KR20090071125A - 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계 - Google Patents

광정보 처리장치와 이를 위한 광학계 Download PDF

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Abstract

광정보 처리장치는 데이터를 가지는 광의 중심부분을 반사시키고 주변부분을 차단하기 위하여 상기 광의 중심부분이 반사되는 반사부와 상기 광의 주변부분이 차단되는 비반사부를 가지는 필터와, 상기 필터로 입사되는 상기 광과 상기 필터에서 반사되는 상기 광의 경로가 서로 달라지도록 상기 광의 편광성분을 바꾸는 파장판을 구비하여 신호광 또는 재생광의 주변 고주파 성분을 차단하도록 하며 이를 위하여 사용되는 렌즈의 수를 종래의 다른 기술에서 보다 줄일 수 있도록 한다.

Description

광정보 처리장치와 이를 위한 광학계{OPTICAL INFORMATION PROCESSING APPARATUS AND OPTICAL SYSTEM FOR THE SAME}
본 발명은 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기준광과 신호광의 간섭으로 신호광의 광정보가 저장매체에 기록되도록 하는 홀로그래픽 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계에 관한 것이다.
광학적인 데이터를 처리하는 광정보 처리장치 중에는 홀로그래픽 광정보 처리장치가 있다. 홀로그래픽 광정보 처리장치는 신호광과 기준광의 간섭으로 이차원의 데이터 페이지가 기록매체에 간섭패턴(interference pattern)으로 기록되도록 하는 것이다. 그리고 기록된 광정보를 재생하기 위해서 기준광을 광정보 기록매체의 홀로그램이 형성된 위치에 입사하면 이곳에서 기준광이 회절되어 재생광을 발생시킨다. 이 재생광을 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 또는 CCD(charge coupled device)와 같은 수광배열소자로 검출한 후 디코딩함으로써 원본 데이터를 복원할 수 있다.
홀로그래픽 광정보 처리장치에 대한 종래 기술로 미국등록특허 "7,092,133", "polytopic multiplex holography"이 있다. 상기 미국등록특허는 이전 기록된 홀로그램에 부분적으로 중첩하는 홀로그램을 연속적으로 기록매체에 기록한다. 이를 위하여 상기 미국특허는 신호광의 주변 고주파 성분을 차단하기 위하여 필터블럭을 신호광이 기록매체로 향하는 경로에 설치하고, 또한 재생광의 주변 고주파 성분을 차단하기 위하여 재생광의 재생경로 상에도 필터블럭을 설치한다.
그런데, 필터블럭이 고주파 성분을 차단하기 위해서는 필터블럭이 광의 초점위치에 있어야 하므로, 필터블럭의 전후로 초점거리를 맞추기 위하여 다량의 렌즈가 사용한다. 즉 상기 미국등록특허에서 신호광 또는 재생광의 주변 고주파 성분을 차단하기 위하여 필터블럭을 사용하게 되면 렌즈의 수가 너무 많아지기 때문에 광학계의 크기가 커지고, 광정보 처리장치의 가격이 비싸지는 문제점이 있다.
본 발명은 신호광 또는 재생광의 주변 고주파 성분을 차단함과 동시에 이를 위하여 구성되는 광학계에서의 렌즈 사용을 최소화할 수 있도록 하는 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 광정보 기록장치는 광원, 상기 광원에서 제공되는 제 1편광 성분의 광을 신호광으로 변조시키며 제 2편광성분으로 바꾸는 공간 광변조기, 상기 제 2편광성분인 상기 신호광을 반사시키는 편광 광분할기, 상기 편광 광분할기에서 반사되는 상기 신호광의 중심부분을 반사하는 반사부와 상기 반사부의 주변에 형성된 비반사부를 구비하는 필터, 상기 편광 광분할기와 상기 필터 사이에 위치하며 상기 반사부에서 반사되는 상기 신호광이 상기 편광 광분할기를 통과하도록 상기 제 1편광성분으로 바꾸는 파장판, 상기 편광 광분할기를 통과하는 상기 신호광을 기록매체로 안내하는 기록용 대물렌즈를 구비한다.
상기 파장판은 사분파장판일 수 있다.
상기 편광 광분할기는 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 위치하고, 상기 공간 광변조기는 상기 제 1편광성분인 상기 신호광이 상기 제 2편광성분으로 바뀌도록 반사시킬 수 있다.
상기 편광 광분할기와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 광정보 재생장치는 기록매체에 광을 입사하는 광원, 상기 기록매체에서 재생되는 재생광을 안내하는 재생용 대물렌즈, 상기 재생용 대물렌즈를 거치며 제 1편광성분인 상기 재생광을 통과시키는 편광 광분할기, 상기 편광 광분할기를 통과하는 상기 재생광이 반사되는 반사부와 상기 반사부의 주변에 형성된 비반사부를 구비하는 필터, 상기 편광 광분할기와 상기 필터 사이에 위치하며 상기 반사부에서 반사되어 통과하는 상기 재생광이 제 2편광성분이 되어 상기 편광 광분할기에서 반사되도록 하는 파장판, 상기 편광 광분할기에서 반사되는 상기 재생광을 검출하는 광정보 검출기를 구비한다.
상기 파장판은 사분파장판일 수 있다.
상기 편광 광분할기와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 광정보 처리장치를 위한 광학계는 데이터를 가지는 광의 중심부분을 반사시키고 주변부분을 차단하기 위하여 상기 광의 중심부분이 반사되는 반사부와 상기 광의 주변부분이 차단되는 비반사부를 가지는 필터와, 상기 필터로 입사되는 상기 광과 상기 필터에서 반사되는 상기 광의 경로가 서로 달라지도록 상기 광의 편광성분을 바꾸는 파장판을 구비한다.
상기 필터와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비될 수 있다. 상기 파장판은 사분파장판일 수 있다.
본 발명에 따른 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계는 신호광 또는 재생광의 주변 고주파 성분을 차단하도록 하며 이를 위하여 사용되는 렌즈의 수를 종래의 다른 기술에서 보다 줄일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 도시한 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 광정보 처리장치는 광원(100), 제 1편광 광분할기(110)(first :Polarizing Beam Splitter), 광확장기(120)(beam expander), 제 1, 2반사미러(130)(140)와 반파장판(280)(half wavelength plate) 그리고 기록용 광학 계(recording optical system)와 재생용 광학계(reproducing optical system)를 구비한다. 기록용 광학계는 재생장치로 실시될 경우 광확장기(120)와 함께 사용되지 않을 수 있고, 재생용 광학계는 기록장치로 실시될 경우 사용되지 않을 수 있다.
제 1편광 광분할기(110)는 광원(100)에서 제공된 광을 편광 성분이 다른 두 광으로 분리한다. 즉 제 1편광성분(polarizing component, 이하 "P 편광"이라고 한다.)은 통과시키고, 제 2편광성분(이하 "S 편광"이라고 한다)은 반사시킨다. 그리고 광확장기(120)는 제 1편광 광분할기(110)를 통과하는 P 편광의 광을 확장시키는 기능을 한다.
제 1편광 광분할기(110)에서 반사되는 광은 이후 기준광(R)이 된다. 기준광(R)은 S 편광으로 제 1반사미러(130)에서 반사된 후 반파장판(280)을 거치면서 P 편광이 된다. 그리고 기준광(R)은 제 2반사미러(140)에서 반사되어 기록매체(210)로 향한다. 제 2반사미러(140)가 회전미러인 경우 각도 다중화로 기준광(R)이 기록매체(210)에 입사될 수 있다.
기록용 광학계는 광확장기(120)를 거친 P 편광이 통과하는 제 2편광 광분할기(150), 제 2편광 광분할기(150)를 통과한 광을 변조시켜 이후 신호광(S)이 되도록 하는 공간 광변조기(160)를 구비한다. 공간 광변조기(160)는 광을 변조시키면서 편광 방향 S 편광으로 바꾼다.
이 공간 광변조기(160)는 반사형 LC(liquid crystal) 또는 DMD(Digital Micromirror Device)로 실시될 수 있다. 그리고 공간 광변조기(160)에 기록을 위하여 표시되는 데이터는 이진 데이터를 이차원적으로 표시한 데이터 페이지일 수 있 다.
그리고 공간 광변조기(160)에서 변조된 광은 제 2편광 광분할기(150)로 진행하고, 제 2편광 광분할기(150)는 신호광(S)을 좌측 방향(도 1참조)으로 직각 반사시킨다. 그리고 제 2편광 광분할기(150)의 좌측(도 1참조)에는 렌즈(170), 제 1사분파장판(180)(quarter-wavelength plate) 그리고 제 1필터(190)가 차례로 위치한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터를 도시한 사시도이다. 제 1필터(190)는 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부분에 반사부(191)를 구비하고, 반사부(191)의 주변에 비반사부(192)를 구비된다. 반사부(191)의 직경은 대략 나이퀴스트 사이즈(nyquist size) 정도일 수 있고, 이보다 크거나 작을 수 있다. 이 제 1필터(190)는 다른 명칭으로 어퍼쳐(Aperture)라고 할 수 있다.
따라서 이 제 1필터(190)의 반사부(191)는 기록매체(210)에 기록되는 홀로그램의 크기를 줄이기 때문에 기록매체(210)에 대한 홀로그램 기록밀도를 높이고, 또한 신호광(S)의 중심부 주변의 고주파 성분을 차단하기 때문에 기록매체(210)의 기록영역 주변으로 불필요한 반응영역이 발생하지 않도록 한다. 따라서 기록영역이 부분적으로 중첩되는 경우 중첩된 곳에서의 노이즈 발생을 줄일 수 있다.
그리고 제 2편광 광분할기(150)의 우측에는 기록용 대물렌즈(200)가 구비된다. 이 기록용 대물렌즈(200)는 신호광(S)을 퓨리에 변환시켜 기록매체(210)로 입사시킨다.
재생용 광학계는 기록매체(210)에서 재생되는 재생광(P)을 역퓨리에 변환시 키는 재생용 대물렌즈(220)와 재생용 대물렌즈(220) 다음에 위치하는 제 3편광 광분할기(230)를 구비하고, 제 3편광 광분할기(230)의 우측에 위치하는 렌즈(240), 제 2사분파장판(250) 및 제 2필터(260) 그리고 제 3편광 광분할기(230)의 상부에 위치하는 광정보 검출기(270)를 구비하다.
여기서 제 2필터(260)는 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부분에 반사부(201)를 구비하고, 반사부(201)의 주변에 비반사부(202)를 구비한다. 반사부(201)의 직경은 대략 나이퀴스트 사이즈(nyquist size) 정도일 수 있고, 이보다 크거나 작을 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 광정보 처리장치의 작용상태에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치의 기록시의 동작 상태를 도시한 도면이다. 기록매체(210)에 정보를 기록하고자 하는 경우 공간 광변조기(160)에서는 이진 데이터를 이차원적 데이터 페이지로 표시한다.
그리고 광원(100)에서는 광을 제 1편광 광분할기(110)로 입사하고, 제 1편광 광분할기(110)는 광을 S 편광과 P 편광으로 분할한다. P 편광은 이후 광확장기(120)에서 확장된 후 제 2편광 광분할기(150)를 통과하여 공간 광변조기(160)에 입사된다. 공간 광변조기(160)는 P 편광을 변조시키고, 또한 S 편광으로 편광방향이 바꾸어서 신호광(S)으로 반사시킨다.
따라서 신호광(S)은 제 2편광 광분할기(150)에서 직각 반사되어 렌즈(170)로 진행하고, 렌즈(170)는 신호광(S)을 포커싱 한다. 렌즈(170)를 거친 신호광(S)은 이후 제 1사분파장판(180)을 지난 후 제 1필터(190)에 입사된다. 이때 제 1필터(190)는 반사부(191)에 입사된 신호광(S)의 중심부분만을 반사시킨다. 그리고 반사부(191) 주변에 입사되는 신호광(S)의 주변 고주파 성분은 비반사부(192)에 입사되기 때문에 반사되지 않고 차단된다.
이후 반사부(191)에서 반사된 신호광(S)은 다시 제 1사분파장판(180)을 통과한다. 이에 따라 신호광(S)은 P 편광으로 편광 방향이 바뀌어 제 2편광 광분할기(150)에 입사된다. 이때 신호광(S)이 P 편광이기 때문에 제 2편광 광분할기(150)를 직전하여 통과한다. 계속해서 신호광(S)은 기록용 대물렌즈(200)를 거치면서 퓨리에 변환되어 기록매체(210)에 입사된다.
한편, 제 1편광 광분할기(110)에서 분할된 S 편광은 이후 기준광(R)이 된다. 기준광(R)은 제 1반사미러(130)에서 반사된 후 반파장판(280)을 거친다. 반파장판(280)을 거치면서 기준광(R)은 P 편광이 된다. 그리고 계속해서 기준광(R)은 제 2반사미러(140)에서 반사되어 기록매체(210)에 입사된다. 이때 제 2반사미러(140)는 각도 다중화를 위한 회전미러일 수 있다.
이상과 같이 광정보를 기록하게 되면 신호광(S)의 주변 고주파 성분이 차단되기 때문에 기록매체(210)에 기록되는 홀로그램의 크기가 작아진다. 또한 한 번의 기록으로 사용되는 기록매체(210)의 반응영역이 그만큼 줄어들기 때문에 보다 기록매체에서의 홀로그램 기록밀도를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치의 재생시 동작 상태를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 4를 참조하여 재생시의 동작에 대하여 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이 기록매체(210)에 기록된 홀로그램으로부터 데이터를 재생하는 경우에는 기준광(R)을 기록매체(210)의 홀로그램에 입사한다. 기준광(R)이 입사된 홀로그램에서는 재생광(P)이 발생한다.
재생광(P)은 재생용 대물렌즈(220)를 거치면서 역퓨리에 변환되어 제 3편광 광분할기(230)를 거친다. 재생광(P)은 P 편광이기 때문에 제 3편광 광분할기(230)를 직전 통과하여 렌즈(240)로 통과한다. 렌즈(240)를 거친 재생광(P)은 제 2사분파장판(250)을 거친 후 제 2필터(260)에 입사된다.
이때 제 2필터(260)의 반사부(261)는 재생광(P)의 중앙부분만을 반사시키고 제 2필터(260)의 비반사부(262)로 입사된 재생광(P)의 주변 고주파 성분을 차단시킨다. 반사부(261)에서 반사된 광은 다시 제 2사분파장판(250)을 거치면서 S 편광으로 편광 방향이 바뀌고, 이후 재생광(P)은 제 3편광 광분할기(230)에서 직각방향으로 반사된 후 광정보 검출기(270)로 진행한다. 그리고 광정보 검출기(270)는 입사되는 재생광(P)을 검출함으로써 데이터의 재생을 수행한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치는 기록시의 신호광과 재생시의 재생광이 각각 진행하는 경로에 각각 두 개의 렌즈만이 사용된다. 이와 같이 작은 수의 렌즈만이 사용할 수 있는 이유는 필터의 반사부가 광을 반사시키도록 함으로써 필요한 초점거리를 진행방향과 이의 역방향으로 반복시키기 때문에 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치의 기록시 동작 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치의 재생시 동작 상태를 도시한 도면이다.

Claims (10)

  1. 광원;
    상기 광원에서 제공되는 제 1편광성분의 광을 신호광으로 변조시키며 제 2편광성분으로 바꾸는 공간 광변조기;
    상기 제 2편광성분인 상기 신호광을 반사시키는 편광 광분할기;
    상기 편광 광분할기에서 반사되는 상기 신호광의 중심부분을 반사하는 반사부와 상기 반사부의 주변에 형성된 비반사부를 구비하는 필터;
    상기 편광 광분할기와 상기 필터 사이에 위치하며 상기 반사부에서 반사되는 상기 신호광이 상기 편광 광분할기를 통과하도록 상기 제 1편광성분으로 바꾸는 파장판;
    상기 편광 광분할기를 통과하는 상기 신호광을 기록매체로 안내하는 기록용 대물렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보 기록장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 파장판은 사분파장판인 것을 특징으로 하는 광정보 기록장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 편광 광분할기는 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사 이에 위치하고, 상기 공간 광변조기는 상기 제 1편광성분인 상기 신호광이 상기 제 2편광성분으로 바뀌도록 반사시키는 것을 특징으로 하는 광정보 기록장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 편광 광분할기와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 광정보 기록장치.
  5. 기록매체에 광을 입사하는 광원;
    상기 기록매체에서 재생되는 재생광을 안내하는 재생용 대물렌즈;
    상기 재생용 대물렌즈를 거치며 제 1편광성분인 상기 재생광을 통과시키는 편광 광분할기;
    상기 편광 광분할기를 통과하는 상기 재생광이 반사되는 반사부와 상기 반사부의 주변에 형성된 비반사부를 구비하는 필터;
    상기 편광 광분할기와 상기 필터 사이에 위치하며 상기 반사부에서 반사되어 통과하는 상기 재생광이 제 2편광성분이 되어 상기 편광 광분할기에서 반사되도록 하는 파장판;
    상기 편광 광분할기에서 반사되는 상기 재생광을 검출하는 광정보 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보 재생장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 파장판은 사분파장판인 것을 특징으로 하는 광정보 재생장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 편광 광분할기와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 광정보 재생장치.
  8. 데이터를 가지는 광의 중심부분을 반사시키고 주변부분을 차단하기 위하여 상기 광의 중심부분이 반사되는 반사부와 상기 광의 주변부분이 차단되는 비반사부를 가지는 필터와,
    상기 필터로 입사되는 상기 광과 상기 필터에서 반사되는 상기 광의 경로가 서로 달라지도록 상기 광의 편광성분을 바꾸는 파장판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치를 위한 광학계.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 필터와 상기 파장판 사이에는 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치를 위한 광학계
  10. 제 8항에 있어서, 상기 파장판은 사분파장판인 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치를 위한 광학계.
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KR1020070139334A KR20090071125A (ko) 2007-12-27 2007-12-27 광정보 처리장치와 이를 위한 광학계

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310654B1 (ko) * 2012-03-21 2013-09-24 연세대학교 산학협력단 자동 광경로 정렬장치 및 방법, 이를 구비한 홀로그래픽 광 메모리 시스템
WO2015023111A1 (ko) * 2013-08-16 2015-02-19 엘지전자 주식회사 홀로그래픽 데이터 스토리지 시스템
US9620164B2 (en) 2013-08-16 2017-04-11 Lg Electronics Inc. Holographic data storage system

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