KR20200052199A - 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 - Google Patents

확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 Download PDF

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KR20200052199A
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light modulator
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display device
holographic display
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안중권
송훈
이홍석
서원택
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삼성전자주식회사
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Abstract

확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법이 개시된다. 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 광을 제공하는 광원; 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 것으로, 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 구비하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기의 입광면 또는 출광면에 대향하여 배치된 것으로, 불규칙적으로 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 갖는 광학 소자;를 포함할 수 있다.

Description

확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 {Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window}
개시된 실시예들은 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축비킴(off-axis) 방식으로 홀로그램 영상을 재생할 때 확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 관한 것이다.
3차원 영상을 구현하는 방식으로서 안경 방식과 무안경 방식이 널리 상용화되어 사용되고 있다. 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식에는 렌티큘러 방식과 패럴랙스 배리어 방식이 있다. 이러한 방식들은 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점 수의 증가에 한계가 있을 뿐만 아니라, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 시청자로 하여금 피로감을 느끼게 한다.
뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식으로서, 최근 홀로그래픽 디스플레이 방식이 점차 실용화되고 있다. 홀로그래픽 디스플레이 방식은, 원본 물체로부터 반사된 물체광과 참조광을 간섭시켜 얻은 간섭무늬를 기록한 홀로그램 패턴에 참조광을 조사하여 회절시키면, 원본 물체의 영상이 재생되는 원리를 이용하는 것이다. 현재 실용화되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH)을 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.
확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 광을 제공하는 광원; 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 것으로, 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 구비하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기의 입광면 또는 출광면에 대향하여 배치된 것으로, 불규칙적으로 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 갖는 광학 소자;를 포함할 수 있다.
상기 광투과 패턴의 어레이의 해상도는 상기 공간 광변조기의 해상도보다 높을 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 재생할 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 데이터를 생성하여 상기 공간 광변조기에 제공하는 영상 처리기를 더 포함하며, 상기 영상 처리기는 상기 광투과 패턴의 어레이의 해상도에 대응하는 해상도로 홀로그램 데이터를 생성하고, 각각의 광투과 패턴의 위치에 해당하는 홀로그램 데이터를 추출하여 상기 공간 광변조기에 제공할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 상기 다수의 광투과 패턴에 대응하는 다수의 디스플레이 화소를 포함하며, 각각의 디스플레이 화소에는 그에 대응하는 광투과 패턴의 위치에 대응하는 홀로그램 패턴이 표시될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구일 수 있다.
각각의 개구의 크기는 상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소의 크기보다 작을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나 또는 그 이상의 개구가 대응할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나의 개구가 대응할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소 중에서 일부 디스플레이 화소에 대응하여 상기 개구가 배치되지 않을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 개구 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다.
상기 공간 광변조기의 제 1 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 1 개구 사이의 상대 위치가 상기 공간 광변조기의 제 2 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 2 개구 사이의 상대 위치가 서로 상이할 수 있다.
상기 광학 소자의 개구들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 그보다 많을 수 있다.
상기 광학 소자의 개구들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같을 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈일 수 있다.
상기 광학 소자의 마이크로렌즈들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 그보다 많을 수 있다.
상기 광학 소자의 마이크로렌즈들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나 또는 그 이상의 마이크로렌즈가 대응할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나의 마이크로렌즈가 대응할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소 중에서 일부 디스플레이 화소에 대응하여 상기 마이크로렌즈가 배치되지 않을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다.
상기 공간 광변조기의 제 1 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 1 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치가 상기 공간 광변조기의 제 2 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 2 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치가 서로 상이할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 제 1 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 1 컬러 필터, 제 1 파장과 상이한 제 2 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 2 컬러 필터, 및 제 1 및 제 2 파장과 상이한 제 3 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 3 컬러 필터를 구비하는 컬러 필터 어레이를 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이에서 상기 다수의 제 1 컬러 필터, 다수의 제 2 컬러 필터, 및 다수의 제 3 컬러 필터들이 불규칙하게 배열될 수 있다.
상기 공간 광변조기의 다수의 제 1 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되고, 상기 공간 광변조기의 다수의 제 2 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되고, 상기 공간 광변조기의 다수의 제 3 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다.
상기 광학 소자는 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구를 구비하는 제 1 광학 소자 및 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈를 구비하는 제 2 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적기를 더 포함할 수 있다.
상기 광원은 제 1 시점을 갖는 제 1 홀로그램 영상을 위한 제 1 광원 및 상기 제 1 시점과 상이한 제 2 시점을 갖는 제 2 홀로그램 영상을 위한 제 2 광원을 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 시선 추적기로부터 제공된 관찰자의 동공 위치에 응답하여 상기 제 1 광원 및 제 2 광원의 위치를 조절하는 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 광원에서 방출된 광을 상기 공간 광변조기로 전달하는 조명 광학계를 더 포함할 수 있다.
상기 조명 광학계는, 입력 커플러와 출력 커플러를 갖는 도광판 및 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 입력 커플러에 제공하는 빔 편향기를 포함하며, 상기 빔 편향기는 상기 시선 추적기로부터 제공된 관찰자의 동공 위치 정보에 응답하여 상기 입력 커플러에 입사하는 광의 입사각을 조절하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 구비하는 공간 광변조기, 및 상기 공간 광변조기의 입광면 또는 출광면에 대향하며 불규칙적으로 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 갖는 광학 소자를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법이 제공된다. 상기 디스플레이 방법은, 상기 공간 광변조기의 실제 해상도보다 높은 해상도를 갖는 CGH를 계산하는 단계; 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴의 위치에 맞추어 상기 계산된 CGH를 샘플링하는 단계; 및 샘플링된 CGH 데이터를 이용하여 상기 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구일 수 있다.
각각의 개구의 크기는 상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소의 크기보다 작을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 개구의 면적에 대한 각각의 디스플레이 화소의 면적의 비와 같을 수 있다.
상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 다수의 개구의 전체 면적에 대한 디스플레이 화소의 전체 면적의 비와 같을 수 있다.
상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈일 수 있다.
상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 마이크로렌즈의 굴절력에 의해 결정될 수 있다.
개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 따르면, 홀로그램 영상이 0차 노이즈로부터 더 멀어질 수 있기 때문에, 홀로그램 영상을 관찰할 수 있는 공간, 즉 시야창이 넓어지게 된다. 따라서, 관찰자는 더 넓은 영역에서 홀로그램 영상을 관찰할 수 있다. 또한, 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 따르면, 규칙적인 화소 배열에 의해 발생하는 고차 노이즈를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 3은 광학 소자를 사용하지 않는 비교예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의한 관찰자의 눈의 동공 평면에서의 빛의 분포를 예시적으로 보인다.
도 4는 광학 소자를 사용한 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의한 관찰자의 눈의 동공 평면에서의 빛의 분포를 예시적으로 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 14는 A-A' 라인을 따라 도 13에 도시된 광학 소자를 절단한 단면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 공간 광변조기의 컬러 필터 어레이의 컬러 필터 분포를 예시적으로 보인다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 구성을 예시적으로 보인다.
도 17 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 광을 제공하는 광원(110), 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 공간 광변조기(130), 홀로그램 영상을 공간 상에 포커싱하는 포커싱 광학계(120), 및 시야창을 확장하기 위한 광학 소자(140)를 포함할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는, 재생할 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 신호를 생성하여 공간 광변조기(130)에 제공하는 영상 처리기(160), 관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적기(170), 및 시선 추적기(170)에서 제공하는 관찰자의 동공 위치 정보에 응답하여 광원(110)을 구동하는 액추에이터(180)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서는 광원(110)으로부터 나온 조명광의 진행 방향을 따라 포커싱 광학계(120), 공간 광변조기(130), 및 광학 소자(140)가 순차적으로 배치된 것으로 도시되었으나, 이는 단지 예시일 뿐이며 포커싱 광학계(120), 공간 광변조기(130), 및 광학 소자(140)의 배치 순서는 임의로 다르게 선택될 수도 있다. 예를 들어, 포커싱 광학계(120)는 조명광의 경로 상에서 가장 마지막에 배치될 수도 있다. 또한, 광학 소자(140)는 공간 광변조기(130)의 입광면에 대향하여 배치되거나 공간 광변조기(130)의 출광면에 대향하여 배치될 수도 있다.
광원(110)은 관찰자의 좌안에 형성될 홀로그램 영상을 위한 제 1 광원(110L) 및 관찰자의 우안에 형성될 홀로그램 영상을 위한 제 2 광원(110R)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)은 각각 공간 광변조기(130)에 경사지게 입사하는 조명광을 제공하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110L)은 공간 광변조기(130)를 기준으로 관찰자의 좌안에 대해 반대편에 배치되어 있으며, 제 2 광원(110R)은 공간 광변조기(130)를 기준으로 관찰자의 우안에 대해 반대편에 배치될 수 있다.
높은 가간섭성을 갖는 조명광을 제공하기 위하여 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)은 레이저 다이오드를 포함할 수도 있다. 그러나, 조명광이 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광변조기(130)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있기 때문에, 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)으로서 발광 다이오드(LED)를 사용하는 것도 가능하다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 광을 방출한다면 다른 어떤 광원도 사용이 가능하다. 도 1에는 편의상 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)이 각각 하나로 도시되어 있지만, 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)은 다수의 광원들의 어레이를 포함할 수도 있다.
공간 광변조기(130)는 영상 처리기(160)로부터 제공되는 홀로그램 데이터 신호, 예컨대 CGH 데이터 신호에 따라 조명광을 회절시켜 변조하기 위한 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 이를 위하여, 공간 광변조기(130)는 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 공간 광변조기(130)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 비록 도 1에는 공간 광변조기(130)가 투과형 공간 광변조기인 것으로 도시되어 있지만 반사형 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 투과형인 경우, 공간 광변조기(130)는 예를 들어 GaAs와 같은 화합물 반도체를 기반으로 한 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)를 사용할 수 있다. 반사형인 경우, 공간 광변조기(130)는, 예컨대 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 또는 반도체 변조기를 사용할 수 있다.
영상 처리기(160)는 관찰자에게 제공할 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 신호를 생성하여 공간 광변조기(130)에 제공하며, 광원(110)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)의 점등 및 소등을 제어할 수 있다. 이러한 영상 처리기(160)는 소프트웨어를 이용하여 구현될 수도 있으며, 또는 그러한 소프트웨어의 기능이 내장되어 있는 반도체 칩의 형태로 구현될 수도 있다.
시선 추적기(170)는 카메라 등을 통해 관찰자의 영상을 얻고, 영상 내에서 관찰자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 시선 추적기(170)는 관찰자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하여 그 결과를 영상 처리기(160)에 제공할 수 있다. 그러면 영상 처리기(160)는 시선 추적기(170)로부터 제공 받은 관찰자의 동공 위치 정보에 응답하여 홀로그램 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 관찰자의 위치 변화에 따른 시점 변화에 맞추어 홀로그램 신호를 생성하고 이를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 또한, 영상 처리기(160)는 관찰자의 동공을 향해 조명광이 진행하도록 액추에이터(180)를 제어하여 제 1 및 제 2 광원(110L, 110R)의 위치를 변경할 수 있다.
포커싱 광학계(120)는 조명광이 공간 광변조기(130)에 의해 변조되어 형성된 재생광을 소정의 공간 상에 포커싱한다. 예를 들어, 포커싱 광학계(120)는 관찰자의 동공 위치에 재생광을 포커싱할 수 있다. 포커싱 광학계(120)에 의해 재생광이 공간 상에 포커싱됨으로써 공간 상에 홀로그램 영상이 형성될 수 있다.
한편, 광학 소자(140)는 불규칙적으로 랜덤하게 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2는 일 실시예에 따른 광학 소자(140)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 2를 참조하면, 광학 소자(140)는 빛을 차단하는 불투명 기판(141) 및 불투명 기판(141) 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구(142)를 포함할 수 있다. 개구(142)는 불투명 기판(141)을 완전히 관통하여 형성되며 빛을 투과시킬 수 있다. 따라서 광학 소자(140)의 다수의 광투과 패턴은 이러한 다수의 개구(142)일 수 있다.
도 2에서 점선으로 표시한 사각 격자들은 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들에 대응한다. 도 2에 예시적으로 도시한 바와 같이, 하나의 개구(142)는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소에 대응할 수 있다. 따라서, 광학 소자(140)의 개구(142)들은 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들과 1:1로 대응할 수 있으며, 광학 소자(140)의 개구(142)들의 개수는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들의 개수와 동일할 수 있다. 또한, 개구(142)의 크기는 공간 광변조기(130)의 대응하는 디스플레이 화소의 크기보다 작다. 이러한 점에서, 광학 소자(140)의 광투과 패턴의 어레이는 공간 광변조기(130)의 해상도보다 높은 해상도를 갖는다고 볼 수 있다. 도 2에는 예시적으로 광학 소자(140)의 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 약 1/4 정도인 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따르면, 공간 광변조기(130)의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 광학 소자(140)의 다수의 개구(142) 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다. 각각의 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 다수의 디스플레이 화소보다 작기 때문에, 각각의 개구(142)는 그에 대응하는 디스플레이 화소의 일부 영역에 위치하는데, 그 위치가 개구(142)들마다 불규칙하고 랜덤하게 다를 수 있다. 다시 말해, 공간 광변조기(130)의 어느 한 디스플레이 화소와 그에 대응하는 광학 소자의 한 개구(142) 사이의 상대 위치가 공간 광변조기(130)의 다른 디스플레이 화소들과 그에 대응하는 광학 소자(140)의 다른 개구(142)들 사이의 상대 위치들과 서로 상이하고, 상이한 정도가 불규칙적일 수 있다.
따라서, 광학 소자(140)가 공간 광변조기(130)의 입광면에 배치되어 있으면, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소보다 작은 다수의 부분적인 영역들에 조명광이 입사하게 된다. 또한, 광학 소자(140)가 공간 광변조기(130)의 출광면에 배치되어 있으면, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소보다 작은 다수의 부분적인 영역들로부터 나오는 빛만이 보이게 된다. 결과적으로, 공간 광변조기(130)와 광학 소자(140)가 결합된 구성은 공간 광변조기(130)보다 더 높은 해상도를 갖는 공간 광변조기가 일부 디스플레이 화소들을 끄고 불규칙적으로 배열된 일부 디스플레이 화소들만으로 영상을 표시하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 시야창의 크기는 공간 광변조기(130)의 해상도가 높을수록 증가한다. 따라서, 광학 소자(140)를 사용함으로써 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 의해 결정되는 시야창의 크기보다 확장된 시야창을 제공하는 것이 가능하다.
이러한 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 영상 처리기(160)는 홀로그램 데이터 신호를 생성하여 공간 광변조기(130)에 제공한다. 홀로그램 데이터 신호는 목표한 홀로그램 영상이 공간 상에 재생되도록 계산된 CGH 신호일 수 있다. 영상 처리기(160)는 재생될 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 데이터 신호를 생성할 수 있다. 공간 광변조기(130)는 영상 처리기(160)로부터 제공된 홀로그램 데이터 신호에 따라 공간 광변조기(130)의 화면 상에 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 공간 광변조기(130)가 홀로그램 패턴을 형성하는 원리는, 예를 들어, 디스플레이 패널이 영상을 표시하는 원리와 같을 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 패턴은 재생될 홀로그램 영상의 정보를 갖고 있는 간섭무늬의 형태로 공간 광변조기(130)에서 표시될 수 있다.
이와 동시에, 광원(110)은 공간 광변조기(130)에 광을 제공한다. 공간 광변조기(130)에 입사한 광은 공간 광변조기(130)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 의해 회절 및 간섭된다. 그런 후, 회절 및 간섭된 광이 포커싱 광학계(120)의 초점 평면 상에 포커싱되면서 공간 광변조기(130) 앞의 소정의 공간 상에 입체감이 있는 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 재생될 홀로그램 영상의 모양과 깊이는 공간 광변조기(130)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 따라 결정될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광학 소자(140)에 의해 공간 광변조기(130)의 해상도가 높아지는 효과가 있기 때문에, 홀로그램 영상이 재생되어 보이는 공간, 즉 시야창이 확장될 수 있다. 이를 위해, 영상 처리기(160)는 공간 광변조기(130)의 실제 해상도보다 높은 해상도로 CGH를 계산하여 홀로그램 데이터 신호를 생성한다. 예를 들어, 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 개구(142)의 면적에 대한 공간 광변조기(130)의 각각의 디스플레이 화소의 면적의 비와 대체로 같을 수 있다. 다시 말해, 영상 처리기(160)는 광학 소자(140)의 광투과 패턴의 어레이의 해상도에 대응하는 해상도로 CGH를 계산할 수 있다. 예컨대, 광학 소자(140)의 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 1/4이면, 영상 처리기(160)는 공간 광변조기(130)의 실제 해상도보다 4배 높은 해상도로 CGH를 계산할 수 있다. 또는, 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비는 다수의 개구(142)의 전체 면적에 대한 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 전체 면적의 비와 대체로 같을 수도 있다.
그런 후, 영상 처리기(160)는 광학 소자(140)의 다수의 개구(142)의 위치에 맞추어 CGH를 샘플링한다. 예를 들어, 전체 CGH 데이터 중에서, 광학 소자(140)의 불투명 기판(141)에 가려서 실질적으로 사용되지 않는 데이터를 제외하고, 광학 소자(140)의 개구(142)를 통해 보이는 부분의 CGH 데이터만을 추출할 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(140)의 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 1/4인 경우, 영상 처리기(160)는 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소를 도 2에서 ①, ②, ③, ④로 표시된 4개의 영역으로 분할하여, 4개의 영역 ①, ②, ③, ④에 대해 각각 고해상도로 CGH를 계산한다. 그리고, 영상 처리기(160)는 도 2에서 최상부 행의 최좌측 열에 배치된 제 1 디스플레이 화소(130a)에는 영역 ②의 위치에 해당하는 고해상도의 CGH 데이터만을 추출하여 제공하고, 최상부 행의 좌측에서 2번째 열에 배치된 제 2 디스플레이 화소(130b)에는 영역 ④의 위치에 해당하는 고해상도의 CGH 데이터만을 추출하여 제공할 수 있다.
그러면, 공간 광변조기(130)의 제 1 디스플레이 화소(130a)에는 영역 ②의 위치에 해당하는 홀로그램 패턴이 표시되고, 제 2 디스플레이 화소(130b)에는 영역 ④의 위치에 해당하는 홀로그램 패턴이 표시될 수 있다. 이 경우, 도 2에서 제 1 디스플레이 화소(130a)의 영역 ①, ③, ④의 위치에 해당하는 CGH 데이터는 계산은 되지만 표시되지 않는다. 마찬가지로, 도 2에서 제 2 디스플레이 화소(130b)의 영역 ①, ②, ③의 위치에 해당하는 CGH 데이터는 계산은 되지만 표시되지는 않는다. 결론적으로, 영상 처리기(160)는 광학 소자(140)의 각각의 개구(142)가 가상의 공간 광변조기의 디스플레이 화소인 것처럼 데이터를 처리할 수 있다.
대신에, 영상 처리기(160)는 샘플링된 CGH 데이터가 불투명 기판(141)에 의해 가려진 부분의 정보를 더 포함할 수 있도록 보간법(interpolation)이나 보외법(extrapolation)을 통해 샘플링된 CGH 데이터를 보완할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소 내의 영역 ①, ②, ③, ④에 해당하는 CGH 데이터를 단순 평균하여 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 그러면, 제 1 및 제 2 디스플레이 화소(130a, 130b)는 각각 그의 영역 ①, ②, ③, ④에 대한 평균 CGH 데이터를 기초로 홀로그램 패턴을 표시할 수 있다.
또는, 불투명 기판(141)에 가려진 영역과 개구(142)를 통해 보이는 영역에 대해 가중치를 다르게 하여 CGH 데이터를 추출할 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 도 2에서 제 1 디스플레이 화소(130a)의 영역 ②에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고 영역 ①, ③, ④에 해당하는 CGH 데이터에는 제 1 가중치보다 작은 제 2 가중치를 곱한 후 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 마찬가지로, 영상 처리기(160)는 도 2에서 제 2 디스플레이 화소(130b)의 영역 ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고 영역 ①, ②, ③에 해당하는 CGH 데이터에는 제 1 가중치보다 작은 제 2 가중치를 곱한 후 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다.
또는, 공간 광변조기(130)의 인접한 디스플레이 화소들 사이의 가려진 부분에 대한 정보를 더 고려할 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 도 2에서 제 1 디스플레이 화소(130a)의 영역 ②에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고 영역 ①, ③, ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 2 가중치를 곱하고 제 2 디스플레이 화소(130b)의 영역 ①, ③에 해당하는 CGH 데이터에 제 2 가중치보다 작은 제 3 가중치를 곱하여 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 대신에, 영상 처리기(160)는 각각의 개구(142)를 중심으로 그 개구(142)로부터 멀어지는 영역의 CGH 데이터에 점점 더 작은 가중치를 곱하여 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수도 있다.
영상 처리기(160)는 상술한 방식으로 생성한 최종적인 고해상도 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공한다. 그리고, 공간 광변조기(130)는 샘플링된 고해상도 CGH 데이터를 이용하여 홀로그램 패턴을 화면 상에 표시한다. 그러면, 공간 광변조기(130)보다 더 높은 해상도를 갖는 가상의 공간 광변조기가 일부 디스플레이 화소들을 끄고 불규칙적으로 배열된 일부 디스플레이 화소들만으로 고해상도의 영상을 표시하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 의해 결정되는 시야창의 크기보다 확장된 시야창을 얻을 수 있다.
한편, 공간 광변조기(130)는 다수의 디스플레이 화소들의 어레이로 구성되어 있기 때문에, 다수의 디스플레이 화소들의 물리적인 어레이 구조가 회절 격자로서도 작용하게 된다. 따라서, 조명광은 공간 광변조기(130)에서 표시되는 홀로그램 패턴뿐만 아니라, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들의 어레이로 구성된 규칙적인 회절 격자에 의해서도 회절 및 간섭하게 된다. 또한, 조명광 중에서 일부는 홀로그램 패턴에 의해 회절되지 않고 공간 광변조기(130)를 그대로 투과하게 된다. 그 결과, 홀로그램 영상이 점으로 모아지는 포커싱 광학계(120)의 초점 평면(또는 동공 평면) 상에는 다수의 격자점(lattice spot)들이 나타나게 된다. 이러한 다수의 격자점들은 재생되는 홀로그램 영상의 화질을 저하시키고 홀로그램 영상의 감상을 불편하게 만드는 영상 노이즈로서 작용한다. 예를 들어, 포커싱 광학계(120)의 광축 상에는 회절되지 않은 조명광에 의한 0차 노이즈가 형성된다. 또한, 0차 노이즈 주변에는 공간 광변조기(130)의 규칙적인 디스플레이 화소 구조에 의해 회절된 빛의 간섭에 의해 발생하는 규칙적인 격자 구조의 고차 노이즈가 형성된다.
이러한 다수의 노이즈들이 관찰자의 눈에 보이지 않도록 하기 위하여, 홀로그램 영상의 스폿이 다수의 노이즈들을 피하여 재생되도록 축비킴(off-axis) 방식으로 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 다수의 노이즈들은 공간 광변조기(130)의 물리적인 내부 구조에 의해 발생하는 것이고 홀로그램 패턴과는 무관하기 때문에, 다수의 노이즈들의 위치는 언제나 고정되어 있다. 반면, 홀로그램 영상의 스폿 위치는 공간 광변조기(130)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 의해 결정되므로, 다수의 노이즈들이 없는 위치에 홀로그램 영상이 재생되도록 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 홀로그램 영상 정보를 담고 있는 CGH 데이터에 프리즘 페이즈(prism phase)를 더 할 수 있다. 그러면, 공간 광변조기(130)에서 홀로그램 패턴에 추가하여 표시되는 프리즘 패턴에 의해, 홀로그램 영상은 포커싱 광학계(120)의 광축으로부터 비켜서 재생될 수 있다. 따라서, 재생되는 홀로그램 영상은 0차 노이즈로부터 떨어질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광학 소자(140)에 의해 시야창이 확장됨으로써 재생되는 홀로그램 영상의 위치가 0차 노이즈로부터 더욱 멀리 떨어질 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 광학 소자(140)의 개구(142)들이 불규칙적으로 배열되어 있기 때문에, 공간 광변조기(130)의 규칙적인 디스플레이 화소 구조에 의해 발생하는 고차 노이즈를 감쇄하거나 제거할 수 있다.
예를 들어, 도 3은 광학 소자(140)를 사용하지 않는 비교예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의한 관찰자의 눈의 동공 평면에서의 빛의 분포를 예시적으로 보인다. 도 3을 참조하면, 동공 평면의 중심, 즉 광축 상에는 0차 회절에 의한 0차 노이즈(N0)가 형성된다. 그리고, 0차 노이즈(N0)의 주변에는 ±1차 이상의 고차 회절에 의해 발생하는 고차 노이즈(N1)들이 격자 형태로 규칙적으로 형성된다. 도 3에서 고차 노이즈(N1)들에 의해 둘러싸인 굵은 실선으로 표시된 사각형은 공간 광변조기(130)의 해상도에 의해 결정되는 시야창이 된다. 도 3에는 도시되지 않았지만, 시야창 바깥쪽으로도 고차 노이즈(N1)들이 규칙적으로 발생하게 된다.
홀로그램 영상(L)은 축비킴 방식을 이용하여 0차 노이즈(N0)로부터 약간 떨어져 재생된다. 그리고, 0차 노이즈(N0)를 중심으로 홀로그램 영상(L)의 반대쪽으로는 복소 켤레 영상(complex conjugate image)이 발생한다. 축비킴 방식을 이용하더라도, 프리즘 페이즈의 표현 한계는 공간 광변조기(130)의 화소 피치보다 작아서 홀로그램 영상(L)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 고차 노이즈(N1)보다 멀리 벗어날 수 없다. 다시 말해, 공간 광변조기(130)의 해상도에 의해 결정되는 시야창을 넘어서 홀로그램 영상(L)이 재생될 수 없다.
도 4는 광학 소자(140)를 사용한 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에 의한 관찰자의 눈의 동공 평면에서의 빛의 분포를 예시적으로 보인다. 도 4를 참조하면, 동공 평면의 중심에는 0차 회절에 의한 0차 노이즈(N0)가 형성된다. 그러나, 광학 소자(140)의 개구(142)들의 불규칙적인 배열로 인해 ±1차 이상의 고차 회절에 의해 발생하는 고차 노이즈(N1)들은 거의 발생하지 않는다. 또한, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소보다 작은 크기를 갖는 광학 소자(140)의 개구(142)들로 인해 홀로그램 영상(L)은 공간 광변조기(130)의 해상도에 의해 결정되는 시야창을 넘어서 재생될 수 있다.
따라서, 시야창이 실질적으로 확장되는 효과가 있으며, 홀로그램 영상(L)이 0차 노이즈(N0)로부터 더 멀어지기 때문에 홀로그램 영상(L)을 더욱 편안하게 감상할 수 있다. 또한, 이렇게 시야창이 확장되면 시선 추적기(170)와 액추에이터(180)의 정밀도가 떨어지더라도 홀로그램 영상(L)을 시야창 내에 재생하기가 쉬워진다. 따라서, 고정밀도를 갖는 고가의 시선 추적기(170)와 액추에이터(180)를 사용하지 않고도 크로스토크가 낮은 홀로그램 영상(L)의 재생이 가능하게 된다.
도 2에 도시된 광학 소자(140)의 경우, 공간 광변조기(130)의 각각의 디스플레이 화소마다 개구(142)가 하나씩 배치되었다. 다시 말해, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들과 광학 소자(140)의 개구(142)들이 서로 1:1로 대응되었다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 개구(142)들의 배치는 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 다른 실시예에 따른 광학 소자(140)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 5를 참조하면, 공간 광변조기(130)의 일부의 디스플레이 화소(130c, 130f)에는 개구(142)가 배치되지 않고, 일부의 디스플레이 화소(130d, 130e)에는 2개의 개구(142)가 배치될 수도 있다. 이러한 개구(142)들의 배치는 불규칙적으로 랜덤하게 결정될 수 있다. 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들과 광학 소자(140)의 개구(142)들이 완벽하게 1:1로 대응하지 않더라도, 광학 소자(140)의 개구(142)들의 전체 개수는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 또는 그보다 많도록 설계될 수 있다.
2개의 개구(142)들이 배치된 디스플레이 화소(130d, 130e)에 대해서는 다양한 방식으로 CGH 데이터를 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(130)의 2번째 행의 3번째 열에 배치된 제 3 디스플레이 화소(130d)의 경우, 영역 ①, ④에 개구(142)가 배치되어 있고 영역 ②, ③이 불투명 기판(141)에 가려져 있다. 이 경우, 영상 처리기(160)는 영역 ①에 해당하는 CGH 데이터와 영역 ④에 해당하는 CGH 데이터 중에서 임의로 선택된 하나의 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 대신에, 영상 처리기(160)는 단순히 영역 ①에 해당하는 CGH 데이터와 영역 ④에 해당하는 CGH 데이터를 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수도 있다. 또 대신에, 영상 처리기(160)는 영역 ①, ②, ③, ④에 해당하는 CGH 데이터들을 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 또는, 영상 처리기(160)는 영역 ①, ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고 영역 ②, ③에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치보다 작은 제 2 가중치를 곱하여 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 또는, 개구(142)가 배치되지 않은 인접한 제 4 디스플레이 화소(130c)에 대한 정보를 더 고려할 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리기(160)는 영역 ①, ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고, 영역 ②, ③에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치보다 작은 제 2 가중치를 곱하고, 제 4 디스플레이 화소(130c)의 영역 ②, ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 2 가중치보다 작은 제 3 가중치를 곱하여 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다.
또한, 공간 광변조기(130)의 3번째 행의 첫 번째 열에 배치된 제 5 디스플레이 화소(130e)의 경우, 영역 ②, ③에 개구(142)가 배치되어 있고 영역 ①, ④가 불투명 기판(141)에 가려져 있다. 이 경우에도 위에서 설명한 방식과 마찬가지로, 영상 처리기(160)는 제 5 디스플레이 화소(130e)의 영역 ②에 해당하는 CGH 데이터와 영역 ③에 해당하는 CGH 데이터 중에서 임의로 선택된 하나의 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공하거나, 영역 ②에 해당하는 CGH 데이터와 영역 ③에 해당하는 CGH 데이터를 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공하거나, 영역 ①, ②, ③, ④에 해당하는 CGH 데이터들을 모두 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공하거나, 또는 영역 ②, ③에 해당하는 CGH 데이터에 제 1 가중치를 곱하고 영역 ①, ④에 해당하는 CGH 데이터에 제 2 가중치를 곱하여 평균한 CGH 데이터를 공간 광변조기(130)에 제공할 수 있다. 또는, 인접한 디스플레이 화소의 가려진 영역들에 대한 CGH 데이터를 더 고려하여 CGH 데이터를 샘플링할 수도 있다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시된 광학 소자(140)의 경우, 하나의 개구(142)의 크기가 하나의 디스플레이 화소 크기의 약 1/4이다. 따라서, 광학 소자(140)의 전체 면적에서 개구(142)의 면적이 차지하는 비율(이하, 점유율)은 25%이다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 점유율의 광학 소자(140)가 가능하다. 또한, 광학 소자(140)의 개구(142)들의 배열 패턴들도 매우 다양하게 선택될 수 있다. 광학 소자(140)의 개구(142)들의 점유율 및 개구(142)들이 배열되는 패턴 형태들에 따라, 시야창이 확장되는 정도, 고차 노이즈(N1)들이 감쇄되는 정도, 고차 노이즈(N1)들의 위치 등이 달라질 수 있다.
예를 들어, 도 6 내지 도 10은 다양한 점유율을 갖는 광학 소자(140)들의 개구(142)들의 배열 형태들을 예시적으로 보인다. 도 6에 도시된 광학 소자(140)는 약 25%의 점유율을 갖도록 설계되었으며, 도 7 내지 도 9에 도시된 광학 소자(140)는 약 12.5%의 점유율을 갖도록 설계되었고, 도 10에 도시된 광학 소자(140)는 약 7.8%의 점유율을 갖도록 설계되었다. 예를 들어, 도 6에서 광학 소자(140)의 각각의 개구(142)의 면적은 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소의 면적보다 약 1/4 정도 작으며, 광학 소자(140) 내의 개구(142)들의 개수와 공간 광변조기(130) 내의 디스플레이 화소들의 개수가 거의 같을 수 있다.
그러나, 개구(142)의 면적이 반드시 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소 면적의 1/4로만 한정되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 7 내지 도 9에서 개구(142)의 면적은 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소의 면적보다 약 1/8 정도 작으며, 광학 소자(140) 내의 개구(142)들의 개수와 공간 광변조기(130) 내의 디스플레이 화소들의 개수가 거의 같을 수 있다. 또한, 도 10에서 개구(142)의 면적은 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소의 면적보다 약 1/16 정도 작으며, 광학 소자(140) 내의 개구(142)들의 개수는 공간 광변조기(130) 내의 디스플레이 화소들의 개수보다 약 1.248배 정도 적을 수 있다. 예를 들어, 평균적으로 1,000개의 디스플레이 화소들에 대해 1,248개의 개구(142)가 불규칙하게 할당될 수 있다.
또한, 개구(142)의 면적과 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소 면적이 반드시 정수비의 관계를 가져야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 광학 소자(140)가 약 7.8%의 점유율을 갖는 경우, 광학 소자(140) 내의 개구(142)들의 개수를 공간 광변조기(130) 내의 디스플레이 화소들의 개수와 동일하게 선택하고, 개구(142)의 면적이 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소 면적의 7.8%가 되도록 선택할 수 있다. 또한, 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 개구(142)의 면적에 대한 공간 광변조기(130)의 각각의 디스플레이 화소의 면적의 비와 대체로 같지만, 엄격하게 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 재생될 홀로그램 영상의 밝기 및 필요한 시야창의 크기 등을 고려하여, 각각의 개구(142)의 면적에 대한 공간 광변조기(130)의 각각의 디스플레이 화소의 면적의 비가 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비보다 조금 더 크거나 작도록, 개구(142)의 크기를 조절할 수도 있다.
동일한 점유율을 갖는 광학 소자(140)의 경우에도 개구(142)들의 배열 형태들에 따라 동공 평면에서의 빛의 분포는 조금씩 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 6, 도 9 및 도 10에 도시된 광학 소자(140)를 사용한 경우, 고차 노이즈(N1)들이 관찰되지 않았다. 그리고, 도 7 및 도 8에 도시된 광학 소자(140)를 사용한 경우에 0차 노이즈(N0) 근처에 약간의 희미한 고차 노이즈(N1)가 발견되었다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자(140)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 11을 참조하면, 광학 소자(140)의 하나의 개구(142)가 여러 개의 작은 관통홀(through hole)들의 어레이로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 11에는 하나의 개구(142)가 4개의 관통홀들의 어레이로 구성된 예를 도시하고 있으나, 하나의 개구(142)를 구성하는 관통홀들의 개수에는 특별한 제한이 없다.
한편, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들의 개수는 매우 많으며, 그에 대응하는 광학 소자(140)의 개구(142)들의 개수도 매우 많다. 이러한 많은 개구(142)들의 위치들을 모두 불규칙하게 설계하는 것이 어려울 수도 있고, 또한 공간 광변조기(130)의 크기와 동일한 크기로 한 장의 광학 소자(140)를 제작하는 것이 어려울 수도 있다. 이 경우, 불규칙하게 배열된 다수의 개구(142)를 갖는 광학 소자 유닛을 제작하고, 동일한 광학 소자 유닛들을 반복하여 배열함으로써 광학 소자(140)를 제작할 수 도 있다.
예를 들어, 도 12는 또 다른 실시예에 따른 광학 소자(140)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 12를 참조하면, 광학 소자(140)는 반복하여 배치된 다수의 광학 소자 유닛(140a)을 포함한다. 각각의 광학 소자 유닛(140a)에는 다수의 개구(142)가 불규칙하게 배열되어 있다. 다수의 광학 소자 유닛(140a)은 모두 동일한 배열 형태의 개구(142)들을 갖는다. 도 12에는 광학 소자(140)가 예시적으로 4개의 광학 소자 유닛(140a)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 더 많은 개수의 광학 소자 유닛(140a)을 포함할 수도 있다. 도 12에 도시된 광학 소자(140)의 개구(142)들은 하나의 광학 소자 유닛(140a) 내에서는 불규칙적으로 배열된다. 그러나, 동일한 광학 소자 유닛(140a)들이 반복되기 때문에, 전체적으로 보았을 때 광학 소자(140)는 광학 소자 유닛(140a)의 배열 주기만큼의 규칙성을 가질 수 있다.
지금까지 광학 소자(140)의 불규칙한 광투과 패턴들이 불투명 기판(141)을 관통하여 형성된 개구(142)들인 것으로 설명하였다. 그러나, 불투명 기판(141)과 개구(142)를 사용하는 경우에는, 조명광의 일부만이 개구(142)를 통과하기 때문에 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 다수의 개구(142) 대신에 다수의 마이크로렌즈의 어레이를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도 13은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자(140')의 구성을 예시적으로 보이며, 도 14는 A-A' 라인을 따라 도 13에 도시된 광학 소자를 절단한 단면도를 보인다. 도 13을 참조하면, 광학 소자(140')는 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈(143)를 포함할 수 있다. 여기서, 광학 소자(140')의 다수의 광투과 패턴은 다수의 마이크로렌즈(143)일 수 있다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 광학 소자(140')의 마이크로렌즈(143)들은 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들과 1:1로 대응할 수 있으며, 마이크로렌즈(143)들의 개수는 디스플레이 화소들의 개수와 동일할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 공간 광변조기(130)의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 광학 소자(140')의 다수의 마이크로렌즈(143) 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다. 각각의 마이크로렌즈(143)는 중심 광축을 갖는데, 그 중심 광축의 위치가 마이크로렌즈(143)들마다 불규칙하고 랜덤하게 다를 수 있다. 다시 말해, 공간 광변조기(130)의 어느 한 디스플레이 화소와 그에 대응하는 광학 소자의 한 마이크로렌즈(143)의 중심 광축 사이의 상대 위치가 공간 광변조기(130)의 다른 디스플레이 화소들과 그에 대응하는 광학 소자(140')의 다른 마이크로렌즈(143)들의 중심 광축 사이의 상대 위치들과 서로 상이하고, 상이한 정도가 불규칙적일 수 있다. 개구(142)들을 포함하는 광학 소자(140)와 비교할 때, 광학 소자(140')의 다른 마이크로렌즈(143)들의 중심 광축은 광학 소자(140)의 개구(142)들의 중심과 일치할 수 있다.
각각의 마이크로렌즈(143)는 그에 대응하는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 영역 내에만 배치된다. 그리고, 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들마다 그에 대응하는 마이크로렌즈(143)의 중심 광축의 위치가 상이하기 때문에, 도 14의 단면도에 도시된 바와 같이, 서로 다른 디스플레이 화소에 대응하는 인접한 2개의 마이크로렌즈(143) 사이의 경계가 불연속적일 수 있다.
그 외에, 개구(142)들을 포함하는 광학 소자(140)에 대해 설명한 내용들은 마이크로렌즈(143)들을 포함하는 광학 소자(140')에도 대부분 적용될 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(130)의 일부의 디스플레이 화소에는 마이크로렌즈(143)가 배치되지 않고, 일부의 디스플레이 화소에는 2개의 마이크로렌즈(143)가 배치될 수도 있다. 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들과 광학 소자(140')의 마이크로렌즈(143)들이 완벽하게 1:1로 대응하지 않더라도, 광학 소자(140')의 마이크로렌즈(143)들의 전체 개수는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 또는 그보다 많도록 설계될 수 있다.
또한, 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비를 고려하여, 각각의 마이크로렌즈(143)의 굴절력을 결정할 수 있다. 만약 마이크로렌즈(143)가 빛을 굴절시키지 않는 평판인 경우에는 광학 소자(140')가 존재하지 않는 것과 동일하게 된다. 마이크로렌즈(143)의 굴절력은 광학 소자(140)의 개구(142)의 크기에 대응하는 의미를 갖는다. 마이크로렌즈(143)에 의해 형성되는 스폿의 크기가 작아질수록, 다시 말해 마이크로렌즈(143)의 굴절력이 커질수록 개구(142)의 크기가 작아지는 것과 동일한 효과가 있다. 또한, 마이크로렌즈(143)의 굴절력이 작아지는 것은 개구(142)의 크기가 커지는 것과 동일한 효과가 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈(143)가 빛을 굴절시키지 않으면 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 크기와 동일한 것과 같은 효과가 있다. 또한, 포커싱 광학계(120)의 초점 평면 상에서 마이크로렌즈(143)가 화상을 1/2로 축소시키도록 마이크로렌즈(143)의 굴절력이 선택된다면, 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소의 크기의 1/2인 것과 거의 동일한 효과를 줄 수 있다. 따라서 공간 광변조기(130)의 실제 해상도에 대한 영상 처리기(160)에 의해 계산된 CGH의 해상도의 비가 증가할수록, 이에 대응하여 마이크로렌즈(143)의 굴절력을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 또한, 불규칙하게 배열된 다수의 개구(142)를 포함하는 광학 소자(140)와 불규칙하게 배열된 다수의 마이크로렌즈(143)를 포함하는 광학 소자(140')를 모두 포함할 수도 있다. 예를 들어, 광학 소자(140)의 개구(142)의 크기와 광학 소자(140')의 마이크로렌즈(143)의 굴절력 등의 파라미터들을 조합하여 홀로그램 영상의 화질 등을 최적화하는 것이 가능하다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(100)가 컬러 홀로그램 영상을 제공하는 경우, 공간 광변조기(130)는 적색, 녹색 및 청색의 화소를 갖는 컬러 디스플레이 장치로 구현된다. 이를 위해, 공간 광변조기(130)는 디스플레이 화소들에 각각 대응하여 배치된 다수의 컬러 필터들의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 도 15는 일 실시예에 따른 공간 광변조기(130)의 컬러 필터 어레이의 컬러 필터 분포를 예시적으로 보인다. 도 15를 참조하면, 컬러 필터 어레이(131)는 적색 파장의 광만을 투과시키는 다수의 적색 컬러 필터(131a), 녹색 파장의 광만을 투과시키는 다수의 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 파장의 광만을 투과시키는 다수의 청색 컬러 필터(131c)를 포함할 수 있다. 각각의 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)는 공간 광변조기(130)의 디스플레이 화소에 1:1로 대응할 수 있다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 다수의 적색 컬러 필터(131a), 다수의 녹색 컬러 필터(131b), 및 다수의 청색 컬러 필터(131c)들은 불규칙하게 배열될 수 있다. 고차 노이즈(N1)들은 동일한 파장의 빛이 서로 보강 간섭 및 소멸 간섭을 하여 발생하는 간섭 무늬 패턴이다. 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)들이 규칙적으로 배열되어 있으면, 적색 컬러 필터(131a)들은 적색 파장의 빛에 대해 회절 격자가 되고, 녹색 컬러 필터(131b)들은 녹색 파장의 빛에 대해 회절 격자가 되고, 청색 컬러 필터(131c)들은 청색 파장의 빛에 대해 회절 격자가 될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 다수의 적색 컬러 필터(131a), 다수의 녹색 컬러 필터(131b), 및 다수의 청색 컬러 필터(131c)들을 불규칙하게 배열함으로써 동일한 파장의 빛이 서로 간섭하는 것을 억제할 수 있다.
공간 광변조기(130)의 전체 영역 내에서 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)들의 개수는 동일할 수 있다. 그리고, 공간 광변조기(130) 내에서 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)들이 비교적 균일하면서도 불규칙하게 분포될 수 있다. 그리고, 영상 처리기(160)는 적색 CGH 데이터, 녹색 CGH 데이터, 및 청색 CGH 데이터를 각각 계산할 때, 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)들의 위치를 고려하여 계산할 수 있다.
또한, 도 16은 또 다른 실시예에 따른 광학 소자(140)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 16을 참조하면, 다수의 적색 컬러 필터(131a), 녹색 컬러 필터(131b), 및 청색 컬러 필터(131c)에 각각 대응하는 광학 소자(140)의 다수의 개구(142)들이 불규칙하게 배열될 수 있다. 도 16에서 점선으로 표시한 사각 격자들은 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소 또는 하나의 컬러 필터에 대응한다. 도 16에는 각각의 개구(142)의 크기가 공간 광변조기(130)의 하나의 디스플레이 화소 크기의 대략 1/3인 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
광학 소자(140)의 다수의 개구(142)들은 공간 광변조기(130)의 전체적인 디스플레이 화소들에 대해서도 불규칙적으로 배열되며, 각각의 컬러 필터들에 대해서도 불규칙하게 배열된다. 예를 들어, 다수의 적색 컬러 필터(131a)와 그에 각각 대응하는 다수의 개구(142) 사이의 상대적인 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있으며, 다수의 녹색 컬러 필터(131b)와 그에 각각 대응하는 다수의 개구(142) 사이의 상대적인 위치들이 불규칙적으로 설정되고, 다수의 청색 컬러 필터(131c)와 그에 각각 대응하는 다수의 개구(142) 사이의 상대적인 위치들이 불규칙적으로 설정될 수 있다.
도 16에는 공간 광변조기(130)의 다수의 컬러 필터들에 각각 대응하는 광학 소자(140)의 광투과 패턴들이 개구(142)인 것으로 도시되었으나, 개구(142) 대신에 마이크로렌즈(143)를 사용할 수도 있다.
도 17 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)는 광을 제공하는 광원(110), 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 공간 광변조기(130), 홀로그램 영상을 공간 상에 포커싱하는 포커싱 광학계(120), 시야창을 확장하기 위한 광학 소자(140), 재생할 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 신호를 생성하여 공간 광변조기(130)에 제공하는 영상 처리기(160), 광원(110)에서 방출된 광을 공간 광변조기(130)로 전달하는 조명 광학계(210), 및 관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적기(170)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)는, 좌안용 제 1 광원과 우안용 제 2 광원을 포함하지 않고, 조명 광학계(110)를 이용해 하나의 광원(110)으로 좌안용 홀로그램 영상과 우안용 홀로그램 영상을 제공할 수 있다. 이를 위해 조명 광학계(210)는 광원(110)으로부터 입사하는 광을 분할하여 각각 좌안 방향과 우안 방향으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명 광학계(210)는 입력 커플러(212)와 출력 커플러(213)를 갖는 투명한 도광판(211) 및 광원(110)으로부터 방출된 광을 입력 커플러(212)에 제공하는 빔 편향기(214)를 포함할 수 있다.
빔 편향기(214)는 입사광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔을 만드는 액정 편향기일 수 있다. 2개의 광빔은 입력 커플러(212)에 서로 다른 각도로 입사하게 되며, 도광판(211)의 내부에서도 서로 다른 각도로 진행하게 된다. 그 결과, 출력 커플러(213)를 통해 출사하는 2개의 광빔의 출사각도 역시 서로 다르게 된다. 출력 커플러(213)로부터 나온 2개의 광빔은 포커싱 광학계(120), 공간 광변조기(130), 및 광학 소자(140)를 거친 후, 최종적으로 관찰자의 좌안과 우안으로 각각 진행할 수 있다. 또한, 빔 편향기(214)는 시선 추적기(170)로부터 제공되는 관찰자의 동공 위치 정보에 응답하여 입력 커플러(212)에 입사하는 2개의 광빔의 입사각을 조절할 수 있다.
도 17에서는 출력 커플러(213)로부터 나온 광빔의 진행 방향을 따라 포커싱 광학계(120), 공간 광변조기(130), 및 광학 소자(140)가 순차적으로 배치된 것으로 도시되었으나, 이는 단지 예시일 뿐이며 포커싱 광학계(120), 공간 광변조기(130), 및 광학 소자(140)의 배치 순서는 다르게 선택될 수도 있다. 광학 소자(140)는 불규칙적으로 랜덤하게 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 포함하여, 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)의 시야창을 확장하고 고차 노이즈를 줄일 수 있다.
상술한 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200.....홀로그래픽 디스플레이 장치
110.....광원 120.....포커싱 광학계
130.....공간 광변조기 140.....광학 소자
141.....불투명 기판 142.....개구
143.....마이크로렌즈 160.....영상 처리기
170.....시선 추적기 180.....액추에이터
210.....조명 광학계 211.....도광판
212.....입력 커플러 213.....출력 커플러
214.....빔 편향기

Claims (39)

  1. 광을 제공하는 광원;
    입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 것으로, 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 구비하는 공간 광변조기; 및
    상기 공간 광변조기의 입광면 또는 출광면에 대향하여 배치된 것으로, 불규칙적으로 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 갖는 광학 소자;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과 패턴의 어레이의 해상도는 상기 공간 광변조기의 해상도보다 높은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 재생할 홀로그램 영상에 따라 홀로그램 데이터를 생성하여 상기 공간 광변조기에 제공하는 영상 처리기를 더 포함하며,
    상기 영상 처리기는 상기 광투과 패턴의 어레이의 해상도에 대응하는 해상도로 홀로그램 데이터를 생성하고, 각각의 광투과 패턴의 위치에 해당하는 홀로그램 데이터를 추출하여 상기 공간 광변조기에 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 상기 다수의 광투과 패턴에 대응하는 다수의 디스플레이 화소를 포함하며, 각각의 디스플레이 화소에는 그에 대응하는 광투과 패턴의 위치에 대응하는 홀로그램 패턴이 표시되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 개구의 크기는 상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소의 크기보다 작은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나 또는 그 이상의 개구가 대응하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나의 개구가 대응하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소 중에서 일부 디스플레이 화소에 대응하여 상기 개구가 배치되지 않은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 개구 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 제 1 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 1 개구 사이의 상대 위치가 상기 공간 광변조기의 제 2 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 2 개구 사이의 상대 위치가 서로 상이한 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 개구들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 그보다 많은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 개구들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 마이크로렌즈들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같거나 그보다 많은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 마이크로렌즈들의 개수는 상기 공간 광변조기의 디스플레이 화소들의 개수와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나 또는 그 이상의 마이크로렌즈가 대응하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소에 대해 하나의 마이크로렌즈가 대응하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소 중에서 일부 디스플레이 화소에 대응하여 상기 마이크로렌즈가 배치되지 않은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 제 1 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 1 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치가 상기 공간 광변조기의 제 2 디스플레이 화소와 그에 대응하는 상기 광학 소자의 제 2 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치가 서로 상이한 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 제 1 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 1 컬러 필터, 제 1 파장과 상이한 제 2 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 2 컬러 필터, 및 제 1 및 제 2 파장과 상이한 제 3 파장의 광만을 투과하는 다수의 제 3 컬러 필터를 구비하는 컬러 필터 어레이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이에서 상기 다수의 제 1 컬러 필터, 다수의 제 2 컬러 필터, 및 다수의 제 3 컬러 필터들이 불규칙하게 배열되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 제 1 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있으며,
    상기 공간 광변조기의 다수의 제 2 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있고,
    상기 공간 광변조기의 다수의 제 3 컬러 필터와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자는 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구를 구비하는 제 1 광학 소자 및 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈를 구비하는 제 2 광학 소자를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적기를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 광원은 제 1 시점을 갖는 제 1 홀로그램 영상을 위한 제 1 광원 및 상기 제 1 시점과 상이한 제 2 시점을 갖는 제 2 홀로그램 영상을 위한 제 2 광원을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 시선 추적기로부터 제공된 관찰자의 동공 위치에 응답하여 상기 제 1 광원 및 제 2 광원의 위치를 조절하는 액추에이터를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 광을 상기 공간 광변조기로 전달하는 조명 광학계를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 입력 커플러와 출력 커플러를 갖는 도광판 및 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 입력 커플러에 제공하는 빔 편향기를 포함하며,
    상기 빔 편향기는 상기 시선 추적기로부터 제공된 관찰자의 동공 위치 정보에 응답하여 상기 입력 커플러에 입사하는 광의 입사각을 조절하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  31. 입사광을 변조하여 홀로그램 영상을 재생하기 위한 홀로그램 패턴을 형성하는 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 구비하는 공간 광변조기, 및 상기 공간 광변조기의 입광면 또는 출광면에 대향하며 불규칙적으로 배열된 다수의 광투과 패턴의 어레이를 갖는 광학 소자를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 실제 해상도보다 높은 해상도를 갖는 CGH(computer generated hologram)를 계산하는 단계;
    상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴의 위치에 맞추어 상기 계산된 CGH를 샘플링하는 단계; 및
    샘플링된 CGH 데이터를 이용하여 상기 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불투명 기판 상에 불규칙하게 배열된 다수의 개구인 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    각각의 개구의 크기는 상기 공간 광변조기의 하나의 디스플레이 화소의 크기보다 작은 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 개구의 면적에 대한 각각의 디스플레이 화소의 면적의 비와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 다수의 개구의 전체 면적에 대한 디스플레이 화소의 전체 면적의 비와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 개구 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  37. 제 31 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 다수의 광투과 패턴은 불규칙하게 2차원 배열된 다수의 마이크로렌즈인 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 다수의 디스플레이 화소와 그에 각각 대응하는 상기 광학 소자의 다수의 마이크로렌즈의 중심 사이의 상대 위치들이 불규칙적으로 설정되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 실제 해상도에 대한 상기 계산된 CGH의 해상도의 비는 각각의 마이크로렌즈의 굴절력에 의해 결정되는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 디스플레이 방법.
KR1020190003290A 2018-11-06 2019-01-10 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 KR20200052199A (ko)

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