KR101738290B1 - 아포다이제이션 디바이스를 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 직시형 홀로그래픽 디스플레이(holographic direct-view display)에서, 아포다이제이션(apodisation)에 의해서 이웃하는 눈에서의 강도의 크로스토킹이 방지된다. 기지의 아포다이제이션 함수는, 이 아포다이제이션 함수가 선택된 높은 회절 차수의 강도를 줄이도록 아포다이제이션 마스크에 대해 활용되거나 수정된다. 이러한 목적으로, 직시형 홀로그래픽 디스플레이는 변조기 셀을 구비하고 간섭성 입사광을 위상 및/또는 진폭으로 변조하는 제어 가능한 광변조기와 아포다이제이션 마스크의 어레이를 포함한다. 아포다이제이션 마스크는 미리 정해진 변조기 셀 그룹에 대해 동일한 아포다이제이션 함수를 갖고, 이 아포다이제이션 함수에 의해 변조기 셀에 대한 복소 진폭 투과율(complex amplitude transparency)이 설정될 수 있다. 이 투과율은 광변조기의 원시야(遠視野)에서 개별적으로 미리 정해진 강도 프로파일에 상응하고, 미리 정해진 강도 프로파일은 높은 회절 차수의 광의 강도의 감소 및/또는 광변조기에 의해 방출되는 간섭광의 감소를 포함한다. 아포다이제이션 함수를 결정하기 위해, 계산 유닛에서 계산 루틴으로서 실행되는 반복적인 방법이 제공된다. 응용 분야는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서 상이한 유형의 변조를 구현하는 광변조 유닛을 포함한다.

Description

아포다이제이션 디바이스를 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이{HOLOGRAPHIC DIRECT VIEW DISPLAY HAVING AN APODIZATION DEVICE}

본 발명은 아포다이제이션 마스크(apodisation mask) 어레이와 광을 회절시키는 변조기 셀의 매트릭스를 구비하는 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기(spatial light modulator)를 포함하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이(holographic direct view display)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 아포다이제이션 마스크를 위한 아포다이제이션 함수를 확인하기 위한 반복적인 방법에 관한 것이다.

본 발명의 응용 분야는, 정보를 디스플레이하는 기능을 갖는 PC, TV, 휴대 전화 또는 다른 기기를 위한 직시형 디스플레이와 같은, 큰 디스플레이 면적 및/또는 매우 작은 구조적 깊이를 가져야만 하는 광전자 디스플레이를 포함한다.

제어 가능한 공간 광변조기(SLM)의 변조기 셀의 매트릭스는 능동적으로 스위칭 가능한 변조기 영역과 변조기 영역 사이의 비활성 영역(분리대, 셀 경계)을 포함한다. 이들 2개 영역의 면적비는 필 팩터(fill factor)로서 알려져 있다. 비활성 영역은 광이 회절되는 고정형 격자 구조를 형성한다. 회절광은, 공간 광변조기를 간섭광 또는 부분적인 간섭광으로 조사(照射)하면 고유한 멀티빔 간섭 효과를 나타낸다. 공간 광변조기의 회절 원시야(遠視野)는 공간 광변조기의 복소 진폭 반사 또는 복소 진폭 전달의 퓨리에 변환에 상응한다. 비활성 영역은 미리 정해지고 각각의 유형의 SLM에 대해 고유하다. 이들 영역에서, 회절은, 광학 시스템의 기능성 및 품질에 유해할 수 있는 보다 높은 회절 차수가 발생되도록 한다.

회절 차수가 홀로그래픽 재현의 실제 상에 대해 중첩되면, 보다 높은 회절 차수는 예컨대 증가된 노이즈, 쌍둥이 이미지 형태로, 또는 예컨대 원시야에 생성되는 SLM의 이미지 포인트 둘레의 밝은 스폿에 의해 광학 시스템의 기능성에 불리한 영향을 줄 수 있다. 종래 기술에 알려져 있는, SLM 매트릭스의 변조기 셀에 의해 유발되는 높은 회절 차수를 제거하는 유효 수단은, SLM에 후속하는 광학 시스템의 중간 초점에 배치되는 공간 필터이다. 공간 필터는 소망하는 회절 차수만을 전달하고, 다른 모든 회절 차수는 개구 마스크로서 구성된 공간 필터에 의해 차단된다. 상기 필터 구성의 장점은 중간 이미지 또는 중간 초점이 광로에서 SLM에 후속하여 형성되어야 한다는 것이다. 우선, 이는 광학 시스템의 구조적 깊이를 상당량 증가시킨다. 두번째로, 후속하는 광학 시스템(렌즈 또는 미러)의 개구(유효 개구)는 대략 SLM의 개구만큼 커야만 한다. 이는 비교적 소형 SLM에 대한 상기 공간 필터의 적용성과, 이에 따른 프로젝션형 디스플레이에 대한 적용성을 제한한다.

아포다이제이션은, 높은 회절 차수를 나타내는 에어리 디스크(Airy disc) 의 외측 링을 억제하는 광학 필터링 방법이다. 이 광학 필터링 방법의 장점은 예컨대 이미징 시스템이 이미징 시스템의 해상도를 훼손시키면서 이미지 콘트라스트(contrast)를 향상시킨다는 것과, 예컨대 특정 경사 필터(gradient filter)가 광로의 출구 개구에 배치된다는 것이다.

변조기 셀의 아포다이제이션은 아포다이제이션 함수[t_{SLM -pixel} (x,y)]로 얻을 수 있다. 일반적으로, 아포다이제이션 함수는 이 아포다이제이션 함수의 실제 용도에 따라 계산되며, 예컨대 마스크 또는 필터에서 실현된다. 또한, 분석적으로 기술될 수 있는 기지의 다수의 아포다이제이션 함수가 본 명세서에서 설명된다. 코사인 함수 또는 삼각 함수뿐만 아니라, 예컨대 블랙맨(Blackman) 함수, 해밍(Hamming) 함수 또는 웰치(Welch) 함수라는 명칭으로 알려진 아포다이제이션 함수가 있다. 이러한 아포다이제이션 함수는 일반적인 아포다이제이션 과제에 대한 해결책을 제공한다.

본 출원인의 명의로 출원된 DE 10 2006 030 535 A1에는 프로젝션 디스플레이에 있어서 픽셀 매트릭스를 구비하는 공간 광변조기에서의 아포다이제이션 함수의 사용이 설명되어 있다. 상기 특허에서, 픽셀 매트릭스의 아포다이제이션은 단지 공간 광변조기를 조사하는 광의 각각의 변조에 의해서만 달성된다. 이를 위한, 평면 간섭성 조명파(plane coherent illumination wave)는 주기성이 변조기의 픽셀 구조와 매칭되는 적절한 함수로 변조된다.

홀로그래픽을 재현하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서, 제어 가능한 광변조기는 충분한 간섭성 광으로 조사되고 원시야에 있는 각각의 눈에 대해 별도의 가시성 구역(관찰자 윈도우라고도 함)을 생성한다. 높은 회절 차수의 강도는 이웃한 가시성 영역으로 방출될 수 있고, 이에 따라 홀로그래픽 재현을 볼 때 관찰자를 방해할 수 있다. 지금까지, 이러한 가시성 구역들 사이에서 높은 회절 차수의 크로스토킹(cross-talking)을 줄이는 역할을 하는 아포다이제이션에 기초한 해결책은 존재하지 않는다.

일반적으로 알려져 있다시피, 아포다이제이션이 효율적이기 위해서는, 아포다이제이션은 실제 사용되는 광변조기 수단에 의해 주어지는 경계 조건을 만족해야만 한다.

요약하자면, 종래 기술은 아래의 결점을 나타낸다. 휘도값이 가능한 한 실제적으로 표현되는 실제 홀로그래픽을 재현하는 데 있어서, 적어도 하나의 소정 영역에서 특별히 회절 차수를 줄일 것이 요구된다. 이러한 영역은 관찰자 평면에서 정해진 위치에 있다. 구체적으로, 다른 눈에 속하는 특히 매우 높은 회절 차수를 줄이는 것이 가능해야만 한다.

종래의 아포다이제이션 함수로 실현되지 않는 다른 용례는 다른 모든 회절 차수에 대한 0차 이외의 적어도 하나의 회절 차수에 있어서의 상대 광도(luminous intensity)의 증가이다.

본 발명의 목적은 아포다이제이션을 이용하여, 제어 가능한 변조기 셀의 매트릭스를 포함하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 제어 가능한 공간 광변조기의 원시야에서의 변조기 셀에 의해 유발되는 높은 회절 차수를 줄이는 것으로, 이때 광변조기는 공간 필터에 의해 필터링이 허용되지 않는 광학 시스템의 구성 요소이다.

상기 문제들은 아포다이제이션 마스크의 어레이를 이용하여 제거되어야만 한다. 광변조기는 또한 회절된 간섭성 광의 상이한 회절 차수로의 강도 분포에 관한 개별 사양을 허용해야만 한다.

이와 동시에, 변조기 셀의 구성에 의해 유발되는 다른 분포 효과도 또한, 광학 시스템의 이미징의 질을 향상시키기 위해 가능한 한 제거되어야만 한다.

또한, 아포다이제이션 함수에 연속적인 프로파일을 제공하거나, 또는 아포다이제이션 마스크에서 변조기 셀에 걸친 개별 단계들의 별개값으로 아포다이제이션 함수를 실현하는 것이 가능해야만 한다.

또한, 기지의 아포다이제이션 함수는 일반적으로, 상이한 용례에 대해 수정이 유효하고 이러한 수정이 기술적으로 실현 가능하도록 수정되어야만 한다.

이에 따라, 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 투과율은 매우 작은 정도로 줄여야만 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라,

- 광을 회절시키는 변조기 셀의 매트릭스를 지닌, 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기로서, 광변조기의 원시야(far field)에서 미리 정해진 강도 프로파일을 개별적으로 구현하는 것인 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기와,

- 아포다이제이션 마스크의 어레이로서, 충분한 간섭성 광의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 각각의 변조기 셀이 아포다이제이션 마스크에 할당되는 것인 아포다이제이션 마스크의 어레이와,

- 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는 아포다이제이션 마스크가 할당되는 적어도 하나의 정해진 변조기 셀 그룹, 그리고

- 적어도 하나의 변조기 셀 그룹에 대해 설정되고, 구현되는 미리 정해진 강도 프로파일에 따라 이 변조기 셀 그룹에 대한 아포다이제이션 함수를 설정하는 복소 진폭 투과율(complex amplitude transparency)

을 포함하며, 상기 미리 정해진 강도 프로파일은 적어도 하나의 높은 회절 차수에서의 광도 및/또는 광변조기에 의해 방출되는 미광(迷光)의 광도의 감소를 포함하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이에 의해 해결된다.

복소 진폭 투과율은 본 명세서에서는, 진폭(A)과 위상(Φ)을 갖는 T (x,y) = A (x,y) · exp [iΦ(x,y)] 형태의 복소값 필터링 함수로서 이해된다.

복소 진폭 투과율은 아포다이제이션 마스크를 통과하는 전자기파의 진폭 및 위상에 있어서의 변화를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서, 아포다이제이션 마스크의 아포다이제이션 함수는 복소 진폭 투과율의 절대값 및/또는 위상의 불일정한 프로파일을 적어도 일차원으로 나타낸다. 예컨대 아포다이제이션 함수는 적어도 일차원으로, 변조기 셀의 중앙에서의 최대값과 변조기 셀의 에지를 향해 점차 감소하는 복소 진폭 투과율을 가질 수 있다.

아포다이제이션 함수를 계산할 수 있도록 하기 위해, 아포다이징되는 변조기 셀의 주어진 형태, 크기 및 기하학적 형상과 고유 복소 진폭 투과율을 알고 있어야만 한다. 구체적으로, 픽셀 개구의 픽셀 피치, 필 팩터 및 형상과 위치의 파라메터를 아는 것이 필수적이다. 단일 변조기 셀의 필 팩터(FF)가 예컨대 FF > 0.5이면, 그리고 변조기 셀의 영역이 너무 작지 않으면, 개별 변조기 셀의 투과율 프로파일에 관한 특별한 선택은, 관찰자 윈도우의 높은 회절 차수의 강도가 이웃하는 눈의 관찰차 윈도우에 대해 크로스토킹되지 않도록 분배하는 역할을 한다.

아포다이제이션 함수는 별개의 스캔 지점에서의, 아포다이제이션 마스크에 의해 공간적으로 분해될 수 있는 상호 거리를 나타내는 스캔 지점에서의 복소 진폭 투과율을 나타내는 수치값으로 정의된다.

직시형 홀로그래픽 디스플레이의 일실시예에서, 적어도 2개의 제어 가능한 광변조기가 함께 샌드위치형으로 삽입되며, 이때 각각의 광변조기는 전용 아포다이제이션 마스크를 갖거나, 또는 적어도 2개의 광변조기는 공통 아포다이제이션 마스크를 갖는다.

또한, 직시형 홀로그래픽 디스플레이에 있는 적어도 2개의 제어 가능한 광변조기는 전자습윤(electrowetting) 셀을 포함하는 프리즘 어레이를 형성하도록 구성된다. 아포다이제이션 마스크는 전자습윤 셀의 프리즘 어레이에 할당되거나 전자습윤 셀의 프리즘 어레이와 조합되도록 제공된다. 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서 아포다이제이션 마스크 어레이의 위치는 확실히 정해지지 않는다.

변조기 셀의 주어진 그룹의 아포다이제이션 마스크는 바람직하게는, 회절광의 원시야의 주어진 섹션에서 미리 정해진 강도값으로 강도 프로파일을 설정할 수 있다. 원시야의 주어진 섹션은 적어도 일차원으로, 단지 음의 회절 차수나 양의 회절 차수만을 포함할 수 있다.

또한, 변조기 셀 모두가 하나의 용례에 대해 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 3D 표현을 위한 직시형 홀로그래픽 디스플레이는, 광변조기에 대한 관찰자 거리 범위 내의 관찰자의 눈에 각각 할당되는 가시성 영역을 생성하기 위해, 변조기 셀이 주어진 그룹에서 항상 관찰자의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에 할당되도록 구성된다. 하나의 그룹의 아포다이제이션 마스크에서, 강도 프로파일은 다른 그룹의 관찰자의 눈에서 최소가 되도록 또는 그 반대로 설정된다.

또한, 아포다이제이션 마스크는, 복소 진폭 투과율이 일정한 절대값을 갖는 가변 위상 함수로서 형성되는 아포다이제이션 함수를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 아포다이제이션 마스크는, 바람직하게는 미광을 줄이도록 복소 진폭 투과율이 이진 타입의 것인 아포다이제이션 함수를 나타낸다. 전자습윤 셀과 함께, 이진 아포다이제이션 마스크는 전자습윤 셀의 가장자리에서 발생하는 위상 결함을 최소화하는 적절한 요소이다.

또한, 이진 아포다이제이션 마스크의 어레이는, 소정 아포다이제이션 함수가 바람직하게 사용되는 경우에 전자습윤 셀의 어레이의 상당한 필 팩터를 인위적으로 줄일 수 있다.

아포다이제이션 함수를 정확하게 결정하기 위해, 계산 유닛에서 계산 루틴으로서 실시되는 반복적인 방법이 사용될 수 있으며, 상기 계산 유닛은 결과를 메모리 유닛에 제공하여 검색한다.

상기 반복적인 방법은 예컨대 퓨리에 변환법에 기초하며, 퓨리에 변환은 광변조기의 평면과 원시야에서의 그 퓨리에 평면 사이에서 실시된다. 변조기 셀에서 회절되는 광은 원시야의 주어진 섹션에서 주어진 강도값에 근사할 수 있다,

직시형 홀로그래픽 디스플레이는 아포다이제이션 마스크로서 진폭 유일 마스크 또는 위상 유일 마스크의 어레이를 포함할 수 있다. 진폭 마스크는 예컨대 프로젝션 리소그래피법(projection-lithographic method), 간섭 리소그래피법(interference-lithographic method) 또는 그레이스케일 리소그래피법(greyscale-lithographic method)으로 제작될 수 있다. 이를 위해, 홀로그래픽 필름과 같은 감광성 재료가 노출되는데, 이때 함수는 점별로(point-wise) 또는 이차원으로 노출된다. 대안으로서, 전자 빔에 의해 HEBS(high-energy beam sensitive) 유리 또는 레이저 빔에 의해 LDW(laser direct write) 유리에서 직접 노출을 실현하는 것이 가능하다. 또 다른 제작 옵션은 디지털 프린팅이다.

위상 마스크는 표면 프로파일을 생성함으로써 또는 폴리머 또는 유리에서의 굴절율 조절에 의해 형성될 수 있다. 또한 이를 위해 감광성 재료(예컨대 포토레지스트)가 노출된다. 정보가 2차원으로 재료에 기록되기 때문에, 아포다이제이션 마스크의 어레이는 다수의 면적 영역을 합침으로써 실현될 수 있다. 다른 제작 옵션은 면접촉이나 근접 노출 및 프로젝션 리소그래피를 포함하는데, 이때에도 역시 다수의 영역이 아포다이제이션 마스크의 어레이를 형성하도록 합쳐질 수 있다. 또 다른 제작 가능성은 유리 기판에의 리튬 이온 주입에 의한 국부적인 이온 교환이다.

상기 방법은 또한 진폭 마스크가 위상 마스크로 변화되도록 한다.

마스크는 또한, 전술하지는 않았지만 당업자에 의해 그 활용이 적절하다고 고려되는 방법으로 제작될 수 있다.

다른 실시예에서, 직시형 홀로그래픽 디스플레이는, 소정의 원색(primary colour)에 할당되는 변조기 셀이 주어진 그룹을 형성하는 컬러 홀로그래픽 디스플레이일 수 있다. 강도값을 최소화하기 위해, 상기 디스플레이에서는 원시야의 주어진 섹션이 원색 모두를 위한 동일한 회절 각도 영역을 포함한다.

본 발명은 또한 어레이로 구성되고 제어 가능한 공간 광변조기의 변조기 셀의 매트릭스에 할당되는 아포다이제이션 마스크에 대한 아포다이제이션 함수를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 반복적인 프로세스 단계로 실시된다.

상기 프로세스 단계는 상세하게는

- 주어진 그룹의 변조기 셀의 회절 차수의 위치를 결정하는 프로세스 단계와,

- 원시야에서의 바람직한 회절 차수 또는 그 섹션에서 개별적으로 미리 정해지는 강도 프로파일을 정하는 프로세스 단계와,

- 주어진 그룹의 단일 변조기 셀을 위한 초기 아포다이제이션 함수를 정하는 프로세스 단계, 그리고

- 원시야에서의 그 섹션의 바람직한 회절 차수에 있어서 미리 정해진 강도 프로파일에 근사하도록 아포다이제이션 함수의 복소 진폭 투과율을 단계적으로 최적화하는 프로세스 단계이다.

변조기 셀의 복소 진폭 투과율을 결정하기 위해, 변조기 셀의 개구 내외부의 다수의 스캔 지점을 정한다. 또한, 원시야에서의 강도 프로파일은 동일한 개수의 스캔 지점에서의 복소 진폭 투과율의 퓨리에 변환의 절대값의 제곱에 의해 결정된다. 그 후, 아포다이제이션 함수의 복소 진폭 투과율의 단계적인 최적화는 추가의 프로세스 단계에서

- 변조기 셀의 개구 외측의 스캔 지점을 0으로 설정하고,

- 복소 진폭 투과율의 퓨리에 변환이 원시야에 있는 퓨리에 평면에 대해 실시되며,

- 원시야에 있어서의 바람직한 회절 차수 또는 그 섹션에 있는 스캔 지점의 진폭은, 이 스캔 지점에서의 미리 정해진 강도값의 제곱근에 대응하는 값으로 설정되고,

- 원시야의 복소값의 퓨리에 역변환은 광변조기 평면에 대해 실시되도록 시행된다.

아래에서, 첨부 도면과 함께 실시예를 참고하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

본 발명에 따르면, 휘도값이 가능한 한 실제적으로 표현되는 실제 홀로그래픽을 재현하는 데 있어서, 관찰자 평면에서 정해진 위치에 있는 적어도 하나의 소정 영역에서 특별히 회절 차수를 줄일 수 있으며, 구체적으로, 다른 눈에 속하는 특히 매우 높은 회절 차수를 줄이는 것이 가능하나 직시형 홀로그래픽 디스플레이가 제공된다.

도 1a는 종래 기술에 따른 아포다이제이션 마스크가 없는 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스(1)에 아포다이제이션 마스크(6)의 어레이를 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 개략도이다.
도 2는 ±2차로 시작하는 회절 차수의 균일한 감소를 위한 변조기 셀에 대한 아포다이제이션의 진폭 프로파일에 관한 그래프이다.
도 3은 반복되는 단계를 이용하여 또는 반복되는 단계를 이용하지 않고 계산되는, 퓨리에 평면에서의 각각의 회절 차수에서의 강도에 관한 그래프이다.
도 4는 코사인 형상의 아포다이제이션 함수 및 반복적으로 계산되는 단지 음의 회절 차수만의 감소에 대한 퓨리에 평면에서의 강도에 관한 그래프이다.
도 5는 도 3에 따른 변조기 셀에 대해 반복적으로 계산된 복소값 아포다이제이션의 진폭 프로파일과 코사인 형상의 아포다이제이션 함수의 진폭 프로파일에 관한 그래프이다.
도 6은 도 3에 따른 변조기 셀에 대한 복소값의 아포다이제이션 함수의 위상 프로파일에 관한 그래프이다.
도 7은 음의 회절 차수 및 양의 회절 차수의 영역의 감소를 위한 퓨리에 평면에서의 강도에 관한 그래프이다.
도 8 도 6 따른 변조기 셀에 대한 복소값의 아포다이제이션 함수의 진폭 프로파일에 관한 그래프이다.
도 9는 모든 변조기 셀이 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는 아포다이제이션 마스크의 어레이의 실시예의 개략도이다.
도 10은 상이한 아포다이제이션 함수를 갖는 2개 그룹의 변조기 셀이 주어진 아포다이제이션 마스크의 어레이의 실시예의 개략도이다.
도 11은 2차원 회절 패턴에서의 바람직한 회절 차수의 감소를 예시하는 개략도이다.

본 발명은, 매트릭스(7)로 구성되는 변조기 셀(7', 7'')을 포함하는 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기를 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이로서, 각각의 변조기 셀(7', 7'')이 아포다이제이션 함수를 갖는 아포다이제이션 마스크(6', 6'')에 할당되는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이에 관한 것이다. 광변조기는 충분한 간섭성 광의 위상 및/또는 진폭을 변조한다. 광변조기에 엔코딩되는 위상 및/또는 진폭값은 예컨대, 직시형 홀로그래픽 디스플레이에 3차원 오브젝트를 재현하는 역할을 하는 홀로그램을 제공한다. 광변조기와 아포다이제이션 마스크의 다양한 조합이 가능하다. 예컨대, 위상만을 변조하는 광변조기가 진폭만을 아포다이징하는 아포다이제이션 마스크와 조합될 수 있으며, 진폭만을 변조하는 광변조기가 위상만을 아포다이징하는 아포다이제이션 마스크와 조합될 수 있다. 일반적으로, 광변조기와 아포다이제이션 마스크 모두는 복소값 변조를 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 변조기 셀의 아포다이제이션 마스크를 위한 아포다이제이션 함수를 결정하는 것은, 설정 대상 파라메터에 대해 결정된 초기값뿐만 아니라 타겟값을 정하는 접근법에 기초한다. 이때, 복소 진폭은 구체적으로, SLM의 퓨리에 평면에 상응하는 SLM의 원시야에서 설정되어야만 한다. 복소 진폭은 SLM으로부터 원시야으로의 퓨리에 변환에 의해 실현된다.

구체적으로, 퓨리에 평면에서의 광도에 관한 파라메터가 주어진다. 광도는 바람직한 회절 차수로 또는 바람직한 회절 차수의 선택된 범위로 크게 감소되어야만 한다. 변조기 셀의 활성 영역의 형상은 원시야와, 이에 따라 퓨리에 평면에서의 회절 차수의 위치를 나타낸다. 예컨대 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서는 관찰자의 눈이 또한 이 디스플레이에 위치되기 때문에, SLM 상에 엔코딩되고 왼쪽 눈을 향하도록 된 홀로그램의 회절 차수가 오른쪽 눈에 도달하고, 오른쪽 눈을 향하도록 된 홀로그램을 간섭하며, 그 반대도 이루어진다.

광변조기의 변조기 셀과 아포다이제이션 마스크의 조합으로 인해, 각각의 파라메터를 이용하여 계산된 아포다이제이션 마스크의 아포다이제이션 함수는, 퓨리에 평면에서의 강도값이 이 퓨리에 평면에 주어지거나 후자와 동일한 강도 프로파일에 매우 근접하도록 입사광이 변조되게 된다.

아포다이제이션 함수에 대한 다른 파라메터는 진폭이 일정한 위상 함수일 수 있다. 본 명세서에서는 구체적으로 설명되지 않는 광변조와 함께 다른 파라메터는 또한 아포다이제이션 마스크를 위한 아포다이제이션 함수를 결정하는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 최적화될 수 있다.

타겟값은 본 발명의 실시예에 따른 반복적인 프로세스에 의해 본 발명의 실시예에 근사할 수 있으며, 이에 따라 강도 프로파일이 최적화된다.

아포다이제이션 마스크는 어레이로서 구성되며, 이상적으로는 가능한 한 적어도 하나의 SLM의 광변조 광학층에 근접하게 배치된다. 어레이는 추가의 전방층 또는 후방층으로서 적어도 하나의 SLM 상에 직접 배치되거나 적어도 하나의 SLM의 커버 유리에 통합된다. 또한, 변조기 셀의 활성 영역들 사이의 분리대는 사전에, 아포다이제이션 어레이의 효과를 갖도록 구성될 수 있다. 아포다이제이션 마스크는 변조기 셀의 주어진 배열과 정렬된다.

실시예에 따르면, 예컨대 3D 장면의 홀로그램값이 엔코딩되는 SLM뿐만 아니라, 직시형 홀로그래픽 디스플레이도, 바람직하게는 전파 방향으로 파장 프론트를 변조하지만, 또한 파장 프론트의 위상 및/또는 진폭을 변조할 수 있는 프리즘 어레이를 포함할 수 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른, 즉 아포다이제이션 마스크가 없는 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 개략적인 평면도를 보여준다. 도면 부호 1은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스를 나타내고, 도면 부호 2l 및 2r은 3D 장면의 오브젝트 포인트(5)의 재현 빔을 나타내며, 도면 부호 3l 및 3r은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스(1)의 원시야에 있는 관찰자의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈 각각에 대한, 관찰자 윈도우라고도 하는 가시성 영역을 나타내고, 도면 부호 4는 관찰자의 오른쪽 눈에 대한 가시성 영역(3r)의 강도 분포를 나타낸다. 재현 빔(2r)의 강도 분포(4)는 높은 회절 차수의 발생을 보여주는데, 이러한 높은 회절 차수는 크로스토킹을 유발하고, 이에 따라 관찰자의 왼쪽 눈에 불리한 영향을 준다.

도 1b는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스(1) 상에 아포다이제이션 마스크(6)의 어레이를 구비하는 본 발명에 따른 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 개략적인 평면도를 보여준다. 오브젝트 포인트(5)의 재현 빔(2r)은 관찰자의 오른쪽 눈에 대한 가시성 영역(3r)에 강도 분포(4')를 생성한다. 관찰자의 왼쪽 눈의 위치에서, 이러한 강도 분포(4')의 높은 회절 차수는, 이 회절 차수가 관찰자의 다른 눈을 방해하지 않도록 감소된다.

도 2는 변조기 셀을 위한 아포다이제이션 마스크에서 실현될 수 있는 아포다이제이션 함수를 보여주는 그래프이다. 이러한 아포다이제이션 함수는 타겟에 따라 회절광의 회절 차수를 ±2차에서부터 시작하여 회절 차수를 균일하게 줄인다. 예시적인 계산은 이 도면에서 일차원에 대해서만 실시되었다. 일반적으로, 2차원의 변조기 셀의 면적 범위를 계산시에 고려해야만 한다. 예에서, 변조기 셀은 직사각형 형상을 갖고, 이에 따라 직사각형 투과율 곡선을 나타내는 것으로 가정한다.

아포다이제이션 함수를 계산하기 위해서는, 광변조기의 인접한 2개의 변조기 셀들 사이의 거리를 아는 것이 중요하다. 이는 특히 단지 각각의 높은 회절 차수가 감소되어야 하는 경우에, 변조기 셀의 매트릭스에서 회절 차수의 위치를 정확하게 확인하는 것을 허용한다. 이웃하는 회절 차수의 인접 범위로 강도를 줄여야 하는 경우, 상기 거리를 아는 것은 덜 중요하다.

광변조기로부터 소정 거리(D)에 있는 정해진 위치에서, 회절 차수는 일차원으로 D · λ / p 정도이며, 이때 λ는 광의 파장이고, p는 일차원에서의 동일한 주어진 그룹의 2개의 인접한 변조기 셀의 중심들 사이의 거리(피치)이다.

도 3은 광변조기의 퓨리에 평면에 아포다이제이션 마스크를 구비하거나 아포다이제이션 마스크를 구비하지 않는 단일 변조기 셀의 회절 패턴을 보여주며, 이 도면에서 진폭은 로그 스케일로 표시되어 있다.

곡선 K1은 변조기 셀의 개구에 대해 일정한 직사각형 투과율에 있어서 사인 함수로서의 아포다이제이션 없이 계산되는 회절 패털을 보여준다. 변조기 셀의 개구 내의 모든 스캔 지점에서 진폭이 값 1로 설정되는 투과율 프로파일은 또한 곡선 K2를 계산하는 반복적인 프로세스에 대한 초기값으로서 사용된다. 셀 거리만큼 큰 개구를 갖는 변조기 셀에서, 사인 함수의 2개의 최소값 사이의 거리는 회절 차수 범위에 상응한다. 개구가 셀 거리보다 작으면, 회절 차수는 개구와 셀 거리의 동일한 비율로 작아진다.

곡선 K2는, 반복적인 프로세스에 의해 계산되어, 도 2의 아포다이제이션 함수에 기인하는, 퓨리에 평면에서의 진폭 프로파일을 보여준다. 반복적인 프로세스는 5개의 반복적인 단계 후에 종결되었고, 그 결과는 아포다이제이션 함수의 계산에 사용되었다.

다이어그램에서 중앙 융기부의 좌우측의, K2의 회절 차수의 상대 강도는 K1에 비해 명확히 줄어든다.

상기 곡선에서는 양의 회절 차수와 음의 회절 차수의 대칭형 감소가 요구되기 때문에, 계산 결과는 실제 진폭의 분포 또는 아포다이제이션 함수에서의 강도값이다.

이러한 아포다이제이션 함수는 높은 회절 차수의 균일한 감소를 위한 아포다이제이션 마스크의 제1 실시예에서 실현될 수 있다. 계산 결과는 종래의 분석 아포다이제이션 함수에 의해 얻어진 곡선과 질적으로 유사하다. 예는, 반복적인 프로세스는 또한 일반적인 케이스에도 적용 가능하다는 것을 보여준다. 아포다이제이션 함수를 수정하기 위해 반복적인 프로세스를 사용하는 것의 장점은 제2 실시예에서 보다 명확해질 것이다.

도 4 내지 도 6의 다이어그램은, 단지 음의 회절 차수만을 줄이는 아포다이제이션 함수를 실현하는 아포다이제이션 마스크의 제2 실시예를 예시한다.

그러한 실시예의 용례는, 왼쪽 눈에 대한 가시성 영역의 생성을 위해 하나의 그룹의 변조기 셀이 사용되고, 오른 쪽 눈에 대한 가시성 영역의 생성을 위하 다른 그룹의 변조기 셀이 사용되는, 광변조기를 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이이다.

재현을 위한 홀로그래픽 디스플레이의 광변조기에서, 퓨리에 평면은 동시에, 재현을 볼 수 있는 가시성 영역이 위치되는 평면이기도 하다. 이때, 오른 쪽 눈에 대한 좌측 가시성 영역의 크로스토킹은 예컨대 각각의 그룹의 변조기 셀의 바람직한 양의 회절 차수의 강도에 의해서만 영향을 받는다. 외쪽 눈에 대한 우측 가시성 영역의 크로스토킹은 다른 그룹의 변조기 셀의 음의 회절 차수에 의해서만 영향을 받기 때문에, 이 다른 그룹의 음의 회절 차수만이 감소되어야만 한다.

도 4는 아포다이제이션 함수에 대한 코사인형 곡선[곡선 K3]을 이용한 회절 차수의 감소를 위해 1로 스케일링된 퓨리에 평면에서의 회절 패턴의 진폭 프로파일과, 음의 회절 차수[곡선 K4]만의 감소를 이용한 반복 계산의 결과를 보여준다.

곡선 K4의 강도 프로파일은 반복 단계를 이용하여 계산된다. 이는 코사인 형상의 아포다이제이션 함수에 있어서 뿐만 아니라 음의 높은 회절 차수를 줄인다. 양의 높은 회절 차수는 대략 아포다이제이션이 없는, 즉 도 3의 사인 함수(K1)의 직사각형 투과율 프로파일의 회절 패턴에서만큼 높다.

높은 회절 차수의 나머지 강도에 관하여, 음의 회절 차수만을 이용하는 것은 본 실시예에서는 어떠한 장점도 갖지 않는다. 음의 회절 차수의 각각의 감소를 유발하는 변조기 셀의 아포다이제이션 프로파일이 고려될 때만이 장점이 명확해질 것이다.

도 5 및 도 6은 도 4에 따른 변조기 셀에 대한 복소값의 아포다이제이션 함수의 위상 프로파일과 진폭 프로파일에 관한 그래프이다.

도 5는 복소값의 진폭 프로파일의 곡선 M4뿐만 아니라, 곡선 M3인 코사인형 아포다이제이션의 진폭 프로파일을 보여준다. 이러한 코사인 형상의 아포다이제이션에서, 위상은 변조기 셀에 대해 일정하다. 코사인형 아포다이제이션 함수의 진폭 프로파일은 광이 변조기 셀의 가장자리 영역에 흡수되도록 한다. 대체로, 이러한 아포다이제이션 함수가 제공되는 아포다이제이션 마스크는 변조기 셀의 총 투과율을 줄이는 것이 분명하다. 아포다이제이션이 단지 일차원으로만 실시되는 경우에는 50 %이고, 2차원 코사인 아포다이제이션의 경우에는 25 %이다. 50 %는 -π/2와 π/2 사이의 코사인 제곱의 중간값(강도 = 진폭 제곱)에 상응한다. 이는 0차 회절 차수에 비해 높은 회절 차수의 광도를 줄이지만, 절대 강도는 불리하게는 0차를 포함한 모든 회절 차수에서 동등하게 감소된다. 이것은 도 4에서 볼 수 없다. 도 4에서, 진폭 프로파일은 높은 회절 차수의 감소의 비교를 용이하게 하도록 정규화된다.

이와 달리, 반복적인 프로세스를 이용하여 확인되는 아포다이제이션 함수에 의한 투과율은 훨씬 높다. 도 5를 참고하면, 곡선 M4의 진폭과, 이에 따른 강도는 변조기 셀의 중심 영역에서 거의 1이며, 이 진폭은 에지를 향해 약간 경사진다.

음의 높은 회절 차수의 감소에 대한 제한은 이러한 회절 차수에 있어서 대략 동일한 양호한 결과를 보여주지만, 사용되는 다른 회절 차수에서의 강도의 상당한 손실에 관한 전술한 단점은 갖지 않는다.

높은 회절 차수의 감소가 0차에 대해 비대칭이기 때문에 결과적인 아포다이제이션 함수는 복소값이다.

회절 차수의 대칭적 거동으로 인해, 양의 높은 회절 차수 모두의 감소를 위한 아포다이제이션 함수는, 아포다이제이션의 진폭 프로파일은 동일하게 선택되지만, 위상 프로파일은 거울상이 되도록 하는 새로운 반복적인 프로세스를 이용하지 않고도 얻어질 수 있다.

하나의 그룹의 변조기 셀은 왼쪽 눈을 위한 가시성 영역의 생성에 사용되고 다른 그룹의 변조기 셀은 오른쪽 눈을 위한 가시성 영역의 생성에 사용되는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서, 아포다이제이션 마스크는 변조기 셀 모두에 대해, 도 5에서 곡선 M4로 도시된 바와 같은 진폭 프로파일을 갖는다. 그러나, 위상 프로파일에 관하여 하나의 그룹의 변조기 셀은 도 6에 도시된 바와 같은 프로파일을 갖고, 다른 그룹의 변조기 셀은 이 위상 프로파일에 대해 거울상인 위상 프로파일을 갖는다.

전술한 바로부터, 아포다이제이션 함수의 수정된 프로파일은 하나의 방정식으로 간단하게 기술될 수 없다는 것이 명백해진다. 제2 실시예는 상기 방법이, 분석적 아포다이제이션 함수가 공지되어 있지 않는 용례에서 일반적으로 사용될 수 있다는 것을 제시한다.

일부의 음의 높은 회절 차수와 양의 높은 회절 차수와 바람직한 회절 차수가 감소되는 경우, 아포다이제이션 함수의 추가의 최적화가 가능하다. 본 명세서에서 설명되는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서, 이웃하는 눈에 도달하는 회절 차수가 존재하는 것이 바람직하다.

이러한 정의에 의해 채택되는 회절 차수는 변조기 셀의 셀 거리(피치)와 디스플레이에 대한 바람직한 관찰자 거리와 같은 파라메터에 좌우된다. 영향을 받는 회절 차수는 예컨대 +3차 회절 차수 및 +4차 회절 차수 또는 -3차 회절 차수 및 -4차 회절 차수이다.

변조기 셀이 오른쪽 눈 또는 왼쪽 눈에 대하여 고정 할당되지 않는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서, +3차 회절 차수 및 +4차 회절 차수 또는 -3차 회절 차수 및 -4차 회절 차수와 같은 바람직한 회절 차수가 모든 변조기 셀에 대해 동일한 방식으로 줄어들도록 아포다이제이션 함수를 계산하는 것을 이해할 수 있다. 이는 예컨대, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대해 순차적으로 디스플레이되는 홀로그램에 대해 적용된다. 대안으로서, 이는, 소정의 변조기 셀을 하나의 관찰자 위치에 있어서의 왼쪽 눈과 다른 관찰자 위치에 있어서의 오른쪽 눈에 할당하는, 디스플레이의 관찰자 추적 피쳐(feature)에 대해 적용된다. 각각의 다른 눈에 대한 크로스토킹은 또한 동일한 변조기 셀에 대해서 각각의 측부 상에서 줄어들 수 있다.

상기 아포다이제이션 함수는 높은 회절 차수 모두의 균일한 감소에 비해 장점을 갖는다.

도 7은 바람직한 회절 차수의 영역(다이어그램에서 화살표로 나타냄)의 감소를 위한 퓨리에 평면에서의 회절 패턴의 1로 정규화된 진폭 프로파일(K5)을 보여준다. 여기에서, 상기 감소는 도 4의 곡선 K3에 의한 코사인형 아포다이제이션을 이용하는 것보다 양호하다.

도 8은 도 7에 따른 변조기 셀에 대한 곡선 M5의 진폭 프로파일을 보여준다. 대칭적 프로파일로 인해, 이때 아포다이제이션 함수는 다시 실수치화된다. 위상은 또한 0으로 유지된다.

아포다이제이션 마스크가 없는 변조기 셀에 대해 약 62%의 투과율의 경우, 상기 투과율은, 투과율이 단지 약 50 %에 이르는 코사인형 아포다이제이션의 경우보다 높다.

다른 용례에서, 타겟값의 정의에 따른 반복적인 계산은 또한 바람직한 회절 차수의 강도값을 증가시킬 수 있다.

도 9는, 각기 일차원으로 계산된 아포다이제이션 함수를 갖는 아포다이제이션 마스크(6', 6'')에 할당되는 규칙적으로 배치된 광변조기의 변조기 셀(7', 7'')에 있어서의 상세를 개략적으로 보여준다. 이때, 일차원이라는 용어는, 변조기 셀(7', 7'')의 상이한 위치에 대해서 아포다이제이션 함수의 진폭값과 위상값이 단지 일차원으로, 본 명세서에서는 수평 방향으로만 변하며, 직교 방향, 본 명세서에서는 수직 방향으로는 동일하다는 것을 의미한다. 또한, 이 예에서는 단지 하나의 그룹의 변조기 셀만이 존재하는데, 이는 변조기 셀(7', 7'') 모두가 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는다는 것을 의미한다.

도 10의 다이어그램은 2개 그룹의 변조기 셀을 형성하는, 규칙적으로 배치된 변조기 셀(7', 7'')에 있어서의 상세를 개략적으로 보여준다.

아포다이제이션 마스크(6', 6'')는 2개의 그룹에 대하여, 항시 추가로 이차원으로 계산되는 상이한 아포다이제이션 함수를 포함한다.

이들 그룹의 변조기 셀은 상이한 목적으로 사용될 수 있으며, 아포다이제이션 함수는 각각의 그룹에 대해 개별적으로 계산된다.

이때 2차원이라는 용어는, 변조기 셀에서 아포다이제이션 함수의 진폭값과 위상값이 2차원으로, 즉 수평 방향과 수직 방향으로 변한다는 것을 의미한다.

도 11은 정사각형 변조기 셀의 회절 패턴을 2차원 아포다이제이션 함수에 의해 실현되는 2차원의 그레이스케일 프로파일로서 개략적으로 보여준다. 상대 휘도가 비선형식으로 도시되어 있다. 이 다이어그램은 바람직한 회절 차수의 범위의 감소에 대한 예로서 제공된다.

도 10과 유사하게, 다른 쪽 눈이 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서 0차 회절 차수에 위치되는 경우 오른쪽 또는 왼쪽의 이웃하는 눈에 속하는 회절 차수만이 감소된다. 감소되는 회절 차수의 범위는 또한 수직 방향으로만 국한되며, 이는 도면에서 2개의 검은색 직사각형 형태로 도시되어 있다. 이러한 결과는 투과율이 약 77 %인 아포다이제이션 함수에 의해 달성된다.

상이한 아포다이제이션 함수를 갖는 그룹의 변조기 셀의 용례에 관한 다른 예는 컬러로 3D 오브젝트롤 표시하는 것이다.

다수의 유형의 광변조기에서, 컬러 표현은, 예컨대 적색, 녹색 또는 청색 필터를 이용하여 얻어지는 상이한 원색의 변조기 셀의 공간적 삽입에 의해 달성된다. 상기 컬러의 공간적 삽입에 있어서, 각각의 원색의 변조기 셀은 주어진 그룹을 형성하며, 이때 이들 그룹 각각에 대해서 상이한 아포다이제이션 함수가 확인된다.

간섭성 조사가 사용되면, 아포다이제이션 함수를 확인할 때, 회절 차수의 폭이 파장에 비례하여 변한다는 점에 유념해야만 한다.

2개의 가시성 영역 간의 크로스토킹 분포가 아포다이제이션 마스크에 의해 방지되는, 완쪽/오른쪽 눈에 대한 가시성 영역을 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이에서, 적색광, 녹색광 및 청색광에 대한 높은 회절 차수는 이웃하는 눈에 대해 위치된다. 회절 차수의 현저한 감소를 달성하기 위해, 이에 따라 아포다이제이션 함수는, 각각의 개별 컬러의 변조기 셀의 그룹에 대한 퓨리에 평면에서 상이한 셋포인트에 대해 개별적으로 계산되어야만 한다.

광변조기의 변조기 셀을 컬러 그룹으로 분할하는 것은 다른 시스템 그룹의 분할과 조합될 수 있다. 3D 디스플레이에서 변조기 셀이 왼쪽 눈 또는 오른쪽 눈에 추가로 고정 할당되면, 적색광에 대한 변조기 셀과 왼쪽 눈에 대한 변조기 셀은 예컨대 아포다이제이션 함수가 확인되는 하나의 그룹을 형성할 수 있다.

본 발명의 추가의 장점은, 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 변조기 셀 그룹 또는 적어도 하나의 광변조기에 대한 아포다이제이션 함수를 확인하기 위해, 단지 계산 유닛이 오프라인되었을 때에만 반복적인 프로세스가 실행된다. 반복적인 알고리즘의 다른 용례와는 달리, 이때 계산 부하 및 요구되는 계산 시간은 중요하지 않다.

이제, 공간 광변조기의 규칙적으로 배치된 변조기 셀에 할당되는 아포다이제이션 마스크를 위한 최적화된 아포다이제이션 함수를 결정하는 방법을 설명하겠다. 상기 방법은 반복적인 프로세스를 포함한다.

우선, 반복적인 프로세스를 실시하기 위해 광로에서의 정해진 위치에 대한 바람직한 회절 차수 또는 그 섹션에서의 셋포인트값으로서의 역할을 하는 강도값이 정해진다.

초기 아포다이제이션 함수로서 아포다이제이션 함수를 정한 다음, 주어진 그룹의 변조기 셀에 있는 변조기 셀의 기지의 형상 및 크기에 의해 변조기 셀의 내외측의 그리드에 있는 다수의 스캔 지점으로 변조기 셀의 투과율 프로파일이 표시된다. 투과율 프로파일은 일반적으로 복소값 형태의 진폭 프로파일 또는 진폭 및 위상 프로파일인 것으로 이해된다.

그리드의 이들 스캔 지점은, 제조 프로세스의 포인트 레졸루션이 제한되는 경우에 변조기 셀에 대해 투과율 프로파일이 기술적으로 실현 가능해지도록 하는 레졸루션에 매칭될 수 있다. 이상적으로, 아날로그식 투과율 프로파일이 일반적으로 요망된다.

예컨대, 투과율 프로파일이 1 ㎛의 레졸루션으로 실현되고 크기가 60 x 60 ㎛인 변조기 셀은 각각의 차원에서 60개의 스캔 지점에 해당된다.

연속적인 투과율 프로파일을 제작하는 것이 기술적으로 가능하면, 후자는 여전히 스캔 지점에 의한 계산으로 근사치가 구해질 수 있다.

변조기 셀 내의 투과율 프로파일을 나타내는 스캔 지점에는 주어진 초기 위상값 및 진폭값이 부여된다. 가장 간단한 경우에, 이것은 변조기 셀의 개구 내에서 투과율이 1인 사각파 함수 또는 임의의 기지의 분석적인 아포다이제이션 함수일 수 있다.

변조기 셀의 개구 외측에서는 투과가 일어나지 않으며, 이것이 변조기 셀의 개구 외측에 배치되는 스캔 지점이 0으로 설정되는 이유이다. 초기 아포다이제이션 함수에는 소정 초기값이 부여되며, 이 아포다이제이션 함수는 반복적인 프로세스에 의해 최적화된다. 아포다이제이션 함수는 구체적으로, 최적화되는 광변조기의 퓨리에 평면에서의 강도값의 분포이다.

위상값과 진폭값은 광변조기 평면으로부터 그 퓨리에 평면으로 변환되며, 이에 의해 퓨리에 평면에는 다수의 회절 차수에 대한 위상값 또는 복소값의 분포가 제공된다.

퓨리에 변환에 의해 계산이 실시되기 때문에, 계산되는 퓨리에 평면에서의 회절 차수의 개수는 변조기 셀 내의 스캔 지점(개구 및 셀 가장자리)의 개수에 상응하며, 퓨리에 평면에서의 회절 차수 내의 복소값의 범위는 스캔 지점의 총 개수와 변조기 내의 스캔 지점의 비에 상응한다.

퓨리에 평면에서, 진폭값과 위상값은 주어진 회절 차수 또는 그 섹션에서의 셋포인트값에 의해 대체되며, 나머지 회절 차수에서 상기 진폭값과 위상값은 변환과 광변조기 평면으로의 역변환으로부터 얻어진다.

광변조기 평면에서, 역변환에 의해 계산되는 변조기 셀의 개구 내에서의 진폭값 또는 복소값은 다음 반복 단계로 포워딩되며, 변조기 셀의 개구 외측에 있는 진폭값 또는 복소값은 0으로 설정된다.

이제, 주어진 값을 퓨리에 평면으로 변환하는 다른 반복 단계를 시작할 수 있다.

반복적인 프로세스는 미리 정해진 개수의 반복 단계후에 또는 다른 미리 정해진 종료 기준이 만족될 때 종료된다.

예컨대, 종료 기준으로서 대체하기 전에 높은 회절 차수에서의 셋포인트값을 퓨리에 평면에서의 실제값과 비교하는 것이 가능하다. 반복법은 셋포인트값으로부터 실제값의 편차가 소정 문턱값 미만으로 떨어지면 종료된다. 광변조기 평면과 광변조기 평면의 퓨리에 평면 중 하나의 평면에서의 하나의 반복 단계에 있어서의 광변조기 평면과 광변조기 평면의 퓨리에 평면간의 퓨리에 변환의 계산 결과인 복소값은 본 명세서에서 실제값으로 일컫는다.

반복적인 프로세스의 사이클에 대한 다른 조건을 도입하는 것도 가능하다. 예컨대, 진폭값과 위상값이 변조기 셀 내에서 양자화되고, 이렇게 하여 양자화된 값은, 변조기 셀의 스캔 지점에 대한 각각의 반복 단계에서 실제값에 대해 실시하는 대신에 각각의 실제값에 대한 최소의 차이를 갖는 아포다이제이션 함수를 위해 사용된다.

이를 위해, 실제값의 진폭은 바람직하게는, 그 값의 범위가 양자화된 값의 범위와 매칭되도록 정규화된다. 0과 1 사이의 범위로의 정규화는 최대 진폭에 의한 분할에 의해 달성될 수 있다.

아포다이제이션 마스크의 소정 제조 프로세스에서 아포다이제이션 함수가 계산되면, 그리고 단지 제한된 개수의 상이한 그레이스케일값 또는 위상값이 상기 방법에 의해 실현 가능하면, 상기 양자화된 아포다이제이션 함수의 계산은 특히 실용적이다. 특별한 케이스로는, 단지 흑색 섹션과 완전히 투명한 섹션, 즉 2개의 양자화 단계를 포함하는 이진 아포다이제이션 마스크가 있다.

상기 방법의 다른 변형예에서, 아포다이제이션 함수는 위상 유일 함수가 되도록 특정될 수 있다. 위상 함수는, 광변조기의 투과율이 아포다이제이션 마스크에 의해 줄어들지 않는다는 장점을 갖는다. 위상 함수에 있어서, 복소값 형태의 실제값의 위상 부분이 얻어지며, 이러한 실제값의 절대값은 각각의 반복 단계에 있어서 변조기 셀의 구멍 내의 스캔 지점에서 1로 설정된다.

단지 음의 회절 차수 또는 단지 양의 회절 차수만을 줄이기 위해서, 예컨대 위상 유일 함수를 사용하는 것이 가능하다. 그것은 도 4의 곡선 K4와 달리 이들 회절 차수에서 다소 높은 나머지 강도값을 전달하지만, 이러한 결과는 광변조기의 투과율에 있어서의 감소가 전혀 없이 달성된다,

종료 기준에 대한 다른 옵션은 진폭을 최소값으로 설정하는 것이다.

아포다이제이션 마스크를 제조하는 소정 방법에 따르면, 스캔 지점의 거리가 아포다이제이션 마스크의 공간 레졸루션에 상응하거나 이보다 약간 크도록 변조기 셀의 크기에 따라 계산을 위한 스캔 지점을 선택하고, 이에 따라 아포다이제이션 마스크를 스캔 지점들 간의 내삽법에 의해 형성될 수 있다는 것이 이해된다.

아포다이제이션 함수를 결정하는 반복적인 프로세스의 장점은, 특정 용례에 대해 최적화되는 아포다이제이현 함수를 계산하고 아포다이제이션 마스크에서 실현할 수 있다는 것이다. 이와 달리, 표준 아포다이제이션 함수는 단지 모든 높은 회절 차수에서의 광의 강도에 관한 거의 균일한 감소를 허용하며, 광의 강도에 있어서의 감소는 통상적으로 소정의 높은 회절 차수에 대해 최적화된 광의 강도보다 중요하다.

더욱이, 광변조기의 투과율에 있어서의 감소는 소정 용례에 대해 최적화된 아포다이제이션 함수를 이용할 때가 표준 아포다이제이션 함수를 이용할 때보다 적다.

결정된 아포다이제이션 함수가 제공되는 아포다이제이션 마스크는 제어 가능한 광변조기에서 소망하는 진폭 투과율과, 이에 따른 높은 회절 차수의 감소를 실현한다. 이러한 광변조기는 왼쪽/오른쪽 눈에 대해 개별적으로 할당되는 퓨리에 평면에 가시성 영역을 구비하는 직시형 홀로그래픽 디스플레이 또는 관찰자의 눈에 공간 오브젝트를 제공하는 입체영상 디스플레이에 사용될 수 있다. 후자의 유형의 디스플레이에서는, 간섭성 광에 의한 조사가 필수적이다. 아포다이제이션 함수에 의해, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈 사이의 입체영상 뷰의 가시성 영역들 사이의 크로스토킹이 최소화되는 것이 달성된다.

전술한 디스플레이에서, 관찰자의 눈에 대해 정해진 거리에서 생성되는 가시성 영역의 공간 삽입이 실현되면, 그리고 변조기 셀이 관찰자의 왼쪽 또는 오른쪽 눈에 고정 할당되면, 변조기 셀 그룹은, 각각의 그룹의 회절광이 각각의 관찰자의 눈에 할당되는 퓨리에 평면에 가시성 영역을 생성하도록 특정될 수 있다. 하나의 그룹의 설정된 광도는 다른 그룹의 관찰자의 눈에서의 주어진 관찰자 거리에서 최소화되고 그 반대도 이루어진다. 이 경우, 관찰자의 왼쪽 눈에 대한 변조기 셀은, 관찰자의 오른쪽 눈에 대한 변조기 셀의 아포다이제이션 함수와는 상이한 아포다이제이션 함수를 나타낸다.

제어 가능한 광변조기의 변조기 셀에 있어서, 아포다이제이션 마스크는, 광변조기가 바람직하게는 간섭성 회절광의 회절 차수에서 개별적으로 특정된 강도 분포를 실현할 수 있게 하도록 구성된다. 이를 위해, 아포다이제이션 마스크를 위한 아포다이제이션 함수를 결정하였으며, 이때 주어진 높은 회절 차수에서의 광도의 타겟값은 계산시에 단순화된 방식으로 고려되어야만 한다. 이렇게 하여 수정된 아포다이제이션 함수가 아포다이제이션 마스크에서 구현되는 것이 기술적으로 실현 가능하다. 또한, 아포다이제이션 함수에 연속적인 프로파일을 제공하거나, 또는 아포다이제이션 마스크에서 변조기 셀에 대한 단일 단계에서 별개값으로 아포다이제이션 함수를 실현하는 것이 가능하다.

본 발명은 또한 분석적 함수에 의해 기술할 수 없는 아포다이제이션 함수로서, 변조기 셀의 상기 진폭 프로파일 및/또는 위상 프로파일을 사용하는 것을 허용한다.

이때, 아포다이제이션은 바람직하게는 간단한 함수(코사인 함수 등)에 의해 가능해지거나, 또는 가장 간단한 경우에는 이진 단계에 의해 가능해진다. 또한, 변조기 셀에서의 가장자리 간섭 효과는, 예컨대 변조기 셀의 가장자리가 어두워지거나 절단된다는 점에서 아포다이징된 강도 또는 위상 프로파일에 의해 약화될 수 있다. 이는 또한 가시성 영역 자체에서 재현 품질이 개선되도록 한다.

본 발명은 액정 셀을 지닌 변조기와, 전자습윤 셀 또는 다른 유형의 셀을 지닌 변조기 모두에 적용될 수 있다. SLM과 이에 따른 홀로그래픽 디스플레이 또는 자동 입체영상 디스플레이는 반사형이나 투과형일 수 있다. 본 발명에서 설명된 디스플레이는 직시형 디스플레이이다.

MEMS 기반 반사형 피스톤의 경우, 마이크로 미러 어레이가 SLM으로서 이용되며, 아포다이제이션 마스크의 어레이는 변조기 셀에 반사율 구배가 제공되도록 구현될 수 있다.

1 : 홀로그래픽 디스플레이 디바이스
2l, 2r : 재현 빔
3l, 3r : 가시성 영역
5 : 오브젝트 포인트

Claims (20)

1. 직시형 홀로그래픽 디스플레이(holographic direct-view display)로서,
   - 광을 회절시키는 변조기 셀의 매트릭스를 지닌, 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기(spatial light modulator)로서, 광변조기의 원시야(遠視野)에서 미리 정해진 강도 프로파일을 개별적으로 구현하는 것인 적어도 하나의 제어 가능한 공간 광변조기와,
   - 아포다이제이션 마스크(apodisation mask)의 어레이로서, 충분한 간섭성 광의 위상과 진폭 중 하나 이상을 변조하는 각각의 변조기 셀이 아포다이제이션 마스크에 할당되는 것인 아포다이제이션 마스크의 어레이와, 그리고
   - 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는 아포다이제이션 마스크에 할당되는 적어도 하나의 정해진 변조기 셀 그룹
   을 포함하고,
   - 적어도 하나의 변조기 셀 그룹에 대해 복소 진폭 투과율(complex amplitude transparency)이 설정되고, 복소 진폭 투과율은, 구현되는 미리 정해진 강도 프로파일에 따라 이 변조기 셀 그룹에 대한 아포다이제이션 함수를 설정하며, 상기 미리 정해진 강도 프로파일은 선택된 범위의 소망하는 회절 차수에 있어서 광도의 감소를 포함하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
2. 제1항에 있어서, 상기 아포다이제이션 함수는 적어도 일차원으로, 복소 진폭 투과율의 절대값과 위상 중 하나 이상에 관한 비일정한 프로파일을 나타내는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
3. 제2항에 있어서, 상기 아포다이제이션 함수는 변조기 셀의 중앙에서 최대값을 갖고, 변조기 셀의 에지를 향해 점차 감소되는 복소 진폭 투과율을 갖는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
4. 제2항에 있어서, 상기 아포다이제이션 함수는 변조기 셀의 주어진 형태, 크기 및 기하학적 형상과 현재의 고유한 복소 진폭 투과율에 따라 계산되는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
5. 제1항에 있어서, 상기 아포다이제이션 함수는 별개의 스캔 지점에서, 이 스캔 지점에서의 복소 진폭 투과율을 나타내는 수치값으로 정의되고, 상기 스캔 지점은 아포다이제이션 마스크에 의해 공간적으로 분해 가능한 상호 거리를 나타내는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
6. 제1항에 있어서, 적어도 2개의 제어 가능한 광변조기가 함께 삽입되고, 각각의 광변조기는 전용 아포다이제이션 마스크를 갖거나, 또는 적어도 2개의 광변조기는 공통 아포다이제이션 마스크를 갖는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
7. 제1항에 있어서, 주어진 변조기 셀 그룹의 아포다이제이션 마스크는 회절광의 원시야의 주어진 섹션에서 미리 정해진 강도값을 갖는 강도 프로파일을 설정하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
8. 제7항에 있어서, 상기 원시야의 주어진 섹션은 적어도 일차원으로 단지 음의 회절 차수 또는 단지 양의 회절 차수만을 포함하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
9. 제1항에 있어서, 변조기 셀 모두는 동일한 아포다이제이션 함수를 갖는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
10. 제1항에 있어서, 상기 변조기 셀은 관찰자의 왼쪽 눈이나 오른쪽 눈에 할당되며, 변조기 셀은 광변조기에 대한 관찰자 거리 범위에서 관찰자의 눈에 각각 할당되는 가시성 영역을 생성하는 주어진 변조기 셀 그룹을 형성하고, 아포다이제이션 마스크에 의해 설정되는 하나의 그룹의 강도 프로파일은 다른 그룹의 관찰자의 눈의 위치에서 최소화되고, 그 반대도 이루어지는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
11. 제1항에 있어서, 상기 아포다이제이션 마스크는, 복소 진폭 투과율이 일정한 절대값을 갖는 가변 위상 함수로서 형성되는 아포다이제이션 함수를 나타내거나, 또는 상기 아포다이제이션 마스크는, 복소 진폭 투과율이 일정한 절대값을 지닌 가변 위상 함수로서 형성되는 아포다이제이션 함수를 나타내고, 상기 아포다이제이션 마스크는, 복소 진폭 투과율이 미광을 줄이도록 이진 형태인 아포다이제이션 함수를 나타내는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
12. 제1항에 있어서, 아포다이제이션 함수를 결정하기 위해, 계산 유닛에서 계산 루틴으로서 실행되고 검색을 위해 메모리 유닛에 결과를 제공하는 반복적인 프로세스가 사용되는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
13. 제12항에 있어서, 상기 반복적인 프로세스는 퓨리에 변환을 포함하며, 상기 퓨리에 변환은 광변조기의 평면과 원시야에 있어서의 그 퓨리에 평면 사이에서 실시되고, 변조기 셀에서 회절된 광은 원시야의 주어진 섹션에서 주어진 강도값에 근사하게 될 수 있는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
14. 제1항에 있어서, 상기 아포다이제이션 마스크는, 프로젝션 리소그래피법, 간섭 리소그래피법 또는 그레이스케일 리소그래피법에 의해 제작 가능한 진폭 마스크인 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
15. 제1항에 있어서, 상기 아포다이제이션 마스크는, 폴리머 또는 유리 기판에서의 표면 프로파일 또는 굴절율 변조를 형성하는 것에 의해 제작 가능한 위상 마스크인 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
16. 제1항에 있어서, 하나의 원색(primary colour)에 각각 할당되는 변조기 셀은 주어진 변조기 셀 그룹을 형성하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
17. 제16항에 있어서, 상기 원시야의 주어진 섹션은 강도값을 최소화하기 위해 모든 원색에 대해 동일한 회절 각도의 범위를 포함하는 것인 직시형 홀로그래픽 디스플레이.
18. 어레이로 구성되고, 제1항에 따른 직시형 홀로그래픽 디스플레이의 제어 가능한 공간 광변조기의 변조기 셀의 매트릭스에 할당되는 아포다이제이션 마스크를 위한 아포다이제이션 함수를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 방법은
    - 주어진 그룹의 변조기 셀의 회절 차수의 위치를 결정하는 프로세스 단계와,
    - 원시야에서의 소망하는 회절 차수 또는 섹션에서 개별적으로 미리 정해지는 강도 프로파일을 정하는 프로세스 단계와,
    - 주어진 그룹의 단일 변조기 셀을 위한 초기 아포다이제이션 함수를 정하는 프로세스 단계, 그리고
    - 원시야에서의 섹션의 소망하는 회절 차수에 있어서 미리 정해진 강도 프로파일에 근사하도록 아포다이제이션 함수의 복소 진폭 투과율을 단계적으로 최적화하는 프로세스 단계
    를 포함하고,
    상기 아포다이제이션 함수의 복소 진폭 투과율을 단계적으로 최적화하는 프로세스 단계는 반복적인 프로세스 단계로 실시되는 것인 아포다이제이션 함수를 결정하는 방법.
19. 삭제
20. 제18항에 있어서,
    변조기 셀의 복소 진폭 투과율은 변조기 셀의 개구의 내부 및 외부에 다수의 스캔 지점을 정함에 의하여 결정되고,
    원시야에서의 강도 프로파일은 동일한 개수의 스캔 지점에서의 복소 진폭 투과율의 퓨리에 변환의 절대값의 제곱에 의해 결정되며,
    아포다이제이션 함수의 복소 진폭 투과율의 단계적인 최적화는, 추가의 프로세스 단계에서,
    - 변조기 셀의 개구의 외부에 스캔 지점을 0으로 설정하는 프로세스 단계,
    - 복소 진폭 투과율의 퓨리에 변환을 원시야에 있는 퓨리에 평면에 대하여 실시하는 프로세스 단계
    가 시행되는 것인 아포다이제이션 함수를 결정하는 방법.

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