KR0156224B1 - 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드 - Google Patents

광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드 Download PDF

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존 제이. 키세인
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Abstract

광디스크(40)를 판독하고 기록하거나 삭제하기 위한 광학 장치(10)에서, 광학 헤드는 집적된 형태로 구현된다. 집적된 광학 도파관(12,13,14), Y-스플리터 및 방향성 결합기를 포함하는 실리콘 광학 벤치 기술은 트래킹, 렌즈 집속 및 판독/기록/삭제 기능의 디자인에 사용된다

Description

광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 광디스크 장치의 개략적인 평면도.
제2도는 예시적인 광디스크의 개략적인 단면도.
제3도는 제1도의 도파로 구조체의 확대된 평면도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광자기디스크에 사용하기 위한 대안의 도파로 구조체의 평면도.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집적된 렌즈를 구비한 도파로 구조체의 에지의 개략적 평면도.
제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대안의 도파로 구조체의 개략적 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광디스크 장치 12∼14 : 도파로
16,18 : 차동 증폭기 20 : 광학 도파로 구조체
22 : 데이터 출력 회로 24 : 데이터 입력 회로
26 : 레이저 다이오도(LD) 28 : 광섬유
[발명의 배경]
본 발명은 광디스크로부터 또는 광디스크로의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명을 예를 들어 판독 전용 디스크(read-only disks; 예, CD-ROMs), 추기형(write-once-read-many; WORM) 디스크 및 소거가능 광자기디스크(erasable magneto-optic disks)에 관한 것이다.
광학 레코딩 시스템의 정보를 기록, 판독 및 소거하기 위해 필요한 광학 서브시스템 설계는 시간이 지남에 따라 발달되어, 기록 매체 기술의 발전 및 응용의 변화가 뒤따르게 되었다. 초기의 설계는 주로 초기의 다이오드 레이저의 적절한 전력 및 신뢰성의 부족으로 인하여, 반도체(다이오드) 레이저보다는 오히려 가스 레이저에 대해 집중된다. CD플레이어에 대한 대량의 소비자 시장에 의하여 상황이 변화된다. 이제는, 값싼 고전력 다이오드 레이저는 다량으로 입수할 수 있다. 이들 다이오드 레이저의 유용성 및 광학 저장을 위해 출현된 대량의 시장용의 추기형 및 소거가능(write-once and erasable) 매체의 발전으로, 광학 레코딩 연구 및 발전에 대한 노력은 실제 대량의 시장에 대한 요구를 만족시키기 위해 보다 저가로 보다 고레벨의 성능을 가진 보다 콤팩트한 드라이브의 설계쪽으로 진행하고 있다. 상기 발전과정에서 주요 관심사는 모든 광학 저장 응용에 필요한 광학 서브시스템 또는 헤드의 소형화이다. 이러한 경향은 광학 저장에 대한 응용의 범위가 확대되고 대안의 자기 레코딩 기술과 직접 경쟁하기 위한 시도가 행해짐에 따라 계속될 것으로 기대된다.
현재의 최신의 광학 헤드 기술은 정확히 정렬된 벌크 광소자의 조립을 근거로 자유 공간 광학(free-space optics)을 사용한다. 이러한 종래의 방식이 갖는 두 가지 주요 문제점은 벌크 광조립체의 비용 및 중량이다. 전형적인 종래의 광자기 헤드의 질량이 크기 때문에(약 100g), 억세스 시간이 비교적 길다(예, 광자기 헤드의 90msec 대 비-광학, 하드디스크 자기 헤드의 15msec). 광학 헤드에 대한 가장 개선된 최신의 설계에 있어서, 광학 서브 시스템의 일부만이 이동한다. 상기 설계는 헤드의 이동 질량을 6g으로 감소시키고 억세스 시간을 20msec로 감소시킨다. 그러나, 감소된 억세스 시간은 디스크 드라이브의 기계적 및 광학적 복잡성의 상당한 증가 및 부가의 비용에 의해 달성되는데, 이로 인해 단가의 상승이 초래된다.
따라서, 비교적 저가로 제작될 수 있는 저질량, 빠른 억세스 시간의 광학 헤드가 필요하게 되었다.
[발명의 개요]
종래 기술에서의 상기 요구는 광학 헤드의 크기 및 질량을 감소시키기 위해 집적된 광도파로 구조체(integrated optical waveguide structure)를 사용하여 수행되는 본 발명의 광디스크 장치에 의해 해결된다. 상기 장치는 디스크상의 트랙과 관련된 정보 자리를 갖는 광디스크를 회전시키기 위한 수단, 사전 선택된 자리로 광빔을 향하게 하고 이들 자리로부터 반사된 광빔을 수신하기 위한 광학 헤드를 구비한다. 상기 헤드는 디스크 상에 다수의 광빔을 포커싱하기 위한 수단 및 디스크로부터 반사된 다수의 광빔을 검출하기 위한 수단을 구비한다. 상기 장치는 또한 반사된 광빔에 응답하여 트래킹 및/또는 포커싱 기능을 수행하기 위한 피드백 수단을 포함하고, 디스크상의 정보 장소가 판독되고, 기록되거나 또는 소거되는지를 결정하기 위한 데이터 수단을 더 포함한다.
트래킹 기능을 수행하기 위해, 도파로 구조체의 일 실시예는 모드 간섭 섹션에 결합된 도파로 조사기/수용기(waveguide illuminator/receptor)를 포함한다. 도파로 조사기/수용기는 기본 모드 빔을 상기 빔을 포커스 하는 렌즈를 통해 선택된 트랙(또는 홈)상으로 향하게 한다. 만약 상기 장치가 적당히 트래킹 한다면, 상기 빔은 트랙(또는 홈)상에 대칭적으로 위치되고, 본질적으로 기본 모드만이 디스크로부터 도파로 조사기/수용기로 반사된다. 또 한편, 만약 상기 장치가 적당히 트래킹하지 않는다면, 상기 빔은 트랙(또는 홈)상에 비대칭적으로 위치되고, 기본 및 1차 모드 둘 다가 디스크로부터 도파로 조사기/수용기로 반사된다. 이들 모드는 간섭 섹션에서 간섭해서, 미스트래킹(mistracking)의 정도를 표시하는 에러 신호를 발생시킨다. 상기 실시예의 중요한 양상은 미스트래킹의 정도가 트랙(또는 홈)상의 대칭적 위치로부터의 빔의 변위의 선형 함수라는 것이다.
포커싱 기능을 수행하기 위해, 도파로 구조체의 또 다른 실시예는 다수의 이격된 광빔을 렌즈를 통해 디스크상의 상이한 포커스로 향하게 하는 다수의 이격된 도파로 조사기/수용기를 포함한다. 상기 스폿은 상이한 평면내에 있다. 따라서, 판독, 기록 또는 소거 기능을 수행하기 위한 제1(데이터)의 빔의 상기 디스크의 면에 정확히 포커스되고, 제2의 빔이 상기 면 약간 위에 포커스되고, 제3의 빔이 상기 면 약간 아래에 포커스 된다. 디스크가 회전해서, 디스크 및 도파로 구조체간의 거리가 사전 선택된 기준 거리와 동일하다면, 제2 및 제3의 빔은 본래 동일한 전력을 갖는 이들의 대응하는 제2 및 제3의 도파로 조사기/수용기로 반사된다. 아무런 에러 신호도 발생되지 않고, 제1의 빔이 디스크 상에 적당히 포커스 된다. 그러나, 디스크-대-도파로 구조체 거리가 사전 선택된 거리로부터 변화한다면(예, 디스크 와플(waffles), 디스크로부터 제2 및 제3의 도파로 조사기/수용기로 반사된 광의 양은 동일하지 않다. 상기 상황 하에선, 데이터 빔은 디스크 상에 적당히 포커스되지 않을 것이고, 디스크에 대해서 렌즈를 재위치 결정하고 데이터 빔을 포커스로 이동시키기 위해 에러가 발생될 수도 있다.
트래킹 및 포커스 실시예는 주로 서로 결합되어 사용된다. 그러나, 어느 쪽이든 이들 기능을 수행하기 위해 다른 설계와 결합하여 사용할 수 있다는 것이 또한 예기된다.
게다가, 편광에 민감한 광자기 헤드를 포함하는 것 같은 다른 응용에 대해서는, 도파로 구조체는 또한 TE 및 TM 편광을 분리할 수 있는 편광 분리기(polarization splitter)를 포함할 수도 있다.
여러 가지 특징 및 장점을 갖는 본 발명은 첨부한 도면을 참조로 한 이하의 보다 상세한 설명으로부터 쉽게 이해될 수 있다.
[상세한 설명]
[일반적 구조]
이제 제1도를 참조하면, 광학 헤드의 벌크 및 질량을 감소시키기 위해 집적된 광학 도파로 구조체(20)를 사용하여 구현되는 광디스크 장치(10)가 도시되어 있다. 상기 장치는 광디스크(40)를 회전시키기 위한 수단(30)과, 디스크(40)상에 다수의 광빔(60)을 포커싱하기 위한 렌즈(50)를 포함하는 수단 및 디스크로부터 반사된 다수의 광빔을 검출하기 위한 수단(예, 광검출기(PD1-PD4))을 포함한다. 상기 장치는 또한 트래킹 및/또는 렌즈 포커싱 기능을 수행하기 위해 반사된 광빔에 응답하는 피드백 수단(예, 차동 증폭기(16,18) 및 위치 제어기(70))을 포함한다. 데이터 출력 회로(22)는 디스크로부터 판독된 데이터의 수신기를 표시한다. 또 한편, 데이터 입력 회로(24)는 레이저 다이오드(LD; 26)를 구동하고, 디스크(40)상에 입력되어질(예, 만약 적합하다면 기록 또는 소거기능을 수행할) 데이터 원을 표시한다. 레이저 다이오드(26)는 예를 들어 도파로(12)와 레이저 다이오드(26)간에 삽입된 광섬유(28)를 통해 도파로 구조체(20)에 광학적으로 결합된다. 대안으로, 광섬유(28)는 LD(26)가 구조체(20)상에 설치되어 도파로(12)에 직접 결합되는 경우엔 생략될 수 있다. 어느 경우든, 디스크로부터 반사된 광빔으로부터 LD(26)를 광학적으로 분리시키는 것이 어떤 응용(예, 컴퓨터 메모리)에는 바람직할 수도 있다.
제3도에 도시된 바와 같이, 도파로 구조체(20)는 도파로(12,13 및 14)를 포함하는데, 상기 도파로(12)는 광섬유(28)에 결합된 중앙 도파로이고, 도파로(13 및 14)는 광검출기(PD1,PD3 및 PD2,PD4)에 각기 결합된 측면 도파로이다. 각 측면 도파로(13,14)는 방향성 결합기(13.0,14.0)를 통해 중앙 도파로(12)에 결합된다. 게다가, 각 측면 도파로(13,14)는 상기 도파로를 광검출기(PD1,PD3 및 PD2,PD4)에 각기 결합된 한 쌍의 인접한 단일 모드 도파로(13.4,13.5 및 14.4,14.5)로 분할하는 Y-브랜치(13.6,14.6)를 포함한다. 인접한 도파로의 각 쌍은 모드가 하나의 도파로(예, 13.4)에 긍정적으로 간섭하고 인접한 도파로(예, 13.5)에 부정적으로 간섭하는 간섭 섹션을 형성한다.
다양한 테이퍼형 섹션은 다른 섹션간에 변이를 단열(adiabatic)적으로(점진적으로) 만들어 모드 변환의 가능성을 감소시키기 위해 사용될 수도 있다. 단열 변이는 미국 특허 제4,998,793호에 C. H. Henry씨 등에 의해 기술된다. 따라서, 예를 들어 각각의 측면 도파로(13,14)는 단일 모드 도파로 섹션(13.2,14.2)과 방향성 결합기(13.0,14.0)간에 테이퍼형 섹션(13.1,14.1)을 포함한다. 마찬가지로, 테이퍼형 섹션(13.3,14.3)이 방향성 결합기와 Y-브랜치(13.6,14.6)간에 삽입된다. 최종적으로, 테이퍼형 섹션(12.1)은 단일 모드 섹션(12.0)과 멀티모드 섹션(12.2)간의 중앙 도파로(12)에 위치되고 Y-브랜치(13.6,14.6)에 인접하게 위치된다.
도파로 섹션(12.2,13.2 및 14.2)은 광디스크(40)상에 입사하거나 상기 광디스크로부터 반사된 광의 조사기/수용기로서 기능을 한다.
제3도는 단지 명확하게 하기 위해 여러 도파로 섹션간에 짧은 수직선을 포함한다는 것에 주의하자. 이들 선은 물리적 경계면을 표시하지는 않는다.
광검출기의 전기적 출력은 차동 증폭기(18)에 비교되어 상기 장치가 포커스에서 벗어난 정도, 즉, 광빔(60.1)이 디스크(40)상에 적당히 포커스되지 않는 정도를 표시하는 에러신호 ef를 발생시킨다. 상기 에러 신호는 적당한 포커스가 달성될 때까지 렌즈(50)를 y-방향으로 이동시키기 위해 위치 제어기를 조정한다.
마찬가지로 광검출기의 전기적 출력은 차동 증폭기(16)에 비교되어 상기 장치가 트래킹하지 않는 정도, 즉, 광빔(60.1)이 디스크(40)의 선택된 트랙상에 대칭적으로 위치되지 않는 정도를 표시하는 에러신호 ef를 발생시킨다. 상기 에러 신호는 적당한 트래킹이 달성될 때까지 렌즈(50)를 x-방향으로 이동시키기 위해 위치 제어기를 조정한다. 중요한 것은 et가 미스트래킹 정도의 선형 함수라는 것이다.
트래킹 및 렌즈 포커싱 기능은 이하에서 보다 상세히 설명된다.
[트래킹 기능]
제1도에 도시된 바와 같이 트래킹 기능을 수행하기 위해, 레이저 다이오드(26)는 광섬유(28)를 통해 도파로 구조체(20)에, 즉, 단일 모드 도파로 섹션(12.0)에 결합되므로 기본 및 1차 모드 둘 다를 지지하는 조사기/수용기 도파로 섹션(12.2)에 결합되는 기본 모드빔을 발생시킨다. 도파로(12.2)의 단면에서 방사되는 빔(60.1)은 렌즈(50)에 의해 회전하는 디스크(40)의 선택된 트랙(예, 제2도의 41)에 포커스 된다. 상기 장치가 적당히 트래킹한다면, 빔(60.1)은 트랙(41)상에 대칭적으로 위치되고, 본래 기본 모드만이 디스크로부터 도파로(12.2)로 반사된다. 또 한편, 상기 장치가 적당히 트래킹하지 않는다면, 빔(60.1)은 트랙(41)상에 비대칭적으로 위치되고, 그 결과 기본 및 1차 모드 둘 다는 디스크로부터 도파로(12.2)로 반사된다. 이들 모드는 방향성 결합기(13.0,14.0)를 통해 도파로 섹션(12.2)으로부터 측면 도파로(13,14)에, 즉, 상기 모드가 미스트래킹의 정도를 나타내는 에러신호 et를 발생시키기 위해 간섭되는 Y-브랜치(13.6,14.6)에 결합된다. 부언하면, 반사빔(60.1)의 기본 모드(및 어쩌면, 1차모드)는 도파로 섹션(12.2)을 통해 통과된다. 방향성 결합기(13.0,14.0)로 인해, 상기 빔(60.1)의 반사된 기본 모드의 일부가 측면 도파로(13 및 14)내로 통과된다. 측면 도파로(13)로부터, 기본 모드(및 어쩌면, 1차모드)가 Y-브랜치(13.6)내로 통과된다.
특히, 레이저 다이오드(26)로부터의 광빔은 단일 모드 도파로 섹션(12.0)에 입력되고, 테이퍼형 섹션(12.1) 및 도파로 조사기/수용기 섹션(12.1) 둘 다를 통해 전파된다. 비록 도파로 섹션(12.0)이 두 가지 모드를 지지하도록 설계되었다 하더라도, 테이퍼형 섹션(12.1)을 통한 변이가 단열적이기 때문에, 출력 광빔은 기본 모드로써 전파된다. 도파로 섹션(12.2)의 단부의 필드 분포는 렌즈(50)에 의해 디스크 표면에 투영된다. 반사된 필드는 도파로 섹션(12.2)의 단부에 투영된다. 디스크 표면은 통상 제2도에 도시된 바와 같이 주름져 있고, 반사된 영상을 형성하는 상이한 광선은 상이한 왕복거리를 전파한다, 즉, 트랙(41 및 43)간의 홈(42)으로부터 반사된 광선은 트랙(41) 자체로부터 반사된 광선보다 더 긴 거리를 전파한다. 되도록, 왕복 거리의 차는 트랙의 단 높이를 λ/8로 만듦으로써 λ/4가 되도록 만들어지는데, 여기서 λ는 LD(26)로부터의 광의 자유-공간 파장이다. 결과로써, 반사된 영상의 위상은 더 이상 일정하지 않고, 오히려 x-방향의 위치에 의존한다. 환언하면, 반사된 광은 도파로 섹션(12.2)에 있어서 기본 및 1차 모드 둘 다를 여기시킬 수 있다. 빔이 디스크의 트랙상에 대칭적으로 위치될 때, 기본 모드만이 도파로 섹션(12.2)으로 반사된다. 그러나, 빔이 비대칭적으로 위치될 때, 위상 왜곡으로 인해 1차 모드가 또한 여기된다. 그러나, 통상 반사된 1차 모드의 전력은 기본 모드의 전력보다 작다.
이들 모드는 방향성 결합기(13.0,14.0)를 통해 측면 도파로(13,14)에 결합되므로 Y-브랜치(13.6,14.6)에 결합된다. 이들은 트랙(41)의 중앙으로부터의 빔의 x-변위의 방향에 따라, 각각의 도파로 쌍 중 한 브랜치(예, 섹션(13.4,14.4))에서 긍정적으로 간섭하고 상이한 브랜치(예, 섹션(13.5,14.5))에서 부정적으로 간섭한다. 적당한 모드 간섭을 보장하기 위해, 도파로 섹션(12.2)의 길이는 이 분야의 기술에서 널리 공지된 계산에 의해 설계되므로 Y-브랜치의 장점에 있는 모드간의 위상의 차는 π/2가 아니고 되도록 0 또는 nπ이다(여기서 n은 정수). 도파로 섹션(13.4,13.5 및 14.4,14.5)h에서의 광전력은 광검출기(PD1,PD3 및 PD2,PD4)에 의해 각기 검출된다. 광전류 출력의 다양한 조합이 차동 증폭기(16)에서 비교되어 광빔을 트랙의 중앙에 재위치시키기 위해서 제어기(70)를 통해 렌즈(50; 또는 렌즈(50) 및 구조체(20)와 함께)의 x-위치를 정정하도록 에러 신호 et를 발생시킨다. 특히, 도파로(13.4 및 13.5)의 출력만을 사용하면, et=(1-3)이며; 또는 도파로(14.4 및 14.5)의 출력만을 사용하면, et=(2-4)이고; 또는 모든 4개의 도파로를 사용하면, et=(1+2)- (3+4)인데, 여기서 정수(1 내지 4)는 대응하는 광검출기(PD1 내지 PD4)의 광전류를 표시한다. et에 대한 후자의 선택은 보다 큰 에러 신호를 발생시켜, 몇몇 응용에서 선호될 수 있다.
앞서 인지된 바와 같이, 본 발명의 상기 실시예의 중요한 특징은 에러 신호가 미스트래킹의 정도에 선형적으로 관련된다는 것이다(즉, 1차 모드의 전계 E1에 선형적으로 관련된다). 이 사실을 이해하기 위해, 기본 모드(Y-브랜치의 정점에서의 전계 E0) 및 1차 모드(상기 정점에서의 전계 E1)가 긍정적으로 간섭하는 도파로 섹션으로부터의 출력 강도 I1은 다음과 같이 주어진다고 고려하자
I1=(E0+E1)2=E0 2+2E0E1+E1 2.
이에 비해, 모드가 부정적으로 간섭하는 도파로 섹션(예, 섹션(13.5))에 있어서, 상기 출력의 강도 I3는 다음과 같이 주어진다
I3=(E0-E1)2=E0 2-2E0E1+E1 2.
차(I1-I3)가 차동 증폭기(16)에서 광검출기(PD1 및 PD3)의 출력을 비교하므로 발생될 때, 그 결과는 et가 4E0E1에 비례하며; 그로 인해 et는 E1에 선형적으로 관련되어 미스트래킹의 정도에 선형적으로 관련된다는 것이다.
전술한 설명은 트래킹 기능이 빔을 사전 선택된 트랙상에 포커싱하므로 수행된다고 가정한다 하더라도, 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않고도 트랙간의 홈에 동등하게 포커스 될 수 있다.
[포커싱 기능]
제1도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 렌즈 포커싱 기능을 수행하기 위해, 도파로 구조체(20)는 다수의 이격된 광빔(60.1,60.2 및 60.3) 디스크(40)상의 상이한 스폿으로 각기 향하게 하는 다수의 도파로 조사기/수용기(12.2,13.2 및 14.2)를 포함한다. 제1(데이터)의 빔(60.1)은 판독, 기록 또는 소거 기능을 수행하기 이해 디스크의 면(44)상에(예, 제2도의 금속막(48)의 상부 표면상에) 적당히 포커스되며, 제2의 빔(60.2)은 상기 면(44)의 약간 위(예, 10μm)에 있는 면(45)상에 집속되고, 제3의 빔(60.3)은 상기 면(44)의 약간 아래(예, 10μm)에 있는 면(46)상에 집속된다. 디스크(40)가 회전해서, 디스크와 도파로 구조체(20)간의 거리가 선정된 기준 거리와 동일하다면, 제2 및 제3의 빔(60.2 및 60.3)은 반사되어, 본래 동일한 전력을 가진 대응하는 도파로 조사기/수용기(13.2 및 14.2)에 각기 결합된다. 반사된 빔은 각기 측면 도파로(13 및 14)를 통해 광검출기(PD1,PD3 및 PD2,PD4)에 전파된다. 광전류 출력은 차동 증폭기(48)에서 비교되어 에러 신호 ef를 발생시킨다. 만약 제1의 빔(60.1)이 디스크 상에 적당히 포커스 된다면, 아무런 에러 신호도 발생되지 않는다.
그러나, 만약 디스크-대-도파로 구조체 거리가 변화한다면(예, 디스크 와플), 디스크로부터 도파로 조사기/수용기(13.2 및 14.2)로 반사된 광의 양은 동일하지 않다. 상기 상황하에서, 데이터 빔(60.1)은 디스크 상에 적당히 집속되지 않으며, 데이터 빔이 포커스되도록 제어기(70)를 통해 y-방향으로 렌즈(50)를 재위치시키기 위해 에러 신호 ef가 차동 증폭기(18)에 의해 발생된다.
광전류의 다양한 조합은 ef를 발생시키기 위해 비교될 수도 있다. 출력 도파로 섹션(13.4 및 14.4)만을 사용하면, ef=(1-2)이며; 섹션(13.5 및 14.5)만을 사용하면, ef=(3-4)이나; 모두 4개의 섹션을 사용하면, ef=(1+3)-(2+4)인데, 여기서 정수 1내지 4는 각각의 광검출기(PD1 내지 PD4)에 대응한다. 후자의 경우는 ef가 트래킹과 무관하기 때문에 많은 응용에서 선호된다.
특히, 도파로 조사기/수용기(12.2,13.2 및 14.2)로 전파된 빔은 디스크(40)로부터의 상이한 광학 거리에서 종결되는 도파로의 단면으로부터 또는 이 경우에는 구조체(20)의 에지(21)로부터 자유 공간으로 방출된다. 모두 세 개의 빔이 동일한 매체로 전파된다고 가정하면, 물리적 거리는 광학 거리에 동일하다. 그러므로, 실예로 중앙 도파로(12.2)는 에지(21)로부터 물리적 거리 d에서 종결되는 반면에, 하나의 측면 도파로(13.2)는 물리적 거리(d+△)에서 종결되고, 다른 측면 도파로(14.2)는 에지(21)롭터 물리적 거리(d-△)에서 종결되는데, 여기서 실예로 △10μm이다. 디스크로부터 반사된 광은 동일한 도파로에 결합된다. 디스크의 면(44)이 포커스에 있으면, 디스크의 y-좌표의 함수로써 결합된 광전력은 최대치를 갖는다. 도파로(13.2 및 14.2)가 디스크로부터 상이한 거리에서 종결되므로, 도파로(12.2)로부터의 광이 면(44)에 포커스되는 경우, 하나는 디스크의 면(44) 위에 포커스되고, 다른 하나는 디스크의 상기 면 아래에 포커스 된다. 따라서, 와플(waffle)로써, 도파로(13.2 및 14.2)에 반사된 광의 량은 변화하고, 광검출기에 의해 수신된 광전력은 y-방향으로 렌즈 위치를 정정하기 위해 차동 증폭기(18)에 에러신호 ef를 발생시킨다.
[데이터 출력]
제2도에 도시된 바와 같이, 데이터는 통상 트랙간에(예, 트랙간의 홈의 금속막(48; 예를 들어 Al막)에 형성된 홀(47)에 의해) 반사율을 변조시키므로 광디스크(예, CD-ROM 또는 WORM 디스크)에 기억된다. 홀의 유 또는 무는 기록 사이클 동안 삽입된 데이터의 논리 상태를 규정하고, 변조된 반사율은 디스크로부터 반사되고 도파로 구조체(20)에 결합된 광빔의 강도를 변조한다. 반사된 빔에 의해 운반된 데이터를 판독하기 위해, 광검출기 출력 중 임의의 한 출력 또는 되도록 모두 4개의 출력이 출력 회로(22)에 결합된다.
그러나, 광자기디스크의 경우엔, 데이터의 논리 상태는 디스크에 형성된 광자기막(즉, 금속막(48)대신에)의 국소 자화의 방향에 대응한다. 직선편광(되도록이면 구조체(20)의 주표면에 대해 45°로 편광된)이 상기 막에 입사되면, 반사된 빔의 편광은 국소 자화의 방향(위 또는 아래)에 따라 회전방향과 함께 약간(예, 0.5°내지 1.0°) 회전된다. 그러한 디스크의 출력을 판독하기 의해, 반사된 빔의 TE 및 TM 편광은 분리된 후 비교되어야만 한다. 상기 분리는 제4도에 도시된 바와 같이, 편광 분리기(82; 되도록 미국 특허 제4,998,793호에 C. H. Henry씨 등에 의해 설명된 형태)에 의해 달성된다. 도파로 중 하나(예, 12)에 반사된 신호는 도파로(81) 및 방향성 광결합기(80)를 통해 분리기(82)에 결합된다. 분리기(82)의 2개의 출력 도파로(84 및 86)는 TE 및 TM 성분을 광검출기(PD5 및 PD6)로 각기 전달된다. 광전류 출력을 비교하므로, 판독된 논리 상태 판독이 결정된다.
전술된 장치는 단지 본 발명의 원리의 응용을 나타내는데 유용한 많은 가능한 특정 실시예를 예시한다고 이해하자. 다수의 변화된 다른 장치가 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고도 이 분야의 기술에 숙련된 자에 의해 제안될 수 있다. 특히, 비록 제1도의 비구면 렌즈(50)가 분산 요소로써 도시되었다 하더라도, 상기 렌즈는 분산 요소의 결합이거나 또는 제5도에 도시된 바와 같이, 도파로 구조체의 에지(21)상에 형성된 집적된 렌즈(예, 회절제한, 고NA)요소(51)일 수도 있다. 물론 후자의 경우엔, 위치 제어기는 트래킹 및/또는 포커싱 기능을 수행하기 위해 구조체(20)의 위치를 제어하도록 적응될 것이다.
전술된 도파로 구조체(칩)는 통상 매우 작고(예, 길이 15mm, 폭 3mm), 극단적인 경량(예, 0.2g)이다. 실제로, 전체 광헤드(도파로 구조체, 분산 렌즈 및 발동기)는 무게를 약 1-2g만으로 만들고, 종래 기술의 많은 단점을 극복한 채 실현 가능한 억세스 시간을 약 30msec로 만들 수 있다.
게다가, 본 발명의 장치는 포커싱 또는 트래킹 기능을 수행하는데 있어, 시스템이 적당히 포커스되거나 또는 트래킹되는 경우에, 도파로 출력이 온전하게 균형을 유지할 것을 요구하지는 않는다(즉, 작은 불균형은 각 광검출기 출력과 관련된 전치 증폭기에 의해서와 같이 전기적으로 보상될 수 있다).
최종적으로, 도파로 구조체는 다른 설계로 실현될 수 있다. 따라서, 제6도에선, 구조체(90)는 중앙 도파로(92) 및 광검출기(PD1,PD3 및 PD2,PD4)에 각기 결합된 측면 도파로(94 및 96)를 포함한다. 조사기/수용기는 92.2,93.2 및 94.2이다. 여러 가지 방향성 결합기가 도시되어 있으나, 라벨을 붙이진 않았다. 간섭 섹션(92.6; Y-브랜치)은 중앙 도파로(92)에 포함된다. 그러나, 중앙 도파로(92)의 Y-브랜치의 존재로 인해, 레이저에 의해 발생된 것과 같은 기본 모드만을 갖는 빔이 구조체(90)의 반대측의 조사기/수용기로부터 방출될 때까지 도파되지 않은 모드 성분을 갖게 할 수도 있기 때문에, 상기 설계는 선호되지 않을 수도 있다.

Claims (7)

  1. 다수의 입사광빔(60)을 광디스크(40)로 향하게 하므로 상기 디스크상의 트랙(41)과 관련된 정보 기억 장소를 구비한 상기 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및/또는 소거하기 위한 광학 헤드(10)에 있어서, 기본 모드와 1차 모드 둘 다를 지지할 수 있는 제1의 조사기/수용기 도파로(12.2) 및; 상기 제1의 조사기/수용기 도파로에 결합되어, 상기 입사빔 중 적어도 하나의 입사빔이 상기 트랙 중 선택된 트랙을 적당히 트래킹하는 정도를 표시하는 광신호를 발생시키기 위한 모드 간섭 섹션(13.4,14.4; 13.5,14.5)을 포함하여, 상기 장치가 적당히 트래킹하지 않으면, 상기 제1의 조사기/수용기 도파로에서부터 방사된 상기 적어도 하나의 빔이 상기 간섭 섹션에서 서로 간섭되는 기본 모드 및 1차 모드 둘 다로서 상기 도파로에서 반사되어 미스트래킹의 정도를 표시하는 상기 광신호를 발생시키는 집적된 광학 도파로 구조체(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 본래 동심 릿지를 포함하고, 상기 장치가 적당히 트래킹하지 않으면, 상기 빔은 상기 선택된 트랙과 관련된 릿지상에 비대칭적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 섹션은 상기 조사기/수용기 도파로에 결합된 아암 및 1쌍의 출력 아암을 구비한 Y-브랜치 도파로를 포함하는데, 상기 1쌍의 출력 아암중 한 아암은 상기 모드가 긍정적으로 간섭하고 다른 아암은 이들 모드가 부정적으로 간섭하며, 상기 출력 아암은 미스트래킹의 정도를 표시하는 에러 신호를 발생시키고 상기 입사빔을 상기 선택된 트랙상에 적당히 위치시키기 위해 피드백 수단에 결합되어, 상기 헤드를 재위치시키는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 입사빔을 상기 디스크 상에 포커싱시키기 위한 렌즈를 포함하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 구조체에 통합된 부분인 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광학 헤드의 상기 집적된 도파로 구조체는 상기 입사광빔이 방출되는 상기 제1, 제2 및 제3의 도파로의 단부가 상기 디스크로부터 상이한 광학 거리에 위치되도록 위치된 제2 및 제3의 조사기/수용기 도파로를 더 포함하여, 상기 제1의 도파로에서부터의 빔은 상기 렌즈를 통해 상기 디스크의 면 상에 적당히 포커스되며, 상기 제2 및 제3의 도파로에서부터의 빔은 상기 렌즈를 통해 상기 면의 약간 위 및 아래 지점에 각기 포커스되면, 상기 제2 및 제3의 도파로는 상기 피드백 수단에 결합되어져, 디스크-대-구조체 거리가 변화하면, 상기 디스크로부터 상기 제2 및 제3의 도파로에 반사된 광의 량이 동일하지 않고 상기 피드백 수단에 의해 에러가 발생되어, 제1의 도파로가 상기 디스크 상에 적당히 포커스되도록 상기 디스크에 대해서 상기 렌즈를 재위치 시키는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
  7. 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및/또는 소거하기 위한 광학 헤드에 있어서, 기본 및 1차 모드 둘 다를 지지할 수 있는 제1의 조사기/수용기 도파로와, 상기 제1의 조사기/수용기 도파로에 결합되어, 상기 입사빔중 적어도 하나의 입사빔이 상기 트랙 중 선택된 한 트랙을 적당히 트래킹 하는 정도를 표시하는 광신호를 발생시키기 위한 모드 간섭 섹션 및; 상기 제1의 도파로의 상기 광신호를 상기 피드백 수단에 결합시키기 위한 도파로 수단을 포함하여, 상기 장치가 적당히 트래킹하지 않으면, 상기 도파로에서부터 방사된 상기 적어도 하나의 빔이 상기 간섭 섹션에서 서로 간섭하는 기본 및 1차 모드 둘 다로서 상기 도파로에 반사되어 미스트래킹의 정도를 표시하는 상기 광신호를 발생시키며; 제2 및 제3의 조사기/수용기 도파로의 단부가 상기 디스크로부터 상이한 광학 거리에 위치되어, 상기 제1의 도파로가 상기 디스크의 면 상에 포커스되며, 상기 제2의 도파로가 상기 면의 약간 위에 포커스되고, 상기 제3의 도파로가 상기 면 약간 아래에 포커스되도록 상기 제1의 조사기/수용기 도파로에 인접하게 위치된 제2 및 제3의 조사기/수용기 도파로를 포함하여, 상기 디스크-대-구조체 거리가 사전 선택된 기준 거리에 대응하면, 상기 디스크로부터 반사된 광빔이 본래 동일한 파워로 상기 제2 및 제3의 도파로에 엔터되나, 디스크-대-구조체 거리가 상기 사전 선택된 거리에서 벗어나면, 동일하지 않은 파워로 상기 제2 및 제3의 도파로에 엔터되는데, 상기 광빔간의 파워의 차이는 상기 제1의 도파로가 상기 디스크에 포커스되지 않는 정도를 나타내며; 상기 제2 및 제3의 도파로의 상기 광빔을 상기 피드백 수단에 결합시키는 도파로 수단을 포함하는 집적된 도파로 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광디스크로부터의 정보를 판독, 기록 및 소거하기 위한 광학 헤드.
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