KR100761813B1 - 홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생방법, 및 광기록 매체 - Google Patents

홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생방법, 및 광기록 매체 Download PDF

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가즈히로 하야시
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Abstract

광기록 매체에 신호광을 홀로그램으로서 기록하는 홀로그램 기록 방법은, 입사되는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역을 복수의 영역으로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치하는 것, 입사된 코히어런트 광을 공간 광변조기에 의해 변조함으로써 신호광과 참조광을 생성하는 것, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체에 조사하는 것, 광기록 매체에 신호광을 홀로그램으로서 기록하는 것을 포함한다.
공간 광변조기, 신호광 영역, 참조광 영역, 광기록 매체

Description

홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 방법, 및 광기록 매체{HOLOGRAM RECORDING METHOD, HOLOGRAM RECORDING DEVICE, HOLOGRAM PLAYBACK METHOD, AND OPTICAL RECORDING MEDIUM}
도 1은 본 발명의 홀로그램 기록 원리를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 홀로그램 재생 원리를 설명하는 도면.
도 3은 위상 공역(phase conjugation)에 의한 홀로그램 재생 방법을 설명하는 도면.
도 4의 (a) 내지 (d)는 기록 광패턴의 변형예를 나타낸 도면.
도 5는 기록 광패턴의 변형예를 나타낸 도면.
도 6은 신호광 영역과 참조광 영역을 근접 배치한 도면.
도 7은 신호광 영역과 참조광 영역을 이간(離間) 배치한 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 홀로그램 기록 재생 장치의 개략 구성도.
도 9는 기록 재생 처리의 처리 루틴(routine)을 나타낸 플로차트.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12: 신호광 영역 14: 참조광 영역
70: 광원(光源) 72, 74: 렌즈
75: 빔 익스팬더(beam expander) 76: 공간 광변조기
78: 빔 스플리터(beam splitter) 82: 푸리에(Fourier) 변환 렌즈
84: 반사층 86: 기록층
88: 광기록 매체 90: 광검출기
92: 퍼스널 컴퓨터 94: 패턴 발생기
본 발명은 홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 방법, 및 광기록 매체에 관한 것이고, 특히 반사형 광기록 매체에 신호광과 참조광을 동축(同軸)으로 조사하여 홀로그램을 기록하는 홀로그램 기록 방법 및 장치와, 상기 방법에 의해 기록한 홀로그램을 재생하는 홀로그램 재생 방법과, 상기 방법에 의해 홀로그램을 기록하는데 사용되는 광기록 매체에 관한 것이다.
신호광과 참조광을 기록 매체의 동일 면 측으로부터 동축으로 조사하여 투과형 홀로그램을 제조하는 방법이 제안되어 있다(일본국 공개특허평10-124872호 공보 참조). 이 방법에서는, 공간 광변조기의 공간적으로 상이한 위치로부터 생성된 신호광과 참조광을 렌즈에 의해 푸리에(Fourier) 변환하고 있다. 푸리에 변환된 신호광과 참조광은 푸리에 변환면 부근에서 중첩되기 때문에, 이 위치에 기록 매체를 배치함으로써 홀로그램을 기록할 수 있다. 또한, 이 방법에서는 신호광과 참조광을 동축으로 조사하기 때문에, 광학계가 간단해져 기록 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
그러나, 투과형 홀로그램의 동축 기록에서는 신호광과 참조광의 공간적인 중첩이 작다는 문제가 있다. 특히 기록 재료의 막 두께가 커지면, 푸리에 변환면으로부터 광축 방향으로 이간되어 감에 따라 신호광과 참조광이 중첩되는 영역은 작아지고, 기록 재료의 광축 방향(두께 방향) 전체에 홀로그램을 기록할 수 없게 된다는 문제가 있다.
또한, 기록층과 반사층을 구비한 반사형 광기록 매체에서는, 신호광 및 참조광은 기록층을 통과하여 반사층에 도달하고, 반사층에서 반사된다. 반사된 신호광 및 참조광은 반대 방향으로 기록층을 다시 통과한다. 이 때문에, 참조광끼리, 신호광끼리의 간섭에 의한 불필요 노광이 존재한다. 또한, 참조광과 신호광의 간섭 줄무늬도 동일한 방향에서 2종류, 역진(逆進) 방향에서 마찬가지로 2종류 기록되고, 이 4종류의 간섭 줄무늬로부터의 회절광도 동일한 방향으로 재생된다고 단정할 수는 없다. 이와 같이 복수의 간섭 줄무늬가 기록되면, 재생 시에 신호광의 재생 화상이 전파되는 방향으로 다른 회절광이 혼합되어 S/N가 열화(劣化)된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 신호광과 참조광을 동축으로 조사하여 홀로그램을 기록할 수 있고, 부피 홀로그램에서의 고밀도 기록을 가능하게 하는 홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 방법, 및 광기록 매체를 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적 은 불필요 노광이 매우 적고, 양호한 S/N로 재생 화상이 얻어지는 홀로그램 기록 방법, 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 방법, 및 광기록 매체를 제공함에 있다.
본 발명의 일 형태는, 입사되는 코히어런트(coherent) 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역을 복수로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 상기 코히어런트 광의 광축(光軸)에 대하여 대칭으로 배치하고, 입사된 코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 신호광과 참조광을 생성하며, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축(同軸)으로 반사형 광기록 매체에 조사하여, 상기 광기록 매체에 상기 신호광을 홀로그램으로서 기록하는 홀로그램 기록 방법에 의해 제공된다. 공간 광변조기는 투과형 변조기일 수도 있고, 반사형 변조기일 수도 있다. 또한, 공간 광변조기는 입사된 코히어런트 광을 강도(强度) 변조하는 것일 수도 있고, 위상(位相) 변조하는 것일 수도 있다.
본 발명의 상기 형태의 홀로그램 기록 방법에서는, 신호광과 참조광이 동시에, 또한 동축으로 광기록 매체에 조사되지만, 공간 광변조기의 변조 영역을 복수로 분할하여, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치하고 있음으로써, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광은 공간적으로 분할되고, 동일한 진행 방향에서는 빔 웨이스트(beam waist) 이외에서는 중첩되지 않 아 불필요 노광이 매우 적어진다. 이것에 대하여, 입사되는 신호광과 반사된 참조광은(또는 입사되는 참조광과 반사된 신호광은) 역진 방향에서 완전히 중첩되기 때문에, 광기록 매체의 광축 방향(두께 방향) 전체에 홀로그램을 기록할 수 있고, 광기록 매체의 두께를 효과적으로 활용하여 부피 홀로그램에서의 고밀도 기록이 가능해진다.
또한, 기입되는 간섭 줄무늬는 입사되는 신호광과 반사된 참조광에 의한 간섭 줄무늬와, 입사되는 참조광과 반사된 신호광에 의한 간섭 줄무늬의 2종류뿐이고, 이 2종류의 간섭 줄무늬로부터는 완전히 동일한 방향으로 회절광이 재생되기 때문에, 양호한 S/N로 재생 화상을 얻을 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 일례를 상세하게 설명한다.
(홀로그램의 기록 재생 원리)
도 1은 본 발명의 홀로그램 기록 원리를 설명하는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 홀로그램의 기록 시, 공간 광변조기(도시 생략)에는 공간 광변조기를 통과하는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 변조 영역으로 되는 대략 정육각형의 기록 광패턴(10)이 표시된다. 기록 광패턴(10)은 신호광을 생성하는 3개의 신호광 영역(121, 122, 123)과, 참조광을 생성하는 3개의 참조광 영역(14A, 14B, 14C)의 합계 6개의 영역으로 분할되어 있다. 이들 6개의 영역은 모두 동일한 형상(도 1에서는 대략 정삼각형)을 갖고, 코히어런트 광의 광축(24)을 통과하는 중심점(26)에 대하여 대칭으로 배치된 신호광 영역(121)과 참조광 영역(14A), 신호광 영역(122)과 참조광 영역(14B), 신호광 영역(123)과 참조광 영역(14C)의 3세트의 영역으로 구성되어 있다.
또한, 각 신호광 영역을 구별할 필요가 없을 경우는, 3개의 신호광 영역(121, 122, 123)을 신호광 영역(12)으로 총칭하고, 각 참조광 영역을 구별할 필요가 없을 경우는, 3개의 참조광 영역(14A, 14B, 14C)을 참조광 영역(14)으로 총칭한다.
신호광 영역(121)으로부터 생성된 신호광과 참조광 영역(14A)으로부터 생성된 참조광을 동일한 렌즈(16)에서 집광시켜 광기록 매체(22)에 조사하는 경우에 대해서 설명한다. 광기록 매체(22)는 광강도 분포에 따른 굴절률 변화에 의해 홀로그램을 기록 가능한 기록층(18)과, 기록층(18)을 투과한 신호광 및 참조광을 반사하는 반사층(20)을 구비한 반사형 광기록 매체이다. 렌즈(16)는 신호광 및 참조광의 빔 웨이스트가 반사층(20)의 표면에 위치하도록 배치되어 있다.
신호광 영역(121)으로부터 생성된 신호광은 렌즈(16)에서 집광되어 광기록 매체(22)에 입사되지만, 기록층(18)을 투과한 입사 신호광(1)은 반사층(20)에서 반사되어 반사 신호광(3)으로 된다. 한편, 참조광 영역(14A)으로부터 생성된 참조광은 렌즈(16)에서 집광되어 광기록 매체(22)에 입사되지만, 기록층(18)을 투과한 입사 참조광(2)은 반사층(20)에서 반사되어 반사 참조광(4)으로 된다. 입사 신호광(1)과 반사 참조광(4)이 대향 방향에서 간섭하여, 그 간섭 줄무늬가 제 1 홀로그 램으로서 기록되는 동시에, 반사 신호광(3)과 입사 참조광(2)이 대향 방향에서 간섭하여, 그 간섭 줄무늬가 제 2 홀로그램으로서 기록된다.
입사 신호광(1)과 입사 참조광(2)은 공간적으로 분할되어 있기 때문에, 동일한 진행 방향에서는 빔 웨이스트 이외에서는 중첩되지 않고, 기록층(18) 내에서 간섭을 발생시키지 않기 때문에 불필요 노광이 매우 적어진다. 이것에 대하여, 입사 신호광(1)과 반사 참조광(4), 반사 신호광(3)과 입사 참조광(2)은 역진 방향에서 완전히 중첩되기 때문에, 기록층(18)의 광축 방향(두께 방향) 전체에 홀로그램을 기록할 수 있고, 매체의 두께를 효과적으로 활용하여 부피 홀로그램에서의 고밀도 기록이 가능해진다.
또한, 신호광 영역(122)으로부터 생성된 신호광과 참조광 영역(14B)으로부터 생성된 참조광의 조합이나, 신호광 영역(123)으로부터 생성된 신호광과 참조광 영역(14C)으로부터 생성된 참조광의 조합에서도, 신호광과 참조광이 대향 방향에서 간섭하여, 2종류의 간섭 줄무늬가 홀로그램으로서 기록된다.
도 2는 본 발명의 홀로그램 재생 원리를 설명하는 도면이다.
상기에서는 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(121)과 참조광 영역(14A)으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체(22)에 조사함으로써 홀로그램을 기록하는 예에 대해서 설명했지만, 다음은 상술한 방법에 의해 기록된 홀로그램을 재생하는 방법에 대해서 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 홀로그램의 재생 시, 공간 광변조기(도시 생략)에 는 통과하는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 변조 영역으로 되는 대략 정육각형의 판독 광패턴(30)이 표시된다. 판독 광패턴(30)은 3개의 차광 영역(321, 322, 323)과, 참조광을 생성하는 3개의 참조광 영역(34A, 34B, 34C)의 합계 6개의 영역으로 분할되어 있다. 이들 6개의 영역은 모두 동일한 형상(도 2에서는 대략 정삼각형)을 갖고, 코히어런트 광의 광축(24)을 통과하는 중심점(26)에 대하여 대칭으로 배치된 차광 영역(321)과 참조광 영역(34A), 차광 영역(322)과 참조광 영역(34B), 차광 영역(323)과 참조광 영역(34C)의 3세트의 영역으로 구성되어 있다.
판독 광패턴(30)에 설치되는 3개의 차광 영역(321, 322, 323) 각각은 기록 광패턴(10)의 신호광 영역(121, 122, 123)과 동일한 형상이며, 기록 광패턴(10)의 대응하는 신호광 영역(121, 122, 123)과 동일한 위치에 배치되어 있다. 또한, 판독 광패턴(30)에 설치되는 3개의 참조광 영역(34A, 34B, 34C) 각각은 기록 광패턴(10)의 참조광 영역(14A, 14B, 14C)과 동일한 형상이며, 기록 광패턴(10)의 대응하는 참조광 영역(14A, 14B, 14C)과 동일한 위치에 배치되어 있다.
참조광 영역(34A)으로부터 생성된 참조광을 렌즈(16)에서 집광시켜 광기록 매체(22)에 판독광으로서 조사하는 경우에 대해서 설명한다. 참조광 영역(34A)으로부터 생성된 참조광은 렌즈(16)에서 집광되어 광기록 매체(22)에 입사되고, 기록된 홀로그램에 의해 회절(回折)된다. 회절광(5)은 입사 참조광(2)과 반대 방향으로 전파되어 광기록 매체(22)로부터 사출(射出)된다. 이것에 의해, 신호광 영역(121)으로부터 생성된 신호광이 재생된다.
마찬가지로, 참조광 영역(34B)으로부터 생성된 참조광을 광기록 매체(22)에 조사함으로써, 신호광 영역(122)으로부터 생성된 신호광이 재생된다. 또한, 참조광 영역(34C)으로부터 생성된 참조광을 광기록 매체(22)에 조사함으로써, 신호광 영역(123)으로부터 생성된 신호광이 재생된다. 한편, 기록층(18)을 투과한 입사 참조광(2)은 반사층(20)에서 반사되어 반사 참조광(4)으로 된다. 이들 회절광(5) 및 반사 참조광(4)이 광검출기(도시 생략)에 결상(結像)되어 재생 화상(40)이 관찰된다.
재생 화상(40)에서는 판독 광패턴(30)의 참조광 영역(34A)의 위치에 신호광 영역(121)의 패턴(421)이 재생된다. 또한, 재생 화상(40)에서는, 판독 광패턴(30)의 차광 영역(321)의 위치에는 반사 참조광(4)에 의한 참조광 영역(34A)의 패턴(44A)이 결상된다. 마찬가지로, 참조광 영역(34B)의 위치에 신호광 영역(122)의 패턴(422)이 재생되고, 참조광 영역(34C)의 위치에 신호광 영역(123)의 패턴(423)이 재생된다. 또한, 차광 영역(322)의 위치에 참조광 영역(34B)의 패턴(44B)이 결상되 고, 차광 영역(323)의 위치에 참조광 영역(34C)의 패턴(44C)이 결상된다.
도 3은 위상 공역에 의한 홀로그램 재생 방법을 설명하는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 홀로그램의 재생 시, 공간 광변조기(도시 생략)에는 통과하는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 변조 영역으로 되는 대략 정육각형의 판독 광패턴(50)이 표시된다. 판독 광패턴(50)은 3개의 차광 영역(521, 522, 523)과, 참조광을 생성하는 3개의 참조광 영역(54A, 54B, 54C)의 합계 6개의 영역으로 분할되어 있다. 이들 6개의 영역은 모두 동일한 형상(도 3에서는 대략 정삼각형)을 갖고, 코히어런트 광의 광축(24)을 통과하는 중심점(26)에 대하여 대칭으로 배치된 차광 영역(521)과 참조광 영역(54A), 차광 영역(522)과 참조광 영역(54B), 차광 영역(523)과 참조광 영역(54C)의 3세트의 영역으로 구성되어 있다.
판독 광패턴(50)에 설치되는 3개의 차광 영역(521, 522, 523) 각각은 기록 광패턴(10)의 참조광 영역(14A, 14B, 14C)과 동일한 형상이며, 기록 광패턴(10)의 대응하는 참조광 영역(14A, 14B, 14C)과 동일한 위치에 배치되어 있다. 또한, 판독 광패턴(50)에 설치되는 3개의 참조광 영역(54A, 54B, 54C) 각각은 기록 광패턴(10)의 신호광 영역(121, 122, 123)과 동일한 형상이며, 기록 광패턴(10)의 대응하는 신호광 영역(121, 122, 123)과 동일한 위치에 배치되어 있다.
참조광 영역(54A)으로부터 생성된 참조광을 렌즈(16)에서 집광시켜 광기록 매체(22)에 판독광으로서 조사하는 경우에 대해서 설명한다. 참조광 영역(54A)으로부터 생성된 참조광(6)은 렌즈(16)에서 집광되어 광기록 매체(22)에 입사되고, 기록된 홀로그램에 의해 회절된다. 회절광(8)은 입사 참조광(6)과 반대 방향으로 전파되어 기록 매체(22)로부터 사출된다. 이것에 의해, 신호광 영역(121)으로부터 생성된 신호광이 재생된다.
마찬가지로, 참조광 영역(54B)으로부터 생성된 참조광을 광기록 매체(22)에 조사함으로써, 신호광 영역(122)으로부터 생성된 신호광이 재생된다. 또한, 참조광 영역(54C)으로부터 생성된 참조광을 광기록 매체(22)에 조사함으로써, 신호광 영역(123)으로부터 생성된 신호광이 재생된다. 한편, 기록층(18)을 투과한 입사 참조광(6)은 반사층(20)에서 반사되어 반사 참조광(7)으로 된다. 이들 회절광(8) 및 반사 참조광(7)이 광검출기(도시 생략)에 결상되어 재생 화상(60)이 관찰된다.
재생 화상(60)에서는 판독 광패턴(50)의 참조광 영역(54A)의 위치에 신호광 영역(121)의 패턴(621)이 재생된다. 또한, 재생 화상(40)에서는, 판독 광패턴(30)의 차광 영역(521)의 위치에는 반사 참조광(7)에 의한 참조광 영역(54A)의 패턴(64A)이 결상된다. 마찬가지로, 참조광 영역(54B)의 위치에 신호광 영역(122)의 패턴(622)이 재생되고, 참조광 영역(54C)의 위치에 신호광 영역(123)의 패턴(623)이 재생된다. 또한, 차광 영역(522)의 위치에 참조광 영역(54B)의 패턴(64B)이 결상되고, 차광 영역(523)의 위치에 참조광 영역(54C)의 패턴(64C)이 결상된다.
이상과 같이, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체(22)에 조사함으로써 기록한 홀로그램은 2가지 방법에 의해 재생할 수 있다.
(기록 광패턴의 변형예)
상기에서는 대략 정육각형의 기록 광패턴을 6개의 영역으로 분할하여 각 영역을 신호광 영역 및 참조광 영역에 할당하는 예에 대해서 설명했지만, 신호광 영역과 참조광 영역을 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치할 수 있으면 되기 때문에, 변조 영역인 기록 광패턴의 형상, 분할 수, 및 신호광 영역과 참조광 영역의 배치는 상기 예에 한정되지 않는다. 도 4는 기록 광패턴의 변형예를 나타낸 도면이다. 예를 들어 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 대략 정사각형의 기록 광패턴을 중심점(26)에 대하여 2분할하여 한쪽을 신호광 영역(12), 다른쪽을 참조광 영역(14)으로 할 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 대략 정사각형의 기록 광패턴을 중심점(26)에 대하여 4분할하여 2개를 신호광 영역(12), 나머지 2개를 참조광 영역(14)으로 할 수 있다.
또는, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 대략 정사각형의 기록 광패턴을 중심점(26)에 대하여 8분할하여 4개를 신호광 영역(12), 나머지 4개를 참조광 영역(14) 으로 할 수 있다. 또한, 기록 광패턴이 정사각형 등의 사각형에 한정되지는 않는다. 육각형, 팔각형 등의 다각형 이외에, 부채꼴이나 원형일 수도 있다. 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 대략 원형의 기록 광패턴을 중심점(26)에 대하여 10분할하여 5개를 신호광 영역(12), 나머지 5개를 참조광 영역(14)으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 분할 수는 필연적으로 짝수로 된다. 그러나, 4분할, 8분할 등 4로 나누어 떨어지는 개수로 분할한 경우에는, 참조광 영역끼리가 인접하게 되어, 4분할은 2분할과 동일, 8분할은 6분할과 동일하다고 하듯이, 결과적으로 분할 수보다 적은 개수로 분할한 것과 등가(等價)로 된다. 따라서, 예를 들어 2, 6, 10, 14, …, 102 등 4로 나누어 떨어지지 않는 짝수 개, 즉, 4n+2(n은 0 또는 자연수)개로 분할하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)을 중심점(26)(광축(24))으로부터 이간시켜 배치할 수도 있다. 중심점(26)에 대하여 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)이 근접하고 있으면, 동일한 진행 방향에서 신호광과 참조광이 간섭하여 불필요 노광이 발생한다. 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)을 광축(24)으로부터 이간시켜 배치함으로써, 이러한 불필요 노광을 방지할 수 있다.
또한, 분할 수는 6 이상, 즉, 4n+2(n은 자연수)가 바람직하다. 도 6 및 도 7을 참조하여 이유를 설명한다. 2분할의 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 중심점(26)에 대하여 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)이 접선에서 근접하게 되고, 입사각이 가깝기 때문에 노이즈로 되기 쉽다. 이 문제를 회피하기 위해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)을 이간시켜 배치하면, 공간 광변조기의 변조 영역(공간 영역)이 불필요해진다. 이것에 대하여, 6분할 이상일 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 중심점(26)에 대하여 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)은 이간되어 있어 중심점(26)에서만 접하기 때문에, 노이즈가 발생하기 어렵고, 공간 영역을 효과적으로 활용할 수 있다.
(광기록 매체의 바람직한 층 구성)
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 입사 신호광(1)과 입사 참조광(2)이 공간적으로 분할되어 있기 때문에, 동일한 진행 방향에서는 빔 웨이스트 이외에서는 중첩되지 않고, 기록층(18) 내에서 간섭을 발생시키지 않기 때문에 불필요 노광이 매우 적어진다. 그러나, 도 6에 나타낸 바와 같이, 빔 웨이스트(100)에서는 입사 신호광(1), 입사 참조광(2), 반사 신호광(3), 및 반사 참조광(4)의 모든 빔이 중첩되고, 그 때에 기입되는 불필요 격자가 노이즈원으로 될 가능성이 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 광기록 매체(22)의 기록층(18)과 반사층(20) 사이에 신호광 및 참조광으로 이루어지는 기록광에 불활성인 재료로 구성된 버퍼층(102)을 설치하는 것이 바람직하다. 버퍼층(102)을 설치함으로써, 빔 웨이스트가 기록층(18) 내에 위치하지 않도록 기록층(18)과 반사층(20)을 이간시킬 수 있다. 이것에 의해, 기록층(18)으로의 불필요 격자의 기입을 방지할 수 있다.
(제 1 실시예)
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 재생 장치의 개략 구성도이다. 도시한 바와 같이, 이 기록 재생 장치에서는 신호광과 참조광을 동축으로 광기록 매체에 조사할 수 있다.
이 홀로그램 기록 재생 장치에는 코히어런트 광인 레이저광을 발진시키는 광원(70)이 설치되어 있다. 광원(70)의 레이저광 조사 측에는 렌즈(72, 74)로 이루어지는 빔 익스팬더(beam expander)(75)가 배치되어 있다. 빔 익스팬더(75)의 광투과 측에는 투과형 공간 광변조기(76)가 배치되어 있다.
공간 광변조기(76)는 패턴 발생기(94)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(92)에 접속되어 있다. 패턴 발생기(94)는 퍼스널 컴퓨터(92)로부터 공급된 디지털 데이터에 따라 공간 광변조기(76)에 표시하는 패턴을 생성하고, 공간 광변조기(76)는 표시 패턴에 따라 입사된 레이저광을 변조하여 페이지마다의 디지털 화상(신호광)과 참조광을 생성한다.
공간 광변조기(76)의 광투과 측에는 반분(半分)의 광강도를 투과하고, 나머지 반분을 반사하는 빔 스플리터(78)가 배치되어 있다. 공간 광변조기(76)에서 생성된 신호광과 참조광은 빔 스플리터(78)의 방향으로 사출되고, 반분의 광강도가 빔 스플리터(78)를 투과한다.
빔 스플리터(78)의 신호광 투과 측에는 푸리에(Fourier) 변환 렌즈(82)가 배치되어 있다. 푸리에 변환 렌즈(82)는 반사층(84) 및 기록층(86)을 구비한 반사형 광기록 매체(88)에 신호광과 참조광을 기록층(86) 측으로부터 조사한다.
빔 스플리터(78)의 회절광 반사 측에는 CCD나 CMOS 어레이 등의 촬상(撮像) 소자로 구성되고, 수광(受光)한 재생광(회절광)을 전기 신호로 변환하여 출력하는 광검출기(90)가 배치되어 있다. 광검출기(90)는 퍼스널 컴퓨터(92)에 접속되어 있다. 홀로그램 재생 시, 광기록 매체(88)에 참조광이 조사되면, 조사된 참조광의 일부는 홀로그램에 의해 역진 방향으로 회절되고, 또한 기록층(86)을 투과하여 광기록 매체(88)의 반사층(84)에 의해 반사된 참조광의 일부는 홀로그램에 의해 회절되며, 다시 반사층(84)에 의해 반사되어 양 회절광은 푸리에 변환 렌즈(82)의 방향으로 재생된다. 재생된 회절광은 빔 스플리터(78)에 입사되고, 반분의 광강도의 회절광이 광검출기(90)의 방향으로 반사된다.
다음으로, 퍼스널 컴퓨터(92)에 의해 실행되는 기록 재생 처리의 처리 루틴에 대해서 설명한다. 도 9는 기록 재생 처리의 처리 루틴을 나타낸 플로차트이다. 우선, 사용자는 입력 장치(도시 생략)를 조작하여 기록 처리인지 재생 처리인지를 선택한다. 디지털 데이터를 홀로그램으로서 기록할 경우에는, 기록할 디지털 데이터를 미리 퍼스널 컴퓨터에 입력하여 둔다.
스텝 100에서, 기록 처리가 선택되었는지 재생 처리가 선택되었는지를 판단하여, 기록 처리가 선택되었을 경우에는, 스텝 102에서, 광원(70)으로부터 레이저광을 조사하는 동시에 퍼스널 컴퓨터(92)로부터 디지털 데이터를 소정의 타이밍에서 출력하고, 홀로그램의 기록 처리를 실행하여 루틴을 종료한다.
여기서, 홀로그램의 기록 처리에 대해서 설명한다.
광원(70)으로부터 발진된 레이저광은 빔 익스팬더(75)에 의해 대경(大徑)의 빔으로 콜리메이팅(collimating)되어 공간 광변조기(76)에 입사된다. 퍼스널 컴퓨터(92)로부터 디지털 데이터가 입력되면, 패턴 발생기(94)에 있어서, 공급된 디지털 데이터에 따라 신호광 패턴이 생성되고, 참조광 패턴과 합성되어 공간 광변조기(76)에 표시되는 패턴이 생성된다. 공간 광변조기(76)에서는 표시된 패턴에 따라 레이저광이 강도 변조되고, 신호광과 참조광이 생성된다.
본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 공간 광변조기(76)에 3개의 신호광 영역(121, 122, 123)과 3개의 참조광 영역(14A, 14B, 14C)의 합계 6개의 영역으로 분할된 대략 정육각형의 기록 광패턴(10)을 표시한다. 공간 광변조기(76)에 입사된 레이저광은 표시 패턴에 따라 변조되고, P편광(偏光)의 신호광 및 참조광이 생성된다.
공간 광변조기(76)에서 변조된 신호광 및 참조광은 빔 스플리터(78)에 조사되고, 반분의 광강도가 빔 스플리터(78)를 투과한다. 그 후, 렌즈(82)에 의해 푸리에 변환되어 광기록 매체(88)에 동시에, 또한 동축으로 조사된다. 이것에 의해, 광기록 매체(88)에 입사되는 신호광과 반사층(84)에서 반사된 참조광이, 또는 반사층(84)에서 반사된 신호광과 입사되는 참조광이 기록층(86) 전역(全域)에 걸쳐 빔 웨이스트에서 중첩되고, 서로 간섭하여 간섭 패턴이 반사형 홀로그램으로서 기록된다.
상술한 바와 같이, 공간 광변조기(76)의 표시 패턴에 있어서, 신호광 영역(12)과 참조광 영역(14)을 서로 대칭으로 배치함으로써, 광기록 매체(88)에 입사 되는 신호광과 참조광은 공간적으로 분할되고, 동일한 진행 방향에서는 빔 웨이스트 이외에서는 중첩되지 않아 간섭을 발생시키지 않기 때문에, 불필요 노광이 매우 적어진다.
도 9의 스텝 100에서, 재생 처리가 선택된 경우에는, 스텝 104에서, 광원(70)으로부터 레이저광을 조사하여 홀로그램의 재생 처리를 개시한다.
여기서, 홀로그램의 재생 처리에 대해서 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 공간 광변조기(76)에 3개의 차광 영역(321, 322, 323)과 3개의 참조광 영역(34A, 34B, 34C)의 합계 6개의 영역으로 분할된 대략 정육각형의 판독 광패턴(30)을 표시한다. 공간 광변조기(76)에 입사된 레이저광은 표시 패턴에 따라 변조되어 참조광이 생성된다. 이것에 의해, 생성된 참조광이 빔 스플리터(78)를 투과한 후, 렌즈(82)에 의해 푸리에 변환되어, 광기록 매체(88)의 홀로그램이 기록된 영역에 참조광만이 조사된다.
위상 공역에 의한 재생에 있어서도, 도 3에 나타낸 바와 같이, 공간 광변조기(76)에 3개의 차광 영역(521, 522, 523)과 3개의 참조광 영역(54A, 54B, 54C)의 합계 6개의 영역으로 분할된 대략 정육각형의 판독 광패턴(30)을 표시한다. 공간 광변조기(76)에 입사된 레이저광은 표시 패턴에 따라 변조되어 P편광의 참조광이 생성된다. 이것에 의해, 생성된 참조광이 빔 스플리터(78)를 투과한 후, 렌즈(82)에 의해 푸리에 변환되어, 광기록 매체(88)의 홀로그램이 기록된 영역에 참조광만이 조사된다.
본 실시예에서는 조사된 참조광은 홀로그램에 의해 회절되고, 렌즈(82)에 의해 역(逆)푸리에 변환되어 빔 스플리터(78)에 입사되고, 광검출기(90)의 방향으로 반사된다. 렌즈(82)의 초점면에서는 재생 화상을 관찰할 수 있다.
이 재생 화상이 광검출기(90)에 의해 검출된다. 검출된 아날로그 데이터는 광검출기(90)에 의해 A/D 변환되고, 재생 화상의 화상 데이터가 퍼스널 컴퓨터(92)에 입력되어 RAM(도시 생략)에 유지된다. 이 화상 데이터로부터 2진(binary)의 디지털 데이터를 복호(復號)하여 루틴을 종료한다. 이것에 의해, 신호광에 유지된 디지털 데이터가 복호된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 공간 광변조기의 표시 패턴에 있어서, 변조 영역을 복수의 영역으로 분할하고, 신호광 영역과 참조광 영역을 서로 대칭으로 배치함으로써, 광기록 매체에 입사되는 신호광과 참조광은 공간적으로 분할되고, 동일한 진행 방향에서는 빔 웨이스트 이외에서는 중첩되지 않아 간섭을 발생시키지 않기 때문에, 불필요 노광에 의한 노이즈 회절 성분이 매우 적어진다.
또한, 공간 광변조기의 표시 패턴에 있어서, 변조 영역을 복수의 영역으로 분할하고, 신호광 영역과 참조광 영역을 서로 대칭으로 배치함으로써, 입사 신호광과 반사 참조광은, 또는 반사 신호광과 입사 참조광은 역진 방향에서 완전히 중첩되어 간섭을 발생시키기 때문에, 기록층의 광축 방향(두께 방향) 전체에 홀로그램을 기록할 수 있고, 광기록 매체의 두께를 효과적으로 활용하여 부피 홀로그램에서의 고밀도 기록이 가능해진다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 신호광과 참조광을 동축으로 조사하여 홀로그램을 기록할 수 있고, 부피 홀로그램에서의 고밀도 기록이 가능해진다는 효과가 있다.
또한, 불필요 노광이 매우 적어져, 양호한 S/N로 재생 화상을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 입사(入射)되는 코히어런트(coherent) 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역을 복수로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 상기 코히어런트 광의 광축(光軸)에 대하여 대칭으로 배치하고,
    입사된 코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 신호광과 참조광을 생성하며,
    서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축(同軸)으로 반사형 광기록 매체에 조사하여,
    상기 광기록 매체에 상기 신호광을 홀로그램으로서 기록하는 홀로그램 기록 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 대략 동일한 형상인 홀로그램 기록 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 변조 영역이 4로 나누어 떨어지지 않는 짝수 개로 분할되는 홀로그램 기록 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 변조 영역이 4n+2(n은 자연수) 개로 분할되는 홀로그램 기록 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    참조광 영역이 복수이며, 복수의 참조광 영역 각각에 상이한 패턴이 표시되는 홀로그램 기록 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 상기 광축으로부터 이간(離間)된 위치에 배치되는 홀로그램 기록 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 이간되어 배치되는 홀로그램 기록 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역의 세트가 복수이며, 세트마다 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 광기록 매체에 조사함으로 써, 상기 광기록 매체에 세트마다의 신호광을 홀로그램으로서 차례로 기록하는 홀로그램 기록 방법.
  9. 코히어런트 광을 조사하는 광원(光源)과,
    패턴 표시에 의해 입사된 코히어런트 광을 공간적으로 변조하여 신호광과 참조광을 생성하는 공간 광변조기와,
    신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역이 상기 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치되도록 상기 공간 광변조기에 변조 영역을 복수로 분할하는 패턴을 표시하는 표시 제어 수단과,
    서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 각각 생성되는 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체에 조사하는 광학계를 구비한 홀로그램 기록 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 대략 동일한 형상인 홀로그램 기록 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 변조 영역이 4n+2(n은 자연수) 개로 분할되는 홀로그램 기록 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    참조광 영역이 복수이며, 복수의 참조광 영역 각각에 상이한 패턴이 표시되는 홀로그램 기록 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 상기 광축으로부터 이간된 위치에 배치되는 홀로그램 기록 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호광 영역과 상기 참조광 영역이 이간되어 배치되는 홀로그램 기록 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역의 세트가 복수이며, 세트마다 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 광기록 매체에 조사함으로써, 상기 광기록 매체에 세트마다의 신호광이 홀로그램으로서 차례로 기록되는 홀로그램 기록 장치.
  16. 입사되는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역 을 복수로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 상기 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치하고, 입사된 코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 신호광과 참조광을 생성하며, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체에 조사함으로써, 상기 신호광이 홀로그램으로서 기록된 광기록 매체를 제공하고,
    홀로그램 기록 시의 참조광 영역과 동일한 위치에 참조광 패턴을 표시하고,
    코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 판독용 참조광을 생성하며,
    생성된 참조광을 상기 광기록 매체에 조사하여, 상기 참조광 영역에 대하여 대칭으로 배치된 신호광 영역으로부터 생성된 신호광을 재생하는 홀로그램 재생 방법.
  17. 입사되는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역을 복수로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 상기 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치하고, 입사된 코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 신호광과 참조광을 생성하며, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체에 조사함으로써, 상기 신호광이 홀로그램으로서 기록된 광기록 매체를 제공하고,
    홀로그램 기록 시의 참조광 영역과는 상기 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭인 위치에 참조광 패턴을 표시하고,
    코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 판독용 참조광을 생성하며,
    생성된 참조광을 상기 광기록 매체에 조사하여, 상기 참조광 영역에 대하여 대칭으로 배치된 신호광 영역으로부터 생성된 신호광을 재생하는 홀로그램 재생 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역의 세트가 복수이며, 세트마다 판독용 참조광을 생성하고, 생성된 참조광을 상기 광기록 매체에 조사하여, 상기 광기록 매체로부터 세트마다의 신호광을 차례로 재생하는 홀로그램 재생 방법.
  19. 입사되는 코히어런트 광을 공간적으로 변조하는 공간 광변조기에 변조 영역을 복수로 분할하는 패턴을 표시함으로써, 신호광을 생성하는 신호광 영역과 참조광을 생성하는 참조광 영역을 상기 코히어런트 광의 광축에 대하여 대칭으로 배치하고, 입사된 코히어런트 광을 상기 공간 광변조기에 의해 변조하여 신호광과 참조광을 생성하며, 서로 대칭으로 배치된 신호광 영역과 참조광 영역으로부터 생성된 신호광과 참조광을 동시에, 또한 동축으로 반사형 광기록 매체에 조사함으로써, 상 기 신호광을 홀로그램으로서 기록하는데 적합한 광기록 매체로서,
    광강도 분포에 따른 굴절률 변화에 의해 홀로그램을 기록 가능한 기록층과,
    상기 기록층을 투과한 신호광 및 참조광을 반사하는 반사층과,
    상기 기록층과 상기 반사층 사이에 설치되고, 입사되는 신호광 및 참조광 각각의 빔 웨이스트(beam waist)가 상기 기록층 내에 위치하지 않도록 상기 기록층과 상기 반사층을 이간시키는 버퍼층을 구비한 광기록 매체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 신호광 및 상기 참조광에 불활성(不活性)인 재료로 구성되는 광기록 매체.
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