KR20220118307A - 홀로그램 생성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

홀로그램 생성 장치 및 방법이 개시된다.
상기 홀로그램 생성 장치는, 대상 물체로부터 입사되는 입사광이 통과하도록 배치되며, 상기 입사광을 복수의 원 편광으로 변조시키는 기하학적 위상 변조부; 상기 복수의 원 편광을 수광하며 상기 복수의 원 편광에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 이미지 센서; 및 출력 편광 신호에 따라 상기 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비하며, 선택된 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는 편광 선택 소자를 포함한다.

Description

홀로그램 생성 장치 및 방법{AN APPARATUS FOR GENERATING HOLOGRAM AND A METHOD FOR GENERATING HOLOGRAM USING THE SAME}

본 개시는 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 홀로그램을 실시간 취득하면서 높은 해상도로 구현되는 자가간섭 홀로그램 생성 장치에 대한 것이다.

홀로그래피는 광의 세기 정보만을 기록하는 일반적인 사진 기술과는 달리 물체에서 전파된 빛의 진폭, 위상 정보를 취득하여 기록한다. 현재까지는 가시광의 진폭 및 위상 정보를 직접 기록할 수 있는 센서가 없으므로, 가시광의 진폭 및 위상 정보의 취득 시 빛의 간섭 현상을 통해 관련 정보를 간접적으로 취득할 수 있다. 간섭은 물체광 및 참조광의 두 광파가 상호작용하여 나타나는 현상이지만, 인공적으로 진폭과 위상이 정렬된 빛인 레이저를 사용하지 않으면 간섭무늬 획득이 어려우므로, 최근까지 홀로그래피 기술에는 레이저가 주로 사용되었다.

그러나, 이러한 레이저를 사용하는 경우, 레이저 이외의 다른 빛을 모두 차단해야 하므로, 실질적으로 외부 환경에서 홀로그램을 촬영 기록할 수 없다. 이러한 현실적인 문제를 해결하기 위해 자가간섭(Self-interference) 방식의 홀로그래피 기술이 개발되었다.

자가간섭 홀로그래피는 물체로부터 발광, 반사된 입사광을 공간적, 혹은 편광상태에 따라 나누는 자가 참조 방식으로 간섭 무늬를 획득할 수 있다. 분할된 광파는 간섭계, 혹은 편광 변조기의 영향을 받아 서로 다른 곡률을 가진 파면으로 변조되어 전파되고 이미지 센서 상에서 간섭 무늬를 형성할 수 있다. 여기서, 간섭은 동일한 시공간에서 출발한 광에서 기인한 쌍둥이(twin) 광파 간에 발생하므로, 광원의 조건에서 자유롭다. 따라서 형광, 전구, LED, 혹은 자연광 조건에서 촬영이 가능하다.

이러한 자가간섭 홀로그래피 기술은 개념이 정립되어 있지만, 이를 실제 구현한 시스템은 아직 거의 개발되어 있지 않으며, 입사광을 분리하여 간섭 무늬를 형성하기 위해 복잡한 광학 시스템을 적용해야 하는 등 실제 제품에 적용되지는 못하고 있는 실정이다.

광학 부품이 전부 하나의 축으로만 정렬된 홀로그래피 기술의 경우, 이미지 센서의 해상도나 면적을 그대로 홀로그램으로 활용할 수 있다는 장점이 있지만, 간섭 공식에 의하면 물체의 홀로그램 정보 외에, 광원의 정보와 물체의 쌍영상(twin-image) 정보가 함께 기록된다는 단점이 있다. 이러한 광원 및 쌍영상 정보를 얻어진 홀로그램 정보에서 제거하기 위해 위상 변이 기술을 이용한다. 물체광 혹은 참조광의 광 경로를 파장보다 작은 길이만큼 2~4 단계로 미세 조절하면 위상 정보가 미세하게 변이되고, 각 단계마다 빛의 세기 정보를 측정한 뒤, 이를 연산하면 광원 및 쌍영상 정보가 제거된 복소 홀로그램을 얻을 수 있다.

홀로그래피 기술에서 위상 변이를 위해 다양한 위상 변이 시스템이 시도되고 있으며, 예를 들면, 압전 소자를 이용하여 간섭계를 나노 단위로 미세하게 움직일 수 있는 장비를 사용하거나, 또는 위상 변조가 가능한 공간 광변조기를 사용하는 방식이 시도되고 있다. 그러나, 이들 장비는 매우 고가이며, 온도, 습도 및 진동과 같은 외부 환경에 민감하다는 단점이 있으며, 또한 광 경로를 직접 변조하기 때문에, 특정 파장대에서만 0부터 360도까지 위상의 완전한 변조가 가능하고, 특정 파장에서 멀수록 위상 변이 오차가 커진다는 단점이 있다. 이외에도, 위상 변이 시스템은 굴절률이 다른 매질에 의한 광경로의 차이를 사용하는 방식, 혹은, 복굴절 소자에 의해 편광성분에 따라 다른 광경로를 가지는 방식을 활용할 수 있다.

한편, 위상 변이 시스템은 광의 위상을 순차적으로 변환시키는 방식으로 적용되며, 각 단계에서 위상 변이된 복수의 정보를 조합하여 하나의 복소 홀로그램을 얻는다. 그러나, 하나의 복소 홀로그램을 얻기 위해서는 각 단계의 위상 변이 시간이 소요된다. 이에 따라, 정지된 물체에 대한 홀로그램이 생성될 수는 있지만 움직이는 물체에 대해서는 홀로그램을 실시간으로 획득하지 못한다. 또한, 위상 변이 시스템으로 편광 이미지 센서가 고려될 수 있으며, 편광 이미지 센서는 각 화소마다 서로 상이한 각도로 배열된 미소 편광판을 구비한다. 편광 이미지 센서는 각 단계에서 다른 각도로 위상 변이된 정보와 미소 편광판을 대응시켜 처리한다. 특정 각도로 변이된 위상 정보와 대응 미소 편광판 간의 처리가 진행되는 경우, 다른 각도의 미소 편광판은 사용되지 않으므로 복소 홀로그램의 해상도가 감소되는 단점이 있다.

본 개시의 기술적 과제는 홀로그램을 실시간 취득하면서 높은 해상도로 구현되는 자가간섭 홀로그램 생성 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 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 제공된다. 상기 홀로그램 생성 장치는, 대상 물체로부터 입사되는 입사광이 통과하도록 배치되며, 상기 입사광을 복수의 원 편광으로 변조시키는 기하학적 위상 변조부; 상기 복수의 원 편광을 수광하며 상기 복수의 원 편광에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 이미지 센서; 및 출력 편광 신호에 따라 상기 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비하며, 서로 상이한 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는 편광 선택 소자를 포함한다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 상기 편광 선택 소자는 상기 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치됨과 아울러서, 서로 상이한 편광 각도로 출사되도록 설정된 복수의 셀들을 포함할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 셀들은 각각 반파장판 특성을 갖는 액정 소자로 구성되며, 전체 영역에 동일한 위상을 갖도록 제어될 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 출력 편광 신호는 상기 복수의 셀들에 각각 독립적인 셀 제어 신호를 인가하고, 상기 복수의 셀들에 각각 인가되는 상기 셀 제어 신호에 따라 상기 출력 편광 각도가 결정될 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 출력 편광 신호는 상기 입사광의 출력 편광 각도를 90도 간격으로 순차적으로 제어하도록 생성될 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는 노출 개시 신호에 기초하여 상기 복수의 원 편광을 수광하고, 상기 출력 편광 신호는 상기 노출 개시 신호에 의해 동기화되어 발생될 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 셀들은 동일한 액정 모드를 갖는 액정 소자로 구성되며, 상기 액정 모드는 광학적 보상 휨(Optically Compensated Bend; OCB) 모드, 전기 제어 복굴절(Electrically Controlled Birefringence; ECB) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertically Aligned)모드 및 IPS(In Plane Switching) 모드 중 어느 하나를 채용할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부의 전방에 배치되며, 상기 기하학적 위상 변조부는 선택된 출력 편광 각도로 순차적으로 출력된 상기 입사광에 대해 각각 상기 복수의 원 편광으로 변조할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기하학적 위상 변조부와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 복수의 원 편광을 복수의 선형 편광으로 변이시키는 선편광부를 더 포함하고, 상기 이미지 센서는 상기 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 획득할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부의 후방에 배치되며, 상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부에서 출사된 상기 복수의 원 편광을 상기 복수의 원 편광에 대응하는 복수의 선형 편광으로 변환시키며, 상기 이미지 센서에 상기 복수의 선형 편광을 출력하고, 상기 이미지 센서는 상기 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 획득할 수 있다.

본 개시의 다른 양상에 따르면, 홀로그램 생성 방법이 제공된다. 상기 홀로그램 생성 방법은, 기하학적 위상 변조부에 의해, 대상 물체로부터 입사되는 입사광을 복수의 원 편광으로 변조하는 단계; 상기 이미지 센서에 의해, 상기 복수의 원 편광을 수광하여 상기 복수의 원 편광에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 단계; 및 출력 편광 신호에 따라 상기 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비하는 편광 선택 소자에 의해, 서로 상이한 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는 단계를 포함한다.

본 개시의 또 다른 양상에 따르면, 편광 선택 소자가 제공된다. 상기 편광 선택 소자는, 출력 편광 신호에 따라, 대상 물체로부터 입사되는 입사광의 출력 편광 각도를 제어하도록, 상기 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치되는 복수의 셀들로 구성된 액정 소자를 구비하고, 상기 복수의 셀들에 각각 독립적으로 상기 출력 편광 신호로서 인가되는 셀 제어 신호에 기초하여 상기 출력 편광 각도가 결정되어, 기 정해진 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력한다.

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

본 개시에 따르면, 본 개시는 홀로그램을 실시간 취득하면서 높은 해상도로 구현되는 자가간섭 홀로그램 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

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

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성도이다.
도 2a 내지 도 2e는 편광 선택 소자를 구성하는 셀에 적용가능한 액정 모드들 예시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서도이다.
도 4는 제 1 및 제 2 OCB 셀에 인가되는 셀 제어 신호 및 이에 따른 출력 편광을 예시한 테이블이다.
도 5는 위상 변이 소자로 회전 편광판을 이용한 제 1 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 위상 변이 소자로 가변 파장판을 이용한 제 2 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.
도 7는 위상 변이 소자로 편광 이미지 센서를 이용한 제 3 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 제 1 내지 제 3 종래 및 본 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 성능 비교를 나타내는 테이블이다.

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 연결 관계 뿐만 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, 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시 예에서의 제 1 구성요소는 다른 실시 예에서 제 2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시 예에서의 제 2 구성요소를 다른 실시 예에서 제 1 구성요소라고 칭할 수도 있다.

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 실시예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.

본 개시에 있어서, 본 명세서에 사용되는 위치 관계의 표현, 예컨대 상부, 하부, 좌측, 우측 등은 설명의 편의를 위해 기재된 것이고, 본 명세서에 도시된 도면을 역으로 보는 경우에는, 명세서에 기재된 위치 관계는 반대로 해석될 수도 있다.

이하, 첨부한 도 1 및 도 2를 참조하여 본 개시의 실시예들에 대해서 설명한다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 구성도이다.

홀로그램 생성 장치(100)는 자가간섭 디지털 홀로그래픽 시스템은 대상 물체(102)로부터 전파되는 입사광을 자가 간섭 방식으로 간섭 무늬를 생성하여 획득하는 시스템일 수 있다.

홀로그램 생성 장치(100)는 대상 물체(102)로부터 입사되는 입사광이 진행되는 광축을 따라, 대물 렌즈(104), 제 1 선편광부(106), 편광 선택 소자(108), 기하학적 위상 변조부(112), 제 2 선편광부(114) 및 이미지 센서(116)를 포함할 수 있다. 또한, 홀로그램 생성 장치(100)는 편광 선택 소자(108) 및 이미지 센서(116)에 인가되는 출력 편광 신호 및 노출 개시 신호를 생성하여 전송하는 동기화 신호 발생기(110), 및 이미지 센서(116)에서 획득된 간섭 무늬에 기반하여 홀로그램 이미지를 취득, 가공하는 컴퓨팅 디바이스(118)를 구비할 수 있다.

대물 렌즈(104)는 대상 물체로부터 입사되는 입사광을 통과시키면서 집광하여 제 1 선편광부(106)로 전달할 수 있다.

제 1 선편광부(106)는 대물 렌즈(104)의 후방에 배치되며, 입사광에서 간섭가능한 선형 편광을 필터링하도록 입사광을 변조할 수 있다. 제 1 선편광부(106)는 예컨대 선편광판으로 구성될 수 있다.

편광 선택 소자(108)는 제 1 선편광부(106)의 후방에 배치되며, 동기화 신호 발생기(110)에서 인가되는 출력 편광 신호에 따라, 선편광된 입사광을 서로 상이하게 설정된 출력 편광 각도로 출력할 수 있다.

홀로그래피 기술의 경우, 간섭 무늬를 통해 홀로그램 이미지를 획득하는 이미지 센서(116)에, 광원의 정보와 물체의 쌍영상(twin-image) 정보가 함께 기록되고, 이는 노이즈로 작용하게 될 수 있다. 따라서, 상기 광원 및 쌍영상 정보를 홀로그램 이미지에서 제거하기 위해, 편광 선택 소자(108)가 구비되며, 위상 변이 수단으로 기능할 수 있다. 이에 대해 상세히 설명하면 이하와 같다.

[수학식 1]

장치(100)의 광축을 따라 평행하게 배열된 정축(on-axis 구조)에서, 2 개 파면의 간섭이 발생하면, 수학식 1과 같이 4개의 항이 도출된다. ψ는 복소 홀로그램이고, 1, 2는 각 파면을 지칭한다.

수학식 1에서 첫번째 및 두번째 항은 각 파면의 밝기 정보를 나타내는 바이어스(bias), 마지막 항은 원하는 복소 광정보의 공액상 혹은 쌍영상(twin-image)이다. 이들 정보들은 원하는 복소 광정보인 세번째 항만을 선명하게 추출하는데 방해되는 요소이고, 공간적으로 완전히 겹쳐져 있어 복잡한 형태일수록 1개의 간섭 무늬만으로 완벽히 추출하는 것이 곤란하다. 원하는 복소 광정보를 얻기 위해, 편광 선택 소자(108)는 간섭하는 두 파면 사이의 위상 일부를 변환시키는 위상 변이(phase-shifting)를 구현함으로써, 기하학적 위상 변조부(112) 및 이미지 센서(116)는 여러 장의 간섭 무늬를 획득하고 복수의 간섭 무늬를 조합할 수 있다.

즉, 편광 선택 소자(108)는 기하학적 위상 변조부(112)로 전달하는 입사광에 대해 위상을 변환시킬 수 있다. 편광 선택 소자(108)는 광 경로를 직접 변환시키는 위상 변이 방식이 아니라 광 경로를 유지한 상태로 위상을 변환시키는 기하학적 위상 변이 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 편광 선택 소자(108)가 경로 변환에 의한 위상 변환에 의존하지 않으므로, 모든 파장대에서 오차가 적은 위상 변이 효과를 얻을 수 있다.

구체적으로, 편광 선택 소자(108)는 선편광된 입사광을 서로 상이한 출력 편광 각도로 출력하도록, 출력 편광 신호에 따라, 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비할 수 있다.

편광 선택 소자(108)는 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치됨과 아울러서, 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되도록 설정된 복수의 셀들을 포함할 수 있다. 본 개시에서는 입사광이 4개의 출력 편광 각도로 출력되도록, 편광 선택 소자(108)가 소정의 액정 모드를 갖는 2 개의 셀들(108a, 108b)로 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 다른 위상 변조가 가능하도록, 서로 다른 초기 배향각을 갖도록 설정될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)이 각각 턴오프되는 경우, 각 셀들을 통과하는 선편광된 광은 각각 서로 다른 출력 편광 각도로 출사될 수 있다. 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)이 각각 턴온되는 경우, 각 셀들을 통과하는 선편광된 광은 각각 서로 다른 출력 편광 각도로 출사될 수 있다. 이에 따라, 2개의 셀들(108a, 108b)로 구성된 편광 선택 소자(108)는 각 셀의 턴온 및 턴오프의 조합에 의해, 4개의 출력 편광 각도를 가질 수 있다. 본 개시는 편광 선택 소자가 2개의 셀들로 구성된 것을 예시하고 있다. 그러나 이에 제한되지 않으며, 입사광이 상술한 개수 외의 출력 편광 각도로 출력되도록 3 개 이상의 셀들이 배치될 수도 있다.

제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)은 반파장판 특성을 갖는 액정 소자로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)은 출력 편광 신호, 예컨대 제 1 및 제 2 셀 제어 신호가 인가되는 경우, 각각 전체 영역에 동일한 위상을 갖도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 입사광이 편광 선택 소자(108)의 전체에 걸쳐 균일한 출력 편광 각도로 출사될 수 있다.

복수의 셀들(108a, 108b)은 동일한 액정 모드를 갖는 액정 소자로 구성될 수 있다. 도 2a 내지 도 2e에 예시된 바와 같이, 셀들(108a, 108b)에 적용되는 액정 모드는 광학적 보상 휨(Optically Compensated Bend; OCB) 모드, 전기 제어 복굴절(Electrically Controlled Birefringence; ECB) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertically Aligned)모드 및 IPS(In Plane Switching) 모드 중 어느 하나를 채용할 수 있다. 도 2a 내지 도 2e는 편광 선택 소자를 구성하는 셀에 적용가능한 액정 모드들 예시한 도면이다. 본 개시에서는 액정 모드가 상술한 예로 열거되고 있으나, 이에 제한되지 않는다.

도 2a는 셀들(108a, 108b)에 적용가능한 광학적 보상 휨(Optically Compensated Bend ; OCB) 모드를 나타내고 있다.

편광 선택 소자(108)의 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되는 제 1 OCB 셀 및 제 2 OCB 셀로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 OCB 셀들은 각각 광학적 보상 휨의 액정 모드를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 OCB 셀들은 서로 다른 위상 변조가 가능하도록, 서로 다른 초기 배향각을 갖도록 설정될 수 있으며, 예컨대 45, 67.5도로 각각 설정될 수 있다.

도 2a를 참조하여, OCB 셀의 구동 원리를 설명한다.

액정 소자는 편광된 빛을 액정의 광축 방향 또는 액정의 광학적 이방성, 즉 복굴절율의 크기를 전기적으로 변조시켜 제어함으로써, 액정 소자의 광학적 투과율 또는 반사율의 계조를 변환시킬 수 있다. 액정 소자의 모드는 초기 액정의 배열 구조와, 전기장의 방향을 결정하는 전극구조를 통해, 액정이 움직이는 방향에 의해 결정될 수 있다.

OCB 셀은 pi셀 구조에 광학적 보상 필름을 부착하여 시야각을 개선한 타입일 수 있다. pi셀은 유전 상수가 양인 액정을 약간의 선경사각을 갖는 배향막에 러빙한 후, 상하부 판은 수평 배향이 되도록 접착한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액정의 초기 상태는 splay 상태일 수 있다. 이 상태에 수직 고전압을 인가하면, splay 상태는 bend 상태로 전이될 수 있다. 이 때, 전기장을 제거하면 액정들은 180 도 twist 상태로 전이할 수 있다. bend상태에서 180° twist 상태로 전이하려는 전압보다 약간 높은 전압을 초기에 지속적으로 인가하면, bend 상태가 계속 유지될 수 있다. 이때, 선경사각이 낮은 bend상태는 낮은 bend상태로 칭하고, 높은 전압을 인가하여 선경사각이 높은 bend상태는 높은 bend 상태로 칭할 수 있다. 낮은 bend 상태와 높은 bend 상태를 상호 스위칭하는 것이 OCB 모드일 수 있다. 스위칭 시에 상부의 액정들과 하부의 액정들의 움직이는 방향이 동일하므로, 셀 두께의 중앙부에서 유체 흐름(액정의 흐름 방향)에 의해 발생하는 마찰이 실질적으로 없다. 이에 따라, 약 1 ms의 빠른 on-off 응답 시간을 가지므로, 응답 특성이 매우 빠르다.

도 2b는 셀들(108a, 108b)에 적용가능한 전기 제어 복굴절(Electrically Controlled Birefringence; ECB) 모드를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되는 제 1 ECB 셀 및 제 2 ECB 셀로 구성될 수 있다.

도 2b를 참조하여 ECB 셀의 동작을 설명하기로 한다. ECB 셀의 액정의 방향은 기판의 배향축 방향과 동일하며, 액정층에 전기장이 인가되면, 액정은 전기장의 방향과 일치하도록 정렬될 수 있다. 액정층의 지연량(retardation)이 반파장(π) 조건이며 입사광의 편광 방향과 액정의 정렬 방향이 45도로 위치되는 경우, ECB 셀이 턴오프되면, 입사광의 출력 편광 방향이 90 도 회전될 수 있다. ECB 셀이 턴온되면, 입사광의 출력 편광 방향은 변화없이 유지될 수 있다.

도 2c는 셀들(108a, 108b)에 적용가능한 TN(Twisted Nematic) 모드를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되는 제 1 TN 셀 및 제 2 TN 셀로 구성될 수 있다.

도 2c를 참조하여 TN 셀의 동작을 설명하기로 한다. 턴오프된 경우, TN 셀의 최상측 및 최하측의 액정은 서로 수직되게 배열될 수 있다. 턴온된 경우, 액정의 꼬임(트위스트)가 해제되면서 액정이 전기장 방향으로 정렬될 수 있다. TN 셀이 턴오프되면, 입사광의 출력 편광 방향이 90 도 회전될 수 있다. TN 셀이 턴온되면, 입사광의 출력 편광 방향은 변화없이 유지될 수 있다.

도 2d는 셀들(108a, 108b)에 적용가능한 VA(Vertically Aligned) 모드를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되는 제 1 VA 셀 및 제 2 VA 셀로 구성될 수 있다.

도 2d를 참조하여 VA 셀의 동작을 설명하기로 한다. 턴오프된 경우, VA 셀의 액정은 기판에 대해 수직되게 정렬될 수 있다. 턴온된 경우, 액정이 전기장 방향에 수직되게 정렬될 수 있다. VA 셀이 턴오프되면, 입사광의 출력 편광 방향은 변화없이 유지될 수 있다. 액정층의 지연량(retardation)이 반파장(π) 조건이며 입사광의 편광 방향과 액정의 정렬 방향이 45도로 위치되는 경우, VA 셀이 턴온되면, 입사광의 출력 편광 방향은 90 도 회전될 수 있다.

도 2e는 셀들(108a, 108b)에 적용가능한 IPS(In Plane Switching) 모드를 나타내고 있다. 제 1 및 제 2 셀들(108a, 108b)은 서로 상이한 출력 편광 각도로 출사되는 제 1 IPS 셀 및 제 2 IPS 셀로 구성될 수 있다.

도 2e를 참조하여 사용 액정 타입이 포지티브 액정을 채택하는 IPS 셀의 동작을 설명하기로 한다. 턴오프된 경우, IPS 셀의 액정은 기판의 배향축과 동일한 방향으로 배열될 수 있다. 턴온된 경우, 액정이 전기장 방향에 45도로 회전한 방향으로 정렬될 수 있다. IPS 셀이 턴오프되면, 입사광의 출력 편광 방향은 변화없이 유지될 수 있다. 액정층의 지연량(retardation)이 반파장(π) 조건이며 입사광의 편광 방향과 액정의 정렬 방향이 45도로 위치되는 경우, IPS 셀이 턴온되면, 입사광의 출력 편광 방향은 90 도 회전될 수 있다.

한편, 동기화 신호 발생기(110)에서 생성되는 출력 편광 신호는 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)에 각각 독립적인 셀 제어 신호를 인가할 수 있다. 따라서, 도 4에 예시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)에 각각 인가되는 제 1 및 제 2 셀 제어 신호에 따라, 출력 편광 각도가 결정될 수 있다. 아울러, 출력 편광 신호, 즉 제 1 및 제 2 셀 제어 신호는 입사광의 출력 편광 각도를 90도 간격으로 순차적으로 제어하도록 생성될 수 있다. 이로 인해, 기하학적 위상 변조부(112) 및 이미지 센서(116)는 4 단계에 따른 각도로 선택된(위상 변이된) 간섭 무늬를 획득하여 조합할 수 있다.

홀로그램을 실시간으로 생성하기 위해, 동기화 신호 발생기(110)는 이미지 센서(116)의 노출 개시 신호에 동기화하여 제 1 및 제 2 셀 제어 신호를 발생시킬 수 있다.

도 5에서의 회전 편광판을 이용한 제 1 종래 장치와 달리, 본 개시에 따른 편광 선택 소자(108)는 기계적인 회전을 수반하지 않으므로, 홀로그램의 실시간 취득 및 움직이는 물체의 홀로그램 취득을 실현할 수 있다. 또한, 가변 파장판의 개구 및 응답 속도로 인하여 홀로그램의 실시간 취득이 불가능한 도 6에서의 제 2 종래 장치와 달리, 본 개시의 편광 선택 소자(108)는 선택된 편광을 이미지 센서(116)의 노출과 동기화하여 출력하므로, 실시간 취득이 가능하다. 도 7에서의 편광 이미지 센서를 이용한 제 3 종래 장치와 달리, 본 개시의 편광 선택 소자(108)가 편광 선택성을 가지며, 이미지 센서(116)는 별도의 편광 선택 요소가 필요하지 않으므로, 제 3 종래 장치에 비해 높은 해상도를 가질 수 있다.

기하학적 위상 변조부(112)는 편광 선택 소자(108)에 의해 선택된 출력 편광 각도로 순차적으로 출력된 입사광에 대해 각각 복수의 원 편광(circular polarization)으로 변조할 수 있다. 복수의 원 편광은 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)일 수 있다. 기하학적 위상 변조부(112)에 변환된 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)의 간섭에 의해, 간섭 무늬가 생성될 수 있다.

기하학적 위상 변조부(112)는 기하학적 위상 렌즈(geometric phase lens), phase-only SLM(Spatial Light Modulator), 복굴절 렌즈, 액정 렌즈 중 어느 하나일 수 있다. 기하학적 위상 변조부(112)가 기하학적 위상 렌즈인 경우를 예로 들어 설명하면, 액정이 특정 고정 배열을 유지하여 렌즈의 역할을 하는 소자일 수 있다. 일반적인 렌즈는 굴절률이 다른 매질의 두께를 조절하여, 입사광의 파면을 변조함으로써, 수렴 혹은 발산하게 하는 동적 위상(dynamic phase) 변조를 구현할 수 있다. 기하학적 위상 렌즈는 액정의 복굴절 특성에 따른 빛의 편광 상태 변환으로 위상 변환이 일어나고, 이에 따라 입사광의 파면이 변조된다는 차이점을 가진다. 기하학적 위상 렌즈를 제작할 때 홀로그램 촬영 기법을 이용하므로, 기록하고자 하는 렌즈면의 쌍영상(twin-image)이 함께 기록되고 따라서 음과 양의 초점거리를 모두 가지는 렌즈 특성을 보일 수 있다.

기하학적 위상 렌즈는 액정 소자를 전기적으로 움직일 필요가 없이 감광성 고분자가 경화되면서 형성된 배향막에 따라 영구적으로 배향되기 때문에 독립적인 수동 광학 소자로 작용할 수 있다.

또한, 입사광이 우원 편광일 경우 좌원 편광으로 변환되어, 양의 초점 거리에 따라 수렴하고, 입사광이 좌원 편광일 경우 우원 편광으로 변환되어, 음의 초점 거리에 따라 발산할 수 있다. 무편광 빛 또는 선편광된 빛이 입사하면 에너지가 1/2씩으로 나뉘어 수렴 및 발산하며, 도 1에서와 같이, 수렴광은 좌원 편광(LHCP)이 되고, 발산광은 우원 편광(RHCP)이 될 수 있다.

참고로, 원 편광은 광파의 전기 변위 벡터(또는 자기장 변위 벡터)의 진동 방향이 원진동인 것을 의미하는데, 직선 편광이 1/4 파장판의 주축에 대하여 45ㅀ경사진 진동면을 가지고 입사할 때 1/4 파장판을 통과한 빛은 원 편광이다. 빛의 전기 벡터가 관측자로부터 보아 시계 방향으로 회전하는 원 편광을 우원 편광이라 하고, 반시계 방향으로 회전하는 원 편광을 좌원 편광이라고 한다.

제 2 선편광부(114)는 기하학적 위상 변조부(112)의 후방에 배치되며, 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)을 각각 상응하는 선형 편광으로 변이시킬 수 있다. 기하학적 위상 변조부(112)를 통해 변환된 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)을 제 2 선편광부(114)를 통해 동일한 직선 편광으로 변화시킴으로써, 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)의 간섭 현상을 더욱 강화할 수 있고, 이를 통해 이미지 센서(116)에 보다 선명한 간섭 무늬가 생성될 수 있다. 제 2 선편광부(114)는 예컨대 선편광판으로 구성될 수 있다.

이미지 센서(116)는 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)이 변환된 2개의 선형 편광을 수광하며, 원 편광들에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득할 수 있다. 이미지 센서(116)는 동기화 신호 발생기(110)에서 인가된 노출 개시 신호에 따른 펄스를 순차적으로 수신하여, 간섭 무늬를 이미지로 취득할 수 있다. 홀로그램의 실시간 취득을 위해, 동기화 신호 발생기(110)는 노출 개시 신호, 제 1 및 제 2 셀 제어 신호를 동기화하여 발생시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 편광 선택 소자(108)가 90도 간격으로 순차적으로 출력 편광 각도를 갖도록, 입사광을 출사한 경우, 90도(π/2) 간격으로 위상 변이된 4개의 간섭 무늬가 조합되며, 각 4개의 간섭 무늬 이미지는 수학식 2로 획득될 수 있다. 획득된 4 개의 이미지를 조합하여 하나의 복소 광정보 데이터로 변환하는 과정은 수학식 3과 같다. ψ는 복소 홀로그램이고, 1, 2는 각 파면이고, I는 90도 간격마다의 위상 변위된 이미지를 지칭한다.

[수학식 2]

[수학식 3]

본 개시에 따른 홀로그램 생성 장치(100)는 이미지 센서(116)에 의해 획득된 간섭 무늬에 대한 정보를 통해 입사광의 정보를 취득할 수 있다. 즉, 이미지 센서(116)에 의해 획득된 간섭 무늬를 통해 홀로그램 이미지를 획득할 수 있다. 획득된 홀로그램 이미지는 컴퓨팅 디바이스(118)에 의해, 별도의 홀로그램 디스플레이 장치를 통해 디스플레이될 수 있으며, 홀로그램 디스플레이 장치는 다양한 방식으로 적용될 수 있다.

이상의 실시예에서는, 편광 선택 소자(108)가 기하학적 위상 변조부(112)의 전방에 배치되는 것을 위주로 설명하였으나, 다른 변형예로 편광 선택 소자(108)가 기하학적 위상 변조부(112)의 후방에 배치될 수 있다. 이 경우, 편광 선택 소자(108)는 기하학적 위상 변조부(112)와 제 2 선편광부(114) 사이에 위치될 수 있다.

변형예에 따르면, 편광 선택 소자는 기하학적 위상 변조부(112)에서 출사된 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)을 이에 각각 대응하는 선형 편광으로 변환시켜, 이미지 센서(116)에 복수의 선형 편광을 출력할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서(116)는 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 취득할 수 있다.

이하, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법에 대해 설명하기로 한다. 홀로그램 생성 방법은 도 1을 통해 설명한 홀로그램 생성 장치(100)를 이용하여 홀로그램을 생성하는 방법을 예로 들어 설명한다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 순서도이다.

먼저, 대물 렌즈(104)는 대상 물체(102)로부터 전파되는 입사광을 집광하여 제 1 선편광부(106)로 전달할 수 있다(S105).

이어서, 제 1 선편광부(106)는 입사광에서 간섭가능한 선형 편광을 필터링하도록 입사광을 변조할 수 있다(S110).

다음으로, 편광 선택 소자(108)는 소정의 출력 편광 각도들로 변조된 입사광을 위상 변이하여, 입사광을 편광 출력할 수 있다(S115).

편광 선택 소자(108)는 출력 편광 신호에 따라, 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비할 수 있다. 편광 선택 소자(108)는 도 2a 내지 도 2e 를 통해 예시된 액정 모드 중 어느 하나를 갖는 제 1 셀(108a) 및 제 2 셀(108b)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)은 서로 다른 위상 변조가 가능하도록, 서로 다른 초기 배향각을 갖도록 설정될 수 있으며, 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)은 반파장판 특성을 갖는 액정 소자로 구성될 수 있다.

여기서, 동기화 신호 발생기(110)에서 생성되는 출력 편광 신호는 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)에 각각 독립적인 셀 제어 신호를 인가할 수 있다. 또한, 홀로그램을 실시간으로 생성하기 위해, 동기화 신호 발생기(110)는 이미지 센서(116)의 노출 개시 신호에 동기화하여 제 1 및 제 2 셀 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)이 OCB 셀로 구성되는 경우, 제 1 및 제 2 셀 제어 신호에 따른 출력 편광 각도는 도 4로 예시되어 있다. 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)이 다른 액정 모드로 구성되더라도, 제 1 및 제 2 셀 제어 신호의 동작 및 출력 편광 각도는 도 4와 유사하게 구현될 수 있다.

도 4는 제 1 및 제 2 OCB 셀에 인가되는 셀 제어 신호 및 이에 따른 출력 편광을 예시한 테이블이다. 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)에 각각 인가되는 제 1 및 제 2 셀 제어 신호(on, off)에 따라, 출력 편광 각도가 결정될 수 있다. 입사광의 출력 편광 각도를 90도 간격으로 순차적으로 제어하기 위해, 제 1 및 제 2 셀 제어 신호는 제 1 및 제 2 셀(108a, 108b)로 구현되는 편광판의 회전 각도에 부합하여 생성될 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 셀 제어 신호는 상기 회전 각도를 0, 45, 90, 135로 순차적으로 설정되도록 생성될 수 있다. 이로 인해, 기하학적 위상 변조부(112) 및 이미지 센서(116)는 4 단계에 따른 각도로 선택된(위상 변이된) 간섭 무늬를 획득하여 조합할 수 있다.

다음으로, 기하학적 위상 변조부(112)는 편광 선택 소자(108)에서 출력 편광 각도로 순차적으로 출력된 입사광에 대해, 각각 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)으로 변조할 수 있다(S120).

이어서, 제 2 선편광부(114)는 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)의 간섭 현상을 강화하기 위해, 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)을 각각 상응하는 선형 편광으로 변환시킬 수 있다(S125).

다음으로, 이미지 센서(116)는 제 1 및 제 2 셀 제어 신호에 동기화된 노출 개시 신호를 순차적으로 수신하여, 2개의 선형 편광을 수광하며, 원 편광들에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 획득할 수 있다(S130). 노출 개시 신호는 동기화 신호 발생기(110)에서 발생되는 펄스 신호일 수 있다.

이상의 실시예에서는, 편광 선택 소자(108)가 기하학적 위상 변조부(112)의 전방에 배치되는 것을 위주로 설명하였으나, 다른 변형예로 편광 선택 소자(108)가 기하학적 위상 변조부(112)의 후방에 배치될 수 있다. 이 경우, 편광 선택 소자(108)는 기하학적 위상 변조부(112)와 제 2 선편광부(114) 사이에 위치될 수 있다.

변형예에 따르면, S120 단계가 S115 단계보다 선행될 수 있다. 이에 따라, 편광 선택 소자는 기하학적 위상 변조부(112)에서 출사된 좌원 편광(LHCP) 및 우원 편광(RHCP)을 이에 각각 대응하는 선형 편광으로 변환시켜, 이미지 센서(116)에 복수의 선형 편광을 출력할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서(116)는 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 취득할 수 있다.

이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 종래 및 본 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 성능 비교를 통해 본 개시에 따른 홀로그램 생성 장치의 이점에 대해 설명하기로 한다.

도 5는 위상 변이 소자로 회전 편광판을 이용한 제 1 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.

제 1 종래 홀로그램 생성 장치(10)는 회전 편광판(16) 및 편광판(16)을 회전시키는 편광판 회전 구동부(18)를 포함하는 편광 선택 소자(14), 기하학적 위상 렌즈(20), 고정 편광판(22), 및 이미지 센서(24)를 구비한다.

편광판 회전 구동부(18)는 회전 편광판(16)을 45도 각도로 순차적으로 회전시키도록 구성되어, 회전 편광판(16)은 대상 물체(12)의 입사광을 90도 간격으로 순차적으로 위상 변이한 편광을 출력한다. 기하학적 위상 렌즈(20)는 편광 선택 소자(14)를 통해 변환된 직선 편광을 좌원 편광 및 우편원광으로 변조한다. 고정 편광판(22)은 좌원 편광 및 우원 편광을 직선 편광으로 변화시킨다. 이미지 센서(24)는 순차적으로 수신된 원 편광의 간섭에 의해 간섭 무늬를 순차적으로 획득하고, 복소 홀로그램을 생성할 수 있다.

도 6은 위상 변이 소자로 가변 파장판을 이용한 제 2 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.

제 2 종래 홀로그램 생성 장치(30)는 복굴절성 렌즈(32)와 가변 파장판(34)을 사용하여 자가간섭 광학계 및 위상 변이 소자(편광 선택 소자)를 구현한다. 복굴절성 렌즈(32)는 입사광의 편광 상태에 따라 다른 초점거리를 가지므로, 편광 선택성 파면 변조 소자로 이용된다. 가변 파장판(34)은 파면 변조 된 두 광파에 위상 차이를 부여함으로써, 일련의 위상 변이된 간섭 무늬가 획득되고, 복소 홀로그램이 추출된다.

도 7는 위상 변이 소자로 편광 이미지 센서를 이용한 제 3 종래 홀로그램 생성 장치의 개략 구성도이다.

제 3 종래 홀로그램 생성 장치(40)는 고정 편광판(44), 기하학적 위상 렌즈(46), 편광 이미지 센서(48, 50)를 구비한다.

고정 편광판(44)은 대상 물체(42)의 입사광을 직선 편광으로 변화시킨다. 기하학적 위상 렌즈(46)는 직선 편광을 좌원 편광 및 우편원광으로 변조한다. 편광 이미지 센서(48, 50)는 편광 선택 소자로 기능하며, 이미지 센서의 전방면에 부착되는 마이크로 편광판 어레이(48)를 포함한다. 투과광을 직선 편광으로 변환하는 다수개의 미세 편광판(50)이 이미지 센서의 다수개 분할 영역에 각각 대응하여 배열하도록, 마이크로 편광판 어레이(48)는 형성된다. 이미지 센서는 다수개의 픽셀을 갖는데, 이미지 센서에 대한 분할 영역은 픽셀 단위로 형성될 수 있고, 미세 편광판(50)은 이미지 센서의 픽셀에 각각 대응되게 형성된다. 이때, 미세 편광판(50)을 통해 변환되는 직선 편광의 위상은 각 미세 편광판(50)마다 서로 상이하도록 미세 편광판(50)의 광 투과축(a1, a2, a3, a4)은 서로 다른 각도를 갖도록 형성된다. 구체적으로, 미세 편광판(50)의 광 투과축(a1, a2, a3, a4) 각도는 도 7에 도시된 바와 같이, 45도 차이로 순차적으로 변화하는 서로 다른 4개 종류의 광 투과축 각도 중 어느 하나를 갖도록 형성될 수 있다. 이를 통해 각각의 미세 편광판(50)을 통해 변환되는 직선 편광은 광 투과축(a1, a2, a3, a4) 각도에 따라 위상 차이를 갖는다. 미세 편광판(50)을 통과하여 변환된 2개의 직선 편광은 편광 상태로 이미지 센서에 수광된다. 이때, 좌원 편광 및 우원 편광이 변환된 2개의 직선 편광의 간섭에 의해 간섭 무늬가 생성되고, 생성된 간섭 무늬가 이미지 센서에 의해 획득된다.

도 8은 제 1 내지 제 3 종래 및 본 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 성능 비교를 나타내는 테이블이다.

제 1 내지 제 3 종래 장치(10, 30, 40)는 도 5 내지 도 7에 도시된 장치이다. 본 실시예는 도 1을 통해 설명된 홀로그램 생성 장치이며, 편광 선택 소자의 셀들로 OCB 셀들을 채용한다.

종래 및 본 실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에서, 편광 선택 소자는 90도 간격으로 순차적으로 편광을 출력하도록 제어하였다. 본 실시예에서는, 동기화 신호 발생기(110)가 도 4와 같이, 4 단계로 제 1 및 제 2 OCB 셀의 상태를 순차적으로 제어하도록 제 1 및 제 2 셀 제어 신호를 생성하였다.

도 8을 살펴보면, 제 1 종래 장치(10)에 따른 회전 편광판의 경우, 편광판의 기계적 회전으로 인해, 위상 변조 속도가 본 실시예에 비해 저하된다. 기계적 회전 및 느린 위상 변조로 인해, 제 1 종래 장치(10)는 움직이는 대상 물체의 실시간 촬영을 수행할 수 없다.

또한, 제 2 종래 장치(30)에 따른 가변 파장판의 경우, 공간적으로 균일한 위상 지연값을 가지는 것이 곤란하여, 개구를 좁게 형성되는 것을 알 수 있다. 제 2 종래 장치에서는 액정의 움직임이 느려서, 위상 변조 속도가 느리다는 점을 도 8을 통해 알 수 있다. 이에 따라, 4 단계의 위상 변이를 통한 촬영 중, 대상 물체가 움직이면 간섭무늬의 변화가 심해 실시간 촬영이 불가능하다.

제 3 종래 장치(40)에 따른 편광 이미지 센서의 경우, 미소 편광판마다 편광 위상이 상이하여 이미지 센서의 모든 픽셀을 활용할 수 없어, 도 8에서 확인된 바와 같이, 최종 복소 홀로그램의 해상도가 모든 픽셀을 사용하는 본 실시예에 비해 1/2으로 손실되는 단점이 나타났다.

본 실시예에서는 제 1 및 제 2 OCB 셀의 상태를 4 단계로 순차적으로 제어하는 것이 고속으로 구현될 수 있으며, 이미지 센서(116)의 노출 개시 신호가 제 1 및 제 2 셀 제어 신호에 동기화될 수 있다. 이에 따라, 도 8에서 알 수 있듯이, 본 실시예는 수 ms의 속도로 OCB 셀들(108a, 108b)과 이미지 센서(116)를 구동함으로써, 실시간에 준하는 홀로그램 취득하면서, 높은 해상도를 구현할 수 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.

100 홀로그램 생성 장치 102 대상 물체
104 대물 렌즈 106 제 1 선편광부
108 편광 선택 소자 108a, b 제 1 및 제 2 셀
110 동기화 신호 발생기 112 기하학적 위상 변조부
114 제 2 선편광부 116 이미지 센서
118 컴퓨팅 디바이스

Claims (20)

1. 대상 물체로부터 입사되는 입사광이 통과하도록 배치되며, 상기 입사광을 복수의 원 편광으로 변조시키는 기하학적 위상 변조부;
   상기 복수의 원 편광을 수광하며 상기 복수의 원 편광에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 이미지 센서; 및
   출력 편광 신호에 따라 상기 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비하며, 서로 상이한 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는 편광 선택 소자를 포함하는 홀로그램 생성 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 선택 소자는 상기 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치됨과 아울러서, 서로 상이한 편광 각도로 출사되도록 설정된 복수의 셀들을 포함하는, 홀로그램 생성 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 셀들은 각각 반파장판 특성을 갖는 액정 소자로 구성되며, 전체 영역에 동일한 위상을 갖도록 제어되는, 홀로그램 생성 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 출력 편광 신호는 상기 복수의 셀들에 각각 독립적인 셀 제어 신호를 인가하고, 상기 복수의 셀들에 각각 인가되는 상기 셀 제어 신호에 따라 상기 출력 편광 각도가 결정되는, 홀로그램 생성 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 편광 신호는 상기 입사광의 출력 편광 각도를 90도 간격으로 순차적으로 제어하도록 생성되는, 홀로그램 생성 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는 노출 개시 신호에 기초하여 상기 복수의 원 편광을 수광하고, 상기 출력 편광 신호는 상기 노출 개시 신호에 의해 동기화되어 발생되는, 홀로그램 생성 장치.
   
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 셀들은 동일한 액정 모드를 갖는 액정 소자로 구성되며, 상기 액정 모드는 광학적 보상 휨(Optically Compensated Bend; OCB) 모드, 전기 제어 복굴절(Electrically Controlled Birefringence; ECB) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertically Aligned)모드 및 IPS(In Plane Switching) 모드 중 어느 하나를 채용하는, 홀로그램 생성 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부의 전방에 배치되며, 상기 기하학적 위상 변조부는 서로 상이한 출력 편광 각도로 순차적으로 출력된 상기 입사광에 대해 각각 상기 복수의 원 편광으로 변조하는, 홀로그램 생성 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기하학적 위상 변조부와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 복수의 원 편광을 복수의 선형 편광으로 변이시키는 선편광부를 더 포함하고,
   상기 이미지 센서는 상기 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 취득하는, 홀로그램 생성 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부의 후방에 배치되며, 상기 편광 선택 소자는 상기 기하학적 위상 변조부에서 출사된 상기 복수의 원 편광을 상기 복수의 원 편광에 대응하는 복수의 선형 편광으로 변환시키며, 상기 이미지 센서에 상기 복수의 선형 편광을 출력하고, 상기 이미지 센서는 상기 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 취득하는, 홀로그램 생성 장치.
    
11. 기하학적 위상 변조부에 의해, 대상 물체로부터 입사되는 입사광을 복수의 원 편광으로 변조하는 단계;
    상기 이미지 센서에 의해, 상기 복수의 원 편광을 수광하여 상기 복수의 원 편광에 의해 생성된 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 단계; 및
    출력 편광 신호에 따라 상기 입사광의 출력 편광 각도를 제어하는 액정 소자를 구비하는 편광 선택 소자에 의해, 서로 상이한 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는 단계를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 편광 선택 소자는 상기 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치됨과 아울러서, 서로 상이한 편광 각도로 출사되도록 설정된 복수의 셀들을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 각각 반파장판 특성을 갖는 액정 소자로 구성되며, 전체 영역에 동일한 위상을 갖도록 제어되는, 홀로그램 생성 방법.
    
14. 제 12항에 있어서,
    상기 출력 편광 각도로 순차적으로 입사광을 출력하는 단계는, 상기 복수의 셀들에 각각 독립적인 셀 제어 신호를 상기 출력 편광 신호로서 인가하고, 상기 복수의 셀들에 각각 인가되는 상기 셀 제어 신호에 따라 상기 출력 편광 각도를 결정하는 것을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
15. 제 11항에 있어서,
    상기 출력 편광 각도로 순차적으로 입사광을 출력하는 단계는, 상기 입사광의 출력 편광 각도를 90도 간격으로 순차적으로 제어하도록, 상기 출력 편광 신호를 생성하는 것을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
16. 제 11항에 있어서,
    상기 이미지로 취득하는 단계는, 상기 이미지 센서의 노출 개시 신호에 기초하여 상기 복수의 원 편광을 수광하는 것을 포함하고, 상기 출력 편광 각도로 순차적으로 입사광을 출력하는 단계는, 상기 노출 개시 신호와 동기화되도록 상기 출력 편광 신호를 발생하는 것을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
17. 제 11항에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 동일한 액정 모드를 갖는 액정 소자로 구성되며, 상기 액정 모드는 광학적 보상 휨(OCB) 모드, 전기 제어 복굴절(ECB) 모드, TN 모드, VA모드 및 IPS 모드 중 어느 하나를 채용하는, 홀로그램 생성 방법.
    
18. 제 11항에 있어서,
    상기 편광 선택 소자가 상기 기하학적 위상 변조부의 전방에 배치되는 경우, 상기 복수의 원 편광으로 변조하는 단계는, 서로 상이한 출력 편광 각도로 순차적으로 출력된 상기 입사광에 대해 각각 상기 복수의 원 편광으로 변조하는 것을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기하학적 위상 변조부와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 선편광부를 더 포함하되,
    상기 이미지로 취득하는 단계 전에, 상기 선편광부에 의해, 상기 복수의 원 편광을 선형 편광으로 변이시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 이미지로 취득하는 단계는, 상기 복수의 선형 편광에 의한 간섭 무늬를 이미지로 취득하는 것을 포함하는, 홀로그램 생성 방법.
    
20. 편광 선택 소자에 있어서,
    출력 편광 신호에 따라, 대상 물체로부터 입사되는 입사광의 출력 편광 각도를 제어하도록, 상기 입사광의 진행 방향에 따라 순차적으로 배치되는 복수의 셀들로 구성된 액정 소자를 구비하고,
    상기 복수의 셀들에 각각 독립적으로 상기 출력 편광 신호로서 인가되는 셀 제어 신호에 기초하여 상기 출력 편광 각도가 결정되어, 서로 상이한 출력 편광 각도로 상기 입사광을 순차적으로 출력하는, 편광 선택 소자.

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