KR102501363B1 - 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 시스템에 관한 것으로, 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 입사빔을 형성하는 광원부(100);거울, 모터구동 이동스테이지로 구성된 거울 이동부(310); 홀로그램 기록매질, 모터구동 이동스테이지로 구성된 피복사체 이동부(320); 마스터 홀로그램으로 구성된 복사체부(200);로 구성되어, 여러 개의 빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 빔을 입사빔으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 방법에 관한 것으로 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중빔을 형성하는 광원부에서 생성된 다중빔을 입사빔으로 사용하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제시스템을 이용하고, 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키고 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부의 거울을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되고, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것으로,
본발명은 복사체를 피복사체에 복제 또는 복사함에 있어서, 다중빔을 이용하여 1회의 1차원 선형 스캔만으로 전체 복제영역을 균일하게 복제할 수 있으며, 노출에너지의 균일성이 높은 현저한 효과가 있다.

Description

거울 이동 기반의 홀로그램 복제 방법 및 시스템{Hologram replication method and system based on mirror movement}

본 발명은 홀로그램 복제 방법 및 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복사체(마스터 홀로그램)을 피복사체(홀로그램 기록매질)에 복제(또는 복사)함에 있어서, 노출에너지의 균일성을 높이기 위하여, 입사빔이 피복사체의 전방에 놓인 거울을 통하여 입사되도록 구성을 하며, 거울을 이동시킴에 따라 입사빔이 스캔되는 거울 이동 기반의 입사빔 스캔방식 및 피복사체의 이동방식을 제안하는 홀로그램 복제 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본발명에서 서술하는 대표적인 용어로서, 복사체는 마스터 홀로그램. 복제할 내용을 가지고 있는 원본 홀로그램이다. 피복사체는 홀로그램 기록매질. 복제할 내용이 옮겨져 갈 대상. 복제과정이 끝나면 복제품이 되는 물체이다. 복제 홀로그램은 복제작업의 결과물. 피복사체에 복사내용이 옮겨진 것으로 마스터 홀로그램의 복제품이다. 홀로그래피(holography)는 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭현상을 이용하여 입체정보를 기록하고 재생하는 기술을 의미하며, 홀로그램(hologram)은 그 기술로 촬영된 것을 가리킨다.

일반적으로 홀로그래피는 완벽한 3차원 영상을 제공할 수 있으며, 신용카드의 위조방지 및 소프트웨어의 복제방지, 지폐 또는 서류의 위조방지, 광통신, 홀로그램 아트 등 다양한 응용분야에 사용되고 있다.

근래에는 광학 기능을 갖춘 홀로그램 광학 소자 (HOE; holographic optical elements)의 구현에 많은 관심이 집중되고 있는데, HOE는 높은 회절효율과 협대역 주파수 특성, 그리고 여러가지 광학기능을 하나의 소자로 구현가능하기 때문에 비행기와 자동차의 정보 표시를 위한 HUD(head-up display), 증강현실용 HMD(head mounted display), 2D/3D 디스플레이용 스크린 등에 널리 활용되고 있다. 홀로그래피 기술은 향후 더 광범위한 응용 분야에 적용될 것으로 예상된다.

이처럼 다양한 응용분야와 응용사례에 대응하기 위해서는 향후에 홀로그램의 대량 생산과 보급이 필요하기 때문에 홀로그램 생산 및 복제 기술이 필수적이다.

홀로그램 복제란 복사체(마스터 홀로그램, 원본 홀로그램)에 저장되어 있는 간섭정보를 피복사체(홀로그램 기록매질)에 옮기는 것을 의미한다.

홀로그램 복제 기술은 복제기술의 특징에 따라 구분될 수 있다.

먼저 기계식과 광학식 방법으로 구분될 수 있는데, 기계식 복제기술은 엠보싱 홀로그램이 대표적인 기술로서, 마스터 홀로그램 정보를 가진 복사체(보통 금속판)을 물리적인 힘으로 피복사체(필름류)에 찍어서 피복사체의 표면에 양각 또는 음각 패턴을 새기는 기술을 뜻한다.

광학식 복제기술은 복사체와 피복사체에 간섭성 빛(보통 레이저빔)을 조사함으로써 홀로그램이 복사되는 기술을 뜻하며, 광학식에서 피복사체는 주로 포토폴리머 또는 실버할라이드 같은 감광성 기록매질이 사용된다.

본 발명에서 제안하는 방식은 광학식 복제, 필름 형태의 복사체 및 피복사체에 주안점을 두고 서술한다.

광학식 복제에 쓰이는 마스터 홀로그램은 일반적으로 레이저와 같은 간섭성(coherence)이 높은 빛으로 구성된 기준빔과 물체빔 사이의 간섭패턴 정보를 포토폴리머(photopolymer) 또는 실버할라이드 같은 감광성 홀로그램 기록매질에 기록하여 제작된다.

또한 복제는 복사체과 피복사체를 밀착 또는 근접시킨 후에 기준빔을 입사시키면 이루어지는데, 이 때에 광원인 레이저빔을 변형하여 평행빔(collimated beam)을 입사빔으로 주로 사용한다.

홀로그램 복제 구조는 마스터 홀로그램 생성된 방법에 따라서 크게 투과형과 반사형으로 분류되는데, 그 구조적인 차이를 살펴보면 입사빔 기준으로 복사체와 피복사체의 배치 순서가 반대임을 알 수 있다.

투과형에서는 그와 반대로 입사빔이 복사체를 먼저 통과한 다음에 피복사체를 만나고, 반면에 반사형에서는 입사빔이 피복사체를 먼저 통과한 다음에 복사체를 만난다.

광학식 복제에 사용되는 입사빔의 광원은 높은 간섭성이 요구되기 때문에 레이저가 주로 사용되는데, 레이저 광원의 특징은 일반적으로 공간적인 세기분포가 2차원 등방성 가우시안 분포를 가진다는 것이다.

레이저 광원은 일반적인 렌즈류의 광학소자(예, 볼록·오목 렌즈 또는 거울 등)를 통하여 단순하게 확대·축소될 수 있는데, 이 경우에도 확대·축소된 빔의 에너지 최대 진폭이나 빔의 폭은 변화되지만 그 세기분포는 여전히 2차원 등방성 가우시안 분포가 유지된다.

복제에 사용되는 입사빔(또는 기준빔)의 세기(또는 에너지)가 공간적으로 균일할수록 피복제품(복제 홀로그램)의 품질이 높아진다.

상대적으로 균일성이 높은 입사빔을 생성하는 한 가지 방법으로, 가우시안 분포의 최대값 인근 영역만을 뽑아서 사용하는 것인데, 이 방법은 구현이 쉽고 간단한 것이 장점인 반면에 에너지 손실이 무척 크고 비효율적인 것이 단점이다.

따라서 이 방법은 대면적 홀로그램 복제에는 적합하지 않으며, 그 이유는 다음과 같다.

첫째, 현실적으로 구입가능한 레이저의 최대 출력이 제한적이기 때문이다.

둘째, 복제작업에 필요한 빔 노출시간이 무척 길어진다.

셋째, 대구경 렌즈, 원거리 광원 등으로 인하여 시스템의 부피가 커진다.

넷째, 고출력 레이저나 대구경 렌즈 등으로 인하여 시스템 구현 비용이 높아진다.

다섯째, 일부 광학부품의 경우, 긴 제작기간이 필요할 수 있다.

그리고 종래특허기술로서 공개특허공보 공개번호 10-2008-0009000호에는 기록 데이터를 담지한 홀로그램을 복제 홀로그램 기록 매체 상에 복제하기 위해 사용되는 복제 마스터를 제조하기 위한 장치이며, 레이저 광원으로부터의 광선을 동축 빔과 마스터-제조용 참조 빔으로 분할하는 빔 스플리터와, 상기 동축 빔에 대해 공간 광변조를 실시하여, 소정의 참조 빔과 기록 데이터에 대응하는 신호 빔이 동축적으로 배열되는 변조된 동축 빔을 발생시키는 공간 광 변조기와, 복제 홀로그램 기록 매체를 복제할 때 발생되는 수차를 미리 보정하면서, 상기 변조된 동축 빔을 복제 마스터의 기록층에 집광하기 위한 집광 수단과, 마스터-제조용 참조 빔과 변조된 동축 빔 사이의 간섭에 의해 홀로그램이 형성되는 기록층의 위치를 이동시키기 위한 홀로그램-형성-위치 이동 수단을 포함하는 복제 마스터 제조 장치가 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-2136552호에는 회절 광학 소자인 마스터가 표면에 형성된 레이저 투과성의 마스터롤을 회전시키고, 그리고 감광재료를 메인롤 표면에 부착한 상태로 이송하면서 수행되는 투과형 홀로그래픽 광학소자의 복제 방법이고, 상기 방법은 마스터롤을 향하여 레이저 라인빔을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 조사된 레이저 라인빔이 마스터롤 내부를 거쳐 마스터롤 표면의 마스터를 투과한 후 감광재료에 조사될 수 있도록 수행되며, 상기 레이저 라인빔을 마스터롤 표면에 대해서 조사하고, 상기 마스터롤의 크기는 상기 메인롤의 크기보다 작은 투과형 홀로그래픽 광학소자의 복제 방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래특허기술들은 짧은 노출시간에 대면적 홀로그램 복제가 어려운 단점이 있었다.

홀로그램 복제에 관한 선행연구 중에서 2018년에 Makoto Okui는 작은 광학 시스템으로 대형 홀로그램을 복제할 수 있는 스팟 스캐닝(spot scanning) 방법을 제안하였다.

이 기술은 작은 입사빔에 대하여 2차원 스캔을 통하여 대면적 복제를 구현하는 기술로서, 접촉식 소면적 복제기술과 2차원 스캐닝 기술을 접목하여 균일한 빔노출을 실현하였고, 효율적이고 고품질의 복제가 가능함을 보였다. 그런데 이 기술은 장시간의 빔노출시간이 필요하다.

또한 이 기술은 소량 복제에는 적합하지만, 대량 복제에는 제약 사항이 적지 않을 것으로 보인다.

본 발명에서는 거울 이동을 기반으로 입사빔을 1차원 스캔함으로써, 대면적 홀로그램 복제가 가능한 복제 기술, 복제 순서, 그리고 복제 시스템을 제안한다.

본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 시스템에 관한 것으로, 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 입사빔을 형성하는 광원부(100);거울, 모터구동 이동스테이지로 구성된 거울 이동부(310); 홀로그램 기록매질, 모터구동 이동스테이지로 구성된 피복사체 이동부(320); 마스터 홀로그램으로 구성된 복사체부(200);로 구성되어, 여러 개의 빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 빔을 입사빔으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 방법에 관한 것으로 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중빔을 형성하는 광원부에서 생성된 다중빔을 입사빔으로 사용하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제시스템을 이용하고, 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키고 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부의 거울을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되고, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 복사체를 피복사체에 복제 또는 복사함에 있어서, 다중빔을 이용하여 1회의 1차원 선형 스캔만으로 전체 복제영역을 균일하게 복제할 수 있으며, 노출에너지의 균일성이 높은 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래의 홀로그램 복제의 기본개념도
도 2는 종래의 스팟스캐닝방법도
도 3은 본발명의 블록도
도 4는 본발명의 스캔빔의 기본개념도
도 5는 본발명의 스캔빔의 구성도
도 6은 본발명의 스캔빔의 에너지 분포도
도 7은 본발명의 복제시스템 개념도
도 8은 본발명의 복제 과정의 동작 순서도
도 9는 본발명의 복제시스템에 대한 광학적 실험구성도
도 10은 본발명의 복제시스템에 대한 광학적 실험구성 사진
도 11은 본발명의 복제시스템을 이용한 복제실험 결과 사진

본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 시스템에 관한 것으로, 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 입사빔을 형성하는 광원부(100);거울, 모터구동 이동스테이지로 구성된 거울 이동부(310); 홀로그램 기록매질, 모터구동 이동스테이지로 구성된 피복사체 이동부(320); 마스터 홀로그램으로 구성된 복사체부(200);로 구성되어, 여러 개의 빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 빔을 입사빔으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복사체와 피복사체는 각자 투명기판에 부착되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본발명은 거울 이동 기반의 홀로그램 복제방법에 관한 것으로 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중빔을 형성하는 광원부에서 생성된 다중빔을 입사빔으로 사용하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제시스템을 이용하고, 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키고 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부의 거울을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되고, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구성은 광원부, 거울 이동부, 피복사체 이동부, 복사체부로 구성된다.

여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 입사빔을 형성하는 광원부, 거울, 모터구동 이동스테이지, 부속물 등으로 구성된 거울 이동부, 홀로그램 기록매질, 모터구동 이동스테이지, 부속물 등으로 구성된 피복사체 이동부, 마스터 홀로그램, 부속물 등으로 구성된 복사체부로 구성된다.

본 발명에서는 여러 개의 빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 빔을 입사빔으로 사용한다.

각각의 작은 빔(원소빔)은 그 세기분포가 2차원 가우시안이며, 평행빔을 전제로 한다.

이러한 다중빔을 이용하면 1회의 1차원 선형 스캔만으로 전체 복제영역을 균일하게 복제할 수 있다.

다중빔을 구성하는 원소빔의 간격(Δy)을 조절하면, 입사빔의 공간적인 에너지 분포(Max.와 Min.)를 조절할 수 있다.

나열간격(Δy)를 작게 하면, 합성에너지의 최대치(Max.)와 최소치(Min.)의 차이가 줄어들어서 입사빔의 균일성이 높아지게 되지만, 다중 입사빔의 구성에 필요한 원소빔들의 수가 늘어나야 한다.

따라서 복제면적(원소빔의 면적과 수량)과 복제품질(빔 균일도) 사이에 절충이 필요하다.

본 발명에서는 홀로그램 복제를 위한 거울 이동 기반의 입사빔 스캔 방법과 이를 적용하는 시스템을 제안한다.

도 7과 같이 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 최대한 근접시킨다.

복사체와 피복사체는 각자 투명기판(유리판 등)에 부착되는데, 피복사체용 투명기판의 경우에는 한 장의 기판에 여러 장의 기록매질을 붙일 수 있도록 충분한 길이를 가져야 한다.

다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부의 거울을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 된다.

입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행된다.

도 8은 본 발명에서 제안하는 방식에서 행해지는 복제과정의 동작 순서를 나타낸다.

HM 은 마스터홀로그램이고, H1, H2, H3은 홀로그램기록매질이다.

① 거울 우측 이동→입사빔 우측 스캔→H1 복제 수행

② 입사빔 차단→H2 위치 이동

③ 거울 좌측 이동→입사빔 좌측 스캔→H2 복제 수행

④ 입사빔 차단→H3 위치 이동

⑤ 거울 우측 이동→입사빔 우측 스캔→H3 복제작업 수행된다.

도 9는 본 발명의 복제시스템에 대한 광학적 실험구성도이다.

도 10은 본 발명의 복제시스템에 대한 광학적 실험구성 사진이다.

도 11은 본 발명의 복제시스템을 이용한 복제실험 결과 사진이다.

마스터 홀로그램과 각각 R, G, B 레이저로 복제된 복제 홀로그램의 재생 사진이다.

따라서 본발명은 복사체를 피복사체에 복제 또는 복사함에 있어서, 다중빔을 이용하여 1회의 1차원 선형 스캔만으로 전체 복제영역을 균일하게 복제할 수 있으며, 노출에너지의 균일성이 높은 현저한 효과가 있다.

HM : 마스터홀로그램
H1, H2, H3 : 홀로그램기록매질
100 : 광원부 200 : 복사체부
310 : 거울이동부 320 : 피복사체 이동부
10 : 다중빔 생성모듈
21 : 거울이동 스테이지 22 : 피복사체 이동스테이지
30 : 거울
40 : 렌즈 50 : 셔터
60 : 레이저

Claims (3)

1. 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 입사빔을 형성하는 광원부(100); 거울, 모터구동 이동스테이지로 구성된 거울 이동부(310); 홀로그램 기록매질, 모터구동 이동스테이지로 구성된 피복사체 이동부(320); 마스터 홀로그램으로 구성된 복사체부(200);로 구성되어, 여러 개의 빔을 공간적으로 나열하여 다중화된 빔을 입사빔으로 사용하는 것으로,
   상기 여러 개의 평행빔이 공간적으로 나열된 다중빔을 거울(30)을 이동시킴으로써 모터이동 스테이지에 의한 1회 거울 이동에 1회 복제가 수행되는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 시스템에 있어서,
   상기 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키며, 복사체와 피복사체는 각자 투명기판에 부착되며, 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부(310)의 거울(30)을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되며, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것을 특징으로 하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제 시스템
2. 삭제
3. 여러 개의 평행빔을 공간적으로 나열하여 다중빔을 형성하는 광원부에서 생성된 다중빔을 입사빔으로 사용하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제시스템을 이용하고, 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키고 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부의 거울을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되고, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것으로, 상기 여러 개의 평행빔이 공간적으로 나열된 다중빔 및 이동 거울을 이용한 1차원 선형 스캐닝에 따른 다중빔 차단 순서 및 모터구동 이동스테이지에 의한 피복사체인 홀로그램 기록매질 이동순서를 포함하는 홀로그램 복제 방법에 있어서,
   상기 복사체와 피복사체는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키며, 복사체와 피복사체는 각자 투명기판에 부착되며, 다수의 평행빔으로 구성된 입사빔이 조사되는 상태에서 거울 이동부(310)의 거울(30)을 이동시키면, 입사빔이 이동되면서 피복사체와 복사체를 스캔하게 되며, 입사빔이 복사체와 피복사체의 중첩구간을 스캔하고 빔노출이 누적되면서, 홀로그램 복제가 수행되는 것으로,
   복제과정의 동작 순서는 복사체가 투명기판에 부착되며 위치가 고정된 마스터홀로그램(HM)에 대해, 피복사체가 투명기판에 부착되는 홀로그램기록매질들(H1, H2, H3)이 위치가 이동되는 것으로,
   거울 우측 이동→입사빔 우측 스캔→H1 복제 수행단계;
   입사빔 차단→H2 위치 이동단계;
   거울 좌측 이동→입사빔 좌측 스캔→H2 복제 수행단계;
   입사빔 차단→H3 위치 이동단계;
   거울 우측 이동→입사빔 우측 스캔→H3 복제작업 수행되는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 거울 이동 기반의 홀로그램 복제방법

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