KR20010033374A - 광학 헤드 및 광학 기록 매체의 구동 장치 - Google Patents

광학 헤드 및 광학 기록 매체의 구동 장치 Download PDF

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KR20010033374A
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이찌무라이사오
기시마고이찌로
야마모또겐지
오사또기요시
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이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

광학 기록 매체(51)에 조사할 레이저 빔을 수속시키는 광학 수단을 탑재한 광학 헤드(1)는, 레이저 비임(L)을 수속시키는 대물 렌즈(2)와, 대물 렌즈(2)와 광학 기록 매체(51) 사이에 개재시키는 솔리드 침지 렌즈(3)와, 렌즈(2 및 3)를 일체로 유지하는 유지 부재(4)와, 유지 부재(4)를 렌즈(2 및 3)의 광축 방향으로 이동시키는 이동 기구(5a)를 구비하고, 광학 기록 매체(51)에 대향하는 면에 도전성 소재를 이용함으로써 구성되어 있다. 솔리드 침지 렌즈(3)에 의해 개구 수를 크게 할 수 있고, 또한 도전성 소재와 광학 기록 매체(51) 사이에 형성되는 정전 용량을 기초로 하여 에어 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 더구나 포커스 서보를 위한 이동 기구(5a)나 신호 처리를 한층 간략화할 수 있다.

Description

광학 헤드 및 광학 기록 매체의 구동 장치 {OPTICAL HEAD AND DRIVE DEVICE FOR OPTICAL RECORDING MEDIUM}
최근, 예를 들면 상변화형 광 디스크나 광자기 디스크 같은 재기록형 광 디스크에는, 디스크 직경을 크게 하는 일이 없이 동화상 데이터와 같은 대량의 데이터를 기록하는 것을 가능하게 하기 위해서, 기록 밀도를 증대시킬 것이 요구되고 있다. 이러한 기록 밀도의 증대는 광 디스크의 신호 기록면에 조사되는 레이저 빔의 스폿(spot) 크기를 작게 함으로써 실현된다.
이 스폿 크기(d)는, 레이저 빔의 파장(λ)에 가까운 정도에서는, 푸리에 결상론을 기초로 하여, 파장(λ)과 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 개구 수(NA)로부터 다음 식(1)에 의해 구해질 수 있음이 알려져 있다.
d = 1.22·λ／NA
따라서, 레이저 빔의 파장이 짧고 대물 렌즈의 개구 수가 클 수록, 스폿 크기가 작아지기 때문에, 기록 밀도를 증대시킬 수 있다.
이 중, 개구 수를 크게 하는 방법으로서는, 솔리드 침지 렌즈(solid immersion lens)를 이용하는 방법이 알려져 있다.
이 방법은 원리적으로는, 도1A에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(61)와 광 디스크(62) 사이에, 대물 렌즈(61) 및 광 디스크(62)에 대향하는 면이 각각 구면(63a) 및 평면(63b)인 솔리드 침지 렌즈(SIL: 63)를 개재시킴으로써, 대물 렌즈(61)를 거친 레이저 빔(L)을 SIL(63)의 구면(63a) 에 대하여 수직으로 입사시켜서 평면(63b)의 중앙부로 수렴시키는 것이며, SIL(63)의 굴절률을 n이라 하면 대물 렌즈(61) 및 SIL(63)로 이루어진 렌즈군의 개구 수(유효 개구 수)는 대물 렌즈(61) 자체의 개구 수보다 n배 커진다.
다만, 실제로는 후술하는 스티그매틱 결상(stigmatic focusing)의 조건을 만족하여 유효 개구 수가 n2배 커지도록 하기 위해서, 도1B에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(61)를 거친 레이저 빔(L)을 SIL(63)의 구면(63a) 에 대하여 수직과는 다른 각도로 입사시킴으로써 구면(63a)에서 약간 굴절되게 한다.
예를 들면, 1993년 발간된 「광학 논문(Optics Letter)」 제18호의 305 내지 307 페이지에 게재된 에스. 엠. 맨스필드(S. M. Mansfield) 등의 논문 「광학 저장용 고수치 구경 렌즈 시스템(High-numerical-aperture lens system for optical storage)」(참고 문헌 1) 및 1996년 발간된 「응용 물리 논문(Applied Physics Letter)」 제68호의 141 내지 143 페이지에 게재된 에이치. 제이. 마민(H. J. Mamin) 등의 「근접장 광학 데이터 저장(Near-field optical data storage)」(참고 문헌 2)에서는, 솔리드 침지 렌즈를 이용하는 방법에 의해, 1을 넘는 개구 수를 실현할 수 있음이 보고되어 있다.
그런데, 이와 같이 개구 수가 1을 넘으면, 레이저 빔의 광축 방향에서 솔리드 침지 렌즈·광 디스크 사이의 거리(에어 갭)가 커짐에 따라서, 레이저 빔 중 개구 수가 1을 넘는 성분의 솔리드 침지 렌즈의 평면에서의 반사율이 커짐으로써 솔리드 침지 렌즈를 투과하여 광 디스크에 조사되는 레이저 빔의 강도가 급격히 저하된다. 그리고, 에어 갭이 근접장(near field)의 범위 이상으로 된 때에는, 솔리드 침지 렌즈의 평면에서 개구 수가 1을 넘는 성분의 대부분이 반사되게 되므로, 광 디스크에 조사되는 레이저 빔의 강도가 현저히 낮아지게 된다.
도2는, 이를 구체적으로 나타내기 위해서, 에어 갭이 0 ㎚, 50 ㎚, 100 ㎚, 200 ㎚, 500 ㎚인 각각의 경우에 대해서, 횡축에는 광 디스크의 신호 기록면 상에서의 레이저 빔의 스폿 중심으로부터의 거리를 취하고, 종축에는 이 신호 기록면에 조사되는 레이저 빔의 강도(에어 갭이 0 ㎚인 때의 스폿 중심에서의 강도에 대한 비)를 취하고, 개구 수(NA) = 1.5, 파장(λ) = 640 ㎚인 때의 이 신호 기록면 상에서의 레이저 빔의 강도 분포(Strehl intensity)의 계산치를 도시한 것이다.
도2에서, 스폿 중심에서의 레이저 빔의 강도는 에어 갭이 50 ㎚인 때에는 에어 갭이 0 ㎚인 때의 85% 정도이지만, 에어 갭이 100 ㎚가 되면 에어 갭이 0 ㎚인 때의 60% 정도가 되고 에어 갭이 200 ㎚에 달하면 에어 갭이 0 ㎚인 때의 35% 정도까지 저하되는 것으로 나타나 있다.
그 때문에, 개구 수가 1을 넘는 경우에는, 에어 갭을 충분히 작게 하는 (도2의 예의 경우에는 최대 100 ㎚ 이내, 바람직하게는 50 ㎚ 정도로 하는) 제어를 행하지 않으면, 광 디스크의 신호 기록면에 조사되는 레이저 빔의 강도의 저하에 의해 기록 정밀도나 재생 정밀도의 악화를 초래한다.
에어 갭을 작게 하는 제어를 행하는 방법으로서는, 대물 렌즈 및 솔리드 침지 렌즈를 탑재한 광학 헤드를, 하드디스크 장치에 있어서의 자기 헤드와 같이, 광 디스크의 회전에 수반하는 공기의 흐름에 의해 광 디스크에 대하여 부상시키는 방법도 존재한다.
그러나, 이 방법에서는, 공기의 흐름의 강도가 광 디스크의 선속도에 의존하므로, 예를 들면 CAV(각속도 일정 기록) 방식의 경우에는 디스크 반경 방향 상에서의 레이저 빔의 조사 위치가 변화함에 따라서 (즉, 액세스하는 트랙이 변화함에 따라서) 부상량이 변화되고, CLV(선속도 일정 기록) 방식의 경우라도 선속도가 다른 광 디스크 장치들끼리는 부상량도 달라진다. 그 결과, 이 방법에서는 에어 갭을 고정밀도로 제어하는 것이 곤란하다.
그래서, 본 출원인은 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈를 별도의 홀더에 유지하고, 솔리드 침지 렌즈를 유지하는 홀더에 도전성 소재를 이용함으로써, 솔리드 침지 렌즈의 광축 방향 상에서의 위치의 제어를, 대물 렌즈·광 디스크 사이의 광축 방향 상에서의 거리의 제어와는 독립적으로, 이 도전성 소재에 의해 형성되는 정전 용량(콘덴서)을 기초로 하여 행하게 한 광학 헤드나 광학 기록 매체의 구동 장치의 발명을 이미 일본 특허청에 출원하였다 (특허 출원 공개 번호: 일본 특허 공개 평8-212579). 본 발명에 따르면, 광 디스크의 선속도에 관계없이, 에어 갭을 고정밀도로 제어할 수 있다.
그러나, 본 출원인이 제안한 발명에서는, 포커스 서보를 위해 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 작동기로서, 솔리드 침지 렌즈를 유지하는 홀더를 이동시키는 작동기와, 대물 렌즈를 유지하는 홀더를 이동시키는 작동기의 두 개의 작동기가 필요하다.
또한, 포커스 서보용 제어 신호를 생성하는 신호 처리를 행하여도, 정전 용량을 기초로 하여 솔리드 침지 렌즈의 위치를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리와, 대물 렌즈·광 디스크 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리(예를 들면, 광 디스크로 반사된 레이저 빔을 수광한 광 검출기의 출력 신호의 매트릭스 처리)의 2계통의 신호 처리가 필요하다.
따라서, 본 발명은 솔리드 침지 렌즈에 의해 개구 수를 크게 할 수 있고, 또한 정전 용량을 기초로 하여 에어 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 더구나 포커스 서보를 위한 작동기나 신호 처리를 한층 간략화할 수 있는 광학 헤드 및 광학 기록 매체의 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 광학 기록 매체를 이용하여 정보의 기록이나 재생을 행하는 기술 분야에 속하고 있으며, 특히 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 개구 수의 증대에 의해 고밀도 기록을 도모하기 위해서 이용하면 적합한 것에 관한 것이다.
도1은 SIL에 의한 개구 수의 증대의 원리를 도시하는 도면이다.
도2는 개구 수가 1을 넘을 때의 광 디스크 상에서의 레이저 빔의 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도3은 본 발명에 의한 광학 헤드의 구성예를 도시하는 부분적인 측단면도이다.
도4는 도3의 SIL의 저면의 구조의 상세예를 도시하는 측면도이다.
도5는 본 발명에 의한 광 디스크 구동 장치의 서보 신호 처리계의 구성예를 도시하는 블럭도이다.
도6은 도5의 광학 픽업의 구성예를 도시하는 도면이다.
도7은 도6의 광 검출기(38) 상의 수광 소자의 배치를 도시하는 도면이다.
본 발명에 관한 광학 헤드는, 청구 범위 제1항에 기재된 바와 같이, 광학 기록 매체에 조사하여야 할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 대물 렌즈와 광학 기록 매체 사이에 개재되는 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지하는 유지 부재와, 유지 부재를 레이저 빔의 광축 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하고, 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재를 이용한 것을 특징으로 한다.
광학 헤드에서는, 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단이 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈와 사이의 거리를 일정하게 하여 하나의 유지 부재에 일체로 유지되어 있고, 이 유지 부재가 하나의 이동 기구에 의해 레이저 빔의 광축 방향으로 이동되기 때문에, 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈가 서로의 거리를 일정하게 유지하면서 하나의 이동 기구에 의해 광축 방향으로 이동된다.
그리고, 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재가 이용되기 때문에, 이 도전성 소재와 광학 기록 매체 사이에 정전 용량이 형성된다.
따라서, 광학 기록 매체의 구동 장치의 포커스 서보계에서, 이 정전 용량을 기초로 하여 광축 방향에서의 솔리드 침지 렌즈·광학 기록 매체 사이의 거리(에어 갭)을 제어하는 제어 신호를 생성하고, 이 제어 신호를 기초로 하여 이 이동 기구로 이 유지 부재를 이동시켜서 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈와가 동시에 광축 방향으로 이동시킴으로써, 에어 갭이 고정밀도로 제어되는 동시에 대물 렌즈·광 디스크 사이의 거리도 고정밀도로 제어되기 때문에, 포커스 서보가 실현된다.
이러한 광학 헤드에 따르면, 솔리드 침지 렌즈에 의해 개구 수를 크게 (예를 들면, 1을 넘도록) 할 수 있고, 또한 에어 갭을 충분히 작게 (예를 들면, 100 ㎚ 이내로) 하는 제어를 정전 용량을 기초로 하여 고정밀도로 행할 수 있고, 게다가 하나의 이동 기구(작동기)로 포커스 서보를 실현할 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 이동 기구를 한층 간략화할 수 있다.
또한, 광학 기록 매체의 구동 장치의 포커스 서보계 측에도, 정전 용량을 기초로 한 1계통의 신호 처리로 포커스 서보를 실현시킬 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 신호 처리를 한층 간략화시킬 수도 있다.
또, 광학 헤드에 있어서, 청구 범위 제2항에 기재된 바와 같이, 솔리드 침지 렌즈 중 광학 기록 매체와의 대향면의 중앙부를 돌출시킴과 동시에 그 주변부를 평면으로 하고, 이 주변부에 도전성 소재로 이루어지는 막을 형성함으로써, 솔리드 침지 렌즈 자체와 광학 기록 매체 사이에 정전 용량을 형성하도록 하는 것이 적합하다.
이것에 따라, 예를 들면 유지 부재와 광학 기록 매체 사이에 정전 용량을 형성하는 경우와 비교하여 도전성 소재와 광학 기록 매체 사이의 거리를 작게 함으로써 정전 용량값을 크게 할 수 있기 때문에, 정전 용량에 기초하는 제어 신호의 생성을 한층 고정밀도로 행할 수가 있게 된다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이, 레이저 빔이 솔리드 침지 렌즈 중 광학 기록 매체와의 대향면의 중앙부를 통과하기 때문에, 이 대향면의 주변부에 형성된 막이 광학 기록 매체로의 레이저 빔의 조사에 있어서 방해가 되지 않는다.
또한, 이 대향면의 중앙부가 돌출되어 있는 만큼 광학 헤드의 그 밖의 부분이 광학 기록 매체에 대하여 후퇴되므로, 광학 헤드 전체가 광학 기록 매체에 대하여 기울어진 경우에도 광학 헤드가 광학 기록 매체에 접촉할 우려가 적어진다.
또, 이 광학 헤드에 있어서, 청구 범위 제3항에 기재된 바와 같이, 유지 부재에 도전성 소재를 이용하여, 솔리드 침지 렌즈의 주변부의 도전성 막과 유지 부재를 전기적으로 접속되도록 하는 것이 한층 적합하다.
이것에 따라, 유지 부재를 거쳐서 정전 용량값을 검출할 수 있기 때문에, 정전 용량값의 검출을 용이하게 행할 수 있게 된다.
다음에, 본 발명에 관한 광학 기록 매체의 구동 장치는, 청구 범위 제5항에 기재된 바와 같이, 광학 헤드로서, 광학 기록 매체에 조사할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 대물 렌즈와 광학 기록 매체 사이에 개재시키는 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 대물 렌즈와 솔리드 침지 렌즈 사이의 거리를 일정하게 하여 유지하는 유지 부재와, 유지 부재를 레이저 빔의 광축 방향으로 이동시키는 이동 기구를 갖고, 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재를 이용한 것을 구비함과 동시에 도전성 소재와 광학 기록 매체에 의해 형성되는 정전 용량에 기초해서 광축 방향에서의 솔리드 침지 렌즈와 광학 기록 매체 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리 수단을 구비하여, 제어 신호를 기초로 하여 이동 기구에 의해 유지 부재를 이동시키는 것을 특징으로 한다.
광학 기록 매체의 구동 장치로서, 청구 범위 제1항에 기재된 광학 헤드가 설치되는 동시에, 광학 헤드에 형성된 정전 용량을 기초로 하여 솔리드 침지 렌즈·광학 기록 매체 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리 수단이 설치되어 있고, 제어 신호를 기초로 하여 이동 기구로 유지 부재를 이동시킴으로써 에어 갭이 고정밀도로 제어되는 동시에 대물 렌즈·광 디스크 사이의 거리도 고정밀도로 제어되기 때문에, 포커스 서보가 실현된다.
이와 같이, 이 광학 기록 매체의 구동 장치에 따르면, 솔리드 침지 렌즈에 의해 개구 수를 크게 할 수 있고, 또한 에어 갭을 충분히 작게 하는 제어를 정전 용량을 기초로 하여 고정밀도로 행할 수가 할 수 있고, 더구나 하나의 이동 기구 및 정전 용량에 기초하는 1계통의 신호 처리로 포커스 서보를 실현할 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 이동 기구 및 신호 처리를 한층 간략화할 수 있다.
또, 이 광학 기록 매체의 구동 장치의 신호 처리 수단은, 일례로서 청구 범위 제6항에 기재된 바와 같이, 주파수와 위상 중 적어도 어느 한쪽이 정전 용량의 변화에 따라서 변화하는 신호를 발생시키는 수단과, 소정의 기준 신호를 발생시키는 수단과, 이 신호의 주파수와 위상 중 적어도 어느 한쪽을 이 기준 신호와 비교하는 것을 기초로 하여 제어 신호를 생성하는 수단으로 구성되어도 좋다.
이하에는, 상변화형 광 디스크의 구동 장치에 본 발명을 적용한 예에 관해서 설명한다.
도3은 광 디스크 구동 장치의 광학 픽업에 부착된 광학 헤드의 구성예를 도시한다.
광학 헤드(1)는 디스크 구동 장치에 장착된 상변화형 광 디스크(51)에 조사할 레이저 빔(L)을 수속시키는 대물 렌즈(2)와, 광 디스크(51)와 대물 렌즈(2) 사이에 개재되는 솔리드 침지 렌즈(SIL: 3)와, 이들 렌즈(2 및 3)를 일체로 유지하는 렌즈 홀더(4)와, 렌즈 홀더(4)를 이동시키는 전자 작동기(5)(렌즈(2 및 3)의 광축 방향으로 이동시키는 포커스 작동기(5a)와, 광 디스크(51)의 디스크면 방향으로 이동시키는 트래킹 작동기(5b))를 구비하고 있다.
이와 같이, 대물 렌즈(2)와 SIL(3)이 하나의 렌즈 홀더(4)에 일체로 유지되어 있고 렌즈 홀더(4)가 하나의 포커스 작동기(5a)에 의해 광축 방향으로 이동되기 때문에, 대물 렌즈(2)와 SIL(3)이 서로 거리를 일정하게 유지하면서 하나의 포커스 작동기(5a)에 의해 광축 방향으로 이동되도록 되어 있다.
SIL(3)은 구형 렌즈의 일부를 절결한 형상을 한 것(일반적으로, 「초구형 SIL(Super Sphere SIL)」 또는 「극초구형 SIL(Hyper Sphere SIL)」이라고 부르는 것)이며, 구면을 대물 렌즈(2)에 대향시키고 구면과는 반대측의 면(이하 「저면」이라 함)을 광 디스크(51)에 대향시키면서 렌즈 홀더(4)에 유지되어 있다.
SIL(3)은 레이저 빔(L)을 무수차로 수속하도록 (스티그매틱 결상의 조건을 만족하도록) 설계되어 있고, 상기 구형 렌즈의 반경을 r, 구면의 굴절률을 n이라고 하면, 광축 방향 상에서의 SIL(3)의 두께(t)는 다음 수학식 2와 같이 결정된다.
t = r·(1+1／n)
전술한 참고 문헌 2에서는 대물 렌즈(2) 및 SIL(3)로 이루어진 렌즈군의 개구 수(유효 개구 수) NAeff는, 대물 렌즈(2)의 개구 수 NAobj와 굴절률(n)로부터, 다음 수학식 3에 의해 구할 수 있음이 보고되어 있다.
NAeff= n2·NAobj
여기서는, 일례로서 대물 렌즈(2)로서 개구 수가 NAobj= 0.45인 것을 이용하고, SIL(3)로서 굴절률 n = 1.83인 것을 이용한다. 따라서, 수학식 3에 의해 NAeff는 약1.5로 되기 때문에, 레이저 빔(L)의 파장이 예를 들면 640 ㎚인 경우에는 도2를 이용하여 설명한 바와 같은 이유로 레이저 빔(L)의 광축 방향에서의 SIL(3)·광 디스크(51)의 거리(에어 갭)를 최대 100 ㎚ 이내, 바람직하게는 50 ㎚ 정도로 제어하는 것이 필요하다.
도4는 도3의 SIL(3)의 저면의 구조의 상세예를 도시한다. 이 저면은 직경(D)이 1.5 ㎜이며, 중앙부(3a)가 돌출되어 있는 동시에 그 주변부(3b)가 평면으로 되어 있다. 중앙부(3a)의 돌기의 폭(Φ), 높이는 각각 약 40 ㎛, 2 ㎛이다.
주변부(3b)에는, 도전성 소재(일례로서, 알루미늄)로 이루어지는 막(6)이 중앙부(3a)의 돌기의 높이 보다도 충분히 얇게 형성되어 있다. 이에 따라, 알루미늄 막(6)과 광 디스크(51)의 알루미늄제 반사면 사이에 정전 용량이 형성된다.
정전 용량의 값(C)은, 주변부(3b)와 광 디스크(51)와의 대향 면적을 S, 알루미늄 막(6)·광 디스크(51) 사이의 거리를 h라고 하면, 다음 수학식 4에 의해 구해진다.
C = ε0·εr ·S／h
단, ε0는 진공 유전율(8.854×10-12(F/m)), εr는 비유전율(공기 속에서는 거의 1)이다.
면적(S)은 상술한 바와 같이 SIL(3)의 저면의 직경(D)이 1.5 ㎜일 때 약 1.766×10-6㎡가 된다. 또, 거리(h)는 중앙부(3a)가 광 디스크(51)에 접촉할 때 (에어 갭이 0인 때) 최소치인 약 2 ㎛가 되며, 에어 갭이 50 ㎚, 100 ㎚, 200 ㎚로 되었을 때, 각각 약 2.05 ㎛, 2.1 ㎛, 2.2 ㎛가 된다.
따라서, 에어 갭이 0, 50 ㎚, 100 ㎚, 200 ㎚인 때의 정전 용량값(C)은, 수학식 4로부터, 각각 7.82 pF, 7.63 pF, 7.45 pF, 7.11 pF가 된다.
알루미늄 막(6)은, 도3에 도시한 바와 같이, 땜납(7)에 의해 렌즈 홀더(4)와 접합되어 있다. 렌즈 홀더(4)는 도전성 소재(일례로서, 알루미늄)로 구성되어 있다. 이에 따라, 정전 용량값(C)을 도시하는 전압 신호를 렌즈 홀더(4)로부터 취출하는 (즉, 정전 용량값(C)을 렌즈 홀더(4)를 거쳐서 검출하는) 것이 가능하다.
다음에, 도5는 도3의 광학 헤드(1)를 광학 픽업에 부착한 광 디스크 구동 장치의 포커스 서보 및 트래킹 서보용 신호 처리계의 구성예를 도시한다.
이 광 디스크 구동 장치에 장착된 광 디스크(51)는 스핀들 모터(11)에 의해 CAV(각속도 일정 기록) 방식으로 회전 구동된다.
광 디스크(51)에 대하여, 광학 픽업(12) 및 광학 헤드(1)에 의해, 후술하는 바와 같이 파장 640 ㎚의 레이저 빔이 조사됨으로써 정보의 기록 및 재생이 행하여진다.
포커스 서보용 신호 처리계는 다음과 같이 구성되어 있다.
광학 헤드(1)의 렌즈 홀더(4, 도3)로부터 취출된 정전 용량값(C)을 표시하는 전압 신호가 VCO(전압 제어 발진기: 13)에 공급된다.
VCO(13)는 LC 발진기로 이루어져 있고, 전압 신호가 표시하는 정전 용량값(C)과 VCO(13) 내부의 일정치의 인덕턴스(L)를 기초로 하여, 다음 수학식 5에 도시한 것 같은 발진 주파수(f)의 신호를 출력한다.
f = 1/2π√LC
여기서는, 일례로서, VCO(13) 내부의 인덕턴스를 L = 100 μH라 한다.
따라서, 에어 갭이 0, 50 ㎚, 100 ㎚, 200 ㎚인 때, 앞에서 나온 수학식 4로부터 정전 용량값(C)이 각각 7.82 pF, 7.63 pF, 7.45 pF, 7.11 pF가 되기 때문에, 수학식 5로부터 VCO(13)의 발진 주파수(f)는 각각 5.69 MHz, 5.76 MHz, 5.83 MHz, 5.97 MHz가 된다.
VCO(13)의 출력 신호는 VCXO(전압 제어 발진기: 14)로부터 출력되는 기준 주파수 5.76 MHz(즉, 에어 갭이 50㎚인 때의 VCO(13)의 발진 주파수(f)와 동일한 주파수)의 신호와 같이, 주파수 위상 비교기로서의 PLL(위상 고정 루프, phase-locked loop: 15)에 공급된다.
PLL(15)은 VCO(13)의 출력 신호의 주파수 및 위상과 VCXO(14)의 출력 신호의 주파수 및 위상을 비교하여, 양자의 주파수 및 위상의 오차에 따른 신호를 출력한다.
PLL(15)의 출력 신호는 위상 보상 회로(16)에 의해 위상 보상되고 증폭기(17)로 증폭된 후, 광학 헤드(1)의 전자 작동기(5) 중의 포커스 작동기(5a)에 에어 갭을 제어하는 제어 신호로서 공급된다.
포커스 작동기(5a)가 이 제어 신호에 따라서 렌즈 홀더(4)를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 에어 갭이 50 ㎚로 제어되는 동시에 대물 렌즈(3)·광 디스크(51) 사이의 거리도 일정하게 제어되기 때문에, 포커스 서보가 실현된다.
한편, 트래킹 서보용 신호 처리계는 다음과 같이 구성되어 있다.
도6은 광학 픽업(12)의 구성예를 도시하고 있고, 반도체 레이저(31)로부터 출사된 파장 640 ㎚의 직선 편광의 레이저 빔(L)이 시준 렌즈(32)에 의해 평행광이 되고 회절 격자(33)에 의해 메인 비임(0차광)과 사이드 빔(±1차광)으로 분리되고 1/2 파장판(34)에 의해 편광면이 회전된 후, 편광 빔 분할기(35)로 입사된다.
입사된 빔은 대부분이 편광 빔 분할기(35)를 통과하여 1/4 파장판(36)에 의해 원편광되어 광학 헤드(1)의 대물 렌즈(2) 및 SIL(3, 도3)에 의해 수속되어 광 디스크(51)의 신호 기록면에 조사된다.
또, 입사된 빔의 일부는 빔 분할기(35)에 의해 반사되어 집광 렌즈(39)를 지나서 레이저 빔 강도 모니터용 광 검출기(40)로 입사된다.
광 디스크(51)의 신호 기록면에서 반사된 레이저 빔은 광학 헤드(1)를 지나서 1/4 파장판(36)에 의해 최초와 직교하는 직선 편광이 되어 빔 분할기(35)에 의해 반사되고 집광 렌즈(37)를 지나서 트래킹 에러 신호 및 RF 신호 검출용 광 검출기(38)로 입사된다.
광 검출기(38)는, 도7에 도시한 바와 같이, 중앙부에 메인 비임 수광용 4분할 수광 소자(포토 다이오드: 38A 내지 38D)가 배치되고, 그 양측에 사이드 빔 수광용 2분할 수광 소자(38E 및 38F, 38G 및 38H)가 배치된 8분할의 광 검출기이다.
광 검출기(38)의 각 수광 소자(38A 내지 38H)의 출력 신호(A 내지 H)는, 도5에 도시한 바와 같이, 헤드 증폭기(18)에 의해 증폭된 후 트래킹 매트릭스 회로(19)로 공급된다.
트래킹 매트릭스 회로(19)는 출력 신호(A 내지 H)를 기초로 하여 다음 수학식 6의 계산을 행함으로써 트래킹 에러 신호(TE)를 생성한다.
TE = (A + D) - (B + C) + k·{(E - F) + (G - H)}
단, k는 정수이다.
또, 광 검출기(38)의 각 수광 소자(38A 내지 38D)의 출력 신호(A 내지 D)는 헤드 증폭기(18)로 증폭된 후 광 디스크 구동 장치의 재생 신호 처리계(도시되지 않음)에도 보내지고, 재생 신호 처리계에서 다음 수학식 7의 계산을 행함으로써 재생 신호(RF)가 생성된다.
RF = A + B + C + D
트래킹 에러 신호(TE)는 위상 보상 회로(20)에 의해 위상 보상되고 증폭기(21)로 증폭된 후, 광학 헤드(1)의 전자 작동기(5)의 트래킹 작동기(5b)에 공급된다.
트래킹 작동기(5b)가 트래킹 에러 신호(TE)에 따라서 렌즈 홀더(4)를 광 디스크(51)의 디스크면 방향으로 이동시킴으로써, 트래킹 서보가 실현되는 이들 포커스 서보 및 트래킹 서보는 CPU(22)의 제어를 기초로 행해진다.
또한, 광학 픽업(12)의 모니터용 광 검출기(40, 도6)의 출력 신호가 APC(자동 파워 컨트롤) 회로(23)에 공급되고, CPU(22)의 제어 하에서 이 APC 회로(23)에 의해 광 검출기(40)의 출력 신호의 값이 소정의 기준치(기록 모드에서의 기준치와 재생 모드에서의 기준치의 두 가지가 존재함)와 일치하도록 광학 픽업(12)의 반도체 레이저(31, 도6)의 출력 레벨이 조정된다.
이상과 같이, 이러한 광 디스크 구동 장치에 따르면, 솔리드 침지 렌즈를 이용함으로써 개구 수가 약 1.5로 되고, 또한 에어 갭을 50 ㎚(광 디스크(51)의 신호 기록면에 조사되는 레이저 빔의 강도의 저하를 초래하지 않는 크기)로 하는 제어가 정전 용량을 기초로 하여 고정밀도로 행해진다.
또한, 이러한 광 디스크 구동 장치에 따르면, 하나의 포커스 작동기(5a, 도3)에 의해 포커스 서보가 실현되기 때문에, 포커스 작동기로서, 솔리드 침지 렌즈를 유지하는 홀더를 이동시키는 작동기와, 대물 렌즈를 유지한 홀더를 이동시키는 작동기의 두 개의 작동기를 필요로 하는 경우와 비교하여 포커스 작동기가 한층 간략화되어 있다.
또한, 정전 용량을 기초로 한 VCO(13) 내지 증폭기(17, 도5)에서의 1계통의 신호 처리로 포커스 서보가 실현되기 때문에, 포커스 서보를 위한 신호 처리로서 정전 용량을 기초로 하여 에어 갭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리와, 대물 렌즈·광 디스크 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리(예를 들면, 광 디스크로 반사된 레이저 빔을 수광한 광 검출기의 출력 신호의 매트릭스 처리)의 2계통의 신호 처리를 필요로 하는 경우와 비교하여 포커스 서보를 위한 신호 처리도 한층 간략화되어 있다.
또한, 도4에 도시한 바와 같이, SIL(3)의 저면에 알루미늄 막(6)을 형성함으로써 SIL(3) 자체와 광 디스크(51) 사이에 정전 용량을 형성하고 있으므로, 예를 들면 렌즈 홀더(4)와 광 디스크(51) 사이에 정전 용량을 형성하는 경우와 비교하여 알루미늄 막(6)과 광 디스크(51) 사이의 거리가 작아짐으로써 정전 용량값(C)이 커지므로, 정전 용량을 기초로 한 포커스 서보용 제어 신호의 생성을 한층 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, SIL(3)의 저면의 중앙부(3a)를 돌출시키고 그 주변부(3b)에 이 돌기의 높이보다도 얇게 알루미늄 막(6)을 형성하였으므로, 중앙부(3a)를 기준으로 하여 에어 갭을 제어할 때 알루미늄 막(6)이 중앙부(3a) 보다도 광 디스크(51)에 근접하여 접촉하지 않는다.
또한, SIL(3)의 저면의 중앙부(3a)가 돌출되어 있는 만큼 광학 헤드(1)의 그 밖의 부분이 광 디스크(51)에 대하여 후퇴되어 있으므로, 광학 헤드(1) 전체가 광 디스크(51)에 대하여 기울어진 경우에도 광학 헤드(1)가 광 디스크(51)에 접촉할 우려가 적다.
또한, 도3에 도시한 바와 같이, 알루미늄 막(6)과 알루미늄제 렌즈 홀더(4)를 전기적으로 접속시키고, 렌즈 홀더(4)를 거쳐서 정전 용량값(C)을 검출할 수 있도록 되어 있으므로, 정전 용량값(C)의 검출을 용이하게 행할 수 있다.
또, 이상의 예로서는, 광학 헤드(1)에, 광 디스크에 조사시켜야 할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 대물 렌즈와 광 디스크 사이에 개재되는 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단으로서 각각 대물 렌즈(2)와 SIL(3)의 두 개의 렌즈가 설치되어 있다.
그러나, 이에 제한되지 않고, 대물 렌즈의 기능과 솔리드 침지 렌즈의 기능을 더불어 갖는 단일의 광학 소자를 광학 헤드에 설치하여도 좋다.
그러한 단일의 광학 소자로서는, 1998년 아스펜(Aspen)사에서 발간된 『광학 데이터 저장 요론(Digest of Optical Data Storage)』의 137 내지 139 페이지에 게재된 이철우(Chul Woo Lee) 등의 논문「반사굴절 광학 시스템을 이용한 근접장 광학 메모리의 유연성 연구(Feasibility study on near field optical memory using a catadioptric optical system)」에 기재되어 있는 반사형 집광 소자를 예를 들 수 있다.
또는, 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단으로서, 3개 이상의 광학 소자를 광학 헤드에 설치하여도 좋고, 홀로그램 소자를 광학 헤드에 설치하도록 하더라도 좋다.
또한, 이상의 예로서는, 상변화형 광 디스크의 구동 장치에 본 발명을 적용하고 있지만, 광자기 디스크의 구동 장치, 재생전용의 광 디스크의 구동 장치, 또는 광 디스크이외의 광학 기록 매체(예를 들면, 광 카드)의 구동 장치에도 본 발명을 적용하여도 좋다.
또한, 본 발명은 이상의 예에 제한되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서 기타 여러 가지 구성을 가질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 광학 헤드에 따르면, 솔리드 침지 렌즈에 의해 개구 수를 크게 (예를 들면, 1을 넘도록) 할 수 있고, 또한 에어 갭을 충분히 작게 (예를 들면, 100 ㎚ 이내로) 하는 제어를 정전 용량을 기초로 하여 고정밀도로 행할 수가 할 수 있고, 더구나 하나의 이동 기구(작동기)로 포커스 서보를 실현할 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 이동 기구를 한층 간략화할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 광학 기록 매체의 구동 장치의 포커스 서보계 측에도, 정전 용량을 기초로 한 1계통의 신호 처리로 포커스 서보를 실현시킬 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 신호 처리를 한층 간략화시키는 것도 가능한 효과가 얻어진다.
또, 솔리드 침지 렌즈의 광학 기록 매체와의 대향면의 중앙부를 돌출시킴과 동시에 그 주변부를 평면으로 하고, 이 주변부에 도전성 소재로 이루어지는 막을 형성함으로써, 솔리드 침지 렌즈 자체와 광학 기록 매체 사이에 정전 용량을 형성하도록 한 경우에는, 예를 들면 유지 부재와 광학 기록 매체 사이에 정전 용량을 형성하는 경우와 비교하여 도전성 소재와 광학 기록 매체 사이의 거리를 작게 함으로써 정전 용량값을 크게 할 수 있기 때문에 정전 용량을 기초로 한 제어 신호의 생성을 한층 고정밀도로 행할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 이 대향면의 중앙부가 돌출되어 있는 만큼 광학 헤드의 그 밖의 부분이 광학 기록 매체에 대하여 후퇴되므로, 광학 헤드 전체가 광학 기록 매체에 대하여 기울어진 경우에도 광학 헤드가 광학 기록 매체에 접촉할 우려가 적어지는 효과가 얻어진다.
또, 솔리드 침지 렌즈의 주변부의 도전성 막과 도전성 소재를 이용한 유지 부재가 전기적으로 접속되도록 한 경우에는, 유지 부재를 거쳐서 정전 용량값을 검출할 수 있기 때문에 정전 용량값의 검출을 용이하게 행할 수 있는 효과가 얻어진다.
다음에, 본 발명에 관한 광학 기록 매체의 구동 장치에 따르면, 솔리드 침지 렌즈에 의해 개구 수를 크게 할 수 있고, 또 에어 갭을 충분히 작게 하는 제어를 정전 용량을 기초로 하여 고정밀도로 행할 수가 할 수 있고, 더구나 하나의 이동 기구 및 정전 용량을 기초로 하는 1계통의 신호 처리로 포커스 서보를 실현할 수 있기 때문에, 포커스 서보를 위한 이동 기구 및 신호 처리를 한층 간략화할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (8)

  1. 도전성 재료를 포함하는 광학 기록 매체에 조사할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과,
    상기 대물 렌즈와 상기 광학 기록 매체 사이에 개재되는 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과,
    상기 대물 렌즈와 상기 솔리드 침지 렌즈 사이의 거리를 일정하게 하여 유지하는 유지 부재와,
    상기 유지 부재를 상기 레이저 빔의 광축 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하고,
    상기 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재가 이용되는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔리드 침지 렌즈의 상기 광학 기록 매체에 대향하는 면은 중앙부가 돌출되어 있는 동시에 그 주변부가 평면이며, 상기 주변부에 상기 도전성 소재로 이루어진 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유지 부재에 도전성 소재가 이용되고 있고, 상기 주변부에 형성된 상기 막이 상기 유지 부재와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  4. 제1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물 렌즈 및 상기 솔리드 침지 렌즈로 이루어진 렌즈군의 개구 수가 1을 넘는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  5. 도전성 재료를 포함하는 광학 기록 매체를 구동하여 상기 광학 기록 매체로의 정보의 기록과 상기 광학 기록 매체로부터의 정보의 재생 중 적어도 어느 한쪽을 행하는 구동 장치에 있어서,
    상기 광학 기록 매체에 조사할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 상기 대물 렌즈와 상기 광학 기록 매체 사이에 개재되는 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단과, 상기 대물 렌즈와 상기 솔리드 침지 렌즈와 사이의 거리를 일정하게 하여 유지한 유지 부재와, 상기 유지 부재를 상기 레이저 빔의 광축 방향으로 이동시키는 이동 기구를 갖는, 상기 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재가 이용된 광학 헤드와,
    상기 도전성 소재와 상기 광학 기록 매체에 의해 형성되는 정전 용량을 기초로 하여, 상기 광축 방향에서 상기 솔리드 침지 렌즈와 상기 광학 기록 매체 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 제어 신호를 기초로 하여 상기 이동 기구로 상기 유지 부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체의 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은, 주파수와 위상의 적어도 어느 한쪽이 상기 정전 용량의 변화에 따라서 변화하는 신호를 발생시키는 수단과, 소정의 기준 신호를 발생시키는 수단과, 상기 신호의 주파수와 위상의 적어도 어느 한쪽을 상기 기준 신호와 비교하는 것을 기초로 하여 상기 제어 신호를 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체의 구동 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 대물 렌즈 및 상기 솔리드 침지 렌즈로 이루어진 렌즈군의 개구 수가 1을 넘고,
    상기 신호 처리 수단은 상기 거리를 100 ㎚ 이내로 제어하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체의 구동 장치.
  8. 도전성 재료를 포함하는 광학 기록 매체와, 상기 광학 기록 매체에 조사할 레이저 빔을 수속시키는 대물 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단 사이에, 솔리드 침지 렌즈의 기능을 갖는 광학 수단을 개재시킨 광학 헤드 내에서, 상기 광학 기록 매체와 상기 솔리드 침지 렌즈와 사이의 에어 갭의 제어 방법에 있어서,
    상기 대물 렌즈와 상기 솔리드 침지 렌즈를 하나의 유지 부재에 일체로 유지함과 동시에 상기 광학 기록 매체에 대향하는 면에 도전성 소재를 이용한 광학 헤드를 설치하는 단계와,
    상기 도전성 소재와 상기 광학 기록 매체에 의해 형성되는 정전 용량을 기초로 하여, 상기 레이저 빔의 광축 방향에서 상기 솔리드 침지 렌즈와 상기 광학 기록 매체 사이의 거리를 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제어 신호를 기초로 하여 상기 유지 부재를 상기 광축 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 갭의 제어 방법.
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