KR100295488B1

KR100295488B1 - 홀로그래픽메모리내의데이터위치들에접근하도록원통좌표계를사용하는초점면데이터조종시스템및방법

Info

Publication number: KR100295488B1
Application number: KR1019980025302A
Authority: KR
Inventors: 스코트 페트릭 캠벨; 케빈 리차드 커티스; 마이클 씨이 태킷
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2001-09-17
Also published as: US5835470A; JP3749380B2; KR19990007453A; JPH11120609A; TW376513B

Abstract

홀로그래픽 메모리 셀(HMC) 내의 데이터 위치들에 접근하도록, 가간섭광(可干涉光)의 공간 변조된 복합 입사빔을 조종하는 시스템 및 방법. 상기 시스템들중 하나는, (1) 입사빔의 제 1 초점면 근방에 위치 가능한 반사 요소와, (2) 상기 입사빔을 소망의 방향으로 조종하도록 소망의 회전각에 따라 상기 반사 요소의 방향을 정하는, 상기 반사 요소와 연결된 회전 조종 기구와, (3) 상기 빔에 대한 제 2 초점면을 형성하도록 상기 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키는 굴절 요소를 포함하되, 상기 소망의 방향 및 상기 HMC의 각위치의 함수인 상기 HMC상의 위치에서 상기 빔을 수신하도록, 상기 HMC가 상기 제2 초점면 근방에 위치 가능하고 상기 HMC의 평면 축을 중심으로 회전 가능하다.

Description

홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록 원통 좌표계를 사용하는 초점면 데이터 조종 시스템 및 방법

본 발명은 일반적으로는 홀로그래픽 메모리 셀들(HMCs)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하는 광학 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 이하의 참고 문헌들과 관련이 있다.

1. 미국 특허 제5,844,701호, 발명의 명칭은 "홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록, 선형 해법을 사용하는 시스템 및 방법(System and Method Using Linear Translation to Access Data Locations in a Holographic Memory)"이고, 본 출원과 동시 출원됨.

2. 미국 특허 제6,061,154호, 발명의 명칭은 "홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록, 초점면 데이터를 조종하는 시스템 및 방법(System and Method For Steering Focal Plane Data to Acess Data Locations in a Holographic Memory)"이고, 본 출원과 동시 출원됨.

3. 미국 특허 제5,859,808호, 발명의 명칭은 "홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록, 프레즈넬 영역 데이터를 조종하는 시스템 및 방법(System and Method for Steering Fresnel Region Data to Access Data Locations in a Holographic Memory)"이고, 본 출원과 동시 출원됨.

4. 미국 특허 제5,822,263호, 발명의 명칭은 "홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록, 원통 좌표계를 사용하여 광로를 세차 운동 시키는 시스템 및 방법(System and Method for Precessing an Optical Path Using Cylindrical Coordinates to Access Data Locations in a Holographic Memory)"이고, 본 출원과 동시 출원됨.

5. 미국 특허 제5,973,806호, 발명의 명칭은 "홀로그래픽 메모리내의 데이터 위치들에 접근하도록, 원통 좌표계를 사용하여 프레즈넬 영역 데이터를 조종하는 시스템 및 방법(System and Method for Steering Fresnel Region Data Using Cyoindrical Coordinates to Access Data Locations in a Holographic Memory)"이고, 본 출원과 동시 출원됨.

각 참고 문헌은 일반적으로 본 발명과 함께 할당된다.

퍼스날 컴퓨터들(PCs)을 구비한 대부분의 현대형 프로세싱 시스템들은 광학 데이터 저장 장치(optical data storage)의 일 형태나 타 형태를 따른다. 예컨데, CD-ROM 드라이브들은 이제 거의 모든 PC들의 기본 사양이다. 비디오 게임, 지도, 사전 등 거의 모든 멀티미디어 소프트웨어는 CD-ROM으로 판매된다. 또한 컴팩트 디스크는 음반 녹음을 위한 가장 보편적인 저장 매체이다. 최근에는, 표준 CD 기술의 저장 용량을 약 1/2 [Gbyte]로부터 약 5 [Gbyte]로 확장할 수 있는 디지틀 비디오 디스크(DVD) 기술이 소개되었다.

CD-ROM과 DVD의 큰 저장 용량과 비교적 낮은 비용으로 인해, 보다 큰 용량과 보다 낮은 비용의 광학 저장 매체에 대한 큰 수요가 야기되었다. 많은 대형 사업들은, 잠재적인 수백개의 디스크들 중의 특정한 하나에 접근하도록, 쥬크 박스 스타일의 CD 교환기들을 채용한다. 광학 저장 포맷으로 공개되는 동영상들은 여전히 다양한 CD들, DVD들 또는 특대의 레이저 디스크들을 필요로 한다. 그러나, CD-ROM과 DVD 기술은 그 한계에 봉착된 것으로 보인다. 광학 저장 시스템들의 용량 및 속도의 지속적 개선을 위해, CD 크기의 저장 매체로 수백 [Gbytes]를 저장할 수 있는 홀로그래픽 저장 장치에 관한 연구가 증가하고 있다.

다수의 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은, 데이터의 전 페이지를 동시에 저장 검색할 수 있도록 발전되어 왔다. 상기 시스템내에서, 저장될 데이터는 2차원(2D) 광학 배열로 우선 부호화(예컨대, 액정 디스플레이(LCD) 화면상의 경우) 되므로, 상기 시스템은 공간 광 변조기(spatial light modulator: SLM)의 일종으로 볼 수 있다. SLM의 또 다른 종류는 텍사스 인스트루먼트사의 디지틀 거울 장치(Digital Mirror Device)로서, 이는 각 화소(pixel)의 반사율의 변화를 허용하는 반사 장치이다. 또한 "SLM"은 가변 광밀도(optical density), 위상(phase) 및 반사율(reflectivity)의 고정 마스크(fixed mask)들을 포함한다.

평면파인 제1 레이저 빔은 상기 SLM을 통해서 전송되며, 상기 2D 배열상의 데이터 정사각형들 또는 직사각형들(화소들)로부터의 강도(intensity) 및/ 또는 위상 패턴(phase pattern)을 검출한다. 대물빔(object beam)이라 불리우는 상기 데이터-부호화된 빔은, 결국 홀로그래픽 메모리 셀(HMC)이라 불리우는 감광 물질에 투사된다. 또한 기준빔(reference beam) 이라 불리우는 제2 레이저 빔도 상기 홀로그래픽 메모리 셀에 투사된다. 상기 대물빔과 상기 기준빔은, 상기 HMC의 체적 요소 전체에 걸쳐서 간섭 패턴이 발생되도록 교차한다. 상기 독특한 간섭 패턴은 상기 HMC내의 물질 변화를 유도하여 홀로그램을 발생시킨다.

상기 홀로그래픽 메모리 셀내의 상기 홀로그램의 형태는, 상대적 진폭 및 편광 상태와, 상기 대물빔과 상기 기준빔간의 위상차의 함수이다. 이는 또한 상기 홀로그래픽 메모리 셀에 투사되는 상기 대물빔 및 상기 기준빔의 입사각들에 크게 의존한다. 홀로그램 저장 후, 상기 홀로그램을 발생한 상기 기준빔과 동일한 기준빔을 상기 HMC에 투사함으로써, 상기 데이터 빔은 재구성된다. 상기 홀로그램과 상기 기준빔은 상기 데이터-부호화된 대물빔은 재생산하도록 상호작용하며, 상기 데이터-부호화된 대물빔은, 화소들의 명암 패턴을 감지함으로써 상기 데이터를 반복하는 감광 검출기들의 2D 패턴에 투사된다.

상기 공간 광변조기에 의해 발생되는 상기 대물빔은 높은 공간-대폭 곱(space-bandwidth product : SBP)을 갖는다. 빔의 상기 SBP는 상기 빔의 분해 가능한 화소들의 수와 동일하다. 예컨데, SVGA 컴퓨터 모니터에 의해 발생되는 800×600개의 화소 영상은 480,000의 SBP를 갖는다. 높은 SBP 빔들이 홀로그래픽 메모리 셀로 투사될 때에는, 상기 빔들에 의해 횡단되는 상기 광로 길이들을 일정하게 유지시키는 것이 중요하다. 만약 그렇게 하지 않으면, 상기 높은 SBP 빔들은 초점에서 벗어날 것이며, 상기 데이터는 망실될 수 있다.

상기 대물빔의 높은 SBP 영상의 초점을 맞추기 위해 일정한 광로 길이를 유지함은, 필연적으로 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 표면상의 상이한 영역들로 상기 대물빔을 조종하는 것을 곤란하게 만드는데, 그 이유는, 그와 같은 조종은 빈번히 상기 광로 길이를 변화시키기 때문이다. 그러나, 많은 홀로그래픽 메모리 시스템들은 SBP=1인 기준빔들을 혼합한다. 상기 작은 기준빔 SBP로 인해, 그와 같은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은, 그 기준빔을 4-f 영상 시스템과 같은 광학 시스템을 통해 상기 기준빔을 회절시키는 음향-광 셀(acousto-optic cell)을 통해 투사할 수 있는데 상기 음량-광 셀은 고정된 광로 길이를 갖는다. 상기 음파의 주파수 변경으로 상기 기준빔의 회절각이 변화되므로, 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 표면에서 발생하기 쉽다. 상기 각-동조된 기준빔(angle-tuned reference beam) 조종을 사용하는 시스템들은 "각-다중화(angle multiplexing)" 시스템들로 알려져 있고, 기준빔이 상이한 입사각들을 가지는 경우라도, 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 표면상의 동일 위치로 데이터의 상이한 페이지들을 투사할 수 있는 그들의 능력에 따라 구별된다. 상기 데이터는 상이한 입사각을 갖는 상기 응답 기준빔을 조종함으로써 검색된다. 그러나, 종래 기술에 의한 상기 시스템들은, 공간-대폭 곱 전체에 대한 그들 교유의 한계들로 인해, 보통의 대물빔과 같은 높은 SBP 빔을 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 상이한 구역들로 조종하는데는 부적절하다. 또한, 종래 기술에 의한 상기 시스템들은 상기 홀로그래픽 메모리 셀상의 소망의 위치로, 높은 SBP 대물빔 또는 기준빔을 정확하게 위치시키는 능력에 한계가 있다.

따라서, 초점의 상실 없이, 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 표면상의 상이한 영역들로 높은 공간-대폭 곱 빔들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들에 대한 요구가 있다. 또한 좌표계내에서 1차원 이상의 높은 공간-대폭 곱 영상들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들에 대한 요구도 있다. 또한 좌표계에서 1차원 이상의 복잡한 기준빔들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들에 대한 요구도 있다.

상기 논의된 종래 기술의 결함들을 해결하기 위해, 본 발명은 HMC내의 데이터 위치들에 접근하도록, 가간섭광의 공간 변조된 복합 입사빔을 조종하는 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템들중 하나는, (1) 입사빔의 제1 초점면 근방에 위치 가능한 반사 요소와, (2) 상기 입사빔을 소망의 방향으로 조종하도록 소망의 회전각에 따라 상기 반사 요소의 방향을 정하는, 상기 반사요소에 연결된 회전 조종 기구와, (3) 상기 빔에 대한 제2초점면을 형성하도록 상기 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키는 굴절 요소를 포함하되, 상기 소망의 방향 및 상기 HMC의 각 위치의 함수인 상기 HMC 상의 위치에서 상기 빔을 수신하도록, 상기 HMC는 상기 제2초점면 근방에 위치 가능하고 상기 HMC의 축을 중심으로 회전 가능하다.

따라서 본 발명은 거울과 같은 반사 요소의 회전이라는 포괄적 개념과, 상기 HMC 상의 상이한 위치들에 대한 판독이나 기록을 하는 HMC 자체를 도입한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1초점면은 푸리에면(Fourier plane)이다. 선택적으로는, 상기 제1 초점면은 영상면(image plane)이 되어도 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2초점면은 영상면이다. 선택적으로는, 상기 제2초점면은 푸리에면이 되어도 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 굴절 요소는 볼록 렌즈이다. 선택적으로는, 상기 빔의 초점을 맞추도록 여타 요소들이 포함된다면, 상기 굴절 요소가 오목 렌즈가 되어도 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 HMC는 실질적으로 평평하다. 그러나 본 발명은 비평면인 HMC들에도 채용될 수 있으며, 이는 주어진 응용예에서 장점으로 작용할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 시스템은 또한, (1) 상기 제2 초점면 근방에 위치 가능한 제2 반사 요소와, (2) 제 2 소망의 방향으로 상기 입사빔을 조종하도록 제2 소망의 회전각에 따라 상기 제 2 반사 요소의 방향을 정하는, 상기 제 2 반사 요소에 연결된 제 2 회전 조종 기구와, (3) 상기 빔에 대한 제 3 초점면을 형성하도록 상기 제 2 반사 요소로부터 반사되는 상기 빔을 굴절하는 제 2 굴절 요소를 더 포함하며, 상기 HMC 상의 상기 위치는 상기 제 2 소망의 방향의 함수도 된다. 상기 빔을 방사상으로 조종하도록, 상기 (제1) 반사 요소와 상기 제2 반사 요소는 협동한다.

상술한 내용은 본 발명의 다양한 실시예들을 다소 포괄적으로 개괄했으므로, 당업자들은 후기하는 발명의 상세한 설명을 용이하게 이해할 수 있다. 이하에서 기술되는 본 발명의 보다 구체적인 실시예들은 본 발명의 청구항들의 주제를 형성한다. 당업자들이라면, 자신들이 본 발명과 동일한 목적들을 수행하는 다른 구조들의 설계나 개조에 기초하여, 상기 공개된 개념과 구체적인 실시예들을 즉시 이용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한 당업자들이라면, 상기와 같은 균등물들은 포괄적 형태로 표현된 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 못한다는 사실을 인지해야 한다.

제1(a)도는 종래의 단일 렌즈 영상 시스템(single lens imaging system)을 도시한 도면.

제1(b)도는 종래의 단일 렌즈 푸리에 변환 시스템(single lens Fourier transforming system)을 도시한 도면.

제2도는 종래의 4-f 영상 시스템(four f imaging system)을 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초점면 빔 조종 시스템(focal plane beam steering system)을 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초점면 빔 조종 시스템을 도시한 도면.

제5도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 홀로그래픽 메모리 시스템(holographic memory system)을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

300 : 초점면 빔 조종 시스템 302 : 광원

304 : 공간 광 변조기 306 : 영상 시스템

308, 315, 325 : 렌즈 310 : 고정 거울

320 : 회전 거울 330 : HMC

335 : 구동 암 340 : 회전 제어부

345 : 구동 축

제1(a)도는 종래의 단일 렌즈 영상 시스템(10)을 도시한 도면이다. 비록 단일 렌즈 시스템들은 주지되었지만, 후기한 본 발명에 대한 기술들이 보다 명확히 이해되도록, 이하에서는 상세히 기술된다. 단일 렌즈 시스템(10)은 공간 광변조기(SLM:12)와 얇은 볼록 렌즈(16)를 포함한다. 렌즈(16)는 두 개의 초점들을 갖는다. 초점 X는, 렌즈(16)로부터 일 초점 거리 f만큼 떨어져, 점선으로 도시된 평면(14)에 위치한다. 렌즈(16)의 반대편에서, 초점 Y는, 렌즈(16)으로부터 일 초점 거리 f만큼 떨어져, 점선으로 도시된 평면(18)에 위치한다. 예컨데, SLM(12)은 그 표면에서 데이터가 투명 및 불투명한 화소들의 2차원(2D) 패턴으로 부호화되는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. SLM(12)과 렌즈(16)는 점선으로 도시된 광로(22)와 직교되도록 위치한다. 만약 초점 거리 f를 갖는 얇은 렌즈가 입사체로부터 거리 s만큼 떨어져 위치한다면, 얇은 렌즈 공식 1/f=(1/s+1/d)에 따라, 상기 렌즈는 그 반대편으로 거리 d만큼 떨어진 지점에 출력 영상을 형성한다. 제1(a)도에 도시한 것과 같은 배치에서, SLM(12)은 렌즈(16)으로부터 거리 s만큼 떨어져 위치하므로, SLM(12)의 상기 출력 영상은, 렌즈(16)로부터 거리 d만큼 떨어져, 점선으로 도시된 평면(20)에 형성된다. 본 발명에 따른 후기하는 선택적 실시예에서, s, d 및 f는 s=d=2f가 성립되도록 선택되고, SLM(12)과 그 출력 영상간의 총 이격 거리 s+d는 4f이다.

제1(b)도는 종래의 단일 렌즈 푸리에 변환 시스템(100)을 도시한 도면이다. 비록 입사체의 푸리에 변환은 주지되었지만, 후기하는 본 발명에 대한 기술들이 보다 명확히 이해되도록, 이하에서는 상세하게 기술될 수 있다. 레이저 가간섭광의 대물빔은 SLM(102)을 통해 투사되며, 상기 부호화된 데이터 패턴을 검출하고, 거리 f₁만큼 진행하여 렌즈(104)에 도달한다. 상기 대물빔은 렌지(104)를 통과하며, 거리 f₁만큼 다시 진행하여 푸리에면(106)에 도달한다. 상기 푸리에면에서, 상기 대물빔의 모든 위치 정보(positional information)는 각정보(angular information)로 되고, 상기 대물빔의 모든 각정보는 위치 정보로 된다.

상기 현상은 SLM(102) 상의 일 점 A로부터 방사되는 빔들(111,113)과, SLM(102) 상의 일 점 B로부터 방사되는 빔들(112, 114)을 참고로 하여 이해될 수 있다. SLM(102) 상의 2D-배열 패턴내의 작은 화소들은, SLM(102)를 통과하는 상기 대물빔을 회절시키는 작은 개공을 형성한다. 따라서 A와 B로부터 외측으로 방사되는 빛은 방향의 넓은 영역에 걸쳐 분산된다. 빔들(111, 112)은 상호 평행하며, SLM(102)로부터 외측으로 직교하여 진행한다. 또한 빔들(113, 114)도 상호 평행하나, SLM(102)로부터 외측으로 비스듬이 진행한다. 빔들(111, 112)은 평행하므로, 렌즈(104)에 대한 그들의 입사각은 동일하다. 마찬가지로 빔들(113, 114)도 평행하므로, 렌즈(104)에 대한 그들의 입사각도 동일하다.

잘 알려진 바와 같이, 렌즈를 통과하는 평행한 빔들이 렌즈에 의해 상기 푸리에면의 동일한 점에 수렴된다는 것은, 상기 렌즈(104)와 같은 얇은 렌즈의 성질이다. 그래서, 비록, 빔들(111, 112)이 SLM(102)의 상이한 점들로부터 방사되지만, 평행 빔들(111, 112)은 푸리에면(106) 내의 점 D에 수렴된다. 마찬가지로, 비록 빔들(113, 114)도, SLM(102)의 상이한 점들로부터 방사되지만, 평행 빔들(113, 114)은 푸리에면(106) 내의 점 C에 수렴된다.

또한 입사체(SLM(102))의 동일한 점으로부터 상이한 각도들로(즉, 비평행으로) 방사되는 빔들이, 상기 얇은 렌즈를 통과한 후에는 평행한 빔들이 된다는 것도, 상기 렌즈(104)와 같은 얇은 렌즈들의 성질이다. 그래서 SLM(102)의 일 점 A로부터 상이한 각도들(즉, 비평행)로 방사되는 빔들(111, 113)은 렌즈(104)를 통과한 후 상호 평행하게 되므로, 푸리에면(106)의 점들 C와 D에의 입사각은 동일하다. 마찬가지로, SLM(102)의 일 점 B로부터 상이한 각도들(즉, 비평행)로 방사되는 빔들(112, 114)도 렌즈(104)를 통과한 후 상호 평행하게 되므로, 푸리에면(106)의 점들 C와 D에서의 입사각도 동일하다.

상술한 내용으로부터, 푸리에면(106) 상에 빔이 입사되는 위치는, 상기 빔의 SLM(102)에 대한 출사각에 의해 결정(위치에 의한 결정이 아님)됨을 알 수 있다. 마찬가지로, 푸리에면(106)상의 빔의 입사각은, SLM(102)에서 상기 빔이 나오는 위치에 의해 결정(각도에 의한 결정이 아님)됨을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 상기 푸리에면에서는, 상기 대물빔의 모든 위치 정보는 각종보가 되고, 상기 대물빔의 모든 각정보는 위치 정보가 된다.

제2도는 종래의 4-f 영상 시스템(200)을 도시한 도면이다. 제2도에 도시된 4-f 영상 시스템의 배치는 "무한 켤레(infinite conjugate)"라 불리운다. 비록 4-f 영상 시스템은 주지되었지만, 후기한 본 발명의 상세한 기술들이 보다 명확히 이해되도록, 이하에서 상세히 기술된다. 4-f 영상 시스템(200)은 공간 광변조기(SLM;200)와, 초점 거리 f₁을 갖는 얇은 볼록 렌즈(204)와, 초점 거리 f₂를 갖는 얇은 볼록 렌즈(208)를 포함하는데, 여기서 상기 f₁과 상기 f₂는 동일할 수도, 동일하지 않을 수도 있다. 예컨데, SLM(202)은, 표면에서 데이터가 투명 및 불투명한 화소들의 2차원(2D) 패턴으로 부호화되는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. SLM(202)와 렌즈들(204, 208)은, 실선(222)과 겹치는 점선으로 도시된 광로(215)에 직교하도록 위치한다.

레이저 가간섭광의 평면과 대물빔은 SLM(202)를 통해 투사되며, 부호화된 데이터 패턴을 검출하고, 거리 f₁를 진행하여 렌즈(204)에 도달한다. 빔들(221-223)로 대표되는 상기 대물빔은 렌즈(204)를 통과하며, 다시 거리 f₁을 진행하여 푸리에면(206)에 도달한다. 제1(b)도에 관해 상술한 바와 같이, 푸리에면(206)에서, 상기 대물빔의 모든 위치 정보는 각정보가 되고, 상기 대물빔의 모든 각정보는 위치 정보가 된다.

푸리에면(206)에 형성되는 영상은 렌즈(208)에 대한 입사체가 된다. 푸리에면(206)으로부터, 상기 대물빔은 거리 f₂를 진행하여, 렌즈(208)에 도달한다. 렌즈(208)을 통과한 후, 상기 대물빔은 거리를 f₂를 진행하여, 최종적으로는 출력 영상면(210)에 도달하는데, 여기서 SLM(202)에서의 상기 입력 데이터 영상은 재구성된다. 출력 영상면(210)은, 그 안에 SLM(210)이 놓여진 평면에 대한 출력 영상면이 될 뿐만 아니라, 평면(206)에 대한 푸리에면이 된다. 따라서 렌즈(208)에 의해 출력 영상면(210)에 형성되는 영상은, 렌즈(204)에 의해 푸리에면(206)에 형성되는 푸리에 영상에 대한 푸리에 영상이다.

빔들(221-223)로 도시된 것 처럼, 출력 영상면(210)에 형성되는 상기 입력 데이터 영상은, SLM(202)에서의 그 형태에 대한 도립상이 된다. 따라서, 만약 홀로그래픽 메모리 셀이 출력 영상면(210)에 위치한다면, SLM(202)의 상기 2D-배열 패턴의 도립상은, 데이터의 한 페이지로 상기 홀로그래픽 메모리 셀에 저장된다. 데이터 영상을 저장하기 위해서는, 레이저광의 분리된 기준빔(도시되지 않음)이 필요할 수 있다.

상술한 광학 시스템들의 선택적 실시예들에서, 상기 공간 광변조기는 상기 시작 렌즈와 그에 따르는 상기 푸리에면 사이에 위치할 수 있다. 상기 시작 렌즈로 입사되는 대물빔은 상기 시작 렌즈에 의해 수렴될 것이나, 상기 시작 렌즈를 통과한 후에는, 상기 SLM으로부터 부호화된 데이터를 검출할 수 있다. 상기와 같은 배치에서, 푸리에 차수(Fourier orders)의 크기(위치)는 상기 SLM과 후속 상기 푸리에면 사이의 거리에 비례하여 선형적으로 변한다. 또한 상기 빔들의 입사각은 상기 SLM의 위치에 따라서 변한다.

본 출원과 함께 출원되어, 함께 계류중인 출원들내에 기재된 빔 조종 시스템은, 홀로그래픽 메모리 셀의 표면에서의 영상 데이터나 푸리에 변환 데이터를 수신하는 초점면들을 병진시킨다. 일반적으로 상기 시스템들은, 하나 또는 그 이상의 거울들과, 유클리드 좌표계(또는 카르테시안 좌표계나 직각 좌표계)에서 1 또는 2차원으로 대물빔을 조종하는, 적어도 하나의 굴절 요소(예컨데, 볼록 렌즈)를 포함한다. 그러나 빔 조종 기술들은 원통 좌표계(또는 극 좌표계)에서도 이용될 수 있다. 본 발명은 대물빔을 원통적으로 조종하는 시스템들 및 방법들을 명세한다.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 초점면 빔 조종 시스템(300)을 도시한 도면이다. 빔 조종 시스템(300)은 광원(302)과, 공간 광변조기(304)와, 영상 시스템(306)과, 회전 광학 시스템을 포함하되, 상기 회전 광학 시스템은 고정 거울(310)과, 렌즈(315)와, 회전 거울(320)과, 렌즈(325)를 포함한다. 또한 빔 조종 시스템(300)은 홀로그래픽 메모리 셀(HMC; 330)과, 회전 제어부(orbital control; 340)와, 구동축(drive shaft; 345)를 포함한다.

광원(302)은 레이저 가간섭광의 빔과 같은 평면과 대물빔을 공간 광변조기(SLM; 304)를 향하여 방사한다. 예컨데, SLM(304)은 그 표면에서 데이터가 투명 및 불투명 화소들의 2D 배열로 부화화되는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 상기 데이터-부호화된 대물빔은 HMC(300)의 중공을 통하여 전송되며, 제1(a)도의 상기 단일 렌즈 영상 시스템이나 제2도의 4-f 영상 시스템과 같이, 결국 영상 수단(306)을 통과한다.

렌즈(308)는, 상기 대물빔이 통과되는 영상 시스템(306)의 마지막 렌즈를 표시한 것이고, 제1(a)도의 렌즈(16)나 제2도의 렌즈(208)와 동등한 것이 될 수 있다. 고정 거울(310)은 렌즈(308)로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 위치한다. 따라서 고정 거울(310)은, 영상 시스템(306)을 통해 전송되는 입사체(SLM; 304)의 푸리에 초점면이나 출력 영상 초점면에 위치한다. 두 경우에서, 고정 거울(310)은, 렌즈(315)를 통과하여 회전 거울(320)로 상기 입사체의 푸리에 또는 영상 초점면 영상을 반사한다.

고정 거울(310)에 반사되는 상기 영상은 렌즈(315)에 대한 입사체이다. 렌즈(315)는 고정 거울(310)으로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 우치하고, 회전 거울은 렌즈((315)로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 위치한다. 고정 거울(310) 상에 형성된 영상은 렌즈(315))에 대한 입사체가 되는데, 회전 거울(320)에서 상기 영상은 그 자체에 푸리에 변환을 제공한다. 렌즈(325)는 회전 거울(320)에서 상기 영상은 그 자체의 푸리에 변환을 제공한다. 렌즈(325)는 회전 거울(320)로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 위치하고, HMC(330)는 렌즈(325)로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 위치한다. 회전 거울(320) 상에 형성된 영상은 렌즈(325)에 대한 입사체가 되는데, HMC(330)에서 상기 영상은 그 자체의 푸리에 변환을 제공한다.

렌즈(315), 회전 거울(320) 및 렌즈(325)는, 상기 대물빔을 조종하도록, 상기 제1 렌즈(렌즈(315)의 푸리에 초점면에 위치하는 회전 거울(320)을 구비한 4-f 영상 시스템의 필요적 구성 요소이다. 그래서, HMC(330) 상에 형성되는 출력 영상은 고정 거울(310)로부터 전송되는 상기 입사체의 도립상이다.

회전 거울(320)은 각 만큼 회전하고, 계속하여 상기 회전 거울(320)로부터 반사되는 빔들은, 렌즈(325)를 통하여, HMC(330)에 영상을 형성한다. 상기 입사체 표면에서의 위치 정보는 푸리에 변환 표면에서 각정보로 되며, 상기 입사체 표면에서의 각정보는 상기 푸리에 변환 표면에서 위치 정보로 된다. 따라서, 회전 거울(320)에서 반사되는 상기 영상의 각변위(angular displacement) θ에 대응하여, HMC(330)에는, 거울(320)에 의해 반사되는 영상의 위치 변위(positional displacement) ΔR이 발생한다. 상기는, 거울이 처음(또는 "원래의") 위치에서 나중(또는 "회전된") 위치로 회전하면, HMC(330)에서는 영상의 변위 ΔR이 발생됨을 의미한다. 여기서 ΔR = f(tanθ)이다. 극 좌표계에서의 절대 반경 R은, 구동 암(drive arm; 335)의 길이와 θ값에서 기인하는 증감에 의해 결정된다.

상기 거울(320)의 회전에 무관하게, HMC(330)에서의 영상은, ΔR의 적정 범위들이 주사되는 동안에는, 거의 초점이 맞춰진 상태로 있다. 상기는 사실인데, 왜냐하면, 비록 거울 회전각이 0^°일 때의 렌즈의 중심을 통과하는 빔에 대한 물리적 경로 길이가 거울 회전각이 0^°이 아닐 때의 렌즈의 가장자리를 통과하는 빔에 대한 물리적 경로 길이보다 짧을지라도, 모든 빔들에 대한 광로의 길이들은 동일하기 때문이다.

고정 거울(310), 렌즈(315) 및 회전 거울(320)은, 상호 고정된 위치들로, 구동암(335)에 견고하게 탑재한다. 회전 거울(320)의 각 θ값이 주어지면, 반경 R은 결정된다. 회전 제어부(340)는, 회전각 φ에 따라, 구동 암(335)을 360° 까지 회전시킨다. 그리하여, 회전 거울(320)로부터 HMC(330)의 표면으로 반사되는 영상은, φ값과 θ값에 따라, 극 좌표계(R, φ)로 조종될 수 있다.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 초점면 빔 조종 시스템(400)을 도시한 도면이다. 빔 조종 시스템(400)은 광원과, 공간 광변조기(SLM)와, 영상 시스템(406)과 회전 거울(410)과, 렌즈(415)와, 홀로그래픽 메모리 셀(HMC : 420)을 포함한다. 단순화를 위해, 상기 광원과 상기 SLM은 도시되지 않았다. 빔 조종 시스템(400)과 대비하여 볼 때, 상기 홀로그래픽 메모리 셀은, 극 좌표계의 회전각 φ가 제공되도록 회전된다.

상기 광원은 상기 SLM으로 레이저 가간섭광과 같은 평면파 대물빔을 방사한다. 예컨데, 상기 SLM은, 그 표면에서 데이터가 투명 또는 불투명한 화소들의 2D 패턴으로 부호화되는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 상기 데이터-부호화된 대물빔은 상기 SLM으로부터 통과되고, 마침내 제1(a)도의 단일 렌즈 영상 시스템이나 제2도의 4-f 영상 시스템과 같은 영상 시스템(406)을 통과한다.

렌즈(408)는, 영상 시스템(406)의 마지막 렌즈를 표시하며, 이를 통해 상기 대물빔이 통과되므로, 제1(a)도의 렌즈(16)나 제2도의 렌즈(208)의 균등물이다. 회전 거울(410)은 렌즈(408)로부터 초점 거리 f만큼 떨어져 위치한다. 따라서, 회전 거울(410)은, 영상 시스템(406)을 통과하는 상기 입사체(상기 SLM)에 대한 상기 푸리에 초점면이나 상기 출력 영상 초점면에 위치한다. 두 경우에서, 회전 거울(410)은, 렌즈(415)를 통과하는 상기 입사체의 푸리에 또는 영상 초점면 영상을 HMC(420)의 표면으로 반사한다.

회전 거울(410)은 회전각 θ만큼 회전하고, 계속하여, 회전 거울(410)에서 반사되는 빔들은 렌즈(415)를 통하여 HMC(420)에 투사된다. 거울(410)이 처음(또는 "원래의") 위치에서 나중(또는 "회전된") 위치로 회전하면, HMC(420)에서는 영상변위 ΔR이 발생된다. 여기서 ΔR = f(tan θ)이다. 극 좌표계에서의 절대 반경 R은, HMC(420)의 중심과 θ값에 대한 거울(410)의 상대적 위치에서 기인하는 증감에 의해 결정된다. 결국, 극 좌표계(R, φ)에서의 회전각 φ는 HMC(420)의 회전 위치에 의해 주어진다. HMC(420)는 360°까지 회전 할 수 있다.

본 발명의 선택적 실시예에서, 상기 조종 시스템들은 홀로그래픽 메모리 셀을 가로지르는 대물빔의 조종에 관한 개략적 제어에 사용되는 반면, 세밀한 주사는 영상을 형성하기전에 상기 SLM을 물리적으로 병진시킴으로써 성취될 수 있다. 당업자라면, 4-f 영상 시스템에서, R만큼의 상기 SLM의 병진은 -R(f₂/f₂)만큼의 출력 영상의 병진을 제공한다는 것이 이해할 수 있다. 이때 f₁은 상기 대물빔이 만나는 첫 번째 렌즈의 초점 길이이고, f₂는 상기 대물빔이 만나는 두 번째 렌즈의 초점 길이이다. 또한 당업자라면, 단일 렌즈 영상 시스템에서, 상기 SLM이 R만큼 병진하면 출력 영상이 -R(d/s)만큼 병진한다는 것도 이해할 수 있다.

SLM을 병진하는 영상 조종 시스템들은, 본 출원과 함께 출원된, 미국 특허 출원 일련 번호(Attorney Docket No. CAMPBELL 6-14-3), 발명의 명칭은 "System and Method Using a Translating Reference Mask to Access Data Locations in a Holographic Memory"에 매우 상세히 기재되어 있다.

1차원(1D) 및 2차원(2D) 빔 조종-시스템들은, 홀로그래픽 메모리 셀의 반대쪽에 거울들과 렌즈들의 "거울 영상" 배치를 이용함으로써 보다 개선될 수 있다. 따라서 데이터는 상기 HMC의 양면상으로 동시에 조종될 수 있다. 제5도와 관련하여 후기한 바와 같이, 만약 공간 광변조기가 감광 검출기들의 2차원 배열로 대치된다면, 상기 HMC의 반대쪽의 "거울 영상" 광학 배치는, 상기 HMC로부터의 데이터를 검색하는데 사용될 수 있다.

제5도는 본 발명의 제3실시예에 따른 홀로그래픽 메모리 시스템(500)을 도시한 도면이다. 거울(505)과 렌즈(510)는 대물빔(520: 점선으로 도시됨)을 회전HMC(515)로 조종하는 빔 조종 시스템을 포함한다. 대물빔(520)은 4-f 영상 시스템이나 단일 렌즈 영상 시스템으로부터 공급될 수 있다.

상술한 바와 같이, 기준빔(525 : 실선으로 도시됨)과 대물빔(520)은 선택된 위치에서 홀로그램 영상을 생산하도록 상호 작용을 한다. 상기 위치는 상기 거울(505)의 경사각 와, 상기 HMC(515)의 회전각 φ에 의해 결정된다. 상기 홀로그램은, 대물빔(520)과 기준빔(525)의 상대 진폭, 편광 상태 및 위상차는 물론, 상기 HMC(515)에 대한 상기 대물빔(520) 및 상기 기준빔(525)의 입사각의 함수이다.

렌즈(510) 및 거울(505)의 "거울 영상"을 포함하는 데이터는, 렌즈(530)와 거울(535)을 이용해 검색된다. 대물빔(520)은, 홀로그램이 발생되는 각 및 위치와 동일하게 기준빔(525)을 HMC(515)로 투사함으로써 재구성될 수 있다. 상기 홀로그램과 기준빔(525)은 상기 재구성된 대물빔(545: 실선으로 도시됨)을 재생산하도록 상호 작용을 한다. 소망의 데이터 페이지는, 상기 홀로그래프가 형성될 때의 거울(505)의 회전각과 동일한 회전각 θ만큼 거울(535)을 회전시킴으로써 선택될 수 있다. 상기 재구성된 대물빔(545)은, 화소들의 명암 패턴을 감지하므로써 데이터를 반복하는 감광 검출기(540)로 투사된다. 렌즈(530) 및 거울(535)은, 재구성된 대물빔(545)을 상기 검출기(540)로 조종할 뿐만 아니라, 거울(505)과 렌즈(510)에 의해 야기될 비축상 왜곡 효과들(off-axis distortion effects)을 보정하는 것이 바람직하다.

비록, 상기 빔 조종 시스템들이, 대물빔을 홀로그래픽 메모리 셀 상의 선택된 위치들로 조종하는데 사용될지라도, 이는 단지 도시의 일 방편에 불과하므로, 상기가 본 발명의 범위를 제한한다는 추론은 허용되지 않는다. 당업자라면, 상기 빔 조종 시스템들이 기준빔의 조종에도 즉시 적응할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

비록 본 발명은 상세하게 기재되었지만, 당업자라면, 포괄적인 형태로 표현된 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이, 다양한 변화물, 대체물 및 변형물들을 스스로 만들 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명으로부터, 초점의 상실 없이, 상기 홀로그래픽 메모리 셀의 표면상의 상이한 구역들로 높은 공간-대폭 곱 빔들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들과 좌표계내에서 1차원 이상의 높은 공간-대폭 곱 영상들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들과, 좌표계내에서 1차원 이상의 복잡한 기준빔들을 조종할 수 있는 개선된 광학 시스템들이 제공된다.

Claims

홀로그래픽 메모리 셀(HMC) 내의 데이터 위치들에 접근하도록, 가간섭광(可干涉光)의 공간 변조된 복합 입사빔을 조종하는 시스템에 있어서, 빛의 공간 변조된 복합 입사빔에 대한 제1 초점면 근방에 위치 가능한 반사 요소와, 상기 입사빔을 소망의 방향으로 조종하도록 소망의 회전각에 따라 상기 반사요소의 방향을 정하는, 상기 반사 요소에 연결된 회전 조종 기구와, 상기 빔에 대한 제2 초점면을 형성하도록 상기 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키는 굴절 요소를 포함하며, 상기 소망의 방향 및 상기 HMC의 각위치의 함수인 상기 HMC 상의 위치에서 상기 빔을 수신하도록, 상기 HMC가 상기 제2 초점면 근방에 위치 가능하고 상기 HMC의 평면 축을 중심으로 회전 가능한 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 초점면은 푸리에면인, 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 초점면은 영상면인, 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 100이상의 공간-대폭 곱(SBP)을 갖는 가간섭광의 입사빔을 더 포함하는 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 상기 반사 요소는 거울인, 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 상기 굴절 요소는 볼록 렌즈인, 입사빔 조종 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 초점면 근방에 위치 가능한 제2 반사 요소와, 제2 소망의 방향으로 상기 입사빔을 조종하도록, 제2 소망의 회전각에 따라 상기 제2 반사 요소의 방향을 정하는, 상기 제2 반사 요소와 연결된 제2회전 조종 기구와, 상기 빔에 대한 제3 초점면을 형성하도록 상기 제2 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키는 제2 굴절 요소를 더 포함하되, 상기 HMC 상의 상기 위치는 상기 제2 소망의 방향의 함수도 되는, 입사빔 조종 시스템.
홀로그래픽 메모리 셀(HMC) 내의 데이터 위치들에 접근하도록, 광로를 조종하는 방법에 있어서, 소망의 방향으로 상기 입사빔을 조종하도록, 소망의 회전각에 따라 공간 변조된 상기 복합 입사빔의 제1 초점면 근방에 위치 가능한 반사 요소의 방향을 결정하는 단계와, 상기 빔에 대한 제2 초점면을 형성하도록 상기 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키되, 상기 HMC가 상기 제2초점면 근방에 위치 가능한, 굴절 단계와, 상기 소망의 방향 및 상기 HMC의 각위치의 함수인 상기 HMC상의 위치에서 상기 빔을 수신하도록 상기 HMC의 평면 축을 중심으로 상기 HMC를 회전시키는 단계를 포함하는 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 초점면은 푸리에면인, 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 상기 제2 초점면은 영상면인, 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 100 이상의 공간-대폭 곱(SBP)를 갖는 가간섭광의 입사빔을 방사하는 단계를 더 포함하는 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 상기 반사 요소는 거울인, 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 상기 굴절 요소는 볼록 렌즈인, 광로 조종 방법.
제8항에 있어서, 제2 소망의 방향으로 상기 빔을 조종하도록, 제2 소망의 회전각을 따라, 상기 빔의 제2 초점면 근방에 위치 가능한 제2 반사 요소의 방향을 정하는 단계와, 상기 빔에 대한 제3 초점면을 형성하도록, 상기 제2 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절하는 단계를 더 포함하되, 상기 HMC는 상기 제3초점면 근방에 위치 가능하며, 상기 HMC 상의 상기 위치는 상기 제2 소망의 방향의 함수도 되는, 광로 조종 방법.
데이터를 저장하는 시스템에 있어서, 광원과, 상기 광원으로부터 수신되는, 공간 변조된 복합 광빔을 변조하도록 위치되는 공간 광변조기와, 상기 빔의 제1초점면 근방에 위치 가능한 반사 요소와, 소망의 방향으로 상기 빔을 조종하도록 소망의 회전각에 따라 상기 반사 요소의 방향을 정하는, 상기 반사 요소와 연결된 회전 조종 기구와, 상기 빔에 대한 제2 초점면을 형성하도록 상기 반사 요소에서 반사되는 상기 빔을 굴절시키는 굴절 요소와, 홀로그래픽 메모리 셀(HMC)로서, 상기 소망의 방향 및 상기 HMC의 각위치의 함수인 상기 HMC 상의 위치에서 상기 빔을 수신하도록, 상기 제2 초점면 근방에 위치하고 상기 HMC의 평면 축을 중심으로 회전 가능한 홀로그래픽 메모리 셀(HMC)을 포함하는 데이터 저장 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제1 초점면은 푸리에면인, 데이터 저장 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제2 초점면은 영상면인, 데이터 저장 시스템.
제15항에 있어서, 100이상의 공간-대폭 곱(SBP)을 갖는 가간섭광의 입사빔을 더 포함하는 데이터 저장 시스템.
제15항에 있어서, 상기 반사 요소는 거울인, 데이터 저장 시스템.
제15항에 있어서, 상기 굴절 요소는 볼록 렌즈인, 데이터 저장 시스템.