KR0138337B1 - 포커스 제어방법 및 장치 - Google Patents

포커스 제어방법 및 장치

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KR0138337B1 KR1019940018474A KR19940018474A KR0138337B1 KR 0138337 B1 KR0138337 B1 KR 0138337B1 KR 1019940018474 A KR1019940018474 A KR 1019940018474A KR 19940018474 A KR19940018474 A KR 19940018474A KR 0138337 B1 KR0138337 B1 KR 0138337B1
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Abstract

포커스 제어방법 및 장치가 개시되어 있다.
이 개시된 포커스 제어장치는 제어부(150)와 기억부(160)를 구비함으로써, 광검출기(80)에 의하여 검출되는 제어 신호가 온도변화와 광원(10)에서 입사되는 광량의 변화에 따라 급격히 변화하여도 종래의 제어 신호를 상기 기억부(160)에 저장하고, 제어부(150)의 제어를 통하여 연산되어 저장된 신호와 새로 입력되는 신호를 합산회로(120)를 통하여 합산하여 포커스 제어를 수행한다. 또한, 상기 합산회로(120)와 상기 제어부(150) 사이에 저역통과 필터(180)를 구비하여 포커스 에러 신호의 오프셋(off set) 신호를 인지하여 조절한다. 그리고, 상기 합산회로(120)의 출력단에서 상기 제어부(150)에 앨리어싱 제거회로(190)를 포함한 피드백 회로를 더 구비하므로 상기 제어부(150)를 통하여 연산되고 메모리 소자에 저장되는 신호를 보정함으로써 새로운 포커스 제어 신호를 전달한다.
따라서, 대물렌즈(50)의 구동부(60,130)에 전달되는 포커스 제어 신호는 안정성이 유지되고, 피드백을 통하여 제어용 보상기(110)의 설계를 단순화 할 수 있다.

Description

포커스 제어방법 및 장치
제1도는 종래 광헤드의 포커스 제어장치를 나타낸 블록도.
제2도는 제1도의 a점에서 검출되는 전압신호에 대한 거리 오차를 나타낸 파형도.
제3도는 본 발명의 포커스 제어장치를 나타낸 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10...레이저 다이오드40...빔스프리터
50...대물렌즈60...액츄에이터
70...디스크80...광 검출기
본 발명은 포커스 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 제어부 및 기억부를 구동루프에 마련하여 환경과 시스템 특성 변화에 대응할 수 있도록 한 포커스 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에는 제1도에 도시한 바와 같이, 레이저 다이오도(10)와, 이 레이저 다이오드(10)로부터 출사된 광(20)을 분할하는 빔스프리터(40)와, 이 빔스프리터(40)에 의하여 반사된 빔을 집속시키는 대물렌즈(50)와, 상기 대물렌즈를 구동하는 액츄에이터(60)와, 정보 기록 매체인 디스크(70)가 순차적으로 배치되어 있다. 상기 디스크(70) 표면에서 반사된 광은 상기 빔스프리터(40)를 통하여 투과하거나 반사되는데, 투과된 광은 광검출기(80)에 검출된다. 이때, 상기 광검출기(80)는 분할판을 포함하고 있으며, 특히 4분할된 경우 이 광검출기(80)에 검출된 전류 신호에 있어, 두 대각선상의 분할판에 검출된 신호는 합산되어 차동기(90)의 양 입력단자 각각에 입력된다. 상기 차동기(90)는 두 합신호의 차를 검출하고, 이 검출된 전류 신호를 전압 신호로 변환한다.
제2도는 이 변환된 포커스 전압신호의 거리에 따른 오차를 나타낸 파형도로서 X좌표와 Y좌표는 각각 거리오차와 전압을 나타낸 좌표이다. 이 포커스 에러 신호는 증폭기(100)를 통하여 증폭되고, 이 증폭된 포커스 에러 신호를 이용하여 거리 편차를 최소화 하는 방향으로 상기 대물렌즈(50)를 구동시키게 된다. 상기 대물렌즈(50)는 액츄에이터(60)에 의하여 구동되고, 상기 액츄에이터(60)를 제어하기 위한 제어 입력을 얻기 위하여 상기 증폭기(100)에 연하여 제어용 보상기(110)가 설치되어 있다. 이 제어용 보상기(110)와 상기 액츄에이터(60) 사이에는 전력 구동회로(130)가 구비되어 상기 제어용 보상기(110)에서 얻어진 신호로부터 상기 액츄에이터(60)를 구동한다.
이상에서 설명한 바와 같이 이루어진 종래의 포커스 제어장치는 상기 엑츄에이터(60)와 광검출기(40)와 차동기(90)와 증폭기(100)와 제어용 보상기(110) 및 구동회로(130)를 통하여 다시 액츄에이터(60)로 이어지는 폐루프가 안정되어야 하며, 상기 디스크(70)의 흔들림에 의한 거리 오차가 허용오차 범위내에 들도록 설계하여야 하는데, 디스크의 가동 거리(±0.5㎜)에 비하여 허용오차 범위(±0.5μm)가 작아서 보상기(110)를 여러 단 중복해서 결합해야 하는 등 보상기의 설계가 극히 어려웠다. 또한, 거리 오차 신호를 얻기 위하여 사용되는 광검출기(80) 및 액츄에이터(60)등의 감도는 대상에 따라 그 변화가 심하여 조립시 상기 증폭기(100)의 이득 및 오프셋(off set)을 가변 저항 조정을 통하여 보상해 주어야 하며, 동작중 온도 변화나 주위 환경변화에 의해 감도가 변화하면 광헤드 전체 시스템이 불안해 질 수 있는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 변화하는 상황에 대하여 능동적으로 대처하도록 메모리 기능을 부가하여 보상기의 설계를 간단히 하고, 감도의 변화에 적응하여 광헤드 시스템이 안정적으로 작동하도록 하는 포커스 제어방법을 제어하는데 그 첫째 목적이 있다.
또한, 본 발명은 포커스 제어를 안정적으로 수행하는 포커스 제어장치를 제공하는 데 그 둘째 목적이 있다.
상기 첫째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
광디스크에 광을 집속하는 대물렌즈의 포커스 제어방법에 있어서,
상기 광디스크의 반사광으로부터 그 대물렌즈의 포커스 에러의 정도를 나타내는 포커스 에러 신호를 검출하는 단계와, 상기 검출된 포커스 에러 신호를 기억부에 저장하는 단계와, 상기 저장된 신호와 현재 검출된 포커스 에러 신호를 합산하는 단계와, 이 합산된 신호로 대물렌즈용 액츄에이터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 둘째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
광디스크에 광을 집속하는 대물렌즈의 포커스 제어장치에 있어서,
상기 광디스크의 반사광으로부터 그 대물렌즈의 포커스 에러의 정도를 나타내는 포커스 에러 신호를 검출하는 광 검출수단과, 상기 검출된 포커스 에러 신호를 저장 및 연산하는 제어수단과, 이 제어수단에 저장된 신호와 현재의 검출된 포커스 에러 신호를 합산하는 합산수단과, 이 합산수단에 의해 합산된 신호로부터 대물렌즈용 액츄에이터를 구동하는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 포커스 제어방법 및 장치의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명에 따른 광헤드 포커스 제어장치를 나타낸 개략도로서, 그 기능과 구조를 살펴보면 다음과 같다.
레이저 다이오드(10)와, 이 레이저 다이오드(10)로부터 출사된 광을 직선광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅렌즈(30)와, 광(20)을 분할하는 빔스프리터(40)와 이 빔스프리터(40)에 의하여 반사된 광(20)을 집속시키는 대물렌즈(50)와 상기 대물렌즈(50)를 구동하는 액츄에이터(60)와, 정보 기록 매체인 디스크(70)가 순차적으로 배치되어 광헤드의 광학계를 이루고 있다. 상기 디스크(70) 표면에서 반사된 광은 상기 빔스프리터(40)를 통하여 투과하거나 반사되는데, 투과한 광은 분할 광검출기(80)에 검출된다. 이때, 상기 분할 광거출기(80)에 검출된 전류 신호에 있어, 특히 4분할 광검출기인 경우 두 대각선상의 분할판에 검출된 신호는 합산되어 차동기(90)의 양 입력단자에 입력된다. 상기 차동기(90)는 두 합신호의 차를 검출하고, 이 검출된 전류 신호를 전압 신호로 변환한다. 이와 같은 광검출기(80)와 차동기(90)로 이루어진 광검출부에서 출력된 포커스 에러 신호는 증폭기(100)를 통하여 증폭된다. 이 증폭된 포커스 에러 신호를 이용하여 거리 편차를 최소화하는 방향으로 상기 대물렌즈(50)를 이동시키는 제어 입력을 얻기 위하여 상기 증폭기(100)의 출력단에 제어용 보상기(110)가 설치되어 있어, 상기 광검출부와 상기 증폭기(100)를 포함하여 검출수단을 이룬다. 이 검출수단과 상기 대물렌즈(50)를 구동하는 액츄에이터(60) 사이에는 전력 구동회로(130)가 구비되어, 상기 제어용 보상시(110)에서 얻어진 전력을 증폭시키도록 되어 있다. 상기와 같이 구성된 기본 회로에 대하여 상기 차동기(90) 출력단과 상기 구동회로(130) 입력단 사이의 다른 경로에 상기 차동기(90)를 통하여 입력되는 아날로그형의 포커스 에러 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 아날로그/디지털 변환기(140)와, 이 변환된 신호를 통하여 연산 및 제어하는 제어부(150)와, 이 제어부(150)에서 연산된 신호를 순차로 저장하고 그 저장된 신호를 상기 제어부(150)에 전달하도록 독립적으로 상기 제어부(150)에 연결된 기억부(160)와, 상기 제어부(150)에 연결되어 상기 제어부(150)를 통하여 연산되고 보정된 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 주는 디지털/아날로그 변환기(170)와, 이 디지털/아날로그 변환기(170)를 통하여 전달되는 신호와 상기 보상기의 신호를 합성하도록 상기 검출수단의 출력단에 설치된 합산회로(120)가 순차로 구비되어 있다.
상기와 같은 구성을 통하여 상기 액츄에이터를 제어하는 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기 디스크(70)의 기록면에 형성되는 스폿의 거리 오차에 의한 신호를 포함하는 광이 상기 광검출부를 통하여 포커스 에러 신호를 포함하는 전압신호로 전환된다. 이 전환된 전압신호가 상기 전압증폭기(100)와 제어용 보상기(110)를 통하여 제어 신호가 생성되고이 제어 신호가 상기 액츄에이터와 상기 구동회로를 포함하는 구동수단으로 인가되어 상기 대물렌즈(50)를 적정위치로 이동시킨다. 이와 같이 신호가 흐름과 동시에 상기 광검출부에서 아날로그/디지털 변환기(140)를 통하여 상기 제어부(150)로 입력된 신호는 상기 기억부(160)에 입력순서에 따라 순차적으로 저장된다. 이때 상기 제어부(150)를 통하여 상기 합산회로(120)를 포함한 합산수단에 인가되는 신호는 상기 디스크의 최초 1회전주기 동안은 제로 신호이고 상기 기억부(160)에 상기 제어부(150)를 통하여 연산된 포커스 에러 신호와 제어 정보를 저장만 한다. 1회전후 상기 디스크(70)가 동일 위치로 돌아왔을 때 상기 광검출수단을 통하여 검출된 신호는 상기 제어부(150)와 기억부를 (160)를 포함한 제어수단에 의하여 연산 및 저장된다. 그리고, 이 신호는 제어수단을 통하여 상기 기억부(160)에 저장되었던 오차 및 제어 신호와 새로운 제어 신호를 연산하여 디지털/아날로그 변환기(170)를 통하여 상기 합산수단에 인가된다. 이와 같은 동작은 상기 디스크(70)의 회전주기에 따라 반복적으로 수행되어 온도변화와 광원의 광량 변화뿐만 아니라 포커스 에러 신호에 의하여 상기 광검출수단의 이득이 변화하여도 상기 제어부(150)에서 출력된 제어정보에 따라 상기 대물렌즈(50)의 목표 위치를 정확하게 조정할 수 있다.
그리고, 상기 제어수단과 상기 합산수단 사이에는 상기 제어수단에서 전달되는 고주파 성분의 노이즈(noise)를 제거하기 위한 수단으로 저역통과 필터(180)를 설치하였다.
또한, 상기 합산회로(120)의 출력단자와 상기 제어부(150) 사이에 새로운 피드백(feed back) 루프(loop)를 만들어 상기 제어부(150)에 의하여 연산된 신호와 상기 제어용 보상기(110)를 통한 신호의 합산 신호를 상기 제어부(150)로 피드백함으로써 상기 제어부(150)에 의하여 연산되고 그 정보가 상기 기억부(160)에 순차적으로 기억되어 보다 정확한 포커스 제어 신호를 얻을 수 있다. 이 피드백 회로를 구체적으로 설명하면, 상기 합성신호 회로에 출력단자의 다른 경로에 앨리어싱 제거 필터(antialiasing filter:190)를 설치하고, 이 앨리어싱 제거 필터(190)의 출력단에 아날로그/디지털 변환기(200)를 결합하여 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 상기 제어부(150)에 입력한다. 이때 상기 앨리어싱 제거 필터(190)는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시 고주파 성분을 제거함으로써 노이즈의 억제등을 통하여 제어 신호를 특성을 좋게 하였다.
이상과 같이 이루어진 포커스 제어장치의 신호 전달 특성을 수식으로 표현하여 설명하면 다음과 같다.
상기 디스크의 회전 주기를 T라 하면, 한 주기 1T 동안 샘플링을 N번 실시하였다면, 주기의 시작부터 K번째 샘플링된 포커스 에러와 제어 입력을 각각로 표현하고, 상기 디스크(70)가 회전하여 포커스 제어가 시작한 시점부터 상기 디스크(70)가 R번 회전 했을 때의 포커스 에러와 제어입력을 각각로 표현하면, 상기 저역통과 필터(180)와 상기 합산회로(120) 사이에서의 새로운 제어 입력은 직전의 회전에 의하여 저장된 정보를 가지고 생성되므로
로 표현된다.
여기서, α,β는 상기 제어부에서 연산시, p는 상기 저역통과 필터 통과시 생성되는 상수이다.
그리고, 상기 제어용 보상기(110)와 상기 합산회로(120) 사이에서 측정되는 제어입력는 상기 보상기(110)에 의하여 직접 계산되므로,
로 표현된다.
여기서, D, E는 각각 상기 전압증폭기(100)와, 제어용 보상기(110)에서의 입력 신호를 나타낸다.
따라서, 상기 합산회로(120)의 출력측에서의 제어 입력은
로 표현된다.
여기서, α,β를 광학계의 특성에 맞게 적절히 조절해 주면, 상기 저역통과필터(LPF:180)의 컷오프(cut-off) 주파수를 적절히 함으로써, 원하는 특성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제어용 보상기(110)는 종래의 제어용 보상기와는 달리 폴(pole)과 제로(zero)가 각각 하나인 상(phase)리드 형태로 상기 액츄에이터(60), 광검출기(80), 차동기(90), 증폭기(100), 보상기(110), 합산회로(120) 및 구동회로(130)로 이어지는 폐루프의 안정성이 보장될 수 있다. 따라서, 상기 폐루프의 안정성 및 디스크의 흔들림을 추종하여 거리오차를 오차범위 내에 들도록 설계하기 위하여 폴(pole)과 제로(zero)가 각각 3개 이상씩 들어가야 하는 종래의 포커스장치의 설계의 난점을 극복할 수 있다.
또한, 포커스 에러 감지회로의 감도가 주변환경 변화에 의하여 절반 정도로 작아져도 포커스 제어장치가 안정적으로 동작하며, 포커스 에러 신호의 오프셋(off set) 신호를 인지하여 보상 가능 하도록 제어 입력을 계산 하므로, 오프셋(off set)의 변화에도 안정적으로 동작하는 등의 매우 유용한 발명이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 현 관련업계의 기술 수준에 비쳐 볼 때 상세한 설명에서 제시하지 않은 다양한 실시예로의 변형이 청구 범위 내에서 가능하다.

Claims (9)

  1. 광디스크에 광을 집속하는 대물렌즈의 포커스 제어방법에 있어서,
    상기 광디스크의 반사광으로부터 그 대물렌즈의 포커스 에러의 정도를 나타내는 포커스 에러 신호를 검출하는 단계와, 상기 검출된 포커스 에러 신호를 기억부에 저장하는 단계와, 상기 저장된 신호와 현재의 검출된 포커스 에러 신호를 합산하는 단계와, 이 합산된 신호로 대물렌즈용 액츄에이터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스 제어방법.
  2. 상기 기억부에 저장하는 단계와 현재의 검출된 에러 신호를 합산하는 단계 사이에 고주파 성분의 신호를 차단하는 고주파 신호 여과 단계가 마련된 것을 특징으로 하는 포커스 제어방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 합산된 신호를 상기 기억부에 재 저장하는 단계를 더 마련한 것을 특징으로 하는 포커스 제어방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합산하는 단계와 상기 재저장하는 단계 사이에 제어입력의 아날로그/디지털 변환시 고주파 성분을 없애주는 앨리어싱 제거 단계가 마련된 것을 특징으로 하는 포커스 제어방법
  5. 광디스크에 광을 집속하는 대물렌즈의 포커스 제어장치에 있어서,
    상기 광디스크의 반사광으로부터 그 대물렌즈의 포커스 에러의 정도를 나타내는 포커스 에러 신호를 검출하는 광 검출수단과, 상기 검출된 포커스 에러 신호를 저장 및 연산하는 제어수단과, 이 제어수단에 저장된 신호와 현재의 검출된 포커스 에러 신호를 합산하는 합산수단과, 이 합산수단에 의해 합산된 신호로부터 대물렌즈용 액츄에이터를 구동하는 구동수단이 구비된 것을 특징으로 하는 포커스 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어수단의 출력단과 상기합산수단 사이의 경로에 고주파 성분의 노이즈(noise)를 제거하는 저역통과 필터(LPF)가 구비된 것을 특징으로 하는 포커스 제어장치
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 합산수단의 출력단과 상기 제어수단 사이에 피드백(fee back) 루프(loop)를 마련하여 상기 제어수단에 보정된 포커스 에러 신호가 재저장되는 것을 특징으로 하는 포커스 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피드백 루프에 아날로그/디지털 변환시 고주파 대역을 없애주는 앨리어싱 제거수단이 마련된 것을 특징으로 하는 포커스 제어장치.
  9. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출수단에 의하여 새로 인가되는 신호에 대하여 상기 제어수단에 의하여 상기 합산수단에 입력되는 신호는 상기 디스크의 회전주기의 정수배로 인가되는 것을 특징으로 하는 포커스 제어장치.
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