KR100786789B1 - 각도 다중화 방법을 사용하는 공선 방식의 홀로그래픽데이터 저장장치 - Google Patents

각도 다중화 방법을 사용하는 공선 방식의 홀로그래픽데이터 저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각도 다중화 방법을 사용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치에 관한 것으로써, 특히 공선(collinear) 방식의 홀로그패픽 저장 장치에 각도 다중화 방법을 적용하여 저장 용량을 수배이상 증가시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 공선 방식을 이용하는 홀로그래픽 데이터 저장장치는 기준광을 영역별로 분할하여 제어하는 공간 광 변조기를 포함한다. 본 발명에 따르면, 공선 방식의 장점인 시스템의 간단함과 DVD등의 기존 광 저장장치와의 호환성을 살리면서 시스템의 저장용량을 기존의 수배이상으로 늘릴 수 있고 이는 기존의 방식에서 벗어나 독자적인 방식으로 홀로그래픽 데이터 저장장치를 구성할 수 있다.
홀로그래픽, 공선, 디스크, 저장장치

Description

각도 다중화 방법을 사용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치{COLLINEAR HOLOGRAPHIC DATA STORAGE USING ANGULAR MULTIPLEXING METHOD}
도 1은 고정된 미디어를 포함하는 종래의 홀로그래픽 저장장치.
도 2는 회전하는 미디어를 포함하는 종래의 홀로그래픽 저장장치.
도 3a 및 도 3b는 기록 매체에 데이터를 저장하는 방법.
도 4a 및 도 4b는 기록 매체에서 데이터를 재생하는 방법.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공선 방식의 홀로그래픽 저장장치의 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정보광에 포함된 사용자 데이터의 디코딩 방법.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준광을 분할하는 방법.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 위치에 다수의 페이지를 저장하는 방법.
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
501 : 공간 광 변조기 502 : 녹색 또는 청색광원
503 : 제 1반사미러 504 : 편광 빔 스플리터
505 : CMOS 이미지 센서 506 : 제 1릴레이 렌즈
507 : 제 2반사미러 508 : 제 2릴레이 렌즈
509 : 서보용 빔 스플리터 510 : 반파 편광판
511 : 대물렌즈 512 : 광디스크
513 : 적색광원
본 발명은 각도 다중화 방법을 사용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치에 관한 것으로써, 특히 공선(collinear) 방식의 홀로그패픽 저장 장치에 각도 다중화 방법을 적용하여 저장 용량을 수배이상 증가시키는 장치에 관한 것이다.
음악, 영화, 사진 및 다른 컨텐츠를 위한 CD 및 DVD와 같은 비트-대-비트에 기초한 광디스크는 우리 일생활에 널리 사용되고 있다. 이미 나타낸 제품인 블루레이 디스크는 HD 비디오 및 고용량 소프트웨어 어플리케이션을 위해 개발되었다. 이러한 새로운 디스크는 단파장 청자색 레이저 및 디스크상에 그것의 빔 스폿 크기를 감소하기 위해 큰 개구수(NA=0.85)사용하는 단일-면, 단일-층 디스크상에 27GB 고밀도 기록용량을 가진다. 게다가, 0.1mm 광학 투과 보호층을 사용함으로써, 디스크 틸트에 의해 야기되는 수차를 감소시킨다. 그러나 비트-대-비트 방법은 기록 밀도 의 제한과 관련된다.
홀로그래픽 정보 저장 장치(Holographic information storage system(HISS)는 고용량과 높은 전송 비율 때문에 체적 기록 기술을 위한 훌륭한 대안이다. 최근에, HISS에서 성능향상은 레이저 기술, 공간광 변조기 및 CMOS 이미지 센서 등과 같은 장치를 위한 필요한 구성요소에서 극적인 발전의 결과이다. 지난 몇 해 안에, 디지털 체적 홀로그래피를 사용하는 특이한 실행 플랫폼이 제안되어 왔다.
도 1은 종래의 2축 홀로그래픽 메모리 시스템의 기본구조를 나타낸 것이다.
레이저(1)는 광분할기(Beam splitter, 2)에 의해 기준광(reference beam, 10)과 신호를 싣게 될 물체광(Object beam, 9)으로 갈라지게 된다. 물체광은 공간 광변조기(SLM, Spatial Light Modulator, 4)를 통과하면서 원하는 입력 데이터에 의해 2차원 패턴으로 변조된다. 이 빛이 광굴절 물질로 된 미디어(7) 내에서 기준광(10)과 간섭하여 정보저장을 하게 된다. 정보를 읽어낼 때에는 광굴절 물질에 기준광(10)만을 조사하게 된다. 그러면 원래의 정보를 실은 신호광이 재생되어 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 검출기 어레이(Detect array, 8)에 입사된다.
도 2는 디스크 회전형 홀로그래픽 저장장치의 블록도이다. 상기 도 1이 고정된 미디어를 이용한 홀로그래픽 저장장치라고 한다면, 도 2의 홀로그래픽 저장장치는 미디어가 일반 CD/DVD의 광 디스크 미디어와 유사하게 형성되어 회전을 하며, 데이터는 트랙을 따라 순차적으로 저장된다. 다만, 상기 디스크 회전형 홀로그래픽 저장장치의 미디어는 일반 CD/DVD와 같이 고속회전을 하는 것이 아니라, 하나의 북(데이터가 저장되는 소정의 공간)에 소정의 페이지(하나의 북에 저장되는 화면 단위)가 저장되면 스테핑 형식으로 회전하도록 되어 있다.
현재 홀로그래픽 드라이브 관련하여 저장 용량을 증가시키는 기술적인 방법으로, 각도 다중화, 위상 다중화, 파장 다중화 방법 등이 소개되고 있으나, 제품화 단계에 이른 기술은 각도 다중화 방법이 있다.
도 3a 및 도 3b는 각도 다중화 방법을 이용하여 기록 매체에 데이터를 기록하는 방법이고, 도 4a 및 도 4b는 매체에 저장된 데이터를 재생하는 방법을 나타낸 것이다.
각도 다중화 방법은 미디어의 저장 밀도를 향상하기 위해 기준광의 디스크 입사 각도를 조절하여, 특정 각도에서 기록한 데이터는 그 특정 각도로 다시 레이저를 조사해야만 재생이 가능하도록 하는 방법이다.
이와 같이 데이터를 기록·재생할 수 있도록 기준광의 각도를 선택할 수 있는 구간을 각 선택도라고 하며, 현재는 기준광의 미러를 한 방향만 회전하여 중첩하는 방식을 선택하고 있다.
그러나 2축 홀로그래피라 불리우는 이러한 저장장치는 실용성에 있어 몇몇의 문제가 존재한다. 첫 번째로, 기록 및 재생과정의 기준광이 축-어긋남 광학 구성에 부분적으로 분리되고, 이것은 시스템을 축약화가 불가능한 복잡하고 큰 광학 시스템을 제공한다. 두 번째로, 기록 밀도를 증가시키기 위하여 각도 다중화, 위상-코드 다중화, 파장 다중화 및 다른 방법들이 일반적으로 사용된다. 저장 매체의 공간 변동은 정확하게 제어되어야 하고, 크고 무거운 댐핑 시스템은 필수불가결하다. 즉, 이것은 매체의 이동성, 호환성 및 시스템의 축약성을 방해한다. 세 번째로, 홀 로그램 미디어는 전송형으로, 디스크상에 어떠한 주소정보도 없다. 따라서, 데이터 상호변경성이 없다. 게다가 이러한 홀로그래픽 저장 기술은 비트-대-비트 저장방법과 같은 다른 존재하는 저장 시스템과는 다르고, 홀로그램 매체는 일반적인 저장 매체와 호환될 수 없다.
HISS를 위한 새로운 기술인 공선 기술(Collinear technology)을 사용하는 홀로그래픽 다목적 디스크(Holographic Versatile Disc, 'HVD')는 'O'사에 의해 제안되고 시현되었다. 이러한 기술은 상기 언급한 문제점을 해결할 수 있고, 보편적인 2축 홀로그래피보다 더욱 쉽사리 작고 실용적인 HISS를 생산할 수 있다.
공선 기술을 이용한 HISS의 경우 물체광과 기준광의 경로를 동일하게 사용함으로써, 전체시스템이 구성이 간단하고 기존의 광 저장매체인 DVD등과 유사하게 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 그 시스템의 특성상 각도 다중화가 어려워 공간 다중화 방법만을 이용하여 저장능력을 확보하고 있어 각도 다중화를 사용할 때 보다 저장 용량의 크기에 있어서 불리한 면을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치에 공간 다중화와 각도 다중화 방법을 동시에 사용할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 공선 방식을 이용하는 홀로그래픽 데이터 저장장치는 기준광을 영역별로 분할하여 제어하는 공간 광 변조기를 포함한다.
본 발명에서 상기 기준광 영역은 원형의 띠로 형성되고, 다수개의 구획으로 분할되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 기준광 영역은 사각형의 띠로 형성되고, 다수개의 구획으로 분할되는 것이 바람직하다.
본 발명은 기존의 공간 다중화 방법만을 이용하여 저장능력을 확보하고 있는 공선(collinear) 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치에 각도 다중화 방법을 더하여, 공선 방식의 장점인 시스템의 간단함과 DVD등의 기존 광 저장장치와의 호환성을 살리면서 시스템의 저장용량을 기존의 수배이상으로 늘리는 구성과 방법을 제시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공선 방식의 홀로그래픽 저장장치의 블 록도이다.
상기 실시예에서, 공선 방식의 홀로그래픽 저장장치는 광원(502), 제 1반사미러(503), 공간 광 변조기(501), 편광 빔 스플리터(504), CMOS 이미지 센서(505), 제 1릴레이 렌즈(506), 제 2반사미러(507), 제 2릴레이 렌즈(508), 반파 편광판(510), 제 3반사미러(도면 부호 미기재), 대물렌즈(511) 및 서버 제어계(도면 부호 미기재)를 포함한다.
상기 실시예는, 기준광을 여러 부분으로 분할하여 변조하는 공간 광 변조기를 포함하는 공선 방식의 홀로그래픽 저장장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
홀로그래픽 저장 장치를 위한 새로운 기록 및 재생 방법으로써의 공선 기술은 매우 유망하며 일반적인 2축 홀로그래피와는 다르다. 이러한 기술의 독특한 구성은 2D 페이지 데이터가 축 정렬된 정보광 및 기준광에 의해 생성된 체적 홀로그램으로써 기록되고, 이것은 동일한 공간 광 변조기에 의해 동시에 디스플레이되며, 단일 대물 렌즈를 통해 기록 매체에 각각 간섭한다.
도 5를 참조하면, 녹색 또는 청색을 지니는 선형 편광상태의 정렬된 레이저 광원(502)이 홀로그램을 기록하고 재생하기 위해 사용된다. 기록 과정에서는, 정보광과 기준광의 결합된 이미지가 공간 광 변조기(501)에 디스플레이된다. 상기 공간 광 변조기(501)는 다양하게 구현 가능하나 본 발명에서는 디지털 마이크로-미러 장치(Digital Micro-Mirror Deivce, 'DMD')를 사용하는 것이 바람직하다.
DMD에 의해 변조된 레이저 광은 P-편광성을 가지고, 편광 빔 스플리터(504)를 통과하여, 반파 편광판(510)에 입사한다. 상기 레이저 광은 반파 편광판(510)에 의해서 P-편광상태가 원형 편광상태로 변환되고, 그들 상호 간에 간섭하는 대물렌즈(511)에 의해 홀로그래픽 기록 디스크상(512)에 포커싱 된다. 상기 간섭패턴은 디스크(512)상에 체적 홀로그램으로써 기록된다.
재생과정에서는 외부 패턴만이 기준광을 생성하기 위해 사용되는 공간 광 변조기(501)상에 기록된다.
상기와 같이 기록 및 재생시 공간 광 변조기(501)에서 기준광 및 정보광을 변조하는 보다 구체적인 방법은 차후 도 7a 내지 도 8b에서 설명하도록 한다.
P-편광화된 레이저 광은 편광 빔 스플리터(504) 통과하고, 반파 편광판(510)에 의해서 원형 편광 상태로 변환된 후, 기록 과정에서 사용되었던 동일한 대물렌즈(511)에 의해 포커싱 된다. 원형 편광화된 재생정보광은 홀로그램에서 회절하고, 디스크(512)상에 반사층에서 반사되어, 대물렌즈(511)로 되돌아가 반파 편광판(510)으로 재차 돌아간다. 재생 광은 원형 편광 상태에서 S-편광상태로 변환되고, 편광 빔 스플리터(504)에 의해 반사되며, 고속 CMOS 센서(505)에 의해 검출된다.
적색 파장을 가지는 레이저 광(513)은 정확하게 디스크상에 대물렌즈의 초점을 조정하고 디스크상에 홀로그램 주소를 조정하기 위하여 광 서보 제어를 위하여 사용된다. 서보 및 어드레스 정보는 양각 피트로써 디스크 상에 미리 포맷된다. 양각된 피트에 의해 야기되는 기록 매체 상에 회절 잡음을 제거하기 위하여, 이색성 미러 상호층이 녹색 또는 청색 레이저 광을 반사시키고, 적색 레이저 광은 통과하도록 하기 위해서 사용된다. 녹색(또는 청색) 및 적색 레이저 광은 동일 축상에서 결합되고, 디스크상에 이색성 미러 층에 의해 분리된다.
서브-페이지에 기초한 데이터 페이지 포맷은 데이터 페이지 상에 발광 강도 분배, 광 시스템의 왜곡 및 수차, 틸트, 및 증폭에 의해 야기되는 평가 에러의 문제를 제거하기 위해 사용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 서브-페이지(24x24픽셀)의 크기는 시스템의 이질적인 파라미터 및 크기에 의존한다. 각각의 서브 페이지에서 32 바이트 데이터 심볼(4x4 픽셀) 및 그것의 중심에 동기 마크(8x8 픽셀)가 존재한다. 동기화 심볼은 4x4픽셀 사각 블록을 포함하고, 서브-페이지를 위치하기 위해서 사용하며, 데이터 디코딩을 위해 필요한 좌표 정보를 제공한다. 경계(threshold)방법과는 다른 소트 방법 및 상관(coorrelation) 방법은 디코딩 과정에서 재생 이미지에서 온-픽셀 및 오프-픽셀을 구별하기 위해 사용된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분할 변조기가 기준광 빛 정보광을 변조하는 방법을 나타낸 것이다.
도 7a를 참조하면, 중앙에 정보광 패턴이 형성되고, 주변이 기준광 패턴이 형성되는 데, 상기 기준광 패턴은 원형의 띠로 형성되어 있음을 알 수 있다. 상기 기준광 패턴은 적어도 하나 이상의 부분으로 분할되고, 이를 여러 페이지로 나누어 기록하게 된다.
도 7b는 외부에 사각형의 띠로 기준광 패턴이 형성되는 것으로써, 4 개의 페이지로 나누어 페이지를 형성했음을 알 수 있다.
상기와 같이 페이지를 분할한 후 도 8a 및 도 8b와 같이 하나의 위치에 여러 페이지를 저장할 수 있게 된다.
도 8a를 참조하면, 동일한 위치에 첫 번째 페이지의 데이터 패턴을 기록하는 방법으로서, 좌측에 기준광이 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 8b는 동일한 위치에 두 번째 페이지의 데이터 패턴을 기록하는 방법으로써, 우측에 기준광이 형성되어 있음을 볼 수 있다. 이러한 방법으로 저장하면 하나의 페이지에 분할되는 기준광의 영역의 개수만큼 데이터 저장의 용량을 확장할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 공선 방식의 장점인 시스템의 간단함과 DVD등의 기존 광 저장장치와의 호환성을 살리면서 시스템의 저장용량을 기존의 수배이상으로 늘릴 수 있고 이는 기존의 방식에서 벗어나 독자적인 방식으로 홀로그래픽 데이터 저장장치를 구성할 수 있다.

Claims (3)

  1. 공선 방식을 이용하는 홀로그래픽 데이터 저장장치에 있어서,
    기준광을 영역별로 분할하여 제어하는 것을 특징으로 하는 각도 다중화 방법을 이용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 영역별로 분할된 기준광은 원형의 띠로 형성되고, 다수개의 구획으로 분할되는 것을 특징으로 하는 각도 다중화 방법을 이용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 영역별로 분할된 기준광은 사각형의 띠로 형성되고, 다수개의 구획으로 분할되는 것을 특징으로 하는 각도 다중화 방법을 이용하는 공선 방식의 홀로그래픽 데이터 저장장치.
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