KR102590462B1 - Computational holographic imaging apparatus based on volume holographic optical element for color dispersion free holographic virtual display - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 미리 설계된 다중 VHOE(Volume Holographic Optical Element) 조합을 이용하여 두 단계 브래그 회절에 따른 칼라 분산이 제거 가능한 수치적 홀로그래픽 이미징 모델을 통해 홀로그래픽 증강 현실 디스플레이에 적용 가능한 홀로그래픽 이미징 장치를 제공한다.The present embodiments provide a holographic imaging device applicable to a holographic augmented reality display through a numerical holographic imaging model capable of eliminating color dispersion due to two-stage Bragg diffraction using a pre-designed combination of multiple VHOE (Volume Holographic Optical Elements). to provide.
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 칼라 보상 방법 및 홀로그래픽 이미징 장치에 관한 것이다. The technical field to which the present invention pertains relates to color compensation methods and holographic imaging devices.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.
홀로그래픽 이미징 기술은 크게 두 가지로 나뉜다. 홀로그램 이미징과 홀로그램 광학소자 영역이다. 홀로그래픽 기술의 공통적인 주요 문제점 중 하나는 칼라 분산이다. Holographic imaging technology is largely divided into two types. This is the area of holographic imaging and holographic optical devices. One of the major common problems with holographic technology is color dispersion.
기존의 칼라 분산 보상 기술은 홀로그래픽 렌즈 또는 이미징 분야에 다양하게 제안되었으나 증강/가상/혼합 현실 디스플레이에 홀로그래픽 광학 소자가 집중 관심을 받게 되면서 기존 방법을 가지고 구현하는데 기술적 한계가 있다. 새로운 디스플레이에 맞게 새로운 수치적 접근과 광학적 구현 가치를 검증할 필요가 있다.Existing color dispersion compensation technologies have been variously proposed in the field of holographic lenses or imaging, but as holographic optical devices have received increasing attention in augmented/virtual/mixed reality displays, there are technical limitations in implementing them using existing methods. There is a need to verify the value of new numerical approaches and optical implementations for new displays.
본 발명의 실시예들은 다중 VHOE(Volume Holographic Optical Element) 기반 투과형 풀 칼라 홀로그래픽 이미징 장치로 미리 설계된 두 개의 VHOE 조합을 이용하여 두 단계 브래그 회절에 따른 칼라 분산이 제거 가능한 수치적 홀로그래픽 이미징 모델을 통해 다양한 형태의 증강 현실 홀로그래픽 디스플레이에 적용하는데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention are a multi-VHOE (Volume Holographic Optical Element)-based transmissive full-color holographic imaging device that uses a combination of two pre-designed VHOEs to develop a numerical holographic imaging model in which color dispersion due to two-step Bragg diffraction can be eliminated. The main purpose of the invention is to apply it to various types of augmented reality holographic displays.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 홀로그래픽 이미징 장치에 있어서, 재구성 빔의 입사각을 조정하는 제어부; 상기 재구성 빔을 방출하는 패널; 제1 참조 빔과 제1 물체 빔에 의한 제1 간섭 무늬가 기록된 제1 회절 격자를 갖고, 상기 재구성 빔을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자; 및 제2 참조 빔과 제2 물체 빔에 의한 제2 간섭 무늬가 기록된 제2 회절 격자를 갖고, 상기 회절된 재구성 빔을 회절시켜 출력 빔을 출력하는 제2 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 홀로그래픽 이미징 장치를 제공한다.According to one aspect of this embodiment, a holographic imaging device includes: a control unit that adjusts the angle of incidence of a reconstruction beam; a panel emitting the reconstruction beam; a first holographic optical element having a first diffraction grating on which a first interference pattern by a first reference beam and a first object beam is recorded, and diffracting the reconstruction beam; and a second holographic optical element having a second diffraction grating on which a second interference pattern by a second reference beam and a second object beam is recorded, and diffracting the diffracted reconstruction beam to output an output beam. An imaging device is provided.
상기 패널은 비축(off-axis)으로 상기 재구성 빔을 입사시킬 수 있다.The panel may incident the reconstruction beam off-axis.
상기 제2 홀로그래픽 광학 소자는 정축(on-axis)으로 홀로그래픽 영상을 제공할 수 있다.The second holographic optical element may provide a holographic image on-axis.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각을 조정하여 상기 재구성 빔의 상이한 파장에 상관없이 칼라를 보상할 수 있다.The controller may adjust the angle of incidence of the reconstruction beam to compensate for color regardless of different wavelengths of the reconstruction beam.
상기 재구성 빔이 기록된 제1 기준 빔의 방향으로 입사되면, 상기 제1 회절 격자에서 나오는 빔의 각도는 기록된 제1 물체 빔의 각도에 대응할 수 있다.When the reconstruction beam is incident in the direction of the recorded first reference beam, the angle of the beam emerging from the first diffraction grating may correspond to the angle of the recorded first object beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각 및 상기 출력 빔의 회절각의 관계로 정의된 제1 조건을 만족시키도록 설정할 수 있다.The control unit may be set to satisfy a first condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the output beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각이 상기 출력 빔의 회절각에 동일하게 설정할 수 있다.The control unit may set the incident angle of the reconstruction beam to be equal to the diffraction angle of the output beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각 및 기록된 제1 물체 빔의 회절각의 관계로 정의된 제2 조건을 만족시키도록 설정할 수 있다.The control unit may be set to satisfy a second condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the recorded first object beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각이 기록된 제1 물체 빔의 회절각에 측면을 기준으로 반전된 방향을 갖도록 설정할 수 있다.The control unit may set the incident angle of the reconstruction beam to have a direction reversed with respect to the side of the diffraction angle of the recorded first object beam.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법에 있어서, 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계; 상기 재구성 빔을 방출하는 단계; 상기 재구성 빔을 제1 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시키는 단계; 및 상기 회절된 재구성 빔을 제2 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시켜 출력 빔을 출력하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법을 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, a method for color compensation of a holographic imaging device includes: adjusting the angle of incidence of a reconstruction beam; emitting the reconstruction beam; diffracting the reconstruction beam through a first holographic optical element; and diffracting the diffracted reconstruction beam through a second holographic optical element to output an output beam.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면 미리 설계된 다중 VHOE(Volume Holographic Optical Element) 조합을 이용하여 두 단계 브래그 회절에 따른 칼라 분산이 제거 가능한 수치적 홀로그래픽 이미징 모델을 통해 다양한 형태의 증강 현실 홀로그래픽 디스플레이에 적용할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, various types of augmentation are provided through a numerical holographic imaging model in which color dispersion due to two-stage Bragg diffraction can be eliminated using a combination of multiple pre-designed VHOE (Volume Holographic Optical Elements). There is an effect that can be applied to a real holographic display.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification and their potential effects expected by the technical features of the present invention are treated as if described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 두 단계 회절을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상을 위한 수치적 해석을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법을 예시한 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 시뮬레이션한 테스트 영상을 예시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating two-step diffraction of a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating numerical analysis for color compensation of a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart illustrating a color compensation method of a holographic imaging device according to another embodiment of the present invention.
Figures 5 and 6 are diagrams illustrating test images simulated in embodiments of the present invention.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, in describing the present invention, if it is determined that related known functions may unnecessarily obscure the gist of the present invention as they are obvious to those skilled in the art, the detailed description will be omitted, and some embodiments of the present invention will be described. It will be described in detail through exemplary drawings.
본 발명은 증강/가상 현실용 홀로그래픽 디스플레이, 홀로그램 인공 지능 아바타 디스플레이, 홀로그램 인공지능 스피커, 홀로그래픽 프로젝션 등에 적용될 수 있다. The present invention can be applied to holographic displays for augmented/virtual reality, holographic artificial intelligence avatar displays, holographic artificial intelligence speakers, holographic projection, etc.
홀로그래픽 디스플레이의 칼라 보상을 위한 홀로그래픽 이미징 장치는 경사 입사하는 빔과 정면 출력하는 빔을 만들면서 칼라 분산을 보상하는 구조이다. 최소 두 개 이상의 홀로그래픽 소자를 설계하여 배치하며, VHOE 소자는 1차 성분만 회절시키므로 다차 회절시키는 얇은 홀로그래픽 소자보다 디스플레이 응용에 큰 장점을 갖는다. VHOE 기반 칼라 분산 보상 이론을 정축(on-axis) 접근과 비축(off-axis) 접근 둘 다 설계 가능한 일반화된 수치적 모델을 유도한다. 미리 설정된 조건에서 파장에 관계없이 설계된 모델의 조건을 만족하며, 이러한 조건에서 칼라 보상이 된다는 의미이다. A holographic imaging device for color compensation of a holographic display has a structure that compensates for color dispersion by creating an obliquely incident beam and a frontal output beam. At least two or more holographic elements are designed and arranged, and since the VHOE element diffracts only the first order component, it has a great advantage in display applications over thin holographic elements that diffract multiple orders. We derive a generalized numerical model that can design the VHOE-based color dispersion compensation theory in both on-axis and off-axis approaches. This means that the conditions of the designed model are met regardless of the wavelength under preset conditions, and color compensation is performed under these conditions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치를 예시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
홀로그래픽 이미징 장치(10)는 제어부(100), 패널(200), 제1 홀로그래픽 광학 소자(310), 제2 홀로그래픽 광학 소자(320)를 포함한다.The holographic imaging device 10 includes a
제1 홀로그래픽 광학 소자(310) 및 제2 홀로그래픽 광학 소자(320)는 VHOE로 구현될 수 있다.The first holographic optical element 310 and the second holographic optical element 320 may be implemented as VHOE.
패널(200)은 재구성 빔을 방출한다. 패널(200)에서 방출된 홀로그래픽 구현을 위한 영상은 제1 홀로그래픽 광학 소자(310) 및 제2 홀로그래픽 광학 소자(320)을 통과한 후 홀로그래픽 영상으로 변환된다. 패널(200)은 비축(off-axis)으로 재구성 빔을 제1 홀로그래픽 광학 소자(310)의 평면에 입사시킬 수 있다.Panel 200 emits a reconstruction beam. The image for holographic implementation emitted from the panel 200 passes through the first holographic optical element 310 and the second holographic optical element 320 and is then converted into a holographic image. The panel 200 may cause the reconstruction beam to be incident on the plane of the first holographic optical element 310 off-axis.
제1 홀로그래픽 광학 소자(310)는 제1 참조 빔과 제1 물체 빔에 의한 제1 간섭 무늬가 기록된 제1 회절 격자를 갖는다. 제1 홀로그래픽 광학 소자(310)는 입사된 재구성 빔을 회절시킨다.The first holographic optical element 310 has a first diffraction grating on which a first interference pattern caused by the first reference beam and the first object beam is recorded. The first holographic optical element 310 diffracts the incident reconstruction beam.
제2 홀로그래픽 광학 소자(320)는 제2 참조 빔과 제2 물체 빔에 의한 제2 간섭 무늬가 기록된 제2 회절 격자를 갖는다. 제2 홀로그래픽 광학 소자(320)는 회절된 재구성 빔을 회절시켜 출력 빔을 출력한다. 제2 홀로그래픽 광학 소자(320)는 정축(on-axis)으로 홀로그래픽 영상을 제공할 수 있다.The second holographic optical element 320 has a second diffraction grating on which a second interference pattern caused by the second reference beam and the second object beam is recorded. The second holographic optical element 320 diffracts the diffracted reconstruction beam and outputs an output beam. The second holographic optical element 320 may provide a holographic image on-axis.
제어부(100)는 재구성 빔의 입사각을 조정한다.The
제어부(100)는 재구성 빔의 입사각을 조정하여 재구성 빔의 상이한 파장에 상관없이 칼라를 보상할 수 있다. 재구성 빔이 기록된 제1 기준 빔의 방향으로 입사되면, 제1 회절 격자에서 나오는 빔의 각도는 기록된 제1 물체 빔의 각도에 대응할 수 있다.The
제어부(100)는 재구성 빔의 입사각 및 출력 빔의 회절각의 관계로 정의된 제1 조건을 만족시키도록 설정할 수 있다. 제어부(100)는 재구성 빔의 입사각이 출력 빔의 회절각에 동일하게 설정할 수 있다.The
제어부(100)는 재구성 빔의 입사각 및 기록된 제1 물체 빔의 회절각의 관계로 정의된 제2 조건을 만족시키도록 설정할 수 있다. 제어부(100)는 재구성 빔의 입사각이 기록된 제1 물체 빔의 회절각에 측면을 기준으로 반전된 방향을 갖도록 설정할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 두 단계 회절을 예시한 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating two-step diffraction of a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
브래그 매칭 광이 VHOE에 입사하면 브래그 회절 법칙에 의해 물체 파동이 재생되며, 두 파동의 전기장은 수학식 1과 같이 표현된다.When Bragg matching light is incident on the VHOE, object waves are reproduced according to the Bragg diffraction law, and the electric fields of the two waves are expressed as Equation 1.
E R 은 기준 파동이고 E O 는 물체 파동이고, ER,EO는 기준 파동과 물체 파동의 진폭이고, K R ,K 0 은 기준 파동과 물체 파동의 격자 파동이다. rR,rO는 기준 파동과 물체 파동에 대해 두 지점 소스의 위치이다. 포토폴리머 기반 VHOE와 같은 기록 매체 상의 두 가우스 파동 사이의 간섭 패턴의 세기는 수학식 2와 같이 표현된다. E R is the reference wave and E O is the object wave, E R ,E O is the amplitude of the reference wave and the object wave, and K R ,K 0 is the lattice wave of the reference wave and the object wave. r R , r O are the positions of the two point sources with respect to the reference wave and the object wave. The strength of the interference pattern between two Gaussian waves on a recording medium such as photopolymer-based VHOE is expressed as Equation 2.
E R ,E O 는 E R 과 순차적으로 혼합되면 I의 광학 세기는 수학식 2와 같다. I에 대응하는 격자 패턴은 포토폴리머 기반 VHOE에 기록된다. KG는 물체 파동과 기준 파동의 격자 파동 벡터이며 수학식 3과 같이 표현된다.When E R and E O are sequentially mixed with E R , the optical intensity of I is as shown in Equation 2. The grid pattern corresponding to I is recorded in the photopolymer-based VHOE. K G is the grid wave vector of the object wave and the reference wave and is expressed as Equation 3.
KG는 가장자리에 정규화된 격자 벡터이다. K G is the edge normalized grid vector.
두 가우스 파동 사이의 브래그 격자 방정식은 수학식 4와 같이 표현되며 브래그 조건을 의미한다.The Bragg lattice equation between two Gaussian waves is expressed as Equation 4 and means the Bragg condition.
θ는 기준 빔과 물체 빔의 교차 각을 나타내는 기록 매체 외부와 내부의 반각으로 정의할 수 있다. N은 회절 수이며, 두꺼운 영역을 나타내는 VHOE의 경우 1 차만을 갖고, λ와 n은 각각 기록 파장과 굴절률을 나타낸다. N = 1 인 경우 격자 주기는 Λ=λ/2nsinθ으로 표현된다. θ can be defined as the half angle outside and inside the recording medium, which represents the intersection angle between the reference beam and the object beam. N is the diffraction number, which has only first order for VHOE, which represents the thick region, and λ and n represent the recording wavelength and refractive index, respectively. When N = 1, the lattice period is expressed as Λ=λ/2nsinθ.
R, G 및 B 색상이 분산 각으로 VHOE에 입사하면 이론적으로 모두 병렬로 회절된다. 색 분산이 없는 VHOE를 적용하기 위해 포토폴리머는 높은 회절 효율, 회절된 광선의 낮은 왜곡, 회절된 광의 세기 균일성과 같은 특성을 가져야 한다.When the R, G and B colors are incident on the VHOE at their dispersion angles, they theoretically all diffract in parallel. To apply VHOE without chromatic dispersion, the photopolymer must have properties such as high diffraction efficiency, low distortion of the diffracted light, and intensity uniformity of the diffracted light.
포토폴리머로 만든 VHOE는 포토폴리머의 물리적 및 광학적 특성에 영향을 받는다. 포토폴리머는 자체 개발 능력, 건식 가공, 우수한 안정성, 두꺼운 에멀젼, 고감도, 큰 회절 효율, 고해상도 및 비 휘발성 저장 측면에서 우수한다. 볼륨 홀로그램에서 기준 빔과 물체 빔이 주어지면 이들의 고정 간섭 패턴이 형성된다.VHOEs made from photopolymers are influenced by the physical and optical properties of the photopolymer. Photopolymer is superior in terms of self-development ability, dry processing, good stability, thick emulsion, high sensitivity, large diffraction efficiency, high resolution and non-volatile storage. In a volume hologram, given a reference beam and an object beam, their fixed interference patterns are formed.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상을 위한 수치적 해석을 예시한 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating numerical analysis for color compensation of a holographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
다중 VHOE 시스템에 수치적 해석을 고려하면, 홀로그램 회절 격자 또는 렌즈에 대한 수치 표현은 종방향 및 횡방향 방정식으로 설명된다. 종방향 방정식은 수학식 5와 같이 참조 및 물체 빔에 대한 거리, 구성 및 재구성을 위한 거리를 포함한다.Considering the numerical analysis of the multiple VHOE system, the numerical expression for the holographic diffraction grating or lens is described by longitudinal and transverse equations. The longitudinal equation includes distances for reference and object beams, and distances for configuration and reconstruction, as shown in Equation 5.
μ= λc/λr, m은 홀로그램의 확대율이고, RI,Rc,Ro,Rr는 초점으로서의 재구성 거리, 실제 입사빔 위치로부터 VHOE 평면까지 거리, 물체와 기준 지점 소스의 기록 거리이다. 초점 방향은 다음과 같이 횡방향 방정식으로 대체 표현된다.μ= λ c /λ r , m is the magnification of the hologram, R I ,R c ,R o ,R r is the reconstruction distance as the focus, the distance from the actual incident beam position to the VHOE plane, the recording distance of the object and the reference point source. am. The focus direction is alternatively expressed by the transverse equation as follows:
배율 m=1로 단순화하고, 수학식 5는 종방향의 근축(paraxial axis) 렌즈를 나타낸다. 수학식 6 및 7은 횡방향의 비축(off-axis) 렌즈 방정식을 나타낸다.Simplify the magnification m = 1, and Equation 5 represents a longitudinal paraxial axis lens. Equations 6 and 7 represent the transverse off-axis lens equations.
횡방향으로 VHOE 장치에서 멀어지는 평면 물체 이미지로부터 회절되는 재구성 이미지를 고려하므로, 평면 물체 정보의 비축 입사각에 대응하는 보상을 취급한다. 하나의 VHOE만으로 보정할 수 없으므로, 색 보정 방법으로 분산이 적고 수차가 낮은 다중 VHOE를 채택한다. Since we consider a reconstructed image diffracted from a planar object image moving away from the VHOE device in the transverse direction, we treat compensation corresponding to the off-axis incidence angle of the planar object information. Since correction cannot be made with only one VHOE, multiple VHOEs with low dispersion and low aberration are adopted as the color correction method.
비축 입사와 정축 홀로그래픽 이미징에 관한 일반적인 두 개의 다중 홀로그램 광학 소자 기하학의 분석을 도출한다.An analysis of two general multi-holographic optical element geometries for off-axis incidence and orthogonal holographic imaging is derived.
단일 VHOE의 경우 각도 방정식은 간섭 방정식과 회절 방정식의 조합으로 간주됩니다. 간섭 격자 방정식은 수학식 9와 같이 표현된다.For a single VHOE, the angle equation is considered to be a combination of the interference equation and the diffraction equation. The interference grid equation is expressed as Equation 9.
여기서 f는 격자의 공간 주파수를 의미합니다. Λi 및 λi는 자유 공간에서 격자 주기 및 각 기록 파장을 나타낸다. αR1,αO1은 간섭 격자 구성을 위한 기준 파동과 물체 파동을 나타낸다. 2π는 위상 값을 계산할 때 사용되므로 생략할 수 있다. 공간 주파수 간섭 격자의 회절 방정식은 수학식 10과 같이 표현된다.Here f refers to the spatial frequency of the grating. Λ i and λ i represent the grating period and each recording wavelength in free space. α R1 and α O1 represent the reference wave and object wave for constructing the interference grid. 2π is used when calculating the phase value, so it can be omitted. The diffraction equation of the space-frequency interference grating is expressed as Equation 10.
λj는 회절 격자의 자유 공간에서 각 방향 입사 파장을 나타낸다. αI1,αC1은 출력 빔의 회절각과 간섭 격자의 재구성을 위한 재구성 빔의 입사각을 나타낸다. n은 회절 차수이며 1 차는 VHOE에만 나타나므로 1로 표현할 수 있다.λ j represents the incident wavelength in each direction in the free space of the diffraction grating. α I1 and α C1 represent the diffraction angle of the output beam and the incident angle of the reconstruction beam for reconstruction of the interference grating. n is the diffraction order, and the 1st order appears only in VHOE, so it can be expressed as 1.
수학식 8과 10을 통해 홀로그래픽 광학 이미징 장치를 구현하기 위해 두 개의 VHOE 레이어에서 입사 빔의 파장에 관계없이 색 분산을 보상하는 새로운 수학적 모델을 제안한다. 기록 파장이 오직 녹색이라고 가정한다. 즉 i = g, j = g라고 가정하면, 각도 방정식은 다음과 같이 표현된다.To implement a holographic optical imaging device through Equations 8 and 10, we propose a new mathematical model that compensates for chromatic dispersion regardless of the wavelength of the incident beam in two VHOE layers. Assume that the recording wavelength is only green. That is, assuming that i = g, j = g, the angle equation is expressed as follows.
재구성 빔이 기록 기준 빔의 방향으로 회절 격자에 입사하면 회절 격자에서 나오는 출력 빔의 각도는 기록 대상 빔의 각도와 동일하다. i = r, b와 같은 다른 파장 복원 빔의 경우 각도 방정식은 다음과 같이 표현된다.When the reconstruction beam is incident on the diffraction grating in the direction of the recording reference beam, the angle of the output beam coming out of the diffraction grating is the same as the angle of the recording target beam. For other wavelength recovery beams such as i = r, b, the angle equation is expressed as:
수학식 12에서 보상을 위한 두 방정식은 다음과 같이 표현된다.In Equation 12, the two equations for compensation are expressed as follows.
(+) 부호에 대해서 수학식 13을 요약하면 수학식 14와 같이 표현된다.If Equation 13 is summarized for the (+) sign, it is expressed as Equation 14.
파장에 관계없이 색 보정에 관한 제1 조건은 수학식 15와 같이 표현된다.The first condition for color correction regardless of wavelength is expressed as Equation 15.
그러면 αI2는 항상 αO2와 같다. 즉, VHOE 평면에 입사되는 재구성 빔의 방향이 기록 빔의 방향과 동일해야 한다. 이 경우 출력 빔의 회절각은 입사 영상 빔의 회절각과 동일해야 한다. VHOE 장치의 광학 축이 기울어 질 수 있지만 입력 물체 빔의 광학 축을 따라 출력 홀로그램 이미징이 형성되어야 한다. Then α I2 is always equal to α O2 . That is, the direction of the reconstruction beam incident on the VHOE plane must be the same as the direction of the recording beam. In this case, the diffraction angle of the output beam must be the same as that of the incident image beam. Although the optical axis of the VHOE device can be tilted, the output holographic imaging must be formed along the optical axis of the input object beam.
(-) 부호에 대해서 수학식 13을 요약하면 수학식 16과 같이 표현된다.If Equation 13 is summarized for the (-) sign, it is expressed as Equation 16.
파장에 관계없이 색 보정에 관한 제2 조건은 수학식 17과 같이 표현된다.The second condition for color correction regardless of wavelength is expressed as Equation 17.
이는 VHOE의 평면에 입사되는 재구성 빔의 방향이 기록 빔의 방향과 측면으로 반전되어야 한다. 이미징 정보를 갖는 비축 입력 빔과 입력 빔의 방향과 다른 각도를 갖는 정축(또는 다른 축) 출력 빔이 적용된 칼라 보상 홀로그래픽 이미징 장치는 수학적 모델을 적용하여 렌즈, 거울, 격자와 같은 VHOE 기능의 종류에 관계없이 두 개의 다중 단일 색상 VHOE 평면으로 측면 색상 분산을 최소화할 수 있다.This requires that the direction of the reconstruction beam incident on the plane of the VHOE be laterally reversed from the direction of the recording beam. A color-compensated holographic imaging device with an off-axis input beam containing imaging information and an orthoaxial (or other-axis) output beam having an angle different from the direction of the input beam applies a mathematical model to create a type of VHOE function such as a lens, mirror, or grating. Regardless, lateral color dispersion can be minimized with two multiple single-color VHOE planes.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법을 예시한 흐름도이다. Figure 4 is a flowchart illustrating a color compensation method of a holographic imaging device according to another embodiment of the present invention.
홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법은 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계(S10), 재구성 빔을 방출하는 단계(S20), 재구성 빔을 제1 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시키는 단계(S30), 및 회절된 재구성 빔을 제2 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시켜 출력 빔을 출력하는 단계(S40)를 포함한다.The color compensation method of the holographic imaging device includes adjusting the incident angle of the reconstruction beam (S10), emitting the reconstruction beam (S20), diffracting the reconstruction beam through the first holographic optical element (S30), and It includes diffracting the diffracted reconstruction beam through a second holographic optical element to output an output beam (S40).
재구성 빔을 방출하는 단계(S20)는 비축으로 재구성 빔을 입사시킨다.In the step of emitting the reconstruction beam (S20), the reconstruction beam is incident off-axis.
출력 빔을 출력하는 단계(S40)는 정축으로 홀로그래픽 영상을 제공한다.The step of outputting the output beam (S40) provides a holographic image along the positive axis.
재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계(S10)는 재구성 빔의 입사각을 조정하여 재구성 빔의 상이한 파장에 상관없이 칼라를 보상한다. 재구성 빔이 상기 기록된 제1 기준 빔의 방향으로 입사되면, 제1 회절 격자에서 나오는 빔의 각도는 기록된 제1 물체 빔의 각도에 대응한다.The step of adjusting the angle of incidence of the reconstruction beam (S10) adjusts the angle of incidence of the reconstruction beam to compensate for the color regardless of the different wavelengths of the reconstruction beam. When the reconstruction beam is incident in the direction of the recorded first reference beam, the angle of the beam emerging from the first diffraction grating corresponds to the angle of the recorded first object beam.
재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계(S10)는 재구성 빔의 입사각 및 상기 출력 빔의 회절각의 관계로 정의된 제1 조건을 만족시키도록 설정한다.The step of adjusting the incident angle of the reconstruction beam (S10) is set to satisfy the first condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the output beam.
재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계(S10)는 재구성 빔의 입사각 및 기록된 제1 물체 빔의 회절각의 관계로 정의된 제2 조건을 만족시키도록 설정한다.The step S10 of adjusting the incident angle of the reconstruction beam is set to satisfy the second condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the recorded first object beam.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 시뮬레이션한 테스트 영상을 예시한 도면이다.Figures 5 and 6 are diagrams illustrating test images simulated in embodiments of the present invention.
도 5의 (a), (b), (c)은 3색 소스 영상을 단일 VHOE에 통과시킨 출력이고, 도 5의 (d), (e), (f)는 3색 소스 영상을 다중 VHOE에 통과시킨 출력이다.Figures 5 (a), (b), and (c) are the output of a three-color source image passed through a single VHOE, and Figures 5 (d), (e), and (f) are the output of a three-color source image passed through a multiple VHOE. This is the output passed through.
도 6의 (a), (b), (c), (d)는 백색 K 영상을 단일 VHOE에 통과시킨 출력이고, 도 6의 (e), (f), (g), (h)는 백색 K 영상을 다중 VHOE에 통과시킨 출력이다.Figures 6 (a), (b), (c), and (d) are the output of a white K image passed through a single VHOE, and Figures 6 (e), (f), (g), and (h) are the output of a white K image passed through a single VHOE. This is the output of white K video passed through multiple VHOEs.
도 5 및 도 6에 따른 전산 시뮬레이션 실험 결과에 도시된 바와 같이, 파장에 상관없이 칼라 보상 가능한 조건에 맞춰서 출력 빔이 정축(on-axis)이고 입력 빔이 비축(off-axis)인 증강 현실 디스플레이를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in the results of computer simulation experiments according to FIGS. 5 and 6, an augmented reality display in which the output beam is on-axis and the input beam is off-axis according to the conditions that allow color compensation regardless of wavelength. It can be confirmed that it can be implemented.
홀로그래픽 이미징 장치에 포함된 구성요소들이 도 1에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. Components included in the holographic imaging device are shown separately in FIG. 1, but a plurality of components may be combined to form at least one module.
홀로그래픽 이미징 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.A holographic imaging device may be mounted on a computing device equipped with hardware elements in the form of software, hardware, or a combination thereof. Computing devices are a variety of devices, including all or part of communication devices such as communication modems for communicating with various devices or wired and wireless communication networks, memory for storing data for executing programs, and microprocessors for executing programs to perform calculations and commands. It can mean a device.
도 4에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIG. 4, each process is described as being sequentially executed, but this is only an illustrative explanation, and those skilled in the art can change the order shown in FIG. 4 and execute it without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Alternatively, it may be applied through various modifications and modifications, such as executing one or more processes in parallel or adding other processes.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.These embodiments are intended to explain the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.
10: 홀로그래픽 이미징 장치
100: 제어부
200: 패널
310: 제1 홀로그래픽 광학 소자
320: 제2 홀로그래픽 광학 소자10: Holographic imaging device
100: control unit
200: panel
310: first holographic optical element
320: Second holographic optical element
Claims (15)
재구성 빔의 입사각을 조정하는 제어부;
상기 재구성 빔을 방출하는 패널;
제1 참조 빔과 제1 물체 빔에 의한 제1 간섭 무늬가 기록된 제1 회절 격자를 갖고, 상기 재구성 빔을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자; 및
제2 참조 빔과 제2 물체 빔에 의한 제2 간섭 무늬가 기록된 제2 회절 격자를 갖고, 상기 회절된 재구성 빔을 회절시켜 출력 빔을 출력하는 제2 홀로그래픽 광학 소자를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 재구성 빔의 입사각 및 상기 출력 빔의 회절각의 관계로 정의된 제1 조건을 만족시키도록 상기 재구성 빔의 입사각을 설정하되, 상기 재구성 빔의 입사각이 상기 출력 빔의 회절각에 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.In the holographic imaging device,
a control unit that adjusts the incident angle of the reconstruction beam;
a panel emitting the reconstruction beam;
a first holographic optical element having a first diffraction grating on which a first interference pattern by a first reference beam and a first object beam is recorded, and diffracting the reconstruction beam; and
A second holographic optical element having a second diffraction grating on which a second interference pattern caused by a second reference beam and a second object beam is recorded, and diffracting the diffracted reconstruction beam to output an output beam,
The control unit sets the incident angle of the reconstruction beam to satisfy a first condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the output beam, wherein the incident angle of the reconstruction beam is equal to the diffraction angle of the output beam. A holographic imaging device characterized by identical settings.
상기 패널은 비축(off-axis)으로 상기 재구성 빔을 입사시키는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
A holographic imaging device, wherein the panel incident the reconstruction beam off-axis.
상기 제2 홀로그래픽 광학 소자는 정축(on-axis)으로 홀로그래픽 영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
The second holographic optical element is a holographic imaging device, characterized in that it provides a holographic image on-axis.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각을 조정하여 상기 재구성 빔의 상이한 파장에 상관없이 칼라를 보상하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
The control unit adjusts the incident angle of the reconstruction beam to compensate for color regardless of different wavelengths of the reconstruction beam.
상기 재구성 빔이 기록된 제1 기준 빔의 방향으로 입사되면, 상기 제1 회절 격자에서 나오는 빔의 각도는 기록된 제1 물체 빔의 각도에 대응하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
When the reconstruction beam is incident in the direction of the recorded first reference beam, the angle of the beam emerging from the first diffraction grating corresponds to the angle of the recorded first object beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각 및 기록된 제1 물체 빔의 회절각의 관계로 정의된 제2 조건을 만족시키도록 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
The holographic imaging device, wherein the control unit sets to satisfy a second condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the recorded first object beam.
상기 제어부는 상기 재구성 빔의 입사각이 기록된 제1 물체 빔의 회절각에 측면을 기준으로 반전된 방향을 갖도록 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치.According to paragraph 1,
The control unit is configured to set the incident angle of the reconstruction beam to have an inverted direction based on the side of the diffraction angle of the recorded first object beam.
제어부에서, 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계;
패널에서, 상기 재구성 빔을 방출하는 단계;
제1 참조 빔과 제1 물체 빔에 의한 제1 간섭 무늬가 기록된 제1 회절 격자를 갖는 제1 홀로그래픽 광학 소자에서, 상기 재구성 빔을 제1 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시키는 단계; 및
제2 참조 빔과 제2 물체 빔에 의한 제2 간섭 무늬가 기록된 제2 회절 격자를 갖는 제2 홀로그래픽 광학 소자에서, 상기 회절된 재구성 빔을 제2 홀로그래픽 광학 소자를 통해 회절시켜 출력 빔을 출력하는 단계를 포함하되,
상기 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계는, 상기 재구성 빔의 입사각 및 상기 출력 빔의 회절각의 관계로 정의된 제1 조건을 만족시키도록 상기 재구성 빔의 입사각을 설정하되, 상기 재구성 빔의 입사각이 상기 출력 빔의 회절각에 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법.In the color compensation method of a holographic imaging device,
In the control unit, adjusting the angle of incidence of the reconstruction beam;
At the panel, emitting the reconstruction beam;
diffracting the reconstruction beam through the first holographic optical element, in a first holographic optical element having a first diffraction grating on which a first interference pattern by a first reference beam and a first object beam is recorded; and
In a second holographic optical element having a second diffraction grating on which a second interference pattern by the second reference beam and the second object beam is recorded, the diffracted reconstruction beam is diffracted through the second holographic optical element to form an output beam. Including the step of outputting,
The step of adjusting the incident angle of the reconstruction beam includes setting the incident angle of the reconstruction beam to satisfy a first condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the output beam, wherein the incident angle of the reconstruction beam is A color compensation method for a holographic imaging device, characterized in that the diffraction angle of the output beam is set to be the same.
상기 재구성 빔을 방출하는 단계는 비축으로 상기 재구성 빔을 입사시키고,
상기 출력 빔을 출력하는 단계는 정축으로 홀로그래픽 영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법.According to clause 10,
Emitting the reconstruction beam includes incident the reconstruction beam off-axis,
A color compensation method for a holographic imaging device, wherein the step of outputting the output beam provides a holographic image along the positive axis.
상기 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계는 상기 재구성 빔의 입사각을 조정하여 상기 재구성 빔의 상이한 파장에 상관없이 칼라를 보상하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법.According to clause 10,
The step of adjusting the angle of incidence of the reconstruction beam adjusts the angle of incidence of the reconstruction beam to compensate for color regardless of different wavelengths of the reconstruction beam.
상기 재구성 빔이 기록된 제1 기준 빔의 방향으로 입사되면, 상기 제1 회절 격자에서 나오는 빔의 각도는 기록된 제1 물체 빔의 각도에 대응하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법.According to clause 10,
When the reconstruction beam is incident in the direction of the recorded first reference beam, the angle of the beam coming from the first diffraction grating corresponds to the angle of the recorded first object beam. Color compensation method of a holographic imaging device. .
상기 재구성 빔의 입사각을 조정하는 단계는 상기 재구성 빔의 입사각 및 기록된 제1 물체 빔의 회절각의 관계로 정의된 제2 조건을 만족시키도록 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 이미징 장치의 칼라 보상 방법.According to clause 10,
The step of adjusting the incident angle of the reconstruction beam is set to satisfy a second condition defined by the relationship between the incident angle of the reconstruction beam and the diffraction angle of the recorded first object beam. Color compensation of the holographic imaging device, characterized in that method.
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