KR101665703B1

KR101665703B1 - 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 트래킹을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR101665703B1
Application number: KR1020090134793A
Authority: KR
Inventors: 빅터 페트로비치 오스트로버코브; 브라이언 리 로렌스; 지아올레이 시; 지유안 렌; 제신 판
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2016-10-12
Also published as: CN101794587B; US8427912B2; CN101794587A; KR20100080487A; EP2204800B1; JP2010157312A; US20100165816A1; EP2204800A1

Abstract

홀로그래픽 데이터 저장 시스템(10)에서의 트래킹을 제어하는 시스템(10) 및 방법은 홀로그래픽 데이터 디스크(12)에 빔(16)을 충돌시키는 단계-상기 빔(16)은 상기 홀로그래픽 데이터 디스크(12) 내에 배치된 마이크로 홀로그램(124)으로부터 반사(18)됨-와, 다중 요소 검출기(90)에 의해 상기 홀로그래픽 데이터 디스크(12)로부터 상기 반사된 빔(18)을 검출하는 단계와, 트래킹 에러 신호(140, 160)를 생성하도록 다중 요소 검출기(90)에 의해 검출된 패턴을 분석하는 단계를 포함한다.

Description

홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 트래킹을 제어하는 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TRACKING IN SINGLE-BIT HOLOGRAPHIC DATA STORAGE}

본 발명의 전반적으로 비트 와이즈 홀로그래픽 매체(bit-wise holographic media)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 광학 디스크 상에 저장된 데이터를 판독하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

컴퓨터 연산 능력(computing power)이 진전됨에 따라, 컴퓨터 연산 기술(computing technology)은 특히 소비자 비디오, 데이터 보관, 문서 저장, 이미징 및 영화 제작과 같은 새로운 애플리케이션 영역에 진입하게 되었다. 이들 애플리케이션은 더 큰 저장 용량을 갖는 데이터 저장 기술을 개발하기 위한 지속적인 노력을 추구하여 왔다. 또한, 저장 용량의 증가는 특히 게임과 같이 개발자의 초기 예상을 훨씬 넘어서는 기술의 개발을 가능케 하고 촉진시켜 왔다.

광학 저장 시스템에 대해 점진적인 보다 높은 저장 용량은 데이터 저장 기술에 있어 개발의 양호한 예시를 제공한다. 1980년대 초반에 개발된 컴팩트 디스크또는 CD 포맷은 대략 650-700 MB의 데이터 또는 대략 74-80분의 2 채널 오디오 프 로그램의 용량을 갖는다. 이에 비해, 1990년대 초반에 개발된 DVD(digital versatile disc) 포맷은 대략 4.7 GB(싱글 레이어(single layer)) 또는 8.5 GB(듀얼 레이어(dual layer))의 용량을 갖는다. DVD의 보다 높은 저장 용량은 보다 오래된 비디오 해상도(예를 들어, 약 720(h)×576(v) 픽셀에서의 PAL 또는 전체 길이 피쳐 필름(full length feature films)을 약 720(h)×480(v) 픽셀에서의 NTSC)로 저장하는데 충분하다.

그러나, HDTV(high-definition television)와 같은 고 해상도 비디오 포맷(1080p에 대해 약 1920(h)×1080(v))이 대중적으로 보급됨에 따라, 이들 해상도로 기록된 무삭제 장편 영화를 보유할 수 있는 저장 포맷이 바람직하게 되었다. 이것은 싱글 레이어 디스크에서 약 25 GB 또는 듀얼 레이어 디스크에서 약 50 GB를 보유할 수 있는 블루레이(Blu-ray) Disk^TM 포맷과 같은 고 용량 기록 포맷의 개발을 촉진하여 왔다. 비디오 디스플레이의 해상도, 및 다른 기술이 계속해서 개발됨에 따라, 보다 높은 용량을 갖는 저장 매체가 보다 중요하게 될 것이다. 저장 장치 산업 분야에서 향후의 용량 요건을 보다 더 성취할 수 있는 개발 중인 저장 기술의 하나는 홀로그래픽 저장에 기반한다.

홀로그래픽 저장 장치는 감광성 저장 매체에서 2개의 광빔의 교차에 의해 생성되는 3차원 간섭 패턴의 화상인 홀로그램의 형태의 저장 장치이다. 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 기준 빔(reference beam)과 중첩되어, 매체의 굴절률을, 가령, 변경하거나 변화시키는 화학적 반응을 일으킨다. 이러한 변화는 신호로부터 강도 정보 및 위상 정보(intensity and phase information)를 기록하는 기능을 수행한다. 따라서, 각 비트는 일반적으로 간섭 패턴의 일부로서 저장된다. 홀로그래픽 이미지를 저장하는데 이용한 최초의 신호 빔에 비례하는 재구성된 신호 빔을 생성하도록, 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호작용하는 기준 빔에 단독으로 저장 매체를 노광함으로써 홀로그램이 검색될 수 있다.

비트-와이즈 홀로그래픽 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 재구성하는 마이크로-홀로그램에 반사되는 판독 빔을 이용하여, 데이터가 검색된다. 따라서, 페이지-와이즈 홀로그래픽 저장 장치보다는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장 장치가 현재의 기술과 더 유사하다. 그러나, DVD 포맷과 Blu-ray Disk™ 포맷에서 사용될 수 있는 2개의 층의 데이터 저장 장치와 비교할 때 홀로그래픽 디스크는 테라바이트(TB)로 측정될 수 있는 데이터 저장 용량을 제공하는 50 또는 100개의 층의 데이터 저장 장치를 가질 수 있다. 또한, 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 저장 장치에서, 각 마이크로-홀로그램은 신호로부터의 위상 정보를 포함한다.

다층 광학 데이터 저장(ODS) 매체에서 빔 트래킹의 문제는 데이터 층 상에 임베드된 표면 그루브 패턴 또는 특정 위치의 포맷 홀로그램(서보 마크)을 포함하는 특수한 서보 층을 디스크에 할당함으로써 이전부터 다루어져 왔다. 다층 홀로그래픽 광학 매체에서 트래킹 방법은 트래킹을 위해 지정된 추가적인 상이한 컬러 레이저 소스와 함께 특별히 사전 마스터된 그루브형 트래킹 층을 이용한다. 다층 HDS 매체의 데이터 층으로부터의 트래킹 에러 신호의 직접적인 추출이 다루어져 왔으며 여기서, 트랙 상에서의 판독 빔의 중심을 벗어난(off-center) 위치로 인한 트래킹 에러 신호를 생성하기 위해 회절된 빔의 형상 변화가 이용되고, 위치 정보를 제공하기 위해 데이터 회절 빔 근처의 위성 회절 빔을 생성하는 기록 오프 축 격자(off-axis gratings)가 이용된다. 다층 ODS 매체에서 향상된 빔 트래킹을 위한 필요성이 존재한다.

본 발명의 일 측면은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 트래킹을 제어하는 방법을 포함하며, 이 방법은 홀로그래픽 데이터 디스크에 빔을 충돌시키는 단계-빔은 홀로그래픽 데이터 디스크 내에 배치된 마이크로 홀로그램으로부터 반사됨-와, 다중 요소 검출기에 의해 홀로그래픽 데이터 디스크로부터 반사된 빔을 검출하는 단계와, 트래킹 에러 신호를 생성하도록 다중 요소 검출기에 의해 검출된 패턴을 분석하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면은 광학 매체 드라이브를 포함하며, 이 광학 매체 드라이브는 광학 디스크에서 마이크로 홀로그램 상에 레이저 빔을 포커싱하도록 구성된 광학 여기 디바이스와, 광학 디스크에서 마이크로 홀로그램으로부터 반사된 광 빔을 검출하도록 구성된 광학 검출기와, 반사된 광 빔을 트래킹 에러 신호로 변환하도록 구성된 프로세서와, 광 디스크에 대해 레이저 빔의 반경 위치를 제어하도록 구성된 트래킹 서보 메커니즘을 포함하며, 트래킹 서보 메커니즘은 트래킹 에러 신호를 수신하도록 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 목적 및 장점은 후술하는 상세한 설명이 첨부 도면과 함께 읽혀질 때 가장 잘 이해될 것이며 도면 전반에 걸쳐 유사한 참조 부호는 유사한 부분을 나타낸다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 홀로그래픽 데이터 디스크에 빔을 충돌시키고, 다중 요소 검출기에 의해 홀로그래픽 데이터 디스크로부터 반사된 빔을 검출하며, 트래킹 에러 신호를 생성하도록 다중 요소 검출기에 의해 검출된 패턴을 분석함으로써, 향상된 빔 트래킹을 제공할 수 있다.

본 발명의 기법은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 포함될 수 있는 트래킹 시스템 및 방법을 수반한다. 홀로그래픽 데이터 저장(holographic data storage : HDS) 매체는 일반적으로 HDS 디스크 재료의 볼륨의 대부분 또는 전부를 활용하는 성능으로 인해 차세대의 광학 데이터 저장(ODS)으로서 개발되고 있다. 단일 층(single layer) DVD에 비해 데이터 용량이 100배 한도까지 증가될 수 있으며, 용량은 잠재적으로 120mm(직경)의 1.2mm 디스크 상에서 수백 GB 내지 1TB의 데이터에 도달한다. 홀로그래픽 데이터 저장 장치의 각종 측면의 설명을 위해, 이하 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용되는 미국 특허 제 7,388,695 호를 참조한다.

홀로그래픽 저장 포맷에 대한 하나의 접근법은 포커스된 프로브 빔으로부터의 광의 일부가 적절하게 위치하는 검출기 내로 반사되도록 재료의 벌크에 기록된 현미경 크기의 회절 격자(마이크로 홀로그램)의 존재(비트 1) 또는 부재(비트 0)에 의해 정보가 표현되는 단일 비트 홀로그래픽 시스템이다. 판독 빔 구성에 대해 이러한 격자의 회절 효율의 고 감도로 인해, 각각의 층이 판독 광학 헤드(스타일러스)의 적절한 위치에 의해 다른 층으로부터 독립적으로 어드레싱될 수 있도록 데이터 비트가 매체 내에서 다중 층으로 배치될 수 있으며, 이는 또한 고 매체 용량을 생성한다. 이것은, 보다 적은 용량을 가지며, 단지 소수의 공간적으로 분리된 층(전형적으로 1 또는 2)의 데이터를 포함하며, 기본적으로는 표면 기반형 매체인 다른 포맷(CD, DVD)과는 대조된다.

스핀형 디스크 기하 구조에서, 각각의 물리적 층의 마이크로 격자 내의 데이터 비트는 순환형 또는 나선형 시퀀스로 트랙으로서 배치된다. 신뢰 가능한 데이터 판독을 위해, 스타일러스 빔은 트랙간 거리에 의해 지정되는 정확도를 갖는 트랙의 중심 위에 정확하게 (표면 기반형 매체에서의 방식과 유사한 방식으로) 위치해야 한다. 표면 매체에서, 트래킹 에러 신호는 데이터 층 내의 랜드와 피트 피쳐의 에지 또는 특수하게 설계된 트래킹 그루브를 반사시킴으로써 생성되는 빔 회절 패턴의 변화로부터 추출된다.

볼륨 저장 매체에서, 비트들은, 굴절율의 국소화된 변조를 생성하지만 표면 매체에서의 경우와 같이 일반적으로 예리한 에지 패턴을 나타내지 않는, 포커스된 레이저 빔을 사용하여 재료의 벌크 내에 기록한다. 그러나, 마이크로 홀로그램에 의한 역 방향으로 반사된 빔의 효율, 전파 방향 및 빔 프로파일은 프로브 빔의 공간적 오버랩 및 마이크로 홀로그램 패턴을 포함하는 볼륨에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 볼륨 격자의 회절은 추출될 수 있는 오프 트랙 에러 신호를 결정할 수 있다. WORM(write-once-read-many times) 매체에서, 그루브와 같은 프로브 가이딩 마크가 데이터 마크를 블랭크 디스크에 기록하는데 이용될 수 있다.

그러나, (컨텐츠 배포 디스크와 같은) 사전 기록된 매체 및 (예를 들어, 데이터 트랙 및 층이 마크에 의해 사전 파퓰레이트되고 데이터의 기록이 그 일부를 선택적으로 소거함으로써 성취되는) 사전 포맷된 WORM 매체에서, 데이터 전달 마이크로 홀로그램은 일반적으로 트랙 및 층으로 이미 배치되어 있다. 이들 경우에, 본 발명의 기법은 (유용한 정보를 전달할 수 있는) 비트로부터 트래킹 정보를 획득할 수 있으며, 이에 따라 유용한 용량을 감소시키고/시키거나 제조 프로세스를 복잡하게 할 수 있는 추가적인 트래킹 홀로그램 또는 표면 트래킹 패턴을 가질 필요성 및 복잡성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 특수한 트래킹 층(예를 들어, 전용 트래킹 빔을 이용하여) 및 데이터 마이크로 홀로그램에 의해(본 발명의 기법에 의해 개시된 바와 같은) 생성된 트래킹 신호를 이용하는 다른 예가 또한 가능하다.

단일 비트 HDS 매체에서, 채널 코딩 및/또는 변조를 적용하기 이전에, 데이터 비트는 1 및 0 값으로 할당될 수 있는 회절 광의 고/저 강도 레벨을 초래하는 단일의 마이크로 격자의 존재/부재에 의해 표시된다. 마이크로 격자는 적절한 회절 파형을 생성하도록 브래그 조건을 충족하는 주기성으로 주기적으로 변조된 굴절율을 갖는 매체의 영역을 포함한다. 인덱스 변조(index modulation)가 격자의 에지를 향해 사라지는 점진적인 프로파일을 따르도록, 한 쌍의 포커싱된 상호 간에 일치하는 기록 레이저 빔으로 격자가 생성될 수 있다. 1과 0 신호 레벨 사이에서 높은 콘트라스트를 성취하기 위해, 각각의 "온" 비트의 회절 효율은 크거나 극대화되어야 하며, 이는 전형적으로 마이크로 격자 상에서 판독 빔이 정확하게 중심으로 정렬될 때 발생한다. 판독 빔 위치가 격자의 중심으로부터 멀리 쉬프트할 수록, 격자 및 빔 강도 프로파일 사이의 오버랩이 감소하여 회절 효율이 떨어진다. 그러나, 심지어 회절 효율의 현저한 변화가 발생하기 이전이라도, 회절된 빔은 빔의 비대칭성 및 격자 상호 위치로부터 발생하는 전파 방향으로 검출 가능한 변화를 경험할 수 있다.

본 발명의 기법은 단일 비트 홀로그래픽 데이터 저장(HDS) 매체에서 데이터 비트로부터 트래킹 에러 신호를 생성하고/하거나 비트를 포맷하는 것에 관련된다. 판독 빔이 마이크로 격자 중심에 대해 오정렬될 때 발생하는, 공칭 방향으로부터의 반사된 신호의 편향이 검출된다. 다중 채널(예를 들어, 4 채널) 광학 검출 방안은 광학 매체 플레이어 또는 드라이브의 트래킹 서보 루프에서 트래킹 에러 신호로서 사용될 수 있는 푸시 풀 신호의 추출을 용이하게 한다. 단일 비트 HDS 시스템에서 차동적인 진폭 및 위상 신호가 설명될 수 있다.

따라서, 이 기법은 다층 단일-비트 HDS 시스템에서 개별적인 비트(데이터 또는 보조/포매팅)로부터 트래킹 에러 신호를 획득할 수 있어, (판독 및/또는 제조 프로세스를 복잡하게 할 수 있는) 그루브 표면 형태의 특수한 정렬 층의 필요성 또는 (매체의 용량을 소모하는) 볼륨 회절 소자의 개별적인 층/서브세트로서의 특수한 정렬층의 필요성을 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 기법은 HDS 매체에 대한 포맷을 간략화시킬 뿐만 아니라, 이러한 매체의 유용한 용량을 증가시킬 수 있다.

구현에 있어서, 데이터 비트를 나타내는 격자 상에서의 스캐닝 시에 검출기 상에서 빔 이미지 스폿의 검출 가능한 시프트로 변환하는 회절 빔 전파의 변화가 평가된다. 검출기 상에서의 이러한 신호 빔(반사된 데이터 빔) 이동(편향)은 격자 중심에 대한 판독 빔(데이터 빔)의 위치와 상관된다(즉, 트래킹을 위해, 반사된 데이터 빔은 마이크로 홀로그램의 중심으로부터 좌측 또는 우측으로의 오프셋을 표시하도록 해석된다). 이 위치는 적절한 광검출기로 검출될 때 스타일러스 위치 에러를 보상하도록 오프 트랙 에러 신호로 변환될 수 있고 서보 루프로 피드백될 수 있다. 이러한 빔 모션의 검출은, 예를 들어, 빔 형상의 검출보다 용이하고 더 견고할 수 있다. 또한, 특정의 실시예에서, 이 접근법은 트래킹을 수행하기 위한 추가적인 표면 패터닝 또는 다른 특별한 서보 층 없이도 수행될 수 있다.

요약하면, 이 기법은 판독 빔이 각각의 데이터 비트 홀로그램 상에서 및/또는 데이터의 트랙 상에서 운행함에 따라 발생하는 백워드 방향으로부터의 빔 편향을 이용한다. 즉, 이 효과는 변조된 굴절율의 현미경 크기(microscopic-sized)의 볼륨 격자로부터 강하게 포커스된(예를 들어, 가우시안) 빔의 회절 결과이다. 판독 빔은 데이터 빔 또는 신호 빔으로 간주될 수 있음에 주목해야 한다. 특정의 경우에, 판독 빔은 데이터 빔으로 간주될 수 있고 반사된 판독 빔은 신호 빔으로 간주될 수 있다. 실시예에서, 유용하게는, 이 기법은 트래킹을 위한 개별적인 트래킹 빔이 아니라 반사된 판독/데이터 빔을 이용할 수 있어, 트래킹 빔 또는 이중 빔 시스템에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다.

광학 디스크 플레이어/드라이브

이제 도면을 참조하면, 도 1은 광학 저장 디스크(12)로부터 데이터를 판독하는데 사용될 수 있는 광학 드라이브 시스템(10)을 도시한다. 광학 데이터 디스크(12) 상에 저장된 데이터는 판독(데이터) 빔(16)을 광학 데이터 디스크(12) 상으로 투사하는 일련의 광학 소자(14)에 의해 판독된다. 반사된 빔(18)은 광학 소자(14)에 의해 광학 데이터 디스크로부터 픽업(pick up)된다. 광학 소자(14)는 여기 빔을 생성하고, 광학 데이터 디스크(12) 상에서 이들 빔을 포커싱하며, 광학 데이터 디스크(12)로부터 다시 나오는 반사된 빔(18)을 검출하도록 설계된 임의의 수의 다양한 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자(14)는 광학 드라이브 전자 장치 패키지(22)에 대한 커플링(20)을 통해 제어된다. 광학 드라이브 전자 장치 패키지(22)는 하나 이상의 레이저 시스템에 대한 전원과 같은 유닛, 검출기로부터 전자 신호를 검출하기 위한 검출 전자 장치, 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기, 및 검출기 신호가 광학 데이터 디스크(12) 상에 저장된 비트 값을 실제로 등록할 때를 예측하는 비트 예측기와 같은 다른 유닛을 포함할 수 있다.

광학 데이터 디스크(12) 상에서 광학 소자(14)의 위치는 광학 소자를 광학 데이터 디스크(12)의 표면 상에서 앞뒤로 이동하도록 구성된 기계적인 액추에이터(26)를 갖는 트래킹 서보(24)에 의해 제어된다. 광학 드라이브 전자 장치(22) 및 트래킹 서보(24)는 프로세서(28)에 의해 제어된다. 본 발명의 기법에 따른 몇몇 실시예에서, 프로세서(28)는 광학 소자(14)에 의해 수신되고 프로세서(28)로 피드백될 수 있는 샘플링 정보에 기반하여 광학 소자(14)의 위치를 결정할 수 있다. 광학 소자(14)의 위치는 반사된 빔(18)을 증대시키고/시키거나 증폭하거나 또는 반사된 빔(18)의 간섭을 감소시키도록 결정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 트래킹 서보(24) 또는 광학 드라이브 전자 장치(22)는 광학 소자(14)에 의해 수신된 샘플링 정보에 기반하여 광학 소자(14)의 위치를 결정할 수 있다.

프로세서(28)는 스핀들 모터(34)에 전력(32)을 제공하는 모터 제어기(30)를 또한 제어한다. 스핀들 모터(34)는 광학 데이터 디스크(12)의 회전 속도를 제어하는 스핀들(36)에 결합된다. 광학 소자(14)가 광학 데이터 디스크(12)의 외측 에지로부터 스핀들(36)에 더 근접하여 이동됨에 따라, 광학 데이터 디스크의 회전 속도는 프로세서(28)에 의해 증가될 수 있다. 이것은 광학 소자가 내측 에지에 있을 때가 광학 소자(14)가 외측 에지에 있을 때와 본질적으로 동일하게 광학 데이터 디스크(12)로부터의 데이터의 데이터 레이트를 유지하는데 수행될 수 있다. 디스크의 최대 회전 속도는 분당 약 500 회전 수(revolutions per minute : rpm), 1000 rpm, 1500rpm, 3000rpm, 5000rpm, 10,000rpm 또는 그 이상일 수 있다.

프로세서(28)는 RAM(random access memory)(38) 및 ROM(read only memory)(40)에 접속된다. ROM(40)은 프로세서(28)가 트래킹 서보(24), 광학 드라이브 전자 장치(22) 및 모터 제어기(30)를 제어하도록 하는 프로그램을 포함한다. 또한, ROM(40)은 프로세서(28)가 특히 RAM(38)에 저장된 광학 드라이브 전자 장치(22)로부터의 데이터를 분석하도록 하는 프로그램을 또한 포함한다. 본 명세서에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, RAM(38)에 저장된 데이터의 이러한 분석은 광학 데이터 디스크(12)로부터의 정보를 다른 유닛에 의해 사용될 수 있는 데이터 스트림으로 변환하는데 필요한, 예컨대, 복조, 디코딩 또는 다른 기능을 포함할 수 있다.

광학 판독기 시스템(10)이 가전 디바이스와 같은 상업적 유닛인 경우, 프로세서(28)가 사용자에 의해 액세스되고 제어되도록 하기 위한 제어부를 가질 수 있다. 이러한 제어부는 키보드, 프로그램 선택 스위칭 등과 같은 패널 제어부(42)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 프로세서(28)의 제어는 원격 수신기(44)에 의해 수행될 수 있다. 원격 수신기(44)는 원격 제어부(48)로부터 제어 신호(46)를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 신호(46)는 특히 적외선 빔, 어쿠스틱 신호, 또는 무선 신호의 형태를 취할 수 있다.

프로세서(28)가 데이터 스트림을 생성하기 위해 RAM(38)에 저장된 데이터를 분석한 이후에, 데이터 스트림은 프로세서(28)에 의해 다른 유닛에 제공될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 외부 네트워크 상에 위치하는 컴퓨터 또는 다른 디바이스와 같은 외부 디지털 유닛으로 네트워크 인터페이스(50)를 통해 디지털 데이터 스트림으로서 제공될 수 있다. 이와 달리, 프로세서(28)는 HDMI(high-definition multi-media interface)와 같은 가전 디지털 인터페이스(52) 또는 특히 USB 포트와 같은 다른 고속 인터페이스에 디지털 데이터 스트림을 제공할 수 있다. 프로세서(28)는 디지털-아날로그 신호 프로세서(54)와 같은 다른 접속된 인터페이스 유닛을 또한 가질 수 있다. 디지털-아날로그 신호 프로세서(54)는 프로세서(28)가 텔레비전 상의 아날로그 입력 신호 또는 증폭 시스템에 대한 오디오 신호 입력과 같은 다른 유형의 디바이스로 출력을 위한 아날로그 신호를 제공하도록 할 수 있다.

판독기(10)는 도 2에 도시된 바와 같은 데이터를 포함하는 광학 데이터 디스크(12)를 판독하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 광학 데이터 디스크(12)는 디스크 재료의 벌크에 임베드된 하나 이상의 디스크 저장 층을 갖는 평탄한 원형 디스크이다. 보호 코팅은 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등과 같은 투명 플라스틱일 수 있다. 홀로그램 매체의 경우에, 디스크의 재료는 데이터 마크 홀로그램을 생성하기 위한 기록 광에 응답하여 능동적으로 변화하는 기능성 재료일 수 있다. 마이크로 홀로그램에 의해 표현된 데이터 비트는, 디스크의 두께에 걸쳐 상이한 깊이에서 위치할 수 있고 각각의 층의 깊이에서 프로브 빔을 포커싱함으로써 개별적으로 어드레싱될 수 있는 임의의 수의 가상 층으로 그룹화될 수 있다. 광학 디스크(12)는, 디스크가 그 축을 중심으로 회전될 수 있도록 스핀들 홀(56)을 갖는 스핀들(36)(도 1) 상에 탑재된다. 각각의 층 상에서, 순환형 트랙, 또는 다른 구성이 사용될 수 있으나, 데이터는 통상적으로 디스크(12)의 외측 에지로부터 내부 한계로 순차적인 나선형 트랙(58)에 기록될 수 있다.

도 3은 시스템이 온 트랙인지를 판정하기 위한 검출기 구성 또는 어레이를 도시한다. 일 실시예에서, 4개의 4분원 검출기(90)는 광학 시스템이 오프 트랙인지를 판정하도록 사용될 수 있다. 검출기(90)의 각각의 4분원(90A, 90B, 90C 및 90D)은 그 위로 반사된 에너지의 양에 비례하는 전압을 생성한다. 검출기(90)는, 예를 들어, 4중 검출기 형태와 같은 4분원 중 하나에 각각 대응하고, 광학 에너지에 응답하는 포토다이오드의 어레이를 포함한다. 트랙에 대해 검출기의 배향(AB와 CD 상에서 트랙/접선 방향 및 AD와 BC 상에서 반경/오프 트랙 방향)을 위해 도 6(a)를 참조한다.

도 4는 스피닝 디스크 매체와 같은 매체 내에서 특정의 위치에서 마이크로 홀로그램의 존재 또는 부재를 검출하는 시스템(100)을 도시한다. 본 명세서에서 기술된 트래킹 및 포커싱 메커니즘을 사용하여 볼륨을 선택하는데 시스템(100)이 목표로 될 수 있다. 도시된 실시예에서, 레이저 빔(102)은 빔 스플리터(110)를 통해, 매체 디스크(108) 내의 타겟 볼륨(106)에 충돌하도록 포커싱 광학계(104)에 의해 포커싱된다. 광 빔(102)은 CD, DVD 및 블루레이 Disk^TM 플레이어와 같은 통상적인 레이저 다이오드로부터 발산될 수 있다. 이러한 레이저는, 예를 들어, GaAs 또는 GaN 기반형 다이오드 레이저의 형태를 취할 수 있다. 빔 스플리터(110)는, 예를 들어, 편광 큐브 빔 스플리터의 형태를 취할 수 있다. 포커싱 광학계(104)는, 예를 들어, 높은 개구수 포커싱 객체 렌징의 형태를 취할 수 있다. 물론, 다른 구성도 가능하다. 마이크로 홀로그램이 타겟 볼륨(106)에 제공되는 특정의 사항에 관계없이, 광 빔(102)은 광학계(104)를 통해 빔 스플리터(110)로 다시 반사된다. 빔 스플리터(110)는 그 반사를 검출기(예를 들어, 도 3의 검출기(90))에 리다이렉팅한다. 이하 언급되고 기술되는 바와 같이, 검출기(90)는 그 반사에 기초하여 트래킹 정보를 해석하도록 또한 사용될 수 있다. 검출기(90)는, 예를 들어, 상업적으로 입수 가능한 하마마츠(Hamamatsu) Si Pin 포토다이오드 모델 S6795와 같은 포토다이오드, 또는 포토다이오드 어레이의 형태를 취할 수 있다.

도 5는 (a) 판독 빔(122)이 격자(124)의 중심에 정확하게 집중될 때, (b) 판독 빔(122)이 격자(124)의 좌측으로 시프트될 때, 및 (c) 판독 빔(122)이 격자(124)의 우측으로 시프트될 때 회절 빔(120)이 작용하는 것을 도시한다. 빔이 수집 광학계에 의해 다중 요소 광검출기(예컨대, 도 3의 4분원 포토다이오드 검출기(90)) 상에 수집되므로, 판독 빔이 마이크로 격자(124)의 위치와 교차함에 따라 빔 전파 방향의 변화가 검출기의 표면 상에서 빔 스폿의 시프트로서 표현되며, 이는 검출기(90)의 각각의 소자의 신호로부터 추출되고 트래킹 에러 신호로 형성될 수 있다.

예

일례에서, 4 요소 증폭 실리콘 포토다이오드가 염료 도핑 주입 몰드 폴리카보네이트 디스크 매체에 기록된 마이크로 격자(124)으로부터 회절된 신호 빔(122)에 대한 광검출기로서 사용되었다. 마이크로 격자가 판독 빔에 대해 보다 정확하게 위치할 수 있도록 고 정밀도 3D 변환 스테이지 상에 디스크가 탑재되었다. 기록 및 판독은 532㎚ 파장과 기록을 위한 100㎼ 내지 수 ㎽의 전력 및 프로브 빔을 위한 100㎻ 내지 1㎼의 전력으로 CW 단일 길이 모드 레이저를 이용하여 수행되었다. 개구수는 0.1만큼 낮았으며, 포커스된 빔 스폿의 직경은 대략 3.6㎛이었다. 기록된 격자의 회절 효율은 약 0.1-1%이었다. 4개의 검출기 소자(도 6 중 도 6(a)에 도시된 바와 같이 배향된 A, B, C 및 D)에 대한 신호의 선형 결합은 판독 빔(도 6의 플롯에 대해 0 및 ±1㎛)의 상이한 오프 트랙 위치에서 사전 기록된 마이크로 격자 상에서 디스크가 스캐닝됨에 따라 획득되었다.

결합된 신호 (A+B+C+D)는 검출기 상에 입사하는 전체 회절 빔 전력이다. 마이크로 격자 중심에 정확하게 집중된 판독 빔은 모든 채널에서 동일한 신호 A=B=C=D를 생성한다. 검출기의 좌측 및 우측 상의 신호들 사이에서, 즉, 트랙 방향(접선 푸시 풀 신호)을 따라 불균형이 존재할 때마다, 신호 (A+D)-(B+C)가 0으로부터 벗어난다. 도 6에 도시된 반경 푸시 풀 신호 (A+B)-(C+D)는 검출기 상에서 빔 스폿 이동을 (트랙 배향에 수직하는) 수직 방향으로 반사시킨다. 판독 빔이 트랙 중심으로부터 오정렬될 때, 빔은 역 방향으로부터 벗어나고, 오프 트랙 에러 신로로서 사용될 수 있는 0이 아닌 (A+B)-(C+D)를 생성할 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, (A+B)-(C+D) 트래킹 신호는 빔이 트랙 중심으로부터 벗어남에 따라 현저하게 변화한다. 곡선(130)은 (좌측으로의) 판독 빔 오프셋 -1㎛에 대한 (A+B)-(C+D)를 도시하고 곡선(132)은 (우측으로의) 판독 빔 오프셋 +1㎛에 대한 (A+B)-(C+D)를 도시한다. 도 7은 트랙의 중심으로부터 빔 변위의 함수로서 피크 오프 트랙 에러 신호 (A+B)-(C+D)를 기술하는 S 곡선 응답(140)을 도시한다. 상술한 접선 푸시 풀 신호 (A+D)-(B+C)는 총 강도 피크 신호 (A+B+C+D) 대신에 회절 비트의 존재를 검출하도록 사용될 수 있다. 푸시 풀 신호 에지는 전형적으로 강도 프로파일의 폭보다 예리하며, 이는 이웃하는 비트들 사이의 공간 해상도 뿐만 아니라, 예를 들어, 펄스 위치 변조 방안에서 사용될 수 있는 정확한 격자 위치 결정을 향상시킬 수 있다.

A, B, C 및 D 검출기 신호로부터의 트래킹 에러 신호를 생성하기 위한 다른 접근법은 대각 차동적 위상, 즉, 대각 합산 신호 (A+C) 및 (B+D) 사이의 위상차를 모니터링하는 것이다. 도 8은 도 6에서 특징지워진 동일한 마이크로 격자에 대한 이러한 신호의 예를 도시한다. 곡선(150)은 A+C를 나타내고 곡선(152)은 B+D를 나타낸다. 오프 트랙 빔 에러는 2개의 신호의 피크 위치들 사이의 상대 시프트를 통해 명시되며, 이는 시간 도메인에서의 지연 또는 주파수 도메인에서의 신호들 간의 위상차와 동일하다. 빔이 격자 중심에 온전하게 집중되면, 피크가 동일한 빔 위치(시간)에서 발생한다. 빔이 오프 트랙일 때, 2개의 대각 신호의 피크는 서로에 대해 지연되어 발생하며, 도 8에 도시된 바와 같이 네거티브(포지티브) 방향에서 오프 트랙 시프트에 대해 A+C가 B+D 앞에(또는 뒤에) 있다.

서보 루프 제어에 있어 오프 트랙 에러 신호로서 사용될 수 있는 다른 S 곡선(160)을 생성하는, 빔 오프 트랙 시프트의 함수로서 2개의 피크 분리 거리가 도 9에 제공된다. 도 7 및 도 9에 대해 기술된 S 곡선 신호는, 예를 들어, 드라이브(10) 내에 트래킹 액추에이터의 제어를 용이하게 하도록 트래킹 서보에 공급될 수 있다. 실제적으로, 2개의 신호들 간의 위상차가 (위상 동기 루프(PLL)와 같은) 피드백 루프를 통해 측정되고 감소될 수 있다. 결과적인 에러 신호가, 빔 격자 중첩이 감소함에 따라 떨어지는 신호 진폭에 독립적이므로, 또는 예를 들어, 비트 간의 신호 레벨의 가능한 편차로 인해, 위상 측정 접근법은 일반적으로 보다 견고하게 된다.

도 10은 위상 분리를 통해 트래킹 (오프 트랙) 에러 신호를 검출하기 위해 사용될 수 있는 검출기(예를 들어, 검출기(90))로부터의 신호 (A+C)(172) 및 신호 (B+D)(174)의 플롯(170)을 예시적으로 도시하는 도면이다. 검출기(90)는 판독되는 마이크로 홀로그램(즉, 격자)으로부터 반사된 데이터 빔을 판독할 수 있다. 플롯(170)은 검출기로부터의 대각 신호의 위상 시프트가 어떻게 트래킹 에러를 표시할 수 있는지를 설명한다. 도 10의 상부의 제 1 플롯은 판독되는 마이크로 홀로그램 중심에 정확하게 집중되는 데이터 빔(즉, 격자의 중심을 정확하게 통과하는 데이터 빔)을 표시한다. 신호 (A+C)(172) 및 신호 (B+D)(174)는 단일의 곡선(176)에 의해 표시된 바와 같이 동일하게 동작한다. 수직 기준선(178)은 곡선(176)의 피크(180)에 위치한다. 마이크로 홀로그램 중심에 정확하게 집중되는 데이터 빔의 경우에, 신호(172 및 174)(즉, 곡선(176)이 중첩하는 대각 신호(172 및 174)임)는 반사된 데이터 빔으로부터 검출기(90)에 의해 감지된 최대 강도를 나타낼 수 있다. (예를 들어, 홀로그램의 피크 위치와 일치하고, 수직선(178)에 의해 표시되는) 클록 캐리어에 대해 측정되는 경우, 두 신호는 채널 (A+C) 및 (B+D) 중 각각에 대해 위상 검출기에 의해 측정될 수 있는 0 위상 시프트를 갖는다.

다음의 2개의 플롯(170)은 판독되는 마이크로 홀로그램 중심에 집중되지 않는 판독 또는 데이터 빔의 오프셋의 양을 표시하는 (신호(172 및 174) 사이의) 위상차 φ(182)를 도시한다. 플롯(170)은 스캔 방향으로 시간 경과에 따른 (예를 들어, 전압으로 표시된) 신호이다. 수직 기준선(178)은 클록을 나타낼 수 있으며, 신호(172 및 174)는 클록 전후에 있다. 판독 빔이 하나의 방향으로 오프 트랙일 때(도 10의 중간 플롯), 클록에 대해 신호 (A+C)는 선행되고 신호 (B+D)는 지연되며, 위상 검출기는 (A+C)에 대한 포지티브 값 및 (B+D)에 대한 네거티브 값, 또는 (A+C) 마이너스 (B+D)에 대해 포지티브 상대 위상차 φ(182)를 측정할 것이다. 프로브 빔이 반대 반경 방향으로(도 10의 하부 플롯) 오프 트랙일 때, 상황이 반전되며, 측정된 위상은 (A+C) 신호에 대해 네거티브이고 (B+D) 신호에 대해 포지티브이며, (A+C) 대 (B+D)의 상대 위상이 네거티브이다. 따라서, 클록에 대한 신호(172 및 174)의 위상, 또는 신호(172 및 174) 사이의 서로에 대한 상대 위상차 φ(182)의 위상이 검출되고 트래킹 에러 신호(예를 들어, 위상차 φ(182) 대 도 9에 도시된 것과 유사한 프로브 빔 위치 에러 의존성에 기초하는 S 곡선)를 생성하도록 이용될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 특정한 특징만이 도시되고 기술되었으나, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 변경이 발생할 것이다. 따라서, 첨부된 특허 청구 범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 해당하는 바와 같은 이러한 모든 변형 및 변경을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 디스크 판독기의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 광학 디스크의 평면도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검출기 구성의 다이어그램 표시이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 홀로그램(마이크로 격자) 메모리 디바이스를 판독하기 위한 검출 헤드의 다이어그램 표시이며,

도 5는 오프 센터 입사각에서 격자 중심에 집중된 판독 빔에 의한 마이크로 격자로부터 회절된 빔의 편향의 다이어그램 표시이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반경 방향으로 프로브 빔의 상이한 오프 트랙 위치에 대한 접선 방향 (트랙)을 따라 스캐닝된 단일 격자로부터의 실험적인 푸시 풀(push-pull) 신호 (A+B)-(C+D)의 플롯을 도시하며,

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 또한 도시된 트랙 방향에 대해 검출 소자의 배향에 의해, 피크 반경 푸시 풀 신호로서 정의된 S 곡선 오프 트랙 에러 함수를 도시하고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 -1㎛ 및 1㎛의 프로브 빔 오프 트랙 위치에 대한 접선 방향 (트랙)을 따라 스캐닝된 단일 격자로부터의 실험적인 대각 신호 (A+C) 및 (B+D)의 플롯을 도시하며,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 프로브 빔의 (A+C) 대 (B+D) 피크 위치 시프트 대 오프 트랙(반경) 변위로서 정의된 S 곡선 오프 트랙 에러 함수를 도시하는 도면이고,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 각 신호의 위상 또는 2개의 위상들 사이의 상대 위상 차이를 측정함으로써 트래킹 (오프 트랙) 에러 신호를 검출하기 위한 (A+C) 및 (B+D) 신호의 플롯을 도시하는 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 광학 드라이브 시스템 12 : 광학 저장 디바이스

14 : 광학 소자 16 : 판독 (데이터) 빔

18 : 반사된 빔 20 : 결합

22 : 광학 드라이브 전자 장치 패키지

24 : 트래킹 서보 26 : 기계적 액추에이터

28 : 프로세서 30 : 모터 제어기

32 : 전력 34 : 스핀들 모터

36 : 스핀들 38 : RAM

40 : ROM 42 : 패널 제어

44 : 원격 수신기 46 : 제어 신호

48 : 원격 제어 50 : 네트워크 인터페이스

52 : 가전 디지털 인터페이스 54 : 디지털-아날로그 신호 프로세서

56 : 스핀들 홀 58 : 순차적인 나선형 트랙

90 : 검출기 100 : 시스템

102 : 레이저 빔 104 : 포커싱 광학계

106 : 타겟 볼륨 108 : 매체 디스크

110 : 빔 스플리터 120 : 회절 빔

122 : 판독 빔 124 : 격자 또는 마이크로 홀로그램

130, 132, 150, 152 : 곡선

140 : s 곡선 응답 또는 트래킹 에러 신호

160 : s 곡선 또는 트래킹 에러 신호

170 : 플롯 172 : 신호 (A+C)

174 : 신호 (B+D) 176 : 단일 곡선

178 : 수직 기준선 180 : 피크

182 : 위상차 ψ

Claims

단일 비트 홀로그래픽 데이터 저장 시스템(10)에서의 트래킹을 제어하는 방법으로서,

단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크(12) 상에 빔(16)을 충돌(impinging)시키는 단계 - 상기 빔(16)은 상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크(12) 내에 배치된 마이크로 홀로그램(124)으로부터 반사(18)되고, 상기 마이크로 홀로그램은 상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크 상에 저장된 데이터를 나타냄 - 와,

상기 단일 비트 홀로그래픽 디스크(12)상의 데이터를 판독하도록 4개의 사분원 검출기(90)에 의해 상기 홀로그래픽 데이터 디스크(12)로부터 상기 반사된 빔(18)을 검출하는 단계 - 상기 4개의 사분원 검출기(90)는 4개의 신호(A,B,C,D)를 제공함 - 와,

상기 빔(16)의 중심으로부터의 빔 변위의 함수로서 피크 오프-트랙 에러를 정의하는 S-곡선 응답(140) 접선 푸시-풀 신호 (A+D)-(B+C)를 이용하여 데이터의 비트를 나타내는 격자 위를 스캐닝하여 상기 4개의 사분원 검출기(90)에 걸쳐서 회절 빔의 방향의 변화를 검출함으로써 상기 반사된 빔에서 상기 4개의 사분원 검출기(90)에 의해 검출된 패턴(172, 174)을 분석하여 상기 단일 비트 홀로그래픽 디스크(12)의 개별 비트들로부터 트래킹 에러 신호(140, 160)를 획득하는 단계를 포함하는

방법.
삭제
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삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 저장 시스템(10)에서 트래킹 서보 루프(24)에 상기 트래킹 에러 신호(140)를 입력하는 단계를 포함하는

방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크(12)는 별도의 트래킹 층을 포함하지 않는

방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크(12)는 볼륨 회절 소자(106)의 별도의 트래킹 층을 포함하지 않는

방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단일 비트 홀로그래픽 데이터 디스크(12)는 컨텐츠의 기록을 위해 사전 포맷되는

방법.