KR20200071108A - 넓은 시야를 생성하기 위한 디스플레이 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차원 및/또는 3차원 오브젝트 또는 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 이러한 디스플레이 디바이스는 충분히 간섭성인 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 입사된 광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 및 적어도 하나의 광학 시스템을 포함한다. 적어도 하나의 광학 시스템은 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 다중 이미징을 위해 제공되고, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징의 개수에 대응하여, 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공된다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들이 세그먼트로서 서로 결합되어 시야를 형성한다. 시야는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 포함한다.

Description

넓은 시야를 생성하기 위한 디스플레이 디바이스 및 방법

본 발명은 2차원 및/또는 3차원 오브젝트(object) 또는 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 디스플레이 디바이스에 의해 넓은 시야를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.

2차원 또는 3차원 디스플레이 또는 디스플레이 디바이스에서, 넓은 시야 또는 넓은 관찰 각도(Field of View)를 생성하는 것이 양호한 사용자 편의를 위해 특히 유리하다.

그러나, 홀로그래픽 디스플레이에서, 넓은 시야는 일반적으로 공간 광 변조 장치에서 매우 많은 개수의 픽셀을 필요로 하거나, 또는 선택적으로, 시야의 상이한 영역이 시간적으로 연속적으로 표현되는 경우, 공간 광 변조 장치의 매우 높은 이미지 재생률(frame rate)을 필요로 한다. 표현된 장면 또는 오브젝트가 관찰될 수 있는 가상 관찰자 윈도우를 오브젝트 또는 장면의 표현과 관련하여 생성하는 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이의 경우, 이는: 예를 들어 460 nm의 파장의 청색 광에 대해 7 mm 크기의 가상 관찰자 윈도우 또는 가시성 범위를 생성하도록, 예를 들어 공간 광 변조 장치에서 시야 또는 관찰 각도(°)당 대략 250 개의 복소수 픽셀이 요구된다는 것을 의미한다. 또한, 4000 x 2000 픽셀을 갖는 고해상도의, 단지 위상만을 변조하는 공간 광 변조 장치에 있어서, 각각 2개의 위상 픽셀이 복소 매크로 픽셀을 형성하도록 결합되고, 이에 따라 약 2000 x 2000 복소 매크로 픽셀이 존재하는 것을 가정하면, 대략 수직으로 8도 x 수평으로 8도의 단지 하나의 시야가 생성될 수 있다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 특히 공간 광 변조 장치의 픽셀의 개구에서의 회절 효과 및 광원에 의해 방출되는 간섭성인 광의 간섭에 기초한다. 그러나, 가상 관찰자 윈도우를 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 대한 일부 중요한 조건들은 기하학적 광학 장치에 의해 공식화되고 정의될 수 있다.

한편으로는 여기서 중요한 것은, 디스플레이 디바이스에서의 조명 빔 경로이다. 이러한 조명 빔 경로는 특히 가상 관찰자 윈도우를 생성하기 위해 사용된다. 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 실제의 또는 가상의 광원을 포함하는 조명 장치에 의해 조명된다. 따라서, 공간 광 변조 장치의 상이한 픽셀들로부터 나오는 광은 각각 가상 관찰자 윈도우로 지향되어야 한다. 이를 위해, 공간 광 변조 장치를 조명하는 조명 장치의 적어도 하나의 광원은 보통 가상 관찰자 윈도우를 포함하는 관찰자 평면으로 이미징된다. 광원의 이러한 이미징은 예를 들어 가상 관찰자 윈도우의 중앙에서 수행된다. 이 경우, 무한대의 광원에 대응하는 평면파로 공간 광 변조 장치를 조명할 때, 예를 들어 이러한 픽셀들로부터 수직으로 방출되는 공간 광 변조 장치의 상이한 픽셀들로부터의 광이 가상 관찰자 윈도우의 중심에 포커싱된다. 그러나, 공간 광 변조 장치의 다양한 픽셀들로부터 수직이 아닌 각각 동일한 회절 각도로 나오는 광은 따라서 가상 관찰자 윈도우에서 각각의 동일한 위치에 마찬가지로 포커싱된다. 그러나, 일반적으로 가상 관찰자 윈도우는 또한 적어도 하나의 광원의 이미지에 대해 측방향으로 변위될 수 있고, 예를 들어 적어도 하나의 광원의 이미지의 위치는 관찰자 윈도우의 좌측 가장자리 또는 우측 가장자리와 일치할 수 있다.

다른 한편으로는, 다이렉트 뷰 디스플레이를 제외하고, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서는 이미징 빔 경로가 중요하다. 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에서는, 일반적으로 그 치수가 작은 공간 광 변조 장치의 확대된 이미지가 생성된다. 이는 종종 공간 광 변조 장치 자체가 위치하는 거리보다 더 먼 거리로 관찰자에게 나타나는 가상 이미지이다. 공간 광 변조 장치의 개별 픽셀은 보통 확대되어 이미징된다.

가상 관찰자 윈도우를 생성하는 홀로그래픽 다이렉트 뷰 디스플레이는 조명 빔 경로를 포함한다. 디스플레이는 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치를 포함한다. 예를 들어 조명 장치는 백라이트로서 형성되고, 이는 공간 광 변조 장치를 조명하는 시준된 편평한 파면을 생성한다. 시준된 파면은 무한대 거리로부터 공간 광 변조 장치를 조명하는 가상 광원에 대응한다. 공간 광 변조 장치는 발산된 또는 수렴된 파면에 의해서도 또한 조명될 수 있는데, 그러나 이는 공간 광 변조 장치의 전방 또는 후방에서 유한한 거리에 있는 실제의 또는 가상의 광원에 대응한다. 필드 렌즈는 공간 광 변조 장치에 의해 발생하는 광을 가상 관찰자의 위치에 포커싱한다. 공간 광 변조 장치에 홀로그램이 기록되지 않으면, 관찰자 평면에 광원의 이미지 및 더 높은 회절 차수로서의 이러한 이미지의 주기적인 반복이 발생한다. 적절한 홀로그램이 공간 광 변조 장치에 기록되면, 가상 관찰자 윈도우는 0차 회절 차수 가까이에서 발생한다. 이것은 이하에서 가상 관찰자 윈도우가 광원 이미지의 평면에 위치되는 것으로 언급된다. 홀로그래픽 다이렉트 뷰 디스플레이에서, 광원의 이미지를 생성하는 필드 렌즈는 일반적으로 공간 광 변조 장치에 가깝다. 공간 광 변조 장치의 이미지는 존재하지 않고, 관찰자가 실제 거리로 공간 광 변조 장치를 보게 된다. 이 경우, 이미징 빔 경로가 존재하지 않는다.

예를 들어 헤드 마운트 디스플레이(HMD), 헤드 업 디스플레이(HUD) 또는 다른 프로젝션 디스플레이와 같은 다른 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서, 이미 짧게 언급된 바와 같은 이미징 빔 경로를 추가적으로 제공할 수 있다. 이러한 디스플레이 디바이스에서 공간 광 변조 장치의 관찰자가 보는 실제의 또는 가상의 이미지가 생성되고, 여기서 또한 조명 빔 경로는 가상 관찰자 윈도우의 생성에 중요하다. 따라서, 여기에서 2개의 빔 경로, 즉 조명 빔 경로 및 이미징 빔 경로는 중요하다.

예를 들어 입체적(stereoscopic) 디스플레이 디바이스와 같은 다른 디스플레이 디바이스에서도, 이미징 빔 경로 및 조명 빔 경로가 존재하는 경우가 발생할 수 있다. 스위트 스폿을 생성하기 위한 입체적 디스플레이 디바이스는 예를 들어 언급된 홀로그래픽 디스플레이, 즉 공간 광 변조 장치의 시준된 조명 및 필드 렌즈와 같은 유사한 광학 조립체를 포함할 수 있지만, 그러나 예를 들어 정의된 산란 각도를 갖는 산란 요소와 같은 추가적인 컴포넌트도 또한 포함할 수 있다. 산란 요소가 디스플레이 디바이스로부터 제거되면, 필드 렌즈는 스위트 스폿의 평면에서 광원 이미지를 생성할 것이다. 그 대신에, 산란 요소를 사용함으로써, 광은 관찰자의 눈 거리보다 더 좁은 확장된 스위트 스폿에 걸쳐 분포된다. 그러나, 비네팅(vignetting) 효과 없이 입체적 이미지를 완전히 볼 수 있기 위해서는, 조명 빔 경로가 중요하다. 이 경우, 3차원 입체적 디스플레이 디바이스는 마찬가지로 공간 광 변조 장치가 관찰자로부터 특정 거리에 이미징되게 하는 이미징 빔 경로를 포함할 수 있다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서, 3차원 장면으로부터 홀로그램을 계산할 때 서브 홀로그램의 전형적인 크기는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면 또는 평면에 대한 공간에서의 3차원 장면의 위치에 의존한다. 예를 들어 치수가 큰 서브 홀로그램은, 장면이 공간 광 변조 장치의 이미지 평면 또는 평면 전방에서 관찰자를 향해 멀리 존재하는 경우에, 형성된다. 그러나, 큰 서브 홀로그램은 홀로그램 계산 시 계산 비용을 증가시킨다. 출원인의 WO 2016/156287 A1호에는 공간 광 변조 장치의 가상 평면의 계산 도입을 통해 계산 비용을 감소시키는 방법이 개시된다. 그러나, 대안적으로, 공간 광 변조 장치의 이미지 평면이 유리한 위치에 형성되어, 홀로그램이 치수가 작은 서브 홀로그램을 갖도록 계산될 수 있는 광학 시스템을 선택할 수 있는 가능성이 또한 바람직할 것이다.

가상 관찰자 윈도우를 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 대안적인 실시예에서, 공간 광 변조 장치의 이미징이 가상 관찰자 윈도우에서 또한 발생할 수 있다. 물리적인 스크린이 존재하지 않는 경우, 3차원 장면의 홀로그래픽 표현을 위한 일종의 스크린 또는 기준 평면이 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에 제공되어, 따라서 광원의 이미지 평면이 제공된다. 따라서, 이러한 유형의 디스플레이 디바이스에서 마찬가지로 이미징 빔 경로 및 조명 빔 경로가 존재한다. 그러나, 홀로그램 평면과 관찰자 평면에 대해 중요성은 교환될 수 있다. 이 때, 가상 관찰자 윈도우는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에 위치되고, 따라서 이미징 빔 경로에 대한 기준을 갖는다. 3차원 장면으로부터 홀로그램을 계산하기 위한 홀로그램 또는 기준 평면은 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에 위치되고, 따라서 조명 빔 경로에 대한 기준을 갖는다.

적절하게 계산된 홀로그램이 공간 광 변조 장치에 기록되고, 디스플레이 디바이스가 충분히 간섭성인 광을 생성하는 조명 장치를 포함하는 경우, 홀로그램의 퓨리에 변환으로서의 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에 2차원 이미지가 생성된다. 이러한 평면에 추가적인 산란 요소가 위치될 수 있다. 관찰자 평면에서 공간 광 변조 장치의 이미지가 산란 요소 없이 생성되면, 산란 요소는 그 대신 스위트 스폿을 형성할 것이다. 여기서, 스위트 스폿의 크기는 산란 요소의 산란 각도에 의존한다. 이러한 유형의 배치는 예를 들어 헤드 업 디스플레이(HUD)에서 사용될 수 있다.

이하의 설명은 주로 가상 관찰자 윈도우 또는 스위트 스폿이 광원 이미지의 평면에 존재하는 경우에 관한 것이다. 그러나, 그 설명은 이미징 빔 경로와 조명 빔 경로 또는 공간 광 변조 장치의 평면과 퓨리에 평면의 각각 상호 교환을 통해, 가상 관찰자 윈도우에 공간 광 변조 장치를 이미징하는 실시예들에 대해서도 또한 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 광원 이미지의 평면에서 가상 관찰자 윈도우 또는 스위트 스폿을 갖는 경우로 제한되지 않아야 한다.

WO 2012/062681 A1호에는 가상 관찰자 윈도우를 갖는 홀로그래픽 디스플레이가 개시되어 있다. 시야의 세그먼트화된 표현이 설명된다. 이러한 시야는 공간 광 변조 장치 및 적절한 광학 시스템에 의해, 시야의 복수의 세그먼트들이 시간적으로 연속적으로 표현됨으로써 확대될 수 있다. 이러한 세그먼트화된 시야 내에 장면 또는 오브젝트가 표현될 수 있으며, 따라서 가상 관찰자 윈도우로부터 보여질 수 있다. 그러나, 개별 세그먼트들의 시간 순차적인 생성은 공간 광 변조 장치의 이미지 재생률에 대한 요구를 증가시킨다.

인간의 눈의 망막의 중앙, 중심와(fovea)에서, 인간 또는 사람은 전형적으로 1 분각(arc minute)의 가시적인 각도 해상도를 달성할 수 있다. 문자 "E"는 예를 들어 이러한 문자의 크기가 5 분각인 경우, 100 %의 시력을 가진 사람에 의해 인식되고, 여기서 문자 "E"의 3개의 막대(어두운 영역)는 각각 1 분각을 이루고, 문자 "E"의 2개의 사이 공간(밝은 영역)도 또한 각각 1 분각을 이룬다. 시야 각도(°)당 60 픽셀의 해상도 또는 시야 각도(°)당 30 픽셀의 해상도에서, 사이클은 인접한 검은 점과 흰색 점으로 각각 이루어지고, 따라서 인간의 해상력에 대응한다. 그러나, 망막의 주변 영역에서는 해상도가 명백히 더 낮다.

따라서, 인간의 눈의 망막의 해상력은 단지 작은 각도 범위에서만 높다. 이러한 사실은 예를 들어 주변 시야의 이미지 품질이 감소되고 즉 단지 이미지의 중심의 영역만이 전체 해상도로 계산되고, 이미지의 가장자리의 영역은 더 낮은 해상도로 계산됨으로써, 렌더링 시 작업 로딩을 감소시키도록, 시선 트랙킹 시스템을 사용하는 그래픽 렌더링 기술인 "포비티드 렌더링(foveated rendering)"에 이미 사용되고 있다. 따라서, 이것은 장면 표현에 대해, 단지 관찰자의 눈이 그 순간에 보고 있는 곳만 고해상도로 계산되고, 중앙 시야의 외부는 더 낮은 해상도로 계산된다는 것을 의미한다.

이를 위해, 예를 들어 시선 트랙킹(Gaze Tracking)에 의해 관찰자가 각각 보고 있는 곳이 검출될 수 있다. 이러한 유형의 "포비티드 렌더링"은 홀로그램의 계산에도 또한 사용될 수 있다. 그러나, 이것은 유리하게는 단지 필요한 연산 능력에만 영향을 미치고, 사용된 공간 광 변조 장치의 필요한 픽셀의 개수 또는 필요한 이미지 재생률에는 영향을 미치지 않는다.

WO 2012/062681 A1호에는 예를 들어 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에서 관찰 각도 또는 시야의 부분의 세그먼트화된 또는 타일링된 표현과, 홀로그래픽 및 입체적 표현이 또한 결합될 수 있다는 것이 또한 설명된다. 이 경우, 세그먼트화된 다중 이미징으로 지칭되는 시야의 타일링은 홀로그래픽 HMD에서 수행되고, 여기서 일 실시예에서 세그먼트의 하나의 부분은 홀로그래픽으로 생성되고, 세그먼트의 다른 부분은 입체적으로 생성된다. 이에 대해 다음이 개시된다: 확장된 실시예 - 확장된 관찰자 공간에 이미지 컨텐츠의 시간적 및/또는 공간적 세그먼트 방식의 제공 - 는 비-간섭성인 2D 표현 및/또는 3D 스테레오 표현과, 동적으로 인코딩된, 적어도 부분 간섭성인 홀로그래픽 3D 표현의, 입체각에서의 가변적인 결합을 나타낸다. 단순한 실시예에서는, 예를 들어 - 여기서 표현의 단순성을 위해, 단지 수직 관찰 각도만이 고려됨 - 평균 각도 범위는 (0 내지 ±13)°, 즉 필드 렌즈 평면에서 SLM의 중심 세그먼트에 대응하는 26°는 동적으로 인코딩된 홀로그래픽 3D 표현에 의해 생성될 수 있다. +13° 내지 +39° 및 -13° 내지 -39°의 중앙 각도 범위에 대해 상부 및 하부에 연결되는 각도 범위는 2D 또는 3D 스테레오 표현에 의해 생성될 수 있다. 그 배경에는, 사용자가 자연 환경 내에서 고해상도 및 강하게 인지될 수 있는 3D 인상으로 단지 제한된 입체각만을 검출할 수 있다는 점이 있다. 사용자가 매우 큰 입체각을 사용할 수 있는 경우, 고해상도 및 강하게 인지될 수 있는 3D 인상의 특징은 전체 입체각의 단지 부분 영역에만 존재한다. 이것은 사용자가 집중할 수 있는 영역이다. 이러한 영역은 공간 내에서 사용자의 눈 움직임과 함께 이동할 수 있기 때문에, 강한 초점 및 3D 특징으로 표현된 공간 영역도 또한 이동하게 하는 것이 유리하다. 이러한 목적을 위해, 눈 위치 및/또는 시선 방향을 검출하는 것이 제공될 수 있다.

입체적 3차원 (3D) 표현의 중요한 문제점은 수렴 조절 불일치(vergence-accommodation-conflict)이다. 수렴 조절 불일치는 특히 관찰자가 디스플레이 표면 또는 공간 광 변조 장치의 표면 상에 포커싱할 때, 입체적 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이에서 발생하므로, 관찰자는 이를 선명하게 인지한다. 표현된 2개의 입체적 이미지의 시차는 디스플레이 표면의 전방 또는 후방에 보일 수 있는 3차원 오브젝트를 시사한다. 여기서 눈은 디스플레이 표면으로부터 이러한 오브젝트가 나타날 수 있는 거리에 수렴한다. 이를 통해, 오브젝트가 고정되고, 선명하게 인지되어야 한다. 그러나, 오브젝트가 디스플레이 표면으로부터 실제로 멀리 위치되지 않으므로, 관찰자가 이러한 오브젝트를 고정하는 경우, 오브젝트를 이제 더 이상 선명하게 볼 수 없다. 이를 통해, 관찰 시 입체적 장면 또는 오브젝트를 관찰할 때 두통 또는 다른 유형의 불편함을 매우 자주 유발할 수 있다.

그러나, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이를 사용할 때 이러한 부정적인 영향이 방지될 수 있다.

측면 해상도가 감소함에 따라 인지 가능한 깊이 해상도도 또한 감소하기 때문에, 관찰자가 중심와의 중앙 영역에서 고해상도로 인지하는 장면의 동일한 영역들에 대해 수렴 조절 불일치가 가장 강하게 발생한다. 또한, 중심와의 중앙 영역의 외부에서 눈은 여전히 깊이를 인지할 수 있지만, 그러나 깊이 해상도는 낮다. 그러나, 중심와의 중앙 외부에서 매우 멀리 있는 주변 시야에서는 단지 2차원 보기만이 가능하다.

따라서 중심와의 중앙에서 망막에 나타나는, 눈의 시선 방향으로의 3차원 장면의 관찰 각도 또는 시야의 영역이 홀로그래픽으로 표현되고, 중심와의 중앙 외부에서 더 낮은 해상도로 인지되는 관찰 각도의 범위가 입체적으로 표현되면, 이에 따라 가능한 수렴 조절 불일치가 순수한 입체적 표현에 비해 감소된다. 그러나, 관찰 각도 또는 시야의 홀로그래픽 부분이 충분히 커서, 단지 깊이 정보가 없는 관찰 각도의 범위에서만 스테레오 표현이 수행되는 경우에만, 수렴 조절 불일치가 완전히 방지될 수 있다. 홀로그래픽으로 표현되어야 하는 관찰 각도의 범위는 이를 위해 대략 30도이고, 따라서 WO 2012/062681 A1호에서 26도의 수치 예시로 명시된 홀로그래픽 범위와 유사하다. 이미 설명된 바와 같이, 예를 들어 개별 세그먼트에서 2000 x 2000 복소 매크로 픽셀을 갖는 공간 광 변조기는 단지 수직으로 8도 x 8도의 시야만을 생성할 것이다.

WO 2012/062681 A1호는 특히 입체적 및 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 2개의 상이한 광 변조기를 사용하는 가능성을 또한 설명한다.

WO 2018/146326 A2호에는 동일한 공간 광 변조 장치 또는 2개의 상이한 공간 광 변조 장치에 의해 생성된 홀로그래픽 및 입체적 세그먼트들의 결합을 마찬가지로 허용하는 만곡된 광 가이드 장치를 사용하는 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이가 설명된다. 적어도 하나의 홀로그래픽 세그먼트의 관찰 각도 섹션 또는 시야 섹션을 관찰자의 시선 위치에서 시선 트랙킹 및 추적에 의해, 그리고 입체적 세그먼트를 갖는 넓은 관찰 각도 또는 넓은 시야를 생성함으로써, 전체적으로 넓은 관찰 각도 또는 넓은 시야가 생성되고, 여기서 이러한 생성은 종래의 순수한 홀로그래픽 표현에서보다 공간 광 변조 장치에 대한 더 낮은 요구로 수행된다.

그러나, WO 2018/146326 A2호는 다음과 같은 단점을 포함할 수 있다: 인간의 눈이 여전히 명백한 깊이 해상도를 갖는 전체 각도 범위가 가능한 수렴 조절 불일치를 완전히 방지하기 위해 일반적인 방식으로 홀로그래픽으로 표현되는 경우, 공간 광 변조 장치에는 여전히 비교적 많은 개수의 픽셀 또는 시간 순차적으로 생성되는 비교적 많은 세그먼트들이 필요하다.

WO 2012/062681 A1호에서의 수치 예시는 예를 들어 수직으로 26°의 평균 각도 범위를 언급하며, 이는 홀로그래픽으로 표현된다. 각도(°)당 250 픽셀로 언급된 예시에서, 이것은 공간 광 변조 장치에서 대략 6500개의 복소 매크로 픽셀의 개수에 대응하거나, 또는 공간 광 변조 장치에서 대략 2000개의 복소 매크로 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치에 대해 대략 3 내지 4개의 순차적으로 표현된 세그먼트들에 대응할 것이다. 따라서, 수직으로 26도 x 수평으로 26도의 관찰 각도 또는 시야의 경우, 9 내지 16개의 세그먼트들이 생성될 것이다. 이것은 다소 높은 계산 및 표현 비용에 대응한다.

따라서, 본 발명의 과제는 간단한 수단으로, 그리고 높은 계산 및 시간 비용 없이 넓은 시야를 생성하는 것을 가능하게 하는 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 이것은 바람직하게는 공간 광 변조 장치의 세그먼트화된 이미지와 조합하여 구현될 수 있어야 한다. 특히, 감소된 그러나 여전히 존재하는 깊이 해상도에서, WO 2018/146326 A1호의 디스플레이 디바이스보다 인간의 눈의 망막의 감소되는 측면 해상도에 더 양호하게 적응되고, 공간 광 변조 장치의 픽셀 개수 또는 이미지 재생률에 대한 요구를 더 감소시키고, 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이에서 사용자 편의의 추가 개선에 기여하는 디스플레이 디바이스가 제공되어야 한다.

본 발명의 과제는 본 발명에 따르면, 본원의 청구범위 제1항의 특징을 갖는 디스플레이 디바이스에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 눈 인접 디스플레이 및 여기서 특히 헤드 마운트 디스플레이에 사용하기에 특히 적합한 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 그러나 그 사용이 이들 디스플레이 또는 디스플레이 디바이스로 제한되지는 않아야 한다. 디스플레이 디바이스는 예를 들어 현재까지 시장에서 통상적인 헤드 업 디스플레이보다 넓은 시야를 포함하는 미래의 헤드 업 디스플레이에서도 또한 사용될 수 있다.

2차원 및/또는 3차원 오브젝트 또는 장면을 표현하기 위한 이러한 유형의 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 충분히 간섭성인 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 입사된 광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 및 적어도 하나의 광학 시스템을 포함한다. 적어도 하나의 광학 시스템은 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 다중 이미징을 위해 제공되고, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징의 개수에 대응하여 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공된다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들이 세그먼트로서 서로 결합되어 시야를 형성한다. 시야는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 포함한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트와 결합된 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 시야의 세그먼트화된 표현을 사용하여 넓은 관찰 각도 또는 넓은 시야를 생성하도록 제공되는 것이 제공된다. 이러한 방식으로 유리하게는, 종래 기술에서 이미 공지된 디스플레이 디바이스와 비교하여, 공간 광 변조 장치의 감소된 픽셀의 개수 및/또는 감소된 이미지 재생률이 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 사용될 수 있다. 또한, 시야의 세그먼트화된 생성 및 표현을 통해, 넓은 시야가 개별 세그먼트들의 서로의 결합에 의해 생성되고, 그 내부에서 관찰자에 의해 3차원 장면 또는 오브젝트가 관찰될 수 있다. 이를 위해, 관찰자는 가상 관찰자 윈도우를 통해 3차원 장면을 관찰한다. 이것은 각각의 개별 세그먼트가 넓은 시야에 대해 생성되는 경우, 가상 관찰자 윈도우가 생성되고, 여기서 관찰자의 한쪽 눈에 대해 생성된 모든 관찰자 윈도우가 관찰자 평면에서 일 위치에서 형성되어 서로 중첩된다는 것을 의미한다.

관찰자의 눈의 시선 방향에 있어야 하거나 또는 전체 시야의 생성 후에 발견되어 이에 따라 중심와의 중앙에서 망막에 나타나는 3차원 장면의 시야의 하나 이상의 세그먼트는 홀로그래픽 고해상도로, 즉 매우 높은 해상도로 생성되고 표현된다. 본 출원의 의미에서, 해상도, 즉 시야 각도(°)당 시야의 오브젝트 포인트 - 여기서 시야는 가상 관찰자 윈도우에 의해 결정됨 - 가 시야 각도(°)당 60 픽셀/오브젝트 포인트의 망막의 중앙에서의 관찰자의 눈 해상도에 거의 도달하거나, 완전히 도달하거나, 또는 이를 초과하는 경우, 특히 해상도가 시야 각도(°)당 50 픽셀/오브젝트 포인트보다 더 크거나 또는 이와 동일할 때, 세그먼트는 고해상도로서 지칭된다. 이 경우, 시야 각도(°)당 50 픽셀/오브젝트 포인트는 홀로그래픽 고해상도 세그먼트에 필요한 해상도가 눈 해상도에 거의 도달하지만, 그러나 완전히 도달하지는 않은 경우일 수 있다.

그러나, 관찰자의 눈의 시선 방향에 있지 않아야 하거나 또는 전체 시야가 생성된 후에 발견될 수 있어 이에 따라 망막에 나타나지만, 그러나 중심와의 중앙에 있지는 않은 동일한 3차원 장면의 시야의 하나 이상의 세그먼트가 홀로그래픽 저해상도로, 즉 낮은 해상도로 생성되고 표현된다. 본 출원의 의미에서, 해상도, 즉 시야 각도(°)당 오브젝트 포인트 - 여기서 시야는 가상 관찰자 윈도우에 의해 결정됨 - 가 명백히 관찰자의 눈 해상도의 미만인 경우, 특히 해상도가 시야 각도(°)당 40 픽셀/오브젝트 포인트보다 더 작거나 또는 이와 동일한 경우, 예를 들어 시야 각도(°)당 40 픽셀/오브젝트 포인트 내지 시야 각도(°)당 5 픽셀/오브젝트 포인트 미만의 범위 - 그러나 5 픽셀/오브젝트 포인트의 이러한 낮은 값에 제한되지는 않음 - 에 있는 경우, 세그먼트는 저해상도로서 지칭된다.

예를 들어 크기가 약 8도 x 8도인 고해상도 홀로그래픽 세그먼트와, 크기가 약 50도 x 50도인 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 결합을 통해, 수평으로 50도 x 수직으로 50도의 넓은 시야 또는 넓은 관찰 각도가 생성될 수 있다. 이 경우, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 각각 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 내에 위치된다. 세그먼트들의 관찰 각도의 크기는 예시적으로 언급된 수치 값에 제한되지는 않는다. 예를 들어 세그먼트의 수평 관찰 각도 및 수직 관찰 각도는 또한 상이할 수 있다. 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 예를 들어 60도 x 30도의 크기를 또한 포함할 수 있다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 약 10도 x 10도의 관찰 각도의 최대 크기를 포함할 수 있다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 약 100도 x 100도의 관찰 각도의 최대 크기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해, 유리하게는 관찰자의 눈의 시선 방향에 있지 않은 3차원 장면의 오브젝트에 대해 입체적 세그먼트를 생성하는 것과 비교하여, 또한 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해서도 재구성된 오브젝트 포인트의 보다 현실적인 깊이 표현이 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 관찰 각도 또는 시야가 순전히 홀로그래픽으로 생성되기 때문에, 가능한 수렴 조절 불일치가 상당히 또는 완전히 방지된다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예 및 개발예는 추가의 종속항으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 광학 시스템은 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성과 관련하여 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우의 크기는 시야 내의 오브젝트 또는 장면을 관찰하는 관찰자의 눈 동공의 크기와 동일하거나 또는 이보다 더 크다.

인간의 눈의 전형적인 눈 동공 크기는 대략 2.5 mm 내지 6 mm의 범위에 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우의 크기는 대략 6 mm 내지 대략 15 mm의 범위에서 선택될 수 있다.

본 발명의 특히 유리한 다른 실시예에서, 적어도 하나의 광학 시스템은 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성과 관련하여 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우의 크기는 시야 내의 오브젝트 또는 장면을 관찰하는 관찰자의 눈 동공의 크기보다 더 작다.

이 경우, 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 관찰자의 눈 동공보다 더 작은 가상 관찰자 윈도우에 의해 생성된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우의 크기는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm의 범위에서 선택된다.

유리하게는, 관찰자의 눈 동공보다 더 작은 크기의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 의해, 공간 광 변조 장치에서 인코딩될 홀로그램의 계산을 위한 비용뿐만 아니라, 특정 관찰 각도의 생성을 위해 필요로 하는 공간 광 변조 장치의 필요한 픽셀의 개수도 또한 감소된다.

또한 유리하게는, 복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들 및/또는 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들이 상이한 크기의 가상 관찰자 윈도우를 포함하는 것이 제공된다.

따라서, 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들, 그러나 특히 상이한 크기의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어 약 0.5 mm 크기의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 약 2 mm 크기의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 제공되고, 생성될 수 있다. 그러나 원칙적으로, 상이한 크기의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들도 또한 관찰자 평면에서 사용될 수 있다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 위한 개별 가상 관찰자 윈도우의 크기는 유리하게는 약 6 mm 내지 약 15 mm의 범위에 있다.

또한, 크기가 상이한 가상 관찰자 윈도우를 갖는 복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들은, 크기가 상이한 가상 관찰자 윈도우를 갖는 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들과 시야 내에서 결합되어 제공되는 것도 또한 가능하다.

가상 관찰자 윈도우의 크기를 통해, 각각의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 그리고 각각의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 공간 광 변조 장치의 시야 각도(°)당 필요한 픽셀에 대한 상이한 값이 생성된다.

적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징을 제공하는 적절하게 형성된 광학 시스템을 통해, 시야 각도(°)당 픽셀의 개수가 적절하게 정의되고, 선택되고, 조정될 수 있다. 이 경우, 광학 시스템은 관찰자 평면에서 가상 관찰자 윈도우에 대한 공간 광 변조 장치의 이미지의 대응하게 정의된 거리 및 공간 광 변조 장치의 이미지의 사전 정의된 확대를 제공한다.

적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우 및 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우의 생성은 관찰자 평면에서 유리하게는 동일한 위치에 제공될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 관찰자 윈도우와 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우의 적어도 부분적인 중첩이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 상이한 공간 광 변조 장치들이 사용될 수 있다. 따라서 이를 위해, 적어도 2개의 공간 광 변조 장치가 제공되는 것이 제안될 수 있고, 여기서 하나의 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 제공되고, 다른 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 제공된다.

적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 다른 공간 광 변조 장치는 여기서 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어 2개의 공간 광 변조 장치는 상이한 크기의 픽셀, 상이한 많은 픽셀 또는 상이한 종횡비도 또한 포함할 수 있다. 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 공간 광 변조 장치는, 예를 들어 8도 x 8도의 관찰 각도를 생성하기 위해, 2000 x 2000 복소수 픽셀의 정사각형 배치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 공간 광 변조 장치는, 예를 들어 2:1의 종횡비에서 1000 x 500 복소수 픽셀의 직사각형 배치를 포함할 수 있고, 60도 x 30도의 관찰 각도를 생성할 수 있다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 동일한 공간 광 변조 장치가 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 위해 사용된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 포함하는 것이 제공될 수 있다.

광학 시스템은 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소 또는 컴포넌트를 포함하도록 설계된다. 광학 시스템에서 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소에 의해, 대응하는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성할 때 생성되는 가상 관찰자 윈도우의 크기, 또는 시야 각도(°)당 픽셀의 개수가 선택되고 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 간단한 수단에 의해 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 선택하는 것이 가능하다. 이를 위해, 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 생성되는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대응하여 스위칭되거나 또는 제어될 수 있다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 광학 시스템은 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소를 포함하는 것이 제공될 수 있고, 여기서 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭될 수 있거나 또는 제어될 수 있고, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭될 수 있거나 또는 제어될 수 있다.

적어도 하나의 광학 시스템에서 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 렌즈 요소로서, 또는 미러 요소로서 또한 형성될 수 있고, 또는 스위칭 상태에 따라 입사된 광을 상이하게 편향시키는 격자 요소로서도 또한 형성될 수 있다. 렌즈 요소는 선택적으로 굴절성으로 또는 회절성으로 형성될 수 있다. 광학 시스템에서 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 또한 편광 스위치로서 형성될 수 있으며, 이러한 편광 스위치는 예를 들어 편광 선택성 렌즈 요소 또는 와이어 격자 편광기(Wire Grid Polarizer)와 같은 수동 편광 선택성 요소와 조합되고, 편광 선택성 미러로서, 또는 편광 상태에 따라 광을 상이하게 편향시키는 수동 격자 요소로서 작용한다. 이러한 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 빔 경로에서 광 전파 방향으로 볼 때 적어도 하나의 공간 광 변조 장치와, 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우 및 관찰자의 눈이 위치되는 관찰자 평면 사이에 배치될 수 있다.

또한 유리하게는, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 단일 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되는 것이 제공될 수 있다.

선택적으로, 홀로그래픽 세그먼트, 그러나 특히 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 홀로그램은 단일 시차 인코딩 형태로 또한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록될 수 있다. 이러한 방식으로, 일 차원 또는 일 방향으로, 즉 공간 광 변조 장치에서 홀로그램의 인코딩 방향으로, 가상 관찰자 윈도우 및 이에 대해 수직인 차원 또는 방향으로, 즉 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 스위트 스폿이 생성된다. 따라서, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 스위트 스폿은 또한 그 크기가 관찰자의 전형적인 눈 동공보다 더 클 수도 있다. 예를 들어 관찰자 평면에서 스위트 스폿의 영역은 약 10 mm의 치수를 포함할 수 있고, 여기서 가상 관찰자 윈도우의 영역은 약 1 mm의 치수를 포함할 수 있다.

저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해서뿐만 아니라, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해서도 또한 동일한 공간 광 변조 장치가 사용되면, 이 경우 이들 세그먼트는 시간 순차적으로, 즉 연속적으로 생성된다.

그러나, 2개의 공간 광 변조 장치, 즉 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위한 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위한 다른 공간 광 변조 장치가 사용될 때, 이 경우 이들 세그먼트는 동시에, 즉 시간적으로 동시에 생성될 수 있다.

본 발명의 대안적인 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 전체 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되고, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 단일 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되는 것이 제공될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해, 홀로그램의 전체 시차 인코딩이 사용되고, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해, 홀로그램의 단일 시차 인코딩이 사용된다.

또한 여기서, 하나의 그리고 동일한 공간 광 변조 장치가 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해서뿐만 아니라, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성을 위해서도 또한 사용되는 것이 다시 제공될 수 있는데, 그러나 여기서 이들 세그먼트는 상이한 인코딩에 의해 공간 광 변조 장치에 기록되고, 그런 다음 시간 순차적으로 생성된다.

그러나 또한, 2개의 공간 광 변조 장치, 즉 하나의 공간 광 변조 장치가 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 그리고 다른 공간 광 변조 장치가 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 다시 사용될 수 있고, 여기서 2개의 공간 광 변조 장치에는 상이한 인코딩에 의해 홀로그램이 각각 기록되고, 그런 다음 이들 세그먼트가 동시에 생성된다.

또한 유리하게는, 관찰자 평면에 존재하는 더 높은 회절 차수를 제거하기 위해 적어도 하나의 필터 조립체가 제공되는 것이 제안될 수 있다.

특히, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 더 높은 회절 차수의 광을 필터링하도록 제공될 수 있으므로, 이러한 광은 시야에서 3차원 장면의 관찰자의 눈 동공에 도달할 수 없다. 이를 통해, 홀로그래픽 재구성 또는 홀로그래픽으로 재구성된 장면 또는 오브젝트의 바람직하지 않은 이중 이미지가 눈에 보이는 것이 방지된다. 그러나, 추가적으로 동일하거나 또는 추가적인 필터 조립체에 의해, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 모든 또는 단지 특정의 더 높은 회절 차수의 광이 필터링되는 것이 또한 제공될 수 있다. 눈 동공의 전형적인 크기보다 더 큰 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우의 경우, 이러한 광은 일반적으로 눈에 직접적으로 입사되지 않을 것이다. 그러나, 필터링은 광학 시스템에 존재할 수도 있는 바람직하지 않은 간섭 효과, 예를 들어 렌즈 표면에서의 바람직하지 않은 반사 등을 감소시킬 수 있다. 또는, 필터링은 예를 들어 단지 특정 각도 허용만을 포함하는 체적 격자와 같은 광학 요소들을 보다 용이하게 사용할 수 있게 한다.

유리하게는 시선 트랙킹 장치 및 적어도 하나의 추적 장치가 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 제공될 수 있다. 시선 트랙킹 장치는 여기서 눈의 동공 위치를 탐지하기 위해, 그리고 오브젝트 또는 장면을 관찰하는 관찰자의 시선을 트랙킹하기 위해 제공될 수 있다.

적어도 하나의 추적 장치는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우를 추적하기 위해 그리고/또는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우를 추적하기 위해 제공될 수 있고, 따라서 특히 관찰자 윈도우 추적 장치로서 형성될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 추적 장치는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지의 가상 관찰자 윈도우의 위치, 이에 따라 거리, 또는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 여기서 시야 내의 관찰 각도 범위의 위치를, 시선 트랙킹 장치에 의해 확인된 관찰자의 눈의 초점 위치 및 시선 방향에 적응시키도록 제공될 수 있고, 이에 따라 특히 시선 추적 장치로서 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 2개의 추적 장치, 즉 관찰자 윈도우 추적 장치 및 시선 추적 장치를 포함하는 것이 가능하고, 그리고 또한 바람직하다.

시선 추적 장치에서, 예를 들어 WO 2010/149587 A2호에서 설명되는 바와 같이, 예를 들어 가변 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 회절 격자가 사용될 수 있다. 렌즈 기능을 적어도 하나의 회절 격자에 기록함으로써, 예를 들어 가상 관찰자 윈도우에 대한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지의 거리가 변위될 수 있다. 프리즘 기능을 적어도 하나의 회절 격자에 기록함으로써, 예를 들어 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 시야에서의 관찰 각도 범위가 변위될 수 있다.

시선 추적 장치는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에서, 예를 들어 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 디스플레이 디바이스에서 시선 추적 장치의 이러한 위치로 제한되지는 않으므로, 디스플레이 디바이스 내의 다른 위치들도 또한 가능하다.

바람직하게는, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트뿐만 아니라, 또한 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 가상 관찰자 윈도우가 눈 또는 관찰자가 다른 위치로 이동할 때 3차원 장면의 관찰자의 눈 위치를 추적하도록 이루어짐으로써, 관찰자 추적이 관찰자 윈도우 추적 장치에 의해 수행된다. 시야의 개별 세그먼트들의 이러한 추적은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어 WO 2018/037077 A2호에 설명된 바와 같이, 예를 들어 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 복수의 회절 차수들이 사용될 수 있고, 이들 회절 차수 내에서 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 프리즘 항 또는 프리즘 함수의 인코딩에 의한 가상 관찰자 윈도우의 변위가 사용될 수 있다. 예를 들어 WO 2010/149587 A2호에 설명된 바와 같이, 가변 격자 주기를 갖는 회절 격자가 다른 실시예에서도 마찬가지로 사용될 수 있다.

예를 들어 가상 관찰자 윈도우를 추적하기 위한 적어도 하나의 회절 격자는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 위치로 제한되는 것은 아니고, 다른 위치도 마찬가지로 가능하다.

그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 관찰자 윈도우 추적 및 시선 추적의 조합을 수행하는 적어도 2개의 회절 격자도 또한 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명은 특정 유형의 추적에 제한되지는 않는다.

본 발명의 특히 유리한 다른 실시예에서, 시야는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 입체적 세그먼트를 포함하는 것이 제공될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 시야에서 적어도 하나의 입체적 세그먼트와 결합될 수 있다. 이는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 추가적으로 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 생성되는 것을 의미한다. 이러한 적어도 하나의 입체적 세그먼트는 시야의 측면 영역에서 생성되며, 이 시야의 측면 영역에서 관찰자는 단지 저해상도만을 갖고 그리고 크게 줄여지거나 또는 더 이상 존재하지 않는 깊이 해상도를 갖는 표현된 장면을 인지하는데, 즉 장면 또는 오브젝트의 3차원 인상이 거의 존재하지 않거나 또는 전혀 존재하지 않는다. 이러한 적어도 하나의 입체적 세그먼트는 시야에 고정된 세그먼트로서 형성된다. 이것은 이러한 입체적 세그먼트가 추적 장치에 의해 시야에서 다른 위치로 변위되지 않는다는 것을 의미한다.

예를 들어 약 8도 x 8도 크기의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트와 약 50도 x 50도 크기의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 약 120도 x 50도 크기의 고정된, 이에 따라 변위될 수 없는 입체적 세그먼트와의 조합에 의해, 수평으로 120도 x 수직으로 50도의 넓은 시야 또는 넓은 관찰 각도가 생성될 수 있다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 적어도 하나의 시선 추적 장치에 의해 시야 내에서 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 약 ±25도의 범위에서 변위될 수 있다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 마찬가지로 시야 내에서 수평 방향으로 약 ±25도의 범위에서 변위될 수 있지만, 그러나 수직 방향으로는 고정되는데, 즉 변위될 수 없다.

이 경우, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 생성되고 표현된 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 내부에 위치된다. 이는 넓은 시야를 생성하기 위한 이러한 2개의 세그먼트의 일반적인 표현과 관련된다. 추가적으로, 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 생성되고, 이러한 방식으로 시야가 더 확대되면, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 추가적으로 생성되고 표현된 입체적 세그먼트의 내부에 위치된다.

따라서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 입체적 세그먼트는 시야에서 부분적으로 또는 전체적으로 중첩되도록 배치되는 것이 유리할 수 있다.

개별 세그먼트들, 즉 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 및 추가적으로 입체적 세그먼트가 더 생성되어야 하는 경우에 이러한 입체적 세그먼트도 또한, 시야에서 선택적으로 부분적으로 또는 전체적으로 서로 중첩될 수 있다. 특히, 그 크기가 더 작게 생성된 세그먼트들은 그 크기가 더 크게 생성된 세그먼트들에 완전히 포함될 수 있고, 추적 장치에 의해 변위될 수 있다. 이는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트뿐만 아니라 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에도 적용되고, 또한, 존재하는 경우, 입체적 세그먼트에도 또한 적용된다.

또한, 본 발명의 유리한 실시예에서, 광 가이드, 적어도 하나의 광 커플링 장치 및 적어도 하나의 광 디커플링 장치를 포함하는 적어도 하나의 광 가이드 장치가 제공되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 광은 광 가이드의 내부에서 광 가이드의 경계 표면에서의 반사를 통해 전파되고, 광 디커플링 장치에 의해 광 가이드로부터 광이 디커플링되는 것은 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 정의된 횟수의 반사 후에 제공된다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 광학적 구조는 또한 예를 들어 광 가이드 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, WO 2018/146326 A2호에 설명된 바와 같이, 이러한 방식으로 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되고 변위될 수 있다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 예를 들어 동일한 광 가이드 장치의 사용 하에, 그러나 경우에 따라서는 입체적 세그먼트에 대해 WO 2018/146326 A2호에 설명된 바와 같이, 유사한 방식으로 광 가이드 장치의 광 가이드 내부에서 별도의 광 커플링 장치, 및 광 가이드로부터 광 디커플링 장치에 의해 생성될 수 있다.

이 경우, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때에도 또한, 광은 광 가이드 장치의 광 가이드 내부에서 광 가이드의 경계 표면에서의 반사를 통해 전파된다. 광 가이드 또는 광 가이드 장치로부터 광이 디커플링되는 것은, 각각 개별 세그먼트에 대해 광 디커플링 장치에 의해 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 정의된 횟수의 반사 후에 제공된다. 상이한 세그먼트들에 대해 반사 횟수는 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 횟수는 또한 상이하게 조정될 수도 있다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 경우, 예를 들어 광 가이드 장치의 광 가이드로부터의 디커플링은 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대한 것과 상이하거나 또는 다른 횟수의 반사 후에 수행될 수 있다. 하나 이상의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 하나 이상의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 경우, 개별 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들 또는 개별 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들의 디커플링도 또한 상이한 횟수의 반사 후에 수행될 수 있다.

예를 들어 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 관찰 각도 범위는, 이러한 적어도 하나의 세그먼트에 대한 반사 횟수가 변경되어 조정됨으로써, 관찰자의 시선 방향에 적응될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 광학 시스템 및 적어도 하나의 광 가이드 장치는 유리하게는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 그리고 필요한 경우 적어도 하나의 입체적 세그먼트를 생성하기 위해 제공될 수 있고, 여기서 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 필요한 경우 입체적 세그먼트는 함께, 3차원 장면 또는 3차원 오브젝트가 내부에 표현될 수 있는 시야를 형성한다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 적어도 하나의 광 가이드 장치가 제공되는 경우에도, 적어도 하나의 광 가이드 장치 및 적어도 하나의 광학 시스템에 의해 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징이 제공될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 조명 장치에 제공되는 적어도 하나의 광원의 광원 이미지가 광학 시스템에 의해 광 경로에서 광이 광 가이드 장치 내로 커플링되기 전에 제공되는 것이 유리할 수 있다.

이 경우, 특히 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 바람직하게는 적어도 하나의 광 커플링 장치는 광원 이미지의 위치의 영역 상에 또는 이러한 광원 이미지의 위치의 영역 내에 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 광 가이드 장치의 광 가이드 내로의 광의 커플링은 광원 이미지의 위치 상에 또는 이러한 광원 이미지의 위치 근처에서 수행된다.

유리하게는, 광학 시스템은 서로 교차하여 배치되는 2개의 원통형 광학 요소를 포함하는 것이 또한 제공될 수 있다.

또한, 광학 시스템은 광 경로에서 광이 광 가이드 장치 내로 커플링되기 전에 선형 광원 이미지를 생성하도록 제공되는 것이 유리할 수 있다.

이러한 방식으로, 특히 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 원통형 렌즈 요소로서 형성될 수 있고, 수평 방향 및 수직 방향으로 상이한 초점 거리를 포함하는 2개의 원통형으로 설계된 광학 요소에 의해, 광 가이드 장치에서 광 커플링의 지점에서의 초점은 예를 들어 단지 수평 방향으로만 생성되는 것이 가능하다. 따라서, 광 가이드 장치의 광 커플링 장치 내로의 광의 커플링의 영역에서 선형 또는 1차원 광원 이미지가 생성된다. 다른 방향으로, 일 예시에 따르면, 수직 방향으로, 광원 이미지는 광이 광 가이드 장치로부터 디커플링된 후에만 생성된다.

홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩 또는 개별 시차 인코딩이 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 제공되면, 광 가이드 장치의 광 가이드로부터 광이 디커플링된 후에 빔 경로에서 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 스위트 스폿이 생성될 수 있다. 홀로그램의 인코딩 방향으로 그리고 광 방향으로 적어도 하나의 광 가이드 장치 후방에는, 가상 관찰자 영역이 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면 또는 이미지 평면에서 생성된다. 따라서, 가상 관찰자 영역은 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에서 홀로그램의 인코딩 방향으로 제공된다. 여기서 홀로그램의 퓨리에 변환이 형성되는 이러한 평면은, 공간 광 변조 장치에 홀로그램이 기록되지 않거나 또는 인코딩되지 않는 경우, 광원 이미지의 평면에 또한 대응한다. 이 경우, 광원의 이미지는 광 가이드로부터 광이 디커플링된 후에 광 가이드로부터 정의된 거리에서 생성된다. 다시 말해서, 인코딩 방향으로 가상 관찰자 영역의 위치 상에서 적어도 하나의 광 가이드 장치로부터 광이 디커플링된 후에, 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광원의 광원 이미지가 광 경로에 생성될 수 있다. 이것은 광원 이미지의 일 평면 또는 공간 광 변조 장치의 이미지의 일 평면에서 가상 관찰자 영역 또는 가상 관찰자 윈도우가 생성될 수 있는 것을 의미한다.

이에 대해 수직인 비-인코딩 방향으로, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로의 홀로그램의 바람직한 단일 시차 인코딩이 제공될 때, 광 경로에서 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광원의 광원 이미지는 광 가이드 내로의 광의 커플링 위치 상에 또는 그 근처에 생성될 수 있다. 다시 말하면, 공간 광 변조 장치에 홀로그램이 기록되지 않거나 또는 인코딩되지 않는 경우, 광 가이드 내로의 광의 커플링 위치 상에 또는 그 근처에 라인형 광원 이미지가 존재한다.

2개의 원통형 광학 요소는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 홀로그램이 인코딩되는 방향에 따라 수평 광원 이미지 또는 수직 광원 이미지를 생성하고, 여기서 광원 이미지는 인코딩 방향 및 비-인코딩 방향에 대해, 디스플레이 디바이스의 빔 경로 내의 상이한 위치 상에 형성된다. 예시를 위해, 여기서 "수평 (선형) 광원 이미지" 및 "수직 (선형) 광원 이미지"라는 용어는, 예를 들어 포인트형 광원으로부터 수직 라인 형태의 수평 이미지 또는 수평 라인 형태의 수직 이미지가 형성되는 것으로 이해되어야 하는 것으로 설명된다. 이것은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 공간 광 변조 장치로 홀로그램의 개별 시차 인코딩이 수행될 때 적용된다.

본 발명에 따른 과제는, 청구항 제29항에 따르면, 장면 또는 오브젝트가 상이한 해상도로 내부에 표현되는 넓은 시야를 생성하기 위한 방법에 의해 또한 달성된다.

장면 또는 오브젝트가 상이한 해상도로 내부에 표현되는 넓은 시야를 생성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 광학 시스템에 의해 수행되고,

- 적어도 하나의 공간 광 변조 장치는 입사된 광을 장면 또는 오브젝트의 필요한 정보로 변조하고,

- 적어도 하나의 광학 시스템은 적어도 하나의 공간 광 변조 장치를 다중 이미징하고, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징의 개수에 대응하여 가상 관찰자 윈도우를 생성하고, 여기서 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들이 세그먼트로서 서로 결합되어 시야를 형성하고, 시야의 형성을 위해 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성된다.

여기서 유리하게는, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하는 것은, 광학 시스템의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소에 의해 수행되는 것이 제공될 수 있다.

또한, 광학 시스템에는 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 제공되는 것이 또한 바람직할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭되거나 또는 제어되고, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소는 스위칭되지 않거나 또는 제어되지 않고, 여기서 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭되거나 또는 제어되고, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소는 스위칭되지 않거나 또는 제어되지 않는다.

본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 그리고/또는 설명되는 예시적인 실시예 또는 구성예를 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 이제 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 종속항에 종속된 청구항을 참조해야 하고, 다른 한편으로는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명을 참조해야 하며, 교시의 바람직한 구성예도 또한 일반적으로 설명된다. 이 경우, 본 발명은 설명된 예시적인 실시예에 기초하여 원칙적으로 설명되지만, 그러나 이들에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 인간의 눈의 시야의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 3은 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때의 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 4는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때의 도 3에 따른 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 5는 추가적인 입체적 세그먼트의 생성과 관련하여 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 표현을 갖는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 6은 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 7은 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때의 도 6에 따른 본 발명에 따른 대안적인 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 8은 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 그리고 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 광 커플링 장치의 대안적인 배치로의 도 6 및 도 7에 따른 본 발명에 따른 대안적인 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 9는 광 방향으로 광 가이드 장치의 전방에 광원 이미지가 생성되는, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 다른 대안적인 실시예의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 10은 도 9에 따른 디스플레이 디바이스의 대안적인 구성예의 원칙적인 도면을 도시한다.

동일한 요소들/부품들/컴포넌트들은 또한 도면에서 동일한 참조 부호를 포함한다는 것이 간단히 언급된다.

도 1은 인간의 눈의 시야를 원칙적인 도면으로 도시한다. 이러한 도면은 본 발명의 보다 나은 이해를 제공하기 위한 것이다.

시야 내에 표현된 특징들은 인간의 눈의 망막(retina) 상에 이미징된다. 즉, 시야는 시각적 인지가 존재하는 영역을 나타내는 것을 의미한다. 시야 내에서 특징을 가장 선명하게 보는 것 또는 선명하게 인식하는 것은 단지 망막의 중심와 내에서만 가능하다. 시력, 패턴 인식 및 색각에 관한 해상도 또는 인지 품질은 시야의 주변 영역을 향해서는 급격히 감소한다. 눈의 시야의 수평 범위는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 약 120도이고, 여기서 도 1의 도면은 오직 사람의 눈에만 관련된다. 두 눈의 공동 수평 시야는 약 180도 내지 214도이기 때문이다. 눈이 3차원 인상을 수신할 수 있는 시야의 범위는 약 30도이다. 이러한 30도의 관찰 각도의 외부에서는, 눈은 깊이 인지를 더 이상 인식할 수 없다. 입체적 보기는 약 30도 내지 약 60도의 범위 내에서 가능하지만, 그러나 깊이 인지는 할 수 없다.

도 2에는 가상 관찰자 윈도우가 생성되는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다. 여기서, 시야의 세그먼트화를 통해 넓은 시야가 달성된다. 이 경우, 공간 광 변조기(200), 광 편향 장치(400) 및 렌즈(500)에 의해, 시야의 다양한 부분들이 시간적으로 연속적으로 생성되며, 이들은 가상 관찰자 윈도우로부터 관찰자의 눈의 지점 상에 보여질 수 있다.

공간 광 변조기(200)는 시간에 따라 상이한 홀로그래픽 정보를 반송하는 간섭성 파면을 구비하고, 광 편향 장치(400)에 의해 일 평면에서 적어도 1차원으로 복수의 세그먼트들로 도시된다. 이러한 방식으로, 복합 광 변조기의 이미지가 형성된다. 시간적으로 연속적으로 형성되는 세그먼트화된 파면은 눈 동공의 방향으로 이미징 수단에 의해 편향된다. 공간 광 변조기의 표현된 세그먼트들에 의해, 공간 가시성 영역 또는 시야가 생성된다.

이제 설명된 예시적인 실시예들의 이해를 위해, 우선 디스플레이 디바이스에서의 이미징 빔 경로 및 조명 빔 경로, 및 가상 관찰자 윈도우 및 시야의 크기의 관계가 설명되어야 한다. 디스플레이 디바이스는 조명 장치, 이하에서 SLM으로 지칭되는 공간 광 변조 장치, 및 설명을 위해 여기서 이상적인 렌즈, 즉 이미징 오류 없는 얇은 렌즈를 포함하는 광학 시스템을 포함한다. 그러나, 이러한 유형의 디스플레이 디바이스는 단지 제한된 시야만을 가질 것이다.

특히, 시야는 가상 관찰자 윈도우의 크기에 대해 고정된 관계에 있는데, 왜냐하면 이 둘은 디스플레이 디바이스의 광학 시스템의 초점 거리에 의존하기 때문이다. 가상 관찰자 윈도우가 확대되면, 시야는 그 크기가 더 작아지고, 그 반대도 또한 마찬가지이다. 일반적으로, 사용된 광학 시스템은 디스플레이 디바이스 내의 조명 빔 경로뿐만 아니라 이미징 빔 경로에도 영향을 미친다.

디스플레이 디바이스의 광학 시스템은 일반적으로 하나의 이미징 요소뿐만 아니라 복수의 이미징 요소들도 또한 포함할 수 있다. 따라서, 시스템의 전체 초점 거리 및 주요 평면은 기하학적 광학 장치의 공지된 방법에 따라 확인될 수 있다. 따라서, 상기 설명은 전체 시스템에 대해서도 유사하게 적용된다.

이하에 설명되는 예시적인 실시예에서, 디스플레이 디바이스에 의해 넓은 시야가 생성된다. 여기서 시야는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트로 구성된다. 이러한 세그먼트들은 각각 SLM의 이미징 또는 SLM의 퓨리에 평면에서의 회절 자수의 이미징이다. 그러나, 이것이 시야의 크기가 필요하게 한다면, 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들 및 복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들을 생성하는 것도 또한 가능하다. 사람은 자연 환경에서 고해상도와 강한 3차원 인상으로 단지 제한된 입체각만을 검출하고 인지할 수 있기 때문에, 이러한 사실이 넓은 시야를 생성할 때 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 장면의 관찰자가 직접 관찰하거나 또는 포커싱하지 않고, 단지 배경에서만 인지되는 3차원 장면의 오브젝트들이 더 낮은 해상도로 표현될 수 있는 것이 가능하다. 따라서, 관찰자는 보다 낮은 3차원 인상으로 배경의 오브젝트들을 인지할 것이다. 따라서, 다수의 오브젝트를 포함하고, 전체 시야에서 보여질 수 있는 표현될 3차원 장면의 배경은 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 의해 생성될 수 있다.

그러나, 관찰자에 의해 조준되거나 또는 포커싱된 오브젝트 또는 3차원 장면의 오브젝트들은 강한 3차원 인상을 포함해야 한다. 그러나, 이러한 오브젝트들은 시야의 단지 제한된 입체각 범위에서만 고해상도로 표현되어야 한다. 이를 위해, 디스플레이 디바이스에 의해 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성된다. 입체각 범위가 얼마나 큰지에 따라, 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들이 또한 생성될 수 있으며, 이는 서로 연결되어 입체각 범위를 생성할 수 있다. 이러한 홀로그래픽으로 고해상도로 생성된 세그먼트의 내부에서, 관찰자에 의해 포커싱된 3차원 오브젝트가 재구성되고 표현된다. 이는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 내부에 생성되는 것을 의미한다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트와 겹쳐지거나 또는 중첩된다. 개별 세그먼트는 SLM의 이미징 및 이에 따라 또한 SLM의 픽셀의 이미징이기 때문에, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 픽셀 밀도가 높은 이미징을 표현하고, 반면 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 픽셀 밀도가 더 낮은 SLM의 이미징을 표현한다.

그러나, 본 발명은 예외 없이 고해상도 홀로그래픽 표현 및 저해상도 홀로그래픽 표현의 조합으로 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 추가적으로 적어도 하나의 입체적 세그먼트와 조합되는 것도 또한 가능하다.

이하에서는, 가상 관찰자 윈도우의 크기와 SLM의 각도(°)당 필요한 픽셀의 개수도 또한 설명된다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 가상 관찰자 윈도우(vw)로부터의 거리(D)에 있는 픽셀 피치(p)를 갖는 SLM에 대해, 그리고 파장(λ)의 광에 대해, 가상 관찰자 윈도우의 최대 크기는 vw = D*λ/p이다. 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이 또는 가상 관찰자 윈도우로부터 보여질 수 있는 프로젝션 디스플레이와 같은 SLM의 이미지를 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서, D 및 p는 가상 관찰자 윈도우에 대한 SLM의 이미지의 거리 및 픽셀 피치이다.

몫(D/p)이 일정하게 유지되는 경우, 예를 들어 SLM 또는 보다 큰 거리의 SLM의 이미지, 더 큰 픽셀 피치 또는 SLM의 이미지의 픽셀 피치에 의해 동일한 크기의 가상 관찰자 윈도우가 생성될 수 있다.

이 경우, SLM 상에서 1도의 관찰 각도는 x = tan 1°*D의 치수에 대응한다. 1도의 관찰 각도 내에서 SLM의 픽셀의 개수(N)를 결정하기 위해, SLM 상의 이러한 치수는 픽셀 피치로 나눠지고, 결과는 N = x/p = tan 1° D/p이다. 이러한 방정식에서, 마찬가지로 몫(D/p)이 발생하므로, 이는 N = tan 1° vw / λ로 대체될 수 있다. 약 7 mm의 넓은 가상 관찰자 윈도우 및 λ = 460 nm의 광 파장에 대해, 이 경우 예를 들어 SLM의 266 개의 픽셀이 생성될 것이다. 이러한 값은 가상 관찰자 윈도우의 크기에 따라 선형으로 감소한다. 약 1 mm의 넓은 가상 관찰자 윈도우 및 λ = 460 nm의 동일한 광 파장에 대해, 이 경우 예를 들어 약 38 픽셀/도의 관찰 각도를 필요로 한다. 이러한 경우, 적절하게 선택된 몫(D/p)을 갖는 2000개의 복소수 픽셀(2개의 픽셀이 1개의 복소수 픽셀을 형성함)을 갖는 SLM은 약 50도 초과의 크기의 시야 또는 관찰 각도를 생성할 수 있다.

가상 관찰자 윈도우의 크기와 가시적인 해상도 사이의 관계가 이제 설명될 것이다.

가상 관찰자 윈도우가 생성되는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 홀로그래픽 디스플레이의 경우, 가상 관찰자 윈도우의 크기는 통상적으로 이러한 크기가 적어도 관찰자의 눈 동공만큼 크도록 선택된다. 이러한 경우, 관찰자의 눈 동공은, 이러한 눈 동공이 가상 관찰자 윈도우 내에 완전히 위치될 때, 눈으로 들어오는 광에 대한 회절 제한 개구로서 작용한다. 이 경우, 원칙적으로 홀로그래픽 3차원(3D) 장면의 가시적인 해상도는 눈의 동공 크기의 회절 한계 및 경우에 따라서는 눈 렌즈의 수차 및 눈의 망막 상의 광 수용기의 분포에 의해 관찰자의 자연 환경의 인지와 동일한 방식으로 제한된다.

그러나, 홀로그래픽 재구성은 또한 관찰자의 눈 동공보다 더 작은 가상 관찰자 윈도우에 의해 수행될 수 있다. 이러한 경우, 눈 동공 내에 위치되는 가상 관찰자 윈도우의 개구는 회절 제한 개구로서 작용하고, 이는 3차원 장면이 인지되는 해상도를 제한할 수 있다.

그러나, 본 발명은 해상도의 이러한 제한이 단지 재구성된 장면이 눈의 망막의 중앙에 직접 위치될 때, 즉 망막 상에서 가장 선명한 보기 영역을 나타내는 중심와 상에 이미징되고, 이에 따라 이러한 장면이 높은 밀도의 광 수용기로 인해 높은 해상도를 포함하는 곳에 존재하는 경우에만 관련된다는 통찰에 기초한다. 따라서, 관찰자의 눈 동공보다 그 크기가 더 작은 가상 관찰자 윈도우가 생성되게 하는, 생성된 홀로그래픽 세그먼트는 본 발명에 따르면 단지 관찰자의 눈의 망막의 중앙으로 나타나지 않고 관찰자의 가시적인 해상도가 또한 감소하는 3차원 장면의 해당 부분에 대해서만 생성되거나 또는 사용된다. 따라서 이러한 방식으로, 인지되는 해상도의 손실이 존재하지 않고, 공간 광 변조 장치에 요구되는 픽셀의 개수가 감소될 수 있다.

도 3 및 도 4에는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 대한 예시적인 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이에 대해, 디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 SLM(1), 적어도 하나의 광원(2)을 포함하는 적어도 하나의 조명 장치, 및 적어도 하나의 광학 시스템(3)을 포함한다. 광학 시스템(3)은 SLM(1)의 이미징을 위해 사용된다. 이를 위해, 광학 시스템(3)은 수동적으로 형성되는 적어도 하나의 이미징 요소(4)를 포함한다. 이미징 요소(4)는 SLM(1) 근처에 배치되고, 여기서는 주로 SLM(1)의 이미징을 위해 사용된다. 이 경우, 넓은 시야를 생성하기 위해, SLM(1)은 시간 순차적으로 또는 동시에 또한 다중으로 이미징되고, 이러한 방식으로 공동으로 그리고 서로 조합되어 넓은 시야를 발생시키는 복수의 세그먼트들이 생성된다. 다시 말하면, 광학 시스템(3)은 홀로그래픽 세그먼트에 대해 각각 SLM(1)의 중간 이미지를 생성한다. 여기서, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되는지 여부는 중요한 역할을 하지 않는다.

또한, 광학 시스템(3)은 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 포함한다. 도 3 및 도 4에 따른 이러한 예시적인 실시예에서, 광학 시스템(3)은 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)를 포함한다. 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)는 여기서 렌즈 요소로서 형성되고, 여기서 예를 들어 상이한 세그먼트들에 대한 광을 예를 들어 상이한 렌즈와 같은 별도의 광학 요소에 대해 편향시키도록 사용되는 스위칭 가능한 미러와 같은 다른 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소가 또한 사용될 수 있다. 스위칭 온 및 오프되는 스위칭 가능한 렌즈 요소 대신에, 예를 들어 줌 대물렌즈와 유사한 광학 시스템을 사용하는 것도 또한 가능하고, 여기서 다양한 세그먼트들에 대해 상이한 초점 거리를 조정하기 위해, 렌즈 요소 사이의 거리를 기계적으로 변경하여 초점 거리가 변경된다.

이러한 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)는 빔 경로에서 SLM(1)과 관찰자 평면(7) 사이에 배치되고, 여기서 이러한 배치가 필수적인 것은 아니다. 이들 2개의 요소 중 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 광 방향으로 SLM(1)의 전방에 배치될 수 있는 것도 또한 가능하다. 이들 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)는 관찰자 평면(7)에 대한 SLM의 이미지의 거리(D)와 SLM(1)의 픽셀 이미지의 픽셀 피치(p)의 상이한 크기의 몫(D/p)을 조정하여, 이에 따라 가상 관찰자 윈도우 및 시야의 크기가 변경될 수 있다. 몫(D/p)의 이러한 유형의 조정을 통해, 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)의 스위칭 상태에 따라, 관찰자 평면(7)에 생성될 가상 관찰자 윈도우(8) 및 관찰자 각도 또는 시야의 크기가 변경될 수 있다.

도 3에는 디스플레이 디바이스가 도시되어 있고, 여기서 이러한 디스플레이 디바이스는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되는 모드에 위치된다. 여기서, 이러한 도면에서 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, SLM(1)과 관찰자 평면(7) 사이의 빔 경로가 구체적으로 도시되어 있다. 여기서 조명 장치는 광원(2)을 포함하고, 이러한 광원은 충분히 간섭성인 광으로 SLM(1)을 조명하기 위해 사용된다. 도 3 및 도 4에 따른 이러한 예시적인 실시예에서, SLM(1)의 조명은 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 동일하다. 이는 이러한 동일한 2개의 세그먼트를 생성하기 위해 동일한 광원이 사용되는 것을 의미한다. 물론, 이러한 2개의 생성되는 홀로그래픽 세그먼트에 대해 2개의 광원을 사용하는 것도 또한 가능하다. 이러한 2개의 광원은 또한 상이하게 형성될 수도 있다. 그러나, 이러한 2개의 광원이 충분히 간섭성인 광을 방출하는 것이 중요하다.

2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)는 각각 온 상태 및 오프 상태가 될 수 있다. 따라서, 스위칭 온 및 스위칭 오프가 가능하도록 형성되거나, 또는 이에 따라 상이한 상태에서 제어될 수 있다. 도 3에 따른 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)는 온 상태로 스위칭되고, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)는 오프 상태로 스위칭된다. 따라서 이것은, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)가 이러한 요소(5) 상에 입사되는 광에 영향을 미치는 것을 의미하고, 여기서 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)는 영향을 미치지 않는데, 즉 입사된 광이 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)에 의해 그 전파에 영향을 받지 않는다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 조명 장치의 광원(2)에 의해 방출된 광은 SLM(1) 상에 입사되고, 이로부터 3차원 장면의 정보에 대응하여 변조된다. 그런 다음, 광학 시스템(3)에 의해, 즉 이미징 요소(4) 및 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)에 의해 SLM(1)의 이미지(9)가 생성되고, 이를 통해 시야의 세그먼트가 제공된다. 도 3에는 광학 시스템(3)에 의해 생성된 SLM(1)의 이미지(9)를 통한 SLM(1)의 3개의 픽셀들(P1, P2, P3)의 빔 경로가 도시되고, 이러한 이미지는 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5) 후방에서 관찰자 평면(7)을 향해 형성된다. 이 경우, 픽셀(P2)은 SLM(1)의 중심에 위치되고, 다른 2개의 픽셀들(P1 및 P3)은 SLM(1)의 하부 및 상부 가장자리에 위치된다. 각각의 픽셀에 대해 빔 번들이 도시되고, 그 개구 각도는 픽셀의 회절 차수의 회절 각도에 대응한다. SLM(1)과 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5) 사이의 필터 평면(11)에서, 예를 들어 더 높은 회절 차수가 필터링될 수 있다. 이 경우, SLM(1)의 이미지(9)는 빔 경로에서 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5) 후방에 생성된다. 이 경우 SLM(1)의 이미지(9)로부터, 광 빔은 관찰자 평면(7)의 방향으로 계속 연장된다. 이러한 관찰자 평면(7)에서 개별 픽셀들(P1, P2 및 P3)의 빔 프로파일은 중첩되고, 여기서 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때 이러한 관찰자 평면(7)에 가상 관찰자 윈도우(8)가 형성된다. 관찰자의 눈이 관찰자 평면(7)에서 가상 관찰자 윈도우(8)의 영역에 놓이면, 관찰자는 이러한 가상 관찰자 윈도우(8)를 통해 시야 내에 3차원으로 생성된 장면 또는 오브젝트를 관찰할 수 있다.

관찰자 평면(7)의 중첩 지점 상에서, 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되는 광의 빔 프로파일의 전체 직경은 생성된 가상 관찰자 윈도우(8)의 치수를 나타낸다. 가상 관찰자 윈도우(8)의 치수는 도 3에서 관찰자 평면(7) 내의 굵은 회색 라인을 통해 알 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, SLM(1)의 상이한 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 시작하는 각각의 중앙의 광 빔들은 상이한 각도로 가상 관찰자 윈도우(8)의 중앙에 도달한다. SLM(1)의 가장자리 픽셀들(P1 및 P3)로부터의 각각의 중앙의 빔들의 각도 차이는 생성된 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 관찰 각도 또는 시야를 나타낸다. 여기서 생성된 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 시야는 도 3에서 참조 번호 10으로 제공되고, SLM(1)의 2개의 외부 픽셀들(P1 및 P3)의 이미지(9)로부터 시작하여 가상 관찰자 윈도우(8)의 중심까지 연장되는 블랙 라인에 의해 한정된다.

이 경우, 관찰자는 그의 눈으로 가상 관찰자 윈도우(8) 내부에서 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)를 통해 생성되는 바와 같이 가상 관찰자 윈도우(8)로부터의 거리로 SLM(1)의 이미지를 보게 된다. 개별 오브젝트 포인트들을 포함하는 홀로그래픽 3차원 장면이 SLM(1)의 생성될 이미지(9)의 전방 및 후방에서 SLM(1)에 기록되거나 또는 인코딩될 수 있다.

3차원 장면의 해상도는 일 차원 또는 방향으로 SLM의 시야/관찰 각도(°)당 픽셀의 개수로부터 발생하는 각도 해상도이다. 예를 들어 2000 픽셀을 갖는 5도 시야/관찰 각도는 400 픽셀/도 관찰 각도의 해상도를 생성한다.

고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때, 관찰자의 눈 동공보다 더 큰, 즉 그 치수가 약 6 mm보다 더 큰, 그 크기가 넓은 가상 관찰자 윈도우가 생성된다. 그러나, 생성된 시야는 그 크기가 몇 도로 제한되는데, 즉 약 10도보다 더 크지 않다.

도 4에는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때의 도 3에 따른 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다. 이 경우, 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 도 3에 따른 고해상도 홀로그래픽 세그먼트와 동일한 원리에 따라 생성된다. 이는 여기서 또한 SLM(1) 및 광학 시스템(3)의 조명 장치에 의해 SLM(1)의 이미징 또는 이미지 및 이를 통해 세그먼트 및 가상 관찰자 윈도우가 생성된다는 것을 의미한다. 이 경우, 도 4는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때의 빔 경로를 도시한다. 이를 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)가 오프 상태로 스위칭되는 동안, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)는 온 상태로 스위칭되므로, 단지 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)만이 광에 영향을 미친다. 조명 장치의 광원(2)에 의해 방출된 광은 이제 SLM(1) 상에 입사되고, 이로부터 3차원 장면의 정보에 대응하여 변조된다. 그런 다음, 광학 시스템(3)에 의해, 즉 이미징 요소(4) 및 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5)에 의해, SLM(1)의 이미지(9)가 생성되고, 이를 통해 시야의 세그먼트가 제공된다. SLM(1)의 이미지(9)는 이제 도 3에 도시된 바와 같이, 광 방향으로 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5) 후방에는 더 이상 형성되지 않고, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6) 후방에만 형성된다. 알 수 있는 바와 같이, SLM(1)의 이러한 이미지(9)는 관찰자 평면(7)의 근처에 형성되지만, 도 3에 따른 이미지(9)와는 다른 확대 및 관찰자 평면(7)에 대한 다른 거리를 포함한다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들이 생성될 때, 관찰자 평면(7)에는 가상 관찰자 윈도우(8)도 마찬가지로 형성된다. 관찰자의 눈이 관찰자 평면(7)에서 가상 관찰자 윈도우(8)의 영역에 위치되면, 관찰자는 이러한 가상 관찰자 윈도우(8)를 통해, 시야(12)에서 3차원으로 생성된 장면 또는 오브젝트를 관찰할 수 있다. 그러나, 장면 또는 오브젝트의 이러한 부분은 도 3에 따라 생성되고 표현되는 장면의 부분보다 낮은 해상도로 표현된다.

개별 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되는 빔들의 개구 각도는 도 3에서와 같이 픽셀의 회절 각도에 다시 대응한다. 이 경우, 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)의 다른 스위칭 상태를 통해, 이제 SLM(1)의 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되는 광 빔들의 전체 직경이 관찰자 평면(7)에 형성되고, 그 안에 가상 관찰자 윈도우(8)가 형성되고, 중첩 지점 상에는 단지 작은 치수만을 포함한다. 따라서 이러한 방식으로, 단지 그 크기가 작은 가상 관찰자 윈도우(8)만이 생성된다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 때, 가상 관찰자 윈도우(8)의 크기는 약 2 mm보다 더 작다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, SLM(1)의 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되는 광 빔들은 관찰자 평면(7)에, 그리고 그곳에서 가상 관찰자 윈도우(8)에 도달되지만, 그러나 도 3에서와는 상당히 상이한 크기의 각도로 도달된다. 이것은 도 4에서 다시, SLM(1)의 이미지(11)의 가장자리 픽셀들(P1 및 P3)로부터 가상 관찰자 윈도우(8)의 중심까지의 블랙 라인에 의해 알 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 넓은 각도 범위가 생성되고, 이에 의해 넓은 시야(12) 또는 넓은 관찰 각도가 제공된다.

제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(6)를 통해, SLM(1)의 이미지가 생성되고, 이러한 경우 관찰자 평면(7)에 가까이 위치된다. 그러나, 관찰자 평면(7)으로부터 임의의 거리에 위치되는 오브젝트 포인트들을 갖는 3차원 장면은 다시 SLM(1)에 기록되거나 또는 인코딩될 수 있다.

적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에서의 3차원 장면의 해상도는 일 차원 또는 방향으로의 시야 또는 관찰 각도(°)당 SLM의 픽셀의 개수에 의해 다시 결정된다. 예를 들어 2000 픽셀을 갖는 66도의 시야가 생성되면, 30 픽셀/도의 해상도가 생성된다. 여기서 다시, 이것은 또한 단지 예시적인 값일 수 있다.

도 3에 따라 생성되고 표현된 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는, 그 생성 후에 도 4에 따라 생성되고 표현된 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 내부에 적어도 부분적으로 위치된다. 방해되는 수렴 조절 불일치가 완전히 방지될 수 있는, 넓은 시야를 생성하기 위해, 복수의 또는 다수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들뿐만 아니라 복수의 또는 다수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들도 또한 생성하는 것이 가능하다. 이 경우, 이러한 홀로그래픽 세그먼트들은 도 3 및 도 4에 설명된 바와 같은 동일한 원리에 따라 생성된다. 이러한 생성은 시간 순차적으로 또는 동시에 또한 수행될 수 있다.

적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트뿐만 아니라 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트도 또한, 필요한 경우, 예를 들어 3차원 장면의 관찰자가 자신의 초점을 3차원 장면 내의 하나의 오브젝트로부터 다른 오브젝트로 변위하거나, 또는 관찰자가 다른 위치로 이동하거나 또는 단지 그의 머리만을 이동하는 경우에도 또한, 추적 장치에 의해 시야 내의 다른 위치로 변위될 수 있다. 이를 위해, 변위될 홀로그래픽 세그먼트와 관련하여 생성된 가상 관찰자 윈도우는 관찰자 평면에서 대응하는 새로운 위치로 추적된다. 여기서, 시선 트랙킹 장치는 오브젝트 또는 장면을 관찰하는 관찰자의 시선을 탐지하고 트랙킹한다. 그런 다음, 추적 장치는 SLM의 이미지의 위치, 또는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 위치를 시선 트랙킹 장치에 의해 확인된 관찰자의 눈의 초점 위치로 적응시킨다.

도 3 및 도 4에 따른 예시적인 실시예에 의해, 광학 시스템이 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 포함하는 디스플레이 디바이스의 간단한 구성으로, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성이 가능하고 달성될 수 있다는 것이 도시된다.

도 5에는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 추가적으로, 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 또한 생성되는 추가의 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다. 이러한 방식으로, 시야는 더 확대될 수 있다. 개별 세그먼트들은 적어도 부분적으로 겹쳐지거나 또는 중첩될 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트와 적어도 부분적으로 중첩되고, 여기서 이들 2개의 홀로그래픽 세그먼트는 입체적 세그먼트와 중첩되고, 입체적 세그먼트의 내부에서 전체적으로 발견될 수 있다. 따라서, 시야의 측면 영역은 적어도 하나의 입체적 세그먼트에 의해 형성된다. 이러한 입체적 세그먼트 내에 3차원 장면의 영역들이 표현되는데, 이러한 영역들을 관찰자는 포커싱 또는 3차원으로 인지하지 않고, 어떠한 경우에도 단지 낮은 해상도로 깊이 인지 없이 검출할 수 있다. 다시 말해서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는, 생성되어 표현된 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 내부에 위치된다. 이것은 도 3 및 도 4에 따른 디스플레이 디바이스에 따라 넓은 시야를 생성하기 위한 이들 2개의 세그먼트의 일반적인 표현에 관한 것이다. 그러나, 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 추가적으로 생성되고, 이를 통해 시야가 보다 확대되면, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 추가적으로 생성되어 표현된 입체적 세그먼트의 내부에 위치된다.

도 5는 추가적인 입체적 세그먼트를 생성하기 위한 디스플레이 디바이스를 도시하고, 여기서 도 3 및 도 4에 따른 디스플레이 디바이스는 도 5에 대응하여 형성된다. 따라서, 도 5는 도 3 및 도 4에 따른 설명된 디스플레이 디바이스의 확장을 도시한다.

디스플레이 디바이스는 도 3 및 도 4에서 볼 수 있는 것과 동일한 조명 장치(2), 동일한 SLM(1), 및 동일한 광학 시스템(3)을 포함한다. SLM(1)의 근처에 위치된 이미징 요소(4)는 이제 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능하도록 설계된다. 또한, 필터 평면(11)은 예를 들어 스위칭 가능한 개구 또는 다이어프램으로 형성될 수 있는데, 그러나 여기서는 이러한 평면(11)에 필터링이 발생하지 않도록 스위칭 오프될 것이다. 또한, 광학 시스템(3)은 추가로 스위칭 가능한 이미징 요소(12 및 13) 및 스위칭 가능한 확산기(14)를 포함한다. 3개의 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되는 광 빔들도 다시 도시된다.

또한, 이러한 유형의 디스플레이 디바이스에 의해, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 도 3 및 도 4에 따라 설명된 바와 동일한 방식으로 생성될 수 있다. 이들 홀로그래픽 세그먼트들의 생성을 위해, 추가적으로 스위칭 가능한 이미징 요소(12, 13) 및 확산기(14)는 스위칭 오프되고, 여기서 이미징 요소(4)는 여기서 스위칭 가능하게 형성된 SLM(1)의 근처에서 스위칭 온 상태에 위치된다.

적어도 하나의 입체적 세그먼트를 생성하기 위해, 이미징 요소(4) 및 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(5 및 6)는 스위칭 오프되거나 또는 오프 상태에 위치된다. 그 대신에, 추가적으로 스위칭 가능한 2개의 이미징 요소(12 및 13) 및 확산기(14)는 스위칭 온되거나 또는 온 상태에 위치된다. 이미징 요소(12)에 의해, SLM(1)의 확대된 중간 이미지는 이미징 요소(13) 및 스위칭 가능한 확산기(14)의 지점 상에 생성된다. 확산기(14)는 여기서 스위칭 온되고, 이에 따라 SLM(1)의 각각의 픽셀로부터 광의 각도 범위를 확대한다.

그러나, 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능하게 형성되지 않은 다른 추가적인 이미징 요소(15)에 의해, SLM(1)의 먼 거리에서의 이미징뿐만 아니라, 관찰자 평면(7) 내의 스위트 스폿(16)의 생성도 또한 수행된다. 그러나, 먼 거리에서 생성된 SLM(1)의 이미지는 명확성을 위해 도 5에는 도시될 수 없다. 그러나, SLM(1)의 개별 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 시작하여 대략 평행한 빔 번들이 관찰자 평면(7)에 존재하고, 여기에서 이들은 스위트 스폿(16)을 형성하도록 서로 중첩된다. 이러한 방식으로 생성된 입체적 세그먼트 및 이에 따라 생성된 시야(17)는 이러한 예시적인 실시예에서, 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 의해 도 4에 생성된 시야보다 더 크다.

수치 예시로서, 예를 들어 입체적 세그먼트는 약 133도의 시야를 생성할 것이다. 2000 개의 픽셀을 갖는 SLM의 경우, 예를 들어 대략 15 픽셀/도의 해상도에 대응한다.

이러한 적어도 하나의 입체적 세그먼트는 여기서 시야에 고정된 세그먼트로서 형성된다. 이것은 이러한 입체적 세그먼트가 추적 장치에 의해 시야 내의 다른 위치로 변위되지 않는 것을 의미한다.

고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 예를 들어 8 x 8도의 크기를 포함할 수 있고, 여기서 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 예를 들어 50 x 50도의 크기를 포함할 수 있다. 입체적 세그먼트는 예를 들어 120 x 50도의 크기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 수평으로 120도 x 수직으로 50도의 넓은 시야 또는 넓은 관찰 각도가 생성되고 달성될 수 있다. 여기서 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 추적 장치에 의해 시야 내부에서 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 ±25도의 범위에서 변위될 수 있다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 마찬가지로 시야 내부에서 수평 방향으로 ±25도의 범위에서 변위될 수 있지만, 그러나 수직 방향으로는 고정되어 제공되는데, 즉 변위될 수 없다.

그러나, 본 발명은 입체적 세그먼트의 고정적인 위치에 제한되지는 않는다. 다른 실시예에서는 이러한 입체적 세그먼트가 시야 내에서 추가적으로 또한 변위될 수도 있다.

홀로그래픽 표현 외에도 추가적으로 입체적 표현이 생성되는 경우, 그러나 디스플레이 디바이스에 의해 단지 개별 입체적 세그먼트만이 생성되는 것으로 충분하다. 이러한 개별 입체적 세그먼트는 이미 넓은 시야를 생성할 수 있다. 관찰자의 좌측 눈을 위한 디스플레이 디바이스 및 동일한 관찰자의 우측 눈을 위한 별도의 디스플레이 디바이스에서 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 각각 생성되는 경우, 좌측 및 우측 뷰 사이의 시차 정보를 디스플레이함으로써 입체 영상에 대해 통상적인 방식으로 입체적 장면이 3차원으로 표현될 수 있다. 관찰자는 시차 정보로 인해, 눈 렌즈의 초점 정보가 이용 가능하지 않은 각도 범위에서도 또한 깊이 인상을 인지할 수 있다. 인간의 주변 시야는, 단지 각각의 눈에 대해 정보가 보일 수 있는 영역들도 또한 포함한다(도 1 참조). 입체적 세그먼트라는 용어는 여기서 일반적으로 그 부분이 단지 한 쪽 눈에만 보일 수 있는 넓은 시야를 생성하는 세그먼트에 대해서도 또한 사용된다. 좌측 눈 및 우측 눈의 입체적 세그먼트들은 부분적으로 중첩되지만, 그러나 전체적으로 중첩되지는 않는다.

입체적 세그먼트의 생성은 여기서 도 5에 도시된 디스플레이 디바이스의 실시예로 제한되지는 않아야 한다. 입체적 세그먼트의 생성은 간섭성 광을 필요로 하지 않고, 진폭 SLM으로 생성될 수 있기 때문에, 예를 들어 일반적으로 홀로그래픽 세그먼트 및 입체적 세그먼트의 생성을 위해 상이한 SLM 및 상이한 광원을 사용하는 것도 또한 가능하다. 홀로그래픽 세그먼트들 및 입체적 세그먼트의 이러한 빔 경로들은 예를 들어 빔 분산 요소 또는 미러에 의해 중첩될 수 있다.

도 6에는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성될 수 있는 도 3, 도 4 및 도 5에 대한 대안적인 디스플레이 디바이스가 도시된다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스, 예를 들어 HMD에는 일반적으로 SLM이 이미징된다. SLM의 세그먼트화된 다중 이미징 시, 각각의 세그먼트에는 SLM의 이미지가 각각 형성된다. 그러나, SLM의 사전 설정된 거리로의 이미징은 광학 시스템의 사용된 이미징 요소의 특정 초점 길이 및 이러한 이미징 요소에 대한 특정 거리를 전제로 한다. 특히, 디스플레이 디바이스에서의 이미징 빔 경로 및 조명 빔 경로는 일반적으로 서로에 대해 독립적이지 않다. 조명 빔 경로의 임의의 필요한 조정은 경우에 따라서는 이미징 빔 경로의 변화를 또한 초래할 수도 있다.

평면의 또는 편평한 광 가이드 장치 및 적어도 하나의 이미징 요소, 예를 들어 렌즈 요소를 갖는 디스플레이 디바이스의 실시예에서, 광 방향으로 광 가이드 장치 내로 광이 커플링되기 전에 예를 들어 SLM의 다중 이미징의 다양한 세그먼트들에 대해 가상 관찰자 윈도우의 동일한 위치를 조정하기 위해, 이러한 적어도 하나의 이미징 요소의 초점 길이를 변경할 필요성이 발생한다. SLM의 이미징 요소에 대한 거리가 고정되면, 이미징 요소의 초점 길이가 변할 때 SLM의 이미징의 지점이 변경된다. 따라서, SLM의 세그먼트화된 다중 이미징 시, 각각의 세그먼트에 대해 SLM의 다른 이미지 평면이 형성된다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서, 다중 이미징의 모든 세그먼트들에 대해 공통 이미지 평면을 가지는 것이 꼭 필요한 것은 아니다. 또한, SLM의 상이한 이미지 평면을 갖는 세그먼트 경계에 걸쳐, 예를 들어 홀로그램의 서브 홀로그램의 초점 길이가 개별 세그먼트들에서 SLM 상에 적응됨으로써, 3D 장면이 지속적으로 표현될 수 있다. 그러나, 다른 한편으로는 SLM의 이미지 평면이 생성되는 모든 세그먼트들에 대해 적어도 유사한 경우, 즉 예를 들어 단지 수 센티미터만큼만 상이하지만, 그러나 수 미터만큼 상이하지는 않을 때 홀로그램 계산이 단순화된다.

도 6에 따른 디스플레이 디바이스는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 적어도 하나의 SLM(21) 외에, SLM(21)을 조명하는 적어도 하나의 광원(22)을 갖는 조명 장치, 광학 시스템(23), 또한 광 가이드 장치(24)를 포함한다. 광 가이드 장치(24)는 여기서 만곡되어 형성된 광 가이드, 2개의 광 커플링 장치(25 및 25') 및 광 디커플링 장치(26)를 포함한다. 하나의 광 커플링 장치(25)는 여기서 예를 들어 적어도 하나의 격자 요소를 포함할 수 있다. 다른 광 커플링 장치(25')는 여기서 예를 들어 광 가이드 내로의 광 커플링을 위한 미러 요소를 포함할 수 있고, 여기서 미러 요소는 광 가이드 내에 배치된 경사지고 반사되는 표면으로 형성될 수 있다. 미러 요소는 예를 들어 반사성 와이어 격자 편광기로 또한 형성될 수도 있으므로, 이러한 광 커플링 장치(25')에 의해 단지 특정 편광 방향의 광만이 광 가이드 내로 커플링될 수 있다. 광 디커플링 장치(26)는 여기서 격자 요소를 포함할 수 있다. 여기서 격자 요소는 각각의 광 입사 지점에서 광 가이드 장치(24)로부터 광 디커플링되는 것이 광 가이드의 표면에 대해 수직으로 허용되도록, 광 입사 지점에 의해 변하는 격자 주기를 포함할 수 있다. 광학 시스템(23)은 이미징 요소(27) 외에도 광 방향으로 SLM(21)의 후방에 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 또한 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 광학 시스템은 여기서 참조 번호 28을 특징으로 하는 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 포함한다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 예를 들어 초점 거리가 제어에 의해 변경될 수 있는 렌즈 요소일 수 있다. 또는, 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는, 예를 들어 개별 렌즈 요소들 사이의 거리가 변경됨으로써, 예를 들어 줌 대물렌즈와 같은 방식으로 전체 초점 길이가 변경될 수 있는 렌즈 시스템으로서 또한 형성될 수 있다. 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 예를 들어 제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 2개의 서로 수직으로 배치된 회절 격자로서 또한 형성될 수 있고, 그 안에 상이한 렌즈 기능이 기록될 수 있다. 또한, 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소는 예를 들어 스위칭 온되거나 또는 오프될 수 있는 2개의 렌즈 요소로서 또한 형성될 수 있다. 추가적으로, 편광 스위치(33)가 제공될 수 있다. 광학 시스템(23)은 광원(22)의 중간 이미지(30) 및 이에 따라, 생성될 가상 관찰자 윈도우(29)의 중간 이미지를 또한 생성한다. 또한, 가상 관찰자 윈도우의 중간 이미지뿐만 아니라 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)를 갖는 광원(22)의 중간 이미지(30)는 또한 실제 가상 관찰자 윈도우(29)에 또는 관찰자 평면에 이미징된다. 디스플레이 디바이스에 위치되는 광 가이드 장치(24)는 빔 경로에서 가상 관찰자 윈도우(29)의 중간 이미지(30) 및 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28) 후방에 배치된다. 이미징 요소(27) 및 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 배치는 SLM(21)의 이미지를 또한 생성한다. 가상 관찰자 윈도우의 중간 이미지 또는 광원(22)의 중간 이미지(30)를 이미징하는 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)는 SLM(21)의 이미징에도 또한 기여한다. 이미징 요소(27) 및 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 초점 거리의 적절한 선택 시, SLM(21)의 이미지는 광 가이드 장치(24)의 광 가이드 내부에서 형성된다.

추가로 알 수 있는 바와 같이, 광학 시스템(23)을 통과한 후에, 광은 광 커플링 장치(25)를 통해 광 가이드 장치(24) 내로 입사되고, 광 가이드에서 전반사를 통해 전파된 다음, 광 디커플링 장치(26)에 의해 다시 디커플링된다. 이를 위해, SLM(21)의 복수의 픽셀들로부터 방출되는 복수의 광 빔들이 도시된다. 이 경우, SLM(21)의 개별 픽셀에 대해 광학 시스템(23)에 의해 각각 광 가이드 장치(24)의 광 가이드 내부에 초점이 형성된다. 이것은, SLM(21)의 이미지가 광 가이드 장치(24)의 광 가이드 내부에 형성되는 것을 의미한다.

적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 초점 길이는 여기서, 광이 광 가이드 장치(24)로부터 디커플링된 후에 가상 관찰자 윈도우(29)가 형성되도록 선택된다.

이제 도 6에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)는 정의된 제어 상태에 대응하게 스위칭되거나 또는 제어된다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소가 예를 들어 가변 초점 거리를 갖는 렌즈 요소인 경우, 정의된 제어 상태는 조정된, 정의된 초점 길이에 대응한다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소가 회절 격자로서 형성되면, 특정 렌즈 기능도 마찬가지로 이러한 회절 격자에 기록될 수 있다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소가 2개의 스위칭 온/오프 가능한 렌즈 요소로서 형성되면, 도 3에서와 유사하게, 2개의 스위칭 가능한 렌즈 요소 중 하나는 온 상태로 스위칭되고, 다른 스위칭 가능한 렌즈 요소는 오프 상태로 스위칭될 것이다. 또한, 광 커플링 장치(25')는 스위칭 가능하게 설계되어야 한다. 따라서, 입사된 광이 광 커플링 장치(25)를 통해 광 가이드 장치(24)의 광 가이드 내로 커플링될 수 있도록, 광은 다른 광 커플링 장치(25')에 의해 커플링되지 않고 이를 통과해야 한다. 따라서, 광 커플링 장치(25')는 이러한 경우에 스위칭 오프되어야 한다.

광 커플링 장치(25') 자체는 스위칭 가능하도록 설계되어야 한다. 또는, 다른 요소와의 별도의 스위칭이 수행되어야 하며, 이는 광 커플링 장치(25')에서 광이 커플링되거나 또는 커플링되지 않도록 작용한다. 광 커플링 장치(25')가 예를 들어 편광 방향의 광을 반사시키고 그런 다음 이를 커플링시키며, 이에 대해 수직인 다른 편광 방향의 광을 투과시키고 이에 따라 이를 커플링시키지 않는 반사성 와이어 격자 편광기로서 형성되면, 예를 들어 별도의 스위칭 요소는 편광 스위치(33)일 수 있다.

광 커플링 장치(25')가 광을 투과시키는 경우, 그 후방에 위치되는 다른 광 커플링 장치(25) 상에 광이 입사되어, 이에 의해 커플링된다.

대안적으로, 예를 들어 광 커플링 장치(25')는 또한 종래의 미러 요소로서 형성될 수 있고, 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 피봇 가능한 미러 요소는 SLM과 광 커플링 장치 사이의 광 경로에 배치될 수 있으며, 이는 광을 커플링하기 위해 광 커플링 장치(25')로 편향시키거나, 또는 커플링하지 않기 위해 광 커플링 장치(25)를 지나서 편향시킨다. 예를 들어 2개의 광 커플링 장치(25 및 25')는 광 가이드에서 또한 서로 나란히 배치될 수 있고, 서로 앞뒤로는 배치될 수 없으며, 여기서 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 피봇 가능한 미러 요소는 광을 광 커플링 장치(25) 또는 광 커플링 장치(25')로 편향시킬 수 있다.

이미 언급된 바와 같이, 광 커플링 장치(25')는 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하도록 스위칭 오프되어, 광은 이러한 광 커플링 장치(25')를 통과하고, 그 후방에 위치된 광 커플링 장치(25)에 의해 광 가이드 내로 커플링된다.

고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 조명 장치의 광원(22)에 의해 방출된 광은 SLM(21) 상에 입사되고, 이로부터 3차원 장면의 정보에 대응하여 변조된다. 그런 다음, 광학 시스템(23)에 의해, 즉 이미징 요소(27) 및 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소에 의해 SLM(21)의 이미지가 생성되고, 이를 통해 시야(31)의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트가 제공된다. 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소에 따라 형성되는 SLM(21)의 이미지는, 여기서 광 가이드 장치(24)의 내부에 형성된다. 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성 시, 관찰자 평면에 가상 관찰자 윈도우(29)가 형성된다. 관찰자의 눈이 관찰자 평면에서 가상 관찰자 윈도우(29)의 영역에 놓이면, 관찰자는 이러한 가상 관찰자 윈도우(29)를 통해, 시야(31)에 3차원으로 생성된 장면 또는 오브젝트를 관찰할 수 있다.

이러한 방식으로 전체 시야에서 고해상도 관찰 각도를 함께 조합하여 확대하는 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들도 또한 생성될 수 있다. 예를 들어 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들을 생성하기 위해, 광 가이드에서의 반사 횟수는 각각의 세그먼트에 대해 상이하게 조정될 수 있다.

도 6에 따른 이러한 유형의 디스플레이 디바이스에 의해, 시야를 더 확대하기 위해 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 또한 생성될 수 있다. 이러한 방법은 도 7과 관련하여 설명된다.

도 7에 도시된 디스플레이 디바이스는, 그 구조가 도 6에 따른 디스플레이 디바이스의 구조에 대응하는데, 왜냐하면 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성에 대해, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성에 대한 것과 동일한 디스플레이 디바이스가 사용되기 때문이다. 따라서, 도 7에 도시된 디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 광원(22), SLM(21), 광학 시스템(23) 및 광 가이드 장치(24)를 갖는 조명 장치를 다시 포함한다. 광 가이드 장치(24)는 다시 동일한 광 가이드, 2개의 광 커플링 장치(25 및 25') 및 광 디커플링 장치(26)를 포함한다. 광 가이드는 만곡되어 설계된다. 또한, 여기서 광 커플링 장치(25')는 광 가이드 내로 광을 커플링하기 위한 미러 요소를 포함할 수 있고, 여기서 미러 요소는 경사지고 반사되는 표면으로 형성될 수 있으며, 이는 광 가이드 내에 배치된다. 그러나, 도 6과 대조적으로, 광 커플링 장치(25')는 이제 스위칭 온되어 있으므로, 여기서 광은 광 가이드 내로 커플링된다. 따라서, 후속 광 커플링 장치(25) 상에는 광이 입사되지 않는다.

광 디커플링 장치(26)는 여기서 격자 요소를 포함할 수 있다. 격자 요소는 여기서 각각의 광 입사 지점에서 광 가이드 장치(24)로부터 광이 디커플링되는 것이 광 가이드의 표면에 대해 수직으로 허용되도록, 광 입사 지점에 의해 변하는 격자 주기를 포함할 수 있다. 도 7에는 단지 하나의 광 디커플링 장치(26)만이 도시된다. 그러나, 일반적으로, 광 가이드는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 위한 별도의 광 디커플링 장치를 또한 포함할 수 있다. 이러한 별도의 광 디커플링 장치는 예를 들어 각각 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 스위칭 온되고, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 스위칭 오프되거나 또는 그 반대도 또한 마찬가지인, 적어도 하나의 스위칭 가능한 격자 요소를 포함할 수 있다. 광 디커플링 장치는 PCT/2P2018/068901호의 설명에 따라 설계될 수 있으며, 여기서 PCT/2P2018/068901호의 개시 내용은 여기에 완전히 포함된다.

시야를 확대하기 위해, 조명 장치에 의해 방출된 광은 SLM(21)으로 지향되고, 이로부터 대응하여 표현될 오브젝트 또는 표현될 장면의 정보로 변조된다. 명료성을 위해, 여기서 단지 3개의 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 방출되고 3개의 광 빔들을 통해 상이한 회색 음영으로 표현되는 이러한 변조된 광은 광학 시스템(23)에 의해, 이에 따라 여기서 이미징 요소(27) 및 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)에 의해 광 커플링 장치(25')에 포커싱된다. 예를 들어 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)가 가변 초점 거리를 갖는 렌즈 요소인 경우, 이러한 초점 길이는 광 커플링 장치(25')의 지점 상에 초점이 생성되도록 (도 6에서와는 다른 값으로) 조정된다. 이 경우, 광 방향으로, 광원(22)의 이미지(30)는 광학 시스템의 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28) 전방에 형성되어, 그곳에 조명 장치의 광원의 이미지가 형성되거나 또는 생성된다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 스위칭 또는 제어를 통해, 특히 광 커플링 장치(25')의 지점 상의 초점의 생성을 통해, SLM(21)의 개별 픽셀들(P1, P2, P3, ... PN)로부터 방출되는 광이 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 장치(24) 상에, 특히 광 커플링 장치(25') 상에 입사되고, 이러한 광 커플링 장치(25')를 통해 광 가이드 내로 커플링된다. 이것은 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 대응하는 다른 스위칭 상태 또는 제어 상태를 통해 광 커플링 장치의 지점 상에 초점이 존재하지 않고, 대신에 SLM(21)의 모든 픽셀들(P1, P2, P3, ... PN)로부터의 광이 동일하게 수직인 각도 하에 광 커플링 장치(25) 상에 입사되는 것이 도 6과의 본질적인 차이이다. 따라서, 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)의 스위칭 상태 또는 제어 상태를 통해, 다양한 픽셀의 광으로부터 광 가이드 장치(24) 상으로의 입사 각도는, 모든 픽셀에 대한 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 동일하지만, 그러나 모든 픽셀에 대해 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해서는 상이하도록 조정된다. 이것은 상이한 광 커플링 장치(25 및 25')와 조합하여, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 광 가이드 내에서 광의 상이한 전파를 초래한다. 그리고, 광 디커플링 장치(26)와 관련하여, 광 가이드 내의 이러한 상이한 전파는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대한 상이한 크기의 시야를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 두 경우 모두, 광은 각각 모든 픽셀에 대해 동일한 횟수의 반사 후에 광 가이드 장치(24)의 광 가이드로부터 다시 디커플링된다.

도 7에 도시된 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, SLM(21)의 개별 픽셀들(P1, P2, P3, ... PN)로부터 방출되는 광은 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 장치(24) 상에, 특히 광 커플링 장치(25') 상에 입사된다. 이를 통해, 광의 커플링 각도 스펙트럼이 정의된다. 따라서, 픽셀들(P1, P2 및 P3)로부터 나오는 3개의 광 빔들은 상이한 커플링 각도로 광 커플링 장치(25') 상에 입사된다. 이러한 3개의 광 빔들은 여기서 광 커플링 장치(25')의 미러 요소에 의해 광 가이드 내로 커플링된 다음, 광 가이드의 경계 표면에서 전반사 하에 광 가이드 내에 상이한 전파 각도로 전파된다. 이러한 경우, 커플링된 각도 스펙트럼 또는 커플링 각도 스펙트럼은 공기에서는 대략 30도, 광 가이드 내부에서는 20도이다. 광 가이드 내에서 광의 사전 결정되거나 또는 정의된 횟수의 반사 후에, 이러한 광은 광 가이드로부터 다시 디커플링된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 커플링된 광 빔들은 광 디커플링 장치(26)에 의해 광 가이드의 내부 및 외부 표면 또는 경계 표면에서의 각각 4회의 반사 후에 다시 광 가이드로부터 디커플링된다. 광 가이드 장치(24) 내에서 또는 광 가이드 내에서 전파되는 광은 여기서 광 가이드의 국부적인 표면에 대해 상대적으로 수직으로, 그러나 광 가이드의 곡률로 인해, 가상 관찰자 윈도우(29)에 대해 상대적으로 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 장치(24)로부터 또는 광 가이드로부터 디커플링된다. 이를 통해, 광의 디커플링 각도 스펙트럼이 정의된다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 광이 광 가이드 장치(24)로부터 디커플링된 후, 가상 관찰자 윈도우(29)에서의 광 빔들의 초점(F)에서 볼 때, 도시된 2개의 외부 광 빔에 의해 측방향으로 제한되는 시야(32)가 생성된다. 여기서 생성된 시야(32)는 최대 60도의 각도 범위를 포함한다. 따라서 알 수 있는 바와 같이, 광의 디커플링 각도 스펙트럼은 광 가이드 내로 커플링된 광의 각도 스펙트럼의 대략 2배만큼 크다. 따라서, 이러한 방식으로 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되며, 이에 의해 넓은 시야가 생성될 수 있고, 그 내부에 저해상도 홀로그래픽 표현이 생성될 수 있다.

또한, 여기서 복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들이 다시 생성될 수 있으며, 이는 함께 조합되어 전체 시야 내에서 저해상도 관찰 각도를 확대시킨다.

따라서, 넓은 시야의 생성은 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성함으로써 수행되고, 여기서 이들 세그먼트는 함께 시야 또는 전체 시야를 형성한다. 그러나, 광의 각도 스펙트럼의 전파 및 사전 결정된 횟수의 반사 후에 광의 디커플링을 통한 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대한 시야의 확대, 및 마찬가지로 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성은 여기에 도시된 바와 같이 만곡된 광 가이드에 제한되지는 않고, 오히려 광 가이드 장치에서 편평하게 형성된 광 가이드에 대해서도 또한 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 따른 이러한 유형의 디스플레이 디바이스에서, 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 추가적으로, 적어도 하나의 입체적 세그먼트가 또한 생성될 수 있어, 시야는 보다 확대될 수 있거나, 또는 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 시야가 관찰자가 그 자연 환경에서 인지할 수 있는 시야에 적응될 수 있다.

적어도 하나의 홀로그래픽 세그먼트와 입체적 세그먼트의 조합이 제공되면, 마찬가지로 시선 트랙킹 장치도 제공될 수 있다. 이러한 유형의 시선 트랙킹 장치 및 추적 장치에 의해, 관찰자의 각각의 눈의 시선 방향에 대응하여 시야의 홀로그래픽 세그먼트의 위치가 변위될 수 있고, 또한 SLM의 이미지의 깊이도 입체적 세그먼트에 대해 그리고 경우에 따라서는 적어도 하나의 홀로그래픽 세그먼트에 대해서도 또한 적응될 수 있다. 망막의 중앙 영역에는, 표현된 장면 또는 오브젝트의 최대 측면 해상도 및 전체적인 3차원 깊이가 생성된다. 이 경우, 망막의 중앙 영역의 외부에는 입체적 세그먼트에 단지 2차원 장면 또는 오브젝트만이 존재한다. 그러나, 망막의 중앙 영역의 외부에서도 또한 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 의해, 가능한 수렴 조절 불일치가 방지된다. 이 경우, 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 의해 커버되는 섹션보다 더 넓은 시야의 각도 범위에 걸쳐 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 갖는 장면의 이미지 컨텐츠 또는 표현될 오브젝트가 생성되는 경우, 이미지 품질의 상당한 개선이 달성된다.

도 8은 도 6 또는 도 7에 따른 디스플레이 디바이스의 섹션을 도시하는데, 그러나 여기서 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 위한 광 커플링 장치(25') 및 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 위한 광 커플링 장치(25)는 광 가이드 장치(24) 내에서, 도 6 및 도 7에서와 같이 서로 앞뒤로 배치되지 않고, 서로 나란히 배치된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 2개의 광 커플링 장치(25 및 25')는 적어도 하나의 격자 요소를 포함한다. 이러한 경우, 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)는 스위칭 가능한 미러 요소로서 형성된다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)가 스위칭 오프되거나 또는 오프 상태인 경우, 광은 광 커플링 장치(25')로 더 전파된다. 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)가 스위칭 온되거나 또는 온 상태인 경우, 광은 그 대신 추가의 미러 요소(34)를 통해 광 커플링 장치(25)로 편향된다. 이러한 경우, 예를 들어 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 광을 상이하게 포커싱하도록, 예를 들어 정적 렌즈 요소들(35 및 36)이 또한 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)와 각각의 광 커플링 장치(25 또는 25') 사이에서 사용될 수 있다.

본 발명은 물론 광 커플링 장치(들)의 특정 조립체로 제한되지는 않는다. 다른 실시예에서, 예를 들어 동일한 광 커플링 장치가 2개의 홀로그래픽 세그먼트, 즉 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 또한 사용될 수도 있다.

적어도 하나의 광 가이드 장치를 포함하고 특히 일 실시예에서 도 10에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 SLM으로 홀로그램을 인코딩하기 위한 단일 시차 인코딩을 사용하는 디스플레이 디바이스가 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 입체적 세그먼트의 생성을 위해 사용되는 것도 또한 가능하다.

일반적으로, 단일 시차 인코딩은 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 모두에 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트는 전체 시차 인코딩을 포함하고, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트는 단일 시차 인코딩을 포함하는 조합도 또한 가능하다.

저해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 선택적으로 또한 입체적 세그먼트를 위한 이러한 유형의 디스플레이 디바이스는 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 실질적으로 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 도 9는 도 7에 도시된 디스플레이 디바이스의 다른 공간적인 도면에 대응한다.

도 9는 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 입체적 세그먼트를 위해 2차원 광원 이미지를 생성하도록, 구형 이미징 요소를 포함하는 광학 시스템을 구비하는 디스플레이 디바이스를 개략적으로 도시한다. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 또는 입체적 세그먼트에 대해, 광의 수평 커플링 각도 스펙트럼뿐만 아니라 수직 커플링 각도 스펙트럼도 또한 생성된다. SLM에서 서로 나란히 있는, 즉 수평으로 서로 나란히 배치되는 픽셀들(P1, ... PN)은, 따라서 수평인 상이한 광 커플링 각도를 갖는다. SLM에서 서로 위아래로 있는, 즉 수직으로 서로 배치되는 픽셀들(P1, ... PM)은 수직인 상이한 광 커플링 각도를 갖는다.

디스플레이 디바이스는 여기서 또한 적어도 하나의 광원(42), SLM(41) 및 광학 시스템(43)을 갖는 조명 장치를 포함한다. 광학 시스템(43)은 구형 이미징 요소(46), 필드 렌즈(45) 및 추가의 이미징 요소(47)를 포함한다. 광 가이드 장치(48)는 광 방향으로 광학 시스템(43)의 후방에 배치된다. 예를 들어 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 갖는 조립체의 경우, 구형 이미징 요소(46)는 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능하게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 이에 의해 도 6, 도 7 및 도 8에서 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소(28)에 대응한다. 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 구형 이미징 요소(46)는 여기에 도시된 바와 같이 스위칭되거나 또는 제어되어, 이들은 광 커플링 장치(49) 상에 포인트 형상의 초점, 따라서 2차원 광원 이미지를 생성하는 구형 렌즈 요소의 기능에 대응한다. 예를 들어 이러한 구형 렌즈 기능은 제어 가능한 렌즈 요소를 통해, 그러나 대안적으로 또한 서로에 대해 수직으로 배치된 회절 격자를 통해 생성될 수 있으며, 그 안에 동일한 초점 거리의 2개의 원통형 렌즈 기능이 기록된다.

그러나, 예를 들어 단지 하나의 입체적 세그먼트만을 생성하기 위해 동일한 디스플레이 디바이스가 또한 사용될 수도 있다. 이러한 경우, 구형 이미징 요소(46)는 스위칭 가능하도록 형성될 필요는 없고, 대신에 예를 들어 복수의 종래의 구형 유리들 또는 플라스틱 렌즈 요소들의 하나 또는 조합으로서 또한 형성될 수도 있다.

광 가이드 장치(48)는 광 커플링 장치(49) 및 광 디커플링 장치(50)를 포함한다. 여기서 또한, 조명 장치, SLM(41), 광학 시스템(43) 및 광 가이드 장치(48)에 의해, 관찰자 평면에 가상 관찰자 윈도우(51)와 관련하여 시야의 세그먼트가 생성된다. 선택적으로, SLM(41)의 다중 이미징은 공통으로 넓은 시야를 형성하는 복수의 세그먼트들을 생성하기 위해 수행된다. 그러나, 홀로그래픽이든 또는 입체적이든, 도 9 및 도 10에서는 이러한 유형의 세그먼트의 생성이 중점이 아니고, WO 2018/146326 A2호의 개시에 따라 수행될 수 있고, 여기서 WO 2018/146326 A2호의 개시 내용은 여기에 전체적으로 포함된다. 오히려, 광 가이드 장치 내로의 광 커플링의 영역 내에 광원 이미지의 생성이 매우 중요하다.

2차원 광원 이미지를 생성하기 위해, 조명 장치의 광원(42)에 의해 방출된 광은 시준되어 SLM(41)으로 전송되고, 여기서 그런 다음, 재구성될 장면의 정보로 변조된다. 그런 다음, 변조된 광은 필드 렌즈(45) 상에 입사되고, 이러한 필드 렌즈는 SLM(41)의 모든 픽셀들로부터 나오는 광을 퓨리에 평면(52)에서 제1 광원 이미지에 포커싱하고, 이 퓨리에 평면에서 SLM(41)에 인코딩된 홀로그램의 퓨리에 변환이 이루어진다. 제1 광원 이미지가 형성되는 이러한 퓨리에 평면(52)에, 렌즈 요소로서 형성될 수 있고 선택적일 수 있는 추가의 이미징 수단(47)이 배치된다. 퓨리에 평면(52)은 또한 선택적으로, 형성된 회절 차수의 필터링을 수행할 수 있는 다이어프램을 포함할 수 있다. SLM 상에서 픽셀로 인코딩되는 - 여기서 픽셀이 규칙적으로 배치되어 있음 - 1차원뿐만 아니라 2차원 홀로그램은 퓨리에 평면에서 주기적인 재구성을 생성한다. 단지 바람직한 주기 간격 또는 단지 바람직한 회절 차수만을 허용하는 다이어프램이 주기성의 억제 또는 스위칭 오프를 위해 사용될 수 있다.

퓨리에 평면(52)에서 제2 광원 이미지 후방에 개별 픽셀의 광 빔이 발산되고, 구형 이미징 요소(46) 상에 입사된다. 구형 이미징 요소(46)는 입사된 광 빔을 수평 방향 및 수직 방향으로 포커싱하여, 광 커플링 영역에서 또는 광의 광 가이드 장치(48) 내로의 커플링 전에 광원 이미지가 생성된다. 광 가이드 장치(48)의 광 커플링 장치(49)는 여기서 디스플레이 디바이스에서 광원 이미지의 위치의 영역 상에 또는 이러한 광원 이미지의 위치의 영역 내에 배치된다. 이러한 방식으로, 2차원 광원 이미지가 생성된다. 광원 이미지의 생성은 광 가이드 장치(48) 내로의 광 커플링의 영역의 확대도에서 보다 상세히 도시된다.

도 10에서 선형 광원 이미지를 생성하기 위해, 이제 구형 이미징 요소 대신에 적어도 하나의 원통형 이미징 요소를 포함하는 광학 시스템을 구비하는 디스플레이 디바이스. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 또는 하나의 입체적 세그먼트에 대해, 선형 광원 이미지의 배향에 따라, 광의 단지 하나의 수평 커플링 각도 스펙트럼 또는 단지 하나의 수직 커플링 각도 스펙트럼이 생성된다. 도 10에는 수직 선형 광원 이미지가 도시되어 있다. SLM에서 수평으로 서로 나란히 배치되는 픽셀들(P1, ... PN)은 따라서 상이한 수평 광 커플링 각도를 갖는다. SLM에서 수직으로 서로 위아래로 배치되는 픽셀들(P1, ... PM)은 동일한 수직 광 커플링 각도를 갖는다.

디스플레이 디바이스는 여기서 또한 적어도 하나의 광원(62), SLM(61) 및 광학 시스템(63)을 갖는 조명 장치를 포함한다. 광학 시스템(63)은 여기서 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66)(도 10에서 하나의 요소로 도시됨), 필드 라인(65) 및 추가의 이미징 요소(67)를 포함한다. 광 가이드 장치(68)는 광 방향으로 광학 시스템(63)의 후방에 배치된다. 광 가이드 장치(68)는 광 커플링 장치(69) 및 광 디커플링 장치(70)를 포함한다. 여기서 또한, 조명 장치에 의해, 관찰자 평면에서 가상 관찰자 윈도우(71)와 관련하여 SLM(61), 광학 시스템(63) 및 광 가이드 장치(68)에 시야의 세그먼트가 생성된다. 선택적으로, SLM(61)의 다중 이미징이 수행되어, 공동으로 넓은 시야를 형성하는 복수의 세그먼트들이 생성될 수 있다. 도 9에서 이미 언급된 바와 같이, 이제 중점은 이러한 유형의 세그먼트의 생성이 아니라, 광 가이드 장치에서 광 커플링의 영역 내에서의 1차원 또는 선형 광원 이미지의 생성이 중요하다.

선형 광원 이미지를 생성하기 위해, 조명 장치의 광원(62)에 의해 방출된 광은 시준되어 SLM(61)으로 전송되고, 그런 다음 재구성될 장면의 정보로 광이 변조된다. 그 후, 변조된 광은 필드 렌즈(65) 상에 입사되어, 도 9에 따라 퓨리에 평면(72)에 제1 포인트 형상의 광원 이미지가 다시 생성된다. 제1 광원 이미지가 형성되는 이러한 퓨리에 평면(72)에서, 렌즈 요소로서 형성될 수 있고 선택적일 수 있는 추가의 이미징 수단(67)이 배치된다. 여기서, 퓨리에 평면(72)은 형성된 회절 차수의 필터링이 수행될 수 있는 다이어프램을 또한 선택적으로 포함할 수 있다.

퓨리에 평면(72)에서 제1 광원 이미지 후방에서, SLM(61)의 개별 픽셀의 광 빔은 발산되고, 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66) 상에 입사된다. 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66)는 수평 방향 및 수직 방향으로 상이한 초점 길이를 포함하고, 이에 따라 광 가이드 장치(68)에서 광 커플링의 영역 내에 단지 하나의 초점을 수평 방향으로 생성한다. 따라서, 광 커플링의 영역에 또는 광이 광 가이드 장치(68) 내에 커플링되기 전에 선형 광원 이미지가 생성된다. 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 입체적 세그먼트를 생성하기 위해, 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66)가 제어 가능하게 형성될 수 있다. 광 가이드 장치(68) 내로의 광 커플링의 영역에서 초점을 생성하기 위한 상이한 초점 길이의 단지 수평 방향으로의 조정은, 이 경우 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해 또는 적어도 하나의 입체적 세그먼트에 대해 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66)의 스위칭 상태 또는 제어 상태에 의해 수행된다. 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트에 대해, 한 쌍의 교차된 원통형 이미징 요소(66)는 이 경우 다른 초점 거리를 포함할 수 있으며, 이는 그러나 일반적인 경우에 수평 방향으로 그리고 수직 방향으로도 또한 구별될 수 있다. 광 커플링 장치(70)에 의해 광 가이드 장치(68)로부터 광이 디커플링된 후에, 추가의 광원 이미지가 형성된다. 이 경우, 광 가이드 장치(68)의 광 커플링 장치(69)는 디스플레이 디바이스에서 선형 광원 이미지의 위치의 영역 상에 또는 이러한 선형 광원 이미지의 위치의 영역 내에 배치된다. 선형 광원 이미지의 생성은 광 가이드 장치(68) 내로의 광 커플링의 영역의 확대도에서 보다 상세히 도시된다.

도 9 및 도 10에 따른 2개의 디스플레이 디바이스는 광 가이드 장치로부터의 광의 디커플링 각도 스펙트럼을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 광의 커플링 각도 스펙트럼에 비해 확대된다. 광의 커플링 각도 스펙트럼이라 함은, SLM의 개별 픽셀들로부터 방출되는 광 빔들이 광 가이드 장치의 표면에 대해 상대적으로 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 장치 상에 입사되고 커플링됨으로써 생성되는 스펙트럼인 것으로 이해되어야 한다. 광의 디커플링 각도 스펙트럼이라 함은, 광 가이드 장치 내에 전파되는 광 빔들이, 여기서 가상 관찰자 윈도우로서 또는 입체적 세그먼트가 생성될 때 스위트 스폿으로서 또한 이해될 수 있는 관찰자 영역에 대해 상대적으로 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 장치로부터 디커플링됨으로써 생성되는 스펙트럼인 것으로 이해되어야 한다.

특히, 도 9의 디스플레이 디바이스에서, 광의 디커플링 각도 스펙트럼은 광의 커플링 각도 스펙트럼과 비교하여 수평 방향 및 수직 방향 모두로 확대될 수 있다. 그러나, 이것은 직사각형이 아니라 오히려 다이아몬드형으로 형성된 시야를 관찰자에 대해 형성한다.

한편, 도 10의 디스플레이 디바이스에서, 광의 디커플링 각도 스펙트럼은 광의 커플링 각도 스펙트럼과 비교하여 단지 수평 방향으로만 확대된다. 관찰자에게는 넓은 수평 시야가 특히 중요하기 때문이다.

이러한 디스플레이 디바이스는 확대된 수직 시야를 생성하기 위한 다른 공지된 가능성과 조합될 수 있다.

예를 들어 편평한, 만곡되지 않은 광 가이드를 포함하는, 90도만큼 회전된 제1 광 가이드 장치를 사용하는 것도 또한 예를 들어 가능하다. 제1 광 가이드 장치의 커플링에서, 광원 이미지는 단지 수직 방향으로만 생성된다. 제1 광 가이드 장치에 의해, 제1 광 가이드 장치로부터의 디커플링 각도 스펙트럼이 커플링 각도 스펙트럼에 비해 수직으로 확대된다. 제1 광 가이드 장치로부터 디커플링된 광은 제2 광 가이드 장치의 광 커플링 위치에서 추가의 이미징 요소에 의해 수평으로 포커싱된다. 제2 광 가이드 장치에 의해, 수평 방향으로 디커플링 각도 스펙트럼이 생성되고, 이는 커플링 각도 스펙트럼에 비해 확대된다. 이 경우, 2개의 광 가이드 장치의 조합을 통해 전체적으로 직사각형 시야가 생성된다.

또한, 실시예 또는 예시적인 실시예들의 조합이 가능하다. 마지막으로, 상기 설명된 예시적인 실시예들은 단지 청구된 교시의 설명을 위한 것이고, 이러한 교시는 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 특히 주목해야 한다.

Claims (31)

1. 2차원 및/또는 3차원 오브젝트 또는 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 있어서,
   - 충분히 간섭성인 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치,
   - 입사된 광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 및
   - 적어도 하나의 광학 시스템으로서, 상기 적어도 하나의 광학 시스템은 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 다중 이미징을 위해 제공되고, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 상기 이미징의 개수에 대응하여 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공되고, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들이 세그먼트로서 서로 결합되어 시야를 형성하며, 상기 시야는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 포함하는 것인, 상기 적어도 하나의 광학 시스템
   을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 광학 시스템은 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성과 관련하여 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공되고, 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우의 크기는 상기 시야 내의 상기 오브젝트 또는 상기 장면을 관찰하는 관찰자의 눈 동공의 크기와 동일하거나 또는 이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우의 상기 크기는 6 mm 내지 15 mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 광학 시스템은 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 생성과 관련하여 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우를 생성하도록 제공되고, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우의 상기 크기는 상기 시야 내의 상기 오브젝트 또는 상기 장면을 관찰하는 관찰자의 눈 동공의 크기보다 더 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
5. 제4항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우의 상기 크기는 0.5 mm 내지 2 mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트들 및/또는 복수의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트들이 상이한 크기의 가상 관찰자 윈도우들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우 및 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우의 상기 생성은 관찰자 평면에서 동일한 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
8. 제7항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우와 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우의 적어도 부분적인 중첩이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 2개의 공간 광 변조 장치들이 제공되고, 하나의 공간 광 변조 장치는 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 제공되고, 다른 공간 광 변조 장치는 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 상기 하나의 공간 광 변조 장치 및 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위한 상기 다른 공간 광 변조 장치는 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 적어도 하나의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭될 수 있거나 또는 제어될 수 있고, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭될 수 있거나 또는 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 단일 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 전체 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되고, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 단일 시차 인코딩 형태의 홀로그램이 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에 기록되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰자 평면에 존재하는 더 높은 회절 차수를 제거하기 위해 적어도 하나의 필터 조립체가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    시선 트랙킹 장치 및 적어도 하나의 추적 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추적 장치는 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우를 추적하기 위해 그리고/또는 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 상기 가상 관찰자 윈도우를 추적하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추적 장치는 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미지의 위치 또는 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및/또는 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트의 위치를, 상기 시선 트랙킹 장치에 의해 확인된 상기 관찰자의 눈의 초점 위치 및 시선 방향에 적응시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
19. 제16항에 있어서,
    상기 시선 트랙킹 장치는 관찰자의 눈에서의 동공 위치를 검출하기 위해, 그리고 상기 오브젝트 또는 상기 장면을 관찰하는 상기 관찰자의 시선을 트랙킹하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시야는 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 입체적(stereoscopic) 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 상기 적어도 하나의 입체적 세그먼트는 상기 시야에서 부분적으로 또는 전체적으로 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 가이드, 적어도 하나의 광 커플링 장치 및 적어도 하나의 광 디커플링 장치를 포함하는 적어도 하나의 광 가이드 장치가 제공되고, 광이 상기 광 가이드의 내부에서 상기 광 가이드의 경계 표면에서의 반사를 통해 전파되고, 상기 광 디커플링 장치에 의해 상기 광 가이드로부터 상기 광이 디커플링되는 것이 상기 광 가이드의 상기 경계 표면에서의 상기 광의 정의된 횟수의 반사 후에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
23. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 시스템 및 상기 적어도 하나의 광 가이드 장치는 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해 그리고 필요한 경우 적어도 하나의 입체적 세그먼트를 생성하기 위해 제공되고, 상기 고해상도 홀로그래픽 세그먼트, 상기 저해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 필요한 경우 상기 입체적 세그먼트는 함께, 3차원 장면 또는 3차원 오브젝트가 내부에 표현될 수 있는 시야를 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 가이드 장치 및 상기 적어도 하나의 광학 시스템에 의해 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 이미징이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
25. 제22항, 제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조명 장치에 제공되는 적어도 하나의 광원의 광원 이미지가 상기 광학 시스템에 의해 광 경로에서 상기 광이 상기 광 가이드 장치 내로 커플링되기 전에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 커플링 장치는 광원 이미지의 위치의 영역 상에 또는 상기 광원 이미지의 위치의 영역 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 서로 교차하여 배치되는 2개의 원통형 광학 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
28. 제27항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 상기 광 경로에서 상기 광이 상기 광 가이드 장치 내로 커플링되기 전에 선형 광원 이미지를 생성하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
29. 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 및 적어도 하나의 광학 시스템에 의해, 장면 또는 오브젝트가 상이한 해상도들로 내부에 표현되는 넓은 시야를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치는 입사된 광을 상기 장면 또는 상기 오브젝트의 필요한 정보로 변조하고,
    - 상기 적어도 하나의 광학 시스템은 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치를 다중 이미징하고, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 상기 이미징의 개수에 대응하여 가상 관찰자 윈도우를 생성하고, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들이 세그먼트로서 서로 결합되어 시야를 형성하고, 상기 시야의 형성을 위해 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트가 생성되는 것인, 방법.
30. 제29항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트 및 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하는 것은, 상기 광학 시스템의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 요소에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제30항에 있어서,
    상기 광학 시스템에는 2개의 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소들이 제공되고, 상기 적어도 하나의 고해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭되거나 또는 제어되고, 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소는 스위칭되지 않거나 또는 제어되지 않고, 상기 적어도 하나의 저해상도 홀로그래픽 세그먼트를 생성하기 위해, 상기 제2 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소가 스위칭되거나 또는 제어되고, 상기 제1 스위칭 가능하거나 또는 제어 가능한 광학 요소는 스위칭되지 않거나 또는 제어되지 않는, 방법.

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