KR20050060093A - 광학주사장치 - Google Patents

Abstract

광학주사장치(1)는 차동 간섭 콘트라스트를 사용하여 광 기록매체(2)로부터 정보신호를 검출한다. 2개의 방사빔(13a, 13b)이 발생되어, 광 기록매체의 정보층 상의 데이터 트랙을 따라 각각 변위된 2개의 별개의 스폿들(15a, 15b)에 초점이 맞추어진다. 랜드들 및 피트들에 위치한 스폿들의 상대적인 위치는 반사빔들(17a, 17b) 사이에 경로 길이차를 발생할 수 있다. 이와 같은 경로 길이차는, 스폿들의 데이터 트랙의 상대적인 랜드/피트 위치에 의존하여, 빔들이 보강간섭하거나 상쇄간섭하게 한다. 이와 같은 간섭은 검출가능한 신호가 발생되도록 하며, 이 신호는 정보층(4) 상의 피트에서 랜드로의 전이점 또는 역으로의 전이점을 표시한다.

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

본 발명은, 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 관한 것이다.

종래의 광학주사장치, 예를 들어, 콤팩트 디스크(CD)와 디지털 다기능 디스크(DVD) 레코더와 플레이어에서는, 입사되어 기록매체에서 반사된 방사빔을 전자 데이터 신호로 변환함으로써, 광 기록매체 상에 저장된 데이터가 추출된다. 적절한 전자장치를 사용환 적당한 조작을 사용하여, 적절한 신호대 잡음비를 갖고 데이터가 검색될 수 있다.

이와 같은 검출계에서는, 고주파 전자 데이터 신호가 먼저 아날로그 디지털(A/D) 변환기를 사용하여 변환되고, 제로 교차점 이후에, 지터가 최소가 되는 선택된 지점에서 이 데이터 신호가 검출된다. 반사율의 변동, 전자장치, 기록매체 또는 방사원에 의해 시스템에 유도된 노이즈가 신호대 잡음비를 열화시켜, 비트 에러 레이트를 증가시키게 된다. 현재, 64 양자화 레벨을 갖는 6 비트의 A/D 변환기가 사용되지만, 더 높은 대역의 변환기를 필요로 하는 시스템이 제안되어 있다. 고속 시스템에서는, A/D 변환의 로크(lock) 주파수가 비교적 높아, 더 높은 소비 전력과 전자기 호환 문제를 발생한다.

본 발명에 따르면, 피트들과 랜드들 사이에 전이점(transition)들을 갖는 일련의 피트들과 랜드들로서 배치된 데이터 트랙을 포함하는 광 기록매체의 정보층을 주사하고, 방사빔을 발생하는 방사원과, 광 기록매체를 향해 방사빔을 투과하고, 광 기록매체의 주사후에, 검출계를 향해 방사빔을 투과하는 광학장치를 구비하되, 상기 광학장치는 정보층 상에서 서로에 대해 변위된 2개의 주사 스폿을 각각 형성하는 2개의 방사빔을 발생하는 광학주사장치에 있어서, 상기 광학장치는 데이터 트랙의 방향을 따라 서로에 대해 스폿들을 정렬하도록 구성되고, 상기 검출계는 데이터 트랙의 피트와 랜드 사이의 전이점을 표시하는 2개의 방사빔의 경로 길이의 차이에 기인한 간섭의 결과로써 반사된 빔들의 변동을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치가 제공된다.

이 장치는 광학 영역에서의 차동 간섭 콘트라스트를 사용하여 정보신호를 검출한다. 이에 따르면, 광학주사장치의 전자신호 처리부의 A/D 변환의 복잡성을 줄일 수 있다

본 발명의 또 다른 목적, 이점 및 특징은, 다음의 첨부도면에 예시된 것과 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다:

도 1은 기록매체 상에 2개의 방사빔의 초점을 맞추는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 픽업부를 포함하는 광학주사장치의 개략도이고,

도 2는 광 기록매체 상의 피트와 랜드에 입사하는 2개의 보조 방사빔을 나타낸 도 1에 도시된 픽업부의 개략도이며,

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학주사장치의 또 다른 형태를 나타낸 개략도이고,

도 4a는 광 기록매체 상의 2개의 입사 방사빔의 다양한 데이터 트랙 위치들 중의 일부를 나타낸 개략도이며,

도 4b는 도 4a에 도시된 초점 위치들에 대응하는 각각의 검출기 신호 출력 레벨들을 나타낸 것이고,

도 5는 광 기록매체를 본 발명에 따른 광 픽업부에 의해 주사할 때 예시적인 정보신호 응답을 나타낸 것이다.

도 1은 광 기록매체(2)를 주사하는 광학 헤드를 포함하는 광학주사장치(1)의 구성요소들을 나타낸 것이다. 도 2에 더욱 상세히 나타낸 기록매체(2)는, 그것의 일면에 정보층이 배치되는 투명층(3)을 포함하는 광 디스크의 형태를 갖는다. 정보층(4)은 반사 금속 코팅을 포함할 수도 있다. 투명층(3)의 반대측에 있는 정보층(4)의 면은 보호층(5)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 장치를 마주보는 투명층(3)의 면은 입사면(6)으로 불린다. 투명층(3)은 정보층에 대해 기계적인 지지를 제공함으로써 기록매체에 대한 기판으로서의 역할을 한다. 이와 달리, 투명층(3)은 정보층을 보호하는 유일한 기능을 갖는 한편, 기계적인 지지는 정보층의 다른 면에 있는 층, 예를 들면, 보호층(5), 또는 정보층(4)에 연결된 또 다른 정보층과 투명층에 의해 제공될 수도 있다. 정보는 도 1 또는 2에 도시되지 않은 거의 평행하거나 동심원을 이루거나 나선형의 트랙들로 배치된 광학적으로 검출가능한 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4)에 저장될 수 있다. 이들 마크는 피트들의 형태를 갖고 각각 랜드들 8a, 8b 사이에 교대로 산재될 수도 있다.

주사장치(1)는 방사빔(7)을 방출하는 반도체 레이저(9)의 형태를 갖는 방사원을 구비한다. 방사빔(7)은 광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는데 사용된다. 방사빔(7)은 시준 렌즈(10)에 입사하며, 시준 렌즈는 방사빔(7)을 평행한 빔(11)으로 변환한다. 평행광으로 변환된 빔(11)은 광학부재(12)에 입사하며, 이 광학부재는 한 개의 주 빔(11)으로부터 2개의 보조의 코히어런트 방사빔들(13a, 13b)을 발생한다. 광학부재(12)로부터의 이들 빔(13a, 13b)은 대물렌즈계(14)에 입사한다. 대물렌즈계(14)는 1개 이상의 렌즈 및/또는 격자를 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 대물계(14)는 빔들(13a, 13b)을 기록매체(2) 상의 2개의 별-개의 스폿들(15a, 15b)로 초점을 맞추는 1개의 렌즈(14)로 구성된다. 2개의 스폿들(15a, 15b)은 광 기록매체(2의 주사 방향으로 서로 변위한다.

정보층(4)에 의해 반사된 방사빔은 2개의 발산빔들을 형성하며, 이들은 대물계(14)에 의해 거의 평행광으로 변환된 빔들(17a, 17b)로 변환된다. 거의 평행광으로 변환된 빔들(17az, 17b)은 광학부재(12)에 입사하여 거기에서 결합되어 빔 스플리터(19)에 입사하는 1개의 빔(18)을 형성한다. 빔 스플리터(19)는 광검출기 어레이를 포함하는 검출계(21)에 방사빔의 초점을 맞추는 시준렌즈(20)를 향해 반사빔(18)의 적어도 일부를 투과시킴으로써 전방 빔과 반사 빔을 분리한다. 검출계(21)는 방사빔을 포착하여 광학 헤드(1)와 떨어져 주사장치 내부에 배치되는 신호처리회로(23)에 의해 처리되는 전기 출력신호로 변환한다.

전기 출력신호 중에서 1개는 정보신호(22)로서, 이것의 값은 정보층(4)에서 판독된 정보를 표시한다. 정보신호(22)는 신호처리회로(23)에 의해 처리된 정보신호(24)로 변환된 후, 오류정정을 위해 정보처리부에 의해 처리되어 출력장치로 건네진다.

검출계에서 발생된 나머지 신호들(미도시)은 포커스 에러신호와 래디얼 에러신호를 포함한다. 이들 신호는 정보신호가 검출되는 빔과 분리되어 장치 내부에서 발생되는 3개의 빔의 시스템(21)에서의 검출에 의해 발생될 수 있다. 포커스 에러신호는, 예를 들면 랜드를 주사할 때, 스폿들(15a, 15b)과 정보층(4) 사이의 축방향 높이차를 표시한다. 래디얼 에러신호는, 스폿들(15a, 15b)과 이들 스폿들에 의해 주사되고 있는 정보층에 있는 데이터 트랙의 중심 사이의 정보층(4)의 평면에서의 거리를 표시한다.

포커스 에러신호와 래디얼 에러신호는 서보회로(미도시)로 공급되고, 서보회로는 이들 신호를 광학 헤드 내부의 고대역 기계 액추에이터들(미도시)을 제어하는 포커스 교정신호와 트랙킹 교정신호로 변환한다. 기계 포커스 액추에이터는 초점 방향으로 대물계(14)의 위치를 제어함으로써, 스폿들의 축방향 위치가 정보층(4)의 평면과 거의 일치하도록 스폿들(15a, 15b)의 축방향 위치를 제어하며, 스폿들의 반경 방향 위치가 현재 주사되고 있는 정보층의 트랙의 중심을 정확히 따르도록 스폿들(15a, 15b)의 반경방향 위치를 제어한다. 반경 방향으로 움직일 수 있는 아암 등의 추가적인 기계 액추에이터는, 기록매체(2)의 반경방향으로 광 헤드(1)의 위치를 변경시켜, 스폿들이 정보층(4)에서 뒤따르는 트랙 위에 놓이도록 스폿들(15a, 15b)의 반경방향의 위치를 대략적으로 제어한다. 기록매체(2)의 트랙들은 도 1의 평면에 수직한 방향으로 진행한다.

도 2는 본 발명의 개념을 더욱 더 상세히 나타낸 것이다. 도 2에서 알 수 있는 것과 같이, 광학부재(12)는 기록매체(2)의 정보층(4)에 스폿들(15a, 15b)을 동시에 형성하는 2개의 방사빔들(13a, 13b)을 발생하도록 구성된다.

2개의 별개의 방사빔들(13a, 13b)은 후술하는 다양한 방법들 중에서 한가지 방법에 의해 발생된다. 그러나, 1개의 방사원으로부터 2개의 방사빔을 형성할 수 있는 임의의 적절한 방법 또는 장치가 사용될 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

전술한 것과 같이, 2개의 스폿들(15a, 15b)이 기록매체(20)의 정보층(4)에 형성된다. 스폿들(15a, 15b)은 정보층(4)의 데이터 트랙을 따라 서로 접선방향으로 변위된다. 광학부재(12)는 2개의 스폿들(15a, 15b)이 트랙의 접선방향에 평행한 라인을 따라 위치하도록 구성되어, 이들 2개의 스폿(15a, 15b)이 트랙을 트랙 내부에서 동일한 횡단 방향으로 주사하도록 한다. 2개의 방사빔이 1개의 방사빔에서 발생될 때, 광학계로 복귀시의 반사빔이 보강간섭하거나 상쇄간섭한다. 간섭의 특성은, 정보층(4) 상에 스폿들(15a, 15b)의 상대적 위치지정을 제공하는데 사용되는 광 경로들에 의존하게 된다. 예를 들어, 이들 스폿들(15a, 15b)이 랜드 또는 피트 상에 초점이 맞추어지면, 경로 차가 존재하지 않으므로, 간섭은 보강간섭이 된다. 따라서, 광 픽업부를 통해 다시 반사되어 검출계(21)에 도달하는 상당한 양의 방사빔이 존재하게 된다.

그러나, 1개의 스폿(15a)이 피트 상에 놓이고 나머지 스폿(15b)이 랜드 상에 입사하며, 랜드들과 피트들 사이의 높이차를 적절히 선택하면, 간섭이 상쇄간섭이 되어, 광 픽업부를 통해 다시 방사되어 검출계(21) 상에 놓이는 방사빔이 거의 없게 되도록 2개의 빔 사이에 경로차가 존재하게 된다.

이에 따르면, 랜드로부터 피트로의 전이점과 역으로의 전이점이 기록매체의 정보층(4)에서 검출된다.

1개의 방사원으로부터 2개의 보조 방사빔을 발생하는데 사용되는 광학부재(12)는 월라스톤(Wollastone) 프리즘일 수 있다. 월라스톤 프리즘은 보통 복굴절 물질, 즉 수직 방향으로 서로 다른 광 특성을 갖는 물질로 형성된다. 방사빔이 복굴절 물질에 입사하면, 수직 편광을 가지며 서로 각각 변위되는 2개의 빔이 발생된다. 광학 프리즘이 광학부재(12)로서 사용되면. 프리즘(12)의 광축에 대해 45°의 각도로 배치된 편광 방향을 갖는 선편광된 방사원(9)이 사용된다. 또한, 도시되지 않은 편광 분석판이 그것의 광축이 편광의 등가 방향에 대해 45°의 각도를 갖고 검출계(21)와 빔 스플리터(19) 사이에 놓인다.

도 3에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 광학부재가 소정의 위상 관계를 갖는 2개의 보조 빔들을 발생하는 회절 격자를 구비한다. π의 위상차를 갖는 2 스폿 격자가 단위 거리(d)당 1개의 그루브를 갖는 이진 격자를 사용하여 발생될 수 있다. π의 상대적인 위상 지연과 동일한 폭(0.5d)의 랜드들과 그루브들을 도입하는 2개의 단차 높이를 사용하는 이와 같은 격자의 일례의 설계 파라미터와 성능을 이하의 테이블에 나타내었다. 그러나, 적절한 특성을 갖는 다른 격자가 사용될 수 있다는 것은 자명하다.

[표]

차수	강도	위상
-1	40.53%	-π/2
0	00.00%	-
+1	40.53%	π/2

본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 제 1 실시예와 공통되는 유사한 기능을 갖는 구성요소들은 100 만큼 증가된 동일한 참조번호를 갖는다. 도 3에 도시된 것과 같이, 방사원(109)에 의해 발생된 1개의 방사빔(107)은 이진 회절 격자와 시준 렌즈(110)를 포함하는 광학부재(132)에 입사한다. 광학부재(132)는, 전술한 것과 같은 방식으로 광 기록매체(102)의 정보층에 초점이 맞추어지는 2개의 보조 방사빔(113a, 113b)을 발생한다. 광학부재(132)는, 2개의 스폿(115a, 115b)이 트랙의 접선방향에 평행한 라인을 따라 배치되어 2개의 스폿(115a, 115b)이 트랙의 동일한 횡단 방향 위치에 있는 트랙을 주사하도록 배치된다. 정보층에서 반사된 방사빔은 다시 빔 스플리터(119)를 투과한다. 빔 스플리터(119)는 반사빔(117a, 117b)의 적어도 일부를 검출계(121)를 향해 투과시킴으로써 전방 빔과 반사 빔을 분리한다. 이때, 반사빔들은 광학부재(132)를 다시 통과하지 않고 검출곌 투과되어, 빔 스플리터(119)에 의해 반사된 후에 재결합된다는 점에 주목하기 바란다. 시준렌즈(20)에 의해 굴절된 후에, 빔들은 쐐기부재(133)와 결합렌즈(134)에 입사한다. 이들 부품은 보조 방사빔들이 검출계(21)에서 중첩되도록 한다.

광학부재 132에 의해 π의 위상차가 추가되므로, 이들 2개의 스폿(115a, 115b)이 랜드 상에 놓이거나 피트 상에 놓이는 경우에는 방사빔들의 상쇄 간섭하게 되고, 1개의 스폿(115a)이 랜드 상에 놓이고 나머지 스폿(115b)이 피트 상에 놓이거나 역으로 배치되는 경우에는, 방사빔들이 보강간섭하게 된다.

전술한 실시예들에서는, 신호처리 시스템(23; 123)이 증폭이 출력단을 포화시키는 증폭기를 구비할 수도 있다. 증폭기의 출력은 플립플롭 등의 신호처리회로(23; 123) 내부의 디지털 판정회로에 공급되어, 이 판정회로에서 후속 데이터 추출이 일어날 수 있다, 제로 레벨이 판정회로에 대한 임계 레벨보다 높이 상승할 정도로 제로 레벨이 증폭되지 않도록 증폭단이 배치된다. 제로 레벨을 줄이기 위해, 증폭기 앞에 전자 고역 필터가 삽입될 수도 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 검출계의 예시적인 응답을 알 수 있다. 도 4b는, 도 4a에 개략적으로 도시된 것과 같이, 랜드, 피트 및 전이점의 검출에 대응하는 다양한 상태에서의 검출된 정보신호(22; 122)를 나타낸 것이다.이들 스폿이 랜드나 피트 상에 위치하는 경우에는, 방사빔들이 상쇄 간섭하므로, 검출계 상에 입사하는 방사빔이 거의 제로가 된다. 스폿들이 전이점의 어느 한쪽에 위치하면. 방사빔이 보강 간섭하여, 더 높은 신호가 검출계에 입사하게 된다. 본 실시예에서는, 광학장치 내부의 보조빔들 사이에 π의 위상차의 도입으로 인해, 랜드와 피트들에서 더 낮은 신호 레벨이 보이고 전이점들에서 높은 신호 레벨이 보이지만, 광학장치 내부에 위상차가 도입되지 않으면, 반대의 신호 레벨을 볼 수 있다.

도 5는 광 픽업부가 기로매체의 정보층의 트랙을 가로질러 주사될 때, 피트와 랜드 사이의 검출 전이점 또는 역으로의 검출 전이점에서의 피크들을 나타낸 검출된 정보신호를 도시한 것이다. 방사빔이 정보층의 피트에서 랜드로, 또는 역으로 주사될 때, 전이점들에서 신호의 피크들이 발생한다. 피크들의 폭은, 주사 속도, 스폿들 사이의 변위 및 간섭의 품질에 의해 결정된다.

최적의 신호대 잡음비를 얻기 위해서는, 상쇄 간섭 레벨이 가능한한 제로값에 가까워야 한다. 최적의 콘트라스트를 얻기 위해서는, 피트의 깊이가 0.25 파장의 광 경로로 설정되는 것이 바람직하다. 보조빔들 중에서 한 개에서 자기간섭(self-interference)의 유의 레벨을 피하기 위해서는, 트랙 피치 p, 방사빔 파장 λ와 대물렌즈의 개구수 NA가 다음 관계를 만족시키는 것이 바람직하다:

전술한 본 발명은 신호처리회로(23; 123) 내부에 복잡한 A/D 변환기들을 필요로 하지 않는다. 이것은 전술한 이유로 인해 유리하다. 그러나, 추가적인 이점이 존재한다. 예들 들어, 더 높은 대역폭으로 크기를 조정하는 것이 수월하며, 단지 더 높은 대역폭의 광검출기와 이 데이터 속도에서 동작하는 판정회로만을 필요로 한다. 종래의 광학주사장치에서는, 충분한 해상도를 얻기 위해서는 A/D 변환기들이 훨씬 높은 속도로 동작해야만 한다.

더구나, 다양한 검출기 세그먼트들의 차동신호들의 복잡한 처리가 필요없으므로, 전자 노이즈 발생원의 억제를 달성할 수 있다. 더욱이, 제로 신호로의 비복귀 대신에 제로 신호로의 복귀가 주어지므로, 가장 짧은 데이터 세그먼트들의 신호를 차별적으로 증가시키기 위해 제한 등화(limit equalization)를 도입하는 것이 더욱 더 용이해진다.

이때, 위에서 구체적으로 설명한 모든 구성요소들은 거의 동일한 기능을 수행하는 적절한 대안으로 교체될 수도 있다는 것은 자명하다.

전술한 실시예들은 본 발명을 예시하는 실시예로서 이해해야 할 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예들을 상정할 수 있다, 전술한 어느 한 개의 실시예와 관련하여 설명한 특질은 독자적으로 사용되거나, 전술한 다른 특징과 조합하여 사용될 수도 있으며, 다른 실시예들의 1개 이상의 특징이나 다른 실시예들의 임의의 조합과 결합하여 사용될 수도 있다는 것은 자명하다. 더구나, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 전술하지 않은 등가물이나 변형물이 사용될 수도 있다.

Claims (11)

1. 피트들과 랜드들 사이에 전이점들을 갖는 일련의 피트들과 랜드들로서 배치된 데이터 트랙을 포함하는 광 기록매체의 정보층을 주사하고, 방사빔을 발생하는 방사원과, 광 기록매체를 향해 방사빔을 투과하고, 광 기록매체의 주사후에, 검출계를 향해 방사빔을 투과하는 광학장치를 구비하되, 상기 광학장치는 정보층 상에서 서로에 대해 변위된 2개의 주사 스폿을 각각 형성하는 2개의 방사빔을 발생하는 광학주사장치에 있어서,

   상기 광학장치는 데이터 트랙의 방향을 따라 서로에 대해 스폿들을 정렬하도록 구성되고, 상기 검출계는 데이터 트랙의 피트와 랜드 사이의 전이점을 표시하는 2개의 방사빔의 경로 길이의 차이에 기인한 간섭의 결과로써 반사된 빔들의 변동을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광학장치는 광학부재를 구비하고, 방사원은 광학부재에 의해 2개의 보조 방사빔들로 분할되는 1개의 방사빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
3. 제 2항에 있어서,

   광학부재는 회절 격자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
4. 제 3항에 있어서,

   2개의 보조 방사빔들 사이에 위상차를 도입하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
5. 제 4항에 있어서,

   회절 격자는 2개의 보조 방사빔들 사이에 π의 위상차를 발생하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   광학장치는, 2개의 보조 방사빔들이 광학부재에 입사하지 않고 정보층으로부터 검출계로 투과되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
7. 제 2항에 있어서,

   광학부재는 복굴절 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
8. 제 7항에 있어서,

   광학부재는 월라스톤 프리즘을 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   검출계는 전기신호를 발생하도록 구성되고, 상기 전기신호는 일련의 피크들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
10. 제 9항에 있어서,

    각각의 상기 피크는 데이터 트랙의 랜드와 피트 사이의 전이점을 표시하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
11. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

    검출계는 광검출기를 구비하고, 상기 2개의 빔은 검출기의 위치 앞에서 결합되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.