KR20140100633A - 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법 - Google Patents

홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법이 개시된다. 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치는, 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성하는 점광원 생성부와, 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파(light wave)를 시야창에 수렴시키는 렌즈 어레이와, 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창의 위치를 조절하는 점광원 제어부를 포함한다. 따라서, 시야창의 위치를 직교 좌표계에 기반한 3축으로 조절할 수 있으며, 광원으로부터 발생한 광파를 시야창에 수렴하도록 하여 자연색의 홀로그램을 효과적으로 재생할 수 있다.

Description

홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법{BACKLIGHT DEVICE FOR HOLOGRAPHIC DISPLAY AND METHOD FOR HOLOGRAPHIC DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 홀로그래픽 디스플레이 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법에 관한 것이다.
기존의 영상 디스플레이 장치를 대체할 차세대 영상 디스플레이 기술은 입체시를 중요시하는 다시점(multi-view) 디스플레이 기술과 화면 해상도가 증가함에 따른 현장감과 몰입감의 증가를 중요시하는 UHD(Ultra-High Definition) 디스플레이 기술로 논의가 활발히 진행되었다.
특히, 최근에 다시점 디스플레이 기술과 관련하여 3차원(3D) 영상을 재생하기 위한 많은 기술들이 연구되고 있으나, 대표적인 3D 기술로 상용화된 양안식 3D(stereoscopic 3D) 기술은 시청 시 특수 안경의 착용을 요구하거나, 눈의 피로를 유발하는 등 시청자에게 다양한 불편을 주는 기술적 한계점이 있다.
이에, 궁극적으로 인간이 원하는 완전한 입체 영상을 구현하기 위하여 시청 위치에 제약이 없고 자연스러운 화상 표현이 가능한 홀로그래피(holography) 기술에 관한 관심이 증대되고 있다.
홀로그래피 기술은 물체에 대한 빛의 크기(amplitude) 정보뿐만 아니라 위상(phase) 정보를 함께 포함하고 있는 광 파장 필드(optical wave field)를 획득하여 시청자에게 완전한 입체 영상을 제공할 수 있도록 한다.
한편, 홀로그래픽 디스플레이(holographic display)는 홀로그램을 재현하는 기술로, 3D 이미지의 시야각과 이미지 크기 사이에 물리적인 타협 관계(trade-off)가 존재한 것으로 알려져 있다.
또한, 홀로그래픽 디스플레이는 디지털 영상을 표시하는 소자가 가지는 분해능의 한계로 인하여 충분한 시야각을 확보하기 어렵다.
더욱이, 광파(light wave)를 시청자의 시야창(view window)에 수렴하게 하여 공간 광변조(spatial light modulation) 패널의 크기에 무관하게 홀로그램을 전체 패널의 크기로 재생하는 것이 가능하나, 이를 위한 백라이트 장치에 관한 기술이 미흡한 실정에 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 시청자의 시청 위치에서 홀로그램을 효과적으로 재현하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 시청자의 시청 위치에서 홀로그램을 효과적으로 재현하는 홀로그래픽 디스플레이 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치는, 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성하는 점광원 생성부와, 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파를 시야창에 수렴시키는 렌즈 어레이와, 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창의 위치를 조절하는 점광원 제어부를 포함한다.
여기에서, 상기 점광원 생성부는, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 제공하는 적어도 하나의 광원과, 적어도 하나의 광원으로부터 제공된 광파를 각각 분기하는 광섬유 커플러와, 광섬유 커플러에서 분기된 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성하는 RGB 혼합부와, RGB 혼합부에서 생성된 백색 광파를 점광원의 형태로 확산하여 제공하는 광파 제공부를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 적어도 하나의 광원은, 레이저 또는 LED일 수 있다.
여기에서, 상기 광파 제공부는, RGB 혼합부에서 생성된 백색 광파를 광섬유를 통하여 제공받아 평행광을 생성하는 콜리메이터와, 콜리메이터에서 생성된 평행광을 점광원의 형태로 확산시키는 대물렌즈를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 대물렌즈는, 일면에 반파장판 또는 편광판이 장착될 수 있다.
여기에서, 상기 렌즈 어레이는, 시야창의 위치를 조절하는 경우, 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파의 비점수차 또는 색수차가 미리 설정된 범위에 속하도록 적어도 하나의 단위 렌즈를 배열하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 렌즈 어레이는, 적어도 하나의 단위 렌즈 각각에 배치된 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파를 시야창에 수렴시킬 수 있다.
여기에서, 상기 적어도 하나의 단위 렌즈 각각은, 적어도 두 개의 렌즈를 조합하여 경통형으로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 렌즈 어레이는, 적어도 하나의 단위 렌즈를 동일한 평면에 부착하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 점광원 제어부는, 적어도 하나의 점광원의 위치를 직교 좌표계에 따른 x, y, z 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법은, 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성하는 단계와, 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창의 위치를 조절하는 단계와, 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 시야창에 수렴시키는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 홀로그래픽 디스플레이 방법은, 시야창의 위치를 직교 좌표계에 기반한 3축으로 조절할 수 있으며, 광원으로부터 발생한 광파를 시야창에 수렴하도록 하여 자연색의 홀로그램을 효과적으로 재생할 수 있도록 한다.
또한, 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치는, 디스플레이 패널에 장착되어 시청자의 시청 위치에서 3차원의 홀로그램을 대화면으로 재생할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 점광원 위치에 따른 시야창 위치 변화를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 점광원 생성부의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이의 평면도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경통형의 단위 렌즈를 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단위 렌즈로 구성된 렌즈 어레이의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
홀로그램(hologram)은 물체로부터 반사되어 우리 눈에 들어오는 빛을 파동(광파: light wave)으로 인식하고, 이 광파에 대한 모든 정보를 빛의 간섭 무늬라는 형태로 기록하는 것을 말한다. 즉, 홀로그램에 빛을 비추면 이 빛은 회절을 통해 원래의 광파를 복원해 내게 되며, 이를 우리가 관찰하면, 마치 실제의 물체가 있는 것과 같은 동일한 영상을 볼 수 있게 된다.
이전의 아날로그 홀로그래피(holography)는 주로 정지된 물체 또는 약간의 움직임을 포함한 입체 영상에 대한 홀로그램을 획득함과 동시에 특수한 매질에 기록하였다.
디지털 기술의 발전과 함께, 디지털 기술을 이용하여 홀로그램을 획득, 생성 압축, 전송하거나 이를 통하여 3차원 영상을 재현하는 기술을 통칭하여 디지털 홀로그래피 기술이라 한다. 특히, 홀로그래픽 디스플레이(holographic display)는 획득 및 생성된 홀로그램을 재현하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치는 점광원 생성부(100), 렌즈 어레이(200) 및 점광원 제어부(300)를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치를 '백라이트 장치'로 칭한다.
백라이트 장치는 디스플레이 패널에 장착되어 홀로그래픽 디스플레이를 위한 광원을 제공할 수 있다. 예를 들어, 백라이트 장치는 LCD 또는 DMD(digital micromirror device) 등과 같은 디스플레이 장치에 장착될 수 있다.
점광원 생성부(100)는 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원(point source)를 생성할 수 있다. 점광원 생성부(100)는 점광원의 생성을 위하여 다수의 광원(110), 광섬유 커플러(120), RGB 혼합부(130) 및 광파 제공부(140)를 포함할 수 있다.
다수의 광원(110)은 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 발생시켜 광섬유 커플러(120)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 레이저(laser) 또는 LED(Light Emitting Diode)일 수 있다.
광섬유 커플러(120)는 제공된 광파를 다수의 광파로 분기하여 RGB 혼합부(130)로 제공할 수 있다. 즉, 광섬유 커플러(120)는 광원(110)으로부터 제공된 광파를 분기하여 다수의 점광원이 생성될 수 있도록 한다. 따라서, 분기된 광파의 수는 생성되는 점광원의 수에 상응하여 결정될 수 있다.
RGB 혼합부(130)는 광섬유 커플러(120)에서 분기된 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성할 수 있다.
예를 들어, 8개의 점광원이 필요한 경우, 각각의 광원(110)에 상응하는 광섬유 커플러(120)는 R, G, B의 광파 각각을 8개로 분기하여 각각의 RGB 혼합부(130)로 제공할 수 있다. 각각의 RGB 혼합부(130)는 분기된 R, G, B 의 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성할 수 있다.
광파 제공부(140)는 RGB 혼합부(130)에서 생성된 백색 광파를 점광원의 형태로 확산시킬 수 있다. 이를 위하여 광파 제공부(140)는 콜리메이터(141)(collimator), 대물렌즈(142), 반파장판(143) 및 편광판(144)(polarizing plate 또는 선편광자)을 포함할 수 있다.
광파 제공부(140)는 RGB 혼합부(130)에서 생성된 백색 광파를 광섬유를 통하여 전달받을 수 있으며, 백색 광파를 점광원의 형태로 변환하여 렌즈 어레이(200)로 제공할 수 있다.
또한, 광파 제공부(140)는 점광원 제어부(300)에 의해 위치가 제어될 수 있다. 예를 들어, 광파 제공부(140)는 점광원 제어부(300)에 연동되도록 구성되거나, 점광원 제어부(300)에 포함되어 구성될 수도 있다.
점광원 제어부(300)는 점광원의 위치를 제어할 수 있고, 이를 통하여 시야창(10)(view window)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 점광원 제어부(300)는 광파 제공부(140)의 위치를 제어함으로써 시야창(10)의 위치를 조절할 수 있다.
여기서, 시야창(10)은 시청자의 시청 위치를 나타내는 것으로, 시청자의 동공 위치를 기준으로 한 일정한 영역을 의미할 수 있다. 예를 들어, 시야창(10)의 크기는 시청자의 동공 크기 또는 그에 상응하게 결정될 수 있다.
예를 들어, 점광원 제어부(300)는 점광원의 위치를 직교 좌표계(cartesian coordinate)에 따른 x, y, z 축의 방향으로 이동시킬 수 있고, 이를 통하여 시야창(10)의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 포함되어 구성될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치를 장착한 홀로그래픽 디스플레이 장치는 시청자의 동공을 추적하여 시야창(10)의 위치를 결정할 수 있으며, 백라이트 장치는 결정된 시야창(10)의 위치에 광파가 수렴하도록 점광원에서 제공된 광파를 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치는 시청자가 최적의 상태에서 홀로그램을 시청할 수 있도록 시야창(10)에 광파를 수렴시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 실시예에 따라서는 렌즈 어레이(200)를 구성하는 단위 렌즈(210) 간의 각도 등을 조절하여 시야창(10)에 광파가 수렴하도록 할 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 설명하였으나, 각 구성부 중 적어도 두 개가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합 및 분리된 실시예의 경우도 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 점광원 위치에 따른 시야창 위치 변화를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하여, 점광원의 위치에 따른 시야창(10)의 위치의 변화를 설명한다. 제 1 점광원(21)과 제 2 점광원(22)이 렌즈(30)로부터 L1만큼 떨어진 다른 지점에 위치한다고 하면, 각각의 점광원(21, 22)으로부터 확산된 광파는 렌즈(30)를 통과하여 제 1 시야창(11)과 제 2 시야창(12) 각각에 수렴할 수 있다.
즉, 제 1 점광원(21)과 제 2 점광원(22)은 동일한 xy 평면에 위치하기 때문에 제 1 시야창(11)과 제 2 시야창(12)도 렌즈(30)로부터 L2만큼 떨어진 동일한 xy 평면 상에 위치할 수 있다.
여기서, 렌즈(30)는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치를 구성하는 렌즈 어레이(200)에 상응하는 구조를 가질 수 있다.
또한, 제 1 점광원(21) 또는 제 2 점광원(22)은 z축 상에서 이동할 수 있고, 이러한 경우에도 시야창(10) 위치가 변화할 수 있다. 따라서, 점광원 위치가 변화하면 시야창(10)의 위치도 변화하는 것을 알 수 있다.
예를 들어, L1을 500mm로 할 때, L2가 1800mm가 되도록 렌즈(30)를 설정할 수 있다. 즉, 시야창(10) 위치가 백라이트 장치로부터 대략 1800mm가 떨어져 있도록 렌즈(30)를 설정할 수 있다.
이러한 경우, x 또는 y 방향으로 점광원을 ±28mm 이동하여 시야창(10)을 xy 평면에서 ±110mm 이동하도록 하고, z 방향으로는 점광원을 ±6mm 이동하여 시야창(10)을 z 축 상에서 ±100mm 이동하도록 렌즈(30)를 설계할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 점광원으로부터 발생된 광파가 시야창(10)에 수렴할 수 있도록 렌즈 어레이(200)를 다양하게 설계하여 적용할 수 있다.
따라서, 시청자가 백라이트 장치로부터 대략 1800mm만큼 떨어진 위치에서 재생되는 홀로그램을 최적의 상태에서 시청할 수 있도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 점광원 생성부의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 점광원 생성부(100)는 광원(110), 광섬유 커플러(120), RGB 혼합부(130) 및 광파 제공부(140)를 포함한다.
점광원 생성부(100)는 다수의 광원(110)으로부터 제공되는 광파를 이용하여 다수의 점광원을 생성할 수 있다.
광원(110)은 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 각각 제공할 수 있으며, 레이저 또는 LED일 수 있다.
각각의 광원(110)으로부터 제공되는 광파는 각각의 광섬유 커플러(120)로 전달되어 분기될 수 있다. 도 3에서는 각각의 광원(110)으로부터 제공되는 광파가 8개로 분기되는 것을 나타낸다.
즉, 1×2 및 1×4와 같은 두 개의 광섬유 커플러(120)를 이용하여 하나의 광파를 8개로 분기할 수 있다. 또한, 다수의 점광원을 얻기 위하여 광섬유 커플러(120)를 다양한 방식으로 배치할 수도 있다.
각각의 분기된 광파는 R, G, B 요소의 혼합을 통하여 백색 광파가 생성되도록 RGB 혼합부(130)로 전달될 수 있다.
RGB 혼합부(130)는 각각의 분기된 광파의 R, G, B 요소의 혼합하여 생성된 백색 광파를 광섬유를 통하여 광파 제공부(140)롤 전달할 수 있다. 따라서, 각각의 RGB 혼합부(130)가 백색 광파를 생성함에 따라 8개의 백색 광파가 광파 제공부(140)로 전달될 수 있다.
광파 제공부(140)는 RGB 혼합부(130)에서 생성된 백색 광파를 점광원의 형태로 변환하여 렌즈 어레이(200)에 전달할 수 있도록 한다. 이를 위하여, 광파 제공부(140)는 콜리메이터(141), 대물렌즈(142), 반파장판(143) 및 편광판(144)을 포함하여 구성될 수 있다.
콜리메이터(141)는 광섬유를 통하여 전달받은 백색 광파를 평행광으로 변환시킬 수 있다. 즉, 콜리메이터(141)는 분산 또는 집중되어 있는 광파를 평행한 광선으로 변환할 수 있다.
대물렌즈(142)는 평행광을 점광원의 형태로 확산시킬 수 있다. 따라서, 콜리메이터(141)와 대물렌즈(142)가 순차적으로 결합된 형태를 가질 수 있다.
또한, 대물렌즈(142)의 일면에 반파장판(143) 또는 편광판(144)을 장착하여 확산되는 점광원의 편광 방향을 조절할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이의 평면도이고, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이의 측면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)는 디스플레이 패널에 장착될 수 있도록 사각형의 단위 렌즈(210)들의 결합으로 구성될 수 있다. 예컨대, 렌즈 어레이(200)는 단위 렌즈(210)들을 결합하여 격자 무늬의 형태를 가질 수 있다.
단위 렌즈(210)들은 물리적 또는 화학적인 방법으로 결합할 수 있으며, 결합 방법에 관하여는 본 발명에 있어서 특별히 제한하지 않는다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)는 20 인치의 디스플레이 패널에 장착될 수 있도록 3×2개의 단위 렌즈(210)들을 결합하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는 단위 렌즈(210)를 더욱 작게하여 6×4 개 또는 8×6 개 등의 단위 렌즈(210)들의 결합을 통하여 렌즈 어레이(200)를 다양하게 설계할 수 있음은 물론이다.
또한, 각각의 단위 렌즈(210)는 광파 제공부(140)으로부터 나온 광파가 시야창(10)에 수렴되도록 일정한 각도를 가진 상태로 결합할 수 있다. 예를 들어, 각각의 단위 렌즈(210)는 인접한 다른 단위 렌즈(210)와 약 4.6도의 기울기를 가지도록 결합될 수 있다.
여기서, 단위 렌즈(210)는 렌즈 어레이(200)를 구성하는 단위를 구별하기 위한 것으로 유리 또는 플라스틱을 이용하여 제조할 수 있다. 다만, 본 발명에 있어서는 단위 렌즈(210)의 모양, 종류 및 재질에 관해서는 특별히 제한하지 않는다.
도 4b는 도 4a의 렌즈 어레이(200)를 좌측 또는 우측에서 바라본 측면도이고, 도 4c는 도 4a의 렌즈 어레이(200)를 상측 또는 하측에서 바라본 측면도이다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)를 구성하는 단위 렌즈(210)는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 단위 렌즈(210)는 2개의 렌즈(211, 212)를 조합하여 경통형(body tube type)으로 제작될 수 있다. 또한, 단위 렌즈(210)는 단일 렌즈(single lens)와 단일 렌즈 또는 단일 렌즈와 발삼 렌즈(balsam lens) 등과 같은 다양한 조합으로 제작될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)는 시야창(10)의 위치를 조절하는 경우, 각각의 점광원에서 확산된 광파의 비점수차(astigmatism) 또는 색수차(chromatic aberration)가 미리 설정된 범위를 벗어나지 않도록 설계될 수 있다.
비점수차는 렌즈의 주축에서 떨어져 있는 물체의 상이 고리 모양 또는 방사상으로 흐릿해지는 현상을 의미하며, 색수차는 백색 광선을 렌즈를 통하여 투사함으로써 상이 맺히도록 하는 경우 상의 가장자리의 색이 번져서 상이 흐릿해지는 현상을 의미한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)는 각각의 점광원에서 확산되는 광파가 렌즈를 통과하면서 발생하는 비점수차 또는 색수차가 미리 설정된 범위에서 벗어나지 않도록 설계함으로써 시청자가 최적의 상태에서 재생되는 홀로그램을 시청할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경통형의 단위 렌즈를 나타내는 예시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단위 렌즈로 구성된 렌즈 어레이의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)를 구성하는 단위 렌즈(210)는 경통형일 수 있다. 단위 렌즈(210)는 2개의 렌즈(211, 212)의 조합으로 구성될 수 있다.
단위 렌즈(210)는 2개의 렌즈(211, 212)를 일정한 간격을 두어 나란히 배치하여 경통형으로 제작될 수 있다.
단위 렌즈(210)를 구성하는 2개의 렌즈(211, 212)는 각각 다른 크기, 종류 및 재질일 수 있다. 예를 들어, 단위 렌즈(210)는 단일 렌즈와 단일 렌즈 또는 단일 렌즈와 발삼 렌즈 등과 같은 다양한 조합으로 제작될 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 어레이(200)를 구성하는 단위 렌즈(210)는 경통형인 것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 렌즈 어레이(200)는 동일한 평면에 하나의 렌즈로 구성되는 단위 렌즈(210)를 부착하여 제작될 수 있다.
또한, 각각의 단위 렌즈(210)는 인접한 단위 렌즈(210)와 일정한 각도를 유지하도록 결합될 수 있음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 렌즈 어레이(200)는 경통형의 단위 렌즈(210)의 배열로 구성될 수 있다. 경통형의 단위 렌즈(210)는 서로 일정한 각도를 유지하도록 배열되어 결합될 수 있다. 또한, 경통형의 단위 렌즈(210)의 결합으로 제작된 렌즈 어레이(200)는 디스플레이 패널에 장착이 용이하도록 사각형의 형태를 가질 수 있다.
또한, 각각의 단위 렌즈(210) 별로 점광원이 할당되어 광파를 제공할 수 있다. 따라서, 렌즈 어레이(200)는 각각의 단위 렌즈(210) 별로 제공되는 광파를 시야창(10)에 수렴할 수 있도록 설계될 수 있다.
이를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치는 시청자가 재생되는 홀로그램을 시야창(10)의 위치에서 최적의 상태로 관찰할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법은 적어도 하나의 점광원을 생성하는 단계(S710), 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창의 위치를 조절하는 단계(S720) 및 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파를 시야창에 수렴시키는 단계(S730)를 포함한다.
광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성할 수 있다(S710).
상세하게는 다수의 광원(110)을 이용하여 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 제공하고, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파의 각각을 분기할 수 있다. 또한, 분기된 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성하고, 생성된 백색 광파를 점광원의 형태로 확산하여 제공할 수 있다.
여기서, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파는 레이저 또는 LED를 이용하여 제공될 수 있다.
백색 광파를 점광원의 형태로 변환하기 위하여, 광섬유를 통하여 제공받은 백색 광파를 콜리메이터(141)(collimator)를 이용하여 평행광으로 변환할 수 있고, 변환된 평행광을 대물렌즈(142)를 이용하여 점광원의 형태로 확산시킬 수 있다.
적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창(10)의 위치를 조절할 수 있다(S720). 적어도 하나의 점광원의 위치를 직교 좌표계(Cartesian coordinate)에 따른 x, y, z 방향으로 이동시킬 수 있고, 이를 통하여 시야창(10)의 위치를 조절할 수 있다.
적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 시야창(10)에 수렴시킬 수 있다(S730).
점광원에서 확산된 광파를 시야창(10)에 수렴시키기 위하여, 시야창(10)의 위치를 조절하는 경우, 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파의 비점수차(astigmatism) 또는 색수차(chromatic aberration)가 미리 설정된 범위에 속하도록 적어도 하나의 단위 렌즈(210)를 배열할 수 있다.
즉, 적어도 하나의 단위 렌즈(210) 각각에 배치된 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파를 시야창(10)에 수렴시킬 수 있다.
각각의 단위 렌즈(210)는 적어도 2 개의 렌즈(211, 212)를 조합하여 경통형으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단위 렌즈(210)는 2개의 렌즈(211, 212)를 일정한 간격으로 나란히 배치하여 경통형으로 제작될 수 있다. 또한, 단위 렌즈(210)는 단일 렌즈와 단일 렌즈 또는 단일 렌즈와 발삼 렌즈 등과 같은 다양한 조합으로 제작될 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는 단위 렌즈(210) 간의 각도 등을 조절하여 시야창(10)에 광파가 수렴하도록 할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법은 LCD와 같은 디스플레이 패널을 이용하여 효과적으로 홀로그램을 재현하는데 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법은, 상술한 백라이트 장치를 활용하여 홀로그램을 재현할 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 방법은 상술한 백라이트 장치에 대한 설명을 참조하여 더욱 명확히 이해될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치 및 홀로그래픽 디스플레이 방법은, 시야창의 위치를 직교 좌표계에 기반한 3축으로 조절할 수 있으며 광원으로부터 발생한 광파를 시야창에 수렴하도록 하여 자연색의 홀로그램을 효과적으로 재생할 수 있도록 한다.
한편, 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치는, 디스플레이 패널에 장착되어 시청자의 시청 위치에서 3차원의 홀로그램을 대화면으로 재생할 수 있도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 시야창 11: 제 1 시야창
12: 제 2 시야창 21: 제 1 점광원
22: 제 2 점광원
100: 점광원 생성부 110: 광원
120: 광섬유 커플러 130: RGB 혼합부
140: 광파 제공부 141: 콜리메이터
142: 대물렌즈 143: 반파장판
144: 편광판 200: 렌즈 어레이
210: 단위 렌즈 300: 점광원 제어부

Claims (18)

  1. 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성하는 점광원 생성부;
    상기 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파(light wave)를 시야창에 수렴시키는 렌즈 어레이; 및
    상기 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 상기 시야창의 위치를 조절하는 점광원 제어부를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 점광원 생성부는,
    적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 제공하는 적어도 하나의 광원;
    상기 적어도 하나의 광원으로부터 제공된 광파를 각각 분기하는 광섬유 커플러;
    상기 광섬유 커플러에서 분기된 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성하는 RGB 혼합부; 및
    상기 RGB 혼합부에서 생성된 백색 광파를 점광원의 형태로 확산하여 제공하는 광파 제공부를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은,
    레이저 또는 LED(Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 광파 제공부는,
    상기 RGB 혼합부에서 생성된 백색 광파를 상기 광섬유를 통하여 제공받아 평행광을 생성하는 콜리메이터(collimator); 및
    상기 콜리메이터에서 생성된 평행광을 점광원의 형태로 확산시키는 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 대물렌즈는,
    일면에 반파장판(half-wave plate) 또는 편광판(polarizing plate)이 장착되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는,
    상기 시야창의 위치를 조절하는 경우, 상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파의 비점수차(astigmatism) 또는 색수차(chromatic aberration)가 미리 설정된 범위에 속하도록 적어도 하나의 단위 렌즈를 배열하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는,
    상기 적어도 하나의 단위 렌즈 각각에 배치된 상기 적어도 하나의 점광원에서 확산되는 광파를 상기 시야창에 수렴시키는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단위 렌즈 각각은,
    적어도 두 개의 렌즈를 조합하여 경통형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는,
    상기 적어도 하나의 단위 렌즈를 동일한 평면에 부착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 점광원 제어부는,
    상기 적어도 하나의 점광원의 위치를 직교 좌표계(Cartesian coordinate)에 따른 x, y, z 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 장치.
  11. 광섬유를 이용하여 적어도 하나의 점광원을 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 시야창의 위치를 조절하는 단계;
    상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 상기 시야창에 수렴시키는 단계를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 점광원을 생성하는 단계는,
    적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 제공하는 단계;
    상기 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파를 각각 분기하는 단계;
    상기 분기된 광파를 혼합하여 백색 광파를 생성하는 단계; 및
    상기 백색 광파를 점광원의 형태로 확산하여 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)을 가진 광파는,
    레이저 또는 LED(Light Emitting Diode)로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 백색 광파를 점광원의 형태로 확산하여 제공하는 단계는,
    상기 광섬유를 통하여 제공받은 상기 백색 광파를 콜리메이터(collimator)를 이용하여 평행광으로 변환하는 단계; 및
    상기 평행광을 대물렌즈를 이용하여 점광원의 형태로 확산시키는 단계를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 시야창에 수렴시키는 단계는,
    상기 시야창의 위치를 조절하는 경우, 상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파의 비점수차(astigmatism) 또는 색수차(chromatic aberration)가 미리 설정된 범위에 속하도록 적어도 하나의 단위 렌즈를 배열하여 구현하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 시야창에 수렴시키는 단계는,
    상기 적어도 하나의 단위 렌즈 각각에 배치된 상기 적어도 하나의 점광원에서 확산된 광파를 상기 시야창에 수렴시키는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단위 렌즈 각각은,
    적어도 두 개의 렌즈를 조합하여 경통형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 점광원의 위치를 제어하여 상기 시야창의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 점광원의 위치를 직교 좌표계(Cartesian coordinate)에 따른 x, y, z 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
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