KR20010107287A

KR20010107287A - 광 픽업 장치

Info

Publication number: KR20010107287A
Application number: KR1020000028688A
Authority: KR
Inventors: 이영주
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-07

Abstract

본 발명은 소형경랑화된 광 픽업 장치를 제공하기 위한 것으로서, 외부 광학계에서 조사되는 광을 일차 집속하는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈를 장착시키는 집속 렌즈 프레임과, 상기 외부에서 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 집속 렌즈에 입사시키는 미러와, 상기 집속 렌즈 프레임 상부에 접합되고, 상기 미러를 장착시키는 미러 프레임과, 상기 집속 렌즈로부터 입사된 광을 이차 집속하는 솔리드 이머션 렌즈와, 상기 집속 렌즈 프레임 하부에 접합되고, 상기 솔리드 이머션 렌즈를 장착시키는 솔리드 이머션 렌즈 프레임과, 상기 미러 상부에 접합되고, 상기 미러 프레임, 집속 렌즈 프레임, 솔리드 이머션 렌즈 프레임으로 이루어진 모듈을 이동시키는 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 광 픽업 장치는 미러, 일차 집속 렌즈, 에어 베어링 슬라이더, 솔리드 이머션 렌즈(SIL)를 일체화하고, 이 외의 광학계는 독립적으로 구성함으로써 광 픽업 장치의 중량을 최소화하여 고속 데이터 탐색에 적합하다.

Description

광 픽업 장치{optical pick-up device}

본 발명은 광 정보 저장 장치에 관한 것으로, 특히 근접장 광학계를 이용한 고밀도 광 정보 저장 장치에 관한 것이다.

광학 방식의 정보 저장 장치는 빠른 응답 속도, 비접촉식 픽업 등의 장점, 간편한 휴대성 등의 장점을 갖고 있으며, 무엇보다 데이터 밀도가 기록/재생을 위한 레이저 광원의 파장 범위까지 고밀도화 할 수 있다는 장점이 있다. 광 정보 저장 장치의 데이터 밀도는 입력 광원의 회절 한계(diffraction limit)에 의해 제한되며, 이러한 관계는 다음의 식과 같이 표현된다.

d = λ/(2NA)

1 식에서 d는 광학계를 거친 후 광 디스크 표면에 조사되는 레이저광의 스폿(spot) 크기에 의해 식별할 수 있는 데이터의 기하학적 최소 크기를 결정한다.

여기서, λ는 정보 저장 매체에 의해 조사되는 입력광의 파장이며, NA는 개구율(또는 수차: numerical aperture)로서 일반적인 광학계 렌즈는 0.5∼0.7 정도의 값을 가진다.

따라서 판별할 수 있는 데이터의 크기는 대략 입력광의 파장 정도로 데이터 기록 밀도의 상한이 된다. 이 한계는 광의 회절 성질로부터 기인하며, 위의 식에서 알 수 있듯이 데이터 비트 크기를 줄이기 위해서는, 즉 정보 저장 밀도를 높이기 위해서는 보다 단파장의 입력광을 쓰거나 광학계의 수차를 크게 함으로써 가능하다. 특히, 광학계의 수차를 증가시킴으로써 입력광의 회절 한계를 극복할 수 있게 하는 기술로서 SIL(solid immersion lens)를 이용한 방법의 실용화에 대한 연구가 활발하며, SIL을 이용한 광 픽업 헤드의 구현이 고밀도 광 정보 저장 장치의 핵심 요소로 주요하게 대두되고 있다.

도 1은 종래의 광 픽업 장치의 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 광 픽업 장치는 레이저 다이오드 등의 레이저 광원과, 입력 레이저광을 평행 광으로 바꿔주는 시준 렌즈와, 광분할기와, 광의 방향을 변환하는 미러와, 광을 일차로 집속하는 일차 집속 렌즈와, 근접장 영역의 초미세 간극으로 부양된 솔리드 이머션 렌즈(SIL) 및 솔리더 이머션 렌즈를 고정하는 솔리드 이머션 프레임과, 광 분할기를 경유하여 집속 렌즈를 거친 광 신호를 감지하는 광 검출기로 구성된다.

이와 같은 종래의 광 픽업 장치의 구조는 미러, 일차 집속 렌즈, 솔리드 이머션 렌즈가 서로 분리되어 있다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 광 픽업 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

미러, 일차 집속 렌즈 그리고, 솔리드 이머션 렌즈가 서로 분리되어 있는 구조를 가지기 때문에 소형 경량화가 어렵다.

또한, 종래의 광 픽업 헤드는 과도한 중량으로 인해 트래킹 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 트래킹 속도 역시 현격하게 떨어지게 되는 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소형경량화된 광 픽업 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 광 픽업 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 광 정보 저장 장치의 근접장 광 픽업 헤드의 구성을 나타낸 사시도

도 3은 도 2의 배면도 및 우측면도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 SIL 에어 베어링 슬라이더를 나타낸 측도, 저면도 및 정면도

도 5는 본 발명에 따른 SIL 에어 베어링 슬라이더를 나타낸 사시도

도 6은 본 발명에 따른 이중 구동기에 의한 광 픽업 장치의 트래킹을 나타낸 단면도

도 7은 본 발명에 따른 광학계를 나타낸 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: SIL 프레임 2: 경사면

3: SIL 4: 인덕터 코일

5: 에어 베어링 서페이스 10 : 에어 베어링 슬라이더 모듈

20: 일차 집속 렌즈 모듈 21: 일차 접속 렌즈

22: 일차 접속 렌즈 프레임 30: 미러 모듈

31: 45°미러 40: 선형 미세 구동기

50: 서스펜션 51: 짐벌

52: 서스펜션 스프링 53: 서스펜션 프레임

54: 연결부 60: 고정 광학계

61: 레이저 광원 62: 시준 렌즈

63: 광 분할기 64: 광 분석기

65: 집속 렌즈 66: 광검출기

70: 광 디스크 80: 장행정 구동기

81: 구동 가이드

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 픽업 장치는 외부 광학계에서 조사되는 광을 일차 집속하는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈를 장착시키는 집속 렌즈 프레임과, 상기 외부에서 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 집속 렌즈에 입사시키는 미러와, 상기 집속 렌즈 프레임 상부에 접합되고, 상기 미러가 일체화된 미러 프레임과, 상기 집속 렌즈로부터 입사된 광을 이차 집속하는 솔리드 이머션 렌즈와, 상기 집속 렌즈 프레임 하부에 접합되고, 상기 솔리드 이머션 렌즈를 장착시키는 솔리드 이머션 렌즈 프레임과, 상기 미러 상부에 접합되고, 상기 미러 프레임, 집속 렌즈 프레임, 솔리드 이머션 렌즈 프레임으로 이루어진 모듈을 이동시키는 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 구동기는 광축 방향으로 구동하는 선형 미세 구동기와 광 디스크의 반경 방향으로 구동하는 장행정 구동기로 이루어진다.

이때, 상기 선형 미세 구동기는 정전력(electrostatic force)을 이용한 구동기, 압전 물질(piezoelectric material)을 이용한 구동기, 자기 구동기(magnetic actuator), 전자기 구동기(electromagnetic actuator), 전열 구동기(electro-thermal actuator) 등이 사용될 수 있다.

그리고, 상기 솔리드 이머션 렌즈를 부양시키기 위한 ABS(air-bearing surface) 및 픽업 헤드를 부상시키기 위한 경사면(tapered edge)이 상기 솔리드 이머션 렌즈 하부 면에 형성된다.

또한, 상기 솔리드 이머션 렌즈 프레임 하부에 솔리드 이머션 렌즈 프레임의 중심을 기준으로 인덕터 코일이 형성된다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 광 픽업 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 광 정보 저장 장치의 근접장 광 픽업 헤드의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 입사광의 빔의 크기를 축소시켜 근접장 광을 형성시키는 솔리드 이머션 렌즈(SIL, 3)는 에어 베어링 슬라이더 모듈(air-bearing slider, 10)에 집적된다.

그리고, 상기 SIL(3)과 광학적으로 정렬된 일차 집속 렌즈(pre-focus lens, 21)는 일차 집속 렌즈 프레임에 장착되어 일차 집속 렌즈 모듈(20)을 구성하고, 상기 에어 베어링 슬라이더 모듈(10)의 상부에 정렬하고 조립한다.

또한, 45°미러(31)가 형성된 미러 모듈(30)은 일차 집속 렌즈 모듈(20)의 상부에 정렬되고 조립되어 외부 광학계에서 조사되는 레이저 빔의 광 경로를 변경하여 일차 집속 렌즈 모듈(20)에 입사되도록 한다.

이때, 상기 미러 면(31)은 미러 모듈(30) 기판의 표면과 45°를 이루도록 마이크로머시닝 기술의 선택적 식각 방법 등을 이용하여 제조할 수 있으며, 미러 모듈(30)과 일차 집속 렌즈 모듈(20)을 접합함으로써 자동적으로 광 경로 변경을 위한 45°미러 면(31)을 구현할 수 있어 수동 정렬(passive alignment) 조립 특성을 갖는다.

그리고, 광 픽업 헤드 조립에 수평 방향으로 미세한 구동이 가능한 선형 미세 구동기(40)가 상기 미러 모듈(30) 상부에 형성된다.

이때, 상기 선형 미세 구동기(40)는 정전력(electrostatic force)을 이용한 구동기, 압전 물질(piezoelectric material)을 이용한 구동기, 자기 구동기(magnetic actuator), 전자기 구동기(electromagnetic actuator), 전열 구동기(electro-thermal actuator) 등이 사용될 수 있다.

도 3는 도 2의 배면도 및 우측면도이다.

도 3a는 도 2의 배면도이고, 도 3b는 도 2의 우측면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 에어 베어링 슬라이더 모듈(10)은 입력광의 회절 한계 이상의 해상도를 구현하기 위한 집적화된 SIL(3)이 에어 베어링 슬라이더 구조로 된 SIL 프레임(1)의 트레일링 에지(trailing edge)에 위치하고, SIL의 평탄한 면이 형성된 슬라이더 표면에는 회전하는 광 디스크로부터 공기 역학적인 부상력을 얻어 근접장 간극을 유지하기 위한 에어 베어링 서페이스(5) 및 경사면(tapered edge, 2)이 일체화되어 있다.

이때, 상기 집적화된 SIL은 공기 부상형 슬라이더의 트레일링 에지 부분에 형성됨으로써 부상력에 의해 유지되는 근접장 간극을 보다 줄일 수 있다. 즉, 일반적으로 에어 베어링 슬라이더의 경우 경사 처리된 리딩 에지(leading edge)의 부상 높이가 트레일링 에지보다 높으므로 SIL의 위치를 트레일링 에지 가까이 배치하는 것이 보다 미소 간극을 얻을 수 있다.

한편, 광자기(magneto-optical) 방식의 직접 되쓰기 기능을 위하여 SIL(3)의 평탄한 면을 중심으로 나선형의 인덕터 코일(4)이 집적되며, 상 변화(phase change) 방식의 기록/재생을 위해서는 인덕터 코일을 생략할 수 도 있다.

그리고, SIL(3)의 반구면 상에 레이저 빔을 집속하기 위해 일차 집속 렌즈(21)의 광학적 중심 축이 SIL의 광축과 일치되도록 정렬되어 일차 집속 렌즈 프레임(22)에 조립되어 SIL 슬라이더와 접합(bonding)된다.

한편, 일차 집속 렌즈의 초점 심도에 의해 요구되는 SIL과 일차 집속 렌즈간의 간격은 상기 일차 집속 렌즈 프레임(22)의 두께를 조절하여 구현하거나, 일차집속 렌즈 프레임(22)의 수직 방향 변위를 갖는 구동기를 추가함으로써 능동적으로 보정할 수도 있다.

그리고, 상기 일차 집속 렌즈 프레임(22)의 상부에 45°미러(31)가 형성되어 있는 미러 모듈(30)을 정렬 조립하여 근접장 광 픽업 헤드가 완성되며, 완성된 근접장 광 픽업 헤드에 외부 광학계로부터 입사되는 레이저 광축 방향으로 구동되도록 미세 구동기(40)를 결합하고 이를 짐벌(gimbal) 구조가 형성된 서스펜션 모듈(50)에 조립하면 미세 트랙킹 기능을 갖는 근접장 광 픽업 헤드가 완성된다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 SIL 에어 베어링 슬라이더를 나타낸 도면이다.

도 4a는 본 발명에 따른 SIL 에어 베어링 슬라이더의 측면도, 4b는 저면도, 4c는 정면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 SIL 에어 베어링 슬라이더를 나타낸 사시도이다.

도 5 (a)는 SIL 에어 베어링 슬라이더의 상부를 나타낸 것이고, 도 5 (b)는 저면을 나타낸 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 SIL 슬라이더는 집적화된 SIL(3)이 SIL 에어 베어링 슬라이더의 트레일링 에지에 위치하여 슬라이더의 공기 부상시 광 디스크와의 간극을 최소화할 수 있다.

도 6는 본 발명에 따른 이중 구동기에 의한 광 픽업 장치의 트래킹을 나타낸 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, SIL 슬라이더(10), 일차 접속 렌즈 모듈(20), 미러 모듈(30)이 접합되어 구성되는 근접장 광 픽업 헤드는 초고밀도 광 정보 저장 장치의 일부에 구성되어 있는 고정 광학계(60)로부터 입사되는 레이저 빔의 광축과 평행한 방향으로 구동되는 미세 트랙킹(fine-tracking)용 선형 미세 구동기(40)에 결합되어 서스펜션 모듈(50)의 짐벌 부위에 결합된다.

상기 서스펜션 모듈(50)은 연결부(54)를 통하여 광 디스크의 반경(radial) 방향의 특정한 위치로 위치 결정(coarse positioning)하기 위한 선형 장행정 구동기(80)의 구동 가이드(guide or shaft)에 연결되어 있다.

여기서, 본 발명에 따른 광 픽업 장치는 상기 선형 장행정 구동기(80)를 이용하여 광 디스크(70) 반경 범위 전체에서 특정한 위치로 광 픽업 헤드를 이동시키고, 이동된 위치에서 선형 미세 구동기(40)의 작동에 의해 광 디스크(70)의 데이터 트랙에서 반사되는 트랙킹 광 신호를 이용하여 데이터 트랙을 찾아간다.

이때, 상기 선형 장행정 구동기(80)와 선형 미세 구동기(40)는 대부분의 광 신호 픽업을 위한 광학계를 픽업 헤드부에서 분리하여 독립적으로 구성함으로써 픽업 헤드의 중량을 최소화하고 고속 탐색에 적합한 구조가 된다. 또한, 광 픽업 헤드의 SIL 에어 베어링 슬라이더(10) 구조에 의하여 광 디스크(70) 표면과 근접장 영역의 간극이 유지될 수 있도록 광 픽업 헤드를 현가하고 있는(suspend) 짐벌 구조는 광 디스크 표면에서 부상력이 발생하는 방향으로만 유연하고(compliant), 나머지 방향으로는 큰 강성을 갖도록 설계하여 원격의 독립된 고정 광학계와 광 정렬 오차를 최소화할 수 있도록 구성된다.

도 7은 본 발명에 따른 광학계를 나타낸 구성도이다.

도 7을 참조하여 광 정보 저장 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 7에 도시한 바와 같이, 레이저 다이오드 등의 레이저 광원(61)으로부터 입사되는 입력 레이저 빔은 시준 렌즈(collimator, 62)에 의해 평행광으로 바뀌며 광 분할기(63)을 통과하여 근접장 광 픽업 헤드에 일체화된 45°미러(31)에 반사되어 광로를 변경하여 근접장 광 픽업 헤드의 일차 집속 렌즈(21)를 투과하여 집적화 SIL(3)에 집속되며, 집적화 SIL을 거쳐 발생한 근접장 광은 슬라이더 구조에 의해 공기 역학적으로 유지되는 근접장 간극을 통하여 광 디스크(70)의 기록층에 조사되어 광 정보를 기록 또는 재생하게 된다.

광 정보를 재생하는 경우에는 광 디스크(70)의 기록층으로부터 반사되는 입력광의 일부가 광로를 역행하여 SIL(3), 일차 집속 렌즈(21)를 거쳐, 45°미러(31)에 반사되어 독립적으로 구성된 고정 광학계(60)로 되돌아 오며, 고정 광학계(60)의 광 분할기(63)를 거쳐 광 분석기(64)에 입사되고 집속 렌즈(65)를 통하여 광 검출기(66)에 도달하여 광 신호를 검출함으로써 광 정보 신호를 변별할 수 있게 된다. 이 과정은 상 변화(phase change) 방식의 광 정보 기록/재생에 관한 설명이며, 광자기(magneto-optical) 방식이 광 디스크에 기록된 정보를 재생할 때도 동일한 방식이 적용될 수 있다.

한편, 광 디스크가 광자기 방식일 경우에는 SIL 슬라이더의 일부에 부가되는 인덕터 코일에 의해 자계를 형성하고 광자기 방식의 고밀도 광 정보를 기록할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광 픽업 장치는 미러, 일차 집속 렌즈, 에어 베어링 슬라이더, 솔리드 이머션 렌즈(SIL)를 일체화하고, 이 외의 광학계는 독립적으로 구성함으로써 광 픽업 장치의 중량을 최소화하여 고속 데이터 탐색에 적합하다.

또한, 두 개의 구동기를 사용함으로써 고밀도화 된 미세 트랙을 찾아갈 수 있는 초 정밀 트랙킹(tracking) 방법을 제공한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

외부 광학계에서 조사되는 광을 일차 집속하는 집속 렌즈;

상기 집속 렌즈를 장착시키는 집속 렌즈 프레임;

상기 외부에서 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 집속 렌즈에 입사시키는 미러;

상기 집속 렌즈 프레임 상부에 접합되고, 상기 미러를 장착시키는 미러 프레임;

상기 집속 렌즈로부터 입사된 광을 이차 집속하는 솔리드 이머션 렌즈;

상기 집속 렌즈 프레임 하부에 접합되고, 상기 솔리드 이머션 렌즈를 장착시키는 솔리드 이머션 렌즈 프레임;

상기 미러 상부에 접합되고, 상기 미러 프레임, 집속 렌즈 프레임, 솔리드 이머션 렌즈 프레임으로 이루어진 모듈을 이동시키는 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동기는 광축 방향으로 구동하는 선형 미세 구동기와 광 디스크의 반경 방향으로 구동하는 장행정 구동기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 선형 미세 구동기는 정전력(electrostatic force)을 이용한 구동기, 압전 물질(piezoelectric material)을 이용한 구동기, 자기 구동기(magnetic actuator), 전자기 구동기(electromagnetic actuator), 전열 구동기(electro-thermal actuator) 중 하나인 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 솔리드 이머션 렌즈를 부양시키기 위한 ABS(air-bearing surface) 및 픽업 헤드를 부상시키기 위한 경사면(tapered edge)이 상기 솔리드 이머션 렌즈 하부 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 솔리드 이머션 렌즈 프레임 하부에 솔리드 이머션 렌즈 프레임의 중심을 기준으로 인덕터 코일이 형성되는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.