KR20080094061A

KR20080094061A - 장면의 홀로그램 재구성을 위한 프로젝터 장치

Info

Publication number: KR20080094061A
Application number: KR1020087019970A
Authority: KR
Inventors: 고우드 필리페 레나우드
Original assignee: 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-10-22
Also published as: TWI379176B; CA2637751A1; JP2009524095A; DE102006004300A1; JP5059783B2; CN101371204A; WO2007099457A3; EP1974246A2; TW200741384A; US20100271676A1; US8398243B2; WO2007099457A2; EP1974246B1; CN101371204B; KR101428819B1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B) 및 그 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에서 장면의 코딩된 파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 생성하기 위한 충분한 가간섭 광을 내기 위한 하나 이상의 광원(4)을 구비하는, 장면의 홀로그램 재구성을 위한 프로젝터 장치에 관한 것이다. 투영 수단(6)에 의해, 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 의해 변조된 광원(4)의 광의 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(7)에 투영한다. 마찬가지로, 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에서 코딩된 파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 투영 수단(6)에 의해 뷰잉 평면(12)의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)에 투영한다. 1명 이상의 보는 사람의 눈 위치의 변경에 상응하게 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)를 갱신하기 위해, 하나 이상의 굴절 수단(18)이 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)와 스크린(7) 사이에 포함된다.

프로젝터 장치, 광변조 장치, 투영 수단, 굴절 수단, 파면, 뷰잉 윈도

Description

장면의 홀로그램 재구성을 위한 프로젝터 장치{PROJECTION DEVICE FOR THE HOLOGRAPHIC RECONSTRUCTION OF SCENES}

본 발명은 하나 이상의 광 변조 장치와, 그 광 변조 장치에서 코딩되는 장면의 파면을 생성하는데 충분한 가간섭 광을 갖는 하나 이상의 광원을 구비하는, 장면의 홀로그램 재구성을 위한 프로젝터 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 장면의 홀로그램 재구성 방법에 관한 것이기도 하다.

홀로그래피는 물리 광학적(physical optic) 방법에 의해 물체를 3차원적으로 기록하여 광학적으로 재현하는 것을 가능케 한다. 흔히 재구성물이라 지칭되는 홀로그램 이미지를 재구성하는 것은 홀로그램 타입 여하에 따라 캐리어 매체를 충분한 가간섭 광으로 조명함으로써 이뤄지게 된다. 그 경우, 홀로그램은 순수한 홀로그램이거나 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH; Computer-Generated Hologram)일 수 있다.

통상적으로, 재구성물을 보는 것은 보는 사람이 홀로그램 값에 상응하게 코딩되어 규칙적으로 배열된 화소들로 구성된 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 바라보는 것으로써 직접적으로 이뤄지게 된다. CGH의 재구성은 굴절로 인해 CGH의 해상도에 의해 주어지는 주기 간격 내에서만 가능하다. 서로 인접한 주기 간격에서는, 재구성물이 대부분 교란을 일으키면서 되풀이된다.

CGH용 기록 매체로서는, 입사광의 위상 및 진폭을 변조하는 입체 광변조기, 예컨대 LCD, LCoS 등이 사용된다. 2차원 또는 3차원 장면의 재구성을 위해, CHG를 원하는 평면으로 변환하는 광소자도 종종 사용된다. 장면 재구성용 프로젝터 장치의 이미지 반복률이 충분히 높아야만 이동 2차원 또는 3차원 장면의 높은 화질을 얻게 된다.

US 5,172,251로부터, 예컨대 3차원 재구성 장면을 연출하기 위한 1차원 광변조기를 구비한 프로젝터 장치가 공지되어 있다. 그러한 광변조기는 음향 광변조기로서, 데이터 처리 시스템의 변조 신호에 의해 제어됨으로써 1차원 홀로그램을 코딩한다. 수평 방향으로 시야각을 넓히기 위해, 개별 광소자들을 사용하여 재구성의 크기를 축소시킨다. 수평 스캐너가 장면의 연속된 부분 홀로그램들을 접합하여 변조기를 따른 부분 홀로그램들의 이동을 보상한다. 수평 스캐너는 음향파의 속도와 동기화되어 변조기로부터 나오는 이미지의 주사 영역이 재구성 장면에 정적으로 출현하게끔 한다. 또한, 수평 1차원 홀로그램을 수직 방향으로 위치시키기 위해 수직 스캐너가 마련된다.

하지만, 그러한 프로젝터 장치에서는, 음향 광변조기(Acoustic Optical Modulator; AOM)의 사용으로 인해 신호 이동을 보상하기 위한 수평 스캐너와 같은 부가의 소자들이 필요하다는 단점이 있다. 그로 인해, 매우 복잡한 구조가 생긴다. 부분 홀로그램들을 나란히 정렬할 것을 필요로 하는 AOM의 작은 개구가 또 다른 단점에 해당한다.

아울러, 일본 09068674 A의 특허 요약서로부터 공지된 바와 같은 광변조기가 있다. 상응하게 도시된 도면을 갖는 그러한 요약서는 2개의 입체 광변조기들(SLM)에 의해 3차원 장면을 연출하기 위한 장치를 개시하고 있다. 해당 홀로그램을 갖는 각각의 광변조기는 보는 사람의 한쪽 눈을 위한 것이다. 광변조기들과 보는 사람 사이에 렌즈 소자와 미러 소자가 배치된다. 3차원 장면은 회전 미러 소자의 영역 또는 회전 미러 소자 상에 생성된다. 보는 사람이 이동할 경우, 그 이동이 위치 탐지 시스템에 의해 탐지되고, 회전 미러 소자는 그 수평 또는 수직 축을 중심으로 하여 보는 사람의 새로운 눈 위치에 상응하게 회전한다. 그와 동시에, 보는 사람의 새로운 위치에 상응하는 3차원 장면의 모습이 홀로그램들에 연출된다.

그 프로젝터 장치에서의 회전 미러 소자는 스크린으로서의 역할을 하는 동시에 뷰잉 윈도를 갱신하기 때문에, 3차원 장면의 연출이 소자들의 길이에 의해 제한된다.

또한, 회전 미러 소자의 이동에 의해, 재구성 장면의 연출이 허위로 나타날 수도 있다. 즉, 재구성 장면이 상이한 보는 방향으로부터 다르게 나타난다. 그 때문에, 보는 사람이 재구성 장면을 보기가 불편하다. 또한, 재구성 장면이 2개의 광변조기들의 상대적으로 작은 크기로 인해 제한된다.

일본 09138631의 특허 요약서는 이동 3차원 장면을 연출하기 위한 홀로그램 장치를 개시하고 있는데, 그 홀로그램 장치에서는 보는 사람으로부터 장면까지의 뷰잉 간격이 작게 유지되어야 한다. 그러한 장치는 광원, 광변조기, 광을 투영하기 위한 투영 소자, 및 재구성 장면 부근 또는 그 지점에 배치되는 필드 렌즈(field lens)를 구비한다. 본 장치에서도 역시 필드 렌즈는 스크린으로서의 역 할을 하기 때문에, 2차원 장면이 필드 렌즈의 길이에 의해 제한된다.

본 발명의 목적은 전술된 선행 기술의 단점들을 제거하고, 1명의 보는 사람 또는 여러 명의 보는 사람들이 이동하더라도 높은 화질로 2차원 또는 3차원 장면을 연출할 수 있되, 프로젝터 장치의 간단하고도 저렴한 구조를 제공하는 홀로그램 재구성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 광변조 장치에 의해 변조된 광원의 광의 푸리에 변환 형태를 스크린에 투영하고, 광변조 장치에서 코딩된 파면을 뷰잉 평면의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도에 투영하기 위한 투영 수단을 구비하되, 1명 이상의 보는 사람의 눈 위치의 변경에 상응하게 뷰잉 윈도를 갱신하기 위한 하나 이상의 굴절 수단이 광변조 장치와 스크린 사이에 포함되도록 함으로써 달성되게 된다.

본 발명에 따른 프로젝터 장치는 조명 장치에 의해 충분한 가간섭 광으로 조명되는 하나 이상의 광변조 장치를 포함한다. 그러한 광변조 장치는 입체 광변조기, 특히 위상 변조기인 것이 바람직하다. 그와 관련하여, 광변조 장치에 의해 변조된 광원의 광의 푸리에 변환 형태는 투영 수단, 특히 렌즈들 및/또는 거울들에 의해 스크린으로서의 역할을 하는 광소자에 투영되고, 광변조 장치에서 코딩된 파면은 그 투영 수단에 의해 1명 이상의 보는 사람들이 그로부터 2차원 또는 3차원 재구성 장면을 볼 수 있는 뷰잉 평면의 가상 뷰이 윈도에 투영된다. 여기서, 가상 뷰잉 윈도란 그것이 실제로는 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 보는 사람의 한쪽 눈 또는 양안의 전방에는 재구성 장면을 충분한 품질로 볼 수 있는 단 하나의 가상 윈도만이 존재한다. 그 경우, 본 발명에 따르면, 보는 사람(들)의 이동 시에 뷰잉 윈도가 굴절 수단에 의해 그(들)의 새로운 눈 위치에 상응하게 갱신된다. 그와 관련하여, 굴절 수단은 프로젝터 장치 내에, 즉 광변조 장치와 스크린 사이에 배치된다. 그러한 굴절 수단은 기계 소자, 전기 소자, 또는 자기 소자일 수 있거나, 예컨대 음향 광소자와 같은 광소자 소자일 수도 있다.

그와 같이 하여, 2차원 또는 3차원 장면을 높은 화질로 간단하고도 신속하게 재구성할 수 있고, 뷰잉 윈도의 갱신을 가능케 하는 홀로그램 프로젝터 장치가 제공되게 된다. 뷰잉 윈도를 갱신하기 위한 굴절 수단이 프로젝터 장치 내에 배치되도록 함으로써, 굴절 수단이 외부 영향에 민감하지 않게 된다. 또한, 사용되는 광변조 장치는 확장된 입체 광변조기 및 제한이 거의 없는 변조기, 예컨대 음향 광변조기인 것이 바람직한데, 그럼으로써 US 5,172,251로부터 공지된 수평 스캐너와 같은 부가의 소자 및 그 소자의 프로젝터 장치에의 배치를 피할 수 있다. 그에 의해, 간단하고도 콤팩트한 구조가 가능케 된다.

본 발명의 일 구성에서는, 푸리에 변환 형태의 회절 차수의 주기적 연속이 스크린의 밖에 존재하도록 투영 배율 및 스크린의 크기가 선택되는 조치가 취해질 수 있다. 그 경우의 장점은 회절 차수의 주기적 연속이 스크린의 바깥쪽으로 이동하여 스크린상에 단 하나의 주기만이 연출된다는데 있다. 그것은 보는 사람이 회절 차수들에서의 재구성물의 주기적 되풀이를 인지하지 못한다는 것을 의미한다. 그럼으로써, 재생 품질이 종래의 장치에 비해 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 일 구성에서는, 광변조 장치가 1차원 광변조 장치이되, 재구성 장면용 파면의 생성을 위해 1차원 광변조 장치에 수직한 방향으로 광굴절을 구현하는 굴절 소자가 포함되도록 하는 조치가 취해질 수 있다.

1차원 입체 광변조 장치가 마련될 경우, 본 발명에 따른 프로젝터 장치는 재구성 장면을 연출하기 위한 2차원 파면을 생성할 목적으로 광선을 신속하게 굴절시키는 굴절 소자,바람직하게는 갈바노미터 스캐너(미러 갈바노미터) 또는 다각 거울을 구비할 수 있다. 그 경우, 1차원 광변조 장치가 수직으로 배치되는지 또는 수평으로 배치되는지 여부에 따라 결과적으로 행들의 또는 열들의 파면들이 굴절 소자에 의해 나란히 늘어서게 된다.

뷰잉 윈도를 넓은 범위로 보는 사람 또는 보는 사람들에 제공하기 위해, 뷰잉 평면에서 재구성 장면을 바라보는 보는 사람의 눈 위치의 변경을 확인하기 위한 위치 탐지 시스템이 포함될 수 있다.

그러한 위치 탐지 시스템은 재구성 장면을 바라볼 때에 1명의 보는 사람은 물론 여러 명의 보는 사람들의 눈 위치의 변경을 추적하여 보는 사람의 눈 위치에 상응하게 장면을 코딩한다. 그것은 눈 위치의 변경 시에 재구성 장면의 위치 및/또는 내용을 그에 상응하게 현실화하는데 특히 바람직하다. 따라서, 뷰잉 윈도가 새로운 눈 위치에 상응하게 갱신될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구성에서는, 하나 이상의 빔 분리 소자가 굴절 수단과 광변조 장치 사이에 배치되되, 2차원 2진 광변조기의 사용 시에는 장면의 컬러 재구성을 위한 빔 분리 소자 및 광변조 장치로부터 나오는 파면의 복제를 위한 또 다른 빔 분리 소자가 포함되도록 하는 조치가 취해질 수 있다.

프로젝터 장치에 배치되는 하나 이상의 빔 분리 소자는 컬러 재구성을 위한 1차원 또는 2차원 광변조 장치의 사용 시에 사용될 수 있다. 2차원 2진 광변조 장치의 사용 시에는, 컬러 재구성을 위한 빔 분리 소자 이외에 광변조 장치로부터 나오는 파면을 복제하는 또 다른 빔 분리 소자가 마련될 수 있다. 그러한 부가의 빔 분리 소자는 예컨대 격자 또는 회절 광소자(Diffractive Optical Element; DOE)일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 목적은 광변조 장치에 의해 변조된 광원의 광의 푸리에 변환 형태를 스크린으로서의 역할을 하는 광소자에 투영하되, 코딩된 파면을 하나 이상의 광소자에 의해 뷰잉 평면의 가상 뷰잉 윈도에 투영하고, 뷰잉 평면에서의 보는 사람의 눈 위치의 변경에 따라 뷰잉 윈도를 하나 이상의 굴절 수단에 의해 갱신하는, 장면의 홀로그램 재구성 방법에 의해 달성되게 된다.

본 발명에 따른 방법에서는, 2차원 및/또는 3차원 장면의 홀로그램 재구성에 충분한 가간섭 광을 방출하는 조명 장치의 광을 하나 이상의 광변조 장치로 유도한다. 이어서, 광변조 장치에 의해 변조된 조명 장치의 광의 푸리에 변환 형태를 광소자, 특히 스크린에 투영한다. 그런 연후에, 광변조 장치에서 코딩된 파면을 보는 사람이 재구성 장면, 바람직하게는 3차원 재구성 장면을 볼 수 있게 하는 뷰잉 평면의 뷰잉 윈도에 투영한다. 그 경우, 뷰잉 윈도는 1명 이상의 보는 사람의 눈 위치 변경 시에 굴절 수단에 의해 뷰잉 평면에서 갱신된다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 2차원 및/또는 3차원 재구성 장면이 큰 재구성 영역에서 높은 화질로 연출될 수 있다는데 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 뷰잉 평면에서의 보는 사람의 이동을 가능케 하여 재구성 장면을 스크린 전방의 고정 위치에서만 볼 수 있도록 하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 방법에 의해, 시차 이미지들(parallax images)에 의한 공지의 음향 스테레오 디스플레이의 심도 표현 대신에, 실감형 표현을 갖는 확장된 3차원 재구성 장면을 1명 이상의 보는 사람에게 연출하는 것이 가능케 된다. 파면을 직접 모델링함으로써, 홀로그램에서 계산에 의한 변환이 생략되게 된다. 또한, 변조된 파면을 계산하는데 단지 뷰잉 윈도에서 물체를 프리즈넬 변환하는 것만이 필요하고, 선행 기술에 공지된 프로젝터 장치에서처럼 홀로그램에서 물체의 파면을 추가로 푸리에 변환할 필요가 없게 된다.

본 발명의 바람직한 일 구성에서는, 재구성 장면을 0차 회절 차수(diffraction order)에서 재구성하는 조치가 취해질 수 있다. 그것은 0차 회절 차수에서 밝기가 최대이기 때문에 매우 바람직하다.

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

첨부 도면 중에서,

도 1은 3차원 장면을 재구성하기 위한 1차원 광변조 장치를 구비한 본 발명 에 따른 홀로그램 프로젝터 장치의 원리를 나타낸 평면도이고;

도 2는 도 1에 도시된 프로젝터 장치의 부분 확대도이며;

도 3은 재구성 장면을 보는 사람이 2명 이상인 경우를 위한 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 또 다른 실시 양태를 나타낸 도면이고;

도 4는 2차원 2진 광변조 장치를 구비한 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 원리를 나타낸 평면도이며;

도 5는 2차원 광변조 장치를 구비한 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 원리를 나타낸 평면도이고;

도 6은 도 5에 따른 본 발명의 프로젝터 장치의 단순화된 실시 양태를 나타낸 평면도이며;

도 7은 도 5에 따른 본 발명에 따른 프로젝터 장치의 구성의 또 다른 방식을 나타낸 평면도이다.

도 1은 2차원 및/또는 3차원 장면을 재구성하기 위한 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 원리를 평면도로 나타낸 것이다. 이해를 쉽게 하기 위해, 도 1 및 이후의 첨부 도면들에는, 프로젝터 장치(1)가 투과 장치로서 단순화되어 도시되어 있다. 이하, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 기본 구조를 먼저 설명하기로 한다. 프로젝터 장치(1)는 입사 파면을 변조하는 광변조 장치(2), 여기서는 위상 변조기를 구비한다. 본 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 광변조 장치(2)는 여기서는 수직으로 배치된 1차원 광변조 장치이다. 물론, 광변조 장치(2)는 수평으로 배치될 수도 있다. 그러한 광변조 장치(2)는 충분한 가간섭 광을 방출하고 선광원으로서 도시된 광원(4)을 구비한 조명 장치(3)에 의해 조명된다. 여기서, 충분한 가간섭 광이란 3차원 장면의 홀로그램을 연출하기 위한 간섭 능력이 있는 광을 의미한다. 조명 장치(3)의 광원(4)으로서는, 레이저 다이오드, DPSS(다이오드 펌프 고체 상태; Diode Pumped Solid-State) 레이저, 또는 기타의 레이저들이 사용될 수 있다. 충분한 가간섭성을 갖는 광원이 사용될 수도 있다. 하지만, 그러한 광원은 필요한 가간섭도를 얻기 위해 필터링되어야 한다. 또한, 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 투영 수단, 특히 광학 시스템(5) 포함한다. 그러한 광학 시스템(5)은 가장 간단한 시스템으로서는 투영 수단(6) 및 스크린으로서의 역할을 하는 광소자(7)를 구비한다. 이하에서는, 그러한 광소자(7)를 스크린으로서 지칭하기로 한다. 물론, 광학 시스템(5)은 예컨대 하기 설명에서 알 수 있고 설명될 바와 같은 또 다른 광소자들을 구비할 수도 있다. 스크린(7)은 거울, 특히 오목 거울로서 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 스크린(7)은 다른 투영 광소자, 예컨대 본 실시예에 도시된 바와 같은 렌즈일 수도 있다. 스크린(7)이 오목 거울이면, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 광학 구조의 길이가 오로지 렌즈만을 갖는 투과 장치에 비해 상당히 줄어든다는 장점이 있다. 하지만, 스크린(7)은 광변조 장치(2)로부터 나오는 파면(8)이 파괴되지 않도록 하기 위해 산란 표면을 갖지 않아야 한다. 투영 수단(6)도 역시 거울 또는 렌즈로 구성된다. 광원(4)으로부터 출발하고 평면파로 가정된 파동(W)은 광변조 장치(2)에 입사하고, 등간격 위치에 있는 평면파의 파면이 광변조 장치(2)에서 원하는 파면(8)으로 코딩되도록 변조된다. 그러한 파면(8)은 2차원/3차원 장면 의 재구성을 위해 렌즈 소자들(13, 14)을 통해 굴절 소자(9)에 투영된다. 그러한 굴절 소자(9)는 갈바노미터 스캐너, 피에조 스캐너, 공명 스캐너, 마이크로미러 어레이, 다각 스캐너, 또는 그와 유사한 예컨대 음향 광학 장치, 전광 장치, 자기 장치와 같은 장치들일 수 있다. 굴절 소자(9)는 파면(8)을 광변조 장치(2)에 수직한 방향으로 굴절시켜 2차원 파면(10)을 성형 또는 생성한다. 2차원 파면(10)은 서로 평행하게 배치된 일련의 1차원 파면들(10', 10", 10''')로부터의 굴절에 의해 성형된다. 이어서, 광학 시스템(5)은 2차원 파면(10)을 뷰잉 평면(12)의 가상 뷰잉 윈도(11)에 투영하는데, 가상 뷰잉 윈도(11)에는 재구성 장면을 보려는 사람의 눈이 위치하고 있다. 그와 관련하여, 광원(4)의 충분한 가간섭 광은 동시에 스크린(7)에 투영된다. 렌즈 소자들(13, 14) 사이에서 렌즈 소자(13)의 화면 측 초점 면에는 파면에 코딩된 정보의 푸리에 변환 형태(FT)가 생성된다. 그러면, 광학 시스템(5)의 투영 수단(6)이 평면(15) 상의 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(7)에 투영한다. 그러면, 보는 사람은 뷰잉 윈도(11)와 스크린(7) 사이에 절두 원추형으로 펼쳐진 확대된 재구성 영역(16)에서 재구성 장면을 볼 수 있게 된다. 그 경우, 재구성 장면은 스크린(7)의 전방에, 스크린(7) 상에, 또는 스크린(7)의 배후에 생성될 수 있다.

그와 관련하여, 3차원 장면의 재구성은 0차 회절 차수에서 이뤄지게 된다. 그것은 0차 회절 차수에서 밝기 또는 광도가 최대이기 때문에 특히 바람직하다.

굴절 소자(9)를 광변조 장치(2)에 직접 통합시키는 것도 가능하다. 그것은 광변조 장치(2)가 2차원 파면(10)을 생성하기 위해 전체 시스템으로서 이동한다는 것을 의미한다. 그 경우, 렌즈 소자들(13, 14)은 생략될 수 있다. 그러면, 광변조 장치(2)는 굴절 소자(9)의 영역, 즉 투영 수단(6)의 물체 측 초점 면에 배치된다. 그러면, 컬러 재구성을 위한 빔 분리 소자(22)가 예컨대 광변조 장치(2)와 투영 수단(6) 사이에 위치될 수 있다. 그와 같이 하여, 홀로그램 프로젝터 장치(1)가 전체 구조에 있어 콤팩트하게 구성될 수 있다.

하지만, 그 경우라 해도 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 빔 경로에 렌즈 소자들(13, 14)이 부가적으로 배치될 수 있다. 렌즈 소자들(13, 14)은 본 실시예에서의 개개의 초점 거리에서 확인할 수 있는 바와 같이 투영 오차를 줄이기 위해 동일한 굴절력을 갖는다. 하지만, 렌즈 소자들(13, 14)은 1차원 파면(8)의 크기를 굴절 소자(9)에서 변경하거나 최적화하기 위해 상이한 굴절력 또는 상이한 초점 거리를 가질 수도 있다. 그럴 경우, 렌즈 소자들(13, 14)은 또 다른 장점을 갖는다. 즉, 그렇게 되면 렌즈 소자들(13, 14)은 광변조 장치(2)로부터 나온 파면(8)이 2차원 파면(10)을 생성하기 위해 굴절 소자(9)에 투영되도록 하는 것을 보장한다. 파면(8)을 굴절 소자(9)에 투영하기 위해, 렌즈 소자들(13, 14)에 의해 도시된 바와 같은 어포컬 시스템(afocal system)이 사용될 수 있다. 그 경우, 렌즈 소자(13)의 화면 측 초점 면에 파면(8)의 푸리에 변환 형태(FT)가 생성된다. 푸리에 변환 형태(FT)는 렌즈 소자(14)와 투영 수단(6)에 의해 스크린(7)에 투영된다.

하지만, 굴절 소자(9)는 광원(4)과 광변조 장치(2) 사이에 배치될 수도 있다. 그것은 그럼으로써 광변조 장치(2)에 입사한 평탄한 파면(W)이 아직 코딩된 상태가 아니기 때문에 2차원 파면(10)의 코딩 시에 오차가 대폭적으로 방지되거나 감소한다는 장점을 갖는다.

그 밖에, 본 실시예에 도시된 프로젝터 장치(1)는 뷰잉 평면(12)에서의 보는 사람의 눈 위치의 변경을 확인하기 위한 위치 탐지 시스템(17)을 구비한다. 그러한 위치 탐지 시스템(17)은 예컨대 카메라일 수 있다. 보는 사람의 눈 위치의 변경 시에 가상 뷰잉 윈도(11)를 갱신하기 위해, 투영 수단(6)과 스크린(7) 사이에, 특히 투영 수단(6)의 화면 측 초점 면에 굴절 수단(18)이 배치된다. 그러한 굴절 수단(18)은 개별적으로 제어될 수 있고, 바람직하게는 거울로서 구성된다. 뷰잉 윈도(11)를 갱신하기 위해서는, 매우 정밀하게 동작하는 굴절 수단이 필요하다. 그러한 이유로, 굴절 수단(18)은 예컨대 갈바노미터 스캐너일 수 있다. 물론, 다른 굴절 수단, 예컨대 MEMS 어레이, 다각 스캐너, 또는 음향 광학 어레이 등을 사용하는 것도 역시 가능하다. 아울러, 굴절 수단(18)은 수평 방향 및/또는 수직 방향 중의 하나 이상의 방향으로 굴절을 할 수 있다. 즉, 굴절 수단(18)은 1차원 구성에서는 수평으로만, 아니면 수직으로만 뷰잉 윈도(11)를 갱신한다. 굴절 수단(18)의 2차원 구성에서는, 뷰잉 윈도(11)가 수평과 수직의 양 방향으로 갱신될 수 있다. 그를 위해, 굴절 수단(18)이 xy 갈바노미터 스캐너로서 구성될 수 있고, 혹은 하나가 수평 갱신용이고 다른 하나가 수직 갱신용인 서로 연이어 배치된 2개의 갈바노미터 스캐너들을 사용하는 것도 가능하다. 굴절 소자(9)는 뷰잉 윈도(11)의 갱신을 위해 굴절 수단(18)과 동기화되어야 한다. 또한, 광 방향으로 굴절 수단(18)의 하류에 배치된 제2 투영 수단(19)이 마련된다. 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(7)에 투영하기 위해서는 확대가 매우 커야 하기 때문에, 제2 투영 수단(19)은 렌즈로서 구성되는 대신에 투영 오차를 감소시키기 위한 렌즈 시스템으로서 구성될 수도 있다. 제2 투영 수단(19)이 마련될 경우, 투영 수단(6)은 렌즈 또는 렌즈 시스템으로서 구성되어야 한다.

이하, 본 실시예에 의거하여 3차원 장면의 재구성에 관해 상세히 설명하기로 한다. 광원(4)으로부터 방출된 파면(W)은 변조를 위해 파면(W)을 변조하는 광변조 장치(2)에 입사한다. 이어서, 변조된 파면(8)은 렌즈 소자들(13, 14)을 통해 그로부터 굴절 소자(9)에 투영된다. 그와 동시에, 렌즈 소자(13)에 의해 파면(8)의 푸리에 변환 형태(FT)가 렌즈 소자(13)의 화면 측 초점 면에 생성된다. 2차원 파면(10)이 성형된 후에, 그 파면(10)은 투영 수단(6)을 통과하고 나서 굴절 수단(18)에 입사한다. 뷰잉 평면(12)에서 보는 사람이 이동할 경우, 그 이동은 위치 탐지 시스템(17)에 의해 탐지될 수 있다. 그러면, 뷰잉 윈도(11)의 갱신을 위해, 굴절 수단(18)이 위치 탐지 시스템(17)에 의해 제어된다. 그와 관련하여, 투영 수단들(6, 19)에 의해, 제2 투영 수단(19)의 화면 측 초점 면(20)에 2차원 파면(10)의 이미지가 생성된다. 이어서, 초점 면(20)에 있는 그러한 2차원 이미지가 스크린(7)을 거쳐 뷰잉 윈도(11)에 투영된다. 그와 동시에, 투영 수단(6)의 화면 측 초점 면(21)에 푸리에 변환 형태(FT)의 투영이 생성된다. 그러면, 제2 투영 수단(19)은 푸리에 변환 형태(FT)의 투영을 스크린(7)에 투영한다.

전술된 홀로그램 프로젝터 장치(1)는 보는 사람의 한쪽 눈에 대해서만 설명되었다. 보는 사람의 양안에 대해서는, 제2 광변조 장치(2)를 마련하는 것이 긴요하다. 기존의 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 광소자들을 계속 사용할 수 있다. 보 는 사람이 뷰잉 평면(12)에 위치하여 뷰잉 윈도(11)를 통해 바라본다면, 그 보는 사람은 재구성 영역(16)에서 3차원 재구성 장면을 볼 수 있되, 3차원 재구성 장면이 광 방향으로 스크린(7)의 전방에, 스크린(7) 상에, 또는 스크린(7)의 배후에 생성되게 된다. 하지만, 단일의 광변조 장치에 의해서만도 보는 사람의 양안에 재구성 장면을 연출하는 것이 가능한데, 다만 광변조 장치(2)는 수평으로 배치된다.

3차원 장면의 컬러 재구성도 역시 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 의해 가능하다. 그를 위해, 도 1에서는 빔 방향으로 투영 수단(6)의 전방에 빔 분리 소자(22), 특히 프리즘 블록이 마련된다. 본 실시예에서 이색성 층들을 갖는 X-프리즘으로서 구성되는 것이 바람직한 빔 분리 소자(22)는 적색, 녹색, 및 청색 광을 3개의 별개의 파면들로 분리하거나 그들 광을 공통의 변조 파면으로 결합한다. 물론, 다른 빔 분리 소자를 컬러 재구성에 사용하는 것도 가능하다. 그와 관련하여, 장면의 컬러 재구성은 3개의 기본색 RGB(적색-녹색-청색)에서 동시적으로 이뤄진다. 빔 분리 소자(22)는 본 실시예에서 렌즈 소자들(13, 14) 사이에 배치되는데, 물론 홀로그램 프로젝터 장치(1)에서 다른 위치에 배치될 수도 있다.

도 2에는, 도 1의 빔 분리 소자(22)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 여기서는, 3차원 장면의 동시적인 컬러 재구성을 위해, 3개의 기본색 RGB 각각에 대한 3개의 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)이 마련된다. 그 3개의 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)은 3개의 광원들(4R, 4G, 4B)에 의해 조명된다. 빔 분리 소자(22)는 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)에서 개개의 해당 파면들(8R, 8G, 8B)이 변조된 후에 그들을 합쳐서 렌즈 소자(14)로 진행시킨다. 단지 하나의 광원, 특히 백색 광원만을 컬러 재 구성에 사용하는 것도 역시 가능하다. 그 경우에도 역시, 빔 분리 소자(22)가 렌즈 소자들(13, 14) 사이에 배치된다. 하지만, 빔 분리소자(22)와 렌즈 소자(14) 사이에는 반투명 거울이 배치된다. 3개의 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)을 조명하여 파면들을 변조하기 위해, 광원의 광이 반투명 거울로 유도되어 거기서부터 빔 분리 소자(22)에 의해 3개의 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)로 안내되는데, 빔 분리 소자(22)는 광을 3개의 단색 파면들(8R, 8G, 8B)로 분리한다. 또한, 컬러 재구성을 위해, 3개가 아니라 단지 하나의 광변조 장치를 마련하는 것도 가능한데, 그 방안이 도시되어 있지는 않다. 그러한 광변조 장치는 3개의 상이한 색의 발광 다이오드(LED)들 또는 백색 광 LED를 구비한 광원에 의해 조명될 수 있다. 하지만, 예컨대 파면들을 상이한 입사각으로 광변조 장치에 보내는 하나 이상의 광소자, 예컨대 음향 광소자가 추가로 더 필요하게 된다.

도 3에는, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 그 구조는 도 1에 따른 프로젝터 장치(1)와 일치한다. 그러므로, 동일한 부분에 역시 동일한 도면 부호가 부여되어 있다. 본 실시예에 도시된 프로젝터 장치(1)는 도 1과는 달리 여러 보는 사람들을 대상으로 하여 마련된 것이다. 그와 관련하여, 본 실시예에서는 도시의 단순화를 위해 2명의 보는 사람들에 대한 광 경로 및 보는 사람당 각 하나의 1차원 파면만이 도시되고 있다. 하지만, 기본적으로는 2명을 넘는 보는 사람들이 3차원 재구성 장면을 볼 수도 있다. 여기서, 문자 "R"을 갖는 뷰잉 윈도는 보는 사람의 오른쪽 눈을 대변하는 것이고, 문자 "L"을 갖는 뷰잉 윈도는 보는 사람의 왼쪽 눈을 대변하는 것이다. 3차원 재구성 장면을 연출하기 위 해, 여기서는 2개의 광변조 장치(2)가 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 포함된다. 그러한 2개의 광변조 장치(2)는 하나 이상의 광원(4)을 구비한 각각의 조명 장치(3)에 의해 조명된다. 그와 관련하여, 광원(4)은 서로 무관하게 상이한 광 입사각으로 광을 조명한다. 또한, 광변조 장치(2)당 광원(4)의 수는 재구성 장면을 보는 사람들의 수에 의존하여 달라지고, 그에 의해 결정된다. 2명 이상의 보는 사람들에 대해, 단일의 광변조 장치(2)가 각각의 동일한 뷰잉 윈도에, 즉 보는 사람의 오른쪽 눈에 또는 보는 사람의 왼쪽 눈에 각각 사용된다. 광원(4)은 각각 상이한 입사각으로 충분한 가간섭 광을 광변조 장치(2)에 조명한다. 그 경우, 1명의 보는 사람의 양안의 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 대한 광원(4)의 광의 입사각은 거의 동일하다. 즉, 변조된 파면(8L, 23L)을 생성하기 위한 광원(4)의 입사각은 뷰잉 윈도들(11L, 24L)에 대해서는 상이하다. 스크린(7), 굴절 소자(9), 렌즈 소자들(13, 14), 및 투영 수단들(6, 19)은 2개의 광변조 장치들(2) 모두에 사용될 수 있다.

도 1과는 달리, 2개 이상의, 여기서는 3개의 뷰잉 윈도들(11R, 11L, 24L)을 보는 사람들의 각각의 눈 위치에 상응하게 갱신하기 위해, 2개의 굴절 수단들(18)이 마련된다. 여기서, 굴절 수단들(18)의 수는 보는 사람들의 수에 의존하여 달라진다. 그것은 보는 사람당 단 하나의 굴절 수단(18)이 양안, 여기서는 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 사용된다는 것을 의미한다. 빔 방향으로 굴절 수단(18)의 배후에는 집광 소자(25)와 결합된 제2 투영 수단(19)이 배치된다. 제2 투영 수단(19)은 본 실시예에서는 파면들(10R, 10L)을 시준하는 역할을 하는 렌티큘라(lenticular) 렌즈로서 구성되는데, 오른쪽 눈과 왼쪽 눈을 위한 2개의 파면들(10R, 10L)은 굴절 수단(18)에 대응하는 제2 투영 수단(19)의 렌티클(lenticle)을 통해 안내된다. 집광 소자(25)는 2개의 파면들(10R, 10L)이 제2 투영 수단(19)의 해당 렌티클을 통과한 후에 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(7)에 중첩시켜 집광하는 역할을 한다. 또 하나의 굴절 수단(18)은 2차원 파면(26L)에 대한 뷰잉 윈도(24L)를 갱신하기 위해 마련된 것이다. 투영 오차를 줄이기 위해, 집광 소자(25)는 렌즈들의 복합 어레이로 대체될 수 있다. 예컨대, 집광 소자(25)는 아크로매틱 렌즈(achromatic lens)로서 구성될 수 있다. 제2 투영 수단(19) 및 집광 소자(25)를 예컨대 단일의 렌티큘라 렌즈로서 프로젝터 장치(1)에 마련하는 방안도 있다.

본 실시예에서의 홀로그램 프로젝터 장치(1)가 여러 명의 보는 사람들을 위해 마련된 것이기 때문에 다수의 굴절 수단들(18)에 의해 뷰잉 윈도들(11R, 11L, 24L)의 갱신이 이뤄진다는 점을 제외하고는, 본 실시예에서도 역시 3차원 재구성 장면이 도 1에서 이미 설명된 바와 같이 생성된다. 본 실시예에 도시된 홀로그램 프로젝터 장치(1)에 의해, 3개의 뷰잉 윈도들을 동시에 다루는 것이 가능케 된다.

상이한 입사각으로 광변조 장치들(2)에 각각 입사하는 충분한 가간섭 광을 방출하는 광원들(4)을 사용하는 대신에, 각각의 광변조 장치(2)에 대해 단일의 광원(4)을 마련하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 광변조 장치(2)의 변조 후에, 파면들의 복제가 이뤄진다. 그것은 예컨대 굴절 소자(9)의 영역에서 격자 소자에 의해 수행될 수 있다. 그러한 방안의 장점은 광변조 장치(2)에서 개개의 광원(4)의 파면들의 위상 결함이 교정될 수 있다는데 있다.

도 1 및 도 3과 관련하여, 거울 또는 미러 어레이, 특히 갈바노미터 스캐너 로서 형성되는 굴절 수단(18)은 광 산란 층을 구비할 수 있다. 즉, 굴절 수단(18)은 수평 방향으로 산란하는 거울로서 구성될 수 있다. 그 경우, 광 산란 층은 예컨대 포일로서 구성될 수 있다. 산란 광의 확산은 1차원 파면에 수직하게 이뤄져야 한다. 홀로그램 재구성에서는 가간섭성이 필수적이기 때문에, 그 가간섭성이 광 산란 층의 도입으로 인해 방해를 받아서는 안 된다. 하지만, 광 산란 층의 도입에 의해, 비가간섭 방향으로 뷰잉 윈도들(11, 11R, 11L, 24L)을 확장 또는 확대시키는 것이 가능하되, 타 방향으로는 회절 차수의 확장에 의해 그러한 확장 또는 확대가 제한되게 된다. 광변조 장치(2)는 수평으로 배치되는 것이 매우 바람직하다. 그와 같이 하여, 수직 비가간섭 방향으로 개개의 뷰잉 윈도들(11, 11R, 11L, 24L)의 확장이 구현될 수 있다. 그 때문에, 광변조 장치(2)를 그와 같이 배치할 경우, 뷰잉 윈도들(11, 11R, 11L, 24L)을 더 이상 보는 사람의 수직 위치에 상응하게 수직으로 갱신할 필요가 없어지는데, 그 이유는 뷰잉 윈도들(11, 11R, 11L, 24L)이 그 방향으로 긴 길이를 갖기 때문이다. 광 산란 층을 스크린(7) 상에 마련하는 방안도 있는데, 그 경우에는 스크린(7)이 투영 및 연출을 위한 역할을 할 뿐만 아니라, 파면의 푸리에 변환 형태를 비가간섭 방향으로 산란시키는 역할도 하게 된다.

1차원 광변조 장치(2)와 연동하여 굴절 소자(9)에 의해 2명 이상의 보는 사람들 각각에 대한 3차원 재구성 장면의 부분 이미지의 2차원 파면들을 구현할 때에 변조된 파면들(8)의 행들 또는 열들을 시간 다중화하는 상이한 방안들이 주어져 있다. 1명의 보는 사람에 대한 부분 이미지의 2차원 파면을 먼저 완전히 구성하고 난 후에, 이어서 다른 보는 사람에 대한 부분 이미지의 2차원 파면을 완전히 구성한다. 또한, 개개의 보는 사람들에 할당된 부분 이미지의 변조된 파면의 행들 내지 열들을 번갈아 가면서 연속적으로 연출하는 것도 가능하다.

도 1, 도 2, 및 도 3에 따른 본 발명의 실시예들은 계속해서 하나 이상의 입사 파면을 변조하기 위한 하나 이상의 1차원 광변조 장치(2)에 관한 것들이었다. 하지만, 본 발명은 2차원 구성의 광변조 장치(2)에 의해서도 구현될 수 있다. 이하, 그러한 프로젝터 장치(1)의 실시 양태를 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7에서 설명하기로 한다

도 4에는, 홀로그램 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예가 평면도로 도시되어 있다. 본 실시예에서도 역시, 프로젝터 장치(1)는 여러 명의 보는 사람들을 대상으로 하여 마련된 것이다. 도 1 및 도 3과는 달리, 여기서는 광변조 장치(2)가 2차원 2진 광변조 장치(2)로서 구성된다. 그러한 광변조 장치(2)에서는, 변조 파면이 2진 코딩된다. 파면의 재현이 매우 부정확하기 때문에, 재구성 장면을 위한 다수의 상이한 파면들이 중첩된다. 2차원 파면을 생성하는 역할을 하는 굴절 소자는 여기서는 더 이상 불필요하다.

도 1 및 도 3의 굴절 소자(9) 대신에, 광을 그 스펙트럼 성분들로 분리하거나 그 스펙트럼 성분들을 합치기 위해 마련되는 빔 분리 소자(22) 이외에 광변조 장치(2)로부터 나오는 파면들(8R, 8L)을 각각 복제하기 위한 또 다른 빔 분리 소자(27)가 프로젝터 장치(1)에 포함된다. 그러한 빔 분리 소자(27)는 렌즈 소자(14) 및 투영 수단(6)의 화면 측 초점 면에 배치되는 것이 바람직하고, 예컨대 격자 또는 회절 광소자(DOE), 특히 설정 가능한 DOE로서 구성될 수 있다. 그러한 빔 분리 소자(27) 대신에, 뷰잉 평면에서 보는 사람들의 수에 의존하여 다수의 광원(4)을 각각의 광변조 장치(2)에 대해 마련하는 것도 가능하다. 그러면, 광원(4)의 광은 상이한 입사각으로 광변조 장치(2)에 입사한다.

장면의 재구성을 위해, 3명으로 도시된 보는 사람들에 대해 2개의 광변조 장치(2)가 프로젝터 장치(1)에 포함되되, 하나의 광변조 장치(2)는 보는 사람들의 각각의 오른쪽 눈에 제공되고, 다른 광변조 장치(2)는 보는 사람들의 각각의 왼쪽 눈에 제공된다. 그러한 2개의 광변조 장치들(2)은 광원(4)을 구비한 조명 장치(3)에 의해 각각 조명된다. 그와 관련하여, 광원(4)의 광은 등간격 위치에 있는 평면파(W)가 광변조 장치(2)에서 각각의 원하는 파면(8R, 8L)으로 코딩되도록 변조된다. 이어서, 그러한 파면들(8R, 8L)은 렌즈 소자들(13, 14)을 거쳐 빔 분리 소자(27)에 투영되어 다수의 파면들(81R, 82R, 83R, 81L, 82L, 83L)로 복제된다. 그와 동시에, 렌즈 소자들(13, 14) 사이에, 바람직하게는 렌즈 소자(13)의 초점 면에 파면들(8R, 8L)의 푸리에 변환 형태들(FT)이 생성된다. 이어서, 그러한 푸리에 변환 형태들(FT)은 렌즈 소자(14) 및 투영 수단(6)을 거쳐 투영 수단(6)의 초점 면(21)에서 3개의 굴절 수단(18)의 영역에 투영된다. 한편, 파면들(81R, 82R, 83R, 81L, 82L, 83L)은 투영 수단들(6, 19) 및 집광 소자(25)에 의해 제2 투영 수단(19)과 집광 소자(25)의 공통의 초점 면(20)에 투영되고, 이어서 스크린(7)을 거쳐 뷰잉 윈도들(11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)에서 3명의 보는 사람들의 왼쪽 눈들에 투영된다. 그와 동시에, 푸리에 변환 형태들(FT)의 이미지가 초점 면(21)으 로부터 제2 투영 수단(19) 및 집광 소자(25)를 거쳐 스크린(7)에 투영된다. 여기서도 역시, 굴절 수단들(18)의 수는 보는 사람들의 수에 의존하여 달라진다. 그것은 보는 사람당 단 하나의 굴절 수단(18)이 양안, 여기서는 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 사용된다는 것을 의미한다. 여기서도 역시, 0차 회절 차수에서 3차원 장면이 재구성된다. 여기서도 역시, 뷰잉 평면(12)에서 보는 사람들의 이동할 경우, 위치 탐지 시스템(17)이 눈들의 위치 변경을 탐지하여 뷰잉 윈도들(11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)이 보는 사람들의 새로운 눈 위치 쪽으로 갱신되도록 굴절 수단(18)을 제어한다. 3차원 장면의 컬러 재구성은 빔 분리 소자(22)에 의해 전술된 예에서와 상응하게 이뤄지게 된다.

2개의 광변조 장치들(2)을 사용하는 대신에, 단 하나의 광변조 장치(2)만이 1명 이상의 보는 사람들에 대한 장면을 재구성하는데 제공될 수도 있다. 그러면, 그에 상응하여 광변조 장치(2)를 조명하는데 단 하나의 광원만이 필요하게 된다.

도 5에는, 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예가 평면도로 도시되어 있는바, 본 실시예에서는 단 1명의 보는 사람만이 도시되어 있다. 기본적으로, 여러 명의 보는 사람들이 재구성 장면을 볼 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 광변조 장치들(2)도 역시 2차원 광변조 장치들이지만, 그러한 2차원 광변조 장치들은 2진 광변조 장치들과는 대조적으로 다가 코딩(multivalent coding)을 허용하여 단 하나의 이미지만으로도 직접 예컨대 다수의 위상 값들의 표현에 의해 파면들을 잘 재현한다. 즉, 그와 같이 하여, 프로젝터 장치(1)가 도 1, 도 2, 및 도 3에 비해 단순화된 형태로 구성될 수 있게 된다. 굴절 소자(9) 및 빔 분리 소자(27)는 더 이상 필 요치 않다. 아울러, 이제는 단 하나의 굴절 수단(18)만이 뷰잉 윈도들(11R, 11L)을 갱신하는 역할을 하게 된다.

바람직한 3차원 장면의 재구성을 위해, 오른쪽 눈 및 왼쪽 눈에 대해 하나씩의 광변조 장치(2)가 마련된다. 그러한 2개의 광변조 장치들(2)은 조명 장치(3)의 2개의 광원들(4)에 의해 충분한 가간섭 광으로 조명된다. 광변조 장치들(2)에는 원하는 파면들(8R, 8L)로 코딩된 평면파(W)가 입사한다. 이어서, 파면들(8R, 8L)은 렌즈 소자들(13, 14)을 거쳐 렌즈 소자(14)와 투영 수단(6) 사이에 생성된 화면 측 초점 면(29)에 투영된다. 그와 동시에, 렌즈 소자들(13, 14) 사이에서 렌즈 소자(13)의 초점 면에 파면들(8R, 8L)의 푸리에 변환 형태들(FT)이 생성된다. 이어서, 그 푸리에 변환 형태들(FT)은 렌즈 소자(14) 및 투영 수단(6)을 거쳐 초점 면(21)에 투영된다. 그러면, 파면들(8R, 8L)이 투영 수단들(6, 19))에 의해 초점 면(20)에 투영되고, 이어서 스크린(7)을 거쳐 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에서 보는 사람의 눈에 투영된다. 그와 동시에, 푸리에 변환 형태들(FT)의 이미지가 초점 면(21)으로부터 제2 투영 수단(19)을 거쳐 스크린(7)에 투영된다. 여기서는, 오른쪽 및 왼쪽 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 대한 파면들(8R, 8L)이 동시에 투영된다. 여기서도 역시, 0차 회절 차수에서 3차원 장면이 재구성된다. 뷰잉 평면(12)에서 보는 사람들의 이동할 경우, 위치 탐지 시스템(17)이 눈 위치의 변경을 탐지하여 뷰잉 윈도들(11R, 11L)이 보는 사람의 새로운 눈 위치 쪽으로 갱신되도록 굴절 수단(18)을 제어한다. 여기서도 역시, 3차원 장면의 컬러 재구성은 빔 분리 소자(22)에 의해 전술된 예에서와 상응하게 이뤄지게 된다.

여러 명의 보는 사람들이 뷰잉 평면(12)에 위치하면, 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 대한 오른쪽 및 왼쪽 파면들이 우선 1명의 보는 사람에게 동시에 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출된다. 이어서, 다음 파면이 다시 먼저 1명의 보는 사람에게 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출되며, 기타 등등 그와 같이 된다. 또한, 오른쪽 눈의 뷰잉 윈도(11R)에 대한 해당 파면을 모든 보는 사람들에게 순차적으로 연출하고, 이어서 왼쪽 눈의 뷰잉 윈도(11L)에 대한 해당 파면을 모든 보는 사람들에게 연출하는 것도 역시 가능하다. 다음 재구성 장면의 연출을 위해서도, 상응하는 조치를 취한다.

즉, 본 실시예에서는, 보는 사람의 양안을 대상으로 단일의 광변조 장치(2)를 마련하는 것이 가능하다. 그러한 경우에는, 전술된 바와 같이 2개의 뷰잉 윈도들(11R, 11L)을 번갈아 다룬다. 여러 명의 보는 사람들에 대해서는, 우선 모든 오른쪽 뷰잉 윈도들(11R, …)을 다루고, 이어서 모든 왼쪽 뷰잉 윈도들(11L, …)을 다루거나, 그 역으로 다룬다.

도 6은 도 5에 따른 프로젝터 장치(1)를 단순화시켜 나타낸 것으로, 본 도면에서도 역시 1명의 보는 사람만이 도시되어 있다. 기본적으로, 여러 명의 보는 사람들이 존재할 수 있다. 도 5에서 이미 언급된 바와 같이, 본 실시예에서 사용되는 광변조 장치들(2)도 역시 2차원 광변조 장치들이다. 본 실시예에서도 역시, 뷰잉 윈도들(11R, 11L)을 갱신하는데 또는 다수의 뷰잉 윈도들을 갱신하는데 단 하나의 굴절 수단(18)이 제공된다. 도 5에 따라 렌즈 소자(14)와 투영 수단(6)이 함께 어포컬 시스템을 형성한다면, 그 광 소자들은 도 6에 도시된 바와 같이 생략될 수 있다. 그럼으로써, 매우 단순화된 프로젝터 장치(1)가 제공되지만, 그 경우에는 투영 오차, 예컨대 색수차를 교정하는 것이 어려워진다.

3차원 장면의 재구성을 위해, 여기서도 역시 오른쪽 눈 및 왼쪽 눈에 대해 하나씩의 광변조 장치(2)가 마련된다. 그러한 2개의 광변조 장치들(2)은 조명 장치(3)의 2개의 광원들(4)에 의해 충분한 가간섭 광으로 조명된다. 광변조 장치들(2)에는 원하는 파면들(8R, 8L)로 코딩된 파동(W)이 입사한다. 이어서, 파면들(8R, 8L)은 렌즈 소자들(13) 및 제2 굴절 수단(19)을 거쳐 초점 면(20)에 투영되고, 이어서 스크린(7)을 거쳐 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에서 보는 사람의 눈에 투영된다. 그와 동시에, 렌즈 소자(13)와 제2 투영 수단(19) 사이, 즉 굴절 수단(18)의 영역에서 렌즈 소자(13)의 초점 면(21)에 파면들(8R, 8L)의 푸리에 변환 형태들(FT)이 생성된다. 이어서, 그 푸리에 변환 형태들(FT)은 제2 투영 수단(19)을 거쳐 스크린(7)에 투영된다. 파면들(8R, 8L)은 오른쪽 및 왼쪽 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 동시에 투영된다. 여기서도 역시, 0차 회절 차수에서 3차원 장면이 재구성된다. 뷰잉 평면(12)에서 보는 사람이 이동하면, 위치 탐지 시스템(17)은 눈 위치의 변경을 탐지하여 뷰잉 윈도들(11R, 11L)이 보는 사람의 새로운 눈 위치 쪽으로 갱신되도록 굴절 수단(18)을 제어한다. 여기서도 역시, 3차원 장면의 컬러 재구성은 빔 분리 소자(22)에 의해 전술된 예에서와 상응하게 이뤄지게 된다.

여기서도 역시, 2개의 광변조 장치들(2)을 사용하는 대신에, 단 하나의 광변조 장치(2)만이 1명 이상의 보는 사람들에 대한 장면을 재구성하는데 제공될 수 있다. 그러면, 그에 상응하여 광변조 장치(2)를 조명하는데 단 하나의 광원만이 필 요하게 된다.

여러 명의 보는 사람들이 뷰잉 평면(12)에 위치하면, 도 5에 따라 오른쪽 및 왼쪽 파면들이 굴절 소자(18)에 의해 우선 1명의 보는 사람에게 동시에 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출된다. 이어서, 다음 파면이 다시 먼저 1명의 보는 사람에게 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출되며, 기타 등등 그와 같이 된다. 하지만, 이미 전술된 바와 같이, 오른쪽 눈의 뷰잉 윈도(11R)에 대한 해당 파면을 모든 보는 사람들에게 순차적으로 연출하고, 이어서 왼쪽 눈의 뷰잉 윈도(11L)에 대한 해당 파면을 모든 보는 사람들에게 연출하는 것도 또한 가능하다. 다음 재구성 장면의 연출을 위해서도, 상응하는 조치를 취한다.

본 실시예에서도 역시, 도 5에서 설명된 바와 같이, 보는 사람의 양안을 대상으로 단일의 광변조 장치(2)를 마련하는 것이 가능한데, 본 경우에는 뷰잉 윈도들(11R, 11L)을 순차적으로 다룬다.

도 7은 프로젝터 장치(1)의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 그 프로젝터 장치(1)는 1명의 보는 사람만을 대상으로 하여 도시되어 있다. 하지만, 본 프로젝터 장치(1)를 여러 명의 보는 사람들을 대상으로 마련하는 것도 물론 가능하다. 도시된 광변조 장치들(2)은 1차원, 2차원, 또는 2차원 2진 광변조 장치들일 수 있다. 광변조 장치들(2)이 1차원적으로 구성되면, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 굴절 소자들(9)이 마련되어야 한다. 2차원 2진 광변조 장치들을 사용할 경우에는, 여러 명의 보는 사람들이 재구성 장면을 볼 수 있을 정도로 광변조 장치들(2)이 고속인 것이 매우 유리하다. 본 실시예에서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바 와 같이, 뷰잉 윈도들(11R, 11L) 또는 다수의 뷰잉 윈도들을 갱신하는데 단 하나의 굴절 수단(18)만이 제공된다. 본 프로젝터 장치(1)의 투영 소자는 도 5 및 도 6에 따른 프로젝터 장치(1)에 비해 낮은 숫자의 개구(Numerical Aperture; NA)를 갖고, 그럼으로써 수차가 덜 발생하게 된다. 렌즈 소자들(13, 14) 및 빔 분리소자(22)가 이중으로 되어 있고, 즉 각각의 광변조 장치(2) 또는 보는 사람의 각각의 눈에 대해 마련되고, 그로 인해 파면들(W)의 투영이 프로젝터 장치(1)의 제1 부분에서 서로 별개로 이뤄지기 때문에, 예컨대 조정 오차를 각각의 눈에 대해 개별적으로 교정할 수 있다.

3차원 장면은 오른쪽 눈 및 왼쪽 눈에 대한 각각의 광변조 장치(2)에 의해 구성된다. 그러한 2개의 광변조 장치들(2)은 조명 장치(3)의 2개의 광원들(4)에 의해 충분한 가간섭 광으로 조명된다. 광변조 장치들(2)에는 원하는 파면들(8R, 8L)을 생성하도록 변조되는 파면(W)이 입사한다. 본 실시예에서는, 파면들(8R, 8L)이 각각 2개의 빔들에 의해서만, 즉 반파면으로서 나타난다. 이어서, 파면(8R)은 렌즈 소자들(13, 14)을 거쳐 렌즈 소자(14)의 화면 측 초점 면(30)에 투영된다. 초점 면(30)에는, 전향 거울로서 구성된 전향 소자(31)가 배치된다. 그러한 전향 소자(31)는 파면(8R)을 원하는 방향으로 반사한다. 파면(8L)도 역시 파면(8R)과 마찬가지로 렌즈 소자들(13, 14)을 거쳐 투영되는데, 다만 초점 면(32)에 투영된다. 그와 동시에, 렌즈 소자들(13, 14) 사이에서 렌즈 소자(13)의 초점 면에 파면들(8R, 8L)의 푸리에 변환 형태들(FT)이 각각 생성된다. 이어서, 그 2개의 푸리에 변환 형태들(FT)은 렌즈 소자(14) 및 투영 수단(6)을 거쳐 초점 면(21)에 투영된 다. 그러면, 파면들(8R, 8L)이 투영 수단들(6, 19))에 의해 초점 면(20)에 투영되고, 이어서 스크린(7)을 거쳐 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에서 보는 사람의 눈에 투영된다. 그와 동시에, 푸리에 변환 형태들(FT)의 이미지가 초점 면(21)으로부터 제2 투영 수단(19)을 거쳐 스크린(7)에 투영된다. 오른쪽 및 왼쪽 뷰잉 윈도들(11R, 11L)에 대한 파면들(8R, 8L)이 동시에 투영된다. 3차원 장면은 0차 회절 차수에서 재구성된다. 뷰잉 평면(12)에서 뷰잉 윈도들(11R, 11L)을 갱신하기 위해, 보는 사람의 이동 시에 위치 탐지 시스템(17)이 눈 위치의 변경을 탐지한다. 위치 탐지 시스템은 굴절 수단(18)의 제어도 담당하여 뷰잉 윈도들(11R, 11L)이 보는 사람의 새로운 눈 위치 쪽으로 갱신되도록 굴절 수단(18)을 제어한다.

재구성 장면 또는 장면들을 뷰잉 평면(12)에서의 여러 명의 보는 사람들에 연출하기 위해, 오른쪽 및 왼쪽 파면들이 우선 1명의 보는 사람에게 동시에 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출된다. 이어서, 다음 파면이 다시 먼저 1명의 보는 사람에게 연출되고, 이어서 다음 보는 사람에게 연출되며, 기타 등등 그와 같이 된다.

3차원 장면의 컬러 재구성은 렌즈 소자들(13, 14) 사이에 각각 배치될 수 있는 2개의 빔 분리 소자(22)에 의해 전술된 예에서와 상응하게 이뤄지게 된다. 물론, 다른 위치에서 프로젝터 장치(1)에 배치될 수도 있다. 도 7에 따른 프로젝터 장치(1)는 꺾이지 않는 광 경로가 존재하도록 구성될 수도 있다.

광원들(4)을 구비한 조명 장치들(3)은 프로젝터 장치(1)에서 임의의 위치에 배치될 수도 있다. 예컨대, 광변조 장치(2)가 투과형이 아니라 반사형으로 구성되 면, 조명 장치(3)는 각각의 방출된 파면(W)이 굴절 소자, 예컨대 전향 거울 또는 반투명 거울을 경유하여 광변조 장치(2)로 안내되도록 각각 배치될 수도 있다. 광원(4)이 푸리에 면에 투영되되, 굴절 소자가 푸리에 면에 배치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 굴절 소자와 광변조 장치(2) 사이에 하나 이상의 광소자, 예컨대 렌즈, 거울 등이 마련될 수 있다. 그러한 굴절 소자는 예컨대 도 7과 관련지어 굴절 수단(18)의 영역 또는 빔 분리 소자(22)의 위치에 배치될 수 있는데, 그러면 빔 분리 소자(22)는 프로젝터 장치(1)에서 굴절 소자의 전방 또는 후방이나 다른 위치에 마련될 수 있다. 그와 같이 하여, 프로젝터 장치(1)가 구조에 있어 콤팩트하게 구성될 수 있다.

모든 실시예들의 광원들(4)은 하나 이상의 고아소자를 사용하여 여기서 도시를 생략한 1차 광원에 의해 생성될 수도 있다.

모든 실시예들에 있어서, 재구성 장면을 0차 회절 차수가 대신에 다른 회절 차수, 예컨대 1차 또는 -1차 회절 차수에서 연출하는 것도 역시 가능하다.

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

Claims

충분한 가간섭 광을 내기 위한 하나 이상의 광원 및 장면의 코딩된 파면을 생성하기 위한 하나 이상의 광변조 장치를 구비하는, 장면의 홀로그램 재구성을 위한 프로젝터 장치에 있어서,

광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 의해 변조된 광의 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린(7)에 투영하고, 코딩된 파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 뷰잉 평면(12)의 하나 이상의 가상 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)에 투영하기 위한 투영 수단(6)을 구비하고, 1명 이상의 보는 사람의 눈 위치의 변경에 상응하게 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)를 갱신하기 위한 하나 이상의 굴절 수단(18)이 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)와 스크린(7) 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

푸리에 변환 형태(FT)의 회절 차수의 주기적 연속이 스크린(7)의 밖에 존재하도록 투영 배율 및 스크린(7)의 크기가 선택되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)는 1차원적인 것을 특징으로 하는 프로젝터 장 치.
제1항에 있어서,

2차원 2진 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제3항에 있어서,

재구성 장면에 대한 파면(10)을 생성하기 위해 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 수직한 방향으로 광학 굴절을 구현하는 굴절 소자(9)가 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

보는 사람의 눈 위치를 확인하기 위한 위치 탐지 시스템(17)이 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서, 여러 명의 보는 사람들에 대해 뷰잉 윈도들(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)을 갱신하기 위해, 보는 사람당 하나의 굴절 수단(18), 모든 굴절 수단(18)에 대한 시준의 역할을 하는 공통의 렌티큘라 렌즈(19), 및 공통의 집광 소자(25)가 빔 방향으로 차례대로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항, 제3항, 또는 제4항에 있어서,

굴절 수단(18)과 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B) 사이에 하나 이상의 빔 분리 소자(22, 27)가 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제8항에 있어서,

장면의 컬러 재구성을 위해, 광을 그 스펙트럼 성분들로 분리하거나 그 스펙트럼 성분들을 합치는 빔 분리 소자(22)가 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제8항에 있어서,

2차원 2진 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)의 사용 시에, 장면의 컬러 재구성을 위한 빔 분리 소자(22) 및 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)로부터 나오는 파면(8R, 8L, 8G, 8B)을 복제하기 위한 또 다른 빔 분리 소자(27)가 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

굴절 수단(18)은 거울인 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

스크린(7)은 거울, 특히 오목 거울인 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

투영 오차를 줄이기 위한 렌즈 소자들(13, 14)이 빔 경로에 마련되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
제1항에 있어서,

광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)는 위상 변조기인 것을 특징으로 하는 프로젝터 장치.
파면을 코딩하는 광변조 장치를 하나 이상의 충분한 가간섭 광원을 구비한 조명 장치에 의해 조명하는, 장면의 홀로그램 재구성 방법에 있어서,

광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 의해 변조된 광원(4)의 광의 푸리에 변환 형태(FT)를 스크린으로서의 역할을 하는 광소자(7)에 투영하되, 코딩된 파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 하나 이상의 광소자(7)에 의해 뷰잉 평면(12)의 가상 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)에 투영하고, 1명 이상의 보는 사람의 눈 위치의 변경에 따라 뷰잉 윈도(11, 11R, 11L, 24R, 24L, 28R, 28L)를 하나 이상의 굴절 수단(18)에 의해 갱신하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)와 광소자(7)에 의해 투영 배율을 정의하되, 그 투영 배율을 푸리에 변환 형태(FT)의 회절 차수의 주기적 연속이 광소자(7) 밖에서 이뤄지도록 광소자(7)의 크기에 의해 선택하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

재구성 장면을 0차 회절 차수에서 재구성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

재구성 장면을 볼 때의 보는 사람의 눈 위치를 위치 탐지 시스템(17)에 의해 탐지하고 추적하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

파면(W, 8, 8R, 8G, 8B, 8L)의 푸리에 변환 형태(FT)를 하나 이상의 투영 수단(6, 19, 25)에 의해 광소자(7)에 투영하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

2명 이상의 보는 사람들에 대해, 동일한 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)를 보는 사람들의 모든 왼쪽 눈 또는 모든 오른쪽 눈에 대한 파면(W, 8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 연출하는데 각각 사용하되, 다수의 광원들(4)에 의해 상이한 입사각으로 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)에 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 1차원적으로 변조하는 1차원 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)로부터 굴절 소자(10)에 의해 2차원 파면(10)을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

장면의 컬러 재구성을 3개의 기본 색에서 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제15항에 있어서,

2차원 2진 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)의 경우에, 광변조 장치(2, 2R, 2G, 2B)로부터 나오는 파면(8, 8R, 8G, 8B, 8L)을 제1 빔 분리 소자(27)에 의해 복제하고, 장면을 하나 이상의 또 다른 빔 분리 소자(22)에 의해 3개의 기본 색에서 동시에 재구성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.
제22항 또는 제23항에 있어서,

장면의 동시적 컬러 재구성을 3개의 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)에 의해 수행하되, 그 광변조 장치들(2R, 2G, 2B)로부터 나오는 광의 개개의 단색 파면들(8R, 8G, 8B)을 제2 빔 분리 소자(22)에 의해 합치는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재구성 방법.