KR101304695B1 - 홀로그램 레코딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자기파를 발생시키는 광원과, 상기 전자기파를 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할수단과, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 서로 간섭시켜서 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태의 간섭 빔을 형성하는 간섭수단과, 상기 간섭 빔을 이용하여 촬영대상물을 스캔하는 스캔수단, 및 상기 촬영대상물로부터 반사된 빔을 검출하는 광 검출수단을 포함하는 홀로그램 레코딩 장치를 제공한다.
상기 홀로그램 레코딩 장치에 따르면, 홀로그램 레코딩을 위하여 비선형 프래넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate)을 스캔 빔으로 형성함에 따라, 대상물의 홀로그램을 축소 또는 확대하여 공간상에 광학적으로 복원 시에 축소 또는 확대에 따른 왜곡 문제를 보정할 수 있는 이점이 있다.

Description

홀로그램 레코딩 장치{Hologram recording apparatus}
본 발명은 홀로그램 레코딩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물체의 홀로그램을 축소 또는 확대하여 공간에 광학적 복원하여 3차원 디스플레이할 때 축소 또는 확대에 따른 왜곡을 보정할 수 있는 홀로그램 레코딩 장치에 관한 것이다.
종래에 따른 스캐닝 방식을 이용한 물체의 홀로그램 추출 장치는 구면파와 평면파의 중첩으로 스캔 빔을 형성하고 상기 스캔 빔으로 물체를 스캐닝한 다음 상기 물체로부터 반사된 스캔 빔을 집광하여 광 검출기에 집속하고, 집속된 빛의 세기에 비례한 전기신호를 상기 광 검출기에서 생성한다.
생성된 전기신호를 각각의 스캐닝 위치에 따라 저장하면 상기 전기신호는 물체의 홀로그램이 된다. 이때, 쌍 영상 및 배경잡음 없는 물체의 복소수 홀로그램을 추출하기 위해, 중첩되는 두 빔의 주파수를 편위하는 방식으로 시간에 따라 스캔 빔을 변조하여 물체를 스캐닝하고, 물체로부터 반사된 스캔 빔을 집광하여 광 검출기에 집속한다.
광 검출기는 집광된 빛의 세기에 비례한 전류신호를 생성하여 이를 두 채널 락인(lock-in) 앰프로 전달하고, 상기 두 채널 락인 앰프는 상기 전류신호를 복조하는 방식으로 물체의 동위상(in-phase) 및 사분위상(quadrature-phase) 홀로그램 정보를 전기 신호로 추출한다.
추출된 전기신호를 디지털 신호로 변환하고 디지털 신호를 복소수 합성 방식으로 합성하여 각각의 스캐닝 위치에 따라 저장하는 방법을 통해 물체의 복소수 홀로그램 정보를 레코딩한다.
그러나 기존의 광 스캐닝 홀로그래피에 기초한 홀로그램 레코딩 장치는 평면파와 구면파의 간섭으로 형성된 프레넬 윤대판으로 물체를 스캔하여 물체의 홀로그램 정보를 레코딩한다. 이러한 기존의 방식은 홀로그램을 횡 방향으로 M배 축소 또는 확대하여 복원하면 축 방향으로는 M2배 축소 또는 확대되어 복원된다. 여기서, 평면파와 구면파의 간섭을 이용한 홀로그램 레코딩 장치의 종래 예는 특허공개 제2008-0092054호에도 개시되어 있다.
그런데 홀로그램을 이용한 3차원 디스플레이의 경우, 실제 물체의 크기와 동일하게 디스플레이를 실시하는 경우에 비하여 실제 물체의 크기보다 확대 또는 축소하여 디스플레이하는 경우가 더욱 일반적이다. 따라서, 기존의 방식을 이용할 경우, 횡 방향의 축소 및 확대 비율과 축 방향의 축소 및 확대 비율 간의 불일치 문제를 피하기 어렵고 이에 따라 축소 또는 확대에 따른 홀로그램의 복원 시에 왜곡이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은, 홀로그램 레코딩을 위하여 비선형 프래넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate)을 스캔 빔으로 형성함에 따라, 물체의 홀로그램을 축소 또는 확대하여 공간상에 광학적으로 복원 시에 축소 또는 확대에 따른 왜곡 문제를 보정할 수 있는 홀로그램 레코딩 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자기파를 발생시키는 광원과, 상기 전자기파를 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할수단과, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 서로 간섭시켜서 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태의 간섭 빔을 형성하는 간섭수단과, 상기 간섭 빔을 이용하여 촬영대상물을 스캔하는 스캔수단, 및 상기 촬영대상물로부터 반사된 빔을 검출하는 광 검출수단을 포함하는 홀로그램 레코딩 장치를 제공한다.
여기서, 상기 홀로그램 레코딩 장치는, 상기 분할수단과 상기 간섭수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔을 제1 구면파로 변환하는 제1 변조수단, 및 상기 분할수단과 상기 간섭수단 사이에 위치하여 상기 제2 빔을 제2 구면파로 변환하는 제2 변조수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 간섭수단은, 서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파를 서로 간섭시켜서 상기 간섭 빔을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 변조수단 및 상기 제2 변조수단은, 렌즈 또는 광섬유로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 홀로그램 레코딩 장치는 상기 분할수단과 상기 제1 변조수단 사이 또는 상기 분할수단과 상기 제2 변조수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔의 주파수를 천이시키는 주파수 천이수단을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 간섭 빔은, 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112012001782162-pat00001
여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, Ω은 상기 천이시킨 주파수이다.
이외에도, 상기 홀로그램 레코딩 장치는, 상기 분할수단과 상기 제1 변조수단 사이 또는 상기 분할수단과 상기 제2 변조수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔의 위상을 천이시키는 위상 천이수단을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 간섭 빔은, 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112012001782162-pat00002
여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, pn은 상기 위상 천이에 사용되는 n개의 서로 다른 위상들의 집합이다.
또한, 상기 홀로그램 레코딩 장치는, 홀로그램의 축소 또는 확대를 위한 상기 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소가 -10 내지 10의 범위를 갖도록 상기 d 값을 조절할 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 레코딩 장치는, 상기 광 검출수단에서 검출된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 홀로그램을 생성하는 전자처리부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전자처리부는, 상기 검출된 신호를 디지털 신호로 변환한 AD컨버터와, 상기 변환된 디지털 신호로부터 상기 촬영대상물의 복소수 홀로그램을 생성하는 신호처리부와, 상기 복소수 홀로그램을 저장하는 저장부, 및 상기 촬영대상물의 임의 위치에 대한 홀로그램 처리가 완료될 때마다 상기 스캔수단의 위치를 변경시키는 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전자기파를 발생시키는 광원과, 상기 전자기파를 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할수단과, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 서로 간섭시켜서 간섭 빔을 형성하는 간섭수단과, 상기 간섭 빔을 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태로 변환하는 투사렌즈와, 상기 변환된 간섭 빔을 이용하여 촬영대상물을 스캔하는 스캔수단, 및 상기 촬영대상물로부터 반사된 빔을 검출하는 광 검출수단을 포함하는 홀로그램 레코딩 장치를 제공한다.
여기서, 상기 다른 실시예의 홀로그램 레코딩 장치는, 분할수단과 상기 간섭수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔을 구면파로 변환하는 제1 변조수단과, 상기 분할수단과 상기 간섭수단 사이에 위치하여 상기 제2 빔을 평면파로 변환하는 제2 변조수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 간섭수단은, 상기 구면파와 상기 평면파를 간섭시켜 상기 간섭 빔을 형성하고, 상기 투사렌즈는, 선형 프레넬 윤대판 형태를 갖는 상기 구면파를 상기 투사렌즈에 의한 상 위치에서 발산하는 제1 구면파로 변환하고, 상기 평면파를 상기 투사렌즈의 초점 위치에서 발산하는 제2 구면파로 변환하되, 서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파에 의해 상기 비선형 프레넬 윤대판을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 변조수단은 렌즈 또는 광섬유로 구성되고, 상기 제2 변조수단은 빔 확장기 또는 광섬유로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 홀로그램 레코딩 장치에 따르면, 홀로그램 레코딩을 위하여 비선형 프래넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate)을 스캔 빔으로 형성함에 따라, 물체의 홀로그램을 축소 또는 확대하여 공간에 광학적 복원하여 3차원 디스플레이할 때 축소 또는 확대에 따른 왜곡을 보정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다. 상기 홀로그램 레코딩 장치(100)는 광원(110), 분할수단(120), 주파수 천이수단(130), 제1 빔확장기(140), 제2 빔확장기(145), 제1 변조수단(150), 제2 변조수단(155), 간섭수단(160), 스캔수단(165), 집광기(170), 광 검출수단(175), 전자처리부(180)를 포함한다. 여기서, 전자처리부(180)를 제외한 부분은 본 발명에서 광학계 부분에 해당된다.
먼저, 상기 광원(110)은 전자기파를 발생시키는 부분이다. 광원(110)으로는 전자기파의 발생이 가능한 레이저 발생기, LED(light emitting diode), 결맞음 길이(coherence length)가 짧은 헬로겐 광처럼 가간섭성(Coherence)이 낮은 빔 등의 다양한 수단이 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 광원(110)이 레이저 발생기인 것을 실시예로 한다.
분할수단(120)은 광원(110)에서 발생된 전자기파 즉 레이저 빔을 제1 빔과 제2 빔으로 분할한다. 본 실시예에서는 분할수단(120)으로 광 섬유 커플러(optical fiber coupler)를 사용한다. 여기서, 분할수단(120)은 빔 스플리터(beam splitter) 등의 수단으로 대체될 수 있으며, 이외에도 자유공간을 도파하여 빔을 외부로 전달하여 구현하는 것도 가능하다.
상기 분할수단(120)에서 제1 빔의 경로를 따르는 빔은 주파수 천이수단(130)에 전달되고, 제2 빔의 경로를 따르는 빔은 제2 빔확장기(145)(beam expander)에 전달된다.
상기 주파수 천이수단(130)은 상기 분할된 제1 빔의 주파수를 Ω만큼 천이시키는 역할을 한다. 이러한 주파수 천이수단(130)의 동작은 신호 생성부(135)의 함수 발생기에서 생성된 주파수 Ω를 갖는 변조신호에 따른다.
이러한 주파수 천이수단(130)으로는 위상 광 변조기를 이용할 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며, 음향 광 주파수 천이기(acousto-optics frequency shifter) 또는 PZT(piezoelectric transducer)를 이용하여 주파수 천이를 수행하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 주파수 천이수단(130)은 분할된 제1 빔 측(분할수단(120)과 제1 빔확장기(140) 사이)에 형성된 것을 실시예로 하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 주파수 천이수단(130)은 분할된 제2 빔 측(분할수단(120)과 제2 빔확장기(145) 사이)에 형성될 수 있음은 물론이다.
제1 빔확장기(140)는 주파수 천이된 제1 빔을 확장시킨 다음 제1 변조수단(150)으로 전달한다. 제2 빔확장기(145)는 앞서 분할된 제2 빔을 확장시킨 다음 제2 변조수단(155)으로 전달한다.
제1 변조수단(150)은 제1 빔확장기(140)와 간섭수단(160) 사이에 위치하여 상기 확장된 제1 빔을 제1 구면파(spherical wave)로 변환하여 간섭수단(160)으로 전달한다. 제2 변조수단(155)은 제2 빔확장기(145)과 간섭수단(160) 사이에 위치하여 상기 확장된 제2 빔을 제2 구면파(spherical wave)로 변환한다.
본 발명에서는 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(155)은 렌즈인 것을 실시예로 한다. 그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(155)은 광섬유로 대체될 수 있다. 즉, 광 섬유 커플러로 이루어진 분할수단(120), 그리고 위상 광 변조기로 이루어진 주파수 천이수단(130)은 모두 광섬유를 통해 빔을 출력한다. 따라서, 이렇게 출력되는 빔을 제1 빔확장기(140)와 제2 빔확장기(145) 없이도, 바로 광섬유 형태의 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(155)으로 전달받을 수 있으며 이들 광섬유를 통해 출력되는 구면파를 그대로 사용할 수 있다. 이외에도, 광섬유의 종단에서 출력되는 빔의 경로에 렌즈를 적절히 위치시켜 확산 빔을 만들 수도 있다.
또한, 이러한 광 섬유뿐 아니라 자유공간을 도파하는 빔을 이용하는 경우도 빔 웨이스트(waist)에 따라 도파(propagation)의 길이를 달리하는 등의 다양한 방법을 사용하여 빔 확장기나 렌즈 없이 빔 웨이스트를 조절하여 구면파를 형성할 수도 있다.
상기 간섭수단(160)은 빔 스플리터 형태를 가질 수 있다. 이러한 간섭수단(160)은 상기 제1 변조수단(150)을 통과한 제1 빔(제1 구면파)과 상기 제2 변조수단(155)을 통과한 제2 빔(제2 구면파)을 서로 간섭시켜서 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태의 간섭 빔을 형성한다.
이때, 제1 구면파의 초점의 축 상에서의 깊이 위치와 제2 구면파의 초점의 축 상에서의 깊이 위치를 달리한다. 따라서 간섭수단(160)은 서로 다른 초점 위치를 갖는 제1 구면파와 제2 구면파를 서로 간섭시켜서 상기 간섭 빔을 형성한다.
이렇게 형성된 간섭 빔은 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판을 형성한다. 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판은 아래의 수학식 1로 정의된다.
Figure 112012001782162-pat00003
여기서, λ는 상기 전자기파의 파장이고, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계이고, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단(150)의 초점 위치이다. d는 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(155) 사이의 초점의 위치 차이로서, 제1 변조수단(150)의 초점과 제2 변조수단(155)의 초점의 축상 깊이 위치의 차를 나타낸다.
그리고, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판까지의 거리 즉, 비선형 프레넬 윤대판의 깊이 위치를 나타내고, Ω은 상기 천이시킨 주파수이다.
상기 스캔수단(165)에서는 간섭수단(160)에 의해 형성된 간섭 빔(간섭 패턴)을 이용하여 촬영대상물을 스캔한다. 본 발명은 스캔수단(165)으로서 거울 스캐너를 사용하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며, 공지된 다양한 스캔수단으로 대체될 수 있다.
이러한 거울 형태의 스캔수단(165)에 비선형 프레넬 윤대판이 전달되고, 스캔수단(165)은 비선형 프레넬 윤대판을 촬영대상물(10)을 가로질러 이동시킴에 따라, 촬영대상물(10)을 스캐닝할 수 있도록 한다. 스캐닝 위치는 전자처리부(180)에 마련되는 스캔 제어부(185)로부터의 제어신호에 따라 조절될 수 있다.
물론, 이렇게 거울 스캐너를 이용하는 대신 촬영대상물을 대물판 위에 위치시키고, 대물판을 수평 이동하여 촬영대상물을 스캔할 수 있음은 물론이다. 본 발명은 이외에도 전자광 편향기(electrooptic deflector)를 이용하는 등 다양한 방법을 이용하여 촬영대상물(10)을 스캔할 수 있다.
다음, 상기 집광기(170)는 촬영대상물(10)로부터 반사된 빔을 집광한다. 스캔수단(165)에 의해 지정되는 스캔 빔의 스캔 위치에서 촬영대상물(10)로부터 반사된 빔은 집광기(170)에 의해서 공간적(spatially)으로 집적(integrated)된다. 여기서, 집광기(800)는 렌즈를 통해 구현될 수 있으며, 이외에도 오목 반사경을 포함한 영상(imaging) 또는 비 영상(non-imaging) 집광기 등의 공지된 다양한 집광수단으로 구현될 수 있다.
상기 광 검출수단(175)은 집광기(170)를 통해 공간적으로 집적된 빔을 검출하여 전류신호로 변환한다. 이때, 광 검출수단(175)은 공간적으로 집적된 빔의 세기에 따라 전류를 생성한다. 광 검출수단(175)은 광 다이오드를 사용하여 구현할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며 광증배관(photo-multiplier tube) 등 다양한 광 검출수단이 적용될 수 있다. 또한, 집광기(170) 없이도 광 검출수단(175)의 검출 면으로 전달되어 들어오는 빛을 직접 검출할 수도 있다.
다음, 상기 전자처리부(180)는 상기 광 검출수단(175)에서 검출된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 홀로그램을 생성하는 부분이다. 이러한 전자처리부(180)는 헤테로다인 검출기(181), AD 컨버터(182), 신호처리부(183), 저장부(184), 스캔 제어부(185)를 포함한다.
상기 헤테로다인 검출기(181)는 상기 광 검출수단(175)으로부터 전달받은 전류신호를 처리하여 동 위상(in-phase) 출력신호와 사분위상(quadrature-phase) 출력신호를 생성한다. 즉, 스캔수단(165)에 의해 지정되는 스캔빔의 스캔 위치에서 생성된 전류신호는 헤테로다인 검출기(181)의 입력에 전달된다. 헤테로다인 검출기(710)는 전달받은 전류신호를 상기 함수 발생기에서 생성된 주파수 Ω를 갖는 헤테로다인 변조신호와 곱한 후, 저주파 필터링을 수행하여 동 위상 신호를 제1 출력으로 생성한다. 이와 동시에 함수발생기에서 생성된 주파수 Ω의 신호의 위상을 Ω 만큼 천이하여 상기 전달받은 전류신호와 곱한 후, 저주파 필터링을 수행하여 사분위상 신호를 제2 출력으로 생성한다.
동 위상 출력신호 및 사분위상 출력신호는 물체의 3차원 영상이 비선형 프레넬 윤대판에 의해서 인코드된 패턴에 해당되며 각각 수학식 2 및 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112012001782162-pat00004
Figure 112012001782162-pat00005
여기서, I0(x0,y0,Δz)는 촬영대상물(10)의 반사율(reflectance)의 3차원 분포로서 촬영대상물(10)의 3차원 영상이고,
Figure 112012001782162-pat00006
는 콘볼루션(convolution) 연산이다. 그리고, (x,y)는 스캔수단(165)에 의해 지정되는 스캔빔의 스캔 위치이고, z0는 촬영대상물(10)의 깊이 위치로서 상기 촬영대상물(10) 쪽과 가까운 구면파의 초점에서부터의 거리에 해당되고, Δz는 물체의 깊이 폭을 나타낸다.
AD 컨버터(182)는 두 개의 입력 채널을 가지며 상기 수학식 2의 동 위상 신호와 수학식 3의 사분위상 신호를 각 채널을 통해 입력받아 디지털 신호로 변환한다. 변환된 디지털 전류신호는 스캔수단(165)의 스캐닝 위치와 함께 신호처리부(183)로 제공된다.
신호처리부(183)는 상기 변환된 디지털 신호로부터 촬영대상물(10)의 복소수 홀로그램을 생성하고, 저장부(184)는 생성된 복소수 홀로그램을 저장한다. 그리고 스캔 제어부(185)는 촬영대상물(10)의 임의 위치에 대한 홀로그램 처리가 완료될 때마다 스캔수단(165)의 스캔 위치를 변경시키는 제어 신호를 생성하여 스캔수단(165)으로 전달한다.
이를 위해, 신호처리부(183)는 수학식 2와 수학식 3을 아래의 수학식 4와 같이 복소수 더하기 방법으로 더하여 각각의 스캔 위치에 따른 2차원 배열을 형성하고, 저장부(184)에서는 이를 저장한다. 이외에도, 신호처리부(183)는 수학식 2와 수학식3에 대하여 각각의 스캔 위치에 따른 2차원 배열을 형성하여 저장부(184)로 전달한 다음, 스캔이 종료되면 저장부(184)로부터 읽어들여 수학식 2와 수학식 3에 대응하는 2차원 배열을 수학식 4의 복소수 더하기 방법으로 더한 후 다시 저장부(184)에 저장한다. 저장부(184)에 저장된 신호는 아래의 수학식 4를 참조한다.
Figure 112012001782162-pat00007
여기서 수학식 4의 복소수 홀로그램은 기존의 광 스캐닝 홀로그램과는 달리, 물체의 3차원 영상과 비선형 프레넬 윤대판과의 콘볼루션(convolution)으로 정의된다. 수학식 4의 홀로그램을 횡 방향으로 M배 확대 또는 축소하여 공간 광 변조기 (spatial light modulator)에 인가하여 광학적인 방법으로 복원 시에 아래의 수학식 5와 같이 종 방향의 확대율 또는 축소율이 M배로 같게 복원되는 홀로그램을 얻을 수 있다. 수학식 5는 횡방향으로 M배 축소하여 공간 광 변조기에 표현한 수학식 4의 홀로그램이다.
Figure 112012001782162-pat00008
여기서
Figure 112012001782162-pat00009
이고
Figure 112012001782162-pat00010
이다. 그리고,
Figure 112012001782162-pat00011
는 확대 및 축소 시 횡 방향의 확대 및 축소 비율을 조정하는 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소(scaling factor)이다. 이때, 비선형 윤대판의 스케일링 요소가 2 또는 2 근처의 값을 같도록, 동일 방향의 곡률을 갖는 두 구면파(제1 구면파 및 제2 구면파)의 축상 초점거리 d를 조절하면,
Figure 112012001782162-pat00012
로 변경되며, 이에 따라 횡 방향의 축소 및 확대 비율과 동일한 축 방향의 확대 및 축소 비율을 얻을 수 있다.
이때, 스케일링 요소는 -10에서 10 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 d 값을 조절함으로써, 홀로그램의 축소 또는 확대를 위한 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소가 -10 내지 10의 범위를 갖도록 조정할 수 있다. 이러한 d 값의 조절을 위한 별도의 조절수단(미도시)이 구비될 수 있음은 물론이다.
또한, 복원된 물체의 깊이 위치는 축소 또는 확대된 홀로그램 즉
Figure 112012001782162-pat00013
에 프레넬 윤대판을 콘볼류선 취하여 조정하는 방법으로, 물체의 깊이 위치를 임의의 위치로 변환할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 홀로그램을 축소 또는 확대하여 직접 공간 광 변조기에 인가하는 것을 실시예로 기술하고 있으나, 홀로그램 자체를 확대하거나 축소하여 공간 광 변조기에 인가하는 대신, 축소 및 확대 광학계를 이용하여 확대 및 축소를 하는 경우에도 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소 결정을 통해 확대 및 축소 비율을 동일하게 조절할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 실시예의 경우 종 방향의 축소 및 확대 비율이 서로 동일하도록 스케일링 요소를 결정하는 것을 기술하고 있으나, 스케일링 요소를 변화시켜서 종 방향 축소 확대율이 임의 변경되도록 조절할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명은 신호 생성부(135)에서 생성된 헤테로다인 신호를 헤테로다인 검출기(181)의 기준신호(reference signal) 입력 부분에 인가 후에 동 위상 출력과 사분위상 출력을 얻는 방법을 통해 수학식 2와 수학식 3의 출력을 획득하지만, 광 스캐닝 홀로그램 기술분야에서 알려져 있듯이, 간섭수단(160)에서 간섭된 빛의 일부를 제2의 광 검출기에 위치시켜서 기준신호를 검출하여 얻는 것도 가능하다.
이외에도 본 발명의 제1 실시예에서는 AD변환기(182)를 통해 디지털 신호로의 변환을 수행하기 전에 헤테로다인 검출을 실시하였으나, 광 검출수단(175)에서 제공되는 전류신호와 신호 생성부(135)에서 생성된 신호를 AD변환기(182)를 통해 디지털 신호로 변환한 다음 이를 디지털 신호처리의 방법으로 디지털 헤테로다인 검출을 수행하여 신호처리부(183)에 전달할 수 있음은 물론이다.
한편, 스캔 빔의 공간적 분포는 렌즈 또는 반사경에 수차가 있는 등의 경우에 변조되거나 왜곡될 수 있다. 이때, 광 검출수단(175)에서 검출된 패턴은 촬영대상물(10)의 단면 영상으로부터 변조 혹은 왜곡된 공간분포를 갖는 비선형 프레넬 윤대판이 인코드된 패턴에 해당된다. 이때, 변조되거나 왜곡된 비선형 프레넬 윤대판에 희망하는 비선형 프레넬 윤대판의 켤레 복소수를 콘볼류션하는 방법을 통하여, 상기 변조 혹은 왜곡된 패턴 요소를 얻어낼 수 있다. 또한, 상기 변조 혹은 왜곡된 패턴 요소를 이용해 멱(power) 프린지(fringe) 적응(adjusted) 필터와 같은 역 필터(inverse filter)를 형성하여, 변조 혹은 왜곡된 비선형 프레넬 윤대판으로 인코딩된 홀로그램을 희망하는 비선형 프레넬 윤대판이 인코드된 홀로그램으로 변환할 수 있다. 상기 변조 혹은 왜곡된 비선형 프레넬 윤대판 또한 비선형 프레넬 윤대판의 일종임은 물론이다. 이러한 내용은 본 발명의 전체 실시예에 공통되는 사항이다.
그리고, 본 발명에서는 임의의 위상 및 진폭 패턴을 제1 빔의 경로 또는 제2 빔의 경로에 위치시켜, 제1 빔 또는 제2 빔의 공간 분포를 변조할 수도 있다. 이때, 스캔 빔은 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 비선형 프레넬 윤대판이며, 이에 따라 광 검출수단(175)에서 검출된 패턴은 촬영대상물(10)의 영상과 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 공간분포를 갖는 비선형 프레넬 윤대판이 인코드된 패턴이 된다. 여기서, 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 공간분포를 갖는 비선형 프레넬 윤대판에 희망하는 비선형 프레넬 윤대판의 켤레 복소수를 콘볼류션하는 방법을 통하여, 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 패턴 요소를 얻어낼 수 있다. 또한, 상기 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 패턴 요소를 이용하여 멱(power) 프린지(fringe) 적응(adjusted) 필터와 같은 역 필터(inverse filter)를 형성하여, 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 비선형 프레넬 윤대판으로 인코딩된 홀로그램을 희망하는 비선형 프레넬 윤대판이 인코드된 홀로그램으로 변환할 수 있다. 임의의 위상 및 진폭 패턴에 의해 변조된 공간분포를 갖는 비선형 프레넬 윤대판 또한 비선형 프레넬 윤대판의 일종임은 물론이다. 이러한 내용 또한 본 발명의 전체 실시예에 공통되는 사항이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다. 도 2의 홀로그램 레코딩 장치(200)는, 광원(110), 분할수단(120), 위상 천이수단(230), 제1 빔확장기(140), 제2 빔확장기(145), 제1 변조수단(150), 제2 변조수단(155), 간섭수단(160), 스캔수단(165), 집광기(170), 광 검출수단(175), 전자처리부(280)를 포함한다. 도 1의 제1 실시예의 경우와 동일한 부호를 갖는 구성요소는 동일한 동작을 수행함을 의미하므로, 동일한 부호의 구성요소에 대한 별도의 설명은 생략한다.
이러한 도 2는 도 1의 주파수 천이수단(130)이 위상 천이수단(230)으로 대체된 형태를 갖는다. 이에 따라 전자처리부(280)에는 헤테로다인 검출기(181)가 구비될 필요가 없다.
상기 위상 천이수단(230)은 상기 분할된 제1 빔의 위상을 불연속적으로 천이시키는 역할을 한다. 이러한 위상 천이수단(230)의 동작은 신호 생성부(235)에서 생성된 위상 천이 신호에 따른 것이다.
예를 들어, 위상 천이수단(230)은 신호 생성부(235)에서 생성된 위상 천이 신호에 따라 제1 빔의 경로를 따르는 레이저 빔의 위상을 {0,π/2,π}의 순서로 천이(shift)시켜서 제1 빔확장기(140)로 전달한다.
이러한 위상 천이수단(230)으로는 위상 광 변조기를 이용할 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며, PZT(piezoelectric transducer)를 이용하여 빔의 위상을 {0,π/2,π}의 순서로 변화시키는 등의 다양한 위상 천이수단이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 위상을 {0,π/2,π}의 세 가지 서로 다른 위상으로 나누었으나, 보다 더 세분화하여 촬영할 수 있음은 물론이며, 쌍영상 잡음 또는 배경 잡음을 제거하지 않으려면 하나 또는 두 개의 위상 변환만으로도 촬영할 수 있음은 물론이다. 단, 하나만의 위상(단일 위상)으로 촬영하는 경우에는 위상 변조기가 필요 없게 된다.
이러한 도 2에서 위상 천이수단(230)은 분할된 제1 빔 측(분할수단(120)과 제1 빔확장기(140) 사이)에 형성된 것을 실시예로 하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 위상 천이수단(230)은 분할된 제2 빔 측(분할수단(120)과 제2 빔확장기(145) 사이)에 형성될 수 있음은 물론이다.
이러한 제2 실시예의 경우 또한 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(155)은 렌즈나 광섬유로 구현 가능하다. 그 이유는 앞서 제1 실시예의 경우와 동일하다.
이러한 위상 천이수단(230)을 사용한 경우, 상기 간섭수단(160)에서 형성되는 간섭 빔은, 제1 변조수단(150)을 통한 제1 구면파와 제2 변조수단(155)을 통한 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태이며 아래의 수학식 6으로 정의된다.
Figure 112012001782162-pat00014
λ는 상기 전자기파의 파장이고, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계이며, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단(150)의 초점 위치이다. d는 상기 제1 변조수단(150)과 상기 제2 변조수단(155) 사이의 초점의 위치 차이로서, 제1 변조수단(150)의 초점과 제2 변조수단(155)의 초점의 축상 깊이 위치의 차를 나타낸다.
그리고, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판까지의 거리 즉, 비선형 프레넬 윤대판의 깊이 위치를 나타내고, pn은 상기 위상 천이에 사용되는 n개(ex, 3개)의 서로 다른 위상들의 집합 즉, pn={0,π/2,π}이다.
이러한 경우, 도 2의 전자처리부(280)에서는 다음과 같은 과정에 의하여 신호를 처리한다. 먼저, 스캔수단(165)에 의해 지정되는 응답 지령빔의 스캔 위치에서 생성된 전류는 수학식 7과 같다. 이러한 수학식 7은 도 2의 광 검출수단(175)에 의해 검출된 전류신호를 나타낸다.
Figure 112012001782162-pat00015
IPD(x,y,pn)는 촬영대상물(10)의 반사율(reflectance)의 3차원 분포로서 촬영대상물(10)의 3차원 영상이고,
Figure 112012001782162-pat00016
는 콘볼루션(convolution) 연산이다. 그리고, (x,y)는 스캔수단(165)에 의해 지정되는 스캔 빔의 스캔 위치이고, z0는 촬영대상물(10)의 깊이 위치로서 상기 촬영대상물(10) 쪽과 가까운 구면파의 초점에서부터의 거리에 해당되고, Δz는 물체의 깊이 폭을 나타낸다.
전자처리부(280)는 광 검출수단(175)에서 검출된 전류신호를 처리하여 촬영대상물(10)의 홀로그램을 추출한다. 도 2을 참조하여 살펴보면, 전자처리부(280)는, 수학식 7의 전류신호를 AD컨버터(282)를 이용해 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 전류신호는 거울 스캐너의 스캐닝 위치를 신호 생성부(235)의 위상신호 생성 부분에서 생성된 위상 천이값 pn과 함께 신호처리부(283)로 제공된다.
상기 신호처리부(283)는 변환된 디지털 신호로부터 촬영대상물(10)의 복소수 홀로그램을 생성하고, 저장부(284)은 생성된 복소수 홀로그램을 저장한다. 그리고 스캔 제어부(285)는 상기 촬영대상물(10)의 임의 위치에 대한 홀로그램 처리가 완료될 때마다 상기 스캔수단(165)의 스캔 위치를 변경시키는 제어 신호를 생성하여 스캔수단(165)으로 전달한다.
여기서, 신호처리부(283)에서는 각 스캐닝 위치에선 천이된 위상 값 {0,π/2,π}의 세 가지 경우(p1, p2, p3)에서의 변환된 디지털 신호를 수학식 8과 같이 합성하여, 물체의 3차원 영상은 비선형 프레넬 윤대판에 의해서 인코드된 패턴을 얻는다.
Figure 112012001782162-pat00017
여기서, 수학식 8의 복소수 홀로그램은 기존의 광 스캐닝 홀로그램과는 달리, 제1 실시예의 수학식 4와 같이 물체의 3차원 영상과 비선형 프레넬 윤대판과의 콘볼루션으로 정의된다. 수학식 8의 홀로그램을 횡 방향으로 M배 확대 또는 축소하여 공간 광 변조기(spatial light modulator)에 인가하여 광학적인 방법으로 복원 시에 수학식 5와 같이 종 방향의 확대율 또는 축소율이 M배로 같게 복원되는 홀로그램을 얻을 수 있다.
제2 실시예의 경우 또한 앞서 제1 실시예의 경우와 같이 d 값을 조절함으로써, 홀로그램의 축소 또는 확대를 위한 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소가 -10 내지 10의 범위를 갖도록 조정할 수 있다.
이러한 제2 실시예에서는 위상을 3개로 세분화하고 있다. 여기서, 위상을 3개 이상으로 세분화할 경우에는 3개 이상의 위상에 대한 영상을 수학식 8과 같은 방법으로 합성함으로써 촬영대상물(10)의 영상과 비선형 프레넬 윤대판이 인코드된 패턴을 얻을 수 있다. 위상이 2개인 경우에는 수학식 8에서 촬영대상물(10)의 영상과 비선형 프레넬 윤대판과의 합성에 필요한 정보가 부족하게 되어, 촬영대상물(10)의 단면 영상과 실수 비선형 프레넬 윤대판과의 인코드된 패턴이 합성되고, 이러한 경우 복원된 영상은 쌍영상 잡음에 의해 오염되게 되는 문제점이 있다.
또한, 단일 위상에서의 영상을 이용하는 경우에는 촬영대상물(10)의 단면 영상과 DC 바이어스가 인가된 실수 비선형 프레넬 윤대판과의 인코드된 패턴이 합성된다. 이러한 경우 복원된 영상은 쌍영상 잡음 및 배경 잡음에 의해 오염되게 되는 문제점이 있다.
이러한 제2 실시예의 경우, 디지털 전류신호와 스캔수단(165)의 스캐닝 위치, 그리고 신호생성부(235)의 위상신호 생성 부분에서 생성된 위상 천이값 pn을 저장부(284)에 저장하고, 스캐닝이 완료된 후에 이를 저장부(284)에서 읽어들여 전자처리부(280)로 전달하여 전술한 신호처리 과정을 실시할 수 있다.
이상의 제1 실시예와 제2 실시예에서는 동일한 곡률 방향을 갖는 구면파가 중첩 되도록 스캔 빔을 전달하는 투사렌즈를 간섭수단(160)(빔 스플리터에 해당) 사이에 삽입할 수 있음은 물론이다. 이때, 촬영대상물(10) 영역에서 두 구면파의 초점 사이의 거리를 조정하여 스케일링 요소를 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다. 도 3의 홀로그램 레코딩 장치(300)는 광원(110), 분할수단(120), 주파수 천이수단(130), 제1 빔확장기(140), 제1 변조수단(150), 제2 변조수단(345), 간섭수단(360), 투사렌즈(355), 스캔수단(165), 집광기(170), 광 검출수단(175), 전자처리부(180)를 포함한다. 도 3의 홀로그램 레코딩 장치(300)에서 도 1의 제1 실시예의 경우와 동일한 부호를 갖는 구성요소는 동일한 동작을 수행함을 의미하므로, 동일한 부호의 구성요소에 대한 별도의 설명은 생략한다.
이러한 도 3에는 도 1에 도시된 제2 변조수단(155)의 구성이 미포함되어 있으며, 간섭수단(360)의 후단에 투사렌즈(355)가 배치되어 있는 형태를 갖는다. 또한, 도 3은 도 1처럼 주파수 천이수단(130)과 신호 생성부(135)를 사용하므로 전자처리부(180)의 구성은 도 1의 실시예와 동일하다.
도 1의 제1 실시예에서는 서로 다른 초점 위치를 갖는 구면파를 간섭수단(160)을 통해 간섭시켜서 비선형 프레넬 윤대판을 생성하였다. 그러나, 제3 실시예 및 후술할 제4 실시예에서는 제1 변조수단(150)을 이용하여 제1 빔에 대한 구면파를 형성하고 제2 변조수단(345)을 이용하여 제2 빔에 대한 평면파를 형성한 다음 이들을 서로 간섭수단(360)에서 간섭시킨 후, 간섭 빔을 투사렌즈(355)에 통과시켜서 간섭 빔을 비선형 프레넬 윤대판으로 변환하는 구성을 갖는다.
이러한 제3 실시예를 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1 변조수단(150)은 제1 빔확장기(140)를 통해 확장된 제1 빔을 구면파로 변환한다. 제2 변조수단(345)은 분할수단(120)에서 분할된 제2 빔을 평면파로 변환한다. 여기서, 제1 변조수단(150)은 렌즈로 구성되고 제2 변조수단(345)은 빔확장기로 구성된 것을 실시예로 하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(345)은 광섬유로도 구현이 가능하다. 즉, 광 섬유 커플러로 이루어진 분할수단(120), 그리고 위상 광 변조기로 이루어진 주파수 천이수단(130)은 모두 광섬유를 통해 빔을 출력한다. 따라서, 이렇게 출력되는 빔을 제1 빔확장기(140) 없이도, 바로 광섬유 형태의 제1 변조수단(150)으로 전달받을 수 있으며, 이 광섬유를 통해 출력되는 구면파를 그대로 사용할 수 있다. 이외에도, 광섬유의 종단에서 출력되는 빔의 경로에 렌즈를 적절히 위치시켜 평면파(평행광)을 만들 수도 있다.
또한, 이러한 광 섬유뿐 아니라 자유공간을 도파하는 빔을 이용하는 경우도 빔 웨이스트(waist)에 따라 도파(propagation)의 길이를 달리하는 등의 다양한 방법을 사용하여 빔 확장기나 렌즈 없이 빔 웨이스트를 조절하여 구면파를 형성할 수도 있다.
한편, 상기 간섭수단(360)에서는 상기 제1 변조수단(150)을 통해 변환된 제1 빔에 대한 구면파와 상기 분할수단(120)에서 분할된 제2 빔에 대한 평면파를 간섭시켜 간섭 빔을 형성한다. 이후, 상기 투사렌즈(355)는, 선형 프레넬 윤대판 형태를 갖는 상기 제1 빔에 대한 구면파를 상기 투사렌즈(355)에 의한 상 위치에서 발산(diverging)하는 제1 구면파로 변환하고, 상기 제2 빔에 대한 평면파를 상기 투사렌즈(355)의 초점 위치에서 발산하는 제2 구면파로 변환한다.
이때, 앞서의 두 실시예들 처럼 제1 구면파의 초점의 축 상에서의 깊이 위치와 제2 구면파의 초점의 축 상에서의 깊이 위치를 달리한다. 즉, 투사렌즈(355)는 서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파에 의해 상기 비선형 프레넬 윤대판 형태의 간섭 빔을 형성한다.
이렇게 투사렌즈(355)를 통해 형성된 간섭 빔은 제1 구면파와 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판을 형성한다. 이에 관한 상세한 설명은 앞서의 내용을 참조한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 홀로그램 레코딩 장치의 구성도이다. 도 4의 홀로그램 레코딩 장치(400)는 광원(110), 분할수단(120), 위상 천이수단(230), 제1 빔확장기(140), 제1 변조수단(150), 제2 변조수단(345), 간섭수단(360), 투사렌즈(355), 스캔수단(165), 집광기(170), 광 검출수단(175), 전자처리부(280)를 포함한다. 도 4의 홀로그램 레코딩 장치(400)에서 도 2 및 도 3과 동일한 부호를 갖는 구성요소는 동일한 동작을 수행함을 의미하므로, 동일한 부호의 구성요소에 대한 별도의 설명은 생략한다.
이러한 도 4 또한 도 1에 도시된 제2 변조수단(155)의 구성이 미포함되어 있으며, 간섭수단(360)의 후단에 투사렌즈(355)가 배치되어 있는 형태를 갖는다. 또한, 도 4는 도 2처럼 위상 천이수단(230)을 사용하므로 전자처리부(280)의 구성은 도 2의 실시예와 동일하다. 따라서, 도 4의 광학계 부분은 위상 천이수단(230)과 신호 생성부(235) 부분을 제외하고는 도 3의 광학계 부분과 동일하다.
이러한 제4 실시예의 경우 또한 제1 변조수단(150)은 렌즈로 구성되고 제2 변조수단(345)은 빔확장기로 구성되는데, 앞서 제3 실시예의 경우와 같이 제1 변조수단(150)과 제2 변조수단(345)은 광섬유로도 구현이 가능하다.
그리고, 제3 실시예처럼, 도 4의 경우 또한 제1 빔에 대한 구면파와 제2 빔에 대한 평면파를 간섭수단(360)에서 간섭시킨 다음, 상기 투사렌즈(355)를 통해 선형 프레넬 윤대판 형태를 갖는 제1 빔에 대한 구면파를 상기 투사렌즈(355)에 의한 상 위치에서 발산(diverging)하는 제1 구면파로 변환하고, 상기 제2 빔에 대한 평면파를 상기 투사렌즈(355)의 초점 위치에서 발산하는 제2 구면파로 변환한다.
앞서와 같이, 상기 투사렌즈(355)는 서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파에 의해 상기 비선형 프레넬 윤대판 형태의 간섭 빔을 형성한다. 이렇게 투사렌즈(355)를 통해 형성된 간섭 빔은 제2 실시예의 경우처럼 제1 구면파와 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상이 천이된 비선형 프레넬 윤대판을 형성한다. 이에 관한 상세한 설명은 앞서의 내용을 참조한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 홀로그램 레코딩 장치에 따르면, 홀로그램 레코딩을 위하여 비선형 프래넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate)을 스캔 빔으로 형성함에 따라, 물체의 홀로그램을 축소 또는 확대하여 공간에 광학적 복원하여 3차원 디스플레이할 때 축소 또는 확대에 따른 왜곡을 보정할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100,200,300,400: 홀로그램 레코딩 장치
110: 광원 120: 분할수단
130: 주파수 천이수단 135,235: 신호 생성부
140: 제1 빔확장기 145: 제2 빔확장기
150: 제1 변조수단 155,345: 제2 변조수단
160,360: 간섭수단 165: 스캔수단
170: 집광기 175: 광 검출수단
180,280: 전자처리부 181: 헤테로다인 검출기
182,282: AD컨버터 183,283: 신호처리부
184,284: 저장부 185,285: 스캔 제어부
230: 위상 천이수단 355: 투사렌즈

Claims (18)

  1. 전자기파를 발생시키는 광원;
    상기 전자기파를 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할수단;
    상기 제1 빔을 제1 구면파로 변환하는 제1 변조수단;
    상기 제2 빔을 제2 구면파로 변환하는 제2 변조수단;
    상기 분할수단과 상기 제1 변조수단 사이 또는 상기 분할수단과 상기 제2 변조수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 위상 또는 주파수를 천이시키는 천이수단;
    서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파를 서로 간섭시켜서 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태의 간섭 빔을 형성하는 간섭수단;
    상기 간섭 빔을 이용하여 촬영대상물을 스캔하는 스캔수단; 및
    상기 촬영대상물로부터 반사된 빔을 검출하는 광 검출수단을 포함하며,
    상기 간섭 빔은 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상 또는 주파수 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태인 홀로그램 레코딩 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 변조수단 및 상기 제2 변조수단은,
    렌즈 또는 광섬유로 구성되는 홀로그램 레코딩 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 천이수단은,
    상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 주파수를 천이시키고,
    상기 간섭 빔은,
    상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의되는 홀로그램 레코딩 장치:
    Figure 112013027632716-pat00018

    여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, Ω은 상기 천이수단에 의해 천이시킨 주파수이다.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 천이수단은,
    상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 위상을 천이시키고,
    상기 간섭 빔은,
    상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의되는 홀로그램 레코딩 장치:
    Figure 112013027632716-pat00019

    여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, pn은 상기 위상 천이에 사용되는 n개의 서로 다른 위상들의 집합이다.
  8. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 홀로그램의 축소 또는 확대를 위한 상기 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소가 -10 내지 10의 범위를 갖도록 상기 d 값을 조절하는 홀로그램 레코딩 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 검출수단에서 검출된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 홀로그램을 생성하는 전자처리부를 더 포함하고,
    상기 전자처리부는,
    상기 검출된 신호를 디지털 신호로 변환한 AD컨버터;
    상기 변환된 디지털 신호로부터 상기 촬영대상물의 복소수 홀로그램을 생성하는 신호처리부;
    상기 복소수 홀로그램을 저장하는 저장부; 및
    상기 촬영대상물의 임의 위치에 대한 홀로그램 처리가 완료될 때마다 상기 스캔수단의 위치를 변경시키는 제어 신호를 생성하는 스캔 제어부를 포함하는 홀로그램 레코딩 장치.
  10. 전자기파를 발생시키는 광원;
    상기 전자기파를 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할수단;
    상기 제1 빔을 구면파로 변환하는 제1 변조수단;
    상기 제2 빔을 평면파로 변환하는 제2 변조수단;
    상기 분할수단과 상기 제1 변조수단 사이 또는 상기 분할수단과 상기 제2 변조수단 사이에 위치하여 상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 위상 또는 주파수를 천이시키는 천이수단;
    상기 구면파와 상기 평면파를 서로 간섭시켜서 간섭 빔을 형성하는 간섭수단;
    상기 간섭 빔을 비선형 프레넬 윤대판(non-linear Fresnel zone plate) 형태로 변환하는 투사렌즈;
    상기 변환된 간섭 빔을 이용하여 촬영대상물을 스캔하는 스캔수단; 및
    상기 촬영대상물로부터 반사된 빔을 검출하는 광 검출수단을 포함하며,
    상기 투사렌즈는,
    선형 프레넬 윤대판을 형성하는 상기 구면파를 상기 투사렌즈에 의한 상 위치에서 발산하는 제1 구면파로 변환하고, 상기 평면파를 상기 투사렌즈의 초점 위치에서 발산하는 제2 구면파로 변환하되, 서로 다른 초점 위치를 갖는 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파에 의해 상기 비선형 프레넬 윤대판을 형성하며,
    상기 투사렌즈에 의해 상기 간섭 빔은 상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 주파수 또는 위상 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태인 홀로그램 레코딩 장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 변조수단은,
    렌즈 또는 광섬유로 구성되고,
    상기 제2 변조수단은,
    빔 확장기 또는 광섬유로 구성되는 홀로그램 레코딩 장치.
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 천이수단은,
    상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 주파수를 천이시키고,
    상기 간섭 빔은,
    상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 시간에 따라 헤테로다인 변조된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의되는 홀로그램 레코딩 장치:
    Figure 112013027632716-pat00020

    여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, Ω은 상기 천이수단에 의해 천이시킨 주파수이다.
  15. 삭제
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 천이수단은,
    상기 제1 빔 또는 상기 제2 빔에 대한 위상을 천이시키고,
    상기 간섭 빔은,
    상기 제1 구면파와 상기 제2 구면파의 곡률 방향이 동일한 영역에서 위상 천이된 비선형 프레넬 윤대판 형태로서 아래의 수학식으로 정의되는 홀로그램 레코딩 장치:
    Figure 112013027632716-pat00021

    여기서, λ는 상기 전자기파의 파장, x0 2+y0 2은 상기 촬영대상물 공간의 좌표계, 상기 좌표계의 원점은 상기 제1 변조수단의 초점 위치, d는 상기 제1 변조수단과 상기 제2 변조수단 사이의 초점의 위치 차, z는 상기 제1 변조수단의 초점 위치에서 상기 비선형 프레넬 윤대판 까지의 거리, pn은 상기 위상 천이에 사용되는 n개의 서로 다른 위상들의 집합이다.
  17. 청구항 14 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 홀로그램의 축소 또는 확대를 위한 상기 비선형 프레넬 윤대판의 스케일링 요소가 -10 내지 10의 범위를 갖도록 상기 d 값을 조절하는 홀로그램 레코딩 장치.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 광 검출수단에서 검출된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 홀로그램을 생성하는 전자처리부를 더 포함하고,
    상기 전자처리부는,
    상기 검출된 신호를 디지털 신호로 변환한 AD컨버터;
    상기 변환된 디지털 신호로부터 상기 촬영대상물의 복소수 홀로그램을 생성하는 신호처리부;
    상기 복소수 홀로그램을 저장하는 저장부; 및
    상기 촬영대상물의 임의 위치에 대한 홀로그램 처리가 완료될 때마다 상기 스캔수단의 위치를 변경시키는 제어 신호를 생성하는 스캔 제어부를 포함하는 홀로그램 레코딩 장치.
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Nonlinear diffractive optical elements (OPTICS EXPRESS 10863, Vol. 15, No. 17 (2007.8.20) *
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