KR20200145622A - 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 - Google Patents

확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 Download PDF

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Abstract

확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법이 개시된다. 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 홀로그래픽 영상을 생성하여 상기 도광판의 입력 커플러에 제공하도록 구성된 홀로그래픽 영상 생성기; 및 상기 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하기 위하여, 상 평면에서 홀로그래픽 영상의 화소별로 계산된 점 확산 함수를 기초로, 소스 영상을 변환하도록 구성된 영상 처리기;를 포함할 수 있다.

Description

확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 {Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window}
개시된 실시예들은 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 관한 것이다.
3차원 영상을 구현하는 방식으로서 안경 방식과 무안경 방식이 널리 상용화되어 사용되고 있다. 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식에는 렌티큘러 방식과 패럴랙스 배리어 방식이 있다. 이러한 방식들은 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점 수의 증가에 한계가 있을 뿐만 아니라, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 시청자로 하여금 피로감을 느끼게 한다.
뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식으로서, 최근 홀로그래픽 디스플레이 방식이 점차 실용화되고 있다. 홀로그래픽 디스플레이 방식은, 원본 물체로부터 반사된 물체광과 참조광을 간섭시켜 얻은 간섭무늬를 기록한 홀로그램 패턴에 참조광을 조사하여 회절시키면, 원본 물체의 영상이 재생되는 원리를 이용하는 것이다. 현재 실용화되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH)을 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.
확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 홀로그래픽 영상을 생성하여 상기 도광판의 입력 커플러에 제공하도록 구성된 홀로그래픽 영상 생성기; 및 상기 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러(blur)를 보상하기 위하여, 상 평면(image plane)에서 홀로그래픽 영상의 화소별로 계산된 점 확산 함수(point spread function)를 기초로, 소스 영상 데이터를 변환하도록 구성된 영상 처리기;를 포함할 수 있다.
상기 도광판은 제 1 표면 및 제 1 표면에 마주하는 제 2 표면을 포함하며, 입력 커플러와 출력 커플러는 모두 상기 도광판의 제 1 표면에 배치될 수 있다.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는, 빛을 방출하는 광원; 및 상기 광원에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 공간 광변조기는 반사되는 빛을 변조하는 반사형 공간 광변조기이며, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 광원에서 방출된 빛을 상기 공간 광변조기에 전달하고 상기 공간 광변조기에서 반사된 빛을 상기 입력 커플러에 전달하도록 구성된 빔스플리터를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 빔스플리터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하고 제 1 선편광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키는 편광 빔스플리터일 수 있다.
또한, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 빔스플리터와 상기 공간 광변조기 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.
상기 광원은 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 방출하는 제 1 광원 및 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 방출하는 제 2 광원을 포함하고, 상기 공간 광변조기는 상기 빔스플리터에서 반사된 빛을 변조하도록 배치된 제 1 공간 광변조기 및 상기 빔스플리터를 투과한 빛을 변조하도록 배치된 제 2 공간 광변조기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 공간 광변조기와 상기 제 2 공간 광변조기가 시분할 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 공간 광변조기는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기일 수도 있다.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 공간 광변조기에서 재생된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 포커싱하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리 및 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같을 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같고 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리보다 클 수 있다.
또한, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 입력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 입력 커플러에 입사하는 빛을 제한하는 공간 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는, 상기 공간 광변조기에 의해 발생하는 원치 않는 영상 노이즈와 고차 홀로그래픽 영상을 제거하는 공간 필터; 상기 공간 광변조기와 공간 필터 사이에 배치되어, 상기 공간 광변조기로부터 오는 빛을 상기 공간 필터에 투사하는 제 1 렌즈; 상기 공간 필터를 투과한 홀로그래픽 영상을 중계하는 제 2 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈와 상기 도광판의 입력 커플러 사이에 배치되어, 상기 제 2 렌즈로부터 전달된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 투사하는 제 3 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 출력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 출력 커플러를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상을 상 평면에 투사하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 도광판은 상기 입력 커플러와 상기 출력 커플러 사이의 광경로에 배치된 중간 커플러를 더 포함하며, 상기 입력 커플러는 상기 입력 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 중간 커플러는 상기 중간 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 출력 커플러는 상기 출력 커플러에 입력된 빛을 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직한 제 3 방향으로 상기 도광판 외부로 출력시키도록 구성될 수 있다.
제 1 방향을 따른 상기 중간 커플러의 폭은 제 1 방향을 따른 상기 입력 커플러의 폭보다 크며, 제 2 방향을 따른 상기 출력 커플러의 폭은 제 2 방향을 따른 상기 중간 커플러의 폭보다 클 수 있다.
상기 영상 처리기는 상기 변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH(computer generated hologram)를 계산하여 상기 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 영상 처리기는 미리 계산하여 저장된 제 1 매트릭스 및 미리 계산된 제 2 매트릭스를 포함하며, 상기 영상 처리기는 상기 제 1 매트릭스를 기초로 제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 소스 영상 데이터를 변환하고 상기 제 2 매트릭스를 기초로 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 소스 영상 데이터를 변환하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 매트릭스와 상기 제 2 매트릭스는, 제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 테스트 소스 영상 데이터와 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 기초로 제 1 깊이와 제 2 깊이에 대해 각각 화소별로 점 확산 함수를 계산하여 상 평면에서 재생되는 테스트 홀로그래픽 영상을 예측하는 단계; 제 1 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 1 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계; 제 2 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 2 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계; 상기 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 1 매트릭스를 계산하는 단계; 및 상기 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 2 매트릭스를 계산하는 단계;를 통해 미리 형성될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 방법은: 공간 광변조기에 CGH(computer generated hologram) 신호를 제공하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 단계; 상기 홀로그래픽 영상을 도광판의 입력 커플러에 제공하는 단계; 및 상기 도광판의 내부를 따라 진행한 후 상기 도광판의 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상을 상 평면(image plane)에 재생하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하는 단계는, 상기 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러(blur)를 보상하기 위하여 영상 처리기를 이용하여 상 평면에서 홀로그래픽 영상의 화소별로 계산된 점 확산 함수(point spread function)를 기초로 소스 영상 데이터를 변환하는 단계, 및 변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 공간 광변조기에서 회절된 빛은 도광판의 입력 커플러를 이용하여 도광판의 내부에 전달되고 도광판의 출력 커플러를 통해 도광판의 외부로 출력된다. 이때, 도광판 내에 입사한 빛의 방향 성분이 그대로 보존되어 출력되기 때문에 홀로그래픽 영상을 재생될 수 있다. 특히, 넓은 면적을 갖는 출력 커플러를 통해 넓은 시야창으로 3차원 홀로그래픽 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따르면, 출력 커플러를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상의 블러(blur)를 고려하여 최적화된 CGH(computer generated hologram)를 계산하여 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하기 때문에 시야창의 확장과 홀로그래픽 영상의 화질 개선을 모두 달성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 도광판의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 홀로그래픽 영상 생성기에 의해 생성된 홀로그래픽 영상의 깊이를 예시적으로 보인다.
도 4a 및 도 4b는 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 상 평면에서 깊이에 따른 화소별 블러의 정도를 예시적으로 보인다.
도 5는 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하는 원리를 개념적으로 보인다.
도 6은 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하기 위한 수학적인 알고리즘을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 7은 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 기초로 소스 영상 데이터를 변경하기 위하여 미리 계산된 다수의 깊이별 2차원 매트릭스를 예시적으로 보인다.
도 8은 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 14 내지 도 18은 실시예들에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 도시한다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 3차원 홀로그래픽 영상을 생성하도록 구성된 홀로그래픽 영상 생성기(130), 및 홀로그래픽 영상 생성기(130)에서 생성된 홀로그래픽 영상을 관찰자의 눈(E)에 전달하는 도광판(120)을 포함할 수 있다.
도광판(120)은 빛을 전달하는 광도파로의 역할을 할 수 있도록 가시광선에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도광판(120)은 유리, PMMA(Poly methyl methacrylate), 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등과 같은 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 도광판(120)은 납작하고 평평한 평판 형태를 가질 수 있다. 도광판(120)은 제 1 표면(120a) 및 제 1 표면(120a)에 마주하는 제 2 표면(120b)을 포함할 수 있다. 도광판(120)의 제 1 표면(120a)에는 입사광을 도광판(120)의 내부로 경사지게 유도하기 위한 입력 커플러(121) 및 도광판(120)의 내부에서 경사지게 진행하는 빛을 도광판(120)의 외부로 출력하기 위한 출력 커플러(122)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(121)는 도광판(120)의 제 1 표면(120a)의 한쪽 가장자리에 배치될 수 있으며 출력 커플러(122)는 도광판(120)의 제 1 표면(120a)의 다른 쪽 가장자리에 배치될 수 있다.
입력 커플러(121)는 입력 커플러(121)에 대략적으로 수직한 방향으로 입사하는 빛을 도광판(120)의 내부로 경사지게 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 입력 커플러(121)는 그의 표면에 수직한 방향을 중심으로 소정의 입사각 범위 내에서 입력 커플러(121)에 입사하는 빛을 도광판(120)의 내부로 안내하도록 구성될 수 있다. 도광판(120)의 내부로 안내된 빛은 도광판(120)의 제 1 표면(120a)과 제 2 표면(120b)에서 반복적으로 전반사되면서 도광판(120)의 내부를 따라 진행하게 된다. 출력 커플러(122)는 출력 커플러(122)에 경사지게 입사하는 빛을 도광판(120)의 외부로 대략적으로 수직한 방향으로 출력하도록 구성된다. 출력 커플러(122)는 소정의 입사각 범위 내에서 그의 표면에 경사지게 입사하는 빛에만 작용하고, 그의 표면에 수직하게 입사하는 빛에는 작용하지 않도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 출력 커플러(122)는 그의 표면에 수직하게 입사하는 빛에 대해서는 단순히 투명한 평판의 역할을 할 수 있다.
이러한 입력 커플러(121)와 출력 커플러(122)는 회절 광학 소자(diffractive optical element; DOE) 또는 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical element; HOE)로 이루어질 수 있다. 회절 광학 소자(DOE)는 다수의 주기적인 미세한 격자 패턴을 포함한다. 회절 광학 소자(DOE)의 다수의 격자 패턴은 회절 격자의 역할을 하여 입사광을 회절시킨다. 특히, 격자 패턴들의 크기, 높이, 주기 등에 따라서, 특정한 각도 범위로 입사하는 빛을 회절시켜 소멸 간섭과 보강 간섭을 발생시킴으로써 빛의 진행 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학소자(HOE)는 격자 패턴 대신에 굴절률이 상이한 재료들의 주기적인 미세한 패턴들을 포함한다. 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 회절 광학 소자(DOE)와 단지 구성의 차이만이 있을 뿐이며 동작 원리는 회절 광학 소자(DOE)와 동일할 수 있다.
이러한 도광판(120)의 구성에서, 입력 커플러(121)로 입사한 빛은 출력 커플러(122)를 통해 도광판(120)의 외부로 나오게 된다. 또한, 입력 커플러(121)에 의해 커플링 되는 각도 범위 내에서 입력 커플러(121)로 입사하여 출력 커플러(122)를 통해 출력되는 빛의 방향성이 유지될 수 있다. 따라서, 도광판(120)은 홀로그래픽 영상 생성기(130)에서 생성된 홀로그래픽 영상을 관찰자의 눈(E)에 전달할 수 있다.
홀로그래픽 영상 생성기(130)는, 빛을 방출하는 광원(110), 광원(110)에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기(113), 광원(110)에서 방출된 빛을 공간 광변조기(113)로 반사하고 공간 광변조기(113)에서 반사된 빛을 투과시키는 빔스플리터(112), 및 공간 광변조기(113)에서 재생된 홀로그래픽 영상을 도광판(120)의 입력 커플러(121)에 포커싱하는 렌즈(114)를 포함할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 영상 생성기(130)는 광원(110)과 빔스플리터(112) 사이에 배치된 콜리메이팅 렌즈(111)를 더 포함할 수도 있다. 콜리메이팅 렌즈(111)는 광원(110)으로부터 방출되어 발산하는 빛을 평행광으로 만드는 역할을 한다. 그러나, 광원(110)이 이미 콜리메이팅된 빛을 방출한다면 콜리메이팅 렌즈(111)는 생략될 수도 있다. 또한, 홀로그래픽 영상 생성기(130)는 공간 광변조기(113)의 동작을 제어하고 공간 광변조기(113)에 영산 신호를 제공하는 영상 처리기(140)를 더 포함할 수 있다.
공간 광변조기(113)에 입사한 빛이 회절되어 간섭될 수 있도록, 광원(110)은 가간섭성 빛을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 빛을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(110)으로 사용할 수 있다. 또한, 광원(110)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수도 있다. 발광 다이오드는 레이저보다는 공간 간섭성(spatial coherence)이 낮지만, 빛이 어느 정도의 공간 간섭성만을 가지고 있다면 공간 광변조기(113)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 어떤 광원(110)이라도 사용이 가능하다.
공간 광변조기(113)는 영상 처리기(140)로부터 제공되는 홀로그램 데이터 신호, 예를 들어 CGH(computer generated hologram) 신호에 따라 홀로그램 패턴을 표시할 수 있다. 광원(110)으로부터 방출되어 공간 광변조기(113)에 입사하는 빛이 공간 광변조기(113)의 화면에 표시된 홀로그램 패턴에 의해 회절된 후, 소멸 간섭 및 보강 간섭에 의해 입체감을 갖는 홀로그래픽 영상이 재생될 수 있다. 공간 광변조기(113)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예에서 공간 광변조기(113)는 입사광을 반사하면서 회절 및 변조하는 반사형 공간 광변조기일 수 있다. 예컨대, 공간 광변조기(113)는, LCoS(liquid crystal on silicon), DMD(digital micromirror device), 또는 반도체 변조기를 사용할 수 있다.
영상 처리기(140)는 재생될 홀로그래픽 영상의 정보를 담고 있는 소스 영상 데이터를 기초로 CGH 신호를 생성하여 공간 광변조기(1130)에 제공한다. 예컨대, 영상 처리기(140)는 소스 영상 데이터에 대해 푸리에 변환(Fourier Transform), 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT), 역푸리에 변환(Inverse Fourier Transform, IFT), 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 등을 수행하여 CGH 신호를 생성할 수 있다. 또한, 영상 처리기(140)는 도광판(120)의 출력 커플러(122)를 통해 관찰자의 눈(E)에 입사하는 홀로그래픽 영상의 화질을 향상시키기 위하여 소스 영상 데이터를 변환하고 변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.
빔스플리터(112)는 광원(110)으로부터 입사하는 빛을 반사하여 공간 광변조기(113)에 전달하고, 공간 광변조기(113)로부터 입사하는 빛을 투과시켜 렌즈(114)에 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 빔스플리터(112)는 공간 광변조기(113)와 렌즈(114) 사이의 광경로에 배치되고, 광원(110)은 빔스플리터(112)의 일 측면에 배치된다. 예를 들어, 광원(110)은 빔스플리터(112)의 제 1 표면(112a)에 마주하여 배치되며, 공간 광변조기(113)는 제 1 표면(112a)에 인접한 빔스플리터(112)의 제 2 표면(112b)에 마주하여 배치되고, 렌즈(114)는 제 2 표면(112b)에 대향하는 빔스플리터(112)의 제 3 표면(112c)에 마주하여 배치될 수 있다.
이러한 빔스플리터(112)는, 예를 들어, 단순히 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 미러일 수 있다. 그 대신에, 빔스플리터(112)는 편광 선택성을 갖는 편광 빔스플리터일 수도 있다. 예를 들어, 빔스플리터(112)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광원(110)에서 방출된 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛은 빔스플리터(112)에 의해 반사되어 공간 광변조기(113)에 입사하고, 제 2 선편광 성분을 갖는 빛은 빔스플리터(112)를 투과하여 버려진다. 또한, 광원(110)은 제 1 선편광 성분을 갖는 빛만을 방출하는 편광 레이저일 수도 있다. 그러면 광원(110)에서 방출된 빛이 모두 반사되어 공간 광변조기(113)에 입사할 수 있다.
빔스플리터(112)와 공간 광변조기(113) 사이에는 1/4 파장판(115)이 더 배치될 수도 있다. 1/4 파장판(115)은 입사광을 입사광의 1/4 파장만큼 지연시키는 역할을 한다. 따라서, 빔스플리터(112)에 의해 반사된 제 1 선평광 성분의 빛은 1/4 파장판(115)을 지나면서 제 1 원편광 성분을 갖는 빛이 된다. 그런 후, 빛은 공간 광변조기(113)에 의해 입사 방향의 반대 방향으로 반사되면서 제 2 원편광 성분을 갖게 된다. 제 2 원편광 성분을 갖는 빛은 1/4 파장판(115)을 지나면서 제 2 선편광 성분을 갖게 되어 빔스플리터(112)를 투과하게 된다. 이러한 1/4 파장판(115)은 공간 광변조기(113)의 표면에 일체로 결합될 수도 있다. 이 경우, 홀로그래픽 영상 생성기(130)는 별도의 1/4 파장판(115)을 포함하지 않을 수 있다.
렌즈(114)는 홀로그래픽 영상을 포커싱하여 도광판(120)의 입력 커플러(121)에 제공하는 역할을 한다. 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이의 거리는 렌즈(114)의 초점거리와 같을 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이의 거리가 렌즈(114)의 초점거리와 같은 경우, 공간 광변조기(113)에 의해 회절되어 홀로그래픽 영상을 담은 다양한 각도를 갖는 빛이 최대한 입력 커플러(121)에 의해 커플링될 수 있다. 렌즈(114)와 공간 광변조기(113) 사이의 거리도 렌즈(114)의 초점거리와 같을 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈(114)와 공간 광변조기(113) 사이의 거리가 렌즈(114)의 초점거리와 같은 경우, 공간 광변조기(113)와 동일 평면 상에서 재생되는 홀로그래픽 영상이 화질 저하 없이 관찰자의 눈(E)에 그대로 전달될 수 있다.
공간 광변조기(113)에 의해 변조되어 재생되는 홀로그래픽 영상은 렌즈(114)를 거쳐 도광판(120)의 입력 커플러(121), 도광판(120)의 내부, 및 도광판(120)의 출력 커플러(122)를 통해 관찰자의 눈(E)에 제공될 수 있다. 출력 커플러(122)를 통해 출력되는 빛은 입력 커플러(121)에 입사하는 빛의 방향 성분을 그대로 보존하고 있기 때문에, 관찰자의 눈(E)에 홀로그래픽 영상이 보일 수 있다. 특히, 본 실시예에 따르면, 입력 커플러(121)의 폭(W1)보다 출력 커플러(122)의 폭(W2)이 더 크기 때문에, 관찰자가 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있는 시야창이 확장될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 관찰자의 눈(E)이 특정한 한 점에 고정될 필요가 없으며, 출력 커플러(122)의 폭(W2)의 범위 내에 관찰자의 눈(E)이 위치하면 홀로그래픽 영상을 충분히 감상할 수 있다.
또한, 출력 커플러(122)가 그의 표면에 경사지게 입사하는 빛에 대해서만 회절 격자로서 작용하고 수직하게 입사하는 빛을 그대로 투과시키기 때문에, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 눈(E)에는 공간 광변조기(113)에 의해 재생된 홀로그래픽 영상(IMG1)과 출력 커플러(122)를 수직으로 투과한 외부의 전경을 담은 외부 영상(IMG2)이 함께 보일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 도광판(120)의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 도광판(120)은 입력 커플러(121)와 출력 커플러(122) 사이의 광경로에 배치된 중간 커플러(123)를 더 포함할 수도 있다. 중간 커플러(123)는 입력 커플러(121)에 대해 +y 방향에 배치되어 있으며, 출력 커플러(122)는 중간 커플러(123)에 대해 -z 방향에 배치되어 있다. 이 경우, 입력 커플러(121)는 입력 커플러(121)에 입사한 빛이 도광판(120) 내부에서 +y 방향으로 진행하도록 구성될 수 있다. 그리고, 중간 커플러(123)는 중간 커플러(123)에 입사한 빛이 도광판(120) 내부에서 +y 방향에 수직한 -z 방향으로 진행하도록 구성될 수 있다. 따라서, 중간 커플러(123)에 의해 도광판(120) 내부에서 빛의 진행 방향이 약 90도 정도로 절곡된다. 출력 커플러(122)는 출력 커플러(122)에 입사한 빛을 +y 방향 및 -z 방향에 수직한 +x 방향으로 도광판(120) 외부로 출력시키도록 구성될 수 있다.
이러한 중간 커플러(123)는 시야창을 +y 방향으로 확장하는 역할을 한다. 이를 위해, +y 방향을 따른 중간 커플러(123)의 폭(W2)은 +y 방향을 따른 입력 커플러(121)의 폭(W1)보다 클 수 있다. -z 방향을 따른 중간 커플러(123)의 폭(W3)은 -z 방향을 따른 입력 커플러(121)의 폭(W3)과 동일하다. 출력 커플러(122)는 시야창을 -z 방향으로 확장하는 역할을 한다. 이를 위해, -z 방향을 따른 출력 커플러(122)의 폭(W4)은 -z 방향을 따른 중간 커플러(123)의 폭(W3)보다 크다. 그리고, +y 방향을 따른 출력 커플러(122)의 폭(W2)은 +y 방향을 따른 중간 커플러(123)의 폭(W2)과 동일하다. 따라서, 시야창이 서로 수직한 2개의 방향으로 각각 확장되어 더욱 넓어질 수 있다.
한편, 홀로그래픽 영상 생성기(130)에 의해 생성되는 3차원 홀로그래픽 영상은 다양한 깊이를 갖기 때문에 관찰자가 입체감을 느낄 수 있다. 예를 들어, 도 3은 홀로그래픽 영상 생성기(130)에 의해 생성된 홀로그래픽 영상의 깊이를 예시적으로 보인다. 도 3을 참조하면, 홀로그래픽 영상은 공간 광변조기(113)의 평면을 기준으로 다양한 깊이(-dn, ..., -d1, d0, d1, d2, d3, ..., dn)를 가질 수 있다. 이러한 홀로그래픽 영상의 깊이는 영상 처리기(140)로부터 제공된 CGH 신호를 기초로 공간 광변조기(113)가 표시하는 회절 패턴에 의해 결정될 수 있다.
그런데, 공간 광변조기(113)와 관찰자의 눈(E) 사이에 도광판(120)이 개재되어 공간 광변조기(113)와 관찰자의 눈(E) 사이의 거리가 멀어지면, 홀로그래픽 영상을 구성하는 빛의 점(point)이 확산되는 정도가 깊이에 따라 달라지기 때문에 화질 저하가 일어날 수 있다. 또한, 도광판(120) 내에서의 반복적인 반사와 입력 커플러(121) 및 출력 커플러(122)에서의 회절로 인해 추가적인 화질 저하가 일어날 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(113)가 렌즈(114)의 초점거리에 위치하는 경우, 공간 광변조기(113)의 평면과 동일한 깊이(d0)에 있는 영상은 화질 저하가 거의 없이 관찰자의 눈(E)까지 전달될 수 있다. 그러나, 공간 광변조기(113)로부터 멀어질수록 빛이 확산되는 정도가 커지면서 화질 저하가 커질 수 있다.
예를 들어, 도 4a 및 도 4b는 출력 커플러(122)를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 상 평면(image plane)에서 깊이에 따른 화소별 블러(blur)의 정도를 예시적으로 보인다. 여기서, 상 평면은 예를 들어 관찰자의 눈(E)의 망막일 수 있다. 먼저, 도 4a는 공간 광변조기(113)의 평면과 동일한 깊이(d0)의 2차원 영상이 관찰자의 눈(E)의 망막으로 전달된 상태를 보인다. 도 4a에서 P11, P12, P13, P14, P21, P31, P41들은 d0 깊이에서 목표로 한 홀로그래픽 영상의 2차원 화소 배열을 나타낸다. 그리고, S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41들은 렌즈(114)와 도광판(120)을 통해 실제로 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달된 빛의 스팟(spot)을 나타낸다. 도 4a를 참조하면, 공간 광변조기(113)의 평면과 동일한 깊이(d0)에 있는 영상의 경우, 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달된 빛의 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들이 목표 홀로그래픽 영상의 화소(P11, P12, P13, P14, P21, P31, P41)들과 일치한다. 따라서, 렌즈(114)의 초점거리에 공간 광변조기(113)가 위치하는 경우, 공간 광변조기(113)의 평면과 동일한 깊이(d0)에 있는 영상은 화질의 저하 없이 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달될 수 있다.
또한, 도 4b는 공간 광변조기(113)의 평면과 상이한 깊이(d1)의 2차원 영상이 관찰자의 눈(E)의 망막으로 전달된 상태를 보인다. 도 4b를 참조하면, 공간 광변조기(113)의 평면과 상이한 깊이(-dn, ..., -d1, d1, d2, d3, ..., dn)에 있는 영상의 경우, 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달된 빛의 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들이 확산되면서, 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들의 크기가 목표 홀로그래픽 영상의 화소(P11, P12, P13, P14, P21, P31, P41)들보다 커지게 된다. 이로 인해, 하나의 화소(P11, P12, P13, P14, P21, P31, P41)에서 인접한 다수의 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들이 중첩된다. 따라서, 공간 광변조기(113)가 렌즈(114)의 초점거리에 위치하는 경우, 공간 광변조기(113)의 평면과 상이한 깊이(-dn, ..., -d1, d1, d2, d3, ..., dn)에 있는 영상은 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달되는 동안 화질이 저하될 수 있다. 그리고, 홀로그래픽 영상의 깊이가 렌즈(114)의 초점거리로부터 멀어질수록, 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달된 빛의 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들이 더욱 크게 확산된다. 더욱이, 이러한 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들이 확산되는 정도는 동일한 깊이 내에서도 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들의 2차원 위치에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 홀로그래픽 영상의 깊이 및 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들의 2차원 위치에 따른 스팟(S11, S12, S13, S14, S21, S31, S41)들의 확산 정도를 고려하여, 출력 커플러(122)를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상할 수 있다. 다시 말해, 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달되는 홀로그래픽 영상의 깊이별 및 화소별로 점 확산 함수(point spread function)를 계산하고 계산된 점 확산 함수를 기초로 소스 영상 데이터를 변환함으로써, 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달되는 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하여 선명한 홀로그래픽 영상을 관찰자에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 5는 출력 커플러(122)를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하는 원리를 개념적으로 보인다. 도 5를 참조하면, 관찰자의 눈(E)의 망막에서 x 방향을 따라 전달된 모든 빛의 스팟(p1, p2, ..., p3)들을 더 한다. 그리고, 그 결과가 관찰자의 눈(E)의 망막 상에서의 목표 홀로그래픽 영상 I(x)과 최소가 되도록 소스 영상 데이터를 변환할 수 있다. 도 5에는 단순히 일차원적으로 도시되었지만, 실제로는 이차원적으로 계산이 수행된다. 예를 들어, 관찰자의 눈(E)의 망막에서 x 및 y 방향을 따라 전달된 모든 빛의 스팟들을 더 하고, 그 결과가 관찰자의 눈(E)의 망막 상에서의 목표 홀로그래픽 영상 I(x, y)과 최소가 되도록 소스 영상 데이터를 변환할 수 있다. 그리고, 상술한 과정이 모든 깊이들에 대해 각각 개별적으로 수행될 수 있다. 그러면 관찰자의 눈(E)의 망막 상에 형성되는 홀로그래픽 영상의 화질이 깊이에 관계 없이 개선될 수 있다. 이러한 모든 과정들은 영상 처리기(140)에 의해 수행될 수 있다.
또한, 도 6은 출력 커플러(122)를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하기 위한 수학적인 알고리즘을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 공간 광변조기(113)에 의해 생성된 어느 한 깊이의 홀로그래픽 영상을 구성하는 빛은 위상 정보와 세기 정보를 모두 갖는 복소수 형태를 갖는 다수의 복소 파동장(complex wave field)으로 수학적으로 표현될 수 있다. 그러면, 다수의 복소 파동장에 대해 점 확산 함수를 적용하여 관찰자의 눈(E)의 망막에 전달되는 복소 파동장을 계산할 수 있다. 그리고, 계산된 복소 파동장 데이터를 합하여 관찰자의 눈(E)의 망막 상에 형성되는 홀로그래픽 영상의 복소 화소값을 화소별로 구할 수 있다.
그런 후, 관찰자의 눈(E)의 망막 상에 형성되는 홀로그래픽 영상의 복소 화소값의 실수부와 허수부를 재생하고자 하는 목표 홀로그래픽 영상의 실수부 정보와 허수부 정보와 화소별로 비교할 수 있다. 그리고 그 비교 결과를 기초로, 관찰자의 눈(E)의 망막 상에 실제 형성되는 홀로그래픽 영상과 목표 홀로그래픽 영상과의 차이를 최소화하도록 하는, 공간 광변조기(113)에 의해 생성되는 최적화된 홀로그래픽 영상의 복소 파동장들을 구할 수 있다. 영상 처리기(140)는 이러한 최적화된 홀로그래픽 영상의 복소 파동장들을 기초로 소스 영상 데이터를 변환하고, 변환된 소스 영상 데이터를 이용하여 CGH 신호를 계산하고, 이렇게 생성된 CGH 신호를 공간 광변조기(113)에 제공할 수 있다.
한편, 렌즈(114), 도광판(120), 입력 커플러(121), 및 출력 커플러(122)의 광학적 특성이 고정되어 있으면, 관찰자의 눈(E)의 망막 상에 전달되는 빛의 깊이별 및 화소별 확산 정도는 항상 일정하게 유지된다. 따라서, 개선된 화질을 제공하도록 변환된 소스 영상 데이터와 원본 소스 영상 데이터 사이에는 깊이별 및 화소별로 일정한 관계가 존재한다. 이러한 관계를 미리 계산하여 저장하여 놓으면, 영상 처리기(140)는 매번 복잡한 연산을 수행할 필요 없이 미리 계산하여 저장된 관계를 이용하여 원본 소스 영상 데이터를 변환할 수 있다.
개선된 화질을 제공하도록 변환된 소스 영상 데이터와 원본 소스 영상 데이터 사이의 이러한 관계는 깊이별로 미리 계산된 2차원 매트릭스의 형태로 저장될 수 있다. 예를 들어, 도 7은 출력 커플러(122)를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러를 기초로 소스 영상 데이터를 변경하기 위하여 미리 계산된 다수의 깊이별 2차원 매트릭스를 예시적으로 보인다. 도 7을 참조하면, 다수의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)는 각각 그에 대응하는 깊이의 원본 소스 영상 데이터를 변환하기 위하여 미리 계산된 뒤 저장될 수 있다. 각각의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)는 화소별로 미리 계산된 변환 정보를 갖고 있다. 영상 처리기(140)의 도시되지 않은 메모리 내에 다수의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)가 저장될 수 있으며, 영상 처리기(140)는 다수의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)를 참조하여 원본 소스 영상 데이터를 변환한 후, 변환된 소스 영상 데이터를 이용하여 CGH를 생성할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(140)는 제 1 매트릭스(M1)를 기초로 제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 소스 영상 데이터를 변환하고, 제 2 매트릭스(M2)를 기초로 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 소스 영상 데이터를 변환할 수 있다.
다수의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 방식으로 얻을 수 있다. 예를 들어, 다수의 깊이 정보를 갖는 다수의 원본 테스트 소스 영상 데이터를 기초로 다수의 깊이에 대해 각각 깊이별 및 화소별로 점 확산 함수를 계산하여 상 평면 상에서, 예컨대, 관찰자의 눈(E)의 망막 상에서 재생되는 테스트 홀로그래픽 영상을 예측할 수 있다. 그리고, 각각의 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상을 각각의 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상과 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 깊이별 테스트 소스 영상 데이터를 계산할 수 있다. 예를 들어, 제 1 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 1 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여 그 차이를 최소화하는 제 1 깊이에 대한 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 계산할 수 있다. 또한, 제 2 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 2 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여 그 차이를 최소화하는 제 2 깊이에 대한 보정된 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 계산할 수 있다.
그런 후, 각각의 깊이에 대한 원본 데스트 소스 영상 데이터와 각각의 깊이에 대한 보정된 테스트 소스 영상 데이터를 비교하여, 각각의 깊이에 대한 원본 데스트 소스 영상 데이터를 각각의 깊이에 대한 보정된 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 다수의 2차원 매트릭스(M1, M2, ...., Mn)를 각각 깊이별로 계산할 수 있다. 예를 들어, 제 1 깊이에 대한 원본 테스트 소스 영상 데이터를 제 1 깊이에 대한 보정된 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 1 매트릭스(M1)를 계산하고, 제 2 깊이에 대한 원본 테스트 소스 영상 데이터를 제 2 깊이에 대한 보정된 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 2 매트릭스(M2)를 계산할 수 있다.
상술한 실시예들에 따르면, 출력 커플러(122)를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상의 블러를 보상하도록 최적화된 CGH를 계산하여 공간 광변조기(113)에 CGH 신호를 제공하기 때문에 시야창의 확장과 홀로그래픽 영상의 화질 개선을 모두 달성할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 8에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)에서 빔스플리터(112)는 광원(110)에서 방출된 빛을 투과시키고 공간 광변조기(113)에서 반사된 빛을 반사하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 광원(110)은 빔스플리터(112)의 제 1 표면(112a)에 마주하여 배치되며, 공간 광변조기(113)는 제 1 표면(112a)에 대향하는 빔스플리터(112)의 제 4 표면(112d)에 마주하여 배치될 수 있다. 빔스플리터(112)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하도록 구성될 수 있다. 광원(110)은 제 1 선편광 성분을 갖는 빛만을 방출하는 편광 레이저일 수 있다. 공간 광변조기(113)의 배치 위치를 제외한 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)의 나머지 구성은 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성과 동일할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 9를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 도광판(120)의 입력 커플러(121)에 마주하여 배치되며 입력 커플러(121)에 입사하는 빛을 제한하는 공간 필터(116)를 더 포함할 수 있다. 공간 필터(116)를 제외한 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)의 나머지 구성은 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성과 동일할 수 있다.
공간 필터(116)는 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이에서 입력 커플러(121)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 공간 필터(116)는 빛을 통과시키는 작은 개구(116a)를 가질 수 있다. 이러한 공간 필터(116)는 개구(116a)의 중심이 렌즈(114)의 광축 상에 놓이도록 배치될 수 있다. 빛이 공간 필터(116)의 작은 개구(116a)만을 통과하여 입력 커플러(121)에 입사하기 때문에, 공간 광변조기(113)에 의해 회절된 빛 중에서 회절각이 큰 성분의 빛은 공간 필터(116)에 의해 차단될 수 있다. 따라서, 도광판(120)을 지나 관찰자의 눈(E)의 동공에 도달하는 빛의 확산이 억제되므로, 홀로그래픽 영상의 화질이 개선될 수 있다.
공간 필터(116)를 사용하는 경우, 홀로그래픽 영상의 깊이 정보가 손실되므로 입체감이 저하될 수 있다. 따라서, 공간 필터(116)는 입체감이 중요하지 않은 자막 등을 표시할 때 사용될 수 있다. 이를 위해, 공간 필터(116)는 필요에 따라 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이의 광경로에 개재되거나 또는 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이의 광경로에서 제거되도록 구성될 수 있다. 또는, 공간 필터(116)는 개구(116a)의 직경이 필요에 따라 변화하는 가변 조리개의 형태로 구성될 수도 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 10에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(400)에서 공간 광변조기(113)와 렌즈(114) 사이의 거리는 렌즈(114)의 초점거리보다 크다. 공간 광변조기(113)와 렌즈(114) 사이의 거리를 제외한 홀로그래픽 디스플레이 장치(400)의 나머지 구성은 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성과 동일할 수 있다. 공간 광변조기(113)와 렌즈(114) 사이의 거리가 렌즈(114)의 초점거리보다 큰 경우에, 공간 광변조기(113)에 의해 재생되는 홀로그래픽 영상의 깊이가 렌즈(114)의 초점거리에 위치하면 화질 저하 없는 선명한 영상이 관찰자에게 제공된다. 이 경우, 영상이 무한대의 거리에 위치한 것처럼 관찰자에게 보인다.
또한, 도 5 내지 도 7에서 설명한 화질 개선 방식이 도 10에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(400)에도 그대로 적용될 수 있다. 다만 도 10에 도시된 실시예에서, 공간 광변조기(113)의 평면이 렌즈(114)의 초점거리와 일치하지 않기 때문에, 화질 열화가 없는 기준 깊이가 공간 광변조기(113)와 동일 평면이 아니다. 따라서, 공간 광변조기(113)의 평면과 공간 광변조기(113)에 의해 재생되는 홀로그래픽 영상과의 상대 깊이만이 도 1에 도시된 실시예와 달라지게 된다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)는 2개의 공간 광변조기(113a, 113b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(112)의 제 2 표면(112b)과 마주하도록 제 1 공간 광변조기(113a)가 배치되며, 빔스플리터(112)의 제 4 표면(112d)과 마주하도록 제 2 공간 광변조기(113b)가 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 공간 광변조기(113a, 113b)는 필요에 따라 동시에 동작하거나 또는 시분할 방식으로 번갈아 동작할 수도 있다. 2개의 공간 광변조기(113a, 113b)를 사용하는 경우, 하나의 공간 광변조기만으로 제공하기 힘든 풍부한 깊이의 홀로그래픽 영상을 제공하거나, 또는 각각 독립적인 별개의 영상을 동시에 또는 시분할 방식으로 번갈아 제공하는 것이 가능하다.
또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)는 제 1 공간 광변조기(113a)와 빔스플리터(112) 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판(115a)과 제 2 공간 광변조기(113b)와 빔스플리터(112) 사이에 배치된 제 2 1/4 파장판(115b)을 더 포함할 수 있다. 제 1 1/4 파장판(115a)과 제 2 1/4 파장판(115b)은 각각 제 1 공간 광변조기(113a)와 제 2 공간 광변조기(113b)의 표면에 일체로 결합될 수도 있다. 이 경우, 제 1 1/4 파장판(115a)과 제 2 1/4 파장판(115b)은 생략될 수도 있다.
빔스플리터(112)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광원(110)은 모든 편광 성분을 갖는 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 또는, 광원(110)은 제 1 선편광 성분을 갖는 빛만을 방출하는 제 1 광원(110a) 및 제 2 선편광 성분을 갖는 빛만을 방출하는 제 2 광원(110b)을 포함할 수도 있다.
광원(110)으로부터 방출된 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛은 빔스플리터(112)에서 반사되어 제 1 공간 광변조기(113a)에 의해 반사 및 변조된다. 그런 후, 제 1 1/4 파장판(115a)을 2번 지나면서 제 1 선편광 성분이 제 2 선편광 성분으로 바뀌게 된다. 따라서, 제 1 공간 광변조기(113a)에 의해 반사 및 변조된 빛은 빔스플리터(112)를 투과하여 렌즈(114)에 입사한다. 또한, 광원(110)으로부터 방출된 빛 중에서 제 2 선편광 성분을 갖는 빛은 빔스플리터(112)를 투과하여 제 2 공간 광변조기(113b)에 의해 반사 및 변조된다. 그런 후, 제 2 1/4 파장판(115b)을 2번 지나면서 제 2 선편광 성분이 제 1 선편광 성분으로 바뀌게 된다. 따라서, 제 2 공간 광변조기(113b)에 의해 반사 및 변조된 빛은 빔스플리터(112)에서 반사되어 렌즈(114)에 입사한다.
지금까지 공간 광변조기(113, 113a, 113b)가 반사형인 것으로 설명하였으나, 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도 12는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(600)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 6을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(600)는 입력 커플러(121)와 출력 커플러(122)를 구비하는 도광판(120), 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(111), 공간 광변조기(113') 및 렌즈(114)를 포함할 수 있다. 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(111), 공간 광변조기(113') 및 렌즈(114)는 도광판(120)의 입력 커플러(121)에 대향하여 빛의 진행 방향을 따라 차례로 배치될 수 있다. 여기서, 공간 광변조기(113')는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기이다. 예를 들어, 공간 광변조기(113')는 GaAs와 같은 화합물 반도체를 기반으로 한 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)를 사용할 수 있다. 투과형 공간 광변조기(113')를 사용하면, 빔스플리터(112)가 생략될 수 있기 때문에 광학계의 구성이 보다 간단해질 수 있다.
또한, 도 13은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(700)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 13을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(700)는, 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)와 비교할 때, 빔스플리터(112)와 렌즈(114) 사이의 광경로에 배치된 2개의 렌즈(118, 119)와 공간 필터(116)를 더 포함할 수 있다. 2개의 렌즈(118, 119)는 동일한 초점거리를 가질 수 있으며, 렌즈(118, 119)의 초점거리와 렌즈(114)의 초점거리는 동일할 수도 있지만 서로 다를 수도 있다. 렌즈(119)와 공간 광변조기(113) 사이의 거리는 렌즈(119)의 초점거리와 같으며, 렌즈(119)와 렌즈(118) 사이의 거리는 렌즈(118, 119)의 초점거리와 같다. 그리고, 렌즈(118)와 렌즈(114) 사이의 거리는 렌즈(118)의 초점거리와 렌즈(114)의 초점거리의 합과 같다. 렌즈(114)와 입력 커플러(121) 사이의 거리는 렌즈(114)의 초점거리와 같다.
공간 필터(116)는 렌즈(118)와 렌즈(119) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 예를 들어, 공간 필터(116)는 렌즈(118)와 렌즈(119) 사이의 중심에 배치될 수 있다. 공간 광변조기(113)와 공간 필터(116) 사이에 배치된 렌즈(119)는 공간 광변조기(113)의 한 점으로부터 오는 빛을 공간 필터(116)에 투사하는 역할을 한다. 공간 필터(116)는 공간 광변조기(113)에 의해 발생하는 원치 않는 영상 노이즈와 고차(high order) 홀로그래픽 영상을 제거하고 원하는 홀로그래픽 영상만을 투과시키는 역할을 한다. 렌즈(118)는 공간 필터(116)를 투과한 홀로그래픽 영상을 렌즈(114)에 중계하고, 렌즈(118)과 입력 커플러(121) 사이에 배치된 렌즈(114)는 렌즈(118)로부터 전달된 홀로그래픽 영상을 입력 커플러(121)에 투사하는 역할을 한다.
일반적으로 공간 광변조기(113)는 2차원 배열된 다수의 화소들의 어레이를 포함하며, 이러한 공간 광변조기(113)의 물리적인 화소 어레이는 광원(110)으로부터 입사한 빛을 회절시키는 회절 격자로서 작용하게 된다. 따라서, 광원(110)으로부터 입사한 빛은 공간 광변조기(113)에서 표시되는 홀로그램 패턴뿐만 아니라, 공간 광변조기(113)의 화소 어레이로 구성된 규칙적인 회절 격자에 의해서도 회절된다. 공간 광변조기(113)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 의해 회절된 빛은 홀로그래픽 영상을 형성하는 반면, 공간 광변조기(113)의 화소 어레이에 의해 회절된 빛은 규칙적인 격자점들을 형성한다. 이러한 규칙적인 격자점들은 홀로그래픽 영상의 감상을 불편하게 만드는 영상 노이즈가 된다. 또한, 홀로그래픽 영상은 공간 광변조기(113)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 의해 1차 회절된 빛에 의해 형성되는 1차 홀로그래픽 영상과 2차 이상의 고차 회절된 빛에 의해 형성되는 고차 홀로그래픽 영상을 포함한다. 또한, 공간 광변조기(113)에서 회절되지 않은 빛에 의해 발생하는 노이즈도 존재한다. 이러한 다수의 노이즈들이 관찰자의 눈에 보이지 않도록, 축비킴(off-axis) 방식을 통해 홀로그래픽 영상을 다수의 노이즈들을 피하여 재생시킬 수 있다.
축비킴 방식에 따르면, 공간 필터(116)는 1차 홀로그래픽 영상만을 통과시키도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(118)와 렌즈(119) 사이의 광 경로에서 공간 필터(116)의 개구(116a)가 1차 홀로그래픽 영상의 경로와 일치하도록 공간 필터(116)가 배치될 수 있다. 1차 홀로그래픽 영상의 경로에 따라서 개구(116a)의 중심이 렌즈(118, 119)의 광축에 위치할 수도 있고, 또는 렌즈(118, 119)의 광축으로부터 벗어나 위치할 수도 있다. 그러면, 1차 홀로그래픽 영상과 다른 경로로 진행하는 고차 홀로그래픽 영상 및 그 밖의 노이즈 성분들이 제거될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 증강 현실 또는 혼합 현실을 구현하는데 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 14 내지 도 18은 상술한 실시예들에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)를 채용한 다양한 전자기기를 도시한다. 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 웨어러블(wearable) 장치를 구성할 수 있다. 다시 말해, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted display)에 적용될 수 있다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 안경형 디스플레이(glasses-type display), 고글형 디스플레이(goggle-type display) 등에 적용될 수 있다. 도 14 내지 도 16에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수도 있다. 이러한 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 가상의 현실을 제공하거나 또는 가상의 영상과 외부의 실제 영상을 함께 제공할 수 있는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.
또한, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)는 태블릿(tablet)이나 스마트폰과 같은 모바일 장치에도 적용될 수 있다. 이 경우, 출력 커플러(122)는 태블릿이나 스마트폰의 전면에 있는 화면의 일부 또는 전체에 배치될 수 있다. 그러면 사용자는 태블릿이나 스마트폰의 화면을 통해 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있다.
또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이 구조뿐만 아니라 투사형 디스플레이 구조에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 19는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 19를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(800)는 입력 커플러(121)와 출력 커플러(122)를 구비하는 도광판(120), 빛을 방출하는 광원(110), 광원(110)에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기(113), 입력 커플러(121)와 마주하여 배치된 빔스플리터(112), 및 출력 커플러(122)와 마주하여 배치된 렌즈(117)를 포함할 수 있다.
빔스플리터(112)는 광원(110)으로부터 방출된 빛을 공간 광변조기(113)로 반사하고 공간 광변조기(113)에서 반사된 빛을 투과시키도록 구성된다. 공간 광변조기(113)에서 반사된 빛은 빔스플리터(112)를 투과하여 입력 커플러(121)에 입사한다. 그런 후, 빛은 입력 커플러(121)에 의해 도광판(120)의 내부로 경사지게 안내되어 도광판(120)의 내부를 진행하게 된다. 그리고, 빛은 출력 커플러(122)에 의해 도광판(120)의 외부로 출력된다. 출력 커플러(122)에 의해 출력된 빛은 렌즈(117)를 통해 도광판(120) 외부의 공간에 포커싱된다. 따라서, 렌즈(117)는 홀로그래픽 영상을 투사하기 위한 투사용 렌즈이다. 본 실시예에 따르면, 넓은 면적을 갖는 출력 커플러(122)에 의해 넓은 영역에 걸쳐 출력되는 영상을 렌즈(117)로 포커싱하기 때문에, 홀로그래픽 영상의 시야각을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 20은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 20을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(900)는 입력 커플러(121)와 출력 커플러(122)를 구비하는 도광판(120), 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(111), 공간 광변조기(113'), 및 렌즈(117)를 포함할 수 있다. 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(111), 및 공간 광변조기(113')는 도광판(120)의 입력 커플러(121)에 대향하여 빛의 진행 방향을 따라 차례로 배치될 수 있다. 여기서, 공간 광변조기(113')는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기이다. 또한, 렌즈(117)는 출력 커플러(122)와 마주하여 배치되며, 출력 커플러(122)에 의해 출력된 빛을 도광판(120) 외부의 공간에 포커싱한다. 도 19에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(800)와 비교할 때, 도 20에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(900)는 단지 반사형 공간 광변조기(113) 대신에 투과형 공간 광변조기(113')를 사용한다는 점에서 차이가 있다.
상술한 도 19 및 도 20에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(800, 900)는 도 17 및 도 18에 도시된 태블릿이나 스마트폰과 같은 모바일 장치에 적용될 수 있다.
상술한 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900.....홀로그래픽 디스플레이 장치
110, 110a, 110b.....광원 111.....콜리메이팅 렌즈
112.....빔스플리터 113, 113a, 113b, 113'.....공간 광변조기
114, 117, 118, 119.....렌즈 115.....1/4 파장판
116.....공간 필터 120.....도광판
121.....입력 커플러 122.....출력 커플러
123.....중간 커플러 130.....홀로그래픽 영상 생성기
140.....영상 처리기

Claims (24)

  1. 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판;
    홀로그래픽 영상을 생성하여 상기 도광판의 입력 커플러에 제공하도록 구성된 홀로그래픽 영상 생성기; 및
    상기 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러(blur)를 보상하기 위하여, 상 평면(image plane)에서 홀로그래픽 영상의 화소별로 계산된 점 확산 함수(point spread function)를 기초로, 소스 영상 데이터를 변환하도록 구성된 영상 처리기;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 제 1 표면 및 제 1 표면에 마주하는 제 2 표면을 포함하며, 입력 커플러와 출력 커플러는 모두 상기 도광판의 제 1 표면에 배치되어 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는:
    빛을 방출하는 광원; 및
    상기 광원에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 반사되는 빛을 변조하는 반사형 공간 광변조기이며,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 광원에서 방출된 빛을 상기 공간 광변조기에 전달하고 상기 공간 광변조기에서 반사된 빛을 상기 입력 커플러에 전달하도록 구성된 빔스플리터를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔스플리터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하고 제 1 선편광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키는 편광 빔스플리터인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 빔스플리터와 상기 공간 광변조기 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원은 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 방출하는 제 1 광원 및 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 방출하는 제 2 광원을 포함하고,
    상기 공간 광변조기는 상기 빔스플리터에서 반사된 빛을 변조하도록 배치된 제 1 공간 광변조기 및 상기 빔스플리터를 투과한 빛을 변조하도록 배치된 제 2 공간 광변조기를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 공간 광변조기와 상기 제 2 공간 광변조기가 시분할 방식으로 동작하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 공간 광변조기에서 재생된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 포커싱하는 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리 및 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같고 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리보다 큰 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 입력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 입력 커플러에 입사하는 빛을 제한하는 공간 필터를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 영상 생성기는:
    상기 공간 광변조기에 의해 발생하는 원치 않는 영상 노이즈와 고차 홀로그래픽 영상을 제거하는 공간 필터;
    상기 공간 광변조기와 공간 필터 사이에 배치되어, 상기 공간 광변조기로부터 오는 빛을 상기 공간 필터에 투사하는 제 1 렌즈;
    상기 공간 필터를 투과한 홀로그래픽 영상을 중계하는 제 2 렌즈; 및
    상기 제 2 렌즈와 상기 도광판의 입력 커플러 사이에 배치되어, 상기 제 2 렌즈로부터 전달된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 투사하는 제 3 렌즈;를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 출력 커플러를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상을 상 평면에 투사하는 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 입력 커플러와 상기 출력 커플러 사이의 광경로에 배치된 중간 커플러를 더 포함하며,
    상기 입력 커플러는 상기 입력 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 중간 커플러는 상기 중간 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 출력 커플러는 상기 출력 커플러에 입력된 빛을 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직한 제 3 방향으로 상기 도광판 외부로 출력시키도록 구성되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 1 방향을 따른 상기 중간 커플러의 폭은 제 1 방향을 따른 상기 입력 커플러의 폭보다 크며, 제 2 방향을 따른 상기 출력 커플러의 폭은 제 2 방향을 따른 상기 중간 커플러의 폭보다 큰 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리기는 상기 변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH(computer generated hologram)를 계산하여 상기 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리기는 미리 계산하여 저장된 제 1 매트릭스 및 미리 계산된 제 2 매트릭스를 포함하며,
    상기 영상 처리기는 상기 제 1 매트릭스를 기초로 제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 소스 영상 데이터를 변환하고 상기 제 2 매트릭스를 기초로 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 소스 영상 데이터를 변환하도록 구성되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 매트릭스와 상기 제 2 매트릭스는:
    제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 테스트 소스 영상 데이터와 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 기초로 제 1 깊이와 제 2 깊이에 대해 각각 화소별로 점 확산 함수를 계산하여 상 평면에서 재생되는 테스트 홀로그래픽 영상을 예측하는 단계;
    제 1 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 1 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계;
    제 2 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 2 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계;
    상기 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 1 매트릭스를 계산하는 단계; 및
    상기 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 2 매트릭스를 계산하는 단계;를 통해 미리 형성되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  21. 공간 광변조기에 CGH(computer generated hologram) 신호를 제공하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 단계;
    상기 홀로그래픽 영상을 도광판의 입력 커플러에 제공하는 단계; 및
    상기 도광판의 내부를 따라 진행한 후 상기 도광판의 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상을 상 평면(image plane)에 재생하는 단계;를 포함하며,
    상기 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하는 단계는,
    상기 출력 커플러를 통해 출력된 홀로그래픽 영상의 블러(blur)를 보상하기 위하여, 영상 처리기를 이용하여 상 평면에서 홀로그래픽 영상의 화소별로 계산된 점 확산 함수(point spread function)를 기초로 소스 영상 데이터를 변환하는 단계, 및
    변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH를 계산하는 단계를 포함하는, 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 영상 처리기는 미리 계산하여 저장된 제 1 매트릭스 및 미리 계산된 제 2 매트릭스를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 매트릭스를 기초로 제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 소스 영상 데이터를 변환하는 단계, 및
    상기 제 2 매트릭스를 기초로 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 소스 영상 데이터를 변환하는 단계를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 매트릭스와 상기 제 2 매트릭스는:
    제 1 깊이 정보를 갖는 제 1 테스트 소스 영상 데이터와 제 2 깊이 정보를 갖는 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 기초로 제 1 깊이와 제 2 깊이에 대해 각각 화소별로 점 확산 함수를 계산하여 상 평면에서 재생되는 테스트 홀로그래픽 영상을 예측하는 단계;
    제 1 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 1 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계;
    제 2 깊이에 대해 예측된 테스트 홀로그래픽 영상과 제 2 깊이에 대한 목표 홀로그래픽 영상을 비교하여, 그 차이를 최소화하는 보정된 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 계산하는 단계;
    상기 제 1 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 1 매트릭스를 계산하는 단계; 및
    상기 제 2 테스트 소스 영상 데이터를 상기 보정된 제 1 테스트 소스 영상 데이터로 변환하는 제 2 매트릭스를 계산하는 단계;를 통해 미리 형성되는 홀로그래픽 디스플레이 방법.
KR1020190101133A 2019-06-21 2019-08-19 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 KR20200145622A (ko)

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