KR102556746B1 - 광 변조 장치 - Google Patents

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랄프 하우슬러
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치(10), 특히 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면들을 표현하기 위한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 위한 광 변조 장치(60)에 관한 것이다. 광 변조 장치(60)는 변조 소자들을 구비하며 입사하는 광의 변조를 위한 적어도 하나의 공간 광 변조기(70) 및 공개된 광학 특성을 갖는 광학 소자(80)를 포함한다. 적어도 하나의 공간 광 변조기(70)에 입사하는 광은 이 경우 충분히 간섭성이다. 적어도 하나의 공간 광 변조기(70)와 광학 소자(80)는, 광학 소자(80)가 공간 광 변조기(70)로부터 방사되는 변조되지 않은 광을 일정한 각도 범위로 산란하도록 서로 조합된다.

Description

광 변조 장치
본 발명은 디스플레이 장치, 특히 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면들을 표현하기 위한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 위한 광 변조 장치에 관한 것으로, 광원 수단으로부터 방사되는 광 방사선으로 인한 디스플레이 장치를 주시하는 사용자의 위해성이 디스플레이 장치 내에 장착 후 상기 광 변조 장치에 의해 방지된다. 또한, 본 발명은 이러한 광 변조 장치를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
광 변조 장치들은 디스플레이라고도 하는 디스플레이 장치에서 입사 광의 변조를 위해 주로 이용된다. 이러한 광 변조 장치들은 변조 소자, 소위 픽셀을 포함하고, 상기 변조 소자들은 입사하는 광을 상기 변조 소자들의 제어에 따라 변조한다. 이러한 변조 소자들은 제어 가능한 층에 의해 광 변조 장치에 형성되고, 이 경우 상기 광 변조 장치는 대개 액정(liquid crystals, LC)의 사용에 기반한다. 물론, 디스플레이 장치에 액정이 아니라 예를 들어 전기 습윤(Electrowetting) 원리 또는 MEMS(micro-electro-mechanical system)의 이용에 기초하는 광 변조 장치들을 사용하는 것도 가능하다.
특히 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면의 홀로그래픽 표현을 위한 광 변조 장치들은 대개 광원 수단의 광으로 조명되고, 상기 광원 수단은 충분한 간섭 광을 방사한다. 이용 가능한 이러한 광원은 예를 들어 레이저 또는 LED(light emitting diode)이다. 그러나 레이저의 사용 시 더 높은 안전 조치가 제공되어야 하는데, 그 이유는 레이저가 액세스하는 영역에 위치한 사용자들에게 레이저 광은 매우 위해가 될 수 있기 때문이다. 예를 들어 사용자의 신체 부위에 화상 또는 안구 손상을 입힐 수 있거나, 레이저 광이 사용자의 눈에 도달한다면, 심한 경우 시력 상실을 배제할 수 없다. 이러한 이유로 레이저의 경우 해당 출력에 따라 적절한 안전 조치, 예를 들어 레이저 사용 시 국가별 보호 규정의 준수와 같은 조치들이 취해져야 한다.
광원으로서 레이저를 이용하는 2D 디스플레이 장치들, 예를 들어 프로젝터 또는 레이저-TV의 안전성의 경우, 이러한 디스플레이 장치들이 일반적으로 균질성을 개선하는 산란 시트를 포함함으로써 레이저 안전성이 고려된다. 이로 인해 그 위에 투영되는 디스플레이 장치의 표면 또는 투영 스크린은 하나의 지점에 투사되는 것이 아니라, 확장되어 사용자 눈에 투사되는 공간 비간섭성으로 조명되는 표면처럼 작용한다.
높은 레이저 안전성을 달성하기 위한 다른 가능성은 DE 196 40 404 A1호에 기술된다. 투영 스크린에 이미지를 표현하기 위한 장치는 이미지 생성 장치 및 광원으로서 레이저를 포함하고, 이 경우 이미지 생성 장치는 2개의 작동 모드로 전환될 수 있고, 상기 작동 모드들 중 제 1 작동 모드는 표준 작동 모드이고, 제 2 작동 모드는 레이저 방사선이 사용자에게 무해한 작동 모드이다. 센서가 레이저의 빔 경로 내에 직접 위치한 사용자를 검출하면, 안구 손상을 방지하기 위해, 이미지 생성 장치는 이 경우 제 2 작동 모드로 전환된다.
홀로그래픽 디스플레이 장치의 사용 시 전술한 산란 시트는 사용될 수 없는데, 그 이유는 홀로그래픽으로 재구성을 위해 간섭성 광이 필요하기 때문이다. 광의 간섭성은 그러나 이러한 산란 시트에 의해 감소하거나 심한 경우 파괴된다.
광 변조 장치 내로 일반적으로 홀로그램이 인코딩되고, 상기 홀로그램은 광 변조 장치의 작동 시, 다시 말해서 광 변조 장치의 제어 시 광의 확산을 일으키고, 공간에서 광을 분포시킨다. 그러나 광 변조 장치 또는 광 변조 장치의 제어부가 고장이고, 기능 하지 않고 또는 정지하고, 사용된 회절 차수, 예를 들어 0차 회절의 포커스 내로 전체 광이 도달하거나 또는 포커싱되는 경우에, 사용자에게 위험하고 위해가 될 수 있다.
이는 예를 들어 간단히 설명된다. 선행기술에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 일반적으로 레이저 광원인 광원 수단, 공간 광 변조기, 빔 편향 수단 및 빔 형성 수단, 예를 들어 렌즈를 포함한다. 이러한 디스플레이 장치의 구성과 동작은 예를 들어 DE 103 53 439 B4호에 설명된다.
DE 103 53 439 B4호의 디스플레이 장치와 도면들은 여기에서 선행기술에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 설명을 위해 및 본 발명의 구체적인 설명을 위해 이용되고, 이 경우 본 발명의 도 1 및 도 2는 DE 103 53 439 B4호의 디스플레이 장치의 본 발명에 중요한 섹션을 기본적으로만 도시한다. 도 1은 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)의 측면도를 도시한다. 명료함을 위해 디스플레이 장치(1)의 개별 소자들 또는 부품들은 도시되지 않는다. 디스플레이 장치(1)는 예를 들어 광원 수단, 공간 광 변조기 및 빔 편향 수단 및/또는 빔 형성 수단을 포함한다. 디스플레이 장치(1)에서 변조된 광은 광 번들(2)로 상기 디스플레이 장치를 벗어나서 가상의 관찰자 윈도우(3)를 조명한다. 관찰자의 눈이 가상의 관찰자 윈도우(3)의 위치와 일치하면, 이러한 가상의 관찰자 윈도우(3)에 의해 홀로그래픽 재구성으로서 3D 장면(4)을 인지할 수 있다. 가상의 관찰자 윈도우(3)는 여기에서 공간 광 변조기의 푸리에 평면에 위치한다. 필드 렌즈는 공간 광 변조기로부터 방사되는 광을 포커싱하고, 이 경우 필드 렌즈의 포커스는 관찰자 윈도우(3)의 평면에 놓인다. 도 2에, 공간 광 변조기가 광을 비변조 상태로 통과시키면, 어떻게 광 번들(2)이 홀로그래픽 디스플레이 장치(1) 이후 광 방향으로 포커스(F)를 형성하는지 도시된다. 이러한 경우는 예를 들어 공간 광 변조기 및 빔 편향 수단의 제어를 위한 제어 수단이 정상적으로 작동하지 않는, 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)의 오작동 시 발생할 수 있다. 포커스(F)로 광 번들(2)의 포커싱의 결과, 이는 디스플레이 장치(1)의 레이저 안전성에 문제가 되며, 관찰자의 눈에 위해가 될 수 있다. 한편으로는 광 번들(2) 내의 모든 광이 포커스(F)로 집광되어 전체가 관찰자의 눈 또는 눈동자에 도달할 수 있다. 도 1에 따른 정상적인 경우에 광은 관찰자 윈도우(3)의 표면에 분포되고, 이로써 부분적으로만 관찰자의 눈 또는 눈동자에 도달한다. 다른 한편으로 홀로그래픽 디스플레이 장치의 레이저 안전성의 고려 시 사용된 광원의 각도 확장이 고려되어야 한다. 이러한 각도 확장은 레이저 방사선 사고 방지 규정 BGV B2에 따라 사고 방지 규정에 의해 미리 정해진 보정 팩터 C6 및 최대 허용 방사선의 계산에 관련된다. 작은 각도 확장을 갖는 광원은 눈의 망막의 작은 표면에 투사되어 동일한 출력의 큰 각도 확장을 갖는 광원보다 더 위험하다. 레이저 광의 빔 경로 내에 산란 광학 소자가 제공되지 않으면, 작은 각도 확장을 갖는 광원이 제공된다. 그러한 경우에 광원은 굴절이 제한되어 점형태로 눈의 망막에 투사된다. 그와 달리, 도 1에 따라 공간적으로 확장된 3D 장면(4)이 홀로그래픽으로 재구성되고, 상기 장면이 눈의 망막에 투사되면, 특히 큰 각도 확장을 갖는 광원이 제공된다.
따라서 홀로그래픽 디스플레이 장치의 오작동은 특히 레이저 방사로 인한 관찰자의 눈의 위해성을 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는 디스플레이 장치 또는 광 변조 장치의 오작동 시에도 강한 출력의 광원으로 인한 관찰자의 위해성, 특히 관찰자의 눈의 위해성을 방지하는 2D 및/또는 3D 장면을 표현하기 위한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 특허 청구항 제 1 항 및 제 9 항의 교리에 의해 해결된다.
디스플레이 장치, 특히 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면을 표현하기 위한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 위한 본 발명에 따른 광 변조 장치는 광 변조 소자들을 구비하며 입사하는 광의 변조를 위한 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 공개된 광학 특성을 갖는 광학 소자를 포함한다. 적어도 하나의 공간 광 변조기에 입사하는 광은 이 경우 충분히 간섭성이다. 적어도 하나의 공간 광 변조기와 광학 소자는, 광학 소자가 공간 광 변조기로부터 방사되는 변조되지 않은 광을 일정한 각도 범위로 산란하도록 서로 조합된다. 광 변조 장치에 광학 소자가 제공됨으로써 공간 광 변조기 및/또는 공간 광 변조기의 제어부의 고장 시 또는 공간 광 변조기의 제어부 또는 공간 광 변조기 자체 또는 디스플레이 장치의 오작동 시 광은 포커싱되는 것이 아니라, 산란되므로, 재구성된 장면의 사용자/관찰자의 위해성, 특히 관찰자의 눈의 손상이 배제되고 또는 방지될 수 있다. 다시 말해서, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치는 기존의 부품 또는 소자들 외에 추가로 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자는 입사하는 광을 공간 각도 범위 내로 산란한다. 광학 소자의 특성은 공개된다. 이로 인해, 디스플레이 장치 또는 광 변조 장치의 적절한 기능 시 바람직한 3D 장면이 홀로그래픽으로 재구성되므로, 상기 장면은 관찰자에 의해 인지될 수 있다. 광 변조 장치 또는 디스플레이 장치의 오작동 시 광학 소자의 산란 작용으로 인해 광 변조 장치로부터 방사되는 광 번들은 포커스로 포커싱되는 것이 아니라, 공간 광 변조기의 평면, 예를 들어 푸리에 평면의 표면에 걸쳐 분포된다. 이로써 재구성된 장면의 한 명 이상의 관찰자의 눈의 위해성 또는 손상이 방지된다. 이로 인해 높은 패시브 레이저 안전성이 달성된다. "패시브 레이저 안전성"이란, 이 경우 광 변조 장치 및/또는 빔 편향/빔 형성 소자들의 제어를 위한 제어 수단의 고장 또는 오작동 시 및/또는 광 변조 장치 자체 또는 디스플레이 장치의 고장 또는 오작동 시에도 한 명 이상의 관찰자/사용자의 위해성 또는 손상이 방지되는 것을 의미한다. 사용자의 위해성은 이로써 광 변조 장치의 작동 시뿐만 아니라, 광 변조 장치의 고장 또는 오작동 시에도 방지된다. 또한, 용어 "레이저 안전성"은, 광원으로서 레이저뿐만 아니라, 충분한 간섭성의 다른 광을 형성하는 광원, 예를 들어 높은 출력으로 인해 사용자에 위해가 될 수 있는 발광 다이오드(LED)도 관련된다.
본 발명에 따른 광 변조 장치는 이 경우 디스플레이 장치, 특히 청구항 제 9 항에 따른 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면을 표현하기 위한 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 사용될 수 있고, 상기 디스플레이 장치는 또한 충분한 간섭성 광을 방사하기 위한 조명 장치 및 광빔 형성 및/또는 광빔 편향을 위한 적어도 하나의 광학 시스템을 포함하고, 이로써 재구성된 장면들의 한 명 이상의 관찰자를 위한 높은 레이저 안전성을 보장할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예 및 개선예들은 종속 청구항에 제시된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 광학 소자가 다수의 셀을 포함하는 것이 제공될 수 있고, 이 경우 광이 광학 소자의 셀 통과 시 광은 위상 변조되고, 이러한 위상 변조는 광학 소자의 각각의 셀에 대해 공개된다. 위상 변조는 개별 셀의 두께, 광학 소자와 주변 매체의 굴절률의 차이 및 사용된 광의 파장에 의존한다. 위상 변조는 이로써 여기에서 예를 들어 광학 소자의 공개된 특성이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 공간 광 변조기의 각각의 변조 소자에 광학 소자의 하나의 셀이 할당되는 것이 제공될 수 있다. 이로 인해 확실한 픽셀 할당이 이루어지고, 즉 광학 소자의 셀의 개수는 공간 광 변조기의 변조 소자(픽셀)의 개수에 상응한다. 이러한 소자들의 이와 같은 일대일(1:1) 할당은, 공간 광 변조기의 해당 변조 소자에서 광학 소자의 각각의 셀의 위상 변조가 보상될 수 있는 장점을 제공한다. 광학 소자의 더 많은 셀이 제공되면, 상기 셀들은 개별적으로 보상될 수 없고, 따라서 불충분하게 보상된다. 광학 소자의 소수의 셀의 제공도 가능하지만, 이러한 경우에 보호 작용은 감소할 수 있다. 따라서 요약하면, 광학 소자의 셀 대 공간 광 변조기의 변조 소자의 일대일 할당이 바람직하다. 그러나 이러한 2개의 소자들의 상호 할당의 다른 비도 가능하다.
제조 가능성에 따라 광학 소자의 셀의 개수 대 변조 소자의 개수의 다른 비가 사용되어야 하는 것도 가능할 수 있다. 이로써 광학 소자의 동일한 셀에 인접하게 배치된 복수의 또는 더 많은 변조 소자들이 할당될 수도 있다. 이는 또한, 광학 소자의 셀들이 더 커질 수 있고, 따라서 광학 소자가 더 간단하게 제조될 수 있는 장점을 제공한다. 광학 소자의 하나의 셀은 예를 들어 5 x 5 변조 소자와 동일한 크기일 수 있다.
바람직하게, 공간 광 변조기 내로 코딩할 홀로그램의 계산 시 광학 소자의 공개된 특성이 고려되는 것이 제공될 수 있다. 광학 소자의 산란 거동은 이로써 홀로그램 계산 시 고려되고 또는 홀로그램의 계산에 포함된다. 광학 소자의 공개된 특성은 이 경우 셀에서 광의 위상 변조일 수 있고, 상기 위상 변조는 공간 광 변조기의 각각의 변조 소자(픽셀)에서 광의 위상 변조와 함께 계산될 수 있고, 따라서 광 변조 장치 또는 디스플레이 장치의 적절한 작동 시 광학 소자에 의한 광의 확산은 보상되고 광학 소자는 장면의 재구성에 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 공간 광 변조기와 광학 소자는 서로 인접하게 배치되거나 광학 소자가 공간 광 변조기에 통합되는 것이 제공될 수 있다. 이로 인해 공간 광 변조기의 변조 소자들(픽셀)에 광학 소자의 셀의 직접적인 할당이 보장될 수 있다. 이러한 방식으로, 공간 광 변조기와 광학 소자 사이의 간격이 더 큰 경우 변조 소자들(픽셀)에서 광 굴절이 2개의 소자의 상호 직접적인 할당을 저지하거나 또는 이에 바람직하지 않게 작용하는 것이 방지될 수 있다. 바람직하게는 광학 소자는 공간 광 변조기의 기판, 특히 커버 유리에 통합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 나머지 종속 청구항들에 제시된다. 계속해서 본 발명은 도면에 설명된 실시예를 참고로 기본적으로 설명된다. 본 발명의 원리는 간섭성 광에 의한 홀로그래픽 재구성에 의해 설명된다.
도 1은 선행기술에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 공간 광 변조기에 의한 광의 비변조 시 도 1에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 도면.
도 3은 산란 광학 소자를 포함하는 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 도면.
도 4는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 적절한 동작 시 도 3에 따른 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 도면.
도 5는 산란 광학 소자를 포함하는 본 발명에 따른 광 변조 장치를 도시한 도면.
본 발명에 따른 광 변조 장치 및 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 설명을 위해 간행물 DE 103 53 439 B4호 및 여기에 설명된 도 1 및 도 2에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치가 이용된다.
도 3에 본 발명에 따른 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치(10)가 측면도에 도시되고, 이 경우 상기 디스플레이 장치는 개략적으로만 도시된다. 디스플레이 장치(10)는 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자의 특성은 공개되며 도 5에서 상세히 도시된다. 디스플레이 장치(10)는 공간 광 변조기(SLM)가 광원 수단으로부터 방사되어 상기 디스플레이 장치에 입사하는 광을 변조되지 않은 상태로 통과시키는 작동 상태이다. 이러한 작동 상태는 예를 들어, 공간 광 변조기의 제어를 위한 제어 시스템 및/또는 빔 편향/빔 형성 소자들의 제어 시스템이 정상적으로 또는 적절하게 작동하지 않는 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치(10)의 오작동 시 나타날 수 있다.
도 3에 별도로 도시되지 않은 광학 소자의 산란 작용은, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치(10)로부터 방사되는 광 번들(20)이 공간 광 변조기의 평면(50), 여기에서 푸리에 평면의 표면(A)에 걸쳐 분포되는 것을 제공한다. 디스플레이 장치(10)에 의해 재구성되는 장면을 인지할 수 있기 위해, 관찰자는 공간 광 변조기의 상기 평면(50), 여기에서 푸리에 평면 내에 또는 근처에 위치해야 한다. 관찰자가 평면(50) 내에 또는 근처에 위치하기 때문에, 광의 강도는 도 2에 도시된 경우보다 낮다. 레이저 빔으로 인한 재구성될 장면의 관찰자의 눈의 위험은 이로 인해 감소한다.
광학 소자의 산란 작용은 공간 광 변조기를 위한 홀로그램 계산 시 고려된다. 이는 도 4에, 즉 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치(10)의 적절한 동작 시와 마찬가지로 광학 소자의 산란 작용이 홀로그램의 계산 시 함께 고려되어 보상되는 것이 도시된다. 이로써 2D 및/또는 3D 장면(40)은 적절하게 홀로그래픽으로 재구성되고, 이 경우 재구성된 이러한 장면은 가상의 관찰자 윈도우(30)를 통해 볼 수 있다.
도 5에 광 변조 장치(60)가 도시되고, 상기 광 변조 장치는 공간 광 변조기(70) 및 공개된 광학 특성을 갖는 광학 소자(80)를 포함한다. 공간 광 변조기(70)는 입사하는 광의 변조를 위한 변조 소자들을 포함한다. 변조 소자들은 변조기 셀(P1...Pn)로서 형성되고, 이 경우 공간 광 변조기(70)는 예를 들어 액정-광 변조기로서 형성될 수 있다. 공간 광 변조기(70)의 변조기 셀들(P1...Pn)은 거기에 입사하는 광의 위상 및/또는 진폭을 변조한다. 충분한 간섭성 광을 방사하고 예를 들어 점광원, 특히 레이저 장치, 발광 다이오드 장치 또는 OLED-장치(유기 발광 다이오드)로서 형성된 조명 장치(90)를 이용해서 공간 광 변조기(70)가 조명된다.
광학 소자(80)는 이러한 실시예에서 표면 양각(surface relief)으로서, 특히 위상 마스크로서 형성된다. 도 5에서 알 수 있는 것처럼, 각각의 변조 소자 또는 각각의 변조기 셀(P1...Pn)에 광학 소자(80)의 하나의 셀(H1...Hn)이 할당된다. 그러나 예를 들어 제조 공정이 필요로 하는 경우에, 인접하게 배치된 다수의 변조 소자들을 광학 소자의 동일한 셀에 할당하는 것도 가능하다. 광학 소자(80)에 입사하는 광은 셀(H1...Hn) 통과 시 위상 변조되고, 상기 위상 변조는 셀(H1...Hn)의 두께, 광학 소자(80)와 광학 소자(80)를 둘러싸는 매체, 예를 들어 공기 또는 유리의 굴절률의 차이 및 사용된 광의 파장에 의존한다. 이로써 각각의 셀(H1...Hn)에 대해 위상 변조가 공개된다. 즉, 광학 소자(80)의 광학 특성은 공개되고 또는 미리 정해진다.
공간 광 변조기(70) 및 광학 소자(80)는, 광 전파 방향으로 직접 연속해서 또는 서로 인접하게 배치되도록, 광 변조 장치(60) 내에 배치된다. 이로 인해 공간 광 변조기(70)의 변조기 셀(P1...Pn) 및 광학 소자(80)의 셀(H1...Hn)의 직접적인 할당이 보장될 수 있다. 그 이유는 광학 소자(80)와 공간 광 변조기(70) 사이의 간격이 더 큰 경우 공간 광 변조기(70)의 변조기 셀(P1...Pn)에서 광 굴절은 2개의 소자(70, 80)의 서로에 대한 직접적인 할당에 바람직하지 않게 작용할 수 있기 때문이다. 물론 대안으로서, 광학 소자를 공간 광 변조기(70)에, 예를 들어 공간 광 변조기의 커버 유리에 직접 통합하는 것도 가능하다. 또한, 공간 광 변조기(70)와 광학 소자(80)의 배치 순서는 변경 가능하다.
광학 소자(80)의 셀(H1...Hn)의 두께는 통계적으로 볼 때 균일하게 분포되거나 적어도 거의 균일하게 분포되고, 상기 두께는 조명하는 광의 최단 파장에 대해 셀(H1...Hn)에서 위상 변조가 0 내지 2П의 범위로 균일하게 분포되도록 또는 적어도 거의 균일하게 분포되도록 설정된다. 이로써 공간 광 변조기(70)의 변조기 셀들(P1...Pn)이 거기에 입사하는 광을 변조하지 않은 상태로 통과시키면, 광학 소자(80)는 입사하는 그리고 그것에 의해 위상 변조된 광을 일정한 각도 범위로 산란한다. 이는 예를 들어 공간 광 변조기(70)의 제어 시스템의 오작동 시, 공간 광 변조기(70)의 변조기 셀들(P1...Pn)이 예를 들어 전원 장치의 고장으로 인해 제어되지 않을 때의 경우일 수 있다. 이러한 경우에 디스플레이 장치로부터(10) 방사되는 광 번들(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 평면(50) 내의 확장된 표면(A) 내로 산란된다. 이로써 관찰자의 눈에서 강도 및 레이저 방사선로 인한 눈의 위험은 도 2에 따른 선행기술에 의한 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)에서보다 훨씬 낮다.
특히 홀로그래픽 디스플레이 장치(10)의 적절한 동작 또는 작동 시 공간 광 변조기(70) 내로 코딩할 홀로그램의 계산 시 및 공간 광 변조기(70)의 제어 시 광학 소자(80)의 셀(H1...Hn)에서 위상 변조가 고려된다. 각각의 변조기 셀(P1...Pn)에서 위상 변조는 이 경우 광학 소자(80)의 할당된 셀(H1...Hn)에서 광에 실행되는 위상 변조만큼 감소하고 또는 상기 위상 변조와 함께 계산된다. 이로써 공간 광 변조기(70)에서 광학 소자(80)의 산란 작용이 보상되고, 이로 인해 3D 장면(40)의 홀로그래픽 재구성이 가상의 관찰자 윈도우(30)에 의해 인식될 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 보호 작용은 계속해서 실시예를 참고로 설명된다.
디스플레이 장치는 20㎛의 그리드(grid) 크기를 갖는 공간 광 변조기를 포함하고, 이 경우 조명 장치가 사용되고, 상기 조명 장치는 532nm의 파장의 광을 방사하고, 디스플레이 장치와 관찰자의 눈 사이에 0.75m의 간격이 제공된다. 이러한 파라미터들은 공간 광 변조기의, 도 3 및 도 4에 따라 도면부호 50으로 표시된 평면, 이 경우 푸리에 평면에서 20mm의 길이를 갖는 주기 간격을 야기한다. 이러한 주기 간격은 가상의 관찰자 윈도우로서 이용되고, 상기 윈도우로부터 관찰자는 재구성된 장면을 관찰할 수 있다. 공간 광 변조기 및 광학 소자의 표면은 400mm x 300mm이고, 이 경우 이것은 전술한 바와 같이 예로서만 이용된다.
광학 소자는 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치의 오작동 시 관찰자의 하나 또는 2개의 눈의 방사선 피폭을 이 경우 2개의 메커니즘에 따라 감소시킨다:
(1) 보건 및 안전 수칙 BGV B2에 따라 눈의 방사선 피폭은 7mm의 직경을 갖는 측정 구경에서 측정된다. 도 3 및 도 4에 따른 표면 A와 가상의 관찰자 윈도우가 적어도 거의 동일한 크기이고 이 경우 홀로그래픽 디스플레이 장치의 오작동 시 도 3 및 도 4에서 도면부호 LB를 갖는 광 번들의 강도가 가상의 관찰자 윈도우에서 적어도 거의 일정하다는 전제하에 가상의 관찰자 윈도우 내의 광의 9.6%가 측정 구경에 도달한다. 선행기술에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 경우 이와 달리 상기 장치의 오작동 시 가상의 관찰자 윈도우 내의 광의 100%가 측정 구경에 도달한다. 제 1 메커니즘은 이로써 눈의 방사선 피폭을 팩터 10.4만큼(100%을 9.6%으로 나눔) 낮춘다.
(2) 광학 소자의 산란 작용은, 홀로그래픽 디스플레이 장치의 오작동 시 광학 소자가 공간적으로 비간섭성으로 조명하는 표면으로서 감지되게 한다. 이로써 BGV B2에 따른 조명 장치의 광원은 α> 100 mrad의 각도 확장을 갖는다. 따라서 BGV B2에 따라 보정 팩터 C6 = 66.7이 주어진다(보정 팩터 C6은 BGV B2에 의해 미리 정해진다). 제 2 메커니즘은 이로써 눈의 방사선 피폭을 팩터 66.7만큼 낮춘다.
광 변조 장치 또는 디스플레이 장치의 오작동의 경우에 눈의 방사선 피폭은 이로써 팩터 694만큼(팩터 66.7과 팩터 10.4를 곱함) 감소한다.
대안으로서, 광학 소자를 In-Cell Retarder(집적된 지연층을 포함하는 소자)로서 형성하는 것이 가능하다. 상이한 굴절률 또는 상이한 도핑의 물질들의 조합에 의해 구조화된 층이 공간 광 변조기의 기판 위에 또는 기판 내에 상이한 두께로 형성될 수 있으므로, 공간 광 변조기의 어드레스 가능한 층의 균일한 층 두께가 유지된다. In-Cell Retarder는 예를 들어 액정(Liquid crystals -LC) 또는 광중합체에 기반할 수 있다. 다시 말해서, In-Cell Retarder는 변조 소자(픽셀)에 통합될 수 있다.
노멀리 블랙 모드(Normally black mode; 블랙 "스위치 오프 상태"를 갖는 공간 광 변조기)를 갖는 액정 기반의 공간 광 변조기의 사용은 추가로 레이저 안전성을 높이고, 이 경우 이는 물론 사용된 공간 광 변조기의 형성에 의존한다. 노멀리 블랙 모드란 이 경우, 공간 광 변조기에 U = OV의 전압의 인가 시 또는 전압의 비인가 시 이러한 상태에서 각각의 개별 픽셀은 비투과성이고 또는 광비투과성이거나 블랙으로 인지될 수 있는 것을 의미한다. 노멀리 블랙 모드를 갖는 공간 광 변조기는 레이저 안전성과 관련해서, 공간 광 변조기가 진폭 변조 및 위상 변조 공간 광 변조기로 이루어진 샌드위치로서 구현되는 점과 관련해서만 장점을 제공한다. 산란 작용을 하는 광학 소자는 노멀리 블랙 모드를 갖는 이러한 공간 광 변조기에서도 증가한 안전성을 제공한다. 순수 위상 광 변조기인 공간 광 변조기의 경우 그것의 오작동 시 노멀리 블랙 모드는 안전성을 제공하지 않는데, 그 이유는 입사하는 광은 여전히 픽셀을 통과할 수 있기 때문이다. 빔 결합기(beam combiner)를 포함하는 위상 광 변조기로서 형성된 공간 광 변조기의 경우에 노멀리 블랙 모드는 주로, 빔 결합기 내의 광학 경로들이, 노멀리 블랙 모드에서 상쇄 간섭이 존재하도록 조정되는 경우에만 장점을 제공한다. 이는 그러나 현재에는 거의 이루어질 수 없는데, 그 이유는 간섭은 경로 차이에, 예를 들어, Sub-λ(파장) 범위에서 빔 결합기와 결합한 공간 광 변조기의 커버 유리의 두께 변동에 매우 민감하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 이로써 특히 홀로그래픽 디스플레이의 레이저 안전성을 상당히 높인다. 이 경우 디스플레이 장치 또는 광 변조 장치에 내의 제어 수단의 고장 시에도 제공되는 패시브 안전성이 특히 중요하다.
끝으로 전술한 실시예들은 청구된 교리의 설명에만 이용되며, 이를 실시예로만 제한하는 것은 아닌 것에 유의해야 한다. 특히 전술한 실시예는 - 가능한 경우에 - 다른 구현도 포함할 수 있다.

Claims (9)

  1. 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면들을 표현하기 위한 디스플레이 장치를 위한 광 변조 장치로서,
    - 변조 소자들을 구비하며 입사하는 광의 변조를 위한 적어도 하나의 공간 광 변조기 및
    - 다수의 셀들을 포함하며 미리 정해진 광학 특성을 갖는 광학 소자를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기에 입사하는 광은 간섭성이고, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조기와 상기 광학 소자는, 상기 광학 소자의 하나의 셀이 상기 공간 광 변조기의 적어도 하나의 변조 소자에 할당되고 상기 광학 소자가 상기 공간 광 변조기로부터 방사되는 변조되지 않은 광을 일정한 각도 범위로 산란하도록 서로 조합되는 광 변조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 광이 상기 광학 소자의 셀 통과 시 광은 위상 변조되고, 상기 위상 변조는 상기 광학 소자의 각각의 셀에 대해 미리 정해진 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 소자의 하나의 셀이 상기 공간 광 변조기의 각각의 변조 소자에 할당되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 인접하게 배치된 다수의 광 변조 소자가 상기 광학 소자의 동일한 셀에 할당되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 소자의 미리 정해진 특성은 상기 공간 광 변조기 내로 코딩할 홀로그램의 계산 시 고려될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 소자의 상기 셀은 각각 두께를 갖고, 상기 두께는 통계적으로 볼 때 적어도 거의 균일하게 분포되고, 상기 두께는, 조명하는 광의 최단 파장에 대해 개별 셀에서 위상 변조가 0 내지 2П 범위로 균일하게 분포되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 공간 광 변조기와 상기 광학 소자는 서로 인접하게 배치되거나 또는 상기 광학 소자가 상기 공간 광 변조기에 통합되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 소자는 표면 양각으로서, 또는 In-Cell-Retarder로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  9. 간섭성 광을 방사하기 위한 조명 장치, 광빔 형성을 위한 및/또는 광빔 편향을 위한 적어도 하나의 광학 시스템 및 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 광 변조 장치를 포함하는 2D 및/또는 3D로 재구성된 장면을 표현하기 위한 디스플레이 장치.
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