디지털 홀로그래픽 기술 동향 - itfind.or.kr””지털 홀로그래픽 기술...

기술특집

18❙인포메이션 디스플레이

강훈종1, 김남2, 송현호3, 김성규4, 김태근5, 최원식6, 윤민성7, 김승철8, 이승현9, 김은수8,

최희진10, 김휘11, 박재형2, 민성욱12, 최규환13, 남동경13, 홍성희1, 정광모1, 서경학1

(1전자부품연구원 정보통신미디어연구본부, 2충북대학교 전자정보대학, 3인천대학교 디자인학부, 4한국과학기술연구원 영상미디어센터,

5세종대학교 광전자공학과,

6고려대학교 물리학과,

7LG디스플레이

연구센터, 8광운대학교 전자공학과, 9광운대학교 정보콘텐츠대학원, 10세종대학교 물리학과, 11고려대학교 전자정보공학과, 12경희대학교 정보디스플레이학과, 13삼성전자 종합기술원)

Ⅰ. 홀로그래피

1. 개요

스타워즈를 비롯한 다양한 공상 과학 화들에서 아무

것도 없는 빈 공간에 실물과 같이 홀로그램이 디스 이

되는 장면이 종종 소개되고 있다. 이러한 장면은 사람들

로 하여 심 호기심을 갖게 하기에 충분하다. 그

다면, 이러한 디스 이 시스템이 실 으로 가능할 수

있을 것인가? 간단하게 답한다면, 가능하다고 할 수 있을

것이다. 인간은 사물로부터 난반사된 빛의 일부가 안구의

수정체를 통해 각막에 상을 맺도록 함으로써 사물을 인지

할 수 있다. 이러한 에서 고려해 볼 때, 만일 사물로

부터 난반사된 빛의 면을 손실 노이즈 없이 완벽하

게 기록한 후, 다른 장소 다른 시간에 기록된 빛의

면을 재생한다면, 인간은 디스 이된 허상과 실물을 구

별하지 못할 것이다.

이때 제기될 수 있는 질문은 과연 사물로부터 난반사

된 모든 빛의 물리 특성을 포함한 면을 기록할 수 있

는가와 이것을 재생할 수 있는가이다. 기존의 사진 카메라

비디오 카메라는 빛을 기록하는 장치로 볼 수 있다. 하

지만, 이들을 이용하게 되면, 앞에서 언 한 바와 같이 빛

의 모든 물리 특성 빛의 면을 기록할 수는 없다.

좀더 구체 으로써, 감응 장치에 의해 빛의 강도 분포

를 기록한다. 이에 반해, 사물로부터 난반사된 빛의 면

을 완벽하게 기록하기 해서 먼 입사되는 빛의 방향

성분을 비롯한 모든 물리 인 특성들이 기록 되어야 한

다. 이상 인 에서 볼 때, 반사된 빛의 필드 분포

(light field distribution)가 기록 되어야 한다.

기하 학은 비록 완벽하지 않지만, 필드 분포를 표

할 수 있는 간단한 모델이라고 볼 수 있다. 따라서, 기

하 학은 제한된 경우에 합한 학 모델로써 활용될

수 있다. 만일 이러한 필드 분포가 기록될 수 있다면,

필드 분포를 손실 왜곡 없이 재생할 수 있는 물리

장치가 필요하게 된다. 필드 분포를 기록 재생할

수 있는 로토타입이 여러 문헌에 의해 발표되었다[1].

Integral imaging은 기하 학에 기반한 light field imaging

방법이다. 하지만, 이러한 방법은 여러 제한으로 인해, 완

벽하게 light field distribution을 기록 재생할 수 있는

방법이라고 할 수 없다. 기하 학보다 좀 더 정확한 모델

링이 가능한 학 모델은 동 학으로, 공간상에

되는 빛의 특성을 동 방정식으로 모델링하는 것이다. 원하는 3차원 객체에 한 학 정보는 wave field에 의

해 되기 때문에, 공간상에 되는 빛은 scalar wave

field에 의해 표 이 가능하다. 이러한 wave field는 기록

재생이 가능하기 때문에, 원하는 3차원 객체에 한

시각 복원 재생이 가능하다. 홀로그래피는 이러한

디지털 홀로그래픽 기술 동향

디지털 홀로그래픽 기술 동향❙

2011년 제12권 제3호❙ 19

wave field의 기록 및 재생이 가능한 표 인 기술이다[2].

3D imaging 는 디스플레이를 위한 응용 시스템에서 이러

한 scalar wave model에 의해 에 한 정확한 표

처리가 가능하다.

따라서, 홀로그래피는 optical wave field를 기록 재

생할 수 있는 기술로 적합한 여겨질 수 있다. 좀더 구체

으로, 홀로그래피는 3차원 객체로부터 난반사된 물체빔

과 기록 재생에 활용되는 참조빔 간의 간섭 회 을

기반으로 3차원 객체에 한 정보 기록 재생을 하는

방법으로써, 다양한 학 응용분야에서 범 하게 활용

되고 있다. 실제로, 홀로그래피 는 홀로그램이라는 용

어는 물리 으로 3차원 객체를 에 의해 복원하는 모

든 방법을 통칭하여 일컫는 말로 사용되고 있다. 홀로그래픽 디스 이 기술은 1960년 이후 꾸 히 개발되

어 왔지만, 아직 유년기로 볼 수 있다. 본 논문에서는

굴 매질에 홀로그램을 기록하는 기존의 아날로그 홀로

그래피로부터 벗어나, 화소로 구성된 장치에 의해 획득, 기

록, 그리고 파면 복원이 가능한 디지털 홀로그래피에 대해

살펴보고자 한다.

본 논문은 먼저 홀로그래픽 디스플레이 관점에서 디지털

홀로그래피 역사를 소개한다. 그리고 다양한 디지털 홀로그

래픽 디스플레이들과 관련된 최근에 발표된 기술들이 다루

어진다. 또한 디지털 홀로그래피를 이용한 홀로그래픽 디스

플레이 이외의 다양한 응용 분야들이 소개된다. 이러한 기

술 조사 내용은 향후 홀로그래픽 연구에 많은 도움이 될

수 있을 것으로 본다.

2. 홀로그래피 역사

홀로그래피는 1948년 D. Gabor(1900-1979)에 의해

최 제안되었으며, 수차를 감소시킴으로써 자 미경

의 화질을 향상시키는 목 으로 개발되었다[3]. Optical

field에서의 D. Gabor의 아이디어에 한 타당성은 다양

한 실험에 의해 검증되었다. 표 으로 G. L. Rogers[4],

H. M. A. El-Sum and P. Kirkpatrick[5], 그리고 A.

Lohmann[6] 에 의해 수행한 실험들이 있다. 하지만, 당시의

기술에 의해 얻어진 홀로그램의 열악한 화질로 인해, 몇

년 후 홀로그래피에 한 심은 어들었다. 코히어런트

의 특성을 갖는 이 가 개발된 이후 홀로그래피 연구는

다시 시작되었다. Gabor의 인라인(in-line) 홀로그램에서

발생되는 twin-image가 다시 문제로 나타났다. Leith and

Y. Upatnieks[7]는 기존 이더에서도 Gabor 홀로그램에서

발생되는 문제가 유사하게 발생되는 것을 발견했으며, 이

를 해결하기 해 off-axis 홀로그램을 제안했다. Y. N.

Denisyuk는 Gabor와 Lippmann의 아이디어를 그의 발명인

Thick reflection 홀로그램에 결합하 다[8].

근래에 들어, 진폭과 상으로 구성된 완벽한

wavefield를 기록 복원하는 방법 등이 연구되고 있으

며, 복원과정은 디스 이 시스템을 고려하여 가시 선

내에서 이루어지고 있다. 한 3차원 객체에 한 정확한

깊이 정보 시차 정보를 포함함으로써 고화질의 3차원

입체 상 디스 이가 가능하며, 이러한 유일한 특성을

기반으로 굴 매질을 이용한 다양한 응용 시스템에

활용이 검토되고 있다. 한, 물체빔과 참조빔 사이의

간섭을 수학 으로 모델링하고 컴퓨터를 이용하여 연

산함으로써, 홀로그램을 디지털 방식에 의해 생성할 수 있게 되었다

[9]. 이러한 연산의 결과로 인해, 굴 매질

에 실물의 홀로그램을 직 기록하거나 는...실존하

지 않는 가상의 객체에 해서도 자유롭게 홀로그램을

생성할 수 있어, 더욱 실재감이 있는 입체 디스 에리

가 가능하게 되었다. 한 회 을 기반으로 회 소자를

설계 구 함으로써, 간섭 측정기 등의 새로운 학 응

용시스템 상용화가 가능하게 되었다[10]. 다른 응용분

야로써, 굴 매질을 이용하는 홀로그래픽 메모리는

기존 자기방식의 디스크 메모리를 치할 수 있는 차세

메모리로 개발되고 있다[11]. Bragg 선택도를 제공하는

굴 크리스털 매질을 이용하는 차세 홀로그래픽 3차

원 장 매체는 장 매체의 차원을 한 단계 향상 시킴으

로써, 컴퓨터 메모리를 획기 으로 증가시킬 수 있는 솔

루션으로 지목되고 있다[12].

디지털 홀로그래피라는 용어는 1960년도 반부터 사

용되어져 왔으나[13] 디지털 홀로그래피의 기반 아이디어

는 그때보다 30년 에 처음 제안되었었고[14], 기본 인

이론은 1980년도 에 정립되었다[15]. 홀로그래픽 디스

이를 목 으로 하는 디지털 홀로그램 생성 등은 하나의

❙기술특집❙


연구 항목으로써 진행되어져 왔으나, 굴 매질에 디지

털 홀로그램을 기록 는 복소진폭으로 구성된 디지털 홀

로그램의 산술 처리 복원은 1990년도까지 휴면기에

들어가 있었다. 그 후, 고해상도 CCD 카메라의 발

고속 컴퓨 시스템의 발 으로 인해, 이러한 연구들은

다시 진행될 수 있게 되었었다. 계속되는 컴퓨터 연산 속

도의 향상으로, 가까운 미래에 실시간 디지털 홀로그래피

가 가능하게 되며, 디지털 홀로그래피를 기반으로 하는

3DTV 응용 시스템의 상용화가 가능할 것으로 기 되고

있다. Schnars 와 Juptner[16]는 최 로 CCD 카메라를 이용

하여 홀로그램을 획득 했으며, 이러한 연구를 통해 디지

털 홀로그램이라는 용어를 만들었다. 이후 기술 발 에

따라 다양한 응용분야에 활용될 수 있게 되었다. - phase-

shifting 간섭계[17], 입자 측정을 한 digital in-line

holography[18], biomedical imaging[19], 홀로그래픽 미경[20].

디지털 홀로그래픽 간섭계 디지털 스페클 패턴 간섭계

에 한 체 인 내용은 T. Kreis[21]에 의해 자세히 소개

되었다.

홀로그래픽 기술은 1962년에 Leith 와 Upatnieks에 의

해 최 로 이미지 디스 이에 용되었다[7]. 홀로그램

은 모든 depth cue를 갖는 연속 아날로그 light-field를 디

스 이한다. 홀로그래피와 디지털 연산 기술의 결합에

의한 자 홀로그래피는 Stephen Benton에 의해 최 로

만들어 졌다[22]. Stephen Benton은 MIT의 Spatial Imaging

Group을 이끌었으며, 인터 티 홀로그래픽 디스 이

개발의 선구자 다. 1989년 Spatial Imaging Group의 연

구원들은 실시간 홀로그래픽 디스 이가 가능한 최

의 시스템(Mark I)을 개발했다[23]. 음향 변조기(AOM),

빔 분배기, 회 식 거울 그리고 즈 등을 이용하 으며,

수평시차만을 갖는 홀로그래픽 디스 이 시스템으로

써, 골 공만한 홀로그램 재생 상을 만들었다[24]. 방

한 fringe 역폭으로 인해, 디지털 홀로그램의 연산

디스 이는 해결하기 어려운 문제로 남아있었다. 이러한 어려운 을 해결하기 해 개발한 고속 연산 알고

리즘이 diffraction-specific computation이다[25]. 인터 션

이 불가능한 기존의 아날로그 홀로그래피와는 반 로, 새

로운 고속 알고리즘 기반의 디지털 홀로그램 생성 음

향 변조기를 이용한 디스 이에 의해 구성된 자 홀

로그래피는 실시간 처리를 통하여 인터랙티 한 조작

을 가능하게 했다[26].

Mark I 기반의 2세 홀로그래픽 디스 이 Mark II

는 1993년에 개발되었다. Mark II는 Mark I의 학엔진

병렬화를 통해 150mm × 75mm × 160mm 크기의 홀로그

램을 디스 이할 수 있도록 설계되었다. 임당

36MByte의 홀로그램을 디스 이함으로써, 자 홀로

그래피의 발 에 기여하 다. 최근의 자 홀로그래피 연

구에서는 1차원 공간 변조기인 음향 변조기가 LCD[27],

focused light arrays[28], optically-addressed spatial

modulators[29], 그리고 digital micro-mirror devices(DMD)[30]

등으로 치되어 고화질의 Full parallax 홀로그램을 제공

할 수 있게 되었다.

Burney[31]는 홀로그래픽 TV를 한 상 획득, 장 그

리고 디스 이를 포함하는 과정에 한 특허를 출원

했으며, 1998년에 20 분량의 에니메이션 홀로그램을

선보 다. 하지만, 이러한 홀로그램은 상 으로 무

작은 객체의 크기, 낮은 해상도 그리고 낮은 칼라 선명도

로 인해 호응을 얻지는 못했다. 지 까지 홀로그래피와

컴퓨터 그래픽은 서로 분리되어 다루어져왔다. 이들 두

기술의 결합으로 과학, 산업 교육에 이르기 까지 다양

한 분야에 활용될 수 있는 강력한 도구가 만들어 질 수도

있다. 최근에 그래픽 산업의 발달로 인해, 그래픽 가속기

를 비롯한 고속 컴퓨 시스템이 개발 되면서, 완벽하지

는 않지만 과거의 컴퓨 문제를 해결할 수 있는 단계에

와 있다고 볼 수 있다[31]. 홀로그래피의 장 은 고해상도

의 완벽한 3차원 입체 상 디스 이, 완벽한 depth

cue, 찰 치에 한 자유로움등이며, 최근의 컴퓨터 그

래픽 처리의 성능은 인터 티 , 실시간 더링, 시뮬

이션, 에니메이션이 가능한 수 까지 향상되었다[32]. 자

홀로그래피의 실 화를 해서 고성능의 컴퓨 , 용량

의 송 그리고 방 한 데이터로 인한 많은 요구사항이

있기때문에, 최근의 컴퓨 산업 기술을 이용해서 완벽히

해결 할 수는 없다고 볼 수 있다. 하지만, 이러한 발

망을 고려해 볼때, 근시일내에 자 홀로그래피가 가능할

것으로 본다.


2011년 제12권 제3호❙ 21

[그림 1] 광 스캐닝 홀로그라피(M1,2: 거울, BS1,2: 빔 분할기,

BE1,2 빔 확장기, L: 렌즈, CL: 집광 렌즈, PD: 광 검출기)

Ⅱ. 디지털 홀로그램 획득 및 생성 기술 동향

1. 디지털 홀로그램 획득

홀로그램을 이용한 3차원 디스 이에 한 연구는

빛의 완 한 정보를 추출하고 복원하는 방식의 홀로그램

이 3차원 동 상 디스 이의 궁극 해를 제시해 것

이라는 기술 신념에 따라 지난 60 여 년간 끊임없이 연

구되어 왔다. 특히, 최근에는 디지털 기술의 비약 인 발

으로 디지털 신호 형태로 물체의 3차원 홀로그램 정보

를 추출하고 이를 처리 송 복원하는 방식의 3차원 홀로

그램 디스 이에 한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

하지만 3차원 디스 이를 한 디지털 홀로그램 연구

는 3차원 에니메이션과 같이 가상(fictitious) 물체의 컴퓨

터 생성 홀로그램을 합성하여 복원하는 방식으로 컴퓨터

생성 홀로그램과 홀로그램 복원 디스 이 장치에 한

연구가 주류를 이루었다. 하지만 홀로그램을 이용한 3차원

상 시스템의 완결된 루 를 해서 실제 물체의 홀로그

램 정보를 디지털 신호 형태로 추출하는 것이 필수 이다.

본 에서는 실제 물체의 홀로그램 정보를 디지털 신호 형

태로 추출하는 유력한 다음의 세 가지 방식을 개 한다.

(1) 광 스캐닝 홀로그래피

[그림 1]의 스캐닝 홀로그래피는 1979년에 헤테로

다인 스캐닝 방법을 이용해 실제 물체의 홀로그램 정보를

디지털 신호의 형태로 추출하는 기술이 제안 다[33]. 이

방식의 장 은 고 인 홀로그램 촬 방식과 달리 간섭

은 스캐닝 빔을 형성하는 단계에서 이 지고 물체의 홀로

그램 정보는 스캐닝 빔의 세기 패턴에 의해서 반사된 물

체의 세기 패턴의 곱이 공간 으로 집 되는 과정에서 이

지는 인코히어런트(incoherent) 상 시스템으로 코히

어런트(coherent) 상 시스템의 가장 큰 단 인 스페클

(speckle) 노이즈가 없다는 것이고 스캐닝 방식을 이용함

으로 실질 으로 촬 상 물체의 크기에 한 제한이

없으며 헤테로다인 검출을 이용해 상 잡음이나 배경

잡음이 없다는 것이다[34]. 최근에는 실제물체의 홀로그램

정보를 추출하고 이를 수치 방법으로 처리하여 데이터

량을 이고 기술 으로 가용한 공간 변조기를 이용한

복원이 용의하도록 처리하여 3차원 공간상에 복원한 연

구가 보고 되었다[35]. 그러나 시스템이 복잡하고 고속 엑

티 스캐닝이 필요하며 공간 집 학계의 설계 제

작이 필요함 등의 기술 요구사항이 높아 연구가 활발하

게 실행되고 있지 못하는 실정이다. 향후 홀로그램을 이

용한 완결된 루 의 3차원 디스 이 시스템의 구축을

해서 실제 물체의 홀로그램 정보 추출이 핵심 인 필수

요소기술임을 고려한 스캐닝 홀로그래피에 한 활발

한 연구 개발이 필수 이다.

(2) 인코히어런트 다시점 영상을 추출을 통한 홀로그램 정보

합성 방법

2003년 Abookasis et al., 과 Sando et al.,은 CCD

는 CMOS를 이용해 실제 물체의 인코히어런트 다시

상을 추출하고 이를 이용해 실제 물체의 홀로그램을

합성하는 방법을 제안한다[36, 37]. [그림 2]에서 보이는

것처럼 본 방법에서는 구 좌표계에서 구면에 따라 물체의

인코히어런트한 2차원 상을 기존의 2차원 인코히어런

트 상 촬 방식을 이용해 촬 하고 이를 각각의 각

치에서 홀로그램 합성에 기여하는 평면 의 기여도로 합

산해 인코히어런트 물체의 홀로그램을 수치 인 방법으

로 합성한다. 본 기법의 장 은 잘 개발된 기존의 인코히

어런트 2차원 상 시스템을 이용함으로 1. 구 이 용의

하며, 2. 인코히어런트 상을 촬 함으로 스페클 노이즈

등 코히어런트 노이즈에 해서 자유롭고, 3. 간섭 상

을 이용하지 않는 완 한 인코히어런트 촬 방식으로 매

우 안정 이다. 그러나 1. CCD 는 CMOS 카메라를 구

면에 따라 기계 인 스캐닝을 통해 무수히 많은 다시

❙기술특집❙


CCD

CCD

CCD

...

2-D FT

3-D to 2-D reduction

Digital Computerx

y

xi

yi

z x i

y ix i

y i

[그림 2] 인코히어런트 다시점 영상을 추출을 통한

홀로그램 정보 합성 장치

Beam splitter

Observation Plane

Collimated coherent light

z

Beam splitter

),,(,Object zyxO

xy

Beam Splitter

Phase-shifter

[그림 3] 위상 천이 디지털 홀로그램

상을 촬 해야하는 단 , 2. 인코히어런트 상 촬

장치의 본질 한계인 촬 상 물체의 깊이 역(depth

range)이 상 촬 장치의 심도(depth of field) 내에 치

해야한다는 단 등으로 긴 깊이 역에 한 선명한 물

체의 홀로그램 정보 추출하는 데에는 근원 인 한계가 있

다. 근래에는 집 상법을 이용해 다시 상을 얻고

이를 수치 방법으로 합성하여 홀로그램 정보를 추출하

는 방법이 제안되어 기계 인 스캐닝 없이 다 시 상

을 추출하고 이를 이용하여 홀로그램을 합성하는 방법이

제안되었으나[38] 2차원 촬상 소자 픽셀 수의 제한 등으로

그의 한계 한 명확하다 이를 극복하기 해서 2차원 촬

상 소자 픽셀 수의 신 증가를 한 연구 개발이 요구

된다.

(3) 위상 천이 디지털 홀로그램 추출방식

학 홀로그램을 비롯해서 홀로그램 촬 에 있어 가장

성가신 잡음(annoying noise)은 상 잡음이다. 이를

제거하기 해 학 홀로그램에서는 공간 캐리어를 인가

하는 방식의 탈 축(off-axis) 홀로그램 촬 방식이 제안되

었다. 그러나 탈 축 홀로그램 촬 방식에 따른 공간 리

어의 인가에 따라 높은 분해능을 갖는 필름이 요구된다.

이는 학 방법으로 필름에 코딩 할 때는 심각한 문

제를 만들어 내지 않았으나, 디지털 신호 형태로 홀로그램

을 촬 할 때에는 촬상 소자의 픽셀 수의 증가라는 치명

인 단 을 야기한다. 이에 따라, 1997년 I. Yamaguchi 와

T. Zhang는 [그림 3]에서처럼 상을 천이하는 방식으로

다수의 정 축(on-axis) 홀로그램을 촬 하고 이를 수치

방법으로 합성하는 방식으로 그 게 많지 않은 픽셀수로

도 물체의 홀로그램을 상 잡음 배경 잡음 없이

촬 하는 방법을 제안했다[39]. 본 기법의 장 은 1. 그

게 많지 않은 픽셀수를 갖는 촬상 소자로도 상 잡음

배경 잡음 없이 물체의 홀로그램 정보를 추출할 수 있

으며, 2. CCD 는 CMOS 카메라와 같이 잘 개발된 2차

원 촬상 소자를 이용함으로 구 이 용의 하다는 등의

장 이 있으나 1. 기존 촬상 소자의 픽셀 수에 의해서 홀

로그램의 시야각 는 촬 물체의 크기가 제한되고, 2.

코히어런트 촬 방식으로 스페클 등 코히어런트 잡음에

해 매우 민감하다는 단 이 있다. 따라서, 상을 천이

하는 디지털 홀로그램 촬 방식은 상 물체의 크기가

작고 코히어런트 잡음에 한 통제가 용의한 3차원 미

경에 공격 으로 응용되고 있다. 미경에 한 이와 같

은 즉각 인 응용가능성으로 상 천이 방식의 디지털 홀

로그램 촬 에 한 수없이 많은 연구들이 진행되고 있으

며 그에 따라 보고되는 논문들도 방 하다.

(4) 결론

본 에는 홀로그램 획득 생성의 기술 동양에 해

서 개 하 다. 특히 3차원 홀로그램 디스 이 완결된

루 를 형성하기 한 핵심 요소 장치로 기존 2차원 상

시스템의 동 상 카메라에 해당하는 실제 물체의 홀로그

램을 디지털 신호로 추출하는 유력한 3가지 방법을 개

하 다. 그러나 실제 물체의 홀로그램 정보를 추출하여

복원하고자 할 때, 복원 장치의 학 특징에 따라 왜곡

이 발생한다. 특히 확 는 축소하여 디스 이하고자

하는 경우, 축방향의 확 축소율과 횡방향의 축소

확 율이 같이 않은 문제가 발생한다[40]. 이와 같은 복원

장치의 학 특성에 따른 수차(aberration) 등각


2011년 제12권 제3호❙ 23

[그림 4] Full HD급 위상 전용 공간광변조기

(conformal) 왜곡 그리고 등비 축소 확 에 한 보정

이 필수 이다. 가상(fictitious)의 물체의 컴퓨터 생성 홀

로그램을 합성하여 복원할 때는 가상 물체의 포인트 클라

우드(pints cloud) 는 3차원 메쉬(mesh) 데이터를 이용

해 합성함으로 의 확 축소에 따른 왜곡, 수차 왜

곡, 등각 왜곡에 한 수치 보정이 수치 방법으로 원

활히 이 진다[41]. 따라서 궁극 으로는 실제 물체의 포

인트 클라우드를 추출하는 수치 는 학 방법에

한 연구가 이 져야할 것이다. 이때, 실제 물체의 포인트

클라우드는 각각의 포인트에서 의 복소수 스 터링

특징에 한 정보가 포함되어 있어야 할 것이다. 실제 물

체의 복소수 스 터링 특징에 한 정보를 갖는 포인트

클라우드, 즉 별 복소수 스 터링 분포함수(pointwise

complex scattering distribution function)의 추출이 필수

이다. 여기서 주목할 은 홀로그램에는 각 포인트 클라

우드의 복소수 스캐터링 특징이 인코드되어 있다는 것이

다. 따라서, 향 후 연구 방향은 실제 물체의 홀로그램에서

복소수 스 터링 특징을 가지고 있는 포인트 클라우드를

수치 방법으로 추출하는 방법[42,43] 는 각 복소수 스

터링 특징을 갖는 포인트 클라우드를 추출하는 홀로그래

픽 인지 카메라 등의 개발이 이 져야 할 것이다.

2. 공간광변조기

학 모델 기반의 디지털 홀로그래픽 린지 패턴은

진폭과 상이 포함된 복소진폭으로 구성되며, 이에 따

라, 생성 알고리즘에 의한 디지털 홀로그램 카메라에

의해 획득된 홀로그램들은 모두 복소진폭으로 구성된다.

따라서, 완벽한 홀로그래픽 디스 이를 해서 복소진

폭의 데이터 값을 디스 이할 수 있는 공간 변조기가

있어야 한다. 하지만, 재 기술 으로 가능한 공간 변

조기는 Amplitude-only 는 Phase-only modulator 이다.

게다가 상 용 변조기라고 하더라도 진폭의 변화가 발

생하며, 진폭 용이라고 하더라도 상의 변화가 발생하

기 때문에, 이에 따른 노이즈가 발생할 수 있다. 하지만,

상 용 변조기가 낮은 손실 높은 회 효율의

장 을 가지고 있다.

두 개의 공간 변조기를 이용한 복소진폭 분포를 표시

하는 방법이 제안되었다[44,45]. 하지만 이러한 방법은 비록

복소진폭 분포를 표시할 수 있지만, 심각한 손실로 인

해 실용 이지 않으며, 제조 측면에서도 많은 기술 어

려움이 있다.

일반 인 홀로그래픽 디스 이는 단일 상 용 공

간 변조기를 이용하며, 최 의 학 복원 상을 얻기

해 알고리즘을 최 화하는 방법이 사용되고 있다. 최

의 변조는 진폭 편 의 변화가 없이 상이 2 범

의 값을 갖도록 하는 것이다. 하지만, 일반 으로 편

의 변화에 의한 오차로 인해 이상 이 상 변조를 한

변조기의 구 이 쉽지 않다[46]. 가장 합한 방법으로

써, 만일 공간 변조기의 복소 변조 특성을 알고 있다면

상 보정 방법에 의해 홀로그래픽 디스 이를 한 입

출력 편 성분의 최 화가 가능하다[47].

3. 디지털 홀로그램 생성

앞에서 언 한 바와 같이 화소로 된 상 용 공간

변조기의 완벽하지 못한 변조 특성으로 인해 홀로그램 최

화 는 홀로그램 코딩이 복원 상의 화질을 향상 시

키는 최선의 방법일 수 있다. 이때 화질을 계측 할 수 있

는 방법으로써, 강도 분포, 회 효율, 복원 상의 오류

signal-to-noise 등이 사용될 수 있으며, 합한 결과 측

정을 해서 여러 방법들을 병합하여 이용하는 것이 합

할 수 있다[48]. 일반 으로 디지털 홀로그램 생성을 한

최 화 방법은 다음과 같이 세 부분으로 분류될 수 있다.

• Iterative transform algorithms(e.g. Gerchberg-Saxton

algorithm(IFTA), Input-Output algorithm)[49]

• Direct search based methods(e.g. simulated annealing)[50]

❙기술특집❙


• Geometry-based methods(e.g. finite mesh adaption)[51]

Gerchberg-Saxton algorithm(iterative Fourier transform

algorithm - IFTA)은 일반 으로 여러 분야에서 범 하

게 활용되고 있다. 그것은 소요된 연산 시간에 비해 정확

도가 높은 홀로그램 연산이 가능하며, 응용 시스템에 따

라 구 확장이 쉽기 때문이다[52]. 그 외에도 Fresnel

approximation은 활용도가 높아지고 있다.

일반 인 IFTA와 비교하여, Fienup 알고리즘[49]은 안

정 이지는 않지만, 복원 상의 진폭의 피드백에 의해

빠른 속도로 수렴되는 장 이 있다[48]. 일반 으로 2차원

공간 변조기로써, LCD 는 LCoS등을 이용하며, 이는

최소 6비트 이상의 양자화된 데이터를 이용하기 때문에,

알고리즘에서 양자화 과정을 필요로 한다[53]. 기본 알고

리즘의 3차원 확장 방법에 의해 체 복원 역에 해

처리가 가능하다[54]. 더욱 향상된 화질의 복원 상은

direct binary search[55], threshold accepting[56], 는

simulated annealing[55]과 같은 direct search method 기반

의 최 화 알고리즘을 통해 얻을 수 있다. 이러한 방법들

의 근 방법은 다양한 변수들로 인한 비선형 문제들을

기존의 최 화 알고리즘에 의해 해결함으로써 명확한 최

의 알고리즘을 찾는 것이다. 표 방법인 역 최

화 방법을 이용함으로써, 지역 수렴에 의한 정체를 해결

하는 것이며, 이로 인해 상당한 연산 시간을 필요로 하지

만, 최종 으로 최 화된 결과를 얻을 수 있다. 만일 어떠

한 조건에서 합한 화질을 필요로 한다면, simulated

annealing 는 direct binary search와 같은 direct search

방법을 이용하여 합한 연산 시간 안에 좋은 결과를 얻

을 수 있다[57]. 일반 으로 홀로그램 생성의 최 화를

해 기값으로 랜덤 상 분포를 이용한다. 이러한 랜덤

분포를 이용하는 것은 IFTA를 한 기값으로 이용함으

로써 빠른 수렴으로 인한 연산 시간의 이득이 발생할 수

있으며, direct search 방법을 이용한 최 화 알고리즘에서

도 지역 수렴의 문제 을 최소화 할 수 있는 방법으로써,

랜덤 분포를 기값을 이용함으로써 효율 화질을 향상

시킬 수 있다.

Genetic 알고리즘과 같은 좀더 완벽한 direct search 방

법들을 이용해 상당히 좋은 결과를 얻을 수 있다. 하지만,

응용시스템에 포함되는 많은 변수들이 먼 최 화가 되

어야 한다. 실시간 홀로그래픽 디스 이를 한 디지털

홀로그램 연산의 가속화는 용 하드웨어를 이용하여 가

능하다. 일반 인 용 하드웨어는 FPGAs[58], multi-core

signal processors[59] 는 멀티코어가 포함된 그래픽 카드

를[60] 이용해서 구 을 하며, 이러한 연구 결과들이 다수

발표되었다. 다른 가속화 방법으로써, 홀로그램은 선

형 함수이기 때문에 다수의 독립된 홀로그램을 병렬로 생

성 후 다 화하는 방법에 의해 가능하며, Montes-

Usategui[61] Belloni[62]에 의해 발표되었다.

복원 상의 화질 평가는 2차원 상의 경우와 비교해

쉽지 않다. 홀로그램에 포함된 상 특이성은 스페클 노

이즈를 야기 한다. 이러한 스펙클 노이즈는 효과 인 해

상도를 감소시키며, 복원 상의 주 화질 열화에도

기여된다. 이를 감소시키는 표 인 방법인 시간 평균화

방법은 아날로그 기반의 홀로그래피 SLM을 이용하는

디지털 홀로그래피에서도 주로 사용된다[63,64]. 가시 선

내에서 발생되는 스펙클 노이즈를 감소시키는 가장 쉬운

방법은 기 상 분포를 달리하여 생성된 다수의 홀로그

램을 고속으로 재생하는 방법이다. 이러한 방법은 다수의

스펙클 노이즈를 첩시킴으로써, 평균 으로 노이즈를

감소시키는 방법이다. 이러한 방법은 아날로그 홀로그래

피에서도 사용되고 있다[65].

한 zero-padding을 이용하는 IFTA 방법을 통해 증가

되는 연산 시간 문제는 있지만, 다른 방법에 비해 스펙클

노이즈가 상당히 감소된 결과를 얻을 수 있다[52]. 한

기 상 분포를 이용함으로써 향상된 화질을 얻을 수 있

다[52]. 다른 방법으로써 반복 연산 동안 발생될 수 있는

지역 침체 상을 감소할 수 있는 방법들이 발표되었다[66].

4. HORN-6 클러스터 시스템

디지털 홀로그램을 생성하기 해 요구되는 엄청난 계

산 상의 문제 을 해결하기 해 Chiba 학의 Shimobaba-

Ito 그룹은 FPGA(Xilinx Field Programmable Gate Array)

기술을 사용하여 HORN(HOlo-graphic ReconstructioN)이

라고 부르는 디지털 홀로그램 고속 계산 용의 컴퓨터를

1992년부터 개발해왔다. 1993년에 제작된 HORN-1은 약


2011년 제12권 제3호❙ 25

[그림 5] HORN 6 보드(a) 및 HORN-6 Cluster 시스템(b)

[그림 6] 1×105개의 3D 이미지 점들로 이루어진 회전목마: CGH

원본 이미지(a)와 재생된 영상(b). 1×106개의 3D 이미지 점들로

이루어진 분수대: CGH 원본 이미지(c)와 재생된 영상(d).

300 메가 flops의 계산 성능을 제공할 수 있었으며, 가장

최근 버 인 HORN-6 클러스트 시스템을 2009년에 개발

되었다[67,68,69]. 이 그룹에서 개발된 Horn-6 보드 하나는

모두 5개의 FPGA 칩들로 이루어진다 [그림 5]-(a). 우선

4개의 FPGA 칩들은 각각 3D 이미지 계산을 해서 하나

의 DDR-SDRAM(Double Data Rate-Synchronous Dynamic

Random Access Memory) 모듈과 연결된다. 그리고, 남아

있는 한 개의 FPGA 칩은 PCI(Peripheral Component Inter-

connect) 로컬 버스와 앞에서 말한 4개의 FPGA들에 서로

연결시킨다.

[그림 5]-(b)에서 보여주는 것처럼 HORN-6 클러스터

더링 시스템은 16개의 HORN-6보드를 사용한다. 이 그

룹에서 데모한 홀로그래픽 구 시스템은 HORN-6 클러

스터에서 생성한 홀ㄹ래픽 린지 패턴을 Full HD, 즉

1920×1080 해상도의 반사형 LCD 패 (Aurora Systems

ASI6201, p = 6.4μm)에 디스 이하게 되며, 이 조

명 ( 장: 632.8 nm)은 빔 분리기를 지나면서 입사된

의 반은 LCD로 달되는 학계를 포함한다. 여기서 이

LCD 패 로부터 반사된 은 참조 과 결합되어 시청자

를 향하여 투사되며, 결국 약 5cm × 5cm × 5cm 크기의

3D 물체가 생성된다. 이때, LCD 패 과 재생된 홀로그램

3D 이미지 사이의 거리는 1 m이며, 시야각(viewing

angle)은 약 5°이다.

HORN-6의 커 은 고성능 고해상도를 제공하기

해서 룩업-테이블을 갖는 Fresnel 홀로그램 알고리즘을

사용하 다. 그 결과로서, [그림 6]에서 보여주는 것과 같

이 105 개 이상의 이미지 들을 실시간으로 계산할 수

있으며, 에니메이션의 frame 속도는 홀로그래피로 재생되

는 이미지 들의 개수에 의존한다. 를 들어, 1×105개

의 3D 이미지 들을 재생할 경우에 10 frame/s 를 가지

며, 1×106개의 3D 이미지 들을 재생할 경우 1 frame/s

를 갖는다.

비록 FPGA기반의 계산 방식은 우수한 계산 속도를 보

여줬지만, 이 근법은 1×106개 이상의 3D 이미지 들

의 상구 에서도 가능한 실시간 계산 능력 확보 3D

의 가리움 효과(occlusion) 표 의 과제들이 앞으로 남아

있을 뿐만 아니라, FPGA 보드 개발에 드는 고 비용

오랜 개발 소요 기간, 그리고 FPGA를 한 기술 으로

난이도 높은 노하우 등과 같은 한계 들을 갖고 있다.

5. Image hologram

이미지 홀로그램은 즈를 이용하여 기록하고자 하는

객체의 상을 홀로그램 평면에 치하도록 하여 기록하는

방법이다[70]. 이러한 방법에 의해 객체의 상을 홀로그램

평면에 로젝션을 하며, 홀로그램 평면에 복원 상이

치할 수 있도록 함으로써, 실제감을 증 시키는 방법이

다. 이미지 홀로그램 기반의 디지털 홀로그램의 표 인

장 은 객체를 구성하는 임의의 한 에 한 디지털 홀

로그램이 크기가 작기 때문에 디지털 홀로그램 고속 생성

이 가능하다는 것이다. 이러한 이미지 홀로그램 기반의 디

지털 홀로그램 생성 알고리즘을 이용하여 실시간 풀컬러

홀로그래픽 디스 이 시스템이 2007년에 개발 되었다.

[그림 7]에 오 젝트 포인트, 계산이 필요한 홀로그래

❙기술특집❙


[그림 9] 3차원 객체 및 디지털 홀로그램 생성 알고리즘에 따라

생성된 디지털 홀로그램의 수학적 복원 영상[73].

[그림 7] 이미지 홀로그램 계산을 위한 가상 윈도우[71].

픽 패턴의 역 그리고 찰 역(가상 도우)에 한

학 도면을 나타내었다. 계산 시간은 오 젝트 포인트와

홀로그램간의 거리를 임으로써 단출 시킬 수 있다.

한 홀로그램과 가상 도우간의 거리를 증가시킴으로써

계산에 따른 부하를 일 수 있다.

빔 로젝터의 상용 제품의 원부를 개조하여 Holo-

Video라고 불리는 홀로그래픽 디스 이를 만들었다.

1408 × 1058 의 해상도를 갖는 3개의 liquid crystal on

silicone panels(LCoS)를 풀 칼라 홀로그래픽 디스 이

를 해 사용을 하 다. 한 칼라 재생을 해 백색 원

을 이용하 다. Intel Xeon 3.4 GHz의 CPU를 갖는 개인

용 컴퓨터를 이용하여 홀로그래픽 린지 패턴을 계산했

다. 실험에 3000 포인트의 데이터를 갖는 객체를 이용했

으며, 실시간으로 처리가 가능했다. 본 시스템에 의해 디

스 이된 학 복원 상을 [그림 8]에 나타내었다.

[그림 8] 서로 다른 깊이를 갖는 문자들에 대한 복원 영상:

(a) 문자 W와 D에 초점, and (b) 문자 R에 초점[71].

6. Coherent stereogram

코히어런트 홀로그래픽 스테리오그램(coherent holographic

stereogram : CS)은 디지털 홀로그램 생성 알고리즘으로

써[72], 기존의 Rayleigh-Sommerfeld(R-S) 기반의 알고리즘

보다 그 연산속도가 탁월하다. 연산 가속화의 주된 원인

은 디지털 홀로그램 평면을 작은 세그멘테이션으로 분할,

3차원 객체를 구성하는 각 포인트로부터 홀로그램 평면

의 각각의 세그멘테이션에 한 공간주 수 계산에 따른

한 연산량 감소, 분할된 홀로그램의 주 수 평면에

각 포인트에 한 복소진폭 분포를 기록 각각의 분할된

홀로그램 주 수 평면을 고속 푸리에 변환(Fast fourier

transform: FFT)에 의한 처리등이다. 이러한 과정을 통해

기존 방법에 비해 체 연산량을 히 감소시켰으며,

FFT를 이용함으로써 연산속도를 더욱 가속화 하 다. 원

모델은 PAS(phase-added stereogram)은 다양한 방법에 의

해 더욱 향상된 알고리즘으로 발 하 다[73].

최근의 발표된 CS의 향상된 버 은accurate compensated

phase-added stereogram(ACPAS)이며, 이 알고리즘은 기

존의 R-S 기반의 알고리즘과 유사한 고화질의 복원 상을

갖는다. ACPAS는 두개의 향상된 알고리즘, compensated

phase-added stereogram(CPAS) 와 accurate phase-added

stereogram(APAS)의 특성을 이용 결합한 알고리즘으

로써, 비록 근소화된 알고리즘이지만, 그 정확도 복원

상의 화질은 R-S 기반의 복원 상과 매우 유사하여, 고

속 고화질의 특성을 갖는 미래 홀로그래픽 TV에 합

한 알고리즘이라고 볼 수 있다. 3차원 컴퓨터 그래픽 모

델을 이용한 ACPAS의 복원 상 기존 알고리즘에 의

해 생성된 홀로그램의 복원 상을 그림 \ref{fig:cohste1}

에 나타내었다. [그림 9]에 나타낸 바와같이 ACPAS의 복

원 상의 화질은 근소화하지 않은 방법에 의한 복원

상과 유사함을 알 수 있다.

최근에 과학 의공학에서 사용되고 있는 복잡한 시


2011년 제12권 제3호❙ 27

[그림 10] N-LUT 기반의 홀로그램 고속 생성 기법

뮬 이션을 한 다양한 병렬처리 컴퓨 시스템들이 소

개되고 있다. CS 알고리즘은 SIMD(single instruction

multiple data) 구조를 갖고 있기 때문에, ACPAS를 비록

한 향상된 버 들은 새롭게 소개되고 있는 병렬 처리 컴

퓨 시스템에 용하기 매우 용이하며, 많은 장 을 얻

을 수 있다. 이러한 방법을 이용하여, 10,000 포인트로 구

성된 3차원 모델에 한 1Mega 해상도를 갖는 디지털 홀

로그램을 당 30 임으로 실시간 생성이 가능하게

되었다[74,75].

7. 룩업테이블 기반의 홀로그램 생성 기법

일반 으로 임의 물체에 한 디지털 홀로그램 패턴을

계산할 때 빛의 회 을 계산하는 선추 (ray-tracing) 방

식이 주로 사용되어 왔다. 이 방식에서는 물체를 들의

집합으로 보고 각각의 물체 들에 한 홀로그램 패턴을

모두 계산하여 합산하게 된다. 따라서 이 방법은 과도한

계산량이 요구되기 때문에 복잡한 물체에 한 실시간

홀로그램 합성을 어렵게 한다.

이러한 문제 을 극복하기 하여 룩업테이블(LUT:

look-up table)을 이용한 새로운 디지털 홀로그램 계산 방

법이 제안되었다[76]. 이 방법은 모든 가능한 물체 포인트

에 한 요소 린지 패턴(EFP: elemental fringe pattern)

을 미리 계산하여 데이터베이스(data base)로 장하게 된

다. 따라서 임의 물체에 한 홀로그램 계산은 그 물체를

구성하고 있는 각 포인트에 한 요소 린지 패턴들을

이미 계산하여 장해 놓은 데이터베이스에서 단순히 불

러내어 합산함으로써 구하게 된다. 이러한 룩업테이블 방

식은 선추 방식에 비해 계산량이 크게 감소하여 디지

털 홀로그램의 고속 생성이 가능하다. 하지만 이 방법은

물체 역이 커질수록 필요로 하는 EFP의 개수가 크게 늘

어나게 되고, 결국은 룩업테이블의 메모리 용량이 크게

증가하게 되는 단 을 가지고 있다.

이러한 단 을 극복하기 하여 기존의 LUT 방식과

같이 고속의 홀로그램 계산 속도는 그 로 유지하면서도

룩업테이블의 메모리 용량을 획기 으로 일 수 있는 새

로운 룩업테이블인 N-LUT(novel look-up table)을 제시되

었다.[77] [그림 10]은 N-LUT 를 이용한 디지털 홀로그램

의 고속 생성 방법의 체 블럭 다이어그램을 나타낸 것

이다. 이는 크게 세 단계로 이루어지는데 첫 단계에서는

요소 린지 패턴을 한 깊이에 하나만 포함하는 N-LT 를

생성하고, 두 번째 단계에서는 생성된 N-LT 의 요소

린지 패턴을 이용하여 디지털 홀로그램을 생성하고, 마

지막으로 단계에서는 생성된 디지털 홀로그램을 복원하

는 단계이다. 이 N-LUT 방식에서는 물체 역의 가로, 세

로 방향에 계없이 깊이 방향에 한 각각의 요소 린

지 패턴만을 사 에 미리 계산하여 장된다. 그리고 물

체의 한 깊이 방향이 결정되면 그 면에 존재하는 물체 포

인트들의 요소 린지 패턴은 사 에 계산되어 장된 그

깊이의 요소 린지 패턴을 각 해당 포인트까지 좌, 우로

이동시키며 모든 포인트에 한 린지 패턴을 합산하여

그 깊이의 홀로그램 패턴을 계산하게 된다. 같은 방법으

로 모든 물체 깊이 방향에서 각 물체 포인트에 한 모든

홀로그램을 계산하여 합산함으로써 물체 체에 한 홀

로그램 패턴을 계산하게 된다. 따라서 기존 LUT 방식은

가로, 세로, 깊이 모든 방향의 물체 포인트에 한 요소

린지 패턴의 사 장이 요구되나, 제안된 방식에서는

❙기술특집❙


[그림 11] 3차원 동영상의 시간적 중복성 기반의 홀로그램 고속 생성 기법

[그림 12] 3차원 영상의 공간적 중복성 기반의 홀로그램 고속 생성 기법

단지 물체 깊이 방향에 한 린지 패턴만의 사 장

이 요구되기 때문에 룩업테이블 메모리 요량이 크게 어

들게 된다.

8. 3차원 영상의 중복성 기반의 홀로그램 고속 생성 기법

(1) 3차원 동영상의 시간적 중복성을 이용한 홀로그램 고속

생성 기법

일반 인 동 상은 당 30장의 정지 상으로 이루어

져 있으므로 1/30 단 로 정지 상을 촬 하여 연결한

것이라고 볼 수 있다. 화면 환이 존재하지 않는 한 1/30

는 연속된 상간의 상 성이 높을 만큼 충분히 짧은

시간이다. 즉 동 상은 인 한 상들이 매우 유사하다.

이 말은 연속된 상 간에 복된 정보들이 매우 많다는

것을 의미한다. 따라서 이러한 시간 복성을 이용하여

홀로그램을 효과 으로 생성할 수 있는 방법이 제안되었

다.[78] [그림 11]은 3차원 동 상의 시간 복성과

N-LUT 기법을 이용하여 3차원 동 상에 한 홀로그램

을 효과 으로 생성할 수 있는 방법의 체 블록 다이어

그램을 나타낸 것으로 크게 세 부분으로 나뉜다. 첫째로,

3차원 동 상의 이 임과 재의 임을 비교하

여 두 임간의 차이를 추출한다. 두 번째로, 임간

의 차이가 50% 이상일 경우는 기존의 N-LUT 방법을 사

용하여 홀로그램을 생성한다. 마지막으로 생성된 홀로그

램을 송하고 다음 임 계산을 해 임시 버퍼에 보

한다. 반면 차이가 50% 이하일 경우는 차이에 한 이

임과 재 임의 홀로그램을 생성하고 이

임의 체 상에 한 홀로그램 패턴에서 각각 빼고

더하여 재 임의 체 상에 한 홀로그램을 생성

한다. 마지막으로 역시 생성된 홀로그램 패턴을 송하고

다음 임 계산을 해 임시 버퍼에 보 한다. 그리고

이러한 차를 동 상의 체 임에 하여 반복한다.

(2) 3차원 영상의 공간적 중복성을 이용한 홀로그램 고속

생성 기법

상을 이루고 있는 화소들을 살펴보면, 서로 인 한

화소들은 서로 비슷한 밝기 값을 가지고 있다. 즉, 인 한

화소들 간에는 공간 복성(Spatial redundancy)을 가지


2011년 제12권 제3호❙ 29

[그림 13] 3차원 영상의 공간적 중복성 기반의 홀로그램 고속 생성 기법

고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 상의 공간

복성과 감소된 룩업테이블을 이용하여 홀로그램 패턴을

고속으로 생성할 수 있는 방법이 제안되었다. [그림 12]

는 제안된 공간 복성을 이용한 홀로그램의 효과 인

생성 방법의 체 블록도를 나타낸다. 이는 크게 네 부분

으로 나 수 있다. 첫 번째는 3차원 물체로부터 밝기정

보와 깊이정보를 추출하여 이로부터 공간 복성을 분

석하는 것이다. 두 번째는 분석된 공간 복성을 기반

으로 요소 린지 패턴을 변형하여 변형된 요소 린지

패턴을 생성하는 것이다. 세 번째는 공간 복성 맵과

3차원 정보 그리고 요소 린지 패턴들을 이용하여 홀로

그램을 고속으로 생성하는 단계이고 마지막으로 생성된

홀로그램 패턴을 복원하는 단계이다.

(3) 3차원 영상의 선형 중복성을 이용한 홀로그램 고속 생성

기법

앞에 언 한 것처럼 인 한 화소들 간에는 공간

복성(Spatial redundancy)을 가지고 있다. 이를 라인으로

확장하게 되면, 인 한 라인의 화소 값들은 유사하거나

같은 값들을 갖게 된다. 즉, 3차원 상 내부의 인 한 라

인들 간에는 라인 복성을 갖게 된다. 이러한 3차원

상의 라인 복성과 N-LUT 기법의 이동 특성을 이용하

여 3차원 상에 한 홀로그램을 효과 으로 생성할 수

있는 방법이 제안되었다 [79]. [그림 13]은 제안된 라인

복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램의 효과 인 생성 방

법의 체 블록도를 나타낸다. 이는 크게 네 부분으로 나

수 있다. 첫 번째는 에서 아래, 아래서 , 왼쪽에서

오른쪽, 오른쪽에서 왼쪽의 네 방향에서 3차원 이미지의

이 라인과 재 라인을 비교하여 라인간의 차이를 추출

하고 이 가장 은 계산량을 추출하는 단계이고, 두 번

째는 분석된 라인 복성을 기반으로 변화량이 50% 이상

이면 기존의 N-LUT 방식을 이용하여 홀로그램을 생성하

고 세 번째로 이를 재까지 생성한 홀로그램에 더하고,

마지막으로 최종 라인까지 연산이 끝나게 되면 최종 홀로

그램을 내보내게 된다. 반면 변화량이 50% 이하이면 이

라인과 비교하여 변화된 부분에 하여 이 라인의

사라진 부분에 한 홀로그램을 생성하여 빼주고, 이후

라인의 새로 생긴 부분에 한 홀로그램을 생성하여 더해

재 라인에 한 홀로그램을 완성하게 된다. 그리고 이

를 재 라인까지 생성한 홀로그램에 더하고 최종 라인까

지 연산이 끝나게 되면 최종 홀로그램이 생성되게 된다.

Ⅲ. 홀로그래픽 토모그래피 기술의 생명공학 응용

1. 서론

단백질, DNA 지방질(lipids) 등 생체 세포를 구성하

는 부분의 분자들은 빛, 특히 가시 선을 거의 흡수하

지 않지만, 그 도에 따라서 빛의 속도, 즉 굴 률은 변

화시킨다. 마찬가지로 이러한 분자들로 이루어진 생물 세

포와 생체조직도 가시 선을 거의 흡수하지는 않지만 세

포 소기 들 사이에는 각 구성 분자들의 도에 따라서

뚜렷하게 구별되는 굴 률 차이가 존재한다. 따라서 빛이

생체와 상호작용을 통해서 할 때 굴 률 분포의 역할

이 요하고, 학 미경 기술의 개발에도 그 역할이 매

❙기술특집❙


[그림 14] 수직으로 입사한 평면파의 파면(빨간색 선)은 샘플이

가지고 있는 공간적으로 불균일한 굴절률 분포 때문에

왜곡된다. 이때 투과한 후의 파면에서 보이는 위상차는

굴절률을 빛의 진행방향으로 선적분한 것과 같다.

우 요하다고 하겠다.

좋은 로 상차 미경(Phase Contrast Microscopy)

을 들 수 있는데, 이 미경은 샘 내부에서의 굴 률의

구조가 만드는 공간 인 상의 변화를 빛의 세기의 변화

로 바꾸어서 상의 비도를 획기 으로 증가시켰고[80],

Fritz Zernike 는 이 기술의 개발로 1953년에 노벨 물리학

상을 받았다. 그러나 기존의 상차 미경은 정량 인

빛의 상의 변화를 측정할 수 없다는 단 을 가지고 있

어서 그 생명공학 응용성이 제한이 되어왔다. 정량

인 상의 상을 해서 간섭계를 이용한 다양한 방법들

이 시도되었고 발표되어왔는데, 표 으로 디지털 홀로

그래피를 이용하는 방법[81]과 Phase-shifting 간섭계를 이

용하는 방법[82]들이 있다.

샘 을 통과한 빛의 상은 굴 률을 투 한 정보를

가지고 있다. 세포와 같이 주변과 굴 률 차이가 크지 않

은 얇은 샘 에 해 평면 를 입사시키면, 굴 률이 큰

부분을 지나는 빛의 면이 더 많이 느려지게 된다. 투과

한 빛의 상 분포는 [그림 1]에서 보여주는 바와 같이 샘

의 굴 률을 빛의 진행방향으로 선 분한 것, 즉 굴

률과 두께의 곱으로 결정된다. 상 미경 기술들은 측

정가능 상의 민감도가 경로차 기 으로 장/1000

정도여서 나노미터 크기의 두께변화를 측정할 수 있고,

한 세포의 평균 굴 률과 질량을 측정할 수 있다[83]. 하

지만 상의 변화는 굴 률을 빛의 진행방향으로 모두 더

한 것과 비례하기 때문에, 2차원 투 이미지만 보여

뿐 세포의 3차원 구조를 보여주지는 못한다는 단 이 있

다. 따라서 물체 내부에서 3차원 굴 률의 분포를 이미징

하기 해서 토모그래픽 홀로그래피 기술이 필요하다.

2. 홀로그래픽 토모그래피를 이용한 생체 세포의 CT

스캔

생체 조직을 물질 고유의 성질인 굴 률을 이용하여 3

차원 상을 하면, 염색을 한다거나 형 물질을 주입하는

등의 샘 비과정을 거칠 필요가 없고, 한 외부 물질

의 주입에 따른 부작용이 없이 살아있는 세포를 있는 그

로 상할 수 있다는 장 이 있다 [84]. 앞서 설명한 바

와 같이 기존의 상 미경은 2차원 굴 률 투 상을

측정하는데, 이것은 x 선을 이용한 CT 스캔에서 각각의

상이 흡수 계수의 투 상을 측정하는 것과 유사하

다. CT 스캔에서는 워있는 환자에 해 x 선 원과 검

출기를 돌려가면서 투 흡수 상을 다양한 각도에서

은 후 사람의 3차원 구조를 얻는다. 마찬가지로, 굴 률

의 투 상인 상을 여러 각도에서 측정을 하여, 홀로

그래픽 토모그래피 기술을 용하면 생체 내부의 3차원

굴 률 구조를 얻을 수 있다.

이 아이디어를 용하여 3차원 굴 률 구조를 상할

수 있는 몇 가지 성공 인 연구가 있어왔다. 다양한 각도

의 투 상을 얻기 한 두 가지 방법이 있는데, 첫 번

째 방법은 고정된 입사빔에 해 샘 을 회 시키는 것이

고, 두 번째 방법은 샘 을 고정하고 입사하는 빛의 방향

을 회 시키는 것이다. 샘 을 회 시키는 것은 모든 각

도에 한 투 상을 측정할 수 있기 때문에 횡방향 해

상도와 축방향 해상도가 같다는 장 이 있는 반면, 샘

의 회 축을 고정시키기가 힘들고, 회 을 하면 샘 의

구조에 향을 수 있다는 단 이 있다. 따라서 샘 을

회 시키는 것은 생체 샘 보다는 섬유 같은 고체 샘

에 주로 이용되었고[85,86] 생체세포의 경우는 특별한 샘

비과정이 필요하다[87].

샘 을 고정하고 입사빔을 회 시키는 방법은 측정하


2011년 제12권 제3호❙ 31

[그림 15] (A)수직으로 입사하는 경우 (파란색 선)과

비스듬하게 입사하는 경우의 도식. (B) 수직으로 입사한 경우

y=y0 에서의 투영에 의한 물체의 위상 profile. (C) 45도로

입사한 경우의 투영에 의한 빛의 위상 profile. (D) 와 (E):

수직입사와 45도 입사 각각의 경우의 물체의 위상 이미지.

각도가 커질수록 세포의 이미지가 그림자효과 때문에

길어진다.

[그림 16] 3차원 위상현미경으로 이미징한 살아있는 HeLa

세포의 3차원 굴절률 구조. (A), (B) 3차원 rendered image.

(C-H)세포의 높이에 따른 단면 영상. (I, J)보통 현미경과의 비교.

는 동안에 샘 에 어떠한 역학 인 힘을 가하지 않기 때

문에 생체 샘 있는 그 로의 상태로 상을 하는 것이

가능하다. 빛의 회 은 샘 과 독립 이기 때문에 측정

속도를 빠르게 할 수 있어 여러 가지 동역학 인 연구를

할 수 있다. 이 방법의 단 은 미경의 개구수(Numerical

Aperture)의 한계 때문에 체 각도에 한 투 이미지를

얻을 수 없다는 이다. 따라서 보통의 미경에서와 같

이 축방향 해상도가 횡방향 해상도보다 좋지 않다는 단

이 있지만 샘 에 한 선행 지식이 있으면 부족한 정보

에 한 측이 가능하기 때문에 어느 정도 보완이 가능

하다[88].

생체 샘 을 상하기 해서 입사 빛을 회 시키는

것이 더 유리하기 때문에 입사 빛의 방향을 돌려가면서

생체 샘 을 상하 다. -70도에서 70도 사이의 입사각

에 해 보통 600 장의 이미지를 0.1 내에 측정하여 한

세트의 각도에 따른 상이미지를 얻고, 이것으로부터 하

나의 3차원 상을 얻는다. [그림 15]는 수직으로 입사하

는 경우와 수직에 해 45도 각도로 입사하는 경우에 측

정한 상 상을 보여 다. 이미지를 측정하는 면이 고

정되어있고, 입사각만 회 하기 때문에 각도가 클 경우에

샘 의 상이 길어지는 것을 알 수 있다. 그리고 각각의

각도 상에서는 세포의 내부구조가 잘 보이지 않는 것을

확인할 수 있다.

얻어진 상 이미지들로부터 3차원 굴 률 이미지를

구 하기 해서 먼 filtered back-projection method[89]

는 inverse Radon 변환 이라는 CT에서 사용하는 알고

리즘을 용하 다. 굴 률을 알고 있는 수 마이크로미터

크기의 구체(Polysciences #17136, n=1.588 at l=633 nm)

를 상하여 측정 시스템의 굴 률의 정확도가 0.001 인

것을 확인하 다. 측정한 공간 해상도는 횡방향이 약 0.5

μm 이었고, 축방향이 약 0.75 μm 이었다.

생체 샘 로는 배양액 속에 있는 단일 HeLa 세포를 사

용하 다. 세포들은 배양 용기에서 떼어낸 후 커버 라스

에 붙도록 하 다. [그림 16]의 A, B는 단일 세포의 3차

원 굴 률 상을 보여주고 있고, [그림 16]의 C-H는 세

포의 단면 상을 에서부터 아래로 내려오면서 보여주

고 있다. 이 단면 상을 통해서, 각각의 상 이미지에서

는 볼 수 없었던 세부 인 세포의 구조를 볼 수 있었고,

굴 률이 굉장히 불균일한 분포를 가지고 있음을 알 수

있으며, 그 값은 1.36에서 1.40까지 분포함을 알 수 있다.

❙기술특집❙


[그림 16] E-F와 같은 높이에 해 기존의 bright field

미경으로 을 바꿔가면서 이미지를 얻은 것이 [그림

16] I-J인데, 세포의 경계, 세포핵의 경계, 세포 핵소체의

크기와 모양 등 구조를 비교해 보면 잘 일치하는 것을 알

수 있다. 하지만 3차원 상 이미지가 비가 훨씬 뛰어

남을 알 수 있고, 무엇보다도 세포 각 부분 부분의 굴 률

을 정량 으로 알 수 있다는 것이 요한 차이 이다. 이

연구는 살아있는 세포를 있는 그 로 두고 굴 률을 3차

원 이미징한 최 의 연구이다[84].

여러 세포로 구성된 유기체도 이미징이 가능하다는 것

을 보이기 해서, nematode C. elegans를 상하 다. 샘

의 크기가 이미징 역보다 크기 때문에 샘 의 부분

부분을 상하고 다시 조합하여 체의 이미지를 얻었다

(그림 17). 소화에 필요한 내장 등의 구조가 잘 보임을 알

수 있다.

[그림 17] (A) C. elegans를 일반적인 백색광을 이용하여 기록한

brightfield 이미지. (B) 같은 샘플에 대해 홀로그래픽

토모그래피를 이용하여 얻은 굴절률 이미지.

3. 홀로그래픽 토모그래피의 생물학적 응용

(1) 절 말라리아에 감염된 적혈구 연구

살아있는 세포의 굴 률을 측정할 수 있는 홀로그래픽

토모그래피를 말라리아에 감염된 구에서 질병의 진

행 단계를 정량화하는 연구에 용하 다[90]. 질병의 네

가지 진행 단계, 즉 정상 상태, Ring stage. Trophozoite

stage Schizont stage 에 해 3차원 굴 률 상을 하

고, 각 단계별로 세포의 굴 률 값을 얻었다(그림 17A).

각각의 진행 단계에 해 15 개의 구를 이미징하고,

헤모 로빈의 도와 굴 률 사이의 계를 조사한 후,

각 단계별로 헤모 로빈의 농도를 얻을 수 있었다(그림

17B). 그 결과 질병이 진행될수록 헤모 로빈의 농도가

어드는 것을 확인하 다. 이것은 말라리아 기생충이 헤

모 로빈을 소모시켜서 질병이 진행될수록 헤모 로빈의

양이 어든다는 기존의 보고와 잘 일치한다. 한 각 세

포 내부의 굴 률을 더하여, 세포 당 체 헤모 로빈의

양을 구할 수 있었는데(그림 17D), 이 결과도 농도 변화

와 비슷한 경향성을 보 다. 이 연구를 통해 3차원 상

미경을 이용하여 살아있는 샘 에 해 굴 률 값을 얻

으면 분자의 농도를 정량화할 수 있다는 것을 보 다.

[그림 18] 말라리아에 감염된 적혈구에서, 적혈구 내부를 침투한

파라사이트가 커갈수록 헤모글로빈의 농도 감소 (A) 각 단계별

적혈구의 굴절률 (B) 각 단계별 헤모글로빈 농도 (C) 세포질의

부피 (D) 전체 헤모글로빈의 양.

(2) 절 콜레스테롤 나선 리본 연구

상 미경이 샘 의 두께를 나노미터 크기까지 측정

할 수 있기 때문에, 나노스 일의 얇은 나선형 콜 스테

롤 띠의 3차원 구조를 측정하 다[91]. 콜 스테롤 나선 띠

는 나노스 일의 생물학 물체들 사이의 힘을 측정하거

나 는 힘을 가할 수 있는 기능을 할 수 있기 때문에, 생

물물리 나노사이언스 커뮤니티에 요한 연구 주제이

다. 나선 띠의 두께는 용수철 상수를 결정하는 요한 요

소인데, 그 두께는 수십 나노미터 내외로서 해상도가 500

나노미터 내외인 기존의 미경으로는 측정할 수 없다.

한 이 나선 띠는 3차원구조를 가지고 있고, 깨어지기

쉽기 때문에 AFM(Atomic Force Microscopy)이나 자


2011년 제12권 제3호❙ 33

미경을 사용할 수 없다. 홀로그래픽 토모그래피는 빛을

이용하여 비 식 비침습 (non-invasive)으로 나노

미터 두께를 측정할 수 있기 때문에(그림 19A) 크기가 다

른 콜 스테롤 나선 띠에 해 그 두께를 측정할 수 있었

으며(그림 19B), 나선 띠의 반경은 두께의 제곱과 비례함

을 실험 으로 증명하 다. 이 결과로부터 두께를 측정하

지 않더라도 반경으로부터 두께를 측하는 것이 가능해

졌으며, 향후 나선 띠를 이용한 나노크기의 생체 입자들

사이의 힘 측정을 더욱 용이하게 만들었다.

[그림 19] 나노스케일 위상 현미경으로 이미징한 콜레스테롤

나선 리본. (A) 68 nm 두께의 나선 리본의 위상 이미지(100

pixels은 15.3 mm에 해당함). Color bar는 위상 지연을

라디안으로 나타낸 것임. 위상 현미경의 초점이 나선 리본의

아래쪽에 맞춰져 있음.(B) 그림 19A의 검정색 상자 내부의

위상에 대한 히스토그램. Gaussian fitting 으로 두 첨두점

사이의 거리를 결정하여 리본의 두께를 구하였다.

4. 맺음말

살아있는 생체 세포나 조직을 있는 그 로 상하기

해서 물질 고유의 특성인 굴 률을 3차원 으로 이미

징하는 3차원 상 미경에 해 소개를 하 고, 그 응용

으로 말라리아에 감염된 구의 헤모 로빈의 양을 정

량 으로 측정하는 연구와 콜 스테롤 나선 리본의 두께

를 측정하는 연구를 소개하 다. 3차원 상 미경은

재 많이 사용되고 있는 형 미경과는 달리 외부 물질을

주입하는 등의 샘 비과정을 거칠 필요가 없고, 한

그에 따른 신진 사 방해와 같은 부작용 없이 살아있는

세포를 있는 그 로 상할 수 있다는 장 이 있기 때문

에 앞으로도 생물학 연구의 유용한 도구로 사용될 것으로

기 한다. 특히, 빛의 상을 기록하는 것은 빛과 생체조

직의 상호작용을 정량화하는 필수 인 방법이기 때문에

향후 응제어 학 등의 기술과 결합하면 생체 속 깊이

상할 수 있는 기술을 개발하는 데 응용될 가능성이 클

것으로 상된다.

Ⅳ. 홀로그래픽 기록 기술 동향

1. 홀로그래픽 메모리 기술

홀로그래픽 메모리(Holographic Memory)는 1963년

Polaroid사의 Van Heerden[93]에 의해 처음으로 제안되었

다. 이후 1970년 반까지 Bell 연구소, TRCA 연구소,

Thomson CSF사를 심으로 활발한 연구와 많은 실험 결

과가 발표되었다. 1995년 이후는 미국을 주도로 DARPA

(United States Defense Advanced Research Projects

Agency)를 통해 홀로그래픽 메모리 개발 컨소시엄이 구

성되었다. DARPA는 크게 홀로그램 정보 장 시스템

(Holographic Data Storage System: HDSS)과 굴 정보

장 매질(Photorefractive Information Storage Materials:

PRISM) 개발로 이루어졌다. 홀로그래픽 메모리 기술의

본격 개발은 미국의 InPhase사와 일본의 Optware사를

심으로 이루어지고 있는데, 기의 시스템 메커니즘 측

면에서 벗어나 보다 안정 이고 용량의 정보를 기록할

수 있는 문 정보 백업 장치와 DVD 호환/ 체 디

스크 개발에 있어서 세계 인 선도를 하고 있다.

홀로그래픽 메모리 기술이란 3차원의 세계를 2차원의

기록매질에 기록하고, 기록매질로부터 실제 3차원 물체

상을 재생하는 기록/재생 방법이다. [그림 20]은 홀로그

래픽 메모리의 기록 재생의 개념을 나타낸다 [94]. 가간

섭성을 가지는 이 원을 통해서 만들어지는 신호빔

과 기 빔이 기록 매질에 동시에 조사되면 두 의 공

간 인 간섭패턴이 매질의 굴 률의 변조 형태로 기록된

다. 기록된 정보를 재생할 때는 기 빔만을 다시 조사시

켜 주는데, 이는 매질의 굴 률 변조에 의해 회 된다. 특

정 좌표의 밝기정보를 한 (Bit)씩 일일이 장하던 기존

방식과 달리 홀로그래픽 메모리는 평면의 체 정보를 한

에 기록하는 페이지 지향 메모리(Page-Oriented Memory)

방식을 사용한다. 2차원 배열의 데이터 Bit들로 구성되는

정보 페이지가 신호빔으로 쓰이게 되면, 기 빔과의 간섭

패턴이 장되어야 하므로 만들어지는 홀로그램의 부피

❙기술특집❙


[그림 20] 홀로그래픽 메모리 기술

[그림 21] 홀로그래픽 다중 기록방법: (a) 각도 다중화기법,

(b) 이동 중첩 다중화기법, (c) 파장 다중화기법, (d) 위상

다중화기법.

HalfWaveplate

Mirror

Spatial FilterLens

BeamSplitter

SLM

Nd:

YA

G la

ser

FourierLens

FourierLens

CMOS

ReferenceSignal

Linear motorized stage2θ

Computer

Mirror

Lens

Mirror

Mirror

[그림 22] 홀로그램 기록 시스템

가 의 장에 비해 수천 배가 되는 특성을 가진다.

홀로그래픽 메모리의 다른 요한 특징은 기록 시의

기 빔을 달리함에 따라 각각 다른 정보 페이지들을 완

히 는 일부 겹치는 장 매질 체 안에 첩하여 기록

하고, 다시 각각 해당하는 기 빔을 사용하여 선택 으로

정보 페이지 단 로 재생할 수 있다는 것이다. 이를 통하

여 기존의 정보 장기기보다 장용량 정보 달

율을 획기 으로 증가시킬 수 있게 된다. 이러한 다 기

록 방법은 여러 가지가 있는데 홀로그램을 감 재료에 기

록할 때, 홀로그램이 기록되는 각도를 변화 시키는 방법,

이동 첩 다 화 방법, 장다 화 방법, 그리고 상 다

화방법 등 다양한 기법이 있다. [그림 21]은 여러 가지

다 기록 방법을 나타낸다[95].

이와 같이 홀로그래피 원리에 의해 만들어지는 홀로그

래픽 메모리는 공간 변조기(Spatial Light Modulator,

SLM)를 통하여 다수의 Bit정보를 갖는 정보 페이지 형태

로 변조된 후, 기록매질 안에서 기 빔과 간섭하여 기록

된다. 기록 매질로는 굴 (Photorefractive) 결정과 포토

폴리머(Photopolymer)가 있는데 홀로그래픽 메모리에는

후자가 주로 쓰인다. 굴 결정과 같은 볼륨 형태의 기

록 매질은 포토폴리머에 비해 두께를 높일 수 있어 각도

선택도(Angular Selectivity)가 매우 뛰어나다. 따라서

굴 결정을 이용한 메모리 시스템에서는 기 빔으로 평

면 를 사용하는 각도 다 화 방식이 많이 채택되었다.

반면에 상 으로 얇은 포토폴리머는 각도 선택도가 둔

감하기 때문에 새로운 다 화 방식이 요구되었다. 이러한

문제 을 해결하기 해 포토폴리머 시스템에서 각도 다

화와 회 다 화를 결합한 복합 다 화 방식이 제안되

었지만, 시스템 구 을 해 복잡한 학 시스템과 재생

홀로그램의 치가 변하는 단 이 있었다. 이후 새로운

방식으로 평면 신 구면 를 기 빔으로 사용하는 이

동 다 화기법(Shift Multiplexing Method)이 제안되었다 [96]. [그림 22]는 제안된 다 화기법의 홀로그램 기록 시

스템을 나타낸다. [그림 23]은 복원된 출력 데이터 용량

을 나타낸다. 이 방식은 하나의 홀로그램을 기록하고

치를 미세하게 이동하여 다른 홀로그램을 첩할 수 있는


2011년 제12권 제3호❙ 35

[그림 24] (a) 수족관 홀로그램 및 (b) 홀로그램을 구성하는

Hogel.

7.5mm

23.0mm

58.5mm

60.0mm

Shift selectivity~60µm

Recording size~1.7mm

Surface density : 250Kbits / (850*60) = 4.9 bits/µm2. pixel number / (track period * shift selectivity)

Total recording capacity : ~5 GByte

Track period~0.85mm

[그림 23] 복원된 출력 데이터 저장용량 계산

기술로 CD나 DVD와 같은 디스크 형태의 기록 시스템에

매우 합한 방식이다.

홀로그래픽 메모리 기술은 차세 정보 장 기술

로써 기존 기술들의 한계를 뛰어넘는 기술 우월성을 가

짐이 분명하다. 새로운 장장치를 만들어 내는 것이기

때문에 매질에서부터 소자, 신호처리 기술까지를 아우르

는 총체 개발이 요구되며, 이는 시장 창출 변화와 연

하여 매우 복잡한 상호 작용이 이루어지게 한다. 국내

의 많은 련된 문가들과 기술들과 세계 인 선도 기업

들과의 략 인 개발의 조합을 만들어 나감으로써, 차세

정보 장 장치에 있어서도 많은 기여를 창출할 것

으로 본다.

2. 홀로그래픽 프린터

홀로그래픽 린터는 컴퓨터에서 만들어진 디지털 3

차원 이미지 데이터를 디지털 홀로그래피 기술에 의해

굴 매질에 기록하는 장치를 의미한다. 재 2차원 상

린터처럼 컴퓨터 주변 기기로 사용하는 3차원 버 의

이미지 린터를 실 하는 것을 목 으로 연구가 진행되

고 있다. 홀로그래픽 린터에 의해 3D 컴퓨터 그래픽이

나 CAD(컴퓨터 지원 설계) 등에서 만들어진 3차원 정보

를 이용해 다수의 디지털 홀로그램을 생성 후 굴 매

질에 기록함으로써, 기존의 아날로그 홀로그램과 동일한

입체감을 제공할 수 있다. 이를 통해 실존하지 않는 가상

의 객체에 해서도 굴 매질에 기록함으로써 술

고 등에 활용되고 있는 홀로그램과 동일하게 만들 수

있다.

디지털 홀로그래피를 기반으로 3차원 정보로부터 굴

매질에 기록할 홀로그램을 생성하는 방법은 다양하지

만, 표 으로 다수의 서로 다른 시 에서 획득된 투

상을 이용하는 홀로그래픽 스테 오그램이 있으며, 객

체로부터 반사된 빛의 간섭 패턴을 생성 후 이를 직

굴 매질에 기록하는 방법이 있다.

린터의 엔진으로써, 주로 LCoS, LCD, DLP등의 2차

원 공간 변조기를 이용하며, 이러한 SLM에 의해 디스

이된 홀로그래픽 린지 패턴은 하나의 Hogel

(holographic elements)로 간주되며, 이를 굴 매질에

순차 으로 생성된 디지털 홀로그램에 따라 기록을 한다.

이에 한 그림을 [그림 24]에 나타내었다. 따라서, 상

이 여러 픽셀로 구성되듯이 홀로그램을 여러 hogel로 구

성시킴으로써, 홀로그램을 제작 할 수 있다.

표 인 홀로그래픽 린터 연구 결과로써, Ultimate

Holography에서는 과거 유물의 조각상 등을 3차원 스캐

를 이용하여 3차원 정보를 추출 한 후, 추출된 3차원

정보를 이용하여 홀로그램을 제작했다. [그림 25]은 제작

된 홀로그램을 나타낸다. 한 Zebra Imaging은 고화질의

홀로그램을 제작할 수 있는 홀로그래픽 린터를 개발하

여 매를 하고 있다. [그림 26]은 Zebra Imaging의 홀로

그램 제작 원리를 보여주며, [그림 27]은 개발된 단일 컬

러의 홀로그래픽 린터를 나타낸다.

❙기술특집❙


[그림 28] Mark-I[92]

[그림 25] 제작된 홀로그램

[그림 26] Zebra Imaging의 홀로그램 제작 과정

[그림 27] The Zeba Monochrome Imager

Ⅴ. 전자 홀로그래픽 디스플레이 기술 동향

1. Holo-video

최 의 실질 인 자 홀로그래픽 디스 이 Mark-I

은 1989년 MIT Media Lab의 Spatial Imaging Group에 의

해 개발되었다[92,97]. Mark-I은25 × 25 × 25mm3

의 홀로그

램 복원 상 15도의 찰각을 갖는 홀로그래픽 디스

이 시스템으로써, 당 20 임이의 디스 이가

가능했다. Mark-II라고 불리는 2세 시스템은 1992년에

개발되었다. Mark-II는provides 150 × 75 × 150 mm3 크기

의 복원 상 36도의 찰각을 갖으며, 2.5 임으로

디스 이가 가능했다. Mark-I Mark-II에는 음향 변

조기가 공간 변조기로 사용되었으며, 이는 고가라는 문

제 으로 인해, 향후 사용화를 목 으로 차세 버 의

홀로그래픽 디스 이를 개발 에 있다[98].

기버 Mark-I 자 홀로그래피 시스템은 단일 컬러

는 풀컬러 홀로그래픽 디스 이가 가능했다. 3채

의 텔루르 이산화물 음향 변조기(AOM) 를 3채 의 컬

러 공간 변조기로 사용했으며, RGB 각 채 의 홀로그

래픽 린지 정보는 3채 의 해당 변조기에 의해 변조

된다. 원으로써 정확도가 우수한 이 를 이용했다. 각

컬러 채 당 단일 수평 라인에 32K 샘 을 이용함으로써,

선명한 복원 상을 디스 이할 수 있도록 하 다.

2세 홀로그래픽 디스 이 Mark- II는 3 채 의

AOM 신에 18 채 의 AOM을 사용하 으며, 스 닝

미러는 회 폴리곤 미러를 치했다. Mark-II는 병렬화

를 기본으로 하 으며, 다수의 AOM 스 닝 미러를

추가함으로써, 확장이 용이하도록 설계되었다. 이로인해

$30$도의 찰각을 갖는 150 × 75 × 150 mm3 크기의 홀


2011년 제12권 제3호❙ 37

[그림 30] SeeReal의 direct view setup[100]

[그림 31] 20인치 홀로그래픽 디스플레이 프로토타입[101]

로그램 디스 이가 가능했으며, 슈퍼컴퓨터Cheops에

의해 구동되었다.

Mark-III는 상용화를 목 으로 공간 변조기로 사용되

는 AOM을 다른 모델로 치하는 것에 두며, 연구되

고 있다. 재 유력한 모델로써, surface acoustic

wave(SAW)를 고려하고 있으며, 이는 크리스털의 표면에

따라 빛의 변조가 되는 것이 특징이다[98].

Lithium niobate는 TeO2보다 음향 감소가 히 으며,

GHz 범 까지 사용이 가능하기 때문에 향후 Mark-III에

활용될 정이다. 한 스 닝 미러를 홀로그래픽 학

소자(holographic optical element:HOE)로 치함으로써,

기계 구동장치가 없는 안정화된 시스템으로 구 할

정이다.

2. SeeReal

SeeReal Technologies는 새로운 홀로그래픽 디스

이 시스템을 개발했다. 어느 일정 치에서 찰자가 홀

로그램 복원 상을 볼 때, 홀로그래픽 디스 이 시스

템으로부터 되는 면의 일부분만을 찰하게 된다.

한 기존 형 디스 이 패 의 경우 픽셀의 크기가

크기 때문에, 회 각이 크지 않다. 이러한 을 이용하여,

SeeReal은 찰자의 동공에 입사될 정도의 면만이 만

들어 지도록 설계를 했으며, 이로 인해 계산량을 히

이게 함으로써, 실시간 처리가 가능하게 되었다[98,100].

SeeReal에서 선보인 시스템은 수직 시차만을 가지고 있

으며, 찰자 도우라고 불리는 작은 역에 해서만

홀로그램을 생성 재생을 한다. 찰자 도우는 인간

의 동공의 크기와 연 되며, 주 수 평면에 치하게 된

다. 한 좌우 에 한 각각의 찰자 도우를 이용함

으로써, 그 효율을 극 화 하 다. 찰자 동공 추 시스

템을 이용하여, 찰시 움직임에도 응하도록 설계되었

다. [그림 30]은 이 기본 개념에 한 내용을 나타낸다.

형 LCD 디스 이 패 을 이용함으로써, LCD 패

크기의 형 홀로그래픽 디스 이가 가능하다. 복원

상의 크기는 사용된 공간 변조기의 크기에 따라 정해

진다. 복원 상은 찰자의 치에서부터 LCD 패 의

뒷부분에 이르기까지 넓은 역에 홀로그램을 디스

이할 수 있다. 한 찰자의 움직임은 찰자 동공 추

기술에 의해 추 이 되며, 찰자의 움직임에 따라 입사

빔의 입사 각도를 다르게 함으로써, 찰자가 움직이더라

도 어느 치에서든 홀로그램을 볼 수 있다.

단일 컬러의 실시간 디스 이가 가능한 20인치 홀로그

래픽 TV를 2007년에 개발했다(그림 31). SeeReal에서 개발

된 기술은 형 LCD 디스 이 패 도 홀로그래픽 디스

이 시스템에 활용될 수 있음을 보 다. 본 로토타입

에 이용된 LCD 패 의 픽셀은 략 × 의

크기를 갖는다.

사용된 공간 변조기(LCD 패 )의 픽셀 크기가 크기

때문에, 회 각은 약 0.5°에 불과하고 찰각은 매우좁게

된다. 하지만, 그 작은 역을 찰자 도우로 정의함으

로써 약 4m의 깊이 범 를 갖는 형의 선명한 홀로그램

복원 상을 디스 이 할 수 있게 되었다. 두 의 CCD

카메라를 이용하여 eye-tracking 시스템을 로토타입에

구축하 으며, 찰자의 동공 추 으로 입사빔 제어 기술

❙기술특집❙


[그림 32] QinetiQ사의 AT 변조기 단일 채널 구조를 설명하는

개념도

을 사용하여서 찰자 도우의 치 변화에 따라 찰시

찰자에게 편리함을 제공한다. 모든 계산 처리는 실

시간으로 이루어짐으로써, 실질 인 홀로그래픽 디스

이 시스템을 개발했다고 볼 수 있다.

3. QinetiQ

디지털 홀로그래픽 기술은 3D 물체를 정확하게 기록

하고 재생할 수 있는 장 을 가지고 있다. 이러한 특성을

가진 디지털 홀로그래픽 기술을 사용하는 자 홀로그래

피는 3D 디스 이에서 매력 이지만, 실제 자홀로그

래피 방식의 3D 디스 이 개발을 어렵게 만드는 문제

은 우선 디지털 홀로그램을 표시할 수 있는 화면

고해상도의 공간 변조기(SLM, spatial light modulator)

가 필요하다는 이며, 두 번째로 디지털 홀로그램을 생

성하기 해서 엄청난 계산 시간이 필요하다는 것이다.

QinetiQ에서는 이에 한 문제 을 극복하기 한 연구

를 진행했다.

디지털 홀로그램을 표시하기 해 요구되는 화면으

로 확장가능한 고해상도의 SLM 장치를 구 할 수 있는

한 방법으로서, 능동형 타일(AT, active Tiling)라고 불리

는 자 홀로그래픽 디스 이 시스템을 2003년에

QinetiQ사가 개발하 다[102]. 이 시스템은 자 으로 번지

를 지정하는 공간 변조기(EASLM, electrically addressed

SLM))에서 빠른 임률과 학 으로 번지를 지정하

는 공간 변조기(OASLM, optically addressed SLM)의 비

픽세화 구조의 이 을 모두 활용한 것이다. 그 결과로서

이 시스템은 이 에 도달할 수 있던 것보다 훨씬 더 많은

총 픽셀 개수를 제공함으로써 완 시차의 3D 컬러 이미

지를 재생할 수 있었다. 이러한 AT 방식은 이 의 MIT의

Holovidio 시스템의 36 Mega 픽셀 성능을 능가하는 자

홀로그래픽 변조 시스템으로 기록되었다.

AT 방식의 표 인 채 환경은 1024×1024 바이 리

픽셀 2.5 kHz 구동 임률을 갖는 실리콘 의 강유

체 결정(FLCoS, ferroelectric crystal on silicon)형

EASLM 1개, 비정질 실리콘 포토센서를 사용한 OASLM

1개, 강유 체 액정 출력층, 유 체 거울, 바이 리- 상

회 학소자(DOE), 복제를 수행하는 5×5 배열로 분할

된 굴 학부, 그리고 차단층으로 이루어지며, 각 채

을 한 출력부는 26×106 개의 픽셀들로 구성된다.

QinetiQ사의 AT 방식 시스템은 2.2×106 pixels/cm2 이상

의 고 픽셀 면 도를 갖는다. 여기서 각 채 은 모듈화

되어 있으며, 원하는 총 픽셀 수를 충족하기 해서 2차

원 으로 평행하게 쌓이도록 디자인된다. 이 시스템은 바

이 리 픽셀 간의 간격(pixel pitch)을 6.6 μm로 설정하

고, 단색 FSC(field-sequential-color) 작동 방식에서

갱신가능한 1×4 채 (104 Mega 픽셀)로 모듈화되며, 나

아가 더 큰 시스템들을 한 빌딩 블록의 역할을 한다.

이러한 디자인은 동 상의 갱신 속도를 반 으로 유

지하면서도 데이터가 기록되는 픽셀들의 수는 더 많아지

도록 도와 다. 이 변조 장치는 크게 두 부분 즉, 마이크

로디스 이 이미지 엔진인 바이 리 EASLM과 이

EASLM에서 나온 다 이미지들을 포커싱한 후 OASLM

쪽으로 투사시키는 복제 학계로 이루어 진다 [그림 32].

여기서 도체들로부터 나온 기 신호들을 사용하는

EASLM는 컴퓨터에 의해 생성된 이미지 요소들을 빠르

게 표시할 수 있는 특성을 갖고 있다. 그리고 을 변조시

키기 해서 빛의 세기에 의한 패턴들을 사용하는

OASLM는 디지털 홀로그램 패턴들을 학 으로 장하

고 3D 이미지를 디스 이하는 역할을 한다. 따라서,

EASLM의 임과 동기화 되어 있는 셔터들이 OASLM

의 기록 면에 패턴을 만들기 해 순차 으로 열리게 함

으로써 결국 OASLM 체가 빠르게 갱신될 수 있다. 확

가능한 타일 붙이기 방식 [그림 33] 의 도움으로 109

정도의 필셀 수를 가질 수 있다. [그림 34]는 공간 으로

멀티 스된 3.8×1010 개의 픽셀들을 사용하여 복원된,


2011년 제12권 제3호❙ 39

[그림 33] 유효 화면의 면적 136×34 mm2에서 108의 픽셀

수를 제공하는 1×4 채널의 AT unit 사진 (a), 수평 및 수직

방향으로 AT unit들을 이웃 쌓기하여 총 픽셀 수가 109

이상으로 확대가능한 AT 시스템 개념도 (b)

[그림 34] 109 개 픽셀의 AT 시스템으로부터 재생된 완전

시차를 갖는 3D 컬러(a) 및 단색 (b) 동영상 사진들

[그림 35] 실사 객체와 IP 마이크로 렌즈 어레이[103].

[그림 36] 직접 영상 카메라를 이용한 실사 객체 획득 카메라[103].

[그림 37] 3색 레이저 3개의 LCoS를 이용한 전자 홀로그래픽

디스플레이[103].

완 시차(full parallax)를 갖는 3D 이미지 사진들이다.

이러한 AT 방식의 SLM 시스템은 연속 인 변조 평면

을 만들기 해 다 채 들이 하나로 조립되는 형식으로

설계된다. 그래서 이 시스템의 장 은 다른 제품들로 응

용할 경우에 요구되는 성능들을 만족시킬 수 있도록 개조

될 수 있다. 그러나, QunetiQ사의 AT 근법은 화면으

로 확장에 드는 고 비용, 시스템 자체의 두께 무게 문

제, 그리고 실시간 동 상 구동의 어려움 등과 같은 해결

해야 하는 한계 들을 갖고 있다.

4. NICT

2009년 미국에서 개최된 NAB에 일본의 국가 연구소

인 NICT(National Institute of Information and Communi-

cations Technologies)에서 개발한 자 홀로그래픽 디스

이 시스템이 시되었다. 시된 시스템은 크게 세

부분으로 구성된다: 실사 실물에 한 상 정보를 획

득하는 상 획득 시스템, 컴퓨 시스템, 그리고 자 홀

로그래픽 디스 이 시스템. 그 획득 시스템은 집

상(Integral photography : IP) 카메라를 이용하 으며,

ultra-high-definition 카메라(8K × 4K) 획득 장치로 이용

되었다. 컴퓨 시스템은 마이크로 즈를 이용해 획득한

상으로부터 디지털 홀로그램을 생성한다. 생성된 디지

털 홀로그램은 공간 변조기로 이용된 3개의 고해상도

liquid-crystal displays(4K × 2K)에 의해 디스 이되었

다. 자유공간상에 생성된 디지털 홀로그램으로부터 각각

의 요소 상을 디스 이하기 해, 3개의 red, green,

and blue 이 를 원으로 이용하 다. 이 모든 과정은

실시간으로 처리가 되었다. 이 로토타입은 micro LCD

를 공간 변조기로 이용하 기 때문에, 작은 홀로그래픽

복원 상을 디스 이한다. 하지만, 실시간 실사 상

정보 획득 홀로그래픽 기반의 디스 이를 실시간으

❙기술특집❙


[그림 38] 카메라에 의해 획득된 광학적 복원 영상[103].

camera

dθ

Illumination

Object

[그림38] 오리지널 이미지 촬영

로 처리했다는 에게서 많은 장 을 가질 수 있다. 디스

이 시스템을 [그림 35] ~ [그림 38]에 나타내었다.

5. 요소 홀로그래픽 스테레오그램을 이용한 프로젝션

홀로그래피 시스템

사람이 사물을 인식하기 해서 물체, 빛, 그리고 의

세 요인이 필요하다. 람자는 수정체의 조 , 수렴,

양안시차 등에 의해 입체 공간을 지각한다. 스테 오그래

피에 의한 입체 상 표시법은 람자가 감상할 때 표시

면에 나타난 상에 있어 조 과 수렴이 일치하지 않아서

어지러움 상이 발생한다. 반면에 홀로그래피는 사물로

부터 반사 혹은 투과되어 온 빛의 면을 기록하고 재생

하는 기술로서 완 한 입체 상을 실 할 수 있다. 홀로

그래픽 입체 상은 스테 오그래피에서 발생하는 어지

러움 상을 보완할 수 있어 인간에게 자연스러운 입체

상을 보여 수 있는 디스 이 기술이다.

홀로그래픽 디스 이[104,105]의 장 은 다음의 네 가

지가 있다. 첫째, 자연스러운 입체감을 지닌 3차원 구조

의 허상 혹은 실상을 재생할 수 있다. 둘째, 특별한 도구

를 사용하지 않고 입체 상을 볼 수 있다. 셋째, 재생 된

상을 보면 의 수렴, 조 , 양안시차가 정상 으로 작

용하며, 의 치를 상하 좌우 후로 움직여도 람에

지장이 없으며 의 이동에 해 상의 변화가 자연스럽

다. 넷째, 상의 분해능이 높다. 반면에 단 은 제작이

어렵고 복잡하며, 고해상도의 기록 재료가 필요하고, 재

생할 때에 조명법의 제한이 따른다. 이와 같은 장 과 단

을 고려해서 홀로그램은 완 한 입체 상의 디스

이 기술로 3차원 입체 상 산업에 상용화되어 있다. 디

스 이를 목 으로 한 홀로그램으로서 인보우 홀로

그램, 리 만 홀로그램, 홀로그래픽 스테 오그램이 표

으로 사용된다. 특히, 홀로그래픽 스테 오그램은 물체

에 직 조명하기 어렵거나, 실제로 존재하지 않는 사물

의 정보를 기록할 때 용되는 기술이다.

홀로그래픽 스테 오그램 기술을 응용해 요소 홀로그

램[106]으로 합성하고 로젝션 홀로그래피 시스템을 제작

하여 투 타입의 입체 상으로 용할 수 있는 기술을

소개한다. 투 방식에 의한 입체 상 표시법은 비교

형 화면으로 람 할 수 있다.

[그림 39은 홀로그래픽 스테 오그램으로 합성하기

해 오리지 이미지를 촬 하는 방법을 보여 다. 입체

상으로 표시하고 싶은 오 젝트를 찰 방향이 연속

으로 변화도록 카메라를 일정 간격으로 이동하여 여러 장

의 평면 사진으로 촬 한다.

[그림 40]은 오리지 이미지를 평면형의 홀로그래픽

스테 오그램으로 합성하는 학계를 보여주고 있다. 디

퓨즈 스크린에 오리지 이미지를 연속 으로 표시한 뒤

참조 을 동시에 조명한다. 하나의 기록 재료는 일정 간

격으로 이동하면서 마스크를 사용해 오리지 이미지가

겹치지 않게 홀로그래픽 스테 오그램으로 합성한다.

[그림 41]은 컴퓨터와 LCD panel을 사용하여 도트 형

태로 디지털 홀로그래픽 스테 오그램을 합성하는 제작

시스템이다.

오리지 이미지를 LCD panel에 순차 으로 나타내고

기록 재료가 있는 치에 집 시켜 참조 을 동시에 조명


2011년 제12권 제3호❙ 41

Object'

Film

Lens

Diffusescreen

Mask

HS

d

reference beam

[그림 39] 홀로그래픽 스테레오그램 합성

Video signal

LCD Panel

Object beamReference beam

Lens

Main PC

Move film

Mask

Hogel

[그림 40] 요소 홀로그래픽 스테레오그램 제작

Direction screen

Color 3D Image

Hogel

Lighting systemLight

Red

Green Blue

[그림 41] 투영형 홀로그래피 영상 시스템[108]

한다. 하나의 기록 재료는 일정하게 이동하고 마스크를

사용해 도트 타입으로 구성시켜서 다수의 요소 홀로그래

픽 스테 오그램이 제작된다.

[그림 41]은 제작한 요소 홀로그래픽 스테 오그램을

특정한 방향으로 지향하는 성질을 지닌 특수한 스크린에

연속 으로 투 하여 입체 상을 재생하는 로젝션 홀

로그래피 상 시스템[107]을 보여 다. 요소 홀로그램을

일정하게 수평 방향으로 이동시켜 각각 다른 찰 방향에

서 촬 된 해당 화면을 Red, Green, Blue의 Laser 라이

시스템으로 조명하여 재생된 다안 입체 상을 스크린에

투 하면, 3차원의 입체 상을 람할 수 있다.

6. 시야창에 따른 홀로그래픽 디스플레이 설계

홀로그래픽 3차원 디스 이를 구 하기 한 다

른 근 방법은 시야창을 형성하는 방법이다. 홀로그래픽

3차원 디스 이의 높은 SLM 해상도 요구량은 넓은 시

야각에 하여 3차원 상을 표시하고자 하는데 기인한

다. 따라서 고정된 측자의 주 에 작은 시야창을 형

성하고 이 시야창에 해서만 홀로그래픽 3차원 상을

표시하면 SLM의 해상도 요구량을 크게 일 수 있다. 이

때, 측자의 치가 시야창 치로 고정되므로, 추가

인 학계과 측자 치 추 시스템을 이용하여 움직이

는 측자의 치로 시야창을 이동시키는 기술을 사용한

다. [그림 42]는 이러한 홀로그래픽 디스 이의 시야창

형성 원리를 보여 다. 수십 um 크기의 픽셀로 이루어진

SLM을 사용할 경우, [그림 42]의 왼쪽에서 보는 바와 같

이 SLM의 각 픽셀은 약 1~2° 정도의 각도로 입사하는 평

행 을 회 시킬 수 있다. 이때, [그림 42]의 가운데와 오

른쪽 그림처럼 즈를 삽입하면, 이 게 회 되는 을

특정 치로 모아 시야창을 형성할 수 있다. 따라서 측

자의 이 이 시야창 내에 치하면 측자는 SLM의

체 면 에 한 홀로그래픽 상을 측할 수 있다. 이와

같은 시야창 기반의 홀로그래픽 디스 이 기법은 기존

의 홀로그램을 특정 역에 하여 잘라낸 부홀로그램

(sub-hologram)을 사용한다. [그림 43]의 왼쪽과 같이 일

반 인 홀로그래픽 구성은 표시하고자 하는 각각의 voxel

❙기술특집❙


[그림 42] 홀로그래픽 디스플레이의 시야창 형성

[그림 43] 부홀로그램(sub-hologram) 개념

마다 SLM의 체 역에서 홀로그램을 계산하여 표시하

는데 반하여, 시야창 기반 기술은 [그림 43]의 오른쪽에

서 보여주는 바와 같이 시야창에 해당하는 역에 해서

만 홀로그램을 계산하고 표시한다. 이를 통해 추가 인

계산량의 감소를 달성할 수 있다. 이러한 시야창 기반 기

술은 재 구 가능한 SLM을 이용하여 비교 화면

의 홀로그래픽 디스 이를 구 할 수 있다는 장 이 있

으나, 측자가 한 명으로 제한되고 학 인 시야창의

치 제어가 쉽지 않다는 단 을 가지고 있다.

7. Diffractive LC Lens 기술

빛의 회 을 이용한 다른 기술로는 diffractive LC

lens 기술이 있다. 액정 즈는 액정이 갖는 학 비등방

성을 이용하여 기 으로 즈의 기능 는 굴 력을 변

화시키는 소자이다. 이러한 기술은 특수 학계를 통하여

입체감을 구 하는 무안경식 3차원 디스 이에서 유용

하게 이용될 수 있다. 액정 즈는 사용하는 학원리에

따라 크게 refractive LC lens와 diffractive LC lens의 두

가지 분류로 나 수 있는데, 본 에서 diffractive LC

lens 기술의 기본 원리와 refractive LC lens 비 장단

을 비교해 보도록 한다.

Lens를 구 하기 해서 빛의 면을 변화시킬 수 있

어야 한다. 특히 이상 인 즈의 경우처럼 빛의 진폭을

유지하면서 상만을 변조하여 면을 변화시켜야 하므

로 학 비등방성과 높은 투과율을 갖는 액정이 LC

lens의 재료로 합하다고 할 수 있다. refractive LC lens

의 근법은 액정의 학 비등방성 분포를 이용함으로

써 일반 lens의 재료인 유리나 라스틱의 굴 률이 공기

의 굴 률보다 크기 때문에 생기는 표면 굴 상을 재

하는 것이다. 즉, 빛 동이 즈를 통과하면서 생기는

빛의 상 지연이 refractive LC lens를 통과하면서 그

로 재연되도록 설계하는 것을 목표로 한다. 기하 학

입장에서 바라보면, 만일 액정 즈 내부의 굴 률 분포

가 비등방성 액정 분포를 이루게 될 때, 선은 액정 내부

를 진행하면서 굴 률이 높은 방향으로 곡선을 그리면서

방향을 틀게 되는 것이다. 그러나, 만약 refractive LC lens

로 볼록 즈를 구 하려면, lens 심부에서 가장 큰 상

지연을 유도해야 하기 때문에 필연 으로 refractive LC

lens의 두께가 두꺼워져야 한다. 즉, LC lens를 통한 상

지연의 크기는 액정의 굴 률 이방성의 크기와 LC lens

두께의 곱으로 표 되며, 액정의 굴 률 이방성은 매우

작기 때문에 LC lens의 두께가 두꺼워지게 된다. 따라서

수십~수백 마이크로미터 크기의 LC lens를 구 하는데

큰 어려움이 없으나, 형 LC lens를 구 하는데 이러한

두께 문제로 인해 어려움이 있다.

Diffractive LC lens는 빛의 상이 2π의 주기를 가짐을

이용하여 상 지연의 크기를 0~2π 이내로 제한하여 두

께를 크게 일 수 있는 기술이다. 그러나, 상 지연의

형태(profile)는 일반 인 lens와 다른 graded-index fresnel

lens 형태를 갖게 된다. [그림 44]는 University of Arizona

의 연구결과에서 발췌한 것으로[109] 일반 인 refractive

LC lens 와 diffractive LC lens의 상 지연의 형태를 비

교하여 보여주고 있다. 그러나, 이러한 장 에도 불구하

고 diffractive LC lens를 구 하려면 LC lens를 구동하기

한 극의 간극이 [그림 45]와 같이 수 μm 이내로 매우


2011년 제12권 제3호❙ 43

[그림 44] Diffractive LC lens와 refractive LC lens의

위상지연 비교

[그림 45] Diffractive LC lens의 전극 배치도

[그림 46] Refractive LC lens의 구조도

작아져야 하므로 제작이 어렵다는 단 이 있다. 반면

refractive LC lens는 제작이 상 으로 쉽다는 장 을

갖는다. [그림 46]은 University of Florida의 연구결과에

서 발췌한 것으로[110] 비교 간단한 형태의 극 구조를

갖기 때문에 제작이 diffractive LC lens보다 용이할 것임

을 상할 수 있다.

이처럼 diffractive LC lens는 refractive LC lens 비 제

작의 난이도가 높으나 refractive LC lens가 갖는 한계

을 극복할 수 있다는 데 의미가 있다. 재의 LC lens 제

작 기술은 기존의 평 디스 이 제조 기술에 바탕을

두고 있다. 따라서 앞으로 평 디스 이 기술이 더욱

발 하게 되면 diffractive LC lens가 갖는 장 을 살려 다

양한 응용분야에서 활용할 수 있을 것으로 기 된다.

Ⅵ. 결론

본 논문에 나타난 바와 같이, 디지털 홀로그래피 기술

은 완벽한 입체 상을 디스 이하는 자 홀로그래픽

디스 이뿐만 아니라 그 응용 분야가 상당히 범 하

다. 한 기존의 방법에 의해 해결하지 못하는 역을 디

지털 홀로그래피의 응용에 의해 해결 할 수 있는 경우가

많다. 표 인 를 들면, 미세한 세포를 찰하기 해

염색을 하면, 세포의 활동 장애 는 생명력 단축 등이 발

생될 수 있지만, 디지털 홀로그래피 기술을 응용한 홀로

그래픽 미경을 이용하면, 염색을 사용하지 않고 세포를

찰 할 수 있으며, 3차원 모델링까지 가능하다. 따라서

디지털 홀로그래피의 기반 기술을 확보하고, 확립된 기반

기술을 통해 산업 의료, 술, 교육을 비롯한 모든

역에서의 발 에 기여할 수 있으며, 이로 인해 고 부가가

치를 창출 할 수 있다.

이를 해 먼 디지털 홀로그래피의 기반 기술 확립

이 우선 이루어 져야 한다. 디지털 홀로그래피는 먼 사

진술과 같이 획득 디스 이 기술로 분류될 수 있다.

단순하게 실사에 한 디지털 홀로그래피는 물체로부터

반사된 물체빔과 간섭을 한 참조빔을 간섭시킴으로써

실사에 한 디지털 홀로그래픽 린지 패턴을 얻을 수

있다. 궁극 인 디지털 홀로그램 획득의 목 은 3차원 실

사 객체에 한 시뮬 이션 기반의 복원에 있다. 물론

학 복원에도 활용될 수 있지만, 획득 환경 디스

이 환경이 다를 수 있으며, 정보이론에도 맞지 않기 때문

에 획득된 패턴을 송하는 것은 부 합한 응용 범 라고

❙기술특집❙


볼 수 있다.

획득된 디지털 홀로그램으로부터 완벽한 3차원 정보를

추출하는 것은 아직 해결해야 할 과제로 남아있다. 완벽

한 솔루션이 만들어 질 경우, 그 응용 분야 활용 가치

는 높다고 볼 수 있다. 재 실사로부터 3차원 정보를 추

출하는 여러 방법들이 제안되고 있지만, 이러한 방법들은

공간 해상도가 그다지 높지가 않다. 하지만 디지털 홀로

그래피의 경우 실·객체의 장 단 의 정확도까지 확보될

수 있기 때문에, 정확도가 요구되는 응용 분야에 활용될

수 있다. 한 디지털 홀로그래피의 기반 기술이기 때문

에, 이로 인한 다양한 응용 시스템에 활용될 수 있다.

다른 표 인 기반 기술은 디지털 홀로그램의 디

스 이 기술이다. 디지털 홀로그램은 복소 진폭으로 구

성되어 있으며, 이를 디스 이할 수 있는 공간 변조기

는 산업 기술의 미흡으로 구 될 수 없다. 따라서, 디

지털 홀로그램을 디스 이할 수 있는 공간 변조기 개

발이 우선 이루어 져야 한다. 한 비록 디지털 홀로그램

에 합한 공간 변조기는 없지만, 진폭 는 상 용

공간 변조기는 사용이 가능하며, 이러한 불완 한 공간

변조기를 이용하여, 그 효율을 높이는 연구가 필요하

다. 이를 한 선행 연구로써, 3차원 정보로부터 변조기

에 합한 디지털 홀로그램을 생성하는 연구 한 진행

되어져야 한다.

주어진 불완 한 3차원 정보를 이용하여, 산업에 의한

사용 가능한 공간 변조기에 의해 원하는 면을 공간상

에 디스 이하는 것은 아직 풀리지 않은 과제이다. 따

라서, 디지털 홀로그래피를 한 완벽한 3차원 정보 추출

방법, 3차원 정보 표 기술, 면 변조를 한 공간 변

조 기술, 그리고 주어진 공간 변조기를 이용하여 공간상

에 합한 면을 디스 이하는 면 재생 기술 등의

연구들이 선행 과제로 진행되어야 한다.

이와 같이 디지털 홀로그래피를 기반으로 실사로부터

정확한 3차원 정보를 추출하고, 추출된 3차원 정보를 이

용하여 완벽한 면의 재생이 가능 할 경우, 기존의 홀로

그래피 응용을 포함한 더욱 범 한 역에서 활용되어

질 수 있다.

먼 디지털 홀로그래피 기술을 기반으로 폭넓은 상용

화가 가능한 표 인 분야는 홀로그래픽 린터와 홀로

그래픽 미경이다. 가정용 기업용 린터는 문서

에서부터 칼라 사진에 이르기까지 그 종류 성능이 다

양하다. 하지만, 문제 은 아직 2차원 상만이 가능하다

는 것이다. 홀로그램은 완벽한 3차원 입체 디스 이를

가능하게 한다. 따라서, 홀로그래피 기술을 린터에 활

용함으로써, 향후 컬러 사진용 린터가 아닌 홀로그래픽

린터가 각 가정 사무실에 상 출력용 린터로 자

리 잡을 수 있을 것이다.

의료 분야에서 기존의 미경으로부터 얻을 수 있는

정보는 극히 제한되어 있다. 단지 2차원 투 상만이

가능하며, 상 객체로 볼 수 있는 세포는 시각 으로

찰이 어렵기 때문에 염색 등의 과정을 통해 시각화가 가

능하다. 하지만, 이러한 과정에서 세포는 죽게 되며, 경우

에 따라 살아있는 세포를 찰 할 수 없는 경우가 발생할

수 있다. 디지털 홀로그래픽 기술을 기반으로 하는 홀로

그래픽 미경은 이러한 문제 들을 해결할 수 있다. 살

아있는 상 객체의 형상을 굴 률 차로 형상화가 가능하

며, 세포에 한 3차원 컴퓨터 그래픽 모델링이 가능하다.

따라서 홀로그래픽 미경을 통해 기존 방법보다 높은 정

확도를 갖는 많은 정보들을 제공할 수 있다. 이 외에도 본

보고서에 나타낸 바와 같이 홀로그래픽 검출기를 비롯한

진동 계측기, 수차 보정기, 상 투 기 등 다양한 응용

분야에 디지털 홀로그래피 기술이 활용될 수 있다.

본 논문에서 디지털 홀로그래픽 기술 소개로부터 최근

까지 진행된 다양한 홀로그래픽 디스 이 기술들을 살

펴보았다. 한 디지털 홀로그래피 기술을 이용한 다양한

응용 시스템 응용 분야에 해 기술 조사를 하 다. 본

논문에 기술된 여러 최신 기술을 통해 산업 기

술 수 에 의해 구 될 수 있는 홀로그래픽 디스 이

응용 시스템을 이해할 수 있으며, 이를 통해 향후 연구

에 거름이 될 것이라고 생각된다.

참 고 문 헌

[ 1 ] Marc Levoy. Computer, 39(8):46–55, 2006.

[ 2 ] James D Trolinger. Measurement Science and

Technology, 8(3), 1997.


2011년 제12권 제3호❙ 45

[ 3 ] D. Gabor. Nature, 161:777-778, 1948.

[ 4 ] G. L. Rogers. Experiments in diffraction microscopy.

Proc. Roy. Soc. Edinb., 63A:193-2, 21, 1952.

[ 5 ] H. M. A. El-Sum and P. Kirkpatrick. Phys. Rev.,

85:763, 1952.

[ 6 ] A. W. Lohmann. Optica Acta, 3:97-99, 1956.

[ 7 ] E. N. Leith and J. Upatnieks. JOSA, 52:1123–-1130,

1962.

[ 8 ] Y. N. Denisyuk. Sov. Phys. Dokl., 7:543, 1962.

[ 9 ] A. W. Lohmann and D. Paris. Applied Optics, 6:1739–-1748, 1967.

[10] W. H. Lee. Applied Optics, 9:639-643, 1970.

[11] J. F. Heanue, M. C. Bashaw, and L. Hesselink.

Science, 265:749-752, 1994.

[12] http://www.aprilisinc.com/. Homepage of Aprilis, Inc.

[13] F. Wyrowski and O. Bryngdahl. Rep Prog Phys., pages

1481-1571, 1991.

[14] J. W. Goodman and R. W. Lawrence. Appl Phys Lett,

11:77–-79, 1967.

[15] L. P. Yaroslavskii and N. S. Merzlyakov. Consultants

Bureau, New York, 1980.

[16] O. Schnars and W. Juptner. Applied Optics,

33:179-181, 1994.

[17] I. Yamaguchi and T. Zhang. Optics Let-ters, 22:1268–-1270, 1997.

[18] M. Adams, T. Kreis, and W. Juptner. Proc SPIE,

3098:234–-240, 1997.

[19] K. Boyer, J. C. Solem, J. W. Longworth, A. B. Borisov,

and C. K. Rhodes. Nat Med (N.Y.), 2:939-941, 1996.

[20] T. Zhang and I. Yamaguchi. Optics Letters,

23:1221-1223, 1998.

[21] T. Kreis. Handbook of Holographic Interferometry:

Optical and Digital Meth-ods. John Wiley, 2005.

[22] Ryder S. Nesbitt, Steven L. Smith, Raymond A.

Molnar, and Stephen A. Benton. Holographic

recording using a digital micromirror device, 1999.

[23] J. S. Kollin, S. A. Benton, and M. L. Jepsen. In Proc.

SPIE, Holographic Optics II: Principles and

Applications, volume 1136, pages 178-185, 1989.

[24] P. S.-Hilaire, M. Lucente, and S. A. Benton. JOSA

A, 9:1969-1977, 1992.

[25] Mark Lucente. SIGGRAPH Computer Graphics,

special issue on“Current, New, and Emerging Display

Systems, 31:63-67, 1997.

[26] C. W. Slinger, C. D. Cameron, S. J. Coomber, R. J.

Miller, D. A. Payne, A. P. Smith, M. A. G. Smith, and

M. Stanley. In Proc. SPIE 2004, Practical Holography

XVIII, volume 5290, pages 27-41, 2004.

[27] K. Maeno, N. Fukaya, O. Nishikawa, and T. Honda.

In Proc. SPIE, Practical Holography X, volume 2652,

pages 15-23, 1996.

[28] Y. Kajiki, H. Yoshikawa, and T. Honda. SPIE, Practical

Holography X, volume 2652, pages 106–-116, 1996.

[29] M. Stanley, P. Conway, S. Coomber, J. Jones, D.

Scattergood, C. Slinger, B. Bannister, C. Brown, W.

Crossland, and A. Travis. In Proc. SPIE, Practical

Holography XIV and Holographic Materials VI, volume

3956, pages 13-22, 2000.

[30] M. L. Huebschman, B. Munjuluri, and H. R. Garner.

Optics Express, 11:437-445, 2003.

[31] Michael H. Burney, Lawrence J. Dickson, and Bernard

H. Freund. In Proc. SPIE, volume 2734, pages

227-234, 1996.

[32] C. Petz and M. Magnor. In Proc. SPIE, Practical

Holography XVII and Holographic Materials IX, volume

5005, pages 266–-275, 2003.

[33] T. C. Poon and A. Korpel. Opt. Lett., 4(10):317-319,

Oct 1979.

[34] G. Indebetouw, P. Klysubun, T. Kim, and T.-C. Poon.

J. Opt. Soc. Am. A, 17(3):380–-390, Mar 2000.

[35] T. Kim, Y. S. Kim, W. S. Kim, and T.-C. Poon. Opt.

Lett., 34(8):1231–-1233, Apr 2009.

[36] D. Abookasis, and J. Rosen, J. Opt. Soc. Am. A, 20,

pp.1537~1547 (2003)

[37] Y. Sando, M. Itoh, and T. Yatagai, Opt. Lett. 28,

2518-2520 (2003).

[38] Natan T. Shaked, Barak Katz, and Joseph Rosen.

Appl. Opt., 48(34):H120–-H136, Dec 2009.

[39] Ichirou Yamaguchi and Tong Zhang. Opt. Lett.,

22(16):1268–-1270, Aug 1997.

[40] 김태근, “축소 및 확대에 따른 왜곡 보정이 가능한 광

스캐닝 홀로그래피,” 한국광학회 하계 학술 발표회, 부산

BEXCO, 2011년 7월 14일~15일 (계제 확정)

[41] Chris Slinger, Colin Cameron, and Maurice Stanley.

Computer, 38(8):46–-53, 2005.

[42] Taegeun Kim. Appl. Opt., 45(5):872–-879, Feb 2006.

[43] Xin Zhang, Edmund Y. Lam, Taegeun Kim, You Seok

Kim, and Ting-Chung Poon. Opt. Lett., 34(20):3098–

❙기술특집❙


-3100, Oct 2009.

[44] Markus Fratz, Peer Fischer, and Dominik M. Giel. Opt.

Lett., 34(23):3659–-3661, 2009.

[45] H Hamam and J L de Bougrenet de la Tocnaye. Pure

and Applied Optics: Journal of the European Optical

Society Part A, 5(4):389, 1996.

[46] Vicente Durán, Jesús Lancis, Enrique Tajahuerce,

and Vicent Climent. J. Display Technol., 3:9-14, 2007.

[47] Xinyu Zhu, Qi Hong, Yuhua Huang, and Shin-Tson Wu.

Journal of Applied Physics, 94(5):2868 -2873, sep

2003.

[48] A Georgiou, J Christmas, N Collings, J Moore, andWA

Crossland. Journal of Optics A: Pure and Applied

Optics, 10(3):035302, 2008.

[49] J. R. Fienup. Optical Engineering, 19:297-305, 1980.

[50] Brian K. Jennison, Jan P. Allebach, and Donald W.

Sweeney. J. Opt. Soc. Am. A, 8(4):652–-660, 1991.

[51] Thomas Dresel, Mathias Beyerlein, and Johannes

Schwider. Appl. Opt., 35(35):6865-6874, 1996.

[52] Frank Wyrowski and Olof Bryngdahl. J. Opt. Soc. Am.

A, 5(7):1058–-1065, 1988.

[53] Brian K. Jennison and Jan P. Allebach. J. Opt. Soc.

Am. A, 6(2):234-243, 1989.

[54] David Engström, Anders Frank, Jan Backsten,

Mattias Goksör, and Jörgen Bengtsson. Opt.

Express, 17(12):9989-10000, 2009.

[55] V. Boutenko and R. Chevallier. Optics

Communications, 125(1-3):43 - 47, 1996.

[56] Gunter Dueck and Tobias Scheuer. J. Comput. Phys.,

90(1):161–-175, 1990.

[57] C. Kohler, T. Haist, X. Schwab, and W. Osten. Opt.

Express, 16(19):14853–-14861, 2008.

[58] Tomoyoshi Ito, Nobuyuki Masuda, Kotaro Yoshimura,

Atsushi Shiraki, Tomoyoshi Shimobaba, and

Takashige Sugie. Opt. Express, 13(6):1923-1932,

2005.

[59] Noriyuki Tanabe, Yasuyuki Ichihashi, Hirotaka

Nakayama, Nobuyuki Masuda, and Tomoyoshi Ito.

Computer Physics Communications, 180(10):1870 -

1873, 2009.

[60] Fahri Yara¸s, Hoonjong Kang, and Levent Onural.

Real-time multiple slm color holographic display using

multiple gpu acceleration. In Digital Hologra-phy and

Three-Dimensional Imaging, page DWA4. Optical

Society of America, 2009.

[61] Mario Montes-Usategui, Encarnación Pleguezuelos,

Jordi Andilla, and Estela Mart´ın-Badosa. Opt.

Express, 14(6):2101–107, 2006.

[62] Federico Belloni and Serge Monneret. Appl. Opt.,

46(21):4587–593, 2007.

[63] Jun Amako, Hirotsuna Miura, and Tomio Sonehara.

Appl. Opt., 34(17):3165–171, 1995.

[64] Lior Golan and Shy Shoham. Opt. Express, 17(3):1330

–339, 2009.

[65] D.C. O’rien, T.D. Wilkinson, and R.J. Mears. In 4th

international Conference on Holo-graphic Systems,

Components and Applications, IEEE Proceedings,

volume379. IEEE Proceedings, 1993.

[66] Ralf Bräuer, Frank Wyrowski, and Olof Bryngdahl.

J. Opt. Soc. Am. A, 8(3):572–78, 1991.

[67] T. Shimobaba, S. Hishinuma, and T. Ito. Computer

Physics Communications, 148(2):160 –170, 2002.

[68] T. Ito, T. Yabe, M. Okazaki, and M. Yanagi. Comp.

Phys. Commun., 82(2-3):104–10, 1994.

[69] T. Ito, H. Eldeib, K. Yoshida, S. Takahashi, T. Yabe,

and T. Kunugi. Comp. Phys. Commun., 93:13–0,

1996.

[70] Tomohisa Hamano and Hiroshi Yoshikawa. In SPIE,

Practical Holography XII, volume 3293, pages 2–4,

1998.

[71] Takeshi Yamaguchi, Gen Okabe, and Hiroshi

Yoshikawa. Optical Engineering, 46(12):125801, 2007.

[72] Toyohiko Yatagai. Appl. Opt., 15(11):2722–729, 1976.

[73] H. Kang. In PhD. Thesis, Nihon University, 2008.

[74] Hoonjong Kang, Fahri Yara¸s, Levent Onural, and

Hiroshi Yoshikawa. In Digital Holography and

Three-Dimensional Imaging, page DTuB7. Optical

Society of America, 2009.

[75] H. Kang, F. Yaras, and L. Onural. In 3DTV Conference:

The True Vision - Capture, Transmission and Display

of 3D Video, IEEE, 2009.

[76] Mark E. Lucente. Journal of Electronic Imaging, 2(1):28

–4, 1993.

[77] Seung-Cheol Kim and Eun-Soo Kim. Appl. Opt.,

47(19):D55–62, Jul 2008.

[78] Seung-Cheol Kim, Jung-Hoon Yoon, and Eun-Soo

Kim. Appl. Opt., 47(32):5986–995, Nov 2008.

[79] Seung-Cheol Kim and Eun-Soo Kim. Appl. Opt.,


2011년 제12권 제3호❙ 47

48(6):1030–1041, Feb 2009.

[80] F. Zernike, Physica 9, 686-698 (1942).

[81] B. Rappaz, P. Marquet, E. Cuche, Y. Emery, C.

Depeursinge, and P. Magistretti, Opt. Express 13,

9361-9373 (2005).

[82] C. Fang-Yen, S. Oh, Y. Park, W. Choi, S. Song, H.

S. Seung, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt Lett 32,

1572-1574 (2007).

[83] G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu,

M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan,

and M. S. Feld, Phys Rev Lett 97, 218101 (2006).

[84] W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue,

R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat Methods (2007).

[85] A. Barty, K. A. Nugent, A. Roberts, and D. Paganin,

Opt Commun 175, 329-336 (2000).

[86] W. Gorski, and W. Osten, Opt Lett 32, 1977-1979

(2007).

[87] F. Charriere, N. Pavillon, T. Colomb, C. Depeursinge,

T. J. Heger, E. A. D. Mitchell, P. Marquet, and B.

Rappaz, Opt Express 14, 7005-7013 (2006).

[88] K. C. Tam, and V. Perezmendez, Journal of the Optical

Society of America 71, 582-592 (1981).

[89] A. Kak, and M. Slaney, Principles of Computerized

Tomographic Imaging (Academic Press, NewYork,

1999).

[90] Y. Park, M. Diez-Silva, G. Popescu, G. Lykotrafitis, W.

Choi, M. S. Feld, and S. Suresh, Proc Natl Acad Sci

U S A 105, 13730-13735 (2008).

[91] B. Khaykovich, N. Kozlova, W. Choi, A. Lomakin, C.

Hossain, Y. Sung, R. R. Dasari, M. S. Feld, and G.

B. Benedek, PNAS 106 15663 (2009)

[92] Pierre St-hilaire, Stephen A. Benton, Mark Lucente,

and Paul M. Hubel. Color images with the mit

holographic video display, 1992.

[93] P. J. V. Heerden, Appl. Opt. 2(4), 393 (1963).

[94] 'How Holographic Memory Will Work' from http://com

puter.howstuffworks.com/holographic-memory2.htm

[95] 'Holographic storage: are we there yet?' from

http://www.optics.arizona.edu/Glenn/holograp1.htm

[96] J.-H. Kim, J.-K. Choi, N. Kim, K.-Y. Lee, Korea-Japan

Joint Forum 11 (2001).

[97] John Underkoffler. In M.S. Thesis, Program in Media

Arts and Sciences, MIT, 1991.

[98] Norbert Leister, Armin Schwerdtner, Gerald Futterer,

Steffen Buschbeck, Jean-Christophe Olaya, and

Stanislas Flon. In SPIE, Emerg-ing Liquid Crystal

Technologies III, volume 6911, page 69110V, 2008.

[99] Pierre St-hilaire. ph. d. thesis, program in media arts

and sciences, mit, 1994.

[100] Stephan Reichelt, Ralf Haussler, Norbert Leister,

Gerald Futterer, and Armin Schwerdtner. IEEE Lasers

and Electro-Optics Society, 2008. LEOS 2008. 21st

Annual Meeting of the, pages 194–195, 2008.

[101] R. Haussler, A. Schwerdtner, and N. Leister. In SPIE,

Emerging Stereoscopic Displays and Applications XIX,

volume 6803, page 68030M, 2008.

[102] Maurice Stanley, Mark A. Smith, Allan P. Smith, Philip

J. Watson, Stuart D. Coomber, Colin D. Cameron,

Christopher W. Slinger, and Andrew Wood. In Proc.

SPIE, Optical Design and Engineering, volume 5249,

pages 297–08, 2004.

[103] http://www.televisionbroadcast.com/ article/79134.

[104]辻内　順平, ホログラフィ, 裳華房, (1997)

[105] 久保田　敏弘, ホログラフィー入門, 朝倉書店, (2010)

[106] Stephen A. Benton, V. Michael Bove Jr. Holographic

Imaging, Wiley-Interscience, (2008)

[107] T. Okoshi and A. Yano, Opt. Commun., 3, 85 (1971)

[108] 大越　孝敬, ３次元画像工学, 朝倉書店 (1991)

[109] G. Li, et al, Proceedings of the National Academy of

Science, no. 16 (2006)

[110] Y. Li, et al, Society for Information Display 2011

International Symposium (SID 2011), paper 3.1, (2011)

❙기술특집❙


저 자 약 력

강 훈 종

∙ 2001년 02월 : 광운대학교, 공학석사

∙ 2000년 11월~2002년 01월 : (주)3D 코

리아

∙ 2002년 02월~2006년 01월 : 한국전자통신

연구원

∙ 2008년 09월 : 일본 Nihon 대학교, 공학

박사

∙ 2008년 09월~2010년 09월 : 터키 Bilkent

대학교, The European FP7 Real3D Project 참여 연구원

∙ 2010년 10월~현재 : 전자부품연구원

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피

김 남

∙ 1981년 2월 : 연세대학교 전자공학과

공학사

∙ 1983년 2월 : 연세대학교 전자공학과 공학

석사

∙ 1988년 8월 : 연세대학교 전자공학과 공학

박사

∙ 1989년~현재 : 충북대학교 전자정보대학

교수

∙ 1992년 8월~1993년 8월 : 미국 Stanford 대학교 방문교수

∙ 2000년 3월~2001년 2월 : 미국 California Technology Institude

방문교수

∙ 2005년 4월~2011년 4월 : 충북 BIT 연구중심대학 육성사업단

사업단장

∙ 2009년 4월~현재 : 지식경제부 산업표준심의회의(광학재료 및

망원/현미경) 전문위원회 위원

∙ 2009년 5월~현재 : 기술표준원 3D산업표준기술연구회 위원장

∙관심분야 : 광 신호처리, 홀로그래픽 메모리, 홀로그래픽 디스플

레이, 3D Display.

송 현 호

∙ 1990년 : 부경대학교 공학사

∙ 1994년 : 일본 치바(千葉)대학 공학석사

∙ 2003년 : 일본 치바(千葉)대학 공학박사

∙ 1994년~2010년 : 인천전문대학 교수

∙ 2010~현재 : 인천대학교 디자인학부 교수

∙관심분야 : 입체 영상 디스플레이

김 성 규

∙ 2000년 : 고려대학교 물리학과 양자광학

박사

∙ 1999년~2001년 : 일본 우정성 산하 TAO

“3D TV Project" 해외 초청 연구원

∙ 2007년~2008년 : 미국 UIC EVL에서 방문

연구

∙ 2001~현재 : 한국과학기술연구원 영상미

디어센터 책임연구원,

∙관심분야 : 다초점 3차원 영상 표시 장치, 동공 추적 방식의 다

시점 3차원 영상 표시 장치, 초다시점 3차원 영상 표시 장치,

홀로그래픽 영상 표시 장치, 디지털 홀로그래피, 회절 광학 소

자, 디지털 홀로그래피 현미경, 타일형 무안경식 3차원 가상현

실 시스템

김 태 근

∙ 1991년 3월~1996년 2월 : 경희대학교 전

자공학과, 공학사

∙ 1996년 8월~1997년 12월 : Virginia Tech.,

Electrical Eng.,공학석사

∙ 1998년 1월~2000년 7월 : Virginia Tech.,

Electrical Eng.,공학박사

∙ 2000년 8월~2000년 12월 :삼성종합기술원

전문연구원

∙ 2001년 3월~2003년 2월 : 세종대학교 광전자공학과 전임강사

∙ 2003년 3월~2007년 2월 : 세종대학교 광전자공학과 조교수

∙ 2007년 8월~2008년 7월: M.I.T., Research Lab. of Electronics,

객원 연구원

∙ 2007년 3월~현재 : 세종대학교 광전자공학과 부교수

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피, 3D 디스플레이

최 원 식

∙ 2004년 : 서울대학교 물리천문학부 원자물

리학 전공 박사

∙ 2006년~2009년 미국 MIT의 G. R. Harrison

Spectroscopy Laboratory 에서 박사후 연

구원

∙ 2006년~2009년 바이오 이미징 기술, 특히

홀로그래픽 토모그래피 기술, 개발 및 응

용에 대한 연구

∙ 2009년 9월~현재 : 고려대학교 물리학과에서 조교수

∙관심분야 : 홀로그래피를 기반으로 생체조직 깊이 이미징 할 수

있는 새로운 현미경 기술


2011년 제12권 제3호❙ 49

윤 민 성

∙ 2008년 : 옥스퍼드 대학원, 물리학 박사

∙ 2009년 : LG디스플레이 연구센터, 선임연

구원

∙ 2010년~현재 : LG디스플레이 3D기술 담

당, 책임연구원

∙관심분야 : 플라즈모닉스 광학, 홀로그래

픽 3D 광학 및 LCD 패널 기술

김 승 철

∙ 2002년 2월：광운대학교 전자공학과 졸업

∙ 2004년 2월：광운대학교 전자공학과 석사

∙ 2007년 2월：광운대학교 전자공학과 박사

∙ 2007년 3월~현재：광운대학교 차세대 3D

디스플레이 연구센터 연구교수

∙관심분야 : 3D imaging and display,

holography, optical information

processing

이 승 현

∙ 1992년 03월~현재 : 광운대학교 정보콘텐

츠 대학원 교수

∙ 2008년 11월~현재 : (사)3차원 방송 영상

학회 회장

∙ 2000년 3월~현재: ISU(International Stereo-

scopic Union) 한국대표

∙ 2009년 9월~현재 : 3D 한국 국제 영화제

(3D KIFF)

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피, 3D 디스플레이

김 은 수

∙ 1978년 2월 : 연세대학교 전자공학과 졸업

∙ 1980년 2월 : 연세대학교 전자공학과 석사

∙ 1984년 2월 : 연세대학교 전자공학과 박사

∙ 1987년 2월~1988년 8월 : CalTech 초빙

교수

∙ 1981년 3월~현재 : 광운대학교 전자공학

과 교수

∙ 2003년 8월~현재 : 광운대학교 차세대 3D

디스플레이 연구센터 센터장

∙ 2009년 2월~현재 : 차세대 3D 융합산업 컨소시엄 회장

∙관심분야 : 3D imaging and displays, holography, 3D fusion

technologies and applications

최 희 진

∙ 1997년~2002년 : 서울대학교 전기공학부

학사

∙ 2002년~2004년 : 서울대학교 전기컴퓨터

공학부 석사


공학부 박사

∙ 2007년~2009년 : 삼성전자 LCD사업부

∙ 2010~현재 : 세종대학교 물리학과(현재 조

교수)

∙관심분야 : 홀로그래픽 신호 처리 및 디스플레이

김 휘

∙ 1996년~2000년 : 서울대학교 전기공학부

학사


공학부 석사


공학부 박사

∙ 2008년~2009년 : 삼성전자 LCD 책임연구원

∙ 2010년~ 현재 고려대학교 세종캠퍼스 전

자및정보공학부 조교수

∙관심분야 : Diffractive Optics, Holographic 3D display,

Plasmonics, Photonic crystals, Metamaterials

박 재 형

∙ 2000년 2월: 서울대학교 전기공학부 학사

∙ 2002년 2월 : 서울대학교 전기컴퓨터공학

부 석사

∙ 2005년 8월 : 서울대학교 전기컴퓨터공학

부 박사

∙ 2007년 8월 : 삼성전자 책임연구원

∙현재: 충북대학교 정보통신공학부 조교수

∙관심분야: 3D display, 3D 정보처리

❙기술특집❙


민 성 욱

∙경희대학교 이과대학 정보디스플레이학과

조교수

∙ 2007년 9월 : 경희대학교 정보디스플레이

학과 부임

∙ 2005년 12월~2007년 8월: 미 Virginia

Tech 박사 후 연구원

∙ 2004년 10월~2005년 11월 : 정보통신대학

교 DML 연구교수

∙ 2004년 8월 : 서울대학교 전기공학부 박사

∙관심분야 : 3차원 디스플레이, 디스플레이 광응용 시스템, 응용

광학 시스템

최 규 환

∙ 2001년~2003년 : 한국과학기술연구원(KIST)

영상미디어연구센터 학생연구원

∙ 2003년~2004년 : University of Connecticut

연수

∙ 2005년~2009년 : 한국과학기술연구원

(KIST) 영상미디어연구센터 위촉연구원

∙ 2009년 : 고려대학교 물리학과 양자광학 박

사

∙ 2010년~ 현 재 : 삼성전자 종합기술원 3D Display Group 전문

연구원

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피, 3D Display 시스템, 다시점/초다

시점 3D Display, 3D Film

남 동 경

∙ 1994년 2월 : 서울대학교 전기공학과 공학

사

∙ 1996년 2월 : 서울대학교 전기공학과 공학

석사

∙ 2002년 2월 : 한국과학기술원 전기전자공

학과 공학박사

∙ 2002년~2004년 : 한국과학기술원 전기전자

공학과 박사후 연구원

∙ 2004년~2005년 : 한국과학기술원 전기전자공학과 연구 교수

∙ 2005년~현재 : 삼성전자 종합기술원 Visual Processing Group

전문연구원

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피, 3D 영상 시스템 및 프로세싱, 입

체시각인지

홍 성 희

∙ 2000년 12월 : KETI 입사

∙ 2001년 2월 : 성균관대학교 전기전자컴퓨

터공학과 공학석사

∙관심분야 : 케이블TV, IPTV, 3DTV

정 광 모

∙ 1990년 2월 : 광운대학교 공학사

∙ 1990년~1994년 : LG 정보통신 연구소

∙ 1994년~현재 : 전자부품연구원

∙ 2002년 : 광운대학교 공학석사

∙ 2006년 : 광운대학교 공학박사

∙관심분야 : 디지털 홀로그래피, 3D시스템,

인터랙티브 시스템, 실감형 HCI 기술 등

서 경 학

∙ 1978년 2월 : 서울대 전자공학과 공학사

∙ 1980년 2월 : KAIST 공학석사

∙ 1989년 8월 : 미국 SYRACUSE 대학교 공

학박사

∙ 1977년 9월~1980년 11월 : 중앙일보.동양

방송 주임연구원

∙1980년 12월~2001년 4월: 삼성전자 Personal

Multimedia 사업팀장

∙ 2001년 5월~2003년 03월 : 전자부품연구원 시스템연구본부장

∙ 2003년 3~2007년 12월 : 전자부품연구원 선임연구본부장

∙ 2007년 12~2008년 12월 : 전자부품연구원 선임연구본부장/디지

털융합연구본부장

∙ 2008년 12월~2010년 5월 : 전자부품연구원 선임연구본부장/정

보통신미디어연구본부장

∙ 2010년 5월~현재 : 전자부품연구원 정보통신미디어연구본부장

디지털 홀로그래픽 기술 동향 - itfind.or.kr””지털 홀로그래픽 기술...

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