KR20070104510A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR20070104510A
KR20070104510A KR1020077007628A KR20077007628A KR20070104510A KR 20070104510 A KR20070104510 A KR 20070104510A KR 1020077007628 A KR1020077007628 A KR 1020077007628A KR 20077007628 A KR20077007628 A KR 20077007628A KR 20070104510 A KR20070104510 A KR 20070104510A
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KR
South Korea
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micromirror array
optical
array lens
micromirror
lens
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Application number
KR1020077007628A
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조경일
김태현
서청수
Original Assignee
스테레오 디스플레이, 인크.
주식회사 옹스트롱
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함하는 광 픽업 장치에 관한 것이다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 픽업 장치에서 거시적인 움직임없이 포커싱, 트랙킹, 및/또는 틸트 보정을 가능하게 한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 장치에 단순 구조를 제공하고, 이는 기록/재생 시스템의 크기, 무게, 및 비용을 절감시킬 수 있다. 장치는 또한 진동에 대한 내구성이 있다. 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 이용하는 광 픽업 장치는 거시적인 움직임없이 기록/판독의 속도를 증가시킬 수 있다. 기록/판독 속도는 렌즈 어레이에 더 많은 마이크로미러 어레이 렌즈를 추가함에 의해 증가될 수 있다. 본 발명은 다층의 광 디스크 상에 정보를 기록 및/또는 다층의 광 디스크로부터 정보를 판독하기 위해 이용될 수 있다.

Description

광 픽업 장치{OPTICAL PICK-UP DEVICE}
본 발명은 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈(micromirror array lens) 또는 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 포함하는 광 픽업 장치(optical pick-up device)에 관한 것이다.
광 픽업 장치(optical pick-up device)는 일반적으로 장치의 대물 렌즈(objective lens)를 광 디스크(optical disc)를 따르는 요구되는 위치에, 포커싱(focusing)과 트랙킹(tracking) 방향으로 위치시키도록 전자기적으로 구동된다. 포커싱 시에, 광 픽업 구동기는 디스크까지 요구되는 상대적 위치를 유지하도록 대물 렌즈를 이동시키는 역할을 한다. 트랙킹 시에, 광 픽업 장치는, 디스크에 정보를 기록하거나 또는 디스크에 기록된 정보를 판독(read)하기 위해, 디스크의 트랙을 따라간다. 정보를 기록하고 재생하기 위한 광 기록/재생 시스템에서, 대물 렌즈는 요구되는 포커싱과 트랙킹 작동을 달성하기 위해, 광점(optical spot)이 디스크의 표면 진동과 이심률(eccentricity)을 따르도록 구동된다.
대부분의 광 픽업 장치에서 널리 이용되는 2축 구동기는 포커싱과 트랙킹을 위해 거시적(macroscopic)인 병진운동을 수행하는 이동 부품을 포함한다. 이동 부품은 광 신호 오차를 감소시키기 위해 불필요한 진동을 발생시키지 않도록 구동되 어야 한다. 광 디스크의 편향과 기계적인 마모에 의해 발생하는 광 디스크의 틸트(tilt)는 큰 수치 구경(numerical aperture)을 갖는 시스템에서 중대한 코마 수차(coma aberration)를 증가시킨다. 그러므로, 기록과 재생 시스템을 위해 틸트 보정이 강력히 요구된다. 그러나, 2축 광 픽업 구동기는 코마 수차를 보정하기는 어렵다. 더 나가서, 이동 부품의 질량 불균형 또는 비선형성에 기인한 부공진(sub-resonance) 문제가 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 기록/재생 시스템에 이용되는 광 픽업 장치는, 포커싱, 트래킹, 및 틸트 보정을 위한 3축 거시 기계 운동을 필요로 한다. 이와 같은 장치는 미국 특허 번호 2004/0052180 A1에서 기술된다. 그러나, 3축 구동기는 복잡한 구조, 큰 체적, 큰 무게, 저속, 고비용, 및 진동에 취약한 점을 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는 많은 다른 단점들을 가진다.
최근 고밀도, 고속, 및 소형화의 요구가 증가되어 왔고, 이들 요구를 충족시키기 위한 기술을 개발하기 위해 많은 연구가 있어 왔다. 고밀도 광 디스크는 고용량을 갖도록 개발되어 왔다. 이와 같은 고밀도 디스크에 정보를 기록하거나 또는 기록된 정보를 판독하기 위해, 디스크에 포커스되는 레이저 빔(laser beam)의 크기는 감소되어야 한다. 고밀도 디스크 상에 또는 고밀도 디스크로부터 정보를 기록 및/또는 판독하기 위해, 감소된 파장을 갖는 레이저와 큰 수치 구경을 갖는 대물 렌즈가 이용되어 왔다. 추가로, 데이터 저장 매체의 용량을 증가시기키 위해, 다층 기록, 근접장(near-field) 광 기록, 홀로그램 등과 같은 다른 기술들이 개발되어 왔다.
더 나가서, 고속 재생을 위해, 홀로그램 및 다층 광 픽업과 같은 기술들이 개발되어 왔다. 그러나, 이들 기술은 아직 실제적으로 이용되지 않는다. 고용량에 관한 요구 외에, 작고 얇은 크기에 관한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 종래의 서보(servo) 기술로는 고속 및/또는 소형화를 위한 요건을 충족시키기 매우 어렵다.
그러므로, 최소한의 거시적인 움직임으로 포커싱, 트랙킹, 및 틸트 보정을 제공하는 광 픽업 장치를 위한 실제적인 요구가 있다. 이 장치는 진동을 견딜 수 있어야 하고, 고속, 소형화, 및 낮은 생산 비용을 위한 요구를 충족시킬 수 있어야 한다.
본 발명은 광 디스크 상에 또는 광 디스크로부터 정보를 기록 및/또는 재생하기 위한 광 픽업 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 광 픽업 장치는 레이저 다이오드, 제1 광학 렌즈, 빔 스플리터(beam splitter), 제2 광학 렌즈, 마이크로미러 어레이 렌즈, 센서(sensor), 틸트 탐지기(tilt detector), 및 신호 처리기(signal processor)를 포함한다. 레이저 다이오드는 광 빔을 생성하고, 이 광 빔은 제1 광학 렌즈를 통과한다. 제1 광학 렌즈는 광 빔을 평행(collimate)하게 한 다음, 빔 스플리터에 전달한다. 광은 빔 스플리터로부터 마이크로미러 어레이 렌즈에 전달된다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 빔을 실제적으로 90도 편향시켜, 광을 광 디스크에 포커스한다. 광 디스크로부터 반사된 광은 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해 평행하게 되고, 빔 스플리터를 향하여 후방으로 편향된다. 다음, 빔 스플리터는 반사된 광을 제2 광학 렌즈를 향해 실질적으로 90도 편향시킨다. 제2 광학 렌즈는 반사된 광을 통과시키고 이를 광 센서에 포커스한다. 이 센서는 광 디스크의 반사층으로부터 반사된 광의 강도를 검출하여, 센서가 받은 광의 강도에 기초하여 전기 신호를 생성한다. 이 전기 신호는 신호 처리기에 전달된다. 틸트 탐지기는 광 디스크의 틸트를 측정한다. 측정된 틸트는 신호 처리기에 전송된다. 신호 처리기는 재생 신호를 생성한다. 신호 처리기는 또한 제어 데이터를 생성하며, 이는 트래킹 오차, 초점 오차, 및 틸트 오차를 보정하기 위해 마이크로미러들을 조절하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송된다.
이와 유사하게, 본 발명의 광 픽업 장치는 광 디스크 상에 데이터를 기록할 수 있다. 그 점에 있어서, 레이저 다이오드에 의해 방출(emit)된 레이저 빔의 강도는, 광 기록/재생 시스템 내의 테이터 저장 장치(미도시)를 통해 레이저 다이오드에 전송된 데이터 신호에 따라 변화한다. 레이저 빔은 제1 광학 렌즈를 통과한다. 제1 광학 렌즈는 광 빔을 평행하게 한다. 다음, 광 빔은 빔 스플리터에 전달된다. 광은 빔 스플리터로부터 마이크로미러 어레이 렌즈에 전달된다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 빔을 실질적으로 90도 편향시켜, 광을 광 디스크의 염료층(dye layer)에 포커스한다. 광 디스크를 형성하기 위해 이용되는 염료는, 저장되는 데이터에 대응하는 일련의 기록된 피트 및 랜드(pits and lands)를 형성하도록 레이저 빔의 강도에 따라 열과 광에 반응한다.
광 디스크가 광 디스크 드라이브에서 틸트될 때, 광 디스크의 기록 신호 및/또는 재생 신호의 신호 품질이 저하될 수 있다. 광 디스크의 틸트를 교정하기 위해, 광 픽업 장치는 틸트 탐지기를 포함할 수 있다. 틸트 탐지기는 광 디스크의 틸트를 검출하여, 검출된 틸트에 응답하여 틸트 신호를 생성한다. 틸트 신호는 신호 처리기에 전송된다. 신호 처리기는 틸트 신호를 처리하여, 틸트 오차를 보정하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 제어 신호를 전송한다.
본 발명의 광학 장치는 다층(multi-layered)의 광 디스크에 데이터를 기록하고 다층의 광 디스크로부터 데이터를 판독할 수 있다. 이러한 예에서, 마이크로미러 어레이 렌즈는, 요구되는 디스크의 층에 포커스하도록 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점을 변화시킴에 의해, 다층의 광 디스크의 각각의 층에 정보를 기록 및/또는 판독한다.
다른 실시예로서, 광 픽업 장치는 마이크로미러들의 상이한 형상, 크기, 및 개수를 갖는 마이크로미러 어레이 렌즈들의 평면 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리, 광축, 렌즈 크기, 마이크로미러의 개수 등과 같은 모든 광학 파라미터 외에, 어레이의 목적에 따라, 어레이를 구성하는 렌즈들의 전체 개수가 변할 수 있다. 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈는 상이한 광축, 상이한 마이크로미러의 개수, 및 상이한 초점거리를 가질 수 있다. 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈는, 그 마이크로미러들의 세 개의 자유도 운동을 가지고 그 광 축과 초점 거리를 자유롭게 변화시킬 수 있기 때문에, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈는, 입사광(incident light)이 광 디스크의 평평한 표면을 따르는 어떤 위치에도 포커스되게 한다.
마이크로미러 어레이 렌즈를 이용함에 의해, 본 발명의 광 픽업 장치는 매우 작고, 얇고, 가벼울 수 있다. 마이크로미러 어레이 렌즈는, 렌즈에 세 개의 자유도 운동이 제공되기 때문에, 포커스할 수 있고 디스크의 광학적 틸트를 보정할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 거시적인 움직임이 없이 포커싱, 트랙킹, 및/또는 틸트 보정을 할 수 있는 광 픽업 장치를 제공한다. 더 나아가, 마이크로미러 어레이 렌즈를 이용하는 광 픽업 장치는 단순한 구조와 적은 수의 이동 부품을 가진다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 태양, 및 장점은, 첨부된 도면과 함께 고려될 때, 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광 픽업 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로미러 어레이 렌즈의 개략적 상면도.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로미러의 자유도를 도시한 사시도.
도 4a 와 도 4b는 오목 거울과 마이크로미러 어레이 렌즈(프레넬(Fresnel) 반사형 렌즈) 사이의 유사성을 도시한 개략적인 측면도.
도 5a 와 도 5b는 본 발명의 마이크로미러 어레이 렌즈가 어떻게 광 디스크의 틸트를 보정하는 지를 도시한 개략적 측면도.
도 6은 본 발명의 마이크로미러 어레이 렌즈가 어떻게 다층의 광 디스크에 데이터를 기록하고 다층의 광디스크로부터 데이터를 판독하는 지를 도시한 개략적 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이의 개략적 상면도.
도 8은 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 포함하는 광 픽업 장치의 일 부의 개략적 측면도.
도 9는 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 갖는 고속 광 픽업 장치의 개략적 측면도.
(본 발명의 상세한 설명)
본 발명의 특별히 바람직한 실시예에서, 광 기록/재생 시스템에 이용되는 광 픽업 장치가 제공된다. 광 픽업 장치는 적어도 하나의 가변 초점거리 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 디스크 상에 또는 광 디스크로부터 정보를 기록 및/또는 판독한다. 본 발명은 최소한의 거시적 움직임으로 광 픽업의 포커싱, 트랙킹, 및 틸트 보정을 제공한다.
본 발명의 태양은 다양한 광 픽업 장치에 적용 가능하고, 본 발명의 실시예에 적용되는 광 픽업 장치(20)의 대표적인 예는 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 픽업 장치(20)는 레이저 다이오드(22), 제1 광학 렌즈(24), 빔 스플리터(26), 제2 광학 렌즈(28), 마이크로미러 어레이 렌즈(30), 센서(40), 틸트 탐지기(51), 및 신호 처리기(50)를 포함한다. 상술된 소자들은 바람직하게는 장치 내에 단일 장치로서 패키지된다. 그러나, 신호 처리기와 같은 장치의 다양한 소자들은 장치로부터 떨어져 있거나 분리될 수 있다.
제1 및 제2 광학 렌즈(24,28)는 바람직하게는 고정된 초점거리를 갖는 종래의 굴절 렌즈이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(22)는 레이저 빔을 방출하고, 이는 제1 광학 렌즈(24)를 통과한다. 제1 광학 렌즈는 평행한 광 빔을 형성하고, 이는 빔 스플리터(26)에 전달된다. 다음, 빔 스플리터(26)에 전달된 평행하게 된 빔은 마이크로미러 어레이 렌즈(30)에 의해 광 디스크(60)의 신호 기록 표면에 포커스된다. 광 디스크는 광 빔의 일부를 마이크로미러 어레이 렌즈를 향하여 후방으로 반사한다. 반사된 광은 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해 평행하게 되고, 빔 스플리터를 향해 실질적으로 90도 편향된다. 빔 스플리터는 반사된 광을 제2 광학 렌즈(28)를 향해 실질적으로 90도 편향시킨다. 제2 광학 렌즈는 반사된 빔을 센서(40)에 포커스한다.
상술된 바와 같이, 제1 광학 렌즈(24)를 통과하는 광은 마이크로미러 어레이 렌즈(30)에 전달된다. 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는 가변 초점거리 렌즈이다. 이와 같은 마이크로미러 어레이 렌즈는 제목이 "Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens"(Proceeding of SPIE Vol. 5055:278-286, 2003)인 논문에서, 제임스 지 보이드 IV와 조경일에 의해 제안되었고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 개선점은 2004년 3월 23일에 출원된 미국 특허 출원 번호 10/806,299, 2004년 5월 27일에 출원된 10/855,554, 2004년 5월 27일에 출원된 10/855,715, 2004년 5월 27일에 출원된 10/855,287, 2004년 5월 28일에 출원된 10/857,796, 2004년 5월 28일에 출원된 10/857,280, 및 2004년 5월 28일에 출원된 10/857,714에 개시되고, 그의 모든 개시가 참고문헌으로 편입된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는 바람직하게는 하나 이상의 동심원을 형성하도록 평면 상에 동심원으로 배열된 복수의 마이크로미러(32)를 포함한다. 그러나, 각각의 마이크로미러의 형상과 배열은 마이크로미러 어레이 렌즈의 형상과 목적에 따라 변화될 수 있다. 마이크로미러(32)는 거울과 동일한 기능을 가지며, 금속, 금속 화합물, 또는 높은 반사율을 갖는 다른 물질로 만들어지는 반사면을 포함한다. 많이 공지된 미세 제조 과정이 높은 반사율을 갖는 표면을 제조하기 위해 이용될 수 있다.
마이크로미러는 바람직하게는 포물선(parabolic) 형상의 횡단면(cross-section)을 포함하고, 부채꼴 형상(fan shape)을 가진다. 이러한 곡률을 갖는 부채꼴 형상의 구조는 마이크로미러 어레이 렌즈의 유효 반사 영역과 집광률(focusing efficiency)을 증가시킨다. 다른 실시예에서, 마이크로미러의 반사면은 평평할 수 있다.
마이크로미러(32)는 마이크로미러를 회전시키고 병진시키는 구동소자에 의해 정전기적으로 및/또는 전자기적으로 개별적으로 제어된다. 마이크로미러는 마이크로미러의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 마이크로미러 어레이 렌즈(30)의 초점거리를 변화시키도록 제어된다. 마이크로미러들이 서로 더 가까이 위치될 수 있게 하기 위해, 마이크로미러(32)를 지지하는 기계구조와, 마이크로미러를 회전시키고 병진시키는 구동소자가 마이크로미러의 하부에 위치된다. 마이크로미러를 근접시키는 것은 마이크로미러 어레이 렌즈의 유효 반사 영역을 증가시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로미러(32)는 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 평면에 수직인 축을 따르는 한 개의 병진운동(36)과, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 평면 상의 두 개의 축들에 대한 두 개의 회전운동(37,38)인, 세 개의 자유도 운동을 가진다. 수차를 보정하기 위해, 위상 일치 조건(phase matching condition)을 만족시키는 병진운동이 요구된다. 두 개의 회전운동이 광을 임의의 방향으로 편향시키기 위해 요구되고, 이는 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이의 다목적성을 위해 필수적이다.
도 4a와 도 4b는 마이크로미러 어레이 렌즈의 원리와 마이크로미러 어레이 렌즈(30)와 종래의 오목(concave) 거울(35) 사이의 유사점을 도시한다. 오목 거울이 볼록(convex) 굴절 렌즈로서 기능을 한다는 것은 잘 알려져 있다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 사실상 반사형 프레넬(Fresnel) 렌즈의 형태이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈는 복수의 마이크로미러(32)를 포함한다. 종래의 오목 거울과 달리, 마이크로미러 어레이 렌즈는 마이크로미러의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 그 초점거리를 변화시킬 수 있다.
그 점에 있어서, 마이크로미러 어레이 렌즈는 임의의 산란된 광(34)을 마이크로미러(32)의 위치를 제어함에 의해 초점(focal point) F에 수렴시킨다. 임의의 광의 위상은 마이크로미러의 각각을 병진시킴에 의해 동일하도록 조절될 수 있다. 요구되는 마이크로미러의 병진운동의 변위 범위는 적어도 광의 파장의 절반이다. 마이크로미러 어레이 렌즈(30)의 초점거리 F는 각각의 마이크로미러의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 변화된다.
그러므로, 각각의 마이크로미러를 독립적으로 제어함에 의해, 렌즈는 광 틸트, 기계적 편향 등과 같은 다양한 광학적 효과에 기인하는 수차(aberration) 및 결함을 교정할 수 있다. 마이크로미러는 위상 수차를 제거하기 위해 병진운동의 양 을 제어함으로써, 디스크로부터 산란된 광의 위상 오차를 교정할 수 있다. 렌즈는 또한 높은 집광률을 갖고, 광학적 성능의 손실없이 큰 크기의 구경을 가질 수 있다. 미세 제조 방법의 대표적인 대량 생산성의 이점 때문에, 렌즈는 낮은 생산 비용을 가진다. 또한, 렌즈는 그 단순한 구조 때문에, 포커싱 시스템을 훨씬 더 단순하게 만들 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 센서(40)는 광 검출기(photo detector)를 포함한다. 광 검출기는 광학 저장 매체(60)에 의해 반사된 광의 광 에너지를 전기적 데이터 신호(45)의 형태로 전기 에너지로 변환시킨다. 다음, 센서는 처리를 위해 생성된 데이터 신호를 신호 처리기(50)에 전송한다. 센서는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS 영상 센서, 또는 어떠한 다른 적절한 대안물일 수 있다.
다른 실시예에서, 센서는 초점 오차를 검출하고 오차 신호를 추적하기 위해, 하나 이상의 광 검출기를 포함할 수 있다.
신호 처리기(50)는 바람직하게는 광 픽업 장치(20) 내에 포함되거나 또는 광 픽업 장치로부터 분리될 수 있는 처리 장치이다. 신호 처리기는 센서(40)로부터의 데이터 신호를 분석하기 위해 알고리즘을 이용한다. 응용 분야에 따라, 잘 알려진 다양한 종래의 신호 처리 알고리즘 중의 하나가 이용될 수 있다. 틸트 탐지기(51)는 광 디스크의 틸트를 측정한다. 측정된 틸트는 신호 처리기(50)에 전송된다. 신호 처리기는 센서와 틸트 탐지기로부터 수신된 데이터 신호를 처리하고, 광 디스크에 기록된 정보에 따라 재생 또는 RF 신호(53)를 생성하고, 트랙킹 오차, 포커싱 오차, 및 틸트 오차를 보정하기 위해 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 신 호(55)를 제어한다.
도 5a와 도 5b는 마이크로미러 어레이 렌즈(30)가 작동 중 어떻게 광 디스크(60)의 틸트와 편향을 보정하는 지를 도시한다. 디스크(60)의 틸트 및/또는 기계적 편향이 일어날 때, 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는 그 초점거리와 광축을 변화함에 의해 디스크 상의 점 P에 초점을 유지한다. 추가로, 또한 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는, 렌즈가 적응성(adaptive) 광학 렌즈이기 때문에, 다양한 수차를 교정할 수 있다. 그러므로, 렌즈는 거시적인 움직임없이, 포커싱 오차, 트랙킹 오차, 및 틸트 및/또는 기계적 편향에 의한 수차를 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광 픽업 장치가 어떻게 광 디스크(60)로부터 데이터를 판독하는 지를 도시한다. 레이저 다이오드(22)는 레이저 빔을 방출하고, 이는 제1 광학 렌즈(24)를 통과한다. 제1 광학 렌즈는 광 빔을 평행하게 한다. 다음, 광 빔은 빔 스플리터(26)에 전달된다. 광은 빔 스플리터로부터 마이크로미러 어레이 렌즈(30)에 전달된다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 빔을 실질적으로 90도 편향시키고, 광을 광 디스크(60)의 데이터의 층에 있는 트랙킹 위치에 포커스한다. 광 디스크의 반사층으로부터 반사된 광은 마이크로미러 어레이 렌즈(30)에 의해 평행하게 되고, 빔 스플리터(26)를 향하여 후방으로 편향된다. 다음, 빔 스플리터는 반사된 광을 제2 광학 렌즈(28)를 향해 실질적으로 90도 편향시킨다. 제2 광학 렌즈는 반사된 광을 통과시키고 이를 광 센서(40)에 포커스한다. 이 센서는 광 디스크의 반사층으로부터 반사된 광의 강도를 검출하고, 센서가 받은 광의 강도에 기초하여 전기 신호(45)를 생성한다. 그 점에 있어서, 반사된 광은, 이것이 데이터층의 피 트(63)를 맞힐 때 더 확산되어 약한 강도를 가진다. 반사된 광은, 이것이 평탄한 영역, 즉 피트들 사이의 랜드(65)를 맞힐 때 강한 강도를 가진다. 데이터 신호는 피트 및 랜드에 의해 생성된다.
전기 신호는 신호 처리기(50)에 전달된다. 신호 처리기는 재생 신호(53)를 생성한다. 또한, 신호 처리기는 제어 신호(55)를 생성하고, 이는 트랙킹 오차, 포커싱 오차, 및 틸트 오차를 보정하도록 마이크로미러를 조절하기 위해 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송된다.
이와 유사하게, 본 발명의 광 픽업 장치는 광 디스크(60)에 데이터를 기록할 수 있다. 그 점에 있어서, 레이저 다이오드(22)에 의해 방출된 레이저 빔의 강도는, 광 기록/재생 시스템 내의 데이터 저장 장치(미도시)를 통해 레이저 다이오드에 전송된 데이터 신호에 따라 변화한다. 레이저 빔은 제1 광학 렌즈(24)를 통과한다. 제1 광학 렌즈는 광 빔을 평행하게 한다. 다음, 광 빔은 빔 스플리터(26)에 전달된다. 광은 빔 스플리터로부터 마이크로미러 어레이 렌즈(30)에 전달된다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광 빔을 실질적으로 90도 편향시키고, 광을 광 디스크(60)의 염료층에 포커스한다. 광 디스크를 형성하기 위해 이용되는 염료는 저장되는 데이터에 대응하는 일련의 기록된 피트 및 랜드를 형성하도록 레이저 빔의 강도에 따라, 열과 광에 반응한다.
광 디스크가 광 디스크 드라이브에서 틸트될 때, 광 디스크의 기록 신호 및/또는 재생 신호의 신호 품질이 저하될 수 있다. 광 디스크의 틸트를 교정하기 위해, 광 픽업 장치는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 틸트 탐지기(51)를 포함할 수 있 다. 틸트 탐지기는 광 디스크의 틸트를 검출하고, 검출된 틸트에 응답하여 틸트 신호(52)를 생성한다. 틸트 신호는 신호 처리기(50)에 전송된다. 신호 처리기는 틸트 신호를 처리하고, 틸트 오차를 보정하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 제어 신호(55)를 전송한다.
전형적인 광 픽업 장치에서, 자기적으로 구동된 종래의 렌즈는, 디스크에 정보를 기록하거나 디스크로부터 기록된 정보를 판독하기 위해, 포커싱과 트랙킹 동작 모두를 가진다. 더 진보된 장치에서, 종래의 렌즈는 코마 수차를 일으키는 광학적 틸트를 보상하기 위해 하나 이상의 방향으로 거시적으로 이동된다. 그러나, 본 발명의 광 픽업 장치에서, 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는 거시적인 움직임없이 종래의 렌즈의 포커싱과, 트랙킹, 및 틸트 보상 작동을 담당할 수 있다. 이것이 가능한 것은, 마이크로미러 어레이 렌즈가 각각의 마이크로미러의 미시적(microscopic)인 세 개의 자유도 운동에 의해 광축을 변화시킬 수 있고 수차를 보정할 수 있는 가변 초점거리 렌즈이기 때문이다. 자기적으로 구동되는 종래의 렌즈를 마이크로미러 어레이 렌즈로 대체하여, 이동 부품의 개수를 감소시킴으로써 휠씬 더 단순한 구성이 달성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로미러 어레이 렌즈(30)는 다층의 광 디스크(70) 상에 데이터를 기록하고 다층의 광 디스크로부터 데이터를 판독할 수 있다. 이러한 예에서, 마이크로미러 어레이 렌즈는, 요구되는 층에 포커스하도록 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점을 변화시킴에 의해, 다층의 광 디스크의 각각의 층에 정보를 기록 및/또는 판독한다.
도 7과 도 8에 되시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 광 픽업 장치는 마이크로미러(136)들의 상이한 형상, 크기, 및 개수를 갖는 마이크로미러 어레이 렌즈들(132,133,134)의 평면 어레이(130)를 포함할 수 있다. 그와 같은 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이는 2004년 5월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 10/857,714에 기술되고, 여기서 완전히 설명된 바와 같이 이의 개시는 여기에 참고문헌으로 편입된다.
따라서, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 위치는 평면 상에 고정되지 않고, 다수의 상이한 마이크로미러 어레이 렌즈들(132,133,134)이 "생성"되거나 "소거"될 수 있다. 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리, 광축, 렌즈 크기, 마이크로미러의 개수 등과 같은 모든 광학 파라미터 외에, 어레이의 목적에 따라, 어레이를 포함하는 렌즈들의 전체 개수가 변할 수 있다.
마이크로미러 어레이 렌즈는 도 7에 도시된 형상만으로 제한되지 않는다. 마이크로미러는 임의의 형상과 크기를 가질수 있고, 임의의 형상과 크기를 갖는 렌즈 또는 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 형성할 수 있다. 도 7에서 육각형 형상만이 도시되지만, 렌즈 어레이의 유효 반사 영역의 손실없이 렌즈 어레이의 상이한 형태를 형성하도록, 마이크로미러는 상이한 형상을 가질 수 있다. 유효 반사 영역을 증가시키기 위해, 렌즈의 제어 회로는 공지된 미세전자공학 기술에 의해 구축될 수 있고, 이는 미러의 하부에 위치된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈(132)는 상이한 광축, 상이한 마이크로미러(136)의 개수, 및 상이한 초점거리를 가질 수 있다. 각 각의 마이크로미러 어레이 렌즈(132)는 또한 그의 마이크로미러들의 세 개의 자유도 운동을 가져 그의 광축과 초점 거리를 자유롭게 변화시킬 수 있기 때문에, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈는 입사광(140)이 평면(150) 상의 임의 위치에 포커스되게 하거나 전체 평면을 주사하게 한다.
도 9는 마이크로미러 어레이 렌즈(132)의 평면 어레이(130)을 갖는 본 발명의 고속 광 픽업 장치를 도시한다. 상술된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈는 종래의 광 픽업 장치의 포커싱과, 트랙킹, 및/또는 틸트 보상 작동 운동을 담당할 수 있다. 이 실시예에서, 거시적 움직임은 마이크로미러 어레이 렌즈를 이용하는 장치의 트랙킹 작동을 위해서만 요구된다. 그러나, 어레이(130)가 디스크(160)의 전체 반경 영역을 포함하도록 설정되면, 트랙킹 작동 역시 담당될 것이고, 그러면 광 픽업 장치에 거시적인 움직임이 없을 것이다. 렌즈 어레이의 각각의 렌즈는, 그들의 마이크로미러들(136)의 각각을 제어함에 의해, 초점 거리와 광축을 매우 빠르게 변화시킬 수 있기 때문에, 각각의 렌즈는 어떠한 거시적인 움직임없이 디스크의 할당된 영역만을 주사하는 것이 요구되어, 트랙킹 작동을 갖는 마이크로미러 어레이 렌즈보다 훨씬 빠르다. 추가로, 시스템은 방사상 방향의 어레이에 더 많은 렌즈(132)가 추가됨에 따라 속도가 빨라질 수 있다.
그러므로, 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이가 시스템에 적용되면, 트랙킹 동작을 포함한 모든 거시적인 움직임이 더 이상 요구되지 않는다. 광 기록/재생 시스템은 광 픽업 장치에서 이동 부품을 제거함으로써, 높은 집광률과 함께 그의 신뢰성과 판독/기록 속도를 향상시킬 수 있다.
현재, 많은 종류의 광학 정보 기록 매체가 존재하고, 이들 광학 정보 기록 매체의 기준(standard)들이 확립된다. 광학 정보 기록 매체는 상이한 기록 밀도를 가지기 때문에, CD와 DVD 사이의 호환성이 요구된다. 이들 광학 정보 기록 매체는 투명한 기판(base board)의 상이한 두께를 가진다. 호환성을 얻기 위해, 투명한 기판의 두께의 차이에 의해 발생되는 구면 수차(spherical aberration)를 교정할 필요가 있다. 구면 수차는 마이크로미러의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 보상될 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 현재 바람직한 실시예들을 참조하여 제시되었다. 본 발명의 원리, 사상, 및 범위를 크게 벗어나지 않고, 기술된 구조의 변경과 변화가 행해질 수도 있다는 것을 본 발명에 관련되는 당업자는 이해할 것이다
그러므로, 상기 설명은 첨부된 도면에서 설명되고 도시된 바로 그 구조에만 관련된 것으로 해석되서는 안되며, 완전하고 공평한 범위를 갖는 것인 다음 청구항과 일관되며, 이를 뒷받침하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함하여 광 디스크로부터 정보를 판독하고 기록하기 위한 광 픽업(optical pick-up) 장치로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는, 위상 일치 조건(phase matching condition)을 충족시키고 광을 초점(focal point)으로 편향시키기 위해 회전운동과 병진운동 자유도 운동을 갖는 복수의 마이크로미러를 포함하고, 상기 마이크로미러는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 변화시키도록 조절될 수 있는 것인, 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함하여 광 디스크로부터 정보를 판독하고 기록하기 위한 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 레이저 빔을 상기 광 디스크에 포커싱(focusing)하기 위해 이용되는 것인 광 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 상기 광 디스크의 트랙(track)을 트랙킹(tracking)하기 위해 이용되는 것인 광 픽업 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 상기 광 디스크의 틸트를 보정하기 위해 이용되는 것인 광 픽업 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 광 축이 변화되는 것인 광 픽업 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 그의 초점거리를 변화시킴에 의해 다층의 광 디스크의 각각의 층에 정보를 기록하는 것인 광 픽업 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 그의 초점거리를 변화시킴에 의해 다층의 광 디스크의 각각의 층으로부터 정보를 판독하는 것인 광 픽업 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러는, 상기 위상 일치 조건을 충족시키기 위한 한 개의 병진운동과, 상기 광을 상기 초점으로 편향시키기 위한 각각의 마이크로미러의 평면 상의 두 개의 축에 대한 두 개의 회전운동의 세 개의 자유도 운동을 갖는 것인 광 픽업 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는, 상기 렌즈가 적응성(adaptive) 광학 렌즈이기 때문에, 수차들을 교정하는 것인 광 픽업 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    a) 레이저 다이오드로서, 상기 레이저 다이오드는 광 빔을 발생시키고, 상기 광 빔은 상기 광을 평행(collimate)하게 하는 종래의 렌즈를 통과하는 것인 상기 레이저 다이오드;
    b) 빔 스플리터(beam splitter)로서, 상기 빔 스플리터는 상기 평행하게 된 광을 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전달하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 상기 광을 편향시키고, 수차 교정과 함께 상기 광을 상기 광 디스크를 따르는 트랙킹 위치에 포커스하는 것인 상기 빔 스플리터;
    c) 상기 광 디스크의 표면으로부터 반사된 광을 검출하는 광 검출기(photo detector)로서, 상기 광 검출기는 반사된 광의 강도에 기초하여 전기 신호를 생성하고, 상기 전기 신호는 상기 광 디스크에 기록된 상기 정보에 대응하는 것인 상기 광 검출기; 및
    d) 데이터를 처리하고 제어 신호를 생성하는 신호 처리기로서, 상기 제어 신호는 상기 마이크로미러의 상대적 위치를 조절하도록 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 것인 상기 신호 처리기
    를 더 포함하는 것인 광 픽업 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광 디스크의 틸트를 측정하는 틸트 탐지기(tilt detector)를 더 포함하고, 측정된 틸트 데이터는 상기 신호 처리기에 전송되고, 상기 신호 처리기는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 틸트에 따라 상기 마이크로미러를 조절하도록 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 것인 광 픽업 장치.
  12. 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 포함하여 광 디스크로부터 정보를 판독하고 기록하기 위한 광 픽업 장치로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 복수의 마이크로미러를 포함하고, 상기 마이크로미러는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 변화시키도록 조절될 수 있는 것인, 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이를 포함하여 광 디스크로부터 정보를 판독하고 기록하기 위한 광 픽업 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이에서의 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는 독립적으로 변화되는 것인 광 픽업 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이에서의 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 광 축은 독립적으로 변화되는 것인 광 픽업 장치.
  15. 제14항에 있어서, 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 주사(scanning) 작동은 트랙킹의 역할을 하고, 이로 인해, 거시적(macroscopic)인 트랙킹 움직임을 제거하는 것인 광 픽업 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈들의 어레이에서의 상기 마이크로미러는, 수차를 보정하도록 위상 일치 조건을 충족시키기 위한 한 개의 병진 운동과, 광을 초점으로 편향시키기 위한 각각의 마이크로미러 어레이 렌즈의 평면 상의 두 개의 축에 대한 두 개의 회전운동의 세 개의 자유도 운동을 갖는 것인 광 픽업 장치.
  17. 광 디스크로부터 정보를 판독하는 방법으로서,
    a) 레이저 빔을 생성하는 단계로서, 상기 빔은 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 향하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 상기 빔을 편향시켜, 상기 빔을 상기 광 디스크를 따르는 한 점에 포커스하는 것인 상기 생성단계;
    b) 상기 빔의 수차를 교정하는 단계와, 상기 광 디스크의 데이터층의 트랙킹 위치에 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해 상기 빔을 포커싱하는 단계;
    c) 상기 광 디스크의 반사면으로부터 반사된 광을 검출하는 단계;
    d) 상기 반사면으로부터 반사된 광의 강도에 기초하여 데이터를 운반하는 전기 신호를 생성하는 단계; 및
    e) 상기 전기 신호를 처리하는 단계로서, 상기 처리된 신호는 상기 광 디스크에 기록된 정보에 대응하는 것인 상기 처리 단계
    를 포함하는 광 디스크로부터 정보를 판독하는 방법.
  18. 광 디스크에 정보를 기록하는 방법으로서,
    a) 광원에 데이터 신호를 전송하는 단계로서, 상기 데이터 신호는 광 기록/재생 시스템에 저장된 정보에 대응하는 것인 상기 전송 단계;
    b) 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 향해 상기 광원으로부터의 광의 빔을 방출하는 단계로서, 상기 방출된 광의 강도는 상기 데이터 신호에 따라 변화되는 것인 상기 방출 단계;
    c) 광 디스크에 상기 빔을 포커싱하는 단계로서, 상기 빔은 수차 교정과 함께 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 의해 상기 광 디스크에 포커스되는 것인 상기 포커싱 단계; 및
    d) 상기 저장되는 정보에 대응하여 일련의 기록된 피트 및 랜드(pits and lands)를 생성하기 위하여 상기 광 디스크의 염료층의 반응에 의해 데이터를 저장하는 단계
    를 포함하는 광 디스크에 정보를 기록하는 방법.
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