KR100683931B1 - 광 변조를 위한 ｄｍｄ를 포함하는 홀로그램 저장장치 - Google Patents

광 변조를 위한 ｄｍｄ를 포함하는 홀로그램 저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홀로그램 저장장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro Mirror Device, 'DMD')모듈을 이용하여 공간광분할기를 대치하는 구성에 관한 것이다. 본 발명의 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치는 광원; 상기 광원을 기준광과 물체광으로 분할하는 광 분할기; 상기 물체광을 소정의 데이터를 포함하는 물체광으로 변화하는 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro Mirror Device, 'DMD')부; 상기 DMD부로 입사되는 물체광과 상기 DMD부에서 출력되는 물체광의 경로를 변환하는 광경로 변환부; 및 상기 기준광과 상기 물체광이 중첩되어 데이터를 기록하는 저장매체를 포함한다. 본 발명은 기존 홀로그램 저장장치에 있어서 고가의 SLM을 프로젝션 TV나 빔 프로젝터에 사용되는 저가의 DMD로 대치함에 있어서 발생할 수 있는 layout 상의 복잡성 및 구성의 난이성을 해결하기 위해 전반사 프리즘을 구성하는 방법을 제시하고 있으며, 이를 통해 제품화 단계에 있어 보다 염가의 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.
홀로그램, 저장장치, DMD, 전반사 프리즘, TIR

Description

광 변조를 위한 ＤＭＤ를 포함하는 홀로그램 저장장치{Hologram Storage consisting of DMD module for Optical modulation}
도 1은 고정된 미디어를 포함하는 종래의 홀로그램 저장장치.
도 2는 회전하는 미디어를 포함하는 종래의 홀로그램 저장장치.
도 3a 및 도 3b는 기록 매체에 데이터를 저장하는 방법.
도 4a 및 도 4b는 기록 매체에서 데이터를 재생하는 방법
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DMD모듈을 이용한 홀로그램 저장장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광경로 변환부의 구성도.
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
501 : 광원 502 : 제 1광분할기
503 : 물체광 반사미러 504 : DMD 모듈
505 : 광경로 변환부 506 : 누설광 흡수기
507 : 제 2광분할기 508, 509 : 릴레이 렌즈
510 : 촬상소자 511 : 제 3광분할기
512 : 쓰기용 기준광 반사미러 516 : 읽기용 제 1기준광 반사미러
517 : 읽기용 제 2기준광 반사미러 521 : 저장매체
본 발명은 홀로그램 저장장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 미이크로 미러 디바이스(Digital Micro Mirror Device, 'DMD')모듈을 이용하여 공간광분할기를 대치하는 구성에 관한 것이다.
대용량 저장장치인 3차원 홀로그램 드라이브에서 레이저를 제어하여 정보를 저장 및 재생하는 방식이다.
최근의 멀티미디어 산업은 가전, 컴퓨터, 통신, 영상, 방송 등의 여러 산업이 융합된 고도의 기술집약적인 산업으로 발전해가고 있다. 이러한 멀티미디어 산업 환경을 충족시키기 위해서는 새로운 정보환경이 필요해 지고 있다. 즉, 정보량이 방대해짐에 따라 정보저장매체의 초대용량화, 초고속화, 초소형화가 요구되어 지고 있다. 한 예로, 멀티미디어 정보통신의 주문형 비디오(Video-On-Demand)의 상용화를 위해서는 비디오 서버의 용량이 103Tb이상, 데이터 전달속도는 1Gb/sec이상이 요구된다.
그러나 현재의 반도체 메모리 및 MOD(Magneto-optical disc) 및 CD(Compact disc) 등은 이러한 정보저장 처리에 있어서 기술적, 경제적 한계가 있음에 따라 새로운 차원의 차세대 초대용량 정보저장기기가 절실해지고 있다. 현재 CD메모리의 경우 640MB(1시간 40분가량의 음악이나 양면 문서 30만 페이지 이상)의 용량을 갖지만, 방대한 데이터의 저장이 필요한 병원업무, 법률, 회사, 정부기관, 도서관 등에서는 수백~수만장의 디스크를 쌓아놓고 로봇팔을 이용하여 액세스하는 고가의 주크박스(Jukebox)를 이용하고 있다.
기존의 CD/DVD 급 저장장치는 레이저 광원으로부터 집광된 빔 스폿을 이용하여 미디어의 한 면에 정보를 저장하는 2차원적 저장방식이었다. 이 경우 트랙간 피치 간격을 조정하거나, 레이어의 층수를 증가시키는 방식을 통해 데이터 저장 용량을 증가시켰으나, 피치간격 축소 및 레이어 증가는 물리적인 한계가 있기 때문에 어느 수준 이상이 되면 저장 용량의 증가는 기술적으로 불가능해진다.
따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 도입된 것이 3차원 입체 저장 방식인 홀로그램 저장방식이며, 이는 빛의 회절 및 간섭 효과를 이용하여 저장 매체의 내부에 정보를 기록할 수 있어 CD/DVD에 비해 수십~수백 배의 저장 용량을 확보할 수가 있다.
홀로그램이란 저장될 때 사용된 광파를 똑같이 재생하는 것 또는 저장된 상태를 의미하는 것으로 홀로그램 메모리에서는 2차원의 광패턴들을 저장하였다가 재생하게 된다. 이러한 저장 방법은 적절한 다중화(Multiplexing)기법에 의해 공간적으로 겹쳐져서 저장된 정보라도 서로 분리하여 읽어낼 수 있으며 2차원 영상이 한꺼번에 재생되는 페이지 단위의 읽기를 구현하기 때문에 초대용량의 병렬 액세스 매 모리 시스템의 구현이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 홀로그램 메모리 시스템의 기본구조를 나타낸 것이다.
레이저(1)는 광분할기(Beam splitter, 2)에 의해 기준광(reference beam, 10)과 신호를 싣게 될 물체광(Object beam, 9)으로 갈라지게 된다. 물체광은 공간 광변조기(SLM, Spatial Light Modulator, 4)를 통과하면서 원하는 입력 데이터에 의해 2차원 패턴으로 변조된다. 이 빛이 광굴절 물질로 된 미디어(7) 내에서 기준광(10)과 간섭하여 정보저장을 하게 된다. 정보를 읽어낼 때에는 광굴절 물질에 기준광(10)만을 조사하게 된다. 그러면 원래의 정보를 실은 신호광이 재생되어 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 검출기 어레이(Detect array, 8)에 입사된다.
도 2는 디스크 회전형 홀로그램 저장장치의 블록도이다. 상기 도 1이 고정된 미디어를 이용한 홀로그램 저장장치라고 한다면, 도 2의 홀로그램 저장장치는 미디어가 일반 CD/DVD의 광 디스크 미디어와 유사하게 형성되어 회전을 하며, 데이터는 트랙을 따라 순차적으로 저장된다. 다만, 상기 디스크 회전형 홀로그램 저장장치의 미디어는 일반 CD/DVD와 같이 고속회전을 하는 것이 아니라, 하나의 북(데이터가 저장되는 소정의 공간)에 소정의 페이지(하나의 북에 저장되는 화면 단위)가 저장되면 스테핑 형식으로 회전하도록 되어 있다.
현재 홀로그램 드라이브 관련하여 저장 용량을 증가시키는 기술적인 방법으로, 각도 다중화, 위상 다중화, 파장 다중화 방법 등이 소개되고 있으나, 제품화 단계에 이른 기술은 각도 다중화 방법이 있다.
도 3a 및 도 3b는 각도 다중화 방법을 이용하여 기록 매체에 데이터를 기록 하는 방법이고, 도 4a 및 도 4b는 매체에 저장된 데이터를 재생하는 방법을 나타낸 것이다.
각도 다중화 방법은 미디어의 저장 밀도를 향상하기 위해 기준광의 디스크 입사 각도를 조절하여, 특정 각도에서 기록한 데이터는 그 특정 각도로 다시 레이저를 조사해야만 재생이 가능하도록 하는 방법이다.
이와 같이 데이터를 기록·재생할 수 있도록 기준광의 각도를 선택할 수 있는 구간을 각 선택도라고 하며, 현재는 기준광의 미러를 한 방향만 회전하여 중첩하는 방식을 선택하고 있다.
이러한 각도 다중화 방법을 이용하여 홀로그램 저장 장치를 구성함에 있어 데이터 저장을 위해 기존에 LCOS 방식의 SLM을 사용하는 예가 있었으나, 고가의 가격과 작업 난이도등의 문제로 실제 제품에서 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 PLP TV에서 사용되는 DMD를 이용한 홀로그램 저장장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치는 광원; 상기 광원을 기준광과 물체광으로 분할하는 광 분할기; 상기 물체광을 소정의 데이터를 포함하는 물체광으로 변화하는 디지털 마이 크로 미러 디바이스(Digital Micro Mirror Device, 'DMD')부; 상기 DMD부로 입사되는 물체광과 상기 DMD부에서 출력되는 물체광의 경로를 변환하는 광경로 변환부; 및 상기 기준광과 상기 물체광이 중첩되어 데이터를 기록하는 저장매체를 포함한다.
본 발명에서 상기 저장매체에 기록된 데이터를 가독하기 위한 촬상소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 촬상소자 전단에는 픽셀 크기가 다른 경우 이를 조절하기 위한 적어도 하나 이상의 릴레이 렌즈가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 DMD부에는 상기 물체광의 경로를 변환하는 광경로 변환부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 광경로 변환부에는 상기 DMD에서 누설되는 광을 모으기 위한 전반사 프리즘을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전반사 프리즘을 통하여 누설되는 광의 각도는 법선을 기준으로 40°이내인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 프리즘을 통하여 상기 DMD에 입사되는 물체광과 반사되는 물체광이 이루는 각은 20°이내인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 DMD회전에 의해 누설되는 불필요한 광원을 차단하기 위한 누설광 흡수부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한 다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DMD모듈을 이용한 홀로그램 저장장치의 구성도이다.
상기 실시예에서, DMD모듈을 이용한 홀로그램 저장장치는 광원(501), 제 1광분할기(502), 물체광 반사미러(503), DMD모듈(504), 광경로 변환부(505), 누설광 흡수기(506), 제 2광분할기(507), 제 3광분할기(511), 읽기용 제 1기준광 반사미러(516), 읽기용 제 2기준광 반사미러(517), 쓰기용 기준광 반사미러(512) 및 저장매체(521)를 포함한다.
상기 실시예는, 기존 공간광변조기 대신에 DMD모듈(504)을 사용하여 물체광에 데이터 변조를 하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 광원(501)에서 발산되는 레이저는 제 1광분할기(502)를 거치면서 기준광과 물체광(522)으로 분리된다. 물체광(522)은 물체광 반사미러(503)를 거쳐 광경로 변환부(505)로 입사된다.
상기 광경로 변환부(505)는 광원의 직진경로를 변환하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명에서는 프리즘을 이용한다. 상기 프리즘은 일 실시예로써 당업자의 수준에 맞게 다양한 방법으로 구현가능한 것은 자명한 일이다. 이하, 상기 광경로 변환부는 프리즘을 이용하여 광 경로를 변환하는 것으로 가정한다.
상기 프리즘은 입사된 물체광의 광경로를 변경하여 DMD모듈(504)로 입사되도록 한다. 상기 DMD모듈(504)로 입사된 물체광은 원하는 입력 데이터에 의해 패턴화된다. DMD모듈(504)은 소정의 해상도에 따라 해당 픽셀마다 미러가 구비된 모듈로써 일반적인 공간광변조기의 패턴화 방법과 유사하게 물체광에 데이터를 변조한다.
상기 DMD모듈(504)은 변조된 물체광을 프리즘(505)으로 재반사시킨다. 상기 DMD모듈(504)에서 반사된 물체광은 프리즘을 거쳐 제 2광분할기(507)를 거친다. 상기 DMD모듈(504)에서 반사되는 빛 중 일부는 상기 프리즘(505)을 통과하지 못하고 외부로 반사된다. 이러한 누설광(522c)은 전반사 프리즘에 의해 한곳으로 모이게 되고 상기 한곳으로 모인 누설광(522c)은 누설광 흡수기(506)에 의해 흡수된다. 이하, 상기 광경로 변환부(505)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광경로 변환부(505)의 구성도로써, 상기 광경로 변환부(505)는 반사 프리즘(505a)과 전반사 프리즘(505b)을 포함한다. 도 6을 참조하면, 물체광 반사미러(503)에 반사된 물체광은 광경로 변환부(505)에 포함된 반사 프리즘(505a)에 우선 입사된다. 상기 반사 프리즘(505a)에 입사된 물체광(522a)은 DMD모듈(504)로 반사되고, 상기 DMD모듈(504)에서 변조된 물체광은 재차 반사되어 상기 반사 프리즘(505a)으로 다시 입사되어 나간다. 상기에서 광원에서 분리된 물체광이 반사 프리즘(505a)을 거쳐 상기 DMD모듈(504)로 입사되는 각은 상기 반사 프리즘(505a)의 특성과 DMD모듈(504)에 구비되는 미러의 특성에 따라 변경되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 DMD모듈(504)로 입사되는 물체광과 상 기 DMD모듈(504)에서 반사되는 물체광의 각도는 20도로 한정하고 있으나, 상기 각도는 이에 한정되는 것이 아니함은 당업자에게 자명한 일이다.
상기 DMD모듈(504)에서 반사되는 광 중 일부는 누설된다. 상기 누설되는 광(522c)은 전반사 프리즘(505b)을 통해 한 곳으로 모이게 된다. 상기 한 곳으로 누설된 광(522c)은 상기에서 기술한 바와 같이 누설광 흡수기(506)에 모두 흡수된다. 상기 전반사 프리즘(505b)에 의해 누설광(522c)이 반사되는 각 역시 상기 전반사 프리즘(505b)과 DMD모듈(504)의 미러 특성에 의해 변경되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 40도의 각도로 반사되는 것을 나타내고 있으나 상기 각도 역시 40도로 한정된 것이 아님은 당업자에게 비추어 자명할 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 광경로 변환부(505)를 통과한 물체광은 저장매체(521)에 도달하게 된다.
상기 광원에서 분리된 기준광은 제 3광분할기(511)로 진행한다. 상기 제 3광분할기(511)는 상기 기준광을 읽기용 기준광(524)과 쓰기용 기준광(523)으로 분리한다. 상기 쓰기용 기준광(523)은 쓰기용 기준광 반사미러(512)를 거쳐 복수개의 미러(513~515)를 통과한 후 저장매체(521)에 도달한다. 상기 저장매체(521)에 도달하기 위해서 복수 개의 미러(513~515)를 거치게 되는데 이는 홀로그램 저장장치의 특성상 빛이 도달하는 위치는 동일하고 입사되는 각을 다중화하기 위한 것이다.
상기 읽기용 기준광(524) 역시 읽기용 기준광 제 1반사미러(516) 및 읽기용 기준광 제 2반사미러(517)를 거친 후 적어도 하나 이상의 미러(518~520)에서 재차 반사되어 저장매체(521)에 도달한다.
상기 저장매체(521)에 도달한 읽기용 기준광은 제 2광분할기(507)로 진입하고 상기 제 2광분할기(507)로 진입한 읽기용 기준광은 촬상소자(510)로 진입하게 되어 데이터를 읽을 수 있게 된다. 상기 촬상소자(510)는 CMOS 혹은 CCD가 사용되는 것이 바람직하고, 상기 촬상소자(510) 전단에는 픽셀 사이즈가 서로 다른 부품을 사용하는 경우에도 이미지 센싱이 가능하도록 적어도 하나 이상의 릴레이 렌즈(508, 509)가 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 본 발명은 기존 홀로그램 저장장치에 있어서 고가의 SLM을 프로젝션 TV나 빔 프로젝터에 사용되는 저가의 DMD로 대치함에 있어서 발생할 수 있는 layout 상의 복잡성 및 구성의 난이성을 해결하기 위해 전반사 프리즘을 구성하는 방법을 제시하고 있으며, 이를 통해 제품화 단계에 있어 보다 염가의 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 광원; 상기 광원을 기준광과 물체광으로 분할하는 광 분할기; 상기 물체광을 소정의 데이터를 포함하는 물체광으로 변화하는 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro Mirror Device, 'DMD')부; 상기 DMD부로 입사되는 물체광과 상기 DMD부에서 출력되는 물체광의 경로를 변환하는 광경로 변환부; 및 상기 기준광과 상기 물체광이 중첩되어 데이터를 기록하는 저장매체를 포함하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 저장매체에 기록된 데이터를 가독하기 위한 촬상소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 촬상소자 전단에는 픽셀 크기가 다른 경우 이를 조절하기 위한 적어도 하나 이상의 릴레이 렌즈가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는 프리즘으로 이용하여 광 경로를 변환시키는 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는 상기 DMD에서 누설되는 광을 모으기 위한 전반사 프리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전반사 프리즘을 통하여 누설되는 광의 각도는 법선을 기준으로 40°이내인 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광경로변환부를 통하여 상기 DMD에 입사되는 물체광과 반사되는 물체광이 이루는 각은 20°이내인 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 DMD회전에 의해 누설되는 불필요한 광원을 차단하기 위한 누설광 흡수부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광 변조를 위한 DMD를 포함하는 홀로그램 저장장치.
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