KR101766272B1 - 시준화된 지향성의 백라이트 유닛을 사용하는 홀로그래픽 영상 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

시준화된 지향성의 백라이트 유닛을 사용하는 홀로그래픽 3D 영상 생성 장치 및 방법이 제공된다. CD BLU는 출사각이 조절된 평행광을 출력한다. 수렴 렌즈는 출력된 평행광을 관찰자의 시청 영역으로 수렴시킴으로써 작은 크기의 뷰잉 윈도우를 생성한다. 공간적 광 변조가는 시청 영역으로 수렴된 평행광에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 포커스가 맞춰진 광을 생성한다.

Description

시준화된 지향성의 백라이트 유닛을 사용하는 홀로그래픽 영상 디스플레이 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING HOLOGRAPHIC IMAGE USING COLLIMATED DIRECTIONAL BACKLIGHT UNIT}
아래의 실시예들은 홀로그래픽 영상을 디스플레이하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
평면 패널 디스플레이 등을 이용하여 홀로그래픽 3D 영상을 구현하는 방법 및 장치가 개시된다.
홀로그래픽 3D 디스플레이 장치는 LCD(liquid crystal display) 및 LCOS(liquid crystal on silicon) 등을 이용하여 시각 피로 없이 실제 3D 영상을 구현하는 장치이다.
홀로그래픽 디스플레이 장치는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 달리 양안 시차를 이용하지 않는다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 관찰자의 시각적 피로를 유발하지 않는 실제와 같은 입체 영상을 구현할 수 있다.
그러나, 홀로그래픽 디스플레이 장치를 사용한 입체 영상이 구현되기 위해서는 많은 양의 데이터가 요구된다. 또한, 입체 영상의 시청 각도를 크게 하기 위해서는, 매우 작은 픽셀(pixel) 피치(pitch)가 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 사용되어야 한다.
본 발명의 일 실시에는 시준화된 지향성의 백라이트 유닛을 사용하는 홀로그래픽 3D 영상 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시에는 평행광의 출사각을 조절함으로써 관찰자의 위치에 맞는 뷰잉 윈도우를 생성하는 3D 영상 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 능동 홀로그래픽 3D 영상을 생성하는 장치에 있어서, 제1 평행광을 출력하는 시준화된 지향성의 백라이트 유닛(collimated directional backlight unit; CD BLU), 상기 제1 평행광을 상기 3D 영상의 관찰자의 시청 영역으로 수렴시킴으로써 뷰잉 윈도우를 형성하는 수렴 렌즈 및 회절 렌즈를 조합한 홀로그램 영상 패턴을 디스플레이하는 공간적 광 변조기(spatial light modulator; SLM)를 포함하고, 상기 CD BLU는 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하며, 상기 홀로그램 영상 패턴은 상기 시청 영역으로 수렴된 제1 평행광에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 포커스가 맞춰진 광을 생성하는 홀로그래픽 3D 영상 장치가 제공된다.
상기 홀로그래픽 3D 영상 장치는, 상기 CD BLU를 제어함으로써 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 상기 변조된 광파가 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절할 수 있다.
상기 홀로그래픽 3D 영상 장치는, 상기 하나 이상의 눈의 위치를 트래킹하여 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 생성하는 트래킹부를 더 포함할 수 있고, 상기 트래킹부는 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 상기 제어부로 제공할 수 있다.
상기 CD BLU는, 빛을 발산하는 광원, 광원에 의해 발산된 빛을 평행화하여 제2 평행광을 출력하는 시준화 렌즈(collimating lens), 제2 평행광을 편향시켜 제3 평행광을 출력하는 평행광 편향 장치 및 제3 평행광을 반사시켜 제1 평행광을 출력하는 패턴된 BLU 를 포함하고 상기 평행광 편향 장치는 형태 또는 공간상의 위치를 변경함으로써 상기 제3 평행광의 상기 패턴된 BLU로의 입사각을 조절할 수 있다.
상기 평행광 편향 장치는, 회전 프리즘, 전기 습윤 프리즘 및 액상 크리스탈 중 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 평행광이 출사될 수 있는 각도 범위의 중심 및 상기 제3 평행광이 입사될 수 있는 각도 범위의 중심은 직각일 수 있다.
상기 광원, 상기 시준화 렌즈 및 상기 평행광 편향 장치는 2개일 수 있고, 제1 입사각 조절부는 제1 광원, 제1 시준화 렌즈 및 제1 평행광 편향 장치를 포함할 수 있고, 제2 입사각 조절부는 제2 광원, 제2 시준화 렌즈 및 제2 평행광 편향 장치를 포함할 수 있고, 상기 제1 입사각 조절부 및 상기 제2 입사각 조절부는 상기 패턴된 BLU를 중심으로 서로 대칭으로 위치할 수 있다.
상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 각각 시분할되어 빛을 발산할 수 있다.
상기 제1 입사각 조절부는 상기 관찰자의 한 눈의 위치에 상기 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절할 수 있고, 상기 제2 입사각 조절부는 상기 관찰자의 다른 한 눈의 위치에 상기 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절할 수 있다.
상기 수렴 렌즈는 굴절 렌즈 또는 회절 렌즈 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일측에 따르면, 홀로그래픽 3D 영상을 생성하는 방법에 있어서, 특정 출사각을 갖는 평행광을 출력하는 평행광 출력 단계, 상기 평행광을 상기 3D 영상의 관찰자의 시청 영역으로 수렴시킴으로써 뷰잉 윈도우를 형성하는 평행광 수렴 단계, 회절 렌즈를 조합한 홀로그램 영상 패턴을 디스플레이하는 홀로그램 영상 패턴 표시 단계 및 상기 홀로그램 영상 패턴을 사용하여 상기 시청 영역으로 수렴된 평행광에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 포커스가 맞춰진 광을 생성하는 포커스가 맞춰진 광 발산 단계를 포함하고, 상기 평행광의 상기 출사각은 조절될 수 있고, 상기 홀로그램 영상 패턴은 상기 시청 영역으로 수렴된 평행광에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 포커스가 맞춰진 광을 생성하는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법이 제공된다.
상기 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법은, 상기 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 상기 변조된 광파가 향하도록 상기 출사각을 조절하는 출사각 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법은, 상기 하나 이상의 눈의 위치를 트래킹하여 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 생성하는 트래킹 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보는 상기 출사각 제어 단계에서 사용될 수 있다.
상기 평행광 출력 단계는. 광 생성 수단을 사용하여 의해 빛을 발산하는 광 발산 단계, 상기 광 생성 수단에 의해 발산된 상기 빛을 평행화함으로써 상기 평행광을 생성하는 평행광 생성 단계, 상기 평행광을 편향시키는 평행광 편향 단계 및 상기 편향된 평행광을 반사시켜 상기 평행광을 상기 출사각으로 출력하는 평행광 반사 단계를 포함할 수 있고, 상기 편향은 상기 평행광 편향 작용을 수행하는 평행광 편향 수단의 형태 또는 공간상의 위치를 변경함으로써 상기 반사 작용을 수행하는 평행광 반사 수단으로의 상기 평행광의 입사각을 조절하는 것일 수 있다.
상기 편향은 상기 평행광 편향 수단에 대한 기계적 또는 전기적인 작용을 가함으로써 상기 편향된 평행광의 상기 평행광 반사 수단으로의 입사각을 제어하는 것일 수 있다.
상기 반사된 평행광이 상기 평행광 반사 수단으로부터 출사될 수 있는 각도 범위의 중심 및 상기 편향된 평행광이 상기 평행광 반사 수단으로 입사될 수 있는 각도 범위의 중심은 직각일 수 있다.
상기 광 생성 수단, 상기 평행광 생성 수단 및 상기 평행광 편향 수단은 각각 2개일 수 있고, 제1 광 생성 수단 및 제1 평행광 생성 수단에 의해 생성된 제1 평행광 및 제2 광 생성 수단 및 제2 평행광 생성 수단에 의해 생성된 제2 평행광은 서로 마주보는 방향을 향할 수 있다.
제1 입사각 조절 수단은 상기 제1 광 생성 수단, 상기 제1 평행광 생성 수단 및 제1 평행광 편향 수단을 포함하고, 제2 입사각 조절 수단은 제2 광 생성 수단, 상기 제2 평행광 생성 수단 및 제2 평행광 편향 수단을 포함할 수 있고, 상기 평행광 출력 단계는 상기 제1 입사각 조절 수단 및 상기 제2 입사각 조절 수단을 시분할하여 사용함으로써 상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광을 교대로 출력할 수 있다.
상기 제1 평행광 편향 수단은 상기 관찰자의 한 눈의 위치에 상기 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 평행광의 상기 평행광 반사 수단으로의 입사각을 조절할 수 있고, 상기 제2 평행광 편향 수단은 상기 관찰자의 다른 한 눈의 위치에 상기 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 평행광의 상기 평행광 반사 수단으로의 입사각을 조절할 수 있다.
시준화된 지향성의 백라이트 유닛을 사용하는 홀로그래픽 3D 영상 생성 장치 및 방법이 제공된다.
평행광의 출사각을 조절함으로써 관찰자의 위치에 맞는 뷰잉 윈도우를 생성하는 3D 영상 생성 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치의 구조 및 동작 원리를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 뷰잉 윈도우 생성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치의 구조 및 동작 원리를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CD BLU의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CD BLU의 탑 뷰(top-view)이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법의 흐름도이다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치의 구조 및 동작 원리를 나타낸다.
홀로그래픽 3D 영상 장치(100)는 시준화된 지향성의 백라이트 유닛(collimated directional backlight unit; CD BLU)(110), 수렴 렌즈(convergent lens)(120) 및 공간적 광 변조기(spatial light modulator; SLM((130)를 포함한다.
CD BLU(110)는 시준화된(collimated) 지향성의(direction) 광(ray)을 제공한다. 즉, CD BLU(110)는 평행광을 출력한다.
수렴 렌즈(120)는 CD BLU(110)에 의해 출력되는 평행광을 3D 영상의 관찰자의 시청 위치에 수렴시킴으로서 뷰잉 윈도우(viewing window)를 형성한다.
굴절 렌즈 또는 회절 렌즈(diffraction lens)가 수렴 렌즈로서 사용될 수 있다.
SLM(130)은 홀로그램 영상 패턴(150)을 디스플레이한다. 한 예로, 홀로그램 영상 패턴(150)은 회절 렌즈(또는 부-홀로그램(sub-hologram))가 중첩(또는, 조합)된 간섭(interference) 패턴(pattern)이다.
회절 렌즈(140)는 관찰자(180)에 의해 인지되는 3D 객체(object)(160)의 한 점을 표현한다.
홀로그램 영상 패턴(150)은, 수렴 렌즈(120)로부터 출력된, 시청 영역으로 수렴된 제1 평행광에 공간적으로-변하는(spatially-varying) 변조(modulation)를 가함으로써 포커스가 맞춰진 광(focused beam)(150)을 생성한다. 포커스가 맞춰진 광(focused beam)(150)은 공간 상의 한 지점(170)에서 집중(focused)된다.
SLM(130)은 홀로그램 영상 패턴(150)을 사용하여 포커스가 맞춰진 광(150)의 진폭 및 위상을 표현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 뷰잉 윈도우 생성을 설명한다.
CD BLU(110)로부터 출력되는 시준화된 지향성의 광(210 및 220)이 도시되었다. 제1 평행광(210)의 출사각은 θ1이고, 제2 평행광(220)의 출사각은 θ2이다.
제1 평행광(210)(실선으로 표시됨)은 수렴 렌즈(120)를 통과하면서 관찰자의 제1 위치(250)에 따른 관찰자의 시청 영역으로 수렴된다. 즉, 제1 평행광(210) 은 수렴 렌즈(120)를 통과하면서 제1 위치(250)를 위한 제1 뷰잉 윈도우(230)를 형성한다.
관찰자가 제1 위치(250)에서 제2 위치(260)로 이동하여 시역이 이동된 경우, 뷰잉 윈도우의 생성 위치도 이동되어야 한다.
제2 평행광(220)(점선으로 표시됨)은 수렴 렌즈(120)를 통과하면서 관찰자가 이동한 제2 위치(260)에 따른 관찰자의 시청 영역으로 수렴된다. 즉, 제2 평행광(210)은 수렴 렌즈(120)를 통과하면서 제2 위치(260)를 위한 제2 뷰잉 윈도우(240)를 생성한다.
따라서, CD BLU(110)가 관찰자의 시역의 위치에 따라 출사각이 조절된 평행광(즉, 시준화된 지향성의 광)을 출력하면, 시역의 위치에 맞추어진 홀로그래픽 영상(즉, 뷰잉 윈도우)이 생성될 수 있다.
제1 뷰잉 윈도우(230) 및 제2 뷰잉 윈도우(240)의 크기는 관찰자의 동공 크기로 맞추어진 것일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치의 구조 및 동작 원리를 나타낸다.
홀로그래픽 3D 영상 장치(300)는 도 1에서 전술된 CD BLU(110), 수렴 렌즈 (120) 및 SLM((130)을 포함하고, 트래킹부(310) 및 제어부(320)를 더 포함한다.
트래킹부(310)는 홀로그래픽 3D 영상을 시청하는 관찰자의 하나 이상의 눈의 위치를 트래킹하여, 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 생성한다. 트래킹부(310)는 관찰자의 양안의 위치를 각각 트래킹할 수 있다.
제어부(320)는 CD BLU(110)를 제어함으로써 CD BLU(110)로부터 출력되는 평행광의 출사각을 조절한다. 제어부(320)는 CD BLU(110)로부터 출력되는 평행광의 출사각을 조절함으로써 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 SLM(130)에 의해 생성된 변조된 광파가 향하게한다.
제어부(320)는 트래킹부(310)로부터 관찰자의 하나 이상의 눈의 위치(즉, 시역)를 식별할 수 있는 정보를 제공받을 수 있다.
즉, 관찰자의 눈이 제1 위치(390)에 있으면, 트래킹부(310)는 제1 위치(390)를 식별할 수 있는 정보를 제어부(320)로 전송한다.
SLM(130)은 시역에 맞는 3D 홀로그램이 생성될 수 있도록 부-홀로그램(sub-hologram)을 디스플레이한다. SLM(130)은 시역에 대한 3D 부-홀로그램을 생성하므로, 연산량이 감소될 수 있다.
부-홀로그램이 SLM(130) 중 어느 위치에 어떻게 표시될지는, 시역 및 출력될 3D 홀로그램의 형태에 따라 결정된다.
SLM(130)은 제어부로부터 시역(즉, 변경된 사용자 위치) 및 생성될 3D 홀로그램에 대한 정보를 제공받아, 상기 정보에 기반하여 디스플레이될 부-홀로그램에 대한 정보(예컨대, 부-홀로그램의 위치 및 영상 패턴)를 생성할 수 있다.
SLM(130)은 생성된 부-홀로그램에 대한 정보에 기반하여 부-홀로그램을 디스플레이할 수 있다.
또한, 제어부(320)는 시역 및 생성될 3D 홀로그램에 대한 정보에 기반하여 SLM(130)에서 디스플레이될 부-홀로그램에 대한 정보를 생성할 수 있다. 제어부(320)는 생성된 정보를 SLM(130)에게 제공할 수 있다. SLM(130)은 제공받은 부-홀로그램에 대한 정보를 사용하여 부-홀로그램을 디스플레이할 수 있다.
제어부(320)의 제어에 따라 CD BLU는 제1 평행광(330)을 출력한다.
제1 평행광(330)은 수렴 렌즈(120)에 의해 제1 시청 영역(380)으로 수렴된다.
SLM(130)은 3D 홀로그램을 생성하기 위해 제1 부-홀로그램(340)을 디스플레이한다.
제1 부-홀로그램(340)은 수렴된 제1 평행광(350)에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 제1 포커스가 맞춰진 광(360)을 생성한다.
제1 포커스가 맞춰진 광(360)은 3D 객체(370)의 한 점(372)을 생성한다.
관찰자의 눈이 제1 위치(390)에서 제2 위치(392)로 이동하면, 새로운 위치(392)에 맞춰진 3D 홀로그램이 생성되어야 한다.
상기의 이동은 관찰자의 좌안 및 우안 각각에 시분할하여 3D 홀로그램을 제공하기 위해 가정된 것일 수 있다. 즉, 제1 위치(390)는 관찰자의 우안의 위치를 나타내고, 제2 위치(392)는 관찰자의 좌안의 위치를 나타낼 수 있다.
트래킹부(310)는 제2 위치(392)를 식별할 수 있는 정보를 제어부(320)로 전송한다.
제어부(320)의 제어에 따라 CD BLU는 출사각이 변경된 제2 평행광(332)을 출력한다.
제2 평행광(332)은 수렴 렌즈(120)에 의해 제2 시청 영역(382)으로 수렴된다.
SLM(130)은 3D 홀로그램을 생성하기 위해 제2 부-홀로그램(342)을 디스플레이한다.
제2 부-홀로그램(342)은 수렴된 제2 평행광(352)에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 제2 포커스가 맞춰진 광(362)을 생성한다.
제2 포커스가 맞춰진 광(362)은 3D 객체(370)의 한 점(372)을 생성한다.
CD BLU(110)로부터 출력되는 평행광은 시준화된 지향성의 광이다. 따라서, 수렴 렌즈(120)는 CD BLU(110)에 밀착될 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 3D 영상 장치(100 및 300)는 얇은(slim) 폼 팩터(form factor)를 가질 수 있다.
전술된 것과 같이, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치는 안구 추적(eye tracking) 기술을 사용함으로써 관찰자의 시청 위치에 따른 3D 홀로그램을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CD BLU의 구조도이다.
CD BLU(110)는 광원(410 및 412), 시준화 렌즈(collimating lens)(420 및 422), 평행광 편향 장치(430 및 432) 및 패턴된(patterned) BLU(440)를 포함한다.
패턴된 BLU(440)는 평행광이 입사하는 제1 개구(opening hole)부(442 및 444) 및 평행광이 출사되는 제2 개구부(446)을 포함한다. 제1 개구부(442 및 444) 및 제2 개구부(446)는 복수 개일 수 있다.
제2 개구부(446)로부터 CD BLU(110)의 출력인 제1 평행광(490 및 492)이 출력된다.
도시된 것과 같이, 광원(410 및 412), 시준화 렌즈(420 및 422) 및 평행광 편향 장치(430 및 432)는 패턴된 BLU(440)를 중심으로 좌우에 1개씩 위치할 수 있다.
제1 입사각 조절부(450)는 좌측에 위치한 광원(410), 시준화 렌즈(420) 및 평행광 편향 장치(430)를 포함한다.
제2 입사각 조절부(452)는 우측에 위치한 광원(412), 시준화 렌즈(422) 및 평행광 편향 장치(432)를 포함한다.
즉, 제1 입사각 조절부(450) 및 제2 입사각 조절부(452)는 패턴된 BLU(440)를 중심으로 서로 대칭으로 위치할 수 있다.
광원(410 및 412)은 빛(460 및 462)을 발산한다.
시준화 렌즈(420 및 422)는 광원(410 및 412)에 의해 발산된 빛(460 및 462)을 평행화하여 제2 평행광(470 및 472)을 출력한다.
평행광 편향 장치(430 및 432)는 제2 평행광(470 및 472)을 편향시켜 제3 평행광(480 및 482)을 출력한다. 제3 평행광(480 및 482)은 패턴된 BLU(440)의 제1 개구부(442 및 444)로 입사된다.
평행광 편향 장치(430 및 432)는, 회전 프리즘, 전기 습윤 프리즘 또는 액상 크리스탈일 수 있다. 회전 프리즘은 기계적으로 회전함으로써 제2 평행광(470 및 472)을 편향시키는 프리즘이다. 전기 습윤 프리즘 및 액상 크리스탈은 전기적으로 제2 평행광을 편향시킨다.
즉, 평행광 편향 장치(430 및 432)는 기계적 또는 전기적으로 공간상의 위치 또는 형태를 변경함으로써 제3 평행광(480 및 482)의 패턴된 BLU(440)로의 입사각(θ1 및 θ2)을 조절할 수 있다.
예컨대, 평행광 편향 장치(430 및 432)가 회전 프리즘일 경우, 회전 프리즘의 각도에 따라 제3 평행광(480 및 482)의 입사각(θ1 및 θ2)이 변한다.
패턴된 BLU(440)는 입사된 제3 평행광(480 및 482)을 내부에서 반사시켜 제2 개구부(446)를 통해 제1 평행광(490 및 492)을 출력한다.
패턴된 BLU(440)는 입사된 제3 평행광(480 및 482)의 입사각(θ1 및 θ2)이 일정 범위 이내일 경우에만 제1 평행광(490 및 492)를 출력하고, 제3 평행광(480 및 482)의 입사각(θ1 및 θ2)이 일정 범위를 벗어날 경우 제3 평행광(480 및 482)을 내부에서 흡수하거나, 제1 개구부(442 및 444)를 통해 반사할 수 있다.
제1 평행광(490 및 492)의 출사각(θ3 및 θ4)은 제3 평행광(480 및 482)의 입사각(θ1 및 θ2)에 의해 결정된다.
제어부(320)(또는, CD BLU(110))는 평행광 편향 장치(430 및 432)를 제어하여 제3 평행광(480 및 482)의 입사각(θ1 및 θ2)을 조절함으로써 요구되는 제1 평행광(490 및 492)의 출사각(θ3 및 θ4)을 획득할 수 있다.
제2 개구부(446)가 복수 개일 경우, 복수 개의 제2 개구부(446) 각각에서 동일한 출사각(θ3 및 θ4)을 갖는 제1 평행광(490 및 492)이 출력될 수 있다.
패턴된 BLU(440)는 입사된 제3 평행광(480 및 482)을 광량의 손실 없이 (또는 상대적으로 적은 광량 손실만으로) 반사하여 제1 평행광(490 및 492)으로서 출력할 수 있다. 따라서, 광원(410 및 412)에 의해 발산된 빛이 손실되지 않거나 상대적으로 적게 손실되기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 장치(100 및 300)는 고 휘도의 3D 영상을 제공할 수 있다.
제1 입사각 조절부(450) 및 제2 입사각 조절부(452)는 패턴된 BLU(440)의 측면에 위치할 수 있다. 제1 입사각 조절부(450), 제2 입사각 조절부(452) 및 패턴된 BLU(440)는 엣지(edge) 형태를 가질 수 있다.
즉. 제1 평행광(490 및 492)이 출사될 수 있는 각도(θ3 및 θ4)의 범위의 중심 및 제3 평행광(480 및 482)이 입사될 수 있는 각도(θ1 및 θ2)의 범위의 중심은 직각일 수 있다.
따라서, CD BLU(110) 및 전체 홀로그래픽 3D 영상 장치(100 및 300)는 얇은 폼 팩터를 가질 수 있다.
제1 입사각 조절부(450) 및 제2 입사각 조절부(452)는 각각 시분할 하여 동작할 수 있다. 예컨대, 제1 광원(410) 및 제2 광원(412)은 각각 시분할되어 빛을 발산할 수 있다.
예컨대, 제1 입사각 조절부(450)는 관찰자의 좌안을 위한 뷰잉 윈도우를 생성하고, 제2 입사각 조절부(452)는 관찰자의 우안을 위한 뷰잉 윈도우를 생성할 수 있다. 즉, 실선으로 표시된 평행광(470, 480 및 490) 및 점선으로 표시된 평행광(472, 482 및 492)들은 서로 번갈아서 출력되는 것일 수 있고, 각각 관찰자의 좌안 및 우안에 3D 홀로그램을 제공하는 것일 수 있다.
따라서, 제1 입사각 조절부(450)(또는, 제1 평행광 편향 장치(430))는 관찰자의 한 눈의 위치에 변조된 광파가 향하도록 제1 평행광(490)의 출사각 θ3을 조절할 수 있고, 제2 입사각 조절부(452)(또는, 제1 평행광 편향 장치(432))는 관찰자의 다른 눈의 위치에 변조된 광파가 향하도록 제1 평행광(492)의 출사각 θ4을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CD BLU(440)의 탑 뷰(top-view)이다.
도시된 것처럼, 패턴된 BLU(440)의 좌측 광원(410) 및 우측 광원(412)은 각각 복수 개의 광원들의 어래이(array)일 수 있다.
복수 개의 광원들의 어레이로부터 생성되는 평행광을 패턴된 BLU(440)로 입사시킴으로써 홀로그래픽 3D 영상 장치(100 및 300)가 제공하는 홀로그래픽 영상의 휘도가 높혀질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법의 흐름도이다.
트래킹 단계(S610)에서, 예컨대 트래킹부(320)와 같은 트래킹 수단에 의해, 홀로그래픽 3D 영상의 관찰자의 하나 이상의 눈의 위치가 트래킹되고, 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보가 생성된다. 생성된 정보는 후술될 출사각 제어 단계(S612)에서 사용될 수 있다.
출사각 제어 단계(S612)에서, 예컨대 제어부(310)와 같은 제어 수단에 의해, 상기 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 변조된 광파가 향하도록 평행광의 출사각이 조절된다. 상기의 출사각은 후술될 평행광 출력 단계에서의 평행광의 출사각을 의미한다.
평행광 출력 단계(S620 내지 S626)에서, 예컨대 CD BLU(110)와 같은, 평행광 출력 수단에 의해, 특정 출사각을 갖는 평행광이 출력된다.
광 발산 단계(S620)에서, 예컨대 광원(410 및 412)과 같은 광 생성 수산에 의해, 빛이 발산된다.
평행광 생성 단계(S622)에서, 예컨대 시준화 렌즈(420 및 422)와 같은 평행광 생성 수단에 의해, 발산된 빛이 평행화함으로써 평행광이 생성된다.
평행광 편향 단계(S624)에서, 예컨대 평행광 편향 장치(430 및 432)와 같은 평행광 편향 수단에 의해, 평행광이 편향된다.
평행광 반사 단계(S626)에서, 예컨대 패턴된 BLU(440)와 같은 평행광 반사 수단에 의해, 편향된 평행광은 반사되고, 반사된 평행광은 전술된 출사각을 갖은 채 출력된다.
전술된 편향은, 평행광 편향 작용을 수행하는 평행광 편향 수단에 의해 수행될 수 있다. 평행광 편향 수단은 자신의 형태 또는 공간상의 위치를 변경함으로써 평행광을 편향시킬 수 있다. 따라서, 평행광 편향 수단에 의해, 편향된 평행광의 평행광 반사 수단으로의 입사각이 조절될 수 있다.
편향된 평행광의 평행광 반사 수단으로의 입사각은 평행광 편향 수단에 대한 기계적(예컨대, 평행광 편향 수단이 회전 프리즘일 경우) 또는 전기적인 작용(예컨대, 평행광 편향 수단이 전기 습윤 프리즘 또는 액상 크리스탈인 경우)을 가함으로써 제어될 수 있다.
반사된 평행광이 평행광 반사 수단으로부터 출사될 수 있는 각도 범위의 중심 및 편향된 평행광이 평행광 반사 수단으로 입사될 수 있는 각도 범위의 중심은 직각일 수 있다.
광 생성 수단, 평행광 생성 수단 및 평행광 편향 수단은 각각 2개일 수 있다.
제1 광 생성 수단 및 제1 평행광 생성 수단에 의해 생성된 제1 평행광 및 제2 광 생성 수단 및 제2 평행광 생성 수단에 의해 생성된 제2 평행광은 서로 마주보는 방향을 향할 수 있다.
제1 입사각 조절 수단은 제1 광 생성 수단, 제1 평행광 생성 수단 및 제1 평행광 편향 수단을 포함할 수 있고, 제2 입사각 조절 수단은 제2 광 생성 수단, 제2 평행광 생성 수단 및 제2 평행광 편향 수단을 포함할 수 있다.
평행광 출력 단계(S620 내지 S626)에서, 상기 제1 입사각 조절 수단 및 상기 제2 입사각 조절 수단은 시분할하여 사용될 수 있고, 이러한 시분할에 의해 제1 평행광 및 제2 평행광은 교대로 출력될 수 있다.
제1 평행광 편향 수단은 관찰자의 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 평행광의 평행광 반사 수단으로의 입사각을 조절할 수 있고, 제2 평행광 편향 수단은 관찰자의 다른 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 평행광의 평행광 반사 수단으로의 입사각을 조절할 수 있다.
평행광 수렴 단계(S630)에서, 예컨대 수렴 렌즈(120)와 같은 평행광 수렴 수단에 의해, 평행광을 관찰자의 시청 영역으로 수렴시킴으로써 뷰잉 윈도우가 형성된다.
홀로그램 영상 패턴 표시 단계(S640)에서, 예컨대 SLM(130)과 같은 홀로그램 영상 패턴 디스플레이 수단에 의해 회절 렌즈를 조합한 홀로그램 영상 패턴이 디스플레이된다.
전술된 것처럼, 평행광의 출사각은 조절될 수 있고, 홀로그램 영상 패턴은 시청 영역으로 수렴된 평행광에 공간적으로-변하는 변조를 가하여 포커스가 맞춰진 광을 생성한다.
앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 기술 적 내용들이 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다. 따라서 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 홀로그래픽 3D 영상 장치
300: 홀로그래픽 3D 영상 장치

Claims (20)

  1. 홀로그래픽 3 차원(Dimension; D) 영상을 생성하는 장치에 있어서,
    제1 평행광을 출력하는 시준화된 지향성의 백라이트 유닛(collimated directional backlight unit; CD BLU);
    상기 제1 평행광을 상기 홀로그래픽 3D 영상의 관찰자의 시청 영역으로 수렴시키는 수렴 렌즈; 및
    상기 제1 평행광에 대해 공간적으로 변하는 변조(spatially-varying modulation)를 수행하기 위해 홀로그램 영상 패턴을 디스플레이하는 공간적 광 변조기(spatial light modulator; SLM) - 상기 제1 평행광은 상기 SLM을 비춤(illuminate) -
    를 포함하고,
    상기 CD BLU는,
    빛을 발산하는 광원;
    상기 광원에 의해 발산된 빛을 평행화하여 제2 평행광을 출력하는 시준화 렌즈(collimating lens);
    상기 제2 평행광을 편향시켜 제3 평행광을 출력하는 평행광 편향 장치; 및
    상기 제3 평행광을 반사시켜 상기 제1 평행광을 출력하는 패턴된 BLU
    를 포함하고
    상기 평행광 편향 장치는 형태 또는 공간상의 위치를 변경함으로써 상기 제3 평행광의 상기 패턴된 BLU로의 입사각을 조절하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CD BLU를 제어함으로써 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하는 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 변조된 광파가 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 눈의 위치를 트래킹하여 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 생성하는 트래킹부
    를 더 포함하고,
    상기 트래킹부는 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 상기 제어부로 제공하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평행광 편향 장치는, 회전 프리즘, 전기 습윤 프리즘 및 액상 크리스탈 중 하나 이상인, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평행광이 출사될 수 있는 각도 범위의 중심 및 상기 제3 평행광이 입사될 수 있는 각도 범위의 중심은 직각인, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광원, 상기 시준화 렌즈 및 상기 평행광 편향 장치는 각각 2개이고,
    제1 입사각 조절부는 제1 광원, 제1 시준화 렌즈 및 제1 평행광 편향 장치를 포함하고, 제2 입사각 조절부는 제2 광원, 제2 시준화 렌즈 및 제2 평행광 편향 장치를 포함하고, 상기 제1 입사각 조절부 및 상기 제2 입사각 조절부는 상기 패턴된 BLU를 중심으로 서로 대칭으로 위치하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 각각 시분할되어 빛을 발산하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입사각 조절부는 상기 관찰자의 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하고, 상기 제2 입사각 조절부는 상기 관찰자의 다른 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 제1 평행광의 출사각을 조절하는, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수렴 렌즈는 굴절 렌즈 또는 회절 렌즈 중 하나 이상인, 홀로그래픽 3D 영상 장치.
  11. 홀로그래픽 3차원(Dimension; D) 영상을 생성하는 방법에 있어서,
    시준화된 지향성의 백라이트 유닛(collimated directional backlight unit; CD BLU)으로부터 특정 출사각을 갖는 평행광을 출력하는 단계;
    상기 평행광을 상기 홀로그래픽 3D 영상의 관찰자의 시청 영역으로 수렴시키는 단계; 및
    상기 평행광에 대해 공간적으로-변하는 변조(spatially-varying modulation)를 수행하기 위해 공간적 광 변조기(spatial light modulator; SLM)를 이용하여 홀로그램 영상 패턴을 디스플레이하는 단계 - 상기 평행광은 상기 SLM을 비춤(illuminate) -
    를 포함하고,
    상기 평행광 출력 단계는,
    광원을 사용하여 빛을 발산하는 광 발산 단계;
    상기 광원에 의해 발산된 상기 빛을 평행화함으로써 상기 평행광을 생성하는 평행광 생성 단계;
    상기 평행광을 편향시키는 평행광 편향 단계; 및
    상기 편향된 평행광을 반사시켜 상기 평행광을 상기 출사각으로 출력하는 평행광 반사 단계
    를 포함하고,
    상기 편향은 상기 평행광을 편향 시키는 평행광 편향 장치의 형태 또는 공간상의 위치를 변경함으로써 상기 평행광을 반사시키는 패턴된 백라이트 유닛(backlight unit; BLU)으로의 상기 평행광의 입사각을 조절하는 것인, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 관찰자의 하나 이상의 눈 위치에 변조된 광파가 향하도록 상기 출사각을 조절하는 출사각 제어 단계
    를 더 포함하는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 눈의 위치를 트래킹하여 상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보를 생성하는 트래킹 단계
    를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 눈의 위치를 식별할 수 있는 정보는 상기 출사각 제어 단계에서 사용되는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 편향은 상기 평행광 편향 장치에 대한 기계적 또는 전기적인 작용을 가함으로써 상기 편향된 평행광의 상기 패턴된 BLU로의 입사각을 제어하는 것인, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 반사된 평행광이 상기 패턴된 BLU으로부터 출사될 수 있는 각도 범위의 중심 및 상기 편향된 평행광이 상기 패턴된 BLU로 입사될 수 있는 각도 범위의 중심은 직각인, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광원, 상기 평행광을 생성하는 시준화 렌즈 및 상기 평행광 편향 장치는 각각 2개이고,
    제1 입사각 조절부는 제1 광원, 제1 시준화 렌즈 및 제1 평행광 편향 장치를 포함하고, 제2 입사각 조절부는 제2 광원, 제2 시준화 렌즈 및 제2 평행광 편향 장치를 포함하고, 상기 제1 입사각 조절부 및 상기 제2 입사각 조절부는 상기 패턴된 BLU를 중심으로 서로 대칭으로 위치하는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 각각 시분할되어 빛을 발산하는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 입사각 조절부는 상기 관찰자의 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 평행광의 출사각을 조절하고, 상기 제2 입사각 조절부는 상기 관찰자의 다른 한 눈의 위치에 포커스가 맞춰진 광이 향하도록 상기 평행광의 사각을 조절하는, 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법.
  20. 제11항 내지 제13항 및 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항의 홀로그래픽 3D 영상 생성 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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