KR100275276B1 - 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 관한 것으로, 레이져빔을 발생하는 광원(210); 상기 광원(210)으로부터 발생된 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기(220); 배면과 후면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상을 갖는 구조로서, 빔확장기(220)로부터 조사되는 레이져빔을 상기 경사면에서 신호광과 기준광으로 분할하되, 상기 레이져빔의 입사 방향과 평행인 제 1 경로에 상기 신호광이 전송되도록 하고, 상기 레이져빔의 입사 방향과 수직인 제 2 경로에 기준광이 전송되도록 하며, 상기 제 1 경로와 진행 방향이 반대인 제 3 경로의 광변조된 신호광과, 상기 제 2 경로와 진행 방향이 반대인 제 4 경로의 기준광에 의해 발생되는 간섭 무늬를 저장하고, 재생을 위한 기준광이 조사되면 상기 광변조된 신호광을 재생하는 저장 매체(230); 두 개의 미러가 소정 축을 중심으로 서로 경사지게 마주보는 형상으로 이루어져, 상기 제 1 경로의 신호광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 3 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하는 반사 미러(240); 상기 제 2 경로의 기준광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 4 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하되, 회전 및 이송 작용을 통해 상기 기준광의 진행 경로를 기설정 각도씩 변화시키는 회전 및 이송 미러(250); 상기 제 3 경로상에 위치하여 상기 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하여 상기 저장 매체(230)에 조사하는 공간 광변조기(260); 상기 저장 매체(230)의 배면측에 배치되어, 상기 저장 매체(230)에서 재생된 상기 광변조된 신호광을 전기적 신호로 변환하는 CCD(270)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

Description

볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템

본 발명은 대상 물체로 부터의 신호광과 기준광을 간섭시켜 발생하는 간섭 무늬에 의거하여 홀로그램 데이타를 페이지 단위로 저장하는 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)에 관한 것으로, 특히 보다 간단한 구조의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 관한 것이다.

최근들어, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장을 이용한 기술 분야는 반도체 레이져, CCD(Charge Coupled Device), LCD(Liquid Crystal Display) 등 구성 부품의 눈부신 발전에 힘입어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이미 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로 실용화되고 있을뿐만 아니라, 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송 속도의 장점을 응용할수 있는 여러 분야로 확대되어 가고 있는 추세에 있다.

이와 같은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 대상 물체로 부터의 신호광과 기준광을 간섭시켜 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 반응하는 저장 매체, 예를들어 크리스탈(crystal) 등에 기록하는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 신호광의 강도 및 방향까지도 기록함으로서, 물체의 3차원상을 표시할수 있게되며, 2진 데이터의 페이지(page)단위로 구성되는 수백에서 수천개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할수 있게 된다.

도 1에는 이와 같은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 대한 전체 구성도가 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 광원(10), 광분리기(20), 반사 미러(mirror)(30,40), LCD(Liquid Crystal Display)(50), 수직 AOD(Acousto Optical Device)(60), 수평 AOD(70), 저장 매체(80), CCD(90)로 구성된다.

광원(10)은 홀로그래피에 요구되는 레이져광을 발생하며, 광분리기(20)는 광원(10)으로부터 입력되는 레이져광을 기준광 및 신호광으로 분리한후, 분리된 기준광 및 신호광이 서로 다른 전송경로를 거치도록 한다.

수직 AOD(60)는 기준광을 수직 방향으로 편향시킴으로서, 공간 다중화된 기준광을 반사 미러(30)에 제공한다. 반사 미러(30)는 45°경사지게 배치되어 입사되는 기준광을 반사하여 기준광의 전송 경로를 변환하는 작용을 하고, 수평 AOD(70)는 기준광을 수평 방향으로 편향시켜 각도 다중화된 기준광을 저장 매체(80)에 조사하는 작용을 한다.

한편, 반사 미러(40)는 45°기울어지게 배치되어 신호광의 전송 경로를 변환하고, LCD(50)는 신호광을 입력되는 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하여 저장 매체(80)에 조사한다.

저장 매체(80)는 수평 AOD(70)에서 조사되는 기준광과 LCD(50)에 의해 변조된 신호광간의 간섭에 의해 발생되는 간섭 무늬를 저장하는데, 여기에서 간섭 무늬는 상술한 LCD(50)에 입력된 데이터에 상응한 것이다.

이와 같이 구성된 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 대한 동작은 다음과 같다.

먼저, 광원(10)에서 발생된 레이져광은 광분리기(20)에 의해 기준광 및 신호광으로 분리된후, 기준광은 수직 AOD(60)에, 신호광은 반사 미러(40)에 각각 전송된다. 반사 미러(40)는 입사되는 신호광을 LCD(50)측으로 반사하고, LCD(50)에 입사된 신호광은 LCD(50)에 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된다.

즉, LCD(50)에 입력되는 데이터가, 예를들어 영상의 한 프레임 단위로 제공되는 화상 데이터일 경우, LCD(50)에 입사된 신호광은 한 프레임 단위로 변조되는 것이다.

한편, 광분리기(20)에 의해 분리된 기준광은 수직 AOD(60)에 제공되고, 수직 AOD(60)는 기준광을 수직 방향으로 편향시키되, LCD(50)에 입사된 신호광이 데이터의 페이지 단위로 변조될 때, 이에 대응되게 기준광의 수직 편향 각도를 스텝 바이 스텝(step by step)으로 조정한다.

소정 수직 각도로 편향된 기준광은 반사 미러(30)에 반사된후 수평 AOD(70)에 조사되고, 수평 AOD(70)는 이를 수평 방향으로 편향시켜 저장 매체(80)에 조사한다.

따라서, 저장 매체(80)에 조사되는 기준광은 소정 수직 및 수평 각도로 편향된 광으로, 여기에서, 저장 매체(80)에 조사되는 기준광은 수직 AOD(60)에 의해 저장 매체(80)의 수직 방향으로 스캔되고, 수평 AOD(70)에 의해 저장 매체(80)의 수평 방향으로 스캔되는 것이다.

저장 매체(80)에는 페이지 단위로 광변조된 신호광과, 상술한 바와 같이 수직/수평 편향된 기준광이 입사되고, 입사된 신호광과 기준광은 저장 매체(80) 내부에서 간섭을 일으키게 된다.

이때, 발생되는 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(80) 내부의 운동 전하의 광유도 현상이 발생하고, 이러한 과정을 통해서 저장 매체(80)에 간섭 무늬가 기록된다.

한편, 저장 매체(80)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서는 기준광만을 저장 매체(80)에 조사하면, 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고, 이후 읽혀진 상을 CCD(Charge Coupled Device; 70) 등에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 되는 것이다. 이때, 저장 매체(80)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해 적용되었던 기준광은, 실질적으로 저장 매체(80)에 데이터를 기록할 때 적용했던 기준광과 동일한 강도 및 각도를 갖는 기준광을 적용해야만 한다.

이와 같이 종래의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 그 구조상 매우 복잡하고, 고가의 AOD를 적용하고 있어 경제성 면에서 다소 미흡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보다 단순한 구조의 홀로그램 데이터를 저장하고 재생할수 있는 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 있어서: 레이져빔을 발생하는 광원; 상기 광원으로부터 발생된 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기; 배면과 후면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상을 갖는 구조로서, 상기 빔확장기로부터 조사되는 레이져빔을 상기 경사면에서 신호광과 기준광으로 분할하되, 상기 레이져빔의 입사 방향과 평행인 제 1 경로에 상기 신호광이 전송되도록 하고, 상기 레이져빔의 입사 방향과 수직인 제 2 경로에 기준광이 전송되도록 하며, 상기 제 1 경로와 진행 방향이 반대인 제 3 경로의 광변조된 신호광과, 상기 제 2 경로와 진행 방향이 반대인 제 4 경로의 기준광에 의해 발생되는 간섭 무늬에 의하여 홀로그램 데이타를 저장하고, 재생하는 저장 매체; 두 개의 미러가 소정 축을 중심으로 서로 경사지게 마주보는 형상으로 이루어져, 상기 제 1 경로의 신호광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 3 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하는 반사 미러; 상기 제 2 경로의 기준광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 4 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하되, 회전 및 이송 작용을 통해 상기 기준광을 다중화하여 제 4 경로로 전송하는 회전 및 이송 미러; 상기 제 3 경로상에 위치하여 상기 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하여 상기 저장 매체에 조사하는 공간 광변조기; 상기 저장 매체의 배면측에 배치되어, 상기 저장 매체에서 재생된 홀로그램 데이터를 전기적 신호로 변환하는 CCD를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 나타낸 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

210 : 광원 220 : 빔확장기

230 : 저장 매체 240 : 반사 미러

250 : 회전 및 이송 미러 260 : 공간 광변조기

270 : CCD

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템이 도시된다.

도 2에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 광원(210), 빔확장기(220), 저장 매체(230), 반사 미러(240), 회전 및 이송 미러(250), 공간 광변조기(260), CCD(270)로 구성된다.

이때, 저장 매체(230)는 배면과 후면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상을 갖는 구조의 크리스탈로 구성되며, 입사되는 레이져광을 광의 입사 방향과 평행인 제 1 경로와, 광의 입사 방향과 수직인 제 2 경로로 분할하되, 제 1 경로에는 신호광이 전송되고, 제 2 경로에는 기준광이 전송되도록 하며, 광의 제 1 경로와 진행 방향이 반대인 제 3 경로의 신호광과, 광의 제 2 경로와 진행 방향이 반대인 제 4 경로의 기준광에 의해 발생되는 간섭 무늬를 저장하고, 재생하는 작용을 한다.

반사 미러(240)는 두 개의 미러가 소정 축을 중심으로 서로 경사지게 마주보는 형상으로 이루어져, 입사되는 제 1 경로의 광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 제 3 경로로 편향시키는 포로 프리즘(Porro prism) 작용을 한다. 한편, 회전 및 이송 미러(250)는 반사 미러(240)와 동일한 형상으로서, 입사되는 제 2 경로의 광을 제 4 경로로 편향시키되, 회전 및 이송 작용을 통해 광의 제 4 경로를 다중화시키는 작용을 한다.

그리고, 공간 광변조기(260)는 광의 제 3 경로상에 위치하여 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하여 저장 매체(230)에 조사하는 작용을 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 대한 동작 설명은 다음과 같다.

먼저, 광원(210)은 레이져빔을 발생하여 빔확장기(220)에 제공하고, 빔확장기(220)는 광원(210)으로부터 제공되는 레이져빔을 소정 크기로 확장하여 저장 매체(230)의 경사면 상측에 조사한다.

저장 매체(230)의 상측에 조사되는 레이져빔은 저장 매체(230)의 경사면에서 기준광과 신호광으로 분할된후, 두 개의 광 경로, 즉 빔확장기(220)에서 조사되는 레이져빔에 수평인 제 1 경로상에는 신호광이 전송되도록 하고, 빔확장기(220)에서 조사되는 레이져빔에 수직인 제 2 경로상에는 기준광이 전송되도록 한다.

제 1 경로상의 신호광은 반사 미러(240)에 입사된후 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향되어 제 3 경로로 진행한다. 제 3 경로로 진행된 신호광은 제 3 경로상의 공간 광변조기(260)에서 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조되어 저장 매체(230)에 조사된다.

한편, 제 2 경로상의 기준광은 회전 및 이송 미러(250)에 입사된후 두 번의 반사 작용에 의해 180°로 편향되어 제 4 경로로 진행한뒤, 저장 매체(230)에 조사된다.

따라서, 저장 매체(230) 내부에서는 제 4 경로로부터 입사되는 기준광과, 제 3 경로로부터 광변조된 신호광에 의하여, 홀로그램 데이터에 상응하는 간섭 무늬가 기록된다.

한편, 회전 및 이송 미러(250)는 공간 광변조기(260)가 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조할 때, 이에 일대일 대응되게 좌,우 방향으로 스텝 바이 스텝으로 이송되거나 또는, 가운데 축을 중심으로 좌,우로 스윙(swing)됨으로서, 제 4 경로의 기준광이 공간 다중화 및 각도 다중화되어 저장 매체(230)에 조사되도록 한다.

따라서, 저장 매체(230)에는 데이터의 페이지 단위로 공간 및 각도 다중화된 간섭 무늬가 기록된다. 이와 같은 과정에 의거하여 저장 매체(230)에 기록된 데이타를 재생하기 위해, 저장 매체(230)에 기록시와 동일한 강도의 공간 및 각도를 갖는 기준광을 조사하면, 저장 매체(230)에 저장된 간섭 무늬가 입사되는 기준광을 회절시키고, 이에 따라 광변조된 신호광이 재생된다.

CCD(270)는 저장 매체(230)에 의해 재생된 신호광을 촬상하여 전기적 신호로 변환한다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명은 기준광을 다중화하는데 있어서, 간단한 구조의 미러를 적용함으로서, 원가를 절감할수 있으며, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 보다 단순화 할수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 있어서:

   레이져빔을 발생하는 광원(210);

   상기 광원(210)으로부터 발생된 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기(220);

   배면과 후면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상을 갖는 구조로서, 상기 빔확장기(220)로부터 조사되는 레이져빔을 상기 경사면에서 신호광과 기준광으로 분할하되, 상기 레이져빔의 입사 방향과 평행인 제 1 경로에 상기 신호광이 전송되도록 하고, 상기 레이져빔의 입사 방향과 수직인 제 2 경로에 기준광이 전송되도록 하며, 상기 제 1 경로와 진행 방향이 반대인 제 3 경로의 광변조된 신호광과, 상기 제 2 경로와 진행 방향이 반대인 제 4 경로의 기준광에 의해 발생되는 간섭 무늬를 저장하고, 재생을 위한 기준광이 입사되면 상기 광변조된 신호광을 재생하는 저장 매체(230);

   두 개의 미러가 소정 축을 중심으로 서로 경사지게 마주보는 형상으로 이루어져, 상기 제 1 경로의 신호광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 3 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하는 반사 미러(240);

   상기 제 2 경로의 기준광을 두 번의 반사 작용에 의해 180°편향시켜 상기 제 4 경로로 편향시키는 포로 프리즘 작용을 하되, 회전 및 이송 작용을 통해 상기 기준광의 진행 각도를 기설정된 각도씩 변환시키는 회전 및 이송 미러(250);

   상기 제 3 경로상에 위치하여 상기 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하여 상기 저장 매체(230)에 조사하는 공간 광변조기(260);

   상기 저장 매체(230)의 배면측에 배치되어, 상기 저장 매체(230)에서 재생된 상기 광변조된 신호광을 전기적 신호로 변환하는 CCD(270)를 포함하여 구성한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템.