KR970003373B1 - 홀로그램 시스템 및 방법 - Google Patents

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인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

내용없음.

Description

홀로그램 시스템 및 방법
제1도는 본 발명에 따른 홀로그램 시스템의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 하나의 홀로그램의 상세한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 볼륨 홀로그램에 대한 굴절율의 피크 변화 대 회절효율의 그래프.
제4도는 본 발명의 홀로그램 시스템을 만들기 위한 시스템의 개략도.
제5도는 본 발명의 홀로그램 시스템을 만들기 위한 부가적인 시스템의 개략도.
제6도는 본 발명의 홀로그램 시스템의 상세한 단면도.
제7도는 제6도의 평면도.
제8도는 본 발명의 광학 데이터 저장 시스템의 개략도.
제9도는 제8도 시스템의 일부에 대한 개략도.
제10도는 제8도의 시스템의 일부에 대한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12, 20 : 기판 14, 18 : 볼륨 홀로그램
16 : 광학적 접착제 30 : 레이저
210 : 기체 레이저 216 : 광 분할기
224 : 거울 310 : 매체
314 : 스핀들 316 : 스핀들 모터
330 : 레이저 346 : 렌즈 홀더
350 : 포커스 액츄에이터 모터 352 : 광학 헤드
본 발명은 일반적으로 볼륨 홀로그램(volume hologram)에 관한 것으로, 특히 소망하는 광속 분리(beam separation)를 성취하기 위한 볼륨 홀로그램 시스템 및 방법에 관한 것이다.
홀로그램은 2개의 간섭성 광선의 간섭에 의하여 만들어진 빛의 강도 패턴을 기록한 기록물이다(보통 2개의 광선은 하나의 레이저 광선을 분할하여 만든다). 홀로그램은 크게 투과형(transmissive)과 반사형(refractive)의 2개의 카테고리로 나눌 수 있다. 이러한 2개의 카테고리는 홀로그램의 물리적 형태에 따라 표면 기복 홀로그램(surface relief hologram) 및 볼륨 홀로그램으로 더 나눌 수 있다. 표면 기복 홀로그램은 포토리소그래픽 프로세스를 사용하여 기록될 수 있다. 이 경우 간섭 패턴은 물질 두께의 주기적인 변화로 기록되고, 물질의 굴절율은 변화하지 않는다.
볼륨 홀로그램에 있어서, 간섭 패턴은 물질의 굴절율의 주기적인 변화로 기록되고, 물질의 두께는 변화하지 않는다. 굴절율의 주기적인 변화는 그 물질내에 최대 굴절율을 갖는 면을 형성한다. 이러한 면은 브래그 표면(Bragg surface)이라 불리운다. 간섭 패턴이 2개의 평면과 또는 홀로그램 표면에서 동일한 곡률(curvature)을 갖는 2개의 파동(wave)에 의하여 만들어질 때, 브래그 표면은 브래그면(Bragg plane)이 될 것이다.
최대 회절 효율을 얻도록 홀로그램을 레이저광으로 조사할 때, 브래그면과 레이저광 사이의 내부 각도(internal angle)를 브래그 각도(Bragg angle)라 한다. 또한 최대 회절 효율이 얻어지는 입사각의 외부각도(external angle)도 종종 브래그 각도라고 불리어진다.
최근에 홀로그램은 광 데이터 저장 장치로서 응용되어 왔다. 이러한 홀로그램은 여러 목적으로 광성(beams of light)이 분리되는 것을 가능케 한다. 이러한 홀로그램은 다음 문헌에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제1-55746호(1989. 1. 18), 일본 특허 공개 제1-55745호(1989. 3. 2), 일본 특허 공개 제1-55746호(1989. 3. 2), 일본 특허 공개 제1-86337호(1989. 3. 31), 일본 특허 공개 제1-86332호(1989. 3. 31), 일본 특허 공개 제1-146143호(1989. 6. 8), 일본 특허 공개 제1-55359호(1989. 3. 1), 일본 특허 공개 제63-25845호(1988. 2. 3), 일본 특허 공개 제62-219340호(1987. 9. 26), 일본 특허 공개 제61-123032호(1986. 6. 10), 일본 특허 공개 제1-18175호(1989. 1. 20), 일본 특허 공개 제61-42613호(1986. 3. 1), 소련 특허 제1,053,056호(1983. 11. 7), 유럽 특허 공개 제350,014호(1990. 10. 1), 미합중국 특허 제5,013,107호(1991. 5. 7) 및 미합중국 특허 제4,497,534호(1985. 2. 5)
1991년 10월 10일에 출원되고 본 출원인에게 양도된 미합중국 특허 출원 제 07/774,410호는 2개의 홀로그램을 사용하는 볼륨 홀로그램 시스템을 개시하고 있다. 제1 볼륨 홀로그램은 입사광을 소망된 편극(polarization) 및/또는 강도를 갖는 2개의 광선(beam)으로 나누고, 제2 볼륨 홀로그램은 이들 2개의 광선 사이의 각도를 조정한다.
볼륨 홀로그램을 사용하는데 있어서의 문제점은 그것을 만들기 어렵다는 것이었다. 볼륨 홀로그램의 처리(processing)는 홀로그램 물질의 수축 및 브래그면의 왜곡을 야기할 수 있다. 이러한 것들이, 소망된 각도에서 소망하는 광속 분리를 성취하는 홀로그램 시스템을 정확하고 일관되게 만드는 것을 어렵게 한다.
따라서, 소망된 광속 분리를 일관되게 얻을 수 있고 쉽게 제작할 수 있는 볼륨 홀로그램 시스템이 필요하다.
간단히 말해서, 본 발명의 양호한 실시예를 얇은 광학적 접착제로 접착한 2개의 기판에 형성된 2개의 볼륨 홀로그램을 포함한다. 2개의 볼륨 홀로그램은 상호 동일하며, 표면에 수직한 브래그면을 갖는다. 2개의 홀로그램을 그들 사이에 위치한 광학적 접착제와 함께 위치한다. 이러한 광학적 접착제는 복사선(radiation)에 의해 활성화된다. 2개의 홀로그램은 그들의 브래그면들이 임의의 회전각(rotational angle)에 의하여 오프세트(offset)되고 소망된 양의 광속 분리가 얻어질 때까지 상호 이동된다. 그 다음, 접착제가 활성화되고, 2개의 홀로그램은 영구히 결합된다.
본 발명의 성질 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 기술된다.
제1도는 본 발명에 따른 홀로그램 시스템의 개략도로서 참조 부호 10으로 표시된다. 이 시스템(10)은 기판(12), 볼륨 홀로그램(14), 얇은 층의 투명한 광학적 접착제(16), 볼륨 홀로그램(18) 및 기판(20)으로 구성된다. 홀로그램(14)와 (18)은 동일한 것이다. 다이오드 레이저(30)는 레이저 광선(32)을 방출한다. 레이저(30)는 대략 780nm 파장의 빛을 발생하는 갈륨-알루미늄-비소 레이저일 수 있다. 광선(32)은 렌즈(33)로 조정된다.
광선(32)은 기판(12)을 통하여 브래그 각도로 홀로그램(14)에 입사한다. 홀로그램(14)은 광선(32)의 P편극 성분을 회절시켜 광선(34)을 발생시키고, 광선(32)의 회절되지 않은 S편극 성분은 광선(36)으로 남는다. 광선의 직교적인 편극 성분들은 종종 S와 P로 일컬어진다.
광선(36)은 홀로그램(18)을 통하여 회절되지 않고 통과하며, 또한 기판(20)을 통과한다. 광선(34)은 대략 홀로그램(18)의 브래그각도로 홀로그램(18)에 입사하여 회절되며, 기판(20)을 통과한다. 홀로그램(18)은 홀로그램(14)와 동일하기 때문에, 광선(34)은 정상적으로는 광선(36)과 정확하게 동일한 방향으로 회절될 것이다. 두 홀로그램(14)와 (18)이 정렬(align)되었다면 정말 그러할 것이다. 이러한 경우, 광선(34)와 (36)은 각도의 차이가 없게 되고, 홀로그램 시스템(10)은 쓸모없게 된다. 그러나, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 홀로그램 시스템(10)은 홀로그램(14)와 (18) 사이의 회전각이 약간 오프세트되도록 제작된다.
이러한 오프세트은 광선 (34)와 (36) 사이에 각도 분리(angular separation;SA)가 생기도록 할 것이다. 소망된 정확한 양의 각도분리가 제작시에 맞추어질 수 있다.
그러므로, 본 발명은 소망된 정확한 양의 각도 분리를 나타낼 수 있는 볼륨 홀로그램 시스템을 성취할 수 있게 한다.
제2도는 홀로그램 어셈블러(100)를 구성하는 볼륨 홀로그램(14) 및 기판(12)의 상세한 단면도이다. 홀로그램(14)은 두께가 T이고, 기판(12)상에 위치되어 있다. 홀로그램(14)은 홀로그램 물질로 만들어지고, 양호하게는 중크롬 젤라틴(dichromated gelatin)이다. 기판(12)은 양호하게는 유리로 만들어진다. 외부면(110), 홀로그램(14)과 기판(12) 사이의 면(112) 및 홀로그램(14)의 반대쪽 면(114)이 존재한다.
홀로그램(14)은 주기적인 브래그면(120)을 갖는다. 브래그면(120)은 거리 L(절대 분리 거리) 만큼 간격지어져 있고, 외부 간섭무늬 형태로는 거리 d(면 (112)에서의 분리거리)만큼 간격지어져 있다. 브래그면(120)은 면(112)과 ø각을 이룬다. 본 발명의 양호한 실시예에서는 ø=90 이고, 따라서 d=L이다.
작동에 있어서, (파장 λ1의) 광선(32)은 면(110)의 수직선에 대하여 θ1의 각도로 기판(12)에 입사한다. 광선(32)은 면(110) 및 (112)에서 굴절되며, 홀로그램(14)에 내부입사각 α로 입사한다. 여기서 α=asin[sinθ1(na/no)]이고, 홀로그램(14)의 평균 굴절율(전형적으로는 처리된 중크롬 젤라틴에 대한 굴절율 1.26)이고, na는 외부 주위 물질의 굴절율(전형적으로는 공기의 굴절율 1.0)이다. 광선(32)의 일부는 회절되지 않고 홀로그램(14)을 통과하여 광선(36)으로 방출된다. 광선(36)은 면(114)에서 굴절된다. 광선(36)은 면(114)에서 θT의 각도로 방출된다. 여기서, θT=asin[(sin α)no/na]이고, na는 주위 물질의 굴절율이다. 다음에서 알 수 있는 바와 같이, 홀로그램(18)이 홀로그램(14)와 접해있는 경우에 θT는 α와 같아질 것이다.
광선(32)의 다른 일부는 브래그면(120)에 의하여 회절된다. 브래그면(120)에 대한 광선(32)의 각도는 θO이고, 그것은 asin[λ1/2nOL]과 동일하다. 회절된 광선은 면(114)과 내부 회절각 β를 이룬다. 회절된 광선은 면(114)에서 광선(34)으로 홀로그램(14)으로부터 방출된다. 광선(34)은 회절된 출력 각도 θD로 면(114)으로부터 방출된다. 여기서 θD는 asin[sinβ(nO/na)]이다. 광선 (34)와 (36)의 정확한 성질은 아래에서 상세히 기술될 것이다.
홀로그램(14)을 설계하는데 있어서, 다음의 변수들이 고려된다.
θ1= 입사각 (외부), α = 입사각(내부), β = 회절각도 (내부), δ = 브래그 각도로부터의 편차. (0인 것으로 가정한다.), ø = 브래그면의 경사, 경사가 없는 경우에는 ø = π/2, L = 브래그면의 간격, d = 외부 간섭 무늬 간격, nO= 홀로그램 매체의 평균 굴절율. 전형적으로 높은 n1을 갖는 노광(expose)되고 처리(process)된 중크롬 젤라틴 홀로그래픽 격자(grating)에 대하여 1.26, n1= 홀로그램 매체의 굴절율의 피크(peak) 변화. 전형적으로 중크롬 젤라틴에 대하여 0.1, λa = 공기 중에서의 빛의 파장. 여기서 λa= λ1= 780nm., δλ = λa(브래그 λ)로부터의 편차. (0인 것으로 가정한다.)
이러한 변수는 다음 식에서 사용된다.
상기 (11) 및 (12)식은 직교 편극 성분 S 및 P에 대한 회절효율을 제공하고, 광선(34) 및 (36)의 상태를 결정한다. Es는 편극 광성분 S의 회절효율이고, Ep는 편극 광성분 P의 회절효율이다.
홀로그램 수학의 더 상세한 논리는 헤르윅 코젤닉(Herwig Kogelnik)이 저술한 "두꺼운 홀로그램 격자에 대한 결합 파장 이론(Couple Wave Theory for Thick Hologram Gratings)" Bell System Technical Journal, Vol. 48, NO. 9, p. 2909(Nov. 1969)에서 제공된다.
제3도는 Es 및 Ep의 회절효율 대 홀로그램(14)에 대한 피크 굴절율(n1)의 그래프를 도시한다.
홀로그램(14)의 경우, 변수 θ1=39.05 , ø=90 , α=β=30 , T=5 미크론, λa=780nm이다. 회절효율은 광선(34)으로 회절된 광선(32)의 퍼센트를 나타낸다. 광선(32)의 나머지 부분은 광선(36)이 될 것이다. 예를 들어, n1=0.135에서는 P편극 광선의 100%가 광선(34)로 회절되고, S편극 광선의 0%가 회절될 것이다. 광선(34)는 P편극 광선의 100% 및 S편극 광선의 0%를 포함하고, 광선(36)은 S편극 광선의 100% 및 P편극 광선의 0%를 포함할 것이다.
이 경우, 홀로그램(14)은 편극 광분할기로 가능하다. 양호한 실시예에서는, 홀로그램(14)이 이러한 광 분할기로 작용하고, 따라서 n1은 0.135로 선택되는 것이 바람직하다.
제4도는 홀로그램 시스템(10)을 제작하기 위한 개략도를 나타내고, 참조 부호 200으로 표시된다. 유리 기판(202)은 T 두께의 홀로그램 물질(204)로 코팅된다. 결합된 기관(202) 및 물질 (204)은 평판(206)으로 기술된다. 양호한 실시예에서 중크롬 젤라틴이 물질(204)로 사용된다.
홀로그램을 기록하기 위해서는, 홀로그램 물질과 반응할 빛의 파장을 사용하는 것이 필요하다. 기록 파장 λ2는 중크롬 젤라틴에 대하여 대략 488nm 정도이어야 한다. 시스템(200)을 기록 파장 λ2로 광선(212)을 방출하는 기체 레이저(210)를 사용한다. 광선(212)은 광학대기(214)에 의해 확대된다. 광분할기(216)는 광선(212)을 표적 광선(object beam ; 220)과 이미지 광선(image beam ; 222)으로 분할한다. 광선(222)은 거울(224)에 의해 평판(206)으로 반사된다. 광선(220) 및 (222)는 각각 기록 외부 입사각 θ12A및 θ12B로 평판(206)에서 교차한다. 각도 θ12A및 θ12B는 상기 공식들을 사용하여 소망된 홀로그램의 상태에 따라 결정된다. 기록 내부 입사각은 α12A= ø-π/2-asin[λ2/2n0L]이고, α12B= ø-π/2-asin[λ2/2n0L]이다. 스넬의 법칙 (Snell's Law)으로부터 θ12A= asin(n0sinα12A)이고, θ12B= asin(n0sinα12A)이다. 본 단락의 상기 등식에서 n0는 처리되지 않은 홀로그램 물질의 굴절율이고, 처리되지 않은 중크롬 젤라틴에 대하여 대략 1.53 이라는 것을 명심하여야 한다. 홀로그램 물질(204)은 따라서 θ12A및 θ12B의 각도에서 파장 λ2로 노광된다. 그 결과, 소망된 브래그면이 필름에 기록된다. 정확한 노광 및 처리 시간은 n1에 대한 소망된 값에 의하여 결정된다.
제5도는 본 발명의 홀로그램 시스템(10)의 제작을 위한 시스템의 개략도이고, 참조 부호 250으로 언급된다. 평판(206)이 노광되고 처리되면, 그것은 동일한 2개의 판(252) 및 (254)로 잘라진다. 판(252)은 기판(12) 및 홀로그램(14)에 대응하고, 판(254)은 기판(20) 및 홀로그램(18)에 대응한다. 판(252) 및 (254)는 각각의 홀로그램(14) 및 (18) 사이에 위치한 투명 광학 접착제(16)와 함께 놓인다. 광학적 접착제는 자외선에 노광시킴으로써 경화될 수 있다.
결과적인 조립체(홀로그램 시스템 10)는 광학 병진 및 회전 정밀 스테이지(256)의 홀더에 위치한다. 판(252) 및 (254)는 홀로그램(14)의 브래그면(120)이 홀로그램(18)의 브래그면(120)과 평행하게 될 때까지 서로 상대적으로 회전된다. 레이져(30)는 파장λ1의 광선(32)를 발생한다. 광선(32)은 렌즈(34)에 의해 조준된다. 광선(32)은 각도 θ1로 홀로그램 시스템(10)을 치도록 방향지워진다. 홀로그램(14) 및 (18)의 브래그면(120)은 정렬되어 있기 때문에, 광선(36)과 (34)는 홀로그램 시스템(10)에서 방출될 때 겹쳐질 것이다. 즉, 각도 분리는 없을 것이다. 다음에, 판(254)은 홀로그램 표면에 수직인 Z측에 대하여 회전되고, 판(252)은 고정되어 있다. 양 홀로그램의 브래그면(120) 사이의 각도의 회전이 크게됨에 따라, 광선(34)은 광선(36)과 분리되고, 각도 분리(SA)는 커진다. 홀로그램(14) 및 (18)의 브래그면 사이의 회전각 오프세트의 양을 조정함으로써 소망된 양의 각도 분리(SA)가 성취된다.
판(252)와 (254)는 소망된 정도의 광속분리가 성취되도록 방향지워진 후, 자외선(280)이 활성화되어 자외선으로 상기 시스템을 쪼인다. 이것은 접착제(16)를 활성화시켜, 판(252) 및 (254)가 영구히 접합된다. 시스템(10)은 따라서 완성된다. 대안으로, 광학 접착제(16)는 정기적 경화 접착제(regular time cured cement)일 수 있고, 접착제는 홀로그램이 적절히 위치된 후 경화될 수 있다.
2개의 큰 평판(252) 및 (254)를 결합시키고, 정렬 후에 그들을 접합시키며, 그후 그 결과적인 구조물을 작은 홀로그램 시스템으로 쪼개므로써 정확하게 동일한 형태의 많은 홀로그램 시스템이 쉽고 효율적으로 제작될 수 있다는 것을 알아야 한다.
제6도는 홀로그램 시스템(10)의 상세한 단면도를 나타낸다. 이러한 논의를 위하여, 처음에는 홀로그램(14)의 브래그면(120)은 홀로그램(18)의 브래그면(120)과 평행하다고 가정될 것이다. 즉, 처음에는 그들 사이에 회전각의 오프세트가 없다.
홀로그램(14) 및 (18)은 동일하고, 그들의 표면에 수직 방향인 브래그면을 갖는다. 즉, ø=90 이고, 또한 T1=T2이다. 상기 기술된 공식으로부터, α1=β1=α2=β2라는 것을 알 수 있을 것이다.
광선(32)은 각도 θ1로시스템(10)에 입사한다. 기판(12)의 표면에서 굴절 된 후, 광선(32)은 각도 α1으로 홀로그램(14)에 입사한다. 홀로그램(14)은 광선(34)으로 P편극 광성분을 회절시키고, 광선(36)으로 회절되지 않은 S편극 광성분을 통과시킨다. 광선(36)은 각도 α2로 홀로그램(18)에 입사한다. 스넬의 법칙으로부터 α1=α2이다. 홀로그램(18)은 홀로그램(14)와 동일하기 때문에, 단지 S 편극 광성분만 포함하는 광선(36)은 회절되지 않고 통과할 것이다. 기판(20)의 표면에서 굴절된 후에 광선(36)은 θT의 각도로 방출된다. 여기서 θT=asin[sinα2(n0/na)]이다. 양호한 실시예에서, 광선(36)은 홀로그램(14)을 통과한 후에는 전혀 P편극 광성분을 포함하지 않는다. 그러나, 홀로그램(14)이 100%로 효율적이지 않아서 약간의 P편극 광성분이 광선(36)에 존재한다 할지라도, 그것은 화살표(290)로 표시한 바와 같이, 홀로그램(18)에 의해 회절될 것이다.
광선(34)은 α2의 각도로 홀로그램(18)에 입사한다. 광선(34)은 단지 P 편극 광성분만 포함하므로 다시 회절될 것이다. 광선(34)은 각도 β2로 홀로그램(18)으로부터 방출된다. 기판(20)의 표면에서 굴절된 후에 광선(34)은 각도 θD로 방출되고 여기서 θD=asin[sinβ(n0/na)]이다. α2=β2이므로 광선(34) 및 (36)은 동일한 각도로 방출되고 따라서 그들 사이에 각도 분리는 발생하지 않는다.
그 후, 홀로그램(18)은 Z축에 대하여 약간 회전되고, 홀로그램(14)은 고정되어 있다. 광선(34)은 홀로그램(18)에 의하여 도면의 평면밖의 작은 각도에서 회절되고, 광선(36)은 본질적으로 도면의 평면내에 그대로 남아 있을 것이다. 따라서 소망된 각도 분리가 설치된다.
제7도는 제6도의 시스템(10)의 평면도이다. 제7도에 도시된 바와 같이, 광선(34)와 (36) 사이의 각도 분리(SA)는 명백하다.
양호한 실시예에서, 1°내지 10°의 각도 분리는 홀로그램 시스템(10)의 회절 효율을 심각하게 감소시키지 않고 쉽게 성취될 수 있다. 회전각이 증가함에 따라, 제2홀로그램(18)은 광선(34)의 P편극 광을 회절시키는데에 있어서 효율이 줄어든다. 그러나, 회절되지 않은 P편극 광은 제6도에서 화살표(292)로 도시한 바와 같이 투과될 것이다. 이러한 사용되지 않는 P편극 광은 각각 P 및 S광선(34) 및 (36)으로부터 분리되고, 서로 간섭하지 않는다. 따라서, P편극광선(34)내에 포함된 총 광량이 약간 줄어들기는 하지만 편극 분리는 여전히 성취된다.
본 발명의 양호한 실시예에서는 브래그면(120)은 홀로그램의 표면에 수직이다. 즉 ø=90°이다. 이것은 처리조작에 의한 홀로그램 수축이 브래그면의 각도에 역효과를 발생시키지 않을 것이라는 것을 보증한다. 상기와 같이 하는 것이 바람직하지만, 또한 브래그면이 홀로그램 표면에 수직하지 않은 경우라도 홀로그램을 주의깊게 처리함으로써 본 발명을 실시할 수 있다. 이러한 홀로그램의 설계에 있어서도 상기와 동일한 공식이 사용된다. 홀로그램 시스템의 제작 또한 동일하다. 2개의 홀로그램이 그들의 브래그면이 서로 평행하게 되도록 정렬되고, 그 후 소망된 정도의 각도 분리가 성취될 때까지 회전되어 오프세트된다.
본 발명은 광학 데이터 저장 시스템에 사용될 수 있다. 제8도는 본 발명에 의한 광학 데이터 저장 시스템의 개략도를 나타내고, 이 시스템은 참조부호 300으로 언급된다. 시스템(300)은 양호하게는 디스크 형태의 광학 데이터 저장 매체(310)를 포함한다. 매체(310)는 양호하게는 자기-광학 매체(magneto-opticmedium)이다. 매체(310)는 공지 기술에서와 같이 크램핑 스핀들(clamping spindle; 314)에 장착되고, 제거하는 것도 가능하다. 스핀들(314)은 스핀들 모터(316)에 부착된다. 모터(316)는 스핀들(314)과 매체(310)를 회전시킨다. 바이어스 전자-마그네트(bias electro-magnet; 318)가 매체(310) 위에 위치한다.
레이저(330)는 광선(332)을 발생한다. 레이저(330)는 대략 파장이 780nm인 광선을 발생시키는 갈륨-알루미늄-비소 다이오드 레이저일 수 있다. 광선(332)은 렌즈(334)에 의해 조준되고, 회전체(circularizer; 336)에 의해 회전된다. 회전체(336)는 회전 프리즘(circularizing prism)일 수 있다. 광선(332)은 광분할기(340)를 통과한다. 광선(332)은 거울(342)에 의해 렌즈(344)로 반사된다. 렌즈(344)는 매체(310)에 광선(332)의 초점을 맞춘다. 렌즈(344)는 렌즈 홀더(346)에 장착된다. 홀더(346)는 보이스 코일 모터(voice coil motor)일 수 있는 포커스 액츄에이터 모터(350)에 의해 매체(310)에 대하여 상하로 이동될 수 있다.
거울(342), 렌즈(344), 홀더(346) 및 모터(350)는 광학 헤드(352)를 포함한 주 방향으로 이동될 수 있다.
광선(332)의 일부는 광선(370)으로 매체(310)에 의해 반사된다. 광선(370)은 렌즈(344)를 통과하고, 거울(342)에 의해 광분할기(340)로 반사된다. 광분할기(340)에서 광선(370)은 홀로그램 조립체(10)로 반사된다. 조립체(10)에서 광선(370)은 제1도의 광선(36) 및 광선(34)에 각각 대응하는 광선(372)와 (374)로 나뉘어진다.
광선(372) 및 (374)는 각각 렌즈(376)에 의해 세그먼트(segment) 광학 감지기(380) 및 단일 광학 감지기(382)에 초점이 맞춰진다. 감지기(380) 및 (382)는 감지회로(380)에 연결되어 있다. 감지회로(390)는 데이터 신호, 포커스(focus) 에러 신호(FES) 및 트래킹(tracking) 에러 신호(TES)를 발생한다. 포크스 서보(servo; 392)는 회로(390) 및 모터(350)에 연결되어 있다. 트랙 시크서보(track and seek servo; 394)는 감지회로(390) 및 리니어 모터(360)에 연결되어 있다.
레이저 제어기(396)는 레이저(330)에 연결되어 동력을 제공한다. 마그네트 제어기(398)는 마그네트(318)에 연결되어 그것에 동력을 제공한다. 디스크 드라이브 콘트롤러(400)는 모터(316), 서보(392) 및 (394), 레이저 제어기(396) 및 마그네트 제어기(398)에 연결되어 이들을 제어한다. 서보 (392) 및(394), 레이저 제어기(396), 마그네트 제어기(398) 및 콘트롤러(400)는 모두 공지된 것이다.
제9도는 감지기(380)의 평면도이다. 감지기(380)는 6개의 섹션 380A, B, C, D, E, F로 나뉘어 진다.
제10도는 감지회로(390)의 회로도이다. 회로(390)는 데이터 회로(462), 포커스 에러 회로(464) 및 트랙킹 에러 회로(466)를 포함한다. 데이터 회로(462)는 감지기(382)에 연결된 증폭기(470) 및 광학 감지기 세트먼트(380A, B, C, D, E, F)에 각각 연결된 다수의 증폭기(472, 474, 476, 478, 480, 482)를 포함한다. 증폭기(472 내지 482)는 합 증폭기(486)에 연결된다. 증폭기(470) 및 (486)은 차동 증폭기(488)에 연결된다. 증폭기(488)의 출력은 데이터 신호이다.
포커스 에러 회로(464)는 한 쌍의 합 증폭기(490) 및 (492)와 차동 증폭기(494)를 포함한다. 증폭기(490)는 증폭기(476) 및 (478)에 연결된다. 증폭기(492)는 증폭기(472, 474, 480, 482)에 연결된다. 증폭기(490) 및 (492)는 차동 증폭기(494)에 연결되고, 증폭기(494)의 출력은 포커스 에러 신호(FES)이다.
트랙킹 에러 회로(466)는 한 쌍의 합 증폭기(500) 및 (502)와 차동 증폭기(504)를 포함한다. 증폭기(500)는 증폭기(472, 476, 480)에 연결된다. 증폭기(502)는 증폭기(474, 478, 482)에 연결된다. 증폭기(500, 502)에 연결되고, 트랙킹 에러 신호(TES)를 발생한다.
이제 시스템(300)의 동작이 기술된다. 매체(310)에 데이터를 기입하고자 할때, 마그네트(318) 및 레이저(330)가 턴온(turn on)된다. 레이저(330)는 매체(310)상의 스포트(spot)를 큐리(Curie) 온도 이상의 온도를 가열할 수 있는 충분한 강도를 갖는 광선(332)을 발생한다. 이 온도에서, 매체상의 스포트는 마그네트(318)에 의해 발생된 자기장으로 정렬될 것이다. 레이저(330)는 기록될 데이터를 표시하는 펄스(pulse) 광선(332)을 제공하도록 제어되다. 데이터는 윗쪽 또는 아래쪽 자기 성향(magnetic orientation)을 갖는 매체(310)상의 스포트로서 기록된다.
기입(write) 동작 동안에 반사된 광선(370)은 홀로그램(10)으로 리턴된다.
광선(370)은 P편극 광성분(374) 및 S편극 광성분(372)으로 나누어진다(제8도 참조). 광선(332)이 정확하게 매체(310)에 초점이 맞춰진 때, 광선(372)은 감지기(380) 상의 원형 단면(510)을 가질 것이다(제9도 참조). 영역 C 및 D를 치는 빛의 양은 대략 영역 A, B, E 및 F를 치는 빛의 양과 같은 것이고, 회로(464)가 제로(zero) 포커스 에러 신호를 발생케 할 것이다. 광선(332)이 조금 초점이 맞지 않는다면, 광선(372)은 감지기(380)상의 원형 단면(512) 또는 (514)에 떨어질 것이다. 이것은 회로(464)가 포지티브 또는 네가티브 포커스 에러 신호를 발생케 할 것이다. 포커스 에러 신호는, 초점이 다시 맞춰질 때까지 렌즈(344)를 이동시키는 모터(350)를 제어하기 위해 사용된다.
광선(332)이 매체(310)의 트랙에 정확히 초점이 맞춰지면, 광선(372)은 섹션 A, C, E 및 섹션 B, D, F 사이에 균등하게 원형 단면(510)에 떨어질 것이다. 광선(332)이 트랙에서 벗어나면, 그것은 섹션 A, C, E에 더 많이 떨어지고 섹션 B, D, F에 덜 떨어지거나, 또는 그 반대일 것이다. 이것은 회로(466)가 포지티브 또는 네가티브 트랙킹 에러 신호를 발생케 할 것이다. 이 트랙킹 에러 신호는, 광선이 다시 트랙에 맞춰질 때까지 헤드(352)를 이동시키는 모터(360)를 제어하기 위해 사용된다.
디스크에 기록된 데이터를 읽고자 할 때에는, 레이저(330)가 판독 광선(332)을 발생시키기 위하여 활성화된다. 판독 광선(332)은 매체(310)를 큐리 온도 이상으로 가열하지 못하도록 충분히 낮은 강도이다. 광선(332)은 렌즈(344)에 의해 매체(310)상에 초점이 맞춰진다. 데이터는 이미 매체상에 아래쪽 또는 위쪽의 자기 성향 영역으로 기록되어 있다. 매체로부터 반사된 광선은 자기 기록 영역의 성향에 따라서 회전되는 편극면을 가진다. 반사된 광선(370)은 리턴되어 홀로그램(10)에서 광선(372) 및 (374)로 나뉘어진다. P편극 광성분(374)은 감지기(382)에 의해 감지되고, S편극 광성분(372)은 감지기(380)에 의해 감지된다. 회로(462)는 두 광선의 강도를 비교하고, 매체(310)에 기록된 데이터를 나타내는 데이터 신호를 발생한다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조하여 설명되고 기술되었지만, 본 발명 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 범위를 벗어남없이 다양한 형태의 변화가 만들어질 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (11)

  1. 브래그면을 갖는 제1 볼륨 홀로그램, 제1 볼륨 홀로그램과 동일한 제2 볼륨 홀로그램 및 상기 제1 및 제2 볼륨 홀로그램을 연결하기 위한 수단을 포함하고, 상기 제2 볼륨 홀로그램의 브래그면은 상기 제1 볼륨 홀로그램의 브래그면에 대하여 회전되어 방향지워지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀로그램의 두께가 5 미크론인 홀로그램 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀로그램을 지지하는 제1 및 제2 기판을 포함하는 홀로그램 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연결 수단은 복사선(radiation)에 의해 경화되는 접착제인 홀로그램 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀로그램은 하나의 볼륨 홀로그램으로부터 분리된 조각으로 만들어지는 홀로그램 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀로그램의 브래그면은 홀로그램 표면에 수직인 홀로그램 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 홀로그램은 복사선을 받아서 복사선의 제1 편극 성분을 회전시키고 복사선의 제2 편극 성분은 투과시키며, 상기 제2 홀로그램은 상기 제1 편극 성분은 투과시키고 상기 제2 편극 성분은 회절시키며, 상기 제1 및 제2 편극 성분은 서로 다른 각도로 제2 홀로그램으로부터 방출되는 홀로그램 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 편극 성분의 각도 차이는 1 내지 10 인 홀로그램 시스템.
  9. 홀로그램 시스템을 제작하기 위한 방법에 있어서, 브래그면을 갖고 상호 동일한 제1 및 제2 볼륨 홀로그램 사이에 접착제를 위치시키는 단계, 상기 제1 및 제2 홀로그램의 브래그면이 서로 회전되어 방향지워질때까지 상기 제1 및 제2 홀로그램을 서로에 대하여 회전시키는 단계 및 상기 제1 및 제2 홀로그램을 영구히 접합시키기 위하여 상기 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 시스템 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 볼륨 홀로그램에 레이저 광선을 통과시키는 단계 및 상기 접착제를 경화시키기 전에 회절된 광선과 회절되지 않은 광선 사이의 소망된 각도 분리를 결정하는 단계를 더 포함하는 홀로그램 시스템 제작 방법.
  11. 광학 데이터 저장 매체, 복사선을 발생시키기 위한 복사선원(radiation source), 상기 매체에 복사선을 전송하기 위한 전송 수단 및 상기 매체로부터 반사된 복사선을 수신하기 위한 수신 수단을 포함하고, 상기 수신 수단은 상기 복사선을 수신하여 소망된 각도 분리로 상기 복사선을 2개의 편극 광성분으로 분리시키기 위한 홀로그램 조립체를 포함하며, 상기 홀로그램 조립체는 브래그면을 갖는 제1 볼륨 홀로그램, 상기 제1 볼륨 홀로그램과 동일한 제2 볼륨 홀로그램 및 상기 제1 및 제2 볼륨 홀로그램을 연결시키기 위한 수단을 포함하고, 상기 제2 볼륨 홀로그램의 브래그면은 상기 제1 볼륨 홀로그램의 브래그면에 대하여 회전되어 방향지워지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 시스템.
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