KR100341357B1 - 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법 - Google Patents

고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고밀도 광기록 매체의 기록/재생에 적합하도록 한 광기록 매체의 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치는 광기록 매체와, 광빔을 발생하는 광원과, 광빔을 광기록 매체 상에 집광시키는 솔리드 이머션 렌즈와, 자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 솔리드 이머션 렌즈를 광축 방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제1 압전소자와, 자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 솔리드 이머션 렌즈를 광기록 매체의 지름방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제2 압전소자와, 광기록 매체 상에서 반사되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하는 광검출기를 구비한다.
본 발명에 의하면, 안정된 서보 제어와 기록/재생속도를 향상시키게 되므로 고밀도 광기록 매체의 기록/재생에 적합하게 된다.

Description

고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법{Head Apparatus For High Density Optical Recording Media in Data Recording/Reproducing Apparatus and Method of Controling Optical Beam using the same}
본 발명은 광기록 매체의 기록/재생장치의 헤드장치 및 광빔 제어 방법에 관한 것으로, 특히 고밀도 광기록 매체의 기록/재생에 적합하도록 한 광기록 매체의 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법에 관한 것이다.
정보 기록매체로서 CD에 비하여 6∼7 배 큰 DVD가 개발되어 시판되고 있다. 또한, 최근에는 거대 자기 저항(GMR)을 채용하여 10GB 이상의로 고밀도 기록용량을 가지는 자기 하드 디스크가 개발된 바 있다.
현재, 정보 기록매체가 동영상과 같은 대용량의 정보를 기록할 수 있도록 정보 기록매체의 고밀도화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존의 광기록방식 또는 자기 기록방식은 광학적·물리적 한계에 직면하여 기록용량이 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다. 예컨대, 현재 실용화된 120mm 직경의 단면 2.6GB의 DVD-RAM은 고화질 텔레비젼(HD TV)에 대응하는 해상도의 화상을 2시간 이상 수용할 수 없다. 또한, 광기록/재생방식의 기록매체를 기록/재생하기 위한 디스크 구동장치는 고배속으로 갈수록 진동 및 소음이 심하게 되기 때문에 서보제어가 어렵게 된다. 서보제어의 곤란은 기록/재생 속도를 만족할 만한 수준으로 고속화시킬 수 없게 한다.
광기록 매체의 기록밀도를 높이기 위하여, 광기록 매체에 기록되는 기록마크간의 간격을 줄이고 트랙폭(Pitch)이 협소하게 되어야 한다. 그러나 기록마크간의 간격과 트랙폭은 광기록 매체에 집광되는 광스폿이 파장 정도의 크기를 갖게 되면 재생시 광의 회절 한계에 의해 데이터 식별이 불가능하게 된다. 즉, 기록매체 상에 집광되는 광스폿이 소위 '회절 한계치'보다 작아질 수는 없기 때문에 기록밀도를 향상시키는 데는 한계가 있다. 아래의 수학식 1은 광픽업이 검출할 수 있는 기록마크의 최소 크기와 기록마크간의 간격 D를 나타낸다.
D=λ/2NA
여기서, λ는 광기록 매체에 조사되는 광의 파장을 나타내며, NA는 광학계의 개구율(Numerical Aperture)를 나타낸다. 일반적으로, 광학계의 개구율 NA는 0.5∼0.7 정도이다.
수학식 1에서 알 수 있는 바, 기록마크의 최소 크기를 광원의 파장 이하로 할 수 없으므로 기록밀도가 제한된다.
이러한 문제를 극복하기 위한 방안으로 광근접장(Optical near field)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 근접장 광기록/재생 방식은 근접장 광학(Near Field Optics)기술과 극초 미세 마이크로 머시닝(Micro Electro Mechanical System : MEMS) 기술을 이용하여 수백 옹스트롱(Å) 단위의 정보셀을 기록/재생하게 됨으로써 대용량의 정보를 기록/재생할 수 있게 된다. 예컨데, 근접장 기록/재생 방식을 이용하면 3cm 직경의 디스크의 한 면에 HDTV 급의 영상 데이터를 MPEG2의 화질로 2시간 이상 기록할 수 있다. 즉, 근접장 기록/재생 방식을 이용하면 3cm 직경의 디스크의 한 면에 20Gbytes 이상의 데이터가 기록/재생될 수 있으므로 정보 기록매체가 대용량/초소형화될 수 있을 것으로 예견된다.
근접장을 이용한 기록/재생 방안 중, 미국 'Terastor' 사에서 제안한 솔리드 이머션 렌즈(Solid Immersion Lens : 이하 'SIL'이라 함)를 채용한 방안이 가장 현실적으로 이용되고 있다. 이 방안은 기존의 광기록/재생 방식에서 광을 공기 중에서 집광시키는 것과 달리, SIL 내부에서 집광시키므로 수학식 1에서 개구수 NA를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 기록마크의 최소 크기와 기록마크간의 간격 D가 감소하게 되므로 그 만큼 기록용량이 증대된다.
그러나 회절 한계치를 극복하여 미소 광스폿으로 기록마크를 형성하는 방법만으로는 기록밀도를 향상시킬 수 있지만 기록마크가 작아지는 만큼 트랙킹 제어와 포커싱 제어 등의 서보제어가 어렵게 된다. 다시 말하여, CD나 DVD 계열의 광기록/재생 장치에서는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor : VCM)를 이용하여 서보제어를 수행하게 되지만, 이러한 방법은 제곱인치 당 수십 기가 비트가 기록된 고밀도 광기록 매체에 적용될 수 없다.
또한, 종래의 광기록/재생 장치는 광학계 전체를 구동시켜 서보제어를 실시하게 되므로 움직이는 물체의 무게가 크게 되어 트랙킹/포커싱 속도가 늦은 문제점이 있다. 따라서, 종래의 서보제어 방식으로는 고속으로 정보를 기록하거나 재생하기가 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 고밀도 광기록 매체의 기록/재생에 적합하도록 한 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 솔리드 이머션 렌즈와 그 구동부를 상세히 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 포커싱 압전세라믹의 동작을 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 도시된 트랙킹 압전세라믹의 동작을 나타내는 도면.
도 5a는 도 1에 도시된 솔리드 이머션 렌즈에서 집광되는 광스폿이 광축에 일치된 상태를 나타내는 도면.
도 6은 도 1에 도시된 솔리드 이머션 렌즈가 좌측으로 이동되어 광스폿이 광축과 어긋나는 상태를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 광원 2 : 시준렌즈
3 : 빔스프리터 4 : 렌즈고정부
5 : 대물렌즈 6 : 연결부
7 : 포커싱 압전세라믹 8 : 트랙킹 압전세라믹
9 : 렌즈홀더 10 : SIL
11 : 광기록 매체 12 : 센서렌즈
13 : 광검출기 14 : 광빔
15 : 근접장광
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치는 광기록 매체와, 광빔을 발생하는 광원과, 광빔을 광기록 매체 상에 집광시키는 솔리드 이머션 렌즈와, 자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 솔리드 이머션 렌즈를 광축 방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제1 압전소자와, 자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 솔리드 이머션 렌즈를 광기록 매체의 지름방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제2 압전소자와, 광기록 매체 상에서 반사되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하는 광검출기를 구비한다.
본 발명의 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 광빔 제어 방법은 압전소자에 트랙킹 에러에 따라 변화되는 제어신호를 인가하여 압전소자를 변형시킴으로써 압전소자에 취부되어 광기록 매체 상에 광을 집광시키는 솔리드 이머션 렌즈만을 상,하,좌,우로 구동시켜 솔리드 이머션 렌즈에 의해 집광된 광스폿의 위치를 이동시키게 된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 1 내지 도 5b 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광빔(14)을 발생하는 광원(1)과, 광빔(14)을 근접장광 형태로 집광하기 위한 SIL(10)과, 광원(1)으로부터 입사된 광빔(14)을 SIL(10)에 집광시키기 위한 대물렌즈(5)와, 광기록 매체(11)로부터 반사된 반사광빔을 전기적인 신호로 변환시키기 위한 광검출기(13)와, 광원(1)과 대물렌즈(5) 사이에 나란하게 설치된 시준렌즈(2) 및 빔스프리터(3)와, 빔스프리터(3)와 광검출기(13) 사이에 설치된 센서렌즈(12)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 광기록/재생장치의 헤드장치를 도시한다.
광원(1)은 자신에게 입력되는 신호에 의해 발광되어 시준렌즈(2) 쪽으로 광빔(14)을 발생하게 된다. 시준렌즈(2)는 광원(1)으로부터 입사되는 확산빔을 평행광으로 변환하여 빔스프리터(3) 쪽으로 입사시키게 된다. 빔스프리터(3)에 입사된 광빔(14)은 대물렌즈(5) 쪽으로 투과 된다. 대물렌즈(5)는 렌즈고정부(4)에 의해 고정되어 빔스프리터(3)로부터 입사되는 광빔(14)을 SIL(10) 쪽으로 집광시키게 된다. SIL(10)에 입사된 광빔(14)은 SIL(10) 내에서 집광되어 근접장광 형태로 광기록 매체(11)에 조사된다. SIL(10)은 광기록 매체(11)로부터 미소한 높이로 이격되어 회절 한계치 이하의 광스폿경을 가지는 근접장광(15)을 조사하게 된다. 이 SIL(10)은 렌즈홀더(9)에 취부된다. 렌즈홀더(9)는 SIL(10)이 근접장광이 유효하게 조사되는 높이로 SIL(10)을 지지하게 된다. SIL(10) 및 렌즈홀더(9)는 포커싱 압전세라믹(PZT)(7)과 트랙킹 압전세라믹(8)에 의해 상/하 또는 좌/우로 이동된다.
포커싱 압전세라믹(7)과 트랙킹 압전세라믹(8)은 여러 분야에서 유용성이 입증된 마이크로 머시닝(Micromachining) 기술과 실리콘 일괄 제조공정에 의해 제조된다. 포커싱 압전세라믹(7)은 렌즈 고정부(4)에 고정된 연결부(6)에 설치되며, 트랙킹 압전세라믹(8)은 포커싱 압전세라믹(7)과 렌즈홀더(9) 사이에 설치된다. 이들 포커싱 압전세라믹(7)과 트랙킹 압전세라믹(8)은 SIL(10)을 광기록 매체(11)에 대하여 상/하 방향(포커싱 방향) 또는 좌/우 방향(트랙킹 방향)으로 미소 변위로 이동시켜 근접장광(15)이 초점심도 내의 범위를 유지하도록 함과 아울러 트랙 중심을 추종하도록 한다. 포커싱 압전세라믹(7)은 자신에게 인가되는 포커싱 제어신호에 응답하여 광축 방향으로 수축 또는 신장함으로써 SIL(10)을 광축방향(포커싱방향)으로 구동시키는 역할을 하게 된다. 트랙킹 압전세라믹(8)은 자신에게 인가되는 트랙킹 제어신호에 응답하여 광기록 매체의 지름 방향(트랙킹방향)으로 수축 또는 신장함으로써 SIL(10)을 광기록 매체(11)의 트랙킹 방향으로 구동 제어시키는 역할을 하게 된다. 포커싱 압전세라믹(7)과 트랙킹 압전세라믹(8)의 상세한 동작 설명은 후술하기로 한다.
SIL(10)로부터 조사된 근접장광(15)은 광기록 매체(11)의 기록층에서 반사되어 광로를 역행하고, SIL(10)과 대물렌즈(5)를 경유하여 빔스프리터(3) 쪽으로 입사된다. 빔스프리터(3)에 입사된 반사광은 빔스프리터(3)의 반사면(3a)에서 반사되어 센서렌즈(12)에 입사된 후, 광검출기(13)에 집광된다. 광검출기(13)는 반사광을 전기적인 신호로 변환하고, 광검출기(13)에 의해 변환된 신호는 신호처리된 후, 재생신호와 서보 에러신호 등으로 이용된다.
도 3을 참조하면, 포커싱 압전세라믹(7)에는 압전세라믹층(7b)의 전면과 배면 각각에 전극들(7a,7c)이 형성되어 있다. 전극들(7a,7c)에 포커싱 제어 전압(VFOCUS)이 인가되면 포커싱 제어 전압(VFOCUS)의 극성에 따라 압전세라믹층(7b)은 광축방향에서 신장되거나 수축하게 된다. 또한, 압전세라믹층(7b)은 포커싱 제어 전압(VFOCUS)의 레벨에 따라 변위폭이 달라지게 된다. 이에 따라, 렌즈홀더(9)에 취부된 SIL(10)이 포커싱 압전세라믹(7)의 변형에 의해 광축방향에서 미소 변위폭으로 이동하여 포커싱 제어가 가능하게 된다.
도 4를 참조하면, 트랙킹 압전세라믹(8)에는 압전세라믹층(8b)의 좌/우 측벽면 각각에 전극들(8a,8c)이 형성되어 있다. 전극들(8a,8c)에 트랙킹 제어 전압(VTRACK)이 인가되면 트랙킹 제어 전압(VTRACK)의 극성에 따라 압전세라믹층(8b)은 광기록 매체(11)의 지름방향에서 신장되거나 수축하게 된다. 또한, 압전세라믹층(8b)은 트랙킹 제어 전압(VTRACK)의 레벨에 따라 변위폭이 달라지게 된다. 이에 따라, 렌즈홀더(9)에 취부된 SIL(10)이 트랙킹 압전세라믹(8)의 변형에 의해 광기록 매체(11)의 지름방향에서 미소 변위폭으로 이동하여 트랙킹 제어가 가능하게 된다.
도 5a 및 도 5b는 트랙킹 압전세라믹(8)에 의해 SIL(10)이 트랙킹 방향으로 구동될 때의 광경로를 상세히 나타내는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 대물렌즈(5)의 광축과 SIL(10)의 광축 중심이 일치하게 되면 SIL(10) 내에서 집광되는 광스폿은 광축 상에서 집광된다. 이 상태에서, 트랙킹 제어 전압(VTRACK)이 트랙킹 압전세라믹(8)에 인가되어 SIL(10)이 도 5b와 같이 좌측으로 이동되면 대물렌즈(5)의 광축과 SIL(10)의 광축이 어긋나게 된다. 이 때, SIL(10)에 입사된 광빔은 좌축으로 굴절되며 집광된다. 이에 따라, 광기록 매체(11)에 집광되는 근접장광(15)이 좌측으로 이동된다.
한편, 포커싱 압전세라믹(7)이 구동되어 SIL(10)이 광축방향으로 이동되면 근접장광(15)의 초점거리가 달라지게 된다.
이와 같이, 포커싱 제어 전압(VFOCUS)과 트랙킹 제어 전압(VTRACK) 각각이 포커싱 에러량과 트랙킹 에러량에 따라 적절하게 인가되면 포커싱 압전세라믹(7)과 트랙킹 압전세라믹(8)에 SIL(10)의 상/하 또는 좌/우의 상대운동에 의해 광기록 매체(11)에 집광되는 근접장광(15)을 광축방향과 트랙킹 방향으로 이동시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치는 광축방향과 광기록 매체의 지름방향으로 신장 및 축소되는 두 개의 압전소자를 이용하여 SIL을 구동하여 광기록 매체에 집광되는 광스폿을 미소 변위폭으로 정밀하게 위치 제어할 수 있으며, 광학계 전체를 이동시키지 않고 질량이 매우 작은 SIL만을 이동시켜 이동속도를 향상시켜 안정된 서보 제어와 기록/재생속도를 향상시키게 되므로 고밀도 광기록 매체의 기록/재생에 적합하게 된다. 나아가, 본 발명에서 제안한 광스폿의 위치제어를 광기록 매체에 적용하게 되면 고밀도 광기록 매체에서의 서보제어가 안정되게 되므로 그 만큼 광기록 매체의 고밀도화를 촉진할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 광기록 매체와,
    광빔을 발생하는 광원과,
    상기 광빔을 상기 광기록 매체 상에 집광시키는 솔리드 이머션 렌즈와,
    자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 상기 솔리드 이머션 렌즈를 광축 방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제1 압전소자와,
    자신에게 인가되는 전기적인 신호에 응답하여 변형됨으로써 상기 솔리드 이머션 렌즈를 상기 광기록 매체의 지름방향에서 미소 변위폭만큼 이동시키는 제2 압전소자와,
    상기 광기록 매체 상에서 반사되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하는 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 솔리드 이머션 렌즈 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 조사되는 확산빔을 평행광으로 변환시켜 상기 솔리드 이머션 렌즈 쪽으로 진행시키는 시준렌즈와,
    상기 시준렌즈와 상기 솔리드 이머션 렌즈 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 입사되는 광빔을 상기 솔리드 이머션 렌즈에 집광시키는 대물렌즈와,
    상기 시준렌즈와 상기 대물렌즈 사이에 설치되어 상기 광원으로부터 입사되는 광빔을 상기 솔리드 이머션 렌즈 쪽으로 투과시킴과 아울러 상기 광기록 매체 상에서 반사되는 반사광을 상기 광검출기 쪽으로 반사시키는 빔스프리터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 대물렌즈를 고정시키기 위한 렌즈고정부와,
    상기 제 2압전소자에 부착되어 상기 솔리드 이머션 렌즈를 지지하는 렌즈홀더와,
    상기 렌즈고정부와 상기 렌즈홀더 사이에 설치되어 상기 제1 및 제2 압전소자와 상기 렌즈홀더를 일체로 지지하기 위한 연결부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 압전소자는 박막 형태로 가공되어 상기 솔리드 이머션 렌즈에 일체화된 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치.
  5. 압전소자에 트랙킹 에러에 따라 변화되는 제어신호를 인가하여 상기 압전소자를 변형시킴으로써 상기 압전소자에 취부되어 광기록 매체 상에 광을 집광시키는 솔리드 이머션 렌즈만을 상,하,좌,우로 구동시켜 상기 솔리드 이머션 렌즈에 의해 집광된 광스폿의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 광빔 제어방법.
  6. 삭제
KR1019990019307A 1999-05-27 1999-05-27 고밀도 광기록 매체용 데이터 기록/재생장치의 헤드장치 및 이를 이용한 광빔 제어 방법 KR100341357B1 (ko)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06251386A (ja) * 1993-02-25 1994-09-09 Sony Corp 光磁気ディスク装置およびその光磁気ヘッドと回転記録媒体
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