KR20080083464A - 광 픽업과 기록 재생 장치 및 기록 재생 방법 - Google Patents

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신윤섭
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Abstract

본 발명은 광 픽업과 기록 재생 장치 및 그 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 다층의 기록 매체에 이용되는 광 픽업과 기록 재생 장치 및 이를 이용한 기록 재생 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 구비한 렌즈부를 포함하고, 상기 렌즈의 이동에 무관하게 기록 매체에 광이 포커싱되는 위치를 가변시키는 포커스 조절부를 구비한다. 이를 통하여 렌즈의 이동에 관계없이 다층의 기록 매체에 데이터를 기록하거나 재생할 수 있다.
근접장, 광 픽업, 포커스 조절부, 대물 렌즈, 근접장 형성 렌즈, 수차 보상

Description

광 픽업과 기록 재생 장치 및 기록 재생 방법{Optical pickup, recording/playback apparatus and method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 다층 기록 매체에서의 포커싱 위치 변화를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 기록 재생 장치에 구비되는 광 픽업의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 구성하는 광 픽업의 렌즈부를 기록 매체와 함께 도시한 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 포커스 조절부에 의한 광 경로 변화를 대물 렌즈와 함께 도시한 개략도이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 포커스 조절부의 구체적 실시예를 도시한 개략도이다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 포커스 조절부의 일 실시예에 있어서 광 경로 변화를 도시한 개략도이다.
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 근접장 형성 렌즈를 제작하기 위한 구형 렌즈를 도시한 측면도이다.
도 11은 근접장 형성 렌즈의 두께(d) 변화에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관 관계도이다.
도 13의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 기록 재생 장치를 구성하는 근접장 형성 렌즈의 구체적인 실시예를 도시한 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 근접장 형성 렌즈의 다른 구체적인 실시예를 도시한 사시도 및 측면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈부와 기록 매체를 함께 도시한 개략도 및 점선 부분을 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 15는 근접장 형성 렌즈와 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상하는 대물 렌즈를 포함하는 렌즈부를 예를 들어 도시한 개략 단면도이다.
도 16은 대물 렌즈와 근접장 형성 렌즈의 간격 변화에 따른 RMS 구면 수차의 변화를 도시한 상관 관계도이다.
도 17은 콜리메이터에 의한 광 경로 변환을 도시한 개략도이다.
*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 15: 콜리메이트
20,30: 분리합성부 35: 포커스 조절부
36: 제1 포커스 렌즈 37: 제2 포커스 렌즈
40: 렌즈부 41: 대물 렌즈
42: 근접장 형성 렌즈 50: 기록 매체
100: 마이콤 111: 인터페이스
본 발명은 광 픽업과 기록 재생 장치 및 그 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 다층의 기록 매체에 이용되는 광 픽업과 기록 재생 장치 및 이를 이용한 기록 재생 방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 기록층(L0)과 제2 기록층(L1)의 기록층을 구비한 기록 매체(501)에 데이터를 기록 재생하기 위해서는 광이 기록 매체에 포커싱되는 위치(즉, 광이 조사되어 한 점에 수렴하는 초점의 위치에 해당한다)를 조절할 필요가 있다. 일반적으로 포커싱되는 위치의 변경은 대물 렌즈(500)의 이동으로 조절할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(500)를 광축(C)을 따라 화 살표 방향으로 이동시킴에 따라서 기록 매체(501)에 포커싱되는 광의 위치는 제1 기록층(L0)에서 제2 기록층(L1)으로 이동할 수 있다.
일반적으로 기록 재생 장치는 상기와 같이 대물 렌즈(500)를 이동시켜 기록 매체(501)에 포커싱되는 위치를 조절할 수 있다. 그러나 동영상 압축 기술이 발달하고 고화질의 동영상 처리가 필요해짐에 따라 고밀도의 기록 매체가 요구되면서 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. 그리고 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에 있어서는 대물 렌즈의 이동이 제한되므로 이에 대한 대안이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 렌즈의 이동에 관계없이 기록 매체에 포커싱되는 위치를 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 렌즈로 입사하는 광의 방향을 변환하는 장치와 이를 이용하는 기록 재생 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다층의 기록층을 가지는 기록 매체에 사용될 수 있는 근접장 기록 재생 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 광 픽업은 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보 상하는 제2 렌즈를 구비한 렌즈부와 상기 렌즈부를 통해 기록 매체에 조사되는 광이 상기 기록 매체에서 포커싱되는 위치를 변화시키는 포커스 조절부를 포함한다. 여기서 상기 포커스 조절부는 상기 광의 경로를 변환시켜 상기 기록 매체에 포커싱되는 위치를 가변시킨다. 상기 포커스 조절부는 예를 들면 적어도 두 개의 렌즈를 포함하여 상기 광의 경로를 변환시킬 수 있다. 즉, 입사한 광을 발산 또는 수렴시킴으로써 상기 광의 경로를 변환시킬 수 있다.
본 발명의 기록 재생 장치는 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 구비한 렌즈부와 상기 렌즈부를 통해 기록 매체에 조사되는 광이 상기 기록 매체에서 포커싱되는 위치를 변화시키는 포커스 조절부 상기 기록 매체에 반사된 광을 수광하여 반사광에 상응하는 신호를 생성하는 신호 생성부 및 상기 신호 생성부에서 생성된 신호에 상응하여 상기 렌즈부와 상기 포커스 조절부를 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서 상기 제어부는 상기 포커스 조절부를 이동시켜 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 이에 따라 상기 포커스 조절부는 입사한 광을 발산 또는 수렴시키거나, 평행하게 입사한 광의 입사광 직경을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 기록 재생 방법은 적어도 두 개의 기록층을 가지는 기록 매체에 데이터를 기록하거나 재생하는 방법에 있어서, (a)광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 포함하는 렌즈부와 상기 기록 매체의 간격을 제어하면서 어느 하나의 기록층에 데이터를 기록하거나 재생하는 단계와 (b)포커스 조절부를 조절하여 다른 기록층으로 이동하여, 이동한 기록층 에 데이터를 기록하거나 재생하는 단계를 포함한다. 여기서 (a)단계는 상기 기록 매체에 반사된 광이 생성하는 신호를 이용하여, 상기 렌즈부와 기록 매체의 간격을 제어할 수 있다. 상기 (b)단계는 상기 포커스 조절부를 조절함으로써 광의 경로를 변환시킬 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광 픽업, 기록 재생 장치 및 기록 재생 방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 "기록 매체"라 함은, 데이터가 기록되어 있거나 기록하는 것이 가능한 모든 매체를 의미하며, 구체적으로는 광 디스크를 예로 들 수 있다. 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 광 픽업과 이를 구비한 기록 재생 장치 및 광 픽업의 렌즈 제작 방법의 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 기록 재생 장치를 다른 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2의 광 픽업(P/U, 1)은 광을 기록 매체에 조사하고, 상기 기록 매체에 반사된 광을 수광하여 신호를 생성하는 부분이다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 상기 광 픽업(1)에 포함되는 광학계(미도시)의 구성을 우선적으로 살펴보고, 다른 구성 요소를 순차적으로 설명하고자 한다.
도 3은 광 픽업(1)에 포함되는 광학계의 구체적인 일 실시예를 기록 매체와 함께 개략적으로 도시하고 있다. 예를 들면, 광학계는 광원(10), 분리합성부(20,30), 포커스 조절부(35), 렌즈부(40) 및 광 검출부(60,70)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 광의 분리가 필요한지 여부에 따라 적어도 하나의 분리합성부 및 광 검출부를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 제1 분리합성부(20), 제2 분리합성부(30)와 상기 분리합성부에 의해 분리되는 각각의 광을 수광하는 제1 광 검출부(60), 제2 광 검출부(70)를 구비하는 경우를 구체적으로 설명한다.
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 상 기 광원에서 방출된 광의 경로 상에 광의 경로를 평행하게 하는 콜리메이트(15)와 같은 렌즈를 포함하도록 구성할 수 있다. 즉, 점광원에서 발산된 광의 경로상에 상기 콜리메이트(15)를 구비함으로써 광의 경로를 변환하여 평행광으로 형성할 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, NBS)이다. 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 반사시키도록 구성할 수 있다. 또는 반대로 수평 방향의 편광 성분만을 통과시키고 수직 방향의 편광 성분은 반사시키도록 구성할 수도 있다.
포커스 조절부(35)는 기록 매체(50)에 포커싱되는 광의 위치를 가변시키는 부분이다. 구체적으로 예를 들면, 후술할 렌즈부(40)로 입사하는 광의 경로를 변환시킴으로써 기록 매체(50)에 광이 포커싱되는 위치를 변화시키는 부분이다. 일반적으로 다층의 기록 매체를 이용할 때 광이 포커싱되는 위치는 대물 렌즈를 이용하여 조절할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 대물 렌즈(41)를 이동시켜 포커싱되는 위치를 제어하는데 어려움이 있기 때문에 별도의 포커스 조절부(35)를 구비한다. 그러므로 우선적으로 렌즈부(40)의 구성 및 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 위치 관계를 설명하고 이를 바탕으로 상기 포커스 조절부(35)의 구성과 그 기능을 설명하고자 한다.
이하에서는 우선 렌즈부(40)의 구성 및 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 위치 관계를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
렌즈부(40)는 상기 광원(10)에서 방출된 광을 기록 매체(50)에 조사하고, 상기 기록 매체(50)에 반사된 광을 다시 수광하는 부분이다. 본 발명의 실시예를 구성하는 렌즈부(40)는 적어도 두 개의 렌즈를 포함한다. 즉, 대물 렌즈(41) 이외에 굴절률이 높은 렌즈를 더 구비함으로써 개구수를 높이고 이를 통해 소산파(Evanescent wave)를 형성할 수 있도록 한다. 구체적인 예를 들면 도 4에 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. 본 발명에 있어서, 상기 렌즈부(40)에 구비되는 대물 렌즈(41)와 고굴절률의 렌즈(42)는 다양한 변형이 가능한바 도면을 참조하여 구체적으로 후술한다. 그리고 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 상기 고굴절률의 렌즈(42)를 이하 '근접장 형성 렌즈'라고 한다.
근접장을 이용하는 기록 재생 장치에 있어서, 상기 렌즈부(40)를 포함하는 광 픽업(1)의 광학계는 기록 매체(50)와 매우 근접하여 위치할 것을 요한다. 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 근접장 형성 렌즈(42)와 기록 매체(50) 사이의 간격(g1으로 표시된 간격)은 나노 미터 수준의 간격으로 유지되어야 한다. 구체적 으로 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. 이를 통하여 회절 한계 이하의 광으로 고밀도의 비트 정보를 저장할 수 있게 된다. 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 표면 또는 근접장 형성 렌즈(42)의 표면에서 전반사된다. 이 경우 소산파를 형성하지 못하므로 근접장에 의한 기록 재생을 할 수 없게 된다.
그러므로 일반적으로 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에서 상기 렌즈부(40)는 기록 매채(50)와의 간격이 대략 λ/4을 넘지 않도록 제어된다. 여기서 상기 λ/4가 근접장의 한계가 된다. 즉, 근접장을 이용하기 위해서는 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)가 나노 미터 수준의 간격을 유지해야 한다. 본 실시예에서는 상기 나노 미터 수준의 간격을 유지하는 방법에 있어서, 설명의 편의를 위하여 간격 제어 신호에 따라 갭 서보 구동부를 제어하는 경우(이에 대하여는 도 8 및 도 9에 대한 설명에서 구체적으로 후술한다)를 예로 들어 구체적으로 설명하고자 한다.
또한, 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)도 일정 간격의 범위를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42) 사이의 간 격(g2로 표시된 간격)은 마이크로 미터 수준에 이르며, 상기 간격의 크기는 계산에 의해 결정되거나 실험적으로 결정될 수 있다. 대물 렌즈(41)에 입사한 광이 근접장 형성 렌즈(42)로 입사하여 이용되기 위해서는 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 간격이 중요하게 된다. 이를 위하여 상기 구체적 상기 g2는 100㎛ 내외의 범위에 해당하는 값을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 근접장 형성 렌즈(42)는 기록 매체(50)와 나노 미터 수준의 간격을 유지해야 하고, 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42) 역시 마이크로 미터 수준의 간격을 벗어날 수 없다. 마이크로 미터 수준의 간격에서 대물 렌즈(41)를 이동시킴으로써 광이 기록 매체(50)에 포커싱되는 위치를 가변시키려면, 간격의 1/10~1/00까지도 제어할 수 있어야 한다. 그러므로 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42) 사이의 정렬 관계를 유지하면서 상기 대물 렌즈(41)를 이동시켜 포커싱 위치를 가변시키는 것은 현실적으로 매우 어렵게 된다. 그러므로 상기 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 위치를 고정시킨 상태에서 포커싱 위치를 변화시킬 수 있는 다른 방법이 필요하게 된다. 본 명세서에서는 포커스 조절부(35)를 구비한 경우를 예로 들어 설명한다.
포커스 조절부(35)는 적어도 하나의 기록층을 구비한 다층 기록 매체에서 상술한 바와 같이 기록 매체(50)에 포커싱되는 광의 위치를 가변시키는 부분이다. 구체적으로 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 후술할 대물 렌즈(41)에 입사하는 광의 입사각을 변화시킴으로써 초점 거리를 변화시킬 수 있다. 도 5의 실선은 대물 렌즈(41)에 평행으로 입사한 광의 경로를 도시하고 있다. 평행하게 입사한 광은 f1 의 위치에 포커싱되는 초점 거리를 가진다. 한편, 도 5의 점선은 대물 렌즈(41)에 입사하는 광의 입사각이 변환된 경우를 도시한다. 포커스 조절부(35)를 통과한 광이 발산함으로써 점선으로 도시된 바와 같은 경로를 통하여 대물 렌즈(41)에 입사하면, 대물 렌즈(41)에서 굴절된 광은 f2의 위치에 포커싱되는 초점 거리를 가진다. 즉, 대물 렌즈(41)로 입사하는 광의 경로를 변경시킴에 따라 기록 매체(50)의 서로 다른 위치에 광이 포커싱될 수 있다. 이를 통하여 대물 렌즈(41)가 고정된 상태에서도 기록 매체(50)에 포커싱되는 위치를 가변시킬 수 있다. 그러므로 입사된 광의 방향을 그대로 유지하거나 발산 또는 수렴시키는 등의 광의 방향 조절이 필요하며, 본 실시예에서는 포커스 조절부(35)가 이와 같은 역할을 수행한다.
구체적인 포커스 조절부(35)의 실시예는 도 6에 도시된 바와 같다. 여기서 상기 포커스 조절부(35)는 입사한 광의 진행 경로를 그대로 유지하거나 발산 또는 수렴하도록 조절할 수 있는 구조를 가진다. 이에 따르는 포커스 조절부(35)는 적어도 하나의 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 구성될 수 있다.
도 6의 (a)는 두 개의 볼록 렌즈를 포함하는 경우를 예로 들어 도시한다. 그리고 (b)와 (c)는 볼록 렌즈와 오목 렌즈가 각각 하나씩 포함되는 경우를 예로 들어 도시한다. 상기의 경우는 모두 평행광을 그대로 유지할 수 있다. 이때, (b)의 경우는 입사광의 직경을 증가시키는 역할, (c)의 경우는 입사광의 직경을 감소시키는 역할을 함께 수행할 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 (a)의 경우를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
도 7은 상기 도 6(a)의 예에 따른 포커스 조절부(35)에 의한 광의 경로 변환 을 도시한다. 도 7의 (a)는 도시된 바와 같이 상기 포커스 조절부(35)를 구성하는 제1 포커스 렌즈(36)와 제2 포커스 렌즈(37)가 동일한 초점을 가지는 위치 관계인 경우를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 제1 포커스 렌즈(36)로 입사한 평행광은 초점을 통해 제2 포커스 렌즈(37)로 입사하고 출사하는 광 역시 평행광이 된다. 즉, 입사광의 방향을 그대로 유지할 수 있다. 이때, 상기 도 6의 (b) 또는 (c)와 같은 포커스 조절부(35)를 구비한 경우에는 도시된 바와 같이 평행광의 직경이 변화하게 된다.
도 7의 (b)와 (c)는 제2 포커스 렌즈(37)의 이동에 따라 제1 포커스 렌즈(36)와 제2 포커스 렌즈(37)가 서로 다른 초점을 가지는 위치 관계인 경우를 도시한다. 도시된 바와 같이 제1 포커스 렌즈(36)로 입사한 평행광은 제2 포커스 렌즈(47)를 통해 발산하는 광을 형성한다. 이와 같이 어느 하나의 렌즈(본 실시예에서는 제2 포커스 렌즈(37)가 위치 가변성을 가진다)가 이동 가능하도록 구성함으로써 발산광 또는 수렴광을 형성할 수 있다. 이에 따라 렌즈부(40)에 입사하는 광의 방향이 변환되고 기록 매체(50)에 광이 포커싱되는 위치가 변경될 수 있다. 즉, 대물 렌즈(41)의 이동과 무관하게 다층의 기록층을 구비한 기록 매체(50)의 서로 다른 기록층에 광이 포커싱되도록 제어할 수 있다.
앞의 도면으로 돌아와서 도 3의 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 2의 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 후술할 틸트 한계각(α)에 따라 렌즈부(40) 또는 기록 매체(50)의 동적 범위를 제한할 수도 있다. 또한, 상기 제어부(3)는 기록 매체(50)에 포커싱되는 위치를 가변하기 위한 구동신호를 갭 서보 구동부(4) 또는 별도로 구비되는 포커스 구동부(미도시)로 출력할 수 있다.
갭 서보 구동부(4)는 광 픽업(1) 내의 액츄에이터(미도시)를 구동시킴에 의해 광 픽업(1) 또는 광 픽업의 렌즈부(40)를 광축 방향으로 움직인다. 이를 통해 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 갭 서보 구동부(4)는 별도의 포커스 구동부가 마련되지 않을 겨우, 광 픽업(1) 내의 액츄에이터를 구동시켜 포커스 조절부(35)를 광축 방향으로 움직이도록 제어할 수 있다. 이때, 별도의 포커스 구동부가 마련된 경우에는, 상기 포커스 구동부가 제어부(3)의 구동 신호에 따라 상기 포커스 조절부(35)를 광축 방향으로 이동시킨다. 상기 갭 서보 구동부(4)는 포커스 서보의 역할을 함께 수행할 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 포커스 조절부(35)를 통과하여 렌즈부(40)로 입사한다. 여기서 상기 렌즈부(40)의 대물 렌즈(41)로 입사한 광은 근접장 형성 렌즈(42)를 통과하면서 소산파를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 임계각 이상의 각도로 상기 근접장 형성 렌즈(42)에 입사한 광은 근접장 형성 렌즈(42)의 표면이나 기록 매체(50)의 표면에서 전반사한다. 이때, 근접장 형성 렌즈(42)와 기 록 매체(50)가 나노 미터 수준의 근접한 간격을 유지하면, 근접장을 형성하면서 일부의 광은 에버네스튼 커플링 효과에 의해 반사되지 않고 기록 매체(50)로 투과된다. 이 과정에서 생성되는 소산파는 기록 매체(50)의 기록층에 도달하여 기록/재생을 수행한다. 이때, 상기 포커스 조절부(35)의 위치에 따라 두 개 이상의 기록층을 가지는 기록 매체(50)의 서로 다른 기록층에 광이 포커싱되어 기록/재생을 수행할 수 있게된다. 상기 포커스 조절부(35)는 제어부(3) 또는 마이콤(100)에 의해 제어될 수 있다.
상기 기록 매체(50)에 반사된 광은 다시 렌즈부(40)와 포커스 조절부(35)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 광 검출부는 적어도 하나의 광 검출 소자로 구성될 수 있으며 다양한 변형이 가능하나, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 광 검출부(60) 및 상기 제2 광 검출부(70)가 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 112007019878442-PAT00001
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(g)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(g)이 근접장을 벗어나면 즉, 상술한 근접장의 한계(즉, 근접장과 원격장의 경 계)인 λ/4 이상이 되면 기록 매체(50)의 표면에서 전반사한다. 반면에 상기 렌즈부(40)와 기록 매체(50)의 간격(g)이 λ/4보다 작아 근접장을 형성하면, 상기 렌즈부(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(g)이 가까울수록 기록 매체(50)를 투과하는 광량은 많아지고, 상대적으로 기록 매체(50)의 표면에서 전반사하는 광량은 줄어든다. 그리고 간격(g)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 8에 도시된 바와 같이 근접장 내에서는 상기 간격(g)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(g)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(g)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 검 출한다(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.
도 2의 제어부(3)는 상기 신호 생성부(2)에서 생성되는 신호를 이용하여 갭 서보 구동부(4), 트랙킹 서보 구동부(5), 슬래드 서보 구동부(6) 등을 제어한다. 또한, 상기 제어부(3)는 드라이브 자체적으로나 마이콤(100)의 명령에 따라 포커스 조절부(35)의 위치를 변경시킨다. 이를 위하여 상기 기록 재생 장치는 상기 포커스 조절부(35)의 구동을 위한 별도의 구동부를 더 구비할 수 있다. 또는 상기 기록 재생 장치는 갭 서보 구동부(4)를 이용하여 상기 포커스 조절부(35)를 제어할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 기록 매체(50)에 기록 재생하는 과정에서 다른 기록층으로 이동이 필요한 경우 제어부(3)는 상기 갭 서보 구동부(4) 또는 별도의 포커스 조절 구동부(미도시)에 구동 신호를 보냄으로써 포커스 조절부(35)를 제어할 수 있다. 다른 예를 들면, 마이콤(100)에 의한 기록층 이동 신호가 입력된 경우에도 제어부(3)는 상기와 같은 방법으로 포커스 조절부(35)를 제어할 수 있다.
즉, 도 7에서 설명한 바와 같이 상기 제어부(3)는 포커스 조절부(35)를 구성하는 렌즈의 어느 하나를 필요에 따라 이동시키는 구동 신호를 보낼 수 있다. 상기 렌즈의 어느 하나가 이동하면, 이동한 위치에 상응하여 대물 렌즈(41)로 입사하는 광의 방향이 변경된다. 그리고 대물 렌즈(41)로 입사하는 광의 방향이 변경되면, 도 5에 도시된 바와 같이 기록 매체(50)에 포커싱되는 광의 위치가 변경된다. 이와 같은 과정으로 대물 렌즈(41)를 고정시킨 상태로 서로 다른 기록층에 기록 또는 재생을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예를 구성하는 기록 재생 장치에 의하면, 렌즈부(40)에 포함되는 적어도 두 개의 렌즈는 서로 광학적 수차를 보상하는 관계를 가진다. 이 경우 렌즈부(40)에 포함되는 렌즈의 이동이 제한되고, 렌즈 간의 정렬이 매우 중요하게 된다. 그러므로 이와 같은 기록 재생 장치에 있어서는 상기 렌즈부(40)는 일체형으로 구비되고, 상기 렌즈부(40)와 분리된 별도의 포커스 조절부(35)가 구비될 수 있다. 이를 구체적으로 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 상기 제1 실시예와 중복되는 부분은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)가 서로 광학적 수차 보상 관계를 가지는 경우를 예로 들어 설명하고자 한다. 우선, 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명한다. 그리고 두 렌즈의 관계를 도 15 및 도 16을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)는 적어도 하나의 비구면(aspheric surface)을 포함한다. 여기서 비구면은 구면도 평면도 아닌 경우를 통칭하는 것으로, 구면의 일부를 깍아내거나 덧붙여 제작할 수 있다. 여기서 상기 비구면은 제니케 다항식(Zernike polynomial)을 이용하여 임의의 파면 수차(wavefront abberation)을 갖도록 광학계를 조성할 수 있다. 즉, 후술할 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 광학적 수차를 보상하는 광학계를 조성할 수 있다. 여기서, 상기 수차(abberation)은 광학계가 이상적인 결상에서 벗어나서 생기는 이상적인 상의 편차를 말한다. 즉, 한 점에서 나온 광이 한 점에 모이지 않아 상이 흐려지거나, 상면이 평탄하지 않고 굽거나, 상이 일그러질 때 그 상은 수차가 있다고 한다. 또한, 파면(wavefront)는 점광원에서 동시에 출발한 광이 일정 시간 후에 도달하는 면을 말한다. 그러므로 파면 수차는 이상적인 상점을 중심으로 하는 구면과 실제의 상점을 향해 수렴하는 파면의 편차를 광선에 따라 측정한 것을 말한다. 그러므로 본 발명에서 상기 파면 수차는 렌즈부(40)가 형성하는 구면 수차 및 코마 수차 등을 포함하는 넓은 개념의 광학적 수차(Optical abberation)에 해당한다.
수차를 이론적으로 다룰 때는 적당한 변수의 다항식(다항식)으로 전개하는 방식을 사용하며 전개할 때의 각항이 각기 고유의 수차에 대응한다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 제니케 다항식을 이용하여 임의의 파면 수차(wavefront abberation)을 갖도록 광학계를 조성할 수 있다. 여기서 상기 제니케 다항식을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007019878442-PAT00002
여기서 K는 코닉 계수(Conic constant)이고, R은 대물 렌즈(41)의 반경에 해당한다. 그리고 이어지는 각 항의 계수는 제니케 계수(Zernike coefficient, 또는 수차 계수라고도 한다)이다. 상기 제니케 계수는 상기 제니케 다항식으로 표현되는 수차가 어느 정도 발생하는지 그 정도록 가늠할 수 있는 수치에 해당한다. 상기 수차값의 평균을 RMS(Root Mean Squar)로 나타낼 수 있고, 여기서 상기 RMS 수치가 수차의 정도를 가늠하게 하는 중요한 척도가 된다.
광축(Optical axis)에 근접한 좁은 영역의 광 즉, 입사광의 직경(entrance pupil diameter)이 좁은 광을 이용하는 경우에는 상기의 수차가 크게 문제되지 않 는다. 그러나, 높은 개구수(Numeric Aperture, 이하 NA라고 한다)가 요구되는 근접장 기록 재생 장치에서는 광축에서 먼 넓은 영역의 광을 이용하므로 수차가 특히 문제될 수 있다. 여기서, 상기 개구수는 렌즈의 분해능을 나타내는 값이다. 본 실시예에서 상기 대물 렌즈(41)의 비구면은 후술한 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 구면 수차 등의 광학적 수차를 고려하여 형성될 수 있다.
한편, 근접장 형성 렌즈(42)의 구체적인 실시예를 도 10 내지 도 14를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 근접장 형성 렌즈의 일 실시예에 따르면, 상기 근접장 형성 렌즈(42)는 고체 합침 렌즈(Solid Immersion Lens, SIL)를 이용할 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이 구형의 렌즈(47)를 절삭하여 제작할 수 있다. 예를 들면, 도 10의 점선으로 도시된 부분을 절삭함으로써 두께가 d인 근접장 형성 렌즈(42)를 제작할 수 있다. 여기서 상기 구형의 렌즈(47)를 절삭하는 위치에 따라 형성되는 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차(Spherical aberration)가 달라진다. 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 재생하기 어렵다.
도 11은 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)에 따른 구면 수차의 변화를 도시한 상관관계도이고, 도 12는 서로 다른 두께(d)를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)의 실시예를 도시한 측단면도이다. 구형의 렌즈(47)에서 반경 이상의 두께(d)를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)를 제작한다고 할 때, 구면 수차가 없는 두께가 d1,d3 임을 알 수 있다. 여기서 상기 구면 수차가 없는 경우를 구면 수차 지움 점(aplanatic point)에 해당한다고 한다. 한편, d1과 d3를 제외한 나머지 두께의 근접장 형성 렌즈(42)는 해당하는 값의 구면 수차를 가진다. 특히, d2의 두께를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)는 최대값의 구면 수차를 가지며, 이를 구면 수차 극대점(Local maximum)이라 한다.
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 제1 실시예에 따르면, 구면 수차가 없는 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 즉, d1이나 d3 두께의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용할 수 있다. 도 11 및 도 12를 참조하여 살펴보면, d1은 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)가 구형의 렌즈(47)의 반경과 동일한 경우, 즉 반구(hemisphere)인 경우를 나타낸다. 한편, d3은 근접장 형성 렌즈(42)의 두께(d)가 구형의 렌즈(47)의 반경보다 크고 직경보다 작은 경우를 나타낸다. 여기서 상기 d3 두께일 경우를 이하 '초반구'(super-hemisphere)라고 한다. 본 발명의 렌즈부(40)에 구비되는 근접장 형성 렌즈(42)는 구면 수차가 없는 상기 반구 또는 초반구형의 렌즈에 해당될 수 있다.
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 제2 실시예에 따르면, 구면 수차를 구비한 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 즉, d1이나 d3 두께 이외의 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다. 이 경우 근접장 형성 렌즈(42)의 구면 수차를 보상해줄 수단이 필요하다. 본 발명에서는 대물 렌즈(41)를 이용하여 상기 근접장 형성 렌즈의 구면 수차를 보상할 수 있으며, 이에 대해서는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 관계 부분에서 구체적으로 후술한다.
특히, 본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)는 d2의 두께를 가지는 구면 수 차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)가 이용될 수 있다.
반구형의 렌즈는 유효 개구수(Effective Numeric Aperture)가 nsinθ로 정의된다. 여기서 개구수(Numeric Aperture)는 렌즈의 분해능을 나타내는 것으로, 유효 개구수는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)가 형성하는 개구수를 말한다. 그러므로 반구형 렌즈의 유효 개구수는 n2sinθ로 정의되는 초반구형 렌즈의 유효 개구수 보다 상대적으로 낮다. 이는 높은 유효 개구수를 요구하는 근접장에 이용되는 렌즈로서는 문제가 된다.
한편, 초반구형 렌즈는 유효 개구수는 높으나 제작이 어려운 문제점을 가지고 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이 구면 수차는 초반구형 렌즈를 나타내는 d3 위치에서 접선의 기울기가 급변하는 양상을 보인다. 다시 말하면, 초반구형 렌즈는 두께에 제작 상에 약간의 오차만 있어도 구면 수차의 차이가 커진다. 그러므로 초반구형 렌즈는 두께를 정확히 절삭해야 하고, 이에 따라 제작에 어려움이 있다.
이에 반하여 d2의 두께를 가지는 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)는 도 8에 도시된 바와 같이 접선의 기울기가 완만하여 두께에 약간의 오차가 있어도 구면 수차가 크게 변화하지 않는다. 그러므로 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하되, 상기 근접장 형성 렌즈(42)가 구비한 구면 수차를 보상하여 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 근접장 형성 렌즈(42)의 다른 실시예에 따르면, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 기록 매체(50)에 접하는 면을 원추형으로 형성할 수 있 다. 구체적으로는, 대물 렌즈와 대면하는 측(42a)은 반구형이므로 상기의 실시예에서와 동일하나, 기록 매체에 대면하는 측(42b)이 원뿔대의 형상을 가진다. 이는 기록 매체(50)와 접하는 면의 면적을 최소화함으로써 틸트 한계각(즉, 기록 매체(50)와 근접장 형성 렌즈(42)의 상대적인 기울어짐이 허용되는 범위)를 증가시킴과 동시에 광을 기록 매체(50)에 조사하기 위한 최소한의 면적을 가지도록 하는 것이다.
본 발명은 근접장을 형성하기 위하여 대물 렌즈(41) 이외에 근접장 형성 렌즈(42)를 이용하므로, 적어도 두 개의 렌즈가 이용된다. 그러므로 두 렌즈간의 위치 관계가 문제된다. 광학적 수차를 고려할 때, 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축을 동일한 축상에 위치하도록 정렬하는 것이 중요하다. 예를 들면, 대물 렌즈(41)의 중심축과 근접장 형성 렌즈(42)의 중심축이 어긋나는 디센트(decent)가 발생하거나 하나의 중심축이 기울어지는 틸트(tilt)가 발생되지 않도록 제어해야한다. 여기서 광학적 수차는 구면 수차 이외에도 광 픽업에서 나타날 수 있는 코마 수차(Coma abberation) 기타 다른 수차를 모두 포괄한다.
본 발명에 따른 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 수차 보상 관계를 도 14를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 11에서 상술한 바와 같이 반구형이나 초반구형 렌즈를 제외한 경우의 근접장 형성 렌즈(42)는 구면 수차를 가진다. 또한, 구면 수차 극대점의 근접장 형성 렌즈(도 12의 (b))는 가장 큰 구면 수차를 가진다. 이와 같이 구면 수차를 가지는 근접장 형성 렌즈(42)에 조사되는 광은 도 14(a)에 도시된 바와 같이 광학수차에 의해 한 점에 수렴하기 어렵다. 이와 같은 광학적 수차는 비구면을 구비한 대물 렌즈(41)를 이용하여 보상될 수 있 다.
예를 들면, 간섭계로부터 얻어진 파면 오차를 이용하여 렌즈의 위치를 파악하고, 정밀하고 정량적인 정렬값을 알아낼 수 있다. 이때, 가장 널리 사용되는 방법이 제니케 다항식을 이용하는 것으로 앞에서 설명한 바와 같다. 상기 제니케 다항식을 이용함으로써 상술한 바와 같이 임의의 파면 오차를 갖도록 광학계를 재조정할 수 있다. 이를 통하여 대물 렌즈(41)는 근접장 형성 렌즈(42)가 가지는 광학적 수차를 보상하도록 상기 근접장 형성 렌즈(42)의 광학적 수차와 반대 방향의 동일한 크기의 수차를 가지게 된다. 이 과정에서 구면 수차 이외에 다른 광학적 수차가 함께 보상될 수 있다.
여기서 광학적 수차 보상 관계를 유지하기 위해서는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42) 사이의 간격(도 4의 g2)도 제어되어야 한다. 도 15는 대물 렌즈(41)와 근접장 형성 렌즈(42)의 간격 변화에 따른 RMS 파면 수차의 변화를 도시하고 있다. g2가 적정 간격(93 ㎛인 경우를 예로 들어 도시하고 있다)일 때 RMS 파면 수차가 zero를 나타낸다. 여기서, g2가 1 ㎛ 변경되면 RMS 파면 수차는 약 0.20 λ의 오차를 가지게 된다. 그러므로 이와 같은 경우 상기 근접장 형성 렌즈(42)와의 관계를 고려할 때, 상기 대물 렌즈(41)를 이동시킬 수 없다. 그러므로 다층의 기록 매체를 이용하는 경우에는 광원(10)으로부터 대물 렌즈(41)로 향하는 광의 경로 상에 포커스 조절부(35)를 별도로 구비하며, 이에 대해서는 앞선 실시예에서 설명한 바와 같다.
본 발명에 따른 기록 재생 장치의 또 다른 실시예에 따르면, 도 3의 콜리메 이트(15)와 같은 종래의 광학 소자를 이용하여 조절할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
콜리메이트(15)는 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 점 광원으로 부터 발산된 광을 평행광으로 변환하는 역할을 한다. 이때, 상기 콜리메이트(15)의 위치를 (b)에서와 같이 이동시킴으로써 발산하는 광을 형성할 수 있다. 또한 상기 콜리메이트(15)의 위치에 따라 수렴하는 광을 형성할 수도 있다. 그러므로 별도의 초점 조절부(35)와 같은 광학 소자를 구비하지 않거나, 또는 상술한 초점 조절부(35)와 함께 콜리메이트를 이용하여 기록 매체(50)에 광이 포커싱되는 위치를 조절하는 방안을 고려할 수 있다. 다만, 상기와 같이 콜리메이트(15)를 이용하는 경우에는 분리 합성부(20,30)을 통과하기 전에 광이 평행광에서 발산 또는 수렴광으로 변환된다. 이에 따라 수광부에서도 발산 또는 수렴광을 수광할 수 있도록 함께 이동을 수반할 필요성이 있다.
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 픽업과 기록 재생 장치 및 기록 재생 방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 대물 렌즈의 이동에 관계 없이 기록 매체에 포커싱되는 위치를 조정할 수 있다.
또한, 대물 렌즈로 입사하는 광의 방향을 변환할 수 있다.
또한, 다층의 기록층을 가지는 기록 매체에 사용될 수 있는 근접장 기록 재생 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

Claims (28)

  1. 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 구비한 렌즈부와;
    상기 렌즈부를 통해 기록 매체에 조사되는 광이 상기 기록 매체에서 포커싱되는 위치를 변화시키는 포커스 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포커스 조절부는,
    상기 광의 경로를 변환시켜 상기 기록 매체에 포커싱되는 위치를 가변시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  3. 제2항에 있어서, 상기 포커스 조절부는,
    적어도 두 개의 렌즈를 포함하여 상기 광의 경로를 변환시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  4. 제3항에 있어서, 상기 포커스 조절부는,
    입사한 광을 발산 또는 수렴시키거나, 평행으로 입사한 광의 입사광 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  5. 제3항에 있어서,상기 포커스 조절부는,
    적어도 하나의 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 픽업.
  6. 제1항에 있어서, 상기 포커스 조절부는,
    광원에서 방출된 광이 상기 렌즈부로 입사하는 경로 상에 마련됨을 특징으로 하는 광 픽업.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는,
    동일한 광축 상에 구비되고, 일정한 간격을 유지함을 특징으로 하는 광 픽업.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈는,
    구형 렌즈의 일부 형상으로, 두께가 상기 구형 렌즈의 반지름 보다 크고 지름 보다 작은 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 렌즈의 두께는,
    상기 제1 렌즈가 형성하는 구면 수차가 최대값일 때의 두께임을 특징으로 하는 광 픽업.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈는,
    상기 제1 렌즈의 광학적 수차에 상응하는 반대 방향의 광학적 수차를 가지는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  11. 광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 구비한 렌즈부와;
    상기 렌즈부를 통해 기록 매체에 조사되는 광이 상기 기록 매체에서 포커싱되는 위치를 변화시키는 포커스 조절부;
    상기 기록 매체에 반사된 광을 수광하여 반사광에 상응하는 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
    상기 신호 생성부에서 생성된 신호에 상응하여 상기 렌즈부와 상기 포커스 조절부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 포커스 조절부를 이동시켜 광의 경로를 변경시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 포커스 조절부는,
    입사한 광을 발산 또는 수렴시키거나, 평행하게 입사한 광의 입사광 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기록 재생 장치는,
    상기 제어부의 신호에 상응하여 상기 포커스 조절부를 이동시키는 포커스 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 기록 재생 장치는,
    상기 제어부의 신호에 상응하여 상기 제2 렌즈와 상기 기록 매체의 간격을 제어하는 갭 서보 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 신호는,
    상기 제2 렌즈와 상기 기록 매체의 간격에 비례하는 갭 에러 신호인 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 갭 서보 구동부는,
    상기 제어부의 신호에 상응하여 상기 포커스 조절부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제2 렌즈와 상기 기록 매체의 간격은,
    최대 입사광의 파장의 1/4로 제어됨을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는,
    서로 일정 간격 이격되어 위치함을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 간격은,
    최대 100 ㎛ 임을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는,
    동일한 중심축을 가지는 것을 특징으로 하는 기록 재생 장치.
  22. 적어도 두 개의 기록층을 가지는 기록 매체에 데이터를 기록하거나 재생하는 방법에 있어서,
    (a)광학적 수차를 가지는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈의 광학적 수차를 보상하는 제2 렌즈를 포함하는 렌즈부와 상기 기록 매체의 간격을 제어하면서 어느 하나의 기록층에 데이터를 기록하거나 재생하는 단계와;
    (b)포커스 조절부를 조절하여 다른 기록층으로 이동하여, 이동한 기록층에 데이터를 기록하거나 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 기록 매체에 반사된 광이 생성하는 신호를 이용하여, 상기 렌즈부와 기록 매체의 간격을 제어함을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 제1 렌즈와 상기 기록 매체의 간격을, 최대 입사된 광 파장의 1/4로 제어함을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 신호는,
    상기 렌즈부와 상기 기록 매체의 간격에 비례하는 신호임을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 포커스 조절부를 조절함으로써 광의 경로를 변환시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 포커스 조절부로 입사한 광을 발산 또는 수렴시키거나, 평행으로 입사한 광의 입사광 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    적어도 두 개의 렌즈를 포함하는 상기 포커스 조절부에서, 어느 하나의 렌즈를 이동시켜 광의 경로를 변환함을 특징으로 하는 기록 재생 방법.
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