KR100402689B1 - 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치 - Google Patents

디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템(Digital Holographic Data Storage System)에 있어서, 간섭계를 이용하여 간편하고 정밀하게 광학계의 정렬을 조정하기 위한 광학계 정렬 조정 장치에 관한 것이다.
본 발명은 조사된 기준광을 분리시키는 제1 광분리기(160), 상기 제1 광분리기(160)로부터 유입된 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬를 복원하여 재생광을 방출하는 저장 물질(170), 상기 제1 광분리기(160)로부터 유입된 기준광의 방향을 변화시키는 거울(200), 상기 거울(200)에서 반사된 기준광을 확대하는 빔확대기(210), 상기 빔확대기(210)를 통과한 기준광과 상기 저장 물질(170)에서 방출된 재생광이 입사 및 간섭되어 제1 및 제2 간섭 무늬로 분리 출력되도록 하는 제2 광분리기(220), 상기 제2 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제1 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력 데이터로 출력하는 제1 CCD(230), 상기 제1 CCD(230)의 하부에 위치하여 상기 제1 CCD(230)를 고정 및 정렬시키기 위한 정밀 스테이지(270), 상기 제2 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제2 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력하는 제2 CCD(240), 상기 제2 CCD(240)로부터 출력되는 신호에 따라 간섭 무늬의 움직임을 감지하여 상기 제1 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(270)를 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 수단(250), 및 상기 제어 수단(250)의 제어에 따라 상기 제1 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(260)를 조절하기 위한 정밀 스테이지 구동 수단(260)으로 구성된다.
따라서 본 발명은 간섭계를 이용하므로 CCD의 정밀한 조정 위치를 계산해 낼 수 있고, 광학계의 틀어짐으로 인한 오차를 CCD만의 이동으로 간편하게 조정할 수 있다.

Description

디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치(OPTICAL INSTRUMENT ARRAY CONTROL APPARATUS FOR DIGITAL HOLOGRAPHIC DATA STORAGE SYSTEM)
본 발명은 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템(Digital Holographic Data Storage System)에 있어서, 광학계의 정렬을 조정하기 위한 광학계 정렬 조정 장치에 관한 것으로, 특히 간섭계를 이용하여 간편하고 정밀하게 광학계의 정렬을 조정하기 위한 광학계 정렬 조정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디지털 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 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능해 진다.
일반적인 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 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 응집광을 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), 및 상기 CCD(70)가 고정되는 정밀 스테이지(80)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 일반적인 디지털 홀로그래픽 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 실제 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.
즉, 기록되는 데이터는 페이지 단위로 이루어지며 하나의 페이지는 다수의 픽셀로 이루어진다.
따라서 SLM(50)과 CCD(70)의 픽셀을 1:1로 매칭시켜야 하고 이를 위해 CCD(70)를 고정하는 정밀 스테이지(80)를 사용하여 광학계, 즉 CCD(70)를 정렬 조정하여야 한다.
그런데 종래에는 정밀 스테이지(80)를 수동으로 움직여 CCD를 포함하는 광학계를 정렬하였다. 즉, 광학계를 미세하게 움직이기 위한 조정 장치가 없었다.
그러나 광학계는 10-6m 내지 10-7m 정도로 정밀하게 정렬해야 하므로 사람의 감각을 사용하여 수동으로 움직이기는 어렵다.
따라서 수시로 발생되는 시스템의 진동이나 충격등에 의한 광학계의 틀어짐을 보상하거나 조정할 수 있는 기법은 필수적이다.
본 발명은 디지털 홀로그램 데이터 저장 시스템에 있어서, SLM과 CCD의 픽셀 메칭을 위해 간섭계를 사용하여 정밀한 광학계 정렬 및 조정을 수행하기 위한 정렬 조정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 조사된 기준광을 분리시키는 제1 광분리기, 상기 제1 광분리기로부터 유입된 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬를 복원하여 재생광을 방출하는 저장 물질, 상기 제1 광분리기로부터 유입된 기준광의 방향을 변화시키는 거울, 상기 거울에서 반사된 기준광을 확대하는 빔확대기, 상기 빔확대기를 통과한 기준광과 상기 저장 물질에서 방출된 재생광이 입사 및 간섭되어 제1 및 제2 간섭 무늬로 분리 출력되도록 하는 제2 광분리기, 상기 제2 광분리기로부터 분리되어 입사되는 제1 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력 데이터로 출력하는 제1 CCD, 상기 제1 CCD의 하부에 위치하여 상기 제1 CCD를 고정 및 정렬시키기 위한 정밀 스테이지, 상기 제2 광분리기로부터 분리되어 입사되는 제2 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력하는 제2 CCD, 상기 제2 CCD로부터 출력되는 신호에 따라 간섭 무늬의 움직임을 감지하여 상기 제1 CCD를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지를 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 수단, 및 상기 제어 수단의 제어에 따라 상기 제1 CCD를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지를 조절하기 위한 정밀 스테이지 구동 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치를 제공한다.
도 1 은 일반적인 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 구성도
도 2 는 본 발명에 의한 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치의 구성도
도 3 은 본 발명에 의한 간섭계의 작용을 설명한 도면
도 4 는 도 3 의 간섭 무늬의 이동을 설명하기 위한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 광원 110, 160, 220 : 광분리기
120, 210 : 빔확대기 130, 200 : 거울
140 : SLM 150, 180 : 렌즈군
170 : 저장 물질 190 : 셔터
230, 240 : CCD 250 : 제어부
260 : 정밀 스테이지 구동부 270 : 정밀 스테이지
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치는 도 2 에 도시한 바와 같이 일반적인 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 광분리기(160), 셔터(190), 거울(200), 빔확대기(210), 간섭계인 광분리기(220), CCD(240), 제어부(250), 정밀 스테이지(270), 및 정밀 스테이지 구동부(260)를 더 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명에 의한 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 가간섭광을 발생하는 광원(100), 광원(100)으로부터 발생된 가간섭광을 기준광과 물체광으로 분리시키는 광분리기(110), 상기 광분리기(110)로부터 입사된 물체광을 확대하기 위한 빔확대기(10), 상기 빔확대기(120)에서 확대된 물체광의 방향을 변경하기 위한 거울(130), 상기 거울(130)에서 반사된 물체광에 입력 데이터, 즉 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터를 실어 변조시키는 SLM(140), 상기 SLM(140)으로부터 출력되는 변조된 물체광을 원하는 특성으로 만들기 위한 렌즈군(150), 상기 광분리기(110)에서 조사된 기준광을 분리시켜 상기 저장 물질(170)과 거울(200)을 출력하는 광분리기(160), 상기 광분리기(160)로부터 유입된 기준광에 따라 상기 렌즈군(150)으로부터 배출된 물체광을 저장하고 상기 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬를 복원하여 재생광을 방출하는 저장 물질(170), 상기 저장 물질(170)에서 재생된 재생광을 원하는 픽셀로 매칭시켜 복원하기 위한 렌즈군(180), 광학계, 즉 CCD(230)의 정렬시에만 상기 광분리기(160)로부터 유입된 기준광을 상기 거울(200)로 입사시키기 위한 셔터(190), 상기 광분리기(160)로부터 셔터(190)를 통해 유입된 기준광의 방향을 변화시키는 거울(200), 상기 거울(200)에서 반사된 기준광을 확대하는 빔확대기(210), 상기 빔확대기(210)를 통과한 기준광과 상기 저장 물질(170)에서 방출된 재생광이 입사 및 간섭되어 제1 및 제2 간섭 무늬로 분리 출력되도록 하는 광분리기(220), 상기 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제1 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력 데이터로 출력하는 CCD(230), 상기 CCD(230)의 하부에 위치하여 상기 CCD(230)를 고정 및 정렬시키기 위한 정밀 스테이지(270), 상기 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제2 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력하는 CCD(240), 상기 CCD(240)로부터 출력되는 신호에 따라 간섭 무늬의 움직임을 감지하여 상기 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(270)를 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 수단(250), 및 상기 제어부(250)의 제어에 따라 상기 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(260)를 조절하기 위한 정밀 스테이지 구동부(260)로 구성된다.
여기서, 상기 제2 간섭 무늬는 파장의 정수배로 움직이게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치의 동작을 설명한다.
광학계, 즉 CCD(230)를 정렬 조절하기 위해서는 셔터(190)를 열어 빔 분리기(160)로부터 입사된 기준광이 셔터(190)를 통해 거울(200)로 입사될 수 있도록 한다.
광원(100)에서 조사된 가간섭광이 광분리기(110)에서 기준광과 물체광으로 분리되어 광분리기(160)로 입사된다. 광분리기(160)에서는 다시 입사된 기준광을 분리하여 저장 물질(170)과 셔터(190) 방향으로 방출한다.
이때 저장 물질(170)은 상기 광분리기(160)로부터 입사된 기준광에 의해 기록된 간섭 패턴, 즉, 간섭 무늬를 복원하여 출력하게 된다.
저장 물질(170)에서 복원된 간섭 무늬는 렌즈군(180)을 통해 원하는 형태로 변형되어 간섭계인 광분리기(220)로 입사된다.
한편, 상기 광분리기(160)로부터 출력되는 기준광은 열려진 셔터(190)를 통해 거울(200)에서 90。 반사된후 빔확대기(210)에서 확대된다. 확대된 기준광은 저장 물질(170)로부터 입사된 재생광과 함께 광분리기(220)에 입사되어 간섭된후 제1 및 제2 간섭 무늬로 출력된다.
즉, 재생광은 도 3 에 도시한 바와 같이 빔확대기(210)로부터 입사되는 기준광에 의해 간섭을 일으키게 된다. 이에 따라 CCD(230)(240)에는 제1 및 제2 간섭 무늬가 나타나게 된다.
이때 광학계가 약간 틀어져서 재생광의 경로가 a' 에서 b' 로 틀어지게 되면 도 4 에 도시한 바와 같이 a'와 b'의 광로차 만큼, 즉 파장의 정수배만큼 CCD(230)에서의 간섭 무늬가 움직이게 된다.
그런데 CCD(230)에서 a' 로부터 b' 까지의 경로는 CCD(240)에서 a로부터 b까지의 경로와 같다. 따라서 광학계인 CCD(230)의 경로를 CCD(240)에서 a로부터 b까지의 경로 만큼 CCD(230)의 위치를 정밀 스테이지(270)를 이용하여 이동시키면 픽셀 매칭을 위한 정확한 CCD(230)의 위치를 찾을 수 있게 된다.
즉, CCD(240)에서 간섭 무늬가 움직인 경로, 즉 a에서 b까지의 경로를 상기 제어부(250)에서 감지하여 정밀 스테이지 구동부(260)로 해당하는 제어 신호를 출력하면 상기 정밀 스테이지 구동부(260)에서 이에 따라 상기 정밀 스테이지(260)를 조절하여 CCD(230)를 해당하는 거리만큼 이동시키게 된다.
이와 같은 CCD(230)의 이동으로 인해 원래대로 픽셀 매칭이 이루어지게 된다.
이와 같이 광학계의 조정이 완료되면 상기 셔터(190)를 닫고 광학계의 조정이 필요한 경우에만 다시 셔터(190)를 열면 된다.
다음으로 저장 물질(170)에 기록 및 재생하는 과정은 다른 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템과 동일하다.
즉, 광원(100)에서 조사된 가간섭광이 광분리기(110)에서 기준광과 물체광으로 분리된다. 상기 물체광은 빔확대기(120)에서 확대된후 거울(130)에 의해 반사되어 90。로 방향이 변경된다.
상기 거울(130)에서 반사된 물체광은 SLM(140)에서 변조된다. 즉, 물체광에는 SLM(140)에서 픽셀들로 이루어지는 명암의 2진 데이터가 실려지고 렌즈군(150)에서 원하는 특성을 갖게 된후 저장 물질(170)로 입사된다.
한편 기준광은 광분리기(110)에서 출력되어 광분리기(160)를 통해 분리되어 일부의 기준광이 저장 물질(170)로 입사된다.
이때, SLM(140)에서 데이터를 실은 물체광은 광분리기(160)로부터 입사되는 기준광과 저장 물질(170)에서 간섭을 일으키게 되고 저장 물질(170)은 이러한 간섭에 의한 간섭 패턴을 간섭 무늬로 기록하게 된다.
또한, 재생시에는 상기 광원(100)에서 조사된 가간섭광이 광분리기(110)에서 기준광과 물체광으로 분리되어 광분리기(160)로 입사된다.
광분리기(160)에서는 입사된 기준광을 저장 물질(170)로 출력하고, 상기 저장 물질(170)은 상기 광분리기(160)로부터 입사된 기준광에 의해 기록된 간섭 패턴, 즉, 간섭 무늬를 복원하여 출력하게 된다.
저장 물질(170)에서 복원된 간섭 무늬는 렌즈군(180)을 통해 원하는 형태로 변형된후 광분리기(220)를 통해 CCD(230)에 입사되어 전기적인 신호로 변형되어 출력 데이터로 출력된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 간섭계를 이용하므로 CCD의 정밀한 조정 위치를 계산해 낼 수 있다.
둘째, 광학계의 틀어짐으로 인한 오차를 CCD만의 이동으로 간편하게 조정할 수 있다.

Claims (2)

  1. 조사된 기준광을 분리시키는 제1 광분리기(160);
    상기 제1 광분리기(160)로부터 유입된 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬를 복원하여 재생광을 방출하는 저장 물질(170);
    상기 제1 광분리기(160)로부터 유입된 기준광의 방향을 변화시키는 거울(200);
    상기 거울(200)에서 반사된 기준광을 확대하는 빔확대기(210);
    상기 빔확대기(210)를 통과한 기준광과 상기 저장 물질(170)에서 방출된 재생광이 입사 및 간섭되어 제1 및 제2 간섭 무늬로 분리 출력되도록 하는 제2 광분리기(220);
    상기 제2 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제1 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력 데이터로 출력하는 제1 CCD(230);
    상기 제1 CCD(230)의 하부에 위치하여 상기 제1 CCD(230)를 고정 및 정렬시키기 위한 정밀 스테이지(270);
    상기 제2 광분리기(220)로부터 분리되어 입사되는 제2 간섭 무늬를 전기적인 신호로 변화시켜 출력하는 제2 CCD(240);
    상기 제2 CCD(240)로부터 출력되는 신호에 따라 간섭 무늬의 움직임을 감지하여 상기 제1 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(270)를 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 수단(250); 및
    상기 제어 수단(250)의 제어에 따라 상기 제1 CCD(230)를 이동시키기 위해 상기 정밀 스테이지(260)를 조절하기 위한 정밀 스테이지 구동 수단(260)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 CCD(230)의 정렬시에만 상기 제1 광분리기(160)로부터 유입된 기준광을 상기 거울(200)로 입사시키기 위한 셔터(190)를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 광학계 정렬 조정 장치.
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