KR20130094108A - 시야창의 위치를 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

시야창의 위치를 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것으로, 가간섭성 광을 발생시키는 광원 모듈과, 상기 광원 모듈로부터 발생된 상기 광을 적어도 두 개의 수렴점들로 상기 광을 수렴시키는 인-풋 광학계와, 상기 적어도 두 개의 인-풋 광학계에서 발생된 광을 조합하여 상기 홀로그램 영상을 제공하는 아웃-풋 광학계와, 상기 광을 변조시키는 공간 광변조 모듈을 포함할 수 있다.

Description

시야창의 위치를 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치{HOLOGRAPHIC DISPLAY APPARATUS CAPABLE OF STEERING VIEW WINDOW}
본 발명은 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시야창의 위치를 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이(holographic display)는 객체에 대한 광파를 재생하여 3차원 상(image)을 만드는 장치로서, 거울이나 렌즈를 통하여 객체 상을 보듯이 자연스러운 실감 영상을 제공한다. 홀로그램 입체영상은 가간섭성 광의 회절상이므로 광변조 소자의 회절 특성이 홀로그래픽 디스플레이 성능을 크게 좌우한다. 원리적으로 공간 광변조 모듈에 의하여 제공되는 공간 대역폭(space-bandwidth product)에 따라 표시할 수 있는 입체영상의 부피와 시야각이 결정된다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 실용화를 위해서는 매우 큰 공간 대역폭을 가진 소자가 필수적이다. 하지만, 현재 사용되고 있는 공간 광변조 소자는 성능이 크게 부족한 상황이다.
디지털 홀로그래픽 디스플레이가 표현할 수 있는 3차원 공간을 늘리기 위한 방법으로 사람 눈의 동공 크기가 디스플레이에 비하여 상대적으로 작은데 착안하여 시야창(viewing window)을 눈의 동공 크기로 한정함으로써 관찰자가 느끼는 3차원 공간의 크기를 넓힐 수 있는 방법이 제안되었다. 이러한 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 관찰자의 동공 위치에 따라 시야창을 임의로 조정하고 관찰자의 양안에 홀로그램 영상을 제공할 수 있는 인-풋 광학계와 아웃-풋 광학계가 중요하다. 관찰자가 자연스럽게 홀로그램 영상을 시청하기 위해서 양안에 맞게 시야창을 상하좌우로 자유롭게 조절할 수 있는 기능이 필요하다.
본 발명의 목적은 시야창을 자유롭게 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 점광원 어레이를 구동 가능하게 설계하므로써 점광원 어레이의 위치 변경에 따라 시야창의 위치를 변경하는 것을 일 특징으로 한다. 본 발명은 렌즈 어레이를 포함하는 인-풋 광학계를 이용하여 홀로그램 입체 영상을 재생하는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는: 가간섭성 광을 발생시키는 광원 모듈과: 상기 광원 모듈로부터 발생된 상기 광을 적어도 두 개의 수렴점들로 상기 광을 수렴시키는 인-풋 광학계와; 상기 적어도 두 개의 인-풋 광학계에서 발생된 광을 조합하여 상기 홀로그램 영상을 제공하는 아웃-풋 광학계와; 그리고 상기 광을 변조시키는 공간 광변조 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는: 상기 적어도 두 개의 수렴점들 중 제1 수렴점으로 상기 광을 수렴시키는 제1 인-풋 광학계와; 그리고 상기 적어도 두 개의 수렴점들 중 상기 제1 수렴점과 다른 위치에 있는 제2 수렴점으로 상기 광을 수렴시키는 제2 인-풋 광학계를 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는: 복수개의 단위 렌즈들이 조합된 렌즈 어레이와; 상기 렌즈 어레이로 광을 입사하는 복수개의 점광원들을 포함하는 점광원 어레이와; 그리고 상기 점광원 어레이를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는 상기 렌즈 어레이와 상기 광원 모듈 사이에 배치된 복수개의 핀 홀을 갖는 핀 홀 어레이를 더 포함하고, 상기 광원 모듈은 면광원을 포함하고, 상기 면광원에서 발생된 상기 가간섭성 광은 상기 핀 홀 어레이를 통과하여 상기 점광원 어레이를 이룰 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는 상기 광원 모듈로부터 상기 렌즈 어레이로의 상기 광의 경로를 제공하는 복수개의 광섬유들을 더 포함하고, 상기 광섬유들의 일단부들은 상기 광원 모듈에 결합되고 상기 광섬유들의 타단부들은 상기 점광원 어레이를 이룰 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는 상기 광섬유들의 타단부들과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 상기 광섬유들의 타단부들과 일대일 대응하는 복수개의 렌즈들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는: 상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 회절 격자와; 그리고 상기 회절 격자와 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 수렴 렌즈를 더 포함하고, 상기 광원 모듈은 면광원을 포함하고, 상기 면광원에서 발생된 상기 가간섭성 광은 상기 수렴 렌즈와 상기 렌즈 어레이 사이에서 상기 점광원 어레이를 이룰 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 단위 렌즈들 사이에 배치된 복수개의 반사판들을 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 광원 모듈은 상기 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 점광원들을 포함하고, 상기 점광원들이 상기 점광원 어레이를 이룰 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 인-풋 광학계는 상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 상기 점광원들과 일대일 대응되는 복수개의 렌즈들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 아웃-풋 광학계는 상기 제1 인-풋 광학계와 상기 제2 인-풋 광학계 사이에 배치된 빔 분할기를 포함하고, 상기 빔 분할기는 상기 제1 및 제2 인-풋 광학계들로부터 발생된 상기 가간섭성 광을 제1 및 제2 수렴점들로 수렴시킬 수 있다.
일 실시예의 장치에 있어서, 상기 공간 광변조 모듈은 상기 가간섭성 광의 위상과 진폭을 복소 변조시키는 액정 패널을 포함할 수 있다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는: 제1 및 제2 가간섭성 광을 각각 발생시키는 제1 및 제2 광원 모듈과: 상기 제1 광원 모듈에서 발생된 상기 제1 가간섭성 광을 제1 수렴점으로 수렴시키는 제1 렌즈 어레이를 포함하는 제1 인-풋 광학계와: 상기 제2 광원 모듈에서 발생된 상기 제2 가간섭성 광을 상기 제1 수렴점과 위치가 상이한 제2 수렴점으로 수렴시키는 제2 렌즈 어레이를 포함하는 제2 인-풋 광학계와: 상기 제1 및 제2 인-풋 광학계에서 발생된 광을 조합하여 상기 홀로그램 영상을 제공하는 아웃-풋 광학계와; 그리고 상기 제1 및 제2 가간섭성 광의 위상과 진폭을 복소 변조시키는 제1 및 제2 공간 광변조 모듈들을 포함할 수 있다.
다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈과 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 복수개의 핀 홀들을 갖는 제1 핀 홀 어레이, 그리고 상기 제1 핀 홀 어레이를 이동시키는 제1 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈과 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 복수개의 핀 홀들을 갖는 제2 핀 홀 어레이, 그리고 상기 제2 핀 홀 어레이를 구동시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 핀 홀 어레이들의 이동에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경될 수 있다.
다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈로부터 상기 제1 렌즈 어레이의 단위 렌즈들로의 상기 제1 광의 경로를 제공하며 말단부들이 제1 점광원 어레이를 이루는 복수개의 제1 광섬유들, 그리고 상기 복수개의 제1 광섬유들의 말단부들을 이동시키는 제1 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈로부터 상기 제2 렌즈 어레이의 단위 렌즈들로의 상기 제2 광의 경로를 제공하며 말단부들이 제2 점광원 어레이를 이루는 복수개의 제2 광섬유들, 그리고 상기 복수개의 제2 광섬유들의 말단부들을 이동시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광섬유들의 말단부들의 이동에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경될 수 있다.
다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈과 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 제1 회절 격자, 그리고 상기 제1 회절 격자와 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 제1 수렴 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈과 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 제2 회절 격자, 그리고 상기 제2 회절 격자와 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 제2 수렴 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 광원 모듈에서 발생된 상기 제1 가간섭성 광은 상기 제1 수렴 렌즈와 상기 제1 렌즈 어레이 사이에서 복수개의 점광원들을 포함하는 제1 점광원 어레이를 이룰 수 있다. 상기 제2 광원 모듈에서 발생된 상기 제2 광은 상기 제2 수렴 렌즈와 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 복수개의 점광원들을 포함하는 제2 점광원 어레이를 이룰 수 있다.
다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 제1 인-풋 광학계는 상기 제1 광원 모듈을 기울여 상기 제1 가간섭성 광의 상기 제1 회절 격자로의 입사 방향을 변경시키는 제1 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 인-풋 광학계는 상기 제2 광원 모듈을 기울여 상기 제2 가간섭성 광의 상기 제2 회절 격자로의 입사 방향을 변경시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가간섭성 광의 입사 방향이 달라짐에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경될 수 있다.
다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 제1 광원 모듈은 상기 제1 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 제1 점광원들을 포함할 수 있다. 상기 제2 광원 모듈은 상기 제2 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 제2 점광원들을 포함할 수 있다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는: 복수개의 점광원들을 포함하는 점광원 어레이; 상기 점광원 어레이로부터 가간섭성 광을 입사받아 시야창에 수렴시키는 단위 렌즈들이 조합된 렌즈 어레이; 그리고 상기 점광원 어레이의 위치를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 점광원 어레이를 이동시켜 상기 시야창의 위치를 변경시킬 수 있다.
또 다른 실시예의 장치에 있어서, 상기 가섭성 광을 발생시키는 광원 모듈과; 그리고 상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 점광원 생성 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 점광원 생성 장치는 상기 광원 모듈에서 발생된 광을 상기 점광원 어레이로 형성하는 핀 홀 어레이, 광섬유, 회절 격자 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 공간 광변조된 광파를 시야창에 수렴시켜 관찰가 홀로그램 입체 영상을 보게 할 수 있을 뿐만 아니라 관찰자의 위치를 추적하여 시야창을 자유롭게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 변형예를 도시한 모식도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 다른 변형예를 도시한 모식도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 또 다른 변형예를 도시한 모식도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 또 다른 변형예를 도시한 모식도들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 광원 모듈의 변형예를 도시한 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
<홀로그래픽 디스플레이 장치의 예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 모식도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계를 도시한 모식도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)는 일레로서 광을 발생시키는 광원 모듈(30), 광원 모듈(30)로부터 제공된 광을 시야창(107)에 수렴시키는 적어도 두 개의 인-풋 광학계들(10,11), 광파를 복소 변조시키는 공간 광변조 모듈(40), 그리고 적어도 2개의 인-풋 광학계들(10,11)로부터 수렴된 광을 조합하여 관찰자의 양안에 홀로그램 입체 영상(111)을 제공하는 아웃-풋 광학계(20)를 포함할 수 있다.
광원 모듈(30)은 가령 가간섭성(coherent)을 광을 발생시키는 장치를 포함할 수 있다. 가령 광원 모듈(30)은 냉음극 형광 램프나 백색광 발광 다이오드와 같은 백색 광원 장치일 수 있다. 다른 예로 광원 모듈(30)은 적색, 녹색 및 청색 레이저 장치, 혹은 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 유기 발광 다이오드 장치를 포함할 수 있다. 광원 모듈(30)은 점광원 혹은 면광원을 포함할 수 있다. 가간섭성 광은 디스플레이 가능한 가시부피(view volume)의 종축 거리를 결정하는 특성을 가질 수 있다. 일례로, 광원 모듈(30)은 두 개의 인-풋 광학계들(10,11) 각각으로 광을 제공하는 두 개의 광원 모듈들을 포함할 수 있다. 다른 예로, 광원 모듈(30)은 두 개의 인-풋 광학계들(10,11)로 광을 동시에 제공하는 하나의 광원 모듈일 수 있다.
적어도 두 개의 인-풋 광학계(10,11)는 제1 인-풋 광학계(10)와, 제1 인-풋 광학계(10)와 동일 또는 유사한 구성을 가지며 제1 인-풋 광학계(10)와는 다른 위치에 배치되는 제2 인-풋 광학계(11)를 포함할 수 있다. 제1 인-풋 광학계(10)에서의 광의 진행 방향과 제2 인-풋 광학계(11)에서의 광의 진행 방향은 서로 다르고, 또한 수렴점이 다를 수 있다. 예컨대, 제1 인-풋 광학계(10)는 수평 방향으로 광을 입사시키고, 제2 인-풋 광학계(11)는 수직 방향으로 광을 입사시킬 수 있게 설계될 수 있다. 본 실시예에 따르면 제1 인-풋 광학계(10)는 관찰자의 왼쪽(혹은 오른쪽) 눈으로 광을 수렴시키고, 제2 인-풋 광학계(11)와 관찰자의 오른쪽(혹은 왼쪽) 눈으로 광을 수렴시킬 수 있다.
제1 인-풋 광학계(10)는 복수개의 점광원들(102)이 어레이된 점광원 어레이(102a), 점광원 어레이(102a)로부터 입사된 광을 시야창(107)에 수렴시키는 렌즈 어레이(103), 그리고 시야창(107)의 위치를 변경시키기 위해 점광원 어레이(102a)의 위치를 조정하는 구동부(104)를 포함할 수 있다. 제2 인-풋 광학계(11)는 제1 인-풋 광학계(10)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 이하에선 제1 인-풋 광학계(10)에 대해 설명한다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 제1 인-풋 광학계(10)에 대한 설명은 제2 인-풋 광학계(11)에 적용될 수 있다. 다른 예로, 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)는 제1 인-풋 광학계(10)과 제2 인-풋 광학계(11) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다.
점광원 어레이(102a)는 광원 모듈(30)에서 발생된 광이 광 경로(109)를 따라 이동되므로써 생성될 수 있다. 광 경로(109)는 한 차례 혹은 수 차례 분기될 수 있다. 점광원 어레이(102a)는 도 4a에 도시된 바와 같이 핀 홀 어레이(402)에 의해 혹은 도 5a에서처럼 복수개의 광섬유들(501)에 의해 생성될 수 있다. 다른 예로, 점광원 어레이(102a)는 도 6a에서 알 수 있듯이 회절 격자(602)에 의해 혹은 도 7에 도시된 것처럼 복수개의 광원 모듈들(30)에 의해 생성될 수 있다.
구동부(104)는 점광원 어레이(102a)를 전후 방향(X 방향), 좌우 방향(Y 방향) 및 상하 방향(Z 방향) 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시킬 수 있다. 예컨대, 제1 인-풋 광학계(10)의 점광원 어레이(102a)는 Z 방향 및 X 방향으로 이동될 수 있고, 제2 인-풋 광학계(11)의 점광원 어레이(102a)는 Y 방향 및 X 방향으로 이동될 수 있다. X, Y 및 Z 방향은 서로 교차할 수 있다. 본 발명을 이에 한정하려는 의도는 아니 일례로서, X, Y 및 Z 방향은 실질적으로 서로 수직할 수 있다. 구동부(104)는 기계적 혹은 전자적 장치를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 “점광원 어레이(102a)를 이동시킨다”라는 것은 점광원 어레이(102a)를 생성시키는 장치, 가령 도 4a의 핀 홀 어레이(402), 도 5의 광섬유들(501), 그리고 도 6a와 7의 광원 모듈(30)을 이동시키거나 기울어지게 한다라는 의미를 포함할 수 있다.
공간 광변조 모듈(40)은 홀로그램 프린지 패턴을 표시할 수 있게 설계된 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)를 포함할 수 있다. 공간 광변조 모듈(40)은 가령 액정 패널을 포함할 수 있고, 광파의 진폭 및 위상의 복소값을 변조시킬 수 있다. 공간 광변조 모듈(40)은 렌즈 어레이(103)와 시야창(107) 사이에 배치될 수 있다.
렌즈 어레이(103)는 복수개의 수렴 렌즈들을 포함할 수 있다. 일례로, 렌즈 어레이(103)는 복수개의 점광원들(102)과 1:1 대응되도록 배치된 구면 렌즈들을 포함할 수 있다. 점광원들(102) 각각에서 생성된 광은 렌즈 어레이(103)의 단위 렌즈로 입사되어 시야창(107)에 수렴될 수 있다.
아웃-풋 광학계(20)는 제1 인-풋 광학계(10) 및 제2 인-풋 광학계(11)에서 발생된 광을 조합하여 빔 분할기(106)로써 시야창(107)에 수렴시켜 관찰자의 양안에 홀로그램 입체 영상(111)을 제공할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 점광원 어레이(102a)가 상하좌우 이동 가능하므로써 시야창(107)의 위치가 상하좌우 이동될 수 있다. 그러므로 관찰자의 위치가 변경되어 양안의 위치가 바뀌더라도 시야창(107)의 위치를 적절히 조절할 수 있다.
도면에는 자세히 도시하지 않았지만 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)는 동공 추적 모듈, 홀로그램 연산 모듈, 그리고 중앙 입출력 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 장치(1)는 홀로동공 추적 모듈로써 관찰자의 동공을 추적하여 시야창의 위치에 맞게 홀로그램을 계산할 수 있다. 상기 동공 위치 변화와 홀로그램 생성은 실시간 연동되고, 연동 기술은 중앙 입출력 제어 모듈에서 이루어질 수 있다.
이하에선 제1 인-풋 광학계(10)의 변형예들과 광원 모듈(30)의 변형예를 설명한다. 이하의 설명은 제2 인-풋 광학계(11)에 적용될 수 있다.
<인-풋 광학계의 변형예 1>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 변형예를 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 제1 인-풋 광학계(10a)는 렌즈 어레이(103) 대신에 하나의 수렴 렌즈(103a)로 대체되고, 점광원 어레이(102a) 대신에 하나의 점광원(102)으로 대체될 수 있다. 수렴 렌즈(103a)는 일례로 양면 혹은 단면 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 인-풋 광학계(10a)는 점광원(102)으로부터 확산된 광파를 시야창(107)에 수렴하도록 홀로그램이 인코딩된 공간 광변조 모듈(40)에 조사할 수 있다.
<인-풋 광학계의 변형예 2>
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 다른 변형예를 도시한 모식도들이다.
도 4a를 참조하면, 제1 인-풋 광학계(10b)는 핀 홀 어레이(402)로써 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 일례로, 제1 인-풋 광학계(10b)는 광원 모듈(30)로부터 생성된 광이 통과되는 복수개의 핀 홀들을 포함하는 핀 홀 어레이(402)과 렌즈 어레이(103)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 광원 모듈(30)은 면광원을 포함할 수 있다. 면광원은 가간섭성 광을 생성할 수 있다. 핀 홀 어레이(402)는 광원 모듈(30)과 렌즈 어레이(103) 사이에 제공될 수 있다. 핀 홀 어레이(402)는 면광원을 복수개의 점광원들(102)로 구성된 점광원 어레이(102a)로 변경시킬 수 있다. 일례로, 광원 모듈(30)에서 생성된 광파는 핀 홀 어레이(402)로 입사되고, 핀 홀들을 통과하는 광파는 점광원들(102)로 변경될 수 있다. 핀 홀 어레이(402)는 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있다. 핀 홀 어레이(402)의 이동은 구동부(도 1의 104)에 의해 구현될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 일례로 핀 홀 어레이(402)가 위로 이동되면 결과적으로 점광원 어레이(102a)가 상방 수직 방향(Z1)으로 이동될 수 있다. 점광원 어레이(102a)의 상방 수직 방향(Z1)으로의 이동에 따라 시야창(107)은 하방 수직 방향(Z2)으로 이동될 수 있다. 실선은 핀 홀 어레이(402)가 이동되기 전의 광파의 진행 경로이고, 점선은 핀 홀 어레이(402)가 이동된 후의 광파의 진행 경로이다.
<인-풋 광학계의 변형예 3>
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 또 다른 변형예를 도시한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 제1 인-풋 광학계(10c)는 광섬유들(501)로써 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 인-풋 광학계(10c)는 광원 모듈(30)에 연결된 복수개의 광섬유들(501), 그리고 렌즈 어레이(103)를 포함할 수 있다. 광원 모듈(30)에서 발생된 광은 광섬유들(501)을 따라 이동되어 렌즈 어레이(103)로 조사될 수 있다. 광섬유들(501)은 렌즈 어레이(103)의 단위 렌즈들과 1:1 대응될 수 있다. 렌즈 어레이(103)에 대향하는 광섬유들(501)의 말단부들은 각각 점광원(102)이 될 수 있다. 따라서, 광섬유들(501)의 말단부들은 점광원 어레이(102a)를 구성할 수 있다. 광섬유들(501)의 말단부들은 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있다. 광섬유들(501)의 말단부들의 이동은 구동부(도 1의 104)에 의해 구현될 수 있다. 광섬유들(501)의 말단부들, 즉 점광원 어레이(102a)의 이동에 따라 시야창(107)의 위치가 변경될 수 있다.
제1 인-풋 광학계(10c)는 광섬유들(501)과 렌즈 어레이(103) 사이에 복수개의 렌즈들(503)을 더 포함할 수 있다. 렌즈들(503) 각각은 광섬유들(501)의 말단부들, 즉 점광원들(102) 각각에 인접 배치될 수 있다. 따라서, 점광원들(102)에서 발생되는 광의 세기는 렌즈들(503)에 의해 균일해질 수 있다. 렌즈들(303)은 점광원들(102)과 1:1 대응될 수 있다.
<인-풋 광학계의 변형예 4>
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 인-풋 광학계의 또 다른 변형예를 도시한 모식도들이다.
도 6a를 참조하면, 제1 인-풋 광학계(10d)는 회절 격자(602)로써 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 제1 인-풋 광학계(10d)는 광원의 입사 방향을 변경시키므로써 점광원 어레이(102a)의 위치를 바꿀 수 있도록 구성될 수 있다. 예컨대 제1 인-풋 광학계(10e)는 광원 모듈(30)에서 생성된 광을 회절시키는 회절 격자(602), 수렴 렌즈(603), 그리고 반사판들(113)이 구비된 렌즈 어레이(103)를 포함할 수 있다. 광원 모듈(30)은 면광원을 포함하고, 수렴 렌즈(603)는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 광원 모듈(30)에서 발생된 광파는 회절 격자(602)에 회절되어 수렴 렌즈(603)로 입사되고, 수렴 렌즈(603)를 통과한 광파는 렌즈 어레이(103)로 입사될 수 있다. 수렴 렌즈(603)를 통과한 광파는 수렴 렌즈(603)와 렌즈 어레이(103) 사이에서 복수개의 점광원들(102)로 구성된 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 렌즈 어레이(103)에는 반사판들(113)을 포함하고 있어 광파의 진행 경로는 렌즈 어레이(103)로 집중될 수 있다. 광원 모듈(30)은 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 광원 모듈(30)은 X, Y 및 Z 방향들 중 적어도 어느 한 방향으로 기울어질 수 있다. 광원 모듈(30)의 기울어짐에 따라 광의 회절 격자(602)로의 입사 방향이 달라질 수 있고, 이에 따라 점광원 어레이(102a)의 위치가 달라질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 일례로 광원 모듈(30)이 광의 입사 방향이 위를 향하도록 기울어지는 경우 점광원 어레이(102a)는 상방 수직 방향(Z1)으로 이동될 수 있다. 점광원 어레이(102a)의 상방 수직 방향(Z1)으로의 위치 변경에 따라 시야창(107)은 하방 수직 방향(Z2)으로 이동될 수 있다. 흑점은 이동되기 이전의 점광원들(102)이고, 백점은 이동 이후의 점광원들(102)이다. 실선은 점광원 어레이(102a)가 이동되지 이전의 광 경로이고, 점선은 점광원 어레이(102a)가 이동된 이후의 광 경로이다.
<광원 모듈의 변형예>
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서 광원 모듈의 변형예를 도시한 모식도이다.
도 7을 참조하면, 복수개의 광원 모듈(30)로써 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 일례로, 광원 모듈들(30) 각각이 점광원(102)이 되어 점광원 어레이(102a)를 형성할 수 있다. 광원 모듈들(30)은 렌즈 어레이(103)의 단위 렌즈들과 1:1 대응될 수 있다. 광원 모듈들(30)은 X, Y 및 Z 방향으로 이동될 수 있고, 결과적으로 점광원 어레이(102a)이 이동되므로써 시야창(107)의 위치가 바뀔 수 있다. 광원 모듈들(30)의 이동은 구동부(도 1의 104)에 의해 달성될 수 있다. 광원 모듈들(30)과 렌즈 어레이(103) 사이에 복수개의 렌즈들(703)이 더 배치될 수 있다. 렌즈들(703)과 광원 모듈들(30)은 1:1 대응될 수 있다. 광원 모듈들(30)에서 발생되는 광의 세기는 렌즈들(703)에 의해 균일해질 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 가간섭성 광을 발생시키는 광원 모듈과:
    상기 광원 모듈로부터 발생된 상기 광을 적어도 두 개의 수렴점들로 상기 광을 수렴시키는 인-풋 광학계와;
    상기 적어도 두 개의 인-풋 광학계에서 발생된 광을 조합하여 상기 홀로그램 영상을 제공하는 아웃-풋 광학계와; 그리고
    상기 광을 변조시키는 공간 광변조 모듈을;
    포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는:
    상기 적어도 두 개의 수렴점들 중 제1 수렴점으로 상기 광을 수렴시키는 제1 인-풋 광학계와; 그리고
    상기 적어도 두 개의 수렴점들 중 상기 제1 수렴점과 다른 위치에 있는 제2 수렴점으로 상기 광을 수렴시키는 제2 인-풋 광학계를;
    포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는:
    복수개의 단위 렌즈들이 조합된 렌즈 어레이와;
    상기 렌즈 어레이로 광을 입사하는 복수개의 점광원들을 포함하는 점광원 어레이와; 그리고
    상기 점광원 어레이를 이동시키는 구동부를;
    포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는 상기 렌즈 어레이와 상기 광원 모듈 사이에 배치된 복수개의 핀 홀을 갖는 핀 홀 어레이를 더 포함하고,
    상기 광원 모듈은 면광원을 포함하고, 상기 면광원에서 발생된 상기 가간섭성 광은 상기 핀 홀 어레이를 통과하여 상기 점광원 어레이를 이루는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는 상기 광원 모듈로부터 상기 렌즈 어레이로의 상기 광의 경로를 제공하는 복수개의 광섬유들을 더 포함하고,
    상기 광섬유들의 일단부들은 상기 광원 모듈에 결합되고 상기 광섬유들의 타단부들은 상기 점광원 어레이를 이루는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는 상기 광섬유들의 타단부들과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 상기 광섬유들의 타단부들과 일대일 대응하는 복수개의 렌즈들을 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는:
    상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 회절 격자와; 그리고
    상기 회절 격자와 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 수렴 렌즈를 더 포함하고,
    상기 광원 모듈은 면광원을 포함하고, 상기 면광원에서 발생된 상기 가간섭성 광은 상기 수렴 렌즈와 상기 렌즈 어레이 사이에서 상기 점광원 어레이를 이루는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 상기 단위 렌즈들 사이에 배치된 복수개의 반사판들을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 광원 모듈은 상기 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 점광원들을 포함하고, 상기 점광원들이 상기 점광원 어레이를 이루는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인-풋 광학계는 상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 상기 점광원들과 일대일 대응되는 복수개의 렌즈들을 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 아웃-풋 광학계는 상기 제1 인-풋 광학계와 상기 제2 인-풋 광학계 사이에 배치된 빔 분할기를 포함하고,
    상기 빔 분할기는 상기 제1 및 제2 인-풋 광학계들로부터 발생된 상기 가간섭성 광을 제1 및 제2 수렴점들로 수렴시키는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광변조 모듈은 상기 가간섭성 광의 위상과 진폭을 복소 변조시키는 액정 패널을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  13. 제1 및 제2 가간섭성 광을 각각 발생시키는 제1 및 제2 광원 모듈과:
    상기 제1 광원 모듈에서 발생된 상기 제1 가간섭성 광을 제1 수렴점으로 수렴시키는 제1 렌즈 어레이를 포함하는 제1 인-풋 광학계와:
    상기 제2 광원 모듈에서 발생된 상기 제2 가간섭성 광을 상기 제1 수렴점과 위치가 상이한 제2 수렴점으로 수렴시키는 제2 렌즈 어레이를 포함하는 제2 인-풋 광학계와:
    상기 제1 및 제2 인-풋 광학계에서 발생된 광을 조합하여 상기 홀로그램 영상을 제공하는 아웃-풋 광학계와; 그리고
    상기 제1 및 제2 가간섭성 광의 위상과 진폭을 복소 변조시키는 제1 및 제2 공간 광변조 모듈들을;
    포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈과 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 복수개의 핀 홀들을 갖는 제1 핀 홀 어레이, 그리고 상기 제1 핀 홀 어레이를 이동시키는 제1 구동부를 더 포함하고,
    상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈과 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 복수개의 핀 홀들을 갖는 제2 핀 홀 어레이, 그리고 상기 제2 핀 홀 어레이를 구동시키는 제2 구동부를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 핀 홀 어레이들의 이동에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈로부터 상기 제1 렌즈 어레이의 단위 렌즈들로의 상기 제1 광의 경로를 제공하며 말단부들이 제1 점광원 어레이를 이루는 복수개의 제1 광섬유들, 그리고 상기 복수개의 제1 광섬유들의 말단부들을 이동시키는 제1 구동부를 더 포함하고,
    상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈로부터 상기 제2 렌즈 어레이의 단위 렌즈들로의 상기 제2 광의 경로를 제공하며 말단부들이 제2 점광원 어레이를 이루는 복수개의 제2 광섬유들, 그리고 상기 복수개의 제2 광섬유들의 말단부들을 이동시키는 제2 구동부를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 광섬유들의 말단부들의 이동에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 인-풋 광학계는, 상기 제1 광원 모듈과 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 제1 회절 격자, 그리고 상기 제1 회절 격자와 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치된 제1 수렴 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제2 인-풋 광학계는, 상기 제2 광원 모듈과 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 제2 회절 격자, 그리고 상기 제2 회절 격자와 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 배치된 제2 수렴 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제1 광원 모듈에서 발생된 상기 제1 가간섭성 광은 상기 제1 수렴 렌즈와 상기 제1 렌즈 어레이 사이에서 복수개의 점광원들을 포함하는 제1 점광원 어레이를 이루고,
    상기 제2 광원 모듈에서 발생된 상기 제2 광은 상기 제2 수렴 렌즈와 상기 제2 렌즈 어레이 사이에 복수개의 점광원들을 포함하는 제2 점광원 어레이를 이루는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 인-풋 광학계는 상기 제1 광원 모듈을 기울여 상기 제1 가간섭성 광의 상기 제1 회절 격자로의 입사 방향을 변경시키는 제1 구동부를 더 포함하고,
    상기 제2 인-풋 광학계는 상기 제2 광원 모듈을 기울여 상기 제2 가간섭성 광의 상기 제2 회절 격자로의 입사 방향을 변경시키는 제2 구동부를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 가간섭성 광의 입사 방향이 달라짐에 따라 상기 제1 및 제2 수렴점들의 위치가 변경되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광원 모듈은 상기 제1 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 제1 점광원들을 포함하고,
    상기 제2 광원 모듈은 상기 제2 렌즈 어레이의 단위 렌즈들과 일대일 대응되는 복수개의 제2 점광원들을 포함하는
    홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 복수개의 점광원들을 포함하는 점광원 어레이;
    상기 점광원 어레이로부터 가간섭성 광을 입사받아 시야창에 수렴시키는 단위 렌즈들이 조합된 렌즈 어레이; 그리고
    상기 점광원 어레이의 위치를 이동시키는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 점광원 어레이를 이동시켜 상기 시야창의 위치를 변경시키는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가섭성 광을 발생시키는 광원 모듈과; 그리고
    상기 광원 모듈과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치된 점광원 생성 장치를 더 포함하고,
    상기 점광원 생성 장치는 상기 광원 모듈에서 발생된 광을 상기 점광원 어레이로 형성하는 핀 홀 어레이, 광섬유, 회절 격자 중 어느 하나를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
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