KR101910980B1 - 복합 공간 광 변조기 및 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치 - Google Patents

복합 공간 광 변조기 및 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 복합형 공간 광 변조기는 입사빔을 제1편광 및 제1위상을 가지는 제1빔, 제2편광 및 제2위상을 가지는 제2빔으로 변조하여 출력하는 편광-위상 변조부; 제1편광의 광 및 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 가지는 광학적 이방성 물질로 이루어진 프리즘 구조를 포함하여, 상기 제1빔과 상기 제2빔을 합성하는 빔 합성부;를 포함한다.

Description

복합 공간 광 변조기 및 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치{Complex spatial light modulator and holographic 3D image display having the same}
본 개시는 광의 위상과 진폭을 변조할 수 있는 복합 공간 광 변조기 및 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 관한 것이다.
광의 위상이나 진폭을 변조하는 광 변조 기술은 광학 검사 장치나 디스플레이 장치 등, 다양한 광학 분야에서 이용된다.
최근, 3차원 영상 표시 장치의 수요가 높아짐에 따라, 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 채용될 수 있는 공간 광변조기에 대한 기술이 많이 연구되고 있다.
홀로그래픽 3차원 영상 표시장치(Holographic 3D image display)는 양안 시차(binocular parallax) 방식의 3차원 영상 표시 장치에 비해, 보다 자연스런 입체 영상을 표시할 수 있다는 이점이 있다. 이러한 홀로그래픽 3차원 영상 표시장치를 구현하기 위해서는 빛의 진폭과 위상을 동시에 제어할 수 있는 공간 광변조기가 필요하다. 진폭 또는 위상 중 어느 하나만 제어되는 소자를 이용하여 영상을 표시하는 경우, 영차 회절 빔과 트윈 이미지(Twin Image), 스페클(Speckle)등에 의해 화질이 저하될 수 있다.
본 개시는 위상과 진폭을 동시에 변조할 수 있는 복합형 공간 광 변조기를 제공한다.
일 유형에 따르는 복합형 공간 광 변조기는 입사빔을 제1편광 및 제1위상을 가지는 제1빔, 제2편광 및 제2위상을 가지는 제2빔으로 변조하여 출력하는 편광-위상 변조부; 제1편광의 광 및 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 가지는 광학적 이방성 물질로 이루어진 프리즘 구조를 포함하여, 상기 제1빔과 상기 제2빔을 합성하는 빔 합성부;를 포함한다.
상기 편광-위상 변조부에 입사하는 입사빔은 제1편광의 광일 수 있다.
상기 편광-위상 변조부에 입사하는 빔의 편광을 제1편광의 광으로 변환하는 제1편광자가 더 구비될 수 있다.
상기 편광-위상 변조부는 입사빔의 위상을 각각 제1위상 및 제2위상으로 변조하는 두 개의 셀을 포함하는 위상형 공간 광변조기; 상기 두 개의 셀에 대응하는 제1영역과 제2영역을 구비하며, 제1영역과 제2영역 중 어느 한 영역은 제1편광이 제2편광이 되도록 입사빔의 편광을 회전하는 회전자로 이루어진 패턴 회전자;를 포함할 수 있다.
상기 빔 합성부는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면, 상기 광입사면에 대해 기울어진 제1경사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제1프리즘시트; 상기 제1프리즘시트와 이격되게 배치된 것으로, 상기 광입사면과 나란한 광출사면과, 상기 제1경사면과 마주하며 상기 광입사면에 대해 기울어진 제2경사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제2프리즘시트;를 포함할 수 있다.
상기 제1프리즘시트 및 상기 제2프리즘시트는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 공기의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 1보다 큰 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 상기 광입사면에 대해 기울어진 각은 상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 할 수 있다.
또는, 상기 빔 합성부는 입사빔의 광축에 대해 기울어진 법선을 가지는 제1경사면과 상기 제1경사면과 나란하며 마주하게 배치된 제2경사면을 구비하는 프리즘 구조체;를 포함할 수 있다.
상기 프리즘 구조체는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 공기의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 1보다 큰 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1경사면의 법선이 입사빔의 광축에 대해 기울어진 각은 상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 할 수 있다.
또는, 상기 빔 합성부는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면, 상기 광입사면에 대해 기울어진 제1경사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제1프리즘시트; 상기 제1프리즘시트와 이격되게 배치된 것으로, 상기 제1경사면과 마주하며 상기 광입사면에 대해 기울어진 제2경사면과, 상기 광입사면과 나란한 광출사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제2프리즘시트; 상기 제1프리즘시트와 상기 제2프리즘시트 사이의 영역을 채우는 형태를 가지는 프리즘 구조체;를 포함할 수 있다.
상기 제1프리즘시트 및 상기 제2프리즘시트는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 굴절률이 실질적으로 서로 같을 수 있으며, 상기 프리즘 구조체는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 상기 제1프리즘시트의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 제1프리즘시트의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 상기 광입사면에 대해 기울어진 각은 상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 할 수 있다.
또는, 상기 빔 합성부는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면, 상기 광입사면에 대해 기울어진 제1경사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제1프리즘시트; 상기 제1프리즘시트와 이격되게 배치된 것으로, 상기 제1경사면과 마주하며 상기 광입사면에 대해 기울어진 제2경사면과, 상기 광입사면과 나란한 광출사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제2프리즘시트; 상기 제1프리즘시트와 상기 제2프리즘시트 사이를 채우는 형태를 가지는 프리즘구조체;를 포함할 수 있다.
상기 프리즘구조체는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 상기 제1프리즘시트 및 상기 제2프리즘시트는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 상기 프리즘구조체의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 상기 프리즘구조체의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 상기 광입사면에 대해 기울어진 각은 상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 할 수 있다.
상기 빔 합성부는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면, 상기 광입사면에 대해 기울어진 제1경사면을 구비하는 제1프리즘; 상기 광입사면에 대해 기울어진 제2경사면과, 상기 광입사면과 나란한 광출사면을 구비하며, 상기 제1프리즘과 상기 광축 방향을 따라 이격되고 상기 제1영역의 폭 만큼 상기 광축에 수직인 방향으로 상기 제1프리즘과 어긋나게 배치된 제2프리즘; 상기 제1프리즘과 상기 제2프리즘 사이를 채우는 형태를 가지는 프리즘구조체;를 포함할 수 있다.
상기 프리즘구조체는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 상기 제1프리즘 및 상기 제2프리즘은, 제1편광의 광에 대한 굴절률은 상기 프리즘구조체의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 상기 프리즘구조체의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 상기 광입사면에 대해 기울어진 각은 상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어, 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 할 수 있다.
또한, 복합형 공간 광 변조기는 상기 빔 합성부를 지나며 합성된 상기 제1빔과 상기 제2빔의 합성빔의 편광을 제1편광 방향 및 제2편광 방향 각각에 45°기울어진 제3편광 또는 상기 제3편광에 수직인 제4편광으로 변환하는 제2편광자를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는 광원부, 상술한 어느 하나의 복합형 공간 광 변조기; 상기 복합형 공간 광 변조기에 입사된 광이 3차원 영상 정보에 따라 변조되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 광원부는 제1편광 방향으로 편광된 광을 조사할 수 있다.
또한, 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는 하나 이상의 렌즈를 포함하여, 상기 복합형 공간 광변조기에서 형성된 이미지를 확대 또는 축소하는 이미징 광학부;를 더 포함할 수 있다.
상술한 복합형 공간 광 변조기는 광의 진폭과 위상을 동시에 변조할 수 있으며, 이를 이용하여 화상 품질이 양호한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 2는 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기의 개략적인 구조를 보인다.
도 8은 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치의 개략적인 구조를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(1)의 개략적인 구조를 보인다. 도 1을 참조하면, 복합형 공간 광 변조기(1)는 편광-위상 변조부(100)와 빔 합성부(210)를 포함한다. 또한, 편광-위상 변조부(100)에 입사하는 빔의 편광을 변환하는 제1편광자(300)가 더 구비될 수 있고, 빔 합성부(210)를 지나며 합성된 빔의 편광을 변환하는 제2편광자(400)가 더 구비될 수 있다.
편광-위상 변조부(100)는 입사빔을 소정 편광, 소정 위상을 갖도록 변조하는 것으로, 예를 들어, 입사빔을 그 위치에 따라 제1편광 및 제1위상을 가지는 제1빔과 제2편광 및 제2위상을 가지는 제2빔으로 변조하여 출력하는 구성을 갖는다. 제1편광, 제2편광은 각각 X 방향 및 Y 방향의 선형 편광일 수 있다. 도시된 바와 같이, 편광-위상 변조부(100)에 입사하는 빔은 제1편광자(300)에 의해 제1편광으로 편광된 빔일 수 있다.
편광-위상 변조부(100)는 위상형 공간 광변조기(120)와 패턴회전자(140)를 포함할 수 있다. 위상형 공간 광변조기(120)는 입사빔의 위상을 각각 제1위상 및 제2위상으로 변조하는 두 개의 셀(123a)(123b)을 포함한다. 위상형 공간 광변조기(120)는 도시된 바와 같이, 두 기판(121)(125) 사이에 광전물질층(123)이 마련된 구성일 수 있으며, 광전물질층(123)은 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되어 출광되는 광의 위상을 바꿀 수 있다. 광전물질층(120)의 영역은 두 개의 셀(123a)(123b)을 포함하는 복수의 영역으로 구획될 수 있고, 두 개의 셀(123a)(123b) 각각에서 전기적 신호가 다르게 제어되어 입사빔이 서로 다른 위상으로 출사될 수 있다. 광전물질층(120)은 이러한 두 개의 셀(123a)(123b)이 반복되는 형태로 복수의 영역이 구성될 수 있다.
패턴회전자(140)는 두 개의 셀(123a)(123b)에 대응하는 제1영역(140a)과 제2영역(140b)을 구비하며, 제1영역(140a)과 제2영역(140b) 중 어느 한 영역은 제1편광이 제2편광이 되도록 입사빔의 편광을 회전하는 회전자(rotator)로 이루어진다. 제1영역(140a)은 편광을 변화시키지 않는 영역으로, 글래스와 같은 투명재질로 이루어질 수 있다. 패턴회전자(140)는 도시된 바와 같이, 제1영역(140a)과 제2영역(140b)이 교대로 반복된 구성을 가질 수 있다.
빔 합성부(210)는 제1편광의 광 및 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 가지는 광학적 이방성 물질로 이루어진 프리즘 구조를 포함하여, 편광-위상 변조부(100)에서 출사되는 제1빔과 제2빔을 합성하는 역할을 한다. 제1빔은 위상형 공간 광변조기(120)의 셀(123a)과 패턴회전자(140)의 제1영역(140a)을 경유하여 빔 합성부(210)에 입사하고, 제2빔은 위상형 공간 광변조기(120)의 셀(123b)과 패턴회전자(140)의 제2영역(140b)을 경유하여 빔 합성부(210)에 입사하며, 이와 같이 공간적으로 다른 위치를 점유하며 빔 합성부(210)에 입사하는 두 빔은 빔 합성부(210)를 통과한 후 동일한 광경로에서 합성된다.
빔 합성부(210)는 이격된 제1프리즘시트(211)와 제2프리즘시트(212)를 포함한다. 제1프리즘시트(211)에는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면(211a)과, 광입사면(211a)에 대해 소정 각(θ1)으로 기울어진 제1경사면(211b)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성되어 있으며, 이러한 프리즘 패턴이 도시된 바와 같이 연속적으로 반복하여 형성될 수 있다. 또한, 제2프리즘시트(212)에는 광입사면(211a)과 나란한 광출사면(212a)과 광출사면(212b)에 대해 소정 각(θ2)으로 기울어진 제2경사면(212a)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성되어 있으며, 이러한 프리즘 패턴이 도시된 바와 같이 연속적으로 반복하여 형성될 수 있다.
제1프리즘시트(211) 및 제2프리즘시트(212)는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 공기의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 1보다 큰 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
빔 합성부(210)의 이러한 구성에 따라, 제1편광을 가지는 제1빔은 제1경사면(211b), 제2경사면(212a)을 굴절없이 투과하여, 빔 합성부(210)를 지난 후에도 경로가 변경되지 않는다. 한편, 제2편광을 가지는 제2빔은 제1경사면(211b), 제2경사면(212a)에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어, 빔 합성부(210)를 지난 후에는 제1빔과 경로가 일치하게 된다. 제1경사면(211b), 제2경사면(212a)이 광입사면(211a)에 대해 기울어진 각(θ1)(θ2)은 제2빔과 제1빔이 빔 합성부(210)를 지난 후 광경로가 일치하도록 적절히 정해질 수 있다.
제1프리즘시트(211)와 제2프리즘시트(212)는 광학적 이방성 성질이 서로 같은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1경사면(211b), 제2경사면(212a)이 광입사면(211a)에 대해 기울어진 각(θ1)(θ2)은 서로 같을 수 있다. 즉, 제1경사면(211b)과 제2경사면(212a)은 평행할 수 있다. 또한, 제1프리즘시트(211)와 제2프리즘시트(212)는 광학적 이방성 성질이 서로 다른 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 제2편광의 광에 대한 굴절률이 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제1빔과 제2빔이 동일한 광경로에서 합성되기 위해서는 제1경사면(211b), 제2경사면(212a)이 광입사면(211a)에 대해 기울어진 각(θ1)(θ2)은 서로 다르게 정해질 수 있다.
상술한 구조의 복합형 공간 광 변조기(1)에 의해 빔의 위상과 진폭이 동시에 변조되는 것은 다음과 같은 수식에 의해 확인할 수 있다.
Figure 112012044227972-pat00001
(1)
즉, 편광-위상 변조부(100)를 지나며 각각 φ1, φ2의 위상을 갖게 되는 제1편광의 제1빔과 제2편광의 제2빔은 빔 합성부(210)를 지난 후 동일한 광경로에서 합성되며, 합성빔의 진폭과 위상은 상기 식에 따르게 된다. 즉, 진폭은 cos((φ1-φ2)/2)로, 위상은 (φ1+φ2)/2 로 변조된다.
빔 합성부(210)를 통과한 제1빔과 제2빔은 각각 제1편광 및 제2편광으로, 벡터합은 동일한 벡터 성분끼리 이루어지는 것이므로, 제1편광인 제1빔과 제2편광의 제2빔의 합성빔은 제1편광 방향 및 제2편광 방향 각각에 45°기울어진 제3편광 성분과, 제3편광에 수직인 제4편광 성분을 갖게 된다. 상기 식(1)은 예를 들어, 합성빔 중 제3편광 성분을 나타내며, 합성빔 중 제4편광 성분은 다음과 같은 식으로 확인할 수 있다.
Figure 112012044227972-pat00002
(2)
즉, 진폭은 sin((φ1+φ2)/2)로, 위상은 (φ1-φ2 -π)/2 로 변조된다.
제2편광자(400)는 빔 합성부(210)를 지나며 합성된 빔의 편광을 제1편광 방향 및 제2편광 방향 각각에 45°기울어진 제3편광 또는 제3편광에 수직인 제4편광으로 변환하는 역할을 한다. 예를 들어, 제2편광자(400)는 제3편광 방향 또는 제4편광 방향의 편광축을 가지며, 해당하는 편광의 광만을 투과시킬 수 있다. 제2편광자(400)에 의해, 식 (1)에 의해 정해진 위상, 진폭 또는 식(2)에 의해 정해진 위상, 진폭 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(2)의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예는 도 1과 같은 제1편광자(300)가 구비되지 않은 점에서 도 1의 실시예와 차이가 있다. 제1편광자(300)는 선택적인 구성요소이며, 예를 들어, 레이저 광원이나, 또는 편광 도광판을 채용한 면광원장치가 사용되는 경우, 제1편광자(300)는 구비되지 않을 수 있다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(3)의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예는 도 1과 같은 제2편광자(400)가 구비되지 않은 점에서, 도 1의 실시예와 차이가 있다. 즉, 도 1의 복합형 공간 광 변조기(1)에 구비된 제2편광자(400)는 선택적인 구성요소이며, 빔 합성부(210)를 지나며 합성된 합성빔에서 위상, 진폭이 다르게 변조된 두 편광 성분을 모두 사용하는 경우, 제2편광자(400)는 구비되지 않을 수 있다.
이하, 다양한 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기에 대해 설명할 것이다. 이하의 실시예에서는 모두 제1편광자(300)와 제2편광자(400)가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 전술한 바와 같이, 어느 하나만이 채용되거나, 또는 모두 채용되지 않는 구성도 가능하다. 또한, 실시예들은 모두 빔 합성부의 구성에서 도 1의 실시예와 차이가 있으므로, 동일한 구성요소의 설명은 생략하고, 빔 합성부에 대해서만 설명하기로 한다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(4)의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예의 복합형 공간 광 변조기(4)에 채용된 빔 합성부(240)는 입사빔의 광축에 대해 기울어진 법선을 가지는 제1경사면(241a)과, 제1경사면(241a)과 나란하며 마주하게 배치된 제2경사면(241b)을 구비하는 프리즘 구조체(241)를 포함한다.
프리즘 구조체(241)는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 공기의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 1보다 큰 광학적 이방성 물질로 이루어진다. 또한, 제1경사면(241a)의 법선이 입사빔의 광축에 대해 기울어진 각(θ3)은 제2빔이 제1경사면(241a) 및 제2경사면(241b)에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 제1경사면(241a) 및 제2경사면(241b)을 굴절없이 투과하는 제1빔과 경로가 일치되도록 정해질 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(5)의 개략적인 구조를 보인다.
빔 합성부(250)는 제1프리즘시트(251), 제2프리즘시트(252) 및 프리즘 구조체(253)를 포함한다. 제1프리즘시트(251)에는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면(251a), 광입사면(251a)에 대해 기울어진 제1경사면(251b)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성되어 있으며, 도시된 바와 같이 이러한 프리즘 패턴이 연속적으로 반복하여 형성될 수 있다. 제2프리즘시트(252)는 제1프리즘시트(251)와 이격되게 배치된 것으로, 제1경사면(251b)과 마주하며 광입사면(251a)에 대해 기울어진 제2경사면(252a)과, 광입사면(251a)과 나란한 광출사면(252b)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴을 포함한다. 도시된 바와 같이, 이러한 프리즘 패턴이 연속적으로 반복 형성될 수 있다.
제1프리즘시트(251) 및 제2프리즘시트(252)는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 굴절률이 실질적으로 서로 같을 수 있다.
프리즘 구조체(253)는 제1프리즘시트(251)와 제2프리즘시트(252) 사이의 영역을 채우는 형태를 가진다. 프리즘 구조체(253)는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 제1프리즘시트(251)의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 제1프리즘시트(251)의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
제1경사면(251b) 및 제2경사면(252a)이 광입사면(251a)에 대해 기울어진 각(θ4)(θ5)은 제2빔이 제1경사면(251b) 및 제2경사면(252a)에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 제1경사면(251b) 및 제2경사면(252a)을 굴절없이 투과하는 제1빔과 경로가 일치되도록 정해질 수 있다. 제1경사면(251b)과 제2경사면(252a)은 서로 나란할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(6)의 개략적인 구조를 보인다.
빔 합성부(260)는 제1프리즘시트(261), 제2프리즘시트(262) 및 프리즘 구조체(263)를 포함한다. 제1프리즘시트(261)에는 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면(261a), 광입사면(261a)에 대해 기울어진 제1경사면(261b)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성되어 있으며, 도시된 바와 같이 이러한 프리즘 패턴이 연속적으로 반복하여 형성될 수 있다. 제2프리즘시트(262)는 제1프리즘시트(261)와 이격되게 배치된 것으로, 제1경사면(261b)과 이격되고 광입사면(261a)에 대해 기울어진 제2경사면(262a)과, 광입사면(261a)과 나란한 광출사면(262b)을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 이러한 프리즘 패턴이 연속적으로 반복하여 형성될 수 있다.
프리즘 구조체(263)는 제1프리즘시트(261)와 상기 제2프리즘시트(262) 사이를 채우는 형태를 가지며, 광학적 등방성 물질로 이루어질 수 있다. 제1프리즘시트(261) 및 제2프리즘시트(262)는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 프리즘구조체(263)의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 프리즘구조체(263)의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
제1경사면(261b) 및 제2경사면(262a)이 광입사면(261a)에 대해 기울어진 각(θ6)(θ7)은 제2빔이 제1경사면(261b) 및 제2경사면(262a)에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 제1경사면(261b) 및 제2경사면(262a)을 굴절없이 투과하는 제1빔과 경로가 일치되도록 정해질 수 있다.
제1프리즘시트(261)의 제2편광에 대한 굴절률과 제2프리즘시트(262)의 제2편광에 대한 굴절률이 서로 같은 경우, 제1경사면(261b)과 제2경사면(262a)은 서로 나란할 수 있다. 제1프리즘시트(261)의 제2편광에 대한 굴절률과 제2프리즘시트(262)의 제2편광에 대한 굴절률이 서로 다른 경우, 제1경사면(261b)과 제2경사면(262a)은 서로 다른 각으로 기울어질 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 복합형 공간 광 변조기(7)의 개략적인 구조를 보인다.
빔 합성부(270)는 제1프리즘(271), 제2프리즘(272), 프리즘구조체(273)를 포함한다.
제1프리즘(271)은 입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면(271a), 광입사면(271a)에 대해 기울어진 제1경사면(271b)을 구비한다. 제1프리즘(271)은 도시된 바와 같이, 광축에 수직인 방향을 따라 소정 간격으로 반복적으로 배치될 수 있으며, 패턴 회전자(140)의 제2영역(140b)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
제2프리즘(272)은 광입사면(271a)에 대해 기울어진 제2경사면(272a)과, 광입사면(271a)과 나란한 광출사면(272a)을 구비한다. 제2프리즘(272)은 제1프리즘(271)과 광축 방향을 따라 이격되어 있고, 또한, 제2영역(140b)의 폭 만큼 광축에 수직인 방향으로 어긋나, 패턴 회전자(140)의 제1영역(140a)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제2프리즘(272)은 도시된 바와 같이, 광축에 수직인 방향을 따라 소정 간격으로 반복적으로 배치될 수 있다.
프리즘구조체(273)는 제1프리즘(271)과 제2프리즘(272) 사이를 채우는 형태를 가지며, 제1빔이 입사되는 광입사면(273a)을 가진다.
프리즘구조체(273)는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 제1프리즘(271) 및 제2프리즘(272)은 제1편광의 광에 대한 굴절률은 프리즘구조체(273)의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 프리즘구조체(273)의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어질 수 있다.
제1경사면(271b) 및 제2경사면(272a)이 광입사면(271a)에 대해 기울어진 각(θ8)(θ9)은 제2빔이 제1경사면(271b) 및 제2경사면(272a)에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어, 제1경사면(271b) 및 제2경사면(272a)을 굴절없이 투과하는 제1빔과 경로가 일치되도록 정해질 수 있다.
제1프리즘(271)의 제2편광에 대한 굴절률과 제2프리즘(272)의 제2편광에 대한 굴절률이 서로 같은 경우, 제1경사면(271b)과 제2경사면(272a)은 서로 나란할 수 있다. 제1프리즘(271)의 제2편광에 대한 굴절률과 제2프리즘(272)의 제2편광에 대한 굴절률이 서로 다른 경우, 제1경사면(271b)과 제2경사면(272a)은 서로 다른 각으로 기울어질 수 있다.
상술한 복합형 공간 광 변조기(1,2,3,4,5,6,7)는 광의 위상과 진폭을 동시에 변조할 수 있어, 광학 검사 장치나 디스플레이 장치 등, 다양한 광학 분야에서 이용될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치(800)의 개략적인 구조를 보인다.
홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치(800)는 광원부(810), 복합형 공간 광 변조기(830), 복합형 공간 광 변조기(830)에 입사된 광이 3차원 영상 정보에 따라 변조되도록 제어하는 제어부(870)를 포함한다.
복합형 공간 광 변조기(830)로는 전술한 실시예의 복합형 공간 광 변조기(1,2,3,4,5,6,7)가 채용될 수 있다.
광원부(810)는 제1편광 방향으로 편광된 광을 조사하는 광원 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원과 빔 정형을 위한 광학계 구성이 채용될 수 있다. 또는, 편광도광판을 채용하여 편광된 광을 출사하는 면광원장치를 포함할 수 있다. 광원부(810)는 편광되지 않은 광을 출사하는 구성을 채용할 수도 있다.
제어부(870)는 복합형 공간 광 변조기(830)에 입사된 광이 3차원 영상 정보에 따라 변조되도록 복합형 공간 광 변조기(830)를 전기적 제어하는 구성일 수 있다. 예를 들어, 복합형 공간 광 변조기(830)에 채용되는 위상형 공간 광 변조기(120)의 셀 영역마다 입사빔의 위상이 다르게 변조되도록 전기적 신호를 인가할 수 있다.
또한, 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치(800)는 이미징 광학부(850)를 더 구비할 수 있다. 이미징 광학부(850)는 하나 이상의 렌즈를 포함하여, 복합형 공간 광변조기(830)에서 형성된 이미지를 확대 또는 축소하는 역할을 할 수 있다.
이러한 본원 발명인 복합형 공간 광 변조기 및 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 830...복합형 공간 광 변조기
100...편광-위상 변조부 120...위상형 공간 광 변조기
121, 125...기판 123...광전물질층 140...패턴회전자
210, 240, 250, 260, 270...빔 합성부 211, 251, 261...제1프리즘시트
212, 252, 262...제2프리즘시트 241, 253, 263, 273...프리즘구조체
171...제1프리즘 172...제2프리즘
300...제1편광자 400...제2편광자
800...홀로그래픽 3차원 기록장치 810...광원부
850...이미징 광학부 870...제어부

Claims (24)

  1. 입사빔을 제1편광 및 제1위상을 가지는 제1빔, 제2편광 및 제2위상을 가지는 제2빔으로 변조하여 출력하는 것으로,
    입사빔의 위상을 각각 제1위상 및 제2위상으로 변조하는 두 개의 셀을 포함하는 위상형 공간 광변조기와,
    상기 두 개의 셀에 대응하는 제1영역과 제2영역을 구비하며, 제1영역과 제2영역 중 어느 한 영역은 제1편광이 제2편광이 되도록 입사빔의 편광을 회전하는 회전자로 이루어진 패턴 회전자를 포함하는 편광-위상 변조부;
    제1편광의 광 및 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 가지는 광학적 이방성 물질로 이루어지고, 입사빔의 광축에 대해 기울어진 법선을 가지는 제1경사면과 상기 제1경사면과 나란하며 마주하게 배치된 제2경사면을 구비하며, 상기 제1경사면은 상기 제1빔, 상기 제2빔이 입사되도록 상기 제1영역, 상기 제2영역과 마주하게 배치된 프리즘 구조체를 포함하여, 상기 제1빔과 상기 제2빔을 합성하는 빔 합성부;를 포함하는 복합형 공간 광변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편광-위상 변조부에 입사하는 입사빔은 제1편광의 광인 복합형 공간 광 변조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편광-위상 변조부에 입사하는 빔의 편광을 제1편광의 광으로 변환하는 제1편광자가 더 구비된 복합형 공간 광 변조기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 구조체는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 공기의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 1보다 큰 광학적 이방성 물질로 이루어진 복합형 공간 광 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1경사면의 법선이 입사빔의 광축에 대해 기울어진 각은
    상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 하는 복합형 공간 광 변조기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 빔 합성부는
    입사빔의 광축과 나란한 법선을 가지는 광입사면을 구비하고, 상기 프리즘 구조체의 상기 제1경사면을 공유하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제1프리즘시트;
    상기 제1프리즘시트와 이격되게 배치된 것으로, 상기 프리즘 구조체의 상기 제2경사면을 공유하며, 상기 광입사면과 나란한 광출사면을 구비하는 하나 이상의 프리즘 패턴이 형성된 제2프리즘시트;를 더 포함하는 복합형 공간 광 변조기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1프리즘시트 및 상기 제2프리즘시트는 광학적 등방성 물질로 이루어지고, 굴절률이 실질적으로 서로 같은 복합형 공간 광 변조기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프리즘 구조체는 제1편광의 광에 대한 굴절률은 상기 제1프리즘시트의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 제2편광에 대한 굴절률은 제1프리즘시트의 굴절률과 다른 광학적 이방성 물질로 이루어진 복합형 공간 광 변조기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 상기 광입사면에 대해 기울어진 각은
    상기 제2빔이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면에서의 굴절에 의해 경로가 변경되어 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면을 굴절없이 투과하는 상기 제1빔과 경로가 일치되게 하는 복합형 공간 광 변조기.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 빔 합성부를 지나며 합성된 상기 제1빔과 상기 제2빔의 합성빔의 편광을 제1편광 방향 및 제2편광 방향 각각에 45°기울어진 제3편광 또는 상기 제3편광에 수직인 제4편광으로 변환하는 제2편광자를 더 포함하는 복합형 공간 광 변조기.
  22. 광원부;
    제1항 내지 제3항, 제9항 내지 제14항, 제21항 중 어느 한 항의 복합형 공간 광 변조기;
    상기 복합형 공간 광 변조기에 입사된 광이 3차원 영상 정보에 따라 변조되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 홀로그래픽 입체 영상 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 광원부는 제1편광 방향으로 편광된 광을 조사하는 홀로그래픽 입체 영상 표시 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    하나 이상의 렌즈를 포함하여, 상기 복합형 공간 광변조기에서 형성된 이미지를 확대 또는 축소하는 이미징 광학부;를 더 포함하는 홀로그래픽 입체 영상 표시 장치.
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