KR20150135405A - Stereoscopic imaging method and device employing planar optical waveguide loop - Google Patents
Stereoscopic imaging method and device employing planar optical waveguide loop Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150135405A KR20150135405A KR1020157030314A KR20157030314A KR20150135405A KR 20150135405 A KR20150135405 A KR 20150135405A KR 1020157030314 A KR1020157030314 A KR 1020157030314A KR 20157030314 A KR20157030314 A KR 20157030314A KR 20150135405 A KR20150135405 A KR 20150135405A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical waveguide
- light source
- point light
- phase
- voxel
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 255
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 16
- 239000000382 optic material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G02B27/2292—
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B35/00—Stereoscopic photography
- G03B35/18—Stereoscopic photography by simultaneous viewing
- G03B35/24—Stereoscopic photography by simultaneous viewing using apertured or refractive resolving means on screens or between screen and eye
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
- G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
- G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
-
- H04N13/0404—
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
- H04N13/30—Image reproducers
- H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
- H04N13/305—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
- G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
- G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2223/00—Optical components
- G03H2223/16—Optical waveguide, e.g. optical fibre, rod
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2225/00—Active addressable light modulator
- G03H2225/30—Modulation
- G03H2225/33—Complex modulation
Abstract
평면 광도파관 회로를 사용한 삼차원 디스플레이 방법 및 장치가 개시된다. 상기 삼차원 디스플레이 방법은 하기의 단계들을 포함한다: 간섭광 광원에 의해 송출된 간섭광을 포인트 광원들의 이차원 어레이로 전환하는 단계이되, 상기 이차원 포인트 광원 어레이 내의 각 포인트 광원의 위치는 랜덤하게 분배되는 것을 특징으로 하고; 입체 이미지를 다수의 복셀들로 이산화하고, 상기 복셀들을 최고부터 최저까지의 복셀들의 상기 밝기를 순위화하여 다수의 그룹들로 분류하는 단계; 각 그룹 내의 각 복셀에 대해, 각 포인트 광원들에 의해 송출된 광파장들이 상기 복셀에 도달할 때 동일 위상이 되도록 상기 복셀의 상기 포인트 광원에 대한 거리에 따라 포인트 광원의 위상 변조량을 산출하는 단계; 각 복셀을 생성하기 위해 필요한 각 포인트 광원의 복합 진폭 변조량을 추적하는 단계, 각 포인트 광원의 진폭 변조기 및 위상 변조기를 구동하는 단계, 및 보강 간섭에 기반하여 복셀들의 각 그룹을 생성하는 단계. 상기 이미징 장치는 간섭광 광원 (1), 평면 광도파관 회로 (2), 전방 전도성 글래스 패널 (3) 및 후방 구동 회로 (4)를 포함한다. 상기 장치는 컴퓨터 및 텔레비전 삼차원 디스플레이, 삼차원 인간-기계 상호작용분야, 로보틱 비전 등과 같은 분야에 광범위하게 사용될 수 있다.A three-dimensional display method and apparatus using a planar light waveguide circuit are disclosed. The three-dimensional display method includes the steps of: converting interference light emitted by an interference light source into a two-dimensional array of point light sources, wherein the positions of the point light sources in the two-dimensional point light source array are randomly distributed Feature; Discretizing a stereoscopic image into a plurality of voxels, ranking the brightness of voxels from highest to lowest voxels into a plurality of groups; Calculating, for each voxel in each group, a phase modulation amount of the point light source according to a distance to the point light source of the voxel so that light wavelengths emitted by the point light sources reach the voxel when they reach the voxel; Tracking the complex amplitude modulation amount of each point light source needed to generate each voxel, driving an amplitude modulator and a phase modulator of each point light source, and generating each group of voxels based on constructive interference. The imaging device includes an interference light source 1, a planar light waveguide circuit 2, a front conductive glass panel 3, and a rear drive circuit 4. The device can be used extensively in fields such as computer and television three-dimensional displays, three-dimensional human-machine interaction fields, robotic vision, and the like.
Description
본 발명은 삼차원 디스플레이 분야에 대한 것이고, 특히 평면 광도파관 회로를 채택하는 삼차원 디스플레이 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to the field of three-dimensional displays, and more particularly to a three-dimensional display method and apparatus employing planar light waveguide circuits.
삼차원 디스플레이 기술들은 수도(pseudo) 삼차원 디스플레이 기술들 및 리얼 삼차원 디스플레이 기술들로 분류될 수 있다. 상기 수도 패럴랙스(parallax)에 기반한 입체 디스플레이 기술과 같은 삼차원 디스플레이 기술들에 의해, 상이한 시야각들에서 찍힌 두 개의 사진들을 관람자의 왼쪽 및 오른쪽 눈들에 각기 제공함으로써 상기 관람자에게 제시되는데, 이는 장기간 시청 후에는 상기 관람자에게 피로감을 줄 수 있다. 상기 리얼 삼차원 디스플레이 기술에서, 리얼 삼차원 이미지는 특수한 안경을 착용할 필요 없이 관람할 수 있도록 공간 상에 형성되어 관람을 더욱 편하고 자연스럽게 만든다.Three-dimensional display technologies can be classified into pseudo three-dimensional display technologies and real three-dimensional display technologies. By three-dimensional display technologies such as the stereoscopic display technique based on the water parallax, two pictures taken at different viewing angles are presented to the spectator by respectively providing them to the left and right eyes of the spectator, May give fatigue to the viewer. In the real three-dimensional display technology, a real three-dimensional image is formed in a space so as to be viewable without wearing special glasses, making viewing more comfortable and natural.
상기 리얼 삼차원 디스플레이 기술은 집적영상기술(integral imaging technique) 및 체적형 디스플레이 기술 (volumetric display technique)과 같은 비간섭 (incoherent) 방법에 의해 실행될 수 있고, 또한 홀로그래픽 기술과 같은 간섭 (coherent) 방법에 의해 실행될 수 있다. 상기 비간섭 방법 및 상기 간섭 방법 사이의 가장 중요한 차이점은 다음과 같다: 상기 비간섭 방법은 비간섭광 광원이 사용되기 때문에 광-파장의 위상 정보를 활용할 수 없고; 반면에, 상기 간섭 방법은 간섭광 광원이 사용되기 때문에 광-파장의 위상 정보를 완전하게 사용할 수 있다. 광-파장의 상기 위상은 객체의 형상 및 위치에 대한 정보를 제공할 수 있다. 상기 비간섭 방법에서, 광-파장의 상기 위상 정보의 부족으로 인해, 삼차원 공간 상에서 삼차원 이미지를 생성하기 위해 추가적이고 때로는 복잡한 기계적 스캐닝 장치 또는 광학 장치가 필요하다. 게다가, 상기 비간섭 방법은 그에 따르는 기하학적 광학의 이미징 원리에서의 한계에 의하여 제한된 필드의 깊이에 걸쳐 허용가능한 해상도들 만을 제공할 수 있다. 상기 간섭 방법에서, 광-파장의 위상에 의해 전달되는 형상 정보 및 위치 정보가 완전히 활용될 수 있어 단순한 구조가 달성될 수 있다. 나아가, 파동 광학 (wave optics)의 이미징 원리에 의해 필드의 대형 깊이에 걸쳐 고해상도가 제공될 수 있다. 예컨데, 광학 렌즈 또는 기계적 스캐닝 장치의 필요없이 단순한 홀로그래픽 기판으로 공간 상에 삼차원 이미지를 형성하기에 충분하다. 그러나, 대형 객체에 있어서, 상기 홀로그래픽 간섭 무늬는 마이크로미터 이하의 단위로서 평면 패널 스크린의 픽셀 사이즈 보다 훨씬 작다. 게다가, 홀로그래피에서 생성된 매스 데이터는 실시간 디지털 수집, 처리, 저장, 전송 및 디스플레이에 큰 어려움들을 초래한다.The real three-dimensional display technology can be implemented by an incoherent method such as an integral imaging technique and a volumetric display technique, and also by a coherent method such as a holographic technique Lt; / RTI > The most important differences between the non-interfering method and the interfering method are as follows: the non-interfering method can not utilize the phase information of the light-wavelength because a non-interfering light source is used; On the other hand, since the interference method uses an interference light source, the phase information of the light-wavelength can be completely used. The phase of the light-wavelength may provide information about the shape and location of the object. In the non-interfering method, due to the lack of the phase information of the light-wavelength, additional and sometimes complex mechanical scanning devices or optical devices are required to produce a three-dimensional image on the three-dimensional space. In addition, the non-interferometric method can provide only acceptable resolutions over the depth of the field limited by the limitations in the imaging principle of the geometrical optics accordingly. In this interference method, the shape information and the positional information transmitted by the phase of the light-wavelength can be fully utilized, so that a simple structure can be achieved. Furthermore, high resolution can be provided over a large depth of field by the imaging principle of wave optics. For example, it is sufficient to form a three-dimensional image in space with a simple holographic substrate without the need for an optical lens or a mechanical scanning device. However, for large objects, the holographic interference fringes are much smaller than the pixel size of the flat panel screen as sub-micrometer units. In addition, the mass data generated in holography has great difficulties in real-time digital acquisition, processing, storage, transmission and display.
본 발명의 발명자는 중국 특허 번호 제200810046861.8호 "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE"에서 삼차원 디스플레이를 위한 신규한 간섭 방법을 제안하였다. 상기 특허의 주요 개념은 포인트 광원들의 이차원 어레이를 생성하는 것이다. 상기 포인트 광원들로부터 송출된 구면파 (spherical waves)들은 상호 간에 교차 및 중첩되고, 보강 간섭에 의하여 공간에 광 스폿을 형성하는데, 이는 복셀(voxel) (볼륨 요소 (volume element)의 줄임말로서 이차원 (2D) 디스플레이 상에서의 픽셀에 해당함)로 지칭된다. 이 때, 불연속 삼차원 이미지가 다수의 복셀들에 의해 형성될 수 있다. 생동감 있는 삼차원 디스플레이를 실행하기 위해, 포인트 광원들의 상기 이차원 어레이의 포인트 광원들 각각의 진폭들 및 위상들이 실시간 방식에 의해 독립적으로 변조될 필요가 있다.The inventors of the present invention have proposed a novel interference method for three-dimensional display in Chinese Patent No. 200810046861.8 "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE ". The key concept of the patent is to create a two-dimensional array of point light sources. The spherical waves emitted from the point light sources intersect and overlap with each other and form a light spot in space by constructive interference. This is a voxel (a volume element) ) ≪ / RTI > display). At this time, the discontinuous three-dimensional image can be formed by a plurality of voxels. In order to implement a lively three-dimensional display, the amplitudes and phases of each of the point light sources of the two-dimensional array of point light sources need to be modulated independently by the real-time method.
나아가, 고차의 회절 (diffraction)으로 인한 다중 이미징 현상을 억제하기 위해, 상기 포인트 광원들의 위치들은 랜덤하게 배치되어야 한다. 상기 삼차원 디스플레이 원칙에 기반하여, 복셀 각각의 위치 및 밝기가 알려지면 포인트 광원 각각의 진폭 변조량 및 위상 변조량이 결정될 수 있다. 포인트 광원 각각의 상기 진폭 및 위상은 변조되어, 상기 포인트 광원들에 의해 발산된 구면파들은 상기 공간의 기설정된 위치에 도달할 때 동일 위상이다. 이와 같은 방법으로, 상기 보강 간섭의 결과로 상기 기설정된 위치에 복셀이 형성될 수 있고, 이어서 불연속 삼차원 이미지가 다수의 복셀들에 의해 형성될 수 있다. 이차원 디스플레이와 비교할 때, 추가적인 깊이 정보를 알 수 있다면 약 30%의 정보 증가량으로 삼차원 이미지가 형성될 수 있는 것을 의미하고, 이에 따라 실시간으로 삼차원 데이터의 저장, 전송 및 디스플레이를 현저하게 원활히 할 수 있다. 상기 특허는 또한 상이한 종류의 액정 디스플레이 패널들을 통해 포인트 광원들의 이차원 어레이를 생성하는 장치를 개시한다. 그러나, 액정 분자들에 의해 상기 액정 물질이 진폭 및 위상을 변조하면서, 상기 반응 시간은 일반적으로 밀리 세컨드의 단위이다.Furthermore, in order to suppress multiple imaging phenomena due to high order diffraction, the positions of the point light sources must be arranged at random. Based on the three-dimensional display principle, when the position and brightness of each of the voxels are known, the amplitude modulation amount and the phase modulation amount of each of the point light sources can be determined. The amplitude and phase of each point light source are modulated such that the spherical waves emitted by the point light sources are in phase when they reach a predetermined position in the space. In this way, the voxel can be formed at the predetermined position as a result of the constructive interference, and then the discontinuous three-dimensional image can be formed by a plurality of voxels. As compared with the two-dimensional display, if the additional depth information is known, it means that a three-dimensional image can be formed with an information increase of about 30%, so that the storage, transmission and display of three- . The patent also discloses an apparatus for generating a two-dimensional array of point light sources through different types of liquid crystal display panels. However, while the amplitude and phase of the liquid crystal material are modulated by liquid crystal molecules, the reaction time is generally a unit of milliseconds.
도1은 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한다;
도2는 나선형 레이아웃에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도3은 Z-형 레이아웃에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도4는 Y-스플리터에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도5는 스타 커플러에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도6은 공명 링 커플러에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도7은 디렉셔널 커플러에 의한 메인 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도8은 디렉셔널 커플러에 의한 브랜치 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도9는 공명 링 커플러에 의한 브랜치 광도파관 유닛을 개략적으로 도시한다;
도10은 마이크로-미러가 있는 수직 디플렉터의 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도11은 표면 격자가 있는 수직 디플렉터의 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도12는 전방 패널 상의 마이크로-포어들의 분포를 개략적으로 도시한다; 및
도13은 본 발명에 마이크로렌즈 어레이가 채택된 구성을 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically shows the configuration of the present invention;
Fig. 2 schematically shows a main optical waveguide unit by a helical layout; Fig.
Fig. 3 schematically shows a main optical waveguide unit by a Z-type layout;
Figure 4 schematically shows a main optical waveguide unit by a Y-splitter;
5 schematically shows a main optical waveguide unit by a star coupler;
Figure 6 schematically shows a main optical waveguide unit by a resonant ring coupler;
7 schematically shows a main optical waveguide unit by a directional coupler;
8 schematically shows a branch optical waveguide unit by a directional coupler;
Figure 9 schematically shows a branch light waveguide unit by a resonant ring coupler;
10 schematically shows a cross-sectional view of an embodiment of a vertical deflector with a micro-mirror;
Figure 11 schematically shows a cross-sectional view of an embodiment of a vertical deflector with a surface grating;
Figure 12 schematically shows the distribution of micro-pores on the front panel; And
13 schematically shows a configuration in which a microlens array is adopted in the present invention.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 평면 광도파관 회로를 채택하는 삼차원 디스플레이 방법 및 장치를 제공하는데 있으며, 이는 이미지의 높은 재생률 (fresh rate) 및 안정적 스크린을 제공할 수 있다.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional display method and apparatus employing a planar light waveguide circuit, which can provide a high refresh rate of an image and a stable screen.
본 발명의 목적은 하기와 같이 실행될 수 있다.The object of the present invention can be implemented as follows.
하기에서 삼차원 디스플레이 방법이 상세하게 기술된다. 상기 방법은 하기의 12개 단계들을 포함한다:The three-dimensional display method will be described in detail below. The method includes the following 12 steps:
A. 간섭광 광원에 의해 송출된 간섭광을 포인트 광원들의 이차원 어레이로 전환하기 위한 평면 광도파관 회로를 설계 및 제조하는 단계이되, 포인트 광원들의 상기 이차원 어레이 내의 각 포인트 광원의 위치는 랜덤하게 배치되는 것을 특징으로 하고; p번째 포인트 광원의 위치는 r p 로 표시되고, 각 포인트 광원의 진폭 및 위상을 독립적으로 변조하기 위해 각 포인트 광원을 위한 상기 평면 광도파관 회로 내의 진폭 변조기 및 위상 변조기를 설계하는 단계(단계 A);A. designing and fabricating a planar lightwave circuit for converting interfering light emitted by an interference light source into a two-dimensional array of point light sources, wherein the position of each point light source in the two-dimensional array of point light sources is randomly arranged ≪ / RTI > The position of the p-th point light source is designated r p , and the step of designing the amplitude modulator and the phase modulator in the planar light waveguide circuit for each point light source (Step A) to independently modulate the amplitude and phase of each point light source, ;
B. 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기에 구동 전압이 인가되지 않을 때, 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원의 초기 진폭 A p -0 및 초기 위상 Φ p -0 을 측정 및 기록하는 단계(단계 B);B. measuring and recording the initial amplitude A p -0 and initial phase ? P -0 of each point light source generated in step A when no drive voltage is applied to each amplitude modulator and each phase modulator );
C. 표시되는 삼차원 이미지를 다수의 복셀(voxel)들로 이산화하고, 각 복셀의 위치 및 밝기를 획득하고, 각 복셀의 상기 밝기의 제곱근을 상기 복셀의 진폭 A υ 으로 설정하고, 및 모든 상기 복셀들을 최고부터 최저까지의 복셀들의 상기 밝기를 순위화하여 Q개의 그룹들로 분류하는 단계(단계 C);C. discretizing the displayed three-dimensional image into a plurality of voxels, obtaining the position and brightness of each voxel, setting the square root of the brightness of each voxel to the amplitude A v of the voxel, (C) ranking the brightness of the voxels from highest to lowest to Q groups;
D. 상기 단계C에서 획득된 하나의 복셀들의 그룹을 선택하는 단계(단계 D);D. selecting a group of one voxels obtained in step C (step D);
E. 상기 단계 D에서 선택된 상기 복셀들의 그룹 내의 각 복셀에 대해, 상기 복셀의 최종 위치 r υ 및 최종 위상 Φ υ 을 획득하기 위해 상기 복셀의 상기 위치에 랜덤 오프셋을 추가하고 상기 복셀에 랜덤 위상을 할당하는 단계이되, 여기서 상기 랜덤 오프셋은 상기 랜덤 오프셋을 적용하기 전에 획득된 인접한 복셀들 간의 평균 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 단계(단계 E);E. For each voxel in the group of voxels selected in step D, the final position r v And to obtain the final phase Φ υ add a random offset to the position of the voxel, and the average being dangyeyi assigning a random phase to the voxel, in which the random offset between adjacent voxels acquired before applying the random offset (Step E);
F. 상기 단계E 에서 획득된 상기 복셀들로부터 하나의 복셀 υ를 선택하는 단계(단계 F);F. From the voxels obtained in step E, one voxel (step F);
G. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 광원뿔 (light cone)이 단계 F에서 선택된 상기 복셀 υ를 포함하는 조건 하에서, 상기 포인트 광원 p 및 상기 복셀 υ 사이의 거리 |r p -r υ| 을 산출하고, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 빛이 상기 복셀 υ에 도달할 때 단계 E에서 설정된 상기 위상 Φ υ 와 같은 위상을 갖는 방식으로 상기 포인트 광원 p에 대한 위상 변조량을 결정하고, 상기 포인트 광원 p에 대한 진폭 변조량을 상기 거리 |r p -r υ| 및 상기 복셀 υ의 상기 위상 A υ 의 곱에 비례하도록 설정하고, 및 상기 진폭 변조량 및 상기 위상 변조량을 합하여 복합 진폭 변조량으로 결합하는 단계이되, G. For each point light source p generated in step A, under the condition that the light cone emitted by the point light source p comprises the voxel v selected in step F, the point light source p and the voxel distance between υ | r p - r υ | And determines a phase modulation amount for the point light source p in such a manner as to have a phase same as the phase [ phi] v set in step E when the light emitted by the point light source p reaches the voxel v, The amplitude modulation amount for the point light source p is set to the distance | r p - r υ | And the phase A v of the voxel v, and combining the amplitude modulation amount and the phase modulation amount to a complex amplitude modulation amount,
상기 포인트 광원들의 이차원 어레이의 전방에 상기 복셀 υ가 있고, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같은 것을 특징으로 하고The complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to generate the voxel v is characterized by the following equation
(여기서, 식 (1) 의 P 는 상기 복셀 υ를 생성하는데 포함된 포인트 광원들의 전체 숫자이다),(Where P in equation (1) is the total number of point light sources involved in generating the voxel v)
포인트 광원들의 상기 이차원 어레이의 뒤에 상기 복셀 υ가 있다는 조건 하에, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 단계(단계 G))(Step G), characterized in that the complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to produce the voxel v is such that, under the condition that the voxel v is behind the two-dimensional array of point light sources,
H. 상기 단계 D에서 선택된 복셀들의 그룹 내의 모든 복셀들에 대해서, 단계F 내지 단계G를 반복하는 단계;H. Repeating steps F through G for all the voxels in the group of voxels selected in step D above;
I. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 복합 진폭 중첩 원리에 기반하여, V 복셀들 전체를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p 에 인가된 전체 복합 진폭 변조량 A p 를 획득하기 위해 각 복셀 υ 를 생성하기 위해 단계 D 내지 단계 H에서 획득된 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량 A p -υ 의 합을 다음과 같이 구하는 단계(단계 I)I. For each point light source p generated in step A above, based on the complex amplitude superposition principle, the total composite amplitude modulation amount applied to the point light source p to generate the entire V voxels A p of the complex amplitude modulation applied to the light source point p is obtained in step D to step H to produce a υ each voxel to obtain the amount A p -υ the sum calculating as follows: (Step I)
J. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 단계 I에서 결정된 전체 진폭 변조량 A p 를 단계 B에서 결정된 상기 포인트 광원의 상기 초기 진폭 A p - 0 로 나누기를 하여, 각 포인트 광원에 대한 최종 변조량 A p -F = A p / A p -0 을 획득하고; 포인트 광원 p에 대한 최종 위상 변조량을 획득하기 위해, 단계 I에서 결정된 전체 위상 변조량 Φ p 로부터 단계 B에서 결정된 각 포인트 광원 p의 상기 초기 위상 Φ p -0 및 상기 최종 진폭 변조량 A p-F 을 생성하는데 있어서 각 포인트 광원 p의 상기 진폭 변조기에 의해 유발된 추가적이 위상 차이 Φp-A를 다음과 같이 뺄셈하는 단계(단계 J)J. For each point light source p generated in step A, the total amplitude modulation amount A p determined in step I is divided by the initial amplitude A p - 0 of the point light source determined in step B, The final modulation amount A p -F = A p / A p -0 ; In order to obtain an end point of the phase-modulated light amount p, the total phase modulation amount of each of the point light source p determined in step B from the initial phase Φ Φ p p -0 and the final amplitude modulation amount determined in step A pF I Subtracting an additional phase difference? PA caused by the amplitude modulator of each point light source p in generating (step J)
Φ p-F = Φ p - Φ p-0 - Φ p-A ; Φ pF = Φ p - Φ p-0 - Φ pA ;
K. 인가된 상기 진폭 변조 최종값 및 상기 위상 변조 최종값으로 각 포인트 광원을 변조시키기 위해, 단계 J에서 정해진 각 포인트 광원에 대한 상기 진폭 변조 최종값 A p -F 및 상기 위상 변조 최종값 Φ p -F 에 기반하여 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기를 구동하는 단계(단계 K); 및K. In order to modulate each point light source with the applied amplitude modulation final value and the phase modulation final value, the amplitude modulation final value A p -F and the phase modulation final value ? P Driving each amplitude modulator and each phase modulator based on -F (step K); And
L. 단계 C에서 획득된 복셀들의 Q 그룹들 모두에 대해서, 단계D 내지 단계K를 반복하는 단계(단계 L).L. Repeat step D through step K for all Q groups of voxels obtained in step C (step L).
상기 삼차원 디스플레이 방법을 실행하기 위한 평면 광도파관 회로를 채택하는 삼차원 디스플레이 장치는 간섭광 광원, 평면 광도파관 회로, 전방 전도성 글래스 패널 및 후방 구동 회로를 포함하고, 여기서 상기 전방 전도성 글래스 패널 및 상기 후방 구동 회로는 상기 평면 광도파관 회로의 양 측면들을 각기 덮고, 상기 평면 광도파관 회로는 메인 광도파관 유닛 및 N 브랜치 광도파관 유닛들을 포함하고, 상기 메인 광도파관 유닛은 상기 간섭광 광원에 의해 송출된 빛을 수신하고, 상기 N 브랜치 광도파관 유닛들은 상기 메인 광도파관 유닛을 따라 분배된다.A three-dimensional display device employing a planar light waveguide circuit for performing the three-dimensional display method includes an interference light source, a planar light waveguide circuit, a front conductive glass panel, and a rear driving circuit, wherein the front conductive glass panel and the rear driving Wherein the planar optical waveguide circuit comprises a main optical waveguide unit and N branch optical waveguide units, the main optical waveguide unit being arranged to receive light transmitted by the interference optical source And the N branch optical waveguide units are distributed along the main optical waveguide unit.
각 브랜치 광도파관 유닛은 직렬로 연결된 커플러, 진폭 변조기, 위상 변조기 및 수직 디플렉터를 포함하고, 상기 커플러는 상기 메인 광도파관 유닛으로 부터의 빛의 일부를 연결하고, 상기 브랜치 광도파관 유닛 내로 연결된 상기 빛의 진폭 및 위상이 상기 후방 구동 회로 에 의해 구동되는 상기 진폭 변조기 및 상기 위상 변조기에 의해 변조되고, 이후 상기 수직 디플렉터로 이를 전송하고, 상기 수직 디플렉터는 상기 빛을 편향시켜 상기 평면 광도파관 회로의 밖으로 수직으로 이를 송출하도록 하여 포인트 광원을 생성하도록 하는데, 여기서 상기 수직 디플렉터의 위치는 상기 생성된 포인트 광원의 상기 위치가 랜덤하게 배치되는 방식으로 설정된다.Wherein each branch optical waveguide unit comprises a series connected coupler, an amplitude modulator, a phase modulator and a vertical deflector, the coupler coupling a portion of the light from the main optical waveguide unit, Is modulated by the amplitude modulator and the phase modulator driven by the rear drive circuit and is then transmitted to the vertical deflector, the vertical deflector deflects the light to the outside of the planar light waveguide circuit Vertically to generate a point light source, wherein the position of the vertical deflector is set in such a manner that the position of the generated point light source is randomly arranged.
상기 커플러는 디렉셔널 커플러 또는 공명 링 커플러이다.The coupler is a directional coupler or a resonant ring coupler.
상기 위상 변조기는 전자-광학 물질로 된 단일 모드 광도파관으로서, 상기 전자-광학 물질의 굴절률은 빛의 위상을 변화시키기 위한 상기 후방 구동 회로에 의해 변화된다.Wherein the phase modulator is a single mode optical waveguide of an electro-optic material, the refractive index of the electro-optic material being varied by the back-drive circuit for varying the phase of the light.
상기 수직 디플렉터는 제1 유형의 수직 디플렉터 또는 제2 유형의 수직 디플렉터고, 상기 제1유형의 수직 디플렉터는 마이크로-미러를 포함하고, 상기 마이크로 미러의 반사면과 상기 평면 광도파관 회로 사이에 45도의 각도가 형성된다.Wherein the vertical deflector is a first type of vertical deflector or a second type vertical deflector, the first type of vertical deflector comprises a micro-mirror, and a 45-degree angle between the reflective surface of the micromirror and the planar light waveguide circuit An angle is formed.
동일 출원인이 보유하는 중국 특허 "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE" 에 기반하여, 본 발명은 평면 광도파관 회로에 의해 포인트 광원들의 이차원 어레이를 구성하는 과제를 해결하고, 포인트 광원 각각의 진폭 및 위상을 독립적으로 변조하는 과제를 해결한다.On the basis of the Chinese patent "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE" owned by the same applicant, the present invention solves the problem of constructing a two-dimensional array of point light sources by a planar light waveguide circuit, And phase independently of each other.
본 발명에서, 상기 평면 광도파관 회로는 메인 광도파관 회로 유닛 및 브랜치 광도파관 회로 유닛들을 포함한다. 상기 메인 광도파관 회로 유닛은 간섭광 광원에 의해 발산된 빛을 전송하고, 이어서 상기 메인 광도파관 회로 유닛의 두 개의 면들에 분배된 다수의 상기 브랜치 광도파관 회로 유닛들은 상기 메인 광도파관 유닛으로부터 상기 빛을 연결한다. 브랜치 광도파관 유닛 각각은 하나의 포인트 광원을 생성한다. 그 동안, 전자-광학 물질들로 된 진폭 변조기 및 위상 변조기는 상기 생성된 포인트 광원의 진폭 및 위상을 각각 변조하기 위한 상기 브랜치 광도파관 유닛 내에 구성된다. 알려진 바와 같이, 상기 평면 광도파관 회로에 의해, 대량의 포인트 광원들의 이차원 어레이가 구성될 수 있고, 포인트 광원 각각의 진폭 및 위상은 독립적으로 변조될 수 있다.In the present invention, the planar light waveguide circuit includes a main optical waveguide circuit unit and branch optical waveguide circuit units. The main optical waveguide circuit unit transmits light emitted by the interference light source and then a plurality of branch optical waveguide circuit units distributed to two faces of the main optical waveguide circuit unit are connected to the main light waveguide unit, Lt; / RTI > Each of the branch optical waveguide units generates one point light source. Meanwhile, an amplitude modulator and a phase modulator of the electro-optical materials are configured in the branch optical waveguide unit for modulating the amplitude and phase of the generated point light source, respectively. As is known, the planar light waveguide circuit allows a two-dimensional array of large point light sources to be constructed, and the amplitude and phase of each of the point light sources can be independently modulated.
기존의 기술과 비교하여, 특히 동일 출원인의 중국 특허 "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE"와 비교하여, 본 발명은 하기와 같은 이점들 및 기술적 효과들을 가진다.Compared with the existing technology, in particular the Chinese patent "3D DISPLAY METHOD AND DEVICE BASED ON RANDOM CONSTRUCTIVE INTERFERENCE" of the same applicant, the present invention has the following advantages and technical effects.
1. 빛의 진폭 및 위상을 변조하기 위해 액정 물질을 대신하여 전자-광학 물질이 사용된다. 상기 전자-광학 물질의 반응 시간은 나노 세컨드의 단위이고, 따라서 더 높은 갱신 주기가 가능해지고, 이미지를 빠르게 안정화하는 것이 가능하고, 고속 동영상들에서 유발되는 잔상을 억제하기에 용이하다.1. An electro-optic material is used instead of a liquid crystal material to modulate the amplitude and phase of light. The reaction time of the electro-optic material is a unit of nanoseconds, thus enabling a higher update period, allowing the image to be stabilized quickly, and being easy to suppress the afterimage caused in high speed moving images.
2. 발광 광학 시스템은 상기 평면 광도파관 회로를 채택하여 단순화되고, 전체적인 디스플레이를 가볍고, 슬림하고, 안정적으로 만든다.2. The light emitting optical system is simplified by adopting the planar light waveguide circuit, and makes the overall display light, slim, and stable.
3. 액정 스크린과 비교하여, 평면 광도파관 회로를 통해 빛이 전송되므로 전방 투명 패널 및 후방 투명 패널을 사용할 필요가 없고, 대신에 상기 전방 패널에 일부 마이크로-포어들만이 생성될 필요가 있으며; 특히 투명 유리 기판 대신에 플라스틱과 같은 적합한 물질로 된 기판에 상기 후방 패널의 상기 구동 회로가 설치될 수 있어 상기 구동 회로의 반응 속도 및 정확도를 증가시킨다.3. Compared to a liquid crystal screen, there is no need to use a front transparent panel and a rear transparent panel because light is transmitted through a planar light waveguide circuit, and instead only some micro-pores need to be created on the front panel; In particular, the driving circuit of the rear panel can be installed on a substrate made of a suitable material such as plastic instead of a transparent glass substrate, thereby increasing the reaction speed and accuracy of the driving circuit.
본 발명은 특히 컴퓨터 스크린, 텔레비전 스크린, 지능형 인간-기계 상호작용, 로봇 비전 등과 같은 분야에 응용가능하고, 교육, 과학기술 연구, 엔터테인먼트, 광고 및 기타 분야들에 널리 활용될 수 있다.The present invention is particularly applicable to fields such as computer screens, television screens, intelligent human-machine interaction, robot vision, and the like, and can be widely applied to education, science and technology research, entertainment, advertisement and other fields.
본 발명은 상기 도면들과 연계되어 이하에서 상세하게 기술된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in detail below in conjunction with the above figures.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 삼차원 디스플레이 스크린은 간섭광 광원 (1), 평면 광도파관 회로 (2), 전방 전도성 글래스 패널 (3) 및 후방 구동 회로 (4)를 포함한다. 상기 전방 전도성 글래스 패널 (3) 및 상기 후방 구동 회로 (4)는 상기 평면 광도파관 회로 (2)의 양 측면들을 각각 덮는다. 도2 내지 도7을 추가적으로 참조하면, 상기 평면 광도파관 회로 (2)는 메인 광도파관 유닛 (6) 및 브랜치 광도파관 유닛들 (7)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a three-dimensional display screen according to the present invention includes an interference
상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 직렬 레이아웃 또는 병렬 레이아웃을 가질 수 있다.The main
상기 직렬 레이아웃을 가지는 상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 하나 또는 세 개의 광도파관들을 포함할 수 있고, 상기 하나 또는 세 개의 광도파관들은 Z-형 레이아웃 또는 나선형 레이아웃으로 상기 평면 광도파관 회로 (2) 전체를 균일하게 덮는다.The main
도2를 참조하면, 하나의 광도파관은 나선형 레이아웃으로 상기 평면 광도파관 회로 (2) 전체를 균일하게 덮는다. 삼차원 컬러 디스플레이를 실현하기 위해서, 각기 λ1, λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 빛들이 하단 좌측으로부터 차례로 동일한 광도파관으로 입력되고, 순차적으로 삼차원 이미지의 각 색상 성분들을 디스플레이 할 수 있다.Referring to FIG. 2, one optical waveguide uniformly covers the entire planar
도3을 참조하면, 세 개의 병렬 광도파관들은 Z-형 레이아웃으로 상기 전체 스크린을 균일하게 덮는다. 삼차원 컬러 디스플레이를 실현하기 위해서, 각기 λ1, λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 빛들이 상단 좌측으로부터 세 개의 광도파관들로 입력된다. 하나의 도파관이 하나의 원색을 전송하므로, 삼차원 이미지의 색상 성분들은 동시에 디스플레이 될 수 있다.Referring to Figure 3, three parallel optical waveguides uniformly cover the entire screen in a Z-shaped layout. In order to realize a three-dimensional color display, the three primary colors of light having wavelengths of
상기 직렬 레이아웃은 구조상 단순하지만, 상기 광도파관의 전체 길이는 조금 지나치게 길 수 있어, 전송 손실을 대량 초래한다. 따라서, 대형 삼차원 디스플레이 스크린을 제조할 때, 상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 매우 낮은 전송 손실을 갖는 광도파관 재료로 만들어져야 하고, 예컨데 석영 유리(quartz glass) 광도파관이 있다.Although the serial layout is simple in structure, the overall length of the optical waveguide can be a little too long, resulting in a large transmission loss. Therefore, when manufacturing a large three-dimensional display screen, the main
상기 병렬 레이아웃에 있어서, 상기 전체 스크린은 병렬 광도파관 어레이에 의해 덮인다. 핵심은 어떻게 상기 빛을 상기 병렬 광도파관 어레이의 각 병렬 광도파관 내로 연결하는지에 있다. 일반적으로, 상기 빛을 상기 병렬 광도파관 어레이의 각 병렬 광도파관 내로 연결하기 위해서 Y-스플리터, 스타 커플러, 디렉셔널 커플러, 공명링 커플러, 격자, 또는 다중모드 간섭계 (interferometer)가 사용될 수 있다. 상기 Y-스플리터 및 상기 스타 커플러는 파장으로부터 독립적인 반면, 상기 디렉셔널 커플러, 상기 공명링 커플러, 상기 격자, 및 상기 다중모드 간섭계는 파장에 의존적이다. 파장에 의존적인 커플러에 있어서, 상이한 파장들을 위해서 상이한 구조적 파라미터들이 설계될 필요가 있다. 상기 병렬 레이아웃은 상기 광도파관의 총 길이가 상대적으로 짧은 이점을 갖고, 따라서 예컨데 폴리머와 같은 상대적으로 낮은 전송 손실을 갖는 광도파관 물질로 만들어질 수 있다.In the parallel layout, the entire screen is covered by a parallel optical waveguide array. The key is how to connect the light into each parallel optical waveguide of the parallel optical waveguide array. In general, a Y-splitter, a star coupler, a directional coupler, a resonant ring coupler, a grating, or a multi-mode interferometer may be used to connect the light into each parallel optical waveguide of the parallel optical waveguide array. The Y-splitter and the star coupler are independent of the wavelength, while the directional coupler, the resonant ring coupler, the grating, and the multimode interferometer are wavelength dependent. For wavelength-dependent couplers, different structural parameters need to be designed for different wavelengths. The parallel layout has the advantage that the total length of the optical waveguide is relatively short, and thus can be made of an optical waveguide material having a relatively low transmission loss, for example, a polymer.
상기 병렬 레이아웃을 갖는 상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 병렬 광도파관 어레이 및 Y-스플리터 (8) 또는 스타 커플러 (9)를 포함할 수 있다. 상기 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출된 빛은 상기 Y-스플리터 (8) 또는 상기 스타 커플러 (9)를 통과한 후 상기 병렬 광도파관 어레이 내에서 각 광도파관 내로 균일하게 분배된다.The main
도4를 참조하면, 상기 병렬 레이아웃을 갖는 메인 광도파관 유닛 (6)은 Y-스플리터 (8) 및 8 수평 광도파관들을 포함하는 병렬 광도파관 어레이를 포함할 수 있다. 상기 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 Y-스플리터 (8)는 일-대-이 Y-스플리터고, 총 일곱개의 일-대-이 Y-스플리터들이 사용된다. 상기 간섭광 광원에 의해 송출되고 각기 λ1, λ2 및 λ3 파장을 갖는 삼원색의 빛들은 왼쪽으로부터 차례로 상기 일-대-이 Y-스플리터를 통과한 후 상기 8개의 수평 광도파관들로 균일하게 분배되어, 삼차원 이미지의 색상 성분들을 순차적으로 도시하도록 한다. 상기 메인 광도파관 유닛 (6)이 1024개의 수평 광도파관들을 포함하는 경우에, 일-대-이 Y-스플리터들의 열 개의 단계들이 요구된다. 실제적으로, 상기 Y-스플리터들의 단계들의 수를 줄이기 위해 일-대-사 Y-스플리터들, 일-대-팔 Y-스플리터 등이 또한 사용될 수 있고, 따라서 전체 Y-스플리터들에 의해 점유되는 추가적인 영역들을 줄이도록 한다.Referring to FIG. 4, the main
도5를 참조하면, 상기 병렬 레이아웃을 갖는 메인 광도파관 유닛 (6)은 스타 커플러 (9) 및 8개의 수평 광도파관들을 갖는 병렬 광도파관 어레이를 포함할 수 있다. 상기 스타 커플러 (9)는 3-대-8 스타 커플러이다. 상기 간섭광 광원에 의해 송출되고 각기 λ1, λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 빛들이 좌측으로부터 차례로 상기 삼-대-팔 스타 커플러를 통과한 후 상기 9개의 수평 광도파관들 내로 균일하게 분배되어, 순차적으로 삼차원 이미지의 각 컬러 성분들을 디스플레이 할 수 있다. 상기 메인 광도파관 유닛 (6)이 예컨데 1024 개의 수평 광도파관들과 같이 다수의 수평 광도파관들을 포함한다면, 다수의 단계의 스타 커플러들이 요구될 수 있다. 도5에서, 상기 3개의 입력 도파관들 중 상기 삼-대-팔 스타 커플러 (9)의 좌측에 위치하는 가운데 하나만이 사용될 수 있다. 대안적으로, 모든 세 개의 입력 도파관들이 제거될 수 있다. 상기의 경우에, 상기 간섭광 광원으로부터 나오는 상기 빛은 상기 3개의 입력 도파관들 중 상기 가운데 하나가 위치되는 곳에 직접적으로 입력되어 단일 광도파관으로 너무 많은 광에너지가 전송되지 않도록 한다.Referring to FIG. 5, the main
도6을 참조하면, 상기 병렬 레이아웃을 갖는 메인 광도파관 유닛 (6)은 병렬 광도파관 어레이 및 상기 병렬 광도파관 어레이에 수직인 직선 광도파관을 포함할 수 있다. 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 각 광도파관은 하나의 공명 링 (10)을 통해 상기 직선 광도파관에 연결된다. 상기 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 직선 광도파관은 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출된 삼원색의 빛들을 수신한다. 각 공명 링 (10)의 구조적 파라미터들은 상기 직선 광도파관 내에서 전송된 삼원색의 상기 빛들이 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 상이한 광 도파관들 내로 순차적으로 연결되는 방식으로 설계된다.Referring to FIG. 6, the main
도6에서, 9개의 수직 광도파관들 및 병렬 광도파관 어레이에 수직인 하나의 수평 직선 광도파관을 포함하는 병렬 광도파관 어레이가 사용된다. 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 각 수직 광도파관은 하나의 공명 링 (10)을 통해 상기 수평 직선 광도파관에 연결된다. 상기 수직 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 간섭광 광원에 의해 송출되고 각기 λ1 λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 상기 빛들은 상부 좌측으로부터 동시에 각각 상기 수평 직선 광도파관들 내로 입력된다. 상이한 지름들의 공명 링들 (10)은 상이한 파장 λ1, λ2 및 λ3으로 설계되어, 상기 수평 직선 광도파관 내에 전송되는 삼원색의 상기 빛들이 교대로 상기 9개의 수직 광도파관들 내로 연결되어 삼차원 이미지의 색상 성분들을 동시에 디스플레이하도록 한다. 추가적으로, 하나의 광도파관 내로 너무 많은 광에너지가 전송되는 것을 막기 위해서, 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출되는 상기 빛을 다수의 단일 모드 광도파관들 내로 연결하는데 스타 커플러가 사용될 수 있고, 도6에 도시된 바와 같이 각 단일 모드 광도파관은 광도파관 회로에 연결된다.In Fig. 6, a parallel optical waveguide array is used that includes nine vertical optical waveguides and one horizontal linear optical waveguide perpendicular to the parallel optical waveguide array. Each vertical optical waveguide in the parallel optical waveguide array is connected to the horizontal straight optical waveguide through one
도7을 참조하면, 상기 병렬 레이아웃을 갖는 메인 광도파관 유닛 (6)은 하나의 병렬 광도파관 어레이 및 세 개의 직선 광도파관들을 포함할 수 있다. 상기 병렬 광도파관 어레이 및 상기 세 개의 직선 광도파관들은 상호 간에 수직이며 각기 두 개의 인접한 평면들 상에 구비된다. 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 각 광도파관은 디렉셔널 커플러 (11)를 통해 상기 세 개의 직선 광도파관들 중 하나에 연결된다. 상기 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 세 개의 직선 광도파관들은 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출되는 삼원색의 상기 빛들을 각기 수신한다. 각 디렉셔널 커플러의 구조적 파라미터는 상기 세 개의 직선 광도파관들 내로 각기 전송된 삼원색의 상기 빛들이 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 상이한 광도파관들 내로 순차적으로 연결되는 방식으로 설계된다.Referring to FIG. 7, the main
도7에서. 세 개의 수평 직선 광도파관들 및 9개의 수직 광도파관들을 포함하는 하나의 병렬 광도파관 어레이가 사용된다. 상기 병렬 광도파관 어레이 및 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들은 상호 간에 수직이며 두 개의 인접한 평면들에 각기 구비된다. 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 각 광도파관들은 상기 디렉셔널 커플러 (11)를 통해 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들 중 하나에 교대로 연결된다. 상기 병렬 광도파관 어레이는 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 균일하게 덮는다. 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들은 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출되고 각기 λ1 λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 빛들을 각기 수신한다. 각 디렉셔널 커플러의 구조적 파라미터는 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들 내에서 전송되는 삼원색의 상기 빛들이 상기 병렬 광도파관 어레이 내의 상이한 광도파관들 내로 순차적으로 연결되는 방식으로 설계된다.7. One parallel optical waveguide array comprising three horizontal linear optical waveguides and nine vertical optical waveguides is used. The parallel optical waveguide array and the three horizontal linear optical waveguides are perpendicular to each other and are provided in two adjacent planes. Each of the optical waveguides in the parallel optical waveguide array is alternately connected to one of the three horizontal optical waveguides through the
상기 광도파관이 서로 교차하는 것을 방지하기 위해, 상기 병렬 광도파관 어레이 및 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들은 두 개의 인접한 평면들에 각기 구비된다. 예컨데, 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들은 상기 전방 전도성 글래스 패널 (3) 상에 직접 제조될 수 있는데, 여기서 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들은 점선으로 표시된다. 상기 간섭광 광원 (1)에 의해 송출되고 각기 λ1 λ2 및 λ3의 파장을 갖는 삼원색의 상기 빛들은 상부 좌측으로부터 동시에 각각 상기 세 개의 직선 광도파관들 내로 입력된다. 상기 디렉셔널 커플러들은 상이한 λ1 λ2 및 λ3파장들에 대한 상이한 파라미터들을 갖도록 설계되어, 상기 세 개의 수평 직선 광도파관들 내로 각기 전송된 삼원색의 상기 빛들이 상기 9개의 수직 광도파관들 내로 순차적으로 연결된다. 상기 광도파관들이 두 개의 평면 상에 각기 제조되어야 하므로, 엄격한 배열 작동이 수행되고 추후 조립 중에 상기 두 개의 평면들 사이의 간격이 엄격하게 제어되어야 하므로 제조 및 조립에 어려움이 증대된다.In order to prevent the optical waveguides from crossing each other, the parallel optical waveguide array and the three horizontal optical waveguides are provided in two adjacent planes. For example, the three horizontal linear optical waveguides can be fabricated directly on the front
상기 빛은 상기 전체 스크린의 상이한 영역들로 유도하기 위해, 상기 평면 광도파관 회로 (2)는 다수의 벤드들을 포함한다. 상기 빛을 항상 광도파관의 중심부 내로 제한하기 위한 목적으로, 벤드의 반지름은 상대적으로 커야만 한다. 상기 중심부 및 외장재의 굴절률들 사이의 차이가 더 작도록 하기 위해 상기 벤드의 반지름은 더 커져야 하고, 이는 대형 스크린 및 밀집된 포인트 광원 어레이들의 형성에 부정적 영향을 초래한다. 상기 스크린 크기를 줄이고 밀집된 포인트 광원 어레이를 형성하기 위해, 광결정 (photonic crystal) 광도파관들이 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 설계하는데 채택될 수 있다. 광결정 광도파관들은 또한 상기 평면 광도파관 회로 (2)의 벤드 및 브랜치와 같은 단지 일부의 핵심적인 부분들을 설계하는데만 채택될 수 있다.In order to direct the light to different areas of the entire screen, the planar
각 포인트 광원들의 위치들이 랜덤하게 배치된 포인트 광원 어레이를 형성하기 위해서, 상기 평면 광도파관 회로 (2)는 메인 광도파관 유닛 (6) 및 N개의 브랜치 광도파관 유닛들 (7)을 포함할 수 있다. 상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 상기 간섭광 광원에 의해 송출된 상기 및을 수신한다. 상기 N개의 브랜치 광도파관 유닛들 (7)은 상기 메인 광도파관 유닛 (6)을 따라 분배된다. 각 브랜치 광도파관 유닛 (7)은 직렬로 연결된 커플러, 진폭 변조기, 위상 변조기 및 수직 디플렉터를 포함할 수 있다. 상기 커플러는 상기 메인 광도파관 유닛 (6)으로 부터의 빛의 일부를 연결한다. 상기 진폭 변조기 및 상기 위상 변조기는 상기 후방 구동 회로 (4)에 의해 구동되어 상기 브랜치 광도파관 유닛 (7) 내로 연결된 상기 빛의 진폭 및 위상을 변조하고 상기 수직 디플렉터로 이를 전송한다. 변조 후에 상기 수직 디플렉터는 상기 빛을 편향시켜 상기 평면 광도파관 회로 (2)의 밖으로 수직으로 이를 송출하도록 하여 포인트 광원을 생성하도록 한다. 상기 수직 디플렉터의 위치는 상기 생성된 포인트 광원의 상기 위치가 랜덤하게 배치되는 방식으로 설정된다.The planar
상기 수직 디플렉터는 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형 또는 수직 디플렉터 (22)의 제2 유형일 수 있다.The vertical deflector may be a first type of
도8을 참조하면, 각 브랜치 광도파관 유닛 (7)은 직렬로 연결된 커플러 (12), 진폭 변조기 (13), 위상 변조기 (14) 및 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형을 포함한다. 상기 커플러 (12)는 디렉셔널 커플러이다. 상기 커플러 (12)는 상기 메인 광도파관 유닛 (6)으로 부터의 빛의 일부를 연결한다. 상기 진폭 변조기 (13) 및 상기 위상 변조기 (14)는 상기 후방 구동 회로 (4)에 의해 구동되어 상기 브랜치 광도파관 유닛 (7) 내로 연결된 상기 빛의 상기 진폭 및 위상을 변조하고, 이를 수직 디플렉서 (15)의 제1 유형으로 전송한다. 상기 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형은 변조 후에 상기 빛을 편향하여 상기 평면 광도파관 회로 (2)로부터 수직으로 송출되도록 하여, 포인트 광원을 생성한다.8, each branch
도8에서, 상기 진폭 변조기 (13)는 상호 인접하고 병렬로 연결된 제1 입력 단일 모드 광도파관 (16) 및 제1 출력 단일 모드 광도파관 (17)을 포함한다. 상기 제1 입력 단일 모드 광도파관 (16)의 일부 또는 상기 제1 출력 단일 모드 광도파관 (17)의 일부는 전자-광학 물질로 만들어진다. 도8에서, 하얀색으로 표시된 바와 같이 상기 제1 출력 단일 모드 광도파관은 전자-광학 물질로 만들어진다. 상기 전자-광학 물질의 굴절률은 상기 후방 구동 회로 (4)에 의해 변화하여, 상기 제1 입력 단일 모드 광도파관 및 상기 제1 출력 단일 모드 광도파관 사이의 커플링 계수를 변화시키고, 따라서 상기 제1 출력 단일 모드 광도파관 (17)으로부터 출력되는 빛의 상기 진폭을 변화시킨다.In FIG. 8, the
상기 위상 변조기 (14)는 전자-광학 물질로 만들어진 하나의 단일 모드 광도파관이다 (도8에 흰색으로 표시됨). 상기 전자-광학 물질의 굴절률은 빛의 상기 위상을 변화시키기 위해 상기 후방 구동 회로 (4)에 의해 변화된다. 상기 진폭 변조기 (13)가 진폭 변조를 수행할 때 상기 위상이 또한 변화하므로, 상기 위상 변조기 (14)에 의해 수행되는 위상 변조는 상기 진폭 변조기 (13)가 진폭 변조를 수행하는 동안 유발된 추가적인 위상 변화를 또한 보정해야 한다.The
도9를 참조하면, 상기 브랜치 광도파관 유닛 (7)은 직렬로 연결된 커플러 (19), 진폭 변조기 (20), 위상 변조기 (21) 및 수직 디플렉터 (22)의 제2 유형을 포함할 수 있다. 상기 커플러 (19)는 공명 링 커플러이다.9, the branch
도9에서, 상기 진폭 변조기 (20)는 제2 입력 단일 모드 광도파관 (23), 제2 출력 단일 모드 광도파관 (24) 및 원형 단일 모드 광도파관 (18)을 포함한다. 상기 원형 단일 모드 광도파관 (18)은 상기 제2 입력 단일 모드 광도파관 (23) 및 상기 제2 출력 단일 모드 광도파관 (24) 사이에 배치된다. 상기 원형 단일 모드 광도파관 (18)은 전자-광학 물질로 만들어진다. 상기 제2 입력 단일 모드 광도파관 (23) 내에 전송되는 상기 빛은 상기 원형 단일 모드 광도파관 (18)을 통해 상기 제2 출력 단일 모드 광도파관 (24) 내로 연결된다. 상기 전자-광학 물질의 굴절률은 상기 후방 구동 회로 (4)에 의해 변화하여, 상기 제2 입력 단일 모드 광도파관 (23) 및 상기 제2 출력 단일 모드 광도파관 (24) 사이의 커플링 계수를 변화시키고, 따라서 상기 제2 출력 단일 모드 광도파관 (24)으로부터 출력되는 빛의 상기 진폭을 변화시킨다.In FIG. 9, the
도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 하나의 브랜치 광도파관 유닛 (7)은 진폭 및 위상이 독립적으로 변조될 수 있는 하나의 포인트 광원을 생성할 수 있다. 포인트 광원들의 이차원 어레이를 구성하기 위해서, 상기 메인 광도파관 유닛 (6)을 따라 분배되는 수 만개의 브랜치 광도파관 유닛들 (7)이 필요하다. 도4 내지 도7에서, 상기 브랜치 광도파관 유닛들 (7)의 일부의 분배가 도시되고; 만약 모든 상기 브랜치 광도파관 유닛들 (7)이 도시되면, 상기 전체 평면 광도파관 회로 (2)를 덮을 수 있다.As shown in Figs. 8 and 9, one branch
상기 빛의 위상의 독창성을 보장하기 위해서, 단일 모드 광도파관이 상기 브랜치 광도파관 유닛 (7)을 위해 사용되어야 한다. 상기 단일 모드 광도파관의 중심 지름이 마이크로미터 단위에 불과하므로, 상기 단일 모드 광도파관의 송출 말단은 포인트 광원과 등가이다. 상기 빛의 위상의 단일성을 보장하기 위해서, 단일 모드 광도파관이 상기 메인 광도파관 유닛 (6)을 위해서도 사용되어야 한다. 그러나, 강한 광에너지가 전송이 된다면 다중-모드 도파관이 상기 메인 광도파관 유닛 (6)을 위해 사용되어야 한다. 상기 경우에서, 상기 메인 광도파관 유닛 (6)은 반드시 기본 모드로 작동되어야 한다.In order to ensure the originality of the phase of the light, a single mode optical waveguide should be used for the branch
도10을 참조하면, 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형은 마이크로-미러 (25)를 포함하고, 이의 반사면은 상기 평면 광도파관 회로에 대해 45도의 각도를 형성한다. 상기 마이크로-미러 (25)의 후방은 공기와 접촉하기 때문에, 상기 위상 변조기 (14)로부터 나와서 상기 수평 단일 모드 광도파관을 따라 전송되는 빛은 전체 반사로 인해 90도로 편향된 후에 상기 전방 전도성 글래스 패널 (3)로부터 수직으로 송출된다. 만약 상기 수평 단일 모드 광도파관으로부터 송출된 상기 빛이 상기 반사면에 입사할 때 전체 반사의 임계각보다 작은 입사각을 갖는다면, 상기 반사면의 상기 후방은 반사 금속 필름으로 증착될 수 있다. 상기 반사면은 상기 브랜치 광도파관 유닛 (7)이 폴리머로 만들어지는 경우에 가열 압착에 의해 형태가 만들어 질 수 있다.10, a first type of
도11을 참조하면, 상기 수직 디플렉터 (22)의 두번째 유형은 표면 격자 (27)를 포함한다. 상기 표면 격자 (27)의 구조 파라미터들은 상기 위상 변조기 (21)로부터 출력된 상기 빛은 90도가 편향된 후에 상기 평면 광도파관 회로 (2)로부터 직교하여 송출된다.Referring to FIG. 11, the second type of
상기 마이크로-미러 (25)와 달리, 상기 표면 격자 (27)가 상기 위상 변조기 (21)로 부터의 모든 빛을 90도 편향하는 것은 어렵다. 효율성을 증가시키기 위해서, 브래그 (Bragg) 반사소자와 같은 반사층이 상기 수직 디플렉터 (22)의 하단 상에 추가될 수 있다.Unlike the micro-mirror 25, it is difficult for the surface grating 27 to deflect all light from the
도 10, 도 11, 도 12를 참조하면, 상기 전방 투명 전도성 글래스 패널 (3)은 전도성 금속 필름 (26)이 증착된 투명 글래스 기판을 포함한다. 상기 전도성 금속 필름 (26)은 상기 평면 광도파관 회로 (2)에 인접한 상기 투명 유리 기판의 한쪽 면 상에 증착된다. N개의 마이크로-포어들 (28)이 상기 전도성 금속 필름 (26) 상에 에칭된다. 각 마이크로-포어는 하나의 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형 또는 하나의 수직 디플렉터 (22)의 제2 유형에 배열되고, 상기 하나의 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형 또는 상기 하나의 수직 디플렉터 (22)의 제2 유형의 직접적인 전방에 위치되어, 상기 하나의 수직 디플렉터 (15)의 제1 유형 또는 상기 하나의 수직 디플렉터 (22)의 제2 유형에 의해 송출된 빛이 상기 전방 전도성 글래스 패널 (3)을 통과하도록 한다. 상기 마이크로-포어들 (28)의 위치들은 랜덤하게 배치되어 각 포인트 광원의 포지션들이 속한 포인트 광원 어레이가 랜덤하게 배치되는 것을 가능하게 한다.Referring to FIGS. 10, 11 and 12, the front transparent
본 발명에서, 선명한 삼차원 이미지를 디스플레이하기 위해서 다수의 복셀들은 포인트 광원 어레이에 의해 송출된 구면 광파들 사이에서 상기 보강 간섭에 의해 동시에 생성될 필요가 있다. 포인트 광원에 의해 송출된 구면 광파는 광범위하게 퍼지므로, 하나의 복셀을 생성할 때 기타 복셀들을 위한 배경을 생성할 것이다. 다수의 복셀들로부터 배경에 축적된 밝기에 의해 형성된 밝은 배경은 상기 디스플레이된 삼차원 이미지의 콘트라스트(contrast)를 현저히 감소시킬 것이다. 삼차원 이미지의 상기 콘트라스트를 개선하기 위해 시간 분할 방법 또는 공간 분할 방법이 사용될 수 있다. 상기 시간 분할 방법에 있어서, 상기 삼차원 이미지의 모든 복셀들은 최고부터 최저까지의 복셀들의 상기 밝기를 순위화하여 다수의 그룹들로 나누어지고, 이후 시간 분할 방법으로 복셀들의 각 그룹은 순차적으로 디스플레이된다. 상기 시간 분할 방법을 사용함으로써, 동시에 디스플레되는 복셀들의 숫자가 여러 배수로 감소될 수 있고, 따라서 상기 배경 밝기의 과도한 축적을 막고, 더 낮은 밝기의 복셀이 더 높은 밝기의 기타 복셀들에 의해 압도되는 것을 막는다. 상기 공간 분할 방법에 있어서, 추가적인 하드웨어가 채택된다. 즉, 동시에 다수의 포인트 광원들을 덮기 위해 마이크로렌즈가 사용되고, 단일 포인트 광원에 의해 송출된 광원뿔은 상기 전체 이미지 공간의 작은 부분만을 덮는다. 상기 공간 분할 방법에 의해, 단일 포인트 광원에 의해 송출된 상기 빛은 작은 원뿔 공간 내로 제한되고, 따라서 이는 상기 작은 원뿔공간 외부의 복셀들에 영향을 주지 않고, 상기 배경 밝기의 과도한 축적을 피하도록 한다.In the present invention, in order to display a clear three-dimensional image, a plurality of voxels need to be simultaneously generated by the constructive interference between the spherical light waves emitted by the point light source array. Since the spherical light waves emitted by the point light source are widely spread, they will create a background for other voxels when creating one voxel. A bright background formed by the background brightness from multiple voxels will significantly reduce the contrast of the displayed three-dimensional image. A time division method or a space division method can be used to improve the contrast of the three-dimensional image. In the time division method, all the voxels of the three-dimensional image are divided into a plurality of groups by ranking the brightness of voxels from highest to lowest, and then each group of voxels is sequentially displayed by the time division method. By using the time division method, the number of simultaneously displayed voxels can be reduced to several multiples, thus preventing excessive accumulation of the background brightness and allowing voxels of lower brightness to be overwhelmed by other voxels of higher brightness Stop. In the space division method, additional hardware is adopted. That is, a microlens is used to simultaneously cover a plurality of point light sources, and the light cone emitted by a single point light source covers only a small portion of the entire image space. By the space division method, the light emitted by the single point light source is confined within a small conical space, thus avoiding excessive accumulation of the background brightness without affecting the voxels outside the small conical space .
상기 공간 분할 방법을 활용하여 삼차원 이미지의 콘트라스트를 개선하기 위해서, 본 발명에서 상기 전방 전도성 글라스 패널 (3)의 전면에 마이크로렌즈 어레이 (29)가 배치된다. 각 마이크로렌즈의 구조적 파라미터들은 상기 마이크로렌즈가 두 개 이상의 포인트 광원을 포함할 수 있도록 설계된다.In order to improve the contrast of the three-dimensional image using the space division method, the
도13을 참조하면, 상기 스크린 상의 세 개의 포인트 광원들을 덮는 각 마이크로렌즈들이 있는 마이크로엔즈 어레이 (29)가 상기 전방 전도성 글래스 패널 (3) 전방에 배치된다. 세 개의 마이크로렌즈들을 통과한 후 상기 스크린 상의 9개의 포인트 광원들에 의해 송출된 상기 빛들은 9개의 광원뿔들C1 내지 C9를 형성한다. 추가적으로, 도13의 상기 마이크로렌즈의 파라미터들은 각 마이크로렌즈에 의해 덮어진 상기 모든 포인트 광원들로부터 송출된 광원뿔들의 조합들이 가능한 넓게 전체 이미지를 정확하게 덮도록 적합하게 설계될 필요가 있다. 예컨데, 세 개의 광원뿔들C1 내지 C3의 조합이 상기 전체 이미지 공간을 정확히 덮어야 한다. 상기 포인트 광원에 의해 송출된 광원뿔이 상기 전체 이미지 공간의 작은 부분만을 덮기 때문에, 상기 전체 이미지 공간 내의 전체 복셀들의 숫자가 동일하다는 가정하에 각 포인트 광원에 의해 생성되는 전체 복셀들의 숫자는 많은 배수로 감소한다. 예컨데, 도13에 도시된 바와 같이, 제1, 제5 및 제9 포인트 광원에 의해 송출된 상기 각 광원뿔들C1, C5 및 C9은 상기 복셀 (3)을 덮기 ?문에, 삼차원 이미지 (5) 내의 복셀 (30)은 상기 스크린 상에 (상부로 부터) 제1 포인트 광원, 제5 포인트 광원 및 제9 포인트광원에 의해 생성된다. 기타 포인트 광원들은 상기 복셀 (30)에 아무런 변화를 주지 않고 상기 복셀 (30)의 배경 밝기에 아무런 영향을 주지 않는데, 이는 상기 기타 포인트 광원들에 의해 송출된 빛들이 상기 복셀 (30)을 덮지 않기 때문이다. 추가적으로, 고차원의 회절 이미지들을 억제하기 위해, 상기 포인트 광원들의 ? 및/또는 상기 마이크로렌즈들의 상기 광학 축의 위치는 랜덤하게 배치되야 한다.Referring to FIG. 13, a
요약하면, 도1에 도시된 상기 장치에 의해, 랜덤하게 배치된 각 포인트 광원들의 위치들 및 독립적으로 조절가능한 각 포인트 광원들의 진폭 및 위상을 갖는 포인트 광원들의 이차원 어레이가 생성된다. 만약 각 포인트 광원의 상기 위상이 상기 포인트 광원들에 의해 발산된 모든 구면파들이 기설정된 위치에 도달할 때 동일 위상이 되면, 보강 간섭에 의해 상기 기설정된 위치에 복셀이 생성될 수 있다.In summary, a two-dimensional array of point light sources having the positions and amplitude and phase of each point light source that is independently adjustable is generated by the apparatus shown in Fig. If the phase of each point light source is in phase when all of the spherical waves emitted by the point light sources reach a predetermined position, a voxel may be generated at the predetermined position by constructive interference.
하기에서 삼차원 디스플레이 방법이 상세하게 기술된다. 상기 방법은 하기의 12 단계들을 포함한다:The three-dimensional display method will be described in detail below. The method includes the following 12 steps:
A. 간섭광 광원에 의해 송출된 간섭광을 포인트 광원들의 이차원 어레이로 전환하기 위한 평면 광도파관 회로를 설계 및 제조하는 단계이되, 포인트 광원들의 상기 이차원 어레이 내의 각 포인트 광원의 위치는 랜덤하게 배치되는 것을 특징으로 하고; p번째 포인트 광원의 위치는 r p 로 표시되고, 각 포인트 광원의 진폭 및 위상을 독립적으로 변조하기 위해 각 포인트 광원을 위한 상기 평면 광도파관 회로 내의 진폭 변조기 및 위상 변조기를 설계하는 단계(단계 A);A. designing and fabricating a planar lightwave circuit for converting interfering light emitted by an interference light source into a two-dimensional array of point light sources, wherein the position of each point light source in the two-dimensional array of point light sources is randomly arranged ≪ / RTI > The position of the p-th point light source is designated r p , and the step of designing the amplitude modulator and the phase modulator in the planar light waveguide circuit for each point light source (Step A) to independently modulate the amplitude and phase of each point light source, ;
B. 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기에 구동 전압이 인가되지 않을 때, 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원의 초기 진폭 A p - 0 및 초기 위상 Φ p -0 을 측정 및 기록하는 단계(단계 B);B. when each amplitude modulator and a driving voltage is applied to the respective phase modulators, the initial amplitude A p of each point light source generated by the phase A - measuring and recording the zero and the initial phase Φ p -0 (Step B );
C. 표시되는 삼차원 이미지를 다수의 복셀(voxel)들로 이산화하고, 각 복셀의 위치 및 밝기를 획득하고, 각 복셀의 상기 밝기의 제곱근을 상기 복셀의 진폭 A υ 으로 설정하고, 및 모든 상기 복셀들을 최고부터 최저까지의 복셀들의 상기 밝기를 순위화하여 Q개의 그룹들로 분류하는 단계(단계 C);C. discretizing the displayed three-dimensional image into a plurality of voxels, obtaining the position and brightness of each voxel, setting the square root of the brightness of each voxel to the amplitude A v of the voxel, (C) ranking the brightness of the voxels from highest to lowest to Q groups;
D. 상기 단계C에서 획득된 하나의 복셀들의 그룹을 선택하는 단계(단계 D);D. selecting a group of one voxels obtained in step C (step D);
E. 상기 단계 D에서 선택된 상기 복셀들의 그룹 내의 각 복셀에 대해, 상기 복셀의 최종 위치 r υ 및 최종 위상 Φ υ 을 획득하기 위해 상기 복셀의 상기 위치에 랜덤 오프셋을 추가하고 상기 복셀에 랜덤 위상을 할당하는 단계이되, 여기서 상기 랜덤 오프셋은 상기 랜덤 오프셋을 적용하기 전에 획득된 인접한 복셀들 간의 평균 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 단계(단계 E);E. For each voxel in the group of voxels selected in step D, the final position r v And to obtain the final phase Φ υ add a random offset to the position of the voxel, and the average being dangyeyi assigning a random phase to the voxel, in which the random offset between adjacent voxels acquired before applying the random offset (Step E);
F. 상기 단계E 에서 획득된 상기 복셀들로부터 하나의 복셀 υ를 선택하는 단계(단계 F);F. selecting one voxel v from the voxels obtained in step E (step F);
G. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 광원뿔 (light cone)이 단계 F에서 선택된 상기 복셀 υ를 포함하는 조건 하에서, 상기 포인트 광원 p 및 상기 복셀 υ 사이의 거리 |r p -r υ| 을 산출하고, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 빛이 상기 복셀 υ에 도달할 때 단계 E에서 설정된 상기 위상 Φ υ 와 같은 위상을 갖는 방식으로 상기 포인트 광원 p에 대한 위상 변조량을 결정하고, 상기 포인트 광원 p에 대한 진폭 변조량을 상기 거리 |r p -r υ| 및 상기 복셀 υ의 상기 위상 A υ 의 곱에 비례하도록 설정하고, 및 상기 진폭 변조량 및 상기 위상 변조량을 합하여 복합 진폭 변조량으로 결합하는 단계이되, 여기서G. For each point light source p generated in step A, under the condition that the light cone emitted by the point light source p comprises the voxel v selected in step F, the point light source p and the voxel distance between υ | r p - r υ | And determines a phase modulation amount for the point light source p in such a manner as to have a phase same as the phase [ phi] v set in step E when the light emitted by the point light source p reaches the voxel v, The amplitude modulation amount for the point light source p is set to the distance | r p - r υ | And the phase A v of the voxel v, and combining the amplitude modulation amount and the phase modulation amount into a complex amplitude modulation amount, wherein
상기 포인트 광원들의 이차원 어레이의 전방에 상기 복셀 υ가 있고, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같고There is a voxel v in front of a two-dimensional array of point light sources, and the complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to generate the voxel v is represented by the following equation
(여기서, 식 (1) 의 P 는 상기 복셀 υ를 생성하는데 포함된 포인트 광원들의 전체 숫자이다.),(Where P in equation (1) is the total number of point light sources involved in generating the voxel v),
포인트 광원들의 상기 이차원 어레이 전방의 임의의 위치 r에서의 빛은 모든 포인트 광원들 P에 의해 송출된 구면파들의 겹침으로서, 이의 복합 진폭은 하기 식과 다:The light at an arbitrary position r in front of the two-dimensional array of point light sources is the overlap of the spherical waves emitted by all the point light sources P , and the complex amplitude thereof is represented by the following equation:
복셀 υ의 위치 r υ 에서, 식(1)의 지수부분은 식(2)의 지수부분에 의하여 삭제되고, 상기 식 (2)은 최대값 U(rυ)=A υexp(iΦυ) 이 될 수 있다. 즉, 상기 위치 r υ, 에서 상기 포인트 광원들에 의해 송출된 모든 구면파들은 동일 위상이고, 광 스폿, 즉 상기 복셀 υ는 보강 간섭에 의해 공간 상에 생성된다. 상기 위치 r υ, 로부터 멀어지면, 빛의 밝기가 급격히 감소된다. 따라서, 각 포인트 광원 p 의 상기 복합 진폭이 식 (1)에 따라 결정되면, 상기 복셀 υ는 상기 스크린 전방의 상기 위치 r에 생성될 수 있다.At the location of the voxel υ r υ, exponential portion of the equation (1) is deleted by the index portion of the formula (2), the above formula (2) is the maximum value U (r υ) = A υ exp (iΦ υ) . That is, all the spherical waves transmitted by the point light sources at the position r υ , are in phase, and the light spot, that is, the voxel v, is generated in space by constructive interference. When the position r υ is moved away from the position r υ , the brightness of light is drastically reduced. Therefore, If the complex amplitude of p is determined according to equation (1), the voxel v may be generated at the position r in front of the screen.
포인트 광원들의 상기 이차원 어레이의 뒤에 상기 복셀 υ가 있다는 조건 하에, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 단계(단계 G))이다.Characterized in that the complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to produce the voxel v is characterized by the following equation (step G), provided that the voxel v is behind the two-dimensional array of point light sources .
식 (3)의 물리적인 의미를 이해하고자 하는 목적으로, 상기 포인트 광원들의 이차원 어레이가 위치하는 평면에 박막 렌즈가 배치되는 것으로 가정될 수 있다. 상기 식 (3) 및 상기 박막 렌즈에 의한 위상 변화를 기반으로, 상기 박막 렌즈 전방에 리얼 복셀이 형성될 수 있지만, 상기 리얼 복셀에 도달하는 모든 빛들은 상기 박막 렌즈 후방의 가상 복셀 υ로부터 나온다는 것이 유추될 수 있다. 상기 박막 렌즈가 제거되면, 상기 리얼 복셀은 더 이상 생성될 수 없고, 반면에 상기 가상 복셀 υ는 여전히 남아있게 된다. 따라서, 식 (3)에 따라서 각 포인트 광원 p의 복합 진폭이 결정되면, 상기 복셀 υ는 상기 스크린 후방의 위치 r υ 에 생성될 수 있다.For the purpose of understanding the physical meaning of Equation (3), it can be assumed that a thin film lens is arranged on a plane where the two-dimensional array of point light sources is located. Based on the above equation (3) and the phase change by the thin-film lens, it can be seen that a real voxel can be formed in front of the thin-film lens, but all light reaching the real voxel comes out of the virtual voxel v Can be inferred. When the thin film lens is removed, the real voxel can no longer be generated, while the virtual voxel v remains. Therefore, if the complex amplitude of each point light source p is determined according to equation (3), the voxel v may be generated at the position r v in the back of the screen.
H. 상기 단계 D에서 선택된 복셀들의 그룹 내의 모든 복셀들에 대해서, 단계F 내지 단계G를 반복하는 단계;H. Repeating steps F through G for all the voxels in the group of voxels selected in step D above;
I. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 복합 진폭 중첩 원리에 기반하여, V 복셀들 전체를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p 에 인가된 전체 복합 진폭 변조량 A p 를 획득하기 위해 각 복셀 υ 를 생성하기 위해 단계 D 내지 단계 H에서 획득된 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량 A p -υ 의 합을 다음과 같이 구하는 단계(단계 I)I. For each point light source p generated in step A above, based on the complex amplitude superposition principle, each of the point light sources p to obtain the total composite amplitude modulation amount A p applied to the point light source p (Step I) of obtaining the sum of the complex amplitude modulation amounts A p -v applied to the point light source p obtained in steps D to H to produce a voxel v as follows:
J. 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 단계 I에서 결정된 전체 진폭 변조량 A p 를 단계 B에서 결정된 상기 포인트 광원의 상기 초기 진폭 A p - 0 로 나누기를 하여, 각 포인트 광원에 대한 최종 변조량 A p -F = A p / A p -0 을 획득하고; 포인트 광원 p에 대한 최종 위상 변조량을 획득하기 위해, 단계 I에서 결정된 전체 위상 변조량 Φ p 로부터 단계 B에서 결정된 각 포인트 광원 p의 상기 초기 위상 Φ p -0 및 상기 최종 진폭 변조량 A p-F 을 생성하는데 있어서 각 포인트 광원 p의 상기 진폭 변조기에 의해 유발된 추가적이 위상 차이 Φ p-A 를 다음과 같이 뺄셈하는 단계(단계 J)J. For each point light source p generated in step A, the total amplitude modulation amount A p determined in step I is divided by the initial amplitude A p - 0 of the point light source determined in step B, Obtaining a final modulation amount A p -F = A p / A p -0 for the first modulation; In order to obtain an end point of the phase-modulated light amount p, the total phase modulation amount of each of the point light source p determined in step B from the initial phase Φ Φ p p -0 and the final amplitude modulation amount determined in step A pF I Subtracting an additional phase difference ? PA caused by the amplitude modulator of each point light source p in generating (step J)
Φp-F = Φp - Φp-0 - Φp-A;Φ pF = Φ p - Φ p-0 - Φ pA ;
K. 인가된 상기 진폭 변조 최종값 및 상기 위상 변조 최종값으로 각 포인트 광원을 변조시키기 위해, 단계 J에서 정해진 각 포인트 광원에 대한 상기 진폭 변조 최종값 A p -F 및 상기 위상 변조 최종값 Φ p -F 에 기반하여 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기를 구동하는 단계(단계 K); 및K. In order to modulate each point light source with the applied amplitude modulation final value and the phase modulation final value, the amplitude modulation final value A p -F and the phase modulation final value ? P Driving each amplitude modulator and each phase modulator based on -F (step K); And
L. 단계 C에서 획득된 복셀들의 Q 그룹들 모두에 대해서, 단계D 내지 단계K를 반복하는 단계(단계 L);L. Repeating steps D through K for all Q groups of voxels obtained in step C (step L);
상기 단계들 중, 단계 A 및 단계 B는 포인트 광원들의 이차원 어레이를 생성하고 각 포인트 광원의 초기 진폭 및 초기 위상을 조정하도록 맞춰진다. 상기 장치가 제조시 해제되기 전에 단계 A 및 단계 B는 각 삼차원 디스플레이 장치 상에 실행되어야 한다. 단계 C는 도시되는 삼차원 이미지를 다수의 복셀들로 이산화하고 각 복셀의 위치 및 밝기를 획득하고, 시간 분할 디스플레이를 수행하도록 가장 높은 밝기부터 가장 낮은 밝기까지 순위화하여 여러 개의 그룹들로 상기 복셀들을 분류한다. 단계 E에서, 각 복셀에는 랜덤 위상 및 랜덤 위치 오프셋이 할당되어, 기존의 복셀들의 형성된 포인트 광원에 의해 생성될 수 있는 이차적인 복셀들에 의해 만들어지는 불필요한 노이즈들을 방지하도록 한다. 단계 F 부터 단계 I까지, 각 복셀들의 그룹을 생성하기 위해 각 포인트 광원에 인가된 콤플렉스 진폭 변조의 전체량이 결정된다. 단계 J에서, 각 포인트 광원에 대해서, 상기 초기 진폭 및 상기 초기 위상은 보정되고, 상기 진폭 변조에서 생성된 추가적인 위상도 보정되어, 각 포인트 광원에 인가된 위상 변조의 최종량 및 진폭 변초의 최종량을 획득하도록 한다. 레이저의 실제 밝기를 고려하여, 각 포인트 광원에 인가된 진폭 변조의 상기 최종값에는 스케일링 인자가 곱해져야 한다. 편의를 위해, 상기 스케일링 인자는 본 명세서에서 일로 가정한다. 단계 K에서 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기에 구동 전압들이 각기 인가되어 각 포인트 광원이 진폭의 최종값 및 위상의 최종값에 의해 변조되도록 한다. 단계 K이후, 복셀들의 하나의 그룹이 공간 내의 기설정된 위치들에 도시될 수 있다. 단계 L에서, 시간 분할 모드에서 복셀들의 모든 Q그룹들이 디스플레이된다.Among the steps, steps A and B are tailored to create a two-dimensional array of point light sources and to adjust the initial amplitude and initial phase of each point light source. Steps A and B must be performed on each three-dimensional display device before the device is released in production. Step C discretizes the three-dimensional image shown to a plurality of voxels, obtains the position and brightness of each voxel, ranks the highest brightness to the lowest brightness to perform a time-divisional display, Classify. In step E, each voxel is assigned a random phase and random position offset to prevent unwanted noise caused by the secondary voxels that can be generated by the formed point light source of existing voxels. From step F to step I, the total amount of complex amplitude modulation applied to each point light source to generate each group of voxels is determined. In step J, for each point light source, the initial amplitude and the initial phase are corrected, and the additional phase generated in the amplitude modulation is also corrected so that the final amount of phase modulation applied to each point light source and the final amount of amplitude variation . In consideration of the actual brightness of the laser, the final value of the amplitude modulation applied to each point light source must be multiplied by the scaling factor. For convenience, the scaling factor is assumed to be in this specification. In step K, drive voltages are applied to each amplitude modulator and each phase modulator such that each point light source is modulated by the final value of the amplitude and the final value of the phase. After step K, one group of voxels may be shown at predetermined locations in space. In step L, all Q groups of voxels in the time division mode are displayed.
중국특허 (특허번호: 200810046861.8)에 개시된 방법과 비교하여, 본 발명은 하기와 같은 이점들을 가진다: 첫째로, 시간 분할 방법 및 공간 분할 방법의 활용으로 더 개선된 삼차원 이미지 콘트라스트를 달성할 수 있다; 두번째로, 각 복셀에 랜덤 위상 및 랜덤 위치 오프셋을 할당함으로써 이차 노이즈 복셀들 생성이 억제된다; 세번째로, 상이한 거리들에 있는 모든 복셀들이 각 복셀의 위치를 보정함으로써 기설정된 밝기에 도달할 수 있다; 마지막으로, 위상 보정은 전기-광학 재료로 된 진폭 변조기에 대해서 또한 수행된다.Compared with the method disclosed in the Chinese patent (patent number: 200810046861.8), the present invention has the following advantages: First, a more improved three-dimensional image contrast can be achieved by utilizing the time division method and the space division method; Second, the generation of secondary noise voxels is suppressed by assigning a random phase and a random position offset to each voxel; Third, all voxels at different distances can reach predetermined brightness by correcting the position of each voxel; Finally, phase correction is also performed for an amplitude modulator of electro-optic material.
Claims (11)
각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기에 구동 전압이 인가되지 않을 때, 상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원의 초기 진폭 A p - 0 및 초기 위상 Φ p -0 을 측정 및 기록하는 단계(단계 B);
표시되는 삼차원 이미지를 다수의 복셀(voxel)들로 이산화하고, 각 복셀의 위치 및 밝기를 획득하고, 각 복셀의 상기 밝기의 제곱근을 상기 복셀의 진폭 A υ 으로 설정하고, 및 모든 상기 복셀들을 최고부터 최저까지의 복셀들의 상기 밝기를 순위화하여 Q개의 그룹들로 분류하는 단계(단계 C);
상기 단계C에서 획득된 하나의 복셀들의 그룹을 선택하는 단계(단계 D);
상기 단계 D에서 선택된 상기 복셀들의 그룹 내의 각 복셀에 대해, 상기 복셀의 최종 위치 r υ 및 최종 위상 Φ υ 을 획득하기 위해 상기 복셀의 상기 위치에 랜덤 오프셋을 추가하고 상기 복셀에 랜덤 위상을 할당하는 단계이되, 여기서 상기 랜덤 오프셋은 상기 랜덤 오프셋을 적용하기 전에 획득된 인접한 복셀들 간의 평균 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 단계(단계 E);
상기 단계E 에서 획득된 상기 복셀들로부터 하나의 복셀 υ를 선택하는 단계(단계 F);
상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 광원뿔 (light cone)이 단계 F에서 선택된 상기 복셀 υ를 포함하는 조건 하에서, 상기 포인트 광원 p 및 상기 복셀 υ 사이의 거리 |r p -r υ| 을 산출하고, 상기 포인트 광원 p에 의해 송출된 빛이 상기 복셀 υ에 도달할 때 단계 E에서 설정된 상기 위상 Φ υ 와 같은 위상을 갖는 방식으로 상기 포인트 광원 p에 대한 위상 변조량을 결정하고, 상기 포인트 광원 p에 대한 진폭 변조량을 상기 거리 |r p -r υ| 및 상기 복셀 υ의 상기 위상 A υ 의 곱에 비례하도록 설정하고, 및 상기 진폭 변조량 및 상기 위상 변조량을 합하여 복합 진폭 변조량으로 결합하는 단계이되, 여기서
상기 포인트 광원들의 이차원 어레이의 전방에 상기 복셀 υ가 있고, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같은 것을 특징으로 하고,
(여기서, 식 (1) 의 P 는 상기 복셀 υ를 생성하는데 포함된 포인트 광원들의 전체 숫자이고),
포인트 광원들의 상기 이차원 어레이의 뒤에 상기 복셀 υ가 있다는 조건 하에, 상기 복셀 υ를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량은 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 단계(단계 G))
상기 단계 D에서 선택된 복셀들의 그룹 내의 모든 복셀들에 대해서, 단계F 내지 단계G를 반복하는 단계(단계 H);
상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 복합 진폭 중첩 원리에 기반하여, V 복셀들 전체를 생성하기 위해 상기 포인트 광원 p 에 인가된 전체 복합 진폭 변조량 A p 를 획득하기 위해 각 복셀 υ 를 생성하기 위해 단계 D 내지 단계 H에서 획득된 상기 포인트 광원 p에 인가된 상기 복합 진폭 변조량 A p -υ 의 합을 다음과 같이 구하는 단계(단계 I)
상기 단계 A에서 생성된 각 포인트 광원 p에 대해, 단계 I에서 결정된 전체 진폭 변조량 A p 를 단계 B에서 결정된 상기 포인트 광원의 상기 초기 진폭 A p - 0 로 나누기를 하여, 각 포인트 광원에 대한 최종 변조량 A p -F = A p /A p -0 을 획득하고; 포인트 광원 p에 대한 최종 위상 변조량을 획득하기 위해, 단계 I에서 결정된 전체 위상 변조량 Φ p 로부터 단계 B에서 결정된 각 포인트 광원 p의 상기 초기 위상 Φ p -0 및 상기 최종 진폭 변조량 A p -F 을 생성하는데 있어서 각 포인트 광원 p의 상기 진폭 변조기에 의해 유발된 추가적이 위상 차이 Φ p -A 를 다음과 같이 뺄셈하는 단계(단계 J)
Φ p -F = Φ p - Φ p -0 - Φ p -A ;
인가된 상기 진폭 변조 최종값 및 상기 위상 변조 최종값으로 각 포인트 광원을 변조시키기 위해, 단계 J에서 정해진 각 포인트 광원에 대한 상기 진폭 변조 최종값 A p -F 및 상기 위상 변조 최종값 Φ p -F 에 기반하여 각 진폭 변조기 및 각 위상 변조기를 구동하는 단계(단계 K); 및
단계 C에서 획득된 복셀들의 Q 그룹들 모두에 대해서, 단계D 내지 단계K를 반복하는 단계(단계 L);
을 포함하는 평면 광도파관 회로를 채택하는 삼차원 디스플레이 방법.
A step of designing and manufacturing a planar light waveguide circuit for converting the interference light emitted by the interference light source into a two-dimensional array of point light sources, characterized in that the positions of the point light sources in the two-dimensional array of point light sources are randomly arranged ; The position of the p-th point light source is designated r p , and the step of designing the amplitude modulator and the phase modulator in the planar light waveguide circuit for each point light source (Step A) to independently modulate the amplitude and phase of each point light source, ;
Each amplitude modulator, and when it is not applied with a driving voltage to the respective phase modulators, the initial amplitude A p of each point light source generated by the phase A - measuring and recording the zero and the initial phase Φ p -0 (step B);
Discretizing the displayed three-dimensional image into a plurality of voxels, obtaining the position and brightness of each voxel, setting the square root of the brightness of each voxel to the amplitude A v of the voxel, (C) ranking the brightness of the voxels from the lowest to the lowest levels and classifying the brightness into Q groups;
Selecting a group of one voxels obtained in step C (step D);
For each voxel in the group of voxels selected in step D, the final position r v And to obtain the final phase Φ υ add a random offset to the position of the voxel, and the average being dangyeyi assigning a random phase to the voxel, in which the random offset between adjacent voxels acquired before applying the random offset (Step E);
Selecting one voxel v from the voxels obtained in step E (step F);
For each point light source p generated in step A, the light cone emitted by the point light source p is illuminated between the point light source p and the voxel v Distance | r p - r υ | And determines a phase modulation amount for the point light source p in such a manner as to have a phase same as the phase [ phi] v set in step E when the light emitted by the point light source p reaches the voxel v, The amplitude modulation amount for the point light source p is set to the distance | r p - r υ | And the phase A v of the voxel v, and combining the amplitude modulation amount and the phase modulation amount into a complex amplitude modulation amount, wherein
The complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to generate the voxel v is characterized by the following equation,
(Where P in equation (1) is the total number of point light sources involved in generating the voxel v),
(Step G), characterized in that the complex amplitude modulation amount applied to the point light source p to produce the voxel v is such that, under the condition that the voxel v is behind the two-dimensional array of point light sources,
Repeating steps F through G for all the voxels in the group of voxels selected in step D (step H);
For each point light source p produced in the above step A, the composite amplitude superimposed on the basis of the principles, V voxel in order to generate a complete each voxel to obtain a total combined amplitude modulation amount A p is applied to the point light source p υ the sum of the phase D to the said complex amplitude modulation amount a p -υ applied to the point light source obtained in step p H to produce the following: obtaining step (step I)
For each point light source p generated in step A, the total amplitude modulation amount A p determined in step I is divided by the initial amplitude A p - 0 of the point light source determined in step B, Obtaining a modulation amount A p -F = A p / A p -0 ; In order to obtain an end point of the phase-modulated light amount p, the initial phase Φ p -0 and the final amplitude modulation of each point light source from the current phase modulation amounts Φ p determined in step I determined in step B the amount of p A p - Subtracting an additional phase difference 陸 p -A caused by the amplitude modulator of each point light source p in generating F (step J)
Φ p -F = Φ p - Φ p -0 - Φ p -A ;
To modulate each point light source with the applied amplitude modulation final value and the phase modulation final value, the amplitude modulation final value A p -F for each point light source determined in step J and the phase modulation final value ? P -F (Step K) of driving each amplitude modulator and each phase modulator based on the amplitude modulator and the phase modulator; And
Repeating steps D through K for all of the Q groups of voxels obtained in step C (step L);
Dimensional waveguide circuit. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI >
간섭 광원, 평면 광도파관 회로, 전방 전도성 글래스 패널 및 후방 구동 회로를 포함하고, 여기서 상기 전방 전도성 글래스 패널 및 상기 후방 구동 회로는 상기 평면 광도파관 회로의 양 측면을 각기 덮고, 상기 평면 광도파관 회로는 메인 광도파관 유닛 및 N 브랜치 광도파관 유닛들을 포함하고, 상기 메인 광도파관 유닛은 상기 코히런트 광원에 의해 송출된 빛을 수신하고, 상기 N 브랜치 광도파관 유닛들은 상기 메인 광도파관 유닛을 따라서 분배되고;
각 브랜치 광도파관 유닛은 직렬로 연결된 커플러, 진폭 변조기, 위상 변조기 및 수직 디플렉터를 포함하고, 상기 커플러는 상기 메인 광도파관 유닛으로 부터의 빛의 일부를 연결하고, 상기 브랜치 광도파관 유닛 내로 연결된 상기 빛은 상기 후방 구동 회로로부터 구동되어 상기 진폭 변조기 및 상기 위상 변조기에 의해 진폭 및 위상 변조가 수행되고, 이어서 상기 수직 디플렉터로 송신되고, 상기 수직 디플렉터는 송신된 상기 빛을 편향하여 상기 평면 광도파관 회로 밖으로 직교하여 송출하여 포인트 광원을 생성하고, 여기서 상기 수직 디플렉터의 위치는 상기 생성된 포인트 광원의 위치가 랜덤하게 배치되는 방식으로 설정되고;
상기 커플러는 디렉셔널 커플러 또는 공명 링 커플러이고;
상기 위상 변조기는 전자-광학 물질로 만들어진 하나의 단일 모드 광도파관이고, 상기 전자-광학 물질의 굴절률은 빛의 위상을 변화시키기 위해 상기 후방 구동 회로에 의해 변화되고; 및
상기 수직 디플렉터는 수직 디플렉터의 제1 유형 또는 수직 디플렉터의 제2유형이고, 상기 수직 디플렉터의 제1유형은 마이크로-미러를 포함하고, 상기 마이크로-미러의 반사면과 상기 평면 광도파관 회로 사이에 45도의 각도가 형성되는
상기 삼차원 디스플레이 방법을 실현하기 위한 평면 광도파관 회로를 채택하는 삼차원 디스플레이 장치.The method according to claim 1,
Wherein the front conductive glass panel and the backward driving circuit each cover both sides of the planar light waveguide circuit and the planar light waveguide circuit comprises a planar light waveguide circuit and a planar light waveguide circuit, A main optical waveguide unit and an N branch optical waveguide unit, the main optical waveguide unit receiving light emitted by the coherent light source, the N branch optical waveguide units being distributed along the main optical waveguide unit;
Wherein each branch optical waveguide unit comprises a series connected coupler, an amplitude modulator, a phase modulator and a vertical deflector, the coupler coupling a portion of the light from the main optical waveguide unit, Is driven from the rear drive circuit to perform amplitude and phase modulation by the amplitude modulator and the phase modulator and then transmitted to the vertical deflector which deflects the transmitted light to the outside of the planar light waveguide circuit And generating a point light source, wherein the position of the vertical deflector is set in such a manner that the position of the generated point light source is randomly arranged;
The coupler is a directional coupler or a resonant ring coupler;
Wherein the phase modulator is a single mode optical waveguide made of an electro-optic material, the refractive index of the electro-optic material being changed by the back-driving circuit to change the phase of light; And
The vertical deflector is a first type of vertical deflector or a second type of vertical deflector, and the first type of vertical deflector comprises a micro-mirror, and between the reflective surface of the micro-mirror and the planar light waveguide circuit 45 The angle of the figure is formed
A three-dimensional display device adopting a planar light waveguide circuit for realizing the three-dimensional display method.
3. A device according to claim 2, characterized in that a microlens array (29) is arranged in front of the front conductive glass panel (3) and the structural parameters of each microlens are designed such that the microlens comprises two or more point light sources Dimensional optical waveguide circuit.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310096956.1 | 2013-03-25 | ||
| CN201310096956.1A CN103207458B (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | Three-dimensional imaging method and device utilizing planar lightwave circuit |
| PCT/CN2014/073934 WO2014154118A1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-24 | Stereoscopic imaging method and device employing planar optical waveguide loop |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150135405A true KR20150135405A (en) | 2015-12-02 |
| KR101819905B1 KR101819905B1 (en) | 2018-01-18 |
Family
ID=48754729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157030314A KR101819905B1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-24 | Stereoscopic imaging method and device employing planar optical waveguide loop |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6072346B2 (en) |
| KR (1) | KR101819905B1 (en) |
| CN (1) | CN103207458B (en) |
| WO (1) | WO2014154118A1 (en) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103207458B (en) * | 2013-03-25 | 2015-04-01 | 李志扬 | Three-dimensional imaging method and device utilizing planar lightwave circuit |
| NZ773833A (en) | 2015-03-16 | 2022-07-01 | Magic Leap Inc | Methods and systems for diagnosing and treating health ailments |
| KR102335719B1 (en) * | 2015-09-05 | 2021-12-06 | 레이아 인코포레이티드 | Time-multiplexed backlight and multi-view display using same |
| IL299497B2 (en) | 2016-04-08 | 2024-02-01 | Magic Leap Inc | Augmented reality systems and methods with variable focus lens elements |
| CN106125316B (en) * | 2016-06-24 | 2018-09-11 | 西安电子科技大学 | Energy saving nothing based on grating waveguide redirects image and integrates imaging display device |
| JP6604284B2 (en) * | 2016-07-21 | 2019-11-13 | オムロン株式会社 | Display device |
| CN106154799A (en) * | 2016-09-08 | 2016-11-23 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of holographic display and display packing thereof |
| CN106154798A (en) * | 2016-09-08 | 2016-11-23 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of holographic display and display packing thereof |
| CN106898048B (en) * | 2017-01-19 | 2019-10-29 | 大连理工大学 | A kind of undistorted integration imaging 3 D displaying method being suitable for complex scene |
| AU2018225146A1 (en) | 2017-02-23 | 2019-08-29 | Magic Leap, Inc. | Display system with variable power reflector |
| US10397109B2 (en) | 2017-04-24 | 2019-08-27 | International Business Machines Corporation | Routing packets in overlapping address spaces |
| FI129586B (en) | 2017-12-22 | 2022-05-13 | Dispelix Oy | Multipupil waveguide display element and display device |
| JP7298993B2 (en) * | 2018-04-09 | 2023-06-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | Specimen observation device and specimen observation method |
| CN110687769A (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-14 | 石景华 | Air holographic display device supporting WIFI communication mode |
| CN112180478B (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-18 | 核桃智能科技（常州）有限公司 | Air imaging lens |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5647036A (en) * | 1994-09-09 | 1997-07-08 | Deacon Research | Projection display with electrically-controlled waveguide routing |
| US5793918A (en) * | 1997-03-03 | 1998-08-11 | Hogan; Richard J. | Movable 3d display |
| ES2227200T3 (en) * | 2000-05-19 | 2005-04-01 | Tibor Balogh | METHOD AND APPLIANCE TO SUBMIT 3D IMAGES. |
| TWI265315B (en) * | 2005-12-16 | 2006-11-01 | Ind Tech Res Inst | Autostereoscopic display apparatus |
| CN100385275C (en) | 2006-09-29 | 2008-04-30 | 李志扬 | Active optical phase conjugating method and apparatus |
| JP4110188B2 (en) * | 2006-12-11 | 2008-07-02 | 株式会社テクノベイツ | 3D display device |
| US20100259804A1 (en) * | 2007-12-03 | 2010-10-14 | Seereal Technologies S.A. | Illumination Unit Comprising an Optical Wave Guide and an Imaging Means |
| CN101226325B (en) * | 2008-02-03 | 2010-06-02 | 李志扬 | Three-dimensional display method and apparatus based on accidental constructive interference |
| CN102103319B (en) * | 2009-12-18 | 2012-08-22 | 李志扬 | Three-dimensional display method and device based on quasi-random constructive interference |
| CN102768410B (en) * | 2012-07-26 | 2015-09-02 | 李志扬 | A kind of relevant three-dimensional stereo display device rebuild based on optical wavefront |
| CN102854630B (en) * | 2012-09-27 | 2015-07-15 | 李志扬 | Three-dimensional display device based on constructive interferences |
| CN103207458B (en) * | 2013-03-25 | 2015-04-01 | 李志扬 | Three-dimensional imaging method and device utilizing planar lightwave circuit |
-
2013
- 2013-03-25 CN CN201310096956.1A patent/CN103207458B/en not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-03-24 WO PCT/CN2014/073934 patent/WO2014154118A1/en active Application Filing
- 2014-03-24 JP JP2016504466A patent/JP6072346B2/en active Active
- 2014-03-24 KR KR1020157030314A patent/KR101819905B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6072346B2 (en) | 2017-02-01 |
| CN103207458B (en) | 2015-04-01 |
| JP2016520852A (en) | 2016-07-14 |
| CN103207458A (en) | 2013-07-17 |
| WO2014154118A1 (en) | 2014-10-02 |
| KR101819905B1 (en) | 2018-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101819905B1 (en) | Stereoscopic imaging method and device employing planar optical waveguide loop | |
| AU2020205208B2 (en) | Multiple depth plane three-dimensional display using a wave guide reflector array projector | |
| US10359630B2 (en) | Display apparatus comprising first and second optical phased arrays and method for augmented reality | |
| KR102556725B1 (en) | Illumination device | |
| US8797620B2 (en) | Autostereoscopic display assembly based on digital semiplanar holography | |
| US10866419B2 (en) | Optical combiner and applications thereof | |
| CN103777432B (en) | Spatial light modulator and light field three-dimensional display system thereof | |
| AU2015266586A1 (en) | Methods and systems for generating virtual content display with a virtual or augmented reality apparatus | |
| CN107430284A (en) | Virtual and augmented reality system and method with improved diffraction grating structure | |
| JP2023549313A (en) | Slab waveguide and projector with intermodal coupling | |
| CN110531526A (en) | Big field angle three-dimensional display apparatus | |
| CN110531525A (en) | The device shown for realizing the nearly eye of 3-D image | |
| CN208984931U (en) | Projection display equipment | |
| CN109212871B (en) | projection display device | |
| CN208984944U (en) | Space projection display device | |
| JP2021110837A (en) | Image display element, image display device, and image display method | |
| US20230194866A1 (en) | Patterned light illuminator for a display panel | |
| JP2003295116A (en) | Device for displaying stereoscopic moving image | |
| JP2021110838A (en) | Image display element and device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |