KR20000004692A - 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 칼라 홀로그램 데이타 기록/재생 방법에 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 color hologram data recording / reproducing method which 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 a system that records a lot of information and requires 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 되는 칼라 홀로그램 데이타 기록/재생방법를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional defects and problems, and to provide a color hologram data recording / reproducing method that enables recording and reproducing of tricolor wavelengths using a tunable laser. will be.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기록방법은 튜너블 레이저에 의해 삼색파장의 레이저 빔을 발진하는 단계와; 상기 레이저 빔을 기준광와 물체광으로 분리하는 단계와; 레이저의 출력 파장을 변경시키면서 공간 광변조기에서 R,G,B 색분리된 물체광을 출력시키는 단계와; 상기 기준광과 물체광을 Fe가 도핑된 홀로그램 기록매체에 입력시켜 삼색상을 기록하는 단계로 이루어진다.In order to achieve the above object, the recording method of the present invention comprises the steps of: oscillating a three-wavelength laser beam by a tunable laser; Separating the laser beam into reference light and object light; Outputting R, G, B color-separated object light in the spatial light modulator while changing the output wavelength of the laser; The reference light and the object light are input to the hologram recording medium doped with Fe to record three colors.
그리고, 본 발명의 재생방법은 튜너블 레이저의 변환 속도를 조정하면서 기준광을 홀로그램 기록매체에 조사하는 단계와; 색분리되어 출력된 상을 광전변환소자에 의해 광전 변환시키는 단계와; 삼색상을 합성하여 출력하는 단계로 이루어진다.In addition, the reproducing method of the present invention comprises the steps of: irradiating the hologram recording medium with reference light while adjusting the conversion speed of the tunable laser; Photoelectric conversion of the color-separated output image by a photoelectric conversion element; Synthesizing and outputting three colors.
도 1은 본 발명 칼라 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a color holographic data storage system of the present invention.
도 2a,2b는 본 발명의 시스템에 의한 기록 및 재생과정 흐름도.2A and 2B are flowcharts of a recording and reproducing process by the system of the present invention.
<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
50 : 공간 광변조기 60 : 홀로그램 기록매체50: spatial light modulator 60: hologram recording medium
70 : 광전변환소자70: photoelectric conversion element
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 크리스탈이 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. The hologram recording medium 60 includes, for example, a crystal doped with a transition element Cu, Mn, or the like, such as an iron-doped lithium niobate (LibO 3 ) crystal. Is 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 2a,2b는 본 발명의 시스템에 의한 기록 및 재생과정 흐름도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 칼라 홀로그램 데이타의 기록방법은 튜너블 레이저(10)에 의해 삼색파장의 레이저 빔(11)을 발진하는 단계(200)와; 상기 레이저 빔(11)을 기준광(12)와 물체광(13)으로 분리하는 단계(210)와; 레이저(10)의 출력 파장을 변경시키면서 공간 광변조기(50)에서 R,G,B 색분리된 물체광을 출력시키는 단계(220)와; 상기 기준광(12)과 물체광(13)을 Fe가 도핑된 홀로그램 기록매체(60)에 입력시켜 삼색상을 기록하는 단계(230)로 이루어진다.Figure 2a, 2b shows a flow chart of the recording and playback process by the system of the present invention, as shown in the color hologram data recording method according to the present invention is a three-wavelength laser beam by the tunable laser (10) Oscillating (11) (200); Separating (210) the laser beam (11) into reference light (12) and object light (13); Outputting an R, G, B color separated object light in the spatial light modulator 50 while changing the output wavelength of the laser 10 (220); The reference light 12 and the object light 13 are input to the hologram recording medium 60 doped with Fe to record three colors 230.
그리고, 본 발명에 의한 칼라 홀로그램 데이타의 재생방법은 튜너블 레이저(10)의 변환 속도를 조정하면서 기준광(12)을 홀로그램 기록매체(60)에 조사하는 단계(300)와; 색분리되어 출력된 상을 광전변환소자(70)에 의해 광전 변환시키는 단계(310)와; 삼색상을 합성하여 출력하는 단계(320)로 이루어진다.In addition, the method of reproducing color hologram data according to the present invention comprises the steps of: irradiating the hologram recording medium 60 with the reference light 12 while adjusting the conversion speed of the tunable laser 10; Performing photoelectric conversion on the color-separated and output image by the photoelectric conversion element (70); In operation 320, the three colors are synthesized and output.
이와 같은 본 발명 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 system of the present invention, 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 disposed on the optical path. After reflecting from the mirror 40, the light is 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 to reach the hologram recording medium 60 and the reference light. Reference numeral 12 is disposed on the optical path and reflected by the mirror 30 which is variable in angle, 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 기록할 때에 웨이브랭스 멀티플렉싱(wavelength multiplexing)과 같이 파장에 변화를 주어 기록하고, 공간 광변조기(50)에서는 각 색성분이 분리된 신호를 입력하여 기록하면 Fe에 의한 흡수가 발생하여 홀로그램 기록매체(60)에 삼색파장의 기록이 이루어진다.When recording in this manner, the wavelength is changed and recorded as in wavelength multiplexing. In the spatial light modulator 50, when the input signal is recorded with each color component separated, absorption by Fe occurs and the hologram is generated. Three color wavelengths are recorded on the recording medium 60.
그리고, 홀로그램 기록매체(60)에 기록된 데이타를 읽을 때에는 기준광(12) 만을 홀로그램 기록매체(60)에 조사하고, 이때 튜너블 레이저(10)의 변환 속도를 조정하면서 조사하면 삼색파장의 간섭무늬는 기준광(12)을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 광전변환소자(70) 위에 비추어 원래의 각 색상의 데이타로 복원하며, 마이크로 프로세서(100)에 의해 합성하여 모니터에 디스플레이 한다.When reading the data recorded on the hologram recording medium 60, only the reference light 12 is irradiated to the hologram recording medium 60. At this time, the irradiation pattern is adjusted while adjusting the conversion speed of the tunable laser 10. Diffracts the reference light 12 to restore a checkered pattern composed of the contrast of the original pixel, and then restores the read image onto the photoelectric conversion element 70 to the original color data, and then to the microprocessor 100. Display on the monitor.
이러한 본 발명 홀로그램 데이타 스토리지 시스템에서 홀로그램 기록매체(60)의 저장밀도는 저장밀도를 D, 크리스탈의 부피를 V, 사용파장을 λ라고 할 때에
따라서, 보통 자기 비디오 디스크는 영화 120분 짜리가 40Gigabit 정도이므로 본 발명의 시스템을 이용하면 1cm3의 홀로그램 기록매체(60)에 183편의 영화를 기록 재생할 수 있게 되며, 페이지 단위에 3번을 읽으므로 시리얼(serial) 단위로 재생하는 자기 테이프 보다 엑세스 타임이 훨씬 빠르게 된다.Therefore, since a magnetic video disk is about 40 gigabits of 120 minutes of film, the present invention enables recording and playback of 183 movies on a 1 cm 3 hologram recording medium 60, and reads 3 times per page. Access times are much faster than magnetic tapes that are played back in serial units.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 칼라 홀로그램 데이타 스토리지 시스템을 구현할 수 있고, 자기 테이프 대용의 홀로 비디오의 실용화를 가능하게 하는 효과가 잇다. 그리고, 통상의 자기 비디오 디스크에 비하여 기록 용량을 대폭 증대할 수 있고, 엑세스 타임이 대폭 향상되는 이점이 있다.The present invention as described above can implement a color hologram data storage system, and has the effect of enabling the practical use of holo video instead of magnetic tape. In addition, there is an advantage in that the recording capacity can be greatly increased as compared with a normal magnetic video disc, and the access time is greatly improved.
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.
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