KR20170110439A - Dmd 마이크로 미러의 위상을 개별적으로 제어하기 위한 위상 변조 방법 및 이를 적용한 홀로그래픽 복원 장치 - Google Patents

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Abstract

DMD 마이크로 미러의 위상을 개별적으로 제어하기 위한 위상 변조 방법 및 이를 적용한 홀로그래픽 복원 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치는, 광원, 광원에서 출사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 광 변조기 및 광 변조기에서 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 DMD를 포함한다. 이에 의해, DMD에 입사되는 빛의 위상차로 인해 원치 않는 프린지 패턴이 생성되는 것을 방지하여, DMD를 이용한 디지털 홀로그램 복원이 가능해진다.

Description

DMD 마이크로 미러의 위상을 개별적으로 제어하기 위한 위상 변조 방법 및 이를 적용한 홀로그래픽 복원 장치{Phase Modulation Method for Controlling the Phase of DMD Micromirror Separately and Holographic Reconstruction Apparatus applying the same}
본 발명은 홀로그래픽 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용하여 디지털 홀로그램을 복원하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 홀로그래픽 디스플레이로 사용되는 SLM(Spatial Light Modulator)과 달리, DMD는 수백만 개의 마이크로 미러(Micromirror)들의 집합으로 이루어져 있다.
각각의 마이크로 미러들은 전기적 신호에 의해 일정한 각도를 가지고 on/off되며, 이러한 특성으로 인해 DMD는 0과 1로 이루어진 2진 바이너리 이미지를 생성하게 된다.
이미지의 비트 표현을 시간을 달리하여 관찰자에게 제공하는 타임 멀티플렉싱(Time Multiplexing) 방식을 이용하면, 8비트의 그레이 스케일(grayscale) 이미지로 표현이 가능하지만, 2D 이미지에 국한된다.
2D 이미지와 달리, 홀로그램은 빛의 회절 특성에 의한 간섭을 이용하여, 객체의 3차원 정보를 담고 있는 프린지 패턴을 생성하고 이를 복원하여 자유 공간상에 디스플레이 된다.
바이너리로 동작하는 DMD에 그레이 스케일의 프린지 패턴을 디스플레이하는 경우, 프린지 패턴의 임의의 위치에서 공간 주파수가 임의로 변하게 되어 예상치 못한 신호가 발생할 수 있다.
이에 의해, 원치 않는 프린지 패턴이 디스플레이되어 결과적으로 그레이 스케일의 홀로그램을 DMD로 디스플레이함에 있어, 공간 잡음이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, DMD에 입사되는 빛의 위상차로 인해 원치 않는 프린지 패턴이 생성되는 것을 방지하기 위한 방안으로, DMD의 위상을 개별적으로 제어하기 위한 위상 변조 방법 및 이를 적용한 홀로그래픽 복원 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 홀로그래픽 복원 장치는, 광원; 상기 광원에서 출사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 광 변조기; 및 상기 광 변조기에서 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 DMD(Digital Micromirror Device);를 포함한다.
그리고, 상기 광 변조기는, 상기 DMD를 구성하는 마이크로 미러들에 입사되는 빛의 위상차를 보정하기 위해, 상기 빛의 위상을 변조할 수 있다.
또한, 상기 광 변조기는, 마이크로 미러 마다 개별적으로 빛의 위상차를 보정할 수 있다.
그리고, 상기 광 변조기는, 상기 마이크로 미러들의 입사각을 기초로, 상기 빛의 위상을 변조할 수 있다.
또한, 상기 광 변조기는, Phase-only SLM일 수 있다.
그리고, 상기 광 변조기에 의한 상기 빛의 위상 변조각은, 상기 SLM과 상기 DMD를 거친 빛과 상기 SLM과 상기 DMD을 거치지 않은 빛의 간섭 무늬 측정 결과를 기초로 결정할 수 있다.
또한, 상기 DMD는, 타임 멀티플렉싱 방식으로 그레이 스케일의 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 홀로그래픽 복원 방법은, 광 변조기가, 광원에서 출사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 단계; 및 DMD(Digital Micromirror Device)가, 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, DMD의 위상을 개별적으로 제어하여, DMD에 입사되는 빛의 위상차로 인해 원치 않는 프린지 패턴이 생성되는 것을 방지하여, DMD를 이용한 디지털 홀로그램 복원이 가능해진다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 공간 잡음 없이 디지털 홀로그램을 복원할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치를 도시한 도면,
도 2는 Phase-only SLM에 의한 위상 변조각 설정 방법의 설명에 제공되는 도면,
도 3은 위상 보정이 이루어지지 않은 상태를 개념적으로 나타낸 도면, 그리고,
도 4는 위상 보정이 이루어진 상태를 개념적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치는, DMD(Digital Micromirror Device)를 이용하여 그레이 스케일의 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성한다.
DMD를 구성하는 마이크로 미러들에 입사되는 빛의 위상을 모두 동일(flat) 하게 하기 위해, Phase-only SLM(Spatial Light Modulator)를 이용하여 마이크로 미러들에 입사할 빛의 위상을 개별적으로 변조한다.
이와 같은 기능을 수행하는, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(110), 빔 익스팬더(beam expander)(120), Phase-only SLM(130), PBS(Polarzation Beam Splitter)(140), 미러(150), DMD(160), BPF(Bnad Pass Filter)(170)를 포함한다.
도 1에서 광원(110)으로 He-Ne 레이저 광원을 제시하였으나, 예시적인 것이므로 다른 종류/사양의 광원으로 대체될 수 있다.
광원(110)에서 출사된 빛은, λ/2 파장판(wave plate)에서 편광된 후 미러에서 반사되어 빔 익스팬더(120)에 의해 확대된다. 확대된 광은 렌즈와 미러를 거쳐 PBS(140)에서 반사되어 Phase-only SLM(130)에 입사된다.
Phase-only SLM(130)은 입사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 광 변조기의 일종이다. Phase-only SLM(130)는 DMD를 구성하는 마이크로 미러들에 입사되는 빛의 위상차를 보정하기 위해, 빛의 위상을 변조하여 출사한다.
이에, Phase-only SLM(130)은 마이크로 미러 마다 개별적으로 빛의 위상차를 보정할 수 있다. 즉, Phase-only SLM(130)은 마이크로 미러들의 입사각을 기초로, 빛의 위상을 변조하는 것이다. 변조각을 설정하는 방법에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술한다.
Phase-only SLM(130)에 의해 위상 변조된 빛은 PBS(140)와 렌즈들을 거친 후, 미러(150)에서 반사되어 DMD(160)로 입사된다. 미러(150)를 생략하고, DMD(160)에 빛이 바로 입사되도록 구현하는 것도 가능하다.
DMD(160)는 Phase-only SLM(130)에서 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성한다. DMD(160)에 의해 생성되는 홀로그래픽 프린지 패턴 은, 타임 멀티플렉싱 방식에 의한 그레이 스케일의 홀로그래픽 프린지 패턴이다.
DMD(160)에 의해 생성된 그레이 스케일의 홀로그래픽 프린지 패턴은 복원 광학계에 의해 광학적으로 복원되어 릴레이 렌즈를 통해 전달된다. 이 과정에서 BPF(170)는 홀로그램의 DC 성분과 -1차 성분을 제겅한다. 복원된 홀로그램은 사용자에 의해 관찰 가능하고, 카메라를 통해 촬영도 가능하다.
Phase-only SLM(130)에 의해, DMD(160)의 픽셀 또는 마이크로 미러들 단위로 위상 제어가 가능하므로, DMD(160)의 입사면 전체에서 위상이 모두 동일(flat) 하게 된다.
즉, DMD(160)가 지니고 있는 물리적 각도에 의한 위상차를 Phase-only SLM(130)으로 미리 보정하는 것이다. 그 결과 DMD(160)에서는 공간 잡음 없는 홀로그래픽 프리지 패턴 생성이 가능해진다.
도 2는 Phase-only SLM(130)에 의한 위상 변조각 설정 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, Phase-only SLM(130)에 π/2의 주기를 갖는 격자 패턴을 생성하고, DMD(160)의 입사각 만큼 변조하여, 즉, DMD(160)의 물리적 각도만큼 틀어, Phase-only SLM(130)로 입사시킨다.
한편, Phase-only SLM(130)의 전단에는 BS(Beam Splitter)(210)를 구비시켜, 레퍼런스 광을 나누어, 일부는 Phase-only SLM(130)에 나머지는 미러(220)에 전달되도록 한다.
Phase-only SLM(130)에서 위상 변조된 후 DMD(160)에서 반사되어 BS(230)로 입사된 빛과 미러(220)에서 반사되어 BS(230)로 입사된 빛이 동일한 거리 차를 갖는다면 검출기(Detector)에서 간섭 무늬가 관찰된다.
따라서, 검출기에서 간섭 무늬가 검출/측정되었을 때, Phase-only SLM(130)에서의 위상 변조각으로 Phase-only SLM(130)을 운용한다.
즉, Phase-only SLM(130)에 의한 위상 변조각은, 'Phase-only SLM(130)과 DMD(160)를 거친 빛'과 'Phase-only SLM(130)과 DMD(160)를 거치지 않은 빛'의 간섭 무늬 측정 결과를 기초로 결정되는 것이다.
여기서, 검출기는 파면 감지 카메라(Wavefront Sensor Camera), CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera) 등을 이용할 수 있다.
부연 설명의 위해, 도 3에는 Phase-only SLM(130)을 사용하지 않아 위상 보정이 이루어지지 않은 상태를 개념적으로 나타내었고, 도 4에는 Phase-only SLM(130)을 사용하여 위상 보정이 이루어진 상태를 개념적으로 나타내었다.
도 3에 도시된 바와 같이 Phase-only SLM(130)을 사용하지 않아, DMD(60)에 입사되는 빛의 위상차가 보정되지 않은 경우에는 그로 인해 DMD(60)에서 생성되는 홀로그래픽 프린지 패턴이 왜곡될 여지가 있다.
하지만, 도 4에 도시된 바와 같이 Phase-only SLM(130)을 사용하여 DMD(60)에 입사되는 빛의 위상차가 보정되면, DMD(60)에서 생성되는 홀로그래픽 프린지 패턴의 왜곡을 발생시키지 않는다.
지금까지, DMD의 위상을 개별적으로 위상 변조하는 방법 및 이를 적용한 홀로그래픽 복원 장치에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
Phase-only SLM(130)에 의해 DMD의 위상을 픽셀 단위 또는 마이크로 미러 단위로 개별적으로 제어하여, DMD에 입사되는 빛의 위상차로 인해 원치 않는 프린지 패턴이 생성되는 것을 방지하여, DMD를 이용한 디지털 홀로그램 복원이 가능해진다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 광원
120 : 빔 익스팬더(beam expander)
130 : Phase-only SLM(Spatial Light Modulator)
140 : PBS(Polarzation Beam Splitter)
150 : 미러
160 : DMD(Digital Micromirror Device)
170 : BPF(Bnad Pass Filter)

Claims (8)

  1. 광원;
    상기 광원에서 출사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 광 변조기; 및
    상기 광 변조기에서 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 DMD(Digital Micromirror Device);를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 변조기는,
    상기 DMD를 구성하는 마이크로 미러들에 입사되는 빛의 위상차를 보정하기 위해, 상기 빛의 위상을 변조하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 변조기는,
    마이크로 미러 마다 개별적으로 빛의 위상차를 보정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 변조기는,
    상기 마이크로 미러들의 입사각을 기초로, 상기 빛의 위상을 변조하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 변조기는,
    Phase-only SLM인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 변조기에 의한 상기 빛의 위상 변조각은,
    상기 SLM과 상기 DMD를 거친 빛과 상기 SLM과 상기 DMD을 거치지 않은 빛의 간섭 무늬 측정 결과를 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 DMD는,
    타임 멀티플렉싱 방식으로 그레이 스케일의 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  8. 광 변조기가, 광원에서 출사되는 빛의 위상을 변조하여 출사하는 단계; 및
    DMD(Digital Micromirror Device)가, 위상이 변조된 빛을 이용하여 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 방법.
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