KR20120118621A - Hologram recording device and hologram display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀로그램 기록 장치 및 홀로그램 재생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고화질의 홀로그램을 기록하기 위해 장치 및 재생하기 위한 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hologram recording apparatus and a hologram reproducing apparatus, and more particularly, to an apparatus for recording and reproducing high quality holograms.
평면영상으로부터 3차원의 깊이감과 입체감을 느낄 수 있도록 하는 3차원 영상 구현기술은 디스플레이 등의 직접적인 관련분야를 비롯해서 가전이나 통신 산업은 물론 우주항공, 예술 산업, 자동차 산업 분야 등에 광범위하게 영상을 미치고 있으며, 그 기술적 파급효과는 현재 각광받고 있는 HDTV 이상이 될 것으로 기대되고 있다.Three-dimensional image realization technology that allows you to feel three-dimensional depth and three-dimensional feeling from a planar image is widely applied to the aerospace, arts, and automotive industries, as well as the home appliance and telecommunications industry, as well as the direct related fields such as displays. The technical ripple effect is expected to be more than the current HDTV.
즉, 디지털 산업 및 영상산업이 발달함에 따라 인간의 시각효과를 만족시키기 위해 고해상도 HDTV가 개발되었으며, 3차원 입체 영상을 디스플레이 하기 위한 입체 표시 장치들이 다양한 방법으로 개발되고 있다.That is, with the development of the digital industry and the image industry, high resolution HDTVs have been developed to satisfy human visual effects, and stereoscopic display devices for displaying 3D stereoscopic images have been developed in various ways.
인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.The most important factor for the human sense of depth and three-dimensionality is binocular disparity due to the gap between the two eyes, but there is also a strong relationship between psychological and memory factors. Based on whether the 3D image information can be provided, it is generally classified into a volumetric (volumetric type), a three-dimensional representation (holographic type), a stereoscopic representation (stereoscopic type).
부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.The volume expression method is a way to feel the perspective of the depth direction due to psychological factors and inhalation effects. The viewing angle is calculated by a 3D computer graphic or an observer who displays perspective, superposition, shadow, contrast, and movement by calculation. It is applied to so-called IMAX movies, which provide a large large screen and cause optical illusions to be sucked into the space.
가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.The three-dimensional representation method known as the most complete stereoscopic image implementation technology can be represented by laser light reproduction holography to white light reproduction holography.
그리고 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜ 정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성 위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.In addition, the stereoscopic expression method is to sense a three-dimensional feeling using physiological factors of both eyes. Specifically, when a plane-related image of parallax information is seen in the left and right of human beings that are about 65 mm apart, the brain merges them. The ability to generate spatial information before and after the display surface and to sense a three-dimensional effect, that is, using stereography. This stereoscopic expression method is called a multi-eye display method, and the spectacle method using special glasses on the observer's side or the parallax barrier, lenticular or integral on the display surface side depending on the actual stereoscopic generating position. It can be divided into a glasses-free method using a lens array of the back.
부피표현방식 중 하나인 집적영상방식은, 실제 3차원 대상물에서 나오는 광의 분포 및 휘도와 동일한 광특성을 재현함으로써 실제 3차원 대상물이 없더라도 가상의 3차원 입체 영상을 인식하도록 한다.The integrated image method, which is one of the volume expression methods, recognizes a virtual three-dimensional stereoscopic image even without an actual three-dimensional object by reproducing an optical characteristic identical to the distribution and luminance of light emitted from the actual three-dimensional object.
이러한 방법들은 3차원 입체영상을 관찰할 때 특수 안경의 착용 유무로 크게 나눌 수 있으며, 입체 영상을 관찰할 때, 특수한 안경 등을 착용하지 않고, 자연스런 입체상을 보고, 장시간 관찰하더라도 피로를 느끼지 않는 3차원 입체영상 표시방식을 개발하는 것을 주요 목표로 하고 있다. These methods can be divided into the presence or absence of wearing special glasses when observing three-dimensional stereoscopic image, and when viewing the three-dimensional image, without wearing special glasses, seeing the natural three-dimensional image, do not feel fatigue even if observed for a long time The main goal is to develop a 3D stereoscopic image display method.
상술한 바와 같이 홀로그래픽 디스플레이는 이상적인 입체 영상 표시 방법의 하나로 알려져 있다. As described above, the holographic display is known as one of the ideal stereoscopic image display methods.
홀로그램(HOLOGRAM) 이란 그리스어의 전부(Whole)의 뜻을 가지는 HOLOS와 전달(Message)을 의미하는 GRAM을 결합시킨 말로써, 눈에 보이는 상(입체성)의 정보를 평면화시켜 얻는 것이다. 즉, 3차원의 정보를 2차원화하고, 다시 2차원 정보로부터 3차원의 영상으로 재현하는 것이다. 홀로그램은 물체에서 반사된 빛의 간섭성을 이용하며, 위상과 진폭이 포함된 빛의 반사 파면이 입체성으로 나타나는데, 이것을 2차원 광굴절 매질에 기록한 것을 말하며, 홀로그래피는 이 입체성을 3차원으로 그대로 나타내는 것을 말한다. 홀로그래피는 3차원 객체로부터 반사된 물체광과 참조광의 간섭에 의해 만들어진 간섭파를 기록하는 사진술로써 홀로그램을 생성하기 위해 고입자의 홀로그램 필름을 사용해야 하며 단색광을 이용하여 간섭패턴을 기록한다. Hologram (HOLOGRAM) is a combination of HOLOS, which means the whole of the Greek, and GRAM, which means the message, and is obtained by flattening the information of a visible image (stereoscopic). In other words, two-dimensional information is two-dimensionalized and reproduced again from the two-dimensional information into a three-dimensional image. Holograms use the coherence of light reflected from an object, and the reflected wavefront of light, including phase and amplitude, appears in three dimensions, which is recorded in a two-dimensional optical refraction medium. Say it as it is. Holography is a photography that records the interference wave generated by the interference of the object light and the reference light reflected from the three-dimensional object. It is required to use the hologram film of the high particle to generate the hologram and to record the interference pattern using the monochromatic light.
근래에 컴퓨터 그래픽 모델 또는 실물로부터 획득된 다수의 2차원 영상 또는 3차원 정보를 이용하여 디지털 홀로그램을 생성 한 후 이를 광 절 매질에 기록함으로써, 실제로 존재하지 않는 가상의 물체에 대해서도 기존의 아날로그 방식의 홀로그램과 유사하게 디스플레이가 가능해졌다. 이와 같이 생성된 디지털 홀로그램을 광 절 매질에 기록하는 기기를 홀로그래픽 프린터라고 한다. 일반적으로, 서로 다른 위치에서 획득된 다수의 2차원 영상을 이용하여 디지털 홀로그램을 생성 한 뒤, 이를 광 절 매질에 기록하는 홀로그래픽 스테레오그램 방식이 사용되고 있다. Recently, a digital hologram is generated by using a plurality of two-dimensional images or three-dimensional information obtained from a computer graphic model or a real object, and then recorded on the optical media. Similar to holograms, displays are now possible. A device for recording the digital hologram thus generated on the optical media is called a holographic printer. In general, a holographic stereogram method is used in which a digital hologram is generated using a plurality of two-dimensional images obtained at different positions, and then recorded on the optical media.
하지만, 위의 방법은 표현이 가능한 깊이 범위가 넓지 않다는 단점을 가지고 있다. 따라서 넓은 깊이 범위를 가지고 있는 물체 또는 공간 표현에 대해서는 상이 뚜렷하게 디스플레이가 되지 않기 때문에 사용이 제한되는 문제점을 가지고 있다. However, the above method has the disadvantage that the depth range that can be expressed is not wide. Therefore, there is a problem in that the use of the object or the spatial representation having a wide depth range is limited because the image is not displayed clearly.
특히, 프레넬 홀로그램 (Fresnel hologram)은 디지털 홀로그램을 생성하는 대표적인 방법으로써 광학 현상으로부터 유도된 계산 방법이다. 프레넬 홀로그램 생성 알고리즘을 이용할 경우 방대한 계산량으로 인해 고속 프린터 구현에 어려움이 있다.
In particular, Fresnel hologram is a representative method for generating digital holograms and is a calculation method derived from optical phenomena. Fresnel hologram generation algorithm is difficult to implement high-speed printer due to the large amount of computation.
본 발명이 해결하려는 과제는 객체의 표현이 깊이 범위가 넓은 3차원 홀로그래픽 스테레오그램 기반의 디지털 홀로그램을 기록하는 방안과 디지털 홀로그램 재생 방안을 제안함에 있다.An object of the present invention is to propose a method for recording a 3D holographic stereogram-based digital hologram and a method for reproducing a digital hologram having a wide range of expression of an object.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 빔의 회절 방향을 정확하게 제어하여 고화질의 홀로그램을 재생할 수 있는 방안을 제안함에 있다.Another object of the present invention is to propose a method of reproducing a high-quality hologram by accurately controlling the diffraction direction of the beam.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 디지털 홀로그램을 고속으로 생성 가능한 홀로그래픽 스테레오그램 기반의 3차원 영상 생성 방안을 제안함에 있다.
Another object of the present invention is to propose a holographic stereogram-based 3D image generation method capable of generating digital holograms at high speed.
이를 위해 본 발명의 3차원 영상 기록 장치는 빔을 출사하는 광원, 상기 광원으로부터 출사되는 빔을 물체광과 참조광으로 분리하는 빔 분리부, 상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 입력된 위상 정보에 따라 위상 변조하는 위상 진폭 공간 광변조 광학부, 상기 위상진폭 공간 광 변조 광학부로부터 출사되는 빔과 상기 참조광의 간섭패턴을 저장하는 광굴절매질을 포함한다.To this end, the three-dimensional image recording apparatus of the present invention includes a light source for emitting a beam, a beam splitter for separating the beam emitted from the light source into object light and a reference light, and the object light separated from the beam splitter to the input phase information. And a phase amplitude spatial light modulation optical unit for phase-modulating the light beam, and an optical refraction medium for storing the interference pattern of the beam and the reference light emitted from the phase amplitude spatial light modulation optical unit.
이를 위해 본 발명의 3차원 영상 기록 방법은 광원으로부터 출사되는 빔을 물체광과 참조광으로 분리하는 단계, 분리된 상기 물체광을 입력된 위상 정보에 따라 위상 변조하는 단계, 상기 위상 변조된 물체광과 상기 참조광의 간섭패턴을 저장하는 단계를 포함한다.
To this end, the three-dimensional image recording method of the present invention comprises the steps of separating the beam emitted from the light source into the object light and the reference light, phase-modulating the separated object light according to the input phase information, the phase-modulated object light and And storing the interference pattern of the reference light.
본 발명에 따른 3차원 영상 생성 방안은 복소진폭으로 표현되는 중첩패턴을 정보손실이 없이 광학적 퓨리에 변환을 통해 광굴절 매질에 기록할 수 있으며, 코히어런트 홀로그래픽 스테레오그램의 생성은 실시간 처리가 가능하여 모든 과정은 고속으로 처리가 가능하다. 또한 고속 생성 및 고화질의 특성을 갖는 코히어런트 홀로그래픽 스테레오그램 생성 알고리즘을 이용하기 때문에 깊이 범위가 넓은 어떠한 물체 또는 공간에 대해서도 기존의 아날로그 홀로그램과 동일하게 선명한 홀로그램 디스플레이가 가능하다.
In the three-dimensional image generation method according to the present invention, the overlapping pattern represented by the complex amplitude can be recorded on the optical refraction medium through the optical Fourier transform without information loss, and the generation of the coherent holographic stereogram can be performed in real time. All processes can be processed at high speed. In addition, coherent holographic stereogram generation algorithms with high-speed generation and high-definition characteristics enable clear hologram display as well as conventional analog holograms for any object or space with a wide depth range.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 코히어런트 홀로그래픽 스테레오 기반의 디지털 홀로그램 생성 방법을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 고화질 홀로그램을 생성하여 기록하기 위한 구성을 도시한 블록도이며,
도 3은 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제1 실시 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제2 실시 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제3 실시 도면이며,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 위상 진폭 공간 광 변조부에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도이며,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 위상 진폭 공간 광 복조부를 포함한 홀로그램 재생 장치를 도시하고 있다.1 is a diagram illustrating a method for generating a digital hologram based on coherent holographic stereo according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration for generating and recording a high quality hologram according to an embodiment of the present invention;
3 is a first embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in FIG. 2 according to the present invention;
4 is a second embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in FIG. 2 according to the present invention;
5 is a third embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in FIG. 2 according to the present invention;
6 is a flowchart illustrating an operation performed by a phase amplitude spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates a hologram reproducing apparatus including a phase amplitude spatial light demodulator according to an embodiment of the present invention.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through this embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 코히어런트 홀로그래픽 스테레오 기반의 디지털 홀로그램 생성 방법을 도시한 도면이다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 코히어런트 홀로그래픽 스테레오 기반의 디지털 홀로그램 생성 방법에 대해 상세하게 알아보기로 한다.1 is a diagram illustrating a method for generating a digital hologram based on coherent holographic stereo according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of generating a digital hologram based on coherent holographic stereo according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
모든 3차원 객체는 3차원 포인트로 표현이 가능하며, 각각의 3차원 포인트는 자체 발광 포인트로 간주될 수 있다. 또한 디지털 홀로그램 생성 과정은 도 1에 도시된 바와 같이 두 단계로 구분될 수 있다. 1단계는 2차원 이산 공간주파수 평면을 주어진 정사각형 크기를 갖는 세그멘트로 나눈다. 그리고 3차원 객체를 구성하는 각각의 포인트로부터 각각의 세그멘트에 전파되는 빛의 복소 정현파를 산출한다. 각각의 포인트로부터 전파되는 복소 정현파로부터 공간 주파수를 산출 후 이산 공간 주파수 평면에 매핑(mapping)한다. 이 때, 해당 이산 공간 주파수 위치에 복소 정현파의 복소 진폭값이 설정된다. 이 과정은 모든 포인트에 대해 반복되며, 이 과정의 반복으로 인해 각각의 세그멘트는 각각의 포인트로부터 해당 세그멘트로 전파되는 복소 정현파에 대한 복소 진폭이 중첩되어 이산 공간 주파수 공간에서의 스펙트럼을 형성하게 된다. 2단계는 1단계에서 생성된 각각의 스펙트럼을 고속 퓨리에 변환(fast Fourier transform)에 의해 변환하며, 변환된 패턴들의 조합은 최종 생성된 디지털 홀로그램이 된다. 각각의 복소 정현파는 포인트로부터 각각의 세그멘트 상의 중앙 포인트에 대해서만 산출된다. 이와 같이 각각의 세그멘트 상의 중앙 포인트에서만 복소 정현파를 산출함으로써 계산량을 줄일 수 있으며, 고속 퓨리에 변환을 이용하여 디지털 홀로그램을 고속 생성할 수 있게 된다.All three-dimensional objects may be represented by three-dimensional points, and each three-dimensional point may be regarded as its own emission point. In addition, the digital hologram generation process may be divided into two stages as shown in FIG. 1. The first stage divides the two-dimensional discrete spatial frequency plane into segments with a given square size. Then, a complex sinusoidal wave of light propagated to each segment is calculated from each point constituting the three-dimensional object. The spatial frequency is calculated from the complex sine wave propagated from each point and then mapped to the discrete spatial frequency plane. At this time, a complex amplitude value of the complex sine wave is set at the discrete spatial frequency position. This process is repeated for all points, with each segment repeating the complex amplitudes for the complex sinusoids propagating from each point to that segment, forming a spectrum in discrete spatial frequency space. In step 2, each spectrum generated in step 1 is transformed by a fast Fourier transform, and the combination of the transformed patterns becomes a final generated digital hologram. Each complex sinusoid is computed only from the point for the center point on each segment. In this way, the computational amount can be reduced by calculating the complex sine wave only at the center point on each segment, and the digital hologram can be generated at high speed by using the fast Fourier transform.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 고화질 홀로그램을 생성하여 기록하기 위한 구성을 도시한 블록도이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 고화질 홀로그램을 생성하여 기록하기 위한 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.2 is a block diagram illustrating a configuration for generating and recording a high quality hologram according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a configuration for generating and recording a high quality hologram according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
도 2에 의하면 고화질 홀로그램을 생성하여 기록하기 위한 구성은 광원, 빔 분리부, 위상공간 광변조 광학부, 거울, 광굴절매질을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 고화질 홀로그램을 생성하여 기록하기 위한 구성에 포함될 수 있음은 자명하다.According to FIG. 2, a configuration for generating and recording a high quality hologram includes a light source, a beam separation unit, a phase spatial light modulation optical unit, a mirror, and a light refractive medium. Of course, it is obvious that other configurations may be included in the configuration for generating and recording the high quality hologram in addition to the above-described configuration.
광원(200)은 홀로그램을 생성하기 위한 광(레이저)을 출력한다. 광원(200)으로부터 출력된 광은 빔 분리부(210)로 전달된다. 빔 분리부(210)는 광원(200)으로부터 전달받은 광을 물체광과 참조광으로 분리한다.The
빔 분리부(210)에서 분리된 참조광은 거울(220)에 반사되어 광굴절매질(240)로 기록된다. 물론 광굴절매절(240)은 스테이지(250)에 의해 상하 또는 좌우로 이동될 수 있다.The reference light separated by the
빔 분리부(210)에서 분리된 물체광은 물체에 부딪힌 후 위상공간 광변조 광학부(230)로 전달된다. 위상공간 광변조 광학부(230)는 물체광의 진폭뿐만 아니라 위상도 변조시킨다. 즉, 본원 발명의 위상공간 광변조 광학부(230)는 물체광의 진폭과 위상을 동시에 변조시킨다. 위상공간 광변조 광학부(230)의 상세한 동작에 대해서는 후술하기로 한다. 위상공간 광변조 광학부(230)에 의해 변조된 물체광의 홀로그램을 광굴체매질(240)에 기록된다.The object light separated by the
도 1과 도 2를 이용하여 상세하게 알아보면, 복소진폭값으로 구성된 중첩패턴을 렌즈에 의해 광학적 퓨리에 변환을 한 후 주파수 스펙트럼을 광굴절 매질에 기록하는 방법이다. 먼저 홀로그램 평면과 동일한 크기를 갖는 중첩평면은 다수의 세그멘트로 분할된다. 그리고 분할된 중첩 평면의 각 세그멘트의 중앙 부분에서 관찰되는 3차원 모델에 대한 3차원 포인트 정보를 산출한다. 산출된 3차원 포인트로부터 중첩 평면의 각 세그멘트의 중앙 부분에 대한 빔의 전파 특성 즉, 공간 주파수 및 위상값을 포함하는 복소진폭값을 산출한 후 산출된 값을 중첩 평면의 세그멘트에 기록한다. 모든 포인트에 대한 복소진폭값이 중첩된 중첩패턴은 위상 공간 광변조 광학부에 전달된다. 상술한 바와 같이 광학에 의해 퓨리에 변환을 하게 되면, 샘플링에 의한 주파수 범위 제한 문제를 해결 할 수 있다. Referring to FIG. 1 and FIG. 2, a method of recording a frequency spectrum on a photorefractive medium after optical Fourier transformation of a superposition pattern composed of complex amplitude values by a lens is performed. First, an overlapping plane having the same size as the hologram plane is divided into a plurality of segments. Three-dimensional point information for the three-dimensional model observed in the center portion of each segment of the divided overlap plane is calculated. From the calculated three-dimensional point, a complex amplitude value including a beam propagation characteristic, ie, a spatial frequency and a phase value, for the center portion of each segment of the overlapping plane is calculated, and the calculated value is recorded in the segment of the overlapping plane. The overlapping pattern in which the complex amplitude values for all points overlap is transmitted to the phase spatial light modulation optical unit. As described above, when the Fourier transform is performed by the optical, the frequency range limitation problem due to sampling can be solved.
도 3은 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제1 실시 도면이다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 제1 실시 예에 대해 알아보기로 한다.FIG. 3 is a first embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in FIG. 2 according to the present invention. Hereinafter, a first embodiment of the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 1에서 설명한 바와 같이 중첩 평면의 각 세그먼트는 복소 진폭값을 갖는 중첩 패턴을 기록된다. 따라서 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부는 진폭과 위상을 동시에 갖도록 물체광을 변조할 수 있다. 특히 도 3은 빔 분리부(300)와 위상 진폭 공간 광 변조부(310), 렌즈(320)를 포함하는 위상 진폭 공간 광변조 광학부를 도시하고 있다. 물체의 부딪힌 물체광은 빔 분리부(300)와 위상 진폭 공간 광 변조부(310), 렌즈(320)로 구성된 위상 진폭 공간 광변조 광학부로 전달된다. 빔분리부(300)는 전달받은 물체광을 위상 진폭 공간 광 변조부(310)로 전달하기 위해 경로를 변경한다. 위상 진폭 공간 광 변조부(310)는 전달받은 물체광이 위상과 진폭을 갖도록 위상 변조와 진폭 변조를 수행한다. 렌즈(320)는 광학 퓨리에 변환을 수행한다. 이 때 렌즈의 초점 평면에 광굴절매질(240)을 위치시킴으로써 변환된 퓨리에 패턴은 참조광과 간섭되어 간섭 패턴(홀로그램 패턴)이 생성하고, 생성한 간섭 패턴은 광굴절 매질에 기록된다. As described in FIG. 1, each segment of the overlap plane is recorded an overlap pattern having a complex amplitude value. Therefore, the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention can modulate the object light to have both amplitude and phase. In particular, FIG. 3 illustrates a phase amplitude spatial light modulation optical unit including a
도 4는 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제2 실시 도면이다. 이하 도 4 이용하여 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 제2 실시 예에 대해 알아보기로 한다. 특히 도 4는 투과형 진폭 공간 변조부와 투과형 위상 공간 변조부를 포함한다.4 is a second embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in FIG. 2 according to the present invention. Hereinafter, a second embodiment of the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention will be described with reference to FIG. 4. In particular, FIG. 4 includes a transmissive amplitude spatial modulator and a transmissive phase spatial modulator.
도 1에서 설명한 바와 같이 중첩 평면의 각 세그먼트는 복소 진폭값을 갖는 중첩 패턴을 기록된다. 따라서 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부는 진폭과 위상을 동시에 갖도록 물체광을 동시에 변조할 수 있다. 특히 도 4는 진폭 공간 광 변조부(400)와 위상 공간 광 변조부(410), 렌즈(420)를 포함하는 위상 진폭 공간 광변조 광학부를 도시하고 있다. 물체의 부딪힌 물체광은 진폭 공간 광 변조부(400)와 위상 공간 광 변조부(410), 렌즈(420)로 구성된 위상 공간 광변조 광학부로 전달된다. 진폭 공간 광 변조부(400)는 물체광이 진폭을 갖도록 진폭 변조하며, 위상 공간 광 변조부(410)는 진폭 공간 광 변조부(400)에 의해 진폭 변조된 물체광이 위상을 갖도록 위상 변조한다. 이와 같이 진폭 공간 광 변조부(400)와 위상 공간 광 변조부(410)를 통과한 물체광은 복소진폭값을 가지게 되며, 렌즈(420)에 의해 광학 퓨리에 변환되어 참조광과 간섭되어 간섭 패턴(홀로그램 패턴)이 광굴절 매질에 기록된다. As described in FIG. 1, each segment of the overlap plane is recorded an overlap pattern having a complex amplitude value. Therefore, the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention can simultaneously modulate the object light to have both amplitude and phase. In particular, FIG. 4 illustrates a phase amplitude spatial light modulation optical unit including an amplitude spatial light modulator 400, a phase space light modulator 410, and a
도 5는 본 발명에 따른 도 2에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 구성을 도시한 제3 실시 도면이다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부의 제3 실시 예에 대해 알아보기로 한다. 특히 도 5는 진폭 또는 위상만을 표시하는 위상 진폭 공간 광변조 광학부를 도시하고 있다.Fig. 5 is a third embodiment showing the configuration of the phase amplitude spatial light modulation optical unit shown in Fig. 2 according to the present invention. Hereinafter, a third embodiment of the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention will be described with reference to FIG. 5. In particular, FIG. 5 shows a phase amplitude spatial light modulation optical unit for displaying only amplitude or phase.
도 1에서 설명한 바와 같이 중첩 평면의 각 세그먼트는 복소 진폭값을 갖는 중첩 패턴을 기록된다. 따라서 본 발명의 위상 진폭 공간 광변조 광학부는 진폭과 위상을 갖도록 물체광을 동시에 변조할 수 있다. 특히 도 5는 진폭 공간 광 변조부(510), 편광 빔 분리부(500), 제1렌즈(520), 제2렌즈(530), 비편광 빔 분리부(540), 위상 공간 광 변조부(550), 제3 렌즈(560)를 포함한다. 물체의 부딪힌 물체광은 진폭 공간 광 변조부(510), 편광 빔 분리부(500), 제1렌즈(520), 제2렌즈(530), 비편광 빔 분리부(540), 위상 공간 광 변조부(550), 제3 렌즈(560)로 구성된 위상 공간 광변조 광학부로 전달된다.As described in FIG. 1, each segment of the overlap plane is recorded an overlap pattern having a complex amplitude value. Therefore, the phase amplitude spatial light modulation optical unit of the present invention can simultaneously modulate the object light to have an amplitude and a phase. In particular, FIG. 5 illustrates an amplitude spatial light modulator 510, a polarization beam splitter 500, a first lens 520, a second lens 530, a non-polarization beam splitter 540, and a phase spatial light modulator ( 550, a third lens 560. The object light hit by the object is the amplitude spatial light modulator 510, the polarization beam splitter 500, the first lens 520, the second lens 530, the non-polarization beam splitter 540, and the phase spatial light modulator. The unit 550 is transferred to the phase spatial light modulation optical unit including the third lens 560.
먼저 물체의 부딪힌 물체광은 편광 빔 분리부(500)에 의해 특정 방향만을 갖는 빔이 진폭 공간 광 변조부(510)로 전달된다. 진폭 공간 광 변조부(510)는 전달받은 물체광을 진폭 변조하며, 동일 초점거리를 갖는 두 개의 렌즈(제1렌즈, 제2렌즈)의 의해 진폭 공간 광 변조부(510)에서 변조된 물체광의 패턴(상)이 위상 공간 광 변조부(550)에 맺히게 된다. 위상 공간 광 변조부(550)는 전달받은 물체광의 위상을 갖도록 위상 변조를 수행한 후 비편광 빔 분리부(540)에 의해 빔의 방향이 변경되어 제3렌즈(560)로 전달된다. 제3렌즈(560)는 전달받은 물체광을 광굴절매질(240)에 기록한다. 이와 같이 도 5는 두 개의 반사형 공간 변조부에 의해 복소진폭 패턴으로 입력 빔을 변조한다. 이와 같이 변조된 빔은 제3렌즈인 광학 렌즈에 의해 광굴절 매질에 입사되며, 입사된 빔은 참조광과 간섭되어 간섭 패턴이 광굴절 매질에 기록된다. First, the object light hit by the object is transmitted to the amplitude spatial light modulator 510 by the polarization beam splitter 500. The amplitude spatial light modulator 510 amplitude modulates the received object light, and modulates the object light modulated by the amplitude spatial light modulator 510 by two lenses (first lens and second lens) having the same focal length. The pattern (image) is formed on the phase spatial light modulator 550. The phase spatial light modulator 550 performs phase modulation to have a phase of the received object light, and then changes a beam direction by the non-polarization beam splitter 540 to be transmitted to the third lens 560. The third lens 560 records the received object light in the
광학 렌즈에 의해 변환된 주파수 스펙트럼이 광굴절 매질에 기록되면, 다음 홀로그램 기록을 위하여 광굴절매질은 스테이지에 의해 다음 기록 위치로 이동을 시킨다. 상술한 전체 과정은 세그멘트 수만큼 반복된다.When the frequency spectrum converted by the optical lens is recorded in the optical refraction medium, the optical refraction medium is moved by the stage to the next recording position for the next hologram recording. The entire process described above is repeated by the number of segments.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 위상 진폭 공간 광 변조부에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도이다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 위상 진폭 공간 광 변조부에서 수행되는 동작에 대해 상세하게 알아보기로 한다.6 is a flowchart illustrating an operation performed by a phase amplitude spatial light modulator according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an operation performed in the phase amplitude spatial light modulator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6.
S600단계는 3차원 모델을 준비한다. 즉, 홀로그램을 생성하기 위한 물체를 준비한다.Step S600 prepares a three-dimensional model. That is, an object for preparing a hologram is prepared.
S602단계에서 위상진폭 공간 광 변조부는 중첩평면을 N개의 세그먼트로 분할한다.In step S602, the phase amplitude spatial light modulator divides the overlapping plane into N segments.
S604단계에서 위상진폭 공간 광 변조부는 상술한 바와 같이 3차원 포인트 정보를 추출한다.In step S604, the phase amplitude spatial light modulator extracts three-dimensional point information as described above.
S606단계에서 위상진폭 공간 광 변조부는 도 3 내지 도 5에 도시되어 있는 구성 중 하나의 구성을 이용하여 해당 세그먼트에 대한 스펙트럼 패턴을 생성한다.In operation S606, the phase amplitude spatial light modulator generates a spectral pattern for the corresponding segment by using one of the components illustrated in FIGS. 3 to 5.
S608단계에서 위상진폭 공간 광 변조부는 생성한 스펙트럼 패턴을 광굴절매질에 기록한다.In operation S608, the phase amplitude spatial light modulator records the generated spectral pattern in the optical refraction medium.
S610단계에서 위상진폭 공간 광 변조부는 다른 세그먼트에 대한 스펙트럼 패턴을 기록하기 위해 스테이지를 이동한다. 상술한 전체 과정은 세그멘트 수만큼 반복된다.In step S610, the phase amplitude spatial light modulator moves the stage to record the spectral pattern for the other segment. The entire process described above is repeated by the number of segments.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 위상진폭 공간 광 복조부를 포함한 홀로그램 재생 장치를 도시하고 있다. 이하 도 7을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 위상진폭 공간 광 복조부(710)를 포함한 홀로그램 재생 장치에 대해 알아보기로 한다.7 illustrates a hologram reproducing apparatus including a phase amplitude spatial light demodulator according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a hologram reproducing apparatus including a phase amplitude spatial
도 7에 의하면, 생성 장치에서 생성된 홀로그램 패턴에 참조광을 간섭시킨다. 참조광을 간섭시킨 홀로그램 패턴은 도 3 내지 도 5에서 기재한 바와 같이 변조된 위상과 진폭을 갖는 물체광이 추출된다.According to FIG. 7, the reference light is interfered with the hologram pattern generated by the generating device. In the hologram pattern in which the reference light is interfered with, the object light having the modulated phase and amplitude is extracted as described with reference to FIGS. 3 to 5.
추출된 물체광의 도 3 내지 도 5에 도시되어 있는 위상 진폭 공간 광 변조부에서 수행되는 기능의 역 기능을 수행하는 위상진폭 공간 광 복조부(710)를 이용하여 추출한 위상과 진폭을 이용하여 물체광을 재생한다. 이와 같이 본 발명은 위상과 진폭 정보가 포함된 홀로그램 패턴을 생성하고, 생성된 홀로그램 패턴을 재생 장치에서 재생함으로써 넓은 깊이 범위를 포함하는 객체라 할지라도 모든 깊이 범위에서 뚜렷한 홀로그램을 디스플레이할 수 있다. Object light using the phase and amplitude extracted using the phase amplitude spatial
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .
200: 광원 210:빔 분리부
220: 거울 230:위상공간 광변조 광학부
240: 광굴절매질 250: 스테이지 200: light source 210: beam separation unit
220: mirror 230: phase space light modulation optical unit
240: light refractive medium 250: stage
Claims (12)
상기 광원으로부터 출사되는 빔을 물체광과 참조광으로 분리하는 빔 분리부;
상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 입력된 위상 정보에 따라 위상 변조하는 위상진폭 공간 광변조 광학부;
상기 위상진폭 공간 광 변조 광학부로부터 출사되는 빔과 상기 참조광의 간섭패턴을 저장하는 광굴절매질을 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
A light source for emitting a beam;
A beam splitter separating the beam emitted from the light source into an object light and a reference light;
A phase amplitude spatial light modulation optical unit configured to phase modulate the object light separated from the beam splitter according to input phase information;
And an optical refraction medium for storing the interference pattern of the beam emitted from the phase amplitude spatial light modulation optical unit and the reference light.
상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 진폭 변조함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
According to claim 1, The phase amplitude spatial light modulation optical unit,
And an amplitude modulated object light separated from the beam splitter.
상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 위상 변조와 진폭 변조하는 위상 진폭 공간 광 변조부;
상기 위상과 진폭이 변조된 물체광을 광학 퓨리에 변환하는 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
The optical amplifying spatial light modulating optical unit of claim 2, wherein
A phase amplitude spatial light modulator for amplitude modulating the object light separated from the beam splitter;
And a lens for optically Fourier transforming the object light having the phase and amplitude modulated.
상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 진폭 변조하는 진폭 공간 광 변조부;
상기 진폭이 제어된 물체광을 위상 변조하는 위상 공간 광 변조부;
상기 위상과 진폭이 변조된 물체광을 광학 퓨리에 변환하는 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
The optical amplifying spatial light modulating optical unit of claim 2, wherein
An amplitude spatial light modulator for amplitude modulating the object light separated from the beam splitter;
A phase spatial light modulator for phase modulating the object light whose amplitude is controlled;
And a lens for optically Fourier transforming the object light having the phase and amplitude modulated.
상기 빔 분리부로부터 분리된 물체광을 진폭 변조하는 진폭 공간 광 변조부;
상기 진폭 공간 광 변조부로부터 출사된 빔을 전달하며, 동일한 초점 거리를 갖는 두 개의 렌즈;
상기 렌즈로 전달받은 물체광이 위상 변조하는 위상 공간 광 변조부;
상기 위상과 진폭을 갖도록 변조된 물체광을 광학 퓨리에 변환하는 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
The optical amplifying spatial light modulating optical unit of claim 2, wherein
An amplitude spatial light modulator for amplitude modulating the object light separated from the beam splitter;
Two lenses which transmit beams emitted from the amplitude spatial light modulator, and having the same focal length;
A phase spatial light modulator for phase modulating the object light received by the lens;
And a lens for optically Fourier transforming the object light modulated to have the phase and amplitude.
입사된 물체광의 방향을 변경하는 편광 빔 분리부를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
The method of claim 5, wherein the phase amplitude spatial light modulation optical unit,
And a polarization beam splitter for changing the direction of incident object light.
The 3D image recording apparatus according to claim 2, further comprising a stage for moving the optical refraction medium up, down, left, and right.
상기 빔분리부로부터 출사된 참조광을 상기 광굴절매질에 제공하도록 유도하는 거울을 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 장치.
8. The method according to any one of claims 3 to 7,
And a mirror for guiding the reference light emitted from the beam splitting unit to the optical refraction medium.
분리된 상기 물체광을 입력된 위상 정보에 따라 위상 변조하는 단계;
상기 위상 변조된 물체광과 상기 참조광의 간섭패턴을 저장하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 기록 방법.
Separating the beam emitted from the light source into object light and reference light;
Phase modulating the separated object light according to input phase information;
And storing an interference pattern of the phase modulated object light and the reference light.
상기 분리된 물체광을 진폭 변조하는 단계를 포함함을 특징으로 3차원 영상 기록 방법.
The method of claim 9, wherein the phase modulating comprises:
And amplitude modulating the separated object light.
분리된 상기 물체광을 입력된 위상 정보에 따라 위상 복조하는 단계;
상기 위상 복조된 물체광을 이용하여 3차원 영상을 재생하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 재생 방법.
Separating the object light by irradiating the reference light to the optical refraction medium stored in the interference pattern;
Phase demodulating the separated object light according to input phase information;
And reproducing a three-dimensional image by using the phase demodulated object light.
분리된 상기 물체광을 입력된 진폭 정보에 따라 진폭 복조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 영상 재생 방법.12. The method of claim 11, wherein demodulating the phase comprises:
And demodulating the separated object light according to the input amplitude information.
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- 2011-04-19 KR KR1020110036101A patent/KR20120118621A/en not_active Application Discontinuation
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