KR950003175B1 - 광 픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

광 픽업 장치
제 1 도는 종래 광 픽업 장치의 구성도.
제 2 도 내지 제 9 도는 본 발명에 의한 광 픽업 장치의 구성 및 작용을 보인 것으로,
제 2 도는 본 발명 광 픽업 장치의 전체 구성도.
제 3 도는 제 2 도의 요부 사시도.
제 4a 도는 홀로그램 렌즈부의 사시도, 제 4b 도는 홀로그램 렌즈부의 설계 예시도.
제 5 도는 광 검지기의 구성도.
제 6a 도,제 6b 도,제 6c 도는 포커싱 에러 검출 작용 설명도로서, 제 6a 도는 디스크와 픽업이 가까워진 경우, 제 6b 도는 디스크 상에 정확히 집속된 경우, 제 6c 도는 디스크와 픽업이 떨어진 경우의 동작원리를 각각 보인 것이다.
제 7a 도,제 7b 도는 트래킹 에어 검출 작용 설명도로서, 제 7a 도는 트래킹 에러가 없는 경우를 보인 것이고, 제 7b 도는 트래킹 에러가 있는 경우를 보인 것이다.
제 8 도 및 제 9 도는 홀로그램 렌즈의 변형예를 보인 사시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 홀로그램 렌즈 20 : 반도체 레이저
21 : 결상렌즈 22 : 광 검지기
22a~22f : 부분 검지부 23 : 광 디스크
30 : 옵티컬 블록 40 : 액튜에이터
본 발명은 콤팩트 디스크(Compact Disc) 등의 광 디스크에 기록된 신호를 읽어내기 위한 광 픽업(Optical Pick-Up) 장치에 관한 것으로, 특히 주빔 형성영역과 부빔 형성영역을 갖는 홀로그램 그레이팅과 반투과 코팅층이 양면에 형성된 홀로그램 렌즈를 이용하여 광학계의 부품수를 줄여 픽업을 소형화함과 아울러 엑세스 시간을 단축하고, 생산원가를 절감하도록 한 광 픽업 장치에 관한 것이다.
종래의 광 픽업 장치는 제 1 도에 도시한 바와 같이 광원으로 사용되는 반도체 레이저 다이오드(LASER Diode)(1)와, 디스크의 트래킹 에러(Tracking Error)를 감지하기 위하여 사용되는 그레이팅(Grating)(2)과, 그레이팅(2)을 통과한 빛을 광 디스크(7)측으로 반사시키는 빔 스플리터(Beam Splitter)(3)와, 이 빔 스플리터(3)에서 반사된 빔을 광 디스크(7)의 면상에 집광시키는 대물렌즈(Objective Lens)(4)와, 광 디스크(7)에서 회절, 반사된 빔을 집광시켜 포커스 신호(Focus Signal)을 얻기 위한 실린더형 렌즈(Cylinderical Lens) 등의 결상렌즈(5)와, 결상렌즈(5)에 의해 집속된 레이저 빔을 검지하기 위하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 광 검지기(Photo Detector)(6)로 구성되어 있다.
상기한 바와 같은 종래의 장치는 반도체 다이오드(1)에서 나오는 레이저 빔이 그레이팅(2)을 통과하면서 트래킹 에러 신호를 얻기 위한 3개의 빔(0차, 1차, -1차 회절)으로 회절되고, 이 빔들이 빔 스플리터(3)에서 반사되어 대물렌즈(4)에 의해 광 디스크(7) 면상에 집속된다.
집속된 빔은 광 디스크(7)상에 기록된 요철 모양에 따라 빛의 세기가 다르게 회절, 반사되며, 반사된 빔으로 광로를 역행하여 빔 스플리터(3)에 닿게 되고, 그 일부가 빔 스플리터(3)를 통과한 후 결상렌즈(5)에 의해 광 검지기(6)에 결상된다.
그리고, 광 검지기(6)에 결상된 레이저 빔의 세기를 광 검지기(6)가 검지하여 광 디스크(7)상에 기록된 정보를 읽을 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 종래의 장치는 비교적 부피가 큰 대물렌즈(4)를 사용하고 있음과 아울러 빔 스플리터(3)를 기준으로 대물렌즈(4)와 광 검지기(6)가 상, 하로 설치되어 있으므로 광학계 자체가 많은 부피를 차지하고, 요구되는 부품수도 많으며, 또한 이들의 배치가 넓은 설치 공간을 요구하여 장치의 크기가 커지고, 무게 또한 무거워져 광 픽업을 구동하는 액튜에이터에 걸리는 부하가 증대되어 그 만큼 액세스 시간(Access Time)이 길어지는 원인이 되기도 하는 것이었다.
또한 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 1992년 특허출원 제9694호와 같은 광 픽업 장치를 창안한 바 있다.
그러나 이 출원발명은 홀로그램 렌즈를 사용함으로써 광학계의 부품수를 줄이고 액세스 시간을 어느 정도 단축할 수 있다는 효과를 얻을 수는 있으나, 광 검지기를 4개의 부분 검지부로 분할하여 (Sa+Sc)-(Sb+Sd)의 신호에 의해 포커상 에러를 검출하여 트래킹 에러 역시 같은 빔의 신호인 (Sa+Sb)-(Sc+Sd)신호에 의해 수행하는 것, 즉 1개의 빔을 이용하여 포커싱 에러 및 트래킹 에러를 검출하는 것이었으므로 트래킹 에러의 검출에 한계가 있는 것이었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 이를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 2 도는 본 발명에 의한 광 픽업 장치의 전체 구성도이고, 제 3 도는 요부 사시도이며, 제 4a 도는 홀로그램 렌즈부의 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 광원인 반도체 레이저(20)과, 광 디스크(23)에서 반사되는 빔을 검지하기 위하여 전기적 신호로 변환시키는 광 검지기(22)와, 반도체 레이저(20)에서 발사된 레이저 빔을 광 디스크(23)면에 3개의 스포트로 집광시키고 광 디스크(23)에서 반사되는 빔의 일부를 광 검지기(22)쪽으로 반사시키는 홀로그램 렌즈(10)와, 홀로그램 렌즈(10)에서 반사된 빔을 광 검지기(22)에 결상시켜 픽업의 포커스 에러를 감지하기 위하여 사용되는 결상렌즈(21)로 형성되는 옵티컬 블록(Optical Bloack)(30)를 미세 조정하여 변위시키는 액튜에이터(40)로 구성되어 있다.
상기 홀로그램 렌즈(10)는 유리기판의 한쪽면에는 주빔(Main Beam)외에 트래킹 에러 검지용으로 2가지의 부빔(Sub Beam)을 만들어 주기 위하여 4개의 주빔 형성영역(12a)과, 2개의 부빔 형성영역(12b)(12c)을 가지는 홀로그램 그레이팅(12)이 형성되고, 다른 쪽 면에는 광 디스크(23)에서 반사된 빔의 일부가 광 검지기(22)쪽으로 반사될 수 있도록 반투과 코팅층(Half Mirror Coating Layer)(11)이 형성되어 있다.
그리고 상기 홀로그램 렌즈(10)는 반도체 레이저(20)의 광축과 45°기울어져 설치된다.
주빔을 형성하기 위한 홀로그램 렌즈(10)의 주빔 형성영역(12a)은 반도체 레이저(20)에서 나오는 빔이 중심 피트(Pit)에 집속되기 위하여 다음 식(1)을 만족하는 그레이팅 패턴(Grating Pattern) 가져야 한다.
여기서, m은 정수(=0, 1, 2...), λ는 빛의 파장이다.
또한 트래킹용 2개의 부빔을 형성하기 위한 부빔 형성영역(12b, 12c)은 다음 식(2), (3)을 만족하여야 한다.
그리고 상기 식(1)~(3)을 만족하는 그레이팅 패턴의 각 영역은 전자빔 사진식각법(Electron Beam Lithography)으로 제작한다.
제 4b 도는 상기 홀로그램 그레이팅의 설계 예시도를 보인 것으로, 도면에서 S는 반도체 레이저(20)의 위치, L은 반도체 레이저 다이오드(20)와 홀로그램 그레이팅(12) 중심 사이의 거리를 각각 나타낸 것이고, A는 홀로그램 그레이팅(12)의 주빔 형성영역(12a)의 집광위치를 보인 것이며, d는 A와 홀로그램 그레이팅(12) 중심사이의 거리를 각각 보인 것이다.
그리고 제 3 도 및 제 4 도에서 A, B, C의 좌표는 다음과 같다.
A의 좌표 ; (dsinθ, 0, dsinθ)
B의 좌표 ; (dsinθ+qcosθ,-p/2, dsinθ-qsinθ)
C의 좌표 ; (dsinθ-qcosθ, +p/2, dcosθ+qsinθ)
이와 같이 된 본 발명의 광 픽업 장치는 제 2 도 내지 제 4 도에 도시한 바와 같은 반도체 레이저(20)에서 발사된 레이저 빔(50)이 홀로그램 렌즈(10)에 입사되고, 홀로그램 렌즈(10)를 통과한 빔(51)은 주빔(51a)과 부빔(51b)(51c)으로 분리된다.
홀로그램 렌즈(10)의 주빔 형성영역(12a)에 입사된 빔은 광 디스크(23)의 피트 정보, 즉 독취정보(Read out Signal)을 얻도록 광축에서 90°의 광 디스크(23)쪽으로 집광되는 주빔(51a)을 형성한다.
홀로그램 렌즈(10)의 부빔 형성영역(12b, 12c)에 입사된 빔은 트래킹에러 신호를 얻을 수 있도록 2개의 부빔(51b, 51c)을 형성하며, 피트의 가장자리에 집광된다.
다시 광 디스크(23)에서 집광된 빔은 광 디스크(23)의 피트의 유무에 의해 반사, 회절된 빔은 홀로그램 렌즈(10) 뒷면의 반투과 코팅층(11)에서 광축상의 광 검지기(22)쪽으로 반사된다.
이 반사된 빔(52)은 포커싱 에러 검출을 위하여 사용되는 결상렌즈(21)로 입사하게 되고, 결상렌즈(21)에 의해 집광되는 빛을 광 검지기(202)가 감지하여 광 디스크(23)의 정보를 읽게 된다.
광 검지기(22)는 제 5 도와 같이 6개의 영역, 즉 부분 검지부(22a~22f)로 분할되어 포커싱 에러 신호 검출을 위하여 애스티그매틱법(Astigmatic Methiod), 트래킹 에러 신호 검출을 위하여 3-빔법(3-Beam Method)을 사용할 수 있다.
에스티그매틱법을 사용하는 포커싱 에러 신호(EFES)는 실린더형 렌즈가 접선(Tangential)방향과 시지털(Sigittal)방향에서 다른 포컬 파워(Focal Power)를 갖는 결상 특성을 이용하여 EFES=(Sa+Sc)-(Sb+Sd)가 된다(제 6 도 참조). 여기서, Sa~Sd는 각각 광 검지기(22 ; 22a~22f)의 신호이다.
3-빔법을 사용하는 트래킹 에러 신호(FTES)는 홀로그램 렌즈(10)에 의해 생긴 두 부빔이 광 디스크(23)면에서 반사, 회절되어 광 검지기(22)의 부분 검지부(22e~22f)에 각각 결상되는 두가지 강도의 차이에 의하여 알 수 있다(제 7 도 참조). 즉 ETFS=Se-Sf, 여기서 Se, Sf는 부분 검지부(22e, 22f)의 신호이다. 또한 독취 신호 R은 R=Sa+Sb+Sc+Sd이다.
상기 액튜에이터(40)는 포커싱 에러와 트래킹 에러 신호를 받아 EFES=ETES=0이 되는 방향으로 옵티컬블록(30)을 미세 조정하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 홀로그램을 사용하는 것에 의해 기존의 픽업 기능을 가능하게 하고, 요구되는 광학 부품의 수를 줄여 픽업을 소형, 경량화할 수 있으며, 이에 따라 픽업의 액세스 시간을 단축할 수 있고, 홀로그램의 저가격의 대량 생산이 용이하여 가격면에서도 종래 기술 보다 유리한 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 홀로그램 렌즈를 사용하여 기존의 픽업 기능을 가능하게 하면서도 사용 부품수가 크게 감소되고 부피 또한 감소되므로 소형, 경량화를 이룰 수 있으며, 이에 따라 액튜에이터에 걸리는 부하가 감소되어 그 만큼 CDP(Compact Disc Player), VDP(Video Disc Player), ODP(Optical Disc Player), MDP(Mutil Disc Player) 등에서 정보를 읽는 속도를 증가시킬 수 있고 광기능 소자는 저가격의 대량 생산에 용이하여 가격면에서도 유리한 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 광원인 반도체 레이저(20)와, 광 디스크(23)에서 반사되는 주빔을 검지하여 독취신호와 포커싱 에러신호를 검출하는 4개의 주빔 검지부(22a~22d)와 광 디스크에서 반사되는 부빔을 검지하여 트래킹 에러 신호를 검출하는 2개의 부빔 검지부(22e, 22f)를 가지는 광 검지기(22)와, 반도체 레이저에서 발사된 레이저 빔을 광 디스크면에 주빔과 2가지의 부빔에 상당하는 3개의 스포트로 집광시키기 위하여 한 면에는 1개의 부빔 형성영역(12a)과 2개의 부빔 형성영역(12b, 12c)을 가지는 홀로그램 그레이팅을 형성함과 아울러 다른 면에는 광 디스크에서 반사되는 빔의 일부를 광 검지기의 주빔 검지부와 부빔 검지부로 반사시키는 반투과 코팅층(11)을 형성한 홀로그램 렌즈(10)와, 홀로그램 렌즈에서 반사된 빛을 광 검지기에 결상시켜 픽업의 포커스 에러를 감지하기 위하여 사용되는 결상렌즈(21)를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 홀로그램 렌즈, 반도체 레이저, 결상렌즈, 광 검지기로 형성된 옵티컬 블록을 미세 조정하여 변위시키는 액튜에이터를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. (삭제)
  4. (삭제)
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 주빔 형성영역(12a)은 반도체 레이저(20)에서 나오는 빔이 중심 피트에 집광되기 위하여 다음 식,
    -(d+1)cos45°+mλ을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치. (여기서, m은 정수(=0, 1, 2...), λ는 빛의 파장이다.)
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 부빔 형성영역중 하나의 영역(12b)은 다음식,
    -(d+1-q)cos45°=mλ을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 부빔 형성영역중 하나의 영역(12c)은 다음식,
    -(d+1-q)cos45°=mλ을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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