KR20220060010A - 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법 - Google Patents

디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220060010A
KR20220060010A KR1020200144422A KR20200144422A KR20220060010A KR 20220060010 A KR20220060010 A KR 20220060010A KR 1020200144422 A KR1020200144422 A KR 1020200144422A KR 20200144422 A KR20200144422 A KR 20200144422A KR 20220060010 A KR20220060010 A KR 20220060010A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
spatial light
light modulator
corrected
optimized
Prior art date
Application number
KR1020200144422A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102612045B1 (ko
Inventor
김용해
김기현
김주연
양종헌
전상훈
조성목
최경희
최지훈
피재은
황치선
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020200144422A priority Critical patent/KR102612045B1/ko
Priority to US17/491,246 priority patent/US20220137556A1/en
Publication of KR20220060010A publication Critical patent/KR20220060010A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102612045B1 publication Critical patent/KR102612045B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G03H2001/0816—Iterative algorithms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/20—Nature, e.g. e-beam addressed
    • G03H2225/22—Electrically addressed SLM [EA-SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/33—Complex modulation
    • G03H2225/34—Amplitude and phase coupled modulation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2240/00—Hologram nature or properties
    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/62—Sampling aspect applied to sensor or display

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

백 라이트 및 공간 광 변조기를 포함하는 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 있어서, 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법은 광 신호의 초기 위상 값을 교정 위상으로 설정하는 단계, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상과 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 상기 교정 위상을 보정하는 단계, 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계, 상기 안정화된 위상 및 상기 광신호의 진폭에 대한 순방향 전파를 수행하는 단계, 상기 광 신호의 진폭을 보정하는 단계, 상기 보정된 진폭 및 상기 안정화된 위상에 대한 역방향 전파를 수행하는 단계 및 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법{METHOD FOR OPERATING DIGITAL HOLOGRAM DISPLAYING DEVICE}
본 발명은 홀로그래피(holography) 기술에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 왜곡 현상이 완화된 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
홀로그래피(holography) 방식을 이용한 영상은 눈의 착시를 이용하여 입체감을 느끼는 기존 방식과는 다르게 실제 상이 맺히는 것을 직접 눈으로 볼 수 있게 하므로 실물을 보는 것과 차이가 없는 입체감을 제공한다. 홀로그래피 기술은 양안 시차를 이용하여 영상을 보는 방식에서 나타나는 눈의 피로를 근원적으로 피할 수 있기 때문에 궁극적으로 도달하여야 할 차세대 입체 영상 기술로 많은 주목을 받고 있다.
홀로그래피 기술은 물체에서 반사된 물체파(object wave)와 가간섭성(coherent)이 있는 기준파(reference wave)로부터 얻어지는 간섭 신호의 진폭 및 위상을 기록하고 재생하는 원리를 이용한다. 홀로그래피 기술을 이용한 영상 처리를 구현하기 위하여, 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer Generated Hologram, CGH)이 개발되었고, 근래에는 디지털 산업의 발달에 따라 정지 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램뿐만 아니라, 동영상 형태의 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시하기 위한 장치들이 개발되고 있다.
컴퓨터 생성 홀로그램은 컴퓨터를 이용하여 직접 홀로그램에 저장되는 간섭 무늬를 만드는 것으로, 간섭 무늬 이미지를 컴퓨터로 계산하여 생성한 후, 액정-공간 광 변조기(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator, LC-SLM)와 같은 공간 광 변조기에 전송하고, 이러한 공간 광 변조기에 참조광을 조사하여 복원된 입체 영상을 재생한다. 액정-공간 광 변조기는 액정을 활용하여 파면의 진폭 또는 위상을 변조할 수 있다.
본 발명은 왜곡 현상이 완화된 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 및 공간 광 변조기를 포함하는 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 있어서, 동작 방법은 광 신호의 초기 위상 값을 교정 위상으로 설정하는 단계, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상과 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 상기 교정 위상을 보정하는 단계, 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계, 상기 안정화된 위상 및 상기 광신호의 진폭에 대한 순방향 전파를 수행하는 단계, 상기 광 신호의 진폭을 보정하는 단계, 상기 보정된 진폭 및 상기 안정화된 위상에 대한 역방향 전파를 수행하는 단계 및 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
예로서, 상기 공간 광 변조기는 액정 공간 광 변조기(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)이다.
예로서, 상기 공간 광 변조기는 디지털 홀로그램을 전기적 신호로 기록하고 재생하도록 구성되는 복수의 픽셀들을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 구조를 포함한다.
예로서, 상기 순방향 전파는 및 상기 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum) 및 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산 중 적어도 하나의 방식을 이용한다.
예로서, 상기 보정된 교정 위상이 3π보다 큰 경우, 상기 보정된 교정 위상은 3π로 고정된다.
예로서, 상기 보정된 교정 위상이 상기 안정화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 교정 위상을 보정하는 단계 및 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 순차적으로 수행하는 단계를 더 포함한다.
예로서, 상기 순차적으로 수행하는 단계는 1이상 100이하의 자연수에 해당하는 횟수만큼 반복된다.
예로서, 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되는 경우, 상기 최적화된 위상에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 단계를 더 포함한다.
예로서, 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 상기 교정 위상을 보정하는 단계, 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계, 상기 안정화된 위상 및 상기 광신호의 진폭에 대한 순방향 전파를 수행하는 단계, 상기 광 신호의 진폭을 보정하는 단계, 상기 보정된 진폭 및 상기 안정화된 위상에 대한 역방향 전파를 수행하는 단계 및 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 순차적으로 수행하는 단계를 더 포함한다.
예로서, 상기 순차적으로 수행하는 단계는 1이상 100이하의 자연수에 해당하는 횟수만큼 반복된다.
예로서, 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 역방향 전파에 의하여 도출되는 위상을 상기 교정 위상으로 설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 의하면, 크로스톡 현상에 의하여 홀로그램 재현 특성이 불량해지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 의하면, 홀로그램 영상의 밝기 균일도와 시야각을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치에 대한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 크로스톡 현상이 홀로그램 영상에 끼치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 액정-공간 광 변조기에 인가되는 전압과 위상 간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 Gerchberg-Saxton 알고리즘 내에 크로스톡 효과를 포함하는 제 1 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 위상 증가를 수행하는 제 2 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 제 1 알고리즘과 제 2 알고리즘을 순차적으로 적용한 제 3 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 제 1 알고리즘 내에 제 2 알고리즘을 포함시킨 제 4 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 Gerchberg-Saxton 알고리즘, 제 1 알고리즘, 제 3 알고리즘 및 제 4 알고리즘을 적용하여 구현한 홀로그램 영상의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "제 1 및/또는 제 2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수 있으나, 이는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용될 뿐, 해당 용어로 지칭되는 구성요소를 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 한, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있으며, 제 2 구성요소 또한 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 잇는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서, 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100)에 대한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 디지털 홀로그램을 구현하는 장치로서, 백 라이트(back light, 110) 및 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)(120)를 포함할 수 있다.
백 라이트(110)는 가간섭성(coherent) 특성을 가지는 평행광을 발생시키는 레이저 광원 또는 LED(Light Emitting Diode) 광원을 포함할 수 있다. 레이저 광원은 적색, 녹색 또는 청색 레이저를 포함할 수 있으며, LED 광원은 적색, 녹색 또는 청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 백 라이트(110)는 생성된 가간섭성 평행광을 공간 광 변조기(120)에 조사할 수 있다.
공간 광 변조기(120)는 디지털 홀로그램을 전기적 신호로 기록하고 재생하도록 구성되는 복수의 픽셀들을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 구조를 가질 수 있다. 공간 광 변조기(120)에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 장방형(rectangular) 형상, 다각형(polygonal) 형상 또는 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 공간 광 변조기(120)는 백 라이트(110)로부터 조사되는 가간섭성 평행광을 진폭 변조(amplitude modulation) 또는 위상 변조(phase modulation)할 수 있다.
공간 광 변조기(120)는 백 라이트(110)로부터 입사된 빛과 입력된 영상 정보를 나타내는 광파를 간섭시킬 수 있다. 본 발명에 따른 실시 예에서, 공간 광 변조기(120)는 액정-공간 광 변조기(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator, LC-SLM)일 수 있다. 액정-공간 광 변조기는 액정에 인가되는 전압에 기반하여 입사되는 광파의 진폭 및 위상을 변조하고, 이를 출력하여 홀로그램 영상(200)을 구현할 수 있다.
디지털 홀로그램 구현 장치(100)에 의하여 구현되는 홀로그램 영상(200)은 시야각(Viewing Angle) 범위 내에서 정상적으로 관측될 수 있다. 디지털 홀로그램 구현 장치(100)에 의한 시야각은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있으며,
Figure pat00001
는 백 라이트(110)에서 출사되는 가간섭성 평행광의 파장을 의미하고,
Figure pat00002
는 공간 광 변조기(120)의 픽셀 피치(pixel pitch)를 의미한다.
Figure pat00003
수학식 1에 따라 시야각이 결정되기 위하여 공간 광 변조기(120)는 이상적으로 동작하여야 한다. 또한, 공간 광 변조기(120)의 픽셀 피치가 줄어들수록 시야각의 범위는 넓어지나, 공간 광 변조기(120)를 구현함에 있어서 픽셀 피치를 줄이는데는 물리적인 한계가 존재한다. 예로서, 액정-공간 광 변조기의 경우 액정의 셀 간격이 2.5μm이므로 픽셀 피치가 2.5μm 이하인 액정-공간 광 변조기에 의하여 구현되는 홀로그램 영상은 크로스톡(crosstalk) 현상이 일어날 수 있다.
본 발명은 상술한 액정-공간 광 변조기에 의하여 발생하는 크로스톡 현상에 의하여 홀로그램 영상(200)이 왜곡되는 것을 완화시킬 수 있는 디지털 홀로그램 구현 장치(100) 및 그것의 동작 방법을 제시한다. 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100) 및 그것의 동작 방법에 의하면, 크로스톡 현상에 의하여 홀로그램 재현 특성이 불량해지는 것을 방지할 수 있고, 홀로그램 영상의 밝기 균일도와 시야각을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 크로스톡 현상이 홀로그램 영상에 끼치는 영향을 설명하기 위한 도면이다. 좀 더 상세하게는, 도 2a는 이상적인 액정-공간 광 변조기에 의하여 구현되는 제 1 이미지(Ideal_1) 및 제 2 이미지(Ideal_2)를 개시하고, 도 2b는 크로스톡 특성이 나타난 제 1 이미지(XT_1) 및 제 2 이미지(XT_2)를 개시한다.
도 2a의 이상적인 액정-공간 광 변조기에 의하여 구현되는 제 1 이미지(Ideal_1)와 도 2b의 크로스톡 특성이 나타난 제 1 이미지(XT_1)를 비교해보면, 크로스톡 현상에 의하여 여러 개의 점들의 밝기 균일도가 불량해지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2a의 이상적인 액정-공간 광 변조기에 의하여 구현되는 제 2 이미지(Ideal_2)와 도 2b의 크로스톡 특성이 나타난 제 2 이미지(XT_2)를 비교해보면, 이상적인 시야각보다 작은 각도에서만 홀로그램 영상이 선명하게 구현되며, 이상적인 시야각 근처에서는 홀로그램 영상이 어둡게 구현된다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100, 도 1 참조) 및 그것의 동작 방법은 크로스톡 현상에 의한 밝기 균일도 불량을 개선하기 위하여 위상 홀로그램을 계산하는 Gerchberg-Saxton(GS) 알고리즘을 이용하되, 위상 증가를 위한 알고리즘을 더 이용하여, 크로스톡 현상에 의한 이미지 왜곡 현상을 완화시킬 수 있다. 디지털 홀로그램 구현 장치(100)에서 이용되는 알고리즘에 대한 내용은 후술할 도 4 내지 도 8을 통하여 상세히 설명될 것이다.
도 3은 액정-공간 광 변조기에 인가되는 전압과 위상 간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 액정-공간 광 변조기는 인가되는 전압에 기반하여 입사되는 광파의 진폭 및 위상을 변조할 수 있다. 도 3의 결과를 도출하기 위하여 셀 간격이 2.5μm인 액정-공간 광 변조기가 이용되었다. 도 3을 참조하면, 액정-공간 광 변조기에 인가되는 전압이 증가할수록 위상 또한 증가함을 알 수 있다. 셀 간격이 2.5μm인 액정-공간 광 변조기는 전압이 5V까지 변하는 동안에 3π만큼의 위상 변화를 발생시킬 수 있다.
도 4는 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다. Gerchberg-Saxton 알고리즘은 푸리에 변환과 같은 전파 함수를 통하여 유효한 분포의 위상을 검색하는 반복 알고리즘이다. Gerchberg-Saxton 알고리즘은 1차원 신호뿐만 아니라 2차원 신호에서도 유효하게 적용될 수 있다.
S110 단계에서, 공간 광 변조기(120, 도 1 참조)는 광 신호의 초기 위상 값을 설정할 수 있다. 또한, 광 신호의 초기 진폭 값을 입력 받을 수 있다. 입력된 초기 위상 및 초기 진폭 값은 시간 도메인에 기반한 값들일 수 있다.
S120 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 초기 위상 및 초기 진폭 값에 대하여 순방향 전파(Forward Propagation)를 수행할 수 있다. 순방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 순방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 순방향 전파에 의하여 초기 위상 및 초기 진폭 값은 주파수 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S130 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 순방향 전파를 통하여 획득된 주파수 도메인의 진폭 값을 보정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 공간 광 변조기(120)는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우를 줄일 수 있다. 또한, 입력된 목표 진폭 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다.
S140 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 초기 위상 및 수정된 진폭 값에 대하여 역방향 전파(Backward Propagation)를 수행할 수 있다. 역방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 역방향 전파에 의하여 초기 위상 및 수정된 진폭 값은 시간 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S150 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 최적화된 위상이란, 공간 광 변조기(120)로부터 구현되는 홀로그램 영상의 선명도가 최적화될 수 있는 위상을 의미한다. 만약 도출된 위상이 최적화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 종료될 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S110 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다.
도 5는 Gerchberg-Saxton 알고리즘 내에 크로스톡 효과를 포함하는 제 1 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100, 도 1 참조)는 크로스톡 효과를 완화시키기 위한 것으로, 도 4에서 상술한 알고리즘 내에 크로스톡 효과를 발생시키는 제 1 알고리즘을 포함시켜 구현할 수 있다.
S210 단계에서, 공간 광 변조기(120, 도 1 참조)는 광 신호의 초기 위상 값을 설정하고, 이에 기반하여 위상 값을 오버샘플링(oversampling) 할 수 있다. 입력된 초기 위상 및 오버샘플링된 위상 값은 시간 도메인에 기반한 값들일 수 있다.
S220 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 오버샘플링된 위상 값에 대한 컨볼루션 연산을 수행할 수 있다. 컨볼루션 연산은 공간 광 변조기(120)에 입력되는 컨볼루션 커널(Convolution Kernel) 값에 기반할 수 있다.
S230 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 컨볼루션 연산이 수행된 위상 값 및 초기 진폭 값에 대하여 순방향 전파를 수행할 수 있다. 초기 진폭 값은 초기 위상 값에 대한 컨볼루션 연산 수행 이후, 공간 광 변조기(120)에 입력될 수 있다. 순방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 순방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 순방향 전파에 의하여 초기 위상 및 초기 진폭 값은 주파수 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S240 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 순방향 전파를 통하여 획득된 주파수 도메인의 진폭 값을 보정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 공간 광 변조기(120)는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우(Computation Window)를 줄일 수 있다. 연산 윈도우가 줄어든 주파수 도메인의 진폭 값에 기반하여 목표 진폭(Desired Amplitude) 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다. 목표 진폭 값이란, 디지털 홀로그램 구현 장치(100)로 구현하고자 하는 홀로그램 영상에 대한 목표 진폭을 의미한다. 목표 진폭 값은 양(+) 또는 음(-)의 이득을 반영하여 가중될 수 있다.
S250 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 초기 위상 및 수정된 진폭 값에 대하여 역방향 전파(Backward Propagation)를 수행할 수 있다. 역방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 역방향 전파에 의하여 초기 위상 및 수정된 진폭 값은 시간 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S260 단계에서, 공간 광 변조기(120)는 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 종료될 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S210 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다.
도 5에 개시된 제 1 알고리즘에 의하면, 최적화된 위상은 2π까지 도출될 수 있다. 제 1 알고리즘에 의하면, 상술한 도 4에 개시된 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 의한 홀로그램 영상 구현에 비하여 밝기 균일도 불량이 개선될 수 있다. 다만, 시야각 근처에서의 밝기 감소 문제는 개선되지 않는다. Gerchberg-Saxton 알고리즘 및 제 1 알고리즘에 기반한 홀로그램 영상 시뮬레이션 결과는 후술할 도 9에서 개시할 것이다.
도 6은 위상 증가를 수행하는 제 2 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100, 도 1 참조)는 크로스톡에 의하여 발생하는 시야각 근처의 밝기 감소 문제를 개선하기 위하여 위상 증가를 수행하여야 한다. 위상 변화를 극대화하기 위하여 공간 광 변조기(120)는 액정-공간 광 변조기를 이용할 수 있다. 액정-공간 광 변조기는 위상 변화가 2π 이상인 특성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 액정-공간 광 변조기가 표시할 수 있는 3π의 위상 변화를 달성하기 위하여, 위상 증가를 수행하는 제 2 알고리즘을 이용할 수 있다.
S310 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 최적화된 위상을 교정 위상(Remedy Phase)의 초기 값으로 설정할 수 있다. 예로서, 최적화된 위상은 상술한 도 5에 개시된 제 1 알고리즘에 기반하여 최종적으로 도출된 위상 값을 의미한다.
S320 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 교정 위상에 크로스톡 현상이 적용되는 경우의 줄어든 위상(Reduced Phase)을 연산할 수 있다.
S330 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 위상 보정을 수행할 수 있다. 액정-공간 광 변조기는 S320 단계에서 도출된 줄어든 위상 및 S310 단계에서 이용되는 최적화된 위상의 차이에 기반하여 위상 보정을 수행할 수 있다. 예로서, 보정된 위상은 S310 단계에서 도출된 교정 위상 값에 줄어든 위상 및 최적화된 위상의 차이 값을 합하여 도출될 수 있다. 액정-공간 광 변조기에서 보정된 위상 값은 최대 3π일 수 있으며, 3π 보다 큰 값은 3π 로 고정될 수 있다.
S340 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 보정된 위상 값이 안정화된 위상 값인지 여부를 판단할 수 있다. 안정화된 위상이란, 액정-공간 광 변조기에서 위상 변화를 극대화하여 시야각 부근을 밝기를 최대한 개선하면서, 밝기 균일도 불량 정도를 최소화 하여 홀로그램 이미지를 구현할 수 있는 위상을 의미한다. 만약 보정된 위상이 안정화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 종료될 수 있다. 만약 도출된 위상이 안정화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S310 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 상술한 도 5에 개시된 제 1 알고리즘 및 도 6에 개시된 제 2 알고리즘을 병합하여, 크로스톡 현상에 의한 문제점을 개선한다. 제 1 알고리즘 및 제 2 알고리즘은 순차적으로 병합되거나, 제 1 알고리즘 내에 제 2 알고리즘이 포함될 수 있다. 제 1 알고리즘 및 제 2 알고리즘의 병합된 형태 및 연산 방식은 후술할 도 7 및 도 8에서 상세히 설명할 것이다.
도 7은 제 1 알고리즘과 제 2 알고리즘을 순차적으로 적용한 제 3 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
S410 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 광 신호의 초기 위상 값을 설정하고, 이에 기반하여 위상 값을 오버샘플링 할 수 있다. 입력된 초기 위상 및 오버샘플링된 위상 값은 시간 도메인에 기반한 값들일 수 있다.
S420 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 오버샘플링된 위상 값에 대한 컨볼루션 연산을 수행할 수 있다. 컨볼루션 연산은 액정-공간 광 변조기에 입력되는 컨볼루션 커널 값에 기반할 수 있다.
S430 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 컨볼루션 연산이 수행된 위상 값 및 초기 진폭 값에 대하여 순방향 전파를 수행할 수 있다. 초기 진폭 값은 초기 위상 값에 대한 컨볼루션 연산 수행 이후, 액정-공간 광 변조기에 입력될 수 있다. 순방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 순방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 순방향 전파에 의하여 초기 위상 및 초기 진폭 값은 주파수 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S440 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 순방향 전파를 통하여 획득된 주파수 도메인의 진폭 값을 보정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 액정-공간 광 변조기는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우를 줄일 수 있다. 그리고, 입력된 목표 진폭 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 액정-공간 광 변조기는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우를 줄일 수 있다. 연산 윈도우가 줄어든 주파수 도메인의 진폭 값에 기반하여 목표 진폭 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다. 목표 진폭 값이란, 디지털 홀로그램 구현 장치(100)로 구현하고자 하는 홀로그램 영상에 대한 목표 진폭을 의미한다. 목표 진폭 값은 양(+) 또는 음(-)의 이득을 반영하여 가중될 수 있다.
S450 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 초기 위상 및 수정된 진폭 값에 대하여 역방향 전파를 수행할 수 있다. 역방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 역방향 전파에 의하여 초기 위상 및 수정된 진폭 값은 시간 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S460 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 S470 단계로 진행할 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S410 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다.
S470 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 최적화된 위상을 교정 위상의 초기 값으로 설정할 수 있다. 최적화된 위상은 S460 단계에서 도출된 최적화된 위상을 의미한다.
S480 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 교정 위상에 크로스톡 현상이 적용되는 경우의 줄어든 위상을 연산할 수 있다.
S490 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 위상 보정을 수행할 수 있다. 액정-공간 광 변조기는 S480 단계에서 도출된 줄어든 위상 및 S470 단계에서 이용되는 최적화된 위상의 차이에 기반하여 위상 보정을 수행할 수 있다. 예로서, 보정된 위상은 S470 단계에서 도출된 교정 위상 값에 줄어든 위상 및 최적화된 위상의 차이 값을 합하여 도출될 수 있다. 액정-공간 광 변조기에서 보정된 위상 값은 최대 3π일 수 있으며, 3π 보다 큰 값은 3π 로 고정될 수 있다.
S500 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 보정된 위상 값이 안정화된 위상 값인지 여부를 판단할 수 있다. 만약 보정된 위상이 안정화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 종료될 수 있다. 만약 도출된 위상이 안정화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S470 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다.
제 3 알고리즘에 기반한 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 홀로그램 영상의 시야각 부근의 밝기 문제를 개선할 수 있다. 다만, 크로스톡 현상에 의한 여러 점들의 밝기 균일도가 불량해진다는 문제가 발생할 수 있다. 제 3 알고리즘에 기반한 홀로그램 구현 영상의 시뮬레이션 결과는 후술할 도 9에서 개시할 것이다.
도 8은 제 1 알고리즘 내에 제 2 알고리즘을 포함시킨 제 4 알고리즘에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 연산 방법을 나타내는 순서도이다.
S510 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 광 신호의 초기 위상 값을 교정 위상 값으로 설정할 수 있다. 초기 위상 값은 액정-공간 광 변조기에 입력되는 광 신호 자체의 위상 값이거나, 선행하는 알고리즘의 수행으로부터 획득된 위상 값일 수 있다.
S520 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 교정 위상에 크로스톡 현상이 적용되는 경우의 줄어든 위상(Reduced Phase)을 연산할 수 있다.
S530 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 위상 보정을 수행할 수 있다. 액정-공간 광 변조기는 S520 단계에서 도출된 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 위상 보정을 수행할 수 있다. 예로서, 보정된 위상은 교정 위상 값에 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이 값을 합하여 도출될 수 있다. 예로서, 미리 설정된 최적화된 위상은 사용자에 의하여 설정된 위상 또는 선행하는 알고리즘의 수행을 통하여 도출된 위상일 수 있다. 액정-공간 광 변조기에서 보정된 위상 값은 최대 3π일 수 있으며, 3π 보다 큰 값은 3π 로 고정될 수 있다.
S540 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 보정된 위상 값이 안정화된 위상 값인지 여부를 판단할 수 있다. 만약 보정된 위상이 안정화된 위상으로 판별되는 경우, 절차는 S550 단계로 진행할 수 있다. 만약 도출된 위상이 안정화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S520 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다. S520 단계 내지 S540 단계는 도출된 위상이 안정화된 것으로 판단될 때까지 K번 반복될 수 있으며, K는 1 내지 100의 범위 내에서 결정될 수 있다.
S550 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 S540 단계에서 도출된 안정화된 위상에 대한 컨볼루션 연산을 수행할 수 있다. 컨볼루션 연산은 액정-공간 광 변조기에 입력되는 컨볼루션 커널 값에 기반할 수 있다.
S560 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 컨볼루션 연산이 수행된 위상 값 및 입력된 진폭 값에 대하여 순방향 전파를 수행할 수 있다. 진폭 값은 안정화된 위상 값에 대한 컨볼루션 연산 수행 이후, 액정-공간 광 변조기에 입력될 수 있다. 순방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 순방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 순방향 전파에 의하여 안정화된 위상 및 진폭 값은 주파수 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S570 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 순방향 전파를 통하여 획득된 주파수 도메인의 진폭 값을 보정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 액정-공간 광 변조기는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우를 줄일 수 있다. 그리고, 입력된 목표 진폭 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다. 좀 더 상세하게, 액정-공간 광 변조기는 획득된 주파수 도메인의 진폭 값에 대하여 연산 윈도우를 줄일 수 있다. 연산 윈도우가 줄어든 주파수 도메인의 진폭 값에 기반하여 목표 진폭 값을 가중하여 진폭 값을 수정할 수 있다. 목표 진폭 값이란, 디지털 홀로그램 구현 장치로 구현하고자 하는 홀로그램 영상에 대한 목표 진폭을 의미한다. 목표 진폭 값은 양(+) 또는 음(-)의 이득을 반영하여 가중될 수 있다.
S580 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 안정화된 위상 및 수정된 진폭 값에 대하여 역방향 전파를 수행할 수 있다. 역방향 전파는 다양한 홀로그램 연산 방식을 이용할 수 있다. 예로서, 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum), 또는 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산을 이용할 수 있다. 역방향 전파에 의하여 안정화된 위상 및 수정된 진폭 값은 시간 도메인의 값으로 변형될 수 있다.
S590 단계에서, 액정-공간 광 변조기는 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화된 위상으로 판별되는 경우, 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 최적화된 위상에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하고, 절차는 종료될 수 있다. 만약 도출된 위상이 최적화되지 않은 것으로 판별되는 경우, 절차는 S600 단계로 진행할 수 있다.
S600 단계에서, 역방향 전파에 의하여 도출된 위상은 새로운 교정 위상 값으로 설정될 수 있다. 새로운 교정 위상 값이 설정되면, 절차는 S520 단계로 회귀하여 상술된 단계들을 반복할 수 있다. S520 단계 내지 S590 단계는 도출된 위상이 최적화된 것으로 판단될 때까지 M번 반복될 수 있으며, M은 1 내지 100의 범위 내에서 결정될 수 있다.
제 4 알고리즘에 기반한 디지털 홀로그램 구현 장치(100)는 홀로그램 영상의 시야각 부근의 밝기 문제를 개선할 수 있다. 또한, 제 3 알고리즘에 의하여 개선되지 않았던 크로스톡 현상에 의한 여러 점들의 밝기 균일도가 불량해진다는 문제도 개선할 수 있다. 제 4 알고리즘에 기반한 홀로그램 구현 영상의 시뮬레이션 결과는 후술할 도 9에서 개시할 것이다.
도 9는 Gerchberg-Saxton 알고리즘, 제 1 알고리즘, 제 3 알고리즘 및 제 4 알고리즘을 적용하여 구현한 홀로그램 영상(S1, S2, S3, S4)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. Gerchberg-Saxton 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S1)과 제 1 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S2)을 비교하면, 제 1 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S1)의 밝기 균일도가 개선되었음을 알 수 있다. 다만, 시야각 근처의 밝기 감소 문제는 개선되지 않음을 알 수 있다.
제 1 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S2)과 제 3 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S3)을 비교하면, 제 3 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S3)의 시야각 부근의 밝기가 향상되었음을 알 수 있다. 다만, 여러 점들의 밝기 균일도 불량 문제는 개선되지 않음을 알 수 있다.
제 3 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S3)과 제 4 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S4)을 비교하면, 제 4 알고리즘을 적용한 홀로그램 영상(S4)에서 여러 점들의 밝기 균일도 불량 문제 뿐만 아니라, 시야각 근처의 밝기 감소 문제도 개선됨을 알 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 디지털 홀로그램 구현 장치
110 : 백 라이트
120 : 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)

Claims (11)

  1. 백 라이트 및 공간 광 변조기를 포함하는 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법에 있어서:
    광 신호의 초기 위상 값을 교정 위상으로 설정하는 단계;
    상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계;
    상기 줄어든 위상과 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 상기 교정 위상을 보정하는 단계;
    상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 안정화된 위상 및 상기 광신호의 진폭에 대한 순방향 전파를 수행하는 단계;
    상기 광 신호의 진폭을 보정하는 단계;
    상기 보정된 진폭 및 상기 안정화된 위상에 대한 역방향 전파를 수행하는 단계; 및
    상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 액정 공간 광 변조기(Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)인 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 디지털 홀로그램을 전기적 신호로 기록하고 재생하도록 구성되는 복수의 픽셀들을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 구조를 포함하는 동작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 순방향 전파는 및 상기 역방향 전파는 푸리에(Fourier), 프레넬(Fresnel), 각도 스펙트럼(Angular Spectrum) 및 레일리-좀머펠트(Rayleigh-Sommerfeld) 연산 중 적어도 하나의 방식을 이용하는 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정된 교정 위상이 3π보다 큰 경우, 상기 보정된 교정 위상은 3π로 고정되는 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정된 교정 위상이 상기 안정화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 교정 위상을 보정하는 단계 및 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 순차적으로 수행하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 순차적으로 수행하는 단계는 1이상 100이하의 자연수에 해당하는 횟수만큼 반복되는 동작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되는 경우, 상기 최적화된 위상에 기반하여 홀로그램 영상을 구현하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 교정 위상에 기반하여 줄어든 위상을 연산하는 단계, 상기 줄어든 위상 및 미리 설정된 최적화된 위상의 차이에 기반하여 상기 교정 위상을 보정하는 단계, 상기 보정된 교정 위상이 안정화된 위상인지 여부를 판단하는 단계, 상기 안정화된 위상 및 상기 광신호의 진폭에 대한 순방향 전파를 수행하는 단계, 상기 광 신호의 진폭을 보정하는 단계, 상기 보정된 진폭 및 상기 안정화된 위상에 대한 역방향 전파를 수행하는 단계 및 상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 최적화된 위상인지 여부를 판단하는 단계를 순차적으로 수행하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 순차적으로 수행하는 단계는 1이상 100이하의 자연수에 해당하는 횟수만큼 반복되는 동작 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 역방향 전파에 의하여 도출된 위상이 상기 최적화된 위상으로 판단되지 않는 경우, 상기 역방향 전파에 의하여 도출되는 위상을 상기 교정 위상으로 설정하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.

KR1020200144422A 2020-11-02 2020-11-02 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법 KR102612045B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144422A KR102612045B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법
US17/491,246 US20220137556A1 (en) 2020-11-02 2021-09-30 Operation method for digital hologram implementation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144422A KR102612045B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220060010A true KR20220060010A (ko) 2022-05-11
KR102612045B1 KR102612045B1 (ko) 2023-12-12

Family

ID=81379954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200144422A KR102612045B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220137556A1 (ko)
KR (1) KR102612045B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526815A (ja) * 1998-10-07 2002-08-20 エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ（エーペーエフエル） ディジタル・ホログラムを数値的に再構成することにより、振幅コントラスト画像と定量的位相コントラスト画像を同時に形成する方法と装置
KR20100017870A (ko) * 2007-05-21 2010-02-16 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 광도파로를 구비한 홀로그래픽 재구성 시스템
JP2010517107A (ja) * 2007-01-31 2010-05-20 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム ホログラフィック投影システムのための光波補正
KR20190008568A (ko) * 2016-05-18 2019-01-24 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 홀로그램을 생성하기 위한 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1160635A3 (en) * 2000-05-30 2010-03-31 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Computer-generated hologram and its fabrication process, reflector using a computer-generated hologram, and reflective liquid crystal display
DE102004063838A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Seereal Technologies Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Berechnen computer generierter Videohologramme
FR2983317B1 (fr) * 2011-11-29 2014-01-10 Commissariat Energie Atomique Procede de formation d'un hologramme synthetique dans une image tramee

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526815A (ja) * 1998-10-07 2002-08-20 エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ（エーペーエフエル） ディジタル・ホログラムを数値的に再構成することにより、振幅コントラスト画像と定量的位相コントラスト画像を同時に形成する方法と装置
JP2010517107A (ja) * 2007-01-31 2010-05-20 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム ホログラフィック投影システムのための光波補正
KR20100017870A (ko) * 2007-05-21 2010-02-16 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 광도파로를 구비한 홀로그래픽 재구성 시스템
KR20190008568A (ko) * 2016-05-18 2019-01-24 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 홀로그램을 생성하기 위한 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102612045B1 (ko) 2023-12-12
US20220137556A1 (en) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9939781B2 (en) Image phase retrieval
US11803156B2 (en) Near-eye device
EP2748681B1 (en) Iterative phase retrieval with parameter inheritance
JP4971182B2 (ja) コンピュータ生成ビデオホログラムを計算する方法及びデバイス
TWI659235B (zh) 全像投影系統及在具有矩形形狀的全像的重放場中形成全像的重建之方法
JP5266223B2 (ja) 伝播を使用して計算機ビデオホログラムをリアルタイムに生成する方法
KR102241604B1 (ko) 홀로그래픽 프로젝션을 위한 디스플레이 장치에의 픽셀 매핑
KR20080058407A (ko) 홀로그램을 이용한 이미지 디스플레이 방법 및 장치
JP2010501903A (ja) サブホログラムを使用してビデオホログラムをリアルタイムに生成する方法
KR20210023769A (ko) 홀로그램 프로젝터
KR102612045B1 (ko) 디지털 홀로그램 구현 장치의 동작 방법
KR20210150350A (ko) 액정디스플레이 장치를 사용한 홀로그램 디스플레이
KR102496376B1 (ko) 영상 데이터 처리 방법 및 장치
JP6607491B2 (ja) ホログラムデータ生成装置及びそのプログラム
Chakravarthula et al. Wirtinger gradient based optimization for high-quality computer generated holography
KR20220071093A (ko) 디지털 홀로그램 생성 방법
KR20230112962A (ko) 홀로그램의 깊이를 변조하는 방법 및 장치와, 이를 이용하는 홀로그래픽 디스플레이

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant