KR20040069195A - 광학주사장치 - Google Patents

Abstract

광학주사장치는 다수의 독립적으로 이동가능한 광학 헤드들 H1, H2를 구비한다. 방사원에 의해 발생된 방사빔이 분할되고, 헤드들 H1, H2에 동시에 입사된다. 한 개의 방사빔을 2개의 수직 편광된 방사빔들(35, 36)로 분할하여, 분리된 방사빔들(35, 36)이 발생된다. 그후, 분리된 방사빔들은 광 기록매체(2)의 유사한 반경방향의 영역들이 판독될 수 있도록 한다.

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

본 발명은, 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 관한 것이다.

종래의 광학주사장치에서는, 기록매체 상의 데이터가 판독될 수 있는 속도를 증가시키기 위해, 다수의 방사빔을 사용하여 기록매체를 주사하는 광학 헤드들이 제안되었다. 이와 같은 다중-빔 광 디스크 드라이브에서 지속적인 바이트 스트림을 출력하는데 필요한 데이터 버퍼링에는 상당한 메모리 크기가 필요하다. 이것은, CD와 DVD 등의 대부분의 광 디스크들이 연속적인 나선을 따라 데이터를 저장하고, 이들 디스크가 저장된 데이터의 랜덤 액세스를 위해 구체적으로 설계되지 않았기 때문이다. 연속적인 나선을 전자적으로 재구성하기 위해서는, 다수의 빔에 의해 1 디스크 회전중에 판독된 정보의 전체 양을 저장하는 것이 필요하다.

다수의 방사빔을 사용하는 대신에, 다수의 광학 헤드를 사용하는 것이 제안되었다. 이에 따르면, 더욱 더 많은 데이터가 더 높은 속도에서 판독되어, 데이터 처리율을 향상시킬 수 있다. JP 08-180455A에는, 2개의 광학 헤드들 갖는 광학주사장치가 개시되어 있다. 어느 한 시간에 단지 1개의 광학 헤드가 동작가능하지만, 이들 헤드를 순차적으로 사용함으로써 접근시간을 줄일 수 있다. JP 03-192525A에는 2개의 광학 헤드를 갖는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 시스템의 동작 중에, 광학 헤드들과 이와 관련된 광학계들 및 검출기 어레이 모두가 움직이게 된다. 이것은 장치를 구현하기 어렵게 하며, 고가로 만들로 부피가 크게 한다.

본 발명에 따르면, 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치가 제공되는데, 이 장치는, 방사빔을 발생하는 방사원수단과, 방사빔을 광 기록매체를 향해 투과시키는 광학부재들을 구비하고, 이들 광학부재가 복수의 독립적으로 이동가능한 광학 헤드들을 구비하며, 각각의 헤드는 별개의 반경방향의 트랙킹 경로에 장착되고, 각각의 반경방향의 트랙킹 경로는 광 기록매체의 중심 주위로 각방향으로 분리되며, 상기 장치가 상기 광학 헤드들 각각에 방사원수단에서 발생된 방사빔을 동시에 공급하도록 구성된다.

이에 따르면, 향상된 데이터 처리율을 얻을 수 있으며, 기록매체의 유사한 반경방향의 영역을 동시에 주사할 수 있다. 더구나, 이와 같은 시스템을 기존의 기록매체 포맷들과 호환가능하게 구현할 수 있다. 또한, 기존의 시스템의 상당한 설계변경을 필요로 하는 다중 빔 시스템과 달리, 구현에 비교적 비용이 들지 않는다.

본 발명의 또 다른 목적, 이점 및 특징부는, 다음의 첨부도면에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예들의 이하의 더욱 상세한 설명으로부터 더욱 더 명백해질 것이다:

도 1은 기록매체에 단일 방사빔의 초점을 맞추는 단일 광학 헤드를 포함하는 일반적인 광학주사장치를 나타낸 것이다.

도 2a는 기록매체 상에 방사빔의 초점을 각각 맞추는 2개의 광학 헤드를 포함하는 본 발명에 따른 광학주사장치를 나타낸 것이다.

도 2b는 본 발명에 따른 도 2a의 광학 헤드들 중에서 1개의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 고정된 광학 배치의 한가지 형태에 있어서의 방사빔의 광 경로를 개략적으로 나타낸 것으로, 이때 방사원은 도면의 평면에 존재한다.

도 4는 본 발명에 따른 고정된 광학 배치의 다른 형태에 있어서의 방사빔의 광 경로를 개략적으로 나타낸 것으로, 이때 방사원은 도면의 평면에 존재한다.

도 5는 본 발명에 따른 고정된 광학 배치의 또 다른 형태에 있어서의 방사빔의 광 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 6은 도 5의 배치에 사용되는 편광 격자를 나타낸 것이다.

도 1은 광 기록매체(2)를 주사하는 광학 헤드를 포함하는 통상적인 광학주사장치의 구성요소를 나타낸 것이다. 이때, 이어서 설며할 본 발명의 실시예들은 각각의 광 빔 경로에 유사하게 배치된 구성요소들을 포함한다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 다음의 설명은 본 발명의 실시예들의 각각의 광 빔 경로에 있는 구성요소들에 적용되는 것으로 해석되어야 한다.

기록매체(2)는, 정보층이 배치되는 일면을 갖는 투명층(3)을 포함하는 광 디스크의 형태를 갖는다. 투명층(3)의 반대측의 정보층(4)의 면은, 보호층(5)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 장치를 마주보는 투명층(3)의 면은 입사면(6)으로 불린다. 투명층(3)은, 정보층에 대해 기계적 지지를 제공함으로써 기록매체에 대한 기판으로서의 역할을 한다. 이와 달리, 투명층은 정보층을 보호하는 유일한 기능을 갖는 한편, 기계적인 지지가 정보층의 타면에 있는 층, 예를 들면 보호층(5)이나,추가적인 정보층과 정보층(4)에 연결된 투명층에 의해 제공될 수도 있다. 정보는, 도 1에 도시되지 않은 거의 평행하거나, 동심원을 이루거나 나선형의 트랙들로 배치된 광학적으로 검출가능한 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4)에 저장될 수도 있다. 이들 마크는, 임의의 광학적으로 판독가능한 형태, 예를 들면, 그것의 주변부와 다른 반사계수 또는 자화방향을 갖는 피트들 또는 영역들, 또는 이들 형태의 조합의 형태를 가질 수도 있다.

이 주사장치는, 방사빔(7)을 방출하는 반도체 레이저(9)의 형태를 갖는 선편광된 방사원을 구비한다. 방사빔은 광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는데 사용된다. 편광 빔 스플리터(13)는 광 경로 상의 발산 방사빔(12)을 시준 렌즈(14)를 향해 반사시키고, 시준 렌즈는 발산하는 빔(12)을 평행광으로 변환된 빔(16)으로 변환시킨다. 빔(16)은 대물계(18)에 입사된다. 대물계는, 1개 이상의 렌즈 및/EH는 격자를 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 대물계(18)는, 본 실시예에서는, 렌즈(14)와 기록매체(2)의 위치 사이에 있는 제 1 렌즈(18a)와 제 2 렌즈(18b)의 2개의 부재로 구성된다. 대물계(18)는 광축(19)을 갖는다. 대물계(18)는 이 빔 16을 기록매체(2)의 입사면(6)에 입사하는 수렴 빔(20)으로 변화시킨다. 대물계는, 투명층(3)의 두께를 통해 방사빔을 통과시키도록 구성된 구면수차 교정 특성값을 갖는다. 수렴 빔(20)은 정보층(4)에 스폿(21)을 형성한다.

정보층(4)에 의해 반사된 방사빔은, 발산하는 빔(22)을 형성하고, 대물계(18)에 의해 거의 평행광으로 변환된 빔(23)으로 변환된 후, 시준 렌즈(14)에 의해 수렴 빔으로 변환된다. 빔 스플리터(13)는, 수렴 빔(24)의 적어도 일부를검출계(25)를 향해 투과시킴으로써, 전방 빔과 반사빔을 분리한다. 검출계는, 방사빔을 포착하고, 이 방사빔을 전기 출력신호(26)로 변환하며, 이 출력신호는 광학 헤드(1)과 별개로 주사장치 내부에 배치된 신호처리회로 27 및 29에 의해 처리된다. 신호 처리기(27)는 이들 출력신호를 다양한 다른 신호들로 변환한다.

이들 신호 중에서 한가지는 정보신호(28)로서, 이 신호의 값은 정보층(4)에서 판독된 정보를 표시한다. 정보신호는, 오류정정용 정보처리부(29)에 의해 처리된다. 신호 처리기(27)에서 발생된 나머지 신호는 초점 에러신호 및 래디얼 에러신호(30)이다. 초점 에러신호는 스폿(21)과 정보층(4) 사이의 축방향의 높이차를 표시한다. 래디얼 에러신호는 스폿(21)과 이 스폿이 뒤따르는 정보층 내부의 트랙의 중심 사이의 정보층(4)의 평면 내에서의 거리를 표시한다.

초점 에러신호와 래디얼 에러신호는 서보회로(미도시)에 공급되고, 서보회로는 이들 신호를 광학 헤드 내부의 기계적인 초점 액추에이터(미도시)를 제어하는 초점 에러신호와 트랙킹 에러신호로 변환한다. 기계적인 초점 액추에이터들은, 초점 방향(33)으로 대물계(18)의 위치를 제어하여, 스폿의 축방향 위치가 정보층(4)의 평면과 거의 일치하도록 스폿(21)의 축방향 위치를 제어하고, 반경방향으로 대물계의 위치를 제어하여, 스폿의 반경방향의 위치가 현재 주사되고 있는 트랙과 거의 일치하도록 스폿(21)의 반경방향의 위치를 제어한다. 반경방향으로 이동가능한 아암 등의 추가적인 기계적 액추에이터가 디스크(2)의 반경방향(34)으로 광학 헤드(1)의 위치를 변경하여, 스폿(21)의 반경방향의 위치가 정보층(4) 내부의 뒤따르는 트랙 위에 놓이도록 이 반경방향의 위치를 대략적으로 제어한다. 기록매체(2)에 있는 트랙들은 도 1의 평면에 수직한 방향으로 진행한다.

도 2a는 이하에서 더욱 상세히 설명할 본 발명의 총괄적인 개념을 나타낸 것이다. 도 2a에 나타낸 것과 같이, 고정된 광학장치(31)가, 기록매체(2)의 정보층(4) 상에 스폿들을 동시에 형성하는 2개의 독립적으로 이동가능한 광학 헤드들(39, 40)을 향하는 2개의 방사빔들(35, 36)을 발생하도록 배치된다. 고정된 광학장치(31)를 벗어날 때, 빔들(35, 36)은 출사 영역에 대해 각방향으로 분리된다. 각방향 분리 α는 30°보다 큰 것이 바람직하며, 도시된 실시예에서는 약 90°이다. 방사빔들(35, 36)은, 방사빔들(35, 36)을 각각의 광학 헤드들 H1, H2를 향하게 하는 경사 굴곡거울들(folding mirror)(39, 40)에 입사된다. 각각의 광학 헤드 H1, H2는 디스크(2)의 데이터 보유면의 전체의 반경방향의 주사면을 따라 각각의 대략적인 래디얼 트랙킹부(37, 38)에 의해 반경방향으로 독립적으로 움직일 수 있다. 각각의 대략적인 래디얼 트랙킹부는, 기록매체(2)의 중심 C 주위로 각방향으로 분리되는 래디얼 트랙킹 경로를 형성한다. 도시된 실시예에서, 각방향 분리 θ는 180°이다. 그러나, 다른 각방향 분리도 가능하다. 기록매체(2)의 유사한 반경방향의 영역을 주사할 때, 광학 헤드들이 기계적으로 방해하지 않도록 하기 위해, 각방향 분리는 최소한 30°보다 큰 것이 바람직하다. 이 두 개의 광학 헤드들을 사용하여 선택적으로 데이터를 액세스할 때 대기시간을 줄이기 위해서는, 180°의 분리가 바람직하다.

도 2b는 각각의 광학 헤드 H1, H2에서 사용된 광학부재들을 나타낸 것이다. 각각의 광학 헤드는, 초점 에러 및 트랙킹 에러 정정을 위해 기계적인 액추에이터들(미도시)에 장착된 대물계(118, 218)를 구비한다. 굴곡거울(41, 42)은 기록매체(2)의 표면으로 빔을 반사시키고 이 표면으로부터 빔을 반사시킨다.

2개의 분리된 방사빔들(35, 36)은 후술하는 다수의 방법 중에서 한가지에 의해 발생될 수 있다.

먼저, 도 3을 참조하면, 광학주사장치는 방사빔(7)을 방출하는 반도체 레이저(9)의 형태를 갖는 방사원을 구비한다. 방사원은, 거의 편광되지 않거나, 후술하는 편광 부품들의 편광 광학계에 대해 45°의 각도로 편광될 수 있다. 비편광 빔 스플리터(113)는 광 경로 상의 방사빔을 시준렌즈(14)를 향해 반사시키고, 이 시준렌즈는 빔을 평행광으로 변환된 빔으로 전환한다. 방사빔은, 빔을 2 성분의 방사빔들(35, 36)로 분리하는 역할을 하는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter: PBS) 코팅(44)을 갖는 프리즘(43)에 입사된다. 이때, 프리즘(43)을 벗어날 때, 이들 빔(35, 36)은, 도 3에서 한 개의 빔 35를 표시하는 점이 찍힌 선과, 나머지 빔 36을 표시하는 직선 상에 표시된 페이지 상의 화살표로 나타낸 것과 같이, 서로 90°의 각도로 선편광된다. 도 3, 도 4 및 도 5의 각각에 걸쳐서 편광 방향과 관련하여 이와 유사한 표시를 사용한다.

기록매체(2) 상의 2개의 지점에 위치하는 정보층(4)에 의해 반사된 방사빔은, 대물렌즈(118, 218)를 다시 투과하여, 거울(41, 42)에 입사한다. 그후, 반사된 빔들은 프리즘(43)으로 투과되고, 이때 PBS 코팅이 빔들을 반사시키고 결합한다. 그후, 결합된 빔은 시준렌즈(14)에 입사하고 빔 스플리터(113)로 투과된다. 빔 스플리터(113)는, 반사된 정보 빔의 적어도 일부분을 PBS 코팅(47)을 포함하는 마이크로 프리즘(45)을 구비한 검출계로 투과시킴으로써, 전방 빔과 반사 빔을 분리한다. PBS 코팅(47)은, 반사된 정보 빔을 2개의 빔들 50 및 51로 분할하는 역할을 하는데, 이때 빔 50은 기록매체(2) 상의 렌즈 118 아래에 있는 영역으로부터 발생된 정보를 표시하고, 빔 51은 기록매체(2) 상의 렌즈 218 아래에 있는 영역으로부터 발생된 정보를 표시한다. 빔 50, 51은 서로 90°편광된다. 그후, 이들 방사빔(50, 51)은 검출기 어레이(54)의 2개의 분리된 부분들(52, 53)에 입사한다. 검출기 어레이의 각각의 부분들은, 현재 서로 다른 광학 헤드들에 의해 주사되고 있는 기록매체(2)의 각각의 영역에 대해 정보신호들, 초점 에러신호들과 래디얼 에러신호들을 생성한다.

도 4 및 도 5는 서로 90°편광된 2개의 방사빔을 발생하는 또 다른 방법을 나타낸 것이다. 도 4 및 도 5에서, 구성요소들에는 전술한 시스템의 유사한 구성요소와 동일한 참조번호를 붙였으며, 그것과 이에 대한 대안의 상세한 설명은 반복설명하지 않지만, 마찬가지로 본 실시예들에서도 적용된다.

도 4에서는, 프리즘 43을 PBS 코팅(60)된 평판(61)과 평판 반사거울(62)로 대체하였다. 이들 장치들의 조합은, 서로 90°의 각도로 각각 편광된 전술한 것과 같은 2개의 방사빔을 발생한다.

도 5에서는, 바람직하게는 블레이즈되고(blazed), 방사빔을 각각 서로 90°편광된 2개의 구성 부분으로 분할하는 역할을 하는 편광 격자(70)에 의해 프리즘(43)을 대체하였다. 더구나, 본 실시예에서는, 바람직하게는 블레이즈되고, 마이크로 프리즘 46과 유사한 방식으로 결합된 방사빔에 작용하여, 방사빔을 기록매체(2) 상의 2개의 분리된 영역을 표시하는 2개의 성분으로 분할시키는 또 다른 편광 격자(71)로 마이크로 프리즘(46)을 대체하였다.

도 6은 격자들 70, 71의 구조를 나타낸 것이다. 이 격자는, 리튬 니오븀 산화물 재료로 이루어진 격자 부분들(75)을 사용하여 격자가 편광을 갖도록 제조된다. 그러나, 편광 특성값을 발생하는데 적합한 낮은 피치를 갖는 격자 등과 같은 다른 적절한 격자 또는 격자 재료가 사용될 수도 있다는 것은 자명하다. 또한, 각각의 출사 빔들 사이에 더 큰 각방향 분리를 달성하기 위해, 격자들(70, 71)과 추가적인 거울들(미도시)을 결합할 수도 있다.

주사장치의 작동시에, 광학 헤드들 H1, H2는, 주사 제어계(미도시)의 도움으로, 대략적인 래디얼 트랙킹부들(37, 38)을 사용하여 헤드를 독립적으로 이동시키고, 그 각각이 동시에 별개의 데이터 영역들로부터 판독을 수행하도록 동작할 수 있다. 이와 같은 구성은, 광 기록매체가 서로 다른 데이터 영역들에 저장된 다수의 데이터 파일들을 유지하는 경우와 같이 흔히, 다수의 분리된 데이터 영역들로부터 데이터를 판독할 때 판독속도를 향상시킨다. 예를 들어, 단일 데이터 스트림을 생성하고자 할 때의 오디오 데이터의 경우에서와 같이, 단일 데이터 영역으로부터 데이터를 판독시에, 동일한 데이터 영역의 서로 다른 부분들을 주사하기 위해 이들 헤드들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 헤드가 제 1 세트의 트랙을 형성하는 소정수의 트랙들을 주사하는데 사용될 수 있는 한편, 이와 동시에, 제 2 헤드가 제 1 세트의 트랙들에 인접한 제 2 세트의 트랙들을 구성하는 동일한 수의 트랙을 주사하는데 사용된 후, 제 1 헤드의 트랙킹이 제 2 세트의 트랙킹에 인접한 제 3 영역으로 점프하고, 제 2 헤드의 트랙킹이 제 3 세트의 트랙들에 인접한 제 4 영역으로 점프하며, 2개의 헤드들이 제 3 및 제 4 영역에 있는 서로 다른 데이터를 동시에 판독할 수 있으며, 이하 마찬가지이다. 이에 따르면, 동일한 데이터의 연속적인 부분들이 증가된 속도로 판독될 수 있는 한편, 각각의 헤드에 대응하는 2개의 검출계로부터 수신된 데이터 스트림들을 결합하여 최종 데이터 스트림이 생성될 수 있다.

전술한 실시예들에서는, 채널들 사이의 누화의 전자적인 보상이 신호처리단에서 제공될 수도 있다. 광축에 수직한 2가지 방향에서의 빔 각도에 대한 레이저의 조정이 시준렌즈 다음의 빔 경로에j 제공될 수도 있다. 더구나, 광축을 따른 시준렌즈의 이동가능한 조정이 제공될 수도 있다. 더구나, 빔들을 이동가능한 광학 헤드들을 향해 정밀하게 굴곡시키기 위해 거울들 39, 40의 각방향의 조정이 제공될 수도 있으며, 2개의 채널들 사이의 누화를 줄이기 위해, 시준렌즈 위에 있는 프리즘, 편광판 또는 편광 격자의 광축을 중심으로 한 조정이 제공될 수도 있다.

예시된 장치는 디스크의 2개의 부분으로부터 데이터를 동시에 판독하는데 사용될 수 있다. 더구나, 이 장치는 데이터 기록 기능을 포함할 수도 있다. 2개의 분리된 광 경로들과 레이저들을 사용함으로써, 디스크의 2개의 부분에 동시에 데이터가 기록될 수 있다.

따라서, 본 발명은, 광 기록매체의 2개의 별개의 영역을 동시에 판독할 수 있는 2개의 독립적으로 이동가능한 광학 헤드들을 구비한 광학주사장치를 제공한다.

전술한 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들로 해석되어야 한다. 본 발명의 또 다른 실시예를 상정할 수 있다. 예를 들면, 한 개의 방사원으로부터 발생된 방사빔을 분할하는 대신에, 2개의 별개의 방사원이 사용될 수도 있다. 어느 한 실시예와 관련하여 설명한 특징부는 다른 실시예에서 사용될 수도 있다는 것은 자명하다. 더구나, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 위에서 설명하지 않은 등가물 및 변형물이 채용될 수도 있다.

Claims (11)

1. 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 있어서,

   방사빔을 발생하는 방사원수단과, 방사빔을 광 기록매체를 향해 투과시키는 광학부재들을 구비하고, 이들 광학부재가 복수의 독립적으로 이동가능한 광학 헤드들을 구비하며, 각각의 광학 헤드는 별개의 반경방향의 트랙킹 경로에 장착되고, 각각의 반경방향의 트랙킹 경로는 광 기록매체의 중심 주위로 각방향으로 분리되며, 상기 장치가 상기 광학 헤드들 각각에 방사원수단에서 발생된 방사빔을 동시에 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각방향 분리는 최소한 30°인 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 각방향 분리는 대략 180°인 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부재들은, 한 개의 방사빔을 적어도 2개의 성분 부분들로 분할하는 광학장치를 구비하고, 이 빔의 각각의 성분 부분들은 별개의 광학 헤드에 입사되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 광학장치는, 광 기록매체에서 반사된 후, 상기 적어도 2개의 성분 부분들을 결합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 광학장치는 편광 빔 스플리터를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 광학장치는 편광 격자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

   광 기록매체를 가로지르는 방사빔의 주사에 의해 발생된 데이터 신호들을 검출하는검출계를 구비하고, 상기 검출계는 주사장치 내부의 광학 헤드들의 수에 대응하는 복수의 출력 데이터 스트림을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
9. 제 8항에 있어서,

   기록매체와 검출계 사이에 배치된 광학부재를 구비하고, 이 광학부재는, 입사 방사빔을 성분 부분들로 분할하고 이 성분 부분들을 검출기의 별개의 부분들로 투과시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 광학부재는 편광 빔 스플리터를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 광학부재는 편광 격자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.