KR20120069480A - 홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보다 구체적으로, 0차 회절 성분을 제거하여 선명한 입체 영상을 재생할 수 있도록 한 홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법에 관한 것으로, 홀로그램 영상 재생 장치는 참조 광을 생성하여 출사시키는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광을 제 1 편광 각도로 편광시키는 제 1 편광 부재; 외부로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고, 구현된 상기 홀로그램 간섭 패턴을 통과하는 상기 편광된 참조 광의 회절에 따라 발생되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 이용해 입체 영상을 복원하여 재생하는 공간 광 변조 유닛; 및 상기 공간 광 변조 유닛으로부터 출사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 제 2 편광 각도로 편광시켜 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분을 제거하는 제 2 편광 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REPRODUCING HOLOGRAM IMAGE}
본 발명은 홀로그램 영상을 복원하여 재생하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 0차 회절 성분을 제거하여 선명한 입체 영상을 재생할 수 있도록 한 홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법에 관한 것이다.
최근, 입체(3차원) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 입체 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만, 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 영상 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
입체 영상을 재생하기 위한 방법 중에서는 홀로그래피(Holography) 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 동일한 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 광(물체파)과 간섭성이 있는 광(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭 신호를 기록하고, 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪쳐 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 산진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조 광을 조사하여 홀로그램에 기록된 입체성을 입체 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라 한다.
홀로그램을 저장, 전송 및 영상처리를 위해 컴퓨터에 의해 생성하는 방법으로서, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다.
컴퓨터 생성 홀로그램은 컴퓨터를 이용하여 물체 광과 참조 광 사이의 간섭 패턴을 계산하여 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 생성하고, 생성된 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)에 전송한 후, 레이저를 이용한 참조 광을 공간 광 변조기(SLM)에 조사하여 공간 광 변조기에서 구현되는 홀로그램 간섭 패턴에 대응되는 입체 영상을 복원하여 재생하게 된다.
그러나, 컴퓨터 생성 홀로그램에서는 공간 광 변조기(SLM)를 통과하는 참조 광이 모두 회절되지 않고, 그대로 통과하는 성분이 발생하게 된다. 이러한 성분을 DC 성분 또는 0차 회절 성분이라고 부른다. 회절 없이 공간 광 변조기(SLM)를 통과하는 0차 회절 광은 복원되는 영상과 겹쳐져서 복원 영상의 화질을 저하시키는 원인이 된다. 예를 들어, 도 1의 (a)에 도시된 복원 영상에서 알 수 있듯이, 1차 회절 성분(1th)에 의해 복원된 영상에 0차 회절 성분(0th)이 겹쳐져서 복원 영상의 화질이 선명하지 못하게 된다. 또한, 도 1의 (b)에 도시된 복원 영상의 강도에서 알 수 있듯이, 0차 회절 성분(0th)의 강도가 1차 회절 성분(1th)에 의해 복원된 영상보다 더 강함으로써 복원 영상이 어떤 것인지를 정확하게 인지할 수 없게 된다.
따라서, 선명한 입체 영상을 얻기 위해서는 반드시 0차 회절 성분을 제거하여야 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 0차 회절 성분을 제거하여 선명한 입체 영상을 재생할 수 있도록 한 홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램 영상 재생 장치는 참조 광을 생성하여 출사시키는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광을 제 1 편광 각도로 편광시키는 제 1 편광 부재; 외부로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고, 구현된 상기 홀로그램 간섭 패턴을 통과하는 상기 편광된 참조 광의 회절에 따라 발생되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 이용해 입체 영상을 복원하여 재생하는 공간 광 변조 유닛; 및 상기 공간 광 변조 유닛으로부터 출사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 제 2 편광 각도로 편광시켜 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분을 제거하는 제 2 편광 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 편광 각도의 차이는 26°~ 70°범위인 것을 특징으로 한다.
상기 홀로그램 영상 재생 장치는 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광이 상기 공간 광 변조 유닛의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 광학 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 홀로그램 영상 재생 장치는 상기 광학 부재로부터 출사되는 상기 참조 광의 진행 방향을 소정 각도로 변경하여 상기 공간 광 변조 유닛에 조사하고, 상기 공간 광 변조 유닛에 의해 반사되어 입사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 상기 제 2 편광 부재로 진행시키는 빔 스플리터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램 영상 재생 방법은 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 생성하는 단계; 광원의 구동에 따라 참조 광을 생성하여 출사시키는 단계; 제 1 편광 부재를 이용하여 입사되는 상기 참조 광을 제 1 편광 각도로 편광시키는 단계; 공간 광 변조 유닛을 이용하여 상기 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고, 구현된 상기 홀로그램 간섭 패턴을 통과하는 상기 편광된 참조 광의 회절에 따라 발생되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 이용해 입체 영상을 복원하여 재생하는 단계; 및 제 2 편광 부재를 이용하여 상기 공간 광 변조 유닛으로부터 출사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 제 2 편광 각도로 편광시켜 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 홀로그램 영상 재상 방법은 광학 부재를 이용하여 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광이 상기 공간 광 변조 유닛의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 홀로그램 영상 재생 방법은 빔 스플리터를 이용하여 상기 광학 부재로부터 출사되는 상기 참조 광의 진행 방향을 소정 각도로 변경하여 상기 공간 광 변조 유닛에 조사하고, 상기 공간 광 변조 유닛에 의해 반사되어 입사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 상기 제 2 편광 부재로 진행시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 홀로그램 영상 재생 장치 및 홀로그램 영상 재생 방법은 제 1 및 제 2 편광 부재를 이용하여 공간 광 변조 유닛에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 더욱 선명한 입체 영상을 복원할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 홀로그램 영상 재생 장치에 의해 복원된 입체 영상을 나타내는 도면들이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 있어서, 제 1 및 제 2 편광 부재의 편광 각도에 따른 복원된 입체 영상의 선명도 및 강도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치는 패턴 생성 유닛(110), 광원(120), 제 1 편광 부재(130), 광학 부재(140), 렌즈(144), 공간 광 변조(Spatial Light Modulation) 유닛(150), 및 제 2 편광 부재(160)를 포함하여 구성된다.
패턴 생성 유닛(110)은 컴퓨터를 사용하여 물체 광과 참조 광 사이의 간섭 패턴을 계산하여 입체 영상에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 생성하고, 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 공간 광 변조 유닛(120)에 공급한다.
광원(120)은 공간 광 변조 유닛(170)의 후면에 배치되어 공간 광 변조 유닛(150)에 참조 광(RL)을 조사한다. 이때, 참조 광(RL)은 평행 직진하는 성질을 가지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 광원(120)은 레이저(LASER) 또는 콜리메이티드 발광 다이오드(Collimated LED)가 될 수 있다. 예를 들어, 광원(120)이 레이저일 경우 참조 광(RL)은 630nm의 파장을 가질 수 있다.
제 1 편광 부재(130)는 광원(120)으로부터 소정의 제 1 거리(d1)만큼 이격되도록 광원(120)의 전면에 배치된다. 예를 들어, 광원(120)과 제 1 편광 부재(130)의 이격 거리(d1)는 100mm 정도가 될 수 있다. 이러한, 제 1 편광 부재(130)는 광원(120)으로부터 입사되는 참조 광(RL)을 소정의 제 1 편광 각도로 편광시킨다. 이때, 제 1 편광 부재(130)는 6 ~ 96°의 편광 각도를 가지며, 99% 이상의 편광도와 30 ~ 40%의 투과도를 가지는 편광 필름이 될 수 있다.
한편, 광원(120)으로부터 출사되는 참조 광(RL)은 소정의 편광도를 가지도록 출사되기 때문에, 제 1 편광 부재(130)의 편광축에 따라 제 1 편광 부재(130)를 통과하는 참조 광(RL)의 강도가 달라진다. 이에 따라, 제 1 편광 부재(130)의 편광 각도를 변경하여 실험한 결과, 제 1 편광 부재(130)를 통과하는 참조 광(RL)의 강도는 제 1 편광 부재(130)의 편광 각도가 6°일때 가장 작은 값을 가지고, 96도일 때 가장 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 제 1 편광 부재(130)는 6 ~ 96°의 편광 각도를 가지는 것이 바람직하다.
광학 부재(140)는 제 1 편광 부재(130)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광(RL)을 확장 및 집광하여 공간 광 변조 유닛(150)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사한다. 이를 위해, 광학 부재(140)는 광 확장 유닛(142), 및 렌즈(144)를 포함하여 구성된다.
광 확장 유닛(142)은 제 1 편광 부재(130)로부터 소정의 제 2 거리(d2)만큼 이격되도록 제 1 편광 부재(130)의 전면에 배치된다. 예를 들어, 제 1 편광 부재(130)와 광 확장 유닛(142)의 이격 거리(d2)는 100mm 정도가 될 수 있다. 이러한, 광 확장 유닛(142)은 제 1 편광 부재(130)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광(RL)의 단면적을 확장(또는 확대)시킨다.
렌즈(144)는 광 확장 유닛(142)으로부터 소정의 제 3 거리(d3)만큼 이격되도록 광 확장 유닛(142)의 전면에 배치된다. 예를 들어, 광 확장 유닛(142)과 렌즈(144)의 이격 거리(d3)는 75mm 정도가 될 수 있다. 이 경우, 렌즈(144)의 초점 거리는 75mm가 될 수 있다. 이러한, 렌즈(144)는 광 확장 유닛(142)에 의해 확장된 참조 광(RL)의 크기가 무한히 확장되지 않고 공간 광 변조 유닛(150)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정한다.
상술한 광원(120)에서 출사된 참조 광(RL)은 제 1 편광 부재(130)를 투과하면서 편광되고, 편광된 참조 광(RL)은 광 확장 유닛(142)에 의해 확장된 후, 렌즈(144)에 의해 공간 광 변조 유닛(150)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사된다.
공간 광 변조 유닛(150)은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 투과형 액정 디스플레이 패널을 포함하여 구성된다. 이러한, 공간 광 변조 유닛(150)은 렌즈(144)로부터 소정의 제 4 거리(d4)만큼 이격되도록 렌즈(144)의 전면에 배치된다. 예를 들어, 렌즈(144)와 공간 광 변조 유닛(150)의 이격 거리(d4)는 280mm 정도가 될 수 있다.
이와 같은, 공간 광 변조 유닛(150)은 패턴 생성 유닛(110)으로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 표시함으로써 홀로그램 간섭 패턴에 의해 회절되는 참조 광(RL)에 따라 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 통해 입체 영상(RI)을 복원하게 된다. 이때, 공간 광 변조 유닛(150)에 의해 복원되는 입체 영상(RI)은 공간 광 변조 유닛(150)으로부터 소정의 제 5 거리(d5)만큼 떨어진 스크린 또는 허공에서 재생될 수 있다. 예를 들어, 공간 광 변조 유닛(150)과 스크린(또는 허공)의 이격 거리(d5)는 1120mm 정도가 될 수 있다.
상기와 같이, 입체 영상(RI)의 복원시, 공간 광 변조 유닛(150)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에는 회절되는 n차 회절 성분과 회절되지 않고 그대로 통과하는 0차 회절 성분(또는 DC 성분)들이 포함되게 된다. 이러한, 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분은 복원된 입체 영상(RI)과 겹쳐져서 입체 영상(RI)의 화질을 저하시키는 원인이 된다.
제 2 편광 부재(160)는 공간 광 변조 유닛(150)으로부터 소정의 제 6 거리(d6)만큼 이격되도록 공간 광 변조 유닛(150)의 전면에 배치된다. 여기서, 공간 광 변조 유닛(150)과 제 2 편광 부재(160)의 이격 거리(d6)는 120mm 정도가 될 수 있다. 이러한, 제 2 편광 부재(160)는 공간 광 변조 유닛(150)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 중에서 0차 회절 성분을 제외한 나머지 n차 회절 성분들을 투과시켜 0차 회절 성분을 제거함으로써 복원된 입체 영상(RI)의 선명도를 향상시킨다.
구체적으로, 공간 광 변조 유닛(150)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 n차 회절 성분과 0차 회절 성분 각각의 편광 특성은 공간 광 변조 유닛(150)을 통과하면서 달라지게 된다. 이에 따라, 제 2 편광 부재(160)는 상기의 n차 회절 성분과 0차 회절 성분 각각의 편광 특성에 기초하여, 공간 광 변조 유닛(150)에서 출사되는 입체 영상(RI)을 소정의 제 2 편광 각도로 편광시켜 입체 영상(RI)의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 복원된 입체 영상(RI)의 선명도를 향상시킨다. 이때, 상술한 0차 회절 성분의 제거율은 제 1 및 제 2 편광 부재(130, 170)의 편광 각도 차이에 따라 달라진다. 즉, 제 1 편광 부재(130)의 편광 각도를 변경하면서, 0차 회절 성분이 가장 많이 제거되는 제 2 편광 부재(160)의 편광 각도 또는 0차 회절 성분의 강도가 가장 많이 약해지는 제 2 편광 부재(160)의 편광 각도를 측정한 결과, 제 2 편광 부재(160)의 편광 각도는 제 2 편광 부재(160)의 편광 각도와 26 ~ 70°정도의 차이를 가지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이때, 제 2 편광 부재(160)는 99% 이상의 편광도와 30 ~ 40%의 투과도를 가지는 편광 필름이 될 수 있다.
상기의 실험에 의하면, 평균적으로 0차 회절 성분이 가장 많이 제거되는 제 1 및 제 2 편광 부재(130, 170)의 편광 각도 차이는 대략 30°정도가 되며, 제 1 편광 부재(130)의 편광 각도가 6°이하일 경우에는 입체 영상(RI)이 복원되지 않음을 확인할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 있어서, 제 1 및 제 2 편광 부재의 편광 각도에 따른 복원된 입체 영상의 선명도 및 강도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a는 60°의 편광 각도를 가지는 제 1 편광 부재(130)와 26°의 편광 각도를 가지는 제 2 편광 부재(160)를 포함하는 본 발명에 의해 복원된 입체 영상의 선명도(a) 및 강도(b)를 나타낸다. 이러한, 도 3a의 (a)에 도시된 입체 영상에서 알 수 있듯이, 종래의 도 1과 비교하면, 0차 회절 성분(0th)이 제거되어 1차 회절 성분(1th)에 의한 복원 입체 영상이 더욱 선명해진 것을 확인할 수 있다. 여기서, 0차 회절 성분(0th)의 감소는 0차 회절 성분(0th)에 의해 복원된 0차 이미지 내에 나타나는 검정색 부분을 통해 확인할 수도 있다. 또한, 도 3a의 (b)에 도시된 복원 영상의 강도에서 알 수 있듯이, 0차 회절 성분(0th)의 강도가 감소되는 반면에 1차 회절 성분(1th)의 강도가 증가한 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 3b는 90°의 편광 각도를 가지는 제 1 편광 부재(130)와 64°의 편광 각도를 가지는 제 2 편광 부재(160)를 포함하는 본 발명에 의해 복원된 입체 영상의 선명도(a) 및 강도(b)를 나타낸다. 이러한, 도 3b의 (a)에 도시된 입체 영상에서 알 수 있듯이, 종래의 도 1과 비교하면, 0차 회절 성분(0th)이 제거되어 1차 회절 성분(1th)에 의한 복원 입체 영상이 더욱 선명해진 것을 확인할 수 있다. 여기서, 0차 회절 성분(0th)의 감소는 0차 회절 성분(0th)에 의해 복원된 0차 이미지 내에 나타나는 검정색 부분을 통해 확인할 수도 있다. 또한, 도 3b의 (b)에 도시된 복원 영상의 강도에서 알 수 있듯이, 0차 회절 성분(0th)의 강도가 감소되는 반면에 1차 회절 성분(1th)의 강도가 증가한 것을 확인할 수 있다.
상기의 실험 결과를 통해 알 수 있듯이, 제 1 및 제 2 편광 부재(130, 170)의 편광 각도 차이는 26 ~ 70°정도의 차이를 가지도록 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치는 제 1 및 제 2 편광 부재(130, 170)를 이용하여 공간 광 변조 유닛(150)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 더욱 선명한 입체 영상(RI)을 복원할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치에서, 제 1 편광 부재(130)는 광원(120)과 광 확장 유닛(142) 사이에 배치되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제 1 편광 부재(130)는 렌즈(144)와 광 공간 변조 유닛(160) 사이에 배치될 수 있으며, 이 경우에도 상술한 바와 같이, 복원되는 입체 영상(RI)의 선명도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치는 패턴 생성 유닛(110), 광원(120), 확산 부재(225), 제 1 편광 부재(130), 광 확장 유닛(142), 렌즈(144), 공간 광 변조(Spatial Light Modulation) 유닛(160), 및 제 2 편광 부재(160)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예는 확산 부재(225)를 더 포함하여 구성되는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일하게 구성되므로 동일한 구성에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
확산 부재(225)는 광원(120)과 제 1 편광 부재(130)에 사이에 배치되어 광원(120)으로부터 출사되는 참조 광(RL)을 확산시켜 제 1 편광 부재(130)에 조사되도록 한다.
한편, 입사된 광량에 대해 투과된 광량의 비율을 총 투과율이라고 한다. 총 투과율은 평행 투과율과 확산 투과율의 합으로 이루어진다. 여기서, 입사 각도에 대해 규정 각도 이내로 직진하여 투과된 광량을 평행 투과율이라 하고, 그 규정 각도 이외로 확산되어 투과된 광량을 확산 투과율이라고 한다. 이에 따라, 확산 부재(225)는 확산 투과 성분을 갖는 광학 필름 또는 광학 플레이트로 정의되는 것으로, 총 투과율에 대한 확산 투과율의 백분율을 헤이즈(Haze) 값이라 한다.
따라서, 확산 부재(225)는 30% 이상의 헤이즈(Haze) 값을 가지는 확산 필름 또는 확산 플레이트로 이루어져 광원(120)으로부터 출사되는 0차 회절 성분의 강도만을 선택적으로 감소시킨다. 여기서, 확산 부재(225)의 헤이즈 값이 너무 높으면, 참조 광(RL)의 직진성에 문제가 발생할 수 있기 때문에 확산 부재(225)의 헤이즈 값은 50% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은, 상기의 확산 부재(225)는 제 1 편광 부재(130)와 광 확장 유닛(142) 사이, 렌즈(144)와 광 공간 변조 유닛(160)의 사이, 광 공간 변조 유닛(160)과 제 2 편광 부재(160)의 사이, 또는 제 2 편광 부재(160)의 전면에 배치될 수도 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치는 확산 부재(225)를 통해 참조 광(RL)의 0차 회절 성분을 감소시킴과 아울러 제 1 및 제 2 편광 부재(130, 170)를 이용하여 공간 광 변조 유닛(150)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 더욱 선명한 입체 영상(RI)을 복원할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 홀로그램 영상 재생 장치는 광 광원(310), 제 1 편광 부재(320), 광학 부재(330), 공간 변조 유닛(340), 및 제 2 편광 부재(350)를 포함하여 구성된다.
광원(310)은 적색, 녹색 및 청색의 레이저 다이오드, 콜리메이티드 발광 다이오드(LED), 백색 레이저 다이오드, 또는 백색 콜리메이티드 발광 다이오드를 이용하여 백색의 참조 광을 생성하여 제 1 편광 부재(320)에 조사한다.
제 1 편광 부재(320)는, 본 발명의 제 1 실시 예에서 설명한 바와 같이, 광원(310)으로부터 출사되는 참조 광을 소정의 제 1 편광 각도로 편광시킨다. 이때, 제 1 편광 부재(320)는 6 ~ 96°의 편광 각도를 가지며, 99% 이상의 편광도와 30 ~ 40%의 투과도를 가지는 편광 필름이 될 수 있다.
광학 부재(330)는 제 1 편광 부재(320)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광을 확장 및 집광하여 공간 광 변조 유닛(340)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사한다. 이를 위해, 광학 부재(330)는 제 1 편광 부재(320)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광의 단면적을 확장(또는 확대)시키는 광 확장 유닛(미도시), 및 광 확장 유닛에 의해 확장된 참조 광의 크기가 무한히 확장되지 않고 공간 광 변조 유닛(340)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 렌즈(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
광 공간 변조 유닛(340)은 액정층을 사이에 두고 합착된 상부 기판과 하부 기판을 가지는 투과형 액정 디스플레이 패널(미도시), 및 액정 디스플레이 패널에 홀로그램 간섭 패턴(또는 영상)을 표시하기 위한 패널 구동부(미도시)를 포함하여 구성된다.
액정 디스플레이 패널은 패널 구동부의 구동에 따라 홀로그램 간섭 패턴을 표시함으로써 홀로그램 간섭 패턴에 의해 회절되는 참조 광에 따라 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 통해 입체 영상(RI)을 복원하게 된다.
패널 구동부는 컴퓨터 혹은 비디오 처리 장치(도시하지 않음)로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 액정 디스플레이 패널에 표시한다.
이에 따라, 공간 광 변조 유닛(340)은 광학 부재(330)로부터 조사되는 참조 광이 홀로그램 간섭 패턴에 의해 회절되어 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 통해 입체 영상(RI)을 복원하게 된다. 이때, 복원되는 입체 영상(RI)은 공간 광 변조 유닛(340)으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 스크린 또는 허공에서 재생될 수 있다.
제 2 편광 부재(350)는, 도 2 내지 도 3b를 결부하여 설명한 바와 동일한 방식으로, 공간 광 변조 유닛(340)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 중에서 0차 회절 성분을 제외한 나머지 n차 회절 성분들을 투과시켜 0차 회절 성분을 제거함으로써 복원된 입체 영상(RI)의 선명도를 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 입체 영상 재상 장치는 제 1 및 제 2 편광 부재(320, 350)를 이용하여 공간 광 변조 유닛(340)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 더욱 선명한 입체 영상(RI)을 복원할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 입체 영상 재상 장치는, 도 4를 결부하여 설명한 바와 동일한 방식으로, 광원(310)과 제 1 편광 부재(320) 사이에 배치되어 참조 광을 확산시킴과 아울러 0차 회절 성분을 감소시켜 제 1 편광 부재(320)에 조사하는 확산 부재(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 이용한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 홀로그램 영상 재생 장치는 광 광원(410), 제 1 편광 부재(420), 광학 부재(430), 빔 스플리터(440), 공간 변조 유닛(450), 및 제 2 편광 부재(460)를 포함하여 구성된다.
광원(410)은 적색, 녹색 및 청색의 레이저 다이오드, 콜리메이티드 발광 다이오드(LED), 백색 레이저 다이오드, 또는 백색 콜리메이티드 발광 다이오드를 이용하여 백색의 참조 광을 생성하여 제 1 편광 부재(420)에 조사한다.
제 1 편광 부재(420)는, 본 발명의 제 1 실시 예에서 설명한 바와 같이, 광원(410)으로부터 출사되는 참조 광을 소정의 제 1 편광 각도로 편광시킨다. 이때, 제 1 편광 부재(420)는 6 ~ 96°의 편광 각도를 가지며, 99% 이상의 편광도와 30 ~ 40%의 투과도를 가지는 편광 필름이 될 수 있다.
광학 부재(430)는 제 1 편광 부재(420)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광을 확장 및 집광하여 공간 광 변조 유닛(450)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조장한다. 이를 위해, 광학 부재(430)는 제 1 편광 부재(420)에 의해 소정의 편광 방향으로 편광되어 입사되는 참조 광의 단면적을 확장(또는 확대)시키는 광 확장 유닛(미도시), 및 광 확장 유닛에 의해 확장된 참조 광의 크기가 무한히 확장되지 않고 공간 광 변조 유닛(340)의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 렌즈(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
빔 스플리터(440)는 광학 부재(430)로부터 조사되는 참조 광의 경로를 광 공간 변조 유닛(450) 쪽으로 변경한다. 또한, 빔 스플리터(440)는 광 공간 변조 유닛(450)에 의해 반사되어 입사되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들이 제 2 편광 부재(460)에 조사되도록 한다.
광 공간 변조 유닛(450)은 액정층을 사이에 두고 합착된 상부 기판과 하부 기판을 가지는 반사형 액정 디스플레이 패널(미도시), 및 액정 디스플레이 패널에 홀로그램 간섭 패턴(또는 영상)을 표시하기 위한 패널 구동부(미도시)를 포함하여 구성된다. 여기서, 광 공간 변조 유닛(450)은 반사형 액정 디스플레이 패널 대신에 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)형 디스플레이 패널이 될 수도 있다.
액정 디스플레이 패널은 패널 구동부의 구동에 따라 홀로그램 간섭 패턴을 표시함으로써 홀로그램 간섭 패턴에 의해 회절되는 참조 광에 따라 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 통해 입체 영상(RI)을 복원한다. 이러한, 액정 디스플레이 패널의 하부 기판에는 액정층을 투과하여 입사되는 광을 반사시키기 위한 반사 전극(미도시)이 형성된다.
패널 구동부는 컴퓨터 혹은 비디오 처리 장치(도시하지 않음)로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 액정 디스플레이 패널에 표시한다.
이에 따라, 공간 광 변조 유닛(450)은 빔 스플리터(440)로부터 조사되는 참조 광이 홀로그램 간섭 패턴에 의해 회절되어 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 통해 입체 영상(RI)을 복원하여 빔 스플리터(440)를 통해 제 2 편광 부재(460)에 조사한다. 이때, 복원되는 입체 영상(RI)은 빔 스플리터(440)로부터 소정의 거리만큼 떨어진 스크린 또는 허공에서 재생될 수 있다.
제 2 편광 부재(460)는, 도 2 내지 도 3b를 결부하여 설명한 바와 동일한 방식으로, 빔 스플리터(440)를 통해 입사되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 중에서 0차 회절 성분을 제외한 나머지 n차 회절 성분들을 투과시켜 0차 회절 성분을 제거함으로써 복원된 입체 영상(RI)의 선명도를 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 입체 영상 재상 장치는 제 1 및 제 2 편광 부재(430, 460)를 이용하여 공간 광 변조 유닛(340)에서 발생되는 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분만을 제거함으로써 더욱 선명한 입체 영상(RI)을 복원할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 입체 영상 재상 장치는, 도 4를 결부하여 설명한 바와 동일한 방식으로, 광원(410)과 제 1 편광 부재(420) 사이에 배치되어 참조 광을 확산시킴과 아울러 0차 회절 성분을 감소시켜 제 1 편광 부재(420)에 조사하는 확산 부재(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 패턴 생성 유닛 120, 310, 410: 광원
130, 320, 420: 제 1 편광 부재 140, 330, 430: 광학 부재
142: 광 확장 유닛 144: 렌즈
150, 340, 450: 공간 광 변조 유닛 160, 350, 460: 제 2 편광 부재
225: 확산 부재 440: 빔 스플리터
0th: 0차 회절 성분 1th: 1차 회절 성분
RI: 입체 영상

Claims (20)

  1. 참조 광을 생성하여 출사시키는 광원;
    상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광을 제 1 편광 각도로 편광시키는 제 1 편광 부재;
    외부로부터 공급되는 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고, 구현된 상기 홀로그램 간섭 패턴을 통과하는 상기 편광된 참조 광의 회절에 따라 발생되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 이용해 입체 영상을 복원하여 재생하는 공간 광 변조 유닛; 및
    상기 공간 광 변조 유닛으로부터 출사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 제 2 편광 각도로 편광시켜 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분을 제거하는 제 2 편광 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 편광 각도의 차이는 26°~ 70°범위인 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광이 상기 공간 광 변조 유닛의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 광학 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 유닛은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 투과형 액정 디스플레이 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 공간 광 변조 유닛 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 유닛은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반사형 액정 디스플레이 패널 또는 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)형 디스플레이 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 부재로부터 출사되는 상기 참조 광의 진행 방향을 소정 각도로 변경하여 상기 공간 광 변조 유닛에 조사하고, 상기 공간 광 변조 유닛에 의해 반사되어 입사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 상기 제 2 편광 부재로 진행시키는 빔 스플리터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 전면에 배치되어 상기 참조 광을 확산시켜 상기 제 1 편광 부재에 조사하는 확산 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 확산 부재는 30% ~ 50% 범위의 헤이즈(Haze) 값을 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  11. 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 생성하는 단계;
    광원의 구동에 따라 참조 광을 생성하여 출사시키는 단계;
    제 1 편광 부재를 이용하여 입사되는 상기 참조 광을 제 1 편광 각도로 편광시키는 단계;
    공간 광 변조 유닛을 이용하여 상기 홀로그램 간섭 패턴 데이터에 대응되는 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고, 구현된 상기 홀로그램 간섭 패턴을 통과하는 상기 편광된 참조 광의 회절에 따라 발생되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 이용해 입체 영상을 복원하여 재생하는 단계; 및
    제 2 편광 부재를 이용하여 상기 공간 광 변조 유닛으로부터 출사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 제 2 편광 각도로 편광시켜 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들 중에서 0차 회절 성분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 편광 각도의 차이는 26°~ 70°범위인 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광학 부재를 이용하여 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광이 상기 공간 광 변조 유닛의 유효 면적 전체에 균일하게 조사되도록 조정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재상 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 유닛은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 투과형 액정 디스플레이 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 공간 광 변조 유닛 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 유닛은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반사형 액정 디스플레이 패널 또는 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)형 디스플레이 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    빔 스플리터를 이용하여 상기 광학 부재로부터 출사되는 상기 참조 광의 진행 방향을 소정 각도로 변경하여 상기 공간 광 변조 유닛에 조사하고, 상기 공간 광 변조 유닛에 의해 반사되어 입사되는 상기 홀로그램 간섭 패턴의 회절 성분들을 상기 제 2 편광 부재로 진행시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 부재는 상기 광원과 상기 광학 부재 사이에 배치되거나 상기 광학 부재와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    확산 부재를 이용하여 상기 광원으로부터 출사되는 상기 참조 광을 확산시켜 상기 제 1 편광 부재에 조사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 확산 부재는 30% ~ 50% 범위의 헤이즈(Haze) 값을 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 재생 방법.
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