KR101610961B1 - 광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법 - Google Patents

광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 데이터 레이어(12)를 갖는 광 데이터 저장 디스크(22, 220)(예컨대 홀로그래픽 데이터 저장 디스크)를 복제하기 위한 시스템(30, 50, 70, 100, 200) 및 방법(60, 90)에 관한 것이다. 각 싱글 데이터 레이어(12)를 제공하는 마스터 디스크(10, 210)가 이용되고, 마스터 디스크(10, 210)로부터의 각 싱글 데이터 레이어(12)는 광 데이터 저장 디스크(22, 220) 상에 복제된다.

Description

광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법{MASTERING AND REPLICATION OF OPTICAL STORAGE MEDIA}
본 발명은 일반적으로 멀티 데이터 레이어(multiple layers of data)를 갖는 광 데이터 저장 매체(optical data storage media)(예컨대, 홀로그래픽 데이터 저장 장치(holographic data storage))에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 그러한 매체를 복제(replicating)하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
컴퓨터 연산 능력(computing power)이 향상됨에 따라, 특히 소비자 비디오(consumer video), 데이터 보관(data archiving), 문서 저장(document storage), 이미징(imaging), 영화 제작(movie production) 등의 새로운 응용 분야에 컴퓨터 연산 기술(computing technology)이 도입되고 있다. 이들 애플리케이션은 더 큰 저장 용량(storage capacity)을 갖는 데이터 저장 기술을 개발하려는 지속적인 노력(continuing push)을 촉구하고 있었다. 또한, 저장 용량의 증가는, 개발자의 처음 기대를 넘어선, 특히 게이밍(gaming)과 같은 기술의 개발을 가능하게 하고 증진시키고 있다.
광 저장 시스템에 대한 점진적으로 더 큰 기억 용량은 데이터 저장 기술 개발의 좋은 예가 되고 있다. 1980년대 초반에 개발된 컴팩트 디스크 또는 CD 포맷은 약 650-700MB의 데이터 용량 또는 약 74-80분 정도의 2채널 오디오 프로그램 용량을 가진다. 이와 비교해보면, 1990년대 초반에 개발된 DVD(digital versatile disc) 포맷은 약 4.7GB(싱글 레이어(single layer)) 또는 약 8.5GB(듀얼 레이어(dual layer))의 용량을 가진다. 큰 저장 용량의 DVD는 무삭제 장편 영화들(full-length feature films)을 구식의 비디오 해상도(예컨대, 약 720(h)×576(v) 화소의 PAL, 약 720(h)×480(v)의 NTSC)로 저장하는데 충분하다.
그러나, 고품질의 텔레비전(HDTV)(약 1920(h)×1080(v) 화소의 1080p)과 같은 고해상도 비디오 포맷이 대중화됨에 따라, 고해상도로 기록된 무삭제 장편 영화를 보존할 수 있는 저장 포맷이 요구되고 있다. 이것은, 싱글 레이어 디스크(single-layer disk)에서는 약 25GB 또는 듀얼 레이어 디스크(dual-layer disk)에서는 50GB를 저장할 수 있는 블루레이 디스크(Blu-ray Disc™) 포맷과 같은 고용량 기록 포맷의 개발을 부추기고 있다. 비디오 디스플레이의 해상도 및 다른 기술들이 계속 개발되기 때문에, 전에 없이 높은 저장 용량을 갖는 저장 매체가 더욱 중요해질 것이다. 저장 장치 산업에서의 장래의 용량 요구를 더욱 충족시킬 수 있는 개발 중인 저장 기술의 하나는 홀로그래픽 저장(holographic storage)에 근거한 것이다.
홀로그래픽 저장은 2개의 광빔의 교차에 의해 생성되는 3차원 간섭 패턴의 화상인 홀로그램의 형태로 데이터를 감광성 저장 매체에 저장하는 것이다. 페이지 기반 홀로그래픽 기술(page-based holographic techniques) 및 비트-와이즈 홀로그래픽 기술(bit-wise holographic techniques)이 추구되고 있다. 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 저장 장치에서는, 디지털적으로 인코딩된 데이터를 포함하는 신호 빔이, 저장 매체의 볼륨 내에서 참조 빔(reference beam)과 중첩되어, 그 결과 매체의 굴절률을 변경하거나 변화시키는 화학적 반응이 저장 매체의 볼륨 내에서 일어난다. 이러한 변화는 신호로부터 강도 정보 및 위상 정보(intensity and phase information)를 기록하는 역할을 한다. 따라서, 각 비트는 일반적으로 간섭 패턴의 일부로서 저장된다. 홀로그래픽 이미지를 저장하는데 이용한 최초의 신호 빔에 비례하는 재구성된 신호 빔을 생성하도록, 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호작용하는 참조 빔에 단독으로 저장 매체를 노광함으로써 홀로그램이 검색된다.
비트-와이즈 홀로그래피 또는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장 장치에서는, 전형적으로 2개의 반대방향으로 전파되는 포커싱 기록 빔(two counter-propagating focused recording beams)에 의해 생성되는 브래그 반사 격자(Bragg refection grating) 또는 마이크로-홀로그램으로서 모든 비트가 기록된다. 이 후, 기록 빔(recording beam)을 재구성하도록 마이크로-홀로그램에 반사되는 판독 빔을 이용함으로써 데이터가 재생된다. 따라서, 페이지-와이즈 홀로그래픽 저장 장치보다는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장 장치가 현재의 기술과 더 유사하다. 그러나, 데이터 스토리지(data storage)의 2개의 레이어를 사용할 수 있는 DVD 포맷과 Blu-ray Disk™ 포맷과는 달리, 홀로그래픽 디스크는 데이터 저장 장치의 50 또는 100 레이어를 가질 수 있어, 테라바이트(TB)로 평가될 수 있는 데이터 저장 용량을 제공한다. 또한, 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 저장 장치에서는, 각 마이크로-홀로그램에는 신호로부터의 위상 정보가 포함되어 있다.
홀로그래픽 저장 시스템이 이전의 광학 시스템보다 더 큰 저장 용량을 제공할 수 있다고 하더라도, 이들 시스템은 복제되기 어렵다. 따라서, 홀로그램 저장 매체의 복제의 효율, 품질, 비용 및 스루풋을 향상시키는 기술을 갖는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 일 관점은, 싱글 데이터 레이어를 제각각 갖는 마스터 디스크들을 제공하는 단계와, 마스터 디스크로부터의 제각기의 싱글 데이터 레이어를 멀티 데이터 레이어를 구비하는 광 데이터 저장 디스크로 광학적으로 복제하는 단계를 포함하는 광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 홀로그래픽 데이터 저장 디스크에 복제될 각 싱글 데이터 레이어를 각각 제공하는 마스터 디스크를 제공하는 단계와, 마스터 디스크로부터 홀로그래픽 데이터 저장 디스크로 각 데이터 레이어를 각각 복제하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 저장 디스크를 복제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 이동 가능한 구조체 상에 광 저장 디스크를 배치하는 단계와, 마스터 디스크를 복제 스테이션(replication stations)에 배치하되, 마스터 디스크 각각은 광 저장 디스크 상에 복제될 싱글 데이터 레이어를 갖는 단계와, 구조체를 기동시켜, 광 저장 디스크를 마스터 디스크 각각에 인접하도록 제각기 배치하는 단계와, 싱글 데이터 레이어를 광 저장 디스크로 광학적으로 복제하는 단계를 포함하는 광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 복수의 홀로그래픽 데이터 저장 디스크 상에 복제될 각 데이터 레이어를 갖는 고정 마스터 디스크(stationary master discs)를 유지하도록 구성된 복제 스테이션과, 복수의 홀로그래픽 데이터 저장 디스크를 유지하고, 해당 스테이션에 인접하는 복수의 홀로그래픽 데이터 저장 디스크를 통과하도록 구성된 구조체를 갖는, 홀로그래픽 디스크 저장 디스크를 복제하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 하나의 데이터 레이어를, 복제될 다른 데이터 레이어에 대해 각각 제공되는 싱글 또는 복수의 마스터 디스크를 통하거나, 또는 SLM(spatial light modulator)를 갖는 마스터 디스크를 통해, 또는, 이 모두를 통해서, 동시에 광 저장 디스크에 복제하는 단계를 포함하되, SLM의 화소 상태는 다른 데이터 레이어의 복제에 제공되도록 전기적으로 변화되는, 멀티 데이터 레이어를 광 저장 디스크에 복제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, SLM(spatial light modulator)를 갖는 마스터 디스크와, 데이터의 레이어 각각의 복제에 대해 각각 제공되는 SLM의 화소 상태를 변화시키도록 구성되는 프로세서와, 마스터 디스크 및 광 저장 디스크를 복제 스테이션에 서 서로 인접하게 배치되도록 구성되는 구조체를 포함하는, 멀티 데이터 레이어를 광 저장 디스크에 복제하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점 및 장점은 동일 구성을 동일한 참조부호로 나타낸 첨부한 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽을 때에 더욱 이해하기 쉬워질 것이다.
볼륨형 광 저장 장치(Volumetric Optical Storage)
볼륨형 광 저장 시스템은 고용량 데이터 저장 장치에 대한 요구를 충족시키기 위한 잠재력을 갖고 있다. 단일 또는 적은 수의 반사층(들)에 디지털 정보가 저장되는 CD(compact disc) 및 DVD(digital versatile disc)와 같은 전통적인 광디스크 저장 포맷과는 달리, 세로로는 적층되고 가로로는 순행하는(directed) 트랙으로 배열되는 복수의 볼륨에 국부적 굴절률 지수로서 디지털 콘텐츠가 저장된다. 각각의 트랙은 수평으로, 예컨대 방사 형상으로 순행하는 대응하는 레이어를 정의할 수 있다.
데이터의 단일 비트 또는 비트 그룹은 실질적으로 볼륨들 중에 대응하는 하나의 볼륨에 각각 포함되는 개별 마이크로-홀로그램으로서 인코딩될 수 있다. 일례로서, 매체 또는 매체들은 사출 성형 가능한 열가소성 디스크의 형태를 취한다. 매체의 주어진 볼륨 내에 간섭 무늬를 생성함으로써, 그 볼륨에 데이터의 하나 이상의 비트를, 이후에 검출 가능한 굴절률 변화(later detectable refractive index modulation)로서 선택적으로 인코딩할 수 있다. 따라서, 3차원의 굴절률 변화, 분자의 굴절률 변화, 광응답 매트릭스의 굴절률 변화를, 데이터를 저장하는데에 이용할 수 있다.
이러한 기능적 특징은, 임계 에너지 응답 조건, 즉 굴절률의 실질적 변화가 발생하지 않는 조건 이하이면서 굴절률의 예측 가능한 변화가 일어나지 않는 조건 이상의 임계 에너지 응답 조건을 수립할 수 있다. 이러한 방법으로, 임계값보다 적은 유도 에너지(delivered energy)를 갖는 광빔을 충돌(impinging)시킴으로써, 선택된 볼륨을 판독 또는 재생시킬 수 있고, 임계값보다 큰 유도 에너지를 갖는 광빔을 이용하여, 선택된 볼륨을 기록 또는 소거할 수 있다. 따라서, 그 내에 실질적으로 포함되는 마이크로-홀로그램을 각각 가질 수 있거나 가질 수 없는 볼륨의 조밀 매트릭스(dense matrix)를 수립할 수 있다. 마이크로-홀로그램 각각은 마이크로-홀로그램을 기록하는데 이용되는 반대방향 전파의 광빔들(counter-propagting light beams)의 간섭 무늬에 대응하는, 상이한 굴절률을 갖는 소구역(sub-regions)의 교차 패턴으로서 구현된다. 굴절률 변화가 인코딩된 비트 센터(encoded bit center)와 같은 대상 볼륨으로부터의 거리의 함수로서 빠르게 감소하는 경우, 더욱 조밀하게 볼륨을 패키징할 수 있다.
특정 볼륨에서의 굴절률 변화는 (볼륨을 관통하는 반대방향 전파의 레이저 빔들의 간섭 무늬에 대응하는) 부분 가열 패턴(localized heating patterns)에 의해 일어날 수 있다. 일 실시예에서는, 굴절률 변화는 열가소성 매체의 비결정 상태와 결정 상태간의 밀도 차이에 의해 일어난다. 하나의 상태로부터 다른 상태로 의 천이는 타겟 볼륨의 서브-볼륨(sub-volumes)을 그 내의 간섭 무늬로 열적으로 활성화시킴으로써, 매체의 타겟 볼륨 내에서 선택적으로 일어날 수 있다. 이와 달리, 굴절률의 변화는 타겟 볼륨 내에 위치하는 염료(dye) 또는 염료 내의 다른 촉매(other catalyst)로 인해 발생하는 화학적 변화와 같은, 매체의 타겟 볼륨의 서브-볼륨 내에서의 화학적 변화에 의해 일어날 수 있다. 그러한 화학적 변화는 마찬가지로, 열적 활성화를 이용하여 선택적으로 발생될 수 있다. 그 전체를 참조로서 여기에 포함하는 미국 특허 제7,388,695호를 참조하여, 홀로그래픽 데이터 저장 장치의 다양한 관점에서 설명한다. 또한, 예컨대 2광자 저장(2-photon storage)과 같은 홀로그래픽 저장보다는 멀티 레이어 저장에 본 발명을 적용할 수 있음을 유의해야 한다.
볼륨형 광 저장 장치의 사전 포맷팅(pre-formatting)
콘텐츠(예컨대, 소비자에게 전송하는 사전 기록된 영화의 콘텐츠)의 전송을 위한 홀로그래픽 매체 디스크에 사전 기록된 데이터 정보에 부가하여, 홀로그래픽 디스크는 데이터의 기록을 위해 사전 포맷된다. 예컨대, 홀로그래픽 매체 디스크는 데이터 상태를 나타내는 마이크로-홀로그램의 어레이(arrays)로 기록될 수 있다. 이들 어레이는 광학적으로 또는 임계 응답성 기록 물질로 이루어지는 매체의 모든 볼륨에 걸쳐 실질적으로 배포될 수 있다. 일 실시예에서는, 마이크로-홀로그램들 중 어떤 하나를 소거하거나 소거하지 않음으로써, 특정 데이터(예컨대, 데이터의 교차 상태)가 사전 포맷된 매체에 기록된다. 소거는, 임계 조건 이상의 마이크로-홀로그램의 볼륨을 예컨대 성분 폴리머 매트릭스(constituent polymer matrix)의 Tg에 가열 접근하게 하는 충분한 집중 에너지(enough focused energy)를갖는 싱글 광빔을 이용함으로써 달성될 수 있다.
더 상세하게는, 사전 포맷된 매체로의 데이터의 기록(예컨대, 광학적 응답 재료 내에서 예컨대, 모두 0 또는 1인 싱글 데이터 상태를 나타내는 마이크로-홀로그램의 어레이)은 사전 기록된 마이크로 홀로그램 또는 사전 포맷된 마이크로-홀로그램 중 하나를 선택하여 소거하거나 소거하지 않음으로써 이루어질 수 있다. 그곳에 하나 이상의 레이저 빔을 포커싱함으로써 마이크로-홀로그램을 효과적으로 소거할 수 있다. 에너지를 전달하는 광빔이 기록 임계 강도를 초과하는 경우, 전술한 바와 같이, 마이크로-홀로그램은 소거된다. 따라서, 임계 조건은 제 1 영역 내에 타겟의 마이크로-홀로그램의 형성을 충족시키는데 필요한 동일 정도일 수 있다. 광빔은, 종래 CD 및 DVD 기술에서 사용하는 것과 마찬가지로, 종래의 다이오드 레이저로부터 방사된다.
복제 개요
일반적으로 광 데이터 저장 양식(CD/DVD/HD-DVD/BD)은 전형적으로 디스크의 사출 성형에 근거하는 복제 시스템을 이용할 수 있다. 이러한 물리적 접근법은, 홀로그래픽 데이터가 전형적으로 무늬 패턴으로 저장되기 때문에, 일반적으로 마이크로-홀로그래픽 디스크를 사용하지 않으므로, 광학적 접근법이 유리하다. 또한, 홀로그래픽 저장에서는, 주로 또는 실질적으로 모놀리식 매체(이 디스크 매체는 기 판과 같은 다른 레이어 및 커버 레이어를 가질 수 있음)는 전형적으로 멀티 레이어 데이터를 저장하는데 이용된다. 따라서, 이것은 광학적 방식과 같은 비확장 방식(noninvasive method)을 이용하여 데이터를 패터닝하는데 유리할 수 있다.
마이크로-홀로그래픽 디스크의 광학적 복제는 멀티 데이터 레이어를 한번에 복제할 수 있다. 실제로, 복제는 복제될 (마이크로-홀로그램을 갖는) 모든 데이터 레이어를 갖는 마스터(예컨대 마스터 디스크)를 이용할 수 있다. 그러나, 홀로그래픽 디스크로의 복수 레이어 단위 기록의 복제는 예컨대, 전형적으로 마이크로-홀로그램의 비교적 낮은 회절 능력으로 인해 효과적이지 않거나 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 어떤 실시예에서는, 복제될 싱글 레이어를 각각 갖는 복수의 마스터 디스크를 홀로그래픽 디스크의 복제에 이용한다. 그 결과, 본 발명은 효율적인 마스터링 시스템, 복제 시스템, 및 멀티-레이어 마이크로-홀로그래픽 저장 디스크를 패터닝하기 위한 접근법을 제공할 수 있다. 본 발명은 콘텐츠 전달 및 디스크 사전 포맷 애플리케이션에 대한 마이크로-홀로그래픽 복제를 위한 새로운 마스터 설계 및 새로운 복제 시스템으로 이어진다. 요컨대, 높은 효율성 및 이에 따른 높은 스루풋(및 마찬가지로 잠재적으로 저렴한 비용성)을 갖는 실질적으로 모놀리식 멀티 레이어 마이크로-홀로그래픽 디스크의 마스터링 및 복제를 실현할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 멀티 레이어 홀로그래픽 디스크에 대해 싱글 데이터 레이어를 갖는 복수의 마스터를 이용할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 각 데이터 레이어의 복제는 복제 스테이션(replication stations)에서 행해지고, 각 레이어들은 개별 홀로그래픽 디스크 상에 동시에 복제될 수 있으며, 상이한 디스크 등 상에서 광빔 노광을 이용할 수 있다. 게다가, 레이어들의 일부는 전체 레이어를 커버(cover)하는 마스터 또는 디스크의 동기화된 회전에 의해 1회의 노광으로 복제될 수 있다. 전술한 바와 같이, 복제는 콘텐츠의 배포를 위한 데이터 정보의 멀티 레이어를 제공할 수 있고, 및/또는 복제는 디스크 애플리케이션을 기록 가능한 디스크 애플리케이션을 도모하는 비트의 복수 레이어를 갖는 디스크를 사전 포맷할 수 있다. 디스크는 사전 기록된 콘텐츠와 사전 포맷된 비트의 혼합 레이어를 가질 수 있다. 그러한 혼합 레이어는, 이미 디스크 상에 데이터 정보(즉, 사전 기록된 콘텐츠)를 가질 뿐만 아니라, 디스크에 기록하기 위한 어떠한 애플리케이션에 이용될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 이 기술은 복제를 위한 반사 기하학 및/또는 전달 기하학을 이용할 수 있다. 더욱이, 각 스테이션에서 각각의 마스터 및 디스크에 대해 기울기 정렬을 용이하게 할 수 있는 것에 특징이 있다. 그러한 특징은, 마스터 및 디스크 상에 기울기 정렬 마크, 기울기를 검지하기 위한 이미징 시스템(imaging system), 기계적 모듈을 통해 마스터 및 디스크의 기울기를 조정하는 제어 시스템 등을 포함할 수 있다. 이 기술은 또한, 레이어간 정렬(layer-to-layer alignment)뿐만 아니라, 복제시에 마스터와 디스크간의 동기화 기법(synchronization scheme)을 제공하는 마스터 등록 및 디스크 등록을 포함할 수도 있다.
마스터 디스크( Master Discs )
도 1은 데이터 레이어(12)와 기판(14)의 상이한 기하학적 배열을 갖는 다양한 예시적인 마스터 디스크(10)를 나타낸다. 마스터 디스크(10)는 데이터 레이어(12)와 기판(14) 사이에 배치된 중간 레이어(intermediate layers)(16)도 가질 수 있다. 실시예들에서는, 마스터 디스크는 (복제될) 하나의 데이터 레이어만을 가질 수 있고, 데이터는 마이크로-홀로그램, 평면 기판(planar substrate)의 간단한 반사/전달 비트 패턴 등 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 어떠한 실시예들에서는, 마스터 디스크들 그 자체는 완전한 홀로그래픽 데이터를 포함하지 않을 수 있지만, 복수의 마스터 디스크들은 홀로그래픽 데이터 저장 디스크 내의 홀로그래픽 데이터(동시에 하나의 레이어)를 복제하는데 이용될 수 있다. 개별 마스터 디스크는 각 데이터 레이어에 이용될 수 있다. 게다가, 개별 마스터 디스크는 특정 애플리케이션에 따라, 동일하거나 상이한 콘텐츠를 포함할 수 있다. 마스터 디스크는 마이크로-홀로그램 저장 디스크와 다른 물질/구조를 이용할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 마스터 디스크는 유리 기판 상에 패터닝된 Cr막의 레이어일 수 있으며, 광 리스포그래피(optical lithography)를 통해 마스크와 동일한 방식으로 준비될 수 있다.
마스터 데이터 레이어(12)에 있어서, 데이터 비트는 트랙킹, 클럭킹 및/또는 레이어 식별 등을 지원하는 트랙 특성(예컨대, 와인딩(windings))을 갖는 트랙으로 배열될 수 있다. 데이터 레이어(12)는 금속 물질, 유전 물질(dielectric materials) 등일 수 있다. 데이터 레이어(12)의 데이터 비트는 예컨대 이용하는 복제 시스템에서 리덕션 광학체(reduction optics)를 이용하는 경우에 더 커질 수 있다. 중간 레이어(16)는, 만일 제공된다면, 데이터 레이어(12)의 반사 콘트라스트를 향상시키기 위한 싱글 레이어 또는 멀티 레이어일 수 있으며, 기판(14) 등에 점착성(adhesion) 및/또는 융화성(compatibility)을 제공한다. 기판(14)은 유리 실리카, 실리콘, 다른 전형적 기판 물질 등일 수 있다. 마스터 디스크(10)는 종래의 마스터 레코딩 시스템을 통해 제조될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 직접 레이저 기록(direct laser writing), 금속 증착(metal evaporation), 리프트-오프(lift-off) 등과 같은 마스터 디스크 프로세싱이 이용될 수 있다. 게다가, 상이한 마스터 구조를 다양한 프로세싱이 채용할 수 있다.
몇몇 실시예에서는, SLM(spatial light modulator)는 마스터로서 이용될 수 있다. SLM은 전형적으로 2차원 어레이의 화소를 가진다. 화소의 "온(on)" 및 "오프(off)" 상태는 디지털 데이터 비트 "1" 및 "0"으로 나타낼 수 있다. 화소의 상태는 전기적으로 전환될 수 있다. SLM은 DMD(digital micro-mirror device) 또는 액정 기반 장치(liquid crystal based) 등일 수 있다. 예컨대, SLM 마스터는 LCD 마스크 상에 명암(또는 선명 또는 비선명 영역)의 배열일 수 있다. 광은 각 레이어를 기록하기 위한 LCD 마스크를 통해 지향된다. 그리고 프로세서 또는 컴퓨터는 다음 레이어에 대해 마스크 상에 "이미지"를 변경할 수 있다. SLM의 고속 데이터 전송 레이트(예컨대, ~50Gbps)가 유용함을 이해해야 할 것이다. 마스터로서 SLM을 이용하는 장점은 화소의 상태를 전기적으로 변화시킴으로써 상이한 마스터 콘텐츠를 나타낼 수 있는 것이다. SLM 마스터는 구성 가능한 마스터 또는 마스크로서 생 각될 수 있다.
복제 기술( Replication Techniques )
도 2는 디스크(22)가 구조체(24)로 되어 있고, 디스크(22)의 복제용 마스터 디스크가 이전에 이동되는 예시적인 디스크 복제 기술(10)을 나타낸다. 복제 기술은 복수의 "스테이션(stations)"을 이용할 수 있다. 각 스테이션에서는, 복제된 특정 데이터 레이어, 복제될 디스크뿐만 아니라 복제 시스템도 있다. 복제 스테이션은 동시에 구동될 수 있다. 멀티 레이어 복제는 여러 스테이션에 디스크를 운반함으로써 달성될 수 있다. 그러한 디스크는 예컨대 진공 시스템에 의해 고정될 수 있다. 더욱이, 복제를 보조 지원하기 위해서 열 제어 유닛(예컨대, 쿨링 시스템)이 포함될 수 있다.
각 스테이션에서는, 복제는 디스크(예컨대 임계 디스크)의 사전 결정된 깊이에서 마스터의 데이터 패턴의 이미지를 갖는 평면파의 간섭에 의해 행해질 수 있다. (하나의 레이어에서의) 전체 디스크 패턴은 (레이저 파워가 충분히 강한 경우) 1회의 노광으로 복제될 수 있거나, 어떤 영역은 1회의 노광으로 복제될 수 있으며, 디스크 패턴은 동기화된 마스터 및 매체 디스크를 회전시킴으로써 복제될 수 있다. 광학적 복제를 위한 예시적 구성에 대해서 도 3~5를 참조하여 설명한다. 또, 복제 품질을 향상시키기 위해 리덕션 광학체가 적용될 수 있다. (리덕션 광학체로 인해, 홀로그래픽 데이터 저장 디스크 상에 복제된 비트의 사이즈는 마스터 디스크 상의 대응 비트의 사이즈보다 작을 수 있다.) 또한, 어떤 예에서는, 복제 를 보조 지원하는데 포커싱/트랙킹 방식을 이용할 수 있다.
도 2의 예시된 실시예와 비교하면, 마스터 디스크는 구조체(24) 상에 탑재되어, 이동 또는 회전될 수 있으며, 디스크(22)는 구조체 상이 아니라 대신에 스테이션에 정지하고 있다. 게다가 원형의 구조체(24)는 단지 예로서 주어진다는 것에 중점이 있음을 유의해야 할 것이다. 실제로, 복제될 마스터 디스크 및 디스크를 포지셔닝(positioning)을 위한 다른 구성을 이용할 수 있다. 최근, 하나 이상의 마스터 디스크는 SLM 마스터일 수 있음을 유의해야 할 것이다. 게다가, 싱글 SLM 마스터는 멀티 데이터 레이어를 하나의 레이어로 동시에 복제하는데 이용될 수 있으며, 구조는 복제 스테이션에서 상이한 레이어에 대한 홀로그래픽 디스크와 SLM 마스터 사이에 적당한 간격을 두고 서로 인접하는 홀로그래픽 디스크와 SLM 마스터를 포지셔닝할 수 있다.
SLM 마스터가 사용되거나 사용되지 않던 간에, 어떤 실시예에서는, 마스터 디스크로부터의 반사/전달 콘트라스트가 높아(예컨대 90%보다 커서), 레이저 파워가 데이터 복제에 효율적으로 이용될 수 있음을 유의해야 한다. 다른 복제 방안으로는, 회절 효율이 1%보다 작고, 전형적으로 약 0.1%-0.01%이고, 복제 효율이 낮아 복제가 한정될 수 있다. 본 발명은 낮은 복제 비용 및 높은 복제 스루풋을 가능하게 할 수 있다. 또한, 마스터의 품질은, 하나의 데이터 레이어를 가질 때, 본질적으로 마이크로-홀로그램이 아니라 간단한 반사/전달 패턴을 비트가 가지는 경우에 비교적 높을 수 있다. 또한, 전형적으로 하나의 레이어만을 가질 때에 본 마스터 디스크로부터의 레이어간 간섭 노이즈는 존재하지 않을 수 있다.
본 발명은 낮은 비용, 높은 스루풋, 양호한 복제 및 융통성을 제공할 수 있다. 실제로, 광학 설계 및 전자 제어는 일반적으로, 멀티 레이어 마스터의 사용과 비교하면, 각 복제 시스템에 대해 더 간단화될 수 있다. 마찬가지로, 복제 스루풋이 더 높을 수 있다. 게다가, 싱글 레이어 마스터 디스크의 준비는, 유리하게, 데이터 전송이 간단한 반사/전송 패턴인 경우와 같은 전류 광 리소그래피 마스크 준비에 영향을 준다. 또한, 연속하는 멀티 레이어 복제 및 저장 장치에서, 싱글 레이어 마스터 디스크의 스루풋은 멀티 레이어 마스터 디스크보다 더 높을 수 있다. 마찬가지로, 복제 레이저 파워도 낮출 수 있다.
또한, 어떤 예에서는, 본 마스터 디스크가 재사용될 수 있다. 예컨대, 마스터 디스크는, 디스크가 데이터의 어떠한 공통 레이어를 가질 때와 같은 상이한 복제 디스크들 간의 혼합 방식으로 유연하게 재사용될 수 있다. 실제로, 이 유연성이, 예컨대 복수의 레이어(예컨대, 1000 마스터)를 가지지만, 홀로그래픽 저장 디스크를 복제하는 상이한 조합으로 단지 약간의 마스터(예컨대 100 마스터)를 사용함으로써 구현될 수 있다. 이것은 주크-박스 타입의 애플리케이션(juke-box type application) 등과 같은 이러한 복제 기술에 의해 영향을 받는 새로운 애플리케션을 유도할 수 있다.
게다가, 몇몇 실시예에서는, 복제 프로세스는 각 기록 과정 후에 품질 또는 성능 체크를 구현할 수 있다. 즉, 복제된 디스크를 판독하여, 마스터와 비교할 수 있다. 품질 체크는 상이한 간격으로 또는 복제 프로세스 후에 수행될 수 있다. 또한, 복제된 레이어의 SNR(Signal to Noise ratio)과 같은 파라미터 및 다른 복제 된 데이터 레이어 정보는 홀로그래픽 디스크의 어떤 보존 영역에 기록될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 복제 시스템은 디스크를 갖는 마스터를 등록 또는 정렬하도록 구성될 수 있고, 및/또는 서로 복제된 레이어를 등록 또는 정렬하도록 구성될 수 있다.
도 3은 전달 기하학적 배열을 이용하여 홀로그래픽 디스크(22)를 복제하는 예시적 복제 시스템(30)을 나타낸다. 싱글 데이터 레이어를 갖는 마스터(10)가 사용된다. 제시된 실시예에서는, 마스터(10)는 데이터 레이어(12), 기판(14), 광학적으로 중간 레이어(16)를 갖는다. 실행시에, 입사 레이저빔(32)이 빔 스플리터(34)를 통과하여, 2개의 빔으로 분기된다. 이 빔 중 하나는 마스터(10)와 2개의 렌즈를 통과하고, 디스크(22)의 3개의 코너 프리즘(42)을 통과하여 디스크(22)의 반대쪽으로 입사되는 나머지 빔과 간섭된다. 2개의 분기 빔의 간섭은 디스크(22)의 데이터 레이어(40) 내에 (마스터(10)로부터 데이터(12)를 포함하는) 마이크로-홀로그램(38)을 형성한다. 데이터 레이어(40)는 마스터 디스크(10) 내에서 데이터(12) 패턴의 이미지를 갖는 평면파의 간섭이다. 또한, 광 파장판(예컨대, 반파장판)은 2개의 분기 빔의 광 파워의 밸런싱을 위해 시스템(30) 내에 삽입되어, 디스크(22) 내의 마이크로-홀로그램의 형성에 2개의 빔이 간섭할 때에 증가되거나 최대 변화를 행할 수 있다.
도 4는 반사 기하학적 배열을 이용하여 홀로그래픽 디스크(22)를 복제하는 예시적 복제 시스템(50)을 나타낸다. 데이터(12)의 싱글 레이어를 갖는 마스터(10)가 사용된다. 제시된 실시예에서는, 마스터(10)는 데이터(12), 기판(14)을 구비하고 선택에 따라서는 중간 레이어(16)를 갖는다. 실행시에는, 입사하는 레이저 빔(52)은 디스크(22), 렌즈(38)를 통과하고, 반사 마스터(10)에 의해 반사되어 렌즈(38)를 통과해서 디스크(22)로 되돌아간다. 이 반사빔은 본래의 빔(52)과 간섭하여, 데이터 레이어(56)의 (마스터(10)로부터 데이터(12)를 포함하는) 마이크로-홀로그램(54)을 형성한다. 따라서, 반사된 빔은 입사하는 레이저 빔과 재차 간섭된다. 그 결과, 데이터 레이어(56)는 마스터 디스크(10) 내에 데이터(12) 패턴의 이미지를 갖는 평면파의 간섭이다. 나타낸 바와 같이, 마스터 디스크(10)는 일반적으로 반사 광학 시스템(50) 내에서 복제를 가능하게 하는 반사 물질을 갖는다. 결국, 시스템(30, 50)은 전형적으로, 마이크로-홀로그램의 증가 또는 최대의 변화(즉, 향상된 품질)를 달성하기 위해 2개의 간섭하는 빔간의 빔 파워 밸런스를 제어하는 편광 광학을 가질 수 있다.
도 5는 홀로그래픽 디스크(22)를 복제하기 위한 예시적 복제 시스템(70)이다. 시스템(70)은 마이크로-홀로그램의 변화를 증가시키고, 이에 따라 마이크로-홀로그램의 품질을 향상시키기 위해 2개의 간섭하는 빔간의 빔 파워 밸런스를 제어하는 편광 광학체을 포함한다. 시스템(70)에 있어서, 입사하는 레이저 빔(72)은 반파장판(74), 편광된 빔 스플리터(76)를 관통한다. 나타낸 실시예에서는, 입사하는 빔(72)의 분기 빔은 빔 스플리터(76)를 나와서, 3개의 미러(78)에서 반사되어,디스크(22)의 데이터 레이어(82) 내에 마이크로-홀로그램(80)을 형성하는 참조빔으로서, 복제된 디스크(22)의 뒷면으로 들어온다. 마이크로-홀로그램(80)의 완전한 형성을 위해 참조빔과 간섭하는 데이터빔은 (스플리터(76)로부터의) 분기빔으로 되어, 1/4 파장판(84), 렌즈(86)를 통과하고, 마스터 디스크(10)에서 반사되어, 렌즈(86), 1/4 파장판(84), 빔 스플리터(76)를 통해 되돌아온다. 그 후, 마스터 디스크(10)로부터 반사된 이 빔은 광학 렌즈(88)를 관통한 후 디스크(22)의 데이터 레이어(82)에 도달한다.
도 3-5를 참조하면, 전술한 자유 공간 광학, 파이버 빔 수송 등은 낮은 비용, 더 용이한 셋업, 및 유연성을 제공할 수 있다. 전술한 복제 시스템(30, 50, 70) 및 다른 복제 시스템은 추가 특정을 포함하도록 확장될 수 있다. 예컨대, 트랙킹/포커싱 특징, 디스크 정렬 특징 등이 복제를 보조 지원하는데 포함될 수 있다.
도 6은 싱글 데이터 레이어를 갖는 마스터 디스크로부터, 멀티 데이터 레이어를 갖는 광학 디스크(예컨대, 홀로그래픽 디스크)를 복제하는 방법(60)을 나타낸다. 이 방법(60)에 있어서, 복수의 홀로그래픽 디스크(즉, "n"개의 디스크)는 디스크를 이동하도록 구성된 구조체 상에 배치된다(단계 62). 이 디스크는 복수의 정지 마스터 디스크(즉, "n"개의 마스터 디스크) 위를 통과하며, 각 마스터 디스크는 디스크에 복제될 싱글 데이터 레이어를 가진다(단계 64). 예컨대, 마스터 디스크는 이동 가능한 구조체 상에 복제된 홀로그래픽 디스크에 의해 관여되는 복제 스테이션에 배치될 수 있다. 게다가, 이 방법(60)은 홀로그래픽 디스크의 복제된 레이어에 대한 정렬/등록 시퀀스를 포함할 수 있음을 유의해야 한다(단계 66). 예컨대, 복제를 용이하게 하기 위해서는, 홀로그래픽 디스크는 각 마스터 디스크를 복제 스테이션에 정렬할 수 있다. 또한, 복제된 데이터 레이어는 주어진 홀로그래픽 디스크 내에 서로 등록될 수 있다. 그러한 등록의 예에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하여 이하에서 설명한다. 정렬 또는 등록으로, 또는 정렬 또는 등록없이, 각 마스터 디스크의 데이터 레이어가 디스크에 동시에 하나의 레이어로 광학적으로 복제될 수 있다(단계 68). 각 마스터 디스크로부터 데이터 레이어로 병렬로 또는 동시에 복제될 수 있음이 명백할 것이다. 그러한 병렬 구조 및 동작은 복제 스루풋을 향상시킬 수 있다.
도 7은 싱글 데이터 레이어를 갖는 마스터 디스크로부터, 멀티 데이터 레이어를 갖는 광학 디스크(예컨대, 홀로그래픽 디스크)를 복제하는 방법(90)을 나타낸다. 복제될 싱글 데이터 레이어를 갖는 복수의 마스터 디스크(즉, "n"개의 마스터 디스크)는 마스터 디스크를 이동시키도록 구성된 구조체 상에 배치된다(단계 92). 마스터 디스크는 복수의 정지 홀로그래픽 디스크(즉, "n"개의 홀로그래픽 디스크) 위를 통과하며, 각 마스터 디스크는 디스크에 복제될 홀로그래픽 데이터의 싱글 데이터 레이어를 가진다(단계 94). 홀로그래픽 디스크는, 예컨대 이동 가능한 구조체 상의 마스터 디스크에 의해 연관되는 복제 스테이션에 배치될 수 있다. 게다가, 도 6의 시스템(70)에서와 같이, 방법(90)은 또한 홀로그래픽 디스크의 복제된 레이어에 대한 정렬 및/또는 등록 시퀀스도 포함할 수 있다(단계 96). 예컨대, 복제를 용이하게 하기 위해서, 홀로그래픽 디스크는 각 마스터 디스크를 복제 스테이션에 정렬한다. 또한, 복제된 데이터 레이어는 주어진 홀로그래픽 디스크에 서로 등록될 수 있다. 그러한 등록의 예에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하여 이하에서 설명한다. 정렬/등록으로 또는 정렬/등록없이, 각 마스터 디스크의 데이터 레이어는 디스크에 동시에 하나의 레이어로 광학적으로 복제된다(단계 98). 도 6에서의 시스템(70)에서와 같이, 몇몇 디스크는 각 마스터 디스크로부터 병렬 또는 동시에 데이터 레이어로 복제될 수 있다. 또한 그러한 병렬 구성 및 동작은 복제 처리율을 향상시킬 수 있다.
등록( Registration )
개별 마스터 디스크가 각 레이어에 이용되면, 어떠한 경우에는, 레이어가 서로에 대해 모두 정렬되거나 각도 분해 등록(aligned or angularly registered)될 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 장점이 있다. 유익하게, 이것은, 더욱 동일하게 데이터가 제때에 판독될 수 있도록, 데이터가 다양한 레벨로 배열되며, 즉, 데이터가 하위 레이어로부터 판독되기 전에, 상위 레이어로부터 다음으로 낮은 상위 레이어로 판독기가 이동할 때의 큰 이동 각도를 지나서 디스크가 회전되지 않도록 데이터가 배열될 수 있다. 이는, 데이터가 디스크로부터 판독될 수 있는 레이트와 비교하면 디스크의 회전이 느리기 때문에, 유리할 수 있다. 따라서, 트랙의 하나(예컨대, 최외주 트랙)를 따라 위치하는 비트 시퀀스를 제공할 수 있어, 유리할 수 있다. 일례(디스크 및 홀로그램 구성)에 있어서, 최외주 트랙을 필링(filling)하는 것은 약 백만 비트를 채우는 것이다.
도 8은 마스터 디스크의 최외주 트랙(이들 중 하나를 110으로 나타냄)에 N 비트 시퀀스(140)가 위치하는 시스템(100)을 나타낸다. N 비트 시퀀스(140)는 또한 개개의 레이어 마스터 디스크로부터 생성되는 멀티 레이어 디스크 중 적어도 하 나의 레이어(도시하지 않음) 상의 최외주 트랙에 위치한다. 회전의 회전 방향을 120으로 나타낸다. 판독기(130)는 그것에 접근해 지나갈 때에 N비트 시퀀스(140)의 개별 비트를 판독하도록 포지셔닝된다.
도 9는 싱글 마스터 디스크(210)와 멀티 레이어 디스크(220)의 하나를 나타내는 시스템(200)을 도시한다. 싱글 마스터 디스크의 최외주 트랙 상의 N 비트 시퀀스는 판독기(250)에 의해 판독된다. 멀티 레이어 디스크(220)의 적어도 하나의 레이어의 최외주 트랙 상의 있는 N 비트 시퀀스는 판독기(260)에 의해 판독된다. 모듈(270)은 디스크(210) 및 디스크(220)의 상대적 회전 각도 위치를 조정하여, 2개의 디스크의 각속도(230, 240)를 동일한 값으로 유도한다. 이에 의해, 2개의 디스크, 즉 디스크(210) 및 디스크(220)는 동기화되게 된다. 그리고, 복제 시스템은 디스크(210) 상의 데이터를 디스크(220)에 복제한다.
N 비트 시퀀스(140)의 일 실시예는, 오더 n의 2-ary de Bruijn 시퀀스와 같이 종래에 공지된 세그먼트일 수 있다. 그러한 시퀀스를 이용하는 장점 중 하나는, 전체 시퀀스에서, 일반적으로 길이 n의 모든 가능한 시퀀스가 정확히 한번 발생하도록 할 수 있다. 따라서, 1회의 n 연속 비트는 트랙으로부터 판독되며, 디스크의 회전 각도는 전형적으로 알려져 있다. 실제로, n 비트값 대 디스크의 회전 각도의 룩업 테이블은, 어떠한 n 비트 연속 세그먼트가, 룩업 테이블의 n 비트 시퀀스를 탐색하여, 대응하는 디스크 회전 각도를 통보함으로써 결정될 디스크의 회전 각도를 허용하도록 준비되고 저장될 수 있다.
전술한 것을 고려하여, 벤치마크는 공 회전(null rotation)에 대응하는 특정 n 비트 세그먼트를 선택함으로써 디스크의 회전 각도에 대해 정의할 수 있다. 오더 n의 N 비트 2-ary de Bruijn 시퀀스는, 그 de Bruijn 시퀀스의 세그먼트를 포함하는 디스크의 트랙을 위치시키는데 필요한 비트의 전체 수보다 2n이 작도록 제공되는 디스크의 회전 각도를 명백하게 식별하는데 충분할 것이다. N=1,000,000비트인 경우, 예컨대, de Bruijn 시퀀스의 필요 최소 차수는 219<1000000≤220와 같이 n=20이다.
본 발명의 어떠한 특징을 단지 여기서 설명 및 개재하였지만, 당업자라면 다양한 변형 및 변경을 행할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 사상의 범위 내에서 그러한 변경 및 변형이 첨부한 청구범위에 포함됨을 이해해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 마스터 디스크 구조를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 복제를 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전달 기하학(transmission geometry)을 이용하는 디스크 복제를 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 기하학(reflection geometry)을 이용하는 디스크 복제를 개략적으로 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 파워 밸런스(beam power balance)를 제어하기 위한 편광 광학체(polarization optics)를 포함하는 디스크 복제를 개략적으로 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 복제 방법의 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 복제 방법의 블록도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복제된 레이어의 등록을 위한 N-비트 시퀀스 시스템을 개략적으로 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 시스템을 채용하는 마스터 디스크 및 멀티 레이어 디스크를 개략적으로 나타내는 도면.

Claims (10)

  1. 광 데이터 저장 디스크(optical data storage discs)를 복제하는 방법(60, 90)에 있어서,
    각각의 싱글 데이터 레이어(12)(respective single layer of data)를 갖는 복수의 마스터 디스크(master discs)(10, 210)를 제공하는 단계와,
    상기 복수의 마스터 디스크(10, 210)의 각각으로부터 각각의 싱글 데이터 레이어(12)를, 멀티 데이터 레이어(12)(multiple layers of data)를 포함하는 광 데이터 저장 디스크(22, 220)로 순차적으로(serially) 광학적 복제를 수행하는 단계(68, 98)를 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 복제를 수행하는 단계는 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)를 상기 마스터 디스크(10, 210)에 인접하는 위치로 이동시키는 단계를 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 복제를 수행하는 단계는 상기 마스터 디스크(10, 210)를 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)에 인접하는 위치로 이동시키는 단계(100)를 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)가 동시에 복제되는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 싱글 데이터 레이어(12)를 상기 마스터 디스크(10, 210)로부터 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)로 광학적 복제를 수행할 때 상기 마스터 디스크(10, 210)를 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)와 정렬(aligning)하는 단계(66, 96)를 더 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220) 상에서 상기 싱글 데이터 레이어(12)는 서로에 대해 정렬되는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정렬(66, 96)은 등록 시퀀스(registration sequence)(66, 96)를 통해 구현되는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 등록 시퀀스(66, 96)는 드 브루인(de Bruijn) 시퀀스(140)의 세그먼트를 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 디스크(10, 210) 및 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220) 상의 정렬 마크를 통해, 상기 복수의 마스터 디스크(10, 210)의 각각을 상기 광 데이터 저장 디스크(22, 220)와 정렬하는 단계(66, 96)를 더 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 복제를 수행하는 단계(68, 98)의 품질 체크를 수행하는 단계를 더 포함하는
    광 데이터 저장 디스크의 복제 방법.
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