1. 발명의 명칭 2. 발명의 분야 3. 발명의 기술적 배경 (종래 기술) 다종 디스크 대응 광디스크 기록 재생 장치

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1 1. 발명의 명칭 2. 발명의 분야 3. 발명의 기술적 배경 (종래 기술) 다종 디스크 대응 광디스크 기록 재생 장치
본 발명은 트랙피치가 다른 다종의 디스크를 호환하여 안정적으로 트랙킹 신호를 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다. 3. 발명의 기술적 배경 (종래 기술) 광디스크의 밀도가 높아지면서 기존의 CD디스크보다는 밀도가 큰 DVD디스크가 개발되어, 정보 저장장치로서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 BD 디스크가 개발되어 있다. 이중에서 특히 DVD 디스크에는 기록용으로 개발된 디스크로서 DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, 등 여러 가지의 규격이 있어서 경쟁하고 있다. 이들 기록용 광디스크의 구조는 도면1에서 나타낸 바와 같이 LAND/GROOVE가 있는 구조로 되어있다. R, RW디스크의경우는 Groove에 기록하는 방식이지만, DVD-RAM 디스크의 경우는 LAND와 GROOVE모두에 기록하는 방식으로 차이가 있다. 그런데, 디스크의 종류별로 LAND/GROOVE 간의 간격이 차이가 있다. 예를 들면, DVD-RW디스크의 경우에는 LAND와 다음 LAND까지의 간격, 즉 신호가 기록되는 한 주기인 track pitch 의 값이 0.74mm 이고, 따라서 land에서 groove 까지 간격은 0.37mm이다. 한편 DVD-RAM 디스크의 경우에는 land와 land사이의 간격 주기는 1.23mm이며, land/groove 모두에 기록하는 방식이므로 track pitch는 land와 groove사이의 간격인 0.615mm이다.

2 3. 발명의 기술적 배경(종래기술) - 계속 - 그리고 일반적인 재생 전용 디스크인 DVD-ROM 디스크의 경우 pit 열간의 간격인 track pitch는 0.74mm이다. 또 하위 디스크인 CD의 경우 track pitch 는 1.6mm이다 한편, 빔이 트랙의 중심에서 벗어나지 않기 위한 제어를 위한 신호검출 방법으로 많이 사용하는 tracking error 신호 검출 방법으로서, DPP (Differential Push-Pull)법을 많이 사용한다. 이 방법은, grating을 사용하여 빔을 3개로 나누어서 main빔이 groove에 있을 때, 부 빔을 land에 배치하도록 조정하여 각 빔에서 나오는 광의 track을 중심으로 한, 좌우 차 신호를 검출했을 때, 이 각각의 신호를 push-pull신호라고 하고, 이때 주빔과 부빔의 신호는 도면 2와 같이 위상이 180˚ 인 sine파형이 나오게 된다. 이 두신호의 차를 DPP신호라고 하는데, 이렇게 주빔과 부빔의 차신호를 구하는 이유는 대물렌즈가 radial shift했을 때, push-pull신호에 offset이 발생하게 되는데, 이를 보정하기 위해서이다. 그런데, 이런 DPP법을 사용할 때, 앞서 기술한 바와 같이 부빔이 groove에 있을때에는 부빔이 land에 있어야 하고, 주빔이 land에 있을때에는 부빔이 groove 에 있어야 한다. 하지만 여러 종류의 디스크에 호환하여 사용하기 위해서는, 앞서 기술한 바와 같이 DVD-RAM 디스크와 DVD-RW 디스크의 track pitch가 서로 다르기 때문에 부빔의 위치를 한 개의 디스크에 맞출 경우, 다른 디스크에서는 맞출 수 없게 되어서, 종류가 다른 디스크간에 호환이 어렵게 된다. 이를 해결하기 위한 종래의 방법으로서 2분할 위상grating을 사용하는 방법이 있다. 이는 도면 3과 같이 3빔을 생성하는 grating이 중앙을 경계로 ½ pitch만큼 어긋나 있는 형태로 되어 있다. 이 grating 에 의해서 회절되는 ±1차광의 부빔은 도면4와 같은 좌우로 180도의 위상차를 가지는 위상판을 투과한 광과 같은 효과를 가진다. 이러한 위상을 가진 광이 대물렌즈를 통하여 디스크에 집광될 때, 이 광을 도면 5와 같은 쌍봉형태의 빔이 형성된다. 주빔이 groove에 있을때, 이 쌍봉형태의 부빔의 중심을 역시 groove 에 두고서, 부빔의 push-pull신호를 구해보면, 이 신호는 도면2의 일반 grating의 부빔이 주빔과 반대위치에 조정된 부빔과 같은 신호를 나타내게 된다. 특히 이 신호는 DVD-RW 디스크나 DVD-RAM 디스크 등 트랙의 간격주기와 관계가 없이 나타나므로, 디스크에 호환된 DPD신호를 검출할 수 있게 해 준다. 하지만 이러한 종래발명의 경우, 다음과 같은 문제점이 있다.

3 3. 발명의 기술적 배경(종래기술) - 계속 - pickup을 조립할 때, 2분할 grating의 분할선의 중심과 대물렌즈의 중심은 조립 오차에 의해서 정확한 조립은 힘들다. 그리고 대물렌즈가 트랙을 따라가면서 radial shift를 하기 때문에, 이에 의해서도 2분할 grating 의 중심과 대물렌즈 중심은 정확히 일치할 수가 없다. 따라서, 이러한 중심의 틀어짐에 민감하게 되면 pickup에 따라서 신호의 변화폭이 심해지게 되어, 안정적 인 성능을 확보하기 힘들게 된다. 도면6은 DVD-RW디스크에서의 2분할 grating의 중심과 대물렌즈 사이의 축틀어짐에 따른 특성을 나타낸 그래프이다. 실선은 주빔의 push-pull신호이며, 점선들을 부빔의 push-pull 신호들이다. 이 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 DVD-RW디스크에서는 춤 틀어짐에 따른 영향이 크지 않다. 그러나 도면7에서 DVD-RAM디스크에서의 축틀어짐의 영향을 나타내었는데, 그래프에서 보는 바와 같이, 신호의 크기가 크게 줄어드는 것을 알 수 있다. 오른쪽 그림은 radial shift에 따른 DPP신호의 줄어드는 양을 graph로 나타낸 것이다. 이러한 2분할 grating 의 문제점을 개선한 방법으로는 3분할 grating이 있다. 3분할 grating은 2분할 grating의 중심 영역에 중간 정도의 위상이 틀어진 grating을 두어서 영역을 3개로 나눈 것으로서, radial shift의 특성이 2분할 grating 에 비해서 개선 된다. 3분할 grating의 radial shift에 따른 DVD-RAM디스크에서의 DPP크기를 계산한 graph가 그림 10과 같다. 한편 이러한 3분할grating의 문제점으로는, 제작상의 error나 공차에 의해서 grating에 의한 회절광인 +1차광과 -1차광의 광량비의 차이가 발생했을 때, MPP와 SPP신호 사이에 위상차가 발생한다는 것이다. 이로 인하여, DPP신호의 전체 크기가 감소하는 결과를 가져오게 된다. 이를 해결하기 위하여 최근에 사용하는 방법으로는 그림 11에 나타난 4분할 grating이 있다. 이 4분할 grating의 radial shift에 따른 DPP특성은 그림 12와 같이 3분할 grating과 거의 동일하며, +1차광과 -1차광의 광량비 비대칭이 발생하여도 영향이 없다. 이상의 2분할, 3분할, 4분할 grating 모두 DVD-R/RW디스크와 DVD-RAM디스크의 track pitch 의 차이를 하나의 grating으로 대응한다는 공통점은 있으나, 최근에 사용되는 2파장LD를 사용한 광학계에서는 CD의 대응도 필요하게 된다. 하지만 이 경우 CD에서의 radial shift 에 따른 DPP크기의 특성은 그림 14 에 나타낸 바와 같이 크게 떨어지게 된다. 한편 이러한 분할 grating이 아닌 single grating으로 DVD와 CD를 동시 대응할 수도 있다. Grating의 부빔의 분광각은 아래의 일반적인 식인 식1. grating equation에 의해서 결정된다. d sinq = n l 식1. , 여기서 d 는 grating pitch, n은 분광 차수, q는 분광 각도, l는 파장 이 식에서 알 수 있는 바와 같이 분광각은 사용하는 레이저광의 파장에 의존하므로 660nm파장을 사용하는 DVD와 785nm파장을 사용하는 CD는 분광각에서 차이가 나서 그림 15와 같이 디스크에 부빔이 맺히게 된다.

4 3. 발명의 기술적 배경(종래기술) - 계속 - 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 디스크의 최적점에 부빔을 위치시킬 수는 없으나, 적당한 중간 지점에 부빔을 위치하여 SPP신호의 위상을 MPP신호의 위상과 반대로 만들 수는 있게 된다. 하지만 이 경우, 부빔의 위치 조정이 매우 힘들며 조그마한 조정 error에도 SPP신호가 크게 변하며 역위상이 아닌 동위상도 나올 수 있게 된다. 이 경우, 편심 디스크에의 대응력 또한 매우 약해지는 문제가 있다.

5 4. 발명의 요지 DVD-R/RW 디스크와 DVD-RAM의 track pitch차이를 하나의 grating으로 대응하여 DPP신호를 만들어 내는 2분할, 3분할, 4분할 grating의 경우 CD까지 대응하려면 DPP신호의 radial shift에 따른 크기변화가 심하다. 또한 grating의 위치 조정을 해야 하므로 pickup의 조립 공정이 복잡해 진다. 따라서 본 발명에서는 이러한 분할grating의 위치 민감도를 저감 시키는 새로운 방식의 분할 방법으로 grating을 구성하여, radial shift나 중심 축 틀어짐에도 둔감하며, 조정오차에도 둔감한 새로운 SPP신호를 생성시키는grating을 구성하는데 있다.

6 5. 발명의 상세한 설명 (구성/동작) 본 발명의 grating 형상을 도면16에서 나타내었다. 일반적이 분할 grating의 경우 수직방향으로 분할이 되어 있으나, 본발명의 분할 방향은 도면 16과 같이 수평방향에서5˚~25˚ 정도 경사진 방향으로 분할되어 있다. 그리고 분할된 영역간의 grating의 위상은 180˚ 의 위상차가 나도록 구성한다. 이렇게 구성한 grating을 투과한 광이 대물렌즈에 의하여 디스크에 집광하면 도면 17과 같이 집광된다. 0차광은 grating 영향을 받지않고 바로 투과하여 가운데에 집광이 되면 +1차광과 -1차광은 상하에 각각 두개로 나누어진 형태의 빔으로 집광하게 된다. 집광된 부빔의 형상을 computer simulation 한 결과를 도면 18에 나타내었다. Grating의 중심 대비 대물렌즈가 radial shift 하게되면 기존의 분할 grating의 경우 특성 열화가 크게 나타났었는데, 도면19에 나타난 바와 같이 대물렌즈의 shift 500mm 에 대해서 부빔의 형상에 거의 변화가 없다. 따라서 이러한 본 발명의 grating 을 사용하게 되면, grating 위치 민감도가 매우 둔감해지게 된다. 한편, 본 발명에서 분할영역의 각도를 어느 정도로 해야 트랙피치가 다른 디스크 재생에 문제가 없는가 하는 것을 설계적으로 결정해야 한다. 도면 18과 같이 부빔은 디스크의 tangential 방향으로 배치하면서 약간 radial 방향으로 벗어나 있다. 이 radial 방향으로 벗어나 있는 정도에 따른 SPP신호의 크기를 도면 20에 나타내었다. 모든 디스크에서 SPP신호는 MPP의 역위상이 나와야 하므로 부빔의 위치는 그림에서 8Tp/16~12Tp/16 의 영역에 조정하면 DVD-R/ROM, DVD-RAM, CD 3종류의 디스크에 모두 대응 가능하다. (Tp는 DVD의 track pitch) 여기서 Tp=0.74mm이므로 부빔의 위치는 0.37mm~0.555mm 의 범위에 조정하면 가능해 진다. 한편 tangential 방향으로 벗어난 양은 너무 적게 벌어지게 되면 grating 의 분할 영역의 각도가 수평에서 수직으로 가까워져, grating 의 위치 민감도가 발생하게 되고, tangential 방향의 거리가 너무 많이 벌어지면 부빔이 너무 벌어져서 PD에 빔이 맺힐 때, 부빔의 신호를 받아들이는 PD cell 이 너무 커지게 되며 주빔의 신호에도 간섭하게 되기까지 한다. 따라서 중간의 적당한 값을 취해야 하는데, 부빔의 radial 방향 간격이 앞서 명기한 8Tp/16~12Tp/16 이 되도록 하면서 분할 영역의 각도를 수직방향에서 5˚~25˚ 정도로 기울이면 다종류의 디스크를 호환 가능하게 된다.

7 6. 발명의 효과 이상에서와 같이 본 발명은 2파장 LD를 사용하는 광 pickup에서, 1개의 간단한 grating으로 다종의 디스크에 대응할 수 있는 SPP신호를 만들어 낼 수 있는 효과가 있다.

8 7. 도 면 도면1. 광디스크의 LAND/GROOVE 구조 도면2. 주빔과 부빔의 push-pull 신호 180˚
7. 도 면 도면1. 광디스크의 LAND/GROOVE 구조 도면2. 주빔과 부빔의 push-pull 신호 180˚ 도면3. 2분할 grating의 구조 도면4. 2분할 grating의 회절광의 위상 도면5. 2분할 grating에 의해 회절된 부빔이 집광된 형태 도면6. 2분할 grating축틀어짐에 따른 DVD-RW디스크에서의 push-pull 신호

9 도면7. 2분할 grating축틀어짐에 따른 DVD-RAM 디스크에서의 push-pull 신호
0˚ 90˚ 180˚ 도면8. 3분할 grating의 형상 도면9. 3분할 grating의 회절광의 위상 도면10. 3분할 grating축틀어짐에 따른 DVD-RAM 디스크에서의 push-pull 신호

10 7. 도 면 도면11. 4분할 grating의 형상 도면12. 4분할 grating의 회절광의 위상
7. 도 면 -90˚ 0˚ 180˚ 90˚ 도면11. 4분할 grating의 형상 도면12. 4분할 grating의 회절광의 위상 도면13. 4분할 grating축틀어짐에 따른 DVD-RAM 디스크에서의 DPP신호 (a) 2분할 grating (b) 3분할 grating (c) 4분할 grating 도면14. 4분할 grating축틀어짐에 따른 CD 디스크에서의 DPP 신호

11 7. 도 면 DVD-R/ROM CD DVD-RAM
7. 도 면 DVD-R/ROM CD DVD-RAM 도면15. single grating에 의한 DVD/CD 의 디스크에서의 spot 위치 +1 차광 도면16. 본발명의 grating 형상 0 차광 -1 차광 도면17. 본발명의 grating 에 의해서 디스크에 집광된 빔의 형상

12 7. 도 면 (가) grating 위상 형상 (나) DVD 부빔 형상 (다) CD 부빔 형상
7. 도 면 (가) grating 위상 형상 (나) DVD 부빔 형상 (다) CD 부빔 형상 도면18. 본 발명에 의한 부빔의 형상 simulation (가) center (나) 500mm shift 도면19. 본 발명에 의한 부빔의 대물렌 500mm shift 에 따른 형상

13 7. 도 면 적정 수준의 SPP level 확보를 위한 Sub spot 설계 위치
7. 도 면 적정 수준의 SPP level 확보를 위한 Sub spot 설계 위치 도면20. 본 발명의 grating에 의한 DVD부빔의 raidal 방향의 위치에 따른 SPP level