KR100283048B1 - 홀로그래픽 데이터 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광의 세기 조절에 의해 기록 시간을 조절하여 다수의 페이지를 중첩하여 기록하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 감쇠기(Attenuator)를 이용하여 미소 시간 제어에 의한 오차를 줄이고 기록 시간을 일정하게 유지하기 위한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 입사 및 투과되는 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 페이지 단위로 기록하는 저장 매체(170), 광원(100)으로부터 입사되는 광의 세기를 조절하기 위해 회전하는 감쇠기(110), 상기 감쇠기(110)를 통해 입사되는 광을 통과 및 차단하는 셔터(120), 기록 시간을 동일하게 유지하기 위해 상기 셔터(120)를 제어하고 광의 세기를 조절하기 위해 상기 감쇠기(110)의 회전을 제어하는 제어부(190), 상기 셔터(120)를 통해 입사되는 광을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기(130), 상기 광분리기(130)로부터 입사되는 기준광의 각도를 변화시키면서 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 제1 거울(140), 상기 입사되는 물체광의 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 제2 거울(150), 상기 물체광에 입력 데이터를 실어 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 공간광변조기(160), 및 상기 저장 매체(170)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 CCD(180)로 구성된다.

Description

홀로그래픽 데이터 저장 시스템(HOLOGRAPHIC DATA STORAGE SYSTEM)
본 발명은 레이저 광의 세기 조절에 의해 기록 시간을 조절하여 다수의 페이지를 중첩하여 기록하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 감쇠기(Attenuator)를 이용하여 미소 시간 제어에 의한 오차를 줄이고 기록 시간을 일정하게 유지하기 위한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 볼륨 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템은 대상 물체로부터 물체광을 기록하고 이후에 이것을 재현하는데 그 목적이 있다.
홀로그래픽 데이터 기록은 대상 물체로부터 반사된 물체광의 강도와 방향을 기록하므로써 이루어진다. 대상 물체의 빛의 강도와 방향은 물체광과 기준광의 간섭으로 이루어져 간섭 무늬를 만들게 되고, 이렇게 형성된 간섭 무늬는 간섭 무늬의 강도에 반응하는 물질로 이루어진 입방체, 즉 저장 크리스탈속에 기록된다. 이와 같이 기록된 간섭 무늬에 기준광을 조사하게 되면 대상 물체의 3차원 상인 홀로그램이 재현되게 된다.
이때, 저장 크리스탈에 기록된 홀로그램 데이터는 기록 과정에서 사용된 기준광으로만 읽어 낼 수 있고, 기록시에 사용된 기준광과 파장 또는 위상이 다른 기준광으로는 읽어 내지 못하고 저장 크리스탈안에 기록된 홀로그램 데이터를 통과하게 된다.
이와 같은 볼륨 홀로그램 성질을 이용하여 각각 다른 기준광으로 저장 물질입방체의 같은 장소에 많은 홀로그램 데이터를 기록하므로써 작은 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능해 진다.
이를 위해 일반적으로 사용되는 각도 중첩(Angular Multiplexing) 기법은 각기 다른 기준광을 만드기 위해 각 기록시마다 기준광의 각도를 변화시키는 것으로, 이를 이용하면 2진 데이터를 페이지 단위로 구성하는 수백에서 수천개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할 수 있다. 즉, 동일한 장소에 많은 데이터를 페이지 단위로 기록 재생하므로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율로 기록 및 재생이 가능해 진다.
이와 같은 일반적인 볼륨 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템은 개략적으로 도 1 에 도시한 바와 같이 홀로그래피에 필요한 가간섭광(Coherent Beam), 즉 레이저광을 발생시키는 광원(10), 광원(10)에 상응하는 위치에 설치되어 광원(10)으로부터 발생된 가간섭광을 기준광(Reference Beam)과 신호광, 즉 물체광(Object Beam)으로 분리시키는 광분리기(Beam Splitter)(20), 기준광의 광로상에 위치하며 기준광의 각도를 조금씩 변환하기 위한 회전 거울(30), 물체광의 방향을 변경시키는 거울(40), 거울(40)에서 반사된 물체광의 광로상에 위치하며 반사된 물체광에 입력 데이터, 즉 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터를 실어 주는 공간 광 변조기(SLM : Spatial Light Modulator)(50), 상기 공간 광 변조기(50)로부터 출력되는 물체광과 회전 거울(30)에서 반사된 기준광이 서로 교차되는 광로상에 위치하며 상기 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 기록하고 기준광의 조사로 기록된 간섭 무늬를 복원 출력하는 저장 매체(60), 저장매체(60)에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭 무늬의 광로상에 위치하며 저장 매체(60)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 이를 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 CCD(Charge Coupled Device)(70), 광원(100)으로부터 출력되는 가간섭광이 광분리기(20)로 입사되는 것을 조절하기 위한 셔터(80), 및 상기 셔터(90)를 제어하기 위한 제어부(90)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 일반적인 볼륨 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 동작을 설명한다.
광원(10)에서 조사된 가간섭광은 광분리기(20)에서 기준광과 물체광으로 나뉘어진다.
이때 물체광은 거울(40)에 의해 방향이 90°방향이 변경되어 공간광 변조기(50)로 입력되어 변조된다. 즉, 물체광은 공간광 변조기(50)에서 입력된 데이터가 실져 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된후 저장 매체(60)로 입사된다.
또한, 기준광은 회전 거울(30)에 의해 각도가 변화되어 저장 매체(60)로 입사된다. 즉, 각각의 페이지에 상응하게 회전 거울(30)의 각도를 조금씩 달리하는 기준광은 저장 매체(60)인 저장 크리스탈로 입사된다.
물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체(60) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생된 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(60)의 내부 운동 전하의 광유도 현상(Light-induced generation of mobile charge)이 발생되고 이러한 과정을 통하여 간섭 무늬가 기록된다.
저장 매체(60)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서는 기준광만을 저장 매체(60)에 조사하면 된다. 즉, 기준광을 조사하면 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 CCD(70) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.
이와 같이 하나의 페이지를 기록한 후 다음 페이지에서는 회전 거울(30)의 각도를 조금 달리하는 기준광이 적용된다. 즉, 각각의 페이지에는 회전 거울(30)의 각도의 변화에 따라 기준광이 상응하게 적용되는데 데이터의 첫 페이지를 저장 매체에 기록한후, 기준광의 각도를 첫 번째 홀로그램의 재생 복원상이 완전히 사라질때까지 증가시키고, 이때 다시 다른 각도의 기준광으로 새로운 데이터 페이지를 입력시켜 저장 매체(60)에 기록하게 된다.
다시말해서, 각도 중첩 기법을 이용하여 각 페이지의 기록시마다 기준광의 각도를 변화시키는 과정을 반복하여 데이터를 저장 매체 내부에 중첩 기록하게 된다.
이와 같이 각도 중첩 기법을 이용하여 기준광의 각도가 변화되어 기록되면 재생시에도 마찬가지로 동일한 각도의 기준광을 저장 매체(60)로 조사하여야 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬를 복원할 수가 있으며 이후 읽어진 상은 CCD(70)에 의해 원래의 데이터로 복원된다.
또한, 상기 각도 중첩과 함께 저장 매체(60)를 길이 방향으로 이동 변화시키는 공간 중첩(Spatial Multiplexing) 기법에 의해 변조된 물체광이 저장 매체(60)에 중첩 기록된다. 즉, 데이터의 첫 페이지를 저장 매체(60)의 선단에 기록한후, 저장 영역간에 간섭이 일어나지 않을 정도로 저장 매체(60)를 충분히 이동시킨후 다음 페이지를 기록한다.
이와 같이 각도 중첩 또는 공간 중첩을 이용하여 많은 페이지의 데이터를 저장하기 위해서는 앞서 기록된 데이터가 지워지지 않도록 데이터의 장수가 증가함에 따라 입사되는 광의 양을 줄여야 한다.
이를 위해 상기 제어부(90)에서는 상기 셔터(80)를 제어하여 광원(100)으로부터 광이 입사되는 시간을 조절하게 된다.
삭제 시간 상수(Erase time constant)(τe)이 기록 시간 상수(Recording time constant)(τr)가 동일한 경우 m번째 홀로그램 데이터의 기록 시간(tm)은 다음 수학식 1 과 같다.
이에 따라 m번째 홀로그램의 크기는 다음 수학식 2 와 같다.
또한, 삭제 시간 상수(Erase time constant)(τe)이 기록 시간 상수(Recording time constant)(τr)가 동일하지 않은 경우 m번째 홀로그램 데이터의 기록 시간(tm)은 다음 수학식 3 과 같다.
이에 따라 m번째 홀로그램의 크기는 다음 수학식 4 와 같다.
이때 m번째 홀로그램의 크기가 홀로그램 포화 크기(Saturated Amplitude)(A0)보다 매우 작으면(Am＜＜A0)이면 페이지수(M)은 다음 수학식 5 와 같다.
따라서 기록 페이지수에 각각 해당하는 기록 시간은 도 2 에 도시한 바와 같이 장수 즉, 페이지수가 증가함에 미세하게 제어해야 하고 이를 수행하는 프로그램을 형성하기 어려운 문제점이 있었다.
상기 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 감쇠기(Attenuator)를 이용하여 미소 시간 제어에 의한 오차를 줄이고 기록 시간을 일정하게 유지하기 위한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 입사 및 투과되는 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 페이지 단위로 기록하는 저장 매체, 광원으로부터 입사되는 광의 세기를 조절하기 위해 회전하는 감쇠기, 상기 감쇠기를 통해 입사되는 광을 통과 및 차단하는 셔터, 기록 시간을 동일하게 유지하기 위해 상기 셔터를 제어하고 광의 세기를 조절하기 위해 상기 감쇠기의 회전을 제어하는 제어부, 상기 셔터를 통해 입사되는 광을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기, 상기 광분리기로부터 입사되는 기준광의 광로상에 위치하며 기록 페이지에 따라 입사되는 기준광의 각도를 변화시키면서 방향을 변경시켜 상기 저장 매체로 입사시키는 제1 거울, 상기 광분리기로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 입사되는 물체광의 방향을 변경시켜 상기 저장 매체로 입사시키는 제2 거울, 상기 제2 거울로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 상기 물체광에 입력 데이터를 실어 상기 저장 매체로 입사시키는 공간광변조기, 및 상기 저장매체에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭 무늬의 광로상에 위치하며 상기 저장 매체에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 CCD를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템을 제공한다.
도 1 은 일반적인 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 구성도
도 2 는 기록 시간 스케쥴을 나타낸 도면
도 3 은 본 발명에 의한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 구성도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100 : 광원 20, 130 : 광분리기
30, 40, 140, 150 : 거울 50, 160 : 공간광변조기
60, 170 : 저장 매체 70, 180 : CCD
80, 120 : 셔터 110 : 감쇠기
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 도 3 에 도시한 바와 같이 저장 매체(170),감쇠기(110), 셔텨(120), 제어부(190), 광분리기(130), 거울(140, 150), 공간광 변조기(160), 및 CCD(180)로 구성된다.
상기 저장 매체(170)는 입사 및 투과되는 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 페이지 단위로 기록하는 것이다.
상기 감쇠기(110)는 상기 제어부(190)의 제어에 따라 광원(100)으로부터 입사되는 광의 세기를 조절하기 위해 회전한다.
상기 셔터(120)는 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 감쇠기(110)를 통해 입사되는 광을 통과 및 차단한다.
상기 제어부(190)는 기록 시간을 동일하게 유지하기 위해 상기 셔터(120)를 제어하고 광의 세기를 조절하기 위해 상기 감쇠기(110)의 회전을 제어하는 것이다.
상기 광분리기(130)는 상기 셔터(120)를 통해 입사되는 광을 기준광과 물체광으로 분리하는 것이다.
상기 거울(140)은 회전 거울로 이루어지며 상기 광분리기(130)로부터 입사되는 기준광의 광로상에 위치하며 기록 페이지에 따라 입사되는 기준광의 각도를 변화시키면서 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 것이다.
상기 거울(150)은 상기 광분리기(130)로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 입사되는 물체광의 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시킨다.
상기 공간광변조기(160)는 상기 거울(150)로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 상기 물체광에 입력 데이터를 실어 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 것이다.
상기 CCD(180)는 상기 저장매체(170)에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭 무늬의 광로상에 위치하며 상기 저장 매체(170)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 홀로그램 데이터 저장 시스템의 동작을 설명한다.
광원(100)에서 조사된 광은 제어부(190)의 제어에 따라 광의 세기를 조절하기 위한 감쇠기(190)와 셔터(120)를 통해 광분리기(130)로 입사된다.
즉, 상기 제어부(190)에서는 동일한 기록 시간으로 기록하기 위해 일정 시간 동안 셔터(130)를 열고, 페이지 단위로 기록해 나가면서 동일한 기록 시간에서 광의 세기를 조절하기 위해 감쇠기(110)를 회전시키는데 이를 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
저장 매체(170)에 입사되는 에너지(E)는 다음 수학식 6 에 나타낸 바와 같다.
E = tm⋅I
여기서, tm 은 기록 시간이고 I는 광의 세기이다.
이것을 본 발명에 의한 감쇠기(110)에 적용시키면 다음 수학식 7 과 같다.
E = t⋅Im
따라서 제어부(190)의 제어에 따라 기록 시간(t)은 일정하고 광의 세기(Im)가 변화되어 스케쥴링(Scheduling)이 가능해진다.
이와 같이 감쇠기(110)에 의해 광의 세기가 변화되고 셔터(120)에 의해 일정한 기록 시간를 동안 입사되는 광은 광분리기(130)에서 기준광과 물체광으로 나뉘어진다.
이때 물체광은 거울(150)에 의해 방향이 90°방향이 변경되어 공간광 변조기(160)로 입력되어 변조된다. 즉, 물체광은 공간광 변조기(160)에서 입력된 데이터가 실제 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된후 저장 매체(170)로 입사된다.
또한, 기준광은 회전 거울(140)에 의해 각도가 변화되어 저장 매체(170)로 입사된다. 즉, 각각의 페이지에 상응하게 회전 거울(140)의 각도를 조금씩 달리하는 기준광은 저장 매체(170)인 저장 크리스탈로 입사된다.
물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체(170) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생된 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(170)의 내부 운동 전하의 광유도 현상(Light-induced generation of mobile charge)이 발생되고 이러한 과정을 통하여 간섭 무늬가 기록된다.
이와 같이 하나의 페이지를 기록한 후 다음 페이지에서는 회전 거울(140)의 각도를 조금 달리하는 기준광이 적용된다. 이때, 상기 제어부(190)에서는 앞에서 설명한 바와 같이 감쇠기(110)를 회전시켜 광의 세기를 줄이면서 동일한 시간동안 광이 입사되도록 셔터(120)를 제어한다.
즉, 각각의 페이지에는 회전 거울(140)의 각도를 변화시키면서 동시에 감쇠기(110)의 회전을 이용하여 광분리기(130)로 입사되는 입사광의 세기를 조절한다. 이때 광이 조사되는 시간은 이전 페이지의 기록시와 동일하다. 따라서 셔터(120)는 페이지에 관계없이 일정한 시간 동안 열리게 된다.
이와 같이 감쇠기를 이용하여 광의 세기를 줄이면서 동일한 시간 동안 광을 조사하여 전체 광의 세기가 줄어들도록 하므로써 각 페이지의 중첩 기록이 가능하도록 한다.
한편, 회전 거울(140)을 이용한 각도 중첩 뿐 만 아니라 공간 중첩시에도 상술한 바와 같이 광의 세기를 조절하게 된다.
이와 같이 저장 매체(170)에 기록된 데이터는 기준광의조사로 읽어낼 수 있게 된다. 즉, 기준광을 조사하면 저장 매체(170)에 기록된 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 CCD(70) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 감쇠기를 이용하여 광의 세기를 줄이고 동일한 조사 시간에 의해 각 페이지의 데이터가 기록되도록 하므로써 셔터에 의해 조사 시간을 미세하게 제어할 필요가 없어지는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 입사 및 투과되는 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 페이지 단위로 기록하는 저장 매체(170);
    광원(100)으로부터 입사되는 광의 세기를 조절하기 위해 회전하는 감쇠기(110);
    상기 감쇠기(110)를 통해 입사되는 광을 통과 및 차단하는 셔터(120);
    기록 시간을 동일하게 유지하기 위해 상기 셔터(120)를 제어하고 광의 세기를 조절하기 위해 상기 감쇠기(110)의 회전을 제어하는 제어부(190);
    상기 셔터(120)를 통해 입사되는 광을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기(130);
    상기 광분리기(130)로부터 입사되는 기준광의 광로상에 위치하며 기록 페이지에 따라 입사되는 기준광의 각도를 변화시키면서 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 제1 거울(140);
    상기 광분리기(130)로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 입사되는 물체광의 방향을 변경시켜 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 제2 거울(150);
    상기 제2 거울(150)로부터 입사되는 물체광의 광로상에 위치하며 상기 물체광에 입력 데이터를 실어 상기 저장 매체(170)로 입사시키는 공간광변조기(160); 및
    상기 저장매체(170)에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭 무늬의 광로상에 위치하며 상기 저장 매체(170)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 CCD(180)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템.
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