KR20200119716A - 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법 및 장치 - Google Patents

양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시키는 단계; 상기 발생된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대하는 단계; 상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시키는 단계; 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 단계; 및 상기 수렴된 광 및 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시하는 단계를 포함한다.

Description

양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DISPLAYING BINOCULAR HOLOGRAM IMAGE}
본 발명은 양안식 홀로그램 입체 영상을 재생하는 기술에 관한 것으로, 특히 얼굴 착용형 양안식 모바일 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 디지털 홀로그램 콘텐츠를 재생하기 위한 기술에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 기술은 이상적인 완전실감 3차원 디스플레이 기술로서, 주어진 물체로 발생되는 파면(wave-front)을 그대로 재생함으로써 사람의 눈에 실제로 그 물체가 존재하는 것과 동일한 효과를 주는 기술이다. 특히, 현재 3차원 디스플레이 산업에서 주로 사용되는 스테레오스코픽 양산 시차 방식과 달리 조절-폭주(accommodation-convergence) 불일치 문제가 없기 때문에 눈의 피로감과 어지러움 증상이 없고, 시점의 이동에 따라 서로 다른 영상을 자연스럽게 관찰할 수 있으며, 시청을 위한 부수적인 장치(예, 안경)가 필요 없는 다수의 시청이 가능한 궁극의 3차원 디스플레이 기술로 여겨진다.
따라서, 현재 세계 각국에서는 디스플레이 소자에 대한 활발한 연구와 함께 현재 상용 가능한 디스플레이 소자와 광학, 기계 시스템을 결합한 새로운 디스플레이 시스템에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 하지만, 이러한 홀로그래픽 디스플레이 기술 구현을 위해서는 몇 가지 요구 사항들이 있다. 먼저 광 시야각을 갖는 영상이 필요한데 이를 위해서 픽셀 피치(pixel pitch)의 크기가 가시광선의 파장 수준(1 ㎛ 이하)인 디스플레이 표시 소자가 필요하다. 그리고 동시에 충분한 크기의 홀로그래픽 이미지를 재생할 수 있어야 하는데, 이를 위해 사용되는 공간광변조기의 디스플레이 영역은 일정 수준 이상 (2인치 이상)의 활성 영역(active area) 크기를 가져야 한다. 하지만, 이러한 타일링 구조는 이음매 경계선들의 존재로 인해서 재생된 홀로그램 영상에서도 이 경계선들로부터 야기되는 검은색 선들이 함께 나타남으로써 재생되는 홀로그램 화질을 더욱 악화시키는 문제점이 발생된다.
한편, 현재 상용 가능한 디스플레이 소자만으로 표현할 수 있는 홀로그래픽 이미지 크기와 시야각의 범위는 매우 작기 때문에 이상적인 3차원 디스플레이로서의 홀로그래픽 디스플레이의 특성(운동 시차, 조절-폭주 일치, 양안 시차)들을 실제로 관찰하기가 쉽지 않다. 그래서 디스플레이 소자에 부가적인 광학, 기계 제어 시스템 등을 결합해 그 한계를 극복하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 이러한 형태의 시스템은 큰 공간을 차지하고 광학적으로 정밀한 배열 과정 등을 필요로 한다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 실제로 구현하더라도 벌키한 시스템 구조로 인해 이동이 쉽지 않다는 단점이 있다. 게다가 홀로그래픽 디스플레이는 레이저와 같은 가간섭성(coherence)을 갖는 조명 광원을 주로 사용하게 되는데, 눈으로 장시간 동안 이러한 조명광을 직접 보는 것은 위험하기 때문에 최적의 영상을 준비하기 위해서 대부분 카메라 촬영을 통해서 간접적으로만 관측 및 시청을 해야하는 경우도 발생한다. 따라서, 충분한 세기를 갖는 가간섭광은 홀로그램이 인코딩되는 공간광변조기의 활성영역에 균일한 세기로 조명해야 한다.
간섭성을 제공하고 유지할 수 있는 영상 가이드를 위한 빔 분배 및 빔 경로 제어 기능을 기반으로한 광학계와 더불어, 근안(near-eye)용 홀로그래픽 영상 재생 단말 시스템에서 가능한 한 얇은 두께 및 가벼운 무게를 지원해야만 한다. 이와 동시에 사용자가 시청하기 편안한, 얼굴착용형 양안식 홀로그래픽 모바일 디스플레이 설계가 요구되며, 사용자의 눈에 자연스러운 입체 영상을 재생할 수 있는 이 시스템에 적합한 디지털 홀로그램 콘텐츠를 제공하는 것이 필요하다.
한국 공개 특허 제10-2017-0083865호, 2017년 7월 19일 공개(명칭: 확대된 시야각을 가지는 홀로그래픽 디스플레이 장치)
본 발명의 목적은 소형화되고 경량화된 얼굴 착용 타입의 홀로그래픽 디스플레이 영상 표시 장치가 구비된 단말 시스템을 구현하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 소형화되고 경량화된 착용식 홀로그램 영상 가이드를 통하여 3차원 공간에 재생된 풀컬러 홀로그램 영상을 편리하게 사용자에게 관람할 수 있도록 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 AR(argumented reality) 타입의 홀로그래픽 디스플레이 단말에서 입체 영상을 생성하는 공간광변조기(SLM)를 위한 결맞는 특성(coherence)의 평면 파면을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 결맞는 면 광원 장치에서 공간광변조기를 향해 출력되는 빔이 평행 직진광 형태이고, 선 편광된 상태인 평면 광원을 생성하고 제어하는 투과형 빔 편향기 및 빔 분배기를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시키는 단계; 상기 발생된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대하는 단계; 상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시키는 단계; 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 단계; 및 상기 수렴된 광 및 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 발생된 광을 확대하는 단계는, 상기 생성된 광이 평면 파동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대할 수 있다.
이 때, 상기 발생된 광을 확대하는 단계는, 상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대할 수 있다.
이 때, 상기 확대된 광을 수렴시키는 단계는, 상기 확대된 광을, 2개의 광들로 분배하는 단계; 및 상기 분배된 2개의 광들을, 각각 좌측 및 우측의 방향으로 편향시키는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 분배하는 단계는, 상기 확대된 광을, 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 빔 분배 회절격자에 통과시킴으로써 분배시킬 수 있다.
이 때, 상기 편향시키는 단계는, 분배된 2개의 광들을 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 2개의 빔 편향 회절격자들 각각에 통과시킴으로써 편향시키는 것일 수 있다.
이 때, 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 단계는, 사용자 단말에 맞게 인코딩된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지일 수 있다.
이 때, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상일 수 있다.
이 때, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치는 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시키는 광원부; 상기 생성된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대하는 확대부; 상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시키는 수렴부; 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부; 및 상기 수렴된 광 및 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시하는 영상 표시부를 포함한다.
이 때, 상기 확대부는, 상기 생성된 광이 평면 파동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대할 수 있다.
이 때, 상기 확대부는, 상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대할 수 있다.
이 때, 상기 수렴부는, 상기 확대된 광을, 빔을 수렴시키는 부재가 포함된 빔 편향 회절격자에 통과시킴으로써 수렴시킬 수 있다.
이 때, 상기 수렴부는, 상기 확대된 광을, 빔 편향 회절격자 및 수렴성 렌즈를 순차적으로 통과시킴으로써 수렴시킬 수 있다.
이 때, 상기 빔 편향 회절격자는 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)일 수 있다.
이 때, 상기 영상 표시부는, 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 사용자 단말에 맞게 인코딩하여 영상을 표시할 수 있다.
이 때, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지일 수 있다.
이 때, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상일 수 있다.
이 때, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, AR(Augmented Reality) 타입의 홀로그램 단말기와 같은 오나전 입체 영상을 관람할 수 있는 얼굴착용형 양안식 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 기존 평판형 홀로그래픽 단말을 사용하더라도 복원 영상을 편안하게 시청할 수 있도록 적절한 시야각을 제공하는 모바일 양안식 입체 홀로그래픽 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치가 구현된 얼굴착용형 양안식 홀로그래픽 단말의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그래픽 패널용 회절 격자 기반 광파면의 경로 편향기 및 분배기를 포함하는 결맞은 조명 광학계의 개괄적인 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양안식 홀로그래픽 패널용 빔경로 편향기 및 빔 분배기의 개괄적인 구조를 나타낸다.
도 5는 주기적인 굴절률 변화에 의한 투과형 격자의 기하학적 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 HOE(holographic optical element) 기반 평판형 빔분배기(HOE-1), 좌측 빔편향기(HOE-2) 및 우측 빔편향기(HOE-3)의 회절 특성 곡선을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그래픽 콘텐츠를 생성하고 디스플레이하는 과정을 개괄적으로 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 HOE(holographic optical element)로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템 내에서 빔의 진행 경로를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 HOE로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 HOE로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템의 평면도이다.
도 11은 반사형 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)-SLM(Spatial Light Modulator)을 통하여 광학적인 홀로그램 복원 실험한 결과를 나타낸다.
도 12는 본 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
1. 광파 경로 제어의 작동 원리
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치는 광원부(110), 확대부(130), 수렴부(150), 콘텐츠 생성부(170), 영상 표시부(190)를 포함한다.
광원부(110)는 가간섭성을 갖는 입사 파동장(wave field)의 특성을 갖는 광을 생성한다.
확대부(130)는 광원부(110)에서 생성된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대한다. 이 때, 확대부(130)는 상기 생성된 광이 평면 이동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대할 수 있다. 또한, 확대부(130)는 상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대할 수 있다.
수렴부(150)는 확대부(130)에서 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시킨다. 이 때, 수렴부(150)는 상기 확대부(130)에서 확대된 광을, 빔을 수렴시키는 부재가 포함된 빔 편향 회절격자에 통과시킴으로써 상기 광을 수렴시킬 수 있다. 한편, 수렴부(150)는 상기 확대부(130)에서 확대된 광을, 빔 편향 회절격자 및 수렴성 렌즈를 순차적으로 통과시킴으로써 상기 광을 수렴시킬 수도 있다. 이 때, 상기 빔 편향 회절격자는 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)일 수 있다. 이 때, 수렴부(150)는 빛을 사용자의 눈이 있는 관찰 위치로 적절하게 수렴시킬 수 있는 수렴 거리(focusing length)를 적절하게 설계할 수 있다.
콘텐츠 생성부(170)는 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성한다. 이 때, 콘텐츠 생성부(170)는 디지털 홀로그램 콘텐츠를 사용자 단말에 맞게 인코딩할 수 있다.
영상 표시부(190)는 수렴부(150)에서 수렴된 빛과 콘텐츠 생성부(170)에서 생성된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시한다. 이 때, 영상 표시부(190)에서 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지일 수 있다. 이 때, 영상 표시부(190)에서 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상일 수 있다. 이 때, 영상 표시부(190)에서 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상디스플레이 장치는 광원부(110) 및 확대부(130)의 사이에 집광부를 포함할 수 있다. 상기 집광부는 광원부(110)에서 생성된 빛을 평행하도록 만들고, 구별가능한 지향성을 지닌 평면 파면을 갖는 파동장이 되도록 한다. 또한, 상기 광원부(110)에서 생성된 빛을 공간적으로 균질한 세기를 갖는 조명광이 되도록 한다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치가 구현된 얼굴착용형 양안식 홀로그래픽 단말의 일예를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 도 1의 실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치는 얼굴에 착용 가능한 HMD(Head Mounted Display)의 형태로 제공 가능하다.
2. 얼굴 착용형 양안식 단말의 구조 설계
도 3은 입사광이 본 발명의 일실시예에 따른 조명 광학계(coherent BLU)를 통과하여 출력되는 일례를 나타낸다. 이 때, 상기 조명 광학계에 입사되는 입사광은 도 1의 실시예에 따른 광원부(110)에서 발생한 빛일 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 광학계는 입력빔(광)은 발산빔이며, 최종 출력되는 출력빔(광)은 수렴빔(광)의 특징을 갖는다. 즉, 빔확대 기능 및 빔수렴 기능을 모두 갖기 때문에 도 1의 실시예에서 확대부(130) 및 수렴부(150)는 본 실시예에 따른 조명 광학계로 대체될 수 있다. 이 때, 상기 조명 광학계는 양안식 홀로그래픽 패널용 회절 격자 기반 빔 분배기(beam reflector) 및 빔 편향기(beam reflector)를 포함할 수 있다. 빔 분배기는 입사광을 좌측 및 우측의 2개의 빛으로 분배시키고, 빔 편향기는 입사광으로부터 분배된 좌측 및 우측의 빛을 회절시킨다. 이 때, 상기 빔 분배기 및 빔 편향기를 포함하는 조명 광학계는 도 1의 실시예에서 확대부(130) 및 수렴부(150)의 기능을 대체할 수 있다.
입사광은 빔 분배기를 통과하면 좌측 및 우측의 2개의 빔으로 분배되고, 빔 분배기를 통과하여 분배된 좌측 및 우측 빔은 2개의 서로 다른 빔 편향기에 의해 수광되고, 가이드되어 좌측 SLM(Spatial Light Modulator, 공간광변조기) 패널부와 우측 SLM 패널부에 조명된다. 이 때, 좌측 SLM 패널부 및 우측 SLM 패널부는 반사형 SLM 또는 투과형 SLM 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 좌측 SLM 패널부 및 우측 SLM 패널부는 반사형 SLM이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 조명 광학계는 최적의 빔 분배기를 위한 빔 분리 각도(±θ)에 놓이게 되면, 두 개의 수렴 렌즈에 의해서 맺히는 두 초점들 간의 이웃 거리는 사람의 평균 양안 간격(즉, W=6.5cm)과 일치하게 설계될 수 있다.
도 4는 입사광이 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 빔 분배기(HOE-1) 및 빔 편향기(HOE-2, HOE-3)를 통과하여 출력되는 일례를 나타내며, 도 6은 도 4의 실시예에 따른 빔분배기(HOE-1), 좌측 빔편향기(HOE-2) 및 우측 빔편향기(HOE-3)의 회절 특성 곡선을 나타낸다. 이 때, 빔 분배기 및 빔 편향기에 입사되는 입사광은 도 1의 실시예에 따른 광원부(110)에서 발생한 빛일 수 있다. 도 6을 참조하면, 빔 분배기에서 출광되는 각 빔의 최대 효율은 54% 이상이고, 각 빔편향기에서 출광되는 빔의 최대 효율은 90% 이상이다. 이 때, 빔 분배기(HOE-1)에서 각 ±θ 방향으로 분리되는 2개의 빔들은 가능한 한 서로 동일한 회절효율로 출광되도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 좌측 및 우측의 빔편향기들(HOE-1, HOE-2)은 가능한 한 서로 동일한 회절효율로 출광되도록 구성되는 것이 바람직하다.
3. 회절 격자(grating) 설계
다시 도 1을 참조하면, 수렴부(150)는 회절 격자(grating)를 포함할 수 있다. 이러한 회절 격자는 주기적인 굴절률 변화를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
도 5는 주기적인 굴절률 변화에 의한 투과형 회절 격자의 기하학적 구조를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 피치가 P인 회절 격자의 면에 법선에 대하여 입사각(θ1)과 투과각(θ2)은 반사의 법칙에 의해 각각 θ= θ1= θ2로 주어진다. 이 회절 격자의 굴절률이 n일 경우, 격자 하부 매질의 굴절률과 격자 상부 매질의 굴절률은 일반적으로 각각 n1과 n2로 서로 다른 값을 갖는다.
투과형 회절 격자에서 이를 통과하는 투과광의 진행 방향은 브레그 그레이팅(Bragg grating) 회절 조건에 의해서
Figure pat00001
의 관계식으로 주어진다. 여기서, n=n1=n2인 경우를 가정하였다. 따라서, 투과형 회절 격자에서 투과광의 방향은 입사각, 격자의 방향 조절, 회절 격자의 격자 주기 등을 고려하여 회절 격자를 설계함으로써 원하는 방향으로 제어가 가능하다. 또한, 10 ㎛ 정도의 충분한 두께 (d)를 갖는 굴절률 변화에 의한 투과형 회절 격자는 투과되는 광의 회절 효율(diffraction efficiency)이 매우 우수하며, 높은 각도 선택성(high angular selectivity), 즉, 낮은 각도 다이버전스(divergence)를 제공한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 투과형 회절 격자는 최적의 회절 효율(diffraction efficiency) 및 우수한 각도 선택성(high angular selectivity)을 출력 광에 제공할 수 있는 주기적인 굴절률 변화(index modulation) 특성에 의한, 홀로그래픽 기록 매질에서 HOE(holographic optical element) 방식으로 된 평판형 교차 렌즈(crossed-lens) 타입의 투과형 회적 격자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 디지털 미세 패터닝 기록 공정 방식을 통하여 표면 요철(surface relief) 특성에 의한, 제작 가능한 DOE(diffractive optical element) 방식을 사용하여 투과형 회절 격자를 제조할 수 있다.
1. 양안식 홀로그래픽 콘텐츠의 생성 및 영상 복원을 위한 디스플레이 프로세스
다시 도 1을 참조하면, 콘텐츠 생성부(170)는 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하고, 영상 표시부(190)는 수렴부(150)에서 수렴된 빛과 콘텐츠 생성부(170)에서 생성된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그래픽 콘텐츠를 생성하고 디스플레이하는 과정을 개괄적으로 나타낸다.
콘텐츠 생성부(170)는 양안에 적합한 시차 관계를 고려한 영상 콘텐츠를 획득하여 이를 기반으로 컴퓨터 홀로그램(CGH) 파일을 생성한다. 이 때, 상기 영상 콘텐츠는 RGB 깊이 맵(RGB-depth map) 데이터일 수 있다. 콘텐츠 생성부(170)는 좌우안에 대응하는 한세트의 RGB 깊이 맵 데이터로부터 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 통한 연산을 수행하여 좌안 및 우안을 위한 2장의 CGH를 도출한다. 이 때, 복소수로 이루어진 원본 CGH 데이터는 사용되는 접이식 디스플레이 타입(진폭 변조 타입 또는 위상 변조 타입의 공간광변조기 등)에 맞도록 인코딩(encoding)할 수 있다. 또한, 인코딩된 좌우안을 위한 2장의 CGH 파일은 한 장의 파일로 접합(CGH merging)될 수 있다. 이 접합 과정에서 좌우안의 CGH 파일은 서로 나란하게 수평으로 배치(arrangement)하여 붙일 수 있다. 이로써, 접합된 CCH는 주어진 접이식 단말에 업로드 가능한 상태로 준비된다. CGH는 서로 교차하여 접합된 이미지들의 집합으로부터 이들을 적절한 순서에 맞게 배열한 후에 동영상 형태의 파일로 준비될 수 있다. 준비된 CGH 파일들을 선택된 단말에 업로드할 때, 3차원 공간상에 홀로그래픽 영상을 접이식 단말기에서 복원시킬 수 있도록, 조명광 간의 시간 동기화를 지원할 수 있다.
영상 표시부(190)는 수렴부(150)에서 수렴된 빛과 콘텐츠 생성부(170)에서 생성된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시한다. 상기 영상 표시부(190)는 접이식 단말일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 HOE(holographic optical element)로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템 내에서 빔의 진행 경로를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 조준 렌즈(collimating lens)로부터 발생된 빛은 빔분배기(beam divider)를 통하여 좌측 및 우측의 2개의 경로로 분배되고, 2개의 경로로 분배된 빛은 좌측 및 우측의 각각의 빔 가이드(beam guide)에 의하여 가이드될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 HOE(holographic optical element)로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템을 나타낸 사시도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 시스템은 조준 렌즈(collimating lens), 빔 분배기(beam divider), 빔 가이드(beam guide)를 포함함을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 HOE로 제작된 빔분배기 및 빔가이드를 포함한 광학 시스템의 평면도이다. 도 10의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 광학 시스템은 두 초점 사이의 이웃 거리가 사람의 평균 양안의 간격인 6.5츠를 갖도록 설계되었음을 확인할 수 있다.
도 11은 반사형 LCOS-SLM을 통하여 광학적인 홀로그램 복원 실험한 결과를 나타낸다. 도 11에서, 좌측의 이미지는 입력된 진폭변조타입의 컴퓨터 홀로그램(CGH)를 나타내고, 우측의 2장의 이미지는 각각 좌안과 우안에서 복원된 홀로그래픽 3D 영상을 나타낸다. 도 11을 참조하면, 입력된 진폭변조타입의 컴퓨터 홀로그램은 홀로그래픽 3D 복원 영상의 특징인 두 물체 간의 실제 공간적인 깊이 차이 효과(accommodation effect)를 갖도록 복원되었음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시킨다(S1210).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 상기 발생된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대한다(S1230).
이 때, 상기 생성된 광이 평면 파동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대할 수 있다.
이 때, 상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시킨다(S1250).
이 때, 단계 S1230에서 확대된 광을, 빔을 수렴시키는 부재가 포함된 빔 편향 회절격자에 통과시킴으로써 상기 빔을 수렴시킬 수 있다.
이 때, 단계 1230에서 확대된 광을, 빔 편향 회절격자 및 수렴성 렌즈를 순차적으로 통과시킴으로써 상기 빔을 수렴시킬 수 있다.
이 때, 상기 확대된 광을 수렴시키는 단계는, 상기 확대된 광을 2개의 광들로 분배하는 단계 및 상기 분배된 2개의 광들을 각각 좌측 및 우측의 방향으로 편향시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 분배하는 단계는, 상기 확대된 광을, 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 빔 분배 회절격자에 통과시킴으로써 분배시킬 수 있다. 또한, 상기 편향시키는 단계는, 분배된 2개의 광들을 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 2개의 빔 편향 회절격자들 각각에 통과시킴으로써 편향시키는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성한다(S1270).
이 때, 생성되는 디지털 홀로그램 콘텐츠는 사용자 단말에 맞게 인코딩될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법은 상기 수렴된 광 및 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시한다(S1290).
이 때, 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지일 수 있다.
이 때, 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상일 수 있다.
이 때, 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 음란물 유포 감시 장치 및 감시 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시키는 단계;
    상기 발생된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대하는 단계;
    상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시키는 단계;
    디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 단계; 및
    상기 수렴된 광 및 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시하는 단계
    를 포함하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발생된 광을 확대하는 단계는,
    상기 생성된 광이 평면 파동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발생된 광을 확대하는 단계는,
    상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 확대된 광을 수렴시키는 단계는,
    상기 확대된 광을, 2개의 광들로 분배하는 단계; 및
    상기 분배된 2개의 광을, 각각 좌측 및 우측의 방향으로 편향시키는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분배하는 단계는,
    상기 확대된 광을, 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 빔 분배 회절격자에 통과시킴으로써 분배시키는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 편향시키는 단계는,
    분배된 2개의 광들을 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 2개의 빔 편향 회절격자들 각각에 통과시킴으로써 편향시키는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 단계는,
    사용자 단말에 맞게 인코딩된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지인 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상인 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 영상을 표시하는 단계에서 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 방법.
  11. 가간섭성(coherence) 입사 파동장(wave field)의 광을 발생시키는 광원부;
    상기 생성된 광을 디스플레이의 활성 영역에 대응하는 크기로 확대하는 확대부;
    상기 확대된 광을 사용자의 각 눈의 위치로 수렴시키는 수렴부;
    디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부; 및
    상기 수렴된 광 및 디지털 홀로그램 콘텐츠를 기반으로 홀로그램 영상을 표시하는 영상 표시부
    를 포함하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 확대부는,
    상기 생성된 광이 평면 파동(plane wave) 장의 특성을 갖도록 확대하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 확대부는,
    상기 생성된 광이 균일한 광 세기를 갖도록 확대하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 수렴부는,
    상기 확대된 광을, 빔을 수렴시키는 부재가 포함된 빔 편향 회절격자에 통과시킴으로써 수렴시키는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 수렴부는,
    상기 확대된 광을, 빔 편향 회절격자 및 수렴성 렌즈를 순차적으로 통과시킴으로써 수렴시키는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 빔 편향 회절격자는 주기적인 굴절율 변화에 의한 투과형 회절 격자 패턴(grating pattern)인 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 콘텐츠 생성부는,
    사용자 단말에 맞게 인코딩된 디지털 홀로그램 콘텐츠를 생성하는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 좌안과 우안 간의 시차(binocular parallax)를 고려하여 한 쌍으로 구성된 이미지인 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 근안(near-eye) 타입의 얼굴착용이 가능한 양안식 특성을 지원하는 홀로그램 영상인 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 영상 표시부에서 표시되는 홀로그램 영상은 사용자에 의해 선택된 특정 위치 및 각도에서, 상기 사용자의 좌안 및 우안을 통하여 시청할 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 양안식 홀로그램 영상 디스플레이 장치.
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