KR100431895B1

KR100431895B1 - 볼륨홀로그래픽디지탈데이터저장시스템의회절효율이퀄라이징방법

Info

Publication number: KR100431895B1
Application number: KR1019970063715A
Authority: KR
Inventors: 박주연
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2004-07-16
Also published as: KR19990042796A

Abstract

본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 각도 중첩 이용하여 홀로그램 데이터 페이지의 기록시간을 설정하는 방법에 있어서, 저장되는 홀로그램 데이터 페이지가 증가됨에 따라 저장매체의 동일 장소에 중첩되는 횟수, 기록물질의 고유한 소거시간 상수 및 저장되는 홀로그램 데이터 페이지에 투사되는 기준광의 입사각도에 따라 기록시간을 설정하는 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법을 제공한다.

따라서 본 발명에 따르면, 기준광의 입사각 및 중첩되는 횟수에 따라 기록시간에 차등을 두어 기록하는 회절효율 이퀄라이징 방법을 이용함으로써 회절효율의 변동을 최소화하여 재생이미지의 화질을 개선할 수 있으며, CCD의 선택이 자유로우며, 각도 중첩의 각도범위를 확장할 수 있으며, 기록시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템의 회절효율 이퀄라이징 방법{METHOD FOR DIFFRACTION EFFICIENCY EQUALIZING OF VOLUME HOLOGRAPHIC DIGITAL DATA STORAGE SYSTEM}

본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 더욱상세하게는 각도충첩기법을 사용하는 VHDDSS에 있어서, 필연적으로 발생하는 재생이미지간의 회절효율을 일정하게 보상할 수 있는 회절효율 이퀄라이징 방법에 관한 것이다.

최근들어 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장을 이용한 기술분야는 최근 반도체 레이저, CCD, LCD 등 구성 부품의 눈부신 발전에 힘입어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이미 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로 실용화되고 있을 뿐만 아니라 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송속도의 장점을 응용할 수 있는 여러분야로 확대되어가고 있는 추세에 있다.

도 1은 일반적인 볼륨 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 저장 시스템(이하, VHDDSS 라 약칭함.)을 도시한 모식도이다.

도시된 바와 같이, 일반적인 VHDDSS는 광원(1), 광분리기(2), 회전거울(3), 공간 광변조기(SLM ; Spatial Light Modulator, 4), 저장매체(5), 및 CCD(charge coupled device, 6)로 구성되는 광학 시스템을 포함하며, 이들 소자는 단일 장치를 구성한다.

광원(1)은 홀로그래피에 요구되는 응집광(Coherent Beam)을 발생시킬 수 있는 레이저 광원으로 구성된다.

상기 응집광을 기준광(Reference Beam)과 물체광(Object Beam)으로 분리시키기 위한 광분리기(Beam Splitter, 2)가 레이저 광원에 상응하는 위치에 구성된다.

입력된 데이터에 따라서 픽셀이 이루는 명암의 2 진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하기 위한 공간 광변조기(4)가 물체광의 광로상에 구성된다.

한편, 기준광의 광로상에 기준광의 각도를 조금씩 변환하기 위한 회전거울(3)이 설치된다.

저장매체(5)는 물체광과 기준광의 간섭에 의해 형성된 간섭무늬의 강도에 따라 기록될 수 있도록 상기 기준광과 물체광이 서로 교차되는 광로상에 설치된다.

CCD(6)는 저장매체(5)에 기록된 데이터를 복원하기 위한 것으로, 저장매체(5)에 기준광이 조사될 때 발생되는 간섭무늬의 광로상에 설치된다.

이와같이 구성된 일반적인 VHDDSS의 동작을 설명하면 다음과 같다.

광원(1)에서 조사되는 응집광은 광 분리기(2)에 의해 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(4)에 의해서 변조된다.

이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장매체(5) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체(5) 내부의 운동 전하의 광 유도 현상(light-induced generation of mobile charge)이 발생하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다.

한편, 각각의 페이지에는 회전거울(3)의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 적용되는데 데이터의 첫 페이지를 저장매체에 기록한 후, 기준광의 각도를 첫 번째 홀로그램의 재생 복원상이 완전히 사라질 때 까지 증가시키고, 이때 다시 다른 각도의 기준광으로 새로운 데이터 페이지를 입력시켜 저장매체(5)에 기록하는 이른바, 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 각도 중첩(Angle Multiplexing)과정을 반복하여 데이터를 저장매체 내부에 중첩 기록하게 되는 것이다.

이와같이 2 진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천개의 홀로그램을 작은 입방체 내부의 동일 장소에 기록 저장할 수 있으므로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖게 된다.

한편, 저장매체(5)에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기록시 각각의 페이지에 상응하게 적용된 기준광을 저장매체에 조사하면 간섭무늬가 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상(Image)을 CCD(6) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.

그런데 이와같이 페이지 단위로 구성되는 홀로그램 데이타를 동일 저장매체(5)에 중첩 기록하는 경우 저장매체(5)에 기록되는 간섭무늬들이 저장매체(5)를 구성하는 물질의 유한한 동적 특성 범위(finite dynamic range)를 나누어 가지게 되므로 이미 기록된 홀로그램 데이타 페이지가 조금씩 지워지는 문제(grating erasure problem)가 발생한다. 따라서 홀로그램의 중첩도가 증가하게 되면 재생 홀로그램 상이 점점 어둡게 되고 결과적으로 재생 잡음이 증가되는 문제가 발생한다.

즉, 각 홀로그램에 의해서 회절되는 빛의 비율은 중첩된 홀로그램의 개수의 제곱에 반비례한다. 이러한 회절효율(diffraction efficiency)의 저하는 궁극적으로 재생상(reconstruction image)을 미약하게 하고, 이러한 미약한 신호는 레이저 밝기의 편동, 저장매체(5)로 부터의 빛의 산란 및 CCD 내의 열에 의해서 발생되는 전자 등에 의해서 시스템에 필연적으로 존재하는 잡음의 영향을 쉽게 받게 되므로비트 에러비(bit-error ratio)가 증가하여 신뢰성있는 데이터의 검출을 불가능하게 한다.

종래에도 이와같은 문제를 해결하기 위하여 홀로그램 데이터 페이지를 기록시 저장물질의 소거시간 상수(erasure time constant)를 고려하여 기록시간(recording time)에 차등을 두어 기록을 행하는 소위, 기록시간 스케쥴(recording time schedule)방법이 시도되었다.

그러나 이와같은 기록시간 스케쥴을 적용하더라도 각도 중첩 기법을 사용하는 시스템에서는 기준광이 입사되는 입사각에 따라 회절효율의 차이가 나타나는 각도 의존성(angle dependency) 때문에 재생이미지 간의 회절효율의 변동이 존재하여 양질의 재생이미지를 얻을 수 없게되며 CCD에서 재생이미지를 검출하는데도 신뢰성이 떨어지게 되는 기술적 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각도 중첩 기록시 필연적으로 발생하는 재생이미지간의 회절효율(diffraction efficiency) 변동을 방지할 수 있도록 종래의 기록시간 스케쥴 방법에 기준광의 입사각에 따른 가중치 요소가 보정된 회절효율 이퀄라이징 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 각도 중첩 기록/재생시 홀로그램 데이터 페이지의 기록시간을 설정하는 방법에 있어서, 저장되는 홀로그램 데이터 페이지가 증가됨에 따라 저장매체의 동일 장소에 중첩되는 횟수, 기록물질의 고유한 소거시간 상수 및 저장되는 홀로그램 데이터 페이지에 투사되는 기준광의 입사각도에 따라 기록시간을 설정하는 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법을 제공한다.

이와같은 본 발명의 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법에 따르면, 각도 중첩에 따른 재생이미지 간의 회절효율의 변동을 최소화할 수 있어 재생이미지의 화질 개선을 도모할 수 있다.

도 1은 일반적인 VHDDSS를 도시한 모식도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저장매체의 기록물질의 소거특성을 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 저장되는 홀로그램 데이터 페이지의 증가에 따라 단축되는 기록시간을 나타내는 그래프이다,

도 4는 본 발명에 따라 저장매체에 입사되는 기준광의 입사각 변화를 개념적으로 나타낸 원리도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기준광의 입사각 변화에 따른 회절효율의 변화를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명에 따른 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저장매체의 기록물질의 소거특성을 나타낸 그래프이다.

상기 기록물질은 NiNbO₃이며, 상기 기록물질의 고유한 특성인 소거시간 상수는 210초이며, 기록시간 상수는 120초이다.

상기 그래프에서는 상기 기록물질의 저장매체에 1000 페이지의 홀로그램 데이터를 기록한다고 했을 때 각각의 페이지마다 기록시간을 1초씩 배분한 경우와, 2초씩 배분한 경우와, 3초씩 배분한 경우에 선행기록된 홀로그램 데이터 페이지의 증폭비(회절효율)를 나타내는 것이다.

즉, 중첩되는 홀로그램 데이터 페이지가 증가됨에 따라 선행기록된 홀로그램 데이터 페이지에 영향을 주어 조금씩 지워지며, 배분된 기록시간이 증가할수록 지워지는 정도가 심각하게 나타나는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 저장되는 홀로그램 데이터 페이지의 증가에 따라 단축되는 기록시간을 나타내는 그래프이다.

즉, 최초에 기록되는 홀로그램 데이터 페이지는 약 10²초의 기록시간을 배분하며, 마지막에 기록되는 홀로그램 데이터 페이지는 약 10^-1초의 기록시간이 배분한 것이며, 홀로그램 데이터 페이지의 증가에 따라 기록시간은 지수함수적으로 반비례하게 적용된다.

도 4는 본 발명에 따라 저장매체에 입사되는 기준광의 입사각 변화를 개념적으로 나타낸 원리도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기준광의 입사각 변화에 따른 회절효율의 변화를 나타낸 그래프이다.

상기에서 저장매체의 고유한 특성인 광축각(β)은 45°인 기록물질이며, 물체광의 입사각(θ₁)은 0°로 설정된 것이며, 기록시간은 임의의 시간으로 고정된 것이다.

도시된 바와 같이, 각도 중첩을 위해 기준광의 입사각(θ₂)을 변화를 줄 때 회절효율은 기준광의 입사각(θ₂)이 0°일 때 가장 좋게 나타나며, 음또는 양의 방향으로 기준광의 입사각(θ₂)이 커짐에 따라서 회절효율이 저하된다.

따라서, 본 발명에서는 각도 중첩 시 기록되는 저장매체의 이러한 특성들을 보정하여 기록시간을 설정한다.

t sub m = n(θ sub 2 ){τ sub e over m}

여기서, m : m번째 저장되는 홀로그램 데이터 페이지, τ_e: 기록물질의 소거시간 상수, θ₂: 기준광의 입사각, n : 가중값을 나타낸다.

즉, 기록시간은 각도 중첩 기록에 의해 홀로그램 데이터 페이지가 증가되는 것에 반비례하며, 저장매체에 투사되는 기준광의 입사각에 비례한다. 또한, 기록시간은 저장매체로 이용된 기록물질의 고유한 소거시간 상수 및 기준광의 입사각을 고려한 가중치를 고려하여 설정된다.

본 발명의 특징적인 방법은 종래에는 선행기록된 홀로그램의 페이지의 손상을 방지하기 위해 기록시간만을 고려한 기록시간 스케쥴 방법인 반면에, 저장매체에 투사되는 기준광의 입사각에 따라 회절효율이 변화되는 요소까지 보정하여 기록시간을 결정하는 진보된 이퀄라이징 방법이다.

이와같은 본 발명에 따르면 각도 중첩 기록시 최초의 홀로그램 데이터 페이지와 마지막 홀로그램 데이터 페이지간의 증폭비(재생효율)의 차이가 최소화되어 재생시 재생 이미지의 화질이 개선된다.

또한, CCD에 입사하는 재생 이미지 출력이 평균적으로 이루어지므로 CCD의 민감도나 CCD의 특성에 따른 최적의 CCD 선택에 훨씬 자유로우며, 각도 중첩을 위해 변경되는 기준광의 입사각의 범위를 확장하더라도 기준광 입사각의 변화에 따른 보정이 이루어지므로 재생효율을 평균적으로 유지할 수 있다.

또한, 중첩기록시 첫 번째 홀로그램 데이터 페이지의 기준광 입사각을 재생효율이 가장 높은 0°로 설정하면 도 3에서 도시된 바와 같이 가장 장시간의 기록시간이 할당되어야하는 첫 번째 홀로그램 데이터 페이지의 기록시간을 상당시간 단축할 수 있어 전체적으로 기록시간에 소요되는 시간을 단축하는 효과를 가져올 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims

각도 중첩을 이용하는 볼륨 홀로그램 디지탈 데이터 저장 시스템(VHDDSS)에서 홀로그램 데이터 페이지의 기록시간을 설정하는 방법에 있어서,

상기 기록시간은 하기식

t sub m = n(θ sub 2 ){τ sub e over m}

(여기서, m : m번째 저장되는 홀로그램 데이터 페이지, τ_e: 기록물질의 고유한 소거시간 상수, θ₂: 저장되는 홀로그램 데이터 페이지에 투사되는 기준광의 입사각, n : 기준광의 입사각에 따른 가중값을 나타냄.)을 따르는 것을 특징으로 하는 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 첫 번째 홀로그램 데이터 페이지의 기준광 입사각을 재생효율이 가장 높은 0°로 설정하는 것을 특징으로 하는 VHDDSS의 회절효율 이퀄라이징 방법.