KR20150116618A - Three dimensional display using hologram optcial element - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an integrated image display device applying a hologram element. By increasing the number of a point light source array applying a hologram element by a method using a point light source array, not by an integrated image device applying a conventional lens array, a three-dimensional image with high resolution can be performed. The image display device comprises: a hologram element (100) having a diffraction lattice with a periodic pattern; a glass plate (101) for making light came out through the hologram element (100) to be focused on a space as a light source array; a light diffuser (101a) for making the light came out through the hologram element (100) to be inputted in a light modulator as a surface light source array.

Description

홀로그램 소자를 적용한 점광원 어레이 3차원 영상 표시 장치{Three dimensional display using hologram optcial element}[0001] The present invention relates to a three-dimensional image display device using hologram element,

본 발명은 홀로그램 소자(Hologram optical element,HOE)를 적용한 3차원 영상 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 집적 영상 기술(Integral imaging)에 기반하여 3차원 영상을 표시하며, 홀로그램 소자를 통과한 단일 파장의 레이져 광원이 홀로그램 소자에 의해 점광원 어레이를 형성하여 투과형 화상 표시부(Spatial light modulator)의 영상 정보와 동기화되어 3차원 영상을 구현한다. The present invention relates to a three-dimensional image display device using a hologram optical element (HOE). In the present invention, a three-dimensional image is displayed on the basis of integral imaging, and a single-wavelength laser light source that has passed through the hologram element forms a point light source array by a hologram element to form a spatial light modulator The 3D image is synchronized with the image information.

본 발명에 따르면 홀로그램 소자의 설계에 따라 점광원 어레이의 개수를 크게 늘릴 수 있으며, 점광원에서 나오는 빛의 공간 변조를 통하여 3차원 영상을 형성하기 때문에 표현 가능한 깊이 영역이 크게 확장된다. According to the present invention, the number of the point light source arrays can be greatly increased according to the design of the hologram element, and the three-dimensional image is formed through the spatial modulation of the light emitted from the point light source.

집적 영상 기술은 렌즈 어레이의 각 렌즈와 기초 영상(Elemental image)가 동기화되어 렌즈의 광학 특성과 영상의 깊이 정보에 따라 공간의 일정 영역에 형성되는 방식으로 구동된다. 관측자는 공간에 양안을 위치하게 될 때 영상 장치로부터 출사되는 평행광을 양안에 입력하여 입체감을 느끼는 방식이다.The integrated imaging technology is driven in such a manner that each lens of the lens array and the elementary image are synchronized and formed in a certain region of the space according to the optical characteristics of the lens and the depth information of the image. An observer is a method of sensing the stereoscopic effect by inputting parallel light emitted from a video device into both eyes when both eyes are placed in the space.

상기와 같은 입체 영상 표시장치는 허상(Virture image)과 실상(Real image)을 구현함에 있어서, 디스플레이와 렌즈 어레이 사이의 물리적 거리를 조절함으로서 구현한다. 이때 디스플레이를 점광원 어레이로 대체하면 기초 영상(Elemental image)이 디스플레이의 픽셀이 아닌 점광원과 동기화되어 한 점에 모여 영상을 구현한다. 이때, 점광원 어레이의 단위 면적당 개수가 전체 시스템의 해상도를 결정하며, 기존의 대형 시스템으로 인한 상용화의 어려움이 있었다. 따라서, 고해상도를 유지하며, 사용 가능한 집적된 시스템이 필요하다. In realizing a virtual image and a real image, the stereoscopic image display device is implemented by adjusting the physical distance between the display and the lens array. At this time, when the display is replaced with the point light source array, the elemental image is synchronized with the point light source, not the pixels of the display, so that the image is gathered at one point. At this time, the number of the point light source arrays per unit area determines the resolution of the entire system, and commercialization due to the existing large system has been difficult. Thus, there is a need for an integrated system that is capable of maintaining high resolution.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광학 격자가 들어간 홀로그램 소자(HOE)를 적용한 점광원 어레이 3차원 입체 영상 표시 장치를 개발하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to develop a point light source array three-dimensional image display device using a hologram element (HOE) having an optical grating.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the object of the present invention,

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 홀로그램 소자를 적용한 점광원 어레이 3차원 영상 표시 장치는,Referring to FIG. 1, a point light source array three-dimensional image display apparatus to which a hologram element according to an embodiment of the present invention is applied,

레어져, LED 등의 점광원에서 나오는 빛을 홀로그램 소자를 통해 점광원 어레이로 분리시키고,Light emitted from a point light source such as a laser, LED, or the like is separated into a point light source array through a hologram element,

투명하여 광원이 맺힘과 동시에 통과할 수 있는 유리판를 배치하며,A glass plate which is transparent and allows light to pass therethrough and passes therethrough is arranged,

투과형 화상 표시 소자에 마지막으로 입력되어 영상을 구현하여 본 발명의 과제를 달성하게 된다.And the image is finally input to the transmissive-type image display element to achieve the object of the present invention.

상기 기술된 발명의 실시예에 따라 홀로그램 소자의 확산각에 따라 유리판을 위치시키며 레이져 광원이 연속적으로 배치되며 종래의 집적 영상 표시 장치의 실상과 허상의 동시 구현의 어려움을 개선하며, 고해상도의 입체 영상을 구현할 수 있다.According to the embodiment of the present invention described above, the glass plate is positioned according to the diffusing angle of the hologram element, and the laser light sources are continuously arranged to improve the difficulty of simultaneous realization of the real image and the virtual image of the conventional integrated image display device, Can be implemented.

도 1은 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 기본 개념을 나타낸 도이다.
도 2는 홀로그램 소자가 적용된 2차원 영상 표시 장치의 기본 개념을 나타낸 도이다.
도 3은 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 원리를 나타낸 도이다.
도 4는 홀로그램 소자가 적용된 2차원 영상 표시 장치의 원리를 나타낸 도이다.
도 5는 다중 레이져 광원이 적용되고, 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 기본 개념을 나타낸 도이다.
도 6은 시준기(Collimator)가 적용되고, 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 기본 개념을 나타낸 도이다.
도 7은 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 원리를 나타낸 사시도이다.
도 8은 시준기(Collimator)가 적용되고, 홀로그램 소자가 적용된 3차원 영상 표시 장치의 원리를 나타낸 사시도이다.1 is a view showing a basic concept of a three-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied.
2 is a view showing a basic concept of a two-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied.
3 is a diagram illustrating the principle of a three-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied.
4 is a view showing the principle of a two-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied.
5 is a diagram illustrating a basic concept of a three-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied, to which a multiple laser light source is applied.
6 is a diagram illustrating a basic concept of a three-dimensional image display device to which a collimator is applied and to which a hologram element is applied.
7 is a perspective view showing the principle of a three-dimensional image display apparatus to which a hologram element is applied.
8 is a perspective view showing the principle of a three-dimensional image display apparatus to which a collimator is applied and to which a hologram element is applied.

상기 기술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 기본적으로 홀로그램 소자(100), 유리판(101) 또는 광 확산기(101a), 광 변조기(102)로 구성된다. 단일 레이져 광원(104), 멀티 레이져 광원(105)에서 나오는 빛을 홀로그램 소자(100)에 입력하게 되면, 홀로그램 소자의 회절 격자의 구조에 따라 단일 파장의 레이져 광원이 회절광으로 분리되며, 점광원 어레이를 형성하도록 하는 매질, 유리판에 입력되고 광 변조기(102)의 기초 영상이 점광원에 대응하여 3차원 입체 영상을 결상 시키는 형태로 구성된다. 이때 유리판(101)은 광 확산기(101a)로 교환 가능하며 이때 본 시스템은 2차원 영상 표시 장치로 변환 가능다.A hologram element 100, a glass plate 101 or an optical diffuser 101a, and an optical modulator 102 in order to achieve the above-described technical problems. When the light emitted from the single laser light source 104 and the multi-laser light source 105 is input to the hologram element 100, the laser light source of a single wavelength is separated into the diffracted light according to the structure of the diffraction grating of the hologram element, A medium for forming an array, and a basic image of the optical modulator 102 input to the glass plate, and configured to form a three-dimensional stereoscopic image corresponding to the point light source. At this time, the glass plate 101 can be replaced with an optical diffuser 101a, and the system can be converted into a two-dimensional image display device.

또한 유리판(101)을 시준기(103)로 교환 가능하며 이때, 홀로그램 소자를 통과한 회절광의 방향성을 평행하게 제어하여, 고해상도의 3차원 입체 영상을 구현할 수 있다.Also, the glass plate 101 can be replaced by the collimator 103, and the directionality of the diffracted light passing through the hologram element can be controlled in parallel to realize a high-resolution three-dimensional stereoscopic image.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 발명의 기본 개념과 함께 본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시 장치의 구조를 나타낸 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the structure of a video display device according to an embodiment of the present invention, together with the basic concept of the present invention.

본 발명의 실시예에서는 점광원 어레이 형성부를 홀로그램 소자로 대체하여 시스템을 간소화시키고 레이져 광원의 광로를 제어하여 고밀도의 점광원 어레이를 형성하는 것을 특징으로 한다.In the embodiment of the present invention, the point light source array forming unit is replaced with a hologram element to simplify the system and control the optical path of the laser light source to form a high-density point light source array.

단일 레이져 광원(104)은 위상차가 일정한 간섭성 빛(Coherent light)을 발산하며, 이때 이 빛이 회절 격자 구조를 가진 홀로그램 소자(100)를 통과할 때 Bragg diffraction theory에 따라 보강, 간섭 현상이 일어나며, 회절 차수에 맞고, 파장에 따른 빛이 각도를 가지고 발산하는 효과를 가진다. Bragg diffraction이 일어날 때,The single laser light source 104 emits a coherent light having a constant phase difference. When the light passes through the hologram element 100 having the diffraction grating structure, a reinforcing and interference phenomenon occurs according to the Bragg diffraction theory , It has the effect of matching the diffraction order and emitting light with wavelength at an angle. When Bragg diffraction occurs,

Figure pat00001
Figure pat00001

로 파장에 따른 확산각을 결정할 수 있으며, 격자의 사이의 간격(d)에 따라 확산각을 제어할 수 있다.The diffusing angle can be determined according to the wavelength, and the diffusing angle can be controlled according to the interval d between the gratings.

이때 확산된 빛의 경로는 공기중에서 보이지 않으며 유리판(101)을 통과할 때 점광원 어레이를 형성하며, 광 변조기(102)를 투과한 빛으로 점광원 어레이와 기초 영상을 동기화 시켜 입체 영상을 구현한다. At this time, the path of the diffused light is invisible in air, forms a point light source array when passing through the glass plate 101, and realizes a stereoscopic image by synchronizing the point light source array and the basic image with the light transmitted through the optical modulator 102 .

도 2는 다양한 실시예에 따른 2차원 입체 영상 구현 장치의 구조를 나타낸 도이다.2 is a diagram illustrating a structure of a two-dimensional image forming apparatus according to various embodiments.

도 1과 동일한 구조로 단일 레이져 광원에서 나오는 광원을 광 확산기(101a)를 통과시켜 점광원 어레이를 면광원으로 변환시키며, 이를 광 변조기(102)를 통과시킴으로 이차원 영상 표시 장치 시스템으로 변환할 수 있다. 1, a light source from a single laser light source is passed through an optical diffuser 101a to convert the point light source array into a planar light source, and the planar light source array is converted into a two-dimensional image display device system by passing the light through the optical modulator 102 .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 표시 장치의 측면도를 나타낸 구조입니다. 홀로그램 소자(100)을 통과한 단일 레이져 광원(104)은 수학식 1의 Bragg diffraction equation에 따라 유리판(101)에 점광원 어레이를 형성하고 광 변조기(102)의 기초 영상과 점광원 어레이가 장축상 일렬로 배열되고, 한 점에 결상되어 3차원 입체 영상을 형성한다. 3 is a side view of a video display device according to an embodiment of the present invention. The single laser light source 104 having passed through the hologram element 100 forms a point light source array on the glass plate 101 according to the Bragg diffraction equation of Equation 1 and the basic image of the optical modulator 102 and the point light source array are aligned in the long axis Are arranged in a line, and are formed at one point to form a three-dimensional stereoscopic image.

도 4는 도 2의 실시예에 따른 영상 표시 장치의 측면도를 나타낸 구조입니다. 광 확산기(101a)를 통과한 단일 레이져 광원의 간섭광을 면광원으로 변환시켜 2차원 영상 표시 장치에 입력하는 시스템이다.FIG. 4 is a side view of the image display apparatus according to the embodiment of FIG. 2. FIG. And converts the interference light of the single laser light source that has passed through the optical diffuser 101a into a plane light source and inputs the converted light to the two-dimensional image display device.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레이져 광원(105)을 적용한 영상 표시 장치의 구조를 나타낸 측면도이다.5 is a side view illustrating a structure of an image display apparatus to which a multi-laser light source 105 according to an embodiment of the present invention is applied.

점광원 어레이의 개수와 각 점들의 밝기는 회절격자의 구조에 따라 달라지며, 일반적으로 ?2, -1, 0, 1, 2차 회절광에 한해서 균일 광원을 형성한다. 또한 점광원의 개수가 본 영상 시스템의 해상도에 큰 영향을 미치므로, 점광원의 개수를 늘리기 위해 간섭성 광(Coherent light)의 위상을 동기화시켜 고밀도의 균일한 광원을 형성하고 고해상도의 3차원 영상을 재생할 수 있다.The number of point light source arrays and the brightness of each point vary depending on the structure of the diffraction grating, and generally form a uniform light source for? 2, -1, 0, 1, and 2 diffraction lights. In order to increase the number of point light sources, the phase of the coherent light is synchronized to form a high-density uniform light source, and a high-resolution three-dimensional image Can be reproduced.

도 6은 도 1의 실시예에서 확산각을 가지는 광원을 시준기(103)를 통과시켜 평행광으로 만들고 광 변조기(102)에 입력시켜 광 변조기(102)의 픽셀을 모두 활용할 수 있다. In FIG. 6, in the embodiment of FIG. 1, a light source having a diffusing angle is made to pass through the collimator 103 and made into parallel light, and input to the optical modulator 102 to utilize all the pixels of the optical modulator 102.

도 7은 도 1의 영상 표시 장치의 사시도이며 점광원 어레이(101)와 광 변조기(102)의 기초 영상을 통해 입체 영상이 형성되는 원리에 대해 나타내었다. 실상은 점광원 어레이보다 앞에 형성된 영상이며, 허상은 점광원 어레이 뒷에 형성된 입체 영상이다. FIG. 7 is a perspective view of the image display apparatus of FIG. 1, and a principle of forming a stereoscopic image through a basic image of the point light source array 101 and the optical modulator 102 is shown. The real image is the image formed ahead of the point light source array, and the virtual image is the stereoscopic image formed behind the point light source array.

도 8은 도 6의 실시예에서 유리판(101) 대신 시준기(103) 통과시켰을 때 영상 표시 장치의 사시도이며, 확산각을 가지는 광원을 시준기(103)를 통과시켜 평행광으로 만들고 광 변조기(102)에 입력시켜 광 변조기(102)의 픽셀을 모두 활용할 수 있다. FIG. 8 is a perspective view of an image display apparatus when the collimator 103 is passed instead of the glass plate 101 in the embodiment of FIG. 6, and a light source having a diffusion angle is made to pass through the collimator 103, So that all the pixels of the optical modulator 102 can be utilized.

100 : 홀로그램 소자
101 : 유리판
101a : 광 확산기(Diffuser)
102 : 광 변조기(Spatial light modulator)
103 : 시준기(Collimator)
104 : 단일 레이져 광원(Single laser)
105 : 멀티 레이져 광원(Multi laser)100: hologram element
101: Glass plate
101a: Optical diffuser (Diffuser)
102: Spatial light modulator
103: Collimator
104: Single laser
105: Multi laser light source

Claims (5)

점광원 어레이를 형성하기 위하여, 주기적인 패턴의 회절 격자를 가진 홀로그램 소자(100);
상기 홀로그램 소자(100)를 통해 나온 빛을 점광원 어레이로 공간상에 맺히도록 하는 유리판(101);
상기 홀로그램 소자(100)를 통해 나온 빛을 면광원 어레이로 광 변조기에 입력하도록 하는 광 확산기(101a);
를 포함하는 영상 표시 장치A hologram element 100 having a periodic pattern of diffraction gratings to form a point light source array;
A glass plate 101 for forming light from the hologram element 100 through a point light source array in space;
An optical diffuser 101a for inputting the light emitted through the hologram element 100 to a light modulator through a surface light source array;
A video display device 제 1항에서,
회절각을 제어하여 단파장 레이져 광원을 사용한 고밀도 점광원 어레이를 형성하는 홀로그램 소자를 포함하는 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And a hologram element which forms a high-density point light source array using a short-wavelength laser light source by controlling a diffraction angle. 제 1항에서,
상기 홀로그램 소자(100)를 통해 나온 회절각을 가지는 점광원 어레이를 평행광으로 변환시키는 시준기를 포함하는 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And a collimator for converting the point light source array having the diffraction angle passed through the hologram element (100) into parallel light. 제 1항에서,
단파장 단일 레이져 광원(104)을 홀로그램 소자(100)에 입력하는 장치이며, 이를 단파장 멀티 레이져 광원으로(105)으로 교환 가능하며 위상 제어를 통해 고밀도의 균일한 점광원 어레이를 생성하는 영상 표시 장치.The method of claim 1,
A single-wavelength single-laser light source 104 is input to the hologram element 100, which can be replaced by a short-wavelength multi-laser light source 105, and a high-density uniform point light source array is generated through phase control. 제 1항에서,
홀로그램 소자(100)를 통해 나온 회절각을 가지는 점광원 어레이를 면광원으로 변환시키는 광 확산기를 포함하는 영상 표시 장치.
The method of claim 1,
And an optical diffuser for converting the point light source array having the diffraction angle passed through the hologram element (100) into a surface light source.
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