KR100965890B1 - 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법이 개시되어 있다. 개시된 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는, 홀로그래픽 정보저장매체에 광을 조사하고 조사된 광을 수광하는 광픽업을 구비한 장치로서 상기 광픽업은, 기록시의 개구수가 재생시의 개구수보다 낮은 집속광학계를 갖는다.

Description

홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법{Apparatus and method of recording/ reproducing holographic information}
본 발명은 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 홀로그램을 이용한 정보저장기술이 주목을 받고 있다. 홀로그램을 이용한 정보저장법은 정보를 광학 간섭무늬 형태로 빛에 예민한 무기질 결정이나 혹은 폴리머 재료에 저장하는 것이다. 광학 간섭무늬는 간섭성을 띄는 두 개의 레이저빔을 이용하여 형성하게 된다. 즉, 경로를 달리하는 참조광과 신호광이 서로 간섭하여 형성되는 간섭무늬가 감광성 정보저장매체에 화학적 혹은 물리적 변화를 일으켜 기록되게 된다. 이렇게 기록된 간섭패턴으로부터 정보를 재생하기 위해서는 기록할 때의 광과 유사한 참조광이 정보저장매체에 기록된 간섭패턴에 조사된다. 이것은 간섭패턴에 의한 회절을 일으키고, 이에 의해 신호광이 복원되면서 정보가 재생된다.
이러한 홀로그램 정보저장기술은 볼륨 홀로그래피(volumne holography)를 이용하여 페이지(page)단위로 기록/재생하는 볼륨 홀로그래피 방식과 마이크로 홀로그래피(micro holography)를 이용하여 단일 비트(single bit)로 기록/재생하는 마 이크로 홀로그래피 방식이 있다. 볼륨 홀로그래피 방식은 대규모의 정보를 동시에 처리한다는 장점이 있으나, 광학계가 매우 정밀하게 조정되어야 하기 때문에 일반 소비자 대상의 정보저장장치로 상용화되기에 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 마이크로 홀로그래피 방식은 두 개의 집광된 광을 초점에서 간섭시켜 미세한 간섭무늬를 형성하고, 이러한 간섭 무늬를 정보저장매체의 평면상에서 이동시켜 다수를 기록하여 기록층을 형성하며, 이러한 기록층을 정보저장매체의 깊이 방향으로 중첩하여 다층으로 형성함으로써 정보저장매체상에 정보를 3차원으로 기록하는 방식이다.
이러한 마이크로 홀로그래피 방식에 있어서, 재생시의 신호품질은 기록된 홀로그램의 회절효율에 따라 크게 좌우된다. 한편, 홀로그램의 회절효율은 홀로그램이 기록된 간섭무늬를 형성하는 정보저장매체의 굴절률 차이와 기록된 홀로그램의 두께에 따라 결정된다. 회절효율이 낮은 경우, 홀로그램의 회절효율은 정보저장매체의 굴절률 차이가 클수록 커지며, 기록된 홀로그램 두께가 클수록 커진다.
그런데, 기록된 홀로그램의 두께는 광픽업 집속광학계의 개구수(Numerical Aperture; NA)의 제곱에 반비례하므로, 기록용량을 증가시키기 위하여 개구수를 증가시키게 되면, 기록된 홀로그램의 두께가 작아지게 되고, 그 결과 반사율이 기하급수적으로 작아지게 되는 문제점이 있다. 즉, 기록용량의 증가를 위하여 집속광학계의 개구수를 증가시키면, 기록되는 홀로그램의 회절효율이 감소하고, 이렇게 낮은 기록마크의 회절효율은 정보저장매체의 재생시 충분한 신호품질을 얻기 어렵게 하는 문제가 있다. 이러한 문제는, 회절 한계(diffraction limit)라는 광학적인 최 소화 한계보다 작은 마크를 기록하기 위해, 역치(threshold) 반응을 갖는 정보저장매체를 사용하는 경우, 기록되는 홀로그램의 회절효율이 낮아지게 됨에 따른 신호품질의 저하 문제가 더욱 커질 수 있다.
본 발명은 홀로그래픽 정보저장매체 내의 정보가 기록된 기록마크에서의 반사율을 증가시킬 수 있는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체에 광을 조사하고 조사된 광을 수광하는 광픽업을 구비한 장치로서, 상기 광픽업은, 기록시의 개구수가 재생시의 개구수보다 낮은 집속광학계를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 집속광학계는, 기록시의 개구수를 NA1, 재생시의 개구수를 NA2라 할 때, 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
<수학식>
1/4 ≤ NA1/NA2 < 1
상기 집속광학계는, 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에 입사되는 광의 직경을 조절할 수 있도록, 개구의 크기가 가변되는 개구가변소자;를 포함할 수 있다.
상기 집속광학계는, 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에 입사되는 광의 직경이 조절될 수 있도록, 배율이 조절되는 빔 확장기;를 포함할 수 있다.
상기 집속광학계는, 대물렌즈와; 능동형 액정소자;를 포함할 수 있다.
상기 집속광학계는, 기록용 광학부재와; 상기 기록용 광학부재의 개구수보다 큰 개구수를 가지는 재생용 광학부재;를 포함하며, 기록 및 재생시 상기 기록용 광학부재와 상기 재생용 광학부재를 선택적으로 이용할 수 있다.
상기 집속광학계는, 기록시 참조광의 광경로를 상기 기록용 광학부재로 향하게 하고, 재생시 참조광의 광경로를 상기 재생용 광학부재로 향하게 하는 광경로 변환부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 기록용 광학부재는 기록용 대물렌즈이고, 상기 재생용 광학부재는 재생용 대물렌즈일 수 있다.
홀로그래픽 정보저장매체의 기록층은 역치 반응을 갖는 광반응성 매질로 형성되며, 기록시 조사되는 신호광 및 참조광의 광세기는 그 스폿의 중심부에서 상기 광반응성 매질의 역치값보다 큰 값을 가질 수 있다.
상기 광픽업은, 기록시 홀로그래픽 정보저장매체의 양면에 각각 신호광과 참조광을 조사하는 제1 및 제2집속광학계를 포함할 수 있다.
이때, 제2집속광학계는, 기록시의 개구수가 재생시의 개구수보다 낮을 수 있다.
상기 광픽업은, 기록시 홀로그래픽 정보저장매체의 단면에 신호광과 참조광을 조사할 수 있다.
홀로그래픽 정보 저장매체에 조사되는 참조광 및 신호광의 초점 깊이를 각각 제어하는 제1 및 제2 초점제어유닛을 더 포함하여, 다층으로 정보를 할 수 있다.
상기 간섭무늬로 기록되는 정보는 단일 비트(single bit)로 기록될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법은 홀로그래픽 정보저장매체에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 방법으로서, 기록시 낮은 개구수를 갖는 집속광학계를 이용하여 정보를 기록하고, 재생시 높은 개구수를 갖는 집속광학계를 이용하여 정보를 읽어들이는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 양면으로 광이 조사되는 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 광을 조사하고 조사된 광을 수광하는 광픽업(100)과 미도시된 회로부를 포함한다.
상기 광픽업(100)은 광을 방출하는 광원(110)과, 상기 광원(110)에서 방출된 광을 신호광(L1) 및 참조광(L2)으로 분기시키는 광경로분리소자(130)와, 상기 신호광(L1)을 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 집속시키는 제1대물렌즈(160)와, 상기 참조광(L2)을 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 집속시키는 제2대물렌즈(170)와, 상기 제2대물렌즈(170)의 개구를 조절하는 개구가변소자(173) 및 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 반사된 재생광(L2r′)을 검출하는 광검출기(160)을 포함한다. 또한, 광픽업(100)은 초점 위치를 가변시키는 제1 및 제2초점가변 유닛(150,153)을 더 포함할 수 있다. 그밖에 광픽업(100)은 광원(110)에서 방출된 광을 평행광으로 만들어주는 콜레메이팅 렌즈(120)와 광경로를 적절히 접어주는 제1 내지 제3반사부재(132,134,136)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 광픽업(100)에는 서보수행을 위한 서보 광학계(미도시)가 더 마련될 수 있다.
상기 광원(110)과 광경로분리소자(130)는 기록/재생용 광을 방출하는 광원부를 이룬다.
광원(110)으로는 예를 들어 청색광의 반도체 레이저 다이오드가 채용될 수 있다.
콜리메이팅 렌즈(120)는 광원(110)에서 방출된 기록/재생용 광(L)을 평행광으로 정형하는 것으로서, 본 실시예에서는 광원(110)와 편광변환소자(125) 사이에 개재된 예가 설명되고 있으나, 설치되는 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 콜리메이팅 렌즈(120)는 편광변환소자(125)와 광경로분리소자(130) 사이 또는 그밖의 광경로상에 배치될 수 있다.
광원(110)으로 채용되는 반도체 레이저 다이오드는 통상적으로 일 편광성분의 레이저광을 주되게 방출하므로, 이 경우 광원(110)과 광경로분리소자(130) 사이 에는 편광변환소자(125)가 마련될 수 있다.
편광변환소자(125)는 예를 들어, 1/2파장판(active half wave plate)이나 1/4파장판(active quarter wave plate)과 같은 파장판이 채용될 수 있다. 가령, 편광변환소자(125)로 1/2파장판이 채용되는 경우, 입사되는 소정 선편광의 광은 1/2파장판을 통과하면서 편광방향이 회전되어, 서로 직교하는 두 선편광성분 즉, S편광성분과 P편광성분을 가지는 광으로 변환될 수 있다. 편광변환소자(125)로 1/4파장판이 채용되는 경우, 입사되는 소정 선편광의 광은 원편광의 광으로 편광변환된다. 이러한 원편광의 광은 서로 직교하는 두 선편광의 편광성분으로 분해될 수 있다. 이와 같이 편광변환소자(125)를 경유한 광의 S편광성분과 P편광분은 기록시 각각 신호광(L1)과 참조광(L2)에 대응되게 된다.
편광변환소자(125)는, 기록 동작중에는 편광변환기능을 수행하고 재생 동작중에는 편광변환기능을 수행하지 않는 능동형일 수 있다. 이와 같이 편광변환소자(125)로 능동형 소자를 사용하는 경우, 재생시 광원(110)에서 방출되는 광의 전부를 재생광으로 사용할 수 있다.
본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 신호광(L1)과 참조광(L2)의 간섭에 의해 형성되는 간섭무늬가 각 초점마다 단일 비트의 정보를 담고 있는 마이크로 홀로그래피 방식으로, 광원(110)에서 방출되는 광은 1 비트씩 변조되어 방출된다. 따라서, 상기 신호광(L1)이나 참조광(L2)은 모두 기록 정보를 담고 있으므로, 기록과정에 있어서 본질적으로 차이는 없고, 그 용어는 서로 바뀔 수도 있다. 편의상, 홀로그래픽 정보저장매체(190)로 입사되는 재생광(L2i′)의 경로를 공통의 광경로로 하는 광을 참조광(L2)으로 표시하기로 한다.
광경로분리소자(130)는 서로 직교하는 두 편광성분을 분기시켜, 각 편광성분의 광이 별개의 광경로를 따라 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 조사될 수 있도록 한다. 광경로분리소자(130)로는 편광방향에 따라 광의 투과와 반사가 달라지는 편광빔스플리터(beam splitter)가 채용될 수 있다. 예를 들어, 광경로분리소자(130)는 입사되는 P편광의 광은 그대로 투과시키고, 입사되는 S편광의 광은 반사시킬 수 있다. 광경로분리소자(130)는 재생시 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 입사되는 재생광(L2i′)과 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 반사되는 재생광(L2r′)을 분리하는 기능도 수행한다.
광검출기(180)는 광경로분리소자(130)의 일측에 배치되어, 광경로분리소자(130)에서 분기된 재생광(L2r′)을 검출한다.
광경로분리소자(130)에서 분기된 신호광(L1)과 참조광(L2)은 집속광학계를 거쳐 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 입사된다. 본 실시예의 홀로그래픽 정보저장매체(190)는 양면에서 신호광(L1)과 참조광(L2)이 조사되는 투과형 매체이므로, 집속광학계는 신호광(L1)을 집속시키는 제1집속광학계와 참조광(L2)을 집속시키는 제2집속광학계로 나뉘어질 수 있다. 셔터(140), 제1초점가변 유닛(150), 제1 및 제2반사부재(132,134), 제1 1/4파장판(165), 및 제1대물렌즈(160)는 신호광(L1)을 집속시키는 제1집속광학계를 이루며, 제2초점가변 유닛(153), 제3반사부재(136), 제2 1/4파장판(175), 개구가변소자(173) 및 제2대물렌즈(170)는 참조광(L2)을 집속시키는 제2집속광학계를 이룬다.
제1 내지 제3반사부재(132,134,136)는 광학소자들이 적절히 배치될 수 있도록 광경로는 꺽어주는 광학부재로서, 미러나 전반사프리즘 등이 채용될 수 있다.
셔터(140)는 입사되는 광을 투과/차단할 수 있는 광학부재로서, 기록 동작중에는 신호광(L1)을 그대로 통과시키고, 재생 동작중에는 홀로그래픽 정보저장매체(190)로 입사되거나 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 반사되는 광을 차단할 수 있다.
제1 및 제2초점가변 유닛(150,153)는 신호광(L1) 및 참조광(L2)의 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내의 초점 위치를 가변시킨다. 가령, 제1초점가변 유닛(150)은 제1 및 제2릴레이렌즈(151,152))를 포함하며, 제1릴레이렌즈(151)는 광축을 따라 평행이동되도록 기구적으로 구동되어, 신호광(L1)의 초점 위치를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 제2초점가변 유닛(153)은 제3 및 제4릴레이렌즈(154,155)를 포함하며, 제3릴레이렌즈(154)는 광축을 따라 평행이동되도록 구동되어 참조광(L2)의 초점 위치를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2초점가변 유닛(150,153)를 통하여 신호광(L1) 및 참조광(L2)의 초점 위치를 가변시킴으로써, 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내에서 홀로그래픽 간섭무늬, 즉 기록마크가 다층으로 기록될 수 있도록 한다.
제1 및 제2편광판(165,175)는 홀로그래픽 정보저장매체(190)로 입사되는 광의 편광을 선편광에서 원편광을 변환시키며, 홀로그래픽 정보저장매체(190)에서 반 사되는 광을 원편광에서 선편광으로 변환시킨다.
개구가변소자(173)는 경유하는 광의 직경을 능동적으로 조절할 수 있는 광학부재로서, 가령 기록중에는 개구 크기를 좁히고, 재생중에는 개구 크기를 넓힐 수 있다. 개구가변소자(173)는, 예를 들어 두 개의 개구가 기록시와 재생시 선택적으로 교체될 수 있는 구조이거나, 카메라에 쓰이는 조리개일 수도 있다. 개구가변소자(173)의 개구는 원형일 수 있다. 본 실시예에서는 개구가변소자(173)가 참조광(L2)의 광경로 상에 배치되고 있으나, 신호광(L1)의 광경로 상에 배치될 수도 있을 것이다. 이러한 개구가변소자(173)의 동작에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
제1 및 제2대물렌즈(160,170)는 각각 신호광(L1) 및 참조광(L2)을 집속시키는 광학부재이다. 후술하는 바와 같이 제2대물렌즈(170)에 있어서 재생시의 개구수에 비해 기록시의 개구수가 더 작을 수 있다. 또한, 기록시에만 사용되는 제1대물렌즈(160)의 개구수 역시 제2대물렌즈(170)의 기록시 개구수와 같이 작게 할 수 있다. 제1대물렌즈(160)는, 요구되는 개구수가 작아짐에 따라 제조가 보다 용이해질 수 있으며, 나아가 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에 사용되는 홀로그래픽 정보저장매체는 역치 반응을 갖는 광반응성 물질로 기록층을 형성되는바, 이러한 경우, 제1대물렌즈(160)의 광학설계를 함에 있어, 개구수에 허용공차를 여유있게 확보할 수 있다.
본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하기로 한다.
먼저 기록 동작을 설명하기로 한다. 광원(110)은 기록하고자 하는 정보에 따 라 변조되는 광(L)을 방출한다. 방출된 광(L1)은 편광변환소자(125)를 거쳐 S편광성분과 P편광성분을 가지는 광으로 변환되며, 광경로분리소자(130)에서 P편광의 광과 S편광의 광으로 분리된다. 설명의 편의상, S편광의 광은 광경로분리소자(130)에서 반사되어 신호광(L1)이 되고, P편광의 광은 광경로분리소자(130)를 투과하여 참조광(L2)이 된다고 한다. 신호광(L1)은 광경로분리소자(130)에서 분기되어 셔터(140)와, 제1초점가변 유닛(150)과, 제1 및 제2반사부재(132,134)를 거쳐 제1대물렌즈(160)에서 집속되어 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 일면에 입사된다. 또한, 상기 참조광(L2)은 광경로분리소자(130)에서 분기되어 제2초점가변 유닛(153)과, 제3반사부재(136), 제2 1/4파장판(175) 및 개구가변소자(173)를 거쳐 제2대물렌즈(170)에 집속되어 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 타면에 입사된다. 이와 같이 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 양면에 입사된 신호광(L1)과 참조광(L2)은 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내에서 초점을 맺으며, 초점이 맺어진 위치에 홀로그래픽 간섭무늬에 의한 단위 비트(single bit)의 정보를 담은 기록마크로 기록이 남게 된다. 한편, 제1 및 제2초점가변 유닛(150,153)에 의하여 집속되는 신호광(L1)과 참조광(L2)의 초점은 가변될 수 있으며, 기록층(192)의 깊이 방향으로 서로 다른 초점위치에서 서로 다른 간섭무늬를 복수개 형성함으로써, 다층 기록을 할 수 있다.
다음으로, 재생 동작을 설명하기로 한다. 광원(110)은 변조되지 않은 광(L)을 방출한다. 광원(110) 자체가 일 선형 편광의 광만을 방출하거나, 편광변환소자(125)가 능동형이라면, 편광변환소자(125)를 거친 광은 일 방향의 선형 편광된 광이 된다. 설명의 편의상 편광변환소자(125)를 거친 광의 편광을 P편광이라고 한다. 광경로분리소자(130)을 투과한 P편광의 광, 즉 재생광(L2i′)은 제2초점가변 유닛(153)과, 제3반사부재(136), 제2 1/4파장판(175) 및 개구가변소자(173)를 거쳐 제2대물렌즈(170)에 집속되어 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 입사된다. 이와 같이 입사된 재생광(L2i′)은 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내의 정보가 기록된 기록층에서 반사되고, 반사된 재생광(L2r′)은 다시금, 제2대물렌즈(170), 개구가변소자(173), 제2 1/4파장판(175), 제3반사부재(136), 제2초점가변 유닛(153)을 거쳐 광경로분리소자(130)에 입사된다. 이때 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 반사된 재생광(L2r′)은 그 편광방향이 바뀌어지게 되며, 따라서 광경로분리소자(130)에서 반사되어 광검출기(180)로 입사된다.
이때, 개구가변소자(173)는 그 개구 크기가 기록시와 재생시에 달라진다. 도 2a 및 도 2b는 각각 기록시와 재생시의 개구가변소자(173)의 동작을 보여준다. 도 2a를 참조하면, 기록시 개구가변소자(173)의 개구 크기를 작게 함으로써, 제2대물렌즈(170)에 입사되는 참조광(L2)의 직경이 작아지고, 수렴광의 각도 θ1도 작아진다. 한편, 도 2b를 참조하면, 재생시 개구가변소자(173)의 개구 크기를 크게 함으로써, 제2대물렌즈(170)에 입사되는 재생광(L2i′)의 직경이 커지며, 수렴광의 각도 θ2도 커진다.
제2대물렌즈(170)의 개구수는 수렴광의 각도 θ1, θ2의 사인값에 비례한다. 수렴광의 각도 θ1, θ2는 렌즈의 광축과 대물렌즈에서 초점으로 수렴하는 광선 중 가장 바깥의 광선으로 이루어진 각도이다. 수렴광의 각도 θ1, θ2는, 초점 위치가 동일할 경우, 대물렌즈(170)에 입사되는 광의 직경에 비례하게 된다. 개구가변소자(173)에 의해 제2대물렌즈(170)에 입사되는 광의 직경이 조절될 수 있으므로, 개구가변소자(173)에 의해 제2대물렌즈(170)의 개구수가 달라질 수 있다. 본 실시예는, 개구가변소자(173)에 있어서 재생시 개구 크기를 기록시 개구 크기보다 크게 함으로써, 제2대물렌즈(170)에 있어서 기록시의 개구수에 비해 재생시의 개구수를 크게 한다. 제1대물렌즈(160)는 실질적으로 기록시에만 사용되므로, 제1대물렌즈(160)의 개구수는 제2대물렌즈(170)의 기록시 개구수에 준하여 설계될 수 있다. 한편, 본 실시예는 개구가변소자(173)가 참조광(L2)의 광경로에 있는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 개구가변소자(173)가 신호광(L1)의 광경로에 있을 수도 있다. 개구가변소자(173)가 신호광(L1)의 광경로에 있더라도, 기록시 형성되는 기록마크(M)의 초점심도는 개구가변소자(173)가 참조광(L2)의 광경로에 있는 경우와 실질적으로 동일하며, 그 결과 회절효율이 향상된다는 점도 동일하다.
도 3a 및 도 3b는 각각 기록시와 재생시의 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 기록마크(M)가 형성되는 것을 보여준다. 본 실시예에 적용되는 홀로그래픽 정보저장매체(190)는 홀로그램 간섭무늬가 기록될 수 있는 광반응성 물질로 형성되는 기록층(192)과, 기록층(192)을 지지하고 보호하는 투명한 커버층(191,193)을 포함하는 양면 조사형 매체이다. 상기 커버층(191,193)과 기록층(192) 사이에는 서보정보 가 담기 서보층(미도시)가 더 마련될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 기록시 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 기록층(192)에는 신호광(L1)과 참조광(L2)의 간섭에 의해 홀로그램 간섭무늬, 즉 기록마크(M)가 형성됨을 볼 수 있다. 한편, 도 3b를 참조하면, 재생시 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 기록층(192)에 재생광(L2i′)을 조사함으로써, 기록된 기록마크(M)를 읽게 된다.
한편, 재생시의 신호품질은, 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 기록층(도 3a의 192)에 형성된 기록마크(M)의 회절효율과 관련된다. 일반적으로 회절효율이 높을수록 재생시 신호품질은 높아지게 된다. 현재 기록층(192)로 사용되는 광반응성 물질과 같이 회절효율이 낮은 경우, 회절효율은 근사적으로 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112008050583340-pat00001
여기서, η는 회절효율을, Δn은 홀로그램 간섭무늬의 굴절률 차를, d는 기록된 홀로그램의 두께를 나타낸다. 마이크로 홀로그램에서 d는 기록되는 광의 초점심도의 2배 정도에 해당하는 값을 나타낸다. 초점심도는 역치 반응이 없는 통상적인 광반응성 물질의 경우, λ/NA2으로 주어지며 여기서 NA는 대물렌즈의 개구수(Numerical Aperture)이다. 따라서, 홀로그램의 회절효율, 즉 반사율은 1/NA4 에 비례하게 된다. 도 4는 이와 같은 개구수 증가에 따른 홀로그램의 회절효율 감소를 보여준다. 도 4를 참조하면, 홀로그램 정보저장매체의 단면 기록용량을 증가시키기 위해 개구수를 증가시키면, 기하급수적으로 반사율이 감소하게 되어, 홀로그램 정보 기록/재생 방식에서 문제가 되고 있는 홀로그램의 낮은 회절효율 문제를 더욱 악화시킬 수 있음을 알 수 있다.
이에 본 실시예는, 광픽업 집속광학계에 있어서 기록시의 개구수를 재생시의 개구수에 비해 작게 함으로써, 회절효율이 낮아지는 것을 억제하는 한편, 역치(threshold) 반응을 갖는 광반응성 물질로 홀로그래픽 정보저장매체(190)의 기록층(192)를 형성함으로써, 기록밀도가 유지될 수 있도록 한다.
역치 반응을 갖는 광반응성 물질은 소정의 광강도 이상의 광에 대해서는 반응을 하고, 그 이하의 광강도에 대해서는 반응하지 않는 비선형 특성을 갖는 물질을 말한다. 이러한 역치 반응을 갖는 광반응성 물질은 당해 분야에 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 이러한 역치 반응을 갖는 광반응성 물질에 대한 기록마크의 형성을 설명한다. 도 5를 참조하면, 기록층(192)내에의 초점에 맺히는 광은, 일반적으로 그 스폿의 중심부는 광강도(intensity)가 높고 스폿의 주변부는 광강도가 낮은 분포, 예를 들어 가우시안 분포의 광강도 프로파일을 갖는다. 이때, 광강도가 높은 스폿의 중심부만이 역치 반응을 갖는 광반응성 물질이 요구하는 역치값(threshold value)을 만족한다면, 결과적으로 스폿 중심부만이 기록마크를 형성하는데 기여할 것이다. 한편, 재생 과정은 이러한 역치 반응과 무관하게 이루어진다. 즉, 재생 과 정에 있어서, 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 조사되는 재생광(L2i′)은 역치 반응이 일어나는 광강도 이하의 세기를 갖는다. 이때 조사되는 재생광(L2i′)의 회절한계를 고려한다면, 기록시 형성되는 기록마크는 회절한계의 스폿 직경, λ/2NA와 같거나 그보다 크게 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 역치 반응을 갖는 광반응성 물질의 경우, 소정 역치값보다 큰 광강도를 갖는 스폿의 중심부만이 기록마크를 형성하는데 기여하므로, 기록시 조사되는 신호광이나 참조광의 스폿 자체의 크기는 기록하고자 하는 기록마크보다 클 수 있다. 달리 표현하면, 기록시 조사되는 광의 스폿 크기는 재생시 조사되는 광의 스폿 크기보다 클 수 있다. 광의 스폿 크기를 규정하는 대물렌즈의 회절한계는 개구수에 반비례하므로, 대물렌즈의 기록시 개구수는 대물렌즈의 재생시 개구수보다 작을 수 있다.
전술한 수학식 1에서 볼 수 있듯이, 홀로그램의 회절효율은 홀로그램의 두께 d의 제곱에 비례하며, 홀로그램의 두께 d는 기록되는 광의 초점심도의 2배 정도에 해당하는 값을 나타낸다. 그런데, 본 실시예와 같이 역치 반응을 갖는 광반응성 물질을 이용하는 경우, 기록마크(M)의 초점심도 d는 D/NA1에 비례한다. 이때, D는 기록마크(M)의 직경을 나타내며, NA1은 제2대물렌즈(170)의 기록시 개구수를 나타낸다. 기록마크(M)의 직경 D는 제2대물렌즈(170)의 기록시 개구수와 무관하며, 재생광의 회절한계를 고려하여 설정된다. 즉, 기록마크(M)의 직경 D는 1/NA2에 비례한 다. 이때, NA2는 제2대물렌즈(170)의 재생시 개구수를 나타낸다. 이 결과, 기록마크(M)의 초점심도 d는 하기의 수학식 2으로 주어질 수 있다.
Figure 112008050583340-pat00002
이를 수학식 1에 대입하여 보면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에 사용되는 홀로그래픽 정보저장매체의 회절한계는 하기의 수학식 3과 같이 주어진다.
Figure 112008050583340-pat00003
상기 수학식 3을 참조하면, 본 실시예의 회절한계는, 제2대물렌즈(170), 즉 집속광학계의 기록시 개구수의 역수 제곱에 비례함을 볼 수 있다. 상기 수학식 3은 집속광학계의 기록시 개구수가 작을수록 회절효율의 증가가 커짐을 나타내고 있으나, 기록마크(M) 즉 홀로그램이 재생광의 초점심도보다 크게 기록되면, 그 효과가 감소하게 된다. 따라서 집속광학계의 기록시 개구수는 너무 낮게 하는 것은 비효율적이며, 재생시 개구수와 비교하여 예를 들어, 1/4배와 같거나 크고 1배보다 작은 범위로 하는 것이 효과적일 수 있다. 즉, 본 실시예의 집속광학계는, 기록시의 개구수를 NA1, 재생시의 개구수를 NA2라 할 때, 하기의 수학식 4를 만족하게 하는 것 이 효과적일 수 있다.
1/4 ≤ NA1/NA2 < 1
이러한 집속광학계의 기록시 개구수는, 기록마크(M)의 초점심도와 관련되며, 이는 홀로그램 정보저장매체(190)의 기록층(192)을 형성하는 광반응성 물질의 역치값이나 조사되는 광의 광강도에 따라 다소 달라질 수 있다.
도 6은 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 회절효율 향상을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제2대물렌즈(170)의 개구수가 기록시/재생시 같은 경우와 대비하여, 회절효율이, 기록시 개구수가 재생시 개구수에 비해 1/3인 경우 9배 증가하고, 기록시 개구수가 재생시 개구수에 비해 1/5인 경우 25배 증가하는 모습을 보여준다. 이와 같은 회절효율의 증가는 곧바로 기록마크(M)에서의 반사율의 증가를 의미하므로, 본 실시예는 동일한 기록밀도를 갖는 경우에 있어서 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다. 즉, 본 실시예는 집속광학계의 재생시 개구수가 종래 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 집속광학계의 개구수와 같을 수 있으며, 이 경우 종래 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에서 기대되는 기록밀도를 그대로 유지하면서, 기록마크(M)에서의 반사율을 증가시킬 수 있다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 8a 및 도 8b는 도 7의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 집속광학계의 개구수를 조절하는 수단인 빔 확장기(156)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 전술한 실시예에서와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며 설명은 생략한다.
본 실시예의 광픽업(101)은, 제2대물렌즈(170)의 개구수를 조절하기 위하여, 전술한 실시예의 개구가변소자(도 1의 173)을 대신하여, 빔 확장기(156)를 채용한다. 빔 확장기(156)는 복수의 릴레이렌즈(157,158,159)를 포함하며, 전술한 실시예의 제2초점제어 유닛(156)을 대체하여 참조광(L2)이나 재생광(L2i′)의 초점 위치를 제어할 수도 있다. 제1대물렌즈(160)는 실질적으로 기록시에만 이용되므로, 제1대물렌즈(160)의 개구수는 제2대물렌즈(170)의 기록시 개구수와 같도록 설계될 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 빔 확장기(156)는 제1 내지 제3릴레이렌즈(157,158,159)를 포함하며, 가령 제2릴레이렌즈(158)의 위치를 A방향으로 가변시킴으로써 빔 확장기(156)를 경유하는 광의 직경을 조절할 수 있다. 빔 확장기(156)는, 기록시 경유하는 광의 직경을 상대적으로 작게 하며, 재생시 경유하는 광의 직경을 상대적으로 크게 할 수 있다. 전술하는 바와 같이, 제2대물렌즈(170)에 입사되는 광의 직경이 달라지면, 제2대물렌즈(170)의 개구수가 달라지게 된다. 즉 제2대물렌즈(170)는 기록시 개구수가 재생시 개구수보다 작아질 수 있다. 이 경우, 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 10a 및 도 10b는 도 9의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 집속광학계의 개구수를 조절하는 수단인 액정렌즈(174)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 전술한 실시예에서와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며 설명은 생략한다.
본 실시예의 광픽업(102)은, 제2대물렌즈(170)의 개구수를 조절하기 위하여, 전술한 실시예의 개구가변소자(도 1의 173)나 빔 확장기(도 7의 156)을 대신하여, 액정렌즈(174)를 채용한다. 액정렌즈(174)는 투명한 한 쌍의 전극을 사이에 둔 액정층을 포함하는 구성을 가질 수 있으며, 전극에 전압이 인가됨에 따라 액정층 내의 액정분자가 정렬되면서 굴절률이 달라지는 구성을 갖는다. 액정렌즈(174)는 제2대물렌즈(170)에 인접하게 배치될 수 있으며, 가령 제2 1/4파장판(175)과 제2대물렌즈(170) 사이에 배치될 수 있다. 액정렌즈(174)의 굴절률은 외부전압에 따라 달라지므로, 액정렌즈(174)를 경유하여 제2대물렌즈(175)에 입사되는 광의 수렴/발산정도가 달라질 수 있으며 또한 제2대물렌즈(175)에 입사되는 광의 직경이 변경될 수 있다. 이와 같이 액정렌즈(174)를 온/오프시킴으로써 제2대물렌즈(170)의 개구 수를 조절할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 액정렌즈(174)를 온/오프시킴으로써, 제2대물렌즈(170)는 기록시 개구수는 제2대물렌즈(170)의 재생시 개구수보다 작을 수 있다. 이와 같이 제2대물렌즈(170)는 기록시 개구수를 상대적으로 작게 함으로써, 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내에 기록되는 기록마크(M), 즉 홀로그램의 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 12는 도 11의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체(190)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 집속광학계의 개구수를 조절하는 수단인 제2대물렌즈(171,172)와 가동형 반사부재(137)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 전술한 실시예에서와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며 설명은 생략한다.
본 실시예의 광픽업(103)은, 제2대물렌즈(171,172)의 개구수를 조절하기 위하여, 전술한 실시예의 개구가변소자(도 1의 173), 빔 확장기(도 7의 156) 또는 액정렌즈(도 9의 174)을 대신하여, 2개의 제2대물렌즈(171,172)를 채용한다. 2개의 제2대물렌즈(171,172)는 기록용 제2대물렌즈(171)와 재생용 제2대물렌즈(172)로 나누어볼 수 있다. 이때, 기록용 제2대물렌즈(171)의 개구수는 재생용 제2대물렌 즈(172)의 개구수보다 작도록 설계된다.
한편, 가동형 반사부재(137)는 기록시/재생시 그 위치가 움직일 수 있는 반사부재로서, 외부의 동력원에 의해 기구적으로 구동될 수 있다. 기록용 제2대물렌즈(171)와 재생용 제2대물렌즈(172)는 나란히 배열되며, 가동형 반사부재(137)는 기록시 기록용 제2대물렌즈(171)로 참조광(L2)의 광경로를 가이드하고 재생시 재생용 제2대물렌즈(172)로 재생광(L2i′)의 광경로를 가이드하기 위하여 기록용 제2대물렌즈(171)와 재생용 제2대물렌즈(172) 사이에서 B방향으로 이동하게 된다. 본 실시예는 제2대물렌즈(171,172)와 제2 1/4파장판(175,176)을 기록용과 재생용으로 나누어 배치하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 1/4파장판은 참조광(L2)과 재생광(L2i′)의 공통의 광경로 상에 배치시킬 수 있으며, 또는 제2초점제저유닛(153)을 기록용과 재생용으로 나누어 배치시킬 수도 있을 것이다. 본 실시예는 기록시와 재생시 각각 별도의 제2대물렌즈(171,172)를 마련하여 기록시 개구수를 상대적으로 작게 함으로써, 홀로그래픽 정보저장매체(190) 내에 기록되는 기록마크(M), 즉 홀로그램의 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 단면으로 광이 조사되는 홀로그래픽 정보저장매체(290)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 홀로그래픽 정보저장매체(290)에 광을 조사하고 조사된 광을 수광하는 광픽업(200)과 미도시된 회로부를 포함한다.
광픽업(200)은, 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(120), 편광변환소자(125), 제1 및 제2광경로분리소자(230,234), 제1 및 제2반사부재(232,236), 셔터(140), 초점제어유닛(250), 빔 확장기(256), 1/4파장판(175), 대물렌즈(270), 및 광검출기(180)을 포함한다. 나아가, 광픽업(200)에는 서보수행을 위한 서보 광학계(미도시)가 더 마련될 수 있다. 본 실시예의 광학부재들 중에서 도 1을 참조하여 설명한 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학부재들과 실질적으로 동일한 광학부재들은 동일한 참조부호를 붙이고 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1광경로분리소자(230)에서 분기된 신호광(L1)와 참조광(L2)은 서로 다른 광경로를 거쳐 제2광경로분리소자(234)에서 합쳐진다. 제1 및 제2광경로분리소자(230,234) 사이의 신호광(L1)의 광경로에는 제1반사부재(232), 셔터(240) 및 초점제어유닛(250)가 배치되며, 제1 및 제2광경로분리소자(230,234) 사이의 참조광(L2)의 광경로에는 빔 확장기(256) 및 제2반사부재 (236)가 배치된다.
기록시, 제1광경로분리소자(230)에서 분기된 신호광(L1)은 제1반사부재(232), 셔터(140), 초점제어유닛(250)을 거쳐 제2광경로분리소자(234)에 입사되며, 제1광경로분리소자(230)에서 분기된 참조광(L2)은 빔 확장기(256)과 제2반사부재(236)를 거쳐 제2광경로분리소자(234)에 입사된다. 한편, 재생시 제1광경로분리소자(230)에서 분기된 재생광 중에서 신호광(L1)의 광경로를 따르는 광은 셔터(240)에 의해 차단되며, 제1광경로분리소자(230)에서 분기된 재생광 중에서 참조 광(L2)의 광경로를 따르는 광만이 홀로그래픽 정보 저장매체(290)에 입사된다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 빔 확장기(256)는 제1 내지 제3릴레이렌즈(257,258,259)를 포함하며, 가령 제2릴레이렌즈(258)의 위치를 A방향으로 가변시킴으로써 빔 확장기(256)를 경유하는 광의 직경을 조절할 수 있다. 빔 확장기(256)는, 기록시 경유하는 광의 직경을 상대적으로 작게 하며, 재생시 경유하는 광의 직경을 상대적으로 크게 할 수 있다. 전술하는 바와 같이, 대물렌즈(270)에 입사되는 광의 직경이 달라지면, 대물렌즈(270)의 개구수가 달라지게 된다. 즉 대물렌즈(170)는 기록시 개구수가 재생시 개구수보다 작아질 수 있으며, 이에 따라 기록마크의 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 각각 기록시와 재생시의 홀로그래픽 정보저장매체(290)에 기록마크(M)가 형성되는 것을 보여준다. 본 실시예에 적합한 홀로그래픽 정보저장매체(290)는 기판(291), 반사층(292), 기록층(294), 및 커버층(295)가 순차적으로 배치된 구성을 가지는 단면 조사형 매체이다. 상기 기록층(294)과 반사층(292) 사이에는 스페이스층(293)이 더 마련될 수 있다. 상기 커버층(295)은 투명한 매질로서 신호광(L1)과 참조광(L2) 또는 재생광(L2i′)이 입사된다. 상기 스페이스층(293)은 반사층(292)에 반사되어 초점에 집속되는 신호광(L1)에 대해 초점과 반사층(292) 사이의 거리를 확보하기 위한 층이다.
기록시, 신호광(L1)은 기록층의 일 초점에 곧바로 초점을 맺고, 참조광(L2)은 반사층(292)에 반사된 다음 상기 신호광(L1)의 초점을 맺은 위치와 동일한 위치 에 초점을 맺는다. 이와 같이 신호광(L1)과 참조광(L2)이 초점을 맺는 위치에는 간섭무늬가 생겨 단위 비트(single bit)의 정보를 담은 홀로그램, 즉 기록마크(M)가 형성된다. 본 실시예의 홀로그래픽 정보저장매체(290)는 역치(threshold) 반응을 갖는 광반응성 물질로 기록층(294)를 형성한다. 이와 같이 역치 반응을 갖는 광반응성 물질로 기록층(294)을 형성함으로써, 기록시 대물렌즈(270)의 개구수가 작아지더라도, 기록마크(M)의 크기 자체는 재생시 조사되는 재생광(L2i′)의 회절한계 정도로 형성할 수 있다. 이와 같이 대물렌즈(270)의 기록시 개구수를 작게 함으로써, 기록마크(M)의 회절효율을 증가시킬 수 있다. 한편, 재생시 대물렌즈(270)의 개구수는 상기 기록마크(M)의 크기에 맞도록 크게 함으로써, 기록마크(M)를 올바로 읽어들일 수 있도록 한다.
본 실시예에서, 대물렌즈(270)의 개구수를 가변시키기 위해서 참조광(L2)의 경로에 빔 확장기(256)를 배치하였으나, 신호광(L1)의 경로 위치한 초점제어유닛(250)과 참조광(L2)의 경로에 빔 확장기(256)의 위치를 바꿀수 있으며, 나아가 신호광(L1) 및 참조광(L2)의 경로 모두에 빔 확장기를 배치할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 17a 및 도 17b는 도 16의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체(290)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 집속 광학계의 개구수를 조절하는 수단인 액정렌즈(274)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 13 내지 도 15를 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 전술한 실시예에서와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며 설명은 생략한다.
본 실시예의 광픽업(201)은, 대물렌즈(270)의 개구수를 조절하기 위하여, 전술한 실시예의 빔 확장기(도 13의 256)을 대신하여, 액정렌즈(274)를 채용한다. 액정렌즈(274)는 대물렌즈(270)에 인접하게 배치될 수 있으며, 가령 1/4파장판(275)과 대물렌즈(270) 사이에 배치될 수 있다. 액정렌즈(174)의 굴절률은 외부전압에 따라 달라지므로, 액정렌즈(274)를 경유하여 대물렌즈(275)에 입사되는 광의 수렴/발산정도가 달라질 수 있으며 또한 대물렌즈(275)에 입사되는 광의 직경이 변경될 수 있다. 이와 같이 액정렌즈(274)를 온/오프시킴으로써 대물렌즈(270)의 개구수를 조절할 수 있다.
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 액정렌즈(274)를 온/오프시킴으로써, 대물렌즈(270)는 기록시 개구수는 대물렌즈(270)의 재생시 개구수보다 작을 수 있다. 이와 같이 대물렌즈(270)는 기록시 개구수를 상대적으로 작게 함으로써, 홀로그래픽 정보저장매체(290) 내에 기록되는 기록마크(M), 즉 홀로그램의 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
본 실시예는 액정렌즈(274)를 이용하여 대물렌즈(270)의 개구수를 변경시키고 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 액정렌즈(274)를 대신하여 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 개구가변소자를 채용함으로써, 대물렌즈(270)의 개구수를 변경시킬 수도 있을 것이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 19는 도 18의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 본 실시예의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치는 홀로그래픽 정보저장매체(290)에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 장치로서, 집속광학계의 개구수를 조절하는 수단인 대물렌즈(271,272)와 가동형 반사부재(237)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 13 내지 도 15를 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 전술한 실시예에서와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며 설명은 생략한다.
본 실시예의 광픽업(202)은, 대물렌즈(271,272)의 개구수를 조절하기 위하여, 전술한 실시예의 빔 확장기(도 13의 256) 또는 액정렌즈(도 16의 274)을 대신하여, 2개의 대물렌즈(271,272)를 채용한다. 2개의 대물렌즈(271,272)는 기록용 대물렌즈(271)와 재생용 대물렌즈(272)로 나누어볼 수 있다. 이때, 기록용 대물렌즈(271)의 개구수는 재생용 대물렌즈(272)의 개구수보다 작도록 설계된다.
한편, 가동형 반사부재(237)는 기록시/재생시 그 위치가 움직일 수 있는 반사부재로서, 외부의 동력원에 의해 기구적으로 구동될 수 있다. 기록용 대물렌즈(271)와 재생용 대물렌즈(272)는 나란히 배열되며, 가동형 반사부재(237)는 기록시 기록용 대물렌즈(271)로 참조광(L2)의 광경로를 가이드하고 재생시 재생용 대물렌즈(272)로 재생광(L2i′)의 광경로를 가이드하기 위하여 기록용 대물렌즈(271)와 재생용 대물렌즈(272) 사이에서 D방향으로 이동하게 된다. 본 실시예는 대물렌즈(271,272)와 1/4파장판(275,276)을 기록용과 재생용으로 나누어 배치하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 1/4파장판은 참조광(L2)과 재생광(L2i′)의 공통의 광경로 상에 배치시킬 수 있을 것이다. 본 실시예는 기록시와 재생시 각각 별도의 대물렌즈(271,272)를 마련하여 기록시 개구수를 상대적으로 작게 함으로써, 홀로그래픽 정보저장매체(290) 내에 기록되는 기록마크(M), 즉 홀로그램의 회절효율이 높아져, 재생시 신호품질의 향상을 기대할 수 있다.
이러한 본 발명인 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 가령, 전술한 실시예들에서는 기록시와 재생시에 서로 다른 값의 광픽업 집속광학계의 개구수를 갖도록 하기 위하여, 개구가변부재, 빔 확장기, 또는 액정렌즈를 채용하거나 개구수가 다른 별도의 대물렌즈를 선택적으로 사용할 수 있는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다. 광픽업 집속광학계에서 개구수를 달리할 수 있는 그밖의 다양한 변형례들이 채용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 기록시와 재생시의 개구가변소자의 동작을 보여주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에 이용되는 홀로그래픽 정보저장매체의 기록시와 재생시 광학적 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 개구수와 홀로그램의 회절효율의 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 역치 반응을 갖는 광반응성 매질에 대한 기록마크의 형성을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 회절효율 향상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 기록시와 재생시의 빔 확장기의 동작을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 기록시와 재생시의 액정 렌즈의 동작을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 12는 각각 기록시와 재생시의 기록용 대물렌즈와 재생용 대물렌즈의 선택적 동작을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 기록시와 재생시의 빔 확장기의 동작을 보여주는 도면이다.
도15a 및 도 15b는 도 13의 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에 이용되는 홀로그래픽 정보저장매체의 기록시와 재생시 광학적 구성을 보여주는 도면이다.
도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 기록시와 재생시의 액정 렌즈의 동작을 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치의 광학적 구성을 도시하는 구성도이다.
도 19는 각각 기록시와 재생시의 기록용 대물렌즈와 재생용 대물렌즈의 선택적 동작을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100...광픽업 110...광원
130,234...광경로분리소자 137,237...가동형 반사부재
140,240...셔터 150,153,250,253...초점제어유닛
156,256...빔 확장기
160,170,171,172,270,271,272...대물렌즈
173...개구가변소자 174...액정렌즈
175...1/4파장판 180...광검출기
190,290...홀로그래픽 정보저장매체
L1...신호광 L2...재생광
L2i′, L2r′ 재생광

Claims (21)

  1. 홀로그래픽 정보저장매체에 광을 조사하고 조사된 광을 수광하는 광픽업을 구비한 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치에 있어서,
    상기 광픽업은 기록시 홀로그래픽 정보저장매체에 신호광 및 참조광을 조사하고, 재생시 홀로그래픽 정보저장매체에 재생광을 조사하는 집속광학계를 구비하며,
    상기 집속광학계는 기록시 홀로그래픽 정보저장매체로 조사되는 신호광 및 참조광에 대한 개구수가 재생시 홀로그래픽 정보저장매체로 조사되는 재생광에 대한 개구수보다 낮은 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 집속광학계는, 기록시의 개구수를 NA1, 재생시의 개구수를 NA2라 할 때, 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
    <수학식>
    1/4 ≤ NA1/NA2 < 1
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 집속광학계는,
    대물렌즈와;
    상기 대물렌즈에 입사되는 광의 직경을 조절할 수 있도록, 개구의 크기가 가변되는 개구가변소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 집속광학계는,
    대물렌즈와;
    상기 대물렌즈에 입사되는 광의 직경이 조절될 수 있도록, 배율이 조절되는 빔 확장기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 집속광학계는,
    대물렌즈와;
    능동형 액정소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 집속광학계는,
    기록용 광학부재와;
    상기 기록용 광학부재의 개구수보다 큰 개구수를 가지는 재생용 광학부재;를 포함하며, 기록 및 재생시 상기 기록용 광학부재와 상기 재생용 광학부재를 선택적으로 이용하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 집속광학계는, 기록시 참조광의 광경로를 상기 기록용 광학부재로 향하게 하고, 재생시 참조광의 광경로를 상기 재생용 광학부재로 향하게 하는 광경로 변환부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 기록용 광학부재는 기록용 대물렌즈이고, 상기 재생용 광학부재는 재생용 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    홀로그래픽 정보저장매체의 기록층은 역치 반응을 갖는 광반응성 매질로 형성되며, 기록시 조사되는 신호광 및 참조광의 광세기는 그 스폿의 중심부에서 상기 광반응성 매질의 역치값보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 광픽업은, 기록시 홀로그래픽 정보저장매체의 양면에 각각 신호광과 참조광을 조사하는 제1 및 제2집속광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2집속광학계는, 기록시의 개구수가 재생시의 개구수보다 낮은 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 광픽업은, 기록시 홀로그래픽 정보저장매체의 단면에 신호광과 참조광을 조사하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    홀로그래픽 정보 저장매체에 조사되는 참조광 및 신호광의 초점 깊이를 각각 제어하는 제1 및 제2 초점제어유닛을 더 포함하여, 다층으로 정보를 기록하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    홀로그래픽 정보저장매체에 간섭무늬로 기록되는 정보는 단일 비트(single bit)로 기록되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치.
  15. 홀로그래픽 정보저장매체에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 재생하는 방법에 있어서,
    기록시 홀로그래픽 정보저장매체로 조사되는 신호광 및 참조광에 대한 개구수가 상대적으로 낮은 집속광학계를 이용하여 정보를 기록하고,
    재생시 홀로그래픽 정보저장매체로 조사되는 재생광에 대한 개구수가 상대적으로 높은 집속광학계를 이용하여 정보를 읽어들이는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 집속광학계는, 기록시의 개구수는 재생시의 개구수의 1/4배 내지 1배 사이에 있는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 집속광학계의 대물렌즈에 입사되는 광의 직경을 조절함으로써 개구수를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 집속광학계는, 개구수가 상대적으로 낮은 기록용 광학부재와 개구수가 상대적으로 큰 재생용 광학부재를 포함하며,
    기록시 상기 기록용 광학부재를 이용하여 정보를 기록하고, 재생시 상기 재생용 광학부재를 이용하여 정보를 읽어들이는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    역치 반응을 갖는 광반응성 매질로 형성된 기록층을 갖는 홀로그래픽 정보저장매체에 정보를 기록하고 기록된 정보를 읽어들이는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    홀로그래픽 정보 저장매체의 기록층 내에, 다층으로 정보를 기록하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
  21. 제15 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    홀로그래픽 정보 저장매체의 기록층에 단일 비트(single bit)로 정보를 기록하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 정보 기록/재생 방법.
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