KR20070084914A - 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법에 관한 것으로써, 특히 근접장 광 저장 장치에서 갭 마진을 충분히 확보하기 위한 서보 알고리즘과 서보 진행 순서에 관한 것이다. 본 발명의 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법은 일정속도로 광학헤드를 디스크에 접근하는 접근단계; 및 갭의 기준치를 일정하게 변화시키면서 서서히 원하는 기준치까지 접근시키는 핸드-오버 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 근접장 광 저장 장치의 갭 서보를 안정적으로 진행하여 디스크 및 광학 헤드의 신뢰성을 증가시키다. 따라서, 근접장 광 저장 장치 시스템의 신뢰성을 향상시키고 다른 서보 및 회로 설계를 용이하게 하는 효과가 기대된다.

근접장, 갭서보, 미분

Description

근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법 {Gap margin security method in NFR Optical storage}

도 1은 종래의 고체함침렌즈를 채용한 근접장 기록 광헤드를 개략적으로 보인 도면

도 2는 종래의 고체함침미러를 채용한 근접장 기록 광헤드를 개략적으로 보인 도면

도 3은 종래의 탐침을 채용한 근접장 기록 광헤드를 개략적으로 보인 도면

도 4는 근접장 광 저장 장치의 광학 헤드 부분의 구성도

도 5는 갭 서보시에 발생하는 오버슈트 현상

도 6은 이러한 갭 서보 과정시에 SIL의 위치

도 7은 근접장 광기록 재생장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면

도 8은 근접장 광픽업장치의 슬라이더로부터 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서보 제어시 미분 성분을 이용하여 오버슈트를 제어하는 방법을 나타낸 순서도

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분 성분을 추가하여 갭 서보를 했을 때의 신호 파형

도 11은 갭 서보 시작시와 정상 상태에 따라 미분 보상항의 이득을 전환시키는 도면

{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}

701 : 픽업부 703 : 서스펜션암

705 : 슬라이더 707 : 대물렌즈

710 : 광디스크 711 : 프리즘

713 : 짐발스프링 715 : SIL렌즈

본 발명은 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법에 관한 것으로써, 특히 근접장 광 저장 장치에서 갭 마진을 충분히 확보하기 위한 서보 알고리즘과 서보 진행 순서에 관한 것이다.

광기록재생장치는 단위면적당 정보의 저장용량을 높이기 위해, 기록용 광원의 단파장화, 대물렌즈의 개구수를 증가시키는 방향으로 개발되고 있다. 즉, 현재 개발중에 있는 차세대 DVD 계열의 기록매체 소위, HD-DVD(High-Definition DVD) 계열의 기록매체를 위한 광 기록재생장치에는, CD 및 DVD에서 광원의 파장이 적외선 및 적색 파장영역이고, 대물렌즈의 개구수가 0.45 및 0.6인 것과는 다르게, 청색 파장의 광원 및 0.75 이상 예컨대, 0.85의 개구수를 갖는 대물렌즈를 채용하려는 움직임이 있다.

그런데, 일 매의 렌즈는 양산성 등을 고려할 때 예컨대, 0.65 이상의 개구수를 갖도록 제작하기 어려우며, 그 대안으로, 복수의 렌즈 조합으로 대물렌즈를 구성하여 예컨대, 0.75 이상의 고개구수를 실현하는 방식들이 제안된 바 있다.하지만, 고개구수를 실현하기 위해 대물렌즈로 2매 이상의 렌즈를 구비하면, 구조가 복잡해지고 광학적 정렬이 어려운 단점이 있다.

이러한 단점을 해결할 수 있는 대안으로, 근접장 기록 기술이 있다. 일반적으로, 근접장 기록 기술이란 광디스크와 같은 기록매체에 근접되게 배치된 광학 요소와 기록매체 사이의 간격이 예컨대, 20~300nm 정도로 근접된 상태에서 데이터의 기록 재생을 수행하는 기술을 말한다.

이러한 근접장 기록 기술은, 잘 알려진 바와 같이, 스윙암 구동방식의 구동장치를 이용한다. 즉, 근접장 기록 기술은, 스윙암에 기록매체쪽으로 탄성바이어스되게 설치된 슬라이더에 광집속수단을 탑재하여, 기록매체의 회전에 따른 공기동압에 의해 광집속수단을 슬라이더와 함께 기록매체로부터 근접 간격 이격되게 부상시켜 근접장내에서 기록매체의 기록면에 광스폿을 형성하고, 기록매체에 맺힌 광스폿의 위치를 일 힌지점을 기준으로 스윙암을 회동시킴에 의해 결정하여, 정보신호를 근접장으로 기록 및/또는 재생하는 기술이다.

종래의 근접장 기록 광헤드는, 슬라이더에 탑재되는 광집속수단으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은, 고체함침렌즈(SIL:Solid Immersion Lens)(10), 고체 함침미러(SIM:Solid Immersion Mirror)(20), 도 3에 도시된 바와 같은 끝이 뾰족하게 가공된 탐침을 구비하여, 회절 한계를 극복하여 아주 작은 광스폿(일반적으로 광의 파장보다 작은 직경의 광스폿)을 형성하여 기록을 행한다.

도 1을 참조하면, 종래의 고체함침렌즈(10)를 채용한 근접장 기록 광헤드는, 입사되는 광을 일차적으로 집속하는 집속렌즈(15)와, 이 집속렌즈(15)에서 집속된 광을 이차적으로 집속하여 기록매체(1)에 맺히도록 하는 고체함침렌즈(10)를 구비한다. 상기 집속렌즈(15) 및 고체함침렌즈(10)는 슬라이더(미도시)에 탑재된다. 상기 집속렌즈(15)에서 일차적으로 집속된 빔이 고체함침렌즈(10)로 입사되므로, 상기 고체함침렌즈(10)에서는 유효 개구수가 1.0 이상이 되어, 회절 한계를 극복하여 광을 근접장에 집속시킬 수 있다. 이때, 고체함침렌즈(10)와 기록매체(1) 사이의 간격(G)은 100 nm 이내이다.

도 2를 참조하면, 종래의 근접장 기록 광헤드에 채용되는 고체함침미러(20)는, 입사광을 발산시키는 광축 상의 제1투과면(21), 제1투과면(21)에 대향되게 위치된 제2투과면(23), 상기 제2투과면(23) 둘레에 형성되어 상기 제1투과면(21)에서 발산되어 입사된 광을 반사시키는 제1반사면(25), 상기 제1투과면(21) 둘레에 형성되어 상기 제1반사면(25)쪽에서 입사된 광을 반사 집속시켜 상기 제2투과면(23)을 향하도록 하는 제2반사면(27)을 구비한다. 이러한 고체함침미러(20)는, 슬라이더(미도시)에 탑재되며, 제1투과면(21)으로 입사되는 평행광을 그 내부의 제1 및 제2반사면(27)에서 반사시키고 제2투과면(23)을 통하여 근접장에 집속시키므로, 큰 유효 개구수를 가진다. 이때, 도 1에 도시된 고체함침렌즈(10)를 채용한 종래의 근접 장 광헤드에서와 마찬가지로, 고체함침미러(20)와 기록매체(1) 사이의 간격(G)은 100 nm 이내이다.

도 3을 참조하면, 종래의 탐침을 채용한 근접장 기록 광헤드는, 슬라이더(5)에 끝이 뾰족한 광섬유 탐침(30)을 부착한 구조이다. 상기 광섬유 탐침(30)은 광섬유 일단의 끝부분을 뾰족하게 구성한 다음 그 뾰족한 부분의 외주를 금속 코팅(35)한 구조이다. 상기 광섬유 탐침(30)의 끝 지름 즉, 코어(31) 부분의 끝 지름은 수백 nm(바람직하게는 300 nm이하)이다. 여기서, 상기 광섬유 탐침(30) 대신에 작은 구멍을 형성할 수도 있다. 참조번호 33은 광섬유의 클래드층이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 근접장 기록 광헤드에서, 고체함침렌즈(10), 고체함침미러(20) 및 광섬유 탐침(30)은 기록매체(1) 회전시 사용되는 광의 파장보다 작은 20∼300nm 정도의 근접 간격(G)만큼 기록매체(1)로부터 이격되어, 입사된 광을 회절 한계를 극복하여 근접장에 집속시켜, 소망하는 크기의 광스폿을 형성한다.

이러한 근접장 광 저장 장치의 경우, 대물렌즈와 SIL로 구성된 광학 헤드 부분과 디스크 면 사이를 매우 작은 갭(20~50nm)을 일정하게 유지하는 갭 서보가 요구된다. 일반적으로 갭 서보가 시작되는 시점에서 오버슈트가 발생하여 디스크에 근접하거나 충돌될 가능성마저 존재한다.

이러한 경우에 디스크나 광학 헤드에 손상이 발생할 수 있으며, 갭 에러 신호의 왜곡으로 인해 갭 서보를 불가능하게 하거나 성능을 저하시키는 원인이 된다.

도 4는 근접장 광 저장 장치의 광학 헤드 부분의 구성도이고, 도 5는 갭 서보시에 발생하는 오버슈트 현상을 나타낸 것이다.

지금까지는 디스크와의 충돌을 방지하면서 갭 서보를 하기 위해 1) 일정 속도(수 mm/sec)로 광학 헤드를 디스크에 접근하는 과정(이를 통상적으로 접근과정 이라 한다)과, 2) 갭의 기준치를 일정하게(수 volts/msec) 변화시키면서 서서히 원하는 기준치까지 접근시키는 과정으로 이루어진다. 이 때에 미분 성분을 영(zero)에 가깝도록 하기 위해 저역 필터를 사용하기도 한다. 이러한 과정을 통상적으로 핸드-오버 또는 풀-인 과정이라 한다.

도 6은 이러한 갭 서보 과정시에 SIL의 위치를 나타낸 것이다. 이러한 일련의 과정은 디스크와 충돌 없이, 즉 오버슈트 발생 없이, 디스크의 면진을 추종하기 위해서는 충분한 갭 마진이 확보되어야 한다는 것을 의미한다. 갭 서보가 시작되는 시점에서 더욱 강조되는 부분으로 유지되어야 하는 갭이 매우 작기 때문에, 디스크의 면진, 서보의 오버슈트 및 외부적인 요인에 의해 영향 받지 않고 정밀한 서보가 요구된다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 그 목적은 근접장 광 저장 장치에서 대물 렌즈와 SIL로 구성된 광학 헤드 부분과 디스크와의 충돌을 방지하도록 갭 서보시에 충분한 갭 마진을 확보하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법은 일정속도로 광학헤드를 디스크에 접근하는 접근단계; 및 갭의 기준치를 일정하게 변화시키면서 서서히 원하는 기준치까지 접근시키는 핸드-오버 단계를 포함한다.

본 발명에서 상기 갭 에러신호(GES)의 미분 성분을 드라이브 입력에 추가하여 오버슈트의 피크치를 최소화하고 진동 성분을 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 핸드 오버단계에서는 정착시간을 줄이기 위해 기준치의 기울기를 최대한 크게 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 핸드-오버 단계에서는 상기 미분성분이 저역통과필터를 통과하는 단계; 및 상기 저역통과필터를 통과한 신호에 소정의 이득값을 곱하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 상기 소정의 이득값은 갭 서보가 정상상태에 도달시 점점 작아지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하 갭서보 제어를 위한 근접장 광저장장치의 구조 및 작동 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 근접장 광기록 재생장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 근접장 광픽업장치는 스핀들 모터에 의하여 고속으로 회전하는 광디스크(10) 상부에 데이터를 기록/재생하기 위하여 광 스폿을 조사하는 슬라이더(5)가 서스펜션암(3)으로부터 분리되는 짐발 스프링(도시되지 않음)의 가장자리에 수평으로 탑재되어 위치하고 있다. 상기 서스펜션암(3)의 일측은 상기 광픽업장치의 픽업부(1)에 고정되어 회전축으로 사용되고, 상기 픽업부(1) 상에는 상기 서스펜션암(3)의 회전축에 회전력을 인가하여 상기 광디스크(10)의 데이터 트랙을 추종하는 VCM(도시하지 않음)이 배치되어 있다.

또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 픽업부(1) 내에는 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드와 광검출용 포토 다이오드가 내장되어 있고, 상기 서스펜션암을 따라 광학계들이 배치되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 근접장 광픽업장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 상기 픽업부(1)의 레이저 다이오드에서 레이저 광이 발생하면, 상기 서스펜션암(3)을 따라 상기 슬라이더(5)가 탑재되어 있는 가장자리로 진행한다. 상기 서스펜션암(3)의 가장자리 상에는 프리즘(도 2: 부호 11)이 배치되어 있어 진행하는 레이저 광을 하부로 전환 시켜준다. 상기 프리즘(11)에 의하여 90°로 굴절된 레이저 광은 상기 서스펜션암(3) 하부에서 분리되는 짐발 스프링에 탑재되어 있는 상기 슬라이더(5)의 대물렌즈(7)로 입사하게 된다.

그런 다음, 상기 슬라이더(5)의 상부에 배치된 상기 대물렌즈(7)에 입사된 레이저 광은 굴절된 후, 하부의 대향렌즈(SIL: Solid Immerion Lens)로 진행하여 다시 굴절한 다음, 광 스폿을 형성하여 상기 광디스크(10) 상에 조사한다.

상기 슬라이더(5)의 대향렌즈를 통과하여 형성된 광 스폿은 상기 광디스크의 데이터 트랙에 조사되어 데이터를 기록/재생을 하게 되는데, 이때 상기 서스펜션암(3)의 짐발 스프링 가장자리에 탑재된 상기 슬라이더(5)는 상기 광디스크(10)의 고속 회전에 의하여 상기 광디스크(10) 표면으로부터 수 나노미터 부상하게 된다.

이렇게 수 나노미터의 근접 거리를 가짐으로써 기록 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있게 되는데, 그 원리는 다음과 같다.

렌즈 내부로 임계각 이상의 각도를 갖고 입사하는 빛은 굴절률이 밀한 곳에 서 소한 곳으로 진행할 때 빛이 전반사 된다. 이 때, 빛의 전반사에 의해서 렌즈의 표면에는 아주 미세한 세기의 광이 존재하는데 이것을 에버네슨트 웨이브(evanescent wave) 또는 소산파라고 한다.

이 에버네슨트 웨이브 이용하면, 기존의 원격장(far-field)에서는 빛의 회절 현상 때문에 나타나는 분해능의 절대적인 한계, 즉 회절 한계 때문에 불가능했던 고분해능이 가능하게 된다. 근접장 광 기록 및 재생 광학계는 렌즈내에서 빛을 전반사시켜 렌즈 표면에 에버네슨트 웨이브를 발생시키고, 에버네슨트 웨이브와 기록매체의 커플링에 의하여 기록 및 재생을 하게 된다.

도 8은 근접장 광픽업장치의 슬라이더로부터 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 근접장 광픽업장치의 서스펜션암(3)이 광디스크(10) 상부에 위치하여 있고, 상기 서스펜션 암(3)으로부터 분리되는 짐발 스프링(13)의 가장자리 끝단에는 광 스폿을 발생하는 상기 슬라이더(5)가 수평으로 탑재되어 있다. 상기 슬라이더(5)의 상부에는 대물렌즈(7)가 배치되고, 하부에는 대향렌즈(15)가 배치된 구조를 하고 있다.

상기 근접장 광픽업장치의 픽업부에서 방생되는 레이저 광은 상기 서스펜션암(3)을 따라 진행하고, 상기 서스펜션암(3) 가장자리 상에 배치된 프리즘(11)에 입사하게 된다.

상기 프리즘(11)에서 굴절된 레이저 광은 상기 짐발 스프링(13) 가장자리에 탑재된 상기 슬라이더(5)의 대물렌즈(7)로 입사되어 굴절되고, 계속해서 하부의 상 기 대향렌즈(15)에서 다시 굴절되어 광 스폿을 형성한다. 상기 슬라이더(5)에서 형성된 광 스폿은 상기 광디스크(10)의 데이터 트랙 상에 조사되어 데이터를 기록/재생한다.

상기와 같은 근접장 광저장장치는 다음과정에 의해서 갭 서보 제어시 오버슈트를 제어하게 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 서보 제어시 미분 성분을 이용하여 오버슈트를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 9를 참조하면, 기존의 접근 과정은 그대로 사용하고 , 핸드-오버 과정에 서는 정착을 줄이기 위해 기준치의 기울기를 최대한 크게 설정하고, 추가적으로 갭 에러 신호의 미분 성분을 드라이브 입력에 추가하여 오버슈트의 피크치를 최소화하고 진동 성분을 억제한다. 미분 성분은 오버슈트와 같은 짧은 시간에 나타나는 신호를 검출하여 역으로 보상하기 때문에 시스템의 안정성을 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있다. 또한 GES의 주파수 대역이 대략 0 ~ 30kHz 정도이기 때문에 그 이상의 외부 고주파로 인한 역효과를 방지하기 위해 저역 통과 필터를 추가한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분 성분을 추가하여 갭 서보를 했을 때의 신호 파형으로 오버슈트가 거의 발생하지 않고 효과적으로 갭 서보가 시작됨을 확인할 수 있다. 따라서 갭 마진이 충분히 확보 가능하다. 이 경우에 오버슈트가 갭 기준치 이하로 전혀 내려가지 않았기 때문에 갭 마진이 100%라고 표현할 수 있다.

정상 상태에서는 미분 성분 보상에 의한 효과는 거의 나타나지 않기 때문에 적절한 값을 기준으로 하여 미분 보상항을 드라이브 입력에 추가하지 않거나, 이득 Kv를 작게 변환시켜서 정상 상태의 잔존 오차를 최소화할 수 있다. 도 11은 갭 서보 시작시와 정상 상태에 따라 미분 보상항의 이득을 전환시키는 도면이다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 근접장 광 저장 장치의 갭 서보를 안정적으로 진행하여 디스크 및 광학 헤드의 신뢰성을 증가시키다. 따라서, 근접장 광 저장 장치 시스템의 신뢰성을 향상시키고 다른 서보 및 회로 설계를 용이하게 하는 효과가 기대된다.

Claims (5)

1. 일정속도로 광학헤드를 디스크에 접근하는 접근단계; 및

   갭의 기준치를 일정하게 변화시키면서 서서히 원하는 기준치까지 접근시키는 핸드-오버 단계를 포함하는 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 갭 에러신호(GES)의 미분 성분을 드라이브 입력에 추가하여 오버슈트의 피크치를 최소화하고 진동 성분을 억제하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 핸드 오버단계에서는 정착시간을 줄이기 위해 기준치의 기울기를 최대한 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 핸드-오버 단계에서는

   상기 미분성분이 저역통과필터를 통과하는 단계; 및

   상기 저역통과필터를 통과한 신호에 소정의 이득값을 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 소정의 이득값은 갭 서보가 정상상태에 도달시 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장 장치에서의 갭 마진 확보 방법.

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