KR20200007965A - 광 가이드를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20200007965A
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KR
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coupling
imaging
display device
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KR1020197037474A
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노르베르트 라이스터
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치, 특히 '눈 근처에 위치되는(near to eye)' 디스플레이 장치에 관한 것이다. 디스플레이 장치는 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 시스템, 적어도 하나의 이미징 요소, 적어도 하나의 광 가이드(light guide), 및 적어도 2 개의 부분 반사 커플링-아웃(coupling-out) 요소를 갖는다. 적어도 하나의 조명 장치는 충분히 코히어런트한(coherent) 광을 방출하기 위해 사용된다. 적어도 하나의 이미징 요소는 적어도 하나의 광 변조 시스템으로부터 나온 광을 이미징하도록 설계된다. 적어도 하나의 광 가이드에 제공된 적어도 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소는 광 가이드로부터 광을 커플링-아웃하기 위해 사용된다.

Description

광 가이드를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 바람직하게는 3 차원 오브젝트(object) 또는 장면을 표현하기 위한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들어 헤드-마운트 디스플레이(Head-Mounted-Display)와 같은, 사용자의 눈 근처에 제공되는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 여기에는 마찬가지로 또한 헤드 업 디스플레이도 포함되어야 한다.
헤드 마운트 디스플레이(HMD) 또는 유사한 사용자의 눈 근처에 위치되는(Near to eye) 디스플레이 또는 디스플레이 장치의 경우, 컴팩트하고 경량의 광학 구조를 제공하고 보장하는 것이 바람직하고 유리한데, 왜냐하면 이러한 유형의 디스플레이는 사용자의 머리에 착용되므로 사용자에게 편안한 착용감을 제공해야 하기 때문이다.
AR(Augmented Reality)(증강 현실) 헤드 마운트 디스플레이에서, 사용자는 한편으로는 헤드 마운트 디스플레이를 통해 자연 환경을 가능한 한 간섭 없이 인식할 수 있고, 다른 한편으로는 헤드 마운트 디스플레이 자체를 통해 표현되는 컨텐츠를 양호하고 문제없이 인식할 수 있는 것이 또한 바람직하다.
그러나, 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 장치를 이미징하기 위한 광학 장치를 사용하는 경우, 광학 장치는 공간 광 변조 장치로부터의 광뿐만 아니라 사용자 또는 관찰자의 자연 환경으로부터의 광도 모두 그의 눈 또는 눈들로 안내되거나 또는 도달될 수 있도록 설계되어야 한다.
헤드 마운트 디스플레이에서 사용자 편의를 위해 매우 중요한 것은 또한 시야(Field of View)(FoV)이다. 따라서 가능한 한 큰 시야가 바람직하다.
공간 광 변조 장치로부터 눈으로 광을 지향시키거나 또는 유도하기 위해, 광 가이드(light guide) 또는 도파관을 사용하는 AR 디스플레이 또는 AR 디스플레이 장치가 또한 공지되어 있다. 광 가이드 또는 도파관을 통해 이 경우 사용자는 그의 자연 환경을 추가로 볼 수 있다.
작은 두께의 광 가이드에서 비교적 큰 시야를 달성하기 위해, 광을 커플링-아웃(coupling-out)시키기 위한 부분 반사 미러를 포함하는 이러한 광 가이드가 미국 특허 제6,829,095 B2호에 기재되어 있다. 특정 각도에서 이러한 광 가이드 내로 커플링-인(coupling-in)되어 광 가이드에서 지그재그 모드로 또는 전반사를 통해 전파되는 광은 커플링-아웃 영역에서 부분 반사 미러에 입사한다. 부분 반사 미러에 의해, 광은 광 가이드 내로 커플링-인되는 각도와 동일한 각도로 광 가이드로부터 다시 커플링-아웃된다. 이 경우, 무한대에 위치한 장면 이미지의 광은 광 가이드 내로 커플링-인된다. 미국 특허 제6,829,095 B2호에 개시되어 있는 바와 같이, 이러한 광 가이드가 공간 광 변조기(SLM), 예를 들어 무한대로 이미징되는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) SLM 또는 자체 발광 OLED(Organic Light Emitting Device) SLM과 함께 사용되는 경우, 공간 광 변조기의 단일 픽셀로부터의 광은 실질적으로 서로 평행하게 전파된다. 그러나, 공간 광 변조기의 상이한 픽셀로부터의 광은 그의 전파 각도에 의해 공간 광 변조기 상에서의 픽셀의 위치에 따라 상이하다. 따라서, 공간 광 변조기의 픽셀로부터 나와서 고정된 전파 각도를 갖는 광이 광 가이드 내로 커플링-인되고 다른 위치에서 동일한 각도 하에 다시 광 가이드로부터 커플링-아웃되면, 광은 또한 동일한 각도 하에 광 가이드의 관찰자의 눈에 입사한다.
이러한 경우에, 공간 광 변조기가 무한대로 이미징되고 광 가이드가 존재하지 않고 관찰자가 무한대의 공간 광 변조기의 이미지를 보는 경우, 광 가이드를 통한 광의 전파는 유리하게는 공간 광 변조기의 이미지의 깊이 위치를 변화가 없는 상태로 떠날 것이다. 광 가이드를 통해 광이 이동하는 광 경로 및 또한 커플링-아웃 위치는 이 경우 공간 광 변조기의 이미지의 깊이 위치에 영향을 미치지 않는다. 따라서 관찰자는 공간 광 변조기의 이미지를 무한대로 또한 인식하게 된다. 공간 광 변조기의 이미지 상의 픽셀의 위치는 광 가이드로부터 이러한 픽셀로부터의 광의 커플링-아웃 각도를 통해 형성된다. 관찰자의 눈은 이 경우 광 가이드가 존재하지 않는 경우에, 눈이 공간 광 변조기의 이미지를 직접 바라보는 것과 동일한 방식으로 광 가이드를 통해 공간 광 변조기의 이미지를 보게 된다.
그러나, 이러한 배치는 무한대의 공간 광 변조기의 이미지에 대해서만 기능할 것이다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다: 광 가이드 내로 커플링-인되어 상이한 부분 반사 미러에 의해 커플링-아웃되는 공간 광 변조기의 동일한 픽셀로부터의 광은 광 가이드에서 상이한 길이의 광 경로를 진행한다. 그러나, 픽셀의 이미지로부터 광 가이드를 통해 눈으로의 광의 경로가 이 경우 모두 무한대의 길이이기 때문에, 픽셀의 이미지가 관찰자의 눈으로부터 무한대로 멀리 떨어져 있는 한, 이것은 중요하지 않다. 그러나, 광 경로에서 광 가이드 내로 커플링-인되는 지점 이전에 이미징됨으로써 공간 광 변조기의 이미지가 눈에 대해 유한 거리에서 생성되는 경우, 픽셀로부터 관찰자의 눈까지의 광의 상이한 경로는 중요한 역할을 할 것이다. 이 경우, 광 가이드 내로 커플링-인되고 상이한 부분 반사 미러에 의해 커플링-아웃되는 공간 광 변조기의 동일한 픽셀로부터의 광의 상이한 경로는, 관찰자에 대해 가시적인 이미지의 깊이 위치가 상이한 부분 반사 미러를 통해 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있게 할 것이다. 관찰자는 이 경우 제 1 부분 반사 미러를 통해, 인접한 제 2 부분 반사 미러를 통한 것과 다른 거리에서 픽셀의 이미지를 볼 수 있다.
적어도, 디스플레이 장치에서 미국 특허 제6,829,095 B2호에 따른 이러한 광 가이드를 사용할 때, 광 경로에서 광 가이드 내로 커플링-인되는 지점 이전에 공간 광 변조기의 이미지가 무한대로 생성되는 것이 필요하다. 따라서, 공간 광 변조기의 각 픽셀로부터, 광 가이드를 통해 평행 광이 전파한다. 이 경우, 광 경로에서 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃되는 지점 이후에, 즉, 광 가이드와 관찰자의 눈 사이에, 공간 광 변조기의 이미지의 위치를 변경시키는 렌즈를 배치하는 것이 가능하다. 이미지의 위치를 변경시키는 렌즈는 광 경로에서 광이 광 가이드로부터 커플링-아웃되는 지점 이후에만 배치되기 때문에, 이러한 경우 광 가이드에서 광의 광 경로는 공간 광 변조기의 이미지의 깊이 위치에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 이러한 렌즈를 통해, 광 가이드를 통과하는 관찰자의 자연 환경으로부터의 광은 또한 편향되어, 이 경우 관찰자의 자연 환경으로부터의 오브젝트가 관찰자에 대해 잘못된 거리에 나타나게 된다. 따라서, 광 가이드에서의 눈에서 먼 쪽을 향한 다른 측면에 보상 렌즈를 제공하는 배치가 알려져 있다. 자연 환경으로부터의 광은 이 경우 두 개의 렌즈를 통과하고, 여기서 보상 렌즈는 광 가이드와 눈 사이의 렌즈의 포커스 효과를 제거한다. 공간 광 변조기로부터 나오는 광은 두 개의 렌즈 중 하나만을 통과하므로, 공간 광 변조기의 이미지는 이 렌즈를 통해 깊이가 변위될 수 있다. 그러나, 관찰자의 자연 환경으로부터의 광은 두 개의 렌즈를 통과하여, 자연 환경이 디스플레이 장치에 의해 변경되지 않는 정상 고정 거리에 나타나게 된다.
광 가이드 배치의 이러한 실시예를 통해, 관찰자에 대해, 공간 광 변조기의 이미지가 유한 고정 깊이에 나타나게 된다. 그러나, 이미 언급한 바와 같이, 공간 광 변조기로부터, 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃되는 지점까지의 광 경로는 무한대의 공간 광 변조기의 이미지의 광 경로에 대응해야 한다.
이러한 광 가이드는 따라서 고정된 깊이에서 공간 광 변조기의 이미지를 생성한다. 이 경우, 관찰자의 눈을 위한 모노스코픽(monoscopic) 이미지들 또는 예를 들어 관찰자의 좌측 및 우측 눈을 위한 별도의 광 가이드들의 조합에 의해 스테레오스코픽(stereoscopic) 이미지들을 고정된 깊이에서 생성하는 것이 가능하다.
단일 광 가이드는 이 경우 한 방향으로만 큰 시야를 생성할 수 있다. 시야를 수평뿐만 아니라 수직으로도 확장하기 위해서는, 서로 수직으로 배치되고 예를 들어 제 1 광 가이드가 수직 시야를 그리고 제 2 광 가이드가 수평 시야를 결정하여 생성하는 2 개의 광 가이드의 조합이 사용될 수 있다.
광을 커플링-인시키기 위해 단일 프리즘 또는 단일 미러를 사용하지만 그러나 광을 커플링-아웃시키기 위해서는 복수의 부분 반사 미러를 사용하는 얇은 광 가이드는 그들의 커플링-아웃 영역에 비해 비교적 작은 커플링-인 영역을 포함한다.
제한된 영역에서 넓은 시야의 광을 광 가이드 내로 커플링-인시킬 수 있기 위해서는, 광 가이드의 커플링-인 표면 상의 또는 그 근처의 공간 광 변조기의 모든 픽셀로부터의 광이 작은 영역에 집중되는 것이 필요하다. 다른 말로 하면, 공간 광 변조기를 이미징하기 위한 투영 광학 시스템은, 광이 커플링-인될 수 있도록 하기 위해, 광 가이드의 커플링-인 영역 상에 또는 그 근처에 출사동(exit pupil)을 가져야 한다.
또한, 바람직하게는 3 차원(3D) 장면을 볼 수 있고 관찰할 수 있는 가상 관찰자 영역 또는 관찰자 윈도우를 갖는 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이(HMD)가 알려져 있다. 홀로그래픽 표현은 실제로 깊이가 생성되어 이에 따라 수렴-조절 불일치(vergence accommodation conflict)가 회피될 수 있다는 이점이 있다. 수렴-조절 불일치는, 관찰자가 디스플레이 영역 또는 공간 광 변조기의 영역에 포커싱하여 이를 선명하게 인식하는 경우, 특히 예를 들어 미국 특허 제6,829,095 B2호에 개시된 바와 같이, 스테레오스코픽 디스플레이 장치 또는 디스플레이에서 발생한다. 표현된 두 개의 스테레오스코픽 이미지의 시차는 디스플레이 영역의 전방 또는 후방에서 볼 수 있는 3 차원 오브젝트를 제안한다. 여기서 눈은 디스플레이 영역으로부터 이러한 오브젝트의 명백한 거리로 수렴한다. 이를 통해, 오브젝트는 고정되고, 선명하게 인식되어야 한다. 그러나, 오브젝트가 실제로 디스플레이 영역으로부터 거리를 두고 위치되어 있지 않기 때문에, 관찰자는, 고정되어 있는 경우에도, 더 이상 오브젝트를 선명하게 볼 수 없게 된다. 이를 통해, 관찰자들에게는 매우 종종 스테레오스코픽 장면 또는 오브젝트를 관찰할 때 두통 또는 다른 유형의 불편함이 발생할 수 있다.
그러나, 이러한 부정적인 영향은 홀로그래픽 디스플레이 장치 또는 디스플레이를 사용할 때 회피될 수 있다.
미국 특허 제8,547,615 B2호에는, 가상 관찰자 영역을 갖는 헤드 마운트 형 디스플레이가 설명되어 있는데, 여기서 관찰자 영역은 공간 광 변조기의 푸리에 변환으로서 또는 공간 광 변조기의 이미지로서 선택적으로 생성된다.
미국 특허 제9,406,166 B2호에는, 타일링(Tiling) 또는 세그먼트화에 의해 큰 시야를 달성하는 가상 관찰자 영역을 갖는 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이가 개시되어 있다. 여기서, 공간 광 변조기 및 적절한 광학 시스템을 사용하면, 가상 관찰자 영역으로부터 볼 수 있는 시야의 상이한 부분들이 시간적으로 차례대로 생성된다. 이 문헌에서, 타일링/세그멘트화는 또한, 각각의 세그먼트에 대해 공간 광 변조기가 각각 이미징되기 때문에, "세그먼트로 구성된 공간 광 변조기의 다중 이미징"으로 설명된다.
미국 특허 제9,406,166 B2호에서는, 그리드, 특히 체적 그리드에 의해 광이 커플링-인되고 커플링-아웃되는 도파관의 사용이 또한 개시되어 있다. 특히, 홀로그래픽 재구성에서 큰 편향 각도를 갖는 그리드의 사용은 공간 광 변조기의 이미지 위치 및 3 차원 장면의 오브젝트 포인트에서 수차를 생성할 수 있으며, 이는 비용을 들여 보정되어야 한다.
대조적으로, 광 경로가 단지 프리즘을 통해 편향되고 그리고/또는 미러에서 반사되거나 또는 최대 예를 들어 < 15 도와 같이 작은 편향 각도를 갖는 그리드를 포함하는 광 가이드의 사용은, 이러한 경우 그리드에 의한 편향과 비교할 때 더 적은 수차가 발생하기 때문에, 유리할 것이다.
미국 특허 제8,547,615 B2호 또는 미국 특허 제9,406,166 B2호에 따른 이러한 홀로그래픽 디스플레이 장치에서는, 상이한 깊이 평면에 위치되는 오브젝트 포인트들을 갖는 3 차원 장면이 생성된다. 이 경우 적어도 대략 코히어런트(coherent) 광이 사용된다. 공간 광 변조기에 기록되거나 또는 인코딩된 서브 홀로그램에 의해, 공간 광 변조기의 전방 또는 후방에 위치되는 오브젝트 포인트가 생성된다. 공간 광 변조기의 충분히 코히어런트한 조명으로, 이러한 오브젝트 포인트들은 이미 공간 광 변조기의 주변의 공간에서, 즉, 광 가이드가 공간 광 변조기와 재구성될 장면의 관찰자의 눈 사이에 배치되는 한, 광 경로에서 광이 광 가이드 내로 커플링-인될 수 있는 지점 이전에 초점으로서 형성된다.
공간 광 변조기 자체가 홀로그래픽 디스플레이에서 무한대 거리에서 이미징되는 경우에도, 재구성될 3 차원 장면의 오브젝트 포인트는 관찰자의 눈에 대해 유한 거리에 위치될 것이다. 홀로그래픽에 기초하여 3 차원 장면을 생성하여 표현하는 디스플레이 장치에서 광 가이드를 사용하는 경우, 따라서, 단일 평면, 즉, 광 가이드를 통해 전파되는 공간 광 변조기의 평면의 광뿐만 아니라, 오브젝트 포인트의 3 차원 체적으로부터의 광도 보여질 수 있고, 이러한 오브젝트는 광 가이드를 통해 보는 관찰자에 대해 실질적인 간섭 없이 보여질 수 있는 것이 필요하다.
예를 들어 미국 특허 제6,829,095 B2호에 따른 광 가이드 배치와 같이, 무한대의 공간 광 변조기의 이미지의 광의 전파를 위해서만 기능하는 광 가이드는 따라서 홀로그래픽 디스플레이 장치에 사용하기에 적합하지 않은 것으로 보인다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제6,829,095 B2호에 개시되어 있는 바와 같이, 부분 반사 미러를 기초로 하는 광 가이드에서, 홀로그래픽 재구성에 요구되는 바와 같이, 적어도 대략 코히어런트한 광을 사용하면, 예를 들어 공간 광 변조기의 동일한 픽셀로부터 나오지만 그러나 광 가이드에서 상이한 길이의 경로 후에 상이한 부분 반사 미러에 의해 부분적으로 커플링-아웃된 후 커플링-아웃 이후에 추가로 전파되고 이 경우에 간섭되는 광의 방해 간섭이 유발된다는 단점이 나타난다.
따라서, 본 발명의 목적은 큰 가시 영역 또는 시야를 생성할 수 있게 하는 디스플레이 장치, 특히 사용자의 눈 근처에 제공되는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 컴팩트하고 경량의 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이러한 광 가이드가 바람직하게는 3 차원 장면의 홀로그래픽 생성을 위해 광 가이드로부터 광이 커플링-인되고 그리고/또는 커플링-아웃되도록 사용될 수 있는 방식으로 미국 특허 제6,829,095 B2호에 따른 장치를 추가로 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따르면 본원의 청구항 제 1 항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 특히 눈 근처에 위치되는(Near-to-Eye) 디스플레이 및 여기서 특히 헤드 마운트 디스플레이에 사용하기에 적합한 디스플레이 장치가 제안되지만, 그러나 이러한 사용은 이들 디스플레이에 한정되어서는 안 되고, 예를 들어 헤드 업 디스플레이에서도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 디스플레이 장치는 충분히 코히어런트한 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 적어도 하나의 광 변조 장치로부터 나온 광을 이미징하기 위한 적어도 하나의 이미징 요소, 적어도 하나의 광 가이드, 및 광 가이드로부터의 광을 커플링-아웃시키기 위해 상기 적어도 하나의 광 가이드에 제공되는 적어도 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소를 포함한다.
이러한 방식으로, 컴팩트한 구조를 가지며, 이에 따라 그 무게가 경량으로 구현될 수 있고, 적어도 하나의 방향으로, 예를 들어 수평 방향으로, 확대된 시야 또는 시야 영역을 생성할 수 있는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다. 또한, 미국 특허 제6,829,095 B2호의 광 가이드 장치는 홀로그래픽 경로 상에서 3 차원 장면을 재구성하여 표현하기 위해 이제 또한 홀로그래픽 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 방식으로 추가로 개발될 수 있다.
이 경우, 부분 반사 커플링-아웃 요소는 유리하게는 미러 요소 또는 프리즘 요소로서 설계될 수 있다.
커플링-아웃 요소로서 미러 요소를 사용함으로써, 발생하는 수차가 작게 유지되거나 또는 실질적으로 감소될 수 있다. 또한, 이를 통해 컴팩트한 광학 시스템이 가능하게 된다.
예를 들어, 적어도 하나의 광 가이드는 미러 요소로서 설계되는 4 개 내지 10 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 개수로 제한되지 않아야 한다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 광 가이드는 또한 더 적은 또는 더 많은 부분 반사 커플링-아웃 요소를 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 광 가이드에서 부분 반사 커플링-아웃 요소는 예를 들어 기판 상에 제공되는 유형의 유전체 층 스택으로서 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예 및 개선예는 다른 종속 청구항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 부분 반사 커플링-아웃 요소는 서로 평행한 것이 제안될 수 있다. 이러한 방식으로, 특정 각도 하에 상이한 부분 반사 커플링-아웃 요소에 입사하는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 동일한 픽셀로부터의 광 빔은 또한 동일한 각도 하에 광 가이드로부터 커플링-아웃될 수 있다.
또한, 부분 반사 커플링-아웃 요소들은 서로에 대해 미리 정의된 그리고 바람직하게는 각각 동일한 거리로 배치되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어 커플링-아웃 요소의 간격이 너무 커지면, 생성된 스위트 스폿(sweet spot)에 원하지 않는 갭이 생성된다.
부분 반사 커플링-아웃 요소가 미러 요소인 경우, 바람직한 실시예에서 이들의 서로에 대한 거리는 적어도 하나의 광 가이드의 표면 상으로의 부분 반사 커플링-아웃 요소의 투영이 갭이 없이 그리고 투영된 커플링-아웃 요소의 중첩 없이 인접하는 영역을 형성하도록 선택되어야 한다.
부분 반사 커플링-아웃 요소는 여기서 이들 커플링-아웃 요소가 미리 정해진 방향, 예를 들어 관찰자의 눈의 방향으로 적어도 하나의 광 가이드에서 전파되는 광을 편향시키도록 배치될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 광 커플링-인 장치가 제공되고, 이러한 광 커플링-인 장치에 의해 적어도 하나의 광 가이드에 입사하는 광은 광 가이드 내로 커플링-인될 수 있는 것이 또한 제공될 수 있다.
바람직하게는 광 커플링-인 장치는 적어도 하나의 미러 요소 및/또는 그리드 요소 및/또는 프리즘 요소를 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 유리하게는 홀로그래픽 단일 시차 인코딩을 포함할 수 있다. 다른 말로 하면, 1 차원 홀로그램은 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 인코딩될 수 있다. 바람직하게는, 공간 광 변조 장치에서 1 차원 홀로그램의 인코딩 방향은 수직 방향일 수 있고, 여기서 인코딩 방향은 1 차원 홀로그램의 비-인코딩 방향에 수직으로 제공된다. 비-인코딩 방향은 이와 관련하여 수평 방향으로 위치된다. 물론, 본 발명은 인코딩 방향 및 비-인코딩 방향의 이러한 실시예로 제한되지 않아야 하고, 인코딩 방향이 수평 방향이고 비-인코딩 방향이 수직 방향인 반대의 경우도 또한 존재할 수 있다. 또한, 예를 들어 경사 방향과 같은, 인코딩 방향 및 비-인코딩 방향의 다른 서로 수직인 방향도 또한 고려될 수 있고 가능하다.
특히, 본 발명의 유리한 실시예에서, 인코딩 방향은 부분 반사 커플링-아웃 요소가 적어도 하나의 광 가이드 내에 연속적으로 배치되는 방향에 수직이다. 복수의 부분 반사 커플링-아웃 요소들이 수평으로 연속적으로 배치되는 광 가이드에서, 바람직하게는 홀로그램의 수직 인코딩 방향이 사용된다. 복수의 부분 반사 커플링-아웃 요소가 수직으로 중첩되어 배치되는 광 가이드에서, 바람직하게는 홀로그램의 수평 인코딩 방향이 사용된다.
그러나, 본 발명은 단일 시차 인코딩으로 제한되지 않아야 한다. 마찬가지로, 본 발명을 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로의 홀로그램의 완전 시차 인코딩에 또한 적용하는 것도 가능하다.
본 발명의 경우 바람직하게는, 부분 반사 커플링-아웃 요소를 갖는 광 가이드가, 공간 광 변조 장치와 조합되어 실질적으로 단지 1 차원으로만 평행하거나 또는 시준되어 공간 광 변조 장치의 픽셀로부터 나오는 광을 요구하는 1 차원 배치를 나타내는 것으로 가정된다.
한편, 홀로그래픽 단일 시차 인코딩의 경우, 표현될 장면의 3 차원 오브젝트 포인트의 위치에 비점수차가 존재한다. 이 경우, 장면은 오브젝트 포인트들로 세분되며, 여기서 각 오브젝트 포인트는 전체 홀로그램의 서브 홀로그램으로서 공간 광 변조 장치로 인코딩된다. 단일 시차 인코딩의 경우, 공간 광 변조 장치의 전체 영역에서 각각 전체 홀로그램이 인코딩되며, 여기서 전체 홀로그램은 오브젝트 포인트의 서브 홀로그램을 합산함으로써 생성된다. 3 차원 오브젝트 포인트를 생성하기 위해, 따라서, 본 발명에 따르면, 인코딩된 서브 홀로그램에 의해 인코딩 방향으로만 바람직한 단일 시차 인코딩에서, 장면의 오브젝트 포인트의 관찰자의 방향에서 볼 때, 오브젝트 포인트는 공간 광 변조 장치의 전방에 또는 오브젝트 포인트의 가상 이미지는 공간 광 변조 장치의 후방에 생성된다. 서브 홀로그램 또는 홀로그램의 이에 수직인 비-인코딩 방향에서, 오브젝트 포인트의 서브 홀로그램의 포커스는 공간 광 변조 장치의 이미지의 평면에 위치된다. 이러한 사실은, 따라서, 적어도 하나의 광 가이드를 포함하는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 대해, 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 이미징 빔 경로 및 조명 빔 경로를 포함한다. 이미징 빔 경로에 의해, 관찰자에 대해 가시적인 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성된다. 반면, 조명 빔 경로는 가상 관찰자 영역 또는 스위트 스폿의 출현에 영향을 미친다. 가상 관찰자 영역은 예를 들어 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 이미지의 평면에서 생성된다.
광 경로에서 적어도 하나의 공간 광 변조 장치와 재구성될 3 차원 장면의 관찰자 사이에 이미징 요소를 제공하는 것은 일반적으로 두 개의 빔 경로, 즉 조명 빔 경로 및 이미징 빔 경로 모두에 영향을 줄 수 있다. 광 경로 내에서의 특정 위치 또는 특정 지점에서, 두 개의 빔 경로 중 단지 하나에만 또는 두 개의 빔 경로 중 주로 하나에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 직접 배치되는 렌즈 요소는 이미징 빔 경로를 변경시키지 않고, 조명 빔 경로만을 변경시킨다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 적어도 이미징 빔 경로에 영향을 주는 적어도 하나의 이미징 요소를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 적어도 조명 빔 경로에 영향을 줄 수 있는 적어도 하나의 추가의 이미징 요소를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 이미징 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소 및/또는 미러 요소 및/또는 그리드 요소일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 이미징 시스템을 형성하는 복수의 이미징 요소를 사용하여 조합하는 것도 또한 가능하다.
바람직하게는, 적어도 하나의 이미징 요소는 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이전에, 특히 적어도 하나의 공간 광 변조 장치와 적어도 하나의 광 가이드 사이에 배치될 수 있다.
이러한 경우, 적어도 이미징 빔 경로에 영향을 주는 적어도 하나의 이미징 요소는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치를 무한대로 이미징하기 위해 제공될 수 있다.
적어도 하나의 이미징 요소에 의해, 공간 광 변조 장치의 이미지가 무한대로 생성될 수 있다. 바람직한 단일 시차 인코딩과 관련하여 고려할 때, 따라서, 광 가이드를 통해 또는 광 가이드 내에서 홀로그램의 인코딩 방향에 수직으로, 실질적으로 예를 들어 공간 광 변조 장치의 픽셀 행 또는 픽셀 열의 픽셀로부터의, 평행한 또는 시준된 광에 의한 광 전파가 발생할 수 있다. 그러나, 홀로그램의 인코딩 방향에서, 광은 개별 서브 홀로그램을 통해 각각의 오브젝트 포인트로 포커싱된다. 오브젝트 포인트로부터 볼 때 이 경우 예를 들어 작은 각도 하에 발산하거나 또는 수렴하는 광 빔이 나온다.
인코딩 방향으로, 발산하거나 또는 수렴하는 광 빔은 광 가이드를 통과하거나 또는 관통할 수 있으므로, 장면의 관찰자에 대해 오브젝트 포인트는 유한 거리에서 보여질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 유한 거리에서 오브젝트 포인트를 가질 수 있고, 무한대에서 공간 광 변조 장치의 이미지를 가질 수 있다.
그러나 단일 시차 홀로그램 인코딩은 일반적으로 그 오브젝트 포인트가 공간 광 변조 장치 또는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에 더 가깝게 위치되는 3 차원 장면에 대한 더 양호한 가시 해상도를 제공하고, 그 오브젝트 포인트가 공간 광 변조 장치로부터 더 멀리 떨어져 위치되는 3 차원 장면에 대한 대략 덜 양호한 가시 해상도를 제공한다. 예를 들어, 공간 광 변조 장치의 이미지가 관찰자로부터 2 미터 떨어져 있는 경우, 관찰자로부터 약 1.3 미터 내지 6 미터 떨어져 있는 깊이 영역이 양호한 해상도로 표현될 수 있다. 일반적으로, 이 경우 양호한 해상도가 달성될 수 있는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면 후방의 영역은 공간 광 변조 장치의 이미지 평면 전방의 영역보다 더 크다.
공간 광 변조 장치의 이미지가 무한대로 위치되는 경우, 공간 광 변조 장치의 이미지 전방의 영역만이 오브젝트 포인트의 표현을 위해 사용될 수 있다. 단일 시차 홀로그램 인코딩에 의해 양호한 해상도가 달성될 수 있는 오브젝트 포인트는 이 경우 관찰자에 대해 비교적 큰 거리를 갖는다. 양호한 해상도로 표현될 수 있는 영역은 무한대의 공간 광 변조 장치의 이미지에 대해 관찰자로부터 몇 미터 떨어져 있다.
따라서, 공간 광 변조 장치의 이미지가 관찰자에 대해 유한 거리에 위치하는 경우 더 유리할 수 있는데, 왜냐하면 이 경우 공간 광 변조 장치의 근처 또는 그 근방의 오브젝트 포인트들의 표현을 위해 공간 광 변조 장치의 전방뿐만 아니라 후방에도 깊이 영역이 사용될 수 있기 때문이다. 공간 광 변조 장치의 이미지의 의미 있는 거리는 예를 들어 관찰자에 대해 상기 언급된 2 미터의 거리 또는 더 작은 거리 또는 약간 더 큰 거리, 예를 들어 바람직한 실시예에서, 0.7 m 내지 2 m의 공간 광 변조 장치의 이미지를 위한 범위, 또는 다른 실시예에서는 0.5 m 내지 5 m의 더 큰 범위이다. 그러나, 본 발명은 공간 광 변조 장치의 이미지의 이러한 거리들에 제한되지 않아야 한다.
따라서, 본 발명의 유리한 실시예에서는, 적어도 하나의 추가의 이미징 요소가 제공되고, 이 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는 다시 적어도 하나의 이미징 빔 경로에 영향을 미치며, 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이후에 배치되는 것이 제안된다. 유리하게는, 무한대에서 적어도 하나의 이미징 요소에 의해 생성될 수 있는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 중간 이미지를 이미징하기 위한 적어도 하나의 추가의 이미징 요소가 유한 거리로 제공된다. 다른 말로 하면, 이러한 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는 적어도 하나의 이미징 요소에 의해 광 경로에서 적어도 하나의 광 가이드 내로 커플링-인되기 이전에 무한대로 생성되는 공간 광 변조 장치의 중간 이미지를 공간 광 변조 장치의 이미지에 유한 거리로 이미징한다. 이러한 방식으로, 공간 광 변조 장치의 이미지는 유한 거리에서 관찰자의 눈에 가시적으로 생성될 수 있다. 바람직하게는, 거리는 관찰자에 대해 0.7 미터 내지 2 미터의 거리 또는 다른 실시예에서는 0.5 미터 내지 5 미터의 거리에서 사용된다. 유리하게는 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이후에, 즉, 광 가이드와 관찰자의 눈 사이에 배치될 수 있는 이러한 추가의 이미징 요소에 의해, 공간 광 변조 장치의 이미지는 변위될 수 있을 뿐만 아니라 오브젝트 포인트의 위치도 공간 내에서 변위될 수 있다.
적어도 이미징 빔 경로에 영향을 주는 추가의 이미징 요소, 예를 들어 -2 미터의 음의 초점 길이를 갖는 렌즈 요소가 제공되는 경우, 무한대의 공간 광 변조 장치의 중간 이미지는 2 미터 거리에서 관찰자에게 가시적인 이미지 상으로 추가로 이미징된다.
오브젝트 포인트는 이 경우, 물리적 또는 실제 공간 광 변조 장치가 광 가이드 이후에 유한 거리에 위치하고 관찰자의 눈이 공간 광 변조 장치 상으로 직접 보거나 또는 바라보는 것처럼, 바람직한 실시예에서 공간 광 변조 장치에서 서브 홀로그램으로서 인코딩된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 이미징 빔 경로에 영향을 미치고 광 경로에서 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 지점 이후에 배치되는 적어도 하나의 추가의 이미징 요소, 예를 들어 고정 초점 거리를 렌즈 요소가 정적으로 설계되고, 여기서 관찰자에 대해 가시적인 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지는 관찰자에 대해 고정된 거리에서 생성된다.
다른 실시예에서, 적어도 이미징 빔 경로에 영향을 미치고 광 경로에서 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 지점 이후에 배치되는 적어도 하나의 추가의 이미징 요소, 예를 들어 가변 초점 거리를 갖는 렌즈 요소 또는 제어 가능한 그리드 요소가 제어 가능하게 또는 스위칭 가능하게 형성된다. 또한, 굴절 또는 회절 광학 요소(알바레즈(Alvarez) 렌즈 또는 모아레 렌즈)의 기계적 변위 또는 회전에 의해 이미징 요소가 가변 초점 거리를 획득할 수 있는 방법이 공지되어 있다. 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는 또한 이러한 알바레즈 렌즈 또는 모아레 렌즈로서 설계될 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소 및/또는 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 이미징 요소를 포함하는 것이 제공될 수 있다.
또한, 광 경로에서 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 지점 이후에, 2 개의 렌즈 요소, 즉 고정 렌즈 요소 및 스위칭 가능한 또는 제어 가능한 렌즈 요소의 조합에 의해, 예를 들어 이러한 렌즈 시스템의 2 개의 초점 거리 사이에서 서로 스위칭될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조 장치의 이미지는 2 개의 상이한 깊이 평면에서 시간적으로 연속적으로 생성될 수 있다. 3 차원 장면의 오브젝트 포인트는, 더 짧은 계산 시간에 각각의 홀로그램을 계산하여 디스플레이하기 위해, 공간 광 변조 장치의 하나의 또는 다른 이미지 평면에 더 가깝게 위치하는 오브젝트 포인트들로 분할될 수 있다. 오브젝트 포인트들을 공간 광 변조 장치의 이미지의 상이한 깊이 평면으로 이와 같이 세분화하거나 또는 할당함으로써, 공간 광 변조 장치에 근접하거나 또는 그 근처에 있는 오브젝트 포인트를 갖는 전체적으로 더 큰 깊이 영역이 생성될 수 있다. 물론, 본 발명은 2 개의 상이한 깊이 평면에서 공간 광 변조 장치의 이미지의 사용으로 제한되지 않아야 한다. 또한, 공간 광 변조 장치의 이미지를 2 개 초과의 깊이 평면에서 사용하여, 각각 하나의 홀로그램을 계산하여 디스플레이하는 것이 가능할 수도 있다. 또한, 예를 들어 관찰자가 현재 포커싱하고 있는 깊이에 따라 시선 추적(Gaze-Tracking)을 수행하고 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지 평면의 변위를 수행하는 것이 또한 가능하다. 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩은 각각 깊이가 큰 3 차원 장면을 표현하는 것을 허용한다. 그러나 가장 높은 공간 해상도는 관찰자가 자신의 눈으로 포커싱하는 깊이에서 생성된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 보상 요소가 제공될 수 있다. 보상 요소는 이 경우 바람직하게는 적어도 하나의 광 가이드에서의 적어도 하나의 추가의 이미징 요소 반대편의 측면에 배치될 수 있다.
따라서, 보상 요소, 예를 들어 보상 렌즈가 적어도 하나의 광 가이드와 관찰자의 자연 환경 사이에 제공될 수 있으며, 이는 광 가이드와 관찰자의 눈 사이의 적어도 하나의 추가의 이미징 요소를 통해 관찰자의 자연 환경의 인식이 손상되지 않게 한다.
예를 들어, 적어도 하나의 추가의 이미징 요소가 -2 미터의 음의 초점 길이를 갖는 렌즈 요소로서 설계되는 경우, 보상 요소는 +2 미터의 양의 초점 거리를 갖는 렌즈 요소이어야 한다.
가변 또는 스위칭 가능한 추가의 이미징 요소에 의해 언급된 바와 같이 오브젝트 포인트들을 공간 광 변조 장치의 이미지의 상이한 깊이 평면에 세분화 또는 할당하는 것은 보상 요소와 조합될 수 있고, 이 보상 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소, 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 또는 제어 가능한 이미징 요소를 포함한다. 광 가이드와 관찰자의 자연 환경 사이에 배치되는 보상 요소는 마찬가지로 스위칭 가능한 요소를 가질 수 포함할 수 있으므로, 공간 광 변조 장치의 이미지의 두 개의 또는 또한 복수의 이미지 위치에 대해 각각 관찰자에 대한 자연 환경의 거리는 보정된다.
한편으로, 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해서는 충분히 코히어런트한 광이 필요하다. 그러나, 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩의 경우에도, 상이한 부분 반사 커플링-아웃 요소에 의해 광이 부분적으로 커플링-아웃되는 경우에 스위트 스폿 방향으로 방해 간섭 효과를 회피하는 것이 중요하다. 스위트 스폿 방향은, 공간 광 변조 장치에 대해 단일 시차 인코딩이 존재하는 경우, 1 차원 홀로그램의 비-인코딩 방향이다. 즉, 비-인코딩 방향에서 스위트 스폿이 생성되고, 여기서 1 차원 홀로그램의 인코딩 방향에서, 관찰자가 재구성된 3 차원 장면을 관찰할 수 있는 가상 관찰자 영역이 생성된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 광의 코히어런스 길이는 코히어런스 길이가 적어도 하나의 광 가이드에서 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소들의 서로에 대한 최단 거리보다 작도록 설정되는 것이 또한 제공될 수 있다. 적어도 하나의 조명 장치에 의해 방출된 광의 코히어런스 길이는, 단일 시차 인코딩에 대해 수직 인코딩 방향의 경우 동일한 픽셀 또는 동일한 픽셀 행으로부터 나오거나 또는 수평 인코딩 방향의 경우에는 픽셀 열로부터 나와서 광 가이드로부터 동일한 부분 반사 커플링-아웃 요소로부터 커플링-아웃되는 광이 서로에 대해 코히어런트하도록 조정될 수 있고, 여기서 이러한 픽셀 또는 이러한 픽셀 행 또는 이러한 픽셀 열로부터 나오지만 그러나 추가적으로 광 가이드로부터 인접하는 또는 다른 부분 반사 커플링-아웃 요소로부터 커플링-아웃되는 광은 서로 인코히어런트(incoherent)하다.
이를 달성하기 위해, 유리하게는 광의 코히어런스 길이(lK)
Figure pct00001
는 코히어런스 길이가 광 가이드에서 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소들 사이의 최단 거리보다 작도록 선택된다. λ는 조명 장치에 의해 방출된 광의 파장이고, Δλ는 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 스펙트럼 폭이다. 광 가이드에서 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소들 사이의 최단 거리는 부분 반사 커플링-아웃 요소들의 표면에 수직인 연결 라인(Δm)이다. 광의 코히어런스 길이의 설정은 예를 들어 충분한 스펙트럼 폭(Δλ)을 갖는 광 소스를 선택함으로써 이루어진다. 따라서 광의 코히어런스 길이가 Δm보다 작도록 하기 위해서는, 이에 따라 스펙트럼 폭은 특정 Δλ보다 커야 한다:
lK ≤ Δm; Δλ ≥ λ2/Δm.
예를 들어 약 3 mm의 커플링-아웃 요소의 거리 및 532 nm의 광 파장(λ), 따라서 녹색 광에 대해,
Δλ ≥ (532 nm)2/3 mm.
의 스펙트럼 폭이 형성된다.
조명 장치에 사용된 광 소스의 스펙트럼 폭(Δλ)은 이러한 경우 대략 0.1 nm보다 크거나 또는 이와 동일해야 한다. 따라서, 광 소스, 예를 들어 ≥ 0.1의 충분히 큰 선폭을 갖는 레이저가 선택되어야 한다. 이것은 단지 예로서 제시될 뿐이고, 여기서 물론 커플링-아웃 요소의 다른 거리 및 사용된 광의 다른 파장도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 디스플레이 장치는 특히 실린더 요소를 포함하는 적어도 하나의 광학 구성 요소를 제공할 수 있다. 적어도 하나의 광학 구성 요소는 적어도 조명 빔 경로에 영향을 미친다. 바람직한 단일 시차 인코딩의 경우, 적어도 하나의 광학 구성 요소가 원통형 이미징 요소이거나 또는 원통형 이미징 요소를 포함하거나 또는 인코딩 방향으로 그리고 비-인코딩 방향으로 상이한 초점 길이를 갖는 것이 유리하다. 광학 시스템을 형성하는 복수의 광학 구성 요소를 사용하여 조합하는 것도 또한 가능하다. 여기서, 단일 시차 인코딩의 경우, 적어도 하나의 광학 구성 요소는 원통형으로 형성될 수 있거나 또는 인코딩 방향으로 그리고 비-인코딩 방향으로 상이한 초점 길이를 포함해야 한다. 이러한 광학 구성 요소는 이를 위해 상이한 평면에서 조명 장치의 하나 이상의 광 소스의 수평 이미지 및 수직 이미지를 생성하도록 제공된다.
이를 위해, 공간 광 변조 장치의 이미지 위치에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 적어도 하나의 광학 구성 요소가 광 경로에서 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 직후의 배치되는 것이 유리하다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 직후라 함은 여기서, 공간 광 변조 장치와 광학 구성 요소 사이의 거리가 매우 작고, 이상적으로는 0이라는 것을 의미해야 한다. 이러한 거리는 광학 구성 요소의 초점 길이보다 훨씬 더 작아야 하며, 바람직하게는 초점 길이의 10 % 미만이어야 한다. 예를 들어 광학 구성 요소가 100 mm의 초점 길이를 갖는 렌즈 요소인 경우, 공간 광 변조 장치와 광학 구성 요소 사이의 거리는 바람직하게는 10 mm 미만이어야 한다.
예를 들어, 개별 렌즈 요소 대신에, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 또한 공간 광 변조 장치를 이미징하기 위한 투영 시스템, 예를 들어 많은 렌즈 요소로 이루어지는 시스템을 포함할 수도 있다. 이 경우, 투영 시스템은 하나의 방향으로, 예를 들어 수평 방향으로, 그 출사동을 적어도 하나의 광 가이드의 커플링-인 측면에 포함한다. 그에 수직인 방향, 예를 들어 수직 방향에서, 투영 시스템의 출사동은 광 경로에서 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 지점 이후에 위치한다. 인코딩 방향으로 충분한 코히어런트한 광 소스에 의해 공간 광 변조 장치를 시준된 방식으로 조명하는 경우, 투영 시스템은 출사동의 평면에서 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 지점 이후에 가상 관찰자 영역을 생성한다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 적어도 홀로그램의 하나의 인코딩 방향으로 그리고 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이후에, 푸리에 평면에서 또는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에서 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있는 것이 제공될 수 있다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩 또는 개별 시차 인코딩이 제공되는 경우, 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 광 경로에서 광 가이드로부터 커플링-아웃된 지점 이후에 스위트 스폿이 생성될 수 있다.
따라서, 유리하게는 가상 관찰자 영역은 홀로그램의 인코딩 방향에서 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면에 제공된다. 공간 광 변조 장치로 홀로그램이 기록되거나 또는 인코딩되지 않는 경우, 홀로그램의 푸리에 변환이 발생하는 이러한 평면은 이 경우 또한 광 소스 이미지의 평면에 대응한다. 광 소스의 이미지는 이 경우 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 후, 예를 들어 약 35 mm의 거리와 같은 광 가이드로부터의 정의된 거리에서 생성된다. 다른 말로 하면, 광 경로에서 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 광 소스 이미지는 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 후에 인코딩 방향으로 가상 관찰자 영역의 위치에서 생성될 수 있다. 이는, 광 소스 이미지의 평면에서 또는 공간 광 변조 장치의 이미지의 평면에서 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있다는 것을 의미한다.
이에 수직인 비-인코딩 방향에서, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩을 제공하는 경우, 광 방향으로 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 광 소스 이미지가 광 가이드 내로 광이 커플링-인된 지점 상에서 또는 그 근처에서 생성될 수 있다. 다른 말로 하면, 공간 광 변조 장치로 홀로그램이 기록되거나 또는 인코딩되지 않는 경우, 1 차원 광 소스 이미지는 광이 광 가이드 내로 커플링-인된 위치 상에 또는 그 근처에 위치한다.
유리하게는, 수평 광 소스 이미지 및 수직 광 소스 이미지를 생성하기 위해 적어도 하나의 광학 구성 요소가 제공될 수 있고, 여기서 광 소스 이미지는 빔 경로에서의 상이한 위치에서 발생한다. 예시를 위해 여기에, "수평 광 소스 이미지" 및 "수직 광 소스 이미지"라는 용어는 예를 들어 점 형상의 광 소스로부터 수직 라인 형태의 수평 이미지 또는 수평 라인 형태의 수직 이미지가 생성되는 것으로 이해되어야 한다는 것이 설명된다. 이것은 홀로그램의 단일 시차 인코딩이 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 공간 광 변조 장치로 수행될 때 해당된다. 이를 위해 실린더 기능을 갖는 광학 구성 요소에 의해, 따라서 생성될 수평 광 소스 이미지의 위치가 빔 경로에서 생성될 수직 광 소스 이미지의 위치와 상이하게 선택되어 생성될 수 있다.
광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이후에 제공된 광 소스 이미지의 하나의 평면에서 또는 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이후에 제공된 공간 광 변조 장치의 이미지의 평면에서, 적어도 하나의 인코딩 방향으로 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가상 관찰자 영역은 공간 광 변조기의 이미지로서 인코딩 방향으로 생성될 수 있다. 물리적 또는 실제 공간 광 변조 장치와 공간 광 변조 장치의 이미지 사이에 위치하는 푸리에 평면과, 공간 광 변조 장치의 이러한 이미지 사이에는, 이 경우 3 차원 장면이 재구성될 수 있는 절두체가 스패닝된다(spanned). 이러한 실시예에서, 광학 구성 요소는 공간 광 변조 장치에 직접 위치하는 것이 아니라 오히려 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면에 위치한다. 이미징 요소에 의해, 이러한 실시예에서 인코딩 방향으로 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지가 적어도 하나의 광 가이드로부터 광이 커플링-아웃된 이후에 가상 관찰자 영역의 위치에서 생성된다. 적어도 하나의 광 가이드로부터 커플링-아웃된 지점 이후의 추가의 이미징 요소는 이러한 실시예에서 적어도 조명 빔 경로에 영향을 미치며, 관찰자로부터 가시적인 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면의 위치를 변위시킨다. 그러나, 이하에서는 본 발명의 종래의 실시예만이 설명될 것이다.
단일 시차 홀로그램 인코딩을 사용하는 경우, 예를 들어 일 방향으로, 예를 들어 수평 방향으로 스위트 스폿이 생성되고, 여기서 이에 수직 방향으로, 예를 들어 수직 방향으로 가상 관찰자 영역이 생성된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에 제공되는 부분 반사 커플링-아웃 요소들을 구비한 광 가이드에 의해, 단일 시차 인코딩을 사용하는 경우 스위트 스폿 방향으로, 즉 비-인코딩 방향으로 비교적 큰 시야가 달성될 수 있다.
그러나, 홀로그램의 인코딩 방향에서, 가상 관찰자 영역의 크기, 사용된 광의 파장, 및 시야각 당 공간 광 변조기의 필요한 픽셀 개수 사이의 관계가 존재한다. 이러한 경우 시뮬레이션에 따르면, 예를 들어 약 7 mm의 가상 관찰자 영역에 대해, 시야각 당 약 250 개의 픽셀이 필요하고, 더 큰 가상 관찰자 영역에 대해서는 픽셀 개수가 더 많은 것으로 나타났다. 종래의 공간 광 변조 장치의 픽셀 개수의 제한으로 인해, 이 경우 인코딩 방향으로 몇 도의 크기가 작은 시야만이 생성될 수 있다. 예를 들어, HDTV(High Definition Television) 해상도, 1920 x 1080 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치를 사용하는 경우, 이러한 공간 광 변조 장치가 세로 배치로, 즉, 수직 방향으로 더 긴 면을 갖도록 정렬되는 경우, 약 7 mm의 가상 관찰자 영역에 대해 약 8 도의 수직 시야가 생성될 수 있다(도 당 1920 픽셀 / 250 픽셀).
따라서, 본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 수평 및/또는 수직 방향으로 시야를 확대시키기 위해 편향 장치가 제공되는 것이 제안될 수 있다. 이러한 방식으로, 수평 및/또는 수직 시야가 확대될 수 있다. 시야의 확대는 여기서 타일링 또는 세그먼트화를 통해, 바람직하게는 시간 순차 타일링을 통해 이루어진다. 이는, 이미징된 공간 광 변조 장치의 복수의 타일 또는 세그먼트를 서로 접속함으로써 시야가 확대된다는 것을 의미한다.
이를 위해, 편향 장치는 유리하게는 적어도 2 개의 편향 요소를 포함할 수 있으며, 이들 중에서 적어도 하나의 편향 요소는 스위칭 가능하게 설계되고, 여기서 편향 요소는 바람직하게는 그리드 요소 또는 미러 요소 또는 굴절 요소로서 설계된다.
적어도 2 개의 편향 요소 중 하나는 적어도 하나의 미러 요소, 바람직하게는 와이어 그리드 편광기 및 적어도 하나의 편광 스위치를 포함하는 굴절 요소로서 설계될 수 있고, 적어도 2 개의 편향 요소 중 다른 하나는 미러 요소로서 설계될 수 있다.
공간 광 변조 장치에서의 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩과 관련하여, 스위트 스폿의 생성에 의해 비-코딩 방향으로 이미 큰 시야가 생성될 수 있기 때문에, 코딩 방향으로의 시야가 확대되는 것으로 충분하다. 이는, 비-인코딩 방향에서 이미 단일 타일 또는 세그먼트에 의해 큰 시야가 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 홀로그램의 인코딩 방향으로, 시야는 타일 또는 세그먼트의 시야에 대한 가상 관찰자 영역의 크기의 비에 의해 제한된다. 따라서, 큰 재구성된 오브젝트 또는 장면을 표현할 수 있도록, 인코딩 방향으로 시야를 확대시키는 것이 유리할 수 있다.
바람직하게는, 편향 장치의 적어도 2 개의 편향 요소에 의해 광이 적어도 하나의 광 가이드 내로 커플링-인되기 전에, 어떤 방향(들)이 인코딩 방향(들)인지에 따라, 수직 및/또는 수평 오프셋이 광학 빔 경로에 생성될 수 있으므로, 개별 타일 또는 세그먼트의 광은 상이한 높이 또는 폭으로 광 가이드 내로 커플링-인된다. 다른 말로 하면, 편향 장치의 적어도 2 개의 이미징 요소는, 광이 적어도 하나의 광 가이드 내로 커플링-인되는 지점을 변위시키기 위해, 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 이전에 서로 오프셋되어 배치될 수 있다.
광이 광 가이드 내로 커플링-인되는 적어도 하나의 광 가이드의 커플링-인 평면에서 광의 수직 및/또는 수평 오프셋을 생성하기 위해, 예를 들어 스위칭 가능한 그리드 요소 또는 다른 스위칭 가능한 굴절 요소와 같은 스위칭 가능한 편향 요소가 사용될 수 있다. 예를 들어 편광 스위치와 조합된 와이어 그리드 편광기(Wire Grid Polarizer)는 스위칭 가능한 굴절 요소로서, 특히 스위칭 가능한 굴절 미러로서 구성될 수 있으므로, 굴절 요소의 스위칭 상태에 따라 2 개 이상의 수직 및/또는 수평 타일 또는 세그먼트 중 하나가 각각 생성될 수 있다.
이러한 방식으로, 적어도 하나의 광 가이드 및 편향 장치에 의해, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 타일 또는 세그먼트로 구성된 이미징이 생성될 수 있으며, 여기서 이미징은 광 소스 이미지의 평면에서 가상 관찰자 영역에 의해 관찰하기 위해 공간 광 변조 장치에서 인코딩된 장면의 정보 또는 홀로그램이 재구성될 수 있는 시야를 결정하는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 광 가이드 및 편향 장치에 의해 타일 또는 세그먼트로 구성된 회절 차수의 이미징이 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면에서 생성될 수 있고, 여기서 이미징은 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에서 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 공간 광 변조 장치에서 인코딩된 장면의 정보 또는 홀로그램이 재구성될 수 있는 시야를 결정하는 것이 제공될 수 있다.
또한, 광은 적어도 하나의 광 가이드 내부에서 광 가이드의 경계면에서의 반사를 통해, 특히 전반사를 통해 전파되고, 여기서 광 가이드로부터 광의 광 번들의 커플링-아웃은 각각의 경우에 미리 정의된 부분 반사 커플링-아웃 요소 상에 제공되는 것이 제안될 수 있다
공간 광 변조 장치는 유리하게는 위상 변조 공간 광 변조 장치로서 또는 복소수 공간 광 변조 장치로서 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 헤드 마운트 디스플레이로서 또는 증강 현실 디스플레이로서 또는 가상 현실 디스플레이로서 설계될 수 있다.
이를 위해, 각각의 경우에 관찰자의 눈에 대한 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 광 소스, 공간 광 변조 장치, 적어도 하나의 이미징 요소, 및 적어도 2 개가 부분 반사 커플링-아웃 요소를 포함하는 광 가이드를 포함한다. 바람직하게는, 동일한 요소들, 즉, 광 소스, 공간 광 변조 장치, 이미징 요소 및 광 가이드는 디스플레이 장치에서 볼 때 관찰자의 코에 대해 거울 대칭으로 배치된다.
본 발명에 따른 목적은 또한 청구항 제 1 항 내지 제 34 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 장치에 의해 수행되는, 재구성된 장면을 표현하기 위한 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 그리고/또는 설명된 예시적인 실시예들 또는 구성예들을 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 이제 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 독립 청구항에 종속하는 청구항을 참조하도록 하고, 다른 한편으로는 일반적으로 본 교시의 바람직한 실시예가 설명되어 있는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명을 참조하도록 한다. 본 발명은 여기서 설명된 실시예들을 참조하여 원칙적으로 설명되지만, 그러나 이들로 제한되지 않아야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 광 가이드의 개략도를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 도 1에 따른 이러한 광 가이드를 갖는 광학 장치의 기본적인 표현을 도시한다.
도 3은 종래 기술에 따른 도 1 및 도 2에 따른 광 가이드를 갖는 광학 장치의 기본적인 표현을 도시한다.
도 4a는 단일 시차 인코딩의 존재 하에서 비-인코딩 방향으로 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 표현을 도시한다.
도 4b는 도 4a에 따른 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 90° 회전된 도면으로 도시한다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b에 따른 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 도 4b에 대해 90° 회전된 도면으로 도시한다.
도 4d는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 따른 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 사시도로 도시한다.
도 5는 단일 시차 인코딩의 존재 하에서 비-인코딩 방향으로 본 발명에 따른 추가의 디스플레이 장치의 기본적인 표현을 도시한다.
도 6은 사용된 광의 코히어런스 길이의 설정의 기본적인 표현을 도시한다.
도 7a는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예의 기본적인 표현을 도시하고, 여기서 시야를 확대하기 위해 그리드 요소가 제공된다.
도 7b는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제 3 실시예의 기본적인 표현을 도시하고, 여기서 시야를 확대하기 위해 미러 요소가 제공된다.
도 7c는 도 7a에 따른 디스플레이 장치의 기본적인 표현을 도시하고, 여기서 시야는 3 개의 생성된 세그먼트에 의해 확대된다.
도 7d는 도 7b에 따른 디스플레이 장치의 기본적인 표현을 도시하고, 여기서 시야는 3 개의 생성된 세그먼트에 의해 확대된다.
도 8a는 본 발명에 따른 추가의 디스플레이 장치의 기본적인 표현을 사시도로 도시한다.
도 8b는 도 7a에 따른 디스플레이 장치를 세그먼트를 생성하기 위해 측면도로 도시한다.
도 8c는 도 7a에 따른 디스플레이 장치를 추가의 세그먼트를 생성하기 위해 측면도로 도시한다.
도 9는 커플링-아웃 요소의 서로에 대한 적절한 간격의 선택과 관련하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 제공된 광 가이드의 개략적인 표현을 도시한다.
도 10은 커플링-아웃 요소의 유리한 배치를 갖는 광 가이드의 개략적인 표현을 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 대한 광 가이드를 제조하기 위한 개략적인 표현을 도시한다.
동일한 요소들/부품들/구성 요소들은 또한 도면들에서 동일한 참조 번호들을 갖는다는 것이 간단히 언급되어야 한다.
도 1에는 종래 기술에 따른 광 가이드(LG)를 갖는 광학 장치가 도시되어 있다. 광 가이드(LG)는 광 가이드(LG)에서 전파되는 광을 커플링-아웃하기 위해 여기서 미러 요소(S) 형태의 부분 반사 커플링-아웃 요소를 포함한다. 또한, 여기서 커플링-인 미러(ES)의 형태로 제공된 커플링-인 요소는 입사한 광을 광 가이드(LG)로 커플링-인하기 위해 사용된다. 도시되지 않은 광 소스로부터 방출된 광(L)은 여기서 검은 색 화살표로 표시되고, 커플링-인 미러(ES)에 입사되고, 이에 의해 광 가이드(LG)로 커플링-인된다. 광 또는 광 빔(L)은, 2 개의 내부 표면 또는 경계면(BS)에서 교대로 반사됨으로써, 광 가이드(LG)를 통해 지그재그 또는 전반사를 통해 전파된다. 광 가이드(LG) 내부에서 광의 일부 반사 후에, 광은 미러 요소(S)의 배치에 입사되고, 이를 통해 광이 광 가이드(LG)로부터 커플링-아웃되어, 관찰자(OE)의 눈의 방향으로 지향된다. 전파하는 광 빔 또는 광이 광 가이드(LG)의 하부 표면(BS) 또는 상부 표면(BS) 상에서 마지막으로 반사되었는지에 따라, 광은 2 개의 상이한 각도 하에서 부분 반사 미러 요소(S)에 입사한다.
이들 미러 요소(S)는 여기서 미러 요소가 특정 범위의 광의 입사각에 대해서만 부분 반사 효과를 갖는 반면, 입사 광의 다른 입사각에 대해서는 투과 효과를 갖도록 설계된다. 도 1에서, 광 가이드(LG)의 상부 표면(BS)으로부터 미러 요소(S)에 입사하는 광 빔(L)만이 미러 요소(S)에 의해 부분 반사되지만, 그러나 광 가이드(LG)의 하부 표면(BS)으로부터 미러 요소(S)에 입사하는 광 빔(L)은 부분 반사되지 않는다.
광 가이드(LG)의 표면(BS)에 대한 커플링-인 미러(ES) 및 미러 요소(S)의 각도를 선택함으로써, 표면(BS)에 수직으로 커플링-인된 광 빔(L)에 대해, 미러 요소(S)를 통해 커플링-아웃된 광 빔은 커플링-인된 광 빔에 대해 평행하다.
도 2에는, 도 1에 따라 도시된 광 가이드(LG)를 갖는 광학 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 도 2에는, 부분 반사 미러 요소(S)를 갖는 이러한 광 가이드(LG)에 의해 생성될 수 있는 시야가 도시되어 있다. 광 변조기(SLM), 광학 시스템(OS) 및 커플링-인 미러(ES)에 의해, 생성될 시야를 위한 광의 각도 스펙트럼이 광 가이드(LG)에 커플링-인된다. 부분 반사 미러 요소(S)의 배치는 광 가이드(LG)에서 전파되는 광을 커플링-아웃시킨다. 관찰자가 광 가이드(LG)로부터 거리를 두고 위치하면, 상이한 미러 요소(S)에서 상이한 각도로 커플링-아웃되어 관찰자의 눈에 도달하는 광에 의해 시야가 스패닝된다. 시야의 크기에서는 또한 생성된 스위트 스폿의 범위가 고려된다. 도 2의 경우, 예를 들어 스위트 스폿은, 제 1 두 개의 부분 반사 미러 요소(S)로부터의 광이 커플링-아웃됨으로써, 시야에서 제 1 각도에 대해 생성되고, 마지막 두 개의 미러 요소(S)로부터의 광이 커플링-아웃됨으로써, 시야에서 제 2 각도에 대해 생성된다. 이 경우 시야는 예를 들어, 좌측으로부터 볼 때 첫 번째 미러 요소로부터의 광이 스위트 스폿의 좌측 에지에 제 1 각도로 도달하거나 또는 마지막으로부터 두 번째 미러 요소로부터 스위트 스폿의 동일한 좌측 에지에 제 2 각도로 도달함으로써, 형성된다.
그러나, 홀로그래픽 디스플레이 장치의 경우, 공간 광 변조 장치의 하나의 동일한 픽셀로부터 나오는 평행 광 빔이 광 가이드에서 상이한 거리의 경로를 통과한 후 상이한 미러 요소에서 커플링-아웃되는 경우, 그리고 이러한 광 빔이 그 후 관찰자의 눈에 도달하는 경우 문제가 될 수 있다. 코히어런트 광의 경우, 이러한 경우에 동일한 픽셀로부터의 개별 광 빔 사이에 원하지 않는 간섭 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 경우에, 예를 들어 동일한 픽셀로부터 동일한 제 1 각도로 제 1 미러 요소 및 제 2 미러 요소에서 커플링-아웃된 광은 스위트 스폿에서 간섭할 것이다.
도 3에는, 마찬가지로 도 1에 따른 광 가이드를 갖는 광학 장치가 도시되어 있다. 이미 언급된 바와 같이, 광 가이드(LG)는 부분 반사 미러 요소(S)를 포함하고, 여기서 도 3의 광학 장치는 이제 추가의 렌즈 요소를 포함한다. 도시된 도 3의 우측에서, 광(L)은 커플링-인 미러(ES)에 의해 광 가이드(LG)로 커플링-인된다. 그 후, 광은, 그 표면(BS)에서 반사됨으로써, 광 가이드(LG)에서 전반사 하에 전파된다.
이러한 도 3의 좌측에는, 다시 복수의 부분 반사 미러 요소(S)의 배치가 배치되며, 이를 통해 광 가이드(LG)에서 전파되는 광이 커플링-아웃될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 오목 렌즈라고도 지칭될 수 있는 발산 렌즈(ZL)는 광 가이드(LG)와 관찰자의 눈(OE) 사이에 배치된다. 광 가이드(LG)의 반대쪽 측면에는 볼록 렌즈라고도 지칭될 수 있는 수렴 렌즈(SL)가 배치되어 있다.
부분 반사 미러 요소(S)에 의해 광 가이드로부터 커플링-아웃된 광 빔은 관찰자의 눈에 대한 광 경로에서 발산 렌즈(ZL)만을 통과한다. 광 가이드(LG)의 다른 측면으로부터 온 광 빔, 예를 들어 자연 환경으로부터 온 광 빔은 관찰자의 눈에 대한 광 경로에서 수렴 렌즈(SL)를 통과하고, 마찬가지로 광 가이드(LG)를 통과한 후에 발산 렌즈(ZL)를 통과한다.
도 4a 내지 도 4d에는, 도 1 내지 도 3에 따라 설명된 광 가이드를 포함하는 디스플레이 장치(1), 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치가 도시되어 있다. 이러한 실시예는 공간 광 변조 장치에서 홀로그램의 단일 시차 인코딩의 관점에서 설명될 것이다.
이 경우, 도 4a에서 디스플레이 장치(1)는 YZ 평면에서의 단면에 따라 도시되어 있다. 디스플레이 장치(1)는 적어도 하나의 광 소스를 포함하는 조명 장치(2), 아래에서 SLM으로 지칭되는 공간 광 변조 장치(3), 광 가이드(4) 및 적어도 하나의 이미징 요소(5)를 포함한다. 조명 장치(2)는 충분히 코히어런트한 광을 방출하도록 설계된다. SLM(3)에서, 홀로그램은 바람직하게는 3 차원 장면을 홀로그래픽으로 재구성하도록 인코딩될 수 있다. SLM(3)에서의 홀로그램의 인코딩은 완전 시차 인코딩(full parallax encoding)으로서 또는 단일 시차 인코딩(single parallax encoding)으로서 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 아래에서 SLM(3) 상의 홀로그램의 단일 시차 인코딩 또는 개별 시차 인코딩에 대해 설명되며, 여기서 본 발명은 단일 시차 인코딩으로 제한되어서는 안 되고, 마찬가지로 완전 시차 인코딩에 대해서도 사용될 수 있다. 단일 시차 인코딩의 경우, 1 차원 홀로그램만이 SLM(3)에서 인코딩된다. 이에 의해, 광은 홀로그램의 인코딩 방향으로 그리고 비-인코딩 방향으로 디스플레이 장치를 통과할 수 있다.
조명 장치(2)와 SLM(3) 사이에, SLM(3)이 바람직하게는 시준된 광으로 조명되는 조명 광학 시스템(6)이 제공된다. SLM(3) 이후의 광 경로에서의 광 방출 각도는 이 경우 인코딩 방향으로 SLM(3)의 픽셀 개구에서의 회절에 의해 결정된다. 인코딩 방향에 수직으로, 즉. 비-인코딩 방향으로, 관찰자 평면(8)에서 스위트 스폿(7)을 생성하기 위해, 정의된 최소 방출 각도가 요구된다. 바람직하게는, 이러한 방출 각도는 비-인코딩 방향으로의 광 경로에서 SLM(3)의 각각의 픽셀로부터의 광이 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우도록 선택된다. 도 4a의 경우, 광은 SLM(3)의 3 개의 픽셀로부터 나오는 것으로 표시되어 있다. SLM(3)과 이미징 요소(5) 사이의 광 경로에서, 각각의 픽셀로부터의 광은 발산된다. 이미징 요소(5)와 광 커플링-인 장치(10) 사이의 광 경로에서, 이는 시준된다. 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우기 위해서는, 이미징 요소(5) 상의 각 픽셀로부터의 빔 번들의 직경은 광 가이드(4)의 밑면으로의 광 커플링-인 장치(10)의 투영에 대응해야 한다. 따라서 필요한 각도는 SLM(3)과 이미징 요소(5) 사이의 거리 및 광 커플링-인 장치(10)의 크기로부터 형성된다. 도 4a에 도시된 실시예에서, 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우기 위한 방출 각도는 약 ± 8도이다. 그러나, 단지 광 커플링-인 장치가 보다 양호하게 인식될 수 있도록 예시의 목적으로, 도 4a에서는 더 작은 각도가 사용되었는데, 즉, 광 커플링-인 장치(10)는 도 4a에서 채워지지 않는다.
이러한 방출 각도의 생성은 다음과 같이 수행될 수 있다: 선택적으로, 이를 위해 SLM(3) 상에서 또는 SLM(3) 부근에서 또는 일반적으로 다른 실시예들에서는 또한 SLM(3)의 이미지 평면에 1 차원 산란 요소가 제공되고, 이 1 차원 산란 요소는 이러한 정의된 방출 각도를 생성한다. 또한 대안적으로, SLM(3)의 조명은 인코딩 방향으로만 시준된 광에 의해 이루어지고 그리고 이에 수직인 비-인코딩 방향으로는 대략 최소 방출 각도에 대응하거나 또는 약간 더 큰 각도 스펙트럼에 의해 이루어지는 것이 가능하다.
SLM(3)은 선택적으로 투과형 SLM으로서 또는 반사형 SLM으로서 설계될 수 있다. 도 4a에서, 디스플레이 장치(1)는 투과성 SLM을 포함한다. SLM(3)은 바람직하게는 위상 변조 SLM 또는 광의 위상 및 진폭을 변조하는 복소수 SLM일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들 경우로 한정되지는 않고, SLM(3)은 진폭 변조 SLM일 수도 있다. 도 4a에 따른 디스플레이 장치(1)의 실시예에서, 종이의 평면에 수직인 방향, 즉, X 방향의 단일 시차 홀로그램이 SLM(3)으로 기록되거나 또는 인코딩될 수 있다.
광 가이드(4)는 광 가이드(4)에서 전파되는 광 빔 또는 광을 커플링-아웃하기 위해 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)를 포함한다. 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)는 광 가이드(4)에서 서로 평행하다. 또한, 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)는 광 가이드(4)에서 서로에 대해 정의된 거리에 배치된다. 이러한 방식으로, 광 가이드(4)에서 전파되는 광이 또한 이를 위해 제공된 커플링-아웃 요소(9)에서 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃되는 것이 보장된다.
SLM(3)과 광 가이드(4) 사이의 광 경로에는, 렌즈 요소, 미러 요소 또는 또한 그리드 요소로서 형성될 수 있는 이미징 요소(5)가 제공된다. 일반적인 경우에는 또한 적어도 2 개 이상의 이미징 요소를 갖는 이미징 시스템일 수도 있다. 본 명세서에서 이미징 요소(5)에 대한 초점 거리 및 특정 거리에 관해 행해진 설명은 또한 이미징 시스템의 전체 초점 길이 및 주요 평면에도 적용된다.
도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 광은 SLM(3)의 상이한 픽셀들로부터, 여기서 본 실시예에서는 명확성을 이유로, 오직 SLM(3)의 3 개의 상이한 픽셀들로부터만 방출되고, 여기서 SLM(3)은 재구성되어 디스플레이될 오브젝트 또는 장면의 정보에 따라 조명 장치(2)에 의해 방출된 광을 변조한다. 이미징 요소(5)는 디스플레이 장치(1)에서 SLM(3)에 대해 초점 거리의 거리를 두고 배치된다. 이러한 방식으로, 이미징 요소(5)는 SLM(3)의 이미지를 무한대로 생성할 수 있다. 이것은 SLM(3)의 하나의 동일한 픽셀로부터 나온 광 빔이 광 경로에서 이미징 요소(5) 이후에 시준되거나 또는 서로 평행하게 진행된다는 것을 의미한다. 그러나, SLM의 상이한 픽셀로부터 나온 광 빔은 광 방향으로 이미징 요소(5) 이후에 서로 다른 각도를 갖는다.
또한, 디스플레이 장치(1)는 광 가이드(4)에 입사된 광을 광 가이드(4) 내로 커플링-인시킬 수 있는 광 커플링-인 장치(10)를 포함한다. 이러한 광 커플링-인 장치(10)는 광을 광 가이드(4) 내로 커플링-인시키기 위한 적어도 하나의 미러 요소 및/또는 적어도 하나의 그리드 요소 및/또는 적어도 하나의 프리즘 요소를 포함한다. 도 4a에서, 광 커플링-인 장치(10)는 광을 광 가이드(4) 내로 커플링-인시키기 위한 미러 요소를 포함한다. 이미징 요소(5)는 또한 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소 상에 또는 일반적인 경우에는 광 가이드(4)의 광 커플링-인 장치(10) 부근에서 도 4a의 표현된 YZ 평면에서 조명 장치(2)의 광 소스를 이미징한다. 이를 통해, SLM(3)의 상이한 픽셀로부터 나온 광 빔은 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소 상에서 완전히 또는 적어도 실질적으로 서로 중첩된다.
수직 방향으로 SLM(3)의 에지 픽셀로부터 나와, 이미징 요소(5)를 통과하거나 또는 관통하고, 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소에 입사하는 광 빔에 의해, 본질적으로 Y 방향의 시야에 대응하는 광의 커플링-인된 각도 스펙트럼이 결정되며, 여기서 Y 방향은 수평 방향에 해당한다.
예를 들어, 디스플레이 장치(1)가 SLM을 이미징하기 위한 투영 시스템을 포함하는 것도 또한 가능할 수 있고, 여기서 투영 시스템은 일 방향으로 광 가이드(4)의 광 커플링-인 측에 그의 출사동을 갖고, 이에 수직인 방향으로 투영 시스템의 출사동은 광 경로에서 광 가이드(4)로부터의 광의 커플링-아웃 이후에 위치된다. 조명 장치의 충분히 코히어런트한 광 소스에 의해 시준된 광 빔으로 SLM을 조명하는 경우, 또한 투영 시스템의 출사동의 평면에서 단일 시차 인코딩에서 인코딩 방향으로 가상 관찰자 영역이 생성된다.
광 빔이 광 커플링-인 장치(10)에 입사한 후에, 이는 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소에 의해 광 가이드(4)에 커플링-인된다. 이어서, 광 빔은 전반사를 통해 광 가이드(4)에서 전파되거나 또는 광 가이드(4)의 경계면 또는 표면에서 반사되고, 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)의 배치에 의해 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된다. 일반적으로 동일한 픽셀로부터 나온 광의 커플링-아웃은 복수의 상이한 커플링-아웃 요소에서 발생한다. SLM(3)의 상이한 픽셀로부터 나온 광은 상이한 각도로 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된다. 이것은 각 경우에 광 빔의 커플링-인 각도에 평행하게 이루어진다. 따라서 광의 커플링-인 각도는 광의 커플링-아웃 각도에 대응한다. SLM(3)의 상이한 픽셀로부터 나온 광은 그 후 광 경로에서 스위트 스폿(7)을 통과한다. 따라서, 홀로그램의 비-인코딩 방향에서, 관찰자 평면(8)에 스위트 스폿(7)이 생성되고, 이를 통해 비-코딩 방향, 여기서 Y 방향으로, 큰 시야가 달성될 수 있다.
디스플레이 장치(1)는 또한 추가적인 이미징 요소(11)를 포함한다. 추가의 이미징 요소(11)는 이 경우에 적어도 하나의 렌즈 요소, 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 이미징 요소를 포함할 수 있다. 추가의 이미징 요소(11)는 광 방향으로 광 가이드(4) 이후에 또는 광 가이드(4)와 관찰자 평면(8) 사이에 배치되며, 여기에는 재구성된 3 차원 오브젝트 또는 장면을 관찰하기 위해 관찰자가 위치될 수 있다. 이러한 추가의 이미징 요소(11)는 적어도 2 개의 이미징 요소를 포함하는 오목한 이미징 요소 또는 오목한 이미징 시스템으로서 설계된다. 광 가이드(4)로부터의 광의 커플링-아웃과, 비-인코딩 방향으로는 스위트 스폿(7) 또는 홀로그램의 인코딩 방향으로는 가상 관찰자 영역 사이에 있는 이러한 추가의 이미징 요소(11)에 의해, 무한대에 위치하는 SLM(3)의 이미지는 다시 관찰자에 대해 유한 거리로 변위되거나 또는 이동될 수 있다.
따라서, 광 가이드(4)와 관찰자 사이에 제공된 추가의 오목한 이미징 요소(11)는 눈으로 볼 수 있는 바와 같이 SLM(3)의 이미지 위치를 설정하는데 사용될 수 있다. 광 경로에서 광이 광 가이드(4)에 커플링-인되기 전에 광학 시스템 또는 이미징 요소(5)에 의해, SLM(3)의 이미지가 무한대로 생성되면, 추가의 오목한 이미징 요소(11)는 광 가이드(4)와 관찰자 사이의 광 경로에서 SLM(3)의 이미지의 위치를 관찰자에 대해 유한 거리로 변위시킨다. 예를 들어, 초점 길이 f = -2 m인 추가의 이미징 요소는 SLM의 이미지를 관찰자에 대해 무한대 거리로부터 2 m의 유한 거리까지 줌인하거나 또는 변위시킨다.
추가의 이미징 요소(11)의 반대편에 있는 광 가이드(4)의 측면에 배치되는 보상 요소(12)에 의해, 이러한 추가의 오목한 이미징 요소(11)가 주변 광에 미치는 영향, 즉, 증강 현실 디스플레이로서의 디스플레이 장치의 일 실시예에서 디스플레이 장치(1)의 주변으로부터 보상 요소(12)의 영역에서 광 가이드(4)로 입사하여 이를 그리고 추가의 이미징 요소(11)를 통과하는 광에 미치는 영향이 보상될 수 있다. 디스플레이 장치(1)를 순수한 헤드 마운트 디스플레이로서 또는 가상 현실 디스플레이로서 사용하는 경우, 디스플레이 장치에서의 이러한 보상 요소는 필요하지 않으므로, 이에 따라 생략될 수 있다. 이를 위해 도 5를 참조하도록 하며, 여기에 이러한 경우가 도시되어 있다.
보상 요소(12) 및 추가의 이미징 요소(11) 둘 모두를 통과하는 디스플레이 장치(1)의 자연 환경으로부터의 광은 관찰자에 대한 거리에서 변경되어서는 안 된다. 보상 요소(12)가 f = +2 m의 초점 거리를 갖는 경우, 즉, 전술한 수치 예에서 추가의 이미징 요소(11)와 동일한 크기이지만 그러나 반대 부호를 갖는 경우, 보상 요소(12)와 추가의 이미징 요소(11)는, 서로에 대한 거리가 작을 때, 무한대 초점 거리를 갖는 이미징 요소와 같이 함께 작용한다. 따라서, 요소들(11, 12) 둘 모두는 디스플레이 장치(1)의 자연 환경에서 관찰자의 눈에 보일 수 있는 오브젝트로부터의 거리가 변화되지 않게 할 수 있다. 선택적으로, 보상 요소는, 안경의 기능이 증강 현실 디스플레이 또는 도 5의 디스플레이 장치에 통합되어 있다면, 각각의 관찰자의 시각 결함 또는 시각 장애의 보정에 적합화될 수 있다.
도 4a에는, 또한 디스플레이 장치(1)가 여기서 광학 구성 요소(13)를 포함하며, 이 구성 요소는 여기서 실린더 요소로서 설계되는 것이 도시되어 있다. 광학 구성 요소(13)는 SLM(3)에 근접하거나 또는 그 근처에 배치된다. 이러한 광학 구성 요소(13)는 도시된 YZ 평면에서 포커싱 효과가 없다. 그러나, 이러한 광학 구성 요소(13)는 YZ 평면에 수직인 평면에서 포커싱 효과를 갖는다. SLM(3)에 근접하거나 또는 그 근처에서의 위치로 인해, 광학 구성 요소(13)는 SLM(3)의 이미지 위치에 영향을 미치지 않는다.
도시된 예에서, 광 가이드 장치의 표면에 대한 광 커플링-인 장치 및 커플링-아웃 요소의 경사각은 특정 각도로 커플링-인된 광 빔이 또한 동일한 각도로 다시 커플링-아웃되도록 선택된다.
예를 들어 커플링-아웃 요소의 경사각의 상이한 배향에 의해, 커플링-아웃된 광 빔이 커플링-인된 광 빔과 평행하지 않은 광 가이드를 디스플레이 장치에서 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 조건은 광의 커플링-인 각도가 광의 커플링-아웃 각도에 명확하게 할당된다는 것이다. 예를 들어, 광의 동일한 커플링-인 각도가 광의 2 개의 상이한 커플링-아웃 각도로 안내되어서는 안 된다. 그리고 또한 광의 2 개의 상이한 커플링-인 각도는 광의 동일한 커플링-아웃 각도로 안내되어서도 안 된다.
도 4b에는 도 4a에 도시된 디스플레이 장치(1)를 90 도만큼 회전한 도면이 도시되어 있다. 이러한 XZ 평면에서 90 도 회전된 도면은 광학 구성 요소(13)의 작동을 보여준다. 다시 광 빔이 도시되어 있는데, 이 광 빔은 SLM(3)의 3 개의 상이한 픽셀로부터 나오고, 그 후 SLM(3)은 조명 장치(2)에 의해 충분히 코히어런트한 광으로 조명된다. 그러나, 광 가이드(4) 방향으로 SLM(3)으로부터 나오는 2 개의 외부에 표현된 픽셀 또는 광 빔은 도 4a에 따른 픽셀 또는 광 빔과 상이한 픽셀 또는 광 빔이고, 여기서 중간 픽셀 또는 중간 광 빔은 도 4a의 중간 픽셀 또는 광 빔에 대응하고, 이는 도 4d에 따른 디스플레이 장치(1)의 사시도로부터 명확하게 볼 수 있다. 광학 구성 요소(13)는 확대 효과를 가지므로, 광 방향으로 광학 구성 요소(13) 이후에, 외부 픽셀 또는 SLM(3)의 에지 영역의 픽셀로부터 나오는 광 빔의 거리는, 광 빔의 이러한 거리가 여기서 구형 효과를 갖는 이미징 요소(5)를 통과한 후에 SLM(3)의 이미징을 위해 다시 감소되기 전에, 서로에 대해 우선 증가된다. 그 후, 광은 광 커플링-인 장치(10)에 입사하여, 이를 통해 광 가이드 내로 커플링-인된다. 커플링-인된 광은 광 가이드(4)에서 전파되고, 도 4a에 대해 설명된 바와 같이, 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)에 의해 다시 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된다.
도 4c에서 디스플레이 장치(1)는 XY 평면을 통한 단면도로 도시되어 있다. 여기서, SLM(3)의 동일한 3 개의 픽셀이 도 4b에서와 같이 도시되어 있다. 명확성을 위해, 광 가이드(4) 내에서의 광의 전파만이 도시되어 있는 반면, 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된 후의 광의 전파는 도시되지 않았다.
여기서, 산란 광학 구성 요소(13)와 구형 이미징 요소(5)의 초점 길이의 조합은 조명 장치(2)의 광 소스의 이미지 및 이에 따라 X 방향으로의, 즉, 여기서 X 방향 또는 수직 방향에 대응하는 인코딩 방향으로의 단일 시차 인코딩에 따른 SLM(3)의 상이한 픽셀로부터의 광 빔의 중첩이 여기서 홀로그램의 비-인코딩 방향에 대응하는 수평 방향으로는 스위트 스폿의 위치에서 그리고 수직 방향으로는 관찰자 영역의 위치에서 광 가이드(4)로부터 광이 커플링-아웃된 후에만 형성되도록 선택된다.
도 4d에서 디스플레이 장치(1)는 사시도로 도시되어 있다. 여기서는, 오브젝트 또는 장면의 정보에 의해 변조된 광 빔이 SLM(3)의 5 개의 픽셀로부터 나오는 것으로 도시되어 있다. 이러한 도 4d에서는, 수평 방향으로, 즉, 여기서 비-인코딩 방향으로 또는 Y 방향으로, SLM(3)의 상이한 픽셀로부터의 광은 광 커플링-인 장치(10) 상에서 광 가이드(4) 내로 중첩되는 것이 다시 정확하게 인식될 수 있다. 그러나, 수직 방향, 이에 따라 인코딩 방향 또는 X 방향으로는, SLM(3)의 상이한 픽셀의 광은 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된 후에만 SLM(3)에 대해 더 큰 거리에서 중첩된다. 그러나, 명확성을 위해, SLM(3)의 픽셀들 중 하나에 대해서만 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된 광 빔이 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4d의 디스플레이 장치(1)는 증강 현실 디스플레이(AR 디스플레이)로서 설계된다.
도 5에는 가상 현실 디스플레이(VR 디스플레이)로서 설계된 디스플레이 장치가 도시되어 있다. 이 디스플레이 장치는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 디스플레이 장치(1)와 유사하게 형성되고, 마찬가지로 도 1 내지 도 3에 따라 설명된 광 가이드(4)를 또한 포함한다. 이 실시예는 또한 공간 광 변조 장치에서 홀로그램의 단일 시차 인코딩에 대해 설명된다.
또한 여기서 디스플레이 장치는 YZ 평면에서의 단면에 따라 도시된다. 디스플레이 장치는 도 4a 내지 도 4d의 디스플레이 장치(1)와 동일한 요소를 포함한다. 다른 말로 하면, 디스플레이 장치는 적어도 하나의 광 소스를 포함하는 조명 장치(2), SLM(3), 광 가이드(4), 및 적어도 하나의 이미징 요소(5)를 포함한다. 조명 장치(2)는 또한 충분히 코히어런트한 광을 방출하도록 설계된다. SLM(3)에서, 홀로그램은 바람직하게는 3 차원 장면을 홀로그래픽으로 재구성하도록 인코딩될 수 있다. SLM(3)에서의 홀로그램의 인코딩은 완전 시차 인코딩(full parallax encoding)으로 또는 단일 시차 인코딩(single parallax encoding)으로 수행될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예는 또한 SLM(3) 상의 홀로그램의 단일 시차 인코딩에 의해 설명되며, 여기서 본 발명은 단일 시차 인코딩에 제한되지 않아야 하고, 마찬가지로 완전 시차 인코딩에 대해서도 사용될 수 있다.
조명 장치(2)와 SLM(3) 사이에, 조명 광학 시스템(6)이 제공되며, 이 조명 광학 시스템(6)에 의해 SLM(3)은 바람직하게는 시준된 광으로 조명된다. SLM(3) 이후의 광 경로에서의 광 방출 각도는 이 경우 SLM(3)의 픽셀 개구에서의 회절에 의해 인코딩 방향으로 결정된다. 인코딩 방향에 수직으로, 즉, 비-인코딩 방향으로, 관찰자 평면(8)에서 스위트 스폿(7)을 생성하기 위해, 정의된 최소 방출 각도가 요구된다. 바람직하게는, 이러한 방출 각도는 비-인코딩 방향으로의 광 경로에서 SLM(3)의 각 픽셀로부터의 광이 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우도록 선택된다. 도 5의 경우, 광은 SLM(3)의 3 개의 픽셀로부터 나오는 것으로 표시된다. SLM(3)과 이미징 요소(5) 사이의 광 경로에서, 각각의 픽셀로부터의 광은 발산된다. 이미징 요소(5)와 광 커플링-인 장치(10) 사이의 광 경로에서 광은 시준된다. 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우기 위해, 이미징 요소(5) 상의 각각의 픽셀로부터의 빔 번들의 직경은 광 가이드(4)의 밑면 상으로의 광 커플링-인 장치(10)의 투영에 대응해야 한다. 따라서, 필요한 각도는 SLM(3)과 이미징 요소(5) 사이의 거리 및 광 커플링-인 장치(10)의 크기로부터 형성된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 광 커플링-인 장치(10)의 영역을 채우기 위한 방출 각도는 대략 ±8 도이다. 그러나, 단지 예시를 위해, 광 커플링-인 장치를 더 잘 볼 수 있도록 하기 위해, 도 5에서는 더 작은 각도가 사용되었는데, 즉 광 커플링-인 장치(10)는 도 5에서 채워지지 않는다.
이러한 방출 각도의 생성은 다음과 같이 수행될 수 있다: 선택적으로, 이를 위해 SLM(3) 상에서 또는 SLM(3) 부근에서 또는 일반적으로 다른 실시예들에서는 또한 SLM(3)의 이미지 평면에서, 이러한 정의된 방출 각도를 생성하는 1 차원 산란 요소가 제공된다. 또한 대안적으로, SLM(3)의 조명은 오직 인코딩 방향으로만 시준된 광에 의해 이루어지고 그리고 이에 수직인 비-인코딩 방향으로는 대략 최소 방출 각도에 대응하거나 또는 이보다 약간 더 큰 각도 스펙트럼에 의해 이루어지는 것이 가능하다.
SLM(3)은 또한 여기서 선택적으로 투과형 SLM으로서 또는 반사형 SLM으로서 설계될 수도 있다. 도 5에서, 디스플레이 장치는 투과형 SLM을 포함한다. SLM(3)은 바람직하게는 위상 변조 SLM 또는 광의 위상 및 진폭을 변조하는 복소수 SLM일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들 경우에 한정되지 않고, SLM(3)은 또한 진폭 변조 SLM일 수도 있다. 디스플레이 장치의 이러한 실시예에서, 단일 시차 홀로그램은 종이 평면에 수직인 방향으로, 즉, X 방향으로, SLM(3)에 기록되거나 또는 인코딩된다.
광 가이드(4)는 광 가이드(4)에서 전파하는 광 빔 또는 광을 커플링-아웃시키기 위한 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)를 포함한다. 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)는 광 가이드(4)에서 서로 평행하다. 또한, 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)는 광 가이드(4)에서 서로에 대해 정의된 거리에 배치된다. 이러한 방식으로, 광 가이드(4)에서 전파되는 광이 또한 이를 위해 제공된 커플링-아웃 요소(9)에서 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃되는 것이 보장된다.
SLM(3)과 광 가이드(4) 사이의 광 경로에는, 렌즈 요소, 미러 요소로서 또는 또한 그리드 요소로서 형성될 수 있는 이미징 요소(5)가 제공된다. 일반적인 경우에는 또한 적어도 2 개 이상의 이미징 요소를 갖는 이미징 시스템일 수도 있다. 본 명세서에서 이미징 요소(5)에 대한 초점 거리 및 특정 거리에 관해 행해진 설명은 이미징 시스템의 전체 초점 길이 및 주요 평면에도 적용된다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 광은 SLM(3)의 상이한 픽셀들로부터, 여기서는 명확성을 위해 본 실시예에서는 단지 SLM(3)의 3 개의 상이한 픽셀로부터만 방출되고, 여기서 SLM(3)은 재구성되어 디스플레이될 오브젝트 또는 장면의 정보에 따라 조명 장치(2)에 의해 방출된 광을 변조한다. 이미징 요소(5)는 디스플레이 장치에서 SLM(3)에 대해 그 초점 거리의 거리를 두고 배치된다. 이러한 방식으로, 이미징 요소(5)는 SLM(3)의 이미지를 무한대로 생성할 수 있다. 이것은 SLM(3)의 하나의 동일한 픽셀로부터 나온 광 빔이 광 경로에서 이미징 요소(5) 이후에 시준되거나 또는 서로 평행하게 진행된다는 것을 의미한다. 그러나, SLM의 상이한 픽셀로부터 나온 광 빔은 광 방향으로 이미징 요소(5) 이후에 서로 다른 각도를 갖는다.
또한, 디스플레이 장치는 광 가이드(4)에 입사된 광을 광 가이드(4)에 커플링-인시킬 수 있는 광 커플링-인 장치(10)를 포함한다. 이러한 광 커플링-인 장치(10)는 광 가이드(4)로 광을 커플링-인시키기 위한 적어도 하나의 미러 요소 및/또는 적어도 하나의 그리드 요소 및/또는 적어도 하나의 프리즘 요소를 포함한다. 도 5에서, 광 커플링-인 장치(10)는 광 가이드(4)에 광을 커플링-인시키기 위한 미러 요소를 포함한다. 이미징 요소(5)는 또한 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소 상으로 또는 일반적인 경우에 광 가이드(4)의 광 커플링-인 장치(10) 부근으로 도 5의 도시된 YZ 평면에서 조명 장치(2)의 광 소스를 이미징한다. 이를 통해, SLM(3)의 상이한 픽셀로부터 나온 광 빔은 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소 상에서 완전히 또는 적어도 실질적으로 서로 중첩된다.
수직 방향으로 SLM(3)의 에지 픽셀로부터 나오고, 이미징 요소(5)를 통과하거나 또는 관통하고 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소에 입사하는 광 빔에 의해, 본질적으로 Y 방향으로의 시야에 대응하는 광의 커플링-인된 각도 스펙트럼이 결정되며, 여기서 Y 방향은 수평 방향에 해당한다.
도 4a 내지 도 4d에 언급된 바와 같이, 예를 들어 도 5의 디스플레이 장치가 SLM의 이미징을 위한 투영 시스템을 포함하는 것이 또한 가능하고, 여기에 개시된 것이 또한 도 5에도 적용되어야 한다.
광 빔이 광 커플링-인 장치(10)에 입사한 후에, 이들은 광 커플링-인 장치(10)의 미러 요소에 의해 광 가이드(4) 내로 커플링-인된다. 이어서, 광 빔은 전반사를 통해 광 가이드(4) 내에서 전파되거나 또는 광 가이드(4)의 경계면 또는 표면에서 반사되고, 부분 반사 커플링-아웃 요소(9)의 배치에 의해 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된다. SLM(3)의 상이한 픽셀로부터 나오는 광은 상이한 각도로 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃된다. 이것은 각 경우에 광 빔의 커플링-인 각도에 평행하게 이루어진다. SLM(3)의 다른 픽셀로부터 나오는 광은 그 후 광 경로에서 스위트 스폿(7)을 통과한다. 따라서, 홀로그램의 비-인코딩 방향에서, 관찰자 평면(8)에 스위트 스폿(7)이 생성되고, 이를 통해 비-인코딩 방향, 여기서 Y 방향으로, 큰 시야가 달성될 수 있다.
디스플레이 장치는 또한 추가의 이미징 요소(11)를 포함한다. 추가의 이미징 요소(11)는 이 경우에 적어도 하나의 렌즈 요소, 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 이미징 요소를 포함할 수 있다. 추가의 이미징 요소(11)는 광 방향으로 광 가이드(4) 이후에 또는 재구성된 3 차원 오브젝트 또는 장면을 관찰하기 위해 관찰자가 위치될 수 있는 관찰자 평면(8)과 광 가이드(4) 사이에 배치된다. 이러한 추가의 이미징 요소(11)는 적어도 2 개의 이미징 요소를 포함하는 오목한 이미징 요소 또는 오목한 이미징 시스템으로서 설계된다. 광 가이드(4)로부터의 광의 커플링-아웃과, 비-인코딩 방향으로는 스위트 스폿(7) 또는 홀로그램의 인코딩 방향으로는 가상 관찰자 영역 사이에 있는 이러한 추가의 이미징 요소(11)를 이용하여, 무한대에 위치하는 SLM(3)의 이미지는 다시 관찰자에 대해 유한 거리로 변위되거나 또는 이동될 수 있다.
따라서, 광 가이드(4)와 관찰자 사이에 제공된 추가의 오목한 이미징 요소(11)는 눈으로 보여지는 바와 같이 SLM(3)의 이미지 위치를 설정하는데 사용될 수 있다. 광 경로에서 광이 광 가이드(4) 내로 커플링-인되기 전에 광학 시스템 또는 이미징 요소(5)에 의해, SLM(3)의 이미지가 무한대로 생성되면, 추가의 오목한 이미징 요소(11)는 광 경로에서 광 가이드(4)와 관찰자 사이에서 SLM(3)의 이미지의 위치를 관찰자에 대해 유한 거리로 변위시킨다. 예를 들어, 초점 길이가 f = -2 m인 추가의 이미징 요소는 SLM의 이미지를 무한대 거리로부터 관찰자에 대해 2 m의 유한 거리로 줌인하거나 또는 변위시킨다.
마찬가지로 도 5에는, 디스플레이 장치가 여기서 실린더 요소로서 설계되는 광학 구성 요소(13)를 포함하는 것이 도시되어 있다. 광학 구성 요소(13)는 SLM(3)에 근접하거나 또는 그 근처에 배치된다. 이러한 광학 구성 요소(13)는 도시된 YZ 평면에서 포커싱 효과가 없다. 그러나, 이러한 광학 구성 요소(13)는 YZ 평면에 수직인 평면에서 포커싱 효과를 갖는다. SLM(3)에 근접하거나 또는 그 근처에서의 그 위치로 인해, 광학 구성 요소(13)는 SLM(3)의 이미지 위치에 영향을 미치지 않는다.
그러나, 도 5에 따른 이러한 디스플레이 장치는 기본적으로 여기에 도시된 이러한 디스플레이 장치가 VR(Virtual Reality) 디스플레이로 설계되어 이에 따라 보상 요소(12)를 필요로 하지 않는다는 점에서 도 4a 내지 도 4d에 따른 디스플레이 장치(1)와 다르다. 그러나, 재구성된 3 차원 장면의 관찰자의 눈을, 디스플레이 장치의 자연 환경으로부터 광 가이드(4)를 통과할 수 있고 생성된 장면의 품질에 실질적으로 악영향을 줄 수 있는 원하지 않는 광으로부터 보호하기 위해, 도 5에 따른 이러한 디스플레이 장치는 광 가이드(4)에서의 관찰자로부터 멀어지는 측면에 흡수 요소(14)를 포함한다. 이 경우, 흡수 요소(14)는 자연 환경으로부터 이러한 측으로부터 광 가이드(4)에 입사하는 광을 차광하는 역할을 하므로, 이에 따라 원하지 않는 주변 광이 관찰자의 눈에 입사하는 것을 방지한다. 이러한 경우 흡수 요소(14)는 바람직하게는 광 가이드(4)의 근처에 단일 요소로서 배치될 수 있다. 단일 흡수 요소(14)에 대한 대안으로서, 예를 들어 광 가이드(4)에서의 관찰자로부터 멀어지는 표면에 또한 반사 코팅이 도포될 수 있다.
도 6을 참조하여, 사용된 조명 장치의 광 소스의 광의 코히어런스 길이의 설정이 설명될 것이다. SLM의 동일한 픽셀로부터 나오거나 또는 발산되고 광 가이드(4)에서 전파되는 광은 부분적으로 상이한 커플링-아웃 요소(9)로부터 그리고 이에 의해 상이한 광 경로에 의해 광 가이드(4)로부터 커플링-아웃될 수 있다. 도 6에서, 광 가이드(4)에서 전파되는 광 빔(Sin)은 각각 그 강도의 일부를 가지고 3 개의 상이한 커플링-아웃 요소(91, 92 및 93)로부터 커플링-아웃되어, 광 가이드(4)에서 상이한 광 경로를 이동한 3 개의 서로 평행한 광 빔(S1, S2 및 S3)이 광 가이드(4)로부터 출사된다. 여기서 인코히어런트 광을 사용할 때, 개별 광 빔의 이러한 경로 차이는 중요하지 않다. 그러나, SLM의 충분히 코히어런트한 조명을 갖는 홀로그래픽 디스플레이 장치에서, 이러한 광 빔은, 이 중에서 복수의 광 빔이 관찰자의 눈 동공에 입사할 때, 바람직하지 않은 간섭 현상을 야기할 수 있다. 3 차원 장면의 재구성된 오브젝트 포인트는 바람직하지 않은 방식으로 그 강도가 강화되거나 또는 감쇠될 수 있다. 광의 각도 스펙트럼이 광 가이드를 통해 전파되기 때문에, 예를 들어 SLM의 상이한 픽셀 열로부터의 광에 대해 인접한 커플링-아웃 요소들 사이에 광의 경로 차이는 상이할 수 있다.
그러나, 방해 간섭 현상이 발생하는 것을 회피하기 위해, 조명 장치의 광 소스의 광의 코히어런스 길이는 코히어런스 길이가 2 개의 커플링-아웃 요소들 사이의 최단 연결 거리(Δm)보다 더 작도록 조정되어야 한다. 이러한 최단 연결 거리(Δm)는 다시 표면 법선(N)에 대한 커플링-아웃 요소의 수평 거리(Δx) 및 커플링-아웃 요소의 경사각(α)으로부터 형성된다:
Δm = sin(90°-α)Δx.
디스플레이 장치의 2 개의 예시적인 실시예가 도 7a 내지 도 7d에 도시되어 있고, 여기서 홀로그램의 인코딩 방향에서의 시야는 타일링 또는 세그먼트화를 통해 각각의 경우에 확대될 수 있다. 작동 시 디스플레이 장치(100, 200)의 원리를 보다 간단하게 설명할 수 있기 위해, 2 개의 디스플레이 장치(100, 200)가 각각 나란히 도시되어 있다.
도 7a에는 홀로그램의 인코딩 방향으로, 즉, 수직 및/또는 수평 방향으로 시야를 확대하기 위해 편향 장치(150)를 포함하는 디스플레이 장치(100)의 일부가 도시되어 있다. 편향 장치(150)는 이 예시적인 실시예에서 2 개의 편향 요소(151 및 152)를 포함하며, 여기서 편향 장치는 또한 추가의 또는 복수의 편향 요소를 포함할 수도 있다. 편향 요소들 중 적어도 하나는 스위칭 가능하도록 설계된다. 2 개의 이미징 요소(151, 152)는 광 가이드(140)의 전방에서 광 방향으로 서로 오프셋되어 배치된다. 이러한 실시예에서, 편향 요소(151, 152)는 그리드 요소로서 형성된다. 따라서, SLM(103)과, 조명 장치의 광 소스(102)에 의해 방출된 광이 광 커플링-인 장치(도시되지 않음)를 통해 광 가이드(140) 내로 커플링-인되는 부분 사이에, 그리드 요소(151 및 152) 형태의 2 개의 편향 요소가 제공되고, 이들 중 그리드 요소(152)는 스위칭 가능하게 또는 제어 가능하게 형성된다. 일반적으로, 그리드 요소의 편향 각도는 또한 그리드 요소 상의 위치에 따라 변할 수 있으므로, 그리드 요소는 예를 들어 포커싱 부분을 포함할 수 있다. 따라서 이 경우 편향 그리드와 회절 렌즈의 조합이 존재한다.
타일링 또는 세그먼트화에 의해 시야를 확대시키는 원리는 예를 들어 다음과 같이 수행된다: 광 소스(102)에 의해 방출된 광은 조명 광학 시스템(106)을 통해 SLM(103)에 입사하고, 이것에 의해, 재구성될 오브젝트 또는 장면의 정보에 따라 변조되고, 광학 구성 요소(130) 및 이미징 요소(105)를 통과한 다음, 광 경로에서 편향 장치(150)의 그리드 요소(151)에 입사한다. 이러한 그리드 요소(151)는 스위칭 가능하도록 설계된다. 그리드 요소(151)가 도 7a의 좌측 부분에 도시된 바와 같이 스위칭 오프 상태인 경우, SLM(103)에 의해 변조된 광은 화살표로 도시된 바와 같이 편향되지 않은 상태로 그리드 요소(151)를 통과하여, 편향 없이 광 가이드(140)에 입사한다. 편향되지 않은 광은 그 후 광 커플링-인 장치에 입사하고, 제 1 위치에서 광 가이드(140) 내로 커플링-인된다. 그러나, 그리드 요소(151)가 도 7a의 우측 부분에 도시된 바와 같이 스위칭 온 상태인 경우, SLM(103)에 의해 변조된 광은 이러한 그리드 요소(151)에 의해 그에 대응하여 편향된다. 편향된 광은 그리드 요소(152)의 방향으로 전파하고, 여기에 입사한다. 이러한 그리드 요소(152)는 스위칭 가능한 편향 요소가 아니다. 그리드 요소(152)에 입사한 광은 마찬가지로 이것에 의해 편향되어, 그 후 광은 광 가이드(140)의 표면에 입사하고, 광 커플링-인 장치에 의해 광 가이드(140) 내로 커플링-인된다. 2 개의 그리드 요소들(151 및 152)의 편향 작용을 통해, 광은 이전에 커플링-인된 광의 커플링-인 위치에 대해 오프셋되어 광 가이드(140) 내로 커플링-인된다. 이는 광 가이드(140)에서의 광의 커플링-인 위치가 편향 장치(150)에 의해 선택되어 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 광 가이드(140) 및 편향 장치(150)에 의해, 세그먼트 또는 타일로 구성된 SLM(103)의 이미징 또는 SLM(103)의 푸리에 평면에서의 회절 차수의 이미징이 생성될 수 있다. SLM(103)의 이러한 세그먼트화된 이미징은 이 경우, 광 소스 이미지의 평면 또는 SLM(103)의 이미지 평면에서 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 SLM(103)에서 인코딩된 장면의 정보가 재구성될 수 있는 시야를 결정한다. 즉, SLM(103)은 이미징 요소에 의해 여러 번 이미징된다. SLM(103)의 개별 이미징은 큰 시야를 생성하기 위해 편향 장치(150)에 의해 수직 및/또는 수평으로 서로 접속된 세그먼트 또는 타일을 나타낸다. 이를 위해, SLM(103)에는 각 세그먼트에 대한 다양한 컨텐츠가 시간적으로 연속적으로 기록되어 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 추가의 그리드 요소를 편향 장치에 추가함으로써, SLM의 이미징 또는 회절 차수의 2 개 초과의 세그먼트 또는 타일이 생성될 수 있다. 따라서, 복수의 편향 요소에 의해 더 큰 시야가 생성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 세그먼트의 개수는 예를 들어 SLM에서 홀로그램의 수직 인코딩 방향에 대해 2 개 내지 4 개다. 그러나, 추가의 실시예에서, 예를 들어 SLM에서의 홀로그램의 수평 인코딩 방향에 대해, 세그먼트의 개수는 또한 4 개보다 크고, 예를 들어 2 개 내지 10 개의 세그먼트일 수 있다.
도 7b는 디스플레이 장치(200)를 개략적으로 도시하고, 여기서도 마찬가지로 도 7a에서와 같이, 조명 장치의 광 소스(202)로부터 광 가이드(240)까지의 디스플레이 장치(200)의 일부만이 도시되어 있다. 이러한 디스플레이 장치(200)는 도 7a에 따른 디스플레이 장치(100)와 동일한 구성 요소를 포함하지만, 그러나 여기서 도 7a에서와 같이 그리드 요소 대신에 편향으로서 미러 요소(256 및 257)를 포함하는 편향 장치(250)가 제공된다. 제 1 미러 요소(256)는 여기서 와이어 그리드 편광기(WGP)(Wire Grid Polarizer)의 형태로 형성된다. 이러한 미러 요소(256)는 편광 스위치(255)와 조합되어, 스위칭 가능하게 구현될 수 있다. 따라서, 편향 장치(250)의 적어도 하나의 미러 요소는 스위칭 가능하게 형성된다. 미러 요소(256)는 광 소스(202)에 의해 방출된 광의 편광 방향에 대해 투과 효과를 갖지만, 그러나 이에 수직인 광의 편광 방향에 대해 미러 요소(256)는 반사 효과를 갖는다. 편광 스위치(255)는 예를 들어 액정 기반 요소로서 형성될 수 있다.
편향 장치(200)에서 미러 요소를 통한 타일링 또는 세그먼트화에 의해 시야를 확대시키는 원리는 예를 들어 다음과 같이 이루어진다: 광 소스(202)에 의해 방출된 광은 조명 광학 시스템(206)을 통해 SLM(203)에 입사하고, 이것에 의해, 재구성될 오브젝트 또는 장면의 정보에 따라 변조되고, 광학 구성 요소(213) 및 이미징 요소(205)를 통과한 후, 광 경로에서 편향 장치(250)에 입사한다. 도 7b의 좌측 부분에는, 편향 장치(250)에 입사된 광의 편광이 스위칭되어 미러 요소(256)가 SLM(203)에 의해 방출된 광을 투과시켜서, 편향되지 않고 광 가이드(240)에 입사하는 경우가 도시되어 있다. 편향되지 않은 광은 이후에 광 커플링-인 장치(도시되지 않음)에 입사하여, 제 1 위치에서 광 가이드(240) 내로 커플링-인된다.
그러나, 도 7b의 우측 부분에서는, 광 편향 장치(250)에 입사되는 광의 편광은 미러 요소(256)가 SLM(203)에 의해 방출된 광을 반사하도록 스위칭된다. 이와 같이 반사된 광은 미러 요소(257)에 입사한다. 미러 요소(257)에 의해, 그 후 광은 굴절될 수 있어, 이에 따라 편향되지 않은 광과 다른 위치에서 광 가이드(240) 내로 커플링-인될 수 있다. 이는 또한 여기서 광 가이드(240)에서의 광의 커플링-인 위치가 편향 장치(250)에 의해 선택되고 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 광 가이드(240) 및 편향 장치(250)에 의해, 세그먼트 또는 타일로 구성된 SLM(203)의 이미징 또는 대안적으로 SLM(203)의 푸리에 평면에서 회절 차수의 이미징이 생성될 수 있다. SLM(203)의 이러한 세그먼트화된 이미징은 이 경우, 광 소스 이미지의 평면 또는 SLM(203)의 이미지 평면에서 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 SLM(203)에서 인코딩된 장면의 정보가 재구성될 수 있는 시야를 결정한다. 즉, SLM(203)은 이미징 요소에 의해 여러 번 이미징되지만, 그러나 여기서 각각 다른 컨텐츠가 SLM(203)에 기록된다. SLM(203)의 개별 이미징은 큰 시야를 생성하기 위해, 편향 장치(250)에 의해 수직 및/또는 수평으로 서로 접속된 세그먼트 또는 타일을 나타낸다.
일반적인 경우에, 미러 요소(256 및 257)는 편평하거나 또는 평평하게 구현될 필요는 없고, 예를 들어 곡률을 갖거나 또는 포커싱 기능을 포함할 수도 있다.
추가의 편광 스위치 및 추가의 미러 요소(256)를 갖는 구성을 통해, 편향 장치는 또한 도 7d에 도시된 바와 같이 2 개 초과의 세그먼트 또는 타일의 생성으로 확장될 수도 있다. 따라서, 복수의 편향 요소에 의해 더 큰 시야가 생성될 수 있다.
도 7c에는, 도 7a에 따른 디스플레이 장치(100)가 도시되어 있고, 여기서 디스플레이 장치(100)는 이제 편향 장치(150)에 의해 3 개의 세그먼트 또는 타일로 구성된 SLM(103)의 이미징을 생성하는 경우를 위해 설계된다. 스위칭 가능한 그리드 요소(151)는 이러한 예시적인 실시예에서 적어도 3 개의 스위칭 상태를 포함한다. 도 7c의 중간 이미징에 따른 오프 상태에서, 그리드 요소(151)는 SLM(103)에 의해 변조되어 이제 입사한 광을 편향되지 않은 상태로 통과시킬 수 있다. 도 7c의 좌측 이미징에 따른 그리드 요소(151)의 제 1 온 상태에서, 이러한 그리드 요소(151)는 좌측으로 또는 그리드 요소(153)의 방향으로 광을 편향시킨다. 도 7c의 우측 이미징에 따른 그리드 요소(151)의 제 2 온 상태에서, 이러한 그리드 요소(151)는 그리드 요소(152)의 방향으로 또는 우측으로 광을 편향시킨다.
2 개의 그리드 요소(152, 153)는 수동 그리드 요소로서 형성되고, 여기서 그리드 요소(151)에 의해 좌측으로 편향된 광이 그리드 요소(153)에 입사하고 또는 그리드 요소(151)에 의해 우측으로 편향된 광이 그리드 요소(152)에 입사하도록 디스플레이 장치(100) 내에 배치된다.
도 7c의 좌측, 중간 및 우측 이미징에는, 다음이 각각 도시되어 있다: 좌측 이미징에서는 그리드 요소(151 및 153)에 의한 SLM(103)의 이미징의 좌측 세그먼트의 생성이 도시되어 있다. 중간 이미징에는 중간 세그먼트의 생성이 도시되어 있고, 여기서 그리드 요소(151)는 오프 상태에 있고, 광은 광 가이드(140)에 편향되지 않은 상태로 입사한다. 우측 이미징에는 그리드 요소(151, 152)에 의한 우측 세그먼트의 생성이 도시되어 있다. 개별 세그먼트의 생성은 도 7a에 대해 설명된 절차에 따라 수행된다.
유리하게는, 여기서 단 하나의 스위칭 가능한 그리드 요소만이 필요하지만, 그러나 적어도 3 개의 스위칭 상태를 가져야 한다. 예를 들어 그리드 요소(151)는 가변적으로 기록 가능한 그리드 주기를 갖는 그리드 요소인 경우, 추가의 편향 각도 및 이에 따라 추가의 세그먼트가 추가로 구현될 수 있다. 예를 들어 그리드 요소(151)가 제어 가능한 편광 그리드인 경우, 동일한 주기 동안 그리드 요소의 회전 방향을 변경함으로써, 좌측 또는 우측으로 선택적으로 편향이 구현될 수 있다.
도 7d에는 도 7b에 따른 디스플레이 장치(200)가 도시되어 있고, 여기서 디스플레이 장치(200)는 이제 편향 장치(250)에 의해 3 개의 세그먼트 또는 타일로 구성된 SLM(203)의 이미징을 생성하는 경우를 위해 설계된다.
이러한 실시예에서, 3 개의 세그먼트를 생성하기 위해, 2 개의 편광 스위치(255 및 259)와 조합되는 와이어 그리드 편광기 형태의 미러 요소(256 및 258)를 포함하는 2 개의 굴절 요소가 제공될 수 있다.
SLM(203)의 이미징의 3 개의 세그먼트의 생성은 여기서 다음과 같이 수행된다: 도 7d의 좌측 이미징에서 알 수 있는 바와 같이, 도 7b에 따른 제 1 세그먼트를 생성하기 위해, 편광 스위칭 스위치(255)는 오프 상태에 있으므로, 입사 광은 편향되지 않고 미러 요소(256)를 통과할 수 있고, 광 가이드(240)에 입사할 수 있다. SLM(203)에 의해 변조된 입사 선형 편광된 광은 따라서 편광 스위치(255) 및 미러 요소(256)를 통과하고, 광 가이드(240)에 입사한다.
도 7d의 중간 이미징에는, 제 2 세그먼트가 어떻게 생성될 수 있는지가 도시되어 있다. 제 2 세그먼트를 생성하기 위해 편광 스위치(255)는 스위칭 온 상태가 된다. SLM(203)에 의해 방출된 광의 편광은 그 후, 광이 미러 요소(256)에 의해 반사되고 미러 요소(258)의 방향으로 지향되도록 편광 스위치(255)에 의해 회전된다. 추가의 편광 스위치(259)는 여기서 스위칭 오프 상태에 있다. 미러 요소(256)와 미러 요소(258) 사이에서, 이 경우 광의 편광은 변하지 않고 유지되므로, 광은 또한 미러 요소(258) 상에서 반사된 후, 광 가이드(240)의 방향으로 지향되고 이러한 광 가이드(240) 내로 커플링-인된다.
도 7d의 우측 이미징에 따르면, 이제 SLM(203)의 이미징의 제 3 세그먼트가 생성된다. 여기서, 2 개의 편광 스위치들(255 및 259)은 모두 스위칭 온 상태에 있다. SLM(203)에 의해 변조된 광은 이제 미러 요소(256)에 의해 반사된다. 그러나, 편광 스위치(259)에 의해 광의 편광이 2 개의 미러 요소(256 및 258) 사이에서 한 번 더 회전되기 때문에, 광은 미러 요소(258)를 편향되지 않은 상태로 통과한다. 이러한 광은 그 후 미러 요소(257)에 입사하여, 여기에서 광 가이드(240)의 방향으로 반사되어 광 가이드(240) 내로 커플링-인된다.
이러한 방식으로, 광 가이드(204) 내로의 광의 커플링-인 지점 또는 커플링-인 위치는 SLM(203)의 이미징의 3 개의 세그먼트가 생성될 수 있도록 그에 상응하게 변경된다.
물론, 이들 디스플레이 장치(100 및 200)가 추가의 세그먼트 또는 타일을 생성하기 위해, 편광 스위치와 함께 미러 요소를 갖는 추가의 그리드 요소 또는 추가의 굴절 요소에 의해 확장될 수 있는 것도 또한 가능하다. 그러나, 세그먼트의 개수가 증가함에 따라 또한 필요한 스위칭 가능한 요소의 개수도 증가한다.
SLM과 광 가이드 내로의 광의 커플링-인 부분 사이의 복수의 이미징 요소로 이루어진 보다 복잡한 광학 시스템을 사용하고, 또한 인코딩 방향에서의 시야를 확대하기 위한 타일링 또는 세그먼트화를 제공할 수 있고 또한 바람직하게는 단일 시차 인코딩을 제공하는 디스플레이 장치의 실시예가 도 8a 내지 도 8c에 도시되어 있다. 도 8a 내지 도 8c의 디스플레이 장치(300)의 광학 설계는 여기서 기본적으로 도 4a 내지 도 4d에 따른 디스플레이 장치(1)의 광학 설계에 대응한다. 또한, 여기서 SLM에서 홀로그램의 단일 시차 인코딩이 다시 가정되어야 한다.
단일의 구형 이미징 요소, 예를 들어 렌즈의 형태의 이미징 요소(5) 및 단일의 원통형 이미징 요소, 예를 들어 원통형 렌즈의 형태의 광학 구성 요소(13)를 포함하는 도 4a 내지 도 4d에 따른 디스플레이 장치(1)의 실시예와 비교하여, 그러나 도 8a 내지 도 8c에서는 복수의 이미징 요소가 SLM(330)과 광 가이드(340) 사이에 제공된다. 이 실시예에서, 렌즈 형태의 총 10 개의 이미징 요소가 디스플레이 장치(300)에 제공되며, 여기서 렌즈 대신에, 미러 요소 또는 그리드 요소가 또한 제공될 수 있고, 또한 이미징 요소의 개수가 변화되는 것도 가능하다. 여기서 복수의 요소를 포함하는 이미징 요소(305), 및 마찬가지로 복수의 요소를 포함하는 이미징 시스템(360)은 적어도 부분적으로 구형으로 형성되며, 여기서 광학 구성 요소(313)는 원통형으로 형성된다. 이미징 시스템(360)의 요소(314)는 원통형으로 형성되지 않고, 예를 들어 마찬가지로 상이한 곡률 반경 및 이에 따라 또한 수평 및 수직 방향으로 상이한 초점 길이를 갖는다. 이는 본 발명이 2 개 또는 3 개의 이미징 요소와 같은 몇몇 적은 개수의 사용으로 제한되지 않아야 한다는 것을 예시하고자 한다. 또한, 이미징 요소(305)와 같은 구형 이미징 요소 및 광학 구성 요소(313)와 같은 원통형 광학 구성 요소의 기능은, 디스플레이 장치(300)에서의 배치 순서와 관련해서, 상호 교환되고 그리고/또는 인터리빙될 수 있다. SLM(330)의 개별 세그먼트 또는 타일을 생성하기 위해 적어도 하나의 스위칭 가능한 그리드 요소 또는 미러 요소 또는 굴절 요소를 포함하는 이미징 요소, 구형 또는 대략 원통형, 그리고 가능하게는 제공될 수 있는 편향 장치(350)의 순서는 상호 교환되거나 또는 인터리빙될 수 있다.
이미징 시스템(360), 이미징 요소(305) 및 광학 구성 요소(313)로 이루어진 도시된 광학 시스템은 광 경로에서 인코딩 방향으로, 도시되지 않은 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 1 차원 광 소스 이미지가 관찰자 영역(307)의 위치에서 광 가이드(340)로부터 광을 커플링-아웃시킨 후에 생성될 수 있게 하고, 그리고 광 경로에서 홀로그램의 비-인코딩 방향으로, 조명 장치의 광 소스의 1 차원 광 소스 이미지가 광 가이드(340) 내로 광이 커플링-인되는 위치에서 또는 그 부근에서 생성될 수 있게 한다.
예시된 광학 시스템에서, 이미징 시스템(360)에 의해, SLM(330)의 중간 이미지가 생성된다. 이 경우, 광학 구성 요소(313)는 SLM의 이미지 평면에 배치된다. 따라서, 광학 구성 요소의 영역에서 SLM(330)의 중간 이미지가 형성되므로, 이러한 실시예에서도 광학 구성 요소는 공간 광 변조 장치의 추가의 이미지 위치에 영향을 미치지 않는다.
빔 경로에서 SLM(330) 이후에 바로 따르는 이미징 시스템(360)의 구형 이미징 요소들의 제 1 쌍 사이에는, 편향 장치(350)가 제공된다. 편향 장치(350)는 스위칭 가능한 그리드 요소를 포함한다.
도 8b 및 도 8c에는, 편향 장치(350)의 그리드 요소의 제 1 스위칭 상태(도 8b) 및 그리드 요소의 제 2 스위칭 상태(도 8c)에 대해 SLM(330)의 이미징의 하나의 세그먼트를 각각의 경우에 생성하기 위한 각각의 광 경로가 개략적으로 도시되어 있다. 편향 장치(350)의 그리드 요소의 스위칭 상태에 따라, SLM(330)에 의해 변조된 광은 상이한 위치들에서 이미징 시스템(360)의 다음 요소들, 광학 구성 요소 및 이미징 요소(305)에 입사하고, 인코딩 방향으로 2 개의 상이한 세그먼트 또는 타일을 생성한다. 세그먼트는 각각 SLM(330)의 이미징이고, 큰 시야가 달성될 수 있도록 생성된다. 이는, 세그먼트들이 수직 및/또는 수평으로 중첩되거나 또는 갭 없이 서로 접속되어 큰 시야를 생성한다는 것을 의미한다. SLM의 이미징인 이들 세그먼트는 광학 구성 요소(313)가 또한 위치되는 평면에 형성되며, 여기서 서로에 대해 수직으로 오프셋된다. 도 8b는 따라서 제 1 세그먼트를 도시하고, 도 8c는 제 2 세그먼트를 도시한다.
각각 2 개 이상의 그리드 요소 또는 미러 요소를 갖는 타일링 또는 세그먼트화를 갖는 디스플레이 장치에 대한 도 7a 내지 도 7d에 도시된 실시예와 대조적으로, 도 8a 내지 도 8c에 따른 여기에 도시된 실시예에서는, 단지 하나의 스위칭 가능한 그리드 요소만이 편향 장치(350)에 사용된다. 제 2 그리드 요소 대신에, 광 방향을 따르는 이미징 요소의 크기는 그리드 요소의 스위칭 상태에 따라, 그리드 요소로부터 전파되는 광은 도 8b에 도시된 바와 같이 본질적으로 다음 이미징 요소의 상부 영역을 통과하거나, 또는 도 8c에 도시된 바와 같이 본질적으로 다음 이미징 요소의 하부 영역을 통과하도록 설계된다. 빔 경로에 제공된 이미징 요소 및 광학 구성 요소와 조합된 편향 장치(350)의 단일 스위칭 가능 그리드 요소는 따라서 적절한 방식으로 개별 세그먼트를 생성하기 위해 제공된다.
수직 및/또는 수평 시야의 타일링 또는 세그먼트화의 가능성은 도시되고 설명된 실시예들로 제한되지 않아야 한다.
도 9를 참조하여, 광 가이드(4)에서 부분 반사 커플링-아웃 요소(S)의 간격이 어떻게 선택되어야 하는지가 명확화되어야 한다. 알 수 있는 바와 같이, 부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2 및 S3)는 각각 광 가이드(4)에서 법선(N)에 대해 각도(α) 하에 배치된다. 여기서 광 가이드(4)의 표면으로의 부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2, S3)의 투영이 고려되고, 여기서 커플링-아웃 요소(S1, S2)에 대한 투영만이 수행되는 경우, 이 투영은 인접한 커플링-아웃 요소(S1, S2, S3, ...)에 대해 가능한 한 간극을 갖지 않아야 한다. 도 9의 이미징(a)에서는, 부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2, S3)가 서로 너무 먼 거리에 배치된 경우가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 광 가이드에서 커플링-아웃 요소(S1, S2 및 S3)의 이러한 배치에 의해 커플링-아웃 요소(S1)의 투영(P1)와 커플링-아웃 요소(S2)의 투영(P2) 사이의 갭이 형성된다. 이를 통해, 단일 시차 인코딩에서 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 생성된 스위트 스폿에는 갭이 있을 수 있다. 전체 시차 인코딩에 의해 홀로그램이 SLM으로 인코딩되는 경우에는, 가상 관찰자 영역에도 갭이 존재할 수 있다. 이와 같은 갭은 관찰자가 3 차원 장면을 인식하는 것을 크게 방해할 수 있다.
광 가이드(4)의 표면 또는 경계면 상의 부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2, S3)의 투영은 또한 가능한 한 큰 중첩을 갖지 않아야 한다. 투영들은 중첩되지 않고 서로 인접하거나 또는 매우 작은 중첩만을 가져야 하는데, 예를 들어 최대 10 %를 가져야 한다.
도 9의 이미징(b)에는, 광 가이드(4)의 표면 또는 경계면에서의 커플링-아웃 요소(S1, S2)의 투영(P1, P2)의 작은 중첩이 존재하는 경우가 도시되어 있다. 광 가이드(4)에서 부분 반사 커플링-아웃 요소들의 이러한 배치가 제공될 수 있는데, 왜냐하면 스위트 스폿 또는 가상 관찰자 영역에서 이러한 방식으로 갭이 생성되지 않기 때문이다.
가능한 한 디스플레이 장치에 얇고 가벼운 광 가이드를 사용해야 한다. 광 가이드의 제조를 위한 노력을 제한하기 위해, 또한 부분 반사 커플링-아웃 요소가 광 가이드에 가능한 한 최소한으로 제공되어야 한다.
얇은 광 가이드에서 적은 부분 반사 커플링-아웃 요소에 의해 큰 시야를 생성하기 위해, 커플링-아웃 요소는 바람직하게는 법선(N)에 대해 큰 각도(α) 하에 경사지고 그리고 배치되어야 한다.
도 10에는, 도면에 도시된 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 얇은 광 가이드(4)의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 광 가이드(4)에서, 부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2)는 법선(N)에 대해 72.5 도의 경사각(α) 하에 배치된다. 광 가이드(4)의 두께는 여기서 d = 1,6 mm이다. 이러한 실시예에서, 이 경우 커플링-아웃 요소의 서로에 대한 거리는 x = d tan α = 5.1 mm이다. 도 10에는 2 개의 커플링-아웃 요소만이 도시되어 있다. 광 가이드에서의 커플링-아웃 요소의 이러한 배치에 의해, 예를 들어 6 개의 커플링-아웃 요소레 의해 약 35 도의 시야가 구현될 수 있다.
광 가이드(4)의 경계면에는 입사광에 대한 이들 경계면의 반사율을 증가시키기 위해 반사 층이 제공될 수 있다. 이는 광 가이드에서 광이 전파될 때 경계면에서 전반사가 발생하지 않는 경우에 특히 유용하다.
여기서 점선 화살표로 표시되는 광의 광 가이드(4) 내로의 커플링-인은 도 10에서 광 커플링-인 장치로서 미러 요소를 통해 이루어지는 것이 아니라, 프리즘 요소(20)를 통해 이루어진다. 여기서 프리즘 요소(20)의 프리즘 각도(γ)는 35 도이다. 이를 통해, 프리즘 요소(20)의 표면에 수직으로 커플링-인된 광이 그 후 또한 광 가이드(4)의 표면에 수직으로 커플링-아웃되도록 보장한다. 따라서 이는 커플링-아웃 요소의 각도가 수평선에 대해 17.5 도이고 프리즘 각도(γ)가 이에 대한 이중 각도, 즉 2 x 17.5 도 = 35 도에 대응하게 한다.
부분 반사 커플링-아웃 요소(S1, S2)는 이러한 실시예에서 커플링-아웃 요소(S1, S2)의 표면에 법선(N)에 대한 작은 각도로 입사하는 광을 부분적으로 반사시키고, 커플링-아웃 요소(S1 및 S2)의 표면에 법선(N)에 대한 큰 각도로 입사하는 광을 통과시키도록 적응되거나 또는 형성된다.
여기에 도시되지 않은 SLM의 조명 각도, 또는 산란 요소는 이 경우, 비-인코딩 방향으로, 광이 통과하는 프리즘 요소(20)의 일 측면의 영역이 완전히 조명되도록 적응되거나 또는 조정될 수 있다.
물론, 본 발명은 도 10에 따른 이러한 실시예에서 주어진 수치 예로 제한되지 않아야 한다. 광 가이드에서 부분 반사 커플링-아웃 요소의 경사각(α)은 바람직하게는 법선(N)에 대해 55 도 내지 75 도 일 수 있다. 그러나, 경사각 범위는 또한 더 크게 선택될 수도 있다.
도 11은 매우 개략적으로 부분 반사 커플링-아웃 요소를 갖는 광 가이드를 제조하는 가능성을 도시한다.
광 가이드의 재료, 바람직하게는 광학 플라스틱 또는 유리는 먼저 이미징(a)에 따라 개별 섹션들(A)로 분할된다. 개별 섹션(A)의 절단면의 각도는 바람직하게는 이 경우 이러한 방식으로 생성될 커플링-아웃 요소의 원하는 경사각(α)에 대응한다.
이미징(b)에 따르면, 그 후 예를 들어 유전체 층 스택, 즉 코팅 형태의 부분 반사 층(TS)이 각각의 2 개의 섹션(A) 사이에 부분 반사 층(TS)이 제공되도록 개별 섹션(A)의 절단면에 도포된다. 유전체 층 스택이 부분 반사 층(TS)으로서 제공되는 경우, 유전체 층 스택의 개별 층의 굴절률, 순서 및 두께는 입사하는 광의 부분 반사가 특정 범위의 광 입사각에서 발생하도록 조정되어야 한다. 계속해서, 도 11의 이미징(c)에 따르면, 개별 섹션(A)은 예를 들어 접착에 의해 광 가이드를 형성하기 위해 부분 반사 층(TS)과 다시 결합된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 커플링-아웃 요소가 광 가이드에서 생성될 수 있다.
광 가이드를 제조하는 이러한 방법은 단지 일 실시예일 뿐이다. 물론, 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 광 가이드는 또한 다른 방식으로 제조될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 방식으로 제조된 광 가이드의 사용으로 제한되지 않아야 한다.
예를 들어, 광 가이드의 간단한 실시예에서, 부분 반사 커플링-아웃 요소는 모두 동일한 반사율을 갖는다. 그러나 이로 인해 밝기의 그라디언트가 형성된다. 광 가이드에서 전파되는 광이 먼저 입사하는 광 가이드의 제 1 커플링-아웃 요소에서, 광의 일부가 이미 커플링-아웃되므로, 후속하는 커플링-아웃 요소에는, 광 가이드로 들어가는 전체 광의 보다 적은 비율만이 입사한다. 항상 동일한 비율의 입사 광이 커플링-아웃 요소를 통해 커플링-아웃되는 경우, 커플링-아웃된 광의 절대 강도는 광 가이드에서 각 추가의 커플링-아웃 요소에 따라 감소한다.
이는 예를 들어 SLM을 조명함으로써 또는 SLM으로 컨텐츠를 기록함으로써 보상될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 표현될 장면의 좌측에는, 표현될 장면의 우측 부분보다 더 작은 서브 홀로그램의 진폭이 할당될 수 있다.
대안적으로, 예를 들어 광 가이드는 개별적으로 상이한 반사율을 갖는 커플링-아웃 요소를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광 경로에서 제 1 커플링-아웃 요소 이후에 배치되는 커플링-아웃 요소의 경우 또는 광 경로에서 마지막으로 제공되는 커플링-아웃 요소의 경우, 항상 광 가이드 내로 입사하는 비교적 많은 비율의 광이 커플링-아웃되는 것이 달성될 수 있다. 이에 의해, 광의 절대적으로 커플링-아웃된 강도가 광 가이드 내의 모든 커플링-아웃 요소에 대해 거의 동일하게 되는 것이 달성될 수 있다.
커플링-아웃 요소가 각각 유전체 층 스택으로서 형성되는 경우, 예를 들어 각각의 커플링-아웃 요소에 대한 층 스택은 원하는 반사율을 달성하기 위해 개별적으로 조정될 수 있다.
또한, 실시 형태들 또는 실시예들의 조합이 가능하다. 마지막으로, 위에서 설명한 실시예는 단지 청구된 교시의 설명을 위한 것일 뿐이며, 이러한 교시는 실시예들로 제한되지 않아야 한다는 것을 특히 지적해야 한다.

Claims (35)

  1. 디스플레이 장치, 특히 사용자의 눈 근처에 제공되는 디스플레이 장치에 있어서,
    - 충분히 코히어런트한(coherent) 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치,
    - 적어도 하나의 공간 광 변조 장치,
    - 상기 적어도 하나의 광 변조 장치로부터 나온 광을 이미징하기 위한 적어도 하나의 이미징 요소;
    - 적어도 하나의 광 가이드(light guide), 및
    - 상기 광 가이드로부터 상기 광을 커플링-아웃시키기(coupling-out) 위해, 적어도 하나의 광 가이드에 제공되는 적어도 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소
    를 포함하는, 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부분 반사 커플링-아웃 요소는 미러 요소 또는 프리즘 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부분 반사 커플링-아웃 요소는 서로 평행한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 반사 커플링-아웃 요소는 서로 미리 정의된 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 반사 커플링-아웃 요소들은 상기 커플링-아웃 요소들이 상기 적어도 하나의 광 가이드에서 전파되는 광을 미리 정의된 방향으로 편향시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 가이드에 입사하는 광이 상기 광 가이드 내로 커플링-인될(coupling-in) 수 있게 하는 광 커플링-인 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 커플링-인 장치는 적어도 하나의 미러 요소 및/또는 적어도 하나의 그리드 요소 및/또는 적어도 하나의 프리즘 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 바람직하게는 1 차원 홀로그램이 인코딩되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소 및/또는 미러 요소 및/또는 그리드 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 요소는 광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이전에, 특히 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치와 상기 적어도 하나의 광 가이드 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 요소는 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치를 무한대로 이미징하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이후에 배치되는 적어도 하나의 추가의 이미징 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는, 상기 적어도 하나의 이미징 요소에 의해 무한대로 생성될 수 있는 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 중간 이미지를 유한 거리로 이미징하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가의 이미징 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소 및/또는 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 이미징 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 보상 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보상 요소는 상기 적어도 하나의 광 가이드에서의 상기 적어도 하나의 추가의 이미징 요소 반대편의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 보상 요소는 적어도 하나의 렌즈 요소 및/또는 가변 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 이미징 요소 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 이미징 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 코히어런스 길이는 상기 코히어런스 길이가 상기 적어도 하나의 광 가이드에서 2 개의 부분 반사 커플링-아웃 요소들의 최단 거리보다 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 실린더 요소를 포함하는 적어도 하나의 광학 구성 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구성 요소는 광 경로에서 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 직후에 또는 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    홀로그램의 적어도 하나의 인코딩 방향으로 그리고 광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이후에 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면 또는 이미지 평면에서 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    홀로그램의 비-인코딩 방향으로 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 상기 홀로그램의 단일 시차 인코딩이 제공될 때 스위트 스폿(sweet spot)이 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로에서, 인코딩 방향으로 가상 관찰자 영역의 위치에서 상기 적어도 하나의 광 가이드로부터 상기 광이 커플링-아웃된 이후에 상기 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 광 소스 이미지가 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비-인코딩 방향으로 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 홀로그램의 단일 시차 인코딩이 제공될 때, 상기 광 경로에서, 상기 광 가이드 내로 상기 광이 커플링-인되는 위치에 또는 그 근처에 상기 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광 소스의 광 소스 이미지가 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  25. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구성 요소는 수평 광 소스 이미지 및 수직 광 소스 이미지를 생성하기 위해 제공되며, 상기 광 소스 이미지들은 빔 경로에서 상이한 위치들에서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 인코딩 방향으로, 광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이후에 제공된 광 소스 이미지의 평면에, 또는 광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이후에 제공된 상기 공간 광 변조 장치의 이미지의 평면에 가상 관찰자 영역이 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수평 및/또는 수직 방향으로 시야를 확대하기 위한 편향 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 편향 장치는 적어도 2 개의 편향 요소를 포함하고, 상기 적어도 2 개의 편향 요소 중 적어도 하나의 편향 요소는 스위칭 가능하도록 형성되고, 상기 편향 요소는 바람직하게는 그리드 요소 또는 미러 요소 또는 굴절 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 편향 요소 중 하나는 적어도 하나의 미러 요소, 바람직하게는 와이어 그리드 편광기 및 적어도 하나의 편광 스위치를 포함하는 굴절 요소로서 형성되고, 상기 적어도 2 개의 편향 요소 중 다른 하나는 미러 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 편향 요소는 광 방향으로 상기 적어도 하나의 광 가이드 이전에 서로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 가이드 및 상기 편향 장치에 의해, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 세그먼트들로 구성된 이미징이 생성될 수 있고, 상기 이미징은 광 소스 이미지의 평면에서 상기 가상 관찰자 영역을 통해 관찰하기 위해 상기 공간 광 변조 장치에서 인코딩된 장면의 정보가 재구성될 수 있는 시야를 결정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광은 상기 적어도 하나의 광 가이드 내부에서 상기 광 가이드의 경계면에서의 반사를 통해 전파되고, 상기 광 가이드로부터 상기 광의 광 번들의 커플링-아웃은 각각 미리 정의된 부분 반사 커플링-아웃 요소에서 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 장치는 위상 변조 공간 광 변조 장치로서 또는 복소수 공간 광 변조 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 헤드 마운트 디스플레이(Head-Mounted-Display) 또는 증강 현실 디스플레이 또는 가상 현실 디스플레이로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 장치에 의해 수행되는, 재구성된 장면을 표현하기 위한 방법.
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