KR20190026610A - 시역 확장을 위한 공간 분할 다중화 doe를 이용한 3d 홀로그래픽 디스플레이 시스템 및 방법 - Google Patents

시역 확장을 위한 공간 분할 다중화 doe를 이용한 3d 홀로그래픽 디스플레이 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 광원으로부터 방출되는 광을 3차원 영상에 대응하는 광파로 변조하는 변조 장치, 광파를 제1 평면 상으로 전파하는 광학 장치, 전파된 광파를 다중화하여 3D 홀로그래픽 디스플레이의 시야각을 확대하는 회절 장치를 포함하는 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제공함으로써, SLM 픽셀 피치에 의해 결정되는 홀로그래픽 디스플레이의 한정된 시역을 광학적 방법을 통해 확장할 수 있다.

Description

시역 확장을 위한 공간 분할 다중화 DOE를 이용한 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR 3D HOLOGRAPHIC DISPLAY USING SPATIAL-DIVISION MULTIPLEXED DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENTS FOR VIEWING ZONE IMPROVEMENT}
본 발명은 홀로그래픽 디스플레이의 제한된 시역을 DOE를 이용한 공간 분할 다중화를 통해 확장하는 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템 및 방법에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이는 입사된 가간섭성 광의 진폭 또는 위상을 변조하는 하나 이상의 공간 광 변조기(SLM, spatial light modulator)를 포함한다. 공간 광 변조기는 변조 원리에 따라 EASLM(Electrically Addressed Spatial Light Modulators), OASLM(Optically Addressed Spatial Light Modulators), EOSLM(Electro-optic SLM), AOSLM(Acousto-optic SLM), DMD(Digital micro-mirror device) 등으로 세분화된다. EASLM은 2D 디스플레이로 널리 사용되는 액정 패널에 기반한 구조로 홀로그래픽 이미징을 위한 광파 변조에도 빈번하게 사용된다.
회절광학소자(DOE, Diffractive optical element)는 전파되는 빛의 위상 또는 세기 특성을 빛의 회절을 이용하여 바꾸는 소자이다. 기존의 반사 광학 소자 및 굴절 광학 소자를 대체하는 것이 가능하며, 소자의 양산 및 집적화가 용이하므로, 소형 또는 박형의 소자가 요구되는 휴대용 영상 기기, HUD 또는 디지털 카메라 등에 이용된다.
홀로그래픽 광학소자(HOE; holographic optical elements)는 DOE의 한 종류로 감광재료에 간섭계를 이용하여 간섭 무늬(interference fringe)를 기록함으로써 제작된다.
한편, 홀로그래픽 디스플레이의 시야각은 제한적이다. 홀로그래픽 디스플레이의 픽셀들이 주기적으로 배열된 물리적 구조의 SLM을 이용하여 홀로그래픽 디스플레이를 구성할 경우, 시야각 θ는 SLM 이미지 픽셀 피치(pitch) p, 입사 광원의 파장 λ에 따라 수식 θ = 2sin-1(λ/2p) 로 정의된다. 따라서 홀로그래픽 디스플레이가 기존의 2D 디스플레이에 준하는 시야각을 갖기 위해서는 서브 마이크로미터(sub-μm) 단위의 조밀한 픽셀 피치를 가지는 초고해상도 패널이 요구된다. 기존의 평판 디스플레이 기술을 기반으로 SLM 성능을 향상시키는 것에는 한계가 있으며, 시간 다중화 및 공간 다중화를 통한 디스플레이의 성능을 향상시키기 위한 기술들의 개발이 이루어지고 있다.
본 발명의 실시예는 DOE를 배치하여 공간 다중화를 통해 시역 확장을 도모하여 3D 홀로그래픽 디스플레이의 성능을 향상시키는 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템은 광원으로부터 방출되는 광을 3차원 영상에 대응하는 광파로 변조하는 변조 장치; 상기 광파를 제1 평면 상으로 전파하는 광학 장치; 및 상기 전파된 광파를 다중화하여 3D 홀로그래픽 디스플레이의 시야각을 확대하는 회절 장치를 포함할 수 있다.
상기 회절 장치는 상기 변조 장치의 픽셀 피치보다 더 높은 해상도의 격자 패턴을 포함할 수 있다.
상기 격자 패턴은 상기 전파된 광파의 진행 방향을 편향할 수 있다.
상기 회절 장치는 상기 격자 패턴 중 일부로 구성된 복수의 부분 격자를 포함하고, 상기 복수의 부분 격자 각각은 상기 제1 평면 상에서 상기 광파에 의해 형성되는 복수의 SLM 이미지 픽셀 그룹 각각에 매핑되며, 상기 각 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파되는 광파의 진행 방향을 편향할 수 있다.
상기 회절 장치는 상기 복수의 부분 격자 중 적어도 하나의 부분 격자를 포함하는 회절 유닛을 포함하고, 상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 부분 격자에 매핑된 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파의 진행 방향을 미리 설정된 영역으로 편향할 수 있다.
상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파를 미리 설정된 하나의 시점으로 전파할 수 있다.
상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파의 회절각을 미리 설정된 각도로 변경할 수 있다.
상기 회절 장치는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 이용한 볼륨 홀로그램 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템은 광을 광파로 변조하는 공간 광 변조기(SLM); 상기 광파의 노이즈를 제거하는 공간 필터; 상기 광파를 전파하는 광학계; 및 상기 전파된 광파를 다중화하는 회절광학소자(DOE)를 포함할 수 있다.
상기 회절 광학 소자는 상기 전파된 광파의 진행 방향을 편향할 수 있다.
상기 회절광학소자는 투과형 재료 또는 반사형 재료로 구성될 수 있다.
상기 광학계는 망원경 광학계 또는 프로젝션 광학계일 수 있다.
상기 광학계는 상기 노이즈가 제거된 광파를 SLM 이미지 평면 상에 전파하며, 상기 회절광학소자는 복수의 부분 격자를 포함하고, 상기 복수의 부분 격자 각각은 상기 SLM 이미지 평면 상에 상기 광파에 의해 형성되는 복수의 SLM 이미지 픽셀들로 구성된 SLM 이미지 그룹에 매핑되며, 상기 SLM 이미지 평면으로 전파되는 광파의 진행 방향을 특정 방향으로 편향할 수 있다.
상기 회절광학소자는 상기 복수의 부분 격자 중 일부 부분 격자를 포함하는 회절 유닛을 포함하며, 상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 진행 방향을 미리 설정된 영역으로 편향할 수 있다.
상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 진행 방향을 미리 설정된 시역으로 전파할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 상기 광을 상기 미리 설정된 시역에서의 시점에 대응하는 영상에 대한 정보를 포함하는 광파로 변조할 수 있다.
상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 회절각을 미리 설정된 각도로 변경할 수 있다.
상기 각 부분 격자는 상기 SLM 이미지 평면의 연속된 복수의 SLM 이미지 픽셀에 매핑될 수 있다.
상기 각 회절 유닛은 상기 복수의 부분 격자 중 서로 불규칙하게 배치된 복수의 부분 격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 방법은 평행한 광을 3차원 영상으로 변조하는 단계; 상기 변조된 광파를 전파하는 단계; 및 상기 전파된 광파를 공간 다중화하여 상기 전파된 광파의 진행 방향을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, SLM 픽셀 피치에 의해 결정되는 홀로그래픽 디스플레이의 한정된 시역을, 공간 분할 다중화(SDM, spatial-division multiplexing)를 위한 회절광학소자(DOE, diffractive optical elements)를 이용하는 등 광학적 방법을 통해 확장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 확장된 각 시역에 대응하는 SLM 이미지 픽셀들을 통해 해당 시차를 갖는 홀로그램을 재생할 경우, 사용자는 확장된 모든 시역에서 완전 시차(full-parallax)를 갖는 재구축된 홀로그램 영상을 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, DOE의 각 부분 격자(sub grating)의 격자 패턴의 해상도는 SLM보다 더 고해상도 이므로 광파의 회절각이 커지게 되며, 이에 따라 SLM 면에 기존보다 더 가까운 위치에 홀로그램 영상을 재현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, DOE는 투과성을 갖는 재질로 제작함으로써, 시스루(see-through) 방식의 디스플레이로서 기능을 구현하여, 증강현실(Argument reality) 구현을 위한 디스플레이, 홀로그래픽 원리를 갖는 HMD(head-mounted displays) 및 HUD(head-up display), 프로젝션 디스플레이(projection display) 등 다양한 홀로그래픽 디스플레이 구조에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 각 DOE 유닛이 임의의 시역으로 광파를 전파하는 과정을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 DOE 유닛이 임의의 각도로 광파의 진행 방향을 편향하는 과정을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 광원(101), 평행 광 생성부(102), SLM(110), 릴레이 광학계(120, 130), 공간 필터(140) 및 DOE(150, 170)를 포함할 수 있다.
광원(101)은 가간섭성 광을 방출할 수 있고, 평행 광 생성부(102)는 광원으로부터 방출된 광의 광속을 평행 광으로 정렬시킬 수 있다.
SLM(110)은 평행 광 생성부(102)를 통해 정렬된 광을 홀로그램 영상을 재생하기 위한 광파로 변조하여 회절시킬 수 있다.
릴레이 광학계(예를 들면, 4F relay optics)는 광파의 배율을 확장, 축소 또는 유지하여 홀로그램 영상이 재현되도록 광파를 특정 평면으로 광 파면의 형태로 전파할 수 있다. 예를 들면, 릴레이 광학계는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 망원경 구조(telescope optic)를 포함할 수 있다. 릴레이 광학계는 광 파면을 특정 평면 상에 전파하며, 광파가 전파되는 상기한 특정 평면을 SLM 이미지 평면(180)으로 정의할 수 있다.
공간 필터(SF, spatial filter)(140)는 릴레이 광학계에 포함된 렌즈의 초점면에 위치하며, 광파의 DC(direct current) 성분, 광파의 고차(high order) 성분, 광파의 공액(conjugate) 성분을 제거할 수 있다.
DOE(150, 170)는 릴레이 광학계를 통해 광 파면이 전파되는 SLM 이미지 평면(180)(image plane)에 배치될 수 있다. DOE(diffractive optical element)(150, 170)는 릴레이 광학계를 통해 SLM 이미지 평면(180) 상에 전파되는 광파를 공간 상에서 다중화하여 광파의 진행 방향을 편향하고 광파를 확장된 시역(extended viewing zone, 160)으로 전파할 수 있다.
DOE(150, 170)는 광파를 공간적으로 다중화하기 위한 광학 부품 및 소자(예를 들면, 표면부조 회절광학소자(surface-relief DOE) 또는 HOE)를 포함할 수 있다. DOE(150, 170)는 투명한 기판(substrate)에 피착되고 에칭되는 피착-에칭 방식으로 제조될 수 있으나, 피착-에칭 방식의 경우 DOE(150, 170)의 부분 격자 구조에 따라 각종 노이즈(직류 성분, 공액 성분, 고차 성분)가 발생하며, 이는 전체 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 누화 현상(crosstalk)을 일으킬 수 있다. 이에 따라, 피착-에칭 방식 대신, 간섭계를 이용해 볼륨 홀로그램(volume hologram)의 HOE(holographic optical element)를 제작하여 DOE(150, 170)를 제조할 수 있다.
DOE(150, 170)는 디스플레이 목적에 따라 반사형 DOE 또는 투과형 DOE로 구성될 수 있다. 투과성 재료로 DOE를 제작할 경우 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템은 투과형(see-through) 방식의 디스플레이로 동작할 수 있다.
DOE(150, 170)는 복수의 부분 격자(sub grating)들을 포함할 수 있다. 이 때, 하나의 부분 격자(171)는 SLM 이미지 평면(180)(image plane)의 복수의 SLM 이미지 픽셀(181)들에 매핑(mapping)될 수 있다. 예를 들면, 부분 격자(171)는 부분 격자에 매핑된 복수의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파의 진행 방향을 편향할 수 있다.
각 부분 격자(171)에는 다양한 형태(예를 들면, 주기)의 격자 패턴이 형성될 수 있다. 각 부분 격자 (171)에 형성된 격자 패턴은 각 SLM 이미지 픽셀로 전파된 광파의 진행 방향을 특정 방향으로 편향할 수 있다. 특정 방향으로 광파의 진행 방향을 편향하기 위해, 격자 패턴의 해상도는 SLM(110)의 해상도보다 작을 수 있다. 이에 따라, 각 부분 격자(171)는 SLM(110)으로부터 SLM 이미지 평면(180)의 SLM 이미지 픽셀(181)로 전파된 광파의 회절각을 더 확대시켜, SLM 이미지 평면으로부터 기존보다 더 짧은 거리에서 광파가 간섭되도록 할 수 있어 SLM 이미지 평면(180)에 더 인접한 위치에 홀로그램 영상을 재현할 수 있다.
DOE(150, 170)는 적어도 하나의 DOE 유닛을 포함할 수 있다. DOE 유닛은 복수의 부분 격자(171)의 조합으로 구성되며, 특정 광학적 기능을 수행한다. DOE 유닛은 하나의 부분 격자를 포함할 수도 있고, 복수의 부분 격자를 포함할 수도 있으며, 서로 인접한 복수의 부분 격자들을 포함할 수도 있고, 서로 이격된 복수의 부분 격자들을 포함할 수도 있다.
DOE 유닛은 DOE 유닛에 포함된 부분 격자의 배치 순서에 따라 특성이 달라질 수 있다. 규칙적인 순서로 배치된 복수의 부분 격자들이 하나의 DOE 유닛에 포함될 경우, DOE 유닛에 의해 형성되는 시역에 광파의 간섭에 의한 고차항의 노이즈가 발생하므로, 불규칙한 순서로 부분 격자를 DOE 유닛 내에서 배치함으로써 노이즈를 저감할 수 있다.
DOE 유닛이 수행하는 광학적 기능은 비축의 렌즈 기능 또는 프리즘이 될 수 있고, 개별 DOE 유닛에 미리 설정된 기능에 따라 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 구성이 달라질 수 있다. 예를 들면, 각 DOE 유닛은 각 DOE 유닛에 매핑된 각 격자 소자에 의해 회절되는 광파들이 재생하는 홀로그램 영상이 서로 다를 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 각 DOE 유닛이 임의의 시역으로 광파를 전파하는 과정을 도시한다.
도 1에서 설명한 DOE(150, 170)에 포함된 DOE 유닛들은 SLM 이미지 평면(180)으로 전파된 광파를 다중화 또는 광파의 진행 방향을 다중화하여, 도 2와 같이 시역을 확장할 수 있다. 즉, DOE(150, 170)는 광파를 다중화하여 도 2와 같이 복수의 시역(viewing zone 1, 2)으로 전파할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, DOE 유닛은 p만큼 이격된 두 개 이상의 부분 격자를 포함할 수 있고, 각 부분 격자에 의해 광파의 진행 방향을 편향하여 특정 시점(또는 공간 픽셀, voxel(volume pixel))로 광파를 전파할 수 있다. 각 DOE 유닛이 포함하는 각 부분 격자는 각 부분 격자에 매핑된 복수의 SLM 이미지 픽셀(181)로 전파된 광파의 진행 방향을 서로 다른 각도(θ1, θ2)로 편향하여, 하나의 시점으로 전파할 수 있다.
예를 들면, 제1 DOE 유닛은 제1 DOE 유닛이 포함하는 제1 부분 격자 및 제3 부분 격자에 매핑된 SLM 이미지 픽셀로 전파된 제1 광파 및 제3 광파(굵은 실선)의 진행 방향을 편향하여 제1 시역(viewing zone 1)에 포함된 복수의 시점(voxel)으로 전파할 수 있다. 예를 들면, 제2 DOE 유닛은 제2 DOE 유닛에 포함된 제2 부분 격자 및 제4 부분 격자에 매핑된 SLM 이미지 픽셀로 전파된 제2 광파 및 제4 광파(점선)의 진행 방향을 편향하여 제2 시역(viewing zone 2)에 포함된 복수의 시점으로 전파할 수 있다.
DOE 유닛을 구성하는 각 부분 격자에 매핑되는 각 SLM 이미지 픽셀(181)이 서로 독립적(independent) 또는 이산적(descrete)으로 위치할 경우, 홀로그램 영상을 구성하는 고주파의 패턴(fringe)을 표현하는 것이 불가능해지며, 이에 따라 회절각이 좁아져 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 시야각이 축소된다. 이를 해결하기 위해, 연속적으로 위치한 복수의 SLM 이미지 픽셀을 DOE 유닛을 구성하는 각 부분 격자가 매핑하도록 설정할 수 있다.
또한, 연속적으로 위치한 복수의 SLM 이미지 픽셀(181)을 하나의 부분 격자에 매핑하여 평면적으로 복수의 연속된 신호 성분이 전파되도록 구성함으로써, SLM(110)의 픽셀들 사이의 물리적인 픽셀 간격(픽셀 피치)에 의해 정의된 고유의 주기성을 유지하여 각 DOE 유닛이 생성한 시역 넓이가 DOE를 이용한 다중화 이전 SLM(110)의 변조에 의해 발생하는 시역과 동일한 넓이를 갖게 할 수 있다.
예를 들면, 렌즈를 이용한 통상의 시야창 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이 구조의 시역은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 DOE(150, 170)를 이용한 다중화 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이에서 각 DOE 유닛에 매핑된 각 부분 격자들에 의해 생성된 각 시역과 동일한 넓이를 가진다.
이에 따라, 복수의 시역들이 연속되도록 각 DOE 유닛에 대응하는 시점의 위치를 설정하여, SLM(110)의 물리적 성능에 기반하여 형성되는 시야각 보다 더 넓은 시야각을 가질 수 있다.
이 때, 각 DOE 유닛에 대응하는 SLM 이미지 픽셀(181)이 각 DOE 유닛에 의해 광파들이 진행하는 확장된 시역 내의 시점들에서의 시차에 대응하는 홀로그램 영상을 재생하면, 사용자는 확장된 시역에서 완전 시차(full-parallax)를 갖는 홀로그램 재현 영상을 관찰할 수 있다.
예를 들면, SLM(110)은 광원에 의해 생성된 광을 확장된 각 시역 내의 시점들에서의 시차에 대응하는 홀로그램 영상에 대한 정보를 포함하는 광파로 변조할 수 있다.
시역은 각 축 방향에 대한 다중화 정도, 즉, DOE(150, 170)의 각 축 별로 구성되는 DOE 유닛의 배수만큼 확장된다. 예를 들면, 도 2에서는 DOE(150, 170)가 y축 방향으로 두 개의 DOE 유닛으로 구성되므로, 3D 홀로그래픽 디스플레이에 의한 홀로그램 영상의 시역은 y축 방향으로 2배만큼 확장된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 DOE 유닛이 임의의 각도로 광파의 진행 방향을 편향하는 과정을 도시한다.
도 1에서 설명한 DOE(150, 170)에 포함된 DOE 유닛들은 SLM 이미지 평면으로 전파된 광파를 다중화하여, 도 3과 같이 시역을 확대할 수 있다. 즉, DOE(150, 170)는 광파를 다중화하여 도 3과 같이 하나의 확대된 시역(viewing zone)을 생성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 DOE 유닛은 각 DOE 유닛에 매핑된 복수의 SLM 이미지 픽셀로 전파된 광파의 진행 방향을 특정 각도(θ1, θ2)로 편향할 수 있다. 예를 들면, 제1 DOE 유닛은 전파된 제1 광파(굵은 실선)의 회절각을 제1 각도(θ2)로 변경하고, 제2 DOE 유닛은 전파된 제2 광파(점선)의 회절각을 제2 각도(θ1)로 변경하여, 복수의 SLM 이미지 픽셀로부터 전파된 광파의 진행 방향을 확대된 시역(viewing zone)으로 편향할 수 있다.
이 경우, DOE 유닛들이 광파의 진행 방향을 DOE 유닛들에 설정된 회절각(θ1, θ2)으로 편향하여 홀로그램 영상을 재구축하므로, SLM(110)의 회절각에 의해 정의된 홀로그래픽 디스플레이의 최대 시야각이 DOE 유닛의 최대 편향각으로 재정의된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시하고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 방식의 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 릴레이 광학계는 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 릴레이 광학계가 제1 렌즈(lens 1)(120) 및 제2 렌즈(lens 2)(130)를 포함할 경우, 광파의 확대 비율(beam expanding rate)은 제1 렌즈(120)의 초점 거리 f1과 제2 렌즈(130)의 초점 거리 f2 사이의 비율인 초점거리 비 f1:f2가 될 수 있다.
제2 렌즈(lens 2)(130)의 초점면에 재이미징(re-imaging)된 SLM 이미지 픽셀 크기(pixel size)는 초점거리 비에 비례한다. 릴레이 광학계의 회절각(diffraction angle)은 초점거리 비에 반비례한다. 따라서, 릴레이 광학계의 두 렌즈의 초점거리 비를 조절하여 SLM 이미지 픽셀 크기를 축소하고, 회절각을 증가시키며, 이에 따라 시야각을 확장시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 광학계는 하나의 프로젝션 렌즈(projection lens)(121)로 대체 될 수 있다.
릴레이 광학계에 하나의 프로젝션 렌즈(121)가 대체된 경우, SLM 이미지 픽셀 크기는 얇은 렌즈 방정식(thin lens equation) 1/d + 1/i = 1/f (d는 프로젝션 렌즈(121)와 물체(SLM(110)) 사이의 거리, i는 프로젝션 렌즈(121) SLM 이미지 평면(180) 사이의 거리, f는 프로젝션 렌즈(121)와 초점 사이의 거리)으로 결정될 수 있다.
도 4 및 도 5를 통해 설명한 두 가지 방식의 DOE 유닛 구성에서 각 DOE 유닛은 하나의 비축 렌즈 역할을 한다. 각 부분 격자를 이루는 격자 패턴의 패턴 간격은 SLM 이미지 픽셀 간격보다 더 좁으므로, 이에 따라 SLM(110)으로부터 전파된 광파의 폭을 넓힐 수 있으며, 각 DOE 유닛에 의해 각 SLM 이미지 픽셀(181)에서 전파된 광파가 기존 기술과 같이 DOE가 배치되지 않은 경우 보다 더 가까운 거리에서 간섭하며, 이에 따라 기존보다 SLM(110) 면에 더 가까운 위치에 홀로그램 영상이 재현된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D 홀로그래픽 디스플레이 방법은 S601 단계 내지 S605 단계를 포함한다.
S601 단계에서, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(예: 도 1의 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100))의 공간 광 변조기는 광원에 의해 생성되고 평행 광 생성부에 의해 평행하게 정렬된 광을 3차원 홀로그래픽 영상을 재생하기 위한 광파로 변조할 수 있다. 예를 들면, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)의 공간 광 변조기는 기 생성한 홀로그램 입력 데이터를 이용하여 평행한 광을 재생하고자 하는 3차원 영상에 대응하는 광파로 변조할 수 있다.
S603 단계에서, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 광파(또는 광파면)를 특정 3차원 공간 상으로 전파할 수 있다. 예를 들면, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 광파를 두 개의 렌즈 또는 하나의 렌즈를 포함하는 광학계를 이용하여 3차원 공간 상으로 전파할 수 있다.
S605 단계에서, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 광파의 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들면, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 광파의 직류 성분, 공액 성분 또는 고차 성분을 제거할 수 있다.
S607 단계에서, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 전파된 광파(또는 광파의 진행 방향)를 다중화할 수 있다. 예를 들면, 3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)의 회절광학소자는 SLM에서 생성된 광 파면이 전파된 SLM 이미지 평면 상에 배치되어, SLM 이미지 평면 상으로 제1 각도로 전파되는 광파를 공간 다중화하여, 광파의 회절 각도를 변경할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 광원으로부터 방출되는 광을 3차원 영상에 대응하는 광파로 변조하는 변조 장치;
    상기 광파를 제1 평면 상으로 전파하는 광학 장치; 및
    상기 전파된 광파를 다중화하여 3D 홀로그래픽 디스플레이의 시야각을 확대하는 회절 장치를 포함하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회절 장치는 상기 변조 장치의 픽셀 피치보다 더 높은 해상도의 격자 패턴을 포함하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 격자 패턴은 상기 전파된 광파의 진행 방향을 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회절 장치는 상기 격자 패턴 중 일부로 구성된 복수의 부분 격자를 포함하고,
    상기 복수의 부분 격자 각각은 상기 제1 평면 상에서 상기 광파에 의해 형성되는 복수의 SLM 이미지 픽셀 그룹 각각에 매핑되며, 상기 각 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파되는 광파의 진행 방향을 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회절 장치는 상기 복수의 부분 격자 중 적어도 하나의 부분 격자를 포함하는 회절 유닛을 포함하고,
    상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 부분 격자에 매핑된 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파의 진행 방향을 미리 설정된 영역으로 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파를 미리 설정된 하나의 시점으로 전파하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 적어도 하나의 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 광파의 회절각을 미리 설정된 각도로 변경하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 회절 장치는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 이용한 볼륨 홀로그램 방식으로 제조되는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  9. 광을 광파로 변조하는 공간 광 변조기(SLM);
    상기 광파의 노이즈를 제거하는 공간 필터;
    상기 광파를 전파하는 광학계; 및
    상기 전파된 광파를 다중화하는 회절광학소자(DOE)를 포함하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 상기 전파된 광파의 진행 방향을 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 회절광학소자는 투과형 재료 또는 반사형 재료로 구성되는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 망원경 광학계 또는 프로젝션 광학계인
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 노이즈가 제거된 광파를 SLM 이미지 평면 상에 전파하며,
    상기 회절광학소자는 복수의 부분 격자를 포함하고,
    상기 복수의 부분 격자 각각은 상기 SLM 이미지 평면 상에 상기 광파에 의해 형성되는 복수의 SLM 이미지 픽셀들로 구성된 SLM 이미지 그룹에 매핑되며, 상기 SLM 이미지 평면으로 전파되는 광파의 진행 방향을 특정 방향으로 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회절광학소자는 상기 복수의 부분 격자 중 일부 부분 격자를 포함하는 회절 유닛을 포함하며,
    상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 진행 방향을 미리 설정된 영역으로 편향하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 진행 방향을 미리 설정된 시역으로 전파하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 광을 상기 미리 설정된 시역에서의 시점에 대응하는 영상에 대한 정보를 포함하는 광파로 변조하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 일부 부분 격자에 매핑된 일부 SLM 이미지 픽셀 그룹으로 전파된 일부 광파의 회절각을 미리 설정된 각도로 변경하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 각 부분 격자는 상기 SLM 이미지 평면의 연속된 복수의 SLM 이미지 픽셀에 매핑되는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  19. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 각 회절 유닛은 상기 복수의 부분 격자 중 서로 불규칙하게 배치된 복수의 부분 격자를 포함하는
    3D 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  20. 3D 홀로그래픽 디스플레이 방법에 있어서,
    평행한 광을 3차원 영상으로 변조하는 단계;
    상기 변조된 광파를 전파하는 단계; 및
    상기 전파된 광파를 공간 다중화하여 상기 전파된 광파의 진행 방향을 변경하는 단계를 포함하는
    방법.
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