KR970000645B1 - 광픽업 시스템 - Google Patents

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양근영
노성우
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엘지전자 주식회사
이헌조
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Abstract

내용 없음.

Description

광픽업 시스템
제1도는 종래 광픽업 시스템의 구성도.
제2도는 제1도의 광픽업 시스템을 구상하는 8분할 광탐지기의 상세도.
제3도는 제1도를 설명하기 위한 디스크 상에서의 3-빔의 집속 형태도.
제4도는 제1도를 설명하기 위한 개선된 Wollastone프리즘에 의한 S파 P파의 분리도.
제5도는 제3도의 8분할 광탐지기에 집속되는 5-빔의 형태도.
제6도는 제1도의 광픽업 시스템에서 디스크와 대물렌즈 간격이 변화함에 따라 광탐지기상에서 변화되는 빔의 접속도로서, (a)는 초점 에러가 없을 경우의 빔의 집속도. (b)와 (c)는 초점 에러가 발생한 경우의 빔 집속도.
제7도는 본 발명 광픽업 시스템의 구성도.
제8도는 본 발명 광픽업 시스템을 구성하는 홀로그램 모듈의 구성도.
제9도는 본 발명 광픽업 시스템을 설명하기 위한 홀로그램에 의한 비점수차의 설명도.
제10도는 본 발명 광픽업 시스템을 설명하기 위한 홀로그램에 의한 레이저 빔 회절의 설명도.
제11도는 본 발명 광픽업 시스템에서 대물렌즈와 디스크간의 간격변화에 따른 서어보용 광탐지기상에서의 레이저 빔의 집속도로서, (a)는 초점 에러가 발생하지 않을 경우의 빔 집속도. (b)는 디스크와 대물렌즈간의 간격이 가까워질 경우의 빔 집속도. (c)는 디스크와 대물렌즈간의 간격이 멀어질 경우의 빔 집속도.
제12도는 본 발명 광픽업 시스템을 구성하는 Wollastone프리즘에 의한 S파와 P파의 분리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 레이저 2 : 3-빔용 회절격자
3 : 시준렌즈 4 : 편광빔 분할기
5 : 반사거울 6 : 대물렌즈
7 : 개선된 Wollastone프리즘 8 : 결상렌즈
9 : 오목렌즈 10 : 8분할 광탐지기
11 : 6분할 광탐지기 12 : 2분할 홀로그램
13 : 모듈 14 : 집속렌즈
15 : 2분할 광탐지기 16 : 엑추에이터
17 : Wollastone프리즘
본 발명은 광픽업 시스템에 관한 것으로 종래 광픽업 시스템의 복잡한 구조로 인한 부품수의 증가와 무게증가로 인한 독취속도 저하 및 제조원가상승등의 문제를 해결할 수 있는 광픽업 시스템을 제공하기 위한 것이다.
종래의 광픽업 장치는 첨부한 도면 제1도와 같이 광원으로 사용하는 반도체 레이저(1)와, 광디스크의 트랙킹 에러(traking error) 검출용 보조빔(sub beam)을 만들어 주는 회절격자(2)와, 상기 회절격자를 통과한 빔을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈(collimator lens)(3)와, S-편광된 빔을 100% 반사시키고 이와 수직한 방향으로 편광된 P-편광된 빔을 각각 50%씩 반사 및 투과시키는 편광빔 분할기(polarizing beam splitter : 이하 PBS로 약칭, 4)와 상기 PBS를 통과한 빔을 디스크 방향으로 꺽어주는 반사거울(5)과, 상기 반사거울에 의해 디스크 상에서 반사된 평행광을 집속시키는 대물렌즈(6)의 순으로 반도체 레이저로 부터 발산한 빔이 진행하며,디스크에 의해 반사된 빔은 대물렌즈를 거쳐 다시 평행광으로 되어 상기 반사거울(5), PBS(4)를 거친 후, S파, P파 그리고 S파와 P파가 섞인 3개의 빔으로 입사되는 빔을 분리하는 개선된 Wollastone프리즘(7)에 입사되고, 상기 개선된 Wollastone프리즘에 의해 분리된 3개의 빔은 결상렌즈(8)를 통과한 후 초점 에러(focus error) 검출용 원환(圓環)형 표면(toric surface)을 가지는 오목렌즈(9)에 의해 8분할로 구성된 광탐지기(photodetectors : 10)에 결상되도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 광픽업 장치의 동작을 첨부한 도면 제1도 내지 제6도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
반도체 레이저에서 발산하는 레이저 빔은 회절격자(2)에 의해 주빔(main beam)과 두개의 보조빔(sub beam)으로 회절되고 이 3개의 빔은 시준렌즈(collimator lens:3)에 의해 평행광으로 되어 PBS(4)에 입사된다.
상기 PBS를 투과한 3빔은 반사거울(5)에 의해 디스크쪽으로 반사되어 대물렌즈(6)에 의해 제3도와 같이 디스크 상에 집속되어 주빔(main beam)은 정보 독취 및 초점 에러검출에 사용되고 두개의 보조빔은 트랙킹 에러(tracking error)를 검지하는데 사용된다.
이 3개의 빔은 디스크에 기록된 정보(pit정보나 자화방향에 의한 kerr rotation) 및 트랙킹 에러 검지에 필요한 정보를 가지고 디스크 상에서 반사되어 상기 에 언급한 바와 같이 대물렌즈(6), 반사거울(5), 그리고 PBS(4)를 거쳐 개선된 Wollastone프리즘에 입사된다.
이 입사빔은 상기 개선된 Wollastone프리즘을 통과하면서 주빔은 편광에 따라 다시 S파, P파, S+P파의 3개의 빔으로 나뉘어지게 되어 제4도에 표시한 것처럼 총 5개의 빔이 결상렌즈(8)에 입사되어, 상기 결상렌즈로부터 나오는 빔들의 벌어진 각도를 증가시키는 동시에 초점에러 검지를 위해 주빔에 비점수차(astigmatism)를 발생시키는 원환형 표면을 가지는 오목렌즈(9)에 의해 각 5개의 빔이 제5도와 같이 8분할 광탐지기(photodectors : 10)에 집속된다.
보조빔에 의한 트랙킹 에러검지는 3빔 검지방법에 의해 8분할 광탐지기에서 e와 f의 신호차 즉, 하기의(1)식과 같이 트랙킹 에러신호(TES)로 검지하며, 초점에러 검지는 제6도에서와 같이 광디스크와 대물렌즈간의 간격이 변화함에 따라 비점수차에 의한 8분할 광탐지기 a, b, c, d에서의 빔의 변화에 의한 신호차 즉, 하기식(2)의 초점에러신호(FES)로 검지한다.
TES(Tracking Error Signal)=Se-Sf
(Se,Sf는 각각 8분할 광탐지기의 검지신호)
FES(Focus Error Signal)=(Sa+Sc)-(Sb+Sd)
그러므로 트랙킹 초점에러가 발생하지 않으면 TES=0, FES=0이 된다. 디스크상에 기록된 정보 독취는 광자기 신호 (자화방향에 의한 kerr rotation)인 경우에는 S파와 P파의 신호차인 8분할 광탐지기 i.j의 신호차 즉, 하기의 (3)식에 의해 검지된다.
광정보 신호(광자기 신호)=Si-Sj
또한 컴팩트 디스크에 기록된 요철 형상의 pit신호인 경우에는 제(4)식과 같이 8분할 광탐지기 i와 j의 광량변화에 의해 검지된다.
광정보 신호(pit 신호)=Si+Sj
그러나, 이러한 종래 광픽업 시스템은 3-빔 법에 의해 도킹에러를 검지하기 위해 회절격자를 사용하고, 포커스 에러를 검지하기 위하여 비점수차법을 사용하며, 광자기 디스크상에 기록된 정보를 읽기 위해 제작이 어렵고 가격이 비싼 원환형 표면을 가지는 오목렌즈 및 제작이 어려운 개선된 Wollaston프리즘을 사용하였다.
종래의 이러한 광학계 구조는 광학부품 수를 증가시켜 광픽업시스템 자체의 무게증가에 의한 독취 속도의 저하 뿐만 아니라 제조 원가를 상승시키는 단점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적은 반도체 레이저로부터 발생한 광을 평행광으로 변환하는 시준렌즈와, 상기 반도체 레이저로부터 발생된 빔 및 광디스크 상에서 반사된 빔의 평행광 중 S편광빔은 전반사, P편광된 빔의 일부는 반사하고 일부는 통과시키는 편광빔 분할기(PBS)와, 상기 PBS와 디스크 사이에 위치하여 상기 PBS를 통과한 빔은 디스크 상으로, 디스크에서 반사된 빔은 다시 PBS로 경로를 변환하는 반사거울과, 상기 반사거울과 디스크 사이에 위치하여 반사거울로부터 반사된 빔을 디스크로 접속시키고 동시에 디스크에서 반사된 빔은 평행광으로 변환하는 대물렌즈와, 상기 반도체 레이저와 시준렌즈 사이에 위치하여 디스크상에서 반사되어 상기 PBS를 통과한 P편광된 빔을 회절 및 집속시키고 비점수차를 일으키는 홀로그램과, 상기 홀로그램에 의해 집속되는 빔을 검지하여 에러신호를 검출해 내는 6분할 광탐지기와, 디스크에서 반사된 빔이 PBS를 거쳐 분활된 S편광빔과 P편광빔 일부를 검지하여 기록된 정보신호를 검출하는 2분할 광탐지기와, 상기 PBS와 2분할 광탐지기 사이에 위치하여 P파와 S파를 분리하는 Wollaston프리즘과, 상기 분리된 P파와 S파를 2분할 광탐지기에 각각 접속시키는 집속렌즈로 구성하여, 특히, 광디스크면을 x,y평면, 상기 광디스크 상부 수직방향을 Z축이라 정의할 때, 상기 반도체 레이저로부터 발상하는 빔이 PBS에 입사된 때 편광이 P-편광이 되도록 반도체 레이저의 활성층이 xy-평면에 평행하도록 하고, 상기 홀로그램은 반원형인 두개의 홀로그램, H1, H2로 구성하며, 상기 6분할 광탐지기는 두 개의 홀로그램에 의하여 접속된 두 반원형 빔이 서로 일정 간격을 유지하도록 홀로그램의 위치를 결정하고, 상기 6분할 광탐지기상의 두 반원형 빔간의 거리는 6분할용 선폭과 같게 구성하므로서 달성될 수 있다.
본 발명은 제7도와 같이 광원으로 반도체 레이저(1), 홀로그램(12), 반도체 레이저로부터 발하하는 빔을 평행광으로 만드는 시준렌즈(3)와, S-편광된 빔은 100% 반사하고 P-편광된 빔은 50% 통과, 50%는 반사하는 편광빔 분할기(polarizing beam splitter : PBS, 4)와, 상기 PBS를 통과한 빔을 디스크 방향으로 꺽어주는 반사거울(5)과, 그리고 디스크상에 반사거울에 의해 반사된 레이저 빔이 진행하며, 디스크에 의해 반사된 빔은 대물렌즈(6)를 거쳐 다시 평행광으로 되어 반사거울(5)을 거친 후 PBS(4)에 입사되고, 상기 PBS에 입사된 빔에서 S-편광된 빔 100%와 P-편광된 빔의 50%는 Wollaston프리즘(17)을 향해 반사되어 상기 Wollaston프리즘을 통과한 후 집속렌즈(14)에 의해 2분할된 광탐지기(12)상에 집속되고 P-편광된 빔 50%는 PBS(4)를 그대로 통과한후 시준렌즈(3)에 의해 집속되고 집속되는 빔이 홀로그램(12)을 통과하면서 6분할 광탐지기(11)상에서 회절, 접속되도록 광학계를 구성하였다.
또한 반도체 레이저로부터 발산하는 빔이 상기 PBS에 입사될 때 편광이 P-편광이 되도록 반도체 레이저의 활성층이 xy-평면에 평행하도록 구성한다.
상기 홀로그램(2)은 제8도, 제9도 그리고 제10도와 같이 두개의 반원형 홀로그램 (H1,H2)으로 구성하고, 두 홀로그램의 참조광의 위치는 레이저 다이오드의 발광점으로 하며, 홀로그램 H1, H2의 물체광의 위치는 제9도와 같이 Y.Z방향의 집속점이 각각 F1, F2가 되도록 하여 두 집속점 F1과 F2 사이에 원형으로 빔이 형성되는 위치 Q1에 홀로그램 H1에 의한 빔이 집속되고 Q2 위치에 홀로그램 H2에 의한 빔이 집속되도록 한다. 또한 홀로그램 H1, H2에 의해 집속되는 빔은 제8, 제9, 10도에서와 같이 6-분할 광탐지기(11)상에서 거리 d만큼 떨어지게 하며 이 거리(d)는 6-분할 광탐지기의 PD1, PD2, PD6와 PD3, PD4, PD5를 경계짓는 분할선의 선폭과 같게 한다.
상기 언급된 6분할 광탐지기는 제11도와 같이 정방형의 크기를 대각선 방향으로 4등분 Z방향으로 2등분하여 6분할로 만들어 Wollaston프리즘(17)은 제12도와 같이 S파와 P파가 혼합된 빔이 입사될 때 두파가 일정 각도를 유지하면서 분리되도록 구성한다.
반도체 레이저(1)로부터 발산하는 레이저 빔은 홀로그램(12) 통과시 0차, +1-1차 회절빔이 발생하는데 단지 0차 회절빔 만이 홀로그램을 통과하게 되고, 이 0차 회절빔은 시준렌즈(3)에 의해 평행광으로 되어 PBS에 의해 50%만이 투과된 후 반사거울(5)에 의해 진행방향이 바뀌어 대물렌즈(6)에 의해 디스크 상에 집속된다. 디스크 상에 집속된 빔은 디스크 상에서 반사되어 대물렌즈(6)에 의해 다시 평행광으로 되고 이 평행광은 반사거울(5)을 거친 후 PBS(4)에 입사되는데 만약 디스크에 정보가 기록되어 있다면 PBS에 입사되는 평행광에 S-파 성분이 포함되어 있고 디스크에 정보가 기록되지 않은 상태이면 S-파 성분이 존재하지 않게 된다.
그러므로 만약 디스크에 정보가 기록된 상태이면 PBS에 입사되는 평행광에는 S-파 성분이 포함되어 있으므로 S-파는 PBS에서 100% 반사되고, P-파는 50%는 통과하고, 50%는 반사되어 반사된 100%의 S파 50%의 P파는 Wollaston프리즘(17)쪽으로 혼합되어 입사되며, 시준렌즈(3)쪽으로는 50% 통과한 P-파 만이 입사하게 된다.
상기 Wollaston(17)으로 입사된 S,P파의 혼합파는 Wollaston prism에 의해 제12도와 같이 일정할 각도를 가지고 분리되고 접속렌즈(14)에 의해 2분할 광탐지기(12)상에 접속되어 디스크 상에 기록된 정보를 읽게되는데 디스크 상에 기록된 정보가 광자기 신호인 경우(자화방향에 의한 kerr rotation)에는 2분할 광탐지기(12)의 PD7와 PD8의 신호차 즉, 하기의 (5)식에
광정보 신호(광자기 신호)=S7-S8(Si : PDi의 전기적 신호)
의해 검지되며, 컴팩트 디스크에 기록된 요철 형상의 광정보신호 신호인 경우에는
광정보 신호(pit신호)=S7+S8
제6식과 같이 광량 변화에 의해 검지된다. 한편, PBS를 통과한 50%의 P-파는 초점에러와 트랙킹 에러를 검지하는데 사용한다. 이를 보다 상세히 설명하면 PBS를 통과한 후 P-파는 시준렌즈(3)에 의해 반도체 레이저 발광면 상에 집속되고, 이 집속되는 빔이 홀로그램의 참조광 역할을 하여 제9도에서와 같이 홀로그램 H1, H2의 물체광의 위치인 Y, Z방향의 집속점 F1, F2에 집속하는 빔이 재생된다. 이 두 접속점 F1, F2사이에서 원형으로 빔이 형성되는 Q1, Q2위치에 6분할 광탐지기(11)를 설치하면 재생되는 빔을 제8, 9, 10도에 표시한 것처럼 6분할 광탐지기가 검지하므로써 초점에러와 트랙킹 에러 검지에 필요한 신호가 발생한다. 즉 홀로그램에 상기와 같이 시준렌즈(3)에 의해 빔이 집속되면, 그 집속되는 빔은 홀로그램 H1에 의해 6분할 광탐지기(11)의 -Y방향에 있는 Q1에 회절, 집속되고, H2에 의해 6분할 광탐지기의 +Y방향에 있는 Q2점에 각각 회절 집속되어 초점에러가 없는 경우에는 제11도 (a)와 같이 6분할 광탐지시상에 빔이 원형으로 형성되어 PD1, PD4, (PD2+PD3), (PD5+PD6)에 입사되는 광량이 같게 되고 디스크와 대물렌즈가 가까워지게 되면 제11도의 (b)와 같이 빔이 Z방향으로 집속되면서 Y-방향으로 길죽하게 빔의 모양이 바뀌어 PD1과 PD4에 입사되는 광량이 (PD2+PD3)와 (PD5+PD6)에 입사되는 광량보다 커지게 되고 반대로 (c)와 같이 디스크와 대물렌즈의 간격이 멀어지면 빔은 Y-방향으로 집속되어 Z-방향으로 길죽하게 빔의 모양이 바뀌어 (PD2+PD3)와 (PD5+PD6)에 입사되는 광량이 PD1과 PD4에 입사하는 광량보다 크게 된다.
그러므로, 초점에러 신호(FES)를 하기식(7)과 같이 구성하게 되면
Focus Error Signal(FES)=(S1+S4)-(S2+S3+S5+S5)
초점에러가 발생하지 않을 경우에는 FES=0가 되고 광디스크와 대물렌즈가 가까워져 발생하는 초점에러는 FES0이 되며, 광디스크와 대물렌즈가 멀어져 발생하는 초점에러는 FES0이 되므로 FES신호에 따라 엑추에이터(actuator)(12)로 대물렌즈를 상하로 움직여 주므로써 초점에러를 보정할 수 있다.
본 발명에 의한 트랙킹 에러 보정은 2분할 홀로그램의 경계선이 디스크 트랙의 접선 방향과 같으므로 디스크 안쪽으로 위치해 있는 홀로그램 H1이 디스크 바깥쪽에 위치한 홀로그램 H2보다 더 많은 광량을 받아 결국 PD1, PD2 그리고 PD6가 받는 빔의 세기가 PD3, PD4 그리고 PD5가 바든 빔의 세기보다 커지게 되므로, 하기의 (8)식과 같이 트랙킹 에러 신호체계(TES)를
Tracking Error Signal(TES)=(S1+S2+S6)-(S3+S4+S5)
를 구성하면 집속빔이 트랙 안쪽으로 치우쳐 있을 경우에는 TES0이 되고, 빔이 바깥쪽으로 치우쳐져 있으면 반대현상이 일어나 TES0이 되므로 TES신호에 따라 엑추에이터(actuator)(12)로 대물렌즈를 좌우로 움직이어 트랙킹에러를 보정한다. 이와 같이 하여 본 발명에 의한 광픽업 시스템이 트랙킹에러, 초점에러를 보정하고 디스크에 기록된 정보를 읽을 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 2분할 홀로그램을 사용하여 비점수차법 및 푸시-플(push-pull) 방법을 혼용한 1-beam방식으로 신호를 검지하는 광픽업 시스템은 종래에서 사용하는 2-빔용 회절 격자를 사용하지 않고도 초점 및 트랙킹 에러 신호 검출을 정확하게 할 수 있고, 디스크 상에 기록된 광자기 신호나 광정보(pit) 신호를 검출할 수 있게 하므로 구성을 간략화 할 수 있고 제조원가를 절감할 수 있게 해 주는 효과가 있다

Claims (5)

  1. 반도체 레이저로부터 발생한 광을 평행광으로 변환하는 시준렌즈와, 상기 반도체 레이저로부터 발생된 빔 및 광디스크 상에서 반사된 빔의 평행광 중 S편광빔은 전반사, P편광된 빔의 일부는 반사하고 일부는 통과시키는 편광빔 분할기(PBS)와, 상기 PBS와 디스크 사이에 위치하여 상기 PBS를 통과한 빔은 디스크 상으로, 디스크에서 반사된 빔은 다시 PBS로 경로를 변환하는 반사거울과, 상기 반사거울과 디스크 사이에 위치하여 반사거울로부터 반사된 빔을 디스크로 집속시키고 동시에 디스크에서 반사된 빔은 평행광으로 변환하는 대물렌즈와, 상기 반도체 레이저와 시준렌즈 사이에 위치하여 디스크 상에서 반사되어 상기 PBS를 통과한 P편광된 빔을 회절 및 집속시키고 비점수차를 일으키는 홀로그램과, 상기 홀로그램에 의해 집속되는 빔을 검지하여 에러신호를 검출해 내는 6분할 광탐지기와, 디스크에서 반사된 빔이 PBS를 거쳐 분할된 S편광빔과 P편광빔 일부를 검지하여 기록된 정보신호를 검출하는 2분할 광탐지기와, 상기 PBS와 2분할 광탐지기 사이에 위치하여 P파와 S파를 분리하는 Wollaston프리즘과, 상기 분리된 P파와 S파를 2분할 광탐지기에 각각 집속시키는 집속렌즈로 구성한 것을 특징으로 하는 광픽업 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 광디스크면을 x, y평면, 상기 광디스크 상부 수직방향을 Z축이라 정의할 때, 상기 반도체 레이저의 활성층은 레이저로부터 발산하는 빔이 PBS에 입사될 때 편광이 P-편광이 되도록 반도체 레이저의 활성층이 xy-평면에 평행하도록 구성함을 특징으로 하는 광픽업 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 홀로그램은 반원형인 두 개의 홀로그램 H1,H2로 구성함을 특징으로 하는 광픽업 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 6분할 광탐지기는 두 개의 홀로그램에 의하여 집속된 두 반원형 빔이 서로 일정 간격을 유지하도록 홀로그램의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광픽업 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 6분할 광탐지기상의 두 반원형 빔간의 거리는 6분할용 선폭과 같게 구성함을 특징으로 하는 광픽업 시스템.
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