KR100518830B1 - 홀로그램 정보저장장치용 서보 컨트롤 - Google Patents

Abstract

정보ㆍ전산 산업의 발달이 급속하게 이루어짐에 따라 필연적으로 정보의 저장 및 입출력에 관계된 정보저장장치는 용량의 대량화ㆍ입출력 속도의 고속화가 요구되며, 홀로그램을 이용한 정보저장장치는 이에 부응하는 대용량의 정보저장장치로서 주목을 받고 있다. 본 발명은 이러한 홀로그램 정보저장장치 중에서도 현재의 CD-ROM과 같이 저장 미디어의 탈착이 가능한 디스크 형 홀로그램 정보저장장치에서, 저장된 홀로그램 재생 시 데이터 픽셀을 정확하게 읽어내기 위한 픽업 부분의 광학적인 시스템 구성과 서보 컨트롤 방식을 고안한 것이다. 데이터가 저장된 디스크가 회전을 하게 되면 여러 가지 오차 요인에 의해 재생되는 홀로그램 데이터는 원래의 검출기 픽셀위치에서 벗어나게 된다. 이를 원래의 자리로 되돌려 데이터 픽셀들이 정확하게 검출기 픽셀에 위치하게 하기 위하여 서보 컨트롤을 해야 하는데, 현재까지는 AOM(acoustic-optic modulator)이나 galvano-mirror를 이용하여 기준 빔의 각도를 제어하는 방법으로 픽업을 구성해 왔었다. 그러나 이와 같은 방법으로는 픽업을 작게 모듈화 하기가 어려우며, 홀로그램의 저장밀도를 높이기 위하여 기준 빔을 렌즈를 이용해 작게 수렴시킬 경우에는 기준 빔의 입사각을 조절하는 방법으로는 서보 컨트롤을 할 수가 없다. 그러나 본 발명에서 고안한 서보 컨트롤 방식을 사용하게 되면, 저장밀도를 높이기 위하여 기준 빔을 렌즈를 통해 수렴시키는 경우에 오차요인에 의해 위치를 벗어난 홀로그램 데이터들을 원래의 자리로 위치하게 할 수 있으며, 픽업 자체의 부피도 매우 작게 할 수 있으므로 차세대의 대용량 홀로그램 정보저장장치의 광학 픽업으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

홀로그램 정보저장장치용 서보 컨트롤{Servo-control for holographic data storage}

정보ㆍ전산 산업의 발달이 급속하게 이루어짐에 따라 필연적으로 정보의 저장 및 입출력에 관계된 정보저장장치는 용량의 대량화ㆍ입출력 속도의 고속화가 요구되며, 홀로그램을 이용한 정보저장장치는 이에 부응하는 대용량의 정보저장장치로서 주목을 받고 있다. 홀로그램 정보저장장치는 데이터의 기록 및 재생에서 부피 홀로그램 원리를 이용하여 한 곳에 대량의 면 정보를 저장할 수 있어 데이터 저장밀도 측면에서도 초고밀도화가 가능하며, 입출력 방식으로 병렬 데이터 처리방식을 사용하므로 근본적으로 입출력 속도를 초고속화 할 수 있고, 기계적인 구동 부를 배제한 시스템이 가능하여 데이터 접근 시간도 매우 빠르게 할 수 있다.

본 발명은 이러한 홀로그램 정보저장장치 중에서도 현재의 CD-ROM이나 DVD-ROM과 같이 저장 미디어의 탈착이 가능한 디스크 형 홀로그램 정보저장장치에서, 저장된 홀로그램 재생 시 데이터 픽셀을 정확하게 읽어내기 위한 픽업 부분의 광학적인 시스템 구성과 서보 컨트롤 방식을 고안한 것이다. 데이터가 저장된 디스크가 회전을 하게 되면 여러 가지 오차 요인에 의해 재생되는 홀로그램 데이터는 원래의 검출기 픽셀 위치에서 벗어나게 된다. 이를 원래의 자리로 되돌려 데이터 픽셀들이 정확하게 검출기 픽셀에 위치하게 하기 위하여 서보 컨트롤을 해야 하는데, 현재까지는 AOM(acoustic-optic modulator)이나 galvano-mirror를 이용하여 기준 빔의 각도를 제어하는 방법으로 픽업을 구성해 왔었다. 그러나 이와 같은 방법으로는 픽업을 작게 모듈화 하기가 어려우며, 홀로그램의 저장밀도를 높이기 위하여 기준 빔을 렌즈를 이용해 작게 수렴시킬 경우에는 기준 빔의 입사각을 조절하는 방법으로는 서보 컨트롤을 할 수가 없다.

본 발명에서는 기준 빔을 렌즈를 이용해 국소 면적에 수렴시키는 홀로그램 정보저장장치에서 돔(dome)형태의 유리(31)를 수평으로 움직여 디스크(12)에 대한 기준 빔(1)의 횡적 변위를 조절함으로써 재생되는 홀로그램 데이터의 위치를 조절할 수 있는 서보 컨트롤 방식을 고안하였다. CD와 같은 모양으로 제작된 홀로그램 데이터 디스크(12)의 회전 시, 서보 컨트롤을 하지 않았을 때는 CCD 검출기(13)에 입사되는 데이터 픽셀들이 원래의 위치에서 벗어나게 되며, 이것은 비트 모양의 데이터를 읽을 때 정확하게 데이터를 읽어 들이지 못하는 오차요인이 된다. 서보 컨트롤을 통하여 돔 형태의 유리(31)를 기준 빔(1)의 광축에 대해 수직 방향으로 움직여 벗어난 데이터 픽셀들을 원래의 위치에 오도록 할 수가 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 돔 형태의 유리를 움직여 서보 컨트롤을 하는 것이다. 도면 1은 디스크 형 홀로그램의 정보저장 및 재생원리를 설명하기 위한 개략도이다. 홀로그램을 기록할 때, 신호 빔(2;signal beam)은 기록하려고 하는 데이터 이미지가 표시된 SLM(41;spatial light modulator)을 지난 후 4-f relay 렌즈 시스템(11)을 통해 Fourier 변환시키고, 기준 빔(1;reference beam)은 렌즈(21)를 사용하여 국소 면적에 작게 수렴시켜 데이터를 저장한다. 그리고 홀로그램을 재생할 때는 신호 빔(2)을 차단한 후 기준 빔 (1)만을 비추어 저장된 정보를 검출기(13;detector array)에서 읽어낸다. 오차요인에 의해 재생되는 이미지가 검출기 픽셀(13)에서 벗어나게 되면, 기준 빔(1)이 디스크(12)에 입사하기 전에 렌즈(21)와 디스크(12) 사이에 기준 빔(1)의 광축상에 광축과는 수직으로 위치한 돔 형태 유리(31)의 광축에 대한 수직 위치를 조절하여 재생 데이터 이미지를 원래의 위치로 보낸다. 도면 1에 도시된 바와 같이, 돔 형태 유리(31)는 렌즈(21)와 디스크(12) 사이에 위치한다. 또한, 렌즈(21)를 통해 입사되는 기준 빔(1)의 광축 상에 위치하여, 볼록한 면이 디스크(12)를 향하도록 배치된다.도면 2는 재생 시 정확한 데이터를 읽어내기 위한 돔 형태 유리(31)를 이용한 서보 컨트롤 개념도이다. 기준 빔(1)의 렌즈(21)와 홀로그램 데이터 디스크(12) 사이에 두께 d, 굴절률 n을 갖는 돔 형태 유리(21)를 광축에 대해 수직으로 움직여 기준 빔(1)의 각도는 변화하지 않고 위치만을 평행하게 이동시켜 검출기(13)의 정확한 위치에서 데이터를 읽어내는 방식이다. 즉, 도면 2에 도시된 바와 같이, 돔 형태 유리(21)를 광축에 수직한 방향으로 이동시키면, 기준 빔(1)이 디스크(12) 상에 수렴되는 위치가 조정된다.

디스크(12)가 회전을 하게 되면 여러 가지 오차 요인에 의해 데이터가 저장되어있는 곳의 위치와 각도가 변하게 되는데, 재생되는 홀로그램의 위치를 일정하게 유지시켜 주려면 디스크(12)의 움직임에 따라 기준 빔(1)이 디스크면에 입사하는 위치나 각도가 바뀌어야 한다. 기준 빔(1)으로 평행 광을 사용하면 재생되는 홀로그램의 위치변화가 디스크 면에 입사하는 빛의 광축에 대한 수평 위치와는 관계가 없고 각도 변화에 따라서만 움직이게 되며, 기준빔(1)이 렌즈(21)에 의해 수렴되어 정확히 한 점에 모인다면 디스크 면에 입사하는 각도에 따라서 재생되는 홀로그램의 위치 변화는 없다. 그러나 렌즈(11과 21)에 의해 수렴되는 신호 빔(2) 및 기준 빔(1)으로 홀로그램을 기록할 때 강한 DC 항을 없애기 위하여 보통 정확한 Fourier 초점면에서 약간 벗어난 곳에 기록하며, 또한 재생 시 입사하는 기준 빔 (1)은 정확히 말한다면 Gaussian beam의 형태를 띠고 있게 된다.

이러한 현상으로 홀로그램의 재생 시 디스크(12)의 요동에 따라 입사하는 빛이 기록할 때의 위치를 벗어나게 되면 돔 형태 유리(31)를 광축에 대해 수직 방향으로 움직여 수렴하는 기준 빔(1)을 평행 이동시키게 되면 재생 데이터 이미지를 원래 위치로 찾아가게 할 수 있다.

도면 3은 이와 같은 서보 컨트롤을 하는데 사용하는 돔(dome) 형태 유리(31)의 단면 모양을 나타낸 것이다. 실선으로 표시한 부분이 실제 사용하게 되는 유리의 모양이며, 점선은 유리의 곡률반경을 나타낸 것이다. 여기서 유리의 두께와 크기 및 곡률반경, 재질(투명한 플라스틱을 사용하여도 됨)은 사용하고자 하는 시스템의 크기, 원하는 분해능, 기준 빔(1)의 크기, 제작 단가에 따라 조절하면 된다.

도면 4와 같이 데이터 픽셀과 컨트롤 픽셀로 구성된 2차원 데이터를 SLM(31)에 표시한 후 디스크 모양의 홀로그램 기록매체(12)에 Fourier 변환 홀로그램을 기록하면 되며, 여기서 데이터 픽셀은 실제 저장하기 위한 정보가 들어있는 부분이고 컨트롤 픽셀은 말 그대로 서보 컨트롤을 하기 위한 부분이다. 홀로그램의 재생 시 컨트롤 픽셀의 위치를 분석하여 데이터 픽셀들이 정확히 검출기 픽셀(13)에 위치할 수 있도록 기준 빔(1)의 위치를 조절한다.

홀로그램 정보저장장치에서 데이터를 정확하게 읽기 위해 서보 컨트롤을 하는 경우, 본 발명에서 고안한 서보 컨트롤 방식을 사용하게 되면, 저장밀도를 높이기 위하여 기준 빔을 렌즈를 통해 수렴시키는 구조에서 오차요인에 의해 위치를 벗어난 홀로그램 데이터들을 원래의 자리로 위치하게 할 수 있으며, 픽업 자체의 부피도 매우 작게 할 수 있으므로 차세대의 대용량 홀로그램 정보저장장치의 광학 픽업으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1: 디스크 형 홀로그램 정보저장장치의 구성

도 2: 돔(dome)형태 유리의 이동으로 기준 빔의 광축에 대한 평행위치를 이동시켜 서보 컨트롤을 하는 개념을 설명하기 위한 개략도

도 3: 돔(dome)형태 유리의 단면도

도 4: 저장매체에 기록하기 위하여 SLM에 표시하는 데이터 이미지의 구성도

《 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 》

1: 기준 빔(reference beam) 2: 신호 빔(signal beam)

11: 4-f 릴레이 렌즈(relay lens) 12: 미디어 디스크(media disk)

13: 검출기(detector array) 21: 렌즈

31: 돔(dome)형태 유리

41: SLM(spatial light modulator)

Claims (5)

1. 신호빔 및 기준빔을 이용하여 소정 디스크에 홀로그램 정보를 저장하는 홀로그램 정보저장 장치에 있어서,

   상기 기준빔을 상기 디스크 상의 소정 영역에 수렴시키는 렌즈; 및,

   상기 렌즈 및 상기 디스크 사이에서 상기 기준빔의 광축 상에 위치하며, 돔 형태로 제작되어 볼록한 면이 상기 디스크를 향하고 오목한 면이 상기 렌즈를 향하도록 설치된 돔 형태 유리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 저장장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 돔 형태 유리는 상기 기준빔의 광축 상에서 상기 광축에 수직한 방향으로 이동되어 상기 기준빔이 상기 디스크 상에 수렴되는 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 저장장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 디스크 상에 기록하고자 하는 소정의 데이터 이미지가 표시되어, 상기 신호빔을 상기 디스크로 투과시키는 SLM (spatial light modulator); 및,

   상기 SLM을 투과한 상기 신호 빔을 퓨리에 변환시키는 4-f relay 렌즈 시스템;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 저장장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 돔 형태 유리는 상기 기준빔의 광축에 수직한 방향으로 이동하여, 상기 기준빔이 상기 광디스크 상에 수렴되는 영역을 조정하여 이동 다중화 방식으로 홀로그램 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 저장장치.
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