KR20140147484A

KR20140147484A - 홀로그램 프린터에서 기준파의 조향 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140147484A
Application number: KR20130070834A
Authority: KR
Inventors: 김재한; 정원식; 이광순; 허남호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-30
Also published as: KR101979674B1

Abstract

홀로그램 프린터에서 기준파의 조향 방법 및 장치를 제공한다. 홀로그램 제작 시 기준파를 조향하는 빔 조향 장치는 X축과 Y축 방향으로 이동 가능한 이동 제어부, 상기 이동 제어부 상에 설치되어 기준파의 방위각을 제어하는 방위각 제어부 및 상기 이동 제어부 상에 상기 방위각 제어부의 모터 축과 직각으로 모터 축이 교차하도록 설치되어 상기 기준파의 앙각을 제어하는 앙각 제어부를 포함하고, 상기 기준파는 상기 앙각 제어부의 모터 축 및 상기 방위각 제어부의 모터 축 중 상기 이동 제어부로부터 먼 위치에 설치된 모터 축에 부착된 광케이블을 통해 출력될 수 있다.

Description

홀로그램 프린터에서 기준파의 조향 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR STEERING OF REFERENCE BEAM IN HOLOGRAM PRINTER}

본 발명의 실시예들은 디지털 홀로그래픽 스테레오그램(holographic stereogram)을 반사형(reflection type) 또는 투과형(transmission type)으로 제작 시 기준파(reference beam)의 각도를 원하는 방향으로 조향(steering)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 조명기구의 광원은 점광원(point light source)이다. 따라서, 홀로그램(hologram)을 재현(reconstruction)할 때에도 일반적으로 이러한 점광원으로 조명하게 되는데, 이 때 광선들은 방사 형태가 된다. 그러므로, 홀로그램을 재현할 때의 빛의 방향과 홀로그램 제작 과정에서의 기준파(reference beam)의 방향이 일치할 때 홀로그램의 재현이 잘 이루어진다. 따라서, 홀로그램 제작 시에도 기준파의 방향이 홀로그램 재현 시 조명광의 방사 방향과 유사하게 맞춰지도록 제어하여야 한다. 홀로그램 제작 시 기준파의 방향을 적절히 제어하지 않으면, 완전한 홀로그램 상의 재현이 이루어 지지 않고 입체감이 저하되는 한계와 문제점이 있다.

그러나, 기존의 디지털 홀로그래픽 스테레오그램 프린터(holographic stereogram printer)에서는 시스템의 복잡성이나 구성 비용 등의 이유 때문에, 이러한 조명 형태를 고려하지 않고 일정한 방향으로 기준파를 비추며 홀로그램을 제작하는 경우가 많았다. 이를 해결하기 위하여, 종래에는 홀로그램 제작 시 레이저 반사용 거울의 각도를 조정하여 기준파를 지향하는 방법을 이용하거나, 렌즈의 굴절률을 이용하여 기준파를 조향하는 방법을 사용하였다. 그러나, 반사용 거울의 각도를 조정하는 방식은 한 위치에 고정되어 있는 거울의 각도를 조정하여 한정된 각도 범위에서 기준파를 지향하므로 넓은 각도 범위에서 기준파를 조향하는 것이 불가능하다는 문제점이 있고, 렌즈의 굴절률 이용하는 방식은 특정 조향 구조에 맞추어 렌즈를 설계하고 제작하여 사용하게 되므로 다른 조건이나 다른 시스템에서는 또 다른 렌즈가 필요하다는 단점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는 디지털 홀로그램 제작 시에도 홀로그램 재현 시 사용되는 광원의 형태로 기준파를 조향할 수 있는 홀로그램 프린터에서 기준파의 조향 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 홀로그램 제작 비용과 시간을 절감할 수 있는 홀로그램 프린터에서 기준파의 조향 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 홀로그램 제작 시 기준파를 조향하는 빔 조향 장치는 X축과 Y축 방향으로 이동 가능한 이동 제어부, 상기 이동 제어부 상에 설치되어 기준파의 방위각을 제어하는 방위각 제어부 및 상기 이동 제어부 상에 상기 방위각 제어부의 모터 축과 직각으로 모터 축이 교차하도록 설치되어 상기 기준파의 앙각을 제어하는 앙각 제어부를 포함하고, 상기 기준파는 상기 앙각 제어부의 모터 축 및 상기 방위각 제어부의 모터 축 중 상기 이동 제어부로부터 먼 위치에 설치된 모터 축에 부착된 광케이블을 통해 출력될 수 있다.

홀로그램을 관찰할 때 사용하는 일반적인 조명의 형태를 고려하여 홀로그램을 제작할 때에 기준파의 각도를 원하는 방향으로 조향함으로써 재현(reconstruction)된 홀로그램 영상을 관찰하는 경우, 고정(fixed) 상태로 기준파를 조사(illumination)하여 홀로그램을 제작하는 기존 방식보다 회절 효율이 높아 자연스럽고 선명하게 홀로그램을 재현할 수 있다.

홀로그램 재현 시에 어떠한 형태의 조명 조건이 주어 지더라도, 홀로그램 제작 시에 원하는 방향으로 빔 지향을 할 수 있으므로 기존의 방법에 비하여 홀로그램 제작 비용과 시간을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔 조향 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔 조향 장치에서 광케이블 말단의 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 모터가 회전할 때의 앙각과 방위각을 나타내는 도면이다.
도 4는 앙각과 방위각의 회전과 x, y 좌표와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 빔 조향 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서 빔 조향 장치에서 광케이블 말단의 위치를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 빔 조향 장치는 홀로그램 제작 시 기준파를 원하는 방향으로 조향하기 위하여, X축과 Y축 방향으로 이동 가능한 이동 제어부, 이동 제어부 상에 설치되어 기준파의 방위각(azimuth angle)을 제어하는 방위각 제어부 및 이동 제어부 상에 방위각 제어부의 모터 축과 직각으로 모터 축이 교차하도록 설치되어 기준파의 앙각(elevation angle)을 제어하는 앙각 제어부를 포함한다. 이 때, 기준파는 앙각 제어부의 모터 축 및 방위각 제어부의 모터 축 중 이동 제어부로부터 먼 위치의 설치된 모터 축의 끝단에 부착된 광케이블의 말단을 통해 출력될 수 있다.

일 예로 도 1을 참조하면, 앙각 제어부는 상하 방향의 각도를 제어하는 앙각 제어 모터(110)를 포함할 수 있고, 방위각 제어부는 좌우 방향의 각도를 제어하는 방위각 제어 모터(120)를 포함할 수 있다. 이동 제어부는 앙각 제어 모터(110)와 방위각 제어 모터(120) 전체를 X축으로 이동시키는 X축 방향 이동 제어 스테이지(130) 및 앙각 제어 모터(110), 방위각 제어 모터(120)와 X축 방향 이동 제어 스테이지(130)를 Y축으로 이동시키는 Y축 방향 이동 제어 스테이지(140)를 포함할 수 있다.

도 1에는 일 예로 Y축 방향 이동 제어 스테이지(140) 상에 X축 방향 이동 제어 스테이지(130)가 배치되고, X축 방향 이동 제어 스테이지(130) 상에 방위각 제어 모터(120)가 배치되며, 방위각 제어 모터(120) 상부에 앙각 제어 모터(110)가 배치되는 경우가 도시되어 있지만, 앙각 제어 모터(110), 방위각 제어 모터(120), X축 방향 이동 제어 스테이지(130) 및 Y축 방향 이동 제어 스테이지(140)의 위치는 서로 바뀌어 배치될 수 있다. 예를 들어, X축 방향 이동 제어 스테이지(130)를 빔 조향 장치의 가장 아래에 배치하고 Y축 방향 이동 제어 스테이지(140)를 X축 방향 이동 제어 스테이지(130)의 위에 배치하는 구조도 가능하고, 방위각 제어 모터(120)를 가장 상부에 배치하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 빔 조향 장치는 앙각 및 방위각을 제어하는 2개의 각도 제어 모터(110, 120)와 X축 및 Y축 위치를 제어하는 2개의 위치 제어 스테이지(130, 140)를 동시에 제어함으로써, 홀로그램 재현 시 어떠한 형태의 조명 조건이 주어지더라도 자연스럽고 선명하게 홀로그램을 재현할 있도록 홀로그램 기록 시에 원하는 방향으로 기준파를 조향할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 앙각 제어 모터(110)의 축과 방위각 제어 모터(120)의 축은 3차원 공간에서 직각으로 교차한다. 두 모터 축 간의 교차점을 A 라고 하면, 광케이블(150) 말단의 단면 중심은 도 2의 확대도(200)에 도시된 것과 같이 A점 상에 위치하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광케이블(150)의 말단은 앙각 제어부의 축에 고정될 수 있다.

이와는 달리, Y축 방향 이동 제어 스테이지(140)의 위에 위치한 X축 방향 이동 제어 스테이지(130)에 앙각 제어 모터(110)가 부착되고, 앙각 제어 모터(110)의 모터 축에 방위각 제어 모터(120)가 위치하는 형태로 구성되는 경우, 광케이블(150)의 말단은 방위각 제어 모터(120)의 축에 고정될 수 있다.

도 3은 모터가 회전할 때의 앙각과 방위각을 나타내는 도면이고, 도 4는 앙각과 방위각의 회전과 x, y 좌표와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 빔 조향 장치가 기준파를 조향하는 과정에 대해 설명한다.

도 3에는 방위각 Φ가 "0" 일 때 X-Z 평면에서 기준파의 앙각 θ를 나타내는 측면도와, X-Y 평면에서 기준파의 방위각 Φ를 나타내는 평면도가 도시되어 있다. 도 3에서 화살표는 기준파의 출력 방향을 나타낸다.

도 4에 도시된 것과 같이, 감광매질(필름 등) 면과 평행하며 A점을 포함하는 면과 감광매질 면 사이의 간격을 h, A점이 감광매질 면과 이루는 각도를 앙각 θ, X-Y평면 상에서 A점과 0점을 이은 선분이 x축과 이루는 각도를 방위각 Φ로 정의하고, A점의 X축상의 좌표를 x, A점의 Y축상의 좌표를 y, A점과 0점 간의 거리를 r로 정의하면, 앙각 θ와 방위각 Φ가 결정될 경우 이에 따라 이동 제어 스테이지가 구동되어 위치해야 할 좌표 값을 구할 수 있다.

일 예로, 본 발명에 따른 빔 조향 장치는 기록하고자 하는 각 호겔(hogel: holographic pixel)에 대한 앙각 θ와 방위각 Φ이 산출되면, 각 호겔에 대해 정해진 앙각 θ와 방위각 Φ로 기준파의 출력 방향을 맞추기 위하여 앙각 제어 모터 및 방위각 제어 모터를 광케이블 축이 앙각 θ와 방위각 Φ이로 회전되도록 구동하고, 이와 함께 이동 제어 스테이지를 구동하여 광케이블을 A의 최종적 위치인 x, y 지점으로 이동킨다. 그러면, A점을 지나는 광케이블의 축은 각 호겔이 기록될 위치인 H점을 지향하게 된다. 따라서, 최종적으로 A점에서 광케이블로부터 출력된 레이저(기준파)의 방향은 H점을 지향하게 된다.

이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

앙각 θ와 방위각 Φ 값이 산출되면, 우선 앙각 θ 값을 이용하여 다음의 수학식 1과 같이 A점과 0점 간의 거리 r을 구할 수 있다.

여기서, 감광매질 면과 평행하며 A점을 포함하는 면과 감광매질 면 사이의 간격 h와 앙각 θ 값은 아는 값이다.

또한, 방위각 Φ 값을 이용하여 아래의 수학식 2와 같이 A점의 X축상의 좌표 x 값을 구할 수 있다.

그리고, 방위각 Φ 값을 이용하여 아래의 수학식 3과 같이 A점의 Y축상의 좌표 y 값을 구할 수 있다.

따라서, 각 호겔에 대하여 정해진 앙각 θ 와 방위각 Φ 값을 참조하여 수학식 2 및 3을 기초로 구해진 x 및 y 값에 해당하는 거리만큼 이동 제어 스테이지를 이동시키고 이어서 θ 와 Φ 각으로 모터 축을 회전시키거나, 모터 축을 앙각 θ 와 방위각 Φ의 각만큼 회전시킨 후에 이동 제어 스테이지를 x 및 y 값만큼 이동킴으로써 호겔을 기록할 위치에 기준파를 조향할 수 있다. 즉, 이동 및 회전의 두 동작은 동시에 수행되거나 순차 또는 역순으로도 수행되어도 상관이 없으며, 같은 효과 및 결과를 갖는다.

한편, 도 4에서 x와 y의 위치를 먼저 결정하고 x 및 y 값을 이용하여 두 모터의 회전 각도인 θ 와 Φ 값을 산출할 수도 있다. 이 경우, 앙각 θ 와 방위각 Φ는 다음의 수학식 4를 통해 구할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 앙각 제어 모터
120: 방위각 제어 모터
130: X축 이동 제어 스테이지
140: Y축 이동 제어 스테이지
150: 광케이블

Claims

홀로그램 제작 시 기준파를 조향하는 빔 조향 장치에 있어서,
X축과 Y축 방향으로 이동 가능한 이동 제어부;
상기 이동 제어부 상에 설치되어 기준파의 방위각을 제어하는 방위각 제어부; 및
상기 이동 제어부 상에 상기 방위각 제어부의 모터 축과 직각으로 모터 축이 교차하도록 설치되어 상기 기준파의 앙각을 제어하는 앙각 제어부
를 포함하고,
상기 기준파는,
상기 앙각 제어부의 모터 축 및 상기 방위각 제어부의 모터 축 중 상기 이동 제어부로부터 먼 위치에 설치된 모터 축에 부착된 광케이블을 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 빔 조향 장치.