KR20000004690A - Color hologram data recording/reproducing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 칼라 홀로그램 데이타 기록/재생방법에 관한 것으로, 특히 튜너블 레이저(tunable laser)를 이용하여 삼색파장의 기록 및 재생을 가능하게 한 홀로그램 데이타 스토리지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color hologram data recording / reproducing method, and more particularly, to a hologram data storage system that enables recording and reproduction of three-color wavelengths by using a tunable laser.
홀로그래픽 레코팅(Holographic Recording)은 멀티미디어 시대의 도래와 함께 많은 정보를 기록하고, 빠른 데이터 전달이 요구되는 시스템에 대한 필요가 증가함에 따라서 관심이 고조되고 있다. 이러한 홀로그래픽 레코딩은 대상 물체로 부터 반사된 물체광의 강도 뿐만 아니라 위상도 기록하고, 대상 물체의 빛의 강도와 위상은 물체광과 기준광의 간섭에 의해서 구성된다. 물체광과 기준광은 간섭무늬를 만들고, 이렇게 형성된 간섭무늬는 간섭무늬의 강도에 반응하는 물질 속에 기록되며, 기록된 간섭무늬에 기준광을 조사 함으로써 대상 물체의 3차원 상인 홀로그램을 재현하게 된다.Holographic Recording is on the rise as the need for systems that record a lot of information and require fast data transfer with the advent of the multimedia era. Such holographic recording records not only the intensity but also the phase of the object light reflected from the object, and the intensity and phase of the light of the object is constituted by the interference of the object light and the reference light. The object light and the reference light form an interference fringe, and the interference fringes thus formed are recorded in a material responding to the intensity of the interference fringe, and the hologram, which is a three-dimensional image of the object, is reproduced by irradiating the reference light on the recorded interference fringe.
홀로그램은 입방체 속에 저장되며 기록 과정에서 사용된 기준광 만이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 읽어 낼 수 있고, 기록시에 사용된 기준광과 파장, 위상이 다른 기준광은 아무런 효과 없이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 통과하게 된다.The hologram is stored in the cube and only the reference light used in the recording process can read the hologram recorded in the cube, and the reference light having a different wavelength and phase from the reference light used in the recording passes through the hologram recorded in the cube without any effect. .
볼륨 홀로그램(Volume Hologram)의 본연의 성질을 이용하면, 각각 다른 기준광을 가지고 저장 물질의 같은 장소에 많은 홀로그램을 기록함으로써 작은 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능하다. 다른 기준광을 만드는 한가지 방법으로는 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 앵글 멀티플렉싱(Angle Multiplexing) 방법이 있다. 이 방법을 이용하면 2진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할 수 있다. 즉, 동일 장소에 많은 데이터를 페이지 단위로 기록 재생함으로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖는 기록 및 재생이 가능하게 되어 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 스토레이지 시스템(Digital Data Storage System)을 구현할 수 있게 된다.Using the natural nature of volume holograms, it is possible to store vast amounts of data inside small cubes by recording many holograms in the same place of the storage material with different reference lights. One method of making another reference light is the Angle Multiplexing method in which the angle of the reference light is changed at each recording time. This method allows you to store hundreds to thousands of holograms organized in pages of binary data in the same place. That is, by recording and reproducing a lot of data in the unit of a page in the same place, recording and reproducing with a high storage density and a fast data transfer rate are possible, thereby enabling a digital data storage system using holography.
종래의 90°배치형 홀로그램 디지탈 데이터 스토레이지 시스템(90°Geometry Digital Data Storage System)은 레이저 발진기에서 발생된 레이저 빔이 빔 스플리트에 입사되어 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)에 의해서 변조되고, 이때 각각의 페이지에는 회전 거울의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 작성된다.In the conventional 90 ° geometry holographic digital data storage system, a laser beam generated by a laser oscillator is incident on a beam split, divided into a reference light and an object light, and an object light is applied to the input data. Therefore, the SLM (Spatial Light Modulator) is modulated on a page-by-page basis of the binary data of the dark and dark colors formed by the pixels. In this case, a reference light having a slightly different angle of the rotating mirror is created on each page.
이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체 내부의 운동전하의 광유도 현상이 발생 하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다. 저장 매체에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기준광 만을 저장 매체에 조사하면 간섭무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.Thereafter, the object light and the reference light cause interference in the storage medium for recording the hologram, and the light induced phenomenon of the movement charge in the storage medium occurs according to the intensity of the interference fringe generated at this time, and the interference pattern is recorded. In order to read the data recorded on the storage medium, only the reference light is irradiated to the storage medium, and the interference pattern is diffracted by the reference light to restore the checkered pattern composed of the original pixel contrast. ) To restore the original data.
이와 같은 종래의 90°배치형 홀로그램 데이타 스토리지 시스템은 단색광의 기록/재생에만 사용하고, 칼라 홀로그램을 구현할 수 없으며, 칼라 영상기기용으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.Such a conventional 90 ° batch holographic data storage system is used only for recording / reproducing monochromatic light, cannot implement color holograms, and cannot be used for color imaging devices.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 튜너블 레이저(tunable laser)를 이용하여 삼색파장의 기록 및 재생을 가능하게 한 홀로그램 데이타 스토리지 시스템를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned defects and problems, and to provide a hologram data storage system that enables recording and reproducing of tricolor wavelengths using a tunable laser.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 홀로그램 기록매체에 기록할 때에는 튜너블 레이저에서 4880Å, 5145Å, 6471Å 파장의 레이저 빔을 연속적으로 변화시켜 출력시키는 단계와, 빔 스플리터에 의해 기준광과 물체광을 분리하는 단계와, 공간 광변조기에 의해 물체광을 변조하는 단계와, Cu, Fe, Mn이 도핑된 리튬니오베이트 크리스탈의 홀로그램 기록매체에 4880Å, 5145Å, 6471Å의 빔으로 1차, 2차, 3차에 걸쳐 기록하는 단계를 행하여 Cu, Fe, Mn의 재배열에 의한 칼라이미지를 기록하고, 재생할 때에는 튜너블 레이저로 세파장의 레이저 빔을 연속적으로 변화시켜 출력시키는 단계와, 홀로그램 기록매체에 세파장의 기준광을 입력시키는 단계와, 광전변환소자에 의해 포착된 R,G,B 3색상의 페이지를 합성하는 단계를 행하여 재생하는 것을 특징으로 하는 칼라 홀로그램 데이타 기록/재생방법를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention continuously outputs a laser beam of 4880 Å, 5145 Å, 6471 Å wavelength by a tunable laser when recording to a hologram recording medium, and separates the reference light and the object light by a beam splitter. And modulating the object light by a spatial light modulator, and the primary, secondary and tertiary beams of 4880 Å, 5145 Å, and 6471 빔 beams on a hologram recording medium of lithium niobate crystal doped with Cu, Fe, and Mn. Recording the color image by rearranging Cu, Fe, and Mn, and outputting by continuously changing the three-wavelength laser beam with a tunable laser and reproducing the three-wavelength on the hologram recording medium. And inputting reference light and synthesizing the R, G, and B pages of the three colors captured by the photoelectric conversion element. La provides holographic data recording / reproducing bangbeopreul.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 관한 도면으로서,1 to 3 are views of the present invention,
도 1은 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a hologram data storage system.
도 2는 크리스탈의 파장별 광밀도 선도.2 is a light density diagram for each wavelength of a crystal.
도 3a,3b는 기록/재생과정 흐름도.3A and 3B are flowcharts of a recording / reproducing process.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 튜너블 레이저 11 : 레이저 빔10: tunable laser 11: laser beam
12 : 기준광 13 : 물체광12: reference light 13: object light
20 : 빔 스플리터 50 : 공간 광변조기20 beam splitter 50 spatial light modulator
60 : 홀로그램 기록매체 70 : 광전변환소자60: hologram recording medium 70: photoelectric conversion element
100 : 마이크로 프로세서100 microprocessor
이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail as follows.
도 1은 본 발명에 의한 칼라 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구성도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 튜너블 레이저(tunable lazer)(10)에서 발생되는 레이저 빔(11)의 광로 상에 레이저 빔(11)을 기준광(12)과 물체광(13)으로 분리시키기 위한 광학소자, 예를들어 빔 스플리터(20)가 배치된다. 그리고, 기준광(12)의 광로 상에는 거울(30)이 배치됨과 아울러 물체광(13)의 광로 상에는 거울(40)이 각각 배치되고 예를 들어 엘씨디와 같은 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)(50)가 배치되고, 기준광(12)과 물체광(13)의 광로 상에 홀로그램 데이타를 기록하기 위한 홀로그램 기록매체(60)가 배치되며, 홀로그램 기록매체(60)와 인접하게 예를 들어 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device)와 같은 광전변환소자(70)가 배치되어 있다.1 is a block diagram of a color holographic data storage system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a laser beam may be formed on an optical path of a laser beam 11 generated by a tunable lazer 10. An optical element for separating the light 11 from the reference light 12 and the object light 13, for example, a beam splitter 20, is disposed. In addition, the mirror 30 is disposed on the optical path of the reference light 12, and the mirror 40 is disposed on the optical path of the object light 13, respectively. For example, a spatial light modulator (SLM) such as an LCD ( 50 is disposed, and a hologram recording medium 60 for recording hologram data on the optical paths of the reference light 12 and the object light 13 is disposed, for example, on the CD adjacent to the hologram recording medium 60. A photoelectric conversion element 70 such as Charge Coupled Device (CCD) is disposed.
상기 레이저(10)에는 4880Å(청색), 5145Å(녹색), 6471Å(적색)의 삼색파장을 갖는 레이저 빔(11)의 발진이 가능한 것, 예컨데 Ar-Kr이 혼합된 가스 레이저가 사용된다. 그리고, 홀로그램 기록매체(60)에는 예를 들어 Fe가 도핑(doping)된 리튬 니오베이트(Iron-Doped Lithium Niobate;LibO3) 크리스탈과 같이 전이원소(transition element) Cu, Mn 등이 도핑된 광복굴절 크리스탈(photorefractive crystal)이용된다.The laser 10 is capable of oscillating the laser beam 11 having three color wavelengths of 4880 mW (blue), 5145 mW (green) and 6471 mW (red), for example, a gas laser in which Ar-Kr is mixed. In addition, the hologram recording medium 60 includes, for example, an optical birefringence doped with transition elements Cu, Mn, or the like, such as Fe-doped lithium-niobate (LibO 3 ) crystals. Photorefractive crystals are used.
그리고, 상기 튜너블 레이저(10), 공간 광변조기(50) 및 광전변환소자(70)는 마이크로 프로세서(100)에 의해 동작이 제어된다.The tunable laser 10, the spatial light modulator 50, and the photoelectric conversion element 70 are controlled by the microprocessor 100.
도 2는 전이원소 Cu, Fe, Mn이 도핑된 LINBO3크리스탈의 파장별 광밀도 선도를 보인 것이고, 다음표는 Cu, Fe, Mn의 파장별 광밀도를 나타낸다.Figure 2 shows the wavelength density diagram of the LINBO 3 crystal doped with the transition elements Cu, Fe, Mn, the following table shows the optical density by wavelength of Cu, Fe, Mn.
파장별 광밀도(optical density)Optical density by wavelength
이와 같이 광밀도는 물질에 따라 다르고, 다음식에서 알 수 있는 바와 같이 광밀도가 클수록 흡수량이 증대되고, 굴절율 변화가 증대된다.As described above, the light density varies depending on the material. As shown in the following equation, the larger the light density, the higher the absorption amount and the higher the refractive index change.
여기서 DA는 흡수율, TA는 투과율Where DA is the absorbance and TA is the transmittance
도 3a,3b는 본 발명의 시스템에 의한 기록 및 재생과정 흐름도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 기록/재생방법은 홀로그램 기록매체(60)에 기록할 때에는 튜너블 레이저(10)에서 4880Å, 5145Å, 6471Å 파장의 레이저 빔(11)을 연속적으로 변화시켜 출력시키는 단계(200)와, 빔 스플리터(20)에 의해 기준광(12)과 물체광(13)을 분리하는 단계(210)와, 공간 광변조기(50)에 의해 물체광(13)을 변조하는 단계(220)와, Cu, Fe, Mn이 도핑된 리튬니오베이트 크리스탈의 홀로그램 기록매체(60)에 4880Å의 빔으로 1차 기록하는 단계(230)와, 5145Å의 빔으로 1차 기록하는 단계(240)와, 6471Å의 빔으로 3차 기록하는 단계(250)를 행하여 Cu, Fe, Mn의 재배열에 의한 칼라이미지를 기록하는 것으로 되어 있다.3A and 3B show a flow chart of the recording and reproducing process by the system of the present invention. As shown in the drawing, the recording / reproducing method according to the present invention uses a tunable laser 10 when recording on the hologram recording medium 60. ) And continuously outputting the laser beam 11 having wavelengths of 4880 kHz, 5145 kHz, and 6471 kHz at 200), and separating the reference light 12 and the object light 13 by the beam splitter 20 (210). ), Modulating the object light 13 by the spatial light modulator 50, and a beam of 4880 에 on the hologram recording medium 60 of the lithium niobate crystal doped with Cu, Fe, and Mn. Difference recording 230, primary recording 240 with a beam of 5145 GHz, and tertiary recording 250 with a beam of 6471 GHz to record color images by rearranging Cu, Fe, and Mn. It is supposed to.
그리고, 재생할 때에는 튜너블 레이저(10)로 세파장의 레이저 빔(11)을 연속적으로 변화시켜 출력시키는 단계(300)와, 홀로그램 기록매체(60)에 세파장의 기준광(12)을 입력시키는 단계(310)와, 광전변환소자(70)에 의해 포착된 R,G,B 3색상의 페이지를 합성하는 단계(320)와, 모니터 등에 출력하는 단계(330)를 행하여 재샹하는 것으로 되어 있다.Then, during reproduction, the tunable laser 10 continuously outputs the three-wavelength laser beam 11 by outputting the light, and the three-wavelength reference light 12 is input to the hologram recording medium 60. A step 310 of synthesizing 310, pages 320 of R, G, and B colors captured by the photoelectric conversion element 70, and outputting a monitor or the like 330 are performed again.
상기한 바와 같은 본 발명이 적용된 홀로그램 데이타 스토리지 시스템은 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(11)이 빔 스플리터(20)에 입사되어 기준광(12)과 물체광(13)으로 나누어 지고 물체광(13)은 광로 상에 배치된 거울(40)에서 반사된 후, 입력된 데이타에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이타의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(50)에 의해서 변조되어 홀로그램 기록매체(60)에 도달함과 아울러 기준광(12)은 광로 상에 배치되고 각도가 가변되는 거울(30)에서 반사된 후, 홀로그램 기록매체(60)에 도달한다.In the holographic data storage system to which the present invention is applied as described above, the laser beam 11 generated by the laser 10 is incident on the beam splitter 20 to be divided into the reference light 12 and the object light 13, and the object light ( 13 is reflected by the mirror 40 disposed on the optical path, and then modulated by the spatial light modulator 50 in units of one page of light and dark binary data formed by the pixels according to the input data. And the reference light 12 is reflected on the mirror 30, which is disposed on the optical path and whose angle is variable, and then reaches the hologram recording medium 60.
이후 물체광(13)과 기준광(12)은 홀로그램을 기록하기 위한 홀로그램 기록매체(60) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 홀로그램 기록매체(60) 내부의 운동전하의 광유도 현상이 발생 하며, 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다.Afterwards, the object light 13 and the reference light 12 cause interference in the hologram recording medium 60 for recording the hologram, and the light induction of the movement charges inside the hologram recording medium 60 depends on the intensity of the interference pattern. The phenomenon occurs and through this process, the interference fringe is recorded.
그리고, 이와 같이 기록하는 때 1차로 4880Å에서 기록하면 Cu, Fe, Mn에 의한 흡수가 발생하고, 2차로 5145Å에서 기록하면 Fe, Mn에 의한 흡수가 발생하며, 3차로 6471Å에서 기록하면 Mn에 의한 흡수 발생한다.When recording in this manner, the absorption by Cu, Fe, and Mn occurs at 4880 kV in the first time, and the absorption by Fe, Mn occurs when recording at 5145 kV in the second time. Absorption occurs.
또, 4880Å에서 기록시 Cu, Fe, Mn에 의한 재배열이 발생하고, 5145Å에서 기록시 4880Å에서의 기록이 지워질 정도로 기록함에 의해 Fe, Mn에 의한 재배열이 발생하여 Cu(4880Å) 배열상태와 Fe, Mn(5145Å)의 배열상태가 기록되며, 6471Å에서 기록시 5145Å에서의 기록이 지워질 정도로 기록함에 의해 Mn에 의한 재배열상태가 기록되어, 결국 Cu(4880Å) 배열상태, Fe(5145Å) 배열상태, Mn(6471Å)의 재배열 상태가 기록된다.In addition, rearrangement by Cu, Fe, and Mn occurs when recording at 4880 ms, and rearrangement by Fe and Mn occurs when recording at 5145 ms is erased. The arrangement state of Fe and Mn (5145Å) is recorded, and the rearrangement state by Mn is recorded by recording to the extent that the recording at 5145 지 is erased when recording at 6471Å. State, the rearrangement state of Mn (6471 ms) is recorded.
한편, 홀로그램 기록매체(60)에 기록된 데이타를 읽어 내기 위해서는 기준광(12) 만을 홀로그램 기록매체(60)에 조사하면 간섭무늬는 기준광(12)을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 광전변환소자(70) 위에 비추어 원래의 데이타로 복원하게 된다.On the other hand, in order to read the data recorded on the hologram recording medium 60, if only the reference light 12 is irradiated to the hologram recording medium 60, the interference pattern diffracts the reference light 12 to form a checkered pattern composed of the contrast of the original pixel. After that, the read image is restored onto the photoelectric conversion element 70 to restore the original data.
그리고, 이와 같이 재생할 때에 튜너블 레이저(10)로 4880Å, 5145Å, 6471Å 세파장의 레이저 빔(11)을 연속적으로 변환시키면서 출력하게 되면, 4880Å 파장은 Cu의 배열에 의한 굴절율에 의한 분포를 나타내고, 5145Å 및 6471Å 파장은 각각 Fe 및 Mn의 배열에 의한 굴절율에 의한 분포를 나타내게 된다.When the laser beam 11 of 4880 GHz, 5145 GHz, and 6471 GHz three wavelengths are outputted continuously by the tunable laser 10 during the reproduction in this manner, the 4880 Å wavelength represents the distribution by the refractive index of the Cu array. The 5145 kHz and 6471 Å wavelengths represent the distributions due to the refractive indexes of the Fe and Mn arrays, respectively.
이와 같이, 재생할 때에 튜너블 레이저(10)로 세 파장을 연속적으로 변화시키고 광전변환소자(70)에 잡혀진 3페이지를 마이크로 프로세서(100)로 합체하여 퍼스널 컴퓨터 등을 이용하여 모니터에 디스플레이함으로써 칼라 홀로그램의 재생이 완성된다.In this way, the three wavelengths are continuously changed by the tunable laser 10 during reproduction, and the three pages captured by the photoelectric conversion element 70 are combined with the microprocessor 100 and displayed on a monitor using a personal computer or the like. The reproduction of the hologram is completed.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 칼라 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구현이 가능하게 되는 이점이 있고, 이 원리를 홀로그램 비디오에 매우 유리하게 적용할 수 있다. 그리고, 보통 자기 비디오 디스크는 영화 120분 짜리가 40Gigabit 정도이나 본 발명을 이용하면 1cm3의 홀로그램 기록매체에 183편의 영화를 기록 재생할 수 있게 되며, 자기 테이프 보다 엑세스 타임이 훨씬 빠르게 되는 이점이 있다.As described above, the present invention has an advantage that the color hologram data storage system can be implemented, and this principle can be very advantageously applied to holographic video. In general, a magnetic video disk has about 40 Gigabit of 120 minutes of film, but the present invention enables recording and playback of 183 movies on a 1 cm 3 hologram recording medium, and has an advantage in that access time is much faster than magnetic tape.
지금까지 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러가지 실시형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해하여야 할 것이다.While the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited thereto, and various embodiments which can be modified and changed within the true spirit and scope of the principles described and claimed are within the protection scope of the present invention. You will have to understand.
Claims (1)
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