KR100694029B1 - 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치 - Google Patents

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KR100694029B1
KR100694029B1 KR1020000010875A KR20000010875A KR100694029B1 KR 100694029 B1 KR100694029 B1 KR 100694029B1 KR 1020000010875 A KR1020000010875 A KR 1020000010875A KR 20000010875 A KR20000010875 A KR 20000010875A KR 100694029 B1 KR100694029 B1 KR 100694029B1
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Abstract

서로 다른 파장의 광을 사용함으로 인해 발생하는 색수차 및/또는 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차를 보정할 수 있도록 되어, 1매의 대물렌즈를 사용하면서도 포맷이 서로 다른 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치가 개시되어 있다.
이 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치는, 제1포맷 디스크용 제1광원; 제2포맷 디스크용 제2광원; 제1포맷 광디스크 및 제1광원에서 출사된 광 파장에 적합한 대물렌즈를 포함하며, 제2포맷 광디스크를 위한 광학계 구성으로, 제2광원과 제2광로변환수단 사이에 광디스크에 주광스폿과 보조 광스폿이 맺히도록 입사광을 제1 및 제2광으로 분기시키는 제1광분기수단; 제2광원으로부터 광디스크에 조사되어 반사된 제1 및 제2광을 각각 수광하는 제1 및 제2수광부를 갖는 제2광검출기; 및 제1수광부와 제2수광부를 통해 검출된 신호로부터 제1 및 제2광원에서 출사된 광의 파장차이에 따른 색수차 및/또는 제1 및 제2포맷 광디스크의 기판 두께 차이에 의한 구면수차를 보정하여, 제2포맷 광디스크의 재생신호를 검출하는 제2신호처리부;를 구비한다.

Description

고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치{Compatible optical pickup capable of high density record/reproduction}
도 1은 파장이 405nm인 광에 대해 최적화되도록 설계된 대물렌즈로 입사되는 광의 파장변화에 따른 OPD(optical path difference)의 rms값을 도시한 그래프,
도 2는 종래의 광디스크 수차보정장치를 개략적으로 보인 도면,
도 3은 도 2의 광디스크 수차보정장치의 동작을 보인 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치의 구성을 개략적으로 보인 도면,
도 5는 5는 트랙피치 0.74㎛, 최소마크길이 0.40㎛인 3열의 피트로 구성된 DVD의 일부분을 나타낸 평면도,
도 6은 도 5의 중심 트랙을 재생한 신호를 나타낸 그래프,
도 7 내지 도 9는 도 6의 So, Sm, Ssub신호의 아이 패턴(eye-pattern)을 각각 보인 그래프,
도 10은 도 6의 Sm신호와 Ssub신호를 이득률(k) 3.5로 하여, 수학식 3과 같이 연산한 S신호를 도 6의 So신호와 직류(DC)성분과 교류(AC) 성분이 일치하도록 조정하여 보인 그래프,
도 11은 도 10의 S신호의 아이 패턴을 보인 그래프,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...광디스크 11,21...제1 및 제2광검출기
13,15...제1 및 제3광로변환수단 17...대물렌즈
19...제1광검출기 20...제1신호처리부 23,53...제2광로변환수단
25...홀로그램소자 29,59...제2광검출기 29a,59a...제1수광부
29b,59b...제2수광부 30,60...제2신호처리부 55...편광홀로그램소자
본 발명은 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 파장의 광을 사용함으로 인해 발생하는 색수차 및/또는 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차를 보정할 수 있도록 되어, 1매의 대물렌즈를 사용하면서도 포맷이 서로 다른 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광픽업장치는 광디스크 상에 대물렌즈에 의해 레이저광을 집속시켜, 광디스크에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 장치이다.
기록/재생용량은 집광되는 광스폿의 크기에 의해 결정되는데, 이 집광스폿의 직경은 사용하는 레이저광 파장(λ) 및 대물렌즈의 개구수(NA:Numerical Aperture)와 수학식 1과 같은 관계가 있다.
집광스폿 직경 ∝ λ/NA
따라서, 광디스크의 기록밀도를 대략 15GB 이상으로 높여 광디스크의 고밀도화를 실현하기 위해, 광디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄이려면, 상기한 수학식 1을 근거로, 예컨대, 410nm 정도의 단파장의 광을 조사하는 청색레이저 광원과, 개구수 0.6 이상의 대물렌즈의 채용이 필수적이다.
한편, 광디스크의 경사에 의해 발생하는 코마수차 W31은 광디스크의 정보 기록면이 광축에 대해 경사진 각도 θ, 광디스크 기판의 굴절율 n, 광디스크 기판의 두께 d, 대물렌즈 개구수 NA와 수학식 2와 같은 관계가 있다.
Figure 112000004104531-pat00001
그러므로, 고밀도화에 따른 광디스크 경사에 의한 공차를 확보하기 위해 광디스크 기판의 두께 d를 줄이는 방향으로 광디스크의 개발이 이루어져, CD의 경우 그 두께가 1.2mm인 반면에, DVD계열의 광디스크(이하, DVD)의 경우에는 그 두께가 0.6mm로 줄었다. 그리고, 향후에 규격화될 HD-DVD 계열의 광디스크(이하, HD-DVD: High Definition -Digital Versatile Disk)의 경우에는 기판의 두께가 0.6mm 이하로 될 가능성이 높다.
따라서, HD-DVD용 고밀도 기록/재생용 광픽업장치는, 고밀도 기록 및/또는 재생을 위해, 청색광을 출사하도록 된 광원을 채용하는 동시에, 청색광 및 그 HD-DVD의 기판 두께에 적합하도록 최적화된 대물렌즈를 채용한다.
또한, 상기한 고밀도 기록/재생용 광픽업장치는 현재 상용화되어 있는 DVD 등을 호환채용할 수 있도록 적색광을 출사하는 광원을 동시에 구비한다. 이와 같이 적색광을 출사하는 광원을 동시에 구비해야 이유는, 청색 파장영역의 광에 대해 반사율이 현격히 떨어지는 일회 기록용 및 다층 DVD 등도 호환 채용하기 위함이다.
그런데, 상기한 고밀도 기록/재생용 광픽업장치에서는 대물렌즈가 청색광 및 HD-DVD의 기판 두께에 적합하도록 설계되기 때문에, DVD를 채용하는 경우, 상기 대물렌즈에 의해 집속되어 DVD의 기록면에 포커싱되는 적색광에는 적색광의 청색광에 대한 파장 차이에 의한 색수차가 발생하게 되고, 상기 HD-DVD의 기판 두께와 DVD의 기판 두께가 서로 다른 경우, 그 기판 두께 차이에 따른 구면수차가 발생하게 된다.
도 1은 파장이 405nm인 광에 대해 최적화되도록 설계된 대물렌즈의 입사되는 광 파장변화에 따른 OPD(optical path difference)의 rms값을 도시한 그래프이다. 여기서, 상기 OPDrms는 대물렌즈에 의해 그 대물렌즈를 경유한 광에 발생되는 수차량을 입사되는 광의 파장(λ) 단위로 나타낸 것이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 405nm 파장의 광이 상기 대물렌즈로 입사될 때는 수차가 거의 발생되지 않아, 그 OPDrms값이 거의 제로임을 알 수 있다. 하지만, 650nm 파장의 광이 상기 대물렌즈로 입사될 때는, 수차가 크게 발생되어, 그 OPDrms값이 0.15λ가 됨을 알 수 있다.
따라서, 이 기술분야에서 사용 가능하다고 알려진 수차 허용값 즉, OPDrms값은 0.07λ이므로, 405nm 파장에 최적화되도록 설계된 대물렌즈로 650nm 파장의 입사광을 단순히 집속하도록 된 HD-DVD용 광픽업장치로는 DVD의 호환 채용이 곤란하다.
즉, HD-DVD용 광픽업장치로 DVD를 호환 채용하려면, 상기 광픽업장치에는 필수적으로 상기한 색수차 및/또는 구면수차를 보정할 수 있는 수단이 채용되어야 한다.
도 2을 참조하면, 종래의 광디스크 수차보정장치는, 입사광을 일 차로 집속시키는 대물렌즈(3)와 이 대물렌즈(3)에 의해 집속된 광을 재차 집속시켜 광디스크(1)에 맺히도록 하는 집속렌즈(5)로 이루어진다.
따라서, 사용되는 광디스크(1)의 기판 두께 변화(Δd) 및 사용되는 파장변화에 비례하여 도 3에 도시된 바와 같이, 집속렌즈(5)와 대물렌즈(3) 사이의 간격을 조정하면 수차를 보정할 수 있다.
그런데, 상기한 바와 같이 구성된 종래의 광디스크 수차보정장치처럼, 2매의 렌즈(3)(5)를 이용하는 구조의 경우, 이러한 2매의 렌즈(3)(5) 조립이 까다로울 뿐만 아니라, 대물렌즈(3) 및 집속렌즈(5)를 광스폿의 트랙킹 및 포커싱 조정을 위한 방향으로의 구동 및, 대물렌즈(3)와 집속렌즈(5) 사이의 간격을 조정하기 위한 구동이 필요하므로, 전체적인 액츄에이터 구조가 매우 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 1매의 대물렌즈를 구비하면서도, 서로 다른 파장의 광을 사용함으로 인해 발생하는 색수차 및/또는 채용되는 광디스크의 기판 두께 변화에 따른 구면수차를 보정할 수 있도록 구조가 개선되어, 포맷이 서로 다른 광디스크를 호환 채용할 수 있도록 된 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치는, 제1포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 단파장인 광을 출사하는 제1광원; 제2포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 장파장인 광을 출사하는 제2광원; 입사광을 집속시켜 광디스크에 광스폿이 맺히도록 하며, 상기 제1포맷 광디스크 및 상기 제1광원에서 출사된 광 파장에 대해 적합하도록 마련된 대물렌즈; 상기 제1광원과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제1광원에서 출사된 광의 진행경로를 변환하는 제1광로변환수단; 상기 제2광원과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제2광원에서 출사된 광의 진행경로를 변환하는 제2광로변환수단; 상기 제1 및 제2광로변환수단과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제1 및 제2광원에서 출사된 광 중 일 광은 투과시키고 다른 광은 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시키는 제3광로변환수단; 제1광원으로부터 광디스크에 조사되어 반사되고, 상기 대물렌즈, 제3광로변환수단 및 제1광로변환수단을 순차로 경유하여 입사되는 광을 수광하는 제1광검출기; 상기 제1광검출기의 검출신호로부터 제1포맷 광디스크의 재생신호를 검출하는 제1신호처리부; 상기 제2광원과 제2광로변환수단 사이의 광로 상에 마련되어, 광디스크에 주광스폿과 보조 광스폿이 맺히도록 입사광을 제1 및 제2광을 포함한 적어도 두 개의 광으로 분기시키는 제1광분기수단; 제2광원으로부터 광디스크에 조사되어 반사되고, 상기 대물렌즈, 제3광로변환수단 및 제2광로변환수단을 순차로 경유하여 입사되는 제1 및 제2광을 각각 수광하는 제1 및 제2수광부를 갖는 제2광검출기; 및 상기 제1수광부와 제2수광부를 통해 검출되고 광전변환된 신호로부터 제1 및 제2광원에서 출사된 광의 파장차이에 따른 색수차 및/또는 제1포맷 광디스크와 제2포맷 광디스크의 기판 두께 차이에 의한 구면수차를 보정하여, 제2포맷 광디스크의 재생신호를 검출하는 제2신호처리부;를 포함하여, 포맷이 서로 다른 광디스크를 호환채용 할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1광원은 청색광을 출사하고, 상기 제2광원은 적색광을 출사한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1광분기수단은, 상기 제2광이 상기 제1광에 비해 구면수차를 더 포함하는 광이 되도록, 상기 제2광에 대해 소정의 구면수차를 발생시키는 홀로그램소자;로 이루어진다.
이때, 상기 제1수광부와 제2수광부를 통해 검출되고 광전변환된 신호 사이의 상대적인 시간지연을 보상하여 위상을 서로 맞추도록, 상기 제1 및/또는 제2수광부의 출력단과 상기 제2신호처리부의 적어도 일 입력단 사이에 딜레이;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 광분기수단은, 상기 제1광은 일 편광의 광이 되고, 제2광은 다른 편광의 광이면서 상기 제1광에 비해 구면수차를 더 포함 하는 광이 되도록, 상기 제2광에 대해 소정의 구면수차를 발생시키는 편광홀로그램소자;으로 이루어지고, 상기 제2광로변환수단과 제2광검출기 사이의 광로상에 광디스크에서 반사되고, 대물렌즈, 제3 및 제2광로변환수단을 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터;를 더 구비하며, 상기 제2광검출기의 제1 및 제2수광부 각각은 상기 편광빔스프리터에서 분기된 서로 다른 편광의 제1 및 제2광을 각각 수광할 수 있도록 배치된다.
한편, 상기 제1수광부에서 수광되고 광전변환된 상기 주 광스폿에 의한 메인 재생신호를 Sm, 상기 제2수광부에서 수광되고 광전변환된 상기 보조 광스폿에 의한 부 재생신호를 Ssub, 이득률(gain factor)을 k라 할 때, 상기 제2신호처리부는 상기 제1 및 제2수광부에서 입력된 신호를 S = Sm + k(Sm-Ssub)와 같이 연산하여, 제1 및 제2광원에서 출사된 광의 파장 차이에 의해 상기 대물렌즈에서 발생하는 색수차 및/또는 제1포맷 광디스크와 제2포맷 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차가 보정된 재생신호(S)를 출력할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치는 서로 다른 파장영역의 광을 출사하는 제1 및 제2광원(11)(21)과, 입사광을 집속시켜 광디스크(10)에 광스폿이 맺히도록 하는 대물렌즈(17)와, 입사광의 진행경로를 변환시키는 제1 내지 제3광로변환수단(13)(23)(15)과, 제2광원에서 출사된 광이 광디스크(10)에 적어도 두 개의 광스폿으로 맺히도록 입사광을 분기시키는 광분기수단과, 상기 광디스크(10)에서 반사된 광을 각각 수광하는 제1 및 제2광검출기(19)(29) 및, 상기 제1 및 제2광검출기(19)(29)의 검출신호로부터 광디스크(10)의 재생신호를 검출하는 제1 및 제2신호처리부(20)(30)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 광디스크(10)는 제1포맷 광디스크와 제2포맷 광디스크 중 어느 하나이다. 이때, 상기 제1포맷 광디스크는 예컨대, 그 기판 두께(광 입사면에서 정보기록면까지의 두께)가 0.6mm 이하인 HD-DVD 계열의 광디스크(이하, HD-DVD)이고, 제2포맷 광디스크는 예컨대, 그 기판 두께가 0.6mm인 DVD 계열의 광디스크(이하, DVD)이다.
상기 제1광원(11), 제1광로변환수단(13), 제1광검출기(19) 및 제1신호처리부(20)는 상기 제1포맷의 광디스크의 정보신호를 기록 및/또는 재생하는데 사용된다.
즉, 상기 제1광원(11)은 제1포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 단파장인 청색광 예컨대, 대략 400nm 파장영역의 광을 출사한다. 이 광원(11)에서 출사된 발산광은 콜리메이팅렌즈(12)를 통과하면서 집속되어 팽행광이 된다.
상기 제1광로변환수단(13)은 상기 제1광원(11)과 대물렌즈(17) 사이에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 제1광원(11) 쪽에서 입사되는 광은 대물렌즈(17) 쪽으로 향하도록 하고, 상기 대물렌즈(17) 쪽에서 입사되는 광은 상기 제1광검출기(19) 쪽으로 향하도록 한다.
상기 제1광로변환수단(13)으로는 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 입사광의 일부는 투과시키고 나머지는 반사시키는 빔스프리터를 구비한다. 이때, 빔스프리터로는 도시된 규빅형 이외에, 플레이트형이나 프리즘형의 빔스프리터가 사용될 수도 있다.
여기서, 상기 제1광로변환수단(13)은 입사광을 편광방향에 따라 투과 또는 반사시켜 광의 경로를 변환하는 편광빔스프리터(미도시)와, 이 편광빔스프리터와 제3광로변환수단(15) 사이의 광로 상에 마련되어 입사광의 위상을 지연시키는 위상지연판(미도시)으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 위상지연판은 입사되는 광 파장에 대해 입사광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 1/4파장판인 것이 바람직하다.
상기 대물렌즈(17)는, 상기 제1포맷 광디스크의 기판 두께에 대해 최적화되고, 제1광원(11)에서 출사된 광 파장에 대해 적합하도록 마련되며, 0.6 이상의 개구수(NA)를 가진다.
따라서, 상기 제1 및 제2광원(11)(21)에서 출사되는 광의 파장 차이에 의해 제2광원(21)에서 출사되어 상기 대물렌즈(17)에 의해 광디스크(10)에 집속된 광에는 색수차가 발생된다. 또한, 제1포맷 광디스크와 후술하는 제2포맷 광디스크의 기판 두께가 서로 다른 경우, 기판 두께 차이에 의해 제2광원(21)에서 출사되어 광디스크(10)에 집속된 광에는 구면수차가 발생하게 된다. 하지만, 후술하는 광분기수단, 제2광검출기(29) 및 제2신호처리부(30)의 구성에 의해 상기와 같은 색수차 및/또는 구면수차가 보정되므로, 본 발명에 따른 호환형 광픽업장치는 제1 및 제2포맷 광디스크를 호환 채용할 수 있다.
한편, 상기 제3광로변환수단(15)은 상기 제1광로변환수단(13)과 대물렌즈(17) 사이에 마련되며, 제1 및 제2광원(11)(21)에서 출사된 광 중 일 광은 투과시키고 다른 광은 반사시켜 제1 및 제2광원(11)(21)에서 출사된 광의 진행 경로를 변환한다. 이러한 제3광로변환수단으로는 상기 제1광원(11)에서 출사된 광은 투과시키고, 제2광원(21)에서 출사된 광은 반사시키는 경면(15a)을 갖는 빔스프리터를 구비할 수 있다. 이때, 상기 경면(15a)은 청색광은 투과시키고, 적색광은 반사키도록 코팅 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1광검출기(19)는 제1광원(11)으로부터 제1포맷 광디스크에 조사되고 반사되어, 상기 대물렌즈(17), 제3광로변환수단(15) 및 제1광로변환수단(13)을 순차로 경유하여 입사되는 광을 수광한다.
상기 제1신호검출부(20)는 상기 제1광검출기(19)의 검출신호로부터 제1포맷 광디스크의 정보 재생신호를 생성한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광픽업장치는 HD-DVD에 정보신호를 기록하거나, 기록된 정보를 재생할 수 있다.
한편, 상기 제2광원(21), 제2광로변환수단(23), 광분기수단, 제2광검출기(29) 및 제2신호처리부(20)는 상기 제2포맷 광디스크의 정보신호를 기록 및/또는 재생하는데 사용된다.
즉, 상기 제2광원(21)은 제2포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 장파장인 적색광 예컨대, 대략 650nm 파장영역의 광을 출사한다. 이 광원(21)에서 출사된 발산광은 콜리메이팅렌즈(22)에 의해 집속되어 평행광이 된다.
이 평행광은 상기 광분기수단을 통해 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)을 포함하는 적어도 2개의 광으로 분기된다. 여기서, 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)은 상기 대물렌즈(17)를 경유하여 광디스크(10)에 집속되는 것으로, 제1광(Ⅰ)은 주 광스폿을 형성하고 제2광(Ⅱ)은 보조 광스폿을 형성한다.
이를 위하여, 상기 광분기수단으로 입사광을 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)으로 분기시킴과 아울러, 제2광(Ⅱ)이 소정량의 구면수차를 갖는 광이 되도록 제2광(Ⅱ)에 대해 소정 구면수차를 발생시키는 홀로그램소자(25)를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1광(Ⅰ)은 상기 홀로그램소자(25)에 의해 회절된 0차 회절광이고, 제2광(Ⅱ)은 상기 홀로그램소자(25)에 의해 회절된 1차 회절광이다.
상기 제2광로변환수단(23)은 상기 홀로그램소자(25)와 제3광로변환수단(15) 사이에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 제2광원(21) 쪽에서 입사된 광은 제3광로변환수단(15) 쪽으로 향하도록 하고, 상기 제3광로변환수단(15) 쪽에서 입사된 광은 상기 제2광검출기(29) 쪽으로 향하도록 한다.
이러한 제2광로변환수단(23)은 제1광로변환수단(11)과 마찬가지로, 빔스프리터나, 편광빔스리터 및 위상지연판으로 이루어진다.
따라서, 상기 홀로그램소자(15)를 통하여 분기된 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ) 각각은 제2 및 제3광로변환수단(23)(15)를 순차로 경유하고, 대물렌즈(17)에 의해 집속되어 광디스크(10)에 맺힌다. 이때, 상기 제2광(Ⅱ)은 상기 제1광(Ⅰ)이 집속되는 트랙과 동일한 트랙에 맺힌다.
그리고, 상기 광디스크(10)에서 반사된 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ) 각각은 상기 대물렌즈(17), 제3광로변환수단(15) 및 제2광로변환수단(23)을 경유한 후, 집광렌즈(28)에 의해 집광된 채로 상기 제2광검출기(29)에 수광된다.
이때, 광디스크(10)에 집속된 주 광스폿 및 보조 광스폿에는 제1 및 제2광원(11)(21)에서 출사된 광 파장 차이에 의해 상기 대물렌즈(17)에서 발생된 색수차가 포함되어 있으며, 제1포맷 광디스크가 상기 제2포맷 광디스크와 다른 기판 두께를 가진 경우에는, 제2포맷 광디스크 채용시 그 기판 두께 차이에 의해 발생된 구면수차가 포함되어 있다. 또한, 상기 보조 광스폿에는 주 광스폿에 비해 홀로그램소자(25)에 의해 발생시킨 구면수차가 더 포함되어 있다.
상기 광검출기(29)는 상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ) 각각을 수광하는 제1 및 제2수광부(29a)(29b)를 구비한다.
상기 제2신호처리부(30)는 상기 제1수광부(29a)와 제2수광부(29b) 각각을 통해 검출 및 광전변환된 신호로부터 상기한 색수차 및/또는 기판 두께 차이에 의한 구면수차가 보정된 재생신호를 출력하도록 마련된다.
즉, 상기 제2신호처리부(30)는 제1 및 제2수광부(29a)(29b)로부터 출력된 신호를 차동하는 차동기(33)와, 이 차동기(33)에서 출력되는 차신호를 이득률(gain factor) k배 만큼 증폭시키는 게인 조정기(35)와, 상기 게인 조정기(35)쪽에서 입력되는 신호와 제1수광부(29a)에서 출력되는 신호를 더하여 출력하는 가산기(37)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 제2신호처리부(30)에서는 상기 제1 및 제2수광부(29a)(29b)로부터 출력된 검출신호를 아래의 수학식 3과 같이 연산하여, 제2포맷 광디스크 재생 시 상기한 색수차 및 기판 두께 차이에 의한 구면수차가 보정된 재생신호(S)를 출력한다.
S = Sm + k(Sm - Ssub)
여기서, Sm는 상기 제1수광부(29a)에서 수광되고 광전변환된 상기 주 광스폿에 의한 메인 재생신호이고, Ssub는 상기 제2수광부(29b)에서 수광되고 광전변환된 상기 보조 광스폿에 의한 부 재생신호이며, k는 이득률(gain factor)을 나타낸다.
상기 이득률 k는 제1 및 제2포맷 광디스크의 두께 차이 정도에 따라 크기가 변하는 값으로, 제2포맷 광디스크의 재생신호의 지터(jitter)가 최소화되도록 k값 제어회로(미도시)를 통해 제어된다. 이때, 상기 k값 제어회로는 상기 제2신호처리부(30)에서 출력되는 재생신호로부터 지터를 모니터링한 결과를 게인 조정기(35)로 피드백하여, 이득률 k를 제어하도록 된 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같이 홀로그램소자(25)를 채용하여, 광디스크(10)의 동일 트랙 상에 주 광스폿과 부 광스폿을 형성하는 경우, 상기 부 광스폿이 주 광스폿에 대해 트랙 방향으로 이격되어 형성되므로, 상기 두 개의 광스폿에 의한 신호 사이의 시간지연(time delay)을 보상하도록, 상기 제2신호처리부(30)는 도시된 바와 같이, 딜레이(31)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이 딜레이(31)는 제2수광부(29b)의 출력단과 차동기(33)의 입력단 사이에 설치되어, 예컨대, 앞선 위상을 갖는 제2수광부(29b)신호의 위상을 지연시켜 제1 및 제2수광부(29a)(29b)로부터 출 력된 신호 사이의 위상을 맞춘다.
이하, 도 4를 참조로 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업장치의 작동을 설명한다.
광디스크(10)로 HD-DVD 계열인 제1포맷 광디스크를 채용한 경우, 제1광원(11)이 작동되고 그로부터 청색광이 출사된다. 이 제1광원(11)에서 출사된 발산광은 콜리메이팅렌즈(12)에 의해 집속되어 평행광으로 되고, 이 평행광은 제1 및 제3광로변환수단(13)(15)을 순차로 투과하여 대물렌즈(17)에 입사된다. 대물렌즈(17)는 입사된 광을 집속하여 제1포맷 광디스크의 기록면에 광스폿을 형성시킨다. 따라서, 기록 가능형인 경우 상기와 같이 기록면에 광스폿을 형성시켜 정보신호를 기록하게 된다.
한편, 제1포맷 광디스크에서 반사된 광은 대물렌즈(17)를 경유하고 제3광로변환수단(15)을 투과하여 제1광로변환수단(13)에 입사된다. 이 입사광은 제1광로변환수단(13)에서 반사되고, 집광렌즈(18)에 의해 집속되어 제1광검출기(19)에 수광된다. 따라서, 재생시에는 제1광검출기(19)의 검출신호는 제1신호처리부(20)로 입력되고, 이 제1신호처리부(20)에서는 제1포맷 광디스크의 정보 재생신호가 출력된다.
여기서, 상기 제1광검출기(19)의 검출신호가 대물렌즈(17)가 정상 포커스 위치에서 트랙 중심을 추종하도록, 포커스 오차신호 및 트랙 오차신호를 검출하는데 사용됨은 물론이다.
광디스크(10)로 DVD 계열인 제2포맷 광디스크를 채용한 경우, 제2광원(21)이 작동되고 그로부터 적색광이 출사된다. 이 제2광원(21)에서 출사된 발산광은 콜리메이팅렌즈(22)에 의해 집속되어 평행광으로 되고, 이 평행광은 홀로그램소자(25)에 의해 회절되어 제1광(Ⅰ)과 구면수차를 갖는 제2광(Ⅱ)으로 분기된다.
상기 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)은 제2광로변환수단(23)을 투과하고 제3광로변환수단(15)에서 반사되어 대물렌즈(17)에 입사된다. 대물렌즈(17)는 입사된 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)을 집속하여 제2포맷 광디스크의 기록면 상의 동일 트랙 상에 주 광스폿과 부 광스폿을 형성시킨다. 따라서, 기록 가능형인 경우에는 상기와 같이 기록면에 형성된 주 광스폿에 의해 정보신호를 기록하게 된다.
한편, 제2포맷 광디스크에서 반사된 제1 및 제2광(Ⅰ)(Ⅱ)은 대물렌즈(17) 및 제3광로변환수단(15)를 경유하고, 제2광로변환수단(23)에서 반사된 다음 집광렌즈(28)에 의해 집속되어 제2광검출기(29)의 제1 및 제2수광부(29a)(29b)에 각각 수광된다. 따라서, 재생시에, 상기 제1 및 제2수광부(29a)(29b)의 검출신호는 제2신호처리부(30)로 입력되고, 이 제2신호처리부(30)에서는 상술한 바와 같은 색수차 및/또는 기판 두께 차이에 의한 구면수차가 제거된 제2포맷 광디스크의 정보 재생신호가 출력된다.
여기서, 상기 제2광검출기(29)의 검출신호는 제1광검출기(19)의 검출신호와 마찬가지로, 대물렌즈(17)가 정상 포커스 위치에서 트랙 중심을 추종하도록, 포커스 오차신호 및 트랙 오차신호를 검출하는데 사용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 5 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 다른 호환형 광픽업장치로, DVD 계열인 제2포맷 광디스크를 채용할 때, 상술한 바와 같은 색 수차 및/또는 기판 두께 차이에 의한 구면수차가 없는 재생신호를 검출할 수 있음을 구체적인 예를 들어 설명한다.
도 5는 트랙피치 0.74㎛, 최소마크길이 0.40㎛인 3열의 피트로 구성된 DVD의 일부분을 나타낸 것이고, 도 6은 도 5의 중심 트랙을 재생한 신호를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, So(이중점선)은 파장 650nm 광원과, 개구수가 0.6이고 기판 두께 0.6mm에 적합하도록 설계된 대물렌즈로 도 5에 도시된 바와 같은 DVD의 중심 트랙을 재생한 신호이다. 이 재생신호(So)는 도 7과 같은 아이 패턴(eye-pattern)을 나타내며, 그 지터값은 8.64%이다.
Sm(실선)은 파장 400nm, 광디스크 기판 두께 0.55mm에서 설계된 대물렌즈와 650nm 파장의 광을 출사하는 광원으로 도 5에 도시된 바와 같은 DVD의 중심 트랙을 재생한 신호이다. 이 재생신호(Sm)는 도 8과 같은 아이 패턴을 나타내며, 그 지터값은 24.16%이다.
Ssub(점선)는 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업장치에서 홀로그램소자(25)가 제2광(Ⅱ)에 기판 두께 차이 50μm에 해당하는 구면수차를 포함시키도록 마련된 경우, 상기 제2광(Ⅱ)으로 도 5의 상기 DVD 광디스크를 재생한 신호이다. 이 재생신호(Ssub)는 도 9와 같은 아이 패턴을 나타내며, 그 지터값은 30% 이상이다.
도 10은 상기 Sm신호와 Ssub신호를, 도 4의 제2신호처리부(30)에서 게인 조정기(35)의 이득률(k)을 3.5로 하여, Sm + 3.5*(Sm - Ssub)과 같이 연산한 재생신호(S)를 상기한 So신호와 직류(DC)성분과 교류(AC) 성분이 일치하도록 조정하여 보인 것이다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, S신호와 So신호는 거의 일치한다. 물론, 상기 S신호는 도 11과 같은 아이 패턴을 나타내며, 그 지터값이 8.88%가 되어, 650nm 광원과 DVD용 대물렌즈로 DVD를 재생한 So신호의 지터값(8.64%)과 유사함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 호환형 광픽업장치는 DVD 계열인 제2포맷 광디스크를 재생할 때, 수학식 3과 같은 연산으로부터 상술한 바와 같은 색수차 및/또는 기판 두께 차이에 의한 구면수차를 제거시킨 재생신호를 검출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호환형 광픽업장치를 보인 도면이다. 도면을 참조하면, 서로 다른 파장영역의 광을 출사하는 제1 및 제2광원(11)(21)과, 입사광을 집속시켜 광디스크(10)에 광스폿이 맺히도록 하는 대물렌즈(17)와, 입사광의 진행경로를 변환시키는 제1 내지 제3광로변환수단(13)(53)(15)과, 제2광원(21)에서 출사된 광이 광디스크(10)에 적어도 두 개의 광스폿으로 맺히도록 입사광을 분기시키는 광분기수단과, 상기 광디스크(10)에서 반사된 광을 수광하는 제1 및 제2광검출기(19)(59) 및, 상기 제1 및 제2광검출기(19)(59)의 검출신호로부터 광디스크의 재생신호를 검출하는 제1 및 제2신호처리부(20)(60)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 4에서와 동일한 참조부호는 실질적으로 도 4를 참조로 본 발명 의 일 실시예에서 설명한 동일한 부재를 나타내므로, 그 설명을 생략한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 제2광원(21), 제2광로변환수단(53), 광분기수단, 제2광검출기(59) 및 제2신호처리부(60)는 DVD 계열인 제2포맷 광디스크의 정보신호를 기록 및/또는 재생하는데 사용된다.
상기 제2광원(21)에서 출사되고, 콜리메이팅렌즈(22)에 의해 집속된 평행광은 상기 광분기수단(55)을 통해 제1 및 제2광(Ⅰ')(Ⅱ')을 포함하는 적어도 2개의 광으로 분기된다. 상기 제1 및 제2광(Ⅰ')(Ⅱ')은 상기 대물렌즈(17)를 경유하여 광디스크(10)에 집속되는 것으로, 제1광(Ⅰ')은 주 광스폿을 형성하고 제2광(Ⅱ')은 보조 광스폿을 형성한다.
본 실시예는, 상기 광분기수단으로 상기 제1광(Ⅰ')이 일 편광 예컨대, P편광의 광이 되고, 상기 제2광(Ⅱ')이 소정량의 구면수차를 갖는 다른 편광 예컨대, S 편광의 광이 되도록 상기 제2광(Ⅱ')에 대해 소정량의 구면수차를 발생시키는 편광홀로그램소자(55)를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1광(Ⅰ')은 상기 편광홀로그램소자(55)에 의해 회절된 0차 회절광이고, 제2광(Ⅱ')은 상기 편광홀로그램소자(55)에 의해 회절된 1차 회절광이다.
상기 제2광로변환수단(53)은 상기 편광홀로그램소자(55)와 제3광로변환수단(15) 사이에 배치되어 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 본 실시예에서는, 상기 제2광로변환수단(53)으로 빔스프리터를 구비하는 것이 바람직하며, 이 빔스프리터는 제2광원(21) 쪽에서 입사된 광은 그 편광 성분에 관계없이 대부분 투과시켜 제3광로변환수단(15) 쪽으로 향하도록 하고, 상기 제3광로변환수단(15) 쪽에서 입사된 광은 그 편광 성분에 관계없이 대부분 반사시켜 상기 제2광검출기(59) 쪽으로 향하도록 한다.
따라서, 상기 편광홀로그램소자(55)를 통하여 분기된 제1 및 제2광(Ⅰ')(Ⅱ') 각각은 대물렌즈(17)에 의해 집속되어 광디스크(10)에 맺힌다. 이때, 상기 제1광(Ⅰ')에 의한 주 광스폿 및 제2광(Ⅱ')에 의한 보조 광스폿은 트랙 상의 동일 위치에 형성되므로, 후술하는 바와 같이, 상기 제2신호처리부(60)는 본 발명의 일 실시예에서의 제2신호처리부(도 4의 30)와는 달리 딜레이(도 4의 31)를 구비할 필요가 없다.
여기서, 상기 주 광스폿 및 보조 광스폿은, 서로 다른 편광으로 된 점을 제외하고는, 본 발명의 일 실시예에서 설명한 주 광스폿 및 보조 광스폿과 마찬가지의 특성을 가진다.
한편, 상기 제2광원(21)으로부터 광디스크(10)에 조사되어 반사되고, 대물렌즈(17), 제3광로변환수단(15), 제2광로변환수단(53)을 경유한 서로 다른 편광의 제1 및 제2광(Ⅰ')(Ⅱ')이 그 편광 차이에 의해 서로 분기되어 각각 광검출기로(59)의 제1 및 제2수광부(59a)(59b) 향하도록, 제2광로변환수단(53)과 광검출기(25) 사이에 편광빔스프리터(58)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
물론, 상기 광검출기(59)의 제1 및 제2수광부(59a)(59b)는 상기 편광빔스프리터(58)에 의해 서로 분리된 제1 및 제2광(Ⅰ')(Ⅱ') 각각을 수광할 수 있도록 배치된다.
상기 제2신호처리부(630)는 상기 제1수광부(59a)와 제2수광부(59b) 각각을 통해 검출 및 광전변환된 신호를 상기한 수학식 3과 같이 연산하여, 본 발명의 일 실시예에서와 마찬가지로, 제2포맷 광디스크 재생시에 상술한 바와 같은 색수차 및/또는 기판 두께 차이에 의한 구면수차가 보정된 재생신호를 출력한다. 여기서, 상기 제2신호처리부(60)는 딜레이를 구비하지 않는 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2신호처리부(도 4의 30)와 마찬가지의 구성을 가지므로, 동일 참조부호로 표시하고 그 자세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치는, HD-DVD의 채용시에 그 HD-DVD 기판의 두께 편차에 의한 구면수차를 보정할 수 있도록, HD-DVD 계열인 제1포맷 광디스크를 기록 및/또는 재생하기 위한 광학계 구성으로, 도 4 및 도 12를 참조로 설명한 DVD 계열인 제2포맷 광디스크를 기록 및/또는 재생하기 위한 광학계와 동일 또는 유사한 구성을 구비하는 것도 가능하다.
이 경우, 제1광원(11)과 제1광로변환수단(13) 사이에 구비된 광분기수단(미도시)에 의해, 제1포맷 광디스크 상에는 주 광스폿과 상기 주 광스폿에 비해 구면수차를 더 포함하는 보조 광스폿이 형성된다. 따라서, 상기 제1포맷 광디스크에서 반사된 주 광스폿과 보조 광스폿을 제1광검출기(19)의 서로 다른 수광부(미도시)에서 각각 수광되고, 제1신호검출부(20)는 제1광검출기(19)쪽에서 입력된 신호를 수학식 3과 같이 연산하여 HD-DVD의 기판 두께 편차에 따른 구면수차를 거의 제거시킨 재생신호를 검출한다. 이때, 상기 구면수차는 수학식 3과 같은 연산을 수행하도록 마련된 제1신호검출부(20)에서 이득률(k)을 적절한 값으로 선택함으로써 제거된다.
여기서, 상기와 같이 광디스크에 주 광스폿과 이 주 광스폿에 비해 구면수차를 더 포함하는 보조 광스폿을 형성하고, 반사된 그 주 광스폿 및 보조 광스폿 신호를 수광하여 수학식 3과 같은 연산 과정을 통해 재생신호를 검출하면, 상기한 색수차 및/또는 구면수차 뿐만 아니라, 광디스크 경사에 따른 코마수차 등도 보정된다. 따라서, 재생신호의 지터 특성이 대폭적으로 개선된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 고밀도 기록/재생용 호환형 광픽업장치는, 광디스크 상에 주 광스폿 및 이 주 광스폿에 비해 구면수차를 더 포함하는 보조 광스폿을 형성하고, 그로부터 반사되어 수광된 신호를 수학식 3에 나타낸 바와 같은 연산을 통하여 재생신호를 검출하도록 된 구성을 가진다.
따라서, 1매의 대물렌즈를 채용하여 간단한 액츄에이터 구성을 가지면서도, 서로 다른 파장의 광을 사용함으로 인해 발생하는 색수차 및/또는 채용되는 광디스크의 기판 두께 변화에 따른 구면수차 등이 보정된 지터 특성이 양호한 재생신호를 검출할 수 있어서, 포맷이 서로 다른 광디스크들 즉, HD-DVD와 DVD를 호환 채용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 단파장인 광을 출사하는 제1광원;
    제2포맷 광디스크에 적합한 상대적으로 장파장인 광을 출사하는 제2광원;
    입사광을 집속시켜 광디스크에 광스폿이 맺히도록 하며, 상기 제1포맷 광디 스크 및 상기 제1광원에서 출사된 광 파장에 대해 적합하도록 마련된 대물렌즈;
    상기 제1광원과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제1광원에서 출사된 광의 진행경로를 변환하는 제1광로변환수단;
    상기 제2광원과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제2광원에서 출사된 광의 진행경로를 변환하는 제2광로변환수단;
    상기 제1 및 제2광로변환수단과 대물렌즈 사이에 배치되어, 제1 및 제2광원에서 출사된 광 중 일 광은 투과시키고 다른 광은 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시키는 제3광로변환수단;
    제1광원으로부터 광디스크에 조사되어 반사되고, 상기 대물렌즈, 제3광로변환수단 및 제1광로변환수단을 순차로 경유하여 입사되는 광을 수광하는 제1광검출기;
    상기 제1광검출기의 검출신호로부터 제1포맷 광디스크의 재생신호를 검출하는 제1신호처리부;
    상기 제2광원과 제2광로변환수단 사이의 광로 상에 마련되어, 광디스크에 주광스폿과 보조 광스폿이 맺히도록 입사광을 제1 및 제2광을 포함한 적어도 두 개의 광으로 분기시키는 제1광분기수단;
    제2광원으로부터 광디스크에 조사되어 반사되고, 상기 대물렌즈, 제3광로변환수단 및 제2광로변환수단을 순차로 경유하여 입사되는 제1 및 제2광을 각각 수광하는 제1 및 제2수광부를 갖는 제2광검출기; 및
    상기 제1수광부와 제2수광부를 통해 검출되고 광전변환된 신호로부터 제1 및 제2광원에서 출사된 광의 파장차이에 따른 색수차 및/또는 제1포맷 광디스크와 제2포맷 광디스크의 기판 두께 차이에 의한 구면수차를 보정하여, 제2포맷 광디스크의 재생신호를 검출하는 제2신호처리부;를 포함하여, 포맷이 서로 다른 광디스크를 호환채용 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1광원은 청색광을 출사하고, 상기 제2광원은 적색광을 출사하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1광분기수단은, 상기 제2광이 상기 제1광에 비해 구면수차를 더 포함하는 광이 되도록, 상기 제2광에 대해 소정의 구면수차를 발생시키는 홀로그램소자;인 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2신호처리부는,
    상기 제1수광부와 제2수광부를 통해 검출되고 광전변환된 신호 사이의 상대적인 시간지연을 보상하여 위상을 서로 맞추도록, 상기 제1 및/또는 제2수광부의 출력단과 상기 제2신호처리부의 적어도 일 입력단 사이에 딜레이;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광분기수단은, 상기 제1광은 일 편광의 광이 되고, 제2광은 다른 편광의 광이면서 상기 제1광에 비해 구면수차를 더 포함하는 광이 되 도록, 상기 제2광에 대해 소정의 구면수차를 발생시키는 편광홀로그램소자;이고,
    상기 제2광로변환수단과 제2광검출기 사이의 광로상에 광디스크에서 반사되고, 대물렌즈, 제3 및 제2광로변환수단을 경유하여 입사된 제1 및 제2광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터;를 더 구비하며,
    상기 제2광검출기의 제1 및 제2수광부 각각은 상기 편광빔스프리터에서 분기된 서로 다른 편광의 제1 및 제2광을 각각 수광할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1수광부에서 수광되고 광전변환된 상기 주 광스폿에 의한 메인 재생신호를 Sm, 상기 제2수광부에서 수광되고 광전변환된 상기 보조 광스폿에 의한 부 재생신호를 Ssub, 이득률(gain factor)을 k라 할 때,
    상기 제2신호처리부는 상기 제1 및 제2수광부에서 입력된 신호를 하기의 수학식과 같이 연산하여, 제1 및 제2광원에서 출사된 광의 파장 차이에 의해 상기 대물렌즈에서 발생하는 색수차 및/또는 제1포맷 광디스크와 제2포맷 광디스크의 두께 차이에 따른 구면수차가 보정된 재생신호(S)를 출력할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
    <수학식>
    S = Sm + k(Sm-Ssub)
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광원과 제1광로변환수단 사이의 광로상에, 제1광원으로부터 출사된 광에 의해 광디스크에 주광스폿과 보조 광스폿이 맺히도록 입사광을 제3 및 제4광으로 분기시키는 제2광분기수단;을 더 구비하고,
    상기 제1광검출기는, 광디스크에서 반사되고 상기 대물렌즈, 제3광로변환수단 및 제1광로변환수단을 순차로 경유하여 입사되는 제3 및 제4광을 각각 수광하는 제3 및 제4수광부를 가지며,
    상기 제1신호처리부는, 상기 제3수광부와 제4수광부를 통해 검출되고 광전변환된 제3 및 제4신호로부터 제1포맷 광디스크의 기판 두께 편차에 의한 구면수차가 보정된 재생신호를 검출하도록 마련된 것을 특징으로 하는 호환형 광픽업장치.
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