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KR20090013709A - 홀로그램 기록/재생 장치 - Google Patents

홀로그램 기록/재생 장치 Download PDF

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KR20090013709A
KR20090013709A KR1020080074964A KR20080074964A KR20090013709A KR 20090013709 A KR20090013709 A KR 20090013709A KR 1020080074964 A KR1020080074964 A KR 1020080074964A KR 20080074964 A KR20080074964 A KR 20080074964A KR 20090013709 A KR20090013709 A KR 20090013709A
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KR
South Korea
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hologram
range
reproduction
hologram recording
recording medium
Prior art date
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Withdrawn
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KR1020080074964A
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English (en)
Inventor
도미지 다나까
Original Assignee
소니 가부시끼 가이샤
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Application filed by 소니 가부시끼 가이샤 filed Critical 소니 가부시끼 가이샤
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    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
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Abstract

홀로그램 기록/재생 장치는 참조 빔 영역과 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 콘트롤러는 참조 빔 영역의 범위를 제1 소정 범위로 설정하며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위를 제1 소정 각도 범위로 설정한다. 기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 콘트롤러는 재생 빔 영역의 범위를 제2 소정 범위로 설정하며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위를 제2 소정 각도 범위로 설정한다.
Figure P1020080074964
홀로그램 기록 매체, 신호 빔, 참조 빔, 재생 빔, 회절 빔, 공간 변조기, 콘트롤러, 위상 마스크, 저장 회로, 입사 각도

Description

홀로그램 기록/재생 장치{HOLOGRAM RECORDING/RECONSTRUCTING APPARATUS}
본 발명은 홀로그램 기록 장치 및/또는 홀로그램 재생 장치에 관한 것이다.
데이터 저장 장치로서 작용하는 홀로그램 메모리가 근년에 주목을 끌고 있다. 홀로그램 메모리에서는, 홀로그램의 기록을 위해 홀로그램 기록 장치가 사용되고 기록된 홀로그램의 재생을 위해 홀로그램 재생 장치가 사용된다. 홀로그램 기록은 다음과 같이 이루어진다. 즉, 기록될 데이터에 따라 변조된 신호 빔과 소정의 참조 빔이 동일 광원에서 출사된 레이저 광으로부터 발생되어 홀로그램 기록 매체에 인가되며, 이 홀로그램 기록 매체에서 상기 신호 빔과 참조 빔이 상호 간섭하여 간섭 패턴(홀로그램)을 형성한다. 따라서, 데이터는 홀로그램 기록 매체 상에 홀로그램으로서 기록된다. 기록된 홀로그램은 페이지(page)로 지칭되는 단위로 기록되는 정보를 다량 담고 있다. 기록된 데이터는 페이지 단위로 확인되어 관리된다.
이 홀로그램 메모리에서, 홀로그램 재생 장치는 홀로그램 기록 매체로부터 기록 데이터를 재생하는데 사용된다. 홀로그램 재생은 다음과 같이 이루어진다. 즉, 기록 시에 사용된 참조 빔과 동일한 특징을 갖는 광선이, 전술한 데이터에 따 라 형성된 홀로그램에 인가된다. 이는 홀로그램 기록 매체로부터 회절 빔이 나타나게 한다. 기록된 데이터의 페이지를 담고있는 회절 빔은 2차원 어레이의 광검출기에 의해 검출되며, 신호 처리를 겪게 된다. 이렇게, 기록된 데이터가 재생될 수 있다.
뿐만 아니라, 홀로그램 기록 장치 및 홀로그램 재생 장치 양자의 기능을 수행할 수 있는 홀로그램 기록/재생 장치(기록 및 재생 장치)가 제안되어 있다. 하기 설명에서, "홀로그램 기록/재생 장치(기록 및/또는 재생 장치)"라는 용어는 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 장치, 및 홀로그램 기록/재생 장치를 일괄적으로 지칭하는데 사용되며, 명백한 구분이 필요할 경우에는 그에 따라 기술될 것이다. 마찬가지로, "기록/재생(기록 및/또는 재생)"이란 용어는 기록, 재생, 및 기록/재생(기록 및 재생)을 일괄적으로 지칭하는데 사용되며, 명백한 구분이 필요한 경우에는 그에 따라 기술될 것이다.
신호 빔, 참조 빔, 및 재생 빔의 발생과, 회절 빔의 검출은 광학 소자들을 조합함으로써 형성되는 홀로그램 기록/재생 광학 섹션에서 수행된다. 광학 섹션에 광로를 설계하기 위한 방법의 예로는, 신호 빔과 참조 빔이 동축적으로 배치되고 참조 빔과 재생 빔의 경로가 부분적으로 겹치며 이들 광선(신호 빔, 참조 빔, 재생 빔)이 공통 광로를 통과하는 소위 동축 방법(예를 들면, Nikkei Electronics, 2005년 1월 17일자, 106 내지 114 페이지 참조)이 포함된다. 광학 섹션에 광로를 설계하기 위한 다른 방법은 신호 빔과 참조 빔(재생 빔)이 상이한 광로를 통과하는 2-빔(two-beam) 방법이다.
홀로그램 메모리에서, 기록 중의 온도와 재생 중의 온도가 서로 수℃ 상이하면, 기록된 데이터의 재생이 홀로그램 기록 매체의 열팽창 또는 열수축으로 인해 어렵다. 도17a 내지 도17c는 홀로그램 기록 매체의 열팽창 및 열수축을 개략 도시한다. 구체적으로, 도17a 내지 도17c는 각각 홀로그램 기록 매체의 주어진 온도에 대응하는 홀로그램을 도시한다. 설명을 쉽게 하기 위해, 홀로그램 기록 매체의 기판(48a), 기록 재료층(48b), 및 기판(48c) 만 도시했으며, 반사막 등의 도시는 생략하였다. 도시하듯이, 기록 재료층(48b)은 기판(48a)과 기판(48c) 사이에 개재된다. 하기 설명에서, "열팽창"은 넓은 의미로 사용되며 열수축을 포함하지만, 둘 사이에 명백한 구분이 필요한 경우 "열팽창"과 "열수축" 양 표현이 사용될 것이다.
온도가 변화하면, 홀로그램 기록 매체는 기록 재료층(48b)의 열팽창계수(통상은 약 5×10-4/℃)의 영향 하에 Z-방향으로 열팽창된다(도17c의 좌하부 참조). X-방향 및 Y-방향(도17c의 좌하부 참조)에 있어서, 홀로그램의 기록된 간섭 무늬의 간격 및 방향은, 작은 열팽창계수(약 7×10-6/℃ 내지 8×10-6/℃)를 갖는 경질 기판(48a)으로부터의 압력에 의해 변화된다. 도17b는 홀로그램 기록 매체의 온도가 25℃(참조 온도)일 때의 홀로그램 상태를 개략 도시한다. 도17b에서, L1은 기록 재료층(48b)의 두께를 지칭하고, d1은 인접한 무늬들 사이의 간격을 지칭하며, α1은 홀로그램 기록 매체의 표면에 대한 무늬의 경사도를 지칭한다.
홀로그램 기록 매체의 온도가 15℃가 되면, 25℃ 온도(참조 온도)에서 기록된 홀로그램은 도17a에 도시된 상태로 변화된다. 도17a에서, L2는 기록 재료 층(48b)의 두께를 지칭하고, d2는 인접한 무늬들 사이의 간격을 지칭하며, α2는 홀로그램 기록 매체의 표면에 대한 무늬의 경사도를 지칭한다. 기록 재료층(48b)의 열수축으로 인해, 두께 L2는 두께 L1보다 작아지고, 간격 d2는 간격 d1보다 작아지며, 경사도 α2는 α1보다 커진다. 홀로그램 기록 매체의 온도가 35℃가 되면, 25℃ 온도(참조 온도)에서 기록된 홀로그램은 도17c에 도시된 상태로 변화된다. 도17c에서, L3은 기록 재료층(48b)의 두께를 지칭하고, d3은 인접한 무늬들 사이의 간격을 지칭하며, α3은 홀로그램 기록 매체의 표면에 대한 무늬의 경사도를 지칭한다. 기록 재료층(48b)의 열수축으로 인해, 두께 L3은 두께 L1보다 커지고, 간격 d3은 간격 d1보다 커지며, 경사도 α3은 α1보다 작아진다.
전술했듯이, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도와 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도 사이에 차이가 있으면, 홀로그램의 형상이 그에 따라 변화된다. 그 결과, 기록 중에 사용된 참조 빔과 동일한 파장 및 입사 방향을 갖는 광선이 기록 데이터를 재생하기 위해 홀로그램 기록 매체로부터 회절 빔을 얻기 위한 재생 빔으로서 사용될 때, 간섭 무늬의 브래그(Bragg) 조건이 충족되지 않고 회절 빔이 전혀 발생되지 않기 때문에, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생하기가 어렵다. 이를 해결하기 위해, 본 출원의 발명자는 재생 빔의 파장 및 입사 방향을 참조 빔의 파장 및 입사 방향으로부터 변경하기 위한 방법을 제안하였으며, 또한 파장을 변경하기 위한 가변(tunable)(가변 파장) 레이저를 제안하였다[예를 들면, T. Tanaka, K. Sato, R. Kasegawa, M. Toishi, K. Watanabe, 및 S. Akao의 "홀로그래픽 데이터 저장용 가변 청색 레이저(Tunable blue laser for holographic data storage)" Proceeding of Optical Data Storage, 2006, 215 내지 217 페이지 참조]. 입사 방향에 있어서, 전술한 2-빔 방법에 의하면, 재생 빔과 참조 빔 중 어느 하나의 입사 방향을 변경하기가 쉽다.
그러나, 동축 방법에 의하면, 신호 빔과 참조 빔이 동일한 광로를 공유하는 경우에, 재생 빔의 입사 방향을 참조 빔의 입사 방향과 다르게 만들기가 어렵다. 따라서, 참조 빔과 재생 빔의 입사 방향이 서로 다르게 만들어질 수 있고 그로인해 양호한 기록 및/또는 재생 특징이 얻어질 수 있는 기록 및/또는 재생 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록하고, 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사하여 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역과 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 제1 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 제1 소정 각도 범위로 설정된다. 기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위가 제2 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록한다. 또한, 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사하여 회절 빔을 얻어내며, 이에 따라 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 공간 변조기, 및 상기 공간 변조기 내에서의 참조 빔 영역과 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 구비한다. 홀로그램 기록 매체에 대한 기록을 위해, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 제1 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 제1 소정 각도 범위로 설정된다. 홀로그램 기록 매체로부터의 재생을 위해, 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위가 제2 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정된다. 여기에서, 제2 소정 각도 범위는 브래그 조건을 가장 충족하는 입사 각도 범위(즉, 재생 빔의 입사 각도의 최적 범위)이다. 따라서, 홀로그램 기록 매체에 형성되는 홀로그램의 형상이 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 변화할 때에도, 홀로그램의 형상 변화에 따라 참조 빔과 재생 빔의 입사 각도를 적절하게 변경함으로써 양호한 기록/재생 특징이 얻어질 수 있다. 즉, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 서로 다를 때에도, 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록하고, 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사하여 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역과 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 참조 빔 영역의 범위는 소정 범위로 설정되며, 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정된다. 재생 빔 영역의 범위는 재생 빔의 입사 각도의 범위가 홀로그램 기록 매체에 대한 기록 중의 참조 빔의 소정 각도 범위를 포함하도록 설정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록한다. 또한, 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사하여 회절 빔을 얻어내며, 이에 따라 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 상기 홀로그램 기록/재생 장치는 공간 변조기, 및 상기 공간 변조기 내에서의 참조 빔 영역과 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 구비한다. 홀로그램 기록 매체에 대한 기록을 위해, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정된다. 홀로그램 기록 매체로부터의 재생을 위해, 재생 빔 영역의 범위는, 홀로그램 기록/재생 장치의 작동 온도 범위 내의 임의의 온도에서의 재생 빔의 입사 각도가 홀로그램 기록 매체에 대한 기록 중의 참조 빔의 소정 각도 범위를 포함하도록 설정된다. 그 결과, 홀로그램 기록 매체의 온도 변화에 따라 홀로그램의 형상이 변화되는 것에 관계없이, 재생 빔의 입사 각도 범위는 홀로그램에 조사되는 참조 빔의 입사 각도 범위를 포함할 수 있다. 즉, 참조 빔과 신호 빔으로 형성된 홀로그램에, 적절한 입사 각도를 갖는 재생 빔과 재생에 기여하지 않는 입사 각도를 갖는 재생 빔 양자가 조사된다. 이후, 적절한 입사 각도를 갖는 재생 빔만이 브래그 조건을 충족하고 회절 빔을 발생시킬 수 있다는 사실을 이용하여, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 서로 다를 때에도 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록한다. 상기 홀로그램 기록 장치는 참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 참조 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 홀로그램 기록 매체에 대한 기록을 위해, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치는 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록한다. 상기 홀로그램 기록 장치는 공간 변조기, 및 상기 공간 변조기 내에서의 참조 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 홀로그램 기록 매체에 대한 기록을 위해, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 소 정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정된다. 따라서, 홀로그램 기록 매체에 대한 기록이 완료된다. 이후, 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사함으로써 재생이 이루어질 때, 재생 빔의 적절한 입사 각도를 찾아낼 수 있다. 따라서, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 서로 다를 때에도, 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 재생 장치는, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 대응하는 제1 소정 각도 범위를 갖는 신호 빔과 참조 빔을 홀로그램 기록 매체에 조사함으로써 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 홀로그램 기록 매체에 재생 빔을 조사하고, 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 홀로그램 기록/재생 장치는, 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위는 소정 범위로 설정되고 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 재생 장치에 의해 재생이 이루어질 홀로그램 기록 매체는, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 대응하는 제1 소정 각도 범위를 갖는 신호 빔과 참조 빔을 홀로그램 기록 매체에 조사함으로써 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 것이다. 즉, 홀로그램 기록 매체에 대한 기록은, 참조 빔의 입사 각도 범위를 제1 소정 각도 범위로 설정함으로써, 홀로그램의 형상이 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 변화할 때에도 홀로그램의 형상 및 재생 빔의 최적 입사 각도 범위의 변화를 예측할 수 있도록 이루어진다. 홀로그램 재생 장치는 공간 변조기, 및 상기 공간 변조기 내에서의 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 구비한다. 이후, 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위는 소정 범위로 설정되고 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정된다. 여기에서, 제2 소정 각도 범위는 브래그 조건을 가장 충족하는 입사 각도 범위(즉, 재생 빔의 입사 각도의 최적 범위)이다. 따라서, 홀로그램의 기록 이후 홀로그램 기록 매체의 온도가 변하고 홀로그램의 형상이 변화할 때에도, 재생 빔의 적절한 입사 각도 범위를 찾아낼 수 있다. 적절한 입사 각도 범위를 갖는 재생 빔을 사용함으로써, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 서로 다를 때에도, 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 재생 장치는, 신호 빔과 참조 빔을 홀로그램 기록 매체에 조사함으로써 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 홀로그램 기록 매체에 재생 빔을 조사하고, 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생한다. 상기 홀로그램 재생 장치는, 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다. 재생 빔 영역의 범위는, 재생 빔의 입사 각도의 범위가 홀로그램 기록 매체에 대한 홀로그램 기록 중의 참조 빔의 입사 각도의 범위를 포함하도록 설정된다.
홀로그램 기록 매체로부터의 홀로그램 재생을 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 재생 장치는, 재생 빔의 입사 각도 범위가 홀로그램 기록 매체에 대한 홀로그램 기록 중의 참조 빔의 소정 각도 범위를 포함하도록 재생 빔 영역의 범위를 제어한다. 그 결과, 홀로그램의 형상이 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 변화되는 것과 무관하게, 재생 빔의 입사 각도 범위는 홀로그램에 조사되는 참조 빔의 입사 각도 범위를 포함할 수 있다. 즉, 적절한 입사 각도를 갖는 재생 빔과 재생에 기여하지 않는 입사 각도를 갖는 재생 빔이 둘다 홀로그램에 조사된다. 이후, 적절한 입사 각도를 갖는 재생 빔만이 브래그 조건을 충족하며 회절 빔을 발생시킬 수 있다. 따라서, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 서로 다르고 홀로그램의 형상이 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 변화할 때에도, 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 참조 빔 및 재생 빔의 입사 각도 범위를 서로 다르게 함으로써 양호한 기록 및/또는 재생 특징을 달성할 수 있다.
(실시예의 기록 및 재생 원리의 개요)
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램의 기록 및 재생을 수행하기 위해 동축 방법이 사용된다. 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사함으로써, 데이터가 홀로그램 기록 매체 상에 홀로그램으로서 기록된다. 본 실시예의 홀로그램 기록 장치 및/또는 홀로그램 재생 장치는 공간 변조기, 및 상기 공간 변조기 내에 서의 참조 빔 영역의 범위 및/또는 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 구비한다. 홀로그램 기록 매체에 대한 기록을 위해, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위는 소정 범위(제1 소정 범위)로 설정되고 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위(제1 소정 각도 범위)로 설정된다. 따라서, 홀로그램 기록 매체에 대한 기록이 완료된다. 홀로그램 기록 매체의 온도를 참조 빔 영역의 범위(제1 소정 범위)와 연관시키기 위해, 방정식이 사용될 수 있거나, 또는 홀로그램 기록 매체의 온도와 제1 소정 범위 사이의 관계가 매핑되어 RAM(random-access memory) 등에 저장될 수 있다. 방정식이 사용될 때, 콘트롤러는 온도가 입력되고 참조 빔 영역의 범위가 출력되는 계산을 수행한다. 매핑이 수행될 때, 온도는 참조 빔 영역의 범위에 대응하는 데이터가 매핑되는 어드레스 공간으로서 사용된다.
홀로그램이 전술한 바와 같이 기록되면, 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 홀로그램의 형상이 어떻게 변화되는지를 독자적으로 결정할 수 있다. 여기에서, 홀로그램 형상의 변화를 나타내는 통상적인 파라미터는 홀로그램의 경사 각도 및 홀로그램 회절격자의 무늬 사이의 간격이다. 홀로그램의 경사 각도는 홀로그램에 입사되는 광선의 각도인 입사 각도와 밀접하게 관련이 있다. 홀로그램으로부터 최적의 회절 빔을 얻기 위한 광선의 입사 각도가 홀로그램의 형상으로부터 결정된다. 더욱이, 홀로그램이 3차원적으로 형성되기 때문에, 각각의 온도에서의 재생 빔의 최적 입사 각도 범위(제2 소정 각도 범위)도 독자적으로 결정된다. 여기에서, 재생 빔의 최적 입사 각도 범위는 브래그 조건을 가장 잘 충족하는 입사 각도 범위를 의미한다. 브래그 조건이 충족되지 않으면, 회절 빔의 광량은 감소된다. 따라서, 최적의 입사 각도 범위를 갖는 재생 빔을 홀로그램에 조사함으로써, 가장 바람직한 재생 특징이 달성될 수 있으며, 기록 특징과 재생 특징 양자를 구비하는 가장 바람직한 기록/재생 특징이 달성될 수 있다.
최적의 입사 각도 범위를 갖는 재생 빔을 얻기 위해서는, 참조 빔의 입사 각도 범위를 변경하기 위한 구성을 제공할 필요가 있다. 동축 방법에 의하면, 종래 기술에서 이러한 구성을 실현하기가 어려웠다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간 변조기에 형성되는 재생 빔의 범위를 변경함으로써 재생 빔의 입사 각도 범위를 쉽게 변경할 수 있다. 동 내용은 기록 중의 참조 빔에 적용될 수 있다. 즉, 공간 변조기의 소정 범위(제1 소정 범위)에 참조 빔 영역을 형성함으로써 소정 각도 범위(제1 소정 각도 범위)를 갖는 참조 빔이 얻어질 수 있는 한편, 공간 변조기의 소정 범위(제2 소정 범위)에 재생 빔 영역을 형성함으로써 소정 각도 범위(제2 소정 각도 범위)를 갖는 재생 빔이 얻어질 수 있다.
홀로그램 회절격자의 무늬 사이의 간격은 홀로그램에 입사되는 광선의 파장과 밀접하게 관련된다. 홀로그램으로부터 최적의 회절 빔을 얻기 위한 광선의 파장이 홀로그램의 형상으로부터 결정된다. 따라서, 홀로그램을 기록하기 위해 소정 파장을 갖는 참조 빔이 사용되면, 회절 빔을 얻기 위해 기록된 홀로그램에 조사하기 위한 재생 빔의 가장 적절한 파장을 독자적으로 결정할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 재생 빔의 적절한 파장을 선택할 뿐 아니라 재생 빔의 적절한 입사 각도를 선택함으로써, 보다 바람직한 재생 특징과 보다 바람직한 기록/재생 특징이 달 성될 수 있다. 홀로그램 기록 매체의 온도를 파장과 연관시키기 위해, 방정식이 사용될 수 있거나, 또는 온도와 파장 사이의 관계가 RAM 등에 매핑 및 저장될 수 있다.
참조 빔이 통과하는 위상 마스크가 추가로 제공되면, 소위 0차(zero-order) 광이 홀로그램 기록 매체 상의 특정 지점에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 여기에서, 위상 마스크는 양호한 기록/재생 특징을 달성하기 위해 재생 중에뿐 아니라 기록 중에 사용될 필요가 있다. 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도가 기록 중의 그것과 동일하면, 기록 및 재생 중에 동일한 위상 마스크를 사용할 필요가 있을 뿐이며, 위상 마스크의 구조에는 특정한 제약이 전혀 없다. 그러나, 본 실시예에서 위상 마스크가 사용될 때, 참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위가 서로 다르면, 위상 마스크를 구성하기 위해 일부 요건이 필요하다. 즉, 위상 마스크는 홀로그램 상의 동일 지점에 조사되는 광선들에 동일한 위상 특징을 부여하도록 구성될 필요가 있다. 전술했듯이, 홀로그램 상의 동일 지점(즉, 홀로그램의 3차원 공간에서의 임의의 지점)은 온도에 따라 이동한다. 따라서, 기록 및 재생 중의 온도가 서로 다를 때에도, 위상 마스크를 통해서 얻어지는 참조 빔과 위상 마스크를 통해서 얻어지는 재생 빔은 홀로그램 상의 동일 지점에서 동일한 효과를 가질 필요가 있다.
예를 들어, 참조 빔 영역과 재생 빔 영역이 동일한 중심을 갖는 도넛-형상 영역이라면, 참조 빔과 재생 빔이 동일한 지점에서 동일한 효과를 가질 수 있게 하는 위상 마스크가 후술하듯이 구성될 수 있다. 즉, 위상 마스크는 참조 빔 영역과 재생 빔 영역의 동일 중심(즉, 도넛-형상 영역을 규정하는 외측 원과 내측 원의 동일 중심)에 대응하는 그 중심을 통과하는 반경방향 라인을 따라서 균일한 위상 특징을 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 위상 마스크는 그 위상이 원주방향으로만 변하고 반경방향으로는 변하지 않는 간단한 구성을 갖는다.
본 실시예에서는, 참조 빔의 적절한 입사 각도 범위가 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 규정되며, 재생 빔의 적절한 입사 각도 범위가 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 규정된다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 기록 중에, 참조 빔의 입사 각도 범위가 소정의 고정 범위로 설정되거나 또는 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 대응하는 입사 각도 범위로 설정되는 반면, 재생 중에, 재생 빔의 입사 각도 범위가 참조 빔의 그것보다 크도록 설정된다. 따라서, 홀로그램 기록 매체의 온도에 관계없이 또는 적어도 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 관계없이, 양호한 재생 특징 및 기록/재생 특징이 얻어질 수 있다. 이 경우 과잉 재생 빔이 발생되지만, 이 과잉 재생 빔은 브래그 조건을 충족하지 못하며, 따라서 회절 빔을 얻는데 있어서 어떠한 심각한 문제를 초래하지 않는다.
전술한 기록 및 재생의 원리는 홀로그램 기록 장치, 홀로그램 재생 장치, 및 홀로그램 기록/재생 장치에 적용될 수 있다. 이하, 전술한 기록 및 재생의 원리를 도면을 참조하여 자세히 설명할 것이다.
(실시예들의 홀로그램 기록/재생 장치)
도1은 홀로그램 기록 매체를 사용하여 기록 및 재생을 수행하는 홀로그램 기록/재생 장치의 주요 부분으로서 작용하는 광학 섹션을 주로 도시하는 개략도이다. 도1에 도시된 홀로그램 기록/재생 장치는 기록 및/또는 재생을 수행하고 동축 방법을 사용하는 장치이다.
도1의 홀로그램 기록/재생 장치(1)에 사용된 홀로그램 기록 매체(48)는 CD(compact disk) 또는 DVD(digital versatile disk)와 같은 디스크형 매체이다. 홀로그램 기록 매체(48)의 최내측 부분에는 홀로그램 기록 매체(48)의 회전 중심을 위치시키기 위한 구멍이 제공된다. 홀로그램 기록 매체(48)에 대해 기록/재생 작업을 수행하는 홀로그램 기록/재생 장치(1)는 도1에 도시된 광학 섹션을 주 구성요소로서 구비한다. 또한, 홀로그램 기록/재생 장치(1)는 전기 회로(상세히 도시되지는 않음)를 갖는 콘트롤러(100) 및 도1에 부분 도시되는 기계적 섹션을 구비한다. 홀로그램 기록/재생 장치(1)는 콘트롤러(100)를 거쳐서 호스트 컴퓨터 및 영상 표시 장치(모니터)와 같은 외부 기기(도시되지 않음)에 연결된다. 도17a 내지 도17c에 도시된 종래의 홀로그램 기록 매체와 같이, 홀로그램 기록 매체(48)는 기록 재료층(48b), 기판(48a), 및 기판(48c)을 구비한다. 동축 방법을 이용하는 홀로그램 기록/재생 장치(1)에 있어서, 홀로그램 기록 매체(48)는 재생 빔에 반응하여 나타나는 회절 빔을 광학 섹션으로 되반사시키기 위한 반사막(도시되지 않음)을 더 구비한다.
홀로그램 기록/재생 장치(1)의 광학 섹션은 광선이 통과하는 광로를 형성한다. 광학 섹션은 레이저 소스(10), 아이솔레이터(isolator)(11), 셔터(12), 푸리에 변환(Fourier transform) 렌즈(13), 푸리에 변환 렌즈(14), 가동 거울(16a), 공간 변조기(19), 편광 빔 스플리터(20), 푸리에 변환 렌즈(21), 푸리에 변환 렌 즈(24), 편광 빔 스플리터(27), 푸리에 변환 렌즈(41), 푸리에 변환 렌즈(42), 1/4-파장(quarter-wave) 플레이트(26), 대물 렌즈(28), 푸리에 변환 렌즈(29), 거울(30), 푸리에 변환 렌즈(31), 및 이미지 센서(32)를 구비한다. 대물 렌즈(28)와 거울(도시되지 않음)을 구비하는 대물 렌즈 유닛(36), 1/4-파장 플레이트(26), 및 푸리에 변환 렌즈(42)는 추적(tracking) 가동부(34)에 고정된다. 대물 렌즈 유닛(36)에 구비되는 거울은 도1에서 좌에서 우로 전파되는 광선의 방향을 도1의 평면에 수직한 방향으로 변경하기 위한 것이다.
도1에서 기계적 섹션의 일부로서 도시된 가동 거울 유닛(16)에 포함된 가동 거울 액추에이터(도시되지 않음)는 가동 거울(16a)의 회전 각도를 제어한다. 따라서, 대물 렌즈(28)를 통과하여 홀로그램 기록 매체(48)에 인가되는 광선이 홀로그램 기록 매체(48)의 접선 방향으로 이동한다. 추적 가동부(34)는 푸리에 변환 렌즈(42), 1/4-파장 플레이트(26), 및 대물 렌즈 유닛(36)을 함께 홀로그램 기록 매체(48)의 반경방향으로 약간 이동시키도록 구성된다. 추적 가동부(34)는 기계적 섹션의 일부로서 작용하는 가동부 액추에이터(60)에 의해 이동된다. 즉, 가동 거울 유닛(16)에 포함된 가동 거울 액추에이터는 기계적 섹션의 일부로서 작용하며 광 스폿(light spot)을 홀로그램 기록 매체(48)의 접선 방향으로 이동시키는 반면, 추적 가동부(34) 역시 기계적 섹션의 일부로서 작용하고 광 스폿을 홀로그램 기록 매체(48)의 추적 방향으로 이동시킨다.
기계적 섹션의 일부로서 작용하고 도1에 도시되는 다른 구성요소로는, 홀로그램 기록 매체(48)를 회전시키는 구성요소, 및 포커스 서보 제어를 수행하는 구성 요소가 포함된다. 홀로그램 기록 매체(48)는 자석 처킹(chucking) 등에 의해 턴테이블 상에 장착되며, 턴테이블은 스핀들 모터(33)의 회전 샤프트에 고정된다. 기계적 섹션의 이러한 구조에 의해, 홀로그램 기록 매체(48)는 스핀들 모터(33)의 구동력에 의해 회전된다. 스핀들 모터(33)와 스핀들 모터 베이스(58) 사이에는 포커스 액추에이터(55)가 장착된다. 포커스 액추에이터(55)는 도1의 평면에 수직한 방향(즉, 포커스 방향)으로 홀로그램 기록 매체(48)와 스핀들 모터 베이스(58) 사이의 거리를 변화시킬 수 있다. 슬라이드 이송 모터(56)의 회전 샤프트에 고정되어 함께 회전하는 제1 기어(57a)는 스핀들 모터 베이스(58)에 고정된 제2 기어(57b)와 결합된다. 따라서, 슬라이드 이송 모터(56)의 회전은 전체 홀로그램 기록 매체(48)가 동심원의 중심 주위로 회전하게 한다. 이 슬라이드 이송 기구에 의해, 홀로그램 기록 매체(48)는 추적 서보 신호의 저주파 성분의 상당량의 변위에 반응하여, 홀로그램 기록 매체(48)의 반경에 대응하는 거리에 걸쳐서 이동될 수 있다.
홀로그램 기록/재생 장치(1)는 홀로그램 기록 매체(48)의 온도를 검출하는 온도 검출기(70)를 더 구비한다. 온도 검출기(70)는 열전대 온도계, 홀로그래피 온도 검출기, 수은 온도계 등을 사용하여 홀로그램 기록 매체(48)의 온도 또는 홀로그램 기록 매체(48) 근처의 온도를 전기 신호로 변환하고 이를 검출한다. 전기 신호로 변환되어 온도 신호로서 검출되는 온도는 콘트롤러(100)에 입력된다.
(기록 작업의 개요)
이제, 광학 섹션의 각 부분의 동작과 더불어, 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 방법에 대해 간략히 설명할 것이다.
레이저 소스(10)는 예를 들어, 405nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 출사하는 레이저(소위 청색 레이저)를 갖는다. 레이저 소스(10)는 청색 레이저로부터의 광선이 외부 공진기를 통과하게 하며, 따라서 광선의 파장은 변화될 수 있다. 렌즈 등으로부터 반사된 빛이 복귀할 때, 아이솔레이터(11)는 빛이 외부 공진기 레이저를 구성하는 청색 레이저로 복귀하지 못하게 하며, 따라서 진동을 싱글 모드로 유지한다. 레이저 빔의 파장은 콘트롤러(10)로부터의 신호에 의해 제어된다.
셔터(12)는 광선의 투과를 허용 또는 차단하는 장치이다. 콘트롤러(100)로부터의 신호에 따라, 셔터(12)는 광선의 통과를 허용할 것인지를 제어한다. 푸리에 변환 렌즈(13)와 푸리에 변환 렌즈(14)는 광선의 직경을 증가시키기 위한 것이다. 이 증가된 직경을 갖는 광선은 가동 거울(16a)에 진입하고, 편광 빔 스플리터(20)로 반사된다. 이후, 광선은 편광 빔 스플리터(20)에 의해 공간 변조기(19) 쪽으로 향한다. 따라서, 광선은 공간 변조기(19) 내의 소망 영역에 조사될 수 있다. 즉, 광선은 후술하는 공간 변조기(19) 내의 참조 빔 영역(19a) 및 신호 빔 영역(19b)(도3 참조)에 조사될 수 있다.
공간 변조기(19)는 참조 빔 영역(19a) 및 신호 빔 영역(19b)에 소정 패턴을 표시한다. 따라서, 공간 변조기(19)는 참조 빔과 신호 빔을 얻기 위해 광선을 공간적으로 변조한다. 예를 들면, 반사 강유전성 액정 디스플레이가 공간 변조기(19)로서 사용된다. 반사 강유전성 액정 디스플레이는, 그 각각이 예를 들어 10㎛ 정방형(square)인 극소 화소들의 2차원 어레이로서 형성된다. 공간 변조기(19)는 1000×1000 매트릭스의 화소를 수용하는 바, 즉 공간 변조기(19) 내에 배치되는 화소의 전체 개수는 1000000이다. 이들 화소는 참조 빔 영역(19a), 신호 빔 영역(19b), 및 추가로 재생 빔 영역을 형성한다. 전술한 소정 패턴의 각각은 화소들의 조합체이며, 각각의 화소에 대해서는 그것에 인가된 광선을 반사시킬 것인지가 결정된다. 이들 소정 패턴의 모드는 콘트롤러(100)에 의해 제어된다.
도2는 참조 빔 영역(19a) 및 신호 빔 영역(19b)에 표시되는 패턴을 도시한다. 도2에서, 도면의 배경과 동일한 색상을 갖는 부분(이하 백색 부분으로 지칭됨)은 광선을 반사하는 반면, 검게 표시된 부분(이하 흑색 부분으로 지칭됨)은 광선을 반사하지 않는다. 콘트롤러(100)는 기록될 데이터를 2진 블록 부호(binary block code)로 인코딩하며, 백색 부분의 각각에는 "1"을 할당하고 흑색 부분의 각각에는 "0"을 할당한다. 내부 다각형 부분은 신호 빔을 발생하기 위한 신호 빔 영역(19b)에 대응하고, 밝은 도넛-형상 부분은 참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역(19a)에 대응한다. 예를 들어, 상기 다각형 부분과 도넛-형상 부분은 백색 부분과 흑색 부분을 도2에 도시하듯이 불규칙하게 배치함으로써 형성될 수 있거나, 또는 백색 부분만을 배치함으로써 형성될 수 있다. 신호 빔과 참조 빔은 다각형 부분과 도넛-형상 부분 사이의 검은 영역에 의해 분리된다.
도3은 특정 치수를 갖는 도2의 참조 빔 영역(19a)과 신호 빔 영역(19b)의 범위를 도시한다.
도1을 다시 참조하여, 도시되어 있는 각 부분을 설명할 것이다. 공간 변조기(19)에 의해 변조되는 참조 빔과 신호 빔의 편광 방향은 입사 광선에 대해 π/2의 위상 차이로 직교한다. 따라서, 참조 빔과 신호 빔은 편광 빔 스플리터(20)를 통과하고, 푸리에 변환 렌즈(21) 쪽으로 전파된다. 푸리에 변환 렌즈(21)와 푸리에 변환 렌즈(24)를 통과한 이들 광선은 편광 빔 스플리터(27)에 입사된다.
편광 빔 스플리터(27)는 참조 빔과 신호 빔을 푸리에 변환 렌즈(41) 쪽으로 향하게 하고 회절 빔(도시되지 않음)을 푸리에 변환 렌즈(29) 쪽으로 향하게 하도록 구성된다.
푸리에 변환 렌즈(41)와 푸리에 변환 렌즈(42)를 통과한 광선은 1/4-파장 플레이트(26)를 통과하고, 대물 렌즈 유닛(36)의 거울에 의해 다시 방향부여되며, 대물 렌즈(28)에 의해 수렴된다. 이후, 참조 빔과 신호 빔에 의해 형성되는 간섭 무늬에 대응하는 홀로그램이 홀로그램 기록 매체(48)의 기록 재료층(48b)에 기록된다.
(재생 작업의 개요)
이제, 광학 섹션의 각 부분의 동작과 더불어, 홀로그램이 재생되는 방법에 대해 간략히 설명할 것이다.
통상적으로 종래 기술에서, 홀로그램의 재생 중에, 참조 빔 영역(19a)은 재생 빔 영역으로서 작용하며, 기록 중에 표시되는 것과 동일한 패턴을 표시한다. 본 실시예는 재생 중의 재생 빔 영역이 기록 중의 참조 빔 영역(19a)과 상이한 것을 특징으로 한다. 본 실시예의 이 특징은 나중에 자세히 설명할 것이다. 신호 빔 영역(19b)에서의 화소는 모두 흑색 부분으로 형성되며, 따라서 신호 빔 영역(19b)은 광선을 반사하지 않는다. 공간 변조기(19)는 콘트롤러(100)로부터 공간 변조기(19)로 공급되는 신호에 따라서 전술한 패턴을 표시한다.
공간 변조기(19)에 패턴이 표시된 후, 기록의 경우에서와 같이 공간 변조기(19)에 광선이 인가된다. 공간 변조기(19)에 의해 변조된 광선은 기록의 경우에서와 같이 광학 부품들을 통과하며, 대물 렌즈(28)에 의해 수렴되고 결국에는 홀로그램 기록 매체(48)의 기록 재료층(48b) 상에 수렴된다. 기록 재료층(48b)에 형성된 홀로그램에 따라 발생된 회절 빔은 홀로그램 기록 매체(48)의 반사막(도시되지 않음)에 의해 반사되고, 다시 대물 렌즈(28), 1/4-파장 플레이트(26), 및 기타 광학 부품을 통과하여 편광 빔 스플리터(27)에 도달한다.
외측 경로에서, 1/4-파장 플레이트(26)는 청색 광선의 편광을 선형에서 원형 편광으로 전환한다. 후방 경로에서, 1/4-파장 플레이트(26)에 입사되는 청색 광선의 편광이 원형 편광이면, 1/4-파장 플레이트(26)는 청색 광선의 편광을 원형에서 선형 편광으로 전환한다. 복귀되는 청색 광선의 편광 평면이 π/2의 위상 차이를 갖고 외측 청색 광선의 편광 평면에 직교하기 때문에, 편광 빔 스플리터(27)에 도달한 회절 빔은 푸리에 변환 렌즈(29)를 향하여 이동된다.
거울(30)은 푸리에 변환 렌즈(29)로부터의 회절 빔을 반사하여 푸리에 변환 렌즈(31)로 안내한다. 거울(30)은 홀로그램 기록/재생 장치(1)의 광학 섹션의 크기를 감소시키기 위해 광선의 광로를 구부리도록 제공된다. 푸리에 변환 렌즈(29)와 푸리에 변환 렌즈(31)는 스케일링후 얻어진 실제 화상이 이미지 센서(32)에 형성되도록 구성된다. 이미지 센서(32)는 복수의 소형 수광 소자(화소)가 2차원적으로 배치되는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서 또는 CCD(charge-coupled device)와 같은 광학 광검출기이다. 이미지 센서(32)는 각각 의 수광 소자에 인가되는 회절 빔의 강도에 대응하는 전기 신호를 검출한다. 콘트롤러(100)는 기록 데이터의 재생을 위한 신호 처리를 수행하기 위해 전기 신호를 입력하도록 구성된다. 종래 기술의 CD 및 DVD에 비해, 홀로그램 기록 매체(48)는 1×103 내지 1×106 비트의 데이터(즉, 한 페이지의 데이터)가 동시에 그 매체에 기록 또는 재생될 수 있음을 특징으로 한다.
(홀로그램 기록 매체의 열팽창의 효과)
도4는 홀로그램 기록 매체(48)의 온도와, 레이저 소스(10)로부터 출사된 레이저 빔(광선)의 최적 파장인 최적 레이저 파장(광선 파장) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도5는 홀로그램 기록 매체(48)의 온도와, 참조 빔 및 재생 빔(후술하는 도6 참조)의 최적 입사 각도의 범위인 입사 각도 범위 사이의 관계, 및 홀로그램 기록 매체(48)의 온도와 참조 빔 영역(19a1)(후술하는 도6 참조) 및 재생 빔 영역(19a2)(후술하는 도7 참조) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도4 및 도5의 그래프는 계산에 의해 얻어진 결과를 도시하지만, 이들 계산 결과와 실험 결과의 일치도는 매우 높다. 이들 계산 결과는, 도17을 참조하여 종래 기술의 설명에서 논의된 홀로그램 기록 매체(48)의 기판(48a), 기판(48c), 및 기록 재료층(48b) 사이의 열팽창 정도의 차이에 의해 초래되는 현상을 분석함으로써 얻어진 것이다.
도4 및 도5의 그래프는 가장 바람직한 재생 특징이 얻어질 수 있는 조건을 도시한다. 예를 들어, 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 25℃인 조건 하에서 기록이 수행될 때, 참조 빔의 입사 각도는 31.3°내지 36.9°이고[참조 빔 영역(19a1) 이 2.6mm의 반경에서 3.0mm의 반경까지 연장됨] 레이저 파장은 405nm이며, 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도 역시 25℃이면, 재생은 재생 빔의 입사 각도가 31.3°내지 36.9°이고[재생 빔 영역(19a2)이 2.6mm의 반경에서 3.0mm의 반경까지 연장됨] 레이저 파장이 405nm인 조건 하에서 수행되는 것이 가장 바람직하다. 다른 예에서, 전술한 것과 동일한 조건 하에서 기록이 수행될 때, 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 35℃이면, 재생은 재생 빔의 입사 각도가 31.1°내지 36.6°이고[재생 빔 영역(19a2)이 2.58mm의 반경에서 2.98mm의 반경으로 연장됨] 레이저 파장이 402.3nm인 조건 하에서 수행되는 것이 가장 바람직하다. 또 다른 예에서, 전술한 것과 동일한 조건 하에서 기록이 수행될 때, 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 15℃이면, 재생은 재생 빔의 입사 각도가 31.6°내지 37.1°이고[재생 빔 영역(19a2)이 2.62mm의 반경에서 3.02mm의 반경으로 연장됨] 레이저 파장이 407.7nm인 조건 하에서 수행되는 것이 가장 바람직하다.
도4 및 도5의 그래프는 또한 다음과 같이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기록 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 35℃일 때, 기록은 참조 빔의 입사 각도가 31.1°내지 36.6°이고[참조 빔 영역(19a1)이 2.58mm의 반경에서 2.98mm의 반경까지 연장됨] 레이저 파장은 402.3nm인 조건 하에서 수행되는 것이 가장 바람직하다. 기록이 이들 조건 하에서 수행되면, 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 임의의 온도에서 재생 빔의 최적 레이저 파장 및 최적 입사 각도[재생 빔 영역(19a2)의 최적 범위]는 도4 및 도5의 그래프를 참조함으로써 결정될 수 있다.
도4 및 도5의 그래프에 의해 제공되는 데이터는 예를 들어 콘트롤러(100)의 RAM에 저장된다. 콘트롤러(100)는 온도 검출기(70)로부터 온도를 검출하고, 검출된 온도에 대응하는 참조 빔 또는 재생 빔의 레이저 파장 및 입사 각도[참조 빔 영역(19a1) 또는 재생 빔 영역(19a2)의 범위]를 판독하기 위해 RAM을 참조하며, 공간 변조기(19)를 제어하고, 따라서 최적의 기록 및/또는 재생 조건을 규정할 수 있다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예를 도6 내지 도8을 참조하여 상세히 설명할 것이다. 도6은 광선의 전파 방향을 따라서 기록 중에 공간 변조기(19)(도1 참조)에 표시되는 참조 빔 영역(19a1) 및 신호 빔 영역(19b)과, 대물 렌즈(28)(도1 참조) 및 홀로그램 기록 매체(48)(도1 참조)의 상호 관계를 도시하는 개략 단면도이다.
도7 및 도8은 각각 광선의 전파 방향을 따라서 재생 중에 공간 변조기(19)에 표시되는 재생 빔 영역(19a2) 및 신호 빔 영역(19b)과, 대물 렌즈(28) 및 홀로그램 기록 매체(48)의 상호 관계를 도시하는 개략 단면도이다.
보다 정확히, 도6 내지 도8에서, 빛은 홀로그램 기록 매체(48)의 표면에서 굴절된다. 그러나, 이것이 본 발명의 본질에 영향을 미치지 않기 때문에, 빛의 굴절에 대한 도시는 도6 내지 도8에서 생략하였다.
도6에 도시된 입사 각도A1은 특정 화소에서 반사된 참조 빔의 입사 각도를 나타낸다. 여기에서, 이 화소의 공간 위치가 변화할 수 있지만, 이 화소에 대해 "1" 또는 "0"의 값을 나타내는 신호가 결정된다. 즉, 이 화소는 예정된 전기적으로 한정된 화소이다. 이후, 이러한 화소의 위치가 전기적 위치로서 참조된다. 도7에 도시된 입사 각도A2와 도8에 도시된 입사 각도A3은 각각 이 특정 화소로부터 반사되는 재생 빔의 입사 각도를 나타낸다. 본 실시예의 특징은 입사 각도A1을 갖는 광선, 입사 각도A2를 갖는 광선, 및 입사 각도A3을 갖는 광선이 홀로그램 상의 동일 지점을 통과하는 것이다. 도6 내지 도8에서, 공간 변조기(19)로부터 반사된 광선은 각 화소의 중심으로부터 출사된 점광원인 것처럼 도시되어 있다. 그러나, 실제에서, 광선은 참조 빔 영역(19a1)의 전역, 재생 빔 영역(19a2)의 전역, 및 신호 빔 영역(19b)의 전역으로부터 반사되고 지속적으로 분포된다.
도6에 도시하듯이(도3의 경우에서와 같이), 참조 빔 영역(19a1)은 공간 변조기(19)의 반경방향 외측 부분에 배치되고, 신호 빔 영역(19b)은 공간 변조기(19)의 반경방향 내측 부분에 배치된다. 하기 내용은 기록 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 25℃라는 가정 하에 기술될 것이다. 참조 빔 영역(19a1)과 신호 빔 영역(19b) 각각에서 반사된 광선은 발산하여 대물 렌즈(28)에 도달하고, 대물 렌즈(28)를 통과하며, 평행 빔으로 형성되어 홀로그램 기록 매체(48)에 조사된다.
본 실시예에서의 파라미터는, 대물 렌즈(28)의 초점 길이가 5mm이고, 대물 렌즈(28)의 개구수(N.A.)가 0.6이며, 참조 빔 영역(19a1) 및 신호 빔 영역(19b)을 형성하는 화소의 각각이 10㎛ 정방형이고, 홀로그램 기록 매체(48)의 굴절율이 1.5일 때, 각 화소로부터 평행 빔 사이의 간격이 405㎛이도록 규정된다. 이 계산에서는, 홀로그램 기록 매체(48) 내의 굴절이 고려된다. 도3에 도시하듯이, 신호 빔 영역(19b)은 (온도에 관계없이) 공간 변조기(19)의 2.3mm 반경 내에 있도록 설정되고, 참조 빔 영역은 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 25℃일 때 공간 변조기(19)의 2.6mm 반경에서 3.0mm 반경까지 연장되도록 설정된다. 신호 빔 영역 및 참조 빔 영역의 범위는 콘트롤러(100)로부터의 전기 신호 출력에 따라 임의의 값으로 설정될 수 있다.
전술한 조건 하에서 기록이 수행될 때, 재생[신호 빔 영역(19b)이 암부로서 재생됨] 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 기록 중의 그것에 비해 약 10℃ 정도 차이나면, 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)이 상호 일치하고, 참조 빔의 입사 각도와 재생 빔의 입사 각도가 둘다 입사 각도A1과 동일하며, 참조 빔의 파장과 재생 빔의 파장이 동일한 경우, 홀로그램 기록 매체(48)의 열팽창으로 인해, 기록 데이터를 재생하기 어렵다. 이를 고려하여, 본 실시예는 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)을 독자적으로 규정하도록 구성된다. 이는 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)이 상호 일치하는 경우를 포함한다.
도7은 전술한 조건 하에서 홀로그램 기록 매체(48)에 대해 기록이 수행된 후 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 (기록 중의 그것보다 10℃ 낮은) 15℃일 때 수행되는 재생을 위한 최적의 재생 빔 영역(19a2)을 도시한다. 재생 빔 영역(19a2)은 본 실시예의 기록/재생 원리의 기초가 되는 (도4 및 도5를 참조하여 기술된) 데이터에 의해 규정된다. 여기에서, 재생 빔 영역(19a2)은 공간 변조기(19)의 2.62mm 반경에서 3.02mm 반경까지 연장되도록 규정된다. 이는 콘트롤러(100)로부터 공간 변조기(19)로 출력되는 지령에 따라 규정된다. 구체적으로, 각 화소가 10㎛ 정방형일 때, 재생 빔 영역(19a2)은 재생 빔 영역(19a2)의 내경 및 외경 양자에서 두 화소 만큼 외측으로 시프트된다. 레이저 파장은 콘트롤러(100)로부터 레이저 소스(10)로의 지령에 따라 407.7nm로 설정된다. 입사 각도A2는 입사 각도A1보다 크 도록 설정된다.
도8은 전술한 조건 하에서 홀로그램 기록 매체(48)에 대해 기록이 수행된 후 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 (기록 중의 그것보다 10℃ 높은) 35℃일 때 수행되는 재생을 위한 최적의 재생 빔 영역(19a2)을 도시한다. 재생 빔 영역(19a2)은 본 실시예의 기록/재생 원리의 기초가 되는 (도4 및 도5를 참조하여 기술된) 데이터에 의해 규정된다. 여기에서, 재생 빔 영역(19a2)은 공간 변조기(19)의 2.58mm 반경에서 2.98mm 반경까지 연장되도록 규정되며, 레이저 파장은 402.3nm이도록 규정된다. 재생 빔 영역(19a2)의 이 범위(재생 빔의 31.3°내지 36.6°입사 각도에 대응함)는 콘트롤러(100)로부터 공간 변조기(19)로 출력되는 지령에 따라 규정된다.
구체적으로, 각 화소가 10㎛ 정방형일 때, 재생 빔 영역(19a2)은 재생 빔 영역(19a2)의 내경 및 외경 양자에서 두 화소 만큼 내측으로 시프트된다. 그러나, 각 화소가 10㎛ 정방형일 때는, 일반적으로 소정 반경의 정확한 위치에서 홀로그램 기록 매체(48)에 조사하기가 어렵다. 이 예에서, 재생 빔 영역(19a2)이 두 화소 만큼 시프트될 때, 결과적인 내경은 2.58mm이다. 그러므로, 이 경우에, 재생 빔 영역(19a2)은 그 내경이 의도된 값을 약간 초과하도록 규정된다. 따라서, 재생에 필요한 입사 각도의 범위가 커버되므로, 기록된 데이터가 아무런 문제없이 재생될 수 있다. 약간 초과하는 입사 각도를 갖는 광선은 브래그 조건을 충족하지 못하며, 따라서 재생에 역효과를 미치지 않는다. 레이저 파장은 콘트롤러(100)로부터 레이저 소스(10)로의 지령에 따라 402.3nm로 설정된다. 입사 각도A3은 입사 각도 A1보다 작도록 설정된다.
도9 및 도10은 각각 공간 변조기(19)의 반사면에 형성되는 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)을 도시한다. 도9는 도7의 단면도에 대응하며, 도10은 도8의 단면도에 대응한다.
도9에서, 참조 빔 영역(19a1)은 재생 빔 영역(19a2)의 반경방향 내부에 위치한다. 이 경우, 도9에서, 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)에 속하는 화소의 공간 위치가 원주 좌표로 표시될 때, 참조 빔 영역(19a1) 내의 지점은 지점 R1(실제로는 10㎛ 정방형)로 표시될 수 있다. 이 지점의 전기적 위치에 따르면, 콘트롤러(100)는 이 지점이 백색 부분인지 흑색 부분인지를 "0" 또는 "1"의 신호로 제어한다. 기록 중의 온도보다 10℃ 낮은 15℃의 온도에서 재생이 이루어질 때, 참조 빔 영역(19a1) 내의 지점R1은 재생 빔 영역(19a2) 내의 지점R2에 공간적으로 매핑되며, 지점R2는 지점R1과 동일한 전기적 위치를 갖는다. 즉, 공간 위치(θ1, r1)는 공간 위치(θ1, r2)에 매핑된다. 지점R1과 지점R2가 원주 좌표로 표시될 때, θ1은 기초선B에 대한 지점R1의 각도이고, r1은 중심O에서 지점R1까지의 반경이며, r2는 중심O에서 지점R2까지의 반경이다. 여기에서, 동일한 전기적 위치를 갖는 지점R1과 r1은 동일한 각도θ1을 갖는다. 기록 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도와 재생 중의 홀로그램 매체의 온도에 따라서, 반경r1을 갖는 지점R1이 상기 반경r1 과는 다른 반경r2를 갖는 지점R2에 매핑된다. 일차 근사를 위해, 하기 방정식1의 변환 방정식이 지점R1의 반경r1과 지점R2의 반경r2 사이에 설립된다.
방정식1
r2 = r1 + k(Tr - Tw)
여기에서 k는 상수이고, Tw는 기록 중의 온도이며, Tr은 재생 중의 온도이다. 여기에서, 온도Tw는 25℃이고 Tr은 15℃이다. 동시에, 지점R1의 각도와 지점R2의 각도는 둘다 θ1이다.
도10에서, 참조 빔 영역(19a1)은 재생 빔 영역(19a2)의 반경방향 외측에 위치한다. 이 경우, 기록 중의 온도보다 10℃ 높은 35℃의 온도에서 재생이 이루어질 때, 참조 빔 영역(19a1) 내의 지점R1은 재생 빔 영역(19a2) 내의 지점R3에 공간적으로 매핑되며, 지점R3은 지점R1과 동일한 전기적 위치를 갖는다. 즉, 공간 위치(θ1, r1)는 공간 위치(θ1, r3)에 매핑된다. 여기에서, r3은 원주 좌표로 표시되는 중심O에서 지점R3까지의 반경이다. 방정식1에서, r2를 r3으로 치환하고, Tw에 25℃를 대입하며 Tr에 35℃를 대입함으로써, 지점R1이 매핑되는 지점R3의 반경r3을 얻을 수 있다.
전술한 제1 실시예에서, 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)의 각각에 표시되는 패턴[즉, 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)을 형성하는 화소에 대응하는 백색 부분 및 흑색 부분의 분포 모드]은 특정한 패턴에 한정되지 않지만, 방정식1에 의해 표시되는 관계가 동일한 전기적 위치를 갖는 화소에 적용될 수 있는한 임의의 패턴(예를 들면, 소정의 패턴, 랜덤한 패턴, 또는 백색 부분에만 의해 형성된 패턴)일 수 있다.
또한, 전술한 제1 실시예에서, 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2) 사이의 공간적 위치 관계가 기록 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라 변경될 때, 레이저 파장은 동시에 변경된다. 그러나, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도간의 차이가 작으면, 기록/재생 특징은 레이저 파장을 변경시키지 않고 참조 빔 영역(19a1)과 신호 빔 영역(19b) 사이의 공간적 위치 관계를 변경하는 것만으로 상당히 개선될 수 있다.
(제2 실시예)
도11은 공간 변조기(19)의 반사면에 형성된 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)을 도시한다. 이제 본 발명의 제2 실시예를 도11을 참조하여 설명할 것이다.
홀로그램 기록/재생 장치(1)는 5℃ 내지 45℃의 작동 온도 범위에서 작동하도록 설계된다. 따라서, 기록 및 재생은 홀로그램 기록/재생 장치(1)의 작동 온도 범위에 따라 홀로그램 기록 매체(48)의 온도가 5℃ 내지 45℃ 범위에 있을 때 수행된다. 도5를 참조하면, 재생 빔 영역(19a2)은 공간 변조기(19)의 2.56mm 반경에서 3.04mm 반경까지 연장된다. 제2 실시예에서, 홀로그램 기록 매체(48)의 온도에 관계없이, 재생 빔 영역(19a2)은 공간 변조기(19)의 2.56mm 반경에서 3.04mm 반경까 지 연장되며, 이후 이 전체 영역에 걸친 재생 빔은 홀로그램 기록 매체(48)에 인가된다. 한편, 참조 빔 영역(19a1)의 범위는 홀로그램 기록 매체(48)의 온도에 따라 변경된다. 따라서, 홀로그램 기록/재생 장치(1)의 작동 온도 범위 내의 임의의 온도에서, 소요 입사 방향을 갖는 재생 빔 성분이 홀로그램 기록 매체(48)의 기록 재료층(48b)에 인가되고, 양호한 재생이 달성될 수 있다. 기록 재료층(48b)에 과도한 재생 빔이 인가되어도 재생은 영향받지 않는다. 이는 본래 의도한 것과 다른 입사 각도를 갖는 과잉 재생 빔이 브래그 조건을 충족하지 못하기 때문이다. 여기에서, 재생 빔 영역(19a2)은 완전히 백색 부분으로 형성되는 것이 바람직하다.
기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도 차이가 비교적 작으면, 레이저 파장이 일정하게 유지될 때에도 양호한 기록/재생 특징을 달성할 수 있다. 그러나, 기록 및 재생 중의 홀로그램 기록 매체(48)의 온도 차이가 비교적 크면, 레이저 파장은 도4의 그래프에 따라 변경될 필요가 있으며, 따라서 보다 바람직한 기록/재생 특징이 달성될 수 있다.
대안적으로, 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)의 범위는 홀로그램 기록 매체(48)의 온도에 관계없이 고정될 수 있다. 이는, 재생 빔 영역(19a2)이 홀로그램 재생 장치의 작동 온도 범위 내에서 참조 빔이 홀로그램에 인가되는 전체 영역을 커버하도록 형성되는 한, 재생 특징에 아무런 문제를 초래하지 않는다.
(제3 실시예)
도12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치(2)를 도시한다. 위상 마스크(40)를 공간 변조기(19)로부터의 실상이 형성되는 위치에 배치함 으로써(도12 참조) 또는 위상 마스크(40)를 공간 변조기(19)와 접촉하도록 배치함으로써, 기록 재료층(48b)(도17 참조)에 0차 광이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 0차 광은 후술하는 방식으로 기록과 재생 양자에 영향을 미친다. 즉, 기록 중에는 M넘버(M/#)가 국소적으로 폐기되고 멀티플 기록의 횟수가 감소되는 한편, 재생 중에는 광선이 기록 재료층(48b)의 특정 지점에 집중되기 때문에, 기록 재료층(48b)의 열화가 촉진된다. 제3 실시예에서, 위상 마스크(40)는, 기록 재료층(48b) 내부의 0차 광이 인가되는 위치에서 각 화소로부터의 광선들의 진폭의 합이 거의 제로가 되도록(즉, 진폭이 서로 상쇄되도록) 위상을 화소 단위로 시프트시키기 위해 사용된다.
제1 실시예에서는, 참조 빔 영역(19a1)과 재생 빔 영역(19a2)의 범위가 변경된다. 제2 실시예에서는, 참조 빔 영역(19a1)의 범위가, 참조 빔 및 재생 빔의 입사 각도 또는 참조 빔의 입사 각도가 반경방향으로 변경되도록 변경된다. 전술한 제1 및 제2 실시예에 위상 마스크[예를 들면, 위상 마스크(40)]가 추가될 때는, 양호한 재생 특징을 달성하기 위해 재생 중의 위상이 기록 중의 위상과 동일하도록 보장할 필요가 있다. 따라서, 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)의 범위가 변경될 때에도, 재생 중에 위상 마스크에 의해 발생되는 위상은 기록 중의 그것과 동일할 필요가 있다. 이러한 위상 마스크의 예로는 반경방향 위상 마스크가 포함된다.
도13은 반경방향 위상 마스크의 예로서 작용하는 위상 마스크(40)의 평면도이다. 도13은 위상 마스크(40)의 단면도로서, 광선의 전파 방향에 수직한 선을 따 라서 취한 단면도이다. 위상 마스크(40)의 내경에서 외경까지 연장되는 영역은 제1 및 제2 실시예에 기재된 참조 빔 영역 및 재생 빔 영역의 전역을 커버한다. 예를 들어, 위상 마스크(40)의 내경은 2.5mm이고 위상 마스크(40)의 외경은 3.1mm이다. 도13에 도시하듯이, 볼록부(40a)와 오목부(40b)(도14a)가 번갈아서 도넛-형상으로 배치된다. 도14a 내지 도14c는 각종 형태의 위상 마스크의 프로파일이다. 위상 마스크(40)의 형상은 도14a 내지 도14c에 도시된 것 중 임의의 것일 수 있다. 도14a에 도시된 위상 마스크는 장방형 프로파일을 갖는다. 볼록부(40a)와 오목부(40b) 사이의 레벨 차이는 mλ/(2n)이며, 여기에서 m은 홀수이고, λ는 광선의 파장이며, n은 굴절율이다. 도14b에 도시된 위상 마스크는 사인파형 프로파일을 갖는다. 도14c에 도시된 위상 마스크는 사다리꼴 프로파일을 갖는다.
방정식2는 전술한 위상 마스크 중 임의의 것에 의해 0차 광이 상쇄될 수 있음을 계산으로 확인하는데 사용된다.
방정식2
Figure 112008055319814-PAT00001
여기에서 2π는 도14a 내지 도14c에 도시된 위상 마스크 중 임의의 위상 마스크의 프로파일의 상하간의 위상 차이고, p는 위상 마스크의 원주당 볼록부 및 오목부의 주기 수(number of cycles)를 나타내는 정수이다.
0차 광의 강도I0는 방정식3에 의해 하기와 같이 표시된다:
방정식3
I0 = E*E = 0
여기에서 E*는 E의 공액 함수이다.
위상 마스크의 프로파일의 상하간 위상 차이가 2×2π이고 위상 마스크의 원주당 p의 주기가 존재하면, 방정식2에서의 p는 2p로 대체될 수 있으며, 따라서 동일한 결과가 주어진다.
도15는 볼록부와 오목부의 반복 개수가 다른 위상 마스크를 도시한다. 도15에서, 백색 부분은 볼록부에 대응하고 흑색 부분은 오목부에 대응한다. 도15(P1)은 원주당 16개의 구획 또는 8주기의 볼록부 및 오목부를 갖는 위상 마스크를 도시한다. 도15(P2)는 원주당 32개의 구획 또는 16주기의 볼록부 및 오목부를 갖는 위상 마스크를 도시한다. 도15(P3)는 원주당 64개의 구획 또는 32주기의 볼록부 및 오목부를 갖는 위상 마스크를 도시한다. 도15(P4)는 원주당 128개의 구획 또는 64주기의 볼록부 및 오목부를 갖는 위상 마스크를 도시한다.
도16은 홀로그램 기록 매체(48) 내의 광선의 피크 강도와 위상 마스크 내의 구획 수 사이의 관계를 도시하는 그래프이며, 상기 구획 수는 원주당 볼록부 및 오목부의 반복 개수의 두 배이다. 그래프의 수평축은 구획 수를 나타내고, 그래프의 수직축은 광선의 피크 강도를 나타내며, 피크 강도는 단수 또는 복수의 다른 지점 에서 나타나는 높은 강도들 중에서 가장 높다. 지점P1은 16개의 구획을 갖는 위상 마스크에 대응하는 피크 강도를 나타내고, 지점P2는 32개의 구획을 갖는 위상 마스크에 대응하는 피크 강도를 나타내고, 지점P3은 64개의 구획을 갖는 위상 마스크에 대응하는 피크 강도를 나타내고, 지점P4는 128개의 구획을 갖는 위상 마스크에 대응하는 피크 강도를 나타낸다. 지점Pm은 위상 마스크가 전혀 존재하지 않을 때 나타나는 피크 강도를 나타낸다. 지점Pr은 두 레벨의 불규칙한 패턴을 갖는 위상 마스크가 사용될 때 나타나는 피크 강도를 나타낸다. 도16은 위상 마스크의 사용이 피크 강도를 감소시키는 효과를 가짐을 보여준다. 도16은 또한 위상 마스크 내의 구획 수가 증가할수록 피크 강도 감소 효과가 증가함을 보여준다.
도14a 내지 도14c 및 방정식2에 관한 설명은 위상 마스크가 규칙적인 패턴을 갖는다는 가정에 기초하고 있다. 그러나, 원칙적으로, 위상 마스크의 패턴은 점대칭일 필요가 없으며, 홀로그램 상의 동일 지점에 조사되어 그 형상을 홀로그램 기록 매체(48)의 온도에 따라 변화시키는 광선에 대해 위상 마스크가 동일한 위상 특징을 제공하는 한 위상 마스크의 패턴은 임의적일 수 있다. 보다 구체적으로, 참조 빔 영역과 재생 빔 영역이 도넛 형상을 가질 때, 위상 마스크는 0차 광을 상쇄시킬 수 있고 방사상인 임의의 패턴을 가질 수 있다. 위상 마스크는 참조 빔 영역 및 재생 빔 영역과 일대일 대응 관계에 있다. 위상 마스크가 비점대칭 패턴을 갖더라도, 콘트롤러(100)는 전술한 점대칭 패턴을 갖는 위상 마스크의 경우에서와 같이 위상 마스크의 모드를 제어한다.
전술한 공간 변조기(19)에 있어서, 신호 빔 영역(19b), 참조 빔 영역(19a1), 및 재생 빔 영역(19a2)에 속하는 화소들은 10㎛ 정방형이다. 그러나, 위상 마스크의 화소와 공간 변조기(19)의 화소가 형상이 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 위상 마스크에 있어서, 신호 빔 영역(19b)에 대응하는 영역에서의 화소는 10㎛ 정방형일 수 있는 반면, 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)에 대응하는 영역에서의 화소는 정방형 대신에 도넛-형상일 수 있다. 각각의 도넛-형상 화소는 약 10㎛의 폭(즉, 도넛-형상을 형성하는 외측 원과 내측 원의 반경 차이)을 갖도록 형성된다. 이후, 그 각각이 10㎛의 폭을 갖는 복수의 도넛-형상 화소를 조합함으로써 형성되는 참조 빔 영역(19a1) 및 재생 빔 영역(19a2)의 모드는 콘트롤러(100)에 의해 화소 단위로 제어될 수 있다.
전술한 제1 및 제2 실시예의 경우에서와 같이, 제3 실시예는 광선의 입사 각도의 범위를 적절하게 한정함으로써 양호한 기록/재생 특징을 달성하는 효과를 갖는다. 또한, 제3 실시예에서는, 광선이 특정 지점에 집중되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 피크 강도의 증가를 방지할 수 있다. 그러므로, 기록 중에, M넘버(M/#)가 국소적으로 낭비되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 멀티플 기록의 횟수를 증가시킬 수 있다. 또한, 재생 중에, 광선이 기록 재료층의 특정 지점에 집중되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 기록 재료층의 열화를 방지할 수 있다.
상기 실시예들의 설명에서 사용된 수치는 본 출원에 열거된 발명자들 및 기타 관련자들에 의해 실험에서 사용된 통상적인 값이다. 예를 들어, 기록 재료층(48b)과 다른 기록 재료층을 갖는 홀로그램 기록 매체가 사용되면, 결과적인 그래프는 도4 및 도5의 그것과 다를 것이다. 또한, 공간 변조기에서 신호 빔 영역 및 참조 빔 영역의 반경은 상기 설명에 사용된 것에 한정되지 않는다.
당업자라면 설계 요건 및 기타 요인에 따라 청구범위 또는 그 균등물의 범위 내에 포함되는 다양한 수정, 조합, 서브-조합, 변경이 이루어질 수 있음을 알아야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치의 광학 섹션을 주로 나타내는 개략도.
도2는 참조 빔 영역과 신호 빔 영역에 표시되는 패턴의 도시도.
도3은 특정 치수를 갖는 도2의 참조 빔 영역 및 신호 빔 영역의 도시도.
도4는 홀로그램 기록 매체의 온도와 레이저 소스로부터 출사된 레이저 빔의 최적 파장 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도5는 홀로그램 기록 매체의 온도와, 광선의 최적 입사 각도의 범위, 및 최적 반경의 범위의 관계를 도시하는 그래프.
도6은 광선의 전파 방향을 따라서, 기록 중의 참조 빔 영역과 신호 빔 영역, 대물 렌즈, 및 홀로그램 기록 매체의 상호 관계를 도시하는 개략 단면도.
도7은 광선의 전파 방향을 따라서, 재생 중의 재생 빔 영역과 신호 빔 영역, 대물 렌즈, 및 홀로그램 기록 매체의 상호 관계를 도시하는 개략 단면도.
도8은 광선의 전파 방향을 따라서, 재생 중의 재생 빔 영역과 신호 빔 영역, 대물 렌즈, 및 홀로그램 기록 매체의 상호 관계를 도시하는 개략 단면도.
도9는 공간 변조기의 반사면에 형성된 참조 빔 영역 및 재생 빔 영역의 도시도.
도10은 공간 변조기의 반사면에 형성된 참조 빔 영역 및 재생 빔 영역의 도시도.
도11은 공간 변조기의 반사면에 형성된 참조 빔 영역 및 재생 빔 영역의 도 시도.
도12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 기록/재생 장치의 광학 섹션을 주로 도시하는 개략도.
도13은 위상 마스크의 일 예로서 반경방향 위상 마스크를 도시하는 평면도.
도14a 내지 도14c는 위상 마스크의 다양한 형태의 프로파일 도시도.
도15는 볼록부 및 오목부의 반복 개수가 상이한 위상 마스크의 도시도.
도16은 홀로그램 기록 매체에서의 광선의 피크 강도와 위상 마스크에서의 구획 수 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도17a 내지 도17c는 홀로그램 기록 매체의 열팽창 및 열수축의 개략 도시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 홀로그램 기록/재생 장치 10: 레이저 소스
12: 셔터
13, 14, 21, 24, 29, 31, 41, 42: 푸리에 변환 렌즈
16: 가동 거울 유닛 16a: 가동 거울
19: 공간 변조기 19a1: 참조 빔 영역
19a2: 재생 빔 영역 19b: 신호 빔 영역
20, 27: 편광 빔 스플리터 26: 1/4-파장 플레이트
28: 대물 렌즈 30: 거울
32: 이미지 센서 33: 스핀들 모터
34: 추적 가동부 36: 대물 렌즈 유닛
40: 위상 마스크 40a: 볼록부
40a: 오목부 48: 홀로그램 기록 매체
55: 포커스 액추에이터 56: 슬라이드 이송 모터
60: 가동부 액추에이터 70: 온도 검출기
100: 콘트롤러

Claims (9)

  1. 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록하고, 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사하여 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 기록/재생 장치이며,
    상기 홀로그램 기록/재생 장치는,
    참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역과 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및
    참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하고,
    기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 제1 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 제1 소정 각도 범위로 설정되고,
    기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위가 제2 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정되는 홀로그램 기록/재생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔의 파장이 제1 소정 파장으로 설정되며,
    기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔의 파장이 제2 소정 파장으로 설정되는 홀로그램 기록/재생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 참조 빔과 재생 빔이 통과하는 위상 마스크를 더 포함하며,
    참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위가 변경될 때, 상기 위상 마스크는 홀로그램 상의 동일 지점에 조사되는 광선에 동일한 위상 특징을 부여하는 홀로그램 기록/재생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 참조 빔 영역과 재생 빔 영역은 동일한 중심을 갖는 도넛-형상 영역이며,
    상기 위상 마스크는 도넛-형상 영역의 동일 중심에 대응하는 그 중심을 통과하는 방사상 라인을 따라서 균일한 위상 특징을 갖도록 형성되는 홀로그램 기록/재생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 콘트롤러는 홀로그램 기록 매체의 온도에 대응하는 제1 소정 범위 및 제2 소정 범위에 대한 정보를 저장하도록 구성된 저장 회로를 구비하는 홀로그램 기록/재생 장치.
  6. 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록하고, 홀로그램 기록 매체에 기록된 홀로그램에 재생 빔을 조사 하여 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 기록/재생 장치이며,
    상기 홀로그램 기록/재생 장치는,
    참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역과 재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및
    참조 빔 영역의 범위와 재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하고,
    상기 참조 빔 영역의 범위는 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정되고,
    상기 재생 빔 영역의 범위는, 재생 빔의 입사 각도의 범위가 홀로그램 기록 매체에 대한 기록 중의 참조 빔의 소정 각도 범위를 포함하도록 설정되는 홀로그램 기록/재생 장치.
  7. 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사하여 매체 상에 데이터를 홀로그램으로서 기록하는 홀로그램 기록 장치이며,
    상기 홀로그램 기록 장치는,
    참조 빔을 발생하기 위한 참조 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및
    참조 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하고,
    기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 참조 빔 영역의 범위가 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 참조 빔의 입사 각도의 범위가 소정 각도 범위로 설정되는 홀로그램 기록 장치.
  8. 기록 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 대응하는 제1 소정 각도 범위를 갖는 신호 빔과 참조 빔을 홀로그램 기록 매체에 조사함으로써 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 홀로그램 기록 매체에 재생 빔을 조사하고, 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치이며,
    상기 홀로그램 재생 장치는,
    재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및
    재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하고,
    기록된 데이터의 재생 중의 홀로그램 기록 매체의 온도에 따라, 재생 빔 영역의 범위가 소정 범위로 설정되며 따라서 홀로그램 기록 매체에 대한 재생 빔의 입사 각도의 범위가 제2 소정 각도 범위로 설정되는 홀로그램 재생 장치.
  9. 홀로그램 기록 매체에 신호 빔과 참조 빔을 조사함으로써 데이터가 홀로그램으로서 기록되는 홀로그램 기록 매체에 재생 빔을 조사하고, 회절 빔을 얻어내며, 회절 빔으로부터 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치이며,
    상기 홀로그램 재생 장치는,
    재생 빔을 발생하기 위한 재생 빔 영역이 형성되는 공간 변조기, 및
    재생 빔 영역의 범위를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하고,
    상기 재생 빔 영역의 범위는, 재생 빔의 입사 각도의 범위가 홀로그램 기록 매체에 대한 홀로그램 기록 중의 참조 빔의 입사 각도의 범위를 포함하도록 설정되는 홀로그램 재생 장치.
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