KR20120073540A - 구면수차 보상 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20120073540A
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박관우
이경택
정병상
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 구면수차 보상 장치 및 방법은, 예를 들어, 광픽업의 구면수차를 보상하기 위한 콜리메이터 렌즈의 구동 액츄에이터를, 마그네트와 코일의 전자기력만을 이용하여 효율적으로 정밀하게 제어할 수 있게 되며, 또한 상기 콜리메이터 렌즈의 위치를 실시간으로 감지하여, 구면수차의 보상을 항상 최적화시킬 수 있게 되며, 또한, 장치의 소형화 및 박형화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

구면수차 보상 장치 및 방법 {Apparatus and method of compensating spherical aberration}
본 발명은, 예를 들어, 비디 플레이어(BD-Player) 또는 비디 레코더(BD-Recorder) 등과 같은 다양한 유형의 광디스크 디바이스에 적용되는 구면수차(SA: Spherical Aberration) 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
광디스크 디바이스의 배속 및 저장 밀도 증가와 함께 사용자 기호의 고급화로 인해, 고화질 동영상 처리에 대한 수요가 증가함에 따라 광디스크(Optical Disc)의 데이터 저장 용량도 대용량으로 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라 블루 레이저(Blue Laser) 급 광학 시스템이 제시되고 있는 데, 상기 블루 레이저 급 광학 시스템에서는, 고 개구수(예 : NA=0.85)와, 짧은 파장(예 : 405nm)의 레이저 빔을 사용한다.
한편, 도 1은 블루 레이저 급 광픽업의 개략적 구성을 도시한 것으로, 블루 레이저(Blue Laser) 빔을 발생하는 블루 레이저 다이오드(101)와, 빔을 반사 또는 투과시키는 빔 스플리터(102)와, 상기 빔 스플리터(102)로부터 입사된 빔을 평행 빔으로 출사하는 콜리메이터 렌즈(103)가 포함 구성된다.
또한, 상기 콜리메이터 렌즈(103)로부터 입사된 빔을 광디스크(105)에 집광시키고 반사되는 빔을 상기 콜리메이터 렌즈(103)로 전달하는 대물렌즈(104)와, 상기 빔 스플리터(102)에 의해 반사된 빔을 전기적 신호로 검출하는 광 검출기(106)가 포함 구성된다.
한편, 상기 블루 레이저 다이오드(101)에서 발생되는 레이저 빔은, 빔 스플리터(102)를 투과하고, 투과된 빔은 콜리메이터 렌즈(103)에서 평행 빔으로 대물렌즈(104)에 입사되며, 상기 대물렌즈(104)는, 입사된 빔을 광디스크(105) 상에 한 점으로 집광시켜 정보를 기록 및 재생하게 된다.
또한, 상기 광디스크(105)에 맺힌 빔은 반사되고, 반사된 빔은 대물렌즈(104)와, 콜리메이터 렌즈(103)를 투과하여 빔 스플리터(102)에 의해 광 검출기(106)로 반사되며, 상기 광 검출기(106)는 반사되어 입력되는 정보를 전기적인 신호로 변환하게 된다.
한편, 상기 블루 레이저 급 광학 시스템은, 데이터의 고집적화 및 대용량화를 위해, 파장이 짧은 광원을 사용하기 때문에, 디스크 커버 레이어(Disc Cover Layer)의 편차에 의한 구면수차(SA)의 발생이 광학 수차 허용치를 벗어나거나, 저장 밀도 증가를 위해, 듀얼 레이어(Dual Layer) 디스크를 사용하면서 각 레이어의 편차에 의해 구면수차가 더 많이 발생하게 된다.
예를 들어, 듀얼 레이어 디스크의 기록/재생시, 각각의 디스크 레이어의 편차에 의한 구면수차를 보상하기 위해서는, 광축 상의 광학소자를 이동시켜 주어야 하는 데, 도 2에 도시한 바와 같이, 기존의 구면수차 보상을 위한 액츄에이터(110)의 경우, 렌즈 홀더(111)의 중심부에 콜리메이터 렌즈(112)가 취부된다.
그리고, 렌즈 홀더(111)의 가동을 위한 모터(113)와, 렌즈홀더(111)의 일측에서, 상기 모터(113)에 의해 회전하여 렌즈홀더(111)를 가동하는 리드 스크류(Lead Screw)(114)와, 렌즈홀더(111)의 타측에서 렌즈 홀더의 이동을 안내하는 샤프트(115)로 구성된다.
즉, 콜리메이터 렌즈(112)에 의한 구면수차를 보상하기 위해서는, 렌즈 홀더(111)를 광축 방향으로 이동시켜 주어야 하는 데, 이때 모터(113)를 구동하면 모터 축에 연결된 리드 스크류(114)가 회전하여 렌즈 홀더(111)를 전/후 방향으로 이동시켜 주며, 또한 렌즈 홀더 타측의 샤프트(115)가 렌즈 홀더의 이동을 안내함으로써, 구면수차를 보상하게 된다.
그러나, 상기 모터(113)의 축인 리드 스크류(114)가, 렌즈 홀더 일측에 설치되어 있기 때문에, 렌즈 홀더를 가동하는 힘이 한쪽으로 집중되는 경우가 발생될 수 있으며, 또한, 상기와 같은 리드 스크류 방식을 사용하는 경우, 별도의 모터-스크류 시스템을 구성해야만 하기 때문에, 가격 상승과 조립성이 나빠지는 문제점이 있다.
또한, 구면수차를 최소화할 수 있는 1축 액츄에이터는, 그 특성상 고정밀도의 구동이 요구되므로, 수십 um 이하의 구동 정밀도와, 광학소자의 틸트(Tilt) 마진 등을 확보하기 위해서는, 구동 중 각도 틀어짐이 최소화되어야 하기 때문에, 이를 위한 별도의 회로 등이 필요하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은, 예를 들어, 구면수차를 보상하기 위한 콜리메이터 렌즈의 구동 액츄에이터를, 마그네트와 코일의 전자기력만을 이용하여 효율적으로 정밀하게 제어함과 아울러, 상기 콜리메이터 렌즈의 위치를 실시간으로 감지하여, 구면수차의 보상 동작이 최적화될 수 있도록 하기 위한 구면수차 보상 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 구면수차 보상 장치는, 광픽업의 구면수차 보상을 위한 콜리메이터 렌즈; 상기 콜리메이터 렌즈를 이송시키기 위한 액츄에이터; 상기 콜리메이터 렌즈와의 이격 거리를 측정하기 위한 센서; 및 상기 콜리메이터 렌즈의 이송에 따라 측정되는 지터 값과, 상기 센서에 의해 측정되는 이격 거리에 따라, 상기 액츄에이터를 구동시키는 서보부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 액츄에이터의 중앙에 취부되고, 상기 액츄에이터는, 상기 센서와 광픽업의 빔 스플리터 사이에 설치되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 서보부는, 상기 콜리메이터 렌즈의 이송에 따라 측정되는 지터 값이 최고가 될 때, 상기 센서의 출력 전압을 저장하고, 이후, 상기 센서의 출력 전압이 변하면, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 센서는, 상기 액츄에이터의 전단과 후단에 각각 1 개씩 설치되는 것을 특징으로하며,
또한, 상기 서보부는, 상기 액츄에이터의 전단에 설치된 센서의 출력 전압과 후단에 설치된 센서의 출력 전압 간의 차 값에 따라, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 하며,
또한, 본 발명에 따른 구면수차 보상 방법은, 광픽업의 구면수차 보상을 위한 콜리메이터 렌즈가 취부된 액츄에이터에 대해, 사전에 설정된 초기 구면수차 보상 동작을 수행한 후 지터 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 지터 값이 최고가 되도록, 상기 액츄에이터를 정밀 제어한 후, 상기 콜리메이터 렌즈와의 이격 거리를 측정하기 위한 센서의 출력 전압을 저장하는 단계; 및 상기 센서의 출력 전압을 감시하여, 상기 저장된 출력 전압과 다르면, 상기 액츄에이터를 정밀하게 제어하여, 지터 값이 최고가 되도록, 구면수차 보상 동작을 다시 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 액츄에이터의 중앙에 취부되고, 상기 액츄에이터는, 상기 센서와 광픽업의 빔 스플리터 사이에 설치되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 센서는, 상기 액츄에이터의 전단과 후단에 각각 1 개씩 설치되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 다시 수행하는 단계는, 상기 액츄에이터의 전단에 설치된 센서의 출력 전압과 후단에 설치된 센서의 출력 전압 간의 차 값에 따라, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구면수차 보상 장치 및 방법은, 예를 들어, 광픽업의 구면수차를 보상하기 위한 콜리메이터 렌즈의 구동 액츄에이터를, 마그네트와 코일의 전자기력만을 이용하여 효율적으로 정밀하게 제어할 수 있게 되며, 또한 상기 콜리메이터 렌즈의 위치를 실시간으로 감지하여, 구면수차의 보상을 항상 최적화시킬 수 있게 되며, 또한, 장치의 소형화 및 박형화가 가능하게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광픽업에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 2는 종래의 구면수차 보상 액츄에이터에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 구면수차 보상 장치에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 구면수차 보상 액츄에이터에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 위치 센서의 출력 전압에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 구면수차 보상 방법에 대한 실시예의 동작 흐름도를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명에 따른 위치 센서의 출력 전압 에러 발생 상황에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 구면수차 보상 액츄에이터에 대한 다른 실시예를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명에 따른 제1 위치 센서의 출력 전압과 제2 위치 센서의 출력 전압에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 제1 위치 센서의 출력 전압과 제2 위치 센서의 출력 전압 간의 차에 대한 실시예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 구면수차 보상 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 구면수차 보상 장치 및 방법은, 비디 플레이어(BD-Player) 또는 비디 레코더(BD-Recorder) 등과 같은 다양한 유형의 광디스크 디바이스에 적용된다.
한편, 본 발명이 적용되는 광디스크 디바이스에는, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 레이저 다이오드(311), 빔 스플리터(312), 구면수차 보상 액츄에이터(313), 콜리메이터 렌즈(313a), 액츄에이터(314), 대물렌즈(314a), 콜리메이터 렌즈(314b), 광디스크(315), 집광렌즈(316), 광검출기(317)가 포함 구성된다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 지터 검출기(318), 구면수차 보상 서보부(319), 위치 센서(320), 그리고 위치 검출기(321) 등이 포함 구성되며, 상기 레이저 다이오드(311)에서 발사된 빔은, 상기 빔 스플리터(312)를 통과한 후, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)에 의해 이동되는 콜리메이터 렌즈(313a)와, 상기 액츄에이터(314)에 이동되는 콜리메이터 렌즈(314b) 및 대물렌즈(314a)를 통과하여, 광디스크(315)에 집광된다.
그리고, 상기 광디스크(315)에 의해 반사되는 빔은, 상기 액츄에이터(314)에 이동되는 대물렌즈(314a) 및 콜리메이터 렌즈(314b), 그리고 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)에 의해 이동되는 콜리메이터 렌즈(313a)를 통과하여, 상기 빔 스플리터(312)에 의해 반사된 후, 상기 집광렌즈(316)을 통과하여, 상기 광검출기(317)에 의해 전기신호로 변환된다.
한편, 상기 지터 검출기(318)는, 상기와 같은 광경로를 거쳐 광검출기(317)에 의해 변환된 전기신호를 디지털 데이터로 변환하여, 지터(Jitter) 값을 검출하게 되고, 상기 구면수차 보상 서보부(319)에서는, 상기 지터 값이 최고가 되도록, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일로 인가되는 구동 전압을 가변 조절하게 된다.
그리고, 상기 위치 센서(320)는, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)에 의해 이동되는 콜리메이터 렌즈(313a)와의 이격 거리에 상응하는 전압을 출력함과 아울러, 상기 위치 검출기(321)는, 상기 전압을 검출하여, 상기 콜리메이터 렌즈(313a)의 위치 변화를 실시간으로 감지하게 된다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 콜리메이터 렌즈(CL)는, 콜리메이터 렌즈 홀더(CL Holder)에 의해 취부되고, 측면에 권선된 코일(Coil)에 인가되는 전압에 의해, 상기 콜리메이터 렌즈 홀더(CL Holder)가 이동하게 되며, 상기 위치 센서(Sensor)는, 콜리메이터 렌즈 홀더와의 이격 거리에 따라 출력 전압을 다르게 출력하게 된다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 위치 센서(Sensor)에서 출력되는 전압은, 상기 콜리메이터 렌즈 홀더(CL Holder)와 이격 거리가 멀어질수록, 낮아지고, 이격 거리가 가까울수록 높아지게 된다.
한편, 상기 구면수차 보상 서보부(319)에서는, 상기 위치 센서에서 출력되는 전압이 변화되면, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일로 인가되는 구동 전압을 가변 조절하여, 상기 지터 검출기(318)에서 측정되는 지터 값이 최고가 되도록 제어하게 되는 데, 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 구면수차 보상 방법에 대한 실시예의 동작 흐름도를 도시한 것으로, 예를 들어, 본 발명이 적용되는 광디스크 디바이스에서는, 광디스크가 삽입되면(S10), 통상적인 일련의 서보 동작을 수행하게 된다(S11).
한편, 상기 구면수차 보상 서보부(319)에서는, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일에 인가되는 구동 전압을, 사전에 설정된 초기 구동 전압으로 조절하는 초기 구면 수차 보상 동작(예: Coarse Servo)을 수행하게 된다(S12).
그리고, 상기 지터 검출기(318)에서는, 상기 광검출기(317)에서 출력되는 전기 신호를 디지털 데이터로 변환한 후, 지터 값을 측정하게 되는 데(S13), 예를 들어, 상기 구면수차 보상 서보부(319)에서는, 상기 측정된 지터 값이 최고가 되도록(S14), 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일에 인가되는 구동 전압을 미세하게 가변 조절(예: Fine Servo)하게 된다(S15).
한편, 상기와 같이 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일에 인가되는 구동 전압을 미세하게 가변 조절하던 도중, 최고의 지터 값이 측정되면, 상기 구면수차 보상 서보부(319)에서는, 그 시점에, 상기 위치 센서(320)와 위치 검출기(321)를 동작 제어하여, 현재의 센서 출력 전압을 측정 및 저장하게 된다(S16).
그리고, 이후, 상기 위치 센서(320)와 위치 검출기(321)를 동작 제어하여, 실시간으로 측정되는 센서 출력 전압을 감시하게 되는 데(S17), 예를 들어, 상기 센서 출력 전압이 사전에 설정된 기준 값을 초과하는 경우(S18), 도 4를 참조로 전술한 바와 같이, 콜리메이터 렌즈 홀더(CL Holder)와 위치 센서(Sensor) 간의 이격 거리가 변화되었다고 판별하게 된다.
또한, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)의 코일에 인가되는 구동 전압을 미세하게 가변 조절하여, 상기 지터 검출기(318)에 의해 측정되는 지터 값이 최고가 되도록 하는 일련의 구면수차 보상 동작을 수행하게 되며(S19), 예를 들어, 서보 동작이 오프(Servo Off)될 때까지(S20), 상기와 같은 일련의 구면수차 보상 동작을 실시간으로 반복 수행하게 된다.
한편, 상기와 같이 하나의 위치 센서(320)만을 사용하는 경우, 예를 들어, 광픽업의 구성에 따라, 상기 구면수차 보상 액츄에이터(313)에 취부되는 콜리메이터 렌즈(313a)와, 상기 위치 센서(320) 간의 이격 거리가 현저히 멀어질 수 있는 데, 이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 센서의 출력 전압의 기울기가 완만하여, 분해능이 낮아지는 영역이 발생하게 된다.
또한, 모든 구간에 대해 동일한 루프 게인(Loop Gain)을 적용하는 경우, 기울기가 완만한 영역에서는, 구동 파워가 낮아지고, 기울기가 급한 영역에서는, 발진 가능성이 증가하게 되므로, 정밀한 서보 제어가 불가능할 수도 있는 데, 이를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에서는, 2 개의 위치 센서를 사용한다.
예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 우측 샤프트의 상측에 제1 위치 센서(Sensor 1)를 고정 설치하고, 좌측 샤프트의 하측에 제2 위치 센서(Sensor 2)를 고정 설치하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 위치 센서의 출력 전압과, 제2 위치 센서의 출력 전압은, 상호 대칭되는 기울기를 갖게 된다.
그리고, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 위치 센서의 출력 전압과 제2 위치 센서의 출력 전압 간의 차를 구하면, 선형적으로 증가하는 기울기를 갖게 되므로, 도 7를 참조로 전술한 바와 같이, 1 개의 위치 센서만을 사용할 때 나타날 수 있는 낮은 분해능, 낮은 구동 파워, 그리고 발진 가능성을 문제를 효율적으로 해결하여, 구면수차 보상 동작을 보다 정밀하게 수행할 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, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
101 : 레이저 다이오드 102 : 빔 스플리터
103 : 콜리메이터 렌즈 104 : 대물렌즈
105 : 광디스크 110 : 액츄에이터
111 : 렌즈 홀더 112 : 콜리메이터 렌즈
113 : 모터 114 : 리드 스크류
115 : 샤프트 311 : 레이저 다이오드
312 : 빔 스플리터 313 : 구면수차 보상 액츄에이터
313a : 콜리메이터 렌즈 314 : 액츄에이터
314a : 대물렌즈 314b : 콜리메이터 렌즈
315 : 광디스크 316 : 집광렌즈
317 : 광검출기 318 : 지터 검출기
319 : 구면수차 보상 서보부 320 : 위치 센서
321 : 위치 검출기

Claims (9)

  1. 광픽업의 구면수차 보상을 위한 콜리메이터 렌즈;
    상기 콜리메이터 렌즈를 이송시키기 위한 액츄에이터;
    상기 콜리메이터 렌즈와의 이격 거리를 측정하기 위한 센서; 및
    상기 콜리메이터 렌즈의 이송에 따라 측정되는 지터 값과, 상기 센서에 의해 측정되는 이격 거리에 따라, 상기 액츄에이터를 구동시키는 서보부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 액츄에이터의 중앙에 취부되고,
    상기 액츄에이터는, 상기 센서와 광픽업의 빔 스플리터 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 서보부는, 상기 콜리메이터 렌즈의 이송에 따라 측정되는 지터 값이 최고가 될 때, 상기 센서의 출력 전압을 저장하고, 이후, 상기 센서의 출력 전압이 변하면, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 액츄에이터의 전단과 후단에 각각 1 개씩 설치되는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 서보부는, 상기 액츄에이터의 전단에 설치된 센서의 출력 전압과 후단에 설치된 센서의 출력 전압 간의 차 값에 따라, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 장치.
  6. 광픽업의 구면수차 보상을 위한 콜리메이터 렌즈가 취부된 액츄에이터에 대해, 사전에 설정된 초기 구면수차 보상 동작을 수행한 후 지터 값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 지터 값이 최고가 되도록, 상기 액츄에이터를 정밀 제어한 후, 상기 콜리메이터 렌즈와의 이격 거리를 측정하기 위한 센서의 출력 전압을 저장하는 단계; 및
    상기 센서의 출력 전압을 감시하여, 상기 저장된 출력 전압과 다르면, 상기 액츄에이터를 정밀하게 제어하여, 지터 값이 최고가 되도록, 구면수차 보상 동작을 다시 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 콜리메이터 렌즈는, 상기 액츄에이터의 중앙에 취부되고,
    상기 액츄에이터는, 상기 센서와 광픽업의 빔 스플리터 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 액츄에이터의 전단과 후단에 각각 1 개씩 설치되는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 방밥.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 다시 수행하는 단계는, 상기 액츄에이터의 전단에 설치된 센서의 출력 전압과 후단에 설치된 센서의 출력 전압 간의 차 값에 따라, 상기 액츄에이터를 재구동시키는 것을 특징으로 하는 구면수차 보상 방법.
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