KR900007142B1 - 광학식 헤드 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광학식 헤드 장치

제1도는 본 발명의 1실시예에 의한 광학식 헤드 장치를 도시한 개략 구성도.

제2도는 격자 궤적에 대해서 설명하기 위한 도면.

제3도, 제4도는 회절격자의 단면 형상을 도시한 도면.

제5도, 제6도는 격자 구조의 예를 도시한 도면.

제7도는 제6도의 회절격자의 Y방향의 주기 변화를 도시한 도면.

제8도는 종래의 광학식 헤드 장치를 도시한 구성도.

제9도는 종래의 광디스크상의 광스포트도.

제10도는 종래의 광검출기의 결선도.

본 발명은 광학식 정보 기억 매체에의 정보의 기록/재생에 사용되는 광학식 헤드 장치, 특히 트래킹 센서(tracking sensor)용에 디스크상에 여러개의 스포트(spot)를 집광하는 소위 3빔 방식의 광학식 헤드 장치의광학계 구성에 관한 것이다.

[종래의 기술]

제8도는 종래의 광학식 헤드 장치를 도시한 개략 구성도이고, 도면에 있어서, (1)은 광원인 반도체 레이저(이후, LD로 약칭한다), (3)은 LD(1)의 발사 광속(2)을 회절하고 3개의 빔으로 분리하는 회절격자, (4)는 광속을 반사하여 집광 렌즈(5)에 입사시키는 평판형 빔 스폴리터(beam splitter), (6)은 집광렌즈(5)를투과한 광속의 집광점 부근에 놓여진 광학적 정보 기억 매체(이후, 광디스크로 칭한다), (7)은 광디스크(6)에 기록된 정보인 피드(pit), (8)은 피트(7)의 열로 되는 정보 트랙, (10)은 광디스크(6)에 의해서 반사되어, 집광 렌즈(5) 및 빔 스폴리터(4)를 투과한 광속을 수광하고 광전 변환하는 광검술기이다.

다음에 종래 장치의 동작에 대해서 설명한다. LD(1)을 발사한 강속(2)은 회절격자(3)에 의해서 회절되고, 빔 스폴리터(4)의 표면에서 반사된 후, 제8도에 도시한 바와 같이, 집광 렌즈(5)에, 의해 광디스크(6)의 사선으로 표시한 정보면상에 3개의 광스포트(9a),(9e),(9f)로서 집광된다.

3개의 광스포트(9a),(9e),(9f)의 중심을 연결한 선은, 트랙(8)의 방향에 대하여, 약간 기울어지도록 배치되어 있다. 이와 같이 광디스크(6)의 정보면에 집광한 광은 반사되어, 집광 렌즈(5)를 재투과한 후 빔 스폴리터(4)를 투과하는 것에 의해서, 공지와 같이 비점수차가 주어진 상태로, 광검출기(10)에 입사한다.

광검출기(10)은 광디스크(6)상에 집광 스포트가 초점이 합해진 상태로 있을 때에 중심 빔, 즉 0차 회절광의 반사 광속에 최소 착란원(錯亂圓)으로 되는 광축 방향 위치에 마련되어 있다. 광검출기는 제10도에 도시한 바와 같이 6분할 구성이며, 중앙 빔(0차광)을 수광하는 부분은 (10a),(10b),(10c),(10d)로 4분할 되어있다. 또한 양측의 빔 즉 ±1차광을 수광하는 부분은 독립한 광검출기(10e),(10f)이다.

공지와 같이, 양측의 광검출기(10e),(10f)의 출력을 감산기(l3)에 의해서 자동 연산하는 것에 의해, 단자(14)에서 중앙의 광스포트(9a)와 트랙(8)의 위치 어긋남을 검출할 수 있다(트래킹 에러 신호).트래킹 에러 신호는 여기서는 도시하지 않았으나 트래킹 액추에이터(actuator)를 구동하여, 광스포트(9a)가 트랙(8)의 중심으로 정확하게 위치하도록 보정하는 것에 사용된다.

중앙의 4분할 검출기 출력은 대각성분(10a),(l0c) 및 (10b),(10d)의 자동 연산을 감산기(12)에 의해서출력 단자(l5)에서 끄집어내고, 광디스크상 집광 스포트의 초점 어긋남을 검출하여, 특히 도시하지 않은 포커스 액추에이터에 의해서 초점 어긋남을 보정하는 것에 사용된다(포커스 에러 신호).

이 초점 어긋남 검출 방법은 비점수차로 일컬어지고, 광디스크상의 스포트가 초점이 합해진 상태일 때 최소 착락원의 대략 원형 상태(1la)인 검출기상 스포트가, 디스크의 원근 각각의 초점 어긋남에 따라서, 점선으로 도시한 바와 같이 가로 및 세로 길이의 타원형으로 변형하는 것을 전기 출력으로 변환하는 것이다.

또한 4분할 검출기의 가산기(l6)에 의한 가산 출력(17)은 광디스크(6)의 재생 신호로서, 후단의 특히 도시하지 않은 회로에 의해서 처리되어 이용된다.

종래의 광학식 헤드 장치는 상기의 구성이기 때문에 광디스크상에 여러개 빔을 만들기 위해 독립한 1개의회절격자가 필요하며, 비용 상승의 요인으로 되어 있다.

또한 회절격자의 삽입분만큼 LD와 빔 스폴리터사이의 거리가 멀게되어, 장치를 소형화하는 데에 장해가되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 독립한 광학 부품으로서의 회절격자를사용하지 않으므로, 광디스크상에 여러개의 빔을 형성할 수 있고, 더우기 거의 수차가 생기지 않는 양호한트래킹 센서를 갖는 광학식 헤드 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 광학식 헤드 장치는 빔 스폴리터의 반사면에, 회절격자의 기능을 갖게해서, LD의 발사광이 상기 반사면으로 반사시키는 것에 의해서 여러개의 빔에 회절 분리되도록 구성한 것이다. 더구나, 빔 스폴리터상의 회절격자의 무늬 궤적이 LD의 발사점 및 LD 발사점과 동일 평면내의 한점의 각각에 점광원을마련한 경우에 발생한 간섭 무늬의 궤적 또는 거기에 가까운 형상으로 되어 있다.

본 발명에 있어서 빔 스폴리터(종래의 장치에 사용되었던 빔 스폴리터와 구별하기 위해, 이하 평간 광학소자라 칭한다)가, 제1의 면이 회절격자로 빔의 투과 및 반사 기능을 겸해서 마련되어 있고, 제2의 면은주로 빔을 투과시키는 것에 의해, 각 광디스크에사 반사하여 온 광에 대하여 비점수차를 부여하는 작용을겸하고 있으므로, 종래 장치에 사용되고 있던 독립한 광학 소자로서의 회절격자를 불필요로 한다.

그리고, 회절격자 궤적이 대략 2개의 점 광원의 간섭무늬의 형상으로 되어 있으므로, 반사 회절에 의해서생기는 1차 회절광에 거의 수차가 발생하지 않는다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 적합한 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 그리고 제8도 내지 제l0도 종래예와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

제1도에 있어서,(40)은 종래의 빔 스폴리터에 바꿔 놓여진 평판 광학 소자이여, LD (1)의 발사정(50)에서 출발된 발사광속(2)을 반사하는 제1의 면(30)위에 회절격자가 형성되어 있다. 이 제l의 면(30)에는종래의 빔 스폴리터의 반사면과 동등의 반사율을 갖도록 적절하게 반사막이 붙여져 있지만, 반사율을 그만큼 요구하지 않는 경우에는 생략해도 좋다. 또한 평판 광학 소자의 제2의 면(3l)은 투과면으로 되어 있고,필요에 따라서 AR코딩이 실시되어 있다.

그리고 회절 격자의 형상(면내의 궤적)에 대해서는 다음에 상술한다.

다음에 실시예의 동작에 대해서 제1도에 의해 설명한다. LD(1)의 발사점(50)을 발사한 광속(2)은 평판광학 소자(40)의 회절격자가 형성되어 있는 면(30)에 의해서 반사 회절되어,0차 광과 ±1차광으로 분리되고, 집광 렌즈(5)에 의해서 광디스크(6)상에 3개의 스포트로서 집광된다.

디스크에서 반사한 광은 집광 렌즈를 재투과하고, 또 평판 광학 소자(40)를 투과하여 비점수차가 주어져,광검출기(l0)에 입사한다. 그외의 부분의 작용은 종래 장치와 전부 마찬가지이여, 비점수차에 의해서 포커스 에러 신호가 ±1차광의 차동 검출에 의해 트래킹 에러 신호가 얻어진다.

다음에 격자의 궤적의 설계에 대해서 제2도를 사용하여 설명한다. 도면에 있어서 (50)으로 표시한 점 M이 LD(1)의 광속 발사점을 나타내고 있다. 또 S는 LD의 발사점 M을 통해서, 긴점선으로 나타낸 직교하는 면내의 점이며, 디스크상의 ±1차광에 있다.(9e) 또는 (9f)와 같은 역할 관계에 있고, 또한 격사면 30은 도면의 X₁축을 중심으로 광축에 수직인 면으로 부터 각도 ∮만큼 기울어져 있다.

지금, 점 M 및 S에 설치한 정 광원에서 발사한 LD(1)의 발사광의 파장과 대략 같은 파장의 광파격자면(30)상에 위상을 ∮_M,(X,Y), ∮_S(X,Y)로 한다.

단 X,Y는 제2도에 도시한 바와 같이, 격자면상의 좌표이다. LD 발사 단면을 포함한x₀-y₀면상의 점M,S에서 발사하는 광파의 위상차 △는 ①식으로 표시된다.

△=∮_S(X,Y)-∮_M(X,Y)…………………………………………………①

M,S에서 발사한 광파에 의해 간섭 무늬의 경계선은 ②식에 의해서 주어진다.

①,②식으로 결정된 바와 같은 홈 궤적을 갖는 회절격자를 사용하면 제2도에 있어서 점 M에 광원(LD(1))에서 격자면(30)에 의해서 반사 회절된 1차 회절광은 S에 배치한 점 광원에서 발사하여, 면(30)의 위치에 놓여진 미러(mirror)로 반사시킨 광속과 등가로 된다.

또 -l차 회절광은 M에 대한 S의 대칭점 S'에서 발사되는 광속과 등가로 된다. 제3도에는 이와 같은격자를 위상 격자로 실현한 경우의 단면도를 도시한다. 단 이 도면은, 설명의 편의상, 면(30)에 따른 좌표를 위상차 △으로 나타내고 있다. 도면과 같이 ②식의 각 m으로 주어지는 △의 점을 경계로 하여 표면(30)이 구형 형상으로 되도록 위상격자를 형성하면 좋다.

제 4 도에 격자를 진폭 격자로 실현한 경우의 단면도를 도시한다. 도면과 같이 ②식의 각 m으로 주어지는△을 경계로 하여 면(30)상에 반사율의 높은 부분(굵은선부분)과 반사율의 낮은 부분(가는선 부분)을 차례로 형성하면 좋다.

제6도에 격자 궤적의 계산예를 도시한다.

본 예에서는 제2도에 도시한 파라미터로서 아래의 값을 사용한다. 단 x₀-y₀좌표계에서 S의 좌표를(x_s-y_s)로 한다.

x_s=0, y_s=100μm

ι=6mm

∮=45°

기판의 크기는 도시한 바와 같이 1.5mm×1mm로 했다. 이 경우,3빔은 기울어진 격자면의 메리디오날(meridional)면내에 위치하고 격자 궤선은 대략 직선으로서, 간격이 Y방향에 따라서 서서히 변화하고 있다.

제4도에 격자 주기의 Y방향에 따른 변화를 폴로트했다. 다음에서 알 수 있는 바와 같이, Y방향에 따른격자 주기의 변화는 대략 선형이다. 따라서 실용적으로는 이와 같은 경우에는 직선 격자의 주기를 직선적으로 변화시키는 것만으로도 충분하다고 할 수 있다.

다음에 3빔이 사지탈(sagittal)면내에 배치되는 경우로서, 아래의 아래의 파라미터로 계산한 격자 궤적으로 제5도에 도시한다.

x_s=100, y_s=100μm

ι=6mm

∮=45°

이 경우의 궤적은 Y방향에 따라서 점차 끝쪽이 넓어진 형상으로 되는 것을 알 수 있다.

그리고, 실시예에 있어서는, ①,②식에서 간섭 무늬 궤적을 구했지만, 공지와 같이 제2도의 점 M,S에각각 점 광원을 배치하고, 홀로그래피 노출(사노고이께 저 "Holgraphic grating", Electronics, 소화 60년11월호 p.98∼)에 의해 격자를 제작하여도 아무 지장이 없다. 또, 제l도의 실시예에는 평판 광학 소자(40)의 2개의 면(30),(31)은 평형인 바와 같이 씌여있지만, 쐐기판에 있어서도 지장이 없다.

쐐기판을 사용한 경우에는 반사광속에 주어진 비점수차를 쐐기각으로 제어하는 것이 가능하다.

이상 3빔의 배치가 메리디오날 면내(x_s=0), 사지탈면내(y_s)에 있는 경우에 대해서 격자 궤적을 도시했지만, 요는 이것은 설계의 문제이며, 이 이외의 배치라도 좋다.

즉 제2도에 도시한 S점이 x₀,y₀면내에 있어서 어떠한 위치에 있어서도, 상기 ⓛ,②식에서 격자 궤적을결정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 특히 광디스크상의 3빔의 방향이, 평판 광학 소자(40)의 메리디오날 평면에 대해서 45°회전한 위치에 집광되는 경우에는, 종래의 원통 렌즈를 사용한 비점수차법에 있어서원통 렌즈의 축방향으로 트랙에 대해서 4구의 각도로 배치한 경우와 등가로 된다. 이 경우에는 일본국 특허공보 소화 53-37722에 공지의 이유로, 포커스 센서 특성상 유리하다. 이와 같이 3빔을 45°방향에 배치하기에는, 제9도에 있어서 x_s=y_s로 되는 것과 같이 점 S를 배치하여 격자 궤적을 구하면 좋다. 그리고 격자의 궤적으로서 본 발명의 실시예에 도시한 바와 같은 광원면위의 2개의 점광원으로 부터의 간섭 무늬이의의 형상을 사용한 경우에는 발생한 ±1차광에 수차가 발생한다. 이와 같은 ±1차광에 수차가 발생하면, 디스크상의 스포트(9e),(9f)의 형상이 흩어지므로, 양호한 트래킹 에러 신호를 얻는 데에 장해로 된다. 본 발명과 같이 격자 궤적을 간섭 무늬의 형상으로 하면, 원리적으로 ±1차 회절광무수차로 발생하므로, 스포트(9e),(9f)가 회절 한계의 양호한 집광 형상으로 되어, 종래의 3빔 방식의 광학 헤드 장치와, 마찬가지의 양호한 트래킹 에러 신호를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 평판형 빔 스폴리터에 회절격자의 기능을 갖게하였으므로, 독립한 광학부품으로서의 회절격자가 불필요하게 되어 비용적으르 유림함과 동시에, LD에서 평판 광학 소자까지의 사이에 추가 광학 부품이 없으므로 소형의 광학식 혜드 장치가 구성이 가능하다는 효과가 있다. 그리고 회절격자의 궤적이 LD 발광점 및 LD 발광점과 대략 동일연내의 점에 배치한 2개의 점광원의 간섭 무늬이기 때문에, 회절 분리되는 1차광에 거의 수차가 생기지 않고, 양호한 트래킹 센서 출력을 얻을 수가 있다.

Claims (11)

1. 반도체 레이저 광원(1), 그 광원에서 발사한 광속을 제1의 면(30)에 의해서 반사하면 동시에 0차 회절광과 그 이외의 회절광의 여러개의 광속에 회절 분리한 광속 분리 소자(40), 그 광속 분리 소자에 의해서반사 분리된 광속을 광학식 정보 기억 매체(6)상에 여러개의 광스포트로서 집광하는 집광 렌즈 수단(5), 상기 광학식 정보 기억 매체의 정보면에 의해서 반사되어 상기 집광 렌즈 수단(5)을 재투과하여, 상기 광속분리 소자의 제1의 면 및 ·제2의 면을 투과한 광속을 수광하여 광전 변화하는 광검출기(10)으로 구성되어,그 광검출기상의 0차 회절광의 변형에 의해서 디스크 집광 광속의 초점 어긋남을 검출하고 0차 회절광에의해 광학식 정보 기억 매체에 축적한 정보를 재생하고,0차 이외의 회절광에 의해 상기 광학식 정보 기억매체상의 정보 트랙과 0차 회절광의 집광 스포트와의 면내 어긋남을 검출하는 광학식 헤드 장치에 있어서,그 제1의 면(30)에 회절격자를 마련하고, 그 회절격자의 무늬 궤적이, 상기 반도체 레이저의 광속 발사점(50) 및 그 발사점을 포함하고, 반도체 레이저 발사광의 광축에 수직한 면내의 한점의 각각에 배치된 점광원에서 출발하는 상기 반도체 레이저 발사광의 파장과 같은 파장의 광파에 의해, 상기 제1의 면에 있어서간섭 무늬 궤적으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 헤드 장치.
2. 상기 회절격자(30)가 위상형 회절격자인 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제l항의 광학식 헤드장치.
3. 상기 회절격자(30)가 반사율의 고저를 변화시킨 진폭형 회절격자인 것을 특징으로 하는 특허 청구의범위 제1항의 광학식 헤드 장치.
4. 상기 광속 분리 소자(40)에 있어서 분리되는 광속의 수가 3개인 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제1항 기재의 광학식 헤드 장치.
5. 상기 광학식 정보 기억 매체에 의해서 반사한 광속이 상기 광속 분리 소자의 제 1 의 면(30) 및 제 2의 면(31)을 투과하는 것에 의해서 비점수차가 부여되고, 상기 0차 광에 의한 초점 c 검출을 위한 변형이 주어진 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제1항의 광학식 헤드 장치.
6. 상기 광속 분리 소자의 제1의 면(30)과 제2의 면(3l)이 평행인 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제5항의 광학식 헤드 장치.
7. 상기 광속 분리 소자의 제1의 면(30)과 제2의 면(31)이 쐐기형상인 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제5항의 광학식 헤드 장치.
8. 상기 회절 분리된 광속이 상기 광속 분리 소자(40)의 제l의 면(30)에 관한 메리디오날면내에 존재하는 3개의 광스포트로서 디스크(6)상에 집광되는 것을 특징으로 하는 특허 청구의 제4항의 광학식 헤드 장치.
9. 상기 회절 분리된 광속이 상기 광속 분리 소자의 제l의 면(30)에 관한 사지탈면내에 존재하는 3개의광스포트로서 디스크상에 집광되는 것을 특징으로 하는 특허 청구의 범위 제4항의 광학식 헤드 장치.
10. 상기 회절 분리된 광속이, 상기 광속 분리 소자의 제1의 면(30)에 관한 메리디오날 평면에서 광축을중심으로 45도의 각도를 이루는 방향의 면내에 존재하는 3개의 광스포트로서 디스크(6)상에 집광되는 것을특징으로 하는 특허 청구의 범위 제4항의 광학식 헤드 장치.
11. 반도체 레이저 광원(1),그 광원에서 발사한 광속을 제1의 면(30)에 의해서 반사하면 동시에 0차 회절광과 그 이외의 회절광의 여러개의 광속에 회절 분리한 광속 분리 소자(40), 그 광속 분리 소자에 의해서반사 분리된 광속을 광학식 정보 기억 매체상에 여러개의 광스포트로서 집광하는 집광 렌즈 수단(5), 상기 광학식 정보 기억 매체(6)의 정보면에 의해서 반사되어 상기 집광 렌즈 수단을 재투과하여, 상기 광속 분리소자의 제1의 면(30) 및 제 2의 면(31)을 투과한 광속을 수광하여 광전 변화하는 광검출기(10)으로 구성되어, 그 광검출기상에 0차 회절광의 변형에 의해서 디스크 집광 광속의 초점 어긋남을 검출하고,0차 회절광에 의해 광학식 정보 기억 매체에 축적한 정보를 재생하고,0차 이외의 회절광에 의해 상기 광학식 정보 기억 매체상의 정보 트랙과 0차 회절광의 집광 스포트와의 면내 어긋남을 검출하는 광학식 헤드 장치에 있어서, 그 제1의 면에 회절격자를 마련하고, 상기 회절 분리된 광속이 상기 광속 분리 소자의 상기 제1의 면(30)에 관한 메리디오날 면내에 존재하는 3개의 광스포트로서 디스크상에 집광되어, 상기 회절격자의 무늬궤적이, 주기가 직선적으로 변화하는 직선인 것을 특징으로 하는 광학식 헤드 장치.

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