KR101310654B1 - 자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광 메모리 시스템 - Google Patents

자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광 메모리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광원의 가동성(movavility) 확보가 가능하고 광원의 교체 과정에서 왜곡된 광 경로를 자동으로 정렬시킬 수 있는 자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광메모리 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 광을 발생하는 광원; 상기 광의 이동경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과되는 홀이 형성된 제1어퍼쳐; 상기 제1어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제1광검출부; 상기 제1어퍼쳐의 후방측 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과하는 홀이 형성된 제2어퍼쳐; 상기 제2어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제2광검출부; 상기 제1광검출부와 제2광검출부를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 기준 광량과 비교한 후 원래 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 외부로 전송하는 제어부; 상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 의해 구동되어 광의 경로를 조절하는 광경로 조절부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광 메모리 시스템{Automatic beam alignment apparatus and algorithm, and holographic data storage system having the same }
본 발명은 광원의 가동성(movavility) 확보가 가능하고 광원의 교체 과정에서 왜곡된 광 경로를 자동으로 정렬시킬 수 있는 자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광메모리 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 정보 산업이 발달함에 따라 정보를 저장하는 장치의 대용량화, 처리 속도의 고속화가 요구되고 있다. 현재 데이터 저장용 메모리의 대용량 및 고속 처리를 위해 광 디스크 등의 기록 매체로 수백 기가바이트(Giga bytes)를 저장할 수 있는 홀로그래픽 광 메모리 시스템에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행 중에 있다.
홀로그래픽 광 메모리 시스템(Holographic data storage system)은 3차원 홀로그래픽 기법을 이용하여, 광 정보 기록용 광 굴절결정 및 광감성 고분자 물질에 기가바이트급 이상의 정보의 기록 및 재생이 가능한 광 메모리 장치이다. 이러한 홀로그래픽 광 메모리 시스템은 기존의 광 메모리 시스템과는 달리 광 디스크에 정보를 페이지 형태로 저장하고 멀티 플렉싱(multi-plexing) 기법을 이용하여 한 비트(bit)에 여러 정보를 중첩 저장시킴으로써 저장 용량을 기존 광학 메모리 시스템에 비해 획기적으로 늘릴 수 있을 뿐 아니라, 저장된 데이터를 병렬로 처리하기 때문에 데이터 입출력 속도가 빨라 차세대 대용량 정보 저장장치로 각광을 받고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 구성을 보여주는 것이다(한국 특허공개 제2000-0018310호 참조). 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 홀로그래픽 광 메모리 시스템은, 레이저광을 발생하는 광원(11)과, 입사광을 분기시켜 제1 및 제2경로(Ⅰ)(Ⅱ)로 진행하도록 하는 빔스플리터(Beam spliter;13)와, 빔스플리터(13)에서 분기되어 제1경로(Ⅰ)로 진행하는 광의 세기를 변조시키는 공간광변조기(SLM;Spatial Light Modulator)(17)와, 공간광변조기(17)를 제어하는 콘트롤러(31)와, 빔스플리터(13)에서 분기되어 제2경로(Ⅱ)로 진행하는 광을 편향시키도록 회전가능하게 설치된 미러(22)와, 상기 공간광변조기(17)와 미러(22)를 경유하여 입사된 광정보가 기록되는 광기록매질(25)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 광메모리 시스템은 제1경로(Ⅰ)를 통해 진행하는 광을 선택적으로 차단/투과시키는 제1셔터(15)와, 제2경로(Ⅱ)를 통해 진행하는 광을 선택적으로 차단/투과시키는 제2셔터(21)를 포함하고, 아울러, 상기 공간광변조기(17)를 통해 형성된 2차원 배열을 이루는 각 화소들을 푸리에 변환(Fourier Transform)시기키 위한 푸리에 변환용 렌즈(19)(27)와, 카메라(29)를 포함하여 구성된다.
그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 홀로그래픽 광 메모리 시스템은 높은 데이터 저장밀도와 데이터의 기록 및 재생 성능이 빠른 우수한 장점이 있음에도 불구하고 이들 기능을 구현하기 위한 시스템의 크기가 커지고 복잡해지는 단점이 있다. 아울러, 광 메모리 시스템의 광학적, 기구적 마진(margin)이 매우 타이트한 단점이 있다. 특히, 종래의 홀로그래픽 광 메모리 시스템에는 시스템의 특성상 높은 가간섭성(coherence)을 갖는 레이저 광원이 사용되는데, 이러한 레이저 광원에 문제가 생겨 교체가 필요할 경우 시스템에서 광원을 따로 분리하여 교체하여야 한다. 이와 같은 경우 광원의 설치 오차가 발생되는 문제점이 있고 시스템이 가지는 복잡성 때문에 광원만을 따로 분리하여 교체하지 않고 시스템 전체를 통째로 교체하여 사용할 수밖에 없는 단점이 있었다. 특히, 시스템에서 광원만을 따로 분리하여 교체할 경우, 교체된 광원이 제 위치에 정확히 설치되지 않아 전체 시스템의 광경로가 틀어지는 문제가 발생되는데, 기존에는 이러한 광원 교체시 발생하는 문제를 정밀하게 가공된 지그(Jig)를 사용하여 광원의 위치를 잡아줌으로써 광원의 교체에 다른 광경로의 틀어짐을 극복하고자 하였다. 그러나, 이와 같은 정밀한 장치를 사용하는 경우에는 시스템의 복잡도가 증가하게 되고 시스템 구성에 있어 높은 비용이 요구될 수밖에 없는 단점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수의 광필터(optical filter)를 통과한 빔의 광량을 광검출기를 통해 측정하여 기준 광량과 비교한 후 이에 대응하는 제어신호를 전송하여 미러(mirror)와 글래스 플레이트(glass plate)의 위치를 조정해줌으로써, 시스템상의 광경로가 원래의 정상경로로 자동으로 유지될 수 있도록 하여 광원의 교체시 발생되는 광 정렬불량 문제를 극복할 수 있는 자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광메모리 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 광경로 정렬장치는, 광을 발생하는 광원; 상기 광의 이동경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과되는 홀이 형성된 제1어퍼쳐; 상기 제1어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제1광검출부; 상기 제1어퍼쳐의 후방측 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과하는 홀이 형성된 제2어퍼쳐; 상기 제2어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제2광검출부; 상기 제1광검출부와 제2광검출부를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 기준 광량과 비교한 후 원래 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 외부로 전송하는 제어부; 상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 의해 구동되어 광의 경로를 조절하는 광경로 조절부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1어퍼쳐와 제2어퍼쳐 사이에는 상기 제1어퍼쳐를 거쳐 상기 제2어퍼쳐로 입사되는 광을 굵은 평행 광선속으로 변화시켜 주는 빔 익스팬더(beam expander)가 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2어퍼쳐에 형성된 홀은 상기 제1어퍼쳐에 형성된 홀보다 큰 직경을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 제1광검출부와 제2광검출부에는 각각 빔 스플리터(beam spliter)와 광 검출기(photo detector)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2어퍼쳐와 이들에 각각 대응하는 제1 및 제2광검출부의 광검출기는 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광 검출기로는 복수 개로 분할된 광 검출소자를 통해 광의 입사되는 위치를 검출할 수 있는 분할형 광 검출기가 채용될 수 있다.
그리고, 상기 광경로 조절부는, 광의 틸트(tilt)를 조정하기 위한 미러(mirror); 광의 시프트(shift)를 조정하기 위한 글래스 플레이트(glass plate); 및 상기 제어부로부터 전송된 제어신호를 입력받아 상기 미러 또는 글래스 플레이트를 각각 일정 각도로 회전 구동시키는 구동부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 구동부로는 엑츄에이터(actuator)가 채용될 수 있다.
또는, 상기 구동부로서 전동 스테이지(stage)가 채용될 수 있다,
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 광경로 정렬장치를 구비한 홀로그래픽 광 메모리 시스템은, 광을 발생하는 광원; 상기 광원으로부터 입사되는 광을 투과 및 반사시켜 신호광(signal beam)과 기준광(reference beam)으로 분기하는 편광 빔스플리터; 상기 편광 빔스플리터에서 분기된 신호광과 기준광이 입사되는 광기록매체; 상기 광원과 편광 빔스플리터 사이의 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과되는 홀이 형성된 제1어퍼쳐; 상기 제1어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제1광검출부; 상기 편광 빔스플리터를 거쳐 투과된 신호광이 이동되는 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과하는 홀이 형성된 제2어퍼쳐; 상기 제2어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제2광검출부; 상기 제1광검출부와 제2광검출부를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 기준 광량과 비교한 후 원래 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 외부로 전송하는 제어부; 상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 의해 구동되어 광의 경로를 조절하는 광경로 조절부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1어퍼쳐와 제2어퍼쳐 사이에는 상기 제1어퍼쳐를 거쳐 상기 제2어퍼쳐로 입사되는 광을 굵은 평행 광선속으로 변화시켜 주는 빔 익스팬더(beam expander)가 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2어퍼쳐에 형성된 홀은 상기 제1어퍼쳐에 형성된 홀보다 큰 직경을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 제1광검출부와 제2광검출부에는 각각 빔 스플리터(beam spliter)와 광 검출기(photo detector)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2어퍼쳐와 이들에 각각 대응하는 제1 및 제2광검출부의 광검출기는 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광 검출기로는 복수 개로 분할된 광 검출소자를 통해 광의 입사되는 위치를 검출할 수 있는 분할형 광 검출기가 채용될 수 있다.
그리고, 상기 광경로 조절부는, 광의 틸트(tilt)를 조정하기 위한 미러(mirror); 광의 시프트(shift)를 조정하기 위한 글래스 플레이트(glass plate); 및 상기 제어부로부터 전송된 제어신호를 입력받아 상기 미러 또는 글래스 플레이트를 각각 일정 각도로 회전 구동시키는 구동부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 구동부로는 엑츄에이터(actuator)가 채용될 수 있다.
또는, 상기 구동부로서 전동 스테이지(stage)가 채용될 수 있다,
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 광경로 정렬방법은, 제2광검출기를 통해 제2어퍼쳐를 통과한 광량(PD2)을 측정하는 제1단계; 상기 제1단계로부터 측정된 광량(PD2)이 기설정된 기준 광량(P2)과 같은지를 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계의 판단결과, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 다를 경우 미러를 조정하여 광경로 정렬작업을 수행하고, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같을 경우 제1광검출기를 통해 제1어퍼쳐를 통과한 광량(PD1)을 측정하는 제3단계; 상기 제3단계로부터 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같은지를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계의 판단결과, 측정된 광량(PD1)이 기준 광량(P1)과 다를 경우 글래스 플레이트를 조정하여 광경로 정렬작업을 수행하고, 측정된 광량(PD1)이 기준 광량(P1)과 같을 경우 광 정렬(Alignment) 작업을 종료하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제3단계에서 상기 미러의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 수행한 후, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같은지를 다시 판단하여, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같으면 상기 제3단계의 광량(PD1) 측정을 다시 수행하고, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 다르면 상기 제4단계의 글래스 플레이트의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 다시 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 글래스 플레이트의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 수행한 후, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같은지를 다시 판단하여, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같을 경우 광 정렬(Alignment) 작업을 종료하고, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 다를 경우 다시 제1단계로 복귀하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제3단계의 미러 조정 과정시 측정 광량(PD2) 값의 로컬 맥시멈(Local Maximum) 값을 찾은 후 기준 광량(P2)과 다시 비교하는 단계를 수행할 수 있다.
또한, 상기 제5단계의 글래스 플레이트의 조정시에도 측정 광량(PD1) 값의 로컬 맥시멈(Local Maximum) 값을 찾은 후 기준 광량(P1)과 다시 비교하는 단계를 수행할 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면, 다수의 지점에 설치된 어퍼쳐를 통과한 빔의 광량을 광검출기로 측정하여 기준 광량과 비교한 후 이에 대응하는 제어신호를 전송하여 미러(mirror)와 글래스 플레이트(glass plate)의 위치를 반복적으로 조정해주는 일련의 과정을 통해 광경로를 정밀하게 제어함으로써 광원 교체시 발생되는 광 정렬불량을 방지할 수 있고, 이에 따라, 광학 시스템의 안정성을 높이고 효율적인 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 홀로그래픽 광 메모리 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 구성을 도시한 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 주요부 구성을 발췌하여 도시한 상세도.
도 4는 미러의 회전 구동을 통해 광의 틸트(tilt) 현상이 조정되는 과정을 보여주는 개념도.
도 5는 글래스 플레이트에 의한 광의 시프트(shift) 현상이 조정되는 과정을 보여주는 개념도.
도 6은 글래스 플레이트를 통과하는 광이 스넬의 법칙에 의해 시프트되는 원리를 설명하는 개념도.
도 7은 광원의 정렬 오차 발생시 어퍼쳐(aperture)의 홀 주변에 광이 분포되는 모습을 예시한 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 자동 광경로 정렬방법을 순차적으로 도시한 알고리즘.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 단, 이하에서 설명될 본 발명의 구성 중 기존과 동일한 구성에 대해서는 전술된 종래기술을 참조하기로 하고 이에 대한 별도의 상세한 설명은 하지 않기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 구성을 도시한 것이고, 도 3은 도 2에 도시된 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 주요부 구성을 발췌하여 도시한 요부 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 홀로그래픽 광 메모리 시스템은 레이저광을 발생하는 광원(101)과, 상기 광원(101)으로부터 입사되는 광을 투과 및 반사시켜 신호광(signal beam)과 기준광(reference beam)으로 분기하는 편광 빔스플리터(134)와, 상기 편광 빔스플리터(134)에서 분기된 신호광과 기준광이 입사되는 광기록매체(170)와, 상기 레이저광의 이동경로상에 일정한 간격을 두고 배치되는 2개의 어퍼쳐(aperture)(120)(140)와, 상기 각각의 어퍼쳐(120)(140)를 통과한 광을 투과 및 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter)(122)(142)와, 상기 각각의 빔 스플리터(122)(142)를 통해 반사된 광을 검출하는 광검출기(photo detector)(124)(144)와, 상기 광검출기(124)(144)를 통해 검출된 광 정보가 입력되는 제어부(미도시)와, 상기 제어부로부터 전송된 제어신호에 의해 작동되며 레이저광의 광경로를 조절해주는 광경로 조절부(110)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명은 광을 필터링하는 공간필터(spatial filter)(132), 입사광을 분기시켜 서로 다른 광경로를 제공하는 편광 빔스플리터(polarization beam splitter)(134)(162), 광의 선속을 변화시켜주는 빔 익스팬더(beam expander)(136), 광을 변조하여 광량을 조절하는 공간광변조기(spatial light modulator)(164)를 더 포함하고, 아울러, 상기 공간광변조기(164)를 통해 형성된 각 화소들을 푸리에 변환(Fourier Transform)시키기 위한 푸리에 변환용 렌즈(166)(167)와 카메라(168)를 더 포함한다.
상기 광경로 조절부(110)는 광원(101)으로부터 출사된 광을 반사시켜주는 회전 가능한 미러(mirror)(112)와, 상기 미러(112)의 후방 측 광경로상에 회전가능하게 배치되어 상기 미러(112)를 통해 반사된 광이 입사되는 글래스 플레이트(glass plate)(114)와, 상기 미러(112)와 글래스 플레이트(114)를 각각 일정 각도로 회전 구동시키는 구동부(미도시)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 광경로 조절부(110)의 후방측 광경로상에는 제1어퍼쳐(120)와, 제1빔스플리터(122)와, 공간필터(132), 편광 빔스플리터(134), 빔 익스팬더(136), 제2어퍼쳐(140), 제2빔스플리터(142)가 순차적으로 배치된다.
상기 제1어퍼쳐(120)는 광의 필터링(filtering) 기능을 제공하는 광학 소자로서, 그 중심부에는 광이 통과되는 일정 직경의 홀(121)이 형성된다. 이에 따라, 글래스 플레이트(114)를 통과하여 입사되는 광은 상기 제1어퍼쳐(120)의 홀(121)을 통과하면서 필터링된 상태로 출사된다.
상기 제1빔스플리터(122)는 제1어퍼쳐(120)를 통과한 광 중에서 일부는 투과시켜 공간필터(132)로 입사시키고, 일부는 반사시켜 제1광검출기(124)로 입사되도록 한다. 그리고, 상기 제1광검출기(124)는 제1빔스플리터(122)를 통해 반사된 광의 광량(power)을 검출하여 제어부로 전송한다.
상기 공간필터(132)는 제1빔스플리터(122)를 투과한 광을 다시 필터링하여 투과시키도록 하는 기능을 제공한다. 그리고, 상기 공간필터(132)를 통해 필터링된 광은 편광 빔스플리터(134)를 통해 분기되어 제1경로(S1)와 제2경로(S2)로 진행된다.
이때, 상기 편광 빔스플리터(134)에서 반사된 광은 제1경로(S1)를 따라 이동되어 미러(151), 갈바노 미러(Galvano Mirror)(152), 2개의 렌즈(153)를 차례로 경유하여 광기록매체(170)에 입사되며, 상기 편광 빔스플리터(134)를 투과한 광은 제2경로(S2)를 따라 이동되어 빔 익스팬더(136), 제2어퍼쳐(140), 제2빔스플리터(142), 미러(161), 편광 빔스플리터(162) 및 공간광변조기(164)를 차례로 경유하여 광기록매체(170)로 입사된다.
한편, 상기 편광 빔스플리터(134)의 후방측 광경로상에는 빔 익스팬더(136), 제2어퍼쳐(140), 제2빔스플리터(142)가 순차적으로 배치된다.
상기 빔 익스팬더(beam expander)(136)는 편광 빔스플리터(134)를 통과한 광을 굵은 평행 광선속으로 변화시켜 제2어퍼쳐(140)로 제공한다.
상기 제2어퍼쳐(140)에서는 빔 익스팬더(136)를 거쳐 굵은 광선속으로 변화된 광을 다시 필터링하게 된다. 이때, 상기 제2어퍼쳐(140)의 중심부에도 광이 통과하게 되는 일정 직경의 홀(141)이 형성되는데, 상기 제2어퍼쳐(140)에 형성된 홀(141)은 상기 제1어퍼쳐(120)에 형성된 홀(121)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성된다.
상기 제2광검출기(144)는 제2어퍼쳐(140)를 통과한 후 제2빔스플리터(142)를 통해 반사된 광량을 검출하여 제어부로 전송한다. 이때, 시스템의 광원(101)이 틀어져 광의 정렬 오차가 발생하면, 도 6에 도시된 제2어퍼쳐(140)의 홀(141) 주변의 광 분포 모습과 같이 광이 제2어퍼쳐(140)를 통과하면서 광의 일부가 홀(141)에 의해 막히게 되는 현상이 일어나고, 이로 인해 제2어퍼쳐(140)의 후방측에 위치한 제2광검출기(144)에서 검출되는 신호의 세기가 이상적일 때의 신호 세기보다 약해지게 된다. 본 발명의 시스템은 이러한 원리를 기반으로 제1 및 제2어퍼쳐(120)(140)의 홀(121)(141)을 통과하는 광량을 제1 및 제2광검출기(124)(144)를 통해 실시간 측정할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2광검출기(124)(144)로는 복수 개로 분할된 광검출소자를 통해 광의 입사되는 위치를 검출할 수 있는 분할형 광 검출기가 채용될 수 있다.
한편, 상기 제어부에서는 제1광검출기(124)와 제2광검출기(144)를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 각각의 기준 광량과 비교한 후 정상상태의 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 미러(112) 및 글래스 플레이트(114)의 각 구동부로 전송하여 미러(112) 및 글래스 플레이트(114)를 각각 회전구동시켜 광경로를 조정하게 된다.
여기서, 상기 구동부는 제어부로부터 입력된 제어신호에 따라 구동되며 상기 미러(112)와 글래스 플레이트(114)를 미세각도로 회전 구동시키데 되는데, 이때, 상기 구동부로는 엑츄에이터(actuator), 전동 스테이지(stage), 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등과 같은 다양한 구동수단이 채용될 수 있다.
한편, 도 4는 미러(112)의 회전 구동에 따른 광의 틸트(tilt) 조정 과정을 보여주는 것이고, 도 5는 글래스 플레이트(114)에 의한 광의 시프트(shift) 조정 과정을 보여주는 것이다. 또한, 도 6은 글래스 플레이트(114)를 통과하는 광이 스넬의 법칙에 의해 시프트되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 먼저, 광원(101)의 교체시 발생할 수 있는 광경로의 기구적 정렬불량(Mechnical Misalignment)은 크게 틸트(Tilt 또는 Rotation)와 시프트(Shift)로 구분된다. 이러한 광원(101) 교체에 따른 틸트(Tilt)와 시프트(Shift)와 같은 광경로의 정렬불량 현상이 발생할 경우, 틸트(Tilt) 방향으로의 정렬불량은 광경로 조절부(110)의 미러(112)를 통해 조정할 수 있고 시프트(shift) 방향의 정렬불량은 글래스 플레이트(114)를 통해 조정할 수 있다.
도 4의 (a)는 광원(101)이 정상적으로 설치된 모습이며, 이러한 경우 광원(101)으로부터 출사된 광은 미러(112)를 통해 반사되어 Beam1의 경로로 진행하게 된다. 반면, 광원(101)의 교체에 따른 광경로의 틀어짐 현상이 발생된 경우에는 도 4의 (b)와 같이 미러(112)가 부착된 엑츄에이터를 구동하여 미러(112)를 일정각도 회전시킴으로써 광의 틸트(tilt) 조정을 수행할 수 있다. 이때, Beam2는 회전된 상태의 미러(112)를 통해 반사된 광의 경로를 나타낸 것으로서, 이러한 Beam2는 정상 정렬상태의 광 Beam1과 평행광 상태로 유지된다.
한편, 상기와 같이 미러(112)를 통해 광경로를 조정하는 경우 아무리 제어를 잘한다 해도 Beam 2를 정상상태의 광경로 Beam1과 평행한 형태까지 밖에 정렬할 수 없다. 즉, 상기 회전된 미러(112)를 통해 반사된 Beam 2는 정상상태의 Beam 1과 진행 각도가 동일한 평행광 형태로 조정될 수 있을 뿐, 상기 Beam 2과 Beam 1는 여전히 위치편차가 있는 시프트(Shift) 현상이 존재한다. 이에 따라, 도 5에서 보는 것과 같이 Beam2를 다시 Beam1의 광경로 형태로 시프트시키기 위한 과정이 필요하다.
이와 같은 Beam2를 Beam1의 광경로 형태로 시프트(shift)시키는 것은 매질에 대한 굴절률 차이를 제공하는 본 발명의 글래스 플레이트(114)를 통해 해결이 가능하다. 즉, 도 6에서 보는 것과 같이, 굴절의 법칙인 스넬의 법칙(Snell's law)에 따르면, 특정 매질(글래스 플레이트)로 들어간 빛의 광 경로는 다음의 식을 따르게 된다.
Figure 112012022839113-pat00001
Figure 112012022839113-pat00002
(θ1 는 매질 1에서의 입사각, θ2 는 매질 2에서의 입사각, θ3 는 매질 2에서의 굴절각, θ4 는 매질 1에서의 굴절각, ｎ1 는 매질 1에서의 굴절률, ｎ2 는 매질 2에서의 굴절률)
여기서, θ2와 θ3는 수학적으로 같은 값을 가지게 되고, 마찬가지로 θ1 과θ4 또한 같은 값을 가지게 된다. 따라서, 미러(112)를 통해 반사되어 글래스 플레이트(114)를 통과한 광은 글래스 플레이트(114)를 통과하기 전의 광과 진행방향은 동일하지만 위치편차가 있는 광의 형태가 되고, 이는 광이 마치 시프트(Shift)된 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 이를 통해 Beam 2를 Beam 1과 완전히 동일한 경로로 맞추는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제1 및 제2광검출기(124)(144)를 통해 제1 및 제2어퍼쳐(120)(140)를 통과한 광량을 측정한 후 기설정된 각각의 기준 광량과 비교하여 현재의 광 정렬상태를 실시간 모니터링(monitoring)할 수 있고, 아울러, 시스템 광원의 광경로가 정상상태로부터 편차가 발생된 경우 제어부를 통해 미러(112)와 글래스 플레이트(114)를 컨트롤하여 광의 틸트(tilt) 및 시프트(Shift)를 조정해줌으로써, 시스템의 광경로가 항상 올바른 광경로로 유지되도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 기존의 홀로그래픽 광 메모리 시스템에 전술된 추가적인 광학 장치(복수의 어퍼쳐, 광검출기 등)를 설치함으로써, 기존의 홀로그래픽 광 메모리 시스템에서 가장 문제가 되던 광원의 가동성(Movability)의 확보가 가능해지고, 기존과 같이 광원을 정확한 설치위치에 세팅하기 위한 정밀한 지그(Jig) 등의 기계적 가공이 수반되지 않아도 광경로의 정상적인 정렬이 가능하기 때문에 시스템의 제작 비용을 절감할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 자동 광경로 정렬방법을 순차적으로 도시한 알고리즘이다.
도 8을 참조하면, 먼저, 제1광검출기(124)와 제2광검출기(144)는 각각 기준 광량(Reference Power)인 P1과 P2 값을 미리 가지도록 설정된다. 여기서, 동일한 광원을 사용할 경우 P1과 P2 값은 동일한 값 혹은 거의 변화가 없는 값을 가지게 된다. 이때, 제1광검출기(124)와 제2광검출기(144)를 통해 측정된 광량(power)은 각각 PD1, PD2라 정의한다.
이와 같이 정의된 상태에서 본 발명에 따른 홀로그래픽 광 메모리 시스템의 광경로 자동정렬(Auto alignment) 방법을 설명하면, 먼저, 제2광검출기(144)에서 제2어퍼쳐(140)를 통과한 광량 PD2를 측정하고(S201), 측정된 광량 PD2를 기설정된 기준 광량인 P2와 비교한다(S202). 이때, PD2의 값이 P2의 값과 같으면 다시 제1광검출기(124)에서 제1어퍼쳐(120)를 통과한 광량 PD1을 측정하고(S203), 측정된 광량 PD1을 다시 기설정된 기준 광량 P1과 비교한다(S204). 이때, PD1 값이 P1 값과 같을 경우 시스템의 광 정렬(Alignment)이 완벽하게 이루어진 상태이기 때문에 광 정렬 작업이 완료된다(S205).
한편, 위의 제2광검출기(144)를 통해 측정된 광량 PD2와 기준 광량 P2와의 비교 단계(S202)에서, 만약 PD2 값이 P2 값과 다를 경우 시스템의 광 정렬이 틀어진 상태이기 때문에 광경로 조정작업이 진행된다. 이와 같이 광의 정렬(Alignment)이 틀어져 있을 경우 PD2 값은 P2 값보다 낮은 값을 가지게 된다. 이러한 경우 미러(112)를 조정해서 PD2 값의 로컬 맥시멈(Local Maximum) 값을 찾는다(S206). 이후, 검출된 로컬 맥시멈 PD2 값을 다시 P2 값과 비교하고(S207), 상기 PD2 값과 P2 값이 같을 경우 PD1 측정 단계(S203)로 다시 넘어가고 PD2 값과 P2 값이 서로 다를 경우에는 글래스 플레이트(114)를 조정해서 PD1 값의 로컬 맥시멈 값을 찾는다(S208). 이후 검출된 로컬 맥시멈 PD1 값을 다시 P1 값과 비교하여(S209), PD1 값과 P1 값이 같으면 광 정렬 작업을 완료하고, PD1 값과 P1 값이 서로 다르면 다시 PD2 값을 측정하는 처음 단계(S201)로 돌아가는 과정을 반복하게 된다. 이와 같은 일련의 과정을 반복하는 것을 통해 PD2 측정값과 P2 값, 그리고 PD1 측정값과 P1 값이 같은 지점을 찾아가도록 제어하게 된다. 그리고, 상기와 같은 일련의 처리과정이 완료되면 시스템의 광 정렬(Alignment) 작업이 최종적으로 완료된다. 이때, 도 8의 알고리즘에서는 기준 광량 값을 P1, P2로 설정하고 제1 및 제2광검출기(124)(144)를 통해 측정된 광량 값 PD1, PD2와 비교함에 있어 단순히 '같다' '다르다' 라고 비교했지만 실제로 특성이 우수한 광원도 약간의 파워 오차(측정치에 따르면 0.3% 정도의 파워 안정성을 갖는다)를 가지기 때문에 실질적인 시스템에 적용할 경우 P1과 P2를 레이저 광원의 안정성(Stability) 범위 내의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 광경로 자동 정렬방법은 본 실시 예에서 제시된 홀로그래픽 광 메모리 시스템뿐만 아니라 각도 다중 시스템(Angular multi-plexing system), 마이크로 홀로그래픽 시스템 등 다양한 광학 시스템에 적용 가능하다. 특히, 광 경로의 자동 조정뿐 아니라 광학 시스템의 실시간 광 정렬 상태의 모니터링(monitoring)에도 활용할 수 있다. 아울러, 광학 시스템에 구비되는 광검출기와 어퍼쳐의 설치 개수와 배치 위치 등을 시스템상에 적절히 고려하여 설계하면 더욱 정밀한 정확도를 갖는 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술된 실시 예에서 채용된 어퍼쳐(Aperture) 형태뿐 아니라 다른 형태의 광학 필터(Optical Filter)를 적용하여 구성이 가능하고, 전술된 광검출기(Photo Detector) 외에 CMOS 등과 같은 광검출장치를 적용하여 광학 시스템의 광 정렬상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명은 틀어진 광경로의 조정을 위하여 미러(112)와 글래스 플레이트(114)를 구동부를 통해 각각 컨트롤해 주는 구성을 채용하였으나, 이와 같은 미러(112)와 글래스 플레이트(114) 대신에 2축 이상의 자유도를 갖는 엑츄에이터(Actuator)나 전동 스테이지(Stage)를 사용하여 구성하게 되면 글래스 플레이트(114)의 사용 없이도 미러(112)만으로도 광 경로를 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 어퍼처(120)(140)와 광검출기(124)(144)가 독립적인 구조물로 설치된 본 실시 예의 형태와 달리, 제1어퍼쳐(120)와 제1광검출기(124), 제2어퍼쳐(140)와 제2광검출기(144)를 하나의 통합된 구조물로 형성할 수도 있다. 즉, 제1 및 제2어퍼처(120)(140)를 각각 제1 및 제2광검출기(124)(144)에 통합하여 하나의 구조체 형태로 일체로 형성할 수 있다. 이렇게 형성하게 되면, 본 실시 예의 제1 및 제2빔스플리터(122)(142)를 사용하지 않고서도 효율적인 시스템 구성이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
101 : 광원 110 : 광경로 조절부
112 : 미러(mirror) 114 : 글래스 플레이트(glass plate)
120,140 : 제1,2어퍼쳐 122,142 : 제1,2빔스플리터
124,144 : 제1,2광검출기 132 : 공간필터
134,162 : 편광 빔스플리터 136 : 빔 익스팬더
164 : 공간광변조기 168 ; 카메라

Claims (23)

  1. 광을 발생하는 광원;
    상기 광의 이동경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과되는 홀이 형성된 제1어퍼쳐;
    상기 제1어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제1광검출부;
    상기 제1어퍼쳐의 후방측 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과하는 홀이 형성된 제2어퍼쳐;
    상기 제2어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제2광검출부;
    상기 제1광검출부와 제2광검출부를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 기준 광량과 비교한 후 원래 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 외부로 전송하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 의해 구동되어 광의 경로를 조절하는 광경로 조절부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1어퍼쳐와 제2어퍼쳐 사이에는 상기 제1어퍼쳐를 거쳐 상기 제2어퍼쳐로 입사되는 광을 굵은 평행 광선속으로 변화시켜 주는 빔 익스팬더(beam expander)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2어퍼쳐에 형성된 홀은 상기 제1어퍼쳐에 형성된 홀보다 큰 직경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1광검출부와 제2광검출부에는 각각 빔 스플리터(beam spliter)와 광 검출기(photo detector)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2어퍼쳐와 이들에 각각 대응하는 제1 및 제2광검출부의 광검출기는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광 검출기는 복수 개로 분할된 광 검출소자를 통해 광의 입사되는 위치를 검출하는 분할형 광 검출기인 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  7. 제1항에 있어서, 광경로 조절부는,
    광의 틸트(tilt)를 조정하기 위한 미러(mirror);
    광의 시프트(shift)를 조정하기 위한 글래스 플레이트(glass plate); 및
    상기 제어부로부터 전송된 제어신호를 입력받아 상기 미러 또는 글래스 플레이트를 각각 일정 각도로 회전 구동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구동부는 엑츄에이터(actuator)인 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 구동부는 전동 스테이지(stage)인 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬장치.
  10. 광을 발생하는 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 광을 투과 및 반사시켜 신호광(signal beam)과 기준광(reference beam)으로 분기하는 편광 빔스플리터;
    상기 편광 빔스플리터에서 분기된 신호광과 기준광이 입사되는 광기록매체;
    상기 광원과 편광 빔스플리터 사이의 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과되는 홀이 형성된 제1어퍼쳐;
    상기 제1어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제1광검출부;
    상기 편광 빔스플리터를 거쳐 투과된 신호광이 이동되는 광경로상에 배치되며, 중심부에 상기 광이 통과하는 홀이 형성된 제2어퍼쳐;
    상기 제2어퍼쳐의 홀을 통해 출사되는 광량을 검출하는 제2광검출부;
    상기 제1광검출부와 제2광검출부를 통해 검출된 광량 정보를 입력받아 기설정된 기준 광량과 비교한 후 원래 광경로에 대한 현재 광경로의 틸트(tilt) 및 시프트(shift) 상태를 판단하고 이에 대한 제어신호를 외부로 전송하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 의해 구동되어 광의 경로를 조절하는 광경로 조절부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1어퍼쳐와 제2어퍼쳐 사이에는 상기 제1어퍼쳐를 거쳐 상기 제2어퍼쳐로 입사되는 광을 굵은 평행 광선속으로 변화시켜 주는 빔 익스팬더(beam expander)가 설치된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2어퍼쳐에 형성된 홀은 상기 제1어퍼쳐에 형성된 홀보다 큰 직경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 제1광검출부와 제2광검출부에는 각각 빔 스플리터(beam spliter)와 광 검출기(photo detector)가 구비된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2어퍼쳐와 이들에 각각 대응하는 제1 및 제2광검출부의 광검출기는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 광 검출기는 복수 개로 분할된 광 검출소자를 통해 광의 입사되는 위치를 검출하는 분할형 광 검출기인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 광경로 조절부는,
    광의 틸트(tilt)를 조정하기 위한 미러(mirror);
    광의 시프트(shift)를 조정하기 위한 글래스 플레이트(glass plate); 및
    상기 제어부로부터 전송된 제어신호를 입력받아 상기 미러 또는 글래스 플레이트를 각각 일정 각도로 회전 구동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 구동부는 엑츄에이터(actuator)인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 구동부는 전동 스테이지(stage)인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광 메모리 시스템.
  19. 제2광검출기를 통해 제2어퍼쳐를 통과한 광량(PD2)을 측정하는 제1단계;
    상기 제1단계로부터 측정된 광량(PD2)이 기설정된 기준 광량(P2)과 같은지를 판단하는 제2단계와;
    상기 제2단계의 판단결과, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 다를 경우 미러를 조정하여 광경로 정렬작업을 수행하고, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같을 경우 제1광검출기를 통해 제1어퍼쳐를 통과한 광량(PD1)을 측정하는 제3단계;
    상기 제3단계로부터 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같은지를 판단하는 제4단계;
    상기 제4단계의 판단결과, 측정된 광량(PD1)이 기준 광량(P1)과 다를 경우 글래스 플레이트를 조정하여 광경로 정렬작업을 수행하고, 측정된 광량(PD1)이 기준 광량(P1)과 같을 경우 광 정렬(Alignment) 작업을 종료하는 제5단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제3단계에서 상기 미러의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 수행한 후, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같은지를 다시 판단하여, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 같으면 상기 제3단계의 광량(PD1) 측정을 다시 수행하고, 측정된 광량(PD2)이 기준 광량(P2)과 다르면 상기 제4단계의 글래스 플레이트의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 글래스 플레이트의 조정에 의한 광경로 정렬작업을 수행한 후, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같은지를 다시 판단하여, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 같을 경우 광 정렬(Alignment) 작업을 종료하고, 측정된 광량(PD1)이 기설정된 기준 광량(P1)과 다를 경우 다시 제1단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제3단계의 미러 조정 과정에서 측정 광량(PD2) 값의 로컬 맥시멈(Local Maximum) 값을 찾는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제5단계의 글래스 플레이트 조정 과정에서 측정 광량(PD1) 값의 로컬 맥시멈(Local Maximum) 값을 찾는 것을 특징으로 하는 자동 광경로 정렬방법.
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