KR102519587B1 - 공간 광변조기(slm)를 이용한 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법 - Google Patents

공간 광변조기(slm)를 이용한 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법 Download PDF

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Abstract

홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법에 대해 개시된다. 특히 본 개시는 공간 광변조기(SLM)를 이용시 효율적으로 적용 가능한 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법에 관한 것이다. 본 개시의 일 양상에 따르면, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 홀로그램을 재생하는 공간 광변조기(SLM) 및 상기 공간 광변조기의 홀로그램을 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는, 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 광학계를 포함하되, 디스플레이 기준 이미지 면인 퓨리에 면 (fourier plane)이 상기 제2 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하도록 구성한다.

Description

공간 광변조기(SLM)를 이용한 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법 {OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR HOLOGRAPHIC DISPLAY UJSING SPATIAL LIGHT MODULATOR}
본 개시는 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법에 대한 것이다. 특히 본 개시는 공간 광변조기(SLM)를 이용시 효율적으로 적용 가능한 홀로그래픽 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 방법에 관한 것이다.
홀로그램(HOLOGRAM)이란 그리스어의 전부(Whole)의 뜻을 가지는 'HOLOS'와 전달(Message)을 의미하는 'GRAM'이 결합된 용어이다. 또한, 홀로그램은 홀로그래픽의 원리를 이용하여 만들어지며 입체 이미지를 재현하는 간섭 패턴 (Fringe Pattern) 또는 이러한 간섭 패턴이 기록된 매체를 의미하기도 한다.
홀로그래픽의 원리는 간섭성(coherent)의 광, 예를 들어 레이저에서 나온 광선을 빔 스플리터에 의해 2개로 나눠서 하나의 광은 직접 기록매체를 비추게 하고 다른 하나의 광은 보려고 하는 물체에 비추는 것이다. 이때 직접 기록매체를 비추는 광을 참조광(reference light)이라고 하고, 물체를 비추는 빛을 물체광(object light)이라고 한다. 물체광은 물체의 각 표면에서 반사되어 나오는 광이기 때문에 물체 표면에 따라 위상차 (예를 들어, 물체 표면에서부터 기록매체까지의 거리)가 각각 다르게 나타난다. 이때 변형되지 않은 참조광이 물체광과 간섭을 일으키게 되고, 홀로그램 기록 장치는 물체광과 참조광의 이러한 간섭 패턴(fringe pattern)을 사진 건판 (photoplate)이나 카메라(CCD or CMOS)와 같은 기록매체에 기록한다. 또한, 홀로그램 재생 장치는 상기 간섭 패턴(fringe pattern)이 기록된 기록매체에 광을 재조사하여 홀로그램을 재생하는 장치이며, 이때 기록 시와 동일한 파장 및 위상을 갖는 참조광이 조사된다.
공간 광변조기(SLM)는 입사광의 위상 또는 진폭의 동적 변조를 가능케 하는 홀로그래픽 디스플레이의 주요 구성 소자이다. 종래 다양한 방식의 SLM이 제안되었으나, 특히 최근에는 2π위상 변조를 갖는 고분해능 소자로서 LC (Liquid Crystal) 기술에 기반한 EASLM (Electrically Addressable Spatial Light Modulator)이 이용되기도 한다.
관련하여, 일반적인 공간 광변조기(SLM)는 이차원의 주기적 픽셀 구조를 가짐에 따라 격자 간격과 입사 광선 및 회절 광선의 각도 사이 관계를 통해 디스플레이의 시야각을 해석할 수 있게 된다. 예를 들어, 아래 [수식 1] 과 같은 회절 격자 이론을 통해 홀로그래픽 디스플레이의 시야각을 해석하는 것이 가능하다.
[수식 1]
Grating equation: d*sinθ= mλ
여기서, θ는 회절 각(diffraction angle)을, d는 슬릿 간격 또는 픽셀 주기 (spacing between the slits or grating period or pixel period)를, m은 회절 차수 (order of diffraction, m= 0, ±1, ±2,...)를, λ는 파장 길이 (wavelength) 를 각각 의미한다.
도 1은 일반적인 공간 광변조기(SLM)를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다. 홀로그래픽 디스플레이의 시야각이 공간 광변조기(SLM, 100)의 픽셀 주기에 따른 회절 각 θ 에 의해 결정되므로, SLM(100)은 픽셀 피치(pixel pitch, 101)를 줄이기 위한 방향으로 연구가 진행되고 있다.
관련하여, 홀로그래픽 디스플레이의 시야각은 상기 [수식 1] 에서 단일 차 수(diffraction order)에서의 최대 회절 각으로 제한된다. 이는 SLM 픽셀들이 일정 간격 d의 주기로 배열된 경우, 파장의 정수배 마다 특정 각(angle) 방향에 반복적으로 회절 차 수들이 발생하기 때문이다. 여기서, 재구축된 홀로그램 영상이 각 차수(order)로 반복되어 부정확한 공간 정보를 전달하므로 사용자에게 노이즈로 인지된다. 따라서 사용자에게 적절한(reasonable) 시야각이 제공 가능하고, 높은 공간 주파수의 홀로그램 표현이 가능한 홀로그래픽 디스플레이 구현을 위해, 다양한 SLM 관련 연구들이 이루어지고 있다.
또한, 디지털 홀로그래픽 디스플레이 구성을 위해서는 홀로그래픽 기술 원리에 따른 광학적 공간 잡음의 제거가 필요하다. 일반적으로 상기 광학적 공간 잡음은 공액파 (conjugate wave) 및 고차항 회절광, 비회절광에 의해 발생한다. 또한 일반적인 홀로그래픽 디스플레이 구성에는 4-f 전달 광학계 (4-f relay optic system)가 적용될 수 있다. 그러나, 이와 같은 4-f 전달 광학계는 SLM의 면적이 넓어지며 회절 성능이 향상될수록 회절광의 수렴을 위해 보다 대구경의 높은 렌즈 파워를 가지는 렌즈가 필요하게 된다. 따라서 홀로그래픽 디스플레이 구성을 위해 SLM 소자의 발전과 함께 그에 적합한 홀로그래픽 디스플레이 광학 시스템이 요구된다 할 것이다.
이하 본 개시에서, '광학계 (optical system)' 는 '광학 시스템 (optical system)' 또는 '광학계 구성 (optical system structure)' 로도 명명 될 수 있으며, 실질적으로 동일한 의미를 가지는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시는 홀로그래픽 디스플레이 광학계 구성과 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 고성능 공간 광변조기에 대응하는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 노이즈 필터링을 위한 추가 광학적 소자가 요구되지 않는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 광 경로가 단축되는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 요구 광학계 성능이 낮아지는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 디스플레이 폼팩터(form factor)가 향상되는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 제작 비용이 감소시킬 수 있는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 대면적 디스플레이 면적 및 넓은 회절각을 제공하는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 확대 투사를 위한 프로젝션 렌즈가 요구되지 않으며, 근거리에 시역 (viewing zone) 형성을 가지는 광학계 구성 및 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시는 한 쌍의 렌즈를 이용한 퓨리에(Fourier) 변환에 기반한 홀로그래픽 광학계 구성을 통해 효과적으로 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 일 양상에 따르면, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 공간 광변조기(SLM)에서 재생되는 홀로그램을 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 퓨리에 변환 광학계를 포함한다. 여기서, 상기 광학계는 디스플레이의 이미지 면인 퓨리에 면 (fourier plane)이 상기 제2 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하도록 구성된다.
또한, 본 개시의 다른 양상에 따른, 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 홀로그램이 재생되는 공간 광변조기(SLM) 및 상기 공간 광변조기의 홀로그램을 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 퓨리에 광학계를 포함하되, 사용자 시역 (viewing zone) 위치를 디스플레이 퓨리에 면으로부터 인접 거리 d 위치에 설정하기 위해, 상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 제2 렌즈의 초점거리를 설정할 수 있다. 또한, 대면적 디스플레이 구성을 위해, 상기 제2 렌즈는 회절 광학소자 (diffractive optical element) 로 구성할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 양상에 따른, 홀로그래픽 디스플레이 장치내의 광학계 구성은 한 쌍으로 퓨리에 변환을 수행하는 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 퓨리에 광학계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광학계에 의한 디스플레이의 이미지 면인 퓨리에 면 (fourier plane)이 상기 제2 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하도록 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈가 배열되도록 한다.
본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 개시에 따르면, 홀로그래픽 디스플레이 장치 내 광 경로가 단축되고 구성 광학계 요구 성능이 낮아지므로, 디스플레이 폼팩터(form factor) 향상을 가능하게 한다.
또한, 본 개시에 따르면, 한 쌍의 렌즈를 이용한 퓨리에 홀로그래픽 광학계 구성을 통해 광학 잡음 제거가 가능하다.
또한, 상기 한 쌍의 렌즈를 이용한 퓨리에 홀로그래픽 광학계 구성을 통해 홀로그램 확대 투사를 위한 추가적 광학적 구성을 요구하지 않는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 홀로그래픽 디스플레이 장치 제작 비용을 저감 시킬 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 보다 근거리에 시역을 형성할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 공간 광변조기(SLM)를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 적용되는 광학계 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 광학계 구성에 적용되는 입력 및 출력 신호의 수학적 관계를 표시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 광학계 구성을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 광학계 구성을 종래 광학계 구성과 비교 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 근거리 시역에 적합한 홀로그래픽 디스플레이 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계 뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들에 대해서 설명한다.
본 개시는 홀로그래픽 디스플레이 광학 시스템과 이를 이용한 홀로그래픽 디스플레이 방법에 관한 것이다. 본 개시의 광학 시스템은 기능적으로 퓨리에(Fourier) 홀로그래픽 디스플레이 구조를 기반으로 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 적용되는 광학계 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다. 또한, 도 3은 도 2의 광학계 구성에 적용되는 입력 및 출력 신호의 광학적 관계를 수학식으로 표시한 것이다.
본 개시의 광학계 구성은 퓨리에 홀로그래픽 디스플레이 구조를 기반으로 한다. 여기서, 본 개시에 적용되는 광학적 퓨리에 변환은, 종래 단일 렌즈를 이용한 퓨리에 변환 기반 홀로그래픽 디스플레이 구조가 아닌 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는 광학 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 개시의 일 예에 의한 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는 두개 렌즈 (201, 202) 구조를 도시한 것이다. 제1 렌즈(201)의 초점 거리(f1)와 제2 렌즈(202)의 초점 거리(f2)는 공초점(fc)으로 동일한 경우이다. 또한, 도 3은 상기 공초점 두개 렌즈(201, 202)간의 광학적 관계를 수학식으로 표시한 것이다. 도 3의 수학식으로부터 제1 렌즈(201)의 입력 필드 gin(x,y)와 제2 렌즈 (202)의 출력 필드 gout(u,v)는 광학적 퓨리에 변환 관계를 가짐을 알 수 있다. 이하 본 개시에서는 상기 공초점의 두개 렌즈를 각각 제1 렌즈(201) 및 제2 렌즈(202), 또는 제1 퓨리에 렌즈(201) 및 제2 퓨리에 렌즈(202)로 명명한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 광학계 구성을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4를 참고하면, 본 개시에 의한 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 공간 광변조기(SLM)에서 재생된 홀로그램을, 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환하는 제1 퓨리에 렌즈(401) 및 제2 퓨리에 렌즈(402)로 구성된 광학계를 포함한다. 여기서, 상기 제1 퓨리에 렌즈(401) 및 제2 퓨리에 렌즈(402)에 의한, 광학적 퓨리에 면(fourier plane)이 상기 제2 퓨리에 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하게 된다.
관련하여, 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)는 상기 SLM과 밀접하여 위치하고, 상기 제2 퓨리에 렌즈는 상기 제1 퓨리에 렌즈의 초점거리(f) 만큼 이격된 지점에 위치하도록 구성될 수 있다. 예시적으로 도 4는 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)가 광 경로상 상기 SLM 이후에 위치하는 경우를 도시한 경우이다.
반면, 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)가 광 경로상 상기 SLM 이전에 위치하는 것도 가능하다. 이때, 만약 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)가 광 경로상 상기 SLM 이전에 위치하는 경우라면, 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)의 초점거리 f1은, f1=f2+d1 으로 설정될 수 있다. 여기서, d1은 상기 제1 퓨리에 렌즈(401)와 상기 SLM과의 거리를 의미하고, f2는 상기 SLM과 제2 퓨리에 렌즈(402) 사이의 초점거리를 의미한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 광학계 구성을, 종래 광학계 구성과 비교 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 도 5의 상단은 SLM을 이용하여 종래 단일 퓨리에 렌즈를 이용한 구조를 도시한 것이다. 반면 도 5의 하단은 동일 성능의 SLM을 이용하여 본 개시에 따른 공초점 기반 광학적 퓨리에 변환 구조가 적용된 홀로그래픽 디스플레이 광학계 구성을 도시한 것이다.
관련하여, 도 5에서 N x 는 SLM의 픽셀 수를, f 는 렌즈의 초점거리, λ는 파장을 의미한다. 또한, 각 광학계 구성에서 홀로그램은 퓨리에 면 (Fourier plane)에 재구축되며, 이 때 퓨리에 면에 재현되는 최대 재현 영상은 동일한 f*λ/p x 의 사이즈를 갖는다.
도 5 하단의 본 개시의 일 예에 의한 광학계 구성은 종래의 단일 렌즈를 이용한 광학적 퓨리에 변환 방식과 대비하여 다음과 같은 장점을 가진다.
우선 본 개시의 광학계 구성은, 종래 대비 절반의 광 경로에서 동일한 광학적 기능 수행이 가능하다. 따라서, 본 개시의 광학계 구성을 활용하여 홀로그래픽 디스플레이 장치를 구성하는 경우, 광 경로를 절반으로 단축시켜 디스플레이 폼팩터를 향상시킬 수 있다.
또 다른 장점으로, 광학 시스템 구성에 요구되는 퓨리에 렌즈 성능이 종래 대비 낮은 성능으로도 구성 가능하게 된다. 즉, 동일 사이즈의 홀로그램 영상 재현을 가정하면, 요구되는 퓨리에 렌즈의 초점거리는 종래 및 제안 구조 모두 동일하다. 반면, 요구되는 렌즈의 개구 사이즈는, 도 5 하단의 본 개시 제안 구조에서는 픽셀 주기에 따른 회절각 만으로 결정되는데 비해, 도 5 상단의 종래 구조에서는 SLM 전체 면적이 추가적으로 더 고려되어 보다 더 낮은 F/#의 렌즈가 요구된다.
또한, 도 5 하단의 본 개시에 따른, 광학계 구성의 광학 잡음 제거 방식은 종래보다 간소하게 구성 가능하다. 예를 들어, 종래 홀로그래픽 디스플레이 구조에서 광학 잡음은 4-f 전달 광학계에서 퓨리에 면에 공간 필터(spatial filter)를 적용하여 제거하게 된다. 따라서 종래 광학계 구성은 별도의 공간 필터 소자 배치를 필요로 한다. 반면, 도 5 하단의 본 개시에 따른 광학계 구성은, 퓨리에 면이 광학계를 구성하는 두 번째 렌즈 위치와 일치되므로, 홀로그램 신호의 위상 천이(phase shift)를 통해 위치를 차수 잡음(order noise) 사이 공간으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 두번째 렌즈의 개구(aperture)를 차수 잡음 사이에 배치함으로서, 별도의 광학 소자 없이도 광학 잡음 제거가 가능하게 된다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 근거리 시역 (viewing zone)에 적합한 홀로그래픽 디스플레이 광학계 구성 및 홀로그래픽 디스플레이 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다.
본 개시에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의하면, 사용자 시역 (viewing zone) 위치를 디스플레이에 인접한 거리에 설정하는 것이 가능하다. 즉, 제1 퓨리에 렌즈(601)에 대응하는 제2 퓨리에 렌즈(602) 초점거리를 조절함에 의해, 사용자 시역 (viewing zone) 위치를 디스플레이되는 퓨리에 면으로부터 인접 거리 d 위치에 설정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 6의 홀로그래픽 디스플레이 장치를 구성하는 광학계를 구성함에 있어서, 상기 제1 퓨리에 렌즈(601)의 초점거리를 f1 이라 하면, 상기 제2 퓨리에 렌즈의 초점 거리를
Figure 112020130611211-pat00001
로 설정할 수 있다.
여기서, 본 개시의 퓨리에 홀로그래픽 디스플레이 광학계를 구성함에 있어, 제2 퓨리에 렌즈(602)의 크기는 재현하고자 하는 영상의 사이즈와 동일하다. 따라서 홀로그램 영상을 확장하여 재현하고자 하는 경우, 상기 제2 퓨리에 렌즈(602)를 대면적 소자 제작이 용이한 회절 광학소자 (DOE, diffractive optical element)로 구성하면 더욱 효과적이다.
또한, 도 6에서 상기 제2 퓨리에 렌즈(602) 위치와 동일 평면 공간에 형성되는 상기 퓨리에 면에서, 상기 제2 퓨리에 렌즈의 개구(aperture)를 차수 잡음 사이에 배치하고, 홀로그램 신호를 위상 천이(phase shift)를 통해 상기 차수 잡음 사이 공간으로 이동하도록 하여, 광학 공간 잡음을 제거를 제거하는 것이 가능하다. 즉, 제1 퓨리에 렌즈(601)의 0차 회절 광 (zero-order beam)에 의해, 상기 제2 퓨리에 렌즈(602) 일측에 형성되는 초점만으로, 별도의 광학소자 없이도 광학 잡음 제거가 가능하다. 따라서, 도 6에서 설명을 위해 도시한 공간 필터(spatial filter)는 별도의 광학적 필터 소자를 의미하지 않고, 단지 상기 제2 퓨리에 렌즈(602) 일측에 형성되는 초점을 의미한다.
본 개시의 다양한 실시 예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시 예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
본 개시의 범위는 다양한 실시 예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들 (예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 (non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.
201, 401, 501, 601 : 제1 렌즈
202, 402, 502, 602 : 제2 렌즈

Claims (11)

  1. 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
    홀로그램을 재생하는 공간 광변조기(SLM); 및
    상기 공간 광변조기의 홀로그램을 한 쌍의 렌즈로 퓨리에 변환을 수행하는, 공초점의 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 광학계를 포함하되, 디스플레이 기준 이미지 면인 퓨리에 면 (fourier plane)이 상기 제2 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 상기 공간 광변조기와 밀접하여 위치하고,
    상기 제2 렌즈는 상기 제1 렌즈의 초점거리(f) 만큼 이격되어 위치하도록 구성되는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는, 광 경로상 상기 공간 광변조기 이후에 밀접하게 위치하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는, 광 경로상 상기 공간 광변조기 이전에 위치하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리 f1은, 제1 렌즈와 상기 공간 광변조기와의 거리가 d1 이고, 상기 공간 광변조기와 f2의 초점거리를 가지는 제2 렌즈 사이의 거리가 f2 이면, f1=f2+d1 으로 설정되는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 위치와 동일 평면 공간에 형성되는 상기 퓨리에 면에서, 상기 제2 렌즈의 개구(aperture)를 차수 잡음 사이에 배치하고, 홀로그램 신호를 위상 천이(phase shift)를 통해 상기 차수 잡음 사이 공간으로 이동하도록 하여, 광학 공간 잡음을 제거하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  7. 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
    홀로그램이 재생 가능한 공간 광변조기(SLM); 및
    상기 공간 광변조기의 홀로그램을 퓨리에 변환하는 한 쌍의 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성된 광학계를 포함하되,
    사용자 시역 (viewing zone) 위치를 디스플레이 퓨리에 면으로부터 상기 사용자 시역 (viewing zone) 까지의 거리 (d) 위치에 설정하기 위해, 상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 제2 렌즈의 초점거리 (f2) 를
    Figure 112022100286117-pat00009
    설정하되,
    f1 은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, d 는 디스플레이 퓨리에 면으로부터 상기 사용자 시역 (viewing zone) 까지의 거리를 나타내는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 위치와 동일 평면 공간에 형성되는 상기 퓨리에 면에서, 상기 제2 렌즈의 개구(aperture)를 차수 잡음 사이에 배치하고, 홀로그램 신호를 위상 천이(phase shift)를 통해 상기 차수 잡음 사이 공간으로 이동하도록 하여, 광학 공간 잡음을 제거하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    대면적 디스플레이 구성을 위해, 상기 제2 렌즈는 회절 광학소자 (diffractive optical element) 로 구성하는, 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  11. 홀로그래픽 디스플레이 장치내의 광학계 구성에 있어서,
    상기 광학계는 한 쌍으로 퓨리에 변환을 수행하는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함하되,
    상기 광학계에 의한 디스플레이 퓨리에 면 (fourier plane)이 상기 제2 렌즈와 동일 평면 공간에 위치하도록 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈가 배열하되,
    상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 제2 렌즈의 초점 거리 (f2) 는, 상기 퓨리에 면으로부터 사용자 시역 (viewing zone) 까지의 거리를 고려하여
    Figure 112022100286117-pat00010
    설정하되,
    f1 은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, d 는 디스플레이 퓨리에 면으로부터 상기 사용자 시역 (viewing zone) 까지의 거리를 나타내는, 홀로그래픽 디스플레이 광학계.
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