KR20150097029A - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대부, 제 2 미러를 통해 상기 빔을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대부 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수직 시야각 확대부 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 시스템 제어부를 포함하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제시한다. 따라서, 홀로그램 영상의 수평 및 수직 시야각을 확대하여 관측자가 보다 편안하게 홀로그램 영상을 감상할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 홀로그램 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 테이블탑형 디지털 홀로그래픽 디스플레이의 시야각을 증대시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 테이블탑형 디지털 디스플레이는 테이블 아래에 한 개 또는 복수 개의 프로젝터(projector)를 위치시켜두고, 2D 영상을 테이블 위로 투사하여 이용자가 해당 영상을 입체적으로 볼 수 있게 하였다. 2D 영상을 입체적으로 이용자에게 보이게 하기 위해, 한 개의 프로젝터를 사용할 경우 테이블과 프로젝터 중간에 위치한 반투명 거울을 회전시켜 프로젝터로부터 투영된 각 시점의 2D 영상들을 원형 파라볼릭 미러(parabolic mirror)를 통하여 테이블 위로 반사시켜 이용자의 양안에 서로 다른 시점의 2D 영상들을 제공하여 양안식을 통하여 입체감을 제공해주고, 복수 개의 프로젝터를 사용할 경우 테이블과 프로젝터 중간에 위치한 원뿔 모양의 렌티큘러 렌즈를 통하여 복수 개의 프로젝터로부터 투영된 다른 시점의 영상들을 테이블 위로 이용자의 양안에 제공함으로써 입체감을 제공한다. 상기 방법은 2D 영상을 양안시를 통하여 입체감을 제공해주는 방법으로써 홀로그램이 제공해 줄 수 있는 시청 피로도가 전혀 없는 테이블탑형 디지털 디스플레이를 구현할 수가 없다.
눈의 불쾌감 및 피로도가 전혀 없는 이상적인 입체영상을 제공할 수 있는 테이블탑형 디지털 홀로그래픽 디스플레이를 구현하기 위해서는 2D 영상을 투사하는 2D 프로젝터를 사용할 수가 없고 홀로그램을 재현하는 공간광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)를 사용하여야 한다. 공간광 변조기에는 기존의 TV 및 컴퓨터 모니터로 사용되는 LCD(Liquid Crystal Display), 비디오 프로젝터, HMD(Head Mounted Display)에 사용되는 DMD(Digital Micromirror Display) 및 LCoS(Liquid Crystal on Silicon)등과 같이 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 배열로 구성된 전자회로 스위칭을 통하여 각각의 픽셀을 제어하여 홀로그램 데이터를 디스플레이에 올릴 수 있는 EASLM(Electronically Addressed SLM), 시정수 때문에 고속 스위칭이 어려운 박막 트랜지스터 대신 빛을 전기 신호로 변환해주는 광센서 배열을 사용하여 대용량의 홀로그램 데이터를 고속으로 디스플레이의 각 픽셀에 표현할 수 있는 OASLM(Optically Addressed SLM), 전자빔으로 각 픽셀을 제어하여 홀로그램 데이터를 디스플레이에 기록하는 EBSLM(Electron-Beam Addressed SLM), 홀로그램 데이터가 음파신호의 주파수로 변환되어 굴절률이 다른 회절 격자를 생성하여 입사파의 회절을 제어하는 AOSLM(Acousto-Optic SLM), 홀로그램 데이터에 따라 디스플레이에 자기장을 변화시켜 입사되는 파면의 위상을 제어하여 입사파의 회절을 제어하는 MOSLM(Magneto-Optic SLM) 등이 있다.
이와 같은 공간광변조기 기반의 테이블탑형 디지털 홀로그래픽 디스플레이를 상용화하기 위한 가장 중요한 기술 이슈는 수평/수직 시야각(horizontal and vertical viewing angle)이다. 종래 상용 패널의 픽셀 피치(pixel pitch)는 시야각이 아주 작기 때문에, 테이블탑형 디지털 홀로그래픽 디스플레이에서 양안(binocular eyes)으로 홀로그램 재현 영상을 제대로 관찰할 수가 없는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수평 및 수직 시야각을 향상시킬 수 있는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수평 및 수직 시차를 조절함으로써 원하는 위치에 복수 개의 홀로그램 영상을 재현할 수 있는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대부 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수직 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 미러는 회전 구동 가능한 다각형 미러이고, 상기 제 1 미러가 회전하여 반사각 위치가 변경됨으로써 입사된 빔이 상기 홀로그램 관측 공간의 수직방향으로 조향될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법은 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계, 공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계, 수직 시야각 확대부가, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대 단계 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조기, 상기 수직 시야각 확대부를 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부, 제 2 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대부 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제 2 미러는 360도 회전 가능한 미러일 수 있다.
상기 수평 시야각 확대부는 상기 제 2 미러를 통해 반사된 빔을 상기 테이블 상단으로 조향시키기 위한 곡선형 미러를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법은 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계, 공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계, 수평 시야각 확대부가, 제 2 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대 단계 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조기 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대부, 제 2 미러를 통해 상기 빔을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대부 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수직 시야각 확대부 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 미러는 회전 구동 가능한 다각형 미러이고, 상기 제 1 미러가 회전하여 반사각 위치가 변경됨으로써 입사된 빔이 상기 홀로그램 관측 공간의 수직방향으로 조향될 수 있다.
상기 제 2 미러는 360도 회전 가능한 미러일 수 있다.
상기 수평 시야각 확대부는 상기 제 2 미러를 통해 반사된 빔을 상기 테이블 상단으로 조향시키기 위한 곡선형 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 광원 생성부는 가간섭성이 있는 레이저 광원의 균일화를 위한 공간 광 필터(spatial light filter)와 평면파 광원을 생성하기 위한 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 포함할 수 있다.
상기 공간 광 변조부는 상기 시스템 제어부로부터 입력된 홀로그램 프린지 패턴(fringe pattern)에 따라 상기 광원 생성부로부터 생성된 광원을 공간적으로 변조할 수 있다.
상기 제어부는 상기 홀로그램 관측 공간에서 상기 홀로그램 영상이 수직으로 투영되도록 하기 위해 상기 제 2 미러를 고정시키고 상기 제 1 미러를 회전시키며, 상기 홀로그램 관측 공간에서 상기 홀로그램 영상이 수평으로 투영되도록 하기 위해 상기 제 1 미러를 고정시키고 상기 제 2 미러를 회전시킬 수 있다.
상기 제어부는 기준 시간 동안 복수 개의 홀로그램을 재현함에 있어서, 상기 기준 시간 내에 하나의 제 1 홀로그램 영상만이 동일한 수평 방향 위치에 재현되도록 상기 제 1 미러를 회전시켜, 상기 복수 개의 홀로그램 영상 중 상기 제 1 홀로그램 영상을 제외한 나머지 홀로그램 영상을 수직 시차가 다른 영상으로 재현되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 나머지 홀로그램 영상이 수직으로 상기 제 1 홀로그램 영상에 특어진 상태로 배열되어 있어, 상기 나머지 홀로그램 영상에 탈축(off-axis) 위상 인자(phase factor)를 곱해주어 수평으로 이동시켜, 상기 제 1 홀로그램 영상과 같은 수직 방향 위치에 재현되도록 제어할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법은 가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계, 공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계, 수직 시야각 확대부가, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대 단계, 수평 시야각 확대부가, 제 2 미러를 통해 상기 빔을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대 단계 및 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조기, 상기 수직 시야각 확대부 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 방법에 따르면, 홀로그램 영상의 수평 및 수직 시야각을 확대하여 관측자가 보다 편안하게 홀로그램 영상을 감상할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 공간 광 변조기가 홀로그램 패턴을 통해 광원의 파면(light wavefront)을 변조시켜 3차원 영상을 재현하는 모습을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 상세블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 시스템 제어부의 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치가 수평 시야각과 수직 시야각을 증대시키는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 상세블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 시스템 제어부의 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치가 수평 시야각과 수직 시야각을 증대시키는 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제 1, 제 2 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 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 공간 광 변조기가 홀로그램 패턴을 통해 광원의 파면(light wavefront)을 변조시켜 3차원 영상을 재현하는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 공간 광 변조기(SLM: 110)는 홀로그램 패턴을 통해 광원의 파면(light wave)를 변조시켜 3차원 영상을 재현한다. 먼저, 공간 광 변조기(110)를 통과한 광원은 렌즈 1(120)에 입사하여 조향이 변경된다. 이때, 렌즈 1(120)은 퓨리에(Fourier) 렌즈일 수 있고, 퓨리에 홀로그램을 재현하는 기능을 수행할 수 있다. 그리고는 렌즈 2(130)에서 굴절된 빔은 점차 확대되어 홀로그램 재현 공간(140)에서 홀로그램 영상으로 재현될 수 있다. 여기서, 렌즈 2(130)는 확대 렌즈이고, 이는 홀로그램 재현 영상 크기와 재현 공간을 확대하는 역할을 수행할 수 있다. 홀로그램 재현 공간 이후에 렌즈 2(130)에서 굴절된 광원이 서로 교차되어 이루는 사이각을 홀로그램 시야각이라 하고, 이러한 사이각은 수직 및 수평 방향으로 생성될 수 있는데, 이를 수직 시야각 및 수평 시야각이라 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 테이블 위로 수평 및 수직 시야각이 넓은 홀로그램을 재현하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 홀로그램 재현 빔의 제어를 위해 회전과 관련된 구성, 스캐닝 광학계 및 조향 장치를 추가적으로 구비할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 광원 생성부(210), 공간 광 변조부(220), 수직 시야각 확대부(230), 수평 시야각 확대부(240) 및 제어부(250)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 광원 생성부(210)는 홀로그램 영상을 생성하기 위한 가간섭성 광원을 생성한다. 광원 생성부(210)는 컬러 홀로그램을 재현하기 위해 빨강(Red), 녹색(Green) 및 파랑(Blue) 레이저 광원을 포함할 수 있다.
공간 광 변조부(220)는 상기 광원 생성부(210)에서 생성된 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 역할을 수행할 수 있다. 공간 광 변조부(220)는 제어부(250)로부터 제어 신호를 수신할 수 있다. 공간 광 변조부(220)는 제어부(250)의 제어를 받아 상기 광원 생성부(210)로부터 입력되는 광파(wave field)를 공간적으로 변조하여 수직 시야각 확대부(230)로 제공할 수 있다. 수평 및 수직 시야각의 조정이 필요없는 경우, 공간 광 변조부(220)를 통해 변조된 빔(beam)(빔은 홀로그램 영상을 형성하는 빔을 의미할 수 있음)은 직접 홀로그램 영상으로 재현될 수 있다.
수직 시야각 확대부(230)는 공간 광 변조부(220)를 통해 변조된 빔을 입력 받아 회전 구동 가능한 다각형 미러(polygon mirror)를 통해 수직으로 조향함으로써 수직 시야각을 확대할 수 있다. 상기 다각형 미러는 각 면이 반사경으로 이루어진 다각형의 미러로써, 모터를 통해 회전 구동하면서, 입력되는 빔을 반사시킬 수 있다. 수직 시야각 확대부(230)도 제어부(250)로부터 제어 신호를 수신하여 동작할 수 있다. 즉, 제어부(250)는 원하는 홀로그램 관측 공간에 원하는 영역(수직 및 수평 위치 영역)에 홀로그램 영상이 재현될 수 있도록 수직 및 수평 시차를 제어할 수 있다.
수평 시야각을 확대하기 위해 여러 SLM을 공간적으로(spatially) 원형(circle)으로 다중화(Multiplexing)하는 방법이 있지만, 이는 시스템 비용이 올라가고 물리적으로 타일링(tiling)하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 이를 해결하기 위해, 하나의 SLM을 사용하고, 모터가 장착된 미러를 통하여 360도 시간적으로 다중화하는 하는 방법을 활용한다.
수평 시야각 확대부(240)는 수직 시야각 확대부(230)를 통과한 빔을 입력으로 받아, 회전 미러를 통해 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대할 수 있다. 상기 회전 미러는 모터에 의해 구동되는 360도 회전 미러일 수 있다. 즉, 수직으로 조향되어 입사되는 빔을 360도 회전하면서 반사시킴으로써 수평 시야각을 확대할 수 있고, 상기 회전 미러를 통해 반사된 빔은 곡선형 미러를 통해 반사되어 테이블 상단의 홀로그램 관측 공간으로 제공될 수 있다. 이렇게 회전 미러 및 곡선형 미러릍 통해 반사되면서, 수평 시야각이 확대될 수 있고, 확대되는 시야각 및 영상의 크기는 상기 제어부(250)로부터 수신되는 제어 신호에 의해 조절될 수 있다.
제어부(250)는 홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 공간 광 변조부(220), 수직 시야각 확대부(230) 및 수평 시야각 확대부(240)를 제어할 수 있다.
수평 시야각을 확대하기 위하여 여러 SLM을 공간적으로(spatially) 원형(circle)으로 다중화(Multiplexing)하는 방법이 있지만, 시스템 비용이 올라가고 물리적으로 타일링(tiling)하기 어려운 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 하나의 SLM을 사용하고, 모터가 장착된 미러를 통하여 360도 시간적으로 다중화하는 하는 방법이 효과적이다. 또한 수직으로 시야각을 확대하기 위하여 모터가 장착된 미러를 통하여 홀로그램 관측공간의 수직 방향으로 빔을 조향할 필요가 있다. 여러 수평/수직 시차가 있는 홀로그램을 생성하여 홀로그램 관측공간의 수평으로는 수평 시차가 다른 홀로그램을 재현하고, 홀로그램 관측공간의 수직으로는 수평 시차는 동일하지만 수직 시차가 다른 홀로그램 영상이 재현될 수 있도록 제어할 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 상세블록도이다.
도 3을 참조하면, 광원 생성부(310)는 레이저(312), 공간 광 필터(Spatial Light Filter: 314) 및 콜리메이션 렌즈(collimation lens: 316)를 포함할 수 있다. 레이저(312)는 컬러 영상을 재현하기 위해 빨강(R), 녹색(G) 및 파랑(B) 컬러의 레이저를 포함할 수 있다. 공간 광 필터(314)는 가간섭성이 있는 레이저(310) 광원의 균일화하는 역할을 수행하고, 콜리메이션 렌즈(316)는 평면파 광원을 생성하는 역할을 수행할 수 있다. 공간 광 필터(314)와 콜리메이션 렌즈(316)를 통해 생성된 평면파 광파(planar wave field)는 공간 광 변조부(320)로 입력된다.
공간 광 변조부(320)는 하프 미러(Half Mirror : 322) 및 SLM(324)을 포함할 수 있다. 공간 광 변조부(320)는 제어부(350)로부터 입력된 홀로그램 프린지 패턴에 따라 SLM(324)의 각도를 조절하여 입력되는 평면파 광파를 공간적으로 변조(modulation)할 수 있다. 공간 광 변조부(320)를 통해 변조된 빔은 홀로그램 영상을 재현하고 영상 크기를 확대하기 위해 수직 시야각 확대부(330)로 조사될 수 있다. 공간 광 변조부(320)는 컬러 홀로그램 영상 재현을 위해 구비된 R, G 및 B 세 개의 평면파 광파를 변조시키기 위해 세 개의 SLM(324: Spatial Light Modulator)로 구성될 수 있다. SLM(324)은 LCos/LCD 및 DMD 중 어느 하나가 사용될 수도 있고, 홀로그램 영상의 고속 온-오프(on-off) 스위칭이 필요한 경우 DMD가 사용될 수 있다. 또한, 공간 광 변조부(320)는 상기 홀로그램 영상 형성을 위한 빔을 다중화하여 SLM(324)의 총 면적이 넓게 사용될 수 있다.
수직 시야각 확대부(330)는 평판형 미러(332), 퓨리에 렌즈(334), 다각형 미러(336), 노이즈 마스키(338) 및 확대 렌즈(339)를 포함할 수 있다. 반드시 상기 구성요소를 전부 포함할 필요가 있는 것은 아니고, 다각형 미러(336)를 통해 수직 시야각을 확대할 수 있는 필수 구성요소만을 포함하면 될 것이다. 수직 시야각 확대부(330)로 입력되는 빔은 평판형 미러(332)를 통해 반사되어 퓨리에 렌즈(334)에 조사된다. 퓨리에 렌즈(334)를 통과한 빔은 홀로그램 영상으로 재현되어 모터가 장착된 다각형 미러(336)에 입사될 수 있다. 다각형 미러(336)는 모터를 통해 회전 구동 가능하고, 퓨리에 렌즈(334)를 통과한 빔과 이루는 각도에 의해 반사되어 나가는 빔의 크기가 달라질 수 있고 수직 시야각이 조절될 수 있다. 즉, 다각형 미러(33Y6)가 회전하여 반사각 위치가 변경됨에 따라 입사된 빔이 홀로그램 관측 공간(370)의 수직 방향으로 조향됨으로써 수직 시차를 확대시키는 효과를 발생시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 비용이 많이 발생하지 않으면서 관측자(360)로 하여금 원하는 위치에 원하는 크기로 홀로그램 영상을 관람할 수 있도록 하는 효과를 발생시킬 수 있다. 수직으로 입사되는 빔은 수평 시차는 동일하지만 수직 시차가 다른 홀로그램 영상으로 구현되야 한다. 예컨대, 하나의 홀로그램 영상을 재현하도록 생성된 빔은 수직 시야각 확대부(330)를 통해 제 1 영상, 제 2 영상 등, 수직 시차가 다른 복수의 홀로그램 영상으로 구현되도록 할 수 있다. 경우에 따라, 다각형 미러(336)가 회전하여 최초 반사각 위치에 돌아오는 경우 이전 홀로그램 영상과 수평 시차가 다른 홀로그램 영상이 입사되도록 제어부(350)가 상기 수평 시야각 확대부(340)를 제어할 수 있다. 다각형 미러(336)를 통해 반사된 빔은 노이즈 마스크(338)를 통해 노이즈가 제거된 후, 확대 렌즈(339)를 거쳐 수직 방향으로 확대된 형태로 수평 시야각 확대부(340)로 조사된다.
수평 시야각 확대부(340)는 회전 미러(342) 및 곡선형 미러(344)를 포함할 수 있다. 수평 시야각 확대부(340)는 수직 시야각 확대부(330)를 통해 수직 시야각이 확대된 빔을 입력으로 받아 모터가 장착되어 360도 회전이 가능한 회전 미러(342)와 회전 미러(342)를 기준으로 수평 방향으로 양 측면에 배치되는 곡선형 미러(344)를 통해 수평 시차가 다른 홀로그램 영상을 홀로그램 관측 공간(370)에 조사함으로써 수평 시야각을 확대시킬 수 있다. 회전 미러(342)는 수직 방향으로 확대되어 입사되는 빔을 반사시키는 각도를 제어하여 수평 시야각을 조절할 수 있다. 제어부(350)는 회전 미러(342)가 입사되는 빔과 이루는 특정 각도에 따른 수평 시야각을 계산하여 관측자(360)가 원하는 위치에 원하는 영상의 크기로 홀로그램 영상이 재현될 수 있도록 회전 미러(342)의 각도를 조절한다. 회전 미러(342)는 제어부(350)의 제어 신호를 받아 회전 구동하고, 제어 신호에 의해 생성되는 반사 각도에 의해 빔은 반사되고, 반사된 빔은 곡선형 미러(344)를 통해 다시 반사되어 홀로그램 관측 공간(370)에서 홀로그램 영상으로 재현될 수 있다. 특히, 수직 시차가 다른 홀로그램 영상은 수평 시야각 확대부(340)를 통해 수평 시차가 다른 영상으로 구현될 수 있고, 따라서, 홀로그램 관측자(360)는 서로 다른 수직/수평 시차를 갖는 복수 개의 영상(제 1 영상, 제 2 영상 등)을 각각 관측할 수 있다.
제어부(350)는 수평 및 수직 시차가 다른 홀로그램 영상을 생성하고, 수평/수직 시야각이 확대되도록 상기 공간 광 변조부(320), 수직 시야각 확대부(330)의 다각형 미러(336) 및 수평 시야각 확대부(340)의 회전 미러(342)에 장착된 모터를 정밀 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 수직 시야각 확대부(330) 및 수평 시야각 확대부(340) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 수직 시야각 확대를 위해, 수직 시야각 확대부(330)만을 포함할 수 있다. 또는, 경우에 따라, 수평 시야각 확대를 위해, 수직 시야각 확대부(330) 없이 수평 시야각 확대부(340)만을 포함할 수 있다. 수직 시야각 확대부(330) 및 수평 시야각 확대부(340)를 각각 포함하는 경우에도, 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성 및 기능은 앞서 설명한 내용과 동일하다(도 3 참조).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 제어부의 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어부는 공간 광 변조부를 제어할 수 있고, 공간 광 변조부를 통해 다각형 미러로 홀로그램 영상을 형성하는 빔이 입사되도록 제어할 수 있다(S410). 제어부는 이렇게 입사되는 빔의 수직 시야각을 조절할지 판단한다(S420). 제어부에 입력된 제어 프로그램이 수직 시야각을 조절하는 프로세스를 포함하고 있고, 입사되는 빔의 수직 시야각이 미리 설정된 시야각(설정된 값은 사용자 인터페이스를 통해 조절할 수 있음)과 임계값 이상 다른지를 판단한다. 판단 결과, 수직 시야각을 조절해야 하는 경우, 제어부는 다각형 미러의 모터를 구동시켜 다각형 미러가 회전하도록 제어한다(S422). 그리고는, 제어부는 수평 시야각을 조절할지 판단한다(S430). 만약, 판단 결과, 수직 시야각을 조절하지 않는 경우, 수직 시야각 조절 단계(S422)를 생략하고 수평 시야각 조절 판단 단계(S430)로 넘어갈 수 있다. 수평 시야각 조절의 판단도 수직 시야각 조절과 마찬가지로, 제어 프로그램에 맞춰 수평 시야각 프로세스가 있는지, 입사되는 빔의 수평 시야각이 설정된 값과 비교하여 임계값 이상 다른지를 통해 수행될 수 있다. 판단 결과, 수평 시야각 조절을 수행해야 하는 경우, 360 회전 미러의 모터의 구동을 제어하여 홀로그램 영상이 설정된 수평 시야각을 갖도록 상기 회전 미러의 회전을 제어할 수 있다(S432). 만약, 수평 시야각을 조잘하지 않는 경우, 수평 시야각 조절 단계(S432)를 생략할 수 있다. 그리고는, 제어부는 홀로그램 관측 공간 내에 원하는 홀로그램 영상이 재현되는지 판단할 수 있다(S440). 이는 제어 프로그램을 기반으로 홀로그램 영상의 수평/수직 위치 또는 원하는 수평/수직 크기로 영상이 재현되었는지를 통해 판단될 수 있고, 판단 결과, 홀로그램 영상이 정상적으로 재현된 경우는 디스플레이 과정을 완료할 수 있으나, 그렇지 못한 경우, 다시 수직 시야각 조절 판단 단계(S420)로 돌아가서 과정을 반복할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치가 수평 시야각과 수직 시야각을 증대시키는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 수직 시야각은 확대하지 않은 채, 수평 시야각을 확보하는 경우, 수직 시야각 확대부의 다각형 미러를 회전시키지 않고, 수평 시야각 확대부의 회전 미러만을 회전 구동할 수 있다. 이 경우, 홀로그램 관측 공간 측면에서 보면, 디스플레이 상면(500) 상으로 제 1 영상에 대해 동일한 수직 위치에 수평 방향으로 펼쳐져서 홀로그램 화면이 투영되게 된다. 이를 통해 360도 수평 시야각 달성이 가능할 수 있다. 특히, 특정 시간(?) 동안 복수 개(본 실시예에서는 세 개일 수 있음)의 홀로그램 영상이 있을 수 있다. 이때, 상기 특정 시간(?)이 인간의 인지 능력으로 상기 복수 개의 재현된 홀로그램 영상을 구별할 수 없도록 좁은 시간 구간이라고 가정한다면, 굳이 복수 개의 투영 영상을 수평으로 펼쳐 놓아 배치할 필요가 없을 수 있다. 이 경우, 도 5b와 같이 나타낼 수 있다.
도 5b는 일정 시간 구간 동안 복수의 서로 다른 영상을 수직 방향으로 다른 위치에 배치하여 홀로그램 영상을 재현하는 모습을 나타낸 개념도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치는 하나의 투영 영상(예컨대, 제 1 영상, 제 2 영상 및 제 3 영상 중 어느 하나)만이 특정 시간(?) 동안 한 번만 나타나도록 배치하고, 이 때, 수직 시야각 확대부의 다각형 미러를 회전시킴으로써 상기 하나의 투영 영상을 제외한 나머지 두 개의 투영 영상을 서로 다른 수직 방향 위치에 배치함으로써 수직 시차가 다른 투영 영상으로 교체하여 줄 수 있다. 이렇게 함으로써, 서로 다른 수직 위치를 관측하는 관측자가 해당 수직 위치에 재현되는 영상을 관측하도록 하여 다수의 관측자가 다중으로 서로 다른 영상(예컨대, 수직 시차가 다른 영상일 수 있음)을 관측할 수 있도록 지원할 수 있다.
도 5c는 일정 시간 구간 동안 복수의 서로 다른 영상을 수직 방향으로 다르게 배치하되, 수평 방향 위치는 동일한 위치에 배치되도록 홀로그램 영상을 재현하는 모습을 나타낸 개념도이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치의 제어부는 탈축(off-axis)의 위상 인자(phase factor)를 도 5b에 도시된 바와 같이 재현된 홀로그램 영상에 곱해줌으로써 특정 영상(본 실시예에서는 제 2 영상)의 수평 위치에 맞춰 배열시킬 수 있다. 즉, 약간씩 틀어진 상태로 배열된 홀로그램 영상에 탈축의 위상 인자를 곱함으로써, 재현되는 홀로그램 영상이 수평으로 이동되도록 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 탈축 위상 인자를 공간 광 변조부에 입력하여 홀로그램을 재현할 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 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.
Claims (17)
- 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부;
상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부;
제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대부; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수직 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미러는 회전 구동 가능한 다각형 미러이고, 상기 제 1 미러가 회전하여 반사각 위치가 변경됨으로써 입사된 빔이 상기 홀로그램 관측 공간의 수직방향으로 조향되는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계;
공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계;
수직 시야각 확대부가, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대 단계; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조기, 상기 수직 시야각 확대부를 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법. - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부;
상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부;
제 2 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대부; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 미러는 360도 회전 가능한 미러인 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수평 시야각 확대부는 상기 제 2 미러를 통해 반사된 빔을 상기 테이블 상단으로 조향시키기 위한 곡선형 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계;
공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계;
수평 시야각 확대부가, 제 2 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대 단계; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조기 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법. - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성부;
상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조부;
제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대부;
제 2 미러를 통해 상기 빔을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대부; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 상기 공간 광 변조부, 상기 수직 시야각 확대부 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 미러는 회전 구동 가능한 다각형 미러이고, 상기 제 1 미러가 회전하여 반사각 위치가 변경됨으로써 입사된 빔이 상기 홀로그램 관측 공간의 수직방향으로 조향되는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 미러는 360도 회전 가능한 미러인 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 수평 시야각 확대부는 상기 제 2 미러를 통해 반사된 빔을 상기 테이블 상단으로 조향시키기 위한 곡선형 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 광원 생성부는
가간섭성이 있는 레이저 광원의 균일화를 위한 공간 광 필터(spatial light filter)와 평면파 광원을 생성하기 위한 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 공간 광 변조부는
상기 제어부로부터 입력된 홀로그램 프린지 패턴(fringe pattern)에 따라 상기 광원 생성부로부터 생성된 광원을 공간적으로 변조하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 홀로그램 관측 공간에서 상기 홀로그램 영상이 수직으로 투영되도록 하기 위해 상기 제 2 미러를 고정시키고 상기 제 1 미러를 회전시키며,
상기 홀로그램 관측 공간에서 상기 홀로그램 영상이 수평으로 투영되도록 하기 위해 상기 제 1 미러를 고정시키고 상기 제 2 미러를 회전시키는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는
기준 시간 동안 복수 개의 홀로그램을 재현함에 있어서, 상기 기준 시간 내에 하나의 제 1 홀로그램 영상만이 동일한 수평 방향 위치에 재현되도록 상기 제 1 미러를 회전시켜, 상기 복수 개의 홀로그램 영상 중 상기 제 1 홀로그램 영상을 제외한 나머지 홀로그램 영상을 수직 시차가 다른 영상으로 재현되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 나머지 홀로그램 영상이 수직으로 상기 제 1 홀로그램 영상에 특어진 상태로 배열되어 있어, 상기 나머지 홀로그램 영상에 탈축(off-axis) 위상 인자(phase factor)를 곱해주어 수평으로 이동시켜, 상기 제 1 홀로그램 영상과 같은 수직 방향 위치에 재현되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 장치. - 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법에 있어서,
가간섭성 광원을 생성하는 광원 생성 단계;
공간 광 변조기가, 상기 가간섭성 광원을 변조시켜 3차원 홀로그램 영상을 공간에 재현하는 공간 광 변조 단계;
수직 시야각 확대부가, 제 1 미러를 통해 상기 홀로그램 영상을 형성하는 빔(beam)을 수직으로 조향하여 수직 시야각을 확대하는 수직 시야각 확대 단계;
수평 시야각 확대부가, 제 2 미러를 통해 상기 빔을 테이블 상단으로 조향하여 수평 시야각을 확대하는 수평 시야각 확대 단계; 및
홀로그램 관측 공간 상에 상기 홀로그램 영상이 형성되도록 공간 광 변조기, 상기 수직 시야각 확대부 및 상기 수평 시야각 확대부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 방법.
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