KR20140005740A - 고속 홀로그램 기록 장치 - Google Patents

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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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Abstract

홀로그램 기록 장치가 개시된다. 개시된 홀로그램 기록 장치는, 간섭성 광원과, 광원으로부터 출사된 빔을 신호빔과 참조빔으로 분리하는 빔 분리소자와, 입사되는 신호빔을 복수로 분할하여 서로 다른 방향으로 편향시켜 복수의 신호빔을 만드는 제1광학요소를 구비하여, 동시에 서로 다른 위치에 복수의 호겔을 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체에 조사하도록 된 신호빔 형성유닛 및 참조빔을 홀로그램 기록매체 상의 복수의 신호빔과 겹쳐지게 조사되도록 하는 참조빔 형성유닛을 포함한다.

Description

고속 홀로그램 기록 장치{Apparatus for high speed recording of hologram}
홀로그램을 기록하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한번에 여러 호겔을 기록하여 고속으로 홀로그램을 기록할 수 있는 장치에 관한 것이다.
홀로그램 기술은 신호를 담고 있는 신호빔과 참조빔 사이의 간섭무늬를 기록함으로써 신호를 입체영상으로 재생할 수 있는 기술이다. 홀로그램 기술은 입체 영상의 기록 및 재생, 위조 방지 및 진품 확인, 디지털 데이터의 기록 및 재생 등의 분야에서 다양하게 활용될 수 있다. 또한, 평판 형태의 감광성 매체 상에 미세한 간섭무늬를 화소(또는 홀로그램 픽셀, 호겔(hogel)) 단위로 기록하여, 2차원 평면상에서 3차원 영상을 볼 수 있도록 하는 홀로그램 기술이 상용화되고 있다.
홀로그램에는 후방 투사형 홀로그램과 반사형 홀로그램이 있다. 후방 투사형홀로그램은 매체를 투과한 광이 입체 영상을 담고 있는 방식이며, 반사형 홀로그램은 매체에서 반사된 광이 입체 영상을 담고 있는 방식이다. 특히, 반사형 홀로그램은 풀-컬러 및 완전시차(full-parallax)를 갖는 영상을 기록/재생할 수 있고, 계조 표현이 가능하다.
홀로그램의 기록은 일반적으로, 동일 광원에서 방출된 빔을 분할하여 신호빔과 참조빔을 만들고, 신호빔을 광변조한 후, 감광성 매체 상의 동일 위치에 신호빔과 참조빔을 조사하는 방식으로 수행될 수 있다. 신호빔의 변조는, 예를 들어, 감광성 매체로부터 최종적으로 재생될 영상에 기초하여 컴퓨터가 계산한 간섭 패턴에 따라 공간 광변조기에 의해 수행될 수 있다.
이러한 홀로그램을 고속으로 기록하는 데 있어서, 홀로그램의 기본단위가 되는 호겔(hogel)을 한번에 여러개를 동시에 기록하는 것이 매우 중요한 요소이다. 일반적으로, 여러 호겔(hogel)을 동시에 기록하기 위해서 복수의 광학 요소들을 중복되게 설치하는 방안이 고려되고 있다. 그러나, 이는 홀로그램 기록 장치의 제조 비용을 증가시킬 수 있으며, 또한 공간적인 한계에 부딪힐 수 있다.
동시에 여러개의 호겔(hogel)을 기록할 수 있는 고속 홀로그램 기록 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 간섭성 광원과; 상기 광원으로부터 출사된 빔을 신호빔과 참조빔으로 분리하는 빔 분리소자와; 입사되는 신호빔을 복수로 분할하여 서로 다른 방향으로 편향시켜 복수의 신호빔을 만드는 제1광학요소를 구비하여, 동시에 서로 다른 위치에 복수의 호겔을 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록 매체에 조사하도록 된 신호빔 형성유닛; 및 상기 참조빔을 홀로그램 기록 매체 상의 상기 복수의 신호빔과 겹쳐지게 조사되도록 하는 참조빔 형성유닛;을 포함하는 한다.
상기 제1광학요소는 입사되는 신호빔이 복수의 신호빔으로 분할하고, 이 복수의 신호빔이 서로 다른 방향으로 편향되도록 굴절시키는 복수의 굴절영역을 가지는 굴절광학요소일 수 있다.
상기 복수의 굴절영역은, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 얇고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 증가하도록 마련될 수 있다.
상기 복수의 굴절영역은, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 두껍고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련될 수 있다.
상기 복수의 굴절영역은 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 굴절영역을 포함하며, 상기 신호빔 형성유닛에 의해 동시에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록 매체에 조사할 수 있다.
상기 복수의 굴절영역은 nㅧ n 배열(여기서, n은 2 이상의 정수)을 가질 수 있다.
상기 제1광학요소는, 입사되는 신호빔을 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 신호빔으로 분할하도록 마련되고, 상기 신호빔 형성유닛에 의해 동시에 서로 다른 위치에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 기록하도록 마련될 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 제1광학요소에 의해 형성된 복수의 신호빔을 각각 호겔 정보에 따라 변조하는 공간 광변조기; 및 상기 변조된 복수의 신호빔을 푸리에 변환하여 포커싱하는 제1푸리에 변환 광학계;를 더 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 상기 제1광학요소와 상기 제1푸리에 변환 광학계 사이에 배치될 수 있다.
상기 공간 광변조기는 투과형 공간 광변조기일 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 푸리에 변환 광학계에 의해 포커싱된 복수의 신호빔을 보정하는 보정용 굴절광학요소;를 더 포함할 수 있다.
상기 보정용 굴절광학요소는, 상기 제1광학요소의 복수의 굴절영역에 대응하는 개수의 복수의 보정용 굴절영역을 구비하며, 상기 보정용 굴절영역은 상기 신호빔의 중심축에 대응하는 축에 가까운 부분은 상대적으로 두껍고, 상기 대응하는 축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련될 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 보정용 굴절광학요소에 의해 보정된 복수의 신호빔 이미지를 홀로그램 기록매체 상에 전달하기 위한 제2푸리에 변환 광학계;를 더 포함할 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 빔 분리소자로부터 오는 신호빔의 크기를 확대하여 상기 제1광학요소로 제공하는 빔확대 광학계;를 더 포함할 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 빔 분리소자와 상기 제1광학요소 사이에, 신호빔의 크기 및 모양을 조절하고, 신호빔의 세기를 균일화하기 위한 위상 마스크;를 더 포함할 수 있다.
상기 참조빔 형성유닛은, 참조빔을 정형하는 빔정형소자와; 참조빔의 광학 딜레이 및 빔경을 조절하는 텔레스코픽 광학 시스템;을 포함할 수 있다.
상기 신호빔 형성유닛은, 상기 빔 분리소자와 상기 제1광학요소 사이에, 신호빔의 크기 및 모양을 조절하고, 신호빔의 세기를 균일화하기 위한 위상 마스크;를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그램 기록 매체 상의 호겔의 공간적 위치를 가변시키는 위치 제어 시스템;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 동시에 여러 개의 호겔을 기록할 수 있어 홀로그램을 고속으로 기록할 수 있다. 또한, 비교적 적은 광학 요소들을 사용하기 때문에, 고속 홀로그램 기록 장치의 제조 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치의 전체적인 광학적 구성을 개략적으로 보여준다.
도 2 및 도 3은 도 1에 적용가능한 제1광학요소의 예시들을 보여준다.
도 4는 제1광학요소를 신호빔을 4개의 신호빔으로 분할하도록 구성하는 경우 얻어질 수 있는 2ㅧ 2로 배열된 4개의 사각형 신호빔을 예시적으로 보여준다.
도 5는 제1광학요소로 도 2의 제1광학요소를 적용할 때, 신호빔 형성유닛에서의 광의 진행 경로를 보여준다.
도 6은 제1광학요소로 도 3의 제1광학요소를 적용할 때, 신호빔 형성유닛에서의 광의 진행 경로를 보여준다.
도 7a는 동시에 기록하고자 하는 4개의 호겔의 예를 보여준다.
도 7b는 도 7a의 4개의 호겔을 형성하기 위해 공간 광변조기에 광변조가 이루어진 상태를 보여준다.
도 7c는, 2ㅧ 2 배열을 갖는 4개의 굴절영역을 가지는 제1광학요소를 이용하여 입사되는 신호빔을 4개의 신호빔으로 분할하여 도 7b의 공간 광변조기로 입력할 때, 홀로그램 기록매체 상에 2ㅧ 2 배열을 갖는 4개의 호겔이 동시에 기록될 수 있음을 보여준다.
도 8은 4개의 호겔을 도 3의 광학요소를 이용하여 실제로 기록한 실험 결과를 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내며, 각 구성요소의 크기나 두께 등은 설명의 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다.
홀로그램의 기록은 일반적으로 동일 광원에서 방출된 빔을 분할하여 신호빔과 참조빔을 만들고, 신호빔을 광변조한 후, 홀로그램 기록 매체, 예를 들어, 감광성 기록 필름 상의 동일 위치에 신호빔과 참조빔을 조사하여 이때 발생한 간섭무늬를 기록하는 방식으로 수행된다. 여기서, 신호빔의 변조는 홀로그램 기록 매체로부터 최종적으로 재생될 영상에 기초하여 컴퓨터가 계산한 간섭 패턴에 따라 공간 광변조기(spatial light modulator; SLM)에 의해 수행될 수 있다.
또한, 넓은 면적의 홀로그램을 기록하면서 홀로그램의 해상도를 높이기 위해서, 홀로그램은 홀로그램의 기본단위를 이루는 호겔(hogel) 단위로 기록될 수 있다. 호겔은, 예를 들어, 폭이 수백 um(micro-meter)인 크기로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 여러 개의 호겔 중 첫 번째 호겔을 기록하기 위해서, 첫 번째 호겔에 대한 정보를 공간 광변조기에 입력하고, 첫 번째 호겔에 의해 변조된 신호빔과 참조빔의 간섭무늬를 기록하게 된다.
여기에, 두 번째 호겔을 기록하기 위해서는 다음과 같은 단계를 거쳐야 한다. 우선, 홀로그램 기록 매체를 다음 호겔의 정보가 기록되는 위치에 맞추어 이동시켜야한다. 다음으로, 두 번째 호겔에 대한 정보를 광변조기에 입력하고 레이저를 조사하여 두 번째 호겔에 의해 변조된 신호빔과 참조빔의 간섭무늬를 기록하게 된다.
이와 같이, 복수의 호겔에 대한 기록을 하기 위해서는 상술한 과정을 순차적으로 반복하는 것이 일반적이다. 그러나, 홀로그램 기록 매체를 이동시키고 새로운 호겔에 대해 기록을 하기 위해서는 홀로그램 기록 매체가 이동할 때 걸리는 시간 및 이동에 의한 진동이 감소하는 시간 등 장치가 안정화될 때까지 걸리는 시간이 필요하게 된다. 따라서, 하나의 호겔을 기록하기 위해서는 호겔을 기록하는 시간에 추가적으로 홀로그램 기록 매체의 이동 및 안정화 시간이 필요하게 되어, 전체의 홀로그램을 기록하기 위해서는 상당히 많은 시간이 필요하게 된다.
아래에서 설명하는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는 여러 개의 호겔을 동시에 기록할 수 있도록 구성되어, 대면적 홀로그램을 고속으로 기록할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치의 전체적인 광학적 구성을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 간섭성 광원(10)과, 상기 간섭성 광원(10)으로부터 출사된 빔을 신호빔(signal beam; S)과 참조빔(reference beam; R)으로 분리하는 빔 분리소자(20)와, 상기 빔 분리소자(20)에 의해 분리된 신호빔(S)을 복수의 신호빔으로 만들어 동시에 서로 다른 위치에 복수의 호겔을 기록하도록 감광 물질 즉, 홀로그램 기록매체(1)에 조사하는 신호빔 형성유닛(100)과, 상기 빔 분리소자(20)에 의해 분리된 참조빔(R)이 홀로그램 기록매체(1) 상의 상기 복수의 신호빔과 겹쳐지게 조사되어 신호빔(S)과 참조빔(R)의 간섭 패턴이 기록되도록 하는 참조빔 형성유닛(50)을 포함한다. 또한, 홀로그램 기록 장치는 홀로그램 기록 매체 상의 기록 위치에 따라 홀로그램 기록 매체를 이동시키는 위치 제어 시스템(200)을 더 포함할 수 있다.
상기 간섭성 광원(10)은, 간섭성 광을 방출할 수 있는 레이저 광원을 포함할 수 있으며, 방사 플럭스의 시간 변조를 수행할 수 있도록 마련될 수 있다. 상기 간섭성 광원(10)은 예를 들어, 연속파(CW; continuous wave) 레이저, 연속파성(quasi-CW) 레이저, 또는 펄스파 레이저를 방출하는 레이저 광원이 사용될 수 있다. 연속파(CW) 레이저 또는 연속파성(quasi-CW) 레이저를 방출하는 레이저 광원은 펄스 레이저를 방출하는 레이저 광원에 비하여 그 비용이 상대적으로 저렴할 수 있다. 상기 간섭성 광원(10)은 시간에 따라 출력광의 세기를 조절하거나, 출력광의 파형과 주기 등을 조절할 수 있는 적절한 부수적인 장치들을 더 포함할 수도 있다.
상기 빔 분리소자(20)는, 상기 간섭성 광원(10)으로부터 출사된 레이저 빔을 참조빔(R)과 신호빔(S)으로 분리한다. 상기 빔 분리소자(20)는 예를 들어, 입사광의 대략 50%를 반사시켜 신호빔 형성유닛(100)으로 향하도록 하고, 나머지를 투과시켜 참조빔 형성유닛(50)으로 향하도록 한다. 여기서, 신호빔(S)과 참조빔(R)의 분배 비율은 필요에 따라 다르게 정해질 수도 있다. 빔 분리소자(20)에서 반사된 빔이 참조빔 형성유닛(50)으로 향하고 투과된 빔이 신호빔 형성유닛(100)으로 향하도록 광학계가 구성될 수도 있다. 또한, 빔 분리소자(20)로 입사빔을 편광에 따라 투과 및 반사하는 편광 분리소자를 구비할 수도 있다. 이 경우, 투과된 빔이나 반사된 빔 중 어느 하나의 편광을 변환시켜 투과된 빔과 반사된 빔의 편광이 동일해지도록 하는 편광변환소자 예컨대, 반파장판 등을 더 구비할 수 있다.
신호빔 형성유닛(100)은 빔 분리소자(20)에 의해 분리된 신호빔(S)을 복수의 신호빔으로 만들고 여기에 호겔 정보를 실어 홀로그램 기록 매체 상에 조사하는 역할을 한다. 이러한 신호빔 형성유닛(100)에 의해 복수의 신호빔이 홀로그램 기록매체(1)에 조사되어 동시에 서로 다른 위치에 복수의 호겔을 기록할 수 있게 된다.
신호빔 형성유닛(100)은, 입사되는 신호빔을 복수로 분할하여 서로 다른 방향으로 편향시켜 복수의 신호빔을 만드는 제1광학요소(130)를 구비한다. 신호빔 형성유닛(100)은, 상기 제1광학요소(130)에 의해 형성된 복수의 신호빔을 각각 호겔 정보에 따라 변조하는 공간 광변조기(150)와, 상기 변조된 복수의 신호빔을 푸리에 변환하여 포커싱하는 제1푸리에 변환 광학계(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 공간 광변조기(150)는 제1광학요소(130)와 제1푸리에 변환 광학계(160) 사이에 배치될 수 있다. 신호빔 형성유닛(100)은, 상기 빔 분리소자(20)로부터 오는 신호빔(S)의 크기를 확대하여 상기 제1광학요소(130)로 제공하는 빔확대 광학계(110)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호빔 형성유닛(100)은, 상기 빔 분리소자(20)와 상기 제1광학요소(130) 사이에, 신호빔의 크기 및 모양을 조절하고, 신호빔의 세기를 균일화하기 위한 위상 마스크(120)를 더 포함할 수 있다. 또한, 신호빔의 경로를 조절할 수 있는 적어도 하나의 반사 미러(101)(103)를 포함할 수 있다.
상기 빔확대 광학계(110)는, 제1광학요소(130) 및 공간 광변조기(150)의 유효 광변조 영역에 대응하는 크기로 신호빔을 확장할 수 있으며, 예를 들어, 렌즈를 포함하는 복수의 광학소자들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 확대 광학계는, 도 1에서와 같이 한쌍의 볼록 렌즈로 이루어질 수 있다.
상기 위상 마스크(120)(phase mask)는 제1광학요소(130)에 입사되는 신호빔(S)의 모양을 원하는 모양으로 바꾸어 주고, 균일한 세기를 갖도록 하기 위한 것으로, 예를 들어, 신호빔의 모양을 원형에서 사각형으로 바꿀 수 있도록 마련될 수 있다. 이 경우, 제1광학요소(130)를 사각형의 신호빔을 그 형태를 유지하면서 복수의 신호빔으로 분할하도록 구성하는 것이 가능하므로, 호겔의 모양이 사각형이 되어 호겔과 호겔 사이의 간격을 좁힐 수 있게 된다. 즉, 도 2 및 도 3을 참조로 후술하는 바와 같이, 제1광학요소(130)를 신호빔을 4개의 신호빔으로 분할하도록 구성하는 경우, 신호빔을 도 4에서와 같이 2ㅧ 2로 배열된 4개의 사각형 신호빔(S1)(S2)(S3)(S4)으로 영역 분할할 수 있다. 도 4는 제1광학요소(130)를 신호빔을 4개의 신호빔으로 분할하도록 구성하는 경우 얻어질 수 있는 2ㅧ 2로 배열된 4개의 사각형 신호빔(S1)(S2)(S3)(S4)을 예시적으로 보여준다. 다른 예로서, 제1광학요소(130)를 신호빔을 9개의 신호빔으로 분할하도록 구성하는 경우, 사각형 신호빔을 3ㅧ 3로 배열된 9개의 사각형 신호빔으로 영역 분할할 수 있다.
상기 제1광학요소(130)는 굴절광학요소로서, 입사되는 신호빔을 복수의 신호빔으로 분할하고, 이 복수의 신호빔이 서로 다른 방향으로 편향되도록 굴절시키는 복수의 굴절영역을 가질 수 있다. 이때, 제1광학요소(130)의 복수의 굴절영역은, 2이상의 정수의 제곱(즉, 22, 32, 42,...등등)에 해당하는 개수의 굴절영역을 포함하며, 이에 대응되게 홀로그램 기록 장치의 나머지 구성요소들이 설계될 수 있다. 즉, 복수의 굴절영역은 nㅧ n 배열(여기서, n은 2 이상의 정수)을 가질 수 있다. 이에 의해, 신호빔 형성유닛(100)에 의해 동시에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 nㅧ n 배열(여기서, n은 2 이상의 정수) 단위로 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체(1)에 조사할 수 있다.
이때, 복수의 굴절영역은 입사되는 신호빔(S)을 복수의 신호빔으로 분할하고, 이 복수의 신호빔이 서로 다른 방향으로 편향되도록 굴절시키도록, 도 2에서와 같이, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 얇고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 증가하도록 마련될 수 있다. 또한, 복수의 굴절영역은 도 3에서와 같이, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 두껍고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련될 수도 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 제1광학요소(130)로 적용가능한 광학요소(230)(330)의 예시들을 보여준다. 도 2를 참조하면, 제1광학요소(230)는 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 얇고 중심축에서 멀어질수록 두께가 증가하도록 마련되고, 2ㅧ 2 배열을 가지는 제1 내지 제4굴절영역(231)(233)(235)(237)을 구비할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1광학요소(330)는, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 두껍고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련되고, 2ㅧ 2 배열을 가지는 제1 내지 제4굴절영역(331)(333)(335)(337)을 구비할 수 있다.
도 2 및 도 3에서와 같은 4개의 굴절영역을 가지는 제1광학요소(230)(330)를 도 1의 제1광학요소(130)으로 적용한 경우, 이에 대응되게 홀로그램 기록 장치의 나머지 구성요소들이 설계되면, 홀로그램 기록매체(1)에 동시에 4개의 호겔을 기록할 수 있다. 다른 예로서, 복수의 굴절영역은 9개의 굴절영역으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 홀로그램 기록매체(1)에 동시에 9개의 호겔을 기록할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치에 있어서, 홀로그램 기록매체(1) 상에 동시에 기록 가능한 호겔의 수는 제1광학요소(130)를 신호빔을 몇 개로 분리하도록 구성하느냐에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 공간 광변조기(150)는, 최종적으로 재생될 영상 또는 정보에 기초하여 컴퓨터가 계산한 간섭 패턴에 따라 신호빔을 변조하는 역할을 한다. 즉, 공간 광변조기(150)는 호겔의 정보에 따라 신호빔을 변조하는 역할을 한다. 홀로그램 기록매체(1) 상에 동시에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 기록하는 경우, 공간 광변조기(150)는 제1광학요소(130)에서 분할되어 입사되는 복수의 신호빔을 각각 변조하여 복수의 호겔을 동시에 기록할 수 있도록 한다.
공간 광변조기(150)는 투과형 공간 광변조기를 사용할 수 있다. 여기서, 공간 광변조기(150)로 반사형 공간 광변조기가 사용될 수도 있으며, 이 경우, 신호빔 형성유닛(100)의 나머지 구성요소들의 배치가 변경될 수 있으며, 경로 변경이나 빔 왜곡 보정 등을 위한 추가적인 광학소자들이 요구될 수 있다.
상기 제1푸리에 변환 광학계(160)는 공간 광변조기(150)에 의해 변조된 복수의 신호빔의 파면의 굴곡을 바꾸고, 푸리에 변환을 수행하여 포커싱하기 위한 것이다. 상기 제1푸리에 변환 광학계(160)로는 도 1에서와 같이 하나의 렌즈를 구비할 수 있으며, 복수의 광학소자로 이루어질 수도 있다. 제1푸리에 변환 광학계(160)로 홀로그래픽 푸리에 변환 소자를 구비할 수도 있다.
한편, 신호빔 형성유닛(100)은, 제1푸리에 변환 광학계(160)에 의해 포커싱된 복수의 신호빔을 보정하는 보정용 굴절광학요소(170)를 더 구비할 수 있다. 또한, 신호빔 형성유닛(100)은, 보정용 굴절광학요소(170)에 의해 보정된 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체(1) 상에 전달하기 위한 제2푸리에 변환 광학계(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 보정용 굴절광학요소(170)는 제1광학요소(130)의 복수의 굴절영역에 대응하는 개수 및 배치를 갖는 복수의 보정용 굴절영역을 구비할 수 있다. 이때, 보정용 굴절영역은, 신호빔의 중심축에 대응하는 축에 가까운 부분은 상대적으로 두껍고, 상기 대응하는 축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련될 수 있다.
도 1에서는 제1푸리에 변환 광학계(160)가 공간 광변조기(150)로부터 오는 변조된 복수의 신호빔을 1차적으로 집광하는 역할을 하며, 복수의 신호빔을 보정하고 홀로그램 기록매체(1)에 포커싱하기 위해, 보정용 굴절광학요소(170) 및 제2푸리에 변환 광학계(180)를 더 포함하는 예를 보여주는데, 이 제1푸리에 변환 광학계(160)가 직접적으로 홀로그램 기록매체(1)에 변조된 복수의 신호빔을 포커싱하도록 배치될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 신호빔 형성유닛(100)에 의하면, 빔 분리소자(20)에서 분리되어 신호빔 형성유닛(100)으로 입사되는 신호빔을 복수의 신호빔으로 형성하여 홀로그램 기록매체(1) 상에 포커싱할 수 있다.
도 5는 제1광학요소(130)로 도 2의 제1광학요소(230)를 적용할 때, 신호빔 형성유닛(100)에서의 제1광학요소(230)에 의해 분할되고 서로 다른 방향으로 편향된 복수의 신호빔의 진행 경로를 보여준다. 도 6은 제1광학요소(130)로 도 3의 제1광학요소(330)를 적용할 때, 신호빔 형성유닛(100)에서의 제1광학요소(330)에 의해 분할되고 서로 다른 방향으로 편향된 복수의 신호빔의 진행 경로를 보여준다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 참조빔 형성유닛(50)은, 빔 분리소자(20)에 의해 분할된 참조빔을 홀로그램 기록매체(1) 상에 전달하는 역할을 한다.
참조빔 형성유닛(50)은 참조빔(R)을 정형하는 빔정형소자(70)와, 참조빔(R)의 광학 딜레이 및 빔경을 조절하는 텔레스코픽(telescopic) 광학 시스템을 포함할 수 있다. 상기 빔정형소자(70)는, 참조빔을 홀로그램 기록매체(1) 상에 조사되는 신호빔의 형상에 맞추어 예를 들어, 사각형 빔 형태로 정형하도록 마련될 수 있다. 이러한 빔정형소자(70)로는 홀로그램소자 등이 사용될 수 있다. 상기 텔레스코픽 광학 시스템은, 참조빔(R)의 빔경을 조절하는 릴레이 렌즈(60)와, 참조빔(R)의 광학 딜레이 및 진행 경로를 조정하기 위한 적어도 하나의 미러(81)(83)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 홀로그램 기록매체(1)와 장치의 다른 구성요소들의 상대적인 배치를 제어하여, 홀로그램 기록매체(1) 상의 기록 위치에 따라 홀로그램 기록매체(1)를 이동시키는 위치 제어 시스템(200)을 더 포함할 수 있다. 또한, 간섭성 광원(10), 공간 광변조기(150) 및 위치 제어 시스템(200) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 전자 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 전자 제어 유닛은 외부의 정보 소스들과 인터페이스하기 위한 인터페이스 블록을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체(1) 상에 조사하고, 이에 겹쳐지게 참조빔을 조사함으로써, 동시에 여러개의 호겔(hogel)을 기록할 수 있다.
예를 들어, 도 7a에 보여진 바와 같은 4개의 호겔을 동시에 기록하고자 하는 경우, 공간 광변조기(150)에서는 도 7b에서와 같은 형태로 광변조가 이루어진다. 그리고, 도 2 또는 도 3에서와 같이 2ㅧ 2 배열을 갖는 4개의 굴절영역을 가지는 제1광학요소(230 또는 330)를 이용하여 입사되는 신호빔(S)을 도 4에 보여진 바와 같은 4개의 신호빔(S1)(S2)(S3)(S4)으로 분할하여 도 7b의 공간 광변조기(150)로 입력하면, 홀로그램 기록매체(1) 상에는 도 7c에서와 같은 2ㅧ 2 배열을 갖는 4개의 호겔이 동시에 기록되게 된다.
도 8은 4개의 호겔을 도 3의 광학요소를 이용하여 실제로 기록한 실험 결과를 보여준다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는, 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체(1) 상에 조사하고, 이에 겹쳐지게 참조빔을 조사함으로써, 동시에 여러개의 호겔(hogel)을 기록할 수 있어, 동시에 기록하는 호겔수만큼 기록시간을 단축할 수 있으므로, 고속 홀로그램 기록이 가능하다.
1...홀로그램 기록매체 10...간섭성 광원
20...빔 분리소자 50...참조빔 형성유닛
100...신호빔 형성유닛 110...빔확대 광학계
120...위상 마스크 130...광학요소
150...공간 광변조기 160,180...제1 및 제2푸리에 변환 광학계
170...보정용 굴절광학요소

Claims (19)

  1. 간섭성 광원과;
    상기 광원으로부터 출사된 빔을 신호빔과 참조빔으로 분리하는 빔 분리소자와;
    입사되는 신호빔을 복수로 분할하여 서로 다른 방향으로 편향시켜 복수의 신호빔을 만드는 제1광학요소를 구비하여, 동시에 서로 다른 위치에 복수의 호겔을 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체에 조사하도록 된 신호빔 형성유닛; 및
    상기 참조빔을 홀로그램 기록매체 상의 상기 복수의 신호빔과 겹쳐지게 조사되도록 하는 참조빔 형성유닛;을 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1광학요소는 입사되는 신호빔이 복수의 신호빔으로 분할하고, 이 복수의 신호빔이 서로 다른 방향으로 편향되도록 굴절시키는 복수의 굴절영역을 가지는 굴절광학요소인 홀로그램 기록 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 굴절영역은, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 얇고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 증가하도록 마련된 홀로그램 기록 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 굴절영역은, 입사되는 신호빔의 중심축에 가까운 부분의 두께가 상대적으로 두껍고, 중심축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련된 홀로그램 기록 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 굴절영역은 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 굴절영역을 포함하며, 상기 신호빔 형성유닛에 의해 동시에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 기록하도록 복수의 신호빔을 홀로그램 기록매체에 조사하는 홀로그램 기록 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복수의 굴절영역은 nㅧ n 배열(여기서, n은 2 이상의 정수)을 가지는 홀로그램 기록 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1광학요소는, 입사되는 신호빔을 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 신호빔으로 분할하도록 마련되고, 상기 신호빔 형성유닛에 의해 동시에 서로 다른 위치에 2이상의 정수의 제곱에 해당하는 개수의 호겔을 기록하도록 된 홀로그램 기록 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은,
    상기 제1광학요소에 의해 형성된 복수의 신호빔을 각각 호겔 정보에 따라 변조하는 공간 광변조기; 및
    상기 변조된 복수의 신호빔을 푸리에 변환하여 포커싱하는 제1푸리에 변환 광학계;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공간 광변조기는 상기 제1광학요소와 상기 제1푸리에 변환 광학계 사이에 배치되는 홀로그램 기록 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 공간 광변조기는 투과형 공간 광변조기인 홀로그램 기록 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은,
    상기 푸리에 변환 광학계에 의해 포커싱된 복수의 신호빔을 보정하는 보정용 굴절광학요소;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보정용 굴절광학요소는, 상기 제1광학요소의 복수의 굴절영역에 대응하는 개수의 복수의 보정용 굴절영역을 구비하며, 상기 보정용 굴절영역은 상기 신호빔의 중심축에 대응하는 축에 가까운 부분은 상대적으로 두껍고, 상기 대응하는 축에서 멀어질수록 두께가 감소하도록 마련된 홀로그램 기록 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은, 상기 보정용 굴절광학요소에 의해 보정된 복수의 신호빔 이미지를 홀로그램 기록매체 상에 전달하기 위한 제2푸리에 변환 광학계;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은, 상기 빔 분리소자로부터 오는 신호빔의 크기를 확대하여 상기 제1광학요소로 제공하는 빔확대 광학계;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은,
    상기 빔 분리소자와 상기 제1광학요소 사이에, 신호빔의 크기 및 모양을 조절하고, 신호빔의 세기를 균일화하기 위한 위상 마스크;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 참조빔 형성유닛은,
    참조빔을 정형하는 빔정형소자와;
    참조빔의 광학 딜레이 및 빔경을 조절하는 텔레스코픽 광학 시스템;을 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  17. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호빔 형성유닛은,
    상기 빔 분리소자와 상기 제1광학요소 사이에, 신호빔의 크기 및 모양을 조절하고, 신호빔의 세기를 균일화하기 위한 위상 마스크;를 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  18. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 참조빔 형성유닛은,
    참조빔을 정형하는 빔정형소자와;
    참조빔의 광학 딜레이 및 빔크기를 조절하는 망원 광학 시스템;을 포함하는 홀로그램 기록 장치.
  19. 제1항 내지 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀로그램 기록매체 상의 호겔의 공간적 위치를 가변시키는 위치 제어 시스템;을 더 포함하는 홀로그램 기록 장치.
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