KR20010071420A - 디스크 드라이브를 위한 광 스위치 - Google Patents

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Abstract

광 디스크 드라이브(10)는 축에 대해 회전 가능하게 지지된 다수의 광 디스크를 구비한다. 상기 디스크 드라이브는 광 빔을 다수의 판독/기록 헤드 부재(16)로 향하도록 그 방위를 변경하는 적어도 하나의 이동 미러(24, 26)를 구비한 스위칭 장치를 포함한다. 각 헤드 부재는 광 디스크로 광 빔을 지시하기 위한 헤드 미러(30) 및 판독/기록 대물 렌즈(32)를 구비한다.

Description

디스크 드라이브를 위한 광 스위치{OPTICAL SWITCH FOR DISK DRIVE}
회전 가능하게 장착된 스핀들(spindle) 상에 로드되는 다수의 광 디스크와 함께 사용하기 위해 다양한 광 디스크 드라이브 시스템이 제안되고 있고, 이러한 시스템은 그들의 대용량 저장 능력으로 인해 점점 대중화되고 있다. 통상의 광 디스크 드라이브 시스템은 하나 또는 그 이상의 레이저 광원(laser source)을 이용하여 광 디스크의 선택된 트랙 상으로 레이저 빔(laser beam)을 전달한다. 판독 애플리케이션(reading application)에서, 광 디스크의 표면으로부터 반사된 빔은 신호 검출기(signal detector)에 의해 모니터되어 디스크의 기록 표면(recording surface) 상에 저장되는 정보를 재구성하게 된다.
현존하는 다수의 디스크 드라이브 시스템 중 일부는 레이저 빔을 각 반사 디스크 표면(reflective disk surface)에 전달하기 위해 드라이브 내에서 물리적으로 이동하는 엘리베이터 캐리지(elevator carriage) 상에 장착된 단일 헤드어셈블리(single head assembly)를 사용한다. 현존하는 다수의 디스크 드라이브 시스템 중 일부는 다수의 헤드 어셈블리 시스템을 사용하는데, 여기서 하나의 헤드 어셈블리는 광 디스크의 각 반사면에 할당된다. 미국 특허 번호 5,153,870(Lee et al.)에서 기술된 바와 같은 그 외의 것들은, 레이저 광원으로부터의 레이저 빔을 몇몇 광 디스크 중의 하나로 분배하기 위해 제거 가능한 인덱스 정합 유체(removable index matching fluid)를 이용하여 광학적으로 스위칭할 수 있는 리플렉터(reflector)를 채택한 회전 헤드 액츄에이터(rotary head actuator)를 제공한다.
이러한 종래 기술에 따른 기억 장치는 많은 단점을 가진다. 예를 들어, 주지된 기억 장치 중 일부에 관련된 문제점의 하나는 광 디스크 간의 레이저 빔의 위치 설정(positioning) 동안에 추가적인 액세스 시간이 요구된다는 것이다. 이러한 문제점은 요구된 데이터가 다수의 디스크 표면들 사이에 흩어져 있을 때 보다 많이 발생한다. 일부 기억 장치는, 각 헤드 어셈블리가 레이저 빔 소스, 검출기, 미러(mirror) 및 렌즈를 포함하는 복잡한 광학 헤드 소자 집합을 포함하기 때문에, 그 제조 비용이 비싸고 작은 케이스 안에 적용시키기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 일반적으로 광 스위칭 장치(optical switching apparatus)에 관한 것으로, 특히 광 디스크 드라이브 시스템을 위한 광 스위칭 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 원리에 따른 광 스위칭 장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도.
도2는 두 개의 광 디스크 사이에 위치한 판독/기록 헤드의 확대 입면도로써, 도시된 미러는 광 빔을 각 렌즈로 반사시키도록 배치되고, 이를 통해 광 빔이 각 디스크 상에 집속됨.
도3은 광 디스크에 대해 위치한 R/W 대물 렌즈의 확대 입면도로써, R/W 대물 렌즈의 구형의 초점 평면을 도시함.
도4는 다양한 포커스 조건의 범위를 나타내는 포커스 서클에 관련된 광 디스크 표면 상의 트랙 부분을 도시한 평면도.
도5는 제1 및 제2 이동 미러에 의해 유도되고 고정 미러 및 헤드 미러 중 선택된 하나에 의해 반사되어 R/W 대물 렌즈 안으로 향하는 광 빔의 사시도.
도6은 본 발명의 광학을 도시한 도면.
도7은 디스크 표면에 대해 직각인 광학 경로에서 광 빔을 집속하는 R/W 대물 렌즈의 확대 입면도.
도8은 디스크에 대해 약간 기울어진 R/W 대물 렌즈의 확대 입면도.
도9는 본 발명의 광학을 도시한 도면.
도10은 본 발명의 미러의 방위 상에 피드백을 제공하는 제어 시스템의 사시도.
도11은 광 디스크에 대한 헤드 부재의 사시도로써, 헤드 미러의 각도가 변경됨에 따라 디스크 표면 상에 집속된 광 빔의 효과를 도시함.
도12는 본 발명에 따른 접을 수 있는 미러의 입면도.
도13은 도12의 접을 수 있는 미러의 상면도.
발명의 요약
발명자는 광 디스크 드라이브와 같은 광학 장치의 동작은, 하나 또는 그 이상의 이동 미러(movable mirror)를 결합함으로써, 적어도 하나의 광원(lightsource)으로부터의 레이저 빔을 광 기억 장치(optical storage device)의 판독/기록 헤드와 같은 다수의 출력 중의 하나로 동작 가능하게 스위칭되도록 보다 강화될 수 있음을 인정하고 있다.
본 발명은 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔(light beam)을 다수의 출력으로 선택적으로 향하게 하기 위한 장치 및 그에 따른 방법이 제시된다. 빔-조향 장치(beam-directing apparatus)는 선택된 광학 경로(optical path)에서 광 빔을 조향하기 위해 그 방위(orientation)를 변경시킬 수 있는 반사면을 구비한 적어도 하나의 이동 미러를 사용한다. 바람직한 실시예에서, 상기 빔-조향 장치는 두 개의 이동 미러를 사용하는데, 여기서 각 이동 미러는 상기 광 빔을 출력 중의 하나로 선택적으로 유도(guide)하기 위해 적어도 하나의 피벗축(pivot axis)에 대해 회전 가능하다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 빔-조향 장치는 레이저 모듈로부터의 광 빔은 선택된 광 디스크 표면으로 선택적으로 연결하기 위해 광 디스크 드라이브와 같이 사용된다. 바람직한 실시예에서, 빔-조향 장치는 고정 미러(stationary mirror)와 함께 두 개의 이동 미러를 사용한다. 각 이동 미러는 광 빔을 고정 미러 중의 하나로 유도하기 위해 적어도 하나의 피벗축에 대해 회전할 수 있다. 본 발명에 따르면, 광 디스크 드라이브는 스핀들에 대해 회전 가능하도록 지지된 광 디스크로부터 광학적으로 정보를 판독하고 및/또는 광 디스크 상에 광학적으로 정보를 기록하기 위해 다수의 광 디스크 표면 가까이에 위치하는 다수의 헤드 부재(head member)를 구비한다. 이 헤드 부재는 빔-조향 장치로부터의 광 빔을 수신하여, 디스크의 선택된 트랙 상에 상기 수신된 광 빔을 집속하도록 적어도 하나의 헤드 미러(head mirror) 및 R/W 대물 렌즈(Read/Write objective lens) 집합을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 모든 적당한 형태의 하나 또는 그 이상의 이동 미러는, 광 디스크 드라이브에 의해 요구되는 바와 같이, 광 빔을 정확한 광학 경로를 따라 빠르고 정확하게 유도될 수 있도록 하기 위해 광 스위칭 장치에서 사용된다. 이 이동 미러는 적어도 하나의 피벗축에 대해, 보다 바람직하게는 두 개의 피벗축에 대해 조정 가능한 이동 반사면을 포함할 수 있다. 이 이동 미러는 하나 또는 두 개의 피벗축에서 반사면의 방위를 정확하게 제어하기 위한 제어 메커니즘(control mechanism)에 결합된다. 프로세서는 상이한 광학 판독/기록 헤드 부재 사이에 레이저 빔의 광학 경로를 선택적으로 스위칭하도록 그 움직임을 조정하기 위해 상기 이동 미러의 제어 메커니즘에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 헤드 부재의 하나에 각각 연관된 다수의 고정 미러(stationary mirror)가 제공된다. 이 고정 미러는 광 빔을 제2 이동 미러로부터 각각의 헤드 부재로 굴절시키기 위해 기 설정된 피벗 각도로 향한 반사면을 구비한다. 여기서 "고정(stationary)"이라고 나타내었지만, 이러한 미러는 액츄에이터 암(arm)에 장착되어 이동할 수 있지만, 그 장착에 대해서는 고정된다.
판독 및 기록 동작은 이러한 광 디스크에 연관된 판독/기록 헤드를 그의 특정한 목표 트랙 영역으로 먼저 이동시킴으로써 실행된다. 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔은 제1 및 제2 이동 미러에 의해 고정 미러 중의 하나로 반사된다. 프로세서는 광 빔을 선택된 고정 미러 상의 특정 지점으로 정확하게 유도하기 위해 제1 및 제2 이동 미러의 움직임을 제어함으로써, 고정 미러로부터의 빔은 헤드 미러에 의해 굴절되어 선택된 광 디스크에 결합된 R/W 대물 렌즈의 중앙으로 유도된다. 광 디스크의 표면으로부터 반사된 빔은 신호 검출기에 의해 감시되어 디스크의 기록 표면 상에 저장되는 정보를 재구성하게 된다.
본 발명의 일 양태에서, 광 스위칭 장치는 이동 미러의 위치를 감시하기 위한 피드백 메커니즘(feedback mechanism)을 포함한다. 이 피드백 메커니즘은 예비의 광 빔을 생성하기 위한 예비 광원, 및 그 위치를 정확하게 결정하기 위해 상기 이동 미러로부터 굴절된 예비 광 빔을 검출하기 위한 위치 감지 검출기(position sensitive detector)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광 디스크 드라이브는 빔-조향 장치의 동작을 제어하기 위해 빔-조향 장치와 같이 사용되는 제어 메커니즘에 제공된다. 빔-조향 장치는 두 개의 이동 미러를 포함할 수 있는데, 이것의 방위는 제어 메커니즘에 의해 정확하게 제어된다. 제어 메커니즘과 함께 이동 미러는 광 빔을 선택된 광원으로부터 정확한 광학 경로로 빠르고 정확하게 유도할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 광 디스크 드라이브는 광 디스크 표면상에 반사되는 빔의 사이즈가 빔-조향 장치에 의해 제어 가능하도록 제공된다. 광 디스크 표면상의 빔의 집속(focusing)은, 제1 이동 미러로 제2 이동 미러 상에 충돌하는 레이저 빔의 위치를 제어함으로써 수행되는 두 이동 미러의 사용에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 관련 양태에서, 광 디스크 표면상에서의 빔의 트래킹(tracking)은또한 제1 이동 미러로 제2 이동 미러 상에 충돌하는 레이저 빔의 위치를 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는 이동 미러가 제공된다. 이 이동 미러는 적어도 하나의 피벗축에 대해 회전 가능한 리플렉터를 포함한다. 이 리플렉터는, 액츄에이터가 리플렉터 쪽으로 또는 리플렉터로부터 멀리 움직임에 따라 리플렉터가 두 방향의 어느 쪽에서든 피벗축에 대해 회전하도록 하기 위해, 지지 표면 및 적어도 하나의 액츄에이터 사이에 조정 가능하도록 지지된다. 이 이동 미러는, 포커싱 및 트래킹 필요성에 대해 요구되는 바와 같이, 그 리플렉터의 방위를 조정할 수 있도록 하기 위하여 판독/기록 헤드 부재 내에서 사용될 수 있다.
광 기억 장치는 다수의 광 디스크로부터 광학적으로 정보를 판독하고, 광 디스크 상에 광학적으로 정보를 기록하기 위해 사용된다. 본 발명은 적어도 하나의 이동 미러, 바람직하게는 두 개의 이동 미러를 사용하여, 하나 또는 그 이상의 광원으로부터의 광 빔을 광 디스크 중의 하나로 선택적으로 유도한다.
도1을 참조하여, 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브를 위한 광 스위칭 장치가 설명된다. 일반적으로 광 디스크 드라이브(10)는 레이저 빔(14)을 생성하기 위해 필요한 레이저 광원 및 그 밖의 소자를 구비한 레이저 모듈(12)과 같은 하나 또는 그 이상의 광원을 포함한다. 본 발명의 광 스위칭 장치는 어떤 수의 레이저 모듈(12)이라도 사용할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 각 레이저 광원이 서로 상이한 광학 특성을 갖는 하나 이상의 레이저 광원을 사용하기 위한 필요성이 증가할 수 있다. 예를 들어, 하나의 레이저 광원은 기록 동작을 위해 특별히 구성되고, 다른 레이저 광원은 판독 동작을 위해 구성될 수 있다.
광 디스크 드라이브(10)는 다수의 판독/기록(R/W) 헤드 부재(16)를 포함하는데, 이것의 각각은 광 디스크(18)의 적어도 하나의 표면에 결합된다. 광 디스크(18)는 서로에 대해 축 방향으로 이격 배치되고, 드라이브 모터(22)를 이용하여 회전 가능한 스핀들(20)에 지지된다. 광 디스크(18)는 하나 또는 두 개의 기록 가능한 면을 구비할 수 있다. 정보 또는 데이터는 광 디스크의 반사면(reflective surface) 상에 형성된 트랙에 저장된다. 판독/기록 헤드 부재는 광 디스크의 선택된 트랙 영역에 대해 디스크를 가로질러 방사형으로(radially), 예를 들어 디스크에 대해 선형적(linearly) 또는 활 형태로(arcuately) 움직일 수 있다.
도시된 광 스위칭 장치는 레이저 모듈(12) 중 하나로부터의 레이저 빔을 선택된 헤드 부재(16)로 선택적으로 연결시키기 위한 제1 및 제2 이동 미러(24, 26)를 포함한다. 이 광학 경로는 레이저 모듈 중 하나에서 시작된다. 상기 레이저 모듈 중 하나에 의해 방사된 광 빔(14)은 제1 이동 미러(24) 상에 충돌한다. 제1 이동 미러(24)의 각도는 레이저 모듈간에 스위칭하기 위해 변경될 수 있다. 제1 이동 미러(24)는 광원으로부터의 광 빔을 제2 이동 미러(26) 상의 특정 위치로 유도한다. 이 특정 위치는 후술되는 것과 같이 변경될 수 있다. 빔이 제2 이동 미러(26)에 도달하면, 이 빔은 고정 미러(28) 중 하나로 조향(directing)된다. 제1 및 제2 이동 미러(24, 26)의 위치는 하나의 광 디스크로부터의 광 빔을 다른 광 디스크로 스위칭할 수 있도록 정확하게 조정된다.
상기 이동 미러(24, 26)는 적어도 하나의 피벗(pivot axis)축, 바람직하게는 두 피벗축에 대해 조정 가능한 반사면을 구비한다. 이 반사면의 방위는 제어 메커니즘(control mechanism)에 의해 제어된다. 이 제어 메커니즘은 하나 또는 양쪽 피벗축에서 반사면의 회전 정도를 정확히 제어한다. 제1 및 제2 이동 미러의 움직임은 프로세서에 의해 상이한 광 디스크 사이에 광 빔의 방향을 선택적으로 스위칭하도록 조정된다. 상기 이동 미러는 광 빔을 광 디스크 드라이브에서 요구되는 것과 같은 정확한 위치로 빠르고 정확하게 유도하는데 적합한 어떠한 형태의 미러도 가능하다. 예를 들어, 상기 이동 미러는, 여기서 참조로 제시된 1999년 6월 5일에 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 60/088,239 에서 기술된 바와 같은 광 스위칭 미러 장치일 수 있다.
또한, 도시된 광 스위칭 장치에는 다수의 고정 미러(28)가 포함된다. 각 고정 미러는 R/W 헤드 부재(16)에 결합된다. 고정 미러(28)는 각각 기 설정된 피벗 각도로 방향된 반사면을 구비하여, 제2 이동 미러(26)로부터의 광 빔을 각각의 헤드 부재(16)로 굴절시킨다. 사용 중에 상기 제2 이동 미러(26)는 광 빔을 고정 미러(28) 중 하나로 조준한다. 그리고 나서, 이 고정 미러는 이것에 도달한 빔을 각각 R/W 헤드 부재(16)로 반사한다. 고정 미러(18)의 위치는 레이저 광원(12)으로부터 R/W 헤드(16)로의 광학 경로의 길이를 가능한 한 일정하게 유지시키기 위한 방식으로 선택된다.
도2를 참조하면, 판독/기록 헤드(16)는 고정 미러 중 하나로부터 광 빔(34)을 수신하기 위해 적어도 하나의 헤드 미러(30)를 포함한다. R/W 대물 렌즈(objective lens)(32)는 헤드 미러에 의해 반사된 빔을 광학 매체(optical media)(18)의 선택된 트랙 상에 집속(focusing)시키기 위해 헤드 미러(30)와 해당 디스크 표면(36) 사이에 위치한다. 상기 빔은 R/W 대물 렌즈(32)의 중앙으로 조준되는 것이 바람직하고, 상기 빔이 R/W 대물 렌즈를 관통할 때의 빔의 각도는 후술되는 바와 같은 포커싱(focusing) 및 트래킹(tracking) 동작을 결정할 것이다. 광 디스크(18)의 표면으로부터 반사된 빔은 신호 검출기에 의해 모니터되어 디스크의 기록 표면 상에 저장된 정보를 재구성한다.
각 판독/기록 헤드(16)는 하나 또는 두 개의 헤드 미러 및 R/W 대물 렌즈의 집합을 포함할 수 있다. 하나의 집합은 하나의 표면 상에서 판독/기록 동작을 가능하게 하고, 두 개의 집합은 두 개의 표면, 예를 들어 R/W 헤드 위의 하나의 표면 및 R/W 헤드 아래의 다른 하나의 표면 상에서 판독/기록 동작을 가능하게 할 것이다. 도1 및 도2를 참조하여 나타낸 바와 같이, 인접한 두 개의 광 디스크(18) 사이에 위치한 판독/기록 헤드(16)는 두 개의 헤드 미러 집합 및 R/W 대물 렌즈를 구비한다. 이러한 판독/기록 헤드는 인접한 디스크의 마주보는 두 면, 예를 들어 디스크 위의 바닥면 및 디스크 아래의 윗면의 데이터를 판독/기록할 수 있다. 고정 미러(28) 중 하나로부터 입사되는 빔은 광학 플래터(optical platter)(18) 중 하나에 판독/기록 동작을 수행하기 위하여 헤드 미러(16) 중 하나로 향하게 된다. 동일한 R/W 헤드 부재(16) 내의 두 개의 R/W 대물 렌즈(32)로 빔을 조준하기 위한 하나의 고정 미러(28)의 사용은 두 배 이상만큼 제2 액티브 미러(26)의 크기를 증가시키도록 요구된다는 것을 주목해야 한다. 이러한 상황을 피하기 위하여, 각각의 R/W 대물 렌즈에 할당되는 개별 고정 미러를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
공통 렌즈의 초점 평면(focal plane)(38)은 도3에 도시된 바와 같이, 평평하지 않고 구형(spherical)이다. 상기 R/W 대물 렌즈(40)의 구형 초점 평면(38)은 빔을 광학 플래터(18) 상에 집속시키기 위해 사용될 수 있다. 도4에서는 렌즈 입장에서의 플래터 표면의 시점이 도시된다. 원(42)은 대응 렌즈의 광 디스크 표면의 상이한 위치에 대한 최적의 포커스(focus) 윤곽을 나타낸다. 작은 호(44)는 광학 플래터 상의 상이한 R/W 트랙들이다. 하이라이트 영역은 포커스 조건의 범위 안에서 각각의 트랙에 도달하는데 유용하다. 광 빔을 상이한 방향에서 렌즈에 도달하도록 만듦으로써 이 영역 내의 상이한 지점에 도달하는 것이 가능하다.
도5는 R/W 대물 렌즈(32)로의 광 빔의 조향을 보다 잘 설명하기 위해 도시된다. 여기서, 제2 이동 미러(26)는 고정 미러(28)가 상을 맺어 42로 표시된 것과 같이 나타난다. R/W 대물 렌즈(32)는 헤드 미러(30)에 의해 상을 맺어 44로 표시된 것과 같이 나타난다. 단지 하나의 광학 플래터(18)는 46으로 표시된 그것의 상(image)으로 나타난다. 숫자 41은 고정 미러(28)의 수평면을 나타내고, 숫자 43은 고정 미러(28)에 대한 법선(normal)을 나타내며, 숫자 45는 헤드 미러(30)의 수평면을 나타낸다. 도5에 도시된 바와 같이, 제2 이동 미러(26) 상에서 상이한 위치로 빔을 향하게 함으로써, 상기 빔은 고정 미러(28) 상의 상이한 지점을 경유하여, 상이한 방향에서 R/W 대물 렌즈(32)로 도달하게 된다. 제2 액티브 미러(26) 상에서 1차원적인 빔의 위치 설정은 주로 트래킹(tracking)을 제어하고, 반면 다른 차원에서는 주로 포커스를 제어할 것이다(도4에 도시된 바와 같이, 두 개의 자유도 사이에 약간의 상호작용이 존재함).
제2 이동 미러(26)는 그의 모든 요구 지점이 가용하도록 하기 위해 충분한 크기로 만들어지는게 바람직하다. 고정 미러(28)에서 가능한 할당오류(misalignment)를 보상하기 위하여, 약간 큰 사이즈의 제2 이동 미러가 바람직할 수 있다. 지나치게 큰 제2 이동 미러의 필요성을 만들지 않기 위해, R/W 헤드 부재(16)는 고정 미러에 대해 선형적으로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다. 만일, R/W 헤드 부재(16)가 호를 따라, 또는 디스크(18)에 대해 방사형으로 이동한다면, 보다 큰 사이즈의 제2 이동 미러(26) 및 고정 미러(28)가 필요하게 된다. 제2 이동 미러의 사이즈를 최소화하기 위하여, 제2 이동 미러로부터 R/W 대물 렌즈까지의 거리는 최소로 하는 것이 바람직하다.
도6을 참조하면, R/W 대물 렌즈의 도면은 단지 도시된 가능 빔의 축으로 만들어진다. 렌즈의 초점 길이를 u, 빔의 직경을 x, 제2 이동 미러의 사이즈를 X, 및 제2 이동 미러와 R/W 대물 렌즈 사이의 거리를 L로 나타내었다. 일례로써, 렌즈의 초점 거리(u)를 1mm로 가정하자. 트랙 사이의 간격이 1 마이크론이면, 10개의 트랙을 어드레스할 수 있게 된다. 이 경우, 트랙 제어를 위한 상이한 도달 각도는 다음과 같다.
A = x/u = 10*10-6/ 1*10-3= 10*10-3(Radians)
(초점 거리로부터 상이한 플래터-렌즈 간 거리는 단지 이 계산을 위해 초점 거리와 동일하게 근사된다. 이것은 최종 결과에서 1% 이하의 에러를 나타낸다. 또한, 작은 각도와 얇은 렌즈는 근접한다)
만일, 제2 이동 미러와 R/W 대물 렌즈 사이의 광학 경로 거리(L)가 100mm(0.1m)라면, 여기서 요구되는 빔 원더(wander)는 다음과 같다.
X = L*A = 0.1*10*10-3= 1*10-3= 1mm
이 치수를 1mm의 빔 직경에 더하면, 미러 사이즈는 2mm가 된다.
도7을 참조하여, 광 디스크(54)의 표면(52)에 대해 직각인 광학 경로에 광 빔(48)을 집속하는 R/W 대물 렌즈(332)가 설명된다. R/W 대물 렌즈의 초점 반경을 R로 표현된다. 일례로써, 1mm의 초점 거리를 갖는 렌즈는 0.5mm 반경의 초점 평면 구형 표면을 가질 것이다. 만일, 초점을 제어하는 차원에서 제2 이동 미러 상의 빔 원더가 1mm라면, 가능 초점 조정은 다음과 같다.
h = x2/(2*R) = (10*10-6)2/(2*0.5*10-3) = 1*10-7m = 0.1(micron)
초점을 제어하는 차원에서 미러 사이즈를 3mm로 증가시키면, 0.4로 4배 증가된 초점 조정에 따라 이 치수에서의 미러 상에 가능 빔 원더가 2mm로 증가할 것이다.
도8을 참조하여, 광 디스크(54)에 대해 약간 기울어진 R/W 대물 렌즈(32)가 설명된다. 숫자 76은 레이저 빔의 축을, 숫자 78은 렌즈의 축을, 그리고 숫자 80은 R/W 대물 렌즈의 초점 평면을 나타낸다. 플래터(54)에 대응하는 렌즈(32)를 기울이면, 가능 초점 조정량을 증가시킬 수 있다. 0.1 래디안의 경사는 2mm 미러에 대해 약 1마이크론을, 3mm 미러에 대해서는 2마이크론 조정을 가능하게 한다.
지금부터 본 발명의 동작이 기술되어진다. 도1을 다시 참조하여, 광학 플래터(18) 중 하나가 먼저 선택된다. 선택된 광학 플래터에 결합된 헤드 부재(16)는 선택된 광학 플래터의 목표 트랙 영역으로 이동된다. 이 헤드 부재는 광학 플래터에 대해 선형 또는 방사형으로 이동할 수 있다. 레이저 모듈(12) 중 하나가 제1 이동 미러(24) 방향으로 광 빔(14)을 방사한다. 제1 이동 미러(24)는 광원으로부터 레이저 빔을 수신하고, 그것의 반사면의 방향을 변경함으로써, 이 빔을 제2 이동 미러(26) 상의 특정 위치에 조준한다. 제2 이동 미러 상의 특정 지점의 위치는 트래킹 및 포커싱 요구에 따라 결정된다. 고정 미러로부터의 빔이 헤드 미러에 의해 굴절되어, 선택된 광 디스크에 연관된 R/W 대물 렌즈의 중앙으로 유도되도록 하기 위하여, 제2 이동 미러는 선택된 고정 미러 중 하나로 광 빔을 정확하게 유도하도록 위치된다.
요구된 데이터가 상이한 광 디스크 상에 저장된 경우, 프로세서는 하나의 광 디스크로부터 다른 광 디스크로 빔을 스위칭하기 위해 상기 제1 및 제2 이동 미러의 이동을 제어한다. 제1 및 제2 이동 미러(24, 26)의 할당은 각각의 고정 미러(28)에 대해 선택된 R/W 헤드 부재(16)의 정확한 위치 설정에 의존하게 된다.광 디스크(18)의 트래킹은 단지 R/W 헤드 부재(16)의 정확한 위치에 대해 가능하다. 교정 파라미터(calibration parameter)를 획득하기 위하여, 모든 광학 파라미터의 교정은 광학 플래터 상의 각 트랙에 대해 미러의 최적 할당을 검색함으로써 수행될 수 있다. 정상 동작 중에, 빔을 하나의 광 디스크(18)로부터 다른 것으로 빠르고 정확하게 스위칭하기 위하여, 교정 파라미터는 이동 미러(24, 26)의 빠른 위치 설정을 위해 사용될 수 있다. 덧붙여, 교정 파라미터의 느린 조정은 시간, 온도 등으로 인한 기계적 파라미터 드리프트(mechanical parameter drift)처럼 수행될 수 있다.
광학 시스템의 이미징 디자인은 보다 좋아진다. 레이저 렌즈와 R/W 대물 렌즈 사이의 광학적 거리에 의해, 빔의 시준은 빛의 큰 손실을 생성할 수 있다. 도9를 참조하면, 숫자 57은 레이저, 숫자 56은 레이저 렌즈, 숫자 58은 R/W 대물 렌즈 및 숫자 59는 광 디스크를 나타낸다. 레이저(57)로부터 방사된 레이저 빔은 도9에서 좌측으로부터 우측으로 이동한다. 직경 d1을 갖는 레이저 방사 영역은 R/W 대물 렌즈(58)의 애퍼쳐(aperture) 상에 이미징되는 것이 바람직하다.
1/f1= 1/u1+ 1/v , D2= m1* d1여기서, m1= v/u1
판독/기록 지점은 레이저 렌즈(56) 상에 이미징되는 것이 바람직하다.
1/f2= 1/u2+ 1/v , D1= m2* d2여기서, m2= v/u2
또한, 레이저의 숫자로 나타낸 애퍼쳐(Numerical Aperture : "NA")는 다음과 같이 렌즈와 매칭되는 것이 바람직하다.
NAlaser= Sin((D1/2)/u1)
유사하게,
NAspot= Sin((D2/2)/u2)
상기 수식 중 어느 하나라도 만족하지 않는다면 빛의 손실이 초래될 수 있다. 광학 경로 내의 모든 미러 및 빔 스플리터(beam splitter)는 평평하고 이미징 디자인에 영향받지 않는다. 유사한 디자인이 검출기 및 그것의 렌즈에 적용된다.
광 스위칭 장치는 이동 미러의 움직임 결과를 모니터링하기 위한 피드백 메커니즘을 포함한다. 도10을 참조하여, 이동 미러의 방위 상에 피드백을 제공하기 위한 제어 시스템이 설명된다. 판독/기록 레이저 빔은 숫자 65로 나타나 있다. 예비 광원(60)에 의해 방사된 예비 광 빔(62) 및 위치 감지 또는 사분(quadrant) 검출기(64)를 이용하여 이동 미러(66)의 위치 상에 피드백이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 이동 미러를 제어하기 위해서는, 그것의 동작 중에 제1 이동 미러의 움직임을 모니터링하기 위한 제2 이동 미러와 유사한 크기의 하나의 검출기 칩이 충분할 수 있다. 그러나, 제2 이동 미러를 제어하기 위해서는, 모든 고정 미러 어레이와 같은 크기인 큰 위치 검출기 칩이 필요하다. 선택적으로, 하나 또는 두 개의 고정 미러에 각각 결합된 몇몇 작은 검출기들은 제2 이동 미러에 대한 위치 피드백을 수행하는데 사용될 수 있다. 예비 빔은 신호 대 잡음 비를 향상시키기 위해 변조될 수 있다.
R/W 헤드 부재의 헤드 미러는 한번 할당된 후 무시되는 고정(fixed) 또는 이동 불가능한(non-movable) 미러일 수 있다. 이들 미러의 정확한 위치 설정은 방향을 결정하기 때문에, 헤드 미러는 정확한 할당이 요구되고, 이로부터 도11에 도시된 바와 같이, 상기 빔이 R/W 대물 렌즈에 도달하게 된다. R/W 대물 렌즈를 통해 관통하는 빔의 각도를 제어하기 위해, 헤드 미러는 하나 또는 두 개의 자유도를 갖는 이동 가능하거나 또는 접을 수 있는 미러일 수 있다. 제1 동작 후, 이동 헤드 미러의 할당은 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 이동 헤드 미러는 주지된 마이크로 일렉트로 머신(Micro Electro Machined: "MEM") 기법을 이용하여 구성될 수 있다.
도12 및 도13은 본 발명에 따른 이동 헤드 미러(68)를 나타낸다. 이동 헤드 미러(68)는 지지 기반(82)과 두 개의 선형 액츄에이터(74) 사이에 지지된 리플렉터(70)를 포함한다. 이 리플렉터(70)는 지지 기반(82)의 한쪽 끝에서 제1 힌지(hinge)(72)를 통해 추축적으로(pivotally) 연결된다. 이 리플렉터의 다른 한쪽 끝에서, 바(84)가 제2 힌지 집합(86) 및 제3 힌지 집합(88)을 각각 경유하여 상기 리플렉터(70)와 선형 액츄에이터(74) 사이에 추축적으로 연결된다. 선형 액츄에이터(74)는 포커스 및 트래킹 제어를 위해 요구된 두 개의 자유도로 상기 리플렉터(70)의 방위를 제어한다. 이동 헤드 미러(68)는 일단 정렬된 후 무시되거나, 또는 포커싱 및 트래킹을 위해 지속적으로 조정될 수 있다. 선택적으로, 이동 헤드 미러(68)는 저속 조정, 예를 들어 온도 변화에 따른 초점 드리프트의 정정을 위해 사용될 수 있다.
앞의 명세서에서, 본 발명은 바람직한 실시예가 설명되었으나, 첨부된 청구항에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 보다 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것은 명백한 사실이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적 관점이라기 보다는 하나의 예시로서 간주되어진다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 첨부한 청구항에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (25)

  1. 광원(light source)에 의해 생성된 광 빔(light beam)을 이용하여 축에 대해 회전 가능하도록 지지된 다수의 광 디스크로부터 정보를 광학적으로 판독하고 및/또는 광 디스크 상에 정보를 광학적으로 기록하기 위한 광 디스크 드라이브에 있어서,
    상기 광 디스크 중 적어도 하나에 각각 결합되는 다수의 헤드 부재(head member); 및
    상기 광원으로부터의 광 빔을 선택된 헤드 부재로 선택적으로 연결시키기 위한 빔-조향 장치(beam-directing apparatus) - 여기서, 상기 빔-조향 장치는 상기 광 빔이 상기 선택된 헤드 부재쪽으로 향하도록 그 방위를 변경시키는 반사면(reflective surface)을 구비한 적어도 하나의 이동 미러(movable mirror)를 포함함 -
    를 포함하는 광 디스크 드라이브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔-조향 장치는 제1 이동 미러 및 제2 이동 미러를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 및 제2 이동 미러는 상기 광원으로부터의 광 빔을 상기 헤드 부재 중의 하나로 선택적으로 연결하도록 배치된
    광 디스크 드라이브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 부재 중의 하나에 각각 결합되고, 상기 제2 이동 미러로부터의 광 빔을 상기 각각의 헤드 부재로 굴절시키기 위해 소정의 피벗 각도(pivotal angle)로 향해진 반사면을 포함하는 다수의 고정 미러(stationary mirror)
    를 더 포함하는 광 디스크 드라이브.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 헤드 부재는 헤드 미러, 및 상기 헤드 미러와 상기 각 디스크 사이에 위치하여 상기 헤드 미러로부터의 광 빔을 상기 각 디스크로 집속(focusing)시키기 위한 R/W 대물 렌즈(Read/Write objective lens)를 포함하고,
    여기서, 상기 헤드 미러는 상기 고정 미러로부터의 광 빔을 상기 렌즈로 유도(guide)하도록 위치 설정(positioning)된
    광 디스크 드라이브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 이동 미러는 상기 광원으로부터의 광 빔을 상기 제2 이동 미러 상의 특정 지점으로 유도하도록 조정 가능하고, 상기 제2 이동 미러는 상기 제1 이동 미러로부터의 광 빔을 상기 고정 미러 중의 하나로 유도하도록 조정 가능한
    광 디스크 드라이브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고정 미러는 상기 광원으로부터 상기 각 헤드 미러까지의 광학 경로 길이(optical path length)가 실질적으로 동일하도록 위치 설정된
    광 디스크 드라이브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 부재 중 적어도 하나는 상기 디스크 중 하나의 반사면 및 그에 인접한 다른 디스크의 반사면에 결합된
    광 디스크 드라이브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 제1 및 제2 이동 미러는 제1 피벗축(pivot axis) 및 제2 피벗축에 대해 조정 가능하고, 양 축에서 그의 회전 정도를 제어하기 위한 제어 메커니즘을 포함하는
    광 디스크 드라이브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 이동 미러에 대해 동작 가능하게 연결되어, 상기 제1 및 제2 이동 미러의 피벗 각도를 제어하기 위한 프로세서
    를 더 포함하는 광 디스크 드라이브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이동 미러는 트래킹(tracking) 및 포커싱(focusing)의 필요성에 따라 상기 광원으로부터의 광 빔을 상기 제2 이동 미러 상의 특정 지점으로 유도하도록 조정 가능한
    광 디스크 드라이브.
  11. 제10항에 있어서,
    하나의 축을 따른 상기 제2 이동 미러 상에서의 상기 광 빔의 위치설정(positioning)은 일반적으로 트래킹을 제어하고, 상기 하나의 축에 직교하는 다른 축을 따른 상기 제2 이동 미러 상에서의 상기 광 빔의 위치 설정은 일반적으로 포커스를 제어하는
    광 디스크 드라이브.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 헤드 미러 중 적어도 하나는 포커싱 및 트래킹 제어를 위해 요구되는 조정(adjustment)을 제공하기 위한 액티브 폴딩 미러(active folding mirror)인
    광 디스크 드라이브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액티브 폴딩 미러는 피벗축에 대해 이동 가능한 리플렉터(reflector), 및 상기 리플렉터의 각도를 제어하기 위한 액츄에이터(actuator)를 포함하고,
    여기서, 상기 액츄에이터가 상기 리플렉터 쪽으로 이동함에 따라 상기 리플렉터가 상기 피벗축에 대해 하나의 방향으로 회전하도록 하고, 상기 액츄에이터가 상기 리플렉터로부터 멀리 이동함에 따라 상기 리플렉터가 상기 피벗축에 대해 다른 방향으로 회전하도록 하기 위해, 상기 리플렉터는 지지 기반(support base)과 상기 액츄에이터 사이에서 조정 가능하도록 지지된
    광 디스크 드라이브.
  14. 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 다수의 광 디스크 중 하나로 향하도록 하기 위한 빔-조향 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 반사시키기 위한 제1 미러; 및
    상기 제1 미러로부터 반사된 광 빔을 반사시키기 위한 제2 미러
    를 포함하고,
    여기서, 상기 미러 중 적어도 하나는 상기 광원으로부터의 광 빔을 상기 디스크 중 하나로 선택적으로 유도하도록 조정 가능한
    빔-조향 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 중 적어도 하나는 피벗축에 대해 조정 가능하고, 상기 피벗축에 대해 그의 회전 정도를 제어하기 위한 제어 메커니즘을 포함하는
    빔-조향 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 미러 중 적어도 하나는 제1 피벗축 및 제2 피벗축에 대해 조정 가능하고, 양 축에서 그의 회전 정도를 제어하기 위한 제어 메커니즘을 포함하는
    빔-조향 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    다수의 광원을 더 포함하고,
    여기서, 상기 제1 미러는 상기 다수의 광원 중의 하나로부터 방사된 광 빔을 상기 제2 미러 상의 특정 지점으로 유도하도록 조정 가능한
    빔-조향 장치.
  18. 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 다수의 출력 중 하나로 스위칭하기 위한 광 스위칭 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 반사시키기 위한 제1 이동 미러; 및
    상기 제1 이동 미러로부터 반사된 광 빔을 반사시키기 위한 제2 이동 미러
    를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 이동 미러는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을상기 제2 이동 미러 상의 특정 지점으로 유도하도록 조정 가능하고, 상기 제2 이동 미러는 상기 제1 이동 미러로부터의 광 빔을 상기 출력 중 하나로 유도하도록 조정 가능한
    광 스위칭 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 각 이동 미러는 피벗축에 대해 조정 가능하고, 상기 피벗축에 대해 그의 회전 정도를 제어하기 위한 제어 메커니즘을 포함하는
    광 스위칭 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 각 이동 미러는 제1 피벗축 및 제2 피벗축에 대해 조정 가능하고, 양 축에서 그의 회전 정도를 제어하기 위한 제어 메커니즘을 포함하는
    광 스위칭 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    다수의 광원을 더 포함하고,
    여기서, 상기 제1 이동 미러는 상기 다수의 광원 중의 하나로부터 방사된 광 빔을 상기 제2 이동 미러 상의 특정 지점으로 유도하도록 조정 가능한
    광 스위칭 장치.
  22. 반사면을 포함하는 미러 유닛;
    제1 고정 플렉시블(flexible) 피벗;
    제2 이동 플렉시블 피벗;
    제3 이동 플렉시블 피벗; 및
    상기 제2 및 제3 플렉시블 피벗을 이동시키기 위한 수단
    을 포함하고,
    여기서, 상기 제2 및 제3 피벗의 이동은 상기 미러 유닛의 상기 반사면에 대해 2개 각도의 제어를 제공하는
    조정가능 미러 어셈블리.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 이동 수단은 요구되는 디스크 위치로 광 빔을 조향하기 위해 광 디스크 드라이브 제어기에 동작 가능하게 결합되는
    조정가능 미러 어셈블리.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 이동 수단 및 광 디스크 드라이브 제어기는 디스크에 대해 상기 광 빔의 트래킹 및 포커싱을 제어하기 위해 상기 반사면을 조정하도록 협력하는
    조정가능 미러 어셈블리.
  25. 적어도 하나의 피벗축에 대해 회전 가능한 제1 반사면을 구비한 제1 이동 미러, 및 적어도 하나의 피벗축에 대해 회전 가능한 제2 반사면을 구비한 제2 이동 미러를 이용하여, 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 다수의 출력으로 선택적으로 연결시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광 빔을 선택된 광학 경로로 반사시키도록 상기 제1 이동 미러의 상기 제1 반사면의 피벗 각도를 제어하는 단계; 및
    상기 제1 이동 미러로부터 반사된 광 빔을 상기 다수의 출력 중 선택된 하나로 반사시키도록 상기 제2 이동 미러의 상기 제2 반사면의 피벗 각도를 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
KR1020007013816A 1998-06-05 1999-06-04 디스크 드라이브를 위한 광 스위치 KR20010071420A (ko)

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