KR950010270B1 - 광디스크 픽업장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

광디스크 픽업장치
제1도는 종래 기술에 의한 광디스크 픽업장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 구성 및 작용을 보인 사시도.
제3도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치을 구성하는 입력 그레이팅 커플러의 평면도.
제4도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 좌표.
제5도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 작용을 보인 측면도.
제6a도 및 b도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 포커스 에러 신호 검출방법을 보인 것으로,
a도는 광디스크가 근접될 경우의 평면도.
b도는 광디스크가 멀어질 경우의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 반도체 레이저
13 : 광도파로 14 : 출력 그레이팅 커플러
15 : 입력 그레이팅 커플러 15a : 포커스 에러 신호 검출부
15b,15c : 트래킹 에러 신호 검출부 16,17,18 : 포토다이오드
19,20 : 포토다이오드 21 : Si기판
22 : 글래스
본 발명은 광디스크 픽업장치에 관한 것으로, 특히 구성을 보다 간소화하여 장치의 소형 및 경량화, 그리고 에러(error)의 정확한 검출에 적당하도록 한 광디스크 픽업장치에 관한 것이다.
종래 기술에 의한 광디스크 픽업장치는, 제1도에 도시한 바와 같이, 광원으로 사용되는 반도체 레이저(1)와, 트래킹 에러(tracking error) 검출용 서브 빔(sub beam)을 만들어 주는 그레이팅(grating)(2)과, 그 그레이팅(2)을 통과한 빛을 광디스크(D)의 방향으로 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter)(3)와, 그 빔 스플리터(3)에서 반사된 빛을 광디스크(D)로 집광시키기 위한 오브젝트 렌즈(object lens)(4)와, 상기 광디스크(D)에서 반사 및 회절될 빛을 포커스 에러(focus error)의 검출을 위하여 비점수차를 가지도록 집광시키는 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(5)와, 집광된 빛을 전기적 바꾸어주는 포토디텍터(6)(photodetector)로 구성되어 있다.
이와같은 광디스크 픽업장치는, 반도체 레이저(1)에서 나온 빛이 그레이팅(2)을 통과하면서 회절되어 1개의 메인 빔(main beam)(0차 회절)과, 2개의 서브 빔(1차, -1차 회절)로 되고, 이와같은 빔(beam)들이 빔 스플리터(3)에서 반사된 후, 오브젝트 렌즈(4)에 의하여 광디스크(D)에 집광된다.
이와같이 광디스크(D)에서 반사 및 회절된 빛은 광로를 역행하여 빔스플리터(3)에 닿게 되고, 그 일부가 빔 스플리터(3)를 통과하여 실린드 리켈 렌즈(5)에 의하여 포토디텍터(6)에 결상되는 것이다.
이때, 메인 빔은 광디스크(D)에 기록된 정보의 독취 및 포커스 에러신호(focus error signal)검출에 사용되고, 두개의 서브 빔은 트래킹 에러 신호의 검출에 사용된다.
그러나, 상기한 바와같은 종래 기술에 의한 광디스크 픽업장치는, 광학계 자체가 많은 부피를 차지할 뿐만 아니라 부품의 수가 많으며, 또한 광학계를 구성하는 부품들의 배치가 공간적으로 이루어짐으로써 전체적으로 장치의 부피가 커지고 중량 또한 무거워 억세스(access time)이 느려지게 되는 등의 여러 문제점이 있었다.
한편, 일본 특허공개초록 소63-2128호에 도파광을 그레이팅 커플러로 광디스크상에 집속시키고 다시 포토다이오드로 집속시키는 「광픽업」가 알려지고 있다.
그러나, 상기한 「광픽업」은 포커싱 에러 검출과 트래킹 에러 검출을 동시에 수행함으로써 에러 검출의 정확도가 저하되는 문제점이 있는 것이었다.
본 발명의 주 목적은 구성을 보다 간소화하여 장치의 소형 및 경량화에 적당하도록 한 광디스크 픽업장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 장치의소형 및 경량화를 억세스 타임을 보다 신속하도록 한 광디스크 픽업장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 에러 검출을 보다 정확하게 수행할 수 있도록 한 광디스크 픽업장치를 제공함에 있다.
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 광원인 반도체 레이저와, 반도체 레이저의 광을 전달하기 위한 광도파로와, 상기 광도파로를 따라 전달되는 빛을 외부의 광디스크의 한 점에 집광시키는 출력그레이팅 커플러와, 상기 광디스크에서 반사 및 회절된 빛을 다시 광도파로에 커플링함과 동시에 에러 신호를 검출하기 위하여 빛을 나누는 기능을 수행하도록 포커스 에러 신호 검출부의 양측에 트래킹 에러 신호검출부의 3부분으로 형성된 입력 그레이팅 커플러와, 상기 입력 그레이팅 커플러의 포커스 에러 신호 검출부에 의하여 커플링된 빛을 검출하여 포커싱 에러를 검출하는 3분할 포토다이오드, 및 상기 입력 그레이팅 커플러의 트래킹 에러 신호 검출부에 의하여 커플링된 빛을 검출하여 트래킹 에러를 검출하는 2분할 포토다이오드로 구성하되 이들 광학요소드를 판상의 기판에 집적화시켜 구성함을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 구성 및 작용을 보인 사시도이고, 제3도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치를 구성하는 입력 그레이팅 커플러의 평면도이며, 제4도는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 좌표계를 보인 것이다.
이에 도시한 바와같이, 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치는, 소정의 두께를 갖는 판상의 기판(11)과, 상기 기판(11)의 전방 일측 변부에 부착되는 반도체 레이저(12)와, 상기 기판(11)의 상면에 부착되어 반도체 레이저(12)의 레이저 광을 전달하기 위한 광도파로(optical waveguide)(13)와, 상기 기판(11)의 후방 일측에 설치되어 상기 광도파로(13)를 따라 전달되는 빛을 외부의 광디스크(D)의 한 점(P)에 집광시키기 위한 출력 그레이팅 커플러(output grating coupler)(14)와, 상기 기판(11)의 후방타측에 설치되어 광디스크(D)에서 반사 및 회절된 빛을 다시 광도파로(13)에 커플링함과 아울러 포커스 에러 및 트래킹 에러 신호를 검출하기 위하여 빛을 나누는 기능을 수행하는 입력 그레이팅 커플러(input grating coupler)(15)와, 상기 기판(11)의 일측변부 및 타측변부에 각각 형성되어 입력 그레이팅 커플러(15)에 의하여 광도파로(13)로 커플링된 빛을 검출하기 위한 포토다이오드(photodiode)(16) (17) (18) (19) (20)으로 구성되어 있다.
상기 광도파로(13)는 Si기판(21)의 상면에 기판(11)의 굴절율 보다 더 높은 굴절율을 가지는 글래스(glass)(22)등을 성장시켜 형성한 평판 광도파로(slab optical waveguide)이다.
상기 출력 그레이팅 커플러(14)는 광도파로(13)를 따라 전달되는 빛을 광도파로(13)의 밖으로 커플링시키면서 광디스크(D)의 한 점(P)에 집광 시키기 위하여 다음의 식①을 만족하는 그레이팅 패턴(grating pattern)가져야 한다.
λ : 사용하는 빛의 파장.
m : 정수.
N : 광도파로(13)의 굴절율.
상기 입력 그레이팅 커플러(15)는 3부분으로 구분되어, 포커스 에러신호 검출부(15a)의 양측에 트래킹 에러 신호 검출부(15b)(15c)가 형성된 구조로 되어 있다.
상기 포커스 에러 신호 검출(15a)는 광디스크(D)의 한 점(P)에서 발산하는 빛을 광도파로(13)의 안으로 커플링시키면서 제4도에 도시한 좌표계의 D1점으로 집광시키기 위하여 다음의 식②를 만족하는 그레이팅 패턴을 가져야 한다.
또한, 상기 트래킹 에러 신호 검출부(15b)(15c)는 각각 D2, D3점으로 집광시키기 위하여 다음의 식③④를 만족하는 그레이팅 패턴을 가져야 한다.
상기한 식①②③④에서 r1은 반도체 레이저(12)와 출력 그레이팅 커플러(14) 사이의 y축 방향 거리, r2는 입력 그레이팅 커플러(15)와 포커스에러 및 리드아웃 신호 검출용 포토다이오드(16) (17) (18)사이의 y축 방향거리, f는 광픽업장치와 광디스크 사이의 z축 방향 거리, c ; 광픽업장치의 중심과 반도체 레이저(12), 또는 3분할 포토다이오드 사이의 x축 방향 거리, l은 입력 그레이팅 커플러(15)와 트래킹 에러 검출용 포토다이오드(19)(20)사이의 x축 방향 거리, w는 입력 그레이팅 커플러(15)와 트래킹 에러 검출용 포토다이오드((19)(20) 사이의 y축 방향 거리를 각각 보인 것인다.
상기 출력 그레이팅 커플러(14) 및 입력 그레이팅 커플러(15)는 이-빔 리소그래피(E-beam lithography)등의 마이크로 패터닝(micro pattering)기술로 제작한다.
상기 포토다이오드(16) (17) (18)(19) (20)는 리드아웃 신호(readout signal) 및 포커스 에러 신호를 위한 3분할 포토다이오드 (16) (17) (18)와, 트래킹 에러 신호 검출을 위한 2분할 포토다이오드(19) (20)로 구분된다.
이와같이 구성되는 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
즉, 반도체 레이저(12)에서 퍼져 나오는 레이저 빔(B1)은 광도파로(13)로 따라 진행하다가 출력 그레이팅 커플러(14)에 의하여 외부의 광디스크(D)의 한 점(P)에 집광되는 빔(B2)으로 된다.
이와같이 광디스크(D)에 의하여 반사 및 회절된 빛(B3)은 입력 그레이팅 커플러(15)에 의하여 다시 광도파로(13)의 내부로 커플링된다.
이때, 상기 입력 그레이팅 커플러(15)는 제3도에 도시한 바와 같이, 포커스 에러 신호 검출부(15a)의 양측에 트래킹 에러 신호 검출부(15b) (15c)가 형성된 구조로 되어 있으므로 포커스 에러 신호 검출부(15a)로 입사된 빛(B4)은 D1점으로 집광되어 D1에 위치한 3분할 포토다이오드(16) (17) (18)에 의하여 검출이 되는 것이며, 일측 트래킹 에러 신호검출부(15b)로 입사한 빛(B5)은 D2에 위치한 포토다이오드(19)로, 타측 트래킹 에러 신호 검출부(15c)로 입사한 빛(B6)은 D3에 위치한 포토다이오드(20)로 각각 집광이 되는 것이다.
이때, 광디스크(D)가 정위치에 있을 경우에는 포커스 에러 신호 검출부(15a)를 통과한 빛이 정확하게 3분할 포토다이오드(16) (17) (18)의 중앙포토다이오드(17)로 집광되지만, 제5도 및 제6a도 및 제6b도에 도시한 바와 같이, 광디스크(D)가 멀거나 (M)가까워질 경우(N)에는 중심에 대하여 비대칭적으로 집광 빔이퍼지게 된다.
이와같은 현상을 이용하여 포커스 에러 신호 EFES를 얻을 수 있다.
즉, EFES= Sb-Sc가 된다.
상기 Sb, Sc는 각각 포토다이오드(16) (18) 부분의 신호를 보인 것이다.
한편, 트래킹 에러 신호를 얻기 위하여는 입력 그레이팅 커플러(15)의 트래킹 에러 신호 검출부(15b) (15c)에 의하여 포토다이오드(19) (20)에 집광된 빔의 인텐시티(intensity)차이를 이용한다.
즉, 트래킹 에러 신호 ETES는 ETES=S'b-S'c가 되며, 상기 S'bS'b는 포토다이오드(19) (20)의 신호를 보인 것이다.
또한, 광디스크(D)의 리드아웃 신호 R은 R=Sa+Sb+Sc가 된다.
상기 Sa는 포토다이오드(17)의 신호를 보인 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광디스크 픽업장치는, 각 부품을 기판에 구성하여 집적화시킴으로써 장치의 소형 및 경량화에 기여하고, 억세스 타임을 신속하며, 또한 포커싱 에러와 트래킹 에러를 나누어 검출하여 에러 검출의 정확도를 보다 향상시키는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 광원인 반도체 레이저(12)와, 반도체 레이저(12)의 광을 전달하기 위한 광도파로(13)와, 상기 광도파로(13)를 따라 전달되는 빛을 외부의 광디스크(D)의 한 점(P)에 집광시키는 출력 그레이팅 커플러(14)와, 상기 광디스크(D)에서 반사 및 회절된 빛을 다시 광도파로(13)에 커플링 함과 동시에 에러 신호를 검출하기 위하여 빛을 나누는 기능을 수행하도록 포커스 에러 신호 검출부(15a)의 양측에 트래킹 에러 신호 검출부(15b) (15c)의 3부분으로 형성된 입력 그레이팅 커플러(15)와, 상기 입력 그레이팅 커플러(15)의 포커스 에러 신호 검출부(15a)에 의하여 커플링된 빛을 검출하여 포커싱 에러를 검출하는 3분할 포토다이오드(16)(17)(18) 및 상기 입력 그레이팅 커플러(15)의 트래킹 에러 신호 검출부(15b)(15c)에 의하여 커플링된 빛을 검출하여 트래킹 에러를 검출하는 2분할 포토다이오드(19)(20)로 구성하되 이들 각 요소들을 판상의 기판(11)에 집적화시켜 구성함을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광도파로(13)는 Si기판(21)의 상면에 기판(11)의 굴절율보다 더 높은 굴절율을 가지는 글래스(22)가 성정형성된 평판상인 것을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력 그레이팅 커플러(14)는 다음의 식을 만족하는 그레이팅 패턴을 가진 것을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치.
    (단, λ ; 사용하는 빛의 파장, m ; 정수, N ; 광도파로(13)의 굴절율, r1; 반도체 레이저(12)와 출력 그레이팅 커플러(14) 사이의 y축 방향 거리, f ; 광픽업장치와 광디스크 사이의 z축 방향 거리, c ; 광픽업 장치의 중심과 반도체 레이저(12), 또는 3분할 포토다이오드 사이의 x축 방향 거리)
  4. 제1항에 있어서, 상기 포커스 에러 신호 검출부(15a)는 다음의 식을 만족하는 그레이팅 패턴을 가진것을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치.
    (단, λ ; 사용하는 빛의 파장, m ; 정수, N ; 광도파로(13)의 굴절율, r2; 입력 그레이팅 커플러(15)와 퍼커스 에러 및 리드아웃 신호검출용 포토다이오드(16) (17) (18)사이의 y축 방향 거리, f ; 광픽업장치와 광디스크 사이의 z축 방향 거리, c ; 광픽업장치의 중심과 반도체 레이저(12), 또는 3분할 포토다이오드 사이의 x축 방향 거리)
  5. 제1항에 있어서, 상기 트래킹 에러 신호 검출부(15b)(15c)는 다음의 식을 각각 만족하는 그레이팅 패턴을 가진 것을 특징으로 하는 광디스크 픽업장치.
    (단, λ ; 사용하는 빛의 파장, m ; 정수, N ; 광도파로(13)의 굴절율, f1; 광픽업장치와 광디스크 사이의 z축 방향 거리, c ; 광픽업 장치와 반도체 레이저(12), 또는 3분할 포토다이오드 사이의 x축 방향 거리, l ; 입력 그레이팅 커플러(15)와 트래킹 에러 검출용 포토다이오드 (19)(20)사이의 x축 방향 거리, w ; 입력 그레이팅 커플러(15)와 트래킹 에러 검출용 포토다이오드(19)(20)사이의 y축 방향 거리)
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