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KR20080112569A - 가변 크기의 조리개를 채용한 홀로그래픽 기록/재생 장치 - Google Patents

가변 크기의 조리개를 채용한 홀로그래픽 기록/재생 장치 Download PDF

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KR20080112569A
KR20080112569A KR1020070061122A KR20070061122A KR20080112569A KR 20080112569 A KR20080112569 A KR 20080112569A KR 1020070061122 A KR1020070061122 A KR 1020070061122A KR 20070061122 A KR20070061122 A KR 20070061122A KR 20080112569 A KR20080112569 A KR 20080112569A
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KR
South Korea
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holographic recording
light
recording medium
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최종철
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삼성전자주식회사
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Abstract

가변 크기의 조리개를 채용한 홀로그래픽 기록/재생 장치를 개시한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치는, 광원; 광원에서 방출된 광을 참조광과 신호광으로 나누고, 참조광과 신호광을 각각 홀로그래픽 기록 매체의 동일한 위치에 입사시키는 광학계; 신호광을 2차원의 신호 패턴으로 변조하는 공간 광변조기; 홀로그래픽 기록 매체로부터 재생된 신호광을 검출하는 2차원 광검출기; 및 신호광의 크기를 제한하는 조리개;를 포함하며, 상기 조리개의 크기가 가변인 것을 특징으로 한다.

Description

가변 크기의 조리개를 채용한 홀로그래픽 기록/재생 장치{Holographic recording/reproducing apparatus employing variable size aperture}
도 1a 및 도 1b는 홀로그램 기술을 이용하여 정보를 기록 및 재생하는 홀로그래픽 기록/재생 장치의 일반적인 원리를 도시한다.
도 2는 공간 광변조기의 하나의 픽셀을 단위로 정보를 저장하는 경우를 예시적으로 도시하며, 도 3은 공간 광변조기의 네 개의 픽셀을 단위로 정보를 저장하는 경우를 예시적으로 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치에서 채용된 가변 크기 조리개의 예를 도시한다.
도 6은 일반적인 데이터를 기록하는 동안의 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치에서 조리개 및 광 스폿의 크기를 예시적으로 나타내고 있다.
도 7은 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보를 기록하는 동안의 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치에서 조리개 및 광 스폿의 크기를 예시적으로 나타내고 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치의 실시예에 따른 조리개의 위치 변화를 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
2.....빔스프리터 4.....공간 광변조기
5.....신호광 6.....참조광
8.....레이저 9.....렌즈
10....광검출기 11.....대물렌즈
12,13.....릴레이 렌즈
본 발명은 홀로그래픽 기록/재생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변 크기의 조리개를 채용한 홀로그래픽 기록/재생 장치에 관한 것이다.
홀로그램 기술이란 광신호를 원형 그대로 재현할 수 있는 기술로서, 신호를 담고 있는 신호광 및 상기 신호광과 다른 각도에서 직진되는 참조광 사이의 간섭 무늬를 기록함으로써 신호를 입체영상으로 재생할 수 있는 기술을 말한다. 최근, 이러한 홀로그램의 원리를 이용하여 디지털 데이터를 기록/재생하는 광저장 기술이 주목을 받고 있다. 홀로그래픽 기록/재생 기술에 따르면, 다수의 디지털 데이터가 2차원 영상의 형태로 한꺼번에 기록/재생되는 페이지 단위 기록/재생을 구현할 수 있기 때문에, 초고속 기록/재생 시스템의 구현이 가능하다. 또한, 이러한 홀로그램을 이용한 저장 방법에 의하면, 적절한 다중화(multiplexing) 기법에 의해 공간적으로 겹쳐져 저장된 정보라도 서로 분리하여 읽어 낼 수 있다. 따라서, 동일한 영역 내에 여러 페이지의 데이터 정보를 중첩적으로 기록하고 재생하는 것이 가능하 다.
도 1a는 홀로그램 기술을 이용하여 정보를 기록하는 홀로그래픽 기록/재생 장치의 원리를 개략적으로 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(1)은 빔스플리터(beam splitter)(2)에 의해 참조광(6)과 신호를 싣게 될 신호광(5)으로 갈라지게 된다. 신호광(5)은 공간 광변조기(spatial light modulator; SLM)(4)를 통과하면서 2차원의 신호 패턴으로 변조된 다음, 홀로그래픽 기록 매체(M)에 입사된다. 여기서, 원하는 신호광만이 홀로그래픽 기록 매체(M)에 입사할 수 있도록, 신호광의 광경로에 조리개(A)가 배치될 수 있다. 한편, 참조광(6)은 미러(3)에 의해 반사되어 소정의 각도로 비스듬하게 홀로그래픽 기록 매체(M)에 입사된다. 이때, 참조광(6)과 신호광(5)이 서로 간섭하게 되는데, 이렇게 생긴 간섭 패턴이 홀로그래픽 기록 매체(M)에 기록된다.
도 1b는 홀로그램을 이용하여 기록된 정보를 재생하는 홀로그래픽 기록/재생 장치의 원리를 도시한다. 정보를 재생할 때에는, 정보를 저장할 때 사용한 참조광(6)과 동일한 파장의 빔을 방출하는 레이저(8)를 이용하여 홀로그래픽 기록 매체(M)를 조사한다. 여기서, 참조광은 기록시와 동일한 입사각으로 홀로그래픽 기록 매체(M)에 입사되어야 한다. 그러면, 참조광(6)이 홀로그래픽 기록 매체(M)에서 회절되면서 원래의 데이터 정보를 담은 2차원의 신호 패턴을 갖는 신호광이 발생한다. 이렇게 발생한 신호광은 렌즈(9)를 통해 집광된 후, 예컨대 CCD(charge coupled device)와 같은 2차원 광검출기(10)에 의해 검출된다. 이 경우에도, 신호광의 광경로에 조리개(A)를 두어 원하는 신호만이 광검출기(10)에서 검출되고, 그 이외의 신호광은 차단되도록 한다.
이러한 홀로그래픽 기록/재생 장치는 2차원 신호 패턴을 소정의 단위로 홀로그래픽 기록 매체에 기록한다. 통상, 홀로그래픽 기록 매체에서 정보 기록/재생의 단위가 되는 이러한 2차원 영역을 북(book)이라고 부른다. 하나의 북에는, 예컨대 각도 다중화와 같은 다양한 다중화 기법을 사용하여 여러 페이지의 정보가 동시에 기록될 수 있다.
한편, 이러한 홀로그래픽 기록 매체에서 기록 밀도를 더욱 높이기 위해서는 홀로그래픽 기록 매체 내의 북들 사이의 간격을 최대한 좁히는 것이 중요하며, 또한 홀로그래픽 기록 매체 위에 형성되는 2차원 신호 패턴의 스폿이 최적의 크기를 가져야 한다. 홀로그래픽 기록 매체의 기록 용량을 증가시키기 위해 InPhase 사에 의해 제시된 방법 중의 하나는 폴리토픽 조리개(polytopic aperture)를 사용하는 것이다. 폴리토픽 조리개는 공간 광변조기(SLM)의 이미지 주파수 성분을 손실없이 투과시킬 수 있는 최소 조리개 크기인 나이퀴스트 조리개(nyquist aperture)보다 1.1배 이상의 크기를 갖는 조리개이다. 나이퀴스트 조리개는 스폿 크기의 1/2인 크기를 갖는 조리개로서, 이미지의 주파수 성분은 모두 통과시키지만 신호 품질은 떨어뜨리는 단점이 있다. 따라서, 나이퀴스트 조리개보다 크기를 약간 크게(예컨대, 1.1배) 하여 시스템에서 필요한 신호 품질을 얻을 수 있는 적절한 크기의 조리개를 사용할 수 있는 데, 이러한 조리개를 폴리토픽 조리개라고 한다.
본 발명은 종래의 폴리토픽 조리개를 사용하는 홀로그래픽 기록/재생 장치에 서 홀로그래픽 기록 매체의 기록 용량을 더욱 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치는, 광원; 광원에서 방출된 광을 참조광과 신호광으로 나누고, 참조광과 신호광을 각각 홀로그래픽 기록 매체의 동일한 위치에 입사시키는 광학계; 신호광을 2차원의 신호 패턴으로 변조하는 공간 광변조기; 홀로그래픽 기록 매체로부터 재생된 신호광을 검출하는 2차원 광검출기; 및 신호광의 크기를 제한하는 조리개;를 포함하며, 상기 조리개의 크기가 가변인 것을 특징으로 한다.
예컨대, 상기 조리개는 액정 소자로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 조리개는 기계적 셔터 구조로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 조리개는 광학계에 의해 푸리에 변환된 신호광의 스폿 크기에 따라 크기가 변화될 수 있다.
상기 광학계는 신호광을 홀로그래픽 기록 매체에 제공하는 대물렌즈를 포함하며, 상기 조리개는 상기 대물렌즈와 홀로그래픽 기록 매체 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 조리개는 상기 대물렌즈의 초점 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광학계는 신호광을 홀로그래픽 기록 매체에 제공하는 다수의 릴레이 렌즈들 및 대물렌즈를 포함하며, 상기 조리개는 상기 다수의 릴레이 렌즈들 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 조리개는 상기 릴레이 렌즈들 사이의 초점 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 홀로그래픽 기록 매체의 기록 용량을 증가시키기 위한 방법 중 하나로서 폴리토픽 조리개를 사용하는데, 이 경우 렌즈에 의해 푸리에 변환된 공간 광변조기의 이미지(즉, 신호광)는 스폿을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 스폿의 크기는 아래의 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure 112007045041038-PAT00001
여기서, f는 렌즈의 초점거리, λ는 광원의 파장, d는 공간 광변조기(SLM)의 하나의 픽셀의 크기를 나타낸다.
한편, 기존의 광기록 매체에서와 마찬가지로, 홀로그래픽 기록 매체에서도 사용자 데이터를 기록하기 위한 영역과 기록 매체에 관련된 부가 정보 등을 기록하기 위한 영역이 필요하다. 예컨대, 홀로그래픽 기록 매체에 관련된 부가 정보로는, 기록 매체의 사용을 위한 스케줄링 방법에 관한 정보, 다중화 방법에 관한 정보, 물리 어드레스 정보, 다중화 정도에 관한 정보, 수축(shrinkage)에 관한 정보, 감도(sensitivity)에 관한 정보, 기타 초기 설정 파라미터 등이 있을 수 있다.
이러한 부가 정보들의 경우, 재생시 신뢰성을 높이기 위해 공간 광변조기의 하나의 픽셀을 정보 단위로 하지 않고 그 이상의 픽셀을 정보 단위로 하여 기록할 수 있다. 즉, 일반적인 사용자 데이터의 경우에는, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 공간 광변조기의 하나의 픽셀을 정보 단위로 하여 데이터의 기록을 수행한다. 예컨대, 도 2에서 빗금친 부분은 "0"을 의미하고, 빗금치지 않은 부분은 "1"을 의미할 수 있다. 반면, 홀로그래픽 기록 매체에 관련된 중요한 정보의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대 4개의 픽셀을 하나의 정보 단위로 하여 기록을 수행하는 것이 재생의 신뢰성을 높일 수 있다. 도 3에서는 예시적으로 4개의 픽셀을 하나의 정보 단위로 하는 경우가 도시되었지만, 예컨대 9개의 픽셀을 하나의 정보 단위로 하여 부가 정보를 기록할 수도 있다.
이렇게 4개 또는 9개의 픽셀을 하나의 정보 단위로 하여 기록을 수행하는 경우(즉, 오버샘플링(oversampling) 비율을 크게 하여 기록하는 경우), 상기 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 필요한 최소 기록 크기는 하나의 픽셀을 정보 단위로 하는 경우보다 작아지게 된다. 예컨대, 4개의 픽셀을 하나의 정보 단위로 할 경우에는 하나의 픽셀을 정보 단위로 하는 경우에 비하여 스폿 크기가 절반으로 줄어들게 된다. 이는 수학식 1에서 d가 2배 커진 효과와 같기 때문이다.
그런데, 종래의 경우에는, 이렇게 스폿의 크기가 작아지더라도 부가 정보가 기록되는 북의 간격과 일반적인 사용자 데이터가 기록되는 북의 간격이 동일하였다. 이는, 조리개의 크기가 일반 사용자 데이터의 스폿 크기에 맞추어 고정되어 있어서, 북의 간격이 좁아지면 다른 북의 정보가 섞여서 크로스토크가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 종래의 경우에는 부가 정보를 기록하는 동안 스폿 크기가 작아짐에도 불구하고, 북 사이의 간격을 그대로 유지할 수밖에 없었다. 그 결과, 종래의 경우에는 홀로그래픽 기록 매체에서 기록 공간의 낭비가 있게 된다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제를 개선하기 위하여 크기가 가변인 폴리토픽 조리개를 사용함으로써, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보의 실제 기록 영역(즉, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보가 기록되는 북들 사이의 간격)을 줄이고, 데이터가 기록되는 데이터 영역의 크기를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
크기가 가변인 조리개는 여러 가지 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 액정 소자를 이용하여 전기적인 방식으로 구현될 수도 있으며, 카메라의 셔터 구조와 같은 기계적인 방식으로 구현될 수도 있다. 도 4는 액정 소자를 이용한 가변 크기 조리개를 예시적으로 도시하고 있다. 액정 소자를 이용하는 경우, 일반적인 데이터를 기록하는 동안에는, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 액정 소자의 광투과 영역의 크기를 증가시킨다. 그리고, 홀로그래픽 기록 매체의 부가 정보에 관한 데이터를 기록하는 동안에는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 액정 소자의 광투과 영역의 크기를 감소시킨다. 도 4(b)에서 점선으로 표시한 사각형은 일반적인 데이터를 기록하는 동안의 광투과 영역의 크기를 비교하기 위하여 표시한 것이다. 한편, 도 5는 기계적인 셔터 구조를 이용한 가변 크기 조리개를 예시적으로 도시하는 것으로, 도 5(a)는 홀로그래픽 기록 매체의 부가 정보에 관한 데이터를 기록하는 동안의 상태를 나타내며, 도 5(b)는 일반적인 데이터를 기록하는 동안의 상태를 나타낸다.
이러한 가변 크기 조리개를 채용한 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치의 전체적인 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 일반적인 데이터를 기록하는 동안의 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치에서 조리개 및 광 스폿의 크기를 예시적으로 나타내고 있다. 또한, 도 7은 홀로그래픽 기록 매체 에 관한 부가 정보를 기록하는 동안의 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치에서 조리개 및 광 스폿의 크기를 예시적으로 나타내고 있다.
먼저, 일반적인 사용자 데이터를 기록하는 동안에는, 공간 광변조기(SLM)의 하나의 픽셀을 정보 단위로 하기 때문에, 렌즈들에 의해 형성되는 스폿의 크기가 상대적으로 크다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 조리개(A)의 크기를 크게 한다. 이때, 조리개(A)의 크기는 폴리토픽 방식에 따라 스폿 크기의 1.1배인 것이 적당하다. 예컨대, 광의 파장이 0.405㎛ 이고, 공간 광변조기(SLM)의 픽셀들의 피치가 13.2㎛, 렌즈들의 초점 거리가 18180㎛ 인 경우, 수학식 1에 따라 나이퀴스트 조리개의 크기는 약 560㎛이 된다. 따라서, 조리개(A)의 크기는 나이퀴스트 조리개의 크기의 1.1배인 약 616㎛가 될 수 있다. 그러면, 일반적인 사용자 데이터는 약 616㎛의 간격으로 홀로그래픽 기록 매체(M)에 기록(즉, 북들의 간격이 616㎛)될 수 있다.
한편, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보의 기록시 공간 광변조기(SLM)의 4개의 픽셀을 정보 단위로 하는 경우, 렌즈들에 의해 형성되는 스폿의 크기는 일반적인 사용자 데이터를 기록하는 경우의 절반이 된다. 따라서, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보를 기록하는 동안에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 조리개(A)의 크기를 작게 한다. 예컨대, 광의 파장이 0.405㎛ 이고, 공간 광변조기(SLM)의 픽셀들의 피치가 13.2㎛, 렌즈들의 초점 거리가 18180㎛ 인 경우, 조리개(A)의 크기는 약 308㎛ 정도인 것이 적당하다. 따라서, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보는 약 308㎛의 간격으로 홀로그래픽 기록 매체(M)에 기록될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이와 같이 조리개의 크기를 조절함으로써 부가 정보 등이 기록되는 영역을 줄이고 데이터 영역을 더 증가시킬 수 있다. 현재 데이터 영역의 약 10% 정도를 부가 정보 등의 기록을 위한 영역으로 사용하고 있는데, 부가 정보 등의 기록시 공간 광변조기(SLM)의 4개의 픽셀을 정보 단위로 하는 경우, 부가 정보 등이 기록되는 영역은 5% 수준으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 기록 매체에서 일반 데이터가 기록되는 양을 5% 정도 더 증가시키는 것이 가능하다.
한편, 홀로그래픽 기록/재생 장치는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 동일한 광원에서 나온 광을 각각 참조광과 신호광으로 나누어 홀로그래픽 기록 매체의 동일한 위치에 제공하는 광학계를 포함한다. 본 발명에 따른 가변 크기의 조리개는 이러한 홀로그래픽 기록/재생 장치에 채용된 광학계의 구성에 따라 그 위치를 달리할 수 있다. 예컨대, 도 8은 신호광(S)이 별도의 릴레이 렌즈들 없이 직접 대물렌즈(10)를 통해 홀로그래픽 기록 매체(M)에 제공되는 경우를 도시하고 있다. 여기서, 참조광(R)은 도시되지 않은 별도의 참조광용 광학계에 의해 홀로그래픽 기록 매체(M)에 제공된다. 이와 같이, 신호광(S)을 제공하기 위한 광학계가 대물렌즈(10)만을 포함하는 경우, 조리개(A)는 홀로그래픽 기록 매체(M)와 대물렌즈(10) 사이에 배치될 수 있다. 특히, 대물렌즈(10)의 초점 위치에 조리개(A)가 위치한다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 신호광(S)을 제공하기 위한 광학계가 다수의 릴레이 렌즈들(11,12)과 대물렌즈(10)를 포함하는 경우에는, 조리개(A)는 릴레이 렌즈들(11,12) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 조리개(A)는 릴레이 렌즈들(11,12) 사이의 빔폭이 최소인 초점 위치에 위치하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 어드레싱 정보나 사양 정보와 같은 주요 정보를 홀로그래픽 매체에 기록하는 경우, 재생 신뢰성을 높이기 위하여 오버샘플링 비율을 크게 하여 기록을 수행할 수 있다. 이때, 스폿의 크기는 오버샘플링 비율에 비례하여 작아지게 된다. 본 발명에 따르면, 스폿의 크기에 따라 크기가 변하는 폴리토픽 조리개를 사용함으로써, 홀로그래픽 기록 매체에 관한 부가 정보의 실제 기록 영역을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 홀로그래픽 기록/재생 장치를 사용할 경우, 데이터가 기록되는 데이터 영역의 크기를 더욱 증가시킬 수 있다.
지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (8)

  1. 광원;
    광원에서 방출된 광을 참조광과 신호광으로 나누고, 참조광과 신호광을 각각 홀로그래픽 기록 매체의 동일한 위치에 입사시키는 광학계;
    신호광을 2차원의 신호 패턴으로 변조하는 공간 광변조기;
    홀로그래픽 기록 매체로부터 재생된 신호광을 검출하는 2차원 광검출기; 및
    신호광의 크기를 제한하는 조리개;를 포함하며,
    상기 조리개의 크기가 가변인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조리개는 액정 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조리개는 기계적 셔터 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조리개는 광학계에 의해 푸리에 변환된 신호광의 스폿 크기에 따라 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 신호광을 홀로그래픽 기록 매체에 제공하는 대물렌즈를 포함하며, 상기 조리개는 상기 대물렌즈와 홀로그래픽 기록 매체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 대물렌즈의 초점 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 신호광을 홀로그래픽 기록 매체에 제공하는 다수의 릴레이 렌즈들 및 대물렌즈를 포함하며, 상기 조리개는 상기 다수의 릴레이 렌즈들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 릴레이 렌즈들 사이의 초점 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록/재생 장치.
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