KR100322789B1

KR100322789B1 - 체적 홀로그래픽 광학소자를 이용한 초다안식 무안경 3차원 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR100322789B1
Application number: KR1020000011894A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 양훈기; 손광철; 김은수
Original assignee: 이승현
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2002-03-18
Also published as: KR20010087984A

Abstract

개시된 본 발명은, 체적 홀로그래픽 광학소자의 저장 기술을 이용한 초다안식 무안경 스테레오스코픽 3차원 디스플레이 시스템이다. 디스플레이 평면에서 다안식 3 차원 영상을 관찰할 수 있는 기능을 지니는 체적 홀로그램을 구성하기 위해, 다중화된 스트립 패턴 형태를 갖는 기준파와 물체파를 간섭시킨 후 그 격자 패턴을 홀로그래픽 광학소자에 기록하였다. 재생시 체적 홀로그래픽 광학소자는 수동소자로 동작을 하게되며, 다안식 영상으로 구성된 물체파가 시분할 적으로 update되며 브래그 조건을 만족시키면, 회절된 다시점 영상으로부터 출력 평면에서 무안경으로 다안식 3 차원 입체 영상을 관찰할 수 있다.

본 발명에 따르면, 광학소자의 기록 밀도를 현저하게 증가시켜 초대용량의 다시점 영상 평면파를 연속적으로 기록하고 재생할 수 있음에 따라 고해상도 광시역 초다안식 스테레오스코픽 3 차원 영상 재생 시스템을 용이하게 구성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 광학적인 영상 기록/재생 방식임에 따라 초고속화 및 실시간화를 도모할 수 있기 때문에 향후, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인트라넷(intranet), 엑스트라넷(extranet), 인터넷(internet) 등과 같은 유무선 통신망의 진보와 함께 이러한 통신망 상에서 MOD(Multimedia On Demand)등을 지원하는 3차원 입체 영상 통신 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.

Description

체적 홀로그래픽 광학소자를 이용한 초다안식 무안경 3 차원 디스플레이 시스템{Multiviewpoint Autostereoscopic 3D Display System based on Volume Holographic Optical Element(VHOE)}

본 발명은 3 차원 입체 영상 기록/재생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각다중화 방식과 공간 다중화 방식에 입각하여 3 차원 입체 영상의 기록/재생을 위해 다중화된 스트립 패턴의 평면 기준파와 평면 물체파를 간섭시키고 그 격자 패턴을 광굴절 기록 매질에 기록한 후, 브래그 매칭 조건을 만족하며 영상 정보를 포함하는 물체파를 입사함으로써 다안식 스테레오 3 차원 입체 영상을 효과적으로 재생 할 수 있는 체적 홀로그래픽 광학소자를 이용한 초다안식 무안경 3 차원 디스플레이 시스템(Multiviewpoint Autostereoscopic 3D Display System based on Volume Holographic Optical Element(VHOE))에 관한 것이다.

본 발명은 홀로그래픽 저장 기술과 다안식 스테레오스코픽 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 불 균일한 밀도를 가지고 있으므로 확산(diffusion)이나 드리프트(drift)를 통해 불 균일한 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 입체영상 기술은 양안 시차를 갖는 두 장의 2차원 화상을 좌안과 우안에 따로따로 분리·제시하여 입체화함으로써 디스플레이 평면의 전후에 깊이 감이 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 결정 내에서 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 레이저빔이 크로스워드 퍼즐 패턴(crossword puzle pattern)과 같은 LC-SLM 페이지 데이터를 통해 조사되고 렌즈에 의해 이미징됨으로써 광 변조상이 만들어지게 된다. 이 광 변조 상이 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 회절 된다.

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, 기준 파는 저장할 때 사용한 것과 동일한 것을 사용해야 함은 자명하다. 기준 파를 광굴절 기록 매질에 입사할 시에 그 정확도는 광굴절 기록 매질의 두께에 따라 달라지게 되는 데, 광굴절 기록 매질이 두꺼울수록 기준 빔이 더욱 정확하게 조사되어야 한다. 일례로, 결정이 10mm두께인 경우라면 입사각이 0.001도 정도 벗어나게 되면 재생 상이 완전히 없어지게 된다.

전술한 바와 같이, 대용량의 정보를 저장하기 위한 홀로그래픽 다중화 기술은 기준빔(또는 기준파)의 입사각을 가변 시킴으로써 구현할 수 있는데, 그 방법으로는 기준 빔의 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 선출원 예로는 미합중국 특허출원 제 03802769 호, Method apparatus for united 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.

3 차원 영상의 연구는 기원전 100년경 고대 그리스 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.

3차원 입체 영상을 표시하는 기술 중 양안시차를 이용하는 입체 영상 기술은 양안시차를 갖는 두 장의 2차원 화상을 좌안과 우안에 따로따로 분리 제시하여 입체시 함으로써, 디스플레이 평면의 전후에 오행이 있는 공간을 재현할 수 있는 방법이다. 사진의 발명이후 카메라에 의해 두 개의 다른 각도에서 촬영한 스테레오 사진(stereoscopic pair)을 쉽게 만들 수 있게 되어 이것을 스테레오스코픽 뷰어(stereoscopic viewer)로 입체시 하는 방법이 유럽을 중심으로 널리 보급되었다. 현재 전시 박람회, 테마파크 등에서 인기를 끌고있는 편광 안경 식의 입체 영화나 입체 하이비전도 양안시차에 의한 입체 효과를 이용한다는 의미에서 19세기말의 스테레오스코프의 원리와 같다. 또한, 안경 없는 입체 텔레비전 방식의 원리로 연구가 추진되고 있는 패럴렉스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘라 스크린(lenticular screen)의 이용도 20세기 초엽의 입체 사진으로부터 유래한 것으로 재료기술, 가공기술 진보와 더불어 실용화되고 있는 3차원 입체 영상의 디스플레이 기술이다.

종래 기술에 따른 다안식 스테레오스코픽 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 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.

그러나, 종래 기술에 따른 스테레오 영상 표시 장치는 좌안 영상과 우안 영상으로 구성된 방대한 스테레오 영상 데이터를 기록할 저장 공간의 확보가 어려울뿐만 아니라 기록된 데이터를 고속으로 엑세스할 수 있는 저장 매체가 필요하며, 또한 3 차원 입체 영상을 보기 위해서는 헤드 마운트나 셔터 글라스등 특수한 장비나 안경을 착용해야하는 등의 문제점이 있다.

또한, 최근에 특수한 안경 없이 다시점 영상을 관찰할 수 있는 3차원 디스플레이 시스템의 개발을 위해 많은 방법이 제안되어 왔다. 그 중에서 렌티큘러를 기반으로 한 방식이 많은 주목을 끌고 있고 3차원 TV 시스템의 상업화에 적용되고 있다. 이 방법의 가장 큰 단점은 다른 시야로부터 잡은 다안식 이미지를 실시간 적으로 다중화된 스트립 패턴영상( MSI; Multiplexed Stripe Image)으로 분리 및 합성하는 것이다. 아날로그를 이용한 시스템은 좌안과 우안 영상을 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 만들기 위해 NTSC 신호를 기계적으로 조합하는 방법을 이용하였으나 이것은 시스템의 확장성의 측면에서 제한된다는 단점이 있다. 디지털을 이용한 시스템은 카메라 채널의 수만큼 다안식 영상으로 확장성이 유리하다는 장점이 있는 반면에 다중화된 스트립 패턴을 실시간으로 합성하기 위해 컴퓨터에 많은 부담을 준다는 단점이 있다. 즉, 고해상도와 광시역을 증가시키기 위해서는 시안의 증가가필수적인데 이 경우 실시간 처리가 어렵게 되어 요구된 시스템을 구현하기 부적합하다는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 실시간으로 합성하기 위해서 광학적 접근 방법을 제안한다. 초고속 실시간 랜덤 엑세스를 할 수 있고, 다안식 구성에 따른 다중화된 스트립 영상 패턴(MSI)을 구성하는데 있어서 컴퓨터의 제한이나 부담을 없애고, 각다중화와 공간다중화에 의해 대용량의 기록공간을 확보 할 수 있고, 실시간으로 초고속 재생할 수 있는 체적 홀로그램 기술을 이용한 구현함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 다안식으로 입체 영상 모니터에 디스플레이 함으로써 모니터 하나로 무안경 3 차원 입체 영상을 구현할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 평면파로 구성된 물체파에 다안식 영상을 공간 광변조부(SLM)에 연속적으로 디스플레이하며 이 물체파를 광굴절 매질로 입사시킨다. 이때, 브래그 매칭조건을 만족하는 물체파를 광굴절 기록 매질로부터 디스플레이 평면의 지정된위치로 회절되며, 이를 영상센서부로 수신하여 입체 영상 모니터에 디스플레이 시킴으로써 체적 홀로그램 메모리를 이용한 다안식 3 차원 디스플레이 시스템를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고해상도의 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 구성할 시에 광굴절 기록 매질의 기록 밀도를 높이기 위해 공간 영역에서 광굴절 기록 매질을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시킴을 통해 각다중화를 수행함과 동시에 공간 다중화를 수행함으로써 각다중화와 공간 다중화를 결합한 복합 다중화를 실현하여 고밀도의 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)를 구성하므로써 보다 빠르고 재현이 용이하며 다안식 스테레오스코픽 영상 고속으로 재생할 수 있도록 한 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 재생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 광학소자를 이용한 초다안식 3 차원 디스플레이 장치의 바람직한 실시 예를 나타낸 구성도,

도 2는 간단한 정현파 홀로그램의 기하학적 구조를 나타내기 위한 도면,

도 3은 공간 다중화 홀로그램 저장 시스템도,

도 4는 스테레오스코픽 영상페어의 기록과 재생도,

도 5는 4 안식 입체 영상에 대한 기록과 재생도,

도 6은 다안식 입체 영상 재생을 위한 격자구성도와 체적 홀로그램을 이용한 초다시점 영상 디스플레이의 자세한 원리도,

도 7은 공간 다중화를 이용한 다안식 스테레오 재생을 위한 격자 구성도,

도 8은 체적 홀로그램을 이용한 2안식 영상기록과 재생시스템을 나타낸 구성도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 20 : 빔 스플리터

21 : 제 1 조리개 22 : 제 2 조리개

23 : 위상 변환기 24 : 제 1 공간 광 변조부

25 : 제 2공간 광변조부 31 : 제 1 반사경

32 : 제 2 반사경 33 : 제 3 반사경

34 : 제 4 반사경 41 : 제 1 집광 렌즈

42 : 제 2 집광 렌즈 43, 44 : 제 3 집광 렌즈군

45 : 제 4 집광 렌즈 50 : 광굴절 기록 매질

60 : 제 3 반사경 회전체 70 : 영상 센서부

60 : 모니터 90 : 입체 영상 모니터

100 : 영상 기록/재생 제어부

본 발명에서는 스트립 형태의 평면파로 구성되는 기준파와 물체파를 간섭시킨 회절 격자를 광굴절 매질 내에 기록하게 된다. 이때, 기준파가 통과되는 공간 광변조기의 스트립 윈도우 폭은 디스플레이 위치에 놓여있는 렌티큘러 스크린의 각피치와 피치당 스트립 패턴과 동일하게 조절된다. 물체파가 통과되는 공간 광변조기의 스트립 윈도우 폭은 기준파 쪽의 윈도우 폭과 동일하게 구성되며, 물체파와 동기를 맞추어 개방된다. 물체파는 렌티큘러 스크린 한 피치내의 스트립 개수인 다안식의 개수만큼 각다중화 된다. 2안식의 경우, 물체파가 통과되는 공간 광변조기 윈도우의 스트립 패턴은 두 개의 각도로 다중화 되어 광굴절 매질에 입사되며 기준파의 스트립 윈도우와 간섭하게 된다. 다안식인 경우는 다안식의 개수만큼 각다중화 된 후 차례대로 기준파의 모든 스트립 패턴과 간섭 기록된다.

이상과 같은 방법으로 간섭 패턴이 기록된 체적홀로그램은 스테레오 3차원 영상 관찰을 위한 수동소자 역할을 하게되며, 다안식 스테레오 영상이 입력되었을때 자동적으로 스트립 영상을 만들어 렌티큘러 스크린의 지정된 위치로 회절 되도록 한다. 다안식 영상을 한 주기 동안 시분할 적으로 연속해서 공간 광변조기에 업데이트시키며 이와 동기를 맞추어 물체 파의 각도를 변화시키게 되면 다안식 3차원 디스플레이 시스템을 구성할 수 있다. 이상과 같은 다안식 스테레오 영상 디스플레이 시스템의 이론적인 분석을 보였으며, 2시점 스테레오 영상 디스플레이를 위한 두 평면파의 간섭 패턴을 체적홀로그램에 기록하고 재생하는 장치를 보였다.

이하, 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 디스플레이의 바람직한 실시 예를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 디스플레이 장치의 바람직한 실시 예는 도 1에 도시한 바와 같이,

평면파(Plane Wave)를 만들어 주는 수직편향파의 레이저빔들을 생성하는 레이저(laser; 10)와;

상기 레이저빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이저빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter; 20)와;

상기 기준빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 기준빔에 의해 조사됨에 따라 각각 공간 다중화된 스트립 패턴 광 변조상을 만드는 제 1 공간 광변조부(SLM1;24)와;

상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 페럴랙스 배리어 형태로 디스플레이 하기 위해 다안식 영상에 대응하는 격자 형태의 패턴을 형성한 상태에서 상기 빔에 의해 조사됨에 따라 각각 다안식 영상의 혼합된 형태를 만들어 공간 다중화를 시키는 제 2 공간 광변조부(SLM2;25)와;

상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 1 집광렌즈(41) 사이에 위치하여 상기 빔이 상기 빔 스플리터(20)를 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경(31)과;

상기 제 2 집광 렌즈(42)와 상기 광굴절 기록 매질(50) 사이에 위치하여 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 2 반사경(32, M1)과;

상기 제 2 공간 광변조부와(SLM2;25) 제 3 집광 렌즈군(43,44) 사이에 회전가능하도록 구비되고, 기준빔이 광굴절 기록 매질(50)에 입사되는 각도에 따라 각각 기록되는 각 다중화와 제 2 공간 광변조부(SLM2;25)의 격자 패턴을 생성하여 공간 다중화하여 다안식 영상을 저장하고 재생시킬 수 있도록 회전 가능하게 만든 제 3 반사경(33)과;

상기 다안식 영상에 대응하여 상기 제 3 반사경(33)의 반사각을 변경시키기위해 상기 제 3 반사경(33)을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 3 반사경 회전체(60)와;

서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 다안식 광 변조 상이 상기 물체빔과 간섭하여 형성한 간섭 격자 패턴 형태의 홀로그래픽 데이터를 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준 빔이 입사되면 상기 홀로그래픽 데이터로부터 상기 다안식 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 광굴절 기록 매질(50)과;

상기 빔 스플리터(20)와 레이저(10)에서 나오는 수직편향파를 수평편향파로 바꾸어줌으로써 광굴절 기록 매질에 저장을 가능하게 하여주는 위상변환기(23) 와;

상기 제 3 반사경(33)과 광굴절 기록 매질(50)사이에 위치하며 제 3 반사경(33)으로부터 입사된 상기 물체빔을 집광하여 상기 광굴절 기록 매질(50)에 맞게 입사시키는 제 3 집광 렌즈군(43,44)와;

상기 레이저(10)와 제1 반사경(31) 사이에 위치하며 레이저빔을 수직 평면파로 일정하게 집광시켜주는 제 1 집광렌즈(41)와;

상기 제 1 조리개와 제2 반사경 사이에 위치하며 제 1 공간 광변조부로부터 입사된 기준 빔을 집광시켜 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 2 집광 렌즈와;

상기 제 4 반사경 사이에 위치하여 다안식 영상이 저장되어 재생될 때 영상센서부에 입력할 수 있게 집광시켜주는 제 4 집광렌즈(45)와;

상기 빔 스플리터(20)와 상기 제 2 반사경(32) 사이에 위치하여 상기 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개(21)와;

상기 위상변환기(23)와 제 2 공간 광변조기(25) 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개(22)와;

상기 광굴절 기록 매질(50)과 제 4 집광 렌즈(45) 사이에 위치하여 다안식 영상이 저장되어 재생될 때 영상센서부(CCD;70)에 입사할 수 있게 반사시켜주는 제 4 반사경(34);

상기 격자 패턴 방식으로 상기 제 2 공간 광 변조부(SLM2;25)에 의해 공간 다중화된 다안식 영상을 제 3 반사경 회전체(60)에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변 시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 각각의 회전각의 조절을 통해 상기 광 굴절 매질에 각 다중화 및 공간 다중화 하여 광 굴절기록 매질(50)에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광 굴절 기록 매질(50)에서 다중화 각도가 일치하는 다안식 영상이 재생되도록 광 경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부(100)와;

상기 영상 기록/재생 제어부(100)의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질(50)로부터 재생된 상기 다안식 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 영상 센서부(80)에서 재생된 영상을 컴퓨터로 입력받아 합성하여 격자패턴의 입체 영상 모니터(90)를 이용하여 안경이 필요 없는 다안식 영상을 본다.

여기서, 공간 광변조부군(24,25)은 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)를 이용하고, 매질 회전체(60)는 스텝 모터를 이용하고. 그리고, 체적홀로그래픽 광학소자(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 다안식 스테레오스코픽 영상 페어와 물체빔과 기준빔(즉, 기준파)의 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 형성하여 광굴절 기록 매질(50)에 저장하고, 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준 빔을 상기 광굴절 기록 매질(50)에 입사하여 다안식 영상을 재생함으로써 3차원 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하고 있는데, 이때, 본 발명에서는 각 다중화 방식을 단독으로 사용하거나 공간다중화를 단독으로 사용하거나 혹은 각 다중화 방식과 공간 다중화 방식을 결합한 복합 다중화 방식을 사용하여 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 높이고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 각 다중화(angle multiplexing) 방식과 공간 다중화(Spatial multiplexing) 방식을 이용함으로써 저장 용량을 증가시키고 이에 대한 고속 엑세스를 제공할 수 있는 바, 이에 대한 이해를 돕고자 각 다중화와 공간 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 홀로그래픽적인상호 작용에 의해 형성된 파 벡터 공간 도를 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 정량 화 될 수 있다.

여기서, 광굴절 기록 매질(50)(설명의 편의상, 광굴절 기록 매질(50)의 두께는L _z 로 표기하기로 함) 내에서 측정된 기준빔과 물체빔의 입사각을 각각θ _R 과θ _O 로 표기할 때, 물체빔의 파벡터 k _O 및 기준빔의 파벡터 k _R 는 각각 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서,n은 매질의 굴절률이고, λ는 진공 내에서의 빛의 파장이다.

이때, 파벡터 공간 도형에서의 격자 벡터 K를 매질 내에서 진행하는 평면파에 대응하는 모든 가능한 파벡터 k의 집합이라 하고, 간략화를 위해 표면의 반지름이인 등방성인 구의 경우만을 고려할 때, 입력 기준파가 회절을 일으키기 위해 만족되어야 할 브래그 매칭 조건은 수학식 2와 같이 주어진다.

여기서, k _O ' 는 산란된 물체빔의 파벡터이고 k _R ' 는 입사 기준빔이 파벡터, 그리고는 매질의 두께 때문에 발생될 수 있는 소정의 위상 불일치 정도를 나타낸 것이다. 통상, 약한 산란의 경우(즉, 회절 효율<< 1 )에 회절 효율은 수학식 3과 같다.

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 k _R 과 k _O 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 작은θ _O 에 대하여 정확하다. 또한, 각선택도는 물체빔과 기준빔의 각(θ _R +θ _O )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 각도θ ₁에서θ _m 까지의 주어진 범위 내에 다중화될 수 있는 홀로그램의 수는 근사적으로 수학식 6과 같이 주어진다.

따라서, 각다중화를 이용하면 수학식 6과 같이 M개의 정보를 저장할 수 있게된다. 이때, 각각은 각도는 기록된 정보를 엑세스하기 위한 '주소' 기능을 수행하는 것임은 자명하다.

이어서, 공간 다중화에 대해 설명하면 일반적으로 광굴절 매질에 저장되는 총 홀로그램 개수(M) 와 홀로그램 회절 효율() 사이에는 수학식 7과 같은 관계식이 주어진다.

위식에서 _max, τ _ω , τ _ｅ 는 최대 효율, 기록 및 삭제 시정수에 해당한다. 식(19)의 결과는 기록된 모든 홀로그램 데이터가 똑같은 회절 효율을 갖도록 설계할 경우 주어지는 식으로 _max= 1, τ _ω = τ _e 이고 10,000개의 홀로그램을 저장했을 때 결과적인 회절 효율은 약 10^-8정도로 주어지며 그 이하로 내려가게 되면 잡음 등에 의해 영상 센서부(70)로부터 검출이 불가능하게 된다. 따라서, 각 홀로그램 데이터를 저장하기 위한 방법으로 그러한 여러 개의 체적 홀로그래픽 광학소자를 공간적으로 다중화 함으로써 증가시킬 수 있다. 도 3은 그러한 체적 홀로그래픽 기록 유니트의 어레이로 적층된 형태를 나타낸 것이다. 여기서, 'coarse' 어드레스는 기록 및 판독 빔을 적당한 층으로 편향시키고(공간 다중화)'fine' 어드레스는 선택된 층의 체적 홀로그래픽 유니트내에서 특정 홀로그램 페이지로 편향시키게 된다.

이상으로 전술한 바와 같이, 본 발명은 공간 영역에서 광굴절 기록 매질을 소정의 미세각에 따라 이산적으로 회전시킴을 통해 각다중화를 수행함과 동시에 물체빔과 기준빔의 공간 광 변조기(SLM)에 의해 공간다중화를 결합한 복합다중화 방식에 입각하여 초고속의 고해상도 다안식 스테레오스코픽 영상을 광 굴절 기록 매질(50)에 저장한다.

이하, 본 발명의 셔터 글라스나 헤트마운트등 특수한 장비가 필요 없이 페럴렉스 배리어 모니터 등과 같은 입체 영상 모니터로 3차원 입체영상을 관찰 할 수 있게 하는 다안식 영상 디스플레이로써 이에 대한 이해를 돕고자 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저 이론적인 이해의 깊이를 도모하기 위해 다안식의 기본적인 방식인 단안식 스테레오스코픽 페어의 기록과 재생에 대해서 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 두 개의 스테레오스코픽 페어 영상이 디스플레이된 공간 광변조부(SLM)을 통과하는 물체파와 기준파가 간섭 조건을 만족할 경우 세 개의 파는 간섭에 의한 격자 패턴이 형성된다.

도 4(a) 와 같은 세개의 파에 대한 파동방정식은 수학식 8로 표현할 수 있다.

여기서, E₁, E₃는 스테레오스코픽 영상 페어 그리고 E_R는 기준파를 나타낸다, A₁, A₂, A_R는 각각의 진폭,ω는 각주파수, 그리고 k₁, k₂, k_R는 파벡터 이다. 45°-cut 광굴절 매질에 도 4(a)와 같이 E₁, E_R그리고 E₂, E_R을 시분할적으로 간섭시키면 매질에서의 강도 분포는 수학식 9와 같다.

간섭에 따른 강도 분포의 변화는 매질의 굴절률 변화로 야기되는 격자 패턴을 형성하게 된다. 도 4 에서와 같이 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준파(A_R=1)가 조사될 경우 스테레오스코픽 디스플레이 평면에서의 강도 분포는 수학식 10 과 같다.

수학식 10에서 두번째 항과 세번째 항은 스테레오스코픽 영상 페어가 기록된 방향으로 회절 되는 항으로써, 3차원 입체 영상 관찰을 위한 디스플레이 평면으로 출력된다.

이상으로 재현된 스테레오스코픽 영상 페어는 CCD 와 같은 영상 센서부에 입사되어 3차원 디스플레이 시스템을 통해 입체 영상을 관찰할 수 있으며, 스테레오스코픽 뷰어와 같은 시스템을 구성하여 직접 관찰할 수도 있다.

이하, 본 발명은 다안식 스테레오스코픽 페어의 기록과 재생기술에 대하여 깊은 관련이 있는바, 이에 대한 이론적인 이해의 깊이를 도모하기 위해 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

n 개의 스테레오스코픽 페어 영상과 한 개의 기준파가 간섭 조건을 만족할 경우 이들에 대한 파동방정식은 수학식 11로 표현할 수 있다.

여기서, E₁, E₂, ... , E_n은 스테레오스코픽 영상 페어 그리고 E_R는 기준파를 나타낸다. A₁, A₂, ... , A_n, A_R은 각각의 진폭,ω는 각주파수, 그리고 k₁, k₂, ..., k_n, k_R은 파벡터이다.

도 5는 4안식 스테레오 영상에 대한 기록과 재생도 이며, 도 5(a)에서 E₁, E₂, E₃, E₄와 E_R을 시분할적으로 간섭시켰을 경우 광굴절 기록 매질에서의 강도 분포는 수학식 12와 같다.

도 5(b) 에서와 같이 브래그 매칭 조건을 만족하는 기준파(A_R=1)가 조사될경우 스테레오스코픽 디스플레이 평면에서의 강도 분포는 수학식 13과 같다.

수학식 13의 2 번째부터 5 번째 항까지만 출력 평면으로 회절 된다. n 개의 물체파와 한 개의 기준파가 시분할 적으로 간섭을 이루는 경우를 고려할 때, 광굴절 매질에 형성되는 간섭파의 강도 분포는 아래 수학식 14와 같다.

브래그 매칭 조건을 만족하는 기준파(A_R=1)가 조사될 경우 스테레오스코픽 디스플레이 평면에서의 강도 분포는 수학식 15 과 같다.

수학식 15에서 두 번째 줄의 항은 기록된 다중 스테레오 페어의 회절 항을 나타낸다.

이하, 이 시스템은 각다중화/공간다중화 방식을 이용한 다안식 디스플레이 방식이므로 이에 대한 상세한 설명하면 다음과 같다.

다안식 영상이 디스플레이 평면에 투사되어 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 격자 패턴을 체적 홀로그램에 기록한 다음, 다안식 영상을 시분할적으로 공간 광변조부(SLM)에 update 하는 방법으로 다안식 입체 영상을 디스플레이 할 수 있는 시스템을 구성한다. 한 개의 물체파 영상이 n 개의 스트립 패턴으로 구성되고, m 안식 시스템인 경우에 물체파는 m 번 다중화 되어 기준파와 간섭된다. 기준파가 통과하는 제 1 공간 광변조부(SLM1;24)의 전체 윈도우는 n X m 만큼의 해상도를 갖는 스트립 윈도우로 구성된다. 각 피치의 m 안식에 해당하는 윈도우 스트립을 모두 오픈하는 공간 다중화 방식으로 m 번 물체파와 간섭된다.

재생 시에는 이와 같은 방식으로 격자 패턴을 구성한 뒤에 다시점 영상으로구성된 물체파가 브래그 조건을 만족하며 시분할적으로 체적 홀로그램으로 입사되면, 입사된 영상은 기록된 회절 격자에 의해 산란되어 격자의 방향을 따라 회절된다. 이때 시분할적으로 입사되는 다시점 영상은 서로 각다중화 되어 있으므로 각 피치의 지정된 방향으로 회절 된다. 따라서, 전체 다시점 영상이 update 되는 한 주기가 지나면 디스플레이 평면으로 회절되어 투사된 다안식 입체 영상으로부터 다시점 입체 영상을 관찰할 수 있음이 자명하다.

평면파로 구성된 물체파와 기준파에 대한 파동방정식은 수학식 16과 같다.

여기서, E_O(pq)와 E_R(pq)는 각각 평면파 스트라이프 형태로 구성된 물체파와 기준파(|E_O(pq)|=|E_R(pq)| = 1) 이다. 또한,ω는 각주파수, 그리고 k_O(pq), k_R(pq)는 파벡터, n은 렌티큘러 스크린의 피치 개수, m은 다안의 개수이다.

도 6은 다안식 스테레오스코픽 디스플레이를 위한 격자 구성과 다시점 입체 영상 디스플레이 구성도이다. 도 4(a)와 같이 시분할 적으로 평면파로 구성된 모든기준파와 물체파의 스트라이프 영상이 간섭될 경우 광굴절 기록 매질에서의 강도 분포는 수학식 17과 같다.

수학식 17에서 평면파의 간섭 패턴으로 구성된 점과 여러 개의 물체파가 각다중화 되어 있는 점을 제외하고는 수학식 14과 같음을 알 수 있다.

도 6(b) 에서와 같이 브래그 매칭 조건을 만족하는 다안식 영상파가 조사될 경우 스테레오스코픽 디스플레이 평면에서의 강도 분포는 수학식 18과 같다.

공간 광변조부(SLM)를 통해 입사되는 물체파의 다시점 입체 영상은 수학식 18의 두번째 줄에서와 같이 디스플레이 평면으로 적절히 회절 되어 렌티큘러 스크린으로 다시점 입체 상을 관찰할 수 있도록 해준다.

평면파로 구성된 물체파를 다시점 개수만큼 각다중화 시키며 기준파를 스트립 패턴 개수 X 다안식 개수만큼 각다중화 할 경우는 기준파쪽의 공간 광변조부(SLM)의 해상도가 문제가 된다. 즉, 한 개의 물체파 영상이 n 개의 스트립 패턴을 갖고 m 안식으로 구성되었다면 기준파의 공간 광변조부(SLM) 윈도우 대역폭은 n X m 이 되어야 한다. 또한, 물체파와 기준파 쪽의 공간 광변조부(SLM) 스트립 윈도우 간격을 모두 같도록 구성하게 되면 스테레오 영상의 수직 해상도가 1/2로 줄게된다.

도 7은 공간다중화를 사용한 2시점 스테레오 영상 재생을 위한 격자 구성 시스템의 블록도이다. 시스템에서 공간 광변조부군(SLM1,SLM2,SLM3)각각의 스트라이프 윈도우 개수를 n 개로 구성한 다음 제 1 공간 광변조부(SLM1)의 윈도우를 격자 패턴방식의 스트립 상을 순차적으로 개방하면서 제 2 공간 광 변조부(SLM2)와 제 3공간 광변조부(SLM3)의 윈도우를 번갈아 개방하여 제 1 공간 광변조부(SLM1)의 기준파 윈도우 평면파와 제 2 공간 광변조부(SLM2), 제 3 공간 광 변조부(SLM3)의 물체파 윈도우의 평면파를 시분할적으로 기록한다. 또는 제 1 공간 광변조부(SLM1)과 제 2 공간 광변조부(SLM2)의 홀수 윈도우를 모두 개방하고 패턴을 기록한 다음, 제 1 공간 광변조부(SLM1)와 제 2 공간 광변조부(SLM2)의 짝수 윈도우를 개방하여 패턴을 기록한다. 이 경우 제 2 공간 광변조부(SLM2)와 제 3 공간 광변조부(SLM3)의 스트라이프 영상은 각각 1/2씩 사용하게되므로 재생되는 다안식 영상의 해상도는 1/2로 줄게된다. 실제 실시 예에 있어서는 도 7에서와 같이 물체파 쪽에 제 2 공간 광변조부(SLM2), 제 3 공간 광변조부(SLM3)의 2개의 공간 광변조부를 사용하지 않고 미러 전반부에 공간 광변조부(SLM) 1개를 위치시켜 사용하였다. 이때 공간 광변조부(SLM) 스테레오 영상을 시분할적으로 update 시키며 제 3 반사경을 조절하여 각다중화 시킴으로써 같은 효과를 얻을 수 있다. 다안식의 경우는 다안에 해당하는 만큼 각 다중화를 시켜 줌으로써 같은 효과를 얻을 수 있게된다.

이하, 본 발명의 장치에 대한 바람직한 실시예의 작용을 도 1 과 도 8을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예의 작용을 설명함에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 불필요하게 중복되는 내용은 당 분야의 통상의 지식을 가진 자가 허용할 수 있는 범위 내에서 생략하기로 한다.

도 1 과 도 8에서 세로 스트립 모양으로 구성된 기준파와 물체파의 간섭패턴을 기록한 뒤, 다시점 영상을 시분할적으로 update 시키며 다시점 영상을 관찰할 수 있는 시스템도 이다. 이 시스템은 두 개의 공간 광변조부(SLM;24,25)를 이용하여 다시점 스트립 패턴을 기록하고 재생할 수 있도록 설계되었다. 시스템은 크게 기준파 경유 장치부, 물체파 경유 장치부, 그리고 스테레오스코픽 디스플레이장치부로 구성되어 있다. 또한 영상 기록/재생 제어부(100)인 컴퓨터 인터페이스를 이용하므로써 모든 처리를 자동화하여 하나의 통합시스템을 구성하였다.

먼저 광굴절 기록 매질에 다중화 된 스트립 패턴 영상이 저장되는 절차를 각각의 장치들을 통하여 어떻게 기록되고 재생되는지 도 1와 8도를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보는 바와 같이 레이저에 의해 나오는 빔은 레이저 공간 필터를 이용하여 빔을 평면파로 만들어준다. 그리고 제 1 집광렌즈에 의해 빛을 제 1반사경을 거쳐 빔 스플리터로 가기 위해 집광시켜주고 레이저빔의 경로를 바꾸어 주는 제 1 반사경을 거친 뒤 레이저빔은 빔 스플리터로 입사된다.

그런 다음 레이저빔은 두 가지의 각기 다른 특성을 가진 빔으로 만드는데 하나는 광굴절 기록 매질에 공간 다중화를 시켜 스트립 패턴을 기록시키기 위한 기준빔이고 다른 하나는 다중화된 스트립 패턴(MSI)을 형성하여 광굴절 기록매질에 기록될 다안식 영상을 제공해줄 물체 빔이다.

물체빔이 경유하는 경로를 먼저 설명하면, 각각의 다안식 영상에 따라 각도를 달리하며 평면파로 구성된 물체빔을 출력하여 제 3 집광 렌즈군을 통해 광 굴절 기록매질에 영상을 저장시킬 제 2 공간 광변조부를 통하여 다안식 다중화된 스트립영상(MSI) 패턴을 가리거나 통과시킴으로써 영상의 기록 및 재생을 디지털적으로 제어하는 제 2 조리개와 제 2 공간 광변조부를 통하여 나온 물체빔을 제 3 반사경에 의해 빔의 진행 경로를 변화시키되 스텝 모터와 같은 회전체로 회전력을 주어 광굴절 기록 매질에 입사하는 각도를 다르게 하여 각각의 각도마다 저장 할 수 있는 각 다중화 방식으로 저장되게 하는 제 3 반사경과 제 3 반사경 회전체를 거쳐물체빔을 광 굴절 기록 매질의 크기에 맞게 평면파를 만들어 입사하게 빔을 집광시키는 제 3 집광렌즈군을 거쳐 비로소 광굴절 기록매질에 저장된다.

다음으로 기준빔이 경유하는 경로를 설명하면 기준빔를 가리거나 통과시키게 컴퓨터 인터페이스 카드에서 디지털 적으로 제어할 수 있도록 하는 제 1 조리개를 거쳐 제 1 공간 광 변조기(SLM1;24) 물체빔과 마찬가지로 기준빔에 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 주어 공간적으로 다중화 시키어 광 굴절 기록 매질에 저장 되도록 한다.

도 8를 참고하여 보면 만약 2 안식인 경우에는 좌안 영상과 우안 영상을 똑같은 방법으로 스트립패턴을 광 저장 기록 물질에 저장하게 되면 재생할 때는 스트립 패턴을 저장한 부분은 영상이 나오지 않게 된다 그러므로 좌안에 해당되는 스트립 패턴과 우안에 해당되는 스트립 패턴을 각 다중화 하여 저장하면 재생할 때는 제3 반사경회전체를 돌려 좌,우를 연속적으로 재생하여 하나의 완전한 3 차원 디스플레이 장치를 구성할 수 있다.

이상으로 각 다중화와 공간다중화를 이용해 광 굴절 기록 매질에 다중화된 스트립 영상 패턴(MSI)을 저장하는 절차와 각각의 요소들에 대한 설명을 상세히 하였다.

이하, 본 발명의 스트립 패턴의 형성과정과 다안식 스테레오스코픽 영상의 구성 과정을 각 다중화와 공간 다중화를 통하여 광굴절 기록매질에 저장하는 방법과 저장된 영상을 어떻게 디스플레이 되고 3 차원 입체영상을 볼 수 있는지를 도 1과 도 8을 참조하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

예를 들어 한 개의 물체파 영상이 n 개의 스트립 상을 갖고 m 안식으로 구성되었다고 할 때, 광굴절 매질에 영상을 기록하는 방법은 다음과 같다. 이때, 간섭패턴을 기록하기 위한 물체파와 기준파는 모두 평면파로 구성된다. 다안식(m) 영상중 한 영상에 해당하는 평면파가 기록될 위치로 제 3 반사경 회전체(60)를 회전시킨다. 각 시점의 영상은 n 개의 스트립 패턴으로 구성된다. 물체파의 첫 번째 시점에 대한 스트립 패턴의 기록은 첫 번째 스트립 패턴으로 시작하여 다안식(m) 칸을 건너뛰며 모든 스트립 패턴을 개방한다. 기준파는 각 피치의 첫 번째 윈도우를 모두 개방한다. 조리개(IRIS1, 2;21,22)를 열어 광굴절 매질(50)에 패턴이 기록될 수 있도록 한다.

다음, m 안식의 두 번째 영상이 기록될 위치로 제 3 반사경(M3;33)을 회전시킨다. 두 번째 영상의 스트립 패턴에 대한 기록은 첫 번째 영상과 동일하며 단지 물체파의 두 번째 스트립 패턴으로 시작하여 다안식(m) 칸을 건너뛰며 모든 스트립 패턴을 개방한다. 기준파는 각 피치의 두 번째 스트립 윈도우를 모두 개방하며 기록하게 된다. 이와 같은 방식으로 다안식 m 에 따라 제 3 반사경(M3;33)을 각다중화 시키며 기준파의 스트립 윈도우를 개방하는 방식으로 m 번만큼 간섭 패턴을 기록하게 된다.

본 발명의 실시 예에서는 2안식에 대한 실시예을 수행하였으며 기준파 쪽에 1대의 제 1 공간 광변조부(SLM1;24)를 사용하였다. 따라서, 좌안, 우안 영상과 기준파의 기록을 위해 물체파쪽 제 2 공간 광변조부(SLM2;25)의 스트립 윈도우 패턴을 홀수, 짝수 차례대로 개방하면서 제 3 반사경(M1;33)의 각도를 좌 방향인 경우 홀수 윈도우 개방, 우 방향인 경우 짝수 윈도우 개방하며 기록하였다.

이와 같은 방법으로 간섭패턴이 광굴절 매질(50)에 기록이 되면, 제 1 조리개(IRIS1;21)를 차단시킨 후 제 2 공간 광변조부(SLM2)에 좌안 영상과 우안 영상을 시분할적으로 update하며 제 3 반사경(33)을 회전시키므로 디스플레이 평면에서 다안식 영상을 CCD와 같은 영상 센서부로 관찰할 수 있다.

이러한 다안식 영상을 입체영상 모니터로 봄으로써 초고속의 실시간 3차원 입체 영상을 볼 수가 있으며, 시간적인 문제가 해결됨으로써 인터넷을 통한 3차원 입체영상 통신 시스템을 구축할 수 있다.

따라서, 이와 같은 기술은 본 발명의 기술적 사상에 인용한 것으로 간주되는바, 본 발명의 청구범위에 귀속됨은 자명하다.

공간 광 변조기(SLM)로 사용한 대표적인 공간 광변조부(SLM)는 LC-SLM(Liquid Crystal- Spatial Light Modulator)을 사용하였으며 물체빔 이나 기준빔이 입사됨에 따라 광세기 변조 형태의 입력 패턴은 광 변조 상이 되어 출력된다. 여기에 공간 광변조부 구동 드라이버로 사용된 예는 컴퓨터에 출력되는 아날로그 신호인 비디오 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 BE13X010을 사용하였다. 체적 홀로그래픽 광학소자(50)의 예로 철이 첨가된 45°cut LiNbO₃등이 있다. 그리고 2개의 조리개(IRIS1, IRIS2;21,22), 빔의 높이를 조절할 수 있는 periscopic mirror(Periscopes)와, 광굴절 매질(50)에 각 다중화를 시켜 저장하기 위한 스텝모터와 같은 구동체로 구동되는 제 3 반사경 회전체(60)등을 사용하였다.

여러 장치를 컴퓨터로 제어하기 위해서 PC의 확장슬롯(ISA)에 인터페이스 카드를 부착하여 프로그램으로 외부의 장치를 제어하였다. 외부 장치는 제 3 반사경 회전체(60), 조리개(IRIS;21,22) 제어 부로 크게 2가지로 분류할 수 있으며, 광굴절 매질에 입사되는 참조 빔을 제어하여 각다중화를 구현하기 위한 제 3 반사경 회전체로써는 1.8°의 스텝 각도를 갖는 스테핑 모터를 사용하였다. 제 3 반사경 회전체의 기어 박스에 1.8°의 스테핑 모터를 장착하므로 써 0.01°까지 미러를 제어할 수 있도록 하였다. 구동은 프로그램 상에서 확장슬롯에 데이터를 출력시키므로써 신호는 인터페이스 IC를 통해 파워 앰프에서 제 3 반사경 회전체를 구동시킬 수 있는 전력으로 증폭을 시킨 뒤 제 3 반사경 회전체의 제어 단자에 입력되어 제 3 반사경 회전체를 구동시켰다. 여기에 빛의 노출 시기를 제어하기 위해 조리개(IRIS;21,22)를 사용하여 디지털 조리개 시스템을 구현함으로써 인터페이스를 통해 나오는 신호를 연산 증폭부(OP amp)를 이용하여 조리개(IRIS;21,22)의 입력신호로 변환하여 제어하였다. 제 1 조리개(IRIS1;21)는 레이저 출력 단의 빔을 제어하는데 사용되며, 제 2 조리개(IRIS2;22)는 물체 파를 제어하는데 사용된다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예와 본 발명의 다른 실시 예에서는 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 높이기 위해, 영상을 공간적으로 분리시키는 공간 다중화를 수행하고, 제 3 반사경 회전체를 미세각도로 회전시킴에 따라 각다중화를 수행함을 통해 두 개의 다중화방식을 결합한 복합 다중화방식을 도모하고있으나, 현재의 기술적인 수준이나 장비의 구매단가를 고려할 때, 2개의 공간 광변조기(SLM;24,25)를 사용하는 것은 광굴절 기록 매질(50)의 기록 밀도를 증가시키는 장점을 가지고 있는 방면에 시스템의 구성 및 제어를 복잡하게 할 뿐만 아니라 시스템의 제조단가를 상승시키는 부담을 주기 때문에 응용 분야나 설계 방침에 따라서는 2개의 공간 광변조기(SLM;24,25)를 사용하는 대신에 하나의 공간 광변조기를 이용하고 단지 제 3 반사경 회전체(60)만을 사용하여 각 다중화만을 수행 할 수도 있음은 명백하다. 따라서, 이러한 기술도 본 발명의 기술적 사상에 인용한 것으로 간주되는바, 본 발명의 청구범위에 귀속됨은 자명하다.

한편, 본 발명에서는 제 1 공간 광변조부와 제 2 공간 광변조부를 통하여 스트립 패턴 형태의 영상을 저장함으로써 보다 빠르고 효율적으로 저장함으로써 광 굴절기록 매질의 기록밀도를 높여 보다 많은 다안식 입체 영상을 더 고속화 하여 기록/재생 할 수 있는 시스템이다. 따라서 이와같은 물체파와 기준파를 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)을 형성하여 광굴절 기록 매질에 저장한 다음 다안식 영상들을 초고속으로 재생하는 장치이다. 따라서, 이와 같은 기술도 본 발명의 기술적 사상을 인용한 것으로 간주되는바, 본 발명의 청구 범위에 귀속됨은 자명하다.

본 원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당 분야에 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 실시 예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당 분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시 예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시 예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.

본 발명에서는 스트립 패턴의 평면파로 구성된 물체파와 기준파의 간섭패턴을 체적홀로그램에 저장하고, 다시점 스테레오 영상을 시분할적으로 update하여 회절 패턴을 관찰하는 방식의 다시점 입체 디스플레이 시스템이다. 체적 홀로그래픽 광학소자의 다중화가 허용되는 만큼의 다시점화 및 해상도를 얻을 수 있으며, 회절패턴의 기록 후 광굴절 매질은 수동소자로써의 역할을 하므로 실시간 적으로 다안식 영상을 디스플레이 할 수 있게된다. 그러므로 초고속화 및 실시간화를 도모할 수 있기 때문에 향후, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인트라넷(intranet), 엑tm트라넷(extranet), 인터넷(internet) 등과 같은 유무선 통신망의 진보와 함께 이러한 통신망 상에서 MOD(Multimedia On Demand) 등을 지원하는 3차원 입체 영상 통신 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다

또한, 셔터 안경이나 헤드 마운트(HMD;Head Mounting Display)와 같은 장비가 필요없는 고해상도 무안경 초 다시점 입체 영상 디스플레이 시스템으로의 응용이 기대된다.

Claims

평면파(Plane Wave)를 만들어 주는 수직 편향파의 레이저빔들을 생성하는 레이저(laser)와;

상기 레이저빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이저빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter)와;

상기 기준빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 다중화된 스트립 패턴 영상(MSI)에 대응하는 광세기 변조 형태의 입력 패턴을 형성한 상태에서 상기 기준빔에 의해 조사됨에 따라 각각 공간 다중화된 스트립 패턴 광 변조상을 만드는 제 2 공간 광변조부와;

상기 물체빔이 경유하는 광경로 상에 위치하고, 페럴랙스 배리어 형태로 디스플레이 하기 위해 다안식 영상에 대응하는 격자 형태의 패턴을 형성한 상태에서 상기 빔에 의해 조사됨에 따라 각각 다안식 영상의 혼합된 형태를 만들어 공간 다중화를 시키는 제 2 공간 광변조부와;

상기 제 2 공간 광변조부와 제 3 집광 렌즈군 사이에 회전 가능하도록 구비되고, 물체빔이 광굴절 기록 매질에 입사되는 각도에 따라 각각 기록되는 각 다중화와 제 2 공간 광변조부의 격자 패턴을 생성하여 공간 다중화하여 다안식 영상을 저장하고 재생시킬 수 있도록 회전 가능하게 만든 제 3 반사경과;

상기 다안식 영상에 대응하여 상기 제 3 반사경의 반사각을 변경시키기 위해 상기 제 3 반사경을 회전시키는 회전력을 제공하는 제 3 반사경 회전체와;

서로 다른 입사각으로 입사되는 상기 다안식 광 변조상이 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 다안식 영상을 공간적으로 분리시켜 재생하는 체적 홀로그래픽 광학소자; 및

상기 격자 패턴 방식으로 상기 제 2 공간 광 변조부에 의해 공간 다중화된 다안식 영상을 제 3 반사경 회전체에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 각각의 회전각의 조절을 통해 상기 광 굴절 매질에 각 다중화 및 공간 다중화 하여 광 굴절 기록 매질에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광 굴절 기록 매질에서 다중화 각도가 일치하는 다안식 영상이 재생되도록 광 경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 광학소자를 이용한 초 다안식 스테레오스코픽 3차원 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 빔 스플리터와 상기 제 1 집광렌즈 사이에 위치하여 상기 빔이 상기 빔 스플리터를 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 1 반사경과;

상기 제 2 집광 렌즈와 상기 광굴절 기록 매질 사이에 위치하여 상기 기준빔이 상기 광굴절 기록 매질(50)을 향하도록 진행 방향을 변경하는 제 2 반사경; 및

상기 제 광굴절 기록매질 과 제4 집광렌즈 사이에 위치하여 기록된 영상이 재생될 때 영상 센서부로 입력시킬 수 있게 반사시켜 주는 제 4 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 레이저와 제1 반사경 사이에 위치하며 레이저빔을 수직 평면파로 일정하게 집광시켜주는 제 1 집광 렌즈와;

상기 제 1 조리개와 제2 반사경 사이에 위치하며 제 1 공간 광변조부로부터 입사된 기준빔을 집광시켜 광굴절 기록 매질에 입사시키는 제 2 집광 렌즈와;

상기 제 3 반사경과 광 굴절 기록 매질 사이에 위치하여 제 3 반사경으로부터 입사된 물체빔을 집광시켜 광 굴절 기록매질에 입사시키는 제 3 집광 렌즈군; 및

상기 제 4 반사경 사이에 위치하여 다안식 영상이 저장되어 재생될 때 영상 센서부에 입력할 수 있게 집광시켜주는 제 4 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서

상기 빔스플리터와 레이저에서 나오는 수직편향파를 수평편향파로 바꾸어줌으로써 광굴절 기록 매질에 저장을 가능하게 하여주는 위상변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램을 이용한 다안식 스테레오스코픽 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 빔 스플리터와 상기 제 2 반사경 사이에 위치하여 상기 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개; 및

상기 위상변환기와 제 2 공간 광변조기 사이에 위치하여 상기 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 격자 패턴 방식으로 상기 제 2 공간 광 변조부에 의해 공간 다중화된 다안식 영상을 제 3 반사경 회전체에 인가하는 회전 제어 신호를 단계적으로 가변시킴에 따라 서로 다른 각각의 회전각을 갖도록 제어하여 각각의 회전각의 조절을통해 상기 광 굴절 매질에 각 다중화 및 공간 다중화 하여 광 굴절 기록 매질에 조사되도록 제어함에 따라 상기 광 굴절 기록 매질에서 다중화 각도가 일치하는 다안식 영상이 재생되도록 광 경로를 제어하는 영상 기록/재생 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 영상 기록/재생 제어부의 제어에 의해 상기 광굴절 기록 매질로부터 재생된 상기 다안식 영상을 전기적인 신호 형태로 판독하기 위해 각각 광전변환을 수행하는 영상 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치
제 1 항에 있어서,

상기 공간 광변조부는 LC-SLM(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)를 이용하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 반사경 회전체는 각각의 스텝 모터를 이용하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 체적 홀로그래픽 광학소자의 재료는 LiNbO₃, BSO, BaTiO₃, Polymer 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체적 홀로그래픽 메모리를 이용한 다안식 스테레오스코픽 영상 기록/재생 장치.