KR20040091498A

KR20040091498A - 홀로그램 정보저장장치용 서보 컨트롤

Info

Publication number: KR20040091498A
Application number: KR1020030025609A
Authority: KR
Inventors: 김성필; 송석호
Original assignee: 송석호
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-10-28

Abstract

정보 ·전산 산업의 발달이 급속하게 이루어짐에 따라 필연적으로 정보의 저장및 입출력에 관계된 정보저장장치는 용량의 대량화·입출력 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 홀로그램재생 시 데이터 픽셀을 정확하게 읽어내기 위한 픽업 부분의 광학적인 시스템 구성과 서보 컨트롤 방식을 고안한 것이다. 데이터가 저장된 디스크가 회전을 하게 되면 여러가지 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. 그러나 본 발명에서 고안한 서보 컨트롤 방식을 사용하게 되면, 저장밀도를 높이기 위하여 기준빔을 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}

정보·전산 산업의 발달이 급속하게 이루어짐에 따라 필연적으로 정보의 저장및 입출력에 관계된 정보저장장치는 용량의 대량화·입출력 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 처리방식을사용하므로 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 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.

본 발명에서는 기준 빔을 렌즈를 이용해 국소 면적에 수렴시키는 홀로그램 정보저장장치에서 평판 유리를 회전시켜 디스크에 대한 기준 빔의 횡적 변위를 조절함으로써 재생되는 홀로그램 데이터의 위치를 조절할 수 있는 서보 컨트롤 방식을 고안하였다. CD와 같은 모양으로 제작된 홀로그램 데이터 디스크의 회전 시, 서보 컨트롤을 하지 않았을 때는 4분면 검출기에 입사되는 컨트롤 픽셀이 중심에서부터 ±200μm범위에서 움직였으며 이것은 CCD와 같은 검출기 픽셀들이 비트 모양의 데이터를 읽을 때 정확하게 데이터를 읽지 못하는 오차요인이 된다. 서보 컨트롤을 통하여 이것을 ±15 μm 이내의 범위로 들어오게 할 수가 있어 CCD의 픽셀 크기가 이 범위의 2배인 30μm이상이라면 해당하는 픽셀에서의 데이터 값이 0인지 1인지를 확실하게 구분할 수가 있다. 이러한 서보 컨트롤의 방법은 1 mm두께의 평판 유리를 ±10° 이내의 범위에서 회전시키는 것이었는데, 더 작은 위치 오차까지도 보정하기 위해서는 평판 유리의 두께를 더 얇게 하거나 서보 모터의 분해능(resolution)을 높이면 될 것이다.

도 1: 디스크 형 홀로그램 정보저장장치의 구성

도 2: 유리판으로 기준 빔의 광축에 대한 평형위치를 이동시켜 서보 컨트롤을 하는 개념을 설명하기 위한 개략도

도 3: 저장매체에 기록하기 위하여 SLM에 표시하는 데이터 이미지의 구성도

도 4: 서보 컨트롤을 하지 않는 경우의 컨트롤 픽셀의 위치변화 그래프

도 5: 서보 컨트롤을 하는 경우의 컨트롤 픽셀의 위치변화 그래프

도면 1은 디스크 형 홀로그램의 정보저장 및 재생원리를 설명하기 위한 개략 도이다. 홀로그램을 기록할 때, 신호 빔(2;signal beam)은 기록하려고 하는 데이터 이미지가 표시된 SLM(31;spatial light modulator)을 지난 후 4-f relay 렌즈 시스템(11)을 통해 Fourier 변환시키고, 기준 빔(1;reference beam)은 렌즈(22)를 사용하여 국소 면적에 작게 수렴시켜 데이터를 저장한다. 그리고 홀로그램을 재생할 때는 신호빔(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(22)와 디스크(12) 사이에 기준 빔(1)의 광축상에 광축과는 수직으로 위치한 편평한 유리판(21)의 각도를 조절하여 재생데이터 이미지를 원래의 위치로 보낸다. 도면 2는 재생 시 정확한 데이터를 읽어내기 위한 유리판(21)을 이용한 서보 컨트롤 개념도이다. 기준 빔(1)의 렌즈(22)와 홀로그램 데이터 디스크(12) 사이에 두께 d, 굴절률 n을 갖는 평판 유리(21)를 광축에 대해 회전시켜 기준 빔(1)의 각도는 변화하지 않고 위치만을 평행하게 이동시켜 검출기(13)의 정확한 위치에서 데이터를 읽어내는 방식이다.

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 디스크 면에 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 각도변화에 따라서만 움직이게 되며, 기준 빔(1)이 렌즈(22)에 의해 수렴되어 정확히 한점에 모인다면 디스크 면에 입사하는 각도에 따라서 재생되는 홀로그램의 위치 변화는 없다. 그러나 렌즈(11과 22)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 유리판(21)을 회전시켜 수렴하는 기준 빔(1)을 평행 이동시키게 되면 재생 데이터 이미지를 원래 위치로 찾아가게 할 수 있다.

도면 3과 같이 데이터 픽셀과 컨트롤 픽셀로 구성된 2차원 데이터를 디스크모양의 홀로그램 기록매체(12)에 1회전 동안 7.2° 간격으로 50개의 Fourier 변환홀로그램을 기록하였다. 여기서 데이터 픽셀은 실제 저장하기 위한 정보가 들어있는 부분이고 컨트롤 픽셀은 말 그대로 서보 컨트롤을 하기 위한 부분이다. 홀로그램의 재생시 컨트롤 픽셀의 위치를 분석하여 데이터 픽셀들이 정확히 검출기 픽셀(13)에 위치할 수 있도록 기준 빔(1)의 위치를 조절한다.

도면 4는 디스크(12)가 한 바퀴에 50개씩 4회전 동안 총 200개의 데이터를 재생할 때 평판유리(21)의 각을 조절하지 않고 컨트롤 픽셀의 위치 변화를 측정한 것이다. 이에 반해, 도면 5는 디스크(12)가 한 바퀴 회전하는 동안 평판유리(21)의 각을 바꿔가며 기준 빔(1)의 평행위치를 조절해 컨트롤 픽셀이 검출기(13)의 중심에서 벗어나는 위치 값이 최소가 되도록 하는 평판유리의 각도 값들을 저장한 다음, 디스크를 4 회전시키면서 그 저장된 각각의 각도 값으로 평판유리(21)를 움직인 후 컨트롤 픽셀의 위치를 측정한 것이다. 평판유리를 사용하지 않은 경우 디스크(12)의 회전에 따라 컨트롤 픽셀이 검출기(13)의 중심에서 ±200μm정도 벗어나는 위치오차를 갖고 있지만 평판유리(21)를 사용하여 기준 빔(1)의 평행위치를 조절한 경우에는 컨트롤 픽셀이 ±15μm 정도 벗어나게 되어 위치오차가 92.5% 정도 감소하였음을 알 수 있다.

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.

Claims

신호빔과 기준빔으로 구성된 홀로그램 정보저장 장치에서 기록한 데이터를 정확하게 읽어내기 위한 광 픽업 장치에 평행한 한 장의 평판 유리를 사용하는 서보 컨트롤 방법.
제 1항에 있어서, 신호 빔은 기록하려고 하는 데이터 이미지가 표시된 SLM(spatial light modulator)을 지난 후 4-f relay 렌즈 시스템을 통해 Fourier 변환 시키고, 기준 빔은 렌즈를 사용하여 국소 면적에 작게 수렴시켜 데이터를 저장하고, 기록된 홀로그램을 재생할 때는 신호 빔을 차단한 후 기준 빔 만을 비추어 저장된 정보를 읽어내고, 기준 빔의 렌즈와 홀로그램 저장매체 사이에 일정한 두께를 갖는 평판유리를 배치하여 이를 회전시켜 기준 빔의 각도는 변화시키지 않고 위치만을 평행하게 이동시켜 저장된 데이터를 읽어내는 홀로그램 저장장치.
제 1항에 있어서, 평행한 한 장의 평판 유리는 기준빔이 지나가는 광경로에 놓여 있으며 또한 기준 빔의 렌즈와 홀로그래픽 디스크 사이에 위치하고 있으며 이를 회전시켜 기준 빔이 홀로그램 저장매체에 입사하는 각도는 변화하지 않고 입사 위치만을 평행하게 이동시켜 정확한 데이터를 읽어내는 서보 콘트롤 방식.
제 1항에 있어서, 홀로그램 저장장치에 사용되는 저장매체의 한 곳에 많은데이터를 저장하기 위한 다중화 방법 중 기준 빔의 위치를 바꾸어 주는 이동 다중화(shift multiplexing)를 하는 경우, 유리판을 이용하여 기준 빔의 각도는 유지하면서 광축에 대해 평행위치를 바꾸어 주는 다중화의 기록 및 재생 구조.
제 1항에 있어서, 홀로그램 저장장치에서 픽업 모듈 자체는 움직이지 않고 입사하는 레이저 빛을 움직여 수∼수십 트랙(track)을 탐색(tracking)하는 경우, 픽업에 사용되는 유리판의 회전을 이용하여 홀로그램 저장매체에 대한 입사 빔의 각도는 유지하면서 광축에 대한 평행 위치만을 바꾸어 주는 광픽업 구조.