KR101306184B1

KR101306184B1 - 3차원 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법

Info

Publication number: KR101306184B1
Application number: KR1020070089404A
Authority: KR
Inventors: 김지덕
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2013-09-09
Also published as: EP2034340A2; US8238006B2; US20090059339A1; EP2034340B1; EP2034340A3; JP5299954B2; JP2009064021A; KR20090024405A

Abstract

3 차원 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법이 개시된다.

개시된 3차원 디스플레이 장치는, 복수의 광원을 가지는 광원 어레이; 상기 각 광원으로부터 나온 빔을 회절시켜, 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향으로 빔을 스캐닝하는 볼륨 회절 소자; 상기 광원 어레이를 구동하여 제2 방향으로 빔을 스캐닝하는 제1 구동 장치; 상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 제2 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법{3 dimensional display apparatus and method for displaying 3 dimensional image}

본 발명은 3차원 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원 어레이로부터 나온 빔들이 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 포커싱되도록 하여 1차원 광 변조가 가능하도록 된 3차원 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법에 관한 것이다.

3차원 영상을 디스플레이하기 위한 방식으로 3차원 스캐닝 방식, 홀로그래피 방식, 스테레오스코피 방식(stereoscopy) 등이 알려져 있다. 홀로그래피 방식은 간섭성을 띄는 기준빔과 물체빔을 이용하여 감광성 재료에 간섭 무늬를 저장함으로써 3차원 영상을 형성한다. 이렇게 형성된 영상에 기준빔을 조사하면 물체빔이 복원되면서 3차원 영상이 표시된다. 홀로그래피 방식은 간섭성 광원이 필요하고, 먼 거리에 위치된 큰 물체를 기록하고 재생하는 것이 어려운 한계가 있다. 스테레오스코피 방식은 양안시차를 갖는 두 개의 2차원 영상을 사람의 양 눈에 각각 분리하여 보여줌으로써 입체감을 일으킨다. 이 방식은 2개의 평면 영상을 사용하므로 구현이 간단하고 높은 해상도를 갖는 3차원 영상을 디스플레이 할 수 있다. 하지만, 스테레 오스코피 방식은 수평 시차만을 이용하기 때문에 수평 시차와 수직 시차를 모두 갖는 3차원 영상의 구현이 어렵다.

한편, 3차원 스캐닝 방식은 광원을 직접 변조함으로써 광효율과 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 스캐닝 방식의 3차원 디스플레이 장치에서 일반적으로 사용하는 방법은 포인트 스캐닝을 3차원으로 구현하는 방법과, x,y 2차원 스캐닝을 공간 광변조기를 이용하여 스캐닝하고, 초점을 z 방향으로 이동시켜 3차원으로 구현하는 방법을 사용한다. 2차원 공간광변조기를 이용하여 스캐닝을 하는 방식은 고속으로 스캐닝할 수 있는 이점은 있으나 제조 비용이 많이 드는 단점이 있다. 반면에 포인트 스캐닝 방식은 비용이 저렴하고 장비가 간단한 이점이 있다. 포인트 스캐닝 방식은 빔이 진행하는 방향으로의 1차원 광 변조가 가능하여야 실현될 수 있다. 하지만, 이러한 1차원 광 변조가 구현되지 않아 포인트 스캐닝 방식이 널리 이용되지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 빔이 진행하는 방향으로의 1차원 광변조가 가능하고, 여기에 2차원 스캐닝을 결합하여 3차원 영상을 디스플레이 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 빔이 진행하는 방향으로 광 변조를 하고, 빔이 진행하는 방향과 다른 방향으로의 2차원 스캐닝을 통해 3차원 영상을 표시하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 복수의 광원을 가지는 광원 어레이; 상기 각 광원으로부터 나온 빔을 회절시켜, 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향으로 빔을 스캐닝하는 볼륨 회절 소자; 상기 광원 어레이를 구동하여 제2 방향으로 빔을 스캐닝하는 제1 구동 장치; 상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 제2 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 광원 어레이는 광원이 상기 제1 방향으로 배열되어 있는 1차원 어레이 구조를 가질 수 있다.

상기 제1 및 제2 구동 장치는 공진 스캐닝 방식을 채용할 수 있다.

상기 볼륨 회절 소자는 스캔하고자 하는 영상 신호빔과 상기 광원 어레이의 한 광원으로부터의 기준빔을 간섭시켜 형성된 간섭 패턴을 포함할 수 있다.

상기 볼륨 회절 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머, 광폴리머 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 제2 구동 장치는 상기 볼륨 회절 소자를 직선 구동시킬 수 있다.

상기 제2 구동 장치는 상기 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에서 제3 방향을 중심으로 볼륨 회절 소자를 회전시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.

상기 볼륨 회절 소자 다음에 배치된 푸리에 렌즈를 더 포함하고, 상기 제3 구동장치는 상기 볼륨 회절 소자와 상기 푸리에 렌즈를 동시에 구동시킬 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치는, 횡방향과 종방향의 2차원으로 배열된 복수의 광원을 가지는 광원 어레이; 상기 광원 어레이의 횡방향 광원으로부터 나온 빔을 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향으로 빔을 스캐닝하고, 상기 광원 어레이의 종방향 광원으로부터 나온 빔을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 스캐닝하는 볼륨 회절 소자; 상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 영상 표시 방법은, 복수의 광원을 가지는 광원 어레이를 영상 신호에 따라 광변조하는 단계; 상기 광변조된 빔을 볼륨 회절 소자에 의해 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계; 상기 광원 어레이를 구동하여 제2 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계; 상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법은 광원 어레이의 광원의 위치에 따라 빔이 진행하는 방향과 동축 상의 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 빔 진행 방향으로의 광 변조가 가능하다. 빔 진행 방향으로의 광 변조와 2차원 스캐닝을 결합하여 간단하게 3차원 영상을 구현할 수 있다. 빔 진행 방향에 대해 수직한 두 방향으로의 스캔이 독립적으로 구동 가능하기 때문에 동영상의 재생시 넓은 밴드폭을 달성할 수 있다. 이와 같이 광원을 직접 변 조함으로써 광효율과 콘트라스트를 향상할 수 있으며, 소형이고 저가의 3차원 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치 및 3차원 영상 표시 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치는 복수의 광원((10-1)..(10-i)..(10-n);i,n은 자연수)을 가지는 광원 어레이(10)와, 상기 복수의 광원((10-1)..(10-i)..(10-n))으로부터 출사된 빔을 빔이 진행하는 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하는 볼륨 회절 소자(40)를 포함한다. 본 발명에서는 3차원 영상을 표시하기 위해 제1방향, 제2방향, 제3방향으로 빔을 스캐닝 한다. 상기 각 광원((10-1)..(10-i)..(10-n))으로부터 나온 빔을 볼륨 회절 소자(40)를 통해 회절시켜, 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향으로 빔을 스캐닝 한다. 그리고, 상기 광원 어레이(10)를 구동하여 제2 방향으로 빔을 스캐닝하며, 상기 볼륨 회절 소자(40)를 구동하여 제3 방향으로 빔을 스캐닝 한다.

여기서, 빔이 진행하는 방향을 z 방향으로, z 방향에 대해 수직인 두 방향을 각각 x 방향과 y 방향으로 표시한다. 예를 들어, 상기 제1방향은 z 방향, 제2방향은 x 방향, 제3 방향은 y 방향이 될 수 있다. 상기 복수의 광원은 z 방향으로 1차원 구조로 배열될 수 있다. 상기 광원 어레이(10)에서 나온 빔들은 상기 볼륨 회절 소자(40)를 통해 회절되어 z 방향에 대해 서로 다른 위치에 포커싱된다. 따라서, 상기 광원 어레이(10)에 있는 광원들((10-1)..(10-i)..(10-n))을 on-off 제어하여 z 방향으로의 광 변조를 구현할 수 있다. 상기 볼륨 회절 소자(40)는 미리 형성된 간섭 패턴을 내부에 포함하고 있어, 상기 광원 어레이(10)의 각 광원으로부터 출사된 빔들을 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 한다.

예를 들어, 도 1a는 광원 어레이(10)의 중심에 대해 좌측에 있는 광원으로부터 나온 빔이 볼륨 회절 소자(40)를 통해 회절되어 기준 스크린면(50)의 앞쪽에 초점을 맺는 것을 보여준다. 기준 스크린면(50)은 도 1b에 도시된 바와 같이 광원 어레이광원 중 그 중심에 있는 광원으로부터 나온 빔이 볼륨 회절 소자(40)를 통해 초점을 맺는 면을 나타낸다. 상기 기준 스크린면(50)으로부터 포커싱된 스폿까지의 거리를 δz라고 할 때, 기준 스크린면(50)보다 앞쪽에 스폿이 형성되는 경우에는 δz<0이고, 기준 스크린면(50)보다 뒤쪽에 스폿이 형성되는 경우에는 δz>0이다. 도 1c는 광원 어레이(10)의 광원 중 그 중심의 우측에 위치한 광원으로부터 나온 빔이 기준 스크린면(50)의 뒤쪽(δz>0)에 초점을 맺는 것을 보여준다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 광원 어레이(10)의 광원들을 on-off 제어하여 빔들이 진행하는 방향으로의 1차원 광 변조가 가능하다.

볼륨 회절 소자(40) 내에 간섭 패턴을 형성하는 방법은 여러 가지가 가능하며, 한 가지 방법을 소개하면 다음과 같다. 도 1a에 도시된 바와 같이 볼륨 회절 소자(40)를 중심으로 어느 한 쪽에는 스폿의 위치가 각각 다른 물체 빔을 생성할 수 있는 광원 유닛(25)을 배치하고, 다른 쪽에는 광원 어레이(10)를 배치한다. 상 기 광원 유닛(25)과 광원 어레이(10)는 볼륨 회절 소자(40)를 중심으로 직각이 되도록 배치될 수 있다. 상기 광원 유닛(25)과 볼륨 회절 소자(40) 사이에는 제1 푸리에 렌즈(35)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 광원 어레이(10)와 볼륨 회절 소자(40) 사이에는 렌즈(20)가 구비될 수 있다. 볼륨 회절 소자(40)는 제1 푸리에 렌즈(35)로부터 제1 푸리에 렌즈(35)의 초점 거리만큼 떨어져 위치할 수 있다.

상기 광원 어레이(10)로부터 출사된 빔은 기준 빔으로 작용하고, 상기 광원 유닛(25)으로부터의 물체 빔과 상기 광원 어레이(10)로부터의 기준 빔이 간섭하여 볼륨 회절 소자(40)에 간섭 패턴이 기록된다. 광원 유닛(25)으로부터의 빔 스폿의 위치를 변화시키고 상기 광원 어레이(10)의 광원을 on-off 시키면서 볼륨 회절 소자(40)에 간섭 패턴을 형성한다. 예를 들어, 광원 유닛(25)으로부터 나온 빔의 스폿을 소정의 기준면(30)을 기준으로 좌측에 위치하도록 하거나(도 1a), 기준면(30)에 위치하도록 하거나(도 1b), 기준면(30)의 우측에 위치하도록 한다(도 1c). 그리고, 각각의 스폿에 대응되는 광원 어레이의 광원을 on하여 간섭된 무늬를 볼륨 회절 소자(40)에 기록한다. 상기 기준면(30)에 스폿이 형성되도록 하는 광원 유닛(25)의 위치를 기준점이라고 할 때, 상기 광원 유닛(25)을 상기 기준점으로부터 좌측으로 δ'z(δ'z<0)만큼 이동한 다음, 광원 유닛(25)으로부터 나온 신호와 광원 어레이로부터 나온 신호를 간섭시키고, 두 신호의 간섭신호를 볼륨 회절 소자(40)에 기록한다. 여기서 두 개의 빔은 서로 간섭성을 유지하고 있어야 한다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, δ'z<0 위치에 형성된 스폿과 이에 대응되는 제1 기준빔이 간섭하여 형성된 제1 간섭 패턴, δ'z=0 위치에 형성된 스폿과 이에 대응되는 제2 기준빔이 간섭하여 형성된 제2 간섭 패턴, δ'z>0 위치에 형성된 스폿과 이에 대응되는 제3 기준빔이 간섭하여 형성된 제3 간섭 패턴이 볼륨 회절 소자에 기록될 수 있다. 상술한 볼륨 회절 소자(40)의 제작 방법은 일 예일 뿐이며 이밖에도 다양한 방법으로 제작 가능하다.

볼륨 회절 소자는 볼륨 홀로그램 소자일 수 있으며, 예를 들어 광굴절 결정, 광굴절 폴리머 및 광폴리머 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이와 같이 간섭 무늬가 형성된 볼륨 회절 소자(40)에 기준 빔을 조사하면 물체 빔이 그대로 재생된다. 즉, 광원 어레이(10)의 광원 중 하나를 볼륨 회절 소자(40)에 조사하면 그 광원에 대응되는 물체 빔이 볼륨 회절 소자(40)에서 회절되어 재생된다. 광원 어레이(10)의 광원을 모두 켜면 광원 어레이(10)로부터 나온 빔들이 상기 볼륨 회절 소자(40)를 통해 회절되어 빔의 진행 방향(z 방향)으로 각각 다른 위치에 스폿을 형성한다. 상기 제1 기준빔을 위한 광원을 on하면 볼륨 홀로그램(volume hologram) 원리에 따라 도 1a에 도시된 바와 같이 볼륨 회절 소자(40)를 통해 회절되어 δz<0 위치에 신호 빔이 재생된다. 제2 기준빔을 위한 광원을 on하면 도 1b에 도시된 바와 같이 δz=0 위치에 신호 빔이 재생된다. 제3 기준빔을 위한 광원을 on하면 도 1c에 도시된 바와 같이 δz>0 위치에 신호 빔이 재생된다. 이와 같이, 상기 광원 어레이(10)의 광원을 on-off 제어하여 빔의 진행 방향으로의 직접 광 변조가 가능하게 된다. 그럼으로써 빔의 진행 방향으로의 1차원 스캐닝이 가능하다. 본 발명에서 광원 어레이의 이웃하는 광원 사이의 거리는 초점이 z 축상에 위치한 빔들이 볼륨 회절 소자에 동시에 입사했을 때, 서로 크로스토크(cross-talk)가 없도록 볼륨 회절 소자 의 원리에 따라 결정될 수 있다. z축으로 진행하는 빔의 경우 각도 다중화가 가능한 최소 각도를 △θ라고 할 때, 광원 사이의 최소 거리 △z는 △z=f △θ로 결정될 수 있다. 여기서, f는 렌즈(20)의 초점 거리를 나타낸다.

한편, 상기 볼륨 회절 소자(40) 다음에는 제2 푸리에 렌즈(45)가 더 구비될 수 있다. 제2 푸리에 렌즈(45)는 볼륨 회절 소자(40)에서 재생된 신호빔을 포커싱하는 역할을 한다.

본 발명에서는 빔이 진행하는 방향으로의 영상 신호빔의 초점이 광원 어레이의 광원의 위치마다 다르게 맺히도록 함으로써 1차원 광변조가 가능하도록 한다. 본 발명에서는 빔이 진행하는 방향과 동축의 1차원 광변조가 가능하도록 하고, 여기에 2차원 스캐닝을 결합하여 3차원 영상을 디스플레이 하는 방식을 제안한다. 즉, 빔이 진행하는 방향(z 방향)에 대해 수직인 두 방향 즉, x 방향과 y 방향에 대해 빔을 스캐닝한다. 도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치는 상기 광원 어레이(10)를 구동시키는 제1 구동 장치(15)와 상기 볼륨 회절 소자(40)를 구동시키는 제2 구동 장치(48)를 포함한다. 상기 제1 구동 장치(15)는 광원 어레이(10)를 ±x 방향으로 구동시켜 광원 어레이(10)로부터 출사된 빔을 x 방향으로 스캐닝한다. 광원 어레이(10)를 x 방향으로 ±δx 만큼 이동하면 볼륨 회절 소자(40)를 통해 재생되는 빔이 x 방향으로 스캐닝된다. 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이 볼륨 회절 소자(40)를 ±y 방향으로 구동시켜 광원 어레이(10)로부터 출사된 빔을 y 방향으로 스캐닝한다. 볼륨 회절 소자(40)를 y 방향으로 ±δy 만큼 이동하면 볼륨 회절 소자(40)를 통해 재생되는 빔이 y 방향으로 스캐닝된다. y 방향으로 스캐닝시 상기 볼륨 회절 소자(40)를 y 방향으로 구동시키거나 상기 볼륨 회절 소자(40)와 제2 푸리에 렌즈(45)를 모듈로 구성하여 상기 모듈을 y 방향으로 구동시킬 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이 구동장치(48)를 이용하여 볼륨 회절 소자(40)와 제2 푸리에 렌즈를 하나의 모듈로 해서 y 방향으로 δy 만큼 이동을 하면, 영상 빔의 스폿의 위치도 그만큼 따라서 y 방향으로 이동된다. x 방향과 y 방향으로 구동시 공진 스캐닝(resonant scaning) 방식을 채용할 수 있다. 상기 볼륨 회절 소자(40)와 제2 푸리에 렌즈(45)를 포함하는 모듈(47)과 광원 어레이(10)를 공진 스캐닝하면서 광원 어레이(10)를 광 변조하여 3차원 영상을 디스플레이 하는 것이 가능하다.

다음, 도 2a 및 도 2b에서는 광원 어레이(10)가 1차원으로 배열된 예를 설명하였지만, 도 3a에 도시된 바와 같이 광원 어레이(100)를 2차원으로 배열하는 것도 가능하다. 상기 광원 어레이(100)는 횡방향(p)과 종방향(q)의 2차원으로 배열된 복수의 광원들(100-11)(100-12)...(100-pq)을 포함한다. 도 3b는 2차원 어레이 구조를 가지는 광원 어레이(100)를 이용하여 3차원 디스플레이 장치를 구현하는 예를 보인 것이다. 2차원 광원 어레이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치는 도 3b에 도시된 바와 같이 x 방향 스캐닝을 광원 어레이(100)의 종방향(x 방향) 광원들의 on-off 제어를 통해 구현한다. 그리고, z 방향 스캐닝을 광원 어레이(100)의 횡방향(y 방향) 광원들의 on-off 제어를 통해 구현한다. 다음, y 방향 스캐닝은 앞서 설명한 바와 같이 볼륨 회절 소자(40) 또는 볼륨 회절 소자(40)와 제2 푸리에 렌 즈(45)를 포함하는 모듈(47)을 제2 구동 장치(48)에 의해 ±y 방향으로 이동시킴으로써 행한다.

다음, 도 4a 내지 도 4c는 y 방향에 대해 스캐닝하는 다른 방식을 설명하기 도면이다. x 방향에 대해서는 광원 어레이(10)를 제1 구동 장치(15)를 이용하여 ±x 방향으로 구동하여 스캐닝한다. 그리고, z 방향에 대해서는 광원 어레이(10)의 광원을 on-off 제어에 의해 직접 광 변조한다. 다음, 상기 볼륨 회절 소자(40)를 제2 구동 장치(53)를 이용하여 회전시킴으로써 y 방향 스캐닝을 한다. 상기 볼륨 회절 소자(40)를 y 방향과 z 방향으로 이루어진 평면(y-z 평면)에서 x 방향을 중심으로 회전시킨다. 기준 빔이 광원 어레이(10)의 원점에 있고, 볼륨 회절 소자(40)를 도면에서 시계 방향으로 회전시키는 경우, 도 4a에서 볼륨 회절 소자(40)의 회전에 따라 볼륨 회절 소자(40)에서 재생되는 빔의 방향이 바뀌고, 제2 푸리에 렌즈(45)를 지나면 스폿의 위치가 δz=0, δy<0 경우가 될 것을 예상할 수 있다. 그러나, 볼륨 회절 소자(40)가 회전되면, 광원 어레이(10)에서 나온 기준 빔이 렌즈(20)를 지나서 볼륨 회절 소자에 입사하는 각도가 변하기 때문에 실제는 도 4b에서와 같이 δz<0, δy<0 의 위치에 스폿이 형성된다. 따라서, y 방향으로만 스캐닝을 하려면, 도 4c에서와 같이 광원 어레이(10)의 기준 빔 위치를 볼륨 회절 소자(40)의 회전각에 따라 보정해 주어야 한다. 즉, δz=0이 되도록 광원 어레이(10)에서 on되는 광원의 위치를 광원 어레이(10)의 중심으로부터 우측에 있는 광원으로 조절한다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치를 이용하여 칼라 영상을 구현 하는 것도 가능하다. 볼륨 회절 소자에 광원의 파장을 바꾸어 간섭 패턴을 생성하고, 서로 다른 파장의 광원을 이웃하게 배치하여 광원 어레이를 구성한다. 그리고, 볼륨 회절 소자가 광원으로부터 나온 빔의 파장에 따라 선택적으로 회절 되도록 설계된다. 예를 들어, R,G,B 광원이 순차적으로 배열된 광원 어레이에서 R 광원을 on하여 R 영상을 표시하고, 다음, G 광원을 on하여 G 영상을 표시하고, 이어서 B 광원을 on 하여 B 영상을 표시하여 이들 R,G,B 영상을 혼합하여 칼라 영상을 표시한다. 각 칼라의 스캐닝은 앞서 설명한 바와 같이 x 방향, y 방향, z 방향 스캐닝을 통해 구현된다.

본 발명에 따른 3차원 영상 표시 방법은, 복수의 광원을 가지는 광원 어레이를 영상 신호에 따라 on-off 제어하여 광 변조하고, 상기 광 변조된 빔을 볼륨 회절 소자에 의해 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 제1 방향(z 방향)으로 빔을 스캐닝한다. 그리고, 상기 광원 어레이(10)를 구동하여 제2 방향(x 방향)으로 빔을 스캐닝하고, 상기 볼륨 회절 소자(40)를 구동하여 제3 방향(z 방향)으로 빔을 스캐닝한다. x 방향으로 스캐닝하기 위해서 광원 어레이(10)를 x 방향으로 구동할 수 있다. 또는, 광원 어레이를 횡방향과 종방향의 2차원으로 배열하여 횡방향 광원을 on-off 제어하여 z 방향으로 스캐닝하는 한편, 종방향 광원을 on-off 제어하여 x 방향으로 스캐닝할 수 있다.

또한, y 방향으로 스캔하기 위해 볼륨 회절 소자를 y 방향으로 직선 구동하거나 빔의 진행 방향에 대해 회전 구동할 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1b 및 도 1c는 도 1a에 도시된 3차원 디스플레이 장치의 z 방향 스캐닝을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a는 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치의 x 방향 스캐닝을 설명하기 위한 도면이다.

도 2b는 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치의 y 방향 스캐닝을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치에 채용되는 2차원 광원 어레 이를 도시한 것이다.

도 3b는 도 3a에 도시된 2차원 광원 어레이를 포함한 3차원 영상 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치의 또 다른 예의 y 방향 스캐닝을 설명하기 위한 도면이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

10...광원 어레이, 15, 48, 53...구동 장치

20...렌즈, 35, 45...푸리에 렌즈

40...볼륨 회절 소자

Claims

복수의 광원을 가지는 광원 어레이;

상기 각 광원으로부터 나온 빔을 회절시켜, 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 빔의 진행 방향인 제1 방향으로 빔을 스캐닝하는 볼륨 회절 소자;

상기 광원 어레이를 구동하여 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향으로 빔을 스캐닝하는 제1 구동 장치;

상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 상기 제1 방향과 제2 방향에 대해 수직한 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 제2 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원 어레이는 광원이 상기 제1 방향으로 배열되어 있는 1차원 어레이 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 구동 장치는 공진 스캐닝 방식을 채용하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자는 스캔하고자 하는 영상 신호빔과 상기 광원 어레이의 한 광원으로부터의 기준빔을 간섭시켜 형성된 간섭 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머, 광폴리머 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제2 구동 장치는 상기 볼륨 회절 소자를 직선 구동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제2 구동 장치는 상기 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에서 제3 방향을 중심으로 볼륨 회절 소자를 회전시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자 다음에 배치된 푸리에 렌즈를 더 포함하고, 상기 제2 구동장치는 상기 볼륨 회절 소자와 상기 푸리에 렌즈를 동시에 구동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
횡방향과 종방향의 2차원으로 배열된 복수의 광원을 가지는 광원 어레이;

상기 광원 어레이의 횡방향 광원으로부터 나온 빔을 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 빔의 진행 방향인 제1 방향으로 빔을 스캐닝하고, 상기 광원 어레이의 종방향 광원으로부터 나온 빔을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 스캐닝하는 볼륨 회절 소자;

상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 상기 제1 방향 및 제2 방향에 대해 수직한 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 구동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 9항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자는 스캔하고자 하는 영상 신호빔과 상기 광원 어레이의 한 광원으로부터의 기준빔을 간섭시켜 형성된 간섭 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 9항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자는 광굴절 결정, 광굴절 폴리머, 광폴리머 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 9항에 있어서,

상기 구동 장치는 상기 볼륨 회절 소자를 직선 구동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
제 9항에 있어서,

상기 구동 장치는 상기 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에서 제3 방향을 중심으로 볼륨 회절 소자를 회전시키는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
복수의 광원을 가지는 광원 어레이를 영상 신호에 따라 광변조하는 단계;

상기 광변조된 빔을 볼륨 회절 소자에 의해 회절시켜 빔의 진행 방향에 대해 서로 다른 위치에 스폿이 형성되도록 하여 빔의 진행 방향인 제1 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계;

상기 광원 어레이를 구동하여 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계;

상기 볼륨 회절 소자를 구동하여 상기 제1 방향과 제2 방향에 대해 수직한 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
제 14항에 있어서,

상기 볼륨 회절 소자에 스캔하고자 하는 영상 신호빔과 상기 광원 어레이의 한 광원으로부터의 기준빔을 간섭시켜 간섭 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계는 상기 볼륨 회절 소자를 직선 구 동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계는 상기 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에서 제3 방향을 중심으로 볼륨 회절 소자를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제2 방향 및 제3 방향으로 빔을 스캐닝하는 단계는 공진 스캐닝 방식을 채용하여 빔을 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.