KR20230064227A - 깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 홀로그램을 디자인하는 단계; 디자인된 홀로그램을 제1디지털이미지로 변환시키는 단계; 제1디지털이미지를 푸리에 변환함수

를 이용하여 특정 파동 패턴을 가지는 제2디지털이미지로 변환시키는 단계; 광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계; 광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계; 제2디지털이미지를 복수 개의 단위 면적으로 분할한 다음, 공간광변조기를 분할된 제2디지털이미지의 각 단위 면적에 대한 특정 파동 패턴에 따라 순차적으로 변조하면서, 광원에서 생성된 광을 공간광변조기를 통해 변조시켜 홀로그램 기록매체에 순차적으로 입사시켜 홀로그램을 기록하는 단계;를 포함하는 깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법을 제공한다.

Description

깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법{Method for recording hologram without depth information in image type of mask-free eching}

본 발명은 홀로그램 기록방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 마스크를 사용하지 않는 식각 방식으로 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 적용하여 깊이 정보를 가지지 않으면서, 형광등과 같은 산란 광원으로는 홀로그램이 재생되지 않고, 엘이디와 같이 직진 광원이 조사되면 조사거리에 따라 홀로그램이 서로 다른 크기를 가지며 재생되는 홀로그램 기록방법에 관한 것이다.

신분증이나 지폐는 물론 화장품과 같이 다양한 제품의 위변조 방지 수단으로 홀로그램 기술이 많이 도입되고 있다. 홀로그램 기술 중에, 일반적인 상황에서는 외견상 아무런 영상정보가 드러나지 않으나, 도 5와 같이 엘이디와 같은 광을 비추면 특정 패턴이나 이미지 등과 같은 영상정보가 시각적으로 드러나는 임프린팅 기술이 있다.

이 기술은 필름의 일면부위에 위변조 방지 수단으로서의 특정 패턴이나 이미지가 마련되는 특징이 있으며, 일반적으로 이들 패턴은 마스크에 의해 형성된다. 즉, 특정 패턴을 가지는 마스크를 미리 제작한 다음 이 마스크를 통해 광을 주사하면, 마스크의 패턴에 따라 유리기판의 감광 물질이 식각되면서 패턴이 형성되는 것이다.

유리 기판에 감광 물질이 식각된 패턴을 이용하여 필름의 일면부위에 패턴이 형성되면, 이를 이용하여 복제용 스템퍼를 제작하여 위변조 방지 필름을 대량으로 생산하는 것이 가능한데, 이 방식은 마스크 제작 및 광의 조사와 식각 작업 등과 같이 여러 복잡한 단계를 필수적으로 거쳐야 한다는 점에서 관련 비용이 증대되는 문제가 있다. 때문에, 근자 컴퓨터 생성 홀로그래피(computer generated holography, 또는 CGH)에 대한 관심이 높아지고 있다.

컴퓨터 생성 홀로그래피는 파동의 진행을 수치적으로 시뮬레이션하여 홀로그램을 생성하는 기술로서, 특정 패턴이나 이미지를 농담을 가지는 픽셀 단위의 디지털 정보로 변환시키고, 이들 디지털 정보를 공간광변조기와 연계시켜 홀로그램 기록매체에 기록하여 도 6과 같은 홀로그램을 구현하며, 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술의 기반은 아래와 같은 프레넬 회절공식에 있다.

프레넬 회절공식은, 두 평면의 거리가 충분히 떨어져 있다는 가정하에 평면 z=0에서 정의된 파동이 z만큼 진행했을 때의 파동의 분포 값을 제공해주며, 컴퓨터 생성 홀로그래피는 프레넬 회절공식을 기반으로 점 기반(point-based), 층 기반(layed-based), 메쉬 기반(mesh-based) 중의 어느 하나를 이용하여 홀로그램을 생성하게 된다. 전술한 도 6은 이 중에서 층 기반을 이용하여 생성된 홀로그램이다.

그런데, 기존의 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 사용하게 되면, 돌출되는 이미지(+1차 회절광에 의해 생성)와 함몰되는 이미지(-1차 회절광에 의해 생성)이 필연적으로 나타나게 되고, 이들 이미지들은 공간적으로 서로 분리된 상태를 이루기 때문에, 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 이용할 경우 도 5와 같은 홀로그램을 구현할 수가 없다.

컴퓨터 생성 홀로그래피 기술로서 도 5와 같은 홀로그램을 구현하기 위해서는, 프레넬 회절공식에 있어 z 값을 0으로 특정해서 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술에 나타나는 ±1차 회절광 사이의 간극을 해소할 필요가 있다. 하지만, 기존의 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술에 사용되고 있는 프레넬 회절공식의 경우, z = 0이 되면 파동 분포에 대한 계산 자체가 불가능한 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제2003164호 대한민국 등록특허 제1429425호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 마스크를 이용한 식각 작업을 수행하지 않더라도 깊이 정보가 없는 홀로그램을 기록할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 홀로그램을 디자인하는 단계; 디자인된 홀로그램을 제1디지털이미지로 변환시키는 단계; 제1디지털이미지를 푸리에 변환함수

를 이용하여 특정 파동 패턴을 가지는 제2디지털이미지로 변환시키는 단계; 광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계; 광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계; 제2디지털이미지를 복수 개의 단위 면적으로 분할한 다음, 공간광변조기를 분할된 제2디지털이미지의 각 단위 면적에 대한 특정 파동 패턴에 따라 순차적으로 변조하면서, 광원에서 생성된 광을 공간광변조기를 통해 변조시켜 홀로그램 기록매체에 순차적으로 입사시켜 홀로그램을 기록하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 광학장치의 광원으로 사용되는 파장은 상기 홀로그램 기록매체에 형성되는 단차와 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 컴퓨터 생성 홀로그래피를 적용함에 있어 종래와 다른 특정한 방식으로 변환된 디지털이미지를 평면파인 물체광과 참조광에 의한 간섭무늬를 생성한 다음 이를 광변조시켜 홀로그램을 기록하여, -1차 회절광에 의한 홀로그램 기여 정도를 최대한 억제함으로써, 종래와 같이 복잡한 마스크 식각 방식을 사용하여 홀로그램 필름을 제작하지 않더라도 엘이디 등과 같은 확산 광원이 조사되는 경우에만 홀로그램을 재생하는 것이 가능함은 물론 광원에 의한 조사거리에 따라 홀로그램이 서로 다른 크기를 가지며 재생될 수 있도록 해준다.

도 1은 본 발명에 있어 제1디지털이미지의 개략적인 일 구성도.
도 2a는 홀로그램 컴퓨터 생성 홀로그래피를 이용하여 변환된 제2디지털이미지의 일 구성도.
도 2b는 도 2a에 개시된 제2디지털이미지의 특정 부분 확대도.
도 3은 본 발명에 있어 홀로그램을 기록하기 위한 광학장치의 개략적인 일 구성도.
도 4a 내지 도 4c 각각은 본 발명에 따라 제작된 홀로그램의 개략적인 사용 상태도.
도 5는 종래 임프린팅 방식에 의해 제작된 홀로그램의 개략적인 일 구성도.
도 6은 종래 컴퓨터 생성 홀로그래피에 의해 제작된 홀로그램의 일 구성도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 홀로그램의 디자인 단계, 디자인된 홀로그램을 디지털이미지로 변환하는 단계, 광학장치의 준비 단계, 홀로그램의 기록단계를 포함하는 깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법을 제공함에 그 특징이 있다. 이하 이들 각 단계를 구체적으로 살펴본다.

먼저, 홀로그램을 디자인한다. 홀로그램은 특정 패턴이나 이미지, 또는 이들의 조합 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며 그 대상에 제한은 없다. 홀로그램이 디자인되면, 이를 디지털이미지로 변환시킨다.

본 발명에 따른 디지털이미지로의 변환은 다음과 같은 제1, 2디지털이미지 변환 단계로 구성될 수 있다. 제1디지털이미지는 원본이 되는 디자인으로서, 관련 업계에서 보편적으로 사용하고 있는 포토샵 등과 같은 SW로 생성 가능하며, bmp 등과 같이 디지털정보로 변환되어 있어야 한다.

제1디지털이미지를 제2디지털이미지로의 변환은 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 이용한다. 이때, 본 발명은 제1디지털이미지의 제2디지털이미지로의 변환은 종래와 달리 푸리에 변환함수

만을 이용하여 이루어지는 방식을 제안한다.

전술한 바와 같이, 컴퓨터 생성 홀로그래피에 있어 종래 파동의 진행 모델은 프레넬 회절공식을 기반으로 하여, 점 기반이나 층 기반, 그리고 메쉬 기반으로 홀로그램을 생성하였는데, 프레넬 회절공식은 푸리에 변환함수 뿐 아니라 전달함수 상호 간의 관계식에 의하여 도출된다.

하지만, 종래와 같이 푸리에 변환함수와 전달함수의 상관 관계식에 의해 도출되는 파동의 진행 모델을 사용하게 되면, 홀로그램에 있어 깊이 정보를 제공하는 z 값이 존재하게 되고 이로 인해 ±1차 회절광에 의한 간극으로서의 깊이 정보가 필연적으로 나타남은 전술한 바와 같다.

때문에, 본 발명은 파동의 진행 모델을 푸리에 변환함수 및 전달함수의 상관관계로서 도출하는 대신, 컴퓨터 생성 홀로그래피 변환에 있어 깊이 정보를 제공하는 z 값이 존재하지 않아 ±1차 회절광 사이의 간극으로서 깊이 정보가 발생하지 않는 푸리에 변환함수만을 사용하여 파동의 진행을 계산하는 방식을 제안하게 된 것이다.

즉, 디지털이미지로 변환된 제1디지털이미지를 푸리에 변환함수에 의한 파동의 변동 값으로 변환(컴퓨터 생성 홀로그래피에서 평면파로서의 참조광 및 제1디지털이미지를 포함한 물체광을 생성한 다음 푸리에 평면에서 간섭무늬로서의 디지털이미지 파일을 생성)시키는 것이다. 이러한 작업에 따라, 푸리에 평면에 있어 홀로그램은 도 2b와 같이 픽셀 단위의 농담 값으로 변환된다.

다음으로, 광학장치를 준비하고, 홀로그램 기록매체를 위치시킨다. 광학장치는 도 3과 같이, 광원(1), 공간광변조기(3), 제어장치(8)를 포함하여 이루어질 수 있다.

광원(1)은 레이저로 이루어질 수 있으며, 공간광변조기(3)는 DMD(digital micro mirror)나 LCoS(liquid crystal on silicon) 중의 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하고, 제어장치(8)는 DB 및 제어기능이 탑재된 통상적인 단말기로 이루어질 수 있다. 도면부호 6, 7 각각은 X, Y축 구동장치이다.

홀로그램 기록매체(5)는 감광물질이 도포된 통상적인 기판으로 이루어질 수 있으며, 도 3에 개시된 것과 같이, 공간광변조기(3)의 전방으로 일정거리 이격된 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 홀로그램 기록매체는 광학장치를 이루는 X, Y축 구동장치에 의해 X, Y축 방향으로 일정간격 이동하도록 구성된다.

광학장치 및 홀로그램 기록매체가 준비되면, 광학장치를 이용하여 홀로그램 기록매체에 홀로그램을 기록한다. 이 작업을 도 3을 참조하여 살펴본다.

먼저, 제어장치(8)의 입력신호가 전달되면, X, Y축 구동장치(6, 7) 각각이 작동하여 홀로그램 기록매체(5)가 특정 위치로 이동하여, 홀로그램 기록매체(5)의 특정 지점(좌표)이 도면에 개시된 것과 같이 공간광변조기(3)의 전방으로 일정거리 떨어진 지점에서 대향하며 위치한다.

이 상태에서, 제어장치(8)는 도 2a 및 도 2b 각각에 예로 개시된 것과 같이 컴퓨터 생성 홀로그래피에 의해 변환된 제2디지털이미지에 있어 특정 단위 면적에 있어 각 픽셀의 농담과 같은 디지털 정보에 대한 개별 신호를 공간광변조기(3)로 전달한다. 공간광변조기(3)가 DMD로 구성되면, 공간광변조기(3)에 마련되는 복수 개의 마이크로 미러들이 입력신호에 따라 배열된다.

이어 제어장치(8)는 광원(1)을 작동시킨다. 광원(1)의 작동에 따라 생성된 광은 공간광변조기(3)에 입사되어 변조된 다음, 지정된 홀로그램 기록매체(5)의 특정 위치에 입사하여 제2디지털이미지에 있어 해당 단위 면적의 특정 패턴을 홀로그램 기록매체(5)에 기록한다.

이때, 광원(1)에서 생성되는 광의 파장은 적어도 추후 홀로그램 기록매체(5)에 있어 식각 정도(깊이)에 대응하는 단차와 동일하게 이루어지는 것이 바람직하며, 이에는 파장이 단차의 n배수(n은 자연수)로 이루어지는 경우를 포함한다. 즉, 광원에서 생성된 광을 이용하여 홀로그램 기록매체에 532nm의 단차를 형성시키고자 한다면, 광의 파장이 532nm인 green color 레이저를 사용하면 되는 것이다.

이럴 경우, 홀로그램 기록매체에는 간섭무늬로서 532nm의 단차가 형성되지만, - 1차 회절광이 나타나지 않기 때문에 종래 컴퓨터 생성 홀로그래피에 의해 기록되는 홀로그램과 달리 + 1차 회절광만에 의한 홀로그램이 기록되는 것이다. 광의 파장이 단차와 조금 작거나 크더라도 - 1차 회절광에 의한 단차 기여율이 매우 작아 크게 영향을 미치지 못한다.

홀로그램 기록매체(5)의 특정 위치에 대한 노광 작업이 완료되면, 제어장치(8)는 X, Y구동장치(6, 7) 각각을 작동시켜 홀로그램 기록매체(5)을 이동시켜 다음 작업 지점이 공간광변조기(3)와 대향하도록 위치시킨다. 이후, 제어장치(8)는 제2디지털이미지의 다른 단위 면적에 있어 각 픽셀의 디지털정보에 대한 신호를 공간광변조기(3)로 전달하고, 전술한 작업을 동일하게 수행한다.

이러한 작업을 순차적으로 반복하면, 컴퓨터 생성 홀로그래피에 의해 변환된 제2디지털이미지는 홀로그램 기록매체에 간섭무늬로서 기록된다. 홀로그램 기록매체에 홀로그램이 기록되면, 추후 별도 작업이 이어지며 최종적으로 도 4a와 같은 홀로그램 필름이 완성된다.

도 4a는 엘이디 등과 같은 광원이 비추지 않은 상태로서, 필름에는 어떠한 이미지가 나타나지 않는다. 도 4b 및 도 4c 각각은 광원으로서의 엘이디를 거리를 달리하며 비춘 상태로서(광원과 필름 사이 거리는 도 4c 〉도 4b임), 사진과 같이 광원이 필름을 비추면, 당초 디자인된 도 1과 같은 홀로그램 이미지가 나타나며 광원과 필름 사이의 거리가 멀어질수록 이미지가 점점 커진다.

광원과 필름 사이의 거리가 멀어질수록 이미지가 점점 커지는 것은, 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 이용하여 제2디지털이미지로 변환시킴에 있어 평면파인 물체광과 참조광을 이용하여 홀로그램으로서의 특정 패턴을 생성하고, 이를 기반으로 홀로그램 기록매체에 간섭무늬를 기록한 상태에서 확산광을 사용하여 이미지를 재생하였기 때문이다.

또한, 본 발명에 따라 홀로그램을 기록하는 경우 도 4b 및 도 4c 각각에서 알 수 있듯이, 재생된 홀로그램에는 도 5와 같은 통상적인 홀로그램과 달리 깊이 정보가 나타나지 않는데, 이는 파동 진행 모델을 깊이 정보를 제공하는 종래의 프레넬 회절공식이 아닌 푸리에 변환함수만을 사용하여 제2디지털이미지를 생성함에 기인한다.

이처럼 본 발명은 복잡한 마스크 식각 방식을 사용하여 홀로그램 필름을 제작하지 않고, 컴퓨터 생성 홀로그래피 기술을 이용하여 홀로그램을 기록하여 필름을 제작한다는 점에서 제작비용을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 홀로그램 필름을 이용하여 홀로그램 금속마스터를 제작하게 되면, 홀로그램 필름을 대량으로 양산하는 것이 가능하여 상당한 단가 경쟁력을 가질 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

1 : 광원 3 : 공간광변조기
5 : 홀로그램 기록매체 8 : 제어장치

Claims (2)

1. 홀로그램을 디자인하는 단계;
   디자인된 홀로그램을 제1디지털이미지로 변환시키는 단계;
   제1디지털이미지를 푸리에 변환함수

   

   를 이용하여 특정 파동 패턴을 가지는 제2디지털이미지로 변환시키는 단계;
   광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계;
   광원 및 공간광변조기를 포함하는 광학장치를 준비하고, 공간광변조기 전방으로 일정거리 이격된 지점에 홀로그램 기록매체를 위치시키는 단계;
   제2디지털이미지를 복수 개의 단위 면적으로 분할한 다음, 공간광변조기를 분할된 제2디지털이미지의 각 단위 면적에 대한 특정 파동 패턴에 따라 순차적으로 변조하면서, 광원에서 생성된 광을 공간광변조기를 통해 변조시켜 홀로그램 기록매체에 순차적으로 입사시켜 홀로그램을 기록하는 단계;를
   포함하는 깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학장치의 광원으로 사용되는 파장은 상기 홀로그램 기록매체에 형성되는 단차와 동일하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 깊이 정보를 가지지 않는 비마스크 식각 방식의 홀로그램 기록방법.

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