KR20080090232A

KR20080090232A - 홀로그램소자, 이를 적용한 호환형 광픽업 및광정보저장매체 시스템

Info

Publication number: KR20080090232A
Application number: KR1020070033496A
Authority: KR
Inventors: 배재철; 김태경; 박경태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-08
Also published as: TW200842861A; CN101652814B; TWI389113B; WO2008123658A1; US8009543B2; CN101652814A; US20080247015A1; KR101312633B1

Abstract

입사되는 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 0차 회절광 및 1차 회절광을 소정의 렌즈에 의해 포커싱하여 광스폿을 형성하고, 0차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 렌즈의 광축 상에 형성될 때, 1차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 상기 렌즈의 광축으로부터 이격된 위치에 형성되도록 하는 광축 회전 비대칭의 홀로그램이 형성된 제1홀로그램영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자, 이를 적용한 호환형 광픽업 및 광정보저장매체 시스템이 개시되어 있다.

Description

홀로그램소자, 이를 적용한 호환형 광픽업 및 광정보저장매체 시스템{Hologram optical device and compatible optical pickup and optical information storage medium system employing the same}

도 1은 BD 및 HD DVD 재생시 광검출기면에 수광되는 신호광과 노이즈 광의 스폿을 보여준다.

도 2는 본 발명에 따른 홀로그램소자를 적용한 호환형 광픽업의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 홀로그램소자의 실시예들을 보여주는 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서의 0차/0차 회절광 및 1차/-1차 회절광이 광검출기에 도달하는 광경로를 보여준다.

도 5a는 비교예로서, 호환형 광픽업에 본 발명의 홀로그램소자 대신에 일반적인 광축 회전 대칭형 홀로그램소자를 적용했을 때, 0차/0차 회절광 및 1차/-1차 회절광이 광검출기에 도달하는 광경로를 보여준다.

도 5b는 도 5a의 일반적인 광축 회전 위상형 홀로그램소자의 평면도를 보여준다.

도 6a는 도 5b에서와 같은 일반적인 홀로그램소자를 사용할 때의 광검출기에 도달하는 0차/0차 회절광, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광의 광스폿을 보여준다.

도 6b는 본 발명에 따른 홀로그램소자를 사용할 때의 광검출기에 도달하는 0차/0차 회절광, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광의 스폿을 보여준다.

도 7은 본 발명에 따른 호환형 광픽업을 적용한 광 기록 및/또는 재생기기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,1a,1b...정보저장매체 11...광원

19...광검출기 20...홀로그램소자

21,23...제1 및 제2홀로그램영역 30...대물렌즈

본 발명은 홀로그램소자, 이를 구비하는 호환형 광픽업 및 이를 채용한 광정보저장매체 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일 광원에서 출사된 광으로 두께가 서로 다른 정보저장매체를 기록 및/또는 재생하는데 적용할 수 있는 홀로그램소자, 이를 구비하는 호환형 광픽업 및 이를 채용한 광정보저장매체 시스템에 관한 것이다.

레이저광과 대물렌즈에 의해 집속된 광스폿을 이용하여 정보저장매체인 광디스크에 임의의 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 광 기록 및/또는 재생기기에서, 기록용량은 집광되는 스폿의 크기에 의해 결정된다. 집광스폿의 크기는 사 용하는 레이저광의 파장 λ와 대물렌즈의 개구수(NA, Numerical Aperture)에 의해 수학식 1과 같이 결정된다.

집광스폿 경 ∝ λ/NA

따라서, 광디스크의 고밀도화를 위해 광디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이기 위해서는, 청색 레이저와 같은 단파장 광원과 높은 개구수의 대물렌즈 채용이 필수적이다.

현재 파장 405nm 근방의 광원 및 NA 0.85인 대물렌즈를 사용하고, 두께(광입사면에서 정보저장면까지의 간격으로, 여기서는 보호층의 두께에 해당함)가 0.1mm인 광디스크를 사용하는 단면 용량 약 25GB의 블루레이 디스크(Blu-ray Disc:BD) 규격이 제안되어 있다. 또한, 사용 파장은 BD와 동일하면서 NA 0.65 대물렌즈 그리고 두께(광입사면에서 정보저장면까지의 간격으로, 여기서는 기판의 두께에 해당함)가 0.6mm인 광디스크를 사용하는 용량 약 15GB의 HD DVD(High Definiton DVD) 규격이 제안되어 있다.

이와 같이 단면 용량 약 25GB의 BD 방식과 단면 용량 약 15GB의 HD DVD 방식이 공존하므로, 하나의 시스템에서 이 두 광디스크 규격을 호환하는 장치가 필요하다.

두 광디스크 규격을 호환하기 위해서는, 각 광디스크 규격에 적합한 대물렌즈를 사용하는 방식이 있다. 하지만, 이 경우 두 매의 대물렌즈와 그에 따른 광부품을 사용해야 함으로, 광부품수가 증가되어 생산 단가가 증가되고, 대물렌즈간 광 축 조정이 까다로워지는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 일 매의 대물렌즈를 사용하고, 홀로그램소자를 이용하여 구면수차를 줄이는 방법이 고려될 수 있다.

일본공개특허 평08-062493에는 홀로그램렌즈를 사용하여, DVD 광원으로 CD 계열의 광디스크를 호환하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 광을 분리함에 있어서 0차회절광을 직진 투과빔으로 하나의 초점을 만들고 +1차회절광을 발산 투과빔으로 초점거리가 다른 또 다른 초점을 만들도록 되어 있다.

상기 공개특허에서, 홀로그램렌즈는 평행광 형태로 입사되는 광빔을 0차회절광 및 +1차회절광으로 회절시킨다. 0차회절광은 무발산(무수렴) 빔형태로 대물렌즈에 입사되고, 이 입사빔은 상대적으로 두께가 얇은 광디스크에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생한다. 또한, +1차회절광은 발산하게 되어 두께가 상대적으로 두꺼운 광디스크에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생한다. 이때, DVD 기록 재생을 위한 0차회절광에 의해 형성되는 광스폿과 CD 기록 재생을 위한 +1차회절광에 의해 형성되는 광스폿은 동일 광축 상에 형성된다.

상기와 같이, 종래에는 DVD 광원으로 DVD 뿐만 아니라 CD도 기록 재생하도록, 직진 투과를 위해 0차 회절광을, 발산 투과를 위해 +1차 회절광을 사용하였다.

그런데, 홀로그램소자가 입사되는 광을 0차 및 +1차로 회절시키도록 되어 있어도, 다른 차수의 회절광의 광량이 완전히 제로가 되는 것은 아니며, 실질적으로 홀로그램소자는 입사광을 다른 차수로도 작은 광량을 회절시키게 된다.

따라서, 광디스크에서 반사된후 홀로그램렌즈로 입사하는 0차회절광은 홀로 그램렌즈에 의해 다시 0차, +1차, -1차, ... 등으로 회절되며, 이들 중 0차회절광이 DVD 재생신호 검출에 이용된다. 즉, DVD 재생에는 0차/0차 회절광이 신호광으로 이용된다.

마찬가지로, 광디스크에서 반사된후 홀로그램렌즈로 입사하는 1차회절광은 홀로그램렌즈에 의해 다시 0차, +1차, -1차, ... 등으로 회절되며, 이들 중 +1차회절광이 CD 재생신호 검출에 이용된다. 즉, CD 재생에는 +1차/+1차 회절광이 신호광으로 이용된다.

이와 같이, DVD 재생을 위한 신호광은 입사광으로서 0차회절광과 광디스크에서 반사된후 홀로그램렌즈로 입사하여 발생하는 0차회절광을 이용한다. CD 재생을 위한 신호광은 입사광으로서 +1차 회절광과 광디스크 반사후 홀로그램렌즈로 입사하여 발생하는 +1차 회절광을 이용한다.

이를 BD와 HD DVD를 호환하여 재생하는데 적용하면, BD 재생에는 0차/0차 회절광이 신호광으로 이용될 수 있으며, HD DVD 재생에는 1차/1차 회절광이 신호광으로 이용될 수 있다.

그런데, 종래의 홀로그램렌즈와 같은 일반적인 광축 회전 대칭 홀로그램소자를 이용하는 경우, BD를 재생하는 광스폿과 HD DVD를 재생하는 광스폿은 동일 광축 상에 존재한다. 이 두 광스폿이 동일 광축 상에 존재할 경우, 광디스크에서 반사된 후 홀로그램소자를 경유하여 광검출기에 검출되는 광은 다른 회절광에 의한 노이즈를 포함하게 되어 재생신호가 열화되게 된다.

즉, 홀로그램소자에 의해서 입사광 n차 회절광/귀로광 n차 회절광을 신호광 으로 이용할 경우, 입사광 (n-1)차 회절광/귀로광 (n+1)차 회절광 및 입사광 (n+1)차 회절광/귀로광 (n-1)차 회절광도 광검출기에 입사되어, 신호광에 영향을 주는 노이즈로 작용하게 된다. 여기에서, 입사광은 홀로그램소자에 의해 회절되어 광디스크로 조사되는 광을 의미하며, 귀로광은 광디스크에서 반사된 후 홀로그램소자에 다시 입사되어 회절된 후 광검출기쪽으로 진행하는 광을 의미한다.

광원쪽에서 콜리메이팅된 평행광이 홀로그램소자에 입사되고, BD를 채용한 경우를 고려한다. 홀로그램소자에서 입사되는 0차 회절광은 BD에서 반사 후 다시 0차 회절광 광로를 이용하여 홀로그램소자에 입사되므로 홀로그램소자의 0차회절광은 홀로그램소자 이 후 평행광으로 나아가게 된다. 또한 홀로그램소자에서 1차광으로 입사된 광은 BD 반사후 -1차 광로를 이용하여 홀로그램소자에 재입사되므로 홀로그램소자에 -1차회절광이 입사하는 것이 되며, 이 광은 홀로그램소자 이 후 평행광으로 나아가게 된다. 동일 현상으로 홀로그램소자에서 -1차광으로 입사된 광은 광디스크 반사후 1차 광로를 이용하여 홀로그램소자에 재입사되므로, 이 광은 홀로그램소자 이 후 평행광으로 나아가게 된다.

따라서, BD 채용시, 0차/0차 회절광, -1차/1차 회절광 및 1차/-1차 회절광은 홀로그램소자 이후 동일한 광경로를 이용하여 나아가게 되므로, BD를 재생하기 위하여 0차/0차 회절광을 신호광으로 이용할 경우, -1차/1차 회절광 및 1차/-1차 회절광은 노이즈로 작용하게 된다.

마찬가지로, HD DVD를 위해 1차/1차 회절광을 신호광으로 이용할 경우, 0차/2차 회절광 및 2차/0차 회절광이 노이즈로 작용하게 된다.

이는 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, -1차/1차 회절광 및 1차/-1차 회절광과 0차/2차 회절광 및 2차/0차 회절광에 의해 광검출기에 형성되는 스폿 크기는 신호광이 형성하는 스폿크기와 유사한 수준으로 재생신호를 열화시키는 주요 요인이 되기 때문이다. 도 1은 BD 및 HD DVD 재생시 광검출기면에 수광되는 신호광과 노이즈 광의 스폿을 보여준다.

따라서, BD 및 HD DVD 재생신호의 품질을 증대시키기 위해서는 노이즈를 발생시키는 회절광의 효율을 감소시켜 노이즈를 감소시켜야 한다.

한편, 회절효율이 높은 0/1차 및 1/0차 회절광은 광검출기에서 큰 스폿을 형성하여 재생 신호에는 큰 영향을 주지 않는다.

하지만, WORM 및 Rewritable 광디스크와 같이 트랙킹 서보 신호로 차동푸시풀(DPP) 신호를 이용하는 광디스크에 대해서는, -1차/1차 회절광 및 1차/-1차 회절광과 0차/2차 회절광 및 2차/0차 회절광 뿐만 아니라, 0/1차 및 1/0차 회절광도 서브 푸시풀(SPP) 신호를 열화시켜, 결과적으로 차동푸시풀 신호를 열화시키는 문제가 발생한다. 그 이유는 다음과 같다. 차동푸시풀 신호 검출을 위해 그레이팅에 의해 분기된 3개의 광빔(메인 광빔과 2개의 서브 광빔)이 대물렌즈를 통해 광디스크면에 광스폿을 형성하게 되는데, 메인 광빔과 서브 광빔의 광량 비가 10:1 정도이다. 일반적인 광축 회전 대칭 홀로그램소자를 이용할 경우, 메인 빔의 1차/0차 회절광 및 0차/1차 회절광 중 서브 빔 검출을 위한 서브 수광영역에 수광되는 양이 서브 푸시풀 신호에 영향을 줄 정도가 되기 때문이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 동일 광원을 사용하면서 두께가 서로 다른 서로 다른 규격의 광정보저장매체를 적용할 때, 재생 신호의 품질을 확보할 수 있으며 트랙킹 서보 신호로 차동푸시풀 신호를 이용하는 경우 서브 푸시풀 신호 열화 문제가 발생하지 않도록 된 홀로그램소자, 이를 구비하는 호환형 광픽업 및 이를 채용한 광정보저장매체 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램소자는, 입사되는 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 상기 0차 회절광 및 1차 회절광을 소정의 렌즈에 의해 포커싱하여 광스폿을 형성하고, 상기 0차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 상기 렌즈의 광축 상에 형성될 때, 상기 1차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 상기 렌즈의 광축으로부터 이격된 위치에 형성되도록 하는 광축 회전 비대칭의 홀로그램이 형성된 제1홀로그램영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1규격의 제1정보저장매체와 이와는 다른 두께를 가지는 제2규격의 제2정보저장매체를 호환 채용하도록 된 호환형 광픽업에 있어서, 소정 파장의 광을 출사하는 광원과; 입사된 광을 정보저장매체에 집광시키는 대물렌즈와; 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 상기 0차 회절광에 의해 정보저장매체 상에 형성되는 광스폿은 상기 대물렌즈의 광축 상에 형성되며, 상기 1차 회절광에 의해 정보저장매체 상에 형성되는 광스폿은 상기 대물렌즈의 광축으로부터 이격된 위치에 형성되도록 하는 광축 회전 비대칭의 홀로그램이 형성된 제1홀로그램영역을 구비하는 홀로그램소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 홀로그램소자의 제1홀로그램영역은, 상기 1차 회절광을 발산시키도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 홀로그램소자는, 상기 제1홀로그램영역 외측에, 입사광을 0차 회절광 및 수렴하는 1차 회절광으로 회절시키는 홀로그램이 형성된 제2홀로그램영역;을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 홀로그램소자는, 상기 제2홀로그램영역에 의한 1차 회절광이 상기 제2정보저장매체 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 상기 대물렌즈 광축과 이격된 거리를 d1이라 하고, 상기 제1홀로그램영역에 의한 1차 회절광이 상기 제2정보저장매체 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 상기 대물렌즈 광축과 이격된 거리를 d2라 할 때, d1 ≠d2가 되도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 제2홀로그램영역은 1차 회절광과 0차 회절광의 회절 효율이 유사하거나 0차 회절광의 회절 효율이 1차 회절광의 회절 효율보다 크도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 제1홀로그램영역은 0차 회절광과 1차 회절광의 회절 효율이 유사하도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 제1정보저장매체의 두께는 0.1mm이고, 상기 제2정보저장매체의 두께는 0.6mm일 수 있다.

상기 제1정보저장매체는 BD 규격을 만족하며, 상기 제2정보저장매체는 HD DVD 규격을 만족할 수 있다.

상기 광원은 400 내지 420nm 범위내의 청색광을 출사하는 것이 바람직하다.

상기 대물렌즈는 상기 제1규격의 제1정보저장매체에 적합한 제1개구수를 가지며, 상기 홀로그램소자의 제1홀로그램영역은 그 최외각 지름이 상기 대물렌즈와 결합되었을 때, 상기 제2규격의 제2정보저장매체에 적합한 제2개구수를 만들도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 제1개구수는 0.85, 상기 제2개구수는 0.65일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1규격의 제1정보저장매체와 이와는 다른 두께를 가지는 제2규격의 제2정보저장매체를 호환하여 적용하도록 된 호환형 광픽업과; 상기 광픽업을 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 광정보저장매체 시스템에 있어서, 상기 호환형 광픽업은, 상기한 특징점 중 적어도 어느 하나를 포함하는 호환형 광픽업인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램소자 및 이를 구비하는 호환형 광픽업 및 이를 채용한 광정보저장매체 시스템을 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 호환형 광픽업(10)은, 제1규격의 제1정보저장매체(1a)와 제2규격의 제2정보저장매체(1b)를 호환하기 위한 것으로, 소정 파장의 광을 출사하는 광원(11)과, 상기 광원(11)쪽에서 입사되는 광을 직진 투과하 는 0차 회절광 및 발산하는 1차 회절광으로 회절시키는 제1홀로그램영역(21)을 가지는 홀로그램소자(20)와, 입사된 광을 정보저장매체(1)에 집광시키며, 제1규격의 제1정보저장매체(1a)에 적합하도록 마련되어 제1개구수를 가지는 대물렌즈(30)와, 광원(11)과 대물렌즈(30) 사이의 광로 상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 광로변환기(15)와, 정보저장매체(1)에서 반사되고 대물렌즈(30) 및 광로변환기(15)를 경유하여 입사되는 광을 수광하는 광검출기(19)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 및 제2정보저장매체(1a)(1b)는 서로 다른 두께를 가지며, 동일 파장의 광을 사용하는 규격을 만족한다. 상기 제1정보저장매체(1a)의 두께는 0.1mm이고, 제2정보저장매체(1b)의 두께는 0.6mm일 수 있다. 또한, 이 제1정보저장매체(1a)는 BD 규격을 만족하며, 제2정보저장매체(1b)는 HD DVD 규격을 만족할 수 있다.

상기 광원(11)은 제1규격의 제1정보저장매체(1a) 예컨대, BD 및 이와는 다른 두께를 갖는 제2규격의 제2정보저장매체(1b) 예컨대, HD DVD에 공통적으로 사용되는 파장의 광을 출사하기 위한 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2규격의 제1 및 제2정보저장매체(1a)(1b) 중 어느 하나는 BD, 나머지 하나는 HD DVD일 때, 상기 광원(11)은 대략 400 내지 420nm 범위 내, 보다 바람직하게는 대략 405nm 또는 그 근방의 청색광을 출사하도록 마련된다. 상기 광원(11)으로는 청색광을 출사하는 반도체 레이저를 구비할 수 있다.

상기 광원(11)과 대물렌즈(30) 사이의 광로 상에는 광원(11)에서 출사된 발산광을 평행광으로 콜리메이팅하는 콜리메이팅렌즈(13)를 더 구비할 수 있다. 도 2 에서는 콜리메이팅렌즈(13)가 광로변환기(15)와 홀로그램소자(20) 사이에 배치된 예를 보여준다. 또한, 광로변환기(15)와 광검출기(19) 사이의 광로 상에 정보저장매체(1)에서 반사된 광이 적정 크기의 광스폿으로 광검출기(19)로 수광되도록 하는 센서렌즈(18)를 더 구비할 수 있다. 이 센서렌즈(18)로는 비점수차법에 의해 포커스 에러신호 검출이 가능하도록 비점수차렌즈를 구비할 수도 있다. 여기서, 상기 광로변환기(15)는 일반적인 빔스프리터로 이루어질 수 있다. 대안으로, 상기 광로변환기(15)는 편광빔스프리터와 1/4파장판으로 이루어질 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 호환형 광픽업은 3빔법이나 차동푸시풀법(DPP:Differential Push Pull)에 의해 트랙킹 서보 신호를 검출하도록, 상기 광원(11)과 광로변환기(15) 사이의 광로 상에 광원(11)쪽에서 입사되는 광을 3개의 광빔 즉, 메인 광빔, 두 개의 서브 광빔으로 분기하는 그레이팅(12)을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 광검출기(19)는 도 4 및 도 6 등에 예시적으로 보인 바와 같이, 메인 광빔을 수광하기 위한 수광영역(19a)과 두 개의 서브 광빔을 각각 수광하기 위한 수광영역(19b)(19c)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 메인 광빔 검출을 위한 수광영역(19a)은 예를 들어, 도 4 및 도 6에 보여진 바와 같이 4분할 수광영역으로 이루어질 수 있다. 서브 광빔 검출을 위한 수광영역(19b)(19c)은 도 4 및 도 6에 보여진 바와 같이, 2분할 수광영역으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 차동푸시풀법에 의해 트랙킹 서보 신호를 검출하는 것이 가능하며, 3빔법에 의해 트랙킹 서보 신호를 검출하는 것도 가능하다. 본 발명에 따른 호환형 광픽업이 트랙킹 서보 신호를 3빔법에 의해 검출하는 경우, 상기 수광영역(19b)(19c)은 단일 수 광영역으로만 이루어질 수도 있다. 도 2, 도 4 및 도 6에서는 본원 발명의 특징의 명확한 도시를 위해 서브 광빔의 도시를 생략하였다. 차동푸시풀법이나 3빔법에 의한 트랙킹 서보 신호 검출에 대해서는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 이와 관련한 보다 자세한 설명 및 도시는 생략한다.

본 발명에 따른 홀로그램소자(20)는 지지부재(25)에 의해 대물렌즈(30)와 일정 간격을 유지하도록 고정된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)의 실시예들을 보여주는 평면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)에 있어서, 제1홀로그램영역(21)에는 광축 회전 비대칭의 위상형 홀로그램이 형성된다. 이때, 위상형 홀로그램은 예를 들어, 계단형 패턴이나 키노폼(kinoform) 패턴 형태로 형성될 수 있다. 이에 의해, 이 제1홀로그램영역(21)은 입사되는 광을 직진 투과하는 0차 회절광 및 발산하는 1차 회절광으로 회절시키며, 이 0차 회절광 및 1차 회절광을 소정의 렌즈 예컨대, 도 2의 대물렌즈(30)에 의해 포커싱하여 광스폿을 형성할 때, 0차 회절광에 의해 형성되는 광스폿을 상기 대물렌즈(30)의 광축 상에 형성하며, 1차 회절광에 의해 형성되는 광스폿을 상기 대물렌즈(30)의 광축으로부터 이 광축에 직교하는 방향으로 d0만큼 이격된 위치에 형성시킨다.

이때, 상기 제1홀로그램영역(21)은 0차 회절광과 1차 회절광의 회절 효율이 대략 동일 또는 유사한 수준이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1홀로그램영역(21)은 0차 회절광, 1차 회절광, -1차 회절광, 2차 회절광의 회절 효율이 각각 38.3%, 38.3%, 5.8%, 3.0%가 되도록 형성될 수 있다. 여기서, 이 회절 효율값들은 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 중요한 것은 제1홀로그램영역(21)이 입사광을 주로 0차 및 1차로 회절하도록 마련된다는 것이다.

상기 제1홀로그램영역(21)은 그 최외각 지름이 상기 대물렌즈(30)와 결합되었을 때 제2규격의 제2정보저장매체(1b) 예컨대, HD DVD 규격에 적합한 제2개구수를 만들도록 형성된 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1개구수는 0.85, 상기 제2개구수는 0.65가 될 수 있다.

한편, 도 1에서 알 수 있듯이, 0.85의 제1개구수를 달성할 수 있는 BD용 유효광 범위인 BD 입사동이 0.65의 제2개구수를 달성할 수 있는 HD DVD용 유효광 범위인 HD DVD의 입사동보다 크다.

따라서, 상기 홀로그램소자(20)가 HD DVD 입사동 크기에 해당하는 제1홀로그램영역(21)만을 구비하는 경우, HD DVD 입사동 내에서는 0차 회절광과 1차 회절광의 비율을 조정할 수 있지만, HD DVD 입사동 바깥 영역이면서 BD 입사동 영역에 속하는 링(ring) 모양의 영역에서는 입사광이 그대로 모두 투과하게 된다. 이로 인해, BD 입사동 전체 영역의 홀로그램소자(20)에서의 투과 효율이 균등해지지 않게 되어, 지터 열화가 발생할 수 있다.

따라서, 도 2, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 상기 링 모양의 영역에 홀로그램을 새겨서 1차 회절광은 수렴 투과시켜 정보저장매체(1)의 기록면에 영향을 주지 못하도록 산란시키고, 0차 회절광은 HD DVD 입사동 크기에 해당하는 영역의 0차 회절광과 투과 효율을 동일 또는 유사하게 하여 BD 입사동 전 영역에 대해 대략적으 로 균등한 투과율을 갖도록 하면, 지터 열화를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)는 도 2, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 제1홀로그램영역(21) 외측에 입사광을 직진 투과하는 0차 회절광 및 수렴하는 1차 회절광으로 회절시키는 홀로그램이 형성된 제2홀로그램영역(23)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 제2홀로그램영역(23)을 구비함에 의해, 제1정보저장매체(1a)에 적합한 빔의 상기 홀로그램소자(20)에서의 투과율이 상기 제1개구수의 입사동 크기에 해당하는 전영역에서 보다 균일화되도록 할 수 있다.

상기 제2홀로그램영역(23)은 입사된 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 1차 회절광을 수렴시키도록 된 것으로, 제1홀로그램영역(21)에 새긴 홀로그램과 동일 깊이의 홀로그램이 새겨질 수 있다. 상기 제2홀로그램영역(25)에서 회절된 1차 회절광은 제1정보저장매체(1a) 예컨대, BD의 정보저장면보다 앞쪽에 포커싱되어, 실질적으로 정보저장면에 집광되지 않게 된다.

도 3a에서는 상기 제2홀로그램영역(23)이 스트라이프 상으로 패턴이 형성된 홀로그램을 구비하는 예를 보여준다. 도 3b에서는 제2홀로그램영역(23)이 동심원 형태로 패턴이 형성된 홀로그램을 구비하는 예를 보여준다.

여기서, 제2홀로그램영역(23)은 두께가 얇은 제1정보저장매체(1a)에 집광 스폿을 형성하기 위해서만 이용되기 때문에, 제1홀로그램영역(21)의 홀로그램 패턴과 유사한 패턴일 필요는 없으며, 0차 회절 효율만 조절할 수 있는 홀로그램 패턴이면 패턴 모양은 상관없으며, 다양하게 변형될 수 있다.

본 발명에 따른 홀로그램소자(20)를 적용한 호환형 광픽업에서는, 얇은 두께 를 가지는 제1정보저장매체(1a) 예컨대, BD 적용시에는 제1 및 제2홀로그램영역(21)(23)을 통과한 0차 회절광을 제1정보저장매체(1a)의 기록/재생에 사용하며, 제2정보저장매체(1b) 예컨대, HD DVD 적용시에는 제1홀로그램영역(21)에서 회절된 1차 회절광을 제2정보저장매체(1b)의 기록/재생에 사용한다.

따라서, 상기 제2홀로그램영역(23)은 예컨대, 홀로그램소자(20)를 투과한 0차 회절광이 BD 입사동 전 영역에 걸쳐 보다 균일화되도록 하기 위한 것이므로, 상기 제2홀로그램영역(23)은 1차 회절광과 0차 회절광이 회절 효율이 유사하거나 0차 회절광의 회절 효율이 1차 회절광의 회절 효율보다 크도록 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 홀로그램소자(20)는 다음 조건을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제2홀로그램영역(23)에 의한 1차 회절광이 두께가 두꺼운 제2정보저장매체(1b) 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 대물렌즈(30) 광축과 직교하는 방향으로 이격된 거리(디센터 거리)를 d1이라 하고, 제1홀로그램영역(21)에 의한 1차 회절광이 제2정보저장매체(1b) 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 대물렌즈(30) 광축과 직교하는 방향으로 이격된 거리(디센터 거리)를 d2라 할 때, d1 ≠d2가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제2홀로그램영역(23)이 도 3a에서와 같이 스트라이프 패턴의 홀로그램을 구비하는 경우, d1은 0 이외의 값이 되므로, d1≠d2 조건을 만족하도록 제1 및 제2홀로그램영역(21)(23)에 홀로그램 패턴을 형성시키면 된다. 상기 제2홀로그램영역(23)이 도 3b에서와 같이, 동심원 상의 패턴으로 된 홀로그램을 구비하는 경우, d1=0이 되므로, 이 경우에 홀로그램소자(20)는 당연히 d1≠d2인 조건을 만족한다.

상기와 같이 홀로그램소자(20)를 d1≠d2인 조건을 만족하도록 형성하는 경우, 두께가 두꺼운 제2정보저장매체(1b) 재생시, 제2홀로그램영역(23)에서 회절된 수렴하는 1차 회절광이 정보저장매체(1)에서 반사된 후 제1홀로그램영역(21)을 통과하는 경우에도, 이 광이 광검출기(19)의 유효 수광영역내에 수광되는 것을 막을 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)는 광축 회전 비대칭 위상형 홀로그램 회절광학소자로서, 이를 이용하면, BD 신호광인 0차 회절광에 의한 광스폿을 대물렌즈(30)의 광축상에 형성시키고, HD DVD 신호광인 1차 회절광에 의한 광스폿을 대물렌즈(30)의 광축과 직교하는 방향(바람직하게는, 래디얼 방향)으로 디센터(decenter) 시켜 형성시킬 수 있다. 따라서, BD 재생 신호를 열화시키는 입사광 -1차 회절광/귀로광 1차 회절광 및 입사광 1차 회절광/귀로광 -1차 회절광과 HD 재생 신호를 열화시키는 입사광 0차 회절광/귀로광 2차 회절광 및 입사광 2차 회절광/귀로광 0차 회절광, 서보 신호를 악화시키는 0차 회절광/귀로광 1차 회절광 및 입사광 1차 회절광/귀로광 0차 회절광이 광검출기(19)의 유효 수광영역 내로 입사되지 않고 광검출기(19) 중심에서 크게 벗어나게 형성시킬 수 있어, 비신호 회절광에 의해 형성되는 노이즈를 제거할 수 있어, BD/HD DVD 재생 신호 및 차동푸시풀법 적용시의 트랙킹 서보 신호 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)를 적용하는 경우에, 재생 신호나 서보 신호를 열화시키는 노이즈 회절광이 제거되는 이유를 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서의 0차/0차 회절광 및 1차/-1차 회절광이 광검출기에 도달하는 광경로를 보여준다. 도 5a는 비교예로서, 호환형 광픽업에 본 발명의 홀로그램소자(20) 대신에 일반적인 광축 회전 대칭형 홀로그램소자(20')를 적용했을 때, 0차/0차 회절광 및 1차/-1차 회절광이 광검출기에 도달하는 광경로를 보여주며, 도 5b는 도 5a의 일반적인 광축 회전 위상형 홀로그램소자의 평면도를 보여준다.

도 5a에서 알 수 있는 바와 같이, 일반적인 광축 회전 대칭형 홀로그램소자(20')를 이용하는 경우, 0차/0차 회절광을 이용한 BD 재생 시 1차/-1차 회절광이 광검출기(20)의 동일한 위치에 도달한다.

반면에, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 홀로그램소자(20)를 이용하는 경우, 1차 회절 집광스폿은 광축과 직교하는 BD(1a)의 반경방향으로 디센터되게 형성된다. 따라서, 본 발명의 홀로그램소자(20)를 이용할 경우, 0차/0차 회절광을 이용한 BD 재생시, 1차/-1차 회절광은 0차/0차 회절광에 의해 광검출기(19)에 도달하는 위치에서 디센터되게 도달하게 되므로, 1차/-1차 회절광 노이즈를 제거 할 수 있다. 마찬가지로, HD DVD 재생시 0차/2차 및 2차/0차 노이즈도 제거 할 수 있다.

따라서 본 발명 홀로그램소자(20)를 이용하면 BD 및 HD DVD의 재생 신호를 열화시키는 회절광 노이즈를 제거 할 수 있다.

본 발명의 홀로그램소자(20)에 의해 0차 회절 집광스폿을 광축 상에 형성하 고 1차 회절 집광스폿을 정보저장매체(1) 상에 광축과 직교하는 방향으로 디센터되게 형성할 때, 입사광 n차/ 귀로광 m차 회절광이 광검출기(19) 중심에서 디센터되는 절대량은 다음과 같이 대략적으로 계산할 수 있다.

0차 회절 집광스폿을 광축 상에 형성할 때, 1차 회절 집광스폿이 정보저장매체(1) 상에 광축과 직교하는 방향으로 광축으로부터 디센터 되는 거리를 d0, 입사광 n차/ 귀로광 m차 회절광이 광검출기(19) 중심에서 디센터되는 거리를 d1, 본 발명에 따른 호환형 광픽업에서의 설계된 횡배율을 M이라 하자. 이때, 입사광 n차/귀로광 m차 회절광이 광검출기(19) 중심에서 디센터되는 거리 d1은 수학식 2 및 수학식 3과 같게 된다.

n=m인 경우, d1=0

n≠m인 경우, d1= abs(n-m) × d0 × M

상기 횡배율 M은 대물렌즈(30)의 초점거리(f1)에 대한 센서렌즈(18)의 초점 거리(f2)의 비율(f2/f1)이 된다.

한편, 도 6a는 도 5b에서와 같은 일반적인 홀로그램소자(20')를 사용할 때의 광검출기(19)에 도달하는 0차/0차 회절광, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광의 광스폿을 보여주며, 도 6b는 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)를 사용할 때의 광검출기(19)에 도달하는 0차/0차 회절광, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광의 스폿을 보여준다.

도 6a에서와 같이, 일반적인 홀로그램소자(20')를 사용하는 경우, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광은 광검출기 중심에 대해 큰 광스폿으로 형성된다. 이 1차/0차 회절광 및 0차/1차 회절광은 BD 재생시, 재생신호에는 영향이 미미하지만, DPP 신호의 서브 푸시풀 신호를 열화시키는 원인이 된다.

이는, DPP 신호 검출을 위해 그레이팅(12)에 의해 분기되는 메인 광빔과 서브 광빔의 광량 비가 10:1 정도이기 때문에, 일반적인 광축 회전 대칭 홀로그램 소자(20')를 이용할 경우, 도 6에서와 같이, 광검출기(19) 중심에 대해 큰 광스폿으로 형성되는 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광은 서브 수광영역(19b)(19c)에서 서브 푸시풀 신호에 영향을 미칠 정도의 양으로 검출되기 때문이다.

이에 따라, 일반적인 광축 회전 대칭 홀로그램소자를 이용할 경우, 트랙킹 서보 DPP를 이용하는 정보저장매체를 재생할 경우 DPP의 서브 푸시풀 신호 열화가 발생한다.

반면에, 도 6b에서와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)를 사용하는 경우, 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광은 광검출기(19) 중심에서 벗어난 위치에 큰 광스폿으로 형성된다. 따라서, 이 0차/1차 회절광, 1차/0차 회절광은 서브 수광영역(19b)(19c)에서 전혀 수광되지 않으므로, 서브 푸시풀 신호 열화 문제가 생기지 않는다.

도 6a 및 도 6b에서는 일반적인 홀로그램소자(20') 및 본 발명의 홀로그램소자(20)를 이용한 경우의 광검출기(19)에서의 회절광에 따라 형성되는 광스폿의 크기 예를 보여준다. 본 발명을 적용한 경우의 도 6b에서의 광스폿 크기는 d0는 약 30μm이며, 횡배율(M)은 25이며, 본 발명의 홀로그램소자(20)의 위상 프로파일(phase profile : φ)의 계수가 아래의 표 1을 만족하는 경우에 얻어진 것이다.

서브 푸시풀 신호에 들어오는 노이즈 량은 대략적으로 서브빔의 광량과 광스폿의 크기와 노이즈 회절광에 의한 형성되는 스폿크기와 광량의 비로 계산할 수 있다. 이것을 BD SL 기준으로 계산해 보면, 일반적인 홀로그램소자를 이용할 경우, 서브 푸시풀 신호의 35% 노이즈가 본 발명의 홀로그램소자(20)를 이용하면 완전히 제거됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 홀로그램소자(20)를 이용할 경우, 1차/0차 회절광, 0차/1차 회절광에 의한 차동푸시풀 신호의 서브 푸시풀 신호 열화를 방지할 수 있다.

도 7을 참조하면, 광 기록 및/또는 재생기기는 정보저장매체(1)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(312)와, 상기 정보저장매체(1)의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 정보저장매체(1)에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 전술한 본 발명에 따른 호환형 광픽업(10)과, 스핀들 모터(312)와 광픽업(10)을 구동하기 위한 구동부(307)와, 광픽업(300)의 포커스, 트랙킹 및/또는 틸트 서보를 제어하기 위한 제어부(309)를 포함한다. 여기서, 참조번호 352는 턴테이블, 353은 정보저장매체(1)를 척킹하기 위한 클램프를 나타낸다.

정보저장매체(1)로부터 반사된 광은 호환형 광픽업(10)에 마련된 광검출기(19)를 통해 검출되고 광전변환되어 전기적 신호로 바뀌고, 이 전기적 신호는 구동부(307)를 통해 제어부(309)에 입력된다. 상기 구동부(307)는 스핀들 모터(312)의 회전 속도를 제어하며, 입력된 신호를 증폭시키고, 호환형 광픽업(10)을 구동한다. 상기 제어부(309)는 구동부(307)로부터 입력된 신호를 바탕으로 조절된 포커스 서보, 트랙킹 서보 및/또는 틸트 서보 명령을 다시 구동부(307)로 보내, 호환형 광픽업(10)의 포커싱, 트랙킹 및/또는 틸트 동작이 구현되도록 한다.

본 발명에 따른 호환형 광픽업(10)을 채용한 광 기록 및/또는 재생기기는, BD 및 HD DVD를 호환 채용할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 대물렌즈에 홀로그램 소자를 결합하여 하나의 광원으로 두께를 달리 하는 서로 다른 규격의 정보저장매체 예컨대, BD 및 HD DVD의 기록 재생이 가능하게 하는 대물렌즈 군을 실현할 수 있다.

본 발명의 홀로그램소자는, 광축 회전 비대칭 위상형 홀로그램 회절광학소자로, 0차 회절광은 두께가 얇은 정보저장매체상의 광축상에 광스폿으로 형성시키고, 1차 회절광은 두께가 두꺼운 정보매체상에 광축과 디센터되게 광스폿으로 형성시킨다. 이에 의해, 신호광으로 사용되는 회절광 외에 노이즈로 발생하는 회절광에 의해 형성되는 광스폿을 광검출기상에서 디센터시킬 수 있어, 재생 신호 및 차동푸시풀 서보 신호를 열화시키는 노이즈 회절광을 제거시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 홀로그램소자를 적용한 호환형 광픽업 및 이를 채용한 광정보저장매체 시스템에서는, 재생 신호의 품질을 확보할 수 있으며 트랙킹 서보 신호로 차동푸시풀 신호를 이용하는 경우 서브 푸시풀 신호 열화 문제가 발생하지 않게 된다.

Claims

입사되는 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 상기 0차 회절광 및 1차 회절광을 소정의 렌즈에 의해 포커싱하여 광스폿을 형성하고, 상기 0차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 상기 렌즈의 광축 상에 형성될 때, 상기 1차 회절광에 의해 형성되는 광스폿이 상기 렌즈의 광축으로부터 이격된 위치에 형성되도록 하는 광축 회전 비대칭의 홀로그램이 형성된 제1홀로그램영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제1항에 있어서, 상기 제1홀로그램영역은 상기 1차 회절광을 발산시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제2항에 있어서, 상기 홀로그램소자는, 상기 제1홀로그램영역 외측에, 입사광을 0차 회절광 및 수렴하는 1차 회절광으로 회절시키는 홀로그램이 형성된 제2홀로그램영역;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제3항에 있어서, 상기 제2홀로그램영역에 의한 1차 회절광의 집광 스폿이 상기 렌즈 광축과 이격된 거리를 d1이라 하고, 상기 제1홀로그램영역(21)에 의한 1차 회절광의 집광 스폿이 상기 렌즈의 광축과 이격된 거리를 d2라 할 때, d1≠d2가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제3항에 있어서, 상기 제2홀로그램영역은 1차 회절광과 0차 회절광의 회절 효율이 유사하거나 0차 회절광의 회절 효율이 1차 회절광의 회절 효율보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1홀로그램영역은 0차 회절광과 1차 회절광의 회절 효율이 유사하도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.
제1규격의 제1정보저장매체와 이와는 다른 두께를 가지는 제2규격의 제2정보저장매체를 호환 채용하도록 된 호환형 광픽업에 있어서,

소정 파장의 광을 출사하는 광원과;

입사된 광을 정보저장매체에 집광시키는 대물렌즈와;

상기 광원쪽에서 입사되는 광을 0차 및 1차로 회절시키며, 상기 0차 회절광에 의해 정보저장매체 상에 형성되는 광스폿은 상기 대물렌즈의 광축 상에 형성되며, 상기 1차 회절광에 의해 정보저장매체 상에 형성되는 광스폿은 상기 대물렌즈의 광축으로부터 이격된 위치에 형성되도록 하는 광축 회전 비대칭의 홀로그램이 형성된 제1홀로그램영역을 구비하는 홀로그램소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제7항에 있어서, 상기 홀로그램소자의 제1홀로그램영역은, 상기 1차 회절광을 발산시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제8항에 있어서, 상기 홀로그램소자는, 상기 제1홀로그램영역 외측에, 입사광을 0차 회절광 및 수렴하는 1차 회절광으로 회절시키는 홀로그램이 형성된 제2홀로그램영역;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제9항에 있어서, 상기 홀로그램소자는, 상기 제2홀로그램영역에 의한 1차 회절광이 상기 제2정보저장매체 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 상기 대물렌즈 광축과 이격된 거리를 d1이라 하고, 상기 제1홀로그램영역에 의한 1차 회절광이 상기 제2정보저장매체 상에 집광될 때, 그 집광 스폿이 상기 대물렌즈 광축과 이격된 거리를 d2라 할 때, d1 ≠d2가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제9항에 있어서, 상기 제2홀로그램영역은 1차 회절광과 0차 회절광의 회절 효율이 유사하거나 0차 회절광의 회절 효율이 1차 회절광의 회절 효율보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제7항에 있어서, 상기 제1홀로그램영역은 0차 회절광과 1차 회절광의 회절 효율이 유사하도록 형성된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제7항에 있어서, 상기 제1정보저장매체의 두께는 0.1mm이고, 상기 제2정보저장매체의 두께는 0.6mm인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제7항에 있어서, 상기 제1정보저장매체는 BD 규격을 만족하며, 상기 제2정보저장매체는 HD DVD 규격을 만족하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제14항에 있어서, 상기 광원은 400 내지 420nm 범위내의 청색광을 출사하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제7항에 있어서, 상기 대물렌즈는 상기 제1규격의 제1정보저장매체에 적합한 제1개구수를 가지며,

상기 홀로그램소자의 제1홀로그램영역은 그 최외각 지름이 상기 대물렌즈와 결합되었을 때, 상기 제2규격의 제2정보저장매체에 적합한 제2개구수를 만들도록 형성된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제16항에 있어서, 상기 제1개구수는 0.85, 상기 제2개구수는 0.65인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업.
제1규격의 제1정보저장매체와 이와는 다른 두께를 가지는 제2규격의 제2정보저장매체를 호환하여 적용하도록 된 호환형 광픽업과; 상기 광픽업을 제어하기 위 한 제어부;를 포함하는 광정보저장매체 시스템에 있어서,

상기 호환형 광픽업은, 청구항 7항 내지 17항 중 어느 한 항에 기재된 호환형 광픽업인 것을 특징으로 하는 광정보저장매체 시스템.