KR20060132044A - 광 데이터 저장 시스템 및 광 기록 및/또는 판독 방법 - Google Patents

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KR20060132044A
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optical
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optical element
lens
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KR1020067023982A
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데르 마크 마르티누스 비. 반
페리 제이프
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

파장 X를 갖는 방사 빔을 이용해서, 기록 및/또는 판독을 하는 광 데이터 저장 시스템에 대해서 기술한다. 방사 빔은 광 데이터 저장매체의 데이터 저장층 상에 포커스된다. 이 매체는 포커스된 방사 빔에 대하여 투과성이 있는 커버층을 갖는다. 이 커버층은 5㎛보다 작은 두께 h를 갖는다. 대략 초점 깊이, 즉 50nm 이하의 두께 변화가 있는 커버층은, 갭 서보뿐 아니라 다른 상황에서 요구되는 대물렌즈의 동적 포커스 제어의 필요성을 제거한다. 또한, 매체-매체 변화를 수용하기 위한 스태틱 포커스 제어 및 구면 수차 보정을 달성하는 광 데이터 저장 시스템을 이용해서 광 기록하는 방법에 대해서 기술한다. 예를 들면 리드-인 트랙으로부터 공지의 신호의 변조 깊이를 최적화함으로써 스태틱 포커스 제어를 실현할 수 있다.
광 데이터 저장 시스템, 커버층, 솔리드 이멀젼 렌즈

Description

광 데이터 저장 시스템 및 광 기록 및/또는 판독 방법{OPTICAL DATA STORAGE SYSTEM AND METHOD OF OPTICAL RECORDING AND/OR READING}
본 발명은, 광 데이터 저장매체의 데이터 저장층에 포커스되는, 파장 λ을 갖는 방사빔을 이용하여 기록 및/또는 판독을 하는 광 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은,
포커스된 방사 빔을 통과시키는, 두께 h가 5㎛보다 작은 커버층을 갖는 매체와,
상기 매체의 가장 외측 면으로부터 λ/10보다 작은 자유 워킹 거리에 존재하도록 구성되며, 상기 광 데이터 저장매체의 커버층 측에 배치되는 솔리드 이멀젼 렌즈를 포함하는, 개구수 NA를 가진 대물렌즈를 포함하는 광학 헤드를 구비하고, 그 솔리드 이멀젼 렌즈로부터, 포커스된 방사 빔이, 기록/판독 시에 광 데이터 저장매체의 커버층과 결합하는 미세 파에 의해 결합한다.
또, 본 발명은 그러한 시스템으로 광 기록 및/또는 판독하는 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 광 기록 시스템에서의 포커스된 스폿 사이즈 또는 광 분해능에 대한 대표적인 척도는 r=λ(2NA)로 주어지고, 여기서, λ은 공중의 파장이고, 렌즈의 개구수는 NA=sinθ로서 정의된다. 도 1a에는, 데이터 저장층이 이른바 제1 표면 데이터 저장인 데이터 저장매체의 표면에 있는 공중 입사(air-incident) 구성이 도시되어 있다. 도 1b에서는, 굴절률 n0를 가진 커버층이 스크래치 및 먼지로부터 데이터 저장층을 보호한다.
이들 도면에서는, 커버층이 데이터 저장층의 최상부에 인가되면 광 분해능이 변경되지 않는다는 것을 암시한다. 한편, 이 커버층에 있어서, 내부 개구각 θ'은 작기 때문에 내부 개구수 NA'는 감소하지만, 그 매체의 파장 λ'은 같은 요인 n0만큼 짧다. 광 분해능이 점점 높아지면 더 많은 데이터가 매체의 동일 영역에 저장될 수 있기 때문에 높은 광 분해능을 갖는 것이 바람직하다. 광 분해능을 증가시키는 직접적인 방법은 렌즈 복잡성의 비용을 지불하고 포커스된 빔 개구각을 넓히거나, 허용가능한 디스크 틸트 마진 등을 좁히거나, 공중 파장의 감소, 즉 스캐닝 레이저의 컬러를 변경하는 것을 포함한다.
도 2를 참조하면, 광 디스크 시스템에서의 포커스된 스폿 사이즈를 줄이기 위한 또 다른 제안된 방법은, 솔리드 이멀젼 렌즈(Solid Immersion Lens: SIL)의 이용을 포함한다. 도 2a를 참조하면, 그것의 가장 간단한 형태에 있어서, SIL은 데이터 저장층 상에 중심이 있는 반구이므로, 포커스된 스폿은 SIL과 데이터층 사이의 계면에 있다. 도 2b를 참조하면, SIL은 동일한 굴절률, n0'=nSIL을 가진 커버층과 결합해서, 저장층 위에 있는 그것의 (가상) 중심을 갖는 커버층 위에 위치된 구의 접선으로 커트된 부분이다. SIL의 동작의 원리는, 개구각 θ를 변경시키지 않고, 요인 nSIL, SIL의 굴절률로 저장층에서 파장을 줄인다는 것이다. 그 이유는, 모든 광이 직각으로 SIL의 표면에 입사하기 때문에 SIL에서의 광의 굴절이 존재하지 않기 때문이다(도 1b와 도 2a를 비교)
지금까지 언급되지 않은 매우 중요한 것은, SIL과 기록매체 사이에 매우 얇은 공극이 있다는 것이다. 이것에 의해 레코더 대물렌즈(렌즈+SIL)에 대하여 기록 디스크의 자유 회전이 허용된다. 이 공극은 광 파장보다 훨씬 작아야 하고, 전형적으로 λ/10보다 작아야 하므로, 이른바 디스크의 커버층과 SIL에서의 광의 미세 결합은 여전히 가능하다. 이것이 발생한 범위를 근접장 영역이라고 부른다. 이 영역 외의 더 넓은 공극에서는, 총 내부 반사가 SIL 내의 광을 트랩하고, 그것을 레이저로 백업해서 전송할 것이다. 도 2b에 나타낸 바와 같이 커버층을 가진 구성의 경우에는, 적절한 결합을 위해, 커버층의 굴절률이 적어도 SIL의 굴절률과 같아야 한다는 것에 유념하고, 더 상세한 것은 도 3을 참조한다.
임계각 이하의 파들은 붕괴 없이 공극을 통해서 전파되지만, 이 임계각 이상의 파들은 공극 내에서 사라지게 되며 그 공극 폭에 의한 급증하는 붕괴를 나타낸다. 임계각 NA=1에서, 큰 공극 폭에 대해서는, 임계각 이상의 모든 광이 총 내부 반사(Total Internal Reflection:TIR)에 의해 SIL의 인접한 면으로부터 반사한다.
블루-레이 광 디스크(BD)에 대한 파장인 405nm의 파장에 대해서는, 최대 공극이 종래의 광 기록에 비해서 매우 작은 자유 워킹 거리(FWD)인 약 40nm이다. 데이터층과 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL) 사이의 근접장 공극은 안정적인 미세 결합을 충분히 얻기 위해서 5nm 이하 이내에서 일정하게 유지되어야 한다. 하드 디스크 기록 시에는, 이 작은 공극을 유지하기 위해 패시브 에어 베어링(passive air bearing) 에 의존하는 슬라이더 기반(slider-based) 해법을 사용한다. 기록매체가 드라이브로부터 이동가능해야 하는 광 기록 시에는, 디스크의 오염 수준이 커서, 공극을 제어하기 위해 액티브 액추에이터 기반 해법을 요구할 것이다. 이것을 위해서, 갭 에러 신호가 바람직하게는 광 매체에 의해 이미 반사되어 있는 광 데이터 신호로부터 추출되어야 한다. 그러한 신호는 발견될 수 있으며, 대표적인 갭 에러 신호가 도 4에 도시되어 있다. 관행적으로, 근접장의 경우에 1보다 클 수 있는 NA=nSILsinθ로서 개구수를 정의하기 위해 SIL을 사용한다는 점에 유념한다.
도 4는 1.48의 굴절률을 가진 평평하고 투명한 광학 면("매체")으로부터 선형적으로 편광된 시준 입력 빔에 대하여 수평 및 수직 편광 상태 양자에 대한 총 반사된 광의 (참조문헌 [1]로부터 얻는) 측량을 나타낸다. 이들 측량은 유리하게 이론과 일치한다. 미세 결합은 200nm 이하 감지할 수 있게 되고: 광은 "디스크"에서 사라지며, 전반사는 접촉시에 거의 선형적으로 최소로 떨어진다. 이 선형적인 신호는 공극의 폐쇄된 루프 서보계에 대한 에러 신호로서 사용되어도 된다. 이 수평 편광에서의 진동은 공극 두께의 감소와 함께 NA=1 이내의 광선의 줄무늬(fringes)의 수의 감소에 기인한다.
대표적인 근접장 광 디스크 시스템에 대한 더 상세한 것은 참조문헌 [2]에서 찾을 수 있다.
대표적으로 50㎛ 이하의 작은 워킹 거리를 갖는 슬라이더 기반 또는 액추에이터 기반 어느 쪽이든, 광 레코더 대물렌즈의 근본적인 문제는, 저장 매체에 가장 가까운 광학 면이 오염되는 것이다. 이것은, 데이터 기록층에 데이터를 기록하거나 심지어 데이터 기록층으로부터 데이터를 판독하는데 필요한 높은 레이저 파워 및 온도에서 생기며, 대표적으로 MO(Magneto Optical) 기록시에는 250℃, PC(Phase Change) 기록시에는 650℃인 높은 표면 온도 때문에 저장매체로부터 탈착될 수도 있는 물의 재응결에 기인한다. 결국은, 이 오염에 의해, 예를 들면 포커스 및 트랙킹 시스템의 서보 제어 신호들의 제어불능(runaway)에 의한 광 데이터 저장 시스템의 오작동이 발생하게 된다. 이 문제는 참조문헌 [3]-[5]에서 기술된 자료 및 특허에 설명되어 있다.
이 문제는 이하의 경우: 높은 습도, 높은 레이저 파워, 저장매체의 낮은 광 반사율, 저장매체의 낮은 열 전도성, 작은 워킹 거리 및 높은 표면 온도의 경우에 더 심하게 된다.
이 문제에 대하여 공지된 해법은, 저장매체 상의 열 절연 커버층에 의해 데이터층으로부터 레코더 대물렌즈의 근접한 광학 면을 보호하는 것이다. 이 견식에 근거한 발명은 예를 들면 참조문헌 [4]에 기술되어 있다.
명확하게는, 근접장 광 저장매체 위에 커버층을 설치함으로써, 먼지 및 스크래치가 직접적으로 데이터층에 더 이상 영향을 줄 수 없다는 추가적인 이점이 있다.
그러나, 근접장 광 시스템 상에 커버층을 설치함으로써, 새로운 대책을 취해야 하는 새로운 문제가 발생한다.
통상적으로, 데이터층과 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL) 사이의 근접장 공극, 또는 자유 워킹 거리는 안정적인 미세 결합을 충분히 얻기 위해서 5nm 이하 이내에서 일정하게 유지되어야 한다. 도 2b를 참조하면, 커버층이 사용되는 경우에는, 공극이 커버층과 SIL 사이에 있다. 그리고 또, 이 공극은 5nm 이내로 일정하게 유지되어야 한다. 명확하게는, SIL 초점 길이는, 데이터층이 언제든지 포커스 내에 있다는 것을 보증하는 것 등의 커버층 두께를 보상하기 위해 오프셋을 가져야 한다. 커버층의 굴절률이, SIL의 굴절률보다 낮으면, 시스템의 최대 가능한 개구수를 결정한다는 점에 유념한다.
충분한 열 분리를 얻기 위해, 유전체 커버층 두께는 대략 0.5㎛ 이상이어야 하지만, 2-10㎛의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 커버층과 결합하여 근접장 솔리드 이멀젼 렌즈를 이용해 신뢰할 수 있는 데이터 기록 및 판독을 달성하는 처음의 단락에서 언급된 타입의 기록 및 판독을 위한 광 데이터 저장 시스템을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 목적은 그러한 시스템에 대한 광 기록 및 판독 방법을 제공하는 것에 있다.
첫 번째 목적은, 본 발명에 따라, 전체 매체 상의 커버층의 두께 변화 Δh이 50nm보다 작은 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템에 의해 달성된다. 바람직하게는, Δh는 20nm보다 작다. 도 5를 참조하면, 자유 워킹 거리 또는 공극의 폭을 제어하는 것만으로, 데이터층이 포커스 내이 있다는 것: Δh<Δf을 보증하기 위해 커버층의 두께 변화 Δh는, 초점 깊이 Δf=λ(2NA2)보다 (훨씬) 작아야 한다. 파 장 λ=405nm과 개구수 NA=1.45에 대해서는, Δf
Figure 112006083730337-PCT00001
50nm인 것을 알 수 있다. 수 마이크론 두께의 스핀 코팅층에 대해서, 이것은, 도전적인 정밀도인 것처럼 생각되는 디스크의 전체 데이터 영역에 대한 백분율 이하의 두께 변화를 의미한다. 그러나, 예를 들어 도 6과 참조문헌 [6] 및 [7]을 참조하면, 그것은 놀랍게도 필수 스펙: 수 마이크론 두께 및 30nm 이하의 두께 변화을 지닌 스핀 코팅층을 만드는 것이 가능한 것처럼 보였다. 이 결과는, 유체가 디스크의 중심에서 관리된 것이 아니라(구멍이 있기 때문에), 18.9nm의 반경에서 관리되었기 때문에 주목해야 할 것이다. 통상, 이것은 중앙에서보다 훨씬 더 높은 에지에서 커버층 두께로, 매우 동질이 아닌 결과에 이르게 한다. 그러나, 이 경우, 열 경사도(gradient)는 디스크 반경의 기능으로서 스핀 처리 중에 유체 점성을 맞추기 위해 사용되었다.
이와 같이 제1의 새로운 견식은, 충분히 작은 두께 변화 Δh를 갖는 커버층을 가진 근접장 저장 디스크를 만들 수 있다는 점이다.
일 실시 예에 있어서, 광학 헤드는,
- 솔리드 이멀젼 렌즈에 대응하는 제1 조정가능한 광학 소자와,
- 커버층과 솔리드 이멀젼 렌즈 사이의 자유 워킹 거리를 동적으로 일정하게 유지하기 위해 제1 광학 소자를 축방향으로 이동시키는 수단과,
- 제2 조정가능한 광학 소자와,
- 솔리드 이멀젼 렌즈의 출사면에 대하여 포커스된 방사 빔의 초점의 위치를 저 대역폭으로 변경하기 위해 제2 광학 소자를 조정하는 수단을 구비한다. 예를 들면, 온도 변화에 의해 드리프트(drift)를 보상하기 위해서, 또 예를 들면, 디스크 의 커버층의 작은 반경방향 두께 변화와 각기 다른 디스크 사이의 제조 공차를 극복하기 위해 주로 초점 길의 저 대역폭 조정을 행한다. 이 조정은, 제1 광학 소자를 축방향으로 이동시키는 수단에 사용된 서보에 대한 경우이므로, 밀리 초보다는 오리려 전형적으로 초의 시간 기준으로 발생한다. 따라서, 저 대역폭은 전형적으로 초의 시간 기준을 참조하지만, 고 대역폭은 전형적으로 밀리 초 이하의 시간 기준을 참조한다.
제2의 새로운 견식은, 커버층이 충분히 작은 두께 변화 Δh를 갖는다고 가정하고, 그것의 두께가 20-50nm이하로 변화한다고 한다면, 동적인 공극, 즉 자유 워킹 거리, 보정뿐 아니라 커버층 두께 변화를 보상하기 위한 초점 길이의 정적인 보정을 제안한다.
그 목적은 적당한 미세 결합을 보증하기 위해 데이터 저장층을 포커스 내에 두는 동시에 SIL과 커버층 사이의 공극을 일정하게 유지하는 것이다. 광학 대물렌즈의 위치는, 5nm 이하, 바람직하게는 2nm 이하 이내로 공극 폭을 일정하게 유지기 위해서 갭 에러 신호에 따라 조절되어야 한다.
대략 초점 깊이 이하의 두께 변화를 지닌 커버층은, 공극 서보뿐 아니라 그 밖에 요구되는 대물렌즈의 동적 포커스 제어의 필요성을 제거한다. 가능한 디스크-디스크(disc-to-disc) 변화를 수용하기 위한 스태틱 포커스 제어 및 구면 수차 보정만이 요망된다. 또한, 이렇게 함으로써 기계적 쇼크 또는 온도 영향에 의한 어떤 미리 설정된 초점 길이의 드리프트도 보상할 수 있다. 예를 들면 리드-인 트랙(lead-in track)으로부터 공지된 신호의 변조 깊이를 최적화함으로써 초점 길이 조절을 실현할 수 있다.
DVD 초점 최적화를 위해 참조문헌 [8]에는 비슷한 절차가 기술되어 있다.
명확하게는, 광 데이터 저장매체 상에 매우 평탄한 커버층을 갖는 것이 매우 유리하다.
일 실시 예에 있어서, 제2 광학 소자는 대물렌즈 내에 존재한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 제2 광학 소자는 대물렌즈 외부에 존재한다.
제2 광학 소자는 예를 들면 제1 광학 소자에 대하여 축방향으로 이동가능하다. 또한, 제2 광학 소자는, 예를 들면 액정 재료의 위치(orientation)에 전기습식 또는 전기적으로 영향을 줌으로써, 전기적으로 조절가능한 초점 길이를 갖는다.
또한, 본 발명의 목적은, 청구항 3에 기재된 시스템으로 광 기록 및/또는 판독하는 방법에 의해 달성되는데,
- 자유 워킹 거리는 예를 들면, 솔리드 이멀젼 렌즈와 커버층 사이의 총 미세 결합으로부터 유도되는 갭 에러 신호에 근거한 제1의 고 대역폭 서보 루프를 이용함으로써 일정하게 유지되고,
- 제1 광학 소자는 제1 서보 루프에 근거해서 작동되며,
- 제2의 저 대역폭 서보 루프는 데이터 저장층에 기록된 변조 신호의 변조 깊이로부터 유도된 포커스 제어 신호에 근거해 활성화되며,
- 제2 광학 소자는 최적의 변조 신호를 검색하기 위해 제2 서보 루프에 근거해 조정된다. 저 대역폭의 의미가 상기에 설명되어 있다.
일 실시 예에 있어서, 제2 광학 소자의 조정에는 진동이 부가되고, 제2 광학 소자의 진동 방향으로부터 부가적으로 포커스 제어 신호가 유도된다.
다른 실시 예에 있어서, 변조 신호는, 광 데이터 저장매체 내에, 예를 들면 광 데이터 저장매체의 리드-인 영역 내에 기록 데이터로서 기록된다.
다른 실시 예에 있어서, 변조 신호는, 광 데이터 저장매체의 워블 트랙으로서 기록된다.
광 대물렌즈는 적어도 2개의 조정가능한 광학 소자를 포함해야 한다.
예를 들면, 대물 렌즈는, 공극을 거의 변경하지 않고 페어(pair)의 초점길이를 조절하기 위해 축방향으로 배치될 수 있는 2개의 소자를 구비한다. 이 공극은 전체적으로 대물렌즈를 이동시킴으로써 조절될 수 있다(도 7). 통상, 특정한 양의 구면 수차가 잔존할 것이다. 어떤 경우에는, 커버층 조합을 포함한 렌즈 시스템의 최적의 설계가 이 시스템 요구조건들을 충족할 것이고, 다른 경우에는 구면 수차의 액티브 조정이 요구될 것이며, 더 나아가서 대책이 취해져야 할 것이다.
주된 이점은 더 단순하다는 점이다. 완전한 듀얼 렌즈 액추에이터에서(도 7) 제2 광학 소자, 즉 렌즈의 위치의 필요한 조정은, 본 출원인에 의해 동시에 제출된 유럽특허 출원번호 PHNL040461에 제안된 해법의 경우보다 더 작고 더 저 대역폭 조정이다. 실제로, 렌즈는 그것의 축방향 이동이 매우 심하게 감소하도록 액추에이터에 걸려 있어도 된다.
바람직한 실시 예에서는, 변조신호가 공지된 워블 신호로부터 발생할 수도 있고, 다른 실시 예에서는, 공지된 사전에 기록된 데이터로부터 발생할 수도 있으며, ROM 시스템의 경우에는 리드-인 트랙 상의 특정 데이터 또는 유저 데이터일 수 도 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 통상의 원장(far-field) 광 기록 대물렌즈와 커버층이 없는 데이터 저장 디스크 및 커버층이 있는 데이터 저장 디스크를 각각 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 근접장 광 기록 대물 렌즈와 커버층이 없는 데이터 저장 디스크 및 커버층이 있는 데이터 저장 디스크를 각각 나타낸다.
도 3은 공극이 너무 넓으면 NA>1에 대하여 총 내부 반사가 발생하는 것을 나타낸다.
도 4는 조사 빔의 편광 상태와 평행 및 수직인 편광 상태에 대한 반사광의 총량의 크기와 양자의 합을 나타낸다.
도 5는 커버층의 두께 변화가 초점 깊이보다 크거나 작은 것을 나타낸다.
도 6은 스핀 코팅층: UV 경화형 실리콘 하드 코트의 두께 프로파일의 예를 나타낸다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 디스크-디스크 커버층 두께가 변하는 경우의 듀얼 액추에이터의 동작 원리를 나타낸다.
도 8은 듀얼 렌즈 액추에이터 내의 렌즈를 구동하는데 필요한 스태틱 포커스 제어 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 9는 근접장에 대한 듀얼 렌즈 액추에이터의 가능한 실시 예의 단면을 나타낸다.
도 10은 FC(Focus Control)를 이용하는 SIL에 대하여 렌즈를 이동시킴으로써 디포커스가 취득될 수 있다는 것을 나타낸다. 공극은 GC(Gap Control)을 이용하여 일정하게 유지된다.
도 11은 대물렌즈에 대하여 레이저 시준기 렌즈를 이동시킴으로써 디포커스도 취득될 수 있다는 것을 나타낸다.
도 12는 광 시스템의 초점 길이를 조절하기 위해 전기습식(EW) 또는 액정(LC) 재료에 근거한 스위칭가능 광학 소자를 사용할 수 있는 듀얼 렌즈 액추에이터의 실시 예를 나타낸다.
도 13은 도 12와 같이 제1 렌즈와 SIL 사이에 스위칭가능 광학 소자가 위치되어 있는 다른 실시 예를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b에는 통상의 원장(far-field) 광 기록 대물렌즈와 커버층이 없는 데이터 저장 디스크 및 커버층이 있는 데이터 저장 디스크가 각각 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b에는, 근접장 광 기록 대물렌즈와 커버층이 없는 데이터 저장 디스크와 커버층이 있는 데이터 저장 디스크가 각각 도시되어 있다. 유효한 파장은 λ'=λ/nSIL로 감소한다. 유효한 파장은 λ'=λ/n0'로 감소한다. 공극의 폭은 전형적으로 25-40nm(그러나 적어도 100nm 이하)이고, 일정한 비율로 묘사되어 있지 않다. 커버층의 두께는 전형적으로 수 마이크론이지만, 일정한 비율로 묘사되어 있지 않 다.
도 3에는 공극이 너무 넓은 경우 NA>1에 대해서 전체 내부 반사가 발생하는 것이 도시되어 있다. 공극이 충분히 얇으면, 미세 파는 다른 측에 도달하고, 투명 디스크에서는 다시 전파하게 된다. 투명 디스크의 굴절률이 개구수보다 작으면, n0'<NA이면, 그 일부 파가 미세하게 잔존한다는 점과, 효율적으로는 NA=n0'인 점에 유념한다.
도 4에는, 조사 빔의 편광 상태와 평행 및 수직인 편광 상태에 대한 반사 광의 총량의 크기 및 양자의 합이 도시되어 있다. 수직 편광 상태는 근접장 광 기록 시스템에 대한 공극 에러 신호로서 적합하다.
도 5에는, 커버층의 두께 변화가 초점 깊이보다 크거나 작을 수도 있다는 것이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 자유 워킹 거리 또는 공극의 폭을 제어하는 것만으로, 데이터층이 포커스 내에 있는 것: Δh<Δf인 것을 보증하기 위해 커버층의 두께 변화 Δh는, 초점 깊이 Δf=λ(2NA2)보다 (훨씬)더 작아야 한다. 파장 λ=405nm 및 개구수 NA=1.45를 취하면, Δf
Figure 112006083730337-PCT00002
50nm인 것을 발견한다. 수 마이크론 두께의 스핀 코팅층에 대해서는, 이것이, 도전적인 정확도인 것처럼 보이는 디스크의 전체 데이터 영역에 대한 백분율 이하의 두께 변화를 의미한다. 그러나, 예를 들어도 6 및 참조문헌 [6] 및 [7]을 참조하면, 그것은 놀랍게도 필수 스펙: 수 마이크론 두께 및 30nm 이하의 두께 변동을 지닌 스핀 코팅층을 만드는 것이 가능한 것처럼 보였다. 그 결과는, 유체가 디스크의 중심에서 관리된 것이 아니라(구멍이 있기 때문에), 18.9nm의 반경에서 관리되었기 때문에 주목해야 할 것이다. 통상 이것은 중심에서보다 훨씬 높은 에지에서 커버층 두께로, 매우 동종이 아닌 결과에 이르게 한다. 그러나, 이 경우, 열 경사도가 디스크 반경의 기능으로서 스핀 처리 중에 유체 점성을 맞추기 위해 사용되었다.
도 6에는, 스핀-코팅층, UV 경화형 실리콘 하드 코드의 예가 도시되어 있다. 커버층은 이미 데이터 영역의 80%를 나타내는 외부의 28mm에 대하여 매우 평탄하다.
도 7a, 도 7b, 도 7c에는, 디스크-디스크 커버층 두께를 변화시킨 경우의 듀얼 액추에이터의 동작 원리가 도시되어 있다. 도 7a에서는 특정 커버층 두께를 가진 제1 디스크에 대해서, 저장층이 포커스 내에 있고, 공극이 일정하게 유지된다. 도 7b에서는, 또 하나의 디스크에 대하여, 커버층 두께가 다르고, 데이터 저장층이 포커스 외에 있다. 도 7c에서는, 제1 렌즈가 저장층 상의 포커스를 회복하기 위해 변위되는 곳을 보정한다.
도 8에는, 듀얼 렌즈 액추에이터 내의 제1 렌즈를 구동하는데 필요한 스태틱 포커스 제어 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 갭 액추에이터(GA)는 공극을 제어하기 위해 사용된다. 이 갭 액추에이터는 초점 위치를 오프셋하기 위해 사용되는 더 작은 포커스 액추에이터(FA)와 맞춰진다. 이 갭 액추에이터는, 입력으로서 정규화된 갭 에러 신호(GEN)를 이용해, PID 컨트롤러에 의해 구동된다. 이 정규화된 갭 에러 신호는 중앙 개구(CA) 신호 또는 퍼워드 센스 다이오드(forward sens diode)로부터의 신호의 저주파 성분으로 갭 에러 신호(GES)를 분리하는 디바이더에 의해 생성된다. 컨트롤러 세트 포인트 및 공극 풀-인 절차는 중앙의 마이크로프로세서(μProc2)에 의해 컨트롤러에 제공된다.
사전에 기록된 데이터 패턴 또는 워블 신호의 CA 신호 변조가 가장 크도록SIL, 즉 제1 광학 소자에 대하여, 렌즈, 즉 제2 광학 소자의 위치를 조절한다. CA 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 샘플링되어, 초기화 단계 중에 트라이얼(trial) 및 오류에 의해 최적의 포커스 오프셋 신호를 찾기 위한 절차를 진행하는 마이크로프로세서(μProc2)에 공급된다: 최적의 신호를 얻기 위해서 포커스 위치를 변경한다. 렌즈와 SIL 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위해, 초기 단계 후, 갭 액추에이터의 가속화 중에, 갭 액추에이터 에러 신호에 비례하는 신호가 오프셋 신호에 부가되어, 전류 증폭기에 의해 증폭된 후 매우 심하게 약하게 된 포커스 액추에이터에 공급된다.
2개의 제어 신호가 요구된다:
- SIL과 커버층 사이의 총 미세 결합으로부터 유도된 에러 신호를 이용해서 공극의 폭을 제어할 수 있다. 도 4에는 대표적인 갭 에러 신호(GES)가 도시되어 있다.
- 일부 공지된 신호를 포함하는 예를 들면 디스크 상의 리드-인 트랙의 변조 깊이로부터 포커스 제어 신호(FCS)를 유도할 수 있다.
도 9에는, 근접장에 대한 듀얼 렌즈 액추에이터의 가능한 실시 예의 단면이 도시되어 있다.
도 10에는, 방사 빔, 예를 들면 파장 λ=405nm을 가진 레이저 빔을 이용하 여, 기록 및/또는 판독을 하는 광 데이터 저장 시스템이 도시되어 있다. 방사 빔은 광 데이터 저장매체의 데이터 저장층 상에 포커스되어 있다. 상기 시스템은,
- 포커스된 방사 빔에 대하여 투과성이 있는, 5㎛, 예를 들면 3㎛보다 작은 두께 h를 지닌 커버층을 갖는 매체(커버층, 저장층 및 기판)와,
- 상기 매체의 가장 외측 면으로부터 λ/10보다 작은 자유 워킹 거리에 존재하도록 구성되며, 상기 광 데이터 저장매체의 커버층 측 상에 배치된 솔리드 이멀젼 렌즈를 포함하는, 개구수 NA를 가진 대물렌즈를 포함하는 광학 헤드를 구비하고, 그 솔리드 이멀젼 렌즈로부터, 상기 포커스된 방사 빔이 기록/판독 중에 광 데이터 저장매체의 커버층과 결합하는 미세 파에 의해 결합된다. 전체 매체 상의 커버층의 두께 변화 Δh는 50nm보다 작은 30nm이다. 광학 헤드는,
- 제1 조정가능한 광학 소자: 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL)와,
- 커버층과 솔리드 이멀젼 렌즈 사이의 거리를 동적으로 일정하게 유지하기 위해 제1 광학 소자를 축방향으로 이동시키는 수단과,
- 제2 조정가능한 광학 소자: 렌즈와,
- 솔리드 이멀젼 렌즈의 출사면에 관하여 포커스된 방사 빔의 초점의 위치를, 저 대역폭으로 변경하기 위해 제2 광학 소자를 조정하는 수단(도 9에서 코일 참조)을 구비한다. 커버층의 두께의 변화 Δh는 50nm 이하이기 때문에, 광 대물렌즈의 인접한 면이 커버층의 면의 다음에 오게 하는 공극에 대해서는 하나의 서보 루프만이 필요하고, 광 대물렌즈의 초점 길이를 변화시킴으로써 초점 깊이 이내로 데이터층을 유지하는 초점 길이에 대해서는 하나의 스태틱 최적 루프가 필요하다. 포커스 제어(FC)를 이용하는 SIL에 대하여 렌즈를 이동시킴으로써 디포커스를 취득할 수 있다. 갭 제어(GC)를 이용해서 공극을 일정하게 유지한다.
도 11에는, 대물렌즈에 대하여 레이저 시준기 렌즈를 이동시킴으로써 디포커스도 취득할 수 있다는 것이 도시되어 있다.
도 12에는, 광학 시스템의 초점 길이를 조절하기 위해 사용될 수 있는 전기습식(EW) 또는 액정(LC) 재료에 근거한 스위칭가능 광학 소자가 도시되어 있다. 이렇게 함으로써 특정한 양의 구면 수차를 동시에 보상하는 것도 가능하다.
도 13에는, 광학 시스템의 초점 길이를 조절하기 위해 사용될 수 있는 전기습식 또는 액정 재료에 근거한 스위칭가능 광학 소자가 도시되어 있다. 여기에서, 이 소자는 렌즈와 SIL 사이에 위치된다. 이렇게 함으로써 특정한 양의 구면 수차를 동시에 보상하는 것도 가능하다.
본 발명의 광학부의 실시 예는 본 출원인에 의해 동시에 출원된 유럽특허 출원번호 PHNL040461에 기술된 것과 같다.
레코더 대물렌즈 내의 2개의 렌즈 사이의 거리를 조절하기 위해 Lorenstz 모터를 갖는 듀얼 렌즈 액추에이터가 설계되었다. 이 렌즈 어셈블리는 전체적으로 CDM12 액추에이터 내에 꼭 맞는다. 듀얼 렌즈 액추에이터는 반대방향으로 감겨 있는 2개의 코일과 2개의 반경 방향으로 자화된 마그넷으로 구성된다. 이 코일은 대물 렌즈 홀더 주위에 감겨 있고, 이 홀더는 2개의 판 용수철에 걸려 있다. 2개의 마그넷의 표유장(stray field)과 결합하는 코일을 통한 전류는 SIL쪽으로 혹은 SIL로부터 떨어져 제1 대물렌즈를 이동시키는 수직력이 된다. 근접장 디자인은 도 9의 도면일 것 같다. 이 디자인에서는, 공진을 완전히 억제하기 위해 코일과 마그넷 사이의 자성유체(Ferro-fluid: 마그네틱 코일의 종류)를 이용하여 제1 렌즈의 이동을 감쇠한다(참조문헌 [9] 참조).
도 7 및 도 9에는, 가변 초점 위치를 지닌 광 대물렌즈의 제1 실시 예가 도시되어 있고, 도 10에서도 반복된다. 시스템의 초점 위치를 변경하기 위한 다른 실시 예는 예를 들면, 레이저 시준기 렌즈(도 11 참조), 또는 전기습식 또는 액정 재료에 근거한 스위칭가능 광학 소자(도 12 및 도 13과, 참조문헌 [9] 참조 )의 조정을 포함한다. 물론 이들 대책을 동시에 취할 수 있다.
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Claims (12)

  1. 광 데이터 저장매체의 데이터 저장층에 포커스되는, 파장 λ을 가진 방사 빔을 이용해서 기록 및/또는 판독을 하는 광 데이터 저장 시스템으로서,
    상기 포커스된 방사 빔에 대하여 투과성이 있는, 5㎛보다 작은 두께 h를 가진 커버층을 갖는 상기 매체와,
    상기 매체의 가장 외측 면으로부터 λ/10보다 작은 자유 워킹 거리에 존재하도록 구성되며, 상기 광 데이터 저장매체의 커버층 측에 배치되는 솔리드 이멀젼 렌즈를 포함하는, 개구수 NA를 가진 대물렌즈를 포함하는 광학 헤드를 구비하고, 그 솔리드 이멀젼 렌즈로부터, 상기 포커스된 방사 빔이, 기록/판독 중에 상기 광 데이터 저장매체의 커버층과 결합하는 미세 파에 의해 결합되도록 구성된 광 데이터 저장 시스템에 있어서,
    상기 전체 매체 상의 커버층의 두께 변화 Δh는 50nm보다 작은 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Δh는 20nm보다 작은 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 헤드는,
    상기 솔리드 이멀젼 렌즈에 대응하는 제1 조정가능한 광학 소자와,
    커버층과 솔리드 이멀젼 렌즈 사이의 거리를 동적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 제1 광학 소자를 축방향으로 이동시키는 수단과,
    제2 조정가능한 광학 소자와,
    상기 솔리드 이멀젼 렌즈의 출사면에 관하여 포커스된 방사 빔의 초점의 위치를 저 대역폭으로 변경하기 위해 상기 제2 광학 소자를 조정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 대물렌즈 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 상기 대물렌즈 외부에 존재하는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 상기 제1 광학 소자에 대하여 축방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 예를 들면, 전기습식 또는 전기로 액정 재료의 위치(orientation)에 영향을 줌으로써 전기적으로 조절가능한 초점 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장 시스템.
  8. 청구항 3에 기재된 시스템으로 광 기록 및/또는 판독하는 방법으로서,
    솔리드 이멀젼 렌즈와 커버층 사이의 총 미세 결합으로부터 파생된 갭 에러 신호에 근거한 제1의 고 대역폭 서보 루프를 이용해서 자유 워킹 거리를 일정하게 유지하고,
    상기 제1 서보 루프에 근거해서 제1 광학 소자를 작동시키며,
    데이터 저장층에 기록된 변조 신호의 변조 깊이로부터 파생된 포커스 제어 신호에 근거해 제2의 저 대역폭 서보 루프를 활성화하고,
    최적의 변조 신호를 검색하기 위해 상기 제2 서보 루프에 근거해 제2 광학 소자를 조정하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 판독 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자의 조정에 진동을 부가하고, 상기 제2 광학 소자의 진동 방향으로부터 부가적으로 상기 포커스 제어 신호를 유도하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 판독 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조 신호를, 상기 광 데이터 저장매체에 기록된 데이터로서 기록하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 판독 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조 신호를, 상기 광 데이터 저장매체의 리드-인 영역에 기록하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 판독 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조 신호를, 상기 광 데이터 저장매체의 워블 트랙으로서 기록하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 판독 방법.
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