KR101955328B1 - 홀로그램 광학기기용 광학헤드와 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

홀로그램 광학기기용 광학헤드 및 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드는 홀로그램 기록용 기준광을 생성하는 기준광 생성부와, 상기 홀로그램 기록용 신호광을 생성하는 신호광 생성부와, 상기 기준광 및 상기 신호광의 생성을 위한 광을 제공하는 광원부를 포함하고, 상기 기준광 생성부와 상기 신호광 생성부는 순차적으로 적층되어 있다. 상기 신호광 생성부는, 순차적으로 적층된 복수의 광 도파관과, 상기 복수의 광 도파관에 각각 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소와, 상기 복수의 광 도파관으로부터 출력되는 광을 변조시키는 광 변조기와, 상기 광 변조기로부터 방출되는 광을 기록층에 집광시키는 렌즈를 포함한다.

Description

홀로그램 광학기기용 광학헤드와 그 동작방법{Optical head for hologram optical apparatus and method of operating the same}
본 발명의 일 실시예는 광학기기에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 홀로그램 광학기기용 광학헤드와 그 동작방법에 관한 것이다.
홀로그램의 기록에는 기준광과 신호광이 사용된다. 홀로그램은 인쇄분야, 영상 디스플레이 분야, 정보 저장분야, 광고분야 등에 다양하게 응용되고 있다.
홀로그램의 기록에는 기준광과 신호광이 사용되므로, 홀로그램 기록을 위한 광학장치의 헤드는 이러한 광의 발생, 처리 및 결합을 위한 광학요소들을 포함하게 된다. 다른 분야와 마찬가지로 광학기기분야도 장치의 소형화 혹은 집적화는 주요 이슈가 되고 있다. 홀로그램 기록 장치에서 광학헤드는 장치의 핵심이기 때문에, 홀로그램 기록 장치의 소형화를 위해서 광학헤드의 소형화가 선행될 수 있을 것이다. 컬러 홀로그램의 기록에는 적생광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)이 사용되고, 광학헤드는 R, G 및 B를 동시에 받아들여서 처리된 광을 분리, 확대, 빔 쉐이핑(beam shaping)하는 광학요소들을 포함한다. 따라서 컬러 홀로그램용 광학기기의 소형화를 위해서는 광학헤드에 포함된 광학요소들을 집적화할 필요가 있는데, 이러한 과정에서 광의 간섭이나 혼선(crosstalk)과 같은 홀로그램의 품질을 저하시킬 수 있는 요인이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 소형화 혹은 집적화를 이룰 수 있고, 광 믹싱과정에서의 혼선도 줄일 수 있는 홀로그램 광학기기용 광학헤드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 광학헤드의 동작방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드는 홀로그램 기록용 기준광을 생성하는 기준광 생성부와, 상기 홀로그램 기록용 신호광을 생성하는 신호광 생성부와, 상기 기준광 및 상기 신호광의 생성을 위한 광을 제공하는 광원부를 포함하고, 상기 기준광 생성부와 상기 신호광 생성부는 순차적으로 적층되어 있다.
이러한 광학헤드에서, 상기 신호광 생성부는,
순차적으로 적층된 복수의 광 도파관과, 상기 복수의 광 도파관에 각각 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소와, 상기 복수의 광 도파관으로부터 출력되는 광을 변조시키는 광 변조기와, 상기 광 변조기로부터 방출되는 광을 기록층에 집광시키는 렌즈를 포함하고, 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 각각 단일층의 홀로그램을 포함할 수 있다.
상기 신호광 생성부는,
상기 광원부로부터 광이 입사되는 한 개의 광 도파관과, 상기 한 개의 광 도파관에 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소와, 상기 한 개의 광 도파관으로부터 출력되는 광을 변조시키는 광 변조기와, 상기 한 개의 광 변조기로부터 방출되는 광을 기록층에 집광시키는 렌즈를 포함하고, 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 각각 R, G, B에 각각 대응하는 3층의 홀로그램을 포함할 수 있다.
상기 복수의 광 도파관은 각각 R, G 및 B에 대응하는 것으로 순차적으로 적층된 3개의 광 도파관을 포함할 수 있다.
상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 상기 복수의 광 도파관의 상부면 또는 밑면에 구비될 수 있다.
상기 렌즈는 후리에 렌즈일 수 있다.
상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들은 서로 중첩되지 않도록 구비될 수 있다.
상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들의 두께는 동일하거나 다를 수 있다. 또한 상기 각 광 도파관에 구비된 상기 조명 홀로그램 광학요소들의 두께는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 각 광 도파관에서 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소의 두께는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들의 굴절률 변조는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 렌즈는 홀로그래픽 후리에 렌즈일 수 있다.
상기 기준광 생성부는,
광 도파관과, 상기 광 도파관의 상부면에 구비된 상부 복합 홀로그램 광학요소와, 상기 광 도파관의 밑면에 구비된 하부 복합 홀로그램 광학요소을 포함할 수 있다.
상기 상부 및 하부 복합 홀로그램 광학요소는 각각 3개의 홀로그램층을 포함할 수 있다.
상기 광원부는,
제1 내지 제3 광원과, 상기 제1 내지 제3 광원에서 방출된 광을 반사시키는 반사수단과, 상기 반사수단으로부터 입사되는 광을 상기 신호광 생성부로 반사시키는 미러를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광원은 서로 다른 색의 광을 방출하는 레이저일 수 있다.
상기 반사수단은 미러와 빔 스플리터를 포함할 수 있다.
상기 레이저는 연속(CW) 레이저 또는 준 연속(quasi-CW) 레이저일 수 있다.
상기 광원부는 상기 복합 홀로그램 광학요소 각각에 광을 직접 주사하는 제1 내지 제3 광원을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법은 광 도파관과 상기 광 도파관에 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소를 적어도 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법에서 적어도 상기 복합 홀로그램 광학요소의 두께와 굴절률 변조 중 적어도 하나를 조절한다.
이러한 동작방법에서, 상기 광 도파관은 순차적으로 적층된 복수의 광 도파관을 포함하고, 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 단일층의 홀로그램을 포함할 수 있다.
또한 상기 광 도파관은 단일 광 도파관이고, 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 3층의 홀로그램을 포함할 수 있다.
또한 상기 복합 홀로그램 광학요소들은 서로 중첩되지 않도록 구비될 수 있고, 이때는 상기 복합 홀로그램 광학요소들 사이에 시간차를 두고 광을 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드에서 신호광 및 기준광 생성부는 적층되어 있고, 상기 신호광 생성부는적색광(R), 녹생광(G) 및 청색광(B)을 위한 도파관들이 중첩된 적층구조를 가질 수도 있다.
그러므로 본 발명의 일 실시예에 의한 광학헤드는 기존의 광학헤드에 비해 부피를 줄일 수 있다.
또한 신호광 생성부에 사용된 홀로그램 광학요소의 두께(d)와 굴절률 변조(Δn)를 적절히 조절하여 신호광 생성과정에서 광의 믹싱에 따른 혼선을 최소화할 수 있다.
또한 R, G, B를 각각 분리하여 한 파장에 하나의 홀로그램 광학요소가 대응되도록 구성함으로써, 효율을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 컬러 홀로그램 광학기기용 광학헤드를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 광학헤드에서 신호광 생성부분의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 컬러 홀로그램 광학기기용 광학헤드를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에서 제1 복합 홀로그램 광학요소에만 적색광이 입사되고, 제2 및 제3 복합 홀로그램 광학요소에는 광이 입사되지 않는 경우를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 컬러 홀로그램 광학기기용 광학헤드를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드에서 홀로그램 광학요소의 두께와 굴절률 변조의 조절에 따라 믹싱되는 광들 사이에 혼선이 최소화되는 경우를 나타낸 비교 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드와 그 동작 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 동작방법은 광학헤드 설명에서 함께 설명된다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드(이하, 제1 광학헤드)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 광학헤드는 순차적으로 적층되어 구성된 제1 내지 제4 광 도파관(20, 30, 40, 50)을 포함한다. 제1 내지 제4 광 도파관(20, 30, 40, 50)은 이격되거나 접촉되게 형성된 것일 수 있다. 제1 광 도파관(20)는 기준광(reference beam) 생성용이다. 제2 내지 제4 광 도파관(30, 40, 50)은 신호광 생성용이다. 제1 광 도파관(20)의 길이는 제2 내지 제4 광 도파관(30, 40, 50)보다 짧을 수 있다. 제2 광 도파관(30)은 청색광(B)을 위한 것이다. 제3 광 도파관(40)은 녹색광(G)을 위한 것이다. 제4 광 도파관(50)은 적색광(R)을 위한 것이다. 제2 광 도파관(30) 아래에는 제1 광 도파관(20)과 함께 광 변조기(72)가 구비되어 있다. 광 변조기(72)는 공간 광 변조기(SLM)일 수 있다. 광 변조기(72) 아래에 집광용 렌즈(74)가 구비되어 있다. 렌즈(74)는 푸리에 렌즈(Fourier lens)일 수 있다. 렌즈(74)는 신호광을 홀로그램 기록층(10)의 정해진 영역에 집광시키다. 기록층(10)은 렌즈(74)의 초점거리에 위치할 수 있다. 광 변조기(72)와 렌즈(74)는 동일 광 축상에 정렬되어 있다.
제4 광 도파관(50)의 상부면 상에 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)와 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)가 형성되어 있다. 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)와 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 이격되어 있다. 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)보다 넓을 면적을 가질 수 있다. 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)와 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 단일층(single layer)일 수 있다. 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)는 입사광(R+G+B가 혼합된 광)에서 적색광(일점쇄선)을 제4 광 도파관(50) 내로 회절시키고, 나머지 광은 투과시킨다. 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)에서 회절된 적색광은 제4 광 도파관(50)을 따라 진행하여 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)에 입사된다. 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 입사된 광을 제3 광 도파관(40)을 향하는 평행광으로 회절시킨다. 제3 광 도파관(40)의 상부면에는 서로 이격된 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)와 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)가 구비되어 있다. 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)는 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1) 바로 아래에 위치할 수 있다. 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)는 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1) 바로 아래에 위치할 수 있다. 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)는 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)를 통과해서 입사되는 광 중에서 녹색광(이점쇄선)을 제3 광 도파관(40) 내의 주어진 위치로 회절시키고, 나머지 광은 투과시킨다. 회절된 녹색광은 제3 광 도파관(40)을 따라 진행되어 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)에 입사되고, 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)는 입사되는 녹색광을 제2 광 도파관(30)을 향하는 평행광으로 회절시킨다. 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)와 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)는 단일층일 수 있다.
제2 광 도파관(30)의 상부면 상에는 서로 이격된 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)와 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)가 형성되어 있다. 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)는 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2) 바로 아래에 형성될 수 있다. 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)는 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2) 바로 아래에 형성될 수 있다. 제2 및 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH2, LH3)는 각각 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)와 동일한 면적일 수 있다. 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)는 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)를 통해 입사되는 광 중에서 청색광(점선)을 제2 광 도파관(30) 내의 주어진 방향으로 회절시키고, 나머지 광은 투과시킨다. 회절된 청색광은 제2 광 도파관(30)을 따라 진행되어 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)에 입사되고, 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)는 입사된 청색광을 광 변조기(72)를 향하는 평행광으로 회절시킨다.
한편, 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)로부터 방출되는 평행광(일점쇄선)은 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)와 제3 광 도파관(40)과 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)와 제2 광 도파관(30)을 통과해서 광 변조기(72)로 입사된다. 그리고 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)에서 방출된 평행광(이점쇄선)은 제3 광 도파관(40)과 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)와 제2 광 도파관(30)을 통과해서 광 변조기(72)에 입사된다. 따라서 광 변조기(72)에는 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)로부터 방출된 적색 평행광과 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)로부터 방출되는 녹색 평행광과 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)로부터 방출되는 청색 평행광이 함께 입사된다. 곧, 광 변조기(72)에는 백색광이 입사된다. 광 변조기(72)를 통과하면서 변조된 광은 신호광으로 사용되고, 렌즈(74)에 의해 기록층(10)의 정해진 위치에 집광된다.
제1 광 도파관(20)의 상부면에는 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)가 형성되어 있다. 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)는 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3) 아래쪽에 형성될 수 있다. 제1 내지 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)는 수직으로 동일선 상에 정렬될 수 있다. 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)는 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1-CH3)와 제2 내지 제4 광 도파관(30, 40, 50)을 통과해서 입사되는 백생광을 제1 광 도파관(20) 내의 주어진 방향으로 회절시키는 역할을 한다. 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)는 적층된 3개의 층을 포함할 수 있고, 3개의 층은 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 제1 광 도파관(20) 내의 주어진 방향으로 회절시키는 홀로그램층일 수 있다. 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)로부터 제1 광 도파관(20) 내로 회절된 광(실선)은 제1 광 도파관(20)을 따라 진행하고, 진행 방향의 제1 광 도파관(20)의 끝에서 제1 광 도파관(20)의 밑면을 통해 방출된다. 제1 광 도파관(20)의 광이 방출되는 밑면에 제5 복합 홀로그램 광학요소(CH5)가 형성되어 있다. 제5 복합 홀로그램 광학요소(CH5)는 제1 광 도파관(20)의 밑면으로방출되는 백색광을 홀로그램 기록층(10)의 정해진 위치로 회절시킨다. 제5 복합 홀로그램 광학요소(CH5)에서 방출되는 광은 기준광으로 사용된다. 기록층(10)에서 상기 기준광이 도달되는 위치와 렌즈(74)에 의해 집광되는 신호광이 도달되는 위치는 동일할 수 있다.
제4 광 도파관(50)으로부터 이격된 위쪽에 제1 내지 제3 광원(60, 62, 64)이 구비되어 있다. 제1 내지 제3 광원(60, 62, 64)은 각각 적색광을 방출하는 광원, 녹색광을 방출하는 광원, 청색광을 방출하는 광원일 수 있다. 제1 내지 제3 광원(60, 62, 64)은, 예를 들면 연속파 레이저(CW laser) 또는 준 연속파 레이저(Quasi CW laser)일 수 있다.
제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1) 바로 위쪽에 제1 미러(M1)가 구비되어 있다. 제3 광원(64) 아래에 제2 미러(M2)가 위치한다. 제1 및 제2 미러(M1, M2)는 마주하고 동일 광축 상에 정렬되어 있고, 제1 및 제2 미러(M1, M2) 사이의 동일 광축 상에 제1 및 제2 빔 스플리터(BS1, BS2)가 구비되어 있다. 제1 및 제2 빔 스플리터(BS1, BS2)는 각각 제1 및 제2 광원(60, 62) 아래에 위치한다. 제1 미러(M1)는 제1 및 제2 빔 스플리터(BS1, BS2)를 통해서 입사되는, 제1 및 제2 광원(60, 62)에서 방출되는 광과, 제2 미러(M2)에서 반사되어 제1 및 제2 빔 스플리터(BS1, BS2)를 통과하여 입사되는, 제3 광원(64)으로 방출되는 광이 혼합된 백색광을 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)로 반사한다. 제1 및 제2 미러(M1, M2)와 제1 및 제2 빔 스플리터(BS1, BS2)는 반사수단이 될 수 있다.
도 1에서 제2 내지 제4 광 도파관(30, 40, 50)과 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH2, CH3, CH4)와 제1 내 지 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH1, LH2, LH3)와 광 변조기(72)와 렌즈(74)는 신호광 생성부가 될 수도 있다. 그리고 제1 광 도파관(20)과 제4 및 제5 복합 홀로그램 광학요소(CH4, CH5)는 기준광 생성부가 될 수도 있다.
도 2는 도 1에서 신호광 생성부분의 변형예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)와 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 제4 광 도파관(50)의 밑면에 부착되어 있고, 역할은 도 1에서와 동일하다. 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)와 제1 조명 홀로그램 광학요소(LH1)는 제3 광 도파관(40)과 이격되어 있다. 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)와 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)는 제3 광 도파관(40)의 밑면에 부착되어 있고, 역할은 도 1에서와 동일하다. 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)와 제2 조명 홀로그램 광학요소(LH2)는 제2 광 도파관(30)과 이격되어 있다. 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)와 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)는 제2 광 도파관(30)의 밑면에 부착되어 있고, 역할은 도 1에서와 동일하다. 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)에서 방출되는 광은 도 1의 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)에 입사되고 , 그 후의 진행과정은 도 1과 동일하다. 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH3)를 통해 방출되는 백색광은 광 변조기(72)에 입사되고, 이후의 과정은 도 1과 동일하다. 제1 내지 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH1, LH2, LH3)의 두께(d1, d2, d3)와 그에 입사되는 광에 대한 굴절률 변조(△n)의 곱(d*△n)에 따라 제1 내지 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH1, LH2, LH3)를 통과하면서 믹싱되는 광들 사이에 회절 중첩은 조절될 수 있다. 따라서 두께(d1, d2, d3)와 굴절률 변조(△n)를 조절함으로써, 상기 믹싱되는 광들 사이의 회절 중첩 부분을 최소화할 수 있다. 이에 따라 제1 내지 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH1, LH2, LH3)를 통과하면서 믹싱되는 광들 사이의 혼선은 최소화될 수 있고, 결과적으로 효율은 최대화될 수 있다. 유사한 이유로 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)의 두께와 그의 굴절률 변조를 적절히 조절하여 혼선을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 주요부를 보여준다. 다른 부분은 도 1의 광학헤드와 동일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)는 도 1 또는 도 2에 도시한 바와 같은 수직 정렬에서 벗어나 있다. 곧, 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)는 중첩되지 않는다. 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)가 중첩되지 않는 배열은 도 3에 도시한 배열외에도 다른 배열이 더 있을 수 있다. 예컨대, 수평적으로 제2 복합 홀로그램 광학요소(CH2)의 위치와 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH3)의 위치는 바뀔 수 있다. 제1 내지 제3 조명 홀로그램 광학요소(LH1, LH2, LH3)의 정렬은 도 1 또는 도 2와 동일할 수 있다. 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)가 서로 중첩되지 않게 배렬되어 있기 때문에, 광원으로부터 입사되는 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)는 서로 간섭없이 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)에 입사될 수 있다. 이후의 과정은 도 1에서 설명한 바와 같을 수 있다. 도 3의 경우, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)은 미러나 빔 스플리터 등을 거치지 않고, 제1 내지 제3 광원(60, 62, 64)으로부터 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)로 직접 입사될 수 있다. 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)은 각각 제1 내지 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH1, CH2, CH3)에 동시에 입사될 수도 있지만, 시간차를 두고 순차적으로 입사될 수도 있다.
도 4는 제1 복합 홀로그램 광학요소(CH1)에 적색광(R)이 입사되고, 제2 및 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH2, CH3)에는 광이 입사되지 않는 경우를 보여준다. 제2 또는 제3 복합 홀로그램 광학요소(CH2, CH3)에 대한 광 입사는 적색광(R) 입사가 완료된 후, 진행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드를 보여준다. 도 1의 광학헤드와 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 5를 참조하면, 광원부(P1)와 제1 광 도파관(20) 사이에 제5 광 도파관(80)이 구비되어 있다. 제5 광 도파관(80)은 도 1의 3개의 광 도파관(30, 40, 50)을 대신하는 것으로, 그 상부면에는 제6 복합 홀로그램 광학요소(CH6)와 제4 조명 홀로그램 광학요소(LH4)가 형성되어 있다. 제6 복합 홀로그램 광학요소(CH6)와 제4 조명 홀로그램 광학요소(LH4)는 상부면 대신에 제5 광 도파관(80)의 밑면에 형성될 수도 있다. 제6 복합 홀로그램 광학요소(CH6)는 광원부(P1)에서 입사되는 백색광의 일부는 제5 광 도파관(80)의 주어진 방향으로 회절시키고, 나머지는 투과시켜 제4 복합 홀로그램 광학요소(CH4)로 전달한다. 제5 광 도파관(80) 내로 회절된 광은 제5 광 도파관(80)을 따라 진행하여 제4 조명 홀로그램 광학요소(LH4)에 입사되고, 회절되어 평행광으로 방출된다. 제4 조명 홀로그램 광학요소(LH4)로부터 방출된 광은 광 변조기(72)로 입사된다. 광 변조기(72)로 입사된 광은 변조되어 홀로그래픽 후리에 렌즈(90)로 입사된다. 홀로그래픽 후리에 렌즈(90)는 입사광이 기록층(10) 상에 결상되도록 회절시킨다. 홀로그래픽 후리에 렌즈(90)는 도 1의 렌즈(74)를 대신하는 것으로 광 변조기(72) 아래에 구비될 수 있다. 홀로그래픽 후리에 렌즈(90)는 광 변조기(72)와 동일 광축 상에서 서로 접촉되거나 이격되게 구비될 수 있다. 도 5에서 제6 복합 홀로그램 광학요소(CH6)와 제4 조명 홀로그램 광학요소(LH4)는 각각 3개 층의 홀로그램을 포함할 수 있다. 3개 층의 홀로그램 각각은 R, G, B에 대응되는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 의한 홀로그램 광학기기용 광학헤드에서 홀로그램 광학요소의 두께와 굴절률 변조의 조절에 따라 믹싱되는 광들 사이에 혼선이 최소화되는 경우를 보여준다.
도 6의 (a)는 광들이 믹싱될 때, 나타날 수 있는 회절 중첩을 보여준다. 제1 그래프(G1)는 녹색광(G)에 대한 회절패턴을 보여준다. 제2 그래프(R1)는 적색광(R)에 대한 회절 패턴을 보여준다. 제1 및 제2 그래프(G1, R1)를 참조하면, 제1 그래프(G1)의 1차 회절 패턴(GP1)은 제2 그래프(R1)의 0차 회절패턴과 중첩되고, 제2 그래프(R1)의 1차 회절패턴(RP1)은 제1 그래프(G1)의 0차 회절패턴과 중첩되는 것을 볼 수 있다.
도 6의 (b)는 조명 홀로그램 광학요소와 복합 홀로그램 광학요소의 두께(d)와 굴절률 변조(△n)의 조절에 의해 회절패턴의 중첩이 사라진 것을 볼 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 제1 그래프(G1)의 0차 회절패턴은 제2 그래프(R1)의 회절패턴과 중첩되지 않고, 제2 그래프(R1)의 0차 회절패턴은 제1 그래프(G1)의 회절패턴과 중첩되지 않는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 조명 홀로그램 광학요소와 복합 홀로그램 광학요소의 두께(d)와 굴절률 변조(△n)의 조절에 의해, 믹싱되는 광들, 예컨대 적색광과 녹색광의 0차 회절패턴들의 중심이 조절되기 전보다 더 멀어진 것에 기인한다고 본다.
조명 홀로그램 광학요소와 복합 홀로그램 광학요소의 두께(d)와 굴절률 변조(△n)의 조절에 도 6의 (b)와 같이 믹싱되는 광들 사이에 중첩이 최소화되므로, 혼선은 최소화될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10: 기록층
20, 30, 40, 50, 80:제1 내지 제5 광 도파관
60, 62, 64:제1 내지 제3 광원
72:광 변조기 74:렌즈
90:홀로그래픽 후리에 렌즈
BS1, BS2:제1 및 제2 빔 스플리터 M1, M2:제1 및 제2 미러
CH1-CH6:제1 내지 제6 복합 홀로그램 광학요소
LH1-LH4:제1 내지 제4 조명 홀로그램 광학요소
P1:광원부

Claims (24)

  1. 홀로그램 기록층;
    홀로그램 기록용 기준광을 생성하는 기준광 생성부
    홀로그램 기록용 신호광을 생성하는 신호광 생성부 및
    상기 홀로그램 기록용 기준광 및 상기 홀로그램 생성용 신호광의 생성을 위한 광을 제공하는 광원부를 포함하고,
    상기 기준광 생성부와 상기 신호광 생성부는 순차적으로 적층되어 있고,
    상기 기준광 생성부와 상기 신호광 생성부는 모두 상기 홀로그램 기록층의 동일한 면 상에 배치되어 있고,
    상기 기준광 생성부와 상기 신호광 생성부는 상기 홀로그램 기록층의 상기 동일한 면에 수직한 방향으로 적층된 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 신호광 생성부는,
    순차적으로 적층된 복수의 광 도파관
    상기 복수의 광 도파관에 각각 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소
    상기 복수의 광 도파관으로부터 출력되는 광을 변조시키는 광 변조기 및
    상기 광 변조기로부터 방출되는 광을 상기 홀로그램 기록층에 집광시키는 렌즈를 포함하고,
    상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 각각 단일층의 홀로그램을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호광 생성부는,
    상기 광원부로부터 광이 입사되는 한 개의 광 도파관
    상기 한 개의 광 도파관에 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소
    상기 한 개의 광 도파관으로부터 출력되는 광을 변조시키는 광 변조기 및
    상기 한 개의 광 변조기로부터 방출되는 광을 상기 홀로그램 기록층에 집광시키는 렌즈를 포함하고,
    상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 각각 R, G, B에 각각 대응하는 3층의 홀로그램을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 광 도파관은 각각 R, G 및 B에 대응하는 것으로 순차적으로 적층된 3개의 광 도파관을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 상기 복수의 광 도파관의 상부면 또는 밑면에 구비된 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈는 후리에 렌즈인 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들은 서로 중첩되지 않도록 구비된 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들의 두께는 동일하거나 다른 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 광 도파관에 구비된 상기 조명 홀로그램 광학요소들의 두께는 동일하거나 다른 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 광 도파관에서 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소의 두께는 동일하거나 다른 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소들의 굴절률 변조는 동일하거나 다른 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈는 홀로그래픽 후리에 렌즈인 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준광 생성부는,
    광 도파관
    상기 광 도파관의 상부면에 구비된 상부 복합 홀로그램 광학요소 및
    상기 광 도파관의 밑면에 구비된 하부 복합 홀로그램 광학요소를 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 복합 홀로그램 광학요소는 각각 3개의 홀로그램층을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    제1 내지 제3 광원
    상기 제1 내지 제3 광원에서 방출된 광을 반사시키는 반사수단 및
    상기 반사수단으로부터 입사되는 광을 상기 신호광 생성부로 반사시키는 미러를 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 광원은 서로 다른 색의 광을 방출하는 레이저인 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사수단은 미러와 빔 스플리터를 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저는 연속(CW) 레이저 또는 준 연속 레이저인 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 복합 홀로그램 광학요소 각각에 광을 직접 주사하는 제1 내지 제3 광원을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드.
  20. 청구항 1의 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법에 있어서,
    상기 신호광 생성부는,
    광 도파관 및
    상기 광 도파관에 구비된 복합 홀로그램 광학요소와 조명 홀로그램 광학요소를 적어도 포함하고,
    적어도 상기 복합 홀로그램 광학요소의 두께와 굴절률 변조 중 적어도 하나를 조절하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 광 도파관은,
    순차적으로 적층된 복수의 광 도파관을 포함하고,
    각 광 도파관에 구비된 상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 단일층의 홀로그램을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 광 도파관은,
    단일 광 도파관이고,
    상기 복합 홀로그램 광학요소와 상기 조명 홀로그램 광학요소는 3층의 홀로그램을 포함하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 복합 홀로그램 광학요소들은 서로 중첩되지 않도록 구비된 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 복합 홀로그램 광학요소들 사이에 시간차를 두고 광을 조사하는 홀로그램 광학기기용 광학헤드의 동작방법.
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