KR20040081640A - Aberration less detecting hologram optical element for optical pick-up system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 기록/재생기의 광 픽업 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 디스크로부터 반사되는 반사광을 광 검출기 쪽으로 맵핑하여 생기는 간섭파형에 광 검출기에서 검출된 구면수차 정보를 피드백(Feed-Back)시켜 구면수차 보상 제어하기 위한 광픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pickup system of an optical recorder / player, and more particularly, feeds back spherical aberration information detected by an optical detector to an interference waveform generated by mapping reflected light reflected from an optical disk toward an optical detector. The present invention relates to a hologram element for detecting spherical aberration of an optical pickup system for controlling spherical aberration compensation.
일반적으로, 현재 개발되고 있는 디지털 비디오 광 디스크(DVD; Digital Video Disk) 드라이이브는 청색 레이저를 이용하여 광 디스크 위에 맺히는 스팟의 크기를 작게 하기 위해서는 개구수(Numerical Aperture)를 0.85로 규정하고 있으며, 광 디스크의 구조 또한 이중 기록층 형태로 한 장에 두 면의 데이터 기록면을 갖도록 하고 있다.In general, the Digital Video Disk (DVD) drive currently being developed defines a numerical aperture of 0.85 in order to reduce the size of spots formed on the optical disk using a blue laser. The structure of the optical disk is also to have two data recording surfaces on one sheet in the form of a double recording layer.
또한, 광 디스크의 보호층 두께 100um에 대해 광 디스크 내부에서의 편차가 +/- 1.5um, 각 광 디스크 사이의 편차를 +/- 5um로 규정하고 있으며, 첫 번째 기록면과 두 번째 기록면까지 거리가 20∼30um 정도로 규정하고 있다.In addition, for the protective layer thickness of 100um of optical disc, the deviation within the optical disc is +/- 1.5um and the deviation between each optical disc is +/- 5um, and the distance between the first recording surface and the second recording surface is It is prescribed about 20-30um.
이러한 보호층 두께에 의해 발생되는 편차 범위는 기록면 위에서 포커싱되는 광 빔의 스팟을 최소 크기로 유지하기 위한 편차 범위보다 매우 큰 것이며, 광 디스크의 보호층 두께에 대한 편차에 의해 발생하는 구면 수차의 양을 Zeidel 계수를 이용하여 조사하면 광 디스크에서 발생하는 편차에 의해서만 이미 +/- 0.0403 λrms가 발생한다.The deviation range caused by this protective layer thickness is much larger than the deviation range for keeping the spot of the light beam focused on the recording surface to a minimum size, and the amount of spherical aberration caused by the deviation with respect to the protective layer thickness of the optical disk. Is investigated using Zeidel coefficients, +/- 0.0403 lambda rms are already generated only by the deviation occurring in the optical disk.
또한, 광 디스크 기록면에 주어진 개구수(numerical aperture)에 의하여 결정되는 이론적인 빔의 크기를 구현하기 위해선 전체의 광 디스크 기록면까지 도달하는 빔이 갖고 있는 수차의 총량을 파면 수차로 표현할 때 0.07 λrms 이하가 되어야 하는 것을 생각하면 총 수차의 50% 이상을 단지 광 디스크 두께의 편차에 의해 변화하는 것을 알 수 있다.In addition, in order to realize the theoretical beam size determined by the numerical aperture given on the optical disk recording surface, the total amount of aberrations of the beam reaching the entire optical disk recording surface is 0.07 lambda rms or less when expressed as wavefront aberration. Considering that should be done, it can be seen that more than 50% of the total aberration changes only by the variation of the optical disk thickness.
따라서, 디지털 비디오 광 디스크 드라이브의 광 픽업 시스템 개발 시에 광 디스크로부터 발생하는 구면수차량를 검출하고, 검출된 신호를 피드백(Feed Back)시켜 구면수차 보상 및 자동 포커싱(AF;Auto Focusing) 및 트래킹하도록 제어하도록 하기 위해서는 먼저 광 디스크로부터 발생하는 구면수차량을 검출할 수 있는 광학장치가 구현되어야 한다.Therefore, when developing an optical pickup system of a digital video optical disc drive, the amount of spherical aberration generated from the optical disc is detected, and the detected signal is fed back to compensate for spherical aberration, auto focusing and tracking. In order to control, an optical device capable of detecting spherical aberration generated from an optical disk must be implemented.
이하, 종래의 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자를 첨부 도면에 따라 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 일반적으로 사용되는 광 픽업 시스템을 도식화한 도면이고, 도 2는 종래 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자를 도시한 것이다.Hereinafter, a spherical aberration detection hologram element of a conventional optical pickup system will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an optical pickup system generally used in the prior art, and FIG. 2 illustrates a hologram element for detecting spherical aberration of a conventional optical pickup system.
종래 일반적으로 사용되는 광 픽업 시스템은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 광원(120)과, 상기 광원(120)으로부터 발생된 광 빔을 평행광으로 변환시키는 시준렌즈(121)와, 상기 평행광을 광 디스크(110) 상에 집광시키는 대물렌즈(122)와, 상기 시준렌즈(121)와 대물렌즈(122)사이에 위치하여 입사광과 반사광을 분리시키는 빔 스플리터(Beam Splitter)(123)와, 상기 빔 스플리터(123)에서 수직 분리되는 반사광을 집광시키는 커플링 렌즈(124)와, 상기 커플링 렌즈(124)에서 집광되는 광 빔을 간섭파형으로 맵핑하도록 홀로그램 패턴이 형성된 홀로그램 소자(125)와, 상기 홀로그램 소자(125)에 의해 맵핑된 간섭파형을 통해 광 디스크에 저장된 광 정보 및 구면수차 정보를 검출하는 광 검출기(126)로 구성된다.Conventionally used optical pickup systems, as shown in Figure 1, the light source 120, the collimating lens 121 for converting the light beam generated from the light source 120 into parallel light, and the parallel light An objective lens 122 for condensing light on the optical disk 110, a beam splitter 123 positioned between the collimating lens 121 and the object lens 122 to separate incident light and reflected light; A coupling lens 124 for condensing the reflected light vertically separated from the beam splitter 123, a hologram element 125 having a hologram pattern formed to map the light beam collected at the coupling lens 124 into an interference waveform, and And an optical detector 126 for detecting optical information and spherical aberration information stored in the optical disk through the interference waveform mapped by the hologram element 125.
그리고, 광 검출기(126)에서 검출된 신호에 의하여 자동 포커싱 및 트래킹되도록 액츄에이터(129)를 제어하기 위한 AF/TR 서보 회로와, 빔 스플리터(123)와 대물렌즈(122) 사이에 위치하여 구면수차 보상판(128)을 제어하는 구면수차 검출 회로와, 재생 데이터 신호를 검출하는 RF회로로 이루어진 서보(Servo)(127)가 포함되어 구성된다.In addition, an AF / TR servo circuit for controlling the actuator 129 to be automatically focused and tracked by the signal detected by the photo detector 126, and is located between the beam splitter 123 and the objective lens 122, spherical aberration The servo (Servo) 127 which consists of the spherical aberration detection circuit which controls the compensation plate 128, and the RF circuit which detects a reproduction data signal is comprised.
상기 홀로그램 소자(125)는, 도 2에소 도시한 바와 같이, 상기 커플링 렌즈(124)를 통해 집광되는 반사광을 광 검출기 쪽으로 간섭파형을 맴핑하기 위한 홀로그램 패턴은 정형적인 선형 곡선무늬로 이루어진다.As illustrated in FIG. 2, the hologram element 125 has a regular linear curved pattern for hologram patterns for mapping the interference waveform toward the photodetector with the reflected light collected through the coupling lens 124.
상기 홀로그램 패턴은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 두개의 1차원 홀로그램 Ⅰ과 홀로그램 Ⅱ의 패턴을 각각 합성하여 2차원의 홀로그램Ⅲ의 패턴이 만들어지도록 한다.As shown in FIG. 3, the hologram pattern synthesizes two patterns of the 1D hologram I and the hologram II so as to form a 2D hologram III pattern.
따라서, 상기된 각각의 1차원 홀로그램을 갖는 두개의 홀로그램 소자의 합성에 의해서 얻어지는 2차원의 홀로그램은 회절 효율을 제어할 수 없고, 또한 홀르그램 소자에 의하여 맵핑된 간섭파형으로는 보다 정확한 구면수차량을 광 검출기(126)에서 검출할 수 없다.Therefore, the two-dimensional hologram obtained by synthesizing two hologram elements having each one-dimensional hologram described above cannot control diffraction efficiency, and more accurate spherical aberration amount with the interference waveform mapped by the hologram element. Cannot be detected by the photo detector 126.
상기된 이유로 구면 수차 보상 제어가 보다 정밀하게 이루어지지 못함에 따라 광 디스크(110)가 보다 작은 편차범위를 갖도록 정밀하게 제조되어야 하고, 그에 따르는 원가 상승을 사용자가 부담해야 하는 문제점이 발생한다.As the spherical aberration compensation control is not made more precisely for the reasons described above, the optical disk 110 must be manufactured precisely to have a smaller deviation range, and a problem arises in that the user bears the cost increase.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면 광 픽업 시스템에서 발생하는 구면수차량을 보다 정밀하게 검출하여 구면수차 보상 및 포커싱 보상 제어가 가능하도록 하는 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 제공을 그 목적으로 한다.According to the present invention devised to solve the above problems, the present invention provides a hologram element for detecting spherical aberration of an optical pickup system, which detects spherical aberration generated in the optical pickup system more precisely, thereby enabling spherical aberration compensation and focusing compensation control. For that purpose.
도 1은 종래 광 픽업 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a conventional optical pickup system.
도 2는 종래 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 전형적인 홀로그램 패턴을 도시한 도면,2 is a diagram illustrating a typical hologram pattern of a conventional hologram element for detecting spherical aberration;
도 3은 종래 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 합성과정을 도시한 도면,3 is a view illustrating a synthesis process of a conventional hologram element for detecting spherical aberration;
도 4는 본 발명에 이용되는 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 홀로그램 패턴 합성과정을 도시한 도면,4 is a view showing a hologram pattern synthesis process of the spherical aberration detection hologram element used in the present invention,
도 5는 본 발명의 광 픽업 시스템의 구성도.5 is a block diagram of an optical pickup system of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 소자를 이용한 구면수차 검출과정을 도시한 사시도,6 is a perspective view illustrating a spherical aberration detection process using a hologram element according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 소자의 정면도,7 is a front view of a hologram device according to an embodiment of the present invention;
도 8은 도 5의 광 검출기의 배치상태를 도시한 도면,8 is a view showing an arrangement of the photo detector of FIG.
도 9는 광 디스크의 보호층이 얇은 경우 구면수차의 발생과정을 도식적으로 도시한 도면,9 is a diagram schematically showing a process of generating spherical aberration when the protective layer of the optical disk is thin;
도 10은 도 8 상태에서의 구면수차 검출신호를 도시한 도면,10 is a view showing a spherical aberration detection signal in the state of FIG. 8;
도 11은 광 디스크의 보호층이 두꺼운 경우 구면 수차의 발생과정을 도식적으로 도시한 도면,11 is a diagram schematically showing a process of generating spherical aberration when the protective layer of the optical disk is thick;
도 12는 도 10 상태에서의 구면수차 검출신호를 도시한 도면,12 illustrates a spherical aberration detection signal in the state of FIG. 10;
도 13은 일반적인 회전격자와 회절 광 소자를 이용한 광 검출 상태를 도시한 도면,13 is a view showing a light detection state using a general rotational grating and diffractive optical element;
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 홀로그램 패턴을 도시한 도면.14 is a diagram illustrating a hologram pattern of a spherical aberration detection hologram element according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *
10: 광 디스크 20: 광원10: optical disc 20: light source
21: 시준렌즈 22: 대물렌즈21: collimating lens 22: objective lens
23: 빔 스플리터 24: 커플링 렌즈23: beam splitter 24: coupling lens
25, 50: 홀로그램 소자 25a, 25b: 단일 패턴 영역25, 50: hologram element 25a, 25b: single pattern region
25c, 25d: 혼합 패턴 영역 26: 광 검출기25c, 25d: Mixed pattern region 26: photo detector
27: 서보 28: 구면수차 보상판27: Servo 28: Spherical Aberration Compensation Plate
29: 액츄에이터 30: 회절격자29: actuator 30: diffraction grating
40: 광 소자 랜즈40: optical element lens
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원으로부터 발생된 광 빔을 대물렌즈 통해 광 디스크의 기록층에 집속시키고, 그 광 디스크의 기록층으로부터 반사된 광 빔을 홀로그램 소자의 홀로그램 패턴에 따라 간섭파형으로 맵핑하여 광 검출기로 광 정보를 검출하는 광 픽업 시스템에 있어서, 상기 홀로그램 소자는 상기 광 검출기에서 광 정보와 함께 구면수차량을 검출하도록 서로 다른 홀로그램 패턴이 중첩되어 형성되는 적어도 하나 이상의 혼합 패턴 영역을 포함하도록 구성됨을 특징으로 하는 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자에 의해 달성된다.In order to achieve the above object, the present invention focuses a light beam generated from a light source through an objective lens on a recording layer of an optical disk, and interferes a light beam reflected from the recording layer of the optical disk according to a hologram pattern of a hologram element. In the optical pickup system for detecting the optical information by the optical detector by mapping to the optical sensor, at least one mixed pattern region formed by overlapping different hologram patterns to detect the spherical aberration amount together with the optical information in the optical detector It is achieved by a hologram element for detecting spherical aberration of the optical pickup system, characterized in that it is configured to include.
여기서, 상기 혼합 패턴 영역은 상기 홀로그램 소자의 중심원 내부에 형성된 적어도 하나 이상의 단일 패턴 영역 외주면상에 인접하는 상기 단일 패턴 영역의 홀로그램 패턴과 중첩 형성됨이 바람직하다.Here, the mixed pattern region is preferably overlapped with the hologram pattern of the single pattern region adjacent to the outer peripheral surface of at least one single pattern region formed inside the center circle of the hologram element.
먼저, 본 발명의 기술적 사상이 파생되는 기술적 배경을 살펴보면, 도 4에 도시한 바와 같이, 홀로그램Ⅰ의 홀로그램 패턴을 홀로그램 Ⅱ의 홀로그램 패턴으로 잘게 나누어 각 영역에서의 위상 값을 주기적으로 조절함으로써 홀로그램 Ⅲ의 홀로그램 패턴을 얻도록 한다. 그리고, 홀로그램 Ⅲ의 홀로그램 패턴에서 Δ는 주어지는 위상값에 따라 조절이 가능하도록 하고 이러한 패턴의 차이에 의해 홀로그램 Ⅱ의 회절 효율을 결정할 수 있도록 한다. 또한, 홀로그램 Ⅱ는 2 phase level 뿐만 아니라 4 phase level, 8 phase level로도 이용할 수 있다.First, referring to the technical background from which the technical idea of the present invention is derived, as shown in FIG. 4, by dividing the hologram pattern of the hologram I into the hologram pattern of the hologram II, the phase value in each region is periodically adjusted to the hologram III. Let's get a holographic pattern of. In the hologram pattern of hologram III, Δ can be adjusted according to a given phase value and the diffraction efficiency of hologram II can be determined by the difference of the patterns. In addition, the hologram II may be used not only at the 2 phase level but also at the 4 phase level and the 8 phase level.
이하, 본 발명의 광 픽업 시스템의 검출용 홀로그램 소자를 첨부한 도면에따라 그 구성 및 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the hologram element for detecting the optical pickup system of the present invention will be described in detail as follows.
도 4는 본 발명에 이용되는 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 홀로그램 패턴 합성과정을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 광 픽업 시스템의 구성도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 소자를 이용한 구면수차 검출과정을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 소자의 정면도이며, 도 8은 도 5의 광 검출기의 배치상태를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a hologram pattern synthesizing process of a spherical aberration detection hologram element used in the present invention, FIG. 5 is a configuration diagram of an optical pickup system of the present invention, and FIG. 6 is according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view illustrating a process of detecting spherical aberration using a hologram element, FIG. 7 is a front view of a hologram element according to an exemplary embodiment, and FIG. 8 is a view illustrating an arrangement state of the photo detector of FIG.
또한, 도 9는 광 디스크의 보호층이 얇은 경우 구면수차의 발생과정을 도식적으로 도시한 도면이며, 도 10은 도 8 상태에서의 구면수차 검출신호를 도시한 도면이고, 도 11은 광 디스크의 보호층이 두꺼운 경우 구면 수차의 발생과정을 도식적으로 도시한 도면이며, 도 12는 도 10 상태에서의 구면수차 검출신호를 도시한 도면이다.9 is a diagram schematically illustrating a process of generating spherical aberration when the protective layer of the optical disk is thin, FIG. 10 is a diagram illustrating a spherical aberration detection signal in the state of FIG. 8, and FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a process of generating spherical aberration when the protective layer is thick, and FIG. 12 is a diagram illustrating a spherical aberration detection signal in FIG. 10.
도 5 또는 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 수차 검출용 홀로그램 소자가 적용되는 광 픽업 시스템은 광원(20)과, 상기 광원(20)으로부터 발생된 광 빔을 평행광으로 변환시키는 시준렌즈(21)와, 상기 평행광을 광 디스크(10) 상에 집광시키는 대물렌즈(22)와, 상기 시준렌즈(21)와 대물렌즈(22)사이에 위치하여 입사광과 반사광을 분리시키는 빔 스플리터(Beam Splitter)(23)와, 상기 빔 스플리터(23)에서 수직 분리되는 반사광을 집광시키는 커플링 렌즈(24)와, 상기 커플링 렌즈(24)에서 집광되는 광 빔을 간섭파형으로 맵핑하도록 홀로그램 패턴이 형성된 홀로그램 소자(25)와, 상기 홀로그램 소자(25)에 의해 맵핑된 간섭파형을 통해 광 디스크에 저장된 광 정보 및 구면수차 정보를 검출하는 광 검출기(26)로 구성된다.As shown in FIG. 5 or FIG. 6, an optical pickup system to which a spherical aberration detection hologram element according to an exemplary embodiment of the present invention is applied, parallels a light source 20 and a light beam generated from the light source 20. Collimating lens 21 for converting the light, the objective lens 22 for condensing the parallel light on the optical disk 10, and between the collimating lens 21 and the objective lens 22, incident light and reflected light A beam splitter 23 for separating the light, a coupling lens 24 for condensing the reflected light vertically separated from the beam splitter 23, and an optical beam focused at the coupling lens 24. A hologram element 25 in which a hologram pattern is formed to map into a waveform, and an optical detector 26 for detecting optical information and spherical aberration information stored in an optical disk through interference waveforms mapped by the hologram element 25. .
그리고, 광 검출기(26)에서 검출된 신호에 의하여 자동 포커싱 및 트래킹되도록 액츄에이터(29)를 제어하기 위한 AF/TR 서보 회로와, 빔 스플리터(23)와 대물렌즈(22) 사이에 위치하여 구면수차 보상판(28)을 제어하는 구면수차 검출 회로와, 재생 데이터 신호를 검출하는 RF회로로 이루어진 서보(Servo)(27)가 포함되어 구성된다.Then, the AF / TR servo circuit for controlling the actuator 29 to be automatically focused and tracked by the signal detected by the photodetector 26, and located between the beam splitter 23 and the objective lens 22, spherical aberration And a servo (Servo) 27 composed of a spherical aberration detection circuit for controlling the compensation plate 28 and an RF circuit for detecting the reproduction data signal.
상기 홀로그램 소자(25)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 홀로그램 패턴의 사용 목적에 따라 대물렌즈의 촛점거리, 회절각 그리고 수차 등을 고려하여 설계되는 4개의 패턴 영역(25a, 25b, 25c 그리고 25d)으로 이루어지며, 이를 보다 상세하게 설명하면 중심축을 기준으로 중심원에 서로 다른 홀로그램 패턴이 형성되는 두개의 단일 패턴 영역(25a)(25b)과, 그 외주면에 인접하는 단일 패턴 영역의 홀로그램 패턴과 중첩되는 서로 다른 홀로그램 패턴을 갖는 두 개의 혼합 패턴 영역(25c)(25d)으로 이루어진다.As shown in FIG. 6, the hologram element 25 includes four pattern regions 25a, 25b, 25c, which are designed in consideration of the focal length, diffraction angle and aberration of the objective lens according to the purpose of using the hologram pattern. 25d), which will be described in more detail. Two single pattern regions 25a and 25b in which different hologram patterns are formed on the center circle based on the central axis, and the hologram pattern of the single pattern region adjacent to the outer circumferential surface thereof. It consists of two mixed pattern regions 25c and 25d having different hologram patterns overlapping with each other.
상기 광 검출기(26)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 홀로그램 소자(25)에 의하여 맵핑된 간섭파형을 검출하기 위한 4개의 포토 다이오드(A, B, C 그리고 D)로 이루어진다. 그리고, 상기 포토 다이오드는 기준 위치에서 출력신호가 0이 되도록 조정되는 3개의 셀(Shell)(하첨자1,2, 그리고3도시)로 분할되어 이루어진다.As shown in FIG. 8, the photo detector 26 is composed of four photodiodes A, B, C and D for detecting the interference waveform mapped by the hologram element 25. In addition, the photodiode is divided into three cells (subscripts 1 , 2 , and 3 shown ) in which the output signal is adjusted to 0 at the reference position.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.By such a configuration, the operation and effect of the spherical aberration detection hologram element of the optical pickup system according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 광 픽업 시스템의 개략적인 작동을 살펴보면 광원(20)으로부터 발생된 광 빔은 시준렌즈(21)를 통해 평행광 상태로 빔 스플리터(23)를 투과하여 대물렌즈(22)에 의하여 광 디스크(10)이 기록층에 광 빔 스팟이 형성되도록 한다. 그리고, 상기 광 디스크(10)의 기록층으로부터 반사된 광 빔은 빔 스플리터(23)에서 수직 방향으로 분리되어 커플링 렌즈(24)를 통과한 후 홀로그램 소자(25)의 4개의 패턴 영역을 통과하면서 간섭파형으로 맵핑되며, 그 중 두개의 혼합 패턴 영역(25c)(25d)을 통과해 맵핑된 간섭파형을 각각의 광 검출기의 각 포토다이오드에서 구면수차량을 검출되도록 한다.First, referring to a schematic operation of the optical pickup system, the light beam generated from the light source 20 passes through the beam splitter 23 in a parallel light state through the collimation lens 21 and is transmitted by the objective lens 22 to the optical disk ( 10) The light beam spot is formed in this recording layer. Then, the light beam reflected from the recording layer of the optical disk 10 is separated in the vertical direction in the beam splitter 23 and passes through the coupling lens 24 and then passes through the four pattern regions of the hologram element 25. While being mapped to an interference waveform, the interference waveform mapped through two mixed pattern regions 25c and 25d of the spherical aberration is detected at each photodiode of each photodetector.
한편, 광 디스크(10)의 기록면이 대물렌즈(22)의 초점 위치에 있을 때 홀로그램소자에 의하여 맵핑된 광 빔의 간섭파형은 광 검출기(26)의 포토다이오드 A와 C의 뒷쪽에서 상이 맺히고, 포토다이오드 B와 D의 앞에서 상이 맺힌다.On the other hand, when the recording surface of the optical disk 10 is at the focal position of the objective lens 22, the interference waveform of the light beam mapped by the hologram element forms a difference behind the photodiodes A and C of the photodetector 26, Images form in front of photodiodes B and D.
따라서, 광 디스크(10)의 기록층과 대물렌즈(22)의 거리가 멀어짐에 따라 포토 다이오드 A와 C에 맵핑되는 상의 크기는 작아지고, 포토다이오드 C와 D의 광 빔의 크기는 커지게 되며, 반대로 광 디스크(10)의 기록층과 대물렌즈(22)의 거리가 가까워지면 각 포토다이드 A, C에서는 커지고 포토다이오드 B와 D에서는 작아진다.Therefore, as the distance between the recording layer of the optical disk 10 and the objective lens 22 increases, the size of the image mapped to the photodiodes A and C becomes smaller, and the size of the light beams of the photodiodes C and D becomes larger. On the contrary, when the distance between the recording layer of the optical disc 10 and the objective lens 22 becomes closer, the distance becomes larger for each photodide A and C and smaller for the photodiodes B and D.
이처럼 광 디스크(10)의 기록층과 대물렌즈 사이의 거리 즉, 광 디스크의 보호층이 표준값에서 두꺼워지거나 얇아짐에 따라 발생하는 거리가 멀어지고 가까워짐에 따라 발생하는 구면수차에 의하여 S 곡선 형태의 포커스 에러 신호(FES; Focusing Error Signal)가 광 검출기의 각 포토다이오드를 통해 검출된다.As such, the distance between the recording layer of the optical disk 10 and the objective lens, that is, the distance generated as the protective layer of the optical disk becomes thicker or thinner than the standard value, is increased by the spherical aberration generated by the spherical aberration. A focusing error signal (FES) is detected through each photodiode of the photodetector.
상기 포커싱 에러 신호(FES)는 아래와 같이 수학식 1과 수학식 2에 의하여각 광 검출기의 포토 다이오드의 각 셀들에 의하여 얻어진 값들의 가감에 의하여 얻어진다.The focusing error signal FES is obtained by adding or subtracting values obtained by each cell of the photodiode of each photodetector according to Equations 1 and 2 as follows.
그리고, 각각의 포커싱 에러 신호 FES1과 FES2에 의해 얻어지는 S 곡선이 0값을 지나는 광 디스크의 위치가 서로 달라져 이 값이 동시에 0값이 되도록 광 픽업 시스템에 피드백을 걸어준다.Then, the positions of the optical disks through which the S curves obtained by the respective focusing error signals FES1 and FES2 cross the zero value are different from each other, which feeds back to the optical pickup system so that the values become zero at the same time.
예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 광 디스크(10)의 보호층 두께가 얇아진 경우에 포커싱 에러 신호(FES)는 도 10에서 도시한 것과 같은 S 곡선 형태로 검출되며, 이때, 포커싱 에어 신호 FES1의 S곡선이 FES2의 S 곡선 쪽으로 이동하여 두개의 S 곡선 모두가 동시에 0값을 지나는 (+)보상 제어하도록 한다.For example, as shown in FIG. 9, when the protective layer thickness of the optical disc 10 becomes thin, the focusing error signal FES is detected in the form of an S curve as shown in FIG. 10, wherein the focusing air The S curve of signal FES1 shifts toward the S curve of FES2 so that both S curves simultaneously control the positive compensation of passing zero values.
반대로, 도 11에 도시한 바와 같이, 광 디스크(10)의 보호층 두께가 두꺼워진 경우 포커싱 에러 신호(FES)는 도 12에서 도시한 것과 같은 S 곡선 형태로 검출되며, 이때, 포커싱 에어 신호 FES2의 S곡선을 FES1의 S 곡선 쪽으로 이동시켜 두개의 S 곡선 모두가 동시에 0값을 지나는 (-)보상 제어하도록 한다.On the contrary, as shown in FIG. 11, when the protective layer thickness of the optical disc 10 is thick, the focusing error signal FES is detected in the form of an S curve as shown in FIG. 12, and in this case, the focusing air signal FES2 is detected. Move the S curve of FES1 to the S curve of FES1 so that both S curves can control negative compensation at the same time.
이때, (±)의 보상제어는 서보의 구면수차 검출회로를 통해 구면수차 보상판(28)을 제어함과 아울러 동시에 AF/TR 서보 회로를 통해 대물렌즈를 지지하는 액츄에이터(29)를 구동시켜 자동 포커싱 및 트랙킹 제어하도록 한다.At this time, the compensation control of (±) is controlled by controlling the spherical aberration compensation plate 28 through the servo spherical aberration detection circuit and simultaneously driving the actuator 29 supporting the objective lens through the AF / TR servo circuit. Focusing and tracking control.
따라서, 본 발명의 홀로그램 소자(25)를 이용해 광 디스크의 편차 범위에 의하여 발생되는 구면수차량에 대한 보다 다양하고 정확한 정보를 검출하여 광 픽업 시스템에서 보상 제어하도록 함으로써 광 디스크의 편차 범위를 넓혀 보다 저렴한 가격의 광 디스크(10)를 소비자에게 공급할 수 있다.Therefore, by using the hologram element 25 of the present invention to detect more diverse and accurate information on the amount of spherical aberration caused by the deviation range of the optical disk to compensate and control in the optical pickup system to widen the deviation range of the optical disk An inexpensive optical disc 10 can be supplied to the consumer.
또한, 대물렌즈(22)로부터 돌아오는 광 빔의 일부를 사용하여 자동 포커싱(Auto Focusing)하도록 사용하고, 그 외측의 일부 광을 구면수차량을 검출하도록 이용함으로써 피드백(Feed Back)회로를 독립적으로 가져올 수 있어서 서보(27)의 회로 설계가 간단해진다.In addition, a feedback circuit is independently used by auto focusing using a part of the light beam returned from the objective lens 22 and by using a part of light outside thereof to detect spherical aberration amount. This can simplify the circuit design of the servo 27.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 픽업 시스템의 구면수차 검출용 홀로그램 소자를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하며, 일 실시예와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 같은 참조부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 피하기로 한다.The spherical aberration detection hologram element of the optical pickup system according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The description will be avoided.
도 12는 일반적인 회전격자와 회절 광 소자를 이용한 광 검출 상태를 도시화 한 도면이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구면수차 검출용 홀로그램 소자의 홀로그램 패턴을 도식적으로 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating a light detection state using a general rotating grating and a diffractive optical element, and FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a hologram pattern of a spherical aberration detection hologram element according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 12에 도시한 바와 같이, 일반적으로 광 픽업 시스템에서 상기 빔 스플리터(23)에 의해 분리된 반사광이 각각의 편광상태에 따라 회절격자(30)를 통과하면서 일정각을 갖고 분할되고, 분할된 각각의 반사광을 회절 광 소자 렌즈(DOM; Diffraction Optical Element Lens)(40)를 이용하여 집광된 광 빔을 검출기로 검출하도록 구성된다.As shown in FIG. 12, in general, in the optical pickup system, the reflected light separated by the beam splitter 23 is split at a predetermined angle while passing through the diffraction grating 30 according to each polarization state, Is configured to detect the reflected light beam with a detector using a diffraction optical element lens (DOM) 40.
그러나 본 발명의 다른 실시예에서 제안하는 홀로그램 소자(50)는, 도 13에서 도시한 바와 같이, 상기 회절격자(30)와, 회절 광 소자 렌즈(DOM Lens)(40)의 각 기능을 동시에 수행할 수 있는 홀로그램 패턴을 갖도록 형성한다.However, as shown in FIG. 13, the hologram device 50 proposed in another embodiment of the present invention simultaneously performs the functions of the diffraction grating 30 and the diffractive optical element lens 40. It is formed to have a hologram pattern.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 다른 실시예에서 구면수차 검출용 홀로그램 소자는 상기 회절격자(30)와 회절 광 소자 랜즈(40)를 하나의 홀로그램 소자로 만들어 사용할 수 있는 시스템을 단순화시킬 수 있는 장점이 있고, 단일 홀로그램 패턴으로 구현할 수 없는 다양한 기능을 수행할 수 있는 새로운 형태의 홀로그램 소자를 제안하도록 한다.By such a configuration, in another embodiment of the present invention, the spherical aberration detection hologram element can simplify a system that can use the diffraction grating 30 and the diffraction optical element lens 40 as one hologram element. This paper proposes a new type of hologram device capable of performing various functions that cannot be realized in a single hologram pattern.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 홀로그램 소자에 각각의 홀로그램 패턴이 중복되는 패턴 중복 구간을 갖도록 함으로써 보다 다양한 형태 검출된 검출신호에 의해 구면수차 보상 및 자동 포커싱 제어가 가능하도록 한다.As described above, according to the present invention, the spherical aberration compensation and the automatic focusing control are possible by the various detection signals detected by having the pattern overlapping section in which each hologram pattern overlaps the hologram element.
또한, 보다 정밀한 구면수차 보상 제어가 가능해짐에 따라 광 디스크의 편차 범위를 넓혀 보다 저렴한 가격의 광 디스크를 소비자에게 공급할 수 있다.In addition, the more accurate spherical aberration compensation control is possible, the wider the deviation range of the optical disk can be supplied to the consumer at a lower price of the optical disk.
또한, 대물렌즈로부터 돌아오는 광 빔의 일부를 자동 포커싱(Auto Focusing)에 사용하고 외부의 일부 광을 검출하여 구면수차량을 검출하므로 피드백(Feed Back)회로를 독립적으로 가져올 수 있어서 서보의 회로 설계가 간단해진다.In addition, since part of the light beam returned from the objective lens is used for auto focusing and some external light is detected to detect spherical aberration, the feedback circuit can be brought independently so that the circuit design of the servo can be obtained. Becomes simpler.
또한, 회절격자(Grating)와 회절 광 소자(Differaction Optical Element)를 하나의 홀로그램 소자로 사용하여 구현할 수 있다.In addition, the diffraction grating and the diffraction optical element may be implemented as one hologram element.
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