KR102630028B1 - 홀로그래픽 프린팅 시스템 및 이를 이용한 홀로그래픽 프린팅 방법 - Google Patents

홀로그래픽 프린팅 시스템 및 이를 이용한 홀로그래픽 프린팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템이 개시된다. 상기 시스템은, 광원; λ/4만큼의 위상지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자; 및 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광의 자가간섭을 통해 파면이 복제되어 프린팅되는 광학 부재;를 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 상기 광원과 상기 기하위상 홀로그래픽 소자, 상기 광학 부재는 일렬로 배치되어 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면, 상기 기하위상 홀로그래픽 소자와 상기 광학 부재는 일정 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 일정 거리는 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광이 자가간섭이 이루어질 수 있는 거리만큼 이격되어 제공될 수 있다.

Description

홀로그래픽 프린팅 시스템 및 이를 이용한 홀로그래픽 프린팅 방법{HOLOGRAPHIC PRINTING SYSTEM AND HOLOGRAPHIC PRINTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 홀로그래픽 프린팅 시스템 및 이를 이용한 홀로그래픽 프린팅 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 자가간섭을 이용한 홀로그래픽 프린팅 시스템 및 이를 이용한 홀로그래픽 프린팅 방법에 관한 발명이다.
홀로그래픽 프린터 기술은 구현하는 방식에 따라 크게 파면 프린터와 스테레오그램 프린터로 구분된다. 이러한 기술들은 실제 물체의 3차원 정보를 홀로그래픽 간섭 정보를 통해 매질에 기록하는 방식이며 전세계적으로 많은 기업들이 산업에 적용하기 위한 연구결과를 지속적으로 발표하고 있다.
도 1은 기존의 홀로그래픽 파면 프린팅 시스템의 광학계 모식도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 기존의 홀로그래픽 파면 프린팅을 위한 광학계를 구성하기 위해서는 고출력 레이저 광원을 사용함으로써, 단파장 및 높은 가간섭성(coherence)을 가지는 광원이 요구된다. 또한, 무빙 스테이지와 빔을 분리 및 합쳐주기 위해 각각의 경로를 두 경로로 나누는 방식(two-beam interference 기법)을 사용함에 따라 진동 등에 취약한 정교한 간섭 광학계가 요구된다는 단점을 가진다. 또한 동일한 홀로그래픽 프린팅물을 다수 복제/제작함에 있어서도 고가의 SLM (spatial light modulator) 등의 광학 시스템이 요구되는 문제가 있었다. 이러한 기존의 홀로그래픽 프린팅 시스템은 제작 가능한 홀로그래픽 프린팅 소재의 회절 효율을 감소시키며, 제작 단가 또한 높아지는 원인이 되었다.
본 발명의 일 과제는 기존의 가간섭성 광원을 이용하지 아니하고 홀로그래픽 프린팅을 수행할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 일 과제는 위상 지연 값을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자를 이용한 홀로그래픽 프린팅 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템이 개시된다. 상기 시스템은, 광원; λ/4만큼의 위상지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자; 및 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광의 자가간섭을 통해 파면이 복제되어 프린팅되는 광학 부재;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 광원과 상기 기하위상 홀로그래픽 소자, 상기 광학 부재는 일렬로 배치되어 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 이는 편광 자가간섭계 기반 홀로그래픽 프린팅 시스템일 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 기하위상 홀로그래픽 소자와 상기 광학 부재는 일정 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 일정 거리는 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광이 자가간섭이 이루어질 수 있는 거리만큼 이격되어 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 기하위상 홀로그래픽 소자는 상기 광원으로부터 입사된 빛의 50%는 입사된 빛과 동일한 편광 성분으로 투과시키고, 상기 광원으로부터 입사된 빛의 나머지 50%는 입사된 빛을 변조시킨 편광 성분으로 투과되어 자가 편광간섭을 가지도록 광학 부재를 홀로그래픽 프린팅 시킬 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 광학 부재는 λ/2만큼의 위상 지연을 가지도록 광학적 이방성 소자를 추가적으로 코팅 및 패턴된 광축분포로 정렬되어 프린팅을 완료할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 광원은 비간섭성(incoherent) 광원을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 예시에 따르면, 홀로그래픽 프린팅 시스템을 이용하여 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 방법이 개시된다.
일 예시에 따르면, 상기 광원과 상기 기하위상 홀로그래픽 소자, 광학 부재를 정렬하여 배치하는 단계; 상기 광원을 통해 광을 상기 기하위상 홀로그래픽 소자로 입사시키는 단계; 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 발생하는 광의 자가간섭을 통해 상기 광학 부재에 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 단계; 상기 광학 부재에 후처리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 광학 부재가 배치되는 위치는, 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 발생하는 복수의 광이 다시 만나 간섭 패턴을 형성하는 위치에 배치될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 광학 부재에 후처리를 수행하는 단계는, λ/2만큼의 위상 지연을 가지도록 광학적 이방성 소자를 추가적으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 자가 간섭 기법을 이용함으로써 소형화된 광학계로 홀로그래픽 프린팅이 가능하며, 줄어든 광학계 오차에 따라 기존 광학계 대비 기록에서 발생되는 광학적 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 자가 간섭 기법을 이용하여 간섭되는 두 빔 간의 경로차가 매우 짧으므로, 간섭성이 거의 없는 비간섭성 광원을 사용하여 홀로그래픽 프린팅이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기존의 홀로그래픽 프린팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 예시에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템을 통해 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 예시에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 예시에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 프린팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부' 및 '~모듈' 은 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부' 및 '~모듈'이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부' 및 '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부' 및 '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부' 및 '~모듈'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부' 및 '~모듈'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 예시에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 예시에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)에 따르면, 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)은 광원(10), 기하위상 홀로그래픽 소자(20), 광학 부재(30)를 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면 광원(10)과 기하위상 홀로그래픽 소자(20), 광학 부재(30)는 일렬로 배치되어 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 광원(10)은 비간섭성 광원일 수 있다. 본 발명에 따른 광원(10)은 일 예시에 따르면 LED 광원일 수도 있다. 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)에서의 광원(10)은 기존의 홀로그래픽 프린팅 시스템과 같이 가간섭 거리(coherence length)가 매우 긴 특성을 가지는 광원만을 적용할 수 있었던 것과 달리, LED와 같은 가간섭성이 없는 비간섭성 광원을 사용하여 구현이 가능한 효과가 있다. 이를 통해 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)의 부피 경량화, 가격 저감 측면에서 장점을 가진다. 본 발명의 다른 일 예시에 따르면, 광원(10)은 간섭성 광원을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 λ/4(QWP: Quarter waveplate) 만큼의 위상지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자일 수 있다. 본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 90도만큼의 위상지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자일 수 있다.
홀로그래픽 소자란, 홀로그램 간섭패턴을 기록하는 매질인 Photo-polymer, silver-halide, photo-resistor 등을 이용하여 초박형 및 고회절효율 특성을 가지는 홀로그래픽 광학소자이다. 홀로그래픽 소자는 최근 AR, VR, MR과 같은 가상현실 디스플레이의 도파로 및 이미징 광소자로 활발히 응용된다. 홀로그래픽 소자 중 기하위상 홀로그래픽 소자(GPH, Geometrical Phase Holographic Optical Element)는 입사되는 편광 특성에 따라 다른 광학특성을 보이는 홀로그래픽 소자를 의미한다. 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 경우, 해당 소자를 구성하는 광학적 이방성층의 주기 및 위상 지연 정도에 따라 플랫(flat)한 특성과 편광 선택적 특성을 구현할 수 있으며, 임의의 원하는 파형을 재생하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 λ/4(QWP: Quarter waveplate) 만큼의 위상지연을 가지도록 제공되어, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)로 입사되는 광원(10)의 일부는 그대로 투과시키고, 나머지는 변조시키며 기하위상 홀로그래픽 소자(20)로부터 투과된 광과 변조된 광의 자가간섭을 통해 형성되는 패턴을 광학 부재(30) 상에 프린팅 할 수 있다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 소자는, 편광 간섭 현상을 기반으로 하여, 임의의 파면을 복제 가능한 기하위상 홀로그래픽 소자(20)(GPH: Geometrical Phase Hologram)를 기반으로 광학 부재(30) 상에 임의의 파면을 복제할 수 있다.
광학 부재(30) 상에는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)로부터 도출된 광의 자가간섭을 통해 홀로그래픽 프린팅이 수행될 수 있다. 광학 부재(30)는 유리일 수 있다. 그러나 광학 부재(30)의 재질은 이에 한정되지 아니하고 빛의 자가간섭을 통해 파면이 기록될 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 광학 부재(30)의 일 측면에는 광배향막이 코팅될 수 있다. 광학 부재(30)의 일 측면에는 광배향막이 코팅되고, 광배향막 상에는 자가간섭으로 형성된 간섭 패턴이 기록될 수 있다. 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템은 편광 자가간섭계를 기반으로 한 홀로그래픽 프린팅 시스템일 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)을 통해 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 따르면 광원(10)과 기하위상 홀로그래픽 소자(20) 및 광학 부재(30)가 일렬로 배치된 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)이 개시된다. 도 3은 파면 복제용 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 이용한 파면 복제 프린팅 시스템을 나타낸다.
도 3에 따르면, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 광원(10)으로부터 입사된 광을 투과 또는 변조시킬 수 있다. 본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 λ/4만큼의 위상 지연을 가지도록 설계되어, 광원(10)으로부터 입사된 빛의 50%는 입사된 빛과 동일한 편광 성분으로 투과시키고, 광원(10)으로부터 입사된 빛의 나머지 50%는 입사된 빛을 변조시킨 편광 성분으로 투과시킬 수 있다. 일 예시에 따르면 광원(10)으로부터 입사된 빛의 나머지 50%는 입사된 빛을 변조시킨 편광 성분으로 투과되어 자가 편광간섭을 가지도록 광학 부재를 홀로그래픽 프린팅 할 수 있다. 일 예시에 따르면, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 원편광 빛이 입사될 시 입사된 빛의 50%는 기존 기록된 파면과 동일한 파면으로 변조되며, 나머지 50%의 빛은 입사 전 파면과 동일한 특성을 유지 한 채 투과하게 된다. 또한, 변조된 파면은 원편광 상태가 직교 원편광으로 변환되며, 변조되지 않은 파면은 입사 원편광 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 파면이 분리되어 제공되는 두 광파는 광배향막이 코팅된 광학 부재(30) 상에서 자가 간섭(self-interference)을 통해 편광 간섭 패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 패턴된 광축분포로 정렬되어 프린팅이 완료될 수 있다. 이 때 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 입사된 빔은 자체적으로 분리 및 변조된 뒤 간섭패턴을 형성하는 자가간섭 시스템을 가지기 때문에, 두 파면광 간의 매우 짧은 광경로를 가질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 경우 기존의 홀로그래픽 프린터와는 달리 비간섭성 광원(10)을 이용하여 파면 복제를 위한 편광간섭 패턴을 광학 부재(30) 상에 형성된 광배향막 상에 형성할 수 있다. 그 뒤, 간섭 패턴이 형성된 광학 부재(30) 상에 λ/2 QWP 홀로그래픽 소자 제작을 위한 두께만큼 광학적 이방성 소자를 코팅 및 정렬하는 과정을 수행할 수 있다. 도 3을 참조하면, 복제된 광학 부재(30')의 재생되는 파면 특성을 나타낸다.
일 예시에 따르면, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)와 광학 부재(30)는 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 일정 거리는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에서 투과되는 광이 자가간섭이 이루어질 수 있는 거리만큼 이격되어 제공될 수 있다.
즉 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)은, 복제하고자 하는 파면 정보를 포함하고 있는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 이용하여, 동일한 파면을 재생하기 위한 홀로그래픽 프린팅 시, 도 1과 같은 복잡한 광학계와 고가의 고출력의 고간섭성 레이저 광원(10) 없이도, 홀로그래픽 프린팅이 가능한 장점이 존재한다.
도 4는 본 발명의 일 예시에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 따르면 임의의 파면을 복제하기 위한, λ/4만큼의 위상 지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 생성할 수 있는 광학계가 개시된다.
도 4에 따른 광학계는 빔을 분리 및 결합하기 위한 PBS(polarization beam splitter), 파면을 기록하기 위한 오브젝트(object), 각기 위상 변조된 직교 원편광쌍의 조합에 따른 편광간섭을 위한 QWP(Quarter waveplate)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 광학계를 통해 광배향막이 코팅된 소자 상에 오브젝트에 대한 간섭 패턴을 기록할 수 있고, 기록된 소자 위에 λ/4 QWP 조건을 만족하는 두께만큼 액정 또는 광반응성 소자를 코팅 및 정렬함으로써, 파면 복제를 위한 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 제작할 수 있다. 이 때, 오브젝트의 파면 정보는 λ/4 QWP 제작 소자의 광축 분포 형태로 저장된다. 일 예시에 따르면, 도 4의 실시예에서 복제하고자 하는 파면 특성은 오브젝트를 통해서도 유도(투과광 또는 반사 산란광)될 수 있으나, SLM을 이용하여 디지털 홀로그래피(digital holography) 형태로 파면 변조가 이루어질 수도 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 예시에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a) 내지 도 5(b)는 본 발명에 따른 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 광을 투과시킨 경우 투과되는 광과 변조되는 광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
아래의 수식 (1)은 임의의 편광을 가지는 빛이 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 입사될 때의 광학 특성을 나타내는 수식이다. 임의의 편광을 가지는 빛은 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 의해 좌원편광, 우원편광 성분으로 분리 및 위상 변조 되어 회절 되며, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 위상 지연값에 따라 회절 되지 못하고 입사편광이 유지되는 0차 항(term)이 결정된다.
(1)
즉, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 위상 지연값에 따라 0차 항 및 회절되는 항(term)은 아래 수식 (2), (3)과 같이 정의된다. 즉 이하의 수식에 따르면, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 위상 지연 값이 λ/4 만큼의 값을 가진다면 0차 항과 회절되는 항은 각각 50%씩의 효율을 가지고 분리될 수 있다.
(2)
(3)
따라서, 기하위상 홀로그래픽 소자(20) 상에 좌원편광(LCP)이 입사될 경우, 입사된 빛의 50%는 우원편광(RCP)으로 변화되면서 회절되며, 나머지 50%는 편광을 좌원편광(LCP)으로 유지한 채로 투과하게 된다. 이와 같이 좌원편광, 우원편광으로 강도가 50:50으로 분리된 2개의 빛을 이용하여 QWP 조건의 패턴을 동일하게 복제할 수 있는 효과가 있다.
도 5(a)는 도 4의 일 실시예에 따라 제작된 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 입사된 빔의 광 특성에 대한 일 실시예를 나타낸다. 좌원편광으로 입사한 빛은 변조된 우원편광(focusing bema)과 편광 성분이 유지된 좌원편광(collimating beam)으로 변조 및 분리됨을 확인 할 수 있다. 이 때, 두 빛이 다시 만나는 지점에서 기록 매질을 두고 기록하면 앞 단의 기하위상 홀로그래픽 소자(20)의 파면이 자가 간섭을 통해 기록이 되는 효과가 있다.
도 5(b)는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에 입사되는 빛의 편광 특성을 조절함에 따라 볼록렌즈 및 오목렌즈의 특성을 모두 구현할 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
기하위상 홀로그래픽 소자(20)는 매우 얇은 두께(< 3 μm)를 가지면서 기존의 벌키(bulk)한 광학 소자의 특성을 구현할 수 있고, 광 효율 또한 선택 편광 조건에서 이론적으로 100%에 달하는 매우 높은 효율을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 홀로그래픽 프린팅 시스템(1)으로 제작된 광학 부재(30), 즉 λ/2 기하위상 홀로그래픽 렌즈의 동작 특성을 나타낸다. 우원편광의 빔이 입사 될 경우, 이미지는 볼록렌즈로 작동하여 오브젝트 이미지가 포커싱 된 이미지가 획득되며, 좌원편광의 빔이 입사될 경우 디포커싱(defocusing) 된 이미지가 획득 되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 홀로그래픽 프린터의 기록 시, 기판에 형성되는 편광 간섭 맵 개념도를 나타낸다. 좌원편광과 우원편광이 각각 분리되어 포커싱(focusing) 및 평행화(collimating) 되며 두 빔의 위상 차이에 따라, 선편광이 모듈레이션 됨을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 프린팅 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8에 따르면, 광원(10)과 기하위상 홀로그래픽 소자(20), 광학 부재(30)를 정렬하여 배치하고, 광원(10)을 통해 광을 상기 기하위상 홀로그래픽 소자(20)로 입사시킬 수 있다. 이 때 광학 부재(30)가 배치되는 위치는, 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에서 발생하는 복수의 광이 다시 만나 간섭 패턴을 형성하는 위치에 배치될 수 있다. 기하위상 홀로그래픽 소자(20)에서 발생하는 광의 자가간섭을 통해 광학 부재(30)에 홀로그래픽 프린팅을 수행한 후, 광학 부재(30)에 후처리를 수행하여 홀로그래픽 프린팅을 수행할 수 있다. 이 때 광학 부재(30)에 후처리를 수행하는 단계는, λ/2만큼의 위상 지연을 가지도록 광학적 이방성 소자를 추가적으로 코팅할 수 있다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 방법에 따르면, 기존의 광학계와 달리, λ/4만큼의 위상 지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 이용한 자가 간섭을 통해 효율 100%, 즉 λ/2만큼의 위상지연을 가지는 홀로그래픽 소자를 복제할 수 있음을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 방법은 기존의 방식인 PBS를 사용해 2개의 빔을 직접 분리한 뒤 여러 광학계를 거쳐 합치는 방식이 아닌 1개의 빔에서 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 투과 한 뒤 분리/변조된 뒤 간섭패턴이 형성되는 자가간섭 현상을 이용하므로 간섭된 두 빔의 경로차는 매우 짧으며, 빔을 분리한 뒤 합쳐주기 위한 복잡한 광학계가 존재하지 않아, 파면 복제 시 발생되는 간섭 노이즈도 최소화할 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 기술은 자가간섭(self-interference) 현상을 기반으로 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 복제하는 원리로써, 임의의 파면 복제 프린팅을 위한 λ/4만큼의 위상지연 값을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 이용해, 회절효율 100%를 가지는 λ/2 만큼의 위상지연 값을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 복제하여 프린팅 하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 기술은 무빙 스테이지를 이용하여 기록하는 기존 파면 복제 프린팅 시스템(> 1day) 대비, 파면 복제를 위해 기하위상 홀로그래픽 소자(20)를 이용한 자가 간섭계를 통해 무빙 스테이지 없이 빠른 기록 및 제작이 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 홀로그래픽 프린팅 기술은 two-beam interference를 위해 요구되는 정교하고 벌키(bulky)한 기존 광학계와 비교하여, 자가 간섭 기법을 이용함으로써 소형화된 광학계로 기록이 가능하며, 줄어든 광학계 오차에 따라 기존 광학계 대비 기록에서 발생되는 광학적 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한 자가 간섭을 이용한 파면 프린팅 시스템의 경우, 간섭되는 두 빔간의 경로차는 매우 짧게 형성되며, 이에 따라 간섭성이 거의 없는 비간섭성 광원(10)을 사용 할 수 있으며 이는 실제 고출력의 간섭성이 긴 가간섭성 레이저(coherence laser)를 사용하는 방식과 대비하여 산업적 측면에서 많은 이점을 가지는 효과가 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
1 : 홀로그래픽 프린팅 시스템
10 : 광원
20 : 기하위상 홀로그래픽 소자
30 : 광학 부재

Claims (9)

  1. 광원;
    λ/4만큼의 위상지연을 가지는 기하위상 홀로그래픽 소자; 및
    상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광의 자가간섭을 통해 파면이 복제되어 프린팅되는 광학 부재;를 포함하는 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 기하위상 홀로그래픽 소자, 상기 광학 부재는 일렬로 배치되어 제공되는 편광 자가간섭계 기반 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기하위상 홀로그래픽 소자와 상기 광학 부재는 일정 거리만큼 이격되어 배치되며,
    상기 일정 거리는 상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 투과되는 광이 자가간섭이 이루어질 수 있는 거리만큼 이격되어 제공되는 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기하위상 홀로그래픽 소자는 상기 광원으로부터 입사된 빛의 50%는 입사된 빛과 동일한 편광 성분으로 투과시키고, 상기 광원으로부터 입사된 빛의 나머지 50%는 입사된 빛을 변조시킨 편광 성분으로 투과되어 자가 편광간섭을 가지도록 상기 광학 부재를 홀로그래픽 프린팅 하는 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 부재는 λ/2만큼의 위상 지연을 가지도록 광학적 이방성 소자를 추가적으로 코팅 및 패턴된 광축분포로 정렬되어 프린팅을 완료하는 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 비간섭성(incoherent) 광원을 포함하는 홀로그래픽 프린팅 시스템.
  7. 제1항에 따른 홀로그래픽 프린팅 시스템을 이용하여 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 광원과 상기 기하위상 홀로그래픽 소자, 광학 부재를 정렬하여 배치하는 단계;
    상기 광원을 통해 광을 상기 기하위상 홀로그래픽 소자로 입사시키는 단계;
    상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 발생하는 광의 자가간섭을 통해 상기 광학 부재에 홀로그래픽 프린팅을 수행하는 단계;
    상기 광학 부재에 후처리를 수행하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 프린팅 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학 부재가 배치되는 위치는,
    상기 기하위상 홀로그래픽 소자에서 발생하는 복수의 광이 다시 만나 간섭 패턴을 형성하는 위치에 배치되는 홀로그래픽 프린팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학 부재에 후처리를 수행하는 단계는,
    λ/2만큼의 위상 지연을 가지도록 광학적 이방성 소자를 추가적으로 코팅하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 프린팅 방법.
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