KR0162122B1 - 광데이타 기억매체 및 이 매체를 포함하는 광데이타 기억시스템 - Google Patents

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KR0162122B1
KR0162122B1 KR1019940033390A KR19940033390A KR0162122B1 KR 0162122 B1 KR0162122 B1 KR 0162122B1 KR 1019940033390 A KR1019940033390 A KR 1019940033390A KR 19940033390 A KR19940033390 A KR 19940033390A KR 0162122 B1 KR0162122 B1 KR 0162122B1
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이사미 이마이노 웨인
예르비스 로젠 할
앨런 루빈 커트
칼 스트란트 티모시
와이-청 탕 웨이드
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윌리암 티. 엘리스
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

광 데이터 기억 시스템은 복수의 데이터 면 매체와 광 헤드를 포함하고 있다. 상기 매체는 광 투과성 매체에 의해 분리되어 있는 복수의 기판을 갖고 있다. 상기 기판 표면상에는 데이터 면들이 위치되어 있다. 상기 각 데이터 면상에는 염료 물질층이 증착되어 있으며 이 염료층의 두께에 의해서 각 데이터 면의 반사량이 정해진다.

Description

광 데이터 기억 매체 및 이 매체를 포함하는 광 데이터 기억 시스템
제1도는 본 발명의 광 데이터 기억 시스템(optical data storage system)의 개략도.
제2a도는 본 발명의 광 매체(optical medium)에 대한 단면도.
제2b도는 본 발명의 다른 광 매체에 대한 단면도.
제3a도는 제2a도에서 도시한 광 매체의 일부에 대한 단면도.
제3b도는 제2b도에서 도시한 광 매체의 일부에 대한 단면도.
제4도는 염료(dye)의 굴절율(n) 및 흡광율(k)대 파장의 관계를 도시한 그래프.
제5도는 본 발명의 일실시예에 대한 광의 백분율 대 층두께의 관계를 도시한 일실시예의 그래프.
제6a도는 제2a 및 2b도에서 도시한 광 매체의 트래킹 마크(tracking marks)에 대한 단면도.
제6b도는 제2a 및 2b도에서 도시한 광 매체의 다른 트래킹 마크에 대한 단면도.
제6c도는 제2a 및 2b도에서 도시한 광 매체의 또 다른 트래킹 마크에 대한 단면도.
제6d도는 제2a 및 2b도에서 도시한 광 매체의 또 다른 트래킹 마크에 대한 단면도.
제7도는 본 발명의 광 헤드 및 광 매체에 대한 개략도.
제8도는 제7도의 광 검출기(optical detector)에 대한 평면도.
제9도는 본 발명의 채널 회로(channel circuit)를 도시한 회로도.
제10도는 본 발명의 제어기 회로에 대한 개략도.
제11a도는 트래킹 에러 신호(tracking error signal)대 헤드 변위(head displacement)를 도시한 그래프.
제11b도는 다른 실시예의 트래킹 에러 신호 대 헤드 변위를 도시한 그래프.
제11c도는 또 다른 실시예의 트래킹 에러 신호 대 헤드 변위를 도시한 그래프.
제12도는 본 발명의 포커스 에러 신호(focus error signal)대 렌즈 변위를 도시한 그래프.
제13도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기(a multiple data surface aberration compensator)에 대한 개략도.
제14도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기의 다른 실시예에 대한 개략도.
제15도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제16도는 제15도의 수차 보정기에 대한 평면도.
제17도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제18도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도,
제19도는 제18도의 렌즈에 대한 단면도.
제20도는 본 발명의 광 헤드 및 광 매체의 다른 실시예에 대한 개략도.
제21도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기와 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제22도는 본 발명의 복수 데이터 면 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제23도는 제21 및 22도의 수차 보정기에 대한 제조 공정을 도시한 개략도.
제24도는 본 발명의 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제25도는 본 발명의 수차 보정기의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제26도는 본 발명의 복수 데이터 면 필터에 대한 개략도.
제27도는 본 발명의 복수 데이터 면 필터의 다른 실시예제 대한 개략도.
제28도는 본 발명의 복수 데이터 면 필터의 또 다른 실시예에 대한 개략도.
제29도는 제28도의 복수 데이터 면 필터에 대한 제조 공정을 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광 데이터 기억 시스템 12 : 광 데이터 기억 매체
22 : 광 헤드
본원은 1993 년 6 월 18 일자로 출원된 미국의 동시 계속중인 출원(co-pending US application)의 일부 계속 출원건(continuation in part application)이다.
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 광 데이터 기억 시스템(optical data storage systems)에 관한 것으로, 특히 복수의 데이터 기억 면(multiple data storage surfaces)을 갖고 있는 기억 시스템에 관한 것이다.
[종래기술의 설명]
광 데이터 기억 시스템은 디스크 상에 대량의 데이터를 기억하는 수단을 제공하며, 상기 디스크의 데이터 층(data layer)으로 레이저 빔(laser beam)을 집속시켜 반사된 광빔을 검출함으로써 데이터를 액세스(access)한다. 여러 종류의 시스템이 공지되어 있으며, ROM(판독 전용 메모리) 시스템의 경우에는 디스크 제조시 데이터를 디스크 내의 마크(marks)로 기록한다. 레이저 빔이 데이터 마크를 통과할 때의 반사율의 변화(change in reflectivity)로 상기 데이터를 검출한다.
WORM(Write Once Read Many: 1 회 기록 복수 판독) 시스템의 경우에는 사용자가 비어있는(blank) 광 디스크 면 상에 피트(pits)와 같은 마크를 형성하여 데이터를 기록할 수는 있으나 일단 데이터를 디스크에 기록하면 삭제시킬 수는 없다. WORM 시스템의 데이터도 반사율의 변화로 검출된다.
삭제가능한 광 시스템(erasable optical systems)도 공지되어 있으며, 이들 시스템은 레이저를 이용하여 데이터 층을 임계온도 이상으로 가열시켜 데이터의 기록 및 삭제를 행한다.
광자기 기록 시스템(magneto-optical recording systems)은 스포트의 자구(磁區)(magnetic domain of a spot)를 상하의 방향으로 향하게 함으로써 데이터를 기록하고, 저출력의 레이저를 데이터 층에 방사시킴으로써 데이터를 판독한다.
자구 방향의 상위(differences)에 의해 광빔의 편광면이 한 방향 또는 다른 방향으로, 시계방향 또는 시계반대 방향으로 회전된다. 다음에 이와 같은 편광면의 방향변화를 검출한다.
상변화 기록(phase change recording)에 있어서는 데이터 층 자체의 구조 변화[비결질 및 결정(amorphous/crystalline)이 상의 두 가지 일반 형태임]를 이용하여 데이터를 기록하며, 광빔이 서로 다른 상을 통과할 때의 반사율의 변화로 데이터를 검출한다.
박막(thin films)을 사용하여 성능을 최적화시키는 광 디스크들도 있는데, 예를들어 1991 년 3 월자 IBM TDB, Vol.33, No. l0B, P.482와, 1986 년 10 월 28 일자로 공개된 일본 특허출원 제 61-242356 호와, 1992 년 2 월 27 일자로 공개된 일본특허출원 제 4-61045 호에 기술되어 있다.
광 디스크의 기억용량을 증가시키기 위해 복수의 데이터 층 시스템들이 제안되어 있는데, 두개 또는 그 이상의 데이터 층을 갖는 광 디스크에서는 이론적으로 렌즈의 집속위치를 변경시킴으로써 서로 다른 층을 액세스할 수 있다.
이러한 방법의 실시예를 다음의 문헌에서 참조할 수 있다 즉 Wohlmut등에게 1976 년 3 월 23 일자로 허여된 미국특허 제 3,946,367 호, Russell에게 1980 년 8 월 26 일자로 허여된 미국특허 제 4,219,704 호, Holster 등에게 1984 년 5 월 22 일자로 허여된 미국특허 제 4,450,553 호, Hattori 등에게 1990 년 2 월 27 일자로 허여된 미국특허 제 4,905,215 호, Nishiuchi 등에게 1992 년 3 월 17 일자로 허여된 미국특허 제 5,097,464 호, Boyd 등에게 1989 년 5 월 9 일자로 허여된 미국특허 제 4,829,505 호, Clark 등에게 1989 년 7 월 25 일자로 허여된 미국특허 제 4,852,077 호, Miyazaki 등에게 1989 년 7 월 4 일자로 허여된 미국 특허 제 4,845,021 호, Takaoka 등에게 1987 년 7 월 21 일자로 허여된 미국특허 제 4,682,321 호, Van Der Veen 등에게 1981 년 11 월 3 일자로 허여된 미국특허 제 4,298,975 호, Miyazaki 등에게 1988 년 4 월 12 일자로 허여된 미국특허 제 4,737,427 호, 1985 년 10 월 14 일자로 공개된 일본 공개공보 제 60-202545 호, Watanabe 등에 의해 1988 년 11 월 15 일자로 공개된 일본 공개 공보 제 63-276732 호와 Arter 등에 의한 1987 년 7 월자 IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.30, No.2, P.667을 들 수 있다.
상기 종래 기술 시스템에서의 문제점은 데이터 층이 하나 이상 존재하게 되면 기록되어진 데이터를 명확하게 판독하기가 매우 어렵다는 것이다. 데이터 층을 중간삽입(intervening)함으로써 더 깊이 삽입된 데이터 층으로부터 수신한 신호의 질은 흡수 및 반사 손실에 의해 상당히 저하된다. 따라서, 이러한 문제점을 극복할 수 있는 광 데이터 기억 시스템을 필요로 하게 되었다.
[발명의 요약]
본 발명의 적합한 실시예의 경우, 광 데이터 기억 시스템은 광 디스크 드라이브(optical disk drive)와 복수 데이터 면 광 매체(multiple data surface optical medium)를 포함하고 상기 광 매체는 공기층들(air spaces)에 의해 분리되어진 복수의 기판 부재들(substrate members)를 갖고 있으며, 공기층에 인접하는 기판 부재의 표면이 데이터 면이다. 상기 데이터 면은 염료 물질(dye material)의 박막으로 코팅되어 있으며, 데이터 면 각각의 박막 코팅두께는 디스크 드라이브의 광 검출기가 각각의 데이터 면으로부터 동일 양의 광을 수신할 수 있도록 되어 있다.
상기 디스크 드라이브는 레이저 빔을 발생시키는 레이저를 포함하고 있다.
광 전송 채널은 광을 광 매체로 전달하며 광을 여러 데이터 면상에 집속시키는 포커스 소자(focus element)와 유효 기판 두께의 변화에 의한 수차(aberrations)를 보정하기 위한 수차 보정기 소자(aberration compensator element)를 포함하고 있다. 수신 채널은 광 매체로부터 반사광을 수신하며, 판독할 데이터 면이 아닌 다른 데이터 면으로부터 반사된 원치 않는 광을 차단(Screen Out)시키는 필터 소자와 반사광을 수신하는 검출기와, 상기 검출기에 응답하여 데이터 및 서보 신호(servo signal)를 발생시키는 회로를 포함하고 있다.
본 발명의 장점 및 특성을 보다 완전하게 이해하기 위해서는 첨부된 도면에 관련하여 기술한 다음의 상세한 설명을 참조하기 바란다.
[적합한 실시예의 설명]
제1도는 본 발명의 광 데이터 기억 시스템(10)을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 광 데이터 기억 시스템(10)은 바람직하게는 디스크형일 수 있는 광 데이터 기억 매체(12)를 포함하며, 상기 광 데이터 기억 매체(12)는 본 기술분야에서 알려져 있는 바와 같이 클램핑 스핀들(14) 상에서 착탈가능하게 장착된다. 스핀들(14)은 스핀들 모터(16)에 접속되며, 이 스핀들 모터(16)는 시스템 샤시(system chassis, 20)에 접속된다. 스핀들 모터(16)는 스핀들(14)과 광 데이터 저장 매체(12)를 회전시킨다.
광 헤드(22)는 광 데이터 저장 매체(12) 아래에 위치되며 암(24)에 접속되어 있고, 암(24)은 음성 코일 모터(VCM, 26)와 같은 액츄에이터 장치(actuator device)에 접속되어 있다. 음성 코일 모터(26)는 샤시(20)에 접속되어 있으며 암(24) 및 광 헤드(22)를 매체(12) 아래에서 방사방향으로 이동시킨다.
[광 매체(Opitical Medium)]
제2a도는 광 데이터 저장 매체(12)에 대한 단면을 도시한 것으로, 광 데이터 저장 매체(12)는 기판(50)을 갖고 있다. 기판(50)은 이하에서 페이스 플레이트(face plate) 또는 커버 플레이트(cover plate)로 기술하고자 하며, 레이저 빔이 광 데이터 저장 매체(12) 내로 입사하는 곳이다.
페이스 플레이트(50)와 기판(56) 사이에는 외경(OD) 림(52)과 내경(ID) 림(54)이 접속되어 있으며, 기판(56)과 기판(62) 사이에는 OD 림(58)과 ID 림(60)이 접속되어 있고, 기판(62)과 기판(68) 사이에는 OD 림(64)과 ID 림(66)이 접속되어 있으며, 기판(68)과 기판(74) 사이에는 OD 림(70) 및 ID 림(72)이 접속되어 있다.
페이스 플레이트(50)와 기판(56, 62, 68 및 74)은 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 다른 중합체 물질이나 유리와 같은 광 투과성 물질로 제조된다. 적합한 실시예의 경우, 페이스 플레이트(50)와 기판(56, 62, 68 및 74)의 두에는 0.3mm 이나 이들 기판들은 0.01 내지 0.80mm 의 두께를 가질 수도 있다. ID 림 및 OD 림은 플라스틱 물질로 제조하는 것이 적합하며, 그 두께는 약 200 미크론이며 10 내지 500 미크론의 두께를 가질 수도 있다 페이스 플레이트, 기판 및 림은 폴리 카보네이트로 제조하는 것이 적합하며 몰딩 처리 (molding process)에 의해 형성된다.
상기 림들은 아교(glue), 접합제(cement), 초음파 결합(ultrasonic bonding)용해 결합(solvent bonding) 또는 다른 결합 처리에 의해 페이스 플레이트 및 기판에 접속될 수 있다. 이들 림은 또한 몰딩 처리중에 기판에서 일체로 형성될 수도 있다. 이들 림이 적소에 위치해 있으면 기판과 페이스 플레이트 사이에 복수의 환형 공간(78)이 형성된다.
스핀들(14)을 수용하기 위한 스핀들 구멍(80)이 ID 림 내측에서 광 매체(12)를 관통한다. ID 림에는 상기 구멍(80)과 공간(78)을 연결시키는 복수의 통로(82)가 형성되어 있어서 통상적으로 공기일 수 있는 공간(78)과 디스크 화일의 주위 환경 사이에서의 압력이 평형을 이루게 된다. 통로(82)에는 복수와 저임피던스 필터(84)가 접속되어 있어 공간(78)이 공기중의 미립자(particulate matter)에 의해 오염되는 것이 방지된다.
필터(84)는 석영(Quartz) 또는 유리섬유일 수 있다. 통로(82) 및 필터(84)는 또한 OD 림 상에 위치될 수도 있다. 교체로, 상기 림은 공기는 통과시키지만 오염물질은 제거시키는 통기성 접합제(porous cement)로 접속될 수 있으며, 또한 결합 영역 사이에 공기를 통과시키기에는 충분히 크지만 미립자(particles)를 제거할 정도로 충분히 작은 갭(gap)을 남겨놓고 초음파로 스포트 결합될 수 있다.
표면(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102 및 104)은 데이터 면으로서 공간(78)에 인접 위치해 있다. 이들 데이터 면은 기판면 내에 피트 또는 기타 마크로 직접 형성되어지는(예를 들어, CD, OD-ROM 또는 CD-ROM 포맷의) ROM 데이터를 포함하고 있다.
비록 2a도에서 본 발명의 광 매체가 8 개의 데이터 면을 갖는 것으로 도시되었더라도, 임의 개수의 복수 데이터 면을 가질 수 있다는 것에 주목할 필요가 있다. 기판과 림도 부가하거나 감할 수 있는데, 예를 들어 광 데이터 저장 매체(12)는 단지 페이스 플레이트(50), 림(52 및 54)및 기판(56)만을 사용함으로써 두개의 데이터 면(90 및 92)만을 가질 수 있다. 이 실시예의 경우 페이스 플레이트(50) 및 기판(56) 모두 동일한 두께를 가질 수 있으며, 1.2mm가 적합하다.
제2b도는 고투과성 광기록 매체에 대한 다른 실시예의 안면을 도시한 것으로서 참조번호(120)로 표시하고 있다.
광 데이터 저장 매체(12)의 소자와 동일한 광 데이터 저장 매체(120)의 소자들은 프라임 번호(prime number)로 표시하였다. 광 매체(120)는 광 데이터 저장 매체(12)의 림 및 공간(78)은 갖고 있지 않지만, 대신에, 복수의 고체 투명 부재(solid transparent members, 122)를 사용하여 기판들을 분리하고 있다. 적합한 실시예의 경우, 고체 투명 부재(122)는 기판을 모두 보유하는 고투과성의 광 접합제로 제조된다. 부재(122)의 두께는 약 10 내지 500 미크론인 것이 적합하다. 광 데이터 기억 시스템(10)에서 광 데이터 저장 매체(12) 대신에 광 데이터 저장 매체(120)를 사용할 수 있다. 광 데이터 저장 매체(120)는 또한 기판과 투명 부재를 가감함으로써 서로 다른 수의 데이터 면으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 데이터 면을 갖는 매체는 페이스 플레이트(50'), 고체 투명 부재(122) 및 기판(56')을 포함한다. 페이스 플레이트(50') 및 기판(56')은 모두 동일한 두께를 가질 수 있으며, 1.2mm인 것이 적합하다.
제3a도는 제2a도의 디스크(12)의 일부분을 상세히 도시한 단면을 도시한 것이다. 페이스 플레이트(50)는 데이터 면(90)에 기록되어 있는 정보를 포함하고 있으며 박막층(124)으로 코팅되어 있다. 박막층(124)은 광 시스템에서 사용한 광의 파장이나 또는 그 부근에서 낮은 광 흡수를 나타내는 물질로 제조된다.
광의 파장이 400 내지 850nm인 경우에는 박막층(124)의 제조물질로서 염료와 같은 물질을 사용한다.
박막층(124)의 두께는 25 내지 5000 옹스트롱이며, 데이터 면(90)은 박막층(124)으로 스핀 코팅(spin coating)하는 것이 적합하다.
박막층(124)은 선택적 보호층(optional protective layer, 126)에 의해 코팅될 수 있으며, 선택적 보호층(126)은 스퍼터된 유전체(sputtered dielectric)나 스핀 코팅된 중합체로 제조될 수 있다. 박막층(124) 및 선택적 보호층(126)은 기판상에서 정보 피트와 트래킹 홈(tracking grooves)이 형성되어진 후에 증착된다.
데이터 면(92)을 가지는 기판(56)도 박막층(124)과 선택적 보호층(126)으로 코팅되어 있다. 다른 데이터 면(94, 96, 98, 100, 102 및 104)도 동일하게 박막층(124) 및 선택적 보호층(126)으로 코팅되어 있다. 가장 깊은 곳에 있는 데이터 면(즉 광 헤드에서 가장 멀리 떨어져 있는 데이터 면)은 박막층(124) 대신에 반사율이 매우 높은 층을 사용할 수 있으며, 이러한 반사층은 알루미늄, 금 또는 알루미늄 합금과 같은 금속으로 제조될 수 있으며 스퍼터링이나 증기에 의해 증착된다.
선택적 보호층(126)은 공간(78)에서 존재할 수 있는 먼지, 오염 및 습기가 박막층(124)과 데이터 면에 악영향을 끼치는 것을 방지한다. 선택적 보호층(126)은 선택적인 것으로 동작요건에 따라 생략할 수 있다. 보호층의 두께는 100 옹스트롱 내지 50 미크론의 범위 내에 있다.
제3b도는 제2b도의 디스크(120)의 일부분의 단면을 상세히 도시한 것이다. 데이터 면(90' 및 92') 각각에 박막층(124')이 증착되어 있으며, 고체 투명 부재(122)에 의해 박막층(124')이 분리되어 있다. 이 실시예에서는 보호층을 필요로하지 않는데 그 이유는 고체 투명 부재(122)가 보호층으로서의 역할을 하기 때문이다.
각각의 데이터 면에 희망하는 양의 광 반사율을 제공하기 위해 박막층(124)을 사용한다. 그러나, 광은 복수의 데이터 면을 통과하기 때문에 박막층(124)은 고투과성으로서 가능한 한 광을 적게 흡수해야 할 필요가 있다. 이러한 조건은 굴절율(n)이 소광(消光) 계수(extinction coefficient)(k) 보다 클 때, 특히 굴절율(n)이 비교적 높고(n 1.5) 소광 계수(k)가 비교적 낮을 때(k 0.5) 충족될 수 있으며, 소정의 주파수 범위에서 그리고 소정의 물질에서 나타난다. 이들 조건을 충족할 수 있는 한 영역은 이상 분광 흡수 대역(anomalous dispersion absorption band)의 높은 파장측에 있다.
제4도는 이상 분광 흡수 대역을 갖는 전형적인 염료 물질에 대한 굴절율(n) 및 소광 계수(k) 대 파장의 관계를 도시한 그래프이다. 이상 분광은 일반적으로 dn/dλ이 포지티브(positive)인 영역으로 정의된다. 이상 분광에 대한 보다 상세한 설명은 M.Born 및 E.Wolf의 1964 년 Principles of optics, Pergamon Press 제3판에 기술되어 있다. 본 발명의 경우에 관심 영역은 n k인 곳이다.
제4도의 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 영역은 이상 분광영역이 나타나는 파장 이상에서 나타난다. 이러한 현상을 강하게 나타내는 물질에는 염료(dye)가 포함된다.
염료는 일반적으로 공액 이중결합(conjugated double bonds)을 갖는 유기 화합물(organic compounds)로서 정의된다.
공액 이중결합은 두개의 이중결합이 단일결합으로 분리될때 형성된다. 박막층(124)으로 사용할 수 있는 염료류(dye families)중에는 시아닌(cyanine), 스쿠아릴륨(squarylium), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 아조메틴(azomethine), 메로시아닌(merocyanine), 안트라퀴논(anthraquinone) 및 페닐린디아민 금속 착화합물(phenylenediamine metal complexes)이 있다. 상기 염료류중 특정예에는 다음과 같은 것이 있다.
시아닌류(cyanine family): 디에틸옥사-디카보시아닌 퍼클로레이트(diethyloxa - dicarbocyanine perchlorate), 디에틸티아디카보시아닌 아이오다이드(dicthylthiadicarbocyanine iodide), 디부틸-테트라메틸-디벤조인도-디카보시아닌-퍼클로레이트(dibutyl-tetramethyl-dibenzoindo-dicarbocyanine-perchlorate),
스쿠아릴륨류(squarylium family): 하이드록시 스쿠아릴륨(hydroxy squarylium), 프탈로시아닌류(phthalocyanine family): 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 코발트 프탈로시아닌 (cobalt phthalocyanine),
아조메틴류(azomethine family): 디에틸 암모늄 클로라이드(diethylammonium chloride),
메로시아닌류(merocyanine family): 에틸-에틸벤죠티아 졸리덴-에틸-로다닌(ethy1- ethylbenzothiazolidene - ethyl - rhodanine),
안트라퀴논류(anthraquinone family): 테트라-아미노-안트라퀴논 (tetra-amino-anthraquinone), 디에틸-엠-아미노- 페놀프탈레인 하이드로클로라이드(diethyl -M -Amino-Phenolphthalein Hydrochloride),
페닐린디아민 금속착 화합물류(phenylenediamine metal complexes family): 비스(베젠네디티올) 구리 [bits(bezenedithiol) copper]
상기 염료류에 대한 보다 상세한 것은 1991 년 Masaru Matsuoka, Infrared Absorbing Dyes, Plenum Press에 기술되어 있다.
제4도는 전형적인 염료 물질에 대한 굴절율(n)및 소광 계수(k)대 파장의 관계를 도시한 그래프이다. 파장 범위가 n이 k보다 훨씬 넓은 범위를 갖는다는 점에 주목할 필요가 있다. 이러한 광의 범위에서는 염료 물질은 많은 양의 광을 흡수함이 없이 광을 투과 및 반사시키므로 이러한 염료 물질이 층(124)으로서 사용하기에 양호한 물질이다.
제5도는 780nm 파장 광의 반사, 투과, 흡수의 백분율 대 염료 두께의 관계를 도시한 그래프이다. 염료는 다른 물질에 비해 비교적 양호한 반사율 및 낮은 흡수율을 갖는다. 각각의 중간 삽입된 층에서 광의 일부가 손실되는 복수의 데이터 면을 갖는 광 매체에서는 낮은 흡수율이 중요한 것이다.
제5도에서는 박막층(124)의 두께 범위에 걸쳐서 커다란 사인변동(sinusoidal variations)을 갖는 반사율, 투과율 및 흡수율의 백분율을 가지는 박막층(124)을 도시하고 있다. 적당한 두께를 선택함으로써, 여러 다른 조합의 반사율,투과율 및 흡수율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 박막층(124)의 두께를 변화시켜 본 발명의 매체를 조정할 수 있으므로, 디스크 드라이브의 광 헤드는 각각의 데이터 면으로부터 동일량의 광을 수신할 수가 있다. 환언하자면, 보다 깊은 곳에 위치해 있는 데이터 면의 층두께를 매체의 외측면에 보다 근접한 곳에 위치해 있는 데이터 면의 반사율보다 높은 반사율을 갖도록 선택할 수가 있다. 이러한 높은 반사율은 중간 삽입된 층에서의 광 손실을 보상하고자 할 때 필요하다. 따라서 광 헤드의 입장에서 보면 각 층으로부터 동일량의 광이 반사되는 것으로 볼 수 있다.
tn, an및 rn이 n 번째 층의 투과율, 흡수율 및 반사율을 각각 나타낸다고 하자. 따라서, 이들은 0 과 1 사이의 값을 가질 수 있다. N은 층의 전체수를 나타내는 것으로 한다. 그러므로 각 층으로부터 반사된 유효 반사율이 동일하다면(즉, 층에 관계없이 광 헤드가 동일량의 광을 검출하면) 다음의 반복 관계식을 얻게된다.
여기서 n + 1 ≤ N이다. 각 층에서의 흡수는 광의 손실을 극소화시키도록 낮게 유지된다. 따라서 다음의 근사식을 가질 수 있다. 즉
광 헤드의 대물렌즈에서 가장 멀리에 위치해 있으며, 층 상의 코팅층의 광학 상수 및 두께에 의해 지시되는 층(N 층)으로부터 최대 반사율 γmax 을 얻을 수 있는데, 염료의 경우에는 전형적으로 35%이하이며 금속의 경우에는 98%까지의 반사율을 얻을 수 있다.
희망하는 전체 층 수와 최내각층의 반사률이 각 층에서 동일하게 얻을 수 있는 최대의 유효 반사율을 결정한다.
상기 식들을 이용하면, 모든 층에 대해서 다음의 관계식이 성립함을 알수 있다.
이 식은 흡수가 일어나지 않는 영역에서는 정확하지만 소량의 흡수가 일어날 때는 근사값이다. 예를 들어, 제 N 층이 35%의 반사율을 가지면 tN-1= 78%이다. 이 식을 이용하여 다음의 표에서 주어진 동일한 반사율을 제공하는 모든 층의 두께를 정할 수 있다. 우선 제 N 층(최내각층)의 반사율 γmax을 선택한다. 다음에, 제 N 층과 동일한 유효 반사율을 제공하기 위해 식(3)을 이용하여 제 N-1 층의 투과율 및 반사율을 계산한다. 이러한 과정을 n=1 층의 특성이 얻어질때까지 반복한다. 제1층의 실제 반사율은 모든 내부층의 유효 반사율과 동일하다.
이상 흡수를 나타내는 염료들이 가장 관심의 대상인데 왜냐하면 이들 염료는 재생 레이저(readback laser)의 파장에서 높은 실수(real)의 굴절율과 낮은 허수(imaginary)의 굴절율을 갖도록 설계될 수 있기 때문이다. 층(124)으로 사용하기에 적합한 이상 분광을 나타내는 염료가 복수개 있으며, 이들 염료들은 두께를 조절해 가면서 기판상에 쉽사리 스핀 코팅될 수 있다.
굴절율은 적절한 염료성분을 선택함으로써 제어된다.
또한, 이들 염료를 혼합시켜 적절한 광학 상수를 산출해낼 수 있다.
또한 이들 염료에 도펀트(dopants)를 첨가시켜 이들의 화학적 구조를 약간 변경함으로써 파장 종속성을 조절한다. 복소 굴절율의 실수부는 2.7만큼 높게 할수 있는 반면에 허수부는 아주 작게 할 수 있다. 2, 6 및 8 데이터 면 구조에 대해 주어진 코팅 두께의 예가 다음의 표에 나타나 있다. 이들을 계산함에 있어서 기준이 되는 것은 각 층으로부터의 유효 반사율이 동일하다는 것이다. 상기 구조에는 모두 스쿠아릴륨 염료층을 갖는 광 데이터 저장 매체(12)와, 모두 시아닌 염료층을 갖는 광 데이터 저장 매체(12)와, 마지막층이 금속인 것을 제외하고는 스쿠아릴륨 염료층을 갖는 광 데이터 저장 매체(12)가 포함된다.
모든 경우에 있어서, 모든 층의 유효 반사율은 제1층의 반사율 γ1에 의해 주어진다. 계산된 두께가 정확해야 할 필요는 없다. 염료두께가 ±30 옹스트롱 범위 내에서 조절가능하면 동일한 유효 반사율을 얻을 수 있다. 이러한 두께 조절은 스핀 코팅에 의해 용이하게 달성된다. 다음의 예에서 주어진 전체 흡수량은 충분히 낮은 것이다. 그러나, 보다 양호한 결과를 얻기 위해서는 0.02 이하의 허수의 광학 상수를 갖는 염료도 사용할 수 있다.
본원에서 주어진 결과들은 780nm 파장의 레이저에서 적용된 것이다. 장래에 690nm(적색) 또는 청색 레이저와 같은 다른 레이저 파장이 사용되는 경우에도 동일한 결과가 적용될 것이다.
염료의 광학 상수의 실수부와 허수부가 각각 이들 파장에서 크고 작게 되도록 이들 파장에서 염료의 화학적 구조를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 시아닌 염료의 경우 피크 흡수가 발생하는 파장을 공액 사슬(conjugated chain) 중의 탄소 원자수를 감소시킴으로써 보다 단파장의 값으로 변경시킬 수 있다.
780nm의 파장에서 스쿠아릴륨의 실수 및 허수의 광학 상수는 각각 2.7 및 0.02 이다 이 때문에 시아닌 염료와 비교해 볼 때 약간 더 높은 유효 반사율을 얻을 수 있다.
매체(12)에 대한 2, 6 및 8 데이터 면 시스템의 설계가 표 1, 2 및 3 에 나타나 있다.
시아닌 연료코팅을 갖는 2 개층에 대한 2 데이터 면 디스크 구조의 예가 주어졌다.
시아닌 염료는 n = 2.5 및 k = 0.06인 약간 낮은 실수부 굴절율과 약간 높은 허수부 굴절율을 갖는다. 이와 같이, 시아닌 염료의 최대 유효 반사율은 스쿠아릴륨 염료보다 약간 낮다.
표 4 및 5 에서는 2 및 4 데이터 면을 갖는 광 데이터 저장 매체(12)의 구조가 나타나 있다.
마지막층에서 금속 반사기(metal reflector)를 사용함으로써 구조의 유효 반사율을 상승시킬 수 있다. 예를 들어, 금이나 알루미늄 합금 반사기를 사용하면 마지막층에서는 90% 이상의 반사율을 얻을 수 있다. 다음의 실시예에서는 염료로서 스쿠아릴륨을 사용하였으며 광 데이터 저장 매체(12)의 2 및 8 데이터 면 구조가 표 6 및 7 에서 나타나 있다. 시아닌 염료나 다른 염료도 사용할 수 있다.
비록 박막층(124)의 두께를 조절하여 각 박막층(124)에서 동일한 유효 반사율을 얻는 것이 적합하더라도, 박막층(124)을 동일한 두께로 할 수도 있다. 제조공정을 단순화시키기 위해서는 이와 같이 두께를 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 각 박막층(124)으로부터의 유효 반사율은 다르게 될 것이다. 그러나, 광 드라이브는 레이저 출력 및/또는 광 검출기의 증폭량을 조절하여 각 박막층(124)에서의 서로 다른 반사율을 보상할 수 있다.
각 박막층들(124)이 동일한 두께를 갖는 경우, 모든 박막층(124)에 있어서 투과율(t) 및 반사율(γ)은 동일하다. 제 n 층의 유효 반사율은
이다.
따라서, γn(eff)와 층두께에 의해 정해지는 것으로 공지되어 있는 t 및 γ 의 값에 대한 하한(lower limit)이 정해지면, 최대층 수는 다음과 같이 결정될 수 있다.
예를 들어, 박막층(124)의 γ = 12%, t=87.5%, 최소 유효 반사율이 4%이면, 최대 층수(데이터 면)는 n=5이다.
다음 표에서는 모든 층에서 동일한 스쿠아릴륨 염료 두께를 사용한 광 데이터 저장 매체(12)의 다층 구조에 대한 실시예를 나타내고 있다. 마지막 층에서 금속 반사기를 사용함으로써 이 층의 유효 반사율을 상승시킬 수 있다.
제6a도는 광 데이터 저장 매체(12)의 데이터 면 패턴을 상세히 도시한 확대 단면도로서 참조번호(130)로 도시되어 있다. 표면(90)은 나선형(또는 동심) 트래킹 홈(132)의 패턴을 갖고 있다.
트래킹 홈(132) 사이에 위치한 표면(90)은 랜드부(land portion)(134)로서 명명된다. 데이터 면(92)은 나선형 반전 트래킹 홈(상승 릿지)(136)의 패턴을 갖는다.
나선형 반전 트래킹 홈(136) 사이에 위치한 데이터 면(92)은 랜드부(138)라고 칭한다. 트래킹 홈(132)과 반전 트래킹 홈(136)은 또한 트래킹 마크라고도 명명된다. 적합한 실시예의 경우, 트래킹 마크의 폭(140)은 0.6 미크론이고 랜드부의 폭(142)은 1.0 미크론이다. 따라서 피치는 (1.0 + 0.6) = 1.6 미크론이 된다.
트래킹 마크는 광 데이터 저장 매체(12)가 회전하는 동안에 광빔을 트랙상에서 유지시키는데 사용된다. 이것에 대해서는 이하에서 상세히 기술하고자 한다.
패턴(130)의 경우, 광 헤드(22)로부터 나온 빔(144)은 집속되어지는 면에 따라 랜드부(134 또는 138)를 트래킹할 것이다. 기록된 데이터는 랜드부 상에 존재한다.
트래킹 에러 신호(TES)가 두 표면(90 및 92)에 대해 동일한 크기로 되기위해서는 랜드부와 트래킹 마크로부터 반사되는 광간의 광경로 길이차를 두 표면에 대해서 동일하게 할 필요가 있다. 빔(144)은 기판(50)을 통해 표면(90) 상에 집속하지만, 빔(144)은 공간(78)을 통해 데이터 면(92)상에 집속한다. 적합한 실시예의 경우 공간(78)은 공기를 포함한다. 랜드부와 트래킹 마크 간의 광경로 길이차를 동일하게 하기 위해서는 d1n1이 d2n2와 또는 d2/d1은 n1/n2와 동일해야 한다. 여기서 d1은 마크(132)의 깊이(수직거리)이며, n1은 기판(50)의 굴절율이며, d2는 마크(136)의 높이(수직거리)이며, n2는 공간(78)의 굴절율이다. 적합한 실시예의 경우, 공간(78)은 굴절율이 1.0인 공기를 포함하며 기판(50)(및 다른 기판)의 굴절율은 1.5이다. 따라서 d2/d1의 비는 1.5이다.
적합한 실시예의 경우, d1은 700 옹스트롱이며 d2는 1050 옹스트롱이다.
광 데이터 저장 매체(12)의 다른 표면에 대해서도 동일한 트래킹 마크 패턴을 반복한다. 다른 기판의 입사면(94, 98 및 102)은 표면(90)과 동일하며 다른 공간 입사면(96, 100 및 104)은 데이터 면(92)과 동일하다.
상기 홈 깊이의 비율은, 어떠한 선택적 보호층(126)도 갖고 있지 않거나 또는 약 200 옹스트롱 두께이거나 그 이하의 박막 보호층(126)을 갖고 있는 광 데이터 저장 매체(12)의 실시예에 대해서도 적용할 수 있다. 만일 보호층(126)이 약 1 미크론 두께이거나 또는 그 이상이면, d1n1 = d2n2 식을 이용할 수 있으며 이 때 n2는 제2데이터 면상에 있는 보호층(126)의 굴절율이다. 만일 보호층(126)의 두께가 약 200 옹스트롱과 1 미크론 두께 범위 사이에 있으면 간섭 현상에 의해서 홈의 깊이를 계산하는 것이 곤란해지게 된다. 그러나, M.Born 및 E.Wolf의 1964 년 Principles of Optics, Pergamon Press, 제3판에 기술된 박막 광학 계산을 이용하면 적당한 홈깊이를 정할 수 있다.
비록 트래킹 마크들이 나선형 패턴으로 적합하게 배열되더라도, 이들 트래킹 마크들을 동심원 패턴으로 할 수도 있다. 또한, 각 데이터 면에서 나선형 패턴은 동일할 수 있는데, 즉 이들 나선형 패턴은 모두 시계방향 또는 반시계방향의 나선이거나, 또는 이들 나선형 패턴은 연속한 데이터 층에 대해 시계방향 나선패턴과 반시계방향 나선패턴이 교대로 나타날 수 있다. 예를 들어, 비디오 데이터, 영화 등의 저장과 같이 데이터의 연속 트래킹이 바람직한 응용에 있어서는 상기와 같이 나선 패턴이 교대로 나타나는 것이 적합할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 빔은 나선형 패턴이 내경 부근에서 끝날 때까지 제1데이터 면에서 내측으로 시계방향 나선형 패턴을 트랙하고, 그 후에 빔은 바로 아래의 제2데이터 면에 재집속되고, 그리고 나서 빔은 나선형 패턴이 외경에서 끝날 때까지 반시계방향의 나선형 패턴을 외측으로 트래킹한다.
제6b도는 광 데이터 저장 매체(12)의 다른 표면 패턴을 상세히 도시한 확대 단면도로서 참조번호(150)로 도시하고 있다. 패턴(150)은 패턴(130)과 동일한데 단지 데이터 면(92)의 트래킹 마크가 반전된 홈 대신에 홈(152)을 갖는다는 점만이 다르다. 피치와 d2/d1의 비는 패턴(130)에서의 것과 동일하다. 빔(144)은 표면(90) 상의 랜드부(134)를 트래킹하지만, 여기서는 데이터 면(92)상에 집속될 때 빔(144)은 홈(152)을 트래킹할 것이다. 소정의 상황에서는 홈(132)을 트래킹하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 빔(144)은 또한 데이터 면(92)의 랜드부(138)를 트래킹하도록 전기적으로 제어될 수 있다. 표면(94, 98 및 102)의 트래킹 마크는 표면(90)의 것과 동일하며 표면(96, 100 및 104)의 트래킹 마크는 데이터 면(92)의 것과 동일하다.
제6c도는 광 데이터 저장 매체(12)의 다른 표면 패턴을 상세지 도시한 확대 단면도로서 참조번호(160)로 표시하고 있다. 패턴(160)은 패턴(130)과 동일한데 단지 표면(90)이 홈(132) 대신에 반전된 홈(162)을 가지며 데이터 면(92)이 반전된 홈(136) 대신에 홈(164)을 갖는다는 것만이 다르다. 피치와 d2/d1의 비는 패턴(130)에서와 동일하다. 빔(144)은 표면(90) 상에 집속될 때는 반전된 홈(162)을 트래킹하고, 랜드부를 트래킹하도록 전자적으로 스위치되지 않는 경우에는 데이터 면(92)상에 집속될 때는 홈(164)을 트래킹할 것이다. 표면(94, 98 및 102)의 패턴은 표면(90)의 것과 동일하며 표면(96, 100 및 104)의 패턴은 데이터 면(92)의 것과 동일하다.
제6d도는 광 데이터 저장 매체(12)의 다른 표면 패턴을 상세히 도시한 확대 단면도로서 참조번호(170)로 표시되어 있다. 패턴(170)의 경우, 표면(90)은 패턴(160)의 표면(90)과 동일한 구조를 갖고, 데이터 면(92)은 패턴(130)의 데이터 면(92)과 동일한 구조를 갖는다. 피치와 d2/d1의 비는 패턴(130)의 것과 동일하다.
빔(144)은 (랜드부를 트래킹하도록 전자적으로 스위치 되지 않는 경우) 표면(90)상에 집속될 때는 반전된 홈(162)을 트래킹하고, 표면(92) 상에 집속될 때는 랜드부(138)를 트래킹할 것이다. 표면(94, 98 및 102)은 표면(90)의 패턴과 동일한 패턴을 갖고, 표면(96, 100 및 104)은 데이터 면(92)과 동일한 패턴을 갖는다.
모든 패턴(130, 150, 160 및 170)의 경우, 제조시에 본 기술분야에서 공지되어 있는 사출 성형(injection molding) 또는 광중합체(photopolymer) 공정에 의해 기판 내에 트래킹 마크를 형성한다. 트래킹 마크를 형성한 후 상술한 박막층을 기판 상에 증착시키는 것에 주목해야 한다.
트래킹 마크에 대한 기술은 광 디스크의 다른 특징에도 적용할 수 있다.
예를 들어, 데이터를 기록하거나 트래킹 정보를 제공하기 위해 기판에 엠보싱(emboss)되어 있는 피트를 사용하는 CD-ROM과 같은 ROM 디스크가 있다. 다른 광 매체는 섹터 헤더 정보(sector header information)를 엠보싱시키기 위해 피트를 사용한다. 또한 트래킹 정보를 제공하기 위하여 상기 헤더 피트를 사용하는 매체도 있다. 본 발명의 복수 데이터 면 형태에 이러한 매체를 이용하면, 상기 트래킹 마크와 동일한 방식으로 대응하는 여러 데이터 면 상에 피트 또는 반전된 피트로서 피트를 형성한다. 랜드부와 피트 또는 반전된 피트 간의 광 경로 길이는 트래킹 마크와 동일하다. 피트, 반전된 피트, 홈 및 반전된 홈 모두는 랜드부로부터 서로 다른 높이(즉 상기 피트, 반전된 피트, 홈 및 반전된 홈과 랜드부 간의 수직거리)로 위치되어 있으며, 본원에서는 모두 마크로서 기술하고 있다.
특별히 트래킹 정보 제공 전용 마크는 비데이터 트래킹 마크(nondata tracking marks)로서 명명된다.
본 발명의 매체는 CD, CD-ROM 또는 OD-ROM 등의 임의 형태의 광 디스크 포맷으로 제조될 수 있으며, 이들 포맷은 본 기술분야에서는 공지되어 있는 것이다.
[광 헤드(Optical Head)]
제7도는 광 헤드(22) 및 광 데이터 저장 매체(12)의 개략도를 도시한 것으로, 광 헤드(22)는 레이저 다이오드 (200)를 갖고 있다. 레이저 다이오드(200)는 약 780nm 의 파장에서 1 차광빔을 생성하는 갈륨-알루미늄-비소 레이저 다이오드일 수 있다. 빔(202)은 렌즈(203)에 의해 평행하게 되어 원형 프리즘(circularizing prism)일 수 있는 써큘러라이져(204)에 의해 원형화된다. 빔(202)은 빔 스프리터(205)로 전달되는데, 빔(202)의 일부는 빔 스프리터(205)에 의해 집속렌즈(206) 및 광 검출기(207)로 반사된다. 광 검출기(207)는 빔(202)의 출력을 모니터하는데 사용된다. 빔(202)의 나머지는 미러(208)에 전달되고 이 미러 (208)에 의해 반사된다. 이후에 빔(202)은 집속렌즈(210) 및 복수 데이터 면 수차 보정기(212)를 통해 광 데이터 저장 매체(12)의 데이터 면 중 어느 한 데이터 면[도면에서는 표면(96)으로 도시되어 있음] 상에 집속된다. 렌즈(210)는 홀더(holder, 214)에 장착되어 있으며, 이 홀더(214)의 위치는 음성 코일 모터(voice coil motor, VCM)일 수 있는 포커스 액츄에이터 모터(focus actuator motor, 216)에 의해 광 데이터 저장 매체(12)에 대해 상대적으로 조절된다.
광빔(202)의 일부는 데이터 면에서 반사빔(220)으로서 반사된다. 반사빔(220)은 수차 보정기(212) 및 렌즈(210)를 통해 귀환되어 미러(208)에 의해 반사된다. 빔 스프리터(205)에서, 반사 빔(220)은 복수 데이터 면 필터(222)로 반사된다.
반사 빔(220)은 필터(222)를 통해 빔 스프리터(224)로 진행한다. 빔 스프리터(224)에서 빔(220)의 제1부분(230)이 비점수차 렌즈(astigmatic lens, 232)와 쿼드 광 검출기(Quad optical detector, 234)에 전달된다. 빔 스프리터(224)에서 반사빔(220)의 제2부분(236)은 반파장 플레이트(half-wave plate, 238)를 통해 편광 빔 스프리터(240)에 전달된다. 빔 스프리터(240)는 광빔(236)을 직교 편광된 제1광 성분(242)과 직교 편광된 제2광성분(244)으로 분할시킨다. 렌즈(246)는 광(242)을 광 검출기(248)로 집속시키고 렌즈(250)는 광(244)을 광 검출기(252)로 집속시킨다.
제8도는 쿼드 광 검출기(234)의 평면도로서, 쿼드 광 검출기(234)는 동일한 4 개 부분(234A, 234B, 234C 및 234D)으로 분할되어 있다.
제9도는 채널 회로(260)에 대한 회로도를 도시한 것으로, 채널 회로(260)는 데이터 회로(262), 포커스 에러 회로(264) 및 트래킹 에러 회로(266)를 포함하고 있다. 데이터 회로(262)는 광 검출기(248)에 접속되어 있는 증폭기(270)와 광 검출기(252)에 접속되어 있는 증폭기(272)를 갖고 있으며, 증폭기(270 및 272)는 2 극 2 행정 전자 스위치(double pole, double throw electronic switch, 274)에 접속되어 있다. 스위치(274)는 가산 증폭기(276) 및 차동 증폭기(278)에 접속되어 있다.
포커스 에러 회로(264)는 검출기부(234A, 234B, 234C, 234D) 각각에 접속되어 있는 복수의 증폭기(280, 282, 284 및 286)를 갖고 있다. 가산 증폭기(288)는 증폭기(280 및 284)에 접속되어 있으며, 가산 증폭기(290)는 증폭기(282 및 286)에 접속되어 있다. 차동 증폭기(292)는 가산 증폭기(288 및 290)에 접속되어 있다.
트래킹 에러 회로(266)는 한 쌍의 가산 증폭기(294 및 296)와 차동 증폭기(298)를 갖고 있다. 가산 증폭기(294)는 증폭기(280 및 282)에 접속되어 있고, 가산 증폭기(296)는 증폭기(284 및 286)에 접속되어 있다. 차동 증폭기(298)는 2 극 2 행정 전자 스위치(297)를 통해 가산 증폭기(294 및 296)에 접속되어 있다. 스위치(297)는 증폭기(298)의 입력을 반전시키는 역할을 한다.
제10도는 본 발명의 제어기 시스템에 대한 개략도를 도시한 것으로, 참조번호(300)로 표시되어 있다. 포커스 에러 신호 회로(264)에 포커스 에러 신호(FES) 피크 검출기(310)가 접속되어 있고, 트래킹 에러 신호 회로(266)에 트래킹 에러 신호(TES) 피크 검출기(312)가 접속되어 있다. 피크 검출기(310), 광 검출기(207) 및 회로(262, 264 및 266)에는 제어기(314)가 접속되어 있다. 제어기(314)는 마이크로 프로세서에 의한 디스크 드라이브 제어기로서, 레이저 다이오드(200), 헤드 모터(26), 스핀들 모터(16), 집속 모터(216), 스위치(274 및 297) 및 수차 보정기(212)에도 접속되어 이들을 제어한다. 수차 보정기(212)에 대한 상세한 구성 및 동작에 대해서는 후술하고자 한다.
지금부터 시스템(10)의 동작에 대해서 기술하기로 한다.
제어기(314)는 스핀들 모터(16)가 디스크(12)를 회전시키고 헤드 모터(26)가 광 헤드(22)를 디스크(12) 아래의 적당한 위치로 이동시키도록 제어한다(제7도를 참조하기 바람). 레이저 다이오드(200)를 활성화시켜 디스크(12)로부터 데이터를 판독한다. 렌즈(210)에 의해 빔(202)이 데이터 면(96)상에 집속되며, 반사빔(220)이 귀환되어 빔(230, 242 및 244)으로 분할된다. 광 검출기(234)에서 빔(230)을 검출하고 이 빔을 이용하여 포커스 및 트래킹 서보 정보(focus and tracking servo information)를 제공하며, 광 검출기(248 및 252)에서 빔(242 및 244)을 각각 검출하고 이들 빔을 이용하여 데이터 신호를 제공한다.
제8도를 참조해보면, 빔(202)이 데이터 면(96)상에 정확히 집속되면 빔(230)은 광 검출기(234)에서 원형의 단면(350)을 갖게되고, 포커스 에러 회로(264)는 제로 포커스 에러 신호를 출력할 것이다. 빔(202)이 초점에서 어느 쪽으로든 약간 벗어나면, 빔(230)은 광 검출기(234)에서 타원형 패턴(352 또는 354)을 갖게 되고, 포커스 에러 회로(264)는 포지티브 또는 네가티브 포커스 에러 신호를 출력할 것이다. 제어기(314)는 포커스 에러 신호를 이용하여 제로 포커스 에러 신호를 얻을 때까지 집속 모터(216)가 렌즈(210)를 이동시키도록 제어한다.
빔(202)이 데이터 면(96)의 트랙에 정확하게 집속되면, 빔(230)은 A 및 B 부분과 D 및 C 부분 사이에서 원형 단면(350)을 가지고 균등하게 조사될 것이다.
빔이 트랙을 벗어나면, 빔은 트래킹 마크와 랜드부 사이의 경계부 상에 있게 될 것이다. 따라서, 빔은 회절하게 되어 단면(350)이 위로 또는 아래로 이동될 것이다. A 및 B 부분에서 보다 많은 광이 수신되면 C 및 D 부분에서는 보다 적은 양의 광이 수신되어지며, 또한 이것의 반대도 성립된다.
제11a도는 포커스 에러 회로(264)에 의해 생성된 TES 대 광 헤드(22)의 변위를 그래프로 도시한 것이다. 제어기(314)는 VCM(26)이 광 헤드(22)를 광 데이터 저장 매체(12)의 표면을 가로질러 이동시키도록 제어한다. TES 피크 검출기(312)는 TES 신호의 피크(최소점 및 최대점)를 카운트한다. 각각의 트랙 간에는 2 개의 피크가 존재하며, 피크의 수를 카운트함으로써 제어기(314)는 빔을 정확한 트랙 상에 위치시킬 수 있다. 랜드부에 있는 TES 신호는 포지티브 슬롭(slope) TES 신호이다. 제어기(314)는 이러한 포지티브 슬롭 신호를 이용하여 빔을 트랙 상에 고정시킨다. 예를 들어, 포지티브 TES 신호에 의해 광 헤드(22)가 영점 랜드 위치(zero point land position)를 향해 왼쪽으로 이동하고, 네가티브 TES 신호에 의해 광 헤드(22)가 영점 랜드 위치를 향해 오른쪽으로 이동한다.
제11a도는 스위치(297)가 제9도에서 도시된 초기 위치에 있을 때 광 데이터 저장 매체(12)의 적합한 패턴(130)으로부터 나온 신호를 도시한 것이다. 상기 신호와 동일한 신호가 또한 패턴(150)의 표면(90)과, 패턴(170)의 데이터 면(92)에서도 발생된다. 이 신호는 포지티브 슬롭(positive slope)이 있는 곳에 위치해 있으므로 빔은 랜드부에 자동적으로 고정된다.
제11b도는 스위치(297)가 초기 위치에 있을 때 TES 대 패턴(150)의 데이터면(92), 패턴(160)의 표면(90 및 92), 패턴(170)의 표면(90)에서의 헤드 변위를 그래프로 도시한 것이다. 이러한 경우, 트래킹 마크는 포지티브 슬롭 신호가 트래킹 마크의 위치에서 발생할 정도이므로 빔은 랜드부가 아닌 트래킹 마크를 자동적으로 트래킹하게 되는 것에 주목할 필요가 있다. 어떠한 경우에는 트래킹 마크를 트래킹하는 것이 바람직할 수도 있다.
제11c도는 반전 스위치(297)가 인에이블되어 TES 신호가 반전될 때의 TES 대 패턴(150)의 데이터 면(92), 패턴(160)의 표면(90 및 92), 패턴(170)의 표면(90)에서의 헤드 변위를 그래프로 도시한 것이다. 여기서는 TES가 랜드위치에서 포지티브 슬롭을 갖고 있으므로 빔은 트래킹 마크 대신에 랜드부를 트래킹할 것이다. 이와 같이, 제어기(314)는 스위치(297)를 셋팅하는 것에 의해 홈 또는 랜드부를 트래킹할 수 있다.
광 데이터 저장 매체(12)는 ROM 데이터 면을 포함하고 있으며, ROM 데이터를 판독하기 위해 반사율 검출을 이용하고 있다. 데이터 회로(262)에 있어서, ROM 디스크를 판독하고자 할 때는 스위치(274)가 증폭기(276)에 접속되도록 위치된다. 광 검출기(248 및 252)로부터 나온 신호는 가산된다. 데이터 스포트(data spots)가 기록되어 있는 곳은 광이 거의 검출되지 않으므로 검출된 광의 차가 데이터 신호가 된다. 스위치(274)는 WORM 및 상변화 데이터 디스크를 판독하기 위해 동일한 셋팅을 가질 것이다. 광자기 데이터 면을 갖는 디스크를 사용하면 데이터를 판독하기 위해서는 편광 검출을 필요로 한다. 스위치(274)는 증폭기(278)에 접속되도록 셋트될 것이다. 광 검출기(248 및 252)에서 검출된 직교 편광 차가 데이터 신호를 제공할 것이다.
제12도는 포커스 에러 회로(264)로부터 나온 포커스 에러 신호 대 렌즈(210)의 변위거리를 그래프로 도시한 것이다. 광 데이터 저장 매체(12)의 각 데이터 면에서는 공칭 사인파 포커스 에러 신호가 얻어진다는 것에 주목할 필요가 있다. 데이터 층간의 포커스 에러 신호는 제로이다. 시스템이 동작을 시작하는 동안, 제어기(314)는 먼저 집속 모터(216)가 렌즈(210)를 제로 변위 위치에 위치시키도록 제어한 다음, 집속 모터(216)가 렌즈(210)를 포지티브 변위방향으로 이동시킴으로써 요구되는 데이터 면을 탐색할 것이다. 각각의 데이터 층에서, 피크 검출기(310)는 포커스 에러 신호의 두 피크를 검출할 것이며, 제어기(314)는 피크(데이터 면마다 두 개)를 카운트하여 빔(202)이 집속된 정확한 데이터 면을 결정할 것이다. 요구되는 데이터 면에 도달하면, 제어기(314)는 집속 모터(216)를 제어하여 요구되는 특정 희망 데이터 면의 두 피크 사이에서 포커스 에러 신호가 존재하도록 렌즈(210)를 위치시킨다. 다음에는 포커스 에러 신호를 사용하여 집속 모터(216)가 피크 사이의 영점 포커스 에러 신호를 탐색하도록 제어한다. 즉 정확한 집속이 이루어질 수 있게 포지티브 슬롭 신호를 고정시키도록 제어한다. 제어기(314)는 또한 레이저 다이오드(200)의 출력, 스위치(297) 및 수차 보정기(212)를 특정 데이터 면에 적합하게 조절한다.
시스템 동작을 시작하는 동안, 제어기(314)는 또한 어떠한 형태의 디스크를 판독하고 있는지를 결정한다. 스위치(274)는 우선 반사율을 검출하도록 위치되며 스위치(297)는 적합한 패턴(130)의 디스크 중의 랜드부를 판독하도록 셋트된다. 제어기(314)는 제1데이터 면의 제1트랙의 헤더 정보를 탐색하여 판독한다. 헤더 정보에는 층의 수, 각층에서의 광 매체의 형태(반사율 또는 편광검출)및 사용된 트래킹 마크 패턴의 형태에 대한 정보가 포함되어 있다. 이러한 정보에 의해서 제어기(314)는 각 데이터 면을 정확히 판독하도록 스위치(274 및 297)를 셋트시킬 수 있다.
제어기(314)가 제1데이터 면의 제1트랙을 판독할 수 없으면(제1데이터 면이 서로 다른 트래킹 마크 패턴을 가질 가능성이 있음), 제어기(314)는 스위치(297)를 다른 셋팅으로 셋트하여 제1데이터 면의 제1트랙에 대한 판독을 다시 시도할 것이다. 만일 이러한 시도에 의해서도 동작하지 않으면(제1데이터 면이 광자기 패턴으로서 편광검출을 필요로 할 것임), 제어기(314)는 스위치(297)를 어느 한 셋팅으로 또한 다른 셋팅으로 스위치(274)를 편광검출을 하도록 셋트시키고 다시 판독을 시도할 것이다. 요약하면, 제어기(314)는 트랙 판독이 성공할 때까지 스위치(274 및 297)를 4 개의 서로 다른 조합으로 셋팅시킴으로써 제 1데이터 면의 제1트랙의 헤더 정보를 판독할 것이다. 제어기(314)가 일단 이러한 헤더 정보를 갖게 되면, 각각의 다른 데이터 면에 대해서 스위치 (274 및 297)를 정확하게 셋트시킬 수 있다.
또한, 디스크 드라이브는 본 발명의 ROM 매체로만 동작되는 전용 드라이브일 수 있다. 이러한 경우, 제어기(314)는 데이터 면의 형태, 층수와 트래킹 마크의 형태에 대한 정보를 기억하도록 프로그램된다.
[수차 보정기(Aberration Compensator)]
렌즈들은 전형적으로 굴절율 1.0을 갖는 공기를 통해 광을 집속하도록 설계되어 있다. 이러한 렌즈들이 다른 굴절율을 갖는 물질을 통해 광을 집속하게 되면, 광에는 빔 스포트를 왜곡시키며 확대시키는 구면수차가 발생하여 판독 및 기록 성능이 저하된다.
전형적인 광 데이터 기억 시스템의 경우에는 집속을 하기 위한 단 하나의 데이터 면만이 존재하며, 이 데이터 면은 통상 1.2mm 두께의 페이스 플레이트 아래에 위치된다. 렌즈는 전형적으로 개구수(NA)가 0.55인 렌즈이다. 이 렌즈는 1.2mm의 페이스 플레이트에 의하여 광에 발생하는 구면수차를 보정할 수 있도록 특별하게 설계된다. 따라서 정확한 깊이에서는 양호한 스포트 집속을 얻을 수 있지만, 다른 깊이에서는 집속은 또렷하지 않게 되며, 이것은 임의의 복수 데이터 층 시스템에 있어서도 심각한 문제를 야기시킨다.
본 발명의 수차 보정기(212)는 상기와 같은 문제를 해결해 준다. 제13도는 수차 보정기(140)의 개략도를 도시한 것으로서 수차 보정기(212)로서 사용할 수 있다. 보정기(400)는 3-스텝으로 되어 있는 스텝 블럭(402)을 포함한다. 제1스텝(404)의 두께는 0.3mm이고, 제2스텝(406)의 두께는 0.6mm이며, 제3스텝(408)의 두께는 0.9mm이다. 블럭(402)은 광 데이터 저장 매체(12)의 페이스 플레이트 및 기판과 동일한 재료나 또는 다른 유사한 광학 재료로 제조된다. 기판두께가 증가함에 따라 이들 스텝들의 광학적 두께가 증가된다는 것에 주목할 필요가 있다. 블럭(402)은 음성 코일 모터(410) (또는 유사한 액츄에이터 장치)에 접속되며, 음성 코일 모터(410)는 제어기(314)에 접속된다. 음성 코일 모터(410)는 빔(302) 경로의 안으로 또는 밖으로 블럭(402)을 측방향으로 이동시킨다.
렌즈(210)는 광 데이터 저장 매체(12)의 최하측 데이터 면상에 집속되도록 설계되어 있다. 즉 렌즈(210)는 페이스 플레이트와 중간 삽입된 기판의 두께의 결합으로 인해 초래되는 구면 수차를 보정하도록 설계되어 있다. 본 발명의 경우에는 표면(102 또는 104)에서 집속하기 위하여 빔(202)은 페이스 플레이트(50)와 기판(56, 62 및 68)(기판 물질의 결합된 두께는 1.2mm임)을 통과해야 한다. 공간(78)은 계산에 넣지 않았는데, 그 이유는 공간(78)이 추가적인 구면수차를 부가하지 않기 때문이라는 것에 주목할 필요가 있다. 렌즈(210)는 이와 같이 1.2mm의 폴리카보네이트를 통해 집속되도록 설계되어 있으며 데이터 면(102 및 104) 모두에서 동일하게 양호한 집속을 행할 수 있다.
빔(202)이 표면(102) 또는 표면(104) 상에 집속되면, 블럭(402)은 완전히 후퇴되어 빔(202)이 블럭(402)을 통과하지 않게 된다. 빔(202)이 표면(98) 또는 표면(100) 상에 집속되면 블럭(402)은 빔(202)이 스텝(404)을 통과하도록 위치되며, 빔이 표면(94) 또는 표면(96)상에 집속되면 블럭(402)은 빔(202)이 스텝(406)을 통과하도록 위치되며, 빔(202)이 표면(90) 또는 표면(92) 상에 집속되면 블럭(402)은 빔(202)이 스텝(408)을 통과하도록 위치된다. 따라서 빔(202)이 어느 쌍의 표면 상에서 집속되더라도, 빔(202)은 항상 전체적으로 동일한 두께의 광학 재료를 통과하므로 구면수차라는 문제에는 직면하지 않게 된다. 제어기(314)는 모터(410)가 블럭(402)을 적절하게 이동시키도록 제어한다.
제14도는 참조번호(430)로 표시되어 있는 수차 보정기를 도시한 것으로 수차 보정기(212)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(430)는 한 쌍의 상보형인 삼각형 블럭(432 및 434)을 갖고 있다. 블럭(432 및 434)은 광 데이터 저장 매체(12)의 페이스 플레이트 및 기판과 동일한 재료 또는 유사한 광 특성을 갖는 재료로 제조된다. 블럭(432)은 빔(202)이 통과할 수 있도록 고정 위치에 위치되어 있으며, 블럭(434)은 음성 코일 모터(436)에 접속되며 블럭(432)의 표면을 따라 슬라이드 될 수 있다. 제어기(314)는 음성 코일 모터(436)에 접속되어 음성 코일 모터(436)를 제어한다. 블럭(434)을 블럭(432)에 대해 상대적으로 이동시킴으로써 빔(202)이 통과하는 물질의 전체 두께를 조절할 수 있다. 따라서, 빔(202)은 어느 데이터 면에 집속되는가에는 관계없이 동일한 두께의 광학 재료를 통과하게 된다.
제15 및 16도는 참조번호(450)로 표시되는 수차 보정기를 도시한 것으로 수차 보정기(212)로서 사용할 수 있다. 보정기(450)는 원형 스텝 소자(452)를 갖고 있다. 스텝 소자(452)는 4 개의 부분(454, 456, 458 및 460)을 갖고있으며, 부분(456, 458 및 460)의 두께는 각각 수차 보정기(400)의 스텝(404, 406 및 408)의 두께와 동일하다. 부분(454)은 재료를 갖고 있지 않으며 제16도에서 도시된 원형 패턴에서 빈공간을 나타낸다. 원형 스텝 소자(452)는 스테퍼 모터(462)에 접속되며 이 스테퍼 모터(462)는 제어기(314)에 의해 제어된다. 스핀들(462)은 빔(202)이 어느 데이터 면에 집속되는가에 관계없이 동일한 두께의 물질을 통과할 수 있도록 원형 스텝 소자(452)를 회전시킨다.
제17도는 참조번호(570)로 표시되어 있는 수차 보정기를 도시한 것으로 수차 보정기(212)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(570)는 고정형 볼록렌즈(572)와 가동형 오목렌즈(574)를 갖고 있다. 가동형 오목 렌즈(574)는 음성 코일 모터(576)에 접속되어 있으며, 이 음성 코일 모터(576)는 제어기(314)에 의해 가동형 오목 렌즈(574)를 고정형 볼록 렌즈(572)에 대해 이동시키도록 제어된다. 빔(202)은 렌즈(572), 렌즈(574) 및 렌즈(210)를 통해 매체(12)에 전달된다. 가동형 오목 렌즈(574)를 고정형 볼록 렌즈(572)에 대해 이동시키는 것은 빔(202)의 구면수차를 변화시켜 빔(202)이 서로 다른 데이터 면 상에 집속될 수 있게 한다. 적합한 실시예의 경우, 렌즈(210, 574 및 572)는 가동형 중심 소자(574)를 갖는 쿡 트리플릿(Cook triplet)을 포함한다. 쿡 트리플릿에 관해서는 1978 년 뉴욕의 R.Kingslake의 논문 Lens Design Fundamentals, Academic Press, PP 286-295에서 상세히 기술되어 있다. 가동형 오목 렌즈(574)가 비록 가동형 소자로서 도시되어 있지만, 가동형 오목 렌즈(574)는 고정형일 수 있으며 고정형 볼록 렌즈(572)를 가동형 소자로서 사용할 수 있다. 제7도에서는 수차 보정기(212)가 렌즈(210)와 광 데이터 저장 매체(12) 사이에 있는 것으로 도시되어 있지만, 수차 보정기(570)를 사용하면 제17도에서 도시된 바와 같이 렌즈(210)와 미러(208)사이에 위치될 것이다.
제18도는 참조번호(580)로 표시되어진 수차 보정기를 도시한 것이다.
수차 보정기(580)는 공칭 제로 포커스 출력을 갖는 비구면 렌즈 소자(582)를 포함하고 있다. 비구면 렌즈 소자(582)는 구면수차 표면(584) 및 평면 표면(586)을 갖고 있다. 비구면 렌즈 소자(582)는 음성 코일 모터(588)에 접속된다. 음성 코일 모터(588)는 제어기(314)에 의해 비구면 렌즈 소자(582)를 렌즈(210)에 대해 이동시키도록 제어된다. 빔(202)은 렌즈(210) 및 렌즈(582)를 통해 매체(12)로 전달된다.
렌즈(582)를 렌즈(210)에 대해 이동시키면 빔(202)의 구면수차가 변화하여 빔(202)은 서로 다른 데이터 면 상에 집속된다.
제19도는 비구면 렌즈 소자(582)를 z 축 및 ρ 축에 대하여 도시한 것이다. 적합한 실시예의 경우, 구면 수차 표면(584)은 Z = 0.00770ρ _ 0.00154ρ 의 식에 일치해야 한다.
제20도는 참조번호(600)로 표시되어 있는 본 발명의 다른 광 헤드의 개략도를 도시한 것이다. 광 헤드(22)의 소자와 동일한 광 헤드(600)의 소자들은 프라임 번호로 표시하고 있다.
광 헤드(600)는 시스템(10)과 동일한데 단지 수차 보정기(212)가 제거되고 빔 스프리터(206')와 미러(208') 사이에 새로운 수차 보정기(602)를 부가시킨 점만이 다르다는 것에 주목할 필요가 있다. 수차 보정기(602)에 대한 기술 및 동작에 대해서는 후술하기로 한다. 광 헤드(600)의 동작은 광 헤드(22)에서 기술된 것과 동일하다. 시스템(10)에서 광 헤드(22)대신에 광 헤드(600)를 사용할 수 있다.
제21도는 참조번호(610)로 표시되어 있는 수차 보정기의 개략도를 도시한 것으로 보정기(602)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(610)는 반사식 홀로그래픽 코팅(reflective holographic coatintg, 614)을 갖는 기판(612)을 포함하고 있다.
기판(612)은 스테퍼 모터(616)에 접속되며 이 스테퍼 모터(616)는 제어기(314)에 의해 제어된다. 홀로그래픽 코팅(614)은 기록된 복수의 서로 다른 홀로그램(holograms)을 갖는데, 이들 각 홀로그램은 빔(202')에 대한 특정한 구면수차를 제공한다. 이 홀로그램은 단지 특정각과 파장으로 입사하는 광에 대해서만 감응하는 브래그형(Brags type)으로 되어 있다. 기판(612)이 약간의 각도를 갖고 회전하면 빔(202')에는 서로 다른 홀로그램이 생겨나게 된다. 기록되어 있는 홀로그램의 수는 필요로 하는 서로 다른 구면수차 보정수와 일치한다. 도시된 광 데이터 저장 매체(12)의 경우, 데이터 면 쌍 중 하나에 각각 대응하는 4 개의 서로 다른 기록이 필요하다.
제22도는 참조번호(620)로 표시되어진 수차 보정기를 도시한 것으로 수차 보정기(602)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(620)는 기판(622), 투과성 홀로그래픽 코팅(624) 및 스테퍼 모터(626)를 포함하고 있다. 수차 보정기(620)는 수차 보정기(610)와 거의 동일한데 단지 홀로그래픽 코팅(624)이 반사성이 아닌 투과성이라는 점만이 다르다. 홀로그래픽 코팅(624)은 기록되어진 복수의 홀로그램을 가지고 있으며, 이들 각 홀로그램은 필요로 하는 구면수차 보정량과 일치한다. 기판(622)이 회전할때 빔(202')에는 이들 각각의 홀로그램이 차례로 생겨나게 된다.
제23도는 홀로그래픽 코팅(614 및 624)을 만드는데 사용하는 기록 시스템의 개략도를 도시한 것으로, 참조번호(650)로 표시되어 있다. 시스템(650)은 레이저(200)와 동일한 주파수에서 광빔을 생성시키는 레이저(652)를 갖고 있다. 광(654)은 렌즈(656)에 의해 평행하게 되어 빔 스프리터(658)에 전달된다. 빔 스프리터(658)는 상기 광을 빔(660)과 빔(662)으로 분할시킨다. 빔(660)은 미러(664 및 666)에 의해 반사되어 렌즈(668)에 의해 평면(672)의 점(670)에 집속된다. 빔(660)은 블럭(402)과 동일한 스텝 블럭(674)을 통과한 후 렌즈(676)에 의해 다시 평행하게 되어 기판(682)의 홀로그래픽 코팅(680)에 도달한다. 기판(682)은 스테퍼 모터(684)에 회전가능하게 장착되어 있다. 빔(662)은 또한 빔(660)과 90°의 각도를 이루며 홀로그래픽 코팅(680)에 도달한다.
렌즈(668)는 평면(672) 상에서 수차가 없는 스포트를 형성하며, 이 광은 다음에 특정의 기록층을 액세스함에 있어서 만나게 되는 기판 두께의 합을 나타내는 두께를 갖는 블럭(674)중 한 스텝을 통과한다. 렌즈(676)는 광 기억 헤드에서 사용한 렌즈(210)와 설계가 동일하다. 렌즈(676)는 상기 광을 특정 두께에 대응하는 특정량의 구면수차를 갖는 빔으로 평행하게 하며, 이 빔의 파면은 기준빔(662)과의 간섭에 의해 홀로그래픽으로 기록된다. 만일 홀로그램이 도시된 바와 같이 평면(690)의 방향으로 되어 있으면 투과 홀로그램이 기록되고, 점선으로 도시된 바와 같이 평면(692)의 방향으로 되어 있으면 반사 홀로그램이 기록된다. 서로 다른 쌍의 기록층을 액세스하면서 부딪히게 되는 수차를 보정하는데 필요한 파면은 홀로그램을 새로운 각 위치로 회전시키고 블럭(674)에 대응하는 두께의 플레이트를 삽입함으로써 홀로그래픽으로 기억된다. 각 방향으로 분해된(angularly resolved) 복수의 홀로그램이 기억되며, 이들 각 홀로그램은 서로 다른 기록층의 쌍에 대응하여 보정을 행한다. 홀로그래픽 코팅은 중크롬산염화된 젤라틴(dichromated gelatin) 또는 광중합체 물질로 제조할 수 있다. 각각의 홀로그램은 감지할 만한 누화 없이도 1 도 만큼의 작은 증분으로 기록될 수 있으므로 대단히 많은 수의 홀로그램을 기록할 수 있으며, 따라서 대단히 많은 수의 데이터 면을 이용할 수 있다.
제24도는 참조번호(700)로 표시되어 있는 다른 수차 보정기의 개략도를 도시한 것으로, 수차 보정기(602)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(700)는 편광용 빔 스프리터(702), 1/4 파장 플레이트(quarter waveplate,704), 스테퍼 모터(708)에 접속되어 있는 캐루셀(carousel, 706) 및 서로 다른 구면수차 보정을 각각 제공하는 복수의 구면수차 미러(710)를 포함하고 있다. 빔(202')은 빔 스프리터(702) 및 플레이트(704)를 통해 미러(710)중 하나로 전달되도록 편광방향으로 되어 있다.
미러(710)가 빔(202')에 대해 적당한 구면수차를 제공하게 되어 빔(202')은 플레이트(704)를 통해 귀환되고 빔 스프리터(702)에 의해 미러(208')로 반사된다. 스테퍼 모터 (708)는 제어기(314)에 의해 캐루셀(706)을 회전시켜 적당한 미러를 적소에 위치시키도록 제어된다. 미러(710)는 반사형 슈미트 보정기 플레이트(reflecting Schmidt corrector plates)로서, 보다 상세한 것은 M.Born 등의 1975 년 Principles of Optics, Pergamon Press Oxford의 pp 245-249를 참조하기 바람.
제25도는 참조번호(720)로 표시된 수차 보정기를 도시한 것으로 수차 보정기(602)로서 사용할 수 있다. 수차 보정기(720)는 편광용 빔 스프리터(722), 1/4 파장 플레이트(724) 및 전기 제어식 변형가능 미러(726)를 포함하고 있다. 변형가능 미러(726)는 내부 압전소자에 의해 제어되며 J.P. Gaffarel 등의 1987 년 Applied Optics, Vol. 26, pp 3772-3777에 상세히 기술되어 있다. 수차 보정기(720)의 동작은 수차 보정기(700)와 거의 동일한데, 단지 전기 제어식 변형가능 미러(726)가 적당한 구면수차를 제공하기 위해 전기적으로 조절된다는 점만이 다르다. 즉, 전기 제어식 변형가능 미러(726)는 수차 보정기(700)의 서로 다른 슈미트 보정기 플레이트(710)에 대응하는 반사면을 형성하도록 조절된다. 제어기(314)는 전기 제어식 변형가능 미러(726)의 조절을 적절하게 제어한다.
수차 보정기(212 및 602)의 동작에 대해서는 광 데이터 저장 매체(12)와 관련하여 상술하였다. 층간의 공간으로 인하여, 각 쌍의 데이터 면에 대해 한번의 수차 보정 셋팅만을 필요로 한다. 그러나, 광 데이터 저장 매체(120)를 사용한 경우에는 각각의 데이터 면마다 수차 보정 셋팅을 해야할 필요가 있는데 이것은 공간이 존재하지 않기 때문이다.
[복수 데이터 면 필터(Multiple Data Surface Filter)]
빔(202)이 매체(12)의 특정 데이터 면 상에 접속되면 이 데이터 면으로부터 반사되어진 빔(230)이 광 헤드(22)로 귀환된다. 그러나, 광빔(202)중 일부는 다른 데이터 면에도 반사된다. 정확한 데이터 및 서보 신호를 얻기 위해서는 이와 같이 원치않는 반사광은 제거할 필요가 있는데, 이러한 것은 본 발명의 복수 데이터 면 필터(222)에 의해서 달성된다.
제26도는 필터(222)로서 사용할 수 있는 필터(750)를 개략적으로 도시한 것이다. 필터(750)는 블록킹 플레이트(754)와 렌즈(756)를 포함하고 있다. 광빔(230)은 렌즈(210)에 의해 적절히 집속된 광이기 때문에 이 빔(230)은 평행하게 된다. 빔(230)은 렌즈(752)에 의해 점(760)에 집속된다. 원치않는 광(762)은 렌즈(210)에 의해 집속되지 않으므로 평행하게 되지 않고, 따라서 광(762)은 점(760)에 집속되지 않게 된다. 블로킹 플레이트(754)는 광(230)을 통과시키는 점(760)에서 구멍(764)을 갖고 있으며, 이 구멍(764)은 원치않는 대부분의 광(762)을 차단시킨다. 광(230)은 렌즈(756)에 의해 다시 평행하게 된다. 적합한 실시예의 경우, 구멍(764)은 원형 모양으로 약 λ/(2 (NA))의 직경을 갖고 있으며, 여기서 λ는 광파장이며 NA는 렌즈(752)의 개구수이다. 정렬 허용오차와 층간 신호제거 요건을 적절히 절충(trade- off)하면 정확한 직경이 정해진다. 또한, 구멍(764)은 약 λ/(2 (AN))의 최소갭 거리를 갖는 슬릿(slit)일 수 있다. 이러한 경우에 블로킹 플레이트(754)는 상기 슬릿에 의해 분리되어 있는 두 개의 별도부재일 수 있다. 블로킹 플레이트(754)는 금속 시트(metal sheet)로 제조하거나 또는 구멍(764)을 코팅하지 않은 광차단 코팅을 갖는 투명 기판으로 제조할 수 있다.
제27도는 필터(222)로서도 사용할 수 있는 필터(800)를 개략적으로 도시한 것이다. 필터(800)는 렌즈(802), 블록킹 플레이트(804), 블록킹 플레이트(806) 및 렌즈(808)를 포함하고 있다. 블로킹 플레이트(806)는 렌즈(802)의 초점(812)에 위치한 구멍(810)을 갖고 있다. 블로킹 플레이트(804)에는 평행하게 된 광(230)은 구멍(810)을 통해 전달시키고 원치않는 평행하게 되지 않은 광(820)은 차단시키는 상보형 구멍(814)이 형성되어 있다. 구멍(814)은 한 쌍의 평행 슬릿 또는 환상형 구멍일 수 있다. 적합한 실시예의 경우, 구멍(814)의 슬릿 사이의 거리는 구멍(810)의 직경보다 크다. 구멍(810)의 직경은 거리 λ/(2 (NA))와 동일하다. 다른 환상형 구멍의 경우, 환상형 슬릿의 내경이 구멍(810)의 직경보다 커야 한다. 상기 두 경우에 있어서, 구멍(814)의 외측 엣지(822)는 빔(230)의 외측에 위치해 있다.
블록킹 플레이트(804 및 806)는 금속 시트로 제조하거나 또는 구멍(810 및 814)이 코팅되지 않은 광차단 코팅을 갖는 투명 기판으로 제조할 수 있다.
제28도는 필터(222)로서 사용할 수 있는 다른 필터(830)를 개략적으로 도시한 것이다. 필터(830)는 빔 스프리터(832)와 홀로그래픽 플레이트(834)를 포함하고 있다. 홀로그래픽 플레이트(834) 상의 코팅은 평행하게 된 빔(230)은 효율적으로 반사시키며 평행하게 되지 않은 빔(840)은 통과시키도록 조정된다. 홀로그래픽 플레이트(834)로부터 필요한 빔(230)이 반사되어 빔 스프리터(832)로 귀환된다.
여기서 빔 스프리터(832)에 귀환된 빔(230)은 빔 스프리터(224)로 반사된다.
제29도는 홀로그래픽 플레이트(834)를 재조하는 방법에 대해서 개략적으로 도시되어 있다. 레이저 다이오드(200)와 거의 동일한 파장을 갗는 평행하게 된 레이저 빔(850)은 진폭 빔 스프리터(856)에서 두개의 빔(852 및 854)으로 분할된다. 빔(852 및 854)은 미러(860 및 862)에 의해 전달되어 홀로브램 플레이트(834)의 표면과 직각을 이루는 반대방향으로부터 각각 홀로그램 플레이트(834) 상에 도달된다. 빔(852 및 854)의 간섭에 의해 반사 홀로그램이 기록된다. 홀로그래픽 코팅은 중크롬산염화된 겔 또는 광중합체 물질로 제조할 수 있다.
본 발명의 필터(222)는 제6도에서 빔(220)의 경로에 위치해 있는 것으로 도시하였지만, 서보 빔(230) 또는 데이터 빔(236)의 독립된 경로에 하나 또는 그 이상의 필터를 위치시킬 수 있다.
비록 본 발명의 적합한 실시예에 대해서 상세히 기술하였더라도, 본 기술 분야에 숙련된 사람은 다음의 특허청구범위에서 기술된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 상기 실시예에 대한 변형 및 수정이 가능하다는 것은 물론이다.

Claims (26)

  1. 제1파장 범위의 방사 빔을 가지는 광학 시스템에서 사용하는 광 데이터 기억매체(an optical data storage medium)에 있어서, a) 제1데이터 면을 갖는 제1방사 투과성 부재(a first radiation transmissive member)-여기서 제1데이터 면은 마크로서 기록된 데이터를 기억하고, 제1파장 범위의 광에 대하여 굴절율 n이 n1.5 및 소광계수 k가 k0.5인 염료 물질이 증착된 층을 가지며, 제1파장 범위의 광에 의해 판독가능함-; b) 기록된 데이터를 기억하고, 제1파장 범위의 광에 의해 판독가능한 제2데이터 면을 갖는 제2부재; c) 상기 제1데이터 면과 제2데이터 면을 이격된 상태로 지지하는 이격 수단; 및 d) 상기 제1데이터 면과 제2데이터 면 사이에 위치되어 있는 방사 투과성 매체-여기서 방사성 투과 매체의 제1측으로부터 창출된 방사빔이 상기 제1데이터 면 또는 제2데이터 면중 어느 하나의 데이터 면 상에 집속될 수 있음-를 포함하는 광 데이터 기억매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사 투과성 매체가 공기(뀨r)인 광 데이터 기억매체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방사 투과성 매체가 고체투명 물질(solid transparent material)인 광 데이터 기억매체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2데이터 면 상에는 염료 물질층(a layer of a dye material)이 증착되는 광 데이터 기억매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 데이터 면이 ROM 데이터 면인 광 데이터 기억매체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 염료가 시아닌 염료(cyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 염료가 스쿠아릴륨 염료(squarylium dye)인 광 데이터 기억매체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 염료가 프탈코시아닌 염료(phthalocyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 염료가 아조메틴 염료(azomethine dye)인 광 데이터 기억매체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 염료가 메로시아닌 염료(merocyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 염료가 안트라퀴논 염료(anthraquinone dye)인 광 데이터 기억매체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 염료가 페닐린디아민 금속 착화합물 염료(phenylenediamine metal complex dye)인 광 데이터 기억매체.
  13. 제1항에 있어서, 상기 염료가 디에틸옥사-디카보시아닌 퍼클로레이트 염료(diethyloxa-dicarbocyanlne perchlorate dye)인 광 데이터 기억매체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 염료가 디에틸티아디카보시아닌 염료(diethylthiadicarbocyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 염료가 디부틸-테트라메틸-디벤조인도-디카보시아닌-퍼클로레이트 염료(dibutyl-tetramethyl-dibenzoindo-dicarbocyanine-perchlorate dye)인 광 데이터 기억매체.
  16. 제1항에 있어서, 상기 염료가 하이드록시 스쿠아릴륨 염료(hydroxy squarylium dye)인 광 데이터 기억매체.
  17. 제1항에 있어서, 상기 염료가 구리 프탈로시아닌 염료(copper phthalocyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  18. 제1항에 있어서, 상기 염료가 코발트 프탈로시아닌 염료(cobalt phthalocyanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  19. 제1항에 있어서, 상기 염료가 디에틸암모늄 클로라이드 염료(diethylammonium chloride dye)인 광 데이터 기억매체.
  20. 제1항에 있어서, 상기 염료가 에틸-에틸벤조티아졸리딘-에틸-로다닌 염료(ethyl-ethylbenzothiazolidene-ethyl-rhodanine dye)인 광 데이터 기억매체.
  21. 제1항에 있어서, 상기 염료가 테트라-아미노-안트라퀴논 염료(tetra-amino-anthraquinone dye)인 광 데이터 기억매체.
  22. 제1항에 있어서, 상기 염료가 디에틸-m-아미노-페놀프탈레인 하이드로클로라이드 염료(diethyl-m-amino-phenolphthalein hydrochloride dye)인 광 데이터 기억매체.
  23. 제1항에 있어서, 상기 염료가 비스(벤젠디티올) 구리 염료 [bits(benzenedithiol) copper dye]인 광 데이터 기억매체.
  24. 광 데이터 기억 시스템에 있어서, a) 제 1 파장 범위의 방사 빔을 발생하는 방사원(radiation source); b) i ) 제 1 데이터 면에 형성된 마크로서 기록된 데이터를 저장하고, 제1 파장 범위의 광에 대하여 굴절율 n이 n1.5 및 소광계수 k가 k0.5인 염료 물질이 증착된 층을 가지며, 제1파장 범위의 광에 의해 판독가능한 제1데이터 면을 갖는 제 1방사 투과성 부재; ii) 기록된 데이터를 기억하고, 제 1 파장 범위의 광에 의해 판독가능 한 제 2 데이터 면을 갖는 제 2 부재; iii) 상기 제1데이터 면과 제2데이터 면을 이격된 상태로 지지하는 이격 수단; 및 iv) 상기 제1데이터 면과 제2데이터 면 사이에 위치되어 있는 방사 투과성 매체-여기서 방사성 투과 매체의 제1측으로부터 방출된 방사빔이 상기 제1데이터 면 또는 제2데이터 면중 어느 하나의 데이터 면 상에 집속될 수 있음-를 포함하는 광 매체(optical medium); c) 상기 방사원으로부터 나온 방사빔을 상기 광 매체의 데이터 면들중 어느 한 데이터 면으로 전달하는 광 전송 수단(an optical transmission means); 및 d) 상기 광 매체로부터 반사된 방사빔을 수신하고 이에 응답하여 데이터 신호를 공급하는 광 수신 수단(an optical reception means)을 포함하는 광 데이터 기억 시스템.
  25. 제1항에 있어서, 상기 제1파장 범위가 400-850 나노미터인 광 데이터 기억매체.
  26. 제1항에 있어서, 최소한 하나의 추가 데이터 면을 추가로 포함하는 광 데이터 기억매체.
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