KR102761435B1 - Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window - Google Patents
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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.A holographic display device and display method capable of providing an expanded viewing window are disclosed. The disclosed holographic display device may include a light guide plate having an input coupler and an output coupler; a holographic image generator configured to generate a holographic image and provide the generated holographic image to the input coupler of the light guide plate; and an image processor configured to convert a source image based on a point spread function calculated for each pixel of the holographic image in an image plane to compensate for blur of the holographic image output through the output coupler.
Description
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.The disclosed embodiments relate to a holographic display device and a display method, and more particularly, to a holographic display device and a display method capable of providing an expanded viewing window.
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.As a method of implementing 3D images, the glasses method and the glasses-free method are widely commercialized and used. The glasses method includes the polarized glasses method and the shutter glasses method, and the glasses-free method includes the lenticular method and the parallax barrier method. These methods use the binocular parallax of the two eyes, so not only is there a limit to the increase in the number of viewpoints, but the depth perceived by the brain and the focus of the eyes do not match, causing viewers to feel tired.
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.Holographic display methods are gradually becoming practical as a three-dimensional image display method that can provide full parallax while matching the depth perceived by the brain and the focus of the eyes. The holographic display method uses the principle that when a reference light is irradiated onto a hologram pattern that records an interference pattern obtained by interfering the object light reflected from the original object with the reference light, an image of the original object is reproduced by diffracting the reference light. The holographic display method that is currently being practical does not obtain a hologram pattern by directly exposing the original object, but provides a computer-generated hologram (CGH) as an electrical signal to a spatial light modulator. According to the input CGH signal, the spatial light modulator forms a hologram pattern and diffracts the reference light, thereby generating a three-dimensional image.
확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법을 제공한다.A holographic display device and display method capable of providing an expanded viewing window are provided.
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.A holographic display device according to one embodiment may include: a light guide plate having an input coupler and an output coupler; a holographic image generator configured to generate a holographic image and provide the generated holographic image to the input coupler of the light guide plate; and an image processor configured to convert source image data based on a point spread function calculated for each pixel of the holographic image in an image plane to compensate for blur of the holographic image output through the output coupler.
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.The light guide plate includes a first surface and a second surface facing the first surface, and both the input coupler and the output coupler can be disposed on the first surface of the light guide plate.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는, 빛을 방출하는 광원; 및 상기 광원에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기를 포함할 수 있다.The above holographic image generator may include a light source that emits light; and a spatial light modulator that modulates light emitted from the light source to generate a holographic image.
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.For example, the spatial light modulator may be a reflective spatial light modulator that modulates reflected light, and the holographic image generator may further include a beam splitter configured to transmit light emitted from the light source to the spatial light modulator and transmit light reflected from the spatial light modulator to the input coupler.
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.For example, the beam splitter may be a polarizing beam splitter that reflects light having a first linear polarization component and transmits light having a second linear polarization component orthogonal to the first linear polarization component.
또한, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 빔스플리터와 상기 공간 광변조기 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.Additionally, the holographic image generator may further include a quarter wave plate disposed between the beam splitter and the spatial light modulator.
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.The light source may include a first light source emitting light having a first linear polarization component and a second light source emitting light having a second linear polarization component, and the spatial light modulator may include a first spatial light modulator arranged to modulate light reflected from the beam splitter and a second spatial light modulator arranged to modulate light transmitted through the beam splitter.
상기 제 1 공간 광변조기와 상기 제 2 공간 광변조기가 시분할 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다.The first spatial light modulator and the second spatial light modulator can be configured to operate in a time-division manner.
또한, 상기 공간 광변조기는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기일 수도 있다.Additionally, the spatial light modulator may be a transmissive spatial light modulator that modulates the light it transmits.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 공간 광변조기에서 재생된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 포커싱하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.The above holographic image generator may further include a lens for focusing the holographic image reproduced from the spatial light modulator onto the input coupler.
일 실시예에서, 상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리 및 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같을 수 있다.In one embodiment, the distance between the lens and the input coupler and the distance between the lens and the spatial light modulator can be equal to the focal length of the lens.
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.In another embodiment, the distance between the lens and the input coupler may be equal to the focal length of the lens and the distance between the lens and the spatial light modulator may be greater than the focal length of the lens.
또한, 상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 입력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 입력 커플러에 입사하는 빛을 제한하는 공간 필터를 더 포함할 수 있다.Additionally, the holographic image generator may further include a spatial filter positioned facing the input coupler and limiting light incident on the input coupler.
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.In addition, the holographic image generator may further include a spatial filter for removing unwanted image noise and a high-order holographic image generated by the spatial light modulator; a first lens disposed between the spatial light modulator and the spatial filter, the first lens projecting light from the spatial light modulator onto the spatial filter; a second lens relaying a holographic image transmitted through the spatial filter; and a third lens disposed between the second lens and an input coupler of the light guide plate, the third lens projecting a holographic image transmitted from the second lens onto the input coupler.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 출력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 출력 커플러를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상을 상 평면에 투사하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.The above holographic display device may further include a lens that is positioned facing the output coupler and projects a holographic image output through the output coupler onto an image plane.
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.The light guide plate may further include an intermediate coupler disposed in an optical path between the input coupler and the output coupler, wherein the input coupler is configured to allow light input to the input coupler to travel in a first direction within the light guide plate, the intermediate coupler is configured to allow light input to the intermediate coupler to travel in a second direction perpendicular to the first direction within the light guide plate, and the output coupler may be configured to output light input to the output coupler to the outside of the light guide plate in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction.
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.The width of the intermediate coupler along the first direction may be greater than the width of the input coupler along the first direction, and the width of the output coupler along the second direction may be greater than the width of the intermediate coupler along the second direction.
상기 영상 처리기는 상기 변환된 소스 영상 데이터를 기초로 CGH(computer generated hologram)를 계산하여 상기 공간 광변조기에 CGH 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.The above image processor may be configured to calculate a computer generated hologram (CGH) based on the converted source image data and provide a CGH signal to the spatial light modulator.
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.Additionally, the image processor may include a first matrix that is pre-calculated and stored and a second matrix that is pre-calculated, and the image processor may be configured to transform first source image data having first depth information based on the first matrix and transform second source image data having second depth information based on the second matrix.
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.For example, the first matrix and the second matrix can be formed in advance through the steps of: calculating a point spread function for each pixel for the first depth and the second depth based on the first test source image data having the first depth information and the second test source image data having the second depth information to predict a test holographic image to be reproduced on the image plane; comparing the predicted test holographic image for the first depth with the target holographic image for the first depth and calculating corrected first test source image data that minimizes the difference therebetween; comparing the predicted test holographic image for the second depth with the target holographic image for the second depth and calculating corrected second test source image data that minimizes the difference therebetween; calculating a first matrix that converts the first test source image data into the corrected first test source image data; and calculating a second matrix that converts the second test source image data into the corrected first test source image data.
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.In addition, a holographic display method according to another embodiment may include: a step of providing a CGH (computer generated hologram) signal to a spatial light modulator to generate a holographic image; a step of providing the holographic image to an input coupler of a light guide plate; and a step of reproducing the holographic image, which is output through an output coupler of the light guide plate after traveling along an interior of the light guide plate, on an image plane; wherein the step of providing the CGH signal to the spatial light modulator may include a step of converting source image data based on a point spread function calculated for each pixel of the holographic image on an image plane using an image processor to compensate for a blur of the holographic image output through the output coupler, and a step of calculating the CGH based on the converted source image data.
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.According to the disclosed embodiment, light diffracted by the spatial light modulator is transmitted to the inside of the light guide plate using the input coupler of the light guide plate and output to the outside of the light guide plate through the output coupler of the light guide plate. At this time, since the directional component of light incident on the inside of the light guide plate is preserved and output as it is, a holographic image can be reproduced. In particular, a 3D holographic image can be provided to the user with a wide field of view through the output coupler having a large area.
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.In addition, according to the disclosed embodiment, since an optimized CGH (computer generated hologram) is calculated by considering the blur of the holographic image output through the output coupler and the CGH signal is provided to the spatial light modulator, both an expansion of the viewing window and an improvement in the image quality of the holographic image can be achieved.
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.FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to one embodiment.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of a light guide plate of a holographic display device according to one embodiment.
Figure 3 exemplarily shows the depth of a holographic image generated by a holographic image generator.
Figures 4a and 4b exemplarily show the degree of pixel-by-pixel blur according to depth on the image plane of a holographic image output through an output coupler.
Figure 5 conceptually shows the principle of compensating for blur in a holographic image output through an output coupler.
Figure 6 is a block diagram schematically showing a mathematical algorithm for compensating for blur of a holographic image output through an output coupler.
Figure 7 shows an example of a plurality of pre-calculated two-dimensional matrices for changing source image data based on the blur of a holographic image output through an output coupler.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
Fig. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
Figures 14 to 18 illustrate various electronic devices employing holographic display devices according to embodiments.
FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
Fig. 20 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment.
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.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a holographic display device and a display method providing an expanded viewing window will be described in detail. In the drawings below, the same reference numerals denote the same components, and the sizes of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments. In addition, in the layer structure described below, the expression "upper" or "top" may include not only those directly above/below/left/right in contact, but also those above/below/left/right in non-contact.
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.FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to one embodiment. A holographic display device (100) according to one embodiment may include a holographic image generator (130) configured to generate a three-dimensional holographic image, and a light guide plate (120) that transmits the holographic image generated by the holographic image generator (130) to the eye (E) of an observer.
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.The light guide plate (120) may be made of a material that is transparent to visible light so that it can act as an optical waveguide that transmits light. For example, the light guide plate (120) may be made of a material such as glass, PMMA (Poly methyl methacrylate), or PDMS (Polydimethylsiloxane). In addition, the light guide plate (120) may have a flat plate shape. The light guide plate (120) may include a first surface (120a) and a second surface (120b) facing the first surface (120a). An input coupler (121) for guiding incident light obliquely into the interior of the light guide plate (120) and an output coupler (122) for outputting light that travels obliquely in the interior of the light guide plate (120) to the exterior of the light guide plate (120) may be arranged on the first surface (120a). For example, the input coupler (121) may be placed at one edge of the first surface (120a) of the light guide plate (120), and the output coupler (122) may be placed at the other edge of the first surface (120a) of the light guide plate (120).
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.The input coupler (121) is configured to guide light incident in a direction approximately perpendicular to the input coupler (121) obliquely into the interior of the light guide plate (120). For example, the input coupler (121) may be configured to guide light incident on the input coupler (121) within a predetermined incident angle range centered on a direction perpendicular to its surface into the interior of the light guide plate (120). The light guided into the interior of the light guide plate (120) is repeatedly totally reflected at the first surface (120a) and the second surface (120b) of the light guide plate (120) and travels along the interior of the light guide plate (120). The output coupler (122) is configured to output light incident in a direction approximately perpendicular to the output coupler (122) to the exterior of the light guide plate (120). The output coupler (122) can be configured to act only on light incident obliquely on its surface within a predetermined incident angle range, and not on light incident perpendicularly on its surface. In other words, the output coupler (122) can simply act as a transparent plate for light incident perpendicularly on its surface.
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.The input coupler (121) and the output coupler (122) may be formed of a diffractive optical element (DOE) or a holographic optical element (HOE). The diffractive optical element (DOE) includes a plurality of periodic fine grating patterns. The plurality of grating patterns of the diffractive optical element (DOE) act as a diffraction grating to diffract incident light. In particular, depending on the size, height, period, etc. of the grating patterns, the light incident at a specific angle range is diffracted to generate destructive interference and constructive interference, thereby changing the direction of propagation of the light. In addition, the holographic optical element (HOE) includes periodic fine patterns of materials with different refractive indices instead of the grating pattern. The holographic optical element (HOE) has only a difference in configuration from the diffractive optical element (DOE), and the operating principle may be the same as that of the diffractive optical element (DOE).
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.In the configuration of this light guide plate (120), light incident on the input coupler (121) is emitted to the outside of the light guide plate (120) through the output coupler (122). In addition, the directionality of light incident on the input coupler (121) and output through the output coupler (122) can be maintained within the angle range coupled by the input coupler (121). Accordingly, the light guide plate (120) can transmit a holographic image generated by the holographic image generator (130) to the viewer's eye (E).
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.A holographic image generator (130) may include a light source (110) that emits light, a spatial light modulator (113) that modulates the light emitted from the light source (110) to generate a holographic image, a beam splitter (112) that reflects the light emitted from the light source (110) to the spatial light modulator (113) and transmits the light reflected from the spatial light modulator (113), and a lens (114) that focuses the holographic image reproduced from the spatial light modulator (113) onto an input coupler (121) of a light guide plate (120). In addition, the holographic image generator (130) may further include a collimating lens (111) arranged between the light source (110) and the beam splitter (112). The collimating lens (111) serves to convert light emitted and diverged from the light source (110) into parallel light. However, if the light source (110) already emits collimated light, the collimating lens (111) may be omitted. In addition, the holographic image generator (130) may further include an image processor (140) that controls the operation of the spatial light modulator (113) and provides a zero signal to the spatial light modulator (113).
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.In order for the light incident on the spatial light modulator (113) to be diffracted and interfered, the light source (110) may be a coherent light source that emits coherent light. In order to provide light having high coherence, for example, a laser diode (LD) may be used as the light source (110). In addition, the light source (110) may be a light emitting diode (LED). Although the light emitting diode has lower spatial coherence than a laser, if the light has a certain degree of spatial coherence, it can be sufficiently diffracted and modulated by the spatial light modulator (113). In addition to the light emitting diode, any other light source (110) may be used as long as it emits light having spatial coherence.
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.The spatial light modulator (113) can display a hologram pattern according to a hologram data signal provided from an image processor (140), for example, a computer generated hologram (CGH) signal. Light emitted from a light source (110) and incident on the spatial light modulator (113) is diffracted by a hologram pattern displayed on the screen of the spatial light modulator (113), and then a holographic image having a three-dimensional effect can be reproduced by destructive interference and constructive interference. The spatial light modulator (113) may use any of a phase modulator that can perform only phase modulation, an amplitude modulator that can perform only amplitude modulation, and a composite modulator that can perform both phase modulation and amplitude modulation. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the spatial light modulator (113) may be a reflective spatial light modulator that diffracts and modulates incident light while reflecting it. For example, the spatial light modulator (113) may use a liquid crystal on silicon (LCoS), a digital micromirror device (DMD), or a semiconductor modulator.
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.The image processor (140) generates a CGH signal based on source image data containing information of a holographic image to be reproduced and provides the CGH signal to the spatial light modulator (1130). For example, the image processor (140) may perform a Fourier transform, a fast Fourier transform (FFT), an inverse Fourier transform (IFT), an inverse fast Fourier transform (IFFT), etc. on the source image data to generate the CGH signal. In addition, the image processor (140) may be configured to convert the source image data and generate the CGH signal based on the converted source image data in order to improve the image quality of the holographic image incident on the viewer's eye (E) through the output coupler (122) of the light guide plate (120). This will be described in detail later.
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.The beam splitter (112) is configured to reflect light incident from a light source (110) and transmit it to a spatial light modulator (113), and transmit light incident from the spatial light modulator (113) to a lens (114). To this end, the beam splitter (112) is arranged in an optical path between the spatial light modulator (113) and the lens (114), and the light source (110) is arranged on one side of the beam splitter (112). For example, the light source (110) may be positioned facing the first surface (112a) of the beam splitter (112), the spatial light modulator (113) may be positioned facing the second surface (112b) of the beam splitter (112) adjacent to the first surface (112a), and the lens (114) may be positioned facing the third surface (112c) of the beam splitter (112) opposite the second surface (112b).
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.The beam splitter (112) may be, for example, a semi-transmissive mirror that simply reflects half of the incident light and transmits the other half. Alternatively, the beam splitter (112) may be a polarizing beam splitter having polarization selectivity. For example, the beam splitter (112) may be configured to reflect light having a first linear polarization component and transmit light having a second linear polarization component orthogonal to the first linear polarization component. In this case, light having the first linear polarization component among the light emitted from the light source (110) is reflected by the beam splitter (112) and is incident on the spatial light modulator (113), and light having the second linear polarization component is transmitted through the beam splitter (112) and discarded. In addition, the light source (110) may be a polarizing laser that emits only light having the first linear polarization component. Then, all light emitted from the light source (110) can be reflected and incident on the spatial light modulator (113).
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.A quarter-wave plate (115) may be additionally placed between the beam splitter (112) and the spatial light modulator (113). The quarter-wave plate (115) serves to delay the incident light by 1/4 wavelength of the incident light. Therefore, the light of the first linearly polarized component reflected by the beam splitter (112) becomes light having a first circularly polarized component as it passes through the quarter-wave plate (115). Then, the light is reflected in the opposite direction of the incident direction by the spatial light modulator (113) and has a second circularly polarized component. The light having the second circularly polarized component passes through the quarter-wave plate (115) and has a second linearly polarized component and transmits through the beam splitter (112). This quarter-wave plate (115) may be integrally coupled to the surface of the spatial light modulator (113). In this case, the holographic image generator (130) may not include a separate quarter wave plate (115).
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.The lens (114) focuses the holographic image and provides it to the input coupler (121) of the light guide plate (120). The distance between the lens (114) and the input coupler (121) may be equal to the focal length of the lens (114), but is not necessarily limited thereto. When the distance between the lens (114) and the input coupler (121) is equal to the focal length of the lens (114), light having various angles that is diffracted by the spatial light modulator (113) and contains the holographic image can be coupled by the input coupler (121) to the greatest extent possible. The distance between the lens (114) and the spatial light modulator (113) may also be equal to the focal length of the lens (114), but is not necessarily limited thereto. When the distance between the lens (114) and the spatial light modulator (113) is equal to the focal length of the lens (114), a holographic image reproduced on the same plane as the spatial light modulator (113) can be transmitted to the observer's eye (E) without any degradation in image quality.
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.A holographic image modulated and reproduced by a spatial light modulator (113) can be provided to an observer's eye (E) through a lens (114), an input coupler (121) of a light guide plate (120), the inside of the light guide plate (120), and an output coupler (122) of the light guide plate (120). Since the light output through the output coupler (122) preserves the directional component of the light incident on the input coupler (121) as it is, a holographic image can be seen by the observer's eye (E). In particular, according to the present embodiment, since the width (W2) of the output coupler (122) is larger than the width (W1) of the input coupler (121), a viewing window through which an observer can view a holographic image can be expanded. For example, as illustrated in Fig. 1, the observer's eye (E) does not need to be fixed at a specific point, and the holographic image can be sufficiently viewed as long as the observer's eye (E) is positioned within the range of the width (W2) of the output coupler (122).
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.In addition, since the output coupler (122) acts as a diffraction grating only for light incident obliquely on its surface and directly transmits light incident vertically, the holographic display device (100) according to the present embodiment can be applied to implement augmented reality (AR) or mixed reality (MR). In this case, the holographic display device (100) according to the present embodiment can be a near-eye AR display device. For example, the holographic image (IMG1) reproduced by the spatial light modulator (113) and the external image (IMG2) containing the external scene that vertically transmits the output coupler (122) can be viewed together in the viewer's eye (E).
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.FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of a light guide plate (120) of a holographic display device (100) according to one embodiment. Referring to FIG. 2, the light guide plate (120) may further include an intermediate coupler (123) arranged in an optical path between an input coupler (121) and an output coupler (122). The intermediate coupler (123) is arranged in the +y direction with respect to the input coupler (121), and the output coupler (122) is arranged in the -z direction with respect to the intermediate coupler (123). In this case, the input coupler (121) may be configured so that light incident on the input coupler (121) travels in the +y direction inside the light guide plate (120). In addition, the intermediate coupler (123) may be configured so that light incident on the intermediate coupler (123) travels in the -z direction perpendicular to the +y direction inside the light guide plate (120). Accordingly, the direction of light propagation inside the light guide plate (120) is bent by about 90 degrees by the intermediate coupler (123). The output coupler (122) can be configured to output light incident on the output coupler (122) to the outside of the light guide plate (120) in the +x direction perpendicular to the +y direction and the -z direction.
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.The intermediate coupler (123) serves to expand the field of view in the +y direction. For this purpose, the width (W2) of the intermediate coupler (123) along the +y direction may be larger than the width (W1) of the input coupler (121) along the +y direction. The width (W3) of the intermediate coupler (123) along the -z direction is the same as the width (W3) of the input coupler (121) along the -z direction. The output coupler (122) serves to expand the field of view in the -z direction. For this purpose, the width (W4) of the output coupler (122) along the -z direction is larger than the width (W3) of the intermediate coupler (123) along the -z direction. In addition, the width (W2) of the output coupler (122) along the +y direction is the same as the width (W2) of the intermediate coupler (123) along the +y direction. Therefore, the field of view can be expanded in two directions perpendicular to each other to become wider.
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.Meanwhile, since the three-dimensional holographic image generated by the holographic image generator (130) has various depths, the viewer can feel a three-dimensional effect. For example, FIG. 3 exemplarily shows the depths of the holographic image generated by the holographic image generator (130). Referring to FIG. 3, the holographic image can have various depths (-dn, ..., -d1, d0, d1, d2, d3, ..., dn) based on the plane of the spatial light modulator (113). The depth of the holographic image can be determined by the diffraction pattern displayed by the spatial light modulator (113) based on the CGH signal provided from the image processor (140).
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.However, if a light guide plate (120) is interposed between the spatial light modulator (113) and the observer's eye (E), and the distance between the spatial light modulator (113) and the observer's eye (E) increases, the degree to which the point of light constituting the holographic image is diffused varies depending on the depth, which may cause a deterioration in image quality. In addition, additional deterioration in image quality may occur due to repeated reflection within the light guide plate (120) and diffraction at the input coupler (121) and the output coupler (122). For example, if the spatial light modulator (113) is positioned at the focal length of the lens (114), an image at the same depth (d0) as the plane of the spatial light modulator (113) can be transmitted to the observer's eye (E) with almost no deterioration in image quality. However, as the distance from the spatial light modulator (113) increases, the degree to which light is diffused increases, which may cause a greater deterioration in image quality.
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.For example, FIGS. 4A and 4B exemplarily show the degree of blur per pixel according to depth on an image plane of a holographic image output through an output coupler (122). Here, the image plane may be, for example, the retina of an observer's eye (E). First, FIG. 4A shows a state in which a two-dimensional image of the same depth (d0) as the plane of a spatial light modulator (113) is transmitted to the retina of the observer's eye (E). In FIG. 4A, P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 21 , P 31 , and P 41 represent two-dimensional pixel arrays of the targeted holographic image at the depth d0 . And, S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 represent spots of light actually transmitted to the retina of the observer's eye (E) through the lens (114) and the light guide plate (120). Referring to FIG. 4a, in the case of an image at the same depth (d0) as the plane of the spatial light modulator (113), the spots of light (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) transmitted to the retina of the observer's eye (E) coincide with the pixels (P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 21 , P 31 , P 41 ) of the target holographic image. Therefore, when the spatial light modulator (113) is positioned at the focal length of the lens (114), an image at the same depth (d0) as the plane of the spatial light modulator (113) can be transmitted to the retina of the observer's eye (E) without any degradation in image quality.
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.In addition, Fig. 4b shows a state in which a two-dimensional image of a depth (d1) different from the plane of the spatial light modulator (113) is transmitted to the retina of the observer's eye (E). Referring to FIG. 4b, in the case of an image at a different depth (-dn, ..., -d1, d1, d2, d3, ..., dn) from the plane of the spatial light modulator (113), the spots of light (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) transmitted to the retina of the observer's eye (E) are diffused, and the sizes of the spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) become larger than the pixels (P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 21 , P 31 , P 41 ) of the target holographic image . Due to this, adjacent spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) overlap in one pixel (P 11 , P 12 , P 13 , P 14 , P 21 , P 31 , P 41 ). Therefore, when the spatial light modulator (113) is positioned at the focal length of the lens (114), images at different depths (-dn, ..., -d1, d1, d2, d3, ..., dn) from the plane of the spatial light modulator (113) may have their image quality deteriorated while being transmitted to the retina of the observer's eye (E). And, as the depth of the holographic image gets farther from the focal length of the lens (114), the spots of light (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) transmitted to the retina of the observer's eye (E) spread more. Furthermore, the extent to which these spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) spread may vary depending on the two-dimensional positions of the spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) even within the same depth.
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.Accordingly, the blur of the holographic image output through the output coupler (122) can be compensated by considering the degree of diffusion of the spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ) according to the depth of the holographic image and the two-dimensional positions of the spots (S 11 , S 12 , S 13 , S 14 , S 21 , S 31 , S 41 ). In other words, by calculating the point spread function for each depth and pixel of the holographic image transmitted to the retina of the observer's eye (E) and converting the source image data based on the calculated point spread function, the blur of the holographic image transmitted to the retina of the observer's eye (E) can be compensated for, thereby providing a clear holographic image to the observer.
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.For example, FIG. 5 conceptually shows a principle of compensating for blur of a holographic image output through an output coupler (122). Referring to FIG. 5, all spots of light (p 1 , p 2 , ..., p 3 ) transmitted along the x direction on the retina of an observer's eye (E) are added. Then, the source image data can be transformed so that the result becomes the minimum with respect to the target holographic image I(x) on the retina of the observer's eye (E). Although FIG. 5 simply illustrates one-dimensionally, the calculation is actually performed two-dimensionally. For example, all spots of light transmitted along the x and y directions on the retina of an observer's eye (E) are added, and the source image data can be transformed so that the result becomes the minimum with respect to the target holographic image I(x, y) on the retina of the observer's eye (E). Then, the above-described process can be individually performed for each of all depths. Then, the image quality of the holographic image formed on the retina of the observer's eye (E) can be improved regardless of the depth. All of these processes can be performed by the image processor (140).
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.In addition, FIG. 6 is a block diagram schematically showing a mathematical algorithm for compensating for blur of a holographic image output through an output coupler (122). Referring to FIG. 6, light constituting a holographic image of a certain depth generated by a spatial light modulator (113) can be mathematically expressed as a plurality of complex wave fields having a complex number form having both phase information and intensity information. Then, a point spread function can be applied to a plurality of complex wave fields to calculate a complex wave field transmitted to the retina of an observer's eye (E). Then, by combining the calculated complex wave field data, the complex pixel value of the holographic image formed on the retina of the observer's eye (E) can be obtained for each pixel.
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.Thereafter, the real part information and the imaginary part information of the target holographic image to be reproduced, the real part and the imaginary part information of the complex pixel value of the holographic image formed on the retina of the observer's eye (E), can be compared pixel by pixel. And based on the comparison result, the complex wave fields of the optimized holographic image generated by the spatial light modulator (113) so as to minimize the difference between the holographic image actually formed on the retina of the observer's eye (E) and the target holographic image can be obtained. The image processor (140) can convert the source image data based on the complex wave fields of the optimized holographic image, calculate the CGH signal using the converted source image data, and provide the CGH signal generated in this way to the spatial light modulator (113).
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.Meanwhile, if the optical characteristics of the lens (114), the light guide plate (120), the input coupler (121), and the output coupler (122) are fixed, the depth-wise and pixel-wise diffusion degree of the light transmitted onto the retina of the observer's eye (E) is always maintained constant. Therefore, there is a constant depth-wise and pixel-wise relationship between the source image data converted to provide improved image quality and the original source image data. If this relationship is calculated in advance and stored, the image processor (140) can convert the original source image data using the pre-calculated and stored relationship without having to perform complex operations each time.
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.This relationship between the transformed source image data and the original source image data to provide improved image quality can be stored in the form of a two-dimensional matrix pre-calculated for each depth. For example, FIG. 7 illustrates a plurality of pre-calculated two-dimensional matrices for each depth to change the source image data based on the blur of the holographic image output through the output coupler (122). Referring to FIG. 7, a plurality of two-dimensional matrices (M1, M2, ...., Mn) can be pre-calculated and then stored to transform the original source image data of the corresponding depth, respectively. Each of the two-dimensional matrices (M1, M2, ...., Mn) has pre-calculated transformation information for each pixel. A plurality of two-dimensional matrices (M1, M2, ...., Mn) may be stored in an unillustrated memory of an image processor (140), and the image processor (140) may convert original source image data by referring to the plurality of two-dimensional matrices (M1, M2, ...., Mn), and then generate a CGH using the converted source image data. For example, the image processor (140) may convert first source image data having first depth information based on a first matrix (M1), and may convert second source image data having second depth information based on a second matrix (M2).
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.A plurality of two-dimensional matrices (M1, M2, ...., Mn) can be obtained in the manner described with reference to FIGS. 5 and 6. For example, based on a plurality of original test source image data having a plurality of depth information, a point spread function can be calculated for each depth and each pixel for each depth, so as to predict a test holographic image to be reproduced on an image plane, for example, on the retina of an observer's eye (E). Then, the predicted test holographic image for each depth can be compared with a target holographic image for each depth, and corrected depth-specific test source image data that minimizes the difference therebetween can be calculated. For example, the predicted test holographic image for a first depth can be compared with the target holographic image for the first depth, and the corrected first test source image data for the first depth that minimizes the difference therebetween can be calculated. In addition, the predicted test holographic image for a second depth can be compared with the target holographic image for the second depth, and the corrected second test source image data for the second depth that minimizes the difference therebetween can be calculated.
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.Thereafter, by comparing the original test source image data for each depth with the corrected test source image data for each depth, a plurality of two-dimensional matrices (M1, M2, ..., Mn) for converting the original test source image data for each depth into the corrected test source image data for each depth can be calculated for each depth. For example, a first matrix (M1) for converting the original test source image data for a first depth into the corrected test source image data for the first depth can be calculated, and a second matrix (M2) for converting the original test source image data for a second depth into the corrected test source image data for the second depth can be calculated.
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.According to the embodiments described above, since a CGH optimized to compensate for blur of a holographic image output through an output coupler (122) is calculated and a CGH signal is provided to a spatial light modulator (113), it is possible to achieve both expansion of the viewing window and improvement in the image quality of the holographic image.
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.FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment. In the holographic display device (200) illustrated in FIG. 8, the beam splitter (112) may be configured to transmit light emitted from a light source (110) and reflect light reflected from a spatial light modulator (113). To this end, the light source (110) may be arranged to face a first surface (112a) of the beam splitter (112), and the spatial light modulator (113) may be arranged to face a fourth surface (112d) of the beam splitter (112) that faces the first surface (112a). The beam splitter (112) may be configured to transmit light having a first linearly polarized component and reflect light having a second linearly polarized component orthogonal to the first linearly polarized component. The light source (110) may be a polarizing laser that emits only light having a first linear polarization component. The remaining configuration of the holographic display device (200) except for the arrangement position of the spatial light modulator (113) may be the same as the configuration of the holographic display device (100) illustrated in FIG. 1.
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.FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment. Referring to FIG. 9, the holographic display device (300) may further include a spatial filter (116) that is positioned facing the input coupler (121) of the light guide plate (120) and restricts light incident on the input coupler (121). The remaining configuration of the holographic display device (300) excluding the spatial filter (116) may be the same as the configuration of the holographic display device (100) illustrated in FIG. 1.
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.A spatial filter (116) may be arranged closer to the input coupler (121) between the lens (114) and the input coupler (121). The spatial filter (116) may have a small opening (116a) through which light passes. The spatial filter (116) may be arranged such that the center of the opening (116a) is on the optical axis of the lens (114). Since the light passes only through the small opening (116a) of the spatial filter (116) and enters the input coupler (121), light having a large diffraction angle among the light diffracted by the spatial light modulator (113) may be blocked by the spatial filter (116). Accordingly, since the diffusion of light passing through the light guide plate (120) and reaching the pupil of the observer's eye (E) is suppressed, the image quality of the holographic image may be improved.
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.When using a spatial filter (116), depth information of a holographic image is lost, so the three-dimensional effect may be reduced. Therefore, the spatial filter (116) may be used when displaying subtitles, etc., for which three-dimensional effect is not important. To this end, the spatial filter (116) may be configured to be interposed in the optical path between the lens (114) and the input coupler (121) or removed from the optical path between the lens (114) and the input coupler (121) as needed. Alternatively, the spatial filter (116) may be configured in the form of a variable aperture in which the diameter of the opening (116a) changes as needed.
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.FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment. In the holographic display device (400) illustrated in FIG. 10, the distance between the spatial light modulator (113) and the lens (114) is greater than the focal length of the lens (114). The remaining configuration of the holographic display device (400) excluding the distance between the spatial light modulator (113) and the lens (114) may be the same as the configuration of the holographic display device (100) illustrated in FIG. 1. When the distance between the spatial light modulator (113) and the lens (114) is greater than the focal length of the lens (114), a clear image without image quality degradation is provided to the viewer when the depth of the holographic image reproduced by the spatial light modulator (113) is located at the focal length of the lens (114). In this case, the viewer sees the image as if it were located at an infinite distance.
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.In addition, the image quality improvement method described in FIGS. 5 to 7 can be applied as is to the holographic display device (400) illustrated in FIG. 10. However, in the embodiment illustrated in FIG. 10, since the plane of the spatial light modulator (113) does not match the focal length of the lens (114), the reference depth without image quality deterioration is not the same plane as the spatial light modulator (113). Therefore, only the relative depth between the plane of the spatial light modulator (113) and the holographic image reproduced by the spatial light modulator (113) becomes different from the embodiment illustrated in FIG. 1.
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.FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device (500) according to another embodiment. Referring to FIG. 11, the holographic display device (500) according to the present embodiment may include two spatial light modulators (113a, 113b). For example, the first spatial light modulator (113a) may be arranged to face the second surface (112b) of the beam splitter (112), and the second spatial light modulator (113b) may be arranged to face the fourth surface (112d) of the beam splitter (112). The first and second spatial light modulators (113a, 113b) may operate simultaneously or alternately in a time-division manner, as necessary. When two spatial light modulators (113a, 113b) are used, it is possible to provide a holographic image with rich depth that is difficult to provide with only one spatial light modulator, or to provide independent and separate images simultaneously or alternately in a time-division manner.
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.In addition, the holographic display device (500) may further include a first 1/4 wave plate (115a) disposed between the first spatial light modulator (113a) and the beam splitter (112) and a second 1/4 wave plate (115b) disposed between the second spatial light modulator (113b) and the beam splitter (112). The first 1/4 wave plate (115a) and the second 1/4 wave plate (115b) may be integrally bonded to the surfaces of the first spatial light modulator (113a) and the second spatial light modulator (113b), respectively. In this case, the first 1/4 wave plate (115a) and the second 1/4 wave plate (115b) may be omitted.
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.The beam splitter (112) may be configured to reflect light having a first linear polarization component and transmit light having a second linear polarization component orthogonal to the first linear polarization component. In this case, the light source (110) may be configured to emit light having all polarization components. Alternatively, the light source (110) may include a first light source (110a) that emits only light having the first linear polarization component and a second light source (110b) that emits only light having the second linear polarization component.
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.Among the light emitted from the light source (110), the light having the first linear polarization component is reflected from the beam splitter (112) and is reflected and modulated by the first spatial light modulator (113a). Then, the first linear polarization component is changed into the second linear polarization component while passing through the first 1/4 wave plate (115a) twice. Accordingly, the light reflected and modulated by the first spatial light modulator (113a) passes through the beam splitter (112) and enters the lens (114). In addition, among the light emitted from the light source (110), the light having the second linear polarization component passes through the beam splitter (112) and is reflected and modulated by the second spatial light modulator (113b). After that, the second linear polarization component changes into the first linear polarization component as it passes through the second 1/4 wave plate (115b) twice. Accordingly, the light reflected and modulated by the second spatial light modulator (113b) is reflected from the beam splitter (112) and enters the lens (114).
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.So far, the spatial light modulators (113, 113a, 113b) have been described as being reflective, but a transmissive spatial light modulator that modulates the transmitted light may also be used. For example, FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device (600) according to another embodiment. Referring to FIG. 6, the holographic display device (600) may include a light guide plate (120) having an input coupler (121) and an output coupler (122), a light source (110), a collimating lens (111), a spatial light modulator (113'), and a lens (114). The light source (110), the collimating lens (111), the spatial light modulator (113'), and the lens (114) may be sequentially arranged along the direction of light propagation, facing the input coupler (121) of the light guide plate (120). Here, the spatial light modulator (113') is a transmissive spatial light modulator that modulates the transmitted light. For example, the spatial light modulator (113') may use a semiconductor modulator based on a compound semiconductor such as GaAs, or an LCD (liquid crystal device). When a transmissive spatial light modulator (113') is used, the beam splitter (112) can be omitted, so the configuration of the optical system can be simplified.
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.In addition, FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device (700) according to another embodiment. Referring to FIG. 13, the holographic display device (700) may further include two lenses (118, 119) and a spatial filter (116) arranged in an optical path between a beam splitter (112) and a lens (114) compared to the holographic display device (100) illustrated in FIG. 1. The two lenses (118, 119) may have the same focal length, and the focal lengths of the lenses (118, 119) and the focal lengths of the lens (114) may be the same or different from each other. The distance between the lens (119) and the spatial light modulator (113) is equal to the focal length of the lens (119), and the distance between the lens (119) and the lens (118) is equal to the focal length of the lenses (118, 119). And, the distance between the lens (118) and the lens (114) is equal to the sum of the focal length of the lens (118) and the focal length of the lens (114). The distance between the lens (114) and the input coupler (121) is equal to the focal length of the lens (114).
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.The spatial filter (116) may be placed in the optical path between the lens (118) and the lens (119). For example, the spatial filter (116) may be placed at the center between the lens (118) and the lens (119). The lens (119) placed between the spatial light modulator (113) and the spatial filter (116) projects light from a point of the spatial light modulator (113) onto the spatial filter (116). The spatial filter (116) removes unwanted image noise and high-order holographic images generated by the spatial light modulator (113) and transmits only the desired holographic images. The lens (118) relays a holographic image transmitted through the spatial filter (116) to the lens (114), and the lens (114) positioned between the lens (118) and the input coupler (121) projects the holographic image transmitted from the lens (118) onto the input coupler (121).
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.In general, the spatial light modulator (113) includes an array of a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and the physical pixel array of the spatial light modulator (113) acts as a diffraction grating that diffracts light incident from a light source (110). Therefore, the light incident from the light source (110) is diffracted not only by the holographic pattern displayed by the spatial light modulator (113) but also by the regular diffraction grating formed by the pixel array of the spatial light modulator (113). The light diffracted by the holographic pattern displayed by the spatial light modulator (113) forms a holographic image, while the light diffracted by the pixel array of the spatial light modulator (113) forms regular lattice points. These regular lattice points become image noise that makes it uncomfortable to view the holographic image. In addition, the holographic image includes a first-order holographic image formed by the first-order diffracted light by the holographic pattern displayed by the spatial light modulator (113) and a higher-order holographic image formed by the second-order or higher-order diffracted light. In addition, there is also noise generated by light that is not diffracted by the spatial light modulator (113). In order to prevent these numerous noises from being visible to the viewer, the holographic image can be reproduced by avoiding numerous noises through an off-axis method.
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.According to the axial bias method, the spatial filter (116) can be arranged to pass only the first-order holographic image. For example, the spatial filter (116) can be arranged so that the opening (116a) of the spatial filter (116) in the optical path between the lens (118) and the lens (119) matches the path of the first-order holographic image. Depending on the path of the first-order holographic image, the center of the opening (116a) can be located on the optical axis of the lens (118, 119) or can be located off the optical axis of the lens (118, 119). Then, the higher-order holographic image and other noise components that proceed along a different path from the first-order holographic image can be removed.
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.As described above, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) can be applied to implement augmented reality or mixed reality. For example, FIGS. 14 to 18 illustrate various electronic devices employing the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) according to the embodiments described above. As illustrated in FIGS. 14 to 16, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) can configure a wearable device. In other words, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) can be applied to a wearable device. For example, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) can be applied to a head mounted display (HMD). In addition, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) can be applied to a glasses-type display, a goggle-type display, etc. The wearable electronic devices illustrated in FIGS. 14 to 16 can also be operated in conjunction with a smart phone. These holographic display devices (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) may be head-mounted, glasses-type or goggle-type virtual reality (VR) display devices, augmented reality (AR) display devices, or mixed reality (MR) display devices that can provide virtual reality or provide virtual images and external real images together.
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.In addition, as illustrated in FIGS. 17 and 18, the holographic display device (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) may also be applied to a mobile device such as a tablet or a smartphone. In this case, the output coupler (122) may be arranged on part or the entire screen on the front of the tablet or smartphone. Then, the user can view the holographic image through the screen of the tablet or smartphone.
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.In addition, the holographic display device can be applied not only to a glasses-type display structure but also to a projection-type display structure. For example, FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment. Referring to FIG. 19, the holographic display device (800) can include a light guide plate (120) having an input coupler (121) and an output coupler (122), a light source (110) that emits light, a spatial light modulator (113) that modulates light emitted from the light source (110) to generate a holographic image, a beam splitter (112) arranged to face the input coupler (121), and a lens (117) arranged to face the output coupler (122).
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.The beam splitter (112) is configured to reflect light emitted from a light source (110) to a spatial light modulator (113) and transmit the light reflected from the spatial light modulator (113). The light reflected from the spatial light modulator (113) transmits the beam splitter (112) and enters the input coupler (121). Then, the light is guided obliquely into the interior of the light guide plate (120) by the input coupler (121) and travels through the interior of the light guide plate (120). Then, the light is output to the outside of the light guide plate (120) by the output coupler (122). The light output by the output coupler (122) is focused into the space outside the light guide plate (120) through the lens (117). Therefore, the lens (117) is a projection lens for projecting a holographic image. According to this embodiment, since the image output over a wide area by the output coupler (122) having a wide area is focused by the lens (117), the viewing angle of the holographic image can be increased.
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.In addition, FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of a holographic display device according to another embodiment. Referring to FIG. 20, a holographic display device (900) according to another embodiment may include a light guide plate (120) having an input coupler (121) and an output coupler (122), a light source (110), a collimating lens (111), a spatial light modulator (113'), and a lens (117). The light source (110), the collimating lens (111), and the spatial light modulator (113') may be sequentially arranged along the direction of light propagation while facing the input coupler (121) of the light guide plate (120). Here, the spatial light modulator (113') is a transmissive spatial light modulator that modulates transmitted light. In addition, the lens (117) is arranged facing the output coupler (122) and focuses the light output by the output coupler (122) into the space outside the light guide plate (120). Compared to the holographic display device (800) illustrated in FIG. 19, the holographic display device (900) illustrated in FIG. 20 differs in that it uses a transmissive spatial light modulator (113') instead of a reflective spatial light modulator (113).
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.The holographic display device (800, 900) illustrated in FIGS. 19 and 20 described above can be applied to mobile devices such as tablets or smartphones illustrated in FIGS. 17 and 18.
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.The holographic display device and display method providing the expanded viewing window described above have been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the rights is indicated by the claims, not the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the rights.
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 처리기100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900.....Holographic display device
110, 110a, 110b.....
112.....
114, 117, 118, 119.....
116.....
121.....
123.....
140.....Image Processor
Claims (24)
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 포함하고,
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.A light guide plate having an input coupler and an output coupler;
A holographic image generator configured to generate a holographic image and provide the same to an input coupler of the light guide plate; and
In order to compensate for the blur of the holographic image output through the above output coupler, an image processor configured to convert source image data based on a point spread function calculated for each pixel of the holographic image in an image plane is included;
The image processor comprises a first matrix that is pre-calculated and stored and a second matrix that is pre-calculated,
A holographic display device, wherein the image processor is configured to transform first source image data having first depth information based on the first matrix and to transform second source image data having second depth information based on the second matrix.
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.In paragraph 1,
A holographic display device, wherein the light guide plate includes a first surface and a second surface facing the first surface, and both the input coupler and the output coupler are disposed on the first surface of the light guide plate.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는:
빛을 방출하는 광원; 및
상기 광원에서 방출된 빛을 변조하여 홀로그래픽 영상을 생성하는 공간 광변조기를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.In paragraph 1,
The above holographic image generator:
a light source that emits light; and
A holographic display device including a spatial light modulator that modulates light emitted from the light source to generate a holographic image.
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.In the third paragraph,
The above spatial light modulator is a reflective spatial light modulator that modulates reflected light.
A holographic display device, wherein the holographic image generator further includes a beam splitter configured to transmit light emitted from the light source to the spatial light modulator and transmit light reflected from the spatial light modulator to the input coupler.
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.In paragraph 4,
A holographic display device wherein the above beam splitter is a polarizing beam splitter that reflects light having a first linear polarization component and transmits light having a second linear polarization component orthogonal to the first linear polarization component.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 빔스플리터와 상기 공간 광변조기 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.In paragraph 5,
A holographic display device, wherein the holographic image generator further includes a quarter wave plate disposed between the beam splitter and the spatial light modulator.
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.In paragraph 5,
The light source includes a first light source emitting light having a first linearly polarized component and a second light source emitting light having a second linearly polarized component,
A holographic display device, wherein the spatial light modulator comprises a first spatial light modulator arranged to modulate light reflected from the beam splitter and a second spatial light modulator arranged to modulate light transmitted through the beam splitter.
상기 제 1 공간 광변조기와 상기 제 2 공간 광변조기가 시분할 방식으로 동작하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.In paragraph 7,
A holographic display device in which the first spatial light modulator and the second spatial light modulator are configured to operate in a time-division manner.
상기 공간 광변조기는 투과하는 빛을 변조하는 투과형 공간 광변조기인 홀로그래픽 디스플레이 장치.In the third paragraph,
The above spatial light modulator is a holographic display device that is a transmissive spatial light modulator that modulates the light that passes through it.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 공간 광변조기에서 재생된 홀로그래픽 영상을 상기 입력 커플러에 포커싱하는 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.In the third paragraph,
A holographic display device, wherein the holographic image generator further includes a lens for focusing the holographic image reproduced from the spatial light modulator onto the input coupler.
상기 렌즈와 상기 입력 커플러 사이의 거리 및 상기 렌즈와 상기 공간 광변조기 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점거리와 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치.In Article 10,
A holographic display device wherein the distance between the lens and the input coupler and the distance between the lens and the spatial light modulator are equal to the focal length of the lens.
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.In Article 10,
A holographic display device wherein the distance between the lens and the input coupler is equal to the focal length of the lens and the distance between the lens and the spatial light modulator is greater than the focal length of the lens.
상기 홀로그래픽 영상 생성기는 상기 입력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 입력 커플러에 입사하는 빛을 제한하는 공간 필터를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.In the third paragraph,
A holographic display device, wherein the holographic image generator is positioned facing the input coupler and further includes a spatial filter that limits light incident on the input coupler.
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.In the third paragraph,
The above holographic image generator:
A spatial filter for removing unwanted image noise and high-order holographic images generated by the above spatial light modulator;
A first lens disposed between the spatial light modulator and the spatial filter, the first lens projecting light from the spatial light modulator onto the spatial filter;
A second lens for relaying a holographic image passing through the above spatial filter; and
A holographic display device further comprising a third lens, the third lens being positioned between the second lens and the input coupler of the light guide plate, and projecting a holographic image transmitted from the second lens onto the input coupler.
상기 출력 커플러에 마주하여 배치되며 상기 출력 커플러를 통해 출력되는 홀로그래픽 영상을 상 평면에 투사하는 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.In paragraph 1,
A holographic display device further comprising a lens that is arranged facing the output coupler and projects a holographic image output through the output coupler onto an image plane.
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.In paragraph 1,
The above light guide plate further includes an intermediate coupler arranged in the optical path between the input coupler and the output coupler,
A holographic display device, wherein the input coupler is configured to allow light input to the input coupler to travel in a first direction within the light guide plate, the intermediate coupler is configured to allow light input to the intermediate coupler to travel in a second direction perpendicular to the first direction within the light guide plate, and the output coupler is configured to output light input to the output coupler to the outside of the light guide plate in a third direction perpendicular to the first and second directions.
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.In Article 16,
A holographic display device, wherein the width of the intermediate coupler along the first direction is greater than the width of the input coupler along the first direction, and the width of the output coupler along the second direction is greater than the width of the intermediate coupler along the second direction.
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.In the third paragraph,
A holographic display device, wherein the image processor is configured to calculate a computer generated hologram (CGH) based on the converted source image data and provide a CGH signal to the spatial light modulator.
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.In paragraph 1,
The first matrix and the second matrix are:
A step of predicting a test holographic image to be reproduced on an image plane by calculating a point spread function for each pixel for the first depth and the second depth based on first test source image data having first depth information and second test source image data having second depth information;
A step of comparing a predicted test holographic image for a first depth with a target holographic image for the first depth, and calculating a corrected first test source image data that minimizes the difference;
A step of comparing a predicted test holographic image for a second depth with a target holographic image for a second depth, and calculating a corrected second test source image data that minimizes the difference;
A step of calculating a first matrix for converting the first test source image data into the corrected first test source image data; and
A holographic display device formed in advance through a step of calculating a second matrix that converts the second test source image data into the corrected first test source image data.
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 포함하고,
상기 영상 처리기는 미리 계산하여 저장된 제 1 매트릭스 및 미리 계산된 제 2 매트릭스를 포함하며,
상기 소스 영상 데이터를 변환하는 단계는:
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.A step of generating a holographic image by providing a CGH (computer generated hologram) signal to a spatial light modulator;
A step of providing the above holographic image to an input coupler of a light guide plate; and
A step of reproducing a holographic image output through an output coupler of the light guide plate after proceeding along the interior of the light guide plate on an image plane;
The step of providing a CGH signal to the above spatial light modulator is:
In order to compensate for the blur of the holographic image output through the above output coupler, a step of converting the source image data based on the point spread function calculated for each pixel of the holographic image on the image plane using an image processor, and
Comprising a step of calculating CGH based on the converted source image data,
The image processor comprises a first matrix that is pre-calculated and stored and a second matrix that is pre-calculated,
The steps for converting the above source image data are:
A step of converting first source image data having first depth information based on the first matrix, and
A holographic display method further comprising the step of converting second source image data having second depth information based on the second matrix.
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.In Article 21,
The first matrix and the second matrix are:
A step of predicting a test holographic image to be reproduced on an image plane by calculating a point spread function for each pixel for the first depth and the second depth based on first test source image data having first depth information and second test source image data having second depth information;
A step of comparing a predicted test holographic image for a first depth with a target holographic image for the first depth, and calculating a corrected first test source image data that minimizes the difference between them;
A step of comparing a predicted test holographic image for a second depth with a target holographic image for a second depth, and calculating a corrected second test source image data that minimizes the difference;
A step of calculating a first matrix for converting the first test source image data into the corrected first test source image data; and
A holographic display method formed in advance through a step of calculating a second matrix that transforms the second test source image data into the corrected first test source image data.
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Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20241024 |
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PG1601 | Publication of registration |