KR20230171323A - 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법 - Google Patents

회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230171323A
KR20230171323A KR1020220071764A KR20220071764A KR20230171323A KR 20230171323 A KR20230171323 A KR 20230171323A KR 1020220071764 A KR1020220071764 A KR 1020220071764A KR 20220071764 A KR20220071764 A KR 20220071764A KR 20230171323 A KR20230171323 A KR 20230171323A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical element
glass plate
light
diffractive optical
interference pattern
Prior art date
Application number
KR1020220071764A
Other languages
English (en)
Inventor
추소영
서대한
박진영
신부건
손현주
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020220071764A priority Critical patent/KR20230171323A/ko
Publication of KR20230171323A publication Critical patent/KR20230171323A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • 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
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자; 일면은 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자가 부착되고 타면은 광반응물질이 부착되어 계면을 형성하는 유리판;및 상기 유리판의 타면을 향하여 광을 조사하도록 구성되는 광원;을 포함하고, 상기 유리판의 타면은,상기 광반응물질이 부착되는 제1면과, 상기 광반응물질이 부착되지 않고 상기 광원에서 조사되는 광이 직접 상기 유리판을 통해 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자로 입사되는 제2면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자 제조장치 및 제조 방법에 관한 발명이다.

Description

회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법{HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING DEVICE FOR IMPROVING DIFFRACTION EFFICIENCY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 광원에서 조사된 광이 유리판을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자에 직접 입사하여 회절된 회절광과 광반응물질로 입사되는 조사광의 간섭을 통해 제작되는 회절광학소자 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
홀로그래피(holography)는 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭 현상을 이용하여 입체 정보를 기록하고 재생하는 기술을 의미하며, 홀로그램(hologram)은 홀로그래피로 촬영된 것을 의미한다.
홀로그래피는 완벽한 3차원 영상을 제공할 수 있는 특성을 가지며, 이러한 특성으로 인하여 신용카드의 위조 방지 및 소프트웨어의 복제 방지, 지폐 또는 서류의 위조 방지, 광통신, 홀로그램 아트 등 다양한 응용 분야에 사용되고 있다.
근래에는 광학 기능을 갖춘 홀로그래픽 광학소자(holographic optical elements, HOE)의 구현에 많은 관심이 집중되고 있다. 홀로그래픽 광학소자는 높은 회절 효율과 협대역 주파수 특성, 그리고 여러 가지 광학 기능을 하나의 소자로 구현 가능하다. 이러한 특성으로 인하여. 홀로그래픽 광학소자는 비행기와 자동차의 정보 표시를 위한 HUD(head-up display), 증강현실용 HMD(head mounted display), 2D/3D 디스플레이용 스크린 등에 널리 활용되고 있다.
홀로그래픽 광학소자에는 기준광(참조광)과 물체광에 의하여 특정 격자 패턴이 형성되어 있으며, 특정 격자 패턴이 형성된 홀로그래픽 광학 소자에 기준광이 조사되면 홀로그램이 재생될 수 있다.
이러한 홀로그래픽 광학소자는 광학적으로 복제될 수 있다. 광학식 복제 방법에서는, 먼저 레이저와 같은 간섭성(coherence)이 높은 빛으로 구성된 기준광과 물체광 사이의 간섭패턴 정보를 감광성 매질에 기록하는 방식으로 마스터 홀로그래픽 광학소자를 생성한다. 다음으로, 마스터 홀로그래픽 광학소자와 피복제용 매체(예를 들어, 포토폴리머)를 밀착 또는 근접시킨 후에 참조광을 조사하는 방식으로 복제가 이루어진다.
광학식 복제 방법은 복제를 위한 광(참조광)이 마스터 홀로그래픽 광학 소자와 피복제용 매체 중에서 어느 것으로 먼저 조사되는지 여부에 따라 투과형과 반사형으로 구분될 수 있다.
일반적으로 반사형에서는 참조광이 피복제용 매체에 먼저 조사된 다음에, 피복제용 매체를 통과한 참조광이 마스터 홀로그래픽 광학소자에 조사된다. 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 조사된 참조광은 마스터 홀로그래픽 광학 소자에 의해 회절된다. 마스터 홀로그래픽 광학 소자에서 회절된 광은 재생광으로 지칭되며, 이는 물체광으로 작용하여 참조광과 간섭을 일으키고, 이러한 과정을 통해 마스터 홀로그래픽 광학 소자의 간섭패턴이 피복제용 매체에 복제된다.
한편, 두 개의 레이저광을 이용하여 회절광학소자를 제조하는 경우 진동이나 공기 유동과 같은 외부 환경에 크게 영향을 받아 제조된 회절광학소자의 재현성에 문제가 발생하는 경우가 빈번하였다.
대안으로, 사전에 마스터(Master)를 제작한 후에, 마스터를 이용하여 한 개의 레이저광으로 회절광학소자를 복제하는 기술이 개발되어 회절광학소자의 대량생산에 이르게 되었다.
하나의 레이저광이 마스터에서 회절되어 재생광을 생성하고, 원래의 레이저광과 마스터에 의한 재생광이 광반응물질에서 간섭하여 마스터와 동일한 회절광학소자를 복제하는 과정을 거치게 된다.
특히, 마스터를 이용한 회절광학소자를 복제하는 경우 레이저광이 마스터에서 회절되어 재생광을 생성할 때 광반응물질을 통과하는 것이 일반적이고, 이에 따라 광반응물질의 개시제(initiator)에 의해 레이저광의 일부가 흡수되는 문제가 발생한다. 레이저 광이 일부 흡수되는 경우 광특성, 즉 회절효율이 나빠지는 문제점이 발생한다.
도 11을 참조하면 마스터 홀로그래픽 광학소자(Master)를 이용하여 광반응물질(Replica PP)에 간섭무늬를 형성하는 경우, 마스터에서 회절되어 광반응물질로 입사되는 반사광(회절광)은 광반응물질을 통과함으로써 광의 세기가 감소하므로, 광반응물질 내로 입사되는 참조광(조사광)과 비교하여 마스터와 멀어질수록 두 레이저 광의 세기의 비율(Beam Ratio;BR)이 적어지는 것을 확인할 수 있다. 회절효율은 광반응물질의 BR값에 영향을 받는것으로, BR값이 낮은 경우 회절효율이 낮음을 의미한다.
회절광학소자의 회절효율은 홀로그램 화질을 평가하는 요소로, 회절효율이 낮은 경우 가상 영상의 재현하는 경우 해상도가 낮아진다. 그러므로 이에 따른 회절광학소자의 품질 역시 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 회절효율이 향상된 회절광학소자를 제조할 수 있도록 광원에서 조사된 광이 유리판을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자에 직접 입사하여 회절된 회절광과 광반응물질로 입사되는 조사광의 간섭을 통해 제작되는 회절광학소자 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치는 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자; 일면은 마스터 홀로그래픽 광학소자가 부착되고 타면은 광반응물질이 부착되어 계면을 형성하는 유리판;및 유리판의 타면을 향하여 광을 조사하도록 구성되는 광원;을 포함하고, 유리판의 타면은, 광반응물질이 부착되는 제1면과, 광반응물질이 부착되지 않고 광원에서 조사되는 광이 직접 유리판을 통해 마스터 홀로그래픽 광학소자로 입사되는 제2면으로 형성될 수 있다.
또는, 광원에서 조사되고 공기와 광반응물질의 계면에서 굴절되어 광반응물질 내로 입사되는 조사광과, 광원에서 조사된 광이 유리판의 제2면을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되고 유리판의 제1면에서 굴절되어 광반응물질 내로 입사되는 회절광이 간섭하여 광반응물질에 간섭무늬를 형성할 수 있다.
또는, 유리판의 최소 두께는, 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1]
t는 유리판의 두께를, w는 유리판의 제1면의 폭 방향의 크기를, θ1은 조사광이 광반응물질 내로 입사되는 각도를, θ2는 회절광이 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되어 광반응물질 내로 입사되는 각도이다.
또는, 광원은, 유리판의 타면측에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는, 광원은, 하나의 광원인 것을 특징으로 할 수 있다.
또는, 광반응물질은 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고, 광반응물질이 유리판의 제1면에 부착되도록 광반응물질의 시트를 길이방향으로 이송시키는 이송기구를 포함하며, 유리판의 제1면은 광반응물질의 폭 방향 크기에 대응하는 크기로 이루어질 수 있다.
본 발명은 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조 방법은 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자를 준비하는 단계; 일면에 마스터 홀로그래픽 광학소자를 부착하는 유리판을 준비하는 단계; 간섭무늬를 기록할 광반응물질을 유리판의 타면의 일부인 제1면에 부착하는 단계;및 유리판의 타면인 제1면과 광반응물질이 부착되지 않은 제2면을 향하여 광원에서 광을 조사하여 간섭무늬를 기록하는 단계;를 포함할 수 있다.
또는, 간섭무늬를 기록하는 단계에서는, 광원에서 조사되고 공기와 광반응물질의 계면에서 굴절되어 광반응물질 내로 입사되는 조사광과, 광원으로부터 조사된 광이 유리판의 제2면을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되고 유리판의 제1면에서 굴절되어 광반응물질 내로 입사되는 회절광이 간섭하여 광반응물질에 간섭무늬를 형성할 수 있다.
또는, 일면에 마스터 홀로그래픽 광학소자를 부착하는 유리판을 준비하는 단계에서, 유리판의 최소 두께는, 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1]
t는 유리판의 두께를, w는 유리판의 제1면의 폭 방향의 크기를, θ1은 조사광이 광반응물질 내로 입사되는 각도를, θ2는 회절광이 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되어 광반응물질 내로 입사되는 각도이다.
또는, 광반응물질은 소정의 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고, 광반응물질이 유리판의 제1면에 부착되도록 광반응물질의 시트를 길이방향으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또는, 회절광학소자는, 홀로그래픽 광학소자(holographic optical element)일 수 있다.
본 발명은 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조 방법으로 제조된 회절광학소자일 수 있다.
본 발명에 의하면, 조사광이 광반응물질을 투과하지 않고 마스터 홀로그래픽 광학소자에 직접 투과 및 반사되어 회절광이 형성되는 경우, 광이 개시제에 의한 흡수가 없으므로 이로 인해 광반응물질에 형성된 간섭무늬의 회절효율은 높아질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회절광학소자 제조장치는 롤투롤 장치로 구현 가능하여 균일한 성능을 가지는 회절광학소자를 대량 생산할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치에서 조사광과 회절광에 의해 회절광학소자를 제조하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치에서 조사광과 회절광이 광반응물질에 입사되는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 방법을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치의 광 세기를 계산하기 위한 상수값을 표시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광반응물질 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 단면도이다.
도 7b는 비교 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예와 비교예의 수학식으로 계산되는 회절광학소자의 평균 굴절률 변조에 따른 회절효율을 나타낸 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조되는 회절광학소자의 파장에 따른 투과율(Transmittance)을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조되는 회절광학소자의 파장에 따른 반사율(Reflectance)을 나타낸 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 비교 실시 예에 따라 제조되는 회절광학소자의 파장에 따른 투과율(Transmittance)을 나타낸 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 비교 실시 예에 따라 제조되는 회절광학소자의 파장에 따른 반사율(Reflectance)을 나타낸 그래프이다.
도 11은 종래기술인 마스터를 이용하여 광반응물질에 간섭무늬를 기록 시 조사광과 반사광의 세기의 비율을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서 전체에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않으며, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에서, 용어 "회절광학소자"는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴으로 구비하는 광학소자를 의미하며, 회절광학소자에 도달하는 광은 회절되어 광경로가 변경될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "홀로그래픽 회절광학소자"는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비하는 광학소자를 의미하며, 홀로그래픽 회절광학소자에 도달하는 광은 회절되어 광경로가 변경될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자 패턴은 포토폴리머(photopolymer)와 같은 감광 재료에 복수의 레이저가 간섭되어 기록될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)는 광반응물질(40)에 광을 조사하고 간섭시켜 간섭 무늬를 기록함으로써 회절광학소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)는, 마스터 홀로그래픽 광학소자(10), 유리판(20) 및 광원(30)을 포함하여 형성될 수 있다.
마스터 홀로그래픽 광학소자(10)는 미리 설정된 형상을 가지는 간섭패턴이 기록된 광학소자로, 포토폴리머 또는 다른 홀로그램 물질을 이용하여 구현될 수 있다.
유리판(20)은 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)와 광반응물질(40)이 부착되는 소재로, 일면(21)에는 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)가 부착되고 타면(22)에는 광반응물질(40)이 부착될 수 있다.
여기서 광반응물질(40)이 부착되는 유리판(20)의 타면(22)은, 광반응물질(40)이 부착되는 제1면(22a)과 광반응물질(40)이 부착되지 않는 제2면(22b)으로 형성될 수 있다. 특히, 유리판(20)의 제2면(22b)의 경우 광원(30)에서 조사되는 광이 광반응물질(40)에 입사되지 않고 직접 유리판(20)을 통해 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)로 입사될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광반응물질(40)은 감광재료를 포함할 수 있다. 여기서 감광재료는 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료 등이 사용될 수 있다. 상기한 감광재료로 인해 간섭무늬를 용이하게 기록할 수 있다. 홀로그래픽 광학소자를 포함한 회절광학소자의 제조에 사용될 수 있는 다양한 종류의 감광재료가 공지되어 있으며, 이러한 재료가 제한없이 본 발명에서도 사용될 수 있다.
광원(30)은 유리판(20)의 타면(22)을 향하여 광을 조사할 수 있도록 형성되는 것으로, 레이저 광원(30)일 수 있으며, 소정의 파장 및 간섭성 길이(coherent length)를 가지는 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)에서 광원(30)은 유리판(20)의 타면(22)측에 위치할 수 있다. 또한, 하나의 광원(30)을 사용할 수도 있다. 광원(30)을 유리판(20)의 타면(22)측에 위치하거나 하나의 광원(30)만을 사용함으로써 회절광학소자 제조장치(1)의 설비를 간소화할 수 있고 제조 및 유지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
회절광학소자는 광원(30)에서 조사되는 광이 광반응물질(40) 내로 입사되어 간섭무늬를 형성함으로써 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)는, 공기와 광반응물질(40)의 계면에서 굴절되어 광반응물질(40) 내로 입사되는 조사광(La)과, 광원(30)에서 조사된 광이 유리판(20)의 제2면(22b)을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)의 간섭패턴에서 회절되고 유리판(20)의 제1면(22a)에서 굴절되어 광반응물질(40) 내로 입사되는 회절광(Lb)이 간섭하여 광반응물질(40)에 간섭무늬를 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광(Lb)은 광반응물질(40)을 통과하지 않고 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)로부터 회절되어 생성되는 광으로, 이러한 경우 회절광(Lb)이 광반응물질(40)의 개시제에 의해 일부 흡수되지 않으므로 광반응물질(40)에 형성된 간섭무늬의 회절효율이 나빠지는 문제를 해결할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)에서 유리판(20)의 최소 두께는 수학식 1에 의해 산출되는 값 이상일 수 있다.
[수학식 1]
t는 유리판(20)의 두께를, w는 유리판(20)의 제1면(22a)의 폭 방향의 크기를, θ1은 조사광(La)이 광반응물질(40) 내로 입사되는 각도를, θ2는 회절광(Lb)이 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)의 간섭패턴에서 회절되어 광반응물질(40) 내로 입사되는 각도를 의미한다. w의 경우, 광이 조사되는 진행 방향과 동일한 방향으로 유리판(20)의 타면(22)에 부착된 광반응물질(40)의 길이를 의미한다.
예를 들어, 조사광(La)이 35°, 회절광(Lb)이 65°, 유리판(20)의 제면의 폭 방향 크기를 12cm 로 설정한 경우, 유리판(20)의 두께는 최소 4.2cm 이상으로 형성되어야 한다. 조사광(La)과 회절광(Lb)의 경우, 광의 파장, 유리판(20)의 매질, 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)의 소재 및 간섭패턴의 형태 등으로 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 회절광학소자 제조장치(1)는 회절광학소자를 대량 생산할 수 있도록 롤투롤 장치로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시에 따른 회절광학소자 제조장치(1)에서, 광반응물질(40)은 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고, 광반응물질(40)이 유리판(20)의 제1면(22a)에 부착되도록 광반응물질(40)의 시트를 길이방향으로 이송시키는 이송기구(50)를 포함하며, 유리판(20)의 제1면(22a)은 광반응물질(40)의 폭 방향 크기에 대응하는 크기로 이루어질 수 있다. 광반응물질(40)의 폭 방향의 크기는 생산할 회절광학소자의 크기에 맞추어 다양하게 설정할 수 있다.
시트 형상의 광반응물질(40)은 롤 형상으로 감겨 있는 공급롤(60)에 의해 공급될 수 있으며, 간섭무늬가 기록되어 회절광학소자로 제조된 시트 형상의 광반응물질(40)은 회수롤(70)에 의해 권취되어 롤 형태로 회수하는 것 또한 가능하다.
시트 형상의 광반응물질(40)을 회절광학소자 제조장치(1)에 공급하는 경우, 광반응물질(40)이 유리판(20)의 제1면(22a)에 부착되도록 광반응물질(40)을 이송하는 이송기구(50)를 설치할 수 있으며, 이송기구(50)는 광반응물질(40)의 시트를 연속적으로 이송하는 이송롤 형태로 구성할 수 있다.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 방법(S1)은, 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)를 준비하는 단계(S10), 일면(21)에 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)를 부착하는 유리판(20)을 준비하는 단계(S20), 간섭무늬를 기록할 광반응물질(40)을 유리판(20)의 타면(22)의 일부인 제1면(22a)에 부착하는 단계(S30) 및 유리판(20)의 타면(22)인 제1면(22a)과 광반응물질(40)이 부착되지 않은 제2면(22b)을 향하여 광원(30)에서 광을 조사하여 간섭무늬를 기록하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)를 준비하는 단계(S10)에서, 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)는 앞선 실시 예들에 따른 회절광학소자 제조장치(1)의 구성과 동일하게 구성할 수 있다.
일면(21)에 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)를 부착하는 유리판(20)을 준비하는 단계(S20)는, 광반응물질(40)에 간섭무늬를 형성할 때 회절광(Lb)의 세기를 유지하기 위해 광반응물질(40)과 마스터 홀로그래픽 광학소자(10) 사이에 배치하는 유리판(20)을 준비하는 단계이다. 여기서, 유리판(20)의 소재, 두께 등 역시 앞선 실시 예들에 따른 회절광학소자 제조장치(1)의 구성과 동일하게 구성할 수 있다.
간섭무늬를 기록할 광반응물질(40)을 유리판(20)의 타면(22)의 일부인 제1면(22a)에 부착하는 단계(S30)는, 광원(30)에서 조사되는 광 중에서 회절광(Lb)을 형성하기 위해 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)로 입사되는 광이 광반응물질(40)을 투과하지 않도록 유리판(20)의 타면(22) 중 일부에만 부착하는 단계이다. 즉, 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)에서 회절되는 회절광(Lb)은 유리판(20)의 타면(22) 중 광반응물질(40)이 부착되지 않는 면인 제2면(22b)으로 투과한 광으로 형성된다.
유리판(20)의 타면(22)인 제1면(22a)과 광반응물질(40)이 부착되지 않은 제2면(22b)을 향하여 광원(30)에서 광을 조사하여 간섭무늬를 기록하는 단계(S40)는, 유리판(20)의 타면(22)인 제1면(22a)과 제2면(22b)을 향하여 광을 조사하여 광반응물질(40)에 간섭무늬를 기록하는 단계이다.
특히 광반응물질(40)에 간섭무늬를 기록하는 단계에서, 광원(30)에서 조사되고 공기와 광반응물질(40)의 계면에서 굴절되어 광반응물질(40) 내로 입사되는 조사광(La)과, 광원(30)으로부터 조사된 광이 유리판(20)의 제2면(22b)을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)의 간섭패턴에서 회절되고 유리판(20)의 제1면(22a)에서 굴절되어 광반응물질(40) 내로 입사되는 회절광(Lb)이 간섭하여 광반응물질(40)에 간섭무늬를 형성할 수 있다.
특히, 일면(21)에 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)를 부착하는 유리판(20)을 준비하는 단계에서 유리판(20)의 최소 두께는 앞선 실시 예들에 따른 수학식 1에 따라 산출될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 방법(S1)에서, 광반응물질(40)은 소정의 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고, 광반응물질(40)이 유리판(20)의 제1면(22a)에 부착되도록 광반응물질(40)의 시트를 길이방향으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 앞선 실시 예들과 마찬가지로 광반응물질(40)의 시트를 연속적으로 이송할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 제조되는 회절광학소자는 홀로그래픽 광학소자(holographic optical element)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자를 제조하는 방법에 따라 제조되는 회절광학소자는, 종래 기술들에 비해 회절효율이 향상되는 특징을 지닌다.
회절광학소자의 회절효율은 광반응물질(40)에 조사되는 입사광과 반사광(회절광)의 세기 비율(Beam Ratio:BR)에 영향을 받는다. 이는 입사광의 세기에 대한 회절광(Lb)의 세기의 비로, 회절광(Lb)이 광반응물질(40)을 통과함에 따라 개시제에 의한 흡수가 적을수록 회절효율은 높아진다.
도 5를 참조하면, 광 세기는 Lambert-Beer's Law에 의해 수학식 2에 따른다.
[수학식 2]
여기에서,는 입사광의 세기, 는 회절광(Lb)의 세기, 는 광반응물질(40)에 입사광의 기준위치, 는 광반응물질(40) 흡수율, 는 광반응물질(40)의 두께, 은 광반응물질(40)의 투과율, 광입사각, 는 마스터의 광회절각, DE%는 마스터의 회절효율, R%는 거울의 반사율을 나타낸다.
수학식 2에 의해 산출된 입사광과 회절광(Lb)의 세기값으로, 수학식 3에 따라 두 광의 세기의 비율(Beam Ratio;BR)을 도출할 수 있고, 이에 따른 평균 회절효율(Mean Diffraction efficiency;)은 수학식 4에 따라 구할 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기에서,는 가시성(Visibility), 은 평균 가시성(Mean Visibility),은 평균 굴절률 변조(Mean refractive index modulation), 은 굴절률 변조(refractive index modulation), 는 광의 파장, Φ는 입사광과 회절광(Lb)의 각도 차, θ는 입사광의 입사각도, 는 회절광학소자의 격자 간격을 나타낸다.
상기 수학식 2 내지 4를 통해, 하기의 조건으로 제작된 회절광학소자의 회절효율을 예측해 본다.
광원(30)은 파장이 660nm인 레이저 광원(30)을 사용하고, 조사광(La)이 광반응물질(40) 내로 입사되는 각도를 35°, 회절광(Lb)이 광반응물질(40)로 입사되는 각도를 65°로 설정한다. 도 6을 참조하면, 광반응물질(40)은 660nm 파장에서의 투과율이 24%, 두께는 8.5μm, 굴절률 변조가 0.05, 굴절률이 1.5인 포토폴리머(Photopolymer;PP)이다. 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)의 회절효율은 660nm 파장에서 99%로 설정한다. 이는 실시 예와 비교 예 모두 동일하게 설정된다.
실시 예의 경우 도 7a를 참조하면, 광원(30)에서 조사된 광이 유리판(20)을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)에 직접 입사하여 회절된 회절광(Lb)과 광반응물질(40)로 입사되는 조사광(La)의 간섭을 통해 회절광학소자를 제조할 수 있도록 구성하였다. 반면, 비교 예의 경우 도 7b를 참조하면, 광원(30)에서 조사된 광이 광반응물질(40)과 유리판(20)을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)에 입사하여 회절된 회절광(Lb)과 광반응물질(40)로 입사되는 조사광(La)의 간섭을 통해 회절광학소자를 제조할 수 있도록 구성하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 설정된 값을 상기 수학식 2 내지 4로 계산한 결과에 따른 평균 굴절률 변조에 따른 회절효율을 나타낸 그래프이다. 실시 예와 같이 광원(30)에서 조사된 광이 유리판(20)을 투과하여 마스터 홀로그래픽 광학소자(10)에 직접 입사하여 회절된 회절광(Lb)이 간섭한 경우, 평균 굴절률 변조인 는 0.037이다. 반면 비교 예인 광원(30)에서 조사된 광이 광반응물질(40)에 직접 입사하여 회절된 회절광(Lb)이 간섭한 경우 는 0.027이다.
결국, 실시 예와 비교 예에 따라 복제된 회절광학소자의 회절효율은, 실시 예의 경우 57.0%, 비교 예의 경우 39.2%로 약 17%정도 차이가 나며, 실시 예를 사용할 경우 높은 회절효율을 가지는 회절광학소자를 제작할 수 있을 것으로 예측된다.
이는 이하 실제 제작을 통한 실시 예와 비교 예를 통해 판단할 수 있다.
실시 예
도 9a 및 도 9b를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 회절광학소자의 광학적 특성을 나타낸다. 도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 회절광학소자의 파장에 따른 투과율을 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 회절광학소자의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 도 9b에 의하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회절광학소자는 0°로 입사할 때, 50°로 회절하며, 피크 파장은 987nm이고, 회절효율은 53%로 나타났다. 이는, 실시 예의 조건으로 수학식 2 내지 4를 통해 계산된 회절효율인 57%와 비교하여 유사하게 도출된다.
비교 예
도 10a 및 도 10b를 참조하면 비교 예에 따라 제조된 회절광학소자의 광학적 특성을 나타낸다. 도 10a는 비교 예에 따라 제조된 회절광학소자의 파장에 따른 투과율을 나타내는 그래프이고, 도 10b는 비교 예에 따라 제조된 회절광학소자의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b에 의하면, 비교 예에 따른 회절광학소자는 0°로 입사할 때, 50°로 회절하며, 피크 파장은 987nm이고, 회절효율은 37%로 나타났다. 이는, 비교 예의 조건으로 수학식 2 내지 4를 통해 계산된 회절효율인 39.2%와 비교하여 유사하게 도출된다.
결국, 앞선 본 발명의 일 실시 예에 따른 측정 데이터와 비교 실시 예에 따른 측정 데이터를 비교 시, 실시 예는 비교 예와 대비하여 대략 16% 이상 높은 회절효율을 가지는 회절광학소자를 제조할 수 있음을 판단할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 회절광학소자 제조장치
10: 마스터 홀로그래픽 광학소자
20: 유리판
22a: 제1면
22b: 제2면
30: 광원
40: 광반응물질
La: 조사광
Lb: 회절광

Claims (12)

  1. 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자;
    일면은 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자가 부착되고 타면은 광반응물질이 부착되어 계면을 형성하는 유리판;및
    상기 유리판의 타면을 향하여 광을 조사하도록 구성되는 광원;을 포함하고,
    상기 유리판의 타면은,
    상기 광반응물질이 부착되는 제1면과, 상기 광반응물질이 부착되지 않고 상기 광원에서 조사되는 광이 직접 상기 유리판을 통해 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자로 입사되는 제2면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원에서 조사되고 공기와 상기 광반응물질의 계면에서 굴절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 조사광과,
    상기 광원에서 조사된 광이 상기 유리판의 상기 제2면을 투과하여 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되고 상기 유리판의 상기 제1면에서 굴절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 회절광이 간섭하여 상기 광반응물질에 간섭무늬를 형성하는, 회절광학소자 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유리판의 최소 두께는, 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 회절광학소자 제조장치.
    [수학식 1]


    t는 상기 유리판의 두께를, w는 상기 유리판의 상기 제1면의 폭 방향의 크기를, θ1은 상기 조사광이 상기 광반응물질 내로 입사되는 각도를, θ2는 상기 회절광이 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 각도이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은, 상기 유리판의 타면측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 회절광학소자 제조장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은, 하나의 광원인 것을 특징으로 하는, 회절광학소자 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광반응물질은 상기 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고,
    상기 광반응물질이 상기 유리판의 제1면에 부착되도록 상기 광반응물질의 시트를 길이방향으로 이송시키는 이송기구를 포함하며,
    상기 유리판의 상기 제1면은 상기 광반응물질의 폭 방향 크기에 대응하는 크기로 이루어지는, 회절광학소자 제조장치.
  7. 간섭패턴이 기록된 마스터 홀로그래픽 광학소자를 준비하는 단계;
    일면에 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자를 부착하는 유리판을 준비하는 단계;
    간섭무늬를 기록할 광반응물질을 상기 유리판의 타면의 일부인 제1면에 부착하는 단계;및
    상기 유리판의 타면인 제1면과 상기 광반응물질이 부착되지 않은 제2면을 향하여 광원에서 광을 조사하여 간섭무늬를 기록하는 단계;를 포함하는, 회절광학소자를 제조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 간섭무늬를 기록하는 단계에서는,
    상기 광원에서 조사되고 공기와 상기 광반응물질의 계면에서 굴절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 조사광과,
    상기 광원으로부터 조사된 광이 상기 유리판의 제2면을 투과하여 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되고 상기 유리판의 상기 제1면에서 굴절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 회절광이 간섭하여 상기 광반응물질에 간섭무늬를 형성하는, 회절광학소자를 제조하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    일면에 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자를 부착하는 유리판을 준비하는 단계에서,
    상기 유리판의 최소 두께는, 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 회절광학소자 제조하는 방법.
    [수학식 1]


    t는 상기 유리판의 두께를, w는 상기 유리판의 상기 제1면의 폭 방향의 크기를, θ1은 상기 조사광이 상기 광반응물질 내로 입사되는 각도를, θ2는 상기 회절광이 상기 마스터 홀로그래픽 광학소자의 간섭패턴에서 회절되어 상기 광반응물질 내로 입사되는 각도이다.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 광반응물질은 상기 소정의 폭 방향 크기를 가지며 길이방향으로 연장되는 시트 형상으로 이루어지고,
    상기 광반응물질이 상기 유리판의 제1면에 부착되도록 상기 광반응물질의 시트를 길이방향으로 이송하는 단계를 더 포함하는, 회절광학소자를 제조하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 회절광학소자는, 홀로그래픽 광학소자(holographic optical element)인, 회절광학소자를 제조하는 방법.
  12. 청구항 7 내지 청구항 11 중 적어도 어느 하나의 방법으로 제조된, 회절광학소자.
KR1020220071764A 2022-06-13 2022-06-13 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법 KR20230171323A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220071764A KR20230171323A (ko) 2022-06-13 2022-06-13 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220071764A KR20230171323A (ko) 2022-06-13 2022-06-13 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230171323A true KR20230171323A (ko) 2023-12-20

Family

ID=89377121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220071764A KR20230171323A (ko) 2022-06-13 2022-06-13 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230171323A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002049292A (ja) 透過型ホログラムの作製方法
US20130120816A1 (en) Thin flat type convergence lens
US20130120814A1 (en) Hologram replicating method and hologram replicating apparatus
US4575192A (en) Method of bragg angle adjustments for copying holograms
WO2008059779A1 (en) Hologram making method and hologram made by the method
KR20230171323A (ko) 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법
JP4338124B2 (ja) 体積ホログラム記録体
US20230314686A1 (en) Holographic Optical Element, Manufacturing Method Therefor and Manufacturing Device Therefor
KR102241034B1 (ko) 홀로그램 복제 방법 및 시스템
US7061656B2 (en) Hologram duplicating device and method
JP3952318B2 (ja) ホログラムアレーの複製方法
KR20230115729A (ko) 곡면 홀로그래픽 광학 소자 평면 복제 기술
KR102159501B1 (ko) 홀로그래픽 광학소자 제조방법 및 홀로그래픽 광학소자 제조장치
KR20240082041A (ko) 홀로그래픽 광학 소자의 격자를 기록하는 장치, 방법 및 상기 방법으로 기록된 홀로그래픽 광학 소자
KR20230111812A (ko) 회절효율이 향상된 회절광학소자 제조장치 및 방법
JPH1184995A (ja) 複合ホログラム
JP2000250389A (ja) 偽造防止媒体
JP3714432B2 (ja) ホログラム表示体及びその作成方法
KR20230111813A (ko) 두 개의 프리즘으로 구성된 대면적 회절광학소자 제조 장치 및 방법
KR20220055919A (ko) 다중 노치 필터 및 그의 제조방법
KR20230020646A (ko) Hoe를 복제하는 방법 및 이에 의하여 복제된 hoe
KR20230012786A (ko) 회절광학소자 제조장치 및 방법
JPH06230377A (ja) 液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法
KR102219835B1 (ko) 홀로그래픽 광학 소자의 제조방법
US20240027960A1 (en) Holographic printing system and holographic printing method using same