KR20050082630A - 홀로그래픽 ｗｏｒｍ에 대한 데이터 기록/재생장치 및 그방법 - Google Patents

홀로그래픽 ｗｏｒｍ에 대한 데이터 기록/재생장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

홀로그래픽 저장매체로 데이터를 기록/재생할 수 있는 데이터 기록장치 및 재생장치가 개시된다. 본 데이터 기록/재생장치는, 레이저빔을 출력하는 광원, 레이저빔을 기준빔 및 신호빔으로 분류하여 저장매체로 투사함으로써 기준빔 및 신호빔이 이루는 간섭무늬가 저장매체에 기록되도록 하는 포커싱렌즈부, 및, 저장매체로 기준빔이 입사되어 홀로그래픽 데이터에 대응되는 신호빔이 복원되면, 신호빔을 검출하여 데이터를 재생하는 광신호검출부를 포함한다. 이에 따라, 간단한 하드웨어 구성만으로 홀로그래픽 저장매체에 데이터를 기록 및 재생할 수 있게 된다.

Description

홀로그래픽 ＷＯＲＭ에 대한 데이터 기록/재생장치 및 그 방법 { Data Read/Write device for holographic WORM memory and method thereof }
본 발명은 홀로그래픽 저장매체에 대한 기록/재생 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 홀로그래픽 저장매체에 다중초점 렌즈로 구성된 포커싱렌즈부를 이용하여 신속하게 데이터를 복제할 수 있으며, 간단한 하드웨어 구성을 통해 재생할 수 있는 기록/재생 장치 및 방법에 관한 것이다.
컴퓨터의 보급이 늘어나게 됨에 따라, 컴퓨터를 보다 능률적으로 활용하고 그 성능을 향상시키기 위한 각종 주변기기 및 구성부품 등에 대한 개발도 가속화되고 있다. 특히, 컴퓨터의 전원 공급이 중단되더라도 기억된 프로그램이나 자료를 보관하는 역할을 하는 보조 저장매체의 경우, 다양한 종류의 저장매체가 개발되어 보급되어 있다. 일반적으로 사용되는 보조 저장매체로는 자기 저장매체 및 광디스크 저장매체를 들 수 있다.
자기 저장매체는 플로피 디스크(floppy disk), 하드 디스크 등과 같이 자기(magnetic force)를 이용하여 데이터를 저장하는 매체로써, 특히, 하드 디스크는 기억 용량이 크고, 자료의 입출력 속도가 빨라 개인용 컴퓨터의 주된 보조 기억 장치로 사용되고 있다. 한편, 플로피 디스크는 휴대가 간편하여 개인용 컴퓨터의 보조 기억 장치로 한 때 널리 사용되었으나, 기억 용량이 작아서 최근의 멀티미디어 정보를 저장하기 위해서는 많게는 수십개의 디스크를 필요로 하는 경우가 발생한다.
한편, 플로피 디스크의 용량부족을 개선하기 위해 개발된 광디스크 장치(혹은, 레이저 디스크 장치)는 상대적으로 기억 용량이 크고, 고속으로 검색할 수 있어 최근 사용이 급증하고 있다. 종류에는 시디 롬(CD-ROM), 디지털 비디오 디스크(DVD) 등이 있다.
하지만, 최근의 컴퓨터 기술과 정보통신분야의 급격한 발달은 방대한 규모의 정보를 저장할 수단을 필요로 한다. 수천억 바이트에 달하는 방대한 규모의 데이터는 CD의 저장능력을 넘어서는 것이므로, 새로운 저장매체의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 최근에는 빛에 의해 굴절률이 달라지는 광굴절 효과를 이용하는 ‘홀로그램(Hologram)’ 정보저장법이 새로운 대안으로 떠오르고 있다.
홀로그램 정보저장법이란 한꺼번에 수백만 바이트(byte)에 달하는 정보를 광학 간섭 무늬 형태로 빛에 예민한 무기질 결정이나 혹은 폴리머 재료에 저장하는 것이다. 광학간섭무늬는 간섭성을 띄는 두 개의 레이저빔을 이용하여 형성하게 된다. 즉, 어떠한 데이터도 포함하지 않는 기준빔(reference beam) 및 소정의 데이터를 담은 신호빔(object beam)이 간섭하여 형성되는 간섭무늬가 감광성(photosensitive) 저장매체에서의 화학적 혹은 물리적 변화를 일으켜 기록되게 된다. 이와 같이, 간섭무늬 형태로 물체의 영상이 기록된 필름을 홀로그램(hologram)이라 하며 홀로그램을 기록하는 기술을 홀로그래피(holography)라고 한다.
한편, 홀로그래피를 이용한 저장매체는 광굴절 결정체의 3차원 공간에 정보를 저장할 수 있다. 이에 따라, 또 하나의 레이저 빔을 각도, 위상, 파장 등으로 다중화해 고밀도의 데이터를 저장, 복원하기 때문에 속도가 매우 빠르고 저장 용량도 뛰어나다는 장점이 있다.
이러한 홀로그램 정보저장법은 그 저장하는 방식에 따라 페이지(page) 방식 및 피트(pits) 방식으로 나눌 수 있다. 페이지 방식이란 비트 데이터를 2차원의 페이지로 형성하고 이것을 공간 광변조기(Spatial Light Modulator : SLM) 등을 이용하여 기록하는 방식이고, 피트 방식이란 비트 데이터를 그대로 또는 코딩을 한 후에 데이터에 따라 빛의 세기를 변조(modulation)하여 기록하는 방식을 의미한다. 페이지 방식의 경우 한번에 많은 양의 데이터를 기록 또는 재생함으로써 고속의 데이터 입력 및 출력속도를 얻을 수가 있다. 그러나, 현재로선 데이터를 입력하는 공간광변조기나, 재생된 페이지 데이터를 검출하는 검출기 등이 너무 고가여서 소비자 용으로 상용화 하기에는 적절하지 않은 상태이며, 기존의 광디스크 드라이브와의 호환성도 확보하기가 쉽지 않다.
따라서, 피트방식의 시스템도 관심을 끌고 있는데, 특히, WORM의 경우, 사용자가 직접 데이터를 기록하여 이를 재생하게 되므로, 페이지 방식과 같은 고속의 데이터를 기록할 정도로 빠른 기록방식은 불필요하므로, 저가의 피트 방식의 시스템을 구현하는 것이 바람직하다.
도 1은 피트 방식으로 홀로그래픽 WORM에 데이터를 기록하는 종래의 데이터 기록/재생장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 따르면, 데이터 기록/재생장치는 레이저빔 투사장치(40), 위상공액기(phase conjugator : 20), 디스크회전축(30), 및, 광신호 검출부(50)를 포함하며, 홀로그래픽 저장매체(10)는 디스크(disk) 형태로 제조되어 위상공액기(20) 상에 정렬된다.
레이저빔 투사장치(40)는 광원(41), 빔스플리터(beam splitter : 43), 및 대물렌즈(objective lens : 45)를 포함한다. 광원(41)에서 방출된 레이저빔은 빔스플리터(43)에 의해 경로가 변경된 후, 대물렌즈(45)에 의해 홀로그래픽 저장매체(10)상의 소정영역에 집속된다.
홀로그래픽 저장매체(10)를 투과한 일부의 레이저빔은 하부의 위상공액기(20)에 의해 반사되어 다시 홀로그래픽 저장매체(10)로 입사되게 된다. 이에 따라, 레이저빔 투사장치(40)로부터 입사된 레이저빔 및 위상공액기(20)에 의해 반사된 레이저빔이 간섭현상을 일으켜 그 간섭패턴이 홀로그램 데이터로 저장매체(10)에 기록되게 된다.
도 2는 도 1에서 홀로그래픽 저장매체(10)상에 레이저빔이 집속되는 a영역을 확대한 도면이다. 도 2에 따르면, 대물렌즈(45)에 의해 홀로그래픽 저장매체(10)내의 소정 깊이에서 웨이스트(waist)를 가지도록 집속된 레이저빔은 위상공액기(20)에 의해 입사된 방향 그대로 반사되게 된다. 이에 따라, 상호 간섭을 일으키게 되어 홀로그래픽 저장매체(10) 상에 홀로그래픽 데이터로 기록되게 된다.
홀로그래픽 저장매체(10)는 디스크 형태로 제조되어, 디스크 회전축(30)을 기준으로 회전하면서 레이저빔이 투사되는 면을 변화시키면서 데이터를 기록 및 재생하게 된다.
한편, 데이터를 재생하기 위해서는 레이저빔 투사장치(40)에서 다시 기록시와 동일한 파장의 레이저빔을 홀로그래픽 저장매체(10)로 투사하게 된다. 이에 따라, 위상공액기(20)로부터 신호빔이 재생되는 것처럼 보이므로, 광신호 검출부(photo detector : 50)를 이용하여 신호빔을 검출하여 데이터를 확인하게 된다.
이러한 종래기술에서 사용되는 위상공액기(20)는 일반적으로 단결정으로 만들어지며, 홀로그래픽 저장매체(10)처럼 크게 만들기가 매우 어렵고 가격도 엄청난 고가이므로, 상용화되기에 어려움이 있다는 문제점이 있다. 또한, 기록 다중화를 위하여 레이저빔의 웨이스트(waist)가 위치하는 깊이(depth)를 다중화하기 때문에 다층 개념의 광디스크 기술이 필요하게 된다. 이 경우, 수 층 정도의 기록이 아니라 수십 층 이상의 기록이 필요한 경우가 발생하면 기록다중화도 구현하기가 쉽지 않다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 다중초점렌즈를 이용하여 간단한 방식으로 데이터를 기록/재생할 수 있도록 하여 저가의 하드웨어로 홀로그래픽 WORM을 구현할 수 있는 데이터 기록/재생 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 기록 장치는, 레이저빔을 출력하는 광원 및 상기 레이저빔을 기준빔 및 신호빔으로 분류하여, 홀로그래픽 데이터를 기록할 수 있는 저장매체로 투사함으로써 상기 기준빔 및 상기 신호빔이 이루는 간섭무늬가 상기 저장매체에 기록되도록 하는 포커싱렌즈부를 포함한다.
이 경우, 상기 포커싱렌즈부는, 제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 포커싱렌즈부는, 상기 광원으로부터 투사되는 상기 레이저빔을 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역을 통과하는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 신호빔으로 분류하여 상기 저장매체로 투사함으로써 데이터를 기록할 수 있다.
한편, 바람직하게는, 상기 광원으로부터 투사되는 레이저빔의 파장을 가변하는 파장 다중화 방식, 상기 포커싱렌즈부로 투사되는 기준빔의 스페클 패턴(speckle pattern)을 이용하는 스페클 다중화 방식, 및 상기 저장매체로 투사되는 상기 신호빔 및 상기 기준빔의 스폿(spot)을 이동시키는 이동다중화 방식 중 어느 하나를 이용하여 데이터를 상기 저장매체의 동일 영역에 다중 기록할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 광원으로부터 출력된 레이저빔이 상기 저장매체로 수직으로 투사되도록 상기 레이저빔의 경로를 변경하는 빔스플리터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장매체는 광굴절성결정(photorefractive crystal) 및 광폴리머(photopolymer) 중 하나의 재료로 제조된 WORM(Write-Once, Read-Many memory)이 될 수 있으며, 상기 다중초점렌즈로는 중심축을 기준으로 일정한 반경 내부 및 외부가 각각 상기 제1영역 및 상기 제2영역이 되는 원형 렌즈를 사용할 수 있다.
한편, 홀로그래픽 데이터가 기록된 저장매체로부터 데이터를 재생하는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 재생장치는, 레이저빔을 출력하는 광원, 기준빔 및 신호빔의 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록된 저장매체로 상기 기준빔만이 투사되도록, 상기 레이저빔의 투사면적을 조절하는 포커싱렌즈부, 및 상기 저장매체로 상기 기준빔이 입사되어 상기 홀로그래픽 데이터에 대응되는 상기 신호빔이 복원되면, 상기 신호빔을 검출하여 데이터를 재생하는 광신호검출부를 포함한다.
이 경우, 상기 포커싱렌즈부는, 제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈, 및, 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역으로 투사되는 레이저빔을 차단하는 레이저빔 차단기를 포함할 수 있다.
한편, 상기 저장매체는, 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역을 투과하여 출력되는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 투과하여 출력되는 신호빔이 형성하는 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록되는 홀로그래픽 저장매체로써, 상기 레이저빔 차단기는, 상기 광원으로부터 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 상기 신호빔이 출력되는 영역으로 투사되는 상기 레이저빔을 차단하여 상기 기준빔만이 상기 저장매체로 투사되도록 하여, 상기 저장매체로부터 신호빔이 복원되도록 할 수 있다.
한편, 바람직하게는, 상기 광신호 검출부는 상기 저장매체로부터 복원되는 신호빔을 상기 광신호 검출부로 집속시키는 대물렌즈(objective lens)를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 광원으로부터 출력되는 레이저빔이 상기 저장매체로 수직하게 투사되도록 상기 레이저빔의 투사경로를 변경하는 빔스플리터(beam splitter)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 기록방법은, (a) 홀로그래픽 데이터를 재생할 수 있는 저장매체 방향으로 레이저빔을 투사하는 단계, (b) 상기 레이저빔을 신호빔 및 기준빔으로 분류하여 상기 저장매체로 투사하는 단계, 및 (c) 상기 신호빔 및 상기 기준빔이 형성하는 간섭무늬가 상기 홀로그래픽 데이터로 기록되는 단계를 포함한다.
한편, 상기 (b)단계는, 제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈로 상기 레이저빔이 투사되는 단계, 및, 상기 레이저빔이 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 하나의 영역을 통과하는 신호빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 기준빔으로 분리되어 상기 저장매체로 투사되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 기록방법은, (d) 상기 레이저빔의 파장을 가변하는 파장 다중화 방식, 상기 기준빔의 스페클 패턴(speckle pattern)을 이용하는 스페클 다중화 방식, 및 상기 저장매체로 투사되는 상기 신호빔 및 상기 기준빔의 스폿(spot)을 이동시키는 이동다중화 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 데이터를 상기 저장매체의 동일 영역에 다중 기록하는 단계를 더 포함함으로써 저장매체에 대용량의 데이터를 기록할 수 있게 된다.
상술한 데이터 기록방법으로 데이터가 기록될 수 있는 상기 저장매체는, 광굴절성결정(photorefractive crystal) 및 광폴리머(photopolymer) 중 하나의 재료로 제조된 WORM(Write-Once, Read-Many memory)이 될 수 있으며, 상기 다중초점렌즈는 중심축을 기준으로 일정한 반경 내부 및 외부가 각각 상기 제1영역 및 상기 제2영역이 되는 원형 렌즈가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 재생방법은, (a) 기준빔 및 신호빔의 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록된 저장매체 방향으로 레이저빔을 투사하는 단계, (b) 상기 레이저빔의 투사면적을 조절하여 상기 기준빔만을 상기 저장매체로 투사하는 단계, 및, (c) 상기 저장매체로 상기 기준빔이 투사되어 상기 홀로그래픽 데이터에 대응되는 상기 신호빔이 복원되면, 상기 신호빔을 검출하여 데이터를 재생하는 단계를 포함한다.
본 데이터 재생방법에 사용되는 상기 저장매체는, 각각 상이한 초점거리를 가지는 제1영역 및 제2영역으로 구분되는 다중초점렌즈로 상기 레이저빔을 투사함으로써, 상기 제1영역 및 제2영역 중 하나의 영역을 통과하는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 신호빔이 형성하는 간섭무늬가 상기 홀로그래픽 데이터로 기록된 홀로그래픽 저장매체가 될 수 있다.
한편, 상기 (b)단계는, 상기 광원으로부터 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 상기 신호빔이 출력되는 영역으로 투사되는 상기 레이저빔을 차단하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예로써, 홀로그래픽 WORM에 대한 데이터 기록/재생 시스템의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 3에 따르면, 본 데이터 기록/재생 장치는 데이터 기록장치(200) 및 데이터 재생장치(300)를 포함한다. 데이터 기록장치(200)는 광원(210), 빔스플리터(220), 및 포커싱렌즈부(focusing lens unit : 230)를 포함하며, 데이터 재생장치(300)는 대물렌즈(310) 및 광신호 검출부(320)를 포함한다.
홀로그래픽 저장매체(100)는 디스크 형태로 제조되어, 디스크 회전축(30)을 기준으로 회전하면서 데이터를 기록 및 재생하게 된다. 홀로그래픽 저장매체(100)란, 광굴절성 결정(photorefractive crystal)이나 광폴리머(photopolymer)와 같은 재료를 이용하여 제조되며, 볼륨 홀로그래피를 이용하여 데이터를 3차원으로 기록할 수 있는 저장매체를 의미한다.
데이터 기록장치(200)는 홀로그래픽 저장매체(100)의 소정 영역에 기준빔 및 신호빔을 투사함으로써 간섭현상을 일으키도록 하여 홀로그래픽 데이터를 저장하게 된다. 먼저, 광원(210)으로부터 출력된 레이저빔은 빔스플리터(220)에 의해 진행경로가 변경되어 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사된다. 이 경우, 광원(210)은 레이저빔을 평행빔으로 만들어주는 콜리메이터(collimator)를 내장함으로써 평행빔 형태로 레이저빔을 출력할 수도 있다.
한편, 빔스플리터(220)에 의해 진행경로가 변경된 레이저빔은 포커싱렌즈부(230)에 의해 기준빔 및 신호빔으로 나뉘어지게 된다. 포커싱렌즈부(230)는, 다중초점렌즈(231) 및 레이저빔 차단기(233)를 포함한다.
레이저빔 차단기(233)란 다중초점렌즈(231)로 투사되는 레이저빔을 일부 차단하여 그 투사면적을 조절하는 부분이다.
다중초점렌즈(231)란 단일초점을 가지는 기존의 대물렌즈가 아니라, 다중초점을 가지는 렌즈를 의미한다. 구체적으로, 이중초점을 가지는 이중초점렌즈의 경우, 제1초점을 가지는 제1영역 및 제2초점을 가지는 제2영역으로 구분되어, 제1영역을 투과하는 빛은 제1초점상에 집속되고, 제2영역을 투과하는 빛은 제2초점상에 집속된다. 따라서, 광원(210)으로부터 출력된 레이저빔이 제1영역 및 제2영역으로 동시에 투사되면, 제1영역으로 투사되는 제1레이저빔 및 제2영역으로 투사되는 제2레이저빔으로 분류되게 된다. 제1레이저빔 및 제2레이저빔 중 어느 하나는 신호빔이 되고, 다른 하나는 기준빔이 됨으로써 저장매체(100) 내의 소정영역에서 간섭현상을 일으키고, 간섭현상에 대응되는 홀로그래픽 데이터가 기록되게 된다.
도 4a 내지 도 5b에 따르면, 원형으로 제조된 다중초점렌즈(231)를 사용하는 실시예가 제공된다.
먼저, 도 4a 및 도 4b는 포커싱렌즈부(230)를 이용하여 홀로그래픽 저장매체(100)에 데이터를 기록하는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 4a에 따르면, 다중초점렌즈(231)는 r2의 반지름을 가지는 원형렌즈이며, 중심에서부터 반지름 r1 내의 영역 및 그 외의 영역(r2-r1)은 서로 렌즈의 곡률이 달라서 초점이 달라진다. 이에 따라, 광원(210)으로부터 출력된 레이저빔은 일정한 반경(r1)를 투과하는 제1레이저빔 및 그 외의 영역(r2-r1)을 투과하는 제2레이저빔으로 분리되게 된다.
도 4a에서, 제1레이저빔은 홀로그래픽 저장매체(100)의 전면에 집속되고, 제2레이저빔은 홀로그래픽 저장매체(100)의 후면에 집속되고 있다.
한편, 도 4a에서는 원형인 다중초점렌즈(231)를 사용하는 실시예를 나타내고 있으나, 다중초점렌즈(231)의 형태가 원형이 아닌 경우라도, 일정한 영역별로 투사되는 빛의 초점거리를 달리 할 수 있다면 본 발명의 실시예로 사용될 수 있다.
한편, 반경 r1 내부 영역을 통과하는 레이저빔을 각각 신호빔(420)으로 사용할 것인지, 기준빔(410)으로 사용할 것인지는 제작자의 의도에 따라 결정될 수 있는데, 도 4a는 r1 내부 영역을 통과하는 레이저빔을 신호빔(420)으로 사용하는 경우이며, 도 5a는 r1 외부 영역을 통과하는 레이저빔을 신호빔(420)으로 사용하는 경우를 도시하고 있다.
먼저, 도 4a와 같이, r1 내의 영역을 통과하는 레이저빔을 신호빔(420)으로 사용한다면, 신호빔(420)은 홀로그래픽 저장매체(100)의 전면에 집속되며, r1 외부 영역을 통과하는 기준빔(410)은 홀로그래픽 저장매체(100)의 후면에 집속되어 그 홀로그래픽 저장매체(100)의 일정한 깊이에서 간섭현상이 일어나게 된다. 도 4a에서 간섭이 일어나는 부분(430)에서 간섭패턴이 홀로그래픽 데이터로 기록되게 된다. 데이터 기록장치(200)는 저장하고자 하는 데이터 비트에 따라 빛의 세기를 변조(modulation)하여 레이저빔을 투사함으로써 일정형태의 홀로그래픽 데이터를 기록할 수 있게 된다.
도 4a는 설명의 편의를 위하여, 기준빔(410) 및 신호빔(420)이 각각 홀로그래픽 저장매체(100)의 전면 또는 후면에 집속되는 것으로 도시하고 있으나, 홀로그래픽 저장매체(100)의 일영역에서 간섭이 일어날 수 있을 정도의 초점을 가지는 다중초점렌즈(231)를 사용할 수 있음은 당연하다.
한편, 기록의 다중화를 위해서는 파장다중화방식, 이동다중화방식(shift multiplexing), 및 스페클다중화방식(speckle multiplexing) 등이 사용될 수 있다. 파장다중화 방식이란, 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사되는 레이저빔의 파장을 다중화하여 투사함으로써 홀로그래픽 저장매체(100)의 동일영역에 각 파장의 레이저빔에 대응되는 각 데이터를 다중 기록하는 방식을 의미한다. 또한, 이동다중화방식이란, 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사되는 신호빔(420) 및 기준빔(410)의 스폿(spot)을 소정의 허용범위내에서 조금씩 이동시키면서 투사하여 다중화하는 방식이며, 스페클다중화방식이란 디퓨저(diffuser) 등을 이용하여 기준빔 파면의 세기분포와 위상분포를 random하게 만들어 줌으로써 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사되는 레이저빔의 스페클 패턴을 이용하여 데이터를 다중 기록하는 방식을 의미한다.
도 4b는 도 4a의 실시예에 따라서 데이터가 기록된 홀로그래픽 저장매체(100)로부터 데이터를 재생하는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 4b에 따르면, 데이터 기록시에 사용되었던 기준빔(410)을 다시 홀로그래픽 저장매체(100)에 투사함으로써 데이터를 재생할 수 있게 된다.
먼저, 광원(210)으로부터 출력되어 빔스플리터(220)에 의해 경로가 변경된 레이저빔은 포커싱렌즈부(230)를 통과하면서 투사면적이 조절되어 기록시에 사용되었던 기준빔(410)만이 투사되게 된다. 투사면적을 조절하기 위해, 레이저빔 차단기(233)를 이용하여 반지름 r1 내부 영역으로 투사되는 레이저빔을 차단함으로써, 반지름 r1 외부 영역을 통과하는 기준빔(410)만을 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사할 수 있게 된다.
간섭패턴이 형성된 영역(430)에 기준빔(410)이 투사되면, 신호빔(420)이 그대로 재생되어 홀로그래픽 저장매체(100)의 후면으로 검출되게 된다. 데이터 재생장치(300)는 대물렌즈(310)를 이용하여 신호빔(420)을 집속한 후 광신호 검출부(320)를 이용하여 데이터를 검출하게 된다. 즉, 재생되는 신호빔(420)의 세기를 검출하여 데이터 비트를 확인하게 된다.
한편, 데이터를 재생하기 위하여 레이저빔의 투사면적을 조절함으로써 기준빔만이 홀로그래픽 저장매체(100)로 투사되도록 하는 레이저빔 차단기(233)는 단순한 차단막을 삽입하는 방식으로 구현할 수 있다. 하지만, 조리개(aperture)를 사용하는 방법이 투사면적을 간단하면서도 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 바람직하다.
한편, 도 5a는 r1 내부를 통과하는 레이저빔을 기준빔(410)으로 사용하는 실시예를 도시하고 있다. 도 5a에 따르면, 기준빔(410)은 홀로그래픽 저장매체(100)의 전면에 집속되고, 신호빔(420)은 후면에 집속됨으로써 홀로그래픽 저장매체(100)의 일정 영역(430)에서 간섭현상이 일어나게 된다.
도 5b는 도 5a의 방식으로 데이터가 기록된 홀로그래픽 저장매체(100)로부터 데이터를 재생하는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 5b에 따르면, r1 외부 영역으로 투사되는 빛을 차단하여 r1 내부로만 기준빔(410)이 투사되도록 한다. 이에 따라, 간섭영역(430)에 기준빔(410)이 투사됨으로써 홀로그래픽 저장매체(100)의 하부로 신호빔이 출력되게 된다. 도 4b와 마찬가지로, 출력되는 신호빔은 대물렌즈(310)에 의해 집속되어 광신호 검출부(320)에 의해 데이터가 검출되게 된다.
한편, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 따르더라도, 상술한 바와 같이 이동다중화 방식, 스페클다중화방식, 및 파장다중화방식 등에 따라 데이터를 다중화할 수 있다. 이 경우, 도 4a 및 도 4b의 실시예와는 달리 기준빔(410)이 광축의 중앙에 위치하고 있어 곡률에 의한 선택성이 떨어지므로 이동다중화방식은 효율성이 떨어질 수 있으므로, 스페클다중화방식 또는 파장다중화방식 등을 이용하여 데이터를 다중화하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또다른 실시예로써 다중초점렌즈(231)의 r1 내부 영역 및 외부 영역을 투과하는 빛의 세기를 조절하기 위해서 r1 내부 영역 및 외부 영역에 대하여 각각 상이한 투과율을 가지는 광학코팅을 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 위상공액기(phase conjugator)와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고 간단한 하드웨어만으로 레이저빔을 신호빔 및 기준빔으로 분류하여 투사할 수 있게 된다. 이에 따라, 간단한 방법으로 홀로그래픽 저장매체에 데이터를 기록/재생할 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 종래의 홀로그래픽 데이터 기록/재생장치의 구성을 나타내는 모식도,
도 2는 도 1의 데이터 기록장치에서의 홀로그래픽 데이터 기록방법을 설명하기 위한 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그래픽 데이터 기록/재생장치의 구성을 나타내는 모식도,
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일실시예에 따라서 홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생하는 방법을 설명하기 위한 모식도, 그리고,
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따라서 홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100 : 홀로그래픽 저장매체 200 : 홀로그래픽데이터기록장치
210 : 레이저광원 220 : 빔 스플리터
230 : 포커싱렌즈부 231 : 다중초점렌즈
233 : 레이저빔 차단기 300 : 홀로그래픽데이터재생장치
310 : 대물렌즈 320 : 광신호 검출부
410 : 기준빔 420 : 신호빔
430 : 홀로그램데이터

Claims (21)

  1. 레이저빔을 출력하는 광원; 및
    상기 레이저빔을 기준빔 및 신호빔으로 분류하여, 홀로그래픽 데이터를 기록할 수 있는 저장매체로 투사함으로써 상기 기준빔 및 상기 신호빔이 이루는 간섭무늬가 상기 저장매체에 기록되도록 하는 포커싱렌즈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포커싱렌즈부는,
    제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포커싱렌즈부는,
    상기 광원으로부터 투사되는 상기 레이저빔을 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역을 통과하는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 신호빔으로 분류하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원으로부터 투사되는 레이저빔의 파장을 가변하는 파장 다중화 방식, 상기 포커싱렌즈부로 투사되는 기준빔의 스페클 패턴(speckle pattern)을 이용하는 스페클 다중화 방식, 및 상기 저장매체로 투사되는 상기 신호빔 및 상기 기준빔의 스폿(spot)을 이동시키는 이동다중화 방식 중 어느 하나를 이용하여 데이터를 상기 저장매체의 동일 영역에 다중 기록하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출력된 레이저빔이 상기 저장매체로 수직으로 투사되도록 상기 레이저빔의 경로를 변경하는 빔스플리터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장매체는, 광굴절성결정(photorefractive crystal) 및 광폴리머(photopolymer) 중 하나의 재료로 제조된 WORM(Write-Once, Read-Many memory)인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다중초점렌즈는,
    중심축을 기준으로 일정한 반경 내부 및 외부가 각각 상기 제1영역 및 상기 제2영역이 되는 원형 렌즈인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 저장장치.
  8. 레이저빔을 출력하는 광원;
    기준빔 및 신호빔의 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록된 저장매체로 상기 기준빔만이 투사되도록, 상기 레이저빔의 투사면적을 조절하는 포커싱렌즈부; 및
    상기 저장매체로 상기 기준빔이 입사되어 상기 홀로그래픽 데이터에 대응되는 상기 신호빔이 복원되면, 상기 신호빔을 검출하여 데이터를 재생하는 광신호검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 포커싱렌즈부는,
    제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈; 및
    상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역으로 투사되는 레이저빔을 차단하는 레이저빔 차단기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 저장매체는, 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 어느 하나의 영역을 투과하여 출력되는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 투과하여 출력되는 신호빔이 형성하는 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록되는 홀로그래픽 저장매체인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저빔 차단기는,
    상기 광원으로부터 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 상기 신호빔이 출력되는 영역으로 투사되는 상기 레이저빔을 차단하여 상기 기준빔만이 상기 저장매체로 투사되도록 하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광신호 검출부는,
    상기 저장매체로부터 복원되는 신호빔을 상기 광신호 검출부로 집속시키는 대물렌즈(objective lens);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출력되는 레이저빔이 상기 저장매체로 수직하게 투사되도록 상기 레이저빔의 투사경로를 변경하는 빔스플리터(beam splitter);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생장치.
  14. (a) 홀로그래픽 데이터를 재생할 수 있는 저장매체 방향으로 레이저빔을 투사하는 단계;
    (b) 상기 레이저빔을 신호빔 및 기준빔으로 분류하여 상기 저장매체로 투사하는 단계; 및
    (c) 상기 신호빔 및 상기 기준빔이 형성하는 간섭무늬가 상기 홀로그래픽 데이터로 기록되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 기록방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    제1영역 및 제2영역으로 구분되어, 각 영역을 통과하는 빛이 각각 상이한 초점 상에서 집속되도록 하는 다중초점렌즈로 상기 레이저빔이 투사되는 단계; 및
    상기 레이저빔이 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 하나의 영역을 통과하는 신호빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 기준빔으로 분리되어 상기 저장매체로 투사되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 기록방법.
  16. 제15항에 있어서,
    (d) 상기 레이저빔의 파장을 가변하는 파장 다중화 방식, 상기 기준빔의 스페클 패턴(speckle pattern)을 이용하는 스페클 다중화 방식, 및 상기 저장매체로 투사되는 상기 신호빔 및 상기 기준빔의 스폿(spot)을 이동시키는 이동다중화 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 데이터를 상기 저장매체의 동일 영역에 다중 기록하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 기록방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장매체는, 광굴절성결정(photorefractive crystal) 및 광폴리머(photopolymer) 중 하나의 재료로 제조된 WORM(Write-Once, Read-Many memory)인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 기록방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 다중초점렌즈는, 중심축을 기준으로 일정한 반경 내부 및 외부가 각각 상기 제1영역 및 상기 제2영역이 되는 원형 렌즈인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 기록방법.
  19. (a) 기준빔 및 신호빔의 간섭무늬가 홀로그래픽 데이터로 기록된 저장매체 방향으로 레이저빔을 투사하는 단계;
    (b) 상기 레이저빔의 투사면적을 조절하여 상기 기준빔만을 상기 저장매체로 투사하는 단계; 및
    (c) 상기 저장매체로 상기 기준빔이 투사되어 상기 홀로그래픽 데이터에 대응되는 상기 신호빔이 복원되면, 상기 신호빔을 검출하여 데이터를 재생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 저장매체는, 각각 상이한 초점거리를 가지는 제1영역 및 제2영역으로 구분되는 다중초점렌즈로 상기 레이저빔을 투사함으로써, 상기 제1영역 및 제2영역 중 하나의 영역을 통과하는 기준빔 및 다른 하나의 영역을 통과하는 신호빔이 형성하는 간섭무늬가 상기 홀로그래픽 데이터로 기록된 홀로그래픽 저장매체인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 광원으로부터 상기 제1영역 및 상기 제2영역 중 상기 신호빔이 출력되는 영역으로 투사되는 상기 레이저빔을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 재생방법.
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