KR20070015361A - 판독 및 기록 빔이 분리된 광 데이터 판독/기록장치 - Google Patents

Abstract

2개의 출력빔을 전달하는 광 픽업장치(OPU)의 정적 설계를 허가하는 방법을 제안한다. 양 레이저 빔으로, 적절한 특징을 갖는 연속적인 스폿이 된다. 본 OPU 개념에서, 판독 및 기록 스폿 양쪽은 동시에 존재하고, 이 스폿들은 포커스 방향으로 충분히 이격된다. 이것은, 전자기기에서 적절한 포커스 오프셋을 일으켜서 판독 상황으로부터 기록상황으로 전환되게 한다. 그 2개의 출력빔(30,32)은, 편광된 입사빔으로부터 생성되고, 그 편광된 입사빔은, 경사진 복굴절 격자(18)에 의해 분할된다.

판독빔, 기록빔, 광 픽업장치, 복굴절 격자, 분할

Description

판독 및 기록 빔이 분리된 광 데이터 판독/기록장치{AN OPTICAL DATA READING/WRITING DEVICE HAVING SEPARATED READ AND WRITE BEAMS}

본 발명은, 판독 및 기록빔이 쌍을 이루는 광 데이터 판독/기록장치와, 광 판독/기록장치에서 판독 및 기록빔을 동시에 생성하는 방법에 관한 것이다.

광 기록 시스템에서의 진보가 이동하는 속도는, 주로 반도체 레이저로부터의 사용가능한 광 전력보다 탁월하다. 광 픽업장치(OPUs)를 설계할 때, 큰 곤란에 직면한다. 종래의 반도체 레이저(아주 구체적으로는 블루 레이저)의 상태의 광 출력빔은, 원형이 아니지만, 1:3의 값까지 빔 발산시에 큰 비대칭을 특징으로 한다. 디스크 상의 광 스폿은, 디스크 상에 스폿을 적절하도록, 원형으로 정형되고, 이것은 이상적으로 (예를 들면 빔 정형을 사용하여) 비대칭 입력 레이저 빔을 원형 레이저빔으로 변환해야 하거나, 대물렌즈의 입사 동공을 오버필(overfill)하는 것을 의미한다. 양 방법(빔 정형 및 오버필)은, 현재의 OPU에서 적용되고 있지만, 부품을 추가하여 OPU에서 별도의 비용을 발생하는 것을 희생하거나 귀중한 레이저 전력을 낭비하는 것을 희생하여 적용되고 있다. 참조로서, 블루레이 디스크 데이터를 신뢰성 있게 판독하는데 적절한 블루 광 픽업의 전체 투과도는, 단지 전형적으로 15%이다.

그러나, 판독 상황 또는 기록 상황시에 완벽한 스폿에 대한 필요성간의 미묘한 차이가 있다. 블루 레이 디스크의 표준에서는, RIM 강도가 접선방향과 반경방향 모두에서 ∼65%이어야 한다는 것을 정의한다. 기록 상황시에, 실험에 의해 밝혀진 것은, RIM 강도를 40%의 값까지 다운시켜 낮출 수도 있고, 데이터를 그 디스크에 신뢰성 있게 기록할 수 있다는 것이다. 결과적으로 광 경로의 투과도는, 30%이거나, 두배 증가한다.

따라서, 이러한 차이는, OPU가 기록 상황에 대한 약간 저하된 스폿과 관련하여 투과도가 높고, 판독 상황에서는 고품질의 스폿과 관련하여 투과도가 상대적으로 낮도록 고안될 수 있다.

이와 같이 제안된 방법은, 일 상태와 타 상태간에 전환하는 장치에 의거한다. 이 제안된 방법들에 의해 기록모드에 대해 빔 효율이 보다 높아지고 판독모드에서는 림 강도가 높지만, 그들은 이들 해결책을 다소 값비싸게 하는 전환가능형 장치를 추가하는 것이 필요하다. 다른 효과는, 대부분의 이들 장치는 약간의 광 손실을 일으킨다는 것이다.

본 발명의 목적은, 상술한 이점을 해결하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 값비싼 전환가능형 장치없이 기록모드에 대해서 광 판독/기록장치에서 높은 인커플(incouple) 효율과, 판독모드에 대해서 높은 림 강도를 달성하는데 있다.

본 발명의 제 1 국면에 의하면, 정보층에 판독/기록을 하기 위한 광 판독/기록장치는, 방사빔을 발생하는 방사원과, 그 방사빔을 정보층에 수속하는 대물계를 구비하고, 상기 대물계는, 그 방사빔을 판독빔과 기록빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리팅 부재를 구비한다.

빔 스플리팅 부재의 바람직한 사용에 의해, 단일 방사원이 판독 및 기록빔을 전환장치 없이 동시에 생성할 수 있는데, 그 이유는 그 방사빔이 2개의 빔으로 분할되기 때문이다.

상기 대물계는, 판독 빔 및 기록빔을 분리된 위치, 바람직하게는 실질적으로 대물계의 광축을 따라 이격된 위치에 수속하도록 구성되는 것이 바람직하다.

그 스폿의 분리는, 주어진 시간에 정보층에 포커싱된 판독 빔 및 기록 빔 중 하나의 빔만을 가질 때가 바람직하다. 그 분리면에서, 판독 및 기록빔으로부터 바람직하게는 2개의 포커스 오차신호가 있다.

판독 빔과 기록빔의 분리된 포커싱의 면에서, 대물계는, 판독빔이 정보층에 포커싱되는 경우 기록빔은 정보층에서의 강도가 불충분하여 정보층의 데이터에 영향을 미치도록 구성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 판독 및 기록빔이 모두 동시에 정보 표면에 부딪히지만, 하나만이 포커스 내에 있다는 사실에 의해, 그 정보층에 영향을 미치지 않는 포커스 빔의 외부가 된다.

빔 스플리팅 부재는, 판독빔을 재정형하도록 구성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 판독빔을 재정형하여 판독빔 특징, 바람직하게는 판독동작에 대해 판독빔의 림 강도를 향상시킨다.

바람직하게, 대물계는, 판독빔 또는 기록빔 중의 하나만을 정보층에 포커싱하도록 구성된 포커스 오프셋 수단을 구비한다. 바람직하게, 포커스 오프셋 수단은, 전자 포커스 오프셋 수단이다.

전자 포커스 오프셋 수단의 바람직한 사용은, 감소된 제조비용 및 보다 큰 단순성을 포함하는, 빔 전환부재 상에서 이익을 제공한다.

빔 스플리팅 부재는, 바람직하게는 회절격자 부재이고, 보다 바람직하게는 복굴절 격자부재이다.

바람직하게는, 빔 스플리팅 부재는, 공헌 효율이 반경방향으로 바깥쪽으로 증가하는 서브구조를 갖는다.

반경방향 증가는, 빔에 대해 상대적인 림 강도를 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명은, 제 1 국면의 광 판독/기록장치의 일부를 구성하는 광 픽업장치로 확대한다.

본 발명의 제 2 국면에 의하면, 광 판독/기록장치에서 판독 및 기록빔을 생성하는 방법은,

방사원으로 방사빔을 발생하고, 대물계로 그 방사빔을 정보층에 수속하는 것으로 이루어지고, 여기서,

상기 빔은 대물계의 빔 스플리팅 부재로 판독빔과 기록빔으로 분리된다.

본 발명은, 상기 제 1 국면에서 설명된 것과 같은 광 판독/기록장치로 정보층에 기록하는 방법으로 확대한다.

또한, 본 발명은, 상기 제 1 국면에서 설명된 것과 같은 광 판독/기록장치로 정보층을 판독하는 방법으로 확대한다.

여기서 설명된 그 특징 모두는, 임의의 조합으로 상기 국면의 어떠한 것과도 조합하여도 된다.

본 발명을 보다 잘 이해하고, 그 실시예를 실행하는 방법을 보여주기 위해서, 첨부하는 도면을 예시에 의해 설명할 것이다.

도 1은 판독 및 기록빔을 동시에 제공하는 광 픽업장치의 개략도,

도 2는 디스크를 향하고 복굴절 격자의 검출기를 향하는 앞면도의 개략도이다.

이하에서는, 2개의 출력빔을 전달하는 광 픽업장치(OPU)의 정적 설계를 허가하는 방법을 제안한다. 양 레이저 빔으로, 적절한 특징을 갖는 연속적인 스폿이 된다. 본 OPU 개념에서, 판독 및 기록 스폿 양쪽은 동시에 존재하고, 이 스폿들은 포커스 방향으로 충분히 이격된다. 이 때문에, 2개의 출력빔 중 하나가 디스크의 정보층에 포커싱되어 있는 경우, 나머지 빔은 정보층의 마크에 상당히 영향을 주지 않는다. 대물렌즈가 광축을 따라 이동되어 그 출력빔이 포커싱되게 하는 경우, 2개의 뚜렷한 포커스 오차신호는 검출될 수 있다. 이러한 포커스 오차신호를 사용하여, 그 빔 중 하나의 빔이 정보층에 포커싱되게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 정보층 디스크 표면에 적절한 스폿을 위치지정함으로써 판독상황으로부터 기록상황으로 전환할 수 있다.

그래서, 기본 아이디어는, 기록모드의 관점에서 최적인 빔에서 시작하는데 있고, 이에 따라서, 이를테면 예시 40% 림 강도에 의해서만 높은 인커플 효율과 낮 은 림 강도를 갖는다. 본 구성에서 충분한 전력을 가지므로, 그 전력의 일부는 분리된 판독빔으로 전환되기도 한다. 나머지 기록빔은, 디스크의 정보층으로 가는 도중에 광 경로에서의 부재에 영향을 받지 않는다. 그러나, 판독빔 부분은, 판독을 위해 충분한 전력을 갖지만 증가된 림 강도를 갖는 빔으로 재정형될 것이다.

테이블 1에는, 판독 및 기록모드에 대한 일부의 특성이 나타내어져 있다. 기록을 하기 위해, 레이저로부터의 최대 사용가능한 전력은 60mW 펄스이다. 이중층일 경우, 디스크에는 10mW 펄스가 필요하다. 40% 림 강도를 갖는 종래의 광 경로에 대해, 광 경로 효율은 대표적으로 30%이다. 이것이 의미하는 것은, 레이저의 최대 전력의 ∼60%만이 본 모드에서 필요하다는 것이다. 이 때문에, 판독시에 레이저의 전력의 ∼40%로 분할되는 경우, 판독모드에 대해 12mW cw(30mW cw의 40%) 레이저 전력이 사용가능하다. 디스크에 관한 필요한 전력은, 0.8mW cw이다. 이러한 빔이 기록모드에 관해 동일한 광 경로를 통해 왕복하므로, (빔 강도 재정형 성분이 없는) 광 경로 효율은 기록모드와 동일하고, 그래서 30%이다. 이로부터, 빔 재정형 성분이 ∼25%의 효율만을 필요로 하여 판독시에 디스크에 관해 충분한 전력을 갖는 것을 수반한다. 상술한 것처럼, 재정형 성분은, 판독빔에만 영향을 미치고 기록빔에는 영향을 미치지 않기도 한다.

테이블 1

모드	최대 레이저 전력	디스크(이중층)에 필요한 전력	림 강도	종래 광 경로에 대응한 광 경로 효율
기록	60mW 펄스	10mW 펄스	40%	30%
판독	30mW cw	0.8mW cw	65%	15%

광 경로 실시예

도 1에는 이중 빔 해결책에 대한 광 경로의 예가 도시되어 있다.

레이저(10)는, 방사빔(12)을 시준렌즈(14)에 방출하고 이 시준렌즈는 편광 빔 스플리터(PBS)(16)를 통해 경사진 복굴절 격자(18)와 1/4λ 플레이트(20)로 보내진다. 이 복굴절 격자(18)는, 그 빔(12)을 판독빔(30)과 기록빔(32)으로 분할한다. 그 후, 대물렌즈(22)는, 그 판독빔(30)을 디스크(24)에 포커싱한다. 그리고, 판독빔(30)은, PBS(16)로 다시 반사되어 서보렌즈(26)와 검출기(28)로 간다. 디스크(24)를 넘어서 기록빔(32)이 포커싱된다는 것을 알 수 있다.

2개의 빔(30,32)은, 상기 경사진 복굴절 격자(18)에서 발생된다. 상기 빔(12)의 입사 편광은, 격자(18)의 광축과 각도를 이룬다(도 2). 그 기록빔(32)은, 디스크(24)를 향하는 도중에 격자(18)에 의해 영향을 받지 않고, 판독빔(30)은, 회절 및 재정형된다. 따라서, 판독빔(30)과 기록빔(32)은, 서로 다른 z 위치에 포커싱된다. 판독빔(30)이 디스크(24)의 정보층에 포커싱되어 있는 경우, 반사된 빔도 검출기(28)에 포커싱되어 있고, 기록빔(32)은 디스크(24)와 검출기(28)의 포커스로부터 모두 벗어나 있다. 기록빔(32)에 디스크(24)에 포커싱되는 경우 그 상황은 반대로 된다.

빔 스플리팅 및 판독빔 재정형 부재(18)로서, 2진 타입의 복굴절 격자를 사용하는 것을 제안한다(이를테면, WO0249024(=PHNL 000683)를 참조, 그 내용은 인용문헌에 포함된다)(도 1 및 도 2 참조). 복굴절 재료의 광축은, Z축(전달 축)을 따라서 있다. 그것의 굴절률은 횡방향 빔이 X축을 따라 편광을 갖는 경우의 ne와 그 빔이 Y축을 따라 편광을 갖는 경우의 no와 같도록 정렬된다. 이제, 레이저 빔의 편 광이 X축과 각도를 이루는 경우를 생각하면, 그 빔의 60%는 no 굴절률(기록빔)을 참조하고, 그 빔의 40%는 ne 굴절률(판독빔)을 참조한다. 2진 스텝으로 격자를 만들어 그 2진 스텝의 높이는 다음과 같다.

결과적으로, 기록빔(32)에 대해서, 상기 격자(18)는, 2π의 배수와 같은 위상 스텝만을 일으켜서 0차 회절만이 선택된다. 그러나, 판독빔(30)에 대해서, 상기 스텝은 더 이상 2π의 배수와 같지 않아서, 논제로(nonzero) 회절 차수가 선택된다. 그 스텝의 적절한 설계에 의하면, 바람직한 회절 차수를 고효율로 선택하는 것이 가능하다. 상기 격자(18)의 피치를 설계하는 것과 함께 상기와 같은 선택으로, 판독빔(30)과 기록빔(32)이 대물렌즈(22)를 통과한 후 서로 다른 위치에 포커싱되게 할 수 있다(이를테면 상술한 WO0249024를 참조).

마지막 스텝은, 판독빔(30)의 강도 분포를 재정형하는데 있다. 기록빔(32)에 영향을 미치지 않고 재정형하는 것은, 다음과 같이 행해질 수 있다. 상기 격자(18)의 판독빔(30)의 상기 선택된 회절차수에 대한 투과도는, 그 판독빔(30)의 반경방향의 함수로서 증가해야 한다. 종래의 격자는, 각 구역의 서브구조가 동일한 다양한 환상 구역으로 이루어진다. 이러한 서브구조는, 각 구역이 특별한 회절 차수에 도움이 되는 효율이 얼마인지를 정의한다. 종래의 격자에 대해, 상기 서브구조는, 모든 구역에 대해 동일하므로, 각 구역은 특별한 차수에 대해 동일한 회절에 기여한다. 그러나, 그 서브구조를 구역마다 서로 다르게 하면, 구역마다 특별한 회절차 수에 대한 기여는, 서로 달라진다. 그 구역의 기여 효율이 반경방향으로 증가되게 하는 경우, 그 회절 빔의 중심부는, 림 강도와 비교하여 강도가 감소되고, 이 때문에 상대적인 림 강도가 증가한다.

림 강도가 40%인 가우시안 빔을 생각해보자. 이 빔은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, Io는 광빔의 중심에서의 강도이고, r은 정규화된 입사동공 반경(입사동공의 림에서 r=1).

이 가우시안 빔을 림 강도가 65%인 빔으로 변환하기 위해서, 상기 빔의 중심부는, 강도에 있어서 그것의 원래의 강도의 61.5%까지 감소되어야 한다. 그 후, 재정형된 빔은 다음과 같이 표현될 수 있다.

상기 재정형된 빔의 총 강도는, 원래의 빔의 강도보다 25% 낮다. 75% 투과 효율로 재정형을 할 수 있다. 이것은, 최소 요구사항(25% 투과 효율)보다 높다. 이 때문에, 디스크의 0.8mW cw, 광 경로 효율 30% 및 재정형 효율 75%의 요구사항이 의미하는 것은, 3.6mW cw 레이저 전력(총 레이저 전력의 12%(테이블 2 참조))을 필요로 한다는 것이다. 실제로, 이것이 의미하는 것은, 기록빔(32)의 60% 레이저 전력보다 많이 보유하여도 된다는 것이다.

테이블 2

모드	기록	판독
재정형 성분없는 광 경로 효율	30%	30%
재정형 요소 효율	100%	75%
총 광 경로 효율	30%	22.5%
디스크의 필요한 최대 전력	10mW 펄스	0.8mW cw
최대 레이저 전력	60mW 펄스	30mW cw
최대 레이저 전력의 필요한 부분	56%	12%

이 테이블 2로부터 수반되는 것은, 최대 전력의 70%에서 레이저(10)를 입력하고 상기 발명에 따른 판독빔(30)에서 21%의 빔과, 기록빔(32)에서 79%의 빔을 분할하는 경우, 판독 및 기록이 가능하다는 것이다. 결과적으로, 보다 고속으로 디스크를 판독/기록하는데 사용될 수 있거나, 보다 낮은 최대 출력전력의 광 경로에서 레이저를 허용할 수 있는 레이저 전력의 30%가 남는다(그래서 그것은 값이 보다 싸다).

도 2에 도시된 것처럼, 디스크를 향하는 도면에서, 기록빔(32)은 복굴절 격자(18)에 영향을 받지 않지만, 디스크(24)로부터 반사된 경우 편광은 입사빔의 것에 (1/4λ 플레이트로 인해) 수직하게 되고, 기록빔(32)은 영향을 받는다. 판독빔(30)일 경우는 반대이다. 검출기로 되돌아오는 도중에 기록빔의 영향은, 검출기 상의 스폿이 회절 제한될 필요가 없기 때문에 허용된다.

본 발명은, 이를테면 블루레이 디스크를 위한 기록용 광 픽업에서 사용될 수 있다.

Claims (14)

1. 정보층에 판독/기록을 하기 위한 광 판독/기록장치로서, 방사빔을 발생하는 방사원과, 그 방사빔을 정보층에 수속하는 대물계를 구비하고, 상기 대물계는, 그 방사빔을 판독빔과 기록빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리팅 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 대물계는, 판독 빔 및 기록빔을 분리된 위치에 수속하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 대물계는, 판독빔이 정보층에 포커싱되는 경우 기록빔은 정보층에서의 강도가 불충분하여 정보층의 데이터에 영향을 미치도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   사용시에, 상기 판독빔 및 기록빔은 2개의 포커스 오차신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 빔 스플리팅 부재는 판독빔을 재정형하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 판독빔은, 판독빔의 림 강도를 향상시키도록 재정형된 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 대물계는, 판독빔 또는 기록빔 중의 하나만을 정보층에 포커싱하도록 구성된 전자 포커스 오프셋 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 빔 스플리팅 부재는, 복굴절 격자부재인 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 빔 스플리팅 부재는, 공헌 효율이 반경방향으로 바깥쪽으로 증가하는 서브구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 반경방향 증가는, 빔에 대해 상대적인 림 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 광 판독/기록장치.
11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 광 판독/기록장치의 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 광 픽업장치.
12. 광 판독/기록 장치에서 판독 및 기록빔을 생성하는 방법으로서,

    방사원으로 방사빔을 발생하고, 그 방사빔을 대물계로 정보층에 수속하고,

    상기 빔은, 대물계의 빔 스플리팅 부재로 판독빔과 기록빔으로 분할되는 것을 특징으로 하는 판독 및 기록빔 생성방법.
13. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 광 판독/기록장치로 정보층에 기록하는 것을 특징으로 하는 기록방법.
14. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 광 판독/기록장치로 정보층을 판독하는 것을 특징으로 하는 판독방법.

Images