KR20070101646A - 대물렌즈와 광디스크간의 충돌방지가 가능한 광저장장치 - Google Patents

대물렌즈와 광디스크간의 충돌방지가 가능한 광저장장치 Download PDF

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KR20070101646A
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강형주
홍삼열
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 광디스크 저장장치에 관한 것으로써, 특히 광디스크 드라이브 구동 중 디스크와 액추에이터의 대물렌즈 간의 충돌을 근본적으로 방지하는 메커니즘을 구현하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 광디스크 저장장치에 관한 것이다. 본 발명의 광디스크, 상기 광디스크에 저장된 데이터를 검출하기 위한 광픽업, 상기 광픽업을 동작시키는 액추에이터; 및 상기 액추에이터 및 상기 광픽업의 거리를 측정하는 센서부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 대물렌즈와 디스크 간의 충돌을 근본적으로 방지하는 것이 가능해져 제품 신뢰성 향상에 획기적인 도움이 될 것으로 판단된다.
광픽업, 센서, 액추에이터, 거리, 광디스크

Description

대물렌즈와 광디스크간의 충돌방지가 가능한 광저장장치{OPTICAL STORAGE SYSTEM PREVENTING FROM COLLIDING BETWEEN OBJECTIVE LENS AND DISC}
도 1은 종래 기술에 따른 광디스크 기록 재생장치의 구성 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 광픽업용 2축 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도 및 정면도이다.
도 3a는 광픽업용 3축 액추에이터의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3b는 광픽업용 3축 액추에이터에서 자기회로의 배열을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 및 광 디스크상에 센서가 장착된 모습을 나타낸 단면도이다.
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
401 : 광디스크 402 : 액추에이터
403 : 제 1센서 404 : 제 2센서
본 발명은 광디스크 저장장치에 관한 것으로써, 특히 광디스크 드라이브 구동 중 디스크와 액추에이터의 대물렌즈 간의 충돌을 근본적으로 방지하는 메커니즘을 구현하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 광디스크 저장장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 광디스크 기록 재생장치의 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 픽업(15)은 서보 제어부(16)의 제어에 의해 대물 렌즈에 집광된 광빔이 광디스크(10)의 신호 트랙 위에 놓이게 하고, 또한 신호기록면에서 반사하여 들어온 광을 다시 대물렌즈로 집광한 후 포커스 에러 신호와 트랙킹 에러 신호의 검출을 위해 광 검출기로 입사한다.
도시하지는 않았지만, 상기 광 픽업은 슬래드에 의해 광디스크의 내주면과 외주면 사이를 오가며 데이터를 기록 재생할 수 있다.
여기서, 상기 광 검출기는 다수개의 광 검출 소자로 이루어져 있으며, 각각의 광검출소자에서 얻은 광량에 비례하는 전기신호가 포커스 에러 신호 검출부(17), 트랙킹 에러 신호 검출부(18), 및 데이터 처리부(19)로 각각 출력된다.
상기 포커스 에러 신호 검출부(17)는 상기 광 검출기로부터 출력되는 전기신호로부터 포커스 에러 신호(FE)를 검출하여 서보 제어부(16)로 출력하고, 트랙킹 에러 신호 검출부(18)는 상기 광 검출기로부터 출력되는 전기신호로부터 트랙킹 에러 신호(TE)를 검출하여 서보 제어부(16)로 출력한다.
상기 서보 제어부(16)는 포커스 에러 신호(FE)를 신호 처리하여 포커싱 제어를 위한 구동 신호를 포커스 서보 구동부(20)로 출력하고, 트랙킹 에러 신호(TE)를 신호 처리하여 트랙킹 제어를 위한 구동 신호를 트랙킹 서보 구동부(21)로 출력한다.
이때, 상기 포커스 서보 구동부(20)는 광 픽업(15) 내의 포커스 액추에이터를 구동시킴에 의해 광 픽업(15)을 상하로 움직여 광디스크(10)가 회전과 함께 상하 움직임에 따라 추종해가도록 한다. 즉, 집광하는 대물렌즈를 상하 즉 포커스 축 방향으로 구동하는 포커스 액추에이터는 포커스 제어신호에 따라 대물렌즈와 광디스크(10)와의 거리를 일정하게 유지시킨다.
또한, 상기 트랙킹 서보 구동부(21)는 광 픽업(15) 내의 트랙킹 액추에이터를 구동함에 의해 광 픽업(15)의 대물렌즈를 래디얼(radial) 방향으로 움직여서 빔의 위치를 수정하고, 소정의 트랙을 추적한다. 즉, 광 픽업(15)과 디스크(301)의 트랙(11) 중심선이 일치하도록 제어한다.
그리고 데이터 처리부(19)는 상기 광 검출기로부터 출력되는 전기신호로부터 고주파(Radio Frequency ; RF) 신호를 검출하여 상기 서보 제어부(16)로 출력하고, 상기 서보 제어부(16)는 상기 RF 신호로부터 디스크의 회전 속도 정보를 검출하여 스핀들 서보(22)로 출력한다.
상기 스핀들 서보(22)는 일정한 회전 속도로 스핀들이 돌 수 있도록 스핀들 모터(23)를 제어하여 광디스크(10)를 회전시킨다.
스핀들 모터(23)는 디스크(301)의 회전을 위해 스핀들로 회전력을 주고, 스 핀들은 스핀들 모터(23)가 주는 회전력을 광디스크(10)에 전달하여 광디스크(10)를 일정한 각속도를 갖도록 회전시킨다.
이때, 상기 스핀들의 회전수에 따라 상기 홀센서(24)로부터 FG(Frequency Generator) 신호가 생성되어 상기 서보 제어부(16)로 출력됨으로써 광디스크 기록 재생이 원활히 이루어진다.
하지만, 종래 기술의 광디스크 기록 재생장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
일반적으로 액추에이터 대물렌즈와 디스크 간의 충돌을 방지하기 위해서 사이에 기구적인 스토퍼를 구성하여 디스크와 액추에이터 대물렌즈 간의 직접적인 충돌을 방지하여 왔다.
이는 CD/DVD 등의 작동 거리를 갖는 제품에서는 어느 정도 효과를 발휘하여 왔으나 이러한 방식은 스토퍼와 디스크 표면과의 충돌에 의한 디스크 표면 스크래치 발생의 위험을 항상 내포하고 있는 수동적 방식으로 근본적인 대안이라 할 수 없다. 또한, 향후 고 밀도 데이터 기록을 위해 높은 개구수를(예 블루레이 등) 갖는 제품 개발과 제품 박형화에 있어서는 작동거리가 필연적으로 줄게 되고 불루레이의 경우에는 디스크 표면과 기록 층 간의 거리가 DVD의 1/6수준으로 줄게 되어 기구적 스토퍼 방식의 적용은 불가능하게 되었다. 이러한 이유로 충돌 문제는 고밀도 광 저장장치의 제품 성능에 상당한 문제점으로 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 대상물과의 거리 측정이 가능한 센서(포토 다이오드 등)를 이용하여 대물렌즈와 디스크와의 상대 거리를 실시간으로 검사하여 일정 수준 이하의 거리로 접근하면 액추에이터의 위치를 디스크와 멀어지도록 강제 구동시켜 광 디스크와 대물렌즈 모두를 보호 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광디스크, 상기 광디스크에 저장된 데이터를 검출하기 위한 광픽업, 상기 광픽업을 동작시키는 액추에이터; 및 상기 액추에이터 및 상기 광픽업의 거리를 측정하는 센서부를 포함한다.
본 발명에서 상기 센서부는 빛을 발광하는 발광부와 상기 발광된 빛이 반사되어 돌아오는 것을 검출하는 수광부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 센서부는 복수개를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 센서부 중 하나는 현재 광디스크의 거리를 측정하고 다른 하나는 현재 액추에이터의 거리를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 복수개의 센서는 동일한 선상에 위치하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한 다. 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.
본 발명은 2축 액추에이터 또는 3축 액추에이터 모두에 적용이 가능하다. 이하 2축 액추에이터 및 3축 액추에이터의 구성을 개략적으로 살펴보고 본 발명의 센서를 적용하는 방법을 구체적으로 살펴보도록 한다.
광픽업용 액추에이터는 일반적으로 대물렌즈를 렌즈홀더에 안착시키고, 상기 대물렌즈의 포커싱(Focusing), 트랙킹(Tracking) 동작을 수행하기 위하여 상기 렌즈홀더를 상하, 좌우 방향으로 구동시키기 위해 마그네트와 요크(Yoke)로 이루어지는 자기 공간 안에 포커싱 코일 및 트랙킹 코일을 구성함으로써, 플레밍의 왼손법칙에 의한 로렌쯔 힘을 이용하여 상기 렌즈홀더를 이동시키고 있다.
도 2a 및 도 2b는 광픽업용 2축 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도 및 정면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 광픽업용 액추에이터는 대물렌즈(211)가 삽착되는 렌즈홀더(213), 마그네트(215), 요크(217), 트랙킹 코일(219), 포커싱 코일(221), 와이어(223), 고정 PCB(225) 및 댐퍼홀더(227)로 구성된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 종래의 광픽업용 액추에이터는 대물렌즈(211)가 삽착된 렌즈홀더(213), 상기 렌즈홀더(213)를 복수개의 와이어로 유동 가능하게 설치시킨 형태로 되어 있다. 즉, 상기 렌즈홀더(213)의 중심에 대물렌즈(211)를 안착시키고, 이 렌즈홀더(213) 둘레에 포커싱 코일(221)을 권선한 다음, 그 위에 미리 사각 형상으로 권선된 트랙킹 코일을 부착시키고, 상기 렌즈홀더(213)에서 포커싱 코일(221)과 트랙킹 코일(219)이 부착되지 않은 양측으로 고정 PCB(225)가 고정시키게 된다. 상기 고정 PCB(225)의 소정 부분에는 와이어(223)가 고정되고, 상기 와이어(223)는 댐퍼홀더(227)에 연결되게 된다. 또한, 상기 렌즈홀더(213)의 좌우로 트랙킹 코일(219)에 대향되는 위치에 요크(217)를 픽업베이스(미도시)에 고정시키는 한편, 트랙킹 코일(219)과 포커싱 코일(221)에 자속을 가하여 전자력을 발생시키기 위한 마그네트(215)가 상기 요크(217)의 앞단으로 고정 부착되게 된다.
상기 고정 PCB(225)와 댐퍼홀더(227) 사이에 게재된 와이어(223)(트랙킹과 포커싱을 위한 2축 구동시에는 4개)에 의해 상기 렌즈홀더(213)가 부상되게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 광픽업용 액추에이터의 동작에 대해 설명한다.
자기장 속에 놓인 포커싱 코일(221)에 전류를 인가하면, 상기 포커싱 코일에는 기전력이 발생하고, 이 기전력은 가동부(렌즈홀더 어셈블리)를 상하 방향(포커싱 방향)으로 구동시킨다. 같은 방법으로 트랙킹 코일(219)에 전류가 인가되면, 가동부는 좌우 방향(트랙킹 방향)으로 이동된다.
상기와 같은 동작에 의해 대물렌즈에서 출사되는 레이저 빔의 초점심도 내에 신호(Pit)가 기록되어 있는 디스크 상의 반사면이 유지(포커싱)될 수 있으며, 디스크 상의 트랙을 추종(트랙킹)할 수 있다.
도 3a는 광픽업용 3축 액추에이터의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3b는 광픽업용 3축 액추에이터에서 자기회로의 배열을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 광픽업용 3축 액추에이터는 대물렌즈(331)가 삽착되는 렌즈홀더(333), 마그네트(335), 요크(337), 트랙킹 코일(339), 틸트 겸용 포커싱 코일(341), 와이어(343a, 343b, 343c), 고정 PCB(345) 및 댐퍼홀더(347)로 구성된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 광픽업용 액추에이터는 상기 렌즈홀더(333)의 전면 좌우에 한 쌍의 틸트 겸용 포커싱 코일(341)이 권선되어 배치되고, 상기 한 쌍의 틸트 겸용 포커싱 코일(341) 사이로 트랙킹 코일(339)이 배치되게 된다. 여기서, 상기 트랙킹 코일(339)이 상기 한 쌍의 틸트 겸용 포커싱 코일(341)에 비해 상대적으로 높게 배치되는 것에 주의해야 한다.
일반적으로 대물렌즈는 렌즈홀더의 상부 내면에 전면으로 일정부분 돌출되도록 안착된다. 이에 따라 상기 렌즈홀더의 질량 중심(Mass Center)은 렌즈홀더의 중심에서 일정부분 위로 이동되게 된다.
따라서, 상기 트랙킹 코일(339)의 구동 중심이 상기 렌즈홀더(333)의 질량 중심과 일치하도록 상기 트랙킹 코일(339)을 배치하게 된다.
만일 상기 트랙킹 코일의 구동중심이 상기 렌즈홀더의 질량 중심과 일치하지 않게 되면, 렌즈홀더의 병진운동시 중심축에 대해 롤링(rolling) 현상이 발생하게 되고, 이러한 롤링 현상은 또 다른 공진주파수를 발생시키게 되어 제어성능에 치명적인 악영향을 주게 된다.
그러므로 상기 렌즈홀더의 질량 중심과 일치하도록 트랙킹 코일(39)을 배치함으로써, 병진운동시 발생하는 롤링현상을 제거하여 안정적인 서보 제어가 이루어지도록 구현할 수 있다. 또한, 상기 질량 중심과 상기 트랙킹 코일의 구동 중심을 일치시킴으로써, 와이어와 가동부(렌즈홀더 어셈블리)의 관성(Inertia)에 의한 반경 회전 모드의 진동에 대한 영향을 제거할 수도 있다.
한편, 상기 코일들(335, 341)로부터 일정 거리를 두고 요크(337)가 구비되며, 상기 요크(337)의 앞단으로 마그네트(335)가 부착되게 된다. 여기서, 상기 마그네트(335)는 2극성이 일체로 된 1개의 마그네트로 이루어질 수도 있고, 아니면 각각 단극인 마그네트를 서로 결합하여 구성될 수도 있다. 또한, 상기 틸트 겸용 포커싱 코일(341)의 하변 길이를 더 효율적으로 사용하기 위해 자성 요크(349)를 상기 틸트 겸용 포커싱 코일(341)의 하변 길이에 대응되도록 구비할 수도 있다.
상기 렌즈홀더의 양측면에 구비된 고정 PCB(345)에는 한 측면당 3개씩의 와이어(343a, 343b, 343c)가 부착되고, 상기 와이어(343a, 343b, 343c)는 상기 댐퍼홀더(347)에 고정되어 상기 렌즈홀더를 지지시키게 된다.
이때, 상기 고정 PCB(345)와 상기 댐퍼홀더(347) 사이에 구비된 와이어(343a, 343b, 343c)는 통상 3개의 와이어를 일정 간격으로 평행되게 고정되게 된다(도 3). 여기서, 상기 고정 PCB(345)와 상기 댐퍼홀더(347) 사이에 연결되는 와이어 중 상하부로는 트랙킹 와이어 또는 포커싱용 와이어(343a, 343c)가 고정되고, 상기 상하부로 배치된 트랙킹 와이어 또는 포커싱용 와이어의 중간으로 틸트용 와이어(343b)가 연결되게 된다.
이와 같이 3개의 와이어들(343a, 343b, 343c)이 동등한 간격으로 상기 고정 PCB(345)에 연결되게 되면, 상기 와이어들에 의한 스프링 상수(k)의 중심점이 상기 렌즈홀더의 중앙에 위치하게 된다. 하지만, 상기와 같이 트랙킹 코일이 구동중심으로부터 윗쪽으로 치우치게 배치되는데 반해, 상기 고정 PCB에 고정된 와이어들의 스프링 상수의 중심점이 상기 렌즈홀더의 중앙에 위치하게 됨으로 인해, 병진운동시 상기 렌즈홀더가 이동됨에 따라 발생되는 틸트 성분에 의한 회전이 발생하게 된다. 즉, 와이어들의 스프링 상수의 중심점이 트랙킹 코일의 구동중심과 일치하여야 병진운동시 틸트 성분이 발생하지 않게 되어 안정된 병진운동이 가능하게 된다.
상기와 같이 구성된 액추에이터는 소정의 센서를 구비하여 다음과 같은 동작을 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 및 광 디스크상에 센서가 장착된 모습을 나타낸 단면도이다.
상기 실시예에서, 센서는 액추에이터 하부와 광디스크 하부에 장착되어 상기 액추에이터 및 상기 광디스크의 거리를 측정한다.
도 4a를 참조하면, 액추에이터(402) 하부에 제 1센서(403)가 구비되고, 광디스크(401) 하부에 제 2센서(404)가 구비된다. 광디스크 장치에 광디스크(401)가 삽입된 후 초기 포커싱 제어, 트랙킹 제어 및 틸트제어를 하는 동안에 상기 센서는 작동하지 않는다. 상기 각각의 제어가 종료하고 광픽업이 안정상태에 들어오면, 상기 제 1센서(403)는 현재 센서(403)와 액추에이터(402)의 거리를 측정하고, 상기 제 2센서(404)는 센서(404)와 광디스크(401)상의 거리를 측정한다. 상기 측정된 값 은 오프셋 전압으로 세팅되고, 상기 전압은 상기 각각의 센서의 입력전압이 된다. 이후 상기 센서는 상기 액추에이터(402)나 상기 디스크(403)의 위치변화에 따라 출력 전압값을 측정하여 현재 상기 액추에이터(402) 또는 디스크(401)의 위치를 판단한다. 즉, 제 1센서(403)에서의 입력전압 Vin과 출력전압 Vout의 변화와 제 2센서(404)의 입력전압 Vin과 출력전압 Vout의 변화를 상대적으로 비교하여 현재 대물렌즈와 광디스크(401)간의 거리변화를 감지할 수 있으므로 상기 대물렌즈와 광디스크(401)가 출동하지 않도록 액추에이터(402)를 작동시켜 일정한 거리를 유지할 수 있다.
도 4b는 액추에이터(402)가 외부 충격에 의해 위쪽으로 움직인 상태를 나타낸 도면으로써, 액추에이터(402) 하부에 위치한 제 1센서(403)는 상기 액추에이터(402)가 위쪽으로 움직임에 따라 제 1센서(403)와의 거리가 멀어져 출력 전압 Vout이 약해진다. 물론 시스템의 구성에 따라 상기 Vout은 증가할 수도 있다. 즉, 상기 액추에이터(402)의 움직임에 따라 Vout변화가 감지되면 제 2센서(404)의 값과 비교하여 현재 액추에이터(402)와 광디스크(401)의 위치를 감지할 수 있다. 본 실시예에서는 액추에이터(402)의 위치가 변동하였음으로 제 1센서(403)에는 소정의 변화량이 감지되었으나 광디스크(401)는 변화하지 않았으므로 제 2센서(404)에는 변화량이 감지되지 않는다. 따라서, 액추에이터(402)의 위치변화만을 감지하여 상기 액추에이터(402)에 소정의 구동신호를 입력시켜 액추에이터(402)와 대물렌즈 간에 일정한 거리가 유지되도록 한다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 충격 또는 내부 시스템 문제에 따라 광디스크(401)가 아래로 움직인 도면이다. 광디스크(401) 하부에 위치한 제 2센서(404)는 상기 광디스크(401)가 아래쪽으로 움직임에 따라 제 2센서(404)와의 거리가 가까워져 출력 전압 Vout이 강해진다. 물론 시스템의 구성에 따라 상기 Vout은 감소할 수도 있다. 즉, 광디스크(401)의 움직임에 따라 Vout변화가 감지되면 제 1센서(403)의 값과 비교하여 현재 액추에이터(402)와 광디스크(401)의 위치를 감지할 수 있다. 본 실시예에서는 광디스크(401)의 위치가 변동하였음으로 제 2센서(404)에는 소정의 변화량이 감지되었으나 액추에이터(403)는 변화하지 않았으므로 제 1센서(403)에는 변화량이 감지되지 않는다. 따라서, 광디스크(401)의 위치변화만을 감지하여 상기 액추에이터(402)에 소정의 구동신호를 입력시켜 액추에이터(402)와 대물렌즈 간에 일정한 거리가 유지되도록 한다.
도시되지는 않았지만, 광디스크와 액추에이터가 동일한 거리를 위쪽으로 움직였다면, 상기 제 1센서 및 상기 제 2센서에서는 각각의 거리변화를 감지하나, 상대적인 비교에서 동일한 변화량을 보였으므로 현재 대물렌즈와 광디스크의 거리는 일정하게 유지되었다고 판단한다.
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 따르면, 대물렌즈와 디스크간의 충돌을 근본적으로 방지하는 것이 가능해져 제품 신뢰성 향상에 획기적인 도움이 될 것으로 판단된다.

Claims (5)

  1. 광디스크;
    상기 광디스크에 저장된 데이터를 검출하기 위한 광픽업;
    상기 광픽업을 동작시키는 액추에이터; 및
    상기 액추에이터 및 상기 광픽업의 거리를 측정하는 센서부를 포함하는 광저장장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는 빛을 발광하는 발광부와 상기 발광된 빛이 반사되어 돌아오는 것을 검출하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광저장장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는 복수개를 포함하는 것을 특징으로 하는 광저장장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 센서부 중 하나는 현재 광디스크의 거리를 측정하고 다른 하나는 현재 액추에이터의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 광저장장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 복수개의 센서는 동일한 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광저장장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010074533A2 (ko) * 2008-12-26 2010-07-01 엘지전자 주식회사 접근속도 제어방법, 기록/재생장치 및 기록/재생방법
KR20150113613A (ko) 2014-03-31 2015-10-08 주식회사 이노스피어 3차원 코일 안테나가 내장된 차량용 스마트키 시동장치

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