KR100311910B1 - 체적홀로그래픽메모리를이용한스테레오동영상기록/재생장치 - Google Patents

체적홀로그래픽메모리를이용한스테레오동영상기록/재생장치 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명은, 물체빔에 의해 조사되어 서로 다른 입사각으로 입사되는 좌안 영상과 우안 영상을 기준빔과 간섭하여 형성한 홀로그래픽 데이터를 각다중화와 파장 다중화 기술을 이용하여 광굴절 기록 매질에 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 이러한 광굴절 기록 매질에 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 홀로그래픽 데이터로부터 좌안 영상과 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광굴절 기록 매질의 기록 밀도를 현저하게 증가시켜 대용량의 스테레오 영상 페어를 연속적으로 기록하고 재생할 수 있음에 따라 대용량의 저장 능력을 보유한 입체 동영상 시스템을 용이하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 광학적인 영상 기록 방식임에 따라 초고속화 및 실시간화를 도모할 수 있기 때문에 향후, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인트라넷(intranet), 엑트라넷(extranet), 인터넷(internet) 등과 같은 유무선 통신망의 진보와 함께 이러한 통신망 상에서 MOD(Multimedia On Demand) 등을 지원하는 입체 영상 통신 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.

Description

체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치
본 발명은 입체 영상 기록/재생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각다중화 방식에 입각하여 삼차원 입체 영상의 기록/재생을 위한 스테레오 영상 페어를 광굴절 기록 매질에 기록한 후, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔을 입사함으로써 스테레오 영상 페어를 효과적으로 기록/재생할 수 있는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치(Stereo sequential images record/play apparatus using a volume holographic memory)에 관한 것이다.
기원전 100년경 고대 그리이스 벽화에 원근법에 의한 입체감이 있는 그림으로부터 시작하여 서기 1600년경 이탈리아의 델라 포터(G. B. Della Porta)가 그림을 양안으로 보아서 상이 뜨는 것을 느끼게 하는 양안시차(binocular parallax)에 의한 입체 표시 그림 엽서를 최초로 소개한 이래로, 영국의 찰스 휘스톤(Chales Wheatstone), 스코틀랜드의 데이비드 브루스터(David Brewster), 미국의 웬델 홈즈(Whendell Holmse) 등에 의해 입체감을 재현함과 동시에 이를 향상시키기 위한 초창기 연구가 본격적으로 시작되었으며, 이후, 1903년 아이브즈(F. E. Ives)는 패럴랙스 배리어(시차 장벽, parallax barrier)를 이용하여 무안경식의 스테레오그램(stereogram)을, 1918년 미국의 카놀트(C. W. Kanolt)는 시점이 고정되는 결점을 보안하여 연속적인 3차원 화상이 보이도록 하는 패럴랙스 파노라마그램(parallax panoramagram)을 각각 발표하였다.
전술한 바와 같은 초기의 기초적인 연구에 힙입어 오늘날은 편광 안경을 이용한 입체 영화 관람이 일반화되어 있을 뿐만 아니라 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 대표되는 다양한 입체 화상 발생 기법이 공지되어 있으며, 일부는 실험실 단계를 넘어 실제로 제작되어 3차원 응용 화상, 3차원 광고물 제작, 문화재 보존 및 전시 3차원 TV 및 비디오, 컴퓨터 비젼, 가상 세계 체험, 모의 훈련 및 작업, 3차원 화상 회의, 3차원 그래픽스, 3차원 오락, 3차원 영화 등의 분야에 부분적으로 응용되고 있는 실정이다.
3차원 화상 매체의 개발은 화상 분야뿐만 아니라 가전 및 통신 산업은 물론 우주 항공, 예술 산업, 의료 분야, 자동화 산업 분야에 이르기까지 영향을 미치며 이로 인해 발생될 수 있는 기술적인 파급 효과는 HDTV(High Definition Television) 보다 훨씬 더 방대할 것으로 전망되고 있으며, 최근 들어, 3차원 영상에 대한 관심과 투자가 더욱 더 증진되면서 3차원 화상 기술이 통신·방송, 가상 현실, 교육, 의료, 오락 등의 분야에서 구체적인 실용화가 실현되고 있다.
인간이 입체감 및 깊이감을 느끼는 요인으로써는 눈의 특성에서 오는 시각의 생리적인 요인이 있으며 더불어 망막 상으로부터 얻어지는 심리적/기억적인 요인 및 시각 외의 요인(청각, 후각, 촉각 등)이 있는 데, 이러한 요인을 이용하는 측면에 따라 3차원 표시 기술의 분류는 관찰자에게 어느 정도의 3차원 화상 정보를 제공할 수 있는가에 의한 표시 능력으로부터 깊이 화상 방식, 입체 화상 방식, 3차원 화상 방식 등으로 분류하고, 표시 화상이 움직임을 있는지 여부에 따라 정지 화상과 동화상으로 분류된다.
우선, '깊이 화상 방식'은 심리적인 요인 및 흡입 효과에 의해 2차원 화상이 표시면 보다 깊이 방향의 공간에 대해 입체감을 갖게 한 방식이다. 전자는 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터 그래픽스에 흔히 이용되고, 후자는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제시함에 따라 관찰자 자신이 그 화상의 공간 내로 빨려들어 가는 것과 같은 착각을 발생시킴으로써 광시야 자극에 의한 입체감을 유도하는 소위 아이맥스 영화 등에 응용된다.
다음으로, '입체 화상 방식'은 좌우안에 대응하는 방향에서 관측한 물체, 즉, 시차가 있는 두 개의 화상을 좌우안이 혼동하지 않고 이를 각각 분리하여 관측함으로써 표시면 전후의 공간 정보를 나타내어 입체감을 느끼게 한 방식이다. 이 방식은 광의 파장과 편광면에 대해 특성이 다른 특수 안경을 이용하는 안경 방식과, 시차가 있는 화상이 동일면에 제시됐을 때 그 면위에 지향성이 강한 표시면을 입혀서 각각의 화상이 좌우로 분리되어 사람의 좌우안에 들어옴으로써 입체감을 느끼게하는 표시면 방식-즉, 무안경 방식-이 있다.
안경 방식에는 파장 선택성이 있는 색안경(색변조) 방식, 편광자의 차광 효과를 이용한 편광 안경 방식, 눈의 잔상 시간 내에 좌우의 화상을 교대로 제시하는 시분할 안경 방식이 있다. 이외에도 좌우안에 투과율이 각각 다른 필터를 장착하여 이 투과율의 차로부터 오는 시각계의 시간차에 따라서 좌우 방향의 움직임에 대한 입체감을 얻는 방식이 있다.
그리고, 관찰자 쪽이 아닌 표시면 쪽에서 입체감을 발생하게 하는 방식인 무안경 방식에는 패럴랙스 스테레오그램 방식(parallax stereo method), 렌티큘러 방식(lenticular method), 미소 방사 소자 방식(corner cube mirror), 홀로그래픽 방식(holographic method) 등을 이용한 지향성 스크린 방식이 있다.
깊이 화상과 입체 화상은 물체의 전후(깊이)의 정보만을 재현함에 따라 관찰자가 주시하는 다양한 방향에서 물체를 관측할 수 없거나 일부 관측이 되더라도 대상물에 초점을 맞출 수 없는 등의 요인에 의해 공간상을 재현하는 방식으로는 다소 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 '3차원 화상 방식'으로는 깊이 다안식, 표본화 방식, 홀로그래픽 표시 방식 등이 대표적인 데, 3차원 화상 방식은 공간상에 3차원 입체상을 재현함으로써 관측 방향의 제한 및 초점이 맞출 수 없는 등의 문제를 어느 정도 해결하고 있다.
다안식에는 패럴랙스 배리어 방식, 렌티큘러 방식, 인테그럴 방식이 있다. 그리고, 깊이 표본화 방식에는 가변초점 거울 방식(varifocal mirror)인 표시면 진동 방식, 회전 원통 방식, 표시면 적층 방식, 반투과 거울 합성 방식이 있다. 기계적인 가동부가 필요한 이 방식은 눈의 잔상 시간을 이용하는 표시 방식인데 잔상 시간 내에 깊이 정보가 많은 화상을 표시하기에는 주사 속도에 문제가 있다.
또한 표시면 적층 방식과 반투과 거울 합성 방식은 깊이 화상의 수를 늘리기가 어려운 문제가 있다. 한편, 홀로그래픽 방식은 3차원 화상 표시 중에서 가장 뛰어난 방식으로 알려져 있는데, 이에는 레이져광 재생 홀로그래피와 백색광 재생 홀로그래피가 있지만 대상물을 표시함에 있어서 대용량의 데이터가 필요하며 공간 해상도를 높이기 위해서는 많은 비용이 소요되는 등의 문제가 있는 것으로 알려지고 있다.
종래 기술에 따른 스테레오 영상 디스플레이 장치와 관련된 대표적인 선출원예로는 미합중국 특허출원 제 3818125 호, "STEREO TELEVISION MICROSCOPE", 미합중국 특허출원 제 5341434 호, "Method and apparatus for generating high resolution 3D images in a head tracked stereo display system", 미합중국 특허출원 제 4957351 호, "Stereo image display device", 미합중국 특허출원 제 5523886 호,"Stereoscopic/monoscopic video display system", 미합중국 특허출원 제 4654699 호, "Three dimensional video image display system", 미합중국 특허출원 제 4691358 호, "Stereo image display device", 미합중국 특허출원 제 4247177 호, "3D Multichrome filters for spectacle frames", 미합중국 특허출원 제 4134644 호, "3D Color pictures with multichrome filters", 미합중국 특허출원 제 "Stereoscopic electronic slide and print viewer", 미합중국 특허출원 제 3959580 호, "Directly viewable stereoscopic projection system", 미합중국 특허출원 제 5050961 호, "Polarized mask stereoscopic display including tiling masks with complementary transparent regions", 미합중국 특허출원 제 4933755 호, "Head mounted stereoscopic television viewer", 대한민국 특허공개 제 1997-058053 호, "스테레오스코픽 방식의 입체 영상 디스플레이", 대한민국 특허출원 제 1987-012186 호, "입체 영상 재생 장치", 대한민국 특허출원 제 1987-010781 호, "입체 영상의 디스플레이 장치" 대한민국 특허출원 제 1994-014613 호, "입체 영상 변환 장치" 등과 같은 예들을 들 수 있다.
본 발명은 홀로그래픽 저장 기술과 스테레오 영상 디스플레이 기술과 관련된 바, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 광굴절 효과를 이용하는 홀로그래픽 저장 기술에 대한 일반적인 지식을 간략하게 살펴보면, 광굴절 효과는 광굴절 기록 매질에서 빛으로 야기된 굴절률의 변화를 말하며, 이런 굴절률의 변화는 광굴절 결정 내에 두 개의 간섭하는 광파에 기인한 간섭 패턴에 대응하는 굴절률의 격자로 나타나게 된다. 광굴절 효과의 기본적인 메커니즘은 빛이 광굴절 기록 매질에 입사된 후 광이온화(photoionization), 확산(diffusion), 재결합(recombination), 공간 전하(space charge) 형성, 전계(electric field) 형성을 거쳐 굴절률의 변화로 정보를 기록하게 된다. 다시 말해서, 광이온화 현상에 의해 생성된 전하들은 불균일한 밀도를 가지고 있으므로 확산(diffusion)이나 드리프트(drift)를 통해 불균일한 공간 전하 분포를 발생시킨다. 이러한 공간 전하 분포는 결정 내에서 내부 전계를 형성하며, 이 전계는 전기 광학 효과(Pockels effect)에 의해 물질의 굴절률을 국부적으로 변화시킴으로 입력된 정보를 저장할 수 있다. 참고로, 포켈 효과란 투명한 결정체에서 거기에 가해지는 전계의 세기에 비례하여 빛의 굴절률이 변화하는 현상을 말한다. 3차원 입체 영상을 표시하는 기술 중 양안시차를 이용하는 입체 영상 기술은 양안 시차를 갖는 두 장의 2차원 화상을 좌안과 우안에 따로따로 분리·제시하여 입체화함으로써 디스플레이 평면의 전후에 깊이감이 있는 공간을 재현할 수 있는 방법이다.
통상, 체적 홀로그래피로 알려진 광기록 기술은 각설탕 만한 크기의 광굴절 기록 매질에 대용량의 데이터를 저장할 수 있고, 저장된 정보를 초고속 병렬 랜덤 엑세스할 수 있어 차세대 정보 저장 기술 중의 하나로 분석되고 있다.
입력 데이터가 결정내에서 격자 패턴 형태로 저장되기 위해서는 우선 데이터는 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)와 같은 공간 광변조기에 광세기 변조 형태의 입력 패턴으로 만들어지게 된다.
예컨대, 청색 레이져 빔이 크로스워드 퍼즐 패턴(crossword puzle pattern)과 같은 LC-SLM 페이지 데이터를 통해 조사되고 렌즈에 의해 이미징됨으로써 광 변조상이 만들어지게 된다. 이 광 변조상이 복수의 각도(또는 파장, 위상 부호)로 정렬된 기준파와 광굴절 기록 매질에서 만나게 되면 수천 페이지 이상의 홀로그램 데이터가 고밀도로 다중화되어 기록되게 된다.
이러한 기록 과정을 거친 후에 특정 페이지의 데이터는 기록 시에 사용된 기준파와 동일한 각도(또는 파장, 위상 부호)로 기준파를 다시 입사시킴으로써 홀로그램적으로 재생될 수 있다. 즉, 광굴절 기록 매질에 형성된 회절 격자를 통과할 때 기준파는 원래의 페이지에 있는 정보의 영상을 재현하는 방향으로 회절된다.
재현된 영상은 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 영상 센서부에 입사되어 한꺼번에 한 페이지에 저장된 정보를 모두 읽을 수 있다. 이 데이터는 다시 디지털 컴퓨터에 의해 전자적으로 저장·처리된다.
여기서, 기준파는 저장할 때 사용한 것과 동일한 것을 사용해야 함은 자명하다. 기준파를 광굴절 기록 매질에 입사할 시에 그 정확도는 광굴절 기록 매질의 두께에 따라 달라지게 되는 데, 광굴절 기록 매질이 두꺼울수록 기준빔이 더욱 정확하게 조사되어야 한다. 일례로, 결정이 10㎜두께인 경우라면 입사각이 0.001도 정도 벗어나게 되면 재생상이 완전히 없어지게 된다.
전술한 바와 같이, 대용량의 정보를 저장하기 위한 홀로그래픽 다중화 기술은 기준빔(또는 기준파)의 입사각을 가변시키므로써 구현할 수 있는데, 그 방법으로는 기준빔의 각도, 파장, 위상을 변화시키는 각다중화, 파장 다중화, 위상부호 다중화 기법 및 공간적 변화의 공간 다중화 기법 등이 공지되어 있다.
통상적으로, 일반적인 홀로그래픽 저장 시스템은 홀로그래픽 저장 기술을 구현하기 위해 각다중화, 파장 다중화, 위상부호 다중화, 공간 다중화 등과 같은 홀로그래픽 다중화 기술을 각각 별도의 독립적인 형태로만 적용하는 것이 일반적이다.
이러한 홀로그램 기술에 기초한 종래의 홀로그램 기반 스테레오 영상 표시 장치와 관련된 대표적인 선출원예로는 미합중국 특허출원 제 03802769 호, "METHOD AND APPARATUS FOR UNAIDED STEREO VIEWING", 미합중국 특허출원 제 04116526 호, "Double modulation holographic recording technique", 미합중국 특허출원 제 05644414 호, "Stereoscopic display method of hologram and its forming method and its stereoscopic display apparatus", 미합중국 특허출원 제 05570208 호, "Stereoscopic display method of hologram and its forming method and stereoscopic display apparatus", 미합중국 특허출원 제 05561537 호, "Stereoscopic display method and apparatus", 미합중국 특허출원 제 05548418 호, "Holographic structured light generator" 등과 같은 예들을 들 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 홀로그램 기반 스테레오 영상 표시 장치는 좌안 영상과 우안 영상으로 구성된 방대한 스테레오 영상 데이터를 기록할 저장 공간의 확보가 어려울 뿐만 아니라 기록된 데이터를 고속으로 억세스할 수 있는 저장 매체가 필요하며, 특히, 스테레오 영상 페어는 디스플레이적인 특성상, 양안에 분리되어 제공되는 것이 바람직하지만, 종래 기술의 경우, 좌안 영상과 우안 영상을 공간적으로 분리·재생하여 표시할 수 있는 능력이 부족하거나 결여되어 있는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 각다중화 방식에 입각하여 삼차원 입체 영상의 기록/재생을 위한 스테레오 영상 페어의 물체빔을 기준빔과 함께 광굴절 기록 매질에 기록한 후, 회절 격자화된 스테레오 영상 페어를 재생하고자 할 시에 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔을 입사하면, 입사된 기준빔은 기록된 회절 격자에 의해 산란되어 스테레오 영상 페어의 각 방향을 따라 디스플레이 평면으로 회절됨에 따라 좌우 공간에 분리되어 투사되는 좌안 영상과 우안 영상으로부터 고속으로 입체 동영상을 관찰할 수 있도록 한 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 스테레오 영상 페어를 저장할 시에 광굴절 기록 매질의 기록 밀도를 높이기 위해 공간 영역에서 광굴절 기록 매질을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시킴을 통해 각다중화를 수행함과 동시에 파장 가변 레이져를 통해 파장 다중화를 수행함으로써 각자중화와 파장 다중화를 결합한 복합 다중화를 실현하여 대용량의 스테레오 영상 페어를 고속으로 기록/재생할 수 있도록 한 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도,
도 2는 간단한 정현파 홀로그램의 기하학적 구조를 나타내기 위한 도면,
도 3은 광굴절 기록 매질에 스테레오 영상 페어를 기록하는 원리를 설명하기 위한 예시도,
도 4는 광굴절 기록 매질에서 스테레오 영상 페어를 재생하는 원리를 설명하기 위한 예시도,
도 5는 도 1에 도시한 본 발명의 영상 기록/재생 제어부를 상세하게 나타낸 상세 블록도,
도 6은 기준파와 물체파의 회전각도, 레이져 파장, 입력 데이터와의 타이밍도를 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 파장 가변 레이져 20 : 빔 스플리터
21 : 제 1 조리개 22 : 제 2 조리개
30 : 공간 광변조부 31 : 제 1 반사경
31-1 : 제 1반사경 회전체 32 : 제 2 반사경
32-1 : 제 2 반사경 회전체 42, 43 : 제 1 집광 렌즈군
44, 45 : 제 2 집광 렌즈군 46, 47 : 제 3 집광 렌즈군
50 : 광굴절 기록 매질 60 : 매질 회전체
70 : 좌안 영상 센서부 80 : 우안 영상 센서부
90 : 입체 영상 모니터 100 : 영상 기록/재생 제어부
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치는, 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치한 공간 광변조부(spatial light modulator)에 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만든 후, 서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상을 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 각다중화와 파장 다중화 기술을 이용하여 광굴절 기록 매질에 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 이러한 광굴절 기록 매질에 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생함으로써 대용량의 스테레오 영상 페어를 효과적으로 억세스할 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 바람직한 실시예는 도 1에 도시한 바와 같이, 파장 다중화를 위해 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(tunable laser; 10)와;
상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter; 20)와;
상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만드는 공간 광변조부(SLM; Spatial Light Modulator; 30)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 공간 광변조부(30) 사이에 회전 가능하도록 구비되고, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 반사각이 변경됨에 따라 공간적으로 분리된 좌안 경로(L)와 우안 경로(R)를 따라 상기 물체빔이 진행하도록 하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시킴으로써 결과적으로 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 조정되는 제 2 반사경(32, M2)과;
상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경(32)의 반사각을 변경시키기 위해 상기 제 2 반사경(32)을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 2 반사경 회전체(32-1)와;
서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 광굴절 기록 매질(50)과;
상기 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질(50)에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 광굴절 기록 매질(50)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키는 단계적인 회전력을 제공하는 매질 회전체(60)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경(31, M1)과;
상기 제 1 반사경(31)과 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 제 1 반사경(31)으로부터 입사된 상기 기준빔을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사시키는 제 1 집광 렌즈군(42, 43)과;
상기 제 2 반사경(32)과 상기 공간 광변조부(30) 사이에 위치하여 상기 제 2 반사경(32)으로부터 입사된 상기 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시키는 제 2 집광 렌즈군(44, 45)과;
상기 공간 광변조부(30)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사시키는 제 3 집광 렌즈군(46, 47)과;
상기 파장 가변 레이져(10)와 상기 빔 스플리터(20) 사이에 위치하여 상기 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개(21)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 2 반사경(32) 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개(22)와;
상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 매질 회전체(60)에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질(50)에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질(50)에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부(100)와;
상기 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질(50)로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 좌안 영상 센서부(70)와 우안 영상 센서부(80)를 포함하여 구성된다.
여기서, 공간 광변조부(30)는 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)를 이용하고, 매질 회전체(60)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 광굴절 기록 매질(50)의 재료로는 LiNbO3, BSO, BaTiO3등 비선형 결정을 그 예로 들 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 장치에 대한 바람직한 실시예의 작용과 동작 원리 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 스테레오 영상 페어와 기준빔(즉, 기준파)을 간섭시켜 광굴절 기록 매질(50)에 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔을 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사하여 스테레오 영상 페어를 재생함으로써 3차원 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하고 있는 데, 이때, 본 발명에서는 각다중화 방식을 단독으로 사용하거나 각다중화 방식과 파장 다중화 방식을 결합한 복합 다중화 방식을 사용하여 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 높이고 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 각다중화(angle multiplexing) 방식과 파장 다중화(wavelength multiplexing) 방식을 이용함으로써 저장 용량을 증가시키고 이에 대한 고속 엑세스를 제공할 수 있는 바, 이에 대한 이해를 돕고자 각다중화와 파장 다중화를 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 간단한 정현파 홀로그램의 기하학적 구조를 나타내기 위한 것으로, 도 2의 첫 번째 도면은 물체빔과 기준빔의 두 평면파에 의한 체적 홀로그램의 정현파 격자의 형성 구조를 나타낸 도면이고, 도 2의 두 번째 도면은 홀로그래픽적인 상호 작용에 의해 형성된 파 벡터 공간도를 나타낸 도면이다.
우선, 각다중화는 특정한 사잇각을 갖는 물체빔(즉, 물체파)과 기준빔(즉, 기준파)으로 기록된 체적 홀로그램(volume hologram)이 기록시의 기준빔과 복원시의 기준빔 사이의 각에 강하게 의존하여 복원된다는 브래그 매칭 조건(Bragg's matching condition)을 기초로 하고 있다.
각 선택도는 도 2의 첫 번째 도면에서 살펴볼 수 있듯이, 두 개의 평면파에 의해 기록된 간단한 정현파 형태의 격자의 경우에 대해 가장 잘 설명되고 정량화될 수 있다.
여기서, 광굴절 기록 매질(50)(설명의 편의상, 광굴절 기록 매질(50)의 두께는 Lz 로 표기하기로 함) 내에서 측정된 기준빔과 물체빔의 입사각을 각각 θR 과 θO 로 표기할 때, 물체빔의 파벡터 kO 및 기준빔의 파벡터 kR 는 각각 수학식 1과 같이 표현된다.
여기서, n 은 매질의 굴절률이고, λ 는 진공 내에서의 빛의 파장이다.
이때, 파벡터 공간 도형에서의 격자 벡터 K 를 매질 내에서 진행하는 평면파에 대응하는 모든 가능한 파벡터 k 의 집합이라 하고, 간략화를 위해 표면의 반지름이 k0 인 등방성인 구의 경우만을 고려할 때, 입력 기준파가 회절을 일으키기 위해 만족되어야 할 브래그 매칭 조건은 수학식 2와 같이 주어진다.
여기서, kO′ 는 산란된 물체빔의 파벡터이고 kR′ 는 입사 기준빔이 파벡터, 그리고 ▵kz 는 매질의 두께 때문에 발생될 수 있는 소정의 위상 불일치 정도를 나타낸 것이다. 통상, 약한 산란의 경우(즉, 회절 효율 η << 1 )에 회절 효율은 수학식 3과 같다.
η ∝ sinc2(▵kzLz)
정보를 읽어내는 동안 기준빔의 방향은 수학식 4로 정의되는 영역 내에 있어야 충분히 관측될 수 있는 회절을 일으킨다.
통상, 입사되는 기준빔의 각도를 기록할 때의 각도와 동조시키기 위한 각도의 방향에 대한 위상 불일치는 비등방성의 특성을 갖는다. 왜냐하면 도 2의 두 번째 도면에서처럼, 기준빔의 파벡터는 위상 불일치가 0인 브래그 매칭 조건을 만족하는 kR 과 kO 에 의해 정의되는 평면에 수직인 방향으로 회전될 수 있고, 평면에서의 회전이 증가함에 따라 발생되는 위상 불일치 또한 증가하기 때문이다. 이때, 위상 불일치의 증가와는 대조적으로 위상 불일치가 0인 브래그 매칭 조건을 만족하는 각도의 폭을 찾을 수 있다. 즉, 평면에서의 각선택도는 근사적으로 수학식 3에서 처음으로 0이 발생되는 지점 사이의 각도의 폭으로 주어진다.
통상, 수학식 5는 작은 θO 에 대하여 정확하다. 또한, 각선택도는 물체빔과 기준빔의 각( θR + θO )이 90。일 때 가장 우수하며, 이 각도를 중심으로 각선택도는 대칭적으로 떨어지기 시작한다.
같은 체적 내에 다중 홀로그램을 저장하기 위해 수학식 5로 주어지는 각도의 증가분 만큼 간격을 둔 기준빔들을 이용하여 동일 평면에 다중화시켜서 복원하면 크로스 토크(cross talk)가 없는 영상을 얻을 수 있다.
기준빔의 각도 θ1 에서 θm 까지의 주어진 범위내에 다중화될 수 있는 홀로그램의 수는 근사적으로 수학식 6과 같이 주어진다.
따라서, 각다중화를 이용하면 수학식 6과 같이 M개의 정보를 저장할 수 있게 된다. 이때, 각각는 각도는 기록된 정보를 억세스하기 위한 '주소' 기능을 수행하는 것임은 자명하다.
이어서, 파장 다중화에 대해 설명하면, 파장 다중화는 기준빔과 물체빔의 각이 일정하게 유지된 상태에서 레이져의 파장을 노출 시마다 가변시키면서 데이터를 기록하는 방법이다.
데이터의 재생은 재생을 원하는 파장이 기록된 "주소" 파장과 일치되도록 동조된 기준빔에 의해 개별적으로 엑세스된다. 홀로그램이 광학 주파수 ν (즉 )에서 기록된다면 같은 각도에서 ν-▵ν 의 기준빔으로 홀로그램을 읽어내면 수학식 7과 같이 1차의 ▵ν 로 주어지는 위상불일치가 생기게 된다.
이것은 수학식 4와 함께 허용 가능한 광학 주파수 간격을 유도한다.
예컨대, 주어진 레이져의 파장이 800nm에서 820nm까지 변조될 수 있다고 가정할 경우. 이는 9,146 GHz의 주파수 영역에 해당하며, Lz=1cm 이고 n=2.2 라면 수학식 8로부터 주파수 간격 ▵ν=2.95 GHz이다. 따라서, 파장을 변화시킴에 따라 같은 체적에서 최대 3,100개의 정보를 다중화하여 기록할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 공간 영역에서 광굴절 기록 매질(50)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시킴을 통해 각다중화를 수행함과 동시에 파장 가변 레이져를 통해 파장 다중화를 수행함으로써 각자중화와 파장 다중화를 결합한 복합 다중화 방식에 입각하여 극초대용량의 스테레오 영상 페어를 광굴절 기록 매질(50)에 저장한다.
앞에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 각다중화 및 파장 다중화 기법과 더불어 스테레오 영상 페어와 기준파(즉, 기준빔)를 간섭시키는 기술과 직접적인 관련이 있는 바, 이에 대한 이론적인 이해의 깊이를 도모하기 위해 이를 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 광굴절 기록 매질에 스테레오 영상 페어를 기록하는 원리를 설명하기 위한 예시도로, 도 3의 (a) 및 (b)는 각각 0。-커트(0。-cut) 광굴절 기록 매질과 45。-커트(45。-cut) 광굴절 기록 매질에 대해 도시한 것이다.
두 개의 영상으로 구성된 스테레오 영상 페어가 디스플레이된 공간 광변조부(30)를 통과하는 물체파와 기준파가 간섭 조건을 만족할 경우에 세 개의 파는 간섭에 의한 격자 패턴을 형성한다. 도 3에 나타낸 세 개의 파에 대한 파동 방정식은 수학식 9로 표현할 수 있다.
Εi= Aiej(ωt-ki·r), i = 1,2,3
여기서, E1,E3 는 좌안 영상과 우안 영상으로 구성된 스테레오 영상 페어를 나타내고 E2 는 기준파(Ref.)를 나타낸 것이다. 그리고, A1,A2,A3 는 각각 E1,E2,E3 진폭, ω 는 각주파수, 그리고 k1,k2,k3 는 파벡터를 의미한다. 광굴절 기록 매질(50)에서의 강도 분포는 수학식 10과 같다.
도 4는 광굴절 기록 매질에서 스테레오 영상 페어를 재생하는 원리를 설명하기 위한 예시도로, 도 4의 (a) 및 (b)는 각각 0。-커트(0。-cut) 광굴절 기록 매질과 45。-커트(45。-cut) 광굴절 기록 매질에 대해 도시한 것이다.
간섭에 따른 강도 분포의 변화는 매질의 굴절률 변화로 야기되는 격자 패턴을 형성하게 된다. 도 4에서와 같이 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준파 E2 가 조사될 경우, 스테레오 디스플레이 평면에서의 강도 분포는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 11에서 두 번째 항과 마지막 항은 스테레오 영상 페어가 기록된 방향으로 회절되는 항으로써, 3차원 입체 영상 관찰을 위한 디스플레이 평면으로 출력 된다. 따라서, 재생된 스테레오 영상 페어는 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 좌안 영상 센서부(70) 및 우안 영상 센서부(80)에 입사되어 3차원 디스플레이 시스템을 통해 입체 영상을 관찰할 수 있으며, 스테레오스코픽 뷰어(stereoscope viewer)와 같은 시스템을 구성하여 직접적으로 관찰할 수도 있다. 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에서와 같이 45。-커트 LiNbO3:Fe(45。-cut LiNbO3:Fe)를 사용하면, 동일 평면의 입사파인 스테레오 영상 페어 간에 간섭이 발생하지 않으므로, 수학식 11에서 두 번째 항과 마지막 항만이 입체 관찰 평면으로 출력되기 때문에 좀 더 선명한 입체 영상을 관측할 수 있게 된다. 또한, 연속적인 스테레오 페어 영상을 기록한 후, 이를 연속적으로 재생함으로써 스테레오 동화상 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다.
이하, 이상과 같은 이론적 토대 위에서 본 발명의 장치에 대한 바람직한 실시예의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 스테레오 영상 페어를 파장 다중화하기 위해, 파장 가변 레이져(10)는 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어를 받아 레이져빔의 파장을 가변시켜 서로 상이한 파장을 갖는 레이져빔을 생성한다.
이렇게 생성된 레이져빔은 제 1 조리개(21)와 렌즈(41)를 경유하여 빔 스플리터(20)에 입사된다. 이때, 파장 가변 레이져(10)와 빔 스플리터(20) 사이에 위치한 제 1 조리개(21)는 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행한다.
이후, 빔 스플리터(20)는 입사된 레이져빔을 광학적으로 분리하여 이 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만들고, 이렇게 만들어진 기준빔과 물체빔은 각각 서로 다른 광경로를 따라 진행하게 된다.
빔 스플리터(20)에 의해 분리된 기준빔은 반파장 플레이트(23), 제 1 반사경(31) 및 제 1 집광 렌즈군(42, 43)을 경유하게 되는 데, 제 1 반사경(31)은 상기 빔 스플리터(20)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경한다.
한편, 빔 스플리터(20)에 의해 분리된 물체빔은 제 2 조리개(22)를 경유하여 제 2 반사경(32)에 입사된다. 이때, 상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 2 반사경(32) 사이에 위치한 제 2 조리개(22)는 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 역할을 담당한다.
상기 빔 스플리터(20)와 상기 공간 광변조부(30) 사이에 위치한 제 2 반사경(32)은 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 좌우로 반사각이 변경되도록 조정됨으로써 상기 물체빔이 공간적으로 분리되어 좌안 경로와 우안 경로를 따라 진행하도록 한다. 제 2 반사경 회전체(32-1)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하며, 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경(32)의 반사각을 좌우로 변경하기 위해 상기 제 2 반사경(32)을 회전시키는 회전력을 제공한다.
제 2 집광 렌즈군(44, 45)이 좌안 경로와 우안 경로를 따라 공간적으로 분리되어 입사되는 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시키면, 공간 광변조부(30)는 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만든다.
본 발명의 공간 광 변조부(30)에 대한 일실시예로써는 대표적인 공간 광 변조기인 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)을 이용할 수 있으며, 물체빔이 조사됨에 따라 광세기 변조 형태의 입력 패턴은 광 변조상이 되어 출력된다.
결과적으로, 제 2 반사경(32)의 반사각을 좌우로 가변시킴으로써 공간 광변조부(30)를 투과한 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 하는 효과가 발생된다. 다시 말해서, 공간 광변조부(30)에 좌안 영상이 디스플레이될 시에는 제 2 반사경(32)의 반사각을 조정하여 물체빔이 좌안 경로를 따라 진행하도록 하고, 공간 광변조부(30)에 우안 영상이 디스플레이될 시에는 제 2 반사경(32)의 반사각을 조정하여 물체빔이 우안 경로를 따라 진행하도록 하는 것이다.
이후, 제 2 집광 렌즈군(46, 47)은 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 집광하여 광굴절 기록 매질(50)에 입사시킨다.
최종적으로, 광굴절 기록 매질(50)은 상기 공간 광변조부(30)를 경유하여 제 3 집광 렌즈군(46,47)에 의해 집광된 후에 서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 제 1 반사경(31) 및 제 1 집광 렌즈군(42,43)을 경유하여 입사되는 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장한다. 그리고, 이렇게 기록된 스테레오 영상 페어를 재생하기 위해, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 광굴절 기록 매질(50)은 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 광학적으로 재생한다.
이때, 매질 회전체(60)는 상기 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질(50)에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 광굴절 기록 매질(50)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키기 위한 단계적인 회전력을 제공한다. 매질 회전체(60)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 스테레오 영상 페어를 광굴절 기록 매질(50)에 저장할 시에 영상 기록/재생 제어부(100)에 제어에 받는 매질 회전체(60) 및 가변 파장 레이져(10)를 통해 각각 각다중화 및 파장 다중화를 수행하여 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 증가시키는 것이다.
다시 말해서, 영상 기록/재생 제어부(100)는 본 발명의 스테레오 영상 기록/재생 장치를 전체적으로 제어하는 데, 상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 매질 회전체(60)에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질(50)에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광 변조상 기록 매질(50)에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질(50)에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어한다.
스테레오 영상 페어를 재생할 시, 좌안 영상 센서부(70)와 우안 영상 센서부(80)는 상기 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질(50)로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 각각의 렌즈(48, 49-1, 49-2)를 경유하여 촬상한 후, 전기적인 신호 형태로 각각 판독하기 위해 광전변환을 수행하여 재생된 스테레오 영상 페어에 대한 전기상을 획득한다. 이렇게 획득한 좌안 영상과 우안 영상을 셔터 안경, 헤드 마운트 디스플레이, 렌트큘러 렌즈 모니터, 적층 액정 슬리트 모니터, 패럴랙스 배리어 모니터 등과 같은 공지된 각종 입체 영상 모니터(90)를 통해 관측함으로써 입체 영상을 관측할 수 있다.
이상에서 제 1 조리개(21)의 위치는 가변 파장 레이져(10)와 빔 스플리터(20) 사이에 위치하는 것 외에도 기준빔이 경유하는 진행 경로 상의 어느 위치에 있더라도 유사 기능을 수행할 수 있으며, 또한, 제 2 조리개(22)의 위치도 물체빔이 경유하는 진행 경로 상의 어느 위치에 위치하더라도 유사 기능을 수행할 수 있음은 잘 알려진 사실이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파장 가변 레이져(60)와 매질 회전체(60)를 연속적으로 제어함으로써 대용량의 스테레오 영상 페어를 연속적으로 기록하고 재생할 수 있음에 따라 스테레오 동영상을 공간적으로 분리시켜 고속으로 기록/재생할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 영상 기록/재생 제어부(100)에 의해 수행되는 각다중화 및 파장 다중화 과장을 좀 더 상세하게 살펴보기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 각다중화를 위해 기준파의 각도를 변화시키는 대신에 매질 회전체(60)를 사용하여 광굴절 기록 매질(50)을 이산적으로 회전시킴으로써 동일한 효과를 얻고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 제 1 반사경(31)의 반사각을 변경함으로써 기준빔의 각도를 변화하는 각변조방식을 이용할 수도 있음은 주지의 사실이다.
우선, 데이터의 저장을 위한 회전 각도는 수학식 6에서와 같이 기준빔의 각도를 θ1 에서 θm 까지로 가정하기로 한다.
여기에 파장 변조 방식을 적용하기 위해 기준빔의 각도를 θ1 으로 고정시킨 후, 파장 가변 레이져(10)의 파장을 저장하고자 하는 각각의 스테레오 영상 페어마다 변화시키며 노출을 통해 각각 스페레오 영상 페어 D11,D12,···,D1m 를 수학식 12와 같이 다중화 각도 θ1 에 대해 각각의 다중화 파장 λ1,λ2,......,λm 을 순차적으로 대응시켜 기록한다.
D11,D12,.....,D1m=θ1λ1,θ1λ2,.....,θ1λm
파장의 변화율은 수학식 8로부터 얻을 수 있다. 이후, 수학식 6의 브래그 매칭 조건을 만족하는 각도 θ2,θ3..... 에 따라 다중화 각도를 θ2 로 변화시킨다.
즉, θ1 와 유사하게, 다중화 각도를 θ2 로 고정하고, 파장을 변화시키면서 또 다른 각각 스페레오 영상 페어 D21,D22,......,D2m 를 수학식 13과 같이 다중화 각도 θ2 에 대해 각각의 다중화 파장 λ1,λ2,......,λm 을 순차적으로 대응시켜 기록한다.
D21,D22,···,D2m=θ2λ1,θ2λ2,···,θ2λm
결과적으로, 이러한 과정을 θm 까지 반복적으로 수행함으로써 본 발명에서는 수학식 6과 수학식 8의 허용치 만큼의 스테레오 영상 페어를 저장할 수 있게 된다. 즉, D11,D12,...,D1m,D21,D22,.....,D2m,.....,Dm2,.....Dmm 만큼의 스테레오 영상 페어를 저장할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 각다중화와 파장 다중화를 결합한 복합 다중화 이용함으로써 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 현저하게 증가시킬 수 있다..
도 5는 도 1에 도시한 본 발명의 영상 기록/재생 제어부(100)를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 영상 기록/재생 제어부(100)는 호스트 컴퓨터(110)와 인터페이스 카드부(120)로 구성된다.
영상 기록/재생 제어부(100)는 IBM PC와 같은 호스트 컴퓨터(110)를 이용하여 파장 가변 레이져(10), 제 1 조리개(21), 제 2 조리개(22), 제 2 반사경, 공간 광 변조부(30) 및 매질 회전체(60)를 제어하는 방법으로 각다중화와 파장 다중화를 구현해 광굴절 기록 매질(50)에 스페레오 영상 페어를 기록/재생하는 데, 호스트 컴퓨터(110)의 확장 슬롯에 인터페이스 카드부(120)를 장착한 후, 구동 프로그램을 통해 외부적으로 스테레오 영상 기록/재생 장치를 제어하는 것이 바람직하다.
도 5에서 살펴볼 수 있듯이, 인터페이스 카드부(120)는 크게 파장 가변 레이져 제어부, 매질 회전체 제어부, 조리개 제어부로 구성된다.
매질 회전체(60)의 사용 목적은 광굴절 기록 매질(50)을 회전시켜 각다중화를 구현하는 데 있다. 프로그램 상에서 확장 슬롯에 데이터를 출력시킴으로써 회전 제어 신호는 인터페이스 집적회로부(121)를 통해 제 2 출력 포트(port2)로 전해지며 신호를 매질 회전체(60)를 구동시킬 수 있는 전력으로 파워 증폭부(Power Amp; 124)에서 증폭을 시킨 뒤 매질 회전체(60)의 제어 단자에 입력하여 매질 회전체(60)가 원하는 각도로 회전하도록 구동시킨다.
파장 가변 레이져(10)의 사용 목적은 파장을 m개로 변화시켜 파장 다중화를 구현하는 데 있다. 파장 가변 레이져(10)는 인가 전압을 제어함으로써 m개의 파장으로 변화시킬 수 있다. 이를 프로그램으로 제어하기 위해 디지털/아날로그 변환부(D/A Convert; 122)와 제 1 연산 증폭부(OP Amp; 123)를 이용한다.
도 6은 기준파와 물체파의 회전각도, 레이져 파장, 입력 데이터와의 타이밍도를 나타낸 예시도이다.
m=2n에 의해 n개의 제어 비트로 m개의 파장을 제어할 수 있음에 따라 인터페이스 집적회로부(121)의 제 1 출력 포트(port1)의 n개 비트(bit)를 사용한다.
n개의 비트로 조합된 파장 제어 신호가 디지털/아날로그 변환부(122)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후, 제 1 연산 증폭부(123)에서 파장 제어 전압으로 증폭시켜 증폭된 신호로 파장 가변 레이져(10)를 제어한다.
제 1 조리개(21) 및 제 2 조리개(22)의 사용 목적은 빛의 노출 시기를 제어하는 데 있다. 디지털 셔터 시스템(Digital Shutter System)을 사용함으로써 인터페이스 집적회로부(121)의 제 3 츨력 포트(port3)를 통해 나오는 신호를 제 2 연산 증폭부(125)를 이용하여 조리개의 입력 신호로 변환하여 제어한다.
제 1 조리개(21)는 기준파를 차단하거나 투과시키는 데 사용되며, 제 2 조리개(22)는 물체파를 차단하거나 투과시키는 데 사용된다.
이에 대한 좀 더 깊은 이해를 도모하기 위해 스테레오 영상 페어의 기록 과정과 재생 과정을 설명하기로 한다.
광굴절 기록 매질(50)에 스테레오 영상 페어를 기록하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 프로그램 상에서 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 1 출력 포트(port1)에 파장 제어 신호 A1 을 출력하여 파장 가변 레이져(10)의 파장이 λ1 이 되도록 하고, 제 2 출력 포트(port2)에 제 1 회전 제어 신호 B1 을 출력하여 매질 회전체(60)의 각이 θ1 이 되도록 한다.
이후, 제 2 반사경(32)을 회전시켜 물체빔이 좌안 경로를 통하도록 위치시킨 후, 공간 광 변조부(30)에 첫 번째 좌안 영상을 디스플레이시킨 후, 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21) 및 제 2 조리개(22)를 개방시켜 광굴절 기록 매질(50)에 첫 번째 좌안 영상이 기록될 수 있도록 한다. 즉, 각 θ1 과 파장 λ1 의 기준파와 물체파로 하여금 광굴절 기록 매질(50)에 첫 번째 좌안 영상을 기록하게 된다.
첫 번째 좌안 영상의 물체파와 기준파의 간섭 패턴이 광굴절 기록 매질(50)에 기록되면, 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 차단한 후, 제 2 반사경(32)을 회전시켜 물체빔이 우안 경로를 통하도록 위치시킨 후, 공간 광 변조부(30)에 첫 번째 우안 영상을 디스플레이시킨 다음에 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 개방시켜 각 θ1 과 파장 λ1 의 기준파와 물체파로 하여금 광굴절 기록 매질(50)에 첫 번째 우안 영상이 기록되도록 한다. 각 θ1 과 파장 λ1 의 기준파와 물체파에 의해 첫 번째 우안 영상이 광굴절 기록 매질(50)에 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 차단한다.
연이어, 다음의 두 번째 좌안 영상을 기록하기 위해서, 매질 회전체(60)의 각을 θ1 로 고정한 상태에서 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 1 출력 포트(port1)에 파장 제어 신호 A2 을 출력하여 파장 가변 레이져(10)의 파장이 λ2 이 되도록 하고, 이후, 제 2 반사경(32)을 회전시켜 물체빔이 좌안 경로를 통하도록 위치시킨 후, 공간 광 변조부(30)에 두 번째 좌안 영상을 디스플레이시킨 후, 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21) 및 제 2 조리개(22)를 개방시켜 광굴절 기록 매질(50)에 두 번째 좌안 영상이 기록될 수 있도록 한다. 즉, 각 θ1 과 파장 λ2 의 기준파와 물체파로 하여금 광굴절 기록 매질(50)에 첫 번째 좌안 영상을 기록하게 된다.
두 번째 좌안 영상의 물체파와 기준파의 간섭 패턴이 광굴절 기록 매질(50)에 기록되면, 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 차단한 후, 제 2 반사경(32)을 회전시켜 물체빔이 우안 경로를 통하도록 위치시킨 후, 공간 광 변조부(30)에 두 번째 우안 영상을 디스플레이시킨 다음에 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 개방시켜 각 θ1 과 파장 λ2 의 기준파와 물체파로 하여금 광굴절 기록 매질(50)에 두 번째 우안 영상이 기록되도록 한다. 각 θ1 과 파장 λ2 의 기준파와 물체파에 의해 두 번째 우안 영상이 광굴절 기록 매질(50)에 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 차단한다.
이와 같이 제 1 출력 포트(port1)에 인가하는 파장 제어 신호를 Am 까지 가변시킴에 따라 레이져빔의 파장을 λm 까지 변화시키면서 각 θ1 에 m개의 스테레오 영상 페어를 기록하게 된다.
m개의 스테레오 영상 페어를 기록한 후, 제 2 출력 포트(port2)에 제 2 회전 제어 신호 B2 를 출력하여 각 θ2 에 고정시킨 뒤에 상기한 바와 같이 파장을 λ1,λ2,.....,λm 의 순으로 변화시키면서 각 θ2 에 대한 m개의 정보를 기록한다.
이와 같이 θ1,θ2,.....,θm 의 순으로 변화시키면서, 각각의 θ 값에 파장을 달리하여 m개의 스테레오 영상 페어를 반복적으로 기록함으로써 결론적으로 광굴절 기록 매질(50)에 m×m 개의 스테레오 영상 페어를 기록하게 된다.
이하, 광굴절 기록 매질(50)로부터 스테레오 영상 페어를 재생하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
스테레오 영상 페어의 재생은 제 2 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 개방시키고, 제 2 조리개(22)를 차단시킴으로써 물체파를 차단시킨 상태에서 기준파만을 투과시킴으로써 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 스테레오 영상 페어를 재생한다.
기록 과정과 마찬가지로, 프로그램에서 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 1 출력 포트(port1)에 파장 제어 신호 A1 을 출력하여 파장 가변 레이져(10)의 파장이 λ1 이 되도록 한다. 프로그램으로 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 2 출력 포트(port2)에 B1 을 출력하여 매질 회전체(60)의 각도가 θ1 이 되도록 한다.
프로그램에서 영상 기록/재생 제어부(100)의 제 3 출력 포트(port3)를 통해 제 1 조리개(21)를 개방시키고 제 2 조리개(22)를 차단한 상태에서 각 θ1 과 파장 λ1 의 기준파를 광굴절 기록 매질(50)에 입사시킴으로써 첫 번째 스테레오 영상 페어를 재생하게 된다. 두 번째 스테레오 영상 페어를 관측하기 위해서는 제 1 조리개(21)를 개방시키고 제 2 조리개(22)를 차단시킨 상태에서 각 θ1 을 고정한 채로 파장을 λ2 로 변환한 기준파를 광굴절 기록 매질(50)에 입사시킴으로써 두 번째 스테레오 영상 페어를 재생하게 된다.
이와 같이 기준파의 파장 λ 값을 λ1,λ2,.....,λm 의 순으로 변화시키면 m개의 스테레오 영상 페어를 재생할 수 있다. 다시 파장 λ 값을 λ1 으로 변환한 뒤 제 2 출력 포트(port2)에 B2 를 출력하여 매질 회전체(60)의 각이 θ2 가 되도록 한 뒤에 λ 값을 λ1,λ2,.....,λm 의 순으로 변화시킴으로써 각 θ2 에 대한 m개의 스테레오 영상 페어를 재생할 수 있다.
이와 같이, θ 값을 θm 까지 변화시켜가면서 각각의 θ 값에 대해 λ 값을 변화시킴으로써 m×m 개의 스테레오 영상 페어를 재생하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 기준빔의 입사각을 가변시키기 위해 매질 이동체(40)를 직접적으로 회전시키고 있지만 광굴절 기록 매질(50)의 위치를 고정시킨 상태에서 제 1 반사경(21)을 미소 각도 단위로 회전시킴에 따라 광굴절 기록 매질(50)에 입사되는 기준파의 입사각을 단계적으로 변경함으로써 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같은 동일한 각다중화를 수행할 수도 있다.
이하, 상기한 바와 같은 사실에 기초한 본 발명의 다른 실시예를 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도로, 본 발명의 바람직할 실시예에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에는 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 도 7에 도시한 바와 같이, 파장 다중화를 위해 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(tunable laser; 10)와;
상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter; 20)와;
상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만드는 공간 광변조부(SLM; Spatial Light Modulator; 30)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 공간 광변조부(30) 사이에 회전 가능하도록 구비되고, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 반사각이 변경됨에 따라 공간적으로 분리된 좌안 경로와 우안 경로를 따라 상기 물체빔이 진행하도록 하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시킴으로써 결과적으로 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 조정되는 제 2반사경(32, M2)과;
상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경(32)의 반사각을 변경시키기 위해 상기 제 2 반사경(32)을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 2 반사경 회전체(32-1)와;
서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 광굴절 기록 매질(50)과;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 회전 가능하도록 구비되어 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경(31, M1)과;
상기 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질(50)에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 제 1 반사경(31)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키는 단계적인 회전력을 제공하는 제 1 반사경 회전체(31-1)와;
상기 제 1 반사경(31)과 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 제 1 반사경(31)으로부터 입사된 상기 기준빔을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사시키는 제 1 집광 렌즈군(42, 43)과;
상기 제 2 반사경(32)과 상기 공간 광변조부(30) 사이에 위치하여 상기 제 2 반사경(32)으로부터 입사된 상기 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시키는 제 2 집광 렌즈군(44, 45)과;
상기 공간 광변조부(30)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사시키는 제 3 집광 렌즈군(46, 47)과;
상기 파장 가변 레이져(10)와 상기 빔 스플리터(20) 사이에 위치하여 상기 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개(21)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 2 반사경(32) 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개(22)와;
상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 제 1 반사경 회전체(31-1)에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질(50)에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질(50)에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부(100)와;
상기 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질(50)로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 좌안 영상 센서부(70)와 우안 영상 센서부(80)를 포함하여 구성된다.
여기서, 공간 광변조부(30)는 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)를 이용하고, 매질 회전체(60)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 광굴절 기록 매질(50)의 재료로는 LiNbO3, BSO, BaTiO3등 비선형 결정을 그 예로 들 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예의 작용을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다른 실시예의 작용을 설명함에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 불필요하게 중복되는 내용은 당분야의 통상의 지식을 가진자가 허용할 수 있는 범위내에서 생략하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 광굴절 기록 매질(50)의 위치를 고정시킨 상태에서 제 1 반사경(21)을 회전시킴으로써 각다중화를 수행할 수 있는 것이 주요 특징이다. 이를 위해 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 광굴절 기록 매질(50)을 고정시키고 제 1 반사경(31)을 회전 가능하도록 구비한 상태에서 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어를 받는 제 1 반사경 회전체(31-1)를 통해 제 1 반사경(31)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시킴으로써 각다중화를 실현한다는 사실이 본 발명의 바람직한 실시예와 차별되는 점이다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대한 좀 더 깊은 이해를 도모하기 위해 그 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예와 마찬가지로, 스테레오 영상 페어를 파장 다중화하기 위해, 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 파장 가변 레이져(10)가 레이져빔의 파장을 가변시켜 서로 상이한 파장을 갖는 레이져빔을 생성한다.
이렇게 생성된 레이져빔은 제 1 조리개(21)와 렌즈(41)를 경유하여 빔 스플리터(20)에 입사된다. 이때, 파장 가변 레이져(10)와 빔 스플리터(20) 사이에 위치한 제 1 조리개(21)는 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행한다.
이후, 빔 스플리터(20)는 입사된 레이져빔을 광학적으로 분리하여 이 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만들고, 이렇게 만들어진 기준빔과 물체빔은 각각 서로 다른 광경로를 따라 진행하게 된다.
빔 스플리터(20)에 의해 분리된 기준빔은 반파장 플레이트(23), 제 1 반사경(31) 및 제 1 집광 렌즈군(42, 43)을 경유하게 되는 데, 제 1 반사경(31)은 상기 빔 스플리터(20)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 회전 가능하도록 구비되어 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경하고, 제 1 반사경 회전체(31-1)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하며, 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질(50)에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 제 1 반사경(31)을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키는 단계적인 회전력을 제공한다.
한편, 빔 스플리터(20)에 의해 분리된 물체빔은 제 2 조리개(22)를 경유하여 제 2 반사경(32)에 입사된다. 이때, 상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 2 반사경(32) 사이에 위치한 제 2 조리개(22)는 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 역할을 담당한다.
상기 빔 스플리터(20)와 상기 공간 광변조부(30) 사이에 위치한 제 2 반사경(32)은 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 좌우로 반사각이 변경되도록 조정됨으로써 상기 물체빔이 공간적으로 분리되어 좌안 경로와 우안 경로를 따라 진행하도록 한다. 제 2 반사경 회전체(32-1)는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하며, 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 따라 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경(32)의 반사각을 좌우로 변경하기 위해 상기 제 2 반사경(32)을 회전시키는 회전력을 제공한다.
제 2 집광 렌즈군(44, 45)이 좌안 경로와 우안 경로를 따라 공간적으로 분리되어 입사되는 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부(30)에 입사시키면, 공간 광변조부(30)는 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만든다.
본 발명의 공간 광 변조부(30)에 대한 일실시예로써는 대표적인 공간 광 변조기인 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)을 이용할 수 있으며, 물체빔이 조사됨에 따라 광세기 변조 형태의 입력 패턴은 광 변조상이 되어 출력된다.
결과적으로, 제 2 반사경(32)의 반사각을 좌우로 가변시킴으로써 공간 광변조부(30)를 투과한 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 하는 효과가 발생된다. 다시 말해서, 공간 광변조부(30)에 좌안 영상이 디스플레이될 시에는 제 2 반사경(32)의 반사각을 조정하여 물체빔이 좌안 경로를 따라 진행하도록 하고, 공간 광변조부(30)에 우안 영상이 디스플레이될 시에는 제 2 반사경(32)의 반사각을 조정하여 물체빔이 우안 경로를 따라 진행하도록 하는 것이다.
이후, 제 2 집광 렌즈군(46, 47)은 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 집광하여 광굴절 기록 매질(50)에 입사시킨다.
최종적으로, 광굴절 기록 매질(50)은 상기 공간 광변조부(30)를 경유하여 제 3 집광 렌즈군(46,47)에 의해 집광된 후에 서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 제 1 반사경(31) 및 제 1 집광 렌즈군(42,43)을 경유하여 입사되는 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장한다. 그리고, 이렇게 기록된 스테레오 영상 페어를 재생하기 위해, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 광굴절 기록 매질(50)은 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 광학적으로 재생한다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 스테레오 영상 페어를 광굴절 기록 매질(50)에 저장할 시에 영상 기록/재생 제어부(100)에 제어에 받는 제 1 반사경 회전체(31-1) 및 가변 파장 레이져(10)를 통해 각각 각다중화 및 파장 다중화를 수행하여 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 증가시키는 것이다.
다시 말해서, 영상 기록/재생 제어부(100)는 본 발명의 스테레오 영상 기록/재생 장치를 전체적으로 제어하는 데, 상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 제 1 반사경 회전체(31-1)에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질(50)에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광 변조상 기록 매질(50)에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질(50)에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어한다.
스테레오 영상 페어를 재생할 시, 좌안 영상 센서부(70)와 우안 영상 센서부(80)는 상기 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질(50)로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 각각의 렌즈(48, 49-1, 49-2)를 경유하여 촬상한 후, 전기적인 신호 형태로 각각 판독하기 위해 광전변환을 수행하여 재생된 스테레오 영상 페어에 대한 전기상을 획득한다. 이렇게 획득한 좌안 영상과 우안 영상을 셔터 안경, 헤드 마운트 디스플레이, 렌트큘러 렌즈 모니터, 적층 액정 슬리트 모니터, 패럴랙스 배리어 모니터 등과 같은 공지된 각종 입체 영상 모니터(90)를 통해 관측함으로써 입체 영상을 관측할 수 있다.
이상에서 제 1 조리개(21)의 위치는 가변 파장 레이져(10)와 빔 스플리터(20) 사이에 위치하는 것 외에도 기준빔이 경유하는 진행 경로 상의 어느 위치에 있더라도 유사 기능을 수행할 수 있으며, 또한, 제 2 조리개(22)의 위치도 물체빔이 경유하는 진행 경로 상의 어느 위치에 위치하더라도 유사 기능을 수행할 수 있음은 잘 알려진 사실이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파장 가변 레이져(60)와 제 1 반사경 회전체(31-1)를 연속적으로 제어함으로써 대용량의 스테레오 영상 페어를 연속적으로 기록하고 재생할 수 있음에 따라 스테레오 동영상을 공간적으로 분리시켜 고속으로 기록/재생할 수 있는 이점이 있다.
일례로, 본 발명을 이용하여 입체 영상 시스템을 구성할 경우에는 우선, 본 발명에 의해 재생된 좌안 영상과 우안 영상이 공간적으로 분리되어 표시된다는 사실에 기초하여 재생된 스테레오 영상 페어를 순차적으로 교번되게 양안에 절환하여 디스플레이한 다음에 이와 동기시켜 개폐하는 셔터 안경이나 헤드 마운트 디스플레이(HMD; Head Mount Display)를 사용하여 입체 영상을 관찰할 수 있는 시분할 입체 방식을 하나의 실시예로 제시할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예와 본 발명의 다른 실시예에서는 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 높이기 위해, 파장 가변 레이져(10)를 통해 파장 다중화를 수행하고, 매질 회전체(60) 또는 제 1 반사경 회전체(31-1)를 구비하여 광굴절 기록 매질(50)을 회전시키거나 제 1 반사경을 미세 각도 단위로 회전시킴에 따라 각다중화를 수행함을 통해 두 개의 다중화 방식을 결합한 복합 다중화 방식을 도모하고 있으나, 현재의 기술적인 수준이나 장비의 구매 단가를 고려할 때, 파장 가변 레이져를 사용하는 것은 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 증가시키는 장점을 가지고 있는 반면에 시스템의 구성 및 제어를 복잡하게 할뿐만 아니라 시스템의 제조 단가를 상승시키는 부담을 주기 때문에 응용 분야나 설계 방침에 따라서는 파장 가변 레이져를 사용하는 대신에 일반적인 레이져를 이용하고 단지 매질 회전체(60) 또는 제 1 반사경 회전체(31-1)만을 구비하여 각다중화만을 수행할 수도 있음은 명백하다. 따라서, 이러한 기술도 본 발명의 기술적 사상에 인용한 것으로 간주되는 바, 본 발명의 청구범위에 귀속됨은 자명하다.
한편, 본 발명에서는 좌우로 회전 가능하도록 구비된 제 2 반사경(32)을 통해 물체빔의 진행 경로를 좌안 경로와 우안 경로로 분리함과 동시에 하나의 공간 광변조부(30)를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 교번되게 디스플레이시하여 서로 다른 입사각으로 광굴질 기록 매질(50)에 입사시킴으로써 기본적으로 동일한 순간에 좌안 영상과 우안 영상을 기록시킬 수 없는 단점을 가지고 있으나, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 물체빔용 빔 스플리터를 구비하여 고정된 좌우 별도의 반사경을 통해 빔 스플리터에서 분리된 두개의 물체빔이 동시에 각각 좌안 경로와 우안 경로를 따라 진행하도록 한 상태에서 좌우 별도의 공간 광변조부를 통해 동일한 순간에 좌안 영상과 우안 영상을 서로 다른 입사각으로 광굴절 기록 매질(50)에 기록함으로써 스테레오 영상 페어의 기록 처리를 좀 더 고속화할 수도 있다. 따라서, 이와 같은 기술도 본 발명의 기술적 사상에 인용한 것으로 간주되는 바, 본 발명의 청구범위에 귀속됨은 자명하다.
본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 물체빔에 의해 조사되어 서로 다른 입사각으로 입사되는 좌안 영상과 우안 영상을 기준빔과 간섭하여 형성한 홀로그래픽 데이터를 각다중화와 파장 다중화 기술을 이용하여 광굴절 기록 매질에 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 이러한 광굴절 기록 매질에 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 홀로그래픽 데이터로부터 좌안 영상과 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 본 발명에 의한 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치에 따르면, 광굴절 기록 매질의 기록 밀도를 현저하게 증가시켜 대용량의 스테레오 영상 페어를 연속적으로 기록하고 재생할 수 있음에 따라 대용량의 저장 능력을 보유한 입체 동영상 시스템을 용이하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 광학적인 영상 기록 방식임에 따라 초고속화 및 실시간화를 도모할 수 있기 때문에 향후, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인트라넷(intranet), 엑트라넷(extranet), 인터넷(internet) 등과 같은 유무선 통신망의 진보와 함께 이러한 통신망 상에서 MOD(Multimedia On Demand) 등을 지원하는 입체 영상 통신 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (17)

  1. 파장 다중화를 위해 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(tunable laser)와; 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter)와; 상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만드는 공간 광변조부(SLM; Spatial Light Modulator)와; 상기 빔 스플리터와 상기 공간 광변조부 사이에 회전 가능하도록 구비되고, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 반사각이 변경됨에 따라 공간적으로 분리된 좌안 경로와 우안 경로를 따라 상기 물체빔이 진행하도록 하여 상기 공간 광변조부에 입사시킴으로써 결과적으로 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 조정되는 제 2 반사경과; 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경의 반사각을 변경시키기 위해 상기 제 2 반사경을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 2 반사경 회전체와; 서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 광굴절 기록 매질; 및 상기 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 광굴절 기록 매질을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키는 단계적인 회전력을 제공하는 매질 회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 반사경과 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 제 1 반사경으로부터 입사된 상기 기준빔을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 1 집광 렌즈군과; 상기 제 2 반사경과 상기 공간 광변조부 사이에 위치하여 상기 제 2 반사경으로부터 입사된 상기 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부에 입사시키는 제 2 집광 렌즈군; 및 상기 공간 광변조부와 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 좌안 광변조상과 상기 우안 광 변조상을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 3 집광 렌즈군을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파장 가변 레이져와 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여 상기 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개; 및 상기 빔 스플리터와 상기 제 2 반사경 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파장 가변 레이져에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 제 1 반사경 회전체에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 영상 기록/재생 제어부의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 좌안 영상 센서부와 우안 영상 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공간 광변조부는 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)를 이용하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 매질 회전체와 상기 제 2 반사경 회전체는 각각의 스텝 모터를 이용하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광굴절 기록 매질의 재료는 LiNbO3, BSO, BaTiO3중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  10. 파장 다중화를 위해 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(tunable laser)와; 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter)와; 상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 시간 변조 형태로 교번되게 디스플레이되는 좌안 영상과 우안 영상에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 물체빔에 의해 조사됨에 따라 각각 좌안 광 변조상과 우안 광 변조상을 만드는 공간 광변조부(SLM; Spatial Light Modulator)와; 상기 빔 스플리터와 상기 공간 광변조부 사이에 회전 가능하도록 구비되고, 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 반사각이 변경됨에 따라 공간적으로 분리된 좌안 경로와 우안 경로를 따라 상기 물체빔이 진행하도록 하여 상기 공간 광변조부에 입사시킴으로써 결과적으로 상기 좌안 광 변조상과 상기 우안 광 변조상의 진행 경로가 좌우로 분리되도록 조정되는 제 2 반사경과; 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상에 대응하여 상기 제 2 반사경의 반사각을 변경시키기 위해 상기 제 2 반사경을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 2 반사경 회전체와; 서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 좌안 광 변조상 및 상기 우안 광 변조상을 상기 기준빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 광굴절 기록 매질과; 상기 빔 스플리터와 상기 광굴절 기록 매질 사이에 회전 가능하도록 구비되어 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경; 및 상기 홀로그래픽 데이터가 상기 광굴절 기록 매질에 각다중화되어 기록되도록 하기 위해 상기 제 1 반사경을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시키는 단계적인 회전력을 제공하는 제 1 반사경 회전체를 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제 1 반사경과 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 제 1 반사경으로부터 입사된 상기 기준빔을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 1 집광 렌즈군과; 상기 제 2 반사경과 상기 공간 광변조부 사이에 위치하여 상기 제 2 반사경으로부터 입사된 상기 물체빔을 집광하여 상기 공간 광변조부에 입사시키는 제 2 집광 렌즈군; 및 상기 공간 광변조부와 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 좌안 광변조상과 상기 우안 광 변조상을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 3 집광 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 파장 가변 레이져와 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여 상기 레이져빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개; 및 상기 빔 스플리터와 상기 제 2 반사경 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 파장 가변 레이져에 인가하는 파장 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하고, 상기 매질 회전체에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 상기 각각의 파장을 갖는 레이져빔들과 상기 각각의 회전각 간의 경우 조합을 통해 상기 광굴절 기록 매질에 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 파장 다중화 및 각다중화하여 기록한 상태에서 상기 물체빔을 차단하고 브래그 매칭 조건을 만족하는 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광굴절 기록 매질에서 다중화 각도와 다중화 파장이 일치하는 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상이 재생되도록 광경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 영상 기록/재생 제어부의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질로부터 재생된 상기 좌안 영상과 상기 우안 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 좌안 영상 센서부와 우안 영상 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
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  16. 제10항에 있어서, 상기 매질 회전체와 상기 제 2 반사경 회전체는 각각의 스텝 모터를 이용하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 광굴절 기록 매질의 재료는 LiNbO3, BSO, BaTiO3중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 스테레오 동영상 기록/재생 장치.
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