KR100763637B1 - 병진운동을 하는 반사미러를 구비한 홀로그램 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀로그램 저장장치에 관한 것으로서, 특히 대용량 저장장치인 3차원 홀로그램 드라이브에서 기준광 혹은 물체광의 반사면을 이송시켜 기록 매질의 추가적인 이동 및 회전 없이 저장할 수 있도록 하는 구조에 관한 것이다. 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광 픽업 장치를 구성하지 않고 물체광과 기준광의 반사 거울(mirror)의 위치를 이동함으로써 디스크의 내·외주에 기록 및 재생이 가능하여 디스크와 광 픽업 장치의 이동이 필요 없기 때문에 빠른 응답 속도를 확보할 수 있다.

홀로그램 저장장치, 각 다중화, 2축회전, 기준광, 병진운동

Description

병진운동을 하는 반사미러를 구비한 홀로그램 저장장치{Hologram Storage consisting of Mirror which advance side by side}

도 1은 고정된 미디어를 포함하는 종래의 홀로그램 저장장치.

도 2는 회전하는 미디어를 포함하는 종래의 홀로그램 저장장치.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 병진운동이 가능한 반사미러를 포함하는 홀로그램 저장장치.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2축 회전 및 병진운동이 가능한 반사미러를 포함하는 홀로그램 저장장치.

도 5는 종래 홀로그램 저장장치에서 하나의 북에 페이지가 저장되는 방법.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준광반사미러가 좌우회전을 함에 따라 하나의 북에 페이지가 저장되는 방법.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준광반사미러가 2축 회전을 함에 따라 하나의 북에 페이지가 저장되는 방법.

도 8은 종래 홀로그램 저장장치의 광 회절효율을 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 저장장치의 광 회절효율을 나타낸 그래프.

{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}

1 : 원시광원 2 : 광분할기

3 : 물체광반사미러 4 : 공간광변조기

6 : 기준광반사미러 7 : 광 미디어

9 : 물체광 10 : 기준광

400 : 2축 회전 가능한 기준광반사미러

본 발명은 홀로그램 저장장치에 관한 것으로서, 특히 대용량 저장장치인 3차원 홀로그램 드라이브에서 기준광 혹은 물체광의 반사면을 이송시켜 기록 매질의 추가적인 이동 및 회전 없이 저장할 수 있도록 하는 구조에 관한 것이다.

근의 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 상용화 를 위해서는 비디오 서버의 용량이 10³Tb이상, 데이터 전달속도는 1Gb/sec이상이 요 구된다.

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~수만 장의 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, 피치 간격 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 공간적 으로 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.

그러나 각도 다중화 방법의 경우도 사용상의 편의 및 제품화 관점에서 기존 CD/DVD와 같은 디스크 타입의 저장 미디어를 사용하게 되며, 이 경우 디스크를 회전시키는 메커니즘과 빔 위치를 옮길 수 있는 트래킹 메커니즘도 역시 필요하다.

따라서, 기존 광학 드라이브와 같이 픽업 구성이 필요로 하며, 이 경우 홀로그램 시스템의 무거운 시스템 특성에 의해 가동 부하를 증가시키는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 별도의 픽업을 구성하지 않고, 트래킹 방향 기록 및 재생할 수 있도록 광 경로 상에 놓여 있는 반사면을 이동하는 홀로그램 저장장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 홀로그램 저장장치는 광 경로를 변화시키는 미러가 병진운동을 하여 광 경로를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 미러는 기준광반사미러 또는 물체광반사미러인것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 기준광반사미러는 상하 병진운동을 하고, 2축 회전을 하는 것이 바람직하다.

상기 물체광반사미러는 좌우 병진운동을 하고, 2축 회전을 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 저장장치의 구성도이다.

상기 실시예에서, 홀로그램 저장장치는 광분할기(2), 공간광변조기(4), 물체광반사미러(3), 기준광반사미러(6) 및 광 미디어(7)를 포함하고, 상기 기준광반사미러(6) 및 물체광반사미러(3)는 병진운동을 한다.

상기 실시예는, 기준광반사미러 및 물체광반사미러가 병진운동을 하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 반사미러는 광분할기(2)에서 분할된 기준광을 반사하기 위한 기준광반사미러(6)와 상기 광분할기(2)에서 분할되어 공간광변조기(4)를 지나면서 소정의 데이터를 포함하는 물체광반사미러(6)가 구비된다. 상기 물체광반사미러(3)는 도 4를 기준으로 할 때 좌우로 병진운동을 하며, 기준광반사미러(6)는 상하 병진운동을 행한다. 광 미디어에 데이터의 기록을 위해서는 기준광(10)과 물체광(9)이 한곳에 입사하여야 하므로, 상기 반사미러는 동시에 움직이는 것이 바람직하다. 즉, 물체광반사미러(3)가 우측으로 이동하는 경우 기준광반사미러(6)는 상부로 이동하게 되며, 물체광반사미러(30)가 좌측으로 이동하면 기준광반사미러(6)는 하부로 이동한다. 상기 기준광반사미러(6)와 물체광반사미러(30)의 움직임은 동기화되어 이동하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 반사미러가 이동을 하게 되면 광 미디어가 별도로 움직이지 않아도 된다.

상기 도 3에서의 기준광반사미러(6)와 물체광반사미러(3)는 상하 또는 좌우 병진운동만을 행하나, 도 3을 기준으로 앞뒤 방향의 병진운동이 동시에 일어나는 것도 바람직하다. 상기에서 기준광반사미러(6)와 물체광반사미러(30)가 상하 또는 좌우 병진 운동을 행하기는 하나 기존의 각도 다중화를 위하여 반사면이 회전하는 것은 당연하다. 즉, 본 발명에서의 홀로그램 장치는 별도의 광 미디어가 움직이지 않고서도 트래킹이 가능하도록 상기 기준광반사미러(6)와 물체광반사미러(3)를 병진운동시키는 것이고 각도 다중화에 의해서 데이터를 저장시키는 방법은 별개의 것이다.

일반적으로 각도 다중화를 위해서 상기 기준광반사미러와 물체광반사미러는 1축 회전을 행하나 2축 회전을 시킴으로써 저장용량을 증가시키는 것도 가능하다. 이하, 2축 회전을 하면서 상하 또는 좌우 병진운동을 하는 반사미러를 포함하는 홀로그램 저장장치에 대해서 살펴보도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2축 회전이 가능하고 병진운동을 행하는 기준광반사미러를 포함하는 홀로그램 저장장치의 구성도이다.

상기 실시예에서, 홀로그램 저장장치는 도 3의 홀로그램 저장장치와 구성이 유사하나 기준광반사미러가 2축 회전할 수 있다는 차이가 있다. 이하 2축 회전에 의한 저장효율에 대해서 살펴보도록 한다.

도 5는 기존 광 미디어(7)에 북 단위로 페이지가 저장되는 방법을 나타낸 것이다. 광 미디어(7)에 하나의 불륨을 가지고 저장하는 경우 저장공간의 단위를 북(book)이라 하고, 상기 북에 저장되는 각 화면 데이터는 페이지(page)라 한다. 기존 상하방향으로만 기준광을 반사시키는 기준광반사미러의 경우 도 5를 참조하면, 상기 기준광반사미러가 움직임에 따라 θ₁, θ₂, θ₃, ...., θ_n의 각도를 가지고 입력된다. 따라서, 상기 각도에 따른 다른 회절무늬가 형성되어 저장되었다. 이러한 저장방법은 하나의 북(book)에서 z축에서 x축 방향으로 페이지가 회전하면서 저장된다.

그러나 본 발명에서와 같이 상기 기준광반사미러를 수평방향, 즉 좌우방향으로 움직이면, 상하에 따른 각 θ는 고정되고 도 6에서와 같이 φ의 각이 형성되면서 광 미디어에 빛이 입사된다.

도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 2축 회전할 수 있는 기준광반사미러를 사용하였을 때 페이지가 북에 저장되는 방법을 나타낸 것이다. 상기 실시예는 기준광반사미러가 상하방향 각θ는 고정되고 수평방향 각 φ가 변함에 따라 페이지가 저장되는 방법을 나타낸 것인데, 상기 기준광반사미러가 회전함에 따라 φ₁, φ₂, φ₃, .... , φ_n의 각도를 가지고 입사함을 알 수 있다. 이러한 각도의 변화는 기존과 다르게 y축 방향에서 x축 방향으로 회전하면서 페이지가 저장된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준광반사미러를 상하좌우 동시에 회전시키면서 하나의 북에 페이지를 저장하는 경우 페이지가 저장되는 방법을 나타낸 것이다.

도 7을 참조하면, 적색의 페이지는 기준광반사미러를 상하로 회전시키면서 페이지를 저장한 것이고, 청색의 페이지는 상기 기준광반사미러를 좌우로 회전시키면서 페이지를 저장한 것이다. 이러한 방식으로 하나의 북에 페이지를 저장시킨다면, 기존에 1축 회전시 하나의 북에 약 100페이지를 저장한다고 가정하였을 경우, 본 발명에 따라 페이지 저장한다면, 하나의 북에 100 x 100 = 10000페이지의 데이터를 저장할 수 있다. 이는 기존에 비해서 약 100배의 저장용량의 향상을 나타내는 것이다.

이를 홀로그램 저장장치의 회절효율을 나타내는 그래프를 이용하여 저장능력의 향상을 살펴보도록 한다.

도 8은 기존 단축 회전의 기준광반사미러를 가지고 있는 경우 회전각에 따른 각 페이지의 회절효율을 나타낸 것이다.

상기 회절효율은

로 나타나는데, 상기에서 S는 입력광을 나타내고, R은 기준광을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 각 페이지에 따라 회절효율이 sinc함수로써 나타나는데, 이중 그 값이 최대로 되는 각도에서만 페이지를 저장할 수 있다. 따라서 도 8을 참조하면, 굵은 실선 좌측의 점선은 소정의 각 θ에서만 큰 값을 가지게 되므로 하나의 북에서는 상기 각 θ로 입사되는 빛은 하나의 페이지만을 저장하는데 사용된다. 그러나 본 발명에와 같이 기준광반사미러를 2축 회전으로 구성하면 기준광이 광 미디어에 입사되는 각도의 범위가 3차원으로 확장된다. 결과적으로, 회절 효율 곡선도의 3차원화가 도 9와 같이 이루어지며, 기존 θ 방향의 회절 효율 곡선의 중첩을 피해 각 다중화가 이루어지는 방법에 추가로, φ 방향으로 회절 효율 곡선을 추가할 수 있어 서로 독립적인 곡선을 형성할 수 있게 되어, M/#(미디어 내 저장 가능 지표 수)를 향상시킬 수 있다.

상기 M/#는 홀로그램 저장장치에서 저장용량을 나타내는 것으로써, M/# 값은 DE의 루트 값으로 나타나는데, 상기 DE는 각 다중화된 피크의 회절효율이다. 이렇게 구해진 M/#값은 하나의 매체에 다중화된 피크가 많이 존재함을 나타내는 것으로서, 저장할 수 있는 페이지가 많다는 것을 의미한다.

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, 광 픽업 장치를 구성하지 않고 물체광과 기준광의 반사 거울(mirror)의 위치를 이동함으로써 디스크의 내·외주에 기록 및 재생이 가능하여 디스크와 광 픽업 장치의 이동이 필요 없기 때문에 빠른 응답 속도를 확보할 수 있다.

Claims (7)

1. 입사되는 광을 기준광과 물체광으로 분리하는 광분할기;

   상기 물체광을 입력데이터를 이용하여 2차원 패턴을 형성하는 공간광변조기;

   좌우로 이동이 가능하고, 상기 물체광을 기록매체방향으로 반사시키는 물체광반사미러;

   상하로 이동이 가능하고, 상기 기준광을 기록매체방향으로 반사시키는 기준광반사미러를 포함하는 홀로그램 저장장치.
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