KR20070113960A - 광 디스크 장치 - Google Patents

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KR20070113960A
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다께시 시마노
하루까즈 미야모또
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 과제는 2개의 광의 광로차의 조정이 용이하고, 신호 증폭 효과가 높고, 광학계의 소형화에 적합한 간섭형 광 디스크 신호 검출계를 구비한 광 디스크 장치를 제공하는 것이다.
간섭형 광학계를 일체형으로 형성하여, 신호광과 참조광의 광로차의 안정화를 도모하는 동시에, 참조 미러(114)에 참조광의 광로 길이의 조정 수단(113)을 부가하여, 광 디스크(102)의 커버층 두께의 변동이나 온도 등에 의한 광로 길이의 경시 변화에 대응하여 신호 진폭을 항상 최대로 하도록 제어한다. 또한, 트와이만-그린형 간섭 광학계를 이용하여 광학계의 소형화를 도모한다.
광 디스크 장치, 스핀들 모터, 광 검출기, 참조 미러, 조정 수단

Description

광 디스크 장치 {OPTICAL DISK DEVICE}
도1은 제1 실시예의 장치 구성을 도시하는 도면.
도2는 광 검출기 패턴과 신호 연산 방법을 도시하는 도면.
도3은 신호광과 참조광의 편광 방향과 검출광의 편광 방향을 도시하는 도면.
도4는 제1 실시예의 신호 증폭 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도5는 제1 실시예의 최대 신호 진폭을 부여하는 광로차 탐색 방법을 나타내는 도면.
도6은 제2 실시예의 장치 구성을 도시하는 도면.
도7은 제3 실시예의 장치 구성을 도시하는 도면.
도8은 제4 실시예의 장치 구성을 도시하는 도면.
도9는 제5 실시예의 광 헤드 광학계 구성을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 광 디스크 장치 하우징
102, 709, 909 : 광 디스크
103, 721 : 스핀들 모터
104 : 광 헤드 장치
105 : 반도체 레이저
106 : λ/2판
107, 704, 715 : 편광 빔 스플리터
108, 703, 714, 906, 913 : 콜리메이트 렌즈
109, 705, 905 : λ/4판
110, 707, 907 : 대물 렌즈
111 : 제2 콜리메이트 렌즈
112, 716, 912 : 제2 λ/4판
113, 718 : 광로 길이 가변 수단
114, 717, 914 : 참조 미러
115 : 제2 λ/2판
116 : 제2 편광 빔 스플리터
117, 712, 910 : 제1 광 검출기
118, 713, 911 : 제2 광 검출기
119, 706 : 포커싱 액츄에이터
120, 708 : 트래킹 액츄에이터
201, 720 : 신호 연산 회로
601 : 2차원 액츄에이터
602 : 코스 액츄에이터
702 : 무편광 빔 스플리터
710, 719 : 집광 렌즈
711 : 무편광 하프 빔 스플리터
801 : 편광성 회절 격자
901 : 반도체 레이저 칩
902 : SiC 서브 마운트
903 : 실리콘 기판
904 : 복합 프리즘
915 : MEMS 액츄에이터
[문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평5-342678호 공보
[문헌 2] 일본 특허 출원 공개 평6-223433호 공보
본 발명은, 광 디스크 장치의 재생 신호의 고S/N화에 관한 것이다.
광 디스크는 청색 반도체 레이저와, 고NA 대물 렌즈를 이용하는 블루 레이 디스크의 제품화에 이르러, 광학계의 분해능으로서는 거의 한계에 도달하여, 가일층의 대용량화를 향해서는 금후 다층화가 유력해질 것이라 생각된다. 다층 광 디스크에 있어서는 각 층으로부터의 검출 광량이 거의 동등해지는 필요성으로부터, 특정한 층으로부터의 반사율은 작게 할 수밖에 없다. 그런데, 광 디스크는 대용량화와 함께 비디오 등의 더빙 속도의 고속화의 필요성으로부터, 전송 속도의 고속화 도 계속되고 있어, 그 상태로는 재생 신호의 S/N비를 충분히 확보할 수 없게 되고 있다. 따라서, 금후의 다층화와 고속화를 동시에 진행시켜 가기 위해서는, 검출 신호의 고S/N화가 필수가 된다.
광 디스크의 재생 신호의 고S/N화에 관한 기술은, 예를 들어 문헌 1, 문헌 2 등에 서술되어 있다. 모두 광자기 디스크의 재생 신호의 고S/N화에 관하여, 반도체 레이저로부터의 광을 광 디스크에 조사하기 전에 분기하여, 광 디스크에 조사하지 않는 광을, 광 디스크로부터의 반사광과 합파(合波)하여 간섭시킴으로써, 미약한 신호의 진폭을, 광 디스크에 조사하지 않는 광의 광량을 크게 함으로써 증폭하는 것을 겨냥한 것이다. 광자기 디스크의 신호 검출에서 종래 이용되고 있는 편광 빔 스플리터의 투과광과 반사광의 차동 검출에서는, 본질적으로는 원래의 입사 편광 성분과 광자기 디스크에 의한 편광 회전에 의해 발생되는 입사 편광 방향과 직교하는 편광 성분을 간섭시켜, 입사 편광으로 직교 편광 성분을 증폭하여 검출을 행하는 것으로 되어 있다. 따라서, 원래의 입사 편광 성분을 증대시키면 신호를 증대시킬 수 있지만, 광 디스크에 입사되는 광 강도는 데이터를 소거하거나 덮어쓰지 않도록 하기 위해, 어느 정도 이하로 억제할 필요가 있다. 이에 대해, 상기 종래의 기술에서는 미리 신호광과 간섭시키는 광을 분리해 두어, 이것을 디스크에 집광시키지 않고 신호광과 간섭시키고, 신호 증폭을 위해 간섭시키는 광의 강도를, 디스크 표면의 광 강도와 관계없이 강하게 할 수 있도록 하고 있는 것이다. 이에 의해, 원리적으로는 광 강도가 허용하는 범위에서, 강도를 강하게 할수록 광 검출기로부터의 광전류를 전압 변환하는 앰프의 노이즈나, 광 검출기에서 발생하는 쇼 트 노이즈 등에 비한 S/N비를 높일 수 있다.
문헌 1에서는, 2개의 광을 간섭시켜 간섭 강도를 검출하고 있다. 이 때, 간섭시키는 디스크 비반사광의 광로 길이를 가변으로 하여, 간섭 신호 진폭의 확보를 겨냥하고 있다. 문헌 2에서는 간섭 강도 검출에 더하여, 차동 검출도 행하고 있다. 이에 의해, 신호에 기여하지 않는 각 광의 강도 성분을 캔슬하고, 이들 광이 갖는 노이즈 성분을 캔슬하여 고S/N화를 도모하고 있다. 이 경우의 차동 검출에는, 무편광 빔 스플리터를 이용하고 있다.
상기 종래 기술에 이용되고 있는 간섭계의 광학계는, 모두 마하젠더(mach zhender)형 광학계이며, 광학 부품의 개수가 많아 광학계의 소형화에 부적합하다. 마하젠더형 광학계를 이용하는 이유에 대해, 상기 문헌에는 상세하게 서술되어 있지 않지만 광자기 디스크의 신호광이 편광 회전에 의해 발생되므로, 간섭시키는 광의 편광 방향의 조정을 위해 회전 조정을 할 수 있는 λ/2판을 간섭시키는 광로 중에, 왕복이 아닌 편도 방향만 투과시키도록 배치시킬 필요가 있었기 때문이라 추측된다. 또 다른 문제로서, 2개의 광의 광로차의 조정 방법이 특별히 서술되어 있지 않아, 실용에는 어려움이 있는 것을 들 수 있다. 문헌 2에는, 이 문제에 대해 간섭시키는 광을 얻기 위한 참조 미러를 디스크 상에 기록막과 분리하여 설치하는 것이 서술되어 있는데, 이것은 새로운 규격의 디스크를 제안하는 것이며 기존의 디스크를 고S/N화하는 것은 아니다.
상기 종래 기술에 비추어, 본 발명은 2개의 광의 광로차의 조정이 용이하고, 신호 증폭 효과가 높고, 광학계의 소형화에 적합한 간섭형 광 디스크 신호 검출계를 구비한 광 디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
광로차의 조정을 용이하게 하기 위해, 본 발명의 일태양에 있어서는 광학계를 일체로 구성하여 오토 포커스 구동으로 광학계 전체를 디스크에 대해 광축 방향으로 구동한다. 이에 의해, 자동 초점 제어로 대물 렌즈만을 움직이는 경우와 같이, 광학계 중의 광로 길이가 변화되는 일이 없어져, 광로차의 제어 범위를 좁게 할 수 있고 제어가 용이해진다. 광학계를 일체로 구성하여 전체를 포커스 방향으로 구동시키는 광 헤드는 종래부터 다양하게 제안되고 있지만, 그들의 본질적인 목적은 광로 길이를 고정시키는 것이 아니라, 초소형의 광 헤드로부터 포커스 액츄에이터를 없애 제작을 용이하게 하는 것이다. 이에 대해, 본 발명에서는 간섭 광학계에 있어서 고S/N화를 도모하기 위해 광학계를 일체화하는 것이다.
간섭계로서, 마하젠더형이 아닌 트와이만-그린(Twyman-Green)형 광학계를 이용하면, 광학계가 소형화되고 빔 스플리터의 개수가 감소하여, 저가격화가 가능해진다. 상기 종래 기술에 있어서, 트와이만-그린형 간섭 광학계가 이용되고 있지 않은 이유는, 광자기 디스크의 편광 회전광과 간섭시키는 광의 편광 방향을 조정하기 위해, 편도 광로에서 λ/2판을 삽입시킬 필요가 있었기 때문이라 추측되지만, 상(相) 변화형 광 디스크나, 요철 피트를 갖는 재생 전용 광 디스크 등, 편광 회전이 없는 광 디스크에서는 트와이만-그린형 광학계 쪽이, 소형으로 광학계를 구성할 수 있다. 트와이만-그린형 광학계를 구성하기 위해서는 편광 빔 스플리터를 이용 하여, 최초의 입사광에 대해 편광 빔 스플리터의 투과측과 반사측의 양측의 왕복 광로 중에 모두 λ/4판을 삽입한다. 이에 의해, 디스크로부터의 반사광과 참조 미러로부터의 반사광을 원리적으로 모두 손실 없이 차동 검출용 제2 편광 빔 스플리터로 진행시킬 수 있다. 이 때 2개의 광의 편광 방향은 서로 직교하고 있다. 이 상태로는 이들 2개의 광을 간섭시킬 수 없으므로, 이것을 λ/2판 등에서 제2 편광 빔 스플리터의 주축 방향에 대해 45도 기울이도록 입사시키고, 투과광과 반사광에서 각각 편광을 정렬시켜 간섭시키고, 검출 강도의 차동 신호를 검출 신호로 한다.
이하, 도면을 이용하여 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도1 내지 도5를 이용하여, 본 발명의 기본적인 실시예인 제1 실시예를 설명한다.
도1에서는, 광 디스크 장치 하우징(101) 중에, 광 디스크(102)와, 스핀들 모터(103)와, 광 디스크(102)에 대해 정보를 기록 재생하는 광 헤드 장치(104)가 배치되어 있다. 광 헤드 장치(104)는 포커싱 액츄에이터(119)와, 트래킹 액츄에이터(120)에 의해 각각 광 디스크로 집광하는 광축 방향과, 디스크의 반경 방향으로 가동으로 되어 있다. 광 헤드 장치(104) 중에는 반도체 레이저(105)가 있고, 출사하는 광이 λ/2판(106)에 의해 편광 방향을 회전되어, 편광 빔 스플리터(107)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(107)에서는 S편광 성분이 반사하고, P편광 성분이 투과한다. 반사하는 S편광 성분은, 콜리메이트 렌즈(108)에 의해 평행광이 되고, λ/4판(109)에 의해 원편광으로 변환되고, 대물 렌즈(110)에 의해 광 디스크 상의 기록막에 집광된다. 반사한 광은 다시 대물 렌즈(110)에 입사하고, λ/4판(109)을 다 시 투과할 때에, 입사시와 편광 방향이 90도 회전한 직선 편광으로 변환되어, 편광 빔 스플리터(107)를 투과한다. 한편, 처음에 편광 빔 스플리터(107)를 투과하는 P편광 성분은, 제2 콜리메이트 렌즈(111)에 의해 평행광이 되고, 제2 λ/4판(112)에 의해 원편광이 되고, 광로 길이 가변 수단(113)에 장착된 참조 미러(114)에 의해 반사되고, 다시 λ/4판(112)에 입사하여 처음에 입사한 광과는 편광 방향이 90도 회전한 직선 편광으로 변환되고, 편광 빔 스플리터(107)에서 반사된다. 광로 길이 가변 수단(113)으로서는, 압전 소자 등의 미소량 변위의 제어가 가능한 소자를 이용하면 좋다. 이들에 의해, 광 디스크(102)로부터의 반사 복귀광과 참조 미러(114)로부터의 반사 복귀광이 합성되어 제2 λ/2판(115)에 입사하고, 각각의 광의 직선 편광 방향이 45도 회전되어 제2 편광 빔 스플리터(116)에 입사하고, 제2 편광 빔 스플리터의 분리면에 대한 P편광 성분의 광이 투과하여 제1 광 검출기(117)에 입사하고, S편광 성분의 광이 반사하여 제2 광 검출기(118)에 입사한다.
도2에, 이들 광 검출기로부터의 출력 신호의 연산 방법을 도시한다. 광 검출기(117과 118)는 각각 6분할된 수광부를 갖고 있고, 그들의 출력 신호를 도면에 도시한 바와 같이 각각 A 내지 H로 나타냈을 때, 신호 연산 회로(201)에 있어서 각각 도면에 도시한 바와 같이 트래킹 오차 신호(TES), 초점 오차 신호(FES), 재생 신호(RFS)를 출력한다. 초점 오차 검출은 스폿 사이즈법, 트래킹 검출은 푸시 풀법을 이용하고 있다. 초점 오차 신호와 트래킹 오차 신호는 각각 증폭하여 도1의 포커싱 액츄에이터(119)와 트래킹 액츄에이터(120)로 피드백하고, 폐루프 제어(Closed loop control)를 행한다. 광로 길이 가변 수단(113)의 구동 방법에 대 해서는 이후에 설명한다.
재생 신호(RFS)는, 기본적으로 검출기(117과 118)의 총 광량의 차동 신호로 되어 있다. 이에 의해, 재생 신호 검출을 할 수 있는 이유를 이하에 설명한다. 도1에 있어서, 편광 빔 스플리터(116)에 입사하는 광 디스크(102)로부터의 반사광의 전계 진폭을 Esig, 참조 미러(114)로부터의 반사광의 전계 진폭을 Eref라 할 때, 이들은 도3의 편광 방향도에 도시한 바와 같이 각각 직교하는 전계 벡터로 되어 있다. 이는 광 디스크(102)로부터의 반사광이 편광 빔 스플리터(107)를 투과하고 있고(P편광에 상당), 참조 미러(114)로부터의 반사광이 편광 빔 스플리터(107)를 반사하고 있는(S편광에 상당) 것으로부터 명백하다. 한편, 제2 편광 빔 스플리터(116)에 이들 광이 입사하기 전에, 제2 λ/2판(115)에 의해 편광 방향을 45도 회전하고 있는 것으로부터, 제2 편광 빔 스플리터(116)의 고유 편광 방향 P, S는 도3에 도시한 바와 같이 이들 입사 편광과는 45도 기울어진 축이 된다. 이 때 제2 편광 빔 스플리터를 투과 및 반사하는 각각의 입사광의 편광 성분의 총합은, Esig 및 Eref의 벡터를 각각 도3의 P축 방향과 S축 방향으로 사영(射影)한 성분의 합성인 것으로부터, 각각 화살표의 방향으로부터 P축에서는 Esig 및 Eref의 합, S축에서는 Esig 및 Eref의 차인 것을 알 수 있다. 즉, 제2 편광 빔 스플리터(116)의 투과광 강도 IPD1은 다음 식(1)이 되고, 반사광 강도 IPD2는 다음 식(2)가 된다.
[수학식 1]
Figure 112007016720715-PAT00001
따라서, 이들 차동 신호는 다음 식(3)으로 나타내어진다. 여기서, Φsig 및 Φref는 각각의 광의 위상이다.
[수학식 2]
Figure 112007016720715-PAT00002
따라서, 검출되는 신호는 신호광(Esig)의 절대치에, 참조광(Eref)의 절대치를 곱한 값에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 광 디스크(102)에 입사시키는 광의 광량을 바꾸지 않아도, 간섭시키는 참조광의 광량을 증가시키면 신호 진폭을 증대시키는 것이 된다. 단, 신호광과 참조광의 위상차가 변화하면 그 코사인값에 비례하여 진폭이 변화하는 것도 명백하고, 신호 증폭을 위해서는 2개의 광의 광로차의 제어가 필요한 것을 알 수 있다. 또한, 만약 본 방법을 이용하지 않고 통상과 같이 신호광의 강도만을 검출하는 경우에는, 그 강도는│Esig│2가 되는 것으로부터 신호 증폭비는 다음 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112007016720715-PAT00003
즉, 종래와 동일한 신호광 강도에서, 신호 진폭을 2배로 하기 위해서는 신호광 강도와 동일한 참조광 강도로 하면 된다. 참조광 강도를 신호광의 4배로 하면 신호 진폭도 4배가 된다. n배의 참조광 강도이면 2√n배의 신호 진폭이 된다. 한편, 차동 검출에 의해 신호에 기여하지 않는 직류광 강도 성분이 캔슬되는 것으로부터, 강도에 기인하는 노이즈는 통상 검출에 비해 저감되므로, S/N비는 신호 증폭률 이상으로 향상하게 된다.
도1의 편광 빔 스플리터(116)는, 도면에 있어서는 큐브형의 소자를 나타내고 있지만, 동일한 편광 분리 기능이 있으면 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 복굴절성 결정이나 액정 재료 등을 이용한 편광성 회절 격자 등을 이용해도 동일한 기능을 용이하게 실현할 수 있다. 이 경우, 광 검출기(117과 118)의 수광면의 공용화를 도모할 수 있어, 광학계의 소형화에는 유효하다.
도4는 블루 레이 디스크(Blu-ray Disc)의 최단 기록 마크(2T)와 최단 스페이스(2T)의 반복 기록 마크열을, 총 광량을 검출하는 종래 검출 방식과, 본 발명 방식으로 재생한 경우의 신호 진폭 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다. 횡축은 신호광과 참조광의 광로차를 파장(λ) 단위로 나타내고 있고, 종축은 신호 진폭을 임의 단위로 나타내고 있다. 신호 진폭이 마이너스인 것은, 종래 방식에서 기록 마크 상에 광 스폿이 집광되어 있을 때에 신호 레벨이 감소하는 것을, 본 발명 방식에서 신호 레벨이 증대하는 것을 나타내고 있다. 즉, 신호의 극성이 반전하고 있는 상태를 나타내고 있다. 본 발명 방식에서는 신호광과 참조광의 진폭비(= 강도비의 제곱근)가 1:1인 경우와, 1:2인 경우를 나타내고 있다. 도면으로부터 진폭비 1:1인 경우(강도비 1:1)에는, 상기한 해석식의 예상과 같이 광로차의 조정에 의해 종래 방식의 약 2배의 신호 진폭을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 진폭비 1:2인 경우(강도비 1:4)는, 종래 방식의 약 4배, 진폭비 1:1인 경우의 약 2배의 신호 진폭으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
이 결과로부터, 종래 방식을 상회하는 신호 진폭을 얻기 위해서는, 광로차의 조정을 파장의 1/10 정도의 정밀도로 행할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 우선 대략 종래 검출 방식의 신호와 본 발명 방식의 신호의 극성을 비교하고, 동일한 극성에서 신호가 얻어지는 위상 범위를 한정한다. 종래 검출 방식에 의한 신호는, 도2에 도시하는 총 광량 신호(TOT)로 검출할 수 있다. 식(1) 및 식(2)를 이용하면, 이것은 식(5)와 같이 나타낼 수 있고, 본래의 종래 검출 신호인│Esig│2에│Eref│2가 부가되어 있는 것을 알 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112007016720715-PAT00004
그러나, 이것은 일정량의 직류 성분이므로 전기적인 저역 통과 필터로 제거할 수 있다. 위상 비교 회로를 이용하여, 이와 신호광의 극성이 동등한 범위에 있어서, 재생 신호가 최대가 되는 광로차를 탐색하여 구한다.
구체적인 탐색 흐름을, 도5를 이용하여 설명한다.
(I) 도1의 광로 길이 가변 수단(113)을 가동하면서 신호 극성을 보고, 극성이 역극성으로부터 정극성으로 반전한 광로차 A를 메모리에 기억하고, 또한 광로차를 동일한 방향으로 움직여 극성이 다시 역극성이 되는 위치 B를 메모리에 기억한다.
(II) 이 중간의 광로차 C에 있어서 신호 진폭을 구하고, 광로차와 함께 메모리에 보존한다.
(III) 또한 광로차 C와 광로차 A 및 B의 각각의 중간점 D, E에 있어서 진폭을 구하고, 진폭이 큰 쪽의 광로차(여기서는, 광로차 E)와 진폭을 메모리에 보존한다.
(IV) 또한 그와 원래의 중간점 C와의 중간의 광로차 F에서의 진폭을 더 구한다.
(V) 양측의 점 C와 E 중 진폭이 큰 쪽(여기서는, C)과의 중간점 G에서의 진폭을 구한다.
이를 반복하여, 중간점의 값과 원래의 중간점의 값으로부터의 증분이 임의의 설정치 이하이면, 그 값을 최대치로 하여 탐색 종료로 한다. 이것으로 광로 길이 가변 수단(113)에 의한 참조 미러(114)의 위치의 설정, 즉 신호광과 참조광의 광로차의 설정이 종료된다. 신호는 미리 디스크에 기록되어 있는 ROM 피트 정보를 이용하거나, 미리 시험 기입을 행한 상 변화 마크 등이라도 좋다.
참조 미러(114)의 위치는 상기한 바와 같이 하여 광 헤드의 조립시에 한번 설정하면 되는 것이며, 기본적으로는 광로차 가변 수단(113)을 불필요하게 할 수 있는 것이다. 그러나, 실제상, 온도 변화에 의한 광로 길이 변화나 초기 조정 어긋남의 보상 등을 고려하면, 설치하는 것이 바람직하다.
도6을 이용하여, 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다. 제1 실시예에서는, 광학계를 일체로 소형화하고, 광학계 전체를 포커스 액츄에이터에 탑재하여 움직이고, 도1의 광로 길이 가변 수단(113)의 제어를, 신호 진폭의 최대치를 탐색함으로써 행하였다. 그러나 실제상, 제조 비용 등의 관점에서 광학계를 작게 할 수 없는 경우 등에도 본 발명은 유효하다. 이러한 경우, 포커스 트래킹 액츄에이터에는 대물 렌즈만을 탑재하게 된다.
이 경우의 광 헤드의 구성을, 도6을 이용하여 설명한다. 여기서는, 대물 렌즈(110)는 2차원 액츄에이터(601)에 탑재되고, 포커스 방향과 트래킹 방향으로 구동된다. 포커스 방향 구동에는, 도2에 있어서 설명한 초점 오차 신호(FES)를 차동 앰프로 증폭하여 피드백하고, 트래킹 방향 구동에는 트래킹 오차 신호(TES)를 마찬가지로 증가하여 피드백함으로써, 폐루프 제어한다. 이 때, 만약 커버층이 없는 디스크를 재생하는 경우나, 커버층이 있어도 그 두께의 변동량이 매우 미소한 경우에는, 디스크(102)에 집광되고 반사하여 복귀하는 광과 참조 미러(114)에서 반사되어 복귀하는 광의 광로차는, 포커스 방향으로의 렌즈 구동에 의한 렌즈 이동량만큼 변화하게 된다. 따라서 이러한 경우, 참조 미러(114)의 이동량은 대물 렌즈(110)와 동일하여 좋은 것이 되므로, 2차원 액츄에이터(601)의 포커스 방향으로의 구동 신호를 기본적으로는 그대로 광로차 가변 수단(113)으로 피드백하면 좋다.
본 실시예에 있어서, 참조 미러(114)의 초기 위치는, 재생 신호가 제1 광 검출기(117)의 출력 신호와 제2 광 검출기(118)의 출력 신호의 총합의 신호와 동일한 신호 극성이 되고, 또한 신호 진폭이 최대가 되도록 광로차 가변 수단(113)에 의해 설정된다.
물론, 이와 같이 실질적으로 커버층이 없는 디스크의 경우, 제1 실시예와 같이 일체형의 광 헤드를 이용할 수 있으면, 기본적으로는 광로차 가변 수단(113)을 불필요하게 할 수 있는 것이다. 그러나, 실제상 온도 변화에 의한 광 헤드 내의 광로 길이 변화나, 초기 조정 어긋남의 보상 등을 고려하면, 실질적으로는 이 경우도 도1과 동일한 구성의 광 헤드가 필요해질 것이라 생각된다.
도7을 이용하여, 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 트와이만-그린형 광학계가 아닌 마하젠더형 광학계를 이용한다. 반도체 레이저(701)로부터 출사한 광은 무편광 빔 스플리터(702)에서 2개로 분리되고, 한쪽은 투과하여 광 디스크(709)를 향하고, 한쪽은 반사하여 참조 미러(717)를 향한다. 무편광 빔 스플리터(702)의 광량 분리비는 1:1로는 한정되지 않고, 오히려 신호 증폭을 위해 참조 미러를 향하는 광의 광량을 크게 해 둔다. 광 디스크(709)를 향하는 광은 콜리메이트 렌즈(703)에서 평행광이 되고, 편광 빔 스플리터(704)에서 반사되고, λ/4판(705)에서 원편광으로 변환되고, 포커싱 액츄에이터(706) 및 트래킹 액츄에이터(708)에 탑재된 대물 렌즈(707)에 의해 광 디스크(709) 상에 집광된다. 반사광은 대물 렌즈(707)로 복귀되고, λ/4판(705)에서 입사시와 직교하는 직선 편광으로 변환되고, 편광 빔 스플리터(704)를 투과하고, 집광 렌즈(710)에 의해 수렴 빔으로 변환되고, 무편광 하프 빔 스플리터(711)에 의해 반사광과 투과광으로 분리되고, 각각 광 검출기(712와 713)를 향한다.
한편, 처음에 무편광 빔 스플리터(702)에서 반사된 광은, 콜리메이트 렌즈(714)에서 평행광이 되어 편광 빔 스플리터(715)에 의해 반사되고, λ/4 판(716)에 의해 원편광으로 변환되어 광로차 가변 소자(718)에 탑재된 참조 미러(717)에 의해 반사된다. 광로차 가변 소자로는, 예를 들어 압전 소자 등을 이용하면 좋다. 참조 미러(717)를 반사한 광은 편광 빔 스플리터(715)를 투과하고, 집광 렌즈(719)에 의해 수렴 빔으로 변환되어 무편광 하프 빔 스플리터(711)에 의해 투과광과 반사광으로 분리된다. 투과광은 광 디스크(709)로부터의 반사광의 무편광 하프 빔 스플리터(711)에 의한 반사광과 겹쳐, 간섭 강도가 광 검출기(712)에 의해 검출된다. 반사광은 광 디스크(709)로부터의 반사광의 무편광 하프 빔 스플리터(711)에 의한 투과광과 겹쳐, 간섭 강도가 광 검출기(713)에 의해 검출된다.
제1 실시예에서는, 마지막으로 디스크로부터의 반사광과 참조광을 간섭하여 분리하는 빔 스플리터가 편광 빔 스플리터였지만, 여기서는 무편광 하프 빔 스플리터(711)인 점이 다르다. 즉, 제1 실시예에서는 간섭시키는 2개의 광의 편광 방향이 서로 직교하고 있었던 데 반해, 본 실시예에서는 기본적으로 동일한 방향으로 되어 있는 점이 다르다.
제1 실시예에서는 도3을 이용하여, 빔 스플리터의 투과광과 반사광으로, 한쪽이 2개의 광의 진폭의 합, 다른 쪽이 차인 것을 나타내었지만, 편광 방향이 정렬된 본 실시예에서도 무편광 하프 빔 스플리터를 이용하면 동일한 효과가 있다. 즉, 빔 스플리터의 중심의 반사면에서 광이 반사하는 경우, 기본적으로 반사면의 양측의 매질의 굴절율이 다른 것에 의해 반사 작용이 발생한다. 이 때, 2개의 매질의 굴절율을 n1, n2라 하면, n1로부터 n2의 경계로 광이 진행하려고 하는 경우의 진폭 반사율은 (n2 - n1)/(n2 + n1)로 나타낼 수 있는 데 반해, n2로부터 n1의 경계로 광이 진행하려고 하는 경우의 진폭 반사율은 대칭성으로부터 (n1 - n2)/(n1 + n2)로 나타내어진다. 따라서, 디스크로부터의 반사광이 반사되는 경우와 참조 미러로부터의 반사광이 반사되는 경우에는, 반드시 그 위상이 180°어긋나는 것이다. 어느 쪽의 광도 투과에 대해서는 경계면에서 위상의 어긋남은 발생하지 않으므로, 결국 광 검출기(712와 713)가 검출하는 신호는, 한쪽이 2개의 광의 복소 진폭의 합, 다른 쪽이 2개의 광의 복소 진폭의 차가 된다. 이후에는, 제1 실시예에 있어서 수식을 이용하여 설명한 것과 완전히 동일한 관계식이 성립한다.
검출된 광의 수광 신호의 연산에 대해서는 제1 실시예에 있어서 도2를 이용하여 설명한 내용과 완전히 동일하다. 그 후, 초점 오차 신호가 포커싱 액츄에이터(706)로 피드백되고, 트래킹 오차 신호가 트래킹 액츄에이터(708)로 피드백된다. 이 때, 포커스 서보에 의해 대물 렌즈를 광축 방향으로 구동함으로써, 광 디스크로부터 검출기까지의 광로 길이가 바뀌게 되므로, 그와 연동하여 참조 미러(717)도 동일한 광로 길이만큼 가변시키도록 초점 오차 신호(FES)는 광로 길이 가변 소자(718)에도 피드백된다.
도8을 이용하여, 본 발명의 제4 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예의 기본적인 구성은 도6에 있어서의 제2 실시예와 동일하지만, 마지막에 편광 분리를 행하 는 편광 빔 스플리터로서 편광성 회절 격자(801)를 이용하고 있다. 이에 의해, 광 검출기가 일체형 광 검출기(802)에 일체화되어 광학계의 소형화를 도모할 수 있다. 도1, 도6, 도7에 있어서는 광 검출기를 2개 이용하고 있었던 것이, 편광성 회절 격자(801)의 이용에 의해 1개로 통합할 수 있어 일체화할 수 있다.
도9를 이용하여, 본 발명의 제5 실시예에 대해 설명한다. 반도체 레이저 칩(901)이 실리콘 기판(903)에 실장된 SiC 서브 마운트(902)에 탑재되어 있고, 반도체 레이저 칩으로부터의 광은 복합 프리즘(904)의 제1 분리면에 의해 2개로 분리되고, 한쪽은 광 디스크(909), 다른 쪽이 참조 미러(914)를 향한다. 복합 프리즘의 제1 분리면은 무편광 빔 스플리터이고, 광량 분리비는 참조 미러(914)를 향하는 광의 광량을 크게 하도록 해 둔다. 광 디스크(909)를 향하는 광은 편광 빔 스플리터에 상당하는 제2 분리면을 반사하여, λ/4판(905)을 투과하고, 콜리메이트 렌즈(906)에서 평행광이 되고, 대물 렌즈(907)에 의해 광 디스크 상에 집광된다. λ/4판(905), 콜리메이트 렌즈(906) 및 대물 렌즈(907)는, 렌즈 마운트(908)에 보유 지지되어 있다. 반사광은 동일한 광로를 되돌아가고, 편광이 입사시와 90°회전하여 제2 분리면을 투과하고, 무편광 하프 빔 스플리터에 상당하는 제3 분리면에서 투과광과 반사광으로 분리된다.
한편, 제1 분리면을 반사한 광은 편광 빔 스플리터에 상당하는 제4 분리면을 투과하고, λ/4 판(912)에 의해 원편광으로 변환되고, 콜리메이트 렌즈(913)에서 평행광으로 변환되고, 참조 미러(914)에서 반사된다. 이 때, λ/4판(912)과 콜리메이트 렌즈(913)는 실리콘 기판(903)에 에칭에 의해 형성된 구멍 중에 실장되어 있다. 참조 미러(914)는 MEMS형 액츄에이터(915) 상에 형성되어 있고, 제1 실시예에 있어서 설명한 조정 방법에 의해 참조광의 광로 길이가 제어된다. 참조 미러(914)에서 반사된 광은 동일한 광로를 되돌아가고, λ/4판(912)에서 입사시와 90° 편광 방향이 회전하여 제4 분리면을 반사하고, 제3 분리면에서 투과광과 반사광으로 분리되고, 각각 광 디스크(909)로부터의 반사광의 반사광과 투과광이 겹쳐, 그 간섭 강도가 실리콘 기판(903) 상에 설치된 광 검출기(911, 910)에 의해 검출된다. 광학계 전체는 일체로 구성되고, 광학계 전체가 포커스, 트래킹의 2차원 액츄에이터에 탑재된다. 이러한 타입의 광 헤드이면, 종래 광 디스크에 널리 이용되고 있는 와이어 서스펜션형 2차원 액츄에이터 외에, 스윙 아암 타입의 액츄에이터라도 좋다. 검출 신호의 처리에 대해서는, 도1 및 도2를 이용하여 설명한 제1 실시예와 동일하다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 신호광보다 강한 참조광을 신호광과 간섭시킴으로써 고S/N화를 실현할 수 있어, 광 디스크의 다층화나 고속화에 대응하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의해, 광 디스크의 재생 신호의 고S/N화가 가능해져, 다층 광 디스크나 고전송 속도의 광 디스크 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2개의 광의 광로차의 조정이 용이하고, 신호 증폭 효과가 높고, 광학계의 소형화에 적합한 간섭형 광 디스크 신호 검출계를 구비한 광 디스크 장치를 저렴하게 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (17)

  1. 반도체 레이저와,
    상기 반도체 레이저로부터의 광속을 제1 광속과 제2 광속으로 분기하는 제1 광학 소자와,
    상기 제1 광속을 광 정보 기록 매체의 기록막 면에 집광하고, 반사광을 수광하는 대물 렌즈와,
    상기 제2 광속의 광로 중에 설치된 참조 미러와,
    제1 광 검출기와,
    제2 광 검출기와,
    광 정보 기록 매체에 의해 반사된 상기 제1 광속과 상기 참조 미러에 의해 반사된 상기 제2 광속이 합파된 광속을 분기하여 상기 제1 광 검출기와 상기 제2 광 검출기에 입사시키는 제2 광학 소자와,
    상기 반도체 레이저, 제1 광학 소자, 대물 렌즈, 참조 미러, 제1 광 검출기, 제2 광 검출기 및 제2 광학 소자를 보유하는 광 헤드와,
    상기 광 헤드를 상기 대물 렌즈의 광축 방향으로 구동하는 액츄에이터와,
    상기 제1 광 검출기의 출력 신호와 상기 제2 광 검출기의 출력 신호로부터 재생 신호와 포커스 에러 신호를 생성하는 신호 처리부를 갖고,
    상기 신호 처리부는 상기 제1 광 검출기의 출력 신호와 상기 제2 광 검출기의 출력 신호의 차동 신호로부터 재생 신호를 생성하고,
    상기 포커스 에러 신호에 의해 상기 액츄에이터를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  2. 제1항에 있어서, 광 정보 기록 매체에 의해 반사된 상기 제1 광속과 상기 참조 미러에 의해 반사된 상기 제2 광속은 상기 제1 광학 소자에 의해 합파되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 참조 미러의 위치를 이동하여 상기 제2 광속의 광로 길이를 가변하는 광로 길이 가변 수단을 갖고, 상기 재생 신호가, 상기 제1 광 검출기의 출력 신호와 상기 제2 광 검출기의 출력 신호의 총합의 신호와 동일한 신호 극성이 되고, 또한 신호 진폭이 최대가 되도록, 상기 광로 길이 가변 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 편광성 광 분기 소자인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 광학 소자와 상기 대물 렌즈의 사이, 및 상기 제1 광학 소자와 상기 참조 미러의 사이에 각각 λ/4판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반도체 레이저와 상기 제1 광학 소자의 사이, 및 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 사이에 각각 λ/2판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 광학 소자는 편향성 회절 소자이고, 상기 제1 광 검출기와 제2 광 검출기는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 무편광 빔 스플리터이고, 상기 제1 광학 소자와 상기 대물 렌즈와의 사이에 배치된 제1 편광 빔 스플리터와, 상기 제1 편광 빔 스플리터와 상기 대물 렌즈와의 사이에 배치된 λ/4판과, 상기 제1 광학 소자와 상기 참조 미러 사이에 배치된 제2 편광 빔 스플리터와, 상기 제2 편광 빔 스플리터와 상기 참조 미러 사이에 배치된 λ/4판을 갖는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 광속의 광 강도가 상기 제1 광속의 광 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  10. 반도체 레이저와,
    상기 반도체 레이저로부터의 광속을 제1 광속과 제2 광속으로 분기하는 제1 광학 소자와,
    상기 제1 광속을 광 정보 기록 매체의 기록막 면에 집광하고, 반사광을 수광하는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 구동하는 액츄에이터와,
    상기 제2 광속의 광로 중에 설치된 참조 미러와,
    상기 참조 미러의 위치를 이동하여 상기 제2 광속의 광로 길이를 가변하는 광로 길이 가변 수단과,
    제1 광 검출기와,
    제2 광 검출기와,
    광 정보 기록 매체에 의해 반사된 상기 제1 광속과 상기 참조 미러에 의해 반사된 상기 제2 광속이 합파된 광속을 분기하여 상기 제1 광 검출기와 상기 제2 광 검출기에 입사시키는 제2 광학 소자와,
    상기 제1 광 검출기의 출력 신호와 상기 제2 광 검출기의 출력 신호로부터 재생 신호와 포커스 에러 신호를 생성하는 신호 처리부를 갖고,
    상기 신호 처리부는 상기 제1 광 검출기의 출력 신호와 상기 제2 광 검출기의 출력 신호의 차동 신호로부터 재생 신호를 생성하고,
    상기 포커스 에러 신호에 의해 상기 액츄에이터와 상기 광로 길이 가변 수단을 동시에 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  11. 제10항에 있어서, 광 정보 기록 매체에 의해 반사된 상기 제1 광속과 상기 참조 미러에 의해 반사된 상기 제2 광속은 상기 제1 광학 소자에 의해 합파되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 편광성 광 분기 소자인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 광학 소자와 상기 대물 렌즈의 사이, 및 상기 제1 광학 소자와 상기 참조 미러의 사이에 각각 λ/4판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반도체 레이저와 상기 제1 광학 소자의 사이, 및 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 사이에 각각 λ/2판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제2 광학 소자는 편향성 회절 소자이고, 상기 제1 광 검출기와 제2 광 검출기는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 무편광 빔 스플리터이고, 상기 제1 광학 소자와 상기 대물 렌즈 사이에 배치된 제1 편광 빔 스플리 터와, 상기 제1 편광 빔 스플리터와 상기 대물 렌즈와의 사이에 배치된 λ/4판과, 상기 제1 광학 소자와 상기 참조 미러 사이에 배치된 제2 편광 빔 스플리터와, 상기 제2 편광 빔 스플리터와 상기 참조 미러와의 사이에 배치된 λ/4판을 갖는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 제2 광속의 광 강도가 상기 제1 광속의 광 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
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