KR101518049B1 - 홀로그램 계산 방법 - Google Patents

Abstract

재구성될 물체의 실제 버전에 의해 발생되어질 개략적인 관찰자 눈 위치에서 파면을 결정함으로써 홀로그램을 계산하는 방법이 제공된다. 통상의 컴퓨터 발생된 홀로그램에서, 물체를 재구성하는 데 필요한 파면을 결정하지만, 이것은 본 발명에서 직접 행해지지 않는다. 그 대신에, 재구성된 물체의 동일 위치에 위치된 실제 물체에 의해 발생될 관찰자 창에서 파면을 결정한다. 이어서, 이들 파면을 발생하기 위해 홀로그램이 어떻게 인코딩되어야 하는지를 결정하기 위해 이들 파면을 홀로그램으로 역변환할 수 있다. 이어서, 적절히 인코딩된 홀로그램은 사람의 눈을 관찰자의 평면에 놓고 관찰자 창을 통해 봄으로써 관찰될 수 있는 3차원 장면의 재구성을 발생할 수 있다.

홀로그램, 푸리에 변환, 프레넬 변환, 관찰자 창

Description

홀로그램 계산 방법{A METHOD OF COMPUTING A HOLOGRAM}

본 발명은 홀로그램을 계산하는 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 전자-홀로그래피(electro-holography)를 사용하여 홀로그램을 발생하는 방법에 관한 것이다. 전자-홀로그래피는 컴퓨터-발생된 홀로그램을 실시간으로 실현하는 것을 목표로 한다(즉, 짧은 시간 내에 인코딩된 홀로그래픽 데이터(hologrpahic data)로부터 재구성된 물체가 발생될 수 있다). 홀로그래픽 디스플레이는 일반적으로 제어가능 픽셀들의 어레이를 포함하며, 이 픽셀들은 조명광의 진폭 및/또는 위상에 전자적으로 영향을 줌으로써 물체점(object point)을 재구성한다. 이러한 어레이는 일종의 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)이다. 디스플레이는 어레이 기반이 아니라 그 대신에 연속적일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는, 매트릭스 제어를 갖는 연속형 SLM 또는 AOM(acousto-optic modulator, 음향 광학 변조기)를 비롯한, 연속형 SLM일 수 있다.

광 패턴의 공간 진폭 변조에 의해 비디오 홀로그램을 재구성하는 데 적당한 디스플레이 장치는, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD)이다. 그렇지만, 본 발명은 또한 광 파면(light wave front)을 변조하는 데 간섭성 광(coherent light)을 사용하는 다른 제어가능한 장치에도 적용될 수 있다.

용어의 정의 및 배경 개념

본 문서에서, 용어 '픽셀'은 SLM에서의 제어가능한 홀로그램 픽셀을 나타내며, 픽셀은 개별적으로 어드레싱되고 홀로그램점(hologram point)의 이산적인 값에 의해 제어된다. 각각의 픽셀은 비디오 홀로그램의 하나의 홀로그램점을 나타낸다. 따라서, LCD의 경우, 우리는 개별적으로 어드레싱가능한 화면 픽셀에 대응하기 위해 이 용어 '픽셀'을 사용한다. DLP의 경우, 우리는 개별적인 마이크로-미러 또는 마이크로-미러의 작은 그룹에 대응하기 위해 이 용어 '픽셀'을 사용한다. 연속형 SLM 상에서, 픽셀은 하나의 복소 홀로그램점을 나타내는 SLM 상의 천이 영역이다. 따라서, 용어 '픽셀'은, 가장 일반적으로는, 하나의 복소 홀로그램점을 나타낼 수 있는(예를 들어, 디스플레이할 수 있는) 최소 단위를 의미한다. 컬러 인코딩을 달성하기 위해, 각각의 픽셀은 삼원색 각각에서의 컬러 홀로그램점을 나타내기 위한 또는 디스플레이하기 위한 서브픽셀을 포함할 수 있다. 비디오 홀로그램 인코딩의 종류에 따라, 각각의 컬러 홀로그램점의 원색을 인코딩하기 위해 또는 나타내기 위해 부가적인 서브픽셀이 사용될 수 있다. 예를 들어, Burckhardt 인코딩이 컬러 홀로그램에 사용되는 경우, 각각의 픽셀은 9개 서브픽셀의 배열을 필요로 한다. 보다 명확하게 하기 위해, 본 문서에서, 각각의 픽셀은 진폭 성분 및 위상 성분을 포함하는 단지 하나의 이산적인 홀로그램점 값에 의해 인코딩되며, 상기 성분들은 0일 수 있다. 전용의 제어기 또는 드라이버가 각각의 서브픽셀에 대한 개별적인 제어 신호를 사용하여 서브픽셀을 제어한다. 그렇지만, 제어기 또는 드라이버 및 제어 신호의 제공은 본 발명의 주제가 아니다.

용어 '피치'는 본 문서에서 SLM의 2개의 인접한 픽셀의 중심 간의 거리를 말한다. 따라서, 피치는 디스플레이 해상도를 특징지운다.

'관찰자 창(observer window)'은 제한된 가상 구역(limited virtual zone)으로서, 관찰자는 이를 통해 충분히 높은 가시도를 갖는 재구성된 3D 화면 전체를 볼 수 있다. 관찰자 창은 관찰자의 눈에 또는 그 근방에 위치되어 있다. 관찰자 창은 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있다. 관찰자 창 내에서, 재구성된 물체가 관찰자에게 보이게 되도록 하는 방식으로 파면(wave field)이 간섭한다. 본 발명의 한 구현에서, 장면은 관찰자 창을 통해 볼 수 있으며, 관찰자 창의 모서리들과 SLM 간에 뻗어 있는 절두체(frustum) 내부에 재구성된다. 각각의 눈에 대해 하나씩, 2개의 관찰자 창을 포함하는 것이 가능하다. 보다 복잡한 관찰자 창 배열도 역시 가능하다. 또한, 관찰자가 SLM 후방에서 볼 수 있는 전체 장면 또는 물체를 포함하는 비디오 홀로그램을 인코딩하는 것도 가능하다.

용어 '인코딩'은, SLM을 통과하는 또는 SLM에 의해 반사되는 간섭성 광이 3차원 장면을 재구성하도록, SLM이 제어 신호를 공급받는 방식을 기술한다.

본 문서에 따른 '광원'은, 광이 간섭을 가능하게 해줄 정도로 공간적으로 간섭성이 있음으로써 적어도 1차원으로 적절한 해상도를 갖는 홀로그래픽 재구성을 가능하게 해주는 경우, 충분히 간섭성있는 것으로 간주된다. 공간 간섭성(spatial coherence)은 광원의 측방 범위(lateral extent)에 관계되어 있다. LED 또는 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp)와 같은 종래의 광원도, 적절히 좁은 개구부를 통해 광을 방사하는 경우, 이들 요건을 만족시킬 수 있다. 레이저 광원 으로부터의 광은 회절 한계(diffraction limit) 내의 점 광원으로부터 방사되는 것으로 간주될 수 있다. 이 광은 물체의 예리한 재구성을 가져온다, 즉 각각의 물체점은 회절 한계 내의 점으로 재구성된다.

공간적으로 비간섭성인 광원으로부터의 광은 측방으로 확장되고 재구성된 물체의 블러링(blurring) 또는 스미어링(smearing)을 야기한다. 블러링 또는 스미어링의 정도는 주어진 위치에 재구성된 물체점의 확장된 크기에 의해 주어진다. 홀로그램 구성을 위해 공간적으로 비간섭성인 광원을 사용하기 위해, 개구부 폭을 조정함으로써 재구성 품질과 밝기 간의 절충을 찾아내야만 한다. 더 작은 개구부의 결과, 향상된 공간 간섭성(spatial coherence)이 얻어지며, 따라서 블러링 또는 스미어링의 정도를 낮춘다. 그렇지만, 더 작은 개구부의 결과, 더 낮은 밝기가 얻어진다. 용어 '부분적 공간 간섭성(partial spatial coherence)'은 이러한 광원을 기술하는 데 사용된다.

시간 간섭성(temporal coherence)은 광원의 스펙트럼선 폭(spectrum line width)에 관계되어 있다. 시간 간섭성을 보장하기 위해, 광은 적절히 좁은 파장 범위를 가져야만 한다. 고휘도 LED의 스펙트럼 대역폭은 홀로그래픽 재구성을 위한 시간 간섭성을 보장하기 위해 충분히 좁다. SLM에서의 회절각은 파장에 비례하며, 이는 단색 광원(monochromatic source)만이 물체점의 예리한 재구성을 가져온다는 것을 의미한다. 확장된 스펙트럼은 확장된 물체점 및 스미어링된 또는 블러링된 물체 재구성을 야기한다. 레이저 광원의 스펙트럼은 단색인 것으로 간주될 수 있다. LED의 스펙트럼선 폭은 양호한 재구성을 용이하게 해주기 위해 충분히 좁다.

대부분의 홀로그래픽 시스템에서, 인코딩된 홀로그램은 재구성될 3D 장면의 변환(transform)이다. 용어 "변환"은 변환과 등가이거나 그와 유사한 임의의 수학적 또는 계산 기법을 포함하는 것으로 광의적으로 해석되어야만 한다. 수학적 의미에서의 변환은 막스웰 파동 전파 방정식(Mazwellian wave propagation equation)에 의해 보다 정확하게 기술되는 물리적 프로세스에 대한 근사에 불과하다. 프레넬 변환(즉, 푸리에 변환이라고 알려진 특수 부류의 변환) 등의 변환은 2차 근사이지만 이점을 가지며, 이들이 기본적으로 미분(differential)이 아니라 대수(algebraic)이기 때문에, 이들은 계산 효율적인 방식으로 처리될 수 있고 또한 광학 시스템에서 정확하게 구현될 수 있다.

관련 기술의 설명

종래의 광학을 사용하는 3D-무안경 방식 디스플레이(autostereoscopic display)의 단점은 시차 정보(parallax information)와 사람의 수정체의 원근조절(accommodation) 간의 불일치이다. 한편으로는, 관찰자의 양눈은 임의적인 거리에 있는 물체의 깊이감(depth impression)을 시뮬레이션하는 3D 장면의 서로 다른 투시도를 본다. 다른 한편으로는, 각 투시도가 디스플레이 표면 자체 상에 위치된다. 따라서, 사람의 눈은 디스플레이 표면에 초점을 맞추고 각각의 눈은 평평한 이미지(flat image)를 본다. 이러하기 때문에, 시차 정보에 의해 달성되는 임의적인 깊이에 있는 물체를 보는 것과 고정된 디스플레이 표면에 대한 눈의 원근조절 간에 불일치가 있게 된다. 이 불일치는 불쾌한 느낌 및 눈의 피로를 야기할 수 있 다.

예를 들어, 문서 WO 01/95016에 기술된, 공지의 전자-홀로그래픽 디스플레이는 정확한 깊이에 3D 장면의 물체를 재구성하는 제어가능한 개구부의 픽셀 패턴이 제공된 홀로그램 매트릭스(hologram matrix)를 사용한다. 이것은 종래의 입체 디스플레이의 불편함을 회피할 수 있다. 작은 개구부로부터의 회절은 3D 장면을 재구성하는 데 사용된다. 개구부로부터 나오는 파면은 관찰자에 도달하기 이전에 장면의 물체점에 수렴한다. 이 홀로그램 매트릭스의 개구부의 직경이 작을수록, 따라서 피치가 작을수록, 회절각이 더 커진다. 그것으로 인해 관찰자가 사용하기 위한 시야각이 넓어진다. 그 결과, 시야각을 확대하는 것은 향상된 해상도를 필요로 한다. N. Fukaya, K. Maeno, K. Sato 및 T. Honda의 문서 "Eye-position tracking type electro-holographic display using liquid crystal device(액정 소자를 사용하는 눈-위치 추적형 전자-홀로그래픽 디스플레이)", S36-5, Post-Deadline Paper Asia Display '95는 눈 위치 추적에 의해 전자-홀로그래픽 디스플레이에서의 시역(viewing zone)을 확장하는 방법을 기술하고 있다. 이 문서는 홀로그래픽 어레이로부터 관찰자가 위치할 수 있는 영역 전체로 광을 투사할 필요가 없다는 것을 시사하고 있다. 오히려, 조사된 영역(illuminated area)을 관찰자의 눈으로 제한하는 것으로 충분하다. 따라서, 대형 홀로그램 어레이가 개별적인 홀로그램의 작은 조각들로 분할되고, 그 각각은 하나의 대형 홀로그램 대신에 한쌍의 작은 홀로그램으로 인코딩된다. 그것으로 인해 관찰자는 동일한 3D 물체를 하나의 대형 홀로그램으로부터 온 것처럼 보게 되고, 그 각각은 물체를 재구성하며, 그의 시역은 각각의 눈 위치에 대응한다. 관찰자가 다른 위치로 이동하면, 관찰자는 다른 한쌍의 작은 홀로그램으로부터의 재구성 및 시역을 갖는다. 이 제한은 상당히 적은 픽셀 수를 갖는 SLM의 사용을 용이하게 해준다.

관찰자의 측방(X, Y) 이동을 추적하기 위해, 제어가능 스캐닝 미러는 SLM의 광을 관찰자의 눈으로 투사한다. 관찰자의 세로 방향(Z) 이동의 추적은 작은 LCD들 간의 상대적 공간(relative space)을 변경함으로써 행해진다.

이 문서는 3D-장면이 렌더링되는 비교적 작은 각도가 얻어지는 50 mm의 재구성의 폭에 대해 언급하고 있다.

이 방법의 단점은 다수의 개별적인 작은 LCD를 포함하는 홀로그래픽 어레이를 제조하는 것이 아주 어렵다는 것이다. 게다가, 3D-장면의 동일한 물체점의 다수의 재구성이 보일 수 있는 것이 회피되어야만 한다. 그것은 SLM의 크기, 따라서 물체의 크기를 제한한다.

엄청난 수의 계산을 줄이기 위해, 특허 명세서 WO 01/95016 A1은 관찰자가 직접 볼 수 있는 전자 홀로그램의 부분만 또는 변화하는 부분만의 홀로그램 계산에 대해 개시하고 있다. 전자 홀로그램 어레이는 어드레싱가능한 서브영역으로 이루어져 있다. 그 계산은 특정의 위치에 있는 관찰자의 눈 동공(eye pupil)과 일치할 수 있는 소위 유효 출사 동공(effective exit pupil)에 근거를 두고 있다. 관찰자 위치가 변하면, 추적 장치는 새로운 관찰자 위치에 대한 이미지를 발생하는 홀로그램 부분을 재계산한다.

그렇지만, 이것은 계산 횟수의 감소를 부분적으로 헛되게 만들며, 기술된 해 결책은 극도로 작은 피치를 갖는 대형의 제어가능한 SLM을 필요로 하는 단점을 피하지 못한다.

컴퓨터-발생된 홀로그램을 재구성하는 문서 WO 2003/021363(A1)에 기술된 장치는 재구성을 HPO(horizontal-parallax only) 홀로그램에 제한함으로써 SLM에 대한 요건을 경감시키고 있다.

조명 수단은 10nm보다 작은 대역폭을 가지며 또 수평 방향으로는 간섭성이지만 수직 방향으로는 비간섭성인 단색광을 발생하는 선광원(line light source)이다. 홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)은 수평 방향에서만 일어나는 반면, 수직 방향으로는 홀로그래픽 재구성이 없다. 이 결과, 수평 운동 시차(horizontal motion parallax)를 갖는 재구성된 물체가 얻어진다. 수직 운동 시에 투시도는 변하지 않는다. HPO 홀로그램은 완전-시차 홀로그램(full-parallax hologram)보다 수직 방향으로 더 낮은 해상도의 SLM을 요구한다. 재구성 방향, 즉 수평으로만 주기성이 있다. 1차원 선 홀로그램(one-dimensional line hologram)의 경우 계산 부하가 감소된다.

문서 US 6,927,886(Plesniak)는 홀로그래픽 스테레오그램(holographic stereogram)이 인코딩되어 있는 홀로그램 표면과 공간적으로 다른 재구성가능한 이미지 표면을 갖는 계산된 홀로그래픽 스테레오그램에 관한 것이다. 3차원 물체 또는 장면은 공지의 픽셀 구조와 다른 구조를 갖는 소위 홀로픽셀(holopixel)를 포함하는 어레이에 의해 재구성되는 1차원 홀로그래픽 뷰(one-dimensional holographic view)(HPO-홀로그램)의 적층으로서 포착 또는 합성된다. 하드웨어는 볼 수 있는 이미지를 생성하기 위해 계산된 회절 패턴을 발생하고, 발생 모듈(generating module)은 홀로그램 표면과 공간적으로 다른 하나 이상의 이미지 표면에 간섭 패턴에 의해 홀로그래픽 스테레오그램을 재구성한다.

이 장치는 하나 이상의 홀로그래픽적으로 재구성된 이미지 평면을 통해 3차원 장면의 하나 이상의 일련의 시차 뷰(parallax view)를 투사한다. 소프트웨어를 통해, 이미지 평면(image plane)은 홀로그램 평면(hologram plane)으로부터 떨어진 임의의 위치에 지정되고 가변적인 수의 프로젝터-픽셀(projector-pixel)로 채워질 수 있다. 게다가, 특정의 실시예에서, 홀로그램 표면 및 이미지 표면은 조정가능한 거리만큼 떨어져 있다. 이미지 표면은 가변적인 깊이 및/또는 해상도일 수 있다.

상기한 SLM의 픽셀과는 달리, 홀로픽셀은 아주 복잡한 구조를 가지며, 몇개의 홀로그래픽 뷰를 재구성할 수 있다.

관찰자 창을 눈의 동공보다 단지 약간만 더 큰 범위로 감소시키는 것으로 인해, 출원인의 이전의 특허 출원 WO 2004/044659은 SLM의 피치에 대한 요건 및 홀로그래픽 어레이의 계산 부하를 상당히 경감시킨다. 이 장치는 충분히 간섭성인 광을 제공하는 적어도 하나의 광원, 푸리에-변환 렌즈, 및 각각이 하나 이상의 개구부를 포함하는 픽셀들의 매트릭스를 갖는 홀로그래픽 어레이를 포함한다. 각각의 개구부의 위상 또는 진폭은 제어가능하며, 관찰자 평면은 광원의 이미지 평면에 위치하고 있다. 관찰자 평면에, 적어도 하나의 관찰자 창이 비디오 홀로그램의 변환으로서 주기성 간격(periodicity interval)으로 형성되고, 관찰자 창은 관찰자가 3 차원 장면의 재구성을 관찰하는 것을 가능하게 해준다. 관찰자 창의 최대 범위(즉, X, Y 크기)는 푸리에 변환 평면(광원의 이미지 평면에 등가임)에서의 주기성 간격에 대응할 수 있다. 재구성 절두체(frustum)는 디스플레이 영역과 관찰자 창 간에 뻗어 있으며, 상기 절두체는 비디오 홀로그램의 3차원 장면 전체를 포함한다. 상기한 바와 같이, 관찰자 창은 관찰자의 눈으로 제한되고 그와 관련하여 위치되어 있다. 부록 II는 WO 2004/044659의 추가의 측면 및 그의 개량점을 열거하고 있으며, 이 개량점은 본 발명의 범위 내에 속한다.

본 발명의 기술적 배경

통상적인 홀로그래픽 어레이는 광파의 간섭성 중첩에 의해 3D-물체 또는 3D-장면의 광 파면(light wavefront)을 재구성한다. 그를 위해, 공간 광 변조기(SLM)는 SLM(홀로그래픽 어레이일 수 있음) 상에서 인코딩된 파 패턴(wave pattern)을 디스플레이한다. 인코딩된 홀로그램은 3D 장면의 변환이다. SLM은 백라이트에 의해 제공되는 광파를 회절시키고 장면을 재구성한다. 기본적으로, 홀로그램이 홀로그램점(hologram point)에서 샘플링되는 전자 홀로그램을 디스플레이하는 것은 문제점을 야기한다. 샘플링된 홀로그램은 항상 관찰자 평면에서 주기성 간격으로 인코딩된 파 패턴의 주기적인 반복의 특성을 갖는다. 이러한 반복은 동일한 물체 또는 물체점의 다수의 재구성을 야기한다.

홀로그램의 재구성의 크기가 주기성 간격을 초과하면, 인접한 회절 차수가 중첩한다. 해상도가 점차적으로 감소됨에 따라, 즉 피치가 증가함에 따라, 재구성의 모서리가 인접하는 회절 차수의 중첩으로 인해 점점 더 왜곡된다. 재구성의 사 용가능한 범위는 따라서 점차적으로 제한되는데, 그 이유는 주기적인 재구성된 관찰자 창의 중첩이 회피되어야만 하기 때문이다.

SLM의 시역은 그의 최대 회절각에 의존한다. 이 최대값은 SLM의 픽셀 피치에 의해 정의된다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 푸리에 홀로그램에서, 장면은 홀로그래픽 어레이의 픽셀의 인코딩의 직접 또는 역 푸리에 변환(direct or inverse Fourier transform)으로서 재구성 평면에 재구성된다(즉, 물체 재구성은 어레이의 푸리에 평면에 있다). 이 재구성은 주기성 간격으로 주기적으로 계속되며, 상기 주기성 간격의 크기는 홀로그래픽 어레이에서의 픽셀 피치에 역비례한다.

보다 큰 주기성 간격, 따라서 보다 큰 시야각이 달성되어야 하는 경우, 요구되는 피치(따라서, 홀로그래픽 어레이에서 각각의 픽셀의 서브픽셀의 크기)는 조명광의 파장에 더 가깝게 된다. 어레이 면적은 대형 장면을 재구성할 수 있기 위해 충분히 커야만 한다. 이들 2가지 조건(작은 피치 및 큰 면적)은 많은 수의 픽셀을 갖는 대형 홀로그래픽 어레이를 필요로 한다.

전자 홀로그램의 재구성을 렌더링하기 위해, 충분히 큰 시역이 제공되어야만 한다. 종래의 홀로그래픽 어레이에서, 시역은 적어도 눈 간격(eye separation)에 걸쳐 있어야만 하며, 이는 많아야 약 10 ㎛의 픽셀 피치를 요구한다. 전자-홀로그램을 실시간으로 계산하기 위해서는 고가의 하드웨어 및 높은 계산 속도가 필요하다.

홀로그램을 실시간으로 발생하는 장비에 대한 계산 부하는 홀로그램의 복잡 성에 의존한다. 완전-시차 홀로그램(full-parallax hologram)은 수평 및 수직 방향으로 파의 간섭성 중첩에 의해 홀로그래픽적으로 물체를 재구성한다. 충분히 큰 관찰자 창 또는 관찰자 영역이 주어진 경우, 실제 물체와 같이 수평 및 수직 방향으로 운동 시차를 갖는 재구성된 물체를 볼 수 있다. 그렇지만, 큰 관찰자 영역은 수평 및 수직 방향 둘다에서 고해상도 SLM을 필요로 한다.

SLM 및 계산 장치(예를 들어, 전용의 ASIC, 메인 장치 CPU, 별도의 독립형 장치, 기타 등등)에 대한 요건은 HPO(horizontal-parallax only) 홀로그램 또는 VPO(vertical-parallax only) 홀로그램으로 제한함으로써 경감될 수 있다.

HPO 홀로그램이 사용되는 경우, 홀로그래픽 재구성은 수평 방향에서만 일어나며, 수직 방향으로는 홀로그래픽 재구성이 없다. 이 결과, 수평 운동 시차를 갖는 재구성된 물체가 얻어진다. 수직 운동 시에 투시도가 변하지 않는다. HPO 홀로그램은 완전-시차 홀로그램보다 수직 방향으로 더 낮은 해상도의 SLM을 필요로 한다. 재구성 방향에서만, 즉 수평 방향으로만 주기성이 있다. 따라서, 1차원 선 홀로그램(one-dimensional line hologram)에 대해 계산 부하가 감소된다.

재구성이 수직 방향에서만 일어나는 VPO 홀로그램도 역시 가능하지만 흔하지 않다. 이 결과 수직 운동 시차를 갖는 재구성된 물체가 얻어진다. 수평 방향으로는 운동 시차가 없다. 좌측 눈 및 우측 눈에 대한 서로 다른 투시도가 개별적으로 생성되어야만 한다. 이것은 관찰자 창의 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱에 의해 행해질 수 있다.

VPO 홀로그램 및 HPO 홀로그램 둘다는 물체 거리에서 눈 초점 조절(eye focusing)(즉, 눈 수정체 곡률의 조정)을 달성한다.

종래의 전자-홀로그래픽 디스플레이의 관찰자 창이 눈의 동공보다 훨씬 더 큰 것이(즉, 큰 영역에 걸쳐 재구성된 물체를 볼 수 있는 것이) 통상적이다. 결론은 관찰자가 위치하지 않는 공간의 영역들에 광을 투사하기 위해 많은 노력이 필요하다는 것이다. 따라서, 광 파면을 제어하기 위해 전자-홀로그래픽 디스플레이 전체에 요구되는 성능이 극히 높다.

충분히 큰 관찰자 창 또는 관찰자 영역이 주어진 경우, 재구성된 물체는, 실체 물체와 같이, 수평 및 수직 방향에서의 운동 시차를 용이하게 해준다. 그렇지만, 큰 관찰자 영역은 홀로그래픽 어레이의 수평 및 수직 방향 둘다에서 높은 해상도를 필요로 한다.

홀로그램을 인코딩하는 한 공지된 방법은 우회-위상 효과(detour phase effect)에 기초하는 공지의 Burckhardt 인코딩에 의해 진폭을 변조하는 종래의 액정 디스플레이를 사용하는 것이다. 인코딩은 픽셀당 3개의 이웃하는 서브픽셀과 주요 색을 필요로 한다. 이 인코딩은 -1차, 0차, 1차, 2차, 3차, 기타 등등의 회절 차수라고 하는 3가지 카테고리의 회절 차수를 제공한다. 제1 카테고리, 즉 0차, 3차, 기타 등등의 회절 차수는 비회절된 광을 포함한다. 이들 차수는 재구성을 전혀 제공하지 않는다. 제2 카테고리, 즉 1차, 4차, 기타 등등의 회절 차수는 인코딩된 물체의 재구성을 포함한다. 이와 달리, 제3 카테고리, -1차, 2차, 기타 등등의 회절 차수는 깊이-반전된 물체(depth-inverted object)의 재구성을 포함한다. 그것은 이 재구성이 부정확하다는 것을 의미한다. 정확한 재구성은 1차, 4 차, 기타 등등의 회절 차수만을 포함한다. LCD 개구부의 유한한 구경으로 인해, 보다 높은 회절 차수쪽으로 감에 따라 회절 패턴의 세기가 떨어진다. 따라서, 1차 회절 차수에 관찰자 창을 위치시키는 것이 유리하다.

Burckhardt 인코딩에 의해 제공되는 주기성 간격은 1차, 0차 및 -1차의 회절 차수와 같은 3개의 인접한 회절 차수의 그룹을 포함한다. 각각의 주기성 간격의 크기는 P_diffr = λ*d/p에 의해 주어지며, 여기서 λ는 조명광의 파장을 정의하고, d는 홀로그램과 관찰자 평면 간의 거리이며, p는 서브픽셀 피치이다.

물체가 1차 회절 차수에서만 정확하게 재구성될 때, 관찰자 창은 주기성 간격 P_diffr의 1/3에만 걸쳐 있을 수 있다. 주기성 간격의 크기가 조명광의 파장에도 의존하기 때문에, 컬러 홀로그램의 경우, 관찰자 창의 크기는 사용되는 원색의 최단 파장에 의해 제한된다.

푸리에 홀로그램에서 위상-변조 SLM이 사용되는 경우, 주기성 간격은 물체의 깊이-반전된 재구성을 포함하지 않는다. 그렇지만, 역시 비회절된 광이 있다. 따라서, 주기성 간격 전부가 관찰자 창으로 사용될 수 있는 것은 아니다. 비회절된 광은 관찰자 창으로부터도 배제되어야만 한다.

복소-변조(complex-modulating) SLM이 사용되는 경우, 각각의 단일의 픽셀은 하나의 복소값을 인코딩하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 관찰자 평면에서의 각각의 주기성 간격은 단지 하나의 회절 차수를 포함한다. 그러므로, 관찰자 창에 대해 주기성 간격 전부가 사용될 수 있다.

일반적으로, 관찰자 창은 한 주기성 간격 내에 위치되어야만 하지만, SLM 상에서의 복소값 홀로그램의 인코딩 방법에 따라, 관찰자 창은 주기성 간격보다 작아야만 한다.

전자-홀로그램에 의해 야기되는 광의 전파는 프레넬 변환 또는 푸리에 변환에 의해 기술될 수 있다. 프레넬 변환은 근방계 광 분포(near-field light distribution)를 기술하는 반면, 푸리에 변환은 무한 거리에 있는 원방계 광 분포(far-field light distribution)를 기술한다. 원방계 광 분포는 집광 렌즈(focussing lens)에 의해 유한한 거리로 천이될 수 있다.

특허 출원 WO 2004/044659로부터 알려진 해결책은 재구성된 장면점(scene point)으로부터 나오는 광이 한 관찰자 창으로 한정되도록 이 인코딩된 영역을 제한한다는 생각에 기초하고 있다. 따라서, 이 장치는 관찰자 평면에서 푸리에 변환의 한 주기성 간격에 비디오 홀로그램을 재구성한다. 재구성된 3차원 장면은 각각의 눈의 전방에 위치한 관찰자 창을 통해 관찰될 수 있다. 재구성된 장면은 재구성 절두체 내부에서 볼 수 있으며, 이 장면은 그에 의해 어레이 표면의 전방 또는 후방에 재구성될 수 있다. 이것에 의해 타당한 하드웨어 비용 및 계산 능력에서 3백만 픽셀 근방의 해상도를 갖는 종래의 어레이를 사용할 수 있다.

본 발명의 목적은 홀로그램을 계산하는 계산 요건을 경감시키는 데 있다. 추가의 목적은 종래의 해상도를 갖는 SLM을 사용하여 비디오 홀로그램을 재구성하는 전자-홀로그래픽 디스플레이를 실현하는 데 있으며, 이 홀로그램은 고품질의 재구성된 이미지를 제공해야만 한다.

이 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 정의된 발명이 제공된다. 본 발명은 재구성될 물체의 실제 버전에 의해 발생되어질 홀로그램을, 개략적인 관찰자 눈 위치에서의 파면을 결정함으로써 계산하는 방법이다. 통상적인 컴퓨터 발생된 홀로그램에서, 물체 내의 모든 점을 재구성하는 데 필요한 파면을 결정한다. 이것은 아주 계산 집중적일 수 있다. 이것은 본 발명에서 직접 행해지지 않는다. 그 대신에, 본 발명에서는, 재구성된 물체의 동일 위치에 위치한 실제 물체에 의해 발생되어질 관찰자 창에서의 파면을 결정할 수 있다. 이어서, 이들 파면을 발생하기 위해 홀로그램이 어떻게 인코딩되어야 하는지를 결정하기 위해 이들 파면을 홀로그램으로 역변환할 수 있다.

재구성된 물체의 각각의 점을 발생하기 위해 홀로그램이 어떻게 인코딩되어야만 하는지를 직접 해결하는 종래의 방법보다 겉보기에는 더 복잡하지만, 본 발명은 아주 효율적인 계산 방법을 가능하게 해준다. 예를 들어, 재구성된 물체점 전부에 대한 프레넬 변환을 관찰자 창에 적용할 수 있고, 이어서 관찰자 창에서의 파면을 모두 가산할 수 있으며, 물체를 재구성하는 데 필요한 홀로그램 상의 홀로그램점을 정의하기 위해 홀로그램 평면 자체에 다시 단일의 푸리에 변환을 적용할 수 있다. 게다가, 이 방법에 의하면, 저해상도 SLM이 사용되는 경우 작은 관찰자 창이 얻어진다. 그렇지만, 관찰자 창이 눈 동공보다 큰 경우 또한 눈 동공이 적절히 추적되는 경우, 작은 관찰자 창은 중요하지 않다.

이 계산 방법은 홀로그래픽 데이터가 사용자의 디스플레이 장치(예를 들어, 디스플레이 장치의 ASIC)에서 또는 디스플레이 장치에 연결된 계산 유닛에서 처리되고 있을 때 행해질 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(또는 연결된 계산 유닛)은 청구항 1에 정의된 방식으로 디스플레이 또는 계산 유닛에 의해 국부적으로 처리될 수 있는 (예를 들어, 광학 기록 매체를 통해 또는 핸드 대역폭 네트워크, 기타 등등을 통해) 홀로그래픽 데이터를 수신한다. 이것은 일반적으로 홀로그래픽 데이터로부터 홀로그램이 실시간으로 계산될 수 있도록 실시간으로 관찰자의 눈(또는 몇명의 관찰자의 눈)을 추적하는 어떤 방식을 필요로 하며, 이 실시간 계산된 홀로그램은 이어서, 물체가 홀로그래픽적으로 재구성되도록, 광학 시스템을 사용하여 조사된다. 홀로그래픽 데이터는, 비디오 홀로그램의 경우에, 시간에 따라 변하게 되며, 이는 관찰자(들)의 눈의 위치의 함수인 방식으로 매초마다 여러번 규칙적으로 신속하게 처리된다.

적당히 인코딩된 홀로그램은 이어서 관찰자 창의 평면에 사람의 눈을 위치시키고 관찰자 창을 통해 봄으로써 관찰될 수 있는 3차원 장면의 재구성을 발생할 수 있다.

본 발명은 양호하게는 출원인의 이전의 특허 출원 WO 2004/044659에 기술된 장치를 사용하며, 이 출원에서 광학 집광 수단에 의해 결상되는 충분히 간섭성인 광이 단일의 홀로그래픽 어레이(또는 다른 형태의 SLM)의 제어가능한 픽셀을 통과하여 적어도 하나의 관찰자 창으로 들어가고, 각각의 창은 관찰자의 눈 근방에 관찰자 평면(참조 계층(reference layer)이라고도 함)으로부터 한 주기성 간격에 위치하고 있다. 이것은 제어가능한 픽셀에 의해 홀로그래픽적으로 인코딩된 장면을 재구성하고 따라서 그 장면을 관찰자 창을 통해 보이도록 렌더링한다. 절두체는 홀로그래픽 어레이와 관찰자 창 사이에 뻗어 있다. 통상의 공지된 장치와는 달리, 이 절두체는 홀로그래픽 어레이 상에 인코딩된 3차원 장면 전체의 재구성을 포함한다.

관찰자 창의 크기(즉, x 및 y 방향에서)는 재구성을 위해 사용되는 광원의 이미지를 포함하는 계층 또는 평면에서 주기성 간격보다 크지 않다. 이것에 의해 이 구현에 따른 비디오 홀로그램이 다른 해결책과 비교하여 더 작은 회절각을 필요로 한다는 효과가 얻어지며, 참조 계층 및 홀로그램 계층에 대한 데이터 세트가 동일한 수의 매트릭스 점 값을 갖는 경우 더욱더 그렇다. 광 변조기 매트릭스에 대한 진폭값의 계산 덕분에, 처리 속도에 대한 요구가 크게 감소된다. 특히, 현재의 관찰자 위치를 추적하기 위한 공지의 위치 검출 및 추적 장치와 관련하여, 관찰자 창의 크기는 이 이점으로부터 혜택을 보기 위해 크게 최소화될 수 있다. 부록 I는 이 구현의 더 많은 상세를 포함하고 있다.

본 발명에서, 광원으로부터의 광은 관찰자의 눈에 가까이 위치해 있는 관찰자 평면에 집광된다. 따라서, 관찰자 평면에서, 홀로그램의 푸리에 변화가 있으며, 따라서 관찰자 창도 역시 홀로그램의 푸리에 변환이다. 재구성된 물체는 홀로그램의 푸리에 변환이 아니라 프레넬 변환인데, 그 이유는 재구성된 물체가 수정체의 초점 평면(focus plane)에 있지 않기 때문이다. 재구성된 물체, 즉 홀로그램의 프레넬 변환은 홀로그램 및 관찰자 창에 의해 정의되는 절두체에 위치하게 된다.

다수의 물체 재구성의 발생은 홀로그래픽 재구성의 각각의 샘플점에 대해 홀로그래픽 어레이 상에서 장면 정보가 인코딩되는 홀로그램 영역을 제한함으로써 회피될 수 있다. 비디오 홀로그램을 홀로그래픽 어레이의 제한된 영역 상에 인코딩함으로써, 관찰자 창의 재구성이 인코딩된 홀로그래픽 장면의 정확하고 완전한 재구성을 보여줄 수 있는 한 주기성 간격의 그 회절 차수 내부에 배열된 범위 및 위치로 제한되어야만 한다.

관찰자 창은 한 주기성 간격 내에만 위치해 있어야 하지만, 사용되는 인코딩 방법에 따라, 관찰자 창은 주기성 간격보다 작아야만 한다. 예를 들어, Burckhardt 인코딩이 사용되는 경우, 이것은 사용되는 원색의 최단 파장에 의해 정의되는 주기성 간격의 1/3일 수 있다. 전자-홀로그래픽 디스플레이의 해상도 및 그의 인코딩의 선택은 관찰자의 눈 크기와 관련하여 관찰자 창의 크기를 제한하고 공지의 눈 추적 수단에 의해 관찰자 창을 눈 위치에 위치시킨다.

본 발명은 푸리에 홀로그램을 인코딩하는 것에 한정되지 않는다. 그렇지만, 프레넬 홀로그램에 비해 푸리에 홀로그램의 이점이 있다. 홀로그램이 100% 효율을 갖지 않기 때문에, 항상 비회절된 광이 있다. 푸리에 홀로그램에서, 비회절된 광은 관찰자 평면에서의 한 지점에 집광된다. 이 지점이 관찰자 창의 외부에 있는 경우, 비회절된 광은 보이지 않으며, 따라서 방해하지 않는다. 프레넬 홀로그램에 있어서, 비회절된 광은 집광되지 않으며, 따라서 교란하는 배경으로 보인다.

본 발명의 구현은 정의된 관찰자 위치로부터 보이는 홀로그래픽 이미지를 재구성하는 데 필요한 디지털화된 인코딩 정보를 인코딩하는 영역을 포함하는 컴퓨터 발생된 홀로그램을 제공한다. 재구성된 장면에서의 각각의 단일의 물체점의 인코딩 정보는 SLM의 제한된 영역에서만 인코딩된다. 각각의 인코딩된 제한된 영역은 다른 인접한 물체점으로부터의 인코딩 정보를 전달할 수 있으며, 따라서 여러 다른 인접한 물체점의 영역이 서로 중첩한다. 각각의 물체점에 대해, 인코딩된 정보를 갖는 영역은 전체 비디오 홀로그램의 작은 일부분을 형성하기 위해 크기가 제한되고, 그 크기는 고차 회절 차수에 의해 야기되는 그 점의 다중 재구성이 정의된 관찰자 위치에서 보이지 않도록 되어 있다.

종래의 전자-홀로그래픽 디스플레이에서, 홀로그램은 물체의 푸리에 프레넬 변환으로서 계산된다. 이것에 의해, 저해상도 SLM이 사용되는 경우 작은 물체 크기가 얻어진다.

이와 반대로, 본 발명의 한 측면에 따르면, 홀로그램은 관찰자 창의 푸리에 변환으로서 계산된다. 이렇게 함으로써 저해상도 SLM이 사용되는 경우 작은 관찰자 창이 얻어지지만, 재구성된 3차원 장면은 절두체의 전체 공간으로 확장될 수 있다. 본 발명의 구현은 또한 부록 III에 정의된 개념 및 특징을 포함한다.

본 발명은 이하의 것으로 구현될 수 있다.

● 청구항 1의 방법을 사용하여 홀로그래픽 데이터로부터 홀로그램을 계산할 수 있는 장치와 관련하여 사용될 때, 홀로그래픽 데이터로 프로그램된 데이터 캐리어.

● 청구항 1의 방법을 사용하여 홀로그램을 계산하기 위해 장치에 의해 처리될 수 있는 홀로그래픽 데이터를 전달할 때, 데이터 배포 네트워크.

● 청구항 1의 방법을 사용하여 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 계산하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치.

● 청구항 1의 방법에 의해 계산된 홀로그램을 디스플레이할 때 디스플레이 화면.

● 청구항 1의 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터의 홀로그래픽 재구성.

다른 구현 특징은 텔레비전, 멀티미디어 장치, 게임 장치, 의료 이미지 디스플레이 장치, 군사 정보 디스플레이 장치에서 디스플레이 상에 인코딩되는 홀로그램을 포함한다. 이 디스플레이는 TFT 평면 화면 SLM일 수 있다.

도 1은 Burckhardt 인코딩이 사용될 때 회절 차수의 발생 및 배열을 나타내는, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 평면도.

도 2는 관찰자 창을 통해 볼 수 있는 3차원 장면의 단일 물체점의 인코딩을 나타내는, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 평면도.

도 3은 비디오 홀로그램의 일부에 3차원 장면을 인코딩하는 몇개의 물체점을 나타내는, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 도면.

도 4는 더 높은 해상도를 갖는, 도 3의 것과 동일한 장치를 나타낸 도면.

비디오 홀로그램 및 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치와 관련한 일 실시예의 추가적인 측면이 첨부 도면과 관련하여 부록 II에 예시되고 설명되어 있다.

도 5는 회절 차수의 발생 및 보기 창(viewing window)의 위치를 나타내는, 비디오 홀로그램 및 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 도면.

도 6은 보기 창을 통해 볼 수 있는 3차원 장면을 나타낸, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 도면.

도 7은 비디오 홀로그램의 일부에 3차원 장면을 인코딩하는 것을 나타낸, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 도면.

도 8은 회절 차수에 따른 시평면(viewing plane)에서의 광 세기 분포를 나타낸 도면.

도 9는 크로스-토크를 방지하기 위해 회절 차수와 관련하여 보는 사람의 양쪽 눈에 대한 보기 창의 위치를 나타낸, 비디오 홀로그램을 재구성하는 장치를 전체적으로 나타낸 도면.

비디오 홀로그램을 재구성하는 장치는 SLM(이 예에서, 홀로그래픽 어레이(HA)임), 충분히 간섭성인 광원(LS), 및 광학 집속 시스템(F)을 포함한다. 광원은 가상 조명 수단, 예를 들어, 점광원 또는 선광원의 어레이를 형성하기 위해 제어가능한 셔터 수단에 의해 국부적으로 제어되고 방향 조절(direct)되는 LED 어레이 또는 라인 형상의 백라이트에 의해 실현될 수 있다. 홀로그래픽 어레이 자체는 규칙적인 패턴으로 배열되어 있는 픽셀로 이루어져 있으며, 각각의 픽셀은 다수의 발광되는 투과성 개구부(서브픽셀)를 포함한다. 각각의 서브픽셀의 개구부는 개별적으로 어드레싱가능하고 비디오 홀로그램의 시퀀스를 나타내는 홀로그래픽 복소값 숫자를 통해 인코딩되도록 통과하는 조명광에 영향을 주기 위해 위상 및/또는 진폭이 제어가능하다.

관찰자 평면(OP)에서, 적어도 하나의 관찰자 창(OW)이 주기성 간격으로 비디오 홀로그램의 직접 또는 역 푸리에 변환으로서 형성된다. 관찰자 창(OW)은 관찰자 눈(OE)으로 하여금 3차원 장면의 재구성(3D-S)을 볼 수 있게 해준다. 관찰자 창(OW)의 최대 크기는 푸리에 역변환의 관찰자 평면(OP)[광원(LS)의 이미지 평면과 동일함]에서의 주기성 간격에 대응한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 3차원 장면에 관한 정보는 투과성 SLM, HA에 인코딩된다. 발광 픽셀-배열은 몇개의 개구부(컬러 디스플레이를 위한 서브픽셀)를 포함한다. 조명광의 진폭 및 위상의 공간 제어는 인코딩된 픽셀 패턴에 의해 달성된다. 그렇지만, 본 발명의 기본적인 사상은 기술된 SLM으로 한정되지 않는다. 반투과형 및 반사형 어레이 둘다 또는 Freedericksz 픽셀 등의 광파의 위상을 직접 변조하는 어레이가 사용될 수 있다.

도 1

도 1은 집광 수단(F)을 통해 SLM을 조명하는 광원(LS) 및 어레이(HA)를 나타내고 있다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 선 모양의 광원은 광원(LS)을 형성하고, 집광 수단(F)은 광원(LS)의 간섭성 광을 관찰자 평면(OP)에 결상시키는 수직으로 배치된 원통형 렌즈이다.

도 1은 공지의 Burckhardt 인코딩을 사용하는 장치를 나타낸 것이다. 관찰자 평면(OP)은 회절 차수를 갖는 비디오 홀로그램의 역변환의 푸리에 평면에 대응한다.

광원(LS)은 푸리에 변환 렌즈를 나타내는 집광 수단(F)을 통해 관찰자 평 면(OP)에 결상된다. 비디오 홀로그램으로 인코딩되는 SLM HA는 푸리에 역변환으로서 관찰자 평면(OP)에 홀로그램을 재구성한다. SLM HA의 주기적인 개구부는 관찰자 평면(OP)에 등간격으로 엇갈리게 배열된 회절 차수를 생성하고, 고차 회절 차수로의 홀로그래픽 인코딩은, 예를 들어, 소위 우회 위상 효과(detour phase effect)에 의해 일어난다. 광 세기가 고차 회절 차수로 갈수록 감소되기 때문에, 1차 또는 -1차 회절 차수는 도 2에 나타낸 관찰자 창(OW)으로서 사용된다. 재구성의 차원은 여기에서 관찰자 평면(OP)에서의 1차 회절 차수의 주기성 간격의 차원에 대응하도록 선택되었다. 그 결과, 고차 회절 차수는 간극을 형성하지 않고 또 중첩하지 않게 서로 배치되어 있다.

도 2

도 2에 나타낸 바와 같이, 관찰자 평면(OP)에서의 선택된 1차 회절 차수는 비디오 홀로그램의 재구성이다. 이는 물체 자체의 재구성이 아니라 그 대신에 재구성된 물체와 동일한 위치에 있는 실제 물체에 의해 발생되어질 관찰자 창(OW)에서의 파면이다. 따라서, 그 비디오 홀로그램 재구성(즉, 물체 재구성이 아님)은 실제의 3차원 장면(3D-S)을 나타내지 않는다. 이는 관찰자 창(OW) - 이를 통해 3차원 장면(3D-S)의 재구성을 관찰할 수 있음 - 으로서만 사용된다. 장면은 SLM과 관찰자 창(OW) 사이에 뻗어 있는 재구성 절두체(RF) 내부에 위치한다. 장면(3D-S)은 비디오 홀로그램의 프레넬 변환으로서 렌더링되는 반면, 관찰자 창(OW)은 푸리에 변환의 일부이다. 도 2는 3D-장면의 단일의 물체점(P)에 의한 SLM HA의 홀로그래픽 인코딩을 나타낸 것이다. 종래의 홀로그래픽 재구성에서, 1차 회절 차수 자 체가 물체의 재구성을 구성한다. 재구성된 물체는 푸리에 평면에 있다. 도 2의 구현에서, 관찰자 평면은 푸리에 평면과 일치한다. 도 2는 대응하는 홀로그래픽 인코딩을 나타낸 것이다. 3차원 장면은 이산적인 점, 예를 들어, 점(P1 내지 P3) (도 3 참조)으로 이루어져 있다. 관찰자 창(OW)이 밑면이고 장면(3D-S)에서의 선택된 점(P)이 꼭지점인 피라미트(PY)는 이 점을 통해 연장되어 SLM HA로 투사된다. 투사 영역(A1)은 비디오 홀로그램에 생성되며, 그 점은 투사 영역(A1)에서만 홀로그래픽적으로 인코딩된다. 위상값을 계산하기 위해 점(P)과 홀로그램의 픽셀들 간의 거리가 결정될 수 있다. 이 재구성 3D-S는 관찰자 창보다 크다. 관찰자 창(OW)의 크기는 주기성 간격에 의해 제한된다. 종래의 홀로그래픽 재구성에서, 주기성 간격은 재구성된 물체의 크기를 제한하지만, 이는 본 구현에는 적용되지 않는다. 그 결과, 이 구현은 동일한 픽셀 피치를 갖는 디스플레이에서 종래의 홀로그래픽 방법을 사용하여 가능한 것보다 훨씬 더 큰 재구성된 물체가 발생될 수 있게 해준다. 재구성된 물체는 재구성 절두체(RF) 내부의 아무 곳에나 나타날 수 있다.

점(P)이 홀로그램 전체에 인코딩되어 있는 경우, 재구성은 주기성 간격을 넘어 뻗어 있다. 인접한 회절 차수로부터의 시역(viewing zone)은 중첩하게 되고, 그 결과 보는 사람은 물체점(P)의 주기적인 연속을 보게 된다. 이와 같이 인코딩된 표면의 윤곽선은 다중 중첩으로 인해 번져있는 것처럼 보이게 된다.

도 3

도 3은 물체점(P1 내지 P3)을 갖는 3차원 장면(3D-S)의 인코딩을 나타낸 것 이다. 도시된 바와 같이, 각각의 물체점(P1 내지 P3)은 단지 SLM HA의 대응하는 제한된 인코딩 영역에만 인코딩된다. 이들 영역은 참조 번호(A1 내지 A3)에 의해 정의된다. 물체점(P1, P2)의 위치는 깊이 정보에서 다르다. 따라서, SLM 상에서, 인코딩 영역(A1, A2) 둘다가 중첩한다.

도 4

도 4는 도 3의 상황을 더 상세히 나타낸 것이다.

광원(LS)은 관찰자 평면(OP)에 결상된다. 렌즈(F) 또는 렌즈 어레이는 광원(LS)을 결상시킨다. 프레넬 홀로그램과 비교하여, 푸리에 홀로그램은 비회절된 광이 관찰자 평면(OP)에서 작은 점에 집속된다는 이점을 갖는다. 이들 점이 관찰자 창 외부에 있는 경우, 비회절된 광은 교란하는 배경으로서 보이지 않는다.

간섭성 광원의 경우에, 결상된 광원의 크기는 회절 및 렌즈에서의 수차에 의해 제한되며, 보통 사람 눈의 해상도에 비해 아주 작다. LED 또는 LED 어레이와 같은 공간적으로 비간섭성인 광원이 사용되는 경우, 결상된 광원의 크기도 광원의 개구 및 렌즈의 배율에 의해 결정된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 광원의 어레이 및 렌즈의 어레이가 사용되며, 모든 광원의 이미지가 일치해야만 한다. 이것은, 간단한 작도에 따르면, 광원 어레이의 피치가 렌즈 어레이의 피치보다 약간 더 커야 함을 의미한다. 광원과 렌즈가 적절히 정렬되어 있는 경우, 단일의 광원 및 단일의 렌즈가 사용되었을 때의 회절 패턴처럼 보이는 회절 패턴이 관찰자 평면(OP)에서 볼 수 있다.

광 분포를 균일하게 하거나 관찰자 평면에서의 세기를 증가시키기 위해 광 분포를 형성하는 부가적인 광학 요소가 있을 수 있다. 이들은 확산판 시트(diffuser sheet) 또는 렌즈일 수 있다.

순수한 홀로그래픽 셋업의 경우, 관찰자의 추적은 광원(들)을 렌즈(어레이)에 대해 이동시킴으로써 달성된다. 이것은 광원(들) 또는 렌즈(어레이)를 기계적으로 이동시킴으로써 또는 셔터 LCD 패널 상의 개구들을 전자적으로 이동시킴으로써 행해질 수 있다. 추적은 또한 구성가능한 회절 광학 요소 또는 스캐닝 미러에 의해 행해질 수 있다.

수직 방향에서의 홀로그래픽 물체 재구성 및 수평 방향에서의 무안경 방식 이미지 분리(autostereoscopic image separation)가 결합되는 경우, 수평 방향에서의 추적도 또한 SLM 상에서 VPO 홀로그램을 수평으로 이동시킴으로써 행해질 수 있다.

이하의 부록이 첨부되어 있다.

부록 I: 본 발명의 다른 실시예에 대한 상세한 설명

부록 II: 이론적 배경: 양호한 실시예에 대한 상세 및 개량

부록 III: WO 2004/044659(이는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)로부터의 주요 개념의 요약, 및 그에 대한 개량

부록 I

컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법 및 장치와 관련한 추가의 실시예

부록 I: 실시예의 배경

본 실시예는 컴퓨터-발생된 홀로그램(CGH), 특히 실시간 또는 거의 실시간 홀로그램, 예를 들어, 비디오 홀로그램(개별적으로 제어가능한 홀로그램 셀로 이루어져 있으며, 각각의 셀은 복소값 데이터를 디스플레이함)을 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 정지화 이외에, 실시간 비디오 홀로그램이 특히 흥미가 있다. 전자-홀로그래피(electro-holography)는 CGH를 실시간으로 실현하는 것을 목표로 한다. 전자-홀로그램은 사실상 조명광을 공간 변조함으로써 물체점을 재구성하는 제어가능한 픽셀을 갖는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)이다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 우리는 실시간 홀로그램을 비디오 홀로그램이라고 칭한다. 당업자에 있어서, 비디오 홀로그램은 또한 개별적으로 배열된 셀을 나타내지 않는 광학적으로 어드레싱가능한 SLM, AOM(Acoustic-Optic light Modulator, 음향-광학 광 변조기), 기타 등등을 포함한다.

사진같이 또는 다른 적당한 방식으로 간섭 패턴의 형태로 저장되어 있는 전통적인 홀로그램과는 달리, 비디오 홀로그램은 3차원 장면의 시퀀스로부터의 이산적인 홀로그램 데이터의 계산의 결과로서 존재한다. 계산 프로세스 동안에, 중간 데이터가, 예를 들어, 전자 수단[컴퓨터, 그래픽 프로세서, 그래픽 어댑터 또는 다른 하드웨어 소자의 전자 저장 매체 등]에 의해 저장된다. 3D 장면 데이터는 임의의 방식으로, 예를 들어, 간섭 패턴 또는 2D 데이터의 3D 변환에 의해 발생될 수 있다.

부록 I: 배경 개념들

공간 광 변조기(SLM)는 복소값 데이터, 즉 광의 각각의 컬러 성분의 진폭의 크기 및 위상을 공간적으로 제어하는 장치이다. 컬러는 공간적으로 또는 시간적으로 멀티플렉싱됨으로써 인코딩될 수 있다. SLM은 제어가능한 홀로그램 셀들을 포함할 수 있으며, 각각의 셀은 홀로그램 데이터의 이산적인 값 세트에 의해 개별적으로 어드레싱 및 제어된다. SLM은 또한 연속적일 수 있고 이산적인 셀을 포함하지 않을 수 있다. 셀 기반 SLM에서 공간 멀티플렉싱에 의해 컬러 인코딩을 달성하기 위해, 셀 내의 각각의 픽셀은 컬러 서브픽셀들을 포함할 수 있으며, 각각의 서브픽셀은 3개 이상의 원색 중 하나를 디스플레이한다. 사용되는 비디오 홀로그램 인코딩의 종류에 따라, 원색들 각각을 인코딩하기 위해 추가적인 서브픽셀이 사용될 수 있다. 예를 들어, 공지의 Burckhardt 인코딩과 같은 우회 위상 인코딩(detour phase encoding)은 각각의 컬러 성분에 대해 3개의 서브픽셀의 배열을 필요로 한다. 3개의 컬러 성분을 고려하면, 홀로그램 셀에 대해 서브픽셀의 수는 총 9개가 된다, 즉 3개의 원색이 있고, 이들 3개의 원색 각각에 대해 3개의 서브픽셀이 있으며, 총 9개의 서브픽셀이 된다. 이와 달리, 역시 공지된 Lee 인코딩은 4개의 서브픽셀을 필요로 하며, 2-위상 인코딩은 홀로그램 셀에서의 각각의 컬러에 대해 2개의 서브픽셀을 필요로 한다.

각각의 홀로그램 셀은 주어진 컬러 성분의 적어도 진폭 및 위상 정보를 포함하는 하나의 이산적인 홀로그램 데이터 세트에 의해 인코딩되며, 상기 데이터는 0이거나 표준값을 갖거나 또는 임의적으로 선택될 수 있다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 데이터는 SLM을 구동하는 방식에 따라 연속적으로 갱신된다. 홀로그램 전체가 수천개의 셀로 이루어져 있기 때문에, 수천개의 이산적인 홀로그램 데이터 세 트가 있다.

홀로그램 데이터 세트는 3차원 장면을 재구성하기 위해 시간 시퀀스의 일부로서 하나의 단일 비디오 홀로그램 셀을 인코딩하는 데 필요한 모든 정보를 포함한다.

SLM의 대응하는 서브픽셀을 제어하기 위한 특정의 제어 신호를 제공하기 위해 전용의 드라이버는 이산적인 홀로그램 데이터 세트를 사용한다. 이 드라이버 및 제어 신호의 제공은 사용되는 SLM의 유형에 특유한 것이며, 본 발명의 주제가 아니다. 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이, 마이크로 광학 및 전자 기계적 마이크로 시스템 또는 연속적으로 광학적으로 어드레싱되는 SLM 및 음향 광학 변조기와 같은 많은 종류의 SLM이 본 실시예와 관련하여 사용될 수 있다.

변조된 광은 진폭 및 위상이 적절히 제어된 상태로 홀로그램으로부터 나와서 광 파면의 형태로 자유 공간을 통해 관찰자 쪽으로 전파되어, 3차원 장면을 재구성한다. 홀로그램 데이터 세트로 SLM을 인코딩하는 것은 디스플레이로부터 방사되는 파면(wave field)으로 하여금 시공간(viewing space)에 간섭을 생성함으로써 원하는 바대로 3차원 장면을 재구성하게 한다.

본 발명은 주어진 파장에 대한 진폭 및/또는 위상을 계산함으로써 요구되는 파 변조를 위해 각각의 홀로그램 셀에 대한 실시간 또는 거의 실시간 제어 데이터를 제공한다.

부록 I: 실시예의 요약

이하의 인덱스는 도 5 내지 도 9를 말한다.

이 실시예의 목적은 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램의 계산 속도를 높이는 방법을 제공하는 데 있으며, 상기 비디오 홀로그램은 공간 해상도 및 재구성 품질을 유지하면서 3차원 장면의 동시적인 재구성을 가능하게 해준다. 본 실시예는 주어진 비디오 홀로그램 및 전송 수단의 대화형 실시간 또는 거의 실시간 재구성을 가능하게 해준다. 다른 목적은 대형의 컴퓨터 발생된 홀로그래픽 재구성이 발생될 수 있게 해주는 방법을 제공하는 데 있으며, 이들은 홀로그램 자체만큼 클 수 있고 또한 그보다 더 클 수 있다.

이 목적은 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법에 의해 달성되며, 여기서 3차원 장면에서의 물체를 정의하는 물체 데이터는 다수의 가상 섹션 계층으로 배열되고, 각각의 계층은 비디오 홀로그램 데이터 세트가 2차원 물체 데이터 세트 중 일부 또는 그 전부로부터 계산될 수 있도록 이들 2차원 물체 데이터 세트를 정의하며, 이 방법은,

(a) 제1 변환에서, 가상 섹션 계층의 각각의 2차원 물체 데이터 세트는 2차원 파면 분포(two-dimensional wave field distribution)로 변환되고, 파면 분포는 비디오 홀로그램 계층으로부터 유한 거리에 있는 참조 계층에서의 가상 관찰자 창에 대해 계산된다.

(b) 가상 관찰자 창에 대한 계산된 2차원 파면 분포가, 섹션 계층의 모든 2차원 물체 데이터 세트에 대해, 취합된 관찰자 창 데이터 세트를 정의하기 위해 부가된다.

(c) 제2 변환에서, 취합된 관찰자 창 데이터 세트는, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램에 대한 비디오 홀로그램 데이터 세트를 발생하기 위해, 참조 계층으로부터 비디오 홀로그램 계층으로 변환된다.

3차원 장면을 정의하는 물체 데이터는 2차원 장면을 정의하는 데이터일 수 있지만, 2차원 이미지 또는 비디오 데이터를 3차원 데이터로 변환하기 위한 부가적인 깊이 정보를 포함한다. 용어 "3차원"은 그의 범위 내에 "2차원"을 포함한다. 깊이 정보는 모든 물체 데이터 세트에 대해 동일할 수 있다. 따라서, 홀로그램을 발생하는 장치는, 입력 또한 사용자가 디스플레이하고자 하는 것에 따라, 3차원 모드로부터 2차원 모드로 전환할 수 있다.

용어 "계층"은 재구성되는 장면을 구성하는 점들을 기술할 수 있는 임의의 종류의 가상의 정의가능한 구조를 포함하는 것으로 넓게 해석되어야만 한다. 따라서, 계층은 임의의 일련의 가상 평행 표면(virtual parallel surface) 및 이들 점을 공간적으로 정의할 수 있는 임의의 알고리즘을 포함한다. 그러나, 가상 평면 섹션은 취급하는 데 계산적으로 가장 효율적인 계층의 형태이다.

용어 "평면"은 비평면 표면을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야만 한다. 참조 평면은 홀로그램의 푸리에 평면(이는 조명 광원의 이미지 평면과 동일함)과 일치할 수 있지만, 어느 정도의 허용 오차가 있으며 푸리에 평면에 충분히 가깝게 위치된 관찰자의 눈이 적절히 재구성된 장면을 보게 된다. 이 허용 오차 정도는 픽셀 수가 증가함에 따라 증가한다.

한 구현에서, 제1 변환은 프레넬 변환이고 제2 변환은 푸리에 변환이다. 용어 "변환"은 변환과 동등하거나 그에 가까운 임의의 수학적 또는 계산 기술을 포 함하는 것으로 넓게 해석되어야만 한다. 통상의 수학적인 의미에서 사용되는 변환은 막스웰 파동 전파 방정식에 의해 보다 정확하게 기술되는 물리적 프로세스에 대한 근사에 불과하며, 프레넬 변환(푸리에 변환으로 알려진 특수 부류의 프레넬 변환) 등의 변환은 2차 변환이지만, 상당한 이점을 가지며, 이들이 미분과 달리 대수이기 때문에, 이들은 계산 효율적인 방식으로 처리될 수 있다.

관찰자 창에서의 재구성된 취합 파면(aggregate field)의 에러를 보상하기 위해, 관찰자 창에서의 분포와 홀로그램 계층 사이에서 반복 프로세스가 행해질 수 있다.

스펙클 잡음(speckle noise)을 감소시키고 또 장면의 참조 계층에서의 밝기 또는 회절 효율 및 밝기 정의를 향상시키기 위해, 물체 데이터 세트는 적절한 위상 분포, 예를 들어, 의사-랜덤한 위상 분포를 나타낼 수 있다. 종래 기술의 해결책과 달리, 본 실시예에 따른 상기 단계들 중 처음 2개를 수행함으로써, 단일의 취합된 파면의 홀로그램이 회절식을 사용하여 계산된다. 개개의 파면 전부의 중첩으로 인해, 이 취합된 파면은 달성된 정확도 내에서 3차원 장면에 관한 광학 정보 전부를 포함한다.

본 구현의 양호한 실시예에서, 섹션 계층에 대한 모든 물체 데이터 세트가 동일한 총수의 이산적인 매트릭스 점을 할당받는다. 매트릭스 점의 수가 홀로그램에서의 스캐닝 점의 수과 같은 경우, 양호하게는 전체 컴퓨팅 프로세스에 대해 고속 알고리즘이 사용될 수 있으며, 보간 또는 오버샘플링 등의 각자의 계층에 해상도를 적응시키는 처리 단계가 쓸데없게 된다. 모든 계층에 대한 매트릭스 점의 수 는 홀로그램 디스플레이에서의 SLM의 인코딩된 픽셀의 수로부터 얻어진다.

WO 2004/044659로부터 공지된 비디오 홀로그램 디스플레이와 관련하여 본 실시예의 주요 이점은, 홀로그램 계층에서의 취합된 파면에 대한 참조 데이터 세트를 변환하기 이전에, 참조 계층에서의 관찰자 창(들)의 영역이 SLM 광 변조기 매트릭스의 영역보다 상당히 더 작도록 제한될 수 있다는 것이다. 관찰자 창의 크기는 최대로, 참조 계층에 홀로그램을 재구성할 때, 재구성을 위해 사용되는 광원의 이미지를 포함하는 계층에서의 주기성 간격에 대응한다. 이것에 의해 본 실시예에 따른 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램이 다른 해결책들과 비교하여 더 낮은 회절각을 실현하기만 하면 되며, 참조 계층 및 홀로그램 계층에 대한 데이터 세트가 동일한 수의 매트릭스 점 값을 갖는 경우에 더욱 그렇다는 효과가 얻어진다. 광 변조기 매트릭스에 대한 진폭값의 계산 덕분에, 처리 속도에 대한 요구가 크게 감소된다. 상세하게는, 현재의 보는 사람 위치를 추적하기 위한 공지의 위치 검출 및 추적 장치와 관련하여, 이 이점으로부터 혜택을 보기 위해 관찰자 창의 크기가 크게 최소화될 수 있다. 게다가, 앞서 언급한 WO 2004/044659에서는 계산 집중적인 동작이 재구성될 장면 내의 모든 단일의 점에 대해 수행되어야만 한다. 본 실시예에서는, 모든 단일의 물체점에 계산 집중적인 동작을 수행하는 것이 더 이상 필요하지 않으며, 그 대신에, 계층에서의 각각의 개별적인 물체점보다는 오히려, 섹션 계층 전부에 대해 (각각의 섹션 계층으로부터 참조 평면 - 관찰자의 눈이 있는 곳임 - 에서의 가상 관찰자 창으로의) 제1 변환이 수행된다. 가상 관찰자 창으로부터 홀로그램 계층으로 다시 가는 제2 변환이 훨씬 더 효율적인데, 그 이유는 그것이 단지 단일의 동작이며 모든 물체점에 대한 정보를 인코딩하기 때문이다.

본 구현의 다른 실시예에서, 섹션 계층의 각각의 물체 데이터 세트는 참조 계층까지의 그의 거리에 의존하는 가상 영역 크기(virtual area size)에 기초하고 있다. 섹션 계층 영역은 각자의 관찰자 창의 모서리로부터 비디오 홀로그램의 SLM의 모서리까지 뻗어 있는 가상면(virtual face)으로부터 얻어진다. 각각의 데이터 세트 내의 동일한 수의 매트릭스 점 값으로 인해, 개별적인 매트릭스 점에 할당된 영역은 참조 계층까지의 거리에 비례하여 변한다. 슬라이싱(slicing)이라고도 하는 원래의 물체 데이터를 섹션 계층의 물체 데이터 세트에 할당하는 것에 의해 장면의 이산적인 물체점 값을 각자의 섹션 계층 상의 매트릭스 점을 기술하는 2차원 좌표계의 각자의 매트릭스 점에 할당하는 일이 행해진다. 섹션 계층에 대한 물체점의 로컬 위치에 따라, 원래의 물체 정보는 그에 의해 그의 공간 위치에 가장 가까운 좌표계의 매트릭스 점에 할당된다. 따라서, 섹션 계층의 거리-의존적인 영역에 의해 장면의 섹션 계층을 기술하는 영역-의존적인 물체점 해상도가 섹션 계층이 참조 계층에 가깝게 위치할수록 더 커진다는 효과가 얻어진다. 이것은 장면의 전경이 상세히 재구성되는 반면, 배경에서의 동일한 장면 요소가 훨씬 더 낮은 해상도로 재구성된다는 것을 의미한다. 그렇지만, 더 멀리 있는 가상 섹션 계층이 장면의 배경에 대한 훨씬 더 큰 보기 영역을 재구성할 수 있다. 이러한 종류의 장면 재구성은 한편으로는 장면의 전경 및 배경 요소의 아주 자연스런 표현을 제공하고 다른 한편으로는 요구되는 계산 능력을 최소화하는 데 도움을 준다.

본 실시예의 양호한 구현에서, 가상 섹션 계층의 각각의 물체 데이터 세트의 거리에 대한 값은, 전체적인 재구성 또는 그의 일부가 홀로그램 계층 전방에 또는 후방에 나타나도록, 변환 이전에 선택되거나 변경될 수 있다. 이와 같이, 보는 사람의 눈의 전방의 공간의 깊이에서의 재구성의 자연스런 위치 및 합성 비디오 홀로그램의 깊이 효과의 주의깊은 확대 또는 감소 둘다가 소프트웨어 설정만으로 실현될 수 있다.

WO 2004/044659로부터 공지된 종래 기술의 방법에 따라 인코딩할 때, 재구성된 3차원 장면은 보는 사람의 눈 전방의 자유 공간에 광 변조기 매트릭스에 의해 제어되는 파면(wave field)의 형태로 나타난다. 계산을 위해 사용되는 가상 섹션 계층은 또한 관찰자 창의 전방의 공간에서의 재구성의 위치를 정의하며 참조 계층으로부터 유한한 거리에 위치하고 있다. 광 근접장(optical near field)에서 일반적인 조건에 따르면, 이것은 홀로그래픽적으로 재구성된 장면의 각각의 광점(light point)의 취합된 파면에의 광 기여가 참조 계층에서 관찰자 창에서의 목표 파면에의 기여를 제공하도록 구형파로서 전파되게 한다. 참조 계층에서의 각각의 물체 데이터 세트의 변환은 따라서 프레넬 변환에 의한 적절한 근사로 표현될 수 있다. 이것을 위해, 모든 물체 데이터 세트의 모든 물체점의 진폭값이, 각자의 섹션 계층과 참조 계층 간의 거리에 의존하는 프레넬 위상 인자와 곱해진다.

프레넬 위상 인자는 각각의 원래의 섹션 계층과 참조 계층 간의 좌표값 차이의 제곱 및 다른 인자들에 의존하는 지수(exponent)를 갖는다. 따라서, 많은 프레넬 변환을 수행하기 위해서는 많은 처리 시간 및 계산 능력이 필요하다. 본 실시예의 양호한 구현에 따르면, 이 단점은 어려운 프레넬 변환을 개별적인 단계로 분 할하여 이들 단계가 구형파 인자와의 곱셈 형태인 추가적인 처리 단계들과 연관하여 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움을 받아 수행될 수 있도록 함으로써 보상된다. 이 방법은 비디오 홀로그램을 계산하기 위해 그래픽 및/또는 홀로그래피 어댑터 등의 전용의 전자 하드웨어가 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 이러한 하드웨어는 슬라이싱 및 다른 비디오 처리 단계[이미지 렌더링 등]를 위한 공지의 모듈을 갖는 적어도 하나의 전용 그래픽 프로세서, 및 고속 푸리에 변환 루틴의 도움으로 프레넬 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 관련 프로세서 모듈을 포함한다. 필요한 FFT 루틴을 갖는 디지털 신호 처리기(DSP) 형태의 이러한 프로세서는 공지의 방법을 사용하여 저비용으로 제조될 수 있다. 통상의 그래픽 프로세서에서의 최근의 이점은 섹션 계층의 데이터를 소위 쉐이딩 알고리즘을 사용하여 참조 계층으로 푸리에 변환하는 등의 동작을 가능하게 해준다는 것이다.

파면의 계산을 단순화시키기 위해, 원래의 섹션 계층과 참조 계층 간의 광의 전파를 기술하는 변환이 고속 푸리에 변환(FFT) 및 구형파를 기술하는 위상 인자들과의 2번의 곱셈을 포함하도록 수정된다. 제1 위상 인자는 원래의 섹션 계층에서의 좌표 및 원래의 섹션 계층과 참조 계층 간의 거리에 의존한다. 제2 위상 인자는 참조 계층에서의 좌표 및 원래의 섹션 계층과 참조 계층 간의 거리에 의존한다. 광학 시스템에서의 광의 콜리메이션(collimation)에 의존하여, 이들 위상 인자들 중 하나 또는 둘다가 일정한 값으로 설정될 수 있다.

따라서, 섹션 계층의 분포를 참조 계층으로 변환하는 절차는 3개의 단계로 나누어질 수 있다.

1. 각각의 물체점의 진폭이 제1 위상 인자와 곱해진다.

2. 이와 같이 발생된 곱은 원래의 섹션 계층으로부터의 각각의 물체점의 복소 광 진폭을 참조 계층으로 변환하기 위해 제1 고속 푸리에 변환에서 사용된다.

3. 이와 같이 발생된 변환은 제2 위상 인자와 곱해진다.

참조 데이터 세트의 홀로그램 계층으로의 변환은, 장면의 취합된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 세트를 발생하기 위해, 프레넬 변환에 의한 광파 전파(light wave propagation)를 기술하는 변환에 의해서도 표현될 수 있다. 이 단계를 수행할 수 있기 위해, 상기한 단계들에 따라 변환이 수행되지만, 이 변환 이전에, 참조 계층 내의 모든 섹션 계층들에 대한 참조 데이터가 복소 가산(complex addition)에 의해 중첩된다. 또한, 이 프레넬 변환에 있어서, 위상 인자들 중 하나 또는 둘다는, 광학 시스템에서의 광의 콜리메이션에 의존하여, 일정한 값으로 설정될 수 있다.

본 실시예의 특정의 이점은 취합된 파면에 대한 참조 데이터 세트가 모든 섹션 계층의 계산된 참조 데이터 세트를 가산함으로써 발생된다는 것이다. 홀로그램 계층에서의 변환 이후에, 이 취합된 파면은 비디오 홀로그램에 대한 기초로서 역할하는데, 그 이유는 그 파면이 3차원 장면 정보 전부를 포함하고 있기 때문이다. 이것은 모든 섹션 계층의 2차원 이미지, 따라서 3D 장면 전부의 동시적인 재구성을 가능하게 해준다.

다른 이점은 인코딩 프로세스에 의해 또는 기술적 한계로 인해 야기되는 비디오 홀로그램에서의 통상적인 에러를 감소시키고자 할 때 얻어진다. 비디오 홀로 그램의 재구성 에러를 감소시키기 위해, 반복 프로세스가 사용될 수 있다. 종래 기술에서, 재구성된 3차원 장면의 물체 데이터는 원래의 3차원 물체 장면과 비교되어야만 한다. 재구성된 3차원 물체 장면과 홀로그램 계층 간의 많은 변환을 포함하는 복잡한 반복 프로세스가 원하는 재구성 품질에 도달될 때까지 행해진다. 우리의 방법은 유익하게도 훨씬 더 간단한 반복 프로세스를 가능하게 해준다. 참조 데이터 세트가 물체 정보 전부를 포함하기 때문에, 반복 프로세스는 단지 2차원에 불과한 홀로그램 계층과 참조 계층 간의 변환을 포함한다.

현재의 이미지 렌더링 기술에 의한 고품질 재구성은 이러한 정정 프로세스가 없으면 가능하지 않다.

비디오 홀로그램은 양호하게는 슬라이서 수단(slicer means)을 갖는 디지털 신호 처리 장치의 도움으로 계산되며, 이 슬라이서 수단은, 평행한 가상 섹션 계층의 매트릭스 점들에, 실제 또는 가상 3차원 장면의 광 진폭의 공간 분포에 대한 이산적인 물체값을 포함하는 물체 정보를 할당하고, 그에 따라, 각각의 섹션 계층에 대해, 단층 촬영 장면 섹션 계층의 이산적인 매트릭스 점에서의 물체점을 갖는 개별적인 물체 데이터 세트가 정의된다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 데이터 세트는 이들 물체 데이터 세트로부터 계산된다. 이 실시예에 따르면, 신호 처리 장치는,

각각의 물체 데이터 세트로부터, 유한 거리에 위치한 참조 계층에 대한 파면의 개별적인 2차원 분포를 계산하는 제1 변환 수단 및 상기 변환된 물체 데이터 세트를 계층별로 버퍼링하는 버퍼 메모리 수단,

참조 데이터 세트에서의 취합된 파면의 표현을 생성하기 위해 상기 변환된 물체 데이터 세트를 부가하는 부가 수단, 및

장면의 취합된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 세트를 발생하기 위해, 유한의 거리에 위치하고 참조 계층에 평행한 홀로그램 계층에서 참조 (취합된) 데이터 세트를 변환하는 제2 변환 수단을 포함한다.

이 디지털 신호 처리 장치는 프레넬 변환을 수행하는 적어도 하나의 독립적으로 동작하는 변환 수단을 포함하며, 상기 변환 수단은,

원래의 데이터 세트의 매트릭스점 값의 진폭값을 구형파를 기술하는 제1 위상 인자와 곱하는 제1 곱셈 수단 - 상기 인자의 지수는 각자의 원래의 계층(Lm 또는 RL)에서의 좌표값 제곱 및 목표 계층(RL 또는 HL)까지의 거리(Dm)에 의존함 -,

제1 곱셈 수단의 곱을 그의 원래의 섹션 계층으로부터 목표 계층으로 변환하는 고속 푸리에 변환 수단, 및

그 변환을 구형파를 기술하는 다른 위상 인자와 곱하는 제2 곱셈 수단 - 상기 인자의 지수는 목표 계층에서의 좌표값 제곱 및 목표 계층과 원래의 계층 간의 거리에 의존함 -을 포함한다.

상기한 바와 같이, 광학 시스템에서의 광의 콜리메이션에 의존하여, 이들 위상 인자 중 하나 또는 둘다가 일정한 값으로 설정될 수 있다.

이 디지털 신호 처리 장치는 변환 루틴(TR1, TR2)을 동시적으로 실행하는 몇개의 독립적으로 동작하는 서브-프로세서를 갖는 멀티-프로세서일 수 있다. 적어도 어떤 수의 변환을 동시적으로 실행할 수 있기 위해, 3차원 장면의 내용에 따라 계산에 필요한 변환을 이용가능한 변환 루틴에 동적으로 할당하는 자원 관리자가 필요하다. 참조 계층에서 변환된 데이터 세트는 버퍼 메모리 수단에 버퍼링된다.

이와 같이, 장면 내용에 따라, 데이터 세트는 다양한 시점에서 활성화될 수 있고, 어떤 섹션 계층에서 장면 움직임 동안에 변화가 없는 경우, 심지어 여러번 사용될 수 있다.

고속 푸리에 변환의 실행을 위해, 가상 섹션 계층의 물체 데이터 세트는 N개의 이산적인 물체점 값을 할당받으며, 상기 N은 2의 n 제곱이다.

부록 I: 도면의 간단한 설명

이 실시예에 따른 기능적 원리는 양호한 실시예 및 첨부 도면의 도움을 받아 이하에서 상세히 기술한다.

도 5는 비디오 홀로그램의 계산에 필요한 참조 계층 및 3차원 장면을 재구성하는 배열을 나타낸 도면(축척대로 도시되지 않음).

도 6은 이 실시예에 따른, 비디오 홀로그램을 계산하는 신호 처리 장치를 나타낸 개략도.

도 7은 도 5와 유사하며, 이 실시예에 따른 주요 계산 단계들을 나타낸 도면.

도 8은 변환 수단의 기능적 원리를 나타낸 도면.

도 9는 컴퓨터-발생된 홀로그램의 매트릭스점 값을 정정하기 위해 실행되는 서브단계들을 나타낸 도면.

부록 I: 실시예의 상세한 설명

이하의 지수들은 도 5 내지 도 9를 말한다.

홀로그램 프로세서에 의한 비디오 홀로그램의 계산은 실제 또는 가상의 3차원 장면의 원래의 물체 정보 - RGB 또는 RGB-호환 형식으로 된 광 진폭의 공간 분포에 대한 값을 포함함 - 에 기초한다. 이들 값은 공지의 파일 형식으로 이용가능하며, 홀로그램 프로세서에 의해 데이터 메모리로부터 호출될 수 있다. 이 물체 정보는, 예를 들어, 3차원 장면의 각각의 이산적인 물체점에 대한 물체점 파일 포맷(BMP)의 경우에, 각자의 2차원 좌표에 대한 일련의 복소 컬러 물체점 데이터 R_o, G_o, B_o를 포함한다. 데이터 메모리(MEM)는 또한 3차원 장면의 깊이 정보(z_o)도 제공한다. 각각의 점에 대한 깊이 정보(z_o)가 제1 비디오 이미지 파일에 이미 제공되어 있는지 여부 또는 부가적인 정보를 포함하는 적어도 하나의 제2 파일로부터 프로세서에 의해 계산되는지 여부는 각각의 점에 대한 깊이 정보(z_o)와 무관하다.

복소 프로세스에 대한 이해가 용이하도록, 3개의 공간 좌표 중 하나(여기서, y 좌표)가 이하의 설명에서 무시된다. 장면의 물체점을 M개의 섹션 계층(L₁...L_M)에서의 매트릭스점(P₁₁...P_MN)에 할당하는 것은 N개의 매트릭스점을 갖는 물체 데이터 세트(OS₁...OS_M)를 생성한다. 모든 데이터 세트는 동일한 수(N개)의 매트릭스점 값을 포함한다. 이 숫자 N은 N1개의 복소값을 표현할 수 있는 광 변조기 매트릭스의 픽셀의 수 N1에 의해 결정된다. 푸리에 변환의 계산을 위해 고속 푸리에 변환 알고리즘이 사용되는 경우, N은 2의 거듭제곱, 즉 N = 2ⁿ(여기서, n은 정수이고 N ≤ N1임)으로 환산되어야만 한다. 예를 들어, N1 = 1280 픽셀을 갖는 디스플레이의 경우, 각각의 데이터 세트는 N = 1024 매트릭스점 값을 포함한다. 그렇지만, 2ⁿ개 입력값을 요구하지 않는 다른 푸리에 변환 알고리즘이 사용될 수 있으며, 따라서 전체 디스플레이 해상도(N1)이 사용될 수 있다.

도 6과 관련하여 보면, 도 5는 양호한 실시예를 나타낸 것으로서, 장면이 도 2에 나타낸 슬라이서에 의해 계산하기 위해 M개의 가상 섹션 계층(L₁...L_M)으로 어떻게 분할되는지를 나타내고 있다. 이 슬라이서는 데이터 메모리(MEM)에 저장되어 있는 원래의 물체 정보의 깊이 정보(z)를 공지의 방식으로 분석하고, 장면의 각각의 물체점에 매트릭스점(P_mn)을 할당하며, 그에 따라 섹션 계층(L_m)에 대응하는 물체 데이터 세트(OS_m) 내의 매트릭스점 값을 입력한다. 지수에 있어서, 0 ≤ m ≤ M이고 1 ≤ n ≤ N이며, 여기서 N은 각각의 계층에서의 매트릭스점(P)의 수 및 데이터 세트에서의 매트릭스점 값의 수이다. 한편으로, 섹션 계층(L₁...L_M)은, 장면이 실제로 존재하는지 여부에 상관없이 장면의 이산적인 물체 데이터 세트를 결정하기 위해, 임의적으로 정의된다. 다른 한편으로, 동일한 섹션 계층(L₁...L_M)은 비디오 홀로그램에 대한 재구성된 장면(3D-S)의 공간 위치를 정의하는 것을 목표로 한다. 따라서, 도 5 및 도 6은 비디오 홀로그램에 대해 국부적으로 정의된 장면의 원하는 재구성(3D-S)을 나타낸 것이다. 계산을 수행할 수 있기 위해 추가적인 정의가 필요하다. 즉, 각각의 섹션 계층(L_m)은 참조 계층(RL)으로부터 거리(D_M)에 위치하며, 이 참조 계층(RL)은 관찰자 창(OW)을 가지며, 이 관찰자 창의 근방에 보는 사람의 눈(E_L/E_R)이 있다. 비디오 홀로그램은 참조 계층으로부터 거리(D_H)에 위치하는 홀로그램 계층(HL)에 배치된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 홀로그램 매트릭스의 계산은 이하의 단계들을 수행함으로써 계속된다.

장면이 참조 계층(RL)에 존재했던 경우, 참조 계층(RL)에서의 취합된 파면에의 기여로서 각각의 섹션 계층(L_m)의 물체점의 복소 진폭(A₁₁...A_MN)을 발생하는 파면을 결정하기 위해 참조 계층(RL)에서의 섹션 계층(L₁...L_M)의 물체 데이터 세트(OS₁...OS_M)의 변환

장면이 재구성될 때 관찰자 창(OW)에 나타나게 될 취합된 파면을 정의하는 참조 데이터 세트(RS)를 형성하기 위해 변환된 물체 데이터 세트(DS₁...DS_M)의 성분

과의 가산

비디오 홀로그램을 인코딩하기 위한 매트릭스점 값(H₁...H_n...H_N)을 얻기 위해 D_H의 거리에 위치한 홀로그램 계층(HL)에서의 홀로그램 데이터 세트(HS)를 형성하기 위해 참조 계층(RL)으로부터의 참조 데이터 세트(RS)의 역변환

비디오 홀로그램에 대한 N개의 픽셀값은 일반적으로 복소인 홀로그램 데이터 세트의 값으로부터 도출된다. 비디오 홀로그램에서, 이들 값은 장면 재구성 동안에 광을 변조하기 위한 진폭값 및 파 위상을 나타낸다.

관찰자 창(OW)에 있는 보는 사람에 대해 3D-S가 어떻게 재구성되는지에 대해 상기하였다. 물체가 실제로 보이는 것처럼, 진정한 3차원 방식으로 3차원 장면을 인식할 수 있기 위해, 각각의 눈에 대한 각자의 관찰자 창에 서로 다른 홀로그램이 필요하다.

제2 관찰자 창에 대한 홀로그램 매트릭스는 동일한 방식으로 계산되지만, 그에 따라 변경된 매트릭스점 값을 갖는다. 이 변경은 장면(3D-S)에 대한 보는 사람의 양눈의 서로 다른 위치로 인한 것이다. 동시에 동작하는 FFT 루틴을 갖는 그와 같이 장비된 다중-채널 디지털 신호 처리기에서, 2개의 홀로그램 매트릭스가 동시에 또한 서로 완전히 독립적으로 계산될 수 있다. 요구되는 계산 능력을 감소시키기 위해, 내용의 차이가 거의 없거나 전혀 없는 물체 데이터 세트의 계산 결과들이 결합 사용될 수 있다. 이것은 사진 배경을 보여주는 섹션 계층에 적용될 수 있다. 그러면, 양쪽 눈은 동일한 장면을 약간 오프셋된 방향으로부터 보게 된다.

이 실시예의 특정의 특징에 따르면, 디지털 신호 처리 장치는 변환을 위해 2개의 동일한 물체 데이터 세트 중 단지 하나만을 2개의 신호 처리기 채널 중 하나에 교대로 할당하고 따라서 쓸데없는 처리를 회피하기 위해 대응하는 물체 데이터 세트의 내용을 비교하는 물체 데이터 세트 관리자를 포함한다.

공지의 해결책과는 달리, 관찰자 창(OW)으로부터 광 변조기 매트릭스(LM)로 뻗어 있는 가상 연결면(A1, A2)에 의해 정의되는 절두체-형상의 공간에 있는 가상 관찰자 창을 통해 재구성을 본다. 3D-S 재구성은 비디오 홀로그램 계층(HL)의 전방에, 그 위에 또는 그 후방에 나타날 수 있거나 이 계층과 교차한다.

관찰자 창 크기는 눈의 가로 크기를 덮으면 충분하며, 특수한 경우에 동공 크기로 감소될 수 있다. 홀로그램 계층에서 1m의 거리에 배치된 1x1 cm²의 관찰자 창을 가정하면, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램에 요구되는 픽셀의 수는 전통적인 인코딩 방법에서의 광 변조기 매트릭스와 비교하여 2,500...10,000배 정도 감소된다.

도 7은 계산에 요구되는 변환의 실행을 위해 선택된 계층의 위치를 나타낸 것이다. 제1 가상 섹션 계층(L₁) 및 하나의 추가의 계층(L_m)이 나타내어져 있다. 그렇지만, 참조 계층(RL)에서의 섹션 계층(L₁...L_M)의 파면을 계산하기 위해 모든 파면의 기여가 항상 요구된다. 계산 능력을 절감하기 위해, 움직이는 3차원 장면을 처리할 때, 개개의 변환된 데이터 세트(DS₁...DS_M)는 버퍼링되고 내용에 변화가 있을 때까지 몇개의 후속하는 비디오 홀로그램에 대해 재사용될 수 있다.

도 8은 참조 계층(RL)으로부터 D_m의 거리에 있는 섹션 계층(L_m)의 물체 데이터 세트(OS_m)의 진폭값(A_m1...A_mn...A_mN)이 어떻게 변환되는지를 상세히 나타낸 것이다. 이 복소 프로세스의 이해를 돕기 위해, 1차원 변환만이 나타내어져 있다. 수학식 1은 프레넬 변환의 핵심을 나타낸 것이다.

여기서, 항

은 좌표 x₀를 갖는 계층에서 좌표 x_m을 갖는 계층으로부터의, 즉 참조 계층에서 D_m의 거리에 위치한 섹션 계층으로부터의 푸리에 변환의 핵심을 나타낸다.

이전에 언급한 바와 같이, 광학 시스템에서 광의 콜리메이션에 따라, 이들 2차 위상 인자 중 하나 또는 둘다는 1일 수 있다.

수학식 2는 계층(L_m)에서의 대응하는 위상 인자(F1_mn)와 곱해진 매트릭스점 값의 진폭 A_mn을 정의한다.

마지막으로, 수학식 3은 수학식 2의 푸리에 변환의 결과 및 참조 계층에서의 관찰자 창(OW)의 좌표(x_o) 및 각자의 섹션 계층에서 참조 계층까지의 거리에만 의존하는 위상 인자와의 곱을 나타낸 것이다. 이는 참조 계층에서의 관찰자 창의 매트릭스점에서의 복소 진폭을 정의한다.

상기한 해결책은, 전용의 디지털 신호 처리기 회로가 실시간의 플리커없는 재구성(real-time non-flikering reconstruction)의 형태로 양쪽 눈에 대해 이동하는 장면의 비디오 홀로그램의 시퀀스의 계산을 수행할 수 있도록, 계산 프로세스를 가속시키는 것을 가능하게 해준다.

관찰자 창(OW)에서의 재구성된 취합 파면의 오차를 보상하기 위해, 본 실시예의 양호한 구현에서, 도 9에 나타낸 반복 프로세스가 관찰자 창(OW)과 홀로그램 계층(HL)에서의 분포 간의 계산에 적용될 수 있다.

부록 I:

본 실시예의 특징

이하의 지수는 도 5 내지 도 9를 말한다.

1. 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법으로서,

3차원 장면에서 물체를 정의하는 물체 데이터는 다수의 가상 섹션 계층(L₁...L_M)으로 배열되고, 각각의 계층은 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)가 이들 2차원 물체 데이터 세트(OS₁...OS_M)의 일부 또는 그 전부로부터 계산될 수 있도록 2차원 물체 데이터 세트(OS_m)를 정의하며,

상기 방법은,

(a) 제1 변환(TR1)에서, 가상 섹션 계층의 각각의 2차원 물체 데이터 세트(OSn)가 2차원 파면 분포로 변환되고, 비디오 홀로그램 계층(HL)으로부터 유한의 거리(D_M)에 있는 참조 계층(RL)에서의 가상 관찰자 창(OW)에 대해 상기 파면 분포가 계산되는 단계,

(b) 섹션 계층(L₁...L_M)의 모든 2차원 물체 데이터 세트에 대해, 가상 관찰자 창(OW)에 대한 상기 계산된 2차원 파면 분포(DS₁...DS_M)가 취합된 관찰자 창 데이터 세트(RS)를 정의하기 위해 부가되는 단계, 및

(c) 제2 변환(TR2)에서, 상기 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램에 대한 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)를 발생하기 위해, 상기 취합된 관찰자 창 데이터 세트(RS)가 상기 참조 계층으로부터 상기 비디오 홀로그램 계층(HL)으로 변환되는 단계를 포함하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

2. 특징 1에 있어서, 상기 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)의 데이터는 상기 비디오 홀로그램에서 등간격으로 있는 점들에 할당되고, 이들 점이 매트릭스로서 구성되는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

3. 특징 1에 있어서, 상기 섹션 계층(L₁...L_M), 상기 홀로그램 계층(HL), 상기 참조 계층(RL) 및 상기 가상 관찰자 창(OW)은 평면인 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

4. 특징 1 내지 특징 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 비디오 홀로그램 계층(HL), 상기 섹션 계층 및 상기 가상 관찰자 창은 서로 평행인 것인, 컴퓨터-발생 된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

5. 특징 1 내지 특징 4 중 어느 하나에 있어서, 관찰자의 적어도 한쪽 눈은 상기 가상 관찰자 창 근방에 위치하고, 따라서 재구성된 장면이 상기 가상 관찰자 창(OW)을 통해 볼 수 있는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

6. 특징 1 내지 특징 5 중 어느 하나에 있어서, 2개 이상의 가상 관찰자 창(OW)이 있는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

7. 특징 1에 있어서, 상기 물체 데이터(R₁, G₁, B₁, z₁...R_P, B_P, B_P, z_P)가 물체 데이터 세트(OS₁...OS_M)에 할당되고, 이들 물체 데이터 세트 전부는 상기 취합된 관찰자 창 데이터 세트(RS) 및 상기 홀로그램 데이터 세트(HS)와 동일한 수(N) 및 매트릭스 구조의 값을 포함하며, 여기서 모든 데이터 세트(OS₁...OS_M, RS, HS)에 대한 상기 값들의 수 및 구조는 상기 비디오 홀로그램을 인코딩하는 데 사용되는 픽셀의 수로부터 도출되는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

8. 특징 2에 있어서, 상기 2차원 물체 데이터 세트(OS₁...OS_M) 및 상기 취합된 관찰자 창 데이터 세트(RS)는 상기 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)와 동일한 매트릭스 구조를 갖는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

9. 특징 1 내지 특징 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 참조 계층에서의 상기 가상 관찰자 창(OW)은 상기 참조 계층에서의 주기성 간격의 크기보다 작거나 같으며, 완전히 한 주기성 간격 내에 위치하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

10. 특징 1 내지 특징 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 참조 계층은 상기 홀로그램의 푸리에 평면과 일치하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

11. 특징 1에 있어서, 각각의 물체 데이터 세트(OS_m)는 대응하는 섹션 계층(L_m)의 면적에 기초하고, 이 면적은 상기 참조 계층(RL)까지의 그의 거리(D_m)에 의존하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

12. 특징 11에 있어서, 각각의 섹션 계층의 면적은 상기 가상 관찰자 창(OW)의 모서리와 상기 비디오 홀로그램의 모서리를 연결하는 가상면(A1, A2)와의 교차에 의해 정의되는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

13. 특징 1에 있어서, 상기 섹션 계층(L_m)은, 재구성된 장면(3D-S) 전체 또는 그의 일부가 상기 홀로그램 계층(HL)의 전방에 및/또는 그 후방에 나타나도록 설정된, 가상 참조 계층(RL)까지의 거리(D₁...D_m)를 갖는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

14. 특징 1에 있어서, 상기 제1 변환은 프레넬 변환이며, 이하의 서브-단계, 즉

원래의 섹션 계층(L_m)의 각각의 물체점의 진폭값(A_mn)을 구형파를 기술하는 제1 위상 인자(F1_mn)와 곱하는 단계 - 상기 인자의 지수는 원래의 섹션 계층(L_m)에서의 좌표값(x_m, y_m) 제곱 및 원래의 섹션 계층(L_m)과 참조 계층(RL) 간의 거리(D_m) 에 의존함 -,

제1 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 원래의 섹션 계층(L_m)의 각각의 물체점(A_m1...A_mN)에 대한 이와 같이 계산된 곱을 원래의 섹션 계층(L_m)으로부터 참조 계층(RL)으로 변환하는 단계, 및

이와 같이 계산된 변환

을 구형파를 기술하는 제2 위상 인자(F2_mn)와 곱하는 단계 - 상기 인자의 지수는 상기 참조 계층(RL)에서의 좌표(x, y) 제곱 및 원래의 섹션 계층(L_m)까지의 거리에 의존함 - 를 포함하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

15. 특징 1에 있어서, 상기 제2 변환은 또한 프레넬 변환이고, 이하의 서브-단계, 즉

상기 참조 데이터 세트(RS)의 각각의 복소 진폭값

을 구형파를 기술하는 제3 위상 인자(F3_n)와 곱하는 단계 - 상기 인자의 지수는 참조 계층(RL)에서의 좌표(x_o, y_o) 제곱 및 상기 참조 계층(RL)과 상기 홀로그램 계층(HL) 간의 거리(D_m)에 의존함 -,

제2 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 상기 복소 진폭값

의 이와 같이 계산된 곱을 상기 참조 계층(RL)으로부터 상기 홀로그램 계층(HL)으로 변환하는 단계, 및

이와 같이 계산된 변환

을 구형파를 기술하는 제4 위상 인자(F4_n)와 곱하는 단계 - 상기 인자의 지수는, 인코딩을 위해 사용되는 상기 홀로그램 데이터 세트(HS)에 대한 원하는 홀로그램 값(H₁...H_N)을 얻기 위해, 상기 홀로그램 계층(HL)에서의 좌표(x, y) 제곱 및 상기 홀로그램 계층(HL)과 상기 참조 계층(RL) 간의 거리(D_H)에 의존함 - 를 포함하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

16. 특징 14 또는 특징 15에 있어서, 구형파를 기술하는 상기 위상 인자(F1_mn, F2_mn) 중 하나 또는 둘다가 일정한 값으로 설정될 수 있는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

17. 특징 1에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 변환은 푸리에 변환인 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

18. 특징 1에 있어서, 반복에 의해 상기 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램의 점 값을 정정하기 위한 이하의 서브-단계, 즉

A) 원래의 3차원 장면으로부터의 관찰자 창 데이터 세트(RS)가 상기 제1 변환에 대한 목표 함수로서 정의되는 단계,

B) 상기 홀로그램 데이터 세트(HS)의 매트릭스점 값(H₁...H_N)을 얻기 위해 상기 목표 함수의 원래의 복소 진폭값

을 홀로그램 계층(HL)으로 역변환하는 단계,

C) 광 변조기 매트릭스(LM)에 대한 홀로그램 데이터 세트(HS)의 파라미터(Paramn)를 도출하는 단계,

D) 가상 관찰자 창(OW)에서의 갱신된 복소 진폭값

의 분포를 얻기 위해 파라미터(Paramn)의 도출을 상기 참조 계층(RL)으로 변환하는 단계,

E) 갱신된 복소 진폭값

의 분포와 목표 함수의 원래의 값

간의 차이

를 형성하는 단계,

F) 이 차이

를 상기 홀로그램 계층(HL)에서의 차이점 값

의 분포로 역변환하는 단계,

G) 상기 분포

를 상기 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)로부터 감산하고 상기 홀로그램 데이터 세트를 갱신하는 단계,

H) 상기 단계 C) 내지 G)를 반복하는 단계, 및

I) 근사 정확도에 도달되었을 때 상기 반복을 종료하는 단계를 포함하는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

19. 특징 1 내지 특징 18 중 어느 하나에 있어서, 깊이 정보는 모든 물체 데이터 세트에 대해 동일한 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

20. 특징 19에 있어서, 상기 홀로그램을 발생하는 장치는, 입력 및/또는 사용자가 어떤 모드를 선택하는지에 따라, 3차원 모드에서 2차원 모드로 전환할 수 있는 것인, 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 방법.

21. 디지털 슬라이서 수단으로 컴퓨터-발생된 비디오 홀로그램을 계산하는 디지털 신호 처리 장치로서,

상기 디지털 슬라이서 수단은 3차원 장면에서 물체를 정의하는 물체 데이터를 다수의 가상 섹션 계층(L₁...L_M)에 할당하고, 각각의 섹션 계층은, 비디오 홀로그램에 대한 비디오 홀로그램 데이터 세트(HS)가 이들 물체 데이터 세트의 일부 또는 그 전부로부터 계산될 수 있도록, 개별적인 물체 데이터 세트(OS_n)를 정의하며,

상기 장치는,

(a) 각각의 물체 데이터 세트(OS_m)로부터, 유한 거리(D_M)에 위치하는 참조 계층(RL)에서의 가상 관찰자 창에 대한 개별적인 2차원 파면 분포를 계산하는 제1 변환 수단(TR1) 및 변환된 물체 데이터 세트를 버퍼링하는 버퍼 메모리 수단,

(b) 취합된 관찰자 창 데이터 세트(RS)의 파면 표현을 발생하기 위해, 모든 섹션 계층의 상기 변환된 물체 데이터를 가산하는 가산 수단(AD), 및

(c) 상기 취합된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 세트(HS)를 발생하기 위해, 상기 관찰자 창 데이터 세트(RS)를 유한 거리에 위치하고 상기 참조 계층(RL)에 평행한 홀로그램 계층(HL)으로 변환하는 제2 변환 수단(TR2)을 포함하는 것인, 디지털 신호 처리 장치.

22. 특징 21에 있어서, 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 독립적으로 동작하는 변환 수단(TR1, TR2)을 포함하며,

상기 장치는,

원래의 물체 데이터 세트(OS_m)의 값들의 진폭값

을 구형파를 기술하는 제1 위상 인자(F1_mn/F3_n)와 곱하는 제1 곱셈 수단(M1) - 상기 인자의 지수는 각자의 원래의 계층(L_m 또는 RL)에서의 좌표(x_m, y_m) 제곱 및 목표 계층(RL 또는 HL)까지의 거리(D_m)에 의존함 -,

상기 제1 곱셈 수단(M1)의 곱을 그의 원래의 계층(L_m/RL)으로부터 상기 목표 계층(RL/HL)으로 변환하는 고속 푸리에 변환 수단(FFT), 및

그 변환을 구형파를 기술하는 다른 위상 인자(F2_mn/F4_n)와 곱하는 제2 곱셈 수단(M2) - 상기 인자의 지수는 상기 목표 계층에서의 좌표 제곱 및 목표 계층과 원래의 계층 간의 거리에 의존함 - 을 포함하는 것인, 디지털 신호 처리 장치.

23. 특징 22에 있어서, 상기 고속 푸리에 변환의 실행을 위해, 모든 데이터 세트는 다수(N개)의 이산적인 매트릭스점 값을 가지며, 상기 수(N)은 2의 n제곱인 것인, 디지털 신호 처리 장치.

24. 특징 21에 있어서, 빈번하게 재실행되는 계산 루틴의 독립적이고 동시적인 실행을 위해 다중-채널 디지털 신호 처리기(DSP)를 포함하는, 디지털 신호 처리 장치.

25. 특징 21에 있어서, 동시적으로 실행되는 변환 루틴(TR1, TR2)을 포함하는 다수의 독립적으로 동작하는 서브-프로세서, 및

적어도 어떤 수의 변환을 동시적으로 실행할 수 있기 위해, 3차원 물체의 내 용에 따라 계산에 필요한 변환을 이용가능한 변환 루틴에 동적으로 할당하는 자원 관리자를 포함하는, 디지털 신호 처리 장치.

26. 특징 21에 있어서, 양쪽 눈에 대해 상기 홀로그램 데이터 세트(HS_L, HS_R)의 동시적인 계산을 위해 다중-채널 프로세서인 것인, 디지털 신호 처리 장치.

27. 특징 21에 있어서, 2개의 신호 프로세서 채널 중 하나에서 유사한 변환을 한번만 실행하고 또 다른쪽 채널에서 그 변환을 같이 사용(co-use)하기 위해, 홀로그램 계산에서의 대응하는 물체 데이터 세트(OS_m)의 내용을 다른 원래의 물체 데이터와 비교하는 물체 데이터 세트 제어 수단을 포함하는, 디지털 신호 처리 장치.

28. 특징 21에 있어서, 구형파를 기술하는 위상 인자(F1_mn/F3_n, F2_mn/F4_n) 중 하나 또는 그 전부가 일정한 값으로 설정될 수 있는 것인, 디지털 신호 처리 장치.

29. 특징 21에 있어서, 입력 및/또는 사용자가 어느 모드를 선택하는지에 의존하여, 3차원 모드를 2차원 모드로 전환하도록 구성되어 있는, 디지털 신호 처리 장치.

부록 II

이론적 배경: 양호한 실시예에 대한 상세 및 개량점

이 섹션은 상기한 실시예에 대한 추가적인 이론적 배경을 제공한다.

1. 회절 차수 및 관찰자 창

회절 패턴의 주기적 반복에 대한 설명

a) SLM 상의 홀로그램의 픽셀화는 보기 평면에서의 회절 패턴의 주기적인 반복이 얻어진다. 관찰자 창은 한 주기성 간격 내에 있어야만 한다, 즉 관찰자 창은 주기성 간격보다 작아야만 한다. SLM의 픽셀 피치 및 SLM 상에서의 복소값 홀로그램의 인코딩 방법은 주기성 간격의 크기 및 그의 얼마가 관찰자 창으로 사용될 수 있는지를 결정한다.

b) 표준의 LCD 패널은 대체로 진폭을 변조하며, 홀로그램을 디스플레이하기 위해 진폭-변조 SLM으로서 사용될 수 있다. 진폭-변조 SLM 상에서 복소값 홀로그램 데이터를 인코딩하는 한 방법은 우회-위상 효과에 기초하는 Burckhardt 인코딩이다. 하나의 복소값을 인코딩하기 위해 3개의 이웃하는 픽셀의 세트가 필요하다.

Burckhardt 인코딩의 경우, 회절 차수(-1차, 0차, 1차, 2차, 3차, 기타 등등의 회절 차수)는 3가지 카테고리로 분류될 수 있다.

물체 재구성없이 비회절된 광을 포함하는 0차, 3차, 기타 등등의 회절 차수

물체의 재구성을 포함하는 1차, 4차, 기타 등등의 회절 차수

깊이-반전된 물체의 재구성을 포함하는 -1차, 2차, 기타 등등의 회절 차수

재구성된 물체는 1차, 4차, 기타 등등의 회절 차수에서 볼 수 있다. LCD 픽셀의 유한의 개구로 인해, 회절 패턴의 세기는 고차 회절 차수 쪽으로 가면서 떨어진다. 따라서, 1차 회절 차수에 관찰자 창을 위치시키는 것이 유리하다.

단일의 회절 차수가 주기적으로 반복되는 것이 아니라 1차, 0차 및 -1차 회 절 차수의 세트가 함께 주기적으로 반복된다. 따라서, 주기성 간격은 1차, 0차 및 -1차 회절 차수를 포함한다. 그의 크기는

로 주어지며, 여기서 d는 홀로그램과 보기 평면 간의 거리이고, p는 픽셀 피치이며, λ는 파장이다.

물체가 1차 회절 차수로 구성되고 -1차 또는 0차 회절 차수로 재구성되지 않기 때문에, 관찰자 창은 주기성 간격 전부를 커버할 수 없고 단지 1차 회절 차수만을 커버할 수 있다. 1차 회절 차수의 크기는 주기성 간격(P_diffr)의 1/3이다.

c) 복소-변조 SLM에 있어서, 각각의 단일의 픽셀이 하나의 복소수를 인코딩하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 보기 평면에서의 각각의 주기성 간격은 단지 하나의 회절 차수를 포함한다. 그러므로, 주기성 간격 전부가 관찰자 창으로서 사용될 수 있다.

위상-변조 SLM이 푸리에 홀로그램에서 사용되는 경우, 주기성 간격은 깊이-반전된 물체의 재구성을 포함하지 않는다. 그렇지만, 비회절된 광도 있다. 따라서, 주기성 간격 전부가 관찰자 창으로서 사용되지 않고 그의 대부분이 관찰자 창으로서 사용될 수 있다. 비회절된 광이 관찰자 창으로부터 배제되어야만 한다.

d) 일반적으로, 관찰자 창이 한 주기성 간격 내에 있어야 한다고 말할 수 있다. 각각의 주기성 간격은 재구성된 물체 뿐만 아니라 비회절된 광도 포함하며, 어떤 경우에는, 깊이-반전된 물체를 포함한다. 관찰자 창에 대해 사용될 수 있는 주기성 간격의 비율은 SLM 및 인코딩 방식에 의존한다. 회절 차수 내에서의 관찰자 창의 크기 및 위치는 적절히 결정되어야만 한다. 재구성된 물체만이 관찰자 창 에서 볼 수 있으며 깊이-반전된 물체 또는 비회절된 광은 볼 수 없다는 것에 유의한다.

e) 관찰자 창 크기의 일반적인 정량적 설명

우리의 용어에서, 주기성 간격은 재구성된 물체를 볼 수 있는 회절 차수 뿐만 아니라 (인코딩 기술에 따라서는) 비회절된 광 및 깊이-반전된 물체를 포함하는 회절 차수도 포함한다. 주기성 간격의 크기는 주로 픽셀 피치에 의해 결정된다, 즉 주어진 SLM에 대해 고정되어 있다. 이것은 관찰자 창이 인코딩 기술을 최적화함으로써 확대될 수 있다는 것을 의미한다.

N개의 픽셀이 하나의 복소수를 인코딩하는 데 필요한 경우, 관찰자 창의 최대 크기는 주기성 간격의 1/N이다. 예를 들어,

(대체로) 진폭-변조하는 SLM에 대한 Burckhardt 인코딩:

복소수마다 3개의 픽셀 => 관찰자 창의 최대 크기 = 주기성 간격의 1/3

(대체로) 위상-변조하는 SML에 대한 이중-위상 인코딩:

복소수마다 2 픽셀 => 관찰자 창의 최대 크기 = 주기성 간격의 1/2

(대체로) 위상-변조하는 SLM에 대한 Kinoform 인코딩:

복소수마다 1 픽셀 => 관찰자 창의 최대 크기 = 주기성 간격

2. 관찰자 창의 크기

a) 종래의 전자-홀로그래픽 디스플레이에서, 홀로그램은 물체의 푸리에 프레넬 변환으로서 계산된다. 이것에 의해, 저해상도 SLM이 사용되는 경우 작은 물체 크기가 얻어진다. 이와 달리, 우리의 전자-홀로그래픽 디스플레이에서, 홀로그램 은 관찰자 창의 푸리에 변환으로서 계산된다.

이것에 의해, 저해상도 SLM이 사용되는 경우 작은 관찰자 창이 얻어진다. 관찰자 창은 창(이를 통해 관찰자는 재구성된 3D 장면을 볼 수 있음)으로서만 기능한다. 작은 관찰자 창이 눈 동공보다 큰 경우 또 눈 동공이 적절히 추적되는 경우, 작은 관찰자 창은 중요하지 않다.

b) SLM 및 관찰자 창에 의해 정의되는 절두체에서 다수의 물체 재구성이 행해지는 것은, 이하의 경우에 회피될 수 있다.

어느 한 인코딩된 영역이 적절히 제한된다. 이것은 작도에 의해 행해질 수 있다(도 2 및 부록 III, 개념 C 참조). 물체는 물체점으로 샘플링된다. 각각의 물체점의 홀로그램 정보는 작은 인코딩된 영역(이의 크기 및 위치는 도 3에서 볼 수 있음)에서만 인코딩된다. 인코딩된 영역 또는 모든 물체점의 기본/투사 홀로그램이 홀로그램 상에 중첩된다.

투사 홀로그램의 중첩과 등가인 것은 물체를 물체 평면으로 슬라이싱하는 것이다. 물체는 절두체에 의해 제한된다. 각각의 물체 평면은 프레넬 변환에 의해 관찰자 창으로 전파되고, 이 관찰자 창에서 모든 프레넬 변환이 가산된다. 합산된 프레넬 변환은 이어서 홀로그램 평면으로 푸리에-변환된다. 이 방법은 본질적으로 관찰자 창으로부터 다수의 재구성을 볼 수 없다는 것을 암시한다.

c) 이 방법에 기초하여, 프로토타입 디스플레이가 제작되었다. 69㎛ 픽셀 해상도를 갖는 상용 20인치 단색 LCD를 사용하여, 2m의 거리에서 크기 6mm를 갖는 관찰자 창이 가능하다. 이 결과 20인치 화면 대각선을 갖는 전자-홀로그래픽 디스 플레이가 얻어진다.

3. 몇개의 관찰자 창의 멀티플렉싱

관찰자 창을 눈 동공보다 약간 더 큰 크기로 감소시킴으로써, 해상도(따라서, SLM 픽셀의 수)는 상당히 감소될 수 있다. 이것은 한명의 관찰자에 대해 적어도 2개의 관찰자 창이 필요하다는 것을 의미한다. 각각의 관찰자 창에서, 적절한 투시도에 의한 물체의 재구성을 볼 수 있다. 관찰자 창의 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱이 사용될 수 있다.

a) 시간적 멀티플렉싱은 관찰자 창이 순차적으로 발생된다는 것을 의미한다. 이것은 광원 및 홀로그램 패널(SLM)의 동시적인 스위칭에 의해 행해질 수 있다. 따라서, 보는 사람의 눈은 순차적으로 조명된다. 플리커링을 회피하기 위해, 스위칭 속도는 충분히 높아야 한다, 즉 양호하게는 적어도 25 Hz이어야만 한다. 이것은 대형 단색 패널로서 현재 거의 이용가능하지 않은 고속 LCD 패널을 필요로 한다.

b) 공간적 멀티플렉싱은 모든 관찰자 창이 동시에 디스플레이된다는 것을 의미한다. 중첩이나 크로스토크가 일어나지 않도록 관찰자 창이 보기 평면에서 공간적으로 분리되어 있다는 것에 주의해야 한다. 이것은, 예를 들어, SLM 및 장벽 마스크(barrier mask) 등의 빔 분할기(beam splitter) 상에서 2개 이상의 홀로그램을 인터레이싱함으로써 행해질 수 있다. 또한, 이미지 분리/빔 분할 또는 무안경 방식 디스플레이로부터 공지된 기술에 대한 다른 광학 요소[예를 들어, 프리즘 마스크 또는 렌티큘러 마스크]가 사용될 수 있다.

4. 수평 및/또는 수직 시차

완전-시차 홀로그램(full-parallax hologram)은 수평 및 수직 방향에서의 파의 간섭성 중첩에 의해 물체를 홀로그래픽적으로 재구성한다. 충분히 큰 관찰자 창 또는 관찰자 영역이 주어지는 경우, 재구성된 물체는, 실제 물체처럼, 수평 및 수직 방향에서의 운동 시차(motion parallax)를 용이하게 해준다. 그렇지만, 큰 관찰자 영역은 SLM의 수평 및 수직 방향 둘다에서 높은 해상도를 필요로 한다.

종종, SLM에 대한 요건은 HPO(horizontal-parallax only) 홀로그램으로 제한함으로써 감소된다. 홀로그래픽 재구성이 수평 방향에서만 일어나는 반면 수직 방향에서는 홀로그래픽 재구성이 없다. 이 결과 수평 운동 시차를 갖는 재구성된 물체가 얻어진다. 투시도는 수직 운동 시에 변하지 않는다. HPO 홀로그램은 수직 방향에서 완전-시차 홀로그램보다 더 낮은 해상도의 SLM을 필요로 한다. 재구성 방향, 즉 수평 방향에서만 주기성이 있다. 1차원 선 홀로그램의 경우 계산 부하가 감소된다.

VPO(vertical-parallax only) 홀로그램도 가능하지만 드물다. 수직 방향에서만 홀로그래픽 재구성이 일어난다. 이 결과 수직 운동 시차를 갖는 재구성된 물체가 얻어진다. 또한, 눈 원근조절(eye accommodation)(눈 렌즈 곡률을 물체 거리에 적응시키는 것)은 HPO 홀로그램에서와 같이 VPO 홀로그램에 의해 달성된다. 수평 방향에서 운동 시차가 없다. 좌측 눈 및 우측 눈에 대한 서로 다른 투시도가 개별적으로 생성되어야만 한다. 이것은, 상기한 바와 같이, 관찰자 창의 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱에 의해 행해질 수 있다.

5. 컬러 홀로그램

컬러 홀로그램은 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱에 의해 발생될 수 있다. 시간적 멀티플렉싱의 경우, R, G 및 B 광원은 SLM 상의 대응하는 홀로그램 내용과 동시에 스위칭된다. 공간 멀티플렉싱의 경우, 3개의 R, G 및 B 홀로그램이 인터레이스된 R, G 및 B 픽셀[공간적으로 간섭성인 백색 광원 또는 개별적인 R, G 및 B 광원에 의해 조명됨] 상에 디스플레이된다.

6. 연속형 SLM

홀로그램-전달 매체(hologram-bearing medium)로서의 픽셀화된 SLM(예를 들어, LCD 패널)에 의해 재구성된 물체 및 관찰자 창의 주기적인 반복이 일어난다. 본 명세서에 기술된 방법들을 사용함으로써, 관찰자가 물체의 다중 재구성을 보게 되는 것이 회피될 수 있다. 따라서, 우리의 방법은 양호하게는 픽셀화된 SLM에 적용된다.

그렇지만, 우리의 방법은 또한 연속형 SLM, 예를 들어, OASLM(optically addressed spatial light modulator)에 적용될 수 있다. OASLM 자체는 연속적이고 따라서 관찰자에 대한 다중 재구성을 없애주는 본 실시예의 그 측면들을 필요로 하지 않는다. 그렇지만, OASLM은 보통 픽셀 구조를 갖는 전기적으로 어드레싱되는 SLM에 의해 광학적으로 어드레싱된다. 이 결과 OASLM 상에 잔여 픽셀 구조(residual pixel structure)가 얻어지며, 따라서 관찰자 창에서 물체의 주기적인 반복이 일어날 수 있다. 그러므로, 우리의 방법을 OASLM 또는 다른 연속형 SLM에 적용하는 것이 유용할 수 있다.

7. HPO 홀로그램 및 공간적 멀티플렉싱의 결합

수평 방향으로 정렬된 관찰자 창의 공간적 멀티플렉싱은 양호하게는 VPO(Vertical Parallax Only) 홀로그램과 함께 사용된다. 수평 방향으로 정렬된 관찰자 창은 SLM으로부터 수평 방향으로 방출되는 빔을 분할하는 빔 분할 요소를 필요로 한다. VPO 홀로그램은 수평 방향에서 공간적으로 비간섭성인 수평 선광원에 의해 조명될 수 있다. 따라서, 수평 방향에서, 관찰자 창은 빔 분할을 위한 광학 요소에 의해서만 제한되며, 이 빔 분할은 종래의 무안경 방식의 디스플레이에서와 동일한 방식으로 처리될 수 있다. 주기성 간격 및 회절 차수로 인한 관찰자 창의 제한은 수직 방향에서만 적용되며, 여기서 수평 선광원은 공간적으로 간섭성이다. 수평 방향에서, 회절과 빔 분할 간에 상호 간섭이 없다.

원칙적으로, HPO 홀로그램과 수평 방향으로 정렬된 관찰자 창의 공간적 멀티플렉싱을 결합하는 것도 가능하다. 그렇지만, 빔 분할 및 회절이 둘다 현재 수평 방향으로 동작하기 때문에 유의해야 한다.

8. 광원의 간섭성

우리는 시간적 간섭성과 공간적 간섭성을 구별해야만 한다.

a) 공간적 간섭성은 광원의 가로 크기와 관계되어 있다. 레이저 광원으로부터의 광은 점광원(회절 한계 내에서 또 모드 순도(modal purity)에 의존함)으로부터 방출하는 것으로 간주될 수 있으며 물체의 선명한 재구성이 얻어지게 한다, 즉 각각의 물체점이 점(회절 한계 내에서)로서 재구성된다. 공간적으로 비간섭성인 광원, 예를 들어, LED 또는 CCFL로부터의 광은 측방으로 확장되고 재구성된 물체의 스미어링(smearing)을 야기한다. 스미어링의 양은 주어진 위치에 재구성된 물체점의 확장된 크기에 의해 주어진다. 홀로그램 구성을 위해 공간적으로 비간섭성인 광원을 사용하기 위해, 개구폭을 조정함으로써 재구성 품질과 밝기 간의 절충이 있어야만 한다. 더 작은 개구는 공간적 간섭성의 향상을 가져오며, 따라서 블러링 또는 스미어링의 정도를 낮춘다. 그렇지만, 더 작은 개구는 더 낮은 밝기를 야기한다. 용어 "부분적 공간 간섭성(partial spatial coherence)"은 광원을 기술하는 데 사용된다.

b) 시간적 간섭성은 광원의 스펙트럼 선폭에 관계되어 있다. SLM에서의 회절각은 파장에 비례하며, 이는 단색 광원만이 물체점의 선명한 재구성을 가져온다는 것을 의미한다. 확장된 스펙트럼은 확장된 물체점 및 스미어링된 물체 재구성을 가져온다. 레이저 광원의 스펙트럼은 단색으로 간주될 수 있다. LED의 스펙트럼 선폭은 양호한 재구성을 용이하게 해주기에 충분히 좁다(약 20 nm FWHM).

9. 점광원 및 시차

완전 시차를 갖는 홀로그램의 경우, 하나 또는 몇개의 점광원이 단 하나의 회전 대칭 렌즈 또는 회전 대칭 렌즈의 어레이와 함께 사용되어야만 한다. 양호하게는, HPO 또는 VPO를 갖는 홀로그램의 경우, 하나 또는 몇개의 선광원이 단일의 원통형 렌즈 또는 원통형 렌즈의 어레이(렌티큘러)와 함께 사용된다. 선광원 및 렌즈는 평행하게 정렬되어야만 한다.

선광원은 더 높은 밝기의 이점을 가지며, 렌티큘러는 회전 대칭 렌즈의 어레이보다 제조하기가 더 쉽다.

그렇지만, HPO 또는 VPO에 대해 다른 조합도 가능하다.

점광원(들) 및 회전 대칭 렌즈/렌즈 어레이

점광원(들) 및 원통형 렌즈/렌티큘러

선광원(들) 및 회전 대칭 렌즈/렌즈 어레이

10. 광원 및 렌즈의 결합

광원은 공간적으로 간섭성인 광원(예를 들어, 레이저) 또는 충분한 부분적 공간 간섭성을 갖는 광원(예를 들어, 충분히 작은 개구를 갖는 LED)일 수 있다.

여러 유형의 광원 배열:

- 하나의 점광원

- 점광원의 1D 어레이

- 점광원의 2D 어레이

- 하나의 선광원

- 선광원의 어레이

선광원 및 어레이의 양호한 배향에 대해 이하에서 기술한다.

여러 유형의 렌즈 배열:

- 하나의 대형 회전 대칭 렌즈

- 회전 대칭 렌즈의 1D 어레이

- 회전 대칭 렌즈의 2D 어레이

- 하나의 대형 원통형 렌즈

- 원통형 렌즈의 어레이(렌티큘러)

원통형 렌즈 및 렌즈 어레이의 양호한 배향에 대해 이하에서 기술한다. 간명함을 위해, 용어 "회전 대칭 렌즈" 및 "원통형 렌즈"는 렌즈의 구형(spherical) 단면 및 비구형(aspherical) 단면을 말할 수 있다. 비구형 단면은 구형 수차를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 광원과 렌즈의 양호한 조합이 있다.

a) 하나의 광원 및 하나의 회전 대칭 렌즈

이 조합은 소형 디스플레이에 가장 쉬운 것이다. 이는 양호하게는 완전-시차 홀로그램에 사용된다. 대형 디스플레이의 경우, 즉 대각선이 몇 인치보다 큰 경우, 필요한 고휘도 점광원 및 대형 렌즈는 이 조합을 부적절하게 만든다.

b) 점광원의 2D 어레이 및 회전 대칭 렌즈의 2D 어레이

이 조합은 대형의 완전-시차 홀로그램에 양호하다. 각각의 점광원은 하나의 렌즈에 대응한다. 각각의 점광원은 렌즈 어레이의 단 하나의 렌즈만을 비추어야 하며, 이는 요구된 양의 총휘도를 많은 광원으로 분할하는 것을 용이하게 해준다. 이것은 각각의 광원의 휘도에 대한 요건을 감소시킨다. 또한, 렌즈 어레이가 제조하기 훨씬 더 쉬우며, 동일한 초점 길이를 갖는 하나의 대형 렌즈보다 더 작다.

c) 수직으로 정렬된 선광원의 어레이 및 수직으로 정렬된 원통형 렌즈의 어레이(수직으로 정렬된 렌티큘러). 이 조합은 HPO 홀로그램에 사용된다. 수직으로 정렬된 원통형 렌즈는 광을 수평 방향으로 집광시키며, 그 결과 HPO 홀로그램이 얻어진다. 수직 방향에서, 운동 시차가 없다. 각각의 선광원은 하나의 렌티큘러에 대응한다. 점광원의 2D 어레이 및 렌즈의 2D 어레이와 비교하여, 렌티큘러가 렌즈의 2D 어레이보다 제조하기 더 쉽다는 이점이 있다. 또한, 선광원에서의 휘도에 대한 요건이 점광원보다 더 낮으며, 광속(light flux)이 선 상에 분포되고 작은 점에 집중되지 않는다.

d) 수평으로 정렬된 선광원의 어레이 및 수평으로 정렬된 원통형 렌즈의 어레이(수평으로 정렬된 렌티큘러)

이 조합은 VPO 홀로그램에 사용된다. 수평으로 정렬된 원통형 렌즈는 광을 수직 방향으로 집광시키며, 그 결과 VPO 홀로그램이 얻어진다. 부가적인 수단이 없는 경우, 수평 방향으로 운동 시차가 없다. 각각의 선광원은 하나의 렌티클(lenticle)에 대응한다. 광원과 렌티큘러의 이 조합은 또한 종래의 무안경 방식 이미지 분리를 위한 광학 요소와 결합될 수 있다. 수직 방향에서의 파의 간섭성 중첩을 갖는 VPO 홀로그램은 수평 방향에서의 무안경 방식 이미지 분리에 의해 영향을 받지 않으며, 그 역도 마찬가지이다. 이 결과 홀로그래픽 및 무안경 방식 디스플레이의 조합이 얻어진다. 수직 방향에서의 홀로그래픽 재구성은 눈 원근조절을 만족시킨다. 무안경 방식 이미지 분리는 공간적 멀티플렉싱과 함께 좌측 눈 및 우측 눈에 대해 서로 다른 투시도를 발생한다.

11. 광원의 유형

광원을 발생하는 여러 방법이 있다. 예를 들어,

a) 단일의 점광원은 레이저 다이오드 또는 다른 유형의 레이저일 수 있다. LED는 다이오드의 개구가 충분한 공간적 간섭성을 보장하기에 충분히 작은 경우에 사용될 수 있다. 부가적인 개구가 추가되어야만 할 수 있다.

b) 점광원의 어레이가, 예를 들어, 이하의 것에 의해 발생될 수 있다.

단일의 점광원, 예를 들어, 레이저, LED의 어레이

광섬유 묶음(optical fiber bundle)으로 결합되는 단일의 레이저 또는 LED. 광섬유 묶음의 출력은 원하는 광원 어레이를 형성하기 위해 적절히 배열된다.

몇개의 레이저, LED, CCFL, 기타 등등으로 이루어진 대면적 조명. 이들 광원으로부터 방사되는 광은 이어서 개구의 어레이에 의해 정형된다. 이 개구 어레이는 정적이거나 구성가능일 수 있다, 예를 들어, 원하는 점광원의 위치에서만 투명한 LCD 패널(셔터 패널)일 수 있다. LCD 패널 상의 구성가능한 개구는 양호하게는 관찰자 추적을 위해 광원을 이동시키는 데 사용된다.

c) 선광원의 어레이는, 예를 들어, 이하의 것들에 의해 발생될 수 있다.

선으로 정렬되어 있는 점광원의 어레이, 예를 들어, 레이저, LED

1D 확산판 시트, 렌티큘러, 기타 등등에 의해 한 방향으로 뻗어 있는 점광원의 어레이

몇개의 레이저, LED, CCFL, 기타 등등으로 이루어진 대면적 조명. 이들 광원으로부터 방사하는 광은 이어서 줄무늬-모양의 개구 어레이에 의해 정형된다. 이 개구 어레이는 정적이거나 구성가능일 수 있다, 예를 들어, 원하는 선광원의 위치에서만 투명한 LCD 패널(셔터 패널)일 수 있다. LCD 패널 상의 구성가능한 개구는 양호하게는 관찰자 추적을 위해 광원을 이동시키는 데 사용된다.

d) 대면적 조명 및 LCD 패널 상의 개구 대신에, 구성가능한 점광원 또는 선광원 어레이를 발생하기 위해, OLED 패널이 사용될 수 있다. OLED 패널은 100 ㎛ 정도의 피치를 갖는 작은 유기 발광 다이오드의 어레이이다. 원하는 점광원 또는 선광원 어레이는 적절한 OLED 픽셀이 스위치 온되어 있는 경우에만 발생될 수 있다.

e) 또한, 단일의 점광원, 점광원의 어레이 및 선광원의 어레이, 예를 들어, CCFL, 금속 증기 램프(예를 들어, Hg 증기 램프)를 발생하기 위해 다른 광원이 사용될 수 있다. 충분한 공간적 간섭성을 보장하기 위해 적절한 개구가 적용되어야만 할 수 있다.

f) 이 특징을 나타내는 단일의 홀로그램 또는 렌즈의 어레이에 의해 복제되는 단일의 광원. 출력은 임의적으로 정형된 파면을 갖는 확장된 광 빔의 어레이/선/컬럼, 또는 점이나 선/컬럼의 어레이일 수 있다. 예를 들어, 선들의 어레이는 홀로그램을 위한 조명으로서 직접 기능하도록 형성될 수 있다.

12. 상호 비간섭성 광원 및 서브-홀로그램

광원의 어레이의 광원들은 보통 상호 비간섭성이다. 이것은 이들 간에 고정된 위상 관계가 없다는 것을 의미한다. 서로 다른 광원으로부터 방사하는 파의 간섭성 중첩이 없다.

광원의 어레이에 의해 또한 렌즈의 어레이를 통해 조명되는 홀로그램과 관련하여, 이것은 전체적인 홀로그램-전달 매체/SLM에 걸쳐 간섭성 재구성이 없다는 것을 의미한다. 오히려, 홀로그램은 개개의 광원 및 렌즈에 속하는 몇개의 서브-홀로그램으로 분할된다. 서브-홀로그램 각각은 간섭성 조명되고 이 서브-홀로그램 상에 인코딩되는 서브-물체를 재구성한다. 서브-홀로그램들 간에 상호 간섭성이 없기 때문에, 서브-물체는 간섭성 중첩을 하지 않고 비간섭성 중첩을 한다. 이 결과 진폭 대신에 세기가 증가하며, 재구성된 물체의 세기가 낮아진다. 여전히, 몇개의 서브-물체로 이루어지는 재구성된 물체가 있다.

상호 비간섭성인 광원의 효과는 종래의 홀로그램에 대해서보다 작다. 물체점에 대한 홀로그램 정보는 전체 홀로그램 상에 인코딩되지 않고 작은 인코딩된 영역에서만 인코딩된다. 인코딩된 영역의 일반적인 크기는 몇 밀리미터이다. 이것은 광원의 일반적인 피치와 대략 동일하며, 따라서 렌즈 어레이의 일반적인 피치와 대략 동일하다. 따라서, 인코딩된 영역은 단지 몇개에 의해서만 조명되며 많은 상호 비간섭성 광원에 의해 조명되지 않는다.

홀로그램을 많은 작은 인코딩된 영역으로 구성하는 것 및 조명을 많은 상호 비간섭성인 광원으로 분할하는 것은 또한 LED와 같은 저간섭성 광원의 사용을 용이하게 해준다. 간섭성은 몇 밀리미터의 크기를 갖는 영역에 걸쳐서만 필요하고 전체 홀로그램에 걸쳐 필요한 것은 아니다. 20인치 홀로그램의 간섭성 조명은 레이저와 같은 고간섭성 광원을 필요로 한다.

13. 관측자 평면에 광원을 집광

푸리에 홀로그램에서는 광원이 관찰자 평면에 결상되어야만 한다. 이 결상은 렌즈 또는 렌즈 어레이에 의해 행해진다. 프레넬 홀로그램과 비교하여, 푸리에 홀로그램은 비회절된 광이 관찰자 평면의 작은 점에 집광되는 이점을 갖는다. 이들 점이 관찰자 창 외부에 있는 경우, 비회절된 광은 교란하는 배경으로서 보이지 않는다.

간섭성 광원의 경우에, 결상된 광원의 크기는 렌즈에서의 회절 및 차수에 의해 제한되며, 보통 (사람의 눈의 해상도와 비교하여) 아주 작다. 공간적으로 비간섭성인 광원(예를 들어, LED)의 경우, 결상된 광원의 크기는 또한 광원의 개구 및 렌즈의 배율에 의해 결정된다.

광원의 어레이 및 렌즈의 어레이가 사용되는 경우, 모든 광원의 상(image)이 일치해야만 한다. 이것은, 간단한 작도에 따르면, 광원 어레이의 피치가 렌즈 어레이의 피치보다 약간 더 커야만 한다는 것을 의미한다. 광원 및 렌즈가 적절히 정렬되어 있는 경우, 단일의 광원 및 단일의 렌즈가 사용된 경우의 회절 패턴과 같은 회절 패턴을 관찰자 평면에서 볼 수 있다.

광 분포를 균일화하거나 관찰자 평면에서의 세기를 증가시키기 위해 광 분포를 정형하는 부가적인 광학 요소가 있을 수 있다. 이들은 확산판 시트 또는 렌즈일 수 있다.

14. 추적

순수한 홀로그래픽 셋업의 경우, 관찰자의 추적은 광원(들)을 렌즈(어레이)에 대해 이동시킴으로써 달성된다. 이것은 광원(들) 또는 렌즈(어레이)를 기계적으로 이동시킴으로써 또는 셔터 LCD 패널 상의 개구를 전자적으로 이동시킴으로써 행해질 수 있다. 추적은 또한 구성가능한 회절 광학 요소 또는 스캐닝 미러에 의해 행해질 수 있다.

수직 방향에서의 홀로그래픽 물체 재구성 및 수평 방향에서의 무안경 방식 이미지 분리가 결합되는 경우, 수평 방향에서의 추적은 또한 SLM 상에서의 VPO 홀 로그램의 수평 이동에 의해 행해질 수 있다.

15. SLM의 유형

SLM은 셀 기반형(cell based)/픽셀형(pixelated) 또는 연속형(continuous) SLM일 수 있다.

셀 기반형

액정(투과형 또는 반사형)

진폭 변조형

위상 변조형

진폭 및 위상 변조 결합형

MOEMS(micro optical electro mechanical micro system)

피스톤

다른 유형의 셀 기반형 SLM

연속형

광학적으로 어드레싱되는 SLM(OASLM)

음향 광학 변조기(AOM)

다른 유형의 연속형 SLM

16. 특징적인 실시예의 설명

특징적인 실시예에서, 20인치 대각선을 갖는 단색 LCD 패널이 홀로그램-전달 매체로서 사용된다. 픽셀 피치는 수직 방향에서 69㎛이고, 수평 방향에서 207㎛이 다. LCD는 광의 진폭을 변조한다.

홀로그램은 수평 선광원의 어레이 및 수평 방향으로 정렬된 렌티클을 갖는 렌티큘러에 의해 조명된다. 수평 선광원의 어레이는 적색 고출력 LED의 어레이에 의해 조명되는 LCD 셔터 패널 상의 투명한 슬릿에 의해 발생된다.

수평 선광원은 수직 방향으로 공간적 간섭성이 있다. 수평으로 정렬된 렌티클과 함께, 이들은 VPO를 갖는 푸리에 홀로그램의 재구성을 용이하게 해준다. 홀로그램-전달 LCD가 진폭-변조형이기 때문에, Burckhardt 인코딩이 사용된다. 이것은 하나의 복소수를 인코딩하는 데 3개의 픽셀이 필요하다는 것을 의미한다. 대응하는 피치는 따라서 3 * 69 ㎛ = 207 ㎛이며, 이에 의해 2 m의 거리에서 6 mm의 관찰자 창의 크기가 얻어진다. 관찰자 창, 비회절된 광 및 깊이-반전된 이미지(1차, 0차 및 -1차)의 세트의 주기성 간격은 69㎛의 픽셀 피치에 의해 결정되고, 2m의 거리에서 18mm이다. 관찰자 창은 눈 동공보다 약간 더 클 뿐이며, 따라서 눈 동공의 주의깊은 추적을 필요로 한다. 이것은 눈의 위치를 검출하는 아이 파인더(eye finder)에 의해 달성된다. 이들 데이터는 LCD 셔터 패널 상에서의 가상 위치 및 선광원의 피치를 제어하는 데 사용된다.

지금까지 기술한 기술에 의해, 각각의 눈은 동일한 투시도를 갖는 홀로그램을 보는데, 그 이유는 홀로그램이 VPO이기 때문이다. 따라서, 무안경 방식 이미지 분리가 추가된다. 수직으로 정렬된 렌티큘러가 홀로그램-전달 LCD와 관찰자 사이에 배치된다. 2개의 홀로그램(하나는 좌측 눈 투시도를 가지며 다른 하나는 우측 눈 투시도를 가짐)이 홀로그램-전달 LCD 상에 인터레이스된다, 예를 들어, 좌측 눈 투시도는 짝수 컬럼 상에 있고 우측 눈 투시도는 홀수 컬럼 상에 있다. 따라서, 좌측 눈은 좌측 눈 투시도를 포함하는 재구성만을 보게 되고, 우측 눈은 우측 눈 투시도를 포함하는 재구성만을 보게 된다. 관찰자는 홀로그램-전달 LCD 상에서 홀로그램 내용을 수평으로 이동시킴으로써 수평 방향으로 추적된다.

따라서, 3D 보기에 대한 모든 필요한 정보가 제공된다. VPO 홀로그램에 의해 눈 원근조절이 이루어지고, 무안경 방식 이미지 분리는 시차 정보를 제공한다. 공간적 멀티플렉싱 대신에, 시간적 멀티플렉싱도 가능하다. 그렇지만, 이것은 원하는 크기 및 해상도로 아직 이용가능하지 않은 충분히 빠른 디스플레이를 필요로 한다.

부록 III

이하의 부록 III은 WO 2004/044659(이는 여기에 인용함으로써 그의 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)로부터의 주요 개념 및 그에 대한 개량점들을 요약한 것이다.

설명 요점:

용어 '컴퓨터' 또는 '컴퓨팅 장치'는 계산을 할 수 있는 임의의 장치 또는 구성요소를 의미하며, 이는 ASIC, 메인 CPU, DSP, 기타 등등을 포괄한다.

광원은 임의의 조명 광원을 의미하며, 따라서 개별적인 광원의 어레이를 포함한다.

개념 A. 이미지 평면에서의 관찰자 창

비디오 홀로그래피를 위한 디스플레이 장치로서, 상기 장치는 물체의 홀로그 래픽 재구성을 볼 수 있게 해주며, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 장치는 관찰자의 눈이 대략적으로 광원의 이미지 평면에 위치되어 있을 때, 재구성을 볼 수 있도록 동작한다.

부가적인 특징:

재구성은 홀로그램의 프레넬 변환이다.

상기 장치는 홀로그램의 직접 또는 역푸리에 변환이 관찰자의 눈이 위치하고 있어야만 하는 보기 평면에 발생되도록 동작한다.

홀로그래픽 재구성은 이미지 평면 상에 형성되는 가상 관찰자 창(이를 통해 관찰자가 상기 재구성을 볼 수 있음) 및 홀로그램에 의해 정의되는 체적 내의 임의의 곳에 행해질 수 있다.

각각의 눈에 하나씩, 개별적인 관찰자 창이 있다.

관찰자 창은 대략 1 cm x 1cm이다.

관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 장치는, 관찰자가 그의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록, 가상 관찰자 창의 위치를 변경할 수 있다.

상기 홀로그램 전달 매체는 TFT 평판 스크린이다.

상기 장치는 텔레비전이다.

상기 장치는 멀티미디어 장치이다.

상기 장치는 게임 장치이다.

상기 장치는 의료 영상 디스플레이 장치이다.

상기 장치는 군사 정보 디스플레이 장치이다.

개념 A는 다른 영역에 적용할 수 있다.

A. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법으로서, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 방법은,

(a) 상기 컴퓨터를 사용하여 상기 홀로그램-전달 매체 상에 상기 홀로그램을 발생하는 단계, 및

(b) 관찰자가 상기 재구성을 볼 수 있게 해주기 위해 상기 광원의 이미지 평면이 관찰자의 눈의 평면과 대략적으로 일치하도록 정렬하는 단계를 포함하는, 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법.

B. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램되어 있는 데이터 캐리어로서, 상기 캐리어 상의 상기 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인 데이터 캐리어.

C. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서, 상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며, 상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.

D. 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발 생하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 그 디스플레이 장치에 공급하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치.

E. 상기 정의된 디스플레이 장치에서 사용되는 디스플레이 화면.

F. 상기 정의된 장치에 의해 발생되는 홀로그래픽 재구성.

개념 B. 대형 물체 재구성

비디오 홀로그래피를 위한 디스플레이 장치로서, 상기 장치는 물체의 홀로그래픽 재구성이 발생될 수 있게 해주며, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 재구성된 물체의 크기는 상기 홀로그램-전달 매체와 연관된 주기성 간격이 아니라 상기 디스플레이의 크기에 의해 결정되며, 그 대신에 상기 주기성 간격은 관찰자 창 - 이를 통해 재구성된 이미지를 볼 수 있음 - 의 크기를 결정하는 것인, 디스플레이 장치.

부가적인 특징:

상기 관찰자 창은 광원의 이미지 평면에 위치된다.

상기 장치는 상기 홀로그램의 직접 또는 역푸리에 변환이 관찰자의 눈이 위치하고 있어야만 하는 관찰자 평면에 발생되도록 동작한다.

상기 홀로그래픽 재구성은 상기 홀로그램 및 상기 관찰자 창에 의해 정의된 체적 내의 임의의 곳에 행해질 수 있다.

각각의 눈에 대해 관찰자 창이 있다.

관찰자 창은 대략적으로 1cm x 1cm이다.

관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 장치는, 관찰자가 그의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록, 가상 관찰자 창의 위치를 변경할 수 있다.

상기 홀로그램 전달 매체는 TFT 평판 스크린이다.

상기 장치는 텔레비전이다.

상기 장치는 멀티미디어 장치이다.

상기 장치는 게임 장치이다.

상기 장치는 의료 영상 디스플레이 장치이다.

상기 장치는 군사 정보 디스플레이 장치이다.

개념 B는 다른 영역에 적용할 수 있다.

A. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법으로서, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 방법은,

(a) 상기 컴퓨터를 사용하여 상기 홀로그램-전달 매체 상에 홀로그램을 발생하는 단계, 및

(b) 상기 재구성된 물체의 크기가 상기 홀로그램-전달 매체와 연관된 주기성 간격이 아니라 상기 디스플레이의 크기에 의해 결정되도록 상기 광학 시스템 및 상기 홀로그램을 정렬하는 단계를 포함하고, 상기 주기성 간격은 그 대신에 관찰자 창 - 이를 통해 상기 재구성된 물체를 볼 수 있음 - 의 크기를 결정하는 것인, 물 체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법.

B. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램되어 있는 데이터 캐리어로서, 상기 캐리어 상의 상기 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인 데이터 캐리어.

C. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서, 상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며, 상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.

D. 디스플레이 장치로 하여금 상기 A의 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 그 디스플레이 장치에 공급하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치.

E. 상기 정의된 디스플레이 장치에서 사용되는 디스플레이 화면.

F. 상기 정의된 장치에 의해 발생되는 홀로그래픽 재구성.

개념 C: 관찰자 창으로부터의 홀로그램의 계산

1. 비디오 홀로그램을 인코딩하는 방법으로서,

(a) 재구성될 물체 상의 점을 선택하는 단계,

(b) 관찰자 창 - 이를 통해 상기 재구성된 물체가 보임 - 을 정의하는 단계,

(c) 상기 관찰자 창의 모서리로부터 상기 점을 지나 상기 홀로그램 전달 매체의 일부만을 형성하는 영역 상으로 표면을 트레이싱하는 단계, 및

(d) 상기 홀로그램 전달 매체 상으로, 그 영역에서만 상기 점을 재구성하는 데 필요한 홀로그래픽 정보를 인코딩하는 단계를 포함하는, 비디오 홀로그램을 인코딩하는 방법.

부가적인 특징:

재구성된 물체는 다수의 점을 포함한다.

인코딩은, 재구성 시에, 상기 홀로그램의 직접 또는 역푸리에 변환이 관찰자의 눈이 위치하고 있어야만 하는 보기 평면에 발생되도록 동작한다.

상기 재구성은 상기 홀로그램 및 상기 가상 관찰자 창 - 이를 통해 상기 관찰자는 상기 재구성을 볼 수 있음 - 에 의해 정의된 체적 내의 임의의 곳에 행해질 수 있다.

각각의 눈에 대해 관찰자 창이 있다.

관찰자 창은 대략적으로 1cm x 1cm이다.

상기 관찰자 창의 크기가 상기 홀로그램의 주기성 간격의 함수로서 계산된다.

관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 장치는, 관찰자가 그의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록, 가상 관찰자 창의 위치를 변경할 수 있다.

상기 홀로그램 전달 매체는 TFT 평판 스크린이다.

상기 홀로그램 전달 매체는 텔레비전의 디스플레이이다.

상기 홀로그램 전달 매체는 멀티미디어 장치의 디스플레이이다.

상기 홀로그램 전달 매체는 게임 장치의 디스플레이이다.

상기 홀로그램 전달 매체는 의료 영상 디스플레이 장치의 디스플레이이다.

상기 홀로그램 전달 매체는 군사 정보 디스플레이 장치의 디스플레이이다.

개념 C는 다른 영역에 적용할 수 있다.

A. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법으로서, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 방법은,

(a) 상기 컴퓨터를 사용하여 상기 홀로그램-전달 매체 상에 홀로그램을 발생하는 단계 - 상기 홀로그램은 특징 1의 방법을 사용하여 인코딩되어 있음 -, 및

(b) 상기 재구성된 물체가 보이도록 상기 광원 및 광학 시스템을 사용하여 상기 홀로그램을 조명하는 단계를 포함하는, 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법.

B. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램되어 있는 데이터 캐리어로서, 상기 캐리어 상의 상기 데이터는 상기 정의된 방법을 사용하여 인코딩되어 있는 것인 데이터 캐리어.

C. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서, 상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며, 상기 데이터는 상기 정의된 방법을 사용하여 인코딩되어 있는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이 터를 배포하는 방법.

D. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 디스플레이 장치에 공급하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치로서, 상기 데이터는 상기 정의된 방법을 사용하여 인코딩되어 있는 것인, 컴퓨팅 장치.

E. 상기 정의된 방법을 사용하여 인코딩되어 있는 데이터를 디스플레이하는 동작을 하는 디스플레이 장치에서 사용되는 디스플레이 화면.

F. 상기 정의된 방법을 사용하여 인코딩된 홀로그램으로부터 재구성된 홀로그래픽 재구성.

개념 D. 작은 영역으로 인코딩

정의된 보기 위치로부터 보이는 물체의 단일 점을 재구성하는 데 필요한 정보를 인코딩하는 영역을 포함하는 비디오 홀로그램으로서,

상기 영역은 (a) 상기 재구성된 이미지 내의 그 단일 점에 대해서만 정보를 인코딩하고, (b) 그 점에 대한 정보를 인코딩하는 상기 홀로그램 내의 유일한 영역이며, 전체 홀로그램의 일부분을 형성하기 위해 크기가 제한되어 있고,

상기 크기는 고차 회절 차수에 의해 야기되는 그 점의 다중 재구성이 상기 정의된 보기 위치에서 보이지 않도록 되어 있는 것인 비디오 홀로그램.

부가적인 특징:

인코딩은, 재구성 시에, 상기 홀로그램의 직접 또는 역푸리에 변환이 관찰자의 눈이 위치하고 있어야만 하는 보기 평면에 발생되도록 동작한다.

상기 재구성은 상기 홀로그램 및 상기 가상 관찰자 창 - 이를 통해 상기 관찰자는 상기 재구성을 볼 수 있음 - 에 의해 정의된 체적 내의 임의의 곳에 행해질 수 있다.

관찰자 창은 대략적으로 1cm x 1cm이다.

각각의 눈에 대해 관찰자 창이 있다.

상기 관찰자 창의 크기가 상기 홀로그램의 주기성 간격의 함수로서 계산된다.

관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 장치는, 관찰자가 그의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록, 가상 관찰자 창의 위치를 변경할 수 있다.

재구성된 물체는 다수의 점을 포함한다.

상기 홀로그램은 TFT 평판 스크린인 홀로그램 전달 매체 상으로 인코딩된다.

상기 홀로그램은 텔레비전의 디스플레이 상으로 인코딩된다.

상기 홀로그램은 멀티미디어 장치의 디스플레이 상으로 인코딩된다.

상기 홀로그램은 게임 장치의 디스플레이 상으로 인코딩된다.

상기 장치는 의료 영상 디스플레이 장치이다.

상기 장치는 군사 정보 디스플레이 장치이다.

개념 D는 다른 영역에 적용할 수 있다.

A. 물체의 점을 재구성할 수 있는 비디오 홀로그램을 인코딩하는 방법으로서,

그 단일점에 대해서만 홀로그램 정보의 영역에 인코딩하는 단계를 포함하며,

상기 영역은 그 점에 대한 정보를 인코딩하는 상기 홀로그램 내의 유일한 영역이며, 전체 홀로그램의 작은 부분을 형성하기 위해 크기가 제한되어 있고,

상기 크기는 고차 회절 차수에 의해 야기되는 그 점의 다중 재구성이 상기 정의된 보기 위치에서 보이지 않도록 되어 있는 것인 인코딩 방법.

B. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램되어 있는 데이터 캐리어로서, 상기 캐리어 상의 상기 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 상기 정의된 바와 같이 홀로그램을 발생하게 하도록 되어 있는 것인 데이터 캐리어.

C. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서, 상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며, 상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 상기 정의된 바와 같이 홀로그램을 발생하게 하도록 되어 있는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.

D. 그 디스플레이 장치로 하여금 상기 정의된 바와 같이 홀로그램을 발생하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 디스플레이 장치에 공급하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치.

E. 상기 정의된 바와 같이 홀로그램을 디스플레이하는 디스플레이 화면.

F. 상기 정의된 바와 같이 홀로그램으로부터 발생되는 홀로그래픽 재구성.

G. 홀로그래픽 재구성을 발생하도록 구성된 디스플레이 장치로서, 상기 장치는 상기 정의된 바와 같이 홀로그램으로 인코딩된 디스플레이를 포함하는 것인 디스플레이 장치.

개념 E. 시간 순차적 인코딩

컴퓨터 발생된 홀로그래피를 위한 디스플레이 장치로서, 상기 장치는 물체의 홀로그래픽 재구성이 보일 수 있게 해주고, 상기 장치는 홀로그램 전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하며,

상기 장치는 관찰자의 좌측 눈에 대해 이어서 우측 눈에 대해 홀로그램 전달 매체 상에 홀로그램을 시간 순차적으로 재인코딩하는 동작을 하는 것인 디스플레이 장치.

부가적인 특징:

재구성은 홀로그램의 프레넬 변환이다.

상기 장치는 홀로그램의 직접 또는 역푸리에 변환이 관찰자의 눈이 위치하고 있어야만 하는 보기 평면에 발생되도록 동작한다.

홀로그래픽 재구성은 이미지 평면 상에 형성되는 가상 관찰자 창(이를 통해 관찰자가 상기 재구성을 볼 수 있음) 및 홀로그램에 의해 정의되는 체적 내의 임의의 곳에 행해질 수 있다.

각각의 눈에 대해 관찰자 창이 있다.

관찰자 창은 대략 1 cm x 1cm이다.

관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 장치는, 관찰자가 그의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록, 가상 관찰자 창의 위치를 변경할 수 있다.

상기 홀로그램 전달 매체는 TFT 평판 스크린이다.

상기 장치는 텔레비전이다.

상기 장치는 멀티미디어 장치이다.

상기 장치는 게임 장치이다.

상기 장치는 의료 영상 디스플레이 장치이다.

상기 장치는 군사 정보 디스플레이 장치이다.

개념 E는 다른 영역에 적용할 수 있다.

A. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법으로서, 상기 장치는 홀로그램-전달 매체를 조명하는 광원 및 광학 시스템을 포함하고,

상기 방법은,

(a) 관찰자의 좌측 눈에 대해 이어서 우측 눈에 대해 홀로그램 전달 매체 상에 홀로그램을 시간 순차적으로 재인코딩하는 단계를 포함하는 것인, 물체의 홀로그래픽 재구성을 발생하는 방법.

B. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램되어 있는 데이터 캐리어로서, 상기 캐리어 상의 상기 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 상기 A에 정의된 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인 데이터 캐리어.

C. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서, 상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며, 상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 상기 A에 정의된 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하도록 되어 있는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방 법.

D. 디스플레이 장치로 하여금 상기 A에 정의된 방법에 따라 홀로그래픽 재구성을 발생하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 그 디스플레이 장치에 공급하도록 구성되어 있는 컴퓨팅 장치.

E. 상기 D에 정의된 디스플레이 장치에서 사용되는 디스플레이 화면.

F. 상기 D에 정의된 장치에 의해 발생되는 홀로그래픽 재구성.

Claims (54)

1. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 푸리에 홀로그램(Fourier hologram)의 원칙으로 물체의 홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)을 생성하기 위해 홀로그램을 계산하는 방법으로서, 상기 디스플레이 장치는 광원, 광학 시스템 및 및 공간 광 변조기를 포함하며, 상기 광학 시스템은 상기 공간 광 변조기를 조명(illuminate)하고, 상기 광학 시스템은 상기 광원을 관찰자 평면으로 비추며(image), 상기 관찰자 눈이 상기 관찰자 평면에 위치하는 경우 상기 물체의 홀로그래픽 재구성이 상기 관찰자에 의해 보여질 수 있는, 상기 홀로그램 계산 방법에 있어서,

   상기 컴퓨터를 사용하여 상기 공간 광 변조기 상에 홀로그램을 인코딩하는 단계와,

   상기 관찰자 평면에서 관찰자에 의해 관찰될 때 상기 물체의 홀로그래픽 재구성이 상기 공간 광 변조기 뒤에서 상기 관찰자에 의해 보여질 수 있도록 상기 컴퓨터가 상기 홀로그램을 계산하는 단계를 포함하고,

   상기 홀로그램은 재구성될 물체의 실제 버전(real version)에 의해 생성될 관찰자 눈 위치에서의 파면들을 결정함으로써 계산되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 파면들은 상기 홀로그램에 의해 재구성되거나 또는 상기 파면들은 하나 이상의 관찰자 창에 대해 계산되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 관찰자 평면에서 상기 관찰자에 의해 관찰될 때에 상기 물체의 홀로그래픽 재구성이 상기 공간 광 변조기의 전방에서 상기 관찰자에 의해 보여질 수 있도록 상기 홀로그램을 컴퓨터가 계산하는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 관찰자 창 내에서, 상기 재구성된 물체가 상기 관찰자에게 보여질 수 있도록 하는 방식으로 상기 파면들은 간섭되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 관찰자 눈 위치에서의 상기 결정된 파면들은, 이러한 파면들을 생성하기 위해 상기 홀로그램이 어떻게 인코딩될 필요가 있는지를 결정하도록 상기 공간 광 변조기에 대해 역변환되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 관찰자 눈 위치의 추적은 위치 검출 및 추적 장치에 의해 수행되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 3차원 장면에서의 물체들을 정의하는 물체 데이터가 다수의 가상 섹션 계층들로 배열되고, 각각의 계층은, 비디오 홀로그램 데이터 세트가 2차원 물체 데이터 세트 중 일부 또는 그 전부로부터 계산될 수 있도록, 이들 2차원 물체 데이터 세트를 정의하며, 상기 홀로그램을 계산하는 방법은,

   (a) 제1 변환에서, 상기 가상 섹션 계층들의 각각의 2차원 물체 데이터 세트는 2차원 파면 분포(two-dimensional wave field distribution)로 변환되고, 상기 파면 분포는 상기 비디오 홀로그램 계층으로부터 유한 거리에 있는 참조 계층에서의 가상 관찰자 창에 대해 계산되는 단계;

   (b) 상기 가상 관찰자 창에 대한 계산된 2차원 파면 분포가, 섹션 계층들의 모든 2차원 물체 데이터 세트들에 대해, 취합된 관찰자 창 데이터 세트를 정의하기 위해 부가되는 단계;

   (c) 제2 변환에서, 상기 취합된 관찰자 창 데이터 세트는, 컴퓨터에 의해 생성된 비디오 홀로그램에 대한 비디오 홀로그램 데이터 세트를 생성하기 위해, 상기 참조 계층으로부터 상기 비디오 홀로그램 계층으로 변환되는 단계

   를 포함하는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 관찰자 창에서의 재구성된 취합 파면(aggregate field)의 에러를 보상하기 위해, 상기 관찰자 창에서의 분포와 상기 홀로그램 계층 사이에서 반복 프로세스가 행해지는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 물체 데이터 세트들은, 스펙클 잡음(speckle noise)을 감소시키고 또 상기 장면의 참조 계층에서의 밝기 또는 회절 효율 및 밝기 선명도를 향상시키기 위해, 위상 분포 또는 의사-랜덤 위상 분포를 나타내는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 섹션 계층들에 대한 모든 물체 데이터 세트들에는 동일한 총 갯수의 이산적인 매트릭스 점들이 할당되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 변환은 전체의 섹션 계층들에 대해 수행되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 가상 섹션 계층들의 각각의 물체 데이터 세트의 거리에 대한 값은, 전체적인 재구성 또는 그의 일부가 상기 홀로그램 계층 전방에 나타나도록, 변환 이전에 선택되거나 변경되는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
15. 제1항에 있어서,

    (a) 재구성될 상기 물체 상의 점을 선택하는 단계,

    (b) 상기 재구성된 물체가 보여지도록 하는 관찰자 창을 정의하는 단계,

    (c) 상기 관찰자 창의 가장자리(edge)들로부터 상기 점을 통해 공간 광 변조기의 일부분만을 형성하는 영역 상으로 피라미드를 트레이싱(trace)하는 단계, 및

    (d) 상기 점을 재구성하는 데 필요한 홀로그래픽 정보를 공간 광 변조기의 일부분만을 형성하는 상기 영역에서만 상기 공간 광 변조기 상으로 인코딩하는 단계

    를 더 포함하는, 홀로그램을 계산하는 방법.
16. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀로그램을 계산하는 방법은 상기 물체의 점을 재구성하도록 구성되며,

    상기 물체의 점에 대해서만 상기 홀로그램 정보의 영역으로 인코딩하는 단계를 포함하고,

    상기 영역은 상기 물체의 점에 대한 정보를 인코딩하기 위한 상기 홀로그램에서의 유일한 영역이며 상기 홀로그램의 일부분을 형성하도록 크기가 제한되어 있으며, 상기 크기는 다른 회절 차수에 의해 야기된 상기 물체의 점의 다중 재구성이 상기 관찰자 눈 위치에서 보여질 수 없도록 정해지는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
17. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하는 단계를 더 포함하고,

    상기 디스플레이 장치는 광원 및 공간 광 변조기를 조명하는 광학 시스템을 포함하며,

    상기 방법은,

    (a) 상기 공간 광 변조기 상에 상기 홀로그램을 생성하기 위하여 상기 컴퓨터를 사용하는 단계, 및

    (b) 상기 관찰자가 상기 재구성을 볼 수 있도록 이미지 평면이 상기 관찰자의 눈들의 평면과 일치하도록 상기 이미지 평면을 배열하는 단계

    를 포함하는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
18. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하는 단계를 더 포함하며,

    상기 디스플레이 장치는 광원 및 공간 광 변조기를 조명하는 광학 시스템을 포함하고,

    상기 방법은,

    (a) 상기 공간 광 변조기 상에 홀로그램을 생성하기 위하여 상기 컴퓨터를 사용하는 단계, 및

    (b) 상기 재구성된 물체의 크기가 상기 디스플레이의 크기의 함수이고 상기 공간 광 변조기와 연관된 주기성 간격의 함수가 아니도록, 상기 광학 시스템 및 상기 홀로그램을 배열하는 단계

    를 포함하며,

    상기 주기성 간격은 대신에 관찰자 창 - 이를 통해 상기 재구성된 물체를 볼 수 있음 - 의 크기를 결정하는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
19. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하는 단계를 더 포함하며,

    상기 디스플레이 장치는 광원 및 공간 광 변조기를 조명하기 위한 광학 시스템을 포함하고,

    상기 방법은,

    (a) 관찰자의 좌측 눈 및 이어서 우측 눈에 대해 시간 순차적으로 상기 공간 광 변조기 상에 홀로그램을 재인코딩하는 단계

    를 포함하는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
20. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 재구성 시에, 상기 관찰자의 눈이 위치해 있어야만 하는 관찰자 평면에서 상기 홀로그램의 다이렉트 푸리에 변환 또는 역 푸리에 변환이 발생되도록 인코딩이 행해지는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
21. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재구성은 상기 홀로그램 및 가상 관찰자 창 - 이를 통해 상기 관찰자는 상기 재구성을 볼 수 있음 - 에 의해 정의되는 체적 내의 임의의 곳에서 발생될 수 있는 것인, 홀로그램을 계산하는 방법.
22. 디스플레이 장치 및 컴퓨터를 사용하여 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하는 방법으로서, 상기 디스플레이 장치는 광원 및 홀로그램-전달 매체를 조명하기 위한 광학 시스템을 포함하고,

    상기 방법은,

    (a) 상기 컴퓨터를 사용하여 상기 홀로그램-전달 매체 상에 홀로그램을 생성하는 단계 - 상기 홀로그램은 제1항의 방법을 사용하여 인코딩되어 있음 -, 및

    (b) 상기 재구성된 물체가 보이도록 상기 광원 및 광학 시스템을 사용하여 상기 홀로그램을 조명하는 단계

    를 포함하는, 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하는 방법.
23. 푸리에 홀로그램의 원칙으로 물체의 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위한 디스플레이 장치에 있어서,

    상기 디스플레이 장치는 광원, 광학 시스템 및 공간 광 변조기를 포함하며, 상기 광학 시스템은 상기 공간 광 변조기를 조명하고, 상기 광학 시스템은 상기 광원을 관찰자 평면으로 비추며, 상기 관찰자 눈이 상기 관찰자 평면에 위치하는 경우 상기 물체의 홀로그래픽 재구성이 상기 관찰자에 의해 보여질 수 있으며,

    컴퓨터를 사용하여 상기 공간 광 변조기 상에 홀로그램을 인코딩하고,

    상기 컴퓨터는, 상기 관찰자 평면에서 관찰자에 의해 관찰될 때 상기 물체의 홀로그래픽 재구성이 상기 공간 광 변조기 뒤에서 상기 관찰자에 의해 보여질 수 있도록 상기 홀로그램을 계산하고,

    상기 홀로그램은, 재구성될 물체의 실제 버전(real version)에 의해 생성될 관찰자 눈 위치에서의 파면들을 결정함으로써 계산되는 것인, 디스플레이 장치.
24. 삭제
25. 제23항에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 투과형 또는 반사형 또는 반투과형(transflected)이며, 상기 공간 광 변조기는, 마이크로 광학 시스템, 전자 기계적 마이크로 시스템, 또는 연속적으로 광학 어드레싱되는 공간 광 변조기 또는 음향 광학 변조기를 포함하는 것인, 디스플레이 장치.
26. 제23항에 있어서, 상기 관찰자의 추적은 구성가능한 회절 광학 엘리먼트 또는 스캐닝 미러에 의해 달성되거나, 또는 관찰자의 눈의 위치가 추적되고, 상기 관찰자가 자신의 머리를 움직이는 때에도 각각의 관찰자 창을 통해 시야를 유지할 수 있도록 가상 관찰자 창의 위치가 변경되는 것인, 디스플레이 장치.
27. 제23항에 있어서,

    상기 광학 시스템은 렌즈를 포함하며, 상기 관찰자의 추적은, 상기 광원을 상기 렌즈에 대해 이동시키거나, 또는 상기 광원 또는 상기 렌즈를 기계적으로 이동시키거나 또는 셔터 LCD 패널 상의 개구(aperture)들을 전자적으로 이동(shift)시킴으로써 달성되거나, 또는

    상기 광학 시스템은 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 관찰자의 추적은, 광원들을 상기 렌즈 어레이에 대해 이동시키거나, 또는 상기 광원들 또는 상기 렌즈 어레이를 기계적으로 이동시키거나 또는 셔터 LCD 패널 상의 개구들을 전자적으로 이동시킴으로써 달성되는 것인, 디스플레이 장치.
28. 제23항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는, 사용자에 의해 주어진 입력에 따라서 또는 입력들에 따라서, 3차원 모드로부터 2차원 모드로 전환가능한 것인, 디스플레이 장치.
29. 제23항에 있어서, 상기 홀로그램은 TFT 평판 스크린인 공간 광 변조기 상으로 인코딩되거나, 또는 텔레비전에서의 디스플레이 상으로 인코딩되거나, 또는 멀티미디어 장치에서의 디스플레이 상으로 인코딩되거나, 또는 게임 장치에서의 디스플레이 상으로 인코딩되거나, 또는 의료 영상 디스플레이 장치에서의 디스플레이 상으로 인코딩되거나, 또는 군사 정보 디스플레이 장치에서의 디스플레이 상으로 인코딩되는 것인, 디스플레이 장치.
30. 제23항에 있어서, 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱 중 어느 하나를 통해 하나의 관찰자에 대해 적어도 두 개의 관찰자 창들이 생성되며, 시간적 또는 공간적 멀티플렉싱 중 어느 하나를 통해 칼라 홀로그램들이 생성되는 것인, 디스플레이 장치.
31. 제23항에 있어서, 완전-시차 홀로그램(full-parallax hologram) 또는 HPO(horizontal-parallax only) 홀로그램 또는 VPO(vertical-parallax only) 홀로그램이 생성되는 것인, 디스플레이 장치.
32. 제23항에 있어서, 관찰자 창의 크기는 상기 공간 광 변조기의 주기성 간격의 함수로서 계산되는 것인, 디스플레이 장치.
33. 삭제
34. 삭제
35. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램된 데이터 기록 매체로서, 상기 데이터 기록 매체 상의 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 제17항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 데이터 기록 매체.
36. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램된 데이터 기록 매체로서, 상기 데이터 기록 매체 상의 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 제18항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 데이터 기록 매체.
37. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램된 데이터 기록 매체로서, 상기 데이터 기록 매체 상의 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 제19항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 데이터 기록 매체.
38. 제1항의 방법을 사용하여 홀로그래픽 데이터로부터 홀로그램을 계산할 수 있는 장치와 결합하여 사용될 때, 상기 홀로그래픽 데이터로 프로그램된 데이터 기록 매체이거나, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터로 프로그램된 데이터 기록 매체로서, 상기 데이터 기록 매체 상의 데이터는 디스플레이 장치로 하여금 제1항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 데이터 기록 매체.
39. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서,

    상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며,

    상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 제17항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.
40. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서,

    상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며,

    상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 제1항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.
41. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서,

    상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며,

    상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 제18항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.
42. 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법으로서,

    상기 데이터는 네트워크를 통해 배포되고 디스플레이 장치에서 수신되며,

    상기 데이터는 상기 디스플레이 장치로 하여금 제19항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하는 것인, 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 배포하는 방법.
43. 제1항에서 정의된 방법에 의해 홀로그램을 계산하기 위해 장치에 의해 처리될 수 있는 홀로그래픽 데이터를 전달할 때의, 데이터 배포 네트워크.
44. 디스플레이 장치로 하여금 제17항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 상기 디스플레이 장치에게 공급하도록 구성된 컴퓨팅 장치.
45. 디스플레이 장치로 하여금 제18항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 상기 디스플레이 장치에게 공급하도록 구성된 컴퓨팅 장치.
46. 디스플레이 장치로 하여금 제19항에서 정의된 방법에 의해 계산된 홀로그램으로부터 홀로그래픽 재구성을 생성하도록 하게 하기 위해 비디오 홀로그램을 정의하는 데이터를 상기 디스플레이 장치에게 공급하도록 구성된 컴퓨팅 장치.
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