KR20130139706A - 복합 공간 광 변조기 및 이를 포함한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치 - Google Patents

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

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Abstract

복합 공간 광 변조기 및 이를 포함한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치가 개시된다.
개시된 복합 공간 광 변조기는 광의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광변조기와, 한 쌍의 렌즈어레이와 그 사이에 배치된 그레이팅에 의해 광의 진폭을 변조하는 광 합성기를 포함하여 광의 위상과 진폭을 함께 변조할 수 있다.

Description

복합 공간 광 변조기 및 이를 포함한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치{Complex spatial light modulator and holographic 3D image display having the same}
위상 및 진폭을 변조할 수 있는 복합 공간 광 변조기 및 이를 포함한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3D 영상 표시 장치에 관련된 기술이 많이 연구 되고 있다. 3D 영상 표시 장치는 양안시차를 기반으로 3D영상을 표시하고 있기 때문에 현재 상용화되고 있는 3차원 영상 표시 장치는 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 이러한 3차원 영상 표시 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경식 3차원 영상 표시 장치와 안경을 필요로 하지 않는 무안경식 3차원 영상 표시 장치가 있다.
그러나, 양안 시차 방식으로 표시된 3차원 영상을 감상하는 경우에는 눈의 피로감이 크고, 좌안용 영상과 우안용 영상의 2시점만을 제공하는 3차원 영상 표시 장치는 시청자의 이동에 따른 시점의 변화를 반영하지 못하기 때문에, 자연스러운 입체감을 제공하는데 한계가 있다.
　보다 자연스런 입체 영상을 표시하기 위해 홀로그래픽 3차원 영상 표시장치(Holographic 3D image display)가 연구되고 있다. 하지만, 홀로그래픽 3차원 영상 표시장치를 구현하기 위해서는 빛의 진폭뿐 아니라, 위상까지 제어할 수 있는 소자가 필요하다. 밝기(진폭) 또는 위상 중 어느 하나만 제어되는 소자를 이용하여 영상을 표시하는 경우, 영차 회절 광과 트윈 영상(Twin Image), 스페클(Speckle)등에 의해 화질이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 진폭과 위상을 같이 제어할 수 있는 복합 공간 광변조기를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 진폭과 위상을 같이 제어할 수 있는 복합 공간 광변조기를 채용하여 입체 영상을 표시하는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 공간 광변조기는, 광의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 이웃하여 배치된 제1 렌즈 어레이; 상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅; 및 상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
상기 그레이팅은 제1 렌즈 어레이의 초점 거리에 위치할 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이의 초점 거리가 같을 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이가 제2 렌즈 어레이의 초점 거리의 정수배의 초점 거리를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이는 렌즈면이 상기 공간 광변조기를 향할 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀 각각은 상기 공간 광변조기의 픽셀 n개(n은 자연수)의 피치와 같은 폭을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이는 종단면에서 볼 때 상기 복수 개의 렌즈셀 각각이 상기 공간 광변조기의 픽셀 n개(n은 자연수)에 대응되게 배치될 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 입력된 전기적 신호에 따라 굴절률이 변하는 광전 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀과 렌즈셀 사이에 블랙매트릭스가 구비될 수 있다.
상기 공간 광변조기와 제1 렌즈어레이 사이에 위상판과 편광판이 더 구비될수 있다.
상기 그레이팅의 피치는 픽셀 중심에서 나온 빛의 진행 방향을 광축과 평행하게 진행하도록 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 공간 광 변조기는, 제1 렌즈어레이; 상기 제1 렌즈어레이를 통과한 광의 위상을 변조하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅; 및 상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는, 광을 조사하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛으로부터의 광의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 영상 신호를 입력하는 영상 신호 회로부; 및 상기 공간 광변조기로부터의 광의 진폭을 변조하는 광 합성기;를 포함하고,
상기 광 합성기가, 상기 공간 광변조기에 이웃하여 배치된 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅, 및 상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
빛의 진폭(밝기)과 위상을 같이 조절할 수 있는 복합 공간 광 변조기를 이용하여 트윈 영상이나 스페클이 없는 고화질의 3차원 영상을 제공할 수 있다. 복합 공간 광 변조기를 슬림하게 구성하여 이를 채용한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치를 슬림화화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 공간 광변조기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합 공간 광변조기에 위상판과 편광판이 더 구비된 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 공간 광변조기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 공간 광변조기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 복합 공간 광 변조기 및 이를 포함한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 공간 광 변조기(1)를 개략적으로 나타낸 것이다. 복합 공간 광변조기(1)는 빔의 위상 또는 진폭 변조를 위한 공간 광변조기(10)와, 상기 공간 광변조기(10)로부터 나온 광을 합성하는 광 합성기(light combiner)(20)를 포함할 수 있다.
공간 광변조기(10)는 전기적 신호에 의해 굴절률을 변화시킬 수 있는 광전 소자(optical electrical device)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(10)는 예를 들어 액정층과 같은 광전 물질층(12)을 포함할 수 있다. 상기 광전 물질층(12)의 앞과 뒤에는 제1유리 기판(11)과 제2유리 기판(13)이 배치될 수 있다. 제1유리 기판(11)에 제어회로가 형성될 수 있다. 공간 광변조기(10)는 광전 물질층(12)에 전압이 인가될 때 굴절률이 변화되어 출광되는 광의 위상 또는 진폭을 제어할 수 있다. 한편, 광전 물질층(12)의 특성에 따라 위상 지연(phase retardation)이 발생하여 편광 방향이 변할 수 있다. 변화된 편광 방향을 보정하기 위해 도 2에 도시된 복합 공간 광변조기(1A)에서와 같이 공간 광변조기(10) 다음에 위상판(14)과 편광판(15)이 더 구비될 수 있다.
공간 광변조기(10)는 복수 개의 픽셀(12a)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 픽셀(12a)은 예를 들어 2차원 메트릭스 형태로 배열될 수 있다.
상기 광 합성기(20)는 제1 렌즈어레이(21)와, 그레이팅(22)과, 제2 렌즈어레이(23)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(21)와 제2 렌즈어레이(23)는 마이크로 렌즈어레이 또는 렌티큘러 렌즈어레이일 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(21)는 복수 개의 렌즈셀(21a)을 포함하고, 제2 렌즈어레이(23)는 복수 개의 렌즈셀(23a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(21)의 초점 거리(f1)와 제2 렌즈어레이(23)의 초점거리(f2)가 같을 수 있다. 그리고, 상기 제1 렌즈어레이(21)의 초점거리에 그레이팅(22)이 배치될 수 있다. 그레이팅(22)은 예를 들어 회절광학소자(DOE; Diffractive Optical Element) 또는 홀로그래픽 광학 소자(HOE; Holographic Optical Element)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈어레이(21)의 렌즈면이 공간 광변조기(10)에 대면하도록 배열되고, 제2 렌즈어레이(23)의 렌즈면이 그레이팅(22)과 멀어지는 방향에 배열될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 렌즈어레이(21)의 렌즈면이 공간 광변조기(10)에서 먼 쪽에 배치될 수 있다. 또한, 제2 렌즈어레이(23)의 렌즈면이 그레이팅(22)과 가까운 방향에 배치될 수 있다. 제1 렌즈어레이(21)의 렌즈셀(21a)이 공간 광변조기(10)의 픽셀(12a) 피치(p)의 n배(n은 자연수)와 같은 폭(w)을 가질 수 있다. 여기서, 픽셀 피치(p)와 렌즈셀(21a)의 폭(w)은 도 1의 종단면을 기준으로 한다. 제1 렌즈어레이(21)의 렌즈셀(21a)이 공간 광변조기(10)의 픽셀(12a) 2개에 대응되게 마주볼 수 있다. 그리고, 상기 제1 렌즈어레이(21)의 렌즈셀(21a)이 제2 렌즈어레이(23)의 렌즈셀(23a)과 대응되게 배열될 수 있다.
도 1에 도시된 복합 공간 광변조기(1)의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다. 상기 공간 광변조기(10)에 광이 입사되면, 공간 광변조기(10)의 각 픽셀(12a)에서 위상 변조 또는 진폭 변조된 광이 제1 렌즈어레이(21)를 통해 그레이팅(22)에 포커싱될 수 있다. 포커싱된 광은 그레이팅(22)에 의해 회절될 수 있다. 그레이팅(22)은 예를 들어, 소정 피치 간격(p3)으로 배열된 복수 개의 그루브(22a)를 포함할 수 있다. 그레이팅(22)의 피치 간격(p3)에 따라 회절광의 회절 각도를 조절할 수 있다. 그리고, 상기 복수 개의 그루브(22a)의 깊이(d)를 조절하여 회절 효율을 조절할 수 있다.
한편, 제1 렌즈어레이(21)의 어느 하나의 렌즈셀(21a)에 공간 광변조기(10)의 제1픽셀(px1)과 제2픽셀(px2)이 대응될 수 있다. 그리고, 제1픽셀(px1)에 의해 위상 변조된 제1광(L1)과 제2픽셀(px2)에 의해 위상 변조된 제2광(L2)이 제1 렌즈어레이(21)의 대응하는 셀(21a)에 입사된다. 제1 렌즈어레이(21)에 의해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 그레이팅(22)에 포커싱될 수 있다. 그리고, 제1광(L1)과 제2광(L2)이 그레이팅(22)에 의해 회절될 수 있다. 제1광(L1)과 제2광(L2)의 회절각은 그레이팅(22)의 피치 간격에 따라 조절될 수 있다. 그레이팅(22)을 통해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 각각 회절될 수 있다. 그리고, 제1광(L1)의 회절광 중 n차광(n은 정수)과 제2광(L2)의 회절광 중 m차광(m은 정수)이 합성될 수 있다. 예를 들어, 제1광(L1)은 -1 차광이 그레이팅의 광축을 따라 진행되고, 제2광(L2)은 +1 차광이 그레이팅의 광축을 따라 진행되도록 함으로써 제1광(L1)의 -1 차 회절광과 제2광(L2)의 +1 차 회절광이 합성될 수 있다. 여기서, 그레이팅의 피치는 픽셀 중심에서 나온 빛의 진행 방향을 광축과 평행하게 되도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1광과 제2광의 1차 회절광이 광축을 따라 진행하도록 하기 위해 그레이팅의 피치 간격(p3)을 다음과 같이 조절할 수 있다.
p3=λ×f1/p <식 1>
여기서, λ는 광의 파장을, f1은 제1 렌즈어레이의 초점거리를, p는 픽셀의 피치를 나타낸다.
여기서, +1차광과 -1차광은 일 예일뿐이며, 그레이팅의 피치 간격을 조절하여 n차광(n은 정수)이 그레이팅의 광축 방향으로 진행하도록 제어할 수 있다. 그리고, 그레이팅의 깊이(d)를 조절하여 광축 방향으로 진행하는 회절광의 회절 효율을 조절할 수 있다. 광축을 따라 진행하는 -1차광과 +1광이 합성된 제3광(L3)이 제2 렌즈어레이(23)를 통과할 수 있다. 이와 같이 회절광을 합성하여 제3광(L3)의 진폭을 제어할 수 있다.
제3광(L3)은 제2 렌즈어레이(23)를 통해 평면파로 될 수 있다.
한편, 상기 제2 렌즈어레이(23)의 이웃하는 렌즈셀(23a)들 사이에 블랙 메트릭스(BM)를 더 구비할 수 있다. 그럼으로써, 제2 렌즈어레이(23)의 렌즈셀 사이의 경계에서 발생하는 회절 또는 산란으로 인한 화질 저하를 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 공간 광변조기(10)에 의해 광의 위상 또는 진폭이 변조되고, 광 합성기(20)에 의해 합성광을 형성할 수 있다.
예를 들어, 초기의 제1광과 제2광의 진폭이 같고, 위상이 각각 j1, j2라고 할 때, 각 빛의 파동방정식은 다음과 같다.
제1광 = exp(i*j1) , 제2광 = exp(i*j2) <식 2>
그리고, 광 합성기를 통과한 합성 광의 파동 방정식은 다음과 같다.
제1광 + 제2광 = exp(i*j1)+ exp(i*j2) <식 3>
식 2를 간략화하면 다음과 같다.
제1광 + 제2광 = cos[(j1-j2)/2] exp[(j1+j2)/2] <식 4>
여기서, Cos 텀(term)은 진폭에 관한 것이고, Exp 텀(term)은 위상에 관한 것이다.상기한 바와 같이 합성파의 진폭과 위상은 광 합성기(20)로 입사되는 광의 초기 진폭과 위상에 의해 결정될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 광의 위상과 진폭을 같이 변조할 수 있어 트윈 영상이나 스페클 등에 의해 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 공간 광변조기(10)와 광 합성기(20)를 나란하게 배열하므로 광학적 정렬을 용이하게 할 수 있다. 또한, 공간 광변조기(10)와 광 합성기(20)를 슬림하게 제작 및 배치할 수 있어 복합 공간 광변조기를 슬림화할 수 있다. 따라서, 복합 공간 광변조기가 예를 들어 평판표시장치(FPD; Flat Panel Display)에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 공간 광변조기(100)를 도시한 것이다. 복합 공간 광변조기(100)는 위상 변조 또는 진폭 변조를 위한 공간 광변조기(110)와, 상기 공간 광변조기(110)로부터 나온 광을 합성하는 광 합성기(light combiner)(120)를 포함할 수 있다.
공간 광변조기(110)는 전기적 신호에 의해 굴절률을 변화시킬 수 있는 광전 소자(optical electrical device)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(110)는 예를 들어 액정층과 같은 광전 물질층(112)을 포함할 수 있다. 상기 광전 물질층(112)의 앞과 뒤에는 제1유리 기판(111)과 제2유리 기판(113)이 배치될 수 있다. 공간 광변조기(110)는 광전 물질층(112)에 전압이 인가되고 굴절률이 변화되어 출광되는 광의 위상을 제어할 수 있다. 공간 광변조기(110)는 도 1을 참조하여 설명한 공간 광변조기(10)와 실질적으로 동일한 구성 및 작용을 가지므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
광 합성기(120)는 제1 렌즈어레이(121)와, 그레이팅(122)과, 제2 렌즈어레이(123)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(121)는 복수 개의 렌즈셀(121a)을 포함하고, 제2 렌즈어레이(123)는 복수 개의 렌즈셀(123a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(121)의 초점 거리(f1)와 제2 렌즈어레이(123)의 초점 거리(f2)가 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈어레이(121)의 초점 거리(f1)가 제2 렌즈어레이(123)의 초점거리(f2)의 정수배일 수 있다. 그리고, 상기 제1 렌즈어레이(121)의 초점거리에 그레이팅(122)이 배치될 수 있다.
한편, 제1 렌즈어레이(121)의 어느 하나의 렌즈셀(121a)에 공간 광변조기(110)의 제1픽셀(px1)과 제2픽셀(px2)이 대응될 수 있다. 그리고, 제1픽셀(px1)에 의해 위상 변조 또는 진폭 변조된 제1광(L1)과 제2픽셀(px2)에 의해 위상 변조 또는 진폭 변조된 제2광(L2)이 제1 렌즈어레이(121)의 대응하는 셀(121a)에 입사될 수 있다. 그리고, 제1 렌즈어레이(121)에 의해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 그레이팅(22)에 포커싱될 수 있다. 제1광(L1)과 제2광(L2)이 각각 그레이팅(22)에 의해 여러 차수의 회절광으로 회절될 수 있다. 여기서, 제1 렌즈어레이(121)의 초점 거리(f1)가 제2 렌즈어레이(123)의 초점거리(f2)의 정수배일 때, 제1광(L1)이 회절된 제1 회절광과 제2광(L2)이 회절된 제2 회절광이 합성되고, 제1광(L1)이 회절된 제3 회절광과 제2광(L2)이 회절된 제4회절광이 합성될 수 있다. 제1광(L1)과 제2광(L2)의 회절각은 그레이팅(22)의 피치 간격에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈어레이(123)의 초점거리(f2)가 제1 렌즈어레이(121)의 초점거리(f1)의 2배일 때, 제1광의 0차광과 제2광의 1차광이 합성되고, 제1광의 1차광과 제2광의 0차광이 합성될 수 있다. 또는, 세 개 이상 차수의 회절광을 합성함으로써 합성광(L3)의 효율을 높일 수 있다. 회절광의 회절 차수는 여기에 한정되는 것은 아니며 제1 렌즈어레이와 제2 렌즈어레이의 초점 거리와 그레이팅의 설계에 따라 다양하게 변경가능하다. 예를 들어, 제2 렌즈어레이의 초점 거리가 제1 렌즈어레이의 초점 거리의 3배 또는 4배가 될 수 있다. 도 3에서는 제1 렌즈어레이의 초점 거리가 제2 렌즈어레이의 초검거리보다 큰 예를 도시하였지만, 제1 렌즈어레이의 초점 거리가 제2 렌즈어레이의 초점거리보다 짧은 것도 가능하다.
한편, 상기 제2 렌즈어레이(123)의 이웃하는 렌즈셀(123a)들 사이에 블랙 메트릭스(BM)를 더 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 공간 광변조기(200)를 도시한 것이다. 복합 공간 광변조기(200)는 위상 변조를 위한 공간 광변조기(210)와, 상기 공간 광변조기로부터 나온 광을 합성하는 광 합성기(light combiner)(220)를 포함할 수 있다.
공간 광변조기(210)는 전기적 신호에 의해 굴절률을 변화시킬 수 있는 광전 소자(optical electrical device)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(210)는 예를 들어 액정층과 같은 광전 물질층(212)을 포함할 수 있다. 상기 광전 물질층(212)의 앞과 뒤에는 제1유리 기판(211)과 제2유리 기판(213)이 배치될 수 있다. 제1유리 기판(211)에 제어회로가 형성될 수 있다. 공간 광변조기(210)는 광전 물질층(212)에 전압이 인가되고 굴절률이 변화되어 출광되는 광의 위상 또는 진폭을 제어할 수 있다.
광 합성기(220)는 제1 렌즈어레이(221)와, 그레이팅(222)과, 제2 렌즈어레이(223)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(221)는 복수 개의 렌즈셀(221a)을 포함하고, 제2 렌즈어레이(223)는 복수 개의 렌즈셀(223a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈어레이(221)의 초점 거리(f1)와 제2 렌즈어레이(223)의 초점 거리(f2)는 같거나 다를 수 있다. 도 4에서는 상기 제1 렌즈어레이(221)의 초점 거리(f1)와 제2 렌즈어레이(223)의 초점 거리(f2)가 같은 예를 도시한 것이다. 또는, 제1 렌즈어레이가(221)가 예를 들어 제2 렌즈어레이(223)의 초점 거리(f2)의 정수배의 초점 거리를 가질 수 있다. 또한, 상기 그레이팅(122)이 상기 제1 렌즈어레이(221)의 초점거리에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제1 렌즈어레이(221)와 그레이팅(222) 사이에 공간 광변조기(210)가 배치될 수 있다. 그럼으로써, 제1 렌즈어레이(211)의 렌즈셀과 렌즈셀 사이의 경계면에서 발생되는 회절 또는 산란(scattering)에 의해 화질이 저하되는 것을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 공간 광변조기(210)와 그레이팅(222) 사이에 투명 기판(224)이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 렌즈와 랜즈의 경계 부분에 거친 부분이 생길 수 있으며, 이 부분을 빛이 통과하는 동안 산란 또는 회절이 생길 수 있다. 공간 광변조기(210)를 제1 렌즈어레이(221)와 그레이팅(222) 사이에 배치함으로써, 산란이나 회절을 감소시킬 수 있다.
한편, 제1 렌즈어레이(221)의 어느 하나의 렌즈셀(221a)에 공간 광변조기(210)의 n개(n은 자연수), 예를 들어 제1픽셀(px1)과 제2픽셀(px2)이 대응될 수 있다. 그리고, 제1픽셀(px1)에 의해 위상 변조 또는 진폭 변조된 제1광(L1)과 제2픽셀(px2)에 의해 위상 변조 또는 진폭 변조된 제2광(L2)이 그레이팅(222)에 포커싱될 수 있다. 제1 렌즈어레이(221)를 통해 공간 광변조기(210)에 입사된 광은 소정의 입사각을 가지고 공간 광변조기(210)에 입사되고, 공간 광변조기(210)를 통과해 그레이팅(222)에 초점을 맺을 수 있다.
그리고, 그레이팅(222)을 통해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 각각 회절될 수 있다. 제1광(L1)의 회절광 중 n차광(n은 정수)과 제2광(L2)의 회절광 중 m차광(m은 정수)이 합성된 광(L3)이 제2 렌즈어레이(223)를 통해 출광될 수 있다. 예를 들어, 제1광(L1)의 -1 차 회절광과 제2광(L2)의 +1 차 회절광이 합성될 수 있다.
한편, 상기 제2 렌즈어레이(123)의 이웃하는 렌즈셀(123a)들 사이에 블랙 메트릭스(BM)를 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복합 공간 광변조기는 공간 광변조기에 의해 광의 위상을 변조하고, 광 합성기에 의해 광의 진폭을 변조시킴으로써 광의 위상과 진폭을 같이 변조할 수 있다. 그럼으로써, 광의 위상과 진폭을 같이 변조할 수 있어 트윈 영상이나 스페클 등에 의해 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 복합 공간 광변조기는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 적용되어 실감나는 3차원 영상을 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치(300)를 개략적으로 도시한 것이다.
홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치(300)는 광을 조사하는 광원 유닛(301)과, 상기 광원 유닛(301)으로부터의 광을 이용하여 3차원 영상을 표시하는 복합 공간 광변조기(340)를 포함할 수 있다. 복합 공간 광변조기(340)는 위상 변조 또는 진폭 변조를 위한 공간 광변조기(310)와, 상기 공간 광변조기(310)로부터 나온 광을 합성하는 광 합성기(light combiner)(320)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 공간 광변조기(340)에 홀로그래픽 영상 신호를 입력하는 영상 신호 회로부(315)가 구비될 수 있다. 상기 복합 공간 광변조기(340)로는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 복합 공간 광변조기(1)(1A)(100)(200)가 사용될 수 있다. 상기 복합 공간 광변조기(340)는 슬림하게 제작될 수 있으며, 평판형 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치에 채용되어 고화질의 3차원 영상을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 공간 광변조기 및 이를 구비한 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1,1A,10,100,200...복합 공간 광변조기, 10,110,210...공간 광변조기
12,112,212...광전 물질층, 20,120,220...광 합성기
21,121,221...제1 렌즈어레이, 22,122,222...그레이팅
23,123,223...제2 렌즈어레이

Claims (23)

  1. 광의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 이웃하여 배치된 제1 렌즈 어레이;
    상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅; 및
    상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2렌즈 어레이;를 포함하는 복합 공간 광변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 제1 렌즈 어레이의 초점 거리에 위치하는 복합 공간 광변조기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이의 초점 거리가 같은 복합 공간 광변조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이가 제2 렌즈 어레이의 초점 거리의 정수배의 초점 거리를 가지는 복합 공간 광변조기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 렌즈면이 상기 공간 광변조기를 향하는 복합 공간 광변조기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀 각각은 상기 공간 광변조기의 픽셀 n개(n은 자연수)의 피치와 같은 폭을 가지는 복합 공간 광변조기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 종단면에서 볼 때 상기 복수 개의 렌즈셀 각각이 상기 공간 광변조기의 픽셀 n개(n은 자연수)에 대응되게 배치되는 복합 공간 광변조기.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 입력된 전기적 신호에 따라 굴절률이 변하는 광전 소자를 포함하는 복합 공간 광변조기.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀과 렌즈셀 사이에 블랙매트릭스가 구비되는 복합 공간 광변조기.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기와 제1 렌즈어레이 사이에 위상판과 편광판이 더구비되는 복합 공간 광변조기.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    그레이팅의 피치는 픽셀 중심에서 나온 빛의 진행 방향을 광축과 평행하게
    진행하도록 결정되는 복합 공간 광변조기.
  12. 제1 렌즈어레이;
    상기 제1 렌즈어레이를 통과한 광의 위상을 변조하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅; 및
    상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2 렌즈 어레이;를 포함하는 복합 공간 광변조기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 그레이팅은 제1 렌즈 어레이의 초점 거리에 위치하는 복합 공간 광변조기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이의 초점 거리가 같은 복합 공간 광변조기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이가 제2 렌즈 어레이의 초점 거리의 정수배의 초점 거리를 가지는 복합 공간 광변조기.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀 각각은 상기 공간 광변조기의 픽셀 n개(n은 자연수)의 피치와 같은 폭을 가지는 복합 공간 광변조기.
  17. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기와 그레이팅 사이에 투명 기판이 더 구비되는 복합 공간 광변조기.
  18. 광을 조사하는 광원 유닛;
    상기 광원 유닛으로부터의 광의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 영상 신호를 입력하는 영상 신호 회로부; 및
    상기 공간 광변조기로부터의 광의 진폭을 변조하는 광 합성기;를 포함하고,
    상기 광 합성기가, 상기 공간 광변조기에 이웃하여 배치된 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광을 회절시키는 그레이팅, 및 상기 그레이팅으로부터 회절된 광을 투과시키는 제2 렌즈 어레이를 포함하는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 그레이팅은 제1 렌즈 어레이의 초점 거리에 위치하는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이의 초점 거리가 같은 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이가 제2 렌즈 어레이의 초점 거리의 정수배의 초점 거리를 가지는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 렌즈면이 상기 공간 광변조기를 향하는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
  23. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 복수 개의 렌즈셀을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈셀 각각은 상기 공간 광변조기의 픽셀 n(n은 자연수)개의 피치와 같은 폭을 가지는 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치.
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