KR20080034384A - 광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체 - Google Patents

광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체 Download PDF

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KR20080034384A
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민병훈
최인호
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Abstract

본 발명은 광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체에 관한 것으로 보다 상세하게는 근접장을 이용하는 광 픽업과 기록 재생 장치 및 이를 효율적으로 이용하기 위한 제어 방법, 그리고 이에 이용되는 기록 매체에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명의 광 픽업과 기록 재생 장치는 근접장에 이용되는 렌즈를 구비한다. 효율적인 근접장 이용을 위한 렌즈의 형태로서 원추형의 고굴절률 렌즈를 이용하며, 종래의 기록 매체와 호환성을 확보하기 위하여 두 개의 렌즈부를 구비한다. 또한, 기록 매체와 렌즈의 간격을 고려하여 렌즈부를 설계하고 렌즈부의 틸트와 면진을 제어한다.
근접장, 광 픽업, 기록 재생 장치, 렌즈, 틸트, 면진, 호환성, 기록 매체

Description

광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체{Optical Pickup, Recording/playback Apparatus, Control method and recording medium}
도 1은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 기록 재생 장치에 구비되는 광 픽업의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 구성하는 광 픽업의 렌즈부를 기록 매체와 함께 도시한 개략 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 기록 재생 장치를 구성하는 근접장 형성 렌즈의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5은 근접장 형성 렌즈의 두께(d) 변화에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관 관계도이다.
도 6은 근접장 형성 렌즈와 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상하는 대물 렌즈를 포함하는 렌즈부를 도시한 개략 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 기록 재생 장치를 구성하는 근접장 형성 렌즈의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 8은 렌즈부와 기록 매체의 간격에 따른 갭 에러 신호(GE)의 변화를 도시 한 상관관계도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 간격 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 기록 재생 장치를 구성하는 렌즈부의 또 다른 실시예를 기록 매체와 함께 개략적으로 도시한 측 단면도이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈부와 기록 매체를 함께 도시한 개략도이고, 도 11b는 점선 부분을 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 12a 는 기록 매체의 면진의 구체적인 예를 도시하고, 도 12b는 면진에 따른 변동 곡선을 도시한다.
도 13은 렌즈의 유효 개구수에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관관계도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 기록 매체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 광 픽업 2:신호 생성부
3: 제어부 4: 갭 서보 구동부
5: 트랙킹 서보 구동부 6: 슬레드 서보 구동부
7: 디코더 8: 엔코더
10: 광원 20,30: 분리합성부
40: 렌즈부 41: 대물 렌즈, 제1 대물 렌즈
42: 근접장 형성 렌즈 43: 제2 대물 렌즈
50: 기록 매체 51: 보호층
60: 제1 광 검출부 70: 제2 광 검출부
100: 마이콤 111: 인터페이스
본 발명은 광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체에 관한 것으로 보다 상세하게는 근접장을 이용하는 광 픽업과 기록 재생 장치 및 이를 효율적으로 이용하기 위한 제어 방법, 그리고 이에 이용되는 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 광 기록재생 장치는 CD(compact disc)나 DVD(digital versatile disc)등과 같은 디스크를 기록 매체로 하여 상기 기록 매체에 기록된 데이터를 재생하거나, 상기 기록 매체에 데이터를 기록하는 장치이다. 소비자 기호의 고급화로 고화질의 동영상 처리가 필요해지고 동영상 압축 기술이 발달함에 따라 고밀도의 기록 매체를 필요로 하고 있다. 그리고 고밀도의 기록 매체를 개발하기 위하여 필요한 핵심 기술 중의 하나가 광학 헤드 즉, 광 픽업에 관련된 기술이다.
상기와 같은 기록 매체에 있어서, 기록 밀도는 기록 매체의 기록층에 조사되는 광의 직경에 의해 좌우될 수 있다. 즉, 기록 매체에 조사되는 집속된 광의 직경이 작을수록 기록 밀도는 높다. 이때, 집속된 광의 직경은 크게 두 가지 인자로 결정된다. 하나는 집속시에 사용되는 렌즈의 성능인 유효개구수(Numeric Aperture, NA)이고, 다른 하나는 상기 렌즈로 집속되는 광의 파장이다.
상기 집속광은 파장이 짧을수록 기록 밀도가 증가하므로, 기록 밀도를 높이기 위한 방안으로 파장이 짧은 광이 이용된다. 즉, 적색광에 비하여 청색광을 이용하는 경우 기록 밀도를 더 높일 수 있다. 그러나 일반적인 렌즈를 사용한 원격장(Far Field) 기록계 헤드의 경우는 광의 회절한계가 있기 때문에 상기 광의 직경을 줄이는데 제한이 있었다. 이에 따라 광의 파장보다 작은 단위의 정보를 저장하거나 읽을 수 있는 근접장 광학(Near Field Otics)에 의한 근접장 광기록(Near Field Recording, NFR) 장치가 개발되고 있다.
근접장 형성 렌즈를 이용한 근접장 광기록 장치는 대물렌즈 보다 굴절률이 높은 근접장 형성 렌즈를 이용하여 회절 한계 이하의 광을 얻으며, 상기 광은 소산파(Evanescent wave)의 형태로 계면에 근접한 기록 매체에 전파되어 고밀도의 비트 정보를 저장한다. 여기서 상기와 같이 소산파를 형성하는 영역을 설명의 편의를 위하여 근접장(Near-field)이라 한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
근접장을 이용하는 기록 재생 장치는 기존의 기록 매체와 호환성을 가지지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 기록 매체와 렌즈가 근접 간격을 유지함에 있어 틸트나 면진에 의한 충돌을 제어하는데 어려움이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것 으로, 본 발명의 목적은 근접장 기록 재생 장치에 적합한 렌즈와 상기 렌즈를 구비한 광 픽업 및/또는 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 기록 매체를 이용할 수 있는 근접장 기록 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근접장 기록 재생 장치에서 효율적으로 틸트나 면진을 제어하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 근접장 기록 재생 장치에서 효율적으로 이용가능한 기록 매체를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 광 픽업은 제1 대물 렌즈와 고굴절률 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부와 제2 대물 렌즈를 포함하는 제2 렌즈부 및 상기 제1 또는 제2 렌즈부를 통과하는 광의 경로를 분리 또는 합성하는 분리합성부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 광 픽업은 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 높이에 차이을 두는 것을 특징으로 한다. 이때, 높이의 차이는 기록 재생시 틸트 한계각 또는 면진 범위를 고려하여 결정된다. 그리고 상기 제2 렌즈부와 기록 매체의 거리는 상기 제2 렌즈부의 초점 거리를 넘어서지 않는다.
상기 제1 렌즈부의 중심축과 상기 제2 렌즈부의 중심축 사이의 중심 거리가 최소값은 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 반경의 합에 해당한다. 상기 중심 거리의 최대값은 상기 최소값 보다 2mm 큰 값이다.
상기 고굴절률 렌즈는 최소 2의 굴절률을 가지고, 제1 렌즈부의 유효 개구수는 1.45 내지 1.85에 해당한다. 그리고 상기 광학계의 유효 개구수는 기록 매체의 기판 또는 보호층의 굴절률 보다 작다.
여기서, 상기 고굴절률 렌즈는 구면 수차를 가지며, 상기 제1 대물 렌즈가 상기 고굴절률 렌즈의 구면 수차를 보상함을 특징으로 할 수 있다. 그리고 상기 고굴절률 렌즈는 원추형으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 대물 렌즈와 대면하는 측은 반구형이고, 상기 기록 매체와 대면하는 타측은 원뿔대의 형상으로 한다. 여기서 상기 원뿔대의 말단면의 직경은 30㎛ 내지 40㎛이다.
본 발명의 기록 재생 장치는 제1 대물 렌즈와 고굴절률 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부와 제2 대물 렌즈를 포함하는 제2 렌즈부, 상기 제1 또는 제2 렌즈부를 통과하는 광의 경로를 분리 또는 합성하는 분리합성부, 상기 제1 렌즈부에서 조사된 광을 이용하여 상기 제1 렌즈부와 기록 매체의 간격에 상응하는 제어 신호를 생성하는 신호 생성부 및 상기 제어 신호를 이용하여 상기 제1 렌즈부와 기록 매체의 간격을 소정의 범위로 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 신호 생성부는 상기 고굴절률 렌즈에 전반사되는 광의 세기에 상응하는 상기 제어 신호를 생성한다. 그리고 상기 제어부는 상기 제어 신호가 소정의 값을 유지하도록 제어함을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어부는 상기 고굴절률 렌즈의 기울기를 0.1°의 범위 내로 제어하며, 기록 매체의 면진을 최대 0.1mm로 제한할 수 있다.
본 발명의 제어 방법은 (a)소정 간격 이격된 렌즈와 기록 매체의 물리적 틸 트 한계각을 검출하는 단계와 (b)상기 렌즈에 입사되는 광의 광학적 한계 입사각을 검출하는 단계와 (c)상기 (a), (b) 단계에서 검출된 물리적 틸트 한계각과 광학적 한계 입사각을 비교하여, 작은 크기의 각을 기준으로 상기 렌즈 또는 기록 매체의 기울어짐을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 (a)단계는 다음과 같이 물리적 틸트 한계각을 검출하며, 여기서 d는 상기 렌즈와 기록 매체의 이격 간격이고 r은 상기 기록 매체와 대면하는 렌즈의 단면 반경이다.
Figure 112007009107378-PAT00001
여기서 상기 제어 방법은 상기 검출된 물리적 틸트 한계각을 이용하여 렌즈의 기울어짐을 제어하되, 상기 렌즈의 중심축과 기록 매체가 이루는 각을 0.085°내지 0.115°의 범위로 제한할 수 있다.
그리고 (b)단계는 코마 수차를 이용하여 상기 광학적 한계 입사각을 검출할 수 있다.
또한, 상기 제어 방법은 상기 기록 매체의 면진 범위를 제한하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 기록 매체의 면진 범위는 0.1mm로 제한될 수 있다.
본 발명의 기록 매체는 적어도 하나의 기록층을 구비하되, 제1 기록층의 위치가 고정될 수 있다. 즉, 하나의 기록층을 구비한 경우와 다수개의 기록층을 구비한 경우 모두 동일한 위치의 제1 기록층(L0) 가질 수 있다. 이를 통해 기록 재생 장치가 상기 제1 기록층(L0)에 용이하게 엑세스하도록 한다.
여기서 기록 매체는 보호층을 구비할 수 있고, 상기 보호층의 두께는 물리적 틸트 한계각을 고려하여 결정된다. 여기서 상기 보호층의 두께는 5㎛일 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광 픽업 및 기록 매체의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 "기록 매체"라 함은, 데이터가 기록되어 있거나, 기록 가능한 모든 매체를 의미하며, 예를 들어, 기록 매체, 자기테이프 등 기록방식에 상관없이 모든 매체를 포괄하는 의미이다. 또한, 본 명세서에서 "기록 재생 장치"라 함은, 상기 기록 매체를 이용하여 데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생하는 것이 가능한 모든 장치를 의미한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 근접장을 이용하는 기록 재생 장치를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 본 실시예 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 기록 재생 장치를 실시예를 들어 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 기록 재생 장치의 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설 명한다.
광 픽업(P/U, 1)은 광을 기록 매체에 조사하고, 상기 기록 매체에 반사된 광을 집광하여 신호를 생성하는 부분이다. 상기 광 픽업(1)을 구성하는 광학계(미도시)의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 즉, 상기 광 픽업(1)에 구비되는 광학계는 광원(10), 분리합성부(20,30), 렌즈부(40) 및 광 검출부(60,70)를 포함하여 구성될 수 있다.
광원(10)은 직전성이 좋은 레이져 등이 사용될 수 있다. 그러므로 상기 광원(10)은 구체적으로는 레이져 다이오드(Laser diode)이다. 그리고 상기 광원(10)에서 방출되어 기록 매체에 조사될 광은 평행광으로 구성할 수 있다. 그러므로 상기 광원에서 방출된 광의 경로상에 광의 경로를 평행하게 하는 콜리메이트와 같은 렌즈를 포함하도록 구성할 수 있다.
분리합성부(20,30)는 동일한 방향에서 입사한 광의 경로를 분리하거나, 서로 다른 방향에서 입사한 광의 경로를 합성하는 부분이다. 본 실시예에서는 제1 분리합성부(20)와 제2 분리합성부(30)를 구비하므로 각각에 대하여 설명한다. 상기 제1 분리합성부(20)는 입사된 광의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 부분이다(본 실시예에 있어서, 상기 제1 분리합성부(20)는 Non-polarized Beam Splitter, NBS이다). 그리고 상기 제2 분리합성부(30)는 편광 방향에 따라 특정 방향의 편광만을 통과시키는 부분이다(본 실시예에 있어서, 상기 제2 분리합성부(30)는 Polarized Beam Splitter, PBS이다). 예를 들어 직선 편광을 이용하는 경우, 상기 제2 분리합성부(30)는 수직 방향의 편광 성분만을 통과시키고 수평 방향의 편광 성분은 반사 시키도록 구성할 수 있다. 또는 반대로 수평 방향의 편광 성분만을 통과시키고 수직 방향의 편광 성분은 반사시키도록 구성할 수도 있다.
렌즈부(40)는 상기 광원(10)에서 방출된 광을 기록 매체(50)에 조사하는 부분이다. 본 발명의 실시예를 구성하는 렌즈부(40)는 구체적으로는 도 3에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(41)와 상기 대물 렌즈(41)를 통과한 광이 기록 매체(50)로 입사하는 경로 상에 마련된 고굴절률의 렌즈(42)를 포함한다. 즉, 대물 렌즈(41) 이외에 굴절률이 높은 렌즈를 더 구비함으로써 상기 렌즈부(40)의 개구수를 높이고 이를 통해 소산파(Evanescent wave)를 형성한다. 여기서 상기 고굴절률의 렌즈(42)를 설명의 편의를 위하여 이하 '근접장 형성 렌즈'라고 한다. 여기서 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 고체 합침 렌즈(Solid Immersion Lens, SIL)를 이용할 수 있으며, 구형의 렌즈를 절삭하여 형성되는 반구형 또는 초반구형(구와 반구의 중간 두께를 가지는 구형의 일부분을 초반구라 한다)의 렌즈를 이용할 수 있다. 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 다른 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 제1 실시예에 따르면, 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 도 4에 도시된 바와 같이 구형의 렌즈의 일단을 절삭하여 제작할 수 있다. 구형의 렌즈의 일단을 절삭하면 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 두께(d)를 가지는 다양한 크기의 근접장 형성 렌즈(42)를 얻을 수 있다. 한편, 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 두께에 따른 구면 수차는 도 5에 도시된 바와 같다(도 4의 (a),(b),(c)에서 도시하는 각 경우에서의 구면 수차를 d1,d2,d3 지점에서 각각 나타내고 있다). 도시된 바와 같이, 근접장 형성 렌즈(42)의 두께가 d1 또는 d3일 때 구면 수차가 없으며, 이를 구면 수차 지움점(aplanatic point)라 한다. 그러므로 도 4(a) 또는 도 4(c)와 같이 구면 수차가 없는 두께의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하면 구면 수차에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
이때, 형성되는 렌즈부의 유효 개구수(Effective Numeric Aperture, NA)는 기록 매체(50)의 굴절률과 일정한 관계를 가진다. 여기서 상기 유효 개구수(NA)는 대물 렌즈(41)와 상기 근접장 형성 렌즈(42)를 포함하는 렌즈부(40) 전체의 개구수를 의미하는 것으로 렌즈의 성능을 의미하는 것이다. 반구형의 근접장 형성 렌즈를 이용하는 경우의 유효 개구수(NA1)와 초반구형 근접장 형성 렌즈를 이용하는 경우의 유효 개구수(NA2)는 각각 다음과 같이 연산된다. 여기서 θ는 렌즈를 통과하는 광이 광축과 이루는 각의 최대값을 의미한다.
NA1 = 근접장 형성 렌즈의 굴절률(n)*sinθ
NA2 = 근접장 형성 렌즈의 굴절률(n)2*sinθ
본 발명에서 이용 가능한 근접장 형성 렌즈(42)를 구성하는 고 굴절률의 물질로는 유리의 일종인 LaSF35와 KTaO3, 다이아몬드 등의 예를 들 수 있다. 각각의 경우에 405nm의 파장에서의 유효 개구수(NA)는 다음의 표 1과 같다.
근접장 형성 렌즈의 굴절률 n(λ=405nm) NA1 NA2
LaSF35 2.09 1.45 1.85
KTaO3 2.3815 1.85 2.2
다이아몬드 2.458 1.91 2.34
즉, 본 발명을 구성하는 근접장 형성 렌즈(42)의 굴절률은 최소 2인 것이 바람직하다. 그리고 유리의 일종인 LaSF35를 이용하여 반구형의 근접장 형성 렌즈(42)를 제작하면, 대물 렌즈(41)의 개구수를 0.7 정도라고 할 때 1.45의 유효 개구수를 가진다. 또한, 초반구형의 근접장 형성 렌즈(42)를 제작하면, 역시 대물 렌즈(41)의 개구수를 0.7 정도라고 할 때 1.85의 유효 개구수를 가진다.
이때, 본 발명에서 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)가 형성하는 유효 개구수(NA)는 기록 매체(50)의 굴절률과 상호 관계를 가진다. 구체적으로는 유효 개구수(NA1 또는 NA2)가 상기 표에서와 같이 1을 넘는 값을 가질 때, 그 값이 기록 매체(50)의 굴절률 보다 높으면 광학적으로 전반사가 이루어진다. 그러므로 전반사를 방지하기 위하여, 상기 유효 개구수(NA)는 기록 매체(50)의 기판 또는 보호층의 굴절률 보다 작은 값을 가져야 한다.
근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 제2 실시예에 따르면, 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 구면 수차를 가지는 렌즈를 이용한다. 그리고 여기서 대물 렌즈(41)가 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상하도록 구성한다. 이를 구체적으로 도면을 참조하여 설명한다. 상기 표 1을 참조할 때, 도 4(a)에 도시된 반구형의 렌즈의 유효 개구수(NA1)은 초반구형 렌즈의 유효 개구수(NA2)보다 상대적으로 낮은 단점이 있다. 상술한 바와 같이 유효 개구수가 nsinθ로 정의되므로 매질의 굴절률(n) 또는 각(θ)이 클 때, 상기 개구수(NA)가 커지며 근접한 두 점을 식별하는 분해능도 커지게 된다. 반면에 상기 유효 개구수(NA)는 4(c)의 초반구형 렌즈에서는 n2sinθ로 정의되므로 도 4(c)의 초반구형 렌즈는 도 4(a)의 반구형 렌즈보다 큰 유효 개구수(NA)를 가지며, 근접장 기록 재생 장치에서는 상기 초반구형 렌즈가 선호된다. 그러나, 도 4(c)에 도시된 초반구형 렌즈는 제작이 어려운 단점이 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구면 수차는 초반구형 렌즈를 나타내는 d3 위치에서 기울기가 급변하는 양상을 보인다. 즉, 초반구형 렌즈는 두께에 제작상의 오차가 있으면, 구면 수차에 큰 오차를 나타내게 된다. 그러므로 초반구형 렌즈는 정확한 두께를 가지도록 절삭해야 하므로 제작이 어려운 단점이 있다.
그러므로 도 4(b)에 도시된 바와 같이 반구형 렌즈에 비하여 개구수(NA)는 크면서 제작이 용이한 근접장 형성 렌즈(42)를 제작하여 이용할 필요가 있다. 이때, 상기 도 4(b)의 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 구면 수차는 대물 렌즈(41)를 이용하여 보상할 수 있다.
도 6은 도 4(b)에 도시된 바와 같은 d2 정도의 두께를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차를 대물 렌즈(41)를 이용하여 보상한 렌즈부(40)를 도시한다. 여기서 대물 렌즈(41)는 상기 제작된 근접장 형성 렌즈(42)와 동일한 크기의 반대 방향의 구면 수차를 가지도록 설계된다. 이를 통하여 구면 수차가 보상된, 제작이 용이하고 개구수가 큰 렌즈부(40)를 구성할 수 있다. 여기서 d2 정도 두께의 렌즈는 도 5에 도시된 바와 같이 두께 변화에 따른 구면 수차의 변화가 완만한 곡선을 따라 변화하므로, 제작상의 오차 범위도 작은 효용성을 가진다. 특히, 구면 수차 극대점(local maximum)에서는 접선의 기울기가 zero가 되므로 더 높은 효용성을 가진다. 즉, 구면 수차 극대점의 두께(d2)의 근접장 형성 렌즈(42)를 제작하면 그 두께에 오차가 있더라도 구면 수차가 크게 변화하지 않는다. 그러므로 대물 렌즈(41)를 이용하여 정확하게 구면 수차가 보상된 렌즈부(40)를 제작할 수 있다. 본 실시예에 있어서 이와 같이 형성된 렌즈부(40)의 유효 개구수(NA)는 1.8에 해당한다.
근접장 형성 렌즈의 구체적인 제3 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 원추형으로 제작할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 절삭된 단면을 원추형으로 형성할 수 있다. 대물 렌즈(41)와 대면하는 측은 반구형이므로 상기의 실시예에서와 동일하나, 기록 매체(50)에 대면하는 측이 원뿔대의 형상을 가진다. 이는 기록 매체(50)와 접하는 면의 면적을 최소화함으로써 물리적 틸트 한계각(α)을 증가시킴과 동시에 광을 기록 매체에 조사하기 위한 최소한의 면적을 가지도록 한다. 이에 대하여는 상세히 후술한다.
또한, 상기 렌즈부(40)를 포함하는 광 픽업(1)의 광학계는 기록 매체(50)와 매우 근접하여 위치한다. 구체적으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)를 광 파장의 약 1/4(즉, λ/4) 이하로 근접시키면, 임계각 이상으로 상기 렌즈부(40)에 입사한 광의 일부는 상기 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하지 않고 소산파를 형성하여 상기 기록 매체(50)를 투과하여 기록층에 도달한다. 그리고 상기 기록층에 도달한 소산파를 기록 재생에 이용할 수 있다. 그러나 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격이 λ/4 이상으로 멀어지면, 광의 파장은 소산파의 성질을 잃어버리며 원래의 파장으로 되돌아오며, 기록 매체(50)의 표면에서 전반사된다. 그러므로 통상적으로 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에서 상기 렌즈부(40)는 기록 매채(50)와의 간격이 대략 λ/4을 넘지 않도록 유지된다. 여기서 상기 λ/4가 근접장의 한계가 된다.
광 검출부(60,70)는 반사광을 수광하고 광전변환하여, 상기 반사광의 광량에 상응하는 전기적인 신호를 생성하는 부분이다. 본 실시예에서는 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)를 구비한다. 상기 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)는 기록 매체(50)의 신호트랙방향이나 반경방향으로 특정분할, 예를 들면 2분할한 2개의 광 검출 소자(PDA, PDB)로 구성될 수 있다. 여기서 상기 각각의 광 검출소자(PDA, PDB)는 수광된 광량에 비례하는 전기신호 A, B를 생성한다. 또는 상기 광 검출부(60,70)는 기록 매체(50)의 신호트랙방향과 반경방향으로 각각 2분할한 4개의 광 검출소자(PDA, PDB, PDC, PDD)로 구성될 수도 있다. 여기서 상기 광 검출부(60,70)를 구성하는 광 검출 소자의 구성은 본 실시예에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
도 1의 신호 생성부(2)는 상기 광 픽업(1)에서 생성된 신호를 이용하여 데이터 재생에 필요한 알 에프 신호(RF)와 서보 제어에 필요한 갭 에러 신호(GE), 트랙킹 에러 신호(TE) 등을 생성한다.
제어부(3)는 상기 광 검출부 또는 신호 생성부(2)에서 생성된 신호를 입력받아, 제어 신호 또는 구동 신호를 생성한다. 예를 들면, 제어부(3)는 GE를 신호 처리하여 렌즈부(40)와 기록 매체(50) 간의 간격 제어를 위한 구동 신호를 갭 서보 구동부(4)로 출력한다. 또는 TE를 신호 처리하여 트랙킹 제어를 위한 구동 신호를 트랙킹 서보 구동부(5)로 출력한다. 또한, 상기 제어부(3)는 물리적 틸트 한계각(α) 또는 광학적 한계 입사각(β)에 따라 렌즈부(40) 또는 기록 매체(50)의 동적 범위를 제한한다.
갭 서보 구동부(4)는 광 픽업(1) 내의 액츄에이터(미도시)를 구동시킴에 의해 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 상하로 움직인다. 이를 통해 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 갭 서보 구동부(4)는 포커스 서보의 역할을 함께 수행할 수도 있다. 예를 들면, 제어부(3)의 포커스 제어를 위한 신호에 따라 상기 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)가 기록 매체(50)의 회전과 함께 상하 움직임을 추종하도록 할 수도 있다.
트랙킹 서보 구동부(5)는 광 픽업(1) 내의 트랙킹 액츄에이터(미도시)를 구동시킴에 의해 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 래디얼(radial) 방향으로 움직여서 광의 위치를 수정한다. 이를 통해 상기 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)는 기록 매체(50)에 마련된 소정의 트랙을 추종할 수 있다. 또한, 상기 트랙킹 서보 구동부(5)는 트랙의 이동 명령에 상응하여 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.
슬래드 서보 구동부(6)는 광 픽업(1)을 움직이기 위하여 마련된 슬래드 모터(미도시)를 구동시킴에 의해 트랙의 이동 명령에 상응하여 광 픽업(1)을 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기와 같은 기록 재생 장치에는 PC와 같은 호스트가 연결될 수 있다. 상기 호스트는 인터페이스를 통해 기록/재생 명령을 마이콤(100)으로 전송하고, 디코더(7)로부터 재생된 데이터를 전송받으며, 기록할 데이터를 엔코더(8)로 전송한다. 그리고 상기 마이콤(100)은 상기 호스트의 기록/재생 명령에 따라 상기 디코더(7), 엔코더(8) 및 제어부(3)를 제어한다.
여기서 상기 인터페이스는 통상 ATAPI(Advanced Technology Attached Packet Interface, 110)를 사용할 수 있다. 여기서 ATAPI(110)는 CD나 DVD 드라이브와 같은 광 기록/재생 장치와 호스트간의 인터페이스 규격으로 광 기록/재생 장치에서 디코딩된 데이터를 호스트로 전송하기 위해 제안된 규격이며, 디코딩된 데이터를 호스트에서 처리 가능한 데이터인 패킷 형태의 프로토콜로 변환하여 전송하는 역할을 한다.
이하에서는 상기 기록 재생 장치의 실시예를 구성하는 광 픽업(1)에 있어서 광학계 내부에서는 광원(10)에서 방출된 광의 진행 방향을 기준으로, 그 이외에는 신호의 흐름을 기준으로 하여 작동 순서를 구체적으로 설명한다.
픽업(1)의 광원(10)에서 방출된 광은 제1 분리합성부(20)로 입사하여 일부는 반사되고 일부가 통과되어 제2 분리합성부(30)로 입사된다. 상기 제2 분리합성부(30)는 상기 선편광된 광에서 수직 편광 성분은 통과시키고 수평 편광 성분은 반사시킨다(이는 반대로 구성할 수도 있다). 상기 제2 분리합성부(30)를 통과한 광의 경로 상에는 편광 변환면(미도시)이 더 포함될 수 있으며, 상기 편광 변환면에 대해서는 자세하게 후술한다.
상기 제1 분리합성부(30)를 통과한 광은 렌즈부(40)로 입사한다. 여기서 상기 렌즈부(40)의 대물 렌즈로 입사한 광은 근접장 형성 렌즈를 통과하면서 소산파를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 임계각 이상의 각도로 상기 근접장 형성 렌즈에 입사한 광은 렌즈의 표면에서 전반사하게 된다. 그러나, 근접장 형성 렌즈와 기록 매체가 50nm 정도의 근접한 간격을 유지하며 근접장을 형성하고 있으므로, 일부의 광은 에버네슨트 커플링 효과에 의하여 반사되지 않고 기록 매체로 투과된다. 이 과정에서 생성되는 소산파는 기록 매체(50)의 기록층에 도달하여 기록/재생을 수행한다.
상기 기록 매체(50)에 반사된 광은 다시 렌즈부(40)를 통하여 제2 분리합성부(30)로 입사한다. 이때 상술한 바와 같이, 상기 제2 분리합성부(30)로 입사하는 경로상에 편광 변환면(미도시)이 마련될 수 있다. 상기 편광 변환면은 기록 매체(50)로 입사하는 광과 반사된 광의 편광 방향을 변환한다. 예를 들어 편광 변환면으로 1/4 파장판(QWP, Quater wave plate)을 사용하면, 상기 1/4 파장판은 기록 매체(50)로 입사되는 광을 좌원 편광시키고 역방향으로 진행하는 반사광을 우원 편광시킨다. 결과적으로 상기 1/4 파장판을 통과한 반사광은 입사광과 상이한 방향으로 편광 방향이 변환되며, 서로 90도의 차이를 가지게 된다. 그러므로 상기 제2 분리합성부(30)에 의해 수평 편광 성분만 통과되어 입사된 광은 기록 매체(50)에 반사되어 다시 상기 제2 분리합성부(30)로 입사될 때 수직 편광 성분을 가지게 된다. 그러므로 상기 수직 편광 성분의 반사광은 상기 제2 분리합성부(30)에 반사되고, 상기 반사된 광은 제2 광 검출부(70)로 입사하게 된다.
한편, 본 발명의 근접장 기록 재생 장치에서 렌즈부(40)의 개구수(Numeric Aperture, NA)는 1 보다 크기 때문에 상기 렌즈부(40)를 통하여 조사되고 반사되는 과정에서 광의 편광 방향에 왜곡이 생긴다. 즉, 상기 제2 분리합성부(30)로 입사되는 반사광의 일부는 편광 방향의 왜곡에 의하여 수평 편광 성분을 가지며, 상기 제2 분리합성부(30)를 통과하게 된다. 상기 통과된 반사광은 제1 분리합성부(20)로 입사한다. 그리고 상기 제1 분리합성부(20)는 입사된 광의 일부를 통과시키고 일부를 반사시킨다. 상기 제1 분리합성부(20)에서 반사된 광은 제1 광 검출부(60)로 입사하게 된다.
상기 제1 광 검출부(60)와 제2 광 검출부(70)는 수광된 반사광의 광량에 상응하는 전기적인 신호를 출력한다. 그리고 신호 생성부(2)는 상기 광 검출부(60,70)에서 출력된 전기적인 신호를 이용하여 갭 에러 신호(GE), 트랙킹 에러 신호(TE) 또는 알 에프(RF) 신호 등을 생성한다.
상기 신호 생성부(2)에서 생성되는 신호를 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 상기 제1 광 검출부(60) 및 상기 제2 광 검출부(70)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각 2개의 광 검출 소자로 구성된 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 제1 광 검출부(60)를 구성하는 2개의 광 검출 소자는 각각 수광된 광량에 상응하는 전기적 신호 A, B를 출력한다. 그리고 상기 제2 광 검출부(70)를 구성하는 2개의 광 검출 소자는 각각 수광된 광량에 상응하는 전기적 신호 C, D를 출력한다.
신호 생성부(2)는 상기 제1 광 검출부(60)에서 출력된 A, B 신호를 이용하여 렌즈와 기록 매체(50)의 간격을 제어하기 위한 갭 에러 신호(Gap Error signal, GE)를 생성할 수 있다. 상기 갭 에러 신호(GE)는 상기 제1 광 검출부(60)를 구성하는 광 검출 소자에서 출력되는 신호를 모두 가산하여 생성될 수 있다. 이와 같이 생성되는 갭 에러 신호(GE)를 식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112007009107378-PAT00002
여기서 상기 갭 에러 신호(GE)는 광량에 상응하는 전기적인 신호들의 총합에 해당하므로, 상기 제1 광 검출부(60)에 수광된 반사광의 광량에 비례하게 된다.
그리고 상기 신호 생성부(2)는 상기 제2 광 검출부(70)에서 출력된 C, D 신호를 이용하여 기록 재생을 수행하기 위한 알 에프 신호(RF) 또는 트랙킹 제어를 위한 트랙킹 에러 신호(TE)를 생성할 수 있다. 상기 알 에프 신호(RF)는 상기 제2 광 검출부(70)를 구성하는 광 검출 소자에서 출력되는 신호를 모두 가산하여 RF=C+D와 같이 생성할 수 있다. 또한, 상기 트랙킹 에러 신호(TE)는 상기 광 검출 소자에서 출력되는 신호의 차 신호로 TE=C-D와 같이 생성될 수 있다.
상기 갭 에러 신호(GE)는 도 8에 도시된 바와 같이, 근접장 내에서는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)이 커짐에 따라 지수 함수적으로 증가하고, 근접장을 벗어난 원격장에서는 일정한 크기를 가진다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 임계각 이상으로 입사한 광은 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)이 근접장을 벗어나면 즉, 상술한 근접장의 한계(즉, 근접장과 원격장의 경계)인 λ/4 이상이 되면 기록 매체(50)의 표면에서 전반사한다. 반면에 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)이 λ/4보다 작아 근접장을 형성하면, 상기 렌즈 부(40)와 기록 매체(50)가 서로 접촉하지 않아도 상기 임계각 이상으로 입사한 광의 일부가 기록 매체(50)를 투과하여 기록층에 도달하게 된다. 그러므로 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)이 가까울수록 기록 매체(50)를 투과하는 광량은 많아지고, 상대적으로 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하는 광량은 줄어든다. 그리고 간격(d)이 멀어질수록 기록 매체(50)를 투과하는 광량은 줄어들고, 상대적으로 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하는 광량은 증가한다. 그러므로 도 8에 도시된 바와 같은 관계를 가지게 된다. 이에 따라 상기 반사광의 세기에 비례하는 갭 에러 신호(GE)의 세기도 도 5에 도시된 바와 같이 근접장 내에서는 상기 간격(d)이 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하고, 근접장을 벗어나면 일정한 값(최대값)을 가진다. 이와 같은 원리를 바탕으로, 갭 에러 신호(GE)는 근접장 내에서 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)을 일정하게 유지하면 일정한 값을 가지게 된다. 즉, 상기 갭 에러 신호(GE)가 일정한 값을 가지도록 피드백 제어함으로써 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(d)을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 갭 에러 신호(GE)를 이용하여 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지하도록 제어하는 방법을 도 9를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
반사광의 신호를 검출하기에 적합한 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격 x을 설정한다(S10). 그리고 상기 설정된 간격 x에서 검출되는 갭 에러 신호(GE) y를 검출한다(S11). 상기 검출된 갭 에러 신호(GE) y를 저장한다(12). 여기서 상기 y는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 충돌 우려가 높지 않도록 근접장 한계(λ/4)의 10~20%보다 큰 값으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 y는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)가 멀어져 근접장을 벗어날 우려가 높지 않도록 근접장 한계(λ/4)의 80~90% 보다 작은 값으로 설정할 수 있다. 상기와 같은 과정은 기록 매체(50)에 데이터를 기록/재생하는 과정 이전에 수행될 수 있다.
회전하는 기록 매체(50)에 데이터가 기록/재생되는 과정에서, 기록 매체(50)의 트랙에 조사된 광은 반사되어 제1 광 검출부(60)에 수광된다. 그리고 신호 생성부(80)는 상기 제1 광 검출부(60)에서 출력되는 신호를 이용하여 갭 에러 신호(GE)를 생성한다. 이때, 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하는지 여부를 판단한다(S13). 여기서 상기 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하면, 설정된 간격을 유지하는 것이므로 그 상태로 계속 기록/재생 과정을 수행한다(S14). 반면에 검출되는 갭 에러 신호(GE) y1이 상기 저장된 갭 에러 신호(GE) y에 해당하지 않으면, 간격에 변화가 생긴 것으로 렌즈부(40)를 구동함으로써 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 조정할 수 있다. 이와 같이 기록/재생 과정에서 검출되는 갭 에러 신호(GE)를 이용하여 렌즈부(40)를 피드백 제어함으로써 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 기록 재생 장치의 다른 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 두 개의 렌즈부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 즉, 근접장 형성 렌즈를 이용하는 근접장 기록 재생 장치와 종래의 기록 재생 장치의 호환성을 확보하기 위하여 종래의 렌즈를 함께 구비한다. 본 실시예에서는 블루 레이 디스크와 호환성을 확보하기 위하여, 블루 레이 디스크의 렌즈를 함께 구비한 경우를 예로 들어 설명하나 본 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 이하에서는 상기의 실시예에서와 중복되는 부분을 제외하고 차이점이 있는 부분만 서술한다.
본 발명의 광학계는 제1 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)를 포함하는 제1 렌즈부와 제2 대물 렌즈(43)를 포함하는 제2 렌즈부를 포함한다. 여기서 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부의 위치 관계가 문제된다.
상기 제1 렌즈부의 중심인 C1과 제2 렌즈부의 중심인 C2 사이의 거리(이하 '중심 거리'라고 한다)는 각 렌즈부의 반경의 합 보다는 커야한다. 예를 들면 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 중심 거리의 최소 크기는 제1 대물 렌즈(40)의 반경과 제2 대물 렌즈(43)의 반경의 합이 된다. 한편, 상기 중심 거리가 크면, 어느 하나의 렌즈부(예를 들면, 제1 렌즈부)를 이용하여 데이터를 기록하거나 재생하는 과정에서 틸트 또는 면진 등에 의해 다른 하나의 렌즈부(제2 렌즈부)가 기록 매체(50)와 충돌할 우려가 있다. 그러므로 상기 중심 거리는 최대 각 렌즈부의 반경의 합 보다 2mm 큰 값으로 한정할 수 있다.
한편, 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부는 기록 매체(50)와 서로 다른 간격을 가지도록 한다. 예를 들어, 제1 렌즈부를 이용하여 데이터를 기록하면, 도 11에 도시된 바와 같이 근접장 형성 렌즈(42)는 기록 매체(50)와 수십 나노 미터의 간격을 유지한다. 이때, 제2 렌즈부가 제1 렌즈부와 동일한 높이에 있으면 상기 제2 렌즈부는 작은 면진에도 기록 매체(50)와 충돌하게 된다. 그러므로 상기 제2 렌즈부는 상기 제1 렌즈부보다 기록 매체(50)의 간격이 넓어야 한다. 여기서 제1 렌즈부와 제2 렌즈부의 높이 차이(도 11에서 'H'로 도시)가 생긴다. 상기 H는 후술할 도 12b에 도시된 바와 같이 면진을 고려할 때, 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부의 중심 거리에 해당하는 면진 범위(H)를 얻을 수 있으며, 이 값을 고려하여 설정한다. 본 실시예에 있어서, 상기 중심 거리가 2mm인 경우 후술할 물리적 틸트 한계각(α)을 0.085°내지 0.115°의 범위로 제한하면(약술하여 0.1°라고 본다), 상기 면진이 가장 심한 변곡점에서 상기 0.1°의 범위에 해당하는 상기 높이 차이(H)는 0.035mm가 된다. 그러므로 도 10의 제2 대물 렌즈(43)는 근접장 형성 렌즈(42)보다 최소한 0.035mm 이상 기록 매체(50)에서 이격되도록 한다. 다만, 상기 제2 대물 렌즈(43)와 기록 매체(50)의 간격은 상기 제2 대물 렌즈(43)의 초점 거리를 넘지 않는다.
상기와 같이 제1 렌즈부와 제2 렌즈부를 필요에 따라 각각 이용하기 위하여, 본 발명의 기록 재생 장치에서 광학계는 상기 제1 렌즈부로 향하는 광과 상기 제2 렌즈부로 향하는 광을 분리하는 별도의 분리합성부(미도시)를 더 구비한다.
본 발명의 기록 재생 장치는 상술한 바와 같이 기록 매체(50)와 렌즈부(40)의 간격이 근접장을 형성하도록 매우 근접하여 위치한다. 그러므로 기록 재생 과정 또는 그 이외에 기록 재생 장치의 이용시 기록 매체(50)나 렌즈부(40)의 기울어짐 현상(이하 '틸트(tilt)'라 한다)을 제어하지 않으면 서로 충돌이 발생할 우려가 높다. 그러므로 본 발명은 기록 재생 장치에 구비된 렌즈부(40) 또는 기록 매체(50)의 기울기를 물리적인 측면과 광학적인 측면에서 제어하는 방법을 개시한다. 여기서, 본 발명의 틸트 제어 방법은 상기 기록 재생 장치의 어느 한 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 틸트 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면 기록 매체(50)와 렌즈부(40) 상호간의 틸트는 물리적 틸트 한계각을 검출하여, 상기 물리적 틸트 한계각을 벗어나지 않도록 제어할 수 있다. 구체적으로 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한다.
도 11a는 본 발명의 기록 재생 장치에 구비된 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)를 포함하는 렌즈부(40)와 기록 매체(50)를 함께 도시한다. 이때 상술한 바와 같이 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50)는 수십 나노 미터 수준의 근접한 간격을 유지한다. 도 11b는 상기 도 11a에서 점선으로 표시된 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 말단에서 밑면의 반지름을 r이라 하고, 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50)의 간격을 d라고 한다. 여기서 상기 렌즈부가 기록 매체에 접할 때까지 최대한 기울어질 수 있는 물리적인 범위의 한계각을 물리적 틸트 한계각(α)이라 하면, 상기 물리적 틸트 한계각(α)은 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112007009107378-PAT00003
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 구체적인 실시예를 들어 설명한다. 본 발명에서 상기 r의 값이 크면 물리적 틸트 한계각(α)이 감소하게 된다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 반구형의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하는 실시예에 있어서, 상기 반구의 반지름이 1mm라고 하면 상기 물리적 틸트 한계각(α)은 매우 작은 값을 가지게 되어 기록 재생 장치를 제어하는데 어려움이 있을 수 있다. 그러므로 바람직하게는 도 7a에 도시된 바와 같이 기록 매체(50)와 접하는 면적을 최소화하는 근접장 형성 렌즈(42)를 하용할 수 있으며, 이를 통하여 상기 물리적 틸트 한계각(α)을 크게 할 수 있다. 그러므로 본 실시예에서는 상기 도 7a에 도시된 바와 같은 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 여기서 상기 도 7a에 도시된 밑면(42b)의 반경이 너무 작으면 기록 매체(50)의 기록층에 광을 조사하는데 어려움이 생긴다. 그러므로 본 발명의 기록 재생 장치에서 근접장 형성 렌즈(42)의 밑면의 반경(r)은 30㎛ 내지 40㎛를 이용한다. 다만, 본 실시예와 동일한 효과를 가지는 것이라면 본 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 여기서, 상기 d는 근접장의 한계 범위 내에서도 반사광이 형성하는 신호를 가장 잘 관찰할 수 있도록 30nm로 설정할 수 있다. 상기 수학식 2를 이용하여 계산하면, 물리적 틸트 한계각(α)은 r=30㎛일 때 0.115°이고, r=40㎛일 때 0.085°이다. 그러므로 본 실시예에서 물리적 틸트 한계각(α)을 이용하여 기록 매체를 제어할 경우, 상기의 각각의 예에서 0.115°또는 0.085°의 범위를 벗어나지 않도록 렌즈부(40) 또는 기록 매체(50)를 제어하게 된다. 이때, 픽업의 액츄에이터를 이용하여 상기 렌즈부(40)의 틸트 범위를 제한할 수 있으며, 기타 동일한 효과를 갖추기 위한 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 발명에 따르면 기록 매체(50)와 렌즈부(40) 상호간의 틸트는 광학적인 한계 입사각을 검출하여, 상기 광학적 한계 입사각을 벗어나지 않도록 제어할 수 있다. 구체적으로는 코마 수차를 이용하여 광의 입사각을 판단하는 경우를 예로 들 수 있다. 기록 매체와 광축이 수직하지 않을 때 상기 코마 수차가 발생하며, 광 학적으로 코마 수차는 0.07λ의 범위를 벗어나지 않아야 신호의 기록 또는 재생이 가능하다. 그러므로 렌즈의 유효 개구수와 기록 매체의 굴절률 및 광의 입사각을 이용하여 계산되는 코마 수차의 범위가 0.07λ의 범위를 넘지 않도록 함으로써 상기 광의 입사각의 허용 범위를 계산할 수 있다. 본 발명의 실시예에서와 같이 렌즈부(40)의 유효 개구수(NA)가 1.6이고 보호층의 굴절률이 1.7(n)인 경우 코마 수차가 0.07λ로 제한되려면 약 0.6°이하의 오차를 가지고 광이 입사하여야 한다. 또한 유효 개구수(NA)가 1.85이고 보호층의 굴절률(n)이 1.95인 경우 코마 수차가 0.07λ로 제한되려면 약 0.4°이하의 오차를 가지고 광이 입사하여야 한다. 그러므로 기록 재생 장치는 각각의 경우에 입사광이 상기 0.6°또는 0.4°의 광학적 한계 입사각(β)을 벗어나지 않도록 렌즈부(40)를 제어한다.
한편, 본 발명의 제어 방법에 따르면 상기 물리적 틸트 한계각(α)과 광학적 한계 입사각(β)을 비교하여, 어느 하나에 의해서만 상기 렌즈부(40)를 제어하도록 할 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에 있어서 상기 0.115°또는 0.085°의 물리적 틸트 한계각(α)은 0.6°또는 0.4°의 광학적 한계 입사각(β)에 비하여 매우 작은값을 가진다. 그러므로 물리적 틸트 한계각(α) 만을 제어하면 상기 광학적 한계 입사각(β)의 범위는 충족될 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 물리적 틸트 한계각(α) 만으로 틸트를 제어하도록 구성할 수 있다.
또한, 이때 렌즈부(40)의 틸트 제어와 함께 기록 매체(50)의 면진에 대한 제어를 수행한다. 여기서 면진은 기록 매체(50)의 회전에 따른 미세한 기록 매체(50)의 상하 운동을 의미한다. 예를 들어 도 12a에 도시된 바와 같이, 기록 매체(50)는 회전하면서 상하 방향으로 면진동한다. 상기 회전하는 기록 매체(50)의 면진은 기록 매체(50)의 원주를 따라 가장 크게 일어나며, 도 12b에 도시된 바와 같은 주기를 가진다. 여기서 기록 매체(50)의 반지름을 R이라고 할 때 전체의 길이(l)는 2πR에 해당한다. 상기 반지름(R)이 6cm일 때, 극대점과 극소점의 간격을 측정하면 그 변화의 최대값(M)은 0.1mm에 해당한다. 그러므로 본 실시예에 있어서 제어부(3)는 상기 기록 매체(50)의 면진 범위를 0.1mm로 제한할 수 있다.
본 발명에 이용되는 기록 매체(50)는 상술한 바와 같이 상기 렌즈부(40)의 높은 유효 개구수(NA)와 높은 기록 매체(50)의 기판 또는 보호층의 굴절률에 의해 높은 구면 수차(Spherical Aberration, SA)를 가진다. 여기서 구면 수차는 한 점에서 반사되거나 굴절된 빛이 곡률 때문에 다시 한 점에 모이지 않는 현상을 말하는 것으로, 상기 구면 수차를 보상하지 않으면 기록 매체(50)의 정확한 위치에 데이터를 기록하거나 재생할 수 없다.
여기서 상기 구면 수차(SA)는 다음의 수학식 3과 같이 계산한다.
Figure 112007009107378-PAT00004
여기서, n은 기록 매체(50)의 기판 또는 보호층이 있는 경우 보호층의 굴절률을 의미한다. 또한, λ는 사용한 광의 파장이고, d는 거리 오차이며, NA는 렌즈부(40)의 유효 개구수이다. 도 13은 본 실시예에 있어서 기록 매체(50)의 기판 또 는 보호층의 굴절률이 1.7인 경우를 예로 들어 구면 수차를 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 유효 개구수(NA)가 1.5일 때 구면 수차는 1㎛ 당 30mλ가 발생하며, 이와 같은 구면 수차를 보상하지 않으면 데이터의 기록 또는 재생이 불가능하다. 그러므로 본 발명의 기록 매체(50)에서, 상기 기록 매체(50)에 관한 정보를 얻기 위하여 가장 우선적으로 기록 재생 장치가 엑세스하는 제1 기록층(L0)은 구면 수차의 변화를 피하기 위하여 일정한 위치에 고정되어 마련된다. 보호층을 구비한 기록 매체(50)의 경우를 예로 들어 설명한다. 도 14a에 도시된 바와 같이 보호층(51)을 구비한 기록 매체(50)에서 일정 거리 이격되어 고정된 위치에 제1 기록층(L0)이 마련된다. 상기 제1 기록층(L0)의 위치는 도 14a에 도시된 단일 기록층을 가지는 기록 매체(Single Layer medium)이나 도 14b에 도시된 복수 기록층을 가지는 기록 매체(Multi Layer medium) 모두 동일하다. 여기서 상기 기록 매체(50)에 구비되는 보호층(51)은 그 두께가 문제된다. 보호층(51)이 두꺼워지면 기록층(L0)에 광을 조사하기 위하여 도 11b에 도시된 근접장 형성 렌즈(42) 말단의 반지름(r)이 커져야한다. 그러나 r이 커지면, 상술한 물리적 틸트 한계각(α)이 감소한다. 한편, 상기 보호층(51)의 두께가 너무 얇으면 기록층의 보호를 위한 역할이 어려워진다. 그러므로 상기 물리적 틸트 한계각(α)을 고려하여 보호층의 두께를 적절하게 선정하여야 한다. 본 실시예에서와 같이 NA가 1.6 내지 1.85이고, 기록 매체 보호층의 굴절률이 1.7 내지 2.0의 값을 가질 때, 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 말단의 반지름(r)이 30㎛ 내지 40㎛가 되려면 5㎛ 정도의 기판 또는 보호층을 설정한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 광 픽업, 기록 재생 장치, 제어 방법 및 기록 매체에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 근접장을 이용하여 기록 재생하는데 효율적인 렌즈를 제공하는 장점이 있다.
또한, 근접장을 이용함과 동시에 종래의 기록 매체를 이용할 수 있는 광 픽업과 기록 재생 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 근접장을 이용하여 기록하거나 재생할 때 효율적으로 틸트나 면진을 제어하는 방법과 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 근접장에 이용되는 기록 매체를 제공하는 장점이 있다.

Claims (28)

  1. 제1 대물 렌즈와 고굴절률 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부와;
    제2 대물 렌즈를 포함하는 제2 렌즈부;
    상기 제1 또는 제2 렌즈부를 통과하는 광의 경로를 분리 또는 합성하는 분리합성부;를 포함하는 광 픽업.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 픽업은,
    상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 높이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  3. 제2항에 있어서, 상기 높이의 차이는,
    기록 재생시 틸트 한계각 또는 면진 범위를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 광 픽업.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈부와 기록 매체의 거리는 상기 제2 렌즈부의 초점 거리를 넘어서지 않는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 픽업은,
    상기 제1 렌즈부의 중심축과 상기 제2 렌즈부의 중심축 사이의 중심 거리가 최소값은 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 반경의 합임을 특징으로 하는 광 픽업.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중심 거리는,
    그 최대값이 상기 최소값 보다 2mm 큰 값임을 특징으로 하는 광 픽업.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률 렌즈는,
    최소 2의 굴절률을 가짐을 특징으로 하는 광 픽업.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부의 유효 개구수는 1.45 내지 1.85인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학계의 유효 개구수는 기록 매체의 기판 또는 보호층의 굴절률 보다 작은 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률 렌즈는 구면 수차를 가지며, 상기 제1 대물 렌즈가 상기 고굴 절률 렌즈의 구면 수차를 보상함을 특징으로 하는 광 픽업.
  11. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률 렌즈는,
    원추형임을 특징으로 하는 광 픽업.
  12. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률 렌즈는,
    상기 제1 대물 렌즈와 대면하는 측은 반구형이고, 상기 기록 매체와 대면하는 타측은 원뿔대의 형상인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 원뿔대의 말단면의 직경은 30㎛ 내지 40㎛임을 특징으로 하는 광 픽업.
  14. 제1 대물 렌즈와 고굴절률 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부와;
    제2 대물 렌즈를 포함하는 제2 렌즈부;
    상기 제1 또는 제2 렌즈부를 통과하는 광의 경로를 분리 또는 합성하는 분리합성부;
    상기 제1 렌즈부에서 조사된 광을 이용하여 상기 제1 렌즈부와 기록 매체의 간격에 상응하는 제어 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
    상기 제어 신호를 이용하여 상기 제1 렌즈부와 기록 매체의 간격을 소정의 범위로 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 신호 생성부는,
    상기 고굴절률 렌즈에 전반사되는 광의 세기에 상응하는 상기 제어 신호를 생성함을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어 신호가 소정의 값을 유지하도록 제어함을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 고굴절률 렌즈의 기울기를 0.1°의 범위 내로 제어함을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기록 매체의 면진을 최대 0.1mm로 제한함을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  19. (a)소정 간격 이격된 렌즈와 기록 매체의 물리적 틸트 한계각을 검출하는 단계와;
    (b)상기 렌즈에 입사되는 광의 광학적 한계 입사각을 검출하는 단계와;
    (c)상기 (a), (b) 단계에서 검출된 물리적 틸트 한계각과 광학적 한계 입사각을 비교하여, 작은 크기의 각을 기준으로 상기 렌즈 또는 기록 매체의 기울어짐을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    다음과 같이 물리적 틸트 한계각을 검출하며, 여기서 d는 상기 렌즈와 기록 매체의 이격 간격이고 r은 상기 기록 매체와 대면하는 렌즈의 단면 반경인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
    Figure 112007009107378-PAT00005
  21. 제20항에 있어서, 상기 제어 방법은,
    상기 검출된 물리적 틸트 한계각을 이용하여 렌즈의 기울어짐을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제어 방법은,
    상기 렌즈의 중심축과 기록 매체가 이루는 각을 0.085°내지 0.115°의 범위로 제한함을 특징으로 하는 제어 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    코마 수차를 이용하여 상기 광학적 한계 입사각을 검출하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 제어 방법은,
    상기 기록 매체의 면진 범위를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 기록 매체의 면진 범위는 0.1mm로 제한됨을 특징으로 하는 제어 방법.
  26. 제14항의 기록 재생 장치에 이용되는 기록 매체로서,
    적어도 하나의 기록층을 구비하되, 제1 기록층의 위치가 고정됨을 특징으로 하는 기록 매체.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기록 매체는,
    보호층을 구비하고, 상기 보호층의 두께는 물리적 틸트 한계각을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 기록 매체.
  28. 제27항에 있어서, 상기 보호층은,
    그 두께가 5㎛임을 특징으로 하는 기록 매체.
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