KR20030073884A - 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서스펜션 아암의 디스크 반대측에 설치된 광 경로 지지대와; 광 조사부에서 조사된 광이 그 집광도가 변경되면서 투과되도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 복수개의 초점 조절 렌즈와, 상기 복수개의 초점 조절 렌즈 사이에 그 간격을 조절하도록 설치된 간격 조절 기구를 구비한 초점 조절 유닛과; 감지수단으로부터 전달된 신호에 의해 상기 간격 조절 기구에 전기적 신호를 인가하는 제어부와; 상기 초점 조절 렌즈를 통해 조사된 광을 반사시켜 광 헤드에 입사시키도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 반사경을; 포함하는 포커싱 제어 장치를 제시함으로써, 공압 부상 방식을 채택하는 광 기록재생장치에 있어서도, 광 헤드의 하중의 증가를 초래하지 않으면서, 광 헤드를 통해 조사된 광의 초점이 디스크의 기록층에 정확하게 맺히도록 제어할 수 있도록 한다.

Description

광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치{APPARATUS FOR FOCUSING SERVOCONTROL IN OPTICAL RECORER}

본 발명은 광 기록재생장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 복수개의 집속렌즈에 의해 집속된 광의 초점이 디스크의 기록층에 정확하게 맺히도록 하기 위한 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치에 관한 것이다.

정보의 대용량화 추세에 비추어 볼 때 기존의 광 기록재생방식의 한계를 극복할 수 있는 새로운 광 기록재생방식이 요구되고 있다.

광 기록매체 또는 광자기기록매체는 비트(또는 기록마크) 사이즈가 소형화되어야 하고 트랙폭이 협소하게 되어야 고밀도 기록용량을 가질 수 있게 된다. 그러나, 보호층, 기록층, 반사층을 포함하는 기록매체의 층상구조 및 그에 따른 집광방식의 차이에 의한 제한, 기록매체의 기록막에 비트를 형성하기위해 기록매체 상에 집광되는 광의 스폿 크기의 회절한계에 의한 제한 등이 문제되므로, 이러한 제한을 극복하기 위한 광 기록재생방식에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

종래의 파 필드(far field) 방식의 광 기록재생방법의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다. 즉, 송수광부로부터 조사된 광을 0.5∼0.6 정도의 개구수(NA : Numerical Aperture)를 갖는 집속렌즈(1)를 이용하여 집속시켜, 집속된 광이 먼저 기판(2)을 투과한 후 기록층(3)에 도달하는 방식을 취하고 있다.

이와 같이, 광이 두꺼운 기판(2)을 투과하여 기록층(3)에 도달하는 방식을 취하는 이유는, 기록층의 외층에 두꺼운 기판에 의한 보호층을 형성함으로써, 지문, 먼지 기타 오염물질에 의해 기록층이 손상받는 것을 방지하기 위함이다.

디스크의 기록 밀도는 집속된 광의 크기에 의해 결정되고, 그 광의 크기는 회절을 고려하였을 때 광원의 파장 λ와 사용렌즈의 개구수(NA)에 의해 결정된다.

그런데, 상기와 같은 구조의 디스크를 사용하여 광학적으로 신호를 기록재생하는 방식을 취할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 광이 두꺼운 기판(2)을 투과하여 기록층(3)에 도달하게 되므로, 굴절률이 높은, 즉, 개구수가 높은 값을 갖는 렌즈를 사용할 수 없다는 한계에 당면하게 된다.

또한, 집속렌즈(1)를 통해 집속된 광의 초점이 기록층(3)에 형성되도록 하기 위해서는 집속렌즈(1)와 기록층(3)이 일정한 거리를 지속적으로 유지하는 것이 요구되는데, 기판(2)의 표면은 매끄러운 구조를 취하기가 곤란하므로 집속렌즈(1)가 기판(2)의 표면, 즉, 디스크의 표면에 접촉하여 신호를 기록재생하는 방식을 취할 수 없어, 집속렌즈(1)와 디스크 사이에는 소정의 간격이 필요하게 되고, 이는 결국 개구수가 높은 값을 갖는 렌즈를 사용할 수 없는 또 다른 한계가 된다.

또한, 이와 같은 구조에 있어서 개구수가 높은 렌즈를 사용할 경우, 다음의 식에서 보이는 바와 같은 코마수차(Coma aberration)가 함께 커지게 되므로, 디스크가 기울어져 있을때 초점이 흐트러지는 문제, 즉 틸트(tilt)가 증가하여 그 보정이 곤란하다는 문제점이 추가적으로 제기된다.

여기서, t는 기록층에 도달하기 위하여 레이저 광이 통과하여야 하는 거리,NA는 집속렌즈의 개구수, α는 디스크의 기울어진 각도(tilt angle), n은 기판의 굴절율을 말한다.

따라서, 디스크의 기록밀도를 높이기 위해서는 상기한 바와 같은 종래의 방식을 탈피하여야 할 것인바, 기록층이 디스크의 광조사면에 최대한 근접한 위치에 형성되도록 하는 구조, 이른바 디스크의 역전구조(reverse stacking)에 관한 연구가 활발히 진행되었다.

도 2는 역전구조의 광 기록재생방식의 구성을 도시한 모식도이다.

도시된 바와 같이, 이와 같이 역전구조의 광 기록재생방식에 있어서는, 광이 두꺼운 구조의 기판(2)이 아닌 얇은 구조의 디스크의 보호층(미도시)을 투과하여 기록층(3)에 접근하는 방식을 취하므로, 상기와 같은 종래의 방식의 문제점을 해결하여 기록밀도가 더욱 높은 디스크에 대한 정보의 기록재생이 가능해지는 것이다.

한편, 빛의 회절이 일어나지 않는 영역에서 기록밀도를 높이기 위한 방법으로서 근접장(Near field)을 이용한 광 기록재생방법이 제안되고 있다.

근접장 광 기록재생의 원리는 다음과 같다. 렌즈 내부로 임계각 이상의 각도를 갖고 입사하는 빛은 굴절률이 밀한 곳에서 소한 곳으로 진행할 때 빛이 전반사된다. 이 때 빛의 전반사에 의해서 렌즈의 표면에는 아주 미세한 세기의 광이 존재하는데 이것을 에버네슨트 웨이브(evanescent wave) 또는 소산파라고 한다. 이 에버네슨트 웨이브를 이용하면, 기존의 원격장(far-field)에서는 빛의 회절 현상 때문에 나타나는 분해능의 절대적인 한계, 즉 회절 한계 때문에 불가능했던 고분해능이 가능하게 된다. 근접장 광 기록재생 광학계는 렌즈 내에서 빛을 전반사시켜 렌즈 표면에 에버네슨트 웨이브를 발생시키고, 에버네슨트 웨이브와 기록매체의 커플링에 의하여 기록 및 재생을 하게 된다.

도 3은 근접장 광 기록재생방법의 구성을 간략히 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 근접장 광 기록재생방법은 송수광부로부터 조사된 광을 대물렌즈(4)를 통해 매우 개구수가 높은 집속렌즈(5)에 입사시킴으로써, 그 초점에서 발생하는 에버네슨트 웨이브와 디스크의 표면에 형성된 기록층(3)의 커플링에 의해 신호를 기록 또는 재생하는 방식을 취한다.

그런데, 상기와 같은 다양한 형태의 광 기록재생방식은 모두 공통적으로 집속렌즈를 통해 집속된 광의 초점심도가 디스크의 기록층 두께 내에 들어야 신호를 정확히 재생 또는 기록할 수 있다는 조건을 갖는다.

여기서, 초점심도란 광의 초점이 맺히는 영역의 깊이를 뜻하는 것으로서, 매우 작은 값을 갖는 것이지만, 기록밀도가 높은 디스크에 신호를 재생 또는 기록하는 초정밀 구조의 광 기록재생장치에서는 고려하여야 할 요소 중의 하나이다.

따라서, 디스크마다 제조상 기타 다양한 이유로 인해 그 기록층의 깊이에 있어서 다소의 오차는 피할 수 없다고 할 것인바, 이러한 기록층의 두께 내에 집속된 광의 초점심도가 들도록 할 수 있는 장치의 개발이 절실히 요청되어 왔다.

한편, 상기 역전구조의 광 기록재생장치나 근접장 광 기록재생장치에 있어서는, 집속렌즈가 장착된 광 헤드가 디스크의 표면에 매우 근접하여 구동하는 구조를 취하므로, 별도의 포커싱 서보없이 회전하는 디스크의 공기동압에 의해 부상된 채로 그 디스크의 트랙을 스캔할 수 있도록 광 헤드의 디스크측 대향면에 슬라이더가장착된 구조(공압 부상 방식)를 취하는 것이 일반적이다.

그런데, 이러한 구조에 있어서 광 헤드의 부상높이는 디스크의 회전속도에 따라, 또한 디스크의 내주부와 외주부의 선속도의 차이에 따라 달라지게 되는 것이므로, 보다 미세한 포커싱 서보를 위해서는 별도의 포커싱 제어 수단이 필요한 것으로 인식되어 왔다.

또한, 이러한 포커싱 제어 수단을 집속렌즈가 장착되는 광 헤드 상에 직접적으로 구현할 경우, 광 헤드의 하중이 증가함에 따라 미세한 포커싱 서보가 곤란하므로, 이를 극복하기 위한 구조에 관한 고안이 절실히 요청되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 공압 부상 방식을 채택하는 광 기록재생장치에 있어서도, 광 헤드의 하중의 증가를 초래하지 않으면서, 광 헤드를 통해 조사된 광의 초점이 디스크의 기록층에 정확하게 맺히도록 제어할 수 있는 포커싱 제어 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 내지 도 3은 종래의 광 기록재생방식의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서,

도 1은 파 필드 방식의 구성을 도시한 모식도

도 2는 역전구조의 디스크에 대한 기록재생방식을 도시한 모식도

도 3은 근접장 방식의 구성을 도시한 모식도

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시례의 구성을 도시한 것으로서,

도 4는 광 기록재생장치의 종단면도

도 5는 광 기록재생장치의 횡단면도

도 6은 초점 조절 유닛의 동작도

도 7은 광 헤드의 부상높이 변화에 따른 초점의 위치 변화를 도시한 동작도

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10 : 디스크20 : 서스펜션 아암

30 : 광 조사부31 : 시준 렌즈

100 : 광 경로 지지대200 : 초점 조절 유닛

210 : 초점 조절 렌즈220 : 간격 조절 기구

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 스핀들 모터에 장착된 디스크의 회전축 방향에 대한 탄성구동이 가능하도록 설치된 서스펜션 아암과, 상기 서스펜션 아암의 상기 디스크측 단부에 장착되어 광 조사부로부터 조사된 광을 집속하여 상기 디스크에 조사하는 집속렌즈가 구비된 광 헤드와, 상기 광 헤드를 통해 조사된 광의 촛점이 상기 디스크의 기록층에 맺히는지 여부를 감지하는 감지수단을 포함하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치에 있어서, 상기 서스펜션 아암의 상기 디스크 반대측에 설치된 광 경로 지지대와; 상기 광 조사부에서 조사된 광이 그 집광도가 변경되면서 투과되도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 복수개의 초점 조절 렌즈와, 상기 복수개의 초점 조절 렌즈 사이에 그 간격을 조절하도록 설치된 간격 조절 기구를 구비한 초점 조절 유닛과; 상기 감지수단으로부터 전달된 신호에 의해 상기 간격 조절 기구에 전기적 신호를 인가하는 제어부와; 상기 초점 조절 렌즈를 통해 조사된 광을 반사시켜 상기 광 헤드에 입사시키도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 반사경을; 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치를 제시한다.

또한, 상기 광 헤드는 회전하는 상기 디스크의 공기동압에 의해 부상된 채로 그 디스크의 트랙을 스캔할 수 있도록 상기 디스크측 대향면에 장착된 슬라이더를 추가적으로 구비한 구조를 취하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 간격 조절 기구는 형상 기억 합금 또는 압전소자 등에 의해 구현될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시례에 관하여 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시례의 구성을 도시한 것으로서, 도 4는 광 기록재생장치의 종단면도, 도 5는 광 기록재생장치의 횡단면도, 도 6은 초점 조절 유닛의 동작도, 도 7은 광 헤드의 부상높이 변화에 따른 초점의 위치 변화를 도시한 동작도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광 기록재생장치는 기본적으로, 스핀들 모터에 장착된 디스크(10)의 회전축 방향에 대한 탄성구동이 가능하도록 설치된 서스펜션 아암(20)과, 서스펜션 아암(20)의 디스크측 단부에 장착되어 광 조사부(30)로부터 조사된 광을 집속하여 디스크(10)에 조사하는 집속렌즈가 구비된 광 헤드(40)와, 광 헤드(40)를 통해 조사된 광의 촛점이 디스크(10)의 기록층에 맺히는지 여부를 감지하는 감지수단(미도시)을 포함하여 구성된다는 점에서 종래의 구조와 동일하다.

그러나, 서스펜션 아암(20)의 상기 디스크 반대측에 설치된 광 경로 지지대(100)와; 광 조사부(30)에서 조사된 광이 그 집광도가 변경되면서 투과되도록 광 경로 지지대(100)에 설치된 복수개의 초점 조절 렌즈(210)와, 상기 복수개의 초점 조절 렌즈(210) 사이에 그 간격을 조절하도록 설치된 간격 조절 기구(220)를 구비한 초점 조절 유닛(200)과; 상기 감지수단으로부터 전달된 신호에 의해 간격 조절 기구(220)에 전기적 신호를 인가하는 제어부(미도시)와; 초점 조절 렌즈(210)를 통해 조사된 광을 반사시켜 광 헤드(40)에 입사시키도록, 광 경로 지지대(100)에 설치된 반사경(110)을; 추가적으로 포함하는 포커싱 제어 장치를 구비한다는 점에서 특징이 있는 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 광 헤드(40)의 집속렌즈(41,42)를 통해 집속되는 광은 입사되는 광의 집광도(convergence)에 따라 그 초점의 위치가 상이하게 된다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 집광도가 작을수록, 즉, 광이 퍼져서 입사될수록 초점이 집속렌즈(42)로부터 이격되어 형성되게 되고, 도 7c에 도시된 바와 같이, 집광도가 클수록, 즉, 광이 모아져서 입사될수록 초점이 집속렌즈(42)에 근접하여 형성되게 된다.

따라서, 광 헤드(40)의 부상높이가 높은 경우에는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 집광도를 작게 하여 집속렌즈(42)로부터 먼 거리에 위치한 디스크(10)의 기록층에 초점이 형성되도록 할 수 있고, 광 헤드(40)의 부상높이가 낮은 경우에는, 도 7c에 도시된 바와 같이, 집광도를 크게 하여 집속렌즈(42)로부터 가까운 거리에 위치한 디스크(10)의 기록층에 초점이 형성되도록 할 수 있다.

본 발명은 이와 같이 집속렌즈(42)에 입사하는 광의 집광도에 따라 변화하는 초점 위치의 변경을 광 기록재생장치의 포커싱 제어 수단에 응용한 것으로서, 반사경(110)을 통해 반사되어 광 헤드(40)에 입사되는 광의 집광도를 광 경로 지지대(100)에 장착된 초점 조절 유닛(200)에 의해 조절함을 그 내용으로 하는 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광 조사부(30)에서 조사된 광은 시준 렌즈(31)를 통해 평행광이 되어 초점 조절 유닛(200)에 입사된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 초점 조절 유닛(200)은 복수개의 초점 조절 렌즈(210)와, 그 복수개의 초점 조절 렌즈(210) 사이에 그 간격을 조절하도록 설치된 간격 조절 기구(220)를 포함하여 구성되며, 시준 렌즈(31)를 통해 입사된 평행광은 복수개의 초점 조절 렌즈(210)의 간격에 의해 그 집광도가 변경된다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 초점 조절 렌즈(210) 사이의 간격이 가까울수록 집광도가 작아지므로, 반사경(31)에 반사되어 광 헤드(40)에 도달하면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 집속렌즈(42)로부터 먼 거리에 광의 초점이 형성되게 된다.

반대로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 초점 조절 렌즈(210) 사이의 간격이 멀수록 집광도가 커지므로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 집속렌즈(42)에 근접한 거리에 광의 초점이 형성되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 초점 조절 유닛(200)을 광 경로 지지대(100) 상에 설치함으로써, 광 헤드(40)의 하중 증가의 부담을 초래하지 않으면서도, 광 헤드(40)의 부상높이에 따른 포커싱 오차를 정확하게 보상할 수 있는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명은 광 기록재생방식을 취하는 기록재생장치라면, 종래의 어떠한 구조에도 적용될 수 있을 것이나, 광 헤드가 회전하는 디스크의 공기동압에 의해 부상된 채로 디스크의 트랙을 스캔할 수 있도록 광 헤드의 디스크측 대향면에 슬라이더가 장착되는 방식, 즉, 공압 부상 방식을 취하는 광 기록재생장치에 적용되는 경우, 그 효용성이 더욱 크다고 할 수 있다.

즉, 디스크의 회전속도에 따라, 또는, 디스크의 내주부와 외주부의 선속도의 차이에 따라 달라지게 되는 광 헤드의 부상높이의 변화를 상기 감지수단에 의해 측정하고, 상기 제어부를 통해 그 부상높이 변화의 역수에 해당하는 움직임을 상기 초점 조절 유닛(200)의 간격 조절 기구(220)에 구현함으로써, 간단한 구조에 의해 공압 부상 방식을 취하는 광 기록재생장치의 정확한 포커싱 서보를 가능하게 하는 것이다.

간격 조절 기구(220)에는 공지 기술인 형상 기억 합금이나, 압전소자를 적용함으로써, 그 목적을 간단히 구현할 수 있다.

여기서, 형상 기억 합금(形狀記憶合金, shape memory alloy)이란, 온도의 변화에 따라 형상의 변형을 수반하는 금속 물질을 말한다.

형상기억효과(形狀記憶效果)의 메커니즘은, 금속고상(金屬固相) 상태에서의 상변태(相變態)의 일종인 마르텐사이트 결정변태(結晶變態)와 동일한 현상이다. 열탄성(熱彈性) 마르텐사이트 변태를 나타내는 합금은 예외 없이 형상기억 특성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 실용화된 합금으로서는 니켈-티타늄 합금, 구리-아연-알루미늄 합금 등이 있다.

이와 같은 특성을 갖는 형상 기억 합금에 의해 초점 조절 유닛(200)의 간격 조절 기구(220)를 형성하고, 상기 제어부로부터 그 간격 조절 기구(220)에 전기적 신호를 인가함으로써, 온도 변화에 수반되는 형상 기억 합금의 변형에 의해 복수개의 초점 조절 렌즈(210) 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 것이다.

한편, 압전소자(壓電素子, piezo-electric element)란, 압전기(壓電氣) 현상을 나타내는 소자를 말하는 것으로서, 피에조전기소자라고도 한다.

수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어난 것으로 알려져 있다.

압전기란 어떤 종류의 결정판(結晶板)에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양·음의 전하(電荷)가 나타나는 현상을 말하며, 한 장의 결정판에 나타나는 압전기는 미약하지만 금속박을 삽입하면서 여러 장을 겹칠 경우 그 양이 크게 증대된다.

또한, 역으로 압전소자는 그 압전소자에 전류를 흘리면 기계진동을 일으키는성질을 함께 지닌다.

이와 같은 특성을 갖는 압전소자에 의해 초점 조절 유닛(200)의 간격 조절 기구(220)를 형성하고, 상기 제어부로부터 그 간격 조절 기구(220)에 전기적 신호를 인가함으로써, 압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 복수개의 초점 조절 렌즈(210) 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 공압 부상 방식을 채택하는 광 기록재생장치에 있어서도, 광 헤드의 하중의 증가를 초래하지 않으면서, 광 헤드를 통해 조사된 광의 초점이 디스크의 기록층에 정확하게 맺히도록 제어할 수 있는 포커싱 제어 장치를 제공한다.

Claims (4)

1. 스핀들 모터에 장착된 디스크의 회전축 방향에 대한 탄성구동이 가능하도록 설치된 서스펜션 아암과, 상기 서스펜션 아암의 상기 디스크측 단부에 장착되어 광 조사부로부터 조사된 광을 집속하여 상기 디스크에 조사하는 집속렌즈가 구비된 광 헤드와, 상기 광 헤드를 통해 조사된 광의 촛점이 상기 디스크의 기록층에 맺히는지 여부를 감지하는 감지수단을 포함하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치에 있어서,

   상기 서스펜션 아암의 상기 디스크 반대측에 설치된 광 경로 지지대와;

   상기 광 조사부에서 조사된 광이 그 집광도가 변경되면서 투과되도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 복수개의 초점 조절 렌즈와, 상기 복수개의 초점 조절 렌즈 사이에 그 간격을 조절하도록 설치된 간격 조절 기구를 구비한 초점 조절 유닛과;

   상기 감지수단으로부터 전달된 신호에 의해 상기 간격 조절 기구에 전기적 신호를 인가하는 제어부와;

   상기 초점 조절 렌즈를 통해 조사된 광을 반사시켜 상기 광 헤드에 입사시키도록, 상기 광 경로 지지대에 설치된 반사경을; 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광 헤드는 회전하는 상기 디스크의 공기동압에 의해 부상된 채로 그 디스크의 트랙을 스캔할 수 있도록 상기 디스크측 대향면에 장착된 슬라이더를 추가적으로 구비한 것을 특징으로 하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 간격 조절 기구는 형상 기억 합금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 간격 조절 기구는 압전소자에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광 기록재생장치의 포커싱 제어 장치.