빔 위치 결정 장치를 포함하는 광 데이타 기억 시스템

제1도는 본 발명의 광데이타 기억 시스템을 개략적으로 도시한 도면,

제2A도는 본 발명의 광 매체의 단면도,

제2B도는 다른 광 매체의 단면도,

제3A도는 제2도의 매체의 트래킹 마크의 단면도,

제3B도는 다른 트래킹 마크의 단면도,

제3C도는 또다른 트래킹 마크의 단면도,

제3D도는 또다른 트래킹 마크의 단면도,

제4도는 본 발명의 광 헤드 및 매체를 개략적으로 도시하는 도면,

제5도는 제4도의 광 검출기의 평면도,

제6도는 본 발명의 채널 회로의 회로도,

제7도는 본 발명의 콘트롤러 회로를 개략적으로 도시하는 블럭도,

제8A도는 트래킹 오차 신호 대 헤드 변위와의 관계를 도시하는 그래프,

제8B도는 다른 실시예에 대한 트래킹 신호 대 헤드 변위와의 관계를 도시하는 그래프.

제8C도는 또다른 실시예에 대한 트래킹 오차 신호 대 헤드 변위와의 관계를 도시하는 그래프,

제9도는 본 발명에 대한 촛점 오차 신호 대 렌즈 변위와의 관계를 도시하는 그래프,

제10도는 본 발명의 다중 데이타면 수차 보상기의 개략적으로 도시하는 도면,

도 11도는 본 발명의 다중 데이타면 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제12도는 본 발명의 다중 데이타면 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제13도는 제12도의 보상기의 평면도,

제14도는 본 발명의 다중 데이타 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제15도는 본 발명의 다중 데이타면 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

도 16도는 제15도의 렌즈의 단면도,

제17도는 본 발명의 광 헤드가 매체의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제18도는 본 발명의 이중 데이타면 수직 보상기의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제19도는 본 발명의 다중 데이타면 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제20도는 제18도 및 제19도의 보상기를 제조하는 방법을 개략적으로 도시하는 도면,

제21도는 본 발명의 수차 보상기의 다른 실시예를 도시하는 도면,

제22도는 본 발명의 수차 보상기의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제23도는 본 발명의 다중 데이타면 필터를 개략적으로 도시하는 도면,

제24도는 본 발명이 다중 데이타면 필터의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제25도는 본 발명의 이중 데이타면 필터의 또다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면,

제26도는 제25도의 필터를 제조하는 방법을 개략적으로 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광 데이타 기억 시스템 12 : 광 데이타 기억매체

22 : 광헤드 26 : 음성 코일, 모터

2200 : 레이저 다아오드 205 : 빔 스플리터

210 : 집속 렌즈 270,272 : 증폭기

본 발명은 일반적으로 광 데이타 기억 시스템(optical date storage systems)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 빔 위치 결정 장치를 포함하는 광 데이타 기억 시스템에 관한 것이다.

광 데이타 기억 시스템은 디스크상에 대량의 데이타를 기억시키기 위한 수단을 제공한다. 이 데이타는 레이저 광선(laser beam)을 이 디스크의 데이타층 위에 집속시킨 후, 반사된 광선을 검출함으로써 액세스된다. 이와 관련된 각종의 시스템이 알려져 있다. ROM(Read Only Memory) 장치에 있어서, 데이타는 디스크의 제조시 디스크내에 마크(mark)로서 영구히 내장된다. 이 데이타는 레이저 광선이 데이타 마크 위를 통과할때 반사율의 변화로서 검출된다. WORM(Write-Once Read Many) 시스템은 피트(pit)등의 마크를 빈(blank) 광디스크면상에 형성함으로써 사용자가 데이타를 기록할 수 있도록 한다. 일단 데이타가 디스크상에 기록되면, 기록된 데이타를 소거하는 것은 불가능하다. WORM 시스템내의 데이타 역시 반사율의 변화로서 검출된다.

소거가능한(erasable) 광 시스템도 알려져 있다. 이러한 시스템에서는 데이타의 기록 및 소거를 행하기 위해 레이저를 사용해 데이타층을 임계온도를 넘어서는 온도로 가열한다. 광자기 기록시스템(magnetooptical recording systems)은 한점의 자기 영역(magnetic domain)을 상향방 또는 하방향으로 향하게 함으로써 데이타를 기록한다. 이 데이타는 저출력 레이저(low power laser)를 데이타층에 조사함으로써 판독된다. 자기 영역 방향의 차이로 인해 광선의 평광면(plane of polarization of the light beam)은 어느 쪽인가의 방향, 즉, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전된다. 그런 다음, 이러한 편광 방향의 변화가 검출된다. 상변화 기록(phase change recording)은 데이타층 자체의 구조 변화(비결정/결정이 2가지의 통상적인 형태의 상)를 사용하는 데이타를 기록한다. 데이타는 광선이 상이한 상(phase)의 위를 통과할때, 데이타가 반사율의 변화로서 검출된다.

광디스크(optical disk)의 기록용량을 증가시키기 위하여 다중 데이타층 시스템(multiple data layer systems)이 제안되었다. 둘이상의 데이타층을 갖는 광 디스크는 이론상 렌즈의 촛점 위치(focal position)를 변화시킴으로써 상이한 층에서 액세스될 수도 있다. 이러한 방법의 예로서는 1976. 3. 23자 발행된 월멋(Wohlmut)등의 미합중국 특허 제3,946,367호, 1980. 8. 26자 발행된 러셀(Russell)의 미합중국 특허 제4,219,704호, 1984. 5. 22자 발행된 홀스터(Holster)등의 미합중국 특허 제4,450,553호, 1990. 2. 27자 발행된 하토리(hattori)등의 미합중국 특허 제4,905,215호, 1988. 11. 15자 공고된 와타나베(Watanabe)등의 일본국 특허공고 소화 63-276732호 및 아터(Arter)등에 의한 1987년 7월자 IBM Technical Disclesure Bulletin 제30권 제2호(제667면)가 있다.

이들 종래 기술 시스템의 문제점은 하나를 초과하는 데이타층이 있는 경우, 기록된 데이타를 명확하게 판독하는 것이 매우 곤란하다는 것이다. 다른 데이타 층으로부터의 크로스토크 신호(cross-talk signal)가 판독능력을 크게 저하시킨다. 또한, 상이한 깊이에서 집속시키고 트래킹 신호를 발생하는 것에도 문제가 있다. 따라서, 이들 문제점을 극복하는 광 데이타 기억 시스템이 요구된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 광 데이타 기억 시스템은 광디스크 드라이브(optical disk drive) 및 다중 데이타면 광 매체(multiple data surface optical medium)를 포함한다. 이 매체는 공간(air space)에 의하여 분리된 다수의 기판부재를 포함한다. 공간에 인접한 기판 부재의 표면은 데이타면이다. 이 데이타면은 반사층(reflector layer)을 포함할 수도 있는 최종 데이타층을 제외하고는 매우 높은 투과성(highly transmissive)을 갖는다. 각각의 데이타면은 트래킹 마크(tracking mark)를 갖는다.

광 디스크 드라이브는 레이저 광선을 발생하기 위한 레이저를 포함한다. 광 투과 채널(optical transmission channel)은 광을 매체로 향하게 한다. 이 투과 채널은 광을 상이한 데이타면상에 집속시키기 위한 집속 소자(focus element)와 유효 기판 두께(effective substrate thickness)의 변동으로 인한 수차(aberration)를 수정하기 위한 수차 보상 소자(aberration compensator element)를 포함한다. 수광 채널(reception channel)은 매체로부터의 반사광을 수광한다. 수광 채널은 판독될 데이타면 이외의 데이타면으로부터 반사된 원하지 않는 광을 차단하기 위해 필터소자(filter element)를 포함한다. 수광 채널은 반사광을 수광하기 위한 검출기와 그에 응답하여 데이타 신호 및 서브 신호를 발생하기 위한 회로를 포함한다.

본 발명의 특징과 장점들에 대한 보다 충분한 이해를 위하여, 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.

본 발명은 엠.베스트, 에이치, 로젠, 케이.루빈 및 티. 스트란드(M.Best, H.Rosen, K.Rubin and T. Strand)에 의해 공동 출원된 미합중국 특허 출원 "Multiple Data Surface Optical Data Storage System"과 에이치.로젠, 케이.루빈, 지.신세르박스, 티.스트란드 및 제이.자비슬란(H.Rosen, K.Rubin, G. Sincerbox, T.Strand and J.Zavislan)등에 의해 공동 출원된 "Multiple Data Surface Optical Data Storage System and Method"에 대한 것이다.

제1도는 본 발명의 광 데이타 기억 시스템의 개략도이며, 그 전체를 참조번호(10)로 표시하고 있다. 시스템(10)은 광 데이타 기억매체(optical data storage medium)(12)를 포함하는데, 이 매체는 디스크 형상인 것이 바람직하다. 매체(12)는 당해 기술분야에 알려진 바와 같이 클램핑 스핀들(clamping spindle)(14)상에 착탈가능하게 장착된다. 스핀들(14)은 스핀들 모터(spindle motor)(16)에 부착되는데, 이 모터(16)는 시스템 섀시(system chassis)(20)에 부착된다. 모터(16)는 스핀들(14) 및 매체(12)를 회전시킨다.

광 헤드(optical head)(22)는 매체(22) 아래에 위치한다. 헤드(22)는 암(arm)(24)에 부착되고, 이 암은 다시 음성 코일 모터(voice coil motor)(26)등의 액츄에이터 장치(actuator device)에 접속된다. 음성 코일모터(26)는 섀시(20)에 부착된다. 모터(26)는 매체(12) 아래에서 암(24) 및 헤드(22)를 방사상(radial direction)으로 이동시킨다.

광 매체

제2A도는 매체(12)의 단면도이다. 매체(12)는 기판(50)을 갖는다. 기판(50)은 면판 또는 커버 판(face plate cover plate)으로도 알려져 있으며, 레이저 광선이 그곳으로부터 매체(12)로 입사된다. 외경(OD)림(outer diameter:OD rim)(52) 및 내경(ID) 림(inner diameter:ID rim)(54)이 면판(50)과 기판(56) 사이에 부착된다. OD림(58) 및 ID림(60)이 기판(56)과 기판(62) 사이에 부착된다. OD림(64) 및 ID림(66)이 기판(62)과 기판(68) 사이에 부착된다. OD림(70) 및 ID림(72)이 기판(68)과 기판(74) 사이에 부착된다. 면판(50) 및 기판(56,62,68 및 74)은 글래스(glass), 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 기타 고분자 물질(other polymer material) 등의 광 투과성 재료(light transmissive material)로 제조된다. 바람직한 실시예에 있어서, 면판(50)은 두께가 1.2mm이고, 기판(56,62,68 및 74)은 두께가 0.4mm이다. 이와 다르게 기판의 두께를 0.2 내지 0.8mm로 할 수도 있다. ID림 및 OD림은 플라스틱 재료(plastic material)로 제조되는 것이 바람직하고, 대략 500μm의 두께를 갖는다. 이와 다르게 이들 림의 두께를 50-500μm의 두께로 할 수도 있다.

이들 림은 아교, 접착제를 이용하거나 또는 기타 접착법에 의하여 면판 및 기판에 부착될 수 있다. 이와 다르게 이들 림을 기판내에 일체적으로 형성할 수도 있다. 이들 림은 배치되었을때, 기판과 면판 사이에 다수의 환상 공간(a plurality of annular spaces)(78)을 형성한다. 스핀들 개구(spindle aperture)(80)는 ID림 내측에서 매체(12)를 관통하여 스핀들(14)을 받아들인다. 다수의 통로(passage)(82)가 ID림내에 마련되어, 개구와 공간(78)을 접속함으로써 공간(78)과 디스크 화일의 주위 환경(통상, 공기이다) 사이의 압력이 균형을 이루도록 한다. 다수의 저임피던스 필터(a plurality of low impedance filters)(84)가 통로(82)에 부착되어 공기중의 입자 물질에 의한 공기(78)의 오염을 방지한다. 필터(84)는 수정 또는 글래스 화이버(quartz or glass fiber)일 수도 있다. 이와 다르게 통로(82) 및 필터(84)는 OD림상에 배치될 수도 있다.

면(90,92,94,96,98,100,102 및 104)은 데이타면이고, 공간(78)에 인접한다. 이들 데이타면은 기판면내에 직접 형성된 ROM 데이타를 포함할 수 있거나, 또는 이와다르게 데이타면은 WORM 등의 각종 기록 가능한 광기억 박막(writeable optical storage films)중 하나의 박막, 또는 상변화(phase change) 재료나 광자기 박막등의 각종 소거가능한 광 기억 박막(erasable optical storage films)중 하나의 박막으로 피복될 수도 있다. 광 기억 박막 자체 이외의 데이타면은 미합중국 특허 제4,450,553호 등의 종래 기술에 공기되어 있는 별개의 금속 반사층 구조(반사율 30-100%)없이 제조된다. 즉, 데이타면은, ROM면의 경우에는 면자체, 또는 WORM, 상변화 면 또는 광자기 면의 경우에는 표면 및 광 기억 박막을 포함하며, 이들로 이루어지거나 또는 기본적으로 이들로 이루어진다. 추가적인 기억성 비데이타(nondata storing) 반사층은 필요없다. 그 결과, 데이타면은 매우 투과성이 높고 많은 수의 데이타면이 가능하다. 비록 중간 데이타면(intermediate data surfaces)이 반사층을 갖지 않지만, 최종 데이타면(104)으로부터 보다 큰 반사를 성취하기 위해 최종 데이타면(104)의 후방에 선택적으로 반사층을 추가할 수도 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 데이타면은 ROM면이다. 데이타는 디스크 제조시에 기판에 직접 형성되는 피트(pits)로서 영구히 기록된다. 종래 기술과는 대조적으로, 본 발명의 ROM면은 금속 반사층을 갖지 않는다. 기판은 코팅(coating)을 갖지 않는다. 그 결과 각각의 데이타면의 투과율은 약 96%가 된다. 데이타를 검출하는데는 4%의 반사율로도 충분하다. 이러한 높은 투과율은 다수의 데이타면으로부터 액세스가 가능해지도록 하는 잇점을 가지며, 다른면으로부터의 원하지 않는 신호의 영향을 최소화시킨다. 이들 면상에는 코팅이 없기 때문에, 이들은 제조가 보다 용이하고 내식성이 보다 강하다.

필요조건은 아니지만, 필요한 레이저 출력을 저하시키기 위해 반사율을 증가시키는 것이 바람직할 수도 있다. 4%를 초과하도록 반사율을 증가시키는 한가지 방법은 기판보다 큰 굴절률(index of refraction)을 갖는 유전체(dielectric)의 박막 코팅(thin film coating)을 도포하는 것이다. 유전체의 두께가 약 λ/4n일때 20%의 최대 반사율이 얻어지며, 유전체의 두께가 약 λ/2n일때 4%의 최소 반사율까지 단조롭게 변동한다(여기서, λ는 광의 파장이며, n은 유전체의 굴절률이다). 이러한 유전체 물질의 예로서는 ZrO ₂ , ZnS, SiNx 또는 각종 혼합 산화물이다. 유전체는 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와같이 스퍼터링법(sputtering)에 의해서 증착될 수도 있다.

데이타 층의 반사율은 4% 미만으로도 감소될 수 있다. 이렇게 하여 투과율은 증가하고, 보다 많은 디스크를 적층할 수 있게 된다. 반사율의 감소는 기판보다 작은 굴절률을 갖는 유전체 박막을 사용할때 야기된다. 이러한 유전체의 하나는 굴절률이 1.35인 MnF이다. 유전체의 두께가 약 λ/4n일때, 1%의 최소 반사율이 얻어지고, 유전체의 두께가 약 λ/2n일때, 4%의 최대 반사율까지 단조롭게 변동한다(여기서, λ는 광의 파장이고, n은 유전체의 굴절률이다). 이외에 많은 다른 박막 반사방지 재료(thin film anti-reflection material)가 사용될 수 있다. 이들 반사 방지 박막을 당해 기술분야에 알려진 스퍼터링법에 의해 도포할 수 있다.

이와 다르게, 데이타면은 WORM 데이타를 포함할 수도 있다. 텔루륨-셀레늄(tellurium-selenium) 합금이나 상변화 WORM 박막등의 WORM 박막은 데이타면상에 코팅될 수 있다. 이들 박막은 당해 기술분야에 공지되어 있는 스퍼터링법 또는 증착법에 의해 기판상에 진공증착된다. 각각의 박막의 반사, 흡수 및 투과량은 자신의 두께 및 광상수(optical constants)에 관련된다. 바람직한 실시예에 있어서, 텔루륨-셀레늄 합금은 20-800Å의 두께로 증착된다.

이와 다르게, 데이타면은 가역적 상변화 박막(reversible phase change films)을 포함할 수도 있다. 어떠한 형태의 상변화 박막도 사용될 수 있지만, 바람직한 조성물(compositions)은 GeTe와 Sb ₂ Te ₃ 를 연결하는 연결 선상을 따라 존재하거나, 또는 그에 근접해 존재하는 조성물로서 Te _52.5 Ge _15.3 Sb ₃₃ , Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ , GeSb ₂ Te ₄ 및 GeSb ₄ Te ₇ 가 있다. 이 박막은 당해 기술분야에서 공지되어 있는 스퍼터링법에 의해 20-800Å의 두께까지 기판상에 진공증착된다. 마모(ablation)를 방지하기 위하여 상변화 박막의 상면에 3,000Å 두께의 유전체의 보호 오버코트(protective overcoat)를 선택적으로 형성할 수도 있다.

이와 다르게 데이타면이 광자기 박막을 포함할 수도 있다. 희토류 전이금속(rare earth transition metals)등의 광자기 박막은 당해 기술분야에 공지되어 있는 스퍼터링법에 의하여 기판상에 20-800Å의 두께로 진공증착된다.

또 다른 하나의 방법은, 데이타면이 ROM, WORM, 또는 소거 가능한 매체(erasable media)의 조합을 포함하도록 하는 것이다. ROM등의 보다 투과율이 높은 투과면은 광원에 보다 가까이 배치하고, WORM, 상변화 매체 및 광자기 매체등의 투과율이 낮은 투과면은 광원에서 가장 멀리 배치하는 것이 바람직하다. ROM면과 관련해 전술한 유전체 및 반사 방지 박막이 WORM 매체 및 소거 가능한 매체와 함께 사용될 수도 있다.

제2B도는 광 기록 매체에 대한 다른 실시예의 단면도로서, 그 전체를 참조번호(120)로 표시하고 있다. 매체(12)의 소자와 유사한 매체(120)의 소자는 동일 번호에 점을 찍어 표시하였다. 매체(120)는 매체(12)의 림 및 공간(78)을 갖지 않는다. 그 대신에 다수의 투명한 고체 부재(a plurality of solid transparent members)(122)로 각 기판을 분리한다. 부재(122)는 기판과는 다른 굴절률을 갖는 물질로 제조된다. 이것은 데이타면에서 약간의 반사를 성취하기 위해 필요하다. 바람직한 실시예에 있어서, 부재(122)는 기판을 함께 유지시키는 역할을 하는 광 시멘트(optical cements)로 제조된다 부재(122)의 두께는 약 100-300μm인 것이 바람직하다. 매체(120)는 시스템(10)에서 매체(12)로 대체될 수도 있다.

제3A도는 매체(12)의 바람직한 데이타면 패턴을 확대하여 도시한 상세한 도면도로서, 이 패턴을 전체적으로 참조번호(130)로 표시하고 있다. 면(90)은 나선형(또는 동심형) 트래킹 홈(spiral(or alternatively concentric) tracking grooves)(132)의 패턴을 포함한다. 홈(132) 사이에 위치된 면(90)의 부분은 랜드 부분(land portion)(134)으로 알려져 있다. 면(92)은 나선형 인버스 트래킹 홈(spiral inverse tracking grooves)(융기부(raised fidges))(136)의 패턴을 포함한다. 인버스 홈(136) 사이에 위치된 면(92)의 부분은 랜드(138)이다. 홈(132) 및 인버스 홈(136)은 또한 트래킹 마크(tracking marks)라고도 불리운다. 바람직한 실시예에 있어서, 트래킹 마크의 폭(140)은 0.6μm이고, 랜드 부분의 폭(142)은 1.0μm이다. 그 결과, 피치는 (1.0+0.6)=1.6μm이다.

트래킹 마크는 매체(12)가 회전하는 동안 광선을 트랙상에 유지시키기 위해 사용된다. 이와 관련해서는 이후 명세서에 보다 상세히 설명된다. 패턴(130)에 대해, 광 헤드(22)로부터의 광선(144)은 자신이 집속되는 표면에 따라 랜드부분(134 또는 138)을 추적할 것이다. 기록된 데이타는 랜드 부분상에 존재한다. 트래킹 오차 신호(tracking errors signal:TES)를 양 면(90 및 92)에 대한 크기와 동일한 크기의 신호로 하기 위해서는, 랜드로부터 반사된 광과 트래킹 마크로부터 반사된 광 사이의 광로차(optical path difference)가 양면에 대하여 동일하여야 한다. 광선(144)은 기판(50)을 통해서는 면(90)상에 집속되지만, 공간(78)을 통해서는 면(92)상에 집속된다. 바람직한 실시예에 있어서, 공간(78)은 공기를 포함한다. 랜드와 트래킹 마크 사이의 광로 길이 차(optical path length difference)가 동일하도록 하기 위해서는, d1n1이 d2n2와 동일(또는 d2/d1이 n1/n2와 동일)하여야 한다.

여기서, d1은 마크(132)의 깊이(수직거리)이고, n1은 기판(50)의 굴절률이고, d2는 마크(136)의 높이(수직 거리)이며, n2는 공간(78)의 굴절률이다. 바람직한 실시예에 있어서, 공간(78)은 굴절률이 1.0인 공기를 포함하며, 기판(50)(다른 기판과 마찬가지로)의 굴절률은 1.5이다. 따라서 d2/d1의 비는 1.5이다. 바람직한 실시예에 있어서, d1은 700Å이며, d2는 1050Å이다. 매체(12)의 다른 면상에서도 트래킹 마크의 동일한 패턴이 반복된다. 다른 기판의 입사면(94,98 및 102)은 면(90)과 유사하고, 다른 공간의 입사면(96,100,104)은 면(92)과 유사하다.

트래킹 마크는 나선형 패턴으로 배열되는 것이 바람직하지만, 그와 달리 동심형 패턴으로 배열될 수 있다. 또한, 나선형 패턴은 각각의 데이타면에 대해 동일한 패턴, 즉 모두 시계 방향 또는 반시계 방향의 나선형이거나, 또는 연속적으로 데이타층상에서 시계 방향과 반시계 방향의 나선형 패턴이 교번(alternate)될 수도 있다. 이러한 교번 나선형 패턴(alternating spiral pattern)은, 데이타의 연속적 추적을 원하는, 예를 들어 비디오 데이타의 기억, 영화등의 소정 응용에 바람직할 수도 있다. 이러한 경우, 광선은 나선형 패턴이 내경(inner diameter) 근처에서 끝날 때까지 제1데이타면상에서 시계방향의 나선형 패턴을 내측 방향(inward)으로 추적한 후, 광선은 바로 아래의 제2데이타면상에 재집속되며, 그후 외경(outer diameter)에 도달할 때까지 반시계 방향의 나선형 패턴을 외측방향으로 추적한다.

제3B도는 매체(12)에 대한 대체 표면 패턴(alternative surface pattern)을 확대하여 도시한 상세한 단면도로서, 전체를 참조번호(150)로 표시하고 있다. 패턴(150)은 면(92)에 대한 트래킹 마크가 인버스 홈 대신에 홈(152)이라는 것을 제외하고는 패턴(130)과 유사하다. 피치 및 d2/d1의 비는 패턴(130)의 경우와 동일하다. 광선(144)은 면(90)상의 랜드(134)를 추적하지만, 본 경우에 있어서는 광선(144)은 면(92)상에 집속될때 홈(152)을 추적할 것이다. 어떤 상황에서는 홈(132)의 추적이 바람직할 수도 있다. 그러나, 이하 설명되는 바와 같이, 광선(144)은 또한 면(92)의 랜드(138)를 추적하기 위해 전자적으로 제어될 수도 있다. 면(94,98 및 102)에 대한 트래킹 마크는 면(90)과 유사하고, 면(96,100 및 104)은 면(92)과 유사하다.

제3C도는 매체(12)에 대해 대체 표면 패턴을 확대하여 도시한 상세한 단면도로서, 전체를 참조번호(160)로 표시하고 있다. 패턴(160)은 면(90)이 홈(132) 대신에 인버스 홈(162)을 가지며, 표면(92)이 인버스 홈(136) 대신에 홈(164)을 갖는다는 것을 제외하고 패턴(130)과 유사하다. 피치 및 d2/d1의 비는 패턴(130)의 경우와 동일하다. 광선(144)은, 면(90)상에 집속될때 인버스 홈(162)을 추적하고(랜드를 추적하도록 전자적으로 스위치되지 않는 한) 면(92)상에 집속될때 홈(164)을 추적할 것이다. 면(94,98 및 102)에 대한 패턴은 면(90)과 유사하고, 면(96,100 및 104)는 면(92)과 유사하다.

제3D도는 대체 표면 패턴을 확대하여 도시한 상세한 단면도로서, 전체를 참조번호(170)로 표시하고 있다. 패턴(170)에 있어서, 면(90)은 패턴(160)의 면(90)과 유사한 구조를 갖는다. 면(92)은 패턴(130)의 면(92)과 동일한 모양의 구조를 갖는다. 피치 및 d2/d1의 비는 패턴(130)의 경우와 동일하다. 광선(144)은(랜드를 추적하도록 전자적으로 스위치되지 않는 한) 면(90) 상에 집속될때 인버스 홈(162)을 추적하고, 면(92)상에 집속될때 랜드(138)를 추적할 것이다. 면(94,98 및 102)은 면(90)가 유사한 패턴을 가지며, 면(96,100 및 104)은 면(92)과 유사한 패턴을 갖는다.

패턴(130,150,160 및 170) 모두에 대하여, 트래킹 마크는, 제조시에, 당해 기술분야에 공지되어 있는 사출성형(injection molding) 또는 모토플리머 프로세스(photopolymer process)에 의하여 기판내에 형성된다. 전술한 바와 같이, 트래킹 마크가 형성된 후에 광 박막의 기판상에 증착된다는 것에 유의하여야 한다.

트래킹 마크의 논의는 광 디스크의 다른 특징에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 몇몇의 ROM 디스크는 기판내에 엠보스(emboss)된 피트(pit)를 사용하여 데이타를 기록하거나, 또는 추적 정보를 제공한다. 다른 광매체는 피트를 사용해 섹터 헤더 정보(sector header information)를 엠보스한다. 몇몇의 매체는 이들 헤더피트(header pit)를 사용해 추적 정보도 제공한다. 본 발명의 다중 데이타면 형태에 이러한 매체를 사용하는데 있어서, 이들 피트는 전술한 트래킹 마크에 대해 유사한 방식으로 대응하는 다양한 데이타면상에 피트(pit) 또는 인버스 피트(inverse pit)로서 형성된다. 랜드(land)와 피트 또는 인버스 피트간의 광로 길이도 트래킹 마크와 유사하다. 피트, 인버스 피트, 홈 및 인버스 홈 모두는 랜드로부터 상이한 높이(즉, 그들과 랜드 사이의 수직 거리)에 위치되고, 본 발명의 논의를 위해 모두 마크로 불리운다. 특히, 추적 정보를 제공하는데 기여하는 마크는 비데이타 트래킹 마크(nondata tracking marks)로 알려져 있다.

광 헤드

제4도는 광 헤드(22) 및 매체(12)의 개략도이다. 광 헤드(22)는 레이저 다이오드(laser diode)(200)를 갖는다. 레이저 다이오드(200)는 약 780nm 파장의 주광선(primary beam of light)(202)을 발생시키는 갈륨-알루미늄-비소 다이오드 레이저(gallium-aluminum-arsenide diode laser)일 수 있다. 렌즈(203)에 의해 광선(202)은 시준되고, 원형화 프리즘(circularizing prism)등의 서큘라이저(cirucularizer)(204)에 의하여 원형으로 된다. 광선(202)은 빔 스플리터(beamsplitter)(205)를 통과한다. 광선(202)의 일부분은 빔 스플리터(205)에 의해 반사되고 집속 렌즈(206) 및 광검출기(207)에 도달한다. 광 검출기(207)는 광선(202)의 출력을 감시하는데 사용된다.

광선(202)의 나머지 부분은 통과되어 미러(208)에 의해 반사된다. 다음에, 광선(202)은 집속 렌즈(210) 및 다중 데이타면 수차 보상기(multiple data surface aberration compensator)(212)를 통과하여 매체(12)의 데이타면중 하나의 데이타면(도시된 예에서는 면(96))에 집속된다. 렌즈(210)는 홀더(holder)(214)내에 장착된다. 홀더(214)의 위치는 음성 코일 모터등의 집속 액츄에이터 모터(216)에 의해 매체(12)에 대하여 조절된다.

광선(202)의 일부분은 반사 광선(reflected beam)(220)으로서 데이타면에서 반사된다. 광선(220)은, 수차 보상기(212) 및 렌즈(210)를 통하여 복귀되고, 미러(208)에 의해 반사된다. 빔 스플리터(205)에서, 광선(220)은 다중 데이타면 필터(multiple data surface filter)(222)로 반사된다. 광선(220)은 필터(222)를 통과하여 빔 스플리터(224)에 도달한다. 빔 스플리터(224)에서, 광선(220)의 제1부분(230)은 비점수차 렌즈(astigmatic lens)(232) 및 쿼드 광 검출기(quad optical detector)(234)로 향하고, 광선(220)의 제2부분(236)은 반파장 판(half-wave plate)(238)을 통해 편광 빔 스플리터(polarizing beamsplitter)(240)로 향한다. 빔 스플리터(240)는 광선(236)을 제1직교 편광 성분(a first orthogonal polarized light component)(242)과 제2직교 편광 성분(a second orthogonal polarized light component)(244)으로 분리시킨다. 렌즈(246)는 광(242)을 광검출기(248)에 집속시키고, 렌즈(250)는 광(244)을 광검출기(252)에 집속시킨다.

제5도는 쿼드 검출기(234)의 평면도이다. 검출기(234)는 섹션(234A,B,C,D)으로 4등분된다.

제6도는 채널 회로(channel circuit)(260)의 회로도이다. 회로(260)는 데이타 회로(data circuit)(262), 촛점 오차 회로(focus error circuit)(264) 및 트래킹 오차 회로(tracking error circuit)(266)를 포함한다. 데이타 회로(262)는 검출기(248)에 접속된 증폭기(270) 및 검출기(252)에 접속된 증폭기(272)를 갖는다. 증폭기(270 및 272)는 쌍극 쌍투 전자 스위치(double pole, double throw electronic switch)(274)에 접속된다. 스위치(274)는 가산 증폭기(summing amplifier)(276) 및 차동 증폭기(differential amplifier)(278)에 접속된다.

촛점 오차 회로(264)는 검출부분(234A,B,C,D)에 각각 접속된 다수의 증폭기(280,282,284 및 286)를 갖는다. 가산 증폭기(288)는 증폭기(280 및 284)에 접속되고, 가산 증폭기(290)는 증폭기(282 및 286)에 접속된다. 차동 증폭기(292)는 가산 증폭기(288 및 290)에 접속된다.

트래킹 오차 회로(266)는 한쌍의 가산 증폭기(294 및 296)와 하나의 차동 증폭기(298)를 갖는다. 가산 증폭기(294)는 증폭기(280 및 282)에 접속되고, 가산 증폭기(296)는 증폭기(284 및 286)에 접속된다. 차동 증폭기(298)는 쌍극 쌍투 전자 스위치(297)를 통해 가산 증폭기(294 및 296)에 접속된다. 스위치(297)는 증폭기(298)로의 입력을 반전시키는 작용을 한다.

제7도는 본 발명의 콘트롤러 시스템의 개략도로서, 전체를 참조번호(300)로 표시하고 있다. 촛점 오차 신호(focus error signal:FES) 피크 검출기(310)는 촛점 오차 신호 회로(264)에 접속된다. 트랙 오차 신호(track error signal:TES) 피크 검출기(312)는 트래킹 오차 신호 회로(266)에 접속된다. 콘트롤러(314)는 검출기(310), 검출기(312), 검출기(207) 및 회로(262,264 및 266)에 접속된다. 콘트롤러(314)는 마이크로프로세서를 기초로 한 디스크 드라이브 콘트롤러(microprocessor based disk drive)이다. 콘트롤러(314)는 레이저(200), 헤드 모터(haad motor)(26), 스핀들 모터(spindle motor)(16), 촛점 모터(focus motor)(216), 스위치(274 및 297) 및 수차 보상기(212)에 접속되어 이들을 제어한다. 수차 보상기(212)의 정확한 구성 및 동작은 이후 보다 상세히 설명될 것이다.

이제는 시스템(10)의 동작이 이해될 것이다. 콘트로러(314)는 모터(16)로 하여금 디스크(12)를 회전시키게 하고, 모터(26)로 하여금 헤드(22)를 디스크(12) 아래의 적당한 위치로 이동시키게 한다. 제4도를 참조하면, 레이저(200)는 디스크(12)로부터 데이타를 판독하기 위해 활성화된다. 광선(202)은 렌즈(210)에 의해 데이타면(96)상에 집속된다. 반사된 광선(220)은 복귀되고, 광선(230,242 및 244)으로 분할된다. 광선(230)은 검출기(234)에 의해 검출되어 촛점 및 트래킹 서보 정보를 제공하는데 사용되고, 광선(242 및 244)은 검출기(248 및 252)에 의해 각각 검출되어 데이타 신호를 제공하는데 사용된다.

제5도를 참조하면, 광선(202)이 데이타면(96)상에 정확하게 집속될때, 광선(230)은 검출기(234)상에서 원형 단면(circular cross-section)(350)을 갖게 될 것이다. 이로 인해 촛점 오차 회로(264)는 영촛점 오차 신호(zero focus error signal)를 출력하게 될 것이다. 광선(202)이 촛점으로부터 어느 방향이던지 약간이라도 벗어나는 경우, 광선(230)은 검출기(234)상에 타원형 패턴(oval pattern)(352 또는 354)을 나타낼 것이다. 이것은 회로(264)가 양 또는 음의 촛점 오차 신호를 출력하도록 한다. 콘트롤러(314)는 이 촛점 오차 신호를 사용하여 모터(216)을 제어함으로써 영촛점 오차 신호가 얻어질 때까지 렌즈(210)를 이동시킨다.

광선(202)이 데이타면(96)의 트랙상에 정확히 집속되는 경우, 광선(230)은 섹션 A와 B 및 섹션 D와 C사이에서 균등하게 원형 단면(circular cross-section)(350)을 나타낼 것이다. 광선이 트랙을 벗어난 경우, 광선은 트래킹 마크와 랜드 사이의 경계상에 나타날 것이다. 그 결과, 광선은 회절되고, 단면(350)은 상하로 이동될 것이다. 섹션 A 및 B가 보다 많은 광을 수광하고, 섹션 C 및 D가 보다 적은 광을 수광하거나, 또는 그 반대로 된다.

제8A도는 촛점 오차 회로(264)에 의해 발생된 TES 신호와 헤드(22)의 변위와의 관계를 나타낸 그래프이다. 콘트롤러(314)는 음성 코일 모터(VCM)(26)로 하여금 매체(12)의 표면을 가로질러 헤드(22)를 이동시키도록 한다. TES 피크 검출기(312)는 TES 신호의 피크(최대 및 최소점)를 계수한다. 각각의 트랙사이에는 2개의 피크가 존재한다. 피크수를 계수함으로써, 콘트롤러(314)는 광선을 적절한 트랙상에 위치시킬 수 있다. 랜드에서 TES 신호는 양의 기울기를 갖는 TES 신호이다. 콘트롤러(314)는 이 양의 기울기 신호를 사용하여 트랙상에 광선을 로크(lock)한다. 예를 들면, 양의 TES 신호는 헤드(22)를 영점 랜드 위치로 향해 좌측으로 이동시키고, 음의 TES 신호는 헤드(22)를 영점 랜드 위치로 향해 우측으로 이동시킨다. 제8A도는 스위치(297)가 제6도에 도시된 바와 같이 자신의 최초 위치에 있을때 매체(12)의 바람직한 패턴(130)으로부터 도출된 신호를 나타낸다. 동일한 신호가 패턴(150)의 면(90) 및 패턴(170)의 면(92)에 대해서도 발생된다. 광선은 랜드에 자동적으로 로크되는데, 그 이유는 랜드가 양의 기울기를 갖는 위치이기 때문이다.

제8B도는 스위치(297)가 그의 최초 위치에 있을때 TES와 패턴(150)의 면(92), 패턴(160)의 면(90 및 92) 및 패턴(170)의 면(90)에 대한 헤드 변위와의 관계를 도시한 그래프이다. 이 경우, 트래킹 마크는 양의 기울기 신호가 트래킹 마크의 위치에서 발생되도록 되어 있고, 따라서 광선은 자동적으로 트래킹 마크위를 추적하고, 랜드 부분은 추적하지 않는다는 것에 유의해야 한다. 상황에 따라서는 트래킹 마크를 추적하는 것이 바람직할 때도 있다.

제8C도는 인버터 스위치(inverter switch)(297)가 이네이블되어 TES 신호를 반전시킬때 TES와 패턴(150)의 면(92), 패턴(160)의 면(90 및 92) 및 패턴(170)의 면(90)에 대한 헤드 변위와의 관계를 도시하는 그래프이다. 이 경우, TES 신호는 랜드 위치에서 양의 기울기를 가지며, 광선은 트래킹 마크 대신에 랜드부분을 추적할 것이다. 따라서, 콘트롤러(314)는 스위치(297)를 세트함으로써 홈 또는 랜드를 추적할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 매체(12)는 ROM 데이타면을 포함한다. 반사율 검출은 ROM 데이타를 판독하는데 사용된다. 데이타 회로(262)에서, 스위치(274)는 ROM 디스크가 판독될때 증폭기(276)에 접속되도록 위치된다. 검출기(248 및 252)로부터의 신호가 추가된다. 데이타 스폿이 기록되어 있는 곳에서는 검출되는 광이 적으며, 이 검출된 광의 차가 데이타 신호이다. 스위치(274)는 WORM 디스크 및 상변화 데이타 디스크를 판독하기 위해 동일하게 세트된다. 디스크(12)가 광자기 데이타면을 갖는 경우, 이 데이타를 판독하기 위해 편광 검출이 필요하다. 스위치(274)는 증폭기(278)에 접속되도록 세트될 것이다. 다음에, 검출기(248 및 252)에서 검출된 직교 편광의 차가 데이타 신호를 제공할 것이다.

제9도는 회로(264)로부터의 촛점 오차 신호와 렌즈(210)의 변위 거리와의 관계를 도시한 그래프이다. 매체(12)의 각 데이타면에 대하여 공칭 정현파형(nominally sinusoidal)의 촛점 오차 신호가 얻어진다는 것을 주목해야 한다. 데이타층 사이에서, 촛점 오차 신호는 영(zero)이다. 시스템의 기동동안, 콘트롤러(314)는 모터(216)로 하여금 우선 그의 영 변위 위치에 렌즈(210)를 위치시키도록 한다. 다음에, 콘트롤러(314)는 모터(216)로 하여금 렌즈(210)를 양이 변위 방향으로 이동시키게 하므로써 원하는 데이타면을 탐색할 것이다. 각각의 데이타 층에서, 피크치 검출기(peak detector)(310)는 촛점 오차 신호중 2개의 피크치를 검출한다. 콘트롤러(314)는 피크치 수(데이타면당 2개)를 계수하여 광선(202)이 접속되는 정확한 데이타면을 결정한다. 원하는 데이타면에 도달하였을때, 콘트롤러(314)는 모터(215)로 하여금 촛점 오차 신호가 그의 특정 데이타면에 대한 2개의 피크치 사이에 존재하도록 렌즈(210)를 위치시킨다. 다음에, 촛점 오차 신호를 사용하여 모터(216)를 제어하고, 이 2개의 피크치 사이에서 영점 촛점 오차 신호를 탐색, 즉 정확한 집속이 얻어지도록 양의 기울기 신호를 로크한다. 콘트롤러(314)는 그 특정 데이타면에 적절하도록 레이저(200)의 출력, 스위치(297) 및 수차 보상기(212)를 조절한다.

또한, 기동시 콘트롤러(314)는 어떤 형태의 디스크가 판독중인지를 판단한다. 스위치(274)는 우선 반사율의 검출을 위해 위치되며, 스위치(297)는 바람직한 패턴(130)의 디스크의 랜드 부분을 판독하도록 세트된다. 콘트롤러(314)는 제1데이타면의 제1트랙의 헤더 정보를 탐색하여, 그것을 판독한다. 헤더는 층의 수, 각 층내에 어떠한 형태의 광매체가 존재(반사율 또는 편광의 검출)하는지와, 어떠한 형태의 트래킹 마크 패턴이 사용되고 있는지에 관한 정보를 갖는다. 이러한 정보에 의해, 콘트롤러(314)는 각각의 데이타면을 정확히 판독하도록 스위치(274 및 297)를 세트할 수 있다. 예를 들면, 디스크는 4층의 ROM 데이타면 및 2층의 MO 데이타면을 가질 수도 있다. 콘트롤러(314)는 면 1-4에서는 반사율이 검출되고, 면 5-6에서는 편광 검출이 이루어지도록 스위치(274)를 세트할 것이다.

콘트롤러(314)가 제1데이타면의 제1트랙을 판독할 수없는 경우(아마, 제1층이 상이한 트래킹 마크 패턴을 갖는 경우), 콘트롤러(314)는 스위치(297)를 별도의 세팅으로 하고, 제1데이타면의 제1트랙을 판독하기 위해 재시도할 것이다. 여전히 판독이 잘 행하여지지 않는 경우(아마, 제1데이타면이 광자기 기록면이고, 편광 검출이 필요한 경우), 콘트롤러는 스위치(274)를 편광 검출로 세트하고, 스위치(297)를 하나의 세트 위치에 세트한 다음에 다른 세트 위치에 세트하고 재판독을 시도할 것이다. 요약하면, 콘트롤러(314)는 트랙의 판독이 성공할 때까지 스위치(274 및 297)의 4가지 상이한 세트의 조합을 시도함으로써 제1데이타면의 제1트랙의 헤더 정보를 판독할 것이다. 일단 코트롤러(314)가 이 헤더 정보를 얻게 되면, 각각의 다른 데이타면에 대해 스위치(274 및 297)를 정확히 설정할 수 있다.

이와 다르게, 디스크 드라이브를 특별히 전용으로 하여, 단 하나의 형태의 매체로 가능하도록 할 수도 있다. 이 경우, 콘트롤러(314)는 데이타면의 형태, 층의 수 및 트래킹 마크의 형태에 관한 정보를 기억하도록 사전에 프로그램된다.

수차 보상기

렌즈는 통상, 굴절률이 1.0인 공기를 통해 광을 접속시키도록 설계된다. 이들 렌즈가 상이한 굴절률을 갖는 물질을 통해 광을 접속시킬 때, 광은 구면 수차(spherical aberration)를 받고, 이러한 구면 수차가 빔스폿을 왜곡(distort)시키고 확대하여 판독 및 기록 성능을 저하시킨다.

통상적으로, 광 데이타 기억 시스템에서는, 오직 하나의 데이타면으로만 집속된다. 데이타면은 통상 1.2mm 두께의 면판 아래에 위치한다. 렌즈는 통상, 전술한 1.2mm 두께의 면판에 의해 광에 대해 야기되는 구면 수차를 보정하도록 특별히 설계된 개구수(numerical aperture:NA) 0.55인 렌즈이다. 그 결과, 전술한 정확한 깊이에서는 양호한 스폿 촛점이 얻어지지만, 다른 깊이에서는 촛점이 흐려진다. 이로 인해 다중 데이타 층 시스템에 대해서는 심각한 문제가 발생한다.

본 발명의 수차 보상기(212)는 이러한 문제를 해결한다. 제10도는 보상기(212)로서도 사용될 수 있는 수차 보상기(400)를 도시하는 개략도이다. 보상기(400)는 3단계의 계단형 블럭(stepped block)(402)을 포함한다. 제1스텝(404)은 0.4mm의 두께를 가지고, 제2스텝(406)은 0.8mm의 두께를 가지며, 제3스텝(408)은 1.2mm의 두께를 갖는다. 블럭(402)은 면판 및 매체(12)의 기판과 동일한 소재 또는 다른 유사한 공 소재로 제조된다. 이들 스텝에 의해 기판 두께의 광학적 두께가 단계적으로 증가한다는 것을 주목해야 한다. 블럭(402)은 음성 코일 모터(410)(또는 유사한 액츄에이터 장치)에 부착되고, 이 음성 코일 모터(410)은 콘트롤러(314)에 접속된다. 모터(410)는 광선(202)의 내외측으로 블럭(402)을 횡방향으로 이동시킨다.

렌즈(210)는 매체(12)의 가장 낮은 데이타면상에 집속되도록 설계된다. 즉, 렌즈(210)는 면판과 개재된(intervening) 기판 두께의 합에 의해 야기된 구면 수차를 보상하도록 설계된다. 본 발명에 있어서, 면(102 또는 104)상에 집속하기 위하여, 광선(202)은 면판(50) 및 기판(56,62 및 68)(기판 재료 두께의 합:2.4mm)을 통과하여야 한다. 공간(78)은 추가적인 구면 수차를 발생하지 않기 때문에 계산에 포함되지 않는다. 따라서, 렌즈(210)는 2.4mm 두께의 폴리카보네이트를 통하여 집속되도록 설계되어, 데이타면(102) 및 데이타면(104) 양면상에 균등하고 양호하게 촛점이 이루어질 수 있다.

광선(202)이 면(102 또는 104)중 어느 한 면인가에 집속될때, 블럭(402)은 완전히 후퇴되고, 광선(202)은 블럭(402)을 통과하지 않게 된다. 광선(202)이 면(98 또는 100)상에 집속될때, 블럭(402)은 광선(202)이 스텝(404)을 통과하도록 위치된다. 광선(202)이 면(94 또는 96)상에 집속될때, 블럭(402)은 광선(202)이 스텝(406)을 통과하도록 위치된다. 광선(202)이 면(90 또는 92)상에 집속될때, 블럭(402)은 광선(202)이 스텝(408)을 통과하도록 위치된다. 그 결과, 어느 쌍의 면에 집속되더라도, 광선(202)은 항상 동일한 광학적 두께의 합을 갖는 재료를 통과하여, 구면 수차의 문제를 발생하지 않을 것이다. 콘트롤러(314)는 모터(410)를 제어하여 블럭(402)을 적절히 이동시킨다.

제11도는 보상기(212)로서 사용할 수도 있는 수차 보상기(430)를 도시한다.보상기(430)는 한쌍의 상보형 삼각형 블럭(a pair of complementary triangular shaped blocks)(432 및 434)을 갖는다. 블럭(432 및 434)은 매체(12)의 면판 및 기판과 동일한 소재 또는 유사한 광학적 성질을 갖는 소재로 제조된다. 블럭(432)은 광선(202)이 통과되도록 고정된 위치에 위치된다. 블럭(434)은 음성 코일 모터(436)에 부착되고, 블럭(432)의 표면을 따라서 미끄러질 수도 있다. 콘트롤러(314)는 모터(436)에 접속되어 그 모터를 제어한다. 블럭(434)을 블럭(432)에 대하여 이동시킴으로써, 광선(202)이 통과하는 재료의 전체적인 두께가 조절될 수도 있다. 그 결과, 광선(202)은 어떠한 데이타면상에 집속되더라도 동일한 광학적 두께의 재료를 통과한다.

제12도 및 제13도는 보상기(212)로써 사용할 수도 있는 수차 보상기(450)를 도시한다. 보상기(450)는 원형의 계단형 소자(circular stepped element)(452)를 갖는다. 소자(452)는 4개의 섹션(454,456,458 및 460)을 갖는다. 섹션(456,458 및 460)은 각각 보상기(400)의 스텝(404,406 및 408)과 유사한 두께를 갖는다. 섹션(454)은 재료를 갖지 않으며, 제13도에 도시된 바와 같이 원형 패턴내 빈 공간(blank space)을 나타낸다. 원형 소자(452)는 스테퍼 모터(steppe motor)(462)에 부착되고, 그 스테퍼 모터는 콘트롤러(314)에 의하여 제어된다. 스핀들(462)은 광선(202)이 어떠한 데이타면상에 집속되더라도 동일한 두께의 재료를 통과하도록 소자(452)를 회전시킨다.

제14도에는 보상기(212)로서 사용할 수도 있는 수차 보상기(570)가 도시되어 있다. 보상기(570)는 고정된 볼록 렌즈(stationary convex lens)(572) 및 가동 오목 렌즈(moveable concave lens)(574)를 포함한다. 렌즈(574)는 음성 코일 모터(576)에 부착된다. 콘트롤러(341)는 음성 코일 모터(576)를 제어하여 렌즈(574)를 렌즈(572)에 대하여 이동시킨다. 광선(202)은 렌즈(572), 렌즈(574) 및 렌즈(210)를 통과하여 매체(12)에 도달한다. 렌즈(574)를 렌즈(572)에 대하여 이동시키면 광선(202)의 구면 수차가 변하여, 광선(202)은 다른 데이타면상에 촛점을 이룰 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 렌즈(210,574 및 572)는 가동 중심 소자(moveable center element)(574)를 갖는 쿠크 트리플렛(Cooke triplet)을 포함한다. 쿠크 트리플렛은 알.킹슬레이크(R. Kingslake)의 논문 "Lens Design fundamentals", Academic Press New York, 1978, pp. 286-295에 보다 상세히 설명되어 있다. 렌즈(574)는 이동 소자(moving element)로서 도시되어있지만, 대안으로서, 렌즈(574)를 고정시키고, 렌즈(572)를 이동가능한 소자로서 사용할 수도 있다. 제4도에 있어서, 수차 보상기(212)는 렌즈(210)와 매체(12) 사이에 도시되어 있다. 그러나, 보상기(570)를 사용하는 경우, 보상기(570)는 제14도에 도시한 바와 같이 렌즈(210)와 미러(208) 사이에 위치될 것이다.

제15도는 수차 보상기(580)를 도시한다. 보상기(580)는 공칭 영 촛점 능력을 갖는 비구면 렌즈 소자(aspheric lens element)(582)를 포함한다. 소자(582)는 구면 수차 면(584) 및 평면(586)을 갖는다. 렌즈(582)는 음성 코일 모터(588)에 접속된다. 콘트롤러(314)는 음성 코일 모터(588)를 제어하여 렌즈(582)를 렌즈(210)에 대하여 이동시킨다. 광선(202)은 렌즈(210) 및 렌즈(582)를 통과하여 매체(12)에 도달한다. 렌즈(582)를 렌즈(210)에 대하여 이동함으로서 광선(202)의 구면 수차가 변하여, 광선(202)은 다른 데이타면상에 촛점을 이룰 수 있다.

제16도는 축(Z) 및 (P)에 대한 렌즈(582)의 단면도를 도시한다. 바람직한 실시예에 있어서, 면(584)은 식

Z=0.007770P ⁶ -0.00154P ⁶

에 대응하여야 한다.

제17도는 본 발명의 다른 광헤드의 개략도로서, 그 전체를 참조번호(600)로 나타내고 있다. 헤드(22)의 각 소자와 유사한 헤드(600)의 각 소자는 참조번호에 프라임을 찍어 표시한다. 헤드(600)는, 수차 보상기(212)가 제거되고 빔 스플리터(206')와 미러(208') 사이에 새로운 수차 보상기(602)가 추가된 것을 제외하고는 시스템(10)과 유사하다는 것에 유의해야 한다. 보상기(602)의 설명 및 동작은 이하 설명된다. 기타 다른 점에서 헤드(600)의 동작은 헤드(22)의 동작과 동일하다. 시스템(10)에서 헤드(600)는 헤드(22)로 대체될 수도 있다.

제18도는 보상기(602)로서 사용될 수도 있는 수차 보상기(610)의 개략도이다. 보상기(610)는 반사성 홀러그래픽 코팅(reflective holographic coating)(614)을 갖는 기판(612)을 포함한다. 기판(612)는 스테퍼 모터(616)에 부착되고, 이 모터(616)는 콘트롤러(314)에 의해 제어된다. 홀로그래픽 코팅(614)에는 다수의 상이한 홀로그램이 기록되어 있고, 이들 각각의 홀로그램은 특정 구면수차를 광선(202')에 제공한다. 이들 홀로그램은 특정 각도 및 파장의 입사광에 대해서만 감응하는 브랙형(bragg type)의 홀로그램이다. 기판(612)이 몇도 회전되면, 광선(202')은 상이한 홀로그램을 경험할 것이다. 기록되어 있는 홀로그램의 수는 필요한 다음 구면 수차 보정의 수에 대응한다. 도시된 바와 같이 매체(12)에 대해, 4개의 상이한 홀로그램 기록이 필요하고, 각각의 기록은 한 쌍의 데이타면중 하나의 면에 대응한다.

제19도는 보상기(602)로서 사용될 수도 있는 수차 보상기(620)의 개략도이다. 보상기(620)는 기판(622), 투사성 홀로그래픽 코팅(transmissive holographic coating)(624) 및 스테퍼 모터(626)를 포함한다. 보상기(620)는 이 경우 홀로그래픽 코팅(624)이 반사성(reflective)이라기보다는 투과성이라는 것을 제외하면 보상기(610)와 유사하다. 홀로그래픽 코팅(624)에는 다수의 홀로그램이 기록되고, 각각의 기록된 홀로그램은 필요한 구면수차 보상의 양에 대응한다. 광선(202')은 기판(622)이 회전함에 따라 이들 홀로그램의 각각을 차례로 경험한다.

제20도는 홀로그래픽 코팅(614 및 624)을 제조하는데 사용되는 기록 시스템(recording system)(650)의 개략도이다. 시스템(650)은 레이저(200)와 유사한 주파수에서 광선(light beam)(654)을 발생하는 레이저(652)를 갖는다. 광선(654)은 렌즈(656)에 의해 시준되어 빔 스플리터(658)를 통과한다. 빔 스플리터(658)는 광선을 광선(660)과 광선(662)으로 분할한다. 광선(660)은 미러(664 및 666)에서 반사되고, 렌즈(668)에 의해 평면(672)내의 점(670)으로 접속된다. 광선(660)은 블럭(402)과 유사한 계단형 블럭(674)을 통과한다. 다음에, 광선(660)은 렌즈(676)에 의해 재시준되어 기판(682)상의 홀로그래픽 코팅(680)과 마주치게 된다. 기판(682)은 스테퍼 모터(684)에 회전가능하도록 장착된다. 또한, 광선(662)은 광선(660)으로부터 90°의 각도로 코팅(680)과 마주치게 된다.

렌즈(668)는 평면(672)상에 무수차 스폿(unaberrated spot)을 형성한다. 다음에, 이 광선은 특정 기록층(particular recording laver)을 액세스할 때에 마주칠 기판 두께의 합을 표시하는 두께를 갖는 블럭(674)의 한 스텝을 통과한다. 렌즈(676)는 설계상 광 기억 헤드에서 사용되는 렌즈(210)과 동일하다. 렌즈(676)는 특정 두께에 대응하는 특정량의 구면 수차를 포함하는 광선이 되도록 광을 시준하다. 이 파면(wavefront)이 기준 광선(reference beam)(662)과의 간섭에 의해 홀로그래픽적으로 기록된다. 도시한 바와 같이 홀로그램이 거의 평면(690)내에 배향되어 있는 경우, 투과성 홀로그램이 기록된다. 점선(dash line)으로 도시한 바와 같이, 이 홀로그램이 거의 평면(692)내에 배향되어 있는 경우, 반사성 홀로그램이 기록된다. 상이한 한 쌍의 기록층을 액세스할때에 부딪히는 수차의 보정을 필요로 하는 파면은, 홀로그램을 새로운 각도의 위치까지 회전시키고 블럭(674)의 대응하는 두께의 판을 삽입함으로써, 홀로그래픽적으로 저장된다. 여러 각도로 분해된 홀로그램이 기록되고, 각각의 분해된 홀로그램은 상이한 한쌍의 기록층에 대응하여 보정을 행한다. 홀로그래픽 코팅은 이색성 젤라틴(dichromated gelatin) 또는 포토폴리머 재료(photopolymer material)로 제조될 수 있다. 개개의 홀로그램은 약간 크로스 토크(corss-talk)도 없이 1°정도의 작은 각도로 증가되어 기록될 수 있다. 이때문에, 다수의 홀로그램을 기록하고, 그에 대응하여 다수의 데이타면을 사용할 수 있다.

제21도는 보상기(602) 대신에 사용할 수도 있는 다른 수차 보상기(700)의 개략도이다. 보상기(700)는 편광 빔 스플리터(polarizing beamplitter)(702), 1/4 파장판(quarter waveplate)(704), 스테퍼 모터(708)에 부착된 카루젤(carousel)(706) 및 각각 상이한 구면 수차의 보정을 행하는 다수의 구면 수차 미러(710)를 포함한다. 광선(202')은 빔 스플리터(702) 및 판(704)을 통과하여 미러(710)중의 하나의 미러를 통과하도록 한 편광에 의해 배향된다. 미러(710)는 광선(202')에 적절한 구면 수차를 제공하는데, 이 광선은 판(704)을 통해 복귀하고, 빔 스플리터(702)에 의해 반사되어 미러(208')에 도달한다. 콘트롤러(314)는 모터(708)를 제어하여 카루젤(706)을 회전시킴으로써 적소에 적절한 미러를 위치시킨다. 미러(710)는 반사식 슈미트 보정판(reflecting Schmidt corrector plates)이다(1975년, Oxford의 Pergonan Press 발행, M. Born등의 논문 "Principles of Optics", 제245-249쪽 참조).

제22도는 보상기(602) 대신에 사용될 수 있는 수차 보상기(720)를 도시하는 개략도이다. 보상기(720)는 편광 빔 스플리터(722), 1/4 파장판(724) 및 전기 제어식의 변형가능 미러(electrical controlled deformable mirror)(726)를 포함한다. 변형 가능 미러(726)는 내부의 압전 소자(internal piezo-electric elements)에 의해서 제어되고, 이와 관련해서는 JP Gaffarel등의 "Applied Optics", 제26권, 제3772-3777쪽(1987년 발행)에 보다 상세히 기재되어 있다. 보상기(720)의 동작은 미러(726)가 정확한 구면 수차를 제공하도록 전기적으로 조절된다는 점을 제외하면, 보상기(700)의 동작과 유사하다. 즉, 미러(726)는 보상기(700)의 상이한 슈미트 보정판(Schmidt corrector plates)(710)에 대응하는 반사판을 형성하도록 조절된다. 콘트롤러(314)가 미러(726)의 조절을 적절히 제어한다.

수차 보상기(212 및 602)의 동작은 매체(12)와 관련하여 전술하였다. 층 사이에 공간이 있기 때문에, 하나의 수차 보상 세팅(setting)에 의해 데이타면의 각 쌍에 대하여 목적한 대로의 기능을 할 것이다. 그러나, 매체(120)를 사용하는 경우에는, 수차 보상 세팅이 각각의 데이타면에 대해 이루어질 필요가 있을 것이다. 그 이유는 매체(120)에는 공간이 존재하지 않기 때문이다.

다중 데이타면 필터

광선(202)이 매체(12)의 특정 데이타면에 접속되면, 반사 광선(230)은 그 데이타면으로부터 헤드(22)로 복귀된다. 그러나, 광선(202)의 일부분은 다른 데이타면에서도 반사된다. 정확한 데이타 신호 및 서보 신호를 얻기 위해서는 원하지 않는 반사광을 배제하지 않으면 안된다. 본 발명의 다중 데이타면 필터(multiple data surface filter)(222)는 이러한 기능을 달성한다.

제23도는 필터(222)로서 사용될 수도 있는 필터(750)의 개략도이다. 필터(750)는 차광판(blocking plate)(754) 및 렌즈(756)를 포함한다. 소망하는 광선(230)은 시준되는데, 이 이유는 광선(230)은 렌즈(210)에 의해 정확히 접속된 광이기 때문이다. 광선(230)은 렌즈(752)에 의해 점(760)에 접속된다. 원하지 않는 광(762)은 렌즈(210)에 의해 정확히 접속되지 않기 때문에 시준되지 않는다. 광(763)은 점(760)에서 촛점을 맺지 않을 것이다. 판(754)은 점(760)에서 광을 통과시키는 개구(764)를 갖는다. 원하지 않는 광(762)의 대부분은 판(754)에 의해 차단된다. 광(230)은 렌즈(756)에 의해 재시준된다. 바람직한 실시예에 있어서, 개구(764)는 약 λ/(2*(NA))의 직경을 갖는 원형이고, 여기서 λ는 광의 파장이고, NA는 렌즈(752)의 개구수(numerical aperture)이다. 정확한 직경은 정렬 공차(alignment tolerance)와 층간 신호 거절 요건(interlayer signal rejection requirements)간의 소망하는 트레이드 오프(trade-off)에 의해 결정된다. 이와 다르게, 개구(764)는 약 λ/(2*(NA))의 최소 갭 간격(minimum gap distance)을 갖는 슬릿일 수도 있다. 이 경우, 판(754)은 슬릿에 의해 분리된 2개의 독립된 부재일 수도 있다. 판(754)은 금속 시이트제, 또는 차광 코팅을 갖고 개구(764)가 피복되지 않은 투명기판제일 수도 있다.

제24도는 필터(222)로서 사용될 수도 있는 필터(800)의 개략도이다. 필터(800)는 렌즈(802), 차광판(804,806) 및 렌즈(808)를 포함한다. 차광판(806)은 렌즈(802)의 촛점(focal point)(812)에 위치된 개구(810)를 갖는다. 차광판(804)은 상보형 개구(complementary aperture)(814)를 가지며, 이 개구는, 시준된 광(230)은 개구(810)를 통과시키는 반면에 시준되지 않은 불필요한 광(820)은 차단시킨다. 개구(814)는 한쌍의 평행 슬릿 또는 환상 개구(annular aperture)일 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 개구(814)의 슬릿간의 거리는 개구(810)의 직경보다 크다 개구(810)의 직경은 약 λ/(2*(NA))이다. 다른 환상 개구에 있어서, 환상 슬릿은 내경은 개구(810)의 직경보다 크게하여야 한다. 어느 경우에도 개구(814)의 외부 에지(822)는 광선(230)의 외측에 위치한다. 차광판(804 및 806)은 금속 시이트제, 또는 차광 코팅을 갖고 개구(810 및 814)가 피복되지 않은 투명 기판제일 수도 있다.

제25도는 필터(222)로서 사용될 수도 있는 대체 필터(830)의 개략도이다. 필터(830)는 빔 스플리터(832) 및 홀로그래픽 판(834)을 구비한다. 홀로그래픽 판(834)상의 코팅은 시준된 광선(230)이 효율적으로 반사되도록 조율되는 반면에, 시준되지 않은 광선(840)은 통과되도록 한다. 소망하는 광선(230)은 홀로그래픽 판(834)으로부터 바사되어 빔 스플리터(832)로 복귀하며, 이곳에서 광선(230)은 빔 스플리터(224)쪽으로 반사된다.

제26도는 홀로그래픽 판(834)의 제조방법을 도시하는 개략도이다. 레이저(200)와 거의 동일한 파장을 갖는 시준된 레이저 광선(850)은 진폭 빔 스플리터(amplitude beamsplitter)(856)에서 2개의 광선(852 및 854)으로 분할된다. 광선(852 및 854)은 각각 미러(860 및 862)에 의해 반사되어 홀로그램판(834)의 면에 수직인 양 방향에서 홀로그램판(834)과 마주치게 된다. 광선(852)과 광선(854)의 간섭(interference)에 의해 반사성 홀로그램이 기록된다. 이 홀로그래픽 코팅은 이색성 젤(dichromated gel) 또는 포토폴리머 재료일 수도 있다.

제4도에 도시된 본 발명의 필터(222)는 광선(220)의 경로내에 위치한다. 그러나, 1개 이상의 필터가 서보 광선(230) 또는 데이타 광선(236)의 독립된 경로내에 위치될 수도 있다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 예시되었지만, 이들 실시예에 대한 수정 및 적용이 첨부된 특허청구범위에 나타난 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 일어날 수 있다는 것은 분명할 것이다.