KR100554068B1 - 니어필드형 광학적 저장매체 및 이를 위한 광학적 데이터저장시스템 - Google Patents

니어필드형 광학적 저장매체 및 이를 위한 광학적 데이터저장시스템 Download PDF

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KR100554068B1
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Abstract

광학적 데이터저장시스템은 니어필드를 발생하는 고체함침렌즈 또는 고체함침광학계를 구비한 광픽업을 이용하여 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽는다. 광학적 저장매체는 고체함침렌즈 또는 고체함침광학계에 마주보는 광학적 투과층의 한 쪽 표면의 반대가 되는 다른 쪽 표면에 놓인 기록층을 구비한다. 광학적 투과층의 두께는 사용하는 광의 한 파장 보다 크며, 고체함침렌즈(또는 고체함침광학계)와 광학적 투과층의 표면들간의 간격은 사용하는 광의 한 파장보다 작다. 따라서, 본 발명은 에어갭 속이나 에어갭과 기록층사이의 저장매체 내부에서 반사되는 광빔이 기록층에서 반사되는 광빔에 노이즈로 작용하지 않게 한다. 또한, 본 발명은 광학적 저장매체의 외부표면이 되는 보호층 또는 기판의 두께를 두껍게 할 수 있으므로, 먼지나 흠집 등에 있는 경우에도 광학적 저장매체에 정보를 정확하게 쓰거나 읽어낼 수 있다.

Description

니어필드형 광학적 저장매체 및 이를 위한 광학적 데이터저장시스템{Near field type optical storage medium and optical data storage system therefor}
도 1은 기존의 광디스크 및 이를 위한 카타디옵트릭 고체함침렌즈를 구비한 기존의 광학적 데이터저장시스템을 나타낸 도면,
도 2는 기존의 광디스크 및 이를 위한 굴절형 고체함침렌즈를 구비한 기존의 광학적 데이터저장시스템을 나타낸 도면,
도 3은 도 1 또는 도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템에서 니어필드가 형성되는 부분을 보여주는 도면,
도 4는 도 2의 시스템에서 발생하는 에어갭반사광 및 기록층반사광을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 1 또는 도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템에서의 에어갭(air gap)변화에 따른 각-반사율특성그래프들을 나타낸 도면,
도 6은 도 1 및 도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템에서 광학적 저장매체의 기판에 형성된 요철구조가 광픽업에 의해 검출되지 않는 경우를 설명하기 위한 도면,
도 7은 카타디옵트릭 고체함침렌즈를 구비한 광학적 데이터저장시스템과 함께 사용되는 본 발명의 제 1실시예에 따른 광디스크를 나타낸 도면,
도 8은 투과형 고체함침렌즈를 구비한 광학적 데이터저장시스템과 함께 사용되는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광디스크를 나타낸 도면,
도 9는 광디스크의 기판에 형성된 요철구조가 도 9에 보여진 광학적 데이터저장시스템에 의해 검출됨을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 광학적 데이터저장시스템을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제 1실시예에 따른 광디스크의 단층 구조를 보여주는 도면,
도 12는 도 11에 보여진 광디스크에서의 텍스쳐링(texturing)깊이에 따른 상대운동방해마찰력(stiction force)의 변화를 보여주는 그래프,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10,20 : 송수광부12,22 : 반사거울
64 : 고체함침광학계66,78 : 슬라이더
68,88 : 광학적 저장매체76 : 고체함침렌즈
본 발명은 니어필드형 광학적 저장매체 및 이를 위한 집속광학계를 구비한 광학적 데이터저장시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈와 같은 니어필드 집속광학계를 구비한 광픽업과 함께 사용되는 광학적 저장매체 및 이에 대한 정보의 쓰기 그리고/또는 읽기를 행하는 니어필드 광학적 데이터저장시스템에 관한 것이다.
광학적 데이터저장시스템에서, 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈를 구비한 광픽업은 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈와 광학적 저장매체 사이에 형성되는 니어필드(near field)를 이용하여 광학적 저장매체에 대한 정보의 쓰기 그리고/또는 읽기를 행한다.
도 1 및 도 2는 기존의 광학적 저장매체로 사용되는 광디스크를 보여주는 것으로, 도 1은 기존의 광디스크가 카타디옵트릭(catadioptric) 고체함침광학계를 구비한 광학적 데이터저장시스템과 함께 사용되는 경우를 보여주고, 도 2는 기존의 광디스크가 굴절형 고체함침렌즈를 구비한 광학적 데이터저장시스템과 함께 사용되는 경우를 보여준다.
도 1에서, 송수광부(10)로부터 출사되는 광빔(1)은 반사거울(12)에 의해 반사되어, 카타디옵트릭 고체함침광학계(14)로 입사한다. 고체함침광학계(14)를 지지하는 슬라이더(slider; 16)는 광디스크와 같은 광학적 저장매체(18)와 슬라이더(16)의 상대적인 운동에 의해 발생되는 에어베어링을 통하여 고체함침광학계(14)를 기체역학적으로 부상시킨다. 그 결과, 고체함침광학계(14)와 광학적 저장매체(18)의 보호층(183) 간에는 에어갭(air gap)이 발생한다. 이 에어갭의 간격, 즉 고체함침광학계(14)와 광학적 저장매체(18)의 마주보는 표면들간의 거리는, 예를 들면, 사용 광의 한 파장 길이이내가 되도록 유지되며, 바람직하게는 사용 광의 한 파장보다 매우 작게 유지된다. 카타디옵트릭 고체함침광학계(14)는 반사거 울(12)로부터 입사하는 광빔(1)을 굴절 및 반사시켜, 광학적 저장매체(18)와 마주보는 자신의 표면에 집속된 빔스폿을 형성한다. 이 빔스폿은 고체함침광학계(14)와 광학적 저장매체(18)의 표면 사이의 에어갭에 니어필드를 형성한다.
도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템은, 도 1에 보여진 카타디옵트릭 고체함침광학계(14) 대신에, 집광을 위한 대물렌즈(24), 및 굴절형 고체함침렌즈(26)를 구비한다. 송수광부(20)는 대물렌즈(24)에 최적화된 직경을 갖는 광빔(1)을 출사하며, 반사거울(22)은 송수광부(20)로부터 출사되는 광빔(1)을 대물렌즈(24) 쪽으로 반사시킨다. 대물렌즈(24)는 반사거울(22)로부터 입사하는 광빔(1)을 고체함침렌즈(26)에 집광시키며, 고체함침렌즈(26)에서 집광된 빔스폿은 광학적 저장매체(18)와 마주보는 표면과 광학적 저장매체(18)의 보호층(183) 사이에 니어필드를 형성한다. 대물렌즈(24) 및 고체함침렌즈(26)는 슬라이더(28)에 의해 지지되며, 슬라이더(28)는 도 1에 보여진 슬라이더(16)와 마찬가지로 고체함침렌즈(26)를 기체역학적으로 부상시키며, 고체함침렌즈(26)와 광학적 저장매체(18) 사이에 사용 광의 1파장길이 이내의 간격을 갖는 에어갭을 형성한다.
도 1 또는 도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템에서, 광학적 저장매체(18)와 마주보는 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 표면의 기설정된 위치인 니어필드발생부에 빔스폿이 형성된다. 일반적으로 도 1 또는 도 2에 보여진 시스템은 1 이상의 개구수(numerical aperture, NA)에 대응하는 미소 빔스폿을 광학적 저장매체(18)에 대한 정보의 쓰기 또는 읽기에 사용한다. 사용광의 파장(λ)이 650nm인 경우, 니어필드발생부에 빔스폿을 형성하는 광빔은 대략 110nm 간격의 에어갭 및 70∼90nm 두께의 보호층(183)을 통과하여 광학적 저장매체(16)의 기록층에 전달된다. 기록층은 광학적 저장매체(18)의 보호층(183) 및 기판(181) 사이에 놓이며, 이 기록층에서 반사된 광빔은 다시 보호층(183) 및 에어갭을 투과하여 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)로 전달된다.
일반적으로, 굴절과 전반사의 법칙에 의하여, 큰 개구수에 기여하는 광은 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 출사면, 즉, 저장매체(18)에 인접한 광학적인 투과면인 니어필드발생부에서 전반사된다. 그러므로, 에어갭의 간격이 사용 광의 파장(λ)보다 큰 경우, 광학적 저장매체(18)는 니어필드로부터 벗어난 영역에 위치하기 때문에, 큰 개구수에 기여하는 광은 저장매체(18)에서의 빔스폿 형성에 기여하지 못하게 된다. 다시 말하면, 저장매체(18)에서의 빔스폿의 형성에 기여하는 광빔은 에어갭을 통과하면서 개구수가 1보다 작게 된다. 그 결과, 사용 광의 파장보다 큰 간격의 에어갭을 통해 진행하는 광에 의해 저장매체(18)에 집속되는 광빔의 스폿사이즈(spot size)는 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 니어필드발생부에 형성된 빔스폿의 사이즈보다 크게된다.
그러나, 에어갭의 간격이 사용 광의 한 파장보다 충분히 작은 경우, 바람직하게는, λ/4보다 작은 경우, 광학적 저장매체(18)에 입사되는 광빔의 스폿사이즈는 니어필드발생부에 형성되는 빔스폿의 사이즈에 가깝게 된다. 그러므로, 이러한 조건하에서, 도 1 또는 도 2에 보여진 광학적 데이터저장시스템은 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)를 이용하여 광학적 저장매체(18)의 기록층에 고밀도로 정보를 쓰거나 그로부터 정보를 읽어낼 수 있다.
도 3은 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 표면과 광학적 저장매체(18)의 보호층(183) 사이의 니어필드가 형성되는 보여준다. 저장매체(18)와 마주보는 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 표면으로부터 보호층(183), 보다 정확하게는, 기록층까지의 간격(SRD)은 사용 광의 한 파장보다 작게되며, 저장매체(18)의 기록층은 니어필드효과가 발휘되는 거리 이내에 위치된다.
기존 광디스크의 예는 미국특허번호 제5,470,627호에 기술되어있다. 이러한 기존 광디스크가 예를 들어 광자기디스크인 경우, 이 광자기디스크는 통상 기판 상에 차례로 놓이는 반사층, 제 1유전체층, 기록층, 제 2유전체층을 구비한다. 반사층은 500∼1000Å 두께의 알루미늄합금과 같은 금속으로 되며, 제 1유전체층은 150∼400Å 두께의 질화알루미늄(aluminum nitride) 또는 질화규소(silicon nitride)로 된다. 기록층은 150∼500Å 두께의, TbFeCo와 같은, 희토성전이금속합금(rear-earth transition-metal alloy)으로 된다. 그리고, 보호층은 400∼800Å 두께의 질화규소(Si3N4)로 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 기존의 광디스크를 사용하는 경우 광학적 데이터저장시스템은 아래와 같은 두 가지 문제점들을 갖는다. 이러한 문제점들은 고체함침광학계(14)를 구비한 데이터저장시스템 및 고체함침렌즈(26)를 구비한 데이터저장시스템 둘 다에서 동일하게 발생한다. 그러므로, 설명의 편이를 위해, 이러한 문제점들을 기존의 광디스크 및 고체함침렌즈(26)에 관련하여 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 구성을 갖는 기존 광디스크의 기록층에서 반사되는 광빔이 간섭에 의한 노이즈를 담게되는 문제점을 설명한다. 도 4는 굴절율 1.8을 갖는 고체함침렌즈(26)를 보여준다. 도 4에서, "에어갭반사광(NB)"은 고체함침렌즈(26)의 니어필드발생부에서 전반사되는 광빔과 고체함침렌즈(26) 및 광학적 저장매체(18) 사이의 에어갭에서 전반사되는 광빔을 나타내며, "기록층반사광(RB)"은 광학적 저장매체(18)의 기록층에서 반사되는 광빔을 나타낸다. 그 굴절율이 1.8인 경우, 고체함침렌즈(26)에서의 전반사각도 56.3도는 개구수 0.83에 해당한다. 도 5는 3가지 에어갭간격들에 대한 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)의 각-반사율(angle- reflectance)특성들을 보여준다. 도 5에서, 곡선들 (a)는 에어갭간격 50nm에 대한 각-반사율특성들을 보여주며, 곡선들 (b)는 에어갭간격 100nm에 대한 각-반사율특성들을 보여준다. 그리고, 곡선들 (c)는 에어갭간격 150nm에 대한 각-반사율특성들을 보여준다. 곡선들 (a) 내지 (c)에서, "++" 표기된 곡선들은 p편광된 광빔에 대한 각-반사율특성곡선이며 "--"표기된 곡선들은 s편광된 광빔에 대한 각-반사율특성곡선이다. 그리고, 수평축에 표기된 각은 고체함침렌즈(26)로부터 에어갭으로 진행하는 광빔이 갖는 입사각을 나타낸다.
예를 들어, 광학적 저장매체(18) 및 고체함침렌즈(26) 사이에 존재하는 에어갭의 간격이 사용 광의 파장보다 커지는 경우, 고체함침렌즈(26)로부터 저장매체(18)로 진행하는 광빔중에서, 56.3도의 전반사각도 보다 더 큰 각도를 갖는 광빔의 부분, 특히, 높은 개구수, 예를 들면, 개구수 1.2 이상에 기여하는 광빔의 부분은, 에어갭을 투과하지 못하고 니어필드발생부 또는 에어갭 내부에서 전반 사하게 된다. 에어갭반사광(NB)은, 개구수 1.5에 대한 반사율을 보여주는 도 5를 통해 알 수 있는 것처럼, 비교적 높은 반사율을 갖는다. 그리고, 에어갭과 기록층이 매우 가까이 있으므로, 에어갭반사광(NB)과 기록층반사광(RB) 간에는 간섭이 일어난다. 결국, 에어갭반사광(NB)은 기록층반사광(RB)에 대한 노이즈로서 작용하게 된다.
다음으로, 광학적 저장매체(18)의 고밀도화에 의해 야기되는 문제점을 도 6을 참조하여 설명한다. 광학적 저장매체(18)가 고밀도 광학적 저장매체로 사용되도록 제작되는 경우, 정보기록을 위하여 폭 100∼150nm의 그루브(groove)들 또는 피트(pit)들이 기판(181)에 형성된다. 그루브들 또는 피트들 위에는 반사층 및 실제로 정보가 기록되는 기록층이 코팅에 의해 차례로 놓여진다. 그리고, 기록층 위에는 150∼200nm 두께의 보호층(183)이 형성된다. 그루브들 또는 피트들을 형성함에 의해 기판(181) 상에 형성되는 요철구조(185)는 도 6에서 쐐기모양 또는 우물형태로 표현되었다. 보호층(183)에 의해 코팅되는 기록층의 깊이는 그루브들 또는 피트들의 폭 보다 더 크게되므로, 고체함침광학계(14) 또는 고체함침렌즈(26)로부터 광학적 저장매체(18)로 입사하는 광빔(1)은 그루브들 또는 피트들, 정확하게는, 기록층에 도달하지 못하고, 보호층(183)의 표면 안쪽 근처에서 반사된다. 그 결과, 광학적 데이터저장시스템은 고밀도의 광학적 저장매체(18)에 대한 정보의 쓰기 그리고/또는 읽기를 행할 수 없게 된다.
전술의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈와 광학적 저장매체의 기록층 사이에, 전술한 에어갭반사광이 기록층 반사광에 대한 노이즈로 작용하지 않도록 하는 소망된 두께를 갖는 광학적 투과층을 구비함으로써, 정보의 쓰기 또는 읽기를 위해 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈를 구비한 광픽업과 함께 사용되는 광학적 저장매체를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술의 본 발명에 따른 광학적 저장매체에 정보를 기록하거나 그 저장매체로부터 정보를 읽어내기 위한 광픽업을 구비한 광학적 데이터저장시스템을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 집속광학계를 구비한 광픽업과 함께 사용되는 정보를 저장하기 위한 광학적 저장매체는, 기록층 및 보호층을 구비하며, 마주보는 집속광학계의 광학면과 보호층 까지의 거리가 사용하는 광의 파장보다 작고, 이 보호층의 두께는 상기 사용광의 파장보다 크다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 니어필드를 발생하는 집속광학계를 구비한 광픽업과 함께 사용되는 정보를 저장하기 위한 광학적 저장매체는, 사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 갖는 광학적 투과층; 및 상기 집속광학계에 마주하는 상기 광학적 투과층의 한 쪽 표면의 반대가 되는 다른 쪽 표면에 놓인 기록층을 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한, 광픽업을 이용하여 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽기 위한 광학적 데이터저장시스템은, 니어필드를 발생하는 집속렌즈를 구비한 광픽업; 및 사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 갖는 광학적 투과층 및 상기 집속렌즈에 마주하는 상기 광학적 투과층의 한 쪽 표면의 반대가 되 는 다른 쪽 표면에 놓인 기록층을 구비한 광학적 저장매체를 포함한다.
본 발명에 따르면, 광픽업들을 이용하여 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽기 위한 광학적 데이터저장시스템은, 니어필드를 발생하는 집속광학계를 구비한 제 1 및 제 2광픽업들; 및 상기 제 1광픽업과 마주보는 한 쪽 표면을 갖는 제 1광학적 투과층 및 상기 제 2광픽업과 마주보는 한 쪽 표면을 갖는 제 2광학적 투과층과, 상기 제 1광학적 투과층의 다른 한 쪽 표면과 상기 제 2광학적 투과층의 다른 한 쪽 표면위에 각각 놓인 제 1기록층 및 제 2기록층을 구비한 단일 광학적 저장매체를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2광투과기판들은 사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 가지며, 상기 집속광학계와 상기 광학적 투과층의 상기 한 쪽 표면간의 간격은 사용하는 광빔 한 파장보다 작게된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 실시예들의 설명에서 동일한 참조번호를 갖는 구성요소들을 동일한 기능을 갖는 것으로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 광학적 데이저장시스템은, 송수광부(10), 반사거울(12), 카타디옵트릭 고체함침광학계(64), 및 슬라이더(66)를 구비한 광픽업과, 광학적 저장매체(68)를 포함한다. 도 7에 보여진 구성요소들은 도 1에 보여진 동일한 참조번호를 갖는 구성요소들과 동일한 광학적 기능을 수행하므로, 그 구체적인 설명을 생략한다.
광학적 저장매체(68)는 기판(681), 광학적으로 투명한 보호층(686), 그리고 기판(681) 및 보호층(683) 사이에 놓인 기록층을 구비한 것으로, 일반적으로 디스 크 형태를 갖는다. 겹쳐쓰기가능한(overwritable) 광학적 저장매체(68)의 경우, 기록층은 기판(681)의 표면 위에 광학적으로 민감한 물질을 코팅함으로써 형성된다. 광학적 저장매체(68)는 카타디옵트릭 고체함침광학계(64)로부터 나온 광빔이 광학적 투과특성을 갖는 보호층(686)을 투과하여 기록층에 최소화된 빔스폿을 형성하도록 제작된다. 얇은 두께의 보호층(183)을 갖는 기존의 저장매체(18)와는 달리, 광학적 저장매체(68)는 사용 광의 파장보다 두꺼운 보호층(686)을 가지며, 이 보호층(686)과 고체함침광학계(64) 사이에 에어갭이 존재한다. 그러므로, 반사거울(12) 쪽에 위치한 고체함침광학계(64) 표면은 보호층(183)의 두께와 굴절율을 고려하여 광학적 저장매체(68)의 기록층에 최적화된 빔스폿을 형성하는 비구면을 갖는다.
다르게는, 카타디옵트릭 고체함침광학계(64)는 도 1에 보여진 고체함침광학계(14)와 유사한 형상 및 재질로 제작된다. 그리고, 전술한 바와 같이 사용 광의 한 파장보다 두꺼운 기판의 두께를 고려하여 형상이 다소 변경된다.
반사거울(12)로부터 고체함침렌즈(64) 쪽으로 진행하는 광빔(1)은 도 7에 보인 것처럼 고체함침렌즈(64)에서 굴절 및 반사되어 저장매체(68)의 보호층(686)과 마주하는 표면의 중심에 빔스폿을 형성한다. 슬라이더(66)는 회전하는 저장매체(68)와 슬라이더(66)의 상대적인 운동에 의해 저장매체(68)의 표면으로부터 고체함침렌즈(64)를 기체역학적으로 부상시키며, 저장매체(68)와 슬라이더(66)의 마주보는 표면들 사이에 에어베어링을 형성한다. 이때, 고체함침광학계(64) 및 보호층(686)의 표면들 사이에 존재하는 에어갭의 간격은 사용 광, 즉, 송수광부(10)로부터 출사되는 광빔(1)이 갖는 파장 미만으로 유지되며, 최적의 경우 예를 들면, 파장의 1/4미만으로 유지되면 간섭현상이 줄어들어 양호한 신호 대 잡음비를 얻을 수 있다.
저장매체(68)로 입사하는 광빔은 광학적으로 투명한 보호층(686)을 통과하여 기록층에 도달하므로, 광학적 저장매체(68)가 100∼150nm 폭의 그루브들 또는 피트들 및 150∼200nm 두께의 보호층을 갖는 고밀도 광학적 저장매체를 대체하는 경우, 광학적 저장매체(68)는 100∼150㎚ 폭의 그루브들 또는 피트들 및 150∼400㎚ 두께의 기록층을 가지므로, 에어갭 쪽에 위치한 저장매체(68)의 표면으로부터 그루브 또는 피트까지의 깊이는 그루브 또는 피트의 폭 보다 크게된다. 따라서, 도 7에 보여진 시스템들은 고밀도 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽어낼 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 따른 광학적 데이터저장시스템을 보여준다. 도 8에 보여진 시스템은, 도 7에 보여진 고체함침광학계(64) 및 슬라이더(66) 대신에, 대물렌즈(74), 굴절형 고체함침렌즈(76) 및 슬라이더(78)를 구비한다. 도 9는 도 8에 보여진 광학적 저장매체(88) 및 고체함침렌즈(76)를 확대하여 보여준다.
대물렌즈(74)는 반사거울(22)로부터 입사하는 광빔(1)을 굴절형 고체함침렌즈(76)에 집속시킨다. 제 2실시예에서, 광학적 저장매체(88)는, 전술한 저장매체(68)와는 달리, 고체함침렌즈(76)와 마주하는 한 쪽에 광학적 투과특성을 갖는 기판(881)을 구비하며, 고체함침렌즈(76)로부터 먼 위치에 보호층(883)을 갖는다. 광학적 저장매체(88)의 기판(881)에는, 정보기록을 위하여 그루브(groove)들 또는 피트(pit)들이 형성된다. 그루브들 또는 피트들을 광투과기판(881)에 형 성함에 의한 요철구조(885)는 도 9에서 기판(881) 쪽으로 우묵한 쐐기모양 또는 우물형태로 표현되었다.
고체함침렌즈(76)는 대물렌즈(74)로부터 입사하는 광빔을, 저장매체(88)와 마주보는 고체함침렌즈(76)의 표면 중심에, 광학적 저장매체(88)의 기록층에 최적화된 빔스폿으로 형성시킨다. 이 때, 대물렌즈(74) 및 고체함침렌즈(76)는 고체함침렌즈(76)의 상술한 표면에 적어도 개구수(NA) 1 이상을 제공하는 빔스폿을 형성시킨다. 슬라이더(78)는 회전하는 저장매체(88)의 표면으로부터 고체함침렌즈(76)를 부상시키며, 고체함침렌즈(76)와 기판(881) 표면들간의 에어갭간격을 송수광부(10)로부터 출사되는 광빔이 갖는 파장의 1/4 미만으로 유지시킨다.
에어갭의 간격이 사용 광이 갖는 파장의 1/4 이상인 경우, 저장매체(88)와 마주보는 고체함침렌즈(68)의 표면에 빔스폿을 형성하는 광빔이 에어갭을 통과하는 경우, 개구수 1 이상을 제공하는 광빔은 에어갭에서 전반사된다. 그러므로, 개구수 1 미만을 제공하는 광빔만이 광학적 저장매체(88)로 전달되어, 저장매체(88)에 도달되는 광빔의 스폿사이즈는 상대적으로 커지게 된다. 그러나, 에어갭의 간격이 사용 광이 갖는 파장의 1/4 미만이 되는 경우, 개구수 1 이상의 광빔이 저장매체(88)로 전달되어, 빔스폿의 사이즈는 작아지게 된다. 그리고, 기록층이 형성되는 요철구조(885)는 기존의 광학적 저장매체에 비하여 에어갭으로부터 멀리 떨어져 있으므로, 기록층반사광은 에어갭반사광에 의한 간섭으로부터 보호된다. 그러므로, 도 8에 보여진 광학적 데이터저장시스템 역시 광학적 저장매체(88)에 대하여 양호한 신호대잡음비로 정보를 쓰거나 읽어낼 수 있게 된다. 도 9에서, 굵은 실선의 화살선은 저장매체(88)의 기록층에서 반사되는 "기록층반사광"을 나타내며, 굵은 점선의 화살선은 고체함침렌즈(76)의 표면, 에어갭 및 기판(881)에서 반사되는 "에어갭반사광"을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 광학적 데이터저장시스템을 보여준다. 도 10에 보여진 시스템은 양면으로 된(double-sided) 광학적 저장매체(90)를 구비한다. 이 광학적 저장매체(90)는 도 7에 보여진 광학적 저장매체(68) 두 매를 기판들(681)이 인접하거나 맞닿는 형태로 제작된다. 다르게는, 이 저장매체(90)는 도 8에 보여진 광학적 저장매체(88) 두 매를 보호층들(686)이 인접하거나 맞닿는 형태로 또는 합쳐진 이후에 하나의 보호층(686)만을 갖도록 제작된다. 도 10의 시스템은 또한 광학적 저장매체(90)를 위하여 송수광부(20), 반사거울(22), 대물렌즈(74), 고체함침렌즈(76) 및 슬라이더(78)를 각각 두 매씩 구비한다. 도 10에 보여진 시스템의 동작은 당업자가 전술한 본원발명의 실시예들을 통해 잘 알 수 있으므로, 그 구체적인 설명을 생략한다.
도 7 또는 도 8에 보여진 시스템을 이용하여 도 10에 보인 광학적 저장매체(90)에 정보를 쓰거나 읽기 위한 광학적 데이터저장시스템을 제작하는 것 역시 본원 발명의 기술적인 범주 내에서 명백하므로, 그 구체적인 설명을 생략한다.
전술의 제 1실시예를 예를 들면, 보호층(686)의 두께는 원리적으로는 무한히 두껍게 하여도 고체함침광학계(64)와 보호층(686) 사이의 에어갭이 사용하는 광의 한 파장보다 작기만 하면 된다. 그러나, 실용적인 두께와 광스폿의 사이즈를 결정 하는 개구수 등을 고려하면, 보호층(686)의 두께는 대략 수 ㎛부터 수백 ㎛까지가 적합하다. 일 예로 DVD의 기판의 두께는 0.6mm 즉, 600 ㎛이며, 이러한 두께로 보다 실용성을 갖출 수 있음은 명백하다.
그리고, 고체함침광학계(64) 또는 고체함침렌즈(76)의 광학적 축이 광학적 저장매체(68)의 표면에 수직하지 않고 기울어지는 경우에도, 광학적 저장매체(68)의 표면으로부터 가장 멀리 떨어진 고체함침광학계(64) 또는 고체함침렌즈(76)의 부분과 광학적 저장매체(68)의 표면간의 거리가 사용 광의 파장 이내가 되기만 하면, 에어갭 속이나 에어갭과 기록층사이의 저장매체 내부에서 반사되는 광빔이 기록층에서 반사되는 광빔에 노이즈로 작용하지 않는다. 특히, 광학적 저장매체(68)의 표면을 통과할 때에 고체함침광학계(64) 또는 고체함침렌즈(76)에 의해 집광되는 광빔의 사이즈가 0.1∼0.2㎜를 유지하면, 그 표면에 먼지나 흠집 등이 있는 광학적 저장매체(68)에 대하여 우수한 기록 또는 재생특성을 얻을 수 있게 된다.
도 11은 도 7에 보여진 광학적 저장매체(68)를 실현한 광디스크의 단층 층구조를 보여준다. 도 11에 보여진 광디스크는 20GByte 이상의 기록용량을 갖는 고밀도 광자기디스크로서, 기판(681) 및 기판(681) 위에 차례대로 놓인 반사층(682), 제 1유전체층(683), 기록층(683), 제 2유전체층(684), 보호층(686), 윤할막(687)을 구비한다. 기판(681)은 유리, 폴리카보네이트, PMMA, 아크릴레이트계로 만들어지며, 트랙피치 0.3∼0.4㎛, 그루브깊이 500∼800Å의 요철구조를 갖는다. 반사층(682)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 은(Ag) 및 금(Au) 중의 하나로 만들어지며, 500∼2000Å의 두께를 갖는다. 제 1 및 제 2유전체층들(683, 684)은 Si3N4, ZnS-SiO2 등으로 만들어지며, 제 1유전체층(683)은 100∼400Å의 두께를 가지고 제 2유전체층(684)은 300∼800Å의 두께를 갖는다. 기록층(683)은 광자기기록을 위하여 TbFeCo, NdTbFeCo, TbFe 등으로 된 만들어지며 150∼400Å의 두께를 갖는다. 보호층(686)은 광학적으로 투명한 무기물 및 유기물 둘 다가 가능하나 이 실현예에서는 아크릴레이트계의 수지(resin)를 스핀코팅(spin coating)함으로써 만들어지며, 5∼100㎛ 범위의 두께를 갖는다. 보호층(686)의 표면은, 정지마찰(static friction)이라고도 하는 스틱션(stiction)을 줄이기 위해 텍스쳐링(texturing)처리되며 텍스쳐링에 의한 범프(bump)간격은 20∼60㎛이고, 텍스쳐링깊이(또는 범프높이)는 5∼50Å이다. 보호층(686) 위에 형성되는 윤할막(687)은 1∼3㎚의 두께를 가지며, 보호층(686)과 화학적으로 반응하지 않는 윤활제(lubricant)로서, PFPE(PerfluoroPolyether)로 만들어진다. 윤활제의 종류로는 하드디스크에서 상용되고 있는 Fomblin Z Dol 또는 Fomblin 2001을 사용하였으며, 윤활제와 혼합되는 용매로서 Galden SV를 사용하였다.
도 12를 참조하면, 광디스크의 표면에 텍스쳐링을 하지 않은 경우, 스틱션이 발생하였으나, 5Å 이상의 깊이를 갖는 텍스쳐링을 한 경우 스틱션이 감소하였다.
본 발명의 설명에서 비록 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈로 설명하였으나, 그 용도가 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈가 아닌, 일반 집속광학계를 사용하더라도 그 광학계의 출사면과 저장매체의 보호층 사이의 에어갭이 사용하는 광의 한 파장보다 작고 보호층의 두께가 사용하는 광의 파장보다 두꺼운 경우에도, 작동 하는데는 무리가 없음은 자명하다.
전술의 실시예들에서, 반사거울(12 또는 22)은 송수광부(10 또는 20)로부터 출사되는 광빔을 고체함침렌즈로 전달하며, 고체함침렌즈로부터 입사하는 광빔을 송수광부로 전달하기 위한 것이다. 그러므로, 이러한 반사거울 대신에 프리즘과 같이 광경로를 변경할 수 있는 다양한 광학소자들을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학적 데이터저장시스템은 고체함침광학계 또는 고체함침렌즈와 같은 집속광학계의 출사면과 기록층 사이에 놓인 투과층의 두께가 사용하는 광의 파장에 비하여 큰 광학적 저장매체를 사용한다. 따라서, 본 발명은 에어갭 속이나 에어갭과 기록층사이의 저장매체 내부에서 반사되는 광빔이 기록층에서 반사되는 광빔에 노이즈로 작용하지 않게 한다. 또한, 본 발명은 광학적 저장매체의 외부표면이 되는 보호층 또는 기판의 두께를 두껍게 할 수 있으므로, 먼지나 흠집 등에 있는 경우에도 광학적 저장매체에 정보를 정확하게 쓰거나 읽어낼 수 있다.

Claims (18)

  1. 니어필드를 발생하는 집속광학계를 구비한 광픽업과 함께 사용되는 정보를 저장하기 위한 광학적 저장매체에 있어서,
    사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 갖는 광학적 투과층; 및
    상기 집속광학계에 마주하는 상기 광학적 투과층의 한 쪽 표면의 반대가 되는 다른 쪽 표면에 놓인 기록층을 포함하는 광학적 저장매체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학적 투과층은, 수 ㎛부터 수백 ㎛까지의 두께를 갖는 광학적 저장매체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광학적 투과층은 아크릴레이트계 수지로 만들어진 보호층인 광학적 저장매체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광학적 투과층은, 정보를 저장하기 위한 미리포맷된 구조를 제공하도록 상기 다른 쪽 표면에 형성된 요철구조를 갖는 기판인 광학적 저장매체.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 요철구조는 상기 집속광학계에 마주하는 상기 한 쪽 표면 쪽으로 음각(engrave)된 복수개의 그루브들 또는 피트들을 포함하는 광학적 저장매체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 복수개 그루브들 또는 피트들 각각의 폭은 100∼150nm이고, 상기 기록층의 두께는 150∼400nm인 광학적 저장매체.
  7. 광픽업을 이용하여 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽기 위한 광학적 데이터저장시스템에 있어서,
    니어필드를 발생하는 집속렌즈를 구비한 광픽업; 및
    사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 갖는 광학적 투과층 및 상기 집속렌즈에 마주하는 상기 광학적 투과층의 한 쪽 표면의 반대가 되는 다른 쪽 표면에 놓인 기록층을 구비한 광학적 저장매체를 포함하고,
    상기 집속광학계와 상기 광학적 투과층의 상기 한 쪽 표면간의 간격은 사용하는 광의 한 파장보다 작은 광학적 데이터저장시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 집속광학계가 상기 광학적 저장매체에 대하여 기울어진 경우, 상기 광학적 저장매체의 표면으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 집속광학계의 부분과 상기상기 광학적 저장매체의 표면간의 간격은 사용하는 광의 한 파장 이내를 유지하는 광학적 데이터저장시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 광학적 투과층은 수 ㎛부터 수백 ㎛까지의 두께를 갖는 광학적 데이터저장시스템.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 광학적 투과층은 정보를 저장하기 위한 미리포맷된 구조를 제공하도록 상기 다른 쪽 표면에 형성된 요철구조를 갖는 기판인 광학적 데이터저장시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 요철구조는 상기 집속광학계에 마주하는 상기 한 쪽 표면 쪽으로 음각된 복수개의 그루브들 또는 피트들을 포함하는 광학적 데이터저장시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 복수개 그루브들 또는 피트들 각각의 폭은 100∼150nm이고, 상기 기록층의 두께는 150∼200nm인 광학적 데이터저장시스템.
  13. 제 7에 있어서, 상기 광학적 저장매체의 상기 한 쪽 표면과 상기 집속광학계간의 간격은 사용되는 광이 갖는 파장의 1/4 미만인 광학적 데이터저장시스템.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 광픽업은 개구수가 1 이상인 집속광학계를 구비한 광학적 데이터저장시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 집속광학계는 카타디옵트릭(catadioptric) 고체함침 광학계인 광학적 데이터저장시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 집속광학계는 굴절형 고체함침렌즈인 광학적 데이터저장시스템.
  17. 제 14항에 있어서, 광빔을 출사하며, 입사하는 광빔을 검출하는 송수광부;
    상기 광학적 저장매체의 상기 한 쪽 표면으로부터 상기 집속광학계를 공기역학적으로 부상시키기 위한 슬라이더;
    상기 송수광부로부터 출사되는 광빔을 상기 집속광학계로 전달하며, 상기 집속광학계로부터 입사하는 광빔을 상기 송수광부로 전달하는 광경로변경수단을 포함하는 광학적 데이터저장시스템.
  18. 광픽업들을 이용하여 광학적 저장매체에 정보를 쓰거나 읽기 위한 광학적 데이터저장시스템에 있어서,
    니어필드를 발생하는 집속광학계를 구비한 제 1 및 제 2광픽업들; 및
    상기 제 1광픽업과 마주보는 한 쪽 표면을 갖는 제 1광학적 투과층 및 상기 제 2광픽업과 마주보는 한 쪽 표면을 갖는 제 2광학적 투과층과, 상기 제 1광학적 투과층의 다른 한 쪽 표면과 상기 제 2광학적 투과층의 다른 한 쪽 표면위에 각각 놓인 제 1기록층 및 제 2기록층을 구비한 단일 광학적 저장매체를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2광투과기판들은 사용하는 광의 한 파장보다 큰 두께를 가 지며, 상기 집속광학계와 상기 광학적 투과층의 상기 한 쪽 표면간의 간격은 사용하는 광의 한 파장보다 작은, 광학적 데이터저장시스템.
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