KR20060041856A - 스몰 폼 팩터 광데이터 저장 장치 - Google Patents

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KR20060041856A
KR20060041856A KR1020050011472A KR20050011472A KR20060041856A KR 20060041856 A KR20060041856 A KR 20060041856A KR 1020050011472 A KR1020050011472 A KR 1020050011472A KR 20050011472 A KR20050011472 A KR 20050011472A KR 20060041856 A KR20060041856 A KR 20060041856A
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버나드 더블유. 벨
데이비드 엘. 블랑켄버클러
데이비드 에이치. 데이비스
스티븐 에이치. 레이
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디피에이치아이 애퀴지션즈 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 스몰 폼 팩터 광디스크 드라이브에 관한것으로서, OPU가 슬레드에 장착되어 광미디어에 대한 광경로 길이가 코히어런스 기능의 최대치 사이에 연속으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

스몰 폼 팩터 광데이터 저장 장치{SMALL FORM-FACTOR OPTICAL DATA STORAGE DEVICE}
첨부된 도면을 참조함으로써 본 발명은 더 잘 이해될 것이며, 본 발명의 다양한 목적, 특징 및 장점은 당업자에게 명확해 질 것이다. 도면 전반에 걸쳐 유사하거나 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 사용한다.
도 1a는 광 픽업 유닛(OPU)의 단면도,
도 1b는 도 1a의 OPU를 통한 광 경로를 도시한 도면,
도 2는 도 1a의 OPU를 포함하는 광 디스크 드라이브 엑추에이터 아암의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬레드(sled) 장착된 OPU의 사시도,
도 4는 도 3의 OPU, 터닝 미러 및 렌즈의 방위를 도시한 도면,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 OPU, 슬레드 모터 및 스핀 모터의 관계를 보여주기 위한 광 디스크 드라이브 프레임의 측면 절개도,
도 5b는 도 5a의 광 디스크 프레임의 사시도,
도 6은 광 디스크 드라이브에 대한 광 응집능(가시능) 계수의 그래프,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 가요성 회로판에 장착된 OPU의 사시도,
도 7b는 도 7a의 가요성 회로 기판의 일부 확대도,
도 7c는 도 7a의 가요성 회로 기판의 다른 사시도,
도 8은 본 발명의 실시에에 따른 디스크 드라이브의 단면도,
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 디스크 카트리지의 사시도,
도 9b는 도 9a의 디스크 카트리지의 분해도,
도 9c는 도 9a의 디스크 카트리지의 단면도,
도 9d는 도 9c의 확대도,
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 광 디스크 드라이브의 기판이 부분적으로 절개된 사시도,
도 10b는 도 10a의 광 디스크 드라이브의 측면도,
도 10c는 도 10b의 직선 A-A에 따른 단면도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 빔 워크(beam walk)를 제거하도록 형성된 트래킹 서보 시스템의 블럭선도,
도 12는 도 11의 NTES 오프셋 보정기에 대한 블럭선도,
도 13a는 본 발명의 실시예에 따른 개방된 카트리지 트레이를 구비하는 광 디스크 드리이브의 단면도,
도 13b는 밀폐 위치의 카트리지를 갖는 도 13a의 광 디스크 드라이브의 단면도,
도 14a는 본 발명에 따른 연결 메커니즘을 맞물지 않도록 슬레드를 이의 최내부 경로에 위치시키는 광 디스크 드라이브 슬레드에 장착된 가요성 회로판의 측면도,
도 14b는 본 발명에 따른 연결 메커니즘을 맞물리도록 슬레드를 이의 최외부 경로에 위치시키는 도 14a의 가요성 회로판 및 슬레드의 측면도 및
도 14c는 도 14b의 가요성 회로반 및 슬레드의 사시도이다.
본 발명은 다양한 수정 및 대체 형상이 가능하지만, 구체적인 실시예가 도면의 예에 의해 도시되며 여기에서 상술된다. 도면 및 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특유 형태로 제한하지 않는 반면, 첨부된 청구의 범위에 정의된 본 발명의 범위 및 기술적 사상을 벗어나지 않는 수정예, 동등예 및 대체예를 망라한다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
103. 광 픽업유닛(OPU) 210. 전망경
218. 레이저 223. 대물렌즈
231. 스페이서 250.검출기
305. 슬레드 420. 조준기
505. 회전 레일 520. 슬레드 모터
710. 레이저 드라이버 730. 결합 패드
810. 광디스크 카트리지 900. 플라스틱 베이스
본 발명은 휴대용 매체 카트리지를 사용하는 SFF(small form-factor) 광 데이터 기억장치에 관한 발명이다. 본 출원은 2004년 2월 6일에 출원된 미국 가출원 제 60/542,406 호의 내용 전체를 기초로 한다.
광 디스크 드라이브의 폼 팩터(form factor)를 줄이는 데는 많은 장벽이 존재한다. 예를 들어, CD-ROM과 같은 종래의 광 디스크 드라이브는 “이차면(second surface)” 광 디스크를 사용한다. 이차면 광디스크에서, 정보층은 수백 마이크론의 두께를 가지는 상대적으로 두꺼운 보호층이나 기판으로 덮여있다. 광 드라이브의 읽기 및 쓰기에 사용되는 종래의 레이저광은 400에서 800나노미터 정도의 범위의 파장을 가지는 것을 고려하면, 상대적으로 두꺼운 보호층은 그 두께 내에 많은 파장들을 가진다. 그리하여, 보호층의 표면에 있는 스크래치, 먼지 및 지문과 같은 결함이 그 아래의 정보층에 대해 초점을 흐리게 한다. 이 방식에서, CD-ROM 및 다른 이차면 디스크는 사용자에 의해 다루어지고, 보호 카트리지의 요구없이 먼지 환경에 노출된다.
설령, 이차면 디스크의 사용이 이러한 유리한 디포커싱 특징을 제공한다고 해도, 그것은 또한 어떤 결점을 동반한다. 예를 들어, 정보층을 덮고 있는 상대적으로 두꺼운 보호층은 심각한 광수차와 파면왜곡(wavefront distortion)을 일으킨다. 다음에, 이 광학적 문제들은 정보층의 완성 피처크기(feature size)의 면에 위치하여, 데이터 용량을 제한한다. 그러나, 광디스크 크기가 줄어들면, 상대적으로 작은 정보층 영역이 존재함에도 불구하고 귀중한 데이터 기억 용량을 제공하기 위해 정보층의 피처 크기를 줄이는 것이 중요하다. SFF 광학 디스크 드라이브내의 데이터 용량을 확보하기 위해, 본 출원인은 1999년 5월 20일에 출원되고, 포기된 미국 출원 제 09-315,398 호의 분할출원으로서, 2004년 7월 13일에 출원된 미국 출 원 제 10-891,173 호에 그 내용 전체가 개시된 것과 같은 일차면(first surface) 광 디스크를 개발했다. 이 일차면 디스크들에서, 정보층은 기판을 덮어, 리드온리 및 재기록가능 영역중 하나 또는 양쪽을 형성하도록 되어 있다. 유리한 점으로서, 정보층은 SbInS 합금과 같은 연속적인 위상 변화 물질로부터 형성되어서 상기 리드온리 및 재기록가능 영역의 형성은 마스크 작업이나 다른 복잡한 제조공정을 요구하지 않는다. 정보층의 표면은 실리콘 옥시니트라이드와 같은 유전체로부터 형성된 광결합층으로 덮여 있다. 그러나, 이차면 디스크와 달리, 광결합층은 매우 얇아서(100nm이하) 디포커싱 효과를 제공하지 않는다. 대신, 광학 기술에서 알려진 바와 같이 정보층을 공기 입사 레이저빔과 광학적으로 더 잘 연결하기 위한 반사방지용 코딩으로 단순히 기능한다. 유리한 점으로서, 광결합층은 이차면 디스크의 보호층이 일으키는 수차와 파면왜곡을 일으키지 않아서 피처 크기가 실질적으로 줄어든다. 이 방식에서, 중요한 데이터 용량은 SFF의 본재에도 불구하고 달성된다.
본 출원인은 본 발명인 일차면 광디스크를 사용한 SFF 광디스크 드라이브를 또한 개발했다. 예를 들어, 2001년 9월 10일 출원된 미국 출원 제 09/950,378 호는 한쪽 끝에 설치된 광 픽업유닛(OPU)을 가지는 액추에이터 암을 가지는 광 디스크 드라이브를 개시한다. OPU(103)의 단면이 도 1a에 나타나 있다. OPU(103)를 위한 대응 광선 자취가 도 1b에 도시되어 있다. 도 1a에 도시된 것처럼 OPU(103)는 반사층(211, 212, 및 213)을 가지는 전망경(periscope)을 포함한다. 전망경(210)은 투명 광 블록(214)에 설치된다. 대물렌즈(223)는 스페이서(221)에 위치하고 차례대로 전망경(210)에 설치되는 1/4 파장 플레이트(QWP)상에 설치된다. 광블 럭(214)은 터닝 미러(216)와 스페이서(231)를 거쳐 실리콘 서브마운트(215)에 설치된다.
레이저(218)는 레이저 마운트(217)에 설치되고, 실리콘 서브마운트(215)에 위치된다. 검출기(225 및 226)는 실리콘 기판(215)상에 위치하고 집적된다. 레이저(218)는 터닝 미러(216)에 의해 투명 블록(214)으로 반사되는 광 빔(224)을 생성한다. 빔(224)은 그 후 반사면(212 및 213)에 의해 렌즈(223) 및 광 매체상으로 반사된다(도 1b 참조). 일부 실시예에서, 반사면(212 및 213)은 편광 의존될 수 있고, 되돌아와서 레이저(218)로부터 반사된 모든 편광 광 빔을 실질적으로 반사한다. QWP(222)는 레이저 빔(224)의 편광을 회전시켜 광 매체로부터 반사된 광 빔은 광 빔(224)의 방향에 직교하도록 편광된다.
광 매체(102)로부터 반사된 빔(230)은 렌즈(223)로부터 수집되고 전망경(210)으로 집속된다. 광 빔(224)에 반대로 편광된, 반사된 빔(230)의 부분(일부 실시예에서 약 50%)은 반사면(213)을 통과하고 광 검출기(226)상으로 향한다. 추가로, 반사된 빔(230)의 일부는 반사면(212)을 통과하고, 반사면(211)에 의해 검출기(225)로 반사된다. 검출기(225 및 226)들의 위치사이에 경로 거리상의 차이 때문에, 도 1b에 나타난 것처럼, 검출기(226)는 렌즈(223)의 초점 위치 앞에 위치하고, 검출기(225)는 렌즈(223)의 초점 거리 뒤에 위치한다.
일부 실시예에서, 광학면(212)은 제 1 편광에 대해 거의 100% 반사시키고, 반대 편광에 대해 거의 100% 통과시킨다. 광학면(213)은 제 1 편광에 대해 거의 100% 반사시키고, 반대 편광에 대해 거의 50% 반사시켜서, 표면(213)으로 입사하는 반대 편광은 거의 50% 통과된다. 광학면(211)은 그 후, 반대 편광에 대해 거의 100% 반사시킬 수 있다. 이 방법에서, 광 빔의 거의 100%가 광학 매체(102)로 입사하고 수집된 되돌아온 광의 50%가 검출기(226)로 입사하고 수집된 광의 약 50%는 검출기(225)로 입사된다. 레이저(218)로부터의 레이저 빔(224)의 일부는 광학 블록(214)의 표면상의 전망경(210)에 위치한 환형 반사기(252)에 의해 반사될 수 있다. 환형 반사기(252)는 광 빔(224)이 통과하는 위치에 대하여 광 블록(214)의 표면에 기록된 할로그래프(holograph)이어도 좋다. 환형 반사기(252)는 실리콘 서브마운트(215)상에 집적된 검출기(250)상으로 레이저 파워의 일부를 반사시킨다. 검출기(250)는 레이저(218)의 출력을 제어하기 위해 서보(servo) 시스템에 사용될 수 잇는 자동 전력 제어(APC) 신호를 제공한다.
다시 도 2로 돌아와서, 전형적인 액추에이터 암(104)이 도시되어 있다. 엑추에이터 암(104)은 끝단에 OPU(103)을 포함한다. 스핀들(200)을 거쳐 B 축에 대하여 회전시킴으로써, 엑추에이터 암(104)은 광 디스크(도 1b에 도시된 부분)에 대하여 방사상으로 OPU(103)을 이동시킨다. 여기에 사용된 것처럼, 방사(radial) 이동은 광 디스크 표면에 평행한 이동으로 정의되어 있다. 결국, OPU(103)에 의해 광 디스크의 트래킹을 유지하기 위해 트래킹 서보는 엑추에이터 암(104)의 요구되는 방사 배치를 요구할 것이다. A 축에 대하여 엑추에이터 암(104)을 구부림으로써, OPU(103)는 요구되는 포커스를 얻기 해 광 디스크에 대하여 축상으로 이동한다. 여기에 사용된 것처럼, 축상(axial) 이동은 광 디스크 표면으로 가로지르는 이동으로 정의되어 있다. 결국 초점을 유지하기 위해 포커스 서보는 엑추에이터 암(104)의 요구되는 축상 배치를 병렬할 것이다. 이러한 특성을 가지는 엑추에이터 암을 제공함으로써, SFF 광 디스크 드라이브는 구현된다. 예를 들어, OPU(103)이 내장된 디스크 드라이브의 높이는 거의 10.5mm이다. 그러나 OPU(103)는 높이 디맨전 H가 광 디스크 표면에 대하여 축 방향으로 또는 수직으로 정렬됨에 주의하여야 한다. 따라서 전체적으로 달성되는 그러한 드라이브 아키텍처의 높이 축소는 광 디스크, 그 카트리지의 두께 및 OPU(103)의 높이 H로 제한된다.
휴대폰과 같은 어떤 응용에서, 5mm의 두께를 가지는 광 디스크 드라이브를 제공할 필요가 있다. 그러나 도 1a에서 도 2까지를 통해 논의된 디스크 드라이브 아키텍처에서 OPU의 높이에 디스크 카트리지 두께를 추가하는 것은 그러한 SFF 문제점들을 만든다.
따라서, SFF를 이루도록 구성된 광 디스크 드라이브와 대응하는 광 매체에 대한 기술이 요구된다.
추가로, 광 디스크 드라이브에서 분산광기반(split-optics-based) 구조의 사용은 광검출기상의 레이저 빔의 움직임으로부터 발생하는 “빔 워크(walk)”를 일으킨다. 이 빔 워크는 트래킹 에러 신호로의 오프셋을 발생시켜, 트래킹 오프셋은 SFF 광 디바이스내의 작은 렌즈 동공을 위해, 빨리 커지고 트랙 서보가 트랙의 중심을 탐색하도록 하는 TES(track error signal)로 삽입된다.
상기 빔 워크 문제를 해결하기 위한 종래의 접근법은 3개의 빔 OPU를 사용하는 것이다. 그러나, 이 3개의 빔 OPU의 사용은 제조 단가와 복잡도를 높인다. 추 가로, 레이저 파워가 추가 빔을 형성하기 위해 전용되고, 추가 배열 기준이 추가 지점에 연관되기 때문에 광학 효과가 줄어든다.
따라서, 개선된 빔 워크 보상 접근이 당해 기술분야에 요구된다.
스몰 폼 팩터 광 디스크 드라이브에 대한 기술 상태를 진보시키기 위해, 슬릿-광 기반 구성이 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이 광 픽업 유닛(OPU)(300)이 슬레드(305) 내부에 부착된다. 적당한 어떤 형상의 OPU도 사용될 수 있다. 예를 들면 도 4에 도시된 예시적 OPU(300)는 실리콘 서브마운트(405), 투명 광성분 블록(410) 및 잠망경(415)을 포함하며 이는 도 1a에 도시된 것과 유사하다. 그러나 대물 렌즈가 잠망경(415)에 부착하지 않았다. 대신에 잠망경(415)은 조준기(420) 내로 전송하도록 형성된다. 조준기(420)는 잠망경(415)으로부터의 결과 빔을 투영하기 위해 터닝 미러(430)에 조준하고 이는 빔을 대물 렌즈(440) 내로 반사시킨다. 따라서 OPU(103)와 비교하여, OPU(300)는 광 디스크(이는 도시되지는 않았으나 렌즈(440) 상에 위치한다)에 대하여 축방향 보다는 방사상으로 전송한다. 이점에서 OPU(300)의 높이(H)가 광 디스크 및 카트리지의 두께에 더 이상 더해질 필요가 없기 때문에, OPU(103)에서의 높이를 줄여야 하는 제한은 제거된다.
종래의 분산-광 기반 구조에 따르면, 조악한 트래킹은 레일 위에서의 슬레드(305)의 이동에 의해 달성된다. 예를 들면, 슬레드(305)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 조리개(310) 및 베어링(320)을 통해 레일(505, 510) 위에 장착될 수 있다. 슬레드(304)가 예컨대, 슬레드 모터(520)에 의한 작동을 통해 상기 레일 위 에서 변위됨에 따라, 렌즈(440)에 의해 투영된 빔은 광 디스크를 가로질러 방사상으로 이동할 것이며 이에 의해 트랙의 위치를 변경시킨다. 예를 들면, 슬레드 모터(520)는 회전 레일(505)에 의해 작동할 수 있으며 상기 레일은 슬레드(305) 위에서 이(도시안됨)를 맞무는 나사로 형성될 수 있다. 스핀 모터(530)는 광 디스크(도시안됨)를 맞물며 상기 디스크는 슬레드(305) 위에서 회전한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈(440)는 2차원 엑추에이터(도시안됨)에 의해 변위될 수 있으며 상기 엑추에이터는 정밀한 트래킹 및 포커싱을 위한 필요에 따라 광 디스크에 대해 렌즈(440)를 방사상 또는 축방향으로 변위시킬 수 있다. 2차원 엑추에이터는 슬레드(305) 위의 마운트(330) 내부에 장착될 수 있다. 또한 단일 2차원 엑추에이터를 사용하는 것보다 오히려 분리된 정밀 포커싱 및 트래킹 엑추에어터를 사용할 수 있다.
OPU(300)는 제 2 표면 광 디스크와도 제 1 표면 광 디스크와도 함께 설치될 수 있다. 그러나 제 1 표면 광 디스크의 사용은 전술한 바와 같은 스몰 폼 팩터 형상에 대해 상당한 이점을 제공한다. 설치되는 디스크 타입에 관계없이 어떤 형상도 폼 팩터가 감소하는 한 고려되어야 한다. 예를 들면 실리콘 서브마운트(405) 위의 OPU(300) 내부에 포함된 레이저 다이오드(도시안됨)는 하기의 수학식에 주어진 특성치 스페이싱에 의해 분리된 일련의 레이징 모드로 구성된 출력 파워를 가질 수 있을 것이다.
Figure 112005007295800-PAT00001
여기에서 λ는 평균 출력 파장이며, n은 레이저 다이오드의 활성 영역에서의 굴절 지수이고, L은 레이저 공동의 길이이다. 이와 같은 스페이싱 Δλ는 OPU로부터의 레이저빔을 위한 코히어런스 기능의 스페이싱(ΔL)을 도출하며 이는 하기의 수학식과 같다.
Figure 112005007295800-PAT00002
λ가 654nm, 굴절 지수(n)는 4.23 그리고 L이 350nm이면, ΔL은 거의 3mm가 된다. 이와 같은 스페이싱을 갖는 레이저로부터 미디어 및 레이저로의 복귀의 왕복 광경로 길이(OPL)의 기능과 같은 전형적인 코히어런스 기능이 도 6에 도시되며 또한 이는 레이저로 재진입시키는 빛의 광경로 차이(OPD) 즉, 피드백 빛 및 레이저 공동 내부의 빛으로 불리어질 수 있다. 왕복 광경로 길이는 OPU 및 대물 렌즈를 통한 레이저 다이오드로부터 읽혀지거나 쓰여지고 있는 광 디스크의 정보 레이어까지로 취해진 레이저 빔의 왕복 거리로 정의된다. OPL/OPD가 이와 같은 경로의 물리적 거리와 정확하게 대응하지는 않지만 상기 경로를 따르는 대상물의 상대 굴절 지수를 설명할 필요는 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 도 6의 실험치는 코히어런스 기능의 최대치가 25mm를 초과하는 경로 길이에 대해 무시할 수 있는 효과를 갖는다는 것을 보여준다. OPL/OPD와 대비하여 최대치의 강도는 레이저 선 너비 즉 단일 레이징 모드의 너비로 기능한다. 선 너비가 더 넓어질수록, OPL/OPD와 대비하여 최대치는 더 빠르게 감소한다. 따라서 광 디스크 드라이브의 폼 팩터가 감소함에 따라, 도시된 상기 예에서 이와 같은 경로를 25mm 이하로 줄임으로써 코히어런스 기능의 최대치는 더 문제가 되며 이는 레이저 피드백 소음 효과 및 산란광의 간섭 현상의 증가 및 OPU에서의 환영을 발생시킨다.
일반적으로, 전형적인 레이저 다이오드는 근사적으로 100 내지 1000um 사이의 공동 길이를 갖는다. DVD 타입 장치에 사용되는 파장에 대한 공동의 효과적인 굴절 지수는 정형적으로 4.23 근방이다. 따라서, 달성가능한 코히어런스 기능에 대한 스페이싱 ΔL은 일반적으로 약 850um 내지 8500um 사이의 범위일 것이다. 도 4를 다시 참조하면, 조악한 트래킹을 위한 레일 위의 슬레드(305)의 이동은 광 디스크 축방향 런아우트가 허용가능한 오차 내에 있도록 가정한 광경로에 영향을 미치지 않을 것이다. 그러나 포커싱을 위한 렌즈(440)의 작동은 광경로에 영향을 미칠것이다. 이와 같은 작동은 (수백 마이크론 내의) 규정 광 디스크 축방향 런아우트 오차에 대해 몇백 마이크론을 초과하지 않아야 한다. OPU(300)는 미디어의 광경로 길이가 코히어런스 기능 최대치, 바람직하게는 인접 최대치 사이에 있도록 슬레드(305) 위에 장착된다. 따라서, 최대 광경로 길이의 변동이 850마이크론 보다 적다면, 코히어런스 기능 최대치는 피하게된다.
코히어런스 기능의 최대화 회피는 도 3과 도 4에 도시된 개선점 만이 아니다. 예를 들면, 레이저 다이오드용 고주파수 모듈레이터(HFM) 뿐만아니라 필요한 광검파기용 트랜스 임피던스 증폭기 또한 실리콘 서브마운트(405)에 집속되어 있 다. 상기 트랜스임피던스를 광검파기에 근접시키도록 위치함으로써, 유도된 노이즈 커플링이 최소화되고, 그에 의해 광디스크의 회전율이 보다 높아지고 데이터 전송율도 보다 높아진다. 또한, 개별 트랜스임피던스 증폭기와 고주파수 모듈레이터에 필요한 보드공간은 제거되어, 폼 팩터를 추가로 감소시킨다. 열커플링을 강화하기 위해, OPU(300)가 알루미늄과 같은 열전도성 물질로 만들어진 개별 방열판(330)에 장착된다. 방열판(330)을 슬레드(305)에서 분리시킴으로써, OPU(300)는 방열판에 장착될 수 있고, 그것은 방열판(330)을 슬레드(305)에 부착하기 전에 필요한 만큼 광학적으로 위치조정되도록 한다.
OPU(300)에 근접해있을 필요가 있는 전자부품들은 슬레드(305) 내에 포함되어 있는 플렉서블 회로보드(370) 상에 위치한다. OPU(300)에 대한 플렉서블 회로보드(370)의 몰딩은 도 7a 내지 도 7c에 도시된 것과 같이 구성된다. 플렉서블 회로 보드(370)는 인터페이스(700)를 통해 디스크 드라이브 전자장치에 결합된다. 슬레드(305)의 이동을 수용하기 위해, 인터페이스는 U형 부분(705)을 통해 플렉서블 회로보드(370)의 잔여부에 부착된다. 스몰 폼 팩터를 제공하기 위해, 레이저 드라이버(710)와 같은 보드(370) 상의 전기 부품들은 슬레드(305)에 면하는 보드(370)의 표면에 장착된다. 차례로, 슬레드(305)는 이 부품들을 위한 오목한 부분을 포함하여 상기 폼 팩터를 최소화 시킨다. OPU(300)의 패키징에 대한 요구를 예방하기 위해, 플렉서블 회로(370)는 결합 패드(730)를 포함한다. 대응하는 패드들이 실리콘 서브마운트(405) 상에 제공되어 OPU(300)가 패드(730)에 와이어로 결합된다. 플렉서블 회로보드(370)는 미세 포커스와 트랙킹 목적을 위해 2차원 구동기 를 운전하는 추가적인 패드(740)를 포함한다.
플렉서블 회로 보드(370)는 도 14a와 도 14b에 도시된 것과 같이 슬레드(305)에 장착된다. 본 실시예에서, 슬레드(305)는 슬레드 모터(520)와 관련하여 동작하지 않는 패시브 레일(1400) 상에 장착된다. 대신에, 슬레드 모터(520)는 슬레드(305)에 부착된 드라이브 탕(tang)(1410)과 맞물리는 리드 스크류(1405)를 운전한다. 도 14a에 도시된 것과 같이, 리드 스크류(1405)는 회전하여 슬레드(305)가 스핀 모터(530)에 의해 운전되는 광디스크(도시되지 않음)에 대해 가장 내부까지 이동하도록한다. 이 위치에서, 상기 디스크 상의 가장 내부의 트랙이 액세스될 수 있다. 반대로, 도 14b는 그의 가장 바깥쪽 위치의 슬레드(305)를 도시한다. 도 14a와 도 14b의 비교에 의해 보여지듯이, U형 부분(705)은 이 변위를 포함하고, 부품들이 이러한 이동을 무시하고 플렉서블 회로보드(370) 상에 전기적으로 결합되도록 한다. 명확한 설명을 위해, 슬레드(305)를 오버랩한 플렉서블 회로 보드(370)의 부분이 도 14a와 도 14b에 크로스 해치(cross-hatched)되어 있다.
예로써 들어진 디스크 드라이브(800)가 도 8에서 단면부로 도시되어 있다. 스핀 모터(530)가 도 5의 단면부에 도시된 것과 같은 프레임(540) 내에 장착되어 잇다, 광디스크(805)는 디스크 카트리지(810)내에서 회전한다. 도 8의 조사에서 볼수 있듯이, 디스크 카트리지(810) 두께의 최소화는 디스크 드라이브(800) 총 높이(H)에서 적용가능한 팩터가 된다. 그러나 슬림한 디스크 카트리지를 얻기 위해 적당히 미끄러지지 않는 디자인을 제공하고, 디스크 카트리지(810)는 도 9a 내지 도 9a에 도시된 것과 같이 구성되어야한다. 디스크 카트리지(810)는 광디스크 (805)를 수용하기 위한 오목한 부분(910)을 한정하는 플라스틱 베이스(900)를 포함하고, 이것은 광디스크의 제 1 표면이다. 슬림한 디자인을 얻기 위해 베이스(900)는 금속 탑커버(920)로 덮어진다. 미끄러짐방지(stiffness)를 높이기 위해, 커버(920)는 디스크 방사부에 매칭하는 오목한 부분을 갖도록 구성된다. 이러한 형태에서, 2mm의 디스크 카트리지의 두께만이 얻어진다. 베이스 플래이트(900)에서의 액세스 간극은 스프링으로 휘어진 금속 셔터로 덮어진다. 광디스크(805)는 스핀 모터(530) 상의 해당하는 자기 허브에 의해 구동된 자기 허브(950)를 포함한다. 또한, 디스크(805)는 상기 허브를 실행시켜 스핀 모터(530)가 몰디드된 간극(960)과 맞물리는 잠김 형태를 포함한다. 베이스 플레이트(900)는 광디스크(805)와 맞물리는 볼록한 허브(raised hub)(970)를 포함한다.
본 문서에 기술된 스몰 폼 팩터 광디스크 드라이브와 카트리지는 제 1 표면 또는 제 2 표면 광디스크로 구현된다. 상기 광디스크는 읽기전용, 한번만 쓰기가능, 다시쓰기가능 또는 이러한 미디어 유형의 조합이다. 일실시예에서, 레이저 파장은 650nm이고, 대물렌즈(objective lens)는 0.86의 구경이고, 광디스크는 32mm 직경, 0.52um의 트랙피치, 및 300nm의 최소 형태의 크기를 갖는다. 그러한 실시예에서, 디스크용량은 단면 단일 정보 레이어 디스크당 500MB, 단면 듀얼 정보 레이어와 듀얼 레이어 단면 디스크당 1GB이다. 다른 실시예에서, 레이저 파장은 405nm이고, 대물렌즈는 0.85의 구경이고, 디스크 직경은 32mm이고 0.32um의 트랙피치, 160nm의 최소 형태 크기를 갖는다. 그러한 실시예에서, 디스크 용량은 단면 단일 레이어 디스크당 1.5GB, 듀얼 레이어 단면 디스크당 3GB이다. 그러나, 레이저 파 장, 구경, 디스크 토폴로지는 주어진 실시예의 필요에 따라 달라질 수 있다.
도 8을 다시 참조하여, 디스크(805)에 대한 스핀 모터(530)의 위치조정은 수용가능한 축의 디스크 런아웃과 다른 허용편차를 얻기 위해 정확하게 제어가능하다. 이러한 정확성을 경제적으로 달성하기위해, 광디스크 드라이브 프레임의 베이스 플레이트(540)(도 5a 및 도 5b)는 주입된 몰디드된 플라스틱으로부터 형성된다. 베이스 플레이트 또는 기저 커버(540)의 몰딩은 도 10a 내지도 10c에 도시된 플랜지(1000)와 같은 금속제 마운팅 형태를 포함하고 있다. 플랜지(1000)는 몰딩 프로세스동안, 기저 커버(540)에 정확하게 위치조정되고, 스핀 모터(530)가 예를 들면 압입(press fit)을 통해 플랜지(1000)에 부착될 때, 스핀 모터(530)는 또한 베이스 플레이트(540) 상에 형성된 몰디드된 데이터(1005)로 정확하게 위치조정된다. 데이터(1005)는 디스크 카트리지를 수용하고, 그에 의해 디스크 카트리지를 정확하게 스핀 모터(530)에 위치조정한다.
본 문서에 기술된 광디스크 드라이버는 미국 특허 No. 09/950,378에 기술된 것과 같은 올-디지털 서보 아키텍처(all-digital servo architecture)를 사용하도록 구성된다. 이 아키텍처에서, 아날로그 회로는 트랙킹 오류 신호(tracking error signal)(TES)와 포커스 오류 신호(focus error signal)(FES)를 형성하는 데에 사용되지 않는다. 대신에, 디지털 신호 처리 장치(DSP)와 같은 프로세서에 의해 OPU(300)로부터의 광검파기 신호가 디지털화되고 수신된다. 상기 DSP 자체가 TES와 FES 신호를 형성한다. 이러한 형태로, DSP는 서비스되고 필요한 오류 신호를 생성할 서버(포커스 또는 트랙킹)가 어느 것인지를 결정할 권한을 가진다. 그 러나, 도 3에 기술된 것과 같은 광분할 기반(split-optics-based)의 광디스크 드라이브에 의해 나타나는 문제점은 빔워크(beam walk) 보상에 필요한 것이다. 대물렌즈(440)가 OPU(300)와 관련해서 제거될 때, OPU(300) 내의 광검파기 상의 수신된 빛의 위치는 변하고, 그에 의해 그결과로 나타나는 트랙킹 오류 신호(TES)에서 원하지 않는 오프셋을 일으킨다. 상기 빔위크 오프셋을 제거하는 트랙킹 서보 아키텍처가 도 11에 도시된다. 이 트랙킹 아키텍처는 DSP 또는 전용 하드웨어로 구현된다. 트랜스임피던스 증폭기(1100)는 OPU(300)의 광검파기로부터의 광전류를 A/D 컨버터(1105)의 전압으로 변환한다. 정규화된 TES(NTES)는 그런 다음 블록(1110)의 디지털화된 센서 신호로부터 계산된다. NTES는 그런 다음 저대역 통과 필터를 통과하고, 서보 보상기(1125)가 트랙킹 명령(1130)을 형성한다. 명령(1130)은 D/A 컨버터에서 아날로그로 변환되고, 미세 트랙킹 명령(1145)을 형성하기위해 드라이버(1140)에 의해 수신된다. 미세 트랙킹 명령(1145)은 미세 트랙킹 구동기(1150)에 의해 수신되고, 이것은 미세 포커스 구동을 포함하는 전술한 것과 같은 2차원 구동기이다.
트랙킹 명령(1130)은 또한 저대역 통과 필터(1155)에 의해 처리되고, 서보 보상기(1160)가 수정되지 않은(coarse)트랙킹 명령(1165)을 형성한다. D/A 컨버터(1170)는 슬레드 모터 드라이버(1175)에 의해 처리를 위해 명령을 아날로그 형태로 변환하고, 이것은 슬레드 모터에 명령을 내린다. 빔워크를 방지하기 위해. NTES 오프셋 보상기(1190)는 현재 명령(1130)에 응답하여 렌즈(440)가 있어야할 위치를 계산한다. 이 계산된 위치에 기초하여, 보상기(1190)는 이 렌즈 위치가 지시할 TES 오프셋의 양을 정한다. NTES는 그런다음 상기 빔워크 유도된 TES 오프셋을 제거하기 위해 적당한 극성과 진폭으로 오프셋된다. 보상기(1190)는 펌웨어의 하드웨어중 어느 하나로 구현된다.
보상기(1190)의 블록 다이어그램 구현이 도 12에 도시되어있다. 게인 팩터 정정(1200)은 현재 트랙킹명령(1130)에 대해 D/A 컨버터(1135)에 의해 생성된 전압이 얼마인지를 계산한다. 유사하게, 드라이버 게인(1205) 정정은 정해진 전압에 응답하여 드라이버(1140)로부터 출력된 드라이버를 계산한다. 미세 트랙킹 모델(1210)은 그런 다음 계산된 드라이버 출력에 대응하는 미세 트랙킹 구동기의 위치를 판정한다. 예를 들면, 구동기는 제 2 단계 시스템으로 기능하고 드라이버는 상호 컨덕턴스(transconductance) 증폭기로 기능해야하며, 구동기 위치의 라플라스 영역의 표현은 다음과 같은데,
Figure 112005007295800-PAT00003
여기서, Kf는 구동기의 힘의 상수이고, m은 구동기의 이동 질량, Kd는 상기 구동기의 감쇠 팩터, 및 Ks는 상기 구동기의 탄성계수이다. 그에 따라 정해진 렌즈의 위치로, 게인 팩터가 얼마나 많은 NTES 오프셋을 야기하는지를 정하기 위해 단계(1220)에 적용된다. 빔워크 보상이 단일빔 광디스크 드라이브를 참조하여 기술되었지만, 3원광 광디스크 드라이브에도 적용될 수 있다.
도 13a와 도 13b를 참조하여, 광디스크 카트리지(810)를 수용하기 위해 구성된 광디스크 드라이브는 캐리어 프레임(1300)을 사용한다. 캐리어 프레임(1300)은 상기 디스크 드라이브에 결합되어 도 13a에 도시된 것과 같이 열린 위치로 수동으로 이동될 수 있다. 도 13b에 도시된 것과 같이 캐리어 프레임을 닫음으로써, 스핀모터(530)가 디스크와 맞물린다. 캐리어 프레임(1300)과 맞물리는 형태가 제공되며, 닫힌 위치에서 그것을 붙잡고 있다. 상기 카트리지를 배출하기 위해, 슬레드(300)가 파킹된 위치로 이동되며, 여기서 캐리어 프레임을 붙잡고 있는 형태가 해제된다. 스프링 바이어스는 캐리어 프레임 상에서 유지되며 그것은 카트리지가 배출되는 동안 열려진 상태로 벌려진다.
닫혀진 위치에서 캐리어 프레임을 붙잡고 있는 형태를 해제시키기 위한 기계적인 링키지(1420)가 도 14a 내지 도 14c에 도시된다. 기계적 링키지(1420)는 슬레드가, 도 14b와 도 14c에 도시된 것과 같은 파킹된 위치인 가장바깥쪽으로 이동될 때 슬레드(305)에 의해 맞물려지는 제 1 링키지(1430)를 포함한다. 상기 링키지는 닫혀진 위치에서 캐리어 프레임(1300)을 붙잡고 있는 형태를 해제하기 위해 스몰 폼 팩터의 디자인이 기계적인 링키지를 활성화시키는 슬레드(305)에 필요한 이동거리의 향을 제한함으로써 강화될 수 있다. 따라서, 제 1 링키지는 회전축(1453) 상에서 회전하는 제 2 링키지(1430)에 결합될 수있다. 회전축(1435)을 제 1 링키지(1420)의 단부에 대해 적절한 위치에 위치시킴으로써, 원하는 정도의 레버리지가 제 2 링키지(1430)의 반대쪽 단부에 대해 슬레드(305)의 이동거리를 곱하도록 한다. 예를 들면, 슬레드(305)에 의한 0.25mm의 이동거리는 1mm가 초과하는 제 2 링키지(1430)의 반대쪽 단부의 거리가 된다. 캐리어 프레임(1300)을 해제하기 위해 사용되는 형태의 위치에 따라, 제 3 링키지(1440)는 제 2 링키지의 반대편 단부에 연결되어 상기 형태와 맞물리는 제 3 링키지(1440)가 된다. 그리고, 제 2 링키지(1430)의 반대편 단부 또한 이 맞물림(engagement)에 사용된다. 상기 형태의 갑작스런 해제를 방지하기 위해, 링키지(1430)는 가볍게 슬레드(305)에 의해 상기 거리에 대향하여 바이어스된다.
본 발명은 특정 실시예에 관하여 기술되었음에도 불구하고, 이 기술은 단순히 본발명의 응용예일 뿐, 한정되지 않는다. 예를 들면, 파장, 구경의 수치, 디스크 용량과 토폴로지, 및 본 문에서 기술된 다른 팩터들은 단순한 예일 뿐이다. 결과적으로, 본 발명의 범위는 하기의 청구범위에 의해 설명된다.
제조 단가와 복잡도를 높이는 빔 워크 문제를 해결하기 위한 종래의 접근법을 개선하여, 슬림화된 디자인의 스몰 폼 팩터 광디스크 드라이브를 제공하여 낮은 제조단가와 복잡도를 낮추고, 광학 효과가 줄어드는 것을 개선하였다.

Claims (25)

  1. 광 디스크 드라이브에 있어서,
    가동 슬레드(sled),
    상기 슬레드에 연결되고, 광 디스크 표면에 평행한 레이저 빔을 전송하는 레이저를 구비한 광 픽업부(OPU),
    상기 전송된 레이저 빔을 상기 광 디스크 표면에 수직으로 다시 방향 설정하는 수단,
    상기 다시 방향 설정된 빔을 상기 광 디스크에 집속시키는 대물 렌즈, 및
    상기 집속된 빔의 위치를 변경하기 위해 상기 대물 렌즈를 이동시키는 엑추에이터를 포함하고,
    상기 레이저는 간격들을 사이에 두고 떨어져 위치하는 최대값들을 가지는 코히어런스(coherence) 함수를 구비하고,
    상기 디스크 드라이브는 상기 레이저 빔의 왕복 광경로 길이가 상기 간격들 중 하나에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크 드라이브는 상기 광경로 길이가 실질적으로 상기 하나의 간격의 중간에 위치되도록 구성되고,
    상기 수단은 터닝 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 OPU는 광검출기를 구비한 실리콘 서브마운트를 포함하고,
    상기 실리콘 서브마운트는 상부에 집적되고, 광검출기로부터의 광전류를 전압신호로 변환하는 전달 임피던스 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실리콘 서브마운트는 상기 OPU 내에 레이저를 변조하기 위해 상기 실리콘 서브마운트 상에 집적된 고주파 변조기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 OPU는 히트 싱크(heat sink)를 통하여 상기 슬레드로 연결되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬레드에 부착된 플렉서블 회로 보드를 추가로 포함하고,
    상기 OPU는 상기 플렉서블 회로 보드에 줄로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플렉서블 회로 보드는 상기 OPU내의 레이저를 구동하는 레이저 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 구동기는 상기 슬레드와 마주대하는 상기 플렉서블 회로 보드의 표면에 설치되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 디스크 드라이버에 대한 폼 팩터는 60×46×6mm 이하인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 왕복 광경로 길이는 25mm이하인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  11. 광 디스크 드라이브 프레임에 있어서,
    금속 스핀 모터 수용 부품을 포함하고, 광 디스크 카트리지를 수용하는 평면을 한정하는 복수의 기준을 정의하는 몰딩된 기저판을 포함하고,
    상기 금속 스핀 모터 수용 부품은 상기 몰딩된 기저판에 위치하여 상기 한정된 평면에 대한 요구되는 허용 한계를 달성하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브 프레임.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 스핀 모터 수용 부품은 플랜지(flange)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브 프레임.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플랜지와 맞물리는 스핀 모터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브 프레임.
  14. 광 디스크 카트리지에 있어서,
    광 디스크를 수용하기 위한 디스크 모양의 개구를 형성하고, 상기 광 디스크 카트리지의 측벽을 형성하고, 오픈탑(open top) 및 구동 개구를 구비하는 몰딩된 베이스,
    상기 구동 개구를 덮기 위해 상기 몰딩된 베이스에 부착된 셔터, 및
    상기 오픈탑을 덮은 금속판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 카트리지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 디스크 모양의 개구에 수용된 광 디스크를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 카트리지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 광 디스크는 자기 허브(magnetic hub)를 가지는 일차면 광 디스크인 것을 특징으로 하는 광 디스크 카트리지.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 몰딩된 베이스는 플라스틱을 포함하고, 올라간(raised) 허브를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 카트리지.
  18. 광학 픽업부(OPU)에 대한 대물렌즈의 이동이 결과적인 트래킹 에러 신호(TES)의 오프셋을 발생하도록, 가동 대물렌즈에 대하여 고정된 상기 OPU를 구비하는 광 디스크 드라이브에 있어서,
    상기 TES에 응답하는 트래킹 명령을 계산하기 위해 트래킹 서보 알고리즘을 가지는 프로세서,
    상기 트래킹 명령을 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 컨버터,
    상기 아날로그 신호에 응답하는 구동 명령을 형성하는 트래킹 엑추에이터 구동기, 및
    상기 구동 명령에 응답하여 상기 렌즈의 위치를 제어하는 트래킹 엑추에이터를 포함하고,
    상기 프로세서는 추가로, 주어진 상기 트래킹 명령의 값에 대하여, 상기 아날로그 신호의 예상값, 그다음에 상기 구동 명령의 예상값, 그다음에 상기 렌즈의 예상 위치, 그다음에 상기 TES 신호의 예상 오프셋을 판정하고, 추가로 상기 예상 오프셋에 따라 상기 TES 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 프로세서는 디지털 신호 프로세서인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 TES는 정규화된 TES인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 OPU는 단일 빔 OPU인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 OPU는 다중 빔 OPU인 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  23. 광 디스크 드라이브에 있어서,
    디스크 드라이브 프레임,
    상기 프레임에 이동가능하게 배치된 슬레드,
    상기 프레임에 추축으로 회전하도록(pivotably) 부착되고, 광디스크가 상기 디스크 드라이브와 맞물리는 밀폐 상태를 가지고, 상기 광 디스크의 제거를 허용하도록 상기 디스크 드라이브로부터 떨어져 추축회전하는 개방 상태를 가지는 캐리어 프레임, - 여기서, 상기 디스크 드라이브는 상기 캐리어 프레임과 맞물리고 바이어스에 대항하여 상기 캐리어 프레임을 상기 밀폐 상태로 유지하는 피처(feature)를 가짐 - , 및
    상기 슬레드의 이동에 대하여 상기 피처와 맞물려, 상기 피처를 릴리즈시키고 상기 바이어스가 상기 캐리어 프레임을 상기 개방 상태롤 추축회전시키게 하도록 하는 기계적 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 기계적 결합은 상기 슬레드의 이동에 의해 맞물리는 제 1 결합과 상기 제 1 결합에 부착된 한쪽 단부를 가지는 제 2 결합을 포함하고,
    상기 제 2 결합은 상기 프레임에 추축회전 가능하게 설치되고, 상기 제 1 결합의 배치는 상기 제 2 결합의 반대쪽 단부의 보다 큰 변위(displacement)로 레버리지되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 결합은 상기 제 1 결합의 변위에 대하여 바이어스되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브.
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