KR100397479B1 - 각도 멀티플렉싱을 이용한 홀로그램 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원(203), 상기 광원(203)에서 발생되는 레이저 광을 분할하는 광 분할부(205), 상기 광 분할부(205)로부터의 광을 변조시키는 공간 광변조 소자(207), 상기 공간 광변조 소자(207)를 거쳐 입사되는 광을 촬상하는 전하결합소자(209)로 이루어진 홀로그램 저장장치(201)에 있어서, 상기 광 분할부(205)에서 분할된 광을 다중 굴절시키는 전기광학 제어부(211)를 포함하고 있는 홀로그램 저장장치에 관한 것으로, 2개의 셀로 구성된 전기광학 소자에 의해 광분할부로부터 입사된 빔의 각도와 세기를 동시에 조절함으로써 홀로그램 저장장치의 구성을 간단화시키도록 한 것이다.

Description

각도 멀티플렉싱을 이용한 홀로그램 저장장치{holographic memory device using an angle multiplexing}

본 발명은 각도 홀로그램 저장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빔의 각도 조절과 멀티플렉싱시 발생되는 지워짐 현상을 방지하기 위해 빔의 각도를 제어함과 동시에 빔의 세기를 조절할 수 있도록 함으로써 홀로그램 데이타 스토리지를 더욱 간단히 구성한 빔의 세기가 조정 가능한 각도 멀티플렉싱을 이용한 홀로그램 저장장치에 관한 것이다.

일반적으로 홀로그램(hologram)이란 렌즈를 사용하지 않는 사진 기술인 홀로그래피(holography)에서 두 빛의 간섭 무늬 패턴을 감광 건판상에 기록한 것을 말한다. 따라서 홀로그래피를 볼 때는 코히어런시(coherency)가 좋은 빛을 조사(照射)하여 원래의 상을 재생하도록 되어 있으며, 이를 위한 광원으로서는 레이저가 사용된다.

홀로그램은 물체로부터의 투과광이나 산란광의 간섭 무늬를 필름이나 건판 등의 기록재료에 기록한 것으로, 홀로그램에 간섭성이 좋은 빛을 입사시키면 원래 빛의 파면(진폭과 위상)이 재현되므로 3차원 물체의 기록 또는 재현이 가능하게 된다. 또한 기록 장치에의 응용에서는 진폭, 위상 정보의 기록이 가능한 특징을 살려 1㎜ 각으로 1만 비트나 되는 고밀도 기록이 가능한 것으로 알려져 있다.

이와 같이 홀로그램은 홀로그래피에 사용되는 소자로서 물체에서 회전을 받은 광파(신호파)를 그것과 간섭성이 있는 다른 광파(참조파)와 간섭시켜서 생긴 간섭 줄무늬를 감광재료에 기록한다. 1948년 디. 가보(D. Gabor)에 의해 창시된 홀로그램은 콘트라스트가 낮은 투과성 물체를 평행광으로 조명하고, 물체에서 회절을 받지 않고 투과한 균일한 광파를 참조파, 물체에서 회절을 받은 광파를 신호파로서사용하고, 이 양자의 간섭 줄무늬를 촬영한 사진원판을 양화(陽畵)에 반전해서 사용하였다.

1962년 이. 엔. 리스(E. N. Leith)에 의해 개량된 홀로그램은 물체에서 회절한 신호파에 다른 균일한 참조파를 비스듬히 가해서 양자의 간섭 줄무늬를 촬영한 사진원판이며, 음화(陰畵)를 그대로 사용할 수 있다. 신호파면의 모양에 따라 프레넬 홀로그램 사용할 수 있다. 신호파면의 모양에 따라 프레넬 홀로그램, 프라운호퍼 홀로그램, 푸리에 변환 홀로그램, 준푸리에 변환홀로그램이 있고, 기록된 간섭 줄무늬의 상태에 따라 2차원 홀로그램, 3차원 홀로그램의 구별이 있다. 홀로그램의 작성에는 간섭성이 큰 레이저 광이 사용되나, 특별한 고안에 의해 간섭성이 작은 빛, X선, 마이크로파, 전자선, 음파 등에 의해서도 실현될 수 있다.

따라서 이러한 홀로그램을 이용하여 화상 데이타 등을 기억하도록 되어 있는 홀로그래픽 메모리는 2차원의 명암 도트 패턴에 적당한 참조파를 주어서 홀로그램에 기록을 하고, 이 홀로그램을 참조파와 같은 파로 조명함으로써 원래의 도트 패턴이 재생되므로 2차원 광검출기와 전자회로에 의해 처리할 수 있다. 아날로그 정보를 기록하는 화상 파일도 가능하며, 홀로그래픽 메모리는 고밀도 기록을 할 수 있고 기록의 여유도가 큰 이점이 있다.

여기에서, 종래의 홀로그램 저장장치를 살펴보면 다음과 같다.

종래의 홀로그램 저장장치는 광주사장치에 으??해 진행방향이 각기 다른 참조광들을 홀로그램 기록셀의 동일한 위치에 입사시키기 위하여 고가의 집속렌즈를 사용하여야 하고, 기록 용량을 늘리기 위해 홀로그램 기록 셀 어레이를 사용하는경우 홀로그램 기록 셀 어레이를 지정된 위치로 이동시키기 위해 고가의 장비인 정밀 이송장치를 사용해야 하므로 홀로그램 메모리 장치의 전체적인 단가가 상승되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 국내 공개특허 제98-38040호에 개시된 종래의 홀로그램 저장장치가 제안된 바 있다. 이 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 광원에서 발생된 광을 분할하는 광분할부와, 분할된 광의 광량분포를 변조시켜 그 광이 일정한 정보를 가지도록 하는 광 변조부와, 광 변조부와 광 분할부로부터 입사되는 광을 임의의 방향으로 굴절시키는 제1, 제2 광주사부와, 제1 및 제2 광 주사부로부터 입사되는 광을 지정한 위치로 입사시키는 제1, 제2 홀로그램 광학 소자(Holographic Optical Element) 어레이부와, 제1 및 제2 홀로그램 광학소자에서 입사되는 광의 정보를 기록 및 재생하는 홀로그램 기록 셀 어레이부와, 홀로그램 기록 셀 어레이부에서 재생된 광 정보를 전기적 신호로 변환시키는 광 검지부로 구성되어 있다.

따라서 종래의 홀로그램 저장장치에 따르면, O(i,j)의 중심점 P3와 집속점 04를 잇는 선분상에 홀로그램 셀 C(i,j)의 중심인 P(i,j)가 위치되도록 한다. 이때 P(i,j)로 입사되는 제1 정보광(3)은 광 검지기(6)의 중심점 PO를 향하는 방향으로 입사한다. 중첩기록을 위해 광의 방향이 달라지도록 조정되어 제1 참조광(5)고 다른 방향으로 진행하는 제2 참조광(4)을 발생시킨다. 제2 참조광(4)은 제1 홀로그램 광학소자 어레이(9)의 R(i,j)에 의해 굴절되어 홀로그램 기록 셀C(i,j)의 중심 P(i,j)에 입사되어, 점 PO를 향하는 방향으로 입사되고, 차단 상태로 하여물체광(10)을 차단한다.

그리고, 제1 광 주사기(11)를 조정하여 제1 광주사기(11)에 입사되는 참조광(13)을 굴절시켜 제1 홀로그램 광학소자 어레이(9)로 입사시키고, 제1 홀로그램 광학소자 어레이(9)는 참조광(13)을 회절시켜 원하는 정보가 기록된 홀로그램 기록셀로 입사되도록 한다.

그런데, 이와 같은 종래의 홀로그램 저장장치는 록 셀 어레이를 지정된 위치로 이동시키기 위해 고가의 장비인 이송장치가 필요없도록 하므로 홀로그램 저장장치의 전체적인 단가가 상당히 낮아지는 효과를 기대할 수 있으나, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 각도 제어부(103)에 의한 빔의 각도 조절과, 기록시간 제어부(105)에 의해 멀티플렉싱시 발생되는 지워짐 현상을 방지하는 기록시간 조절을 따로 따로 제어하게 되므로 저장장치의 크기가 대형화되고, 단가가 상승하며, 사용 및 취급이 불편한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 위에서 언급한 바와 같은 종래의 홀로그램 저장장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기 광학재료(electro-optic material)로 이루어진 2개의 셀로 구성된 전기광학 소자에 의해 빔의 각도를 제어함과 동시에 종래에 기록시간 조절에 의해 이루어지던 빔의 세기를 조절함으로써 홀로그램 데이터 저장을 더욱 간단히 구성할 수 있도록 하는 대 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 홀로그램 저장장치를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 홀로그램 저장장치의 요부 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 홀로그램 저장장치의 요부 개략도.

도 4는 도 3의 전기광학 제어부의 상세도.

도 5는 도 4의 사시도.

도 6은 도 4의 전기광학재료의 부분 상세도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

201 : 홀로그램 저장장치 203 : 레이저 광원

205 : 광 분할부 207 : 공간 광변조 소자

208 : 홀로그래픽 렌즈 209 : 전하결합소자

211 : 전기광학 제어부 213,215 : 전기광학 셀

217,218,219,220 : 전기광학 재료 221,2238 : 경계면

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원, 이 광원에서 발생되는 레이저 광을 분할하는 광 분할부, 이 광 분할부로부터의 광을 변조시키는 공간 광변조 소자, 이 공간 광변조 소자를 거쳐 입사되는 광을 촬상하는 전하결합소자로 이루어진 홀로그램 저장장치에 있어서, 광 분할부에서 분할된 광을 다중 굴절시키는 전기광학 제어부를 포함하고 있으며, 전기광학 제어부는 각각 2사분면과 4사분면에 걸쳐 경계면을 이루는 2개의 전기광학 재료로 형성된 정육면체로 된 2개의 전기광학 셀로 구성되어 있으며, 전기광학 재료에는 전기장이 각각 형성되도록 전원이 연결되어 있는 홀로그램 저장장치를 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 홀로그램 저장장치는 도 3에 참조번호 201로 도시된 바와 같이, 일반적인 홀로그램 저장장치와 유사한 구성을 가지고 있다. 즉, 도 3에서 알 수 있듯이, 레이저 광원(203), 광 분할부(205), 공간 광변조 소자(207;SLM,Spacial Light Modulator), 전하결합소자(209;CCD,Charge Coupled Device)를 포함하고 있다.

여기에서 레이저 광원(203)은 고정된 파장의 단색 시준된 광 에너지의 소스로서 소스빔이라고 하는 출력빔(231)을 발생시킨다. 그리고 광 분할부(205)는 광원(203)에서 출력된 출력빔(231)을 기준 및 신호 출력빔(233,235)으로 분리시킨다. 이와 같이 분리된 출력빔 중 기준빔(235)은 본 발명에 따른 전기광학 제어부(211)로 입사되며, 신호빔(233)은 미러(210)에 의해 반사되어 공간 광변조소자(207)로 입사된다.

여기에서, 공간 광변조 소자(207)는 신호빔(233)을 공간적으로 변조시켜 신호빔에 다수의 장면이 노출되도록 하는데, 이들 장면은 예를 들어 여러 물체의 영상일 수 있고 또는 동일 물질의 여러 장면일 수도 있다. 이렇게 해서 공간 광변조 소자(207)로부터 변조된 신호빔은 광학소자(208)로 진행되는데, 이때 광학소자(208)은 다중 빔 발생 홀로그래픽 렌즈이다.

홀로그래픽 렌즈(208)를 통과한 신호빔은 전하결합소자(209)에 촬상되는데, 이때 전하결합소자는 반도체 순차접근 기억장치의 일종으로서 실리콘 기판 표면상에 얇은 게이트 절연막을 거쳐서 다수의 게이트 전극을 순차 배열한 간단한 구조를 갖는다. 따라서 전하의 유무를 정보의 1과 0에 대응시켜 시프트 레지스터와 같은 구실을 하도록 되어 있으므로 신호빔으로부터의 광신호를 전기적으로 변환시켜 저장하게 된다.

한편, 광분할부(205)에서 분리되어 나온 기준빔(235)이 입사되는 전기광학 제어부(211)는 도 4에 도시된 바와 같이 구성되어 있다.

즉, 기준빔(235)의 입사방향과 동일한 방향으로 배열되어 부착되어 있는 2개의 전기광학 셀(213,215)로 이루어져 있으며, 이들 각각의 제1 및 제2 전기광학 셀(213,215)은 모두 전기광학 재료로 형성되어 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 각각 정육면체를 이루도록 되어 있다.

여기에서, 제1 전기광학 셀(213)은 다시 2사분면과 4사분면에 걸쳐 경계면(221)을 형성하는 삼각기둥 형태의 전기광학 재료(217,218)로 형성되며, 각각의 전기광학 재료(217,218)은 도 5에서와 같이 별도의 전원이 인가되어 있다. 이와 마찬가지로 제2 전기광학 셀(215)도 2사분면과 4사분면에 걸쳐 경계면(223)을 형성하고 있는 삼각기둥 형태의 전기광학 재료(219,220)로 이루어지는데, 도 5에 도시된 바와 같이 이중 전기광학 재료(218)에만 전원이 인가되고, 전기광학 재료(219)에는 전원이 인가되어 있지 않다.

따라서, 본 발명에 따른 홀로그램 저장장치(201)에 의하면, 광분할부(205)로부터 제1 전기광학 제어부(211)로 입사된 기준빔(235)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전기광학 셀(213)을 통과하면서 각도 굴절이 일어나며, 이때 각각의 전기광학 재료(217)(218)에는 전기장이 발생되도록 전원이 인가된다.

제1 전기광학 셀(213)로부터 제2 전기광학 셀(215)로 입사된 기준빔은 경계면(223)과 만나면서 전기광학 재료(218)와 전기광학 재료(219)에 의해 결정되는 경계면(223)에의 입사각과 전기광학 재료(219,220)에 의해 결정되는 경계면(223)에 대한 굴절률에 따라 경계면(223)에 대한 반사율이 달라진다. 이때, 경계면(223)에서의 반사율(r)은 도 6에서 경계면(223)에 대한 빔의 입사각을 θ_i, 굴절각을 θ_t, 전기광학 재료(219)의 굴절률을 n₁, 그리고 전기광학재료(220)의 굴절률을 n₂라고 할 때,와 같은 값을 갖는다.

따라서, 전기광학 재료(220)에 인가된 전원에 의해 재료(220)에 걸리는 전기장을 적절히 변화시킴으로써 전기광학재료(220)의 굴절률(n₂)을 조절하게 되면 수학식 1에 따라 경계면(223)에서 반사되어 나오는 빔의 세기를 원하는 값으로 조정할 수 있게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 홀로그램 저장장치에 의하면, 각각 2개의 전기광학재료로 형성된 제1 및 제2 셀로 하나의 전기광학 제어부를 광분할부와 홀로그래픽 렌즈 사이에 설치하여 광 분할부로부터 전기광학 제어부로 입사되는 기준빔을 각도 멀티플렉싱함으로써 하나의 제어부에 의해 기준빔의 각도 및 세기를 동시에 제어하게 된다.

따라서 홀로그램 데이터 저장구조를 더욱 간단하게 구성할 수 있으므 저장장치의 크기를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감할 수 있고 더나아가 저장장치의 사용 및 취급을 보다 편리하게 할 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원(203), 상기 광원(203)에서 발생되는 레이저 광을 분할하는 광 분할부(205), 상기 광 분할부(205)로부터의 광을 변조시키는 공간 광변조 소자(207), 상기 공간 광변조 소자(207)를 거쳐 입사되는 광을 촬상하는 전하결합소자(209)로 이루어진 홀로그램 저장장치(201)에 있어서, 상기 광 분할부(205)에서 분할된 광을 다중 굴절시키는 전기광학 제어부(211)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 홀로그램 저장장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 전기광학 제어부(211)는 각각 2사분면과 4사분면에 걸쳐 경계면(221,223)을 이루는 2개의 전기광학 재료(217,218)(219,220)로 형성된 정육면체로 된 2개의 전기광학 셀(213,215)로 구성되어 있으며, 상기 전기광학 재료(217,218,220)에는 전기장이 형성되도록 전원이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 홀로그램 저장장치.