KR20160066942A - Apparatus and method for manufacturing Holographic Optical Element - Google Patents
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Abstract
광 조사부; 광 조사부로부터의 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter); 참조빔을 홀로그램 기록 매체(holographic material)에 조사하는 참조빔 광학계; 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array); 및 신호빔을 렌즈 어레이에 조사하는 신호빔 광학계;를 포함하고, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 홀로그램 기록 매체에 기록되는, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 장치 및 방법을 제공한다.A light irradiation unit; A beam splitter for separating the laser beam from the light irradiating unit into a signal beam and a reference beam; A reference beam optical system for irradiating the reference beam to a holographic material; A lens array including a plurality of elemental lenses; And a signal beam optical system for irradiating the signal beam to the lens array, wherein an interference fringe of the signal beam modulated through the reference beam and the lens array is recorded in the hologram recording medium do.
Description
본 개시는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 요소 렌즈(elemental lenses)들을 포함하는 렌즈 어레이(lens array)의 광학적 특성을 홀로그래픽 광학 소자에 기록하는 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present disclosure relates to a method and apparatus for manufacturing a holographic optical element and, more particularly, to a method of recording the optical characteristics of a lens array including a plurality of elemental lenses in a holographic optical element And apparatus.
최근, 영화, 게임, 광고, 의료영상, 교육, 군사 등 여러 분야에서, 보다 사실적이고 효과적으로 영상을 표현할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치가 크게 요구되고 있다. 이에 따라 3차원 영상을 표시하기 위한 다양한 기술이 제안되고 있으며, 다양한 3차원 영상 디스플레이 장치가 이미 상용화되어 있다. Recently, there has been a great demand for a three-dimensional image display device capable of realizing images more effectively and effectively in various fields such as movies, games, advertisements, medical images, education, and military. Accordingly, various techniques for displaying three-dimensional images have been proposed, and various types of three-dimensional image display devices have already been commercialized.
3차원 영상 디스플레이 장치에는 예를 들어 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 또한, 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식 중에서 스테레오스코피(stereoscopy) 방식에는 다수의 실린드리컬 렌즈 어레이를 이용하는 렌티큘러 방식과 다수의 배리어와 개구를 갖는 패럴랙스 배리어 방식이 있다. For example, the three-dimensional image display device includes a spectacle method and a non-spectacle method. In the stereoscopic method, there are a lenticular method using a plurality of cylindrical lens arrays and a parallax barrier method having a plurality of openings and openings. have.
뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식으로서 홀로그램 방식과 집적 영상 방식이 제안되고 있다. A hologram method and an integrated image method have been proposed as a three-dimensional image display method in which the depth perception recognized by the brain matches the focal point of the eye and can provide full parallax.
홀로그램(hologram)이란, 광파가 기록된 매체로서 광파의 세기와 위상 정보를 저장하고 있다. 보통의 사진이 세기 정보만을 기록하고 있는데 반해, 홀로그램의 경우 세기와 위상을 모두 저장하고 있어, 시각정보의 삼차원 재구성이 가능하다. 홀로그램의 기록을 위해서는 간섭성을 가지는 신호빔과 참조빔을 포함하는 두 개의 빔들이 필요하다. 신호빔은 기록하고자 하는 대상으로부터 변조 될 수 있는 빔이다. 신호빔과 참조빔 사이의 간섭 무늬의 세기 또는 위상 정보를 홀로그램 기록 매체에 기록하여, 변조된 신호빔의 세기 및 위상 정보를 기록할 수 있다. 기록에 사용된 참조빔과 동일한 광학 특성을 갖는 빔을 기록된 홀로그램에 입사시키면, 홀로그램에 저장된 신호빔이 재생될 수 있다.A hologram is a medium on which a light wave is recorded, and stores intensity and phase information of the light wave. While ordinary photographs only record intensity information, holograms store both intensity and phase, enabling three-dimensional reconstruction of visual information. For the recording of the hologram, two beams including a signal beam having a coherence and a reference beam are required. The signal beam is a beam that can be modulated from the object to be recorded. The intensity or phase information of the interference fringe between the signal beam and the reference beam can be recorded in the hologram recording medium to record the intensity and phase information of the modulated signal beam. When a beam having the same optical characteristic as the reference beam used for recording is incident on the recorded hologram, the signal beam stored in the hologram can be reproduced.
집적 영상(integral imaging) 기법은, 무 안경식 삼차원 디스플레이의 한 방법으로, 렌즈 어레이(lens-array)를 이용하여 상하와 좌우 시차를 모두 제공하여 특별한 안경 등의 기구 없이도 시청자에게 삼차원 영상을 제공할 수 있는 방법이다. 렌즈 어레이를 구성하는 각각의 요소렌즈들은, 특별하게 제작된 요소영상의 광 정보 분포를 조절하여, 집적 영상 디스플레이 앞이나 뒤에 삼차원의 가상영상을 표시할 수 있다. 렌즈 어레이는 2차원의 주기적 배열을 가지는 렌즈 집합으로 집적 영상 외에도, 이차원 영상스크린, 광 분포 조절 등에 사용될 수 있다.The integral imaging technique is a method of non-spectacular three-dimensional display, which provides both vertical and horizontal parallax using a lens-array to provide three-dimensional images to viewers without special glasses There is a way. Each element lens constituting the lens array can display a three-dimensional virtual image before or after the integrated image display by adjusting the optical information distribution of the specially produced element image. The lens array can be used as a lens assembly having a two-dimensional periodic arrangement, in addition to an integrated image, a two-dimensional image screen, a light distribution control, and the like.
본 실시예들에 따르면, 복수의 요소 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이의 광학적 특성이 기록된 홀로그래픽 광학 소자를 생성하였는 바, 2차원 또는 3차원 영상을 표시하는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법 및 장치를 제공한다.According to these embodiments, a holographic optical element in which the optical characteristics of a lens array including a plurality of element lenses are recorded is generated, and a method and an apparatus for manufacturing a holographic optical element for displaying a two-dimensional or three-dimensional image to provide.
제 1 측면에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 제조 장치는, 광 조사부; 광 조사부로부터의 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter); 참조빔을 홀로그램 기록 매체(holographic material)에 조사하는 참조빔 광학계; 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array); 및 신호빔을 렌즈 어레이에 조사하는 신호빔 광학계;를 포함할 수 있고, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 홀로그램 기록 매체에 기록될 수 있다.An apparatus for manufacturing a holographic optical element according to a first aspect includes: a light irradiation unit; A beam splitter for separating the laser beam from the light irradiating unit into a signal beam and a reference beam; A reference beam optical system for irradiating the reference beam to a holographic material; A lens array including a plurality of elemental lenses; And a signal beam optical system for irradiating the signal beam to the lens array, and an interference pattern of the signal beam modulated through the reference beam and the lens array can be recorded in the hologram recording medium.
또한, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 장치는, 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 방출하는 복수개의 광원들; 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 하나의 경로를 갖는 빔으로 중첩시키는 복수개의 거울들; 중첩된 빔의 노출 시간을 결정하는 셔터; 중첩된 빔의 폭을 확장시키는 빔 확장부;를 더 포함할 수 있다.Further, an apparatus for manufacturing a holographic optical element includes a plurality of light sources emitting laser beams of different wavelengths; A plurality of mirrors for superposing laser beams of different wavelengths into a beam having one path; A shutter for determining an exposure time of the superimposed beam; And a beam expander for expanding the width of the superimposed beam.
또한, 참조빔 광학계는, 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 기 정의된 각도로 조사되도록, 참조빔을 반사하는 제 1 거울; 및 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 조사되는 면적을 조절하는 제 1 조리개;를 포함할 수 있다.The reference beam optical system further includes: a first mirror for reflecting the reference beam such that the reference beam is irradiated at an angle defined by the hologram recording medium; And a first aperture for adjusting an area irradiated with the reference beam onto the hologram recording medium.
또한, 신호빔 광학계는, 신호빔이 렌즈 어레이에 수직 방향으로 조사되도록, 신호빔을 반사하는 제 2 거울; 및 참조빔이 렌즈 어레이에 조사되는 면적을 조절하는 제 2 조리개;를 포함할 수 있다.The signal beam optical system further includes: a second mirror that reflects the signal beam such that the signal beam is irradiated in a direction perpendicular to the lens array; And a second diaphragm for adjusting an area irradiated with the reference beam to the lens array.
또한, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 장치는, 상기 홀로그램 기록 매체가 배치되며, 상기 간섭 무늬가 기록되는 상기 홀로그램 기록 매체의 영역의 위치가 변경되도록 움직이는 스테이지;를 더 포함할 수 있다.The apparatus for manufacturing a holographic optical element may further include a stage on which the hologram recording medium is disposed and on which a position of an area of the hologram recording medium on which the interference fringe is recorded is changed to change.
또한, 간섭 무늬는, 참조빔과 변조된 신호빔이 홀로그램 기록 매체의 서로 반대 면을 통하여 교차되어 발생할 수 있다.Further, the interference fringes may occur when the reference beam and the modulated signal beam cross each other through the opposite surfaces of the hologram recording medium.
제 2 측면에 따른, 홀로그래픽 광학 소자는, 참조빔과, 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array)를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 기록될 수 있고, 외부로부터 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기에 따라, 2차원 또는 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있다.According to the second aspect, a holographic optical element can record an interference pattern of a signal beam modulated through a lens array including a reference beam and a plurality of elemental lenses, Dimensional or three-dimensional image can be selectively displayed according to the size of pixels in the image.
또한, 홀로그래픽 광학 소자는, 영상 내의 픽셀의 크기가 요소 렌즈들 각각의 크기보다 작은 경우, 2차원 영상을 표시하고, 영상 내의 픽셀의 크기의 2배 보다 요소 렌즈들 각각의 크기가 큰 경우, 3차원 영상을 표시할 수 있다.When the size of the pixels in the image is smaller than the size of each of the element lenses, the holographic optical element displays a two-dimensional image. If the size of each element lens is larger than twice the size of the pixels in the image, A three-dimensional image can be displayed.
또한, 홀로그래픽 광학 소자는, 2차원 또는 3차원 영상을 총 천연색(full-color)으로 표시할 수 있다.In addition, the holographic optical element can display a two-dimensional or three-dimensional image in full color.
제 3 측면에 따른, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은, 레이저 빔을 방출하는 단계; 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리하는 단계; 참조빔을 홀로그램 기록 매체(holographic material)에 조사하는 단계; 신호빔을, 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array)에 조사하는 단계; 및 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 상기 홀로그램 기록 매체에 기록하는 단계;를 포함할 수 있다.According to a third aspect, a method of manufacturing a holographic optical element includes: emitting a laser beam; Separating the laser beam into a signal beam and a reference beam; Irradiating the reference beam to a holographic material; Irradiating the signal beam to a lens array including a plurality of elemental lenses; And recording interference fringes of the signal beam modulated through the reference beam and the lens array on the hologram recording medium.
또한, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은, 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 방출하는 단계; 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 하나의 경로를 갖는 빔으로 중첩시키는 단계; 및 중첩된 빔의 폭을 확장시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Also, a manufacturing method of a holographic optical element includes: emitting laser beams of different wavelengths; Superposing laser beams of different wavelengths into a beam having one path; And expanding the width of the superimposed beam.
또한, 참조빔을 조사하는 단계는, 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 기 정의된 각도로 조사되도록, 참조빔을 반사하는 단계; 및 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 조사되는 면적을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.Further, the step of irradiating the reference beam includes the steps of: reflecting the reference beam such that the reference beam is irradiated at an angle defined by the hologram recording medium; And adjusting an area irradiated with the reference beam onto the hologram recording medium.
또한, 신호빔을 조사하는 단계는, 신호빔이 렌즈 어레이에 수직 방향으로 조사되도록, 신호빔을 반사하는 단계; 및 참조빔이 렌즈 어레이에 조사되는 면적을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.The step of irradiating the signal beam further includes the steps of: reflecting the signal beam such that the signal beam is radiated in a direction perpendicular to the lens array; And adjusting an area where the reference beam is irradiated to the lens array.
또한, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은, 간섭 무늬가 기록되는 홀로그램 기록 매체의 영역의 위치를 변경하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Further, the manufacturing method of the holographic optical element may further include: changing the position of the area of the hologram recording medium on which the interference fringes are recorded.
또한, 간섭 무늬는, 참조빔과 변조된 신호빔이 홀로그램 기록 매체의 서로 반대 면을 통하여 교차되어 발생할 수 있다.Further, the interference fringes may occur when the reference beam and the modulated signal beam cross each other through the opposite surfaces of the hologram recording medium.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 본 개시에 따른 홀로그래픽 광학 소자는 광학적 투명 증강 현실(optical see-through augmented reality)을 구현 할 수 있는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, the holographic optical element according to the present disclosure is effective to realize optical see-through augmented reality.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 홀로그래픽 광학 소자는, 홀로그래픽 광학 소자로 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기에 따라, 선택적으로 2차원 또는 3차원 영상을 표시할 수 있다.Further, according to embodiments of the present invention, the holographic optical element can selectively display a two-dimensional or three-dimensional image according to the size of a pixel in an image incident on the holographic optical element.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 홀로그래픽 광학 소자는, 총 천연색(full-color)의 2차원 또는 3차원 영상을 표시할 수 있다.Further, according to embodiments of the present invention, the holographic optical element can display a full-color two-dimensional or three-dimensional image.
본 발명은, 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1 은 본 개시에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 홀로그램 기록 매체에 기록되는 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학소자의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라, 2차원 또는 3차원 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 외부로부터 영상을 표시하기 위한 광을 수광 하여, 영상을 재생하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 2차원 또는 3차원 영상을 공간 상에 표시하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 3차원 영상을 표시하는 예시를 나타낸다.
도 8은, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 2차원 영상을 표시하는 예시를 나타낸다.
도 9는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.The present invention may be readily understood by reference to the following detailed description and the accompanying drawings, in which reference numerals refer to structural elements.
1 is a view for explaining an apparatus for manufacturing a holographic optical element according to the present disclosure.
2 is a diagram for explaining a process of recording an interference pattern of a signal beam modulated through a reference beam and a lens array on a hologram recording medium according to an embodiment.
3 is a view for explaining an apparatus for manufacturing a holographic optical element according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining a two-dimensional or three-dimensional display device according to an embodiment.
Fig. 5 is a diagram for explaining contents in which a holographic optical element receives light for displaying an image from the outside and reproduces the image, according to an embodiment. Fig.
6A and 6B are views for explaining contents in which a holographic optical element displays a two-dimensional or three-dimensional image on a space, according to an embodiment.
7 shows an example in which a holographic optical element displays a three-dimensional image, according to one embodiment.
8 shows an example in which a holographic optical element displays a two-dimensional image, according to one embodiment.
9 is a view for explaining a method of manufacturing a holographic optical element, according to an embodiment.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit or limit the scope of the invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description will be omitted.
도 1은 본 개시에 따른 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)의 제조 장치(100)(이하, 장치(100)라고 한다.)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an
장치(100)는, 일 실시예에 따라, 광 조사부(110), 빔 스플리터(beam splitter)(120), 참조빔(reference beam) 광학계(130), 렌즈 어레이(lens-array)(150) 및 심호빔(signal beam) 광학계(140)를 포함할 수 있다. 도 1 에 도시된 장치(100)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.The
광 조사부(110)는, 일 실시예에 따라, 레이저 빔(B)을 방출할 수 있다. 광 조사부(110)는 일 실시예에 따라, 서로 다른 파장의 빔들이 중첩된 레이저 빔(B)을 방출할 수 있다. 또한, 광 조사부(110)는 서로 다른 시점에 따라 서로 다른 파장의 빔들을 번갈아가며 방출할 수 있다. 보다 구체적인 설명은 도 3에서 설명하기로 한다.The light irradiating
빔 스플리터(120)는, 일 실시예에 따라, 광 조사부(110)로부터 출사된 레이저 빔(B)을 신호빔(S)과 참조빔(R)으로 분리할 수 있다. 일 실시예에 따라, 빔 스플리터(120)는 반 투과 미러(half mirror)일 수 있으며, 입사되는 빔의 대략 50%를 투과시켜 신호빔(S)으로 사용하게 할 수 있고, 입사되는 빔의 대략 50%를 반사하여 참조빔(R)으로 사용하게 할 수 있다. 또한, 도 1에서는 빔 스플리터(120)를 투과한 광이 신호빔(S)이 되고, 빔 스플리터(120)에서 반사된 광이 참조빔(R)으로 되는 것으로 도시 되었지만, 이는 예시적인 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 빔 스플리터(120)를 투과한 광이 참조빔(R)이 되고, 빔 스플리터(120)에서 반사된 광이 신호빔(S)이 되도록 장치(100)의 광학적 배치가 변경될 수 있다.The
참조빔 광학계(130)는, 일 실시예에 따라, 참조빔(R)을 홀로그램 기록 매체(hologram material)(160)에 기 정의된 각도(θ)로 조사할 수 있다. 참조빔 광학계(130)는, 일 실시예에 따라, 거울(132) 및 조리개(134)를 포함할 수 있다. 거울(132)은, 빔 스플리터(120)로부터의 참조빔(R)이 홀로그램 기록매체(160)에 기 정의된 각도(θ)로 조사되도록, 참조빔(R)을 반사할 수 있다. 일 실시예에 따라, 거울(132)은, 기 정의된 각도(θ)를 조절할 수 있다. 기 정의된 각도(θ)의 수치는, 장치(100)에 의해 생성된 홀로그래픽 광학 소자를 이용하여 2차원 또는 3차원 영상을 표시하는 경우, 홀로그래픽 광학 소자에 입사되는 영상의 각도를 정하는 데 이용될 수 있다. 조리개(134)는, 거울(132)로부터 반사된 참조빔(R)이 홀로그램 기록 매체(160)에 조사되는 면적을 조절할 수 있다. 홀로그램 기록 매체(160)는, 할로겐화 은(silver halide), 광 굴절 고분자(photorefractive polymer), 포토폴리머(photopolymer) 등이 될 수 있다. 일 실시예에 따라, 장치(100)는, 총 천연색(full-color)의 기록에 있어서 파장 다중화(wavelength multiplexing)에 유리한 포토폴리머를 홀로그래픽 기록 매체(160)로써 사용할 수 있다.The reference beam
렌즈 어레이(150)는, 일 실시예에 따라, 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)로 구성될 수 있다. 렌즈 어레이(150)는, 일 실시예에 따라, 2차원 어레이로 구성될 수 있으며, 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이(150)는, 2차원 영상 재생을 위한 디퓨저(diffuser)로써 기능할 수 있으며, 균일 조명(uniform illumination)을 위해 이용될 수 있고, 빛의 조절(control)을 위해 이용될 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(150)는, 일 실시예에 따라, 3차원 집적 영상을 표시하기 위해, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 3차원 이미지를 위한 광학 소자로써 기능할 수 있다.The
신호빔 광학계(140)는, 일 실시예에 따라, 분리된 신호빔(S)을 렌즈 어레이(150)에 조사할 수 있다. 일 실시예에 따라, 신호빔 광학계(140)는 신호빔을 렌즈 어레이(150)에 수직 방향으로 조사할 수 있다. 신호빔 광학계(140)는, 일 실시예에 따라, 거울(142) 및 조리개(144)를 포함할 수 있다. 거울(142)은, 빔 스플리터(120)로부터의 신호빔(S)이 렌즈 어레이(150)에 수직 방향으로 조사되도록, 신호빔(S)을 반사할 수 있다. 조리개(144)는, 거울(142)로부터 반사된 신호빔(S)이 렌즈 어레이(150)에 조사되는 면적을 조절할 수 있다.The signal beam
거울(142)로부터 반사된 신호빔(S)은 렌즈 어레이(150)를 투과하면서 변조될 수 있다. 거울(142)로부터 반사된 참조빔(R)과 렌즈 어레이(150)를 통해 변조된 신호빔(S)은 서로 만나 간섭 무늬를 형성할 수 있고, 형성된 간섭 무늬는 홀로그램 기록 매체(160)에 기록될 수 있다.The signal beam S reflected from the
일 실시예에 따라, 장치(100)는, 참조빔(R)과 렌즈 어레이(150)를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 홀로그램 기록 매체(160)에 기록하여, 홀로그래픽 광학 소자를 생성할 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자는, 참조빔(R)과 렌즈 어레이(150)를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 기록된 홀로그램 기록 매체를 의미한다. 따라서, 장치(100)는 참조빔(R)과 렌즈 어레이(150)를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 홀로그램 기록 매체에 기록하여 홀로그래픽 광학 소자를 제조할 수 있고, 홀로그래픽 광학 소자는 렌즈 어레이(150)의 광학적 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 소자는, 렌즈 어레이(150)와 마찬가지로, 2차원 영상 재생을 위한 디퓨저(diffuser)로써 기능할 수 있으며, 균일 조명(uniform illumination)을 위해 이용될 수 있고, 빛의 조절(control)을 위해 이용될 수 있고, 3차원 집적 영상을 표시하기 위해 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 3차원 이미지를 위한 광학 소자로써 기능할 수 있다.According to one embodiment, the
또한, 도 1에서는, 장치(100)는, 신호빔(S)과 참조빔(R)이 홀로그램 기록 매체(160)의 양면 각각에 대해 입사하는 방식의 반사형 홀로그램 기록 방법을 사용하였지만, 다른 실시예에 따라, 장치(100)는, 신호빔(S)과 참조빔(R)이 홀로그램 기록 매체(160)의 한 면에 대해 각각 입사하는 방식의 투과형 홀로그램 기록 방법을 사용할 수도 있다.
1, the
도 2는, 일 실시예에 따라, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 홀로그램 기록 매체에 기록되는 과정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram for describing in more detail a process in which an interference fringe of a signal beam modulated through a reference beam and a lens array is recorded on a hologram recording medium, according to an embodiment.
도 2에 도시된 바와 같이, 참조빔은 평면파(plane-wave)로써 홀로그램 기록 매체(220)에 조사된다. 또한, 평면파의 신호빔은, 렌즈 어레이(210)를 통과하여 렌즈 어레이(210)의 광학적 특성을 갖는 구면파(spherical-wave)로 변조되어, 홀로그램 기록 매체(220)에 조사된다. 참조빔과 변조된 신호빔은 서로 만나 간섭 무늬를 형성하고, 형성된 간섭 무늬는 홀로그램 기록 매체(220)에 기록된다. 간섭 무늬가 기록된 홀로그램 기록 매체(220)는 홀로그래픽 광학 소자를 의미할 수 있다.
As shown in FIG. 2, the reference beam is irradiated onto the
도 3은, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자의 제조 장치(300)(이하, 장치(300)라고 한다.)를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an
장치(300)는, 일 실시예에 따라, 광 조사부(310), 빔 스플리터(beam splitter)(320), 참조빔(reference beam) 광학계(330), 렌즈 어레이(lens-array)(340), 신호빔(signal beam) 광학계(350) 및 스테이지(360)를 포함할 수 있다. 도 3 에 도시된 장치(300)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 3의 빔 스플리터(320), 참조빔 광학계(330), 렌즈 어레이(340), 신호빔 광학계(350), 및 홀로그램 기록 매체(370)는 도 1에서 설명한 내용을 포함하는 바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.The
광 조사부(310)는, 일 실시예에 따라, 복수개의 레이저 광원들(311,312,313), 복수개의 레이저 광원들(311,312,313) 각각에 대응되는 반파장판(half waveplate)(314), 복수개의 레이저 광원들(311,312,313) 각각에 대응되는 ND 필터(neutral density filter)(315), 복수개의 레이저 광원들(311,312,313) 각각에 대응되는 거울들(316), 셔터(shutter)(317) 및 빔 확장부(beam expanding unit)(318)를 포함할 수 있다.The
복수개의 레이저 광원들(311,312,313)은, 일 실시예에 따라, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 복수개의 레이저 광원들(311,312,313) 각각은, 간섭성 광을 출력하는 레이저 광원이 될 수 있으며, 연속파(CW: continuous wave) 레이저 또는 연속파성(quasi-CW) 레이저를 방출하는 레이저 광원이 될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(311)은 671 nm 파장을 갖는 적색 레이저 빔을 출사할 수 있고, 레이저 광원(312)은 532 nm 파장을 갖는 녹색 레이저 빔을 출사할 수 있고, 레이저 광원(313)은 473 nm 파장을 갖는 청색 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 복수개의 레이저 광원들(311,312,313) 각각은, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 동시에 방출할 수도 있고, 번갈아 가며 방출할 수도 있다.The plurality of laser
복수개의 반파장판(314)은, 일 실시예에 따라, 복수개의 레이저 광원들(311,312,313)로부터 각각 출사되는 레이저 빔들의 경로에 놓여 있으며, 각각의 레이저 빔들의 편광 상태를 조절할 수 있다. The plurality of
ND 필터(315)는, 일 실시예에 따라, 복수개의 레이저 광원들(311,312,313)로부터 각각 출사되는 레이저 빔들의 경로에 놓여 있으며, 각각의 레이저 빔들의 파워 밀도를 조절할 수 있다. 장치(300)는, ND 필터(315)를 통하여, 각각의 레이저 빔들의 파워 밀도를 조절하여, 홀로그래픽 광학 소자가, 홀로그래픽 광학 소자로 입사되는 광의 특정 파장에 따라 비슷한 회절 효율을 가질 수 있도록 할 수 있다.The
거울들(316)은, 일 실시예에 따라, 복수개의 레이저 광원들(311,312,313)로부터 각각 출사되는 레이저 빔들을 하나의 빔으로 중첩될 수 있도록, 레이저 빔들을 반사시킬 수 있다.The
셔터(317)는, 일 실시예에 따라, 중첩된 빔의 노출 시간을 결정할 수 있다.Shutter 317 may, in accordance with one embodiment, determine the exposure time of the superimposed beam.
빔 확장부(318)는, 일 실시예에 따라, 중첩된 빔 폭을 확장 시킬 수 있고, 중첩된 빔이 평행광(a collimated plane wave) 상태를 만족시킬 수 있도록 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 빔 확장부(318)는, 대물 렌즈(objective lens), 핀홀(pinhole) 및 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 포함할 수 있다.The
스테이지(360)는, 일 실시예에 따라, 홀로그램 기록 매체(370)의 기록 가능한 영역을 보다 확장시키고자, 홀로그램 기록 매체(370)가 스테이지(360) 위에 올려지도록 배치할 수 있고, 스테이지(360)는 전동 모터화 되어 이동할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스테이지(360)는 한 축(one-axis) 또는 두 축(two-axis) 선형(linear) 이동을 할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 스테이지(360)는 스테이지(360)의 움직임을 제어하는 구동 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 장치(300)는, 스테이지(360)를 이용하여 공간 다중화(spatial multiplexing)를 가능 하도록 할 수 있는 바, 제조할 수 있는 홀로그래픽 광학 소자의 크기가 제한되지 않고, 반복적인 기록을 통해 홀로그래픽 광학 소자의 대형화가 가능하다. The
일 실시예에 따라, 참조빔과, 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭무늬가 기록된 홀로그래픽 광학 소자는 렌즈 어레이와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자는, 일 실시예에 따라, 렌즈 어레이와 마찬가지로, 2차원 영상 재생을 위한 디퓨저(diffuser)로써 기능할 수 있으며, 균일 조명(uniform illumination)을 위해 이용될 수 있고, 빛의 조절(control)을 위해 이용될 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자는, 일 실시예에 따라, 3차원 집적 영상을 표시하기 위해, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 3차원 이미지를 위한 광학 소자로써 기능할 수 있다.According to one embodiment, the reference beam and the holographic optical element on which the interference fringes of the signal beam modulated through the lens array are recorded may have the same optical characteristics as the lens array. That is, the holographic optical element, according to one embodiment, can function as a diffuser for two-dimensional image reproduction, like a lens array, and can be used for uniform illumination, Can be used for control. The holographic optical element may also function as an optical element for an autostereoscopic three-dimensional image, to display a three-dimensional integrated image, according to one embodiment.
또한, 장치(300)는, 서로 다른 파장에 따른 레이저 빔들로 홀로그램 기록 매체에 참조빔과 신호빔의 간섭 무늬를 기록 하는 바, 파장 다중화가 가능하다. 따라서, 장치(300)에 의해 제조된 홀로그래픽 광학 소자는 총 천연색의 2차원 또는 3차원 영상을 표시할 수 있다.In addition, the
또한, 본 개시에 따른, 홀로그래픽 광학 소자는 체적 홀로그램(volume hologram)의 특성을 갖는 바, 각도 선택성이 매우 우수해 외부 실제 세계 영상의 밝기 저하가 매우 적다는 특성을 갖을 수 있다.In addition, the holographic optical element according to the present disclosure has a characteristic of a volume hologram, so that it is very excellent in the selectivity of the angle, so that it is possible to have a characteristic that the brightness drop of the external real world image is very small.
따라서, 이하에서는, 전술한 방법에 의해 기록된 홀로그래픽 광학 소자를 통해 2차원 또는 3차원 영상을 표시하는 내용에 대해서 살펴보기로 한다.
Therefore, in the following, contents for displaying a two-dimensional or three-dimensional image through the holographic optical element recorded by the above-described method will be described.
도 4는, 일 실시예에 따라, 2차원 또는 3차원 디스플레이 장치(400)(이하, 장치(400)라고 한다.)를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a two-dimensional or three-dimensional display device 400 (hereinafter referred to as a device 400) according to an embodiment.
장치(400)는, 일 실시예에 따라, 프로젝터(410) 및 홀로그래픽 광학 소자(420)를 포함할 수 있다. 도 4 에 도시된 장치(400)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.Apparatus 400 may include a
프로젝터(410)는, 일 실시예에 따라, 영상을 표시하기 위한 광(light)을 홀로그래픽 광학 소자(420)로 투사할 수 있다. 프로젝터(410)는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자(420)의 기록 단계에서 사용되었던 참조빔이 평행 빔(collimated light)이기 때문에, 브래그 매칭 조건(Bragg's matching condition)을 만족시키기 위해, 평행 빔(collimated light)을 홀로그래픽 광학 소자(420)로 투사할 수 있다. 브래그 매칭이란, 특정한 사잇각을 갖는 참조빔과 신호빔으로 기록된 홀로그램이, 기록시의 참조빔과 복원시의 빔 사이의 각에 강하게 의존하여 복원된다는 걸 의미한다. 즉, 예를 들어, 프로젝터(410)는, 홀로그래픽 광학 소자(420)의 기록 단계에서 참조빔이 θ의 각도로 입사되었기 때문에, 평행 광을 홀로그래픽 광학 소자(420)로 θ의 각도로 투사할 수 있다.The
또한, 프로젝터(410)는, 일 실시예에 따라, 평행 광을 홀로그래픽 광학 소자(420)로 투사하기 위해, 텔레센트릭 렌즈(telecentric lense)(미도시) 및 릴레이 옵틱스(relay optics)(미도시)를 포함할 수 있다. 프로젝터(410)에 의해 투사되는 평행 광의 발산(diverging) 각도는 릴레이 옵틱스(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 다만, 만약 홀로그래픽 광학 소자(420)의 기록 단계에서 발산(diverging) 참조빔이 사용되었다면, 텔레센트릭 렌즈(미도시)가 생략될 수도 있다.The
또한, 프로젝터(410)는, 일 실시예에 따라, 3차원 영상을 표시하기 위한 요소 영상들(elemental images) 또는 2차원 영상을 표시하기 위한 2차원 영상을 홀로그래픽 광학 소자(420)로 투사할 수 있다.In addition, the
홀로그래픽 광학 소자(420)는, 일 실시예에 따라, 프로젝터(410)로부터 입사되는 광 또는 영상에 기초하여, 2차원 또는 3차원 영상을 공간 상에 선택적으로 표시할 수 있다. The holographic
홀로그래픽 광학 소자(420)는, 일 실시예에 따라, 도 1 및 도 3에 의해 제조된 홀로그래픽 광학 소자일 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 기록된 홀로그램 기록 매체를 의미할 수 있다.
The holographic
도 5는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자(510)가 외부로부터 영상을 표시하기 위한 광을 수광 하여, 영상을 표시하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for explaining contents in which a holographic
홀로그래픽 광학 소자(510)는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자(510)의 기록 단계에서 사용되었던 참조빔과 브래그 매칭 조건을 만족하는 광을 수광할 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(510)는, 브래그 매칭 조건을 만족하는 광에 기초하여, 구면파를 복원할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자(510)는, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 기록된 홀로그램 기록 매체를 의미할 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 광학 소자(510)는, 렌즈 어레이와 마찬가지로, 브래그 매칭 조건을 만족하는 광에 기초하여, 구면파를 복원할 수 있다. 따라서, 관찰자는 복원된 구면파를 통해, 공간 상에서 표시되는 영상을 볼 수 있다.
The holographic
도 4의 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 일 실시예에 따라, 외부로부터 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기에 따라, 2차원 또는 3차원 영상을 공간 상에 표시할 수 있다. 일 실시예에 따라, 렌즈 어레이의 광학적 특성을 갖는 홀로그래픽 광학 소자(420)에 있어서, 렌즈 어레이를 구성하는 요소 렌즈들의 렌즈 크기보다 홀로그래픽 광학 소자(420)에 수직으로 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기가 더 작다면, 홀로그래픽 광학 소자(420)는 2차원 영상을 표시할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 렌즈 어레이의 광학적 특성을 갖는 홀로그래픽 광학 소자(420)에 있어서, 홀로그래픽 광학 소자(420)에 수직으로 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기의 2배가 렌즈 어레이를 구성하는 요소 렌즈들의 렌즈 크기보다 더 크다면, 홀로그래픽 광학 소자(420)는 3차원 영상을 표시할 수 있다. 또한, 만약 홀로그래픽 광학 소자(420)에 특정 각도(θ)로 입사되는 영상이라면, 특정 각도(θ)로 입사되는 영상의 픽셀의 크기는, 픽셀의 크기의 수직 성분으로 크기 스케일링(scaling) 될 수 있다.
The holographic
도 6a 및 도 6b는, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 2차원 또는 3차원 영상을 공간 상에 표시하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.6A and 6B are views for explaining contents in which a holographic optical element displays a two-dimensional or three-dimensional image on a space, according to an embodiment.
도 6a 및 도 6b에서는 설명의 편의를 위해, 렌즈 어레이의 광학적 특성을 갖는 홀로그래픽 광학 소자(610,620)를 표현하고자, 홀로그래픽 광학 소자(610,620) 내부에 렌즈어레이가 도시되는 것으로 표현하였다.6A and 6B, for convenience of description, a lens array is shown inside the holographic
또한, 도 6a 및 도 6b에서는 설명의 편의를 위해, 프로젝터(615,625)에서 투사되는 영상의 진행 방향은 렌즈 어레이의 광축과 평행하는 것으로 표현되었고, 서로 다른 색과 세기(intensity) 정보를 가지고 투사되는 픽셀은 P1, P2, P3로 표현 하였다.6A and 6B, the traveling direction of the image projected by the
도 6a은, 홀로그래픽 광학 소자(610)가 2차원 영상 스크린으로써, 2차원 영상을 표시하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.6A is a diagram for explaining an example in which the holographic optical element 610 displays a two-dimensional image as a two-dimensional image screen.
도 6a에서는, 렌즈 어레이의 각 요소 렌즈의 크기와 같은 크기의 픽셀들(P1, P2, P3)이 홀로그래픽 광학 소자(610)로 투사된다. 각 픽셀들(P1, P2, P3)은 홀로그래픽 광학 소자(610)를 투과하면서, 요소 렌즈의 개구수(numerical aperture)와 같은 각도로 발산한다. 따라서, 관찰자는 산란 각도(diffusion angle) 이내에서 2차원 영상을 관찰할 수 있다.6A, pixels P 1 , P 2 , P 3 having the same size as the size of each element lens of the lens array are projected onto the holographic optical element 610. Each of the pixels P 1 , P 2 , and P 3 transmits through the holographic optical element 610 and diverges at an angle equal to the numerical aperture of the element lens. Therefore, the observer can observe the two-dimensional image within the diffusion angle.
도 6b에서는, 각 픽셀들(P1, P2, P3)의 크기보다 세배 큰 크기의 렌즈 어레이의 각 요소 렌즈를 나타낸다. 각 픽셀들(P1, P2, P3)은 홀로그래픽 광학 소자(620)를 투과하면서, 같은 초점에서 교차한 후 굴절 방향에 따라 각각 다른 방향으로 퍼져 나간다. 따라서, 관찰자는 요소 렌즈의 개구수와 같은 크기에 해당하는 시야각(viewing angle)을 가지는 무 안경식 3차원 영상을 보게 된다. 6B shows each element lens of the lens array which is three times larger than the size of each of the pixels P 1 , P 2 and P 3 . Each of the pixels P 1 , P 2 , and P 3 passes through the holographic
따라서, 도 4의 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 기록시 사용된 참조빔과 동일한 파장 및 동일한 입사각을 가지고 입사되는 영상에 기초하여, 2차원 또는 3차원 영상을 표시할 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자(420)는 브래그 매칭 조건을 만족하는 영상의 픽셀 크기와 렌즈 어레이의 요소 렌즈의 크기의 상대적인 차이에 따라, 2차원 또는 3차원 영상을 표시할 수 있다.Therefore, the holographic
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 프로젝터(410)가 영상을 투사한 방향으로 2차원 또는 3차원 영상을 표시하는 바, 관찰자(430)는 프로젝터(410)가 영상을 투사한 방향으로 2차원 또는 3차원 영상을 볼 수 있다. 또한, 도 4에서의 홀로그래픽 광학 소자(420)는 반사형 홀로그램의 특징을 갖는 것으로 도시되어, 관찰자(430)가 프로젝터(410)가 영상을 투사한 방향으로 영상을 볼 수 있는 것으로 도시되었다. 따라서, 도 4에서의 홀로그래픽 광학 소자(420)가 투과형 홀로그램의 특징을 갖는 다면, 관찰자(430)는 프로젝터(410)가 영상을 투사한 방향의 반대 방향으로 2차원 또는 3차원 영상을 볼 수 있을 것이다.4, the holographic
또한, 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 홀로그래픽 광학 소자(420)에 입사되는 광 중에서 브래그 매칭 조건을 만족하지 않는 광에 대해서는 그대로 투과하는 성질을 갖는 바, 투명(see-through) 특성을 가질 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 광학적 투명 증강 현실(optical see-through augmented reality)에서 필수적인 요구 사항이라 할 수 있는 실제 세계 밝기의 저하 없는 투명 조건을 만족시킬 수 있다.In addition, the holographic
따라서, 본 개시에 따른 홀로그래픽 광학 소자(420)는, 일 실시예에 따라, 광학적 투명 증강 현실을 구현하는 휴대용 기기, 헤드 업 디스플레이(head up display) 기기, 3차원 디스플레이 기기, 영상 스크린 등에 이용될 수 있다.
Thus, the holographic
도 7은, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 3차원 영상을 표시하는 예시를 나타낸다.7 shows an example in which a holographic optical element displays a three-dimensional image, according to one embodiment.
영상(710)은 3차원 영상을 생성하기 위한 요소 영상(elemental image)을 나타낸다. 영상(710)은 홀로그래픽 광학 소자로 투사될 수 있고, 영상(710)의 픽셀 크기는 홀로그래픽 광학 소자의 요소 렌즈 크기의 0.025 배이다. 영상(710)은 세 개의 문자 S, N, U의 정보를 담고 있다. 영상(710)은 색상 표현과 3차원 구현이 동시에 가능하다는 것을 입증하기 위해 문자 S, N, U를 각각 빨강, 초록, 파랑으로 구성하였으며, +30 mm, 0 mm, -30 mm의 깊이 정보를 가지고 있다.The
영상(720)은, 영상(710)이 홀로그래픽 광학 소자로 투사되는 경우, 홀로그래픽 광학 소자에 의해 표시되는 3차원 영상을 나타낸다. 영상(720)은 3차원 영상이 표시된다는 것을 나타내기 위해 5개의 관찰자 위치(위(Top), 중앙(Center), 오른쪽(Right), 왼쪽(Left), 밑(Bottom))에서 바라본 모습들을 나타낸다. 영상(720)에서 볼 수 있듯이, 단어 각각의 색상과 위치에 따른 시차가 존재한다는 점에서, 3차원 영상이 표시된다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자가 광학적 투명 증강 현실을 표현한다는 것을 보여주기 위해, 영상(720) 내의 각 모습들에서는, 홀로그래픽 광학 소자 뒤편에 배치된 실제 물체인 종이 상자가 3차원 영상과 함께 표시된다.
The
도 8은, 일 실시예에 따라, 홀로그래픽 광학 소자가 2차원 영상을 표시하는 예시를 나타낸다.8 shows an example in which a holographic optical element displays a two-dimensional image, according to one embodiment.
영상(810)은 2차원 영상을 생성하기 위한 영상을 나타낸다. 영상(810)은 홀로그래픽 광학 소자로 투사될 수 있고, 영상(810)의 픽셀 크기는 홀로그래픽 광학 소자의 요소 렌즈 크기보다 크거나 같다. 영상(810)은 색상 표현과 3차원 구현이 동시에 가능하다는 것을 입증하기 위해 빨강, 초록, 파랑의 세가지 색상으로 된 문자들로 구성되었다.The
영상(820)은, 영상(810)이 홀로그래픽 광학 소자로 투사되는 경우, 홀로그래픽 광학 소자에 의해 표시되는 2차원 영상을 나타낸다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자가 광학적 투명 증강 현실을 표현한다는 것을 보여주기 위해, 영상(820) 내의 각 모습들에서는, 홀로그래픽 광학 소자 뒤편에 배치된 실제 물체인 종이 상자가 2차원 영상과 함께 표시된다.
The
도 9는, 일 실시예에 따라, 장치(100, 300)가 수행하는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a holographic optical element performed by the
도 9에 도시된 방법은, 도 1 또는 도 3의 장치(100, 300)의 각 구성요소에 의해 수행될 수 있고, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.The method shown in FIG. 9 can be performed by each component of the
단계 S910에서, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 레이저 빔을 방출할 수 있다. In step S910, the
장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 서로 다른 파장의 빔들을 출사할 수 있다. 장치(100, 300)는, 간섭성 광을 방출할 수 있으며, 연속파(CW: continuous wave) 레이저 또는 연속파성(quasi-CW) 레이저를 방출할 수도 있다. 예를 들어, 장치(100, 300)는 671 nm 파장을 갖는 적색 레이저 빔을 방출할 수 있고, 장치(100, 300)는 532 nm 파장을 갖는 녹색 레이저 빔을 방출할 수 있고, 장치(100, 300)는 473 nm 파장을 갖는 청색 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 장치(100, 300)는, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 동시에 방출할 수도 있고, 번갈아 가며 방출할 수도 있다.
일 실시예에 따라, 장치(100, 300)는, 방출되는 레이저 빔들의 편광 상태를 조절할 수 있다. 또한, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 레이저 빔들의 파워 밀도를 조절할 수 있다. 장치(100, 300)는, 레이저 빔들의 파워 밀도를 조절하여, 홀로그래픽 광학 소자가 홀로그래픽 광학 소자로 입사되는 광의 특정 파장에 따라 비슷한 회절 효율을 가질 수 있도록 할 수 있다. 또한, 장치(100, 300)는 방출되는 레이저 빔들을 하나의 빔으로 중첩시킬 수 있으며, 중첩된 빔의 노출 시간을 결정할 수 있다. According to one embodiment, the
또한, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 중첩된 빔 폭을 확장 시킬 수 있고, 중첩된 빔이 평행광(a collimated plane wave) 상태를 만족시킬 수 있도록 할 수 있다.In addition, the
단계 S920에서, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 방출된 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리할 수 있다.In step S920, the
일 실시예에 따라, 장치(100, 300)는, 방출된 빔의 대략 50%가 투과하여 신호빔으로, 방출된 빔의 대략 50%를 반사하여 참조빔으로 분리할 수 있다.According to one embodiment, the
단계 S930에서, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 분리된 참조빔을 홀로그램 기록 매체(hologram material)에 조사할 수 있다.In step S930, the
일 실시예에 따라, 장치(100, 300)는, 참조빔을 홀로그램 기록 매체(hologram material)에 기 정의된 각도로 조사할 수 있다. 홀로그램 기록 매체는, 할로겐화 은(silver halide), 광 굴절 고분자(photorefractive polymer), 포토폴리머(photopolymer) 등이 될 수 있다. 일 실시예에 따라, 장치(100)는, 총 천연색(full-color)의 기록에 있어서 파장 다중화(wavelength multiplexing)에 유리한 포토폴리머를 홀로그래픽 기록 매체로써 사용할 수 있다. According to one embodiment, the
또한, 장치(100, 300)는, 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 기 정의된 각도로 조사되도록, 참조빔을 반사할 수 있다. 기 정의된 각도의 수치는, 장치(100, 300)에 의해 생성된 홀로그래픽 광학 소자를 이용하여 2차원 또는 3차원 영상을 표시하는 경우, 홀로그래픽 광학 소자에 입사되는 각도를 정하는 데 이용될 수 있다.In addition, the
또한, 장치(100, 300)는, 반사된 참조빔이 홀로그램 기록 매체에 조사되는 면적을 조절할 수 있다. In addition, the
단계 S940에서, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 분리된 신호빔을 렌즈 어레이(lens array)에 조사할 수 있다. 렌즈 어레이는, 일 실시예에 따라, 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)로 구성될 수 있다. 렌즈 어레이는, 일 실시예에 따라, 2차원 어레이로 구성될 수 있으며, 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이는, 2차원 영상 재생을 위한 디퓨저(diffuser)로써 기능할 수 있으며, 균일 조명(uniform illumination)을 위해 이용될 수 있고, 빛의 조절(control)을 위해 이용될 수 있다. 또한, 렌즈 어레이는, 일 실시예에 따라, 3차원 집적 영상을 표시하기 위해, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 3차원 이미지를 위한 광학 소자로써 기능할 수 있다.In step S940, the apparatus 100,300 may illuminate a separate signal beam to a lens array, according to one embodiment. The lens array, according to one embodiment, may be composed of a plurality of elemental lenses. The lens array, according to one embodiment, may be configured in a two-dimensional array and may perform various functions. For example, the lens array can function as a diffuser for two-dimensional image reproduction, can be used for uniform illumination, and can be used for light control. The lens array may also function as an optical element for an autostereoscopic three-dimensional image, to display a three-dimensional integrated image, according to one embodiment.
일 실시예에 따라, 장치(100, 300)는, 신호빔이 렌즈 어레이에 수직 방향으로 조사되도록, 신호빔을 반사할 수 있다. According to one embodiment, the
또한, 장치(100, 300)는, 신호빔이 렌즈 어레이에 조사되는 면적을 조절할 수 있다.In addition, the
단계 S950에서, 장치(100, 300)는, 일 실시예에 따라, 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 홀로그램 기록 매체에 기록할 수 있다. In step S950, the
일 실시예에 따라, 신호빔은 렌즈 어레이를 투과하면서 변조될 수 있다. 참조빔과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔은 홀로그램 기록 매체의 서로 다른 면을 통과하고 교차되어 간섭 무늬를 형성할 수 있고, 장치(100, 300)는, 형성된 간섭 무늬를 홀로그램 기록 매체에 기록할 수 있다.According to one embodiment, the signal beam can be modulated while transmitting through the lens array. The signal beam modulated through the reference beam and the lens array can pass through and cross the different sides of the hologram recording medium to form an interference fringe, and the
또한, 일 실시예에 따라, 장치(100, 300)는, 홀로그램 기록 매체의 기록 가능한 영역을 보다 확장시키고자, 홀로그램 기록 매체를 한 축(one-axis) 또는 두 축(two-axis)으로 선형 이동 시킬 수 있다.In addition, according to one embodiment, the
따라서, 장치(100, 300)는, 전술한 방법을 이용하여, 참조빔(R)과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 홀로그램 기록 매체에 기록하여, 홀로그래픽 광학 소자를 생성할 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자는, 참조빔(R)과 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 기록된 홀로그램 기록 매체를 의미한다.
Accordingly, the
본 발명에 따른 홀로그램 생성 방법, 장치 및 홀로그래픽 3차원 영상 표시 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The hologram generating method, apparatus, and holographic three-dimensional image display apparatus according to the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified in various ways, All or some of the embodiments may be selectively combined.
본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. The specific implementations described in this embodiment are illustrative and do not in any way limit the scope of the invention. For brevity of description, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of such systems may be omitted. Also, the connections or connecting members of the lines between the components shown in the figures are illustrative of functional connections and / or physical or circuit connections, which may be replaced or additionally provided by a variety of functional connections, physical Connection, or circuit connections.
본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In this specification (particularly in the claims), the use of the terms "above" and similar indication words may refer to both singular and plural. In addition, when a range is described, it includes the individual values belonging to the above range (unless there is a description to the contrary), and the individual values constituting the above range are described in the detailed description. Finally, if there is no explicit description or contradiction to the steps constituting the method, the steps may be performed in an appropriate order. It is not necessarily limited to the description order of the above steps. The use of all examples or exemplary terms (e. G., The like) is merely intended to be illustrative of technical ideas and is not to be limited in scope by the examples or the illustrative terminology, except as by the appended claims. It will also be appreciated by those skilled in the art that various modifications, combinations, and alterations may be made depending on design criteria and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.
Claims (15)
광 조사부;
상기 광 조사부로부터의 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter);
상기 참조빔을 홀로그램 기록 매체(holographic material)에 조사하는 참조빔 광학계;
복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array); 및
상기 신호빔을 상기 렌즈 어레이에 조사하는 신호빔 광학계;를 포함하고,
상기 참조빔과 상기 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬가 상기 홀로그램 기록 매체에 기록되는, 장치.In an apparatus for manufacturing a holographic optical element,
A light irradiation unit;
A beam splitter for separating the laser beam from the light irradiating unit into a signal beam and a reference beam;
A reference beam optical system for irradiating the reference beam to a holographic material;
A lens array including a plurality of elemental lenses; And
And a signal beam optical system for irradiating the signal beam to the lens array,
And an interference fringe of the signal beam modulated through the reference beam and the lens array is recorded in the hologram recording medium.
상기 광 조사부는,
서로 다른 파장의 레이저 빔들을 방출하는 복수개의 광원들;
상기 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 하나의 경로를 갖는 빔으로 중첩시키는 복수개의 거울들;
상기 중첩된 빔의 노출 시간을 결정하는 셔터; 및
상기 중첩된 빔의 폭을 확장시키는 빔 확장부;를 포함하는, 장치.The method according to claim 1,
The light-
A plurality of light sources emitting laser beams of different wavelengths;
A plurality of mirrors for superposing the laser beams of the different wavelengths into a beam having one path;
A shutter for determining an exposure time of the superimposed beam; And
And a beam expander to expand the width of the superimposed beam.
상기 참조빔 광학계는,
상기 참조빔이 상기 홀로그램 기록 매체에 기 정의된 각도로 조사되도록, 상기 참조빔을 반사하는 제 1 거울; 및
상기 참조빔이 상기 홀로그램 기록 매체에 조사되는 면적을 조절하는 제 1 조리개;를 포함하는, 장치.The method according to claim 1,
The reference beam optical system includes:
A first mirror for reflecting the reference beam such that the reference beam is irradiated at an angle defined by the hologram recording medium; And
And a first aperture for adjusting the area irradiated by the reference beam onto the hologram recording medium.
상기 신호빔 광학계는,
상기 신호빔이 상기 렌즈 어레이에 수직 방향으로 조사되도록, 상기 신호빔을 반사하는 제 2 거울; 및
상기 신호빔이 상기 렌즈 어레이에 조사되는 면적을 조절하는 제 2 조리개;를 포함하는, 장치.The method according to claim 1,
The signal beam optical system includes:
A second mirror for reflecting the signal beam such that the signal beam is irradiated in a direction perpendicular to the lens array; And
And a second aperture for adjusting the area irradiated by the signal beam to the lens array.
상기 홀로그램 기록 매체가 배치되며, 상기 간섭 무늬가 기록되는 상기 홀로그램 기록 매체 내의 영역의 위치가 변경되도록 움직이는 스테이지;를 더 포함하는, 장치.The method according to claim 1,
Further comprising: a stage in which the hologram recording medium is disposed and moving so as to change a position of an area in the hologram recording medium on which the interference fringes are recorded.
상기 간섭 무늬는, 상기 참조빔과 상기 변조된 신호빔이 상기 홀로그램 기록 매체의 서로 반대 면을 통하여 교차되어 발생하는, 장치.The method according to claim 1,
Wherein the interference fringe is generated by crossing the reference beam and the modulated signal beam through mutually opposite surfaces of the hologram recording medium.
외부로부터 상기 홀로그래픽 광학 소자로 입사되는 영상 내의 픽셀의 크기에 따라, 2차원 또는 3차원 영상을 선택적으로 표시하는, 홀로그래픽 광학 소자.1. A holographic optical element in which interference fringes of a signal beam modulated through a lens array including a reference beam and a plurality of elemental lenses are recorded,
And selectively displays a two-dimensional or three-dimensional image according to a size of a pixel in an image incident from the outside to the holographic optical element.
상기 영상 내의 픽셀의 크기가 상기 요소 렌즈들 각각의 크기보다 작은 경우, 2차원 영상을 표시하고,
상기 영상 내의 픽셀의 크기의 2배 보다 상기 요소 렌즈들 각각의 크기가 큰 경우, 3차원 영상을 표시하는, 홀로그래픽 광학 소자.8. The method of claim 7,
Dimensional image when the size of the pixel in the image is smaller than the size of each of the ellipses,
Dimensional image when the size of each of the element lenses is larger than twice the size of pixels in the image.
상기 2차원 또는 3차원 영상을 총 천연색(full-color)으로 표시하는, 홀로그래픽 광학 소자.8. The method of claim 7,
Wherein the two-dimensional or three-dimensional image is displayed in full-color.
레이저 빔을 방출하는 단계;
상기 레이저 빔을 신호빔(signal beam)과 참조빔(reference beam)으로 분리하는 단계;
상기 참조빔을 홀로그램 기록 매체(holographic material)에 조사하는 단계;
상기 신호빔을, 복수개의 요소 렌즈들(elemental lenses)을 포함하는 렌즈 어레이(lens array)에 조사하는 단계; 및
상기 신호빔과 상기 렌즈 어레이를 통해 변조된 신호빔의 간섭 무늬를 상기 홀로그램 기록 매체에 기록하는 단계;를 포함하는, 방법.In a method for manufacturing a holographic optical element,
Emitting a laser beam;
Separating the laser beam into a signal beam and a reference beam;
Irradiating the reference beam to a holographic material;
Irradiating the signal beam to a lens array including a plurality of elemental lenses; And
And recording the interference pattern of the signal beam and the signal beam modulated through the lens array in the hologram recording medium.
서로 다른 파장의 레이저 빔들을 방출하는 단계;
상기 서로 다른 파장의 레이저 빔들을 하나의 경로를 갖는 빔으로 중첩시키는 단계; 및
상기 중첩된 빔의 폭을 확장시키는 단계;를 더 포함하는, 방법.11. The method of claim 10,
Emitting laser beams of different wavelengths;
Overlapping the laser beams of the different wavelengths with a beam having one path; And
Further comprising: expanding the width of the superimposed beam.
상기 참조빔을 조사하는 단계는,
상기 참조빔이 상기 홀로그램 기록 매체에 기 정의된 각도로 조사되도록, 상기 참조빔을 반사하는 단계; 및
상기 참조빔이 상기 홀로그램 기록 매체에 조사되는 면적을 조절하는 단계;를 포함하는, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the step of irradiating the reference beam comprises:
Reflecting the reference beam such that the reference beam is irradiated at an angle predefined in the hologram recording medium; And
And adjusting an area of the reference beam irradiated on the hologram recording medium.
상기 신호빔을 조사하는 단계는,
상기 신호빔이 상기 렌즈 어레이에 수직 방향으로 조사되도록, 상기 신호빔을 반사하는 단계; 및
상기 참조빔이 상기 렌즈 어레이에 조사되는 면적을 조절하는 단계;를 포함하는, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the step of irradiating the signal beam comprises:
Reflecting the signal beam such that the signal beam is directed in a direction perpendicular to the lens array; And
And adjusting an area of the reference beam irradiated to the lens array.
상기 간섭 무늬가 기록되는 상기 홀로그램 기록 매체 내의 영역의 위치를 변경하는 단계;를 더 포함하는, 방법.11. The method of claim 10,
And changing the position of an area in the hologram recording medium on which the interference fringes are recorded.
상기 간섭 무늬는, 상기 참조빔과 상기 변조된 신호빔이 상기 홀로그램 기록 매체의 서로 반대 면을 통하여 교차되어 발생하는, 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the interference fringe is generated by crossing the reference beam and the modulated signal beam through mutually opposite surfaces of the hologram recording medium.
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