KR101717303B1 - 다층 광학 데이터 저장 매체의 이중-빔 기록 및 판독을 위한 시스템과 방법 - Google Patents

다층 광학 데이터 저장 매체의 이중-빔 기록 및 판독을 위한 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 이중-빔 검출 시스템의 작동 시스템 및 방법은, 데이터 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 충돌시키는 단계; 추적 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 추적 요소에 충돌시키는 단계; 추적 요소로부터 추적 빔의 반사를 검출하는 단계; 및 추적 빔에 대한 데이터 빔의 위치를 조정하는 단계를 포함한다. 실시예는 대물 렌즈에서 평행화되지 않는 데이터 빔으로 인한 데이터 빔과 추적 빔의 수직 간격의 변화를 보상한다.

Description

다층 광학 데이터 저장 매체의 이중-빔 기록 및 판독을 위한 시스템과 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DUAL-BEAM RECORDING AND READOUT OF MULTILAYERED OPTICAL DATA STORAGE MEDIA}
본 발명은 일반적으로 홀로그패픽 데이터 저장 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 매체 또는 디스크에 대한 이중-빔 기록 및 판독을 위한 방법과 시스템에 관한 것이다.
연산 능력이 진보될수록, 연산 기술은 특히 소비자 비디오, 데이터 보관, 문서 저장, 촬상, 및 영화 제작과 같은 새로운 적용 분야에 진입되었다. 이들 적용은 저장 용량이 증대된 데이터 저장 기술을 개발하도록 계속 강요하고 있다. 또한, 저장 용량의 증가는 개발자의 초기 예상을 훨씬 넘어선 특히 게임과 같은 기술의 개발을 가능하게 하고 촉진하였다.
광학 저장 시스템의 점점 더 높은 저장 용량은 데이터 저장 기술에 있어서 개발의 양호한 예를 제공한다. 1980년대 초반에 개발된 콤팩트 디스크 또는 CD 포맷은 2채널 오디오 프로그램의 대략 650 내지 700 MB 또는 74 내지 80분의 데이터 용량을 갖는다. 이에 비해, 1990년대 초반에 개발된 DVD 포맷은 대략 4.7 GB(싱글 레이어) 또는 8.5 GB(듀얼 레이어)의 용량을 갖는다. DVD의 높은 저장 용량은 구형 비디오 해상도(예를 들어, 약 720(h)×576(v) 픽셀의 PAL 또는 약 720(h)×480(v) 픽셀의 NTSC)의 본격 장편 영화를 저장하기에 충분하다.
그러나, 고해상도 텔레비전(HDTV)과 같은 고해상도 비디오 포맷(1080p에서 약 1920(h)×1080(v) 픽셀)이 대중화됨에 따라, 이들 해상도로 기록된 본격 장편 영화를 담을 수 있는 저장 포맷이 바람직해지고 있다. 이는 싱글-레이어 디스크에 약 25 GB를 담거나 듀얼-레이어 디스크에 50 GB를 담을 수 있는 Blu-ray Disc™ 포맷과 같은 고용량 기록 포맷의 개발을 촉진하고 있다. 비디오 디스플레이 해상도 및 기타 기술이 계속 개발됨에 따라, 더 높은 용량을 갖는 저장 매체가 더 중요해질 것이다. 저장 산업에서 미래 용량 요건을 양호하게 달성할 수 있는 한 가지 개발중인 저장 기술은 홀로그래픽 저장에 기초하고 있다.
홀로그래픽 저장은, 감광 저장 매체에서 두 광선의 교차에 의해 생성되는 3차원 간섭 패턴의 이미지인 홀로그램 형태로 데이터를 저장하는 것이다. 페이지-기반 홀로그래픽 기술과 비트-방식(bit-wise) 홀로그래픽 기술 양자가 추구되고 있다. 페이지-기반 홀로그래픽 데이터 저장에서는, 디지털 방식으로 코딩된 데이터를 포함하는 단일 빔이 저장 매체의 체적 내에서 참조 빔 위에 중첩되어, 예를 들어 상기 체적 내에서의 매체의 굴절율을 변화 또는 변조시키는 화학 반응을 초래한다. 이 변조는 신호로부터 강도와 위상 정보를 기록하는 작용을 한다. 따라서 각각의 비트는 일반적으로 간섭 패턴의 일부로서 저장된다. 저장 매체를 참조 빔에만 노출시킴으로써 홀로그램은 나중에 복원될 수 있으며, 참조 빔은 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호작용하여 홀로그래픽 이미지를 저장하는데 사용된 초기 신호 빔에 비례하는 재구성된 신호 빔을 발생한다.
비트-방식 홀로그래피 또는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장에 있어서, 모든 비트는 통상 두 개의 대향-전파되는 포커싱된 기록 빔에 의해 발생되는 마이크로-홀로그램 또는 브래그(Bragg) 반사 격자로서 기록된다. 데이터는 이후 기록 빔을 재구성하도록 마이크로-홀로그램을 반사시키기 위해 판독 빔을 사용하여 복원된다. 따라서, 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장은 페이지-방식 홀로그래픽 저장보다는 현재 기술과 더 유사하다. 그러나, DVD 및 Blu-ray Disc™ 포맷에 사용될 수 있는 두 개의 데이터 저장 층과 대조적으로, 홀로그래픽 디스크는 50 또는 100개의 데이터 저장 층을 구비하여, 테라바이트(TB)로 측정될 수 있는 데이터 저장 용량을 제공할 수 있다. 추가로, 페이지-기반 홀로그래픽 데이터 저장에 관하여, 각각의 마이크로-홀로그램은 신호로부터 위상 정보를 포함한다.
홀로그래픽 저장 시스템은 종래의 광학 시스템보다 훨씬 높은 저장 용량을 제공할 수 있지만, 복수의 데이터 층이 존재함으로 인해 추적(tracking) 제어에 취약할 수 있다. 따라서, 디스크의 추적 제어를 향상시키는 기술이 유리할 수 있다.
본 발명의 일 양태는, 홀로그래픽 데이터 저장 디스크용 이중-빔 검출 시스템의 작동 방법으로서, 데이터 빔을 제 1 세트의 광학소자를 통해서 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층으로 이동시키는 단계; 추적 빔을 제 2 세트의 광학소자를 통해서 홀로그래픽 데이터 저장 디스크로 이동시키는 단계; 추적 빔의 반사를 검출하는 단계; 및 제 1 세트의 광학소자의 위치설정을 제 2 세트의 광학소자와 동기화하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는, 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 이중-빔 검출 시스템의 작동 방법으로서, 데이터 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 충돌시키는 단계; 추적 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 추적 요소에 충돌시키는 단계; 상기 추적 요소로부터 추적 빔의 반사를 검출하는 단계; 및 추적 빔에 대한 데이터 빔의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 이중-빔 검출 시스템을 포함한다. 이 시스템은 제 1 파장의 데이터 빔을 제공하여 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 충돌시키도록 구성된 제 1 광학 여기 장치; 제 2 파장의 추적 빔을 제공하여 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 서보 평면에 충돌시키도록 구성된 제 2 광학 여기 장치; 및 추적 빔에 대한 데이터 빔의 위치를 조정하도록 구성된 광학 조립체를 구비한다.
본 발명의 상기 및 기타 특징, 양태 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 하기 상세한 설명을 숙독할 때 보다 양호하게 이해될 것이며, 이들 도면에서 동일한 도면부호는 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 디스크 리더의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 디스크의 평면도이다.
도 3 및 도 3a는 다층 광 데이터 저장 매체용 검출 헤드의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 광학 데이터 저장 매체용 검출 헤드의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 광학 데이터 저장 매체용 검출 헤드의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 광학 데이터 저장 매체용 검출 헤드의 단순 개략도이다.
도 7 및 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4를 참조하여 설명한 동기화된 액추에이터를 채용한 도 3 및 도 3a의 검출 헤드의 개략도이다.
본 발명의 기술은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서 데이터 층과 추적 층을 일치시키는 것에 관한 것이다. 단일-비트 홀로그래픽 데이터 스토리지는 다수의 가상 데이터 층에 데이터를 기록한다. 마이크로-격자의 이들 가상 층의 초기 기록은, 기록 층이 매체 내의 기준점에 대해 정확히 배치되고, 일반적으로 디스크 요동, 진동 등으로 인해 있을 수 있는 변동과 무관하다는 이득을 얻는다. 기록 및 판독 빔의 위치를 벌크 내의 동일 체적에 링크시키기 위한 방법은 CD-R 및 DVD 디스크의 홈과 유사한 홈과 같은 표면 릴리프 특징부(relief features)를 사용하는 것이다. 홈형성된 층에 포커싱되는 추적 빔(보통 데이터 빔과 다른 파장을 가짐)은, 피드백 서보 루프를 거쳐서 디스크 상의 빔과 대물 렌즈의 위치를 로크시키기 위해 채용될 수 있는 포커싱 및 추적 에러 신호를 발생할 수 있다. 홀로그래픽 데이터 스토리지의 다양한 양태의 논의를 위해서는, 본 명세서에 그 전체가 원용되는 미국 특허 제7,388,695호를 참조하기 바란다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 광학 저장 디스크(12)로부터 데이터를 판독하기 위해 사용될 수 있는 광학 리더 시스템(10)이다. 광학 데이터 디스크(12)에 저장된 데이터는, 판독 빔(16)을 광학 데이터 디스크(12) 상에 투사하는 일련의 광학 소자(14)에 의해 판독된다. 반사된 빔(18)은 광학 소자(14)에 의해 광학 데이터 디스크(12)로부터 픽업된다. 광학 소자(14)는 여기 빔을 발생하고, 이들 빔을 광학 데이터 디스크(12) 상에 포커싱시키며, 광학 데이터 디스크(12)로부터 되돌아오는 반사광(18)을 검출하도록 설계된 임의 개수의 상이한 요소들을 포함할 수 있다. 광학 소자(14)는 광학 드라이브 전자기기 패키지(22)에 대한 커플링(20)을 통해서 제어된다. 광학 드라이브 전자기기 패키지(22)는 하나 이상의 레이저 시스템을 위한 전원, 검출기로부터 전자 신호를 검출하기 위한 검출 전자기기, 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기, 및 검출 신호가 광학 데이터 디스크(12)에 저장된 비트 값을 실제로 등록할 때를 예측하기 위한 비트 예측기와 같은 기타 유닛과 같은 유닛들을 포함할 수 있다.
광학 데이터 디스크(12) 위에서의 광학 소자(14)의 위치는, 광학 소자를 광학 데이터 디스크(12)의 표면 위에서 전후로 이동시키도록 구성된 기계적 액추에이터(26)를 갖는 추적 서보(24)에 의해 제어된다. 광학 드라이브 전자기기(22)와 추적 서보(24)는 프로세서(28)에 의해 제어된다. 본 발명에 따른 일부 실시예에서, 프로세서(28)는, 광학 소자(14)에 의해 수용되어 프로세서(28)에 피드백될 수 있는 샘플링 정보에 기초하여 광학 소자(14)의 위치를 결정할 수 있다. 광학 소자(14)의 위치는 반사광(18)을 향상 및/또는 증폭시키거나 반사광(18)의 간섭을 감소시키도록 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 추적 서보(24) 또는 광학 드라이브 전자기기(22)는, 광학 소자(14)에 의해 수신되는 샘플링 정보에 기초하여 광학 소자(14)의 위치를 결정할 수 있다.
프로세서(28)는 또한, 스핀들 모터(34)에 파워(32)를 제공하는 모터 콘트롤러(30)를 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 외부 에지로부터 스핀들(36)에 가깝게 이동할수록, 광학 데이터 디스크의 회전 속도는 프로세서(28)에 의해 증가될 수 있다. 이는 광학 소자(14)가 외부 에지에 있을 때 광학 데이터 디스크(12)로부터의 데이터의 데이터 전송 속도를 광학 소자가 내부 에지에 있을 때와 본질적으로 동일하게 유지하도록 이루어질 수 있다. 디스크의 최대 회전 속도는 약 500 rpm, 1000 rpm, 1500 rpm, 3000 rpm, 5000 rpm, 10,000 rpm 또는 그 이상일 수 있다.
프로세서(28)는 RAM(random access memory)(38) 및 ROM(read only memory)(40)에 연결된다. ROM(40)은 프로세서(28)가 추적 서보(24), 광학 드라이브 전자기기(22) 및 모터 콘트롤러(30)를 제어할 수 있게 하는 프로그램을 내장하고 있다. 추가로, ROM(40)은 프로세서(28)가 특히, RAM(38)에 저장되어 있는 광학 드라이브 전자기기(22)로부터의 데이터를 분석할 수 있게 하는 프로그램도 내장하고 있다. 본 명세서에서 더 상세히 논의하듯이, RAM(38)에 저장된 데이터의 이러한 분석에는 예를 들어, 광학 데이터 디스크(12)로부터의 정보를 다른 유닛에 의해 사용될 수 있는 데이터 스트림으로 변환하는데 필요한 복조, 복호화 또는 기타 기능이 포함될 수 있다.
광학 리더 시스템(10)이 가정용 전자 기기와 같은 상업용 유닛인 경우, 이는 프로세서(28)가 사용자에 의해 액세스 및 제어될 수 있게 하기 위한 제어부를 가질 수 있다. 이러한 제어부는 키보드, 프로그램 선택 스위치 등과 같은 패널 제어부(42) 형태를 취할 수 있다. 추가로, 프로세서(28)의 제어는 원격 수신기(44)에 의해 이루어질 수 있다. 원격 수신기(44)는 원격 제어부(48)로부터 제어 신호(46)를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 신호(46)는 특히 적외선, 음향 신호, 또는 전파 신호의 형태를 취할 수 있다.
프로세서(28)가 RAM(38)에 저장된 데이터를 분석하여 데이터 스트림을 발생한 후, 이 데이터 스트림은 프로세서(28)에 의해 다른 유닛에 제공될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 외부 네트워크에 설치된 컴퓨터 등의 장치와 같은 외부 디지털 유닛에 네트워크 인터페이스(50)를 통해서 디지털 데이터 스트림으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 프로세서(28)는 특히 고해상도 멀티미디어 인터페이스(HDMI)와 같은 가정용 전자기기 디지털 인터페이스(52) 또는 USB 포트와 같은 다른 고속 인터페이스에 디지털 데이터 스트림을 제공할 수도 있다. 프로세서(28)는 또한 디지털-아날로그 신호 처리 장치(54)와 같은 다른 연결된 인터페이스 유닛을 가질 수 있다. 디지털-아날로그 신호 처리 장치(54)는 프로세서(28)가 텔레비전 상의 아날로그 입력 신호 또는 증폭 시스템에 입력되는 음성 신호와 같은, 다른 형태의 장치에 출력하기 위한 아날로그 신호를 제공하게 할 수 있다.
광학 리더 시스템(10)은 도 2에 도시하듯이 데이터를 포함하는 광학 데이터 디스크(12)를 판독하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 광학 데이터 디스크(12)는 하나 이상의 데이터 저장 층이 투명한 보호 코팅에 매립된 편평한 원형 디스크이다. 보호 코팅은 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등과 같은 투명 플라스틱일 수 있다. 홀로그래픽 매체의 경우에, 디스크의 재료는 데이터 마크 홀로그램을 생성하기 위해 기록 광에 반응하여 능동적으로 변화하는 기능성 재료일 수 있다. 데이터 층들은 비트-방식 홀로그래픽 데이터 저장을 위해 사용되는 마이크로-홀로그램 또는 피트 및 랜드(pits and lands)를 갖는 반사면과 같은, 광을 반사시킬 수 있는 임의 개수의 표면을 구비할 수 있다. 광 디스크(12)는 그 축 주위로 회전할 수 있도록 스핀들 구멍(56)에 의해 스핀들(36)(도 1 참조) 상에 장착된다. 각각의 층에서, 데이터는 일반적으로 디스크(12)의 외부 에지로부터 내부 한계까지 순차적인 나선형 트랙(58)에 기록될 수 있지만, 원형 트랙 또는 다른 구조가 사용될 수도 있다.
도 3 및 도 3a는 예시적인 이중-빔 검출 헤드 시스템(60)을 도시한다. 광원(62)은 편광 빔 스플리터(66) 및 깊이 선택 광학소자(68)를 통과하는 제 1 파장의 판독 빔(64)을 방출한다. 판독 빔(64)은 이색 미러(70)에서 반사되며, 1/4 파장 플레이트(72) 및 렌즈(74)를 통하여 디스크(12) 내의 마이크로-홀로그램(76)으로 이동한다. 마이크로-홀로그램(76)으로부터의 반사된 데이터 빔(78)은 렌즈(74), 1/4 파장 플레이트(72), 이색 미러(70) 및 깊이 선택 광학소자(68)를 통해서 되돌아간다. 반사된 빔(78)은 이후 편광 빔 스플리터(66), 집광 광학소자(80) 및 검출기(82)를 통과하며, 검출기에서는 마이크로-홀로그램(76)의 데이터가 판독된다. 광원(62)으로부터의 빔이 디스크(12) 내의 마이크로-홀로그램(76)으로부터 반사되어 검출기(82)로 이동하는 동안에 통과하는 구성요소들 중, 데이터 빔(78)을 디스크(12)의 마이크로-홀로그램(76)(데이터 층)으로 이동시키는 역할을 하는 구성요소들을 제 1 세트의 광학소자라고 지칭한다.
추가로, 광원(84)은 빔 스플리터(88) 및 깊이 선택 광학소자(90)를 통과하는 제 2 파장의 추적 빔(86)을 방출한다. 추적 빔(86)은 이색 미러(70), 1/4 파장 플레이트(72) 및 렌즈(74)를 통하여 디스크(12)로 이동한다. 도시된 실시예에서, 추적 빔(86)은 반사층, 트랙, 홈 등을 가질 수 있는 디스크(12)에서(예를 들어, 디스크 저부에서 또는 그 근처에서) 반사된다. 반사된 추적 빔(92)은 렌즈(74), 1/4 파장 플레이트(72), 이색 미러(70), 깊이 선택 광학소자(90), 빔 스플리터(88) 및 집광 광학소자(94)를 통해서 검출기(96)로 이동한다. 광원(84)으로부터의 빔이 디스크(12)에서 반사되어 검출기(96)로 이동하는 동안에 통과하는 구성요소들 중, 추적 빔(86)을 디스크(12)로 이동시키는 역할을 하는 구성요소들을 제 2 세트의 광학소자라고 지칭한다.
빔 위치를 추적하기 위해 사용되는 홈형성된 기준 평면을 갖는 체적형 저장 매체에서, 하나의 홈형성된 추적 층은 일반적으로 매체 체적 내에서 빔의 위치설정을 보장하기에 충분하다. 그러나, 복수의 층을 기록할 수 있으려면, 기록 및 추적 빔 초점 스폿은 깊이가 상호 분리되어야 한다. 홈형성된 층에 포커싱될 때, 추적 빔은 추적 및 포커싱 에러 신호를 생성하는 바, 이들 신호는 디스크 표면에 대한 빔의 반복가능한 위치 유지를 용이하게 하며, 판독 중에 있는 트랙은 일반적으로 디스크 런아웃(runout)에 의해 영향받지 않는다. 기록/판독 빔은 기록 매체의 벌크 내에서 가상 데이터 층에 포커싱되어야 한다. 트랙으로부터 판독/기록 빔의 편향을 감소시키기 위해, 바람직한 계획은 추적 및 기록/판독 빔 양자에 동일한 대물 렌즈를 사용할 것이다. 이는 이어서 상기 빔 중 적어도 하나를 비평행화(uncollimate)할 것이다.
그러나, 불행히도, 대물 렌즈가 유일한 이동 요소인 경우에 매체(디스크)가 그 원 위치 주위로 요동할 때, 두 초점의 상대 위치는 변화될 수도 있다. 즉, 특정 깊이(층)에 포커싱된 빔에 대한 렌즈와 매체 사이의 작동 거리는 일반적으로, 평행 빔만을 위한 디스크 위치와 무관하다. 요약하면, 평행 빔 및 비평행 빔과 함께 사용되는 단일 렌즈를 갖는 포커싱 서보는, 랜덤한(반복 불가능한) 축방향 런아웃 및/또는 경사가 존재할 때 상대 초점 위치가 서로에 대해 고정되도록 보장하지 못할 수 있다. 빔 스폿을 깊이에서 분리시키기 위한 다른 방법이 유익할 수 있다.
홈형성된 패턴화 표면을 사용하여 대물 렌즈의 포커싱 및 추적(축방향 및 반경방향 액추에이터 운동)을 제어할 때, 유익한 설계는 추적 빔(예를 들면, 적색 파장)을 홈형성된 표면에 포커싱시키고 기록/판독 빔(예를 들면, 녹색/청색 파장)을 매체(디스크)의 벌크 내에서 가상 데이터 층에 포커싱시키기 위해 초점 위치를 깊이에서 분리시키게 될 대물 렌즈를 수용한다. 단일-요소 대물 렌즈에 의하면, 이 요소가 재료 특성으로 인해 또는 설계에 의해 고도로 분산적이지 않다면, 단 하나의 평행 빔만 통상 사용될 수 있으며, 다른 하나의 빔은 상이한 깊이에 포커싱되도록 발산/수렴해야 한다. 보다 보편적인 경우에는, 추적 빔과 데이터 빔 양자가 수렴되거나 또는 상이한 발산 원추 각도로 발산될 수 있다.
판독/기록 빔을 소정 데이터 층 및 트랙에 위치시키는 것은, 판독/기록 빔의 위치가 추적 빔에 대해 고정되고 따라서 디스크에 대해 고정되는 동안 추적 빔을 디스크 표면(또는 특수 서보-평면)의 홈에 로크시킴으로써 달성될 수 있다. 디스크가 회전 중에 있고 요동 및 런아웃이 발생할 때 데이터를 매체의 체적 내에 결정적으로 기록 및 판독하기 위해, 서보 시스템은 추적 빔 초점을 홈형성된 층의 트랙 상에 유지시켜야 하고 기록/판독 빔을 추적 빔에 대해 고정 유지해야 한다. 이는 광학 픽업 요소(렌즈)를 디스크 위치의 확률적 변화를 따르도록 축방향 및 반경방향 이동시키는 것을 포함한다. 평행 빔에 있어서, 이는 픽업 렌즈와 디스크 사이의 거리가 일정하다는 것을, 즉 픽업 렌즈가 디스크 운동을 추종할 것임을 의미한다. 발산성 또는 수렴성 빔이 동일 대물 렌즈에 의해 포커싱될 때, 초점과 렌즈 사이의 거리는 렌즈가 디스크 요동을 따라 움직임에 따라 변화한다.
일 실시예에서, 데이터 빔이 평행화되고 비평행 빔이 포커싱 용도로 사용되면, 서보 루프는 포커스 에러 신호(FES)를 무효화하도록 렌즈를 이동시킴으로써 추적 빔의 초점을 매체의 홈형성된 추적 층에 유지할 것이다. 그러나, 대물 렌즈의 공액 평면이 렌즈로부터 한정된 거리에 있기 때문에 디스크와 렌즈 사이의 거리도 변할 것이다. 이 결과 평행한 데이터 빔으로부터의 초점이 디스크의 재료에 대해 시프트될 수 있다. 다른 실시예에서, 추적 빔은 서보 루프가 추적 빔 초점을 추적 층 상에 유지하고 렌즈와 디스크 사이의 거리를 고정 유지하도록 평행화된다. 동시에, 데이터 빔 스폿의 깊이는 대물 렌즈와 고정 광학소자의 잔여부 사이의 거리가 변화됨에 따라 변할 것이다.
본 발명은 축방향 런아웃이 감소된 상태에서 고정된 깊이에서 벌크 매체 내에 기록 빔을 위치시키는 것을 촉진할 수 있는 계획을 사용한다. 후술하듯이, 일 실시예는 두 개의 광학 소자를 구비하는 두 개의 동기화된 액추에이터를 사용한다. 다른 실시예는 추적/포커싱 에러 신호에 의해 구동되는 동일한 액추에이터 상에 탑재되는 추적 빔과 데이터 빔을 위한 두 개의 상이한 렌즈를 사용한다. 또 다른 실시예는, 시스템에 분산을 도입하고 데이터 빔 및 추적 빔의 파장에서 대물 렌즈의 상이한 유효 초점 길이를 생성하기 위해 분할형 광학소자 및 프레넬-타입 광학소자를 사용한다. 실시예에 기술되는 요소들은 또한 양 빔에 대한 수차 보정 기능을 가질 수 있으며, 이 보정은 정적(static)이거나 적응적(adaptive)일 수 있다. 예비 광학계 모델링은, 이것이 단일-비트 홀로그래픽/3D 매체에서 2파장 시스템(예를 들면, 532 nm 데이터 및 670 nm 추적 빔), 즉 2색 마스터-슬레이브 추적이 비교적 쉽게 실현될 수 있음을 보여준다.
도 4는 제 1 렌즈(116) 및 제 2 렌즈(118)를 위한 동기화된 액추에이터(112, 114)를 갖는 이중-빔 검출 시스템(110)을 도시한다. 데이터 빔(124)은 제 2 렌즈(118), 이색 빔 스플리터(122) 및 제 1 렌즈(116)를 통해서 디스크(12) 내의 데이터 층(126)으로 이동한다. 추적 빔(120)은 빔 스플리터(122)와 제 1 렌즈(116)를 통해서 디스크(12) 내의 홈형성된 추적 층으로 이동한다. 물론, 추가 광학소자가 시스템(110)에 포함될 수도 있다. 데이터 빔(124)과 추적 빔(120)은 통상 상이한 파장을 갖는다. 도시된 실시예에서, 렌즈 쌍(116, 118)은 디스크(12)와 움직임이 동기화될 수 있다. 이 예에서, 양 빔(120, 124)은 처음부터 평행하게 사용될 수 있다. 제 1 렌즈(116)는 빔(120, 124)에 의해 공유되는 대물 렌즈이다.
추적 빔(120)은 디스크의 홈형성된 추적 층에 포커싱되고 그로부터 반사된다. 홈형성된 표면으로부터 반사되어, 제 1 렌즈(116)의 위치를 조절하여 디스크(12)의 요동을 보상하는 서보에 공급되는 추적 빔을 사용하여, 포커싱 및 추적 에러 신호가 발생될 수 있다. 데이터 빔(124)은, 디스크(12) 내의 상이한 깊이에(본 예에서는 렌즈(116) 가까이에) 수집되도록, 제 2 렌즈(118), 이색 빔 스플리터(122)를 통과하고, 수렴 광선 상태로 제 1 렌즈(116)에 진입한다. 빔 중 하나(본 예에서는 데이터 빔(124))는 양 렌즈(116, 118)를 통해서 진입하고, 다른 빔(예를 들어, 추적 빔(120))은 두 렌즈(116, 118) 사이의 시스템에 (이색 빔 스플리터(122) 등을 거쳐서) 진입하며, 통상적으로 대물 렌즈(116)만을 통과한다. 따라서, 유리하게, 두 빔(120, 124)의 초점은 상이한 깊이에 놓인다. 그러나, 디스크(12)가 회전 및 요동함에 따라, 데이터 빔 초점의 깊이는 참조 빔의 초점 깊이에 대해 변화될 수 있다. 이 결과 판독되는 데이터 층(126) 내의 마이크로-홀로그램(76)으로부터 포커싱된 데이터 빔(124)의 (깊이 또는 측방향) 편차가 발생한다. 이 편차는 제 1 렌즈(116)의 이동을 (적절한 스케일링에 의해) 따르도록 제 2 렌즈(118)를 이동시킴으로써 보상될 수 있다.
이상을 감안할 때, 비평행 빔을 갖는 광학소자의 동기 이동은 디스크의 움직임을 "디커플링(decouple)"시킨다. 제 1 및 제 2 렌즈(116, 118) 양자는 추적 빔(120) 및 데이터 빔(124)에 대한 수차 보정 광학소자로서 기능할 수 있다. 제 2 렌즈(118)뿐 아니라 가능한 추가 적응성 광학 소자는 디스크(12) 내의 상이한 데이터 층(126)을 어드레스하기 위한 작동 깊이 셀렉터로서 기능할 수도 있다. 여기에서는 일 예로서 빔 깊이 보상만 사용되었지만, 데이터 빔과 추적 빔 포커스 위치 사이의 대응 편차를 보상하기 위해 반경 방향 및/또는 접선 방향으로의 유사한 런아웃 보상이 이루어질 수도 있다.
다른 실시예에서, 도 5는 단일 액추에이터(146)에 통합된 두 개의 렌즈(142, 144)를 갖는 이중-빔 검출 시스템(140)을 도시한다. 이 시스템(140)은 추적 빔(148) 및 데이터 빔(150) 양자에 대한 평행화 작업을 용이하게 한다. 이 예에서는, 한 쌍의 개별 렌즈 또는 렌즈 조립체(142, 144)가 추적 빔(148) 및 데이터(판독/기록) 빔(150)의 파장/깊이에 대해 각각 설계될 수 있으며, 이들 렌즈(142, 144)는 다시 공통 액추에이터(146)에 장착된다. 도시된 실시예에서, 추적 빔(148)은 렌즈(142)를 통해서 디스크(12) 상의 안내 홈으로 이동한다. 데이터 빔(150)은 렌즈 조립체(144)를 통해서 디스크(12) 내의 데이터 층(126)으로 이동한다. 데이터 빔(150)을 포커싱시키기 위해 사용되는 렌즈 조립체(144)는 조절 가능한 초점 길이(152)를 갖도록 설계될 수 있으며, 따라서 상이한 데이터 층(126)이 액세스될 수 있다. 물론, 예를 들어 수차를 정적으로 또는 동적으로 보상하는 추가 광학소자가 일반적으로 포함될 수도 있다. 디스크(12)가 회전하여 바람직하지 않게 요동함에 따라, 액추에이터(146)는 추적 및 데이터 광학소자(142, 144)의 위치를 참조 홈을 정확히 따르도록 동일하게 조절하며, 이는 데이터 층 및 비트가 데이터 빔(150)에 의해 정확히 액세스되도록 촉진한다. 액추에이터의 이동 부분에는 추가 디스크 경사 검출 및 피드백이 적용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 6은 분산 요소(162)를 갖는 이중-빔 검출 시스템(160)을 도시한다. 이 예에서, 분산 요소(162)(예를 들면, 염료 분포 프로파일을 갖는 염료-도핑된 판)는 상이한 파장의 다른 빔에 크게 영향을 주지 않으면서 한 파장의 빔의 초점 길이를 변경하도록 구성된다. 단일 요소(162)는 프레넬 위상 판과 같은 구조 설계로 인해, 또는 빔(164 또는 166) 중 하나에 대해 투과적이지만 다른 빔과 공진적으로 상호작용하는 불균일하게 분포된 염료 또는 액정과 같은 분산 요소로 인해 상당한 분산을 나타낼 수 있다. 도시된 실시예에서, 추적 빔(164)은 분산 요소(162) 및 렌즈(168)를 통해서 디스크(12) 상의 추적 또는 안내 요소로 이동한다. 데이터 빔(166)은 빔 스플리터(170)로부터 반사되고, 분산 요소(162)와 렌즈(168)를 통해서 디스크(12) 상의 데이터 층(126)으로 이동한다. 액추에이터(172)는 시스템(160)의 위치설정을 용이하게 한다.
요약하면, 분산 요소(162)는 추적 빔(164)(예를 들면, 적색 파장) 대 데이터 빔(166)(예를 들면, 녹색 또는 청색 파장)에 대해 고도로 상이한 굴절율을 제공할 수 있다. 실제로, 분산 요소(162)는 높은 색 분리를 제공할 수 있다. 상기 분산 특성이 렌즈(168)에 포함될 수도 있다. 더욱이, 분산 요소의 분산 특성은 전기변색(electro-chromic) 효과 등을 통해서 조절될 수 있다. 마지막으로, 도 6의 예는 또한 예를 들어 도 4를 참조하여 언급한 것들과 유사한 추가 광학소자 및 액추에이터를 구비할 수 있다. 이러한 추가 광학소자는 예를 들어, 상이한 데이터 층의 선택, 및 데이터 빔과 추적 빔 사이의 잔여 런아웃 차이의 보상을 용이하게 할 수 있다.
도 7 및 도 7a는, 도 4를 참조하여 논의된 동기화된 액추에이터를 채용하는 도 3 및 도 3a의 검출 헤드를 도시한다. 동기화된 액추에이터(182, 184)를 갖는 이중-빔 검출 시스템(180)이 도시되어 있다. 제어 계획의 블록선도 또한 도시되어 있다. 이 예에서, 반사된 추적 빔(92)을 판독하는 검출기(96)는 추적 에러, 포커싱 에러 및 경사 에러에 대해 콘트롤러(186)에 신호를 보낸다. 콘트롤러(186)는 제어 신호를 대물 렌즈 액추에이터 드라이버(188)에 제공하고, 깊이 및 경사 보정 신호 발생기(190)에도 제공한다. 대물 렌즈 액추에이터 드라이버(188)는 액추에이터(182)를 제어하며, 깊이 및 경사 보정 신호 발생기(190)는 액추에이터(184)를 제어한다. 공유된 대물 렌즈(74)는 도 6을 참조하여 설명된 분산 빔 분리를 포함할 수 있다.
이상 본 발명의 특정한 특징만 설명했지만, 당업자에게는 여러가지 수정 및 변경이 이루어질 것이다. 따라서, 청구범위는 본 발명의 범위에 포함되는 이러한 모든 수정 및 변경을 망라하도록 의도된다.

Claims (27)

  1. 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12)용 이중-빔 검출 시스템(10)의 작동 방법에 있어서,
    데이터 빔(78)을 제 1 세트의 광학소자를 통해서 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 제 1 깊이에 있는 데이터 층으로 이동시키는 단계;
    추적 빔(86)을 제 2 세트의 광학소자를 통해서 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 제 2 깊이로 이동시키는 단계;
    추적 빔(86)의 반사를 검출하는 단계;
    제 1 세트의 광학소자의 위치설정을 제 2 세트의 광학소자와 동기화하는 단계; 및
    데이터 빔(78)의 초점을 조정하여 상기 데이터 빔(78)의 초점을 제 1 깊이에 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 동기화는 상기 이중-빔 검출 시스템(10) 내에서 한 쌍의 렌즈(116, 118)의 이동을 동기화하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추적 빔(86)은 제 2 세트의 광학소자를 통해서 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12) 상의 추적 요소로 이동되는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    반사성 추적 빔(86)의 검출에 상관적인 신호를 상기 이중-빔 검출 시스템(10)의 서보 제어 루프에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기화는 제 1 렌즈(116)의 작동을 제 2 렌즈(118)의 작동과 동기화하는 것을 포함하고, 상기 제 1 렌즈는 데이터 빔을 데이터 층에 포커싱시키고 추적 빔을 추적 층에 포커싱시키며, 상기 제 2 렌즈는 데이터-층 깊이 셀렉터로서 기능하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  5. 삭제
  6. 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12)의 이중-빔 검출 시스템(10)의 작동 방법에 있어서,
    데이터 빔(78)을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12)의 제 1 깊이에 있는 데이터 층에 충돌시키는 단계;
    추적 빔(86)을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12)의 제 2 깊이에 있는 추적 요소에 충돌시키는 단계;
    상기 추적 요소로부터 추적 빔(86)의 반사를 검출하는 단계; 및
    추적 빔(86)에 대한 데이터 빔(78)의 초점 깊이를 조정하여, 상기 데이터 빔(78)을 상기 제 1 깊이에 있는 데이터 층에 포커싱시키는 단계를 포함하며,
    상기 추적 빔에 대한 데이터 빔(78)의 초점 깊이를 조정하는 단계는 추적 빔을 위한 제 1 렌즈 조립체(142) 및 데이터 빔을 위한 제 2 렌즈 조립체(144)를 이용하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 렌즈 조립체(142) 및 제 2 렌즈 조립체(144)는 동일한 액추에이터(146) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 액추에이터(146)는 추적 에러 신호, 포커싱 에러 신호, 또는 경사 에러 신호 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 추적 빔에 대한 데이터 빔(78)의 초점 깊이를 조정하는 단계는 추적 빔 또는 데이터 빔, 또는 양 빔 모두를 분산 요소(162)를 통해서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 추적 빔(86)에 대한 데이터 빔(78)의 초점 깊이를 조정하는 단계는 추적 빔과 데이터 빔을 렌즈와 분산 요소(162)를 통해서 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 분산 요소는 추적 빔의 초점 길이와 다른 데이터 빔의 초점 길이를 생성하도록 분산을 도입하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템의 작동 방법.
  11. 홀로그래픽 데이터 저장 디스크(12)의 이중-빔 검출 시스템(10)에 있어서,
    제 1 파장의 데이터 빔(78)을 제공하여 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 충돌시키도록 구성된 제 1 광학 여기 장치(62);
    제 2 파장의 추적 빔(86)을 제공하여 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 서보 평면에 충돌시키도록 구성된 제 2 광학 여기 장치(84); 및
    추적 빔에 대한 데이터 빔의 위치를 조정하도록 구성되고, 추적 빔(86)에 대한 데이터 빔(78)의 초점 깊이를 조정하도록 구성된 광학 조립체(68, 90)를 포함하며,
    상기 광학 조립체는,
    데이터 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 포커싱시키도록 구성된 제 1 렌즈(116);
    추적 빔을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 서보 평면에 포커싱시키도록 구성된 제 2 렌즈(118); 및
    제 1 렌즈의 이동을 제 2 렌즈의 이동과 동기화하도록 구성된 액추에이터 기구(112, 114)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 액추에이터 기구(112, 114)는 액추에이터(146)를 포함하며, 상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈는 상기 액추에이터(146) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 조립체는,
    데이터 빔(124)을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 데이터 층에 포커싱시키고 추적 빔(120)을 홀로그래픽 데이터 저장 디스크의 서보 평면에 포커싱시키도록 구성된 렌즈(116)로서, 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장과 상이한, 상기 렌즈(116); 및
    데이터 빔 또는 추적 빔의 초점 길이를 변경시키도록 구성된 분산 요소(162)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분산 요소(162)의 분산 특성은 전기변색 효과를 통해서 조절 가능한 것을 특징으로 하는
    이중-빔 검출 시스템.
  16. 삭제
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