KR101089803B1 - 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법 - Google Patents

마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법에 관한 것으로, 미디어(10)에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록하는 장치에 있어서, 입사되는 레이저광을, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광과, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광으로 분리하는 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100); 상기 편광 광선가르개(100)에 의해 분리된 S편광의 진행경로상에 설치되어, 상기 편광 광선가르개(100)에서 분리된 S편광의 진행경로 및 집광정도를 조정하며 P편광의 진행경로상에 다시 입사시키는 S편광 조정소자(200); 및 동일한 진행경로를 가지는 S편광과 P편광이 상기 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)되도록 회절시키는 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300);를 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 하여, 하나의 레이저광을 조사하여 형성되는 단일 광경로상에서 데이터의 기록 또는 재생과 디스크의 포커싱 위치제어를 통한 멀티 레이어 레코딩(multy layer recoding)이 가능하도록 하는 마이크로 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법에 관한 것이다.

Description

마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법 {microholographic data storage, recording process using the same}
본 발명은 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 데이터의 기록 또는 재생과 디스크의 포커싱 위치제어를 통한 멀티 레이어 레코딩(multy layer recoding)이 가능하도록 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법에 관한 것이다.
콤팩트 디스크(CD, Compact Disc), 디지털 버서타일 디스크(DVD, Digital Versatile Dick), 블루 레이 디스크(Blu-ray Disc)와 같은 광디스크를 기록 매체에 사용하는 광디스크 시스템은, 현미경의 대물렌즈와 같은 렌즈를 사용해서 비접촉으로 디스크의 한 면에 형성된 미소한 반사율 변화를 판독하고, 기록된 정보의 재생을 행하도록 구성되어 있다.
이러한 종래기술로서, 정재파에 의해 정보를 기록하는 방식의 하나로, 조사된 광빔의 광강도에 따라 굴절률이 변화되는 매체인 포토폴리머 디스크 내에, 광학 헤드로부터 광빔을 집광하고, 디스크의 이면에 설치된 반사 장치를 사용해서 한번 더 역방향으로부터 빛을 동일 초점위치에 집광하는 구성을 가지는 홀더식이 널리 채용되고 있다.
레이저 다이오드로부터 출사된 레이저광은, 음향광학(AO, Acousto Optic) 변조기에 의해 광파가 변조되고, 콜리메이터 렌즈에 의해 직진광이 되어, 편광 광선가르개(PBS, Polarization Beam Spliter)를 투과하고, 1/4파장판(QWP, guarter wave plate)에서 원편광이 된 후 기록/재생용 광학 헤드 내의 미러에서 반사되어, 대물렌즈에서 수광된 후 스핀들에 의해 회전되고 있는 디스크에 조사된다.
디스크 내부에서 포커싱된 레이저광은 디스크의 이면측에 배치된 반사 장치에 의해 반사되고, 디스크 이면측에서 레이저광을 디스크 내부의 동일 초점에 집광하여 광 스폿 사이즈가 작은 홀로그램을 형성함으로써, 정보를 기록할 수 있으며, 홀로그램은 디스크 내부에서 동일 평면을 형성하도록 초점이 조정된 광 스폿에 의해 기록된다.
이에 따라, 디스크 내부에는 복수의 층에 걸쳐서 홀로그램이 형성되며, 디스크라는 매체 내에 층상으로 정보를 기록함으로써 통상의 광디스크를 층 수만큼 다수개에 기록하는 것과 마찬가지의 기록 용량을 확보할 수 있으나, 디스크의 양면에, 광학 헤드, 반사 장치 등의 광학계를 배치할 필요가 있어, 광학계 전체 혹은 드라이브 시스템이 크게 복잡해지게 된다.
광학계 전체 혹은 드라이브 시스템을 크게 복잡하게 하지 않고, 정재파 정보를 광학기록매체에 기록하고, 또한 광학기록매체에 기록된 정재파 정보를 재생하는 광학기록재생장치를 제공하기 위해 안출된 종래기술로서, 일본공개특허 제2007-220206호의 광학기록재생장치를 포함한 다수가 제시되어 있다.
상기 종래기술은, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(1)으로부터 출사된 1개의 레이저광을 3개로 분리하고, 이 분리된 빛 중 2개의 레이저광 A 및 B를 반사면(10)을 가지는 광디스크(8)에 같은 면측에서 입사하며, 한쪽의 레이저광 A는 반사면에 이르기까지, 다른 쪽의 레이저광 B는 반사면에서 되돌아온 후, 광학 헤드에 의해 동일한 초점위치가 되도록 조사된다.
상기와 같은 구성에 의해, 2개의 레이저광 A 및 B에 의해 정재파를 광디스크 내에 다층 모양으로 기록하고, 또한 2개의 레이저광 중 레이저광 A를 조사했을 때의 반사광으로부터 정보를 판독하게 되나, 레이저의 S파와 P파 편광성분을 분리하는 광경로 2개와, 디스크 포커싱을 위한 광경로가 따로 존재하는 복잡한 광학계를 구성하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 하나의 레이저광을 조사하여 형성되는 단일 광경로상에서 데이터의 기록 또는 재생과 디스크의 포커싱 위치제어를 통한 멀티 레이어 레코딩(multy layer recoding)이 가능하도록 하는 마이크로 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 미디어(10)에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록하는 장치에 있어서, 입사되는 레이저광을, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광과, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광으로 분리하는 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100); 상기 편광 광선가르개(100)에 의해 분리된 S편광의 진행경로상에 설치되어, 상기 편광 광선가르개(100)에서 분리된 S편광의 진행경로 및 집광정도를 조정하며 P편광의 진행경로상에 다시 입사시키는 S편광 조정소자(200); 및 동일한 진행경로를 가지는 S편광과 P편광의 1차 회절빔이 상기 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)되도록 하고, P편광에서 0차 회절빔을 분리하여 디스크 포커싱을 가능하게 하는 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300);를 포함하여 구성되는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 S편광 조정소자(200)는, 상기 편광 광선가르개(100)에서 P편광의 진행경로와 수직되는 방향으로 분리된 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭 변환시키는 제1미러(mirror)(240); 상기 편광 광선가르개(100)와 제1미러(240) 사이에 설치되어, 상기 제1미러(240)측으로 진행하여 상기 제1미러(240)에 의해 상기 편광 광선가르개(100)측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4 파장만큼 발생시키는 제1 1/4파장판(QWP, guarter wave plate)(230); 상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1미러(240) 반대측에 설치되며, 상기 제1미러(240)에 반사되어 상기 편광 광선가르개(100)를 통과한 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭 변환시키는 제2미러(260); 및 상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1 1/4파장판(230) 반대측에 설치되며, 상기 제2미러(260)측으로 진행하여 상기 제2미러(260)에 의해 상기 편광 가르개측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4파장만큼 발생시키는 제2 1/4파장판(250);을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 편광 광선가르개(100)와 제1 1/4파장판(230) 사이에 설치되며, S편광을 집광시키는 방향으로 굴절시키는 S편광 조정렌즈(210);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1미러(240) 또는 제2미러(260)는, 상호 인접 또는 이격되는 방향으로 이동되며 S편광의 광집 정도 및 초점 위치를 조정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 S편광 조정소자(200)는, S편광이 P편광의 진행경로상에 진입되는 것을 차단 조정하는 셔터(Shutter)(220);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절광학소자(300)는, 상기 편광 광선가르개(100) 또는 미디어(10)에 인접 또는 이격되는 방향으로 이동되며, 상기 미디어의 기록영역(12)상에서의 S편광과 P편광의 포커싱 위치를 다층으로 조정하게 되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 P편광을 기준빔, 1차 회절된 S편광을 신호빔으로 사용하여 상기 미디어의 기록영역(12)상에 홀로그램을 기록하며, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 레이저광의 0차 회절빔을 미디어 포커싱빔으로 사용하여 상기 미디어(10)의 위치를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에 설치되며, 상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 직진광의 0차 회절빔을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱하는 대물렌즈모듈(Objective Lens Module)(400);을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에 설치되며, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 직진광을, 상기 미디어(10)측 입사경로상에서 분리하는 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510); 상기 제1빔분리기(510)에서 분리된 직진광을 광집되게 굴절시키는 제1센서렌즈(Sensor Lens)(520); 상기 제1센서렌즈(520)에 의해 광집되는 직진광의 초점위치에 설치되는 제1핀홀(Pin hole)(530); 상기 제1핀홀(530)을 통과한 직진광을 센싱하여, 직진광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치에 대한 정보를 센싱하는 제1광센서(optical sensor)(540); 및 상기 제1핀홀(530)과 제1광센서(540) 사이에 설치되며, 비점수차(非點收差)법을 사용하여 디스크 포커싱 제어를 하기 위한 실린더렌즈가 구비되는 보정렌즈모듈(550);을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 편광 광선가르개(100)와 회절광학소자(300) 사이에 설치되며, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 S편광 및 P편광을, S편광 및 P편광의 상기 미디어(10)측 단일 입사경로상에서 분리하는 제2빔분리기(610); 상기 제2빔분리기(610)에서 분리된 S편광 및 P편광을 광집되게 굴절시키는 제2센서렌즈(620); 상기 제2센서렌즈(620)에 의해 광집되는 S편광 및 P편광의 초점위치에 설치되는 제2핀홀(630); 및 상기 제2핀홀(630)을 통과한 S편광과 P편광을 센싱하여 S편광과 P편광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치 일치여부 내지 위치차에 대한 정보를 센싱하는 제2광센서(640);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은, 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100)을 이용해, 하나의 레이저광으로부터, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광을 구분, 분리시키는 빔분리단계; S편광 조정소자(200)를 이용해, S편광을 P편광, 레이저광의 직진광과 동일한 광경로상에 진입시켜, 단일 광경로를 이용하여 S편광, P편광, 직진광을 미디어(10)측으로 진행시키는 단일경로입사단계; 및 P편광을 데이터기록을 위한 기준빔, S편광을 데이터기록을 위한 신호빔, 레이저광의 직진광을 디스크 위치제어를 위한 디스크 포커싱빔으로 하여, 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300)를 이용해 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 직진광을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱하며 데이터를 기록하는 미디어포커싱단계;를 포함하여 구성되는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록방법을 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 광경로를 통해 반대방향으로 진행되는 직진광을 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510)를 이용해 구분, 분리시켜, 제1광센서(optical sensor)(540)를 이용해 상기 미디어(10)의 위치 정보를 입력받으며, S편광과 P편광을 제2빔분리기(610)를 이용해 단일 광경로상에서 구분, 분리시켜, 제2광센서(640)를 이용해 P편광과 S편광의 포커싱 위치 정보를 입력받는 위치정보입력단계; 및 상기 제1광센서(540)의 입력 정보에 따라 상기 미디어(10)의 위치를 제어하며, 상기 제2광센서(640)의 입력 정보에 따라, 상기 S편광 조정소자(200), 상기 회절광학소자(300)를 이용해 S편광, P편광의 집광정도 및 초점위치를 조정, 제어하는 위치제어단계;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100)에 의해 P편광과 분리된 S편광의 진행경로상에 설치되어, S편광의 진행경로 및 집광정도를 조정하며 P편광의 진행경로상에 다시 입사시키는 S편광 조정소자(200)와, S편광과 P편광이 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)되도록 회절시키는 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300)와, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후 동일한 광경로로 진행되는 S편광과 P편광으로부터 S편광과 P편광의 상기 미디어(10)상의 포커싱 위치 정보를 입력받는 제2광센서(640)를 구비한 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치를 이용함에 있어서, P편광을 데이터기록을 위한 기준빔, S편광을 데이터기록을 위한 신호빔으로 하여, 상기 S편광 조정소자(200)에 구비된 셔터(Shutter)(220)를 이용해 S편광의 진행을 차단하며, 기준빔이 되는 P편광만의 포커싱 위치 정보를 상기 제2광센서(640)에서 입력받아 재생하는 기준빔재생단계; 및 상기 제2광센서(640)의 입력 정보에 따라, 상기 회절광학소자(300)를 이용해 상기 미디어(10)상에서의 P편광의 포커싱 위치를 조정하는 기준빔조정단계;를 포함하여 구성되는 마이크로 홀로그래픽 데이터 재생방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 편광 광선가르개를 이용하여 S편광, P편광을 분리하고, S편광 조정소자를 이용하여 P편광 및 직진광의 진행경로상에 S편광을 다시 입사시키며, 회절광학소자를 이용하여 S편광과 P편광을 미디어상의 동일지점에 포커싱함으로써, 하나의 레이저광을 조사하여 형성되는 단일 광경로를 이용하여 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록할 수 있다는 효과가 있다.
또한, S편광 조정소자, 회절광학소자를 이용하여 1차 회절된 S편광과 P편광, 0차 회절된 직진광의 광학적인 특성을 적절히 조정함으로써, 데이터의 기록, 재생 및 디스크의 포커싱 위치제어를 통한 멀티 레이어 레코딩(multy layer recoding)을 구현가능하다는 다른 효과가 있다.
그리고, 단일 광경로를 이용하여 간결한 구조로 구현가능하여, 기존에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생시키기 위하여 적용되던 복잡한 광학계를 단순화할 수 있으며, 기계적인 구동을 최소화하면서 광학기구에 의해 구현가능하고, 기존의 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치를 대체 또는 호환하여 적용가능하다는 또 다른 효과가 있다.
도 1 - 종래기술에 따른 광학기록재생장치의 제1실시예를 도시한 개념도
도 2 - 본 발명에 따른 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치의 제1실시예를 도시한 개념도
도 3 - 제1미러, 회절광학소자의 위치에 따른 미디어의 기록영역상의 포커싱 위치를 도시한 개념도
도 4 - 도 3에 도시된 제1미러, 회절광학소자의 위치에 따라, 1차회절된 S편광, P편광, 0차회절된 직선광이 미디어상에 포커싱되는 위치를 도시한 개념도
도 5 - 회절광학소자의 요부상세도
도 6 - 회절광학소자의 회절 효율을 도시한 그래프
도 7 - 미디어상에 기록가능한 전체 용량의 실험 결과를 도시한 표
도 8 - 디스크 위치 제어를 위한 직선빔의 입력 정보를 도시한 그래프
도 9 - 기준빔, 신호빔 일치 여부 확인을 위한 S편광, P편광의 입력 정보를 도시한 그래프
도 10 - 재생을 위해 기준빔이 되는 P편광만의 입력정보를 도시한 그래프
이하에서는, 상기 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법 및 재생방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100), S편광 조정소자(200), 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300)를 구비하여, 하나의 레이저광을 S편광, P편광으로 분리시킨 후, 단일 광경로를 이용해, 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)함으로써 상기 미디어(10)상에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록하게 된다.
상기 편광 광선가르개(100)는, 입사되는 레이저광을, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광과, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광으로 분리시키며, 분리된 S편광은 레이저광의 직진광에 수직되는 방향으로 진행방향이 전환되고, 분리된 P편광은 레이저광의 직진광과 동일한 진행방향을 가진다.
상기 S편광 조정소자(200)는, 상기 편광 광선가르개(100)에 의해 분리된 S편광의 진행경로상에 설치되어, 상기 편광 광선가르개(100)에서 분리된 S편광이 P편광의 진행경로상에 다시 입사되도록 S편광의 진행경로를 전환시킴과 동시에, 상기 P편광과 동일한 광경로상에서의 목적한 초점위치, 즉, 상기 미디어(10)상에서의 목적한 포커싱 위치에 따라 집광정도를 조정한다.
본 발명의 제1실시예에서 상기 S편광 조정소자(200)는, 제1 1/4파장판(QWP, guarter wave plate)(230), 제1미러(mirror)(240), 제2 1/4파장판(250), 제2미러(260)를 구비하여 S편광의 진행경로를 전환시키며, 상기 S편광 조정렌즈(210)를 선택적으로 구비하여 상기 제1미러(240) 또는 제2미러(260)와 함께 집광정도를 조정하게 된다.
상기 제1미러(240)는, P편광의 진행경로와 수직되는 방향으로 분리된 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭으로 변환시켜 상기 편광 광선가르개(100)측으로 반사시키도록, 상기 편광 광선가르개(100)에 의해 분리된 S편광의 진행경로상에 설치된다.
일반적으로 1/4파장판(QWP, guarter wave plate, quarter wave length plate)은, 투명판에 빛을 투과시켰을 때, 빛의 진동방향이 1/4 파장만큼의 위상차를 가지도록 하는데 사용되는 판으로, 상기 제1 1/4파장판(230)은, 상기 편광 광선가르개(100)와 제1미러(240) 사이에 설치되며, 상기 제1미러(240)측으로 진행하여 상기 제1미러(240)에 의해 상기 편광 광선가르개(100)측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4 파장만큼 발생시킨다.
상기 제2미러(260)는, 상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1미러(240) 반대측에 설치되어, 상기 제1미러(240)에 반사되어 상기 편광 광선가르개(100)를 통과한 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭 변환시키며, 상기 편광 광선가르개(100)측으로 반사시킨다.
상기 제2 1/4파장판(250)은, 상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1 1/4파장판(230) 반대측에 설치되어, 상기 제2미러(260)측으로 진행하여 상기 제2미러(260)에 의해 상기 편광 가르개측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4파장만큼 발생시킨다.
상기 S편광 조정렌즈(210)는, S편광을 집광시키는 방향으로 굴절시키는 렌즈로, 렌즈의 사양 및 상대적인 설치위치에 따라 S편광의 집광정도를 다르게 구현하게 되며, 상기 편광 광선가르개(100)와 제1 1/4파장판(230) 사이에 설치되어, S편광은, 상기 S편광 조정렌즈(210)를 통과한 후 P편광과 동일한 광경로로 진입되기까지 그 진행거리에 비례하여 집광이 이루어지게 된다.
S편광의 집광정도, 즉, S편광의 초점위치를 조정함에 있어서는, 상기 S편광 조정렌즈(210)의 사양 및 상대적인 설치위치 이외에, 상기 제1미러(240) 또는 제2미러(260)간의 상대거리에 따라서도 명확하게 조정가능하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1미러(240)를 상기 제2미러(260)에 인접 또는 이격되는 방향으로 이동시키면서, 도 4에 도시된 바와 같이, S편광의 광집 정도 및 초점 위치를 조정할 수 있다.
상기 회절광학소자(300)는, 동일한 진행경로를 가지는 S편광과 P편광의 1차 회절빔이 상기 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)되도록 하고, P편광에서 0차 회절빔을 분리하여 디스크 포커싱을 가능하게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 편광 광선가르개(100) 또는 미디어(10)에 인접 또는 이격되는 방향으로 상기 회절광학소자(300)를 이동시키면서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 미디어의 기록영역(12)상에서의 S편광과 P편광의 포커싱 위치를 다층으로 조정하게 된다.
일반적으로 레이저광과 같은 평행광을 회절광학소자를 통과시키면, 직진하는 부분(0차 회절광)과 점광원으로 수렴하는 부분(1차 회절광)을 볼 수 있으며, 그 점광원에서 나온 빛을 물체의 한 점에서 산란된 빛이라 하면, 물체가 산란한 빛 자체를 재생하는 것이 됨에 따라, 물체 자체에서 나온 빛의 모든 정보와 일치하게 되어 입체감이 그대로 표현되므로, 1차 회절 효율이 높을수록 양질의 홀로그램이라 할 수 있다.
상기 회절광학소자(300)는, 도 5에 도시된 바와 같은 단면형상을 가지며, 본 발명의 제1실시예에 적용함에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 격자의 깊이를 평균 0.8㎛로 하는 경우, S편광, P편광은 75%의 높은 효율로 명확하게 회절됨에 따라 1차 회절광, 직선광은 10%의 낮은 회절 효율을 가짐에 따라 0차 회절광에 해당된다.
상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에는 대물렌즈모듈(Objective Lens Module)(400)이 설치되어, 상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 직진광의 0차 회절빔을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱한다.
본 발명의 제1실시예에서 적용된, 상기 미디어(10)는, 일측 광학 미디어(single side media)로, 도 4에 도시된 바와 같이, 글래스층(glass)(11), 기록 영역(12), 글래스층(11), 1/4편광판층(13), 미러층(14)이 순차적으로 결합된 구조를 가진다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 대물렌즈모듈(400)와 미디어(10)간의 간격을 0.2㎜, 레이저광의 파장을 405㎛, 상기 대물렌즈모듈(400)에 인접한 상기 글래스층(11)의 두께를 0.6㎜, 상기 기록영역(12)의 두께를 400㎛로 하여, NA(P편광의 미디어내 입사각을 θ로 할 때 sinθ)를 0.85로 하는 경우, 광학적 에러기준 0.07λrms를 안정적으로 만족하며, 1.09TeraByte의 기록가능한 전체용량을 구현할 수 있었다.
S편광은 상기 1/4편광판층(13)을 통과하여 상기 미러층(14)에 반사되고, P편광과 동일 지점에서 수렴된 후, P편광이 상기 미디어(10)측으로 입사된 광경로와 동일한 광경로를 통해, 그 반대되는 방향으로, 상기 P편광과 함께, 무한광의 형태로 진행하게 된다.
상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 P편광을 기준빔, 1차 회절된 S편광을 신호빔으로 사용하여 상기 미디어의 기록영역(12)상에 홀로그램을 기록하며, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 레이저광의 0차 회절빔을 미디어 포커싱빔으로 사용하여 상기 미디어(10)의 위치를 제어할 수 있다.
0차 회절빔을 미디어 포커싱빔으로 사용함에 있어서는, 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510), 제1센서렌즈(Sensor Lens)(520), 제1핀홀(Pin hole)(530), 제1광센서(optical sensor)(540), 보정렌즈모듈(550)을 이용하여, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 직진광을 센싱함으로써 구현가능하다.
상기 제1빔분리기(510)는, 상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에 설치되어, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 직진광을, 상기 미디어(10)측 입사경로상에서 분리시킨다.
상기 제1센서렌즈(520)는, 상기 제1빔분리기(510)에서 분리된 직진광을 광집되게 굴절시키고, 상기 제1핀홀(530)은, 상기 제1센서렌즈(520)에 의해 광집되는 직진광의 초점위치에 설치되며, 상기 제1광센서(540)는, 상기 제1핀홀(530)을 통과하여 발산되는 직진광을 센싱하여, 직진광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치에 대한 정보를 센싱한다.
렌즈의 주축에서 떨어져 있는 물체의 상이 고리 모양이나 방사상으로 흐릿해지는 현상을 비점수차(非點收差)라고 하며, 주축과 물점을 포함한 자오면상의 광선의 결상점은, 그것에 수직인 구결평면상의 결상점과는 다른 위치에 생기는데, 일예로써, 각각의 결상점을 포함한 2개의 서로 수직인 초선을 얻으면, 그 중간에 비교적 상이 또렷이 맺어지는 점이 생기는 것을 이용해 이러한 비점수차를 보정할 수 있다.
비점수차(非點收差)를 보정가능한 구조를 가지는 실린더렌즈를 적용함으로써, 이와 같이 비점수차를 간단하게 보정할 수 있으므로, 상기 제1핀홀(530)과 제1광센서(540) 사이에 상기 실린더렌즈를 구비한 보정렌즈모듈(550)을 설치하면, 직진광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치에 대한 정보를 보다 신뢰성 있게 입력받을 수 있다.
1차 회절된 P편광을 기준빔, 1차 회절된 S편광을 신호빔으로 사용하여, 상기 미디어의 기록영역(12)상에 홀로그램을 기록, 재생함에 있어서는, 제2빔분리기(610), 제2센서렌즈(620), 제2핀홀(630), 제2광센서(640)를 이용하여, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 S편광 및 P편광을 함께 센싱함으로써 구현가능하다.
상기 제2빔분리기(610)는, 상기 편광 광선가르개(100)와 회절광학소자(300) 사이에 설치되어, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 S편광 및 P편광을, S편광 및 P편광의 상기 미디어(10)측 단일 입사경로상에서 분리한다.
상기 제2센서렌즈(620)는, 상기 제2빔분리기(610)에서 분리된 S편광 및 P편광을 광집되게 굴절시키고, 상기 제2핀홀(630)은, 상기 제2센서렌즈(620)에 의해 광집되는 S편광 및 P편광의 초점위치에 설치되며, 상기 제2광센서(640)는, 상기 제2핀홀(630)을 통과한 S편광과 P편광을 센싱하여 S편광과 P편광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치 일치여부 내지 위치차에 대한 정보를 센싱한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치를 이용하면, 빔분리단계, 단일경로입사단계, 미디어포커싱단계, 위치정보입력단계, 위치제어단계를 거쳐, 마이크로 홀로그래픽 데이터를 다층으로 기록 및 재생할 수 있다.
상기 빔분리단계에서는, 상기 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100)을 이용해, 하나의 레이저광으로부터, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광을 구분, 분리시킨다.
상기 단일경로입사단계에서는, 상기 S편광 조정소자(200)를 이용해, S편광을 P편광, 레이저광의 직진광과 동일한 광경로상에 진입시켜, 레이저광의 평행광의 진행경로와 동일한, 단일 광경로를 이용하여 S편광, P편광, 직진광을 미디어(10)측으로 진행시킨다.
상기 미디어포커싱단계에서는, P편광을 데이터기록을 위한 기준빔, S편광을 데이터기록을 위한 신호빔, 레이저광의 직진광을 디스크 위치제어를 위한 디스크 포커싱빔으로 하여, 상기 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300)를 이용해 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 직진광을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱하며 데이터를 기록한다.
상기 미디어(10)상에 데이터를 정확하게 기록함에 있어서는, 현재 상기 미디어(10)상의 지정위치에 정상적으로 기록이 이루어지고 있는지 여부를 확인하는 것이 필요하며, 이후 상기 미디어(10)의 위치나 상기 미디어(10)상의 기록 위치를 정확하게 제어, 조정하기 위해서도 S편광과 P편광, 직진광의 포커싱 위치, 기록상태 등을 감지, 확인하는 것이 필요하다.
상기 위치정보입력단계에서는, 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱된 직진광을 상기 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510), 제1광센서(optical sensor)(540)를 이용해 입력받으면, 직진광의 입력 형태에 따라, 상기 미디어의 미러층(14)상의 지정 위치에 정확하게 포커싱이 이루어지고 있는지, 어느 변위만큼 상기 미디어(10)가 기준 위치를 벗어났는지 등의 상기 미디어(10)의 위치 정보를 파악할 수 있다.
그리고, 상기 미디어의 기록영역(12)상에 포커싱된 S편광과 P편광을 상기 제2빔분리기(610), 제2광센서(640)를 이용해 입력받으면, 상기 미디어의 기록영역(12)상에서 기준빔이 되는 P편광과 신호빔이 되는 S편광의 포커싱이 지정 위치에 정확하게 이루어지고 있는지, S편광 또는 P편광이 어느 변위만큼 기준 위치를 벗어났는지 등의 상기 미디어(10)상의 기록 상태에 대한 정보를 파악할 수 있다.
상기 위치제어단계에서는, 상기 제1광센서(540)의 입력 정보에 따라 상기 미디어(10)의 위치를 제어하며, 상기 제2광센서(640)의 입력 정보에 따라, 상기 S편광 조정소자(200), 상기 회절광학소자(300)를 이용해 S편광, P편광의 집광정도 및 초점위치를 조정, 제어한다.
도 8에 도시된 그래프에 의해, 상기 제1광센서(540)에 입력된 직선광의 광출력(光出力, optical power)이 기준 위치가 되는 디스크 위치 0에서 명확하게 증가, 감지되는 것을 확인할 수 있으며, 도 9에 도시된 그래프에 의해, 상기 제2광센서(640)에 입력된 P편광 및 S편광의 광출력이 상기 미디어의 미러층(14)의 위치가 0일 때 명확하게 일치하는 것을 확인할 수 있다.
상기 S편광 조정소자(200)에, S편광이 P편광의 진행경로상에 진입되는 것을 차단 조정하는 셔터(Shutter)(220)를 구비하면, 상기 셔터(220)를 이용해 S편광의 진행을 차단하며, 기준빔이 되는 P편광만의 포커싱 위치 정보를 상기 제2광센서(640)에서 입력받아 재생시키는 기준빔재생단계를 거쳐 상기 미디어(10)의 기록상태를 확인해 볼 수 있다.
그리고, 상기 제2광센서(640)의 입력 정보에 따라, 상기 회절광학소자(300)를 이용해 상기 미디어(10)상에서의 P편광의 포커싱 위치를 조정하는 기준빔조정단계를 추가로 거쳐, 기록을 재생시키면서 기준빔의 위치를 제어하는 것을 반복적으로 수행할 수도 있다.
도 10에 도시된 그래프에 의해, 상기 제2광센서(640)에 입력된 P편광, 즉, 기준빔의 광출력이 상기 회절광학소자(300)의 위치가 0인 지점에서 명확하게 증가, 감지되는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같이 재생시켜 봄으로써 상기 회절광학소자(300)의 위치가 0인 지점을 기준으로 하는 P편광의 포커싱 제어도 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치, 이를 이용한 기록방법 및 재생방법에 의하면, 상기 편광 광선가르개(100)를 이용하여 S편광, P편광을 분리하고, 상기 S편광 조정소자(200)를 이용하여 P편광 및 직진광의 진행경로상에 S편광을 다시 입사시키며, 상기 회절광학소자(300)를 이용하여 S편광과 P편광을 미디어상의 동일지점에 포커싱한다.
상기 S편광 조정소자(200), 회절광학소자(300)를 이용하여 1차 회절된 S편광과 P편광, 0차 회절된 직진광의 광학적인 특성을 적절히 조정함으로써, 데이터의 기록, 재생 및 디스크의 포커싱 위치제어를 통한 멀티 레이어 레코딩(multy layer recoding)을 구현가능하다.
하나의 레이저광을 조사하여 형성되는 단일 광경로를 이용하여 마이크로 홀로그래픽 데이터의 기록 및 재생을 간결한 구조로 구현가능하여, 기존에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록 및 재생시키기 위하여 적용되던 복잡한 광학계를 단순화할 수 있으며, 기계적인 구동을 최소화하면서 광학기구에 의해 구현가능하고, 기존의 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치를 대체, 호환하여 적용가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께, 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
10 : 미디어 11 : 글라스
12 : 기록영역 13 : 1/4파장판층
14 : 미러층 100 : 편광 광선가르개
200 : S편광 조정소자 210 : S편광 조정렌즈
220 : 셔터 230 : 제1 1/4파장판
240 : 제1미러 250 : 제2 1/4파장판
260 : 제2미러 300 : 회절광학소자
400 : 대물렌즈모듈 510 : 제1빔분리기
520 : 제1센서렌즈 530 : 제1핀홀
540 : 제1광센서 550 : 보정렌즈모듈
610 : 제2빔분리기 620 : 제2센서렌즈
630 : 제2핀홀 640 : 제2광센서

Claims (13)

  1. 미디어(10)에 마이크로 홀로그래픽 데이터를 기록하는 장치에 있어서,
    입사되는 레이저광을, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광과, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광으로 분리하는 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100);
    상기 편광 광선가르개(100)에 의해 분리된 S편광의 진행경로상에 설치되어, 상기 편광 광선가르개(100)에서 분리된 S편광의 진행경로 및 집광정도를 조정하며 P편광의 진행경로상에 다시 입사시키는 S편광 조정소자(200); 및
    동일한 진행경로를 가지는 S편광과 P편광의 1차 회절빔이 상기 미디어(10)상의 동일지점에 포커싱(focusing)되도록 하고, P편광에서 0차 회절빔을 분리하여 디스크 포커싱을 가능하게 하는 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300);
    를 포함하며,
    상기 S편광 조정소자(200)는,
    상기 편광 광선가르개(100)에서 P편광의 진행경로와 수직되는 방향으로 분리된 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭 변환시키는 제1미러(mirror)(240);
    상기 편광 광선가르개(100)와 제1미러(240) 사이에 설치되어, 상기 제1미러(240)측으로 진행하여 상기 제1미러(240)에 의해 상기 편광 광선가르개(100)측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4 파장만큼 발생시키는 제1 1/4파장판(QWP, guarter wave plate)(230);
    상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1미러(240) 반대측에 설치되며, 상기 제1미러(240)에 반사되어 상기 편광 광선가르개(100)를 통과한 S편광의 진행방향 및 위상을 대칭 변환시키는 제2미러(260); 및
    상기 편광 광선가르개(100)를 기준으로 상기 제1 1/4파장판(230) 반대측에 설치되며, 상기 제2미러(260)측으로 진행하여 상기 제2미러(260)에 의해 상기 편광 가르개측으로 반사되는 S편광의 진동방향의 위상차를 1/4파장만큼 발생시키는 제2 1/4파장판(250);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편광 광선가르개(100)와 제1 1/4파장판(230) 사이에 설치되며, S편광을 집광시키는 방향으로 굴절시키는 S편광 조정렌즈(210);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1미러(240) 또는 제2미러(260)는,
    상호 인접 또는 이격되는 방향으로 이동되며 S편광의 광집 정도 및 초점 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.

  5. 제1항 또는 제3항 있어서, 상기 S편광 조정소자(200)는,
    S편광이 P편광의 진행경로상에 진입되는 것을 차단 조정하는 셔터(Shutter)(220);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회절광학소자(300)는,
    상기 편광 광선가르개(100) 또는 미디어(10)에 인접 또는 이격되는 방향으로 이동되며, 상기 미디어의 기록영역(12)상에서의 S편광과 P편광의 포커싱 위치를 다층으로 조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 P편광을 기준빔, 1차 회절된 S편광을 신호빔으로 사용하여 상기 미디어의 기록영역(12)상에 홀로그램을 기록하며, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 레이저광의 0차 회절빔을 미디어 포커싱빔으로 사용하여 상기 미디어(10)의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에 설치되며, 상기 회절광학소자(300)를 통과하여 1차 회절된 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 상기 회절광학소자(300)를 통과하면서도 회절되지 않은 직진광의 0차 회절빔을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱하는 대물렌즈모듈(Objective Lens Module)(400);
    을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회절광학소자(300)와 미디어(10) 사이에 설치되며, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 직진광을, 상기 미디어(10)측 입사경로상에서 분리하는 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510);
    상기 제1빔분리기(510)에서 분리된 직진광을 광집되게 굴절시키는 제1센서렌즈(Sensor Lens)(520);
    상기 제1센서렌즈(520)에 의해 광집되는 직진광의 초점위치에 설치되는 제1핀홀(Pin hole)(530);
    상기 제1핀홀(530)을 통과한 직진광을 센싱하여, 직진광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치에 대한 정보를 센싱하는 제1광센서(optical sensor)(540); 및
    상기 제1핀홀(530)과 제1광센서(540) 사이에 설치되며, 비점수차(非點收差)법을 사용하여 디스크 포커싱 제어를 하기 위한 실린더렌즈가 구비되는 보정렌즈모듈(550);
    을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 편광 광선가르개(100)와 회절광학소자(300) 사이에 설치되며, 상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 경로로 평행하게 되돌아 진행되는 S편광 및 P편광을, S편광 및 P편광의 상기 미디어(10)측 단일 입사경로상에서 분리하는 제2빔분리기(610);
    상기 제2빔분리기(610)에서 분리된 S편광 및 P편광을 광집되게 굴절시키는 제2센서렌즈(620);
    상기 제2센서렌즈(620)에 의해 광집되는 S편광 및 P편광의 초점위치에 설치되는 제2핀홀(630); 및
    상기 제2핀홀(630)을 통과한 S편광과 P편광을 센싱하여 S편광과 P편광의 상기 미디어(10)상에서의 포커싱 위치 일치여부 내지 위치차에 대한 정보를 센싱하는 제2광센서(640);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록장치.
  11. 편광 광선가르개(PBS, Polarized Beam Splitter)(100)을 이용해, 하나의 레이저광으로부터, 레이저광의 진행방향에 수평으로 전기장이 형성되는 S편광, 레이저광의 진행방향에 수직으로 전기장이 형성되는 P편광을 구분, 분리시키는 빔분리단계;
    S편광 조정소자(200)를 이용해, S편광을 P편광, 레이저광의 직진광과 동일한 광경로상에 진입시켜, 단일 광경로를 이용하여 S편광, P편광, 직진광을 미디어(10)측으로 진행시키는 단일경로입사단계; 및
    P편광을 데이터기록을 위한 기준빔, S편광을 데이터기록을 위한 신호빔, 레이저광의 직진광을 디스크 위치제어를 위한 디스크 포커싱빔으로 하여, 회절광학소자(DOE, Diffractive Optical Element)(300)를 이용해 S편광과 P편광을 상기 미디어의 기록영역(12)상의 동일지점에 포커싱하고, 직진광을 상기 미디어의 미러층(14)에 포커싱하며 데이터를 기록하는 미디어포커싱단계;
    를 포함하며,
    상기 미디어(10)상에서 포커싱된 후, 상기 미디어(10)측으로의 입사경로와 동일한 광경로를 통해 반대방향으로 진행되는 직진광을 제1빔분리기(BS, Beam splitter)(510)를 이용해 구분, 분리시켜, 제1광센서(optical sensor)(540)를 이용해 상기 미디어(10)의 위치 정보를 입력받으며, S편광과 P편광을 제2빔분리기(610)를 이용해 단일 광경로상에서 구분, 분리시켜, 제2광센서(640)를 이용해 P편광과 S편광의 포커싱 위치 정보를 입력받는 위치정보입력단계; 및
    상기 제1광센서(540)의 입력 정보에 따라 상기 미디어(10)의 위치를 제어하며, 상기 제2광센서(640)의 입력 정보에 따라, 상기 S편광 조정소자(200), 상기 회절광학소자(300)를 이용해 S편광, P편광의 집광정도 및 초점위치를 조정, 제어하는 위치제어단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 홀로그래픽 데이터 기록방법.

  12. 삭제
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