KR20210046485A - 홀로그램 복제 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본발명은 홀로그램 복제시스템에 관한 것으로, 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체를 피복사체에 복제하는 것으로,
본발명은 1개의 마스터 필름만으로, 짧은 노출시간에도 효율적으로 대면적 홀로그램 복제가 가능한 현저한 효과가 있다.

Description

홀로그램 복제 방법 및 시스템{Hologram duplication method and system}

본 발명은 홀로그램 복제 방법 및 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복사체(마스터 홀로그램 필름)을 피복사체(포토폴리머 필름)에 복제(또는 복사)함에 있어서,

노출에너지의 균일성을 높이기 위하여 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하는 기술에 관한 것이며,

비접촉식 홀로그램 복제에서 이러한 공간다중빔으로 1차원 선형 스캐닝을 1회 시행하면 1회 복제가 완료되기 위한, 복사체와 피복사체의 특별한 이동방식의 홀로그램 복제 방법 및 시스템에 관한 것이다.

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.

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 복사체인 원본 홀로그램, 즉 마스터(master) 홀로그램에 저장되어 있는 간섭정보를 피복사체(복제용 필름)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 복사체(마스터 홀로그램 필름)와 피복사체(포토폴리머 필름같은 감광성 매질)에 간섭성 빛(보통 레이저빔)을 조사함으로써 홀로그램이 복사되는 기술을 말한다.

또한 복제 기술은 접촉식과 비접촉식으로 나누어질 수 있는데, 복사과정에서 복사체(마스터 홀로그램)와 피복사체(복제 홀로그램)의 물리적인 접촉의 발생여부가 구분 기준이 되는데, 예를 들면 엠보싱 홀로그램 기술은 기계식이자 접촉식 방식이다.

본 발명에서 제안하는 방식은 광학식이자 비접촉식에 해당하며, 이후로는 광학식과 비접촉식 복제에 주안점을 두고 서술한다.

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

또한 복제는 복사체(마스터 홀로그램 필름)과 피복사체(복제 필름)을 밀착 또는 근접시킨 후에 기준빔을 입사시키면 이루어지는데, 이 때에 광원인 레이저빔을 변형하여 평행빔(collimated beam)이나 평행빔에 가깝게 만든 빛을 입사빔으로 주로 사용한다.

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

반사형에서는 입사빔이 피복사체(복제 필름)을 먼저 통과한 다음에 복사체(마스터 필름)를 만나는 반면에 투과형에서는 그와 반대로 입사빔이 복사체를 먼저 통과한 다음에 피복사체를 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 최대 진폭이나 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, 레이저 광원을 단순히 확대한 뒤에 빛을 차단하는 공간필터를 통과시켜 에너지 세기가 높은 부분만을 획득하는 것인데, 이 방법은 복제영역 전체를 한 번에 복사할 수 있는 입사빔의 구현이 쉽고 간단한 것이 장점인 반면에 에너지 손실이 무척 크고 비효율적인 것이 단점이다.

따라서 레이저 출력이 어느 정도 제공된다면 작은 면적의 홀로그램 복제에 이 방법을 채택해도 큰 문제가 없을 것으로 생각된다.

그러나 이 방법을 대면적 홀로그램 복제에 적용하기에는 여러가지 제약들이 존재하기 때문에 적합하지 않다.

첫째는 현실적으로 구입가능한 레이저의 출력이 제한적인 것이고, 둘째는 복제에 필요한 빔 노출시간이 무척 길어진다는 것이고, 세번째는 대구경 렌즈나 원거리 광원 같은 많은 광학적 장치가 필요하기 때문에 시스템의 부피가 무척 커진다는 것이고, 네번째는 고출력 레이저나 대구경 렌즈 등의 고비용으로 인한 시스템 구현 비용이 높다는 것이며, 다섯번째는 일부 렌즈나 광학용 패널의 경우에 주문제작으로 인한 제작기간의 문제가 발생할 수 있다는 것이다.

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

이 기술은 복제영역 일부만을 조사하는 입사빔을 전체 복제영역에 걸쳐서 2차원으로 스캔함으로써 대면적 전체를 복제하는 기술, 다시 말하면 접촉식 소면적 복제기술과 균일한 빔노출이 가능한 2차원 스캐닝 기술을 접목하여 효율적이고 고품질인 복제가 가능함을 보였다.

참고로 이 연구에서 입사빔은 고정되고 매질이 이동되어서 2차원 스캐닝이 구현되었다.

이 기술은 접착식 대면적 복제 기술이기 때문에 현실적인 생산 공정을 고려하게 되면 여러 개의 마스터 필름이 필요하며, 2차원 스캔에 따른 긴 노출시간이 필수적이며, 소량 다품종의 제품 생산에 적합한 기술이기에 대량 복제에는 적합하지 않다.

또한, 종래기술인 공개특허공보 공개번호 특2003-0078927호에는 홀로그래픽 스테레오그램을 원판으로 하여 홀로그램을 복제하는 홀로그램 복제 장치이며,

시차 화상열의 각 요소 화상에 의거하여 화상 변조된 제1 물체광을 확산시키지 않고 제1 홀로그램용 기록 매체의 한쪽면에 입사시키고, 또한 상기 제1 물체광에 대해 가간섭성을 갖는 제1 참조광을 상기 제1 홀로그램용 기록 매체의 다른 쪽면에 입사시키고, 상기 제1 물체광과 상기 제1 참조광에 의해 생기는 간섭 무늬를 요소 홀로그램으로서 상기 제1 홀로그램용 기록 매체에 차례로 노광 기록하여, 상기 원판을 제작하는 제1 광학계와, 상기 제1 광학계에 의해 제작된 상기 원판에 기록되어 있는 화상을 재생하기 위한 제1 재생광을 상기 원판에 조사하여 얻어지는 회절광을, 상기 원판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치된 제2 홀로그램용 기록 매체의 한 쪽면에 제2 물체광으로서 입사시키고, 또한 상기 제2 물체광에 대해 가간섭성을 갖는 제2 참조광을 상기 제2 홀로그램용 기록매체의 다른 쪽면에 입사시키고, 상기 제2 물체광과 상기 제2 참조광에 의해 생기는 간섭 무늬를 홀로그램으로서 상기 제2 홀로그램용 기록 매체에 노광 기록하여 중간 홀로그램을 제작하는 제2 광학계와, 상기 제2 광학계에 의해 제작된 상기 중간 홀로그램으로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치된 제3 홀로그램용 기록 매체의 한 쪽면에, 입사한 빛을 1차원 방향으로 확산하는 1차원 확산판이 주요면을 밀착시켜 배치되고, 상기 중간 홀로그램에 기록되어 있는 화상을 재생하기 위한 제2 재생광을 상기 중간 홀로그램에 조사하여 얻어지는 회절광을 상기 1차원 확산판을 거쳐서 제3 물체광으로서 상기 제3 홀로그램용 기록 매체의 한 쪽면에 입사시키고, 또한 상기 제3 물체광에 대해 가간섭성을 갖는 제3 참조광을 상기 제3 홀로그램용 기록 매체의 다른 쪽면에 입사시키고, 상기 제3 물체광과 상기 제3 참조광에 의해 생기는 간섭 무늬를 홀로그램으로서 상기 제3 홀로그램용 기록 매체에 노광 기록하여 복제 홀로그램을 제작하는 제3 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 장치가 공개되어 있다.

또한, 공개특허공보 공개번호 10-2013-0088995호에는 기록재료를 제공하는 공급부(Un Winder);

상기 공급부에서 제공된 기록재료를 이송하는 이송부;

상기 이송부를 따라 이송되는 기록재료에 감광성 수지를 토출하여 코팅하는 코팅부;

상기 기록재료에 홀로그램을 복제하는 릴리프타입 마스터(Relief type Master)가 구비될 수 있도록 마스터 롤러가 설치된 홀로그램 생성부;

상기 감광성 수지를 경화시키는 경화부; 및

상기 경화부를 통과한 기록재료를 수집하는 수집부(Re Winder);

를 포함하는 홀로그램 연속복제장치가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 효율적으로 대면적 홀로그램 복제가 어려운 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 1개의 마스터 필름만으로, 짧은 노출시간에도 효율적으로 대면적 홀로그램 복제가 가능한 홀로그램 복제방법 및 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 홀로그램 복제시스템에 관한 것으로, 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체를 피복사체에 복제하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 1개의 마스터 필름만으로, 짧은 노출시간에도 효율적으로 대면적 홀로그램 복제가 가능한 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래의 홀로그램 복제의 기본구조도
도 2는 종래의 스팟 스캐닝(spot scanning)도
도 3은 본발명의 홀로그램 복제시스템 구성도
도 4는 본발명의 공간다중빔의 기본개념도
도 5는 본발명의 공간다중빔의 구성도
도 6은 본발명의 공간다중빔의 에너지 분포도
도 7은 본발명의 복제 시스템 개념도
도 8은 본발명의 비접촉식 복제 구조(측면)도
도 9는 본발명의 홀로그램 복제흐름도

본발명은 홀로그램 복제시스템에 관한 것으로, 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체를 피복사체에 복제하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부(10)는 하나하나가 작은 복제영역에 대응하는 소폭의 평행빔 여러 개를 공간적으로 배열하여 공간다중빔을 형성하는 것이며, 상기 복제부(20)는 마스터 홀로그램을 내포한 복사체(1)와 복제판 홀로그램이 형성될 피복사체(2)로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본발명은 홀로그램 복제방법에 관한 것으로, 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체(1)를 피복사체(2)에 복제하되,

상기 복사체(1)와 피복사체(2)는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키며,

입사빔이 조사되고 있는 상태에서 모터로 구동되는 이동부(30)는 복제부(20)를 입사빔 방향으로 이동시키며,

홀로그램 복제는 겹쳐진 복사체(1)와 피복사체(2)가 입사빔 구간을 통과하는 동안에 빔노출이 누적되면서 수행되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 홀로그램 복제의 기본구조도, 도 2는 종래의 스팟 스캐닝(spot scanning)도, 도 3은 본발명의 홀로그램 복제시스템 구성도, 도 4는 본발명의 공간다중빔의 기본개념도, 도 5는 본발명의 공간다중빔의 구성도, 도 6은 본발명의 공간다중빔의 에너지 분포도, 도 7은 본발명의 복제 시스템 개념도, 도 8은 본발명의 비접촉식 복제 구조(측면)도, 도 9는 본발명의 홀로그램 복제흐름도이다.

본 발명의 구성은 광원부, 복제부, 이동부로 구성된다.

하나하나가 작은 복제영역에 대응하는 소폭의 평행빔(또는 평행에 가까운 빔) 여러 개를 공간다중화(공간적으로 배열)하여 공간다중빔을 형성하는 광원부, 마스터 홀로그램을 내포한 복사체와 복제판 홀로그램이 형성될 피복사체, 부속물 등으로 구성된 복제부, 복사체와 피복사체가 공간다중빔에 노출되도록 복제부를 선형이동시키는 모터구동 스테이지와 부속물 등으로 구성된 이동부로 구성된다.

본 발명에서는 도면과 같이 광원부에서 소폭의 작은 빔들을 공간적으로 배열하여 하나의 큰 배열빔을 구성하는 공간다중빔에 관한 것이다.

각각의 작은 빔(원소빔)은 그 세기분포가 2차원 가우시안이며, 평행(또는 평행에 가까운) 빔을 전제로 한다.

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

공간다중빔을 구성하는 작은 빔(원소빔)들을 배열할 때에 그 간격(Δy)을 조절하면, 입사빔의 공간적인 에너지 분포(Max.와 Min.)를 조절할 수가 있기 때문에 입사빔의 균일도를 조절할 수 있다.

배열간격(Δy)가 작게 하면, 그림에서 합성에너지의 최대치(Max.)와 최소치(Min.)의 차이가 줄어들어서 공간다중빔의 균일성이 높아지게 되지만, 공간다중빔을 구성에 필요한 원소빔들의 수가 증가하게 된다.

따라서 복제면적(원소빔의 면적과 수량)과 복제품질(빔 균일도) 사이에 절충(trade-off)이 필요하다.

본 발명에서 1개의 마스터 홀로그램을 사용해서 여러 개의 복제를 수행할 수 있는 비접촉식 복제 방법과 이를 적용하는 시스템이다.

도면과 같이 복사체(마스터 필름)와 피복사체(복제 필름)은 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 최대한 근접시킨다.

복사체와 피복사체는 각자 투명기판(유리판 등)에 밀착 또는 부착되는데, 피복사체용의 투명기판의 경우에는 한 장의 기판에 한 번에 여러 장의 필름을 붙일 수 있도록 충분한 길이를 가져야 한다.

입사빔(공간다중빔)이 조사되고 있는 상태에서 모터로 구동되는 이동부는 복사부(복사체와 피복사체)를 입사빔 방향으로 이동시키는데, 복사체와 피복사체는 한 쌍으로 동시에 움직인다.

이때에 이동부는 복제부를 복제에 방해가 되지 않을 만큼 저속으로 움직이는 것이 필요하다.

홀로그램 복제는 겹쳐진 복사체와 피복사체가 입사빔 구간을 통과하는 동안에 빔노출이 누적되면서 수행된다.

본 발명에서 1개의 마스터 홀로그램을 사용해서 여러 개의 복제를 수행할 수 있는 비접촉식 복제 방법과 이를 적용하는 시스템이다.

도면은 본 발명에서 제안하는 방식에서 행해지는 이동부의 동작 순서를 나타낸다.

여기서 이동부는 복사체용 이동체와 피복사체용 이동체를 동시에 따로 이동시킬 수 있도록 설계되어야 한다.

한편, 투과형 복제에서는 마스터필름 기판과 복제형필름 기판에 배치순서가 반사형 복제와 반대로 배치된다.

따라서 본발명은 1개의 마스터 필름만으로, 짧은 노출시간에도 효율적으로 대면적 홀로그램 복제가 가능하다는 현저한 효과가 있다.

10 : 광원부 20 : 복제부
30 : 이동부
1 : 복사체(마스터필름, HM)
2 : 피복사체(복사필름, H1, H2, H3)
3 : 유리판

Claims (3)

1. 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체를 피복사체에 복제하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 시스템
2. 제1항에 있어서, 상기 광원부(10)는 하나하나가 작은 복제영역에 대응하는 소폭의 평행빔 여러 개를 공간적으로 배열하여 공간다중빔을 형성하는 것이며, 상기 복제부(20)는 마스터 홀로그램을 내포한 복사체(1)와 복제판 홀로그램이 형성될 피복사체(2)로 구성된 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제 시스템
3. 광원부(10), 복제부(20), 이동부(30)로 구성되며, 하나의 빔이 아닌 여러 개의 빔이 공간에 배열된 공간다중빔을 기준빔으로 사용하여 복사체(1)를 피복사체(2)에 복제하되,
   상기 복사체(1)와 피복사체(2)는 물리적으로 접촉시키지 않는 한도에서 근접시키며,
   입사빔이 조사되고 있는 상태에서 모터로 구동되는 이동부(30)는 복제부(20)를 입사빔 방향으로 이동시키며,
   홀로그램 복제는 겹쳐진 복사체(1)와 피복사체(2)가 입사빔 구간을 통과하는 동안에 빔노출이 누적되면서 수행되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 복제방법

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