KR20070085305A

KR20070085305A - 근접장 광학 렌즈-매체 접근방법

Info

Publication number: KR20070085305A
Application number: KR1020077010731A
Authority: KR
Inventors: 코엔 아드리아누스 페르슈렌
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-08-27
Also published as: CN101040335A; WO2006040705A1; EP1820187A1; US20080089208A1; JP2008516369A; TW200629263A; CN100505054C

Abstract

본 발명은 근접장 광 주사 장치와, 특히 근접장 광 주사 장치의 렌즈(24)를 기록 매체(11)의 표면에 대해 원거리 위치로부터 근접장 위치(23)로 배열하는 방법을 제공한다. 본 발명은 고체 이멀젼 렌즈(SIL)와 기록 매체의 표면 사이의 갭의 크기를 나타내는 개구 동공 이미지의 화상 처리를 바람직하게 이용한다. 개구 동공 이미지의 화상 분석은 수 마이크로미터 범위의 에어 갭 거리에 대한 접근 과정을 위한 제어 신호를 생성할 수 있게 한다. 이는 변화하는 헤드 이동 속도를 이용하여 빠르고, 효율적이며, 정확하면서도 신뢰성 있는 접근 과정을 가능케 한다. 또한, 본 발명은 개구 동공 이미지에 전개되는 간섭 무늬에 대한 검출 구성을 이용할 수 있게 하며, 이는 기본적으로 대안적으로 접근 과정을 위한 제어 신호를 생성하여 개구 동공 이미지의 일부의 조도의 분석에 대한 화상 분석을 줄일 수 있도록 한다.

근접장 광 주사 장치, 기록 매체, SIL, 갭 크기, 화상 처리 모듈, 제어 모듈

Description

근접장 광학 렌즈-매체 접근방법{NEAR FIELD OPTICAL LENS-TO-CARRIER APPROACH}

본 발명은 기록 매체를 주사하기 위한 광 주사 장치의 분야에 관한 것으로, 특히 제한 없이 순간적인 광 주사 커플링을 이용하여 기록 매체를 주사하는 것에 관한 것이다.

고체 침지 렌즈(Solid Immersion Lens:SIL)를 사용한 근접장 기록 및 판독은 12cm 직경의 광 디스크와 같은 기록 매체를 사용하는 것에 의해 고밀도의 광 기록 및 판독을 제공한다. 기록 매체의 정보층으로 조사되는 광 조사의 주사 스폿을 충분히 작게 하기 위해서는 SIL로부터 기록 매체로 조사 빔을 순간 커플링(evanescent coupling)하는 것이 바람직하다. 순간 커플링은 적용된 광 파장의 비율보다 작은 SIL과 기록 매체 표면 사이의 거리에서 효율적으로 일어난다. 따라서, SIL과 기록 매체 사이의 갭 크기는 통상적으로 예컨대, 25-50nm의 범위에 있어야 한다. 이러한 시스템은 근접장 시스템으로 알려져 있는데, 그 명칭은 SIL의 출사면에서 순간 파(evanescent wave)에 의해 형성된 근접장로부터 유래한다. 예시 적인 광 주사 장치는 블루 레이저인 로스로서 약 405nm 파장의 조사 빔을 방사하는 조사원을 사용할 수 있다.

기록 매체를 주사하는 동안, 즉 정보의 기록 또는 판독 중에, SIL과 기록 매체 면 사이의 순간 커플링이 유지되어야 한다. 이 순간 커플링의 효율은 SIL과 기록 매체 면 사이의 갭 크기에 크게 의존한다. 상기 캡 크기가 증가하여 예컨대, 50nm 보다 훨씬 더 크게 되면, 커플링 효율은 크게 감소하여, 데이터 신호에 에러를 도입할 수 있는 것과 함께, 판독될 데이터의 품질을 저하시킨다.

기록 매체의 주사 과정을 수행하기 이전에, 광 주사 장치는 시동 절차(start-up procedure)를 행하는 것이 보통이다. 이러한 시동 절차는 광 주사 장치의 성분이 정위치되도록 하는 것을 보장함으로써 기록 매체에 대한 데이터 판독 또는 기록과 같은 주사 절차가 높은 수준의 품질로 수행될 수 있다.

시동 절차는 주사 장치의 대물 렌즈계를 대기 위치에서 주사 위치로 이동시키는 것을 포함한다. 이것은 개방 루프 조작을 이용한 접근 과정과 폐쇄 루프 조작을 이용한 풀-인(pull-in) 과정의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 대물 렌즈계와 기록 매체 사이의 갭 크기가 주사 절차에 최적화되도록 하는 것을 보장한다. 상기 대물 렌즈계와 특히 SIL은 예컨대, 주사를 위한 어떤 기록 매체도 광 주사 장치 내에 배치되어 있지 않거나, 기록 매체로의 파워가 스위치 오프되어 있거나 대기 모드로 설정되어 있거나, 또는 기록 매체가 주사 장치 내로 삽입되는 주사 장치의 개방구가 개방 상태인 경우, 대기 위치에 있다. 더욱이, 대기 위치에서, 대물 렌즈계는 그 민감한 광학 성분이 충격, 스크래치 및 먼지와 같은 이물 등으로부터 보호 되도록 배열될 수 있다.

근접장 광학 시스템은 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41(2002), pp.1898-1902에 개시된 K. Saito 등에 의한 "근접장 광 디스크 시스템에서의 에어 갭 제어 신호 및 ROM 신호의 판독 방법"과 같은 논문에 공지되어 있다. 이 문서는 광 근접장 주사 장치와 근접장 광 디스크 시스템을 위한 광 에어 갭 제어 신호를 획득하는 방법을 개시하고 있다. 상기 에어 갭 제어 신호는 갭 크기를 조정하는 서보 시스템을 제어할 수 있게 하며, 그 서보 시스템에 의해 대물 렌즈계를 주사 절차를 위한 최적의 위치로 이동시키는 풀-인 과정에 사용될 수 있다. 통상, 상기 에어 갭 제어 신호는 반사광과 입사광의 편파 상태(polarization states) 사이의 편차를 이용하여 얻을 수 있다. 상기 편파 상태의 편차는 SIL이 디스크 면에 근접할 때, 즉, 에어 갭이 순간 커플링이 일어나기 시작하는 크기의 특징을 나타낼 때 발생한다. 따라서, 에어 갭 제어 신호는 50nm보다 작은, SIL과 디스크 면 사이의 거리에서만 의미가 있고 유용하다.

그러나, 대기 위치에서, 대물 렌즈계와 기록 매체 사이의 상기 에어 갭은 특징적으로 수십 또는 심지어 수백 마이크로미터의 크기를 가진다. 상기 에어 갭 제어 신호는 작은 비율의 마이크로미터의 범위의 거리에만 유용하기 때문에, 시동 과정 중, 대물 렌즈계와 SIL은 최적의 위치를 지나 이동되지 않도록 하고 또한 기록 매체와 충돌하지 않도록 충분히 느린 속도로 기록 매체에 접근하여야 한다. 이러한 충돌은 대물 렌즈계나 기록 매체의 손상 또는 파괴를 가져올 수 있다.

그러므로, 본 발명은 상당히 큰 에어 갭에 유용한 에어 갭 제어 신호를 제공하여 신속하고 효율적인 접근 과정을 수행할 수 있도록 하는 광 주사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 대물 렌즈계를 기록 매체에 대해 정확하게 효율적으로 위치시키는 것에 의해 순간적인 커플링을 이용하여 기록 매체를 주사하는 근접장 광 주사 장치를 제공한다. 본 발명의 광 주사 장치는 대물 렌즈계와 특히 기록 매체의 표면에 대해 근접장 위치에 배치되도록 된 SIL을 갖는 헤드를 포함한다. 상기 장치는 헤드의 SIL과 대물 렌즈계를 통해 광학 헤드로 진입하는 조사광을 검출하기 위한 공간 해상도를 갖는 검출기를 더 포함한다. 또한, 상기 근접장 광 주사 장치는, 검출기 출력을 분석하고, 렌즈, 특히 SIL과 기록 매체 사이의 거리를 나타내는 제어 신호를 생성하기 위한 화상 처리 모듈을 포함한다. 상기 제어 신호는 에어 갭 제어 신호로 작용하며, 근접장 광 주사 장치에 의해 획득된 화상의 화상 처리에 의해 생성된다. 부가적으로, 상기 근접장 광 주사 장치는 상기 렌즈와 상기 기록 매체의 표면 사이의 갭의 크기를 제어하기 위한 제어 모듈을 포함한다. 상기 제어 모듈은 상기 화상 처리에 의해 생성된 제어 신호를 이용하는 것에 의해 상기 렌즈를 원거리 위치로부터 근접장 위치로 이동시키는 접근 모드에 사용 가능하다.

바람직하게, 상기 근접장 광 주사 장치의 헤드의 상기 대물 렌즈계는 화상 처리 모듈에 의해 처리 가능한 출력 신호를 생성하는 검출기로 횡단 조사 분포(transverse radiation distribution)를 투영한다. 통상, 상기 검출기 출력은 예컨대, 대물 렌즈계의 개구 동공 이미지(aperture pupil image) 또는 그 단면을 표현하는 2차원 또는 1차원의 횡단 광 분포를 나타낸다.

개구 동공의 이미지는 대물 렌즈계와 기록 매체 면 사이의 변화하는 거리에 따라 통상적으로 변한다. 유익하게는, 상기 광학 헤드로 진입하는 조사광, 즉 기록 매체에 의해 반사되는 그러한 조사광의 횡단 공간 구조는 100 마이크로미터 이상까지의 갭 크기를 검출할 수 있는 배율을 갖는 특징이 있다. 동공 이미지의 횡단 광 분포의 변화는 대물 렌즈계와 기록 매체의 표면 사이의 갭이 감소될수록 더욱 더 현저해 진다.

헤드로 진입하는 조사광의 횡단 공간 구조는 갭 크기의 감소에 따라 더욱 현저해지므로, 상기 제어 신호는 보다 작은 간격을 갖도록 점점더 정확하게 생성될 수 있다. 이것은 대물 렌즈계와 기록 매체 간의 충돌을 효율적으로 방지하기 위한 높은 정확도를 특징으로 하는 빠르고 효율적인 접근 기구를 실현할 수 있게 한다. 더욱이, 상기 검출된 조사광의 횡단 광 분포 패턴은 수십 마이크로미터 범위의 갭 크기를 나타내기 때문에, 상기 화상 처리 모듈에 의해 생성된 상기 제어 신호는 그에 대응하여 마이크로미터 범위의 갭 크기를 나타낸다. 결국, 제어 신호를 활용하는 제어 모듈은 대물 렌즈계에 대한 접근 과정을 보다 빠르고 효율적인 방식으로 수행할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 근접장 광 주사 장치의 제어 모듈은 상기 렌즈를 원거리 위치로부터 근접장 위치로 변화하는 속도로 이동시키도록 동작 가능한다. 바람직하게는, 변화하는 속도의 초기 속도 및 방식은 상기 화상 처리 모듈에 의해 생성된 제어 신호에 의존한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 최대 속도로 시작하는 점감하는 속도 프로파일을 이용하는 것에 의해 상기 렌즈를 이동시키도록 동작 가능하다. 또한 여기에서, 속도 및 속도 프로파일은 SIL과 기록 매체 면 사이의 실제 갭 크기를 나타내는 화상 처리 모듈로부터 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여 결정될 수 있다. 상기 제어 신호가 다소 큰 갭 크기, 예컨대, 10-20 마이크로미터의 범위, 또는 그보다 더 큰 크기를 표현하면, 상기 제어 모듈은 상기 대물 렌즈계 및/또는 SIL을 최대 속도로 기록 매체의 표면 측으로 이동시킬 수 있으며, 상기 캡 크기가 예컨대, 1 마이크로미터 근처일 때 속도를 감속시킬 수 있다.

속도를 감속시켜야 하는 갭 크기는 상기 생성된 제어 신호의 정확도에 달려 있다. 제어 신호의 정확도 정보는 보정 절차를 통해 얻을 수 있다. 접근 과정 중의 감속은 여러 가지 다른 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 감속은 계단식으로, 또는 선형적이거나 비-선형적인 방식의 연속 모드로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 점감하는 속도 프로파일은 exp(-C/t) (C는 상수, t는 시간)와 같은 음의 인수를 특징으로 하는 지수 함수에 의해 설명될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 제2의 제어 신호가 렌즈의 이동 중에 생성 가능하며, 상기 제어 모듈은 상기 이동 중에 상기 적어도 제2의 제어 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 상기 적어도 제2의 제어 신호는 접근 과정 중 제어 신호가 연속적으로 생성됨을 표현한다. 이렇게, 상기 SIL이 원거리 윈치로부터 소망하는 근접장 위치로 이동되는 동안 상기 대물 렌즈계와 상기 SIL의 이동이 충분하게 제어될 수 있다. 이것은 접근 과정을 효율적으로 제어하고 조정하는 것을 가능케 하며, SIL과 기록 매체 간의 충돌을 방지하기 위한 제어 기구를 효율적으로 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 화상 처리 모듈은 조사광의 횡단면에서 그 조사광의 중심부의 크기를 결정하도록 적합화되어 있다. 상기 중심부의 크기 또는 직경은 렌즈와 기록 매체 간의 순간 커플링이 효율적으로 일어나는 갭 크기보다 실질적으로 큰 갭 크기에 대응한다. 검출기에 의해 검출된 상기 횡단 광 분포의 중심부의 상기 크기는 상기 제어 신호를 생성하기 위한 화상 처리 모듈에 의해 이용된다. 그러므로, 상기 화상 처리 모듈은 상기 검출된 조사광의 선명한 광 분포 패턴의 크기 또는 직경을 결정하도록 적합화되어 있다.

이 선명한 광 분포 패턴은 통상적으로 검출된 횡단 광 분포의 2차원적 표식의 중심부에 있는 밝은 스폿 또는 밝은 원형 영역에 대응한다. 통상적으로, 상기 대물 렌즈계로 입사하는 조사광의 횡단 광 분포는 밝은 외부 링과 저 조도의 원형 내부 영역으로 특징지워지는 개구 동공의 이미지를 제공한다. 대물 렌즈계와 기록 매체 간의 큰 에어 갭 크기의 경우, 상기 내부 영역은 다소 균일한 저 조도로 특징지워지며, 상기 갭 크기를 지시하는 밝은 스폿을 갖는 다소 어두운 원형 영역으로 보인다.

개구 동공 이미지의 밝은 외부 링은 실상 SIL의 출사면에서의 광속의 내부 전반사에 기인한 것이다. 내부 전반사되는 3개의 광속은 내부 전반사 임계각 이상의 각도로 전파된다. 이러한 큰 전파 각도에 기인하여, 상기 전반사된 광은 개구 동공 이미지의 밝은 외부 링으로 보이는 것이다. 중심의 개구 동공 이미지의 내부의 다소 어두운 원형 영역은 SIL을 통해 기록 매체 측으로 광 빔이 전달되는 것이 기인한다. 이들 전달 광 빔은 내부 전반사 임계각 보다 작은 각도로 전파된다. 대물 렌즈계의 광학적 배열에 기인하여, 개구 동공 이미지에서 내외부 원형 영역 간의 경계는 SIL의 내부 전반사 각도, 즉, 개구수(NA=1)에 의해 조절된다. 밝은 외부 링 형태의 영역의 외부 경계는 가장 자리 광속의 각도, 즉, 대물 렌즈계의 개구수(예, NA=1.9)에 의해 조절된다.

근접장 광 주사를 위해, 대물 렌즈계의 초점은 SIL의 하부면, 즉 출사면과 거의 일치한다. 상기 개구 동공 이미지는 입사각을 유지하는 것에 의해 상기 SIL의 출사면에 반사되는 광에 기초하여 얻어진다. 또한, 밝은 중심부는 통상적으로 개구 동공 이미지에 나타난다. 상기 개구 동공 이미지의 상기 통상 원형의 밝은 중심부는 상기 기록 매체에서 반사되는 광에 기인한다. 상기 중심부의 크기 및 횡단 직경은 SIL과 기록 매체 면 간의 갭 크기가 감소함에 따라 현저하게 증가한다. 유리하게는, 상기 개구 동공 이미지의 밝은 중심 스폿 또는 밝은 중심부는 수십 마이크로미터의 거리 및 갭 크기에서 확실히 검출된다.

상기 화상 처리 모듈은 상기 밝은 중심부의 크기를 정확하고 신뢰성 있게 결정할 수 있게 하는 휘도 및 콘트라스트 변형 수단을 포함하는 화상 처리 수단을 이용하는 것에 의해 개구 동공 이미지의 밝은 중심부를 식별하도록 적합화되어 있다. 상기 중심부의 크기의 결정은 1차원 스트라이프 검출기가 상기 개구 동공 이미지의 밝은 중심부와 교차하는 것을 전제로 1차원 화상 처리 또는 2차원 화상 처리에 기초할 수 있다. 따라서, 근접장 광 주사 장치의 검출기는 1차원 또는 2차원 전하 결합 소자(Charge coupled device: CCD)와 같은 1차원 또는 2차원 검출기 어레이로 실행될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 화상 처리 모듈은 또한 조사광의 황단면에서 조사광의 중심부의 공간 구조를 분석하도록 적합화되어 있다. 상기 중심부의 공간 구조는 SIL 또는 대물 렌즈계와 상기 기록 매체의 표면 사이의 갭 크기를 지시하는 제어 신호를 생성하기 위한 화상 처리 모듈에 의해 이용될 수도 있다. 상기 근접장 광 주사 장치의 대물 렌즈계는 또한 상기 기록 매체로 전달되는 조사광을 제공하기 때문에, 개구 동공 이미지의 중심부는 예컨대, 입사광과 반사광 사이의 간섭에 기인하는 조도 조절로 특징지워질 수 있다.

특히, 개구 동공 이미지의 밝은 중심부의 공간 구조에서 간섭 무늬의 수도 갭 크기를 나타낸다. 이렇게, 횡단 직경을 결정하는 것에 의한 것뿐만 아니라, 개구 동공 이미지에서 밝은 중심부의 공간 구조를 분석하는 것에 의해서도 수 마이크로미터 범위의 갭 크기를 정확하게 측정하고 연속 모니터링할 수 있다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 화상 처리 모듈은 횡단면에서의 조사광의 중심부의 조도를 모니터링하고, 선정된 한계치를 초과하는 조도에 응답하여 제어 신호를 생성하도록 적합화되어 있다. 입사 조사광의 중심부의 조도를 모니터링하는 것은 상기 증심부의 크기를 결정하기 위한 대안적인 수단으로서 작용할 수 있다. 상기 조도의 모니터링 및 측정은 입사 조사광의 횡단면에서 소정의 선정된 부분에 기초하여 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 조도는 개구 동공 이미지의 전체 내부의 원형 영역에 걸쳐서는 물론, 임의의 크기로 특징화된 개구 동공 이미지의 특정 위치에서도 검출될 수 있다. 더욱이, 상기 조도를 모니터링하는 것에 의해, 검출기의 공간 해상도가 보통은 필요하지 않다. 이 방식으로, 근접장 광 주사 장치의 검출기는 종래의 광 다이오드로서 실행될 수 있다. 이러한 실시예의 이용은 또한 화상 처리의 복잡성을 줄일 수 있도록 한다. 따라서, 광 다이오드에 의해 검출되는 조도는 제어 유닛에 의해 처리되어야 할 제어 신호로서 직접 작용할 수 있다.

바람직하게, 상기 조사광의 중심부의 조도는 근접장 위치측으로 렌즈가 변위하는 동안 모니터링된다. 통상, 개구 동공 이미지의 중심부의 조도는 10 마이크로미터 보다 큰 범위의 갭 크기에 대해 실질적으로 일정하게 유지된다. 개구 동공 이미지의 중심부의 횡단 직경이 증가하는 순간, 간섭 무늬는 통상 상기 중심부에 전개된다. 개구 동공 이미지 중 단지 작은 부분만이 획득되면, 렌즈의 연속 변위 중에 얻어지는 총 조도의 변동이 관찰될 수 있다. 이 조도 조절은 중심부의 증가하는 총 조도 신호에 동반되는 상기 조도 조절은 대략 50nm로부터 5 마이크로미터 또는 그 이상까지의 범위의 갭 크기를 나타내는 제어 신호를 생성하는데 효율적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 조사광의 횡단면에서의 조사 중심부는 실질적으로 렌즈와 대물 렌즈계로 재입사되는 조사에 대응한다. 이 재입사는 통상적으로 렌즈를 통해 기록 매체로 전달된 조사광의 그 기록 매체의 표면에서의 반사에 기인한다. 대물 렌즈계의 초점은 SIL의 하부면 또는 출사면과 거의 일치하기 때문에, 큰 캡 크기에서, 상기 렌즈를 통해 상기 기록 매체로 전달되는 조사광은 다소 큰 횡단 영역에 걸쳐 상기 기록 매체의 표면에 확산되어 부딪친다. 결국, 기록 매체의 평면에서의 반사에 기인하여, 단지 미소량의 전달광만이 대물 렌즈계로 재입사된다. 큰 갭 크기에서, 대물 렌즈계의 광축에 대해 다소 작은 입사각으로 전파하는 조사광만이 대물 렌즈계로 재입사하며, 개구 동공 이미지의 밝은 중심부로서 나타내질 수 있다.

보다 작은 갭 크기에서, 기록 매체의 표면에 전달된 광의 둘레는 감소하며, 반사광의 상당 부분은 보다 큰 입사각으로 대물 렌즈계에 재입사할 수 있어서 그 대물 렌즈계로 입사하는 조사광의 밝은 중심부의 직경을 크게 할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 렌즈가 상기 근접장 위치로 이동 완료되면 갭 제어 모드로 전환하도록 적합화되어 있다. 상기 제어 모듈은 따라서 접근 모드 및 갭 제어 모드에서 동작 가능하다. 바람직하게는, 상기 갭 제어 모드에서, 반사광과 입사광 사이의 편파 상태를 비교하는 것에 기초하여 제어 신호가 생성된다. 상기 편파 상태에서 필요로 하는 변화는 SIL이 기록 매체의 표면에 대해 근접장 거리에 있을 때 효율적으로 일어나기 때문에, 상기 제어 모듈은 기록 매체의 주사 중에, 즉, 대물 렌즈계 및/또는 SIL이 근접장 위치에 자리하고 있어서, 갭이 기록 매체와 대물 렌즈계 사이의 광 조사의 순간 커플링을 제공할 정도로 충분히 작은 것을 의미하고 있는 경우에 갭 제어 모드에서 동작 가능하다.

다른 측면에서, 본 발명은 근접장 광 주사 장치의 광학 헤드의 렌즈를 기록 매체의 표면에 대해 원거리 위치로부터 근접장 위치로 이동시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 공간 해상도를 갖는 검출기를 사용하는 것에 의해 광축 헤드에 입사하는 조사광을 검출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 렌즈와 상기 기록 매체 사이의 거리를 나타내는 제어 신호를 생성하기 위한 화상 처리 모듈을 사용하는 것에 의해 검출기 출력을 분석하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 상기 제어 신호를 이용하여 상기 렌즈를 상기 원거리 위치로부터 상기 근접장 위치로 이동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 제어 신호는 상기 헤드 또는 그 대물 렌즈계로 입사하는 1차원 또는 2차원의 공간 광 분포의 원형의 밝은 중심부의 크기 및/또는 직경을 식별하는 것에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 상기 밝은 중심부는 예컨대, 수 마이크로미터 범위의 큰 갭 거리에 대해 이미 전개되어 있으므로, 제어 신호는 이들 다소 큰 갭 크기에 대해 이미 유용하며, 따라서 대물 렌즈계와 그 SIL에 대한 신속하고, 효율적이고, 정확하면서 신뢰성 있는 접근 방식의 수행을 가능케 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 제어 신호의 생성 이전에 상기 렌즈를 기록 매체 측으로 선정된 속도로 이동시키는 단계와, 상기 렌즈를 선정된 속도로 이동시키는 동안 상기 검출기와 상기 화상 처리 모듈을 사용하여 조사광의 황단면에서의 조사광의 중심부의 크기를 모니터링하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 조사광의 중심부의 모니터링된 크기를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 예를 들면, 상기 제어 신호는 상기 중심부의 크기가 선정된 한계치를 초과할 때 생성되어, SIL과 기록 매체 표면 간의 갭 크기가 소정의 미리 정해진 값 이래로 떨어짐을 지시할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 근접장 광 주사 장치의 광학 헤드의 렌즈를 기록 매체의 표면에 대해 원거리 위치로부터 근접장 위치로 이동시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 렌즈를 상기 원거리 위치로부터 바람직하게는 선정된 속도로 상기 기록 매체 측으로 이동시키는 단계와, 상기 렌즈가 이동되는 동안 상기 광학 헤드에 입사되는 조사광의 조도를 검출기를 이용하여 모니터링하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 렌즈와 상기 기록 매체의 표면 사이의 거리를 나타내는 제어 신호가 생성된다.

상기 제어 신호는 상기 렌즈의 이동에 대해 상기 조사광의 조도가 적어도 1회 변동되는 것을 검출하는 것에 응답하여 생성된다. 부가적으로, 상기 헤드의 상기 렌즈 또는 상기 대물 렌즈계는 상기 제어 신호를 이용하여 근접장 위치로 이동된다. 이 방법은 특히, 공간 해상도를 특징으로 하지 않는 광 다이오드와 같은 검출기의 사용을 가능케 한다. 여기에서, 상기 검출기는 입사하는 조사광의 조도를 검출하여야만 한다. 입사하는 조사의 조도를 모니터링하는 것은 총 조도 또는 그 입사하는 조사광의 횡단면 내의 선정된 스폿 또는 부분의 조도를 지칭할 수 있다. 상기 렌즈의 이동과 관련하여 모니터링된 조도의 변동은 상대 전파 광속(counter propagating light rays), 즉, SIL을 통해 기록 매체 측으로 전달되는 광과 기록 매체로부터 대물 렌즈계의 개구 측으로 반사되는 광 사이의 간섭에 기인하여 전개됨이 바람직하다. 상기 조도의 변동 중의 연속하는 최대치와 최소치는 적용된 조사광의 파장의 반파장인 렌즈의 이동에 대응한다. 이 방식으로, 렌즈를 기록 매체 측으로 이동시키는 동안 이들 변동의 최대치 및/또는 최소치를 카운팅하는 것에 의해서도, 상기 갭 크기는 적어도 조사광의 λ/2의 배수 범위 내에서 λ/2 보다 작은 정확도로 결정될 수 있다.

여기에서, 조도의 변동은 조사광의 파장의 반파장의 수 배의 범위의 갭 크기를 지칭하는 반면, 근접장 광 주사 장치에 의해 적용된 파장의 작은 부분의 범위의 갭 크기에 대해 순간 커플링이 효율적으로 일어난다. 결국, 개구 동공 이미지의 밝은 중심부의 조도를 모니터링하는 것에 의해, 수 마이크로미터 이상의 갭 크기를 나타내는 제어 신호가 생성될 수 있다. 이러한 제어 신호의 이용하여, 상기 SIL을 원거리 위치로부터 근접장 위치로 이동시키는 접근 과정이 다양한 상이한 속도로 수행될 수 있어서, 상기 SIL과 기록 매체 간의 효율적이면서 신속한 접근을 이룰 수 있다.

아래에는 하기의 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 주사 장치를 개략적으로 도시하며,

도 2는 근접장 광 주사용 헤드의 요소의 다이어그램을 도시하며,

도 3은 시간에 대한 렌즈 이동 속도 및 갭 거리를 보여주는 2개의 다이어그램이고,

도 4는 개구 동공 이미지의 형성을 개략적으로 도시하며,

도 5는 갭 크기가 변하는 경우의 6개의 개구 동공 이미지를 도시하며,

도 6은 개구 동공 이미지의 시뮬레이션된 간섭 패턴을 도시하며,

도 7은 감소하는 갭 거리에 대한 중심 개구 조도의 다이어그램이고,

도 8은 화상 처리를 이용한 접근 절차 방법의 수행을 위한 흐름도이고,

도 9는 조도 변화를 이용한 접근 절치 방법의 수행을 위한 흐름도이다.

12cm 광 디스크 상에서 50 Gbyte 이상을 판독하기 위한 기술로서, 렌즈와 고체 이멀젼 렌즈(Solid Immersion Lens: SIL)를 포함하는 근접장 광 헤드를 이용한 광 기록 시스템이 제안되었다. 이 시스템에서는 SIL 저면과 디스크 간의 에어 갭을 순간 전파가 검출될 수 있는 근접장 위치에 일정하게 유지하는 것이 필수적이다. 이를 위해서는 에어 갭 서보 시스템이 필요하다.

도 1은 에어 갭 서보를 갖는 광 기록 장치를 보여주고 있다. 상기 장치는 근접장 광 시스템을 통해 기록 매체(11)에 대해 데이터를 광학적으로 판독 및/또는 기록하기 위한 장치이다. 도시된 근접장 광 시스템은 예컨대, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41(2002), pp.1898-1902에 개시된 K. Saito 등에 의한 "근접장 광 디스크 시스템에서의 에어 갭 제어 신호 및 ROM 신호의 판독 방법"에서의 그것과 유사하다. 디스크형 기록 매체(11)는 정보 층에 거의 나란한 트랙을 구성하는 나선형 또는 환형 패턴의 회전부로서 배열된 트랙을 구비한다. 기록 가능 타입의 기록 매 체 상의 트랙은 빈(blank) 기록 매체의 제작시 제공되는 프리그루브(pregroove)와 같은 예비-엠보싱된 트랙 구조로 나타낼 수 있다. 트랙 구조는 서보 신호를 주기적으로 생기게 하는 규칙적으로 분배된 마크에 의해서도 형성될 수 있다. 기록된 정보는 상기 트랙을 따라 기록되는 광 검출 가능 마크에 의해 정보 층 상에 나타낼 수 있다. 상기 마크는 물리적 파라미터의 변이들로 구성되어, 염료, 합금 또는 상변이 재료와 같은 재료에 기록시 얻어지는 반사의 변이들, 또는 광-자기 재료에 기록시 얻어지는 편파의 방향의 변이와 같이, 그 주변과는 상이한 광학적 특성을 가진다. 기록 매체는 예컨대, 비디어 또는 오디오 정보, 또는 컴퓨터 데이터와 같은 기타 정보 등의 실시간-정보를 담지하도록 의도될 수 있다.

근접장 광 주사 장치는 헤드(22)에 결합된 화상 처리 모듈(또는 유닛)(50)을 더 구비한다. 상기 화상 처리 모듈(50)은 헤드(22)에 의해 획득되는 개구 동공 이미지의 중심 개구 영역, 즉, 중심에 위치한 밝은 부분을 식별하고, 상기 중심에 위치한 밝은 부분의 직경에 의존하는 제어 신호를 생성하도록 적합화될 수 있다. 상기 화상 처리 모듈(50)은 헤드(22)의 검출기에 의해 생성되는 출력 신호를 처리하도록 적합화될 수 있다. 상기 화상 처리 모듈(50)은 상기 획득된 개구 동공 이미지에서 중심부에 위치한 원형의 밝은 부분의 크기 및/또는 직경을 식별하고, 그 밝은 부분의 횡단 크기를 나타내는 대응하는 제어 신호를 생성한다. 상기 개구 동공 이미지의 상기 밝은 부분의 횡단 크기는 상기 렌즈(24)와 상기 기록 매체(11) 사이의 갭 크기에 직접 상관되기 때문에, 상기 대응하는 제어 신호는 상기 헤드(22)와 렌즈(24)를 신속하고 효율적인 방식으로 근접장 거리 또는 근접장 위치(23)로 이동 시키기 위해 제어 유닛(20)에 의해 활용되어 진다.

상기 장치는 기록 매체(11) 상의 트랙을 주사하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 기록 매체(11)를 회전시키기 위한 드라이브 유닛(21), 헤드(22), 상기 헤드(22)를 트랙 상에 위치시키기 위한 서보 유닛(25), 및 제어 유닛(20)을 포함한다. 상기 헤드(22)는 기록 매체의 정보 층의 트랙 상의 조사 스폿에 포커싱되는 광학 요소를 통해 안내되는 조사 빔을 생성하기 위한 공지된 타입의 광학 시스템을 포함한다. 상기 조사 빔은 레이저 다이오드와 같은 조사 소스에 의해 생성된다. 상기 헤드(22)는 렌즈(24)와 렌즈 액츄에이터(35)를 포함하며, 상기 렌즈 액츄에이터는 상기 렌즈를 기록 매체(11)의 표면으로부터 근접장 거리(23)에 위치시키기 위한 서보 유닛(25)에 있는 에어 갭 서보 제어기에 결합되어 있다. 헤드 내의 광학 요소의 구체적인 예가 도 2에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 에어 갭 서보는 전환 모드(hand-over mode)용의 기준 발생기(34)를 포함할 수 있는 에어 갭 제어기(32)를 포함한다. 상기 에어 갭 제어기는 화상 처리 모듈(50)에 의해 생성되는 제어 신호를 이용하여 상기 렌즈를 원거리 위치로부터 근접장 거리로 가져오기 위한 접근 모드를 가지고 있다. 결국, 렌즈가 근접장 거리 내에 있게 되면, 상기 에어 갭 제어기는 폐쇄 루프 모드로 전환된다. 개방 루프 접근 모드에서 폐쇄 루프 모드로의 전환은 전환 모드에서 수행될 수 있으며, 전환 모드 중에는 위치에 대한 기준 궤적 및/또는 렌즈의 속도와 가속도가 기준 발생기(34)에 의해 생성된다. 에어 갭 서보 시스템 및 요소의 실시예가 하기에 상세히 설명 및 예시되어 있다.

상기 헤드는 조사 빔의 초점을 그 빔의 광축을 따라 이동시킴으로써 트랙 상에 조사 스폿을 형성하도록 상기 빔을 포커싱하는 포커싱 액츄에이터(도시 생략)와, 상기 스폿을 반경 방향을 따라 상기 트랙의 중심에 정확히 위치시키는 트래킹 액츄에이터를 더 포함한다. 상기 트래킹 액츄에이터는 소정의 광학 요소를 반경 방향으로 이동시키기 위한 코일 및 영구 자석을 포함하거나, 대안적으로는 소정의 반사 요소의 각도를 변경하기 위해 배열될 수 있다. 판독을 위해, 정보층에 의해 반사된 조사광은 트래킹과 포커싱을 위한 주 주사 신호(33)와 부 주사 신호를 포함하는 검출기 신호를 생성하는 헤드(22)에서 4-사분 다이오드와 같은 보편적 타입의 검출기에 의해 검출된다. 상기 헤드(22)에는 트랙으로부터 반사된 조사광에 기초한 상기 검출기 신호를 수신하기 위한 전단(front-end) 유닛(31)이 결합된다. 주 주사 신호(33)는 복조기, 디포맷터 및 출력 유닛을 포함하여 정보를 회수하는 통상의 타입의 판독 처리 유닛(30)에 의해 처리된다.

상기 제어 유닛(20)은 정보의 기록 및 회수를 제어하며, 사용자 또는 호스트 컴퓨터로부터 명령을 수신하기 위해 배열될 수 있다. 상기 제어 유닛(20)은 시스템 버스와 같은 제어 라인(26)을 통해 장치 내 다른 유닛에 접속된다. 상기 제어 유닛(20)은 하기의 절차와 기능을 수행하기 위해 마이크로프로세서와 같은 제어 회로, 프로그램 메모리 및 인터페이스를 포함한다. 상기 제어 유닛(20)은 논리 회로 내의 상태 머신으로서도 실시될 수 있다.

상기 장치는 기록 가능 또는 재-기록 가능 타입의 기록 매체에 대해 정보를 기록 및 판독하기 위한 기록 및 판독 수단을 포함한다. 상기 기록 수단은 조사 광 의 기록 빔을 생성하기 위해 전단 유닛(31)과 헤드(22)와 협력하며, 입력 정보를 처리하여, 헤드(22)를 구동시키기 위해 기록 신호를 생성하는 기록 처리 수단을 포함한다. 상기 기록 처리 수단은 입력 유닛(27), 포맷터(28) 및 변조기(29)를 포함한다. 정보 기록을 위해, 조사 빔의 파워는 변조기(29)에 의해 제어되어 기록 층 내의 광학적으로 검출 가능한 마크를 형성한다.

일 실시예에서, 상기 입력 유닛(27)은 아날로그 오디오 및/또는 비디오, 또는 디지털 비압축 오디오/비디오와 같은 입력 신호를 위한 압축 수단을 포함한다. 적절한 압축 수단은 비디오의 경우 MPEG 표준에 설명되어 있으며, MPEG-1은 ISO/IEC 11172에 정의되어 있으며, MPEG-2는 ISO/IEC 13818에 정의되어 있다. 입력 신호는 대안적으로 이러한 표준에 따라 이미 인코딩되어 있다.

도 2는 근접장 광 기록을 위한 헤드 내 요소의 개략적 다이어그램이다. 상기 개략적 다이어그램은 판독 시험에 사용되는 근접장 광 플레이어 셋업의 예를 제공한다. 시험상의 플레이어에서, 개구 수 NA=1.9인 특별한 근접장 렌즈가 설치된 에어 갭 제어 및 트래킹을 위한 종래의 DVD 액츄에이터가 사용된다. 도면에서, PBS는 편파 빔-스플리터, NBS는 비-편파 빔-스플리터, λ/2는 절반파 플레이트이다. 상기 셋업은 블루-바이오릿 레이저(40)와 시준기(collimator) 렌즈, 빔 성형 광학계(41), 2개의 빔-스플리터 및 NA=1.9 렌즈(43)의 포커스 조정을 위한 망원경(42)을 포함하는 메인 브랜치로 이루어진다. 도면에서 좌측의 브랜치는 데이터 정보를 포함하고 또한 메인 빔에 평행하게 편파되는 RF 중심 개구 신호의 검출을 위한 광 다이오드(44)를 포함한다. 같은 브랜치에서, 푸쉬-풀(push-pull) 트래킹 에러 신호를 생성하도록 스플릿 검출기(45)가 배치되어 있다. 더욱이, 시험상의 셋업만을 위해, 출구 동공에서의 발광 패턴을 관찰하도록 CCD 카메라(46)가 포함되며, 그에 따라 개구 동공 이미지를 획득한다. 절반파 플레이트(λ/2)는 PBS에 의해 분할되어 상기 RF 검출기 및 상기 푸쉬-풀 검출기 각각으로 향하는 광량을 제어하는데 사용된다.

도면의 우측의 제2 브랜치는 에어 갭 제어를위한 에러 신호를 생성하는데 사용된다. 근접장 광 디스크 시스템에서, 상기 SIL 렌즈(43)는 디스크로부터의 감지되지 않는 감쇠 거리(evanescent decay distance) 내에 위치되는 것이 필요하다. 상기 셋업에서, SIL 대 디스크 간 거리는 통상 25nm이다. 이러한 짧은 거리에서 기계적 액츄에이터에 의한 에어 갭 제어를 가능케 하기 위해, 적절한 에러 신호가 필요하다. 설명된 바와 같이, 디스크 상에 포커싱된 메인 빔의 그것에 수직한 편파 상태의 반사광으로부터 갭 에러 신호(GES)로서 적절한 선형 신호가 얻어질 수 있다. 광의 상당 부분은 SIL-공기-디스크 계면에서의 반사 이후에 타원형으로 편파되며; 이 효과는 상기 반사된 광이 편파기(polarizer)를 통해 관찰될 때 널리 알려진 맬테스 크로스(Maltese cross)를 형성한다. 편파 광학계와 단일의 광 검출기(47)를 사용하여 상기 맬테스 크로스의 모든 광을 통합하는 것에 의해, 소위 "RF⊥pol" 신호가 얻어지며, 갭 에러 신호(GES)는 상기 "RF⊥pol" 신호로부터 생성된다.

CCD 어레이 검출기(46)의 출력은 도 1에 도시된 바와 같이 화상 처리 모듈(50)에 결합된다. 검출기(46)의 출력에 기초하여, 화상 처리 모듈(50)은, 렌 즈(24)와 기록 매체(11) 사이의 신속하고, 효율적이고, 정확하면서 신뢰성 있는 접근을 수행하기 위해, 필요한 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호를 제어 유닛(20)으로 제공한다.

도 3은 시간에 대한 갭 거리와 렌즈 이동 속도를 도시하는 2개의 다이어그램(100, 120)을 보여준다. 다이어그램(100)은 임의의 단위로 주어지는 시간에 대한 100 마이크로미터 단위의 갭 거리(108)를 도시한다. 상기 다이어그램(100)은 3개의 곡선(102, 104, 106)을 보여준다. 곡선(102)은 헤드 및/또는 상기 SIL을 포함하는 헤드의 대물 렌즈계의 일정한 저속에서의 이동에 대응한다. 이러한 일정한 저속은 갭 크기를 지시하는 제어 신호가 근접장 위치의 크기 정도에 있는, 즉 예컨대, 50-100nm 범위에 있는 매우 짧은 갭 거리에 대해서만 유용할 때 필요하다. 기록 매체(11)를 향한 렌즈(24)의 이러한 일정한 저속 접근은 마이크로미터 범위의 갭 크기에 대한 갭 크기 정보가 대체로 유용하지 않은 종래 기술의 한계를 반영한 것이다.

곡선(104, 106)은 갭 거리(108)가 상대적으로 짧은 시간 간격 내에서 수 나노미터 범위의 소망의 값에 도달하는 경우의 보다 빠른 접근을 나타낸다. 곡선(104)은 캡 거리(108)의 지수 함수적 감소에 대응하고, 곡선(106)은 제곱된 시간 파라미터의 지수 함수적 감소에 대응한다. 특히, 곡선(104)은 A-B exp(-C/time)에 대응하고, 곡선(106)은 제곱된 시간 파라미터의 유사한 수학적 표현인 A'-B' exp(-C'/time²)에 대응하며, A,B,C 및 A',B',C'는 상수 파라미터를 지칭한다. 다이어그 램(100)에서 볼 수 있는 바와 같이, 곡선(104)은 14의 임의의 시간 단위 이후에 필요한 근접장 거리에 도달하며, 곡선(106)은 7의 임의의 시간 단위 이후에 선정된 근접장 위치에도 도달한다.

제어 유닛(20)은 이러한 지수함수적으로 감소하는 곡선(104, 106)을 계산하거나 저장하고, 서보 유닛(25)과 그에 따른 액츄에이터(35)를 상기 곡선(104, 106)에 의해 주어진 방식으로 구동시키도록 적합화되어 있다. 다이어그램(100, 120)에 의해 주어진 방식으로 갭 크기를 감소시키는 것에 의해, 접근 절차는 큰 갭 크기의 빠른 속도로 시작하여 캡 크기가 감소함에 따라 접근 속도를 연속적으로 감속하는 것으로 최적화될 수 있다.

이 방식으로, SIL의 접근 또는 도입 절차는 기록 매체와 SIL 사이의 충돌이 일어날 수 없게 보장하면서 빠르고 효율적인 방식으로 수행될 수 있다. 갭 거리가 100 마이크로미터에서 예컨대, 10 또는 20 마이크로미터로 감소되는 순간, 갭 크기를 나타내는 제어 신호가 높은 정확도로 결정될 수 있어서, 접근 절차의 속도를 동적으로 적응할 수 있게 한다. 매우 작은 갭 크기에서 상당히 느려진 이동은 제어 유닛(20)을 위한 일련의 제어 신호를 생성하도록 하는데 효율적이다.

다이어그램(120)은 갭 거리 다이어그램(100)에 대한 대응하는 속도/시간을 나타낸다. 다시 삼각형 곡선(122)은 헤드(22)의 일정하고도 느린 속도를 칭한다. 곡선(126)은 다이어그램(100)의 곡선(106)에 대응하고, 다이어그램(120)의 곡선(124)은 다이어그램(100)의 곡선(104)에 의해 주어진 이동에 대응한다. 양 곡선(124, 126)은 시간(110)에 대한 감소하는 속도(128)를 나타낸다. 상기 속도는 헤드(22)의 이동이 캡 크기를 최소화함에 따라 임의의 단위의 음의 속도로서 주어진다. 다이어그램(130)은 3개의 곡선(122, 124, 126)의 교차점을 확대 도시한다. 곡선(126)이 먼저 속도 제로에 도달하고 곡선(124)이 그에 후속함을 분명히 알 수 있다.

도시된 시간적 거리 및 속도 프로파일은 렌즈(24)와 기록 매체(1) 사이의 접근 과정을 수행하는 방법을 나타내는 일례에 불과하다. 생각할 수 있는 다른 속도 프로파일로는 계단형 프로파일이나 기타 사인파 프로파일, 또는 선형적으로 감소하는 속도 또는 거리 프로파일로 특징지울수 있다. 시간에 대한 속도 또는 거리는 미리 정해진 함수로서 주어질 수 있거나, 헤드(22)의 이동 중에 동적으로 적용될 수 있다.

기본적으로, 전술한 시간적 속도 또는 거리 프로파일 중 어떤 것을 이용한 렌즈(24)의 이동도 렌즈(24)의 원거리 위치가 예컨대, 수 나노미터 범위의 정확도로 주어지는 것으로 주장하는 것에 의해 실현될 수 있다. 이 경우, 초기 캡 크기와 원거리 위치는 정확하게 알고 있으며, 거리 측정치는 통상 필요치 않다. 이것은 근접장 광 주사 장치 내에 기록 매체(11)을 소망의 높은 정확도로 고정하는 설치 수단을 특히 포함한다.

도 4는 검출기(46)에 의해 기록될 수 있는 개구 동공 이미지의 기원을 개략적으로 도시한다. 도 4는 적어도 포커싱 렌즈(141)와 고체 이멀젼 렌즈(SIL: 24)를특징으로 하는 렌즈 시스템의 단면도이다. SIL(24)은 기록 매체(11)에 대해 근접장 거리(23) 내에 위치될 수 있다. 기록 매체(11) 측으로 진행하는 광속(144)은 SIL(24)의 출사면 근처의 포커싱 렌즈(141)에 의해 포커싱된다. 광속(144)은 SIL의 굴절률(n)에 의해 조절되는 내부 전반사 각도(θc)보다 큰 각도로 SIL(24) 내부로 진행한다.

따라서, 갭(23)이 대략 50nm보다 상당히 크면, 즉, 순간 커플링이 일어나지 않으면, 광속(144)은 광축(140)에 대한 그것의 큰 전파 각도에 기인하여 SIL(24)의 출사면에서 내부 전반사된다. 렌즈(24) 내부로 내부 전반사되는 광속(144)은 광속(144)와 동일한 입사각의 광속(145)으로서 대물 렌즈계로 복귀한다. 광속(144)이 포커싱 렌즈(141)의 초점 근처에서 내부 전반사되기 때문에, 반사된 광속(145)은 광속(144)이 기록 매체(11) 측으로 전파된 것과 동일한 경로로 대물 렌즈계로 재입사한다. 따라서, 큰 전파 각도와 내부 전반사는 개구 동공 이미지에서 밝은 외부 링이 형성되는 원인이다. 이 외부 링의 폭(148)은 포커싱 렌즈(141)의 개구와 포함된 광학 성분의 실재적인 배열에 의해 주어지는 것이 바람직하다.

갭 크기가 약 50nm보다 작은 경우에만, 내부 반사가 좌절되며, 광속(144)은 기록 매체(11)로 전파될 수 있다. 결국, 개구 동공 이미지에서 밝은 링은 사라지게 될 것이다.

내부 전반사의 임계 각도(θc)보다 작은 각도로 SIL(24)을 통해 전파하는 전파 광속(142)은 SIL(24)을 통해 전달된다. 이들 광속(142)은 기록 매체(11)의 표면을 향해 전파되며, 그 기록 매체(11)의 표면에서 반사될 수 있다. 기록 매체(11)와 SIL(24) 사이의 거리에 의존하여, 광속(142)에 의해 형성된 광학 필드는 초점 스폿보다 훨씬 큰 소정의 직경의 특징을 나타낸다. 이 경우, SIL을 통해 기 록 매체(11) 측으로 전달 완료된 조사광은 초점 스폿의 둘레 면적보다 훨씬 큰 표면에 걸쳐 기록 매체(11)에 의해 반사된다. 따라서, 반사광의 극히 일부만이 광축(140)에 대해 미소 각도로 대물 렌즈계에 재입사할 수 있다.

기본적으로, 초점 스폿과 기록 매체(11)의 반사면 사이의 거리는 반사광이 광속(142)에 의해 주어지는 원추부에 재입사할 수 있는 최대 각도를 결정하다. 이 최대 각도보다 큰 각도를 특징으로 하는 광속은 검출기 어레이에 적절하게 투사되지 못할 수 있으며, 대물 렌즈계에 재입사하지 못할 수 있다. 최대 입사각은 초점 스폿과 기록 매체(11)의 광 반사면 사이의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 이 증가하는 최대 각도는 개구 동공 이미지의 중심에 있는 밝은 원형부의 직경의 증가에 영향을 미친다. 그러므로, 그것은 SIL과 기록 매체 표면 사이의 거리에 대한 직접적인 표시이다.

본 발명은 정보를 표현하는 그루브(groove)의 포함 여부나, 비-구조화된 표면에 특징이 있는지 여부에 무관하게 기록 매체의 어떠한 트랙에도 적용 가능함에 유의하여야 한다. 개구 동공 이미지의 획득은 파 필드(far field)에서 수행되므로, 기록 매체의 표면 조절에 민감할 수 있는 근접장 커플링은 거의 완전하게 무시할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법은 기록 매체(11)의 비구조화된 표면에도 적용 가능하다.

도 5는 일련의 6개의 개구 동공 이미지(160, 162, 164, 166, 168, 170)를 도시한다. 특징화된 폭(148)의 밝은 링은 SIL(24)의 저면에서의 내부 전반사에 기인하며, 특징화된 직경(146)의 어두운 내부 영역은 SIL을 통해 전달 완료되어 도시된 반사 이미지(160)에는 존재하지 않는 광에 대응한다. 이미지(160)에 의해 나타낸 구조의 중심에서, 밝은 스폿(150)을 관찰할 수 있다. 일련의 이미지(160,...,170)에서, 상기 밝은 스폿(150)은 이미지(170)에서 주변의 밝은 링(152)의 내부 반경과 거의 같은 크기가 될 때까지 일련의 이미지 각각에 대해 그 직경이 현저하게 증가하는 원형부로 발전된다. 상기 이미지(160,...,170)는 100, 20, 15, 10, 5, 2 마이크로미터의 갭 크기에 대응한다. 갭 크기 20 마이크로미터의 이미지(162)로부터 알수 있는 바와 같이, 이미 선명한 밝은 중심부가 검출 가능하여 대응하는 제어 신호가 생성될 수 있게 한다.

화상 처리 수단은 중심부의 휘도 및/또는 조도를 주변 영역 또는 존재하지 않는 기록 매체(11)에 대응하는 저장된 기준치와 비교하도록 적합화될 수 있다. 화상 처리 수단은 물론 상기 검출기는 2차원의 검출 및 화상 처리 구성 또는 대응하는 1차원의 검출 및 화상 처리 기구에 대해 실행될 수 있다. 예를 들면, 상기 검출기(46)는 CCD 화소의 1차원 라인으로서 실행될 수 있다. 이 경우, 개구 동공 이미지(160,...,170)가 검출기 라인 어레이에 중심으로 투영되는 것이 보장되어야 한다. 일반적으로, 개구 동공 이미지의 밝은 중심부의 크기는 기준치보다 높은 조도를 검출하는 검출기 화소의 수에 의해 결정될 수 있다. 이러한 기준치의 크기는 기록 매체(11)가 없는 상태에서 얻어질 수 있다. 대안적으로, 상기 기준치는 예컨대, 주변의 밝은 링(152)의 평균 조도로서 얻어질 수 있는 밝은 중심부(150)의 휘도를 나타낼 수도 있다.

더욱이, 이미지(166, 168)는 입사광과 반사광 사이의 간섭에 기인하는 동심 의 밝고 어두운 링의 공간 구조를 특징으로 한다. 이들 동심 링은 또한 SIL(24)과 기록 매체(11) 사이의 갭 크기를 나타내기도 한다. 링의 수와 그 위치는 SIL(24)과 기록 매체 표면 사이의 갭 크기와 거리를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 간섭에 기인한 이들 부가적인 거리 인디케이터는 이미지(166)에 의해 나타낸 바와 같이 10 마이크로미터의 거리에서 이미 볼 수 있다. 이 이미지에서, 밝은 중심 원형부 내의 어두운 링은 선명하게 볼 수 있다.

이미지(168)에서, 이들 동심 링은 이미지(166)에서처럼 선명하게 보이지 않는다. 어쨌든, 이미지(168)는 그 존재를 나타낸다. 링의 콘트라스트는 공기 파동에 의해서는 물론 전체 광학 시스템의 진동에 의해서 전형적으로 손상된다. 상기 이미지(160,...,170)을 획득하기 위해 보다 짧은 노출 시간을 이용하는 것은 대체로 상기 동심 링을 더 양호한 콘트라스트로 볼 수 있게 한다.

도 6은 도 5의 이미지(170)에 대응하는 시뮬레이션된 개구 동공 이미지(180)를 도시한다. 시뮬레이션된 이미지(180)에서, 간섭 무늬(182)가 분명하게 보인다. 근접장 광 주사 장치의 실재적인 광학적 이행에 의존하여, 상기 간섭 무늬(182)는 전형적으로 수 마이크로미터 범위의 갭 크기에서 식별 가능하게 된다. 헤드(22) 또는 렌즈(24)가 기록 매체(11)를 향해 선정된 속도로 이동되고, 제어 신호가 아직 유효하지 않은 경우의 적용 시나리오에서, 개구 동공 이미지(180)에서의 간섭 무늬의 모양은 일부 선정된 갭 크기에 도달하였음을 지시하는 인디케이터로서 작용할 수 있다.

개구 동공 이미지의 간섭 무늬의 검출 및/또는 분석은 개구 동공 이미 지(180)의 미소 영역을 검출하도록 적합화된 광 검출기를 사용하는 것으로 실행될 수 있다. 접근 과정 중에, 간섭 무늬(182)는 이동되어, 개구 동공 이미지(180)의 횡단면의 작은 부분을 단지 검출하는 광 검출기의 사용을 가능케 한다. 기록된 조도는 검출기가 간섭 패턴(182)의 밝거나 어두운 무늬를 검출하는지 여부에 따라 실질적으로 변할 수 있다. 이러한 변동의 시작은 접근 이동시 속도가 연속으로 감소되도록 하는 트리거(trigger)로서 작용할 수 있다. 더욱이, 이들 변동 또는 변화를 카운팅하는 것에 의해 진행 중인 이동의 정확한 정보가 얻어질 수 있으며, 렌즈(24)의 속도를 적합화하기 위한 처리를 더 행할 수 있다.

도 7은 감소하는 갭 거리(206)에 대한 검출기 출력(208)의 조도를 나타내는 다이어그램(200)이다. 갭 거리(212)에서, 신호는 갭 크기가 감소하는 것에 대해 진폭이 커지면서 변동되기 시작한다. 실시예에서, 그 거리(212)는 3㎛에 대응한다.

검출된 신호에서 증가하는 진폭은 개구 동공 이미지의 중심의 원형부(150)의 전체 조도가 증가함을 나타내며, 상기 변동은 이동하는 간섭 무늬를 말한다. 전형적인 실험적 실시에서, 이들 변동은 10 마이크로미터 근처나 그 미만의 갭 크기에 대해 전개된다. 부가적으로, 변동하는 신호의 연속하는 최대치 또는 최소치는 λ/2의 이동을 나타낸다. 약 400nm의 조사광을 이용할 때, 2개의 최대치 또는 최소치 사이의 거리는 200nm의 이동에 대응한다.

조도 신호의 변동(212)의 시작을 검출하기 위해서는 2개의 한계치(202, 204)를 이용하는 것이 편리하다. 한계치(202)는 다소 큰 갭 거리, 즉 도시된 그래프의 좌측을 지시하는 거리에 대해 얻어지는 조도 신호에 대응한다. 한계치(204)는 큰 거리의 조도 신호의 노이즈 레벨 바로 위의 값을 갖도록 선택될 것이다. 상기 조도 신호는 개구 동공 이미지에서 무시할 수 없는 간섭 무늬가 생긴 경우 한계치(204)를 초과할 수 있다. 상기 한계치(202, 204)는 근접장 광 주사 장치의 광학 성분의 주어진 배열에 대한 보정 절차를 수행하는 것에 의해 효율적으로 정의될 수 있다.

갭 거리(210)에서, 조도 신호는 SIL과 기록 매체(11)의 표면 사이에 일어나기 시작하는 순간 커플링에 기인하여 크게 떨어진다. 그러므로, 갭 크기(210)는 접근 과정의 목표 위치에 대응하는 렌즈(24)의 근접장 위치에 대응한다. 렌즈(24)를 상기 목표 위치 또는 근접장 위치에 가깝게 배치하면, GES를 이용한 폐쇄 루프 제어 기구로의 이행이 행해질 수 있다.

도 8은 본 발명의 접근 과정을 수행하는 흐름도이다. 제1 단계(300)에서, 검출기에 의해 개구 동공 이미지가 획득되어, 화상 처리 모듈(50)로 제공된다. 후속 단계(302)에서, 화상 처리 모듈(50)은 획득한 개구 동공 이미지의 중심의 밝은 스폿 또는 중심에 위치된 원형부를 식별하고, 그 직경 또는 그 전체 크기를 결정한다. 이후, 단계(304)에서, 상기 결정된 크기 또는 직경에 따라 제어 신호가 생성된다. 상기 제어 신호는 렌즈(24)와 기록 매체(11)의 표면 사이의 갭 크기를 나타낸다. 단계(304)에서 제어 신호를 생성한 후, 상기 제어 신호는 단계(306)에서 제어 유닛(20)으로 제공되어, 기록 매체(11)에 대한 렌즈(24)의 효율적이고 신속한 접근을 달성하기 위해 추가 처리된다.

다음 단계(308)에서, 수신된 제어 신호를 기초로, 제어 유닛(20)은 헤드(22)의 이동과 관련하여, 선정된 속도 프로파일을 선택할 수 있거나, 속도 프로파일을 계산할 수 있거나, 또는 선정되어 저장된 속도 프로파일을 수정할 수 있다. 제어 유닛(20)에 의한 속도 프로파일의 생성 이후, 단계(310)에서 헤드(22)의 대응하는 이동을 수행하도록 적합화된 서보 유닛(25)에 대응하는 제어 신호가 제공된다.

단계(304)에서 생성된 제어 신호의 정확도에 따라, 전체 과정은 헤드(22) 이동 중에도 반복적으로 수행될 수 있다. 이것은 현재 진행 중인 이동을 차례로 수정할 수 있게 하는 전체 제어 신호 세트를 연속으로 생성할 수 있게 함으로써 접근 과정 중 최대의 정확도를 제공한다. 개구 동공 이미지의 화상 처리를 이용하면, 감소하는 갭 크기에 대해 증가하는 정확도로 제어 신호가 생성될 수 있다. 근접장 광 주사 장치의 이러한 특성은 적응적이고 정확한 방식으로 접근 과정의 수행을 효율적으로 수행케 한다.

도 9는 렌즈를 기록 매체(11)의 표면에 대해 근접장 위치로 배치시키는 다른 대안적인 방법의 수행을 위한 흐름도를 도시한다. 이 방법은 렌즈의 초기 원거리 위치에 대해 어떤 제어 신호도 생성될 수 없을 때 바람직하게 적용 가능하다. 유리하게는, 이 방법은 개구 동공 이미지의 조도의 모니터링만을 이용할 뿐, 상기 개구 동동 이미지의 공간적으로 분해된 이미지 획득을 요하지 않는다. 제1 단계(400)에서, 렌즈(24) 및/또는 헤드(22)는 액츄에이터(35)의 최대 속도에 대응할 수 있는 초기 속도로 이동된다. 이 이동 중에, 단계(402)에서 개구 동공 이미지의 조도가 모니터링된다. 이 조도의 모니터링은 전체 이미지의 조도 또는 이미지의 중심부와 같은 이미지의 일부의 조도를 모니터링하는 것을 의미할 수 있다. 다음 단계(404)에서, 모니터링된 조도는 도 7의 한계치(202)에 대응할 수 있는 선정된 한계치와 비교된다.

단계(402)에서 결정된 조도가 202에 의해 주어진 한계치를 실질적으로 초과하면, 상기 방법은 단계(406)로 계속되어 렌즈 이동 속도를 감속시킨다. 그렇지 않고, 상기 조도의 한계치가 단계(404)에서 초과되지 않으면, 상기 방법은 단계(400)로 복귀한다. 이 경우, 단계(400, 402, 404)는 상기 조도가 주어진 한계치(T1)를 초과하지 않는 한 반복적으로 적용된다.

주어진 한계치(T)와의 비교 대신에, 단계(404)는 변동 검출 구성에 의해 수행될 수도 있다. 이 경우, 단계(404)에서, 모니터링된 조도가 변동되는지 여부가 체크된다. 상기 모니터링된 조도가 변동되기 시작하는 경우에만, 상기 방법은 단계(406)로 계속되어, 렌즈 속도가 감속된다.

조도 신호의 변동 시작을 검출한 이후와 단계(306)에서 이동 속도의 감속 이후에, 단계(408)에서, 상기 변동은 감소하는 갭 크기에 따라 카우팅된다. 이들 카운트는 렌즈의 속도를 더 감속하거나 및/또는 기록 매체 표면에 대한 SIL(24)의 실제 위치를 전반적으로 제어하기 위해 이용될 수 있다. 후속 단계(410)에서, 소망의 근접장 갭 크기에 대응하는 최대 카운트에 도달하였는지 여부가 체크된다. 따라서, 최대 카운트 수는 50-150nm 범위의 갭 크기에 대응할 수 있다. 단계(410)에서의 최대 카운트 검출에 응답하여, 최종 단계(412)에서, 반사광과 입사광 사이의 편파 상태의 변화에 기인하여 유도될 수 있는 에어 갭 제어 신호 및 그에 따라 SIL(24)과 기록 매체(11)가 근접장 거리의 특징을 가질 때 액세스할 수 있는 에러 신호를 사용하여, 폐쇄 루프 제어 기구로의 이행이 수행된다.

본 발명은 실시예에서 설명된 바와 같은 특정의 근접장 광 주사 장치에 한정되지 않는다. 본 발명은 통상적으로 직사각형의 광 카드, 광자기 디스크 또는 기타 정보 저장 시스템, 또는 근접장 주사 현미경 시스템과 같이, 소정의 렌즈와 기록 매체 표면 사이에 미소 에어 갭을 요하는 기타 기록 매체 및 헤드 시스템에 적합하다. 근접장 광 주사 장치의 표현은 상기 언급한 시스템 중 소정의 것을 포함한다. 본 명세서에서 "구비한다, 포함한다, 이루어지다, 또는 되다"라는 표현은 열거된 것 이외의 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않으며, 소정 요소의 단수형 표현은 그러한 요소가 복수 개 존재함을 배제하지 않으며, 임의의 참조 기호는 청구범위를 제한하지 않으며, 본 발명은 하드웨어 및 소프트웨어 양자 모두에 의해 수행될 수 있으며, 일부 '수단'이란 표현은 하드웨어의 동일한 항목으로 표현될 수 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명은 전술한 각각의 모두의 신규한 특징 및 그 조합에 있다.

Claims

기록 매체(11)를 주사하는 근접장 광 주사 장치로서:

상기 기록 매체의 표면에 대해 근접장 위치(23)로 위치되도록 된 렌즈(24)를 갖는 헤드(22)와;

공간 해상도를 가지며, 상기 헤드로 입사하는 조사광을 검출하는 검출기(46)와;

상기 검출기의 출력을 분석하여, 상기 렌즈와 상기 기록 매체 사이의 거리를 나타내는 제어 신호를 생성하도록 된 화상 처리 모듈(50)과;

상기 렌즈와 상기 기록 매체의 표면 사이의 갭의 크기를 제어하는 제어 모듈(20)을 포함하며, 상기 제어 모듈은 상기 렌즈를 원거리 위치로부터 상기 근접장 위치로 이동시키기 위한 접근 모드에 동작 가능하며, 상기 접근 모드는 상기 제어 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 모듈(20)은 상기 렌즈(24)를 상기 원거리 위치로부터 상기 근접장 위치(23)로 변화하는 속도로 이동시키도록 동작 가능하며, 상기 속도는 상기 제어 신호에 의존하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 모듈(20)은 최대 속도로 시작하는 감소하는 속도 프로파일(124, 126)을 이용하여 상기 렌즈(24)를 이동시키도록 또한 동작 가능한 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 렌즈(24)의 이동 중에 적어도 제2의 제어 신호가 생성 가능하며, 상기 제어 모듈(20)은 상기 이동 중에 상기 적어도 제2의 제어 신호를 처리하도록 또한 동작 가능한 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 화상 처리 모듈(50)은 조사광의 횡단면에 있는 조사광의 중심부(150)의 크기를 결정하도록 되어 있으며, 상기 중심부의 크기는 상기 제어 신호를 생성시키는 상기 화상 처리 모듈에 의해 이용되는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 화상 처리 모듈(50)은 조사광의 횡단면에서의 조사광(150)의 중심부의 공간 구조(182)를 분석하도록 되어 있으며, 상기 중심부의 공간 구조는 상기 제어 신호를 생성하는 상기 화상 처리 모듈에 의해 이용되는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 화상 처리 모듈(50)은 조사광의 횡단면에서의 조사광의 중심부의 조도를 모니터링하여, 선정된 한계치(204)를 초과하는 조도에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하도록 된 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제5항에 있어서,

상기 조사광의 횡단면에서의 조사광(150)의 상기 중심부는 상기 기록 매체(11)에 의해 반사된 후 상기 렌즈(24)로 재입사된 다음, 상기 렌즈를 통해 상기 기록 매체 측으로 전달되는 조사광에 대응하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 모듈(20)은 상기 렌즈가 상기 근접장 위치로 이동 완료되면 갭 제어 모드로 전환하도록 된 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치.
근접장 광 주사 장치의 헤드(22)의 렌즈(24)를 기록 매체(11)의 표면에 대해 원거리 위치로부터 근접장 위치(23)로 배열하는 방법으로서,

공간 해상도를 갖는 검출기(46)를 사용하여 상기 헤드로 입사하는 조사광을 검출하는 단계와;

상기 렌즈와 상기 기록 매체 사이의 거리를 나타내는 제어 신호를 생성하는 화상 처리 모듈(50)을 사용하여 상기 검출기의 출력을 분석하는 단계와;

상기 제어 신호를 이용하여 상기 렌즈를 상기 원거리 위치로부터 상기 근접장 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치의 헤드 렌즈 배열 방법.
제10항에 있어서,

최대 속도로 시작하는 감소하는 속도 프로파일(124, 126)을 이용하여 상기 렌즈(24)를 이동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 속도 프로파일은 상기 제어 신호와 관련하여 선택되거나 생성되는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치의 헤드 렌즈 배열 방법.
제10항에 있어서,

상기 제어 신호의 생성 이전에 상기 렌즈(24)를 상기 기록 매체(11) 측으로 선정된 속도로 이동시키는 단계와;

상기 렌즈를 상기 선정된 속도로 이동시키는 중에 상기 검출기(460와 상기 화상 처리 모듈(50)을 사용하여 상기 조사광의 횡단면에서의 조사광의 중심부(150)의 크기를 모니터링하는 단계와;

상기 중심부의 크기를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치의 헤드 렌즈 배열 방법.
근접장 광 주사 장치의 헤드(22)의 렌즈(24)를 기록 매체(11)의 표면에 대해 원거리 위치로부터 근접장 위치(23)로 배열하는 방법으로서,

상기 렌즈를 상기 원거리 위치로부터 상기 근접장 위치를 향해 이동시키는 단계와;

상기 렌즈의 이동 중에 상기 헤드에 입사되는 조사광의 조도를 검출기(46)를 사용하여 모니터링하는 단계와;

상기 렌즈의 이동에 대해 상기 조도의 적어도 1회의 변동을 검출하는 것에 응답하여, 상기 렌즈와 상기 기록 매체의 표면 사이의 거리를 나타내는 제어 신호를 생성하는 단계와;

상기 제어 신호를 이용하여 상기 렌즈를 상기 근접장 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치의 헤드 렌즈 배열 방법.
제13항에 있어서,

상기 조도의 적어도 1회의 변동은 상기 기록 매체(11)의 표면과 상기 렌즈(24) 사이의 거리를 나타내며, 그 거리는 상기 렌즈와 상기 기록 매체 사이의 순간 커플링이 효과적으로 일어나는 거리보다 충분히 큰 것을 특징으로 하는 근접장 광 주사 장치의 헤드 렌즈 배열 방법.