삼차원 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 장치 document_id A220623068507

2. 발명의 배경 본 명세서에 있어서, 용어 "인코딩(encoding)"은 제어값으로부터 3차원 장면이 재구성될 수 있도록 공간 광 변조기의 셀에 비디오 홀로그램의 셀의 제어값이 공급되는 방식을 나타낸다. 자동 입체 디스플레이와 대조하여, 비디오 홀로그램에 의해 관찰자는 3차원 장면의 광파면의 광학적 재구성을 본다. 본 발명에 따르면, 3차원 장면은 관찰자의 눈과 공간 광 변조기(SLM) 사이에 뻗어있는 공간에 재구성된다. SLM은 또한 관찰자가 SLM의 앞에 재구성된 삼차원 장면의 물체 및 SLM의 위나 뒤의 다른 물체를 보도록 비디오 홀로그램에 의해 인코딩될 수 있다. 공간 광 변조기의 셀은 바람직하게 투과성(transmissive) 셀이며, 이를 통해 적어도 정의된 위치에서 그리고 몇 mm의 간섭성 길이를 넘어서 간섭을 생성할 수 있는 광선인 광이 통과된다. 이는 적어도 일차원에서 충분한 해상도(resolution)를 갖는 홀로그래픽 재구성을 허용한다. 이 종류의 광은 "충분한 간섭성 광(sufficiently coherent light)"으로 언급될 것이다. 충분한 시간 간섭성을 확보하기 위해, 광원에 의해 방출되는 광의 스펙트럼은 충분히 좁은 파장 범위로 한정되어야 하며, 즉 단색(monochromatic)에 가까워야 한다. 고휘도 LED의 스펙트럼 대역폭은 홀로그래픽 재구성을 위한 시간 간섭성을 확보하기에 충분히 좁다. SLM에서의 회절각은 파장에 비례하며, 이는 단색 소스만이 물체점의 선명한 재구성에 이를 것임을 의미한다. 스펙트럼이 넓어지면 물체점을 넓히게 되고 물체 재구성을 번지게 할 것이다. 레이저 소스의 스펙트럼은 단색으로서 간주될 수 있다. LED의 스펙트럼선 너비는 양호한 재구성을 용이하게 하기에 충분히 좁다. 공간 간섭성은 광원의 측방 범위(lateral extent)와 관련된다. LED 및 냉음극선관 형광 램프와 같은 종래의 광원도 충분히 좁은 개구부(aperture)를 통하여 광을 방사하면 이들 요건을 충족시킬 수 있다. 레이저 소스로부터의 광은 회절 한계 내의 점 소스로부터 나오는 것으로서 간주될 수 있고, 지정 순도(modal purity)에 따라 물체의 선명한 재구성에 이르며, 즉 각각의 물체 점은 회절 한계 내의 점으로서 재구성된다. 공간적 비간섭성(incoherent) 소스로부터의 광은 측방으로 연장되고 재구성된 물체의 번짐(smearing)을 야기한다. 번짐의 정도는 주어진 위치에서 재구성된 물체점의 넓어진 크기에 의해 주어진다. 홀로그램 구성을 위해 공간적 비간섭성 소스를 사용하기 위해, 개구부를 갖는 소스의 측방 범위의 한정과 휘도 사이의 절충을 찾아내야만 한다. 광원이 작아질수록 그 공간 간섭성이 더 양호해진다. 선광원은 직각으로부터 그의 길이 연장방향으로 보는 경우 점광원으로 간주될 수 있다. 따라서 광파는 그 방향으로 간섭성으로 전파할 수 있지만, 모든 다른 방향으로는 비간섭성이다. 일반적으로, 홀로그램은 수평 및 수직 방향으로 파의 간섭성 중첩(coherent superposition)에 의해 홀로그램으로 장면을 재구성한다. 이러한 비디오 홀로그램은 완전시차(full-parallax) 홀로그램으로 불린다. 충분히 큰 관찰자 윈도우 또는 관찰자 영역이 주어지면, 재구성된 물체는 실제 물체와 같이 수평 및 수직 방향으로의 움직임 시차를 용이하게 한다. 그러나, 큰 관찰자 영역은 SLM의 수평 및 수직 방향 모두의 고해상도를 필요로 한다. 종종, SLM에 대한 요건은 수평시차단독(horizontal-parallax-only) 홀로그램으로의 제한에 의해 경감된다. 홀로그래픽 재구성은 수평 방향으로만 발생하는 반면, 수직 방향으로는 아무런 홀로그래픽 재구성이 일어나지 않는다. 이 결과 수평 움직임 시차를 갖는 재구성된 물체가 된다. 원근도(perspective view)는 수직 움직임에 따라 변하지 않는다. 수평시차단독 홀로그램은 완전시차 홀로그램보다는 적은 수직 방향의 SLM 해상도를 필요로 한다. 수직시차단독(vertical-parallax-only) 홀로그램 또한 가능하지만 흔하지는 않다. 홀로그램 재구성은 수직 방향으로만 발생하고, 그 결과 수직 움직임 시차를 갖는 재구성된 물체가 된다. 수평 방향으로는 아무런 움직임 시차가 없다. 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대한 상이한 원근도가 개별적으로 생성되어야 한다. 3. 관련 분야의 설명 종래의 LCD 기술에서 공간 광 변조기를 갖는 디스플레이는 예를 들어 인코딩 및 재구성에 사용될 수 있다. 알려진 고해상도의 투과성 평면 디스플레이는 대면적 재구성에 사용될 수 있다. 프레데릭츠(Freedericksz) 셀에 기초한 광 변조기와 같이, 광의 위상을 직접 변조하는 셀을 갖는 광 변조기가 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 또한 다른 공간 광 변조기에도 적용될 수 있다. 재구성에서 수직 시차의 표현을 무시한, 컴퓨터 생성 홀로그램을 위한 조명 시스템이 WO 03/021363에 개시되어 있다. 조명 시스템은 종래의 점광원으로 구성된 선광원을 사용한다. 이 선광원은 시준(collimated) 광을 방출한다. 이는 자신에 직각으로 배열된 원통형 렌즈의 초점면에 배치되고, 다양한 입사각으로 투과성 모드로 SLM을 조명하는 다수의 평면파를 생성한다. 점광원에 대조하여, 이미지는 확산기(diffuser)의 필요 없이 그에 의해 균일하게 조명될 수 있다. 문서 WO 00/75699는 부분 홀로그램의 도움으로 비디오 홀로그램을 재구성하는 홀로그래픽 디스플레이에 대해 개시하고 있다. 공통 EASLM(electronically addressable spatial light modulator)에 인코딩되어 있는 부분 홀로그램은 순차적으로 매개면(intermediate plane)에 투영된다. 이 프로세스는 관찰자가 모든 부분 홀로그램의 재구성을 전체 삼차원 물체의 단일 재구성으로서 인지하도록 충분히 빠르게 실행된다. 예를 들어, EASLM와 동기하여 제어되며, 대응하는 부분 홀로그램만 통과할 수 있게 하고 특히 사용되지 않는 회절 차수를 생략하는 셔터를 포함하는 특수 설계된 조명 및 투영 시스템에 의해, 부분 홀로그램은 매개면에 정규(regular) 구조로 배열된다. 조명 시스템을 요구된 간섭성으로 그리고 올바른 재구성 각도 하에 각각의 부분 홀로그램을 조명하도록 실현하려고 할 때 어려움이 발생한다. 재구성을 위한 광학 요소로서 대형 렌즈가 사용되는 것을 피하기 위하여, 렌즈 어레이를 사용하는 것이 제안되었다. 출원인에 의해 제출된 WO 2004/044659(US2006/0055994)는 또한 점광원이나 선광원, 광을 포커싱하기 위한 렌즈, 및 공간 광 변조기를 포함하는, 충분한 간섭성 광의 회절에 의해 삼차원 장면을 재구성하는 장치에 대해 기술하고 있다. 종래의 홀로그래픽 디스플레이에 대조하여, 투과성 모드에서의 SLM은 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우에 3차원 장면을 재구성한다. 각각의 관찰자 윈도우는 관찰자의 눈 가까이에 놓이고, 관찰자 윈도우가 단일 회절 차수로 놓이도록, 그리하여 각각의 눈이 SLM 표면과 관찰자 윈도우 사이에 뻗어 있는 절두체형 재구성 공간에 삼차원 장면의 완전한 재구성을 보도록, 그 크기가 제한된다. 방해 없는 홀로그래픽 재구성을 허용하기 위해, 관찰자 윈도우 크기는 재구성의 한 회절 차수의 주기성 간격을 초과해서는 안된다. 그러나, 윈도우(들)를 통하여 3차원 장면의 전체 재구성을 보기에는 적어도 충분히 크다. 다른 눈은 동일한 관찰자 윈도우를 통하여 볼 수 있고, 또는 제2 관찰자 윈도우에 할당되며, 이는 그에 따라 제2 광원에 의해 생성된다. 관찰자의 눈 위치가 변하면, 추적 시스템은 광원을 변위시키고(displace), 따라서 관찰자 윈도우를 그에 따라 추적한다. 여기서, 통상적으로 오히려 클 가시 영역은 국부적으로 위치된 관찰자 윈도우에 한정된다. 알려진 해결책은 종래의 SLM 표면의 고해상도에 기인한 대면적을 축소 방식(diminutive fashion)으로 재구성하며, 그것을 관찰자 윈도우의 크기로 감소시킨다. 이는 기하학적 이유로 인해 작아지는 회절각과 현 세대 SLM의 해상도가 적당한 소비자 레벨 연산 장비를 사용하여 고품질의 실시간 홀로그래픽 재구성을 달성하기에 충분하다는 효과를 가져온다. 그러나, 알려진 해결책은 대형 SLM 표면 면적으로 인해 포커싱을 위해 대형이고 부피가 크고 무거우며 그에 따라 고가인 렌즈가 필요하다는 단점을 나타낸다. 결과적으로, 장치는 큰 깊이와 중량을 가질 것이다. 또 다른 단점으로는 이러한 대형 렌즈를 사용할 때 가장자리(margin)에서 수차로 인해 재구성 품질이 현저하게 감소된다는 사실로 나타난다. 알려진 실시예의 부가적인 단점은 SLM의 불충분한 발광 강도이다. 현재 해결책은 약 1 cd/m2의 발광 강도를 나타내고, 따라서 종래 디스플레이의 강도(ca. 100 cd/m2)보다 훨씬 낮다. 낮은 휘도에 대한 하나의 이유는 SLM에 대한 간섭성 광원의 낮은 강도이다.