KR20200101420A - 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 디스플레이 디바이스 및 방법 - Google Patents

가상 가시성 영역을 추적하기 위한 디스플레이 디바이스 및 방법 Download PDF

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KR20200101420A
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KR
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hologram
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display device
virtual
eye
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KR1020207020919A
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노르베르트 레이스터
보 크롤
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 디스플레이 디바이스는 충분히 간섭성의 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 시스템, 적어도 하나의 공간 광 변조 시스템, 적어도 하나의 광학 시스템 및 추적 장치를 포함한다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에서 단일 시차 인코딩에 의해 홀로그램이 인코딩된다. 적어도 하나의 광학 시스템은 관찰자의 눈의 위치에서 적어도 하나의 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 제공된다. 추적 장치에 의해, 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 인코딩 방향이 변경될 수 있다.

Description

가상 가시성 영역을 추적하기 위한 디스플레이 디바이스 및 방법
본 발명은 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 특히 홀로그래픽 디스플레이 디바이스, 특히 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이와 같이 관찰자의 눈 근처에 제공되는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특히 작은 영역에서 가상 가시성 영역의 추적이 구현될 수 있는 방법에 관한 것이다.
오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 디스플레이 또는 디스플레이 디바이스와 비교하여, 홀로그래픽 디스플레이 또는 디스플레이 디바이스는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 존재하고 홀로그램의 인코딩을 위해 사용되는 공간 광 변조 장치의 해상도 및 홀로그램의 계산 노력의 관점에서 실질적으로 더 큰 요구 사항을 제기한다.
WO 2006/066919 A1호는 예를 들어 이러한 요건이 어떻게 감소될 수 있는지를 설명한다. 여기서는 예를 들어 가상 관찰자 윈도우의 생성이 설명되고, 상기 가상 관찰자 윈도우는 공간 광 변조 장치에 인코딩된 홀로그램의 푸리에 스펙트럼의 회절 차수 내에 제공되고, 상기 가상 관찰자 윈도우를 통해, 관찰자는 공간 광 변조 장치의 앞 및/또는 뒤로 확장될 수 있는 재구성 공간 내의 재구성된, 바람직하게는 3차원 장면을 관찰할 수 있다.
개별 오브젝트 포인트의 재구성에 대해, 이는 서브 홀로그램이 장면의 임의의 오브젝트 포인트에 대해 공간 광 변조 장치로 인코딩되는 것을 의미한다. 공간 광 변조 장치 상에서의 서브 홀로그램의 범위 및 위치는 예를 들어 일 실시예에서, 가상 관찰자 윈도우 또는 공간 광 변조 장치에서의 오브젝트 포인트 위의 가시성 영역의 프로젝션을 통해 정의될 수 있다. 이 경우, 복수의 오프젝트 포인트를 포함하는, 바람직하게는 3차원 장면의 전체 홀로그램은 3차원 장면의 모든 오브젝트 포인트의 서브 홀로그램의 중첩으로서 표현된다. 여기서 개별 서브 홀로그램은 서로 완전히 중첩되는 것은 아니고, 재구성될 오브젝트 포인트에 대응하여 서로에 대해 오히려 변위되어, 표면의 단지 일부만이 하나 이상의 서브 홀로그램에 의해 중첩된다.
다시 말해서, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 내에서의 공간 픽셀의 생성은 서브 홀로그램으로 오브젝트 포인트를 인코딩함으로써 수행될 수 있다. 이 경우, 인코딩은 일반적인 외부 컴퓨터 시스템 또는 홀로그래픽 디스플레이에 설치된 제어 유닛에서 수행될 수 있다. 여기서 지금까지는, 공간 광 변조 장치에서의 각각의 서브 홀로그램의 범위가 고정될 수 있고, 예를 들어 단지 공간 광 변조 장치에 대한 오브젝트 포인트의 깊이 위치에만 의존하거나 또는 요구 사항에 대응하여 변할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 또한, 공간 광 변조 장치에서의 서브 홀로그램의 기하학적 위치 및 그 범위는, 예를 들어 공간 광 변조 장치에 대한 재구성된 장면의 관찰자의 눈의 위치, 또는 표현될 장면 내에서 복셀(voxel) 또는 픽셀의 위치와 같은 기술적인 요구 사항에 대응하여 변할 수 있는 것이 공지되어 있다. 디스플레이 포인트의 인코딩 값의 계산은 일반적으로 다수의 오브젝트 포인트의 인코딩 값으로 구성된다. 이 경우, 계산 유닛에서 수행되는 인코딩 값의 계산은 보통 실제 패널 비트 심도보다 높은 해상도로 수행된다. 픽셀 값에 대한 정규화 및 이미징은 인코딩 값의 계산 후에만 수행되고, 여기서 예를 들어 감마 곡선의 비-선형성 또는 추가적인 픽셀 종속 보정값이 고려될 수 있다.
또한, 공간 광 변조 장치의 복수의 상이한 또는 유사한 픽셀 또는 서브 픽셀은 매크로 픽셀을 형성하도록 결합될 수 있다. 그러나, 이렇지 않은 공간 광 변조 장치가 또한 존재할 수도 있다. 이러한 유형의 공간 광 변조 장치도 마찬가지로 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
도 1에는 공간 광 변조 장치(SLM)에서 각각의 오브젝트 포인트에 대한 가상 가시성 영역(VW)의 프로젝션으로서, 공간 광 변조 장치(SLM)에 대해 상이한 깊이를 갖는 다수의 오브젝트 포인트에 대해 서브 홀로그램(SH)이 생성되는 디바이스가 도시되어 있다. 공간 광 변조 장치(SLM) 상에서의 서브 홀로그램의 위치는 가시성 영역(VW)에 대한 오브젝트 포인트의 상대적인 위치에 의존한다는 것을 명백히 알 수 있다. 또한, 서브 홀로그램의 치수 또는 범위 또는 크기는 인코딩된 오브젝트 포인트의 z 위치에 의존하고, 여기서 z는 오브젝트 포인트의 공간 광 변조 장치(SLM)까지의 거리이다. 이 경우, 일반적으로 서브 홀로그램의 중첩이 수행된다.
장면, 바람직하게는 3차원 장면의 홀로그래픽 재구성을 위해, 서브 홀로그램은 관찰자가 재구성된 장면을 관찰할 수 있는 관찰자 영역 또는 관찰자 윈도우로 또한 지칭되는 가상 가시성 영역과 함께 사용된다.
SLM으로도 또한 축약되는 공간 광 변조 장치의 실제의 또는 가상의 이미지를 갖는 헤드 마운트 디스플레이(HMD), 헤드 업 디스플레이(HUD) 또는 프로젝션 디스플레이와 관련하여, 여기서 사용된 "SLM"이라는 용어는 가상 가시성 영역으로부터 가시적인 SLM의 이미지와 관련된다.
홀로그래피에 의해 3차원 장면을 생성하기 위해서는, 공간 광 변조 장치에 복소 값 홀로그램을 기록하는 것이 일반적으로 필요하다. 여기서, 공간 광 변조 장치의 복수의 픽셀은 인코딩에 의해 매크로 픽셀을 형성하도록 통합되거나, 또는 매크로 픽셀을 형성하도록 빔 결합 유닛(빔 결합기)과 결합될 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 특히 공간 광 변조 장치의 픽셀의 개구에서의 회절 효과 및 광원에 의해 방출되는 간섭성의 광의 간섭에 기초한다. 그러나, 가상 가시성 영역을 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 대한 일부 중요한 조건들은 기하학적 광학 시스템에 의해 공식화되고 정의될 수 있으며, 여기서는 간단히 언급될 것이다.
한편으로는 여기서 중요한 것은, 디스플레이 디바이스에서의 조명 빔 경로이다. 이러한 조명 빔 경로는 특히 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 사용된다. 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 실제의 또는 가상의 광원을 포함하는 조명 장치에 의해 조명된다. 이 경우, 공간 광 변조 장치의 상이한 픽셀로부터 나오는 광은 가상 가시성 영역으로 지향되어야 한다. 이를 위해, 공간 광 변조 장치를 조명하는 조명 장치의 적어도 하나의 광원은 보통 가상 가시성 영역을 포함하는 관찰자 평면으로 이미징된다. 광원의 이러한 이미징은 예를 들어 가상 가시성 영역의 중심으로 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 가시성 영역의 중심으로 포커싱된다. 그러나 공간 광 변조 장치의 다양한 픽셀들로부터 수직이 아닌 각각 동일한 회절 각도로 나오는 광은 따라서 가상 가시성 영역에서 각각의 동일한 위치에 마찬가지로 포커싱된다. 그러나, 일반적으로 가상 가시성 영역은 또한 적어도 하나의 광원의 이미지에 대해 측방향으로 변위될 수 있고, 예를 들어 적어도 하나의 광원의 이미지의 위치는 가시성 영역의 좌측 가장자리 또는 우측 가장자리와 일치할 수 있다.
다른 한편으로는, 다이렉트 뷰 디스플레이와는 달리, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서는 이미징 빔 경로가 중요하다. 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에서는, 일반적으로 범위가 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.
본 발명에 따른 설명은 주로 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿(sweet spot)을 포함하는 가상 가시성 영역이 광원 이미지의 평면에 존재하는 경우에 관한 것이다. 그러나, 그 설명은 이미징 빔 경로와 조명 빔 경로 또는 공간 광 변조 장치의 평면과 푸리에 평면을 각각 상호 교환함으로써, 가상 가시성 영역에 공간 광 변조 장치를 이미징하는 디스플레이 또는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 실시예들에 대해서도 또한 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 광원 이미지의 평면에서 가상 가시성 영역, 즉 가상 관찰자 윈도우 또는 스위트 스폿을 갖는 경우로 제한되지 않아야 한다.
홀로그램 또는 서브 홀로그램의 계산을 위해 전체 시차 인코딩 또는 단일 시차 인코딩을 사용하는 가능성이 원칙적으로 공지되어 있다.
가상 가시성 영역을 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이의 경우, 전체 시차 인코딩은 가상 가시성 영역이 수평 범위 및 수직 범위를 포함하는 것을 의미하고, 여기서 이들 두 범위는 각각의 차원에 생성된 회절 차수 이하이다. 회절 차수의 크기는 사용된 공간 광 변조 장치의 각각의 수평 픽셀 피치 또는 수직 픽셀 피치, 사용된 광의 파장 및 공간 광 변조 장치와 가상 가시성 영역 사이의 거리에 의해 결정된다. 가상 가시성 영역은 2차원 가상 관찰자 윈도우에 의해 형성된다. 3차원(3D) 장면의 오브젝트 포인트의 서브 홀로그램은 마찬가지로 공간 광 변조 장치 상에서의 일반적으로 복수의 픽셀의 수평 범위 및 수직 범위를 포함한다. 서브 홀로그램은 수평 및 수직 방향 모두에 광을 포커싱하므로, 오브젝트 포인트가 재구성된다. 여기서 가상 가시성 영역 및 서브 홀로그램은 모두 예를 들어 직사각형 형상을 포함할 수 있지만, 그러나 일반적으로 예를 들어 원형 또는 육각형 형상과 같은 다른 형상도 또한 포함할 수 있다.
이와 비교하여, 공간 광 변조 장치로의 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 단일 시차 인코딩의 경우, 생성된 가상 관찰자 윈도우의 범위는 이하에서 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향으로서 지칭되는 하나의 차원 또는 방향으로만, 회절 차수의 범위를 통해 제한된다. 서브 홀로그램은 여기서 일반적으로 공간 광 변조 장치로의 수평 단일 시차 인코딩의 경우의 개별 픽셀 행의 일부 또는 수직 단일 시차 인코딩의 경우의 개별 픽셀 열의 일부를 차지하므로, 따라서 한 차원 또는 한 방향으로만 일반적으로 하나 이상의 픽셀의 범위를 포함한다. 이러한 경우, 서브 홀로그램은 실질적으로 광을 한 방향으로 포커싱하는 원통형 렌즈에 대응한다.
이러한 사실은 다시 말해서, 단일 시차 인코딩에서 한 차원 또는 한 방향으로만, 즉 홀로그램의 인코딩 방향으로만 가상 관찰자 윈도우가 존재하고, 다른 차원 또는 방향으로는, 즉 인코딩 방향에 수직으로는, "스위트 스폿"으로도 또한 언급되는 최적의 시야 영역이 스테레오 디스플레이에서와 유사하게 존재하는 것이 설명될 수 있다. 따라서, 홀로그램의 인코딩 방향이 언급되지 않는 경우, 본 명세서에서는 "스위트 스폿 방향"이라는 용어가 사용된다. 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿은 여기서 함께 관찰자 평면에 가상 가시성 영역을 형성하고, 이 영역에 관찰자가 생성된 장면을 관찰하기 위해 위치한다. 가상 가시성 영역의 이러한 지칭 및 의미는 본 발명에 따른 다음의 개시에서 계속 사용된다.
홀로그램 또는 서브 홀로그램의 전체 시차 인코딩은 모든 방향 또는 공간 방향으로 동일하게 충분히 간섭성의 광을 필요로 하며, 이러한 광은 광원으로부터 방출되어야 한다. 대조적으로, 단일 시차 인코딩은 단지 적어도 홀로그램의 인코딩 방향으로만 충분히 간섭성의 광을 필요로 한다. 스위트 스폿 방향으로, 홀로그램의 비-인코딩 방향으로, 광의 간섭은 홀로그램의 인코딩 방향에서보다 더 작을 수 있다.
광의 간섭성은 예를 들어 공간 광 변조 장치의 조명의 각도 스펙트럼에 의해 설정될 수 있다. 홀로그램의 인코딩 방향 및 스위트 스폿 방향으로의 광의 상이한 간섭성은 예를 들어 슬릿 형상의 광원을 사용함으로써 설정될 수 있다. 슬릿 형상의 광원의 좁은 방향으로 다른 각도 스펙트럼이 생성되고, 슬릿 형상의 광원의 긴 방향에서와는 상이한 광의 간섭성이 생성된다.
인코딩 방향 및 스위트 스폿 방향으로의 광의 상이한 간섭성이 또한 예를 들어 산란 장치에 의해 설정될 수 있고, 이러한 산란 장치는 광원과 가상 가시성 영역 사이에, 선택적으로 광 전파 방향으로 공간 광 변조 장치의 상류 또는 하류에 배치되고, 홀로그램의 인코딩 방향 및 스위트 스폿 방향으로 상이한 산란 특성을 포함하고, 특히 인코딩 방향으로는 매우 작은 산란 각도를 포함하고, 스위트 스폿 방향으로는 큰 산란 각도를 포함한다. 이러한 산란 장치는 1차원(1D) 산란 장치로도 또한 지칭된다. 예를 들어 한 방향으로 40°및 이에 대해 수직인 방향으로 1°의 산란 각도를 갖는 산란 장치가 제품으로서 존재한다.
그러나, 단일 시차 인코딩의 경우 스위트 스폿 방향에서와 같이 홀로그램의 인코딩 방향으로 균일 간섭성의 조명이 또한 선택적으로 사용될 수 있고, 여기서 인코딩 방향으로 가상 관찰자 윈도우의 범위는 최대 하나의 회절 차수이고, 스위트 스폿 방향으로 스위트 스폿의 범위는 복수의 회절 차수일 수 있다.
일반적으로, 수평 단일 시차 인코딩 또는 수직 단일 시차 인코딩이 공지되어 있다. 단일 시차 인코딩의 일반적인 사용은 공간 광 변조 장치의 직사각형으로 형성된 픽셀 및/또는 스트립 형상으로 배치된 컬러 필터를 갖는 공간 광 변조 장치의 좌측/우측 눈으로부터의 공간 컬러 멀티플렉스 및/또는 공간 멀티플렉스와 조합하여 발생할 수 있다. 가상 관찰자 윈도우의 크기는 픽셀 피치의 역수에 비례한다. 따라서, 컬러 필터가 없지만, 그러나 직사각형 픽셀을 갖는 디스플레이에서는, 픽셀의 짧은 방향, 따라서 더 작은 피치의 방향에서보다 더 작은 가상 관찰자 영역이 픽셀의 긴 방향, 따라서 더 큰 피치의 방향으로 불리하게 생성된다. 따라서, 단일 시차 인코딩에서 컬러 필터가 없는 디스플레이에 직사각형 형상을 갖는 픽셀의 경우, 일반적으로 더 작은 픽셀 피치의 방향이 홀로그램의 인코딩 방향으로서 사용된다.
공간 컬러 멀티플렉스를 갖는 디스플레이에서, 상이한 색(일반적으로 적색, 녹색, 청색)의 홀로그램이 인터리브 형태로 기록될 수 있다. 한 가지 색의 광원, 예를 들어 적색 레이저 광으로 조명할 때, 다른 색(예를 들어 녹색 및 청색)의 컬러 필터는 광을 차단한다. 이러한 광원의 경우, 다른 컬러 필터는 광을 차단하는 검은색 영역과 유사하게 작용한다. 즉, 컬러의 광에 대해 컬러 픽셀이 컬러 필터 스트립에 수직인 방향으로 더 작은 개구를 갖는 픽셀과 같이 작용한다. 가상 관찰자 윈도우의 단점은, 이러한 방향으로의 더 작은 개구가 더 높은 회절 차수의 더 많은 광을 야기한다는 것이다. 가상 관찰자 윈도우의 크기를 결정하는 컬러 필터 스트립에 수직인 피치는 이러한 경우, 동일한 컬러 필터를 갖는 다음 픽셀에 대한 피치이다.
예를 들어 컬러 필터 스트립에 평행인 방향이 홀로그램의 인코딩 방향으로서 사용되는데, 왜냐하면 이러한 방향으로 일반적으로 더 큰 픽셀 개구가 존재하고, 원하는 회절 차수에서 더 많은 광이 존재하기 때문이다. 반대로 유리하게는, 컬러 필터 스트립에 수직인 방향으로, 더 작은 픽셀 개구가 더 높은 회절 차수에서 더 많은 광을 야기하도록 사용될 수 있는데, 왜냐하면 스위트 스폿에 대해 복수의 회절 차수가 또한 사용될 수 있기 때문이다. 스위트 스폿을 생성하기 위한 추가의 산란 요소는 생략될 수도 있다.
관찰자의 좌측 및 우측 눈의 공간적 멀티플렉스에도 또한 동일하게 적용된다. 여기서, 관찰자의 두 눈에 대한 멀티플렉스 스트립에 수직으로, 동일한 눈에 대해 그리고 경우에 따라서는 동일한 색에 대해 다음 픽셀에 대한 픽셀 피치는 가상 관찰자 윈도우의 크기를 결정할 것이다. 멀티플렉스 스트립은 스트립에 수직인 방향으로 더 작은 개구와 같이 또 효과적으로 작용한다. 인코딩 방향은 일반적으로 멀티플렉스 스트립에 평행한 것이 선택될 것이다.
예시는 단일 시차 인코딩이 일반적으로 공간 광 변조기의 특정 파라미터 또는 컬러 또는 공간 멀티플렉스 조립체와 조합하여 고정적으로 선택되는 것을 보여준다.
가상 가시성 영역을 사용하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이는 일반적으로 관찰자의 눈 위치가 변하거나 또는 움직일 때, 가상 가시성 영역의 추적을 요구한다.
일반적으로, 눈 위치의 감지는 감지 시스템(Eye-Finder)에 의해 수행된다. 또한, 예를 들어 WO 2010/149587 A2호에 개시된 바와 같은 광학 요소, 예를 들어 광 편향을 위한 회절 요소는, 가상 가시성 영역을 새로 감지된 눈 위치로 변위시키거나 또는 추적하기 위해 사용될 수 있다.
눈의 움직임에 따라 관찰자의 눈의 새로운 위치에 대한 가상 가시성 영역의 대강 추적(coarse tracking) 및 정밀 추적의 조합을 위한 해결 방안이 종래 기술에 이미 개시되어 있다. 이 경우, 상이한 광학 요소들의 조합이 사용되는데, 이 중 하나의 광학 요소는 새로 감지된 눈 위치의 거친 또는 큰 단계들로 큰 각도 범위에 걸쳐 가상 가시성 영역을 추적하며, 이는 대강 추적 또는 대강 트래킹으로 또한 지칭된다. 그러나, 제2 광학 요소는 새로 감지된 눈 위치의 정밀한 또는 작은 단계들로 작은 각도 범위에 걸쳐 가상 가시성 영역을 추적하는데, 이는 미세 추적 또는 미세 트래킹으로도 지칭된다. 그러나, 관찰자 평면에서 가상 가시성 영역을 다른 위치로 추적하기 위해 2개의 상이한 종래의 광학 요소를 사용하는 것은 다소 복잡할 수 있다.
특정 유형의 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이, 예를 들어 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이(HMD)는 시선 추적의 작은 영역만을 필요로 한다. HMD는 예를 들어 안경과 유사하게 관찰자의 머리에 단단히 고정될 수 있으므로, 머리가 움직일 때 전체 장치가 함께 이동된다. 이러한 경우, 별도의 추적 또는 특히 대강 추적이 필요하지 않다. 가상 가시성 영역의 추적은 관찰자의 눈 동공의 위치가 눈 내에서 실질적으로 변경되거나 또는 이동되거나 또는 그렇지 않으면 가상 가시성 영역 밖으로 이동하는 경우에만 필요로 한다. 여기서 또한, 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 종래의 광학 요소의 사용은 특히 HMD의 전체 체적과 무게가 증가하기 때문에 다소 복잡하고, 이는 관찰자의 머리에 고정된 장치에는 특히 불리하다. 또한, 광 효율 및 에너지 소비에 불리한 영향을 줄 수 있으며, 이는 일반적으로 배터리에 의해 작동되는 모바일 장치의 경우에도 마찬가지로 특히 불리할 수 있다.
예를 들어 WO 2018/037077 A2호는 작은 영역에 걸친 정밀 추적을 위해 프리즘 함수를 통한 인코딩에 의해 가상 관찰자 윈도우를 변위시키는 가능성을 설명한다. 그러나, 재구성의 강도는 더 높은 회절 차수를 향해 일반적으로 감소하기 때문에, 이것은 작은 회절 차수를 통해서만 수행될 수 있다. 회절 차수가 작을수록, 프리즘 함수의 인코딩을 통한 가능한 변위의 영역은 특히 더 작아진다.
원칙적으로, 그 범위가 관찰자의 눈 동공의 범위보다 더 작도록, 가상 가시성 영역을 또한 선택하는 것도 가능하다. 이것은 예를 들어 공간 광 변조 장치의 픽셀 피치, 관찰자 거리 및 광의 파장의 선택을 통해 관찰자의 눈 동공의 범위보다 더 작은 회절 차수가 또한 생성됨으로써, 그리고 다른 회절 차수를 필터링하는 필터 조립체가 사용됨으로써 수행될 수 있으므로, 단일의 회절 차수만이 관찰자의 동공에 입사될 수 있다.
예를 들어 회절 차수의 크기가 단지 대략 1 mm이기 때문에 가상 가시성 영역이 대략 1 mm의 크기를 포함하는 경우, 적은 회절 차수 내에서의 변위의 가능한 영역은 또한 예를 들어 프리즘 함수의 인코딩을 통해 대략 ±1 mm 내지 2 mm보다 약간 더 작게 제한된다. 이는 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이에서, 눈 내에서의 가능한 동공 이동의 영역을 커버하기에는 충분하지 않다.
따라서, 본 발명의 과제는 간단한 수단을 이용하여 작은 영역에서 가상 가시성 영역의 정밀 추적 또는 추적을 구현할 수 있게 하는 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.
특히, 작은 가상 가시성 영역, 특히 관찰자의 눈 동공보다 더 작은 가상 가시성 영역을 생성하여, 눈 내에서 눈 동공이 움직일 때 가상 가시성 영역의 추적을 구현하는, 예를 들어 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이와 같은, 눈에 인접하게 위치된 홀로그래픽 디스플레이에 대한 해결 방안이 제공되어야 한다.
또한, 본 발명의 과제는 가상 가시성 영역의 정밀 추적을 위한 대응하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 본 발명에 따르면, 청구항 제1항의 특징을 갖는 디스플레이 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 눈 인접 디스플레이 및 여기서 특히 헤드 마운트 디스플레이로서 사용하기에 특히 적합한 디스플레이 디바이스가 제공되는데, 그러나 그 사용이 이러한 디스플레이들 또는 디스플레이 디바이스들에 제한되지는 않는다. 디스플레이 디바이스는 또한 예를 들어 시중에 있는 종래의 헤드 업 디스플레이보다 더 넓은 시야를 포함하는 미래의 헤드 업 디스플레이로서, 또는 가상 가시성 영역의 대강 추적뿐만 아니라 정밀 추적도 또한 수행될 수 있는 다이렉트 뷰 디스플레이로서도 또한 사용될 수 있다.
그러나, 본 발명은 단지 가상 가시성 영역의 정밀 추적에 관한 것이며, 이러한 점에서 해결 방안을 제공하고자 한다. 본 발명에 따르면, 가상 가시성 영역의 정밀 추적이라 함은, 수 밀리미터의 작은 영역, 예를 들어 수평 및/또는 수직 방향으로 각각 대략 25 mm까지의 영역으로 연장되는 추적인 것으로 이해되어야 한다.
특히 홀로그래픽 디스플레이 디바이스로서 형성된 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 오브젝트 또는 장면을 표현하기 위한 이러한 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 충분히 간섭성의 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 입사광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 적어도 하나의 광학 시스템 및 추적 장치를 포함한다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 단일 시차 인코딩에 의해 홀로그램이 인코딩된다. 적어도 하나의 광학 시스템은 관찰자의 눈의 위치에서 적어도 하나의 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 제공된다. 공간 광 변조 장치에서 표현될 오브젝트 포인트에 대한 홀로그램의 인코딩 방향은 추적 장치에 의해 변경될 수 있다. 이 경우, 추적 장치는 특히 관찰자의 눈의 변경된 위치로의 적어도 하나의 가상 가시성 영역의 정밀 추적을 위해 제공될 수 있다.
이 경우, 홀로그램은 모든 서브 홀로그램의 합을 나타내며, 여기서 각각의 표현될 장면의 오브젝트 포인트에 대해 서브 홀로그램이 할당된다. 홀로그램의 인코딩 방향의 변경은, 인코딩 방향이 또한 각각의 개별 서브 홀로그램에 대해 변경된다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 인코딩 방향을 변경함으로써, 적어도 하나의 가상 가시성 영역은 관찰자의 눈 동공의 새로운 위치에 대응하는 다른 위치로 특히 유리한 방식으로 이동될 수 있다. 홀로그램은 단일 시차 인코딩에 의해 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 인코딩될 수 있는데, 즉 이 경우 1차원 서브 홀로그램으로부터 합산된다. 따라서, 1차원 서브 홀로그램을 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에서 원래의 중심점으로부터 시작하여 상이한 방향으로 회전시킴으로써, 홀로그램의 상이한 인코딩 방향이 달성될 수 있다. 이는 홀로그램의 인코딩 방향이 정밀 추적을 위해 변경되고, 이에 따라 눈 동공의 적어도 하나의 가상 가시성 영역은 이동 시 그에 대응하게 추적되거나 또는 항상 겹칠 수 있도록, 홀로그램의 회전을 통해 적어도 하나의 가상 가시성 영역이 또한 이동될 수 있으므로, 즉 회전될 수 있으므로, 장면의 관찰자는 항상 대응하는 고해상도로 이를 관찰할 수 있다.
따라서, 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 인코딩 방향의 변화는 홀로그램 계산이 적응되어, 서브 홀로그램은 예를 들어 선택적으로 픽셀 행의 일부 또는 픽셀 열의 일부로, 또는 공간 광 변조 장치의 대각선으로 배치된 픽셀을 따라 인코딩될 수 있고 그런 다음 홀로그램을 형성하도록 합산될 수 있다는 것을 의미한다. 동일하게 도시된 바람직하게는 3차원 장면에 대해, 홀로그램 계산은 결과적으로 홀로그램의 선택된 인코딩 방향에 따라 변경된다.
본 발명에 따른 이러한 추적 옵션은 특히 적어도 하나의 가상 가시성 영역의 정밀 추적, 즉 단지 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이를 사용할 때 존재할 수 있는 눈의 동공 또는 눈의 작은 움직임에 대해서만 적합하다. 예를 들어 다이렉트 뷰 디스플레이 디바이스와 관련하여 관찰자가 스스로 다른 위치로 이동하는 움직임에 대해, 적어도 하나의 가상 가시성 영역의 이러한 유형의 넓은 추적은 대강 추적에 의해서만 구현되며, 그런 다음 본 발명에 따른 정밀 추적이 적어도 하나의 가상 가시성 영역의 눈 영역에 대한 정확한 포지셔닝을 위해 사용될 수 있다.
예를 들어 대강 추적은 가상 가시성 영역의 위치를 대략 25 mm 단위로 수평 및 수직으로 변경될 것이다. 한편, 정밀 추적은 대략 수평 25 mm x 수직 25 mm의 영역 내에서 사용될 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 수치 예시에 제한되는 것은 아니다.
이러한 방식으로, 예를 들어 WO 2010/149587 A2호에 따른 회절 장치보다 덜 정교한 추적 장치가 제공될 수 있다. 따라서, 헤드 마운트 디스플레이의 구조는 보다 컴팩트하고 비용 효율적으로 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예 및 개발예는 추가의 종속 청구항으로부터 명백해질 것이다.
유리하게는, 적어도 하나의 가상 관찰자 영역이 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿으로부터 형성될 수 있고, 여기서 가상 관찰자 윈도우는 홀로그램의 인코딩 방향으로 제공되고, 스위트 스폿은 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 제공된다.
단일 시차 인코딩의 경우, 적어도 하나의 가상 가시성 영역은 홀로그램의 인코딩 방향으로 생성되는 가상 관찰자 윈도우에 의해, 그리고 비-인코딩 방향으로, 즉 스위트 스폿 방향으로 생성되는 스위트 스폿에 의해 형성된다. 스위트 스폿 방향에서, 광은 확장된 스위트 스폿에 걸쳐 분포되며, 이는 관찰자의 눈 사이의 거리보다 더 좁다. 또한, 스위트 스폿의 범위는 인코딩 방향에서 가상 관찰자 윈도우의 가상 관찰자 윈도우의 범위보다 더 크다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 홀로그램의 인코딩 방향은 적어도 2개의 방향 사이에서 변경될 수 있는 것이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 홀로그램이 인코딩되는 공간 광 변조 장치의 픽셀 행 또는 픽셀 열에 대해 볼 때, 예를 들어 수평, 수직, 대각선 +45도 또는 대각선 135도와 같은 4개의 가능한 인코딩 방향이 사용될 수 있어, 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치에 대한 적어도 하나의 가상 가시성 영역이 적응될 수 있거나 또는 추적될 수 있다. 그러나, 본 발명은 홀로그램의 언급된 이러한 4개의 인코딩 방향으로 제한되지는 않는다. 물론, 이러한 4개의 인코딩 방향에 대해 예를 들어 대각선 30도와 같은 상이한 다른 인코딩 방향도 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 행과 열의 형태로 배치될 수 있는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 직사각형 형상의 픽셀로 제한되는 것도 아니다. 예를 들어 픽셀은 육각형으로 또한 형성될 수 있고, 6개의 상이한 인코딩 방향이 육각형의 측면에 평행하게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 장면의 관찰자의 눈, 특히 눈 동공의 위치를 결정할 수 있는 적어도 하나의 위치 감지 시스템이 제공되는 것이 제안될 수 있다. 선택적으로, 눈 동공의 크기도 또한 감지될 수 있다.
적어도 하나의 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 적절한 인코딩 방향을 결정하기 위해, 관찰자의 눈 위치는 위치 감지 시스템에 의해 감지된다. 감지된 눈 위치에 기초하여, 인코딩될 홀로그램의 인코딩 방향이 결정될 수 있고, 이에 따라 생성된 적어도 하나의 가상 가시성 영역은 또한 관찰자의 눈과 일치한다. 이를 위해, 예를 들어 수평, 수직, 대각선과 같은, 그러나 다른 방향이 배제되지 않는 다양한 인코딩 방향으로 이루어진 관찰자의 각각의 눈 위치에 대해, 적어도 하나의 가상 가시성 영역이 가장 양호하게는 또는 가장 적절하게는 눈 또는 눈 동공과 겹치는 인코딩 방향이 선택될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 수평 방향 및 수직 방향으로 유사하거나 또는 동일한 픽셀 피치를 포함하는 공간 광 변조 장치가 사용될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 복수의 픽셀로 구성된 매크로 픽셀이 장면의 오브젝트 포인트의 복소 값을 표현하기 위해 사용되는 경우, 바람직한 실시예에서 공간 광 변조 장치는 수평 방향 및 수직 방향으로 동일한 매크로 픽셀 피치를 포함할 수 있다.
관찰자가 위치하는 관찰자 평면에 있어서 가상 관찰자 윈도우의 크기 또는 범위뿐만 아니라, 스위트 스폿의 크기 또는 범위도 또한 선택적으로, 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 설정된 인코딩 방향에 따라 변화될 수 있다. 수평 방향 및 수직 방향으로 픽셀 피치가 동일하거나 또는 적어도 유사한 공간 광 변조 장치의 상기 언급된 실시예에서, 예를 들어 정사각형 픽셀을 사용할 때, 홀로그램의 대각선 인코딩 방향은 대각선 방향으로의 픽셀 피치가 수평 방향 또는 수직 방향으로의 픽셀 피치보다
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(루트 2)배 더 크고, 이에 따라 관찰자 평면에 대각선 방향으로 생성된 회절 차수의 범위는 마찬가지로 수평 방향 또는 수직 방향으로의 회절 차수와는 상이하게 된다. 이 경우, 수평 또는 수직으로 생성된 가상 관찰자 윈도우에 비해 상이한 크기의 대각선으로 생성된 가상 관찰자 윈도우를 선택하는 것이 유용할 수 있다. 관찰자 평면 내 스위트 스폿에서, 예를 들어 추적 영역의 범위를 통해 상이한 크기라는 요구 사항이 생성된다. 예를 들어 정밀 추적을 위해 또는 전체적으로 봤을 때 헤드 마운트 디스플레이에서 수평 추적 영역이 수직 추적 영역보다 더 크다면, 바람직하게는 또한 수평 스위트 스폿은 그 범위가 수직 스위트 스폿보다 더 크게 선택될 수 있다. 스위트 스폿의 크기는 예를 들어 사용된 회절 차수의 개수에 의해, 또는 산란 요소의 산란 각도에 의해 설정될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 추적 장치는 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소를 포함하고, 이러한 제어 가능한 광학 요소는 장면의 관찰자가 위치하는 관찰자 평면과 적어도 하나의 조명 장치 사이에 배치되는 것이 제공될 수 있다.
홀로그램의 인코딩 방향의 변경을 위해, 추적 장치는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있는 적어도 하나의 조명 장치와 관찰자 평면 사이의 빔 경로에 적어도 하나의 제어 가능하거나 또는 스위칭 가능한 광학 요소를 포함할 수 있어, 스위트 스폿 또는 가상 관찰자 윈도우가 변경된 방향으로 생성될 수 있다. 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 광 전파 방향으로 공간 광 변조 장치의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 한 방향으로만 입사광을 산란시키는 산란 요소로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 이렇게 정의된 방향 또는 산란 방향으로 스위트 스폿이 생성될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 추적 장치의 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소가 편광 스위치로서 형성될 수 있고, 여기서 추적 장치는 적어도 하나의 수동 격자 요소, 바람직하게는 편광 격자 요소, 및 한 방향으로만 입사광을 산란시키는 적어도 2개의 수동 산란 요소를 포함하고, 여기서 수동 격자 요소 및 적어도 2개의 수동 산란 요소는 편광 스위치와 조합되어 작용한다.
적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 편광 스위치로서, 예를 들어 적어도 2개의 수동 산란 요소와 조합하여 기능하거나, 작용하거나 또는 작동하는 비-픽셀화된 액정 셀 또는 액정 층으로서 설계될 수 있다. 편향 각도가 편광 선택성으로 제어될 수 있는 편향 격자 요소, 예를 들어 편광 격자 요소에 의해, 그리고 전기장에 의해 제어될 수 있고 스위칭 상태에 따라 광의 편광 상태를 생성하고 이에 따라 편향 격자 요소에서의 편향 각도를 선택하는 편광 스위치에 의해, 산란 요소 중 하나가 입사광을 그에 대응하게 산란시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 편광 스위치는 광 전파 방향으로 디스플레이 디바이스에서 이러한 편향 격자 요소 이전에 배치될 수 있다. 이 경우, 산란 요소는 각각 산란 방향으로 관찰자 평면에서 스위트 스폿을 생성한다. 또한, 이를 위해 1차원으로 설계된 산란 요소가 제공된다.
적어도 2개의 수동 산란 요소는 체적 격자(volume grating)로서 형성될 수 있으며, 여기서 적어도 2개의 수동 산란 요소는 상이한 각도 선택성을 포함한다.
적어도 2개의 수동 산란 요소는 예를 들어 특정 각도 선택성을 포함하는 체적 격자 방식으로 형성될 수 있으며, 따라서 단지 특정 각도 범위로 입사되는 광만을 효과적으로 산란시킨다. 따라서, 예를 들어 개별 산란 요소에 대해 상이한 각도 선택성이 설정될 수 있다. 이 경우, 각각의 수동 산란 요소에 대해, 효율적으로 산란시키기 위한 입사광의 방향은 다른 수동 산란 요소 및/또는 다른 수동 산란 요소들과는 상이하다. 예를 들어 정확히 2개의 수동 산란 요소가 제공될 수 있는데, 여기서 하나의 산란 요소는 +30도 미만으로 입사되는 광을 효율적으로 산란시키고, 다른 산란 요소는 -30도 미만으로 입사되는 광을 효율적으로 산란시킨다.
상기 언급된 실시예에서, 적어도 2개의 수동 산란 요소는 선택적으로 상이한 산란 특성을 또한 포함할 수 있으며, 예를 들어 상이한 산란 각도를 생성할 수 있다. 이를 통해, 스위트 스폿의 크기는 또한 홀로그램의 개별 인코딩 방향에 대해 상이하게 설정될 수 있다.
이에 대한 대안적인 실시예에서, 추적 장치는 편광 스위치로서 형성된 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소를 포함할 수 있으며, 추적 장치는 적어도 하나의 전환 요소, 바람직하게는 편광 빔 스플리터 요소, 및 입사광을 각각 한 방향으로만 산란시키는 적어도 2개의 수동 산란 요소를 포함하고, 여기서 제어 가능한 광학 요소 및 전환 요소에 의해, 적어도 2개의 상이한 광 경로 중 하나가 선택될 수 있고, 상이한 광 경로의 각각에 산란 요소가 각각 제공된다. 다시 말해서, 적어도 2개의 수동 산란 요소는 광 경로에서 상이한 광 경로에 배치되고, 편광 스위치와 조합된 전환 요소에 의해, 이러한 광 경로 중 하나 및 이에 따른 산란 요소 중 하나가 선택될 수 있다.
편광 스위치에 의해, 예를 들어 편광 빔 스플리터 요소 상에 입사되는 광의 편광이 설정된다. 편광 상태에 따라, 광은 편광 빔 스플리터 요소로부터 직선으로 또는 90도로 편향되어 방출된다. 수직으로 산란되는 산란 요소는 예를 들어 편광 빔 스플리터 요소의 출력 근처에 배치되고, 수평으로 산란되는 산란 요소는 편광 빔 스플리터 요소의 다른 출력 근처에 배치된다. 편광 스위치에 의해 설정된 편광에 따라, 광은 하나의 산란 요소 또는 다른 산란 요소에 도달한다. 추가의 과정에서, 광 경로는 결합기, 예를 들어 추가의 빔 스플리터 큐브에 의해 다시 결합될 수 있으므로, 두 산란 요소의 광이 관찰자 평면을 계속 향하게 된다.
이 경우, 산란 요소는 각각 산란 방향으로 관찰 평면 내에 스위트 스폿을 생성한다. 또한, 여기서 1차원으로 설계된 산란 요소가 제공된다. 여기서 또한, 상이한 산란 각도를 갖는 산란 요소가 예를 들어 광의 상이한 산란 방향에 대해 다양한 크기의 스위트 스폿을 생성하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 추적 장치는 회전하도록 형성된 수동 산란 요소를 포함하는 것이 유리하게 제공될 수 있다.
추적 장치는 또한 단지 하나의 개별 수동 산란 요소를 포함할 수 있는데, 이는 입사광의 산란 방향을 변경하기 위해 1차원적으로 그리고 기계적으로 회전하도록 설계된다. 이것은, 이러한 수동 산란 요소가 홀로그램의 인코딩 방향으로부터 홀로그램의 다른 인코딩 방향으로의 변화 또는 전환 프로세스를 위해 시작 위치로부터 종료 위치로 회전된다는 것을 의미한다. 이러한 종료 위치에 도달하면, 수동 산란 요소는 SLM 상에 홀로그램이 디스플레이되는 동안 이러한 종료 위치에 유지된다.
유리하게는, 여기서 개별 수동 산란 요소에 의해 복수의 인코딩 방향, 예를 들어 4개의 다양한 인코딩 방향이 설정될 수 있고, 이는 수동 산란 요소의 다양한 회전 각도, 예를 들어 4개의 다양한 회전 각도에 대응한다.
그러나, 이러한 실시예에서 산란 각도 및 이에 따라 스위트 스폿의 크기는 모든 인코딩 방향에 대해 동일하다.
또한, 추적 장치는 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소를 포함하는 것이 유리한 방식으로 제공될 수 있다.
홀로그램의 인코딩 방향을 변경하기 위해, 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소가 또한 사용될 수 있다. 이러한 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소는 각각 입사광을 한 방향으로만, 특히 각각 상이한 한 방향으로만 산란시키는 산란 요소로서 형성될 수 있다. 제1 산란 요소는 예를 들어 대략 수직 20°x 수평 1°의 방향으로 산란시킬 수 있다. 이어서, 제2 산란 요소는 대략 수직 1° x 수평 20°의 방향으로 산란시킬 수 있다. 따라서, 하나의 산란 요소와 다른 산란 요소 사이의 제어 또는 전환을 통해, 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 인코딩 방향은 90°만큼 회전될 수 있고, 여기서 홀로그램의 인코딩 방향에 수직으로, 이에 대응하는 크기의 스위트 스폿이 생성될 수 있다.
다시 말해서, 제1 제어 가능한 광학 요소는 유리하게는 입사광을 사전 정의된 제1 방향으로 산란시킬 수 있고, 여기서 제2 제어 가능한 광학 요소는 입사광을 사전 정의된 제2 방향으로 산란시킬 수 있고, 제1 방향 및 제2 방향은 여기서 상이하다. 따라서, 유리하게는 제1 제어 가능한 광학 요소 및 제2 제어 가능한 광학 요소를 그에 대응하게 제어함으로써, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향이 결정될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소 중 각각 하나가 광을 원하는 방향으로 산란시키기 위해 스위칭 온되거나 또는 제어될 것이고, 여기서 다른 제어 가능한 광학 요소 또는 복수의 다른 제어 가능한 광학 요소가 스위칭 오프되거나 또는 제어되지 않으므로, 광을 산란시키지 않는다. 또한, 제어 가능한 광학 요소는 예를 들어 홀로그램의 인코딩 방향에 따라 스위트 스폿의 크기를 상이하게 설정하기 위해, 상이한 크기의 산란 각도를 또한 선택적으로 생성하는 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 2개의 기판을 포함하고, 이러한 2개의 기판 사이에 액정 층이 매립되어 있는 것이 제공될 수 있다. 적어도 하나의 제어 가능한 요소의 이러한 2개의 기판 중 적어도 하나의 기판은 바람직하게는 표면 구조체를 포함할 수 있다.
제어 가능한 광학 요소를 제조하기 위해, 2개의 기판이 결합되고, 여기서 2개의 기판 사이의 공간은 액정 층으로 채워진다. 바람직하게는, 제어 가능한 광학 요소의 하나의 기판만이 표면 구조체를 포함하며, 여기서 다른 기판은 편평하게 형성될 수 있다. 적어도 하나의 기판의 표면 구조체는 예를 들어 기판의 부분인 중합체 층에 엠보싱될 수 있는, 특히 1차원 통계적 표면 구조체일 수 있다. "통계적 표면 구조체(statistical surface structure)"는 이러한 경우, 표면 프로파일이 규칙적으로 반복되는 패턴을 포함하지 않고, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 사전 정의된 경계 내에서 무작위의 변동을 포함하는 것을 의미한다. 표면 구조체를 선택함으로써, 즉 이들의 폭, 높이 및 통계적 분포를 선택함으로써, 제어 가능한 광학 요소의 산란 특성이 사전 정의될 수 있다. 표면 구조체는 예를 들어 표면 릴리프 격자(surface relief grating) 또는 블레이즈 격자(blazed grating)와 유사한 방식으로 형성될 수 있는데, 그러나 종래의 격자 요소와는 달리, 격자 주기 및/또는 블레이즈 각도는 기판 상의 위치에 따라 랜덤으로 변화될 수 있으므로, 규칙적인 회절 차수가 형성되지 않고, 대신에 사전 정의된 각도 범위에 걸쳐 광이 산란된다. 다시 말해서, 표면 구조체는 기판 상의 위치에 따라 랜덤으로 변화하는 격자 주기를 포함할 수 있다.
이 경우, 예를 들어 최소 및 최대 격자 주기가 사전 정의되고, 마찬가지로 다양한 격자 주기의 빈도 및/또는 블레이즈 각도의 범위 및 분포가 사전 설정됨으로써, 광 산란 각도가 설정될 수 있다. 이러한 사전 설정에 의해, 예를 들어 난수 발생기의 도움으로 표면 프로파일이 컴퓨터에 의해 계산될 수 있고, 그런 다음 표면 구조체에 대한 마스터가 리소그래피로 생성될 수 있다. 이러한 마스터로부터, 그 후 임프레션이 형성될 수 있다. 일반적으로, 표면 구조체는 또한 불규칙한 높이 프로파일일 수 있으며, 그 폭 및 높이는 제어 가능한 광학 요소의 적어도 하나의 기판 상의 위치에 따라 랜덤으로 변화된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 기판은 각각 전극 조립체를 포함하고, 여기서 각각의 전극 조립체는 적어도 하나의 전극을 포함하는 것이 제공될 수 있다. 적어도 하나의 전극은 예를 들어 편평하게, 즉 픽셀화되지 않고 형성될 수 있다.
표면 구조체를 갖는 기판에 대향하여 위치하는 기판은 유리하게는 액정 층 내의 액정을 정렬시키기 위해 제공될 수 있다. 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 이러한 기판은 편평하게 또는 평면으로 형성될 수 있고, 액정 층 내의 액정을 정렬시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어 러빙(rubbing) 또는 광 정렬을 통해 수행될 수 있다.
또한, 액정 층의 액정 재료는 제1 굴절률 및 제2 굴절률을 포함할 수 있고, 여기서 제1 굴절률은 표면 구조체의 굴절률에 실질적으로 대응하고, 제2 굴절률은 표면 구조체의 굴절률과는 실질적으로 상이하다.
액정 층의 복굴절성 액정 재료는 제1 굴절률, 예를 들어 표면 구조체의 굴절률과 실질적으로 동일한 보통의 굴절률을 포함할 수 있다. 예를 들어 액정 재료의 보통 굴절률 또는 제1 굴절률 및 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 표면 구조체의 굴절률은 모두 n = 1.5이다. 복굴절성 액정 재료는 또한 제2 굴절률, 예를 들어 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 표면 구조체의 굴절률과 상이한 특별한 굴절률을 포함할 수 있다. 예를 들어 액정 재료의 특별한 굴절률 또는 제2 굴절률은 n = 1.7이고, 여기서 표면 구조체의 굴절률은 n = 1.5이다.
유리하게는, 적어도 하나의 기판이 1차원 표면 구조체를 포함하는 복수의 제어 가능한 광학 요소가 존재하는 경우, 빔 경로에서, 이러한 제어 가능한 광학 요소들은 개별 제어 가능한 광학 요소의 적어도 하나의 기판 상에 제공되는 1차원 표면 구조체가 각각 서로 상이한 배향을 포함하는 방식으로, 빔 경로에 배치되는 것이 제공될 수 있다.
빔 경로에서 복수의 제어 가능한 광학 요소, 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소가 사용되는 경우, 이러한 제어 가능한 광학 요소는 표면 구조체, 바람직하게는 통계적 표면 구조체가 개별 제어 가능한 광학 요소의 각각의 기판 상에 각각 서로에 대해 상이한 배향을 포함하도록 서로에 대해 배치될 수 있다.
바람직하게는, 2개의 제어 가능한 광학 요소의 표면 구조체는 서로에 대해 대략 90°의 각도로 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 개별 제어 가능한 광학 요소의 표면 구조체는 마찬가지로 바람직하게는 서로에 대해 90°로 배치된다. 그러나 물론, 특히 2개 이상의 제어 가능한 광학 요소의 경우에, 개별 제어 가능한 광학 요소가 예를 들어 60° 또는 45°와 같은 다른 각도로 서로에 대해 배치될 수 있는 것도 또한 가능하다. 따라서, 예를 들어 제어 가능한 광학 요소가 구동되거나 또는 여기에 전압이 인가되고, 다른 제어 가능한 광학 요소가 구동되지 않거나 또는 여기에 전압이 인가되지 않는 경우, 입사광은 제1 방향으로 산란될 것이다. 반대로, 제어 가능한 광학 요소가 구동되지 않거나 또는 여기에 전압이 인가되지 않은 경우, 그러나 이에 대해 다른 제어 가능한 광학 요소는 구동되거나 또는 여기에 전압이 인가되는 경우, 입사광은 제2 방향으로 산란될 것이다.
또한, 개별 제어 가능한 광학 요소의 산란 각도는 또한 선택적으로 상이하게 형성될 수 있으므로, 스위트 스폿의 방향에 따라 그 크기도 또한 상이하게 설정될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 편광 요소가 광 전파 방향으로 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 상류에 제공될 수 있다.
적어도 하나의 편광 요소는 편광 격자 요소로서 형성될 수 있고, 예를 들어 좌측 원형으로 편광된 입사광을 +1차 회절 차수로, 우측 원형으로 편광된 광을 -1차 회절 차수로 편향시킬 수 있다. 그러나 이것은 단지, 다양하게 편광된 광이 적어도 하나의 편광 요소에 의해 상이한 방향으로 편향될 수 있다는 것을 보여주기 위한 것이다.
본 발명의 특별한 실시예에서, 추적 장치는 회절 차수를 제거하기 위해 제공되는 필터 조립체로서 형성되는 것이 제공될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 이미 설명된 바와 같이, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향을 변경하기 위해 산란 요소 또는 제어 가능한 광학 요소의 사용으로 제한되지는 않아야 한다. 오히려, 추적 장치가 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향을 변경할 수 있는 필터 조립체로서 형성될 수 있는 것도 또한 가능하다. 이를 위해, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 모든 방향으로, 즉 인코딩 방향 및 비-인코딩 방향 모두에 대해 균일한 간섭성의 광이 사용될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치와 관찰자 평면 사이의 필터 평면, 특히 공간 광 변조 장치의 푸리에 평면에서 바람직하지 않은 회절 차수가 필터링될 수 있다. 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향으로, 단지 단일의 회절 차수의 광만이 관찰자의 눈에 도달해야 하는데, 그렇지 않으면 관찰자는 재구성된 장면의 바람직하지 않은 다중 이미지를 보게 되기 때문이다. 바람직하게는 3차원 장면의 각각의 오브젝트 포인트는 개별 회절 차수에 대해 상이한 위치에서 회절 차수당 한 번 재구성될 것이다. 그러나, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향에 수직으로, 즉 스위트 스폿 방향으로, 상이한 회절 차수가 관찰자의 눈에서 방해를 일으키지 않는다. 관찰자는 개별 회절 차수에서 동일한 재구성된 장면을 각각 보게 된다. 장면의 오브젝트 포인트는 이러한 스위트 스폿 방향으로 각각의 회절 차수에서 동일한 위치에 생성될 것이다.
여기서 다른 한편으로는, 복수의 회절 차수를 사용하면 광이 관찰자의 눈 동공에 도달하는 영역을 확대하는데 도움이 된다. 따라서, 스위트 스폿은 또한 관찰자 평면 내의 복수의 회절 차수의 광에 의해 생성될 수 있다.
이 경우, 예를 들어 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향에 대응하는 방향으로 SLM의 푸리에 평면에서 필터링을 통해 하나의 회절 차수만이 투과되고 다른 생성된 회절 차수는 필터링됨으로써, 스위트 스폿 및 가상 관찰자 윈도우가 생성될 수 있고, 여기서 스위트 스폿 방향에 대응하는 이에 대해 수직인 방향으로 복수의 회절 차수가 투과된다. 이러한 필터 조립체가 회절 차수를 필터링하기 위한 추적 장치로서 제어 가능하게 설계되면, 예를 들어 수평 방향으로의 단일의 회절 차수와 수직 방향으로의 복수의 회절 차수의 스위칭 상태로부터 수직 방향으로의 단일의 회절 차수와 수평 방향으로의 복수의 회절 차수의 다른 스위칭 상태로 전환될 수 있다. 따라서, 필터 조립체가 제어 가능하게 형성되는 것이 유리할 수 있다. 필터 조립체의 다른 스위칭 상태에서, 예를 들어 대각선 회절 차수가 예를 들어 하나의 회절 차수는 +45도 방향으로, 그리고 다른 회절 차수는 -45도 방향으로, 또는 그 반대로 사용될 수 있다.
필터 조립체의 스위칭 상태의 이러한 전환 또는 변경은 필터 평면에서 개구를 기계적으로 회전시킴으로써, 또는 다른 실시예에서는 필터 다이어프램의 다양한 배향들 사이에서 앞뒤로 스위칭될 수 있는 전기적으로 스위칭 가능한 필터 다이어프램에 의해 선택적으로 수행될 수 있다.
회전식 필터 다이어프램으로서 설계하는 것은, 홀로그램의 다양한 인코딩 방향으로 동일한 크기의 스위트 스폿의 설정만을 허용한다.
그러나, 전기적으로 제어 가능한 필터 다이어프램의 경우, 다이어프램의 설정에 따라 홀로그램의 인코딩 방향에 따라 상이한 크기의 스위트 스폿을 생성하기 위해, 스위트 스폿 방향으로 상이한 수의 회절 차수가 필터링될 수 있다. 예를 들어 개구 또는 개구부가 필터 평면에서 수평 스위트 스폿 및 수직 스위트 스폿에 대해 상이한 크기로 선택될 수 있음으로써, 스위트 스폿에 대해 수평 방향으로 5개의 회절 차수가, 그러나 수직 방향으로는 7개의 회절 차수가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광원은 추적 장치로서 형성되고, 여기서 적어도 하나의 광원은 방출된 광의 간섭 특성을 변경하도록 제어 가능하게 설계되는 것이 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들어 적어도 하나의 조명 장치의 광원을 제어하거나 또는 전환함으로써, 상이한 방향으로 각각 가상 관찰자 윈도우의 생성을 위한 높은 간섭성 및 스위트 스폿의 생성을 위한 낮은 간섭성이 존재하는 방식으로 광의 간섭 특성이 변경될 수 있다. 인코딩 방향으로 높은 간섭성이라 함은, 여기서 SLM 상의 서브 홀로그램 내의 다양한 픽셀로부터 나오는 광이 서로 간섭하기에 충분한 간섭성인 것으로 이해되어야 한다. 스위트 스폿 방향으로 낮은 간섭성은, 스위트 스폿 방향으로 SLM의 인접한 픽셀로부터 광이 서로 간섭할 필요가 없다는 것을 의미한다. 예를 들어 슬롯의 긴 방향 및 짧은 방향으로 상이한 간섭성을 포함하는, SLM을 조명하기 위한 슬롯 형상의 광원이 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 확장된 준단색광원(quasi-monochromatic light source)에 의해 생성된 복사 필드의 복소 간섭성 정도는 반 시터-제르니케의 정리(Van Cittert-Zernike theorem)에 따라 계산될 수 있다. 이러한 유형의 슬롯 형상의 광원은 특히 SLM을 조명할 때 슬롯의 짧은 방향 및 긴 방향으로 상이한 각도 스펙트럼을 생성할 수 있다.
SLM은 바람직하게는 1/60°(즉, 분각(arc minute))의 각도 스펙트럼에 의해, 또는 그보다 더 작게 홀로그램의 인코딩 방향으로 조명되는데, 이것은 인간의 눈의 해상도에 해당하거나 또는 이를 초과하는 해상도로 홀로그래픽 재구성을 허용하기 때문이다. 그러나, 스위트 스폿 방향으로, SLM은 상당히 큰 각도 스펙트럼, 예를 들어 1-2도의 각도 스펙트럼으로 조명될 수 있다. 슬롯 형상의 광원의 길이 및 폭 및 SLM까지의 거리는 이러한 각도 스펙트럼이 SLM에 생성되도록 설정될 수 있다. 예를 들어 광원과 SLM 사이에는 이미징 요소, 예를 들어 렌즈가 위치하고, 이미징 요소의 오브젝트 측 초점 거리에 광원이 있는 경우, 광원은 이미징 요소에 의해 무한대로 이미징된다. 이 경우, 광원의 하나의 포인트로부터의 광이 SLM 상에 평행하게 입사된다. 광원의 다른 포인트로부터의 광도 또한 평행하지만, 제1 포인트와 비교하여 다른 각도로 SLM 상에 입사된다. 이 경우, 각도 스펙트럼은 광원의 범위 및 이미징 요소의 초점 길이에 의해 결정된다. Tan α = x / f, 여기서 x는 슬릿 또는 슬롯의 범위이고, f는 초점 거리이다. 예를 들어 100 mm의 초점 거리인 이미징 요소에서, 예를 들어 1/60도의 각도 스펙트럼을 생성하기 위해, 광원의 슬롯의 짧은 방향의 폭은 29 ㎛이다. 2도의 각도 스펙트럼을 생성하기 위해, 슬롯의 긴 방향은 3.5 mm 길이일 수 있다.
이 경우, 또한 가상 가시성 영역으로부터 가시적인 SLM의 확대된 이미지가 생성되는, 오브젝트 또는 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 디스플레이 디바이스에서, 확대에 따라 유효 각도 스펙트럼이 감소된다는 것이 고려되어야 한다. 여기서 슬롯 형상의 광원에 대한 수치 예시는 관찰자로부터 직접 가시적인, 확대되지 않은 SLM에 관한 것이다. 확대되어 이미징된 SLM의 경우, 광원은 확대율에 비례하여 마찬가지로 더 클 수도 있다. 예를 들어 SLM이 10배 확대되어 이미징되는 경우, SLM은 1/6도 x 20도의 각도 스펙트럼으로 조명될 수 있으므로, 1/60 도 x 2 도의 각도 스펙트럼은 생성된 SLM의 이미지 상에 입사된다. 또한, 슬롯 형상의 광원은 10배 더 클 수도 있다.
본 발명은 또한, 정확히 이러한 크기의 슬롯 형상의 광원으로 제한되는 것은 아니다. 도면 정보는 단지 예일 뿐이고, 예시를 위한 것이다.
홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향이 변경되는 경우, 단일 슬롯 형상의 광원은 예를 들어 슬롯의 짧은 또는 긴 방향의 한 배향으로부터 다른 배향으로 제어되고 회전될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 홀로그램의 인코딩 방향이 변경될 때, 하나의 광원이 스위칭 온되고, 다른 광원은 스위칭 오프되는 슬롯의 긴 방향의 상이한 배향을 갖는 복수의 슬롯 형상의 광원이 사용될 수도 있다.
그러나, 예를 들어 또한 제어 가능한 광학 요소에 의해 적어도 하나의 공간 광 변조 장치의 조명의 간섭성이 적응되어, 각각 홀로그램의 인코딩 방향으로 높은 간섭성 및 스위트 스폿 방향으로 감소된 또는 낮은 간섭성이 존재하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어 1차원으로 형성된 산란 요소는 산란 방향으로 간섭성을 감소시킬 것이다
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스로서 형성될 수 있다. 디스플레이 디바이스는 특히 헤드 마운트 디스플레이로서 형성될 수 있고, 여기서 헤드 마운트 디스플레이는 관찰자의 좌측 눈 및 관찰자의 우측 눈을 위해 각각 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스를 포함한다.
본 발명의 과제는 또한 청구항 제28항에 따른 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 방법에 의해 달성된다.
2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 본 발명에 따른 방법은 충분히 간섭성의 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 적어도 하나의 광학 시스템, 추적 장치 및 위치 감지 시스템을 포함한다. 위치 감지 시스템은 관찰자의 눈의 위치를 결정한다. 적어도 하나의 광학 시스템 및 추적 장치에 의해, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에서 장면의 오브젝트 포인트에 대한 홀로그램의 적절한 인코딩 방향이 결정된다. 이 경우, 홀로그램은 모든 서브 홀로그램의 합(sum)을 나타내며, 여기서 각각의 표현될 장면의 오브젝트에 서브 홀로그램이 할당된다. 홀로그램의 인코딩 방향의 변화는, 또한 인코딩 방향이 각각의 개별 서브 홀로그램에 대해 변경된다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 공간 광 변조 장치로, 단일 시차 인코딩에 의해 홀로그램이 결정된 인코딩 방향으로 인코딩된다. 적어도 하나의 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 조명 장치에 의해 조명되고, 홀로그램은 적어도 하나의 광학 시스템에 의해 재구성된다. 적어도 하나의 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈의 위치에 생성된다.
이러한 방식으로, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 인코딩될 홀로그램의 인코딩 방향을 변경함으로써, 생성된 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈에 적절하게, 간단한 수단으로 그리고 비용 효율적으로 추적될 수 있다.
유리하게는, 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈 동공과 중첩된 가장 큰 면적 부분을 차지하는 이러한 인코딩 방향이 인코딩될 홀로그램에 적합한 것으로 선택될 수 있다.
관찰자의 눈 동공 내의 가상 가시성 영역의 가장 큰 면적 부분을 제공하는 인코딩 방향이 각각 선택된다. 눈 동공과 중첩된 동일하게 큰 영역을 갖는 적절한 인코딩 방향의 복수의 가능성이 발생하는 경우, 인코딩 방향이 이로부터 선택될 수 있다.
이 경우, 관찰자의 눈 위치 및 특히 눈 동공의 위치 및 경우에 따라서는 크기, 및 관찰자의 눈의 위치가 변경될 때, 새로운 눈 위치가 위치 감지 시스템에 의해 결정되고, 인코딩될 홀로그램에 적합한 인코딩 방향을 선택하기 위해, 가상 가시성 영역은 고정된 중심점을 중심으로 회전되고, 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈 동공의 영역과 중첩된 가장 큰 면적 부분을 차지하는 방향이 결정되는 것이 제공될 수 있다.
가상 가시성 영역의 중심점은 홀로그램의 적합한 인코딩 방향을 결정하기 위해 변경되지 않으며, 항상 하나의 및 동일한 위치에 유지된다. 이는 가상 가시성 영역을 눈, 특히 눈 동공의 새로운 위치에 대해 추적하기 위해, 가상 가시성 영역이 다른 위치로 변위되지 않고, 그 중심점에 의해 항상 동일한 위치를 유지하며 단지 중심점을 중심으로만 회전된다는 것을 의미한다. 또한, 이것은, 홀로그램이 단일 시차 인코딩에 의해 인코딩되기 때문에, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램이 또한 중심점을 중심으로 회전되고, 이로부터 적절한 인코딩 방향이 선택된다는 것을 의미한다. 이는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치에서 재구성될 장면의 오브젝트 포인트를 통해 가상 가시성 영역으로부터 가상 관찰자 윈도우의 프로젝션을 통해, 도 1에 도시된 바와 같이, 생성될 오브젝트 포인트에 대해 인코딩될 서브 홀로그램 또는 홀로그램이 결정된다는 사실에 기초한다.
본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 그리고/또는 설명되는 예시적인 실시예 또는 구성예를 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 이제 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 종속 청구항에 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 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 개략도를 사시도로 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 관찰자의 눈 영역에 대한 가상 가시성 영역의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 3은 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 본 발명에 따른 예시적인 실시예의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 4는 홀로그램의 적절한 인코딩 방향을 결정하기 위한 원칙적인 도면을 도시한다.
도 5는 홀로그램의 인코딩 방향을 변경할 수 있는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 6은 도 5에 대해 대안적인 추적 장치를 갖는 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 7은 도 5 및 도 6에 대해 대안적인 다른 추적 장치를 갖는 본 발명에 따른 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 8의 a) 내지 e)는 공간 광 변조 장치 상에서 상이한 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 9의 a) 내지 d)는 공간 광 변조 장치 상에서 다른 다양한 대각선의 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른, 추적 장치의 제어 가능한 광학 요소의 구조의 원칙적인 도면을 도시한다.
동일한 요소들/부품들/컴포넌트들은 또한 도면에서 동일한 참조 부호를 포함한다는 것이 간단히 언급된다.
도 1에는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스가 사시도로, 조명 장치 및 광학 시스템의 표현 없이 단순화된 방식으로 도시되어 있다. 이러한 유형의 디스플레이 디바이스는 본 발명을 예시하고 설명하기 위한 것이고, 따라서 다시 한 번 짧게 설명될 것이다. 이러한 디스플레이 디바이스에서, 관찰자가 위치하고 여기서 눈의 동공(P)의 표현에 의해 도시되는 관찰자 평면 내의 가상 관찰자 윈도우(VW)의 프로젝션으로서, 장면의 복수의 오브젝트 포인트에 대한 서브 홀로그램이 공간 광 변조 장치에 대해 상이한 깊이로, 각각의 오브젝트 포인트를 통해 공간 광 변조 장치(SLM) 상으로 생성되고, 이러한 공간 광 변조 장치는 이하에서 단순화를 위해 SLM으로 지칭된다. SLM에서 서브 홀로그램의 위치는 가상 관찰자 윈도우(VW)에 대한 오브젝트 포인트의 상대적인 위치에 의존한다는 것을 알 수 있다. 또한, 서브 홀로그램의 치수 또는 범위 또는 크기는 인코딩된 오브젝트 포인트의 z 위치에 의존하고, 여기서 z는 오브젝트 포인트와 SLM 사이의 거리이다. 이 경우, 일반적으로 서브 홀로그램의 중첩이 이루어진다.
관찰자의 눈의 입사 동공으로부터 멀리 거리를 두고 이격된, 즉 예를 들어 SLM의 평면 근처 또는 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 또는 헤드 업 디스플레이(HUD)의 경우에는 또한 SLM의 가상 평면 근처에 위치하는 오브젝트 포인트는 그 크기 또는 범위 면에서 작은 서브 홀로그램을 포함한다. 작은 서브 홀로그램은 예를 들어 단일 시차 인코딩으로도 또한 지칭되는 홀로그램의 1차원(1D) 인코딩의 경우에 10 픽셀의 측면 범위를 포함할 수 있거나, 또는 전체 시차 인코딩으로도 또한 지칭되는 홀로그램의 2차원(2D) 인코딩의 경우에 10 x 10 픽셀의 측면 범위를 포함할 수 있다.
장면, 바람직하게는 3차원 장면의 홀로그래픽 재구성을 위해, 서브 홀로그램은 가상 가시성 영역과 관련하여 사용되고, 이러한 가상 가시성 영역은 홀로그램의 단일 시차 인코딩의 경우에 가상 관찰자 윈도우로부터 홀로그램의 인코딩 방향으로, 스위트 스폿으로부터 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 형성되거나, 또는 홀로그램의 전체 시차 인코딩의 경우에 2차원 가상 관찰자 윈도우로부터 형성되고, 이를 통해 관찰자는 재구성된 장면을 관찰할 수 있다.
홀로그램을 계산하고 생성하기 위해, 예를 들어 도 1에 따른 프로젝션 방법이 사용될 수 있다.
프로젝션 방법에서, 관찰자 평면에 가상 가시성 영역의 윤곽이 오브젝트 포인트를 통해 SLM 상에 프로젝션되고, SLM에 서브 홀로그램을 생성한다. 다시 말하면, 가상 가시성 영역의 윤곽의 프로젝션을 통해, 서브 홀로그램의 윤곽이 SLM 상에 형성되거나 또는 생성된다. 이 경우, 오브젝트 포인트를 재구성하기 위한 위상 함수는 서브 홀로그램으로 인코딩된다. 가장 단순한 구성에서, 서브 홀로그램 내의 진폭 함수 또는 단순히 진폭은 서브 홀로그램의 모든 픽셀에 대해 동일한 값으로 설정되고, 서브 홀로그램이 사전 정의된 강도로 오브젝트 포인트를 재구성하는 방식으로 선택된다. 관찰자 평면에서의 가상 가시성 영역은 형성된 회절 이미지의 회절 차수로 그 크기가 제한된다. 가상 가시성 영역의 하나의 회절 차수로의 이러한 제한으로 인해, 다른 회절 차수는 가상 가시성 영역에서 관찰자에게 보이지 않는다.
따라서, 가상 가시성 영역으로부터 가시적인 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 재구성하는 홀로그램이 생성된다.
SLM의 실제의 또는 가상의 이미지를 갖는 헤드 마운트 디스플레이(HMD), 헤드 업 디스플레이(HUD) 또는 프로젝션 디스플레이와 관련하여, 여기서 사용되는 "SLM"이라는 용어는 가상 가시성 영역으로부터 가시적인 SLM의 이미지를 나타낸다.
프로젝션 방법에서, 서브 홀로그램의 진폭은 가장 단순한 구성에서 서브 홀로그램의 범위에 걸쳐 일정하다. 그러나, 이러한 진폭이 서브 홀로그램의 범위에 걸쳐 변경될 수 있는 구성도 또한 제공될 수 있다. 이것은 예를 들어 가상 가시성 영역에서 보다 균일한 밝기 분포를 획득하기 위해 픽셀 전송의 푸리에 변환의 역수를 곱함으로써 수행될 수 있다.
도 1에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 생성될 수 있는 관찰자 평면 내의 가상 관찰자 윈도우는 관찰자의 눈 동공보다 더 작거나 또는 선택적으로 눈 동공보다 더 크거나 또는 동일한 범위를 포함할 수 있다. 그러나, 가상 관찰자 윈도우는 대략 10 mm보다 크지 않거나 또는 최대 대략 15 mm 이어야 하는데, 그렇지 않으면 SLM의 픽셀 피치 및 픽셀 개수에 대한 매우 높은 요구 사항이 부과되어야 하기 때문이다.
그러나, 가상 관찰자 윈도우를 생성하는 동일한 SLM에 의해, 즉 특정 또는 정의된 픽셀 피치 및 SLM의 픽셀의 특정 개수에 의해, 가상 관찰자 윈도우보다 그 범위가 명백히 더 클 수 있는 스위트 스폿을 관찰자 평면 내에 생성하는 것이 가능해진다. 예를 들어 스위트 스폿은 또한 대략 20 mm 또는 그 이상의 범위를 포함할 수 있다. 다이렉트 뷰 디스플레이에서 스위트 스폿에 대한 범위의 제한은 관찰자의 눈 사이의 거리이다. 따라서, 한 쪽 눈의 스위트 스폿에 대한 광이 관찰자의 인접한 눈에 입사되는 것이 방지되어야 한다. 따라서, 관찰자의 두 눈이 서로 수평으로 놓여있기 때문에, 이것은 실질적으로 스위트 스폿의 단지 수평 범위에만 영향을 준다. 따라서, 수직으로 생성된 스위트 스폿은 또한 예를 들어 눈 사이의 거리보다 그 범위가 더 크게 선택될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이의 경우, 스위트 스폿의 범위의 크기는 바람직하게는 스위트 스폿의 영역이 눈 내부의 동공의 전형적인 움직임 영역을 커버할 수 있도록 선택된다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스로서 홀로그래픽 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 예에 기초하여, 본 발명은 이제 도 3 내지 도 10을 참조하여 예시적인 실시예에서 설명될 것이다. 본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 본 출원인에 따라 이전에 수행된 가상 가시성 영역의 추적이 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
장면의 개별 오브젝트 포인트에 대한 개별 홀로그램 또는 서브 홀로그램이 단일 시차 인코딩에 의해 SLM으로 인코딩되는 본 출원인의 헤드 마운트 디스플레이에서, 단지 대략 1 mm의 매우 작은 가상 관찰자 윈도우 및 대략 10 mm의 스위트 스폿만이 일반적으로 사용되고, 이들은 관찰자 평면 내에 가상 가시성 영역을 함께 형성한다. 이 경우, 전체적으로 2개의 방향으로 크게 상이한 에지 길이 또는 범위를 갖는 직사각형 가상 가시성 영역이 생성되고, 그 내부에는 2차원 또는 3차원 장면의 재구성이 관찰자의 눈 동공에 대해 가시적일 수 있다.
도 2에는 가상 관찰자 윈도우(VW) 및 스위트 스폿(SS)으로부터 형성된, 종래 기술에 따라 생성된 가상 가시성 영역이 도시되어 있다. 이러한 유형의 가상 가시성 영역은 홀로그램의 단일 시차 인코딩으로 SLM에 생성되고, 여기서 인코딩된 홀로그램 또는 서브 홀로그램은 고정된 인코딩 방향, 여기서 이러한 경우에는 수직 인코딩 방향을 포함한다. 이를 통해, 수직으로, 즉 수직 방향으로 그 범위가 작은 가상 관찰자 윈도우(VW)가 형성된다. 도 2에서, 가상 관찰자 윈도우(VW)의 범위는 관찰자의 눈의 동공(P)의 크기보다 더 작다. 가상 관찰자 윈도우(VW)의 범위보다 명백히 더 큰 범위를 갖는 스위트 스폿(SS)이 여기서 수평으로, 즉 수평 방향으로 생성되는 것을 볼 수 있다.
도 2의 a)에는 관찰자의 눈의 동공(P)의 위치가 가상 가시성 영역의 중심 영역에 도시되어 있다. 이것은 눈의 동공(P)이 각각 가상 관찰자 윈도우(VW)의 중심 영역 및 스위트 스폿(SS)의 중심 영역에도 또한 위치한다는 것을 의미한다. 가상 가시성 영역에 대한 동공(P)의 이러한 위치에서, 관찰자의 눈은 재구성된, 바람직하게는 3차원 장면을 인지하고 관찰할 수 있다.
도 2의 b)에는 관찰자의 눈의 동공(P)이 가상 가시성 영역의 중심에 대해, 특히 여기서 수평 방향으로 존재하는 스위트 스폿(SS)의 중심에 대해 수평으로 이동한 경우가 도시되어 있다. 그러나, 눈의 동공(P)은 여전히 가상 가시성 영역의 스위트 스폿(SS) 내에 위치한다. 또한, 이러한 경우에도 바람직하게는 3차원 장면의 재구성이 관찰자의 눈에 가시적일 수 있고, 관찰될 수 있다.
도 2의 c)에는 도 2의 b)와 비교하여, 수평 이동에 추가적으로, 관찰자의 눈의 동공(P)이 가상 가시성 영역의 중심에 대해 또한 수직 방향으로 더 이동한 경우가 도시되어 있다. 이제 눈의 동공(P)은 가상 가시성 영역의 외부에 위치하는데, 즉 가상 가시성 영역과 눈의 동공(P)이 더 이상 겹쳐지거나 또는 중첩되지 않는 것을 볼 수 있다. 관찰자는 이제 재구성된 장면을 더 이상 관찰할 수 없다. 종래 기술에 따른 기존의 디스플레이 디바이스에서, 가상 가시성 영역은 이제 예를 들어 회절 장치와 같은 적절한 광학 수단으로 변위되고, 눈의 동공(P)의 새로운 위치가 추적되어야 한다. 이러한 방식으로 눈의 동공(P)의 새로운 위치로 변위된 가상 가시성 영역은 도 2의 c)에서 점선으로 도시되어 있다.
도 2와 비교하여, 도 3은 관찰자의 눈이 위치하는 관찰자 평면에 생성된 가상 가시성 영역을 도시하고, 여기서 본 발명에 따라 가상 관찰자 윈도우의 방향 및 스위트 스폿의 방향이 변경될 수 있다. 여기서 또한, 홀로그램 또는 서브 홀로그램이 단일 시차 인코딩에 의해 SLM으로 다시 인코딩된다. 따라서, 이를 통해 SLM 상에서의 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향이 변경될 수 있다. 이러한 유형의 가상 가시성 영역은, 도 2에 대해 언급된 바와 같이, SLM에의 홀로그램의 단일 시차 인코딩 시 생성되고, 여기서 인코딩된 홀로그램 또는 서브 홀로그램은 고정된 인코딩 방향, 여기서 이러한 경우에는 수직 인코딩 방향을 포함한다. 이를 통해, 수직으로, 즉 수직 방향으로 그 범위가 더 작은 가상 관찰자 윈도우(VW)가 형성된다. 여기서 또한 도 3에는, 단순화를 위해 그리고 도 2의 예를 유지하기 위해, 가상 관찰자 윈도우(VW)의 범위는 관찰자의 눈의 동공(P)의 크기보다 더 작다. 수평으로, 즉 수평 방향으로 여기서 가상 관찰자 윈도우(VW)의 범위보다 그 범위가 명백히 더 큰 스위트 스폿(SS)이 생성되는 것을 볼 수 있다.
도 3의 a)에는 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 수직 인코딩 방향이 사용되는 관찰자의 눈의 동공(P)의 위치가 도시되어 있다. SLM으로 인코딩될 홀로그램의 적합한 인코딩 방향을 결정하기 위해, SLM에 대한 관찰자의 눈 및 특히 눈 동공의 위치가 위치 감지 시스템에 의해 결정된다. 그런 다음, 도 5에 보다 상세히 도시된 디스플레이 디바이스의 광학 시스템 및 추적 장치에 의해 홀로그램의 적합한 인코딩 방향이 결정되고, 여기서 시뮬레이션을 사용하여 홀로그램이 단일 시차 인코딩에 의해 SLM으로 인코딩되고, 가상 가시성 영역이 시뮬레이션된 형태로 생성된다. 그 후, 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈 동공과 중첩되는지 여부가 결정된다. 이렇다면, 홀로그램의 인코딩 방향으로 시뮬레이션된 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈의 동공과 중첩된 가장 큰 면적 부분을 차지하는지 여부가 더 검사될 수 있다. 이러한 경우에 마찬가지로, 홀로그램은 이제 결정된 이러한 인코딩 방향으로 SLM으로 인코딩되고, 조명 장치 및 광학 시스템에 의해 SLM을 조명함으로써 오브젝트 포인트가 재구성될 수 있으므로, 관찰자는 실제로 생성된 가상 가시성 영역을 통해 이러한 오브젝트 포인트를 관찰할 수 있다.
오브젝트 포인트 또는 장면을 관찰하면서 눈 또는 눈의 동공이 움직이는 경우, 관찰자가 표현된 오브젝트 포인트 또는 표현된 장면을 계속 관찰할 수 있도록 동공의 가상 가시성 영역이 추적되어야 한다. 가상 가시성 영역의 추적은 도 3의 b)에 도시되어 있다. 이 경우 도면 a)와 비교하여, 눈의 동공(P)의 변경된 위치가 도시되어 있다. 눈 또는 동공(P)이 수직으로 이동되어, 도 a)에 기초한 가상 가시성 영역은 더 이상 동공(P)과 중첩되지 않게 된다. 가상 가시성 영역은 그 중심점(M)을 중심으로 가상 가시성 영역을 회전 또는 로테이션시킴으로써 눈의 동공의 새로운 위치로 추적된다. 이를 통해, 마찬가지로 SLM에서 홀로그램의 인코딩 방향이 변경된다.
따라서, 홀로그램의 인코딩 방향은 시뮬레이션을 통해, 즉 시뮬레이션된 형태로 생성된 가상 가시성 영역을 그 중심점(M)을 중심으로 회전시킴으로써 다시 결정된다. 이 경우, 가상 가시성 영역의 가장 큰 면적 부분이 눈 동공과 겹치거나 또는 이러한 눈 동공과 중첩되는 홀로그램의 인코딩 방향이 적합한 것으로 선택된다. 홀로그램의 인코딩 방향이 적합한 것으로 선택되면, 홀로그램은 선택되고 결정된 이러한 인코딩 방향에 의해 SLM으로 인코딩될 수 있다. 이러한 방식으로, 이제 가상 가시성 영역이 가상 관찰자 평면에 생성되며, 이러한 가상 가시성 영역은 눈의 동공의 새로운 위치와 중첩된다. 따라서, 가상 가시성 영역을 회전시키고 결과적으로 인코딩 방향을 회전시킴으로써, 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿이 동공 내에 부분적으로 다시 위치하게 되어, 관찰자는 재구성된 장면을 간섭 없이 관찰할 수 있다.
도 2와 비교하여, 도 3에 따른 가상 가시성 영역을 추적하는 동안, 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿에 의해 형성된 가상 가시성 영역의 직사각형 영역의 중심점(M)은 시간적으로 가상 가시성 영역이 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치를 추적한 후에도 또한 동일한 위치에 유지된다. 따라서, 가상 가시성 영역의 중심점(M)은 추적 동안 변위되지 않는다.
동공 위치의 필요한 영역에 따라, 가상 가시성 영역의 회전 각도 및 이에 따라 인코딩 방향을 임의로 작은 단계들로 선택할 필요가 없는데, 디스플레이 디바이스가 헤드 마운트 디스플레이로서 사용될 때, 동공은 예를 들어 관찰자가 다른 위치로 이동할 때, 관찰자의 이동 동안 다이렉트 뷰 디스플레이에서와 같이 넓은 영역에 걸쳐 이동할 수 없기 때문이다. 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 홀로그램의 인코딩 방향의 변화는 또한 관찰자의 큰 이동을 위해 제공되지 않고, 오히려 특히 유리하게는, 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이에서 사용될 수 있는 가상 가시성 영역의 미세 추적에 적합하다. 눈의 동공은 단지 제한된 영역에 걸쳐서만 이동할 수 있기 때문에, 적은 수의 회전 각도 설정, 예를 들어 4개의 회전 각도, 예를 들어 수평(0°), 수직(90°) 및 2개의 대각선 회전 각도 설정(+45° 및 -45°)으로 충분하다.
도 4에는 대략 1 mm 범위를 갖는 가상 관찰자 윈도우 및 대략 10 mm 범위를 갖는 스위트 스폿을 갖는 가상 관찰자 윈도우를 포함하는 가상 가시성 영역을 상이한 회전 각도 설정으로 도시하는 배치가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 가상 가시성 영역은 4개의 가능한 회전 각도 설정으로 도시되는데, 즉 이 경우 홀로그램의 인코딩 방향은 수평 방향(B), 수직 방향(D) 및 2개의 대각선 방향(A 및 C)으로 위치된다. SLM으로 인코딩될 홀로그램에 대해 적절한 인코딩 방향을 선택하고 결정하기 위해, 가상 관찰자 윈도우(VW) 및 스위트 스폿(SS)의 눈의 동공(P)과 가장 큰 면적 부분을 차지하는 회전 각도가 선택된다. 홀로그램에 대해 적절한 인코딩 방향을 결정할 때, 가상 가시성 영역이 눈의 동공(P)과 중첩된 큰 면적 부분을 차지하는 복수의 가능한 인코딩 방향이 발생하는 경우, 이들 인코딩 방향 중 하나가 선택되어 사용될 수 있다.
도 4에는 눈의 동공(P)의 중심 또는 중심점이 가상 가시성 영역의 수평선(L) 또는 중심점(M)에 대해 대략 22.5도의 각도로 제공된다. 볼 수 있는 바와 같이, 수직 인코딩 방향(D) 및 대각선 인코딩 방향(-45°; C)은 눈의 동공(P)과 중첩된 동일한 면적 부분을 차지하므로, 재구성된 오브젝트 포인트 또는 장면의 표현에서 이러한 2개의 인코딩 방향으로 홀로그램 또는 서브 홀로그램을 SLM으로 인코딩하는 경우, 동일한 양의 광이 동공(P)을 통해 관찰자의 눈으로 통과한다. 따라서, 홀로그램 또는 서브 홀로그램이 SLM으로 인코딩되도록, 이들 2개의 인코딩 방향 중 하나가 선택될 수 있다.
원칙적으로, 1차원 홀로그램의 회전을 통한 홀로그램의 인코딩 방향의 변화는 WO 2018/037077A2호에 개시된 바와 같이, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 프리즘 항을 인코딩함으로써 가상 관찰자 윈도우를 인코딩 방향으로 변위하는 것과 또한 결합될 수 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에 완전히 포함된다. 홀로그램의 위상에 선형 위상 함수(즉, 프리즘 함수)가 추가되면, 가상 관찰자 윈도우는 회절 차수의 분율만큼 변위된다. 인접한 픽셀들 사이에서 π의 차이를 갖는 선형 위상 함수는, 예를 들어 가상 관찰자 윈도우의 절반(½) 회절 차수만큼의 변위로 이어지거나 또는 일반적으로 2π/x의 차이는 회절 차수의 1/x 변위로 이어진다. 그러나, 홀로그램에서의 위상 함수에 의한 가상 관찰자 윈도우의 이러한 변위를 통해, 개별 회절 차수의 밝기 분포는 변경되지 않는다. 일반적으로, 관찰자는 바람직하게는 3차원 장면의 올바른 재구성을 보지만, 그러나 관찰자가 중심 회절 차수로부터 더 높은 회절 차수로 멀어지면 이러한 장면의 밝기가 감소한다. 이러한 밝기 제한으로 인해, 프리즘 항의 인코딩을 통한 가상 관찰자 윈도우의 변위는 일반적으로 단지 적은 회절 차수의 작은 영역에 걸쳐서만 사용될 수 있다.
또한, 가상 관찰자 윈도우의 크기가 눈 동공보다 더 작으면, 가상 관찰자 윈도우의 중간 이미지에 의해 광학 시스템에서 회절 차수를 필터링함으로써, 하나의 회절 차수의 범위으로부터의 광만이 눈에 도달하는 것이 보장되어야 한다. 예를 들어 가상 관찰자 윈도우가 변위되지 않으면, 필터링은 단지 0차 회절 차수로부터의 광만이 눈에 도달될 것이다. 가상 관찰자 윈도우가 예를 들어 프리즘 함수를 통해 절반 회절 차수만큼 변위되면, 필터링은 이러한 광이 눈에 도달할 수 있도록 0차 회절 차수의 절반과 1차 회절 차수의 절반을 통과해야 한다. 즉, 필터 다이어프램이 예를 들어 기계적으로 또는 전자 제어를 통해 사용된 프리즘 함수에 조정되어 변위될 수 있도록 형성되어야 한다. 필터 다이어프램의 이러한 사용이 본 발명의 모든 실시예와 조합되는 것도 가능하다. 본 실시예에서, 홀로그램의 인코딩 방향을 설정 또는 변경하기 위해 임의의 경우에 회전식 필터 다이어프램이 푸리에 평면에서 사용되는 경우, 동일한 필터 다이어프램이 회전 가능할 뿐만 아니라, 변위 가능하게도 또한 설계됨으로써, 가장 간단한 방식으로 조합이 가능해진다.
그러나, 가상 관찰자 윈도우의 크기가 관찰자의 눈 동공보다 더 큰 경우에는 필터링이 절대적으로 필요한 것은 아닌데, 이 경우 필터링 없이도 하나의 회절 차수의 범위으로부터의 광만이 눈에 도달하는 것이 보장되기 때문이다. 그러나, 도 4에 도시된 예시적인 실시예는 눈 동공보다 크기가 더 작은 가상 관찰자 윈도우에 관한 것이다. 대략 10 mm의 넓은 스위트 스폿을 갖는 대략 1 mm의 넓은 가상 관찰자 윈도우는 예를 들어 ±1차 회절 차수에 의해, 따라서 대략 3 mm x 10 mm의 가능한 영역을 커버하기 위해, 홀로그램의 인코딩 방향으로 ±1 mm만큼 여전히 변위될 수 있다.
따라서, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향의 회전에 대해 추가적으로, 눈의 동공에 보다 양호하게 명중되거나 또는 중첩되거나 또는 겹쳐지기 위해, 예를 들어 ±1 회절 차수와 같은 작은 영역에 의한 가상 가시성 영역의 작은 변위가 이루어질 수 있다. 따라서, 눈의 동공(P)과 가장 잘 중첩되는 홀로그램의 인코딩 방향을 선택할 때, 인코딩 방향의 회전 및 작은 변위의 조합도 또한 고려될 수 있다.
여기서, 단지 인코딩 방향의 회전에만 관련하여 이전에 설명된 경우에서와 같이, 개별 눈 위치들에 대한 인코딩 방향의 할당이 선택적으로, 각각 다시 계산될 수 있거나 또는 대안적으로 고려되는 모든 눈 위치에 대해 미리 한 번 사전 계산될 수 있고, 예를 들어 룩 업 테이블의 형태로 저장될 수 있다. 따라서, 후자의 경우 위치 감지 시스템에 의해 감지된 눈 동공의 위치에 따라, 이러한 위치에 대해 룩 업 테이블에 저장되는 홀로그램에 대한 인코딩 방향이 선택될 것이다. 필요한 경우, 마찬가지로 룩 업 테이블에 저장되는 프리즘 항에 의한 가상 관찰자 윈도우의 변위가 추가적으로 수행될 수 있다.
도 5에는 디스플레이 디바이스, 특히 홀로그래픽 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다. 디스플레이 디바이스는 홀로그램의 인코딩 방향의 변경이 수행될 수 있는 추적 장치(4)를 포함한다.
산란 요소가 SLM의 근처에 또는 SLM의 중간 이미지 평면에 배치되는 경우, 산란 요소에 의해 관찰자 평면에 스위트 스폿이 생성될 수 있다.
이 경우, 가상 가시성 영역으로부터 가시적인 SLM의 확대된 이미지가 생성되는 오브젝트 또는 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 디스플레이 디바이스에서, 산란 요소가 마찬가지로 확대되어 이미징되고, 이러한 확대에 의해 유효 산란 각도가 감소한다. 20배로 확대된 SLM의 이미징의 경우, 대략 20°x 1°의 산란 각도를 갖는 산란 요소는 예를 들어 대략 1°x 1/20°의 유효 산란 각도를 생성한다. SLM의 이미지가 가상 가시성 영역으로부터 1 m 거리로 생성되는 경우, 공식 tan 1°* 1000 mm에 따라 1°의 유효 산란 각도에 의해 예를 들어 대략 17 mm의 범위를 갖는 관찰자 평면에 스위트 스폿이 형성된다.
이러한 예에서, 인코딩 방향으로 1/20°의 각도의 결과로서, 바람직하게는 3차원 장면의 해상도가 인코딩 방향으로 마찬가지로 20 픽셀/도로 제한되고, 이에 따라 눈을 위한 최대 가시적인 해상도보다 더 열악하게 된다. 그러나, 수치는 단지 예시적인 것이다. 산란 각도가 20도 x 0.3도인 산란 요소도 또한 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4에 따라 눈의 동공의 새로운 위치에 대한 가상 가시성 영역의 추적을 제공하기 위해, 예를 들어 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향을 변경하고, 이에 따라 스위트 스폿 방향도 또한 변경하기 위해, 예를 들어 산란 요소로서 형성된 복수의 제어 가능한 요소가 사용될 수 있다. 제1 제어 가능한 광학 요소는 예를 들어 광을 대략 수직으로 20°x 수평으로 1°산란시킬 것이고, 여기서 제2 제어 가능한 광학 요소는 광을 대략 수직으로 1°x 수평으로 20°산란시킬 것이다. 이 경우, 하나의 제어 가능한 광학 요소 및 다른 제어 가능한 광학 요소의 제어를 통해, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향이 90°만큼 회전될 수 있고, 각각의 경우 인코딩 방향에 수직으로 대응하는 넓은 스위트 스폿이 생성될 수 있다.
이러한 배치는 선택적으로 다음과 같이 확장될 수 있다: 제3 제어 가능한 광학 요소가 예를 들어 광을 +45° 대각선 방향으로 대략 1°및 -45°방향으로 20°산란시킬 것이다. 제4 제어 가능한 광학 요소는 예를 들어 광을 -45°대각선 방향으로 대략 1°및 +45°대각선 방향으로 20°산란시킬 것이다. 이러한 경우, 제어 가능한 광학 요소 중 하나를 각각 제어함으로써, 4개의 인코딩 방향 사이에서 선택될 수 있다.
그러나, 관찰자의 눈의 동공의 새로운 위치에 대한 가상 가시성 영역을 추적하기 위해, 추적 장치에 적어도 2개의 수동 산란 요소가 또한 제공될 수도 있다. 이러한 적어도 2개의 수동 산란 요소는 광 산란을 위한 추적 장치의 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소에 의해 선택될 수 있다.
이를 위해, 적어도 2개의 수동 산란 요소는 예를 들어 체적 격자로서 형성될 수 있고, 특정 각도 선택성을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 체적 격자로서 형성된 개별 산란 요소에 대해 상이한 각도 선택성이 설정될 수 있다.
광 산란을 위한 적어도 2개의 수동 산란 요소 중 하나를 선택하거나 또는 제공하기 위해, 편향 격자 요소 및 제어 가능한 광학 요소가 제공될 수 있다. 편향 격자 요소는 예를 들어 편광 선택성으로 제어 가능하거나 또는 전환 가능한 편향 각도를 포함한다. 편향 격자 요소는, 예를 들어 좌측 원형으로 또는 우측 원형으로 편광된 입사광에 대해 이러한 광을 선택적으로 +1차 또는 -1차 회절 차수를 편향시키는 편광 격자 요소일 수 있고, 여기서 각각의 회절 차수는 다른 편향 각도에 대응한다. 제어 가능한 광학 요소는 편광 스위치로서, 예를 들어 전기장에 의해 제어될 수 있는 LC(액정) 층으로서 형성될 수 있다. 편광 스위치 형태의 제어 가능한 광학 요소는 편광 스위치의 스위칭 상태에 따라, 예를 들어 하나의 스위칭 상태에서 좌측 원형으로 편광된 광 및 다른 스위칭 상태에서 우측 원형으로 편광된 광에서 광의 정의된 편광 상태를 생성한다. 이러한 방식으로, 편향 격자 요소에서 편향 각도가 선택될 수 있고, 추적 장치의 수동 산란 요소 중 하나가 산란 요소의 각도 선택성에 기초하여 선택될 수 있다.
이러한 유형의 추적 장치를 갖는 디스플레이 디바이스가 도 5에 도시되어 있다. 디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치(1), SLM(2), 광학 시스템(3) 및 추적 장치(4)를 포함하며, 여기서 디스플레이 디바이스에는 추가의 광학 요소 또는 장치가 가능하지만, 그러나 본 발명의 설명을 위해 필요하지는 않다. 홀로그램 또는 서브 홀로그램은 관찰자를 위한 오브젝트 포인트 또는 장면을 재구성하거나 또는 표현하기 위해, 단일 시차 인코딩에 의해 SLM으로 인코딩되어야 한다. SLM은 조명 장치(1)에 의해 충분히 간섭성의 광으로 조명된다. 예를 들어 렌즈 요소와 같은 적어도 하나의 이미징 요소를 포함하는 광학 시스템(3)은 SLM(2)과 관찰자 평면(5) 사이에 배치된다. 이 경우, 빔 경로에서의 광학 시스템(3)의 배치는 추적 장치(4)가 부재하는 경우, 비-인코딩 방향으로, 즉 스위트 스폿 방향으로 조명 장치(1)의 광원이 관찰자 평면(5)으로 이미징되도록 제공된다. 추가적으로, 광학 시스템(3)은 관찰자 평면(5)으로부터 가시적인, 여기에 도시되지 않은 SLM(2)의 확대된 가상 이미지를 생성한다.
추적 장치(4)는 광 전파 방향으로 SLM(2)의 하류에 배치되는 2개의 수동 1차원 산란 요소(6 및 7)를 포함한다. 제1 산란 요소(6)는 수직 방향으로 20°의 산란 각도 및 수평 방향으로 1°의 산란 각도를 생성한다. 제2 산란 요소(7)는 여기서 수직 방향으로 1°의 산란 각도 및 수평 방향으로 20°의 산란 각도를 생성한다. 2개의 수동 1차원 산란 요소는 여기서 체적 격자로서 형성될 수 있으며, 체적 격자에 전형적으로 제한된 수용 각도를 갖는다. 2개의 수동 1차원 산란 요소의 수용 각도 범위는 서로 상이하므로, 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7)는 정의된 광 입사 각도에 의해 선택될 수 있으며, 이를 통해 입사광이 이에 대응하여 산란된다.
또한, 추적 장치(4)는 여기서 수동 1차원 산란 요소(6)와 SLM(2) 사이에 배치된 편광 격자 요소 형태의 편향 격자 요소(8)를 포함한다. 편향 격자 요소(8)는 정의된 편광된 광을 이에 대응하여 편향시킨다. 예를 들어 편향 격자 요소(8)는 입사된 좌측 원형 편광된 광을 +1차 회절 차수로 그리고 입사된 우측 원형 편광된 광을 -1차 회절 차수로 편향시킨다. 이를 통해, 특정 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7)가 선택될 수 있고, 그 위에 광이 정렬되고, 그런 다음 이에 대응하여 산란된다.
또한, 추적 장치(4)는 여기에서 편광 스위치로서 형성된 제어 가능한 광학 요소(9)를 포함한다. 제어 가능한 광학 요소(9)는 디스플레이 디바이스의 빔 경로에서 편향 격자 요소(8)와 SLM(2) 사이에 배치된다. 편광 스위치 형태의 제어 가능한 광학 요소(9)는 광의 정의된 편광 상태를 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어 제어 가능한 광학 요소(9)는 스위칭 상태에 따라 좌측 원형 편광된 광 또는 우측 원형 편광된 광을 생성한다. 따라서 제어 가능한 광학 요소(9)에 의해, 편향 격자 요소(8)는 광을 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수로 편향시킬지 여부가 선택된다. 수동 1차원 산란 요소(6 및 7)는 체적 격자로서 형성되어, 편향 격자 요소(8)의 +1차 회절 차수의 편향 각도가 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7) 중 하나의 수용 각도 범위 내에 입사되고, 편향 격자 요소(8)의 -1차 회절 차수의 편향 각도는 다른 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7)의 수용 각도 범위 내에 입사된다.
따라서, 제어 가능한 광학 요소(9) 또는 편광 스위치의 스위칭 상태에 의해, 그리고 편향 격자 요소(8)에 의해, 2개의 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7) 중 하나가 선택되고, 이 선택된 하나는 입사광을 그에 대응하게 산란시키는 반면, 선택되지 않은 다른 수동 1차원 산란 요소(6 또는 7)는 수용 영역의 외부의 각도로 광이 통과되므로, 따라서 광은 산란되지 않는다.
도 5의 a)는 제어 가능한 광학 요소(9)의 제1 제어 상태 또는 스위칭 상태에서의 수동 1차원 산란 요소(6)의 제어 또는 선택을 도시하고, 여기서 도 5의 b)에는 제어 가능한 광학 요소(9)의 제2 제어 상태 또는 스위칭 상태에서의 수동 1차원 산란 요소(6)의 제어 또는 선택이 도시되어 있다. 단일 시차 인코딩에 의해 적합한 인코딩 방향을 갖는 홀로그램 또는 서브 홀로그램을 SLM(2)으로 인코딩하기 위해, 인코딩될 홀로그램에 대한 적절한 인코딩 방향을 결정하도록 사전에 가상 가시성 영역의 생성의 시뮬레이션이 필요하다. 이 경우, 여기서 도 a) 및 b)에 도시된 바와 같이 진행되고, 추적 장치(4)에 의해 도 3 및 도 4에 따라 가상 가시성 영역을 중심점을 중심으로 회전시킴으로써, 가상 가시성 영역이 관찰자의 눈 또는 눈의 동공과 겹치는 가장 큰 면적 부분을 차지하는 방향이 결정된다. 이를 통해, 홀로그램 또는 서브 홀로그램이 SLM(2)으로 인코딩되는 인코딩 방향이 결정되고, 이에 따라, 관찰자는 눈 또는 눈의 동공이 다른 위치로 이동할 때에도 또한 표현된 오브젝트 포인트 또는 장면을 간섭 없이 관찰할 수 있게 된다.
가상 가시성 영역을 시뮬레이션하고, 이에 따라 적절한 인코딩 방향을 결정하기 위해, 제어 가능한 광학 요소(9)가 도 5의 a)에서 제1 제어 상태로 설정되고, 이에 의해, 광 방향으로 제1 수동 1차원 산란 요소(6)는 광 산란을 위해 선택된다. 이러한 경우, 가상 가시성 영역은 관찰자 평면(5)에 생성되고, 여기서 생성된 가상 관찰자 윈도우(VW)는 도시된 도 5의 도면 평면에 형성되고, 스위트 스폿(SS)은 도면 평면에 수직으로 형성된다.
도 5의 b)에서 제어 가능한 광학 요소(9)는 제2 제어 상태로 설정되고, 이에 의해, 제1 수동 2차원 산란 요소(6)에 후속하는 제2 수동 1차원 산란 요소(7)가 광 산란을 위해 선택된다. 이러한 경우, 관찰자 평면(5)에 가상 가시성 영역이 생성되고, 여기서 가상 관찰자 윈도우(VW)는 이제 도 5의 도면 평면에 수직으로 형성되고, 스위트 스폿(SS)은 이제 도면 평면에 형성된다. 따라서 이러한 방식으로, 가상 관찰자 윈도우(VW) 및 스위트 스폿(SS)의 방향은 관찰자 평면(5)에서 중심점을 중심으로 회전시킴으로써 변경될 수 있으므로, 결과적으로 홀로그램의 인코딩 방향은 또한 가상 관찰자 윈도우의 SLM(2)으로의 프로젝션으로 인해, 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 크기 또는 범위를 결정하도록 변경된다.
추적 장치(4)에 다른 제어 가능한 광학 요소, 다른 편향 격자 요소 및 2개의 다른 수동 1차원 산란 요소를 사용함으로써, 이러한 배치는 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향의 4개의 각도 설정 방향, 즉 수평, 수직 및 2개의 대각선 각도 설정으로 확장될 수 있다. 이 경우, 제1 제어 가능한 광학 요소(9) 및 제1 편향 격자 요소(8)는 제1 제어 가능한 광학 요소(9)의 제어 상태에 따라 2개의 가능한 편향 각도를 생성한다. 이어서, 제2 제어 가능한 광학 요소는 예를 들어 격자 주기가 제1 편향 격자 요소(8)와는 상이한 제2 편향 격자 요소를 다시 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수로 편향시키도록, 광의 편광을 설정할 수 있다. 총 4개의 가능한 편향 각도, 제1 편향 격자 요소의 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수와, 제2 편향 격자 요소의 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수의 조합이 생성된다. 4개의 수동 1차원 산란 요소는 각각 4개의 상이한 수용 각도 범위를 포함하는 체적 격자로서 형성될 수 있고, 이러한 상이한 수용 각도 범위는 각각 제어 가능한 광학 요소 및 편향 격자 요소의 배치의 4개의 편향 각도 중 하나에 대응한다.
인코딩될 홀로그램에 대해 인코딩 방향의 다른 각도 방향이 필요한 경우, 이러한 유형의 추가의 광학 요소가 추적 장치에 제공될 수 있다.
또한, 광의 편광을 변경함으로써 광 경로에서 상이한 경로를 선택하기 위해, 추적 장치가 편향 격자 요소 대신에 예를 들어 편광 빔 스플리터 요소와 같은 적어도 하나의 전환 요소를 포함하는 것이 가능하며, 여기서 경로는 각각 1차원 수동 산란 요소를 포함한다. 이를 위해, 산란 요소는 개별 경로에서 상이하게 정렬되어야 한다. 예를 들어 하나의 수동 산란 요소는 제1 경로에 있어서 편광 빔 스플리터 요소의 출력에서 수평 방향으로 광을 산란시킬 수 있고, 여기서 다른 수동 산란 요소는 제2 경로에 있어서 편광 빔 스플리터 요소의 다른 출력에서 수직 방향으로 광을 산란시킨다. 이러한 경우, 산란 요소는 각도 선택성으로 형성될 필요는 없다. 제2 제어 가능한 광학 요소 및 제2 편광 빔 스플리터 요소를 통해, 여기서 경로 및 수동 산란 요소의 개수는 4개로 또한 확장될 수 있다.
도 5에 따른 디스플레이 디바이스의 추적 장치(4)는 편향 격자 요소, 제어 가능한 광학 요소 및 2개의 수동 산란 요소 대신에 예를 들어 단지 하나의 개별 수동 산란 요소만을 또한 포함할 수 있고, 이는 입사광의 산란 방향을 변경하기 위해 기계적으로 회전하도록 형성된다. 수동 산란 요소는 여기서 1차원으로 형성된다. 예를 들어 개별 수동 산란 요소는 한 방향으로 20° 및 이에 대해 수직인 방향으로 1°산란되고, 여기서 20°방향은 수동 산란 요소를 예를 들어 수평 방향에서 수직 방향으로 또는 +45°또는 -45°의 대각선 방향으로 회전시킴으로써 변경될 수 있다. 유리하게는, 이러한 실시예에서 편향 격자 요소 및 제어 가능한 광학 요소도 또한 필요하지 않기 때문에, 요구되는 광학 컴포넌트의 개수는 감소된다. 그러나, 그 대신에 산란 요소의 기계적 회전을 위한 장치가 필요하게 된다.
그러나, 원칙적으로 본 발명은 산란 방향을 변경하기 위한 특정 유형의 산란 요소의 사용으로 제한되지 않는다. 전자적으로 제어 가능하고 산란 방향으로 변경될 수 있는 개별 1차원 산란 요소를 사용하는 것도 또한 고려될 수 있다.
관찰자의 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치로 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 다른 예시적인 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 여기에 도시된 디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치(10), SLM(20) 및 광학 시스템(30)을 포함한다. 조명 장치(10)의 광원은 여기서 슬릿 형상으로 또는 슬롯 형상으로 형성되고, 충분히 간섭성의 광으로 SLM(20)을 조명한다. 광학 시스템(30)은 이미징 요소, 여기서는 2개의 이미징 요소(31 및 32)를 포함하고, 여기서 이미징 요소의 특별한 배치는 제공되지 않는다. 예를 들어 광 전파 방향으로 SLM(20)의 상류 또는 하류에 배치되는 단지 하나의 개별 이미징 요소가 또한 제공될 수 있다. 또는, 2개 이상의 이미징 요소가 또한 제공될 수도 있다.
여기서, SLM(20)은 조명 장치(10)와 SLM(20) 사이에 배치된 이미징 요소(31)에 의해 광으로 조명된다. 광 방향으로 SLM(20)의 하류에 배치된 광학 시스템(30)의 다른 이미징 요소(32)에 의해, 관찰자 평면(50)에서 가상 가시성 영역에 대한 광의 포커싱이 수행된다.
도 6의 a)는 도면 평면에서 관찰자 평면(50) 내의 가상 관찰자 윈도우(VW)의 생성이 도시되어 있다. 여기서, 조명 장치(10)의 광원은 슬릿 형상 또는 슬롯 형상의 광원의 좁은 또는 짧은 측면이 SLM(20)을 조명하도록 이동 또는 회전된다. 광원은 여기서 슬롯 형상의 형태를 포함하는 것을 명확히 하기 위해, 예시를 목적으로 여기서 사시도로 도시되어 있다. 정확히 말하면, 광원의 슬롯의 긴 측면은 도면 평면에 수직이고, 측면도에서는 볼 수 없을 것이다. 이러한 광 전파 방향으로의 광원의 작은 범위를 통해, 다음의 이미징 요소(31)의 하류에 광의 매우 작은 각도 스펙트럼이 형성된다. SLM(20)은 실질적으로 평행한 광으로 조명된다. 그러나, 여기에 도시되지 않고 가상 관찰자 윈도우(VW)를 생성하는 SLM(20)의 픽셀을 통한 회절을 제외하고, SLM(20)으로 인코딩될 홀로그램의 인코딩 방향에 대응하는 방향으로 관찰자 평면(50)에서 광원으로부터 방출된 광은 다소 점 형상의 영역으로 다시 포커싱된다.
관찰자의 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치 또는 다른 위치에 대한 가상 가시성 영역을 추적하기 위해, 조명 장치(10)의 광원이 도 6의 b)에 도시된 바와 같이 이동되거나 또는 회전된다. 이 경우, 광원은 이제 슬릿 형상 또는 슬롯 형상 광원의 긴 측면이 SLM(20)을 조명하는 방식으로 이동되거나 또는 회전된다. 이제 광원으로부터 상이한 위치로 방출되고, 실선, 점선 또는 파선으로 도시된 광은 SLM(20) 상에 상이한 각도로 입사되고, 이를 통해 이미징 요소(32)에 의해 관찰자 평면(50) 내의 상이한 위치로 이미징된다. 결과적으로, 광은 이러한 방향으로 산란된다. 따라서, SLM(20)을 조명하기 위해, 조명 장치(10)의 슬릿 형상 또는 슬롯 형상 광원의 긴 측면의 사용으로 인해, 관찰자 평면(50)에 스위트 스폿(SS)이 생성된다.
이러한 방식으로, SLM(20)의 픽셀에서의 회절을 제외하고, 슬릿 형상 또는 슬롯 형상 광원의 슬릿 형상 또는 슬롯 형상 이미지는 또한 가상 관찰자 윈도우(VW)가 형성되는 짧은 방향 및 스위트 스폿(SS)이 형성되는 긴 방향으로 관찰자 평면(50)에 형성된다.
SLM(20) 상에서의 홀로그램의 적절한 인코딩 방향을 결정하기 위해, 조명 장치(10)의 슬릿 형상 또는 슬롯 형상 광원이 회전된다. 이 경우, 광원의 슬릿 또는 슬롯은 예를 들어 광원의 긴 측면이 도 4에 따른 수평선(L)에 대해 수평 또는 수직 방향으로 또는 +45도 또는 -45도의 각도로 존재하고, 광원의 짧거나 또는 좁은 측면이 각각 이러한 방향에 수직으로 제공되는 방식으로 배치될 수 있다.
관찰자의 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치에 대한 가상 가시성 영역을 추적하기 위한 다른 예시적인 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 여기서, 디스플레이 디바이스의 추적 장치는 필터 조립체로서 형성된다. 이를 위해, 디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치(10), SLM(200), 광학 시스템(300) 및 필터 조립체로서 형성된 추적 장치(400)를 포함한다. 광학 시스템(300)은 적어도 하나의 이미징 요소, 여기서는 3개의 이미징 요소(301, 302 및 303)를 포함한다. SLM(200)은 관찰자 평면(500)에 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 조명 장치(100)의 광원에 의해, 그리고 광학 시스템(300)의 이미징 요소(301)에 의해 조명된다. 광 전파 방향으로 SLM(200)의 하류에 배치된 다른 이미징 요소(302)가 광을 필터 평면(440)으로 포커싱하고, 여기서 광원의 중간 이미지 또는 SLM(200)의 푸리에 변환이 생성된다. 따라서, 이러한 필터 평면(440)은 광원 이미지의 중간 이미지 평면으로서 또는 SLM(200)의 푸리에 평면으로서 또한 지칭될 수 있다. 그런 다음, 광 방향으로 필터 평면(440)의 하류에 배치된 이미징 요소(303)가 이러한 중간 이미지 평면 또는 푸리에 평면(440)을 관찰자 평면(500)으로 이미징하고, 이에 의해, 가상 관찰자 윈도우(VW) 및 스위트 스폿(SS)에 의해 형성된 가상 가시성 영역이 생성된다. 필터 평면(440)에는, SLM(200)의 픽셀 구조를 통해 형성된, 파선으로 도시된 회절 차수가 개략적으로 도시되어 있다. 추적 장치(400)는 입사광을 대응하게 필터링하는 개구 또는 다이어프램(401)을 포함한다. 즉, 필터 평면(440) 내의 개구(401)에 의해, 원하는 특정 회절 차수가 통과되고, 다른 회절 차수는 필터링된다.
이를 설명하기 위해, 회절 차수의 위치 및 필터 다이어프램(401)의 배향이 도면에서 사시도로 도시되어 있다. 정확히 말하면, 도 7의 도면 e)에서 필터 다이어프램(401)의 수평 회절 차수 및 길이 방향은 도면의 단면에 수직이다.
도 7의 a)에서, 추적 장치(400)의 개구(401)는 수직 방향으로 단지 하나의 회절 차수만을 통과하지만, 그러나 수평 방향으로는 복수의 회절 차수가 통과되는 방식으로 디스플레이 디바이스에 배치된다. 이러한 방식으로, 가상 관찰자 윈도우(VW)가 수직 방향으로 생성된다. 이렇게 배치된 개구(401)는 SLM(200)으로 인코딩될 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 수직 인코딩 방향에 사용될 수 있다.
도 7의 b)에서, 필터 평면(440)의 개구(401)는 이제 개구(401)가 이제 수평 방향으로 단지 하나의 회절 차수만을, 수직 방향으로는 복수의 회절 차수를 통과하도록 디스플레이 디바이스에 배치된다. 따라서, 스위트 스폿(SS)이 수직 방향으로 생성된다. 이렇게 배치된 개구는 SLM(200)에서 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 수평 인코딩 방향에 사용될 수 있다.
일반적으로, 정수의 회절 차수가 스위트 스폿 방향으로 사용될 필요는 없지만, 개구(401)의 크기는 회절 차수의 분율을 또한 포함할 수 있다. 개구(401)는 예를 들어 4.4 회절 차수의 크기를 포함할 수 있다. 개구(401)는 홀로그램 또는 서브 홀로그램의 인코딩 방향으로 최대 하나의 회절 차수의 크기를 포함해야 한다. 그러나, 개구(401)는 또한 하나의 회절 차수보다 그 크기가 더 작을 수 있다. 또한, 개구(401)의 중심은 회절 차수의 중심과 일치할 필요는 없지만, 이에 대해 오프셋될 수도 있다. 개구(401)는 또한 예를 들어 동일 성분 스폿(제로 또는 스폿)과 같은 아티팩트를 추가적으로 필터링하도록 구조화될 수 있다. 가장 단순한 경우에, 추적 장치(400)의 개구(401)는 기계적으로 회전 가능한 개구 다이어프램일 수 있다. 개구(401)는 예를 들어 액정(LC)에 기초하고, 스위칭 상태에 따라 광을 흡수 또는 투과시키는, 예를 들어 전기적으로 제어 가능한 개구로서 또한 형성될 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예에서 프리즘 함수 또는 프리즘 항의 인코딩을 통해 홀로그램에서 홀로그램의 인코딩 방향의 회전이 또한 가상 관찰자 윈도우의 작은 변위와 조합될 수 있다. 이것은 개구를 사용할 때, 개구가 회전될 수 있을 뿐만 아니라, 추가적으로 작은 영역에서 예를 들어 인코딩 방향으로 +/- 회절 차수만큼 변위될 수 있도록 형성됨으로써 유리하게 수행될 수 있다. 따라서, 도 7의 a)에서 개구(401)는 또한 수직 방향으로 변위될 것이다. 도 7의 b)에서 개구(401)는 각각 가상 가시성 영역, 즉 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿의 눈의 동공과의 중첩이 개선되도록, 수평 방향으로 추가로 변위될 것이다.
도 8에는 SLM의 픽셀 매트릭스가 도시되어 있다. 이러한 경우, 알 수 있는 바와 같이, SLM은 정사각형 픽셀을 포함한다. 도 8의 a)에는 단지 이러한 유형의 SLM이 도시되어 있고, 여기서 도 b) 내지 도 e)에는, 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치에 대한 가상 가시성 영역을 추적하기 위해 본 발명에 따라 제공될 수 있는 다양한 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 도 b)에는 수직 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있고, 여기서 서브 홀로그램은 회색 배경의 픽셀로 도시된다. 도 c)에는 수평 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 도 d)에는 대각선 인코딩 방향, 여기서는 -45도 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 그리고 도 e)에는 마찬가지로 대각선 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있는데, 그러나 여기서 서브 홀로그램의 인코딩 방향은 +45도이다. 바람직하게는 3차원 장면의 홀로그램은 각각 개별 오브젝트 포인트의 서브 홀로그램을 합산함으로써 계산되고, 여기서 모든 서브 홀로그램은 동일한 인코딩 방향을 포함한다.
도 9에는 가상 가시성 영역을 추적하기 위해 디스플레이 디바이스에 제공될 수 있는 SLM의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. SLM은 이제 직사각형 픽셀을 갖는 픽셀 매트릭스를 포함한다. 도 9의 a)에는 단지 직사각형 픽셀을 갖는 이러한 유형의 SLM만이 도시되어 있고, 여기서 도 b) 내지 도 d)는 눈 또는 눈의 동공의 새로운 위치의 가상 가시성 영역을 추적하기 위해 본 발명에 따라 제공될 수 있는 다양한 인코딩 방향을 갖는 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 도 b)는 서브 홀로그램의 인코딩 방향을 도시하고, 여기서 픽셀은 각각 서로에 대해 대각선으로 오프셋된다. 따라서, 직사각형 픽셀의 종횡비에 의해 SLM의 수평 측면에 대해 대략 25도의 각도가 생성된다. 이것은 본 발명이 도 8에 도시된 수평 각도(0°), 수직 각도(90°) 및 대각선 각도(+45°; -45°)의 인코딩 방향의 각도로 제한되지는 않고, 이러한 경우 예를 들어 25°의 인코딩 방향도 또한 사용될 수 있다는 것을 보여준다.
도 9의 c) 및 도 9의 d)는 홀로그램에 대한 인코딩 방향이 또한 SLM의 픽셀 그리드와 독립적으로 보간될 수 있는 것을 도시한다. 도 c)에는 50도의 인코딩 방향에 대한 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 이것은 SLM의 픽셀 그리드에서 항상 2개의 픽셀이 위쪽으로, 그리고 하나의 픽셀이 우측으로 인코딩됨으로써 달성된다. 도면 d)에는 대략 12.5°의 인코딩 방향에 대한 서브 홀로그램이 도시되어 있다. 여기서 이것은 SLM 상에서 항상 2개의 픽셀이 우측으로, 그리고 하나의 픽셀이 위쪽으로 인코딩됨으로써 달성된다.
이러한 배치에서, SLM에서는 또한 예를 들어 인코딩 방향 0°, 90°, ±12.5°, ±25° 및 ±50°와 같이, 홀로그램에 대한 4개 이상의 인코딩 방향, 이에 따라 이러한 경우 8개의 인코딩 방향이 사용될 수 있고, 여기서 이러한 수치는 단지 예시적인 것이다. 여기서 가능한 다양한 인코딩 방향은 대응하는 각도 설정을 허용하는 도 5, 도 6 또는 도 7에 따른 추적 장치에 의해 달성될 수 있다. 이는, 산란 요소 형태의 적어도 하나의 광학 요소 또는 적어도 하나의 수동 산란 요소 또는 추적 장치로서의 필터 조립체 또는 추적 장치로서의 적어도 하나의 광원에 의해, 예를 들어 도 9의 b)에 따라 인코딩 방향에 대한 25°의 각도가 설정될 수 있고, 이에 따라 도 5, 도 6 또는 도 7에 따른 이러한 특정 추적 장치가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 방금 언급된 각도는 단지 예시로서, 그리고 설명을 위한 것이다.
산란 요소가 사용될 때, 광의 산란 방향 또는 슬롯 형상 광원의 긴 측면의 슬롯 형상 광원이 사용될 때, 또는 개구가 사용될 때, 디스플레이 디바이스의 필터 평면 내의 개구의 긴 측면은 각각 스위트 스폿 방향에 대응한다. 필터 평면 내의 비-산란 방향 또는 슬롯 형상 광원의 짧은 측면 또는 개구의 짧은 측면은 인코딩 방향에 대응한다.
반대로, 서브 홀로그램은 인코딩 방향으로 복수의 픽셀 범위를 포함하지만, 그러나 일반적으로 인코딩 방향에 수직인 단지 하나의 픽셀의 범위만을 포함한다. 결과적으로, 서브 홀로그램의 긴 측면은 인코딩 방향을 가리키고, 서브 홀로그램의 짧은 측면은 인코딩 방향에의 수직 방향을 가리킨다.
다시 말하면, 광의 산란 방향, 광원의 긴 측면 또는 필터 다이어프램의 긴 측면은 각각 서브 홀로그램의 긴 측면에 수직이다.
도 10에 따르면, 예를 들어 도 5에 따른 디스플레이 디바이스가 포함할 수 있는 추적 장치의 제어 가능한 광학 요소의 구조가 이제 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 방식으로 구성된 제어 가능한 광학 요소에 제한되지는 않는다. 따라서, 추적 장치의 제어 가능한 광학 요소는 제어 가능성 또는 전환 가능성을 보장하는 다른 구조를 또한 포함할 수 있다.
제어 가능한 광학 요소(70)는 2개의 기판(71 및 72)을 포함한다. 2개의 기판(71 및 72)은 서로 결합되고, 여기서 2개의 기판(71 및 72) 사이에는 액정(LC)을 포함하는 액정 층(73)으로 채워지거나 또는 액정 층(73)이 매립되어 있는 공간이 존재한다. 적어도 하나의 기판, 여기서는 기판(71)은 표면 구조체(74)를 또한 포함한다. 액정 재료는 복굴절성이고, 표면 구조체(74)의 굴절률과 실질적으로 동일한 제1 굴절률, 예를 들어 보통의 굴절률을 포함한다. 예를 들어 액정(LC) 및 표면 구조체(74)는 모두 n = 1.5의 굴절률을 포함한다. 복굴절성 액정(LC)은 또한 표면 구조체(74)의 굴절률과 상이한 제2 굴절률, 예를 들어 특별한 굴절률을 포함한다. 예를 들어 액정(LC)은 n = 1.7의 특별한 굴절률을 포함하는 반면, 표면 구조체(74)의 굴절률은 n = 1.5이다.
표면 구조체(74)는 여기서 특히, 기판(71) 상에 도포되는 중합체 층에 엠보싱된 1차원 통계적 표면 구조체이다. 바람직하게는, 단지 하나의 기판만이 표면 구조체(74)를 포함하고, 여기서 다른 기판은 평평하게 형성된다. 여기서, 이는 기판(71)이 표면 구조체(74)를 포함하고, 기판(72)은 편평하거나 또는 평면으로 형성되는 것임을 의미한다. 기판(72)은 그 편평한 설계를 통해 액정 층(73)에서 액정(LC)의 정렬을 위해 사용된다. 이는 기판(72) 상에 액정(LC)이 배향되는 것을 의미한다. 예를 들어 액정(LC)은 러빙 또는 광 정렬에 의해 대응하게 정렬된다.
표면 구조체(74), 즉 표면 구조체(74)의 폭, 높이, 통계적 분포를 선택함으로써, 제어 가능한 광학 요소(70)의 광 산란 특성이 사전 정의된다. 표면 구조체(74)는 예를 들어 표면 릴리프 격자(surface relief grating) 또는 블레이즈 격자(blazed grating)와 유사하게 형성될 수 있는데, 그러나 종래의 격자 요소와 달리, 격자 주기 및/또는 블레이즈 각도는 기판(71) 상의 위치에 따라 랜덤으로 변경될 수 있으므로, 규칙적인 회절 차수가 형성되지 않고, 대신에 사전 정의된 각도 영역에 걸쳐 광이 산란된다. 이 경우, 산란 각도는 예를 들어 영역, 즉 최소 및 최대 격자 주기, 및 상이한 격자 주기의 빈도 및/또는 블레이즈 각도의 영역 및 분포에 걸쳐 설정될 수 있다. 표면 구조체(74)는 또한 불규칙한 높이 프로파일일 수 있으며, 그 폭 및 높이는 기판(71) 상의 위치에 따라 랜덤으로 변화된다.
2개의 기판(71 및 72)은 또한 각각 전극 조립체(75 및 76)를 포함한다. 기판(71)은 적어도 하나의 전극을 포함하는 전극 조립체(75)를 포함한다. 기판(72)은 마찬가지로 적어도 하나의 전극을 포함하는 전극 조립체(76)를 포함한다. 전극 조립체(75 및 76)의 전극은 편평하게, 즉 픽셀화되지 않고 형성될 수 있다. 이러한 경우, 전극 조립체(75)의 적어도 하나의 전극은 통계적 표면 구조체(74)의 후면, 즉 균일한 필드 프로파일을 생성하기 위해 표면 구조체(74)와 기판(71) 사이에 제공된다.
디스플레이 디바이스에서 광 전파 방향으로 제어 가능한 광학 요소(70)의 상류의 편광 요소를 사용함으로써, 또는 예를 들어 편광된 광을 방출하는 광원을 사용하여 이미 이전에 편광된 광을 통해, 편광된 광은 입력 측에서 제어 가능한 광학 요소(70)로 입사된다. 이 경우, 액정 층(73)의 액정(LC)은 기판(72)에 의해, 예를 들어 러빙 또는 광 정렬에 의해 배향되어, 제어 가능한 광학 요소(70)의 제어 상태 또는 스위칭 상태에서 전극 조립체(75 및 76) 상에 전기장이 인가되지 않을 때, 입사광에 대해 액정(LC)의 굴절률이 효과적으로 작용하고, 이는 표면 구조체(74)의 굴절률과는 상이하다. 이러한 상태에서, 통계적 표면 구조체(74)는 광학적으로 가시적이다. 이 경우, 표면 구조체(74)는 광의 산란 효과를 발생시킨다. 이것은 도 10의 도 a)에 도시되어 있다.
제어 가능한 광학 요소(70)의 다른 제어 상태 또는 스위칭 상태에서, 충분히 큰 전기장이 전극 조립체(75 및 76)에 인가될 때, 표면 구조체(74)의 굴절률에 대응하는 액정(LC)의 굴절률이 효과적으로 작용한다. 이것은 도 10의 b)에 도시되어 있다. 제어 가능한 광학 요소(70)의 이러한 제어 상태에서, 통계적 표면 구조체(74)는 표면 구조체(74) 및 액정(LC)의 동일한 굴절률로 인해 광학적으로 가시적이지 않게 된다. 표면 구조체(74) 및 액정(LC)은 여기서 평면 평행 판과 같이 작용한다. 따라서, 제어 가능한 광학 요소(70)의 하류에는 광이 산란되지 않게 된다.
액정(LC)의 정렬은, 예를 들어 ECB(electrically controlled birefringence) 모드에 대응할 수 있다. 인가된 전압이 스위칭 오프될 때, 즉 인가된 전기장이 없는 상태에서, 전극 조립체(75, 76)에서 액정 분자는 도 a)에 도시된 바와 같이, 기판(72)의 평면에서 배향된다. 인가된 전압이 스위칭 온될 때, 즉 전극 조립체(75, 76)의 전극 사이에 전기장이 존재할 때, 액정 분자는 도 b)에 도시된 바와 같이 기판(72)의 평면에 수직으로 배향된다. 그러나, 본 발명은 이러한 액정 분자의 배열로 제한되지는 않는다. 액정 분자의 다른 배향, 예를 들어 VA(vertical alignment) 모드가 존재할 수 있으며, 여기서 액정 분자는 인가된 전압 없이는 기판(72)의 평면에 수직으로 배향되고, 인가된 전압이 있을 때, 즉 전극 조립체(75, 76)의 전극 사이에 전기장이 존재할 때는 액정 분자가 기판(72)의 평면에 평행하게 배향된다.
디스플레이 디바이스 내의 추적 장치에 복수의 제어 가능한 광학 요소가 존재하는 경우, 이들의 통계적 표면 구조체는 각각 상이한 배향을 포함하는 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어 동일하게 형성된 제어 가능한 광학 요소는 서로에 대해 90도만큼 회전되어 배치될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 광 전파 방향으로 SLM의 하류에 배치된 제1 제어 가능한 광학 요소에 전압이 인가되고, 이후의 제2 제어 가능한 광학 요소에는 전압이 인가되지 않을 때, 입사광은 제1 방향으로 산란된다. 반대로, 제1 제어 가능한 광학 요소에 전압이 인가되지 않고, 그러나 그 대신에 제2 제어 가능한 광학 요소에 전압이 인가될 때, 입사광은 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 산란된다.
일반적으로 복수의 제어 가능한 광학 요소, 즉 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소의 조합은, 1차원 산란과 2차원 산란 사이를 전환시키거나, 또는 산란된 상태와 비-산란된 상태 중에서 선택하는 것을 또한 가능하게 한다.
본 발명은 여기에 도시된 예시적인 실시예들에 제한되지는 않는다. 마지막으로, 위에서 설명된 예시적인 실시예들은 단지 청구된 교시의 설명을 위한 것이고, 이러한 교시는 예시적인 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다는 것을 특히 주목해야 한다.

Claims (30)

  1. 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스로서,
    - 충분히 간섭성의 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치,
    - 홀로그램이 단일 시차 인코딩에 의해 인코딩되는 적어도 하나의 공간 광 변조 장치,
    - 적어도 하나의 광학 시스템 - 상기 적어도 하나의 광학 시스템은 관찰자의 눈의 위치에서 적어도 하나의 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 제공됨 -, 및
    - 추적 장치 - 상기 추적 장치에 의해, 상기 공간 광 변조 장치 상에서의 상기 홀로그램의 인코딩 방향은 변경될 수 있음 -
    를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가상 가시성 영역은 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿(sweet spot)으로 형성되고, 상기 가상 관찰자 윈도우는 상기 홀로그램의 인코딩 방향으로 제공되고, 상기 스위트 스폿은 상기 홀로그램의 비-인코딩 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홀로그램의 인코딩 방향은 적어도 2 개의 방향 사이에서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장면의 관찰자의 눈, 특히 눈 동공의 위치를 결정할 수 있는 적어도 하나의 위치 감지 시스템이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 장치는 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소를 포함하고, 상기 제어 가능한 광학 요소는 상기 장면의 관찰자가 위치하는 관찰자 평면과 상기 적어도 하나의 조명 장치 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 편광 스위치로서 형성되고, 상기 추적 장치는 적어도 하나의 수동 편향 격자 요소, 바람직하게는 편광 격자 요소, 및 입사광을 한 방향으로만 산란시키는 적어도 2개의 수동 산란 요소를 포함하고, 상기 수동 편향 격자 요소 및 상기 적어도 2개의 수동 산란 요소는 상기 편광 스위치와 조합되어 작용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 수동 산란 요소는 체적 격자로서 형성되고, 상기 적어도 2개의 수동 산란 요소는 상이한 각도 선택성을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 편광 스위치로서 형성되고, 상기 추적 장치는 적어도 하나의 전환 요소, 바람직하게는 편광 빔 스플리터 요소, 및 입사광을 단지 각각 한 방향으로만 산란시키는 적어도 2개의 수동 산란 요소를 포함하고, 상기 제어 가능한 광학 요소 및 상기 전환 요소에 의해, 적어도 2개의 상이한 광 경로 중 하나가 선택될 수 있고, 상기 상이한 광 경로의 각각에 산란 요소가 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 장치는 회전하도록 형성된 수동 산란 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 장치는 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  11. 제5항 또는 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소 또는 상기 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소는 산란 요소로서 형성되고, 상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 입사광을 한 방향으로만 산란시키고, 상기 적어도 2개의 제어 가능한 광학 요소는 입사광을 각각 상이한 방향으로 산란시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    제1 제어 가능한 광학 요소가 입사광을 사전 정의된 제1 방향으로 산란시키고, 제2 제어 가능한 광학 요소가 입사광을 사전 정의된 제2 방향으로 산란시키며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상이한 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 제어 가능한 광학 요소 및 상기 제2 제어 가능한 광학 요소의 대응하는 제어를 통해, 상기 홀로그램의 인코딩 방향이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소는 2개의 기판을 포함하며, 상기 2개의 기판 사이에 액정 층이 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 적어도 하나의 기판은 1차원 표면 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 표면 구조체는 상기 기판 상에서의 위치에 따라 랜덤으로 변하는 격자 주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 기판은 각각 전극 조립체를 포함하고, 각각의 전극 조립체는 적어도 하나의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 구조체를 갖는 기판에 대향하여 위치하는 기판은 상기 액정 층 내의 액정을 정렬시키기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 층의 액정 재료는 제1 굴절률 및 제2 굴절률을 포함하고, 상기 제1 굴절률은 상기 표면 구조체의 굴절률에 실질적으로 대응하고, 상기 제2 굴절률은 상기 표면 구조체의 굴절률과는 실질적으로 상이한 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 기판이 1차원 표면 구조체를 포함하는 복수의 제어 가능한 광학 요소가 존재하는 경우, 상기 제어 가능한 광학 요소는, 개개의 제어 가능한 광학 요소의 적어도 하나의 기판 상에 제공되는 1차원 표면 구조체가 각각 서로 상이한 배향을 포함하는 방식으로, 빔 경로에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어 가능한 광학 요소의 표면 구조체는 서로에 대해 대략 90°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 편광 요소가 광 전파 방향으로 상기 적어도 하나의 제어 가능한 광학 요소의 상류에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  23. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 장치는 회절 차수를 제거하기 위해 제공되는 필터 조립체로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 필터 조립체는 제어 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  25. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조명 장치의 적어도 하나의 광원은 상기 추적 장치로서 형성되고, 상기 적어도 하나의 광원은 방출될 광의 간섭 특성을 변경하도록 제어 가능하게 설계되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
  27. 헤드 마운트 디스플레이로서,
    관찰자의 좌측 눈 및 관찰자의 우측 눈을 위해 각각 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 디바이스를 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  28. 충분히 간섭성의 광을 방출하기 위한 적어도 하나의 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 적어도 하나의 광학 시스템, 추적 장치 및 위치 감지 시스템에 의해, 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 장면을 표현하기 위한 방법으로서,
    - 상기 위치 감지 시스템은 관찰자의 눈의 위치를 결정하고,
    - 상기 적어도 하나의 광학 시스템 및 상기 추적 장치에 의해, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치 상에서의 홀로그램의 적절한 인코딩 방향이 결정되고,
    - 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치로 단일 시차 인코딩에 의해, 홀로그램이 상기 결정된 인코딩 방향으로 인코딩되고, 및
    - 상기 적어도 하나의 공간 광 변조 장치는 상기 적어도 하나의 조명 장치에 의해 조명되고, 상기 홀로그램은 상기 적어도 하나의 광학 시스템에 의해 재구성되고, 관찰자의 눈의 위치에서 적어도 하나의 가상 가시성 영역이 생성되는, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 가상 가시성 영역이 상기 관찰자의 눈 동공과 중첩된 가장 큰 면적 부분을 차지하는 인코딩 방향이 인코딩될 홀로그램에 적합한 것으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 관찰자의 눈 위치가 변경될 때, 새로운 눈 위치가 상기 위치 감지 시스템에 의해 결정되고, 상기 인코딩될 홀로그램에 적합한 인코딩 방향을 선택하기 위해, 상기 가상 가시성 영역은 고정된 중심점을 중심으로 회전되고, 상기 가상 가시성 영역이 상기 관찰자의 눈 동공의 영역과 중첩된 가장 큰 면적 부분을 차지하는 방향이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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