KR20080071381A - 광검출 장치 및 이를 이용한 다층 홀로그래픽 정보 저장매체용 재생 장치 - Google Patents

광검출 장치 및 이를 이용한 다층 홀로그래픽 정보 저장매체용 재생 장치 Download PDF

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김지덕
이종서
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삼성전자주식회사
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Abstract

광검출 장치 및 이를 이용한 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 재생 장치를 개시한다. 홀로그래픽 정보 저장 매체에 다층으로 기록된 다수의 정보를 재생하기 위한 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 장치는, 기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체에서 회절하면서 발생한 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 재생신호빔들을 포커싱하는 포커싱 렌즈; 상기 초점이 서로 다른 다수의 재생신호빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 재생신호빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자; 상기 볼륨 홀로그램 소자에서 발생한 2차 재생신호빔들을 집속하는 푸리에 렌즈; 및 상기 푸리에 렌즈에 의해 집속된 2차 재생신호빔들을 검출하는 광검출기 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광검출 장치 및 이를 이용한 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 재생 장치{Photo detecting device and holographic data reproducing apparatus for multilayered holographic data storage medium using the same}
도 1은 일반적인 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에서 기준빔과 신호빔의 간섭에 의해 정보 저장 매체에 정보가 기록되는 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 개략적인 구성을 보이는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체에 다층으로 정보가 기록되는 단계를 예시적으로 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 재생 장치에서 볼륨 홀로그램 소자를 이용하여 정보가 재생되는 원리를 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 볼륨 홀로그램 소자 내에 간섭 패턴을 형성하는 방법을 개략적으로 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110.....광원 200.....렌즈 유닛
210.....제 1 렌즈 210A....제 1 플랫영역
210B....제 1 렌즈영역 220.....구동부
230.....제 2 렌즈 230A....제 2 렌즈영역
230B....제 2 플랫영역 250.....제 1 빔차단부
300.....정보 저장 매체 310.....기판
320.....제 1 버퍼층 320a....제 1 반사면
330.....기록층 340.....제 2 버퍼층
340a....제 2 반사면 350.....커버층
500.....재생 장치 510.....포커싱 렌즈
520.....볼륨 홀로그램 소자 530.....푸리에 렌즈
540.....광검출기 어레이 560.....제 2 빔차단부
본 발명은 광검출 장치 및 이를 이용한 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 재생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 빔들을 검출할 수 있는 광검출 장치 및 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체에서 발생한 초점이 서로 다른 다수의 신호빔들을 동시에 재생할 수 있는 재생 장치에 관한 것이다.
최근 홀로그램을 이용한 광저장 기술이 주목을 받고 있다. 홀로그램을 이용한 정보 저장법은 정보를 빛에 민감한 무기질 결정이나 혹은 폴리머 재료에 광학 간섭무늬의 형태로 저장하는 것이다. 광학 간섭무늬는 간섭성을 띄는 두 개의 레이저빔을 이용하여 형성하게 된다. 즉, 어떠한 데이터도 포함하지 않는 기준빔 및 소정의 데이터를 담은 신호빔이 간섭하여 형성되는 간섭무늬가 감광성 저장매체에 화학적 혹은 물리적 변화를 일으켜 기록되게 된다. 이렇게 기록된 간섭 패턴으로부터 정보를 재생하기 위해서는, 기록할 때의 광과 동일한 기준빔을 저장 매체에 기록된 간섭 패턴에 조사한다. 상기 간섭 패턴은 기준빔을 회절시키고, 이에 의해 신호빔이 복원되면서 정보가 재생된다.
도 1은 일반적인 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1의 정보 기록/재생 장치에서 기준빔과 신호빔의 간섭에 의해 정보 저장 매체에 정보가 기록되는 원리를 상세히 보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 크게 정보 기록 장치(20)와 정보 재생 장치(30)를 포함한다. 여기서, 정보 기록 장치(20)는 광원(21)과 빔스플리터(22) 및 포커싱 렌즈부(23)를 포함하며, 정보 재생 장치(30)는 대물렌즈(31) 및 광신호 검출부(32)를 포함한다. 한편, 포커싱 렌즈부(23)는 기준빔과 신호빔을 동시에 포커싱하기 위하여 다중 초점을 갖는다. 예컨대, 포커싱 렌즈부(23)는 제 1 초점을 갖는 제 1 영역과 제 2 초점을 갖는 제 2 영역을 가질 수 있다. 그러면, 포커싱 렌즈부(23)의 제 1 영역을 통과하는 빛은 제 1 초점(P)에 집속되고, 제 2 영역을 통과하는 빛은 제 2 초점(Q)에 집속된다. 따라서 광원(21)으 로부터 출력된 레이저빔이 제 1 영역 및 제 2 영역으로 동시에 투사되면, 제 1 초점에 집속되는 제 1 레이저빔 및 제 2 초점에 집속되는 제 2 레이저빔으로 분류된다. 여기서, 상기 제 1 레이저빔과 제 2 레이저빔 중 어느 하나는 신호빔이 되고 다른 하나는 기준빔이 된다. 따라서, 신호빔과 기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체(10) 내의 소정의 영역에서 간섭을 일으키고, 이에 대응되는 홀로그래픽 정보가 간섭 패턴의 형태로 홀로그래픽 정보 저장 매체(10)에 기록된다.
재생시에는, 기준빔만을 상기 홀로그래픽 정보 저장 매체(10)에 조사한다. 예컨대, 포커싱 렌즈부(23)의 제 1 영역을 통과하는 빛을 기준빔으로 정하였다면, 재생시에는 상기 포커싱 렌즈부(23)의 제 1 영역으로만 빛을 통과시킨다. 그러면, 홀로그래픽 정보 저장 매체(10) 내의 간섭 패턴에 의해 회절되어 발생한 신호빔이 대물렌즈(31)를 통해 광신호 검출부(32)에 포커싱됨으로써 재생될 수 있다.
한편, 이러한 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에는 비트 단위로 정보를 기록/재생하는 방식과 2차원 신호패턴의 정보를 페이지 단위로 기록/재생하는 방식이 있다. 페이지 단위로 정보를 기록/재생할 경우에는, 매우 빠른 기록/재생이 가능하고 기록밀도를 크게 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 대면적의 고속 입출력소자 및 고해상도의 광학계 등을 필요로 하기 때문에, 제조 비용이 지나치게 많이 드는 등의 단점이 있다. 따라서, 비교적 저렴하게 제조할 수 있는 비트 단위 기록/재생 방식에서, 기록밀도를 증가시키고 기록/재생 속도를 향상시킬 필요가 있다. 이에 따라, 동일한 기준빔에 대해 신호빔의 초점을 달리함으로써 홀로그래픽 정보 저장 매체의 동일 위치에 다층으로 정보를 기록하는 방식이 제안되었다. 이러 한 방식에서, 정보를 재생하기 위하여 홀로그래픽 정보 저장 매체에 기준빔을 조사하면 동축 상에서 초점이 각각 다른 다수의 신호빔이 발생하게 된다. 따라서, 초점이 다른 다수의 신호빔들을 동시에 검출할 수 있는 재생 장치가 요구된다.
본 발명은 상기한 필요성에 따라 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 홀로그래픽 정보 저장 매체의 동일 위치에 다층으로 기록된 다수의 정보를 동시에 재생할 수 있는 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 빔들을 검출할 수 있는 광검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 유형에 따른 볼륨 홀로그램 소자의 제조 방법은, 일정한 간격으로 배열된 다수의 광원들을 포함하는 광원 어레이 및 감광성 재료를 렌즈의 양쪽 측면에 각각 배치하는 제 1 단계; 상기 광원 어레이의 광원들 중 하나의 광원을 ON 시켜, 상기 광원에서 방출된 제 1 광을 상기 렌즈를 통해 상기 감광성 재료에 입사시키는 제 2 단계; 상기 감광성 재료 내의 제 1 광의 위치와 대응하는 위치에 초점을 가지며, 제 1 광에 대해 간섭성이 있는 제 2 광을 상기 감광성 재료에 입사시켜, 상기 제 1 광과 제 2 광 사이의 간섭에 의해 발생된 간섭 패턴을 상기 감광성 재료 내에 형성시키는 제 3 단계; 및 상기 광원 어레이의 나머지 광원들에 대해 제 2 단계 및 제 3 단계를 차례로 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 유형에 따른 광검출 장치는, 동축 상의 서로 다른 위치에 초 점이 형성되는 다수의 입사빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자; 상기 볼륨 홀로그램 소자에서 발생한 2차 빔들을 집속하는 푸리에 렌즈; 및 상기 푸리에 렌즈에 의해 집속된 2차 빔들을 검출하는 광검출기 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 푸리에 렌즈와 볼륨 홀로그램 소자의 중심 사이의 거리 및 상기 푸리에 렌즈와 광검출기 어레이 사이의 거리는 푸리에 렌즈의 초점 거리와 같은 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 볼륨 홀로그램 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 및 광폴리머 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 광검출기 어레이는 다수의 포토다이오드를 배열한 포토다이오드 어레이 또는 CCD 일 수도 있다.
한편, 홀로그래픽 정보 저장 매체에 다층으로 기록된 다수의 정보를 재생하기 위한 본 발명의 다른 유형에 따른 홀로그래픽 재생 장치는, 기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체에서 회절하면서 발생한 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 재생신호빔들을 포커싱하는 포커싱 렌즈; 상기 초점이 서로 다른 다수의 재생신호빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 재생신호빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자; 상기 볼륨 홀로그램 소자에서 발생한 2차 재생신호빔들을 집속하는 푸리에 렌즈; 및 상기 푸리에 렌즈에 의해 집속된 2차 재생신호빔들을 검출하는 광검출기 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 볼륨 홀로그램 소자는 상술한 제조 방법으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다층 홀로그래픽 정보 저장 매체용 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 정보 기록 장치(100)와 정보 재생 장치(500)를 포함한다. 여기서, 정보 기록 장치(100)는 동일한 기준빔에 대해 신호빔의 초점을 달리함으로써 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 동일 위치에 다층으로 정보를 기록하기 위한 구성을 갖는다. 또한, 정보 재생 장치(500)는 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 동일 위치에 다층으로 기록된 다수의 정보를 동시에 재생하기 위한 구성을 갖는다.
먼저, 도 3에 예시적으로 도시된 홀로그래픽 정보 기록 장치(100)의 구성에 대해 설명한다. 도 3을 참조하면, 홀로그래픽 정보 기록 장치(100)는, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)를 향하여 레이저빔을 조사하는 광원(110), 상기 광원(110)에서 조사되는 레이저빔을 제 1 영역(Ⅰ)을 통과하는 기준빔(R)과 제 2 영역(Ⅱ)을 통과하는 신호빔(S)으로 분류하여 집속하는 렌즈 유닛(200), 및 상기 렌즈 유닛(200)을 구동시키기 위한 구동부(220)를 포함한다. 한편, 광원(110)과 렌즈 유닛(200) 사이에는 광원(110)의 배치 상태에 따라 광의 경로를 바꾸어 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)를 향하게 하기 위한 빔스플리터(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 또한 광원(110)에서 방출된 광을 콜리메이팅 하는 콜리메이팅 렌즈(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 기준빔과 신호빔의 분류는 예시적인 것이며, 제 1 영역(Ⅰ)을 통과하는 광이 신호빔이고 제 2 영역(Ⅱ)을 통과하는 광이 기준빔으로 구성되는 것도 가능하다. 이하에서는, 제 1 영역(Ⅰ)을 통과하는 광이 기준빔(R)이고 제 2 영역(Ⅱ)을 통과하는 광이 신호빔(S)인 것으로만 설명한다.
상기 렌즈 유닛(200)은 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(230)를 포함한다. 제 1 렌즈(210)는 신호빔(S)을 제 1 초점(F1)에 집속하기 위한 것이며, 제 2 렌즈(230)는 기준빔(R)을 제 2 초점(F2)에 집속하기 위한 것이다. 이를 위하여, 제 1 렌즈(210)는 신호빔(S)에 대응되는 영역만이 굴절력을 갖도록 구성된다. 제 1 렌즈(210)의 영역은 굴절력이 없는 제 1 플랫영역(210A)과 제 1 플랫영역(210A) 주위로 형성되어 굴절력을 갖는 제 1 렌즈영역(210B)으로 구성되어 있다. 제 1 플랫영역(210A)은 기준빔(R)을 포함하는 광빔이 통과하는 영역이고, 제 1 렌즈영역(210B)은 신호빔(S)을 포함하는 광빔이 통과하는 영역이다.
또한, 제 2 렌즈(230)는 기준빔에 대응되는 영역만이 굴절력을 갖도록 구성된다. 제 2 렌즈(230)의 영역은 굴절력을 갖는 제 2 렌즈영역(230A)과 제 2 렌즈영역(230A) 주위로 형성되는 영역으로 굴절력이 없는 제 2 플랫영역(230B)으로 구성되어 있다. 제 2 렌즈영역(230A)은 기준빔(R)에 해당하는 광빔이 통과하는 영역으로, 제 2 렌즈영역(230A)을 통과한 기준빔(R)이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 내의 제 2 초점(F2)에 집속되도록 구성된다. 제 2 플랫영역(230B)은 신호빔(S)을 포함하는 광빔이 통과하는 영역으로, 평평하게 형성되어 굴절력이 없게 구성된다.
한편, 제 1 빔차단부(250)가 제 2 렌즈(230)와 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 빔차단부(250)는 제 1 렌즈(210)의 제 1 플랫영역(210A)과 제 2 렌즈(230)의 제 2 플랫영역(230A)을 모두 통과하는 광빔, 즉 신호빔이나 기준빔에 해당하지 않는 광빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 입사되지 않도록 차단한다. 예컨대, 상기 제 1 빔차단부(250)는 빔이 투과되는 투사면적을 조절할 수 있는 조리개로 구성될 수 있다.
그러나, 렌즈 유닛(200)의 구성은 상술한 제 1 렌즈(210) 및 제 2 렌즈(230)의 형상에 한정되지 않으며, 광빔을 신호빔과 기준빔으로 분류하여 제 1 초점(F1) 및 제 2 초점(F2)에 집속하게 하는 구성이면 어떤 구조이든지 가능하다. 예를 들어, 제 1 렌즈(210)의 제 1 플랫영역(210A)은 개구로 구성될 수도 있다. 또한, 제 2 렌즈(230)는 단순히 기준빔에 대응되는 구경을 갖는 대물렌즈로 구성될 수도 있다. 또한, 제 1 플랫영역(210A)과 제 2 렌즈영역(230A)은 각각에 대응되는 광이 일치하고, 제 1 렌즈영역(210B)과 제 2 플랫영역(230B)도 각각에 대응되는 광이 일치하게 형성될 수 있다. 이 경우 제 1 빔차단부(250)는 필요하지 않을 수 있다.
구동부(220)는 제 1 렌즈(210)의 제 1 초점(F1)이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 깊이 방향을 따라 가변되도록 제 1 렌즈(210)를 구동하는 것이다. 구동부(220)로는 예를 들어, 보이스코일모터, 압전 초음파모터 등이 채용될 수 있다.
홀로그래픽 정보 저장 매체(300)는 기록층(330)을 포함하는 다층 구조로 이루어진다. 예를 들어, 상기 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)는 기판(310) 위에 제 1 버퍼층(320), 기록층(330), 제 2 버퍼층(340), 커버층(350)이 순차 적층된 구조 로 되어 있다. 제 1 반사면(320a)은 기판(310)과 제 1 버퍼층(320)의 경계면으로 부분 반사 특성을 갖도록 형성된다. 제 2 반사면(340a)은 제 2 버퍼층(340)과 커버층(350) 사이의 경계면으로 부분 반사 특성을 갖도록 형성된다.
한편, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 동일 위치에 다층으로 기록된 다수의 정보를 동시에 재생하기 위한 홀로그래픽 정보 재생 장치(500)는 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 대하여 렌즈 유닛(200)과 반대편에 배치되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 재생 장치(500)는 포커싱 렌즈(510), 볼륨 홀로그램 소자(520), 푸리에 렌즈(530) 및 광검출기 어레이(540)를 포함하고 있다. 포커싱 렌즈(510)는, 기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)를 투과하면서 발생한 다수의 재생신호빔을 볼륨 홀로그램 소자(520)에 포커싱하는 역할을 한다. 볼륨 홀로그램 소자(520)는 초점이 서로 다른 다수의 재생신호빔들을 각각 회절시켜, 진행 방향이 각각 다른 2차 재생신호빔을 발생시키는 역할을 한다. 푸리에 렌즈(530)는 볼륨 홀로그램 소자(520)에서 발생한 2차 재생신호빔들을 집속하여 광검출기 어레이(540)에 포커싱하는 역할을 한다. 이를 위하여, 푸리에 렌즈(530)와 볼륨 홀로그램 소자(520)의 중심 사이의 거리 및 푸리에 렌즈(530)와 광검출기 어레이(540) 사이의 거리는 모두 푸리에 렌즈(530)의 초점 거리(f)와 같은 것이 바람직하다. 광검출기 어레이(540)는, 예컨대, CCD와 같은 2차원 광검출기를 사용할 수도 있고, 다수의 포토다이오드를 배열한 포토다이오드 어레이를 사용할 수도 있다. 상술한 구성의 홀로그래픽 정보 재생 장치(500)에 따르면, 초점이 각각 다른 재생신호빔들이 광검출기 어레이(540)의 서로 다른 위치에 포커싱되기 때문에, 다수의 재 생신호빔들을 동시에 검출하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그래픽 정보 재생 장치(500)는 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)로부터의 광신호 중에서 재생빔에 해당하는 광만을 검출하기 위해, 재생빔이 아닌 광을 차단하는 제 2 빔차단부(560)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제 2 빔차단부(560)는 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)를 투과한 기준빔을 차단할 수 있다. 제 2 빔차단부(560)로는, 예를 들어, 투사면적을 조절할 수 있는 조리개가 채용될 수 있다. 도 3에서, 상기 제 2 빔차단부(560)는 포커싱 렌즈(510)의 전방에 위치된 것으로 도시되어 있으나, 포커싱 렌즈(510)의 후방에 배치되는 것도 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치가 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 다층으로 홀로그래픽 정보를 기록하고, 이를 재생하는 동작을 상세하게 설명한다.
광원(110)에서 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)를 향해 조사된 광빔은 정보를 포함하지 않는 기준빔(R)과 기록하고자 하는 정보를 담은 신호빔(S)을 포함하고 있다. 신호빔(S)은, 예를 들어, 저장하고자 하는 정보에 따라 빛의 세기가 변조된 레이저빔으로 구성된다. 기준빔(R)을 포함하는 광은 제 1 렌즈(210)의 제 1 플랫영역(210A)을 그대로 투과한다. 제 1 플랫영역(210A)을 투과한 광빔 중 기준빔(R)에 해당하는 광은 제 2 렌즈(230)의 제 2 렌즈영역(230A)으로 향하고, 나머지는 제 2 렌즈(230)의 제 2 플랫영역(230B)을 향한다. 제 2 렌즈영역(230A)를 투과한 기준빔(R)은 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 소정 위치의 제 2 초점(F2)을 향해 집 속된다. 여기서, 상기 제 2 초점(F2)은, 트래킹 및 포커싱 서보 제어를 위하여 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 제 2 반사면(340a) 상에 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 제 1 플랫영역(210A)과 제 2 플랫영역(230B)을 투과한 광은 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 입사되지 않도록 제 1 빔차단부(250)에 의해 차단된다.
신호빔(S)에 해당하는 광은 제 2 렌즈(230)의 제 2 플랫영역(230B)을 통과한 후 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 내의 소정 위치의 제 1 초점(F1)을 향해 집속된다. 여기서, 제 1 초점(F1)의 위치는 도시된 위치에 한정되지 않으며, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 기록층(330)에서 기준빔(R)과 신호빔(S)의 간섭이 일어나 간섭무늬를 형성할 수 있는 위치이면 어느 위치이든지 가능하다. 본 발명에 따르면, 구동부(220)는 제 1 초점(F1)의 위치가 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 깊이 방향을 따라 가변하도록 제 1 렌즈(210)를 구동시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 제 1 초점(F1)의 이동에 의해 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 기록층(330) 내에서 기준빔(R)과 신호빔(S)의 간섭이 일어나는 위치가 변함으로써, 다층으로 정보가 기록되는 것을 예시적으로 도시한 것이다. 도 4a 내지 도 4d 각각은 제 1 초점(F1)이 제 1 면(d1) 내지 제 4 면(d4)에 형성된 경우를 보인다. 여기서, 제 1 면(d1) 내지 제 4 면(d4)은 신호빔의 제 1 초점(F1)이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 깊이 방향으로 이동하는 것을 보이기 위해 도시한 것이며, 물리적인 경계면을 의미하는 것은 아니다. 제 1 초점(F1)이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 깊이 방향으로 이동함에 따라, 기준빔(R)과 신호빔(S)의 간섭무늬가 형성되는 위치도 조금씩 달라진다. 제 1 초점(F1)이 이동하는 간격은 형성 된 간섭무늬의 분리 재생이 가능한 범위 내에서 적절히 결정할 수 있다. 제 1 초점(F1)은 제 1 버퍼층(320) 내에서 이동하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 기준빔(R)과 신호빔(S)의 간섭에 의한 간섭무늬가 기록층(330) 내에서 이동되며 형성되는 범위 내라면, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 내의 다른 층으로 제 1 초점(F1)이 이동되는 것도 가능하다. 이렇게 함으로써, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 동일 위치 내에 다수의 정보를 기록하는 것이 가능해진다.
한편, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 기록된 정보를 재생하기 위해서는, 제 2 렌즈(230)의 제 2 렌즈영역(230A)을 통해 기준빔(R)만을 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 조사한다. 그러면, 기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에서 회절하면서, 초점이 각각 다른 다수의 재생신호빔(RS)들이 한꺼번에 발생한다. 도 3에서는 편의상 하나의 재생신호빔(RS)만을 도시하고 있다. 이렇게 발생한 재생신호빔(RS)들은 포커싱 렌즈(510)에 의해 볼륨 홀로그램 소자(520) 내에 포커싱된다.
도 5a 내지 도 5c는 볼륨 홀로그램 소자(520) 내에 포커싱되는 다수의 재생신호빔(RS)들의 진행 경로를 예시적으로 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 포커싱 렌즈(510)에 의해 포커싱된 재생신호빔(RS1~RS3)들의 초점은 볼륨 홀로그램 소자(520) 내의 서로 다른 위치에 형성한다. 예컨대, 제 1 재생신호빔(RS1)은 상기 볼륨 홀로그램 소자(520)의 입사면 가까이에 초점이 형성되며, 제 2 재생신호빔(RS2)은 볼륨 홀로그램 소자(520)의 중심부 가까이에 초점이 형성되고, 제 3 재생신호빔(RS3)은 볼륨 홀로그램 소자(520)의 입사면으로부터 가장 먼 위치에 초 점이 형성된다. 도면에서는 편의상 재생신호빔(RS1~RS3)들을 도 5a 내지 도 5c에 각각 나누어 도시하고 있으나, 실제로는 재생신호빔(RS1~RS3)들이 볼륨 홀로그램 소자(520)에 한꺼번에 입사한다는 점을 유의하여야 한다.
볼륨 홀로그램 소자(520)는 미리 형성된 간섭 패턴을 내부에 포함하고 있어서, 각각의 재생신호빔(RS1~RS3)들을 회절시켜 진행 방향이 서로 다른 2차 재생신호빔을 발생시킨다. 예컨대, 제 1 재생신호빔(RS1)이 볼륨 홀로그램 소자(520)에 의해 회절되어 발생한 제 1 2차 재생신호빔(RS1')은, 도면에서 푸리에 렌즈(530)의 우측으로 진행하여 광검출기 어레이(540)의 우측에 집속된다. 또한, 제 2 재생신호빔(RS2)이 볼륨 홀로그램 소자(520)에 의해 회절되어 발생한 제 2 2차 재생신호빔(RS2')은, 도면에서 푸리에 렌즈(530)의 중심을 통과하여 광검출기 어레이(540)의 중앙에 집속된다. 그리고, 제 3 재생신호빔(RS3)이 볼륨 홀로그램 소자(520)에 의해 회절되어 발생한 제 3 2차 재생신호빔(RS3')은, 도면에서 푸리에 렌즈(530)의 좌측으로 진행하여 광검출기 어레이(540)의 좌측에 집속된다. 결과적으로, 볼륨 홀로그램 소자(520) 내의 서로 다른 위치에 초점이 형성된 재생신호빔(RS1~RS3)들에 의해 발생한 2차 재생신호빔(RS1'~RS3')들은 광검출기 어레이(540)의 서로 다른 위치에 집속된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 내의 동일 위치에 저장된 다수의 정보를 동시에 검출 및 재생하는 것이 가능하게 된다.
도 6a 내지 도 6c는 상술한 볼륨 홀로그램 소자(520) 내에 간섭 패턴을 미리 형성하는 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 먼저, 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 푸리에 렌즈(530) 양측의 초점 위치에 광원 어레이(550)와 볼륨 홀로그램 소자(520)를 배치한다. 즉, 푸리에 렌즈(530)와 광원 어레이(550) 사이의 거리는 푸리에 렌즈(530)의 초점거리(f)와 같고, 푸리에 렌즈(530)와 볼륨 홀로그램 소자(520)의 중심 사이의 거리도 역시 푸리에 렌즈(530)의 초점거리(f)와 같다. 광원 어레이(550)는 일정한 간격으로 배열된 다수의 광원(550a~550n)들을 포함한다. 볼륨 홀로그램 소자(520)의 재료로는 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)의 기록층(330)의 재료와 동일한 감광성 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 또는 광폴리머 등을 볼륨 홀로그램 소자(520)의 재료로 사용할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)와 마찬가지로, 볼륨 홀로그램 소자(520)도 광의 간섭 또는 회절이 일어나는 부분만이 감광성 재료로 이루어지고, 나머지 부분은 투명한 커버층으로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제 1 광원(550a)을 ON 시켜 제 1 광원(550a)에서 방출된 광(L1)이 푸리에 렌즈(530)를 통해 볼륨 홀로그램 소자(520)의 내부로 진행하도록 한다. 이와 동시에, 특정한 초점 위치를 가지며 z-축 방향으로 진행하는 또 다른 광(L2)을 볼륨 홀로그램 소자(520)의 측면을 통해 볼륨 홀로그램 소자(520)의 내부로 입사시킨다. 여기서, 두 개의 광(L1,L2)들은 서로 간섭될 수 있도록 파장과 위상이 조절되어야 한다. 특히, 홀로그래픽 정보 저장 매체(300)에 정보를 기록할 때 사용한 신호빔 및 기준빔과 동일한 파장을 가져야 한다. 그러면, 두 개의 광(L1,L2)들이 서로 간섭하여 발생한 간섭 패턴이 볼륨 홀로그램 소자(520) 내의 특정 위치(빗금친 부분)에 기록된다.
계속해서, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 제 k 광원(550k)을 거쳐 제 n 광원(550n)까지 나머지 광원들을 연속하여 차례대로 ON 시키고, 각각의 광원들에서 방출된 광(L1)을 푸리에 렌즈(530)를 통해 볼륨 홀로그램 소자(520)에 입사시킨다. 이와 동시에 각각의 광원들에서 방출된 광(L1)에 대응하는 초점 위치를 가지며, 광(L1)에 대해 간섭성이 있는 광(L2)들을 볼륨 홀로그램 소자(520)에 차례로 입사시킨다. 이렇게 함으로써, 볼륨 홀로그램 소자(520) 내의 z-축 상의 서로 다른 위치에 각각 간섭 패턴들을 다중으로 기록할 수 있다.
이렇게 만들어진 볼륨 홀로그램 소자(520)를 이용하여 2차 재생빔을 생성하고 검출하는 방법은 두 가지가 있다.
먼저, 도 6a 내지 도 6c의 광원 어레이(550)의 위치에 광원 어레이(550) 대신에, 도 5a 내지 도 5c와 같이 광검출기 어레이(540)를 위치시킨다. 그리고, 특정 초점을 갖는 광을 광(L2)의 진행 방향과 반대 방향(즉, -z-축 방향)으로 상기 볼륨 홀로그램 소자(520)에 입사시키면, 위상공액 홀로그램(phase conjugate hologram)의 원리에 따라, 기록시에 상기 초점에 대응하였던 광(L1)이 재생되어 푸리에 렌즈(530)를 통해 광검출기 어레이(540)의 특정 위치로 입사하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 장치(500)를 구성할 때, 광원 어레이(550)의 위치에 광검출기 어레이(540)를 위치시키고, 도 6a 내지 도 6c에서 광(L2)이 입사한 면에 반대쪽 면이 도 3의 포커싱 렌즈(510)와 대향하도록 볼륨 홀로그램 소자(520)를 배치시킨다. 그러면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 초점 위치가 각각 다른 재생신호빔들을이 광검출기 어레이(540)의 서로 다른 위치에 입사하도록 하는 것이 가능하다.
다른 방법으로, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 볼륨 홀로그램 소자(520)를 중심으로 하여 푸리에 렌즈(530)와 광원 어레이(550)에 대칭이 되는 위치에, 별도의 푸리에 렌즈(530')와 광검출기 어레이(540')를 위치시킨다. 그리고, 특정 초점을 갖는 광을 광(L2)의 진행 방향과 동일한 방향(즉, +z-축 방향)으로 상기 볼륨 홀로그램 소자(520)에 입사시킨다. 그러면, 기록시에 상기 초점에 대응하였던 광(L1)이 재생되어 푸리에 렌즈(530')를 통해 광검출기 어레이(540')의 특정 위치로 입사하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 장치(500)를 구성할 때, 도 6a 내지 도 6c의 푸리에 렌즈(530)와 광원 어레이(550)의 반대쪽 위치에 별도의 푸리에 렌즈(530')와 광검출기 어레이(540')를 위치시키고, 광(L2)이 입사한 면이 도 3의 포커싱 렌즈(510)와 대향하도록 볼륨 홀로그램 소자(520)를 배치시킨다.
지금까지, 볼륨 홀로그램 소자(520)를 사용하여 홀로그래픽 정보 저장 매체(300) 내의 동일 위치에 저장된 다수의 정보를 동시에 검출 및 재생하는 방법에 대해 설명하였다. 그러나, 상기 볼륨 홀로그램 소자(520)는 홀로그래픽 정보 재생 장치 뿐만 아니라 다양한 다른 장치에도 응용이 가능하다. 즉, 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 입사빔들을 검출하고, 그 검출 결과를 이용하는 다양한 장치에 모두 응용할 수 있다. 예컨대, 미지의 초점 위치를 갖는 광을 볼륨 홀로그램 소자(520)에 입사시켜, 상기 광의 초점이 형성되는 위치를 정확하게 계산하는 것이 가능하다. 이를 이용하면, 카메라 등의 자동 포커싱 장치에도 볼륨 홀로그램 소자(520)를 사용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 볼륨 홀로그램 소자를 이용한 홀로그래픽 재생 장치는 홀로그래픽 정보 저장 매체의 동일 위치에 다층으로 기록된 다수의 정보를 동시에 재생하는 것이 가능하다. 따라서, 고속의 데이터 재생이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 재생빔들을 재생하기 위하여 광검출기들을 상기 축 방향으로 기계적으로 이동시킬 필요가 없다.
또한, 본 발명에 따르면, 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 빔들을 검출할 수 있는 광검출 장치를 제공할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 일정한 간격으로 배열된 다수의 광원들을 포함하는 광원 어레이 및 감광성 재료를 렌즈의 양쪽 측면에 각각 배치하는 제 1 단계;
    상기 광원 어레이의 광원들 중 하나의 광원을 ON 시켜, 상기 광원에서 방출된 제 1 광을 상기 렌즈를 통해 상기 감광성 재료에 입사시키는 제 2 단계;
    상기 감광성 재료 내의 제 1 광의 위치와 대응하는 위치에 초점을 가지며, 제 1 광에 대해 간섭성이 있는 제 2 광을 상기 감광성 재료에 입사시켜, 상기 제 1 광과 제 2 광 사이의 간섭에 의해 발생된 간섭 패턴을 상기 감광성 재료 내에 형성시키는 제 3 단계; 및
    상기 광원 어레이의 나머지 광원들에 대해 제 2 단계 및 제 3 단계를 차례로 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 입사빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈와 감광성 재료의 중심 사이의 거리 및 상기 렌즈와 광원 어레이 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점 거리와 같은 것을 특징으로 하는 볼륨 홀로그램 소자 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성 재료는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 및 광폴리머 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼륨 홀로그램 소자 제조 방법.
  4. 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 입사빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자;
    상기 볼륨 홀로그램 소자에서 발생한 2차 빔들을 집속하는 푸리에 렌즈; 및
    상기 푸리에 렌즈에 의해 집속된 2차 빔들을 검출하는 광검출기 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 푸리에 렌즈와 볼륨 홀로그램 소자의 중심 사이의 거리 및 상기 푸리에 렌즈와 광검출기 어레이 사이의 거리는 푸리에 렌즈의 초점 거리와 같은 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 볼륨 홀로그램 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 및 광폴리머 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 광검출기 어레이는 다수의 포토다이오드를 배열한 포토다이오드 어레이 또는 CCD 인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  8. 홀로그래픽 정보 저장 매체에 다층으로 기록된 다수의 정보를 재생하기 위한 홀로그래픽 재생 장치에 있어서,
    기준빔이 홀로그래픽 정보 저장 매체에서 회절하면서 발생한 동축 상의 서로 다른 위치에 초점이 형성되는 다수의 재생신호빔들을 포커싱하는 포커싱 렌즈;
    상기 초점이 서로 다른 다수의 재생신호빔들을 각각 회절시켜 진행 방향이 각각 다른 2차 재생신호빔들을 발생시키는 볼륨 홀로그램 소자;
    상기 볼륨 홀로그램 소자에서 발생한 2차 재생신호빔들을 집속하는 푸리에 렌즈; 및
    상기 푸리에 렌즈에 의해 집속된 2차 재생신호빔들을 검출하는 광검출기 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 푸리에 렌즈와 볼륨 홀로그램 소자의 중심 사이의 거리 및 상기 푸리에 렌즈와 광검출기 어레이 사이의 거리는 푸리에 렌즈의 초점 거리와 같은 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 볼륨 홀로그램 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 및 광폴리머 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 장치.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 광검출기 어레이는 다수의 포토다이오드를 배열한 포토다이오드 어레이 또는 CCD 인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 볼륨 홀로그램 소자는 제 1 항의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 장치.
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