KR100313487B1 - 홀로그래픽 광학소자를 사용하는 광픽업 헤드 장치 - Google Patents

홀로그래픽 광학소자를 사용하는 광픽업 헤드 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 레이저 광원을 사용하여 광기록매질에 기록된 정보를 재생하기 위해 사용하는 광픽업 헤드 장치에 관한 것으로서, 레이저 광원, 레이저광원에서 출사된 빔을 하나의 주빔과 두 개의 보조빔으로 분할하여 회절시키는 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈, 홀로그래픽 광학소자 모듈을 통과한 빔을 광 디스크상에 초점??춤하는 대물렌즈와 광 디스크에서 반사된 빔을 검출하는 광검출기를 포함하고, 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈에 있어서 이중칼날주사방법으로 포커싱오차신호를 측정하기 위해 2분할 홀로그래픽 광학소자가 사용되고, 광검출기는 4분할 광검출기를 사용하며, 광픽업으로 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선의 연장선에 4분할 검출기의 분할선이 놓여 지는 구성으로 한다.
이러한 광픽업헤드 장치를 이용하는 것에 의해, 검출기의 분할 수가 감소되므로, 검출기로부터 얻어지는 측정신호중 출력을 얻는 회로가 기존의 광픽업의 회로보다 간단해지고, 회로가 간단해짐으로서 제작비도 줄 일 수 있다.

Description

홀로그래픽 광학소자를 사용하는 광픽업 헤드 장치{ Optical Pick-up Head using Holographic Optical Elcment }
본 발명은 반도체 레이저 광원을 사용하여 광기록매질에 기록된 정보를 재생하기 위해 사용하는 광픽업 헤드 장치에 관한 것으로서, 특히 홀로그래픽 광학소자를 사용하여 이중칼날 주사광빔으로 포커싱오차신호를 측정하는 광픽업으로 4분할 검출기와 2분할 홀로그래픽 광학소자를 사용하는 광픽업 헤드 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호를 검출하는 기존의 광픽업 헤드 장치는 도1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 도 1에 있어서, (1)은 레이저광원, (2)는 유리나 플라스틱으로 된 육면체의 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈, (3)은 모듈(2)의 아랫면에 형성된 회절격자, (4)는 모듈(2)의 윗면에 형성된 홀로그래픽 광학소자, (5)는 대물렌즈, (6)은 정보를 기록 또는 재생하는 광디스크, (7)은 광검출기이다. 회절격자(3)과 홀로그래픽 광학소자(4)는 도 1에 도시된 바와 같이 모듈(2)에 각각 식각되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광헤드 장치는 2분할 홀로그래픽 광학소자 및 5분할 검출기를 사용하여 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호를 검출하였다.
레이저광원(1)에서 나온 빔은 모듈(2)의 하부에 형성된 회절격자(3)를 통과하면서 회절격자에 영향받지 않고 그대로 통과하는 투과빔과 회절격자에 의해 ±1차로 회절되는 두개의 회절빔으로 분할된다.투과빔은 포커싱오차신호 측정에 사용되는 주빔이고, ±1차로 회절된 두개의 빔은 트래킹오차신호 측정에 사용되는 보조빔이다. 이 세개의 빔은 홀로그래픽 광학소자(4)를 지나면서 일부가 회절되지만, 이 빔들은 사용하지 않고 홀로그래픽 광학소자(4)를 그대로 투과하는 나머지 빔만을 이용한다. 홀로그래픽 광학소자(4)를 투과한 세개의 빔은 대물렌즈(5)에 의해 디스크(6)의 트랙에 집광되어 기록된 정보를 읽은 후 반사되어 다시 대물렌즈(5)를 거쳐 홀로그래픽 광학소자(4)로 입사한다. 홀로그래픽 광학소자(4)는 도 2와 같이 격자주기가 서로 다른 두 개의 반원 홀로그램(H1과 H2)으로 이루어져 있으며, 광검출기(7)은 도 3과 같이 5개의 분할검출기(D1∼D5)로 이루어져 있다. 홀로그래픽 광학소자(4)에서 주빔의 일부는 주기가 긴 영역(H1)에 의해 분할검출기(D2)로 회절되어 빔 s2a가 되고 나머지는 주기가 짧은 영역(H2)에 의해서 분할검출기(D3와D4)로 회절되어 빔 s2b가 된다. 마찬가지로 두개의 보조빔은 광학소자(4)내의 H1과 H2에 의해 분할검출기(D1)과 (D2)로 회절되어 각각 빔 s1a, s1b 및 s3a, s3b가 된다. 회절된 빔들은 대물렌즈(5)와 디스크(6) 사이의 거리가 변함에 따라 빔 모양이 도 3의 a, b, c와 같이 변한다. 대물렌즈의 초점이 디스크의 트랙에 잘 맞은 경우에는 도3b와 같이 빔 s2b의 모양이 작은 원형이 되면서 분할검출기(D3)과 (D4)로 똑같이 양분되지만, 초점이 맞지 않으면 빔 모양이 반원형으로 변하면서 두 분할검출기에 도달하는 빔의 양에 차이가 생긴다. 따라서, 두 분할검출기(D3)와 (D4)의 출력신호의 차이를 구하면 초점 조절이 가능한 포커싱오차신호를 얻는다.
분할검출기(D1)과 (D5)는 보조빔을 측정하여 트래킹오차신호를 얻기 위한 분할검출기로 보조빔들이 2분할 홀로그래픽 광학소자(4)에 의해 분할되어 회절되어도 동일한 보조면에서 회절된 빔은 동일한 분할검출기에 도달하면 홀로그래픽 광학소자의 영향을 받지 않고 보조빔이 가지고 있는 트랙의 위치정보를 그대로 얻는다.
이 트래킹오차신호는 빔 모양과는 관계가 없으며 주빔이 광디스크(6)의 트랙 중앙에 정확히 입사할 경우에 두 보조빔의 위치도 트랙의 중앙에 대하여 대칭이 되므로, 똑 같은 양의 빔이 반사되고, 주빔이 트랙에서 벗어나면 두 보조빔의 위치가 비대칭이 되어 반사되는 양이 달라지게 되므로, 두 보조빔의 차이를 측정하여 주빔의 위치를 정확하게 제어한다.
이러한 이중칼날주사방법으로 홀로그래픽 광학소자를 사용하여 포커싱오차를 측정하는 광픽업에서 포커싱오차신호(FES), 트래킹오차신호(TES) 및 출력신호(RS)는 각각 다음 식으로 주어진다. 식에서 S1은 검출기D1에서 측정된 검출신호를 의미한다.
FES=S3-S4
TES=S1-S5
RS=S2+S3+S4
도 4에 상기한 포커싱오차신호(FES), 트래킹오차신호(TES) 및 출력신호(RS)를 얻기 위한 회로도를 나타내었다. 즉, 도4에 있어서는 3개의 가산기와 하나의 감산기가 광검출기와 결합된 구성이다.
상기 종래의 광픽업장치는 반사된 신호를 검출하기 위해 도2에 도시된 바와 같은 5분할 검출기를 사용하고 있다. 이 5분할 검출기에서 출력신호측정에 사용되는 세개의 분할검출기(D2, D3, D4)중 분할검출기(D2)는 포커싱오차신호를 측정하는데는 사용하지 않으므로 포커싱오차신호를 측정하는데 사용하는 다른 두개의 분할검출기(D3과 D4)에 비해 상대적으로 사용효율이 낮고, 출력신호를 얻기 위해 도4에 도시된 바와같이 세개의 분할검출기(D2, D3, D4)의 신호를 합치는 가산회로가 필요하게 된다.
분할검출기(D2)로 측정하는 신호는 출력신호에만 관계하므로, 이 빔을 똑같이 양분하여 나머지 두개의 분할검출기(D3과 D4)에서 측정하면 이 두개의 분할검출기에 의해 측정되는 빔의 총량은 식 5로 주어지는 출력신호와 같게 되며, 두개의 검출기에서 측정되는 빔의 차이는 식 4에서 주어지는 측정량과 변함이 없게 된다. 따라서, 분할검출기(D2)로 검출하는 빔을 분할검출기(D3)과 (D4)로 똑같이 양분하는 방법을 찾으면 종래의 방법과 똑 같은 측정결과를 얻으면서 분할검출기의 수를 줄일 수 있고 이에 따라 출력신호용 회로도 더욱 간단히 할 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서,검출기의 개수를 감소시켜 광픽업의 회로를 간략화한 광픽업 헤드 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 검출기의 검출능력을 향상시킨 광픽업 헤드 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈을 사용하여 이중칼날 주사방법으로 포커싱 오차신호를 측정하는 종래의 광픽업 헤드 장치의 개략 정면도,
도 2는 도 1의 광픽업에 사용되는 회절격자와 2분할 홀로그래픽 광학소자와 5분할 검출기를 나타내는 도면,
도 3은 광디스크와 대물렌즈의 거리에 따라 검출기에서의 빔 변화를 나타낸 도면으로서, 도3a는 거리가 가까울 때, 도3b는 초점이 맞았을 때, 도3c는 거리가 멀 때를 나타낸 도면,
도 4는 검출기의 트래킹오차신호, 포커싱오차신호 및 출력신호 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 4분할 검출기로서, 빔 변화는 기존의 홀로그래픽 광학소자를 그대로 사용한 경우에 광디스크와 대물렌즈의 거리에 따라 4분할 검출기에서 측정되는 빔이며, 도5a는 거리가 가까울 때, 도5b는 초점이 맞았을 때, 도5c는 거리가 멀 때를 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 검출기상의 한 빔을 광디스크와 대물렌즈의 거리에 상관없이 항상 양쪽의 분할검출기로 양분되도록 나타낸 것으로서, 도6a는 거리가 가까울 때, 도6b는 초점이 맞았을 때, 도6c는 거리가 멀 때를 나타낸 도면,
도 7은 광디스크와 대물렌즈의 거리변화에 따라 두 분할검출기로 나뉘는 빔의 양이 변하는 경우를 나타낸 도면으로서, 도7a는 거리가 가까울 때, 도7b는 초점이 맞았을 때, 도7c는 거리가 멀 때를 나타낸 도면,
도 8은 4분할 검출기에서 포커싱오차신호, 트래킹오차신호 및 출력신호를 얻기 위한 회로도,
도 9는 포커싱오차신호 그래프,
도 10은 5분할 검출기에서 사용하는 홀로그래픽 광학소자 설계시 빔의 위치를 나타낸 도면,
도 11은 4분할 검출기에서 사용하는 홀로그래픽 광학소자 설계시 빔의 위치를 나타낸 도면,
도 12는 2분할 홀로그래픽 광학소자와 4분할 검출기의 상대적인 위치를 나타낸 도면.
*도면의 주요부호에 대한 설명*
(1) : 레이저광원, (2) : 광학소자 모듈,
(3) : 회절격자, (4) : 홀로그래픽 광학소자,
(5) : 대물렌즈, (6) : 광디스크,
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광픽업헤드는 레이저 광원, 레이저광원에서 출사된 빔을 하나의 주빔과 두 개의 보조빔으로 분할하여 회절시키는 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈, 홀로그래픽 광학소자 모듈을 통과한 빔을 광 디스크상에 초점??춤하는 대물렌즈와 광 디스크에서 반사된 빔을 검출하는 광검출기를 포함하고, 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈에 있어서 이중칼날주사방법으로 포커싱오차신호를 측정하기 위해 2분할 홀로그래픽 광학소자가 사용되고, 광검출기는 4분할 광검출기를 사용하며, 광픽업으로 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선의 연장선에 4분할 검출기의 분할선이 놓여 지는 것이다.
또, 본 발명의 광픽업 헤드 장치는 2분할 홀로그래픽 광학소자에 의해 분할된 주빔중 하나의 빔이 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호를 주고, 나머지 하나의 빔은 픽업의 동작 영역에서 대물렌즈와 광 디스크 사이의 거리 이동에 관계없이 두개의 분할검출기에 도달하는 빔의 양이 똑같이 두개의 분할검출기의 측정량의 차이가 0이 되어 다른 한빔에 의해 측정된 포커싱오차신호에 영향을 끼치지 않는 것이다.
또, 본 발명의 광픽업 헤드 장치는 2분할 홀로그래픽 광학소자에 의해 분할된 주빔중 하나의 빔이 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호FES1을 주고, 나머지 하나의 빔은 FES1과는 부호가 반대인 신호FES2를 주지만, 그 크기가 FES1에 비해상대적으로 작고, 두빔을 합한 신호 FES에서 포커싱오차신호를 얻는 것이다.
또한, 본 발명의 광픽업 헤드 장치는 광픽업에서 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선에 수직인 방향에 광검출기가 놓여 있는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 구체적으로 설명한다. 또한, 동일 구성요소에는 동일 부호를 부여하고 반복적인 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 4분할 검출기로서, 빔 변화는 기존의 홀로그래픽 광학소자를 그대로 사용한 경우에 광디스크와 대물렌즈의 거리에 따라 4분할 검출기에서 측정되는 빔이며, 도5a는 거리가 가까울 때, 도5b는 초점이 맞았을 때, 도5c는 거리가 멀 때를 나타낸 도면이다. 즉, 도 3의 5분할 검출기에서 분할검출기(D2)를 없애고 그 자리에 분할검출기(D3)과 (D4)를 연장하여 도 5와 같은 4분할 검출기(D1, D3, D4, D5)를 형성한 것이다. 이 때 종래의 홀로그래픽 광학소자 모듈(2)를 그대로 사용하면, 검출기와 빔의 관계가 도 5와 같이 두개의 분할검출기(D3)과 (D4)에서 받는 빔의 양이 항상 같아지므로, 두개의 빔의 차이에 의해 주어지는 포커싱오차신호를 검출할 수 없다. 그러나, 2분할 홀로그래픽 광학소자의 한쪽 영역에 빔을 도 6과 같이 회전시키는 기능을 첨가하면, 회전된 빔이 두 분할검출기(D3)과 (D4)로 항상 같게 양분하여 회전된 빔은 두 분할검출기 신호의 차이에 영향을 주지 않으므로, 기존의 포커싱오차신호를 그대로 얻을 수 있으며 두 신호를 합치면 마찬가지로 기존과 동일한 출력신호를 얻는다.
따라서, 2분할 홀로그래픽 광학소자에 입사한 빔을 도 6과 같이 검출기로 회절시키는 홀로그래픽 광학소자와 4분할 검출기를 사용하면 기존의 2분할 홀로그래픽 광학소자와 5분할 검출기를 사용하는 광픽업과 똑같은 결과를 얻는다. 본 발명에 따른 4분할 검출기에서 포커싱오차신호(FES), 트래킹오차신호(TES) 및 출력신호(RS)를 식으로 나타내면 다음과 같다.
FES=S3-S4
TES=S1-S5
RS=S3+S4
출력신호에 관한 식 6이 식 3보다 간단해졌으므로, 출력신호 회로에서 분할검출기(D2)와 관련된 가산회로도 제거되어 도 4에서 도 8로 간단해진다.
한편, 대물렌즈(5)와 디스크(6) 사이의 거리가 변함에 따라 도 6과 같이 회전된 빔 s2b가 두개의 검출기로 정확하게 양분되지 않고 도 7과 같이 하나의 분할검출기에 다른 분할검출기에 비해 상대적으로 많은 양의 빔이 도달하더라도 이것에 의해 발생하는 검출신호의 차이가 빔 s2a에 의해 주어지는 포커싱 오차신호를 모두 상쇄하지 않는다면 이 경우에도 포커싱 오차신호를 측정할 수 있다.
도 9에서 FES1은 빔 s2a로 주어지는 기존의 포커싱오차신호를 나타낸다. 빔 s2b에 의해 두 분할검출기에서 새롭게 생기는 포커싱오차신호가 FES2이다. FES1과 FES2를 합치면 두개의 분할검출기에서 실제적으로 얻을 수 있는 포커싱오차신호FES가 된다. FES1과 FES2의 부호가 반대이므로, 항상 FES가 FES1보다 작아지지만 FES1과 FES2를 비교하면 검출기의 동작영역은 변하지 않는다. FES2의 크기를 작게 만들수록 FES가 FES1에 접근한다.
기존의 5분할 검출기를 사용하는 광픽업 헤드 장치에서 포커싱오차신호를 얻을 수 있도록 빔을 회전시키는 홀로그래픽 광학소자를 설계하는 방법으로는 도 10과 같이 홀로그램 광학소자에 표본점을 잡고 검출기에는 이에 대응되는 목표점을 잡는다. 홀로그래픽상의 표본점들이 1회전할 때 이에 대응되는 검출기상에서의 목표점들은 2회전하도록 표본점과 목표점을 대응시키면 이중칼날 주사방법으로 원하는 포커싱오차신호를 얻을 수 있다. 도 10에서 R은 홀로그램에서의 빔의 반경이며, 최대값은 홀로그램 광학소자의 반경이고, rx, ry는 검출기에서의 x 및 y방향의 빔의 반경으로 광픽업의 크기와 관련하여 적절히 조절한다.
한편, 도 11과 같이 홀로그래픽 광학소자에서의 표본점과 검출기에서의 빔의 목표점을 잡으면 제안한 4분할 검출기에서 포커싱오차신호 측정용 두개의 분할검출기상에 주빔을 양분시키는 홀로그램을 얻는다. 도 10과 비교하면 검출기상의 목표점들이 90도 회전이동하였다(+방향과 -방향 모두 가능). 도 10과 마찬가지로 R은 홀로그램에서의 반경으로 최대값은 홀로그램 광학소자의 반경이고 rx, ry는 검출기에서의 x 및 y방향의 빔의 반경으로 광픽업의 크기와 관련하여 적절히 조절한다.
상기 예에서는 도 2와 같이 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선 L1의 연장선상에 광검출기의 분할선l3이 위치하고 있으나 다른 실시예로써 도 12와 같이 홀로그래픽 광학소자의 분할선L1과 수직인 위치에 분할선 L1과 검출기 분할선l3이 나란하도록 광검출기를 놓을 수 있다.
이상 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 변경가능한 것은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 광픽업에서 5분할 검출기를 사용하는 것을 4분할 검출기로 대치하여 검출기의 분할 수가 감소되므로, 검출기로부터 얻어지는 측정신호중 출력을 얻는 회로가 기존의 광픽업의 회로보다 간단해지고, 회로가 간단해짐으로서 제작비도 줄 일 수 있다.

Claims (4)

  1. 레이저 광원,
    상기 레이저광원에서 출사된 빔을 하나의 주빔과 두 개의 보조빔으로 분할하여 회절시키는 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈,
    상기 홀로그래픽 광학소자 모듈을 통과한 빔을 광 디스크상에 초점??춤하는 대물렌즈와
    상기 광 디스크에서 반사된 빔을 검출하는 광검출기를 포함하고,
    상기 회절격자-홀로그래픽 광학소자 모듈에 있어서 이중칼날주사방법으로 포커싱오차신호를 측정하기 위해 2분할 홀로그래픽 광학소자가 사용되고,
    상기 광검출기는 4분할 광검출기를 사용하며,
    광픽업으로 상기 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선의 연장선에 상기 4분할 검출기의 분할선이 놓여 지는 것을 특징으로 하는 광픽업 혜드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광픽업에서 상기 2분할 홀로그래픽 광학소자에 의해 분할된 주빔중 하나의 빔은 상기 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호를 주고, 나머지 하나의 빔은 픽업의 동작 영역에서 상기 대물렌즈와 상기 광 디스크 사이의 거리 이동에 관계없이 두개의 분할검출기에 도달하는 빔의 양이 똑같이 두개의 분할검출기의 측정량의 차이가 0이 되어 다른 한빔에 의해 측정된 포커싱오차신호에 영향을 끼치지않는 것을 특징으로 하는 광픽업 헤드 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광픽업에서 상기 2분할 홀로그래픽 광학소자에 의해 분할된 주빔중 하나의 빔은 상기 이중칼날 주사방법으로 포커싱오차신호FES1을 주고, 나머지 하나의 빔은 FES1과는 부호가 반대인 신호FES2를 주지만, 그 크기가 FES1에 비해 상대적으로 작고, 상기 두빔을 합한 신호 FES에서 상기 포커싱오차신호를 얻는 것을 특징으로 하는 광픽업 헤드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광픽업에서 상기 2분할 홀로그래픽 광학소자의 분할선에 수직인 방향에 상기 광검출기가 놓여 있는 것을 특징으로 하는 광픽업 헤드 장치.
KR1019990054960A 1999-12-04 1999-12-04 홀로그래픽 광학소자를 사용하는 광픽업 헤드 장치 KR100313487B1 (ko)

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KR19980023585A (ko) * 1996-09-30 1998-07-06 배순훈 광 픽-업장치
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