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KR100296237B1 - 광학식데이터저장매체및이매체에기록및판독하는방법 - Google Patents

광학식데이터저장매체및이매체에기록및판독하는방법 Download PDF

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KR100296237B1
KR100296237B1 KR1019970709649A KR19970709649A KR100296237B1 KR 100296237 B1 KR100296237 B1 KR 100296237B1 KR 1019970709649 A KR1019970709649 A KR 1019970709649A KR 19970709649 A KR19970709649 A KR 19970709649A KR 100296237 B1 KR100296237 B1 KR 100296237B1
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페르-에릭 노르달
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게르 아이. 라이스타드
옵티콤 에이에스에이
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Abstract

투명한 동종 베이스 물질로 형선됨 저장 영역과 이 저장 영역의 일측에 다수의 광학 활성 구조를 갖춘 광학식 데이터 저장 매체에서, 광학 활성 구조는 저장영역의 일 이상의 지점에 저장영역에 입사하는 광 빔을 포커싱하고 및/또는 이 지점 또는 이들 지점으로부터 광학식 저장 매체의 외부의 지점으로 재방향을 이룬 광 빔 또는 발광된 광 방사를 포커싱할 수 있는 회절성 광학 엘리먼트이다. 광학식 저장 매체에 데이터를 기록/판독 하는 동안, 데이터 전달 구조를 생성하기 위해 또는 데이터 전달 구조에 저장된 데이터를 판독하기 위해 기록/판독 빔을 포커싱하는 데 사용된다. 회절성 광학 엘리먼트의 특수한 광학 특성을 이용하므로써, 데이터의 병렬 기록/판독과, 광학식 저장 매체의 병렬 저장 층 또는 그 안에 비순서적으로 분포된 층에 데이터의 병렬 기록/판독이 가능하고, 따라서 광학식 저장 매체는 순 체적 저장용량 및 저장된 데이터를 액세싱하는 대응 순 체적을 제공한다.

Description

광학식 데이터 저장매체 및 이 매체에 기록 및 판독하는 방법 {OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND METHODS FOR ITS WRITING AND READING}
본 발명은 회전 디스크 형태, 직사각 카드 혹은 시트, 또는 스트립 혹은 스풀 형태의 테이프인 광학식 데이터 저장 매체에 사용되는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히, 본 명세서에 참조되고 본 출원인에 양도되고 발명의 명칭이" Optical data storage"인 국제 공개된 특허 출원 WO96/37888호에 설명된, 데이터 전달 매체와 같은 데이터 저장 구조 생성방법과 데이터 전달 매체와 관련하여 채용되는 것을 목적으로 한다.
현재의 기술에 따른 광학식 데이터 저장 매체에서, 폭이 좁게(sharply) 포커싱된 레이저 빔이 데이터 전달 매체, 전형적으로는 회전 디스크의 표면에 걸쳐 체계적으로 스캐닝되고, 데이터 내용은 레이저 빔이 매체에 인코딩된 미세한 피트 또는 스폿을 통과할 때 디스크로부터 반사광의 변경을 기록하므로써 추출된다. 피트 또는 스폿이 작고 서로 인접하여 위치될 때 고 데이터 밀도가 달성될 수 있다. 데이터 전달 구조를 형성하는 피트 또는 스폿은 제조시 디스크에 몰딩되거나 압착되어질 수 있고, 데이터 전달 구조가 예를 들면, 피트 형태의 데이터 전달 구조가 형성되게 하는 짧고, 강한 광 버스트에 의해 데이터를 디스크 내부에 인코딩시키기 위해 레이저 빔 스캐닝이 사용될 수 있다.
이러한 광학식 데이터 저장 및 액세싱 방법은 다수의 결점을 갖는다. 데이터를 포함하는 트랙을 따라 레이저 빔을 정확히 위치시키기 위해 매우 정밀한 광학 기계식 시스템이 요구되고, 데이터는 직렬로 판독된다. 이것은 기계적 동작 제한조건을 생기게 하고 랜덤 액세스 속도를 감소시킨다. 후자의 문제점은 특히 많은 응용에서 특히 심각하고, 고속 기계적 포지셔닝을 허용하는 경량의 광학식 헤드 설계의 개발을 목적으로 현재 광범위한 연구가 진행중이다. 그러나, 기계식을 기초로 한 방법은 초고속 액세스 달성에 적절치 못하고 따라서 음향광학 또는 전기 광학 효과에 의거한 광 빔에 대한 어드레싱 체계를 발전시키기 위해 상당한 자원이이 연구에 투자되어왔다. 이 체계는 소형 바람직하게는, 저비용 물리적 패키지로서 구현될 수 있고, 통합된 광학 구조는 연구자들에게 특별한 관심사항이 되어왔다.
이러한 진행중인 연구는 실용적인 하드웨어를 가져올 것이지만, 저장된 정보로의 순차 액세스 및 채용된 트래킹 방법의 결과로 인해, 데이터 전송율은 심각한 문제가 될 것이다. 이러한 문제를 제거하기 위해, 데이터가 다수의 인접 트랙을 판독 및 기록하는 광학식 헤드에 의해 병렬로 전달되는 멀티-트랙 솔루션상에서 수행되어왔다. 단지 일부의 인접 트랙만이 단일한 서보-제어된 광학식 헤드에 의해 상기 방식에 관한 연구가 수행되었다. 단지 수 개의 인접 트랙만이 단일 서보-제어 광학 헤드에 의한 방식으로 해결될 수 있고, 다수의 독립적인 트래킹 헤드는 더욱 고속을 달성하기 위해 요구된다. 이러한 방법에 의해 달성될 수 있는 병렬 기록 및 판독 정도는 물리적 및 비용 제약에 의해 상당히 제한된다.
기계적 방식을 기초로 한 어드레싱 방법으로 상기 문제를 방지하는 광학식 메모리의 예가 국제 공개된 WO93/13529호에 개시되어 있다. 데이터는 예를 들어 전송율, 반사율, 편광 및/또는 위상 변화등에 의해 광을 선택적으로 변경할 수 있는 광학층(19)에 저장된다. 데이터층(19)은 제어가능한 광원(15)에 의해 조사되고, 이미징 렌즈렛 어레이(21)는 광 센서의 공통 어레이(27)에 이미지를 투영시킨다. 데이터층의 상이한 데이터 영역 또는 페이지를 선택적으로 및 순차적으로 조사하므로써, 해당 상이한 데이터 패턴이 공통 센서 어레이(27)로 대응 렌즈렛(21)에 의해 이미징되고, 이렇게하여 전자광학식으로 멀티플렉싱하므로써 매우 많은 수의 데이터 페이지의 검색을 가능케 한다. 바람직한 실시예에서, 렌즈렛(21)은, 비록 단색광 또는 협대역 광원이 사용되지 않는다면, 회절성 광학 구조가 상이한 소스 파장으로 인해 이미지 데이터의 바람직하지 못한 수차 또는 왜곡을 생기게 하는 것으로 알려져 있지만, 회절성 광학 구조(402,406)로 대체될 수 있다. 더욱이, 이 광학식 메모리는 또한 판독 및 기록 광학장치를 구조적으로 구별하며, 메모리의 하우징(11)내 빔 스플리터(31)의 제공을 포함하는 다소 복잡한 광학식 배열을 야기한다.
광학식 메모리에 적합한 데이터 저장 매체의 일 예는 미합중국 특허 5 436 871호(Russel)에 나타나 있고, 이것은 원출원 WO93/13529호로부터 유도되고 데이터가 전송율, 반사율, 편광 및/또는 위상 변화에 의해 광을 선택적으로 변경시킬 수 있는 광학식 데이터층(190)에 저장되는 컴팩트한 광학식 메모리를 개시한다. 그러나 광학식 메모리도, 상기 국제 공개된 특허 출원 WO96/37888에 개시된 사례에서의 적절한 광원, 또는 크로모포어로서 박테리오로돕신의 사용을 개시하는 국제 공개된 특허 출원 WO96/21228에 개시된 사례와 같은 크로모포어 화합물을 포함하는 적절한 광원에 의한 여기로 형광을 방사할 수 있는 저장 매체로 구현된다.
본 발명의 목적은 이전에 제안된 해결책에 기인한 문제와 광학식 구조에 대한 현재 기술과 연관된 상기 문제점을 회피시키기 위한 것이다. 추가 목적은 데이터 전달 매체에서 큰 데이터 블록을 병렬로 액세스할 수 있고 전기적으로 기초한 주소 지정 및 논리 동작을 채용하여 완전히 또는 부분적으로 기계적 이동을 대체할 수 있는 것을 제공하는 것이다.
본 발명의 특정 목적은 병렬 채널에 의한 수백 내지 수천인 광학식으로 대량 저장된 데이터를 간단하게 기록 및 판독을 달성하고 일정 경우엔 어떠한 기계적 동작없이 데이터를 고속으로 액세스 할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 고 데이터 밀도로 저렴한 데이터 전달 매체를 제공할 수 있게 하는 것이다. 그러나 본 발명의 다른 목적은 다수의 응용에서 레이저 소스가 필요치 않지만, 발광 다이오드(LED)와 같은 비간섭성 광-방사기가 필요할 것이다. 본 발명의 다른 목적은 매우 소형인 광학식 판독/기록 하드웨어의 사용을 허용하는 이외에, 디스크,카드 또는 테이프이든지 데이터 전달 매체의 임의의 포맷과 부합될 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적들은 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체와; 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 레이저 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 및 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 상기 레이저 빔을 데이터 저장의 특정 포인트에 포커싱하는 단계를 포함하며, 초점 포인트에서 상기 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 공지된 방법으로 이 포인트에서 순 데이터 저장 영역의 물질의 화학적 또는 물리적 변화에 영향을 미치고, 따라서 상기 데이터 전달 구조의 물질의 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 데이터 전달 구조를 생성하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 상기 레이저 빔을 변조시킴으로써 결정되는 데이터 기록 방법과; 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 레이저 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 및 상기 레이저 빔이 데이터 저장 영역의 특정 포인트에서 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 포커싱되도록 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 단계를 포함하며, 이 초점 포인트에서 상기 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 공지된 방법으로 이 포인트에서 순 데이터 저장 영역의 물질의 화학적 또는 물리적 변화에 영향을 미치고, 따라서 상기 데이터 전달 구조의 물질의 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 데이터 전달 구조를 생성하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 상기 레이저 빔을 변조시키므로써 결정되는 것을 특징으로 하는 또다른 데이터 기록 방법과; 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 광 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 및 상기 광 빔을 데이터 저장내 특정 데이터 전달 구조에 포커싱하는 단계를 포함하며, 초점 포인트에서 상기 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터 전달 구조로부터의 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 따라서 상기 검출가능한 응답은 상기 데이터 전달 구조에 저장된 데이터 값에 대응하고, 상기 광학식 저장 매체의 외부에 제공된 광학 검출기상에 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의한 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 포커싱하는 것을 특징으로 하는 데이터 판독 방법과; 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 광 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 및 상기 광 빔이 데이터 저장 영역의 특정 데이터 전달 구조에 포커싱되도록 상기 광 빔의 파장을 튜닝시키는 단계를 포함하며, 상기 초점 포인트에서 상기 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터 전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 따라서 상기 검출가능한 응답은 상기 데이터 전달 구조에 저장된 데이터 값에 대응하고, 상기 광학식 저장 매체의 외부에 제공된 광학 검출기상에 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의한 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 포커싱하는 것을 특징으로 하는 또다른 데이터 판독 방법과; 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 둘 이상의 별개로 작동될 수 있는 레이저 엘리먼트를 포함하는 레이저 디바이스에 의해 방출된 둘 이상의 레이저 빔을 광학식 디바이스를 통하여 그리고 상이한 입사각도로 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 레이저 빔이 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 동일평면상에 포커싱되도록 각각의 개별적인 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 단계를 포함하며, 상기 평면은 데이터 저장 영역의 특정 저장층에 대응하고, 이 초점 포인트에서 각각의 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 공지된 방법으로 상기 평면의 각각의 초점 포인트에서 순 데이터 저장 영역의 물질의 화학적 또는 물리적 변화에 영향을 미치고, 따라서 상기 데이터 전달 구조의 물질의 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 다수의 데이터 전달 구조를 생성하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 각각의 레이저 빔을 변조시키므로써 결정되는 것을 특징으로하는 또다른 데이터 병렬 기록 방법과; 제어된 변화를 가진 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 고정된 또는 조정가능한 파장을 갖는 둘 이상의 선택적으로 작동가능한 광원을 포함하는 조사 디바이스로부터 둘 이상의 광빔을 데이터 저장 매체상의 하나 이상의 회절성 광학 엘리먼트에 지향시키는 단계를 포함하는데, 상기 광 빔의 파장은 광학 디바이스에 의해 고정 또는 조정되고, 따라서 상기 광 빔을 데이터 저장 영역의 특정 데이터 전달 구조에 포커싱하여, 각각의 초점 포인트에서의 각각의 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터 전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 상기 검출된 광학 응답은 상기 광학식 저장 매체의 대향측상의 추가의 광학식 디바이스를 통하여 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 광학 검출기의 광학식 검출기 엘리먼트에 포커싱하며 상기 각각의 데이터 전달 구조에 할당된 데이터 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 데이터 병렬 판독 방법에 관한 본 발명에 따라 달성된다.
광학식 데이터 저장 매체의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 회절성 광학 엘리먼트는 윤대판(zone plate) 렌즈이다.
광학식 데이터 저장 매체의 또다른 바람직한 실시예에서, 데이터 저장 매체는 테이프, 디스크 또는 카드 형태로 설계되고, 회절성 광학 엘리먼트는 상기 테이프, 디스크 또는 카드의 표면에 배열된다.
광학식 데이터 저장 매체의 또다른 바람직한 실시예에서, 데이터 저장 영역은 하나 이상의 별개의 저장 평면을 형성하는 하나 이상의 저장층을 포함하고, 저장층은 이 저장층을 형성하는 베이스 물질에 매립된 형광 색소 분자를 포함하며, 별개의 스펙트럼 응답을 갖는 각각의 개별 저장층의 형광 색소 분자는 회절성 광학 엘리먼트(DOE)에 의해 이 저장층에 포커싱된 광 빔의 파장에 매칭된다.
본 발명은 데이터 저장영역의 일측에 인접한 회절성 광학 엘리먼트 형태의 다수의 광학 활성 구조와 함께 실질적으로 투명한, 균질 베이스 물질로 형성된 데이터 저장 영역을 포함하고 여기서, 회절성 광학 엘리먼트의 각각은 데이터 저장 영역에 입사하는 광 빔을 데이터 저장 영역의 데이터 전달 구조에 생성되어져야 하거나 생성된 데이터 전달 구조의 주소지정가능한 위치에 고유하게 대응하는 하나 이상의 포인트에 포커싱하고 및/또는 이 스폿으로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 광학식 저장 매체의 외부 포인트에 포커싱하는 데이터 전달 매체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 17 및 18의 전제부에 따른 데이터 판독방법과 함께 청구항 13 및 14의 전제부에 따른 데이터 기록방법에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 청구항 20에 따른 병렬 데이터 기록방법 및 청구항 21에 따른 병렬 데이터 기록방법에 관한 것이다.
도 1은 회절 광학 엘리먼트(DOE)로 구성된 매트릭스 형태의 광학 활성 구조를 나타낸 도.
도 2a 및 도2b는 본 발명에 사용되는 윤대판 렌즈 또는 회절 광학 엘리먼트(DOE)의 원리를 나타낸 도.
도 3a는 도 2b의 회절 광학 엘리먼트(DOE)의 윤대 프로파일을 나타낸 도.
도 3b, 도3c, 및 도 3d는 도 3a의 프로파일의 위상 함수를 양자화 또는 근사화하는 상이한 방법을 나타낸 도.
도 4a 및 도 4b는 회절격자로서 고려되는 윤대판 렌즈를 나타낸 도.
도 5는 입사 평면파가 기판에서 회절 광학 엘리먼트에 의해 포커싱되는 법을 나타낸 도.
도 6은 본 발명에 따른 광학식 데이터 저장 매체의 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 병렬 데이터 기록 방법을 개략적으로 나타낸 도.
도 8은 본 발명에 따른 병렬 데이터 판독 방법을 개략적으로 나타낸 도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 동일 평면상에 레이저 빔을 포커싱하는 원리를 개략적으로 나타낸 도.
도 10은 본 발명에 따라 데이터 저장 매체의 여러 저장층을 병렬 액세싱하는 방법을 개략적으로 나타낸 도.
본 발명의 주요 특징은 데이터 전달 매체에서 다수의 현미경 렌즈로서 작용하는 회절 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 광학 활성 구조의 사용이다. 본 발명에 따른 실제 데이터 전달 매체는 데이터를 기록 및 판독하는 데 사용되는 광을 형성하고 안내하는 광학 시스템의 통합부가 된다. 더욱이 본 발명에 따라 위상 변화가 단계적으로 변화되도록 형성된 회절성 광학 엘리먼트가 요구된다. 따라서 종래의 광학식 데이터 저장 방법에서의 많은 문제점이 제거되고, 실제적이고 저렴한 하드웨어로 높은 기록/판독 성능을 달성하게 된다.
회절 광학은 광 반사 또는 굴절과는 다른 회절에 기초한다. 대부분의 경우에 DOE는 렌즈 또는 프리즘과 같은 종래의 굴절광학을 대신할 수 있고, 따라서 비용 및 크기면에서 실질적인 감소를 제공한다. 많은 경우에 회절광학은 굴절 엘리먼트 예를 들어, 색수차 보정보다 양호한 성능을 제공할 수 있고, 굴절 또는 반사에 기초한 종래 광학 엘리먼트 이상의 기회를 제공한다.
본 발명은 본 발명에 사용되는 광학적 회절 엘리먼트의 원리에 대한 설명과 연결지어 그리고 실시예와 연결지어 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 회절 광학 엘리먼트(DOE)로 구성된 매트릭스를 나타낸다. 각각의 DOE는 모울딩, 엠보싱, 건식 또는 습식 에칭과 같은 광범위한 프로세스에 의해 제조 및 재생될 수 있는 세심하게 설계된 토포그래픽 구조로 이루어진다.
소망 데이터 저장용량을 달성하기 위해 회절 광학 엘리먼트 DOE가 본 발명에 따른 광학식 데이터 저장 매체에 사용되는 법을 설명한다. 소망 데이터 저장용량은 DOE의 후면에서 데이터 전달 매체 기판의 초점 또는 중복되지 않은 초점 영역에 의해 달성될 수 있는 최대 밀도에 종속될 것이다. 특히, 다음 설명은 위상 변화가단계적으로 제어되도록 형성된 DOE의 바람직한 실시예로서 윤대판 렌즈에 포커싱한다.
회절 광학 엘리먼트(DOE) 또는 윤대판 렌즈에 대한 설계 원리가 도 2에 예시되어 있다. 간략을 위해 도 2a에 예시된 렌즈의 편평면에 평행한 파면을 가진 평면파가 바로 아래로부터 입사되는 것으로 가정하면, 도 2a의 빗금친 영역만이 2nπ인 위상인수를 제외하고 전파된 파면에 영향을 미칠 것이고 여기서, nπ는 정수이다. 결과적으로 도 2b에 예시된 렌즈는 도 2b의 렌즈의 두 개의 상이한 구역간에 2n 만큼의 불연속 위상 점프가 있는 이외에, 도 2a의 렌즈와 동일한 전파된 파면을 산출한다. 도 2b에 예시된 바와 같은 렌즈는 회절 광학 엘리먼트(DOE) 또는 윤대판 렌즈로서 설명된다. 이것은 프레넬 렌즈와 구별되는 데, 윤대판이 제조 과정에서의 부정확에 기인하여 하나의 윤대로부터 다른 윤대로 불규칙적인 위상 점프를 갖는다는 점에서 구별되고, 그 결과 상이한 윤대로부터 발생된 파 필드가 초점 영역에서 보강 간섭을 제공하지 않게 된다. 결과적으로, 프레넬 렌즈의 회절-제한된 분해능은 윤대의 폭에 의해 결정되고, 윤대판 렌즈의 분해능은 렌즈의 직경에 의해 결정된다.
도 2b의 윤대중의 하나에 대한 실제 프로파일이 도 3a에 나타나 있다. 그러나, 실제로 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 단계적인 윤대 프로파일을 사용하는 것이 용이하다. 단계적인 윤대 프로파일의 단계의 수는 위상 함수에 대한 양자화 레벨의 수로 설명된다. 양자화 레벨의 수가 매우 크게 될 때, 도 3d에 도시된 바와 같은 연속 프로파일이 획득될 수 있다. 축상의 일 포인트에 최적 이미지를제공할 윤대판 렌즈의 설계 원리는 렌즈의 각각의 구역을 통해 물체 위치로부터 이미지 포인트까지의 광 경로 길이가 파장길이의 정수배를 제외하고 물체 포인트로부터 이미지 포인트간의 직접적인 광 경로 길이와 동일해야 한다는 것이다.
DOE 또는 윤대판 렌즈는 도 4a의 평면도 및 도 4b의 단면입면도에 나타나 있다. 윤대판 렌즈는 각각의 링이 특정 위상 값 및 진폭 값이 할당되는 다수의 동심원을 이룬 환형 개구부로 이루어짐을 알 수 있다. 더욱이 윤대판 렌즈는 고차 초점 포인트를 갖는 것이 공지되어 있고, 그 결과 입사 에너지의 일부만이 소망 이미지에서 종결된다. 또한 윤대판 렌즈의 효율은 위상 함수에 대한 양자화 레벨의 수를 증가시키므로써 증가될 수 있음이 공지되어 있다. 2, 3, 및 4 레벨에 대해 수차-없는 이미지의 메인 로브에서 각각 33, 57 및 67%의 강도 레벨을 획득할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 최근에 90%의 측정 회절 효율을 나타내는 것으로 알려진, RSIDO 방법으로 호칭되는 새로운 인코딩 방법이 개발되었다. 반면에, 윤대판 렌즈의 단점은 색수차를 갖는다는 것이다. 그러나 조명이 비교적 단색광인 한은, 윤대판 렌즈의 구성에 사용된 파장과 관련한 조명 파장의 적절한 변경을 통해 실질적으로 이미지의 질이 저하되지 않는다. 일반적으로, 시계는 코마, 비점수차 및 이미지 필드 만곡에 의해 제한을 받지만, 코마는 구면상에 윤대판 렌즈 또는 DOE를 위치시키므로써 방지될 수 있다.
윤대판 렌즈 또는 DOE의 광선 경로는 다른 회절 격자 주기를 갖는 회절 격자로서 고려함으로써 그리고 회절격자 공식에 기초한 기하학적 빔을 구성하므로써 발견될 수 있다. 도 4a,b에 개략적으로 예시된 윤대판 렌즈를 참조하면, 렌즈의 에지를 향하여 주기가 감소하는 원형 회절 격자로서 도 4a에 예시된 것으로 생각할 수 있다. 도 4b에 예시된 윤대판 렌즈에서, 필드는 국부적으로 평면파인, 기하학적 입사 빔에 연결된다. 1차 회절에 대응하는 기하학적 빔의 전달 방향은 다음과 같은 회절격자 공식으로 주어지고,
여기서 λ는 파장이고, d는 격자주기의 국부값이고, θi및 θt는 격자에 대해 기하학적으로 법선인 빔과 입사 및 전파된 기하학적 빔 간의 각도이다. d가 렌즈의 에지를 향해 감소하기 때문에, 최외곽 빔은 중앙 근방의 빔 보다 더 크게 회절한다는 것을 도 4b를 통해 알 수 있다. 격자주기를 특정 방식으로 감소시키므로써, 모든 빔은 공통 초점 포인트로 지향될 수 있다. 도 4b의 수평 및 수직 축을 따라 상이한 스케일이 채용될 수 있음을 유의해야 한다.
DOE의 광선 경로의 기하학적 배열은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 공기에서 파장 λ0을 갖는 단색광 평면파는 굴절율을 갖는 평면 기판과 접촉하여 제공되는 DOE에 대한 광축에 대해 입사각 θ를 갖는다. DOE의 직경은 D로 표시되고, DOE/기판의 조합에 대한 2차 초점거리는 f로 표시된다. f/수, DOE에 대한 직경 D와 기판에 대한 굴절율 n의 상이한 조합을 위해, FWHM(focal spot at half maximum intensity)의 전체 폭은 다음과 같이 결정될 수 있다. FWHM은 광축상에서 0.33㎛와 0.42㎛ 사이와 시계영역의 에지에서 0.70㎛와 0.90㎛ 사이에서 변화한다. 광축에서의 투과강도는 약 0.9이고, 시계영역의 에지에서의 투과 강도는 그것의 약 1/10이다. 따라서, FWHM는 마이크로스페어 형태의 굴절 렌즈에 대한 것과 DOE 에 대한 것이 동일한 반면에, 강도는 DOE에 대한 시각영역의 에지를 향해 급격히 줄어든다. 그러나, 주어진 직경에 대해 DOE는 기판에 대한 굴절율과 f/수에 대한 비교적 자유로운 선택가능성을 제공하는 데, 이는 이들 두 값이 회절-제한 FWHM에 영향을 주기 때문이다. DOE의 또다른 이점은 무시할 수 있는 이미지 필드 만곡을 가진다는 것이고, 그 결과 광축에서의 초점과 시계영역의 에지에서의 초점이 거의 동일 평면상에 위치하게 된다는 것이다. 평면 기판과 접촉하는 DOE에 대한 굴절-제한 포커싱 특성의 분석은 일정 직경을 갖는 DOE에 대해 FWHM는 기판의 굴절율에 반비례하고 기판의 DOE의 f/수에 대해 비례한다.
마지막으로, 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 광의 파장에 크게 좌우되는 DOE의 초점길이를 가지며 큰 분산을 가진다.
상기와 같이 설계된 윤대판 렌즈 및 회절성 광학 엘리먼트(DOE)를 채용하는 본 발명에 따른 데이터 전달 매체의 설계가 데이터 매체의 표면에 회절성 광학 엘리먼트(DOE)의 밀한 매트릭스와 함께, 데이터 매체의 일부분을 개략적으로 예시하는 도 6과 관련하여 상세히 설명된다. 각각의 DOE는 소형 렌즈로서 작용하고 입사광은 상기와 같이 포커싱되고 저장영역 즉, 간결을 위해 아래에서 비트층으로 설명되는 정보-산출영역으로 지향된다. 각각의 비트 정보는 비트층의 물질이 데이터를 위한 조사 단계 동안 이 물질을 때리는 광에 의해 영향을 받거나 영향을 주는 방식에 의해 표현된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 데이터 전달 매체를 가정하면, 전면에서 DOE에 입사하는 광은 텔루리움 합금으로 된 박막으로 코팅된 DOE의 후면에서 포커싱된다. 후자는 비트층 또는 저장층을 구성하며 기록 단계 동안 짧은, 고강도 펄스에 노광된 스폿을 제외하고 낮은 광 투과를 갖는다. 각각의 회절성 광학 엘리먼트(DOE)와 연관된 데이터 전달 매체의 이 부분에 포함된 정보는 투과중 판독될 때 밝게 또는 어둡게 될 비트층내에서 광-투과 또는 비-투과 비트-할당된 영역 혹은 구조 세트로 표현된다. 데이터 전달 매체의 각각의 데이터 위치는 두 개의 독립 단계로 기록 및 판독 동안 DOE를 통하여 액세스될 수 있는 고유 주소와 연관된다. 데이터 전달 매체의 표면상에서 주어진 DOE의 위치는 x, y 좌표, 예를 들어, 데이터 전달 매체상의 기준점에 대한 색체 중앙 위치에 의해 정의되고 관련 회절성 DOE에 대한 비트층의 스폿 위치는 예를 들어 표준 극 좌표 θ,ψ 로 정의된, 이 포인트에 포커싱된 입사광의 방향에 의해 정의된다. 따라서 완전한 주소는 x,y,θ,ψ이다.
매체에서 가능한한 높은 데이터 저장 밀도를 달성하기 위해, 스폿 또는 데이터 전달 구조는 가능한 한 작아야 하고, 가능한 한 각각의 DOE 아래에 서로 가까이 배열되어야 한다. 더욱이 상이하지만 인접한 DOE를 통해 액세스된 데이터 전달 구조의 그룹 간의 "사영역(dead zone)"은 최소화되어야 한다. 후자의 필요조건은 각각의 DOE 아래의 각각의 데이터 전달 구조의 위치 패턴과, 매체의 표면상에서의 DOE의 상대 위치와 형태간의 관계를 필요로 한다. 매우 작은 영역의 데이터 전달 구조 및 스폿 크기는 데이터 전달 매체 보다 수 배 큰 크기의 DOE로 달성된다. 더욱이 DOE 크기의 대부분은 데이터 전달 매체의 평균 크기와 거의 동일하고 따라서 비트층에서 동일 평균 국부 데이터 저장 밀도를 제공한다.
후자의 경우, 큰 DOE는 데이터 전달 매체의 다수의 위치와 관련되어야 하고, 따라서 기록 및 판독 동안 입사광에 대해 더욱 밀하게 이격한 각도 어드레싱 위치를 필요로 한다. 최적 매체에 대해 아래에서 설명되는 바와 같이, DOE의 크기의 증가는 각각의 DOE에 대한 공간 어드레싱 x, y의 정밀도의 감소를 포함하고, 이것은 각도 좌표 θ, ψ의 정밀도에 대해 더욱 가중되어야 한다.
예로서 설명될 수 있는 10,000 또는 그 이상의 데이터 전달 매체에 할당될 수 있는 전형적으로 2,500μ2의 영역을 소유하는 DOE는, 상기한 바와 같이, 0.3-0.7μ 인 직경과 0.5-1.0°로의 θ,ψ의 각도 어드레싱 시프트에 의해 분리된다. DOE의 선형크기가 인수 N 정도 감소된다면, 이웃 데이터 전달 구조간의 각도 분리는 거의 동일 인수 만큼 증가되어야 하는 반면에 각각의 DOE와 관련 데이터 전달 구조의 수는 N2만큼 감소된다.
본 발명에 따른 데이터 전달 매체의 특정 실시예에서, 기록 및 판독은 종래의 광학식 저장 매체와 매우 유사하게, 박막과 광의 상호작용에 의해 일어날 수 있다. "일회 기록 다수회 판독(WORM)" 유형인 종래의 매체와 재기록 가능한 매체에 대해 개발된 막은 본 발명에 따라 데이터 저장매체에 직접 구현될 수 있다. 본 발명과 종래 기술의 구별되는 특징은 광이 안내되고 비트층에 포커싱되는 방식과 이에 따른 결과에 있다.
기록
기록동안 짧고 강한 광 펄스가 지정된 방향 θ,ψ으로 좌표 x, y에서 지정된 DOE를 향해 지향된다. 기록 프로세스의 속도를 증가시키기 위해, DOE와 연관된 다수 또는 모든 방향은 예를 들어 플래시-조사된 공간 광 모듈레이터(SLM;spatial light modulator) 또는 클러스터 레이저(VCSEL;Vertical Surface Emitting Laser)에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 고속 시퀀스로 또는 동시에 플래싱된다. 이것은 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 효과적인 대량 병렬-트랙 기록에 해당한다. 각각의 DOE에 관한 기록 광을 위한 정렬 허용오차(tolerance)는 각 응용의 성능 파라미터 및 명시적 설계에 좌우되지만, 일반적으로 종래의 광학식 데이터 저장 체계의 응용 보다 넓다. 후자의 경우에 트래킹 정밀도는 모든 3차원에서 1 ㎛ 미만일 것이 요구되지만, DOE에 대한 위치지정 허용오차는 크기면에서 1 또는 2 배 정도로 더욱 느슨하다.
판독
계층적(x,y)(θ,ψ) 어드레싱과 조합된 데이터 전달 매체의 물리적 설계는 간단한 고속 임의 액세스 및 데이터 전달에 대해 새로운 기회를 제공한다. 밀하게 포커싱된 레이저 빔 수단에 의해 트랙을 따라 비트 스트링을 순차 판독하는 대신, 데이터 전달 매체로부터 매트릭스 검출기로 직접 큰 데이터 블록을 영사시키므로써 대규모 병렬 판독이 구현될 수 있다.
입사각 θ,ψ에서 시준된 광이 다수의 DOE에서 동시에 지향되는 도 8에 예시된 본 발명의 일 실시예에서, 데이터 전달 매체로 하여금 조사된 DOE의 각각에서θ,ψ 어드레스 비트 상태를 디스플레이하도록 한다. 전자는 전형적으로 데이터 전달 매체의 표면에서 비교적 넓은 간격, 30-100㎛ 간격으로 이격하고, 따라서 도시된 바와 같은 매트릭스 검출기로 각각의 DOE에서의 θ,ψ 비트 상태를 이미징하는 넓은 필드, 긴 초점심도에 의해 용이하게 해상된다. 이것은 일반적으로 편평도로부터 상당히 편향하는 매체의 경우에도, 서보를 포커싱하지 않고 가능하다. 480nm의 조사 파장에서 50㎛ 특징을 해상하는 광학 시스템에 대한 필드의 최대 초점심도는 10mm이다. 반면에 비트 상태가 DOE 없이 단순한 평면층에서 비트 패턴의 직접 이미징에 의해 액세스되어야 한다면, 1㎛ 미만의 비트-대-비트 간격은 거의 3㎛ 인 초점심도를 수반하며, 매트릭스 검출기로의 동시 이미징으로 대규모 판독은 포커스 서보로도 실제적으로 불가능하다. 이 문제를 피하는 방법은 다수 이산 단계로 비순서 이미징 시퀀스를 지시하는 미국특허번호 제 4 745 484 호(J. Drexler & J.B. Arnold)에 이미 설명되어 있다.
시계 영역내에서 매체의 모든 주소(x, y,θ1,ψ1)에서의 비트 상태를 포함하는 θ1,ψ1에서의 조사하에서 매트릭스 검출기에 형성된 이미지는, 추가 프로세싱을 위해 판독 디바이스의 전자 시스템에 전달되고, 검출기는 새로운 판독 사이클을 위해 클리어되고, 이때 판독 각도는 θ2,ψ2이다. 반면에, 이것은 시계 영역내의 모든 주소(x, y,θ2,ψ2)에서의 정보내용을 산출한다. 이 사이클은 데이터 전달 매체의 모든 소망 주소가 판독될 때 까지 반복된다.
상기한 편평 매체로 부터의 각도-멀티플렉싱된 판독 체계는 피상적으로는 각도-멀티플렉싱된 홀로그래픽 메모리와 유사하고 어떤 점에서는 국제 공개된 특허 출원 WO91/11804호(P.E. Nordal)에 개시된 산화막 상에 광을 지향시키고 포커싱하는 굴절 또는 반사 구조에 기초한 체계와 유사하다. 그러나 후속 단락에서 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 DOE의 사용은 다른 방법으로는 얻지 못하는 성능 및 비용면에서 기술적 기회 및 이점을 제공한다.
상기에서 DOE의 원리의 설명과 연결지어, 파라미터 FWHM에 의해 주어진 작은 초점 스폿이 달성되는 법이 나타나 있다. 비트층 또는 저장층에서 포커싱하는 데 DOE를 사용하는 경우 초점 스폿 또는 FWHM의 크기는 이 층의 데이터 밀도를 획득하는 데 결정적이다. 광 파장과 같은 동작 파라미터 및 관련 데이터 매체 설계를 위한 계산은 스폿 크기가 각각의 DOE 하에 있는 영역의 대부분에 걸쳐 회절-제한적 또는 거의 회절-제한적이다. 특정관점에서 이것은 예를 들어, 450nm의 파장으로 조사된 50μ의 직경을 갖는 올바르게 만들어진 DOE는 근축 초점 스폿 즉, f/수 가 1이고 굴절율이 1.6일 때 0.33㎛ FWHM의 직경을 갖는 광축상에 생성할 수 있음을 의미한다. 오프-축 위치 즉 입사각 θ > 0 °인 위치에서, 초점 스폿은 렌즈의 수차현상에 의해 영향을 받고, θ = 30 °인 위치에서 초점 스폿은 0.61㎛ 증가한다. 상기한 바와 같이, DOE가 코마를 방지하기 위해 구면상에 제작되지 않는다면, 이미지 필드의 초점 스폿은 매우 작다. 이 경우 설명된 DOE의 분산 특성은 필드 만곡을 제거하는 데 이용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 회절 특성을 갖는 데이터 전달 매체는 굴절 또는 반사 광학 시스템을 사용할 때 어떠한 유사점도 갖지 않는 유연성 및 기회를 제공한다.상기한 바와 같이, 이것은 회절 광학이 기판의 굴절율 및 f/수 모두를 선택하는 데 완전한 자유를 제공함을 의미하므로, 따라서 초점 스폿의 크기는 구면 굴절 렌즈의 경우와 대비된다.
상기한 바와 같이, 회절 광학의 특징은 매우 큰 분산 즉, 회절 렌즈의 초점길이가 광의 파장에 매우 좌우된다는 것이다. 따라서 굴절 렌즈를 위한 광학 물질은 렌즈 초점 거리가 가시 스펙트럼에 걸쳐 거의 1% 값 만큼 변하게 하는 파장을 갖는 굴절율 변화를 야기시키는 반면에, 이 변화는 광의 파장과 초점 거리간의 직접 반비례에 대응하며, 회절 렌즈에 비해 40-50 배이다. 이것은 명백히 기술적 또는 비용적 제약 조건으로 인한 안정적인 단색광원을 이용할 수 없는 경우 또는 다색광으로 이미지를 생성하는 응용의 경우에 부정적인 의미를 가져온다. 본 발명에서 단색광이 사용될 수 있고 DOE를 갖춘 저장 매체의 파장 허용오차는 반도체 레이저 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 관련 광원과 양립할 수 있다. 따라서 파장의 변동 및 적절한 선택은 제어된 방식으로 기판내에서 초점 위치를 시프팅시킬 수 있게 된다. 본 발명에서 이것은 다양한 방법으로 이용될 수 있다.
이미지 필드 만곡 교정
이것은 도 9a에 예시되어 있고, 여기서 비트층은 편평형이지만, 단색광의 이미지 필드는 점선으로 나타낸 바와 같은 구면을 형성한다. 편평 비트층에 생성된 초점 스폿은 최적 초점 거리의 외부에 있는 그들의 위치에 기인하여 형성되고 확대된다. 초점 거리가 광의 파장에 좌우되기 때문에, 입사 각 함수로서 입사 단색광 빔의 파장 조정은 예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이 비트층내 초점의 위치지정에 사용될 수 있다. 기본 원리는 조정가능한 광원으로 또는 고정-파장 광원의 매트릭스로 구현될 수 있다.
파장 튜닝을 통한 다수 비트층 동시 액세싱
초점거리가 광 파장을 조정하므로써 조정될 수 있으므로, 도 10에 도시된 바와 같은 상이한 깊이로 층으로 된 데이터 전달 구조를 형성할 수 있게 된다. 이러한 체계를 실질적으로 만드는 기본 요인은 DOE에서의 큰 분산이다. 상이한 층간의 교차(crosstalk)를 방지하기 위해, 도 10을 참조하면 이들은 적어도 거리 s 만큼 분리되어져야 한다. 이러한 분리거리(s)의 최소 허용값은 비트층 막의 기록 특성, 요구되는 콘트라스트 및 허용가능한 교차레벨과 같은 여러 요인에 좌우된다. 후자는 각각의 초점 스폿의 데이터 내용이 예를 들어 그레이 레벨 코딩에 의해 향상되었는 지의 여부에 좌우된다. 따라서, 데이터 밀도와 기록/판독 용량간의 최고 가능 비를 위한 설계에서, 일면으론 그레이 레벨 코딩의 코드 레벨과 다른 면으로는 다수 비트층에 의한 동시 기록/판독간의 교체가 존재한다.
가능성에 대한 단순한 평가는 무시할 수 있는 크기로 된 초점 스폿이 도시된 비트층의 하부에 채용될 수 있다고 가정하면, 도 10을 참조하여 행해질 수 있다.인접 비트층을 관통하는 수렴 광에 대한 초점 스폿의 직경(dfs)은
으로 표현될 것이고 여기서, D는 마이크로렌즈의 직경이고 f는 초점거리이다. 회절성 광학 엘리먼트(DOE)의 초점거리는 광 파장 λ에 반비례하기 때문에, 다음 수학식과 같은 파장 변화를 갖는다.
이제 dfs는 초점 외부(도 10의 상부 비트층)에 있는 비트층의 광 강도가 최적 초점에서의 그것과 관련하여 임의의 요인에 의해 감소되도록 충분히 클 것이 요구될 수 있다. 비트층의 흡수를 무시하고 dfs= 2.0㎛인 것으로 가정하면, 이것은 만일 최소 실제 초점 스폿이 0.5 ㎛ 이고 D = 50㎛이면, 강도는 16배 정도 감소되는 것을 다음 수학식을 통해 알 수 있다.
이것은 이 특정 경우에 4%의 파장 변화 즉, 예로서 파장이 480nm로부터 500nm으로 증가하는 것을 의미한다. 만일 광이 가시 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼 근방에서 유지된다면, 각각이 예를 들어 인접 파장: 460nm, 479nmm, 498nm, 518nm, 539nm, 561nm, 584nm, 608nm, 633nm, 659nm, 686nm, 714nm, 743nm, 및 773nm간의 4% 분리를 가정하는 것과 같은 그것의 할당된 파장으로 조사하므로써 어드레싱되는, 다수의 비트층 및 저장층이 사용될 수 있다. 이 예에선 14개 층이 있고, 이것은 단일 저장층에 비해 저장용량이 14-배 증가된 저장용량을 제공하고, 각 층에 제공된 데이터 밀도는 두 경우에 모두 동일하다.
이 멀티층 저장 개념은 이미 공지된 디스크상의 둘 이상의 병렬층의 데이터 저장을 위한 체계와 유사하지만, 중요한 차이가 있다. 본 발명에서 각 층에 대한 어드레싱은 광의 파장 조정에 의해 생기고, 반면에 공지된 체계는 서보-제어된 액추에이터에 의해 기록/판독 광학장치의 기계적 위치지정에 기초한다. 따라서, 본 발명에서 기계적 복잡성이 방지되면서도 동시에 파장 조정이 초고속 임의 액세스를 제공한다.
다층 저장구조에 의한 공지된 문제점은 광이 관련 비트층 또는 저장층을 충돌하기 위해 매체로 전파함에 따라 반드시 중재 비트층을 횡단해야 한다는 것이다. 광이 이 층으로부터 검출기를 향하여 전파함에 따라, 동일한 중재층은 또다시 횡단되어야 하며(반사에서 판독으로), 또는 관련 저장층의 대향측상의 층도 횡단되어야한다(전송에서 판독으로). 이 문제는 이전에 IBM에 의해 이미 다루어져 왔으며, IBM은, 각각의 층내 반사율에 대한 주의 깊은 밸런싱(반사에서 데이처 매체의 판독)에 의해, 10개 층이 실제 시스템에서 가능한 것으로 결론지었다. 전송에서의 데이터 매체 판독은 일반적으로 이 점에서 덜 요구된다고 예상하는 것이 합리적이다.
본 발명에 따른 광학식 저장 매체는 2㎛ 두께의 10개 저장층이 함께 중앙층의 각 측상에서 10㎛ 뻗는 저장층의 스택 또는 샌드위치 구조를 형성하도록 구성될 수 있다. 다수의 상이한 구조는 이러한 체적내에서 구현되거나 발생될 수 있다.
(1) 각각의 층은 데이터 전달 구조 즉, 초기에 20㎛ 두께의 균질 블록내에 비트층을 정의하는 비트 포인트를 생성하는 기록 빔에 의해 생성될 수 있고, 이 경우에 각각의 데이터 전달 구조는 포커싱된 기록 빔의 고밀도 체적 엘리먼트에 대응하는 실질적으로 작은 체적 엘리먼트로 될 것이다.
(2) 대안으로, 각각의 층의 샌드위치 구조는 제조동안 데이터 전달 매체에 구축된다. 각각의 층은 그 특정 저장층에서의 최적 초점으로 되는 광의 파장과 매칭되는 예를 들어 색소 분자의 매립으로, 특정 스펙트럼 응답이 주어질 수 있다. 따라서, 이 응답은 기록 스폿의 저 흡수 대역으로 변화시키고(블리칭), 저장층의 미기록 상태의 좁은 흡수 대역에서 선택적 흡수일 수 있다. 만일 흡수 대역이 좁고 비중복이면, 관련 층 이외의 모든 다른 층은 이 파장에서 광에 대해 투명하고, 따라서 콘트라스트 및 교차 문제를 해결한다.
사용된 회절성 광학 엘리먼트에 대해, 이것들은 현재 여러 제조자에 의해 이용가능하며 본 발명에 필요한 크기 및 질을 공급한다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 광학식 엘리먼트는 회절성 광학 엘리먼트의 사용으로 저장 영역의 데이터 액세싱 및 순 체적 저장을 허용하고, 여기서 데이터는 선택된 임의 저장되거나 또는 저장 영역의 특정 저장층에 배열된다. 두 경우에 저장 데이터에 대한 액세싱은 임의적으로 체적측정식으로 수행될 수 있다.

Claims (26)

  1. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되는 광학식 데이터 저장 매체에 있어서,
    상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 위상 변화가 단계적으로 제어되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 윤대판 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 저장 영역은 투명 표면층과 투명 기판사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 상기 투명 표면층에구비되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 상기 투명 표면층에 매립되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 상기 투명 표면층과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 표면층과 상기 데이터 저장 영역사이에는 불투명층이 구비되고, 불투명층은 방사 에너지의 흡수를 통해 파괴될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광학식 저장 매체는 테이프, 디스크 또는 카드 형태로 설계되고, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 상기 테이프, 디스크 또는 카드의 표면에 배열되는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)는 행 및 열로 배열되어 2차원 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 저장 영역은 하나 이상의 별개의 저장 평면을 형성하는 하나 이상의 저장층을 포함하며, 상기 저장층은 상기 저장층을 형성하는 베이스 물질에 매립된 형광 색소 분자를 구비하고, 각각의 개별 저장층의 형광 색소 분자는 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE)에 의해 상기 저장층상에 포커싱된 광 빔의 파장과 매칭되는 별개의 스펙트럼 응답을 갖는 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저장층중 하나 이상의 층은 부분 반사층 또는 부분 투과층인 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 저장층은 파장-의존 반사 또는 투과층인 것을 특징으로 하는 광학식 데이터 저장 매체.
  13. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되는 광학식 데이터 저장 매체에 데이터를 기록하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 레이저 빔을 상기 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 상기 레이저 빔을 데이터 저장 영역의 특정 포인트에 포커싱하는 단계를 포함하는데, 초점 포인트에서 상기 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 상기 포인트에서 순 데이터 저장 영역의 물질의 화학적 또는 물리적 변화에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 상기 데이터-전달 구조내 물질의 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 데이터-전달 구조를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 상기 레이저빔을 변조시킴으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  14. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되고, 파장-조정가능 레이저가 채용된 광학식 데이터 저장 매체내에 데이터를 기록하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 레이저 빔을 상기 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 레이저 빔이 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 데이터 저장 영역의 특정 포인트상에 포커싱되도록 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 단계를 포함하는데, 초점 포인트에서 상기 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 상기 포인트에서 순 데이터 저장 영역의 물질의 화학적 또는 물리적 변화에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 상기 데이터-전달 구조내 물질의 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 데이터-전달 구조를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 상기 레이저빔을 변조시킴으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 데이터 저장 영역은 균질 베이스 물질이고, 튜닝 정도가 상기 균질 베이스 물질의 하나 이상의 임의 저장층을 한정하는 방식으로 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 데이터 저장 영역은 복수의 적층된 저장층을 구비하고, 상기 데이터-전달 구조를 생성하는 특정 저장층의 일 포인트에 상기 레이저 빔이 포커싱되는 방식으로 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  17. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되며, 상기 저장 매체는 제 13 항에 따른 방법에 의해 생성된 데이터-전달 구조를 포함하는 상기 광학식 데이터 저장 매체내의 데이터를 판독하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 광 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 데이터 저장 영역내 특정 데이터 전달 구조상에 상기 광 빔을 포커싱하는 단계를 포함하는데, 초점 포인트에서의 상기 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터-전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 상기 검출가능한 응답은 상기 데이터-전달 구조에 저장된 데이터 값에 대응하며, 및 상기 광학식 저장 매체의 외부에 제공된 광학 검출기에 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의한 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 판독 방법.
  18. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되며, 상기 저장 매체는 제 14 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생성된 데이터-전달 구조를 포함하는 광학 데이터 저장 매체내 데이터를 판독하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 광 빔을 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 광 빔이 데이터 저장 영역의 특정 데이터-전달 구조에 포커싱되도록 상기 광 빔을 튜닝하는 단계를 포함하는데, 초점 포인트에서의 상기 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터-전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 상기 검출가능한 응답은 상기 데이터-전달 구조에 저장된 데이터 값에 대응하며, 및 상기 광학식 저장 매체의 외부에 제공된 광학 검출기에 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의한 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 판독 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 광학식 데이터 저장 매체는 저장층을 형성하는 베이스 물질에 매립된 형광 색소 분자를 갖는 저장층을 포함하고,
    데이터 판독을 위해 각각의 개별 저장층에 구비된 형광 색소 분자의 스펙트럼 응답으로 튜닝되는 파장을 갖는 광이 채용되는 것을 특징으로 하는 데이터 판독 방법.
  20. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되는 광학식 저장 매체내에 데이터를 병렬 기록하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 둘 이상의 별개로 작동될 수 있는 레이저 엘리먼트를 포함하는 레이저 디바이스에 의해 방사된 둘 이상의 레이저 빔을 광학식 디바이스를 통하여 상이한 입사각도로 광학식 데이터 저장 매체상의 회절성 광학 엘리먼트로 지향시키는 단계, 상기 레이저 빔이 상기 회절성 광학 엘리먼트에 의해 동일 평면상에 포커싱되도록 각각의 개별적인 상기 레이저 빔의 파장을 튜닝시키는 단계를 포함하는데, 상기 평면은 데이터 저장 영역의 특정 저장층에 대응하고, 초점 포인트에서 각각의 레이저 빔으로부터 방출된 에너지가 상기 평면의 각각의 초점 포인트에서 순 저장 영역의 물질내 화학적 또는 물리적 변화에 영향을 공지된 방법으로 미치고, 및 상기 데이터-전달 구조의 물질내 화학적 또는 물리적 변화 정도에 대응하는 데이터 값이 할당되는 다수의 데이터-전달 구조를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 변화 정도는 소정 변조 과정에 따라 각각의 레이저 빔을 변조시키므로써 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 병렬 기록 방법.
  21. 투명한 균질 베이스 물질로 형성되는 데이터 저장 영역 및 상기 데이터 저장 영역의 일측에 인접하는 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 형태의 다수의 광학적 활성 구조를 포함하며, 상기 회절성 광학 엘리먼트(DOE) 각각은 데이터 저장 영역에서 생성된 데이터-전달 구조 또는 생성될 데이터-전달 구조의 고유하게 어드레싱 가능한 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 포인트로 상기 데이터 저장 영역에 입사하는 광빔을 포커싱하고 및/또는 상기 광학식 저장 매체의 외부에 있는 포인트로 상기 포인트 또는 포인트들로부터 방사된 광 방사 또는 재지향된 광 빔을 포커싱하도록 적용되는 광학식 저장 매체내에 데이터를 병렬 기록하는 방법에 있어서,
    위상 변화가 단계적으로 제어되도록 상기 회절성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계, 고정된 또는 조정가능한 파장을 갖는 둘 이상의 선택적으로 작동가능한 광원을 포함하는 조사 디바이스로부터 둘 이상의 광 빔을 데이터 저장 매체상의 하나 이상의 회절성 광학 엘리먼트에 지향시키는 단계를 포함하는데, 상기 광 빔의 파장은 광학 디바이스에 의해 고정 또는 조정되며, 상기 광 빔을 데이터 저장의 특정 데이터-전달 구조에 포커싱하는 단계를 포함하는데, 각각의 초점 포인트에서의 각각의 광 빔으로부터 방출된 에너지는 상기 데이터-전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답에 공지된 방법으로 영향을 미치고, 및 상기 광학식 저장 매체의 대향측상의 추가의 광학식 디바이스를 통하여 광학 검출기의 광학식 검출기 엘리먼트에 상기 광학적으로 검출가능한 응답을 포커싱하는 단계를 포함하며, 상기 검출된 광학 응답은 상기 각각의 데이터-전달 구조에 할당된 데이터 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 데이터 병렬 판독 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 광학 디바이스를 통하여 채용된 광원에 대응하는 다수의 광 빔을 지향시키기 위해 조사 디바이스에 다수의 광원을 채용하고, 단 하나의 회절성 광학 엘리먼트에 할당된 다수의 데이터-전달 구조로부터의 광학적으로 검출가능한 응답의 병렬 생성을 위해, 상이한 입사각도로 하나 이상의 회절성 광학 엘리먼트를 통해 개별 광 빔을 포커싱하는 특징으로 하는 데이터 병렬 판독 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 광원은 매트릭스를 형성하도록 조사 디바이스에 배열되는 것을 특징으로 하는 데이터 병렬 판독 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 광학식 데이터 저장 영역의 저장층 또는 상이한 평면에 위치된 다수의 데이터-전달 구조로부터 광학적으로 검출가능한 응답을 병렬로 생성하기 위해 조사 디바이스로 부터의 개별 광 빔을 상이한 파장으로 동시에 튜닝시키고, 그 결과로 동일 평면 또는 저장층의 데이터-전달 구조에 저장된 데이터를 병렬로 판독하는 것 이외에, 상이한 평면 또는 저장층의 데이터-전달 구조에 저장된 데이터에 대한 병렬판독이 획득되는 것을 특징으로 하는 데이터 병렬 판독 방법.
  25. 제 21 항에 있어서, 데이터 판독을 위해 광학 필터를 채용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 광학식 데이터 저장 매체는 저장층을 형성하는 베이스 물질에 매립된 형광 색소 분자를 갖는 저장층을 포함하고,
    데이터 판독을 위해 각각의 개별 저장층에 구비된 형광 색소 분자의 스펙트럼 응답으로 튜닝되는 파장을 갖는 광이 채용되는 것을 특징으로 하는 데이터 판독 방법.
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