KR100268032B1 - Optical pickup apparatus for compensating a spherical aberration - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical pickup device is provided to compensate for a spherical aberration caused by an error in a disk thickness. CONSTITUTION: A beam splitter(14) separates paths of optical beams inputted from a light source(10) and reflected on a recording medium(20). An object lens concentrates the optical beam on the recording medium. A half-mirror separates light flux of the separated optical beam. A first filter(110) selectively passes optical beam of a central portion of the light flux. A first detect unit(130) detects optical amount of the optical beam from the first filter. A second filter(210) selectively passes the optical beam of a surrounding portion of the light flux. A second detect unit(230) detects optical amount of the optical beam from the second filter. A spherical aberration compensating lens(350) of a disk shape includes a lower surface parallel to the surface of the recording medium and a tape upper surface. A rotating unit rotates the spherical aberration compensating lens for identifying optical amounts detected in the detect units.

Description

구면 수차 보상용 광 픽업 장치Optical pickup device for spherical aberration compensation

본 발명은 광 디스크 시스템에 사용하는 광 픽업 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 디스크와 같은 기록 매체의 구면 수차를 보상할 수 있는 광 픽업 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical pickup apparatus for use in an optical disk system, and more particularly, to an optical pickup apparatus capable of compensating spherical aberration of a recording medium such as an optical disk.

일반적으로, 광디스크 시스템은 디스크에 새겨진 기록 비트 신호를 레이저빔에 의해 비접촉 재생하고 이를 디지탈 신호처리하는 시스템이다. 이러한 광디스크 시스템에 있어서, 특히 광픽업 유니트는 디스크의 신호면에 레이저빔을 입사한후, 디스크의 신호면으로부터 반사되어 오는 광을 전기적 신호로 변환하는 기능을 수행한다.In general, an optical disc system is a system for non-contact reproduction of a recording bit signal engraved on a disc by a laser beam and digital signal processing thereof. In such an optical disk system, in particular, the optical pickup unit performs a function of converting light reflected from the signal surface of the disk into an electrical signal after the laser beam is incident on the signal surface of the disk.

광 디스크 시스템에서 사용되는 광 디스크는 휘어짐을 방지하기위하여 내습성 및 내열성이 높은 폴리 카보네이트 수지 또는 아크릴 수지를 사용하고 있다. 그러나, 제조시 또는 사용할 때 자연적인 휨 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 현상은 구면 수차의 발생을 유도함으로써 효율적인 기록 및 재생을 성취할 수 없게된다.The optical disc used in the optical disc system uses a polycarbonate resin or an acrylic resin having high moisture resistance and heat resistance to prevent warpage. However, natural warping may occur during manufacture or use, which leads to the occurrence of spherical aberration, thereby making it impossible to achieve efficient recording and reproduction.

또한, 광 디스크 시스템의 기록 밀도를 증가시키는 고밀도화 추세에 따라, 사용 파장이 단파장화되어가고 대물 렌즈의 개구수를 점차 증가시키는 경향이 있다. 이러한 추세에 맞추어, 디스크 두께 오차가 엄격하게 제한되어야하지만, 대물 렌즈의 개구수가 증가할수록 디스크 기판의 두께 여유도는 급속히 줄어들게 되어 디스크 제작에 어려움이 따르게된다. 또한, 각종 디스크 규격에 따라 디스크의 두께도 달라지기 때문에 상이한 디스크 규격에 맞는 시스템간의 호환성이 상당히 큰 문제로 제기되고 있다.In addition, with the increasing trend of increasing the recording density of an optical disk system, there is a tendency that the wavelength used becomes shorter and the numerical aperture of the objective lens is gradually increased. In accordance with this trend, the disc thickness error should be strictly limited, but as the numerical aperture of the objective lens increases, the thickness margin of the disc substrate rapidly decreases, resulting in difficulty in disc production. In addition, since the disk thickness varies according to various disk standards, compatibility between systems meeting different disk standards is a significant problem.

그러나, 현재까지 디스크 두께 오차에 의한 구면 수차가 발생하였을 때 이를 보상하기위한 대처방안이 없었다.However, there have been no countermeasures to compensate for spherical aberration caused by disc thickness error.

그러므로, 본 발명은 디스크 두께 오차에 기인한 구면 수차를 보상할 수 있도록한 광 픽업 장치를 제공하는 것을 그 목적으로한다.Therefore, it is an object of the present invention to provide an optical pickup device capable of compensating spherical aberration caused by disc thickness error.

상술한 목적을 달성하기위한 본 발명에 따른 구면 수차 보상용 광 픽업 장치는: 광빔을 발생하는 광원; 상기 광원으로부터 기록 매체로 입사되는 광빔의 경로와 상기 기록매체로부터 반사되는 광빔의 경로를 분리하는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터로부터의 광빔을 상기 기록 매체에 집광시키는 대물 렌즈; 상기 기록 매체로부터 반사되고 빔 스플리터로부터 경로가 분리된 광빔의 광속을 분리하는 하프 미러; 상기 하프 미러에 의해 분리된 광속의 중심부 광빔을 선택적으로 통과시키는 제 1 필터; 상기 제 1 필터를 통과된 광빔의 광량을 검출하는 제 1 검출 수단; 상기 광속 분리 수단에 의해 분리된 광속의 주변부 광빔을 선택적으로 통과시키는 제 2 필터; 상기 제 2 필터를 통과된 광빔의 광량을 검출하는 제 2 검출 수단; 상기 기록 매체의 평면에 대하여 평행한 하면과 두께가 선형적으로 변하는 테이퍼 상면을 갖는 디스크 형상의 구면 수차 보정 렌즈; 상기 제 1 및 제 2 검출 수단에서 검출된 광량이 동일할 때 까지 상기 구면 수차 보정 렌즈를 정역회전시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical pickup device for spherical aberration compensation according to the present invention for achieving the above object: a light source for generating a light beam; A beam splitter separating a path of the light beam incident from the light source into the recording medium and a path of the light beam reflected from the recording medium; An objective lens for condensing the light beam from the beam splitter on the recording medium; A half mirror that separates the light beam of the light beam reflected from the recording medium and whose path is separated from the beam splitter; A first filter for selectively passing the central light beam of the light beam separated by the half mirror; First detecting means for detecting an amount of light of the light beam passing through the first filter; A second filter for selectively passing a peripheral light beam of the light beam separated by the light beam separating means; Second detecting means for detecting an amount of light of the light beam passing through the second filter; A disk-shaped spherical aberration correcting lens having a lower surface parallel to the plane of the recording medium and a tapered upper surface that varies linearly in thickness; And means for forward and reverse rotation of the spherical aberration correcting lens until the amount of light detected by the first and second detecting means is the same.

도 1은 본 발명의 따라서 구성된 구면 수차 보상을 위한 광 픽업 장치의 구성을 도시하는 도면,1 is a diagram showing the configuration of an optical pickup device for spherical aberration compensation constructed according to the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 구면 수차 보정 렌즈의 상세 구성을 도시하는 도면,FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the spherical aberration correcting lens shown in FIG. 1;

도 3는 도 1에 도시된 제 1 및 제 2 구면 수차 검출부의 구성을 예시하는 도면.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the first and second spherical aberration detection units shown in FIG. 1. FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 광원 20 : 기록 매체10 light source 20 recording medium

14; 빔 스플리터 30 : 하프 미러14; Beam Splitter 30: Half Mirror

100, 200 : 제 1 및 제 2 구면 수차 검출부100 and 200: first and second spherical aberration detection unit

110, 210 : 제 1 및 제 2 필터 130, 230 : 제 1 및 제 2 광 검출기110, 210: first and second filters 130, 230: first and second photodetectors

310 : 액츄에이터 350 : 구면 수차 보정 렌즈310: actuator 350: spherical aberration correcting lens

이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따라서 구성된 구면 수차 보상을 위한 광 픽업 장치의 개략적인 구성을 도시한 것으로, 광원(10), 콜리메이션 렌즈(12), 빔 스플리터(14), 대물 렌즈(16), 하프 미러(30), 제 1 구면 수차 검출부(100), 제 2 구면 수차 검출부(200) 및 구면 수차 조정부(300)를 포함한다.1 shows a schematic configuration of an optical pickup device for spherical aberration compensation constructed in accordance with the present invention, including a light source 10, a collimation lens 12, a beam splitter 14, an objective lens 16, and a half. And a mirror 30, a first spherical aberration detection unit 100, a second spherical aberration detection unit 200, and a spherical aberration adjustment unit 300.

본 발명에 따른 제 1 및 제 2 구면 수차 검출부(100, 200)는 필터(110, 210), 검출 렌즈(120, 220) 및 광 검출기(130, 230)를 각기 구비한다. 또한, 구면 수차 조정부(300)는 액츄에이터(310), 구면 수차 조정 렌즈(350)를 구비한다.The first and second spherical aberration detectors 100 and 200 according to the present invention include filters 110 and 210, detection lenses 120 and 220, and photo detectors 130 and 230, respectively. In addition, the spherical aberration adjusting unit 300 includes an actuator 310 and a spherical aberration adjusting lens 350.

제 1 구면 수차 검출부(100)의 필터(110)는 하프 미러(30)로부터 제공되는 광 속의 중심부를 선택적으로 통과시키도록 그 중앙부가 광빔에 투명하고, 그 주변부가 광빔에 불투명한 디스크 형상의 렌즈로 구성되며, 제 2 구면 수차 검출부(200)의 필터(210)는 하프 미러(30)로부터 제공되는 광 속의 주변부를 선택적으로 통과시키도록 그 중앙부가 광빔에 불투명하고, 그 주변부가 광빔에 투명한 디스크 형상의 렌즈로 구성된다. 제 1 및 제 2 구면 수차 검출부(100, 200)의 검출 렌즈(120, 220)는 제 1 및 제 2 필터(110, 210)를 통과한 광빔을 집속하는 집속 렌즈로 구성된다. 광 검출기(130, 230)는, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 각기 한쌍의 2 분할 광전셀(132, 134) 및 (232, 234)로 구성된다.The filter 110 of the first spherical aberration detection unit 100 has a disk-shaped lens whose central portion is transparent to the light beam and its periphery is opaque to the light beam so as to selectively pass the central portion of the light beam provided from the half mirror 30. The filter 210 of the second spherical aberration detection unit 200 has a central portion that is opaque to the light beam so as to selectively pass the periphery of the light beam provided from the half mirror 30, and the periphery thereof is transparent to the light beam. It consists of a lens of the shape. The detection lenses 120 and 220 of the first and second spherical aberration detectors 100 and 200 are configured as focusing lenses that focus light beams passing through the first and second filters 110 and 210. The photo detectors 130 and 230 are each composed of a pair of two divided photoelectric cells 132 and 134 and 232 and 234, respectively, as shown in FIG.

구면 수차 조정부(300)에서 구면 수차 조정 렌즈(350)는 대물 렌즈(16)와 기록 매체(20)사이에 배치되고, 액츄에이터(310)의 회전축(320)에 고정되어있다. 또한, 구면 수차 조정 렌즈(350)는, 도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 기록 매체(20)의 평면에 대하여 평행한 하면(352)와 일측으로부터 타측으로 그 높이가 점차적으로 변하는 테이퍼 형상의 상면(354)을 갖는 디스크 형상의 렌즈로 구성된다.In the spherical aberration adjusting unit 300, the spherical aberration adjusting lens 350 is disposed between the objective lens 16 and the recording medium 20, and is fixed to the rotating shaft 320 of the actuator 310. In addition, as shown in detail in FIG. 2, the spherical aberration adjusting lens 350 has a lower surface 352 parallel to the plane of the recording medium 20 and a tapered upper surface whose height gradually changes from one side to the other side. And a disk-shaped lens having 354.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 광 픽업 장치의 구면 수차 보상 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The spherical aberration compensation operation of the optical pickup device of the present invention having the above-described configuration will be described in detail as follows.

먼저, 광원(10), 예로, 레이저 다이오드로부터 발생된 소정의 발진 파장을 갖는 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(12)를 통과하면서 평행광으로 발생된다. 이와 같이, 평행광으로서 직선성이 유지된 광빔의 일부는 광빔의 경로를 분리하는 빔 스플리트(14)에서 반사되기도하고 일부는 빔 스플리트(14)를 통과하여 대물 렌즈(16)로 입사되고, 이 대물 렌즈(16)에 의해 광 디스크인 기록 매체(20)의 기록면에 포커싱되어 디스크에 기록된 정보를 읽게된다. 이때 기록 매체(20)에 포커싱된 광은 그 기록면으로부터 반사되어 빔 스플리트(14)에서 광빔의 경로가 분리되어 하프 미러(30)로 반사된다.First, a laser beam having a predetermined oscillation wavelength generated from a light source 10, for example a laser diode, is generated as parallel light while passing through the collimator lens 12. As such, a portion of the light beam maintained as straight light as parallel light may be reflected by the beam split 14 separating the path of the light beam, and some may pass through the beam split 14 and enter the objective lens 16. The objective lens 16 focuses on the recording surface of the recording medium 20 as an optical disk to read the information recorded on the disk. At this time, the light focused on the recording medium 20 is reflected from the recording surface, and the path of the light beam is separated from the beam split 14 and reflected by the half mirror 30.

하프 미러(30)는 상술한 빔 스플리터(14)와 유사하게 광빔의 경로를 분리하며, 분리된 광빔 또는 광속은 제 1 구면 수차 검출부(100)와 제 2 구면 수차 검출부(200)로 입사된다.The half mirror 30 separates the path of the light beam similarly to the beam splitter 14 described above, and the separated light beam or the light beam is incident on the first spherical aberration detector 100 and the second spherical aberration detector 200.

제 1 구면 수차 검출부(100)에서, 제 1 필터(110)는 분리된 광빔의 중심부만을 통과시켜 제 2 광 검출기(130)의 2분할 광전셀(132, 134)의 분할선상에 빔 스폿(136)을 형성한다. 이때 기록 매체(20)에서 구면 수차가 없다면, 빔 스폿(136)은 작은 원 형상을 가지며, 구면 수차가 있다면, 빔 스폿(136)은 약간 찌그러진 원 형상을 갖게될 것이다.In the first spherical aberration detection unit 100, the first filter 110 passes only the center portion of the separated light beam, thereby beam spot 136 on the dividing line of the two-split photoelectric cells 132 and 134 of the second photodetector 130. ). At this time, if there is no spherical aberration in the recording medium 20, the beam spot 136 has a small circular shape, and if there is spherical aberration, the beam spot 136 will have a slightly distorted circular shape.

마찬가지로, 제 2 구면 수차 검출부(200)에서, 제 2 필터(210)는 하프 미러(30)에서 광빔 경로 분리된 광빔의 주변부 광만을 통과시켜 제 2 광 검출기(230)의 2분할 광전셀(232, 234)의 분할선상에 빔 스폿(236)을 형성한다. 이때 기록 매체(20)에서 구면 수차가 없다면, 빔 스폿(236)은 작은 도우넛 형상을 가지며, 구면 수차가 있다면, 빔 스폿(136)은 약간 찌그러진 도우넛 형상을 갖게될 것이다.Similarly, in the second spherical aberration detection unit 200, the second filter 210 passes only the peripheral light of the light beam separated by the light beam path in the half mirror 30, thereby splitting the photoelectric cell 232 of the second photo detector 230. A beam spot 236 is formed on the dividing line 234. At this time, if there is no spherical aberration in the recording medium 20, the beam spot 236 has a small donut shape, and if there is spherical aberration, the beam spot 136 will have a slightly crushed donut shape.

제 1 광 검출기(130)의 광전셀(132, 134)로부터 발생한 각각의 출력 신호(S1, S2)는 감산기(138)에서 감산되며, 제 2 광 검출기(230)의 광전셀(232, 234)로부터 발생한 각각의 출력 신호(S3, S4)는 감산기(238)에서 감산된다. 또한, 감산기(138, 238)의 출력은 다시 감산기(250)에서 감산되어 구면 수차 에러 신호로서 발생된다. 감산기(250)에서 생성된 구면 수차 에러 신호는 기록 매체(20)에서 두께 오차에 의한 구면 수차가 없다면 제로값을 갖게되며, 그러하지않다면, 그에 상당하는 오차값을 갖게될 것이다. 감산기(250)에서 생성된 구면 수차 에러 신호는 액츄에이터(310)로 제공된다.The respective output signals S1 and S2 generated from the photocells 132 and 134 of the first photodetector 130 are subtracted by the subtractor 138 and the photocells 232 and 234 of the second photodetector 230. Each output signal S3, S4 generated from is subtracted by a subtractor 238. In addition, the outputs of the subtractors 138 and 238 are further subtracted from the subtractor 250 and generated as spherical aberration error signals. The spherical aberration error signal generated by the subtractor 250 will have a zero value if there is no spherical aberration due to a thickness error in the recording medium 20, otherwise it will have a corresponding error value. The spherical aberration error signal generated by the subtractor 250 is provided to the actuator 310.

액츄에이터(310)는 구면 수차 에러 신호에 따라 그의 회전축(320)을 회전시킴으로써 구면 수차 보정 렌즈(350)를 정 및 역방향으로 회전시킨다. 이때, 액츄에이터(310)는 구면 수차 에러 신호가 기설정 값보다 크면, 구면 수차 보정 렌즈(350)를 두께가 얇은 방향으로 회전시키며, 그와 반대로 구면 수차 에러 신호가 기설정값보다 작으면, 구면 수차 보정 렌즈(350)를 두께가 두꺼운 방향으로 회전시킨다. 이러한 액츄에이터(310)에 의한 구면 수차 보정 렌즈(350)의 정역 회전은 제 1 및 제 2 구면 수차 검출기(100, 200)의 출력이 같아질 때 까지 진행되며, 제 1 및 제 2 구면 수차 검출기(100, 200)의 출력이 같아지는 시점에서 기록 매체(20)의 두께 오차에 따른 구면 수차가 보정된다.The actuator 310 rotates the spherical aberration correcting lens 350 in the forward and reverse directions by rotating its rotation axis 320 in accordance with the spherical aberration error signal. At this time, the actuator 310 rotates the spherical aberration correction lens 350 in a thin thickness direction if the spherical aberration error signal is greater than the preset value, and conversely, if the spherical aberration error signal is smaller than the preset value, The aberration correcting lens 350 is rotated in a thick direction. The forward and reverse rotation of the spherical aberration correcting lens 350 by the actuator 310 proceeds until the outputs of the first and second spherical aberration detectors 100 and 200 are equal, and the first and second spherical aberration detectors ( The spherical aberration according to the thickness error of the recording medium 20 is corrected when the outputs of 100 and 200 are equal.

그러므로, 본 발명에 따라서 광 픽업 장치를 이용함으로써 기록 매체의 두께 오차에 대한 구면 수차가 실시간으로 즉각적인 보정이 가능해짐으로써 광 디스크 시스템의 기록/재생 특성의 향상을 가져올 수 있는 잇점이 제공된다.Therefore, the spherical aberration to the thickness error of the recording medium can be immediately corrected in real time by using the optical pickup device in accordance with the present invention, thereby providing the advantage that the recording / reproducing characteristics of the optical disk system can be improved.

Claims (2)

기록 매체의 구면 수차 보상을 위한 광 픽업 장치에 있어서,An optical pickup apparatus for compensating spherical aberration of a recording medium, 광빔을 발생하는 광원;A light source for generating a light beam; 상기 광원으로부터 기록 매체로 입사되는 광빔의 경로와 상기 기록매체로부터 반사되는 광빔의 경로를 분리하는 빔 스플리터;A beam splitter separating a path of the light beam incident from the light source into the recording medium and a path of the light beam reflected from the recording medium; 상기 빔 스플리터로부터의 광빔을 상기 기록 매체에 집광시키는 대물 렌즈;An objective lens for condensing the light beam from the beam splitter on the recording medium; 상기 기록 매체로부터 반사되고 빔 스플리터로부터 경로가 분리된 광빔의 광속을 분리하는 하프 미러;A half mirror that separates the light beam of the light beam reflected from the recording medium and whose path is separated from the beam splitter; 상기 하프 미러에 의해 분리된 광속의 중심부 광빔을 선택적으로 통과시키는 제 1 필터;A first filter for selectively passing the central light beam of the light beam separated by the half mirror; 상기 제 1 필터를 통과된 광빔의 광량을 검출하는 제 1 검출 수단;First detecting means for detecting an amount of light of the light beam passing through the first filter; 상기 광속 분리 수단에 의해 분리된 광속의 주변부 광빔을 선택적으로 통과시키는 제 2 필터;A second filter for selectively passing a peripheral light beam of the light beam separated by the light beam separating means; 상기 제 2 필터를 통과된 광빔의 광량을 검출하는 제 2 검출 수단;Second detecting means for detecting an amount of light of the light beam passing through the second filter; 상기 기록 매체의 평면에 대하여 평행한 하면과 두께가 선형적으로 변하는 테이퍼 상면을 갖는 회전 가능한 디스크 형상의 구면 수차 보정 렌즈;A rotatable disk-shaped spherical aberration correcting lens having a lower surface parallel to the plane of the recording medium and a tapered upper surface that varies linearly in thickness; 상기 제 1 및 제 2 검출 수단에서 검출된 광량이 동일할 때 까지 상기 구면 수차 보정 렌즈를 정역회전시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 기록 매체의 구면 수차 보상을 위한 광 픽업 장치.And means for forward and reverse rotation of the spherical aberration correcting lens until the amount of light detected by the first and second detecting means is the same. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 필터는 그 중심부가 광에 투명하고 주변부가 광에 불투명한 디스크 형상의 렌즈이며, 상기 제 2 필터는 그 중심부가 광에 불투명하고 주변부가 광에 투명한 디스크 형상의 렌즈인 것을 특징으로하는 기록 매체의 구면 수차 보상을 위한 광 픽업 장치.The first filter is a disk-shaped lens whose central portion is transparent to light and the peripheral portion is opaque to light, and the second filter is a disk-shaped lens whose central portion is opaque to light and the peripheral portion is transparent to light. Optical pickup device for spherical aberration compensation of recording medium.
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