KR20210151604A

KR20210151604A - 축 분할 기반의 홀로그램 생성 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210151604A
Application number: KR1020200068650A
Authority: KR
Inventors: 김현의
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2021-12-14
Also published as: KR102603032B1; US20210382437A1

Abstract

홀로그램 생성 장치가 개시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 홀로그램 생성 장치는, 입사광을 제1축선 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴을 생성하는 제1패턴 생성부와, 상기 입사광을 제2축선 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴을 생성하는 제2패턴 생성부와, 상기 제1 및 제2패턴을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 홀로그램 패턴 조합부를 포함할 수 있다.

Description

축 분할 기반의 홀로그램 생성 방법 및 장치{METHOD FOR GENERATING HOLOGRAM BASED ON SEPERATING AXIS AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 개시는 홀로그래픽 영상을 디스플레이하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 점구름(point-cloud)를 기반으로 홀로그램을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

홀로그램 기술은 빛의 세기뿐만 아니라 파동으로서의 빛이 갖는 위상 정보까지도 기록함으로서 실제 3D 객체를 정확히 재현하는 3D 공간 표현 기술이다.

홀로그램을 생성하는 방법으로서, 3D 객체를 공간 포인트의 집합체로 보고, 3D 객체를 구성하는 각 포인트를 표현하는 점구름(Point Cloud) 기반의 홀로그램 생성 방법이 사용되고 있다. 이와 같이 점구름 기반으로 홀로그램을 생성할 경우, 각 포인트에 대한 빛의 위상 정보까지 기록해야 하므로 홀로그램 패턴을 생성하기 위한 계산량이 많이 요구된다.

점구름 기반의 홀로그램 생성 방법에 따르면, 각 물체점(예, point)은 각각 구면파에 의해 정의되며, 임의의 물체점 P1에서 거리(z)만큼 떨어진 위치의 홀로그램 면의 광학장을 구성한다.

전체 점구름들에 대한 광학장은 홀로그램을 구성하는 점의 수만큼 중첩되어 표현된다. 광학장의 해상도를 Nx*Ny, 전체 포인트 수를 N0라 가정할 때 총 Nx*Ny*N0 번의 계산이 필요하다. 따라서 광학장의 해상도 및 물체점 수에 비례하게 요구 계산량 및 계산 시간이 늘어난다. 계산 대상 면의 해상도가 커지면 전산 장치에 메모리 이슈 또한 발생하므로 효율적인 홀로그램 계산 및 생성 방법들이 고민되고 있다.

본 개시의 기술적 과제는 빠르고 효율적으로 홀로그램 영상을 생성하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 개시의 다른 기술적 과제는 홀로그램 영상 생성에 요구되는 연산 량을 줄이면서 고속으로 홀로그램 영상을 생성하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 양상에 따르면 홀로그램 생성 장치가 제공될 수 있다. 상기 장치는, 입사광을 제1축선 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴을 생성하는 제1패턴 생성부와, 상기 입사광을 제2축선 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴을 생성하는 제2패턴 생성부와, 상기 제1 및 제2패턴을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 홀로그램 패턴 조합부를 포함할 수 있다.

본 개시의 다른 양상에 따르면 홀로그램 생성 방법이 제공될 수 있다. 상기 방법은, 입사광을 제1축선 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴을 생성하는 과정과, 상기 입사광을 제2축선 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴을 생성하는 과정과, 상기 제1 및 제2홀로그램 패턴을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 과정을 포함할 수 있다.

본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.

본 개시에 따르면, 종래의 홀로그램 면 전체에 대한 광 경로(optical path length)를 산출하는 방식에 비하여, 계산량을 현저하게 줄일 수 있으며, 광학장을 고속으로 계산할 수 있다.

또한, 본 개시에 따르면, 서로 다른 축 방향을 기준으로 구성되는 제1패턴 및 제2패턴에 대해 독립적인 연산을 수행할 수 있으므로, 비대칭 광학 모델을 용이하게 구성할 수 있다.

또한, 본 개시에 따르면, 초고해상도 광학장 산출에 요구되는 저장매체 또는 저장공간을 유동적으로 운영할 수 있으며, 저장매체 또는 저장공간의 부족으로 인한 홀로그램의 해상도를 늘릴 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에서 사용되는 홀로그램 영상, 홀로그램 면, 및 홀로그램 패턴 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에서 홀로그램 패턴에 의해 홀로그램 영상의 목표점 구현하는 동작을 예시하는 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에서 제1홀로그램 패턴, 제2홀로그램 패턴, 및 최종 홀로그램 패턴에 의해 홀로그램 영상의 목표점 구현하는 동작을 예시하는 개념도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에 의해 생성되는 제1 및 제2홀로그램 패턴의 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 예시하는 블록도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 개시의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.

본 개시에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.

본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 임의의 복셀(voxel)에서 임의의 거리만큼 이격된 위치에 직교하는 2D 평면 상의 광학장 계산을 위해,계산하고자 하는 광학장을 기준으로 계산하고자 하는 복셀의 공간 위치를 직교 좌표계에서의 공간 좌표값으로 표현하였을 때, 각 축 방향 즉, 광축 방향에 직교되는 평면에서 수평(x-axis)과 수직(y-axis)으로 독립된 1D 구조로 분리하여 수행하도록 구성된다. 각 축(예, 수평 또는 수직) 방향으로 광학장을 분리할 경우, 각각의 축 방향의 직교 방향으로는 동일 광학 분포의 계산이 반복된다. 따라서, 홀로그램 생성 장치는 광학장 평면 전체가 아닌 해당 축 방향에 대응하는 방향에 대한 단일 행(또는 열)의 값만 계산한 후, 직교 방향에 대한 값은 기 계산된 단일 행(또는 열)의 값을 복제하도록 구성된다. 이와 같이, 홀로그램 생성 장치는 아닌 해당 축 방향에 대응하는 방향에 대한 단일 행(또는 열)의 값만을 계산하므로, 광학장을 구성하는데 필요한 연산량을 현저하게 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들에 대해서 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 홀로그램 생성 장치(10)는 제1 패턴 생성부(11), 제2패턴 생성부(12), 및 홀로그램 패턴 조합부(13)를 포함할 수 있다.

공간 상에 홀로그램 영상(200)을 생성하기 위해서, 홀로그램 면(210)에 구성되는 홀로그램 패턴(211, 212)을 생성하는데, 이러한 홀로그램 패턴(211, 212) 각각은 홀로그램 영상(200)에 포함된 객체를 구성하는 각각의 포인트(221, 222)에 대응되도록 구성된다.

이때, 일반적인 홀로그램 패턴(350, 도 3 참조)은 입사광(300)을 목표점(310)으로 굴절시킬 수 있는 형태의 렌즈(31)를 모델링한 패턴일 수 있다. 이때, 렌즈(31)는 목표점(310)의 2차원 상의 위치(예, x 좌표, y 좌표 등)를 고려하여 설계될 수 있다.

전술한 바를 고려하여, 제1패턴 생성부(11)는 입사광(400, 도 4a 참조)을 제1축선(410) 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈(41)를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴(430)을 생성할 수 있으며, 제2패턴 생성부(12)는 입사광(400)을 제2축선(420) 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈(42, 도 4b 참조)를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴(440)을 생성할 수 있다. 그리고, 홀로그램 패턴 조합부(230)는 제1렌즈(41)에 기초한 제1축선(410)과, 제2렌즈(42)에 기초한 제2축선(420)이 교차되는 점을 목표점(450)으로 생성할 수 있도록 구성된다.

예를 들어, 제1축은 수평방향 축이고, 제2축은 수직방향 축일 수 있다. Fresnel 회절 공식을 고려하여, 홀로그램 패턴을 생성할 경우, 하기의 수학식 1의 연산을 통해 목표점(310)을 생성할 수 있다. 이를 고려하여, 제1패턴 생성부(11)는 하기의 수학식 2의 연산을 통해 제1홀로그램 패턴(410)을 생성할 수 있으며, 제2패턴 생성부(12)는 하기의 수학식 3의 연산을 통해 제2홀로그램 패턴(420)을 생성할 수 있다. 그리고, 홀로그램 패턴 조합부(13)는 하기의 수학식 4의 연산을 통해 최종 홀로그램 패턴(460)을 출력할 수 있다. 이에 따라, 홀로그램 생성 장치(10)는 목표점(430)을 구성할 수 있는 최종 홀로그램 패턴(460)을 출력할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에 의해 생성되는 제1 및 제2홀로그램 패턴의 구조를 예시하는 도면이다.

도 5a를 참조하면, 제1홀로그램 패턴(510)은 미리 정해진 크기의 열단위(511)에 대응되는 제1단위 패턴(515)을 포함하며, 제1단위 패턴(515)이 복수개의 열로 반복적으로 조합되어 구성될 수 있다. 이를 고려하여, 홀로그램 생성 장치(10)는 각각의 축 방향의 홀로그램 패턴 구성 시, 제1단위 패턴(515)의 행렬 값만 계산하고, 직교하는 방향에 대한 값은 기 계산된 제1단위 패턴(515)의 값을 반복적으로 복제하여 제1홀로그램 패턴(510)을 구성할 수 있다.

마찬가지로, 도 5b를 참조하면, 제2홀로그램 패턴(520)은 미리 정해진 크기의 행단위(521)에 대응되는 제2단위 패턴(525)을 포함하며, 제2단위 패턴(525)이 복수개의 행으로 반복적으로 조합되어 구성될 수 있다. 이에 따라, 홀로그램 생성 장치(10)는 각각의 축 방향의 홀로그램 패턴 구성 시, 제2단위 패턴(525)의 행렬 값만 계산하고, 직교하는 방향에 대한 값은 기 계산된 제2단위 패턴(525)의 값을 반복적으로 복제하여 제2홀로그램 패턴(520)을 구성할 수 있다.

예컨대, 제1 및 제2패턴 생성부(11, 12)는 제1 및 제2홀로그램 패턴(510, 520)을 구성할 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2패턴 생성부(11, 12)는 각각 제1 및 제2단위 패턴(515, 525)을 생성하고, 홀로그램 패턴 조합부(13)가 제1 및 제2단위 패턴(515, 525)을 반복적으로 복제하여 제1 및 제2홀로그램 패턴(510, 520)을 구성할 수도 있다.

이와 같이, 홀로그램 생성 장치(10)는 제1 및 제2단위 패턴(515, 525)을 사용하여 제1 및 제2홀로그램 패턴을 구성하므로, 상대적으로 연산량을 줄일 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에 의해 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴으로 분할하여 홀로그램 패턴을 구성함으로써, 종래의 홀로그램 면 전체에 대한 광 경로(optical path length)를 산출하는 방식에 비하여, 계산량을 현저하게 줄일 수 있으며, 광학장을 고속으로 계산할 수 있다.

또한, 제1홀로그램 패턴 및 제홀로그램 2패턴(예, 축 방향)에 대해 독립적인 연산을 수행할 수 있으므로, 비대칭 광학 모델(예, 원통형 렌즈(cylindrical lens), 프리즘(prism) 등)을 용이하게 구성할 수 있다.

또한, 초고해상도 광학장 산출에 요구되는 저장매체 또는 저장공간을 유동적으로 운영할 수 있으며, 저장매체 또는 저장공간의 부족으로 인한 홀로그램의 해상도를 늘릴 수 있다.

도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치(600)는 홀로그램 패턴 생성부(610) 및 폐쇄효과 처리부(650)를 포함한다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치(600)에 구비된 홀로그램 패턴 생성부(610)는, 도 1의 홀로그램 생성 장치에 구비된 제1패턴 생성부(11), 제2패턴 생성부(12), 및 패턴 조합부(13)와 기본적으로 동일하게 구성될 수 있다. 다만, 홀로그램 패턴 생성부(610)는 폐쇄효과 처리부(650)와 연결될 수 있다. 그리고, 홀로그램 패턴 생성부(610)는 축 분할되어 생성된 제1패턴(a)과 제2패턴(b)을 폐쇄효과 처리부(650)로 제공하고, 폐쇄효과 처리부(650)로부터 제공되는 제1패턴(A)과 제2패턴(B)을 조합하여 홀로그램 영상 패턴을 구성할 수 있다. 이때, 홀로그램 패턴 생성부(610)가 폐쇄효과 처리부(650)로 제공하는 제1패턴(a)과 제2패턴(b)은 전술한 제1 및 제2홀로그램 패턴일 수 있다. 한편, 폐쇄효과 처리부(650)는 제1 및 제2푸리에 변환부(651, 5652)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2푸리에 변환부(651, 652)는 각각 축 분할되어 생성된 제1홀로그램 패턴(a)과 제2홀로그램 패턴(b)에 대한 푸리에(Fourier) 변환을 수행할 수 있다. 그리고, 폐쇄효과 처리부(650)는 주파수 대역 제거부(653)를 포함할 수 있는데, 주파수 대역 제거부(653)는 주파수 대역의 광학장을 대상으로, 소정의 주파수 대역, 즉, 특정 각(angle) 방향의 평면파를 제한할 수 있다.

구체적으로, 주파수 대역의 공간 위치는 Fourier 변환 대상 광학장의 특정 반송파(carrier frequency)를 광학적으로 해석하면 특정 각(angle) 방향 평면파에 대응하므로 파장이 λ, 반송파의 주파수가 fc , 반송파에 대응하는 특정한 각(angle) 방향이 θc일 때, 하기의 수학식 5와 같은 관계로 나타낼 수 있다.

따라서, 주파수 대역에서 계산된 광학장을 공간적으로 제한함으로써, 특정 입사각 반향에 대한 반송파의 정보 전달을 제거한 광학장 획득이 가능하다.

이와 같이, 주파수 대역 제거부(653)를 통해 특정 주파수 대역에서 계산된 광학장을 공간적으로 제한한 후, 폐쇄효과 처리부(650)는 제1 및 제2 역 푸리에 변환부(654, 655)를 통해 각각 해당 패턴의 역 푸리에 변환을 수행할 수 있으며, 역 푸리에 변환된 패턴의 신호(A,B)를 홀로그램 패턴 생성부(610)에 제공할 수 있다.

이에 따라, 홀로그램 패턴 생성부(610)의 홀로그램 패턴 조합부(613)는 역 푸리에 변환된 패턴의 신호(A,B)를 조합하여, 최종적으로 홀로그램 영상 패턴을 구성할 수 있다. 이때, 홀로그램 패턴 조합부(613)에 의해 최종적으로 구성된 홀로그램 패턴은 특정 각(angle) 방향의 반송파에 대한 정보 전달이 제거된 광학장일 수 있다.

이와 같이 획득한 광학장을 직교 방향에 대해 복제하고, 타 축 방향의 광학장을 동일 절차로 계산한 후, 두 광학장의 각 원소를 곱하면 단일 물체점에 대해 설정한 각 방향에 대한 정보 전달이 제한되는, 즉, 폐쇄 효과를 가지는, 광학장을 구현할 수 있다. 따라서, 물체점에 대한 폐쇄각 입력 시 빠른 폐쇄 효과를 가지는 홀로그램을 생성할 수 있다.

다른 예로서, 홀로그램 패턴 생성부(610)가 폐쇄효과 처리부(650)로 제공하는 제1패턴(a)과 제2패턴(b)은 전술한 제1 및 제2단위 패턴일 수 있다. 이 경우, 홀로그램 패턴 생성부(610)의 제1 및 제2패턴 생성부(611, 612)는 각각 제1 및 제2단위 패턴을 구성하여 제공할 수 있다. 그리고, 패턴 조합부(613)는 폐쇄효과 처리부(650)로부터 제공되는 제1패턴(A)과 제2패턴(B)을 각각 행방향 또는 열방향으로 반복적으로 복제하여 제1 및 제2홀로그램 패턴을 구성하고, 제1 및 제2홀로그램 패턴을 사용하여 최종 홀로그램 패턴을 구성할 수 있다.

이와 같이, 홀로그램 패턴 생성부(610)가 제1패턴(a)과 제2패턴(b)으로서, 전술한 제1 및 제2단위 패턴을 제공할 경우, 단일의 행 또는 단일의 열 단위를 대상으로, 푸리에 변환, 역 푸리에 변환, 주파수 대역 제거 등의 동작을 수행하므로, 폐쇄효과 처리부(650)의 연산량을 현저하게 줄일 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 전술한 홀로그램 생성 장치에 의해 수행될 수 있다.

우선, S710 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 입사광(400, 도 4a 참조)을 제1축선(410) 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈(41)를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴(430)을 생성할 수 있다.

그리고, S720 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 입사광(400)을 제2축선(420) 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈(42, 도 4b 참조)를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴(440)을 생성할 수 있다.

S730 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 제1패턴 및 제2패턴을 조합함으로써, 제1렌즈(41)에 기초한 제1축선(410)과, 제2렌즈(42)에 기초한 제2축선(420)이 교차되는 점을 목표점(450)으로 생성할 수 있도록 구성된다.

예컨대, 홀로그램 생성 장치는 전술한 수학식 2의 연산을 통해 제1패턴을 생성할 수 있으며, 수학식 3의 연산을 통해 제2패턴을 생성할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생성 장치는 전술한 수학식 4의 연산을 통해 최종 홀로그램 패턴을 구성할 수 있다. 이에 따라, 홀로그램 생성 장치는 목표점(430)을 구성할 수 있는 최종 홀로그램 패턴을 출력할 수 있다.

전술한 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법에서, 제1 및 제2패턴은 각각 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴으로 구성될 수 있다.

이에 따라, S710 및 S720 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 제1 및 제2패턴을 각각 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴으로 구성하고, S730 과정에서, 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴을 곱셈 연산처리하여 최종 홀로그램 패턴을 구성할 수 있다.

다른 예로서, 제1 및 제2패턴은 각각 제1단위 패턴 및 제2단위 패턴으로 구성될 수 있다. 예컨대, 제1홀로그램 패턴(510, 도 5a 참조)은 미리 정해진 크기의 열단위(511)에 대응되는 제1단위 패턴(515)을 포함하며, 제1단위 패턴(515)이 복수개의 열로 반복적으로 조합되어 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제2홀로그램 패턴(520, 도 5b 참조)은 미리 정해진 크기의 행단위(521)에 대응되는 제1단위 패턴(525)을 포함하며, 제2단위 패턴(525)이 복수개의 행으로 반복적으로 조합되어 구성될 수 있다. 이를 고려하여, S710 및 S720 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 각각의 축 방향의 홀로그램 패턴 구성 시, 제1단위 패턴(515)에 대한 행렬 값과, 제2단위 패턴(525)에 대한 행렬 값만 계산할 수 있다. 그리고, S730 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 기 계산된 제1단위 패턴(515)의 값을 반복적으로 복제하여 제1홀로그램 패턴(510)을 구성하고, 제2단위 패턴(525)의 값을 반복적으로 복제하여 제2홀로그램 패턴(520)을 구성할 수 있다. 그리고, S730 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 제1홀로그램 패턴(510)과 제2홀로그램 패턴(520)을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성할 수도 있다.

이와 같이, 홀로그램 생성 방법은, 제1 및 제2단위 패턴(515, 525)을 처리하고, 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 과정에서 제1 및 제2홀로그램 패턴을 복원하므로, 상대적으로 연산량을 줄일 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에 의해 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴으로 분할하여 홀로그램 패턴을 구성함으로써, 종래의 홀로그램 면 전체에 대한 광 경로(optical path length)를 산출하는 방식에 비하여, 계산량을 현저하게 줄일 수 있으며, 광학장을 고속으로 계산할 수 있다. 또한, 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴(예, 축 방향)에 대해 독립적인 연산을 수행할 수 있으므로, 비대칭 광학 모델(예, 원통형 렌즈(cylindrical lens), 프리즘(prism) 등)을 용이하게 구성할 수 있다.

도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서를 도시하는 흐름도이다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법에서 제1패턴의 생성과, 제2패턴의 생성 과정(S810, S820)은 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법에서의 생성 과정(S710, S720)과 동일하게 구성될 수 있다. 다만, 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 폐쇄효과를 처리하는 과정(S830)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, S810, 및 S820 과정을 통해 생성된 제1패턴(a)과, 제2패턴(b)은 폐쇄효과 처리에 사용될 수 있다. 즉, S830 과정에서, 홀로그램 생성 장치는, 제1패턴(a)과, 제2패턴(b)에 대해 각각 푸리에 변환 처리를 수행할 수 있다.

이후, 홀로그램 생성 장치는 주파수 대역의 광학장을 대상으로, 소정의 주파수 대역, 즉, 특정 각 방향의 평면파를 제한할 수 있다. 구체적으로, 주파수 대역의 공간 위치는 Fourier 변환 대상 광학장의 특정 반송파(carrier frequency)를 광학적으로 해석하면 특정 각(angle) 방향 평면파에 대응하므로 파장이 λ, 반송파의 주파수가 fc , 반송파에 대응하는 특정한 각(angle) 방향이 θc일 때, 전술한 수학식 5와 같은 관계로 나타낼 수 있다.

홀로그램 생성 장치는 주파수 대역에서 계산된 광학장을 공간적으로 제한함으로써, 특정 입사각 반향에 대한 반송파의 정보 전달을 제거한 광학장을 획득할 수 있다.

이와 같이, 홀로그램 생성 장치는 특정 주파수 대역에서 계산된 광학장을 공간적으로 제한한 후, 해당 패턴에 대해 각각 역 푸리에 변환을 수행할 수 있으며, 역 푸리에 변환된 패턴의 신호(A,B)를 제공할 수 있다.

이후, S840 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 역 푸리에 변환된 패턴의 신호(A,B)를 조합하여, 최종적으로 홀로그램 영상 패턴을 구성할 수 있다. 이때, 최종적으로 구성된 홀로그램 패턴은 특정 각(angle) 방향의 반송파에 대한 정보 전달이 제거된 광학장일 수 있다.

한편, S830 과정에서 처리되는 제1패턴(a)과 제2패턴(b)은 전술한 제1 및 제2단위 패턴일 수 있다. 이에 따라, S830 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 제1 및 제2단위 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하고, 이렇게 변환된 신호를 대상으로 특정 주파수 대역을 제거하는 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생성 장치는 특정 주파수 대역이 제거된 제1 및 제2단위 패턴에 대한 역 푸리에 변환을 수행하여, 제1패턴(A)과 제2패턴(B)을 구성할 수 있다.

이후, S840 과정에서, 홀로그램 생성 장치는 제1패턴(A)과 제2패턴(B)을 각각 행방향 또는 열방향으로 반복적으로 복제하여 제1 및 제2홀로그램 패턴을 구성하고, 제1 및 제2홀로그램 패턴을 사용하여 최종 홀로그램 패턴을 구성할 수 있다.

이와 같이, 홀로그램 생성 장치는 가 제1패턴(a)과 제2패턴(b)으로서, 전술한 제1 및 제2단위 패턴을 제공할 경우, 단일의 행 또는 단일의 열 단위를 대상으로, 푸리에 변환, 역 푸리에 변환, 주파수 대역 제거 등의 동작을 수행하므로, 폐쇄효과를 처리하는데 요구되는 연산량이나 자원을 현저하게 줄일 수 있다.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 예시하는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 명확성을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시 예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시 예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

본 개시의 범위는 다양한 실시 예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.

Claims

홀로그램 생성 장치에 있어서,
입사광을 제1축선 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴을 생성하는 제1패턴 생성부와,
상기 입사광을 제2축선 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴을 생성하는 제2패턴 생성부와,
상기 제1 및 제2패턴을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 홀로그램 패턴 조합부를 포함하는,
홀로그램 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2축선은 수평축(x-axis)과 수직축(y-axis)을 기반으로 이루어지는,
홀로그램 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1축선과 상기 제2축선은 서로 직교하는,
홀로그램 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴 조합부는,
상기 제1 및 제2패턴에 대한 곱셈연산을 처리하는,
홀로그램 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1패턴 생성부는,
복수의 열로 이루어진 상기 제1홀로그램 패턴의 기초가 되는 열 단위에 대응되는 제1단위 패턴을 생성하고,
상기 제2홀로그램 패턴 생성부는,
복수의 행으로 이루어진 상기 제2홀로그램 패턴의 기초가 되는 행 단위에 대응되는 제2단위 패턴을 생성하는,
홀로그램 생성 장치.
제5항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴 조합부는,
상기 제1단위 패턴을 복제하여 상기 복수의 열로 이루어진 상기 제1홀로그램 패턴을 생성하고,
상기 제2단위 패턴을 복제하여 상기 복수의 행으로 이루어진 상기 제2홀로그램 패턴을 생성하고,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴에 대한 곱셈연산을 처리하는,
홀로그램 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1패턴 생성부는,
하기의 수학식 1의 연산을 처리하는,
홀로그램 생성 장치.
[수학식 1]
제7항에 있어서,
상기 제2패턴 생성부는,
하기의 수학식 2의 연산을 처리하는,
홀로그램 생성 장치.
[수학식 2]
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴 각각에 대한 주파수 대역의 광학장을 확인하고,
상기 주파수 대역의 광학장을 기반으로, 미리 정해진 입사각에 의한 광학장을 제거하는 폐쇄효과 처리부를 더 포함하는,
홀로그램 생성 장치.
제9항에 있어서,
상기 폐쇄효과 처리부는,
상기 제1홀로그램 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 제1푸리에 변환 처리부와,
상기 제2홀로그램 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 제2푸리에 변환 처리부와,
상기 제1푸리에 변환 처리부 및 제2푸리에 변환 처리부에서 제공되는 상기 제1 및 제2홀로그램 패턴의 주파수 대역 중, 적어도 하나의 주파수 대역을 제거하는 주파수 대역 제거부와,
상기 주파수 대역 제거부에서 제공되는 상기 제1홀로그램 패턴의 주파수 대역에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 제1역 변환 처리부와,
상기 주파수 대역 제거부에서 제공되는 상기 제2홀로그램 패턴의 주파수 대역에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 제2역 변환 처리부를 포함하는,
홀로그램 생성 장치.
제10항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴 조합부는,
상기 제1 및 제2역 변환 처리부에서 출력되는 상기 제1홀로그램 패턴 및 제2홀로그램 패턴을 조합하여 상기 최종 홀로그램 패턴을 생성하는,
홀로그램 생성 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2단위 패턴 각각에 대한 주파수 대역의 광학장을 확인하고,
상기 주파수 대역의 광학장을 기반으로, 미리 정해진 입사각에 의한 광학장을 제거하는 폐쇄효과 처리부를 더 포함하는,
홀로그램 생성 장치.
제12항에 있어서,
상기 폐쇄효과 처리부는,
상기 제1 단위 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 제1푸리에 변환 처리부와,
상기 제2단위 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 제2푸리에 변환 처리부와,
상기 제1푸리에 변환 처리부 및 제2푸리에 변환 처리부에서 제공되는 상기 제1 및 제2단위 패턴의 주파수 대역 중, 적어도 하나의 주파수 대역을 제거하는 주파수 대역 제거부와,
상기 주파수 대역 제거부에서 제공되는 상기 제1단위 패턴의 주파수 대역에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 제1역 변환 처리부와,
상기 주파수 대역 제거부에서 제공되는 상기 제2단위 패턴의 주파수 대역에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 제2역 변환 처리부를 포함하는,
홀로그램 생성 장치.
제13항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴 조합부는,
상기 제1 및 제2역 변환 처리부에서 출력되는 상기 제1 및 제2단위 패턴을 복제하여 상기 제1 및 제2홀로그램 패턴을 구성하고,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴을 조합하여 상기 최종 홀로그램 패턴을 생성하는,
홀로그램 생성 장치.
홀로그램 생성 방법에 있어서,
입사광을 제1축선 상으로 집적할 수 있는 제1렌즈를 모델링하여 구성된 제1홀로그램 패턴을 생성하는 과정과,
상기 입사광을 제2축선 상으로 집적할 수 있는 제2렌즈를 모델링하여 구성된 제2홀로그램 패턴을 생성하는 과정과,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴을 조합하여 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 과정을 포함하는,
홀로그램 생성 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴 각각에 대한 주파수 대역의 광학장을 확인하고,
상기 주파수 대역의 광학장을 기반으로, 미리 정해진 입사각에 의한 광학장을 제거하는 과정을 더 포함하는,
홀로그램 생성 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1홀로그램 패턴을 생성하는 과정은,
복수의 열로 이루어진 상기 제1홀로그램 패턴의 기초가 되는 열 단위에 대응되는 제1단위 패턴을 생성하는 과정을 포함하고,
제2홀로그램 패턴을 생성하는 과정은,
복수의 행으로 이루어진 상기 제2홀로그램 패턴의 기초가 되는 행 단위에 대응되는 제2단위 패턴을 생성하는 과정을 포함하는,
홀로그램 생성 방법.
제17항에 있어서,
상기 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 과정은,
상기 제1단위 패턴을 복제하여 상기 복수의 열로 이루어진 상기 제1홀로그램 패턴을 생성하는 과정과,
상기 제2단위 패턴을 복제하여 상기 복수의 행으로 이루어진 상기 제2홀로그램 패턴을 생성하는 과정과,
상기 제1 및 제2홀로그램 패턴에 대한 곱셈연산을 처리하여 상기 최종 홀로그램 패턴을 구성하는 과정을 포함하는,
홀로그램 생성 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2단위 패턴 각각에 대한 주파수 대역의 광학장을 확인하고, 상기 주파수 대역의 광학장을 기반으로, 미리 정해진 입사각에 의한 광학장을 제거하는 과정을 더 포함하는,
홀로그램 생성 방법.
제19항에 있어서,
상기 광학장을 제거하는 과정은,
상기 제1단위 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 과정과,
상기 제2단위 패턴에 대한 푸리에 변환을 수행하는 과정과,
상기 제1 및 제2푸리에 변환된 상기 제1 및 제2단위 패턴의 주파수 대역 중, 적어도 하나의 주파수 대역을 제거하는 과정과,
상기 적어도 하나의 주파수 대역이 제거된 상기 제1단위 패턴에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 과정과,
상기 적어도 하나의 주파수 대역이 제거된 상기 제2단위 패턴에 대한 역 푸리에 변환을 처리하는 과정을 포함하는,
홀로그램 생성 방법.