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KR20180074154A - 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법 - Google Patents

홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법 Download PDF

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KR20180074154A
KR20180074154A KR1020160177943A KR20160177943A KR20180074154A KR 20180074154 A KR20180074154 A KR 20180074154A KR 1020160177943 A KR1020160177943 A KR 1020160177943A KR 20160177943 A KR20160177943 A KR 20160177943A KR 20180074154 A KR20180074154 A KR 20180074154A
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KR
South Korea
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hologram
lens
panel
unit
cgh
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020160177943A
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English (en)
Inventor
안중권
송훈
김선일
이홍석
박준용
최칠성
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US15/819,485 priority patent/US11226590B2/en
Publication of KR20180074154A publication Critical patent/KR20180074154A/ko
Priority to US17/509,810 priority patent/US11762334B2/en
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Abstract

홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이는 홀로그램으로 기록된 영상을 재생하기 위한 광을 방출하는 백라이트부와, 재생되는 영상의 재생방향을 제어하는 편향기와, 상기 재생되는 영상이 맺히는 위치(초점)를 회절조건을 만족하는 위치로 제어하는 렌즈부와, 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위해 마련된 패널부를 포함한다. 상기 패널부에 상기 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위한 제어신호를 제공하는 홀로그램 공급부를 더 포함할 수 있다.

Description

홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법{Holographic display and method of operating the same}
본 개시는 디스플레이에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 홀로그래픽 디스플레이와 그 동작방법에 관한 것이다.
디지털 홀로그래피는 가간섭성 광원을 이용하여 광파의 진폭 정보뿐만 아니라 위상 정보를 기록 또는 재생하는 기술이다. 이러한 홀로그래피 기술을 이용한 홀로그램 형성방법에는 광학요소(렌즈, 빔스플리터, 미러 등)를 이용하여 직접 홀로그램을 형성하는 방법과 컴퓨터를 이용하여 깊이 정보를 갖는 3D 이미지(영상)로부터 홀로그램을 형성하는 방법이 있을 수 있다. 후자의 방법으로 형성된 홀로그램을 ‘컴퓨터 생성 홀로그램(computer-generated hologram, CGH)’이라 한다. 이러한 방법으로 형성된 홀로그램은 SLM(Spatial Light Modulator)을 통해서 3D 영상으로 재생될 수 있다. 시청자는 상기 3D 영상으로 재생된 영상을 시청하게 된다.
본 개시는 홀로그램을 이용한 3D 영상에 대한 시청 영역에서의 시청의 불연속성을 줄이거나 해소한 홀로그래픽 디스플레이를 제공한다.
본 개시는 이러한 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법을 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이는 홀로그램으로 기록된 영상을 재생하기 위한 광을 방출하는 백라이트부와, 재생되는 영상의 재생방향을 제어하는 편향기와, 상기 재생되는 영상이 맺히는 위치(초점)를 회절조건을 만족하는 위치로 제어하는 렌즈부와, 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위해 마련된 패널부를 포함한다.
이러한 홀로그래픽 디스플레이에서, 상기 패널부에 상기 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위한 제어신호를 제공하는 홀로그램 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 편향기는 상기 재생되는 영상을 수평방향으로 편향시키는 제1 편향기와, 상기 재생되는 양상을 수직방향으로 편향시키는 제2 편향기를 포함할 수 있다.
상기 편향기는 상기 재생되는 영상을 수직 및 수평방향으로 편향시키는 단일 편향기일 수 있다.
상기 렌즈부는 전기적으로 굴절률이 제어되는 가변렌즈를 포함할 수 있고, 비가변렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가변렌즈는 프레넬 렌즈와 상기 프레넬 렌즈의 광방출면을 덮는 액정층을 포함할 수 있다.
상기 패널부는 공간 광 변조기(SLM)를 포함할 수 있는데, 공간 광 변조기는 위상 SLM, 진폭 SLM 및 복합 SLM 중 어느 하나일 수 있다.
상기 중첩 홀로그램은 상기 영상이 기록된 메인 CGH와, 상기 재생되는 영상을 상기 회절조건을 만족하는 위치 사이로 이동시키기 위해 마련된 제트-스캔 홀로그램을 포함할 수 있다.
상기 편향기는 상기 백라이트부와 상기 패널부 사이, 상기 백라이트부 뒤 및 상기 패널부와 시청자 사이 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법은 중첩 CGH를 생성하는 과정과, 상기 중첩 CGH를 패널부에 공급하는 과정과, 상기 패널부에 광을 조사하는 과정을 포함할 수 있다.
이러한 동작방법에서, 상기 중첩 CGH를 생성하는 과정은 상기 패널부를 통해 표시될 3D 영상이 기록된 메인 홀로그램을 생성하는 과정과, 회절조건을 만족하지 않는 영역으로 상기 3D 영상을 이동시키기 위해 마련된 제트-스캔 홀로그램을 생성하는 과정과, 상기 메인 홀로그램과 상기 제트-스캔 홀로그램을 중첩하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제트-스캔 홀로그램을 생성하는 과정은 시청자의 눈의 위치를 파악하는 과정과, 홀로그래픽 디스플레이의 렌즈부에서 시청자 눈까지의 초점거리를 계산하는 과정과, 상기 렌즈부 초점 조절범위 내에서 상기 계산된 초점거리와 가장 근접한 초점거리가 되도록 상기 렌즈부의 초점을 조절하는 과정과, 상기 계산된 초점거리와 상기 렌즈부의 조절된 초점거리 사이의 오차를 계산하는 과정과, 상기 계산된 오차를 보정할 수 있는 렌즈(이하, 보정렌즈)의 초점거리를 계산하는 과정과, 콤플렉스 홀로그램 계산식을 이용하여 상기 보정렌즈에 해당하는 홀로그램을 계산하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 중첩 CGH를 패널부에 공급하는 과정은 상기 중첩 CGH를 신호처리하여 제어신호를 발생시키는 과정과, 상기 제어신호를 상기 패널부에 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 중첩 CGH를 신호처리하여 제어신호를 발생시키는 과정은 상기 중첩 CGH를 인코딩(encoding)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 패널부에 광을 조사하는 과정은 상기 패널부에 광이 조사되기 전에 상기 광의 진행 방향을 주어진 방향으로 편향시키는 과정을 포함할 수 있다.
개시된 홀로그래픽 디스플레이와 그 동작방법은 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위해 마련된 패널부를 포함한다. 중첩 홀로그램은 표시할 3D 영상이 기록된 메인 CGH와 가변렌즈의 회절조건을 만족하지 않는 영역에서 상기 3D 영상을 볼 수 있도록 상기 회절조건을 만족하는 초점 사이로 상기 3D 영상을 이동시키는 제트-스캔 홀로그램을 포함한다. 개시된 홀로그래픽 디스플레이는 상기 중첩 홀로그램을 상기 패널부에 공급하도록 마련된 홀로그램 공급부를 더 포함할 수 있다. 개시된 홀로그래픽 디스플레이는 이러한 패널부를 포함하는 바, 주어진 시청영역에서 가변렌즈의 회절조건을 만족하는 위치에서는 물론이고, 가변렌즈의 회절조건을 만족하지 않는 위치에서도 3D 영상을 볼 수 있다. 달리 말하면, 개시된 홀로그래픽 디스플레이를 이용하면, 기존의 시청영역에서 3D 영상이 불연속적으로 표시되는 상황을 완화하거나 해소할 수 있는 바, 주어진 시청영역의 어느 곳에서나 3D 영상을 볼 수 있다.
또한, 개시된 디스플레이는 편향기가 백라이트부와 패널부 사이에 배치된 경우도 포함한다. 이에 따라 백라이트부의 효율이 높아질 수 있어 시청영역에 공급되는 광량이 증가될 수 있다. 이에 따라 보다 밝은 3D 영상을 볼 수 있다.
도 1 내지 도 4는 다양한 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시한 홀로그래픽 디스플레이의 편향기의 구성에 대한 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1 내지 도 4의 홀로그래픽 디스플레이에서 렌즈부의 초점거리 가변을 예시한 단면도이다.
도 7은 도 1의 홀로그래픽 디스플레이의 렌즈부의 구성에 대한 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법의 순서도이다.
이하, 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이를 보여준다.
도 1을 참조하면, 제1 홀로그래픽 디스플레이(100)는 백라이트부(10), 편향기(12), 렌즈부(14), 패널부(16)를 포함한다. 제1 홀로그래픽 디스플레이(100)는 패널부(16)에 제어신호를 인가하는 홀로그램 공급부(18)를 더 포함할 수 있다. 홀로그램 공급부(18)는 피사체에 대한 3D 영상이 기록된 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)(이하, 메인 CGH)과 제트-스캔 홀로그램(z-scan hologram)을 중첩한 홀로그램을 인코딩한 것을 패널부(16)에 제공하도록 마련된 것이다. 중첩된 홀로그램은 인코딩되어 제어신호로 패널부(16)에 인가될 수 있다. 제트-스캔 홀로그램과 중첩되는 메인 CGH는 패널부(16)를 통해 표시하고자 하는 3D 영상에 대한 정보(예, 간섭무늬)를 포함하고 있으며, 콤플렉스(complex) CGH일 수 있다. 제트-스캔 홀로그램은 Z축 방향으로 렌즈부(14)의 초점 혹은 초점길이, 곧 렌즈부(14)에 포함된 가변렌즈의 초점 혹은 초점길이를 조절하기 위한 홀로그램을 의미한다. 다시 말하면, 패널부(16)의 시청자를 향한 면을 X-Y면이라 할 때, 패널부(16)의 시청자를 향한 면에 수직한 방향(Z방향)으로 렌즈부(14)의 초점 혹은 초점길이를 조절하기 위한 홀로그램을 ‘제트-스캔 홀로그램’이라 한다. 제트-스캔 홀로그램은 ‘가변 초점 알고리즘’ 혹은 ‘가변 초점 홀로그램’이라 할 수도 있다. 결과적으로 제트-스캔 홀로그램에 의해 렌즈부(14)의 초점거리가 보정될 수 있다. 이에 대해서는 후술된다. 홀로그램 공급부(18)에서 패널부(16)로 인가되는 상기 제어신호는 CGH에 대한 신호처리(예, 인코딩)에 따라 발생되는 데이터 신호(예, 중첩 홀로그램 관련 데이터 신호)일 수 있다. 홀로그램 공급부(18)은 이와 같은 CGH의 생성과 신호처리를 위한 CGH 프로세서(18A)를 포함할 수 있다.
백라이트부(10)는 가간섭성 광을 방출한다. 백라이트부(10)에서 방출되는 광은 홀로그램 재생, 곧 3D 홀로그램 영상을 표시하는데 사용되는 기준광(reference light)으로 사용될 수 있다. 백라이트부(10)는 가간섭광을 방출하기 위한 것으로, 예를 들면 레이저를 포함할 수 있다. 백라이트부(10)는 단일광원을 포함할 수도 있고, 복수의 단일 광원으로 이루어진 어레이 형태의 광원을 포함할 수도 있다. 백라이트부(10)는 이러한 광원과 함께 면에 대한 광 조사를 위한 빔 확장기(beam expander)를 포함할 수 있다. 백라이트부(10)는 기존의 홀로그래픽 디스플레이에 사용된 광원을 포함할 수도 있다. 백라이트부(10)에서 방출된 광은 편향기(12)와 렌즈부(14)를 차례로 통과하여 패널부(16)에 입사된다. 패널부(16)에 입사된 이 광은 홀로그램으로 기록된 영상을 재생하는데, 곧 패널부(16)에 표시된 간섭무늬로부터 3D 영상(19)을 만드는데 기준광으로 사용될 수 있다. 편향기(12)는 백라이트부(10) 다음에 배치되어 백라이트부(10)로부터 입사된 광의 진행방향을 수직방향(상하방향) 및/또는 수평방향(좌우방향)으로 주어진 각도 만큼 변경시킨다. 이에 따라 렌즈부(14)의 초점은 좌우 또는 상하로 이동될 수 있는 바, 패널부(16) 앞쪽의 시청자가 있는 시청영역에 만들어지는 3D 영상(19)은 좌우 또는 상하로 이동될 수 있다. 예컨대, 편향기(12)에 입사된 광이 편향기(12)를 통과하면서 광축(5)을 기준으로 우측방향으로 주어진 각으로 꺽여 진행할 경우, 렌즈부(14)에는 광축(5)을 기준으로 우측으로 경사진 평행광이 입사되는 바, 렌즈부(14)의 초점은 광축(5) 상에 있던 것이 광축(5)의 우측으로 이동된다. 이것은 곧 3D 영상(19)이 광축(5)의 우측으로 이동됨을 의미한다. 이와 같이 편향기(12)를 이용하여 방출되는 광의 진행 방향을 조정함으로써, 상기 시청영역에 형성되는 3D 영상(19)의 형성위치를 조절할 수 있다. 렌즈부(14)는 편향기(12)와 패널부(16) 사이에 배치되어 있다. 렌즈부(14)는 초점을 조절할 수 있는 가변렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 가변렌즈의 초점은 렌즈에 전압을 인가하는 전기적 방식으로 조절할 수 있다. 렌즈부(14)는 단일 가변렌즈를 포함할 수도 있고, 단일 가변렌즈와 함께 비가변렌즈를 포함할 수도 있다. 상기 비가변렌즈는 초점이 고정된 렌즈를 의미하며, 1매 혹은 그 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 단일 가변렌즈는 말 그대로 1매의 가변렌즈를 포함하는 경우를 의미할 수도 있으나, 가변렌즈와 다른 구성을 포함하는 복수의 구성을 포함하여 전체적으로 가변렌즈 특성을 나타내는 광학요소일 수도 있다. 이러한 렌즈부(14)에 대한 예는 도 5에서 설명된다. 렌즈부(14)는 회절현상을 나타낸다. 따라서 렌즈부(14)만으로는 시청자가 있는 시청영역에 공간적으로 연속된 위치에 3D 영상(19)을 만들수 없다. 달리 말하면, 상기 시청영역의 모든 위치(지점)가 렌즈부(14)의 회절조건을 만족하지 않으며, 회절조건을 만족하는 위치는 불연속적으로 존재한다. 따라서 상기 제트-스캔 홀로그램을 사용하지 않고, 렌즈부(14)만 이용할 경우, 상기 시청영역에서는 렌즈부(14)의 회절조건을 만족하는 서로 이격된 위치에서만 3D 영상(19)을 볼 수 있다. 상기 회절조건을 만족하는 위치들 사이에서 3D 영상(19)을 보기 위해서, 곧 렌즈부(14)만 고려할 경우, 상기 시청영역에서 3D 영상(19)을 볼 수 없었던 위치에서 3D 영상(19)을 보기 위해서는 제트-스캔 홀로그램이 필요하다. 이렇게 볼 때, 상기 시청영역에서 3D 영상(19)에 대한 거시적 초점조절은 렌즈부(14)에 의해 이루어지고, 미세한 초점조절(예, 회절조건을 만족하는 위치인 거시적 초점 사이의 영역에서의 초점조절)은 상기 제트-스캔 홀로그램을 이용하여 이루어진다고 볼 수 있다.
패널부(16)는 3D 영상(19)에 대한 정보를 포함하고 있는 간섭무늬를 표현한다. 간섭무늬는 홀로그램 공급부(18) 혹은 홀로그램 공급원으로부터 제공되는, 중첩된 홀로그램에 해당하는 제어신호(예, 인코딩 신호)를 수신하여 패널부(16)를 동작시켜 표현할 수 있다. 곧, 패널부(16)는 홀로그램 공급부(18)로부터 중첩된 홀로그램에 해당하는 제어신호(예, 인코딩 신호)를 수신하여 처리함으로써, 상기 중첩된 홀로그램에 해당하는 간섭무늬를 표현하도록 마련된 것이다. 패널부(16)는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM) 패널을 포함할 수 있다. 패널부(16)에 포함된 SLM 패널은, 예를 들면 위상 SLM 패널, 진폭(amplitude) SLM 패널 또는 위상과 진폭을 모두 포함하는 복합(complex)(위상+진폭) SLM 패널일 수 있다. 패널부(16)가 복합 SLM인 경우, 홀로그램 공급부(18)에서 형성된 CGH는 인코딩 없이 패널부(16)에 공급될 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이를 보여준다.
도 2를 참조하면, 제2 홀로그래픽 디스플레이(200)는 편향기(20), 백라이트부(22), 렌즈부(24), 패널부(26)를 포함한다. 제2 홀로그래픽 디스플레이(200)는 홀로그램 공급부(28)를 더 포함할 수 있다. 편향기(20)는 시청자로부터 제일 먼 곳에 위치하고, 패널부(26)는 시청자로부터 가장 가까운 위치에 배치되어 있다. 편향기(20)와 패널부(26) 사이에 백라이트부(22)와 렌즈부(24)가 배치되어 있다. 백라이트부(22)는 편향기(20)와 렌즈부(24) 사이에 위치한다. 편향기(20), 백라이트부(22), 렌즈부(24), 패널부(26)는 동일 광축 상에 있을 수 있다. 제2 홀로그래픽 디스플레이(200)의 편향기(20), 백라이트부(22), 렌즈부(24), 패널부(26) 및 홀로그램 공급부(28)의 각각의 구성과 역할은 도 1의 제1 홀로그래픽 디스플레이(100)의 편향기(12), 백라이트부(10), 렌즈부(14), 패널부(16) 및 홀로그램 공급부(18)와 동일할 수 있다.
도 3은 또 다른 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이를 보여준다.
도 3을 참조하면, 제3 홀로그래픽 디스플레이(300)는 백라이트부(30), 렌즈부(32), 편향기(34), 패널부(36)를 포함한다. 제3 홀로그래픽 디스플레이(300)는 홀로그램 공급부(38)를 더 포함할 수 있다. 백라이트부(30)는 렌즈부(32), 편향기(34) 및 패널부(36)에 비해 시청자로부터 멀리 떨어져 있다. 패널부(36)는 백라이트부(30), 렌즈부(32) 및 편향기(34)에 비해 시청자로부터 가깝게 위치한다. 백라이트부(30)로부터 시청자가 있는 방향으로 광축을 따라 렌즈부(32), 편향기(34) 및 패널부(36)가 순차적으로 배치되어 있다. 편향기(34)는 렌즈부(32)와 패널부(36) 사이에 배치되어 있다. 제3 홀로그래픽 디스플레이(300)의 백라이트부(30), 렌즈부(32), 편향기(34), 패널부(36) 및 홀로그램 공급부(38)의 각각의 구성과 역할은 도 1의 제1 홀로그래픽 디스플레이(100)의 백라이트부(10), 렌즈부(14), 편향기(12), 패널부(16) 및 홀로그램 공급부(18)와 동일할 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이를 보여준다.
도 4를 참조하면, 제4 홀로그래픽 디스플레이(400)는 백라이트부(40), 렌즈부(42), 패널부(44), 편향기(46)를 포함한다. 제4 홀로그래픽 디스플레이(400)는 홀로그램 공급부(48)를 더 포함할 수 있다. 백라이트부(40)는 렌즈부(42), 편향기(46) 및 패널부(44)에 비해 시청자로부터 멀리 떨어져 있다. 편향기(46)는 백라이트부(40), 렌즈부(42) 및 패널부(44)에 비해 시청자에 가깝다. 백라이트부(40)로부터 시청자가 있는 방향으로 광축을 따라 렌즈부(42), 패널부(44) 및 편향기(46)가 순차적으로 배치되어 있다. 편향기(46)는 패널부(44)와 시청자 사이에 배치되어 있다. 제4 홀로그래픽 디스플레이(400)의 백라이트부(40), 렌즈부(42), 패널부(36), 편향기(46) 및 홀로그램 공급부(48)의 각각의 구성과 역할은 도 1의 제1 홀로그래픽 디스플레이(100)의 백라이트부(10), 렌즈부(14), 패널부(16), 편향기(12) 및 홀로그램 공급부(18)와 동일할 수 있다.
도 1 내지 도 4에서 설명한 제1 내지 제4 홀로그래픽 디스플레이(100-400)의 편향기(12, 20, 34, 46)는 홀로그램으로 기록된 영상을 재새할 때, 재생되는 영상의 재생방향을 제어할 수 있다. 편향기(12, 20, 34, 46)는 입사광에 대한 좌우편향 및/또는 상하편향을 모두 수행하여 재생되는 영상의 재생방향을 좌우 및/또는 상하로 제어하는 단일 편향기를 포함할 수 있다. 또한, 편향기(12, 20, 34, 46)는 편향 방향별로 구분된 복수의 편향기를 포함할 수도 있다. 일 예로 도 5는 도 1의 편향기(12)가 복수의 편향기를 갖는 경우를 보여준다.
도 5를 참조하면, 편향기(12)는 광축을 따라 나란히 배열된 제1 편향기(12A)와 제2 편향기(12B)를 포함한다. 제1 편향기(12A)는, 예를 들면 입사광을 좌우로 편향시켜 재생되는 영상의 재생방향을 좌우로 제어할 수 있다. 제2 편향기(12B)는 입사광을 상하로 편향시켜 재생되는 영상의 재생방향을 상하로 제어할 수 있다. 제1 및 제2 편향기(12A, 12B)의 역할은 서로 바뀔 수도 있다. 도 5에 도시한 편향기(12)의 구성예는 도 2 내지 도 4의 편향기(20, 34, 46)에도 적용될 수 있다.
도 6은 제1 내지 제4 홀로그래픽 디스플레이(100-400)의 렌즈부(14, 24, 32, 42)에 포함된 가변렌즈에 대한 일 예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 가변렌즈는 렌즈층(60)과 제1 및 제2 투명 전극판(62, 64)을 포함한다. 렌즈층(60)은 제1 투명 전극판(62)과 제2 투명 전극판(64) 사이에 배치되어 있다. 렌즈층(60)은 프레넬 렌즈(60A)와 프레넬 렌즈(60A)를 덮는 액정층(60B)을 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈(60A)의 형태는 잘 알려져 있는 바, 도시의 편의를 위해 단순하게 도시하였다. 프레넬 렌즈(60A)의 광 방출면(60S) 전체는 액정층(60B)으로 덮여 있다. 따라서 프레넬 렌즈(60A)에서 방출된 광은 액정층(60B)을 통과하여 방출된다. 액정층(60B)의 액정의 배향상태에 따라 액정층(60B)의 굴절률은 달라진다. 액정층(60B)의 액정의 배향 상태는 제1 및 제2 투명 전극판(62, 64)에 인가되는 전압을 조절하여 조절할 수 있다. 따라서 제1 및 제2 투명 전극판(62, 64)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 프레넬 렌즈(60A)를 통과하여 방출되는 광의 굴절각을 조절할 수 있다. 프레넬 렌즈(60A)의 구조적 특성으로 인해 회절 현상이 나타난다. 따라서 프레넬 렌즈(60A)에서 방출되는 광은 회절광이 되고, 이러한 회절광의 굴절각은 제1 및 제2 투명 전극판(62, 64)에 인가되는 전압을 조절하여 조절될 수 있다. 프레넬 렌즈(60A)에서 방출되는 광은 회절광이므로, 렌즈층(60)에서 방출되는 광은 회절조건을 만족하는 위치에 맺히게 된다. 곧, 렌즈층(60)에서 방출되는 광의 초점은 회절조건을 만족하는 위치이다. 액정층(60B)의 굴절률이 조절가능하더라도, 회절조건을 만족해야 하기 때문에, 렌즈층(60)에서 방출된 광의 초점 혹은 초점거리 조절은 불연속적으로 이루어진다. 예컨대, 최초에 렌즈층(60)에서 방출된 광이 회절조건을 만족하는 제1 위치(d1)에 초점을 갖는다고 할 때, 제1 및 제2 투명 전극판(62, 64)에 전압을 인가하여 렌즈층(60)의 초점을 조절하여 제1 위치(d1)보다 먼 위치로 초점을 이동시킬 경우, 광은 회절조건을 만족하는 제2 위치(d2)나 제3 위치(d3)에 맺힌다. 곧, 다음 초점은 제2 위치(d2)나 제3 위치(d3)에 있다. 제1 내지 제3 위치(d1, d2, d3)는 회절조건을 만족하는 위치이며, 서로 이격되어 있다. 제1 내지 제3 위치(d1, d2, d3)에 있는 시청자는 제트-스캔 홀로그램 유무와 관계없이 메인 CGH에 기록된 3D 영상을 볼 수 있다. 그러나 제1 내지 제3 위치(d1, d2, d3) 사이는 회절조건을 만족하는 위치가 아니다. 그러므로 제1 내지 제3 위치(d1, d2, d3) 사이에서 메인 CGH에 기록된 3D 영상을 보기 위해서는 제트-스캔 홀로그램이 메인 CGH에 중첩되어야 한다. 제트-스캔 홀로그램이 메인 CGH에 중첩되면 3D 영상의 맺히는 위치가 회절조건을 만족하는 위치(d1, d2, d3) 사이로 이동될 수 있다.
한편, 도 1의 렌즈부(14)는 도 7에 도시한 바와 같이 가변렌즈(14A)와 비가변렌즈(14B)를 포함할 수 있다. 가변렌즈(14A)와 비가변렌즈(14B)는 서로 접촉될 수도 있고, 서로 이격될 수도 있다. 비가변렌즈(14B)는 초점길이가 고정된 렌즈일 수 있다. 비가변렌즈(14B)는 단일 렌즈일 수도 있고, 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계일 수도 있다. 도 7의 렌즈부(14)의 구성에 대한 예는 도 2 내지 도 3의 렌즈부(24, 32, 42)에도 적용될 수 있다.
다음에는 일 실시예에 의한 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법을 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8과 도 1을 함께 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법은 중첩 CGH를 생성하는 과정(70S)과 중첩 CGH에 해당하는 제어신호를 패널부(16)에 공급하는 과정(72S)과 패널부(16)에 광을 조사하는 과정(74S)을 포함한다.
중첩 CGH를 생성하는 과정(70S)은 패널부(16)를 통해서 시청자에게 제공되는 3D 영상에 대한 정보가 기록된 메인 CGH와 제트-스캔 홀로그램을 중첩하는 과정을 포함한다. 메인 CGH는 콤플렉스 CGH일 수 있다. 메인 CGH와 제트-스캔 홀로그램의 생성과 중첩은 홀로그램 공급부(110)에서 이루어질 수 있다. 메인 CGH는 이 분야에서 널리 사용되는 방식으로 형성될 수도 있다.
제트-스캔 홀로그램은 눈 추적(eye tracking)을 이용하여 다음과 같은 과정으로 생성될 수 있다.
1) 시청자의 눈의 위치를 파악한다.
2) 가변렌즈를 포함하는 렌즈부(14)에서 시청자의 눈까지의 초점거리를 계산한다.
3) 렌즈부(14)의 가변렌즈의 초점 조절범위 내에서 ‘2)’에서 계산된 초점거리와 가장 근접한 초점거리가 되도록 가변렌즈의 초점을 조절한다.
4) ‘2)’에서 계산된 초점거리와 ‘3)’에서 조절된 가변렌즈의 초점거리 사이의 오차를 계산한다.
5) ‘4)’에서 계산된 오차를 보정할 수 있는 렌즈(이하, 보정렌즈)의 초점거리를 계산한다.
6) 콤플렉스 홀로그램 계산식을 이용하여 상기 보정렌즈에 해당하는 홀로그램을 계산한다.
이러한 과정들은 실시간으로 이루어질 수 있다. 따라서 시청자 위치에 맞춘 제트-스캔 홀로그램도 실시간으로 생성될 수 있다.
제트-스캔 홀로그램은 기본적으로 렌즈부(14)의 위상(phase)을 나타내는 홀로그램으로써, 렌즈의 초점을 보정하는 역할을 하는 것으로 볼 수 있다. 곧, 렌즈부(14)에 포함된 가변렌즈는 구조적 특성에 따라 회절 현상이 나타나는 바, 가변 렌즈의 초점이 맺히는 위치는 도 6에서 설명한 바와 같이 불연속적으로 조절된다. 이에 따라 제트-스캔 홀로그램 없이 메인 CGH만 패널부(16)에 공급되는 경우, CGH에 기록된 피사체의 3D 영상은 시청 영역에서 상기 가변 렌즈의 회절 조건이 맞는 위치에서만, 곧 상기 가변 렌즈의 초점이 맺히는 위치에서만 볼 수 있다.
제트-스캔 홀로그램은 상기 가변렌즈에 대한 보정렌즈 역할을 한다. 따라서 메인 CGH에 제트-스캔 홀로그램이 중첩됨으로써, 메인 CGH에 기록된 3D 영상은 상기 가변렌즈의 회절조건이 맞는 인접한 두 위치 사이에서도 볼 수 있다. 다시 말하면, 상기 가변렌즈의 회절조건이 맞지 않는 위치에서도 메인 CGH에 기록된 3D 영상을 볼 수 있다. 상기한 제트-스캔 홀로그램 형성과정으로부터 짐작할 수 있듯이 제트-스캔 홀로그램은 시청자에 대한 눈 추적을 통해서 실시간으로 형성될 수 있으므로, 상기 가변렌즈의 회절조건이 맞는 인접한 두 위치 사이에서(또는 회절조건이 맞지 않는 영역에서) 상기 3D 영상이 맺히는 위치도 실시간으로 조정할 수도 있다. 결과적으로, 메인 CGH에 제트-스캔 홀로그램이 중첩됨으로써, 시청영역에서 메인 CGH에 기록된 3D 영상을 볼 수 있는 위치가 불연속적인 상황을 완화하거나 방지할 수 있다. 달리 말하면, 제트-스캔 홀로그램이 메인 CGH에 중첩됨으로써, 주어진 시청영역에서는 어느 지점에서나 3D 영상을 볼 수 있다.
중첩 CGH에 해당하는 제어신호를 패널부(16)에 공급하는 과정(72S)은 홀로그램 공급부(18)에서 수행될 수 있다. 홀로그램 공급부(18)에 포함된 CGH 프로세서(18A)는 중첩 CGH에 대한 적절한 신호처리를 수행하여 중첩 CGH 해당하는 제어신호, 곧 데이터 신호를 발생시켜 패널부(16)에 인가한다. 중첩 CGH에 대한 상기 신호처리는 인코딩(encoding)을 포함할 수 있다. 패널부(16)가 복합 SLM을 포함하는 경우, 상기 인코딩이 필요치 않을 수 있다.
패널부(16)에 광을 조사하는 과정(74S)는 다음과 같이 이루어질 수 있다.
패널부(16)는 홀로그램 공급부(18)로부터 주어지는 제어신호를 받아 중첩 CGH에 해당하는 간섭무늬를 표시할 수 있다. 이 상태에서 백라이트부(10)로부터 패널부(16)에 기준광으로 가간섭성 광이 조사되면, 패널부(16) 앞쪽 시청자가 있는 공간에 3D 영상이 형성된다. 이렇게 형성되는 3D 영상은 상기 메인 CGH에 기록된 피사체에 대한 3D 영상이다. 패널부(16)에 대한 광의 조사와 패널부(16)에 대한 상기 제어신호인가는 동시에 이루어질 수 있다. 다시 말하면, 홀로그램 공급부(18)에서 패널부(16)에 중첩 CGH에 해당하는 제어신호를 인가하는 시기와 백라이트부(10)에서 패널부(16)로 광이 조사되는 시기는 동기화될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
5:광축 10, 22, 30, 40:백라이트부
12, 20, 34, 46:편향기 12A, 12B:제1 및 제2 편향기
14, 24, 32, 42:렌즈부 16, 26, 36, 44:패널부
18, 28, 38, 48:홀로그램 공급부
19:3차원 영상(3D 영상) 60:렌즈층
60A:프레넬 렌즈 60B:액정층
60S:프레넬 렌즈의 광방출면 62:제1 투명 전극판
64:제2 투명 전극판
100, 200, 300, 400:제1 내지 제4 홀로그래픽 디스플레이

Claims (19)

  1. 홀로그램으로 기록된 영상을 재생하기 위한 광을 방출하는 백라이트부;
    재생되는 영상의 재생방향을 제어하는 편향기;
    상기 재생되는 영상이 맺히는 위치(초점)를 회절조건을 만족하는 위치로 제어하는 렌즈부; 및
    중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위해 마련된 패널부;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널부에 상기 중첩 홀로그램에 대한 간섭무늬를 표시하기 위한 제어신호를 제공하는 홀로그램 공급부를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향기는,
    상기 재생되는 영상을 수평방향으로 편향시키는 제1 편향기; 및
    상기 재생되는 양상을 수직방향으로 편향시키는 제2 편향기;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향기는 상기 재생되는 영상을 수직 및 수평방향으로 편향시키는 단일 편향기인 홀로그래픽 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 전기적으로 굴절률이 제어되는 가변렌즈를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    비가변렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변렌즈는,
    프레넬 렌즈; 및
    상기 프레넬 렌즈의 광방출면을 덮는 액정층;을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널부는 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 위상 SLM, 진폭 SLM 및 복합 SLM 중 어느 하나인 홀로그래픽 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중첩 홀로그램은,
    상기 영상이 기록된 메인 CGH; 및
    상기 재생되는 영상을 상기 회절조건을 만족하는 위치 사이로 이동시키기 위해 마련된 제트-스캔 홀로그램;을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향기는 상기 백라이트부와 상기 패널부 사이, 상기 백라이트부 뒤 및 상기 패널부와 시청자 사이 중 어느 한 곳에 배치된 홀로그래픽 디스플레이.
  12. 중첩 CGH를 생성하는 단계;
    상기 중첩 CGH를 패널부에 공급하는 단계; 및
    상기 패널부에 광을 조사하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중첩 CGH를 생성하는 단계는,
    상기 패널부를 통해 표시될 3D 영상이 기록된 메인 홀로그램을 생성하는 단계;
    회절조건을 만족하지 않는 영역으로 상기 3D 영상을 이동시키기 위해 마련된 제트-스캔 홀로그램을 생성하는 단계; 및
    상기 메인 홀로그램과 상기 제트-스캔 홀로그램을 중첩하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제트-스캔 홀로그램을 생성하는 단계는,
    시청자의 눈의 위치를 파악하는 단계;
    홀로그래픽 디스플레이의 렌즈부에서 시청자 눈까지의 초점거리를 계산하는 단계;
    상기 렌즈부 초점 조절범위 내에서 상기 계산된 초점거리와 가장 근접한 초점거리가 되도록 상기 렌즈부의 초점을 조절하는 단계;
    상기 계산된 초점거리와 상기 렌즈부의 조절된 초점거리 사이의 오차를 계산하는 단계;
    상기 계산된 오차를 보정할 수 있는 렌즈(이하, 보정렌즈)의 초점거리를 계산하는 단계; 및
    콤플렉스 홀로그램 계산식을 이용하여 상기 보정렌즈에 해당하는 홀로그램을 계산하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 중첩 CGH를 패널부에 공급하는 단계는
    상기 중첩 CGH를 신호처리하여 제어신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 제어신호를 상기 패널부에 제공하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중첩 CGH를 신호처리하여 제어신호를 발생시키는 단계는 상기 중첩 CGH를 인코딩(encoding)하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 패널부는 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 위상 SLM, 진폭 SLM 및 복합 SLM 중 어느 하나인 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 패널부에 광을 조사하는 단계는,
    상기 패널부에 광이 조사되기 전에 상기 광의 진행 방향을 주어진 방향으로 편향시키는 단계를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 동작방법.
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