 포토다이오드로 구성하여, 기존의 4분할 방식보다 반사광의 수용 면적을 확대하였지만, 각각 포토다이오드 셀들의 크기는 작게 형성하여 광 수차 발생을 방지하였다.

상기 검출기의 16개 포토다이오드 상에 반사광이 위치하게되면, 상기 검출기와 연결되어 있는 마이크로 컨트롤러에 의하여 상기 16개의 포토다이오드중에서 가장 강한 출력값을 갖는 순으로 배열하고, 그중 가장 강한 출력값의 4개의 포토다이오드를 사용하여 포커싱 에러와 트래킹 에러 검출을 하게된다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 반사광이 맺히게되면, 상기 마이크로 컨트롤러는 e,f,i 및 j로 분할된 포토다이오드를 선택하게되어 포커싱 에러와 트래킹 에러를 검출하게된다.

비점 수차 방식에 의한 포커싱 에러 검출 방정식은 (e+j)-(f+il)로 구해지고, DPD 방식에 의한 트래킹 에러 검출 방정식은 Phase(e+j)-Phase(f+i)로 구해진다.

따라서, 상기 광디스크로부터 반사된 광이 16분할된 검출기에 맺히게되면, 상기 마이크로 컨트롤러는 이중 가장 강한 광이 맺히는 4개의 포토다이오드 분할 영역을 판단하여 상기에서와 같이 포커싱 에러 검출을 위한 작업과 트래킹 에러 검출을 위한 작업을 수행하게 된다.

이하, 트래킹 서보와 포커싱 서보의 동작은 종래의 광픽업 방식과 동일한다.

아울러, 본 발명에서는 반사광을 검출하는 포토다이오드의 셀 크기가 작으므로 보다 양질의 반사광을 사용할 수 있게되고, 보다 정밀한 광픽업을 할 수 있게된다. 그리고, 광픽업에서 사용되는 광학계들의 광학적 특성을 판단할 수 있게된다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 광픽업에서 반사광의 신호를 검출하는 검출기의 구조를 16개의 포토다이오드가 분할되도록 하여 미세한 광학계들의 오차에도 불구하고, 정확한 신호를 수신할 수 있는 효과가 있다.

또한, 16개의 포토다이오드들의 직경을 줄임으로써 보다 광픽업에 사용되는 광학계들의 광학성을 검사할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 레이저 광을 이용하여 데이터 정보를 기록/재생하는 광픽업에 있어서,

   상기 광디스크로부터 반사되는 레이저 광을 검출하는 검출기를 16개로 분할된 포토다이오드로 구성하고, 마이크로 컨트롤러를 사용하여 반사광이 맺히는 포토다이오드를 검출하여 포커싱과 트래킹 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 광픽업 검출기구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출기에 배치된 16개의 포토다이오드의 직경은 30㎛이하인 것을 특징으로 하는 광픽업 검출기구조.