KR100477644B1 - 초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치 - Google Patents

초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치 Download PDF

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Abstract

전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트와, 홀로그램 플레이트의 적어도 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역에 전기장을 가할 수 있도록 홀로그램 플레이트의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극을 포함하며, 홀로그램 영역에 가해지는 전기장의 세기에 따라 초점거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치가 개시되어 있다.
개시된 홀로그램렌즈에 따르면, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록되어 있으므로, 홀로그램 영역에 가하는 전기장의 세기에 따라 초점을 변화시킬 수 있다.
따라서, 개시된 홀로그램렌즈를 적어도 1개 이상의 렌즈로 이루어지고, 초점 및/또는 배율 조정이 요구되는 렌즈 시스템을 구비하는 광학장치에 적용하면, 초점을 가변시키기 위하여 렌즈 자체를 이동시키기 위한 별도의 디바이스가 불필요한 이점이 있다.

Description

초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치{Focus adjustable hologram-lens and optical apparatus employing the same}
본 발명은 초점 조정을 위해 렌즈 자체를 이동시킬 필요가 없는 초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 집속 렌즈를 보여준다. 적어도 하나 이상의 렌즈로 이루어진 렌즈 시스템을 구비하며, 렌즈의 초점 위치의 조절을 필요로 하는 통상적인 광학장치에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 초점거리가 f0인 집속렌즈(1)의 초점 거리를 d만큼 변화시키기 위해서는, 집속 렌즈(1) 자체를 기계적 장치에 의해 기계적으로 d만큼 이동(예컨대, 모터의 구동력 또는 전자석을 이용)시켜야 한다. 킨다.
이와 같이, 적어도 하나 이상의 렌즈로 이루어진 렌즈 시스템을 구비하며 렌즈의 초점을 가변시킬 필요가 있는 광학장치는 렌즈의 초점을 변화시키기 위한 기계적인 가동부를 필요로 하므로, 장치 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 초점을 가변시키기 위하여 렌즈 자체를 이동시킬 필요가 없는 초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램렌즈는, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트와; 상기 홀로그램 플레이트의 적어도 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역에 전기장을 가할 수 있도록, 상기 홀로그램 플레이트의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 상기 홀로그램 영역에 가해지는 전기장의 세기에 따라 초점거리가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하며 초점 및 배율 중 적어도 어느 한 가지의 조정이 가능하도록 마련된 렌즈 시스템을 포함하는 광학장치에 있어서, 상기 렌즈 시스템은, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 렌즈로서 기능을 하는 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트와; 상기 홀로그램 플레이트의 적어도 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역에 전기장을 가할 수 있도록, 상기 홀로그램 플레이트의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 상기 홀로그램 영역에 가해지는 전기장의 세기에 따라 초점거리가 조절되는 홀로그램렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 광학장치는, 광기록/재생기기에 적용될 수 있으며, 이때, 홀로그램렌즈는 입사되는 광을 집속시켜 광기록매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈로 사용되어, 포커스 방향으로의 대물렌즈의 초점거리 조정을 위한 자기 회로를 배제할 수 있다.
본 발명에 따른 광학장치의 렌즈 시스템은, 줌(zoom) 렌즈 시스템, 초점 가변 렌즈(vary-focal lens) 시스템, 카메라의 복합 렌즈 시스템 및 비데오 카메라의 복합 렌즈 시스템 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이상에서, 상기 홀로그램 플레이트는 폴리머 액정(PDLC), 다이크로메이티드 젤라틴(dichromated gelatin), 실버-핼라이드 에멀션(silver-halide emulsion), 포토레지스트 및 비선형 홀로그래픽 기록재료로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 비선형 홀로그래픽 기록재료는 포토폴리머, LiNbO3 및 BSO 중의 어느 하나가 될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 초점 가변형 홀로그램렌즈 및 이를 채용한 광학장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 초점 가변형 홀로그램렌즈를 개략적으로 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는, 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트(11)와, 상기 홀로그램 플레이트(11)의 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역(13)에 전기장을 가할 수 있도록 상기 홀로그램 플레이트(11)의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극(15)(17)을 포함하여 구성된다.
상기 홀로그램 플레이트(11)는 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 적어도 일부 영역에 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록되어 있다.
상기 홀로그램 플레이트(11)는, 예를 들어, 폴리머 액정(PDLC), 다이크로메이티드 젤라틴(dichromated gelatin), 실버-핼라이드 에멀션(silver-halide emulsion), 포토레지스트 및 비선형 홀로그래픽 기록재료 중 어느 한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 비선형 홀로그래픽 기록재료는 예를 들어, 포토폴리머(photopolymer), LiNbO3, BSO 중 어느 하나가 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질을 사용하여 형성된 홀로그래픽 플레이트(11')를 준비하고, 이 홀로그래픽 플레이트(11')에 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램을 기록하여 홀로그램 영역(13)을 형성하면 도 2에서와 같은 홀로그램 플레이트(11)를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는 도 3에서와 같이 제조된 홀로그램 플레이트(11)의 전,후면에 홀로그램 영역(13)에 전기장을 가할 수 있도록 제1 및 제2전극(15)(17)을 형성한 것이다.
도 3은 홀로그래픽 플레이트(11')에 집속렌즈로서 기능을 하는 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역(13)을 형성하여 홀로그램 플레이트(11)를 제조하는 예를 보여주며, 도 4는 도 3에서와 같이 형성된 홀로그램 영역(13)을 구비하는 홀로그램 플레이트(11)의 광 집속 기능을 보여준다.
도 3에 보여진 바와 같이, 홀로그래픽 플레이트(11')에 평행빔 형태의 기준빔과 수렴광 형태의 기록빔을 조사하면, 상기 기준빔과 기록빔 사이의 위상차이에 따른 간섭에 대응하는 홀로그램이 홀로그래픽 플레이트(11')에 기록된다.
도 4를 참조하면, 도 3에서와 같이 홀로그래픽 플레이트(11')에 홀로그램을 기록하여 형성된 홀로그램 플레이트(11)에 도 3의 기준빔에 대응하는 평행빔을 조사하면, 상기 평행빔은 홀로그램 플레이트(11)의 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역(13)을 경유하면서 집속광으로 바뀐다.
여기서, 도 2 내지 도 4에서는, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)가 집속 기능을 하도록 된 예를 보여준다. 발산 광빔에 대응하는 기록빔을 조사하여, 홀로그램을 기록하면, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는, 발산 렌즈의 기능을 하게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제1 및 제2전극(15)(17)은, 상기 홀로그램 플레이트(11)의 홀로그램 영역(13)에 전기장을 가할 수 있도록 상기 홀로그램 플레이트(11)의 전,후면에 형성된다. 상기 제1 및 제2전극(15)(17)은 예컨대, ITO와 같은 투명 전극(15)(17) 재질로 상기 홀로그램 플레이트(11)의 홀로그램 영역(13) 전체에 걸쳐 형성된 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2전극(15)(17)은 직류전원(19)의 양단과 전기적으로 연결된다.
상기와 같이 렌즈로서 기능을 하는 홀로그램이 형성된 홀로그램 플레이트(11)와 그 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극(15)(17)을 구비하는 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)에 상기 제1 및 제2전극(15)(17)을 통해 직류 전원을 인가하면, 홀로그램 영역(13)에는 전기장이 가해지게 되며, 직류 전원의 증감에 따라, 전기장의 세기가 달라지고 이에 따라 홀로그램렌즈(10)의 초점거리가 조정된다.
홀로그램 영역(13)에 기준 세기의 전기장이 가해지고 있을 때의 홀로그램렌즈(10)의 기준 초점 거리를 f0라 하자. 홀로그램 영역(13)에 형성되는 전기장의 세기를 변화시키면, 홀로그램렌즈(10)의 초점 거리를 기준 초점 거리 f0로부터 f0보다 큰 f1 또는 f0보다 작은 f2로 조정할 수 있다.
여기서, 홀로그램 영역(13)에 전기장을 가함에 의해 홀로그램렌즈(10)의 초점 거리를 변화시킬 수 있는 원리는 다음과 같다.
전기광학효과에 의해 굴절율이 변하는 홀로그래픽 재료로 된 홀로그래픽 플레이트(11')에 기준빔과 기록빔이 서로 겹쳐지도록 조사되면, 기준빔과 기록빔이 간섭을 일으키고, 이러한 간섭무늬가 홀로그래픽 플레이트(11')에 기록되어, 기록된 간섭무늬는 홀로그램이며, 홀로그램이 기록된 영역이 홀로그램 영역(13)이 된다. 이때, 홀로그램 영역의 보강 간섭이 일어난 부위와 소멸 간섭이 일어난 부위의 굴절율이 서로 다르다. 홀로그램 플레이트(11)는, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하는 홀로그래픽 재료로 이루어져 있으므로, 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역(13)에 전기장이 가해지면, 홀로그램 영역(13)의 굴절율이 변한다.
즉, 홀로그램 영역(13)의 보강 간섭이 일어난 부위와 소멸 간섭이 일어난 부위의 굴절율 차가 가해지는 전기장의 세기에 따라 달라지고, 이에 의해 홀로그램렌즈(10)의 초점거리가 달라진다.
상기와 같은 본 발명에 따른 초점 가변형 홀로그램렌즈(10)는, 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하며, 초점 및 배율 중 적어도 어느 한 가지 조정이 가능하도록 마련된 렌즈 시스템을 구비하는 광학장치에 적용될 수 있다.
도 5는 다수의 렌즈(21~26)로 이루어진 렌즈 시스템의 일 예를 보인 도면이고, 도 6은 도 5의 렌즈 시스템을 구성하는 다수의 렌즈(21~26) 중 한 렌즈(26) 대신에 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)를 적용한 경우를 보인 도면이다.
도 5 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)를 렌즈 시스템에 일반적인 렌즈 대신에 적어도 한 개 이상 적용하는 것이 가능하다.
이때, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)의 홀로그램 영역(13)에 가해지는 전기장의 세기를 조절해주면 렌즈 시스템의 초점 및/또는 배율을 조절할 수 있으므로, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈를 구비한 렌즈 시스템은 초점 거리 조정을 위한 별도의 가동부를 구비할 필요가 없는 이점이 있다.
즉, 도 5 및 도 6의 비교 예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는, 적어도 1개 이상의 렌즈로 이루어진 렌즈 시스템에 통상의 렌즈를 대체하여 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)가 초점 가변형이므로, 별도의 렌즈를 이동시키기 위한 기계적인 가동부 없이도 렌즈 시스템의 초점 및/또는 배율을 조정하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는 줌(zoom) 렌즈 시스템이나 초점 가변 렌즈(vary-focal lens) 시스템에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는, 카메라나 비데오 카메라(예컨대, 캠코더)의 복합 렌즈 시스템에 적용하여, 가동부 없이 초점을 조절할 수 있는 렌즈 시스템을 구현할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는 광기록/재생기기의 광픽업에 적용할 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)는 입사되는 광을 집속시켜 광기록매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 광픽업의 대물렌즈로 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 초점 가변형 홀로그램렌즈(10)를 광픽업의 대물렌즈로 사용하면, 포커스 방향으로의 대물렌즈의 초점거리 조정을 위한 자기 회로를 배제하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)를 대물렌즈로 사용하면, 통상의 광픽업에서 대물렌즈를 포커스 및 트랙킹 방향으로 구동하기 위해 채용되는 액츄에이터에 비해 액츄에이터의 구조가 간단해질 수 있으며, 대물렌즈 가동부의 무게 또한 줄일 수 있어, 고속의 광 기록/재생에 적합한 광픽업을 실현할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 광픽업 관련 기술 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 통상적으로 광픽업용 액츄에이터에는 대물렌즈를 포커스 및 트랙킹 방향으로 구동하기 위해, 포커스 코일 및 포커스 자석, 트랙킹 코일 및 트랙킹 자석을 포함하는 자기회로가 구비되어 있다. 이 자기회로의 코일 부분 또는 자석 부분이 대물렌즈와 같이 가동부에 설치된다.
그런데, 광픽업용 대물렌즈로 본원 발명에 따른 홀로그램렌즈(10)를 사용하는 경우에는, 자기 회로에서 포커스 코일 및 포커스 자석을 배제할 수 있기 때문에, 대물렌즈 가동부의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 액츄에이터의 구조 또한 간단해질 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈를 채용한 광픽업 및 이에 따른 대물렌즈의 포커스 방향으로의 초점거리 조정을 위한 자기 회로를 배제한 액츄에이터의 구조는 광픽업 관련 분야의 당업자라면, 이상의 본 발명의 상세한 설명을 바탕으로 하여 일반적으로 알려진 광픽업 구조로부터 충분히 유추할 수 있다. 따라서, 여기서는 본 발명에 따른 홀로그램렌즈를 채용한 광픽업 및 이에 따른 액츄에이터 구조에 대한 도시는 생략한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 홀로그램렌즈에 따르면, 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록되어 있으므로, 홀로그램 영역에 가하는 전기장의 세기에 따라 초점을 변화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 홀로그램렌즈를 적어도 1개 이상의 렌즈로 이루어지고, 초점 및/또는 배율 조정이 요구되는 렌즈 시스템을 구비하는 광학장치에 적용하면, 초점을 가변시키기 위하여 렌즈 자체를 이동시키기 위한 별도의 디바이스가 불필요한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 집속 렌즈를 보인 도면,
도 2는 본 발명에 따른 초점 가변형 홀로그램렌즈를 개략적으로 보인 도면,
도 3은 홀로그래픽 플레이트에 집속렌즈로서 기능을 하는 홀로그램이 기록된 홀로그램 영역을 형성하여 도 2의 홀로그램 플레이트를 제조하는 예를 보인 도면,
도 4는 도 3에서와 같이 형성된 홀로그램 영역을 구비하는 홀로그램 플레이트의 광 집속 기능을 보인 도면,
도 5는 다수의 렌즈로 이루어진 렌즈 시스템의 일 예를 보인 도면,
도 6은 도 5의 렌즈 시스템을 구성하는 다수의 렌즈 중 한 렌즈 대신에 본 발명에 따른 홀로그램렌즈를 적용한 경우를 보인 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...홀로그램렌즈 11...홀로그램 플레이트
13...홀로그램 영역 15,17...전극

Claims (8)

  1. 전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 적어도 일부 영역에 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트와;
    상기 홀로그램 플레이트의 적어도 홀로그램이 기록된 영역에 전기장을 가할 수 있도록, 상기 홀로그램 플레이트의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 상기 홀로그램이 기록된 영역에 가해지는 전기장의 세기에 따라 초점거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 홀로그램렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀로그램 플레이트는 폴리머 액정(PDLC), 다이크로메이티드 젤라틴(dichromated gelatin), 실버-핼라이드 에멀션(silver-halide emulsion), 포토레지스트 및 비선형 홀로그래픽 기록재료로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 홀로그램렌즈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비선형 홀로그래픽 기록재료는 포토폴리머, LiNbO3 및 BSO 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 홀로그램렌즈.
  4. 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하며 초점 및 배율 중 적어도 어느 한 가지의 조정이 가능하도록 마련된 렌즈 시스템을 포함하는 광학장치에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은,
    전기광학효과에 의해 굴절율이 변하며 홀로그램의 기록이 가능한 물질로 이루어지며, 적어도 일부 영역에 렌즈로서 기능을 하도록 홀로그램이 기록된 홀로그램 플레이트와; 상기 홀로그램 플레이트의 적어도 홀로그램이 기록된 영역에 전기장을 가할 수 있도록, 상기 홀로그램 플레이트의 전,후면에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 상기 홀로그램이 기록된 영역에 가해지는 전기장의 세기에 따라 초점거리가 조절되는 홀로그램렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 홀로그램 플레이트는 폴리머 액정(PDLC), 다이크로메이티드 젤라틴(dichromated gelatin), 실버-핼라이드 에멀션(silver-halide emulsion), 포토레지스트 및 비선형 홀로그래픽 기록재료로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비선형 홀로그래픽 기록재료는 포토폴리머, LiNbO3 및 BSO 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 광기록/재생기기에 적용되고, 상기 홀로그램렌즈는 입사되는 광을 집속시켜 광기록매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈로 사용되어, 포커스 방향으로의 대물렌즈의 초점거리 조정을 위한 자기 회로를 배제할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은, 줌(zoom) 렌즈 시스템, 초점 가변 렌즈(vary-focal lens) 시스템, 카메라의 복합 렌즈 시스템 및 비데오 카메라의 복합 렌즈 시스템 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학장치.
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