KR20030082027A - 근접장 광픽업장치 - Google Patents

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KR20030082027A
KR20030082027A KR1020020020529A KR20020020529A KR20030082027A KR 20030082027 A KR20030082027 A KR 20030082027A KR 1020020020529 A KR1020020020529 A KR 1020020020529A KR 20020020529 A KR20020020529 A KR 20020020529A KR 20030082027 A KR20030082027 A KR 20030082027A
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Abstract

본 발명은 광디스크 상에 광 스폿을 조사하는 슬라이더의 양측에 형상이 변화될 수 있는 날개부를 배치하여 포커싱 동작과 틸팅 동작을 할 수 있는 근접장 광픽업장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 근접장 광을 이용하여 광디스크 상에 데이터를 기록/재생하는 근접장 광픽업장치에 있어서, 상기 슬라이더의 양측 가장자리에 형상이 변화될 수 있는 날개부가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 날개부는 제어 신호에 의하여 형상이 변화될 수 있고, 상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 동일하게 변화시켜 상하 포커싱 동작을 할 수 있으며, 상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 서로 다르게 변화시켜 좌우 틸팅 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

근접장 광픽업장치{APPARATUS FOR NEAR FIELD OPTICAL PICK-UP}
본 발명은 근접장 광픽업장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디스크 상에 데이터를 기록/재생하기 위하여 사용되는 슬라이더의 양측에 제어 신호에 따라 형상이 변화될 수 있는 날개부를 배치하여 포커싱 동작 및 틸팅 동작을 할 수 있는 근접장 광픽업장치에 관한 것이다.
정보 기록매체는 광기록/재생방식의 상변화형 기록매체로서 CD에 비하여 기록용량이 120mm 직경의 디스크에 최대 4.7GB까지 데이터가 기록되는 DVD-RAM이 개발되어 보급되고 있으며, 광자기 기록매체로서는 자계변조 기록방식을 채택하여 6.1GB 수준의 기록용량을 가지는 ASMO(Advanced Storage Magneto Optical)가 개발되고 있다. 이와 같은 정보 기록매체는 동영상과 같은 대용량의 정보에 대응하여 고밀도화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존의 광기록방식 또는 광자기 기록방식에서 야기되는 광학적·물리적 한계에 직면하여 기록용량이 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다. 예컨대, 현재 실용화된 120mm 직경의 단면 2.6GB의 DVD-RAM은 고화질 텔레비젼(HD TV)에 대응하는 해상도의 화상을 2시간 이상 수용할 수 없다. 또한, 광기록/재생방식의 기록매체를 기록/재생하기 위한 디스크 구동장치는 고배속으로 갈수록 진동 및 소음 등이 심하게 되기 때문에 서보제어가 어렵게 되어 어느 한계 이상으로 고속화될 수 없는 문제점이 있다.
기존의 광기록/재생방식 또는 광자기 기록/재생 방식의 기록매체는 피트(또는 기록마크) 사이즈가 미소하게되어야 하고 트랙폭이 협소하게 되어야지만 고밀도의 기록용량을 가질 수 있다. 그러나 기록매체의 기록 막에 피트(pit)를 형성하기 위해 기록매체 상에 집광되는 광스폿이 소위 "회절 한계치"보다 작아질 수는 없기 때문에 기록밀도를 향상시키는 데는 한계가 있다. 즉, 광스폿의 크기는 광원의 파장 λ 및 대물렌즈의 개구수 NA에 의존하여 λ/NA에 비례하는 회절 한계치보다 작게되는 것이 제한된다. 회절 한계치 보다 광스폿의 크기를 작게 하기 위해서는 파장 λ를 짧게 하거나 개구수 NA를 크게하여야 한다. 최근에는 파장이 450nm인 블루레이저가 개발되어 상용화를 앞두고 있지만 근본적으로 광의 파장 이내로 광 스폿이 작아질 수 없으므로 고밀도의 정보 수용에는 한계가 있다.
정보의 대용량화 추세에 비추어 볼 때 현재의 광기록/재생방식의 한계를 극복할 수 있는 새로운 광기록/재생방식이 요구되고 있다. 이를 위하여, 기록용량을 획기적으로 향상시킬 수 있으리라 예견되고 있는 근접장(Near Field)을 이용한 근접장 광기록/재생(Near Field Optical Recording/Reproduction) 방식에 대한 관심이 집중되고 있다.
근접장 광기록/재생 방식은 근접장 광학(Near Field Optics)기술과 극초 미세 마이크로 머시닝(Micro Electro Mechanical System : MEMS) 기술을 이용하여 수백 옹스트롱(Å) 단위의 정보셀을 기록/재생하게 됨으로써 대용량의 정보를 기록/재생할 수 있게 된다. 예컨데, 근접장 기록/재생 방식을 이용하면 3cm 직경의 디스크의 한 면에 HDTV 급의 영상 데이터를 MPEG2의 화질로 2시간 이상 기록할 수 있는 20Gbytes 이상의 데이터가 기록/재생될 수 있으므로 정보 기록매체가 대용량/초소형화될 수 있게 된다. 이러한 근접장 기록/재생 방식의 데이터 기록/재생장치는 나노 스케일(Nano scale)의 광학팁(optical tip)과, 이 광학팁을 초정밀 고속 구동할 수 있는 시스템으로 구성된다. 광학팁은 기록매체로부터 수십 nm 내의 초점거리를 유지하여 광을 기록매체에 집광하여 기록매체에 집광되는 광스폿이 미소크기로 집광되도록 한다.
근접장 광기록/재생방식의 기록매체에는 광스폿이 미소 사이즈로 집광되므로 기록매체에 형성되는 피트(pit)가 미소크기로 형성되어 대용량의 정보가 기록될 수 있다. 재생시에는 기록매체로부터 반사되는 광이 기록매체 표면으로부터 멀수록광세기가 지수적으로 감소되기 때문에 기록시와 마찬가지로 광학팁이 기록매체로부터 수십 nm 내의 초점거리를 유지하여 반사광을 수광하고, 수광된 반사광을 광전변환함으로써 정보를 재생하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 근접장 광픽업장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 근접장 광픽업장치는 스핀들 모터에 의하여 고속으로 회전하는 광디스크(10)와, 상기 광디스크(10) 상부에 위치한 서스펜션암(15)과, 상기 서스펜션암(7) 상에 일측이 고정배치되어 있는 짐발 스프링(5)과, 상기 짐발 스프링(5) 가장자리 상에 광 스폿을 형성하는 대물렌즈(3)를 탑재한 슬라이더(1)가 배치되어 있다.
상기 서스펜션암(7)은 상기 광 픽업장치의 픽업부(11)에 일측이 고정되어 회전축으로 사용하고, 상기 픽업부(11) 상에는 상기 서스펜션암(7)이 상기 광디스크(10)의 데이터 트랙을 추종할 수 있는 VCM(13)이 배치되어 있다.
또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 픽업부(11) 내에는 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드와 광 검출용 포토 다이오드가 내장되어 있고, 상기 서스펜션암(7)을 따라 광학계들이 배치되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 근접장 광픽업장치는 다음과 같이 동작한다.
먼저, 상기 픽업부(11) 내부에 배치된 레이저 다이오드로부터 발생된 레이저 광은 상기 서스펜션암(7)을 따라 진행하여 상기 서스펜션암(7)의 가장자리 상에 배치된 프리즘(15)에 입사된다. 상기 프리즘(15)에 입사된 레이저 광은 직각으로 굴절되어 상기 서스펜션암(7)의 하부에 탑재되어 있는 상기 슬라이더(1)의 대물렌즈(3)로 입사된다. 상기 대물렌즈(3)로 입사된 레이저 광은 1 차적으로 굴절된 다음, 계속해서 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 슬라이더(1) 하부에 배치된 대향렌즈(SIL: Solid Immersion Lens 9)에서 광 스폿을 형성하게된다. 상기 대향렌즈(9)로부터 발생된 광 스폿은 상기 광디스크(10)의 데이터 트랙에 조사되어 데이터를 기록/재생하게 된다.
이때, 상기 슬라이더(1)의 부상 높이는 수 나노미터의 근접 거리를 가짐으로써 기록 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있게 되는데, 그 원리는 다음과 같다.
렌즈 내부로 임계각 이상의 각도를 갖고 입사하는 빛은 굴절률이 밀한 곳에서 소한 곳으로 진행할 때 빛이 전 반사된다. 이 때, 빛의 전반사에 의해서 렌즈의 표면에는 아주 미세한 세기의 광이 존재하는데, 이것을 에버네슨트웨이브(evanescent wave) 또는 소산파라고 한다. 이 에버네슨트 웨이브 이용하면, 기존의 원격장(far-field)에서는 빛의 회절 현상 때문에 나타나는 분해능l 절대적인 한계, 즉 회절 한계 때문에 불가능했던 고분해능이 가능하게 된다. 근접장 광 기록 및 재생 광학계는 렌즈 내에서 빛을 전반사시켜 렌즈 표면에 에버네슨트 웨이브를 발생시키고, 에버네슨트 웨이브와 기록매체의 커플링에 의하여 기록 및 재생을 하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 근접장 광픽업장치의 슬라이더에서 광디스크에 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 스핀들 모터에 의하여 고속으로 회전하는 광디스크(10)에서 발생하는 공기압에 의하여 서스펜션암(7)과 연결되어 있는 짐발 스프링(5) 가장자리에 배치되어 있는 슬라이더(1)가 상기 광디스크로부터 일정거리 부상되어 위치하게 된다.
상기 슬라이더(1)가 상기 광디스크(10) 상부에 부상하는 원리는 상기 광디스크(10)가 고속으로 회전하면, 근접장 내에서 공기 동압이 발생하여 상기 슬라이더(1)를 일정거리 부상시킨다. 부상을 위하여 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 슬라이더(1)의 하측면 상에는 공기압을 발생시키기 위한 에이비에스(ABS: Air Bearing System)패드가 형성되어 있다.
상기 서스펜션암을 따라 진행하는 레이저 광원은 상기 슬라이더(1)의 상부에 배치된 대물렌즈(3)를 통과한 다음, 하부에 배치된 상기 대향렌즈(9)를 통과하여 광 스폿을 형성하고 상기 광디스크(10)에 조사된다.
그러나, 상기에서 설명한 종래의 근접장 광픽업장치는 초박형으로 제조되므로 포커싱 동작과 틸팅 동작이 없어, 디스크이 기구적 하자의 보정을 트래킹 동작으로만 보정하도록 하여 정밀한 동작을 할 수 없는 문제가 있었다.
또한, 초박형 구조를 갖는 광픽업장치에 포커싱과 틸팅 코일을 배치하면 초소형화 구조를 제조하기 어려운 문제가 발생하게된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어 신호에 의하여 형상이 다양하게 변화될 수 있는 날개부를 광픽업에서 사용되는 슬라이더의 양측에 배치하여 포커싱 동작과 틸팅 동작을 할 수 있도록 한 근접장 광픽업장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 근접장 광픽업장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 근접장 광픽업장치의 슬라이더에서 광디스크에 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에서 사용되는 베루누이 법칙을 이용하여 슬라이더가 부상되는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4은 본 발명에 따른 근접장 광픽업장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 슬라이더 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 근접장 광픽업장치의 슬라이더에서 광디스크에 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21: 슬라이더23: 대물렌즈
25: 짐발 스프링27: 서스펜션암
30: 광디스크31: 픽업부
33: VCM35: 프리즘
40: 날개부
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 근접장 광픽업장치는,
근접장 광을 이용하여 광디스크 상에 데이터를 기록/재생하는 근접장 광픽업장치에 있어서,
상기 슬라이더의 양측 가장자리에 형상이 변화될 수 있는 날개부가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 날개부는 제어 신호에 의하여 형상이 변화될 수 있고, 상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 동일하게 변화시켜 상하 포커싱 동작을 할 수 있으며, 상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 서로 다르게 변화시켜 좌우 틸팅 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 근접장 광픽업에서 사용되는 슬라이더 헤드에 형상이 변화될 수 있는 날개부를 배치하여 상하 부상높이를 조절할 수 있을 뿐 만 아니라, 좌우 날개부의 형상을 다르게 변화시켜 좌우 틸팅 동작을 하도록 하였다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
본 발명은 베르누이 방정식 p1+ ρg y1+ ½ρv1 2= p2+ ρgy2+ ½ρv2 2을 이용한 것으로서, 높이가 다른 두 지점간의 유체 흐름에 관한 수식이다.
p1, y1, v1는 두 지점 중 한 지점에서의 유체가 받는 압력 p1와, 유체의 높이 y1와, 유체의 속도 v1을 나타내고, 다른 한지점에서의 유체가 받는 압력 p2와, 유체의 높이 y2와, 유체의 속도 v2를 나타낸다.
베르누이의 법칙은 에너지보존 법칙이 유체 역학에서도 적용됨을 보이는 것으로 일정한 압력을 받는 곳에서 한 지점의 유체의 압력, 높이 및 속도를 알면 다른 지점에서의 압력, 높이 및 속도를 알 수 있게된다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 베루누이 법칙을 이용하여 슬라이더가 부상되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비행기 날개부에서 베루누이 법칙을 이용한 양력에 의하여 부상하는 원리를 설명한다. 먼저 유선형 모형을 갖는 날개부의 상부에서 받는 압력을 P1, 상부 날개부의 거리를 l1및 상부 날개부를 이동하는 유체의 속도를 v1이라 하고, 상기 날개부 하부에서 받는 압력, 거리 및 유체 속도를 각각 P2, l2, V2라 하였다.
그리고, 고정되어 있는 날개부의 두께가 작으므로 두 지점간의 위치에너지를 무시하면 베루누이 방정식은 다음과 같이 근사적으로 구해진다.
P1+ ½ρv1 2= P2+ ½ρv2 2(여기서, ρ는 유체 밀도)
상기와 같은 유선형에서는 상부 유선형을 통과하는 유체의 이동 거리가 하부를 이동하는 유체의 이동 거리보다 크므로 V1의 속도가 V2의 속도가 더 크게 나타난다.
속도 V는 시간당 이동거리이므로 l1이 l2보다 클 경우 V1이 V2보다 크게된다. 따라서 위 등가식에 대입할 경우 P2가 P1보다 크게 된다. 이러한 원리를 이용하여 비행기가 이룩하게 되는 것이다. 본 발명의 초박형 광픽업인 경우에도 슬라이더가 디스크의 회전에 의한 공기압으로 상승하는 원리이므로 이러한 원리를 적용한다.
도 4은 본 발명에 따른 근접장 광픽업장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고속으로 회전하는 광디스크(30)와, 상기 광디스크(30) 상부에 위치한 서스펜션암(27)과, 상기 서스펜션암(27) 상에 일측이 고정배치되어 있는 짐발 스프링(25)과, 상기 짐발 스프링(25) 가장자리 상에 광 스폿을형성하는 대물렌즈(23)를 탑재되고, 양측에 유선형 날개부(40)가 장착되어 있는 슬라이더(21)가 배치되어 있고, 상기 유선형 날개부(40)는 압전 소자 등 제어 신호에 의하여 형상이 변화할 수 있는 재질이거나, 형상이 변화할 수 있는 소자로 구성된다.
또한, 상기 서스펜션암(27)은 상기 광픽업장치의 픽업부(31)에 일측이 고정되어 회전축으로 사용하고, 상기 픽업부(31) 상에는 상기 서스펜션암(27)이 상기 광디스크(30)의 데이터 트랙을 추종할 수 있는 VCM(33)이 배치되어 있다.
또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 픽업부(31) 내에는 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드와 광 검출용 포토 다이오드가 내장되어 있고, 상기 서스펜션암(27)을 따라 광학계들이 배치되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 근접장 광픽업장치는 다음과 같이 동작한다.
먼저, 상기 픽업부(31)의 레이저 다이오드에서 레이저 광이 발생하면, 상기 서스펜션암(27)을 따라 진행하면서 상기 슬라이더(30)로 진행한다. 상기 서스펜션암(27)의 가장자리 상에는 프리즘(35)이 배치되어 있어 진행하는 레이저 광을 상기 서스펜션암(27)의 하부에 탑재되어 있는 상기 슬라이더(21)로 방향을 전환시켜 준다. 상기 프리즘(35)에 의하여 방향이 전환된 레이저 광은 상기 슬라이더(21)의 상부에 배치된 상기 대물렌즈(23)에 입사되어 굴절된 후, 하부의 대향렌즈(SIL: Solid Immerion Lens )로 진행하여 광 스폿을 형성한다.
이때, 상기 슬라이더(21)의 부상 높이가 상기 광디스크(30)와 너무 근접하여 있거나, 너무 떨어져 있어 광 스폿의 초점이 정확하게 데이터 트랙에 조사되지 않을 때에는 상기 슬라이더(21) 양측에 배치되어 있는 상기 날개부(40)에 신호를 가하여 유선형 형상으로 변화시키거나 그 반대 형상으로 변화시켜 상하 포커싱 동작을 하도록 한다.
또한, 광 스폿의 초점이 타원형으로 조사되는 등 상기 슬라이더(21) 또는 광디스크(30)가 일정한 방향으로 기울어져 있을 경우에는 상기 슬라이더(21)의 양측에 배치된 날개부(40)의 형상 변화에 차이를 두어 틸팅 보정을 할 수 있도록하여 정확하게 광 스폿의 초점이 데이터 트랙 상에 맺히도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 슬라이더 구조를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 근접장 광픽업 장치의 서스펜션암으로부터 인출되는 짐발 스프링(25) 가장자리에 배치된 슬라이더(21)의 양측에는 제어 신호에 의하여 형상이 변화될 수 있는 날개부(40)가 배치되어 있다. 상기 날개부(40)의 형상이 유선형으로 변화할 경우에는 상기에서 설명한 바와 같이 광디스크의 회전에 의하여 발생하는 공기 흐름에 의하여 양력이 발생하여 부상하게 된다.
또한, 상기 슬라이더(21)의 부상 높이가 너무 높은 경우에는 상기 날개부(40)의 형상을 유선형의 형상과 반대로 변화되도록 하여 상기 슬라이더(21)의 높이를 낮출 수 있다.
그리고, 상기에서 설명한 상기 슬라이더(21) 양측에 배치되어 있는 날개부(40)의 형상을 서로 다르게 변화시켜, 예를 들면 일측의 날개부(40)는 유선형이고, 타측의 날개부(40)는 유선형이 아닌 형상을 갖도록하여 좌우 틸팅이 가능하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 근접장 광픽업장치의 슬라이더에서 광디스크에 데이터를 기록/재생하는 모습을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 근접장 광픽업장치의 서스펜션암으로부터 인출되는 짐발 스프링 가장자리에 배치되어 있는 슬라이더(21)가 고속으로 회전하는 광디스크(30) 상부에 일정거리 부상되어 있다. 상기 슬라이더(21)에서는 픽업부에서 발생하는 레이저 광을 인가 받아 대물렌즈(23)와 대향렌즈(21)에서 굴절한 후 광 스폿을 형성하여 상기 광디스크(30) 상의 데이터 트랙 상에 조사된다.
상기 슬라이더(21)는 상기 광디스크(30)의 고속 회전에 의하여 발생하는 공기압에 의하여 부상하게 되는데, 이때, 상기 슬라이더(21)의 양측에 배치되어 있는 날개부(40)에 의하여 부상 높이가 적절히 조절된다. 상기 슬라이더(21)의 부상 높이가 상기 광디스크(30)와 너무 근접하거나 떨어져있는 경우에는 형상을 변화시킬 수 있는 제어 신호를 상기 슬라이더(21) 양측에 배치되어 있는 날개부(40)에 인가하여 상하 포커싱 동작을 할 수 있도록 한다.
또한, 상기 슬라이더(21)의 양측 날개부(40)에 인가하는 제어 신호를 다르게 하여 좌우 틸팅 보정을 하여 보다 정확한 광픽업을 할 수 있도록 한다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 근접장 광픽업장치에 사용되는 슬라이더 헤드 양측에 형상이 변화될 수 있는 날개부를 배치하여 제어 신호에 의하여 상기 슬라이더의 부상 높이를 조절하는 포커싱 동작과 좌우 틸팅 동작을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 근접장 광을 이용하여 광디스크 상에 데이터를 기록/재생하는 근접장 광픽업장치에 있어서,
    상기 슬라이더의 양측 가장자리에 형상이 변화될 수 있는 날개부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 근접장 광픽업장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개부는 제어 신호에 의하여 형상이 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 근접장 광픽업장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 동일하게 변화시켜 상하 포커싱 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 근접장 광픽업장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이더 양측에 배치된 날개부의 형상을 서로 다르게 변화시켜 좌우 틸팅 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 근접장 광픽업장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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