KR20110123673A

KR20110123673A - 저장 매체에 데이터를 저장하는 방법, 광 저장 디스크, 광 기록 시스템 및 광 판독기

Info

Publication number: KR20110123673A
Application number: KR1020110041806A
Authority: KR
Inventors: 존 앤더슨 퍼거스 로스; 빅터 페트로비츠 오스트로버코브; 존 에릭 허쉐이; 브라이언 리 로렌스; 케네스 브레이클리 쥬니어 웰레스; 밀로스 토도로빅
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2011-11-15
Also published as: EP2387034A3; JP2011238336A; US8050166B1; CN102270465B; EP2387034A2; US20110273973A1; TW201209815A; CN102270465A; CA2738278A1; JP5782287B2; TWI539449B

Abstract

저장 매체에 데이터를 저장하는 방법(200)이 제공된다. 이 방법(200)은 변조된 비트스트림을 수신하는 단계(202)를 포함하고, 이 변조된 비트스트림은 1 및 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 포함한다. 이 방법(200)은 또한 1의 비트 상태를 가진 복수의 비트 각각을 2차 변조해서 복수의 2차 변조된 비트를 출력하는 2차 변조 단계(204)를 포함한다. 이 방법(200)은 저장 매체에 복수의 마크를 형성하는 단계(206)를 더 포함하며, 이 마크는 복수의 2차 변조된 비트 각각 및 변조된 비트스트림의 0의 비트 상태를 포함하는 복수의 비트를 나타낸다.

Description

저장 매체에 데이터를 저장하는 방법, 광 저장 디스크, 광 기록 시스템 및 광 판독기{SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED DATA STORAGE}

본 발명은 전반적으로 비트 방식의 홀로그래픽 데이터 저장(bit-wise holographic data storage) 기술에 관한 것이다. 상세하게는, 이 기술은 광 디스크에 저장하기 위해 비트 스트림을 변조하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

컴퓨팅 능력이 향상됨에 따라서, 컴퓨팅 기술이 특히 소비자용 비디오, 데이터 아카이빙, 문서 저장, 이미징 및 영화 제작과 같은 새로운 응용 분야까지 진출하게 되었다. 이러한 응용 분야는 저장 용량을 증가시킨 데이터 저장 기술의 개발을 계속 요구해 왔다. 또한, 저장 용량이 증가함으로써, 특히 컴퓨터 게임과 같은 개발자의 초기 예상을 훨씬 넘어서는 기술의 개발이 가능하게 되었으며, 이를 촉진시켰다.

광학식 저장 시스템의 저장 용량이 점점 더 증가하는 것이 데이터 저장 기술 발전의 좋은 예이다. 1980년대 초에 개발된 콤팩트 디스크, 즉, CD 포맷은 대략 650~700MB의 데이터, 즉 2채널 오디오 프로그램으로 74~80분 정도의 저장 용량을 가진다. 이에 비해서, 1990년대 초에 개발된 DVD 포맷은 대략 4.7GB(싱글 레이어) 또는 8.5GB(더블 레이어)의 용량을 가진다. 저장 용량이 더 증가된 DVD는 장편 영화를, 과거의 비디오 해상도(예컨대, 대략 720(h)×576(v) 픽셀의 PAL, 또는 대략 720(h)×480(v) 픽셀의 NTSC)로 저장하기에 충분하다.

그러나, 고해상도 TV(HDTV)(1080p의 경우, 약 1920(h)×1080(v) 픽셀)와 같은 고해상도 비디오 포맷이 인기를 얻음에 따라서, 이러한 해상도로 기록된 장편 영화를 유지할 수 있는 저장 포맷이 요구되었다. 이러한 요구는, 싱글 레이어 디스크에 약 25GB를, 또는 더블 레이어 디스크에 약 50GB를 유지할 수 있는 블루레이 디스크(Blu-ray Disc™) 포맷과 같은, 대용량 기록 포맷(high-capacity recording format)의 개발을 촉진시켰다. 비디오 디스플레이의 해상도 및 다른 기술이 계속해서 개발됨에 따라, 더 큰 용량의 저장 매체가 더욱 중요하게 될 것이다. 저장 장치 산업에서 향후의 용량 요구를 더 충족시킬 수 있는 개발 중인 한가지 저장 기술은 홀로그래픽 저장에 기초한 기술이다.

홀로그래픽 저장이란, 감광성 저장 매체(photosensitive storage medium)에 2개의 광 빔을 교차시킴으로써 생성되는 3차원 간섭 패턴의 이미지인 홀로그램 형태로 데이터를 저장하는 것이다. 페이지 기반(page-based) 홀로그래픽 기술과 비트 방식(bit-wise)의 홀로그래픽 기술이 모두 추진되어 왔다. 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 저장의 경우에는, 디지털 부호화된 데이터를 포함하고 있는 신호 빔이, 저장 매체의 볼륨 내에서 기준 빔 상에 중첩되고, 이는 저장 매체의 볼륨 내에서 예컨대 매체의 굴절률을 변경하거나 조정하는 화학 반응을 야기한다. 이러한 조정은 그 신호로부터의 강도 정보와 위상 정보를 모두 기록하는 데 도움이 된다. 따라서, 각 비트는 일반적으로 간섭 패턴의 일부로서 저장된다. 이후에 저장 매체를 기준 빔에만 노출시킴으로써 홀로그램을 검색할 수 있고, 이는 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호 작용하여, 홀로그래픽 이미지를 저장하는 데 사용되는 초기 신호 빔에 비례해서 재구성된 신호 빔을 생성한다.

비트 방식의 홀로그래픽 또는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장의 경우에는, 통상적으로 카운터 프로파게이팅(counter-propagating)으로 포커싱된 2개의 기록 빔(recording beam)에 의해 생성되는 마이크로-홀로그램, 또는 브래그 반사 격자(Bragg reflection grating)로서 모든 비트가 기록되어 있다. 이후, 판독 빔(read beam)을 이용해서 마이크로-홀로그램을 반사시켜서 기록 빔을 재구성함으로써, 데이터가 얻어진다(retrieved). 따라서, 페이지 방식의 홀로그래픽 저장보다는 마이크로-홀로그래픽 데이터 저장이 현재의 기술에 더 가깝다. 그러나, DVD 및 블루레이 Disk™ 포맷에서는 1~수개의 데이터 저장층을 이용할 수 있었던 것에 반해서, 홀로그래픽 디스크는 50 또는 100개의 데이터 저장층을 가질 수 있으며, 이는 테라바이트(TB)급의 데이터 저장 용량을 제공한다.

기술이 빠르게 향상됨에 따라서, 컨텐츠를 재생하기 위해서는 큰 저장 용량 및 업그레이드된 기술의 드라이브가 필요한, 특성이 강화된 멀티미디어가 생산되고 있다. 이는 결과적으로 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 저장 장치 산업에서, 저장 용량 및 데이터 전송 속도에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서, 상술한 문제를 하나 이상 해결할 수 있는 개선된 저장 시스템이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 매체에 데이터를 저장하는 방법이 제공된다. 이 방법은 변조된 비트스트림을 수신하는 단계를 포함하고, 이 변조된 비트스트림은 1 및 0의 비트 상태를 가진 다수의 비트를 포함한다. 이 방법은 또한 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트 각각을 2차 변조해서 다수의 2차 변조된 비트를 출력하는 2차 변조 단계를 포함한다. 이 방법은 저장 매체에 다수의 마크를 형성하는 단계를 더 포함하며, 이 마크는 복수의 2차 변조된 비트 및 변조된 비트스트림의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 각각 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광 저장 디스크가 제공된다. 이 광 저장 디스크는 적어도 하나의 기록층을 포함하고, 이 기록층은 다수의 마이크로-홀로그램을 가진 감광성 매체를 포함하며, 각각의 마이크로-홀로그램은 다수의 2차 변조된 비트를 나타낸다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 저장 매체용 광 기록 시스템이 제공된다. 이 광 기록 시스템은 비트의 채널을 변조해서 변조된 비트스트림을 출력하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 여기서 변조된 비트스트림은 1 및 0의 비트 상태를 가진 다수의 비트를 포함한다. 이 프로세서는 또한 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트 각각을 2차 변조해서 다수의 2차 변조된 비트를 출력하도록 구성된다. 이 광 기록 시스템은 또한 프로세서에 전기적으로 연결된 광 드라이브 전자 장치 유닛을 포함하며, 이 광 드라이브 전자 장치 유닛은 프로세서로부터 하나 이상의 커맨드 신호를 수신하도록 구성되어 있다. 이 광 드라이브 전자 장치 유닛은 또한 하나 이상의 광학 소자를 가동해서, 다수의 2차 변조된 비트를 나타내는 다수의 마크를 저장 매체에 형성하도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 저장 매체용 광 판독기가 제공된다. 광 판독기는 저장 매체로부터의 반사 광 빔을 검출하도록 구성된 광 드라이브 전자 장치 유닛를 포함하고, 이 저장 매체는 0의 비트 상태를 가진 변조된 비트스트림의 다수의 비트 및 다수의 2차 변조된 비트를 포함한다. 광 드라이브 전자 장치 유닛은 또한 반사 광 빔에서, 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 다수의 비트, 및 변조된 비트스트림의 0의 비트 상태를 가진 다수의 비트와 복수의 2차 변조된 비트 중 하나를 검출하도록 구성된다.

본 발명의 이러한 특성, 측면, 이점 및 다른 특성, 측면, 이점은, 첨부 도면을 참조하면서 이하의 상세한 설명을 읽으면 더욱 이해될 수 있을 것이며, 도면에서 유사한 번호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 디스크 드라이브의 블록도,
도 2는 도 1의 광 드라이브 전자 장치 유닛 및 프로세서의 서브시스템이, 광 디스크에 기록하기 위해서 이용하는 단계를 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디스크 상의 예시적인 격자를 나타내는 개략도,
도 4는 심볼이 도 3의 격자 상에 매핑된 것을 나타내는 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라서, 도 4의 심볼이 각각의 사분면 표현 상에 매핑된 것을 나타내는 개략도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라서, 사분면 표현이 각각의 비트 표현 상에 매핑된 것을 나타내는 개략도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라서 저장 시스템에 데이터를 기록하는 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.

이하 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 개선된 데이터 저장 시스템 및 방법을 포함한다. 이 시스템은 구버전과 호환 가능하도록 구성된다. 용어 '구버전과 호환 가능(backward compatibility)'이란 광 디스크와 같은 저장 매체 상의 데이터를, 1세대 드라이브는 물론 2세대 드라이브에 의해서도 판독할 수 있게 하는, 시스템 및 방법의 성능을 지칭한다. 여기서 사용되는 용어 '1세대 드라이브'란 디스크로부터 반사된 빔의 에너지만을 검출하는 판독 드라이브 전자 장치를 가진 드라이브를 지칭한다. 여기서 사용되는 용어 '2세대 드라이브'란 디스크로부터 반사된 빔의 위상과 에너지를 검출하는 판독 드라이브 전자 장치를 가진 드라이브를 지칭한다.

본 기술의 하나 이상의 실시예가 이하에 설명될 것이다. 이들 실시예를 간결하게 설명하기 위해서, 본 명세서에서는 실제 구현시의 모든 특징들을 설명하지는 않는다. 임의의 엔지니어링 혹은 설계 프로젝트와 같은 임의의 실제 구현의 개발시에, 구현마다 달라질 수 있는 시스템-관련 제약 및 비지니스-관련 제약에 따르는 것과 같이 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해 구현에 맞는 다양한 판정이 행해진다. 또한, 이러한 개발은 복잡하고 시간이 많이 걸리지만, 본 발명의 이점을 취한 당업자에게는 통상적인 설계, 제작 및 제조 작업이 될 것이다.

광 저장 시스템은 전형적으로 2가지 다른 방법으로 저장될 데이터 비트를 부호화한다. 제 1 부호화는 일반적으로 컴팩트 디스크(CD)에서 이용되는 RS(Reed-Solomon) 블록 기반 에러 정정 코드와 같은 FEC(a forward error correcting code)이다. RS 코드는, n개 심볼 길이의 코드워드를 이용해서, 각각이 s개 비트를 갖고 있는 k개 데이터 심볼을 보호할 수 있으며, 각각의 부호화된 심볼도 s개의 비트를 포함한다. RS 코드는, 오류는 발생했지만 식별되지 않은 t개 심볼까지, 코드워드를 정확하게 복호할 수 있으며, 여기서 2t=n-k이다. RS 코딩은 예컨대 어떤식으로든 에러로 판명된 이들 심볼을 삭제하는 처리를 효율적으로 수행할 수 있다. s개의 에러와 r개의 삭제가 있다면, RS 코드는 2s+r<2t까지는 코드 워드를 정확하게 복호할 수 있다.

광 저장 시스템에서 사용되는 제 2 부호화는 일반적으로 '변조 코딩'이 될 수 있다. 변조 코딩은, 판독 처리와 관련될 수 있는 일부 바람직하지 않은 효과를 줄이도록 선택된 비트시퀀스의 세트, 즉 심볼의 제 1 (예컨대, RS) 코딩에 의해 나온 비트를 나타낸다. 이후에, 이 심볼은 광 데이터 저장 유닛에 기입된다. CD와 같이, 예컨대 피트(pit) 및 랜드와 같은, 반사 표면의 높이 변화에 기초하는 광 시스템에서는, 이 심볼은 일반적으로 광 저장 디스크 상의 특정 데이터 트랙 상의 일련의 0 또는 1의 수를 제한하도록 선택된, 선형 비트시퀀스였었다. 이러한 기술의 예는 EFM(eight-to-fourteen modulation), 및 NRZI 변조 코딩을 이용한 EFM+변조 및 RLL(run-length limited)을 포함한다. 이러한 기술은 여기서 '1차 변조'라고도 한다.

이 기술에서는, 1차 변조의 출력에 마이크로-홀로그램과 같은(이에 한정되는 것은 아님) 마이크로-리플렉터가 존재하는 경우에는, 2차 변조를 도입한다. 또한, 1차 변조의 RLL 특성이 유지되고 있어서 구버전과 호환 가능하다. 일 실시예에서, 2차 변조는 마이크로-홀로그램을 기록하는데 이용되는 기입 빔의 위상 변조를 포함한다. 다른 실시예에서, 2차 변조는 마이크로-홀로그램의 깊이 변조를 포함한다. 또 다른 실시예에서 2차 변조는 마이크로-홀로그램의 진폭 변조를 포함한다.

도면을 참조하면, 도 1은 광 저장 디스크(12)에 대해 데이터를 기입/판독하는데 사용될 수 있는 예시적인 광 기록/판독기 시스템(10)이다. 광 데이터 디스크(12)에 저장된 데이터는, 적어도 하나의 기록/판독 빔(106)을 광 데이터 디스크(12)에 투영하는 일련의 광학 소자(14)에 의해서 기록/판독된다. 비록 하나의 판독/기록 빔(16)만이 도시되어 있지만, 공지된 바와 같이, 전형적인 기입 처리는 2개의 빔을 디스크(12)에 조사한다는 점에 주의한다. 이 기입은 부호화된 비트스트림에 따라서 기입 빔을 변조함으로써 이루어지고, 디스크(12)의 기록 가능 영역의 변조 패턴에 대응한, 변화된 반사율 패턴을 생성한다. 판독시에, 반사 빔(18)은 광학 소자(14)에 의해 광 데이터 디스크(12)로부터 픽업된다. 광학 소자(14)는, 여기 빔(excitation beams)을 생성하고, 이들 빔을 광 데이터 디스크(12)에 포커싱하며, 광 데이터 디스크(12)로부터 돌아오는 반사(18)를 검출하도록 설계된 임의의 수의 다른 광학 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자(14)는 광 드라이브 전자 장치 패키지(22)로의 연결(20)을 통해서 제어된다. 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)은, 하나 이상의 레이저 시스템용 전원 공급 장치(power supply), 검출기로부터 전자 신호를 검출하는 검출 전자 장치(detection electronics), 검출된 신호를 디지털 신호로 혹은 그 반대로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와 같은 유닛 및 언제 검출기 신호가 광 데이터 디스크(12)에 저장된 비트값을 실제로 등록할지 예측하는 비트 예측기(bit predictor)와 같은 유닛을 포함할 수 있다.

광 데이터 디스크(12) 상에서의 광학 소자(14)의 위치는 광 데이터 디스크(12)의 표면 상에서 광학 소자를 전후로 이동시키도록 구성된 기계적인 액츄에이터(26)를 갖고 있는 트래킹 서보(24)에 의해 제어된다. 광 드라이브 전자 장치 유닛(22) 및 트래킹 서보(24)는 프로세서(28)에 의해 제어된다. 이 프로세서(28)는, 스핀들 모터(34)에 전력(32)을 공급하는 모터 컨트롤러(30)도 제어한다. 스핀들 모터(34)는 광 데이터 디스크(12)의 회전 속도를 제어하는 스핀들(spindle)(36)에 연결된다. 광학 소자(14)가 광 데이터 디스크(12)의 바깥쪽 모서리로부터 스핀들(36)에 가깝게 이동하면, 프로세서(28)는 광 데이터 디스크의 회전 속도를 증가시킬 수 있다. 이는 광 데이터 디스크(12)로부터의 데이터의 데이터 레이트(data rate)를 광학 소자(14)가 바깥쪽 모서리에 있을 때에도 안쪽 모서리에 있을 때와 기본적으로 동일하게 유지하도록 수행될 수 있다. 디스크의 최대 회전 속도는 대략 500rpm(분당 회전수), 1000rpm, 1500rpm, 3000rpm, 5000rpm, 10,000rpm 혹은 그 이상일 수 있다.

프로세서(28)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)(38) 및 판독 전용 메모리(ROM)(40)에 접속되어 있다. ROM(40)은 프로세서(28)로 하여금 트래킹 서보(24), 광 드라이브 전자 장치(22) 및 모터 컨트롤러(30)를 제어하게 하는 프로그램을 포함한다. 또한, ROM(40)은 프로세서(28)로 하여금 광 드라이브 전자 장치(22)로부터의 데이터, 특히 RAM(38)에 저장되어 있는 데이터를 분석하게 하는 프로그램도 포함한다. 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, RAM(38)에 저장된 데이터의 이와 같은 분석은, 예컨대, 광 데이터 디스크(12)로부터의 정보를 다른 유닛이 사용할 수 있는 데이터 스트림으로 변환하는 데 필요한, 변조/복조, 부호화/복호 또는 다른 기능을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 어느 특정 프로세서가 본 발명의 처리 작업을 수행하는 것으로 한정되는 것이 아니라는 점에 주의한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 '프로세서'는 본 발명의 작업을 수행하는 데 필요한 계산 내지 컴퓨테이션(computation)을 수행할 수 있는 임의의 머신을 가리키는 것으로 의도되었다. 용어 '프로세서'는 구조화된 입력을 받고, 규정된 규칙에 따라서 이 입력을 처리해서 출력을 생성할 수 있는 임의의 머신을 가리키는 것으로 의도되었다. 본 명세서에서 사용되는 문구 '~하도록 구성된'이란, 당업계에 알려진 바와 같이, 프로세서가 본 발명의 작업을 수행하는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 갖추고 있다는 것을 의미한다.

광 판독기 시스템(10)이 소비자 전자 장치(a consumer electronic device)와 같은 상용 유닛이라면, 사용자가 프로세서(28)에 액세스해서 이를 제어할 수 있게 하는 제어부를 가질 수 있다. 이러한 제어부는 키보드, 프로그램 선택 스위치 등과 같은 패널 제어부(42)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 프로세서(28)의 제어는 원격 수신기(44)에 의해서 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, 음향 신호 혹은 무선 신호의 형태를 취할 수 있다.

판독 시스템의 경우에, 프로세서(28)가 RAM(38) 내에 저장된 데이터를 분석해서 데이터 스트림을 생성한 이후에, 이 데이터 스트림은 프로세서(28)에 의해서 다른 유닛에 제공될 수 있다. 예컨대, 데이터는 네트워크 인터페이스(50)를 통해서, 외부 네트워크에 위치된 컴퓨터 혹은 다른 디바이스와 같은 외부 디지털 유닛에 디지털 데이터 스트림으로서 제공될 수 있다. 다른 방안으로, 프로세서(28)는 특히 HDMI(high-definition multi-media interface)와 같은 소비자 전자 장치 디지털 인터페이스(52) 또는 USB 포트와 같은 다른 고속 인터페이스에 디지털 데이터 스트림을 제공할 수 있다. 프로세서(28)에는 디지털-아날로그 신호 프로세서(54)(digital-to-analog signal processor)와 같은 다른 인터페이스 유닛이 접속될 수도 있다. 디지털-아날로그 신호 프로세서(54)는 프로세서(28)로 하여금 텔레비전의 아날로그 입력 신호나 증폭 시스템으로의 음향 신호 입력과 같이, 다른 타입의 디바이스로의 출력에 아날로그 신호를 제공하도록 할 수 있다.

기입 시스템(write system)의 경우에, 기록되는 데이터(56)는 다양한 유닛(50, 52 및/또는 54)을 통해서 프로세서(28)에 제공될 수 있다. 데이터는 RAM(38)에 저장된다. 프로세서(28)는 적절한 커맨드를 광 드라이브 전자 장치(22)에 송신한다. 따라서, 광 드라이브 전자 장치(22)는 광학 소자(14)를 제어해서 적절한 데이터를 디스크(12)에 기입한다. 프로세서(28) 및 광 드라이브 전자 장치(22)가 이용하는, 참조 번호 64로 표시된 알고리즘의 세부 사항이 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 서브시스템(64)(도 1)에서 이용되는 단계를 나타내는 개략도이다. 프로세서(28)는 1차 변조(72)를 거친 입력 데이터 스트림(56)을 수신해서 1차 변조된 데이터(74)를 출력한다. 한정되지 않는 예로서, 1차 변조는 NRZI 변조를 이용한 17pp와 같은 RLL을 포함한다. 프로세서(28)는 판정 단계(76)를 수행하고, 여기서 1차 변조된 데이터(74)의 각각의 비트를 '1' 혹은 '1'로 알려진 것과 비교한다. 여기서 사용되는 표현 '1'은 광 디스크(12)(도 1)에 마크가 존재한다는 것을 나타내고, '0'은 마크가 없다는 것을 나타낸다. 비트가 '1'이면, 이 비트는 2차 변조(82)를 거친다. 상술한 바와 같이, 2차 변조는 마크의 위상 변조, 깊이 변조 혹은 진폭 변조를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 마크는 마이크로-홀로그램을 포함한다. 참조 번호 86로 표시된 바와 같이, 2차 변조된 출력(84)은 디스크(12)에 더 기록된다. 비트가 '0'이면, 참조 번호 86로 표시된 바와 같이, 1차 변조된 출력 비트가 그대로 디스크(12)에 기록된다.

예시적인 실시예에서, 프로세서(28)로의 RLL 입력 데이터 스트림(56)을 고려한다. 프로세서(28)는 NRZI 변조를 통해서 입력 데이터 스트림(56)을 1차 변조한다. 1차 변조된 비트스트림이라고도 하는 RLL NRZI 변조 코딩된 비트스트림에 '1'이 있는지, 즉 마크나 마이크로-홀로그램이 있는지 체크한다. '1'인 경우에, 2차 변조가 수행된다. '0'이 나타나는 경우에는, 2차 변조는 수행되지 않는다. 따라서, 2차 변조된 비트스트림이 출력되고, 광 디스크(12)(도 1)에 기록된다. '1' 비트만을 2차 변조하기 때문에, RLL 특성이 유지된다. 이는 구버전과의 호환을 가능하게하므로, 광 디스크는 기존 포맷의 광 드라이브 시스템에 의해 판독된다. 한정되지 않는 예로서, 2차 데이터를 추출하는 성능이 없는 드라이브가, 1차 데이터만을 복호함으로써 2차 변조된 비트로 기록된 홀로그래픽 디스크를 재생할 수 있다. 더 명확하게 하기 위해서, 도 1을 다시 참조하면, 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)은 반사 광 빔(18)에서, 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 비트를 포함하는 1차 변조된 비트만을 검출하거나, 혹은 1차 변조된 비트는 물론 2차 변조된 '1' 비트도 검출한다. 다른 예에서는, 디스크(12)는 2차 변조된 비트로 저장된 고해상도의 영화 및/또는 다른 특성을 포함하는 반면, 1차 변조된 비트는 저해상도 영화를 포함한다. 따라서, 업그레이드된 기술의 광 드라이브, 즉 2세대 드라이브는 고해상도 영화/특별한 특징을 재생하고, 기존 기술의 광 드라이브, 즉 1세대 드라이브는 저해상도의 영화만을 재생한다.

홀로그래픽 디스크 상의 마이크로-홀로그램의 예에서, 2개의 카운터 프로파게이팅 빔의 간섭에 의해 디스크의 할당부에 프린지가 형성된다. 마이크로-홀로그램의 프린지를 시프트시킴으로써 위상 변조가 수행된다. 일 실시예에서, 이러한 위상 변조는 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)을 통해서 2개의 빔의 위상을 조정함으로써 이루어진다. 다른 실시예에서, 2개의 빔을 포커싱하는데 이용되는 렌즈와 디스크 사이의 거리를 조정함으로써 프린지의 깊이를 변경하고, 이로써 위상 변조를 수행한다. 특정 실시예에서, 연속 위상 변조가 이용된다. 다른 실시예에서, 개별 위상 변조가 수행된다. 예컨대, 2차 변조 코딩은 격자 코드 방식(lattice code scheme)에 따르거나 FEC 코딩을 통한다.

또 다른 실시예에서, 진폭 변조가 수행되어서 저장 매체(12)(도 1)의 저장 용량을 증가시킨다. 마이크로-홀로그램을 기록하는데 이용되는 광의 파라미터는 굴절률 변조의 크기 및/또는 생성되는 격자의 크기에 영향을 미치고, 결과적으로 판독시의 회절광량에 영향을 미친다. 따라서, 판독시에 마크 '1'로부터 반사되어서 검출기에 도달하는 신호는, 기입에 이용되는 조건에 따라서 달라진다. 진폭 변조는 마크의 깊이 위치에는 영향을 미치지 않는다는 점에 주의한다. 또 다른 실시예에서, 위상 변조와 진폭 변조의 조합이 이용될 수 있다. 한정되지 않는 예로서, M-PSK/N-PAM와 같은 2차원 변조 방식을 들 수 있다.

도 3은 위상 변조 혹은 깊이 변조 이후의 디스크의 격자(104)를 나타내는 도면이다. 선(103)은 각각 홀로그래픽 시스템의 프린지를 나타낸다. 출력(102)은 104로 표시된 '격자' 영역과 106으로 표시된 '격자 없음' 영역이 교대하는 것을 포함한다. '격자' 영역(104)은 마크 즉 마이크로-홀로그램이 존재한다는 것을 나타낸다. 도시된 바와 같이 '격자' 영역은 크레스트(crest)(108) 및 트러프(trough)(110)를 포함하며, 여기서 크레스트(108)는 2차 변조를 나타낸다.

도 4는 도 3의 격자(104)의 심볼 표현을 나타낸다. 심볼은 참조 번호 122, 124, 126, 128 및 132로 표시되어 있다. 격자(104)는 도시된 바와 같이 중간 비트 클록 타임 'T'으로 나누어져서 8개의 심볼을 형성한다.

도 5는 심볼(122, 124, 126, 128, 132)(도 4)이 각각의 사분면 표현(142, 144, 146, 148, 150)에 매핑된 것을 나타내는 개략도이다. 사분면 표현은 4개의 사분면에 대한 심볼의 위치를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 심볼(142)은 1 사분면(164)과 4 사분면(172) 사이의 X축(162) 상에 위치된다. 유사하게, 심볼(144)은 위상이 180도 변이되어서 2 사분면(166)과 3 사분면(168) 사이의 X축(162) 상에 위치된다. 심볼(146)은 0도와 45도 사이의 각도로 위상이 변이되어서 1 사분면(164)에 위치된다. 유사하게, 심볼(148)은 3 사분면(168)에 위치되고, 심볼(150)은 0도 위상 변이되어서 X축 상에 위치된다.

도 6은 사분면 표현(142, 144, 146, 148, 150)이 각각의 비트 표현(182, 184, 186, 188, 190)에 매핑된 것을 나타내는 개략도이다. 특정 실시예에서, 비트 표현은 룩업 테이블을 통해서 수행된다. 도시된 바와 같이, 0도 위상 변이해서 위치된 심볼(122)은 '000'으로 표현된다. 유사하게 180도 위상 변이해서 위치된 심볼(124)은 '111'로 표현된다. 또한, 심볼(126, 128, 132)은 각각 '010', '101' 및 '000'으로 표현된다. 따라서, 단일 심볼/마이크로-홀로그램은 2차 변조 이후에 3 비트로 매핑될 수 있으며, 이로써 디스크에서 데이터 저장 용량 및 데이터 전송 속도를 증가시킬 수 있다.

특정 실시예에서, 위상 변조는 동상 및 사분면 호모다인 검출(in-phase and quadrature homodyne detection)을 이용해서 검출된다. 호모다인 검출은 당업자에게 알려진 바와 같이, 신호와 기준빔 사이의 광 간섭을 이용하며, 2개의 빔 사이의 상대적인 위상차에 따라서 검출된 신호가 강화되거나 억제되게 된다. 단일 빔과, 위상이 90° 이격된 2개의 기준 빔과의 간섭은, 동상 성분 및 이상(out-of-phase) 성분을 모두 측정하는 것을 가능하게 한다. 동상 성분 및 이상 성분이 모두 검출되면, 이들은 단일 빔의 위상을 계산하는데 이용될 수 있고, 이는 이 예에서는 2차 변조 데이터 스트림을 전달한다. 위상 변조가 광 디스크(12)(도 1)의 샘플 마크로부터의 반사 빔(18)(도 1)의 강도는 바꾸지 않는다는 점에 주의한다.

도 7은 저장 매체에 데이터를 저장하는 방법(200)의 단계를 나타내는 흐름도이다. 방법(200)은 변조된 비트스트림을 수신하는 단계 202를 포함하고, 이 변조된 비트스트림은 1 및 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 포함한다. 특정 실시예에서, 광 신호는 1차 변조되어서 변조된 비트스트림을 출력한다. 다른 실시예에서 광 신호는 NRZI 변조를 통해서 1차 변조된다. 단계 204에서, 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트가 각각 2차 변조되어서 다수의 2차 변조된 비트를 출력한다. 일 실시예에서, 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트는 위상 변조된다. 예시적인 실시예에서, 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트는 개별적으로 위상 변조된다. 한정되지 않는 예에서, 개별적인 위상 변조는 격자 코드(lattice code)를 나타낸다. 다른 예에서, 개별적인 위상 변조는 FEC 코딩을 이용한다. 또 다른 실시예에서, 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트는 깊이 변조된다. 또 다른 실시예에서, 1의 비트 상태를 가진 다수의 비트는 진폭 변조된다. 단계 206에서, 저장 매체에 다수의 마크가 형성되며, 여기서 마크는 다수의 2차 변조된 비트 각각을 나타낸다. 상세하게, 가능한 마크의 세트로부터 하나의 마크가 선택되고, 이 선택된 하나의 마크는 주어진 기간에 기입된다. 특정 실시예에서, 저장 매체의 단일 층의 다수의 트랙을 따라서 계단형 패턴(a stepped pattern)의 마이크로-리플렉터가 형성된다. 다른 실시예에서, 계단형 패턴의 마이크로-리플렉터가 저장 매체의 다수의 층에 걸쳐서 형성된다.

상술한 개선된 데이터 저장 시스템 및 방법의 다양한 실시예는, 개선된 특성을 가지며, 기존 포맷으로 설계된 광 드라이브를 이용해서 재생될 수 있는, 즉 구버전과 호환 가능한, 디스크를 생산하는 방법을 제공한다. 이 시스템 및 방법은 기존 제조 처리가, 추가의 옵션 멀티미디어 매체를 포함하는 여러 세대의 디바이스에 의해 판독가능한 기록 포맷을 포함하고 있는 디스크의 생산에 이용될 수 있기 때문에 비용 효율이 좋고 효율적인 제조를 가능하게 한다. 업그레이드된 기술의 광 드라이브(2세대 드라이브)는 추가 컨텐츠를 재생하고, 업그레이드되지 않는 기술의 광 드라이브(1세대 드라이브)는 옵션 멀티미디어를 제외한 컨텐츠를 판독한다. 결과적으로, 다양한 멀티미디어 컨텐츠를 수용하기 위해서 추가 디스크가 사용되었던 경우에는 별도의 회계, 광고 및 핸들링 과정이 요구되었기 때문에, 이 기술은 제조업자, 배급자 및 마케팅 체인(marketing chain)에 비용 효율적인 수단을 제공한다. 이 기술 및 시스템은 데이터 저장 용량 및 데이터 레이트도 증가시킨다.

물론, 본 명세서에서 설명된 이러한 목적 또는 이점이 반드시 어느 특정 실시예에 따라서 달성될 수 있는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 예컨대 본 명세서에서 설명된 시스템 및 기법은, 본 명세서에 교시될 수 있는 혹은 제안될 수 있는 다른 목적 혹은 이점을 반드시 달성하지 않고도, 본 명세서에 교시된 어느 하나의 이점 혹은 이점들을 달성 혹은 최적화하는 방식으로 실시 혹은 실행될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.

또한, 당업자라면, 여러 실시예에서의 다양한 특성을 상호 교환할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 일 실시예에 대해서 설명된 다양한 해상도의 영화를 포함하는 디스크가, 다른 실시예에 대해서 설명된, 2차 변조로서 진폭 변조된 비트스트림을 이용하는데에도 채택될 수 있다. 유사하게, 설명된 다양한 특징 및 각각의 특징과 동등한 다른 알려진 것을 당업자가 조합해서 매칭시킴으로써 본 명세서의 원리에 따라서 추가적인 시스템 및 기법을 구성할 수 있다.

본 발명의 특정한 특징만이 설명되고 도시되었지만, 당업자에게는 많은 수정 및 변경이 있을 수 있다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 이러한 수정 및 변경을 본 발명의 진정한 사상 내에 포함시키는 것으로 의도되었다는 것을 이해할 것이다.

10 : 광 기록/판독기 시스템
12 : 광 저장 디스크
14 : 광학 소자
18 : 반사 광 빔
20 : 연결
22 : 광 드라이브 전자 장치 패키지
24 : 트래킹 서보
26 : 기계적인 액츄에이터
28 : 프로세서
30 : 모터 컨트롤러
32 : 전력
34 : 스핀들 모터
36 : 스핀들
38 : RAM
40 : ROM
42 : 패널 제어부
44 : 원격 수신기
46 : 제어 신호
48 : 원격 제어부
50 : 네트워크 인터페이스
52 : 소비자 전자 장치 디지털 인터페이스
54 : 디지털-아날로그 신호 프로세서
56 : 기록되는 데이터
64 : 알고리즘
72 : 1차 변조
74 : 1차 변조된 데이터
76 : 판정 단계
82 : 2차 변조
84 : 2차 변조된 데이터
86 : 기록된 2차 변조된 출력
102 : 출력
103 : 프린지
104 : 격자
122 : 격자의 심볼 표현
124 : 격자의 심볼 표현
126 : 격자의 심볼 표현
128 : 격자의 심볼 표현
132 : 격자의 심볼 표현
142 : 사분면 표현
144 : 사분면 표현
146 : 사분면 표현
148 : 사분면 표현
150 : 사분면 표현
164 : 1사분면
166 : 2사분면
168 : 3사분면
172 : 4사분면
200 : 저장 매체에 데이터를 저장하는 방법
202 : 변조된 비트스트림을 수신
204 : 1의 비트 상태를 가진 복수의 비트 각각을 2차 변조해서, 복수의 2차 변조된 비트를 출력
206 : 복수의 2차 변조된 비트 및 변조된 비트스트림의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 각각 나타내는 복수의 마크를 저장 매체에 형성

Claims

저장 매체에 데이터를 저장하는 방법(200)에 있어서,
1 및 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 포함하는 변조된 비트스트림을 수신하는 단계(202)와,
상기 1의 비트 상태를 가진 복수의 비트 각각을 2차 변조해서 복수의 2차 변조된 비트를 출력하는 상기 2차 변조 단계(204)와,
상기 저장 매체에 복수의 마크를 형성하는 단계(206)를 포함하고,
상기 마크는 상기 복수의 2차 변조된 비트 각각 및 상기 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 나타내는
데이터를 저장하는 방법(200).
제 1 항에 있어서,
광 신호를 1차 변조해서 상기 변조된 비트스트림을 출력하는 상기 1차 변조단계를 더 포함하는 방법(200).
제 1 항에 있어서,
상기 2차 변조 단계는 상기 변조된 비트스트림을 위상 변조하는 단계를 포함하는 방법(200).
제 3 항에 있어서,
상기 위상 변조 단계는 상기 변조된 비트스트림을 개별적으로(discretely) 위상 변조하는 단계를 포함하는 방법(200).
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 마크를 형성하는 단계는, 상기 저장 매체의 단일 층의 다수의 트랙을 따라 계단형 패턴(a stepped pattern)의 마이크로-리플렉터를 형성하는 단계를 포함하는 방법(200).
적어도 하나의 기록층을 포함하고,
상기 기록층은 복수의 마이크로-홀로그램(86)을 가진 감광성 매체를 포함하며,
상기 마이크로-홀로그램(86) 각각은 복수의 2차 변조된 비트를 나타내는
광 저장 디스크(12).
제 6 항에 있어서,
상기 감광성 매체는 열 조정된 밀도 재료나 크로믹 재료, 혹은 둘 다를 포함하는 광 저장 디스크(12).
저장 매체(12)용 광 기록 시스템(10)에 있어서,
프로세서(28)와,
상기 프로세서(28)에 전기적으로 연결된 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)
을 포함하되,
상기 프로세서(28)는,
비트의 채널을 변조해서, 1 및 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트를 포함하는 변조된 비트스트림을 출력하고,
상기 1의 비트 상태를 가진 상기 복수의 비트 각각을 2차 변조해서 복수의 2차 변조된 비트를 출력하도록
구성되고,
상기 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)은
상기 프로세서(28)로부터 하나 이상의 커맨드 신호를 수신하고,
하나 이상의 광학 소자(14)를 가동해서, 상기 복수의 2차 변조된 비트를 나타내는 복수의 마크를 상기 저장 매체에 형성하도록
구성되는
광 기록 시스템(10).
제 8 항에 있어서,
상기 2차 변조된 비트(84)는 복수의 위상 변조된 비트, 깊이 변조된 비트, 진폭 변조된 비트 혹은 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 광 기록 시스템(10).
저장 매체(12)용 광 판독기(10)에 있어서,
광 드라이브 전자 장치 유닛(22)을 포함하되,
상기 광 드라이브 전자 장치 유닛(22)은
상기 저장 매체(12)로부터의 반사 광 빔(18)을 검출하고 - 상기 저장 매체(12)는 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트 및 복수의 2차 변조된 비트(86)를 포함함 - ,
상기 반사 광 빔에서, 상기 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트, 혹은 상기 변조된 비트스트림 내의 0의 비트 상태를 가진 복수의 비트와 상기 복수의 2차 변조된 비트(86) 중 하나를 검출하도록
구성되는
광 판독기(10).