KR20060065430A - 광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치 - Google Patents

광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근접장 광 기록(Near Field Recording; NFR) 방식으로 고밀도의 광 정보를 기록 및 재생하기 위한 광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치에 관한 것이다. 광섬유 조명계는 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어지며, 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러가 형성된 광섬유와, 상기 미러에 반사된 광을 집속하기 위해 상기 광섬유의 외측면에 형성된 렌즈를 포함한다. 광 조사 및 검출을 위한 광학적 구조가 종래보다 개선되어 광 입력 제어 및 제작이 용이하고, 어레이 형태로 배열이 용이하다. 상기 광섬유 조명계를 이용하여 광 기록 헤드 및 다중 개구탐침을 구비하는 어레이 형태의 광 기록 및 재생 장치를 구성하면 구조가 간단하고 부피가 적어 소형화가 가능하며, 잡음 대 신호비가 매우 높고 고밀도의 광 정보를 매우 빠른 속도로 기록 및 재생할 수 있다.
광섬유 조명계, 근접장, 개구탐침, 피에조 레지스트, 압전구동기

Description

광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치 {Optical fiber illuminator, method of fabricating the optical fiber illuminator, optical recording head, and optical recording and reading apparatus having the optical fiber illuminator}
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 광섬유 조명계의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 광 기록 헤드의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 기록 헤드를 설명하기 위한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 기록 헤드를 설명하기 위한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 코어 2: 클래드
2a, 20a: 렌즈 3: 미러
10: 광섬유 20: 감광막
30: 지지대 30a: 개구부
40: 스페이서 50: 켄티레버
51: 기판 52: 개구탐침
53: 피에조 레지스트 54: 슬라이딩 패드
60: 압전구동기 61, 63: 전극
62: 강유전체 64: 절연막
70: 광 저장매체 80: 스핀들 모터
90: 대물렌즈 91: 구동기
92: 광 검출기 100: 서스펜션 지지대
본 발명은 근접장 광 기록(Near Field Recording; NFR) 방식으로 고밀도의 광 정보를 기록 및 재생하기 위한 광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광 디스크에 정보를 기록하고 판독하는 광 기록 기술은 집속된 레이저 광을 이용해 광 디스크에 정보를 기록하고 판독하는 기술로서 저가의 대용량 디지털 정보저장 기술로서 각광받고 있다.
렌즈 광학계를 이용하는 종래의 기술은 회절 한계(diffraction limit)로 인하여 광원의 최소 스폿(spot) 직경이 파장의 절반 정도로 제약되기 때문에 기록 밀도를 높이는 데 한계가 있다. 그래서 회절 한계를 극복하기 위해서 최근들어 개구탐침(aperture probe)을 이용한 근접장 광 기록(NFR) 기술이 활발히 연구되고 있다.
근접장 광 기록 기술은 레이저 광의 파장보다 작은 구멍(개구)을 통과한 광이 구멍의 크기와 비슷한 거리 내에서 소산파(evanescent wave) 형태로 진행하는 원리를 이용한다. 개구탐침을 레이저 광의 파장 이내의 거리로 기록매체에 근접시킴으로써 레이저 광의 파장보다 적은 단위의 정보를 읽거나 쓸 수 있다. 따라서 근접장 광 기록 장치는 기존의 광 기록 장치에 비하여 현격히 높은 저장 밀도(200 내지 400 Gbit/in2)를 구현할 수 있다.
최근들어 개구탐침을 이용하는 근접장 광 기록 기술로서, 캔티레버(cantilever) 또는 평판형 슬라이드 헤드에 개구탐침을 형성하여 고속으로 정보를 기록하고 재생하는 기술들이 연구되고 있다.
미국특허 제 5,517,280호(1996. 5. 14)에는 광도파로와 개구탐침이 집적된 다수의 캔티레버를 이용하여 파장 이하의 광 분해능을 갖는 광 리소그래피(photolithography) 공정을 고속으로 실현하는 기술이 개시되어 있다.
다수의 켄티레버가 포토레지스트(photoresist) 상부에서 진동하고, 돌출된 모양의 개구탐침을 통해 광을 집속하여 조사한다. 캔티레버가 상,하 방향으로 진동할 때 대전성 플레이트(capacitive plate)를 통해 반데르발스(Van der Waals) 힘을 감지하여 개구탐침과 포토레지스트 간의 간극을 제어한다.
이 방법은 다수의 개구탐침을 통해 포토레지스트를 노광시킴으로써 나노 스케일의 리소그래피 작업을 다중화할 수 있다. 그러나 반도체 공정으로 광도파로를 캔티레버에 집적하기 어려우며, 광도파로에서 개구탐침으로의 광투과 효율이 낮아 실용화가 어렵다. 또한, 대면적 스캐너 제작 등을 위한 구체적인 구동 및 제어 기술이 결여되어 있다.
미국특허 제 6,466,537호(2002. 10. 1)에는 탐침이 아닌 평면형 헤드에 개구를 형성하고, 개구에서 방출되거나 흡수되는 근접장 광을 측정하여 정보를 재생하거나, 헤드와 미디어 사이의 간극을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
개구에서 방출되는 근접장 광을 측정하여 간극을 제어함으로써 탐침과 접촉하지 않고 간극을 제어할 수 있다. 하드디스크에 사용되는 활공식 헤드(flying head)를 사용하여 헤드와 매체 간의 간극을 제어할 수도 있다.
그러나 단일 개구를 갖는 헤드 형태의 구조로서, 기록된 패턴을 읽는 롬(ROM) 형태의 구조에는 적용이 용이하지만, 고속으로 정보를 기록하기 위한 구조에는 적용이 어려운 단점이 있다.
대한민국특허 제441,894호(2004. 7. 16)에는 일차원 어레이 형태의 개구탐침과 마이크로 집적형 근접장 광 기록 헤드를 이용한 근접장 광 정보 기록 및 재생 장치가 개시되어 있다.
광 조명계를 이루는 광섬유에서 방출된 광이 마이크로 볼 렌즈에 의해 집속되 고, 마이크로 미러에 의해 회절된 후 개구탐침으로 입사된다. 반사되어 나오는 광을 상기 광 조명계로 검출하여 기록된 광 정보를 재생한다.
그러나 이 방법은 마이크로 볼 렌즈와 미러를 조절하여 입사광의 촛점이 개구탐침에 정확히 맺히도록 하는 과정이 복잡하다. 또한, 반사되는 광에는 개구탐침 주변에서 산란된 광이 다수 혼합되어 있기 때문에 기록매체로부터 반사되는 신호만을 검출하기 매우 어렵다. 따라서 투과형 측정을 통하여 정보를 재생하는 기술 등이 보완되어야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 현재까지 개발된 기술들은 광 조사 및 검출에 필요한 광학적 구조와 빠르고 안정된 광 접속 측면에서 많은 문제점을 갖고 있기 때문에 실용적인 측면에서의 기술 개선이 절실히 요구되는 상황이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개구탐침을 이용한 종래의 근접장 광 기록(NFR) 기술에 비하여 광 조사 및 검출을 위한 광학적 구조가 개선된 렌즈와 미러 일체형의 광섬유 조명계 및 그의 제작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 개구탐침과 광 저장매체 간의 간극 조절이 용이하고 구조가 간단하며 제작이 용이한 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 조명계는 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어지며, 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러가 형성된 광섬유, 상기 미러에 반사된 상기 광을 집속하기 위 해 상기 광섬유의 외측면에 형성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 조명계의 제작 방법은 a) 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어진 광섬유의 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러를 형성하는 단계, b) 상기 광섬유 종단부의 외측면에 감광막을 형성하는 단계, c) 상기 코어를 통해 광을 입사시키고, 상기 미러에 반사된 광에 의해 상기 감광막의 소정 부분이 노광되도록 하는 단계, d) 노광되지 않은 부분의 상기 감광막을 제거하고, 잔류된 상기 감광막을 가열하여 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드는 상기 광섬유 조명계, 상기 광섬유 조명계를 지지하며 상기 렌즈를 통해 입사되는 광이 통과되도록 개구부가 형성된 지지대, 상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 개구탐침, 일측 종단부가 스페이서를 통해 상기 지지대에 고정되며 상기 개구탐침을 광 저장매체로부터 일정한 간극으로 유지시키기 위한 캔티레버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 구비하는 다른 광 기록 헤드는 상기 광섬유 조명계, 상기 광섬유 조명계를 지지하며 상기 렌즈를 통해 입사되는 광이 통과되도록 개구부가 형성된 지지대, 상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 개구탐침, 상기 지지대에 부착되며 상기 지지대의 개구부와 일치되는 부분에 상기 개구탐 침이 구비되는 기판, 상기 개구탐침과 광 저장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판 하부에 부착된 적어도 하나 이상의 슬라이딩 패드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치는 광을 통과시키기 위해 다수의 개구부가 형성된 지지대, 상기 다수의 개구부에 각각의 렌즈가 일치되도록 장착된 다수의 광섬유 조명계, 상기 다수의 광섬유 조명계로부터 상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 각각 집속하고 각각의 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 다수의 개구탐침, 상기 개구탐침과 광 저장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위한 캔티레버, 상기 광 저장매체를 통과한 상기 근접장 광을 각각 검출하기 위한 다수의 광검출기, 상기 다수의 개구탐침 및 상기 다수의 광 검출기 사이에 위치되며, 상기 근접장 광을 상기 광 검출기로 각각 안내하기 위한 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 설명되는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 도시한 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 설명하기 위한 단면도로서, 광을 수직 방향으로 반사시키기 위한 미러(3)와 반사된 광을 집속하기 위한 마이크로 렌즈(2a)가 일체형으로 구비된다.
광섬유(10)는 광이 입사되는 코어(1) 및 상기 코어(1)를 둘러싸는 클래드(2)로 이루어진다. 상기 광섬유(10)의 일측 종단에는 45°의 경사면으로 이루어진 미러(3)가 형성된다. 상기 미러(3)를 형성하기 위해 전반사 조건을 만족하도록 상기 경사면을 연마하거나, 상기 경사면에 금속 등을 코팅할 수 있다.
상기 광섬유(10)의 외측에는 상기 미러(3)에 반사된 광을 집속하기 위해 상기 클래드(2)와 같은 물질 또는 고분자 물질로 이루어진 렌즈(2a)가 형성된다.
상기 렌즈(2a)의 표면과 상기 광섬유(10)의 표면이 일치하도록 하기 위해 상기 광섬유(10) 종단부의 상기 클래드(2)를 소정 깊이 식각된 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 광섬유 조명계의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 광이 입사되는 코어(1) 및 상기 코어(1)를 둘러싸는 클래드(2)로 이루어진 광섬유(10)의 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러(3)를 형성한다. 상기 경사면은 45°의 경사각을 가지도록 상기 광섬유(10)를 절단하여 형성하며, 상기 미러(3)를 형성하기 위해 상기 경사면을 연마하거나, 상기 경사면에 금속 등을 코팅한다.
도 2b를 참조하면, 상기 광섬유(10) 종단부의 외측면에 감광막 (Phtoresist)(20)을 형성한다. 상기 감광막(20)은 스핀 코팅 또는 담그는 방법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 네가티브(Nagative) 감광막을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, 상기 코어(1)를 통해 광을 입사시키고, 상기 미러(3)에 반사된 광에 의해 상기 감광막(20)의 소정 부분이 노광되도록 한다. 상기 코어(1)를 통해 자외선(UV)을 입사시키면 상기 미러(3)에 의해 자외선이 수직 방향으로 반사되고, 반사된 자외선에 의해 상기 감광막(20)의 소정 부분(A 부분)이 노광된다. 이 때 상기 감광막(20)의 노광된 부분(A 부분)은 특정 식각용액에 의해 제거되지 않는 고분자 물질로 변화된다.
도 2d를 참조하면, 노광되지 않은 부분의 상기 감광막(20)을 제거한다. 상기 특정 식각용액으로 노광되지 않은 부분의 상기 감광막(20)을 제거하면 고분자 물질로 변화된 감광막(20)만 잔류된다.
도 2e를 참조하면, 잔류된 상기 감광막(20)을 녹는점까지 가열하면 표면장력에 의해서 상기 감광막(20)이 렌즈(20a) 모양으로 변형된다. 이 때 가열 온도 및 시간 등을 조절하면 다양한 형태의 렌즈 제작이 가능하다.
도 2f를 참조하면, 건식식각(dry etching) 방법으로 상기 렌즈(20a) 모양과 노출된 부분의 상기 클래드(2)를 소정 깊이 식각함으로써 상기 클래드(2)와 동일 물질로 이루어진 렌즈(2a)가 형성되는 동시에 상기 렌즈(2a)의 표면과 상기 광섬유(10)의 표면이 일치된다. 따라서 상기 렌즈(2a)가 상기 광섬유(10)보다 돌출되지 않기 때문에 상기와 같이 제작된 광섬유 조명계를 지지대에 용이하게 부착할 수 있 다. 또한, 상기 렌즈(2a)가 상기 클래드(2)와 동일 물질(예를 들어, 유리 등)로 형성됨으로써 상기 렌즈(2a)와 상기 클래드(2) 간의 굴절율 차이가 최소화되어 광 전달 효율이 극대화될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 도 2a의 공정을 진행한 후 상기 광섬유(10) 종단부의 상기 클래드(2)를 건식식각 등으로 소정 깊이 식각할 수 있다. 상기 광섬유(10) 종단부의 상기 클래드(2)를 소정 깊이 식각함으로써 상기 렌즈(20a)가 돌출되지 않고 상기 광섬유(10)의 표면과 일치되므로 상기와 같이 제작된 광섬유 조명계를 지지대에 용이하게 부착할 수 있다. 이 경우 상기 렌즈(20a)가 열처리에 의해 고분자 물질로 변화된 상기 감광막(20)으로 이루어지기 때문에 도 2f의 구조에 비해 광 전달 효율은 낮게 된다.
도 3은 상기와 같은 공정으로 제작된 본 발명의 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드를 설명하기 위한 단면도이다.
상기 광섬유 조명계의 하부에 지지대(30)가 결합된다. 상기 지지대(30)의 표면에는 상기 광섬유(10)가 장착될 수 있도록 홈(도시안됨)이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 지지대(30)에는 광도파로(도시안됨)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈(2a)와 일치되는 부분의 상기 지지대(30)에는 상기 렌즈(2a)를 통해 입사되는 광을 통과시키기 위한 개구부(30a)가 형성된다.
상기 지지대(30)의 하부에는 일측 종단부가 스페이서(40)를 통해 상기 지지대(30)에 고정된 켄티레버(50)가 설치되며, 상기 켄티레버(50)에는 상기 지지대(30)의 개구부(30a)를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구(aperture)를 통해 근접장 광 을 발생시키는 개구탐침(52)이 구비된다. 상기 캔티레버(50)는 상기 스페이서(40)의 높이만큼 상기 지지대(30)와 일정한 거리를 유지하며, 상기 개구탐침(52)과 광 저장매체(70) 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 이동 가능하다.
상기 캔티레버(50)는 상기 스페이서(40)를 통해 일측부가 상기 지지대(30)에 고정되며, 상기 지지대(30)의 개구부(30a)와 일치되는 부분에 상기 개구탐침(52)이 구비된 기판(51), 상기 개구탐침(52) 근처의 상기 기판(51) 상에 형성되며 상기 기판(51)의 휨 정도에 따라 전기전도도가 변화되는 피에조 레지스트(53), 상기 개구탐침(52) 부위의 상기 기판(51) 하부에 형성되며 상기 피에조 레지스트(53)의 전기전도도 변화에 따라 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판(51)을 상,하로 이동시키는 압전구동기(Piezo-actuator)(60)를 포함한다.
상기 기판(51)은 실리콘 재질 등의 박막으로 이루어지며, 상기 개구탐침(52)은 반도체 제조 공정을 이용하여 광을 집속할 수 있는 구조로 만든다. 상기 개구탐침(52)의 종단에 형성되는 개구는 사용되는 광의 파장보다 작은, 예를 들어, 50 내지 100㎚의 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 개구를 50 내지 100㎚의 크기로 형성하면 소산파 형태 및 100㎚ 이하의 분해능을 가지는 근접장 광을 얻을 수 있다.
상기 피에조 레지스트(53)는 보론(B) 등이 도핑된 물질로 형성하거나, 상기 기판(51)의 표면에 보론(B) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.
상기 압전구동기(60)는 전극(61), 강유전체(ferroelectric)(62) 및 전극(63)이 적층된 구조로 형성되며, 상기 압전구동기(60)와 상기 기판(51) 간의 전기적 절 연을 위해 절연막(64)이 삽입될 수 있다. 상기 강유전체(62)로는 PZT 등을 사용한다.
그러면 상기와 같이 이루어진 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 광 기록 헤드를 광 저장매체(70) 상에 위치시킨 후 상기 압전구동기(60)의 전극(61 및 63)으로 소정의 전압을 인가하면 압전 원리(상기 강유전체(62)의 수축 또는 팽창)에 의해 상기 캔티레버(50)가 상,하로 이동된다. 즉, 상기 켄티레버(50)의 일측 종단부는 상기 스페이서(40)에 고정되어 있고, 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 사이에는 반데르발스 힘이 작용하기 때문에 상기 개구탐침(52)이 형성된 부분의 상기 켄티레버(50)에 휨이 발생됨으로써 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70)가 소정 거리(간극)를 유지하게 된다.
만일, 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극이 설정된 값(수십 ㎚ 정도)보다 크거나 작은 경우, 상기 켄티레버(50)의 휨 정도에 따라 상기 피에조 레지스트(53)의 전기전도도(전기저항)가 변화되기 때문에 상기 피에조 레지스트(53)의 전기전도도를 검출하고, 검출된 전기전도도에 따라 상기 압전구동기(60)의 전극(61 및 63)으로 인가되는 전압을 조절하면 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극을 설정된 값으로 유지시킬 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 상기 개구탐침(52)이 상기 광 저장매체(70)의 원하는 부분에 위치되면, 상기 광섬유(10)의 코어(1)를 통해 광을 입사시킨다. 입사된 광은 상기 미러(3)에 반사되어 상기 렌즈(2a) 방향으로 진행하고, 상기 렌즈(2a)에 의해 집속된 광은 상기 개구부(30a)를 통하여 상기 개구탐침(52)으로 입사된다. 따라서 상기 개구탐침(52)으로 광이 집속됨으로써 상기 개구탐침(52)의 종단 개구를 통해 소산파 형태의 근접장 광이 발생되고, 상기 근접장 광이 상기 광 저장매체(70)에 조사됨으로써 상기 광 저장매체(70)에 광 정보를 기록하거나, 상기 광 저장매체(70)에 기록된 광 정보를 독출할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명의 광섬유 조명계는 지지대(30)에 자유롭게 장착할 수 있기 때문에 상기 개구탐침(52)에 초점이 정확히 맺히도록 조절하기 용이하다. 또한, 대한민국특허 제441,894호(2004. 7. 16)는 미러와 마이크로 렌즈를 각각 제작한 후 조립하지만, 본 발명의 광섬유 조명계는 미러와 렌즈가 일체형으로 제작되기 때문에 제작 공정이 단순하고 집적화가 용이하다. 또한, 종래의 일반적인 광 기록 헤드는 비접촉-원자력 현미경(Atomic Force Microscopy; AFM)과 같이 레이저와 포토 다이오드 쌍을 이용하여 켄티레버의 휨 정도를 감지하기 때문에 광 기록 헤드의 크기가 크고 구조가 복잡하였으나, 본 발명의 광 기록 헤드는 켄티레버(50)의 휨에 따라 전기전도도가 변화되는 피에조 레지스트(53)를 이용하기 때문에 구조가 간단하여 종래보다 크기를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 특히, 피에조 레지스트(53)를 기판(51)에 보론(B) 등을 도핑하여 형성하면 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 도 4의 광 기록 헤드를 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 광 기록 및 재생 장치에 사용되는 광 기록 헤드는 도 3과 같은 구조로 제작된다. 다만, 여러 비트의 정보를 동시에 기록하거나 재생하기 위하 여 지지대(30)에 광을 통과시키기 위한 다수의 개구부(30a)가 형성되고, 상기 다수의 개구부(30a)에 각각의 렌즈(2a)가 일치되도록 상기 지지대(30) 상에 다수의 광섬유(10)가 어레이 형태로 배열된다.
또한, 상기 지지대(30)의 하부에는 일측 종단부가 스페이서(40)를 통해 상기 지지대(30)에 고정된 켄티레버(50)가 설치되고, 상기 켄티레버(50)에는 상기 지지대(30)의 개구부(30a)를 통해 입사되는 광을 각각 집속하고 각각의 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 다수의 개구탐침(52)이 구비된다. 즉, 상기 개구탐침(52)은 상기 지지대(30)의 개구부(30a)와 각각 대응되며, 광 저장매체(70)의 지름 방향과 일치하도록 어레이 형태로 배열된다.
도 4에는 도시되지 않았지만, 상기 캔티레버(50)는 도 5에 도시된 바와 같이,스페이서(40)를 통해 일측부가 상기 지지대(30)에 고정되며, 상기 지지대(30)의 개구부(30a)와 일치되는 부분에 상기 다수의 개구탐침(52)이 구비된 기판(51), 상기 개구탐침(52) 근처의 상기 기판(51) 상에 형성되며 상기 기판(51)의 휨 정도에 따라 전기전도도가 변화되는 피에조 레지스트(53), 상기 개구탐침(52) 부위의 상기 기판(51) 하부에 형성되며 상기 피에조 레지스트(53)의 전기전도도 변화에 따라 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판(51)을 상,하로 이동시키는 압전구동기(60)를 포함한다. 또한, 상기 광 저장매체(70)가 크게 움직이는 Wobbling 모션을 따라가기 위한 VCM(Voice-Coil-Motor)와 같은 coarse 구동기도 동시에 사용될 수 있다. VCM 구동기는 광 기록 장치 분야에서 일반적으로 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 광 저장매체(70)를 통과한 상기 근접장 광은 어레이 형태로 배열된 다수의 광검출기(92)에 의해 검출된다. 이 때 각 광 검출기(92)는 각 개구탐침(52)과 서로 대응되도록 배열되기 때문에 상기 광 검출기(92)는 각각의 개구탐침(52)을 통해 제공되는 근접장 광을 검출하게 된다.
또한, 상기 다수의 개구탐침(52) 및 상기 다수의 광 검출기(92) 사이에는 상기 근접장 광을 상기 광 검출기(92)로 안내하기 위한 대물렌즈(90)가 위치된다. 상기 대물렌즈(90)는 구동기(91)에 의해 이동 가능하도록 구성되어 상기 근접장 광의 촛점을 상기 광 검출기(92)에 정확히 맺히도록 조정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 광 기록 및 재생 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
스핀들 모터(80)에 의해 디스크 형태의 광 저장매체(70)가 회전하는 상태에서 상기 광 기록 헤드를 상기 광 저장매체(70)의 상부에 위치시킨다. 이 때 상기 다수의 개구탐침(52)은 상기 광 저장매체(70)의 지름 방향으로 위치된다.
먼저, 상기 광 저장매체(70)에 광 정보를 저장하기 위해서는, 어레이 형태로 배열된 상기 광섬유(10)의 각 코어(1)를 통해 광을 입사시킨다. 입사된 광은 상기 미러(3)에 반사되어 상기 렌즈(2a) 방향으로 진행하고, 상기 렌즈(2a)에 의해 집속된 광은 상기 개구부(30a)를 통하여 상기 개구탐침(52)으로 입사된다. 따라서 상기 개구탐침(52)에서 광이 집속됨으로써 상기 개구탐침(52)의 종단 개구를 통해 소산파 형태의 근접장 광이 발생되고, 상기 근접장 광이 상기 광 저장매체(70)에 조사됨으로써 상기 광 저장매체(70)에 광 정보가 기록된다.
다음으로, 상기 광 저장매체(70)에 저장된 광 정보를 재생하기 위해서는, 어레이 형태로 배열된 상기 광섬유(10)의 각 코어(1)를 통해 광을 입사시킨다. 입사된 광은 상기 미러(3)에 반사되어 상기 렌즈(2a) 방향으로 진행하고, 상기 렌즈(2a)에 의해 집속된 광은 상기 개구부(30a)를 통하여 상기 개구탐침(52)으로 입사된다. 따라서 상기 개구탐침(52)에서 광이 집속됨으로써 상기 개구탐침(52)의 종단 개구를 통해 소산파 형태의 근접장 광이 발생되고, 상기 근접장 광이 상기 광 저장매체(70)에 조사된다. 이 때 상기 광 저장매체(70)에 저장된 정보에 따라 상기 근접장 광이 상기 광 저장매체(70)를 통과하는데, 상기 광 저장매체(70)를 통과한 근접장 광이 상기 대물렌즈(90)에 의해 해당 광검출기(92)로 입사됨으로써 광 정보가 검출된다.
도 4의 광 기록 및 재생 장치는 다수의 개구탐침(52)을 통해 동시에 여러 비트의 광 정보를 기록하거나 재생하기 때문에 정보처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 기록 헤드를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 3과 같이 제작된 상기 광섬유 조명계의 하부에 지지대(30)가 결합된다. 이 때 상기 지지대(30)의 표면에는 상기 광섬유(10)가 장착될 수 있도록 홈(도시안됨)이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 지지대(30)에는 광도파로(도시안됨)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈(2a)와 일치되는 부분의 상기 지지대(30)에는 상기 렌즈(2a)를 통해 입사되는 광을 통과시키기 위한 개구부(30a)가 형성된다.
상기 지지대(30)의 하부에는 기판(51)이 부착되며, 상기 지지대(30)의 개구부 (30a)와 일치되는 부분의 상기 기판(51)에는 상기 지지대(30)의 개구부(30a)를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 개구탐침(52)이 구비된다. 그리고 상기 개구탐침(52) 주위의 상기 기판(51) 하부에는 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위한 적어도 하나 이상의 슬라이딩 패드(sliding pad)(54)가 부착된다. 이 때 상기 슬라이딩 패드(54)는 상기 광 저장매체(70)의 표면과 접촉되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기판(51)의 일측부에는 일반적인 하드 디스크의 헤드와 같이 광 기록 헤드의 진동을 완충시키며 상기 슬라이딩 패드(54)를 상기 광 저장매체(70)의 표면에 밀착시키기 위한 서스펜션 지지대(100)가 연결된다. 상기 서스펜션 지지대(100)는 가요성(flexible)의 금속으로 형성한다.
상기 기판(51)은 실리콘 재질 등의 박막으로 형성하며, 상기 개구탐침(52)은 반도체 제조 공정을 이용하여 광을 집속할 수 있는 구조로 만든다. 상기 개구탐침(52)의 종단에 형성되는 개구는 사용되는 광의 파장보다 작은, 예를 들어, 50 내지 100㎚의 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 개구를 50 내지 100㎚의 크기로 형성하면 소산파 형태 및 100㎚ 이하의 분해능을 가지는 근접장 광을 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 광 기록 헤드는 상기 슬라이딩 패드(54)에 의해 물리적으로 상기 개구탐침(52)과 상기 광 저장매체(70) 간의 간극이 일정하게 유지되기 때문에 도 3의 구조와 같이 피에조 레지스트(53) 및 압전구동기(60)가 필요하지 않다. 따라서 구조가 간단하고 고속의 광 조사가 가능하며, 상기 슬라이딩 패드(54)에 의해 상기 개구탐침(52)이 보호되기 때문에 상기 개구탐침(52)의 훼손이 방지되 는 장점이 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광 기록 헤드를 도 4와 같은 방식으로 어레이 형태로 제작하면 어레이 형태의 개구탐침이 광 저장매체의 정보기록 영역을 따라 이동하는 트래킹이 다소 어려울 수 있다. 그러므로 정상적인 트래킹을 위해서는 지름 방향의 정밀한 수평 구동뿐만 아니라 측면 틸트를 위한 구동 제어기술이 필요하므로 미세 구동기을 위한 액츄에이터와 틸트 제어를 위한 수평 구동기를 함께 제작하여야 할 것이다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 광 조사 및 검출을 위한 광학적 구조가 종래에 비해 개선된 렌즈와 미러 일체형의 광섬유 조명계 및 그의 제작 방법을 제공한다. 본 발명의 광섬유 조명계는 광 입력 제어 및 제작이 용이하고, 어레이 형태로 배열이 용이하다.
상기 광섬유 조명계를 이용한 광 기록 헤드는 제작 및 조립이 용이하며, 구조가 간단하고 부피가 적어 소형화가 가능하다.
또한, 상기 광섬유 조명계와 상기 광 기록 헤드를 응용하여 다중 개구탐침을 구비하는 어레이 형태의 광 기록 및 재생 장치를 구성하면 광 저장매체를 투과한 근접장 광을 어레이 형태로 배열된 광 검출기를 이용하여 검출하기 때문에 개구탐침에서 반사되는 광을 측정하여 광 정보를 검출하는 종래의 구조에 비해 잡음 대 신호비가 매우 높으며, 고밀도의 광 정보를 매우 빠른 속도로 기록 및 재생할 수 있다. 특히, 동영상 구현에 필요한 36MHz 속도 구현이 용이하다.

Claims (22)

  1. 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어지며, 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러가 형성된 광섬유,
    상기 미러에 반사된 상기 광을 집속하기 위해 상기 광섬유의 외측면에 형성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈의 표면과 상기 광섬유의 표면이 일치하도록 상기 광섬유 종단부의 상기 클래드가 소정 깊이 식각된 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 경사면은 45°의 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈가 상기 클래드와 동일 물질로 이루어지거나, 고분자 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계.
  5. a) 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어진 광섬유의 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러를 형성하는 단계,
    b) 상기 광섬유 종단부의 외측면에 감광막을 형성하는 단계,
    c) 상기 코어를 통해 광을 입사시키고, 상기 미러에 반사된 광에 의해 상기 감광막의 소정 부분이 노광되도록 하는 단계,
    d) 노광되지 않은 부분의 상기 감광막을 제거하고, 잔류된 상기 감광막을 가열하여 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계의 제작 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 경사면은 45°의 경사각을 가지며, 상기 미러를 형성하기 위해 상기 경사면을 연마하거나, 상기 경사면에 금속을 코팅하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계의 제작 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 a)를 진행한 후 상기 렌즈의 표면과 상기 광섬유의 표면이 일치하도록 하기 위해 상기 광섬유 종단부의 상기 클래드를 소정 깊이 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계의 제작 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 d)를 진행한 후 상기 감광막으로 이루어진 렌즈와 노출된 부분의 상기 클래드를 소정 깊이 식각하여 상기 클래드와 동일 물질로 이루어진 렌즈가 형성되는 동시에 상기 렌즈와 상기 광섬유의 표면이 일치되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계의 제작 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항의 방법으로 제작된 광섬유 조명계,
    상기 광섬유 조명계를 지지하며 상기 렌즈를 통해 입사되는 광이 통과되도록 개구부가 형성된 지지대,
    상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 개구탐침,
    일측 종단부가 스페이서를 통해 상기 지지대에 고정되며 상기 개구탐침을 광 저장매체로부터 일정한 간극으로 유지시키기 위한 캔티레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 지지대에 광도파로가 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 개구탐침의 개구는 50 내지 100㎚의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 캔티레버는 상기 스페이서를 통해 일측부가 상기 지지대에 고정되며, 상기 지지대의 개구부와 일치되는 부분에 상기 개구탐침이 구비된 기판,
    상기 개구탐침 근처의 상기 기판에 형성되며 상기 기판의 휨 정도에 따라 전기전도도가 변화되는 피에조 레지스트,
    상기 피에조 레지스트의 전기전도도 변화에 따라 상기 개구탐침과 상기 광 저 장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판을 상,하로 이동시키기 위한 압전구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 피에조 레지스트는 이온 주입에 의해 상기 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 압전구동기는 제 1 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 및 제 2 전극으로 인가되는 전압에 따라 팽창 또는 수축되는 강유전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  15. 광을 통과시키기 위해 다수의 개구부가 형성된 지지대,
    상기 다수의 개구부에 각각의 렌즈가 일치되도록 장착된 다수의 광섬유 조명계,
    상기 다수의 광섬유 조명계로부터 상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 각각 집속하고 각각의 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 다수의 개구탐침,
    상기 개구탐침과 광 저장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위한 캔티레버,
    상기 광 저장매체를 통과한 상기 근접장 광을 각각 검출하기 위한 다수의 광검출기,
    상기 다수의 개구탐침 및 상기 다수의 광 검출기 사이에 위치되며, 상기 근접장 광을 상기 광 검출기로 각각 안내하기 위한 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 광섬유 조명계는 광이 입사되는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드로 이루어지며, 일측 종단에 경사면으로 이루어진 미러가 형성된 광섬유,
    상기 미러에 반사된 상기 광을 집속하기 위해 상기 광섬유의 외측면에 형성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 캔티레버는 스페이서를 통해 일측부가 상기 지지대에 고정되며, 상기 지지대의 개구부와 일치되는 부분에 상기 다수의 개구탐침이 구비된 기판,
    상기 개구탐침 근처의 상기 기판에 형성되며 상기 기판의 휨 정도에 따라 전기전도도가 변화되는 피에조 레지스트,
    상기 피에조 레지스트의 전기전도도 변화에 따라 상기 개구탐침과 상기 광 저장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판을 상,하로 이동시키기 위한 압전구동기를 포함하는 것을 특징으로 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 압전구동기는 제 1 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 및 제 2 전극으로 인가되는 전압에 따라 팽창 또는 수축되는 강유전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 근접장 광의 촛점이 상기 광 검출기에 정확히 맺히도록 하기 위해 상기 대물렌즈의 위치를 조정하기 위한 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 및 재생 장치.
  20. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항의 방법으로 제작된 광섬유 조명계,
    상기 광섬유 조명계를 지지하며 상기 렌즈를 통해 입사되는 광이 통과되도록 개구부가 형성된 지지대,
    상기 지지대의 개구부를 통해 입사되는 광을 집속하고 개구를 통해 근접장 광을 발생시키는 개구탐침,
    상기 지지대에 부착되며 상기 지지대의 개구부와 일치되는 부분에 상기 개구탐침이 구비되는 기판,
    상기 개구탐침과 광 저장매체 간의 간극을 일정하게 유지시키기 위해 상기 기판 하부에 부착된 적어도 하나 이상의 슬라이딩 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 개구탐침의 개구는 50 내지 100㎚의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 광 기록 헤드를 상기 광 저장매체의 표면에 밀착시키기 위해 상기 기판에 연결된 서스펜션 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 조명계를 구비하는 광 기록 헤드.
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