KR20060136329A - 3차원 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

광원, 픽셀에 의해 광원으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하고 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부, 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 광 변조부로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부, 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부를 포함하는 3차원 화상 표시 장치가 여기에 공개된다.

3차원 화상 표시 장치, 푸리에 변환, 광 변조부, 2차원 화상 형성 장치, 결합 화상

Description

3차원 화상 표시 장치{THREE-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제1 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 yz 면을 따라 예시하는 개략도.

도 2는 비스듬한 방향으로 봤을 때 도 1의 화상 표시 장치의 개념을 예시하고 있는 개략도.

도 3은 도 1의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열 상태를 도시한 개략도.

도 4는 도 1의 3차원 화상 표시 장치의 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 개략적인 전방 정면도.

도 5는 도 1의 3차원 화상 표시 장치의 광 변조부의 예인 2차원 화상 형성 장치에 의한 복수의 회절 차수의 회절된 광의 생성 방법을 예시한 개략도.

도 6은 도 1의 3차원 화상 표시 장치에서 푸리에 변환 화상 형성부의 예인 제1 렌즈 L₁의 집광 상태, 및 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 화상 형성 상태를 예시하는 개략도.

도 7a 및 7b는 도 1의 3차원 화상 표시 장치에서 광 변조부의 예인 2차원 화상 형성 장치에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 최저인 상태와 공간 주파 수가 최고인 상태 각각에서 광 변환부의 예인 2차원 화상 형성 장치의 개략적인 전방 정면도.

도 8a 및 8b는 도 1의 3차원 화상 표시 장치에서 광 변조부의 예인 2차원 화상 형성 장치에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 최저인 상태와 공간 주파수가 최고인 상태 각각에서 푸리에 변환 이후에 광 세기의 주파수 특성을 예시하는 모식도.

도 9a는 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 xy 면 상에서의 푸리에 변환 이후의 분포를 예시하는 모식도이고, 도 9b 및 9c는 x 축상에서의 푸리에 변환 이후에 광 밀도 분포를 예시하는 모식도.

도 10은 광 변조부의 예인 2차원 화상 형성 장치에 의한 2차원 화상의 형성 타이밍 및 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 개구의 개방/폐쇄 타이밍을 예시하는 모식도로서, 광 변조부의 예인 2차원 화상 형성 장치에 의한 2차원 화상의 형성 타이밍은 상부 스테이지에 예시되어 있고, 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 개구의 폐쇄 타이밍은 중간 및 하위 스테이지에 예시되어 있는 도.

도 11은 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터에 의한 공간 필터링의 개념을 시계열로 예시한 개략도.

도 12는 도 11에 예시된 공간 필터링에 의해 얻어진 화상을 예시하는 개략도.

도 13a, 13b 및 13c는 도 1의 3차원 표시 장치의 광원 및 조명 광학 시스템 의 구성의 제1, 제2 및 제3 예를 도시한 개략도.

도 14a 및 14b는 도 1의 3차원 표시 장치의 광원 및 조명 광학 시스템의 구성의 제4 및 제5 예를 각각 도시하는 개략도.

도 15는 본 발명의 제2 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 yz 면을 따라 예시한 개략도.

도 16은 비스듬한 방향에서 봤을 때 도 15의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시한 개략도.

도 17은 도 15의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열을 도시한 개략도.

도 18은 도 15의 3차원 화상 표시 장치의 광 변조부의 예인 2차원 화상 표시 장치에 의한 복수의 회절 차수의 회절광의 생성 방법을 예시하는 개략도.

도 19는 도 15의 3차원 화상 표시 장치에서 푸리에 변환 화상 형성부의 예인 제3 렌즈 L₃의 집광 상태 및 푸리에 변환 화상 선택부의 예인 공간 필터의 화상 형성 상태를 예시하는 개략도.

도 20은 본 발명의 제3 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 yz 면을 따라 예시한 개략도.

도 21은 도 20의 3차원 화상 형성 장치의 광학 장치의 동작 및 액션의 개념을 예시하는 개략도.

도 22는 비스듬한 방향에서 봤을 때 도 20의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시하는 개략도.

도 23은 도 20의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열 상태를 도시한 개략도.

도 24는 도 20의 3차원 화상 표지 장치의 2차원 화상 형성 장치에 의한 복수의 회절 차수의 회절광의 생성 방법을 예시한 개략도.

도 25는 도 20의 3차원 화상 표시 장치에서 푸리에 변환 화상 형성부의 예인 제1 렌즈 L₁의 집광 상태, 및 푸리에 변환 선택부의 예인 공간 필터의 화상 형성 상태를 예시한 개략도.

도 26은 본 발명의 제4 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시한 개략도.

도 27은 도 26의 3차원 화상 표시 장치에서 회절 격자-광 변조 소자를 구성하는 하위 전극, 고정 전극 및 이동형 전극의 배열을 예시하는 개략적인 단면도.

도 28a는 도 27의 라인 B-B에 따른, 고정형 전극의 개략적인 단면도로서 회절 격자-광 변조 소자가 비동작 상태인 경우에 도 27의 라인 A-A에 따른 이동형 전극의 개략적인 단면도이고, 도 28b는 회절 격자-광 변조 소자가 동작 상태인 경우에 도 27의 라인 A-A에 따른, 이동형 전극의 개략적인 단면도이며, 도 28c는 도 27의 라인 C-C에 따른 고정형 전극, 이동형 전극의 개략적인 단면도.

도 29는 도 26의 3차원 화상 표시 장치에서 광 변조부 등의 예인 2차원 화상 형성 장치의 일부의 개념을 예시하는 개략도.

도 30은 본 발명의 제5 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시 하는 개략도.

도 31은 본 발명의 제6 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시하는 개략도.

도 32는 본 발명의 제7 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 일부의 개념을 yz 면을 따라 예시하는 개략도.

도 33a 및 33b는 도 1의 3차원 화상 표시 장치의 변형의 일부를 yz 면을 따라 예시하는 개략도.

도 34는 도 1의 3차원 화상 표시 장치의 다른 변형의 일부를 yz 면을 따라 예시하는 개략도.

도 35는 도 1에 도시된 바와 같은 3차원 화상 표시 장치의 조합으로부터 형성된 다중-유닛 3차원 화상 표시 장치의 구성을 도시한 개략도.

도 36은 종래 3차원 화상 표시 장치의 예를 도시한 개략적인 투시도.

<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

101 : 3차원 화상 표시 장치

110 : 광원

120 : 조명 광학 시스템

130 : 광 변조부

140 : 푸리에 변환 화상 형성부

150 : 공간 필터

본 발명은 3차원 화상을 표시할 수 있는 3차원 표시 장치에 관한 것이다.

관찰자의 양쪽 눈이 시차 화상이라 불리는 다른 화상을 관찰하여 3차원 화상을 얻는 쌍안(two-eye) 타입 3차원 화상 기술 및 복수 세트의 시차 화상이 준비되어 다른 시점(eye point)으로부터 복수의 3차원 화상을 얻는 다안(multi-eye) 타입 3차원 화상 기술이 알려져 있고, 화상 기술에 관련된 다양한 기술들이 개발되었다. 그러나, 쌍안 타입 3차원 화상 기술 및 다안 타입 3차원 화상 기술에 따르면, 3차원 화상은 3차원 화상에 대해 의도된 공간에 배치되지 않고, 예를 들면 2차원 표시 스크린 상에 놓여지고 항상 고정된 위치에 배치된다. 따라서, 시각 시스템의 생리학적 반응인 수렴 및 조절은 서로 연동되지 않고 이것에 의해 유발되는 눈의 피로가 문제가 된다.

한편, 실제 세계에서, 물체의 표면 정보는 매체로서 작용하는 광파를 통해 관찰자의 안구에까지 전파된다. 그러므로, 홀로그래피 기술은 실제 세계에 물리적으로 존재하는 물체의 표면으로부터 광파를 인공적으로 재생하기 위한 기술로서 알려져 있다. 홀로그래피 기술을 이용하여 얻어지는 3차원 화상은 광의 간섭에 기초하여 자체적으로 발생되는 간섭 무늬(fringe)을 이용하고, 간섭 무늬가 화상 정보 매체로서 작용하는 광으로 조사되는 경우에 나타나는 굴절된 등위상면(wavefront)을 이용한다. 따라서, 관찰자가 실제 세계에서 관찰하는 경우의 것들과 유사한 수렴 및 조절과 같은 시각 시스템의 생리학적 반응이 발생하고, 따라서, 관찰자는 화 상으로부터 눈의 피로를 전혀 느끼지 못한다. 또한, 제품으로부터의 광 등위상면이 재생된다는 것은, 화상 정보가 송신되는 방향으로 연속성이 보장된다는 것을 의미한다. 따라서, 관찰자의 시점이 이동하는 경우라도, 이동시 임의의 다른 각도로부터의 적절한 화상이 연속적으로 제공될 수 있고, 운동감각적 시차(kinesthetic parallax)가 연속적으로 제공된다.

그러나, 홀로그래피 기술에서, 제품의 3차원 공간 정보는 2차원 공간에서의 간섭 무늬로서 레코딩되고, 3차원 공간 정보의 정보량은 동일한 제품의 화상을 픽업함으로써 얻어지는 사진 등의 2차원 공간의 정보량과 비교할 때 매우 크다. 이것은, 3차원 공간 정보가 2차원 공간 정보로 변환될 때, 정보가 2차원 공간의 밀도 정보로 변환되는 것으로 생각되기 때문이다. 그러므로, CGH(컴퓨터 생성된 홀로그램)의 간섭 무늬를 표시하기 위한 표시 장치에 요구되는 공간 해상도는 매우 높고, 매우 많은 정보량이 요구된다. 결과적으로, 현재의 상황에서, 실시간 홀로그램에 기초하여 3차원 화상을 구현하기가 기술적으로 어렵다.

홀로그래피 기술에서, 연속적인 정보고 간주될 수 있는 광파는 제품으로부터 정보를 송신하는 정보 매체로서 이용된다. 한편, 광선 재생 방법(집적(integral) 사진 방법으로도 지칭됨)은 광파를 이산시켜 광선으로 실제 세계에서 광파로부터 형성된 필드와 이론적으로 거의 등가인 상황을 재생시킴으로써 3차원 화상을 생성하기 위한 기술로 알려져 있다. 광선 재생 방법에서, 다양한 방향으로 전파되는 다수의 광선으로 구성된 광선 그룹은 미리 광학 수단에 의해 공간으로 산란된다. 그리고나서, 임의의 위치에 배치된 가상 제품의 표면으로부터 전파되는 광선은 광 선 그룹내로부터 선택되고, 선택된 광선이 그 세기나 위상이 변조되어 광선으로 형성되는 화상을 생성한다. 관찰자는 화상을 3차원 화상으로 관찰할 수 있다. 광선 재생 방법에 의한 3차원 화상은 복수의 방향으로부터의 멀티플렉싱된 화상으로 형성되고, 실제 세계에서의 3차원 제품이 관찰되는 경우에서와 유사하게 3차원 화상은 보여지는 위치에 따라 임의의 포인트와 관련하여 다르게 보인다.

상기 설명된 광선 재생 방법을 구현하기 위한 장치로서, 액정 표시 장치 또는 플라즈마 표시 장치와 같은 평판형 표시 장치와 마이크로렌즈 어레이 또는 핀홀 어레이의 조합을 포함하는 장치가 개시된다. 상기 설명된 타입의 장치는 예를 들면, 일본특허공보 제2003-173128호(이하에서는, 특허 문헌 1이라고 지칭함), 일본특허공보 제2003-161912호(이하에서는, 특허 문헌 2라고 지칭함), 일본특허공보 제2003-295114호(이하에서는, 특허 문헌 3이라고 지칭함), 일본특허공보 제2003-75771호(이하에서는, 특허문헌 4라고 지칭함), 일본특허공보 제2002-72135호(이하에서는, 특허문헌 5라고 지칭함), 일본특허공보 제2001-56450호(이하에서는, 특허문헌 6이라고 지칭함) 또는 일본특허 제3,523,605호(이하에서는, 특허문헌 7이라고 지칭함)에 개시되어 있다. 다수의 프로젝터 유닛이 배열되는 장치가 또한 고안될 수 있다. 도 36은 프로젝터 유닛을 이용하여 광선 재생 방법을 구현하는 3차원 화상 표시 장치의 구성의 예를 도시하고 있다. 도 36을 참조하면, 도시된 3차원 화상 표시 장치는 광선이 프로젝터 유닛(701)으로부터 다른 각도에서 방출하도록 수평 방향 및 수직 방향으로 병렬로 배치되는 다수의 프로젝터 유닛(701)을 포함한다. 3차원 화상 표시 장치는 특정 단면(702)의 임의의 포인트에서 다른 시야각의 화상을 멀티플렉스-재생하여 3차원 화상을 구현한다.

상기 설명된 광선 재생 방법에 따르면, 화상은 쌍안 타입 3차원 화상 기술 및 다안 타입 3차원 화상 기술로 불가능한 시각 기능으로서 포커스 조정 및 쌍안 수렴각 조정에 대해 효율적으로 동작하는 광선으로부터 생성되므로, 생성된 3차원 화상은 관찰자에게 거의 눈의 피로를 제공하지 않는다. 게다가, 가상 제품 상의 동일한 요소로부터 광선이 복수의 방향으로 연속적으로 방출되므로, 시점 위치의 이동에 의해 야기되는 화상의 변동이 연속적으로 제공될 수 있다.

그러나, 본 상황에서 광선 재생 방법에 의해 생성된 화상은 실제 세계에서 존재하는 제품과 비교할 때 존재(presence) 느낌이 부족하다. 이것은, 본 상황에서 광선 재생 방법에 의한 3차원 화상이 관찰자에 의해 실제 세계의 제품으로부터 얻어지는 정보량과 비교할 때, 매우 작은 양의 정보, 즉 매우 작은 개수의 광선으로부터 생성된다는 사실에서 발생하는 것으로 생각된다. 일반적으로, 인간의 가시성의 한계는 대략 각도 해상도에서 약 1분이고 본 상황에서 광선 재생 방법에 의한 3차원 화상은 인간의 시각에 대해 불충분한 광선으로 형성된다고 생각된다. 따라서, 실제 세계의 물품이 가지는 높은 존재감 및 현실감을 제공하는 3차원 화상을 생성하기 위해서는, 적어도 다수의 광선으로부터 화상을 생성하는 것이 당면문제이다.

이것을 구현하기 위해, 광선 그룹이 높은 공간 밀도로 생성될 수 있는 기술이 필요하고, 그러한 기술들 중 하나는 액정 표시 장치와 같은 표시 장치의 표시 밀도를 올리는 것이다. 또는, 다수의 프로젝터 유닛(701)이 배열되는 도 36에 도시된 장치에서, 각 프로젝터 유닛(701)은 프로젝터 유닛(701)이 높은 공간 밀도로 배열되도록 가능한 한 멀리 그 크기가 감소된다. 그러나, 현재 상황에서 표시 장치에서 표시 밀도의 급격한 상승은 광 활용 효율 또는 회절 한계의 문제로 인해 어렵다. 또한, 도 36에 도시된 장치의 경우에, 프로젝터 유닛(701)의 최소화에 한계가 있으므로, 프로젝터 유닛(701)을 높은 공간 밀도로 배열하는 것이 어렵다고 간주된다. 어느 경우든, 높은 밀도의 광선 그룹을 생성하기 위해, 복수의 디바이스가 필요하고, 따라서 전체 장치의 대규모 구성이 회피될 수 없다.

따라서, 본 발명의 실시예는 3차원 화상 표시 장치의 규모의 증가없이 실제 세계에서의 제품과 근사한 품질을 가지는 광선으로부터 형성된 3차원 화상을 얻도록 3차원 화상의 높은 공간 밀도로의 표시에 필요한 광선 그룹을 생성하고 산란시킬 수 있는 3차원 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 픽셀에 의해 상기 광원으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하고 상기 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부;

(C) 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 상기 광 변조부로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

(D) 원하는 회절 차수에 대응하는 상기 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

(E) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하는 것이 설명된다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 픽셀에 의해 상기 광원으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하고 상기 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부;

(C) 상기 광 변조부로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 상기 각 픽셀로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하고, 푸리에 변환 화상 중 소정의 하나만을 선택하며, 선택된 푸리에 변환 화상의 역 푸리에 변환을 수행하여 상기 광 변조부에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상을 생성하기 위한 화상 제한 및 생성부;

(D) 개구 영역으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수를 방출하기 위해 복수의 개구 영역을 구비하는 오버샘플링 필터;

(E) 그 개수가 상기 각 개구 영역으로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 상기 오버샘플링 필터로부터 방출된 2차원 화 상의 결합 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

(F) 원하는 회절 차수에 대응하는 상기 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

(G) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부를 포함하는 3차원 화상 형성 장치가 설명된다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면,

(A) 광원(110);

(B) 상기 광원으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하는 2차원 화상 형성 장치;

(C) 상기 2차원 화상 형성 장치로부터 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하고, 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 복수의 광학 소자(636)를 포함하며, 이를 통해 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치;

(D) 상기 광학 장치로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

(E) 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성되는 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

(F) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

양호하게는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 결합 화상 형성부가 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 광 변조부에 의해 생성된 2차원 화상의 실제 화상을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부를 포함하도록 구성된다.

양호하게는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 결합 화상 형성부가 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 광 제한 및 생성부에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부를 포함하도록 구성된다.

양호하게는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 결합 화상 형성부가 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 2차원 화상 형성부에 의해 생성된 2차원 화상의 실제 화상을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부를 포함하도록 구성된다.

양호하게는, 양호한 구성을 포함하는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 광 변조부는 2차원으로 배열되고 각각이 개구를 구비하는 복수의 픽셀을 가지는 2차원 공간 광 변조기로부터 형성되도록 구성된다. 이러한 예에서, 양호하게는, 2차원 공간 광 변조기는 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치) 또는 2차원 공간 광 변조기의 개구 각각에 이동형 미러가 제공되는 구성(이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배치되는 2차원 타입의 MEMS로 형성되는 구성)으로 형성된다. 양호하게는, 개구 면의 형태는 직사각형 형태이다. 개구 면의 형태가 직사각형 형태인 경우, 프라운호퍼 회절이 발생하고, M×N개의 회절광이 생성된다. 환언하면, 입사광 파의 진폭(세기)을 주기적으로 변조하여 격자의 광 투과율 분포와 일치하는 광량 분포가 얻어지는 진폭 격자가 개구에 의해 형성된다.

양호하게는, 상기 설명한 양호한 구성을 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성부가 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형 액정 표시 장치)로부터 형성되도록 구성된다.

양호하게는, 상기 설명된 양호한 구성을 포함하는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 광 변조부가

(B-1) 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 공간 광 변조기,

(B-2) 1차원 공간 광 변조기에 의해 형성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장하여 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템, 및

(B-3) 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하기 위해 2차원 화상의 형성 면에 배치되는 래티스 필터

를 포함하도록 구성된다.

유의할 점은, 래티스 필터는 다르게는 진폭 격자 또는, 투과 광량의 위상을 변조하고, 즉 위상을 변조하면서도 광의 진폭(세기)은 유지되는 위상 격자로 형성 될 수 있다는 점이다.

또는, 상기 설명된 양호한 구성을 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치가,

(B-1) 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 화상 형성 장치, 및

(B-2) 1차원 화상 형성 장치에 의해 형성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장하여 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템

을 포함하도록 구성될 수 있다.

양호하게는, 상기 설명된 양호한 실시예 및 구성을 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 형성부가 렌즈로 형성되고, 광 변조부는 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되는데 대해 푸리에 변환 화상 선택부는 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되도록 구성된다.

또한, 상기 설명된 양호한 실시예 및 구성을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 화상 제한 및 생성부가

(C-1) 2개의 렌즈, 및

(C-2) 소정의 푸리에 변환 화상만이 통과하도록 허용하기 위해 2개의 렌즈 사이에 배치되는 화상 제한 개구부

으로 형성되도록 구성된다.

양호하게는, 상기 설명된 양호한 실시예 및 구성을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 오버샘플링 필터가 회절광 생성 부재, 특히 예를 들면 래티스 필터로 형성되도록 구성된다. 유의할 점은, 래티스 필터가 진폭 격자 또는 위상 격자로 형성된다는 점이다.

또한, 상기 설명된 양호한 실시예 및 구성을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 형성부가 렌즈로 형성되고 오버샘플링 필터가 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되며 푸리에 변환 화상 선택부가 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 설명된 양호한 실시예 및 구성을 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 형성부가 렌즈로 형성되고, 렌즈가 광학 장치를 구성하는 광학 소자의 포커스가 배치되는 전방 초점면을 가지고 있으며, 푸리에 변환 화상 선택부가 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되도록 구성된다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 선택부가 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 회절 차수의 개수와 동일한 다수의 개수를 구비하도록 구성된다. 또한, 상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 선택부가 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 각 개구 영역으로부터 생성된 회절 차수의 개수와 동일한 다수의 개구를 구비하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 푸리에 변환 화상 선택부가 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 회절 차수의 개수와 동일한 다수의 개수를 구비하도록 구성된다. 이들의 경우에, 푸리에 변환 선택부는, 특히 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 형성되도록 구성되거나, 이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배치되는 2차원 타입의 MEMS로 형성된다. 양호하게는, 푸리에 변환 화상 선택부는, 광 변조부 또는 2차원 화상 형성 장치에 의해 2차원 화상의 생성 타이밍과 동기화되어, 개구 중 원하는 하나를 개방 상태로 하여 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 선택하도록 구성된다.

또한, 상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상의 공간 주파수가 그 캐리어 주파수가 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응하도록 구성된다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상의 공간 주파수가 그 캐리어 주파수가 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응하고 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수가 2차원 화상의 공간 주파수로부터 픽셀 구조의 공간 주파수의 차이인 공간 주파수에 대응하도록 구성된다. 환언하면, 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 회절인 제1 차수 회절로서 얻어지고 광 변조부의 픽셀 구조(개구 구조)의 공간 주파수의 절반보다 더 낮은 공간 주파수가 화상 제한 및 생성부에 의해 선택되거나, 화상 제한 개구부를 통과한다. 이하에 설명되는 광 변조부 또는 2차원 화상 형성 장치 상에 표시되는 모든 공간 주파수가 송신된다.

또한, 상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상의 공간 주파수가 그 캐리어 주파수가 2차원 화상 형성 장치의 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응하도록 구성 될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 각 개구에 대해 상기 광원으로부터 광의 통과, 반사 또는 회절을 제어함으로써 2차원 화상을 생성하기 위해, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치된 P × Q개의 개구를 구비하고, 상기 각 개구에 대해, 2차원 화상에 기초하여 X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수 회절광까지의 M개의 회절광 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 차수 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M × N 회절광을 생성하는 광 변조부 - P 및 Q는 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

(C) 상기 2차원 화상 형성 장치가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

(D) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구를 포함하는 전체 M × N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(E) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈; 및

(F) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

본 발명의 제5 실시예에 따르면,

(A) 광원(110);

(B) 각 개구에 대해 상기 광원으로부터 광의 통과, 반사 또는 회절의 제어를 통해 2차원 화상을 생성하기 위해, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치된 복수의 개구를 구비하고, 2차원 화상에 기초하여, 상기 각 개구에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하는 2차원 화상 형성 장치;

(C) 상기 2차원 화상 형성 장치가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

(D) 소정 회절 차수의 회절광만이 통과하도록 허용하기 위해 상기 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부;

(E) 상기 화상 제한 개구부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈;

(F) 상기 제2 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구 영역에 대해 상기 제2 렌즈에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광, 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀ 개구 영역을 구비하는 오버샘플링 필터 - P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

(G) 상기 오버샘플링 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제3 렌즈;

(H) 상기 제3 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M × N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(I) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈; 및

(J) 상기 제4 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

본 발명의 제6 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 상기 광원으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하는 2차원 화상 형성 장치;

(C) 상기 2차원 화상 형성 장치로부터 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하고, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 P_{0 ×}Q₀ 개의 광학 소자를 포함하며, 이를 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치 - P_0×Q₀은 임의의 양의 정수임 -;

(D) 상기 광학 장치에서 상기 광학 소자의 포커스가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

(E) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있는 M × N 개구를 구비하는 공간 필터;

(F) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈; 및

(G) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스가 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치가 2차원으로 배열된 P×Q 픽셀을 가지는 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 형성되고 각 픽셀이 개구를 구비하거나, 바람직하게는 이동형 미러가 2차원 화상 형성 장치(이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배열된 개구에 배치되는 2차원 타입의 MEMS를 포함함)의 개구 각각에 제공되도록 구성되도록 구성될 수 있다. 여기에서, 양호하게는, 개구의 면 형태는 직사각형 형태이다. 개구의 면의 형태가 직사각형 형태인 경우, 프라운호퍼 회절이 발생하고, M×N 회절광이 생성된다. 환언하면, 진폭 격자가 개구에 의해 형성된다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치가 2차원으로 배열된 P×Q 픽셀을 가지는 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 형성되고 각 픽셀이 개구를 구비하며 P₀>P 및 Q₀>Q가 만족되도록 구성되거나, 2차원 화상 형성 장치가 그 내부에 제공된 P×Q개의 개구를 구비하고 이동형 미러가 각 개구(이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배열된 개구에 배치되는 2차원 타입의 MEMS를 포함함)에 제공되며 P₀>P 및 Q₀>Q가 만족되도록 구성될 수 있다. 양호하게는, 개구의 면 형태는 직사각형 형태이다. 개구의 면의 형태가 직사각형 형태인 경우, 프라운호퍼 회절이 발생하고, M×N 회절광이 생성된 다. 환언하면, 진폭 격자가 개구에 의해 형성된다. 또한, 오버샘플링 필터는 회절광 생성 부재, 특히 예를 들면 래티스 필터로 형성될 수 있다. 유의할 점은, 래티스 필터는 진폭 격자 또는 위상 격자로 형성될 수 있다는 점이다.

본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치가 2차원으로 배열된 P×Q(여기에서, P_0≥P 및 Q_0≥Q)를 가지는 액정 표시 장치(특히, 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 형성되도록 구성된다. 유의할 점은, P 및 P₀, 및 Q 및 Q₀은 각각 1≤P₀/P≤4 및 1≤Q₀/Q≤4인 더 특정 관계를 가진다는 점이다.

또는, 본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치가,

(B-1) 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 화상 형성 장치, 및

(B-2) 1차원 화상 형성 장치에 의해 형성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장하여 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템을 포함하도록 구성될 수 있다.

이러한 예에서, 3차원 화상 표시 장치는 1차원 화상 형성 장치는 광원으로부터의 광을 회절시킴으로써 1차원 화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 3차원 화상 표시 장치는, 이방성 광 확산이 발생하도록 유발하기 위한 부재(이방성 확산 필터, 이방성 확산 막, 또는 이방성 확산 시트)가 제3 렌즈의 후방에 배치되도록 구성될 수 있다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제4, 제5 또는 제 6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 공간 필터가 M×N 개구(픽셀)을 가지는 액정 표시 장치(투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 특히 형성되도록 구성되거나, 이동형 미러가 2차원으로 배열되는 2차원 MEMS로 형성되는 구성을 가질 수 있다. 또는, 공간 필터는, 개구 중 원하는 하나가 2차원 화상 형성 장치의 2차원 화상의 생성 타이밍과 동기화되어 개방 상태로 놓여지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제7 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 1차원 화상을 생성하기 위해 X 방향에 따라 P 픽셀을 가지는 1차원 공간 광 변조기, 상기 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템, 및 상기 각 픽셀에 대해 m번째에서 m'번째 차수까지의 M개의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부를 포함하는 2차원 화상 형성 장치 - m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수임 -;

(C) 상기 회절광 생성부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈;

(D) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향을 따른 M개의 개구 및 Y 방향을 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M×M개의 개구(151)를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있고, N은 양의 정수임 -;

(E) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈; 및

(F) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스에 위치한 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 1차원 공간 광 변조기가 광원으로부터의 광을 회절시켜 1차원 화상을 형성하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제8 실시예에 따르면,

(A) 광원;

(B) 1차원 화상을 생성하기 위한 1차원 공간 광 변조기, 상기 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템, 및 각 픽셀에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부를 포함하는 2차원 화상 형성 장치;

(C) 상기 회절광 생성부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈;

(D) 소정 회절 차수의 회절광만이 통과하도록 허용하기 위해 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부;

(E) 상기 화상 제한 개구부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈;

(F) 상기 제2 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구 영역에 대해 상기 제2 렌즈에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀ 개구 영역을 구비하 는 오버샘플링 필터 - P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

(G) 상기 오버샘플링 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제3 렌즈;

(H) 상기 제3 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M × N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(I) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈; 및

(J) 상기 제4 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈를 포함하는 3차원 화상 표시 장치를 제공하도록 설명된다.

본 발명의 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 1차원 공간 광 변조기가 X 방향을 따라 P개의 픽셀을 가지고 있고 광원으로부터의 광을 회절시켜 P₀>P가 만족되는 1차원 화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 3차원 화상 표시 장치는, 오버샘플링 필터가 회절광 생성 부재, 특히, 예를 들면 래티스 필터로 형성되도록 구성될 수 있다. 유의할 점은, 래티스 필터는 진폭 격자 또는 위상 격자로 형성될 수 있다는 점이다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제7 또는 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 공간 필터가 특히 M×N 개구(픽셀)를 가지는 액정 표시 장치(투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치)로 형성되도록 구성되거나, 이동형 미러가 2차원으로 배열되는 2차원 MEMS로 형성되는 구성을 가질 수 있다. 또는, 공간 필터는, 개구 중 원하는 하나가 2차원 화상의 생성 타이밍과 동기화되어 개방 상태로 놓여지도록 구성될 수 있다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 이방성 광 확산이 발생하도록 유발하기 위한 부재(이방성 확산 필터, 이방성 확산 막, 또는 이방성 확산 시트)가 제3 렌즈의 후방에 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제4, 제5, 제7 또는 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수이며, m, m' 및 M은 m≤m' 및 M=m'-m+1의 관계를 가지고 있다. 또한, n 및 n'는 정수이고 N은 양의 정수이며, n, n' 및 N은 n≤n' 및 N=n'-n+1의 관계를 가지고 있다. 또한, 회절 차수의 전체 개수를 정의하는 개수 M 및 N은 특정하게 제한되지 않고, 이들은 0 ≤ M(=m'-m+1) ≤ 21이 만족되도록 하고, 양호하게는 예를 들면, 5≤ M(=m'-m+1) ≤ 21이 만족되도록 한다. 또한, 0 ≤ N(=n'-n+1) ≤ 21이 만족되고, 양호하게는 예를 들면 5 ≤ N(=n'-n+1) ≤ 21이 만족되도록 한다. M의 값과 N의 값은 서로 동일하거나 서로 다를 수도 있다. ｜m'｜의 값 및 ｜m｜의 값은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 또한, ｜n'｜의 값 및 ｜n｜의 값은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 광학 장치에서, 입사하는 2차원 화상의 공간 주파수가 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출되는 동안에, X 방향을 따른 m번째 차수에서 m'번째 차수 회절광까지의 M개의 회절광(m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수임), 및 Y 방향을 따른 n번째 차수에 서 n'번째 차수 회절광까지의 N개의 회절광(n 및 n'는 정수이고 N은 양의 정수임)을 포함하는 전체 M×N 회절광이 생성되는 경우, m, m' 및 M, 그리고 n, n' 및 N은 상기 주어진 바와 같은 관계를 가질 수 있다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제2, 제5 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 오버샘플링 필터를 형성하는 래티스 필터가 예를 들면, P_0×Q₀개의 리세스가 유리 플레이트 상에서 2차원 매트릭스로 형성되는 구조(위상 그레이딩 타입)를 가지도록 구성될 수 있다. 여기에서, 리세스는 개구 영역에 대응한다. 개구 영역(리세스)이 예를 들면, 직사각형 형태를 가지는 경우, 프라운호퍼 회절이 발생하고, M×N개의 회절광이 생성된다. 또한, 양호하게는 상기 설명된 바와 같이, P₀>P 및 Q₀>Q가 만족되지만, 특히 1≤P₀/P≤4 및 1≤Q₀/Q≤4가 만족된다.

상기 설명된 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 2차원 화상 형성 장치의 각 픽셀이 면이 직사각형 형태를 가지는 개구를 구비하도록 구성된다. 또한, 본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 광학 장치는 특히 이하의 구조 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 특히, 광학 소자는 양호하게는, 대응하는 픽셀의 개구의 면 형태와 동일하거나 유사한 면 형태를 가지고 있다. 또한, 각 광학 소자는 양호하게는, 양의 광출력을 가지는 볼록 렌즈 또는 음의 광출력을 가지는 오목 렌즈, EH는 양의 광출력을 가지는 프레스넬 렌즈 또는 음의 광출력을 가지는 프레스넬 렌즈 로 형성된다. 환언하면, 각 광학 소자는 굴절형의 격자형 소자로 형성된다. 또한, 광학 장치는 일종의 마이크로렌즈 어레이로 형성되고, 유리 또는 플라스틱 재료인 재료로 만들어질 수 있으며, 따라서 마이크로렌즈 어레이의 생성을 위한 주지의 방법에 기초하여 생성될 수 있다. 유의할 점은, 광학 장치는 2차원 화상 형성 장치의 근처에서 후방쪽으로 배치된다는 점이다. 이와같이, 광학 장치가 2차원 화상 형성 장치의 근처에서 후방쪽으로 배치되는 경우, 2차원 화상 형성 장치로부터 발생하는 회절 현상의 영향이 무시될 수 있다. 예를 들면, 2개의 볼록 렌즈는 2차원 화상 형성 장치와 광학 장치의 사이에 배치되어, 2차원 화상 형성 장치는 제1 볼록 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되며 제2 볼록 렌즈의 전방 포커스는 제1 볼록 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 광학 장치는 제2 볼록 렌즈의 후방 초점면 상에 배치된다. 일반적으로, 회절 격자는 2개의 다른 카테고리, 즉 입사광 파의 진폭(세기)을 주기적으로 변조시키고 격자의 광 투과율 분포와 일치하는 광량 분포가 얻어지는 진폭 격자, 및 투과광 량의 위상을 변조시키는, 즉 광의 진폭(세기)는 유지되면서 광의 위상을 변조시키는 위상 격자로 분류될 수 있다. 본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 광학 장치는 후자의 위상 격자로서 기능한다.

상기 설명된 다양한 양호한 구성 및 실시예를 포함하는 본 발명의 제1 내지 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치(그러한 3차원 화상 표시 장치는 이하에서 일반적으로 본 발명의 3차원 화상 표시 장치로서 지칭된다)의 광원은 레이저, 발광 다이오드(LED) 또는 백색 광원일 수 있다. 광원으로부터 방출된 광을 세이핑하기 위한 조명 광학 시스템은 광원과 광 변조부 또는 2차원 화상 형성 장치의 사이에 배치될 수 있다.

2차원 공간 광 변조기 또는 2차원 화상 형성 장치를 형성하는 액정 표시 장치에서, 이하에 설명되고 액정 셀을 포함하는 제1 투명 전극과 제2 투명 전극의 중첩 영역은 하나의 픽셀에 대응한다. 그리고, 액정 셀은 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하도록 유발되고, 즉 각 픽셀의 광 투과율이 제어되어, 광원으로부터 방출된 광의 광 투과율이 제어됨으로써 2차원 화상을 얻는다. 본 발명의 제1, 제2, 제4, 제5, 제7 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 제1 전극과 제2 전극의 중첩 영역 각각에 직사각형 개구가 제공되고, 광원으로부터 방출된 광이 개구를 통과함에 따라, 프라운호퍼 회절이 각 픽셀에 대해 발생하여 M×N 회절광을 생성한다.

액정 표시 장치는, 예를 들면, 제1 투명 전극이 제공되는 전방 패널, 제2 투명 전극이 제공되는 후방 패널, 및 전방 패널과 후방 패널 사이에 개재되는 액정 재료를 포함한다. 특히, 전방 패널은, 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판으로 형성되는 제1 기판, 제1 기판의 내부면 상에 제공되는 제1 투명 전극(공통 전극으로도 불려지고 예를 들면 ITO로 만들어짐), 및 제1 기판의 외부면 상에 제공되는 편광 막을 포함한다. 또한, 배향 막은 제1 투명 전극 상에 형성된다. 한편, 후방 패널은 특히 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판으로 형성되는 제2 기판, 제2 기판의 내부면 상에 형성되는 스위칭 소자, 스위칭 소자에 의해 도전/비도전이 되도록 제어되는 제2 투명 전극(또한 픽셀 전극으로도 지칭되고, 예를 들면 ITO로 만 들어짐), 및 제2 기판의 외부면 상에 제공되는 편광막을 포함한다. 투과형의 액정 표시 장치를 형성하는 다양한 부재 및 액정 재료는 각각 주지된 부재 또는 주지된 재료로 만들어질 수 있다. 유의할 점은, 스위칭 소자 각각은 MOS 타입 FET 또는 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 3-단자 소자, 또는 하나의 석영 실리콘 반도체 기판 상에 형성된 MIM 소자, 바리스터(barrister) 소자 또는 다이오드와 같은 2-단자 소자로 형성될 수 있다는 점이다. 또는, 액정 표시 장치는 복수의 주사 전극이 제1 방향으로 연장되고 복수의 데이터 전극이 제2 방향으로 연장되는 매트릭스 전극 구성을 가질 수 있다. 투과형의 액정 표시 장치에서, 광원으로부터의 광은 제2 기판으로부터 들어와서 제1 기판으로부터 나간다. 한편, 반사형의 액정 표시 장치에서, 광원으로부터의 광은 제1 기판으로부터 들어와서, 예를 들면 제2 기판의 내부면 상에 형성된 제2 전극(픽셀 전극)에 의해 반사된 후, 제1 기판으로부터 나간다. 개구는, 예를 들면, 제2 투명 전극과 배향막 사이에 광원으로부터의 광에 불투명한 절연재료층을 형성하고 절연 재료층에 개구를 형성함으로써 생성될 수 있다. 유의할 점은, 반사형의 액정 표시 장치에서, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 타입 액정 표시 장치가 이용될 수 있다.

또한, 1차원 공간 광 변조기(1차원 화상 형성 장치)는 특히 회절 격자-광 변조 소자(GLV: Grating Light Valve)가 어레이에서 1차원으로 배치되는 장치(이하에서는 회절 격자-광 변조 장치로 지칭됨)일 수 있다.

본 발명의 제1, 제3, 제4, 제6 및 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 결합 화상 형성부에 의해 형성된 결합 화상을 투사하기 위한 광학부를 더 포함 하거나, 제3 렌즈에 의해 형성된 화상을 투사하기 위한 제3 렌즈의 후방으로 배치된 광학부를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 제2, 제5 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는, 결합 화상 형성부에 의해 형성된 결합 화상을 투사하기 위한 광학부를 더 포함하거나, 제5 렌즈에 의해 형성된 화상을 투사하기 위한 제5 렌즈의 후방으로 배치된 광학부를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 3차원 화상 표시 장치에서, 2차원 화상의 픽셀의 개수 P×Q가 (P,Q)로 표현되는 경우, VGA(640, 480), S-VGA(800, 600), XGA(1024, 768), APRC(1152, 900), S-XGA(1280, 1204), U-XGA(1600, 1200), HD-TV(1920, 1080) 및 Q-XGA(2048, 1536)뿐만 아니라 (1920, 1035), (720, 480) 및 (1280, 960)과 같은 화상 표시를 위한 수개의 해상도가 (P,Q)의 값으로서 적용될 수 있다. 그러나, (P,Q)의 값은 상기 주어진 값들로 제한되지 않는다.

본 발명의 제1, 제4 및 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 2차원 화상은 광 변조부, 2차원 화상 형성 장치 등에 의해 생성되고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽셀 또는 회절광 생성부로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출된다. 공간 주파수는 푸리에 변환 화상 형성부 또는 제1 렌즈에 의해 푸리에 변환되어 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하고, 그 개수가 회절 차수의 개수와 동일한 생성된 푸리에 변환 화상으로부터 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상이 2차원 화상의 형성 타이밍과 동기화되어 선택된다. 그리고나서, 푸리에 변환 화상 선택부 또는 공간 필터에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상은 결합 화상 형성부(제2 렌즈 및 제3 렌즈)에 의해 형성되고, 최종적으로 관찰자에 의해 관찰된다. 기재된 동작 열은 시계열로 연속적으로 반복된다. 결과적으로, 복수의 회절 차수에 대응하는 광선 그룹은 공간적으로 높은 밀도로 그리고 복수의 방향으로 분포된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사하는 높은 재료감의 3차원 화상은 종래에는 가용하지 않고 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고 광 회절 현상을 효율적으로 활용하는 광선 재생 방법에 기초하여 얻어질 수 있다.

본 발명의 제2, 제5 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 2차원 화상은 광 변조부(2차원 화상 형성 장치)에 의해 생성되고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출되며 화상 제한 및 생성부(제1 렌즈)에 의해 푸리에 변환되어 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성한다. 그리고나서, 푸리에 변환 화상의 소정의 하나만이 화상 제한 및 생성부(화상 제한 개구부)에 의해 선택되고, 푸리에 변환 화상의 결합 화상은 화상 제한 및 생성부(제2 렌즈)에 의해 생성된다. 그리고나서, 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수는 오버샘플링 필터로부터의 각 개구 영역으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다. 공간 주파수는 푸리에 변환 화상 형성부(제3 렌즈)에 의해 푸리에 변환되어, 그 개수가 각 개구 영역으로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성한다. 그리고나서, 그 개수가 각 개구 영역으로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 생성된 푸리에 변환 화상의 개수 중에서 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상은, 푸리에 변환 화상 선택부(공간 필터)에 의해 2차원 화상의 형성 타이밍과 동기화되어 선택된다. 그리고나서, 푸리에 변환 화상 선택부(공간 필터)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상은 결합 화상 형성부(제2 렌즈 및 제3 렌즈)에 의해 형성되고, 최종적으로 관찰자에 의해 관찰된다. 기재된 동작 열은 시계열로 연속적으로 반복된다. 결과적으로, 오버샘플링 필터의 각 개구 영역으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 광선 그룹은 공간적으로 높은 밀도로 그리고 복수의 방향으로 분포된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사하는 높은 재료감의 3차원 화상은 종래에는 가용하지 않고 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고 광 회절 현상을 효율적으로 활용하는 광선 재생 방법에 기초하여 얻어질 수 있다. 게다가, 본 발명의 제2, 제5 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 판독된 화상(2차원 화상의 결합 화상)은 즉 광 변조부(2차원 화상 형성 장치)과 독립되게 오버샘플링 필터를 배치함으로써 공간적으로 새롭게 샘플링된다. 그러므로, 최종적으로 얻어지는 화상의 크기 및 시야각이 서로에 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 표시되는 3차원 화상의 스케일(크기)이 증가되면서 관찰되는 3차원 화상의 영역이 확장된다.

본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 2차원 화상은 2차원 화상 형성 장치에 의해 생성되고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 굴절형 타입의 격자형 소자로부터 각각 형성되는 광학 소자의 집합인 광학 장치에 의해 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출된다. 그리고나서, 공간 주파수는 푸리에 변환 화상 형성부 또는 제1 렌즈에 의해 푸리에 변환되어, 회절 차수의 개수와 동일한 다수의 푸리에 변환 화상을 생성한다. 그리고나서, 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 생성된 푸리에 변환 화상의 개수 중에서 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상은 푸리에 변환 화상 선택부 또는 공간 필터에 의해 2차원 화상의 형성 타이밍과 동기화되어 선택된다. 그리고나서, 푸리에 변환 화상 선택부 또는 공간 필터에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상은 결합 화상 형성부(제2 렌즈 및 제3 렌즈)에 의해 형성되어, 관찰자에 의해 최종적으로 관찰된다. 기재된 동작 열은 시계열로 연속적으로 반복된다. 결과적으로, 복수의 회절 차수에 대응하는 광선 그룹은 공간적으로 높은 밀도로 그리고 복수의 방향으로 분포된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사하는 높은 재료감의 3차원 화상은 종래에는 가용하지 않고 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고 광 회절 현상을 효율적으로 활용하는 광선 재생 방법에 기초하여 얻어질 수 있다.

2차원 화상 형성 장치에 의해 생성된 2차원 화상의 공간 주파수가, 직사각형 개구를 가지고 있고 프라운호퍼 회절이 직사각형 개구에 기초하여 발생하도록 유발하는 진폭 그레이딩(grading)에 의해, 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도를 따라 방출되는 경우, 높은 개구수를 가지도록 진폭 격자를 생성하는 것이 종종 어렵다. 또한, 광 활용 효율은 개구의 개구수에 의존하므로, 높은 광 활용 효율을 달성하기가 어려울 가능성이 있다. 한편, 2차원 화상의 공간 주파수가 푸리에 변환되어 푸리에 변환 화상을 생성하는 경우, 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하 는 푸리에 변환 화상의 개수 중에서의 균일성(회절 차수 중에서의 광 세기의 균일성)은 개구측이 감소함에 따라 향상된다. 본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 광학 장치가 각각이 진폭 격자로부터가 아니라 반사형 타입의 격자형 소자로 형성되는 광학 소자의 집합인 경우, 높은 개구수가 광학 소자 자체에 제공될 수 있다. 결과적으로, 광 활용 효율의 향상이 구현될 수 있다. 게다가, 광 소자에 입사하는 광이 거의 하나의 점으로 집광되므로, 등가적으로 작은 개구가 얻어지고, 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상 중에서 높은 균일도가 달성될 수 있다. 게다가, 화상 장치의 최적화가 달성되는 경우, 많은 에너지가 높은 회절 차수의 회절에 분포될 수 있다. 유의할 점은, 예를 들면, 다수의 리세스가 편평한 유리 플레이트 상에 형성되는 위상 격자가 채택되는 경우, 광 활용 효율을 향상시킬 수 있다는 점이다. 그러나, 광선으로 형성되는 화상이 임의의 면에 생성되는 시스템에서, 위상 변조에 의한 패턴 생성의 경우에, 특정 면에 임의의 패턴을 생성할 수 있지만, 임의의 면에 특정 패턴을 생성하는 것은 매우 어렵다. 본 발명의 제3 또는 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치에서, 상기 설명된 바와 같은 위상 격자의 문제는, 위상 격자로 형성되지 않고 굴절형의 격자형 소자로 형성되는 광학 소자의 집합인 광학 장치가 채택되는 경우에, 제거될 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은, 유사한 부품 또는 소자가 유사한 참조 심볼을 나타내는 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명 및 첨부된 특허청구의범위로부터 명백하게 될 것이다.

제1 적용예

우선, 도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 제1 및 제4 실시예에 대응하는 본 발명의 제1 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치가 도시되어 있다. 3차원 화상 표시 장치는 단일 컬러 표시 타입의 3차원 화상 표시 장치로서 형성된다. 유의할 점은, 이하의 설명에서, 3차원 화상 표시 장치의 광학 축은 z축으로 정의되는데 대해, z축에 수직인 면의 직교 좌표 시스템의 좌표 축은 x축 및 y축으로 정의된다는 점이다. x축에 평행인 방향은 X 방향으로 정의되고, y축에 평행한 방향은 Y 방향으로 정의된다. X 방향은 예를 들면, 3차원 화상 표시 장치의 수평 방향이고, Y 방향은 예를 들면, 3차원 화상 표시 장치의 수직 방향이다. 도 1은 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치를 yz 면을 따라 도시하고 있다. 또한, xz면을 따른 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념도도 도 1과 거의 유사하다. 한편, 도 2는 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치가 비스듬한 방향으로 보여질 때의 개념을 예시하고 있고, 도 3은 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열 상태를 개략적으로 예시하고 있다.

종래 광선 재생 방법에 따른 3차원 화상의 표시에서, 임의의 위치에 존재하는 가상 제품의 표면 상의 가상 원점에서 복수의 광선을 방출하기 위해서는, 다양한 각도에서 광선을 미리 제공할 수 있는 장치를 준비할 필요가 있다. 특히, 예를 들면, 도 36을 참조하여 상기 설명된 장치에서, 다수(예를 들면, M × N)의 프로젝터 유닛(701)이 수평 방향 및 수직 방향으로 병치된 관계로 배치되어야 한다.

한편, 제1 적용예의 3차원 화상 형성 장치(101)에서, 도 1 내지 3에 도시된 컴포넌트를 포함하는 3차원 화상 표시 장치 자체는 종래 기술에 따른 장치보다 더 높은 공간 밀도를 가지는 다수의 광선 그룹을 생성하고 형성할 수 있다. 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)는 자체적으로 도 36을 참조하여 상기 설명된 다수(M × N)의 프로젝터 유닛(701)이 수평 방향 및 수직 방향으로 병치 관계로 배치되는 장치와 등가인 기능들을 가지고 있다. 유의할 점은, 예를 들면 멀티-유닛 구성이 채택되는 경우, 3차원 화상 표시 장치는 분할된 3차원 화상의 개수와 동일한 도 1의 3차원 화상 표시 장치(100)의 개수를 포함한다는 점이다. 도 35는 제1 적용예의 4 × 4=16개의 3차원 화상 표시 장치(101)를 포함하는 장치를 도시하고 있다. 그러므로, 16개의 3차원 화상 표시 장치(101)가 전체적으로 하나의 화상을 재생한다. 환언하면, 멀티-유닛 구성에 따르면, 하나의 3차원 화상 표시 장치(101)는 전체적으로 하나의 화상의 1/16 부분을 재생한다. 이것은 유사하게 이하에 설명되는 제2 내지 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에도 적용된다.

제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)는

(A) 광원(110);

(B) 픽셀(131)에 의해 광원(110)으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀(131)을 구비하고 각 픽셀(131)로부터 생성된 복수(전체 M × N)의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부(130);

(C) 그 개수가 회절 차수의 개수(전체 M × N)에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 광 변조부(130)으로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부(140);

(D) 원하는 회절 차수에 대응하는 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부(150); 및

(E) 푸리에 변환 화상 선택부(150)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부(160)을 포함한다.

결합 화상 형성부(160)은 푸리에 변환 화상 선택부(150)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 광 변조부(130)에 의해 생성된 2차원 화상의 실제 화상을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부(특히, 이하에 설명되는 제2 렌즈 L₂)을 포함한다. 또한, 푸리에 변환 화상 형성부(140)은 렌즈로 형성되고, 광 변조부(130)은 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되는데 대해 푸리에 변환 화상 선택부(150)은 렌즈의 후방 초점면 상에 배치된다. 푸리에 변환 화상 선택부(150)은 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 회절 차수의 개수와 동일한 복수의 개구(151)를 구비하고 있다.

2차원 화상의 공간 주파수는 그 캐리어 주파수가 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응한다.

한편, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)는,

(A) 광원(110);

(B) 각 개구에 대해 광원(110)으로부터 광의 통과를 제어함으로써 2차원 화상을 생성하기 위한, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치된 P × Q(P 및 Q는 임의의 양의 정수임) 개구를 구비하고, 각 개구에 대해, 2차원 화상에 기초하여 X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수 회절광까지의 M개의 회절광, 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 차수 회절광까지의 N개의 회절광(n 및 n'는 정수이고, N은 양의 정수임)을 포함하는 전체 M × N 회절광을 생성하는 광 변조부(130);

(C) 2차원 화상 형성 장치(130)가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈 L₁(더 구체적으로는, 제1 적용예에서 볼록 렌즈);

(D) 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구(151) 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구(151)를 포함하는 M × N 개구(151)를 구비하는 공간 필터 SF - 개구(151)는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(E) 공간 필터 SF가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈 L₂(더 구체적으로는, 제1 적용예의 볼록 렌즈); 및

(F) 제2 렌즈 L₂의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 L₃(더 구체적으로는, 제1 적용예의 볼록 렌즈)를 포함한다.

상기 설명된 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101) 및 제4 및 제7 적용예 의 3차원 화상 표시 장치에서, P=1,024 및 Q=768이고, m=-5, m'=5, M=m'-M+1=11, n=-5, n'=5 및 N=n'-n+1=11이다. 그러나, 언급된 변수의 값들은 상기 구체적으로 주어된 것들로 제한되는 것은 아니다. 또한, z축(광축에 대응함)은 제1 적용예 또는 제2 내지 제7 적용예 중 임의의 하나의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 중앙을 통과하고, 게다가 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트에 수직으로 연장된다. 본 발명의 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트가 본 발명의 제4 실시예 또는 제7 실시예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트와 비교되는 경우, 광 변조부(130)은 2차원 화상 형성 장치(130)에 대응하고, 푸리에 변환 화상 형성부(140)은 제1 렌즈 L₁에 대응하며, 푸리에 변환 화상 선택부(150)은 공간 필터 SF에 대응하고, 역 푸리에 변환부는 제2 렌즈 L₂에 대응하며, 결합 화상 형성부(160)은 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃에 대응한다. 그러므로, 이하의 설명은 2차원 화상 형성 장치(130), 제1 렌즈 L₁, 공간 필터 SF, 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃의 측면에서 주어진다.

광원(110)으로부터 방출된 광을 세이핑하기 위한 조명 광학 시스템(120)은 광원(110)과 2차원 화상 형성 장치(130)의 사이에 배치된다. 그러므로, 2차원 화상 형성 장치(130)는 광원(110)으로부터 방출되어 조명 광학 시스템(120)을 통과하는 광(조명광)으로 조명된다. 조명 광에 대해, 예를 들면, 높은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110)으로부터 방출되고 조명 광학 시스템(120)에 의해 평행 광으로 세이핑된 광이 이용된다. 유의할 점은, 조명광의 속성 및 조명광을 얻기 위한 구 성의 특정 예가 이하에 설명된다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(130)는 2차원으로 배열되는 복수의 픽셀(131)을 구비하고 각각이 개구를 가지는 2차원 공간 광 변조기로부터 형성된다. 특히, 2차원 화상 형성 장치(130) 또는 2차원 공간 광 변조기는 P × Q 픽셀(131)이 2차원으로, 즉 X 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열되게 하고 픽셀(131) 각각이 개구를 가지는 투과형 액정 표시 장치로부터 형성된다.

하나의 픽셀(131)은 액정 셀을 포함하는 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극의 중첩 영역으로부터 형성된다. 그리고나서, 액정 셀은 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하고, 즉 각 픽셀(131)의 광 투과율이 제어되어 광원(110)으로부터 방출된 광의 광 투과율을 제어함으로써 2차원 화상이 전체적으로 얻어진다. 제1 투명 전극과 제2 투명 전극의 중첩 영역에 직사각형 개구가 제공되고, 광원(110)으로부터 방출된 광이 개구를 통과할 때, 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절이 발생한다. 결과적으로, M × N=121개의 회절된 광이 각 픽셀(131)에 의해 생성된다. 환언하면, 픽셀(131)의 개수가 P × Q이므로, 전체 P × Q × M × N개의 회절된 광이 생성되는 것으로 생각된다. 2차원 화상 형성 장치(130)에서, 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽셀(131)로부터 생성된 복수(전체 M × N)의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 2차원 화상 형성 장치(130)로부터 방출된다. 유의할 점은, 회절 각도는 2차원 화상의 공간 주파수에 따라 가변된다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(130)는 초점 거리 f₁을 가지는 제1 렌즈 L₁의 전방 초 점면(광원 측상의 초점면) 상에 배치되고, 공간 필터 SF는 후방 초점면(관찰자 측 상의 초점면) 상에 배치된다. 그 개수가 회절 차수의 개수와 동일한 M × N =121개의 푸리에 변환 화상이 제1 렌즈 L₁에 의해 생성되어, 공간 필터 SF 상에 형성된다. 유의할 점은, 도 2에서, 64개의 푸리에 변환 화상이 예시의 편의상 점으로 표시되어 있다는 점이다.

공간 필터 SF는 특히 푸리에 변환 화상을 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링하기 위해 그 일시적인 개방 및 폐쇄 제어를 허용하는 공간 필터이다. 더 구체적으로는, 공간 필터 SF는 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 회절 차수의 개수(특히, M × N = 121)와 동일한 개구(151)의 개수를 가지고 있다. 그러면, 공간 필터 SF에서, 개구(151) 중 원하는 하나가 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 2차원 화상의 생성 타이밍과 동기화되어 개방 상태로 놓여져, 원하는 회절 차수에 대응하는 하나의 푸리에 변환 화상을 선택한다. 특히, 공간 필터 SF는 예를 들면, 강자성 액정을 이용하여 형성되고 M × N개의 픽셀를 가지는 투과형 또는 반사형 액정 표시 장치 또는 이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배치되는 장치를 포함하는 2차원 타입의 MEMS로부터 형성될 수 있다. 유의할 점은, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우의 공간 필터 SF의 개략적인 전방 정면도가 도 4에 도시되어 있다는 점이다. 도 4를 참조하면, 숫자값(m₀, n₀)은 개구(151)의 개수를 나타내고, 동시에 회절 차수를 나타낸다. 특히, (3,2)번째 개구(151)에서, m₀=3 및 n₀=2의 회절 차수 숫자를 가지는 푸리에 변환 화상이 된다.

상기 설명된 바와 같이, 결합 화상 형성부(160)은 특히 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃으로부터 형성된다. 그러면, 초점 거리 f₂를 가지는 제2 렌즈 L₂는 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 실제 화상 RI를 형성한다. 또한, 초점 거리 L₃을 가지는 제3 렌즈 L₃은 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI를 형성한다.

제2 렌즈 L₂는 공간 필터 SF가 그 전방 초점면 상에 배치되고, 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 실제 화상 RI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 2차원 화상 형성 장치(130)와 관련하여 여기에서 얻어진 실제 화상 RI의 확대는 제2 렌즈 L₂의 초점거리 f₂를 임의대로 선택함으로써 가변될 수 있다.

한편, 제3 렌즈 L₃은 그 전방 초점면이 제2 렌즈 L₂의 후방 초점면과 일치하고 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 여기에서, 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면이 공간 필터 SF의 결합 면이므로, 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상은 하나의 개구(151)에 대응하는 공간 필터 SF 상의 일부로부터 등가적으로 출력된다. 그러면, 최종적으로 생성되고 출력된 광선 양은 픽셀의 개수(P × Q)와 동일한 광선의 개수를, 광학 시스템을 통과한 회절 차수의 개수(특히, M × N)를 승산함으로써 계산되는 양으로 정의될 수 있다. 또한, 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치되는데 대해, 광선 그룹은 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 2차원적으로 규칙적으로 배치된다고 생각된다. 환언하면, 일반적으로 회절 차수의 개수(특히, M × N)와 동일한 도 36에 도시된 다수의 프로젝터 유닛이 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 등가적으로 배치된다.

도 2 및 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2차원 화상 형성 장치(130)의 하나의 픽셀(131)은 X 방향에 따라 -5번째 내지 +5번째의 11개의 다른 회절광 및 Y 방향에 따라 -5번째 내지 +5번째의 11개의 다른 회절광을 생성하고, 결과적으로 전체 M × N = 121개의 다른 회절광을 생성한다. 유의할 점은, 단지 제로번째 차수의 광(n₀=0), ± 1번째 차수의 광(n₀=± 1), 및 ± 2번째 차수의 광(n₀=± 2)이 도 5에 대표적인 회절광으로서 예시되어 있지만, 실제로는 더 높은 차수의 회절광이 생성되고 3차원 화상은 최종적으로 회절광으로부터 형성된다는 점이다. 여기에서, 각 회절 차수의 회절광(광속)은 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 모든 화상 정보(모든 픽셀의 정보)를 집중적으로 포함한다. 2차원 화상 형성 장치(130) 상의 동일한 픽셀로부터의 회절에 의해 생성된 광선 그룹(11 × 11 = 121개 광선의 그룹)의 모든 광선은 동일한 시점에서 동일한 화상 정보를 가지고 있다. 환언하면, P × Q 픽셀(131)을 가지는 투과형의 액정 표시 장치로부터 형성되는 2차원 화상 형성 장치(130)에서, 광원(110)으로부터의 광이 픽셀(131)에 의해 변조되어 2차원 화상을 생성하고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽 셀(131)로부터 생성된 복수의 회절 차수(전체 M × N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다. 환언하면, 일종의 M × N개의 2차원 화상의 복사본이 2차원 화상 형성 장치(130)로부터 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다.

그러면, 2차원 화상의 모든 픽셀 정보가 집중적으로 포함되는 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수는 제1 렌즈 L₁에 의해 푸리에 변환되어, 그 개수가 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성한다. 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상에 형성된다. 복수개의 회절 차수에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환 화상이 제1 렌즈 L₁에 의해 생성되므로, 공간적으로 높은 주파수의 푸리에 변환 화상이 얻어질 수 있다.

여기에서, 광원(110)으로부터 방출된 광(조명 광)의 파장이 λ(mm)로 표현되고, 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 ν(lp/mm)로 표현되며, 제1 렌즈 L₁의 초점 거리가 f₁(mm)로 표현되는 경우, 공간 주파수 ν를 가지는 광(푸리에 변환 화상)은 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상의 광축으로부터 거리 Y₁(mm)의 위치에 나타난다.

Y₁=f₁·λ·ν

제1 렌즈 L₁의 집광 상태는 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 유의할 점은, 도 6에서, "Y₀"은 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 y축 방향의 길이를 나타내고, "Y₁"은 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상에 기초한 공간 필터 SF 상의 푸리에 변환 화상의 y축 방향으로의 거리를 나타낸다는 점이다. 또한, 제로번째-차수 회절광은 직선으로 표시되고, 제1-차수 회절광은 점선으로 표시되는데 대해, 제2-차수 회절광은 교대로 길고 짧은 점선으로 표시된다. 회절 차수의 회절광, 즉 그 개수가 회절 차수에 대응하는 다수의 생성된 푸리에 변환 화상은 제1 렌즈 L₁(도 2 참조)에 의해 공간 필터 SF의 다른 개구(151)에서 집광된다. 개구(151)의 개수는 상기 설명된 바와 같이 M×N =121개이다. 공간 필터 SF 상에서의 집광 각도 θ(공간 필터 SF로부터 방출된 산란 각도)는 동일한 회절 차수 번호를 가지는 푸리에 변환 화상(또는 회절 광) 상의 P×Q 픽셀(131)과 관련하여 동일하다. 인접하는 회절 차수의 푸리에 변환 화상간의 거리는 상기 주어진 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 수학식 1로부터, 푸리에 변환 화상의 위치(공간 필터 SF 상에서의 화상 형성 위치)는 제1 렌즈 L₁의 초점 거리 f₁을 임의로 선택함으로써 가변될 수 있다.

제1 렌즈 L₁이 복수 개수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출된 2차원 화상의 공간 주파수를 통과시키기 위해서는, 활용되는 회절 차수 번호에 따라 제1 렌즈 L₁의 개구수 NA를 선택하는 것이 필요하고, 제1 렌즈 L₁에 이어지는 모 든 렌즈의 개구수는 초점 거리에 관계없이 제1 렌즈 L₁의 개구수 NA보다 큰 것이 요구된다.

개구(151)의 크기는 수학식 1에서 Y₁의 값과 동일하게 설정될 수 있다. 하나의 예로서, 조명광의 파장 λ가 532nm인 경우, 제1 렌즈 L₁의 초점 거리 f₁은 50mm이고, 2차원 화상 형성 장치(130)의 하나의 픽셀(131)의 크기는 대략 13 내지 14㎛이며, Y₁의 값은 약 2mm이다. 이것은 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상이 대략 2mm의 거리의 높은 밀도로 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 환언하면, 11 × 11 = 121 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상의 X 및 Y 방향 양쪽에서 약 2mm의 거리에서 얻어질 수 있다.

2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성되는 2차원 화상의 공간 주파수 ν는, 2차원 화상은 P×Q 픽셀(131)로부터 형성된 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성되기 때문에, 최고에서 2차원 화상 형성 장치(130)의 2개의 연속적인 픽셀(131)로부터 형성되는 주기를 가지고 있다.

도 7a는 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 최저인 상태에서 2차원 화상 형성 장치(130)의 개략적인 전방 정면도를 도시하고 있다. 여기에서, 공간 주파수가 최저인 상태는 모든 픽셀이 블랙 또는 화이트를 표시하는 상태이고, 이러한 예에서의 2차원 화상의 공간 주파수는 단지 면 파 성분(DC 성분)을 가지고 있다. 유의할 점은, 도 7a는 모든 픽셀이 화이트를 표시 하는 상태를 예시하고 있다는 점이다. 이러한 예에서 제1 렌즈 L₁에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기의 주파수 특성은 도 8a에 개략적으로 도시되어 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 푸리에 변환 화상의 광 세기의 피크는 주파수 ν₁의 거리에서 나타난다.

한편, 도 7b는 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 최고인 상태의 2차원 화상 형성 장치(130)의 개략적인 전방 정면도를 도시하고 있다. 여기에서, 공간 주파수가 최고인 상태는 모든 픽셀이 블랙 및 화이트를 교대로 표시하는 경우이다. 제1 렌즈 L₁에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기의 주파수 특성은 도 8b에 개략적으로 예시되어 있다. 도 8b에서, 푸리에 변환 화상의 광 세기의 피크는 주파수 ν₂(=ν/2)의 거리에서 나타난다. 도 9a는 공간 필터 SF 상에서의 푸리에 변환 화상의 분포(xy 면 상에서)를 개략적으로 예시하고 있고, 도 9b 및 9c는 도 9a의 x축(점선으로 표시됨) 상에서의 푸리에 변환 화상의 광 세기 분포를 개략적으로 예시하고 있다. 유의할 점은, 도 9b는 최저 공간 주파수 성분(면 파 성분)을 예시하고 있는데 반해, 도 9c는 최고 공간 주파수 성분을 예시하고 있다는 점이다.

공간 필터 SF의 개구(151)의 면의 형태는 푸리에 변환 화상의 형태에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 각 개구(151)는 각 회절 차수에 대해 제공되어, 푸리에 변환 화상의 면 파 성분의 피크 위치가 개구(151)의 중앙이 된다. 결과적으로, 푸리에 변환 화상의 광 세기의 피크는 각 개구(151)의 중앙 위치(152)에 위치한다. 특히, 각 개구(151)는 2차원 화상의 공간 주파수가 최저 공간 주파수 성분(면 파 성분)인 푸리에 변환 화상의 사이클릭 패턴에서 중앙이 되는 2차원 화상의 모든 양 및 음의 최고 공간 주파수가 개구(151)를 통과하도록 형성되어야 한다.

그런데, 공간 주파수가 최고인 상태는 도 7b에 도시된 바와 같이, 모든 픽셀이 블랙 및 화이트를 교대로 표시하는 경우이다. 또한, 2차원 화상 형성 장치(130)의 픽셀 구조의 공간 주파수 및 2차원 화상의 공간 주파수는 이하의 관계를 가지고 있다. 특히, 개구가 모든 픽셀을 차지한다(즉, 개구 비율이 100%이다)고 가정하는 경우, 2차원 화상의 최고 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수의 1/2이다. 한편, 개구가 픽셀의 특정 비율만을 차지하는 경우(100%보다 낮음), 2차원 화상의 최고 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수의 1/2보다 낮다. 그러므로, 2차원 화상의 모든 공간 주파수는 픽셀 구조로부터 발생하여 공간 필터 SF 상에서 나타나는 사이클릭 패턴간의 거리의 절반의 위치까지 나타난다. 이로부터, 모든 개구(151)는 서로 공간적으로 간섭하지 않도록 배치될 수 있다. 특히, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 (3,2)번째 개구(151)에 오게 되지만, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 나머지 개구(151)에는 오지 않는다. 결과적으로, 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수는 개별적인 푸리에 변환 화상에 대해 서로 독립적인 개구(151)를 가지는 공간 필터 SF 상의 하나의 개구(151)내에 위치한 푸리에 변환 화상 내에 존재하지만, 개구(151)의 공간 제한에 의해 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 형성 된 2차원 화상의 공간 주파수의 미스(miss)는 발생하지 않는다. 유의할 점은, 픽셀 구조의 공간 주파수는 캐리어 주파수로 간주되고, 2차원 화상의 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수가 캐리어 주파수인 화상 정보에 대응한다는 점이다.

그리고나서, 공간 필터 SF에서, 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 M×N 푸리에 변환 화상의 통과/인터셉션을 제어하기 위해 수행된다. 공간 필터 SF가 예를 들면, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우, 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 액정 셀이 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하도록 함으로써 수행될 수 있다.

이제, 공간 필터 SF의 개구(151)의 개방/폐쇄 제어의 타이밍이 설명된다.

공간 필터 SF에서, 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 선택하기 위해서는, 2차원 화상 형성 장치(130)의 화상 출력과 동기화되어 개구(151)의 개방/폐쇄 제어가 수행된다. 이러한 동작은 도 10, 11 및 12를 참조하여 설명된다. 유의할 점은, 도 10의 최상위 스테이지에서, 2차원 화상 형성 장치(130)의 화상 출력의 타이밍이 예시되어 있고, 도 10의 중간 스테이지에서, 공간 필터 SF의 (3,2)번째 개구(151)의 개방/폐쇄 타이밍이 예시되어 있다는 점이다. 또한, 도 10의 최하위 스테이지에서, (3,3)번째 개구(151)의 개방/폐쇄 타이밍이 예시되어 있다. 유의할 점은, 이하에 설명되는 제3 내지 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 유사하게 동작한다는 점이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 2차원 화상 형성 장치(130) 상에, 화상 "A"가 예를 들면, 시간 t_2S에서 시각 t_1E까지의 주기 T₁내에 표시되고, 다른 화상 "B"는 시각 t_2S에서 시각 t_2E까지의 다른 주기 T₂ 내에 표시된다고 가정된다. 이 때, 공간 필터 SF에서, 도 10에 도시된 바와 같이, (3,2)번째 필터(151)는 주기 T₁ 내에 개방 상태로 제어되고, (3,3)번째 개구(151)는 주기 T2내에 개방 상태로 제어된다. 그러므로, 다른 화상 정보가 2차원 화상 형성 장치(130)의 동일한 픽셀(131)에 대하여 다른 회절 차수로서 생성되고 제1 렌즈 L₁에 의해 생성된 푸리에 변환 화상에 추가될 수 있다. 환언하면, 주기 T₁내에서, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지며 픽셀(131)과 관련하여 얻어지는 푸리에 변환 화상은 화상 "A"와 관련된 화상 정보를 포함한다. 한편, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=3을 가지며 2차원 화상 형성 장치(130)의 동일한 특정 픽셀과 관련하여 얻어지는 푸리에 변환 화상은 화상 "B"와 관련된 화상 정보를 포함한다.

도 11은 2차원 화상 형성 장치(130)의 화상 형성 타이밍 및 개구(151)의 제어 타이밍을 개략적으로 예시하고 있다. 주기 T₁내에서, 화상 "A"는 2차원 화상 형성 장치(130) 상에 표시되고, M×N 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF의 대응하는 개구(151)에서 푸리에 변환 화상 "α"로서 집광된다. 주기 T₁에서, 단지 (3,2)번째 개구(151)만이 개방되므로, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 단지 푸리에 변환 화상 "α"만이 공간 필터 SF를 통과한다. 유사하게, 다음 주기 T2 내에서, 화상 "B"가 2차원 화상 형성 장치(130) 상에 표시되고, M×N 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF의 대응하는 개구(151)에서 푸리에 변환 화상 "β"로서 집광된다. 주기 T2 내에서, 단지 (3,3)번째 개구(151)만이 개방되어 있으므로, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=3을 가지는 푸리에 변환 화상 "β"만이 공간 필터 SF를 통과한다. 그런 후, 공간 필터 SF의 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 2차원 화상 형성 장치(130)의 화상 형성 타이밍과 동기화되어 연속적으로 수행된다. 유의할 점은, 도 11에서, 개방 상태인 개구(151)는 직선으로 둘러싸여 있고 폐쇄 상태인 임의의 다른 개구(151)는 점선으로 둘러싸여 있다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(130)의 화상 형성 및 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 상기 설명된 바와 같은 타이밍에서 수행되는 경우, 3차원 화상 표시 장치의 최종 출력으로서 얻어지는 화상이 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 화상 "A"는 단지 (3,2)번째 개구(151)만을 개방하고, 따라서, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상 "α"만이 공간 필터 SF를 통한 통과의 결과로서 얻어진다. 한편, 다른 화상 "B"는 단지 (3,3)번째 개구(151)만을 개방하고, 따라서 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=3을 가지는 푸리에 변환 화상 "β"만이 공간 필터 SF를 통한 통과의 결과로서 얻어진다. 추가 화상 "C"는 단지 (4,2)번째 개구(151)를 개방하고, 따라서 회절 차수 번호 m₀=4 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상 "Y"만이 공간 필터 SF를 통한 통과의 결과로서 얻어진다. 유의할 점은, 도 12에 의해 도시된 화상이 관찰자에 의해 관찰된다는 점이다. 도 12에서, 다른 화상들이 직선에 의해 분리되어 있지만, 직선은 가상 직선이다. 또한, 도 12에 도시된 화상이 동일한 타이밍에 얻어지지 않더라도, 화상간의 교체 주기가 매우 짧은 주기이므로, 화상은 관찰자의 눈에 의해 마치 동시에 표시되는 것처럼 관찰된다. 예를 들면, 2차원 화상 형성 장치(130)의 모든 차수(M×N)에 대한 화상의 형성 및 공간 필터 SF의 화상의 선택은 하나의 프레임의 표시 주기내에 수행된다. 또한, 화상이 도 12에서 2차원적으로 도시되어 있지만, 실제로는 관찰자에 의해 3차원 화상으로 관찰된다.

특히, 2차원 화상 형성 장치(130)에 의해 생성된 2차원 화상(예를 들면, 시계열로, 화상 "A'", "B'", …, "C'")은 상기 설명된 바와 같이 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면으로부터 출력된다. 특히, 전반적으로, 회절 차수의 개수와 동일한 도 36에 도시된 다수의 프로젝터 유닛(특히, M×N 프로젝터 유닛)은 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치되고, 이것은 시계열로, 화상 "A'"가 특정 프로젝터 유닛에서 출력되고 화상 "B'"가 다른 프로젝터 유닛으로부터 출력되며 화상 "C'"가 또 다른 프로젝터 유닛으로부터 출력되는 경우와 등가이다. 그리고나서, 예를 들면, 2차원 화상 형성 장치(130)가 다양한 위치(각도)에서 픽업된 특정 제품의 다수의 화상 데이터에 기초하여 시계열로 화상(컴퓨터에 의해 생성되는 화상)을 재생하는 경우, 3차원 화상이 화상에 기초하여 얻어질 수 있다.

유의할 점은, 얻어지는 화상의 휘도는 회절 차수의 번호에 따라 다른 경우, 가장 어두운 화상을 참조하여 밝은 화상을 어둡게 하기 위한 다크닝(darkening) 필터는 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치될 수도 있다는 점이다. 이것은 이하에 설명되는 제2 내지 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에도 유사하게 적용된다.

또한, 공간 필터 SF 상에 제공되는 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 모든 개구(151)에 대해 반드시 수행될 필요는 없다. 특히, 예를 들면, 개구(151)의 개방/폐쇄 제어는 개구(151)의 교대로 하나씩 또는 원하는 위치에 놓여진 개구(151)들에 대해서만 수행될 수 있다. 이것은 이하에 설명되는 제2 내지 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에도 적용된다.

광원 및 조명 광학 시스템의 예는 도 13a 내지 13c 및 14a 및 14b에 도시되어 있다. 여기에서, 광원에 의해 방출되고 2차원 화상 형성 장치(130)를 조명하기 위한 조명 광학 시스템에 의해 세이핑되는 광(조명광)의 특성은 공간 코히어런스와 관련하여 이하에 설명된다.

공간 코히어런스는 임의의 공간의 단면에서 발생하는 광의 간섭을 나타내고, 간섭의 정도는 생성된 간섭 무늬의 컨트러스트에 의해 표시될 수 있다. 간섭 무늬의 생성 프로세스에서, 최고의 컨트러스트를 가지는 간섭 무늬는 면 파 또는 면 파에 대해 광학적으로 교환될 수 있는 구면 파(spherical wave)의 간섭에 의해 생성된다. 이로 부터, 최고의 공간 코히어런스를 가지는 광은 면파(또는 구면파)라고 인식될 있다. 예를 들면, 하나의 진행 방향으로 단지 하나의 컴포넌트를 가지는 면은 최고의 공간 코히어런스를 가지고 있고, 공간 코히어런스의 정도가 감소함에 따라, 다른 진행 방향을 가지는 증가하는 복수의 컴포넌트 개수가 나타난다. 광의 진행 방향 성분의 분포의 증명은 광 발광의 원점 또는 제2 광 발광점의 공간 크기의 증명과 등가이다. 상기로부터, 공간 코히어런스는 광 발광 원점 또는 제2 광 발광점의 공간 크기에 기초하여 증명(argue)될 수 있다. 공간 코히어런스, 즉 광원의 공간 크기는 3차원 화상 표시 장치에서 화사의 공간 주파수 특성을 결정하는 인자를 만든다. 완전한 공간 코히어런스를 가지는 광 이외의 광이 조명광으로서 이용되는 경우, 높은 주파수 성분으로부터 순서대로 컨트러스트의 감소가 발생한다. 얻어지는 화상의 공간 주파수 특성에 대한 요구가 특정 어플리케이션에 따라 다르므로, 여기에서는 특정 숫자값이 언급되지 않지만, 다른 요구에 유연하게 대처하기 위한 다양한 구성 방법들이 설명된다.

제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)에서, 광원 및 조명 광학 시스템에 대한 구성 방법은 높은 공간 코히어런스를 가지는 광이 조명광으로서 이용되는지 여부에 따라 다르다. 또한, 조명 광학 시스템의 구성은 광원의 특성에 따라 다르다. 이하에서, 광원 및 조명 광 시스템에 대한 구성 방법의 조합이 설명된다. 유의할 점은, 모든 경우에 광원은 단일 컬러 광원이거나 거의 단일 컬러 광원이라는 것이 전제 조건이라는 점이다.

도 13a는 일반적으로 높은 공간 코히어런스를 가지는 조명 광학 시스템(120A)이 높은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110A)으로부터 형성되는 제1 구성예인 예를 도시하고 있다. 광원(110A)은 레이저로 형성된다. 조명 광학 시스템(120A)은 광원측으로부터 순서대로 배치된 렌즈(121A), 원형 개구 플레이트(122A) 및 다른 렌즈(124A)를 포함한다. 원형 개구 플레이트(122A)는 그 중앙에 제공되는 원형 구멍(123A)을 가지고 있다. 구멍(123A)은 렌즈(124A)의 집광 위치에 배치된다. 렌즈(124A)는 콜리메이터 렌즈로서 기능한다.

도 13b는 높지 않은 공간 코히어런스를 일반적으로 가지는 조명 광학 시스템(120B)이 높은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110B)을 이용하여 형성되는 제2 구성예인 예를 도시하고 있다. 광원(110B)은 예를 들면, 레이저로 형성된다. 조명 광학 시스템(120B)은 광원 측으로부터 순서대로 배치된 렌즈(121B), 원형 개구 플레이트(122B) 및 다른 렌즈(124B)를 포함한다. 원형 개구 플레이트(122B)는 이동형 확산 플레이트이다.

도 13c 및 14a는 높은 공간 코히어런스를 일반적으로 가지는 조명 광학 시스템(120C 또는 120D)이 높지 않은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110C 또는 110D)을 이용하여 형성되는 제3 구성예 및 제4 구성예의 예들을 각각 도시하고 있다. 광원(110C 또는 110D)은 예를 발광 다이오드(LED) 또는 백색 광원으로 형성된다. 도 13C의 조명 광학 시스템(120)은 광원측으로부터 순서대로 배치된 렌즈(121C), 원형 개구 플레이트(122C) 및 다른 렌즈(124C)를 포함한다. 원형 개구 플레이트(122C)는 그 중앙에 제공된 원형 구멍(123C)을 가지고 있다. 구멍(123C)은 렌즈(124C)의 집광 위치에 배치된다. 렌즈(124C)는 콜리메이터 렌즈로서 기능한다. 한편, 도 14a의 조명 광학 시스템(120D)은 렌즈(121C)를 포함하지 않는다는 점에서 도 13c의 조명 광학 시스템(120C)과 다르지만, 광원측으로부터 순서대로 배치된 원형 개구 플레이트(122D), 구멍(123D) 및 렌즈(124D)를 포함한다.

도 14b는 높지 않은 공간 코히어런스를 일반적으로 가지는 조명 광학 시스템(120E)이 높지 않은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110E)을 이용하여 형성되는 제5 구성예의 예를 도시하고 있다. 조명 광학 시스템(120E)은 광원(110E)에 부가 하여 렌즈(124E)만을 포함한다.

구성예들에서, 높은 공간 코히어런스를 일반적으로 가지는 조명 광원이 구성되어야 하는 경우, 제2 발광점은 광원에 의존하지 않고 작게 설정된다. 반면에, 높지 않은 공간 코히어런스를 일반적으로 가지는 조명 광원이 구성되어야 하는 경우, 제2 발광점은 광원에 의존하지 않고 크게 설정된다. 상기 설명된 광원 및 조명 광학 시스템의 구성예는 이하에 설명되는 제2 내지 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에도 유사하게 적용될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)에 따르면, 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130)에 의해 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출되고, 푸리에 변환 화상 형성부(140, 제1 렌즈 L₁)에 의해 푸리에 변환되어 푸리에 변환 화상을 얻는다. 그리고나서, 푸리에 변환 화상은 푸리에 변환 화상 선택부(150, 공간 필터 SF)에 의해 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링되고, 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 형성된다. 그러므로, 광선 그룹은 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고서도, 높은 공간 밀도로 그리고 복수의 방향으로 분포된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 또한, 광선 그룹의 성분인 개별적인 광선은 서로와 독립되어 시간적으로 그리고 공간적으로 제어될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사한 품질을 가지는 광선으로 형성된 3차원 화상이 얻어질 수 있다.

또한, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)에 따르면, 광선 재생 방법이 이용되므로, 포커싱, 수렴 및 이동 시차와 같은 시각 기능을 만족하는 3차원 화상이 제공될 수 있다. 또한, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)에 따르면, 높은-차수의 회절광이 효율적으로 활용되므로, 회절 차수의 개수(즉, M×N)와 동일한 하나의 화상 출력 디바이스(2차원 화상 형성 장치(130))에 의해 제어될 수 있는 다수의 광선(일종의 2차원 화상의 복사본)이 종래 기술분야의 화상 출력 기술과 비교할 때 얻어질 수 있다. 또한, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)에 따르면, 필터링이 공간적으로 그리고 시간적으로 수행되므로, 3차원 화상 표시 장치의 시간적 특성이 3차원 화상 표시 장치의 공간적 특성으로 변환될 수 있다. 또한, 임의의 방향에서 적절하게 관찰될 수 있는 3차원 화상이 제공될 수 있다. 또한, 광선 그룹이 공간적으로 높은 밀도로 생성되어 산란될 수 있으므로, 시각적 관찰 한계에 근사한 해상력을 가지는 공간 화상이 제공될 수 있다.

제2 적용예

제2 적용예는 본 발명의 제2 및 제5 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치이다. 도 15, 16 및 17은 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시하고 있다. 또한, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 단일 컬러 표시 타입의 3차원 화상 표시 장치로서 형성된다. 도 15는 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 yz 면을 따라 도시하고 있다. 또한, xz면을 따른 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념도도 도 15와 거의 유사하다. 한편, 도 16은 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치가 비스듬한 방향으로 보여질 때의 개념을 예시하고 있고, 도 17은 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열 상태를 개략적으로 예시하 고 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트들이 이하에 설명된다. 특히, 제2 실시예의 3차원 화상 표시 장치(501)는,

(A) 광원(110);

(B) 픽셀(531)에 의해 광원(110)으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀(531)을 구비하고 각 픽셀(531)로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부(530);

(C) 광 변조부(530)으로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 각 픽셀(531)로부터 생성된 회절 차수의 번호에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하고, 푸리에 변환 화상 중 소정의 하나(예를 들면, 캐리어 주파수가 면 파 성분의 제로번째 차수 회절 광인 경우의 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)만을 선택하며, 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 광 변조부(530)에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상(2차원 화상의 실제 화상)을 생성하기 위한 화상 제한 및 생성부(532);

(D) 개구 영역(534)으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수를 방출하기 위해 복수의 개구 영역(534)을 구비하는 오버샘플링 필터(회절광 생성 부재) OSF;

(E) 그 개수가 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 회절 차수의 번호에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 오버샘플링 필터 OSF로부터 방출된 2차원 화 상의 결합 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부(540);

(F) 원하는 회절 차수에 대응하는 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 회절 차수에 그 개수가 대응하는 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부(550); 및

(G) 푸리에 변환 화상 선택부(550)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부(560)을 포함한다.

결합 화상 형성부(560)은 푸리에 변환 화상 선택부(550)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 광 제한 및 생성부(532)에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상(바로 전에 언급된 결합 화상은 단지 2차원 화상의 "결합 화상"으로서 지칭된다)을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부(특히, 이하에 설명되는 제4 렌즈 L₄)을 포함한다. 또한, 푸리에 변환 화상 형성부(540)은 렌즈로 형성되고, 오버샘플링 필터 OSF는 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되는데 대해 푸리에 변환 화상 선택부(550)은 렌즈의 후방 초점면 상에 배치된다. 푸리에 변환 화상 선택부(550)은 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 개구 영역(534)로부터 생성되는 회절 차수의 번호와 동일한 복수의 개구(551)를 구비하고 있다.

2차원 화상의 공간 주파수는 그 캐리어 주파수가 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응한다. 한편, 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수를 제거한 2차원 화상의 공간 주파수인 공간 주파수에 대응한다.

한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치, 즉 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)의 컴포넌트는,

(A) 광원(110);

(B) 각 개구에 대해 광원(110)으로부터 광의 통과, 반사 또는 회절의 제어를 통해 2차원 화상을 생성하기 위한, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치된 개구(양 : P×Q)를 구비하고, 2차원 화상에 기초하여, 각 개구에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하는 2차원 화상 형성 장치(530);

(C) 2차원 화상 형성 장치(530)가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈 L₁;

(D) 소정 회절 차수의 회절광(예를 들면, 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 차수 회절인 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)이 통과하도록 허용하기 위해 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부(533);

(E) 화상 제한 개구부(533)이 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈 L₂;

(F) 제2 렌즈 L₂의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구 영역(534)에 대해 제2 렌즈 L₂에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광을 포함하고(m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수이다) Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광(n 및 n'는 정수이고 N은 양의 정수이다)을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀(P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이다) 개구 영역(534)을 구비하는 오버샘플링 필터(회절광 생성 부재) OSF;

(G) 오버샘플링 필터 OSF가 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 L₃;

(H) 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구(551) 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구(551)를 포함하는 전체 M×N 개구(551)를 구비하는 공간 필터 SF - 개구(551)는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(I) 공간 필터 SF가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈 L₄; 및

(J) 제4 렌즈 L₄의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈 L₅를 포함한다.

유의할 점은, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치에서, 제1 렌즈 L₁, 제2 렌즈 L₂, 제3 렌즈 L₃, 제4 렌즈 L₄ 및 제5 렌즈 L₅ 각각은 특히 볼록 렌즈로 형성된다는 점이다. 또한, 화상 제한 및 생성부(532)은 2개의 렌즈(제1 렌즈 L₁ 및 제2 렌즈 L₂), 및 소정의 푸리에 변환 화상(예를 들면, 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 차수의 회절인 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)이 이를 통과하도록 허용하기 위해 2개의 렌즈(제1 렌즈 L₁ 및 제2 렌즈 L₂)의 사이에 배치되는 화상 제한 개구부(533)으로 형성된다. 또한, 오버샘플링 필터(회절광 생성 부재) OSF는 래티스 필터(회절 격자 필터)로 형성되고 특히 P_0×Q₀의 리세스(개구 영역에 대응하고 평면이 직사각형 형태를 가짐)가 유리 플레이트 상에 2차원 매트릭스로 형성되는 구조를 가지고 있다. 이것은 본 발명의 제5 또는 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에도 유사하게 적용된다.

제2 적용예 또는 이하에 설명되는 제5 또는 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에서, P₀=2,048, Q₀=₁,536, P=₁,024, Q=768, m=-5, m'=5, M=m'-m+1=11, n=-5, n'=5 및 N=n'-n+1=11이다. 그러나, 유의할 점은, 언급된 변수의 값들은 상기 구체적으로 주어된 것들로 제한되는 것은 아니라는 점이다. 또한, z축(광축에 대응함)은 제2 적용예 또는 이하에 설명되는 제5 및 제7 적용예 중 임의의 하나의 3차원 화상 표시 장치(501)의 컴포넌트의 중앙을 통과하고, 게다가 3차원 화상 표시 장치(501)의 컴포넌트에 수직으로 연장된다. 본 발명의 제2 실시예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트가 본 발명의 제4 실시예 또는 제8 실시예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트와 비교되는 경우, 광 변조부(530)은 2차원 화상 형성 장치(530)에 대응하고, 화상 제한 및 생성부(532)은 제1 렌즈 L₁, 화상 제한 개구부(533), 및 제2 렌즈 L₂에 대응하며, 푸리에 화상 형성부(540)은 제3 렌즈 L₃에 대응하고, 푸리에 변환 화상 선택부(550)은 공간 필터 SF에 대응하고, 역 푸리에 변환부는 제4 렌즈 L₄에 대응하며, 결합 화상 형성부(560)은 제4 렌즈 L₄ 및 제5 렌즈 L₅에 대응한다. 그러므로, 설명의 편의상, 이하의 설명은 2차원 화상 형성 장치(530), 제1 렌즈 L₁, 화상 제한 개구부(533), 제2 렌즈 L₂, 제3 렌즈 L₃, 공간 필터 SF, 제4 렌즈 L₄ 및 제5 렌즈 L₅의 측면에서 주어진다.

광원(110)으로부터 방출된 광을 세이핑하기 위한 조명 광학 시스템(120)은 광원(110)과 2차원 화상 형성 장치(530)의 사이에 개재된다. 그러므로, 2차원 화상 형성 장치(530)는 광원(110)으로부터 방출되어 조명 광학 시스템(120)을 통과하는 광(조명광)으로 조명된다. 조명 광에 대해, 예를 들면, 높은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110)으로부터 방출되고 조명 광학 시스템(120)에 의해 평행 광으로 세이핑된 광이 이용된다. 유의할 점은, 조명광의 속성 및 조명광을 얻기 위한 구성의 특정 예는 상기 설명된 조명 광학 시스템(120)과 유사하다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(530)는 2차원으로 배열되는 복수의 픽셀(531)을 구비하는 2차원 공간 광 변조기 및 개구를 가지는 각 픽셀(531)로 형성된다. 특히, 2차원 화상 형성 장치(530) 또는 2차원 공간 광 변조기는 P×Q 픽셀(531)이 2차원으로, 즉 X 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열되게 하는 투과형 액정 표시 장치로 형성되고, 각 픽셀(531)은 개구를 가지고 있다.

하나의 픽셀(531)은 액정 셀을 포함하는 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극의 중첩 영역으로부터 형성된다. 액정 셀은 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하고, 즉 각 픽셀(531)의 광 투과율이 제어되어 광원(110)으로부터 방출된 광의 광 투과율을 제어함으로써 2차원 화상이 전체적으로 얻어진다. 제1 투명 전극과 제2 투명 전극의 중첩 영역에 직사각형 개구가 제공되고, 광원(110)으로부터 방출된 광이 개구를 통과할 때, 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절이 발생한다. 결과적으로, M×N개의 회절광이 각 픽셀(531)에 의해 생성된다. 환언하면, 픽셀(531)의 개수가 P×Q이므로, 전체 P×Q × M×N개의 회절광이 생성된다. 2차원 화상 형성 장치(530)에서, 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽셀(531)로부터 생성된 복수(전체 M×N)의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 2차원 화상 형성 장치(530)로부터 방출된다. 유의할 점은, 회절 각도는 2차원 화상의 공간 주파수에 따라 다르다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(530)는 초점 거리 f₁을 가지는 제1 렌즈 L₁의 전방 초점면(광원 측상의 초점면) 상에 배치되고, 화상 제한 개구부(533)은 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면(관찰자 측 상의 초점면) 상에 배치된다. 그 개수가 회절 차수의 번호에 대응하는 푸리에 변환 화상이 제1 렌즈 L₁에 의해 생성되어, 화상 제한 개구부(533)이 위치하는 면 상에 형성된다. 그리고나서, 소정 회절 차수의 회절광(예를 들면, 그 캐리어 주파수가 면 파 성분의 제로번째 차수의 회절인 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)만이 화상 제한 개구부(533)을 통과한다. 또한, 화상 제한 개구부(533)은 초점 거리 f₂를 가지는 제2 렌즈 L₂의 전방 초점면 상에 배치되고, 오버샘플링 필터 OSF는 제2 렌즈 L₂의 후방 초점면 상에 배치된다. 또한, 오버샘플링 필터 OSF는 초점 거리 f₃을 가지는 제3 렌즈 L₃의 전방 초점면 상에 배치되고, 공간 필터 SF는 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치된다. 그 개수가 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 회절 차수의 번호와 동일한 푸리에 변환 화상은 제3 렌즈 L₃에 의해 생성되어 공간 필터 SF 상에 형성된다. 유의할 점은, 도 16에서, 64개의 변환 화상이 예시의 편의상 점으로 표시되어 있다는 점이다.

공간 필터 SF는 특히 푸리에 변환 화상을 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링하기 위해 그 일시적인 개방 및 폐쇄 제어를 허용하는 공간 필터이다. 더 구체적으로는, 공간 필터 SF는 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 회절 차수의 개수(특히, M×N = 121)와 동일한 다수의 개구(551)를 가지고 있다. 그러면, 공간 필터 SF에서, 개구(551) 중 원하는 하나가 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 2차원 화상의 생성 타이밍과 동기화되어 개방 상태로 놓여져, 원하는 회절 차수에 대응하는 하나의 푸리에 변환 화상을 선택한다. 특히, 공간 필터 SF는 예를 들면, 강자성 액정을 이용하여 형성되고 M×N개의 픽셀을 가지는 투과형 또는 반사형 액정 표시 장치 또는 이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배치되는 장치를 포함하는 2차원 타입의 MEMS로부터 형성될 수 있다. 유의할 점은, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우의 공간 필터 SF의 개략적인 전방 정면도가 도 4에 도시되어 있는 것과 유사하다는 점이다. 도 4를 참조하면, 숫자값(m₀, n₀)은 개구(551, 도 4에서는, 참조 번호 151로 표시됨)의 개수를 나타내고, 동시에 회절 차수를 나타낸다. 특히, m₀=3 및 n₀=2의 회절 차수 숫자를 가지는 푸리에 변환 화상은 (3,2)번째 개구(551)에 오게 된다.

상기 설명된 바와 같이, 결합 화상 형성부(560)은 특히 제4 렌즈 L₄ 및 제5 렌즈 L₅로 형성된다. 그러면, 초점 거리 f₄를 가지는 제4 렌즈 L₄는 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 실제 화상 RI를 형성한다. 또한, 초점 거리 L₅를 가지는 제5 렌즈 L₅는 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI를 형성한다.

제4 렌즈 L₄는 공간 필터 SF가 그 전방 초점면 상에 배치되고, 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상의 실제 화상 RI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 제2 렌즈 L₂와 관련하여 여기에서 얻어진 실제 화상 RI의 확대는 제4 렌즈 L₄의 초점거리 f₄를 임의대로 선택함으로써 가변될 수 있다.

한편, 제5 렌즈 L₅는 그 전방 초점면이 제4 렌즈 L₄의 후방 초점면과 일치하고 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 여기에서, 제5 렌즈 L₅의 후방 초점면이 공간 필터 SF의 결합 면이므로, 2차원 화상의 결합 화상은 하나의 개구(551)에 대응하는 공간 필터 SF 상의 일부로부터 등가적으로 출력된다. 그러면, 최종적으로 생성되고 출력된 광선 양은 픽셀의 개수(P×Q)와 동일한 광선의 개수를, 광학 시스템을 통과한 회절 차수의 개수(특히, M×N)를 승산함으로써 계산되는 양으로 정의될 수 있다. 또한, 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 제5 렌즈 L₅의 후방 초점면 상에 형성되는데 대해, 광선 그룹은 제5 렌즈 L₅의 후방 초점면 상에 2차원적으로 규칙적으로 배치된다고 생각된다. 환언하 면, 일반적으로 회절 차수의 개수(특히, M×N)와 동일한 도 36에 도시된 다수의 프로젝터 유닛(701)이 제5 렌즈 L₅의 후방 초점면 상에 등가적으로 배치된다.

도 18에 개략적으로 도시된 바와 같이, X 방향 및 Y 방향에 따른 전체 M×N개의 다른 회절광이 2차원 화상 형성 장치(530)의 하나의 픽셀(531)로부터 생성된다. 유의할 점은, 단지 제로번째 차수의 광(n₀=0), ± 1번째 차수의 광(n₀=± 1), 및 ± 2번째 차수의 광(n₀=± 2)이 도 18에 대표적인 회절광으로서 예시되어 있지만, 실제로는 더 높은 차수의 회절광이 생성되고 3차원 화상은 최종적으로 회절광의 일부로부터 형성된다는 점이다. 여기에서, 각 회절 차수의 회절광(광속)은 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 형성된 2차원 화상의 모든 화상 정보(모든 픽셀의 정보)를 집중적으로 포함한다. 2차원 화상 형성 장치(530) 상의 동일한 픽셀로부터 회절에 의해 생성된 복수의 광선 그룹은 동일한 시점에서 동일한 화상 정보를 가지고 있다. 환언하면, P×Q 픽셀(531)을 가지는 투과형의 액정 표시 장치로부터 형성되는 2차원 화상 형성 장치(530)에서, 광원(110)으로부터의 광이 픽셀(531)에 의해 변조되어 2차원 화상을 생성하고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 각 픽셀(531)로부터 생성된 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다. 환언하면, 일종의 M×N개의 2차원 화상의 복사본이 2차원 화상 형성 장치(530)로부터 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다.

그러면, 2차원 화상 형성 장치(530)로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수 는 제1 렌즈 L₁에 의해 푸리에 변환되어, 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성한다. 그리고나서, 단지 소정의 푸리에 변환 화상 중 하나(예를 들면, 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 차수 회절인 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)는 화상 제한 개구부(533)을 통과한다. 그리고나서, 선택된 푸리에 변환 화상은 제2 렌즈 L₂에 의해 역 푸리에 변환되어 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상을 형성하고, 2차원 화상의 결합 화상은 오버샘플링 필터 OSF 상에 형성된다. 유의할 점은, 2차원 화상의 공간 주파수는 그 캐리어 주파수가 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응하지만, 그 캐리어 주파수가 제로번째 차수의 면파(즉, 최대로 픽셀 구조의 공간 주파수의 1/2와 동일한 주파수까지의 공간 주파수)인 화상 정보의 영역만이 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 차수 회절인 제1 차수 회절로서 얻어지고, 광 변조부의 픽셀 구조(개방 구조)의 공간 주파수의 1/2 이하의 공간 주파수는 화상 제한 개구부(533)을 통과한다는 점이다. 이와같이, 오버샘플링 필터 OSF 상에 형성된 2차원 화상의 결합 화상은 2차원 화상 형성 장치(530)의 픽셀 구조를 포함하지 않지만, 이들은 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 생성된 2차원 화상의 모든 공간 주파수를 포함한다.

2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 형성된 2차원 화상의 모든 화상 정보가 집중적으로 포함되는 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수는 오버샘플링 필터 OSF의 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도 를 따라 방출된다. 그리고나서, 공간 주파수는 제3 렌즈 L₃에 의해 푸리에 변환되어 그 개수가 회절 차수의 개수(전체 M×N)에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하고, 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상에 형성된다. 회절 차수의 개수에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환 화상은 제3 렌즈 L₃에 의해 형성되므로, 푸리에 변환 화상은 공간적으로 높은 밀도로 얻어질 수 있다.

여기에서, 광원(110)으로부터 방출된 광(조명 광)의 파장이 λ(mm)로 표현되고, 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수가 ν₀(lp/mm)으로 표현되며, 제3 렌즈 L₃의 초점 거리가 f₃(mm)으로 표현되는 경우, 공간 주파수 ν₀를 가지는 광(푸리에 변환 화상)은 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상의 광축으로부터 이하의 수학식 2로부터 주어진 거리 Y₁(mm)의 위치에 나타난다.

Y₁=f₃·λ·ν0

제3 렌즈 L₃의 집광 상태는 도 19에 개략적으로 예시되어 있다. 유의할 점은, 도 19에서, "Y₀"은 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 y축 방향의 길이를 나타내고, "Y₁"은 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초한 공간 필터 SF 상의 푸리에 변환 화상의 y축 방향으로의 거리를 나타낸다는 점이다. 또한, 제로번째-차수 회절광은 직선으로 표시되고, 제1-차수 회절광은 점선으로 표시되는데 대해, 제2-차수 회절광은 교대로 길고 짧은 점선으로 표시된다. 회절 차수의 회절광, 즉 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 다수의 생성된 푸리에 변환 화상은 제3 렌즈 L₃(도 16 참조)에 의해 공간 필터 SF의 다른 개구(551)에서 집광된다. 개구(151)의 개수는 상기 설명된 바와 같이 M×N =121개이다. 공간 필터 SF 상에서의 집광 각도 θ(공간 필터 SF로부터 방출된 산란 각도 및 시야각)는 동일한 회절 차수 번호를 가지는 푸리에 변환 화상(또는 회절 광) 상의 P₀ × Q₀ 개구 영역(534)과 관련하여 동일하다. 집광 각도 θ는 이하의 수학식 3으로부터 결정될 수 있다.

θ = 2 × arctan(w/2f₃)

여기에서, "w"는 오버샘플링 필터 OSF상에 투사된 2차원 화상의 결합 화상의 Y 방향 길이이고 제2 렌즈 L₂의 초점 거리 f₂를 임의로 선택함으로써 가변될 수 있다. 공간 필터 SF 상의 인접하는 회절 차수의 푸리에 변환 화상간의 거리는 상기 주어진 수학식 2에 따라 결정될 수 있다. 수학식 2로부터, 푸리에 변환 화상의 위치(공간 필터 SF 상에서의 화상 형성 위치)는 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃을 임의로 선택함으로써 가변될 수 있다.

제3 렌즈 L₃이 각 개구 영역(534)으로부터 생성된 복수 개수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출된 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수를 통과시키기 위해서는, 활용되는 회절 차수 개수에 따라 제3 렌즈 L₃의 개구수 NA를 선택하는 것이 필요하고, 제3 렌즈 L₃에 이어지는 모든 렌즈의 개구수는 초점 거리에 관계없이 제3 렌즈 L₃의 개구수 NA보다 크거나 같은 것이 요구된다.

개구(151)의 크기는 수학식 2에서 Y₁의 값과 동일하게 설정될 수 있다. 하나의 예로서, 조명광의 파장 λ가 532nm인 경우, 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃은 50mm이고, 오버샘플링 필터 OSF의 개구 영역(534)의 크기는 대략 13 내지 14㎛이며, Y₁의 값은 약 2mm이다. 이것은 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상이 대략 2mm의 거리의 높은 밀도로 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 환언하면, 11 × 11 = 121개의 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상의 X 및 Y 방향 양쪽에서 약 2mm의 거리에서 얻어질 수 있다.

2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수 ν₀는, 오버샘플링 필터 OSF는 P₀ × Q₀ 개구 영역(534)으로부터 형성되기 때문에, 최고에서 오버샘플링 필터 OSF의 2개의 연속적인 개구 영역(534)로부터 형성되는 주기를 가지고 있다.

2차원 화상의 공간 주파수가 최저인 상태인 2차원 화상 형성 장치(530)는 도 7a에 도시된 바와 유사한 전방 정면을 가지고 있다. 이러한 예에서, 제3 렌즈 L₃에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기는 도 8a에 예시된 것과 유사한 주파수 특 성을 가진다. 한편, 2차원 화상의 공간 주파수가 최고인 상태의 2차원 화상 형성 장치(530)는 도 7b에 도시된 것과 유사한 전방 정면을 가지고 있다. 이러한 예에서, 제3 렌즈 L₃에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기는 도 8b에 예시된 것과 유사한 주파수 특성을 가지고 있다. 또한, 공간 필터 SF 상에서의 푸리에 변환 화상의 분포(xy 면)는 도 9a 내지 9c에 도시된 것들과 유사하다.

공간 필터 SF의 개구(551)의 면의 형태는 푸리에 변환 화상의 형태에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 개구(551)는 각 회절 차수에 대해 제공되어, 푸리에 변환 화상의 면 파 성분의 피크 위치가 개구(551)의 중앙이 된다. 결과적으로, 푸리에 변환 화상의 광 세기의 피크는 개구(551)의 중앙 위치에 위치한다. 특히, 각 개구(551)는 2차원 화상의 공간 주파수가 최저 공간 주파수 성분(면 파 성분)인 푸리에 변환 화상의 사이클릭 패턴에서 중앙이 되는 2차원 화상의 결합 화상의 모든 양 및 음의 최고 공간 주파수가 개구(551)를 통과하도록 형성되어야 한다.

그런데, 공간 주파수가 최고인 상태는 도 7b에 도시된 바와 같이, 모든 픽셀이 블랙 및 화이트를 교대로 표시하는 경우이다. 또한, 오버샘플링 필터 OSF의 개구 영역 구조의 공간 주파수 및 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수는 이하의 관계를 가지고 있다. 특히, 개구 영역(534)의 개구 비율이 100%인 것으로 가정하는 경우, 2차원 화상의 결합 화상의 최고 공간 주파수는 개구 영역 구조의 공간 주파수의 1/2이다. 한편, 개구 영역(534)의 개구 비율이 특정 비율(100%보다 낮음)을 가지는 경우, 2차원 화상의 결합 화상의 최고 공간 주파수는 개구 영역 구조의 공간 주파수의 1/2보다 낮다. 그러므로, 2차원 화상의 결합 화상의 모든 공간 주파수는 개구 영역 구조로부터 발생하여 공간 필터 SF 상에서 나타나는 사이클릭 패턴간의 거리의 절반의 위치까지 나타난다. 이로부터, 모든 개구(551)는 서로 공간적으로 간섭하지 않도록 배치될 수 있다. 특히, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 (3,2)번째 개구(551)에 오게 되지만, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 나머지 개구(551)에는 오지 않는다. 결과적으로, 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수는 개별적인 푸리에 변환 화상에 대해 서로 독립적인 개구(551)를 가지는 공간 필터 SF 상의 하나의 개구(551)내에 위치한 푸리에 변환 화상 내에 존재하지만, 개구(551)의 공간 제한에 의한 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수의 미스(miss)는 발생하지 않는다. 유의할 점은, 개구 영역 구조의 공간 주파수는 캐리어 주파수로 간주되고, 2차원 화상의 공간 주파수는 개구 영역 구조의 공간 주파수가 캐리어 주파수인 화상 정보에 대응한다는 점이다.

그리고나서, 공간 필터 SF에서, 개구(551)의 개방/폐쇄 제어는 M×N 푸리에 변환 화상의 통과/인터셉션을 제어하기 위해 수행된다. 공간 필터 SF가 예를 들면, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우, 개구(551)의 개방/폐쇄 제어는 액정 셀이 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하도록 함으로써 수행될 수 있다.

제2 적용예에 따른 3차원 화상 표시 장치로부터 오버샘플링 필터 OSF를 제거하여 형성되는 3차원 화상 표시 장치가 추정된다. 유의할 점은, 바로 위에서 설명 된 3차원 화상 표시 장치는 이하에서 설명의 편의상 비교 3차원 화상 표시 장치로 지칭된다는 점이다. 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치 및 비교 3차원 화상 표시 장치는 서로 비교하여 이하에 설명된다.

유의할 점은, 광원(110)으로부터 방출된 광(조명광)의 파장은 λ(mm)로 표현되고 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 형성되는 2차원 화상의 공간 주파수는 ν(lp/mm)으로 표현된다는 점이다.

그런데, 투사 각도(시야각) θ는 관찰되는 3차원 화상의 영역을 결정하는 중요한 파라미터이다. 한편, 공간 필터 SF 상의 푸리에 변환 화상간의 거리(Y₁) 및 위치는 모션의 시차 및 표시되는 3차원 화상의 연속성, 및 표시되는 3차원 화상의 스케일(크기)을 결정하는 중요한 파라미터들이다. 그리고나서, 투사 각도(시야각) θ의 값 및 공간 필터 SF 상의 푸리에 변환 화상의 위치 및 그 거리에 대응하는 Y₁의 값은 가능한 한 높은 값을 가지는 것이 바람직하다.

그런데, 상기 주어진 수학식 2로부터, Y₁을 제어하는 변수는 공간 주파수 ν₀이 기초가 되는 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 형성되는 2차원 화상의 공간 주파수 ν뿐만 아니라 광(조명광)의 파장 λ 및 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃이다. 여기에서, 광(조명광)의 파장 λ는 변수가 화상의 컬러 톤으로 나타나므로, 실제로 임의의 값을 추정할 수 없다. 게다가, 가시광선의 파장은 대략 400nm 내지 대략 700nm의 범위이고, 가변량은 최고에서 1.75배이며 동작 영역이 작다. 또한, 공간 주파수 ν를 올리기 위해서는 2차원 화상 형성 장치(530)의 픽셀의 피치를 더 미세하게 만드는 것이 필요하지만, 실제로 2차원 화상 형성 장치(530)의 픽셀의 피치를 더 미세하게 만든다는 것은 어렵다. 따라서, 수학식 2에서 Y₁의 값을 올리기 위해서는, 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃을 증가시키는 것이 가장 현실적이다. 그러나, 초점 거리 f₃이 증가되면, 수학식 3으로부터, 오버샘플링 필터 OSF 상에 투사된 2차원 화상의 결합 화상의 Y 방향으로의 길이 w가 고정되는 경우, 즉 제2 렌즈 L₂의 초점 거리 f₂가 고정되는 경우, 투사 각도(시야각) θ의 값이 감소된다. 환언하면, 수학식 2 및 수학식 3은 서로 독립적인 관계를 가지지 못하지만, Y₁의 값 및 투사 각도(시야각) θ의 값은 서로간에 트레이드오프 관계를 가지고 있다.

그런데, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에서, 2차원 화상은 광 변조부 또는 2차원 화상 형성 장치(530)에 의해 형성되는데 대해, 2차원 화상의 공간 주파수 ν는 2차원 화상 형성 장치를 형성하는데 이용되는 개구의 개구 구조에 좌우되는 값을 가지고 있다. 한편, 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수 ν₀은 오퍼샘플링 필터 OSF의 개구 영역(534)의 개구 영역 구조에 따라 좌우되고 P₀>P 및 Q₀>Q가 만족되므로, 오버샘플링 필터 OSF의 개구 영역 구조의 공간 주파수(캐리어 주파수)는 2차원 화상 형성 장치(530)의 픽셀 구조(개구 구조)의 공간 주파수(캐리어 주파수)보다 더 높고, ν₀>ν이다. 유의할 점은, 오버샘플링 필터 OSF는 예를 들면, 유리 플레이트로부터 바로 격자 패턴을 형성함으로써 생성될 수 있으므로, 격자 패턴의 피치가 더 미세하게 되는 경우에 오버샘플링 필터 OSF의 캐리어 주파수가 상승될 수 있고, 오버샘플링 필터 OSF에 의해 생성되는 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수 ν₀의 값이 그럼으로써 용이하게 상승될 수 있다는 점이다. 따라서, 공간 주파수 ν₀의 값이 용이하게 상승될 수 있고, 수학식 2로부터 결정된 Y₁의 값이 상승될 수 있다. 유의할 점은, 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 L₃이 더 짧게 설정되는 경우라도, 수학식 2로부터 결정된 Y₁의 값이 상승될 수 있다는 점이다. 한편, 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃이 더 짧게 설정될 수 있으므로, 시야각 θ의 값이 상승될 수 있다. 또는, w의 값은 제2 렌즈 L₂의 초점 거리 f₂를 적절하게 설정함으로써 증가될 수 있고, 결과적으로 수학식 3으로부터 결정된 시야각 θ의 값이 증가될 수 있다.

이와 같이, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에서, Y₁의 값 및 투사 각도(시야각) θ의 값은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 관찰되는 3차원 화상의 영역이 증가되면서도 표시되는 3차원 화상의 스케일(크기)을 증가시킬 수 있다. 게다가, 광원으로부터의 광의 파장을 가변시킬 필요가 없고 파장 변동에 의해 어떠한 컬러 톤의 변동도 유발되지 않는다. 또한, 실질적으로 제3 렌즈 L₃의 초점 거리 f₃을 가변시킬 필요가 없다.

예를 들면, 비교 3차원 화상 표시 장치에서, 2차원 화상 형성 장치(530)의 크기는 코너를 가로지르는 폭이 0.7인치이고 평면이 정사각형 형태를 가지는 개구(P×Q=1,024×768)를 가지고 있다. 또한, 개구간의 거리가 14㎛이고 광원(110)으로부터 방출된 광의 파장 λ가 532nm이며 f₂=f₃=f4=f₅=50mm인 경우, 결합 화상이 제5 렌즈 L₅를 통과한 후의 공간 필터 SF의 결합 면 상에서의 결합 화상간의 거리는 1.9mm이고 Y 방향에 대응하는 2차원 화상 형성 장치(530)의 시야각 θ_Y는 16.1도인데 대해, X 방향에 대응하는 2차원 화상 형성 장치(530)의 시야각 θ_X는 12.1도이다.

또한, 비교 3차원 화상 표시 장치에서 제2 렌즈 L₂의 초점 거리 f₂가, 제2 렌즈 L₂에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상의 크기를 증가시키기 위해 100mm로 설정되는 경우, 시야각 θY는 31.5도가 되고 시야각 θ_X는 23.9도가 된다. 이와 같이, 시야각들이 증가될 수 있다. 그러나, 2차원 화상의 결합 화상의 크기가 2배로 증가되므로, 수학식 2의 ν₀의 값은 절반으로 감소되고, 따라서, 결합 화상이 제5 렌즈 L₅를 통과한 후의 공간 필터 SF의 결합 면 상에서의 결합 화상간의 거리는 0.95mm가 된다. 이러한 예에서, 보통의 레벨보다 더 높은 공간 밀도를 가지는 광선 그룹이 생성되지만, 광선 그룹의 하나의 광선당 생성 면적이 1/4로 감소되므로, 관찰되는 화상의 크기가 1/4가 된다.

그러므로, 14㎛의 거리(=Y₀)를 가지는 4각형 래티스를 가지는 다른 필터로 형성되는 오버샘플링 필터 OSF가 배치되는 경우, 2배로 확대된 2차원 화상의 결합 화상의 새로운 공간 샘플링은 2차원 화상 형성 장치(530)의 원래의 픽셀 거리와 유사한 공간 주파수로 수행된다. 결과적으로, 시야각 θY는 31.5도가 되고, 시야각 θ_X는 23.9도가 되며, 결과적으로 시야각이 증가될 수 있다. 또한, 결합 화상이 제5 렌즈 L₅를 통과한 후의 공간 필터 SF의 결합 면상에서의 결합 화상간의 거리는 1.9mm가 될 수 있다. 환언하면, 이러한 예에서, 보통의 레벨보다 더 높은 공간 밀도를 가지는 광선 그룹이 생성되고, 게다가 광선 그룹의 하나의 광선당 생성 면적이 가변되지 않으며 관찰되는 화상의 크기가 가변되지 않는다. 오버샘플링 필터 OSF는 14㎛의 피치의 2차원 매트릭스로 배치된 래티스 소자를 유리 플레이트상에 드로잉(draw)하는 것만으로도 생성될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에 있어서, 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 530)에 의해 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출되고, 소정 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상만이 화상 제한 및 생성부(532)에 의해 선택된다. 그리고나서, 제2 렌즈 L₂에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상은 푸리에 변환 화상 형성부(540, 제3 렌즈 L₃)에 의해 푸리에 변환되어, 푸리에 변환 화상을 얻는다. 푸리에 변환 화상은 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링되고 그리고나서, 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI는 푸리에 변환 화상 선택부(550, 공간 필터 SF)에 의해 형성된다. 결과적으로, 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고, 광선 그룹은 높은 공간 밀도로 게다가 복수의 방향으로 분배된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 또한, 2차원 화상 형성 장치(530) 및 오버샘필링 필터 OSF가 제공되므로, 표시되는 3차원 화상의 스케일(크기)은 증가될 수 있는데 대해, 관찰되는 3차원 화상의 영역이 확장된다. 게다가, 광선 그룹의 성분의 개별적인 광선은 시간적으로 및 공간적으로 서로에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사한 품질을 가지는 광선으로 형성된 3차원 화상이 얻어질 수 있다.

또한, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에서, 광선 재생 방법이 활용되므로, 포커싱, 수렴 및 이동 시차와 같은 시각을 만족시키는 3차원 화상이 제공될 수 있다. 또한, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에 있어서, 높은-차수의 회절광이 효율적으로 활용되므로, 회절 차수의 개수(즉, M×N개의 광선)와 동일한 하나의 화상 출력 디바이스(2차원 화상 형성 장치(530))에 의해 제어될 수 있는 다수의 광선(일종의 2차원 화상의 복사본)이 종래 기술분야의 화상 출력 기술과 비교할 때 오버샘플링 필터 OSF에 의해 얻어질 수 있다. 또한, 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)에 있어서, 필터링을 공간적으로 그리고 시간적으로 수행하므로, 3차원 화상 표시 장치의 시간적 특성이 3차원 화상 표시 장치의 공간적 특성으로 변환될 수 있다. 또한, 3차원 화상은 확산기 스크린 등을 이용하지 않고서도 얻어질 수 있다. 또한, 임의의 방향으로부터의 관찰에 적합한 3차원 화상이 제공 될 수 있다. 또한, 광선 그룹이 공간적으로 높은 밀도로 생성되어 산란될 수 있으므로, 인식 한계에 근사한 높은 해상력의 공간 화상이 제공될 수 있다.

또한, 적용예 2의 3차원 화상 표시 장치(501)에 있어서, 결합 화상이 제5 렌즈를 통과한 후의 공간 필터 SF의 결합 면 상에서의 결합 화상의 크기 및 투사 각도(시야각) θ는 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 표시되는 3차원 화상의 스케일(크기)이 증가되는데 대해, 관찰되는 3차원 화상의 영역은 확장된다.

제3 적용예

제3 적용예는 본 발명의 제3 및 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치이다. 도 20, 21, 22 및 23은 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 예시하고 있다. 또한, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 단일 컬러 표시 타입의 3차원 화상 표시 장치로서 형성된다. 도 20은 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념을 yz 면을 따라 도시하고 있다. 또한, xz면을 따른 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 개념도도 도 20과 거의 유사하다. 한편, 도 21은 제₃ 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 광학 장치의 동작 및 액션 개념을 예시하고 있다. 또한, 도 22는 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치가 비스듬한 방향으로 보여질 때의 개념을 예시하고 있고, 도 23은 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트의 배열 상태를 개략적으로 예시하고 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트들이 이하에 설명된다. 특히, 제3 실시예의 3차원 화상 표시 장치(601)는,

(A) 광원(110);

(B) 광원(110)으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀(631)을 구비하는 2차원 화상 형성 장치(630);

(C) 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 복수의 광학 소자(636)를 포함하고, 2차원 화상 형성 장치(630)로부터 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하기 위해 이를 통해 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치(635);

(D) 광학 장치(635)로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부(640);

(E) 원하는 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 푸리에 변환 화상 형성부(640)에 의해 생성되는 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부(650); 및

(F) 푸리에 변환 화상 선택부(650)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부(660)을 포함한다.

결합 화상 형성부(660)은 푸리에 변환 화상 선택부(650)에 의해 선택된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 2차원 화상 형성부(630)에 의해 생성된 2차원 화상의 실제 화상을 형성하기 위한 역 푸리에 변환부(특히, 이하에 설명되는 제2 렌즈 L₂)을 포함한다. 또한, 푸리에 변환 화상 형성부(640)은 렌즈로 형성되고, 렌즈는 광학 장치(635)를 구성하는 광학 소자(636)의 포커스(제3 적용예에서는, 후방 포커스)가 배치되는 전방 초점면을 가지고 있다. 푸리에 변환 화상 선택부(650)은 렌즈의 후방 초점면 상에 배치된다. 푸리에 변환 화상 선택부(650)은 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있고, 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)와 동일한 복수의 개구(651)를 구비하고 있다.

2차원 화상의 공간 주파수는 그 캐리어 주파수가 2차원 화상 형성 장치(630)의 픽셀 구조의 공간 주파수인 화상 정보에 대응한다.

한편, 본 발명의 제6 실시예에 따르면, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치(601)는,

(A) 광원(110);

(B) 광원(110)으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 (P×Q) 픽셀(631)을 구비하는 2차원 화상 형성 장치(630);

(C) X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 P_{0 ×}Q₀개의 광학 소자(636)를 포함하고, 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하기 위해 이를 통해 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치(635);

(D) 광학 장치(635)를 구성하는 광학 소자(636)의 포커스(제3 적용예에서는, 후방 포커스)가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈 L₁(더 구체적으로는, 제3 적용예에서 볼록 렌즈);

(E) 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구(651) 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구(651)를 포함하고 개방 및 폐쇄되도록 제어될 수 있는 M×N 개구(651)를 구비하는 공간 필터 SF;

(F) 공간 필터 SF가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈 L₂(더 구체적으로는, 제3 적용예의 볼록 렌즈); 및

(G) 제2 렌즈 L₂의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 L₃(더 구체적으로는, 제3 적용예의 볼록 렌즈)를 포함한다.

여기에서, 제3 적용예 또는 제6 및 제7 적용예 중 임의의 하나의 2차원 화상 형성 장치에서, 광학 장치(635)는 X 방향을 따라 m번째 차수 내지 m'번째 차수 회절광의 M개의 회절광(m 및 m'는 정수이고, M은 양의 정수이다) 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 차수 회절광까지의 N개의 회절광(n 및 n'는 정수이고 N은 양의 정수이다)을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성한다. 여기에서, P=P₀=1,024, Q=Q₀=768, m=-5, m'=5, M=m'-m+1=11, n=-5, n'=5 및 N=n'-n+1=11이다. 그러나, 유의할 점은, 언급된 변수의 값들이 상기 구체적으로 주어된 것들로 제한되는 것은 아니라는 점이다. 또한, z축(광축에 대응함)은 제3 적용예 또는 이하에 설명되는 제6 및 제7 적용예 중 임의의 하나의 3차원 화상 표시 장치(601)의 컴포넌트의 중앙을 통과하고, 게다가 3차원 화상 표시 장치(601)의 컴포넌트에 수직으로 연장된다. 본 발명의 제3 실시예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트가 제6 실시예의 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트와 비교되는 경우, 푸리에 변환 화상 형성부(640)은 제1 렌즈 L₁에 대응하며, 푸리에 변환 화상 선택부(650)은 공간 필터 SF에 대응하고, 역 푸리에 변환부는 제2 렌즈 L₂에 대응하며, 결합 화상 형성부(660)은 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃에 대응한다. 그러므로, 설명의 편의상, 이하의 설명은 2차원 화상 형성 장치(630), 제1 렌즈 L₁, 공간 필터 SF, 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃의 측면에서 주어진다.

광원(110)으로부터 방출된 광을 세이핑하기 위한 조명 광학 시스템(120)은 광원(110)과 2차원 화상 형성 장치(630)의 사이에 배치된다. 그러므로, 2차원 화상 형성 장치(630)는 광원(110)으로부터 방출되어 조명 광학 시스템(120)을 통과하는 광(조명광)으로 조명된다. 조명 광에 대해, 예를 들면, 높은 공간 코히어런스를 가지는 광원(110)으로부터 방출되고 조명 광학 시스템(120)에 의해 평행 광으로 세이핑된 광이 이용된다. 유의할 점은, 조명광의 속성 및 조명광을 얻기 위한 구성의 특정 예가 상기 설명된 조명 광학 시스템(120)과 유사하다는 점이다.

2차원 화상 형성 장치(630)는 2차원으로 배열되고 각각이 개구를 가지는 복수의 픽셀(631)을 구비하고 있다. 특히, 2차원 화상 형성 장치(630)는 P×Q 픽셀(631)이 2차원으로, 즉 X 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 투과형 액 정 표시 장치로부터 형성되고, 각 픽셀(631)은 개구를 가지고 있다.

하나의 픽셀(631)은 액정 셀을 포함하는 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극의 중첩 영역으로부터 형성된다. 액정 셀은 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하고, 즉 각 픽셀(631)의 광 투과율이 제어되어 광원(110)으로부터 방출된 광의 광 투과율을 제어함으로써 2차원 화상이 전체적으로 얻어진다. 제1 투명 전극과 제2 투명 전극의 중첩 영역에 직사각형 개구가 제공되고, 광원(110)으로부터 방출된 광이 개구를 통과하여 2차원 화상을 생성한다.

광학 장치(635)는 인접하는 관계(예를 들면, 2차원 화상 형성 장치(630)로부터 가깝게 접촉되거나 작은 거리만큼 이격된 관계로)로 2차원 화상 형성 장치(630)의 후방으로 배치된다. 광학 장치(635)는 2차원 화상 형성 장치(630)와 인접한 관계로 배치되는 경우, 2차원 화상 형성 장치(630)를 구성하는 픽셀(631)의 개구를 통과하는 광으로부터 발생하는 회절 현상의 영향이 무시될 수 있다. 여기에서, 제3 적용예의 광학 장치(635)를 구성하는 광학 소자(636)의 면의 형태는 대응하는 픽셀(631)의 개구의 면의 형태와 유사한 직사각형 형태이고, 광학 소자(636) 각각은 특히 볼록 렌즈(초점 거리 f₀)로부터 양의 광출력을 가지는 굴절 타입의 래티스형 소자로부터 형성된다. 또한, 광학 장치(635)는 일종의 마이크로렌즈 어레이로 형성되고 마이크로렌즈 어레이를 만드는 주지의 방법에 기초하여 유리로 만들어진다.

광학 장치(635)는 위상 격자로서 기능한다. 특히, 각 픽셀(631)로부터 방출되고 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 생성된 2차원 화상을 형성하는 광은 2차원 화상 형성 장치(630)와 인접하는 관계로 배치된 광학 장치(635)의 광학 소자(636) 중 대응하는 하나에 입사한다. 그리고나서, 광학 소자(636)에 입사하는 광은 초점 거리 f₀에서 실질적으로 하나의 포인트에 집광되고 그 포인트로부터 후방으로 추가 진행하도록 광학 소자(636)에 의해 굴절된다. 이러한 상황은 다른 시점으로부터 보는 경우, 각 광학 소자(636)에 대응하는 직사각형 개구 영역(일종의 핀홀, 637)은 도 21의 개념도에서 보여지는 바와 같이 광학 장치(635)의 후방으로 초점 거리 f₀의 위치에 존재하는 것처럼 보이고, 광학 소자(636)로부터 방출된 광은 가상 개구 영역(637)을 통과한다. 결과적으로, 프라운호퍼 회절과 등가인 현상이 발생하고, M×N=121개의 회절광은 각 픽셀(631)에 대응하는 광학 소자(636, 특히 각 광학 소자(636)에 대응하는 가상 개구 영역(637))에 의해 생성된다. 환언하면, 픽셀(631) 및 광학 소자(636)의 개수는 P₀ × Q₀=P×Q이므로, 전체 P×Q×M×N개의 회절광이 광학 장치(635)에 의해 생성된다고 간주될 수도 있다. 그리고나서, 2차원 화상의 공간 주파수는 각 광학 소자(636)로부터 생성된 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 광학 장치(635)로부터 방출된다. 유의할 점은, 회절 각도는 2차원 화상의 공간 주파수에 따라 다르다는 점이다. 초점 거리 f₀의 값이 실질적으로 임의의 값이지만, 광학 장치(635)를 구성하는 다수의 광학 소자(636)는 동일한 초점 거리 f₀을 가지고 있다. 각 광학 장치(635)로부터 방출되는 광은 도 21에서 알 수 있는 바와 같이 광학 소자(636)의 개구수에 좌우되는 각도에 서 전파되는 동안에, 전파 광이 확장되고 광의 손실이 거의 없는 그러한 상황이 얻어질 수 있다. 여기에서, 광학 소자(636)의 배열된 피치 또는 크기는 d₀로 표현되는 경우, 광이 크기 d₀ 및 초점 거리 f₀의 광학 소자(636)에 의해 집광되는 경우의 파장 λ의 평행광의 폭 D는 D=2.44λ/sin(arctan(d₀/2f₀))으로 표현된다. 이로부터, 광학 개구수가 광학 소자(636)를 이용하여 D²/d₀ ²로 표현될 수 있지만, 개구수의 감소에 의해 야기된 광량의 손실이 발생하지 않는다.

광학 장치(635)를 구성하는 광학 소자(636)의 후방 포커스(초점 거리 f₀)는 초점 거리 f1을 가지는 제1 렌즈 L₁의 전방 초점면(광원 측의 초점면) 상에 배치되고, 공간 필터 SF는 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면(관찰자측의 초점면) 상에 배치된다. 그 개수가 회절 차수의 개수와 대응하는 M×N=121개의 푸리에 변환 화상은 제1 렌즈 L1에 의해 생성되고, 공간 필터 SF 상에 형성된다. 유의할 점은, 도 22에서, 64개의 푸리에 변환 화상은 예시의 편의상 점으로 표시된다는 점이다.

공간 필터 SF는 특히 푸리에 변환 화상을 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링하기 위해 일시적인 개방 및 폐쇄 제어를 허용하는 공간 필터이다. 더 구체적으로는, 공간 필터 SF는 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있는 회절 차수의 개수(특히, M×N=121)와 동일한 개구(651)의 개수를 가지고 있다. 그리고나서, 공간 필터 SF에서, 개구(651) 중 원하는 하나가 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 2차원 화 상의 생성 타이밍과 동기화되어 개방 상태로 놓여져, 원하는 회절 차수에 대응하는 하나의 푸리에 변환 화상을 선택한다. 특히, 공간 필터 SF는 예를 들면, 강자성 액정을 이용하여 형성되고 M×N개의 픽셀을 가지는 투과형 또는 반사형 액정 표시 장치 또는 이동형 미러가 2차원 매트릭스로 배치되는 장치를 포함하는 2차원 타입의 MEMS로부터 형성될 수 있다. 유의할 점은, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우의 공간 필터 SF의 개략적인 전방 정면도가 도 4에 도시된 것과 유사하다는 점이다. 도 4를 참조하면, 숫자값(m₀, n₀)은 개구(651, 도 4에서는 참조번호 151로 표시됨)의 개수를 나타내고, 동시에 회절 차수를 나타낸다. 특히, (3,2)번째 개구(651)에서, m₀=3 및 n₀=2의 회절 차수 번호를 가지는 푸리에 변환 화상이 된다.

상기 설명된 바와 같이, 결합 화상 형성부(660)은 특히 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃으로부터 형성된다. 그러면, 초점 거리 f₂를 가지는 제2 렌즈 L₂는 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상을 역 푸리에 변환하여 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 실제 화상 RI를 형성한다. 또한, 초점 거리 L₃을 가지는 제3 렌즈 L₃은 공간 필터 SF에 의해 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI를 형성한다.

제2 렌즈 L₂는 공간 필터 SF가 그 전방 초점면 상에 배치되고, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 실제 화상 RI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 2차원 화상 형성 장치(630)와 관련하여 여기에서 얻어진 실 제 화상 RI의 확대는 제2 렌즈 L₂의 초점거리 f₂를 임의대로 선택함으로써 가변될 수 있다.

한편, 제3 렌즈 L₃은 그 전방 초점면이 제2 렌즈 L₂의 후방 초점면과 일치하고 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 그 후방 초점면 상에 형성되도록 배치된다. 여기에서, 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면이 공간 필터 SF의 결합 면이므로, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상은 하나의 개구(651)에 대응하는 공간 필터 SF 상의 일부로부터 등가적으로 출력된다. 그리고나서, 최종적으로 생성되고 출력된 광선 양은 픽셀의 개수(P×Q)와 동일한 광선의 개수를, 광학 시스템을 통과한 회절 차수의 개수(특히, M×N)를 승산함으로써 계산되는 양으로 정의될 수 있다. 또한, 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 형성되는데 대해, 광선 그룹은 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 2차원적으로 규칙적으로 배치된다고 생각된다. 환언하면, 일반적으로 회절 차수의 개수(특히, M×N)와 동일한 도 36에 도시된 다수의 프로젝터 유닛이 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 등가적으로 배치된다.

도 22 및 24에 개략적으로 도시된 바와 같이, X 방향에 따라 -5번째 차수 내지 +5번째 차수의 11개의 회절광 및 Y 방향에 따라 -5번째 차수 내지 +5번째 차수의 11개의 회절광을 포함하는 전체 M×N = 121개의 다른 회절광이 광학 장치(635)의 하나의 광학 소자(636)(특히, 광학 소자(636)의 후방 포커스에 위치한 가상 개 구 영역(637))에 의해 생성된다. 유의할 점은, 단지 제로번째 차수의 광(n₀=0), ± 1번째 차수의 광(n₀=± 1), 및 ± 2번째 차수의 광(n₀=± 2)이 도 24에 대표적인 회절광으로서 예시되어 있지만, 실제로는 더 높은 차수의 회절광이 생성되고 3차원 화상은 최종적으로 회절광으로부터 형성된다는 점이다. 여기에서, 각 회절 차수의 회절광(광속)은 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 모든 화상 정보(모든 픽셀의 정보)를 집중적으로 포함한다. 2차원 화상 형성 장치(630) 상의 동일한 픽셀로부터의 회절에 의해 생성된 복수의 광선 그룹(11 × 11 = 121개 광선의 그룹)은 동일한 시점에서 동일한 화상 정보를 가지고 있다. 환언하면, P×Q 픽셀(631)을 가지는 투과형의 액정 표시 장치로부터 형성되는 2차원 화상 형성 장치(630)에서, 광원(110)으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상이 생성되고, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 각 광학 소자(636)에 의해 생성된 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 광학 장치(635)로부터 방출된다. 환언하면, 일종의 M×N개의 2차원 화상의 복사본이 2차원 화상 형성 장치(630)로부터 복수의 회절 차수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된다.

그리고나서, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 모든 화상 정보가 집중적으로 포함되는 2차원 화상의 공간 주파수는 제1 렌즈 L₁에 의해 푸리에 변환되어, 그 개수가 회절 차수의 개수(전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성한다. 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상에 형성된다. 회절 차수의 개수에 대응하는 회절 각도를 따라 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환 화상이 제1 렌즈 L₁에 의해 생성되므로, 푸리에 변환 화상이 공간적으로 높은 밀도로 얻어질 수 있다.

여기에서, 광원(110)으로부터 방출된 광(조명 광)의 파장이 λ(mm)로 표현되고, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수가 ν(lp/mm)로 표현되며, 제1 렌즈 L₁의 초점 거리가 f₁(mm)로 표현되는 경우, 공간 주파수 ν를 가지는 광(푸리에 변환 화상)은 수학식 1에 따라 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상의 광축으로부터 거리 Y₁(mm)의 위치에 나타난다.

제1 렌즈 L₁의 집광 상태는 도 25에 개략적으로 예시되어 있다. 유의할 점은, 도 25에서, "Y₀"은 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 y축 방향의 길이를 나타내고, "Y₁"은 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상에 기초한 공간 필터 SF 상의 푸리에 변환 화상의 y축 방향으로의 거리를 나타낸다는 점이다. 또한, 제로번째-차수 회절광은 직선으로 표시되고, 제1-차수 회절광은 점선으로 표시되는데 대해, 제2-차수 회절광은 교대로 길고 짧은 점선으로 표시된다. 회절 차수의 회절광, 즉 그 개수가 회절 차수에 대응하는 다수의 생성된 푸리에 변환 화상은 제1 렌즈 L₁(도 22 참조)에 의해 공간 필터 SF의 다른 개구(651)에서 집광된다. 개구(651)의 개수는 상기 설명된 바와 같이 M×N =121개이다. 공간 필터 SF 상에서의 집광 각도 θ(공간 필터 SF로부터 방출된 산란 각도) 는 동일한 회절 차수 번호를 가지는 푸리에 변환 화상(또는 회절 광) 상의 P×Q 개구 영역(631)과 관련하여 동일하다. 공간 필터 SF 상에서의 인접하는 회절 차수의 푸리에 변환 화상간의 거리는 상기 주어진 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 수학식 1로부터, 푸리에 변환 화상의 위치(공간 필터 SF 상에서의 화상 형성 위치)는 제1 렌즈 L₁의 초점 거리 f₁을 임의로 선택함으로써 가변될 수 있다.

제1 렌즈 L₁이 복수 개수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출된 2차원 화상의 공간 주파수를 통과시키기 위해서는, 활용되는 회절 차수 번호에 따라 제1 렌즈 L₁의 개구수 NA를 선택하는 것이 필요하고, 제1 렌즈 L₁에 이어지는 모든 렌즈의 개구수는 초점 거리에 관계없이 제1 렌즈 L₁의 개구수 NA보다 큰 것이 요구된다.

개구(651)의 크기는 수학식 1에서 Y₁의 값과 동일하게 설정될 수 있다. 하나의 예로서, 조명광의 파장 λ가 532nm인 경우, 제1 렌즈 L₁의 초점 거리 f₁은 50mm이고, 2차원 화상 형성 장치(630)의 하나의 픽셀(631)의 크기는 대략 13 내지 14㎛이며, Y₁의 값은 약 2mm이다. 이것은 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상이 대략 2mm의 거리의 높은 밀도로 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 환언하면, 11 × 11 = 121 푸리에 변환 화상은 공간 필터 SF 상의 X 및 Y 방향 양쪽에서 약 2mm의 거리에서 얻어질 수 있다.

2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성되는 2차원 화상의 공간 주파수 ν 는, 2차원 화상은 P×Q 픽셀(631)을 포함하여 형성된 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성되기 때문에, 최고에서 2차원 화상 형성 장치(630)의 2개의 연속적인 픽셀(631)로부터 형성되는 주기를 가지고 있다.

2차원 화상의 공간 주파수가 최저인 상태에서의 2차원 화상 형성 장치(630)는 도 7a에 도시된 것과 유사한 전방 정면을 가지고 있다. 또한, 제1 렌즈 L1에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기는 도 8a에 예시된 것과 유사한 주파수 특성을 가지고 있다. 한편, 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수가 최고인 상태의 2차원 화상 형성 장치(630)는 도 7b에 도시된 것과 유사한 전방 정면을 가지고 있다. 또한, 제1 렌즈 L₁에 의해 형성된 푸리에 변환 화상의 광 세기는 도 8b에 예시된 것과 유사한 주파수 특성을 가지고 있다. 또한, 공간 필터 SF 상에서의 푸리에 변환 화상의 분포(xy 면 상에서)는 도 9a 내지 9c에 도시된 것들과 유사하다.

공간 필터 SF의 개구(651)의 면의 형태는 푸리에 변환 화상의 형태에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 개구(651)는 각 회절 차수에 대해 제공되어, 푸리에 변환 화상의 면 파 성분의 피크 위치가 개구(651)의 중앙이 된다. 결과적으로, 각 푸리에 변환 화상의 광 세기의 피크는 개구(651)의 중앙 위치에 위치한다. 특히, 각 개구(651)는 2차원 화상의 공간 주파수가 최저 공간 주파수 성분(면 파 성분)인 푸리에 변환 화상의 사이클릭 패턴에서 중앙이 되는 2차원 화상의 모든 양 및 음의 최고 공간 주파수가 개구(651)를 통과하도록 형성되어야 한다.

그런데, 공간 주파수가 최고인 상태는 도 8b에 도시된 바와 같이, 모든 픽셀 이 블랙 및 화이트를 교대로 표시하는 경우이다. 또한, 2차원 화상 형성 장치(630)의 픽셀 구조의 공간 주파수 및 2차원 화상의 공간 주파수는 이하의 관계를 가지고 있다. 특히, 개구가 모든 픽셀을 차지한다(즉, 개구 비율이 100%이다)고 가정하는 경우, 2차원 화상의 최고 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수의 1/2이다. 한편, 개구가 픽셀의 특정 비율만을 차지하는 경우(100%보다 낮음), 2차원 화상의 최고 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수의 1/2보다 낮다. 그러므로, 2차원 화상의 모든 공간 주파수는 픽셀 구조로부터 발생하여 공간 필터 SF 상에서 나타나는 사이클릭 패턴간의 거리의 절반의 위치까지 나타난다. 이로부터, 모든 개구(651)는 서로 공간적으로 간섭하지 않도록 배치될 수 있다. 특히, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 (3,2)번째 개구(651)에 오게 되지만, 회절 차수 번호 m₀=3 및 n₀=2를 가지는 푸리에 변환 화상은 나머지 개구(651)에는 오지 않는다. 결과적으로, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수는 개별적인 푸리에 변환 화상에 대해 서로 독립적인 개구(651)를 가지는 공간 필터 SF 상의 하나의 개구(651)내에 위치한 푸리에 변환 화상 내에 존재하지만, 개구(651)의 공간 제한에 의해 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 형성된 2차원 화상의 공간 주파수의 미스(miss)는 발생하지 않는다. 유의할 점은, 픽셀 구조의 공간 주파수는 캐리어 주파수로 간주되고, 2차원 화상의 공간 주파수는 픽셀 구조의 공간 주파수가 캐리어 주파수인 화상 정보에 대응한다는 점이다.

그리고나서, 공간 필터 SF에서, 개구(651)의 개방/폐쇄 제어는 M×N 푸리에 변환 화상의 통과/인터셉션을 제어하기 위해 수행된다. 공간 필터 SF가 예를 들면, 액정 표시 장치로부터 형성되는 경우, 개구(651)의 개방/폐쇄 제어는 액정 셀이 일종의 광 셔터(광 밸브)로서 동작하도록 함으로써 수행될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치(601)에 있어서, 2차원 화상 형성 장치(630)에 의해 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출되고, 푸리에 변환 화상 형성부(640, 제1 렌즈 L₁)에 의해 공간 주파수를 푸리에 변환함으로써 얻어지는 푸리에 변환 화상은 푸리에 변환 화상 선택부(650, 공간 필터 SF)에 의해 공간적으로 그리고 시간적으로 필터링된다. 그리고나서, 필터링된 푸리에 변환 화상의 결합 화상 CI가 형성된다. 결과적으로, 광선 그룹은 전체 3차원 화상 표시 장치의 스케일을 증가시키지 않고서도, 높은 공간 밀도로 그리고 복수의 방향으로의 분포된 상태로 생성되어 산란될 수 있다. 또한, 광선 그룹의 성분인 개별적인 광선은 서로 독립되게 시간적으로 그리고 공간적으로 제어될 수 있다. 결과적으로, 실제 세계의 제품과 근사한 품질을 가지는 광선으로 형성된 3차원 화상이 얻어질 수 있다.

또한, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치(601)에 있어서, 광선 재생 방법이 이용되므로, 포커싱, 수렴 및 이동 시차와 같은 시각을 만족하는 3차원 화상이 제공될 수 있다. 또한, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치(601)에 있어서, 높은-차수의 회절광이 효율적으로 활용되므로, 회절 차수의 개수(즉, M×N 광선)와 동일한 하나의 화상 출력 디바이스(2차원 화상 형성 장치(630))에 의해 제어될 수 있는 다 수의 광선(일종의 2차원 화상의 복사본)이 종래 화상 출력 기술과 비교할 때 얻어질 수 있다. 또한, 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치(601)에 있어서, 필터링을 공간적으로 그리고 시간적으로 수행되므로, 3차원 화상 표시 장치의 시간적 특성이 3차원 화상 표시 장치의 공간적 특성으로 변환될 수 있다. 또한, 3차원 화상이 확산기 스크린 등을 이용하지 않고 얻어질 수 있다. 또한, 임의의 방향으로부터의 관찰에 적합한 3차원 화상이 제공될 수 있다. 또한, 광선 그룹이 공간적으로 높은 밀도로 생성되어 산란될 수 있으므로, 인식 한계에 근사한 높은 해상력의 공간 화상이 제공될 수 있다.

제4 적용예

제4 적용예는 제1 적용예의 변형이고 본 발명의 제1 및 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치이다. 제4 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 도 26의 개념도에 도시되어 있다.

도 26을 참조하면, 제4 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 액정 표시 장치와 다른 광 변조부(230)을 포함한다. 특히, 광 변조부(230)은 P(예를 들면, 1,920) 파티션으로 분할된 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 공간 광 변조기(특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)), 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401))에 의해 형성되고 P 파티션으로 분할된 1차원 화상을 2차원적으로 확장(주사)함으로써 P×Q 파티션으로 분할된 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템(특히, 주사 미러(405)), 및 복수의 회절 차수(특히, 전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주 파수를 방출하기 위해 2차원 화상의 형성 면 상에 배치되는 래티스 필터(회절 격자 필터, 332)를 포함한다. 여기에서, M×N 회절광은 광학 주사 시스템(주사 미러(405))에 의해 형성되고 P×Q 파티션으로 분할되는 2차원 화상의 각 파티션에 대해 래티스 필터(332)에 의해 생성된다. 유의할 점은, 래티스 필터(332)는 다르게는 크기 그레이딩(amplitude grading) 또는 위상 격자로부터 형성될 수 있다는 점이다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트가 이하에 설명된다. 특히, 제4 적용예의 3차원 화상 표시 장치(101)는,

(A) 광원(110);

(B) 1차원 화상을 생성하기 위한 X 방향에 따라 P 픽셀을 가지는 1차원 공간 광 변조기(특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)), 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템(특히, 주사 미러(405)), 및 각 픽셀에 대해 m번째에서 m'번째 차수까지의 M개의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부(특히, 래티스 필터(332))(여기에서, m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수임)을 포함하는 2차원 화상 형성 장치(230);

(C) 회절광 생성부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈 L₁(특히, 제4 적용예에서 볼록 렌즈);

(D) 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향을 따른 M개의 개 구(151) 및 Y 방향을 따른 N(N은 양의 정수)개의 개구(151)를 포함하는 전체 M×N개의 개구(151)를 구비하는 공간 필터 SF - 개구(151)는 개방되고 폐쇄되도록 제어될 수 있음 -;

(E) 공간 필터 SF가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈 L₂(특히, 제4 적용예에서, 볼록 렌즈); 및

(F) 제2 렌즈 L₂의 후방 포커스에 위치한 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 L₃(특히, 제4 적용예에서는 볼록 렌즈)을 포함한다.

여기에서, 1차원 화상은 X 방향으로 연장된다고 가정한다. 또한, 주사 방향은 Y 방향이고 2차원 화상은 X 방향 및 Y 방향을 따라 형성된다고 가정한다. 그러나, 다르게는 X 방향 및 Y 방향이 교환될 수 있다. 유의할 점은, 도 26에서, 조명 광학 시스템(120)이 생략된다는 점이다. 이것은 제5 및 제6 적용예에도 유사하게 적용된다.

1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401))는 광원(110)으로부터의 광을 회절시켜 1차원 화상을 형성한다. 특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)는 1차원 어레이로 배열된 회절 격자-광 변조 소자(GLV, 410)를 포함한다. 회절 격자-광 변조 소자(410)는 마이크로머신 제조 기술을 적용하여 제조되고, 반사형의 회절 격자로부터 형성되어 광 스위칭 기능을 가지고 있고 광의 온/오프 제어를 실효되도록 전기적으로 제어되어 화상을 표시한다. 그리고나서, 광 변조부(230)에서, 회절 격자-광 변조 소자(410)로부터 방출된 광은 갈바노 미러 또는 폴리곤 미러로부터 형 성되는 주사 미러(405)에 의해 주사되어 2차원 화상을 얻는다. 따라서, P×Q(예를 들면, 1,920×1,080) 픽셀로 형성되는 2차원 화상을 표시하기 위해, 회절 격자-광 변조 장치(401)는 P(=1,920) 회절 격자-광 변조 소자(410)로 형성될 수 있다.

주사 미러(405)에 의해 얻어진 2차원 화상에 기초하여 회절광을 생성하는 것이 필요하다. 이를 위해, 진폭형 또는 위상형의 필터가 2차원적으로 확장 면(plane) 상에 배치되어 회절광을 생성한다. 특히, 주사 미러(405)에 의해 주사함으로써 얻어지는 2차원 화상은 주사 렌즈 시스템(331)을 통과하고 2차원 화상 생성 면 상에 배치된 래티스 필터(회절 격자 필터, 332)에 입사한다. 그러므로, 래티스 필터(332)는 2차원 화상의 P×Q 파티션 각각에 대해 M×N 회절광을 생성한다. 특히, 생성된 2차원 화상의 공간 주파수는 래티스 필터(332)의 파티션(픽셀에 대응함)으로부터 생성되는 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 래티스 필터(332)로부터 방출된다. 래티스 필터(332)는 초점 거리 f₁을 가지는 제1 렌즈 L₁의 전방 초점면 상에 배치된다.

1차원 공간 광 변조기가 이용되는 경우, 형성되는 화상은 1차원 화상이므로, 회절이 1차원 공간에서 발생한다. 따라서, 결과적인 회절광을 Y 방향으로 확산시키기 위한 광학 시스템이 요구된다. 이하에 설명되는 제4 적용예 또는 제6 적용예의 3차원 화상 표시 장치에서, 1차원 방향으로 생성된 회절광을 2차원 방향으로 확산시키는 이방성 광 확산이 발생하도록 유발시키기 위한 부재(333, 이방성 확산 필터, 이방성 확산막 또는 이방성 확산 시트로도 불려짐)가 제3 렌즈 L₃(결합 화상 형 성부(160))에 대해 다운스트림 측(관찰자 측) 상에 배치된다.

상기 내용을 제외하고, 제4 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 그 구성과 구조에 있어서 제1 적용예와 관련하여 상기 설명된 3차원 화상 표시 장치와 유사하다. 그러므로, 제4 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 구성 및 동작의 중첩된 설명은 중복을 피하기 위해 여기에서 생략된다.

이제, 회절 격자-광 변조 소자(410)의 구성 및 구조가 설명된다.

각 회절 격자-광 변조 소자(410)는 도 27에 개략적으로 도시된 바와 같은 방식으로 배열된 하부 전극(412), 고정형 전극(421), 이동형 전극(422), 등을 포함한다. 유의할 점은, 도 27에서, 하부 전극(412), 고정형 전극(421), 이동형 전극(422) 및 지지 부분(414, 415, 417 및 418)은 명백하게 보여지도록 사선으로 표시되어 있다는 점이다.

도 27을 참조하면, 회절 격자-광 변조 소자(410)는 특히 하부 전극(412), 벨트-또는 리본형 고정형 전극(421), 및 벨트-또는 리본형 이동형 전극(422)을 포함한다. 하부 전극(412)은 지지 부재(411) 상에 형성된다. 한편, 고정형 전극(421)은 지지 부분(414, 415) 상에서 지지되고 하부 전극(412) 상에서 지지되어 연장된다. 또한, 이동형 전극(422)은 지지 부분(417, 418) 상에 지지되고, 고정형 전극(421)과 병치된 관계로 하부 전극(412) 상에서 지지되어 연장된다. 도 27에 도시된 예에서, 하나의 회절 격자-광 변조 소자(410)는 3개의 고정형 전극(421) 및 3개의 이동형 전극(422)을 포함한다. 3개의 이동형 전극(422)은 도시되지 않은 접속 단자부에 접속되는 제어 전극에 집합적으로 접속된다. 한편, 3개의 고정형 전 극(421)은 바이어스 전극에 집합적으로 접속된다. 바이어스 전극은 회절 격자-광 변조 소자(410)에 공통으로 제공되고, 도시되지 않은 바이어스 전극을 통해 접지된다. 또한, 하부 전극(412)은 회절 격자-광 변조 소자(410)에 공통으로 제공되고 도시되지 않은 하부 전극 단자부를 통해 접지된다.

전압이 접속 단자부 및 제어 전극을 통해 이동형 전극(422)에 인가되고 다른 전압이 하부 전극(412, 실제로는 하부 전극(412)이 접지된 상태이다)에 인가되는 경우, 이동형 전극(422)과 하부 전극(412) 사이에 쿨롱 힘이 생성된다. 그리고나서, 이동형 전극(422)이 쿨롱 힘에 의해 하부 전극(412)을 향해 아래로 변위된다. 유의할 점은, 변위 이전 상태의 이동형 전극(422)이 도 28a 및 도 28c의 좌측에 도시되어 있지만, 변위 이후의 다른 상태의 이동 전극(422)이 도 28b 및 도 28c의 우측에 도시되어 있다는 점이다. 그리고나서, 반사형의 회절 격자는 이동형 전극(422)의 그러한 변위에 기초하여 이동형 전극(422) 및 고정형 전극(421)에 의해 형성된다. 여기에서, 도 28a는 도 27의 라인 B-B에 따른 고정형 전극 등의 개략적인 단면도이고, 도 27의 라인 A-A에 따른 이동형 전극 등의 개략적인 단면도이다(회절 격자-광 변조 소자가 동작 상태가 아닌 상태). 한편, 도 28b는 도 27의 라인 A-A에 따른 이동형 전극의 개략도(회절 격자-광 변조 소자가 동작 상태임)이고, 도 28c는 도 27의 라인 C-C에 따른 고정형 전극, 이동형 전극 등의 개략적인 단면도이다.

고정형 전극(421)의 인접하는 것들간의 거리는 d로 표현되고(도 28c 참조), 이동형 전극(422) 및 고정형 전극(421)에 입사하는 광의 파장(입사각: θ₁)은 λ로 표현되며, 회절 각도는 θ_m으로 표현되는 경우, 이들은 d[sin(θ_i)-sin(θ_m)]=m_{Dif ·} λ로 표현되고, 여기에서 m_Dir은 차수 숫자를 나타내고 값 0, ± 1, ± 2, …을 취한다.

회절광의 광 세기는 이동형 전극(422)의 상부면과 고정형 전극(421)의 상부면간의 높이의 차이 △h₁(도 28c 참조)이 λ/4인 경우에 최고값을 나타낸다.

상기 설명된 바와 같은 회절 격자-광 변조 장치를 포함하는 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 230)의 개념도가 도 29에 도시되어 있다. 도 29를 참조하면, 제4 적용예의 광 변조부(230)은 레이저 광을 방출하기 위한 광원(110), 광원(110)으로부터 방출된 광을 집광하기 위한 집광 렌즈(도시되지 않음), 집광 렌즈를 통과한 광이 도입되는 회절 격자-광 변조 장치(401), 회절 격자-광 변조 장치(401)로부터 방출된 광이 통과하는 렌즈(403) 및 공간 필터(404), 공간 필터(404)를 통과한 하나의 광속으로부터 화상을 형성하기 위한 화상 형성 렌즈(도시되지 않음), 및 화상 형성 렌즈를 통과한 광속을 주사하기 위한 주사 미러(405)를 포함한다.

상기 설명된 구성을 가지는 광 변조부(230)에서, 회절 격자-광 변조 소자(410)가 비동작 상태로서 이동형 전극(422)이 도 28a 및 도 28c의 좌측에 도시된 상태에 있는 경우, 이동형 전극(422) 및 고정형 전극(421)의 상부면에 의해 반사된 광이 공간 필터(404)에 의해 인터셉트된다. 한편, 회절 격자-광 변조 소자(410)가 동작 상태로서 이동형 전극(422)이 도 28b 및 도 28c의 우측에 도시된 상태인 경 우, 이동형 전극(422) 및 고정형 전극(421)에 의해 회절된 ± 1번째 차수(m_Dif = ± 1)의 회절광은 공간 필터(404)를 통과한다. 바로 이전에 설명된 그러한 구성은 광의 온/오프 제어를 허용한다. 이동형 전극(422)의 상부면과 고정형 전극(421)의 상부면간의 높이 차이 △h_i는 이동형 전극(422)에 인가되는 전압을 가변시킴으로써 가변될 수 있다. 결과적으로, 회절광의 세기가 가변되어 그레데이션(gradation) 제어를 달성할 수 있다.

제5 적용예

제5 적용예는 제2 적용예의 변형이고 본 발명의 제2 및 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치이다. 제5 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 도 30의 개념도에 도시되어 있다.

도 30을 참조하면, 제5 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제2 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 액정 표시 장치와 다른 광 변조부(230)을 포함한다. 특히, 광 변조부(230)은 P(예를 들면, 1,920) 파티션으로 분할된 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 공간 광 변조기(특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)), 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401))에 의해 형성되고 P 파티션으로 분할된 1차원 화상을 2차원적으로 확장(주사)함으로써 P×Q 파티션으로 분할된 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템(특히, 주사 미러(405)), 및 복수의 회절 차수(특히, 전체 M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하기 위해 2차원 화상의 형성 면 상에 배치되는 래티스 필터(회절 격자 필터, 332)를 포함한다. 여기에서, M×N 회절광은 광학 주사 시스템(주사 미러(405))에 의해 형성되고 P×Q 파티션으로 분할되는 2차원 화상의 각 파티션에 대해 래티스 필터(332)에 의해 생성된다. 유의할 점은, 래티스 필터(332)는 다르게는 크기 그레이딩(amplitude grading) 또는 위상 격자로부터 형성될 수 있다는 점이다.

본 발명의 제8 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치의 컴포넌트가 이하에 설명된다. 특히, 제5 적용예의 3차원 화상 표시 장치(501)는,

(A) 광원(110);

(B) 1차원 화상을 생성하기 위한 1차원 공간 광 변조기(특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)), 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템(특히, 주사 미러(405)), 및 각 픽셀에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부(특히, 래티스 필터(332))을 포함하는 2차원 화상 형성 장치(230);

(C) 회절광 생성부(래티스 필터(332))이 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈 L₁;

(D) 소정 회절 차수의 회절광(예를 들면, 그 캐리어 주파수가 면파 성분의 제로번째 차수 회절인 제1 차수 회절에 대응하는 푸리에 변환 화상)이 통과하도록 허용하기 위해 제1 렌즈 L₁의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부(533);

(E) 화상 제한 개구부(533)이 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈 L₂;

(F) 제2 렌즈 L₂의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구에 대해 제2 렌즈 L₂에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광(m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수이다) 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광(n 및 n'는 정수이고 N은 양의 정수이다)을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀(P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이고 P₀>P임) 개구를 구비하는 오버샘플링 필터 OSF;

(G) 오버샘플링 필터 OSF가 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈 L₃;

(H) 제3 렌즈 L₃의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구(551) 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구(551)를 포함하는 전체 M×N 개구(551)를 구비하는 공간 필터 SF - 개구(551)는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

(I) 공간 필터 SF가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈 L₄; 및

(J) 제4 렌즈 L₄의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈 L₅를 포함한다.

상기 내용을 제외하고, 제5 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제2 적용예와 관련하여 상기 설명된 3차원 화상 표시 장치와 구성과 구조가 유사하다. 유의할 점은, 제5 적용예의 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401)), 주사 렌즈 시스템(331), 래티스 필터(회절 격자 필터, 332) 및 회절 격자-광 변조 소자(410)가 제4 적용예의 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401)), 주사 렌즈 시스템(331), 래티스 필터(회절 격자 필터, 332) 및 회절 격자-광 변조 소자(410)와 각각 유사하게 구성될 수 있다는 점이다.

제6 적용예

제6 적용예는 제3 적용예의 변형이다. 제6 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 도 31의 개념도에 도시되어 있다.

도 31을 참조하면, 제6 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제3 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 액정 표시 장치와 다른 광 변조부(230)을 포함한다. 특히, 광 변조부(230)은 P(예를 들면, 1,920) 파티션으로 분할된 1차원 화상을 형성하기 위한 1차원 공간 광 변조기(특히, 회절 격자-광 변조 장치(401)), 및 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401))에 의해 형성되고 P 파티션으로 분할된 1차원 화상을 2차원적으로 확장(주사)함으로써 P×Q 파티션으로 분할된 2차원 화상을 형성하기 위한 주사 광학 시스템(특히, 주사 미러(405))을 포함한다. 광학 장치(635)는 2차원 화상의 생성 면 상에 배치되고, 복수의 회절 차수(특히, M×N 회절 차수)에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출한다.

상기 내용을 제외하고, 제6 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제3 적용예와 관련하여 상기 설명된 3차원 화상 표시 장치와 구성과 구조가 유사하다. 그러므로, 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 구성 및 구조의 중첩 설명은 중복을 피하기 위해 여기에서는 생략된다. 유의할 점은, 제6 적용예의 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401)), 주사 렌즈 시스템(331), 래티스 필터(회절 격자 필터, 332) 및 회절 격자-광 변조 소자(410)가 제4 적용예의 1차원 공간 광 변조기(회절 격자-광 변조 장치(401)), 주사 렌즈 시스템(331), 래티스 필터(회절 격자 필터, 332) 및 회절 격자-광 변조 소자(410)와 각각 유사하게 구성될 수 있다는 점이다.

제7 적용예

제7 적용예는 제1, 제2 또는 제3 적용예의 변형이다. 제7 적용예의 3차원 화상 형성 장치의 개념도가 도 32에 도시되어 있다. 제1, 제2 또는 제3 적용예의 3차원 화상 형성 장치에서, 광 투과형의 2차원 화상 형성 장치(130, 530 또는 630)가 이용된다. 한편, 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에서, 반사형의 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130A, 530A 또는 630A)이 이용된다. 반사형의 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130A, 530A 또는 630A)은 예를 들면, 반사형의 액정 표시 장치로 형성되거나 이동형 미러가 각 개구에 제공되는 구성(이동형 미러가 2차원적으로 배열되는 2차원 MEMS로 형성된 구성)을 가질 수 있다. 2차원 화상은 이동형 미러의 시프팅/논-시프팅에 의해 형성되고, 프라운호퍼 회절은 개구에 의해 생성된다. 유의할 점은, 광학 장치가 도 32에는 생략된다는 점이다.

또한, 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치에서, 빔 스플리터(170)가 z축(광 축) 상에 제공된다. 빔 스플리터(170)는 편광된 광 성분의 차이에 따라 이를 통과하거나 광을 반사하는 기능을 가지고 있다. 빔 스플리터(170)는 광원(110)으로부터 방출된 광을 반사형의 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130A, 530A 또는 630A)을 향해 반사한다. 또한, 빔 스플리터(170)는 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130A, 530A 또는 630A)으로부터 반사된 광을 통과시킨다. 이것을 제외하고, 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치는 제1, 제2 또는 제3 적용예와 관련하여 상기 설명된 3차원 화상 표시 장치와 구성 및 구조가 유사하다. 그러므로, 제7 적용예의 3차원 화상 표시 장치의 구성 및 구조의 중첩 설명은 중복을 피하기 위해 여기에서는 생략된다.

본 발명의 화상 재생 장치가 바람직한 적용예에 기초하여 상기 설명되고 있지만, 본 발명의 화상 재생 장치는 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 3차원 화상 표시 장치는 바람직한 적용예에 기초하여 상기 설명되었지만, 제1 내지 제7 적용예로 제한되는 것은 아니다. 적용예들에서, 오버샘플링 필터를 형성하는 래티스 필터는 위상 격자로 형성되지만, 다르게는 진폭 격자로 형성될 수도 있다.

또한, 2차원 화상 형성 장치(630)가 제1 볼록 렌즈의 전방 초점면 상에 배치되고 제2 볼록 렌즈의 전방 포커스가 제1 볼록 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되면서 광학 장치(635)는 제2 볼록 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되도록, 2차원 화상 형성 장치(630) 및 광학 장치(635)의 사이에 예를 들면 2개의 볼록 렌즈를 배치할 수 있다. 또한, 광학 장치(635)를 형성하는 각 광학 소자(636)를 다르게는 오목 렌즈로 형성할 수 있다. 이러한 예에서, 가상 개구 영역(637)은 2차원 화상 형성 장치(630)의 전방으로(광원 측에서) 배치된다. 또한, 광학 소자(636)는 보통 렌즈 대신에 프레스넬(Fresnel) 렌즈로 형성될 수 있다.

제1, 제4 및 제7 적용에에서, 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130 또는 130A) 또는 회절광 생성부는 푸리에 변환 화상 형성부(140)을 형성하는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 전방 초점면 상에 배치되고, 푸리에 변환 화상 선택부는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 후방 초점면 상에 배치된다. 그러나, 경우에 따라, 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130 또는 130A) 또는 회절광 생성부는, 2차원 화상의 공간 주파수에 나타나는 누화(crosstalk)로 인해 최종적으로 얻어지는 3차원 화상에 발생하는 저하(degradation)가 허용되는 경우, 푸리에 변환 화상 형성부(140)을 형성하는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 전방 초점면으로부터 변위된 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1 렌즈 L₁, 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃ 각각은 볼록 렌즈로 제한되지 않고 적합한 렌즈로 선택적으로 형성될 수 있다. 또한, 제2, 제5 및 제7 적용예에서, 오버샘플링 필터 OSF는 푸리에 변환 화상 형성부(540)을 형성하는 렌즈(제3 렌즈 L₃)의 전방 초점면 상에 배치되고 푸리에 변환 화상 선택부(550, 공간 필터 SF)은 렌즈(제3 렌즈 L₃)의 후방 초점면 상에 배치된다. 그러나, 경우에 따라, 2차원 화상의 공간 주파수에 나타나는 누화(crosstalk)로 인해 최종적으로 얻어지는 3차원 화상에 발생하는 저하(degradation)가 허용되는 경우, 오버샘플링 필터 OSF는 푸리에 변환 화상 형성부(540)을 형성하는 렌즈(제3 렌즈 L₃)의 전방 초점면으로부터 변위된 위치에 배치되거나, 푸리에 변환 화상 선택부(550, 공간 필터 SF)은 렌즈(제3 렌즈 L₃)의 후방 초점면으로부터 변위된 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1 렌즈 L₁, 제2 렌즈 L₂, 제3 렌즈 L₃, 제4 렌즈 L₄ 또는 제5 렌즈 L₅ 각각은 볼록 렌즈로 제한되지 않고 적합한 렌즈로 선택적으로 형성될 수 있다. 또한, 제3, 제6 및 제7 적용예에서, 광학 장치(635)를 형성하는 광학 소자(636)의 포커스는 푸리에 변환 화상 형성부(640)을 형성하는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 전방 초점면 상에 배치되고 푸리에 변환 화상 선택부는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 후방 초점면 상에 배치된다. 그러나, 경우에 따라, 2차원 화상의 공간 주파수에 나타나는 누화(crosstalk)로 인해 최종적으로 얻어지는 3차원 화상에 발생하는 저하(degradation)가 허용되는 경우, 광학 장치(635)를 형성하는 광학 소자(636)의 포커스는 푸리에 변환 화상 형성부(640)을 형성하는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 전방 초점면으로부터 변위된 위치에 배치되거나, 푸리에 변환 화상 선택부는 렌즈(제1 렌즈 L₁)의 후방 초점면으로부터 변위된 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1 렌즈 L₁, 제2 렌즈 L₂ 및 제3 렌즈 L₃ 각각은 볼록 렌즈로 제한되지 않고 적합한 렌즈로 선택적으로 형성될 수 있다.

제1 내지 제7 적용예에서, 모든 경우의 광원은 단일 컬러 광 또는 거의 단일 컬러 광을 방출하는 광원으로 형성된다고 가정하고 있지만, 광원은 상기 설명된 구 성의 것으로 제한되지는 않는다. 광원(110)의 파장 대역은 복수의 대역에 걸쳐 연장될 수 있다. 그러나, 이러한 예에서, 예를 들어, 제1 적용예의 3차원 화상 표시 장치를 예로서 들면, 양호하게는 파장 선택을 수행하는 좁은 대역 필터(171)가 도 33a에 도시된 바와 같이, 조명 광학 시스템(120)과 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130)의 사이에 배치된다. 이것에 의해, 파장 대역이 분류되고 선택되어 하나의 컬러 광을 추출할 수 있다.

또는, 광원(110)의 파장 대역은 넓은 대역에 걸쳐 연장된다. 그러나, 이러한 예에서, 파장 선택을 수행하는 다이크로익(dichroic) 프리즘(172) 및 좁은 대역 필터(171G)는 양호하게는 도 33b에 도시된 바와 같이, 조명 광학 시스템(120)과 광 변조부(2차원 화상 형성 장치, 130)의 사이에 배치된다. 특히, 다이크로익 프리즘(172)은 예를 들면, 서로 다른 방향으로 적색 광 및 청색 광을 반사하고, 녹색광을 포함하는 광선을 통과시킨다. 녹색 광을 분류하여 선택하기 위한 좁은 대역 필터(171G)는 녹색 광을 포함한 광선이 나가는 다이크로익 프리즘(172)의 아웃고잉 측에 배치된다.

또한, 도 34에서 알 수 있는 바와 같이, 녹색 광을 분류하여 선택하기 위한 좁은 대역 필터(171G)가 녹색광을 포함하는 광선이 나가는 다이크로익 프리즘(172)의 아웃고잉 측에 배치되고, 적색 광을 분류하여 선택하기 위한 좁은 대역 필터(171R)가 적색광을 포함하는 광선이 나가는 다이크로익 프리즘(172)의 아웃고잉 측에 배치되며, 그리고, 청색 광을 분류하여 선택하기 위한 좁은 대역 필터(171G)가 청색광을 포함하는 광선이 나가는 다이크로익 프리즘(172)의 아웃고잉 측에 배 치되는 경우, 삼원색을 표시하는 3개의 3차원 화상 표시 장치에 대한 광원이 구성될 수 있다. 상기 설명한 구성을 가지는 3개의 3차원 화상 표시 장치가 이용되거나, 적색 광을 방출하는 광원과 3차원 화상 표시 장치의 조합, 녹색 광을 방출하는 다른 광원과 다른 3차원 화상 표시 장치의 다른 조합, 및 청색 광을 방출하는 추가적인 광원과 추가적인 3차원 화상 표시 장치의 추가적인 조합이 이용되어, 3개의 3차원 화상 표시 장치로부터의 화상이 예를 들면, 광 조합 프리즘을 이용하여 조합된 후, 컬러 표시가 구현될 수 있다. 유의할 점은, 다이크로익 미러가 다이크로익 프리즘 대신에 이용될 수 있다는 점이다. 또한, 상기 설명된 바와 같이 3차원 화상 표시 장치의 그러한 변형은 당연히 제2 내지 제7 적용예에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 또는 제5 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치 및 제3 또는 제6 실시예에 따른 3차원 화상 표시 장치는 서로 조합될 수 있다.

본 발명의 양호한 적용예가 특정 용어를 이용하여 설명되었지만, 그러한 설명은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 이하의 특허청구의 범위의 사상 또는 범주에서 벗어나지 않고서도 변경 및 변동이 가해질 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명에 따르면, 3차원 화상 표시 장치의 규모의 증가없이 실제 세계에서의 제품과 근사한 품질을 가지는 광선으로부터 형성된 3차원 화상을 얻도록 3차원 화상의 높은 공간 밀도로의 표시에 필요한 광선 그룹을 생성하고 산란시킬 수 있는 3차원 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 픽셀에 의해 상기 광원으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하고 상기 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부;

   (C) 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 상기 광 변조부로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

   (D) 원하는 회절 차수에 대응하는 상기 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

   (E) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부

   을 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
2. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 픽셀에 의해 상기 광원으로부터의 광을 변조하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하고 상기 각 픽셀로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응 하는 회절 각도에 따라 생성된 2차원 화상의 공간 주파수를 방출하는 광 변조부;

   (C) 상기 광 변조부로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 상기 각 픽셀로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하고, 푸리에 변환 화상 중 소정의 하나만을 선택하며, 선택된 푸리에 변환 화상의 역 푸리에 변환을 수행하여 상기 광 변조부에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상을 생성하기 위한 화상 제한 및 생성부;

   (D) 개구 영역으로부터 생성된 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수를 방출하기 위해 복수의 개구 영역을 구비하는 오버샘플링 필터;

   (E) 그 개수가 상기 각 개구 영역으로부터 생성된 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하도록 상기 오버샘플링 필터로부터 방출된 2차원 화상의 결합 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

   (F) 원하는 회절 차수에 대응하는 상기 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성된 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

   (G) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부

   을 포함하는 3차원 화상 형성 장치.
3. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원(110);

   (B) 상기 광원으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하는 2차원 화상 형성 장치;

   (C) 상기 2차원 화상 형성 장치로부터 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하고, 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 복수의 광학 소자를 포함하며, 이를 통해 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치;

   (D) 상기 광학 장치로부터 방출된 2차원 화상의 공간 주파수의 푸리에 변환을 수행하여 그 개수가 회절 차수의 개수에 대응하는 푸리에 변환 화상을 생성하기 위한 푸리에 변환 화상 형성부;

   (E) 원하는 회절 차수에 대응하는 푸리에 변환 화상 형성부에 의해 생성되는 푸리에 변환 화상 중 하나를 선택하기 위한 푸리에 변환 화상 선택부; 및

   (F) 상기 푸리에 변환 화상 선택부에 의해 선택된 푸리에 변환 화상의 결합 화상을 형성하기 위한 결합 화상 형성부

   을 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
4. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 각 개구에 대해 상기 광원으로부터 광의 통과, 반사 또는 회절을 제어함 으로써 2차원 화상을 생성하기 위해, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치된 P×Q개의 개구를 구비하고, 상기 각 개구에 대해, 2차원 화상에 기초하여 X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수 회절광까지의 M개의 회절광 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 차수 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하는 광 변조부 - P 및 Q는 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

   (C) 상기 2차원 화상 형성 장치가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

   (D) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따라 배치된 M개의 개구 및 Y 방향에 따라 배치된 N개의 개구를 포함하는 전체 M×N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

   (E) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈; 및

   (F) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈

   를 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
5. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원(110);

   (B) 각 개구에 대해 상기 광원으로부터 광의 통과, 반사 또는 회절의 제어를 통해 2차원 화상을 생성하기 위해, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배 치된 복수의 개구를 구비하고, 2차원 화상에 기초하여, 상기 각 개구에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하는 2차원 화상 형성 장치;

   (C) 상기 2차원 화상 형성 장치가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

   (D) 소정 회절 차수의 회절광만이 통과하도록 허용하기 위해 상기 제1 렌즈 L1의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부;

   (E) 상기 화상 제한 개구부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈;

   (F) 상기 제2 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구 영역에 대해 상기 제2 렌즈에 의해 생성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광, 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀ 개구 영역을 구비하는 오버샘플링 필터 - P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

   (G) 상기 오버샘플링 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제3 렌즈;

   (H) 상기 제3 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M×N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

   (I) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈; 및

   (F) 상기 제4 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈

   를 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
6. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 상기 광원으로부터의 광에 기초하여 2차원 화상을 생성하기 위한 복수의 픽셀을 구비하는 2차원 화상 형성 장치;

   (C) 상기 2차원 화상 형성 장치로부터 입사되는 2차원 화상의 공간 주파수를 복수의 회절 차수에 대응하는 회절 각도에 따라 방출하고, X 방향 및 Y 방향에 따라 2차원 매트릭스로 배치되고 각각이 광을 실질적으로 하나의 점으로 집광하도록 입사되는 광을 굴절시키는 광출력(optical power)을 가지는 P_{0 ×}Q₀ 개의 광학 소자를 포함하며, 이를 투과하는 광의 위상을 변조하는 위상 격자로서의 기능을 구비하는 광학 장치 - P_0×Q₀은 임의의 양의 정수임 -;

   (D) 상기 광학 장치에서 상기 광학 소자의 포커스가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제1 렌즈;

   (E) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있는 M×N 개구를 구비하는 공간 필터;

   (F) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제2 렌즈; 및

   (G) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스가 배치되는 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈

   를 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
7. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 1차원 화상을 생성하기 위해 X 방향에 따라 P 픽셀을 가지는 1차원 공간 광 변조기, 상기 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템, 및 상기 각 픽셀에 대해 m번째에서 m'번째 차수까지의 M개의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부를 포함하는 2차원 화상 형성 장치 - m 및 m'는 정수이고 M은 양의 정수임 -;

   (C) 상기 회절광 생성부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈;

   (D) 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향을 따른 M개의 개구 및 Y 방향을 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M×N개의 개구(151)를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있고, N은 양의 정수임 -;

   (E) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈; 및

   (F) 상기 제2 렌즈의 후방 포커스에 위치한 전방 포커스를 가지는 제3 렌즈

   를 포함하는 3차원 화상 표시 장치.
8. 3차원 화상 표시 장치에 있어서,

   (A) 광원;

   (B) 1차원 화상을 생성하기 위한 1차원 공간 광 변조기, 상기 1차원 공간 광 변조기에 의해 생성된 1차원 화상을 2차원적으로 확장함으로써 2차원 화상을 생성하는 주사 광학 시스템, 및 각 픽셀에 대해 복수의 회절 차수의 회절광을 생성하기 위해 2차원 화상의 생성 면에 배치되는 회절광 생성부를 포함하는 2차원 화상 형성 장치;

   (C) 상기 회절광 생성부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제1 렌즈;

   (D) 소정 회절 차수의 회절광만이 통과하도록 허용하기 위해 상기 제1 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되는 화상 제한 개구부;

   (E) 상기 화상 제한 개구부가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제2 렌즈;

   (F) 상기 제2 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고, 각 개구 영역에 대해 상기 제2 렌즈에 의해 형성된 2차원 화상의 결합 화상에 기초하여, X 방향에 따라 m번째 차수에서 m'번째 차수의 회절광까지의 M개의 회절광 및 Y 방향을 따라 n번째 차수에서 n'번째 회절광까지의 N개의 회절광을 포함하는 전체 M×N 회절광을 생성하기 위해 X 방향 및 Y 방향을 따라 2차원 매트릭스로 배열된 P_0×Q₀ 개구 영역을 구비하는 오버샘플링 필터 - P₀ 및 Q₀은 임의의 양의 정수이고, m 및 m'는 정수인데 대해 M은 양의 정수이며, n 및 n'는 정수인데 대해 N은 양의 정수임 -;

   (G) 상기 오버샘플링 필터가 배치되는 전방 초점면을 가지는 제3 렌즈;

   (H) 상기 제3 렌즈의 후방 초점면 상에 배치되고 X 방향에 따른 M개의 개구 및 Y 방향에 따른 N개의 개구를 포함하는 전체 M×N 개구를 구비하는 공간 필터 - 상기 개구는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제어될 수 있음 -;

   (I) 상기 공간 필터가 배치되는 전방 초점면을 구비하는 제4 렌즈; 및

   (J) 상기 제4 렌즈의 후방 포커스에 배치되는 전방 포커스를 가지는 제5 렌즈

   를 포함하는 3차원 화상 표시 장치.

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