KR20100017609A

KR20100017609A - 실시간으로 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법

Info

Publication number: KR20100017609A
Application number: KR1020097025288A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 슈베르트너
Original assignee: 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2010-02-16
Also published as: WO2008138981A3; KR101496802B1; CN101681143A; EP2158522A2; EP2158522B1; US20100149312A1; US9086681B2; CA2687369A1; WO2008138981A4; TW200912570A; DE102007023785A1; TWI457730B; WO2008138981A2; JP5416094B2; US8437056B2; US20130250049A1; JP2010527039A; CN101681143B; DE102007023785B4

Abstract

본 발명은 하나 이상의 광 변조 수단(SLM)을 가진 홀로그래픽 재생 장치(HAE)용 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법으로서, 상기 광 변조 수단에서, 물체 점들(OP)로 분할된 장면(3D-S)이 전체 홀로그램(HΣ_SLM)으로서 코딩되고, 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위(VR)로부터 재구성으로서 보여질 수 있는, 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법에 관한 것이다. 상기 가시성 범위(VR)는 장면(3D-S)의 재구성될 각각의 물체점(OP)과 함께 서브 홀로그램(SH)를 규정하고, 전체 홀로그램(HΣ_SLM)은 서브 홀로그램(SH)의 중첩으로부터 생성되며, 서브 홀로그램(SH)의 복소 홀로그램 값들은 광 변조 수단의 변조기 영역(MR)에서 재구성될 각각의 물체 점(OP)의 파면으로부터, 변조기 영역(MR)에 형성되는 이미징 소자(OS)의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해 결정된다. 재구성될 물체 점(OP)은 이미징 소자의 초점에 배치된다.

광 변조 수단, 홀로그래픽 재생 장치, 물체 점, 가시성 범위, 서브 홀로그램, 이미징 소자, 파면.

Description

실시간으로 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법{ANALYTICAL METHOD FOR COMPUTING VIDEO HOLOGRAMS IN REAL TIME}

본 발명은 실시간으로 홀로그래픽 재생 장치용 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법에 관한 것이다.

이러한 홀로그래픽 재생 장치의 기초가 되는 원리는, 하나 이상의 광 변조 수단에서, 물체 점들로 분할된 장면이 전체 홀로그램으로서 코딩되고, 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위로부터 재구성으로서 보여질 수 있으며, 상기 가시성 범위는 장면의 재구성될 각각의 물체 점과 함께 서브 홀로그램을 규정하고, 전체 홀로그램은 서브 홀로그램의 중첩으로부터 생성되는 것이다. 상기 원리는 우선 물체가 방출하는 각각의 파면(wave front)을 하나 또는 다수의 가시성 범위 내로 재구성하기 위한 것이다. 상세하게는 이러한 장치의 기초가 되는 원리는 개별 물체 점의 재구성이 광 변조 수단에서 코딩되는 전체 홀로그램의 부분으로서 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 것이다. 홀로그래픽 재생 장치는 하나 이상의 디스플레이 수단을 포함한다. 여기서, 디스플레이 수단은 하나의 장면의 홀로그램이 코딩되는 광 변조기 자체, 또는 광 변조기에서 코딩된 홀로그램 또는 광 변조기에서 코딩된 하나의 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자, 예컨대 렌즈 또는 거울을 말한다.

디스플레이 수단의 고정 및 가시성 범위에 장면을 재구성하기 위한 원리는 출원인의 간행물에 설명되어 있다. 간행물 WO 2004/044659 및 WO 2006/027228에서, 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다. 간행물 WO 2006/119760, 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 프로젝션 장치 및 방법에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 홀로그램이 이미지화되는 광학 소자이다. DE 10 2006 004 300, 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 프로젝션 장치에서, 디스플레이 수단은 광 변조기에서 코딩된 장면의 파면이 이미지화되는 광학 소자이다. 출원인의 WO 2006/066919에는 비디오 홀로그램의 계산 방법이 설명된다.

"가시성 범위"는 관찰자가 충분히 큰 가시성으로 재구성된 전체 장면을 볼 수 있는 제한된 범위이다. 가시성 범위 내에서 파동 장들(wave field)이 중첩되므로, 재구성된 장면이 관찰자에게 가시된다. 가시성 범위는 관찰자의 눈에 또는 눈 근처에 배치된다. 가시성 범위는 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있고, 공지된 위치 검출 또는 트래킹 장치로 현재 관찰자 위치를 트래킹한다. 2개의 가시성 범위를 사용하는 것이, 즉 각각의 눈에 대해 하나의 가시성 범위를 사용하는 것이 가능하다. 가시성 범위들의 복잡한 배치도 가능하다. 또한, 관찰자에게 개별 물체 또는 전체 장면이 광 변조기 후방에 놓이는 것처럼 보이게 비디오 홀로그램을 코딩하는 것이 가능하다.

상기 간행물에서, 광 변조 수단 또는 SLM은 하나 또는 다수의 독립적인 광원의 광빔을 스위칭, 블랭킹(blanking) 또는 변조함으로써 강도, 색 및/또는 위상을 제어하기 위한 장치를 말한다. 홀로그래픽 재생 장치는 일반적으로 제어 가능한 화소들의 매트릭스를 포함하고, 화소들은 통과하는 광의 진폭 및/또는 위상을 변화시킴으로써 물체 점들을 재구성한다. 광 변조 수단은 그러한 매트릭스를 포함한다. 광 변조 수단은 예컨대 음향 광 변조기 AOM(acousto-optic modulator)으로서 이산적으로 또는 연속적으로 구현될 수 있다. 진폭 변조에 의한 홀로그램의 재구성을 위한 실시예는 액정 디스플레이(LCD)로 이루어질 수 있다. 본 발명은 또한 충분한 간섭성 광을 광 파면 또는 광파 릴리프로 변조하기 위한 다른 제어 가능한 장치에 관한 것이다.

화소라는 용어는 광 변조기의 제어 가능한 홀로그램-화소를 포함하고, 홀로그램 점의 이산 값을 나타내며 개별적으로 어드레싱되고 제어된다. 각각의 화소는 홀로그램의 홀로그램 점을 나타낸다. LCD의 경우, 화소는 개별적으로 제어 가능한 디스플레이-화소를 의미한다. DMD(Digital Micromirror Device, Mikrospiegelarray), 예컨대 DLP(Digital Light Processing)의 경우, 화소는 개별적으로 제어 가능한 마이크로 거울 또는 그들의 작은 그룹이다. 연속 광 변조 수단의 경우, 화소는 홀로그램 점을 나타내는 가상 영역을 포함한다. 색 표시의 경우, 일반적으로 하나의 화소는 기본 색을 나타내는 다수의 서브 화소로 분할된다.

"변환" 이라는 용어는 변환과 동등하거나 또는 변환과 유사한 수학적 기술 또는 계산 기술을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 수학적 의미에서 변환은 맥스웰 파동 방정식에 의해 정확히 표현되는 물리적 공정의 근사이다. 프레넬 변환(Fresnel transformation)과 같은 변환 또는 푸리에 변환으로서 공지된, 특별한 그룹의 변환은 2차 근사를 나타낸다. 변환은 일반적으로 대수로 표시되며 미분으로 표시되지 않기 때문에, 계산 기술에 의해 효율적으로 그리고 고성능으로 처리될 수 있다. 또한, 변환은 광학 시스템으로 정확히 형성될 수 있다.

출원인의 WO 2006/066919는 비디오 홀로그램의 계산 방법을 설명한다. 이 방법은 장면을 광 변조기의 평면에 대해 평행한 평면 단면들로 분할하고, 모든 평면 단면을 가시성 범위로 변환하여 거기에 가산하는 것을 기초로 한다. 그리고 나서, 가산된 결과는 광 변조기가 놓인 홀로그램 평면으로 역변환됨으로써, 비디오 홀로그램의 복소 홀로그램 값이 검출된다.

DE 10 2006 042 324는 실시간으로 비디오 홀로그램의 생성 방법을 설명한다. 이 방법은 개별 물체 점의 재구성이 SLM에서 코딩된 전체 홀로그램의 부분인, 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 원리를 이용한다. 이 방법은, 각각의 물체 점에 대해 서브 홀로그램의 값이 룩업 테이블로부터 결정될 수 있고 서브 홀로그램들이 전체 장면의 재구성을 위해 전체 홀로그램에 축적되는 것을 특징으로 한다.

비디오 홀로그램의 생성을 위한 전술한 방법은 매우 높은 리소스 비용으로만 쌍방의 실시간 표시를 위해 실시될 수 있다. 다수의 복잡한 계산 단계로 인해, 비디오 홀로그램의 생성은 높은 계산 비용을 수반하며 고성능 및 고가의 계산 유닛을 필요로 한다. 긴 계산 시간으로 인해, 비디오 시퀀스 및 쌍방의 3D-실시간 적용이 소정 반복 주파수로 제공되지 못할 위험이 있다.

그러나, 종래의 비디오 기술과 유사하게, 컴퓨터 생성 비디오 홀로그램의 디스플레이를 위한 이미지 반복의 높은 레이트가 바람직하고 불가결하다. 동일하게 상기 방법은 특정한 이산 지점 또는 이산 단면의 지점에 있는 물체 점에 대해서만 홀로그램 값들이 생성될 수 있다는 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 제거하는 것이다. 재구성 공간 내의, 즉 절두체(frustrum) 내의 임의의 위치에 있는 물체 점들에 대한 홀로그램 값들을 계산할 수 있는 방법이 제공되어야 한다. 관련 홀로그램 값들은 실시간으로 검출되어야 한다. 본 발명의 다른 목적은 홀로그램 값들의 검출을 위해 필요한 비용을 현저히 줄임으로써 방법의 실시간 가능성을 지원하는 것이다.

본 발명에 따른, 비디오 홀로그램의 생성 방법은 하나 이상의 광 변조 수단을 가진 홀로그래픽 재생 장치에 적합하고, 상기 광 변조 수단에서, 물체 점들로 분할된 장면이 전체 홀로그램으로서 코딩되며 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에 놓인 가시성 범위로부터의 재구성으로서 나타나고, 가시성 범위는 장면의 재구성될 각각의 물체 점과 함께 서브 홀로그램을 규정하고, 전체 홀로그램은 서브 홀로그램의 중첩으로부터 생성된다. 상응하는 광 변조 수단을 가진 이러한 홀로그래픽 재생 장치의 기초가 되는 원리는 하나의 장면의 물체 점들의 정보로 변조된 파면이 하나 이상의 가시성 범위에서 중첩되는 것이다. 가시성 범위에 대한 용어 규정은 이미 설명되었다.

또한, 개별 물체 점의 재구성이 광 변조 수단에서 코딩된 전체 홀로그램의 부분인, 단 하나의 서브 홀로그램만을 필요로 하는 원리가 이용된다. 개별 물체 점은 각각 서브 홀로그램에 의해 생성되고, 서브 홀로그램의 위치는 물체 점의 위치에 의존하고, 상기 서브 홀로그램의 크기는 관찰자의 위치에 의존한다. 광 변조 수단에서 서브 홀로그램의 영역은 이하에서 변조기 영역이라 한다. 변조기 영역은 물체 점을 재구성하기 위해 필요한 광 변조 수단의 부분 영역이다. 변조기 영역은 물체 점을 재구성하기 위해 광 변조기에서 어떤 화소가 상응하게 제어되어야 하는지를 나타낸다. 변조기 영역의 위치는, 물체 점이 소위 고정 물체 점이면, 고정적으로 유지된다. 재구성될 물체 점의 위치는 관찰자 위치에 따라 변한다. 관찰자 위치에 따른 변조기 영역의 변화에 의해, 물체 점이 고정 코딩된다. 즉, 물체 점의 공간적 위치가 관찰자 위치에 따라 변하지 않는다. 본 발명과 관련해서, 이 원리는 유사하게 처리될 수 있다.

변조기 영역의 중심은 가장 간단한 해결책에서 재구성될 물체 점과 가시성 범위의 중심을 통과하는 직선 상에 놓인다. 변조기 영역의 크기는 가장 간단한 해결책에서 절편 정리(theorem of intersecting line)에 의해 검출되고, 가시성 범위는 광 변조기 상에 재구성될 물체 점을 통해 백트래킹된다. 서브 홀로그램의 바람직한 사용시, 광 변조 수단의 제어 가능한 가장 작은 유닛인, 화소는 개별 서브 홀로그램의 정보를 포함할 뿐만 아니라, 중첩의 결과로서 다수의 서브 홀로그램의 정보를 포함한다.

본 발명의 기초가 되는 사상은 서브 홀로그램의 복소 홀로그램 값들이 광 변조 수단의 변조기 영역에 재구성될 물체 점의 파면으로부터, 변조기 영역에 형성된 이미징 소자의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해 검출된다는 것이다. 재구성될 물체 점은 상기 이미징 소자의 초점에 놓인다.

이미징 소자는 홀로그래픽 재생 장치의 홀로그램 평면에 배치된다. 홀로그램 평면은 디스플레이 수단의 위치에 의해 결정되고, 간소화를 위해 하기 설명에서 디스플레이 수단은 광 변조기 자체이다.

방법의 특히 바람직한 실시예에서, 이미징 요소는 홀로그램 평면에 놓인, 기울어진 초점폭 f를 가진 렌즈를 포함한다. 기울어진 렌즈는 홀로그램 평면에 대해 기울어지지 않은 렌즈와 수직 및 수평으로 작용하는 프리즘으로 이루어진 구성을 갖는다. 엄격히 말하면, 프리즘에 의해 서브 홀로그램이 규정되지 않는데, 그 이유는 비초점(non-focal) 프리즘 기능에 의해 물체 점이 재구성되지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 사상의 명확성의 의미로, 이는 하기에서 이렇게 나타나지 않는데, 그 이유는 변조기 영역 내의 프리즘이 복소 홀로그램 값에 기여하기 때문이다. 하나의 렌즈 및 하나의 프리즘에 의해 상기 방법이 하기에서 상세히 설명된다. 물론, 하나의 렌즈만에 대해 또는 프리즘만에 대해서도 유효하지만, 이 경우에는 방법 단계들이 실시되지 않거나 또는 상응하는 용어들이 고려되지 않는다. 서브 홀로그램의 복소 값을 계산하기 위해, 방법은 장면의 각각의 물체 값에 대해 하기 단계를 포함한다.

A: 변조기 영역의 크기 및 위치를 검출하는 단계: 상기 실시예와 유사하지만, 하기에서 변조기 영역은 국부적 좌표계를 기초로 하며, 좌표계의 원점의 중심에 놓이고, 횡축은 x-좌표를 그리고 종축은 y-좌표를 나타낸다. 변조기 영역의 1/2 폭은 "a"로 그리고 변조기 영역의 1/2 높이는 "b"로 표시되며, 상기 인터벌 한계는 다음 항에 들어간다.

B: 홀로그램 평면에서 렌즈의 서브 홀로그램을 검출하는 단계:

B1: 렌즈의 초점 폭 f을 결정하는 단계:

렌즈의 초점 폭 f는 바람직하게는 재구성될 물체 점과 홀로그램 평면 사이의 정상 간격이다.

B2: 렌즈의 관련 서브 홀로그램의 복소 값을 검출하는 단계:

관련 서브 홀로그램의 복소 값들은

z_L = exp{+/-i*[(π/λf)*(x² + y²)]}

로부터 검출되고, 상기 식에서 λ는 기준 파장이고, f는 초점 폭이며, (x, y)는 관련 좌표 쌍이다. 여기서, 음의 부호는 오목한 렌즈의 특성으로부터 주어진다. 볼록한 렌즈는 포지티브 부호로 표시된다.

B3: x 및 y 에서 대칭으로 인해, 복소 값을 하나의 사분면에서 검출하 고 부호를 고려해서 다른 값을 다른 사분면에 적용하면 된다.

C: 홀로그램 평면에서 프리즘(P)의 서브 홀로그램을 검출하는 단계:

선택된 프리즘은 횡축 또는 종축을 통과한다(다음 도면 참고).

C1: 인터벌 x ∈[-a, a]에서 하기 식

C_x = M*(2π/λ)

로 표시되는 수평 작용 방향을 가진 프리즘(PH)의 선형 팩터 C_x를 결정하는 단계로서,상기 식에서 M은 프리즘의 기울기임:

C2: 인터벌 y ∈[-b, b]에서 하기 식

C_y = N*(2π/λ)

로 표시되는 수직 작용 방향을 가진 프리즘(PV)의 선형 팩터 C_y를 결정하는 단계로서, 상기 식에서 N은 프리즘의 기울기임:

C3: 조합된 프리즘의 관련 서브 홀로그램의 복소 값들을 검출하는 단계:

관련 서브 홀로그램의 복소 값들은 2개의 프리즘 항들의 중첩

z_P = exp{i*[C_x*(x-a)+C_y*(y-b)]}

으로부터 검출된다. 중첩된 프리즘은 국부적 좌표계의 원점을 통과한다.

C4: 홀로그래픽 재생 장치가 가시성 범위로 광원을 이미징하는 특성을 가지면, 상응하는 프리즘 항이 생략된다.

D: 렌즈 및 프리즘에 대한 서브 홀로그램을 변조하는 단계:

조합된 서브 홀로그램의 검출을 위해, 렌즈 및 프리즘의 복소 값들이 복소 승산된다:

z_SH = z_L*z_P

또는 상징적으로

SH = SH_L*SH_P.

E: 임의 위상(random phase)을 적용하는 단계:

단계 D로부터 각각 변조된 서브 홀로그램에 임의 분포된 위상이 할당됨으로써, 가시성 범위에서 균일한 명도 분포가 보장된다. 임의 위상은 복소 승산이 실시됨으로써 서브 홀로그램에 가산된다.

z_SH: = z_SH exp (iΦ₀)

또는 상징적으로

SH: = SH exp (iΦ₀).

임의 위상은 각각의 서브 홀로그램에 개별적으로 할당 배치된다. 바람직 하게는 전체적으로 모든 서브 홀로그램의 임의 위상들이 동일하게 분포된다.

F: 강도를 변조하는 단계:

복소 값들에 강도 또는 명도를 나타내는 추가 승산 팩터가 제공된다.

z_SH = C*z_SH

또는 상징적으로

SH: = C*SH.

G: 전체 홀로그램이 계산되면, 서브 홀로그램이 중첩되어 전체 홀로그램을 형성한다. 간단한 해결책에서, 서브 홀로그램은 서브 홀로그램의 위치를 고려해서 복소 가산되어 전체 홀로그램을 형성한다.

전체 홀로그램 = 물체 점들의 서브 홀로그램들의 복소 합

HΣ_SLM = ΣSH_i

또는 상징적으로

z_SLM = Σz_SHi

(글로벌 좌표계에 대해)에 의함.

상기 방법이 바람직하게는 가시 물체 점에 대해서만 적용된다. 물체 점의 가시성은 장면의 랜더링 중에 3D-랜더링 그래픽 파이프 라인에 의해 결정되고, 관찰자 위치로부터, 즉 동공 위치, 따라서 동공의 위치를 트래킹하는 가시성 범위의 위치로부터 나온다.

상세한 설명은 최선의 해결책을 계산하는 것에 관한 것이다. 물론, 재구성의 열화가 허용되거나 또는 바람직하면, 상기 함수 항은 더 간단한 항으로 대체될 수 있다. 다른 한편으로는 재구성의 품질을 높이기 위해, 업데이트된 방법 단계가 적용된다. 예컨대, 수차, 공차를 가진 광 변조기 등을 보상하기 위해, 렌즈 또는 프리즘이 특별히 선택될 수 있다. 이는 변조기 영역을 결정하기 위한 상기 방법에도 적용된다.

상기 방법의 확장에서, 전체 홀로그램(또는 서브 홀로그램)의 복소 홀로그램 값들로부터 특정 홀로그래픽 재생 장치용 화소 값들이 검출된다. 예컨대, 복소 홀로그램 값들이 부르크하르트 컴포넌트, 2 위상 컴포넌트 또는 다른 적합한 코딩으로 변환된다.

상기 방법의 기초가 되는 장점은 재구성 영역(frustrum) 내에 재구성될 물체 점의 위치가 임의이고 이산화(discretisation)에 의해, 예컨대 단면에 의해 가까워지지 않는다는 것이다.

홀로그래픽 재생 장치에 표시를 위한 홀로그램 값들의 생성과 더불어, 본 발명에 따른 방법에 의해 바람직하게는 룩업 테이블이 생성된 서브 홀로그램으로 채워진다. 고정 공간 범위가 물체 점으로 구조화되고, 각각의 물체 점에 대해 서브 홀로그램이 룩업 테이블에 저장된다. 상기 공간 범위는 예컨대 관찰자의 동공이 있는 허용 또는 규정된 공간이거나, 또는 광 변조 수단과 가시성 범위 사이에 형성된 재구성 공간(frustrum)이다. 이러한 방식으로 생성된 룩업 테이블은 물체 점의 이전에 계산된 서브 홀로그램을 판독하여 홀로그램 데이터의 생성 중에 사용하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는 룩업 테이블이 이미징 소자의 서브 홀로그램, 즉 조합된 렌즈 및 프리즘 기능으로 채워진다. 물론, 상응하는 테이블을 렌즈 또는 프리즘 기능에 관련된 서브 홀로그램으로 별도로 채우는 것도 가능하다. 일반적으로, 상기 룩업 테이블은 본 발명에 따른 방법과 유사하게 서브 홀로그램의 원리가 바람직하게 사용되는 방법의 지속적인 촉진을 가능하게 한다. 이러한 룩업 테이블은 예컨대 연속적인 또는 계산 집중적인 방법을 촉진시킬 수 있다.

상기 방법에 의해, 실시간으로 쌍방의 홀로그래픽 표시를 위해 물체 점들이 재구성 공간 내의 임의의 위치에, 하드웨어의 최근에 이용 가능한 표준 컴포넌트에 의해 생성될 수 있다. 상기 방법을 실시하는 처리 유닛의 출력이 높으면, 장면이 더 미세하게 구조화될 수 있고 재구성의 품질이 현저히 상승될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 그 밖의 경우에 사용되는 복잡한 변환을 필요로 하지 않고, 분석적으로 실시 가능한 단계들의 간단한 구성을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 실시간 가능성이 지속적으로 지원된다.

이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 홀로그래픽 재생 장치의 기본 원리와 물체 점의 변조기 영역의 개략도.

도 2a는 렌즈와 프리즘으로 이루어진 이미징 소자를 구비한 재생 장치의 측면도.

도 2b는 변조기 영역과 수직으로 작용하는 프리즘의 개략도.

도 2c는 변조기 영역과 수평으로 작용하는 프리즘의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도.

도 4는 홀로그램 평면 후방에 물체 점을 재구성하기 위한 방법의 변형예.

도 1은 관찰자용 홀로그래픽 재생 장치(HAE)의 기본 원리를 도시한다. 상기 원리는 다수의 관찰자에 대해 유사하다. 관찰자의 위치는 관찰자의 눈 또는 동공(VP)의 위치로 표시된다. 장치는 광 변조 수단(SLM)을 포함하고, 상기 광 변조 수단은 간단한 도시를 위해 이 실시예에서는 디스플레이 수단(B)과 동일하며, 하나 이상의 가시성 범위(VR)에서 하나의 장면(3D-S)의 물체 점들의 정보로 변조된 파면들을 중첩한다. 가시성 범위는 눈을 트래킹한다. 하나의 장면(3D-S)의 개별 물체 점(OP)의 재구성은 광 변조 수단(SLM)에서 코딩된 전체 홀로그램(HΣ_SLM)의 부분으로서 각각 단 하나의 서브 홀로그램(SH)을 필요로 한다. 광 변조 수단(SLM) 상의 서브 홀로그램의 영역은 변조기 영역(MR)이다. 이 도면에 나타나는 바와 같이, 변조기 영역(MR)은 광 변조 수단(SLM)의 단 하나의 작은 부분 영역이다. 변조기 영 역(MR)의 중심은 가장 간단한 해결책에서 재구성될 물체 점(OP)과 가시성 범위(MR)의 중심을 통과하는 직선 상에 놓인다. 변조기 영역(MR)의 크기는 가장 간단한 해결책에서 절편 정리에 의해 검출되고, 가시성 범위(VR)는 광 변조 수단(SLM)에 재구성될 물체 점(OP)을 통해 백트래킹된다. 이로 인해, 광 변조 수단(SLM) 상의 각각의 화소의 인덱스가 주어진다. 상기 인덱스는 물체 점의 재구성을 위해 필요하다. 도면에 나타나는 바와 같이, 좌표계가 변조기 영역(MR)의 기초가 되고, 상기 좌표계의 원점은 중심에 놓이고, 횡축은 x-좌표를, 종축은 y-좌표를 나타낸다. 변조기 영역(MR)의 1/2 폭은 "a"로 표시되고 1/2 높이는 "b"로 표시된다.

도 2a는 홀로그래픽 재생 장치(HAE)를 측면도로 도시하고, 상기 방법의 기본 원리를 나타낸다. 도 1과 유사하게, 변조기 영역(MR)이 도시된다. 상기 영역은 광 변조 수단(SLM)이 배치된 홀로그램 평면(HE)에 있다. 변조기 영역(MR)에는 이미징 소자(OS)가 배치되고, 상기 이미징 소자는 여기서 볼록 렌즈(L)와 프리즘(P)을 포함한다. 프리즘은 수직으로 작용하는 원추 프리즘으로 도시되고, 이미징 소자(OS)는 도면에서 더 잘 나타내기 위해 광 변조 수단(SLM) 앞에 놓이는 것으로 도시된다.

도 2b는 상응하는 좌표 및 치수를 가진 변조기 영역(MR) 전에 수평으로 작용하는 원추 프리즘(PH)을 도시한다. 원추 프리즘은 여기서 종축을 통과한다.

도 2c는 수직으로 작용하는, 횡축을 통과하는 원추 프리즘(PV)을 도시한다. 2개의 원추 프리즘들은 하기에 설명되는 바와 같이 중첩된다.

도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 방법의 출발점은 다수의 물체 점(OP)으로 구조화된 3차원 장면(3D-S)이다. 물체 점(OP)에 대해 색및 깊이 정보가 이용될 수 있다. 물체 점의 깊이 정보에 의해, 관찰자 위치 또는 관찰자의 동공에 따른 물체 점의 가시성이 검출된다. 각각의 가시 물체 점에 대해, 단계(A)에서 홀로그램 평면(HE) 또는 광 변조기 중심에서 관련 변조기 영역(MR)의 크기 및 위치가 결정된다. 본 발명에 따라, 재구성될 물체 점(OP)은 홀로그램 평면에 놓인 이미징 소자의 초점으로서 해석되고, 이미징 소자는 볼록 렌즈(L)와 도 2b 및 도 2c에 나타나는 바와 같이 수직으로 또는 수평으로 작용하는 프리즘(PH, PV)의 조합체를 의미한다. 서브 홀로그램(SH)의 복소 홀로그램 값들은 광 변조 수단의 변조기 영역(MR)에서 재구성될 물체 점(OP)의 파면으로부터, 변조기 영역(MR)에 형성된 이미징 소자(OS)의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해, 검출된다. 상기 재구성될 물체 점(OP)은 이미징 소자의 초점에 배치된다. 각각의 가시 물체 점에 대해 단계(B1)에서 렌즈(L)의 초점 폭이 물체 점(OP)과 홀로그램 평면(HE) 사이의 정상 간격으로서 검출된다.

관련 서브 홀로그램(SH_L)에 대한 복소 값은 단계(B2)에서

z_L = exp{-i*[(π/λf)*(x² + y²)]}

로부터 검출되고, 상기 식에서, λ는 기준 파장이고, f는 초점 폭이며, (x, y)는 관련 국부 좌표 쌍이다. 좌표계는 전술한 바와 같이 결정된다.

단계(C)에서, 홀로그램 평면에서 프리즘(P)의 서브 홀로그램(SH_p)이 검출된 다. 수평의 작용 방향을 가진 프리즘(PH)의 선형 팩터 C_X의 결정은

C_x = M*(2π/λ);

에 의해 이루어지고, 상기 식에서 M은 프리즘의 기울기이다. 이는 수직 프리즘에 대해 유사하게 기울기 N으로 이루어진다. 관련 서브 홀로그램(SH_P)의 복소 값들은 2개의 프리즘 항의 중첩으로부터

SH_p:= z_p = exp{i*[C_x*(x-a)+c_y*(y-b)]}

검출된다. 홀로그래픽 재생 장치가 가시성 범위(VR) 내에 광원을 이미징하는 특성을 가지면, 하나의 프리즘 항이 생략된다.

렌즈(L)의 서브 홀로그램(SH_L)과 프리즘(P)의 서브 홀로그램(SH_p)이 주어진 후에, 단계(D)에서, 조합된 서브 홀로그램(SH)에 대해 렌즈 및 프리즘의 복소 값들이

z_SH = z_L*z_P

또는 상징적으로 SH = SH_L *SH_P 로

복소 승산됨으로써, 상기 서브 홀로그램들이 중첩된다.

단계(E)에서, 동일하게 분포된 임의 위상(random phase)이 서브 홀로그램(SH)에 제공된다.

단계(F)에서, 강도 변조가 이루어지고, 서브 홀로그램(SH)에

z_SH = c*z_SH

또는 상징적으로 SH:=C*SH 에 의해

강도 팩터가 제공된다.

이제, 물체 점(OP)의 조합된 서브 홀로그램(SH)이 완전히 주어진다.

분리되어 이루어질 수 있는, 다음 단계(G)에서, 물체 점의 서브 홀로그램이 가산되어 전체 홀로그램(HΣ_SLM)을 형성한다. 물체 점들의 개별 서브 홀로그램들(SH_i)은 중첩될 수 있고 복소 가산되어 전체 홀로그램(HΣ_SLM)을 형성한다.

전체 홀로그램 = 물체 점들의 서브 홀로그램들의 복소 합

HΣ_SLM = ΣSH_i

또는 z_SLM = Σz_SHi(글로벌 좌표계에 대해)에 의함.

전체 홀로그램(HΣ_SLM)은 모든 물체 점들의 홀로그램을 나타낸다. 따라서, 상기 홀로그램은 전체 장면(3D-S)을 나타내고 재구성한다.

죵료 단계(H)에서, 전술한 바와 같이, 코딩에 의해 전체 홀로그램이 바람직하게는 서브 홀로그램의 원리를 이용하는 홀로그래픽 재생 장치용 화소 값으로 변환될 수 있다. 특히, 이는 전술한 바와 유사하게, WO 2004/044659, WO 2006/027228, WO 2006119760 및 DE 10 2006 004 300에 따른 장치이다.

도 4는 상기 방법에 의해 홀로그램 평면(HE) 후방에 놓인 물체 점들(OP)이 유사하게 재구성될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 경우, 이미징 소자(OS)는 유사하 게 상기 프리즘(P)을 포함하지만, 이미징 소자 내의 렌즈는 변조기 영역에서 파면이 유사하게 검출될 수 있는 오목 렌즈(L)이다.

Claims

하나 이상의 광 변조 수단(SLM)을 가진 홀로그래픽 재생 장치(HAE)에 사용하기 위한, 다수의 물체 점으로 구조화된 장면(3D-S)의 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법으로서,

가시성 범위(VR)가 상기 비디오 홀로그램의 재구성의 주기성 인터벌 내에서 규정되고,

후속해서, 상기 장면(3D-S)의 각각의 재구성될 물체 점(OP)과 함께 규정된 가시성 범위(VR)에 의해, 변조기 영역(MR)이 규정되고, 각각의 변조기 영역(MR)에서 상기 재구성될 물체 점(OP)의 서브 홀로그램(SH)이 계산되고, 전체 홀로그램(HΣ_SLM)이 상기 서브 홀로그램(SH)의 중첩으로부터 생성되며,

서브 홀로그램(SH)의 복소 홀로그램 값들은 상기 광 변조 수단(SLM)의 변조기 영역(MR)에서 상기 재구성될 물체 점(OP)의 파면(wave front)으로부터, 상기 변조기 영역(MR)에 형성되는 이미징 소자(OS)의 전달 또는 변조 기능의 계산 및 평가에 의해 검출되고, 상기 이미징 소자(OS)는 추가로 하나 이상의 프리즘(P)을 포함하며, 상기 이미징 소자의 초점에 상기 재구성될 물체 점(OP)이 놓이고, 상기 물체 점(OP)의 상기 서브 홀로그램(SH)은 상기 기능에 의해 검출되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 이미징 소자(OS)는 하나 이상의 렌즈(L)를 포함하는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제2항에 있어서, 상기 장면의 각각의 물체 점에 대해

A: 1/2 폭인 "a" 및 1/2 높이인 "b" 및 국부적 좌표계를 가진 변조기 영역(MR)으로서 상기 서브 홀로그램(SH)의 크기 및 위치를 검출하는 단계와,

B: 상기 변조기 영역(MR)에서 상기 렌즈(L)의 서브 홀로그램을 검출하는 단계로서,

B1: 상기 재구성될 물체 점(OP)과 상기 변조기 영역(MR) 사이의 정상 간격으로서 렌즈(L)의 초점 폭(f)을 결정하는 단계와,

B2: z_L = exp{+/-i*[(π/λf)*(x² + y²)]}

로부터 상기 렌즈(L)의 관련 서브 홀로그램(SH_L)의 복소 값을 검출하는 단계로서, 상기 식에서, λ는 기준 파장이고, f는 초점 폭이며, (x, y)는 관련 좌표 쌍이고, 부호는 볼록/오목 렌즈에 대한 것인 단계

를 포함하는 단계와,

C: 상기 변조기 영역(MR)에서 상기 프리즘(P)의 서브 홀로그램을 검출하는 단계로서,

C1: 인터벌 x ∈[-a, a]에서 하기 식

C_x = M*(2π/λ)

으로 표시되는 수평 작용 방향을 가진 프리즘(PH)의 선형 팩터(C_x)를 결정하는 단계로서, 상기 식에서, M은 프리즘의 기울기인 것인 단계와,

C2: 인터벌 y ∈[-b, b]에서 하기 식

C_y = N*(2π/λ)

으로 표시되는 수직 작용 방향을 가진 프리즘(PV)의 선형 팩터(C_y)를 결정하는 단계로서, 상기 식에서 N은 프리즘의 기울기인 것인 단계, 그리고

C3: 2개의 프리즘 항들의 중첩

z_P = exp{i*[C_x*(x-a)+C_y*(y-b)]}

으로부터, 조합된 프리즘의 관련 서브 홀로그램(SH_P)의 복소 값을 검출하는 단계

를 포함하는 단계와,

D: z_SH = z_L*z_P 또는 상징적으로 SH = SH_L *SH_P에 의해 상기 렌즈와 상기 프리즘의 복소 값들을 승산함으로써, 상기 렌즈(L)의 서브 홀로그램(SH_L) 및 상기 프리즘(P)의 서브 홀로그램(SH_P)을 중첩하는 단계와,

E: 각각 중첩된 서브 홀로그램에 임의 분포된 위상을 할당하고, z_SH: = z_SH * exp (iΦ_Z) 또는 상징적으로 SH: = SH*exp(iΦa_Z)에 의해 복소 승산함으로써, 임의 위상을 적용하는 단계, 그리고

F: z_SH = C*z_SH 또는 SH: = C*SH로, 변조된 서브 홀로그램의 값에 실제 강도 팩터 C를 제공하는 강도 변조 단계

를 포함하는 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제3항에 있어서, 상기 서브 홀로그램(SH)의 위치를 고려해서, 서브 홀로그램(SH)의 복소 합인, HΣ_SLM = ΣSH_i에 의해 상기 서브 홀로그램들이 중첩되어 전체 홀로그램(HΣ_SLM)을 형성하는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제3항에 있어서, 하나의 물체 점의 각각의 변조된 서브 홀로그램(SH)에 각각 하나의 임의 분포된 위상이 할당되고, 모든 서브 홀로그램의 임의 위상은 전체적으로 동일하게 분포되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제3항에 있어서, 상기 변조기 영역(MR)의 위치는, 상기 변조기 영역(MR)의 중심이 상기 재구성될 물체 점(OP)과 상기 가시성 범위(VR)의 중심을 통과하는 직선 상에 놓이도록 결정되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제3항에 있어서, 상기 변조기 영역(MR)의 크기는 상기 광 변조 수단(SLM)에 재구성될 물체 점(OP)을 통해 상기 가시성 범위(VR)의 백트래킹에 의해 검출되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들이 상기 광 변조 수단(SLM)의 화소 값들로 변환되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제8항에 있어서, 상기 복소 홀로그램 값들이 코딩의 부르크하르트 컴포넌트 또는 2 위상 컴포넌트로 변환되는 것인 비디오 홀로그램을 계산하기 위한 분석 방법.
제1항 내지 제8항 중 하나 이상의 항에 따른 방법을 실시하기 위해 사용되는, 다수의 물체 점으로 구조화된 장면(3D-S)의 계산된 비디오 홀로그램, 하나 이상의 광 변조 수단(SLM) 및 디스플레이 수단(B)을 포함하는 홀로그래픽 재생 장치로서, 상기 디스플레이 수단(B)이 상기 장면(3D-S)의 홀로그램이 코딩되는 상기 광 변조 수단(SLM) 자체인 것인 홀로그래픽 재생 장치.
제10항에 있어서, 상기 디스플레이 수단(B)이 상기 광 변조 수단(SLM)에서 코딩된 홀로그램 또는 상기 광 변조 수단(SLM)에서 코딩된 상기 장면(3D-S)의 파면을 이미징하는 광학 소자인 것인 홀로그래픽 재생 장치.
제11항에 있어서,상기 광학 소자가 렌즈 또는 거울인 것인 홀로그래픽 재생 장치.