KR100396946B1 - 홀로그래픽 데이터 저장 시스템 - Google Patents

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KR100396946B1 KR10-1998-0059749A KR19980059749A KR100396946B1 KR 100396946 B1 KR100396946 B1 KR 100396946B1 KR 19980059749 A KR19980059749 A KR 19980059749A KR 100396946 B1 KR100396946 B1 KR 100396946B1
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Abstract

본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 저장 매체를 회전 중첩(Rotation multiplexing)시 발생하는 변위의 변화를 보정한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 광원(110)으로부터 입사된 빛을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기(120), 상기 광분리기(120)로부터 출력되는 물체광의 방향을 변화시키는 제1 거울(130), 상기 광분리기(120)로부터 출력되는 기준광의 방향을 변화시키는 제2 거울(140), 상기 제1 거울(130)에서 반사된 물체광에 데이터를 입력시키는 SLM(150), 회전 중첩을 위해 일정 각도로 회전하면서 상기 제2 거울(140)에서 반사되어 입사되는 기준광과 상기 SLM(150)으로부터 입사되는 물체광에 의해 발생된 홀로그램 데이터들을 저장하는 저장 매체(160), 상기 저장 매체(160)에서 재생되어 입사되는 재생광을 전기적인 신호로 변환시키는 CCD(170), 상기 저장 매체(160)와 동일한 두께(ℓ) 및 굴절율(ｎ)을 갖고 상기 저장 매체(160)와 CCD(170) 사이에 위치하여 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위(x)를 보정하기 위한 위치 보정체(180) ,상기 저장 매체(160) 및 위치 보정체(180)를 일정 각도로 각각 회전시키는 제1 및 제2 회전 모터(190, 200), 및 상기 저장 매체(160)의 회전 중첩을 위해 상기 제1 회전 모터(190)를 제어하고 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위 보정을 위해 상기 위치 보정체(180)가 저장 매체(160)와 동일한 회전 각도(α)로 반대 방향으로 회전하도록 상기 제2 회전 모터(200)를 제어하는 마이크로 프로세서(210)로 구성된다.
본 발명은 저장 매체의 회전 중첩시 발생되는 변위의 변화를 보정하므로써 효율적으로 회전 중첩을 사용할 수 있도록 하면서 보다 안정적인 시스템의 적용이 가능하고 광학계의 설계가 용이해진다.

Description

홀로그래픽 데이터 저장 시스템(HOLOGRAPHIC DATA STORAGE SYSTEM)
본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 저장 매체를 회전 중첩(Rotation multiplexing)시 발생하는 변위의 변화를 보정한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 홀로그래픽 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 홀로그램 성질을 이용하여 각각 다른 기준광으로 저장 물질입방체의 같은 장소에 많은 홀로그램 데이터를 기록하므로써 작은 저장 매체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능해 진다.
이와 같이 저장 매체에 많은 양의 데이터를 저장하기 위해 저장 매체를 회전시키는 회전 중첩 방법이 사용되는데, 이러한 종래의 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 도 1 에 도시한 바와 같이 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 방향을 변경시키는 회전 거울(40), 물체광의 방향을 변경시키는 거울(30), 거울(30)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, 이하 SLM이라 함)(50), 상기 SLM(50)으로부터 출력되는 물체광과 회전 거울(40)에서 반사된 기준광이 서로 교차되는 광로상에 위치하고 회전 중첩이 이루어지며 상기 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 기록하고 기준광의 조사로 기록된 간섭 무늬를 복원 출력하는 저장 매체(60), 및 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)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(30)에 의해 방향이 90°방향이 변경되어 SLM(50)으로 입력되어 변조된다. 즉, 물체광은 SLM(50)에서 입력된 데이터가 실제 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된후 저장 매체(60)로 입사된다.
이때 저장 매체(60)는 회전하면서 입사되는 물체광의 입사각을 변화시킨다. 즉 각각의 페이지에 상응하게 상기 저장 매체(60)가 회전되어 물체광의 입사각이 조금씩 달라지게 된다.
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.
이와 같이 저장 매체(60)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서는 기준광을 조사하면서 저장 매체(60)를 회전시키면 된다. 즉, 저장 매체(60)를 일정 각도 회전시키면서 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 저장 매체(60)를 회전시키면 된다. 즉, 각각의 페이지는 저장 매체(60)의 각도의 변화에 따라 적용되는데 데이터의 첫 페이지를 저장 매체에 기록한후, 저장 매체(60)의 회전 각도를 첫 번째 홀로그램의 재생 복원상이 완전히 사라질때까지 증가시키고, 이때 다시 저장 매체(60)의 회전 각도로 새로운 데이터 페이지를 입력시켜 저장 매체(60)에 기록하게 된다.
다시말해서, 저장 매체 회전 중첩 기법을 이용하여 각 페이지의 기록시마다 저장 매체(60)의 회전 각도를 변화시키는 과정을 반복하여 데이터를 저장 매체 내부에 중첩 기록하게 된다.
이와 같이 저장 매체 회전 중첩 기법을 이용하여 저장 매체의 회전 각도가 변화되어 기록되면 재생시에도 마찬가지로 동일한 회전 각도로 저장 매체를 회전시켜 기준광을 조사하여야 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬를 복원할 수가 있으며 이후 읽어진 상은 CCD(70)에 의해 원래의 데이터로 복원된다.
이와 같이 저장 매체 회전 중첩을 이용하는 종래의 홀로그램 데이터 저장 시스템은 광학계가 고정되어 있어 시스템 전체가 안정적인 장점이 있는 반면 재생시 변위의 변화가 발생하게 되는데 이를 도 2a 및 도 2b 와 도 3을 참조하여 설명한다.
재생광은 기록시 사용한 물체광의 연장선에 위치하게 된다. 따라서 저장 매체(60)가 회전하지 않은 경우에는 도 2a 에 도시한 바와 같이 정상적으로 변위의 변화 없이 재생광이 출력되게 된다.
그러나 도 2b 에 도시한 바와 같이 저장 매체(60)가 각도(α)만큼 회전한 상태가 되면 굴절율 차이에 의해 굴절각에 변화가 발생하고 재생시 x만큼의 변위의 변화가 발생한다.
따라서 도 3 에 도시한 바와 같이 CCD(70)에 입사되는 재생광의 위치가 변화되게 되어 재생광이 모두 CCD(70)에 입사되지 못하게 된다. 이에 따라 저장 매체(60)의 회전 각도에 따라 CCD의 위치를 바구어주어야만 재생이 가능해지므로 CCD를 고정시키는 경우 사용 가능한 회전 각도가 제한적이 되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 개선하기 위해 본 발명은 저장 매체의 회전 각도에 다른 재생광의 위치를 보정하여 저장 매체의 회전 중첩을 안정적으로 수행하기 위한 홀로그램 데이터 저장 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 광원으로부터 입사된 빛을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기, 상기 광분리기로부터 출력되는 물체광의 방향을 변화시키는 제1 거울, 상기 광분리기로부터 출력되는 기준광의 방향을 변화시키는 제2 거울, 상기 제1 거울에서 반사된 물체광에 데이터를 입력시키는 SLM, 회전 중첩을 위해 일정 각도로 회전하면서 상기 제2 거울에서 반사되어 입사되는 기준광과 상기 SLM으로부터 입사되는 물체광에 의해 발생된 홀로그램 데이터들을 저장하는 저장 매체, 상기 저장 매체에서 재생되어 입사되는 재생광을 전기적인 신호로 변환시키는 CCD, 상기 저장 매체와 동일한 두께 및 굴절율을 갖고 상기 저장 매체와 CCD 사이에 위치하여 상기 저장 매체의 회전시 변화되는 재생광의 변위를 보정하기 위한 위치 보정체, 상기 저장 매체 및 위치 보정체를 일정 각도로 각각 회전시키는 제1 및 제2 회전 모터, 및 상기 저장 매체의 회전 중첩을 위해 상기 제1 회전 모터를 제어하고 상기 저장 매체의 회전시 변화되는 재생광의 변위 보정을 위해 상기 위치 보정체가 저장 매체와 동일한 회전 각도로 반대 방향으로 회전하도록 상기 제2 회전 모터를 제어하는 마이크로 프로세서로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템을 제공한다.
도 1 은 일반적인 회전 중첩 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 구성도
도 2 는 회전 중첩시 발생되는 재생광의 변위의 변화를 설명하기 위한 도면
도 3 은 회전 중첩시 CCD에 입사되는 재생광을 나타낸 도면
도 4 는 본 발명에 의한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 구성도
도 5 는 도 4 의 저장 매체와 위치 보정체의 특성을 설명하기 위한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 110 : 광원 20, 120 : 광분리기
30, 40, 130, 140 : 거울 50, 150 : SLM
60, 160 : 저장 매체 70, 170 : CCD
180 : 위치 보정체 190, 200 : 회전 모터
210 : 마이크로 프로세서
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 홀로그램 데이터 저장 시스템은 도 4 에 도시한 바와 같이 광분리기(120), 거울(130, 140), SLM(150), 저장 매체(160), 위치 보정체(180), CCD(170), 회전 모터(190, 200), 및 마이크로 프로세서(210)로 구성된다.
상기 광분리기(120)는 광원(110)으로부터 입사된 빛을 기준광과 물체광으로 분리하는 것이다.
상기 거울(130)은 상기 광분리기(120)로부터 출력되는 물체광의 방향을 변화시켜 물체광이 SLM(150)으로 입사되도록 하기 위한 것이다.
상기 거울(140)은 상기 광분리기(120)로부터 출력되는 기준광의 방향을 변화시켜 기준광이 저장 매체(160)로 입사되도록 하기 위한 것이다.
상기 SLM(150)은 상기 거울(130)에서 반사된 물체광에 데이터를 입력시켜 저장 매체(160)로 입사시키기 위한 것이다.
상기 저장 매체(160)는 회전 중첩을 위해 일정 각도로 회전하면서 상기 거울(140)에서 반사되어 입사되는 기준광과 상기 SLM(150)으로부터 입사되는 물체광에 의해 발생된 홀로그램 데이터들을 저장하는 것이다.
상기 CCD(170)는 상기 저장 매체(160)에서 재생되어 입사되는 재생광을 전기적인 신호로 변환시키는 것이다.
상기 위치 보정체(180)는 상기 저장 매체(160)와 동일한 두께(ℓ) 및 굴절율(ｎ)을 갖고 상기 저장 매체(160)에서 재생된 재생광이 통과하여 CCD(170)로 입사되도록 상기 저장 매체(160)와 CCD(170) 사이에 위치하여 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위(x)를 보정하기 위한 것이다.
상기 회전 모터(190)는 회전 중첩을 위해 상기 마이크로 프로세서(210)의 제어에 따라 상기 저장 매체(160)의 각도를 일정하게 회전시키는 것으로, 미세 조정을 위해 스텝핑 모터를 사용한다.
상기 회전 모터(200)는 상기 마이크로 프로세서(210)의 제어에 따라 상기 위치 보정체(180)를 상기 저장 매체(160)의 회전 각도와 같은 크기이고 반대 방향으로 회전시키는 것으로, 미세 조정을 위해 스텝핑 모터를 사용한다.
상기 마이크로 프로세서(210)는 상기 저장 매체(160)의 회전 중첩을 위해 상기 제1 회전 모터(190)를 제어하고 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위 보정을 위해 상기 위치 보정체(180)가 저장 매체(160)와 동일한 회전 각도(α)로 반대 방향으로 회전하도록 상기 제2 회전 모터(200)를 제어하는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 홀로그램 데이터 저장 시스템의 동작을 설명한다.
광원(110)에서 조사된 빛은 광분리기(120)에서 기준광과 물체광으로 나뉘어진다. 이때 물체광은 거울(130)에 의해 방향이 90°변경되어 SLM(150)으로 입사되고 외부로부터 데이터가 입력되어 저장 매체(160)로 출력된다.
또한, 상기 광분리기(120)로부터 출력되는 기준광은 거울(140)에 의해 방향이 90°변경되어 저장 매체(160)로 입사된다.
이때, 상기 저장 매체(160)는 마이크로 프로세서(210)의 제어를 받는 회전 모터(190)의 작동에 따라 회전하면서 입사되는 기준광과 물체광의 입사각을 변화시킨다. 즉 각각의 페이지에 상응하게 상기 저장 매체(160)가 회전하여 기준광과 물체광의 입사각이 조금씩 달라지게 된다.
물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체(160) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생된 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(160)에 기록된다.
이와 같이 저장 매체(160)에 데이터를 기록한후에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서는 기준광을 조사하면서 저장 매체(160)를 회전시키면 된다. 즉, 저장 매체(160)를 일정 각도 회전시키면서 기준광을 조사하면 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬의 재생광으로 복원되고 이후 읽어진 상을 CCD(170) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.
이때, 상기 재생광은 저장 매체(160)의 회전 각도에 따라 변위에 변화가 발생하게 되는데 이를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
저장 매체(160)의 회전 각도를 α라 하고, 굴절율을 ｎ이라 하고, 저장 매체의 두께를 ℓm이라 하고, 광의 실제 진행 방향은 실선으로 표시하였다.
저장 매체(160)가 α만큼 회전한 경우 다음 수학식 1을 만들 수 있다.
n1sinα=n2sinθ
여기서, n1 은 공기중의 굴절율이므로 '1'이 된다. 따라서 위의 수학식 1은 다음의 수학식 2 가 된다.
sinα=n2sinθ
이때 상기 저장 매체(160)의 두께는 ℓ 이므로 도 3 에 도시한 바와 같이 저장 매체(160)에서 나타나는 실제 재생광의 길이(ab=ℓm)는 다음 수학식 3 과 같이 된다.
따라서 변위량(x)는 다음 수학식 4 에 나타낸 바와 같다
그러므로 변위량(x)는 저장 매체(160)의 두께(ℓ), 회전 각도(α) 및 θ의 함수로 나타나게 된다. 그런데 θ는 굴절율(ｎ)의 함수이므로 변위량(x)은 저장 매체의 두께, 회전 각도, 및 굴절율에 의존하게 된다.
그러므로 변위량(x)를 보정하기 위한 위치 보정체(180)를 CCD(170)의 앞단에 설치하고 저장 매체(160)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켜 위치를 보정하므로써 CCD(170)에는 항상 일정한 위치에서 재생광이 입사되게 된다.
위치 보정체(180)가 저장 매체(160)와 반대 방향으로 회전시 변위량은 -x로 작용하므로 다음 수학식 5를 만족하면 보정이 완료된 것이다.
xm=xd
여기서, m 은 저장 매체에 대한 값이고 d는 위치 보정체에 대한 값이다.
따라서 위의 수학식 5 는 아래 수학식 6 으로 변화시킬 수 있다.
그러므로 저장 매체(160)와 위치 보정체(180)는 동일한 두께와 굴정율을 갖고 동일한 회전 각도로 서로 반대 방향으로 회전하면 된다.
따라서 마이크로 프로세서(210)에서는 재생시 회전 모터(190)를 제어하여 저장 매체(160)의 회전 각도를 조절하면서 동시시 회전 모터(200)를 제어하여 위치 보정체(180)가 동일한 크기의 회전 각도로 반대 방향으로 회전하도록 조절한다.
이에 따라 상기 저장 매체(160)와 위치 보정체(180)는 동일한 굴절율과 두께로 이루어지므로 재생시 같은 회전 각도로 서로 반대 방향으로 회전하게 되면 저장 매체(160)에서 발생되는 재생광에서 변위의 변화가 위치 보정체(180)에서 보정되어 재생광은 CCD(170)에 정확하게 입사되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 홀로그램 데이터 저장 시스템은 저장 매체의 회전 중첩시 발생되는 변위의 변화를 보정하므로써 효율적으로 회전 중첩을 사용할 수 있도록 하면서 보다 안정적인 시스템의 적용이 가능하고 광학계의 설계가 용이해진다.

Claims (1)

  1. 광원(110)으로부터 입사된 빛을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리기(120);
    상기 광분리기(120)로부터 출력되는 물체광의 방향을 변화시키는 제1 거울(130);
    상기 광분리기(120)로부터 출력되는 기준광의 방향을 변화시키는 제2 거울(140);
    상기 제1 거울(130)에서 반사된 물체광에 데이터를 입력시키는 SLM(150);
    회전 중첩을 위해 일정 각도로 회전하면서 상기 제2 거울(140)에서 반사되어 입사되는 기준광과 상기 SLM(150)으로부터 입사되는 물체광에 의해 발생된 홀로그램 데이터들을 저장하는 저장 매체(160);
    상기 저장 매체(160)에서 재생되어 입사되는 재생광을 전기적인 신호로 변환시키는 CCD(170);
    상기 저장 매체(160)와 동일한 두께(ℓ) 및 굴절율(ｎ)을 갖고 상기 저장 매체(160)와 CCD(170) 사이에 위치하여 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위(x)를 보정하기 위한 위치 보정체(180);
    상기 저장 매체(160) 및 위치 보정체(180)를 일정 각도로 각각 회전시키는 제1 및 제2 회전 모터(190, 200); 및
    상기 저장 매체(160)의 회전 중첩을 위해 상기 제1 회전 모터(190)를 제어하고 상기 저장 매체(160)의 회전시 변화되는 재생광의 변위 보정을 위해 상기 위치 보정체(180)가 저장 매체(160)와 동일한 회전 각도(α)로 반대 방향으로 회전하도록 상기 제2 회전 모터(200)를 제어하는 마이크로 프로세서(210)로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템.
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