KR20180109946A - 동적 풀 3차원 디스플레이 - Google Patents

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KR20180109946A
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optical display
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light wave
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야곱 아미타이
모리 아미타이
메나헴 아미타이
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우림 옵틱스 엘티디.
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Publication date
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Abstract

광원; 제어 유닛; 및 적어도 2 개의 병치된 이중 격자 소자들의 어레이를 포함하여 구성되며, 상기 격자 소자 각각은 서로 일정한 간격으로 이격된 제 1 격자 및 제 2 격자를 포함하고, 적어도 2 개의 에지를 가지는 상기 2 개의 격자 각각은 복수의 라인의 적어도 하나의 시퀀스를 포함하여 구성되고, 여기서, 상기 라인들 사이의 간격은 상기 격자의 하나의 에지로부터 상이한 에지로 점진적으로 변하고, 여기서, 상기 제 1 격자는 상기 광원으로부터의 광파를 상기 제 2 격자를 향해 회절시키고, 주어진 방향의 출력 광파로서 제 2 격자에 의해 더 회절되는, 광학 디스플레이 시스템이 제공된다.

Description

동적 풀 3차원 디스플레이
본 발명은 신규 한 동적 디스플레이 소스에 관한 것으로, 특히 현재 이용 가능한 기술에 의해 수행될 수 없는 조작들을 수행하는 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 다수의 동적 풀 3 차원 디스플레이, 콤팩트 및 고효율 마이크로-디스플레이, 푸리에 변환 렌즈리스 디스플레이와 같은 이미징 애플리케이션에서 뿐만 아니라, 컬러 순차 디스플레이를 위한 백라이트 조명과 같은 비-이미징 애플리케이션에서 유리하게 구현될 수 있다.
가전제품의 급속히 팽창하는 시장에서 가장 필요로 하고 추구하는 디바이스 중 하나는 동적 리얼 3-차원 디스플레이이다. 즉, 상기 필요로 하는 장치는 풀 컬러, 고해상도 및 탁월한 성능으로 보는 사람의 눈에 동적 3 차원을 투사할 수 있는 디스플레이여야 한다. 현재, 보는 사람의 좌우 눈에 동시에 다른 이미지를 제공하는 입체 디스플레이를 달성하는 수많은 기술이 있다. 결과적으로, 보는 사람은 입체 객체를 보는 환상을 갖게된다. 이러한 기술로는 HMD (Head-Mounted Displays), 애너글리프, 편광-기반 디스플레이, 이클립스 (eclipse) 방법, 간섭 필터 기술 등이 있다. 이 디스플레이 집단의 가장 큰 단점은 물체에서 바라본 두 개의 시점 만 보는 사람의 눈에 투사되고 이미지는 머리 또는 사람의 눈의 움직임에 민감하지 않다는 것이다. 또한 일반적으로 입체 디스플레이를 완벽하게 구현하려면 특별히 전용 안경과 같은 다른 외부 액세서리가 필요하다.
보는 사람의 눈에 완전하고 동적인 3 차원 이미지를 투사할 수 있는 디스플레이를 위한 노력으로 체적, 홀로그래프 및 통합 디스플레이를 비롯한 여러 가지 다양한 복합 광학 솔루션들이 등장했으나, 이들 모두는 실제로 동적이 아니거나, 풀 3 차원 디스플레이를 투사하지 못하거나 한다. 또한, 이러한 기술은 일반적으로 상대적으로 소형 또는 중형 디바이스에만 효과가 있을 수 있다. 결과적으로, 만족스러운 성능을 갖는 와이드 스크린 상에 풀 3 차원 디스플레이뿐만 아니라 실제 다이내믹을 제공할 수 있는 현존하는 기술은 현재 없다. 본 출원인의 미국 특허 제7,460,302호 및 제8,811,823호에 포함된 교시는 본원에 참조 문헌으로 포함된다.
본 발명은 다른 응용들 중에서도 동적 풀 3D 디스플레이를 위한 새로운 디스플레이 군의 설계 및 제조를 용이하게 한다. 본 발명은 대형 스크린 디스플레이에 대해서도 고성능 및 풀 컬러를 가능하게 한다. 본 발명에 의해 제공되는 광학 시스템은 최첨단의 구현에서 찾아볼 수 없는 특유의 특성을 갖는 디스플레이를 공급할 수 있기 때문에 특히 유리할 뿐만 아니라, 특수한 구성을 갖는 광학 시스템에도 입수 가능한 제조 기술을 이용하여 용이하게 조합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콤팩트하고, 고효율이며, 배면 조명식 마이크로-디스플레이를 제공하는 것이다. 오늘날의 마이크로-디스플레이 시장에서 그 디바이스는, 시스템의 LCoS (Liquid Crystal on Silicone) 및 디지털 라이트(Digital Light) 광학 디자인과 같은 전면 조명식을 복잡하게 하는 프로세싱(Processing) (DLP)이거나, 액정 디스플레이(LCD)와 같이 매우 낮은 효율을 갖는다. 다른 마이크로 디스플레이 소스는, 근본적으로 달성가능한 최대 휘도가 낮다. 본 발명은 간단한 배면-조명 어프로치, 고효율 및 실질적으로 무한한 최대 휘도의 포텐셜을 갖는 마이크로-디스플레이 시스템을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 저렴하고 간단한 푸리에 변환 디스플레이, 즉 투사된 디스플레이의 각 점가 단일 픽셀로부터의 발산 광파 대신에, 종래의 디스플레이에서와 같이, 콜리메이트 광파(collimated light waves)에 의해 제공되는 디스플레이를 제공하는 것이다. 이러한 종류의 디스플레이는 콜리메이트 이미지가 요구되는 HMD와 같은 광학 시스템에 특히 유리하다. 종래의 디스플레이 대신에 푸리에-변환 디스플레이를 이용함으로써, 복잡하고 번거로운 콜리메이팅 모듈(collimating module)에 대한 필요성을 피할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 컬러 순차 디스플레이를 위한 새로운 조명 방법을 제공하는데 있으며, 여기서 상기 백라이트는, 3의 인수에 의한 시스템의 휘도를 감소시킬 필요없이, 서브 픽셀의 전방에 컬러 필터를 사용하여 적색, 녹색 및 청색 (RGB) 컬러 서브 픽셀을 효율적으로 조명한다.
따라서, 본 발명의 광범위한 목적은 최첨단 콤팩트형 광학 디스플레이 디바이스의 단점을 완화시키고, 특정 요구 사항에 따라 개선된 성능을 갖는 다른 광학 구성 요소 및 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 광원; 제어 유닛; 및 적어도 2 개의 병치된 이중 격자 소자들의 어레이를 포함하여 구성되며, 상기 격자 소자 각각은 서로 일정한 간격으로 이격된 제 1 격자 및 제 2 격자를 포함하고, 적어도 2 개의 에지를 가지는 상기 2 개의 격자 각각은 복수의 라인의 적어도 하나의 시퀀스를 포함하여 구성되고, 여기서, 상기 라인들 사이의 간격은 상기 격자의 하나의 에지로부터 다른 에지로 점진적으로 변하고, 상기 제 1 격자는 상기 광원으로부터의 광파를 상기 제 2 격자를 향해 회절시키고, 주어진 방향의 출력 광파로서 제 2 격자에 의해 더 회절되는, 광학 디스플레이 시스템이 제공된다.
본 발명은 다음의 예시적인 도면을 참조하여 특정 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어, 더욱 충분하게 이해될 수 있다. 구체적으로 도면에 관하여, 도시된 세부 사항은 단지 예일 뿐이고 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 목적으로, 본 발명의 원리 및 개념적 측면에 대한 가장 유용하고 용이하게 이해시키기 위하여 제공되는 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부 사항을 나타내려고 한 것은 아니다. 도면을 참조한 설명은 본 발명의 몇몇 형태가 어떻게 실제로 구현될 수 있는지에 대한 방향을 당업자에게 제공하기 위한 것이다.
도면에서:
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 격자들 중 하나가 횡방향으로 변환될 수 있는 이중 격자 소자의 배열을 도시한 도면이다.
도 2a, 도 2b 및도 2c는 격자들 사이에서 기판의 굴절률이 동적으로, 외부적으로 제어되는, 이중 격자 소자의 또 다른 배열을 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 제 3의, 회전 가능한 격자가 격자들 중 하나에 인접하여 배치된, 이중 격자 소자의 또 다른 배열을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중 격자 소자들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 출력 빔의 2 차원 스캐닝을 수행할 수 있는 이중 격자 소자들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 출력 빔의 2 차원 스캐닝을 수행할 수 있는 회전 대칭을 갖는 이중 격자 소자의 또 다른 배열을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 회전 대칭을 갖는 이중 격자 소자의 측면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 따라 입력 광파를 3 개의 다른 색을 갖는 3 개의 횡방향으로 변위된 출력 광파로 분리하기 위한 이중 격자 소자의 배열을 도시한 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따라 액정 디스플레이의 픽셀 및 실리콘상 액정(Liquid Crystal on Silicone)의 픽셀을 조명하는 이중 격자 소자를 도시한 도면이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 발명에 따라 실리콘상 액정의 픽셀을 조명하는 이중 격자 소자를 예시하는 도면이다.
도 11a 및도 11b는 본 발명에 따라 2-상태(bi-state) 동적 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 12는 종래의 디스플레이 소스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따라 입체 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따라 3 차원 동적 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 (a) 기록 및 (b) 홀로그래프 디스플레이의 재구성 프로세스를 도시한 선행 기술 도면이다.
도 17은 본 발명에 따라 풀 3 차원 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18a 및 도 18b는, 본 발명에 따라 디스플레이 모듈의 프레임의 중앙 상부 위치에 설치된 에미터 및 검출기를 포함하는 안구 추적 유닛의 평면도 (18a) 및 정면도 (18b)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따라 방출된 광파가 보는 사람의 눈으로 편향되는, 다-상태(multi-state) 동적 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따라 상이한 보는 사람에게 상이한 이미지를 동시에 투사하는 3 차원 동적 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자의 어레이를 도시한 도면이다.
도 21a 및 도 21b는 본 발명에 따라 풀 3 차원 디스플레이를 형성하는 이중 격자 소자들의 어레이를 개략적으로 도시한 도면으로서, 여기서 안구 추적 유닛이 디스플레이의 프레임에 배치되고, 보는 사람의 눈의 위치 및 주시 방향을 측정한다.
소비자 시장뿐만 아니라 전문 및 군사 시장에서 현재 사용되고 있는 많은 유형의 디스플레이 시스템이 있다. 통상적으로, 이들 디스플레이 시스템 모두는 픽셀들의 2 차원 어레이로 구성되고, 각 픽셀은 발산 광파의 시퀀스를 방출하며, 발산 광파 각각의 진폭 및 컬러는 디스플레이의 제어 모듈에 공급되는 전자 비디오 신호에 의해 결정된다. 본 발명의 목적은 각 픽셀로부터의 출력이, 종래의 디스플레이에서와 같이, 발산 파가 아니라, 색 및 진폭 뿐만 아니라 출력 광파의 방향이 비디오 신호에 제어되는 방향성 광파인, 새로운 군의 디스플레이 시스템을 고안하는 것이다. 즉, 디스플레이에 공급되는 비디오 신호가 각 픽셀이 각 시간 프레임에서 방출해야하는 색 및 진폭뿐만 아니라 각 픽셀에서 방출되는 광파의 방향에 대한 정보도 포함한다. 따라서, 디스플레이 내의 각 픽셀로부터의 출력 빔의 방향도 제어하는 특별한 메커니즘이 본 명세서에 예시된다.
본 발명에서 픽셀의 주된 빌딩 블록은 서로 일정한 거리에 위치된 두 개의 상이한 격자 한쌍을 포함하여 구성되는 이중-격자 소자 (Double-Grating Element: DGE)이다. 이들 격자는 각각 2개의 상이한 미리 정의된 처프 격자(chirped grating) 함수를 갖는다. 즉, 격자 주기의 횡방향 변화가 존재하여, 제 2 격자 내로 회절되고 나서 DGE 밖으로 회절되는 제 1 격자를 조명하는 광파의 방향이 다양한 대체 방법으로 전자적으로 제어될 수 있다. 도 1a에 도시된 하나의 접근법은, 각각 격자 함수
Figure pct00001
(x, y) 및
Figure pct00002
(ξ,η)를 갖는 두 개의 평행한 격자, G1(x) 및 G2(ξ)에 기초한다 (이하, DGE의 두 격자 G1 및 G2의 횡좌표는 각각 (x, y)와 (ξ,η)가될 것임). 격자들 사이의 거리(D)는 일정하고, 제 1 격자 G1(x)에 충돌하는 입력 광파, Gi (x)는 격자 평면에 수직(normal)이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 하나의 격자의 변환(translation)이 없는 경우, 출력 광파는 격자 평면에 대한 수직 방향으로 제 2 격자 G2(ξ)로부터 나온다. 그러나, 도 1c에 도시된 바와 같이, G1(x)가 δx만큼 오른쪽 방향으로 이동될 때, 제 2 격자들 G2(ξ))과 교차하는 G1(x)로부터의 광선들은 점들에 충돌하고, 이때 격자 함수는 변환 전에 충돌한 상기 점들보다 높다. 결과적으로, 출력 광파는 각도
Figure pct00003
만큼 편향되고, 편차 비율, k = D(sin(
Figure pct00004
)/δx는 상수이다. 따라서, G1(x)의 연속 선형 변환은 출력 광파의 연속 각도 스티어링(angular steering)을 유도한다. 주어진 변환 δχ에 대한 편향 각도(p)가 DGE의 전체 표면에 대해 일정할 것이라는 요구 사항을 충족시키는 필요한 격자 함수
Figure pct00005
(x, y) 및
Figure pct00006
(ξ, η)의 자세한 계산은, 위에서 언급한 참조 문헌에서 찾을 수 있다. 이 접근법의 주요 이점 중 하나는, 이 DGE를 사용하면 매우 큰 편차 계수를 얻을 수 있기 때문에, 예를 들어 수십 마이크론의 미세 선형 변환(minute linear translation)을 사용하면 출력 빔의 방향을 유의적으로 변경하는 것이 가능하다는 것이다. 결과적으로 격자의 변환 운동은 작은 압전 결정(piezo-electric crystal)으로 수행할 수 있어서, 복잡한 변환 또는 회전 메커니즘이 필요하지 않다.
출력 광파의 방향을 제어하기위한 대안적인 방법이 도 2a, 2b 및 2c에 도시되어있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 투광성 기판(4)의 두 개의 평행한 표면 (6, 8) 상의 투광성 기판 상에 2 개의 격자 G1(x) 및 G2(ξ)가 각각 형성된다. 단색 평면파 Wi는 제 1 격자 G1(x)에 의해 기판 내측에 결합된 후, 제 2 격자 G2(ξ)에 의해 결합된다. 기판의 굴절률은 외부 수단에 의해, 비한정적인 예를 들어 기판에 전기장을 인가하는 것에 의해, 또는 강한 단파장 광원으로 조명하는 것에 의해 동적으로 제어될 수 있다. 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 기판의 굴절률의 변화는 출력 광파의 각도 편향을 낳는다. 즉, 굴절률이 ν1일 때, 출력 광파 Wo가 제 2 격자 G2(ξ)로부터 기판 평면에 대해 각도
Figure pct00007
1으로 발생한다 (도 2b). 그러나, 굴절률이 ν2로 변화할 때 (여기서 ν2<ν1)로 변화될 때, 광선은 기판의 굴절률에서의 감소로 인해 제 1 격자 G1(x)로부터 제 2 격자 G2(ξ)로 더 높은 회절각도로 회절된다 (도 2c). 그 결과, 제 2 격자 G2(ξ)와 교차하는 G1(x)로부터의 광선은 점들을 충돌하고, 이때 격자 함수는 굴절률을 수정하기 전에 충돌된 상기 점들보다 낮아진다. 결국, 출력 광파 (Wo)는 각도 Δ
Figure pct00008
만큼 편향된다. 즉, 출력 광파는 기판 평면에 대한 상이한 각도
Figure pct00009
2 =
Figure pct00010
1 - Δ
Figure pct00011
에서 격자 G2(ξ)에서 나온다 (도 2c), 여기서 Δ
Figure pct00012
는 편차각도이다. 따라서, 굴절률의 연속적인 변화는 출력 광파의 연속적인 각도 스티어링을 유도한다. 주어진 굴절률 수정 Δν에 대한 편차각 Δ
Figure pct00013
가 DGE의 전체 표면에 대해 일정할 것이라는 요건을 충족하는 필요한 격자 함수
Figure pct00014
(x,y) 및
Figure pct00015
(ξ,η)의 자세한 계산은 위에서 언급한 참고 문헌에서 찾을 수 있다.
DGE를 사용하여 출력 빔의 요구되는 각도 스티어링을 달성하기 위한, 종래 기술에서 설명되지 않은, 다른 방법이 도 3에 도시되어 있다. 적어도 하나의 주축을 갖는 격자 G0가 제 1 격자 G1(x)의 전방에 위치되고, 도 3a에 도시된 바와 같이, 디폴트 위치에서, 상기 두 격자는 서로 평행하고, 입력 광파 Wi는 입사각 -Θ에서 G0에 충돌한다 (이하, 반 시계 방향 및 시계 방향의 회전 각을 각각 양각과 음각이라 칭한다). G0에서 회절되는 이미지 광파의 방향은 다음과 같다.
Figure pct00016
(1)
여기서 G0x는 격자 G0의 역 격자 함수
Figure pct00017
(x,y,z)의 x-성분이고, 첨자 0은 이미지 각 sin αi° 가 격자 G0 와 관련이 있음을 가리키고, λ는 광파의 파장이다. G0의 격자 함수는 다음과 같이 가정한다:
Figure pct00018
(2)
즉 G0는 x 축을 따른 일정한 라인주기를 갖는 선형 격자이다. 식(2)를 식(1)에 대입하면 다음 식(3)이 얻어진다:
Figure pct00019
(3)
즉, 이미지 광파는 격자 평면에 수직이다. 이제, 격자 G0가 y-축 주위로 반시계 방향으로 각도 δ만큼 회전되었다고 가정하면, 회전된 격자와 비교된 들어오는 광파의 재구성 각도는 다음 식(4)와 같다:
Figure pct00020
(4)
이미지 파의 출력 각도는 다음 식(5)와 같다:
Figure pct00021
(5)
작은 회전 각 δ에 대하여, 출력 각은 다음 식(6)과 같다:
Figure pct00022
(6)
격자 G0의 원래 평면과 비교되면, 출력 각도는 다음 식(7)과 같다.
Figure pct00023
(7)
도 3b에 도시된 바와 같이, G0의 이미지 광파는 격자 G1(x)에 대한 입력 광파이다. 즉
Figure pct00024
(8)
2 개의 격자 G1(x) 및 G2(ξ)가 x 축을 따라서 만 비-제로 성분을 또한 갖는다고 가정하면, 다음과 같다:
Figure pct00025
(9).
이하, 격자 G1 및 G2의 좌표를 각각 (x, y, z) 및 (ξ, η, ζ)로 나타낸다. 도 3b에 도시된 바와 같이, G1(x)로부터의 이미지 광선이 G0를 각도 δ만큼 일정 거리를 회전시켜 G2(ξ)의 x축을 따라 왼쪽으로 (즉, 음의 방향으로) “이동한다(move)”.
Figure pct00026
(10)
여기서 D는 G1(x)와 G2(ξ) 사이의 수직 거리이다. 따라서, αi 1(0)의 방향을 가지는 제로 회전에 대하여 격자 G1(x) 상의 점 x에서 나오는 광선은 점 ξ에서 격자 G2(ξ)에 충돌하는 한편, δ의 회전에 대하여 광선이 αi 1(δ)의 방향을 가지는 동일한 점 x에서 나와 점 ξ-Δξ에서 격자 G2에 충돌한다. 작은 회전 각도 δ의 경우,
Figure pct00027
(11) 및
Figure pct00028
(12)이다
여기서 δ' = αi 1(δ) -αi 1(0) 이다. 따라서,
Figure pct00029
(13).
식(9) 및 식(13)을 식(10)에 대입하면 식(14)가 얻어진다:
Figure pct00030
(14)
각도 δ만큼 G0의 회전후 격자 G2(ξ) 밖으로 회절된 광파가 격자 평면에 대한 수직으로부터 각도
Figure pct00031
만큼 편향되어야 한다고 가정하면, 식(15)와 같이 된다.
Figure pct00032
(15)
그 결과, ξ-Δξ 점에서의 격자 함수는 다음과 같이 된다:
Figure pct00033
Figure pct00034
(16)
여기서, -1 차수는 격자G2로부터 회절된다. 식(9)를 식(16)에 대입하여 다음이 얻어진다:
Figure pct00035
여기서 δ≡-(1-cosΘ)+sin(
Figure pct00036
/δ는 DGE의 "각도 증폭률(angular amplification factor)"로 정의된다. δ는 x 또는 ξ에 의존하지 않으므로, σ는 격자의 전체 표면에 대해 상수이다. δ = 0 인 경우, G1(x) 로의 입력 광파와 G2(ξ)로부터의 출력 광파는 격자면에 수직인 평면파이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, δ = 0인 경우, 광선은 G1(x) 상의 점 x로부터 G2(ξ)상의 점 ξ까지 추적된다. 따라서,
Figure pct00037
(18)
식 (17)과 식 (18)을 결합하면, 다음 식(19)가 얻어진다:
Figure pct00038
(19)
식 (19)를 식 14)로 나누면 다음 식 (20)이 얻어진다:
Figure pct00039
(20)
여기서, b = σ/(D-(1-cosθ)는 상수이다. 작은 δ의 경우, 다음과 같은 근사값이 쓰여질 수 있다.
Figure pct00040
(21)
식(18)을 식(20)에 대입하면 다음 식(22)가 얻어진다:
Figure pct00041
(22)
이 방정식의 해는 다음 식(23) 또는 식(24)가 된다:
Figure pct00042
(23)
Figure pct00043
(24)
ξ=0에 대하여 λG2(ξ)=0의 경계 조건을 사용하면, 이 방정식의 해는 다음 식(25)가 된다:
Figure pct00044
(25)
도 3a에 도시된 바와 같이, δ = 0인 경우 다음 식(26)이 된다:
Figure pct00045
(26)
식 (23)을 식(26)에 대입하면 다음 식(27)이 얻어진다:
Figure pct00046
(27)
이 방정식의 해는 식(28) 이다.
Figure pct00047
(28)
여기서 상수 c는
Figure pct00048
로 정의된다.
DGE의 각도 증폭률 σ는 격자의 전체 표면에 대해 일정하므로, 격자 G0의 주어진 회전 δ에 대하여 편차각
Figure pct00049
는 전체 DGE에 대해 상수이다. 따라서, 격자 G0의 회전 각도의 연속적인 변화는 격자 G2(ξ)로부터의 출력 광파의 연속적인 각도 스티어링을 유도한다, 이는 격자 G0로부터의 출력 파의 각도 회전에 대해 DGE에 의해 유의적으로 증폭된다.
식 (25) 및 (28)에서 주어진 해는 가장 정확한 해답이 아니라 오히려 근사 해이며, 도 3a 및 3b에 도시된 실시예에 대한 쉽고 빠른 분석 해법을 찾는 능력을 나타내는 것을 아는 것이 중요하다. 그러나 대부분의 경우, 이 해는 충분히 정확하고, 각 픽셀에 대해 격자 G0의 작은 회전이 DGE에 의해 유의적으로 증폭될 수 있는 디스플레이 시스템을 간단히 구현할 수 있다. 또한, 도 3a 및 3b의 실시예는, 픽셀화된 디스플레이 소스 뿐만 아니라, 단일 광 빔을 회절 격자 및 증폭 DGE를 사용하여 스티어링할 수 있는 다른 시스템에도 이용될 수 있다.
이러한 맥락에서, 단일 DGE를 사용하여 출력 빔의 필요한 각도 스티어링을 달성하기 위한 몇 가지 대안이 도 1 내지 3에 설명되어 있다. 그러나 DGE를 활용하는 빛의 파장을 조작하는 원리에 기반을 둔 디스플레이를 구현하기 위해서는 하나 이상의 소자가 필요하다는 것이 분명하다.
도 4는 서로 인접하여 위치하고 개별적으로 제어될 수 있는 두 개의 상이한 DGE의 배열을 보여준다. 당연히, 디스플레이를 용이하게 하기 위해 2 개 이상의 픽셀이 필요하며, 일반적으로 픽셀의 2 차원 어레이가 필요하다. 도 4 (및 다음에 나오는 도)는 두 개의 상이한 DGE가 전체 디스플레이의 일부로서 두 개의 상이한 광파를 방출할 수 있는 두 개의 픽셀을 형성하는 데 어떻게 활용되는지 보여준다.
도시된 바와 같이, 두 개의 상이한 DGE인, DGE1과 DGE2가 병치되어 있다. (이하, DGE가 여러 개인 시스템의 경우, 위첨자는 특정 픽셀의 서수를 가리킨다). 상기 2 개의 DGE의 구조는 동일하다. 즉, 상기 2 개의 DGE 사이에 위치하는 2 개의 기판의 굴절률은 픽셀의 기판 상에 2 개의 상이한 전류를 인가함으로써 개별적으로 제어될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2 개의 DGE에 대해 2 개의 상이한 굴절률 ν1 ≠ ν2가 설정되므로, DGE로부터 나오는 2 개의 이미지 광파는 2 개의 다른 방향
Figure pct00050
1, ≠
Figure pct00051
2 으로 회절된다. 동적 디스플레이의 경우, 제어 전류가 연속적으로 수정될 수 있으므로, 픽셀로부터 나오는 광파의 출력 방향이 그에 따라 제어될 수 있다. 이 실시예에서, 전자적으로 제어 가능한 굴절률을 사용하는 접근법이 도시되어 있지만, 도 1 및 3에 도시된 것과 같은 다른 접근법 또는 DGE를 사용하는 다른 방법을 이용할 수도 있다.
도 1 내지 4에 도시된 빔 스티어링은, x 축에서만 수행된다. 그러나 각 픽셀에 대한 2 차원 편차는 각 픽셀에 대해 상이한 두 개의 평행한 DGE를 결합하여 쉽게 구현할 수 있으므로 각 DGE의 스캔 방향이 다른 스캔 방향에 수직이다. 도 5a 및 도 5b는 2 개의 픽셀이 서로 인접하여 위치하는 시스템을 도시한다. 각 픽셀은 서로에 대해 수직으로 배향된 두 개의 DGE로 구성된다. 각각의 픽셀에 대해, 격자 함수가 x 축에만 의존하는 격자 G1 i(x), G2 i(ξ)(i=1,2)를 갖는 DGE Dx i에 더하여, 격자 함수가 x축에 직교하는 y축에만 의존하는 격자 H1 i(y),H2 i(η) (i=1,2)를 갖는 DGE Dy i가 DGE Dx i의 상부에 위치한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 광파는 먼저 Dxi를 통과하고, 그에 따라 제 1 DGE Dxi의 굴절률 νx i을 제어하는 것에 의해 설정된 각도
Figure pct00052
χ i만큼 y축 둘레를 회전된다. 그런 다음 광파는 제2 DGE Dy i를 통과하며, y축 둘레의 회전은 DGE의 영향을 받지 않다. 도 5b에 도시된 바와 같이, x 축 둘레의 회전은 광파가 제 1 DGE Dx i를 통과할 때 영향을 받지 않는다. 그 후, 광파는 제 2 DGE Dy i를 통과하여, 제 2 DGE Dy i의 굴절률 νy i를 제어하는 것에 의해 설정되는 각도
Figure pct00053
γ i 만큼 x축 둘레를 따라서 회전된다. 동일한 픽셀에 속하는 2 개의 직교하는 DGE의 굴절률이 개별적으로 제어될 수 있기 때문에, 출력 각도
Figure pct00054
χ i,
Figure pct00055
y i의 정확한 2 차원 편차는 제어 시스템에 의해 설정될 수있다.
도 5a 및 5b에 도시된 시스템에서, 각 픽셀의 두 개의 수직으로 인접한 격자들, G2 i(ξ) 및 H1 i(y)는 개별적으로 제작된다. 그러나, 이들 2 개의 격자를 조합하여 이들 2 개의 격자의 조합인 격자 함수를 갖는 통합 격자 GHi(ξ,y)를 형성하는 것이 더 간단한 시스템이다. 즉
Figure pct00056
(29)
두 DGE 픽셀의 구조가 제작될 수 있는 방식에 대하 몇 가지 반대 고려 사항이 있다. 한편으로는, 단순한 조립 공정의 관점에서, 전술한 바와 같이 2 개의 인접한 격자를 통합하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로는, 때로는 복잡한 격자 함수를 가질 수 있는 2 차원 격자 GHi(ξ,y)를 제작하는 것보다 G2 i(ξ) 또는 H1 i(y)와 같은 1차원 격적을 개별적으로 제작하는 것이 일반적으로 훨씬 더 간단하다. 따라서, 각 시스템에 대한 구체적인 제작 방법은 각 시스템의 세부 파라미터에 따라 결정될 수 있다.
도 5a 및 5b에서 설명한 것과 다른, 필요한 2 차원 스캐닝을 달성하기 위한 또 하나의 방법은, 인접한 두 개의 직교하는 DGE 대신에 단일 DGE를 이용하는 것이며, 이때 각 격자는 x 좌표 뿐만 아니라 및 y 좌표에 의존하는 2 차원 격자 함수를 갖는다. 이 시스템은 두 축을 중심으로 편차각도를 설정할 수 있는 동적 제어 유닛이 있어야 한다. 하나의 가능성은 굴절률이 2 개의 직교 축을 따라 개별적으로 제어될 수 있는 동적 복굴절 재료를 갖는 기판을 사용하는 것에 의해 도 2에 도시된 광학 시스템을 수정하는 것이다. 또 하나의 방법은 도 3에 도시된 시스템을 x 축 뿐만 아니라 y 축 둘레로 회전할 수 있는 격자 G0를 사용하여 수정하는 것이다.
도 1에 도시된 광학 시스템에 기초한 다른 방법이 도 6a 및 6b에 도시되어있다. 제 2 격자 G2(ξ, η, ζ)의 역 격자 함수는 다음과 같이 정의된다.
Figure pct00057
(30)
여기서, (dξ, dη, dζ)는 각각
Figure pct00058
축을 따르는 소정의 점 (ξ, η, ζ)에서 두 개의 인접하는 격자 라인들 사이의 거리이다. 격자 평면이 ζ 축에 수직이기 때문에, 격자 함수는 다음과 같이 쓸 수 있다:
Figure pct00059
(31)
격자 G2의 격자 함수가 반경방향 대칭을 갖는다고 가정하면, 다음과 같이 쓰여질 수 있다 : G2(ξ,η)=G2(ρ). 여기서,
Figure pct00060
는 주어진 점 (ξ,η)와 격자의 중심 사이의 반경방향 거리이고, 두개의 인접하는 격자 라인 사이의 반경방향 거리 dρ는 식
Figure pct00061
으로 주어진다.
하기 식(32) 형태의 격자 함수를 가지는 격자 G2가 선택된다:
Figure pct00062
(32)
여기서, Λ는 상수이고, 마이너스 부호는 격자 G2의 -1 차수가 이용되고,
Figure pct00063
는 반경 단위 벡터이다.
격자 함수는 반경 ρ의 함수로 선형으로 단조 증가한다. 이 경우, 격자 G2의 다양한 구성 요소는 다음과 같다 :
Figure pct00064
(33)
격자로부터의 회절 방정식은 다음 식(34)으로 주어진다.
Figure pct00065
(34)
여기서,
Figure pct00066
및
Figure pct00067
는 각각 이미지 및 재구성 광파의 벡터이다. 이 벡터의 성분은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure pct00068
(35)
여기서, λ는 회절 광파의 파장이고, k, l 및 m은 각각 p, ξ 및 η 축을 따른 광파 벡터 (또는 방향 코사인)의 성분이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 일반성을 잃지 않고, 격자 G2로부터 회절된 이미지 광파는 격자 평면에 수직인 평면이다, 즉,
Figure pct00069
(36)
결국, 재구성 파
Figure pct00070
의 방향 코사인은 다음과 같아야 한다.
Figure pct00071
(37)
도 6b에 도시된 바와 같이, 격자는 이제 Δρ에 의해 변환되며, 여기서
Figure pct00072
이다. 따라서, 점 (ξ+Δξ, η+Δη)이 변환 전에 위치된 동일한 위치에서, 제 2 격자 G2의 표면에서의 점(ξ,η)이 제 1 격자 G1와 비교하여 위치된다. 결과적으로, 제 2 격자 G2의 표면에서의 점 (ξ,η)은 다음 식(38)의 방향 코사인을 갖는 판독 광선에 의해 변환 후에 조명된다.
Figure pct00073
Figure pct00074
(38)
식(33)과 (38)을 식 (34)에 대입하여 다음 식(39)와 같이 된다:
Figure pct00075
(39)
이미지 광선
Figure pct00076
의 방향은 제 2 격자 G2의 표면에서 점 (ξ,η)에 대해 불변하며, 이는 제 2 격자의 표면에 충돌하는 전체 광파가 동일 방향이므로 이미지 파는 식 (39)의 방향 코사인을 갖는 순수한 평면파임의 의미한다.
제 1 격자의 요구된 격자 함수
Figure pct00077
을 계산하기 위해서, 제 2 격자상의 주어진 점 ρ로부터 제 1 격자 상의 각각의 점 r(ρ)까지의 광선이 추적될 수 있으며, 여기서 2 개의 격자는 디폴트 제로 위치에 위치된다. 즉 Δρ = 0 이다.
도 7에 도시된 바와 같이, ρ와 r(ρ) 사이에서 반경 방향 축을 따른 횡방향 거리는 다음과 같이 주어진다.
Figure pct00078
(40)
여기서, D는 상기 두 격자와 r(ρ)에서 ρ까지 추적된 광선의 방향 코사인 사이의 거리이다.
Figure pct00079
(41)
식 (37)을 식(41)에 대입하면 식(42)가 된다:
Figure pct00080
(42)
삭 (42)를 식 (40)에 대입하면 식(43)이 된다:
Figure pct00081
(43)
일반성의 잃지 않고, 제 1 격자 G1를 조명하는 판독 광파는 격자 평면에 수직 인 평면파라고 가정한다. 즉,
Figure pct00082
이라고 가정한다.
그 결과, 제 1 격자의 격자 함수
Figure pct00083
는 식(44)가 된:
Figure pct00084
(44)
여기서
Figure pct00085
은 방경 단위 벡터이다. 따라서, 격자
Figure pct00086
의 절대 값은 다음과 같이 된다.
Figure pct00087
(45) 또는
Figure pct00088
(46)
식 (46)을 식 (43)에 대입하면 식(47)이 된다:
Figure pct00089
(47)
이것은 단순한 단조 증가 함수이므로, 역수 G1(r)를 쉽게 구할 수 있다. 방향 코사인은 다음 식(48)의 조건을 충족해야 한다.
Figure pct00090
(48)
따라서, 격자 G2의 중심으로부터의 최대 반경 방향 거리는 다음과 같다:
Figure pct00091
(49)
식 (39)를 이용하면 다음이 얻어진다:
Figure pct00092
(50)
결국, 도 6a,도 6b 및도 7에 도시된 이중 격자 어셈블리로부터 얻어질 수 있는 최대 각도 편차는,
(51) 이다.
도 1 내지도 6에 도시된 모든 시스템에서, 디스플레이는 단일 파장 λ를 갖는 단색 광파에 의해 조명되는 것으로 가정되었다. 그러나, 거의 모든 도시된 디스플레이 시스템에서, 디스플레이는 풀 컬러 이미지를 투사하는 능력을 가져야 한다. 컬러풀한 디스플레이를 성취하기 위한, 특히 화소 크기가 비교적 큰 적용 예를 위한 하나의 접근법은, 화소의 기본 소자로서 도 1 내지 5의 실시예를 위한 원통형인 회절 격자 및 도 6a 및 6b의 실시예를 위한 원형 소자 대신에 프레넬 소자를 이용하는 것이다. 이 경우에, 프레넬 소자들이 식(1) 내지 (51)을 따르도록 설계하는 것이 가능하며, 그리고 재구성 파장에 대한 그들의 감도는 훨씬 낮게 되고, 백색광이 그것들을 조명하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 회절 격자의 경우, 재구성 파장에 대한 감도는 매우 높으며, 각 픽셀은 단색광으로 재구성되어야 한다. 따라서 각각 3 가지 컬러를 갖는 적어도 3개의 이미지를 함께 멀티플렉싱하여 필요한 컬러풀한 이미지를 만들어야한다. 필요한 컬러 멀티플렉싱을 용이하게 하는 두 가지 주요 방법이 있다. 하나의 방법은 시간 순차 컬러 이미징이며, 여기서 컬러 이미지는 전형적으로 1/f의 초 동안 지속되는 단일 이미지 프레임에 적색, 녹색 및 청색 (RGB)광의 3가지 기본 컬러를 순차적으로 배치하여 생성된다. 여기서 f는 시스템의 주파수이며, 일반적으로 50 또는 60 헤르츠이다. 이것은, 기간 프레임이 3 개의 동일한 하위 기간으로 분할되고, 각각 하나의 컬러 만이 디스플레이를 비추는 것을 의미한다. 3개의 겹치는 격자들로 구성된 멀티플렉싱 격자로서 DGE에서 격자의 각각을 제작함으로써 본 발명에 대해 이 방법을 이용할 수 있으며, 각각은 3개의 기본 색 중 하나에 민감하고 다른 두 가지 색. DGE를 조명하기 위해이 접근법을 사용하는 주된 문제는 다중 격자에 대해 높은 회절 효율을 달성하는 것이 일반적으로 어렵다는 것이다. 그 결과로서, 3 개의 중첩된 격자들 사이에서 광파의 "혼선(cross-talk)"의 위험이 있고 (즉, 광파가 "잘못된" 격자에 의해 회절될 것이고), 결과적으로 색 품질 및 이미지의 대비가 저하된다.
컬러 디스플레이를 달성하기 위한 다른 방법은 컬러 필터 접근법을 이용하는 것이다. 디스플레이의 각 픽셀은 3개의 서브픽셀로 분할되고, 여기서 컬러 필터 프로세스는, 3개의 기본 색을 혼합하여 거의 모든 색을 생성할 수 있도록, 각 서브픽셀에 3개의 기본 RGB 색 염료 또는 안료를 가한다. 이 방법의 주된 단점은 디스플레이가 백색 광파에 의해 조명되거나 RGB 색이 상이한 3 개의 광파가 혼합됨으로써 디스플레이가 조명된다는 것이다. 결과적으로, 모든 서브 픽셀은 3 개의 다른 광파에 의해 조명되고, 적절한 색을 갖는 그 중 하나만이 컬러 필터를 통과하고, "잘못된"색을 갖는 다른 2 개의 광파가 흡수된다. 따라서, 컬러 필터 디스플레이의 투과율 효율은 적어도 3 배만큼 감소된다.
도 8a-8c는 고효율 시스템을 달성하기 위해 DGE의 어레이를 사용하여 디스플레이 소스를 조명하는 대안적인 방법을 도시한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 각각 RGB 색을 갖는 3개의 평면 광파
Figure pct00094
및
Figure pct00095
의 혼합인 입력 광파
Figure pct00096
는 격자의 평면에 대해 수직인 DGE Drgb에 충돌한다. 횡방향 치수가 ax 인 제 1 격자 Crgbi (x)는 각각이 RGB 색에 감응하나 다른 2개의 색에 감응하지 않는 3개의 다른 격자 Cr1 (x), Cg1(x) 및 Cb1(x)의 멀티플렉싱된 격자이다. 제 2 격자는 3개의 인접한 분리된 격자 이며 ax/3의 횡방향 치수를 가지는 Cr2(ξ), Cg2(ξ) 및 Cb2(ξ)로 구성되며, 그 각각은 RGB 색에 각각 감응하나 다은 두개의 색에는 감응하지 않는다. RGB 광파(각각 점선, 파선 및 실선)는 제 1 격자로부터 제 2 격자로 회절되고, 제 2 격자로부터의 출력 광파는 또한 격자 평면에 수직인 평면파이므로 다음과 같이 된다:
Figure pct00097
(52)
여기서 각각의 광선은 G1상의 점 x로부터 G2상의 점 ξ까지 추적된다. 따라서,
Figure pct00098
(53).
제 2 격자 Crgb2(ξ)의 3 개의 서브-격자들 각각은 그 각각의 컬러에 대해 매우 효율적일 수 있다. 실제로, 제 1 격자 Crgbi(x)는 3개의 상이한 격자로 멀티플렉싱되기 때문에, 100 % 효율이될 수 없다. 그러나, 각각 3 개의 격자 Cr2(ξ), Cg2(ξ) 및 Cb2(ξ)의 전방에 서브-필터 Fr, Fg 및 Fb를 갖는 컬러 필터를 배치함으로써 3개의 격자들 사이의 "혼선(cross-talk)"이 회피될 수 있다. 서브-격자들 각각은 이제 대부분 "옳바른(right)" 컬러를 갖는 광 웨이브에 의해 조명되고, 그 작은 퍼센트 만이 "잘못된(wrong)" 컬러로부터 유래되기 때문에, 필터로 인한 에너지 손실은 최소 일 것이지만 " 혼선"은 실제로 방지될 것이다.
도 8b에 도시된 바와 같이, Drgb로부터의 3개의 컬러로 분리된 출력 광파는 3 개의 서브 픽셀을 조명하는데 이용될 수 있으며, 각각은 그것의 개별 DGE Dc 를 갖는다 (위첨자 c = r, g, b는 각 DGE의 컬러를 가리킨다). 서브 픽셀로부터의 3개의 출력 광파
Figure pct00099
의 방향은 3개의 DGE 내부에 각각 위치한 기판의 굴절률
Figure pct00100
을 제어함으로써 설정된다. 도 도 5a 및도 5b와 관련하여 상술 한 바와 같이, 각 서브 픽셀에서 수직으로 인접한 격자인
Figure pct00101
및
Figure pct00102
는 개별적으로 제작될 수 있다. 그러나, 이들 2 개의 격자를 결합하여 이들 2 개의 격자의 조합인 격자 기능을 갖는 통합된 격자로 결합하는 것이 더 간단한 시스템이 있다. 전술한 바와 같이, 각 시스템에 대한 특정 제작방법은 각 시스템의 상세한 파라미터에 따라 결정될 수 있다.
도 8a 및도 8b에 도시된 바와 같이, Drgb의 2 개의 격자들 사이에서
Figure pct00103
의 시프트가 있다. 여기서 D는 격자들간의 수직 거리이고
Figure pct00104
은 점 x = 0과 ξ = 0을 연결하는 청색 광선의 방향이다. 그러나 두 개의 격자의 전체 횡방향 구경은 ax와 같다. 도 8c는 두 개의 인접한 DGE를 사용하여 조명되는 두 개의 인접한 컬러 필터링된 픽셀을 보여준다. 전술한 바와 같이, 6개의 서브 픽셀로부터의 출력 광파
Figure pct00105
는 각 서브 픽셀의 DGE 내부의 각각의 굴절률을 제어함으로써 설정된다. 많은 수 n의 픽셀에 대해, 디스플레이의 전체 구경은
Figure pct00106
이고, 제 1 격자의 평면과 제 2 격자의 평면 사이의 시프트는 무시할 만하다. 결과적으로, 디스플레이의 필-팩터(fill-factor)는 실질적으로 1이다.
도 8도 8b 및 도 8c에 도시된 시스템에서, DGE에 기초한 RGB 조명 모듈은 디스플레이를 백라이트하는데 사용되며, 여기서 픽셀은 도 2에 도시된 방법에 따라 설계된다. 결국, 이 조명 방법은 픽셀이 도 1, 3 및 6에 각각 도시된 다른 방법에 따라 설계된 디스플레이에 또한 이용될 수 있다. 또한, 이 조명 방법은 픽셀이 DGE로 구성되는 디스플레이뿐만 아니라 다른 종래의 디스플레이에도 사용될 수있다.
도 9a는 DGE 기반 모듈이 액정 디스플레이 (LCD)를 백라이트 조명하는데 이용되는 방법을 도시하며, 일반적으로 백라이트 모듈이 디스플레이의 후면에 추가되어야한다. 도시된 바와 같이, 조명 소자 Drgb는 각각 3 개의 서브 픽셀(22, 24 및 26)로 분할되고 청색, 녹색 및 적색으로 각각 지정된 단일 픽셀 (20)의 후면에 위치한다.
Figure pct00107
및
Figure pct00108
의 3 개의 기본 색을 입력 광파
Figure pct00109
로부터 스플리팅하는 것은도 8a와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 수행된다. 출력 광파
Figure pct00110
및
Figure pct00111
는 일반적으로 LCD의 일부인 디퓨져(diffuser)(28)에 의해 서브 픽셀로부터 발산한다. 전형적으로, LCD는 도 8a에서 이용된 바와 같이 3개의 단색 광파의 조합에 의해 조명되지 않고 오히려 3개의 색채 밴드(chromatic band)의 조합을 갖는 광에 의해, 또는 심지어 백색 광파에 의해 조명된다. 결과적으로, 심지어 DGE 기반 조명 모듈로 얻을 수 있는 효율이 기존의 조명 모듈을 사용하여 달성될 수 있는 최대 33% 보다 유의적으로 높을 수 있지만, Drgb 격자의 효율성은 최적이 아니며 전체 출력 효율이 저하될 것이다.
도 9b는 DGE 기반 모듈이 실리콘상 액정(LCOS: Liquid Crystal On Silicon) 디스플레이를 전면 조명하는데 이용되는 방법을 도시한다. LCOS 패널은 LCD 패널과 마찬가지로 상이한 전압에 따라 꼬임 및 정렬되는 액정으로 채워진 2 차원 어레이의 셀을 포함한다. LCOS를 사용하면 액정 소자를 반사형 실리콘 칩에 직접 접착할 수 있다. 아래 미러된 표면의 반사에 뒤틀린 액정에 따르면, 빛의 편광은 변경되거나 변경되지 않고 각각 밝거나 어두운 픽셀을 생성한다. 도시된 바와 같이, 3 개의 서브 픽셀들(32, 34 및 36)로 분할된 픽셀(30)의 전면은 LCD의 후면의 조명 방식과 유사한 방식으로 입력 광파
Figure pct00112
에 의해 조명된다 ,도 9a에 도시된 바와 같이. 주된 차이점은이 경우, 출력 광파 인 Wr o, Wg o, Wb o는 픽셀을 통과하지 않고 오히려 원래 방향의 반대 방향으로 픽셀의 전면에서 다시 반사된다는 것이다 .
DGE를 사용하는 LCOS의 전면 조명을 설계할 때 고려해 야하는 문제는 제 2 격자
Figure pct00113
의 회절 효율이다. DGE의 격자에 의해 LCD의 조명 모듈로 회절된 광파의 편광이 동일하게 유지되는 동안, LCOS의 "밝은(bright)" 픽셀로부터 반사되는 광파의 편광은 90° 회전된다. 그 결과, 격자를 통과하는 2 개의 직교 편광의 효율이 고려되어야 한다. 도 9b에 도시된 방식을 효율적으로 사용하기 위한 2가지 가능한 대안이 있다. 즉 격자는 매우 효율적이거나, 또는 대안적으로 직교 편광에 대해 완전히 비효율적이어야 한다.
도 10a는 격자가 2 개의 직교하는 편광에 대해 매우 효율적인 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 2 개의 인접 픽셀들(40 및 42)로부터 반사된 파들은 회절되어 원래의 위치들로 복귀하고, 이들은 시스템들에 입사하고, 격자 평면에 실질적으로 수직이며, 여기서 2개의 픽셀(40, 42)로부터의 2개의 출력 광파
Figure pct00114
및
Figure pct00115
는 서로 분리되어 있다.
도 10b는 격자가 입사 편광에 대해서만 매우 효율적이지만, 직교 반사 편광에 대한 효율은 무시할 수있는 다른 시나리오를 도시한다. 이 경우에, 2 개의 픽셀(40 및 42)로부터의 반사된 출력 광파
Figure pct00116
및
Figure pct00117
는 다양한 격자를 통해 현저한 회절없이 통과한다. 출력 광파의 위치는 원래 입구 위치에 비해 상대적으로 이동하지만 두 광파는 횡방향으로 분리된 채로 남아 있다. 이 구성에서, "어두운(dark)" 픽셀로부터 반사된 광파는 그들의 원래의 편광을 유지하고, 따라서 다시도 10b에 도시된 바와 같이 격자에 의해 회절될 것이다. 그러나, "원하지 않는(undesired)" 편광을 갖는 이들 광파는 결국 조명 모듈의 출사면에서 편광기에 의해 차단될 것이고, 따라서 그들의 정확한 위치는 중요하지 않다.
그러나, 그 상황은 그 격자가 반사된 광파의 편광에 부분적으로 감응하는 시스템에 바람직하지 않게 된다. 도 10c에 도시된 바와 같이, 픽셀(42)에서 반사된 광파
Figure pct00118
의 일부는 격자에 의해 다시 회절되고, 픽셀(40)에서 반사된 다른 출력 광파
Figure pct00119
의 일부분 격자를 통해. 2 개의 반사된 출력 광파는 적어도 부분적으로 중첩되고, 결과적으로 이미지의 콘트라스트는 심각하게 악화될 것이다.
도 1 내지 9에 도시된 방법은, 각각의 픽셀로부터 방사된 광의 강도뿐만 아니라 빔의 방향이 제어될 수있는 디스플레이 시스템을 제공하기 위해, 종래의 기술을 이용함으로써 용이하게할 수있는 다양한 유형의 디스플레이를 가능하게하는 디스플레이 시스템을 제공한다.
도 11a는 DGE 기반 디스플레이의 가장 단순한 구현을 도시한다. 출력 광파 광의 연속적인 스캐닝 대신에, 각각의 픽셀은 단지 2개의 상태를 갖는다. 도면에 도시된 바와 같이, 픽셀 P1은 제어된 굴절률이 vj로 설정된 "오프" 상태에 있고, 출력 광파를 각도 P2만큼 벗어난다. 편향된 광파는 블로커(44)에 의해 방해되므로, 시스템의 출사동으로 전파되는 것이 방지된다. 픽셀 (P2)은 "온" 상태로 설정되고, 여기서 굴절률 vb은 출력 광파가 픽셀 평면에 수직으로 방출되도록 하고, 따라서 블로커(44)를 중단시키고, 시스템의 출사동(45)에 방해없이 계속한다. 픽셀의 그레이 스케일은 각각의 프레임 및 픽셀에 대해 온-타임 대 오프-타임의 비율을 제어함으로써 결정될 수 있다. 도 11a에 도시된 블로커는, 오프 타임 동안 편향된 빛을 차단하는 방법의 예일 뿐이다. 편향된 광파가 시스템의 출력 조리개를 놓치거나 다른 방법으로 블로커를 다른 위치에 놓이도록 광학 시스템을 설계하는 것을 포함하는 다른 방법도 가능하다. 원하지 않는 광파가 우회하는 위치는 일반적으로 하트 싱크 또는 라이트 덤프(light dump)라 한다.
도 11a에 도시된 출력 광파는, 평면파이다. 그러나, 대부분의 디스플레이에서, 방출된 광파가 출력 구경(또는 평평한 스크린에 대해 요구되는 시야각)를 채우도록 요구되며, 따라서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 출력 광파는 사전 정의된 입체각 Δθ로 발산되어야 한다. 광파의 발산은 입력 광파의 사전 발산(pre-divergence), 준 단색광 광원의 색채 대역폭 및 픽셀의 유한 크기에서의 회절과 같은 시스템의 기본 광학 파라미터의 일부에 의해 부분적으로 달성된다. 광선의 정확한 발산은 픽셀의 출구 표면 또는 대안적으로 입력 표면에서 각도-선택성 디퓨져(46)를 부가함으로써 획득될 수 있다. 어떤 경우든, 디스플레이의 광학 설계 중에는 "off" 상태에서 발산된 전체 광파가 히트 싱크로 이동하고 시스템의 출력 구경을 통과하지 않도록 주의해야 한다.
도 11a 및 11b에 도시된 디스플레이의 2-상태 동작 원리는, 각 픽셀이 시스템의 출력 구경을 통해 또는 히트 싱크 상에 빛을 반사하도록 신속하게 재배치할 수 있는 작은 미러로 구성된 디지털 광 프로세싱 (DLP: Digital Light Processing)와 유사한다. DLP에 대한 본 발명의 주된 이점은, 빛이 디스플레이로부터 반사되는 DLP와는 달리, 주요 원리가 디스플레이를 통한 광의 전송에 기초한다는 것이다. 결과적으로 광학 설계가 훨씬 간단 해지고 전체 볼륨이 DLP보다 훨씬 작아 질 수 있다.
각 픽셀에 대해 방출되는 광파의 강도뿐만 아니라 방출된 파의 방향도 제어되는 새로운 디스플레이 기술의 포텐셜을 이해하기 위해서는, 디스플레이의 원리를 이해하는 것이 중요하다. 도 12는 종래기술의 평면 디스플레이(50)을 도시한 것으로, 여기서 임의의 주어진 프레임 시간에 대해 각 픽셀은
Figure pct00120
의 확장 각을 가지는 발산 광파를 방출한다. 이 각도는 디스플레이의 실제 시야(FOV)를 나타내며, 고화질 평면 스크린의 경우 최대 2π 스테라디안 입체각에 도달할 수 있다. 작동 원리의 주요 결과는 주어진 시간 프레임에 대해 각 픽셀이 모든 방향으로 동일한 정보를 방출한다는 것이다. 결과적으로, 픽셀 52)로부터의 동일한 광은 보는 사람의 눈(54) 모두에 충돌한다 (작은 강도의 변동을 무시함). 결과적으로, 보는 사람은 보는 사람은 관련 시점에서 동일한 이미지를 보고 이미지는 2 차원으로 간주된다.
DGE 기반 픽셀을 사용하여 각 픽셀에서 방출되는 빛의 방향을 제어할 수있는 전혀 다른 디스플레이 원리가 도 13에 나와 있다. 도시된 바와 같이, 0<t1<t2<Tf 의 조건을 만족하는
동일한 프레임 시간, 2 개의 상이한 시간 t1 및 t2 동안, 0<t1<t2<Tf (여기서 Tf는 프레임 시간의 지속 기간임) 의 조건을 만족하는 t1 및 t2를 위하여, 디스플레이(56)로부터 2 개의 상이한 출력 광파 Wo(t1) 및 Wo(t2)가 방출된다. 사실, 두 개의 빛의 파동은 두 개의 다른 경우에 방출되지만, 동일한 프레임 시간 내에 포함되기 때문에 실제로는 동시에 보는 사람의 눈에 나타나게 된다. 그 이유는 여러 가지 개별 이미지가 인간의 마음 속에서 하나의 이미지로 혼합되는 시각의 지속성 때문이다. 결과적으로, 2 개의 이미지 Wo(t1) 및 Wo(t2)로부터 시작되는 2 개의 상이한 광선(59a 및 59b)은 픽셀(58)로부터 동일한 프레임 시간 동안 방출되고 보는 사람의 눈 (60a 및 60b)에 각각 충돌한다. 결과적으로, 보는 사람은 2 개의 상이한 시점에서 2 개의 다른 영상을 볼 수 있고, 입체적인 것으로 영상을 상상할 수 있다.
DGE 스캐닝 기술로 실제로는 두 가지 이상의 상이한 시점을 갖는 3 차원 이미지를 얻을 수 있다. 제 1 단계에서, 수평축 x에서만 3 차원 효과를 갖는 디스플레이 시스템이 고려된다. 임의의 주어진 시간 프레임에서, 디스플레이로부터의 방출된 이미지는 x 축을 따라 n 개의 시점
Figure pct00121
의 n 개의 상이한 서브 - 이미지로 구성되어야 한다고 가정한다. 이를 달성하기 위해, 각 픽셀로부터 방출된 이미지 파 Wo는 FOV의 전체 입체각, 즉 각각의 요구된 시점 vj (FOV 위에 균일하게 위치한다고 가정할 때)를 커버하기 위해 시간 프레임 동안 x 축을 따라 스캔되어야 한다. 시야각
Figure pct00122
이 지정되어, 스캔 파가 시간 tj에서 편향된다.
도 14는 2 개의 격자 사이의 굴절률 v(t)가 시간의 함수로서 수정되는 픽셀을 도시한다. 도시된 바와 같이, 동일한 시간 프레임 내의 2 개의 상이한 시간 t1 및 t2에서, 이미지 파는 2 개의 상이한 각도
Figure pct00123
및
Figure pct00124
로 각각 벗어난다. 각 시점에 대해, Δτ = Τf/n의 최대 시간 슬롯은 전용이며, 이에 따라 출력 광파는이 특정 시점으로 벗어난다. 각 시점에서의 출력 광파의 강도를 제어하기 위한 하나의 가능한 방법은 외부 격자들 G2(ξ)의 전면에 종래의 LCD를 배치하는 것이다. 그러나, 기존의 LCD 기술에서 달성할 수 있는 응답 속도가 최소일 때, 매우 적은 수의 상이한 시점 만이 달성될 수 있다. 따라서, 출력 광파(Wo)의 각도 스캐닝 속도를 제어하는 것에 의한 대안적인 방법을 사용하는 것이 바람직하다, 즉, 임의의 주어진 시간 프레임에서 각각의 시점 vj 에 대하여, 실제 시간 슬롯 ΔTj가 부여되며, 여기서
Figure pct00125
이다. 광파의 그레이 스케일은 시간 ΔTj에 의해 결정되며, 전체적으로 어두운 픽셀에 대하여 ΔTj = 0 이고 및 완전히 밝은 픽셀에 대하여 ΔTj = Δτ인s 것으로 결정된다. 전체 FOV에 대한 밝은 픽셀에 대해서만 조건
Figure pct00126
이 충족된다.
대부분의 경우에 대해
Figure pct00127
이므로,
Figure pct00128
를 만족하는 임의의 시간 t에 대해, 출력 광파가 히트 싱크로 편향된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 2 개의 연속된 출력 광파 Wo(tj) (실선) 및 Wo(tj +1) (점선))를 나타내며, 스캔된 파가 이미지에서 갭없이 전체 FOV를 커버하기 위해서는, 웨이브의 각도 발산은
Figure pct00129
이어야 한다. 실제적으로, 출력 광파를 이산적인 수의 편차가 아닌 연속적인 스캐닝으로 편향시키는 것이 훨씬 더 쉬울 것이므로, 출력 광파의 그레이 스케일 Wo(tj)은 각도 스캐닝 속도
Figure pct00130
에 의해 결정될 것이다. 특정 픽셀이 출력 광파를 주어진 방향
Figure pct00131
방출하는 시간 tj는 이전 각도의 휘도와 그 시간 이전에 각도 스캐닝의 실제 속도에 의존한다.
구체적으로,
Figure pct00132
(54) 이다.
결국, 스캐닝 각속도는 특정 픽셀 tj의 전체 휘도에 의존하고, 따라서 각 픽셀마다 다르므로, 결과적으로 다양한 픽셀로부터의 광파가 다른 시점에서 시점 vj에 도달하게 된다. 그러나 이 모든 시간은 동일한 시간 프레임에 포함된다. 즉 디스플레이의 모든 픽셀에 대해 0≤tj≤Tf 이다. 따라서 비젼의 지속으로 인해, 모든 픽셀로부터의 광파가 보는 사람의 눈에 통합되어 단일 이미지가 생성된다.
고려해야할 중요한 쟁점은 투사된 이미지의 휘도 Lv (즉, 단위 투사 원 영역 당 단위 입체각 당 단위 시간당 방사 에너지)이다. 겉으로 보기에, 밝은 점으로부터의 출력 광파는 종래의 디스플레이의 방출 시간 Tf 보다 n의 인수 만큼 더 작은 Δτ의 시간 동안만 방출되고, 두 시간 모두 눈의 적분 시간보다 작고, 이에 따라, 보는 사람의 눈에 대한 휘도는 동일한 인수 n만큼 낮아질 것이다. 이 휘도 감소는 방출된 광파의 낮은 각 발산으로 보상될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 14 및 15에 도시된 디스플레이에서의 출력 광파의 각도 분산은
Figure pct00133
인 반면에ㅡ 정래의 디스플레이의 경우는
Figure pct00134
이다. 즉
Figure pct00135
(55)
는 종래의 디스플레이에 대해
여기서 위 첨자 dge 및 con은 DGE 기반 및 기존 디스플레이의 파라미터를 각각 가리킨다. 광파의 발광 에미턴스 Mv (즉, 단위 투사 소스 면적 당 단위 시간당 방출된 에너지)는 2 개의 디스플레이에 대해 동일다고 가정되므로,
Figure pct00136
(56) 이다.
식(55)와 식(56)을 결합하면 다음과 같이 된다:
Figure pct00137
(57)
이것은 DGE 기반 디스플레이의 순간 휘도가 이전 디스플레이의 짧은 시간 조명을 보상하는 종래 디스플레이의 순간 휘도 보다 인수 n 만큼 더 높다는 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 출력 광파
Figure pct00138
는 시스템의 기본 광학 파라미터에 의해 달성된다. 전술한 바와 같이, 광 빔의 정확한 요구된 발산은 픽셀의 출구 표면에서, 또는 대안적으로 입력 표면에서 각도-선택성 디퓨져(62) (도 15)를 부가함으로써 얻어질 수 있는데, 여기서 주요 차이점은 x축과 y 축을 따라 다른 발산이 요구된다는 것이다. x축에서 요구되는 발산은 Δ
Figure pct00139
이지만, y 축에 대해서는 빔이 전체 FOV를 커버해야 하고 필요한 발산 각은
Figure pct00140
이다. 이 요구 조건을 달성하기 위해 비대칭 인 각도 선택 식 디퓨저가 사용될 수 있다. x 축을 따른 확산 각은 y 축을 따른 확산 각도보다 훨씬 좁다. x 축을 따fms FOVx가 y축을 따른 FOVy와 다르다고 가정하면, 다음과 같은 필요한 디퓨저 각도가 산출된다.
Figure pct00141
(58)
지금까지는, 시스템의 스캐닝 기능에 따라 실제로 y 축을 따라이 효과를 얻는 것이 가능할 때 x 축에만 따라 3 차원 효과가 필요하다고 가정되었다. 시야각
Figure pct00142
상의 단일 시점 vj 대신에, m 개의 상이한 시점의 수직 행이 요구된다. 즉, 이미지는 두 개의 직교 시야각을 각각 가지는 총수 n * m 개의 상이한 시점 vji으로 구성된다. 2 차원 스캐닝은 도 5 및 6과 관련하여 전술한 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 시스템의 다양한 파라미터는 다음과 같다.
Figure pct00143
(59)
임의의 프레임 시간에서 각각의 픽셀 및 각각의 시청 각도 (v)에 대해, 실제 시간 슬롯
Figure pct00144
은 요구되는 휘도에 따라 전용된다. 수평 행을 하나씩 커버하는 것에 의해 스캐닝한다고 가정하면, 각 시점 vji에 대한 방출 시간 tji는 다음과 같고.
Figure pct00145
(60),
각도 스캐닝 속도는
Figure pct00146
이다
도 13 내지 15에 도시된 실시예들에서 생성된 이미지들은 단색 광파를 이용하여 생성된 단색 화상이지만, 풀-컬러 이미지는, 도 8 내지 10과 관련해서 위에서 설명한 바와 같이, 컬러 순차를 이용하여 또는 대안적으로 컬러 필터 픽셀을 이용하여 얻을 수있다.
도 13 내지도 15는 디스플레이가 임의의 주어진 프레임에 대해 n 개의 다른 이미지의 이산된 수를 1 차원 또는 2 차원 어레이로 배열된 n 개의 상이한 시점으로 방출하는 시스템을 도시한다. 그러나, 홀로그래프 디스플레이의 경우에서와 같이, 본 발명에서 기술된 DGE 기반 디스플레이의 기술을 이용하여 완전한 연속적인 3 차원 디스플레이를 얻는 것이 유리할 것이다. 홀로그래프 디스플레이의 기록 및 판독 원리는 종래 기술 16a 및 16b에 도시되어있다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 두 개의 간섭성 광파, 즉 대상물과 기준 파의 간섭 패턴이 홀로 그래픽 플레이트 (63) 상에 생성된다. 일반적으로 대상 물체는 확산 성 물체에서 산란되며, 기준 파는 쉽게 재구성할 수있는 단순한 평면파이며, 두 간섭파는 동일한 간섭성 소스, 일반적으로 레이저 빔에서 발생해야 한다. 도시된 바와 같이, 기준 광선(64)은 물체(75)상의 3 개의 점들 (70, 72 및 74)로부터 각각 방출된 3개의 상이한 광선(66, 67 및 68)을 갖는 홀로그래프 판 간섭 패턴이 점(65) 상에 생성된다. 사실, 간섭 패턴은 본질적으로 광선의 연속을 방출하기 때문에 3개 이상의 다른 패턴을 포함한다. 단순화를 위해 여기서 3 개의 광선 만 도시된다. 유사한 다중 간섭 패턴은 기준 광선(76)이 동일한 3 개의 점(70, 72 및 74)으로부터 각각 방출된 3 개의 상이한 광선(80, 82 및 84)과 간섭하는 점(78) 상에 생성된다. 유사한 간섭 패턴이 대상의 다양한 광선과 기준 파 사이의 간섭의 결과로 생성된다. 간섭 패턴은 대개 현상 과정 후에 복잡한 회절 격자로 변환되는 고해상도 사진 에멀젼에 기록된다.
홀로그래프 디스플레이의 재구성 과정은 도 16b에 도시된다. 기준 파와 유사한 재구성 파가 현상된 홀로그래프 판 (63)을 조명한다. 도 16a의 기준 광선(64)과 동일한 방향에서 기인하는 재구성 광선(86)은 점(65)에서 간섭 패턴으로부터 회절되어, 광선(66,67,68)이 기록 관정 동안 상기 판에 충동하는 것과 동일한 방향에서 상기 판으로부터 방출하는 3 개의 이미지 광선(66 ", 67"및 68 ")을 생성한다 (도 16a). 결과적으로, 보는 사람의 눈(90)은 물체(75)상의 점(70, 72 및 74)으로부터 방출되는 광선(66', 67' 및 68') 인 것처럼 이들 광선을 본다. 유사하게, 기준 광선(76) 과 동일한 방향에서 시작하는 재구성 광선(89)(도 16a)은 간섭 패턴으로부터 회절되어 3개의 이미지 광선 (80", 82" 및 86 ")을 생성하고, 보는 사람의 눈(91)은 광선 (80 ', 82'및 86 ') 점들 (70, 72 및 74)로부터 방출되는. 광선들 (66 ', 67'및 68 ')뿐만 아니라 광선(80', 82 '및 86')은 실제 광선이 아니라 오히려 가상 광선 들이며, 따라서 원래의 객체(75)의 위치에 가상 이미지(75'). 재구성 광파의 유사한 회절은 홀로 그래픽 플레인(63)의 다른 모든 점에서 발생하고, 보는 사람은 홀로그래프 플레이트의 위치에 위치한 "윈도우"로부터 나타나는 바와 같이 가상의 3 차원 이미지를 본다.
사진으로 기록된 홀로그래프 디스플레이의 주요 단점은 정적 이미지만 투사할 수 있다는 것이다. 동적 홀로 그래픽 디스플레이를 용이하게 하기 위해, SLM은 요구되는 복잡한 회절 패턴을 실시간으로 생성할 수있는 동적 공간 광 변조기(dynamic spatial light modulator, SLM)가 요구되며, 이는 간단한 재구성 광파를 원하는 동적 3 차원 이미지. 그러나 현재 가장 진보된 기존의 프로젝션 기술을 사용하더라도 달성할 수있는 최고 해상도는 다이나믹 디스플레이의 요구 해상도보다 훨씬 낮다. 이는 서브 파장, 즉 밀리미터 당 수천 라인 쌍이다.
본 발명에 따라 DGE 기반 픽셀을 이용하여 동적인 3 차원 디스플레이를 달성하기위한 대안적인 접근법이 도 17에 도시되어있다. 동적 격자를 사용하는 대신에, DGE 기반 디스플레이(93)를 생성하는 고정된 격자들의 어레이가 이용되며, 동적 이미지는 각각의 픽셀에서의 출력 광파를를 스캐닝하는 것에 의해 산출된다. 도시된 바와 같이, 픽셀(97)을 조명하는 입력 광선(95)은 도 14 내지 15와 관련하여 상술 한 것과 유사한 방법에 의해 다양한 방향으로 주어진 시간 프레임에서 스캐닝된다. 가장 큰 차이점은 출력 광파가 픽셀(97)의 위치에서 보이는 바와 같이 필요한 가상 이미지의 패턴을 생성하도록 연속적으로 스캐닝된다는 것이다. 추가로 도시된 바와 같이, 3 개의 상이한 출력 광선(100, 101 및 102)이 픽셀(97)로부터 방출되고, 보는 사람의 눈 (90)은 이들 광선을 점(70, 72 및 74)으로부터 방출된 광선(100 ', 101' 및 102') 가상 이미지(75')를 생성한다. 마찬가지로, 입력 광선(96)은 픽셀(98)에서 주사되어 3 개의 이미지 광선(105", 106" 및 107")을 생성하고, 보는 사람의 눈(91)은 이들 광선을 점(70, 72 및 74)에서 방출되는 광선(80', 82' 및 86')을 포함한다. 여기에서 가상 이미지(75')를 생성하는 광선은 홀로그래프 디스플레이의 경우와 같이 동시에 방출되는 것이 아니라 오히려 순차적으로 방출된다는 점에 유의해야 한다. 따라서 상세한 이미지를 생성하려면 매우 빠른 스캔이 필요하다. 당연히, 투사된 가상 이미지의 해상도는 시스템의 달성 가능한 스캐닝 속도에 의해 결정된다. 상기 설명은 단일 시간 프레임에만 적용되며, 여기서 단일 3 차원 가상 이미지가 형성된다. 명백히, 임의의 시간 프레임에서, 상이한 이미지가 생성될 수 있고, 따라서, 디스플레이는 보는 사람의 눈에 투사될 동적 가상 이미지로부터 생성될 수있다. 풀 컬러 이미지는 도 8-10과 관련하여 상술 한 바와 같이 컬러-순차적인 또는 대안적으로 컬러 필터 픽셀을 이용하여 쉽게 구성될 수있다.
본원에 설명된 기술을 사용하여 제공될 수있는 또 다른 매력적인 애플리케이션은 푸리에-변환 디스플레이의 애플리케이션이다. 거의 모든 기존의 디스플레이 소스에서, 이미지 평면은 디스플레이 평면과 일치한다. 즉, 디스플레이로부터 방출된 광파는 디스플레이 평면 상에 위치된 이미지를 생성하고, 이미지의 각각의 점는 단일 픽셀 디스플레이의 특정 위치에 있다. 그러나 필요한 이미지가 무한대로 시준되어야 하는 쌍안경, 헤드 업 디스플레이(HUD) 및 HMD와 같은 많은 애플리케이션이 있다. 이러한 시스템에서, 이미지의 각 점는 특정 시야각으로부터 보는 사람의 눈에 충돌하는 단일 평면파에 의해 표현된다. 통상적으로, 요구되는 콜리메이트 화된 이미지를 얻기 위해, 종래의 디스플레이 소스로부터의 이미지는 광학 모듈을 이용하여 무한대로 시준된다. 즉, 콜리메이트 광 모듈은 디스플레이의 실제 이미지를 푸리에 변환(Fourier Transform)하고, 단일 픽셀로부터의 각 발산 광파를 특정 방향으로부터 도달하는 평면파로 변환한다. 대부분의 어플리케이션, 특히 넓은 FOV 또는 고성능이 요구되는 어플리케이션의 경우, 시준 광학 모듈은 크고, 무겁고, 번거롭고 비용이 많이 들고, 필요한 시스템의 제작을 상당히 복잡하게 만듭니다. 이러한 단점은 HMD와 같은 광학 시스템에서 특히 심각하며, 콤팩트하고 가벼운 무게가 중요한 파라미터이다. 이러한 시스템의 또 다른 단점은 하이 엔드 어플리케이션 용조차도 시준 모듈이 일반적으로 시준된 파동에 원하지 않는 수차를 부과하여 이미지의 광학 품질을 저하시키는 것이다.
이러한 결점을 극복하기 위해, 본 발명의 디스플레이로부터 방출되는 발산 광파 대신에 평면파의 어셈블리를 방출하는 디스플레이 소스를 갖는 것이 바람직할 것이다. 이 목적을 달성하기 위한 하나의 접근법은 디스플레이 평면으로부터 방출된 광파가 요구되는 이미지의 푸리에-변환에 따라 변조되는 고해상도 SLM을 이용하는 것이다. 이는 SLM 자체의 투명도가 실제 이미지의 푸리에 변환으로서 조정되고 SLM 평면을 간단한 평면파로 조명함으로써 출력 광파가 그에 따라 변조되도록 하면 달성될 수 있다. 이 접근법의 주된 문제점은, 특히 와이드 FOV를 갖는 이미지에 대해, 필요한 변조를 달성하기 위해, 밀리미터 당 수천 라인 쌍의 매우 높은 해상도가 요구된다는 것이다. 홀로그래프 디스플레이와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 유형의 고해상도 SLM은 현재 존재하지 않으며, 예측 가능한 미래에도 존재하지 않을 것이다.
요구되는 푸리에 - 변환 디스플레이를 달성하기 위한 가능한 방법은 동적 홀로 그래픽-유사 삼차원 디스플레이를 달성하는 것과 관련하여 전술한 것과 동일한 방법을 사용하는 것이다. SLM 평면의 요구되는 변조는 간단한 기준 조명 평면 파와 무한대로 시준되는 요구된 이미지 사이의 간섭 패턴으로 설명될 수 있다. 이 간섭 패턴에 따라 변조된 SLM이 기준 파와 유사한 판독 파에 의해 조명될 때, 회절된 출력 광 파는 요구되는 콜리메이트 화된 이미지가될 것이다. 따라서, 도 17과 관련하여 설명된 동일한 기술이 요구된 공간 변조된 디스플레이를 "모방"하기 위해 여기서 이용될 수있다. 즉, 디스플레이의 각 픽셀은 임의의 주어진 프레임 속도 동안 광파의 어셈블리를 방출할 것이고 적절한 판독 파에 의해 조명될 때 SLM 평면으로부터 회절되어야하는 것들에 적용된다. 결국, 결과는 동일할 것이고 출력 광파는 실제 이미지의 필요한 푸리에 변환이될 것이다.
도 11-17에 도시된 모든 실시 예에서, 보는 사람의 위치는 알려지지 않았고, 디스플레이로부터 방출된 이미지는 지정된 FOV 전체를 커버해야 한다고 가정하였으며, 보는 사람의 눈은 이 FOV 내의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 그러나, 광학 시스템에 안구 추적 유닛을 추가함으로써, 투사된 이미지의 성능 및 휘도를 추가로 개선하고, 디스플레이의 동작을 상당히 단순화하는 것이 가능하다. 안구 추적은 위치, 시선의 점 또는 디스플레이에 대한 눈의 움직임, 즉 안구 추적기가 눈의 위치 및 눈의 움직임을 측정하는 장치인 것을 측정하는 프로세스이다. 이 장치를 작동시키는 가장 보편적인 방법은 안구 운동을 측정하기 위한 광학적 방법을 사용하는 것이다. 전형적으로 적외선인 이미터의 빛은 눈에서 반사되어 비디오 카메라 또는 일부 특수 설계된 광학 센서에 의해 감지된다. 그런 다음 정보를 분석하여 반사의 변화에서 눈의 회전 및 변환을 추출한다. 비디오 기반 안구 추적기는 일반적으로 각막 반사와 동공 중심을 시간 경과에 따라 추적하는 기능으로 사용한다.
본 발명에 따르면, 2개의 광학 유닛, 즉 동적 제어 입체 표시기 및 안구 추적 유닛을 물리적으로 결합하는 것이 유리할 것이다. 보는 사람의 눈의 위치 및 주시점을 식별함으로써, 제어 유닛은 각 시간 프레임마다 각 픽셀에 대해 설정되어, 픽셀이 광파를 방출해야 하는 바람직한 방향 및 이미지의 컨텍스트가 안구 추적 유닛에 의해 수신된 데이터. 디스플레이는 동적으로 제어되는 픽셀을 이용하여 입체 영상을 용이하게하기 위해 보는 사람의 두 눈에 대해 상이한 이미지를 투사할 수 있다. 또한 완전히 다른 이미지가 다른 사용자에게 디스플레이에 동시에 투사될 수 있다.
보통, 대칭 고려 사항으로부터, 디스플레이 모듈의 중심 상부 위치에 안구 추적 유닛을 설치하는 것이 바람직할 것이다. 도 18a-18b는 이미터(109)과 검출기(110)을 포함하여 구성되는 안구 추적 장치의 평면도(도 18a)와 정면도(도 18b)를 도시하며, 이미터와 검출기는 디스플레이 모듄(111)의 프레임의 중앙 상부 위치에 설명된다. 도시된 바와 같이, 광선(112a, 112b)은 보는 사람의 눈(114b, 114b)을 각각 조명하기 위해 이미터(109)로부터 나온다. 보는 사람의 눈에서 반사된 광선 (116a 및 116b)은 각각 검출기(110)로 집속된다. 검출기(110)에서 수집된 데이터는 눈의 주시점뿐만 아니라 위치를 동적으로 계산하는 프로세싱 유닛(118)으로 전송되고, 따라서 각 픽셀이 광파를 방출해야 하는 방향뿐만 아니라 이미지의 컨텍스트 처리된 데이터는 처리된 비디오 신호로 디스플레이에 공급하는 제어 유닛(120)으로 전달된다. 이러한 추가 성능은 도 11- 17에 도시된 실시예의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 19는 도 11a-11b에 도시된 시스템의 업그레이드된 버전을 도시한다. 후자의 도면과 관련하여 설명된 것처럼 DGE 기반 픽셀의 주사 능력은 2-상태 작동 모드로 만 축소되었다. 그러나, 도 19에 도시된 변형된 시스템에서, 전체 스캐닝 능력은 재생성되었다. 제어된 굴절률이 vd로 설정된 "오프" 상태에 더하여 굴절률
Figure pct00147
가 출력 광파를 각도
Figure pct00148
만큼 편향시킨 상태의 연속에서 각 픽셀은 각도
Figure pct00149
로 출력 광파를 편향하여 히트 싱크로 광파를 지향시킨다. 각 픽셀의 편향 각도는 보는 사람의 눈의 위치에 따라 제어부에 의해 설정된다. 디퓨져(46)에 의해 설정된 각 픽셀의 발산 각도
Figure pct00150
는 이제 도 11b에 도시된 시스템의 발산 각보다 현저히 작을 수 있고, 이때 광파는 전체 FOV를 커버해야 한다. 그 결과, 훨씬 더 높은 휘도, 또는 상당히 낮은 전력 소비가 달성될 수 있다. 도 19의 수정된 실시 예가 달성될 수 있는 몇 가지 대안이 있다. 하나의 옵션에서, 각각의 픽셀은 보는 사람의 머리로 향하고 두 눈을 가려야 한다. 그 결과, 종래의 2 차원 이미지가 보는 사람의 눈에 투사되지만, 동작 모드는 매우 간단하고 달성 가능한 휘도의 향상은 여전히 중요하다. 이 옵션에서는 기존의 2차원 이미지를 다른 사용자의 눈에 동시에 투사할 수 없다. 다른 옵션에서, 각 시간 프레임에서 픽셀은 광파를 순차적으로 보는 사람의 두 눈에 투사한다. 각 시간 프레임은 각 픽셀에 대해 3 개의 시간 슬롯, 눈을 위한 2 개 및 히트 싱크의 3 번째 시간 슬롯으로 분할되며, 여기서 각 슬롯의 지속 시간은 투사된 광파의 휘도에 따라 결정된다. 이 버전의 투사된 이미지는 입체적 일 수 있으며 필요한 광파 발산이 훨씬 감소되기 때문에 달성 가능한 휘도가 그에 따라 더 향상될 수 있다. 수정된 버전에서 픽셀 배열은 픽셀 쌍으로 분리된다. 각 쌍에서 두 픽셀은 각각 두 개의 눈으로 빛의 파동을 투사한다. 즉, 각 단일 픽셀은 단일 눈을 향해 광파를 방출한다. 도 19에 도시된 바와 같이, DEG, DEG 및 DEG의 제어된 굴절률은 Vd1 및 Vd2로 설정되며, 이는 출력 광파를 각도 θ 및 보는 사람의 좌안 및 우안을 각각 빗나가게 한다. 이전 옵션에 비해 각 눈의 해상도가 2배 감소했지만 여기에서 이미지를 제어하는 것이 훨씬 간단한다.
도 20은 도 14 및도 15에 도시된 실시예의 수정된 버전을 도시한다. 여기서, 상기 시스템은 다수의 보는 사람 조작을 위해 지정된다. k명의 다른 보는 사람이 디스플레이를 동시에 보고 있다고 가정하면, 전체 FOV를 커버하기 위해 각 프레임 시간에 대해 n*m 시간 슬롯에 n*m 개의 다른 이미지를 투사하는 대신, k명의 보는 사람의 2k의 상이한 EMB를 커버하기 위하여 각 픽셀은 2k의 상이한 이미지를 2k의 방향으로 방출한다. 다수 k의 보는 사람에 대해서 조차도 모든 EMB의 총 면적은 전체 FOV의 단지 작은 부분이므로, 발산 각도는 도 15의 시스템에 요구되는 발산 각도보다 상당히 작을 수 있으며, 휘도 및 전력 소비가 그에 따라 개선될 수 있다. 가장 중요한 점은 각 픽셀이 계속해서 안구의 움직임을 추적할 수 있기 때문에 더 높은 해상도와 간단한 제어 메커니즘으로 이미지를 더욱 연속적으로 볼 수 있다는 것이다.
도 21a 및 도 21b는 도 17에 도시된 홀로그래프 디스플레이의 수정된 버전을 도시한다. 도 21a에 도시된 바와 같이, 안구 추적 유닛(108)은 디스플레이(93)의 프레임 상에 위치되어 눈(114b, 114b)의 시선 방향뿐만 아니라 시선 방향을 측정한다. 따라서, 도 21b에 도시된 바와 같이, 각 픽셀은 출력 광파를 연속적으로 스캔하여 보는 사람의 눈을 덮는 입체각으로 요구되는 가상 이미지의 패턴을 생성해야 하며, 이는 도 17의 실시예에서 요구되는 입체각보다 몇 배 더 작다. 결과적으로 여기서 스캐닝 시스템의 실현 가능성은 훨씬 더 현실적이며 쉽게 달성될 수 있다. 또한, 각 눈의 주시 방향이 알려져 있기 때문에, 눈이 보는 픽셀 만이 고해상도 화상을 방출해야 하며, 주시점으로부터 멀리 떨어져 있는 픽셀은 더 낮은 해상도로 화상을 방출할 수 있고, 스캐닝 시스템을 더욱 단순화시킨다. 도 18-21에 도시된 실시예는, 도11 -17에 도시된 것들과 비교하여 몇 가지 두드러진 이점을 갖는다. 달성 가능한 휘도가 훨씬 높고(또는 반대로 더 낮은 소비 전력), 제어 메커니즘이 훨씬 간편하며, 타당성이 뛰어날 뿐만 아니라 동적 제어 디스플레이와 안구 추적 장치를 결합할 때 얻을 수 있는 많은 애플리케이션이 있다. 단일의 보는 사람 모드와 관련하여, 장면의 상이한 양상이 위치 및 보는 사람의 눈의 주시점에 따라 보는 사람의 눈에 투사될 수있다. 또한, 완전히 다른 장면이나 다른 컨텍스트를 적절하게 투사할 수 있다. 또한, 보는 사람은 그의 눈을 깜박이거나 움직이는 것만으로 디스플레이를 조작할 수있다. 또한, 시스템은 보는 사람의 눈의 상황에 따라 동작 모드를 변경하도록 프로그램될 수 있는데, 예를 들어, 보는 사람이 머리를 돌리는 동안 이미지 투사를 일시 정지하거나 미리 설정된 시간 이상 동안 낮잠을 자고 그것을 갱신할 수있다 그가 시선을 돌릴 때. 다중 보는 사람 모드와 관련하여 동일한 장면 (예: 동일한 스포츠 이벤트 또는 동일한 프로그램의 여러 측면)을 각자의 특정 위치 또는 선호도에 따라 상이한 사용자에게 동시에 투사할 수 있다. 또한, 시스템은 다른 사용자에게 이미지를 계속 투사하면서 위에서 언급한 조건 중 하나에서 한 사용자에 대한 투사를 일시 중지할 수 있다. 또한, 상이한 사용자를 위한 완전히 다른 장면을 동시에 투사할 수 있다. 예를 들어 각자 자신이 좋아하는 영화 또는 TV 프로그램을 보면서 몇 명의 보는 사람이 함께 앉아 있거나 몇 명의 플레이어가 동일한 비디오 게임을할 수 있다. 각 플레이어에 대한 각각의 상황. 당연히 마지막으로 언급 한 응용 프로그램의 경우 각 보는 사람은 적절한 오디오 신호를 듣기 위해 자신의 헤드셋을 사용해야 한다.
위에서 설명한 엔터테인먼트 애플리케이션 외에도, 도 18-21의 실시예는 업데이트된 데이터를 지속적으로 보는 사람의 눈에 투사해야 하는 전문적인 애플리케이션에도 사용할 수 있다. 예를 들어, 수술실에는 의료진에게 중요한 데이터를 투사하는 큰 화면이 있다. 그러나 의료진의 다른 구성원, 즉 외과의 사, 간호사 및 마취 전문의는 상이한 종류의 데이터를 요구한다. 상기 실시예를 이용함으로써, 상이한 요구 조건에 따라 동일한 스크린으로부터 상이한 데이터를 동시에 수술실의 다양한 사람들에게 투사할 수 있다. 또 다른 예는 제어실이다. 거대한 스크린은 지속적으로 업데이트된 상황 보고서를 투사한다. 그러나 다른 참가자는 주어진 시간에 주어진 시나리오의 다른 시나리오 나 다른 측면을 볼 필요가 있다. 여기서 또 다른 시나리오는 요구 사항에 따라 각 참가자에게 동시에 투사될 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 전술 한 실시예의 세부 사항에 한정되지 않고, 본 발명이 본 발명의 정신 또는 본질적인 특성을 벗어나지 않으면서 다른 특정 형태로 구현될 수 있음을 명백히 알 것이다. 따라서, 본 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로서 제한적이지는 않으며, 본 발명의 범위는 전술한 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구 범위에 의해 나타내지만, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경도 본원에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (66)

  1. 광원; 제어 유닛; 및 적어도 2 개의 병치된 이중 격자 소자들의 어레이를 포함하여 구성되며,
    상기 격자 소자 각각은 서로 일정한 간격으로 이격된 제 1 격자 및 제 2 격자를 포함하고,
    적어도 2 개의 에지를 가지는 상기 2 개의 격자 각각은 복수의 라인의 적어도 하나의 시퀀스를 포함하여 구성되고,
    여기서, 상기 라인들 사이의 간격은 상기 격자의 하나의 에지로부터 상이한 에지로 점진적으로 변하고,
    여기서, 상기 제 1 격자는 상기 광원으로부터의 광파를 상기 제 2 격자를 향해 회절시키고, 주어진 방향의 출력 광파로서 제 2 격자에 의해 더 회절되는,
    광학 디스플레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 격자 소자들 각각에 대해, 상기 제 2 격자로부터의 출력 광파의 방향이 상기 제어 유닛에 의해 개별적으로, 동적으로 그리고 외부적으로 제어되는 광학 디스플레이 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 격자 소자들이, 상기 제 1 격자와 상기 제 2 격자 사이에 위치된 적어도 2 개의 주 표면을 갖는 광 투과 기판을 더 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 격자 및 상기 제 2 격자는 상기 기판 표면 중 하나 이상에 배치되는, 광학 디스플레이 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 광 투과 기판의 굴절률이 외부적으로 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 출력 광파의 방향이, 상기 기판의 굴절률을 변화시키는 것에 의해 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 각각의 격자 소자에 대해, 상기 2 개의 격자 중 적어도 하나가 횡방향으로 변위 가능한, 광학 디스플레이 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 출력 광파의 방향이, 상기 격자들 중 하나의 다른 하나에 대한 횡방향 변위에 의해 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 격자 소자는 적어도 하나의 주축을 갖는 제 3 격자를 더 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 격자는 상기 제 1 격자의 전방에 위치되는, 광학 디스플레이 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 격자는 주축에 대해 회전 가능한, 광학 디스플레이 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 상기 출력 빔의 방향이 상기 제 3 격자의 회전에 의해 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 출력 광파의 방향이 제 1 축을 따라 편향되는, 광학 디스플레이 시스템.
  14. 제 2 항에 있어서, 상기 격자 소자들 각각은, 서로 일정한 거리에 위치하는 적어도 2 개의 에지를 각각 갖는 추가의 제 3 및 제 4 격자를 더 포함하여 구성되고,
    상기 2 개의 추가 격자 각각은 복수의 라인의 적어도 하나의 시퀀스를 포함하여 구성되고,
    여기서, 상기 라인들 사이의 간격은 상기 격자의 한 에지로부터 상이한 에지로 점진적으로 변하고,
    여기서, 상기 제 3 격자는 상기 제 2 격자로부터의 상기 출력 광파를 상기 제 4 격자로 회절시키고, 상기 광파는 상기 제 4 격자에 의해 주어진 방향으로 상기 격자 소자로부터의 출력 광파로서 회절되는, 광학 디스플레이 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 격자 소자에 대해, 상기 제 4 격자로부터의 출력 광파의 방향이 상기 제어 유닛에 의해 개별적으로, 동적으로 및 외부적으로 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 4 격자로부터의 상기 출력 광파의 방향이 제 2 축을 따라 편향되는, 광학 디스플레이 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 축은 상기 제 1 축과 상이한, 광학 디스플레이 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 축은 상기 제 1 축과 직교하는, 광학 디스플레이 시스템.
  19. 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 격자의 상기 복수의 라인들의 시퀀스가, 방사 대칭을 갖는, 광학 디스플레이 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 각각의 격자 소자에 대해, 상기 2 개의 격자 중 적어도 하나는 횡방향으로 변위 가능한, 광학 디스플레이 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 출력 광파의 방향이, 상기 격자들 중 하나의 다른 하나에 대한 횡방향의 변위에 의해 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 격자들 중 하나는 2 개의 상이한 축을 따라 변위 가능한, 광학 디스플레이 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 출력 광파의 방향이, 2 개의 상이한 축을 따라 편향될 수 있는, 광학 디스플레이 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 격자로부터의 상기 출력 광파의 방향이, 2 개의 직교하는 축을 따라 편향될 수 있는, 광학 디스플레이 시스템.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 격자들 중 적어도 하나는 적어도 2 개의 상이한 격자로 멀티플렉싱되는, 광학 디스플레이 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 격자들 중 적어도 하나는 3 개의 상이한 색에 감응하는(sensitive) 3 개의 상이한 격자로 멀티플렉싱되는, 광학 디스플레이 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 3 개의 상이한 컬러는 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 범위에 있는, 광학 디스플레이 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 격자 각각은 상이한 두 색에 감응하지 않는, 광학 디스플레이 시스템.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 제 1 격자는 각각 3 개의 상이한 컬러에 감응하는 3 개의 상이한 격자로 멀티플렉싱되고, 3 개의 상이한 횡방향으로 변위된 격자들을 포함하여 구성되는 상기 제 2 격자는 각각 동일한 3 개의 상이한 컬러에 감응하는, 광학 디스플레이 시스템.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 격자 소자들로부터의 상기 출력 광파는 액정 디스플레이를 조명하는, 광학 디스플레이 시스템.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 격자 소자들로부터의 상기 출력 광파는 실리콘 디스플레이상의 액정을 조명하는, 광학 디스플레이 시스템.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 3 개의 상이한 횡방향으로 변위된 격자들 각각은 하나의 편광에 실질적으로 감응하고, 직교 편광에 실질적으로 감응하지 않는 , 광학 디스플레이 시스템.
  33. 제 29 항에 있어서, 상기 3 개의 상이한 횡방향으로 변위된 격자들 각각은 2 개의 직교하는 편광에 실질적으로 감응하는 광학 디스플레이 시스템.
  34. 제 29 항에 있어서, 상기 격자 소자들은 3 개의 상이한 컬러 필터를 더 포함하여 구성되고, 상기 필터들 각각은 상기 3 개의 상이한 컬러 중 하나에 투과성(transparent)이하고, 다른 2 개의 컬러에 대해 실질적으로 비-투과성(non-transparent)인, 광학 디스플레이 시스템.
  35. 제 2 항에 있어서, 출사동(exit pupil)을 더 포함하여 구성되며,
    상기 격자 소자들로부터의 출력 광파가 제어 시스템에 의해 출사동 또는 출사동의 외측으로 편향될 수 있는, 광학 디스플레이 시스템.
  36. 제 2 항에 있어서, 히트 싱크를 더 포함하여 구성되며, 상기 출사동 외부에서 편향된 광파가 상기 히트 싱크 내로 편향되는, 광학 디스플레이 시스템.
  37. 제 2 항에 있어서, 입체적인 동화상을 보는 사람의 눈에 투사하는, 광학 디스플레이 시스템.
  38. 제 2 항에 있어서, 적어도 2 개의 상이한 이미지를 상이한 시야각으로 투사하는, 광학 디스플레이 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 시야각은 서로 인접하는, 광학 디스플레이 시스템.
  40. 제 38 항에 있어서, 상기 시야각은 단일 축을 따라 배열되는, 광학 디스플레이 시스템.
  41. 제 38 항에 있어서, 상기 시야각은 2 개의 상이한 축을 따라 배열되는, 광학 디스플레이 시스템.
  42. 제 2 항에 있어서, 보는 사람의 눈에 3 차원 동화상을 투사하는, 광학 디스플레이 시스템.
  43. 제 2 항에 있어서, 이미지의 푸리에 변환을 투사하는, 광학 디스플레이 시스템.
  44. 제 2 항에 있어서, 보는 사람의 눈의 위치 또는 주시점(gazing point)을 검출하기 위한 안구 추적 유닛을 더 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 안구 추적 유닛이 발광기 및 검출기를 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 안구 추적 유닛에 의해 수집된 데이터를 처리하여 상기 제어 유닛으로 전송하는 처리 유닛을 더 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 격자 소자를 형성하는 출력 광파의 방향이 보는 사람의 눈의 위치에 의해 설정되는, 광학 디스플레이 시스템.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 격자 소자를 형성하는 출력 광파의 방향이 보는 사람의 눈의 주시점에 의해 설정되는 , 광학 디스플레이 시스템.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 격자 소자로부터의 출력 광파가 보는 사람의 눈의 위치로 향하는, 광학 디스플레이 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 보는 사람의 양 눈에 상이한 화상이 투사되는, 광학 디스플레이 시스템.
  51. 제 49 항에 있어서, 상기 동일한 장면의 상이한 양태들이 보는 사람의 눈에 투사되는, 광학 디스플레이 시스템.
  52. 제 49 항에 있어서, 입체 화상이 보는 사람의 눈에 투사되는 , 광학 디스플레이 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 출력 광파의 발산(divergence)이, 보는 사람의 아이-모션-박스(eye-motion-box)를 커버하도록 설정되는 , 광학 디스플레이 시스템.
  54. 제 44 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 보는 사람의 눈의 움직임에 의해 제어되는, 광학 디스플레이 시스템.
  55. 제 44 항에 있어서, 투사된 장면의 컨텍스트(context)가 보는 사람의 눈의 위치에 의해 설정되는, 광학 디스플레이 시스템.
  56. 제 44 항에 있어서, 투사된 장면의 컨텍스트가 보는 사람의 눈의 주시점에 의해 설정되는 , 광학 디스플레이 시스템.
  57. 제 44 항에 있어서, 상기 시스템이 보는 사람의 주시점이 상기 디스플레이로 향하지 않을 때 이미지를 투사하는 것을 중지하는, 광학 디스플레이 시스템.
  58. 제 44 항에 있어서, 상기 안구 추적 유닛이 한명 이상의 보는 사람의 위치 또는 주시점을 추적하는, 광학 디스플레이 시스템.
  59. 제 58 항에 있어서, 상기 시스템이 추적된 보는 사람들 모두에 대해 동일한 장면을 투사하는, 광학 디스플레이 시스템.
  60. 제 58 항에 있어서, 상이한 장면이 상이한 보는 사람에게 동시에 투사되는 광학 디스플레이 시스템.
  61. 제 58 항에 있어서, 상이한 데이터가 상이한 보는 사람에게 동시에 투사되는, 광학 디스플레이 시스템.
  62. 제 1 항에 있어서, 상기 격자 소자가 프레넬 소자를 포함하여 구성되는, 광학 디스플레이 시스템.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 광원이 백색 광원인, 광학 디스플레이 시스템.
  64. 제 1 항에 있어서, 상기 광원이 단색 광원인, 광학 디스플레이 시스템.
  65. 제 1 항에 있어서, 상기 광원이 3 개의 상이한 단색 광원으로 멀티플렉싱되는, 광학 디스플레이 시스템.
  66. 제 1 항에 있어서, 상기 3 개의 상이한 단색 광원이, 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 범위에 있는, 광학 디스플레이 시스템.
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