KR100275277B1 - 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 관한 것으로, 소정의 레이져빔을 발생하는 광원(310); 상기 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기(320); 제 1 광경로상의 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하는 공간 광변조기(350); 상기 빔 확장기(320)로부터 전송되어 오는 레이져빔을 신호광과 기준광으로 분할한후 제 1 광경로상에 신호광을 전송하고, 제 1 광경로와 평행인 제 2 광경로상에 기준광을 전송하되, 상기 공간 광변조기(350)에 입력되는 2진 데이터의 페이지 단위에 일대일 대응되게 소정 각도씩 스텝 바이 스텝으로 회전하여 상기 제 2 광경로상의 기준광을 각도 다중화하는 광분할기(330); 전면과 배면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상으로서, 상기 전면 상측으로 입사되는 상기 제 1 광경로상의 광변조된 신호광을 상기 경사면에서 전반사하여, 제 3 광경로로 진행시키고, 상기 전면 하측으로 입사되는 상기 제 2 광경로상의 기준광과 상기 제 3 광경로상의 광변조된 신호광간의 간섭에 의거한 간섭 무늬를 기록하고, 재생을 위한 기준광이 입사되면 상기 광변조된 신호광을 재생하는 저장매체(340); 상기 저장 매체(340)에서 재생된 상기 광변조된 신호광을 전기적 신호로 변환하는 CCD(360)를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

Description

전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템

본 발명은 대상 물체로 부터의 신호광과 기준광을 간섭시켜 발생하는 간섭 무늬에 의거하여 홀로그램 데이타를 페이지 단위로 저장하는 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)에 관한 것으로, 특히 보다 간단한 구조의 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 관한 것이다.

최근들어, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장을 이용한 기술 분야는 반도체 레이져, CCD(Charge Coupled Device), LCD(Liquid Crystal Display) 등 구성 부품의 눈부신 발전에 힘입어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이미 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로 실용화되고 있을뿐만 아니라, 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송 속도의 장점을 응용할수 있는 여러 분야로 확대되어 가고 있는 추세에 있다.

이와 같은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 대상 물체로 부터의 신호광과 기준광을 간섭시켜 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 반응하는 저장 매체, 예를들어 크리스탈(crystal) 등에 기록하는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 신호광의 강도 및 방향까지도 기록함으로서, 물체의 3차원상을 표시할수 있게되며, 2진 데이터의 페이지(page)단위로 구성되는 수백에서 수천개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할수 있게 된다.

도 1에는 이와 같은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 대한 전체 구성도가 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 광원(10), 광분리기(20), 반사 미러(mirror)(30,40), LCD(Liquid Crystal Display)(50), 수직 AOD(Acousto Optical Device)(60), 수평 AOD(70), 저장 매체(80), CCD(90)로 구성된다.

광원(10)은 홀로그래피에 요구되는 레이져광을 발생하며, 광분리기(20)는 광원(10)으로부터 입력되는 레이져광을 기준광 및 신호광으로 분리한후, 분리된 기준광 및 신호광이 서로 다른 전송경로를 거치도록 한다.

수직 AOD(60)는 기준광을 수직 방향으로 편향시킴으로서, 공간 다중화된 기준광을 반사 미러(30)에 제공한다. 반사 미러(30)는 45°경사지게 배치되어 입사되는 기준광을 반사하여 기준광의 전송 경로를 변환하는 작용을 하고, 수평 AOD(70)는 기준광을 수평 방향으로 편향시켜 각도 다중화된 기준광을 저장 매체(80)에 조사하는 작용을 한다.

한편, 반사 미러(40)는 45°기울어지게 배치되어 신호광의 전송 경로를 변환하고, LCD(50)는 신호광을 입력되는 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하여 저장 매체(80)에 조사한다.

저장 매체(80)는 수평 AOD(70)에서 조사되는 기준광과 LCD(50)에 의해 변조된 신호광간의 간섭에 의해 발생되는 간섭 무늬를 저장하는데, 여기에서 간섭 무늬는 상술한 LCD(50)에 입력된 데이터에 상응한 것이다.

이와 같이 구성된 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 대한 동작은 다음과 같다.

먼저, 광원(10)에서 발생된 레이져광은 광분리기(20)에 의해 기준광 및 신호광으로 분리된후, 기준광은 수직 AOD(60)에, 신호광은 반사 미러(40)에 각각 전송된다. 반사 미러(40)는 입사되는 신호광을 LCD(50)측으로 반사하고, LCD(50)에 입사된 신호광은 LCD(50)에 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된다.

즉, LCD(50)에 입력되는 데이터가, 예를들어 영상의 한 프레임 단위로 제공되는 화상 데이터일 경우, LCD(50)에 입사된 신호광은 한 프레임 단위로 변조되는 것이다.

한편, 광분리기(20)에 의해 분리된 기준광은 수직 AOD(60)에 제공되고, 수직 AOD(60)는 기준광을 수직 방향으로 편향시키되, LCD(50)에 입사된 신호광이 데이터의 페이지 단위로 변조될 때, 이에 대응되게 기준광의 수직 편향 각도를 스텝 바이 스텝(step by step)으로 조정한다.

소정 수직 각도로 편향된 기준광은 반사 미러(30)에 반사된후 수평 AOD(70)에 조사되고, 수평 AOD(70)는 이를 수평 방향으로 편향시켜 저장 매체(80)에 조사한다.

따라서, 저장 매체(80)에 조사되는 기준광은 소정 수직 및 수평 각도로 편향된 광으로, 여기에서, 저장 매체(80)에 조사되는 기준광은 수직 AOD(60)에 의해 저장 매체(80)의 수직 방향으로 스캔되고, 수평 AOD(70)에 의해 저장 매체(80)의 수평 방향으로 스캔되는 것이다.

저장 매체(80)에는 페이지 단위로 광변조된 신호광과, 상술한 바와 같이 수직/수평 편향된 기준광이 입사되고, 입사된 신호광과 기준광은 저장 매체(80) 내부에서 간섭을 일으키게 된다.

이때, 발생되는 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(80) 내부의 운동 전하의 광유도 현상이 발생하고, 이러한 과정을 통해서 저장 매체(80)에 간섭 무늬가 기록된다.

한편, 저장 매체(80)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서는 기준광만을 저장 매체(80)에 조사하면, 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고, 이후 읽혀진 상을 CCD(Charge Coupled Device; 70) 등에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 되는 것이다. 이때, 저장 매체(80)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해 적용되었던 기준광은, 실질적으로 저장 매체(80)에 데이터를 기록할 때 적용했던 기준광과 동일한 강도 및 각도를 갖는 기준광을 적용해야만 한다.

이와 같이 종래의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 그 구조상 매우 복잡하고, 고가의 AOD를 적용하고 있어 경제성 면에서 다소 미흡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보다 단순한 구조로 홀로그램 데이터를 저장하고 재생할수 있는 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 있어서: 소정의 레이져빔을 발생하는 광원; 상기 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기; 제 1 광경로상의 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하는 공간 광변조기; 상기 빔 확장기로부터 전송되어 오는 레이져빔을 신호광과 기준광으로 분할한후 제 1 광경로상에 신호광을 전송하고, 제 1 광경로와 평행인 제 2 광경로상에 기준광을 전송하되, 상기 공간 광변조기에 입력되는 2진 데이터의 페이지 단위에 일대일 대응되게 소정 각도씩 스텝 바이 스텝으로 회전하여 상기 제 2 광경로상의 기준광을 각도 다중화하는 광분할기; 전면과 배면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상으로서, 상기 전면 상측으로 입사되는 상기 제 1 광경로상의 광변조된 신호광을 상기 경사면에서 전반사하여, 제 3 광경로로 진행시키고, 상기 전면 하측으로 입사되는 상기 제 2 광경로상의 기준광과 상기 제 3 광경로상의 광변조된 신호광간의 간섭에 의거한 간섭 무늬를 기록하고, 재생을 위한 기준광이 입사되면 상기 광변조된 신호광을 재생하는 저장매체; 상기 저장 매체에서 재생된 상기 광변조된 신호광을 전기적 신호로 변환하는 CCD를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에서 적용되는 전반사의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개선된 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템의 상세 구성도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

310 : 광원 320 : 빔확장기

330 : 빔분할기 340 : 저장 매체

350 : 공간 광변조기 360 : CCD

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로, 소정 매질에 입사되는 광은 매질의 경계면에서 반사되고 투과되는데, 이때 매질로 투과되는 광은 소정 굴절율에 의해 굴절된다. 따라서 이와 같은 원리를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이 매질(200)에 입사되는 광의 임계각을 소정 범위(θ)내로 제한하면, 매질에 입사되는 광은 매질내로 투과되지 않고 모두 반사되는 현상이 발생되는데, 이것을 통상 전반사라 한다. 본 발명은 이와 같은 전반사 법칙을 이용하여 보다 단순한 구조의 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템을 구현한것에 그 특징점이 있다.

도 3에는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템이 도시된다.

도 3에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템은 광원(310), 빔 확장기(320), 광분할기(330), 저장 매체(340), 공간 광변조기(350), CCD(360)으로 구성된다.

여기에서, 광분할기(330)는 입력되는 레이져빔을 신호광과 기준광으로 분할하되, 분할된 신호광과 기준광이 평행하게 진행되도록 하는 작용을 한다.

저장 매체(340)는 전면과 배면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상인, 굴절율 2.4, 전반사 임계각이 25°인 LiNbO₃크리스탈로 이루어 진다. 또한 신호광과 기준광은 저장 매체(340)의 전면을 투과하고, 이중 신호광은 저장 매체(340)의 경사면에서 전반사를 일으켜 저장 매체(340)에 투과된 기준광과 간섭을 일으킨다.

한편, CCD(360)는 저장 매체(340)의 배면측에 위치한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 작용은 다음과 같다.

먼저, 광원(310)은 소정의 레이져빔을 발생하여 빔확장기(320)에 전송하고, 빔 확장기(320)는 이를 소정 크기로 확장하여 광분할기(330)로 전송한다. 광분할기(330)는 레이져빔을 신호광과 기준광으로 분할하되, 신호광을 레이져빔에 수평인 제 1 광경로로 전송하고, 기준광을 제 1 광경로와 수평이되, 소정 간격만큼 이격된 제 2 광경로로 전송한다.

이후, 제 1 광경로상의 신호광은 공간 광 변조기(350)에 의해 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조되어 저장 매체(340)의 전면 상측에 입사된다.

저장 매체(340)의 전면 상측에 입사된 광변조된 신호광은 저장 매체(340) 내부로 투과된후 저장 매체(340)의 경사면에서 전반사를 일으켜 90°회절된후 제 3 광경로로 진행한다.

한편, 제 2 경로상의 기준광은 저장 매체(340)의 전면 하측에 입사 및 투과된후 저장 매체(340)내에서, 제 3 경로상의 광변조된 신호광과 간섭을 일으키고, 이에 의거하여 저장 매체(340)에는 홀로그램 데이터에 상응하는 간섭 무늬가 기록된다.

이때, 광분할기(330)는, 공간 광 변조기(350)가 신호광을 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조할 때 이에 대응되게 제 2 경로상의 기준광의 진행 각도를 조금씩 변화시키는 작용을 한다.

즉, 광분할기(330)가 공간 광변조기(350)에 입력되는 2진 데이터의 페이지 단위에 일대일 대응되게 소정 각도씩 스텝 바이 스텝으로 회전함에 따라, 저장 매체(340)에는 간섭 무늬가 각도 다중화되어 기록되는 것이다.

저장 매체(340)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해서 기준광을 저장 매체(340)에 조사하면, 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 광변조된 신호광을 재생하고 이후 재생된 신호광은 CCD(360)에 비추어져 원래의 데이터로 복원된다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명은 전반사를 이용하여 홀로그램 데이터를 저장하고 재생할수 있도록 하고, 또한 광분할기를 회전시켜 기준광을 다중화시킴으로서, 볼륨 홀로그램 디지탈 저장 시스템을 보다 단순화할수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템에 있어서:

   소정의 레이져빔을 발생하는 광원(310);

   상기 레이져빔을 소정 크기로 확장하는 빔확장기(320);

   제 1 광경로상의 신호광을 입력되는 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 광변조하는 공간 광변조기(350);

   상기 빔 확장기(320)로부터 전송되어 오는 레이져빔을 신호광과 기준광으로 분할한후 제 1 광경로상에 신호광을 전송하고, 제 1 광경로와 평행인 제 2 광경로상에 기준광을 전송하되, 상기 공간 광변조기(350)에 입력되는 2진 데이터의 페이지 단위에 일대일 대응되게 상기 제 2 광경로상의 기준광을 기설정 각도씩 변화시키는 광분할기(330);

   전면과 배면이 직교하고, 이들을 연결하는 경사면을 갖는 직각 삼각형 단면 형상으로서, 상기 전면 상측으로 입사되는 상기 제 1 광경로상의 광변조된 신호광을 상기 경사면에서 전반사하여, 제 3 광경로로 진행시키고, 상기 전면 하측으로 입사되는 상기 제 2 광경로상의 기준광과 상기 제 3 광경로상의 광변조된 신호광간의 간섭에 의거한 홀로그램 데이터에 상응하는 간섭 무늬를 각도 다중화하여 기록하고, 재생을 위한 기준광이 입사되면 상기 광변조된 신호광을 재생하는 저장매체(340);

   상기 저장 매체(340)에서 재생된 상기 광변조된 신호광을 전기적 신호로 변환하는 CCD(360)를 구비하여 구성한 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 매체(340)는 상기 전반사 임계각이 25°인 것으로 전반사를 이용한 볼륨 홀로그래픽 디지탈 저장 시스템.