KR100301437B1 - 홀로그램기록장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀로그램기록장치에 관한 것으로, 레이저광을 빔스플리터에 의하여 기준빔 및 신호빔으로 분리시키고, 신호빔은 빔확장기에 의하여 신호빔의 단면을 확장시켜 출사시킨다. 공간광변조기는 빔확장기로부터 확장되어 입사된 신호빔을, PC로부터 입력된 영상신호에 의하여 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 가지도록 변조시킨다. 공간광변조기를 통과하여 영상신호 데이터를 갖는 신호빔은 제1 렌즈에 의하여 집광된다. 반사미러는 상기 기준빔의 광경로 상에 배치되며 상기 기준빔을 상기 신호빔에 수직한 방향에서 상기 저장물질을 향하여 진행하도록 반사시킨다. 저장물질은 P-S편광의 영상신호 데이터를 갖는 신호빔이 포커싱되는 위치에 배치되어 수직으로 교차되면서 입사하는 기준빔과 교차하는 위치에 신호빔 및 기준빔의 편광간섭에 의하여 형성되는 밝고 어두운 영상신호데이터를 기록한다. 이리하여 공간광변조기에서 P-S편광으로 표현된 데이터를 출사시킴으로써 데이터의 기록시간이 일정하고 신속하게 기록될 수 있다.

Description

홀로그램기록장치
본 발명은 홀로그램기록장치에 관한 것으로, 특히 공간광변조기에서 P-S편광으로 표현된 데이터를 출사시킴으로써 데이터의 기록시간이 일정하고 신속하게 기록될 수 있는 홀로그램기록장치에 관한 것이다.
일반적으로, 사진에 보이는 이미지(image)는 물체로부터 반사된 빛의 세기에서의 변화를 기록하는 것이다. 즉, 일반적인 사진에서는 빛이 덜 반사된 부분은 검은 영역을 형성하고 빛이 많이 반사된 부분은 밝은 영역을 형성하게 된다.
한편, 반면에 홀로그래피(holography)는 빛의 세기 뿐만 아니라 그것의 위상까지도 기록이 가능한 방법이다. 다시 말하면, 밝고 어두운 정보(빛의 세기)와 함께 물체로부터 반사된 빛이 만드는 파동면이 물체의 위치에 따라 다르게 보이는 정도(빛의 위상)까지도 기록이 된다는 점이 보통의 사진과 홀로그래피의 다른 특징이다. 그리고, 사진과는 다른 점으로서, 기록에 사용하는 광원이 일반 빛이 아니라 레이저광이라는 것이다.
원하는 영상을 기록할 때 홀로그래피는 물체의 완전한 정보를 기록할 수 있는 일종의 사진술이라고 정의내릴 수 있다. 그리고, 이 기술을 이용한 이미지의 기록물을 홀로그램(hologram)이라고 한다.
이러한 홀로그램을 기록하기 위한 장치에 관하여 제1도, 제2(a)도 및 제2(b)도를 참조로 하여 이하에 설명하겠다.
제1도에 도시된 바와 같이, 레이저광원(10)으로부터 조사된 빔이 제1 미러(11)에 의하여 반사되어 빔스플리터(12)에 의하여 반사 또는 투과됨으로써 기준빔(Reference Beam) 및 신호빔(Signal Beam)의 두 빔으로 분리된다.
이 때, 상기 빔스플리터(12)에 의하여 투과된 신호빔(S)은 제2 미러(13)에 의해 반사되어 빔확장기(14)(Beam Expander)에 입사된다. 이 빔확장기(14)를 통과한 빔은 공간광변조기(15)(Spatial Light Modulator)에 입사된다. 공간광변조기(15)에는 PC(30;Personal Computer)가 연결되어 PC(30)로부터 상이 입력되게 된다. 여기서, 빔확장기(14)를 통하여 확장되어 공간광변조기(15)로 입사된 빔은, PC(30)로부터 입력된 상의 크기와 동일하도록 설정된다.
공간광변조기(15)는 일종의 LCD(Liquid Crystal Display)로서, PC(30)로부터 입력된 영상신호를 빛의 세기(Intensity)의 변화, 즉 밝고 어두운 픽셀(pixel)로 데이터를 표현한다. 즉, 예를 들면, 제2(a)도에 도시된 바와 같이, 공간광변조기(15)의 상투명전극(151) 및 하투명전극(153)에 전기장이 가해지는 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 평행하게 배열되고, 전기장이 가해지지 않은 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 수직하게 배열된다. 따라서, 전기장이 가해지는 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되고 전기장이 가해지지 않은 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되지 않게 된다. 이러한 각각 서로 다른 편광 데이터를 가진 빔은 편광필터(155)를 통과하게 되고, 이 빔은, 제2(b)도의 이미지로 나타난 바와 같이, 신호빔(S)의 편광이 변환된 픽셀은 어두운 무늬로, 편광이 변환되지 않은 픽셀은 밝은 무늬로 되어 공간광변조기(15)로부터 출사된다.
이렇게 공간광변조기(15)에 의하여 밝고 어두운 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 가진 빔은 평행광으로 진행하여, 제1 렌즈(16)를 통과하면서, 포커싱된다.
이 빔은 제1 렌즈(16)의 초점거리에 설치된 1㎤ 정도 크기의 크리스탈로 구성된 저장물질(20) 내에 포커싱된다.
한편, 상기 빔스플리터(12)로부터 반사된 기준빔(R)은 직진하여 상기 저장물질(20) 상부위치까지 진행한다. 이 기준빔(R)은 상기 저장물질(20)의 상부위치에 설치된 제3 미러(18), 예를 들면 갈바노미러(Galvano-Mirror)에 의하여 수직반사되어 상기 신호빔(S)과 직교하면서 상기 저장물질(20)에 입사된다.
이리하여, 제3(a)도 및 제3(b)도에 도시된 바와 같이, 상기 저장물질(20) 내의 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하는 부분에서는 상기 신호빔이 가지고 있는 밝고 어두운 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 저장하게 된다.
이 저장물질(20)의 각 위치에 저장된 빔은 제2 렌즈(17)를 경유하면서 일정 광폭으로 CCD(24;Camcoder)에 입사되어 재생될 수 있다.
한편, PC(30)로부터 또 다른 영상신호가 입력되면 이를 저장물질(20) 내에 저장하기 위하여, 상기 제3 미러(18)를 0.001° ∼10° 범위 내에서 회전시킴으로써 기준빔(R)의 방향을 조금 바꾸어 준다. 이리하면 저장물질(20)의 또 다른 위치에서 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하게 되고, 이 새로운 교차위치에 상기 신호빔(S)이 가지고 있는 밝고 어두운 픽셀로 표현된 또 다른 영상신호 데이터를 저장하게 된다. 추가로, 제3 렌즈(19)는 상기 갈바노미러인 제3 미러(18)에 의하여 변하된 빔의 각 방향이 너무 크지 않도록 적절히 조절하기 위하여 적용된다.
상기 저장물질(20)의 내의 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하는 부분이 보통 약 1㎟이고, 1mm당 1,000개의 픽셀이 형성된다고 할 경우 이 교차부분 내에는 1M(1*106) 비트(bit)의 데이터를 저장할 수 있다. 크리스탈로 된 저장물질(20)의 상기 1㎠의 영역에는 108비트의 데이터가 저장될 수 있으며, 갈바노미러인 제3 미러(18)의 회전각을 0.001°로 조정할 수 있는 경우, 약 1㎤ 크기의 크리스탈로 된 저장물질(20) 내에는 1T(1*1012) 비트의 데이터를 저장할 수 있게 되며 이는 놀라운 정보 저장량이 아닐 수 없다.
그런데 상기와 같은 홀로그램기록장치에 따르면, LCD로 구성되는 공간광변조기(15)의 상투명전극(151) 및 하투명전극(153)에 전기장이 가해지는지 아닌지의 여부에 따라 편광 변환 여부가 결정되게 되고, 이러한 편광 데이터를 가진 빔은 편광필터(155)를 통과하면서 밝고 어두운 무늬의 픽셀들로 표현된 데이터를 가지게 된다. 그 후 상기 저장물질(20) 내의 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하는 부분에서 상기 신호빔(S)이 가지고 있는 밝고 어두운 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 기록하게 되는데, 이 때 어두운 픽셀이 많은 데이터의 빔이 입력된 경우 밝은 픽셀이 많은 데이터의 빔의 경우에 비하여 저장물질 내에 기록하는 시간이 훨씬 오래 걸릴 뿐 아니라, 데이터 기록시간이 균등하지 못하여 밝은 픽셀들이라 하더라도 기록시간이 오래 걸린 픽셀의 경우 밝은 정도가 더욱 크게 되는 등 밝은 픽셀의 각 밝기가 균등하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 공간광변조기에서 P-S편광으로 표현된 데이터를 출사시킴으로써 데이터의 기록시간이 일정하고 신속하게 기록될 수 있는 홀로그램기록장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저광원으로부터 조사된 레이저광을 반사 또는 투과시킴으로써 기준빔 및 신호빔의 두 빔으로 분리시키는 빔스플리터; 상기 신호빔의 광경로 상에 배치되어 입사된 신호빔의 단면을 확장시켜 출사시키기 위한 빔확장기(Beam Expander); 빔확장기로부터 확장되어 입사된 신호빔을, PC로부터 입력된 영상신호에 의하여 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 가지도록 변조시키는 공간광변조기(Spatial Light Modulator); 공간광변조기를 통과하여 P-S편광의 영상신호 데이터를 갖는 신호빔을 집광하는 제1 렌즈부; 상기 기준빔의 광경로 상에 배치되며 상기 기준빔을 상기 신호빔에 수직한 방향에서 상기 저장물질을 향하여 진행하도록 반사시키는 반사미러; 및 P-S편광의 영상신호 데이터를 갖는 신호빔이 포커싱되는 위치에 배치되어 수직으로 교차되면서 입사하는 기준빔과 교차하는 위치에 신호빔 및 기준빔의 편광간섭에 의하여 형성되는 밝고 어두운 영상신호데이터를 기록하는 저장물질;를 포함하는 홀로그램기록장치를 제공한다.
상기의 공간광변조기(Spatial Light Modulator)는 상투명전극 및 하투명전극에 전기장이 가해지는 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 평행하게 배열되고, 전기장이 가해지지 않은 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 수직하게 배열됨으로써, 전기장이 가해지는 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되고 전기장이 가해지지 않은 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되지 않게 되어, 입사된 빔을 신호빔을 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 포함하도록하여 출사시킨다.
이러한 본 발명의 홀로그램기록장치에 의하면, 편광필터를 제거한 공간광변조기(Spatial Light Modulator)에 의하여 신호빔을 P-S편광으로 표현된 데이터의 빔으로 출사시킴으로써 데이터의 기록시간이 일정하고 신속하게 기록될 수 있게 된다.
제1도는 종래의 홀로그램 기록장치를 개략적으로 도시한 개략도.
제2(a)도는 종래 홀로그램 기록장치의 공간광변조기를 설명하기 위한 개념도.
제2(b)도는 제2(a)도의 공간광변조기를 통과한 신호빔의 밝고 어두운 픽셀데이터를 간략하게 도시한 도.
제3(a)도는 종래의 홀로그램 기록장치의 공간광변조기를 통과한 빔이 저장물질에서 교차하는 상태를 도시한 도.
제3(b)도는 저장물질에 기록된 상을 CCD화면에 재생한 도이고,
제4도는 본 발명의 홀로그램 기록장치를 개략적으로 도시한 개략도.
제5(a)도는 본 발명 홀로그램 기록장치의 공간광변조기를 설명하는 개념도.
제5(b)도는 제5(a)도의 공간광변조기를 통과한 신호빔의 P-S편광의 픽셀데이터를 간략하게 도시한 도.
제5(c)도는 저장물질에 기록된 상을 CCD화면에 재생한 도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저광원 12 : 빔스플리터
14 : 빔확장기 15 : 공간광변조기
20 : 저장물질 24 : CCD
30 : PC 151 : 상투명전극
152 : 하투명전극 155 : 편광필터
150 : 편광필터를 제거한 공간광변조기
이하, 본 발명의 홀로그램 기록장치를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4도 및 제5(a)도 내지 제5(c)도에 도시된 바와 같이, 레이저광원(10)으로부터 조사된 빔이 제1 미러(11)에 의하여 반사되어 빔스플리터(12)에 의하여 반사 또는 투과됨으로써 기준빔(Reference Beam) 및 신호빔(Signal Beam)의 두 빔으로 분리된다.
이 때, 상기 빔스플리터(12)에 의하여 투과된 신호빔(S)은 제2 미러(13)에 의해 반사되어 빔확장기(14)(Beam Expander)에 입사된다. 이 빔확장기(14)를 통과한 빔은 공간광변조기(150)(Spatial Light Modulator)에 입사된다. 공간광변조기(150)에는 PC(30;Personal Computer)가 연결되어 PC(30)로부터 상이 입력되게 된다. 여기서, 빔확장기(14)를 통하여 확장되어 공간광변조기(150)로 입사된 빔은, PC(30)로부터 입력된 상의 크기와 동일하도록 설정된다.
공간광변조기(150)는, 제5(a)도에 도시된 바와 같이, 일종의 LCD(Liquid Crystal Display)로서 배면의 편광필터를 제거한 데 특징이 있다. 이러한 공간광변조기(150)는, 제5(b)도에 도시된 바와 같이, PC(30)로부터 입력된 영상신호를 P-S편광의 픽셀(pixel)들로 데이터를 표현한다. 상기의 공간광변조기(150)(Spatial Light Modulator)는 상투명전극(151) 및 하투명전극(153)에 전기장이 가해지는 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 평행하게 배열되고, 전기장이 가해지지 않은 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 수직하게 배열됨으로써, 전기장이 가해지는 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되고 전기장이 가해지지 않은 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되지 않게 된다. 이리하여, 공간광변조기(150)(Spatial Light Modulator)는 제5(c)도의 이미지로 나타난 바와 같이 입사된 신호빔을 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 포함하여 출사시킨다.
이렇게 공간광변조기(150)에 의하여 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 가진 빔은 평행광으로 진행하여, 제1 렌즈(16)를 통과하면서 포커싱된다.
이 빔은 제1 렌즈(16)의 초점거리에 설치된 1㎤ 정도 크기의 크리스탈로 구성된 저장물질(20) 내에 포커싱된다.
한편, 상기 빔스플리터(12)로부터 반사된 기준빔(R)은 편광의 변환없이, 예를들면 그대로 P편광을 유지하면서 직진하여 상기 저장물질(20) 상부위치까지 진행한다. 이 기준빔(R)은 상기 저장물질(20)의 상부위치에 설치된 제3 미러(18)에 의하여 수직반사된다. 이 수직반사된 기준빔(R)은 상기 저장물질(20) 내의 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하는 부분에서는 상기 신호빔(S)이 가지고 있는 밝고 어두운 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 저장하게 된다. 즉, 편광필터와 마찬가지로, 신호빔(S)의 편광과 기준빔(R)의 편광이 같은 경우에는 밝게 되고, 신호빔(S)의 편광과 기준빔(R)의 편광이 다른 경우에는 어둡게 된다.
이 저장물질(20)의 각 위치에 저장된 빔은 제2 렌즈를 경유하면서 일정한 광폭으로 CCD(24;Camcoder)에 입사되어 재생될 수 있다.
한편, PC(30)로부터 또 다른 영상신호가 입력되면 이를 저장물질(20) 내에 저장하기 위하여, 상기 갈바노미러인 제3 미러(18)를 0.001° ∼10° 범위 내에서 회전시킴으로써 기준빔의 방향을 조금 바꾸어 준다. 이리하면 저장물질(20)의 또 다른 위치에서 신호빔(S) 및 기준빔(R)이 교차하게 되고, 이 새로운 교차위치에 상기 신호빔(S)이 가지고 있는 밝고 어두운 픽셀로 표현된 또 다른 영상신호 데이터를 저장하게 된다. 추가로, 제3 렌즈(19)는 상기 갈바노미러인 제3 미러(18)에 의하여 변화된 빔의 각 방향이 너무 크지 않도록 적절히 조절하기 위하여 적용된다.
상기 저장물질(20)의 내의 신호빔(S) 및 기준비(R)이 교차하는 부분이 보통 약 1㎟이고, 1mm당 1,000개의 픽셀이 형성된다고 할 경우 이 교차부분 내에는 1M(1*106) 비트(bit)의 데이터를 저장할 수 있다. 크리스탈로 된 저장물질(20)의 상기 1㎠의 영역에는 108비트의 데이터가 저장될 수 있으며, 갈바노미러인 제3 미러(18)의 회전각을 0.001°로 조정할 수 있는 경우, 약 1㎤ 크기의 크리스탈로 된 저장물질(20) 내에는 1T(1*1012) 비트의 데이터를 저장할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 이러한 본 발명의 홀로그램기록장치에 의하면, 편광필터를 제거한 공간광변조기(Spatial Light Modulator)에 의하여 신호빔을 P-S편광으로 표현된 데이터의 빔으로 출사시킴으로써 데이터의 기록시간이 일정하고 신속하게 기록될 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 레이저광원으로부터 조사된 레이저광을 반사 또는 투과시킴으로써 기준빔 및 신호빔의 두 빔으로 분리시키는 빔스플리터; 상기 신호빔의 광경로 상에 배치되어 입사된 신호빔의 단면을 확장시켜 출사시키기 위한 빔확장기(Beam Expander); 빔확장기로부터 확장되어 입사된 신호빔을, PC로부터 입력된 영상신호에 의하여 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 가지도록 변조시키는 공간광변조기(Spatial Light Modulator); 공간광변조기를 통과하여 P-S편광의 영상신호 데이터를 갖는 신호빔을 집광하는 제1 렌즈부; 상기 기준빔의 광경로 상에 배치되며 상기 기준빔을 상기 신호빔에 수직한 방향에서 상기 저장물질을 향하여 진행하도록 반사시키는 반사미러; 및 P-S편광의 영상신호 데이터를 갖는 신호빔이 포커싱되는 위치에 배치되어 수직으로 교차되면서 입사하는 기준빔과 교차하는 위치에 신호빔 및 기준빔의 편광간섭에 의하여 형성되는 밝고 어두운 영상신호데이터를 기록하는 저장물질을 포함함을 특징으로 하는 홀로그램기록장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기의 공간광변조기(Spatial Light Modulator)는 상투명전극 및 하투명전극에 전기장이 가해지는 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 평행하게 배열되고, 전기장이 가해지지 않은 경우 해당 픽셀 내부의 액정이 액정표면에 수직하게 배열됨으로써, 전기장이 가해지는 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되고 전기장이 가해지지 않은 픽셀을 통과한 신호빔은 편광이 변환되지 않게 되어, 입사된 빔을 신호빔을 P-S편광의 픽셀로 표현된 영상신호 데이터를 포함하도록하여 출사시킴을 특징으로 하는 홀로그램기록장치.
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