KR20070015220A - 홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생하는 광학장치 - Google Patents

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KR20070015220A
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마르첼로 발리스트레리
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 광 기록 및 재생 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 기록매체(204)를 수납하는 수단과, 방사빔을 발생하는 방사원(200)과, 상기 기록매체에 기록된 홀로그래픽 신호에 대응하는 빛을 검출하는 수단(206)과, 상기 수납수단을 향해 상기 방사빔을 향하게 하는 수단(202)과, 상기 검출수단에 대해 상기 수납수단의 반대측에 놓인 반사형 공간 광 변조기(205)를 구비한다.
홀로그래피, 광학장치, 기록매체, 검출장치, 공간 광 변조기

Description

홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생하는 광학장치{OPTICAL DEVICE FOR RECORDING AND REPRODUCING HOLOGRAPHIC DATA}
본 발명은, 홀로그래픽 기록매체에 데이터를 기록하고 이 기록매체로부터 데이터를 재생하는 광학장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 WORM(Write Once Read Many) 홀로그래픽 장치에 적합하다.
위상 공역(phase conjugate) 판독을 사용하거나 사용하지 않고, 홀로그래픽 기록매체에 대해 기록 및 판독을 할 수 있는 광학장치가 H.J.Coufal, D.Psaltis, G.T.Sincerbox(Eds.), 'Holographic data storage', Springer series in optical sciences, (2000)에 공지되어 있다. 도 1은 위상 공역 판독을 이용하는 이와 같은 광학장치를 나타낸 것이다. 이 광학장치는, 방사원(100), 시준렌즈(101), 제 1 빔 스플리터(102), 공간 광 변조기(103), 제 2 빔 스플리터(104), 렌즈(105), 제 1 편향기(107), 제 1 망원경(109), 제 1 거울(109), 반파장판(110), 제 2 거울(111), 제 2 편향기(112), 제 2 망원경(113) 및 검출기(114)를 구비한다. 이 광학장치는 기록매체(106)에 대해 기록 및 판독을 하도록 의도된 것이다.
기록매체에 홀로그램을 기록하는 동안, 방사원(100)에 의해 발생된 방사빔의 절반은 제 1 빔 스플리터(102)를 사용하여 공간 광 변조기(103)를 향해 보내진다. 이 부분의 방사빔은 신호 빔으로 불린다. 방사원(100)에 의해 발생된 방사빔의 절반은 제 1 편향기(107)에 의해 망원경(108)을 향해 편향된다. 이 부분의 방사빔은 참조 빔으로 불린다. 신호 빔은 공간 광 변조기(103)에 의해 공간 변조된다. 공간 광 변조기는 기록하고자 하는 홀로그램의 0 및 1 데이터 비트에 대응하는 투과 영역들과 흡수 영역들을 포함한다. 신호 빔이 공간 광 변조기(103)를 통과한 후에, 이 신호 빔이 기록매체(106)에 기록하고자 하는 신호, 즉 기록하고자 하는 홀로그램을 갖는다. 그후, 신호 빔은 렌즈(105)에 의해 기록매체에 초점이 맞추어진다.
참조 빔도 제 1 망원경(108)을 사용하여 기록매체(106)에 초점이 맞추어진다. 이에 따라, 신호 빔과 참조 빔 사이의 간섭의 결과로써 간섭 패턴의 형태로 기록매체(106)에 홀로그램이 기록된다. 일단 홀로그램이 기록매체(106)에 기록되면, 기록매체(106)의 동일한 위치에 또 다른 홀로그램이 기록된다. 이를 위해, 이 홀로그램에 대응하는 데이터가 공간 광 변조기로 보내진다. 제 1 편향기(107)가 회전하여, 기록매체(106)에 대한 참조 신호의 각도가 변경된다. 제 1 망원경(108)은 회전하는 동안 동일한 위치에 참조 빔을 유지하는데 사용된다. 이에 따라, 기록매체(106)의 동일한 위치에 다른 패턴으로 간섭 패턴이 기록된다. 이것을 각도 다중화(angle multiplexing)이라고 한다. 복수의 홀로그램들이 기록되는 기록매체(106)의 동일한 위치를 북(book)이라고 한다.
이와 달리, 동일한 북에 서로 다른 홀로그램들을 기록하기 위해 방사빔의 파 장이 조정될 수도 있다. 이것은 파장 다중화로 불린다.
기록매체로부터 홀로그램을 판독하는 동안, 공간 광 변조기(103)가 완전히 흡광성이 되므로, 빔의 어떤 부분도 공간 광 변조기(103)를 통과할 수 없다. 제 1 편향기(107)를 이동하여, 빔 스플리터(102)를 통과하는 방사원(100)에 의해 발생된 빔 부분이 제 1 거울(109), 반파장판(110) 및 제 2 거울(111)을 통해 제 2 편향기(112)에 도달한다. 기록매체(106)에 홀로그램을 기록하는데 각도 다중화를 사용한 후 주어진 홀로그램을 판독하고자 하는 경우에는, 제 2 편향기의 기록매체(106)에 대한 각도가 이 주어진 홀로그램을 기록하는데 사용되었던 각도와 동일하도록 이 제 2 편향기(112)가 배치된다. 따라서, 제 2 편향기(112)에 의해 편향되어 제 2 망원경(113)에 의해 기록매체(106)에 초점이 맞추어진 신호는 이 주어진 홀로그램을 기록하는데 사용되었던 참조 신호의 위상 공역이 된다. 기록매체(106)에 홀로그램을 기록하는데 파장 다중화를 사용한 후 주어진 홀로그램을 판독하고자 하는 경우에는, 이 주어진 홀로그램을 판독하는데 동일한 파장을 사용한다.
그후, 참조 신호의 위상 공역이 정보 패턴에 의해 회절되어, 재구성된 신호 빔을 생성하며, 그후 이 신호 빔이 렌즈(105)와 제 2 빔 스플리터(104)를 통해 검출기(114)에 도달한다.
이와 같은 WORM 홀로그래픽 장치의 단점은, 참조 신호를 발생하기 위한 광학 분기와 이 참조 신호의 위상 공역을 발생하기 위한 다른 광학 분기를 필요로 한다는 것이다. 이것은 이와 같은 홀로그래픽 장치를 부피가 크고 값이 비싸게 하며, 이 홀로그래픽 장치의 제조공정을 시간이 많이 걸리고 복잡하게 만든다.
결국, 본 발명의 목적은, 더욱 더 콤팩트하고 제조하기가 더 용이한 WORM 홀로그래픽 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기록매체를 수납하는 수단과, 방사빔을 발생하는 방사원과, 상기 기록매체에 기록된 홀로그래픽 신호에 대응하는 빛을 검출하는 수단과, 상기 수납수단을 향해 상기 방사빔을 향하게 하는 수단과, 상기 검출수단에 대해 상기 수납수단의 반대측에 놓인 반사형 공간 광 변조기를 구비한 광 기록 및 재생 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 반사형 공간 광 변조기가 사용된다. 기록중에, 방사빔은 기록매체를 향한 후, 공간 변조되어, 다시 기록매체를 향해 반사된다. 그 결과, 참조 빔과 신호 빔이 기록매체 내에서 간섭하여, 이것이 상기 기록매체 내에서 정보 패턴을 생성한다. 판독중에는, 참조 빔이 기록매체를 향한 후, 정보 패턴에 의해 검출수단을 향해 회절된다. 따라서, 본 발명에 따른 WORM 홀로그래픽 장치는, 신호 빔과 참조 빔을 발생하기 위한 분리된 광학 분기들을 필요로 하지 않는다. 따라서, 이 장치는 비교적 콤팩트하고 제조하기가 용이하다.
바람직하게는, 상기 방사빔을 향하게 하는 수단은 검출수단과 수납수단 사이에 편광 빔 스플리터를 구비하고 상기 편광 빔 스플리터와 수납수단 사이에 1/4 파장판을 구비한다. 이와 같은 구성은 특히 구현하기가 용이하고, 기록 및 판독 중에 동일한 광학부재들이 사용되도록 보증한다.
바람직하게는, 방사빔은 기록매체의 동일한 위치에 다양한 홀로그램들을 기록하도록 조정될 수 있는 파장을 갖는다, 이것은 파장 다중화를 허용하여, 기록매체에 기록될 수 있는 데이터 용량을 증가시킨다.
바람직하게는, 상기 광 기록 및 재생 장치는, 상기 방사빔을 향하게 하는 수단과 수납수단 사이에 제 1 렌즈를 구비하고 상기 수납수단과 상기 반사형 공간 광 변조기 사이에 제 2 렌즈를 더 구비한다. 렌즈의 사용으로 인해 기록된 홀로그램의 크기가 감소하여, 기록매체에 기록될 수 있는 데이터 용량을 증가시킨다. 더구나, 렌즈들의 사용은 기록매체 내에서의 구면파들의 간섭을 허용한다. 그 결과, 편이 다중화(shift multiplexing)가 가능하며, 이것은 데이터 용량을 더욱 더 증가시킨다. 본 발명의 이와 같은 발명내용과 또 다른 발명내용은 이하에서 설명하는 실시예들을 참조하여 명백해질 것이다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 더 상세히 설명한다:
도 1은 종래기술의 광학장치를 나타낸 것이고,
도 2a 및 도 2b는 기록 및 판독 중의 본 발명에 따른 광학장치를 각각 나타낸 것이며,
도 3a 및 도 3b는 기록 및 판독 중의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학장치를 각각 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 광학장치는 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 이 광학장치는, 방사원(200), 시준렌즈(201), 편광 빔 스플리터(202), 1/4 파장판(203), 반사형 공간 광 변조기(205)와 검출수단(206)을 구비한다. 이 광학장치는 기록매체(204)에 대해 홀로그래픽 데이터를 기록 및 판독하도록 의도된 것이다. 광학장치는 도 2a 및 도 2b에는 도시하지 않은 기록매체를 수납하는 수단을 더 구비한다. 이 수납수단은, 예를 들면, 기록매체가 위에 놓일 수 있는 테이블이다. 예를 들어 CD 또는 DVD 플레이어에서 종래에 사용되는 것과 같은 테이블이 사용될 수 있다.
도 2a에 도시된 것과 같은 기록중에, 방사원(200)이 방사빔을 발생하고, 이것은 시준렌즈(201)를 사용하여 평행 빔으로 변환된다. 그후, 이 평행 빔이 편광 빔 스플리터(202)에 의해 기록매체를 향한다. 이 평행 빔이 편광 빔 스플리터(202)를 통과한 후, 이 빔은 선편광을 갖는다. 그후, 이 선편광된 빔은 1/4 파장판(203)을 통과하고, 이것은 원편광된 빔을 생성한다. 이 후자의 빔은 기록매체(204)를 통과하여 반사형 공간 광 변조기(205)에 도달한다. 이에 따라, 방사신호가 반사되는데, 이것은 원편광되고 반사형 공간 광 변조기(205)에 보내지는 정보를 갖는다. 그후, 이 방사신호는 기록매체(204)에 도달하여, 기록매체에서 1/4 파장판(203)을 방금 통과한 원편광된 빔과 간섭이 일어난다. 이러한 간섭은 기록매체(204)에 정보 패턴을 생성하며, 이에 따라 기록하고자 하는 홀로그램이 기록된다. 반사형 공간 광 변조기(205)에서 나온 빔과 1/4 파장판(203)을 막 통과한 빔은 동일한 편광을 가지므로, 이들 2가지 빔 사이에 간섭이 일어날 수 있다. 1/4 파장판(203)을 막 통 과한 빔은 참조 빔으로서의 역할을 하는 반면에, 반사형 공간 광 변조기(205)에서 나온 빔은 신호 빔으로서의 역할을 한다.
본 발명에 따른 광학장치에서는, 방사빔을 향하게 하는 수단과 반사형 공간 광 변조기(205)를 구비한 동일한 광학 분기를 사용하여 신호 빔과 참조 빔이 발생된다. 그 결과, 본 발명에 따른 광학장치는 종래기술에 따른 광학장치보다 훨씬 더 콤팩트하다.
반사형 공간 광 변조기(205)는, 예를 들면, 반사형 강유전성 액정 온 실리콘(ferroelectric Liquid Crystal on Silicon: FLCOS) 공간 광 변조기일 수 있다. 이와 같은 공간 광 변조기는, 특히 "Boulder Nonlinear System"사 및 "Displaytech"사에 의해 상품화되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(205)는 반사형 디지털 마이크로미터 소자(Digital Micromirror Device: DMD) 공간 광 변조기일 수도 있다. 이와 같은 공간 광 변조기는, 특히, "Productivity Systems"사에 의해 상품화되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(205)는 투과형 공간 광 변조기와 거울의 조합일 수도 있는데, 투과형 공간 광 변조기의 효율이 반사형 공간 광 변조기의 효율보다 낮으므로, 이러한 구성은 덜 바람직하다.
홀로그램이 일단 기록되면, 방사빔의 파장을 변화시켜 다른 홀로그램이 기록될 수 있다. 본 발명에 따른 광학장치는 파장 다중화에 특히 유리하다. 사실상, 기록매체(204)의 동일한 북에 비교적 큰 수의 홀로그램들을 기록하기 위해서는, 파장 선택성이 가능한한 작아야 한다. 파장 선택도는 허용되는 누화를 갖고 2개의 홀로그램들을 기록하는데 사용될 수 있는 2개의 연속된 파장들 사이의 간격을 표시한 다. H.J.Coufal, D.Psaltis, G.T.Sincerbox(Eds.), 'Holographic data storage', Springer series in optical sciences, (2000)에는, 파장 선택도가 Δλ=(λ2cosθs)/2Lsin2['0.5(θf+θs]인 것으로 공지되어 있는데, 이때 θ는 파장이고, L은 매체의 두께이며, θf 및 θs는 각각 매체의 법선과 참조 빔 및 신호 빔 사이의 각도들이다. 종래의 광학장치에서는, 참조 빔과 매체의 법선 사이의 각도 θf가 약 π/4인 반면에, 본 발명에 따른 광학장치에서는 이 각도가 제로값이다. 종래기술의 광학장치에서보다 본 발명에 따른 광학장치에서 파장 선택도가 약 6.6배 양호하다는 것을 계산할 수 있다.
이것은, 북 당 기록할 수 있는 홀로그램들의 수가 종래기술의 광학장치에서보다 본 발명에 따른 광학장치에서 약 6.8배 더 높다는 것을 의미한다. 그 결과, 본 발명에 따른 WORM 홀로그래픽 장치를 사용할 때 데이터 용량이 증가한다.
기록매체(204)에 일단 북이 기록되면, 검출수단(206), 편광 빔 스플리터(202), 1/4 파장판(203) 및 반사형 공간 광 변조기(205)를 포함하는 광 픽업장치에 대해 기록매체(204)를 이동시킴으로써 다른 북을 기록할 수도 있다. 이와 달리, 광 픽업장치를 기록매체(204)에 대해 기록매체(204)에 평행한 방향으로 이동한다.
도 2b에 표시된 것과 같은 판독과정 중에는, 방사원(200)이 일정한 파장을 갖는 방사빔을 발생하며, 이것은 시준렌즈(201)를 사용하여 평행 빔으로 변환된다. 그후, 이 평행 빔은 편광 빔 스플리터(202)를 사용하여 기록매체를 향한다. 평행 빔이 편광 빔 스플리터(202)를 통과한 후, 이 평행 빔은 선편광을 갖는다. 그후, 이 선편광된 빔은 1/4 파장판(203)을 통과하고, 이 1/4 파장판은 원편광된 빔을 생성한다. 이 후자의 빔이 기록매체(204)에 도달하고, 상기 기록매체(204)에 기록된 정보 패턴에 의해 반사된다. 이에 따라, 재구성된 신호 빔이 발생되는데, 이 신호 빔은 동일한 파장을 사용하여 기록된 홀로그램에 대응하는 기록된 정보를 갖는다. 이 재구성된 신호 빔은 1/4 파장판(203)을 통과하고, 이 1/4 파장판은 선편광된 빔을 생성하는데, 이 편광은 편광 빔 스플리터에 의해 방금 편향된 빔의 편광에 수직이다. 그 결과, 이 선편광되고 재구성된 신호 빔이 편광 빔 스플리터를 통과하여, 검출수단(206)에 도달한다. 이에 따라 기록된 홀로그램이 판독된다. 다른 홀로그램을 판독하기 위해, 방사원(200)에 의해 발생된 방사빔의 파장이 변화된다.
검출수단(206)은 예를 들면 CMOS 화소 검출기 어레이 또는 CCD 어레이이다.
이때, 기록중에 공간 광 변조기와 대향하는 기록매체(204)의 면이 판독중에 검출수단과 대향하도록, 기록매체를 판독하여 실상(real image)을 얻기 전에, 매체(204)를 기록후에 전환하여야 한다는 점에 주목하기 바란다. 매체를 전환하지 않으면, 허상이 얻어질 수도 있는데, 이 허상은 검출수단에 의해 검출이 불가능하다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 광학장치는 필요할 때 상기 기록매체(204)를 자동으로 회전시키는 수단을 구비한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학장치를 나타낸 것이다. 이 광학장치는, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 이미 도시된 구성요소들 이외에, 제 1 렌즈(301)와 제 2 렌즈(302)를 구비한다. 제 1 렌즈(301)는 편광 빔 스플리터 와 기록매체 사이에 배치되고, 제 2 렌즈(302)는 기록매체(204)와 반사형 공간 광 변조기(205) 사이에 배치된다.
도 3a에 도시된 것과 같은 기록과정 중에, 1/4 파장판(203)을 통과한 방사빔이 제 1 렌즈(301)에 의해 기록매체(204)에 초점이 맞추어진다. 이에 따라, 기록매체(204)에 구면파 빔의 초점이 맞추어진다. 그후, 이 구면파 빔은 제 2 렌즈(302)에 의해 평행하게 된 후, 반사형 공간 광 변조기(205)에 도달하여, 신호 빔이 생성된다. 공간 광 변조기(205)에서 되돌아오는 도중에, 제 2 렌즈(302)에 의해 기록매체(204)에 신호 빔의 초점이 맞추어진다. 그 결과, 구면파 신호 빔이 기록매체(204) 내부의 구면파 참조 빔과 간섭하여, 정보 패턴이 생성되는데, 이것은 기록하고자 하는 홀로그램에 대응한다.
구면파 빔이 기록매체(204) 내부에서 간섭한다는 사실이 편이 다중화를 허용한다. 편이 다중화는 광 픽업장치에 대해 기록매체를 편이시켜 홀로그램 세트를 기록하는 과정으로 이루어진다. 기록매체의 일정한 위치에 홀로그램 또는 북이 기록되면, 홀로그램의 폭보다 작은 거리만큼 기록매체를 이동시킨다. 편이 다중화는 구면파가 간섭하는 경우에만 가능하므로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 광학장치에 대해서는 가능하지 않을 것이다.
바람직하게는, 기록매체(204)를 데이터를 기록하기 위해 편이 다중화와 파장 다중화의 조합을 사용한다. 예를 들어, 방사원(200)에 의해 발생된 방사빔의 파장을 조정함으로써 특정한 위치에 북이 기록된다. 이 북이 일단 기록되면, 북의 폭보다 작은 거리만큼 광 픽업장치에 대해 기록매체(204)를 편이시킨다. 그후, 방사빔 의 파장을 조정함으로써 다른 북을 기록한다.
이때, 제 1 및 제 2 렌즈 301 및 302는 0.4와 같이 비교적 낮은 개구율을 가질 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 그 결과, 이와 같은 낮은 개구율과, 이에 따른 저가의 렌즈의 사용으로 인해 광학장치의 가격이 비교적 낮아지게 된다.
이때, 1/4 파장판(203)이 제 1 렌즈(301)와 기록매체(204) 사이에 놓일 수도 있지만, 1/4 파장판의 효율이 수렴 빔에서보다 평행 빔에서 더 우수하므로, 이와 같은 구성은 덜 바람직하다.
도 3b에 도시된 것과 같은 판독과정 중에는, 구면파 빔이 기록매체(204)를 행해 보내져 정보 패턴에 의해 반사된다. 도 2b에서 설명한 것과 같이, 재구성된 신호 빔이 생성된 후, 검출수단(206)에 도달한다. 일정한 파장을 사용하고 광 픽업장치에 대해 기록매체(204)의 일정한 위치를 갖고 기록된 홀로그램의 판독은 동일한 위치에 기록매체를 배치하고 동일한 파장을 갖는 방사빔을 발생함으로써 행해진다. 이때, 기록매체를 판독하기 전에 매체(204)를 기록후에 전환시킬 필요가 없다는 점에 주목하기 바란다. 제 1 렌즈(301)에 의해 허상이 실상으로 변환되므로, 매체(204)를 전환시키지 않고도 실상이 얻어진다.
첨부된 청구범위에 기재된 참조부호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "구비한다", "포함한다"와 그것의 활용형의 사용이 청구항에 기재된 것 이외의 구성요소들의 존재를 배제하는 것이 아니라는 것은 자명하다. 구성요소 앞의 단어 "a" 또는 "an"이 이와 같은 복수의 구성요소들의 존재를 배제하는 것이 아니다.

Claims (4)

  1. 기록매체(204)를 수납하는 수단과, 방사빔을 발생하는 방사원(200)과, 상기 기록매체에 기록된 홀로그래픽 신호에 대응하는 빛을 검출하는 수단(206)과, 상기 수납수단을 향해 상기 방사빔을 향하게 하는 수단(202)과, 상기 검출수단에 대해 상기 수납수단의 반대측에 놓인 반사형 공간 광 변조기(205)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 기록 및 재생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사빔을 향하게 하는 수단은 검출수단과 수납수단 사이에 편광 빔 스플리터(202)를 구비하고 상기 편광 빔 스플리터와 수납수단 사이에 1/4 파장판(203)을 구비한 것을 특징으로 하는 광 기록 및 재생 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방사빔은 기록매체의 동일한 위치에 다양한 홀로그램들을 기록하도록 조정될 수 있는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 광 기록 및 재생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방사빔을 향하게 하는 수단과 상기 수납수단 사이에 제 1 렌즈(301)를 더 구비하고 상기 수납수단과 상기 반사형 공간 광 변조기 사이에 제 2 렌즈(302)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 기록 및 재생 장치.
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