KR20080028550A

KR20080028550A - 광 픽업

Info

Publication number: KR20080028550A
Application number: KR1020060093944A
Authority: KR
Inventors: 임부빈; 이경언; 박경찬; 정성윤
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-01

Abstract

본 발명은 광 픽업에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 빔 차단 소자를 이용하여 다른 층에서 반사되는 빔이 광 검출 수단에 입사하지 않도록 할 수 있는데, 상기 빔 차단 소자는 다른 층에서 반사되는 빔 중에서 상기 광 검출 수단 내에, 특히 트래킹 에러 신호 검출을 위한 서브 빔을 수광하는 서브 셀에 맺히게 되는 빔이 상기 빔 차단 소자를 통과하는 영역에 대응하는 차단 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 다층 디스크에서 층간 노이즈를 복잡하고 비싼 광학 소자를 사용하지 않고 간단하고 효과적으로 제거할 수 있다.

DPP, grating, 빔 차단 소자, 층간 간섭, 래디얼 시프트, 데드 존

Description

광 픽업 {Optical pick-up}

도 1은 DPP 법에 의해 트래킹 에러 신호를 검출하는 원리를 설명한 것이고,

도 2는 3 beam DPP에 의해 발생하는 푸시풀 신호를 도시한 것이고,

도 3은 하나의 액츄에이터에 장착된 2개의 대물 렌즈가 트랙 방향으로 배열된 경우 하나의 대물 렌즈가 디스크의 중심 축에서 벗어나 비축 배치된 예를 도시한 것이고,

도 4는 다른 층에서 반사되는 노이즈 광이 포토 디텍터에 유입되는 상태를 도시한 것이고,

도 5는 2개 이상의 기록 층이 있는 디스크에서 층간 간섭에 의해 트래킹 에러 신호가 왜곡되는 예를 도시한 것이고,

도 6는 대물 렌즈가 비축 배치되고 3 beam에 의한 DPP 방법이 적용되는 경우 기록/미기록 경계에서 DPP 신호의 오프셋이 크게 되고 오프셋이 발생하는 구간이 길어지는 현상을 도시한 것이고,

도 7은 3 bema DPP 방법과 1 beam DPP 방법을 간략하게 비교하는 도면이고,

도 8은 1 beam DPP가 적용되는 광 픽업에 대한 일 실시예를 도시한 것이고,

도 9는 기록용 디스크에 입사하는 빔이 분기되는 형태를 도시한 것이고,

도 10은 기록용 디스크에 입사하는 빔이 분기되어 이루는 베이스볼 패턴을 예시적으로 도시한 것이고,

도 11은 디스크에서 반사되어 분기되는 빔으로부터 ac 성분이 제거된 서브 빔을 얻는 원리를 개략적으로 설명한 것이고,

도 12는 ac 성분이 제거된 서브 빔을 얻기 위한 회절 격자의 여러 실시예를 도시한 것으로,

도 13은 도 12의 회절 격자에 의해 서브 빔의 푸시풀 신호에 dc 성분만 남고 ac 성분이 제거된 결과를 도시한 것이고,

도 14는, 2층 이상의 광 디스크의 현재 층을 기록 또는 재생할 때 다른 층에서 반사되는 빔이 PDIC에 입사하는 예를 도시한 것이고,

도 15는 일반적인 3 beam DPP를 사용하는 경우의 빔 차단 소자의 형상과 위치, 및 PD에서의 빔의 분포를 도시한 것이고,

도 16은 일반적인 3 beam DPP를 사용하는 경우 층간 간섭을 제거하기 위한 빔 차단 영역의 여러 형태를 도시한 것이고,

도 17은 빔 차단 소자에 의한 빔의 형상과 빔 차단 소자가 없는 경우의 빔의 형상을 비교하여 도시한 것이고,

도 18은 1 beam DPP를 사용하는 경우의 빔 차단 소자의 형상과 위치, 및 PD에서의 빔의 분포를 도시한 것이고,

도 19는, 1 beam DPP에서 대물 렌즈가 래디얼 시프트 되지 않은 상태에서 서브 빔이 서브 셀의 중앙에 위치할 경우, 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 따른 트래킹 에러 신호의 오프셋의 변화를 도시한 것이고,

도 20은, 1 beam DPP에서 대물 렌즈가 래디얼 시프트 되지 않은 상태에도 서브 빔이 서브 셀의 중앙에 위치하지 않는 경우, 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 따른 트래킹 에러 신호의 오프셋의 변화를 도시한 것이고,

도 21은, 1 beam DPP를 위한 그레이팅과 층간 간섭 제거를 위한 빔 차단 소자의 조합에 의해 PDIC에서의 서브 빔의 위치가 바뀌는 실시예를 도시한 것이고,

도 22는, 1 beam DPP를 위한 그레이팅과 층간 간섭 제거를 위한 빔 차단 소자의 조합에 의해 PDIC에서의 서브 빔의 위치가 바뀌는 각 실시예에서, 서브 셀에서의 서브 빔의 이동 방향을 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200,300,400 : 광 픽업 110,210,310,410 : 광원(LD)

120,220,320,420 : 콜리메이터 렌즈 225 : 3 beam DPP용 그레이팅

130,230,330,430 : 빔 스플리터 340,440 : 1 beam DPP용 그레이팅

250,350,450 : 빔 차단 소자 360 : 1/4 파장판(QWP)

170,260,370,470 : 대물 렌즈(OL) 180,280,380,480 : 센서 렌즈

190,290,390,490 : 광 검출 수단(PD)

본 발명은 광 픽업에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다른 층으로부터 노이즈가 서보 신호에 유입되는 것을 억제할 수 있도록 하는 광 픽업에 관한 것이다.

74분 분량의 음악, 약 650Mbytes에 해당하는 데이터를 저장할 수 있는 광 저장 매체인 CD(Compact Disc)가 출시된 이래, 2시간 분량의 SD(Standard Definition) 급의 영화를 담을 수 있는 DVD(Digital Versatile Disc)가 널리 상용화되고 있고, HD(High Definition) 급의 영화를 저장할 수 있는 BD(Blu-ray Disc) 또는 HD-DVD가 머지 않아 시장에 등장할 예정이다.

CD, DVD, BD 등과 같은 광 저장 매체는 광학적 특성을 이용하여 데이터를 저장하는 디스크 형태의 매체로, 광 픽업을 통해 디스크에 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생한다. 광 저장 매체에는, 데이터가 이미 저장되어 있는 재생용 디스크와 기록 또는 재기록이 가능한 CD-R/RW, DVD-R/+R/-RW/+RW/RAM, BD-R/-RE 등의 기록용 디스크가 있다.

광 픽업은, 레이저 빔이 고속으로 회전하는 디스크 내의 트랙에 올바르게 초점 맺히도록 한 상태에서, 디스크에 데이터를 기록하거나 디스크로부터 데이터를 독출한다.

디스크에 맺히는 광 스폿(spot)의 위치 에러에 대응되는 포커싱 에러 신호와 트래킹 에러 신호와 같은 서보 신호를 얻고 상기 서보 신호를 기초로 광 스폿의 위치 에러를 정정할 수 있도록, 즉 서보 동작을 수행할 수 있도록, 광 픽업에는, 대물렌즈(Objective Lens), 빔 스플리터(Beam Splitter) 등의 광학 부품, 액츄에이터(Actuator), 베이스 등의 기구 부품, 및 레이저 다이오드(Laser Diode), 포토 디텍터(Photo Detector) 등의 전기 부품이 배치된다.

포커싱 에러 신호의 검출에는 일반적으로 디스크의 종류, 기록/재생용 디스크에 관계없이 비점수차법이 사용된다. 트래킹 에러 신호의 검출과 관련해서는, 재생용 디스크의 경우에는 3-beam법, DPD(Differential Phase Detection) 법 등이 사용되고, 기록용 디스크의 경우에는 차동 푸시풀 방법(DPP : Differential Push-Pull)이 대표적으로 사용되고 있다.

도 1은 DPP 법에 의해 트래킹 에러 신호를 검출하는 원리를 설명하고 있다.

DPP 법은, 종래의 1 빔 푸시풀 법을 개량한 것으로, 대물 렌즈의 래디얼(Radial) 방향으로의 이동이나 디스크의 틸트(Tilt)에 따라 발생하는 오프셋을 제거하고 안정된 트래킹 에러 신호를 검출할 수 있는 방법이다.

DPP 법에서는, 그레이팅(Grating)이라는 회절 소자를 통해 광원으로부터 출력되는 레이저 빔이 0차 회절광과 ±1차 회절광 등 3개로 분리되고, 0차 회절광인 메인 빔이 디스크 트랙의 그루브(Groove)에 배치되어 있을 때 ±1차 회절광의 서브 빔은 상기 메인 빔이 놓인 그루브에 인접한 랜드(Land)에 배치되도록(서브 빔이 메인 빔으로부터 1/2 트랙 피치(Pitch)만큼 떨어져 배치되도록) grating이 조절되고, 래디얼 방향을 기준으로 각 빔의 좌우의 차 신호를 기초로 트래킹 에러 신호가 검 출된다.

디스크에서 반사되는 메인 빔은 4 분할된(a, b, c, d) 메인 포토 디텍터에 수광되어 푸시풀 신호인 MPP(Main Push-Pull)((A+D)-(B+C))로 검출되고, 디스크에서 반사되는 각 서브 빔은 래디얼 방향으로 2 분할된(E1, E2)(F1, F2) 서브 포토 디텍터에 수광되어 SPP(Sub Push-Pull)((E1-E2)+(F1-F2)) 신호로 검출된다. 메인 빔과 서브 빔이 1/2 트랙 피치만큼 떨어져 배치되면, 도 2에 도시한 바와 같이 MPP와 SPP의 위상은 반대가 된다.

틸트 또는 대물 렌즈의 래디얼 방향으로의 이동에 따라 MPP나 SPP 모두 같은 방향으로 오프셋 성분이 발생하므로, DPP=MPP-k×SPP(k는 비례 상수)에 따라 연산하면 오프셋 성분이 제거된 푸시풀 신호를 얻게 된다. 또한, MPP로부터 위상이 반대인 SPP를 빼줌으로써, 더 큰 진폭의 푸시풀 신호를 얻을 수 있다.

일반적으로 DPP 법에서 MPP 신호에 사용되는 메인 빔과 SPP 신호에 사용되는 서브 빔의 광량 비는 1:5:1 내지 1:20:1 정도로 하여, 서브 빔의 광량을 메임 빔의 광량 대비 1/5 ~ 1/20 정도로 작게 한다. DPP를 구하는 식에서 비례 상수 k를 조절하여(예를 들어, 광량 비가 1:10:1인 경우 5) 오프셋을 제거한다.

앞서 설명한 바와 같이, DPP 법을 사용하기 위해서는 grating을 회전시키면서 ±1 차 회절광인 서브 빔의 각도 조정이 필요한데, 조정 정도에 따라 신호의 특성이 영향을 받게 되는 단점이 있다.

즉, 메인 빔이 그루브(또는 랜드)에 있으면 서브 빔은 랜드(또는 그루브)에 있어야 하는데, 디스크의 종류마다 트랙 피치가 다를 수 있으므로 다른 트랙 피치 를 갖는 디스크에는 동시에 적용할 수 없게 된다.

BD 또는 HD-DVD가 등장하면서, CD, DVD, 및 BD(또는 HD-DVD)를 전부 재생 또는 기록할 수 있는 광 디스크 기록/재생 장치에 대한 요구가 커지고 있다. 하지만, CD, DVD, 및 BD의 기록/재생을 위한 대물 렌즈의 개구수가 차이가 많이 나기 때문에, 하나의 대물 렌즈만으로 세 가지 종류의 디스크를 모두 재생하기는 거의 불가능하다.

이러한 요구를 반영하여, 최근에는 액츄에이터에 2 개의 대물 렌즈, CD/DVD를 위한 대물 렌즈와 BD 또는 HD-DVD를 위한 대물 렌즈가 장착된 광 픽업이 개발되고 있다. 2 개의 대물 렌즈는 디스크의 트랙(탄젠셜) 방향 또는 내외주(래디얼) 방향으로 배열될 수 있는데, 내외주 방향으로 배열되는 경우 디스크의 최내주에 접근이 쉽지 않기 때문에, 주로 2개의 대물 렌즈가 트랙 방향으로 배열된 광 픽업이 개발되고 있다.

도 3은 하나의 액츄에이터에 장착된 2개의 대물 렌즈가 트랙 방향으로 배열된 경우 하나의 대물 렌즈가 디스크의 중심 축에서 벗어나 비축 배치된 예를 도시한 것이다.

도 3에서와 같이 2 개의 대물 렌즈가 트랙 방향으로 배열될 경우, 두 대물 렌즈 중 적어도 하나는 내외주를 잇는 축(디스크의 중심을 지나는 축)에서 벗어나게 된다. 디스크의 중심 축에서 벗어난 위치에 놓인 대물 렌즈를 이용하는 광학계에서, DPP 검출을 위한 메인 빔과 서브 빔의 트랙에서의 상대적 위치(서브 빔의 각도)는 광 픽업이 내주에서 외주로 이동하면서 변하게 되어, 서브 빔의 각도 조절이 의미가 없게 된다.

한편, 저장 용량을 높이기 위해 둘 이상의 여러 기록 층을 형성한 멀티 레이어(Multi-layer) 구조가 DVD, BD 규격에 채택되었고, 또한 앞으로 개발될 고밀도 디스크의 경우에도 멀티 레이어 구조가 일반화될 것으로 예상된다.

디스크의 밀도를 올리기 위해 레이저 빔의 파장이 짧아지고 대물 렌즈의 개구수(NA : Numerical Aperture)가 점점 커지고 있다. CD의 경우 780nm, NA=0.45, DVD의 경우 650nm, NA=0.6, BD의 경우 405nm, NA=0.85의 레이저 다이오드와 대물 렌즈가 채용된다.

멀티 레이어 디스크에서 기록 층 사이의 간격은 대략 광 스폿의 초점 심도에 비례하게 결정되는데, 초점 심도는 레이저 빔의 파장에 비례하고 대물 렌즈의 개구수의 제곱에 반비례하므로, 기록 밀도가 올라갈수록 기록 층 사이의 간격도 좁아져야 한다.

층 사이의 간격이 좁은 멀티 레이어 디스크에 대한 기록 또는 재생 동작을 수행할 때, 도 4에 도시한 바와 같이, 현재의 기록 층에 인접한 층에서 반사되는 빔, 즉 다른 층의 노이즈 광이 포토 디텍터에 쉽게 유입된다.

다른 층의 노이즈 광은, 메인 빔을 수광하는 메인 포토 디텍터와 서브 빔을 수광하는 서브 포토 디텍터에도 유입되어, 재생 신호 뿐만 아니라 서보 신호에도 영향을 준다. 특히, 상대적으로 광량이 작은 서브 빔을 이용하여 얻는 서보 신호에 더 큰 영향을 준다.

도 5에 도시한 바와 같이, 다른 층으로부터의 노이즈 광에 의해 SPP 신호가 심하게 왜곡되고, SPP 신호를 기초로 계산되는 DPP, 즉 트래킹 에러 신호가 열화되는 문제가 발생한다. 즉, 2층 이상의 기록 층을 갖는 디스크를 재생 또는 기록할 때, 도 4와 도 5에서와 같이, 다른 층으로부터 반사되는 빔으로 인해 재생 신호 및 서보 신호에 노이즈가 발생하고 이로 인해 재생 또는 기록 성능이 악화되고, 기록이 불가능하게 되는 경우도 있다.

이에 대한 해결책으로 특수 편광 회절 소자를 이용하여 수광하는 빔의 일부를 제거하는 방식이 있다. 이 방식은 다른 층에서 반사되는 빛을 완전히 제거하기 위해 특수 회절 소자가 이용되는데, 특수 회절 소자에 의해, 다른 층에서 반사되는 빛이 제거될 뿐만 아니라, 기록/재생이 진행되는 현재 층에서 들어오는 빔의 일부도 회절하여 PDIC 상에 맺히는 빔 스폿(Spot)의 일부가 제거되거나 강도가 현저히 저하된다.

이렇듯 제거되거나 강도가 저하되는 부분을 데드 존(dead zone)이라고 하는데, 대물 렌즈가 래디얼 시프트 할 때 이러한 dead zone에 의해 래디얼 시프트 구간에 따라 k값이 변하고, RF 신호 및 재생/기록 성능이 악화된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 멀티 레이어 디스크에서 층간 간섭을 줄여 안정적인 서보 신호를 얻고, 재생 또는 기록 성능을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 복잡하고 비싼 광학 소자를 사용하지 않고 간 단하게 층간 노이즈를 제거하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 층간 이동, 구면 수차 보정, 회절 소자의 피치 변동, 또는 렌즈의 초점 거리(배율) 변동에 따라 발생하는 서브 빔의 위치 변동에 효과적으로 대응하는 수단을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 픽업은, 소정 파장의 빔을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출되는 빔을 광 저장 매체에 집광하는 대물 렌즈; 상기 광원에서 방출되는 빔 또는 상기 광 저장 매체에서 반사되는 빔을 투과시키거나 또는 반사시키는 빔 스플리터; 상기 광 저장 매체에 맺히는 빔의 트랙에서의 위치에 해당하는 신호를 만들기 위한 서브 빔을 생성하는 회절 소자; 상기 광 저장 매체에서 반사되는 빔에 비점수차를 발생시키는 센서 렌즈; 상기 회절 소자를 그대로 통과하는 메인 빔을 수광하는 메인 검출 수단과 상기 회절 소자에 의해 생성되는 서브 빔을 수광하는 2 개의 서브 검출 수단을 포함하여 구성되는 광 검출 수단; 및 기록 또는 재생이 진행 중인 광 저장 매체의 현재 층이 아닌 다른 층에서 반사되는 빔의 일부를 차단하여 상기 광 검출 수단에 들어가지 않도록 하는 빔 차단 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 빔 차단 소자는 상기 다른 층에서 반사되는 빔 중에서 상기 광 검출 수단 내에 맺히게 되는 빔이 상기 빔 차단 소자를 통과하는 영역에 대응하는 제 1 영역을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 1 영역은, 상기 2 개의 서브 검출 수단에 각각 대응하는 2 개의 영역으로 구성되거나, 상기 메인 검출 수단 및 2 개의 서브 검출 수단에 각각 대응하는 3 개의 영역으로 구성되거나, 또는 상기 메인 검출 수단 및 2 개의 서브 검출 수단에 대응하는 하나의 영역으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 빔 차단 소자는 상기 빔 스플리터와 대물 렌즈 사이에 위치하고, 상기 대물 렌즈와 함께 구동할 수 있다. 또한, 상기 제 1 영역은 반사 코딩 되거나 반사 테이프로 덮일 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 회절 소자는 상기 광원에서 방출되는 빔을 상기 메인 빔과 2 개 이상의 서브 빔으로 분기시켜 광 저장 매체에 입사하도록 할 수 있다.

또한, 다른 실시예에서, 상기 회절 소자는, 상기 광 저장 매체에서 반사하는 빔으로부터 상기 광 저장 매체에 맺히는 빔의 트랙에서의 위치에 해당하는 성분이 없는 서브 빔을 생성할 수 있다.

이때, 상기 회절 소자는 입사하는 빔의 일부를 회절시켜 상기 서브 빔을 생성하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 광 저장 매체에서 분기된 상태로 반사되는 빔 중 상기 광 저장 매체에 의해 회절하는 빔과 회절하지 않는 빔이 상기 회절 소자를 통과할 때 서로 중첩되는 영역을 포함하지 않는다.

또한, 상기 제 2 영역의 격자 방향은 탄젠셜 방향 또는 래디얼 방향 중 어느 한 방향일 수 있고, 상기 회절 소자는 상기 빔 스플리터와 상기 대물 렌즈 사이, 상기 빔 스플리터와 센서 렌즈 사이, 또는 상기 센서 렌즈와 광 검출 수단 사이 중 어느 하나에 위치할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

3 beam을 사용하는 DPP의 경우 서브 빔이 메인 빔에 비해 1/2 트랙 피치만큼 벗어난 상태로 디스크에 맺히도록 그레이팅이 조절된다. 대물 렌즈가 디스크의 중심 축에 위치하는 일반적인 경우에는 내외주에 상관 없이 메인 빔과 서브 빔의 상대적인 위치가 변함이 없다.

하지만, 도 3과 같이 대물 렌즈가 디스크의 중심 축에서 벗어난 상태로 동작하는 비축 배치의 경우, 내외주에 따라 트랙에서 메인 빔과 서브 빔의 상대적인 위치가 달라지게 된다. 이러한 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 디스크의 기록/미기록 경계에서 DPP 신호의 오프셋이 크게 되고, 오프셋이 발생하는 구간의 길이가 늘어나는 문제가 발생한다.

이러한 기록/미기록 영역의 차이는 반사율의 차이로 나타나는데, 3 beam을 이용하는 DPP 법에서 대물 렌즈가 기록/미기록 영역을 주행할 경우 각 영역에서 DPP 신호의 레벨 차이가 나타난다.

이러한 기록/미기록 경계에서 DPP 신호의 오프셋은 3 beam을 사용할 경우에 기록/미기록 영역에 진입하는 시간 차에 의해 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 디스크에는 하나의 빔만을 입사시키고, 소정의 회절 격자가 디스크의 트랙 구조에 의해 반사되어 분기되는 빔으로부터 메인 빔과 서브 빔을 생성하고, 상기 서브 빔을 이용하여 메인 빔의 푸시풀 신호에서 오프셋을 제거하는 방법, 일명 1 beam DPP 법이 본 발명의 출원인에 의해 다른 출원에서 제안되었는데, 이에 대해 설명한다.

도 7은 3 beam DPP 방법과 1 beam DPP 방법을 비교하는 도면이다. 3 beam DPP 방법에서는 LD에서 방출되는 빔을 그레이팅을 통해 3개의 빔으로 나누어 디스크에 입사하고 3개의 빔이 디스크에서 반사되어 PD의 메인 셀과 서브 셀에 맺히게 되는데 반해, 1 beam DPP 방법에서는 디스크에는 메인 빔만이 입사하고 입사하는 빔이 디스크의 트랙 구조에 의해 분기된 상태로 반사되고 소정의 회절 격자에 의해 메인 빔과 ac 성분이 제거되는 2개의 서브 빔이 되어 PD의 메인 셀과 서브 셀에 맺힌다.

DPP에서 서브 빔을 사용하는 주된 목적은 대물 렌즈의 래디얼 시프트(Radial Shift) 등에 의해 메인 빔에 발생하는 오프셋을 제거하기 위한 것으로, 서브 빔의 푸시풀 신호에 발생하는 ac 성분에 의한 DPP 신호 레벨의 증가는 부차적인 효과이다.

본 발명의 출원인이 제안한 방법에서, 디스크의 트랙 구조(트랙의 랜드/그루브가 회절 격자 역할을 하여)에 의해 반사되어 분기되는 빔은 회절 격자를 그대로 통과하여 메인 빔이 되고, 회절 격자 내의 소정 모양의 패턴에 의해 회절되는 빔은 서브 빔이 된다.

회절 격자를 그대로 통과하는 메인 빔은 디스크에 맺히는 빔의 트랙에서의 위치를 반영하는 ac 성분과 대물 렌즈의 래디얼 시프트 양을 반영하는 dc 성분을 모두 포함하므로, 메인 빔의 푸시풀 신호에는 ac 성분과 dc 성분이 모두 나타난다.

상기 회절 격자 내의 패턴은 디스크의 트랙 구조에 의해 반사되어 분기되는 빔 중에서 상기 ac 성분에 해당하는 빔을 제외하고 상기 dc 성분(오프셋)에 해당하는 빔만을 회절시키도록 하는 모양을 갖는다. 따라서, 상기 패턴에 의해 회절되어 생성되는 서브 빔의 푸시풀 신호에는 dc 성분만이 나타난다.

따라서, 서브 빔의 푸시풀 신호를 이용하여, 회절 격자를 그대로 통과하는 메인 빔의 푸시풀 신호에 나타나는 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 해당하는 오프셋을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 8은 상기 방법이 적용되는 광 픽업의 구성을 도시한 것이다.

도 8의 광 픽업(100)은, 광원(110), 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)(120), 빔 스플리터(Beam Splitter)(130), 회절 격자(140), 1/4 파장판(QWP : Quarter Wave Plate)(160), 대물 렌즈(170), 센서(Sensor) 렌즈(180), 및 광 검출 수단(또는 PD)(190)을 포함하여 구성된다. 대물 렌즈(170)의 초점이 맺히는 쪽에 디스크가 장착된다.

광원(110)은 레이저 빔을 방출하고, 콜리메이터 렌즈(120)는 광원에서 방출되는 빔을 평행 광으로 변환한다. 광 분기 수단인 빔 스플리터(130)는 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 콜리메이터 렌즈(120)로부터 입사 빔을 회절 격자로 투과시키고, 디스크로부터 반사되는 빔을 센서 렌즈(170)로 반사시킨다.

빔의 편광을 회전시키는 1/4 파장판(160)은, 광원(110)에서 방출되는 직선 편광의 빔, 예를 들어 p 편광의 빔을 원형 편광의 빔으로 변환시키고, 또한 디스크 에서 다른 원형 편광으로 반사되는 빔을 다른 직선 편광의 빔, 예를 들어 s 편광의 빔으로 변환시킨다.

대물렌즈(170)를 통해 디스크에 집속되는 빔은 랜드/그루브 구조를 가지는 디스크에 의해 반사 및 회절되어 0차 빔과 +1차 빔이 되어 다시 대물렌즈(170)로 향하게 된다. 디스크에서 반사된 원형 편광의 빔은 대물렌즈(170)를 통하여 평행 빔으로 전환되고, 1/4 파장판(160)을 경유하면서 직선 편광으로 변한다. 센서 렌즈(180)는 디스크에서 반사되어 빔 스플리터(130)에서 경로가 바뀌면서 입사되는 빔에 대하여 비점을 발생시켜 광 검출 수단(190)으로 전달한다.

회절 격자(140)는, 디스크에 반사되어 분기되면서 생성되는 회절 빔들의 원형 패턴에서 ±1차 빔의 원형 패턴 영역과 0차 빔의 원형 패턴이 중첩되는 영역이 광 검출 수단(190)의 서브 빔에 대한 PD 셀에 수광되지 않도록 격자 패턴이 형성된다.

즉, 디스크에서 반사되어 분기되는 빔은 회절 격자(140)를 통해 메인 빔과 서브 빔이 되는데, 회절 격자(140)를 그대로 통과하는 메인 빔은 광 검출 수단(190), 즉 수광 소자의 메인 셀(Main cell)에 수광되어 MPP 신호가 되고, 회절 격자(140) 내의 소정 모양의 패턴에 의해 회절되어 생성되는 2개의 서브 빔은 광 검출 수단(190)의 서브 셀에 수광되어 제 1 SPP(SPP1) 신호와 제 2 SPP(SPP2) 신호가 된다.

MPP 신호와 SPP 신호의 검출을 위해, 상기 광 검출 수단(190)의 메인 셀은 래디얼 방향과 탄젠셜 방향에 대응하는 방향으로 각각 적어도 2 분할되어 있고, 상 기 광 검출 수단(190)의 서브 셀은 래디얼 방향에 대응하는 방향으로 적어도 2 분할된다.

도 9는 기록용 디스크에 입사하는 빔이 분기되는 형태를 예시적으로 도시한 것이다.

대물 렌즈를 통과해 기록용 디스크에 입사되는 빔을 대물 렌즈의 초점 거리에서 바라보면, 도 9에 도시한 바와 같이 +1차 빔, 0차 빔, -1차 빔으로 나뉘어진다. 이는 소정의 트랙 피치(TP)를 갖는 기록용 디스크의 트랙(랜드/그루브) 구조에 의한 것으로, 기록용 디스크의 랜드와 그루브는 단면이 요철 모양을 형성하여 회절 격자와 같은 효과를 일으키기 때문이다.

디스크에서 반사되어 분기되는 0차 빔(b2), +1차 빔(b1), -1차 빔(b3)은 원형 패턴을 이루어 대물 렌즈로 향하는데, 상기 빔들이 이루는 원형 패턴의 크기는 대물 렌즈의 EPD(Entrance Pupil Diameter)와 동일한 값을 갖는다. 대물 렌즈의 초점을 f, 개구수를 NA라고 하면, EPD는 2×f×NA이다.

또한, +1차 빔(b1)과 -1차 빔(b3)은 도 9에서와 같이 좌우로 이동하는데, 이동량은 디스크의 트랙 피치를 Tp, 레이저 빔의 파장을 λ라고 했을 경우 f×λ×Tp가 된다.

가운데 0차 빔의 원형 패턴(P2)은 디스크의 트랙 구조에 의해 좌우로 이동하는 +1차 빔에 의한 원형 패턴(P1)과 -1차 빔에 의한 원형 패턴(P3)과 일부분이 겹쳐서 도 10에서와 같은 패턴을 형성하는데, 야구 공의 모양을 닮았다고 하여 베이스볼 패턴이라 한다.

이때, 디스크 종류에 따라 원형 패턴(P1, P2, P3)의 크기, 겹치는 정도가 상이한데, BD나 DVD-RW의 경우 상기 이동량이 크기 때문에 겹치는 정도가 상대적으로 작아 도 10과 같은 패턴이 형성된다. 푸시풀 신호(3 빔 DPP의 경우 MPP와 SPP 신호)에서 ac 성분은 도 10의 베이스볼 패턴에서 0차 빔과 ±1차 빔이 겹치는 부분(빗금친 부분)에 의해 발생한다.

도 11은 디스크에서 반사되어 분기되는 빔으로부터 ac 성분이 제거되는 서브 빔을 얻는 원리를 개략적으로 설명한 것이다.

디스크에 입사되는 빔은 디스크 트랙 구조에 의해 3개의 빔으로 회절하는데, 상기 회절하는 3개의 빔 중 중앙의 빔은 0차 빔, 상기 0차 빔을 기준으로 좌우에 형성되는 빔은 ±1차 빔으로 정의된다. 상기 디스크에 입사되는 빔으로부터 분리되어 형성되는 3개의 빔(0차 빔과 ±1차 빔)은 일부 영역(P7)이 서로 겹쳐서 도 10과 같은 베이스볼 패턴을 형성한다.

이때, 도 11에서 일 실시예로 도시된 회절 격자는, 베이스볼 패턴에서 0차 빔과 ±1차 빔이 겹치는 부분을 제외한 0차 빔(P5)만을 회절시켜 서브 빔을 위한 포토 디텍터에 수광되도록 하고, 0차 빔과 ±1차 빔이 겹치는 부분을 포함하여 ±1차 빔(P4, P6, P7)은 상기 서브 빔을 위한 포토 디텍터에 수광되지 않도록, 그 패턴이 설계된다.

하지만, 회절 격자를 그대로 통과한 메인 빔은 회절 격자의 패턴에 상관 없이 베이스볼 패턴을 그대로 반영하여, 메인 빔의 푸시풀 신호(MPP)에는 ac 성분과 dc 성분(오프셋)이 모두 나타난다.

베이스볼 패턴에서 0차 빔과 ±1차 빔이 겹치는 부분을 제외한 0차 빔(P5)은 회절 격자의 빗금친 영역의 패턴에 의해 회절하여 서브 빔을 위한 포토 디텍터에 수광되므로, 서브 빔의 푸시풀 신호(SPP)에는 ac 성분이 나타나지 않고, 메인 빔의 오프셋만 나타난다.

이에, 메인 빔의 푸시풀 신호(MPP)에서 ac가 제거된 서브 빔의 푸시풀 신호(SPP)를 빼줌으로써, 3 빔을 디스크에 맺히는 3 beam 방법을 사용하지 않고서도 오프셋이 제거된 트래킹 에러 신호를 얻을 수 있다.

도 12는 ac 성분이 제거되는 서브 빔을 얻기 위한 회절 격자의 여러 실시예를 도시한 것으로, 회절 격자는 다양한 형태의 패턴으로 형성될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 12의 회절 격자를 그대로 통과한 메인 빔은 베이스볼 패턴을 모두 반영하여 MPP에 ac 성분과 오프셋이 모두 나타난다. 하지만, 디스크에서 반사되어 분기되는 빔은 회절 격자의 사용 영역에 해당하는 제 1 패턴(A1, A3, A5)에 의해 일부 영역만 회절되어 서브 빔을 형성한다.

도 12(a)의 회절 격자는, X축을 내외주 방향(radial)으로 하고 Y축을 트랙 방향(tangential)으로 할 때, 수직으로 세워진 장구("I"자) 형태로 형성된 제 1 패턴(A1)과 제 1 패턴을 제외한 나머지 영역에 형성된 제 2 패턴(A2)을 포함한다.

제 1 패턴(A1)은 ±1차 빔(b1, b3)의 원형 패턴 영역(P1, P3) 및 0차 빔(b2)의 원형 패턴 영역(P2)과 ±1차 빔(b1, b3)의 원형 패턴 영역(P1, P3)이 중첩되는 영역(P7)을 제외한 영역(P5)에 형성된다.

또한, 제 1 패턴(A1)의 상측/하측 끝단(중간 원형 오목부를 제외한 사각형 부분)은 ±1차 빔(b1, b3)의 원형 패턴 영역(P4, P6)을 침범하지 않는 한도 내에서 회절 격자의 양측면까지 연장되는 형태를 가질 수 있다.

도 12(b)의 회절 격자는, 중앙부에 상하로 긴 직사각형의 제 1 패턴(A3)과 제 1 패턴(A3)의 양쪽에 형성된 제 2 패턴(A4)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 제 1 패턴(A3)의 위치 및 폭이 중요한 요소인데, 제 1 패턴(A3)은 ±1차 빔(b1, b3)의 원형 패턴(P1, P3)이 포함되지 않도록 하는 직사각형 형태이다. 즉, 0차 빔의 원형 패턴(P2) 내에 놓인, ±1차 빔의 원형 패턴(P1, P3)의 끝과 접하도록, 제 1 패턴(A3)의 x 방향의 위치와 폭이 결정되는 것이 바람직하다.

도 12(c)의 회절 격자는, 중앙부에 좌우로 긴 직 사각형의 제 1 패턴(A5)과 제 1 패턴(A5)의 상하에 형성된 제 2 패턴(A6)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 0 차 빔(b2)의 원형 패턴(P2)과 ±1차 빔(b1, b3)의 원형 패턴(P1, P3)의 경계가 만나는 4 점 중 위쪽 2 점과 아래쪽 2 점을 각각 연결한 선에 의해 제 1 패턴(A5)의 y 방향의 위치와 폭이 결정되는 것이 바람직하다.

도 13은 도 12의 회절 격자에 의해 서브 빔의 푸시풀(SPP) 신호에 dc 성분만 남고 ac 성분이 제거된 결과를 도시한 것으로, 회절 격자에 의해 메인 빔의 푸시풀(MPP) 신호는 영향을 거의 받지 않은 반면, 서브 빔의 푸시풀(SPP) 신호의 ac 성분은 제거된 결과를 도 13을 통해 확인할 수 있다.

여기서, SPP 신호의 dc 레벨(오프셋)은, 대물 렌즈의 이동량, 즉 대물 렌즈가 액츄에이터의 중심에서 내외주 방향으로의 이동을 가리키는 래디얼 시프트 양과 밀접한 관련이 있다.

일반적으로 MPP 신호와 SPP 신호의 오프셋(dc 레벨)은 대물 렌즈의 래디얼 시프트 양이 증가할수록 어느 정도 비례하여 커지므로, 푸시풀 신호의 오프셋은 대물 렌즈의 래디얼 시프트 양에 비례하는 선형적인 성질을 갖는다고 할 수 있다.

따라서, DPP=MPP-k×(SPP1+SPP2)에서, 대물 렌즈의 래디얼 시프트 양 대비 MPP 신호의 dc 레벨의 기울기를 a, 대물 렌즈의 래디얼 시프트 양 대비 SPP 신호의 dc 레벨의 기울기를 b라 할 때, 비례 상수 k=1/2b로 하여, 대물 렌즈의 이동에 따라 발생하는 MPP 신호의 오프셋을 제거할 수 있게 된다.

2층 이상의 광 디스크는 다른 기록 층을 재생하기 위하여 반투과층을 형성하는데, 투과율은 디스크마다 차이가 있다. 도 14에서와 같이, 광 디스크의 입사면에서 가까운 기록층을 L1, 먼 기록층을 L0라 할 때, 도 14의 (a)는 L1 층을 재생 또는 기록하는 경우, 도 14의 (b)는 L0 층을 재생 또는 기록하는 경우를 나타낸다.

도 14에는, 디스크와 PDIC의 위치는 변하지 않고 광학계를 구성하는 대물 렌즈의 위치 변동에 의해 층간 이동이 수행되는 것이 나타나 있다. 도 14의 (a)에서는 재생 또는 기록이 진행되는 현재 층(L1)이 아닌 다른 층인 L0 층에서 반사하는 빛이 PDIC보다 가까운 쪽에 초점이 형성되고, 도 14의 (b)에서는 L1 층에서 반사하는 빛이 PDIC보다 먼 쪽에 초점이 형성된다.

도 5는 개구 제한 방식에 의한 듀얼 레이어(dual layer) 노이즈의 영향을 나타낸 것이다. 도 5의 (a)는 단일 레이어(single layer) (b)는 dual layer의 경우로, MPP 신호에는 이상이 없으나 SPP 신호에는 노이즈가 많아서 결국 DPP 신호가 왜곡된다.

즉, 다른 층에서 나오는 빔과 재생 신호의 서브 빔에 의한 간섭에 의해 SPP에 노이즈가 발생한다. 따라서, 다른 층에서 나오는 빔이 서브 빔의 영역(또는 메인 빔의 영역까지), 즉 서브 빔을 수광하는 서브 셀에 들어오지 않도록 하면 층간 간섭에 의한 DPP 신호의 악화를 막을 수 있다.

이를 분석적으로 살펴 보면, 도 1의 서브 셀(sub 1(E1/E2)과 sub 2(F1/F2))에 맺히는 빛을

과

라고 하면, 빛과 빛의 양을 다음과 같이 정의할 수 있다.

여기서, 앞의 첨자는 레이어이고 뒤의 첨자는 회절 차수를 나타낸다.

에서 0은 L0 층에서 반사된 빛이 회절 격자에 의해서 +1차로 회절되는 빛을 나타내고,

는 위상을 나타내고, V는 visibility를 나타낸다. 주요 인자만을 정리하면 다음과 같다.

즉,

을 제거하면 dual layer의 노이즈가 없어진다. 다시 말해, 다른 층에서 들어오는 0차 광이 가장 큰 노이즈이기 때문에, 이 빛을 적절히 감소 또는 제거하는 것에 의해 노이즈의 원인을 제거할 수 있다.

본 발명의 출원인이 이미 출원한 발명에서는, 다른 층에서 들어오는 0차 광을 제거하기 위해, 회절 격자나 홀로그램 소자(HOE : Holographic Optical Element) 등의 회절 소자(DOE : Diffractive Optical Element)를 이용하여 디스크에 반사되어 PDIC로 입사하는 빛의 일부를 다른 곳으로 회절시키는 방법이 제시되었다. DOE라는 개념은 회절 격자와 HOE와 같은 회절 현상을 이용하는 소자를 총칭하는 것으로 사용되었다

하지만, 디스크에서 반사되는 빛을 다른 곳으로 회절시키고 또한 디스크에 입사되는 빔은 회절시키지 않도록 하기 위해 사용되는 DOE 또는 편광 DOE와 같은 회절 소자는 복잡하여 제작이 쉽지 않고 제작 비용이 많이 소요되고 또한 오염되기 쉬운 문제가 있다.

본 발명에서는, DOE와 같은 회절 소자 대신 빔 차단 소자를 사용하여 다른 층에서 반사되는 빔이 수광 소자에 입사하지 않도록 한다.

먼저, 3 beam에 의한 일반적인 DPP 방법과 빔 차단 소자를 결합하여 층간 간섭을 줄이는 방법을 살펴 본다.

도 15는 일반적인 3 beam DPP를 사용하는 경우의 빔 차단 소자의 형상과 위치, 및 PD에서의 빔의 분포를 도시한 것이다.

도 15의 (b)와 같은 일반적인 3 beam DPP를 사용하는 광 픽업(200)은, 광원(210), 콜리메이터 렌즈(220), 그레이팅(225), 빔 스플리터(230), 빔 차단 소자(250), 대물 렌즈(270), 센서 렌즈(280), 및 광 검출 수단(290)을 포함하여 구성된다. 3 beam DPP의 광학계에서, 상기 광원(210)과 대물 렌즈(270) 사이의 광 경로에 DPP를 위한 서브 빔을 생성하는 그레이팅(225)이 위치하는데, 일반적으로 3 beam을 위한 그레이팅(225)은 콜리메이터 렌즈(220)와 빔 스플리터(230) 사이에 놓인다.

상기 빔 차단 소자(250)의 빔 차단 영역은 도 15의 (c)에서와 같이 다른 층에서 반사된 광이 수광 소자에 입사하지 않도록 적적히 설계된다. BD의 듀얼 레이어 디스크의 예를 들면, 대략 상기 대물 렌즈(270)에 입사하는 빔의 직경이 3mm이고 S-curve가 생성되는 범위가 2um 정도인 광학계에서, 상기 빔 차단 영역은 1.4 x 0.4(W x H)(mm) 정도가 된다.

도 15의 (b)와 같은 일반적인 3 beam DPP를 사용하는 광학계에서, 디스크에서 PD(290)까지의 반사광의 광 경로, 즉 디스크에서 반사되는 광이 대물 렌즈(270), 빔 스플리터(230), 센서 렌즈(280)를 거쳐 PD(290)에 맺힐 때까지의 광 경로에 도 15의 (a)와 같은 빔 차단 영역을 갖는 빔 차단 소자(250)를 넣으면, 다른 층에서 반사되는 0차광은, 도 15의 (c)와 같이, PD(290)의 메인 셀과 서브 셀에는 맺히지 않고, 메인 셀과 서브 셀의 외곽에만 맺히게 된다.

기록 또는 재생이 진행되고 있는 현재 층에서 반사되는 빔은, 초점이 상기 PD(290) 상에 맺히기 때문에, 빔의 크기가 PD(290)의 셀 크기에 대응되고 빔의 강도가 강하다((c)에서 진한 색으로 표현됨).

현재 층에서 반사되는 메인 빔과 2 개의 서브 빔(상기 그레이팅(225)에 의해 분기된 빔들)(B_CL,0, B_CL,+1, B_CL,-1)은 상기 PD(290)에 MPP를 위한 메인 셀과 SPP를 위한 서브 셀에 맺히는데, 일부가 상기 빔 차단 영역에 의해 차단되어 메인 셀과 서브 셀에는 앞서 설명한 데드 존(dead zone)(B_CL,0 ⁰, B_CL,+1 ⁰, B_CL,-1 ⁰)이 형성된다.

현재 층이 아닌 다른 층에서 반사되는 빔은, 초점이 상기 PD(290)의 앞 또는 뒤에 맺히기 때문에, 상기 PD(290) 상에 맺히는 빔의 크기가 크고 빔의 강도가 약하다((c)에서 연한 색으로 표현됨).

다른 층에서 반사되는 빔은 도 15의 (c)의 가운데 큰 원(B_OL)을 형성하는데, 상기 빔 차단 영역은 가운데 큰 원(B_OL) 내부의 세로 방향으로 길쭉한 사각형(B_OL ⁰)을 형성한다.

도 15(a)의 빔 차단 영역에 의해 형성되는 사각형(B_OL ⁰)은, 상기 PD(290)의 셀 모양에 대응되어, 현재 층에서 반사되어 상기 PD(290)에 맺히는 빔을 간섭하지 않게 된다. 즉, MPP 신호와 SPP 신호에 다른 층에서 반사되는 노이즈 광에 의한 노이즈가 발생하는 것을 줄일 수 있게 된다.

이러한 점, 즉 PD의 메인 셀과 서브 셀의 모양과 위치(다른 층에 의해 형성되는 빔에 대해서) 및/또는 메인 셀과 서브 셀에 생기는 데드 존의 크기(현재 층에 의해 형성되는 빔에 대해서)를 고려하여 빔 차단 영역의 모양이 설계된다.

상기 빔 차단 영역은, 도 16에서와 같이 그 모양이 여러 가지가 가능하고, 노이즈를 제거하는 성능의 차이는 별로 없다. 특히, SPP 생성을 위한 서브 셀에 다른 층에서 반사되는 빔이 들어가지 않도록 설계되는 것이 중요하다.

상기 빔 차단 영역은 반사 코딩을 하여 입사하는 빔을 투과시키지 않거나 구조물을 형성하여 빔을 투과시키지 않을 수 있다. 또한, DOE 등을 이용하여 입사하는 빔을 다른 곳으로 회절시킬 수도 있다. 구조물로 빔 차단 영역을 형성하는 예로는 빔 차단 영역의 크기에 해당하는 반사 테이프를 붙이는 것도 가능하다.

상기 빔 차단 소자(250)가, 도 15의 (b)에서와 같이, 디스크에서 반사되는 빔이 통과하는 경로에 동시에 디스크에 입사하는 빔이 통과하는 경로에 놓이는 경우, 즉 디스크에 입사하는 빔을 차단하는 경우, 디스크에 맺히는 빔은 크기가 약간 작아지고 차단하는 만큼의 광 효율이 떨어진다.

도 17은 빔 차단 소자에 의한 빔의 형상을 빔 차단 소자가 없는 것과 비교한 것이다. 파장은 405nm, NA 0.85, 초점 거리 1.765, 입사경이 3mm이고, 균일한 광이 입사한다고 가정할 경우, 광 효율은 90% 정도이고 빔 스팟의 크기는 96% 정도이다. 이 정도의 광 효율 저하는 광 픽업의 기록 및 재생에 별 무리가 없다고 할 수 있다.

또한, 상기 빔 차단 소자는, 대물 렌즈와 같이 움직일 수 있도록 액츄에이터 에 탑재되는 것이 빔 차단 영역을 줄일 수 있어 유리하다.

, 상기 빔 차단 영역은 MPP와 SPP 신호의 노이즈를 제거 또는 줄이는 것만은 아니어서, 재생 신호에 사용하는 빛의 일부(B_CL,0 ⁰, B_CL,+1 ⁰, B_CL,-1 ⁰)도 제거하게 되어, RF 신호, 서보 신호 등의 재생 신호가 악화된다.

또한, 이러한 데드 존은 대물 렌즈가 래디얼 시프트 될 때 래디얼 시프트 양에 따라 각 구간마다 k 값을 변하게 하는 단점이 있다. 이러한 k 값의 변화는 DPP 신호에 오프셋을 발생시켜 트래킹 서보의 성능을 저하시킨다.

한편, 도 15(c)에 도시한 바와 같이, 도 15(a)의 세로 방향으로 길쭉한 사각형 모양의 빔 차단 영역을 포함하는 빔 차단 소자를 통과하는 빔 중에서, 현재 층에서 반사되어 PD 면에 형성되는 빔(B_CL,0 ⁰, B_CL,+1 ⁰, B_CL,-1 ⁰)의 모양(가로 방향으로 길쭉한 사각형 모양)과 다른 층에서 반사되는 PD 면에 형성되는 빔(B_OL ⁰)의 모양(세로 방향으로 길쭉한 사각형 모양)이 서로 다르다.

일반적으로, 포커스 에러 신호를 얻기 위해 비점수차를 발생시키는 센서 렌즈는, 실린더리컬(Cylindrical) 렌즈를 사용하여, 입사되는 빔에 대해서 두 축, 예를 들어 x축과 y축의 초점 위치를 다르게 하여 x축과 y축의 초점의 중간 위치를 포커싱 지점으로 만든다.

비점수차를 발생시키는 렌즈는, 두 축의 초점 사이에 초점이 맺히도록 하여, 입사하는 빔에 대해서는 빔의 기하학적 위치를 그대로 유지하면서 빔의 모양(광량 분포)을 90도 회전시키는 역할을 한다. 두 축의 초점 밖에 초점이 맺히도록 입사하는 빔에 대해서는 빔의 모양을 회전시키지 않는다.

즉, 기록 또는 재생을 위해 초점이 맺힌 현재 층에서 반사되는 빔은 센서 렌즈를 통과하면서 광량 분포가 90도 회전하고, 초점이 맞지 않는 다른 층에서 반사되는 빔은 센서 렌즈를 통과하더라도 광량 분포가 그대로 유지된다.

따라서, 현재 층에서 반사되는 빔은, 그 빔의 일부가 도 15(a)의 세로 방향으로 길쭉한 사각형 모양의 빔 차단 영역에 의해 차단된 상태로 비점수차를 발생시키는 센서 렌즈를 통과하면, 내부에 도 15(c)의 B_CL _,0 ⁰, B_CL _,+1 ⁰, B_CL _,-1 ⁰, B_CL _,0 ^+/-1, B_CL,+1 ^+/-1, B_CL _,-1 ^+/- ¹와 같이 가로 방향으로 길쭉한 사각형 모양의 데드 존을 포함한 상태로 PD 면에 맺힌다.

반면, 다른 층에서 반사되는 빔은, 그 빔의 일부가 도 15(a)의 세로 방향으로 길쭉한 사각형 모양의 빔 차단 영역에 의해 차단된 상태로 비점수차를 발생시키는 센서 렌즈를 통과하여, PD 면에 도 15(c)의 B_OL ⁰와 같이 세로 방향으로 길쭉한 사각형 모양을 형성한다.

다음으로, 1 beam DPP 방법과 빔 차단 소자를 결합하여 층간 간섭을 줄이는 방법을 살펴 본다.

도 18은 1 beam DPP를 사용하는 경우의 빔 차단 소자의 형상과 위치, 및 PD에서의 빔의 분포를 도시한 것이다.

도 18(b)에서 1 beam DPP를 사용하는 광 픽업(300, 400)은, 광원(310, 410), 콜리메이터 렌즈(320, 420), 빔 스플리터(330, 430), 그레이팅(340, 440), 빔 차단 소자(350, 450), 대물 렌즈(370, 470), 센서 렌즈(380, 480), 및 광 검출 수단(390, 490)을 포함하여 구성되는데, 상기 그레이팅(340, 440)의 위치에 따라 1/4 파장판(QWP)(360)이 추가될 수 있다.

상기 그레이팅(340, 440)은 도 15(b)의 그레이팅(225)과는 전혀 다른데, 도 15(b)의 그레이팅(225)은 3 beam을 생성하기 위한 격자 모양이지만, 도 18(b)의 그레이팅(340, 440)은, 도 7의 (c) 또는 도 12의 (a), (b), (c)와 같이, 디스크 트랙의 요철 구조에 의해 분기된 상태로 반사되는 빔 중에서 ac 성분에 해당하는 빔을 제외하고 dc 성분(오프셋)에 해당하는 빔만을 회절시키도록 하는 격자 모양을 갖는다.

도 18(c)의 서브 빔(B_CL,+1 ,B_CL,-1)은, 도 7의 (c) 또는 도 12의 (a)의 패턴을 갖는 그레이팅(340, 440)이 사용되는 경우에 대한 형상이다. 상기 그레이팅(340, 440)에 도 12의 (a)의 패턴이 사용되는 경우, 제 1 패턴인 A1 영역은 격자가 가로 방향으로 형성되어 있기 때문에, 도 18(c)와 같이 상기 A1 영역에 의해 회절되는 ±1차 빔인 서브 빔(B_CL _,+1, B_CL _,-1)은 상기 그레이팅(340, 440)을 그대로 통과하는 0차 빔인 메인 빔(B_CL,0)의 위와 아래에 배열된다.

상기 빔 차단 소자(350, 450)는, 앞에서 3 beam DPP 경우에서 설명한 것과 마찬가지로, 도 15(b)에서와 같이 디스크에서 PD(390, 490)까지의 반사광의 광 경로에 놓인다. 또한, 1 beam DPP용 그레이팅은, 디스크에 입사하는 빔이 통과하는 경로와 디스크에서 반사되는 빔이 통과하는 경로에 놓이는 경우, 디스크에 입사하는 빔은 회절시키지 않고 디스크에서 반사되는 빔만을 회절시킬 수 있도록 편광 소자로 제작되는 것이 광 효율을 위해 바람직하므로, 액정과 같은 편광 의존형 소자로 제작되어야 한다.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, PD의 메인 셀과 서브 셀의 모양과 위치 및/또는 메인 셀과 서브 셀에 생기는 데드 존의 크기와 강도를 고려하여 빔 차단 영역의 모양이 설계된다.

즉, 상기 빔 차단 소자(350, 450) 내의 빔 차단 영역은, 다른 층에서 반사되는 빔 중에서 PD의 메인 셀과 서브 셀에 영향을 줄 수 있는 빔이 상기 빔 차단 소자(350, 450)를 통과하는 영역에 대응되도록, 그 외곽 모양이 설계된다. 특히, PD의 서브 셀이 다른 층에서 반사되는 빔에 의한 영향을 덜 받도록 빔 차단 영역이 설계되는 것이 중요하다. 따라서, 상기 빔 차단 소자(350, 450)도 도 16에서와 같이 그 모양이 여러 가지가 가능하다

빔 차단 영역을 도 18(a)에서와 같이 도 15(a)의 3 beam DPP의 경우와 동일하게 하는 경우, 데드 존(B_CL,0 ⁰, B_CL,+1 ⁰, B_CL,-1 ⁰)에 의한 트래킹 서보 및 재생/기록 신호의 열화도 마찬가지로 발생한다.

데드 존에 의한 k 값의 변화를 살펴 본다. 대물 렌즈가 래디얼 시프트 되지 않은 상태에서 서브 빔이 서브 셀의 중심에 정확히 맺히는 경우, 대물 렌즈가 래디얼 시프트 될 때 데드 존을 포함하는 구간과 데드 존을 포함하지 않는 구간에서의 k 값(그래프에서의 기울기)이 서로 다른 것을 도 19(b)를 통해 확인할 수 있다. MPP 오프셋과 SPP 오프셋이 변하긴 하지만 같은 방향으로 변하기 때문에 크게 문제가 되지 않는다.

하지만, 도 20(a)와 같이, 대물 렌즈가 래디얼 시프트 되지 않은 상태에도 층간 이동, 회절 소자의 피치 오차, 광학계 배율 변동 등으로 인해 서브 빔이 서브 셀의 중심에서 조금 벗어나 배치되는 경우가 자주 발생한다. 다른 오차가 없다고 하더라도 층간 이동에 의해 L0를 재생 또는 기록할 때와 L1을 재생 또는 기록할 때의 서브 빔의 위치가 변동할 수밖에 없다.

이러한 경우, 도 20(b)에 도시한 바와 같이, 부분적이고 그 양이 크지는 않지만 MPP 오프셋과 SPP 오프셋이 다른 방향으로 변하여, 대물 렌즈가 래디얼 시프트 될 때 발생하는 MPP 신호의 오프셋을 k를 통해 상쇄하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

1 beam DPP의 경우 서브 셀의 위치, 다시 말해 서브 빔이 맺히는 위치를 바꾸는 것이 가능하다. 도 21의 (a)는 도 18의 실시예에 대한 것으로, 도 21의 (a)와 같이, 1 beam DPP를 위한 그레이팅(340, 440)에서 서브 빔을 생성하는 패턴의 격자 방향이 가로 방향으로 형성되어 있어서, 서브 빔(B_CL,+1, B_CL,-1)이 메인 빔(B_CL,0)의 위와 아래에 배열된다.

반면, 도 21의 (b)에서는, 1 beam DPP를 위한 그레이팅(340, 440)에서 서브 빔을 생성하는 패턴의 격자 방향이 도 21의 (a)의 것과 90도를 다르게 설계되고, 이에 따라 PDIC의 서브 셀의 위치도 90도 회전되어야 한다.

서브 셀은 래디얼 방향에 대응하는 방향으로 적어도 2 분할되어야 하는데, 이때 래디얼 방향에 대응하는 방향은 1 beam DPP를 위한 그레이팅에서 서브 빔을 생성하는 패턴의 격자 방향에 상관없이 결정된다. 도 21에서 가로 방향이 래디얼 방향이고 현재 층에서 반사되는 빔은 센서 렌즈에 의해 빔의 모양이 90도 회전하므로, PDIC의 서브 셀에서의 래디얼 방향은 세로 방향이 된다. 따라서, 도 21의 (a)와 (b)와 같이, 서브 셀은 세로 방향을 기준으로 위와 아래로 2분할되어야 한다.

도 21의 (b)의 경우 데드 존이 가로 방향으로 놓여 있다. 또한, 대물 렌즈가 래디얼 시프트 되는 경우 메인 빔과 서브 빔은 래디얼 방향으로 이동하는데, 위에서 설명한 바와 같이 도 21의 (b)의 PDIC에서 래디얼 방향은 세로 방향이 된다. 따라서, 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 따른 k 값의 변화가 발생하지 않는다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 대물 렌즈가 중앙에 위치하는 경우에도 층간 이동, 회절 소자의 피치 오차, 광학계 배율 변동 등으로 인해 서브 빔이 서브 셀의 중심에서 조금 벗어나 배치되는 경우가 자주 발생하는데, 도 21의 (b)의 실시예의 경우, 서브 빔은 도 22의 (b)에 도시한 바와 같이 서브 셀을 분할하는 선과 같은 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 여러 원인으로 인한 서브 빔의 이동에도 신호는 아무런 영향을 받지 않게 된다.

본 발명에 따른 빔 차단 소자와 3 beam DPP용 회절 격자 또는 1 beam DPP용 회절 격자가 적용되는 광 픽업은, CD, DVD, 및 BD를 모두 기록 및/또는 재생할 수 있는 광 픽업의 일부에 적용될 수 있다.

예를 들어, CD와 DVD를 위한 광학계와 BD를 위한 광학계가 하나의 픽업에 구현되는 경우, 하나의 액츄에이터에 2개의 대물 렌즈가 장착되어야 하고, 도 3에 도시한 바와 같이 주로 BD 광학계의 대물 렌즈가 비축 배치된다.

따라서, 본 발명에 따른 빔 차단 소자가 1 beam DPP용 회절 격자와 함께 BD를 위한 광학계에 적용되면, 대물 렌즈의 비축 배치에 의해 발생할 수 있는 3 빔 DPP의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 빔 차단 소자는, 편광 회절 소자와 같은 복잡하고 비싼 소자를 쓰지 않고서도 간단하게 층간 간섭에 의해 재생/기록 신호에 발생하는 노이즈를 제거할 수 있어서, 복수의 기록 층을 갖는 기록용 광 저장 매체, 예를 들어 DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-R, DVD+R, BD-R, BD-RE 등의 기록 및 재생에 유리하다.

또한, 본 발명에 따른 빔 차단 소자가 1 beam DPP용 회절 격자와 함께 광 픽업에 적용되면, 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 따른 푸시풀 신호의 오프셋을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

본 발명에 따른 광 픽업 장치는, 복잡하고 비싼 소자를 쓰지 않고서도 다층 디스크에서 층간 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있고, 층간 노이즈를 제거하는 경우에 발생하는 데드 존에 의한 영향을 제거함으로써 대물 렌즈의 래디얼 시프트에 따른 푸시풀 신호의 오프셋을 효과적으로 제거하고 서브 빔의 이동에 따른 영향을 제거할 수 있어서, 안정적인 트래킹 에러 신호를 얻고 또한 재생 또는 기록 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims

소정 파장의 빔을 방출하는 광원;

상기 광원에서 방출되는 빔을 광 저장 매체에 집광하는 대물 렌즈;

상기 광원에서 방출되는 빔 또는 상기 광 저장 매체에서 반사되는 빔을 투과시키거나 또는 반사시키는 빔 스플리터;

상기 광 저장 매체에 맺히는 빔의 트랙에서의 위치에 해당하는 신호를 만들기 위한 서브 빔을 생성하는 회절 소자;

상기 광 저장 매체에서 반사되는 빔에 비점수차를 발생시키는 센서 렌즈;

상기 회절 소자를 그대로 통과하는 메인 빔을 수광하는 메인 검출 수단과 상기 회절 소자에 의해 생성되는 서브 빔을 수광하는 2 개의 서브 검출 수단을 포함하여 구성되는 광 검출 수단; 및

기록 또는 재생이 진행 중인 광 저장 매체의 현재 층이 아닌 다른 층에서 반사되는 빔의 일부를 차단하여 상기 광 검출 수단에 들어가지 않도록 하는 빔 차단 소자를 포함하여 구성되는 광 픽업.
제 1항에 있어서,

상기 빔 차단 소자는, 상기 다른 층에서 반사되는 빔 중에서 상기 광 검출 수단 내에 맺히게 되는 빔이 상기 빔 차단 소자를 통과하는 영역에 대응하는 제 1 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 2 개의 서브 검출 수단에 각각 대응하는 2 개의 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 메인 검출 수단 및 2 개의 서브 검출 수단에 각각 대응하는 3 개의 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 메인 검출 수단 및 2 개의 서브 검출 수단에 대응하는 하나의 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 2항에 있어서,

상기 빔 차단 소자는 상기 빔 스플리터와 대물 렌즈 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 6항에 있어서,

상기 빔 차단 소자는 상기 대물 렌즈와 함께 구동하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 영역은, 반사 코딩 되거나 반사 테이프로 덮이는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 회절 소자는, 상기 광원에서 방출되는 빔을 상기 메인 빔과 2 개 이상의 서브 빔으로 분기시켜 광 저장 매체에 입사하도록 하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 회절 소자는, 상기 광 저장 매체에서 반사하는 빔으로부터 상기 광 저장 매체에 맺히는 빔의 트랙에서의 위치에 해당하는 성분이 없는 서브 빔을 생성하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 10항에 있어서,

상기 회절 소자는 입사하는 빔의 일부를 회절시켜 상기 서브 빔을 생성하는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 광 저장 매체에서 분기된 상태로 반사되는 빔 중 상기 광 저장 매체에 의해 회절하는 빔과 회절하지 않는 빔이 상기 회절 소자를 통과할 때 서로 중첩되는 영역을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 11항에 있어서,

상기 제 2 영역의 격자 방향은 탄젠셜 방향 또는 래디얼 방향 중 어느 한 방향인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 10항에 있어서,

상기 회절 소자는 상기 빔 스플리터와 대물 렌즈 사이, 상기 빔 스플리터와 센서 렌즈 사이, 또는 상기 센서 렌즈와 광 검출 수단 사이 중 어느 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 광 저장 매체는, CD, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-R, DVD+R, BD-R, BD-RE 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 광원은 청색 파장의 빔을 방출하고, 상기 대물 렌즈는 상기 광 저장 매체의 중심 축에서 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.