KR19990029524A - 침지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구 세그먼트형 렌즈(3)를 포함하는 자기 광학 저장 장치용 침지 시스템에 관한 것이다. 상기 렌즈(3)는 저장 장치에 사용되는 파장(λ)의 전자기 광선(2)에 대한 투과성, 및 공기 보다 높은 제 1 굴절률(n1)을 가진 재료, 특히 반도체 재료로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 전자기 광선(2)이 퍼지는 방향으로 볼때 렌즈(3) 다음에 고굴절 층(4)이 배치된다. 상기 층(4)은 렌즈(3) 재료의 제 1 굴절률(n1) 보다 높은 제 2 굴절률(n2)을 가진 재료로 이루어진다.

Description

침지 시스템
본 발명은 평평한 표면과 휘어진 표면을 가진 구 세그먼트의 형태를 가지며, 저장 장치에 사용되는 파장(λ)의 전자기 광선에 대한 투과성, 및 공기 보다 높은 제 1 굴절률(n1)을 가진 재료로 이루어진 렌즈를 포함하는, 특히 자기 광학 저장 장치용 침지 시스템에 관한 것이다.
하드 디스크와 같은 공지된 자기 광학 저장 장치에서 침지 시스템은 단일 반구형 침지 렌즈의 형태로 사용된다. 침지 렌즈는 예컨대 유리 또는 지르코늄 산화물로 이루어지므로, 공기 보다 높은 굴절률(n)을 갖는다. 따라서, 침지 렌즈로 투사되는 전자기 광선, 즉 침지 렌즈내로 방사방향으로 투사되어 그것의 구 중심점에 집중되는 전자기 광선은 렌즈의 내부에서 파장λ/n을 갖는다. λ은 공기 중에서의 파장을 나타낸다. 반구형 침지 렌즈의 평평한 표면은 저장 장치의 작동 중에 저장 매체의 표면에 대해 작은 간격(예컨대, 약 50nm)을 가지므로, 침지 렌즈와 저장 매체 사이의 매체, 일반적으로 공기가 침지 렌즈로부터 나온, 파장 λ/n을 가진 광선에 대해 작용을 하지 않는다. 이러한 목적을 위해, 상기 간격은 λ/n6 보다 작다. 따라서, 침지 렌즈와 저장 매체 사이에는 물리적 접촉이 이루어진다.
전술한 장치에 의해, 파장 λ/n(= 침지 렌즈 내부의 파장)을 가진 광선, 예컨대 레이저의 단색광이 저장 매체상으로 전달된다. 따라서, 저장 매체상의 광점이 약 (λ)2의 크기의 광점을 가진, 침지 렌즈 없는 시스템에 비해 약 (λ/n)2으로 감소되기 때문에, 저장 매체상의 저장 밀도가 증가된다.
전자기 광선의 파장(λ)이 미리 주어질 때 저장 밀도는 침지 렌즈의 굴절률(n)에 의해 영향을 받을 수 있다.
유리(예컨대, 석영 유리) 또는 지르코늄 산화물로 이루어진 공지된 침지 렌즈에서 굴절률(n)은 1.5 내지 2의 범위이다.
본 발명의 목적은 저장 매체의 저장 밀도를 증가시킬 수 있는 침지 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 제 1 실시예의 단면도.
도 2는 제 2 실시예의 단면도.
도 3은 코일을 가진 침지 시스템의 단면도.
도 4는 제 3 실시예의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 침지 시스템 2,23: 전자기 광선
3: 렌즈 4: 고굴절 층
5,21: 평평한 표면 6,7,12,13: 주표면
8: 보호층 9, 22: 저장 매체
10: 반도체 플레이트 11: 지지체 플레이트
14: 유도 장치 15: 휘어진 표면
16: 리세스 20: 침지 렌즈
상기 목적은 청구범위 제 1항 또는 제 4항의 특징을 가진 침지 시스템에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 청구범위 제 2항 및 3항 또는 5항 내지 11항에 제시된다.
제 1 해결책에 따라 저장 장치에 사용되는 전자기 광선에 대해 투과성을 가지며 가급적 큰 굴절률을 가진 반도체 재료로 이루어진 구 세그먼트형 렌즈, 바람직하게는 반구형 렌즈가 침지 렌즈로 제공된다. 파장 λ≥400nm을 가진 광선에는 예컨대 SiC(n≒2.7)이 적합하고, λ≥ 550nm에는 예컨대 GaP(n≒3.2)가 적합하다. 그러나, 3차 또는 4차 Ⅲ-Ⅴ- 또는 Ⅱ-Ⅵ-반도체 재료도 적합하다. 보다 큰 파장에는 Si, Ge 또는 GaAs가 사용될 수 있다.
제 2 해결책에서는, 전자기 광선이 퍼지는 방향으로 볼때 구 세그먼트형 렌즈 다음에 전자기 광선에 대해 투과성을 가진 고굴절 층이, 렌즈의 평평한 표면과 층의 제 1 주표면이 서로를 향하도록 배치되고, 상기 층이 렌즈 재료의 제 1 굴절률 보다 높은 제 2 굴절률(n2)을 가진 반도체 재료로 이루어진다. 대물 렌즈에서 또는 침지 렌즈상에서 발생하는 수차는 보정층(예컨대 플라스틱)에 의해 제거될 수 있다.
상기 제 2 해결책은 제조가 기술적으로 복잡한, 반도체 재료로 이루어진 반구형 렌즈가 필요없다는 장점을 갖는다. 여기서는 바람직하게는 기술적으로 간단히 제조가능하며 저렴한, 유리, 플라스틱 또는 지르코늄 산화물로 이루어진 렌즈가 사용되며, 이 렌즈는 그것의 평평한 표면이 유리 또는 플라스틱으로 이루어진, 제 3 굴절률(n3)을 가진, 양측면이 폴리싱된 반도체 플레이트(반도체 칩)상에 또는 한 측면에 고굴절 반도체 재료로 이루어진 층을 가진 지지체 플레이트상에 놓여 이것에 고정된다. 렌즈는 반도체 플레이트 또는 지지체 플레이트와 물리적으로 접촉되므로, 렌즈로부터 대응하는 플레이트로 굴절률 점프가 가급적 작다. 이러한 굴절률 점프가 작을수록, 개구수가 커지므로 시스템의 수광각이 커진다.
물리적 접촉은 일반적으로 간격이 매체내에서 광선의 파장의 1/6 보다 작다는 것을 의미한다.
유리 또는 플라스틱으로 이루어지며 한 측면에 고굴적 반도체 재료로 이루어진 층을 가진 지지체 플레이트를 사용하는 경우에, 상기 층은 바람직하게는 λ/2 또는 그 정수배의 두께를 갖는다. 이로 인해, 공진에 의한 광선의 영향이 감소된다. 상기 층은 예컨대 에피택시, 증착, 스퍼터링 등에 의해 제공된다.
저장 매체를 향한 반도체 플레이트의 주표면이 기계적 영향에 대한 저항성을 갖도록 하기 위해, 상기 주표면에 바람직하게는 고굴절 층의 반도체 재료 보다 높은 경도를 가지며 예컨대 SiC, 다이아몬드, Si3N4, Al2O3등으로 이루어진 보호층이 제공된다. 상기 보호층은 광학적으로 작용하지 않을 정도로 얇다. 즉, 상기 보호층은 반도체 층으로 부터 나온 광선에 영향을 주지 않는다.
렌즈의 높이(hL)와 반도체 플레이트의 두께(dHL)의 합 또는 렌즈의 높이(hL)와 지지체 플레이트의 두께(dT)와 고굴절 반도체 층의 두께(dHL)의 합은 광학적 두께, 즉 렌즈의 휘어진 표면의 곡률 반경(r)을 나타낸다. 그러나, 바람직하게는 하기 식이 반드시 충족될 필요는 없다:
r = hL+ (dHL/n2)
또는
r = hL+ (dT/n3) + (dHL/n2).
침지 시스템의 바람직한 실시예에서, 자기 광학 저장을 위한 자계를 발생시키기 위한 유도 장치, 특히 코일이 반도체 플레이트 또는 지지체 플레이트에 제공된다. 바람직하게는 반도체 플레이트 또는 지지체 플레이트상에 제공되며 저장 장치의 작동 중에 예컨대 레이저에 의해 조사되는 적어도 하나의 포토다이오드에 의해, 전류가 라인 없이 상기 코일에 공급된다.
본 발명에 따른 침지 시스템을 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
도면의 다른 실시예에서 동일한 작용을 하는 구성 부분은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1에 따른 침지 시스템(1)에서 고굴절 층(4)은 반도체 플레이트(10)이다. 상기 반도체 플레이트의 제 1 주표면(6)상에는 구 세그먼트형 렌즈(3)의 평평한 표면(5)이 배치된다. 렌즈(3)는 예컨대 약 1.5의 굴절률(n1)을 가진 유리 또는 플라스틱 유리로 이루어지고, 반도체 플레이트(10)는 렌즈(3)의 휘어진 측면(15)을 통해 렌즈내로 투사되는 전자기(electromagnetic) 광선(2)의 파장(λ)에 따라, 상기 파장(λ)에 대해 투과성을 가지며 굴절률(n1) 보다 큰 굴절률(n2)을 가진 반도체 재료(상이한 파장 범위에 대해 예시적으로 전술한 반도체 재료 참고)로 이루어진다. 렌즈는 결합제로서 예컨대 접착제 또는 땜납에 의해 반도체 플레이트(10)상에 고정된다. 렌즈(3)와 반도체 플레이트(10) 사이의 접착제 또는 땜납 층두께는 바람직하게는 0.1㎛ 미만이다. 렌즈(3) 및 반도체 플레이트(10)가 물리적으로 접촉되므로, 렌즈(3)와 반도체 플레이트(10) 사이의 결합제가 광학적으로 작용하지 않는다. 이상적으로는 렌즈(3)가 반도체 플레이트(10)상에 직접 놓여야 한다.
반도체 플레이트(10)의 제 1 주표면(6)에 마주놓인 제 2 주표면(7)에는 보호층(8)이 제공된다. 이것은 예컨대 SiC, 다이아몬드, SiN, Al2O3등으로 이루어지며 기계적 손상으로부터 반도체 플레이트(10)를 보호한다. 보호층(8)이 반도체 플레이트(10)로부터 나온 광선에 대해 광학적으로 작용하기 않도록 하기 위해, 보호층(8)은 두께 ≤ λ/6를 갖는다.
전체 침지 시스템(1)의 치수 설정에 있어 하기 사실이 고려되어야 한다: 반도체 플레이트(10)의 두께(dHL)를 반도체 플레이트(10)의 재료의 굴절률(n2)로 나눈 값과 렌즈(3)의 높이(hL)의 합이 렌즈(3)의 휘어진 표면(15)의 곡률 반경(r)이므로, 광선의 노드점이 광선(2)이 퍼지는 방향으로 볼 때 반도체 플레이트(10) 다음에 배치된 저장 매체(9)상에 놓여야 한다. 즉,
r = hL+ (dHL/n2).
도 2의 실시예는 렌즈(3)가 두께(dT) 및 제 3 굴절률(n3)을 가진 지지체 플레이트(11)의 제 1 주표면(12)상에 배치되며 제 1 주표면(12)에 마주놓인 제 2 주표면(13)상에 제 2 굴절률(n2)을 가진 반도체층(4)이 배치된다는 것이 전술한 실시예와 다르다. 굴절률에 있어서 다음 식이 적용된다: n1≤ n3n2. 반도체층(4)은 λ/2의 두께(dHL) 또는 λ/2의 정수배의 두께를 갖는다. 침지 시스템의 개별 구성 성분의 두께에 대해 다음 식이 적용된다: r = hL+ (dT/n3) + (dHL/n2). 반도체층(4)은 예컨대 에피택셜하게 또는 스퍼터링에 의해 예컨대 렌즈(3)과 동일한 금속으로 이루어진 지지체 플레이트(11)상에 제공된다. 기계적 보호를 위해 반도체층(4)에 보호층(8)이 제공될 수 있다.
도 3의 실시예는 전술한 2개의 실시예 중 하나에 상응한다. 다만, 여기서는 반도체 플레이트(10) 또는 지지체 플레이트(11)의 제 2 주표면(7) 또는 (13)에 링형 리세스(16)가 제공되며, 리세스(16)에는 자기적 저장을 위한 자계를 형성하기 위한 코일(14)이 배치된다. 코일(14)은 예컨대 증착된 금속층으로 이루어지며, 상기 금속층은 포토리소그래픽으로 구조화된다. 코일(16)에 자계를 발생시키기 위한 전류는 예컨대 반도체 플레이트(10) 및 지지체 플레이트(11)상에 제공되며 예컨대 저장 장치의 작동시 레이저에 의해 조사되는 하나 또는 다수의 GaAs-포토 다이오드에 의해 라인 없이 공급될 수 있다.
도 4의 침지 시스템에서 전체 반구형 렌즈(20)는 저장 장치에 사용되는 전자기 광선에 대해 투과성을 가진 반도체 재료로 이루어진다. 파장(λ)에 따라 반도체 재료가 바람직하게는 그룹 SiC, GaP, Si, Ge, GaAs로 이루어진다.
반구형 렌즈(20)의 평평한 표면(21)은 파장(λ)의 광선(23)에 대해 투과성을 가진 보호층을 포함한다. 상기 보호층은 반도체 재료 보다 높은 경도를 가지며 광학적으로 작용하지 않는다(도 1 및 2와 관련해서 설명된 실시예 참고).
침지 렌즈(20)의 평평한 표면(21)은 저장 장치의 작동시 저장 매체(22)의 표면에 대해 작은 간격을 가지므로(예컨대 약 50nm), 침지 렌즈(20)와 저장 매체(22) 사이의 매체, 일반적으로 공기가 침지 렌즈(20)로부터 나온, 파장(λ/n)을 가진 광선에 대해 물리적으로 작용하지 않는다. 이러한 목적을 위해 상기 간격은 λ/n6 보다 작다. 따라서, 침지 렌즈(20)와 저장 매체(22) 사이에는 물리적 접촉이 이루어진다.
이 실시예에서도 도 3의 실시예와 유사하게 링형 리세스(16)가 평평한 표면(21)에 제공되며, 상기 리세스(16)내에 자기적 저장을 위한 자계를 형성하기 위한 코일(14)이 배치된다.
본 발명에 의해 저장 매체의 저장 밀도를 증가시킬 수 있는 침지 시스템이 제공된다.

Claims (11)

  1. 평평한 표면과 휘어진 표면을 가진 구 세그먼트의 형태를 가지며, 저장 장치에 사용되는 파장(λ)의 전자기 광선(2)에 대한 투과성, 및 공기 보다 높은 제 1 굴절률(n1)을 가진 재료로 이루어진 렌즈(3)를 포함하는, 자기 광학 저장 장치용 침지 시스템(1)에 있어서, 렌즈(3)가 저장 장치에 사용되는 전자기 광선에 대해 투과성을 가진 반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로하는 침지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 파장(λ)을 가진 광선(2)에 대해 투과성을 가지며 반도체 재료 보다 높은 경도를 가지고 광학적으로 작용하지 않는 보호층(8)이 평평한 표면에 제공되는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 파장(λ)에 따라 반도체 재료가 그룹 SiC, GaP, Si, Ge, GaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  4. 평평한 표면과 휘어진 표면을 가진 구 세그먼트의 형태를 가지며, 저장 장치에 사용되는 파장(λ)의 전자기 광선(2)에 대한 투과성, 및 공기 보다 높은 제 1 굴절률(n1)을 가진 재료로 이루어진 렌즈(3)를 포함하는, 자기 광학 저장 장치용 침지 시스템(1)에 있어서, 전자기 광선(2)이 퍼지는 방향으로 볼때 렌즈(3) 다음에 전자기 광선에 대해 투과성을 가진 고굴절 층(4)이, 렌즈(2)의 평평한 표면(5)과 층(4)의 제 1 주표면(6)이 서로를 향하도록 배치되고, 상기 층(4)이 렌즈(3) 재료의 제 1 굴절률(n1) 보다 높은 제 2 굴절률(n2)을 가진 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 고굴절 층(4)이 파장(λ)을 가진 광선(2)에 대해 투과성을 가진 반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 파장(λ)에 따라 반도체 재료가 그룹 SiC, GaP, Si, Ge, GaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  7. 제 4항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절 층(4)이 제 1 주표면(6)에 마주놓인 제 2 주표면(7)에 파장(λ)의 광선(2)에 대해 투과성을 가진 보호층(8)을 가지며, 상기 보호층(8)은 층(4)의 반도체 재료 보다 높은 경도를 갖고 광학적으로 작용하지 않는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  8. 제 4항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절 층(4)이 반도체 플레이트(10)로 형성되고, 상기 반도체 플레이트(10)의 제 1 주표면(6)상에는 렌즈(3)의 평평한 표면(5)이 배치되며, 상기 반도체 플레이트의 두께(dHL)는 (r-hl)*n2이고, 상기 식에서 r 은 렌즈(3)의 휘어진 표면(15)의 곡률 반경이며 hL은 그 높이인 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  9. 제 4항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈(3)의 평평한 표면(5)이 광선(2)에 대해 투과성을 가진, 제 3 굴절률(n3)의 지지체 플레이트(11)의 제 1 주표면(12)상에 배치되고, 지지체 플레이트(11)의 제 1 주표면(12)에 마주놓인 지지체 플레이트(11)의 제 2 주표면(13)상에 고굴절 층(4)이 제공되며, 굴절률에 있어 n1≤ n3n2가 적용되는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  10. 제 4항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 유도 장치(14), 특히 코일이 고굴절 층(4)에 제공되는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 적어도 하나의 포토 다이오드가 유도 장치(14)에 전류를 공급하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 침지 시스템.
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