KR20160113439A - 웨지 프리즘을 이용한 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템 - Google Patents

웨지 프리즘을 이용한 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템 Download PDF

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Abstract

웨지 프리즘을 이용한 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 변조기, 프린지 패턴을 투과한 평면파를 일부 투과시키는 필터 및 필터를 투과한 평면파를 굴절시키는 프리즘을 포함한다. 이에 의해, 시야창 방식 홀로그램 디스플레이와 웨지 프리즘을 조합하여 다양한 방향에서 관찰 가능한 테이블탑형 홀로그램 영상 제공이 가능해진다.

Description

웨지 프리즘을 이용한 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템{Tabletop Holographic Display System using Wedge Prism}
본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
도 1은 홀로그램 디스플레이의 회절각을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 홀로그램 디스플레이는 픽셀 크기에 의해 회절각 θ가 결정되며, 이는 픽셀 크기에 반비례한다.
보통 현재 기술 수준의 SLM(Spatial Light Modulator)(10)으로는 보통 수 도(°) 정도의 회절각 밖에 제공할 수가 없는데, 이에 따라 관찰자가 관찰할 수 있는 FOV(Field Of View)는 극히 제한되게 된다.
넓은 FOV를 제공하기 위해, 최근 도 2에 도시된 바와 같은 시야창 방식의 홀로그램 디스플레이가 등장하였다. 이는, SLM(10)의 각 픽셀로부터 회절되는 빛을 렌즈(60)를 이용해 하나의 작은 시야창에 모아줌으로써 관찰자의 위치를 제한하는 대신 넓은 FOV를 확보하는 방법이다.
도 2에서 레이저 평면파가 SLM(10)에 표시된 홀로그램에 의해 회절되고, 회절된 빛은 렌즈 1(20)에 의해 초점거리에 위치한 면에서 주파수 영역으로 변환되게 된다. 이때. 주파수 영역에 공간밴드패스 필터(30)를 위치시킴으로써 DC term이 제거된 complex wave만을 얻게 되며, 다시 렌즈 2(40)에 의해 SLM(10)의 이미지가 렌즈 3(60) 바로 앞의 SLM 이미지 평면(50)에 형성되게 된다.
SLM 이미지 평면(50)에 생성된 SLM의 이미지의 각 픽셀로부터 회절된 빛이 렌즈 3(60)에 의해 시야창에 모두 모이게 됨으로써 관찰자가 시야창 안에 존재할 경우 SLM의 크기에 관계없이 SLM의 전체 영역을 통해 홀로그램을 관찰할 수 있게 된다. 하지만, 관찰자는 시야창 안에 동공을 위치시켜야만 홀로그램을 관찰할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 시야창 방식 홀로그래픽 디스플레이 시스템은 시야창의 크기나 거리 등에 대한 설계가 자유롭지 못하다는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 제한된 관찰 위치를 보다 확장하기 위한 방안으로, 웨지 프리즘과 시간 다중화 기법을 이용하여 360도 방향에서 관찰 가능한 홀로그램 영상을 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 웨지 프리즘 회전이 매우 작고 단순한 구조로 이루어져, 안정성 측면에서 장점을 갖는 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 변조기; 상기 프린지 패턴을 투과한 평면파를 일부 투과시키는 필터; 및 상기 필터를 투과한 평면파를 굴절시키는 프리즘;을 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 상기 프리즘의 전단에 마련되어, 상기 필터를 투과한 평면파를 시야창에 모여지게 하는 렌즈;를 더 포함하고, 상기 프리즘은 상기 렌즈에 부착되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 중공(中空) 부분에 결착된 상기 렌즈와 상기 프리즘을 광축을 기준으로 회전시키는 모터;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시야창은, 테이블탑에 원형 띠로 형성될 수 있다.
또한, 상기 변조기는, 상기 홀로그래픽 프린지 패턴을 상기 시야창의 위치에 동기화시켜 업데이트 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 상기 프리즘을 광축을 기준으로 회전시키는 모터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 상기 변조기와 상기 필터 사이의 광축을 직각으로 변경시키는 미러;를 더 포함
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 홀로그래픽 디스플레이 방법은, 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 단계; 상기 프린지 패턴을 투과한 평면파를 일부 투과시키는 단계; 및 상기 투과 단계에서 투과한 평면파를 굴절시키는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시야창 방식 홀로그램 디스플레이와 웨지 프리즘을 조합하고, 중공 모터를 이용해 회전시키면서 홀로그래픽 프린지 패턴을 동기화시켜 시간 다중화함으로써, 360도 방향에서 관찰 가능한 테이블탑형 홀로그램 영상 제공이 가능해진다.
아울러, 본 발명의 실시예들에 따르면, 비교적 간단하고 안정적인 구동 방식으로 웨지 프리즘과 렌즈를 회전시켜, 시스템 안정성을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 홀로그램 디스플레이의 회절각을 나타낸 도면,
도 2는 시야창 방식 홀로그램 디스플레이를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시야창 방식 홀로그램 디스플레이 시스템을 도시한 도면,
도 4는 웨지 프리즘의 구조와 역할의 설명에 제공되는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 웨지 프리즘과 중공 모터를 이용한 테이블탑 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한 도면,
도 6은 중공 모터의 회전에 의해 웨지 프리즘과 렌즈가 회전하여, 시야창이 회전하게 되는 상황을 나타낸 도면, 그리고,
도 7은 공간 광 변조기에서 생성할 홀로그래픽 프린지 패턴의 설명에 제공되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시야창 방식 홀로그램 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 시야창 방식 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 주어진 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator : SLM)(110)에 대해 시야창의 크기나 거리 등을 좀 더 자유롭게 설계할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시야창 방식 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 공간 광 변조기(110), 빔 스플리터(120), 렌즈 1(130), 공간 대역 필터(140), 렌즈 2(150), 렌즈 3(160), 렌즈 4(170) 및 렌즈 5(180)를 포함한다.
렌즈 1,2,3(130, 150 ,160)은 초점 거리 F를 가지고, 렌즈 4(170)는 초점 거리 f를 가지며, 렌즈 5(180)는 초점 거리 d를 가진다.
공간 광 변조기(110)에서 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하면, 이를 투과한 레이저 평면파가 빔 스플리터(120)를 통해 렌즈 1(130)에서 포커싱 되어 공간 대역 필터(140)에서 일부만 투과(필터링) 되고, 렌즈 2(150)를 통해 평행하게 변환되어, 렌즈 3,4,5(160, 170, 180)에 의해 시야창에 모두 모여지게 된다.
도 3에 도시된 시야창 방식 홀로그램 디스플레이 시스템에서는, 렌즈 3,4,5(160, 170, 180)가 서로 다른 초점 거리를 갖으므로, 다양한 조합으로 공간 광 변조기(110)의 상을 적절한 크기로 축소 혹은 확대시킨 후에 렌즈 5(180)의 초점 거리를 통해 시야창을 형성할 수 있다.
한편, 도 3에서 공간 광 변조기(110)는 반사형 공간 광 변조기를 상정하였는데, 예시적인 것에 불과하다. 공간 광 변조기(110)은 투과형 공간 광변조기로 대체가능하다. 단, 이 경우에는 빔 스플리터(120)를 제거하고 collimated laser를 공간 광 변조기(110)의 뒤에서 조사하여 줄 것이 요구된다. 이는, 후술할 도 5에서도 동일하게 적용된다.
이하에서는, 도 3에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 이용하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 구성하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템은, 도 3에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 웨지 프리즘과 이를 회전시키기 위한 중공 모터를 부가하고, 시간 다중화 방식으로 홀로그램 프린지 패턴을 생성하여, 360도 방향에서 관찰 가능한 테이블탑형 홀로그램 영상을 제공한다.
도 4는 웨지 프리즘의 구조와 역할의 설명에 제공되는 도면이다. 웨지 프리즘(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 원통을 비스듬히 자른 형태의 프리즘으로 입사된 빛을 상부 표면에서 굴절에 의해 일정 방향으로 꺾어주는 역할을 한다.
한편, 홀로그램의 시야창을 회전시켜 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 시야창을 관찰자 방향으로 꺾어 테이블탑 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 구현한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 미러(240)를 이용하여 렌즈 1(230)과 공간 대역 필터(250) 사이에서 광축을 수평 방향으로부터 수직 방향으로 변경시킨다. 또한, 광 경로 상의 마지막 렌즈인 렌즈 5(290)의 후단에 웨지 프리즘(300)을 부착하여 시야창의 방향이 웨지 프리즘(300)에 의해 꺾여 관찰자가 위에서 비스듬하게 관찰 가능하도록 한다.
웨지 프리즘(300) 또는 '웨지 프리즘(300)과 렌즈 5(290)'는 중앙에 구멍이 뚫린 중공(中空) 모터(400)에 결착하여 회전시킨다. 그러면, 시야창이 광축을 기준으로 일정 회전 반경을 가지고 회전을 하게 된다.
도 6에는 중공 모터(400)의 회전에 의해, 그에 결착된 웨지 프리즘(300)과 렌즈 5(290)가 회전하여, 결국 시야창이 회전하게 됨으로써, 시야창이 테이블탑에 원형 띠의 형상으로 형성되는 상황을 나타내었다.
그리고, 공간 광 변조기(210)에서 생성되는 홀로그래픽 프린지 패턴을 시야창의 위치에 동기화시켜 업데이트 하면, 시간 다중화 방식으로 360도 방향으로 서로 다른 시점을 갖는 홀로그램 영상을 관찰자에게 제공하게 된다.
공간 광 변조기(210)에서 생성할 홀로그래픽 프린지 패턴은, 도 7에 도시된 바와 같이, 웨지 프리즘(300)의 평면을 xy 평면, 그에 수직한 축을 z축으로 했을 때, 중공 모터(400)가 회전하는 매 순간 시야창의 FOV(Field Of View)가 원뿔(cone) 형태를 띄게 되는데, 그 원뿔과 포인트 클라우드 데이터가 겹치는 영역에 대해 필요한 홀로그램 영상을 나타낼 수 있는 홀로그래픽 프린지 패턴이다.
도 5에 도시된 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 공간 광 변조기(210), 빔 스플리터(220), 렌즈 1(230), 공간 대역 필터(250), 렌즈 2(260), 렌즈 3(270), 렌즈 4(280) 및 렌즈 5(290)의 역할 및 기능은, 도 3에 도시된 바와 같이 공간 광 변조기(110), 빔 스플리터(120), 렌즈 1(130), 공간 대역 필터(140), 렌즈 2(150), 렌즈 3(160), 렌즈 4(170) 및 렌즈 5(180)의 역할 및 기능과 동일 또는 동등하게 구현가능하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
지금까지, 웨지 프리즘을 이용한 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에서 웨지 프리즘(300)은 사용자에 의해 착탈가능한 방식으로 구현할 수 있다. 그러면, 서로 다른 굴절률을 갖는 웨지 프리즘들을 선택적으로 이용할 수 있게 되는데, 이는 원형 띠 형상을 갖는 시야창의 크기와 폭을 원하는 값으로 변경할 수 있게 된다.
아울러, 도 5에 도시된 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에서 미러(240)의 위치는 렌즈 1(230)과 공간 대역 필터(250) 사이인 것을 상정하였으나, 예시적인 것에 불과하다. 렌즈 1(230)는 그 밖의 다른 곳에 위치할 수도 있음은 물론이다. 렌즈 1(230)의 위치는 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 외관 사이즈에 의해 결정될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
210 : 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator : SLM)
220 : 빔 스플리터
230, 260, 270, 280, 290 : 렌즈
240 : 미러
250 : 공간 대역 필터
300 : 웨지 프리즘
400 : 중공 모터

Claims (8)

  1. 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 변조기;
    상기 프린지 패턴을 투과한 평면파를 일부 투과시키는 필터; 및
    상기 필터를 투과한 평면파를 굴절시키는 프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리즘의 전단에 마련되어, 상기 필터를 투과한 평면파를 시야창에 모여지게 하는 렌즈;를 더 포함하고,
    상기 프리즘은 상기 렌즈에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    중공(中空) 부분에 결착된 상기 렌즈와 상기 프리즘을 광축을 기준으로 회전시키는 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 시야창은, 테이블탑에 원형 띠로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 변조기는,
    상기 홀로그래픽 프린지 패턴을 상기 시야창의 위치에 동기화시켜 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리즘을 광축을 기준으로 회전시키는 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 변조기와 상기 필터 사이의 광축을 직각으로 변경시키는 미러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  8. 홀로그래픽 프린지 패턴을 생성하는 단계;
    상기 프린지 패턴을 투과한 평면파를 일부 투과시키는 단계; 및
    상기 투과 단계에서 투과한 평면파를 굴절시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
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