KR20210004833A - Fourier-Beam Shaper and Display Apparatus including thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 퓨리에 빔 변환기 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 대한 것이다.The present disclosure relates to a Fourier beam converter and a display device including the same.
최근, 가상 현실(virtual reality)(VR)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실(VR)의 다음 단계로 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 실현할 수 있는 기술(방안)도 연구되고 있다. Recently, as electronic devices and display devices capable of implementing virtual reality (VR) have been developed, interest in this has increased. A technology (plan) capable of realizing augmented reality (AR) and mixed reality (MR) as the next stage of virtual reality (VR) is also being studied.
증강 현실(AR)은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실(VR)과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐(결합하여) 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실(VR)이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실(AR)은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 증강 현실(AR)은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 이러한 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가적인 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라고 할 수 있다.Augmented reality (AR) is a display technology that further increases the effect of reality by superimposing (combining) virtual objects or information on the environment of the real world, unlike virtual reality (VR) that presupposes a complete virtual world. to be. While virtual reality (VR) can be limitedly applied to fields such as games and virtual experiences, augmented reality (AR) has an advantage that it can be applied to various reality environments. In particular, augmented reality (AR) is drawing attention as a next-generation display technology suitable for a ubiquitous environment or an Internet of things (IoT) environment. Such augmented reality (AR) can be said to be an example of mixed reality (MR) in that the real world and additional information (virtual world) are mixed and displayed.
이러한 영상 시스템은, 생성된 영상을 광학계를 이용하여 사용자의 눈으로 투사시킨다. 일반적으로 광학계는 렌즈를 이용하는데, 영상을 사용자의 눈으로 투사시키기 위해 영상 시스템은 공간 광 변조기와 렌즈까지의 거리 및 렌즈와 사용자의 눈까지의 거리가 기본적으로 필요하다. 이는 영상 시스템의 부피를 크게 하는 문제점이 있다. Such an image system projects the generated image to the user's eyes using an optical system. In general, an optical system uses a lens. In order to project an image to the user's eye, the imaging system basically needs a spatial light modulator and a distance to the lens and a distance to the lens and the user's eye. This has a problem of increasing the volume of the image system.
예시적인 실시예는 퓨리에 빔 변환기 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. An exemplary embodiment provides a Fourier beam converter and a display device including the same.
일 실시예에 따른 퓨리에 빔 변환기는, 도파로; 복수 개의 광을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 입력 커플러; 및 상기 도파로를 진행하는 상기 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력시키는 공간 변환부;를 포함한다.A Fourier beam converter according to an embodiment includes: a waveguide; An input coupler for propagating a plurality of lights into the waveguide; And a spatial conversion unit configured to output the plurality of lights traveling through the waveguide in spatially different regions.
그리고, 상기 공간 변환부는, 상기 복수 개의 광 각각을 특정 방향으로 지향시켜 출력시킬 수 있다. In addition, the spatial conversion unit may direct and output each of the plurality of lights in a specific direction.
또한, 상기 공간 변환부는, 상기 복수 개의 광 중 적어도 두 개의 광은 서로 다른 방향으로 지향시켜 출력시킬 수 있다.In addition, the spatial conversion unit may output at least two of the plurality of lights by directing them in different directions.
그리고, 상기 공간 변환부는, 상기 복수 개의 광의 출력 방향을 가로지는 방향으로 배열되며, 각각은 상기 복수 개의 광 중 어느 하나의 광을 외부로 투과시키고 나머지 광은 상기 외부로 투과시키지 않는 복수 개의 선택적 투과 소자를 포함할 수 있다.In addition, the spatial conversion unit is arranged in a direction transverse to the output direction of the plurality of lights, each of the plurality of selective transmission that transmits any one of the plurality of light to the outside and does not transmit the remaining light to the outside. It may include an element.
또한, 상기 복수 개의 선택적 투과 소자 각각은, 광학 특성에 따라 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다.In addition, each of the plurality of selective transmitting elements may selectively transmit light according to optical characteristics.
그리고, 상기 광학 특성은, 회절 특성을 포함할 수 있다.In addition, the optical characteristics may include diffraction characteristics.
또한, 상기 복수 개의 선택적 투과 소자 중 적어도 두 개는, 그레이팅 구조 및 물질 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.In addition, at least two of the plurality of selective transmission elements may have at least one of a grating structure and a material different from each other.
그리고, 상기 복수 개의 선택적 투과 소자 각각은, 인가되는 전기적 신호에 따라 광을 선택적으로 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다.In addition, each of the plurality of selective transmitting elements may selectively transmit or may not transmit light according to an applied electrical signal.
또한, 상기 복수 개의 광은 상기 입력 커플러에 서로 다른 입사각으로 입사될 수 있다.In addition, the plurality of lights may be incident on the input coupler at different angles of incidence.
그리고, 상기 공간 변환부는, 상기 입사각에 기초하여 상기 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력할 수 있다.In addition, the spatial conversion unit may output the plurality of lights in spatially different regions based on the incident angle.
또한, 상기 공간 변환부는, 상기 복수 개의 광 각각을 외부 공간의 서로 다른 위치상에 결상시킬 수 있다. In addition, the spatial conversion unit may image each of the plurality of lights on different positions in the external space.
그리고, 상기 외부 공간은, 사용자의 동공내 공간일 수 있다.In addition, the external space may be a space within the pupil of the user.
또한, 상기 복수 개의 광 각각은 상기 프레임 영상의 부분 영상일 수 있다.In addition, each of the plurality of lights may be a partial image of the frame image.
그리고, 상기 복수 개의 광 각각은 상기 프레임 영상의 픽셀 영상일 수 있다.In addition, each of the plurality of lights may be a pixel image of the frame image.
또한, 상기 공간 변환부에서 출력되는 광의 크기는 상기 입력 커플러에 입사되는 대응하는 광의 크기와 서로 다를 수 있다.In addition, a size of light output from the spatial conversion unit may be different from a size of a corresponding light incident on the input coupler.
그리고, 상기 공간 변환부에서 출력되는 광의 크기는 상기 입력 커플러에 입사되는 대응하는 광의 크기보다 클 수 있다.In addition, a size of light output from the spatial conversion unit may be larger than a size of corresponding light incident on the input coupler.
또한, 상기 입력 커플러는, 상기 복수 개의 광 중 제1 광들을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 제1 입력 커플러; 및 상기 복수 개의 광 중 제2 광들을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 제2 입력 커플러;를 포함할 수 있다.In addition, the input coupler may include: a first input coupler configured to propagate first rays of the plurality of lights into the waveguide; And a second input coupler configured to propagate second lights of the plurality of lights into the waveguide.
그리고, 상기 제1 광들과 상기 제2 광들을 동기화되어 동일 시간대에 각각 제1 입력 커플러 및 상기 제2 입력 커플러에 입사될 수 있다.In addition, the first lights and the second lights may be synchronized to each be incident on the first input coupler and the second input coupler at the same time period.
또한, 상기 도파로는, 상기 제1 광들이 진행하는 제1 도파로; 및 상기 제2 광들이 진행하는 제2 도파로;를 포함할 수 있다.In addition, the waveguide may include a first waveguide through which the first lights travel; And a second waveguide through which the second lights travel.
그리고, 상기 공간 변환부는, 상기 제1 도파로상에 배치되며, 상기 제1 광들을 서로 다른 영역에서 출력시킴으로써 상기 외부 공간상에 제1 서브 프레임 영상을 결상시키는 제1 공간 변환부; 및 상기 제2 도파로상에 배치되며, 상기 제2 광들을 서로 다른 영역에서 출력시킴으로써 상기 외부 공간상에 제2 서브 프레임 영상을 결상시키는 제1 공간 변환부;를 포함할 수 있다.The spatial conversion unit may include: a first spatial conversion unit disposed on the first waveguide and outputting the first light from different regions to form a first sub-frame image on the external space; And a first spatial conversion unit disposed on the second waveguide and outputting the second light from different regions to form a second sub-frame image on the external space.
또한, 상기 제1 및 제2 서브 프레임 영상은, 상기 외부 공간의 서로 다른 영역상에 결상될 수 있다.Also, the first and second sub-frame images may be imaged on different regions of the external space.
그리고, 상기 제1 및 제2 서브 프레임 영상은, 동일 프레임 영상의 서로 다른 부분 영상일 수 있다.In addition, the first and second sub-frame images may be different partial images of the same frame image.
한편, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 앞서 기술한 퓨리에 빔 변환기; 및 상기 복수 개의 광을 상기 퓨리에 빔 변환기로 방출하는 광원;을 포함한다.Meanwhile, a display device according to an exemplary embodiment includes the Fourier beam converter described above; And a light source that emits the plurality of lights to the Fourier beam converter.
또한, 상기 공간 변환부에서 출력되는 상기 복수 개의 광을 확장시키는 확장기(Eye Pupil expander);를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include an expander (Eye Pupil expander) for expanding the plurality of light output from the spatial conversion unit.
그리고, 상기 확장기는, 현실 환경(reality environment)에 대응하는 광이 투과될 수 있다.In addition, the expander may transmit light corresponding to a reality environment.
또한, 상기 퓨리에 빔 변환기 또는 상기 광원에서 방출된 복수 개의 광에 영상 정보를 부가하는 공간 광 변조기;를 더 포함할 수 있다.It may further include a spatial light modulator for adding image information to the Fourier beam converter or a plurality of lights emitted from the light source.
그리고, 상기 퓨리에 빔 변환기에 입사되는 복수 개의 광의 입사각을 조절하는 방향 조절 부재;를 더 포함할 수 있다. And, it may further include a; direction adjustment member for adjusting the incident angle of the plurality of light incident on the Fourier beam converter.
퓨리에 빔 변환기를 이용하여 소형화된 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. A miniaturized display device can be implemented using a Fourier beam converter.
도 1은 일 실시예에 따른 퓨리에 빔 변환기를 포함하는 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 퓨리에 빔 변환기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 공간 변환부에 포함된 선택적 투과 소자의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 선택적 투과 소자를 포함하는 퓨리에 빔 변환기의 일부를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수 개의 광이 복수 개의 선택적 투과 소자에서 선택적으로 출력되는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치(10a)를 도시한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 9은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 퓨리에 빔 변환기를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 퓨리에 변환된 광에 영상을 부가하는 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 공간 광 변조기를 포함하는 퓨리에 빔 변환기를 도시한 도면이다.
도 13은 다른 실시예에 다른 디스플레이 장치를 나타내는 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치가 적용된 전자 기기를 도시한 도면이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치가 적용된 전자 기기를 도시한 도면이다. 1 is a schematic diagram of a display device including a Fourier beam converter according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the Fourier beam converter of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating an example of a selective transmission element included in a spatial conversion unit according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram illustrating a part of a Fourier beam converter including a selective transmission element according to another embodiment.
5 is a diagram illustrating a method of selectively outputting a plurality of light from a plurality of selectively transmitting elements according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating a
7 is a diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment.
8 is a diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment.
9 is a diagram illustrating a part of a display device according to another exemplary embodiment.
10 is a diagram illustrating a display device including a Fourier beam converter according to another exemplary embodiment.
11 is a schematic diagram of a display device for adding an image to Fourier transformed light according to another exemplary embodiment.
12 is a diagram illustrating a Fourier beam converter including a spatial light modulator according to an embodiment.
13 is a block diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment.
14 is a diagram illustrating an electronic device to which a display device according to an exemplary embodiment is applied.
15 is a diagram illustrating an electronic device to which a display device according to another exemplary embodiment is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Meanwhile, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, what is described as "top" or "top" may include not only those directly above by contact, but also those above non-contact.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.The use of the term "above" and similar reference terms may correspond to both the singular and the plural.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another component.
도 1은 일 실시예에 따른 퓨리에 빔 변환기를 포함하는 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 퓨리에 빔 변환기의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1를 참조하면, 디스플레이 장치(10)는 복수 개의 광을 출력하는 빔 출력기(100), 빔 출력기(100)에서 수신된 복수 개의 광 각각을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력시키는 퓨리에 빔 변환기(200) 및 영상을 표시하기 위해 빔 출력기(100) 및/또는 퓨리에 빔 변환기(200)를 제어하는 프로세서(300)를 포함할 수 있다. 1 is a diagram schematically illustrating a display device including a Fourier beam converter according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of the Fourier beam converter of FIG. 1. Referring to FIG. 1, the
빔 출력기(100)는 복수 개의 광을 시간에 따라 순차적으로 출력할 수 있다. 여기서, 광은 프레임 영상의 부분 영상에 대응하는 광일 수 있다. 예를 들어, 광은 프레임 영상의 픽셀 영상에 대응하는 광이거나, 프레임 영상에 포함된 복수 개의 픽셀 영상의 합에 대응하는 광일 수 있다. 광은 서로 다른 주파수가 혼합된 광일 수 있다. 예를 들어, 광은 적색광, 녹색광 및 청색광이 혼합된 광일 수 있다. The
빔 출력기(100)는 광원(110) 및 공간 광 변조기(130)을 포함할 수 있다. 광원(110)은 가간섭성(coherent) 광을 제공할 수 있다. 광원(110)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광 변조기(130)에 의해 회절 및 변조되어 가간섭성을 가질 수 있기 때문에, 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 출력한다면 다른 광원도 사용이 가능하다.The
광원(110)은 서로 다른 파장의 광을 출력하는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 출력하는 제1 광원, 제1 파장과 다른 제2 파장 대역의 광을 출력하는 제2 광원, 제1 및 제2 파장과 다른 제3 파장의 광을 출력하는 제3광원을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3 파장의 광은 각각 적색광, 녹색광, 청색광일 수 있다. The
공간 광 변조기(130)는 프로세서(300)의 제어하에 광원(110)에서 출력된 광을 변조하여 영상 정보가 포함된 광을 출력할 수 있다. 변조된 광의 해상도는 공간 광 변조기(130)의 공간 해상도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 공간 광 변조기(130)가 하나의 픽셀로 구성된 경우, 변조된 광은 픽셀 영상에 대응하는 광일 수 있다. 또는 공간 광 변조기(130)의 공간 해상도가 2*2이면, 변조된 광의 해상도도 2*2일 수 있다. 공간 광 변조기(130)는 2차원 영상 또는 깊이 정보가 다른 3차원 영상 또는 홀로그램 영상에 대응하는 광을 출력할 수 있다. The spatial
공간 광 변조기(130)는 진폭변조 공간 광 변조기 또는 위상변조 공간 광 변조기거나, 진폭과 위상을 모두 변조시키는 복소 공간 광 변조기일 수 있다. 또한, 공간 광 변조기는 투과형 광변조기 또는 반사형 광변조기이거나, 반투과형 광변조기일 수 있다. 구체적인 예로, 공간 광 변조기(130)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 패널, LCD(liquid crystal display) 패널, DLP(digital light projection) 패널, OLED(organic light emitting diode) 패널, M-OLED(micro- organic light emitting diode) 등을 포함할 수 있다. 여기서, DLP 패널은 DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있다.The spatial
빔 출력기(100)는 공간 광 변조기(130)에서 출력된 광이 퓨리에 빔 변환기(200)에 특정 각도로 입사되도록 광의 진행 방향을 조절하는 방향 조절 부재(150)를 더 포함할 수 있다. 방향 조절 부재(150)는 광의 진행 방향을 조절하기 위해 공간 광 변조기(130)의 위치를 조절할 수 있는 엑츄에이터일 수도 있고, 공간 광 변조기(130)에서 출력된 광의 진행 방향을 직접 조절 광학 소자일 수도 있다. 광학 소자는 프로세서(300)의 제어하에 광의 진행 방향을 다르게 조절할 수 있는 능동 광학 소자일 수 있다. The
방향 조절 부재(150)는 하나의 프레임 영상에 대응하는 복수 개의 광이 출력될 때까지 복수 개의 광이 서로 다른 방향으로 진행하도록 광의 진행 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 광의 해상도가 2*2이고, 프레임 영상의 해상도가 20*20인 경우, 방향 조절 부재(150)는 100개의 광이 100개의 서로 다른 방향으로 진행하도록 제어할 수 있다. The
프로세서(300)는 광이 출력되도록 빔 출력기(100)을 제어할 수 있다. 광의 출력 주기는 결상될 프레임 영상의 해상도, 공간 광 변조기(130)에서 변조된 광의 해상도 및 프레임 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 프레임 시간이 1/60초이고, 공간 광 변조기(130)에서의 광 해상도는 프레임 영상의 해상도의 1/10인 경우, 프로세서(300)는 1/(60*10)초 주기로 광이 출력될 수 있도록 빔 출력기(100)를 제어할 수 있다. The
도 1에서 공간 광 변조기(130)가 광을 변조하여 영상 정보를 포함하는 광을 출력한다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 광원(110) 자체가 프로세서(300)에 의해 영상 정보를 포함하는 광을 출력할 수도 있다. 이 경우, 공간 광 변조기(130)는 필요하지 않으며, 방향 조절 부재(150)는 광원(110)의 위치를 제어하는 엑츄에이터이거나, 광원(110)에서 출력되는 광의 진행 경로를 조절하는 광학 소자일 수 있다. In FIG. 1, the spatial
퓨리에 빔 변환기(200)는 빔 출력기(100)로부터 수신된 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력시킴으로써 외부 공간에 프레임 영상을 결상시킬 수 있다. 도 2를 참조하면, 퓨리에 빔 변환기(200)는 도파로(210), 복수 개의 광을 도파로(210)의 내부로 진행시키는 입력 커플러(220) 및 도파로(210)을 진행하는 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력시킬 수 있는 공간 변환부(230)를 포함할 수 있다. The
도파로(210)은 투명 부재, 예를 들어, 글래스나 투명 플라스틱 소재로 형성되어, 입사된 광을 전반사에 의해 도파로(210) 내부에서 진행하면서 입사된 광의 크기를 변경시킬 수 있다. 그리하여, 공간 변환부(230)에서 출력되는 광의 크기는, 입력 커플러(220)에 입사되는 광의 크기와 다를 수 있다. 빔 출력기(100)에서 출력된 광은 점 형태의 광일 수 있으나, 상기한 점 형태의 광은 도파로(210)에서 전반사를 반복하기 때문에 도파로(210)을 진행하는 광의 크기는 커져서 면 형태의 광이 될 수 있다. 또한, 도파로(210)을 진행하면서 광은 균일하게 분포될 수 있다. 그리하여, 공간 변환부(230)에서 출력되는 광의 크기는 입력 커플러(220)에 입사되는 상기 광의 크기보다 클 수 있다. The
입력 커플러(220)는 도파로(210)의 일 영역상에 배치될 수 있다. 입력 커플러(220)는 도파로(210)의 상부 표면의 가장자리에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 입력 커플러(220)는 도파로(210)의 하부에 배치될 수도 있다. 입력 커플러(220)는 입사된 광을 회절 및 투과시키는 회절 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(220)는 그레이팅(grating) 구조를 포함할 수 있다. 입력 커플러(220)는 입사되는 광의 입사각에 상관없이 광을 회절 및 투과시키는 회절 특성을 가질 수 있다. The
공간 변환부(230)는 도파로(210)에서 진행하는 복수 개의 광이 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력될 수 있도록 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)를 포함할 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 도파로(210)상에 2차원으로 배열될 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 연속적으로 배열될 수도 있고, 불연속적으로 배열될 수 있다. The
선택적 투과 소자(ST) 각각은 복수 개의 광 중 어느 하나의 광을 외부로 투과시키고 나머지 광은 외부로의 투과를 차단할 수 있다. 선택적 투과 소자(ST) 각각은 광학 특성에 따라 광을 선택적으로 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 선택적 투과 소자(ST) 각각은 회절 특성에 따라 광을 선택적으로 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다. 또는 선택적 투과 소자(ST) 각각 전기적 신호에 의해 광학 특성이 변하여 광을 선택적으로 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다. Each of the selective transmission elements ST may transmit any one of a plurality of lights to the outside and block transmission of the remaining light to the outside. Each of the selective transmitting elements ST may or may not selectively transmit light according to optical characteristics. For example, each of the selective transmission elements ST may selectively transmit or may not transmit light according to diffraction characteristics. Alternatively, the optical properties of each of the selective transmitting elements ST may be changed by an electrical signal, so that light may or may not be selectively transmitted.
복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 광을 특정 방향으로 지향시켜 출력시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 중 적어도 두 개의 선택적 투과 소자(ST)는, 투과되는 광을 서로 다른 방향으로 지향시켜 출력시킬 수 있다. 상기한 지향 정도는 선택적 투과 소자(ST)의 광학 특성, 예를 들어, 회절 특성에 의해 결정될 수 있으며, 전기적 신호에 의해 광학 특성이 변하여 결정될 수도 있다. Each of the plurality of selective transmission elements ST may direct light in a specific direction and output it. For example, at least two of the plurality of selective transmission elements ST may direct transmitted light in different directions and output them. The degree of directivity described above may be determined by optical characteristics, for example, diffraction characteristics, of the selective transmission element ST, and may be determined by changing optical characteristics by an electrical signal.
공간 변환부(230)가 프레임 영상을 구성하는 복수 개의 광을 모두 출력하는데 소요되는 시간은 프레임 영상을 출력하는 주기 즉, 프레임 시간과 같을 수 있다. 예를 들어, 빔 출력기(100)는 하나의 프레임 영상에 대응하는 n개의 광을 프레임 시간의 1/n 간격으로 출력할 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 n개의 광 중 어느 하나의 광을 지향하여 출력할 수 있다. n개의 광이 모두 출력됨에 따라 사용자는 프레임 영상을 인식할 수 있다. n개의 광이 외부 공간, 예를 들어, 사용자의 동공(E)내 서로 다른 영역에 결상되기 때문에 사용자는 하나의 영상으로 인식할 수 있다. The time required for the
동일 위상의 프레임 영상이 도파로로 입사된다면 도파로와 빔 출력기간의 일정 거리 이상 이격되어야 한다. 그러나, 퓨리에 빔 변환기(200)는 광을 독립적으로 수신받아 출력하기 때문에 빔 출력기(100)과 퓨리에 빔 변환기(200)간의 거리 제약이 없다. 이는 빔 출력기(100)와 퓨리에 빔 변환기(200)간의 거리를 줄일 수 있는 잇점이 있다. 또한, 퓨리에 빔 변환기(200)는 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력함으로써 프레임 영상이 결상되기 때문에 빔 출력기(100)가 광을 출력하는 것만으로 디스플레이 장치(10)는 프레임 영상을 재생할 수 있다. 그리하여, 빔 출력기(100)에 포함된 광원(110) 및 공간 광 변조기(130)의 소형화가 가능하다. 뿐만 아니라, 퓨리에 빔 변환기(200)의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 특정 지향 특성으로 광을 지향시키기 때문에 별도의 광학 소자, 예를 들어, 렌즈 등이 필요하지 않다. 그리하여, 디스플레이 장치(10)의 구성을 간소화시킬 수 있다. If a frame image of the same phase is incident on the waveguide, the waveguide and the beam output period must be separated by a certain distance or more. However, since the
도 3은 일 실시예에 따른 공간 변환부에 포함된 선택적 투과 소자의 일 예를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 선택적 투과 소자(ST)들은 그레이팅 구조를 갖는 회절 부재를 포함할 수 있다. 선택적 투과 소자(ST) 각각은 그레이팅(G)의 형상, 피치(p), 높이(h), 방향(d), 물질 등이 달라질 수 있다. 그리하여, 각 선택적 투과 소자(ST)는 광의 입사각에 따라 회절 효율이 달라질 수 있다. 도 3에서는 그레이팅(G)의 방향이 서로 다른 복수개의 선택적 투과 소자(ST)가 도시되어 있으나 이에 한정되지 않음은 물론이다. 3 is a diagram illustrating an example of a selective transmission element included in a spatial conversion unit according to an exemplary embodiment. As shown in FIG. 3, the selective transmission elements ST may include a diffractive member having a grating structure. Each of the selective transmission elements ST may have different shapes, pitches (p), heights (h), directions (d), and materials of the grating (G). Thus, the diffraction efficiency of each selective transmission element ST may vary according to the incident angle of light. In FIG. 3, a plurality of selective transmissive elements ST having different directions of the gratings G are illustrated, but are not limited thereto.
예를 들어, 선택적 투과 소자(ST) 각각은 특정 입사각으로 입사되는 광에 대해 회절 효율이 제1 기준값 이상이 되고, 나머지 입사각에 대해서는 회절 효율이 제2 기준값 미만이 되도록 형성될 수 있다. 여기서 제2 기준값은 제1 기준값 이하일 수 있다. 그리하여, 공간 변환부(230)의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 특정 입사각으로 입사되는 광은 회절 및 투과시키는 반면, 상기한 특정 입사각과 다른 입사각으로 입사된 광은 도파로(210)내로 전반사시킬 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 복수 개의 광을 선택적으로 회절 및 투과시킬 수 있는 바, 공간 변환부(230)는 서로 다른 영역에서 광을 출력시킬 수 있다. For example, each of the selective transmission elements ST may be formed such that diffraction efficiency for light incident at a specific incident angle is equal to or greater than a first reference value, and diffraction efficiency for the remaining incident angles is less than a second reference value. Here, the second reference value may be less than or equal to the first reference value. Thus, each of the selective transmission elements ST of the
광을 투과시키는 선택적 투과 소자(ST)는 광을 특정 방향으로 지향시켜 출력시킬 수 있다. 지향 정도는 입사되는 광의 입사각, 선택적 투과 소자(ST)의 회절 특성, 예를 들어, 선택적 투과 소자(ST)의 그레이팅 구조 및 물질 등에 의해 결정될 수 있다. The selective transmission element ST for transmitting light may direct light in a specific direction and output it. The degree of directivity may be determined by an incident angle of incident light, a diffraction characteristic of the selectively transmitting element ST, for example, a grating structure and a material of the selectively transmitting element ST.
선택적 투과 소자(ST)의 회절 특성은 선택적 투과 소자(ST)에 포함된 그레이팅(G)의 형상, 피치(p), 높이(h), 방향(d), 물질 등에 따라 달라진다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 선택적 투과 소자(ST)는 인가되는 전기적 신호에 따라 회절 특성이 달라지는 소자일 수도 있다. It has been said that the diffraction characteristics of the selective transmission element ST vary depending on the shape, pitch (p), height (h), direction (d), material, etc. of the grating (G) included in the selective transmission element (ST), but is not limited thereto. Does not. The selective transmission element ST may be a device whose diffraction characteristic varies according to an applied electrical signal.
도 4는 다른 실시예에 따른 선택적 투과 소자를 포함하는 퓨리에 빔 변환기의 일부를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 퓨리에 빔 변환기의 공간 변환부(230)는 도파로(210) 상에 배치되는 출력 커플러(231) 및 출력 커플러(231)상에 배치되는 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)를 포함할 수 있다. 출력 커플러(231)는 광을 회절 및 투과시키는 그레이팅(grating) 구조를 포함할 수 있다. 4 is a diagram illustrating a part of a Fourier beam converter including a selective transmission element according to another embodiment. As shown in FIG. 4, the
선택적 투과 소자(ST)는 인가된 전기적 신호에 따라 투과율이 변경되는 소자일 수 있다. 선택적 투과 소자(ST) 각각은 베이스층(232), 상기 베이스층(232) 내에 분산되어 있으며, 인가된 전기적 신호에 따라 광학 특성이 변하여 투과율을 조절하는 복수 개의 전기 광학 입자(233) 및 복수 개의 전기 광학 입자(233)에 전기적 신호를 인가하는 전극부(234)를 포함할 수 있다. The selective transmission device ST may be a device whose transmittance is changed according to an applied electrical signal. Each of the selective transmission elements (ST) is dispersed in the base layer 232 and the base layer 232, and the optical properties are changed according to the applied electrical signal to adjust the transmittance of a plurality of electro-optical particles 233 and a plurality of It may include an
베이스층(232)은 투명 폴리머 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스층(232)은 투명 경화 수지일 수 있다. The base layer 232 may be formed of a transparent polymer material. For example, the base layer 232 may be a transparent cured resin.
전기 광학 입자(233)는 전기 광학 효과(electro-optic effect)를 갖는 물질들이다. 전기 광학 효과는 전기장에 따라 광학적 특성이 변화하는 현상으로서, 전기 광학 입자(233)는 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 물질의 굴절률, 위상 지연, 편광 특성 등이 변할 수 있다. The electro-optic particles 233 are materials having an electro-optic effect. The electro-optical effect is a phenomenon in which optical properties change according to an electric field, and the electro-optical particles 233 may change refractive index, phase retardation, polarization characteristics, etc. of a material according to the presence of the electric field and/or the strength of the electric field.
전기 광학 입자(233)는 액정을 포함할 수 있다. 액정은 전기장의 존재 여부 및/또는 전기장의 세기에 따라 굴절률 및 편광 특성 중 적어도 하나가 변할 수 있다. 예를 들어, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC), 고분자 네트워크 액정(Polymer Network Liquid Crystal, PNLC), 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal), 스멕틱 액정(Smectic Liquid Crystal) 등이 전기 광학 입자(233)로 이용될 수 있다. The electro-optical particles 233 may include liquid crystal. In the liquid crystal, at least one of refractive index and polarization characteristics may change according to the presence or absence of an electric field and/or the strength of the electric field. For example, Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC), Polymer Network Liquid Crystal (PNLC), Cholesteric Liquid Crystal, Smectic Liquid Crystal, etc. It can be used as the optical particle 233.
베이스층(232)에 전기장이 인가되면 전기 광학 입자(233)는 입사되는 광을 동일하게 굴절시키기 때문에 전기 광학 입자(233)은 투명해질 수 있다. 그리하여, 전기 광학 입자(233)은 입사되는 광을 투과시킬 수 있다. 즉, 전기적 신호가 인가되면 선택적 투과 소자(ST)는 광을 투과시키는 투과 모드가 된다. When an electric field is applied to the base layer 232, the electro-optical particles 233 equally refract incident light, so that the electro-optical particles 233 may become transparent. Thus, the electro-optical particles 233 may transmit incident light. That is, when an electric signal is applied, the selective transmission element ST enters a transmission mode for transmitting light.
한편, 베이스층(232)에 전기장이 인가되지 않으면 전기 광학 입자(233)은 입사되는 광을 위치에 따라 서로 다른 굴절률로 서로 다른 방향으로 굴절시키기 때문에 전기 광학 입자(233)는 불투명해질 수 있다. 그리하여, 전기 광학 입자(233)은 입사되는 광을 산란시켜 광을 투과시키지 않을 수 있다. 즉, 전기적 신호가 인가되지 않으면 선택적 투과 소자(ST)는 광을 투과시키지 않는 비투과 모드가 된다.On the other hand, if the electric field is not applied to the base layer 232, the electro-optical particles 233 refract incident light in different directions with different refractive indices depending on the location, so that the electro-optical particles 233 may become opaque. Thus, the electro-optical particles 233 may scatter incident light so that the light cannot be transmitted. That is, when an electrical signal is not applied, the selective transmitting element ST enters a non-transmissive mode in which light is not transmitted.
다른 예로, 전기 광학 입자(233)에 전기장이 인가되면 전기 광학 입자(233)는 광을 위치에 따라 서로 다른 굴절률로 서로 다른 방향으로 굴절시켜 비투과 모드가 되고, 전기 광학 입자(233)에 전기장이 인가되지 않으면 전기 광학 입자(233)는 광을 동일하게 굴절시켜 투과 모드가 될 수 있다. As another example, when an electric field is applied to the electro-optical particles 233, the electro-optical particles 233 refract light in different directions with different refractive indices depending on the position to enter a non-transmissive mode, and the electric field is applied to the electro-optical particles 233. If not applied, the electro-optical particles 233 may equally refract light to enter a transmission mode.
그리하여, 인가된 전기적 신호에 따라 선택적 투과 소자(ST)들 중 어느 하나는 투과 모드가 되어 출력 커플러(231)에서 회절된 광을 외부로 출력시키고, 나머지는 비투과 모드가 되어 출력 커플러(ST)에서 회절된 광을 외부로 출력시키지 않을 수 있다. 전기적 신호는 빔 출력기(100)에서 출력되는 광과 동기화될 수 있으며, 선택적 투과 소자(ST)는 광을 선택적으로 투과시킬 수 있는 바, 공간 변환부(230)는 공간적으로 서로 다른 영역에서 광을 출력시킬 수 있다. Thus, depending on the applied electrical signal, one of the selective transmission elements ST is in a transmission mode to output the light diffracted by the
도 5는 일 실시예에 따른 복수 개의 광이 복수 개의 선택적 투과 소자에서 선택적으로 출력되는 방법을 설명하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광이 특정 입사각으로 입력 커플러(220)에 입사될 수 있다. 입력 커플러(220)는 광을 회절 및 투과시켜 도파로(210)로 진행시킨다. 도파로(210)을 진행하는 광은 복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 중 특정 조건을 만족하는 선택적 투과 소자(ST)에서 투과되어 외부로 방출되고, 나머지 선택적 투과 소자(ST)에서는 투과되지 않을 수 있다.5 is a diagram illustrating a method of selectively outputting a plurality of light from a plurality of selectively transmitting elements according to an exemplary embodiment. As shown in FIG. 5, light may be incident on the
예를 들어, 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)가 회절 특성이 각각 다른 회절 부재로 구성된 경우, 입사각에 대한 회절 효율이 낮은 선택적 투과 소자(ST)는 입사된 광을 도파로(210)내로 전반사시키고, 입사각에 대한 회절 효율이 큰 선택적 투과 소자(ST)는 입사된 광을 회절 및 투과시킬 수 있다. 그리하여, 광은 특정 선택적 투과 소자(ST)에서만 외부로 출력될 수 있다. 예를 들어, 제1 입사각(θ1)으로 입사되는 광(L1)은 회절 효율이 높은 제1 선택적 투과 소자(ST1)에서 회절 및 투과하는 반면, 나머지 선택적 투과 소자(ST)에서는 전반사되어 도파로(210)을 진행한다. 또한, 제2 입사각(θ2)으로 입사되는 광(L2)은 회절 효율이 높은 제2 선택적 투과 소자(ST2)를 회절 및 투과하는 반면, 나머지 선택적 투과 소자(ST)에서는 전반사되어 도파로(210)을 진행한다.For example, when the plurality of selective transmission elements ST are composed of diffractive members having different diffraction characteristics, the selective transmission element ST having low diffraction efficiency with respect to an incidence angle totally reflects the incident light into the
또는, 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)가 인가된 전기적 신호에 따라 광학 특성이 변하는 전기 광학 입자(233)들을 포함하는 경우, 전기적 신호에 대응하여 투과 모드 상태인 선택적 투과 소자(ST)는 입사된 광을 투과시키고, 전기적 신호에 대응하여 비투과 모드 상태인 선택적 투과 모드는 입사된 광을 투과시키지 않을 수 있다. 그리하여, 광은 투과 모드 상태인 선택적 투과 소자(ST)에서만 외부로 출력될 수 있다. Alternatively, when the plurality of selective transmitting elements ST includes electro-optical particles 233 whose optical properties change according to the applied electrical signal, the selective transmitting element ST in a transmission mode state in response to the electrical signal is incident The selective transmission mode that transmits light and is in a non-transmissive mode in response to an electrical signal may not transmit incident light. Thus, the light may be output to the outside only in the selective transmission element ST in the transmission mode state.
예를 들어, 제1 입사각(θ1)으로 입사되는 광(L1)은 투과 모드인 제1 선택적 투과 소자(ST1)에서 투과되는 반면, 비투과 모드인 나머지 선택적 투과 소자(ST)에서는 산란되거나 전반사되어 도파로(210)을 진행할 수 있다. 또한, 제2 입사각(θ2)으로 입사되는 광(L2)은 투과 모드인 제2 선택적 투과 소자(ST2)를 투과하는 반면, 비투과 모드인 나머지 선택적 투과 소자(ST)에서는 산란되거나 전반사되어 도파로(210)을 진행한다.For example, the light L1 incident at the first incident angle θ1 is transmitted through the first selective transmitting element ST1, which is a transmissive mode, while the remaining selective transmissive element ST, which is a non-transmissive mode, is scattered or totally reflected to the waveguide. You can proceed to (210). In addition, the light L2 incident at the second incident angle θ2 transmits through the second selectively transmitting element ST2, which is a transmissive mode, while the remaining selective transmissive element ST, which is in the non-transmissive mode, is scattered or totally reflected to the waveguide 210. ) To proceed.
도 6은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 도 1과 도 6을 비교하면, 도 6의 디스플레이 장치(10a)는 확장기(exit pupil expander)(150)를 더 포함할 수 있다. 확장기(400)는 퓨리에 빔 변환기(200)에서 출력되는 광을 일 방향, 예를 들어, x축으로 확장시킬 수 있다. 확장기(400)는 도시되어 있지 않지만 도파로, 입력 커플러 및 출력 커플러를 포함할 수 있다. 확장기(400)의 입력 커플러 및 출력 커플러도 회절 부재로 형성될 수 있다. 다만 확장기(400)의 입력 커플러 및 출력 커플러는 입사각에 무관하게 광을 회절 및 투과시키는 회절 특성을 가질 수 있다. 6 is a diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment. Comparing FIGS. 1 and 6, the
또한, 확장기(400)는 투명 물질로 형성될 수 있어, 현실 환경(reality environment)(R)에 대응하는 광, 예를 들어, 현실 환경에서 반사된 광 또는 현실 환경에서 발생된 광이 투과되어 사용자의 동공(E)에 결상될 수 있다. 그리하여, 사용자는 퓨리에 빔 변환기(200)에 의해 결상된 프레임 영상과 현실 환경을 동시에 인식할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 확장기(400)는 퓨리에 빔 변환기(200)에서 출력된 광만을 사용자의 동공(E)에 결상시킬 수도 있다. In addition, since the
하나의 빔 출력기(100) 및 하나의 퓨리에 빔 변환기(200)가 하나의 프레임 영상을 결상시키기 위해 선택적 투과 소자(ST)의 개수만큼의 광이 필요하다. 그리고, 광의 개수가 많을수록 광의 출력 주기가 짧아져야 한다. 이는 프로세서(300)의 신호 처리에 로드를 야기할 수 있다. One
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수 개의 빔 출력기 및 복수 개의 퓨리에 빔 변환기를 이용하여 프레임 영상을 결상시킬 수도 있다. The display apparatus according to an embodiment may image a frame image using a plurality of beam outputs and a plurality of Fourier beam converters.
도 7은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 디스플레이 장치(10b)는 복수 개의 빔 출력기(101) 및 복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201)를 포함할 수 있다. 빔 출력기(101) 각각은 대응하는 각각의 퓨리에 빔 변환기(201)에 복수 개의 광을 출력할 수 있으며, 복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201)에서 출력되는 복수 개의 광에 의해 하나의 프레임 영상이 결상될 수 있다. 7 is a diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment. The
복수 개의 빔 출력기(101) 각각은 광원, 공간 광 변조기, 방향 조절 부재를 포함할 수 있다. 각 빔 출력기(101)는 도 1에서 설명하였는 바 구체적인 설명은 생략한다. Each of the plurality of
복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201)도 각각 도파로(211), 입력 커플러(221) 및 공간 변환부(231)를 포함할 수 있다. 입력 커플러(221)는 도파로(211)의 일 영역상에 배치되며, 입사된 광을 회절 및 투과시키는 회절 부재일 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(221)는 그레이팅(grating) 구조를 포함할 수 있으며, 입사되는 광의 입사각에 상관없이 광을 회절 및 투과시키는 회절 특성을 가질 수 있다. Each of the plurality of
공간 변환부(231)는 진행하는 복수 개의 광이 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력될 수 있도록 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)를 포함할 수 있다. 상기한 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 도파로(211)상에 1차원으로 배열될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 2차원으로 배열될 수도 있다. The
복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 광학 특성이 서로 달라 특정 조건을 만족하는 광만 투과시키고 나머지 광은 투과되지 않을 수 있다. 광학 특성은 선택적 투과 소자(ST)가 제조되는 과정에서 고정될 수도 있고, 인가된 전기적 신호에 따라 변할 수도 있다. The plurality of selective transmission elements ST may transmit only light that satisfies a specific condition due to different optical characteristics and may not transmit the remaining light. The optical characteristics may be fixed during the manufacturing process of the selective transmission element ST, or may be changed according to an applied electrical signal.
예를 들어, 복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 회절 특성이 다를 수 있다. 선택적 투과 소자(ST) 각각은 특정 입사각으로 입사되는 광은 회절 및 투과시키는 반면, 상기한 특정 입사각과 다른 입사각으로 입사된 광은 도파로(211)내로 전반사시킬 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 복수 개의 광을 선택적으로 회절 및 투과시킬 수 있는 바, 공간 변환부(231)는 서로 다른 영역에서 광을 출력시킬 수 있다. For example, each of the plurality of selective transmission elements ST may have different diffraction characteristics. Each of the selective transmission elements ST may diffract and transmit light incident at a specific incident angle, while light incident at an incident angle different from the specific incident angle may be totally reflected into the
또는, 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)는 인가된 전기적 신호에 따라 광학 특성이 변하는 전기 광학 입자(233)를 포함할 수도 있다. 선택적 투과 소자(ST) 각각은 투과 모드에서 선택적 투과 소자(ST)로 입사되는 광을 투과시키는 반면, 비투과 모드에서 선택적 투과 소자(ST)로 입사되는 광을 산란 또는 도파로(211)내로 전반사시킬 수 있다.Alternatively, the plurality of selective transmission elements ST may include electro-optical particles 233 whose optical properties are changed according to an applied electrical signal. Each of the selective transmitting elements ST transmits light incident to the selective transmitting element ST in the transmissive mode, while the light incident to the selective transmissive element ST in the non-transmissive mode can be scattered or totally reflected into the
또한, 각 선택적 투과 소자(ST)는 광을 투과시키면서 광을 특정 방향으로 지향시킬 수도 있다. 그리하여, 복수 개의 공간 변환부(231)에서 출력된 복수 개의 광이 외부 공간에서 프레임 영상으로 결상될 수 있다. 상기한 외부 공간은 사용자의 동공(E) 내 공간일 수 있다.In addition, each selective transmission device ST may direct light in a specific direction while transmitting light. Thus, a plurality of lights output from the plurality of
빔 출력기(101) 각각은 대응하는 각각의 퓨리에 빔 변환기(201)에 복수 개의 광을 출력할 수 있다. 복수 개의 빔 출력기(101)들은 동기화되어 동일 시간대에 복수 개의 광을 출력할 수 있고, 복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201)도 동일 시간대에 복수 개의 광을 출력함으로써 하나의 프레임 영상이 결상될 수 있다. 예를 들어, 각 퓨리에 빔 변환기(201)는 광을 서로 다른 영역에서 출력함으로서 라인 프레임 영상을 결상시킬 수 있고, 복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201) 각각이 라인 프레임 영상을 결상시킴으로서 비로소 하나의 프레임 영상이 결상될 수 있다. Each of the
각 빔 출력기(101)는 대응하는 퓨리에 빔 변환기(201)의 선택적 투과 소자(ST)만큼의 광을 출력하는 반면, 복수 개의 퓨리에 빔 변환기(201)에서 출력되는 복수 개의 광에 의해 하나의 프레임 영상이 결상될 수 있기 때문에 광의 출력 주기를 길게 할 수 있다. 이는 프로세서(300)의 로드를 줄일 수 있다. Each
도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 도 8의 디스플레이 장치(10c)는 각각 복수 개의 광을 출력하는 제1 및 제2 빔 출력기(102, 103), 복수 개의 광을 이용하여 각각 하프 프레임 영상을 결상시키는 제1 및 제2 퓨리에 빔 변환기(202, 203)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 퓨리에 빔 변환기(202, 203) 각각이 하프 프레임 영상을 결상시킴으로써 하나의 프레임 영상이 결상되기 때문에 하나의 광원 및 하나의 퓨리에 빔 변환기를 이용하여 프레임 영상을 결상시키는 것보다 광의 출력 주기를 길게 할 수 있다. 8 is a diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment. The
도 7 및 도 8에서는 각 퓨리에 빔 변환기(201, 202, 203)가 라인 프레임 영상 또는 하프 프레임 영상과 같은 프레임 영상의 부분 영상을 결상시킨다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 부분 영상을 결상시키기 위해 퓨리에 빔 변환기와 빔 출력기의 조합은 다양할 수 있다. 예를 들어, 4개의 빔 출력기 및 4개의 퓨리에 빔 변환기로 쿼터(quarter) 프레임 영상을 결상시킴으로써 하나의 프레임 영상이 결상될 수 있다. In FIGS. 7 and 8, it is assumed that each
도 8의 디스플레이 장치(10c)는 확장기(400)를 더 포함할 수 있다. 확장기(400)는 제1 퓨리에 빔 변환기(202)에서 출력된 광과 제2 퓨리에 빔 변환기(203)에서 출력된 광을 확장시킬 수 있다. The
도 9는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 제1 퓨리에 빔 변환기(202a)의 제1 도파로(212)과 제2 퓨리에 빔 변환기(203a)의 제2 도파로(213)은 제1 및 제2 도파로(212, 213)의 길이 방향과 수직한 방향, 예를 들어, Y축 방향으로 적어도 일부 영역이 중첩되어 있다. 제1 및 제2 도파로(212, 213)의 길이가 길어질수록 제1 및 제2 도파로(212, 213)에서 진행하는 광의 균일도를 높일 수 있다.9 is a diagram illustrating a part of a display device according to another exemplary embodiment. The
도 10은 다른 실시예에 따른 퓨리에 빔 변환기를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 빔 출력기(100b)는, 광원(110b), 도파로(160) 및 공간 광 변조기(130b)를 포함할 수 있다. 빔 출력기(100b)는 도파로(160) 및 공간 광 변조기(130b)를 이용하여 프레임 영상에 대응하는 광을 출력할 수 있다. 퓨리에 빔 변환기(200b)는 복수 개의 선택적 투과 소자(ST)들을 포함할 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자(ST) 각각은 위치하는 영역에 따라 지향 특성이 다를 수 있으며, 입사되는 광을 서로 다르게 지향시킬 수도 있다. 빔 출력기(100b)에서 프레임 영상이 출력된다고 하더라도 퓨리에 빔 변환기(200b)의 각 선택적 투과 소자(ST)는 광학 특성에 따라 광을 특정 방향으로 지향시키면서 투과시킬 수 있다. 그리하여, 외부 공간상에 프레임 영상이 결상될 수 있다. 10 is a diagram illustrating a display device including a Fourier beam converter according to another exemplary embodiment. As shown in FIG. 10, the
지금까지 퓨리에 빔 변환기에 영상 정보를 포함하는 광이 입사된다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 퓨리에 빔 변환기에서 출력된 광에 영상 정보가 추가될 수도 있고, 퓨리에 빔 변환기가 영상 정보를 추가시키는 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. Until now, it has been said that light including image information is incident on the Fourier beam converter, but the present invention is not limited thereto. Image information may be added to light output from the Fourier beam converter, and the Fourier beam converter may include a spatial light modulator to add image information.
도 11은 다른 실시예에 따른 퓨리에 변환된 광에 영상을 부가하는 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 퓨리에 빔 변환기(200)는 광원(110)으로부터 수신된 복수 개의 광을 공간적으로 분리된 광 즉, 퓨리에 변환된 광으로 방출할 수 있다. 퓨리에 빔 변환기(200)는 도파로, 복수 개의 광을 도파로의 내부로 진행시키는 입력 커플러 및 도파로를 진행하는 복수 개의 광을 서로 다른 영역에서 출력시킬 수 있는 공간 변환부를 포함할 수 있다. 그리고, 공간 변환부는 도파로에서 진행하는 복수 개의 광이 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력될 수 있도록 복수 개의 선택적 투과 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 선택적 투과 소자는 도파로상에 2차원으로 배열될 수 있다. 복수 개의 선택적 투과 소자는 연속적으로 배열될 수도 있고, 불연속적으로 배열될 수 있다. 11 is a schematic diagram of a display device for adding an image to Fourier transformed light according to another exemplary embodiment. 11, the
선택적 투과 소자 각각은 광학 특성에 따라 복수 개의 광 중 어느 하나의 광을 외부로 투과시키고 나머지 광은 외부로의 투과를 차단할 수 있다. 선택적 투과 소자는 회절 특성이 서로 다른 복수 개의 회절 부재를 포함할 수도 있고, 전기적 신호에 따라 광학 특성이 변하는 복수 개의 광학 입자를 포함할 수도 있다. 퓨리에 빔 변환기의 구조는 앞서 설명하였는 바, 구체적인 설명은 생략한다. Each of the selective transmitting elements may transmit any one of a plurality of lights to the outside according to optical characteristics and block transmission of the remaining light to the outside. The selective transmission element may include a plurality of diffractive members having different diffraction characteristics, or may include a plurality of optical particles whose optical characteristics are changed according to an electrical signal. The structure of the Fourier beam converter has been described above, and a detailed description thereof will be omitted.
광원(110)에서 방출된 광은 영상 정보를 포함하지 않을 수 있으며, 퓨리에 빔 변환기(200)는 영상 정보가 없는 광을 서로 다른 공간으로 출력할 수 있다. 그리고, 공간 광 변조기(130c)는 퓨리에 빔 변환기(200)에서 방출된 광에 영상 정보를 부가할 수 있다. 퓨리에 빔 변환기(200)에서 출력된 광은 시간적 및 공간적으로 분리된 광인 바, 공간 광 변조기(130c)는 시공간적으로 분리된 입사된 광에 영상 정보를 부가할 수 있다. 공간 광 변조기(130c)에서 출력된 광들은 시공간적으로 분리된 서브 영상들인 바, 도 11의 디스플레이 장치는 서브 영상들 각각을 결상시킴으로서 프레임 영상을 제공할 수 있다.The light emitted from the
도 12는 일 실시예에 따른 공간 광 변조기를 포함하는 퓨리에 빔 변환기를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 퓨리에 빔 변환기(200a)는 이격 배치된 도파로(210a)와 공간 변환부(230a), 도파로(210a)와 공간 변환부(230a) 사이에 배치되는 공간 광 변조기(130d)를 포함할 수 있다. 도파로(210a)상에는 광원(미도시)으로부터 광이 입사되는 입력 커플러(211), 도파로(210a)에서 진행된 광을 공간 광 변조기(130d)로 출력시키는 출력 커플러(231a)가 배치될 수 있다. 12 is a diagram illustrating a Fourier beam converter including a spatial light modulator according to an embodiment. As shown in FIG. 12, the
도파로(210a)에서 출력된 광은 공간 광 변조기(130d)에서 변조되어 영상 정보를 포함하는 광이 될 수 있다. 영상 정보를 포함하는 광, 영상 광을 공간 변환부(230a)로 입사된다. 공간 변환부(230a)에 포함된 선택적 투과 소자(ST)는 광학 특성에 따라 특정 광을 투과시키고 나머지 광에 대한 투과를 차단시킬 수 있다. 선택적 투과 소자의 광학 특성은 인가된 전기적 신호에 따라 가변될 수도 있고, 고정될 수도 있다. 상기한 광학 특성은 회절 특성, 산란 특성, 반사 특성, 굴절 특성 등일 수 있다. The light output from the
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 하나의 하드웨어 장치로 구현될 수도 있고, 복수 개의 하드웨어 장치가의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 광원부 및 광 스캐너를 포함하는 슬레이브와 프로세서를 포함하는 마스터를 포함할 수 있다. The display device according to an embodiment may be implemented as a single hardware device or a combination of a plurality of hardware devices. For example, the display device may include a slave including a light source unit and an optical scanner, and a master including a processor.
도 13은 다른 실시예에 다른 디스플레이 장치를 나타내는 블록도이다. 도 13을 참조하면, 디스플레이 장치(10g)는 빔 출력기(100), 퓨리에 빔 변환기(200) 및 제1 통신부(510)를 포함하는 슬레이브(S)와 제2 통신부(520) 및 프로세서(300)를 포함하는 마스터(M)를 포함할 수 있다. 빔 출력기(100) 및 퓨리에 빔 변환기(200)는 전술하였는 바 구체적인 설명은 생략한다. 슬레이브(S)는 웨어러블 장치, 예를 들어, 헤드마운트 디스플레이 장치(100)로 구현될 수 있고, 마스터(M)는 웨어러블 장치와 별도의 전자 장치로서, 휴대폰, 또는 컴퓨터 등일 수 있다. 13 is a block diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment. Referring to FIG. 13, a
제1 및 제2 통신부(510, 520)는 프로세서(300)의 제어 명령을 빔 출력기(100) 및 퓨리에 빔 변환기(200)에 제공할 수 있다. 제1 및 제2 통신부(510, 520)는 근거리 통신부(short-range wireless communication unit), 이동 통신부 등을 포함할 수 있다.The first and
프로세서(300)의 빔 출력기(100) 및 퓨리에 빔 변환기(200)를 제어하는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 S/W 프로그램으로 구현될 수 있다. 컴퓨터는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 개시된 실시예에 따른 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.The method of controlling the
도 11 내지 도 13에는 도시되어 있지 않으나, 영상에 대응하는 광을 일 방향으로 확장시키는 확장기가 배치될 수도 있다. Although not shown in FIGS. 11 to 13, an expander for expanding light corresponding to an image in one direction may be disposed.
지금까지 기술한 디스플레이 장치(10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g) 및 퓨리에 빔 변환기(200, 200a)는 웨어러블 장치의 일 구성요소가 될 수 있다. 일례로, 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD)에 적용될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display) 또는 고글형 디스플레이(goggle-type display)에 적용될 수 있다. 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어(혹은, 연결되어) 동작될 수 있다. 도 14 및 도 15는 일 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다.The
상술한 퓨리에 빔 변환기 및 이를 포함한 디스플레이 장치는 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. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The above-described Fourier beam converter and the display device including the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments are possible from those of ordinary skill in the art. You will understand that Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f: 디스플레이 장치
100, 101, 102, 103: 빔 출력기
110: 광원
120: 공간 광 변조기
200, 201, 202, 202a, 203, 203a: 퓨리에 빔 변환기
210, 211, 213: 도파로
220: 입력 커플러
230: 공간 변환부
300: 프로세서
ST: 선택적 투과 소자10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f: display device
100, 101, 102, 103: beam output
110: light source
120: spatial light modulator
200, 201, 202, 202a, 203, 203a: Fourier beam transducer
210, 211, 213: waveguide
220: input coupler
230: space transform unit
300: processor
ST: optional transmissive element
Claims (27)
복수 개의 광을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 입력 커플러; 및
상기 도파로를 진행하는 상기 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력시키는 공간 변환부;를 포함하는 퓨리에 빔 변환기.Waveguide;
An input coupler for propagating a plurality of lights into the waveguide; And
Fourier beam converter comprising a; spatial transform unit for outputting the plurality of light traveling the waveguide in spatially different regions.
상기 공간 변환부는,
상기 복수 개의 광 각각을 특정 방향으로 지향시켜 출력하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The spatial conversion unit,
Fourier beam converter for directing and outputting each of the plurality of lights in a specific direction.
상기 공간 변환부는,
상기 복수 개의 광 중 적어도 두 개의 광은 서로 다른 방향으로 지향시켜 출력시키는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The spatial conversion unit,
Fourier beam converter for outputting at least two of the plurality of lights by directing them in different directions.
상기 공간 변환부는,
상기 복수 개의 광의 출력 방향을 가로지는 방향으로 배열되며, 각각은 상기 복수 개의 광 중 어느 하나의 광을 외부로 투과시키고 나머지 광은 상기 외부로 투과시키지 않는 복수 개의 선택적 투과 소자를 포함하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The spatial conversion unit,
Fourier beam converter comprising a plurality of selective transmission elements arranged in a direction transverse to the output direction of the plurality of lights, each of which transmits any one of the plurality of lights to the outside and does not transmit the remaining light to the outside .
상기 복수 개의 선택적 투과 소자 각각은,
광학 특성에 따라 광을 선택적으로 투과시키는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 4,
Each of the plurality of selective transmission elements,
Fourier beam transducer that selectively transmits light according to optical properties.
상기 광학 특성은,
회절 특성을 포함하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 5,
The optical properties,
Fourier beam transducer including diffraction properties.
상기 복수 개의 선택적 투과 소자 중 적어도 두 개는,
그레이팅 구조 및 물질 중 적어도 하나가 서로 다른 퓨리에 빔 변환기.The method of claim 5,
At least two of the plurality of selective transmission elements,
Fourier beam transducers in which at least one of the grating structures and materials are different from each other.
상기 복수 개의 선택적 투과 소자 각각은,
인가되는 전기적 신호에 따라 광을 선택적으로 투과시키거나 투과시키지 않는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 5,
Each of the plurality of selective transmission elements,
Fourier beam converter that selectively transmits or does not transmit light according to an applied electrical signal.
상기 복수 개의 광은 상기 입력 커플러에 서로 다른 입사각으로 입사되는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
A Fourier beam converter in which the plurality of lights are incident on the input coupler at different angles of incidence.
상기 공간 변환부는,
상기 입사각에 기초하여 상기 복수 개의 광을 공간적으로 서로 다른 영역에서 출력하는 퓨리에 빔 변환기.The method of claim 9,
The spatial conversion unit,
Fourier beam converters for outputting the plurality of lights in spatially different regions based on the incident angle.
상기 공간 변환부는,
상기 복수 개의 광 각각을 외부 공간의 서로 다른 위치상에 결상시키는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The spatial conversion unit,
Fourier beam converter for forming each of the plurality of lights onto different positions in an external space.
상기 외부 공간은,
사용자의 동공내 공간인 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 11,
The outer space,
Fourier beam transducer, the space in the user's pupil.
상기 복수 개의 광 각각은
상기 프레임 영상의 부분 영상인 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
Each of the plurality of lights
Fourier beam converter that is a partial image of the frame image.
상기 복수 개의 광 각각은
상기 프레임 영상의 픽셀 영상인 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 13,
Each of the plurality of lights
Fourier beam converter that is a pixel image of the frame image.
상기 공간 변환부에서 출력되는 광의 크기는
상기 입력 커플러에 입사되는 대응하는 광의 크기와 서로 다른 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The size of light output from the spatial conversion unit is
Fourier beam converters having different magnitudes of corresponding light incident on the input coupler.
상기 공간 변환부에서 출력되는 광의 크기는
상기 입력 커플러에 입사되는 대응하는 광의 크기보다 큰 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 15,
The size of light output from the spatial conversion unit is
A Fourier beam converter that is larger than a size of a corresponding light incident on the input coupler.
상기 입력 커플러는,
상기 복수 개의 광 중 제1 광들을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 제1 입력 커플러; 및
상기 복수 개의 광 중 제2 광들을 상기 도파로의 내부로 진행시키는 제2 입력 커플러;를 포함하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 1,
The input coupler,
A first input coupler configured to propagate first rays of the plurality of lights into the waveguide; And
Fourier beam converter comprising a; a second input coupler for advancing second light of the plurality of light to the inside of the waveguide.
상기 제1 광들과 상기 제2 광들이 동기화되어 동일 시간대에 각각 제1 입력 커플러 및 상기 제2 입력 커플러에 입사되는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 17,
A Fourier beam converter in which the first light and the second light are synchronized and incident on the first input coupler and the second input coupler, respectively, at the same time period.
상기 도파로는,
상기 제1 광들이 진행하는 제1 도파로; 및
상기 제2 광들이 진행하는 제2 도파로;를 포함하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 17,
The waveguide,
A first waveguide through which the first lights travel; And
Fourier beam converter comprising a; a second waveguide through which the second light travels.
상기 공간 변환부는,
상기 제1 도파로상에 배치되며, 상기 제1 광들을 서로 다른 영역에서 출력시킴으로써 상기 외부 공간상에 제1 서브 프레임 영상을 결상시키는 제1 공간 변환부; 및
상기 제2 도파로상에 배치되며, 상기 제2 광들을 서로 다른 영역에서 출력시킴으로써 상기 외부 공간상에 제2 서브 프레임 영상을 결상시키는 제1 공간 변환부;를 포함하는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 19,
The spatial conversion unit,
A first spatial conversion unit disposed on the first waveguide and configured to form a first sub-frame image on the external space by outputting the first lights in different regions; And
And a first spatial transform unit disposed on the second waveguide and outputting the second light from different regions to form a second sub-frame image on the external space.
상기 제1 및 제2 서브 프레임 영상은,
상기 외부 공간의 서로 다른 영역상에 결상되는 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 20,
The first and second sub-frame images,
Fourier beam converters formed on different regions of the outer space.
상기 제1 및 제2 서브 프레임 영상은,
동일 프레임 영상의 서로 다른 부분 영상인 퓨리에 빔 변환기. The method of claim 21,
The first and second sub-frame images,
Fourier beam converters that are images of different parts of the same frame image.
상기 복수 개의 광을 상기 퓨리에 빔 변환기로 방출하는 광원;을 포함하는 디스플레이 장치. A Fourier beam transducer according to claim 1; And
And a light source for emitting the plurality of lights to the Fourier beam converter.
상기 퓨리에 빔 변환기에서 출력되는 상기 복수 개의 광을 확장시키는 확장기(Eye Pupil expander);를 더 포함하는 디스플레이 장치. The method of claim 23,
The display device further comprises an expander (Eye Pupil expander) for expanding the plurality of light output from the Fourier beam converter.
상기 확장기는,
현실 환경(reality environment)에 대응하는 광이 투과되는 디스플레이 장치. The method of claim 24,
The expander,
A display device through which light corresponding to a reality environment is transmitted.
상기 퓨리에 빔 변환기 또는 상기 광원에서 방출된 복수 개의 광에 영상 정보를 부가하는 공간 광 변조기;를 더 포함하는 디스플레이 장치. The method of claim 23,
The display apparatus further comprises a spatial light modulator for adding image information to the Fourier beam converter or a plurality of lights emitted from the light source.
상기 퓨리에 빔 변환기에 입사되는 복수 개의 광의 입사각을 조절하는 방향 조절 부재;를 더 포함하는 디스플레이 장치. The method of claim 23,
The display device further comprising a; direction adjusting member for adjusting the incident angle of the plurality of light incident on the Fourier beam converter.
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