KR20090071493A - 광학 픽업 장치, 광 기록 재생 장치 및 갭 제어 방법 - Google Patents

광학 픽업 장치, 광 기록 재생 장치 및 갭 제어 방법 Download PDF

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Abstract

광학 픽업 장치는, 광원과, 집광 광학계와, 광 검출부와, 제어부와, 구동부를 포함한다. 구동부는 먼저 정보 기록 매체상의 소정의 위치에 상기 집광 광학계를 구동한다. 광원으로부터의 광은 정보 기록 매체에 근접장 광(near-field light)으로서 집광 광학계를 통해 조사된다. 매체에서 전반사된 광은 다음에 광 검출부에서 검출되어 갭 에러 신호를 생성한다. 제어부는 다음에, 상기 광 검출부로부터 얻어지는 갭 에러 신호에, 상기 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드(feed-forward) 제어함으로써, 갭 서보 신호를 생성한다. 이렇게 함으로써, 집광 광학계와 정보 기록 매체간에 갭 크기의 정확한 제어가 근접장 기록 재생 동작 동안 얻어진다.
광원, 콜리메이트 렌즈, 빔 분할기, 미러, 광학 렌즈, 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL), 집광 렌즈, 집광 광학계, 정보 기록 매체, 서보 필터, 광 기록 재생 장치

Description

광학 픽업 장치, 광 기록 재생 장치 및 갭 제어 방법{OPTICAL PICKUP APPARATUS, OPTICAL READ/WRITE APPARATUS, AND GAP CONTROL METHOD}
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2007년 12월 26일 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 JP 2007-335080호와 관련된 기술내용을 포함하며, 그 전체가 이하 참조된다.
본 발명은, 근접장(near-field) 광을 이용하는 정보 기록 매체에 적용되는 광학 픽업 장치, 광 기록 재생 장치 및 갭의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 광 디스크나 광 메모리 카드 등의 정보 기록 매체에서, 고기록 밀도 및 고해상도를 달성하기 위해서, 물체끼리의 간격이 임의의 거리 이하로 될 때에 계면으로부터 광이 누출하는 근접장(near-field) 광(에버네센트파(evanescent wave)라고도 함)을 이용한 기록 재생(read/write) 방식이 주목받고 있다. 이러한 근접장 광 기록 재생 방식에서는, 렌즈 등의 근접장 광 조사 수단과 정보 기록 매체의 표면과의 간극을, 대표적으로는 기록이나 재생에 사용하는 광의 파장의 1/2∼1/5 정도로 매우 작게 제어할 필요가 있다.
근접장 광을 발생하는 집광 광학계로서, 비구면 렌즈 등으로 이루어지는 고 개구수의 대물 렌즈와, 이 대물 렌즈와 정보 기록 매체 사이에 솔리드 이멀젼 렌즈소위 SIL(Solid Immersion Lens, 고침 렌즈)을 개재시키는 집광 광학계를 들 수 있다. 이 SIL을 이용하는 경우에는, SIL과 광 디스크 등의 정보 기록 매체의 표면 사이의 거리(갭)를, 근접장 광이 발생하는 거리, 전술한 바와 같이 광의 파장의 1/2로부터 1/5 이하 정도로 유지할 필요가 있다. 그리고 또한 이 경우, 정보 기록 매체의 면진동, 디스크형의 정보 기록 매체의 경우에는 소위 디스크 면진동에 추종하도록, SIL의 자세를 제어하는 것이 필요해진다. 그 때문에, 예를 들면 전반사 복귀광량을 이용해서 갭을 검출하고, 원하는 갭에 유지하는 제어 방법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이 제어 방법에서는, 근접장 광이 발생하는 거리에서는 전반사 복귀광량과 갭이 비례 관계에 있는 것을 이용하고 있다. 더 구체적으로, 전반사 복귀광량을 갭 에러 신호로서, 위상 보상 필터로 서보 루프계를 안정화해서 피드백 서보 루프를 구성하여, 갭을 일정하게 유지하는 방법을 채용하고 있다.
일례로서, 근접장 광이 발생하는 거리로 유지하는 목표값을 예를 들면 20nm로 하고, 허용 편차를 5nm, 허용하는 면진동량을 40μm, 정보 기록 매체가 디스크형으로서 디스크 회전수를 3000rpm(회전수/분)으로 하면, 필요 대역은 8kHz 이상 필요하게 된다. 그러나, 실제로는, 디스크 회전에 의해 생기는 외란은, 회전 동기 성분이 강하게 나와, 8kHz 이상의 대역을 확보해도, 정밀도 좋게 갭을 제어하는 것은 곤란해진다.
이 문제를 해결하기 위해서, 반복 서보를 이용하는 방법이 제안되고 있다 (예를 들면 특허 문헌 2 및 비특허 문헌 1 참조). 반복 서보는, 1회전분의 에러 신호를 외부 메모리에 유지하고, 종래의 피드백 서보 루프의 갭 에러 신호에 피드 포워드 신호로서 인가함으로써, 회전수 주파수 성분에 피크를 갖는 게인이 얻어진다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-76358호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-313589호 공보
[비특허 문헌 1] T. Ishimoto et al., "Technologies for removability in a near-field optical disc system", Proceedings of SPIE Reprint, Vol. 6282, 62820C, 2006
그러나, 상기 특허 문헌 2나 비특허 문헌 1에 제안되어 있는 바와 같은 반복 서보를 이용하는 경우에서는, 회전 주파수 성분의 외란을 효과적으로 제거할 수 있지만, 외부에 1회전분의 외란을 유지하기 위한 메모리가 필요해진다. 이 때문에, 메모리를 읽어내기 위해서, 동일 원주상의 위치 신호를 얻을 필요가 있다. 이 위치 신호를 얻는 방법으로서는, 디스크를 회전시키는 스핀들 모터에 로터리 인코더를 설치하거나, 디스크에 회전 위치 정보를 기록하고, 별도 검출기를 설치해서 위치 신호를 읽어내거나 할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 반복 서보로 이용하지 않고, 래디얼 방향의 틸트 에러 신호로 피드 포워드 서보를 행함으로써, 갭 서보 대역을 높이지 않고, 갭 서보 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이에 대하여, 반복 서보를 이용하지 않고 갭을 정밀도 좋게 제어하는 방법이 있으면, 상기한 바와 같은 외부 메모리나, 위치 정보를 읽어내는 구성이 불필요해지고, 장치 구성의 간이화가 도모된다. 예를 들면 디스크형의 정보 기록 매체를 3000rpm 정도 이상의 고회전수를 가지고 회전하는 경우에도, 전술한 로터리 인코더 등을 설치하는 것이 불필요하면, 보다 간이한 장치 구성을 가지고 갭을 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상의 문제를 감안하여, 본 발명은, 근접장 광을 정보 기록 매체에 조사해서 기록이나 재생을 행하는 경우에, 비교적 간이한 장치 구성을 가지고, 집광 광학 계와 정보 기록 매체 사이의 갭을 정밀도 좋게 제어하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 광학 픽업 장치는, 광원과, 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체에 근접장 광으로서 조사하는 집광 광학계와, 정보 기록 매체로부터의 전반사 복귀광량을 검출하는 광 검출부와, 광 검출부로부터 얻어지는 검출 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부와, 정보 기록 매체 상의 소정의 위치에 상기 집광 광학계를 구동하는 구동부를 갖는다. 그리고, 제어부에서, 광 검출부로부터 얻어지는 갭 에러 신호에, 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드함으로써, 갭 서보 신호가 생성되는 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광 기록 재생 장치는, 광학 픽업 장치, 정보 기록 매체 장착부, 매체 구동부를 포함한다. 광학 픽업 장치는, 광원과, 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체에 근접장 광으로서 조사하는 집광 광학계와, 정보 기록 매체로부터의 전반사 복귀광량을 검출하는 광 검출부와, 광 검출부로부터 얻어지는 검출 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부와, 정보 기록 매체상의 소정의 위치에 상기 집광 광학계를 구동하는 구동부를 구비한다. 매체 구동부는, 정보 기록 매체의 장착부를 상기 집광 광학계와 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 광학 픽업 장치의 제어부에서, 광 검출부로부터 얻어지는 갭 에러 신호에, 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드함으로써, 갭 서보 신호가 생성되는 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 갭 제어 방법은, 광학 렌즈와 정보 기록 매체 사이의 전반사 복귀광량을 검출해서 얻어지는 갭 에러 신호에, 전반사 복귀광량의 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드(feed-forward)하여, 갭 서보 신호를 얻는다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 근접장 광을 조사하는 집광 광학계의 갭의 제어를 행함에 있어서, 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호, 디스크형의 정보 기록 매체의 경우에는 반경 방향 즉 래디얼 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드함으로써, 갭 서보 신호를 생성한다. 이렇게 하여 갭 서보 신호를 연산함으로써, 갭 서보계에서의 잔사 에러를 개선할 수 있고, 반복 서보와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것이 밝혀졌다. 이것은, 후술하는 바와 같이, 이 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호, 디스크형의 정보 기록 매체에 있어서는 래디얼 푸시풀 신호가, 갭 에러 신호와 동위상, 또한 마찬가지의 신호이기 때문이다.
그리고 본 발명에서는, 푸시풀 신호를 갭 에러 신호에 피드 포워드하는 구성이기 때문에, 반복 서보와 달리 외부 메모리를 설치할 필요가 없다고 하는 이점을 갖는다. 즉 디스크형의 정보 기록 매체의 경우에는 1회전분의 반복 갭 신호를 유지하는 것이 불필요해진다.
더 구체적으로, 본 발명에 따르면, 광학적으로 얻어진 갭 에러 신호를 연산함으로써 반복 신호에 상당하는 신호를 생성하고, 얻어진 신호에 의해 피드 포워드 서보를 행함으로써, 반복 서보와 동등한 성능을 얻는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 근접장 광을 정보 기록 매체에 조사할 때에, 비교적 간이한 장치 구성을 가지고, 집광 광학계와 정보 기록 매체 사이의 갭을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
이하 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 예를 설명하지만, 본 발명은 이하의 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 픽업 장치(30)를 구비하는 광 기록 재생 장치(100)의 개략 구성도이다. 이 예에서는, 집광 광학계(10)에 비구면 렌즈 등으로 이루어지는 대물 렌즈인 광학 렌즈(6)와, 반구 형상 또는 초반구 형상의 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL)(7)를 갖는 경우를 나타낸다. 도 1에서는 초반구 형상의 SIL을 나타내지만 반구 형상의 SIL이어도 된다. 이 광학 픽업 장치(30)는, 파워 제어부(1), 레이저 다이오드 등의 광원(2), 콜리메이트 렌즈(3), 빔 스플리터(4), 미러(5), 광학 렌즈(6) 및 SIL(7)을 갖는 집광 광학계(10), 빔 스플리터(4)의 분기 광로 상에 배치되는 집광 렌즈(8), 4분할 포토다이오드 등의 광 검출부(9)를 구비한다. 또한, 광 검출부(9)에 의한 검출 신호를 연산해서 집광 광학계(10)의 구동부(11)를 제어하는 제어 신호 즉 갭 에러 신호 SG를 생성하는 제어부(15)를 갖는다. 제어부(15)는, SIL(7)의 정보 기록 매체(20)에 대한 기울기(틸트)를 제어하는 틸트 에러 신호 ST를 생성해서 구동부(11)에 출력하는 구성으로 하여도 된다.
이 광 기록 재생 장치(100)에는 또한, 디스크형 등의 정보 기록 매체(20)를 장착하는 장착부(25)와, 이 장착부(25)를 예를 들면 일점쇄선 Cs를 회전축으로서 회전 구동하는 구동부(26)가 설치된다.
이 구성에서, 광원(2)으로부터 출사된 광은, 콜리메이트 렌즈(3)에 의해 평행 광으로 되어 빔 스플리터(4)를 투과하고, 미러(5)에 반사되어 집광 광학계(10)에 입사한다. 또한, 파워 제어부(1)은 예를 들면 기록시에 도시하지 않은 정보 기억부로부터의 기록 정보에 대응해서 광원(2)의 출력을 제어한다. 재생시는 파워 제어부(1)로부터의 출력 제어를 생략하고, 광원(2)의 출력을 일정하게 하여도 된다. 집광 광학계(10)에 의해 정보 기록 매체(20)의 정보가 기록되는 기록면에 근접장 광으로서 조사된다. 정보 기록 매체(20)로부터 반사된 복귀광은, 미러(5)에 의해 반사되고, 빔 스플리터(4)로 반사되어 집광 렌즈(8)에 의해 광 검출부(9)에 집광된다.
광 검출부(9)에 의해 검출된 광의 일부는, 재생시에는 정보 기록 매체(20)의 기록 정보에 대응하는 RF(고주파) 신호 SRF로서 출력된다. 한편, 전반사 복귀광량은, 집광 광학계(10)를 구동하는 구동부(11)를 제어하는 신호를 생성하는 제어부(15)에 입력된다. 제어부(15)에서 후술하는 피드 포워드에 의해 생성된 갭 제어 신호 SG나, 틸트 제어 신호 ST가 구동부(11)에 출력된다. 구동부(11)는 예를 들면 보이스 코일 모터를 포함하는 2축 액튜에이터나 3축 액튜에이터 등으로 구성된다. 또한, 갭 제어용의 구동부와, 틸트 제어용의 구동부를 각각 설치하고, 각 구동부에 제어 신호를 각각 입력하는 구성으로 하여도 된다. 또한, 이 광학 픽업 장치(30)에는, 도 1에 나타내는 구성 외, 수차 보정용 등의 다양한 광학 소자를 부가적으로 더 배치하는 것이 가능하다.
이 광 기록 재생 장치(100)에서는, 정보 기록 매체(20)가 전술한 회전 구동하는 구동부(26)에 장착됨과 함께, 예를 들면 광학 픽업 장치(30)가 정보 기록 매체(20)의 기록면을 따라 평행 이동하는 수평 이동 기구(도시 생략)에 탑재된다. 그리고 결과적으로, 이 수평 이동 기구와 구동부(26)의 연동에 의해, 집광 광학계(10)로부터 조사되는 근접장 광이 정보 기록 매체(20)의 반면의 기록 트랙을 따라서 예를 들면 스파이럴형, 또는 동심원 형상으로 주사되는 구성으로 한다.
도 2a 및 2b에서는, 근접장 광을 이용한 광학 픽업 장치(30)에서의, 갭에 대한 전반사 복귀광량의 관계를 모식적으로 나타낸다. 도 2a에서는, 광학 렌즈(6) 및 SIL(7)로 이루어지는 집광 광학계(10)의, SIL(7)의 끝면과 정보 기록 매체(20) 사이의 갭을 모식적으로 나타낸다. 도 2b에서, 이 갭에 대한 전반사 복귀광량의 관계를 나타낸다. 전반사 복귀광량은 이 경우, SIL(7)의 정보 기록 매체와 대향하는 끝면에 전반사하는 각도로 입사한 광(즉, 개구율≥1의 성분)의 복귀광량이다.
도 2b에 나타내는 바와 같이, 근접장 상태가 아닌 영역인 파 필드 영역(far-field region) Ff는, 일반적으로 갭이 입사 레이저광의 파장의 1/2∼1/5 이상의 범위에 상당한다. 이 파 필드 영역 Ff에서는, SIL 끝면에서 모두 광이 전반사되기 때문에, 전반사 복귀광량은 일정하게 된다. 한편, 일반적으로 입사 레이저광의 파장의 1/2∼1/5 이하의 갭에서는, 근접장 상태 즉 니어 필드 영역 Fn으로 된다. 또 한, 도 2의 B에 나타내는 예에서는, 일례로서 입사광의 파장이 405nm인 경우에, 70nm 이하로 전반사 복귀광량이 감소하고 있는 예를 나타낸다. 니어 필드 영역으로 되는 갭과 파장과의 관계는 일률적이 아니라, 파장이나, 정보 기록 매체나 SIL의 재료 구성 등에 의해, 전술한 바와 같이 1/2∼1/5 정도의 범위로 변화한다.
니어 필드 영역(near-field region) Fn에서는, SIL 끝면과 정보 기록 매체의 표면에서 에버네센트 결합이 생기고, 전반사 복귀광의 일부가, SIL 끝면을 관통해서 정보 기록 매체측에 투과한다. 이 때문에 전반사 복귀광량은 감소한다. 그리고, SIL이 정보 기록 매체에 완전하게 접촉하면, 모든 전반사 복귀광이 정보 기록 매체측에 투과하기 때문에, 전반사 복귀광량은 제로로 된다. 따라서, SIL 끝면과 정보 기록 매체 사이의 갭과 전반사 복귀광량과의 관계는 도 2b에 나타내는 바와 같이, 파 필드 Ff에서 일정했던 전반사 복귀광량이 니어 필드 영역 Fn으로 서서히 감소하고, 갭이 제로일 때 제로로 된다. 그리고 전반사 복귀광량이 감소하는 영역에서는, 갭과 전반사 복귀광량과의 관계가 파선 l로 둘러싸서 나타내는 바와 같이 선형 관계로 되는 영역이 있다. 따라서 이 선형의 범위에서는, 전반사 복귀광량을 갭 에러로서 피드백 루프를 형성함으로써, 갭을 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 즉, 목표로 하는 갭이 도 2b에 나타내는 g의 경우, 전반사 복귀광량이 r로 되도록 제어를 행하면 된다.
도 3에, 비교예로서, 통상의 피드백 루프에 의해 갭 제어를 행하는 경우의 서보 루프의 일례를 나타낸다. 이 경우에는, 감산기(141), 위상 보상 필터나 리드-래그 필터(lead-lag filter) 등으로 이루어지는 서보 필터(143), 제어 대상(144), 가산기(145), GES 연산부(146)로 구성된다. 또한 도 3에서, r1은 갭 목표값(도 2의 B에 나타내는 전반사 복귀광량의 목표값), d1은 디스크 면접촉에 의한 외란, e1은, 목표값과 갭 에러 신호(GES)와의 차이며, e1=y1-r1로 된다. 제어 대상(144)은 SIL이 설치되는 액튜에이터 자체이며, 도 1에서의 구동부(11)이다. GES 연산부(146)는, 도 1에서의 광 검출부(9), 및 아날로그/디지털 변환기나 앰프 등으로 구성된다.
입력 단자(140)로부터 입력된 목표 신호 r1은, 후술의 GES 연산부(146)로부터 출력된 검출 신호 y1과 함께 감산기(141)에 공급되고, e1(=y1-r1)이 출력된다. 서보 필터(143)로 처리된 신호 e1은 제어 대상(144)에 입력된다. 제어 대상(144)의 이동에 의해 반영된 검출 신호에 외란 d1이 가산기(145)로 가산되고, GES 연산부(146)에서 GES 즉 y1이 출력된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 경우에는 갭 에러 신호 GES인 y1을 피드백함으로써, SIL의 끝면과 정보 기록 매체의 갭을 일정하게 유지하는 구성이다.
그러나 이렇게, GES를 피드백함으로써 갭을 제어하려고 하는 경우에는, 정보 기록 매체의 회전수가 높아(정보 기록 매체와의 상대적 이동 속도가 빨라)지면, 정보 기록 매체의 면접촉에 추종하는 것이 어렵게 되어, 갭 에러가 증대하게 된다. 이 때문에, 갭 에러 신호에 회전 성분의 잔사 에러(residual error)가 중첩하게 된다.
본 발명에 따르면, 이 회전 동기 성분의 잔사 에러를 경감하는 것이 가능하게 된다. 다음으로, 본 발명에 의해 제어를 행하는 경우에 대해서 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 픽업 장치에서의 제어부(15)의 서보 루프의 구성도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 경우, 가산기(41), 메인 루프 내의 서보 필터(42), 가산기(43), 제어 대상(44), 가산기(45), GES 연산부(46), 피드 포워드 신호 Rpp용의 서보 필터(60)를 갖는 구성으로 한다. 서보 필터(60)로서는 로우 패스 필터 등을 이용할 수 있다.
입력 단자(40)로부터 입력되는 목표값 r은, 가산기(41) 및 서보 필터(42), 가산기(43)를 통해서 제어 대상(44), 이 경우 도 1에 나타내는 구동부(11)에 입력된다. 제어 대상(44)의 이동에 의해 변화하는 출력에 외란 d가 가산기(45)로 가산되어, 전반사 복귀광량이 GES 연산부(46)로 검출된다.
도 5는, 도 4에서의 GES 연산부(46)의 일례의 구성도이다. GES 연산부(46)에서는, 집광 광학계(10)에서의 이 경우 SIL(7)의 끝면으로부터의 전반사 복귀광량을 GES 검출부(46A)에서 검출한다. GES 검출부(46A)에서는, 4분할 디텍터에서 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향 및 이것과는 직교하는 방향, 즉 디스크형의 정보 기록 매체의 경우에는 탄젠셜 방향 및 래디얼 방향으로 4분할한 전반사 복귀광량을 검출하고, 전반사 복귀광량의 총량은 GES로서 출력 단자(47)로부터 출력되고, 또한 가산기(41)에 피드백된다.
한편 분할된 광량에 기초하여, Rpp 연산부(46B)에서 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향의 푸시풀 신호, 이 경우 래디얼 푸시풀 신호 Rpp가 연산되어 출력된다. 또한, 동일한 4분할한 전반사 복귀광량으로부터, 탄젠셜(tangential) 방향의 푸시풀 신호 Tpp를 연산해도 된다. 얻어진 Rpp는 출력 단자(48)로부터 출력됨 과 함께, 서보 필터(60)를 통해서 가산기(41)에 가산된다. 이에 의해, Rpp를 피드 포워드하는 구성으로 된다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, SIL(7)의 정보 기록 매체(20)와 대향하는 끝면 7T가 면진동 등에 의해 기울기가 생기고 있는 경우, 검출되는 전반사 복귀광량은, 도 6b에 광량을 명암으로 모식적으로 나타내는 바와 같이, 끝면 7T가 정보 기록 매체(20)의 표면으로부터 이격하고 있는 부분 즉 파 필드 영역으로 되는 부분에서, 갭에 대응하는 광량의 복귀광이 검출된다. 도 6c에 화살표 t와 r로 각각 탄젠셜 방향 및 래디얼 방향을 나타내고, 이들 방향으로 4분할된 광 검출부(9)에서의 검출 영역을 각각 9A, 9B, 9C 및 9D로서 나타낸다. 도 6c에서 파선으로 나타내는 바와 같이, 정보 기록 매체(20)와 SIL(7)과의 기울기가 생기면, 탄젠셜 방향, 혹은 래디얼 방향에 복귀광량의 강도차, 즉 GES의 강약의 차가 생긴다.
여기에서, 영역(9A∼9D)으로부터의 신호를 각각 A∼D로 나타내고, 탄젠셜 방향의 에러 신호를 Tpp, 래디얼 방향의 에러 신호를 Rpp로 하면, 아래와 같이 정의된다.
Figure 112008089448577-PAT00001
Figure 112008089448577-PAT00002
한편, Rpp는 면접촉 d에 비례한 값으로 된다. 즉, 도 7에 모식적으로 나타 내는 바와 같이, 정보 기록 매체(20)가 래디얼 방향으로 틸트각 θ로 기울고 있는 것으로 하면, 반경 r의 위치에서의 면접촉량 d는, 다음 수학식과 같아진다.
Figure 112008089448577-PAT00003
한편, Rpp는, 래디얼 틸트량에 비례하기 때문에 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008089448577-PAT00004
정보 기록 매체의 틸트각은 일반적으로 미소하기 때문에, 수학식 3은, 다음 수학식과 같이 근사할 수 있다.
Figure 112008089448577-PAT00005
따라서, 수학식 4 및 수학식 5로부터, Rpp는 다음 수학식과 같아진다.
Figure 112008089448577-PAT00006
즉, Rpp는 갭 서보를 행하고 있는 반경 r에서의 면접촉량 d에 비례한 값으로 된다.
실제, 틸트 센서에서 관찰한 래디얼 틸트 신호와, 레이저 변위계에서 측정한 면접촉량을 비교한 실험 결과를 보면, 도 8의 파형도에 각각 틸트 센서 출력 a1 및 레이저 간섭계 출력 a2로서 나타내는 바와 같이, 확실히 양자의 파형은 일치하고 있다. 즉, 수학식 6의 관계가 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, Rpp는 면접촉량 d에 비례하기 때문에,
Figure 112008089448577-PAT00007
로서, 도 4에 나타내는 바와 같이 액튜에이터 즉 제어 대상에 피드 포워드 신호로서 Rpp를 인가함으로써, 면접촉량의 영향을 경감할 수 있다.
도 4에 나타내는 서보 루프를 간략화하면, 도 9와 같아지지만, 도 9에 나타내는 서보 루프를 등가 변형하면, 도 10에 나타내는 구성으로 된다.
도 10에서, 외란항 d-P·Rpp가 제로로 되면, 외란의 영향을 제거할 수 있다. 그로 인해,
Figure 112008089448577-PAT00008
로 되면 된다.
상기 수학식 8에, 수학식 7을 대입하면, 수학식 9를 얻는다.
Figure 112008089448577-PAT00009
따라서, 수학식 9로부터, 비례 게인 α는 이하와 같아진다.
Figure 112008089448577-PAT00010
상기 수학식 7로부터 α는 상수이지만, 수학식 10에 따르면, 상수로는 되지 않는다. 그러나, 액튜에이터의 전달 함수 P는, 1차 공진 이하에서는 일정 게인으로 되기 때문에, α가 상수인 조건은 만족하게 된다.
즉, 정보 기록 매체의 액튜에이터는 일반적으로 보이스 코일 모터형이며, 그 전달 함수는 도 11과 같이 2차계로 된다. 도 11의 예에서는, 1차 공진은 약 48Hz이며, 48Hz 이하에서는 일정 게인, 즉 상수로 된다. 따라서, 1차 공진 이하에서는 일정 게인으로 되기 때문에, α가 상수인 조건은 만족하게 된다.
1차 공진 이상의 주파수에서는 완전하게 제거할 수 없게 되지만, 1차 공진 이하의 주파수에서는, 적당한 게인에서 Rpp=d로 되도록 조정하고, Rpp를 액튜에이터 P에 피드 포워드함으로써, 외란 d의 영향을 완전하게 제거할 수 있다. 이 경우, 도 4에서 나타내는 Rpp용의 제어기 C2로서는, 예를 들면, 1차 공진 주파수를 대역으로 하는 로우 패스 필터 및 게인으로 구성되게 된다.
도 12는, 본 발명에 따른 Rpp 신호의 피드 포워드 서보를 행한 결과이다. 이 예에서는, 정보 기록 매체를 디스크형으로 하고, 그 회전수를 3000rpm으로서 측정한 결과를 나타낸다. 포드 포워드 서보를 행함으로써, 갭 에러 진폭이 감소하고 있기 때문에, 갭 성능이 개선하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 픽업 장치에서는, 전술한 도 4에 나타내는 바와 같이, 래디얼 푸시풀 신호 Rpp를 제어 대상(44)의 직전에 가산하는 것이 바람직하다. 이 것은 이하의 이유에 의한다.
래디얼 푸시풀 신호 Rpp로부터 얻어지는 피드 포워드 신호는, 면접촉 신호와 동상, 즉 위상이 합치하고 있는 신호로 된다. 서보 필터(42)(도 4에서의 C1)는 일반적으로 적분 특성을 갖으므로, 이 서보 필터(42)의 전에 입력하면, 그 출력으로서는, 입력 신호에 대하여 미분된 신호로 된다. 이 때문에, 옳은 제어 결과가 얻어지지 않게 된다.
한편, 래디얼 푸시풀 신호 Rpp를 제어 대상(44)(도 4에서의 P)에 입력하면, 면접촉 신호와 동상 신호에 의해 액튜에이터가 구동하므로, 위상적으로 문제 없이 제어가 행해지게 된다. 따라서, 래디얼 푸시풀 신호 Rpp는, 제어 대상(44)의 직전에 가산하는 것이 바람직하다.
단, 전술한 바와 같이 래디얼 푸시풀 신호 Rpp를 제어 대상(44)(P)에 입력 했을 때에 위상 어긋남을 생기게 하지 않고 동작하는 것은, 제어 대상(44)(P)의 주파수 특성이 DC 플랫(일정 게인)인 경우, 즉, 제어 대상(44)인 액튜에이터의 1차 공진 이하의 경우이다. 따라서, 정보 기록 매체가 디스크형인 경우, 그 회전수를 제어 대상의 1차 공진 이하로 하는 것이 바람직하다.
종래, 근접장 광을 이용하지 않는 통상의 광 디스크 시스템에서는, 포커스 에러 신호에 기초하여 틸트 제어가 행해지고 있다(예를 들면 일본 특허 제2699412호 공보나, 일본 특허 제2718064호 공보 참조). 이것은,
포커스 에러 신호∝면접촉량∝틸트량
의 관계로부터, 포커스 에러 신호를 이용해서 틸트 서보를 행하려고 하는 것이다.
이에 대하여, 본 발명은, 근접장 광을 기록이나 재생에 이용하는 소위 니어 필드계에서, 상기와는 반대로, 틸트량으로부터 포커스 에러 신호에 상당하는 갭 에러 신호를 보정하려고 하는 것이다. SIL을 이용하는 시스템에서는, 복귀광량으로부터는 SIL 자체의 스큐를 다른 센서에 의해 정밀도 좋게 측정 할 수 없다.
그러나, SIL을 통한 복귀광량에 의해, 제어하고 있는 그 위치의 틸트량을 직접 잴 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 이 틸트량을 피드 포워드함으로써, 갭의 제어를 보다 정밀도 좋게 제어하는 것이다.
또한, 전술한 바와 같이, Rpp 신호를 피드 포워드하는 위치는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가산기(41)와 서보 필터(43) 사이가 아니라, 제어 대상(44)의 직전으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 정보 기록 매체가 디스크형인 경우, 회전수는 제어 대상의 1차 공진 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 확실하게 정밀도 좋게 갭을 제어할 수 있다.
본 발명에 따라, 갭을 종래에 비해서 정밀도 좋게 제어할 수 있으므로, 그 후 행하는 틸트 제어도 보다 정밀도 좋게 행하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드함으로써, 갭 서보의 잔사 에러를 개선할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 서보 대역을 높이지 않고 서보 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 따르면, 반복 서보와 상이하고, 외부 메모리 즉 1회전분의 반복 갭 신호를 유지하는 것이 불필요해지기 때문에, 장치 구성의 간이화를 도모할 수 있다.
또한, 푸시풀 신호는, 갭 에러 신호로부터 연산하지만, 갭 에러의 변동(갭 서보에서 전부 보정할 수 없는 추종 오차)의 영향을 받기 때문에, 종래는 갭 에러에서 규격화할 필요가 있다. 그러나, 본 발명에서는, 갭 추종성을 높일 수 있으므로, 상기한 바와 같은 규격화의 처리가 불필요해진다고 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시 형태예에서 설명한 구성에 한정되는 것이 아니라, 그 밖의 본 발명 구성을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형, 변경이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학 픽업 장치, 광 기록 재생 장치 및 광 기록 방법에서, 기록 또는 재생을 행하는 정보 기록 매체로서는, 요철 피트에 의한 재생 전용형이나, 색소막에 의한 기록 가능형, 상변화막이나 광 자기 기록막 등의 기록 재생형 외, 광 어시스트형 자기 기록에 의한 기록 매체에 적용하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 픽업 장치를 포함하는 광 기록 재생 장치의 개략 구성도.
도 2a는 전반사 복귀광량의 설명도.
도 2b는 전반사 복귀광량의 설명도.
도 3은 비교예에 의한 서보 루프를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 픽업 장치의 제어부의 서보 루프를 나타내는 구성도.
도 5는 도 4에 나타내는 제어부에서의 GES 연산부의 일례의 구성도.
도 6a는 SIL과 정보 기록 매체와의 기울기를 나타내는 단면도.
도 6b는 전반사 복귀광량의 일례를 나타내는 도면.
도 6c는 광 검출부의 구성도.
도 7은 정보 기록 매체의 틸트각 θ와 래디얼 틸트량 d를 모식적으로 나타내는 도면.
도 8은 래디얼 방향의 틸트 센서 출력과 레이저 간섭계 출력(즉, 면접촉량)의 파형도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 픽업 장치의 제어부의 서보 루프를 간략화한 서보 루프를 나타내는 구성도.
도 10은 도 9에 나타내는 서보 루프를 간략화한 서보 루프를 나타내는 구성도.
도 11은 일반적인 광학 픽업 장치에서의 제어계의 전달 함수의 보드선도를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 형태에서의 신호 파형을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 파워 제어부
2: 광원
3: 콜리메이트 렌즈
4: 빔 스플리터
5: 미러
6: 광학 렌즈
7: 솔리드 이멀젼 렌즈(SIL)
8: 집광 렌즈
9: 광 검출부
10: 집광 광학계
11: 구동부
15: 제어부
20: 정보 기록 매체
25: 장착부
26: 구동부
40: 입력 단자
41: 가산기
42: 서보 필터
43: 가산기
44: 제어 대상
45: 가산기
46: 갭 에러 신호 연산부
46A: 갭 에러 신호 검출부
46B: 푸시풀 신호 연산부
47, 48: 출력 단자
60: 서보 필터
100: 광 기록 재생 장치

Claims (8)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체에 근접장 광(near-field light)으로서 조사하는 집광 광학계(focusing optics)와,
    상기 정보 기록 매체로부터의 전반사 복귀광량을 검출하는 광 검출부와,
    상기 광 검출부로부터 얻어지는 검출 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부와,
    상기 정보 기록 매체상의 소정의 위치에 상기 집광 광학계를 구동하는 구동부를 포함하고,
    상기 제어부에서, 상기 광 검출부로부터 얻어지는 갭 에러 신호에, 상기 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드(feed-forward) 제어함으로써, 갭 서보 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광 광학계는, 광학 렌즈와, 솔리드 이멀젼 렌즈(solid immersion lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보 기록 매체는 디스크형의 매체이며,
    상기 푸시풀 신호는 상기 정보 기록 매체의 반경 방향의 푸시풀 신호인 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 푸시풀 신호가 입력되는 서보 필터와, 상기 서보 필터로부터의 출력을 상기 제어부의 목표값에 가산하는 연산부를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정보 기록 매체의 기록 및/또는 재생시의 회전수가 3000rpm(회전/분) 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  6. 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 정보 기록 매체에 근접장 광으로서 조사하는 집광 광학계와,
    상기 정보 기록 매체로부터의 전반사 복귀광량을 검출하는 광 검출부와,
    상기 광 검출부로부터 얻어지는 검출 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부와,
    상기 정보 기록 매체상의 소정의 위치에 상기 집광 광학계를 구동하는 구동 부를 구비하는 광학 픽업 장치와,
    정보 기록 매체 장착부와,
    상기 정보 기록 매체 장착부를 상기 집광 광학계와 상대적으로 이동시키는 매체 구동부를 포함하고,
    상기 제어부에서, 상기 광 검출부로부터 얻어지는 갭 에러 신호에, 상기 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드 제어함으로써, 갭 서보 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 광 기록 재생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집광 광학계는, 광학 렌즈와, 솔리드 이멀젼 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 광 기록 재생 장치.
  8. 광학 렌즈와 정보 기록 매체 사이의 전반사 복귀광량을 검출해서 얻어지는 갭 에러 신호에, 상기 정보 기록 매체와의 상대적 주행 방향을 가로 지르는 방향의 푸시풀 신호를 피드 포워드 제어하여, 갭 서보 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 갭 제어 방법.
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