KR101353142B1 - 재구성 볼륨의 확대를 위한 홀로그램 프로젝터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로미러로서 구성되는 미러 소자들(3)의 어레이를 구비한 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 관한 것이다. 재구성 장면을 위한 재구성 볼륨(18)을 확대시키기 위해, 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 미러 소자들(3)의 어레이를 포함하는 하나 이상의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)를 구비한다. 미러 소자들(3)은 하나 이상의 액츄에이터(4)를 각각 구비한다. 미러 소자들(3)의 각각의 액츄에이터(4)는 미러 소자들(3)을 경사지게 하고/하거나 축 방향으로 이동시킨다. 그와 같이 하여, 재구성 장면의 연출을 위한 파면(W)이 직접 성형된다. 성형된 파면(12, 12R, 12G, 12B, 12L)을 뷰잉 평면(16)의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도우(15)에 투영하기 위해, 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 광학 시스템(9)을 구비한다.

Description

재구성 볼륨의 확대를 위한 홀로그램 프로젝터 장치{HOLOGRAPHIC PROJECTOR FOR ENLARGING A RECONSTRUCTION VOLUME}

본 발명은 미러 소자(mirror element)들의 어레이를 구비한 홀로그램 프로젝터 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 광원을 구비한 조명 장치가 충분한 가간섭 광(coherent light)을 방출하는, 재구성 장면, 특히 3차원 장면을 보기 위한 재구성 볼륨을 확대시키는 방법에 관한 것이기도 하다.

홀로그래피는 물리 광학적(physical optic) 방법에 의해 물체를 3차원적으로 기록하여 광학적으로 재현하는 것을 가능케 한다. 흔히 재구성물이라 지칭되는 홀로그램 이미지를 재구성하는 것은 홀로그램 타입 여하에 따라 홀로그램 베어링(hologram-bearing) 매체를 가간섭 광으로 조명함으로써 이뤄지게 된다. 공지의 홀로그램 프로젝터 장치에서는, 특히 3차원 장면을 보기 위한 재구성 볼륨 내지 시야각이 지나치게 작다.

통상적으로, 재구성물을 보는 것은 보는 사람이 홀로그램 값에 상응하게 코딩되어 규칙적으로 배열된 화소들로 구성된 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 바라보는 것으로써 직접적으로 이뤄지게 된다. CGH의 재구성은 굴절로 인해 CGH의 해상도에 의해 주어지는 주기 간격 내에서만 가능하다. 연속된 주기 간격에서는, 재구성물이 대부분 교란을 일으키면서 되풀이된다. 즉, 나타내어지는 영역의 크기가 해상력에 의해 제한된다. 적어도 양안을 사용하는 보는 사람에 대한 시야각을 넓히기 위해서는, 홀로그램의 해상도를 현격히 높여야 한다.

따라서, 물체의 홀로그램 재구성 시에 재구성 볼륨을 늘리거나 시야각을 크게 하려면, 최대한으로 작은 매우 많은 수의 화소들을 갖는 홀로그램 베어링 매체가 필요하다. 그 경우, 화소는 그 광학 특성들에 있어 개별적으로 제어될 수도 있어야 한다. 하지만, 해상도를 나타내는 화소들(피치들) 간의 거리를 그 정도로 작게 하려면, 어레이의 제조 프로세스들에 있어 높은 제조 비용이 소요되게 된다.

CGH용 기록 매체로서는, 입사광의 위상 및 진폭을 변조하는 광변조기, 예컨대 LCD, LCoS, 음향 광변조기, OASLM, EASLM 등이 사용된다.

WO 2005/059659로부터, 예컨대 홀로그램 디스플레이에 대한 시야각을 넓히기 위한, 광변조기를 구비한 장치가 공지되어 있다. 홀로그램을 연출하는데 사용되는 광변조기로서의 고해상도 위상 마스크가 광 전파 방향으로 광변조기의 바로 뒤에 배치된다. 광변조기의 각각의 화소마다 위상 마스크의 4개 이상의 소자가 할당된다. 즉, 위상 마스크는 높은 가상 해상도를 생성함으로써 시야각을 넓힌다.

하지만, 각각의 물체에 대한 위상 마스크가 동일하여 해상도의 상승 시에 랜덤한 값 분포가 존재하기 때문에, 그러한 장점에는 부가적으로 증대되는 잡음이 수반된다.

또한, 광변조용 마이크로미러(micromirror)를 구비한 광변조기도 공지되어 있다. 그러한 광변조기는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하는데 사용된다.

US 6,028,689에는 홀더 장치의 4개의 지지 암에 의해 지지되는 마이크로미러 가 개시되어 있다. 그러한 마이크로미러는 제공된 전극에 전압을 인가함으로써 2개의 축을 따라 이동될 수 있다. 이미지에서의 위상 오차를 감소시키거나 제거하기 위해, 마이크로미러가 축 방향으로 이동된다.

문헌 CA 2 190 329 C는 입사광의 진폭 및 위상을 변조하기 위한 광변조기를 개시하고 있다. 그러한 광변조기는 마이크로미러를 구비하는데, 광변조기의 베이스 플레이트와 마이크로미러들 사이에는 정전기력이 존재할 때에 마이크로미러를 베이스 플레이트에 대해 경사지게 하거나 축 방향으로 이동시키는 굽힘 요소가 각각 배치된다. 진폭 변조를 위해, 광변조기의 마이크로미러는 마이크로미러와 광변조기의 베이스 플레이트 상의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 경사지게 된다. 베이스 플레이트 상의 2개의 전극에 동시에 전압을 인가할 경우, 정전기력이 마이크로미러의 이동을 일으키고, 그럼으로써 위상 변조가 구현되게 된다.

하지만, CA 2 190 392 C로부터 공지된 광변조기를 사용하여서는, 화소의 수를 늘려 해상도를 높임으로써만 재구성 볼륨 또는 시야각의 확대가 가능하다. 아울러, 전술된 공보의 광변조기는 상대적으로 큰 미러(＞ 50㎛)를 상정하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광변조 장치의 화소의 수를 종래의 장치에 비해 늘릴 필요가 없는 동시에 화소를 최대한으로 간단하게 제어할 수 있는, 최대한으로 큰 재구성 볼륨 또는 시야각을 갖는 특히 3차원 장면의 홀로그램 연출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 재구성 장면에 대한 재구성 볼륨을 확대시키기 위해 미러 소자들의 어레이를 구비한 하나 이상의 파면(wave front) 성형(forming) 장치가 마련되되, 미러 소자들이 하나 이상의 액츄에이터를 각각 구비하고, 미러 소자들이 하나 이상의 액츄에이터에 의해 하나 이상의 방향으로 위상을 바꾸어 이동될 수 있음으로 해서 재구성 장면의 연출을 위한 파면이 직접 성형될 수 있으며, 뷰잉 평면(viewing plane)의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도우(virtual viewing window)에 파면을 이미징(imaging)하기 위해 광학 시스템이 마련되도록 함으로써 달성되게 된다.

본 발명에 따른 장치는 입사 파면을 성형하기 위한 미러 소자들을 구비한 하나 이상의 파면 성형 장치를 포함한다. 그와 같이 성형된 파면에 의해, 재구성 장면이 연출될 수 있다. 파면 성형 장치에 다수로 존재하는 그러한 미러 소자들은 광의 순수한 위상 변경을 위해 경사지고/경사지거나 축 방향으로 이동된다. 미러 소자들은 파면의 성형을 위해 단지 경사질 수 있기만 하든지 단지 축 방향으로 이동될 수 있기만 하든지, 아니면 2가지 이동, 즉 경사 및 축 방향 이동을 모두 수행할 수도 있다. 즉, 미러 소자들은 원하는 파면 여하에 따라 정밀하게 설정되고 정렬될 수 있다. 입사 파면의 위상 변경을 위해, 미러 소자들이 경사지고 축 방향으로 이동된다. 하지만, 그것은 광의 위상 변경을 수행할 경우에 모든 미러 소자들이 경사지고 축 방향으로 이동되어야 할 필요는 없다는 것을 의미한다. 오히려, 요구되는 파면 여하에 따라 몇몇 개의 미러 소자들이 단지 경사지기만 하든지 단지 축 방향으로 이동되기만 하든지, 아니면 다른 2가지 이동, 즉 경사 및 축 방향 이동을 수행하는 것이 가능하다. 재구성 장면의 연출을 위해, 모든 미러 소자들이 제어된다. 입사 파면의 위상을 변경하여 일정 영역, 소위 재구성 볼륨에 재구성 장면을 연출할 경우에는, 미러 소자들이 동시에 또는 매우 신속하게 순차적으로 경사지고 축 방향으로 이동된다. 위상을 변경하여 또 다른 재구성 장면을 연출할 경우에는, 파면 성형 장치의 몇몇 또는 모든 미러 소자들의 제어를 변경함으로써 미러 소자들이 다른 경사 위치 및 축 방향 이동의 다른 위치를 차지하게끔 한다. 하나 이상의 액츄에이터, 바람직하게는 미러 소자마다 2개씩 할당되는 액츄에이터에 의해, 미러 소자들에 입사되는 평탄한 파면이 미리 주어진 함수에 따라 3차원 물체에 상응하게 직접 성형되도록 미러 소자들이 정렬될 수 있다. 그와 같이 성형된 파면은 광학 시스템에 의해 보는 사람이 재구성 장면, 특히 3차원 장면을 바라보는 기점인 뷰잉 평면의 가상 뷰잉 윈도우에 이미징된다.

그와 같이 하여, 순수한 위상 변조를 기반으로 하는 종래에 공지된 다른 광변조기들(SLM)과는 달리 필요한 파면의 위상을 정확하게 모사하는 것이 가능케 된다. 본 발명에서 파면을 직접 성형하는 것의 장점은 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 계산 복잡도가 감소하고, 그에 의해 실시간 연출과 관련된 시간 절감이 가능하고, 미러 소자들의 수에 해당하는 파면 성형 장치의 화소들의 수를 늘릴 필요 없이 미러 소자들의 액츄에이터들을 복잡하게 제어하지 않고도 파면의 위상의 정확한 모사에 의해 해상도를 가상적으로 높임으로써 재구성 볼륨 내지 시야각을 확대시키는 홀로그램 프로젝터 장치가 제공되게 된다.

미러 소자들의 경사와 축 방향 이동을 조합시킴으로써, 통상적으로 나타나는 주기적 되풀이가 제거되게 된다.

본 발명에서 액츄에이터들이 미러 소자들의 아래에 배치되어 미러 소자들이 서로 매우 가깝게 배치될 수 있기 때문에, 그와 같이 하여 높은 채움 인자(filling factor)가 손쉽게 얻어질 수 있다. 채움 인자란 파면 성형 장치의 전체 면에 대한 미러 소자의 경면의 유효 감광 영역의 비를 말한다. 축 방향 이동 시에 미러 소자들의 채움 인자가 높은 것에 따른 장점은 그렇게 됨으로써 홀로그램 프로젝터 장치에 사용될 경우에 주기적 되풀이가 현격히 억제된다는데 있다. 하지만, 미러 소자들이 경사지고 축 방향으로 이동될 경우에는, 주기적 되풀이가 나타나지 않아 콘트라스트가 현격히 증대된다.

전술된 선행 기술의 위상 마스크는 모든 물체에 대해 동일하여 해상도를 높일 경우에 랜덤한 값 분포가 존재하기 때문에, 상이한 물체의 코딩 시에 상이한 세기의 잡음이 발생한다. 하지만, 본 발명에서는 불변적인 위상 마스크를 사용하는 것이 아니라 미러 소자들의 제어를 각각의 물체에 맞추기 때문에, 잡음을 제어할 수 있고 의도한 대로 감소시킬 수 있다.

미러 소자들은 MEMS(마이크로-일렉트로-메케니컬-시스템; Micro-Electro-Mechanical-System)의 형태의 마이크로미러로서 구성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 그러한 미러가 전기적으로 매우 정밀하게 조정될 수 있고, 매우 신속하게 이동될 수 있기 때문이다. 아울러, 그러한 미러는 매우 작고, 액츄에이터들의 통합된 제어 전자 부품, 주로 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 호환된다. 또한, 마이크로미러는 종래에 사용되던 액정에 기반한 변조기가 약 70% 이하의 반사율을 갖는 것에 반해 ρ＞ 약 90%의 높은 반사율을 갖는다.

본 발명의 일 구성에서는, 파면 성형 장치를 1차원적으로 구성하되, 2차원 파면을 성형하기 위해 파면 성형 장치에 수직한 방향으로 광 편향을 구현하는 편향 소자를 포함하도록 하는 조치가 이뤄질 수 있다. 그를 위해, 본 발명에 따른 장치는 2차원 파면을 성형하여 3차원 재구성 장면을 연출하기 위해 광선을 급편향시키는 편향 소자, 바람직하게는 갈바노미터(galvanometer) 스캐너(미러갈바노미터) 또는 다각 미러를 구비한다. 그와 같이 하여 생성되는 2차원 파면은 일련의 1차원 파면들로 구성된다. 그 경우, 1차원 파면 성형 장치가 수직으로 배치되는지 수평으로 배치되는지 여부에 따라 행들 또는 열들의 1차원 파면들이 편향 소자에 의해 서로 잇닿아 정렬된다. 그와 관련하여, 파면 성형 장치는 각각의 행 또는 열에서 필요한 파면을 생성하기 충분할 정도로 신속하다. 또한, 편향 소자의 각각의 위치는 예컨대 3차원 장면의 단면(층)에 해당한다.

본 발명의 매우 바람직한 일 구성에서는, 편향 소자가 하나 이상의 광원과 파면 성형 장치 사이에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 프로젝터 장치에서 편향 소자를 그와 같이 배치하는 것은 파면 성형 장치에 입사되는 파면이 아직 코딩되지 않아 2차원 파면의 성형 시에 오차가 대폭적으로 방지되거나 감소한다는 점에서 유리하다.

큰 뷰잉 영역에서 뷰잉 윈도우를 가용하기 위해, 재구성 장면을 바라볼 때에 보는 사람 또는 여러 보는 사람들의 눈 위치를 결정하기 위한 위치 탐지 시스템이 마련될 수 있다.

그러한 위치 탐지 시스템은 재구성 장면을 바라볼 때에 보는 사람 또는 여러 보는 사람들의 눈 위치를 탐지하여 보는 사람의 눈 위치의 변화에 의존하여 장면을 코딩한다. 그것은 눈 위치의 변경 시에 재구성 장면의 위치 및/또는 내용을 파면 성형 장치의 미러 소자들의 경사 및/또는 축 방향 이동에 의해 적절하게 현실화하는데 특히 바람직하다. 따라서, 뷰잉 윈도우가 새로운 눈의 위치에 따라 추적될 수 있다.

뷰잉 윈도우를 눈의 위치에 따라 추적하기 위해, 바람직하게는 하나 이상의 편향 수단이 포함될 수 있다. 그러한 편향 수단은 기계 요소, 전기 소자, 자기 소자, 또는 광소자, 예컨대 음향 광소자일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 목적은 광원의 가간섭 광을 스크린에 이미징하되, 입사 광을 성형하기 위한 하나 이상의 파면 성형 장치의 하나 이상의 미러 소자를 하나 이상의 액츄에이터에 의해 각각 위상을 바꾸어 이동시킴으로써 광원으로부터 출발한 파면을 재구성 장면에 상응하게 직접 성형하여 뷰잉 평면의 가상 뷰잉 윈도우에 이미징하는, 재구성 장면을 보기 위한 재구성 볼륨을 확대시키는 방법에 의해 달성되게 된다.

본 발명에 따른 방법에서는, 재구성 볼륨 또는 시야각을 확대시키기 위해 충분한 가간섭 광을 방출하는 조명 장치의 광을 하나 이상의 파면 성형 장치로 유도한다. 그 경우, 광은 스크린, 바람직하게는 미러에 이미징된다. 그와 관련하여, 파면 성형 장치의 미러 소자들은 하나 이상의, 바람직하게는 2개의 제어 가능한 액츄에이터들에 의해 경사지고/경사지거나 축 방향으로 이동됨으로써 입사 광을 성형한다. 요구되는 파면 여하에 따라, 하나 이상의 미러 요소를 위상을 바꾸어 이동시킨다. 그와 같이 하여, 미러 요소들은 물체에 반사된 후의 평탄한 파면의 형태를 재현한다. 이어서, 변조를 통해 물체에 반사된 후의 이상적인 파면을 근사한다. 그에 의해, 원하는 파면에 근접시키거나 공지의 위상 변조 광변조기보다 더 정확하게 파면의 위상을 모사하는 것이 가능케 된다. 그러한 파면은 보는 사람이 재구성 장면을 2차원적으로 및/또는 3차원적으로 볼 수 있게 하는 뷰잉 평면의 가상 뷰잉 윈도우에 이미징된다.

파면을 직접 성형하는 본 발명에 따른 방법의 장점은 필요한 파면을 홀로그램으로 변환하는 것이 생략되어 종래에 소요되던 계산 복잡도가 줄어든다는데 있다. 미러 소자들을 2개씩의 액츄에이터에 의해 제어함으로써, 미러 소자들을 ＞ λ/2만큼, 특히 2λ만큼 이동시키는 것이 이뤄질 수 있다. 즉, 미러 소자들의 더 큰 이동에 의해, 해상도가 가상적으로 높아져서 파면 성형의 높은 정확도가 얻어질 수 있다. 그럼으로써, 더 큰 재구성 볼륨 또는 시야각이 생성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해, 실제 깊이를 갖는 3차원 재구성 장면을 넓은 재구성 볼륨/시야각으로 1명 이상의 보는 사람에게 연출하는 것이 가능케 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 구성에서는, 미러 소자들의 경사에 의해 장면을 0차 회절 차수(diffraction order)에서 재구성하는 조치가 이뤄질 수 있다. 그것은 0차 회절 차수에서 밝기가 최대이기 때문에 매우 바람직하다.

본 발명의 또 다른 구성들은 나머지 종속 청구항들로부터 명확히 파악될 것이다. 이하, 본 발명을 첨부 도면에 상세히 묘사된 실시예에 입각하여 원리상으로 설명하기로 한다. 그와 관련하여, 본 발명의 원리를 단색 광에 의한 홀로그램 재구성에 입각하여 기술하기로 한다. 하지만, 본 발명의 주제는 컬러 홀로그램 재구성에도 적용될 수 있는바, 각각의 실시예에서 그에 대해 좀더 상세히 다루기로 한다.

도 1은 공지의 위상 변조 광변조기를 사용하여 파면을 변조하는 것을 일련의 사각 함수들에 의해 그래프로 나타낸 도면이다.

도 2는 파면을 성형하는, 본 발명에 따른 홀로그램 프로젝터 장치의 파면 성형 장치의 원리를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 파면 성형 장치에 의해 파면을 성형하는 것을 그래프로 나타낸 도면이다.

도 4a는 3차원 장면을 재구성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램 프로젝터 장치의 원리를 나타낸 평면도이다.

도 4b는 도 4a에 도시된 프로젝터 장치의 부분 확대도이다.

도 5는 눈 위치의 변경을 판별하는 위치 탐지 장치를 구비한 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 또 다른 실시 양태를 나타낸 평면도이다.

도 6은 재구성 장면을 보는 사람이 2인 이상인 경우에 대한 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 또 다른 실시 양태를 나타낸 평면도이다.

도 7a는 1차원 파면 성형 장치의 원리를 나타낸 도면이다.

도 7b는 2차원 파면 성형 장치의 원리를 나타낸 도면이다.

도 8은 재구성 장면을 1명 또는 여러 보는 사람에게 연출하는 방안을 나타낸 도면이다.

도 9는 재구성 장면을 1명 또는 여러 보는 사람에게 연출하는 또 다른 방안 을 나타낸 도면이다.

도 1은 각각의 화소가 단지 기준파에 대한 변조파와 위상 차만을 나타내는 공지의 위상 변조 광변조기의 변조 파면을 나타낸 것이다. 여기서, 그러한 광변조기에 의해 변조된 파면은 좌표계에서 일련의 사각 함수들로서 이상화되어 표현될 수 있다. 가로축에는 광변조기에서의 파면의 좌표가, 그리고 세로 축에는 위상 차 모듈로 2π가 기입되어 있다. 그에 따르면, 위상 변조는 0 내지 2π의 범위에서 이뤄진다. 하지만, 그러한 광변조기에 의해서는, 파면의 주사 방법에 상응하는 근사 정확도만이 산출될 수 있다. 그러한 근사 정확도를 개선하려면, 해상도를 높이거나 광변조기의 화소의 수를 늘리는 것이 필요하다. 근사 정확도가 높으면 높을수록, 재구성 볼륨이 더욱 크게 제공될 수 있다.

파면의 위상의 정확한 모사 내지 파면의 근사 및 재구성 볼륨 내지 시야각의 확대를 구현하기 위해, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 파면(W)의 변조를 위해 파면 성형 장치(2)를 포함하는 홀로그램 프로젝터 장치(1)를 사용한다. 위상 변조를 쉽게 이해하도록 하기 위해, 도 2에는 파면 성형 장치(2)만이 도시되어 있는데, 홀로그램 프로벡터 장치(1)는 도 4a에서야 비로소 그 전체가 도시되어 있다. 하지만, 도 2에 의해서도 개략적이나마 파면(W)의 변조 내지 성형이 도시되는바, 본 실시예에서 파면 성형 장치(2)는 1차원적으로 구성된다. 위상 변조 파면 성형 장치(2)인 파면 성형 장치(2)는 예컨대 마이크로미러들, 특히 MEMS(마이크로-일렉트로-메케니컬-시스템)들이고 예컨대 평탄한 경면을 갖는 미러 소자들(3)을 구비한다. 물론, 미러 소자들(3)은 임의로 형성된 다른 경면을 가질 수도 있다. 개개의 미러 소자(3)는 개개의 화소에 대응하고, 파면 성형 장치(2)의 기판(5)과 미러 소자들(3) 사이에 배치되는 하나 이상의 액츄에이터(4), 여기서는 2개의 액츄에이터들(4)을 각각 구비한다. 액츄에이터들(4)을 적절하게 제어함으로써, 미러 소자들(3)이 하나 이상의 축을 중심으로 하여 경사지고/경사지거나 축 방향으로 이동될 수 있다. 미러 소자들(3)의 경사 및 축 방향 이동을 도 2에서 명확히 확인할 수 있는바, 여기서 유의해야 할 것은 미러 소자들(3)이 서로 매우 가깝게 배치됨으로써 미러 소자들(3)의 반사 표면의 최대한으로 높은 채움 인자가 얻어진다는 점이다. 미러 소자들(3)은 약 50㎛의 피치에서 예컨대 약 49㎛의 크기를 갖는데, 그 상호 간격이 약 1㎛ 이하이어야 높은 채움 인자, 여기서는 98%의 채움 인자가 존속하게 된다. 따라서, 파면 성형 장치(2)는 파면(W)의 위상의 변조를 위해 다수의 미러 소자들(3), 예컨대 1차원 파면 성형 장치의 경우에 1×2000개의 미러 소자들을, 그리고 2차원 파면 성형 장치의 경우에 2000×2000개의 미러 소자들을 구비한다. 미러 소자들(3)은 2차원 파면 성형 장치의 경우에 2개의 축들을 중심으로 하여 경사질 수 있다. 미러 소자들(3) 및 그 제어에 관한 사항이 이미 선행 기술, 예컨대 CA 2 190 329 C로부터 공지되어 있기 때문에, 여기서 더 이상의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

파면 성형 장치(2)는 위상 변조를 위해 도시를 생략한 조명 장치의 광원(6)의 광으로 조명한다. 광원(6)으로부터 나온 파면(W)은 도 2의 도면 부호 "1" 및 "2"의 아래에 나타낸 바와 같이 평탄한 파면이다. 그러한 평탄한 파면(W)은 도면 부호 "3"의 아래에 있는 화살표들로 지시된 바와 같이 파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)에 입사되고, 미러 소자들(3)의 경사 및 축 방향 이동에 따라 물체에 대해 미리 주어진 함수에 상응하게 성형되어 반사된다. 미러 소자들(3)에 반사된 후에 성형된 파면(W)이 도면 부호 "4"의 아래에 표시되어 있다. 즉, 미러 소자들(3)은 소정의 3차원 장면을 가시화하는데 필요한 평탄한 파면(W)의 형태를 생성한다.

도 3에는, 이동 및 경사 가능한 미러 소자들(3)에 의해 성형된 파면의 위상 추이가 도시되어 있다. 곡선 부분들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)은 미러 소자들(3)의 필요한 위치에 해당한다. 그와 관련하여, 나타내려는 위상 함수의 추이에 의해 해당 미러 소자(3)의 가장자리 점이 예컨대 곡선 부분(3b)과 같이 2π보다 큰 위상 차를 갖는 것이 가능하다. 미러 소자들(3)의 경사 및 축 방향 이동에 의해, 도 1에 따른 파면 성형 장치에서보다 현저히 더 정확하게 원하는 파면에 근사시키는 것이 가능하다. 그럼으로써, 해상도를 가상적으로 높여 재구성 볼륨 내지 시야각을 확대시킬 수 있게 된다.

미러 소자들(3)에 입사되는 파면(W)의 위상 변경을 위해, 미러 소자들(3)은 경사지고 축 방향으로 이동된다. 경사 및 축 방향 이동 가능한 미러 소자들(3)을 구비한 MEMS에 파면(W)이 입사되면, 파면(W)은 경사각에 상응하게 길이 방향으로 국부적으로 변하고, 미러 소자(3)의 축 방향 이동에 상응하게 국부적으로 지체된다. 그것은 개개의 미러 소자(3)에 있어서는 물론, 1차원 또는 선형 어레이를 이루는 미러 소자들에 있어서도 마찬가지이다. 모든 미러 소자들(3)은 동일한 반사율을 갖기 때문에, 그것은 입사 파면의 순수한 이상 변조에 해당한다.

도 4a는 바람직하게는 3차원 장면을 재구성하기 위한 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 원리를 평면도로 나타낸 것이다. 이해를 쉽게 하기 위해, 도 4a 및 이후의 도면들에서는 홀로그램 프로젝터 장치(1)가 투과 장치로서 도시된다. 이하, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 기본 구조를 먼저 설명하기로 한다. 본 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 파면 성형 장치(2)는 여기서는 수직으로 배치된 1차원 파면 성형 장치이다. 그러한 파면 성형 장치(2)는 충분한 가간섭 광을 방출하고 선광원으로서 도시된 광원(8)을 구비한 조명 장치(7)에 의해 조명된다. 여기서, 충분한 가간섭 광이란 3차원 장면을 연출하기 위한 간섭 능력이 있는 광을 의미한다. 조명 장치(7)의 광원(8)으로서는, 레이저 다이오드, DPSS(다이오드 펌프 고체 상태; Diode Pumped Solid-State) 레이저, 또는 기타의 레이저들이 사용될 수 있다. 충분한 가간섭성을 갖는 광원이 사용될 수도 있다. 하지만, 그러한 광원은 필요한 가간섭도를 얻기 위해 필터링되어야 한다. 또한, 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 광학 시스템(9)을 포함한다. 그러한 광학 시스템(9)은 이미징 수단(10) 및 스크린(11)을 구비한다. 물론, 광학 시스템(9)은 예컨대 하기 설명에서 알 수 있고 설명될 바와 같은 또 다른 광소자들을 구비할 수도 있다. 스크린(11)은 거울, 특히 오목 거울로서 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 스크린(11)은 다른 이미징 광소자, 예컨대 본 실시예에 도시된 바와 같은 렌즈일 수도 있다. 스크린(11)이 오목 거울이면, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 광학 구조의 길이가 오로지 렌즈만을 갖는 투과 장치에 비해 상당히 줄어든다는 장점이 있다. 하지만, 스크린(11)은 파면 성형 장치(2)로부터 나오는 파면(12)이 파괴되지 않도록 하기 위해 산란 표면을 갖지 말아야 한다. 재구성 장면의 2차원 연출을 원할 경우에는, 스크린(11)이 산란 표면을 가질 수도 있다. 이미징 수단(10)도 역시 거울 또는 렌즈로 구성된다. 파면 성형 장치(2)에 의해 반사되어 성형된 단색 파면(12)은 3차원 장면의 재구성을 위해 렌즈 소자들(19, 20)을 통해 편향 소자(13)에 이미징된다. 그러한 편향 소자(13)는 갈바노미터 스캐너, 피에조 스캐너, 공명 스캐너, 다각 스캐너, 마이크로미러 어레이, 또는 그와 유사한 장치들일 수 있다. 편향 소자(13)는 파면(12)을 파면 성형 장치(2)에 수직한 방향으로 편향시켜 2차원 파면(14)을 생성한다. 2차원 파면(14)은 서로 평행하게 배치된 일련의 1차원 파면들(14', 14", 14''')의 편향에 의해 성형된다. 이어서, 광학 시스템(9)이 성형된 파면(14)을 뷰잉 평면(16)의 가상 뷰잉 윈도우(15)에 이미징하는데, 가상 뷰잉 윈도우(15)에는 재구성 장면을 보려는 사람의 눈이 위치하고 있다. 렌즈 소자들(19, 20) 사이에서 화면 측 초점 면(17)에 파면(12)의 푸리에 변환 형태(FT)가 생성된다. 그러면, 광학 시스템(9)의 이미징 수단(10)이 화면 측 초점 면(17)에 있는 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(11)에 이미징한다. 그러면, 보는 사람은 뷰잉 윈도우(15)와 스크린(11) 사이에 절두 원추형으로 펼쳐진 확대된 재구성 볼륨(18)에서 재구성 장면을 보거나 확대된 시야각(δ)으로 재구성 장면을 볼 수 있게 된다. 파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)의 높은 채움 인자의 존재로 인해, 뷰잉 평면(16)에서 재구성 장면의 주기적 되풀이가 없어지게 된다.

파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)은 액츄에이터들(4)에 의해 경사질 수 있기 때문에, 성형된 파면(12)은 3차원 장면의 재구성이 0차 회절 차수에서 이뤄지도록 영향을 받을 수 있다. 그것은 0차 회절 차수에서 밝기 또는 광도가 최대이기 때문에 특히 바람직하다.

편향 소자(13)를 파면 성형 장치(2)에 직접 통합시키는 것도 가능하다. 그것은 파면 성형 장치(2)가 미러 소자들(3)에 의해 전술된 바와 같은 평탄한 파면을 성형한다는 것을 의미한다. 하지만, 2차원 파면(14)을 성형하기 위해, 파면 성형 장치(2)가 전체 시스템으로서 이동된다. 그 경우, 렌즈 소자들(19, 20)은 생략될 수 있다. 그러면, 파면 성형 장치(2)는 편향 소자(13)의 영역, 즉 이미징 수단(10)의 물체 측 초점 면에 배치된다. 그러면, 컬러 재구성을 위한 빔 분리 소자(21)가 예컨대 파면 성형 장치(2)와 이미징 수단(10) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 전체 시스템의 이동 내지 경사 대신에 미러 소자들(3)로 이뤄진 어레이만을 2차원 파면(14)을 생성하기 위한 전체 유닛으로서 이동시키는 것도 가능하다. 그와 같이 하여, 홀로그램 프로젝터 장치(1)가 전체 구조에 있어 콤팩트하게 구성될 수 있다.

하지만, 그렇다고 해도 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 빔 경로에 렌즈 소자들(19, 20)이 부가적으로 배치될 수 있다. 렌즈 소자들(19, 20)은 본 실시예에서의 개개의 초점 거리에서 확인할 수 있는 바와 같이 수차를 줄이기 위해 동일한 편향력을 갖는다. 하지만, 렌즈 소자들(19, 20)은 그들이 파면 성형 장치(9)와 광학 시스템(9) 사이에 배치될 경우에 1차원 파면(12)의 크기를 편향 소자(13)에서 변경하거나 최적화하기 위해 상이한 편향력 또는 상이한 초점 거리를 가질 수도 있다. 그럴 경우, 렌즈 소자들(19, 20)은 또 다른 장점을 갖는다. 즉, 그렇게 되면 렌즈 소자들(19, 20)은 파면 성형 장치(2)에 의해 반사되어 성형된 파면(12)이 2차원 파면(14)을 생성하기 위한 편향 소자(13)에 이미징되도록 하는 것을 보장한다. 파면(12)을 편향 소자(13)에 이미징하기 위해, 렌즈 소자들(19, 20)에 의해 도시된 바와 같은 어포컬 시스템(afocal system)이 사용될 수 있다. 그 경우, 렌즈 소자(19)의 화면 측 초점 면에 파면(12)의 푸리에 변환 형태(FT)가 생성된다. 푸리에 변환 형태(FT)는 렌즈 소자(20)와 이미징 수단(10)에 의해 스크린(11)에 이미징된다.

하지만, 편향 소자(13)는 광원(8)과 파면 성형 장치(2) 사이에 배치될 수도 있다. 그것은 그럼으로써 파면 성형 장치(2)에 입사한 평탄한 파면(W)이 아직 코딩되지 않기 때문에 2차원 파면(14)의 성형 시에 오차가 대폭적으로 방지되거나 감소한다는 장점을 갖는다.

3차원 장면의 컬러 재구성도 역시 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 의해 가능하다. 그를 위해, 도 4a에서는 빔 방향으로 이미징 수단(10)의 전방에 빔 분리 소자(21), 특히 프리즘 블록이 마련된다. 본 실시예에서 이색성 층들을 갖는 X-프리즘으로서 구성되는 것이 바람직한 빔 분리 소자(21)는 적색, 녹색, 및 청색 광을 3개의 별개의 파면들로 분리하거나 별개의 파면들을 공통의 파면으로 결합한다. 그 경우, 장면의 컬러 재구성은 3개의 기본색 RGB(적색-녹색-청색)에서 동시적으로 이뤄진다. 빔 분리 소자(21)는 본 실시예에서 렌즈 소자들(19, 20) 사이에 배치되는데, 물론 홀로그램 프로젝터 장치(1)에서 다른 위치에 배치될 수도 있다. 아울러, 다른 빔 분리 소자가 마련될 수도 있다.

도 4b에는, 도 4a의 빔 분리 소자(21)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 여기서는, 3차원 장면의 동시적인 컬러 재구성을 위해, 3개의 기본색 RGB 각각에 대한 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)이 마련된다. 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)은 3개의 광원들(8R, 8G, 8B)에 의해 조명된다. 빔 분리 소자(21)는 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)에서 개개의 해당 파면들(12R, 12G, 12B)이 성형된 후에 그들을 렌즈 소자(20)로 진행시키기 위해 합친다. 단지 하나의 광원, 특히 백색 광원만을 컬러 재구성에 사용하는 것도 역시 가능하다. 그 경우에도 역시, 본 실시예에서는 빔 분리 소자(21)가 렌즈 소자들(19, 20) 사이에 배치된다. 하지만, 빔 분리소자(21)와 렌즈 소자(20) 사이에는 반투명 거울 또는 다른 편향 소자가 배치된다. 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)을 조명하여 파면들을 성형하기 위해, 광원의 광이 반투명 거울로 유도되어 거기서부터 빔 분리 소자(21)에 의해 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)로 안내되는데, 빔 분리 소자(21)는 광을 3개의 단색 파면들(12R, 12G, 12B)로 분리한다. 또한, 컬러 재구성을 위해, 3개가 아니라 단지 하나의 파면 성형 장치를 마련하는 것도 가능한데, 그 방안은 도시되어 있지는 않다. 그러한 파면 성형 장치는 3개의 상이한 색의 발광 다이오드(LED)들 또는 백색 광 LED를 구비한 광원에 의해 조명될 수 있다. 하지만, 예컨대 파면들을 상이한 입사각으로 파면 성형 장치에 보내는 하나 이상의 광소자, 예컨대 음향 광소자가 추가로 더 필요하게 된다.

동시적으로 동작하는 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)에 의한 전술된 컬러 연출 대신에, 하나 이상의 파면 성형 장치에 의한 순차적 컬러 연출도 가능하다.

전술된 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 보는 사람의 한쪽 눈에 대해서만 설명되었다. 보는 사람의 양안에 대해서는, 제2 파면 성형 장치(2)를 마련하는 것이 긴요하다. 기존의 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 광소자들을 계속 사용할 수 있다. 보는 사람이 뷰잉 평면(16)에 위치하여 뷰잉 윈도우(15)를 통해 바라본다면, 그 보는 사람은 재구성 볼륨(18)에서 3차원 재구성 장면을 볼 수 있되, 3차원 재구성 장면이 광 전파 방향으로 스크린(11)의 전방에, 스크린(11) 상에, 또는 스크린(11)의 바로 뒤에 생성되게 된다. 하지만, 단일의 파면 성형 장치(2)에 의해서만도 보는 사람의 양안에 재구성 장면을 연출하는 것도 가능한데, 다만 파면 성형 장치(2)는 수평으로 배치된다.

도 5는 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 그 구조는 도 4a에 도시된 프로젝터 장치(1)와 일치한다. 그러므로, 동일한 부분에 역시 동일한 도면 부호가 부여되어 있다. 그 밖에, 도 5에 도시된 프로젝터 장치(1)는 뷰잉 평면(16)에서의 보는 사람의 눈 위치의 변경을 판별하기 위한 위치 탐지 시스템(22)을 구비한다. 그러한 위치 탐지 시스템(22)은 예컨대 카메라일 수 있다. 보는 사람의 눈 위치의 변경 시에 가상 뷰잉 윈도우(15)를 추적하기 위해, 이미징 수단(10)과 스크린(11) 사이에, 특히 이미징 수단(10)의 화면 측 초점 면에 편향 수단(23)이 배치된다. 그러한 편향 수단(23)은 개별적으로 제어될 수 있고, 바람직하게는 거울로서 구성된다. 뷰잉 윈도우(15)를 추적하기 위해서는, 매우 정밀하게 동작하는 편향 수단이 필요하다. 그러한 이유로, 편향 수단(23)은 예컨대 갈바노미터 스캐너일 수 있다. 물론, 다른 편향 수단, 예컨대 MEMS 어레이, 피에조 스캐너 등을 사용하는 것도 역시 가능하다. 아울러, 편향 수단(23)은 수평 방향 및/또는 수직 방향 중의 하나 이상의 방향으로 전향될 수 있다. 즉, 편향 수단(23)은 1차원 구성에서는 수평으로만 아니면 수직으로만 뷰잉 윈도우(15)를 추적한다. 편향 수단(23)의 2차원 구성에서는, 뷰잉 윈도우(15)가 수평과 수직의 양 방향으로 추적될 수 있다. 그를 위해, 편향 수단(23)이 xy 갈바노미터 스캐너로서 구성될 수 있거나, 하나가 수평 추적용이고 다른 하나가 수직 추적용인 서로 연이어 배치된 2개의 갈바노미터 스캐너들을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 광 전파 방향으로 편향 수단(23)의 하류에 배치된 제2 이미징 수단(24)이 마련된다. 스크린(11)에의 이미징을 위해서는 확대가 매우 커야 하기 때문에, 제2 이미징 수단(24)은 렌즈로서 구성되는 대신에 수차를 감소시키기 위한 렌즈 시스템으로서 구성될 수도 있다.

이하, 본 실시예에 의거하여 3차원 장면의 재구성에 관해 설명하기로 한다. 광원(8)으로부터 방출된 파면(W)은 성형을 위해 성형된 파면(12)을 반사하는 미러 소자들(3)에 입사한다. 반사 후에, 성형된 파면(12)은 렌즈 소자들(19, 20)을 통해 그로부터 편향 소자(13)에 이미징된다. 그와 동시에, 렌즈 소자(19)에 의해 파면(12)의 푸리에 변환 형태(FT)가 렌즈 소자(19)의 화면 측 초점 면에 생성된다. 2차원적으로 성형된 파면(14)이 형성된 후에, 그 파면(14)은 이미징 수단(10)을 통과하고 나서 편향 수단(23)에 입사한다. 위치 탐지 시스템(22)은 보는 사람의 이동을 탐지하여 뷰잉 윈도우(15)의 추적을 위해 편향 수단(23)을 제어한다. 그와 관련하여, 이미징 수단들(10, 24)에 의해, 제2 이미징 수단(24)의 화면 측 초점 면(25)에 2차원으로 성형된 파면(14)의 이미지가 생성된다. 이어서, 초점 면(25)에 있는 그러한 2차원 이미지가 스크린(11)을 거쳐 뷰잉 윈도우(15)에 이미징된다. 그와 동시에, 이미징 수단(10)의 화면 측 초점 면(26)에 푸리에 변환 형태(FT)의 이미지가 생성된다. 그러면, 제2 투영 수단(24)은 푸리에 변환 형태(FT)의 이미지를 스크린(11)에 이미징한다.

여기서도 역시, 보는 사람의 양안에 대해서는 제2 파면 성형 장치(2)를 마련하는 것이 긴요하다. 보는 사람이 뷰잉 평면(16)에 위치하여 뷰잉 윈도우(15)를 통해 바라본다면, 그 보는 사람은 재구성 볼륨(18)에서 3차원 재구성 장면을 볼 수 있되, 3차원 재구성 장면이 광 전파 방향으로 스크린(11)의 전방에, 스크린(11) 상에, 또는 스크린(11)의 바로 뒤에 생성되게 된다. 하지만, 단일의 파면 성형 장치(2)에 의해서만도 보는 사람의 양안에 재구성 장면을 연출하는 것도 가능한데, 다만 파면 성형 장치(2)는 수평으로 배치된다.

3차원 장면의 컬러 재구성은 전술된 예와 상응하게 빔 분리 소자(21)에 의해 이뤄질 수 있다.

광원(8)을 구비한 조명 장치(7)는 프로젝터 장치(1)에서 임의의 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 파면 성형 장치(2)가 본 실시예에서와 같이 반사적으로 구성되면, 조명 장치(7)는 방출된 파면(W)이 편향 소자, 예컨대 전향 거울 또는 반투명 거울을 경유하여 파면 성형 장치(2)로 안내되도록 배치될 수도 있다. 광원(8)이 푸리에 면에 이미징되되, 편향 소자가 푸리에 면에 배치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 편향 소자와 파면 성형 장치(2) 사이에 하나 이상의 광소자, 예컨대 렌즈, 거울 등이 배치될 수 있다. 그러한 편향 소자는 예컨대 도 5와 관련지어 빔 분리 소자(21)의 위치에 배치될 수 있는데, 그러면 빔 분리 소자(21)는 렌즈 소자(19)와 편향 소자 사이 또는 편향 소자와 렌즈 소자(20) 사이에 마련될 수 있다. 그와 같이 하여, 프로젝터 장치(1)가 구조에 있어 콤팩트하게 구성될 수 있다.

도 6에는, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 그 구조는 기본적으로 도 5와 일치한다. 그러므로, 동일한 부분에 역시 동일한 도면 부호가 부여되어 있다. 본 프로젝터 장치(1)는 도 4a 및 도 5와는 달리 여러 보는 사람들을 대상으로 하여 마련된 것이다. 그와 관련하여, 본 실시예에서는 도시의 단순화를 위해 2명의 보는 사람들에 대한 광 경로 및 보는 사람당 각 하나의 1차원 파면만이 도시되어 있다. 하지만, 기본적으로는 2명을 넘는 보는 사람들이 3차원 재구성 장면을 볼 수도 있다. 여기서, 문자 "R"을 갖는 뷰잉 윈도우는 보는 사람의 오른쪽 눈을 대변하는 것이고, 문자 "L"을 갖는 뷰잉 윈도우는 보는 사람의 왼쪽 눈을 대변하는 것이다. 3차원 재구성 장면을 연출하기 위해, 여기서는 2개의 파면 성형 장치(2)가 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 포함된다. 그러한 2개의 파면 성형 장치(2)는 하나 이상의 광원(8)을 구비한 각각의 조명 장치(7)에 의해 조명된다. 그와 관련하여, 광원(8)은 서로 무관하게 상이한 광 입사각으로 광을 조명한다. 또한, 파면 성형 장치(2)당 광원(8)의 수는 재구성 장면을 보는 사람들의 수에 의존하여 달라지고, 그에 의해 결정된다. 2명 이상의 보는 사람들에 대해, 단일의 파면 성형 장치(2)가 각각의 동일한 뷰잉 윈도우, 즉 보는 사람의 오른쪽 눈에 또는 보는 사람의 왼쪽 눈에 각각 사용된다. 광원(8)은 각각 상이한 입사각으로 충분한 가간섭 광을 파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)에 조명한다. 그 경우, 1명의 보는 사람의 양안의 뷰잉 윈도우들(15R, 15L)에 대한 광원(8)의 광의 입사각은 항상 거의 동일하다. 즉, 성형된 파면(12)을 생성하기 위한 광원(8)의 입사각은 뷰잉 윈도우들(15L, 28L)에 대해서는 상이하다. 스크린(11), 편향 소자(13), 렌즈 소자들(19, 20), 및 이미징 수단들(10, 24)은 2개의 파면 성형 장치들(2) 모두에 사용될 수 있다.

도 5와는 달리, 2개 이상의, 여기서는 3개의 뷰잉 윈도우들(15R, 15L, 28L)을 보는 사람들의 각각의 눈 위치에 상응하게 추적하기 위해, 2개의 편향 수단들(23)이 마련된다. 그와 관련하여, 편향 수단들(23)의 수는 보는 사람들의 수에 의존하여 달라진다. 그것은 보는 사람당 단 하나의 편향 수단(23)이 양안, 여기서는 뷰잉 윈도우들(15R, 15L)에 사용된다는 것을 의미한다. 빔 방향으로 편향 수단(23)의 바로 뒤에는 집광 소자(30)와 결합된 제2 이미징 수단(24)이 배치된다. 제2 이미징 수단(24)은 본 실시예에서는 파면들(14R, 14L)을 시준하는 역할을 하는 렌티큘라(lenticular) 렌즈로서 구성되는데, 오른쪽 눈과 왼쪽 눈을 위한 2개의 파면들(14R, 14L)은 편향 수단(23)에 대응하는 제2 이미징 수단(24)의 렌티클(lenticle)을 통해 안내된다. 집광 소자(30)는 2개의 파면들(14R, 14L)이 제2 이미징 수단(24)의 해당 렌티클을 통과한 후에 파면들(14R, 14L)을 스크린(11)에 중첩시켜 집광하는 역할을 한다. 또 하나의 편향 수단(23)은 2차원 파면(29L)에 대한 뷰잉 윈도우(28L)를 추적하기 위해 마련된 것이다. 3번째로 도시된 편향 수단(23)은 제3의 보는 사람에 사용하기 위한 것으로, 3명을 넘는 보는 사람들이 재구성 장면을 볼 수도 있다. 그와 관련하여, 제2 이미징 수단(24)의 렌티클들의 수는 프로젝터 장치(1)에서의 편향 수단(23)의 수와 일치한다. 수차를 줄이기 위해, 집광 소자(30)는 렌즈들의 복합 어레이로 대체될 수 있다. 예컨대, 집광 소자(30)는 아크로매틱 렌즈(achromatic lens)로서 구성될 수 있다. 제2 이미징 수단(24) 및 집광 소자(30)를 예컨대 단일의 렌티큘라 렌즈로서 프로젝터 장치(1)에 마련하는 방안도 있다.

본 실시예에서의 홀로그램 프로젝터 장치(1)가 여러 보는 사람들을 위해 마련되어 다수의 편향 수단들(23)에 의해 뷰잉 윈도우들(15R, 15L, 28L)의 추적이 이뤄진다는 점을 제외하고는, 본 실시예에서도 역시 3차원 재구성 장면이 도 5에서 이미 설명된 바와 같이 생성된다. 본 실시예에 도시된 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 의해, 3개의 뷰잉 윈도우들을 동시에 조작하는 것이 가능케 된다.

상이한 입사각으로 파면 성형 장치들(2)에 각각 입사하는 충분한 가간섭 광을 방출하는 광원들(8)을 사용하는 대신에, 각각의 파면 성형 장치(2)에 대해 단일의 광원(8)을 마련하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)에서의 성형 및 반사 후에, 파면들의 복제가 이뤄진다. 그것은 예컨대 편향 소자(13)의 영역에서 격자 소자에 의해 수행될 수 있다. 그러한 방안의 장점은 파면 성형 장치(2)에서의 개개의 광원(8)의 파면들의 위상 결함이 교정될 수 있다는데 있다.

광원들(8)은 하나 이상의 광소자를 사용하여 여기에 도시되지 않은 제1 광원에 의해 생성될 수도 있다.

도 5 및 도 6과 관련하여, 거울, 특히 갈바노미터 스캐너로서 형성되는 편향 수단(23)은 광 산란 층을 구비할 수 있다. 즉, 편향 수단(23)은 수평 방향으로 산란하는 거울로서 구성될 수 있다. 그 경우, 광 산란 층은 예컨대 포일로서 구성될 수 있다. 산란 광 또는 산란 파면의 확산은 성형된 1차원 파면에 수직하게 이뤄져야 한다. 홀로그램 재구성에서는 가간섭성이 필요하기 때문에, 그 가간섭성이 광 산란 층의 도입으로 인해 방해를 받아서는 안 된다. 하지만, 광 산란 층의 도입에 의해, 비가간섭 방향으로 뷰잉 윈도우들(15, 15R, 15L, 28L)을 확장 또는 확대시키는 것이 가능하되, 타 방향으로는 회절 차수의 확장에 의해 그러한 확장 또는 확대가 제한되게 된다. 파면 성형 장치(2)는 수평으로 배치되는 것이 매우 바람직하다. 그와 같이 하여, 수직 비가간섭 방향으로 개개의 뷰잉 윈도우들(15, 15R, 15L, 28L)의 확장이 구현될 수 있다. 그 때문에, 그러한 배치의 파단 성형 장치(2)에서는, 뷰잉 윈도우들(15, 15R, 15L, 28L)을 더 이상 보는 사람의 수직 위치에 상응하게 수직으로 추적할 필요가 없어지는데, 그 이유는 뷰잉 윈도우들(15, 15R, 15L, 28L)이 그 방향으로는 긴 길이를 갖기 때문이다. 광 산란 층을 스크린(11) 상에 장착하는 방안도 있는데, 그 경우에는 스크린(11)이 이미징 및 디스플레이를 위한 역할을 할 뿐만 아니라, 파면의 푸리에 변환 형태를 비가간섭 방향으로 산란시키는 역할도 하게 된다.

도 4a, 도 5, 및 도 6에 따른 본 발명의 실시예들은 계속해서 하나 이상의 입사 파면을 성형하기 위한 하나 이상의 1차원 파면 성형 장치(2)와 관련된 것들이었다. 그러한 1차원 파면 성형 장치(2)가 도 7a에 사시도로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 미러 소자들(3)이 행 또는 열의 형태로 기판(5) 상에 배치된다. 액츄에이터들의 도시는 여기서는 생략되어 있다.

하지만, 본 발명은 도 7b에 도시된 바와 같은 2차원 구성의 파면 성형 장치(2)에 의해서도 구현될 수 있다. 그 경우, 2차원 파면을 생성하는 역할을 하는 편향 소자가 더 이상 불필요하고, 미러 소자들(3)은 다수의 행 내지 열들로 기판(5) 상에 배치된다. 2차원 파면 성형 장치(2)의 미러 소자들(3)은 하나 이상의 액츄에이터에 의해 하나의 축 또는 2개의 축들을 중심으로 하여 경사지고/경사지거나 축 방향으로 이동될 수 있다.

도 8 및 도 9는 1차원 파면 성형 장치(2)와 연동하여 편향 소자(13)에 의해 2명 이상의 보는 사람들(B1, B2) 각각에 대한 3차원 재구성 장면의 부분 이미지의 2차원 파면들을 구현할 때에 성형된 파면들(12)의 행들 또는 열들(S)을 시간 다중화하는 상이한 방안들을 기술하고 있다. 도 8에 따르면, 우선 보는 사람(B1)에 대한 부분 이미지의 2차원 파면을 완전히 구성하고 나서, 이어서 보는 사람(B2)에 대한 부분 이미지의 2차원 파면을 완전히 구성한다. 도 9에 따르면, 개개의 보는 사람들(B1, B2)에 할당된 부분 이미지의 성형된 파면의 행들 내지 열들을 번갈아 가면서 연속적으로 연출한다.

홀로그램 프로젝터 장치(1)의 가능한 적용 분야는 예컨대 컴퓨터, 텔레비전, 전자 게임, 정보의 표시나 관리를 위한 자동차 산업, 의학 기술, 여기서는 최소 침습 외과 수술(minimal-invasive surgery)을 위한 또는 단층 촬영에 의해 얻어진 데이터를 입체적으로 표시하기 위한 의학 기술, 또는 예컨대 지형 프로파일의 표시를 위한 군사 기술과 같은 개인 및 업무 영역에 있어서의 2차원 및/또는 3차원 연출을 위한 디스플레이들이다. 물론, 본 프로젝터 장치(1)는 여기에 언급되지 않은 다른 영역에도 사용될 수 있다.

Claims (31)

1. 미러 소자들의 어레이를 구비한 홀로그램 프로젝터 장치로서,

   재구성 장면에 대한 재구성 볼륨(18)을 미리 결정된 배율로 확대시키기 위해, 미러 소자들(3)의 어레이를 구비한 하나 이상의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)로서, 미러 소자들(3)은 하나 이상의 액츄에이터(4)를 각각 구비하고, 미러 소자들(3)이 하나 이상의 액츄에이터(4)에 의해 하나 이상의 방향으로 이동되어 위상을 변이시킴으로써 재구성 장면을 표현하기 위한 파면(W)이 직접적으로 성형되도록 하는 것인, 하나 이상의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)와;

   뷰잉 평면(observer plane; 16)의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도우(observer window; 15)에 파면(12, 12R, 12G, 12B, 12L)을 이미징하기 위한 광학 시스템(9)

   을 포함하는, 홀로그램 프로젝터 장치.
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)의 미러 소자들(3)은 마이크로 미러들인 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치는 기판을 더 포함하고, 미러 소자들은 기판 상에 배치되어 있으며,

   광의 위상을 변조하기 위해, 미러 소자들(3)은 기판에 수직한 축을 따라 이동되거나 또는 기판에 대해 기울어질 수 있는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치는 기판을 더 포함하고, 미러 소자들은 기판 상에 배치되어 있으며,

   소정의 재구성 볼륨(18)의 장면을 재구성하기 위해, 미러 소자들(3)은 기판에 대해 기울어질 수 있는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
5. 제1항에 있어서, 광학 시스템(9)은 스크린(11) 및 하나 이상의 이미징 수단(10, 24)을 포함하고,

   하나 이상의 이미징 수단은 하나 이상의 파면 성형 장치 및 스크린 사이의 광 경로에 배치되어 있고, 스크린은 상기 하나 이상의 이미징 수단 및 뷰잉 평면(observer plane) 사이의 광 경로에 배치되어 있는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
6. 제1항에 있어서, 1차원 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)를 포함하는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
7. 제6항에 있어서, 2차원 파면(14)을 생성하기 위해, 1차원 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 수직한 방향으로 광 편향을 수행하는 편향 소자(13)를 포함하는, 홀로그램 프로젝터 장치.
8. 제7항에 있어서, 편향 소자(13)는 하나 이상의 광원(8, 8R, 8G, 8B)과 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B) 사이에 배치되는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
9. 제1항에 있어서, 뷰잉 평면(16)에서의 하나 이상의 관측자의 눈의 위치를 탐지하기 위한 위치 탐지 시스템(22)을 포함하는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
10. 제9항에 있어서, 눈의 위치에 따라 하나 이상의 뷰잉 윈도우(15, 15R, 15L, 28L)를 추적(tracking)하기 위한 하나 이상의 편향 수단(23)을 포함하는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
11. 제10항에 있어서, 다수의 관측자들을 위한 뷰잉 윈도우(15R, 15L, 28L)를 다수의 관측자들 각각의 눈의 위치에 따라 추적하기 위해, 관측자당 하나의 편향 수단(23), 모든 편향 수단(23)에 대한 시준의 역할을 하는 공통의 렌티큘라 렌즈(24), 및 공통의 집광 소자(30)가 광 전파 방향으로 연이어 배치되는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 편향 수단(23)은 거울인 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
13. 제5항에 있어서, 장면의 컬러 재구성을 위해 빔 분리 소자(21)가 광 전파 방향으로 이미징 수단(10, 24)의 전방에 배치되거나, 또는 스크린(11)이 거울인 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
14. 제1항에 있어서, 광학 시스템(9)에 의해 유발되는 수차를 보상하기 위해 하나 이상의 파면 성형 장치 및 광학 시스템 사이의 광 경로에 있는 렌즈 소자들(19, 20)을 포함하는 것인, 홀로그램 프로젝터 장치.
15. 재구성 장면을 보기 위해 재구성 볼륨을 미리 결정된 배율로 확대시키는 방법 - 하나 이상의 광원이 가간섭 광을 방출함 - 에 있어서,

    가간섭 광을 스크린(11)에 이미징하되, 하나 이상의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)의 하나 이상의 미러 소자(3)가 하나 이상의 액츄에이터(4)에 의해 이동되어 위상을 변이시켜 입사 광을 성형함으로써, 광원(8, 8R, 8G, 8B)으로부터 나온 파면(W)을 재구성 장면에 따라 직접 성형하여 뷰잉 평면(16)의 가상 뷰잉 윈도우(15, 15R, 15L, 28L)에 이미징하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
16. 제15항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치는 기판을 더 포함하고, 기판 상에 미러 소자들이 배치되어 있으며,

    광의 위상을 변조하기 위해, 미러 소자들(3)은 기판에 수직한 축을 따라 이동되거나 기판에 대해 기울어지는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
17. 제15항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치는 기판을 더 포함하고, 기판 상에 미러 소자들이 배치되어 있으며, 미러 소자들(3)이 기판에 대해 기울어짐에 따라 가간섭 광의 파면(W)을 국부적으로 지향시키거나, 또는 미러 소자들(3)이 기울어짐에 따라 장면을 0차 회절 차수로 재구성하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
18. 제15항에 있어서, 광학 시스템(9)이 성형된 파면(12, 12R, 12L, 27L)을 가상 뷰잉 윈도우(15, 15R, 15L, 28L)에 이미징하되, 광학 시스템(9)의 하나 이상의 이미징 수단(10, 24)이 성형된 파면(12, 12R, 12L, 27L)의 푸리에 변환 버전을 스크린(11) 상의 화면 측 초점 면(17)에 이미징하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
19. 제15항에 있어서, 위치 탐지 시스템(22)이, 재구성 장면을 보는 하나 이상의 관측자의 눈의 위치를 탐지하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
20. 제19항에 있어서, 가상 뷰잉 윈도우(15, 15R, 15L, 28L)는 탐지된 관측자의 눈의 위치에 따라 추적되는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
21. 제20항에 있어서, 하나 이상의 편향 수단(23)이 뷰잉 평면(16)에서의 가상 뷰잉 윈도우(15, 15R, 15L, 28L)를 추적하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
22. 제15항에 있어서, 2 이상의 관측자에 대해, 관측자들의 모든 왼쪽 눈에 대해 하나의 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)가 사용되고 관측자들의 모든 오른쪽 눈에 대해 하나의 파면 성형 장치가 사용되며, 다수의 광원들(8)이 상이한 입사각으로 미러 소자들(3)에 광을 방출하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
23. 제15항에 있어서, 1차원 파면 성형 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 의해 성형된 1차원 파면(12, 12R, 12L, 27L)으로부터 편향 소자(13)에 의해 2차원 파면(14, 14R, 14L, 29L)이 생성되는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
24. 제15항에 있어서, 하나 이상의 파면 성형 장치 및 광학 시스템 사이의 광 경로에 배치되는 빔 분리 소자(21)에 의해 장면의 컬러 재구성이 3개의 기본 컬러에 대해 동시에 수행되는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
25. 제24항에 있어서, 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)에 의해 장면을 동시에 컬러로 재구성하되, 빔 분리 소자(21)가 3개의 파면 성형 장치들(2R, 2G, 2B)에 의해 성형된 3개의 개개의 파면들(12R, 12B, 12G)을 재구성(recompose)하는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
26. 제15항에 있어서, 장면의 컬러 재구성은 3개의 기본 컬러에 대해 순차적으로 수행되는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
27. 제26항에 있어서, 장면의 순차적 컬러 재구성은 하나 이상의 파면 성형 장치(2)에 의해 수행되는 것인, 재구성 볼륨 확대 방법.
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