KR102088199B1 - 홀로그래픽 프로젝터 - Google Patents

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Abstract

수광면(125), 광원(110), 공간 광 변조기(140) 및 검출기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템이 제공된다. 광원은 광을 출력하도록 형성된다. 공간 광 변조기는 광원으로부터 광을 수신하고 수광면 상에 이미지를 형성하기 위해 공간 광 변조기로 어드레싱된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 형성되며, 이미지(700)는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역(710) 및 부 이미지 영역(720)을 포함한다. 일 실시예에서, 검출기는 이미지의 부 이미지 영역으로 또는 이미지의 부 이미지 영역으로 이동하는 광의 광 파워를 검출하도록 배치되며, 검출기의 활성 광 검출 영역 및 부 이미지 영역은 대응하는 형상을 갖는다.

Description

홀로그래픽 프로젝터
본 발명은 프로젝터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그래픽 프로젝터, 홀로그래픽 프로젝션 시스템, 프로젝션을 제어하는 방법 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예는 헤드업(head-up) 디스플레이 및 헤드-마운트(head-mounted) 디스플레이에 관한 것이다. 일부 실시예들은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서 이미지 밝기를 제어하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들은 합성 컬러 홀로그래픽 프로젝션 시스템의 컬러 밸런스를 제어하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서 홀로그래픽 재구성을 정렬하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
대상물에서 산란된 빛은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 예컨대 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광성 플레이트 상에 캡쳐 되어 홀로그래픽 기록 또는 간섭 줄무늬를 포함하는 "홀로그램"을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성(reconstruction) 또는 재생(replay) 이미지를 형성하기에 적절한 광을 조사함으로써 구성될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램, "CGH"는 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬 또는 푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 표현 또는 객체의 주파수 도메인 표현으로 간주될 수 있다. CGH는 또한 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.
CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 형성된 공간 광 변조기 상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
SLM은 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레싱 가능한 화소들을 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 화소로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 공간 광 변조기로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 공간 광 변조기를 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
상술한 기술을 이용하여 홀로그래픽 프로젝터가 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 비디오 프로젝터, 헤드업 디스플레이, "HUD" 및 예를 들어 근안 장치(near-eye devices)를 포함하는 헤드-마운트 디스플레이, "HMD"에 적용가능 하다. 본 명세서는 개선된 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 개시한다.
본 발명은 홀로그래픽 프로젝터, 홀로그래픽 프로젝션 시스템, 프로젝션을 제어하는 방법 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 제어하는 방법을 개시한다. 또한, 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서 이미지 밝기를 제어하는 방법을 개시한다. 또한, 합성 컬러 홀로그래픽 프로젝션 시스템의 컬러 밸런스를 제어하는 방법을 개시한다. 또한, 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서 홀로그래픽 재구성을 정렬하는 방법을 개시한다.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
수광면(light receiving surface) 상에 이미지를 형성하기 위해 광원으로부터의 광으로 공간 광 변조기를 조광하는 단계로서, 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역과 부 이미지 영역을 포함하는, 단계; 및 부 이미지 영역으로부터 광의 특성을 검출하는 단계를 포함하는 프로젝션 방법이 개시된다. 본 방법은 부 이미지 영역으로부터 광의 특성을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 부 이미지 영역으로부터 검출된 광의 특성에 대응하여 예컨대 광원으로부터의 광의 광학적 특성을 변화시킴으로써 이미지를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
수광면 상에 이미지를 형성하기 위해 광원으로부터의 광으로 홀로그램을 조광하는 단계로서, 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역과 부 이미지 영역을 포함하는, 단계; 및 부 이미지 영역의 광 파워(optical power)를 검출하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 방법이 개시된다. 본 방법은 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 부 이미지 영역의 검출된 광 파워에 대응하여 예컨대 광원으로부터의 광의 광 파워를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명자들은 이미지 내용의 양이 변하면 홀로그래픽 재구성의 이미지 밝기가 일정하지 않은 문제를 해결하기 위해 본 개시의 홀로그래픽 프로젝터에 의해 폐 루프 파워 피드백 시스템이 제공될 수 있다는 것을 확인했다. 부 이미지 영역의 광 파워는 이미지의 밝기(예컨대 휘도로 측정되는)를 나타내는 것으로 받아들여질 수 있고, 특히 부 이미지 영역이 고정되어 있거나 광 파워가 방사 플럭스(radiant flux), 즉 단위 면적으로 정규화되어 측정되는 경우에, 전체적인 이미지 밝기를 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있다.
본 방법은 제2컴퓨터 재생 홀로그램을 공간 광 변조기 상에 표시하는 단계; 수광면 상에 부 이미지를 형성하기 위해 광원으로부터의 제2광으로 제2홀로그램을 조광하는 단계로서, 제2이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역과 부 이미지 영역을 포함하고, 제1이미지와 제2이미지는 실질적으로 일치하는, 단계; 및 제2이미지의 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 제1 및/또는 제2이미지의 각각의 밝기를 변화시키고, 따라서 복합 이미지의 컬러 밸런스를 변화시키기 위해 제1 및/또는 제2이미지의 부 이미지 영역의 검출된 광 파워에 대응하여 제1 및/또는 제2광의 광 파워를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 임의의 수의 홀로그램 및 대응되는 이미지들에 대해 확장될 수 있다. 일부 실시예에서, 3개의 각각의 홀로그램으로부터 형성되는 적색, 녹색 및 청색 이미지를 중첩함으로써 복합 컬러 홀로그래픽 재구성이 제공된다. 각각의 주 이미지 영역은 복합 이미지가 관찰자에 의해 감지될 수 있도록 충분한 정도로 정렬되어야 하지만, 각각의 부 이미지 영역은 정렬될 필요는 없으며(그럼에도 정렬될 수 있지만), 공간적으로 구별된 것일 수 있다.
본 발명자들은 단일 컬러 이미지의 내용이 변화되면 홀로그래픽 재구성의 컬러 밸런스가 일정하지 않은 문제를 해결하기 위해 본 개시의 복합 컬러 홀로그래픽 프로젝터에 의해 폐 루프 파워 피드백 시스템이 제공될 수 있다는 것을 확인했다.
본 방법은 스크린 상의 이미지 위치를 변경하는 단계 및 이미지의 복수의 위치에서 부 이미지 영역으로 또는 영역으로부터 이동 중에 인터셉트된(intercepted) 광의 광 파워를 검출하는 단계를 포함하는 광학 정렬 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 검출된 광 파워가 최대가 되는 이미지 영역을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명자들은 이하에서 폐 루프 파워 피드백 시스템을 이용하여 투영된 이미지를 정렬하는 편리한 방법을 개시한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 이미지의 이미지 영역의 광 파워가 참조된다. 보다 구체적으로, 이러한 참조는 이미지의 이미지 영역에서의 광의 광 파워에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 이미지 영역으로부터 출사되거나 이미지 영역으로 진행하는 광에 관한 것으로 이해될 수 있다. 광 파워는 각각의 이미지 영역으로부터 또는 영역을 향해 이동하는 광을 인터셉트함으로써 이미지 영역으로부터 출사되거나 이미지 영역으로 진행하는 광을 검출하는 검출기에 의해 측정될 수 있다. 검출된 광 파워는 피드백 신호로서 직접 사용될 수 있고, 혹은 예컨대 이미지 영역의 면적에 대해 정규화되어 적절히 스케일링 될 수 있으며, 이는 예컨대 이미지 영역이 시간에 따라 면적이 변하는 경우 유용할 수 있다. 광 파워는 관심 이미지 영역으로 또는 영역으로부터 이동하는 광자(photons)의 에너지를 의미하는 것으로 이해되므로 절대적으로 W (또는 Js-1) 또는 면적에 대해 정규화된 Wm-2 (또는 Js-1m-2)로 측정된다. 광 파워를 측정함에 있어 다른 스케일링 요소들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 경우에 따라, cd 또는 cdm-2 단위인 휘도, 즉 수신 측 중심인(perception weighed), 기준일 수 있다. 광 파워는 또한 단위입체각(solid angle)에 의해 정규화 되어 측정될 수 있으며, 따라서 복사 강도의 단위 Js-1m-2sr-1 또는 대응하는 수신 측의 스케일링 된 단위 cdm-2sr-1로 측정될 수 있다.
"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록을 지칭하는데 사용된다. "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"이란 용어는 홀로그램을 조광하여 형성되는 대상물의 광학적 재구성을 지칭하는 용어이다. "재생 필드(replay field)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 형성되는 공간 상의 평면을 지칭하는데 사용된다. 이미지 (또는 이미지 영역)이라는 표현은 일반적으로 재생 필드의 전체 영역과 일치하지는 않지만 이미지 (또는 이미지 영역)의 광이 재생 필드와 교차하는, 예컨대 수광면 또는 재생 필드와 일치하는 스크린 상에 입사하는, 재생 필드의 해당 영역들을 가리키는 표현이다.
"인코딩", "쓰기(writing)" 또는 "어드레싱(addressing)"은 각각의 화소의 변조 레벨을 개별적으로 결정하는 복수의 제어값을 SLM의 복수의 화소들에 제공하는 프로세스를 기술하는 데 사용된다. SLM의 화소들은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포를 "표시"하도록 구성될 수 있다.
"광"이라는 용어는 본 명세서에서 가장 넓은 의미로 사용된다. 일부 실시예는 가시광선, 적외선 및 자외선, 그리고 이들의 임의의 조합에 동일하게 적용가능 하다. 일부 실시예는 단지 예로서 ID 및 2D 홀로그래픽 재구성을 기술한다. 다른 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 3D 홀로그래픽 재구성이다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다.
구체적인 구성은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton) 타입 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 실시예에 따른 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 레이저 드라이버를 도시한다.
도 6은 실시예에 따른 LCOS 드라이버를 도시한다.
도 7은 실시예에 따른 예시적인 이미지를 도시한다.
도 8은 추가 실시예에 따른 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 9는 추가 실시예에 따른 레이저 드라이버를 도시한다.
도 10은 추가 실시예에 따른 LCOS 드라이버를 도시한다.
도 11은 실시예에 따른 제1, 제2 및 제3검출기에 대한 구성을 도시한다.
도 12는 홀로그래픽 재구성의 초점면을 결정하기 위한 정렬 방법을 도시한다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.
본 발명은 다음에 설명되는 구성에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 확장한다. 즉, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며 설명의 목적으로 제시된 기재된 구성에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 단수 형태의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한, 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 "막(just)", "바로(immediate)" 또는 "직접(direct)"라는 기재가 사용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구 범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.
상이한 구성의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 어떤 구성은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음은 밝혀져 있다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들은 단지 예로서 위상-한정 홀로그램과 관련된다. 즉, 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기는 입사광에만 위상 지연 분포를 적용한다. 일부 실시예에서, 각 화소에 의해 적용되는 위상 지연은 다중 레벨이다. 즉, 각각의 화소는 위상 레벨의 이산된 수(discrete number) 중 하나로 설정될 수 있다. 위상 레벨의 이산된 수는 위상 레벨의 더 큰 세트 또는 "팔레트" 중에서 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 재구성을 위한 대상물의 푸리에 변환이다. 이들 실시예에서, 홀로그램은 대상의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 표현이라고 말할 수 있다. 도 1은 위상-한정 푸리에 홀로그램을 표시하기 위해 반사형 SLM을 사용하고, 재생 필드 예를 들어 스크린 또는 디퓨저(diffuser)와 같은 수광면 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 실시예를 도시한다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 111)를 통해 SLM(140)에 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 파면의 방향은 (예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(off-normal)하다. 다른 실시예들에서, 예컨대 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 전체적으로 평면인 파면의 수직 입사가 제공된다. 도 1에 도시된 실시예에서 이러한 배치는 광원으로부터 오는 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되며 출사 파면(exiting wavefront, 112)을 형성하기 위해 광 변조층과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 예컨대 디퓨저 또는 스크린과 같은 수광면(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다.
푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 출사되는 변조된 광의 빔을 전달받아 수광면(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
광은 SLM의 위상-변조 층(즉, 위상 변조 소자들의 어레이)을 가로 질러 입사한다. 위상-변조 층을 빠져나가는 변조된 광은 재생 필드를 가로 질러 분배된다. 특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서, 홀로그램의 각 화소는 전체 재구성에 기여한다. 즉, 재생 필드의 특정 지점과 특정 위상-변조 요소 간에는 1 대 1 상관관계가 없다.
이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 굴절(포커싱) 파워(dioptric(focusing) power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 어떤 렌즈라도 푸리에 변환 렌즈 역할을 할 수 있지만, 수행되는 푸리에 변환의 정확도는 렌즈의 성능에 좌우된다. 통상의 기술자는 렌즈를 사용하여 광학적 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 푸리에 변환은 렌즈 데이터(lensing data)를 홀로그래픽 데이터에 포함시킴으로써 계산적으로 수행된다. 즉, 홀로그램은 대상물을 나타내는 데이터 뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 컴퓨터-생성 홀로그램의 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그래픽 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있으므로, 결과적인 홀로그래픽 재구성의 광은 SLM 다음의 빔 경로에 렌즈가 있는 것처럼 이동한다. 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터는 소프트웨어 렌즈, 홀로그램의 렌즈 성분 또는 렌즈 데이터로 지칭될 수 있다. 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는, 예를 들어, 굴절률 및 공간적으로 변하는 광학 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈의 중심에서의 광학 경로 길이는 렌즈의 가장자리에서의 광학 경로 길이보다 길다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈(렌즈 요소)를 나타내는 홀로그램 데이터를 대상물을 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합하여 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요 없이 수행될 수 있는 방법 또한 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 가산에 의해 홀로그래픽 데이터와 결합된다. 일부 실시예에서, 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 물리적 렌즈가 사용된다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 또 다른 실시예에서, 홀로그램은 재생 필드에서 이미지의 위치에 영향을 주기 위해, 즉, 빔 스티어링과 같은 그레이팅(grating)의 기능을 수행하도록 배치된 그레이팅 데이터(grating data)를 부가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램 분야에서 이러한 홀로그램 데이터를 어떻게 계산하고 이를 대상물을 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합시키는지도 역시 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이징 된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 홀로그래픽 그레이팅은 진폭-한정 홀로그램의 각도 스티어링(angular steering)을 제공하기 위해 대상물을 나타내는 진폭-한정 홀로그램 상에 단순히 중첩될 수 있다.
2D 이미지의 푸리에 홀로그램은 게르흐버그-색스톤 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하는 것을 포함하여 여러 가지 방법으로 계산될 수 있다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 도메인의 진폭 정보(예컨대, 2D 이미지)로부터 푸리에 도메인의 위상 정보를 추출하는데 사용될 수 있다. 즉, 대상물과 관련된 위상 정보는 공간 도메인의 정보만으로서, 강도(intensity) 또는 진폭으로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 따라서, 대상물의 위상-한정 푸리에 변환이 계산될 수 있다.
일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 게르흐버그-색스톤 알고리즘 또는 그 변형을 사용하여 진폭 정보로부터 계산된다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔(light beam) IA(x, y) 및 IB(x, y)의 강도 단면(intensity cross-sections)이 알려져 있고, IA(x, y) 및 IB(x, y)가 단일 푸리에 변환으로 상호 연관되어 있는 상황을 고려한다. 주어진 강도 단면에서, 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y) 가 구해진다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스(iterative process)를 따름으로써 이 문제에 대한 해를 찾는다.
게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 영역과 푸리에(스펙트럼) 영역 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 나타내는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서(repeatedly transferring) 공간적 및 스펙트럼 제약조건(constraints)을 반복적으로 적용한다. 공간적 및 스펙트럼 제약은 각각 IA(x, y) 및 IB(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역 내의 제약조건은 데이터 세트의 진폭에 부가된다. 대응되는 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.
일부 실시예에서, 위상-한정 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170호 또는 제2,501,112호에 기술된 바와 같은 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이 특허들은 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 일부 실시예에 따르면, 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 추출한다. 여기서 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지 (예컨대, 사진)를 나타낸다. 위상 정보 Ψ[u, v]는 이미지 평면에서의 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 생성하는데 사용된다.
진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로 변환된 크기(위상 뿐만 아니라)에는 계산된 데이터 세트의 정확성에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서, 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 피드백을 제공할 수 있다.
이하에서 도 2를 참조하여 본 개시의 일부 실시예에 따른 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘의 일례를 설명한다. 알고리즘은 반복적이고 수렴적이다. 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 구성된다. 알고리즘은 진폭-한정 홀로그램, 위상-한정 홀로그램 또는 완전 복소 홀로그램을 결정하는데 사용될 수 있다. 여기에 개시된 실시예는 단지 예시로서 위상-전용 홀로그램을 생성하는 것에 관한 것이다. 도 2a는 알고리즘의 첫 번째 반복을 보여주며 알고리즘의 핵심을 나타낸다. 도 2b는 알고리즘의 후속 반복을 도시한다.
진폭 및 위상 정보는 본질적으로 결합되어 복합 복소 데이터 세트를 형성하지만 설명을 위해 진폭과 위상 정보는 개별적으로 고려된다. 도 2a를 참조하면, 알고리즘의 핵심은 제1복소 데이터를 포함하는 입력 및 제4복소 데이터를 포함하는 출력을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 제1복소 데이터는 제1진폭 성분(201) 및 제1위상 성분(203)를 포함한다. 제4복소 데이터는 제4진폭 성분(211) 및 제4위상 성분(213)를 포함한다. 이 예에서, 입력 이미지는 2차원이다. 진폭 및 위상 정보는 따라서 파-필드 이미지의 공간 좌표 (x, y)와 홀로그램 필드의 (u, v)의 함수이다. 즉, 각 평면에서의 진폭 및 위상은 각 평면에서 진폭 및 위상 분포이다.
제1반복에서, 제1진폭 성분(201)은 홀로그램이 계산되는 입력 이미지(210)이다. 제1반복에서, 제1위상 성분(203)은 단지 알고리즘의 시작점으로 사용되는 랜덤 위상 성분(203)이다. 프로세싱 블록(250)은 제2진폭 성분(미도시)와 제2위상 성분(205)을 갖는 제2복소 데이터를 형성하기 위한 제1복소 데이터의 푸리에 변환을 수행한다. 이 예에서, 제2진폭 성분은 버려지고, 프로세싱 블록(252)에 의한 제3진폭 성분(207)으로 교체된다. 이 예에서, 프로세싱 블록(252)는 제3진폭 성분(207)을 생성하기 위해 상이한 기능을 수행한다. 이 예에서, 제3진폭 성분(207)은 광원을 나타내는 분포이다. 제2위상 성분(205)는 제3위상 성분(209)을 생성하기 위해 프로세싱 블록(254)에 의해 양자화된다. 제3진폭 성분(207)과 제3위상 성분(209)는 제3복소 데이터를 형성한다. 제3복소 데이터는 역 푸리에 변환을 수행하는 프로세싱 블록(256)에 입력된다. 프로세싱 블록(256)은 제4진폭 성분(211)과 제4위상 성분(213)을 갖는 제4복소 데이터를 출력한다. 제4복소 데이터는 다음 반복을 위한 입력을 형성하는데 사용된다. 즉, n번째 반복의 제4복소 데이터는 (n+1)번째 반복의 제1복소 데이터 세트를 형성하는데 사용된다.
도 2b는 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다. 프로세싱 블록(250)은 이전 반복의 제4진폭 성분(211)로부터 유도된 제1진폭 성분(201) 및 이전 반복의 제4위상 성분에 대응하는 제1위상 성분(213)를 갖는 제1복소 데이터를 수신한다.
이 예에서, 제1진폭 성분(201)은 다음에서 설명되는 바와 같이 이전 반복의 제4진폭 성분(211)로부터 유도된다. 프로세싱 블록(258)은 제5진폭 성분(215)를 형성하기 위해 이전 반복의 제4진폭 성분(211)으로부터 입력 이미지(210)를 감산한다. 프로세싱 블록(260)은 이득 계수 α만큼 제5진폭 성분(215)을 스케일링하고 입력 이미지(210)로부터 감산한다. 이는 다음 방정식에 의해 수학적으로 표현된다.
Figure 112019062619604-pct00001
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R은 재생 필드이고;
T는 대상 이미지이고;
∠는 각도 정보이고;
Ψ는 각도 정보의 양자화된 버전(version)이고;
η는 새로운 대상 크기로서, η≥0이며;
α는 이득 계수로써, 약 1이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다.
처리 블록(250, 252, 254 및 256)은 도 2a를 참조하여 기술된 바와 같이 기능한다. 최종 반복에서, 입력 이미지(210)를 나타내는 위상-한정 홀로그램 Ψ[u, v]가 출력된다. 위상-한정 홀로그램 Ψ[u, v]는 주파수 또는 푸리에 도메인에서 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
다른 예에서, 제 2 진폭 성분은 폐기되지 않는다. 그 대신에, 입력 이미지(210)는 제2진폭 성분으로부터 감산되고, 그 진폭 성분의 배수는 입력 이미지(210)로부터 감산되어 제3진폭 성분(307)을 생성한다. 다른 예에서, 제4위상 성분은 전체가 피드백 되지 않고, 예컨대 마지막 두 반복과 같은, 단지 변경되는 부분에 해당하는 부분만이 피드백 된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 형성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 표시하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 사전 형성된 홀로그램의 저장소가 제공된다.
그러나, 일부 실시예는 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 방식의 알고리즘에 관한 것으로서, 단지 예시적인 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
본 개시는 다수의 상이한 유형의 SLM 중 임의의 하나를 사용하여 구현될 수 있다. SLM은 반사 또는 투과에 의해 공간 변조된 광을 출력할 수 있다. 일부 실시예 들에서, SLM은 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) SLM이지만, 본 개시는 이러한 유형의 SLM에 제한되지 않는다.
LCOS 장치는 작은 개구(예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 어레이의 광 변조 소자 또는 화소를 제공한다. 화소는 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트 할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 화소를 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 화소는 밀집되어 있어 화소 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 화소가 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 사용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.
단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 소자는 단결정 실리콘 기판(302)을 사용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(alignment layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은 액정층(304)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향층(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2배향층(305) 사이에 배치된다.
사각 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 화소(pixel)로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 화소 영역, 즉 충전율은 화소(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 화소의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조된 요소의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면에 위상-한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.
전술한 LCOS SLM는 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 거울 면 아래에 있으며, 높은 충전율(일반적으로 90 % 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 투영을 위한 주요 이점).
도 4는 실시예에 따른 홀로그래픽 프로젝션 시스템(400)을 도시한다. 홀로그래픽 프로젝션 시스템(400)은 USB 제어 신호를 위한 제1입력(401), 입력 파워를 위한 제2입력(402) 및 HDMI를 위한 제3입력(403)을 포함한다. 홀로그램 프로젝션 시스템(400)은 레이저 제어기(410), LCOS 구동기(420), 파워 변환기(430), 주변 광 센서(440), 예를 들어 디퓨저 또는 스크린과 같은 수광면(450), 광 센서(460), 레이저(470) 및 SLM(480)을 포함한다.
홀로그래픽 프로젝션 시스템(400)으로의 USB 제어 신호를 위한 제1입력(401)은 레이저 제어기(410)의 제1입력에 의해 수신된다. 레이저 제어기(410)는 또한 전력 변환기(430)로부터 제1파워(431)를 수신하고, LCOS 드라이버(420)로부터 동기화 신호(421)를 수신하고, 주변 광 센서(440)로부터의 주변 광 신호(441)를 수신하며, 광 센서(460)로부터의 광 검출 신호(461)를 수신하도록 형성된다. 레이저 드라이버 출력(411)은 레이저(470)에 연결된다.
홀로그래픽 프로젝션 시스템(400)에 파워를 공급하기 위한 제2입력(402)은 파워 변환기(430)의 입력에 의해 수신된다. 파워 변환기(430)는 레이저 제어기(410)에 제1파워(431)를 제공하는 제1출력; 상기 디퓨저 (450)에 제2파워(432)를 제공하는 제2출력; LCOS 드라이버(420)에 제3파워(433)을 제공하는 제3출력를 포함한다. 일부 실시예에서, 디퓨저에는 파워가 공급되지 않고 제2파워(432)는 생략될 수 있다.
홀로그래픽 프로젝션 시스템(400)으로의 HDMI를 위한 제3입력(403)은 LCOS 드라이버(420)의 제1입력에 의해 수신된다. LCOS 드라이버(420)는 상술한 바와 같이 파워 변환기(430)로부터 제3파워(433)를 수신하도록 더 형성된다. LCOS 드라이버는 동기 신호(421)를 레이저 제어기(410)에 출력하고 제어 신호(422) (광 변조 데이터를 포함하는)를 SLM(480)에 출력하도록 형성된다.
레이저(470)는 레이저 드라이버 출력(411)에 따라 SLM (480)을 조사하도록 형성된다. SLM의 각 화소는 입사광의 일부를 수신한다. SLM(480)은 수신된 광을 공간적으로 변조하기 위해 제어 신호(422)에 따라 제어된다. 제어 신호(422)는 홀로그램을 나타내는 명령을 포함한다. 즉, 제어 신호(422)는 홀로그램 데이터를 포함한다. SLM의 각 화소는 개별적으로 어드레싱 되어 입사광의 대응 부분을 독립적으로 변조한다. 화소는 합쳐져 홀로그램 패턴을 나타낸다. 따라서, 광 변조 패턴 또는 분포가 수신된 파면에 적용된다. 일부 실시예에서, 위상-지연 분포가 파면에 적용된다. SLM이 홀로그램을 "표시"한다고 말할 수 있다.
SLM으로부터의 공간적으로 변조된 광은 수광면(450) 상에 이미지를 형성하여, 재생 필드를 제공한다. 이미지는 홀로그래픽 재구성이다. 홀로그래피 재구성은 홀로그램 재생 평면 상의 홀로그램 재생 영역 내에 형성된다. 홀로그래픽 재구성에는 도 3에 도시되지 않은 푸리에 변환 렌즈와 같은 광학계가 필요할 수 있다. 대안적으로, 제어 신호(422)는 물리적 광학계를 필요로 하지 않고 재구성을 수행하도록 형성된 추가적인 홀로그래픽 데이터를 더 포함할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 홀로그래픽 프로젝션 시스템의 레이저 드라이버(510)를 도시한다. 레이저 드라이버(510)는 USB 제어 신호를 위한 제1입력(501)을 수신하도록 구성된 마이크로 컨트롤러(520)를 포함한다. 본 개시는 USB 제어 신호를 단지 예시로서 언급하며, 임의의 신호 표준이 사용될 수 있다. 레이저 드라이버(510)는 LCOS 드라이버로부터 동기 신호(521), 주변 광 센서(ADC (543)를 통해)로부터의 주변 광 신호(541) 및 광 센서(ADC(563)을 통해)로부터 광 검출 신호(561)를 수신하도록 더 형성된다. 레이저 드라이버 출력(511)은 DAC(530)의 입력에 연결된다. DAC(530)의 출력은 레이저 드라이버(550)의 입력에 연결된다. 레이저 드라이버(550)의 출력은 레이저(570)의 드라이브에 연결된다. 레이저 드라이버(550)는 마이크로 컨트롤러(520)의 ADC(580)에 전류 피드백(560)을 제공한다.
도 6은 실시예에 따른 홀로그래픽 프로젝션 시스템의 LCOS 드라이버(620)를 도시한다. LCOS 드라이버(620)는 HDMI 수신기 칩(650), FPGA(Field Programmable Gate Array, 660) 및 복수의 국부 변압기(670a-670f)를 포함한다. HDMI 수신기 칩(650)은 홀로그래픽 프로젝션 시스템의 제3입력(603)을 수신하도록 형성된 입력 및 FPGA(660)의 입력에 연결되는 출력을 갖는다. FPGA(660)의 출력은 LCOS(680)에 연결된다.
이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 주 이미지 영역과는 다른, 예를 들어 주 이미지 영역으로부터 이격된, 부 이미지 영역을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이미지의 임의의 나머지 영역은 노이즈 덤프(noise dump)로서 사용될 수 있다. 주 이미지 영역은 속도 또는 위치를 나타내는 정보와 같은 증강 현실 정보를 포함할 수 있다. 광 센서(460)는 부 이미지 영역의 광 파워를 측정하도록 배치된다. 즉, 광 센서(460)는 부 이미지 영역에 대응하는 수광면(450)에 의해 확산 반사된 (또는 투과된) 광 또는 그 영역으로 이동 중에 인터셉트된 광을 수광하도록 배치된다. 광 센서는 수광면의 전방 또는 수광면의 후방에 위치될 수 있다. 도시되지 않은 일부 실시예에서, 광 센서는 노이즈를 감소시키는 얼룩 제거 효과(despeckling effect)를 제공하기 위해 수광면 뒤에 배치된다. 광 센서는 광 경로에 대해 수광면의 전 또는 후에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 부 이미지 영역은 원칙적으로 사용자를 위한 것이 아닌 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 광 센서(460)는 주 이미지 영역으로부터 어떠한 광도 수신하지 않도록 형성된다.
본 발명자들은 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 이용하여, 시스템에 피드백을 제공하는 목적에 전용될 수 있는 홀로그램에 부가 정보를 컴퓨터로 인코딩 할 수 있음을 인지했다. 이 피드백은 개선된 홀로그래픽 재구성을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 피드백은 실시간으로 프로젝션 시스템의 파라미터를 제어하는데 사용된다.
본 발명자들은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서, 이미지의 밝기는 얼마나 많은 이미지 컨텐츠가 표시되는지에 의존한다는 것을 발견했다. 구체적으로, 이미지에 더 많은 내용이 표시되면, 휘도가 떨어지고, 따라서 이미지의 밝기가 감소한다는 것을 발견했다. 이것은 일반적인 디스플레이 기술과는 달리, 입력 광은 회절에 의한 홀로그램 프로세스에 의해 이미지(후술하겠지만, 이는 리플레이 필드의 광을 수신하는 부분이다.) 전반에 거쳐 분할되기 때문이다. 정보 내용량과 광 파워 간에는 역의 관계를 가진다고 볼 수 있다. 예를 들어 1 단위 영역에 형성되는 홀로그램 이미지는 10 단위 영역에 형성된 이미지보다 10배 더 밝아질 것이다. 홀로그램 프로세스의 이러한 결과들로 인해, 주 이미지 영역의 밝기에 관한 정보는 부 이미지 영역에 광의 일부를 지향시키고 부 이미지 영역의 광 파워를 모니터링함으로써 제공될 수 있다. 이는 부 이미지 영역의 광 파워가 이미지(조광되는 재생 필드의 부분)의 복사 광량(Js-1m-2) 또는 휘도(cdm-2), 즉 따라서 밝기를 직접적으로 나타내기 때문이다. 부 이미지 영역이 고정된 영역이거나 부 이미지 영역의 면적이 고려되는 경우에 특히 그러하다. 바람직하게는, 주 이미지 영역에 악영향을 미치거나 주 이미지 영역에 디스플레이 된 정보에 대해 사용자의 시야를 불명료하게 하지 않으면서, 본 개시의 컴퓨터-생성 홀로그램에 의해 부 이미지 영역으로 광을 용이하게 지향시킬 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 예를 들어 상술한 바와 같은 홀로그램 프로젝션 시스템은 사용자에 대한 정보를 표시하도록 형성된다. 프로젝션 시스템은 예컨대 스크린 또는 디퓨저인 수광면 및 제1파장의 제1광을 출력하도록 형성된 제1광원을 포함한다. 제1공간 광 변조기는 제1광원으로부터 제1광을 수신하고, 수광면 상에 제1이미지를 형성하도록 제1공간 광 변조기 상에 표시된 제1컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 공간 변조 광을 출력하도록 형성된다. 제1이미지는 사용자에 대한 정보를 포함하는 주 이미지 영역을 포함하고, 주 이미지 영역과 상이한 부 이미지 영역을 포함한다. 예를 들어, 부 이미지 영역은 주 이미지 영역으로부터 이격 될 수 있다. 제1검출기는 제1이미지의 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하도록 형성된다.
홀로그램은 광을 주 이미지 영역 및 부 이미지 영역으로 향하게 하는 정보를 포함할 수 있다. 주 이미지 영역으로 향하는 광은 사용자를 위한 유용한 정보 또는 데이터를 형성하기 위해 결합된다. 부 이미지 영역은 스폿 또는 다른 형태의 광을 포함할 수 있지만, 임의의 바람직한 광 패턴은 부 이미지 영역으로 지향될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1컴퓨터-생성 홀로그램은 이미지의 주 영역을 나타내는 제1홀로그램 구성 요소를 포함한다. 제1컴퓨터-생성 홀로그램은 또한 부 이미지 영역에 지향된 광 패턴을 나타내는 제2홀로그램 구성 요소를 포함할 수 있다. 부 이미지 영역은 프로젝션 시스템에 유용한 피드백을 제공하기 위해 제공될 수 있다. 이를 위해, 일부 실시예에서, 부 이미지 영역은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 대한 제어 정보를 포함한다. "제어 정보"라는 용어는 이미지의 사용자 또는 관찰자가 아닌 프로젝션 시스템이 컨텐츠를 사용함을 나타내기 위해 사용된다. 즉, 제어 정보는 유용한 시각 정보를 사용자 또는 시청자에게 제공하지 않을 수 있다.
바람직하게는, 본 개시의 홀로그래피 기술은 제어 정보(부 이미지 영역)가 사용자를 위한 임의의 컨텐츠로부터 멀리 위치될 수 있게 한다. 따라서, 제어 정보는 사용자의 시야를 방해하지 않도록 시청자를 위한 컨텐츠로부터 물리적으로 이격 될 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 주 이미지 영역(710) 및 부 이미지 영역(720)을 포함하는 이미지(700)의 예를 도시한다.
일부 실시예에서, 부 이미지 영역은 주 이미지 영역과 공간적으로 분리되어 있으며, 예를 들어 주 이미지 영역의 둘레에 배치되어 있다. 즉, 부 이미지 영역은 주 이미지 영역의 외측 또는 원측, 예를 들어 홀로그램 재생 영역의 둘레 또는 에지 부근에 배치된다. 따라서, 부 이미지 영역은 주 이미지 영역과 이격되어, 예를 들어 주 이미지 영역에 인접하거나, 주 이미지 영역과 공통 경계를 가지거나, 주 이미지 영역과 부 이미지 영역 사이의 중간 이미지 또는 비-이미지 영역으로 멀리 이격될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1컴퓨터-생성 홀로그램은 이미지의 수학적 변환, 선택적으로 푸리에 또는 프레넬 변환에 대응한다. 즉, 일부 실시예에서, 제1컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 또는 프레넬 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제1컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 렌즈 함수가 구현되도록 배치된 제2홀로그램 구성 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 광선 추적 또는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 수학적 기술에 의해 계산된다.
부 이미지 영역의 광 파워 측정치는 개선된 홀로그래픽 재구성을 제공하는데 사용될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 홀로그래픽 프로젝션 시스템은, 예컨대 이미지 밝기에 대핸 폐 루프 피드백 제어를 제공하기 위해 부 이미지 영역에서 검출된 광 파워에 대응하여 제1광원에 의한 광 출력의 광 파워를 변화시키도록 형성된 광 제어기를 더 포함한다. 예를 들어 레이저 제어기와 같은 광 제어기에 대한 이러한 피드백은 광원에 의해 방출된 광 파워를 가능하게 하고, 따라서 검출된 광 파워에 기초하여 홀로그래픽 이미지의 밝기가 제어될 수 있게 한다. 부 이미지 영역의 광 파워는 단위 면적당 광 파워와 관련된 주 이미지 영역의 밝기를 직접적으로 나타내는 것으로 받아들여지고 있다.
이미지의 밝기는, 홀로그래피를 사용하여 이미지를 투영한 결과로서, 얼마나 많은 컨텐츠가 표시되는지에 달려 있다고 받아들여지고 있다. 이로 인해 동적으로 변경되는 이미지를 표시하는 동안 이미지 밝기가 눈에 띄게 변경될 수 있다. 이 문제점은 일부 실시예에서 부 이미지 영역의 광 파워의 측정에 기초한 폐 루프 피드백 제어의 사용에 의해 해결된다. 구체적으로, 네거티브 에러-보정 피드백 루프의 파라미터로서 부 이미지 영역의 광 파워를 원하는 값으로 설정함으로써 피드백은 주 이미지 영역에서 실질적으로 이에 상응하는 일정한 밝기를 유지하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 제어기는 부 이미지 영역의 검출된 광 파워에 대응하여 주 이미지 영역의 광 파워를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 형성된다.
주 이미지 영역의 밝기는 부 이미지 영역의 기준 광 파워를 사용함으로써 유지될 수 있다. 구체적으로, 주 이미지 영역의 밝기는 부 영역의 광 파워가 기준 값에 도달하는 레벨로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 제어기는 검출된 부 이미지 영역의 광 파워가 기준 광 파워보다 큰 경우, 광원의 광 출력의 광 파워를 감소시키거나 및/또는 검출된 부 이미지 영역의 광 파워가 기준 광 파워보다 작은 경우, 광원의 광 출력의 광 파워를 증가시키도록 형성된다.
부 이미지의 기준 광 파워는 부 이미지 영역의 면적 및 가능한 다른 요인들, 예컨대 지각 파장 스케일링(perceptual wavelengths scaling)을 고려한 계산에 의해, 예컨대 휘도 단위로 측정되는 원하는 밝기에 대응하도록 임의의 수단에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 기준 광 파워는 시스템에 하드와이어드(hardwired)되거나, 사용자에 의해 미리 결정되거나 또는 사용자에 의해 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 광 파워는 예를 들어, 시간 경과에 따라 이미지 밝기를 일정하게 유지하기 위해 보다 이른 시간의 부 이미지 영역의 광 파워에 의해 결정된다.
일부 실시예들에서, 기준 값에 대한 피드백 제어는, 예를 들어 비례 제어항을 제공하도록 기준 광 파워에서 검출된 광 파워를 뺀 값에 비례하여 광 출력의 광 파워를 변화시키는 광 제어기와 네거티브 피드백 루프를 포함할 수 있다. 이득 계수는 이러한 차이에 곱하여져 피드백 신호를 밝기와 관련된 단위, 예를 들어 휘도로 변환하도록 사용될 수 있다. 차동 및 적분 항 또는 다른 비선형 항과 같은 다른 제어 항도 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 제어는 히스테리시스(hysterisis) 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어 검출된 광 파워가 기준 광 파워에 미치지 못하는 정도가 제1임계값 이상이면 광 출력의 광 파워는 증가될 수 있고, 검출된 광 파워가 제2임계값 이상으로 기준 광 파워를 초과하면 광 출력의 광 파워는 감소될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광 파워 피드백에 기초한 이득계수 G가 광원의 구동 입력에 인가되고, 주 이미지 영역의 광 파워는 이득계수를 변화시킴으로써 변경된다. 일부 실시예들에서, 이득계수는 다음의 수학식에 의해 결정된다.
Figure 112019062619604-pct00002
여기서, T는 이미지의 원하는 최대 휘도 (cd/m2), P는 부 이미지 영역의 제1파장에서의 휘도 (cd/m2) (예를 들어, 부 이미지 영역의 면적으로 검출된 광 파워를 나누고, 잘 알려진 바와 같은 Js-1m-2에서 cdm-2로 변환하기 위해 스케일링 됨으로써 얻어지는)이고, x는 이미지에 사용된 그레이레벨의 총수이고, y는 부 이미지 영역의 광의 그레이레벨이다. 예를 들어, 이미지는, 그레이레벨 0은 흑색이고 그레이레벨 255는 백색인, 256 그레이레벨을 포함할 수 있다. "그레이레벨"이라는 표현은 이미지의 특정 컬러 또는 그 부재를 의미하는 것이 아니라, 예를 들어 양자화된 이미지의 화소와 같은 주어진 이미지 영역에 대한 밝기(휘도, 강도 등)의 이산화된 레벨을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
광 검출기의 방사/광 파워(Js-1) 또는 광 세기(Js-1sr-1)를 휘도로 변환하는 방법은 알려져 있다. 또한 디스플레이 산업에서 원하는 최대 휘도(cd/m2)가 규정될 수 있음이 공지되어 있다. 따라서, 이득계수 G는 표시되는 이미지 컨텐츠의 양 또는 특히 주 이미지 영역에서 이미지가 차지하는 면적에 관계없이 디스플레이가 원하는 최대 휘도를 제공하도록 보장하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1검출기는 검출된 광의 광 파워에 비선형 전기적 응답을 제공하도록 형성된다. 바람직하게는, 이는 1:10,000과 같은 높은 다이나믹 레이지를 제공하기 위해 레이저 드라이버에 사용되는 ADC와 DAC가 8비트 이상일 필요는 없다는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 제1검출기는 비선형 전자장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 로그(log) 증폭기를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 자동 이득 제어 또는 스위칭이 가능한 이득 저항을 포함하는 증폭기를 포함한다. 다른 실시예에서, 비선형 응답은 상이한 감도를 갖는 다중 광 검출기를 포함하는 검출기를 사용함으로써 제공된다.
본 발명자들은 합성 컬러 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서, 이미지의 색온도(또는 컬러 밸런스)가 각 구성 컬러 또는 구성 컬러 이미지 각각의 이미지 영역에 얼마나 많은 이미지 컨텐츠가 포함되는지에 의존한다는 것을 발견했다. 즉, 정보 컨텐츠 양 또는 이미지 영역의 크기와 광 파워 간의 역관계가 독립적으로 각 색상까지 확장된다. 따라서 적색 컨텐츠의 양 또는 영역이 파란색 및/또는 녹색에 비하여 모자라면 합성 색상 이미지는 더 적색으로 표시된다. 즉, 이미지의 적색 영역이 감소하면 이미지의 적색 영역이 밝아진다. 마찬가지로, 청색 컨텐츠의 양 또는 영역이 적색 및/또는 녹색에 비하여 모자라면 합성 이미지는 더 청색으로 보일 수 있다. 본 발명자들은 이것이 합성 컬러 이미지의 인지되는 컬러 밸런스 또는 색온도에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이것은 종래의 디스플레이 기술과는 달리, 전술한 바와 같은 회절 홀로그램 프로세스에 의해 각 컬러에 대한 입력 광이 이미지 영역에 고르게 분배되고, 각 컬러의 광의 광 파워는 다른 색상의 광의 공 파워와는 독립적이기 때문이다. 따라서, 각 색상에 대해 정보 컨텐츠가 지속적으로 변함에 따라 이미지의 색온도는 계속 변화할 수 있다. 그러나, 각 컬러의 광의 일부를 부 이미지 영역으로 향하게 하고, 부 이미지 영역에서 각 컬러의 광 파워를 모니터링함으로써 주 이미지 영역의 컬러 밸런스에 관한 정보가 제공될 수 있다. 이것은, 전술한 바와 같이 부 이미지 영역의 광 파워가 주 이미지의 밝기를 나타내는 것이기 때문이다. 바람직하게는, 주 이미지 영역에 악영향을 미치거나 주 이미지 영역에 디스플레이 된 정보에 대해 사용자의 시야를 불명료하게 하지 않으면서, 본 개시의 컴퓨터-생성 홀로그램에 의해 부 이미지 영역으로 광을 용이하게 지향시킬 수 있다. 부 이미지 영역은 각각의 컬러에 대해 동일 할 수 있거나, 별도의 부 이미지 영역 각각이 하나, 일부 또는 모든 컬러에 대해 사용될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 복합 컬러 홀로그래피 프로젝션 시스템(800)을 도시한다. 도 8은 전체적으로 도 4에 대응되며, 통상의 기술자라면 도 4의 내용이 어떻게 도 8로 확장되는지 이해할 것이다. 도 8은 두 개의 추가 레이저(470', 470"), 두 개의 추가 SLM(480', 480") 및 대응되는 추가 광 및 전기 경로를 나타낸다. 예를 들어, 레이저(470)는 적색, 레이저(470')는 녹색, 레이저(470")는 청색일 수 있다. 마찬가지로, SLM(480)은 적색 이미지를 형성하도록 할당될 수 있고, SLM(480')은 녹색 이미지를 형성하도록 할당될 수 있고, SLM(480")은 청색 이미지를 형성하도록 할당될 수 있다. 복합 컬러 이미지를 재구성하도록 3개의 SLM 상에는 서로 다른 컴퓨터-생성 홀로그램이 표시될 수 있다. 대응되는 광학 경로는 독자에게 명백할 것이다. 단색 이미지들의 주 이미지 영역들은 수광면에서 대체로 일치한다. 전술한 바와 같이 각각의 컬러 이미지는 주 이미지 영역 및 부 이미지 영역을 포함한다. 부 이미지 영역은 일치할 수도 있고 일치하지 않을 수도 있다. 도 8은 단지 예시로서 3 개의 컬러 채널을 도시한다. 본 발명은 3 개의 컬러 채널에 한정되지 않고 임의의 복수의 컬러 채널 및 후술되는 프레임 순차 컬러(Frame Sequential Colour)의 기술에 동등하게 적용 가능하다.
도 9 및 도 10은 도 5 및 도 6에 대응하고, 적색, 녹색 및 청색과 같은 3개의 단일 컬러 채널을 사용하여 합성 컬러를 제공하는데 필요한 전기 및 광학 채널의 추가 구성 요소를 도시한다. 다시 말하지만, 3개의 컬러 채널이 단지 예로서 도시되고 본 발명은 임의의 복수의 단일 컬러 채널에 동일하게 적용 가능하다. 통상의 기술자라면 합성 컬러를 제공하기 위해 도 5 및 도 6의 설명이 어떻게 도 9 및 도 10으로 확장되는지 이해할 것이다.
따라서, 예를 들어 상술한 바와 같이 구성된 일부 실시예에서, 전술한 바와 같은 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 제1광원에 의한 제1광 출력의 파장과 다른 제2파장을 갖는 제2광을 출력하도록 형성된 제2광원을 더 포함한다. 제2공간 광 변조기는, 제2이미지를 수광면 상에 형성하기 위해 제2공간 광 변조기 상에 표시되는 제2컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 제2공간 변조 광을 출력하고 제2광원으로부터 제2광을 수신하도록 형성된다. 제2이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 부 이미지 영역을 포함한다. 제2이미지의 주 이미지 영역은 제1이미지의 주 이미지 영역과 실질적으로 일치하며, 합성 이미지를 형성한다. 제2검출기는 제2이미지의 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하도록 배치된다.
제1 및 제2이미지의 부 이미지 영역은 실질적으로 일치할 수 있으며, 각각의 광은, 각각의 파장을 가진다는 점을 감안하면, 적절한 필터 또는 검출기 측의 파장 응답을 이용하여 검출기에 의해 개별적으로 검출될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2이미지의 부 영역의 일치는 요구 사항이 아니며, 부 영역은 예를 들어 중첩되거나, 서로 인접하거나 또는 더 멀리 분리되는 등 공간적으로 분리될 수 있다.
제1이미지 및/또는 제2이미지의 부 이미지 영역의 광 파워 측정값은 개선된 홀로그래픽 재구성을 제공하는데 사용될 수 있다. 특히, 일부 실시예에서, 복합 이미지의 컬러 밸런스를 변화시키기 위해 광 제어기는 이미지의 부 이미지의 영역에서 검출된 광 파워 및/또는 제2이미지의 부 이미지의 영역에서 검출된 광 파워에 대응하여 제1광원에 의한 제1광 출력의 광 파워 및/또는 제2광원에 의한 제2광 출력을 변화시키도록 더 형성된다. 2개 이상의 컬러 채널, 예를 들어 3개의 컬러 채널을 갖는 실시예에 대해, 예를 들어 전술한 바와 같이 모든 컬러 채널의 밝기를 독립적으로 실질적으로 일정하게 유지함으로써 이러한 구성은 모든 컬러 채널에 대해 복제될 수 있음을 이해할 것이다.
따라서, 복합 컬러 홀로그램 이미지의 컬러 밸런스를 동적으로 조정할 수 있게 하는 광 제어기, 예를 들어 레이저 제어기로의 피드백이 제공된다. 이것은 각각의 부 이미지 영역의 광 파워가 회절 홀로그램 프로세스로 인해 대응하는 주 이미지 영역의 광 파워를 직접적으로 나타내므로 가능하다고 믿어진다. 예를 들어, 적색 이미지의 부 이미지 영역의 광 파워가 감소하면 적색 광원으로의 구동 파워(driving power)가 증가될 수 있다. 예를 들어, 녹색 이미지의 부 이미지 영역의 광 파워가 증가하면 녹색 광원으로의 구동 파워가 감소될 수 있다. 이러한 프로세스, 예를 들어 상술한 바와 같은 네거티브 피드백 프로세스는 각 광원에 의한 광 파워 출력을 지속적으로 감시하고 독립적으로 튜닝하는데 사용될 수 있다.
홀로그래피를 사용하여 복수의 단색 이미지를 투영하면, 그 결과 합성 이미지의 색상 균형은 프레임 단위로 동적으로 변화하는 색상 이미지를 표시하는 동안 가시적으로 변화할 수 있다. 그러나, 이 문제점은 각각의 부 이미지 영역의 광 파워의 측정에 기초한 폐 루프 파워 피드백이 주 이미지 영역에서 실질적으로 일정한 컬러 밸런스를 유지하는데 사용되는 일부 실시예에서 해결된다. 즉, 일부 실시예에서, 광 제어기는 각각의 부 이미지 영역의 검출된 광 출력에 응답하여 주 이미지 영역의 컬러 밸런스를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 형성된다.
레이저 드라이버 및 광 피드백 센서와 관련된 구성 요소의 차이로 인해, 소위 화이트 포인트는 장치마다 다를 수 있다. 이러한 화이트 포인트 차이는 하나 이상의 파장에서 부 이미지 영역으로 지향되는 파워의 양을 변경하여 부 이미지 영역으로부터 나오는 응답 광의 광 파워를 변경함으로써 보상될 수 있다. 예를 들어, 인위적으로 부 이미지 영역에 더 많은 적색 파워를 추가하면, 그 결과 적색 광 파워가 증가한 것으로 피드백 되므로 이미지의 적색 파워가 전반적으로 감소한다. 홀로그램은 명수(nominal number)의 그레이 레벨, 예를 들어 256 그레이레벨로 제한되지 않기 때문에, 화이트 포인트의 미세 조정이 가능하다.
일부 실시예에서, 제2이득계수 G'가 제2광원의 구동 입력에 인가되고, 주 이미지 영역의 컬러 밸런스가 제2이득계수를 변화시킴으로써 변경된다. 일부 실시예들에서, 제2이득계수는 다음의 수학식에 의해 결정된다.
Figure 112019062619604-pct00003
여기서, T'는 제2이미지의 제2파장에서 원하는 최대 휘도, P'는 부 이미지 영역의 제2파장에서의 휘도, x'는 제2이미지에 사용된 그레이레벨의 총수이고, y'는 제2이미지의 부 이미지 영역의 광의 그레이레벨이다.
일부 실시예에서, 제2검출기는 제2파장의 광의 광 파워에 비선형 전기 응답을 제공하도록 형성된다. 바람직하게는, 이는 1:10,000과 같은 높은 다이나믹 레인지를 제공하기 위해 레이저 드라이버에 사용되는 ADC와 DAC가 8 비트 이상일 필요는 없다는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 제2검출기는 비선형 전자장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 로그 증폭기를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 자동 이득 제어 또는 스위칭이 가능한 이득 저항을 포함하는 증폭기를 포함한다. 다른 실시예에서, 비선형 응답은 상이한 감도를 갖는 다중 광 검출기를 포함하는 검출기를 사용함으로써 제공된다.
합성 컬러와 관련된 일부 실시예에서, 각각의 컬러에 대해 검출기가 제공된다. 즉, 일부 실시예에서, 검출기는 복수의 공간적으로 분리된 단일 컬러 검출기를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 검출기는 RGB센서 또는 CMY센서를 포함한다. 즉, 일부 실시예에서, 제1검출기 및 제2검출기는 동일한 합성 컬러 검출기의 일부이다. 이들 실시예에서, 합성 컬러 검출기의 출력은 제1파장에 대응하는 제1검출 신호 및 제2파장에 대응하는 제2검출 신호를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 11은 제1검출기(1110), 제2검출기(1120) 및 제3검출기(1130)를 포함하는 예를 도시한다. 제1검출기(1110)는 제1파장(예를 들어, 적색)의 광에 민감하다. 제2검출기(1120)는 제2파장(예를 들어, 녹색)의 광에 민감하다. 제3검출기(1130)는 제3파장(예를 들어, 청색)의 광에 민감하다. 제1, 제2 및 제3검출기는 각각 실질적으로 1차원 형상을 갖는다. 이들 실시예에서, 각각의 검출기는 슬릿(slit) 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 각각의 부 이미지 영역은 실질적으로 일치한다. 도 11은 실질적으로 일치하는 부 이미지 영역을 도시한다. 부 이미지 영역은 광(1150)의 합성 컬러 스폿(spot)을 형성한다. 통상의 기술자라면 검출기가 당 업계에 공지된 다른 형태를 취할 수 있고, 3개의 상이한 파장에서 검출을 제공하는데 필요한 협 대역 필터를 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 3개의 광대역 포토 다이오드는 각각의 합성 컬러(예를 들어, RGB)에 대해 3개의 대응하는 단일 컬러 필터와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 프로세스는 부 이미지 영역을 대응하는 공간적으로 분리된 검출기로 공간적으로 분리하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 검출기(보다 구체적으로, 검출기의 검출 영역 또는 검출 영역을 제한하는 개구)는 정의된 형상, 예를 들어 1차원 형상을 갖는다. 정의된 형상은 각각의 부 이미지 영역의 형상에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 검출기-부 이미지 영역 쌍은 상응하는, 예를 들어 1차원 형상을 갖는다. 즉, 검출기 검출 영역의 형상 및/또는 크기는 대응하는 부 이미지 영역의 형상 및/또는 크기와 실질적으로 동일하거나 대응한다. 예를 들어, 적색 광 검출기의 검출 영역의 형상 및/또는 크기는 적색 이미지의 대응하는 부 이미지 영역의 형상 및/또는 크기와 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 이러한 기하학적 형상은 이미지의 개선된 광학 정렬을 허용한다. 부 이미지 영역 및 검출기가 완전히 정렬되면(즉, 일치하면), 검출기로부터의 신호는 최대가 될 것이다. 이미지가 컴퓨터로 생성되므로, 주 이미지 영역과 부 이미지 영역의 상대적 위치는 잘 정의되어 있다. 따라서, 부 이미지 영역으로부터 검출기로부터의 신호를 모니터링함으로써 시스템 내의 주 이미지 영역(물론 사용자에 대한 정보를 포함하는)의 광학 정렬을 평가할 수 있다.
또한, 이미지는 컴퓨터로 생성되기 때문에, 영역을 가로 질러 이미지를 이동시키며 검출기로부터의 신호가 최대일 때를 결정함으로써 시스템이 광학적으로 정렬되는 시점을 결정하는 것이 가능하다. 즉, 일부 실시예에서, 광학 정렬 프로세스를 수행하도록 형성된 홀로그래픽 제어기는 스크린 상의 이미지의 위치를 여기서, T'는 제2이미지의 제2파장에서 원하는 최대 휘도, P'는 부 이미지 영역의 제2파장에서의 휘도, x'는 제2이미지에 사용된 그레이레벨의 총수이고, y'는 제2이미지의 부 이미지 영역의 광의 그레이레벨이다.
일부 실시예에서, 제2검출기는 제2파장의 광의 광 파워에 비선형 전기 응답을 제공하도록 형성된다. 바람직하게는, 이는 1:10,000과 같은 높은 다이나믹 레인지를 제공하기 위해 레이저 드라이버에 사용되는 ADC와 DAC가 8 비트 이상일 필요는 없다는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 제2검출기는 비선형 전자장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 로그 증폭기를 포함한다. 일부 실시예에서, 비선형 전자장치는 자동 이득 제어 또는 스위칭이 가능한 이득 저항을 포함하는 증폭기를 포함한다. 다른 실시예에서, 비선형 응답은 상이한 감도를 갖는 다중 광 검출기를 포함하는 검출기를 사용함으로써 제공된다.
합성 컬러와 관련된 일부 실시예에서, 각각의 컬러에 대해 검출기가 제공된다. 즉, 일부 실시예에서, 검출기는 복수의 공간적으로 분리된 단일 컬러 검출기를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 검출기는 RGB센서 또는 CMY센서를 포함한다. 즉, 일부 실시예에서, 제1검출기 및 제2검출기는 동일한 합성 컬러 검출기의 일부이다. 이들 실시예에서, 합성 컬러 검출기의 출력은 제1파장에 대응하는 제1검출 신호 및 제2파장에 대응하는 제2검출 신호를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 11은 제1검출기(1110), 제2검출기(1120) 및 제3검출기(1130)를 포함하는 예를 도시한다. 제1검출기(1110)는 제1파장(예를 들어, 적색)의 광에 민감하다. 제2검출기(1120)는 제2파장(예를 들어, 녹색)의 광에 민감하다. 제3검출기(1130)는 제3파장(예를 들어, 청색)의 광에 민감하다. 제1, 제2 및 제3검출기는 각각 실질적으로 1차원 형상을 갖는다. 이들 실시예에서, 각각의 검출기는 슬릿(slit) 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 각각의 부 이미지 영역은 실질적으로 일치한다. 도 11은 실질적으로 일치하는 부 이미지 영역을 도시한다. 부 이미지 영역은 광(1150)의 합성 컬러 스폿(spot)을 형성한다. 통상의 기술자라면 검출기가 당 업계에 공지된 다른 형태를 취할 수 있고, 3개의 상이한 파장에서 검출을 제공하는데 필요한 협 대역 필터를 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 3개의 광대역 포토 다이오드는 각각의 합성 컬러(예를 들어, RGB)에 대해 3개의 대응하는 단일 컬러 필터와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 프로세스는 부 이미지 영역을 대응하는 공간적으로 분리된 검출기로 공간적으로 분리하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 검출기(보다 구체적으로, 검출기의 검출 영역 또는 검출 영역을 제한하는 개구)는 정의된 형상, 예를 들어 1차원 형상을 갖는다. 정의된 형상은 각각의 부 이미지 영역의 형상에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 검출기-부 이미지 영역 쌍은 상응하는, 예를 들어 1차원 형상을 갖는다. 즉, 검출기 검출 영역의 형상 및/또는 크기는 대응하는 부 이미지 영역의 형상 및/또는 크기와 실질적으로 동일하거나 대응한다. 예를 들어, 적색 광 검출기의 검출 영역의 형상 및/또는 크기는 적색 이미지의 대응하는 부 이미지 영역의 형상 및/또는 크기와 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 이러한 기하학적 형상은 이미지의 개선된 광학 정렬을 허용한다. 부 이미지 영역 및 검출기가 완전히 정렬되면(즉, 일치하면), 검출기로부터의 신호는 최대가 될 것이다. 이미지가 컴퓨터로 생성되므로, 주 이미지 영역과 부 이미지 영역의 상대적 위치는 잘 정의되어 있다. 따라서, 부 이미지 영역으로부터 검출기로부터의 신호를 모니터링함으로써 시스템 내의 주 이미지 영역(물론 사용자에 대한 정보를 포함하는)의 광학 정렬을 평가할 수 있다.
또한, 이미지는 컴퓨터로 생성되기 때문에, 영역을 가로 질러 이미지를 이동시키며 검출기로부터의 신호가 최대일 때를 결정함으로써 시스템이 광학적으로 정렬되는 시점을 결정하는 것이 가능하다. 즉, 일부 실시예에서, 광학 정렬 프로세스를 수행하도록 형성된 홀로그래픽 제어기는 스크린 상의 이미지의 위치를 변경하고, 이미지의 복수의 위치에서 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하는 것을 포함한다. 여기서, 검출된 광 파워는 정렬된 위치에서 가장 크다.
정의된 검출기(또는 개구)의 형상 및 부 이미지 영역은 파워/위치 피드백의 방향 정확성 및 그에 따른 달성 가능한 조정을 알리는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 실질적으로 1 차원 또는 슬릿 형태는 형상/슬릿을 가로 지르는 경우가 나란한(along) 경우 보다 우수한 정확도를 제공할 것이다. 따라서, 필요에 따라, 점, 원, 디스크, 정사각형, 다이아몬드, 마름모꼴, 십자형 등과 같은 다른 형상이 검출기의 활성 영역 및 부 이미지 영역에 사용될 수 있다. 컬러 이미지의 구성 요소들의 정렬을 위해, 부 이미지 영역들이 상호 일치하면 정렬이 용이해지고, 검출기들의 활성 영역이 또한 일치하는 경우에 더욱 정렬이 용이해짐을 알 수 있다. 최종적으로, 정렬의 이점은 컬러 성분 이미지들의 상호 정렬에 대해 가장 명백하지만, 개시된 정렬 기술은 검출기 위치 및 구성에 의해 정의된 기준 프레임에 대해 정확한 위치에 이미지를 위치시키기 위해, 단일 컬러 이미지에 동등하게 적용 가능하다.
일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 광학 그레이팅 효과를 제공하는 부품을 포함하고, 이미지는 그레이팅의 파라미터를 변화시킴으로써 이동된다. 컴퓨터-생성 홀로그래피 기술 분야의 통상의 기술자는 렌즈 효과 및/또는 각도 조절과 같은 광학 기능을 제공하는 홀로그래픽 데이터와 이미지를 나타내는 홀로그래픽 데이터를 결합하는 방법을 알고 있다. 예를 들어, 그러한 홀로그래픽 데이터는 간단한 벡터 가산에 의해 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 그레이팅 함수가 구현되도록 형성된 제3홀로그램 구성 요소를 포함하고, 이미지의 위치는 제3홀로그램 구성 요소의 그레이팅 함수를 변경시킴으로써 광학 정렬 프로세스 동안 변경된다. 일부 실시예에서, 광학 정렬 프로세스는, 예를 들어 수평 및/또는 수직 스캐닝에 의해 부 이미지 영역에서 검출되는 가장 큰 광 파워를 발생시키는 그레이팅 함수를 결정하는 단계를 더 포함한다. 통상의 기술자라면 합성 이미지에서 모든 단일 컬러 이미지를 정렬하거나 기준 프레임에 대해 단일 이미지를 정렬하기 위해 상기 방법이 어떻게 확장될 수 있는지 이해할 것이다.
또한, x-축 및 y-축 또는 각각의 축에서 최상의 공간 위치를 찾기 위해 스캐닝 하는 것 이외에, 홀로그램에 렌즈 함수를 추가하면서 파워를 모니터링함으로써 예를 들어 최적의 초점면을 결정할 수 있다. 이는 후술되는 바와 같이 빛의 간섭으로 인해 구현이 가능하다. 원하는 초점면에서는 보강 간섭 및 상쇄 간섭이 최소화된다.
도 12는 초점면(1240) 상에 제1이미지 포인트(1225) 및 제2이미지 포인트(1235)를 형성하도록 구성된 공간 광 변조기(1210)를 도시하며, 여기서 제1이미지 포인트(1225) 및 제2이미지 포인트(1235)는 인접한다. 본 발명자는 제1이미지 포인트(1225)가 제1빔 허리(waist)(1220)의 최소 지점에서 형성되는 것으로 간주될 수 있다는 것을 발견했다. 마찬가지로, 제2이미지 포인트(1235)는 제2빔 허리(1230)의 최소 지점에서 형성되는 것으로 간주될 수 있다. 도 12로부터 초점면(1240) 근처의 영역(1250)에서 제1빔 허리(1220)와 제2빔 허리(1230) 사이에는 중첩이 없다는 것을 알 수 있다. 본 발명자는 영역(1250) 외부의 광 필드(light field)는 대개 노이즈라는 것을 발견했다. 이는 광이 공간적으로 변조되고 (예를 들어, 위상 변조되고) 영역(1250)의 제1빔 허리(1220)와 제2빔 허리(1230) 사이에서 중첩됨으로써 국부적인 보강 간섭 및 상쇄 간섭을 야기하기 때문인 것으로 여겨진다. 이러한 보강 및 상쇄 간섭으로 인해 광 필드에서 줄무늬 또는 밝아지는/어두워지는 영역과 같은 특징이 생긴다. 영역(1250)에서, 본 발명자는 이 간섭이 실질적으로 제거됨을 발견했다. 그러므로, 영역(1250)은 광 필드가 "가장 깨끗한" 평면(공간 광 변조기(1210)에 광학적으로 평행 한)을 결정하기 위해 공간 광 검출기와 같은 광 검출기를 사용하여 탐사(probe)될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 평면은 간섭에 의해 야기되는 광 필드 내의 로컬 패턴이 최소화되는 평면을 결정함으로써, 예를 들어 평면에서 수광면 상에 형성된 이미지에 의해 판단되어 식별된다.
예를 들어, 초점이 맞지 않으면 (수광면이 초점/재구성 평면에 있지 않은 경우) 홀로그램 재구성의 피쳐(feature)가 흐려지며, 그렇지 않은 경우라면 잘 분리되었을 피쳐 간에 중첩이 발생한다. 빛의 일관된 성질을 감안할 때, 이러한 중첩은 예를 들어 콘트라스트 또는 윤곽선 또는 노이즈의 선명도에 의해 측정된 바와 같이, 이미지의 피쳐들 사이에 원하지 않는 간섭을 초래하여 이미지의 품질을 저하시키는 경향이 있다. 이것은 이미지 스폿과 같은 이미지 피쳐 사이의 혼선(crosstalk)으로 이해할 수 있으며 이미지의 얼룩짐을 초래할 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 수광면 상에 이미지를 형성하기 위해 디스플레이 화소와 유사한 이미지 스폿을 포함할 수 있으며, 초점이 맞지 않은 경우 이미지 스폿이 흐려져 인접한 스폿의 광이 간섭됨으로써 논의된 바와 같은 간섭 패턴이 생성될 수 있다.
일부 실시예에서, 올바른 평면은 수광면으로부터 캡처된 이미지에 의해 판단되는 최대 대비(contrast) 또는 최대 선명도 또는 최소 노이즈를 포함하는 평면을 식별함으로써 선정된다. 초점면은 홀로그램의 렌즈 구성 요소를 변경하거나 실제 렌즈 배열을 이동하여 이동한다. 수광면 상의 광 패턴은 예를 들어 디지털 이미지 센서 또는 카메라를 사용하여 촬상된다. 원하는 초점면은 캡쳐된 이미지가 최대 대비 또는 최대 선명도 또는 최소 노이즈이거나 또는 노이즈, 선명도 또는 대비가 임계 레벨보다 우수한 평면으로 선정된다.
일부 실시예에서, 이미지 센서를 사용하는 대신에, 상술한 바와 같은 포토 다이오드 또는 포토 멀티플라이어 튜브(photo multiplier tube)와 같은 스폿 센서 또는 검출기가, 예를 들어 상술한 바와 같은 부 이미지 영역에서 사용된다. 이러한 실시예에서, 대비, 선명도 또는 노이즈의 측정은 스폿 센서를 가로질러 부 이미지 영역의 전부 또는 일부와 같은 이미지 영역 및 스캐닝 영역을 스캐닝하고, 이미지 영역을 스캔하면서 시간 경과에 따른 검출된 강도의 변화를 저장함으로써 수행된다. 이미지 영역은 센서를 이동시키거나, 홀로그램과 그레이팅 함수를 결합하고 이미지 영역을 주사하기 위해 그레이팅을 변화시킴으로써 이미지 영역의 재구성을 이동시킴으로써 스캐닝 될 수 있다.
비교적 넓은 영역(1250)이 도 12에 단지 예시의 목적으로 도시된다. 실제로, 영역(1250)은 길이가 수 밀리미터 일 수 있고, 따라서 대응하는 정확도로 초점면이 위치되도록 한다.
일부 실시예들에서, 사용자를 위한 정보를 표시하기 위한 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 예를 들어 상술한 바와 같은 수광면, 광원 및 공간 광 변조기를 포함한다. 시스템은 또한 상술한 임의의 실시예에 따른 검출기를 포함할 수 있다. 검출기에 추가하여 또는 대신에, 시스템은 이미지의 전부 또는 일부, 예를 들어 이미지 대비 또는 선명도 또는 노이즈 측정치와 같은 영역의 이미지 품질의 측정치를 검출하도록 배치된 검출기를 포함한다. 이미지. 일부 실시예에서, 검출기는 이미지 센서 및 이미지 센서에 의해 캡쳐된 신호로부터 이미지 품질의 척도를 계산하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 시스템은 또한 일부 실시예에서 이미지의 평면에서 이미지를 법선 방향으로 이동시키고, 이미지 품질의 척도에 기초하여 이미지의 초점면을 선택하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 이미지 품질의 측정치를 기록하면서 복수의 후보 초점면들 사이에서 이미지를 이동시키고, 이미지 품질의 측정치가 다른 이미지에 비해 최상의 이미지 품질을 나타내는 후보 초점면을 이미지의 초점면으로 선택하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은, 예를 들어 렌즈 데이터를 포함하는, 렌즈 함수가 구현되도록 배치된 홀로그램 구성 요소를 포함할 수 있다. 제어기는 렌즈 함수 또는 데이터를 변경함으로써 이미지를 초점면에 대해 법선 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다.
사용자를 위한 정보를 표시하도록 구성된 홀로그래피 프로젝션 시스템이 제공된다. 프로젝션 시스템은 수광면, 광원, 공간 광 변조기, 홀로그래픽 제어기 및 검출기를 포함한다. 광원은 광을 출력하도록 형성된다. 공간 광 변조기는 광원으로부터 광을 수신하고 공간 광 변조기 상에 표시된 컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하여 수광면 상에 이미지를 형성하도록 형성된다. 각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은 이미지가 형성되는 깊이 위치에 영향을 주는 렌즈를 나타내는 데이터를 포함하는 홀로그램 구성 요소를 포함한다. 홀로그래픽 제어기는 렌즈를 나타내는 데이터를 변경하여 깊이 위치를 변경하도록 형성된다. 렌즈를 나타내는 데이터는 또한 렌즈 함수(lensing function)로 지칭될 수 있다. 검출기는 복수의 상이한 포커싱 파워(focusing power)에 대해 이미지의 측정 영역에서 이미지의 품질을 결정하도록 형성된다.
일부 실시예들에서, 복수의 상이한 포커싱 파워에 대해, 렌즈 함수의 포커싱 파워를 변화시키도록 구성된 홀로그래픽 컨트롤러(또는 프로세서) 및 이미지의 측정 영역에서 이미지의 품질을 파악하도록 형성된 검출기가 제공된다. 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 그러한 프로세서 또는 제어기를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 홀로그래픽 데이터는, 예를 들어 이미지를 나타내는 홀로그래픽 데이터에 단순히 부가될 수 있는 렌즈 작용 기능을 제공하는 렌즈 데이터를 포함할 수 있다. 렌즈 데이터에 의해 표현된 렌즈의 포커싱 또는 굴절력(dioptic power)는 홀로그래픽 재구성의 초점면 위치 및 따라서 재구성(이미지)의 깊이 위치를 결정한다. 이미지의 깊이 위치는 렌즈 데이터/기능에 의해 시뮬레이트 된 렌즈의 초점 길이, 따라서 포커싱 파워에 대응하므로, 이러한 개념이 이 설명에서 상호 교환적으로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
홀로그래픽 제어기는 공간 광 변조기로부터 초점면까지의 거리가 소프트웨어에서 동적으로 변경될 수 있도록 렌즈 함수의 포커싱 파워를 변경하도록 형성된다. 일부 실시예에서, 검출기는 렌즈 함수의 복수의 상이한 포커싱 파워에 대한 홀로그래픽 재구성의 품질을 평가한다. 따라서, 피드백 시스템이 제공되고, 렌즈 함수의 최적 포커싱 파워가 결정될 수 있다. 구체적으로, 스크린 상에 이미지가 포커싱 되고 홀로그래픽 재구성이 수광면에 형성되는 포커싱 파워가 결정된다. 도 12에서 알 수 있듯이, 이는 이미지의 광 필드가 예를 들면 최대 대조도 또는 최소 노이즈를 보이는 "가장 깨끗한" 경우에 해당한다. 검출기는 이미지의 품질을 평가하도록 배치된다.
일부 실시예에서, CCD 장치 또는 카메라와 같은 공간 광 검출기는 예를 들어 당 업계에 공지된 시각적 검사 또는 이미지 처리 기술에 의해 이미지의 품질을 평가하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 이미지 품질은 품질 척도, 예를 들어 노이즈, 평활도(smoothness), 선명도 또는 대비의 척도로서 정량화된다.
다른 실시예에서, 검출기는 포토 다이오드와 같은 공간 분해능을 갖지 않는 협 시야(low field of view) 검출기이다. 검출기는 통합 검출기일 수 있다. 이들 실시예에서, 검출기, 예를 들어. 포토 다이오드는 재생 필드의 이미지의 공간적 범위보다 작은 시야를 가진다. 일부 실시예에서, 스크린 상의 검출기의 시야는 측정 영역의 20 % 미만, 선택적으로는 10 % 미만, 추가로 선택적으로 5 % 미만인 영역을 갖는다. 일부 실시예에서, 이미지는 포토 다이오드를 가로질러 스캐닝 되고, 검출기로부터 수신된 시변(time-varying) 신호는 각각의 포커싱 파워에서 평가된다. 일부 실시예에서, 이는 홀로그래픽 데이터를 이용하여 수광면의 평면(즉, 초점면 또는 수광면이나 초점면에 평행한 평면)에서 이미지를 이동시킴으로써 달성된다. 다시, 전술한 바와 같이, 홀로그래픽 데이터는 스크린의 평면 내에 이미지를 위치시키는데 사용될 수 있는 그레이팅 함수를 제공하는 데이터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 컨트롤러는 실시간으로 포토 다이오드를 가로 질러 이미지를 스캔하도록 실시간으로 그레이팅 함수를 변화시키도록 형성된다. 일부 실시예에서, 이미지는 일정한 속도로 스크린의 평면 내에서 이동된다. 홀로그래픽 제어기와 검출기는 측정된 신호의 시점을 해당되는 이미지 위치와 연관시키기 위해 동기화될 필요가 있음을 이해할 수 있다. 이미지는 이미지면에서 한 방향으로 또는 두 방향으로 움직일 수 있다. 시간에 따른 비 공간 검출기로부터 수신된 신호는 당해 분야에 공지된 바와 같이, 각각의 이미지 내의 노이즈, 대비 및 유사한 정보와 예를 들어 간섭 무늬의 존재 여부를 포함하고, 이미지로부터 하나 혹은 그 이상의 이러한 정량적 수치를 개별적인 척도로서 추출하도록 처리될 수 있다. 이를 위해, 신호의 시간 좌표는 임의적으로 또는 시간 상의 이미지 위치의 동기화를 이용하여 공간 좌표로 변환될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서는 이미지가 스크린의 평면에서 이동될 때 검출기로부터 수신된 신호의 변화에 기초하여 이미지 품질을 결정하도록 형성된다. 공간 광 변조기의 화소는 수 미크론의 크기를 가지므로 스크린상의 이미지는 이 피드백 프로세스 동안 작은 증분으로 움직일 수 있다. 렌즈 함수의 상이한 각각의 포커싱 파워에 대해 검출기로부터 얻어진 시변 신호로부터 추출된 품질 측정치를 비교함으로써, 최상의 품질 측정치가 얻어지는 곳으로서 수광면에 가장 가까운 초점면이 식별될 수 있다.
고정 위치 포토 다이오드와 같은 간단한 검출기를 사용하여 이미지 품질을 측정하도록 구성된 시스템이 제공된다. 또한 간단한 검출기를 사용하여 이미지가 스크린 상에 포커싱 되는 것을 보장하기 위한 소프트웨어 방법이 제공된다. 이미지 품질은 육안 검사 또는 신호 처리로 평가할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 품질이 정량화된다. 본 명세서에 기술된 다른 실시예에 따라, 검출기는 고정된 위치에 있을 수 있고, 측정 영역이라 칭할 수 있는 재생 필드의 고정된 크기의 하위 영역의 밝기를 측정하도록 배치될 수 있다.
요약하면, 일부 실시예는 이미지가 수광면 상에 초점을 맞도록 하는 소프트웨어 렌즈의 초점 길이, 즉 수광면이 실질적으로 초점면에 있도록 하는 초점 길이를 결정한다. 특히, 여기에 개시된 모든 폐 루프 기능을 수행하기 위해 동일한 비 공간 검출기(또는 컬러 홀로그래피인 경우 검출기)가 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 품질의 척도는 상술한 실시예들 중 몇몇에서 언급된 부 영역의 전부 또는 일부에 대해 검출될 수 있다. 다른 실시예에서, 척도는 상술한 바와 같은 부 이미지 영역이 사용되는지 여부에 관계없이 이미지의 임의의 위치에서 검출될 수 있다. 기술된 실시예는 부 이미지 영역의 광을 검출하기 위해 검출기를 이용한다.
이러한 검출기 구성의 다른 한 예로서 검출기가 수광면(125)의 뒤(광축을 따라)에 배치된 경우에 대해 설명한다. 렌즈는 수광면(125)과 검출기 사이에 배치된다. 특히, 일부 실시예에서, 상술한 바와 같이, 수광면(125)은 디퓨저이고, 렌즈는 디퓨저에 의해 확산된 광을 검출기에 집광, 예를 들어 포커싱 하는 역할을 한다. 일부 실시예에서, 렌즈는 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기 (및 존재하는 경우, 렌즈)는 수광면에서의 컷-아웃(cut-out)과 정렬되거나 또는 광축으로부터 멀어지고 수광면에 인접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 특히 렌즈가 존재하지 않는 경우, 검출기는 수광면(125)의 평면에, 예를 들어 그 옆에 또는 컷-아웃에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기 (및 존재하는 경우, 렌즈)는 검출기의 전방에 배치될 수 있다. 검출기는 예를 들어 도 11을 참조하여 상술한 바와 같은 실시예들 중 임의의 것에 대해 본 명세서에서 설명된 검출기 일 수 있다. 유사하게, 다중 검출기를 갖는 실시예에서, 각각은 전술한 바와 같이 배치될 수 있다. 검출기 또는 검출기들은 경우에 따라 예를 들어 전하 커플링 장치(Charge Coupled Device) 또는 포토 멀티플라이어 튜브(photo multiplier tube)와 같은 광 검출기 일 수 있으며, 검출기의 영역 상에 떨어지는 광의 공간 분해능을 제공하기 위해, 예를 들어 이미지 센서 칩의 형태인, 광 감지 요소들의 어레이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 위상-한정 공간 광 변조기이다. 이들 실시예는 진폭을 변조함에 따른 광 에너지 손실이 없기 때문에 유리하다. 따라서, 효율적인 홀로그래픽 프로젝션 시스템이 제공된다. 그러나, 본 발명은 진폭-한정 공간 광 변조기 또는 진폭 및 위상 변조기 상에서 똑같이 구현될 수 있다. 홀로그램은 대응하여 위상-한정, 진폭-한정 또는 완전-복소일 것이라는 것을 이해할 수 있다.
일부 실시예에서, 광원은 레이저이다. 일부 실시예에서, 수광면은 스크린 또는 디퓨저이다. 본 발명의 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 개선된 헤드업 디스플레이(head-up display: HUD) 또는 헤드-마운트 디스플레이를 제공하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, HUD를 제공하기 위해 차량에 설치된 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 배일 수 있다.
그룹들의 실시예들이 대체로 개별적으로 개시되었지만, 임의의 실시예 또는 실시예 그룹의 임의의 특징은 임의의 실시예 또는 실시예 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시물에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 치환이 고려된다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 화소형 공간 광 변조기의 회절 특성에 따라 야기되는 소위 0차 문제(zero order problem)의 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 "노이즈"로 간주될 수 있고, 예를 들면, 경면 반사광과 SLM으로부터 기타 원치 않는 빛을 포함한다.
푸리에 홀로그래피에 대한 예시에서, 이러한 "노이즈"는 일반적으로 푸리에 렌즈의 초점에 맞추어지며 이로써 홀로그래픽 재구성의 중심에 명점(bright spot)이 생긴다. 통상적으로 0차 광은 간단히 차단되나, 이는 명점을 암점(dark spot)으로 대체하는 것을 의미할 것이다. 몇몇 실시예들은 각도 선택성 필터를 포함하여 0차인 콜리메이팅 광선만을 제거한다. 실시예들은 또한 유럽 특허 제2,030,072호에 기술된 0차 관리 방법을 포함하며, 이는 본 명세서에 원용되어 일체로서 통합된다.
본 명세서에 설명된 일부 실시예는 공간 광 변조기 상에 프레임 당 하나의 홀로그램을 표시하는 것을 포함하지만, 본 개시는 이 점에 결코 제한되지 않으며, 임의의 시점에서 하나 이상의 홀로그램이 SLM 상에 표시될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 "타일링(tiling)"기술을 구현하는데, 여기서 SLM의 표면 영역은 다수의 타일로 더 분할되고, 각각의 타일은 원래의 타일의 것과 유사하거나 동일한 위상 분포로 설정된다. 따라서 각 타일은, SLM의 전체 할당 영역이 하나의 큰 위상 패턴으로 사용된 경우보다, 더 작은 표면 영역을 갖는다. 타일의 주파수 성분의 수가 더 적을수록, 그래서 타일의 수가 많을수록, 이미지가 생성될 때 재구성된 이미지 영역이 더 멀리 떨어진다. 이미지는 0차 회절 차수 내에 생성될 수 있으며, 첫 번째 및 후속 차수가 이미지와 겹치지 않도록 충분히 멀리 이격되어 공간 필터를 통해 차단될 수 있는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 이 방법에 의해 생성된 홀로그래픽 재구성(타일링을 포함하여 또는 없이)은 이미지 화소로 지칭될 수 있는 스폿을 포함할 수 있다. 사용되는 타일의 수가 많을수록 이러한 스폿은 작아진다. 무한 사인파의 푸리에 변환의 예를 들면, 단일 주파수가 생성된다. 이것은 최적의 출력이다. 실제로 하나의 타일만 사용되는 경우, 사인파의 끝 노드에서 무한대로 양수 및 음수 방향으로 0 값이 확장되는 사인파의 단일 사이클 입력에 해당한다. 푸리에 변환으로부터 생성되는 단일 주파수 대신에, 주 주파수 성분은 그것의 양측에 일련의 인접한 주파수 성분들로 생성된다. 타일링을 사용하면 인접한 주파수 성분의 크기가 줄어들고, 이에 따른 직접적인 결과로, 인접한 이미지 화소 간에 (보강 또는 상쇄) 간섭이 적게 발생하여 이미지 품질이 향상된다. 일부 실시예에서는 타일의 부분들을 사용하지만, 각 타일은 전체 타일인 것이 바람직하다.
본 명세서에 개시된 예들에서, 3개의 상이한 컬러 광원 및 3개의 대응하는 SLM이 합성 컬러를 제공하는데 사용된다. 이러한 예는 공간적으로 구분된 색(SSC: Spatially-Separated Colour)이라고 할 수 있다. 본 개시 내용을 포함하는 변형예에서, 각 컬러에 대한 상이한 홀로그램은 동일한 SLM의 다른 영역 상에 디스플레이된 다음 합성되어 합성 컬러 이미지를 형성한다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명의 장치 및 방법 중 적어도 일부가 합성 컬러 홀로그래픽 이미지를 제공하는 다른 방법에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
이러한 방법 중 하나는 프레임 순차 색상(FSC: Frame Sequential Colour)로 알려져 있다. 예시적인 FSC시스템에서, 3개의 레이저(적색, 녹색 및 청색)가 사용되며, 각각의 레이저는 단일 SLM에서 연속적으로 발사되어 비디오의 각 프레임을 생성한다. 인간 관찰자가 3개의 레이저에 의해 형성된 이미지의 조합으로부터 다색 이미지를 볼 정도로 충분히 빠른 속도로 컬러가 (적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등) 순환된다. 따라서 각 홀로그램은 색상별로 구분된다. 예를 들어 초당 25프레임의 비디오에서 첫 번째 프레임은 초당 75분의 1 초 동안 빨간색 레이저를 발사한 다음, 초당 1/75초 동안 녹색 레이저를 발사하고, 최종적으로 청색 레이저는 1/75초 동안 발사될 것이다. 그런 다음 빨간색 레이저로 시작하여 다음 프레임이 생성되는 방식이다. FSC 기반의 실시예들에서, 각각의 컬러에 대한 각각의 (또는 단일의) 부 이미지 영역으로부터 위치 또는 파장에 의해 광을 분리하는 것 이외에도, 검출기가 충분한 시간 해상도를 가지면 요소 컬러 이미지들의 시간적 분리를 이용함으로써 분리가 달성될 수 있다.
FSC 방식의 장점은 각 컬러에 대해 전체 SLM이 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 화소가 각각의 컬러 이미지로 사용되기 때문에 생성된 세가지 색 이미지의 화질이 손상되지 않을 것을 의미한다. 반면, FSC방식의 단점은, 각 레이저가 단지 1/3시간을 사용하기 때문에 생성된 전반적인 이미지가 SSC방법에 의해 생성된 이미지보다 1/3배 정도로 어둡다는 것이다. 이러한 단점은 레이저를 오버드라이브(overdriving)하거나 보다 강한 레이저를 사용함으로써 잠재적으로 해결될 수 있으나, 이는 더 많은 전력을 요구하므로, 고비용을 수반하고 덜 콤팩트한 시스템을 얻게 된다.
SSC 방식의 장점은 3개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간의 제약 때문에 SLM을 하나만 사용해야 한다면, 3개의 별개의 SLM의 효과를 얻기 위해, SLM의 표면영역은 동일하게 3등분으로 분할될 수 있다. 그러나, 이것의 단점은 각 단색 이미지에 사용할 수 있는 SLM 표면 영역이 감소되기 때문에 각각의 단일 컬러 이미지의 화질이 감소한다는 것이다. 이에 따라, 다색 이미지의 화질은 감소된다. 가용한 SLM 표면 영역이 감소되면 SLM 상의 더 적은 화소 만을 사용할 수 있기 때문에, 화질은 감소된다. 해상도가 감소되므로, 화질도 감소된다.
실시예는 가시 광선으로 SLM을 조광하는 것을 설명하지만, 통상의 기술자라면 광원 및 SLM이 예를 들어 본 명세서에 개시된 바와 같이 적외선 또는 자외선 광을 지향(direct)하는데 똑같이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 통상의 기술자라면 정보를 사용자에게 제공하기 위해 적외선 및 자외선을 가시 광선으로 변환하는 기술을 인지하고 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시는 이러한 목적을 위해 인광체 및/또는 양자점 기술을 사용하는 것으로 확장된다.
여기에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 판독 전용 메모리 (ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 여기에 기재된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.
다음의 실시예가 개시된다:
1. 사용자를 위한 정보를 표시하도록 구성된 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 있어서,
수광면;
광을 출력하도록 형성된 광원; 및
상기 광원으로부터의 광을 수광하고 공간 광 변조기 상에 표시된 컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하여 수광면 상에 이미지를 형성하도록 형성된 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
2. 제1항목에 있어서,
상기 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 상기 주 이미지 영역과 상이한 부 이미지 영역을 포함하고; 및
상기 이미지의 상기 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하도록 형성된 검출기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
3. 제2항목에 있어서,
상기 부 이미지 영역의 검출된 상기 광 파워에 응답하여 상기 광원의 광 출력의 광 파워를 변경하도록 형성되는 광 제어기를 더 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
4. 제3항목에 있어서,
상기 광 제어기는 상기 부 이미지 영역의 검출된 광 파워에 응답하여 상기 이미지의 주 이미지 영역의 밝기를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
5. 제3항목 또는 제4항목에 있어서,
상기 광 제어기는, 상기 부 이미지 영역의 검출된 광 파워가 기준 광 파워보다 큰 경우, 상기 광원의 광 출력의 광 파워를 감소시키도록 구성되고, 및/또는 부 이미지 영역의 검출된 광 파워가 기준 광 파워보다 작은 경우 광원의 광 출력의 광 파워를 증가시키도록 구성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
6. 제5항목에 있어서,
상기 기준 광 파워는 보다 이른 시간에서 상기 부 이미지 영역의 광 파워에 의해 결정되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
7. 제3항목 내지 제6항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 광 제어기는 상기 광원의 상기 구동 입력에 이득 계수 G를 적용함으로써 상기 광원의 광 출력의 광 파워를 변경시키도록 구성되되,
Figure 112019062619604-pct00004
T는 이미지의 원하는 최대 휘도 (cd/m2), P는 부 이미지 영역의 휘도 (cd/m2), x는 이미지에 사용된 그레이레벨의 총수이고, y는 부 이미지 영역의 광의 그레이레벨인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
8. 제1항목 내지 제7항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 검출기는 상기 이미지의 부 이미지 영역의 광 파워에 비선형 전기적 응답을 제공하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
9. 사용자를 위한 정보를 표시하도록 구성된 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 있어서,
수광면;
제1파장의 제1광을 출력하도록 형성된 제1광원;
제1공간 광 변조기로서, 상기 제1광원으로부터 상기 제1광을 수광하고 상기 제1공간 광 변조기 상에 표시된 제1컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 제1공간 변조 광을 출력하여 상기 수광면 상에 제1이미지를 형성하도록 형성되되, 상기 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 상기 주 이미지 영역과 상이한 부 이미지 영역을 포함하는, 제1공간 광 변조기;
상기 제1이미지의 부 이미지 영역의 광 출력을 검출하도록 배치된 제1검출기;
상기 광원의 광 출력의 상기 제1파장과 상이한 제2파장의 제2광을 출력하도록 형성된 제2광원;
제2공간 광 변조기로서, 상기 제2광원으로부터 상기 제2광을 수광하고 상기 제2공간 광 변조기 상에 표시된 제2컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 제2공간 변조 광을 출력하여 상기 수광면 상에 제2이미지를 형성하도록 형성되되, 상기 제2이미지는, 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 상기 주 이미지 영역과 상이한 부 이미지 영역을 포함하는 주 이미지 영역을 포함하고, 합성 이미지를 형성하도록 상기 제2이미지의 주 영역은 상기 제1이미지의 주 영역과 실질적으로 일치하는, 제2공간 광 변조기; 및
상기 제2이미지의 부 이미지 영역의 광 파워를 검출하도록 형성된 제2검출기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
10. 제9항목에 있어서,
합성 이미지의 컬러 밸런스를 변경하도록 상기 제1이미지의 부 이미지 영역에서 검출되는 광 파워와 상기 제2이미지의 부 이미지 영역에서 검출되는 광 파워에 응답하여 상기 제1광원에 의해 출력된 상기 제1광의 광 파워 및/또는 상기 제2광원에 의해 출력되는 상기 제2광의 광 파워를 변경하도록 형성된 광 제어기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
11. 제10항목에 있어서,
상기 광 제어기는 상기 제1이미지의 부 이미지 영역에서 검출된 광 파워와 상기 제2이미지의 부 이미지 영역에서 검출되는 광 파워에 응답하여 상기 합성 이미지의 컬러 밸런스를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
12. 제10항목 또는 제11항목에 있어서,
상기 광 제어기는 각각의 이득 계수 G를 상기 구동 입력에 적용함으로써 상기 제1 및 제2광원 중 하나 또는 양자 모두의 광 출력의 광 파워를 변경하도록 형성되되,
Figure 112019062619604-pct00005
T는 이미지 각각의 원하는 최대 휘도, P는 각각의 검출기에 의해 검출된 광 파워, x는 이미지 각각에 사용된 그레이레벨의 총수이고, y는 이미지 각각의 부 이미지 영역의 광의 그레이레벨인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
13. 제3항목 내지 제12항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 제1 및 제2검출기 중 하나 또는 모두는 상기 광 파워 각각에 비선형 응답을 제공하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
14. 제9항목 내지 제13항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 제1검출기 및 제2검출기를 포함하는 복합 컬러 검출기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
15. 제1항목 내지 제14항목 중 어느 한 항목에 있어서,
각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은 대응하는 이미지를 나타내는 제1홀로그램 구성 요소를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
16. 제1항목 내지 제15항목 중 어느 한 항목에 있어서,
이미지 각각의 부 이미지 영역은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 대한 제어 정보를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
17. 제1항목 내지 제16항목 중 어느 한 항목에 있어서,
각각의 부 이미지 영역은, 예를 들어 대응하는 주 이미지 영역의 주변에 배치됨으로써, 주 이미지로부터 이격되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
18. 제1항목 또는 제17항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 또는 각각의 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 부 이미지 영역을 포함하고; 및
상기 이미지의 부 이미지 영역으로 또는 부 이미지 영역으로부터 이동하는 광의 광 파워를 검출하도록 형성된 검출기로서, 상기 검출기의 활성 광 검출 영역 및 상기 부 이미지 영역의 형상은 서로 대응되고, 선택적으로, 1차원 또는 슬릿 형태인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
여기서 검출기는 동일하거나 상이할 수 있고, 부 영역은 제1항목 내지 제17항목과 동일하거나 상이할 수 있다.
19. 제18항목에 있어서,
상기 스크린 상의 이미지의 위치를 변경하고 상기 이미지의 복수의 위치에서 상기 수신된 광의 광 파워를 검출하는 단계를 포함하는 광학 정렬 프로세스를 수행하도록 형성된 홀로그래픽 제어기를 더 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
20. 제19항목에 있어서,
컴퓨터-생성 홀로그램은 그레이팅 함수가 구현되도록 형성된 홀로그램 구성 요소를 포함하고, 상기 광학 정렬 프로세스 중에 상기 그레이팅 함수를 변화시킴으로써 상기 이미지의 위치가 변경되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
21. 제20항목에 있어서,
상기 광학 정렬 프로세스는 검출된 광 파워가 가장 크도록 하는 그레이팅 함수를 결정하는 단계를 더 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
22. 제1항목 내지 제21항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 상기 이미지를 나타내는 홀로그램 구성 요소를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
23. 제1항목 내지 제22항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 부 이미지 영역은 상기 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 대한 제어 정보를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
24. 제1항목 내지 제23항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 또는 각각의 부 이미지 영역은 상기 주 이미지로부터 이격되어 있거나, 예를 들어 대응하는 주 이미지 영역의 주변에 배치되어 있는 것과 같이, 상기 주 이미지 영역 또는 상기 각각의 주 이미지 영역의 주변부에 있는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
25. 제1항목 내지 제24항목 중 어느 한 항목에 있어서,
각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은, 포커싱 파워(focusing power)와 관련된 렌즈 함수가 구현되도록 형성되고 포커싱 파워를 갖는 렌즈를 통해 공간적으로 변조된 광을 통과시키는 것에 대응하는 홀로그램 구성 요소를 포함하되, 제어기는 초점면에 복수의 개별적인 이미지를 형성하기 위해 포커싱 파워를 복수의 값으로 설정하도록 형성되고; 및
복수의 상이한 값을 가지는 포커싱 파워 각각의 상기 이미지의 측정 영역에서의 상기 이미지의 광을 검출하도록 형성된 검출기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 검출기로부터 수신한 신호로부터 포커싱 파워의 각 값에 대해 상기 이미지의 품질 척도를 결정하도록 더 구성된 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
여기서 상기 검출기는 이전 항목들의 검출기와 동일하거나 또는 다른 것일 수 있다.
26. 제25항목에 있어서,
상기 품질의 척도는 이미지 대조 또는 선명도의 척도 또는 이미지 내의 노이즈의 척도인 홀로그래픽 프로젝션 시스템
27. 제25항목 또는 제26항목에 있어서,
상기 이미지는 사용자를 위한 정보 및 부 이미지 영역을 포함하되, 상기 이미지의 측정 영역은 상기 이미지의 부 이미지 영역인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
여기서 부 이미지 영역은 이전 항목의 것/것들과 동일할 수 있다.
28. 제25항목 내지 제27항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 홀로그래픽 제어기는 상기 검출기가 상기 이미지의 광을 검출하여 상기 신호를 생성하는 동안 상기 수광면에 평행한 평면에서 상기 이미지를 이동시키도록 추가로 형성되는 홀로그래피 프로젝션 시스템.
29. 제28항목에 있어서,
상기 제어기는 상기 이미지가 상기 수광면에 대해 평행하게 이동될 때 상기 이미지 센서로부터 수신된 신호의 변화에 기초하여 이미지 품질의 척도를 결정하도록 형성되는 홀로그래피 프로젝션 시스템.
30. 제25항목 내지 제29항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 홀로그래픽 제어기는 상기 포커싱 파워를 설정하기 위해 상기 이미지 품질의 측정에 기초하여 상기 복수의 포커싱 파워 값으로부터 포커싱 파워의 값을 선택하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
31. 제30항목에 있어서,
상기 선택된 포커싱 파워는 상기 복수의 포커싱 파워의 다른 후보 포커싱 파워에 대해 최상의 이미지 품질에 대응하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
32. 제27항목 내지 제31항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 부 이미지 영역은 상기 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 대한 제어 정보를 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
33. 제27항목 내지 제32항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 부 이미지 영역은 상기 주 이미지 영역의 주변인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
34. 제1항목 내지 제33항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 이미지는 상기 수광면에서 상기 공간 변조된 광의 간섭에 의해 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
35. 제1항목 내지 제34항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 이미지는 홀로그래픽 재구성인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
36. 제1항목 내지 제35항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 컴퓨터-생성된 홀로그램은 상기 이미지의 수학적 변환, 선택적으로 푸리에 또는 프레넬 변환에 해당하는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
37. 제1항목 내지 제36항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 또는 프레넬 홀로그램인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
38. 제1항목 내지 제37항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 렌즈 함수가 구현되도록 형성된 홀로그램 구성 요소를 포함하는 홀로그램 프로젝션 시스템.
39. 제1항목 내지 제38항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 공간 광 변조기는 상기 광원으로부터의 광의 위상을 공간적으로 변조하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
40. 제1항목 내지 제39항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 공간 광 변조기는 상기 광원으로부터의 광의 진폭을 공간적으로 변조하도록 형성되는 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
41. 제1항목 내지 제40항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 광원은 레이저인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
42. 제1항목 내지 제41항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 공간 광 변조기는 실리콘 상의 액정, "LCoS", 공간 광 변조기인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
43. 제1항목 내지 제42항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 수광면은 디퓨저인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
44. 제1항목 내지 제43항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 검출기는 포토 다이오드 또는 포토 다이오드 어레이인 홀로그래픽 프로젝션 시스템.
45. 제1항목 내지 제44항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 프로젝션 시스템은 헤드업 디스플레이 또는 헤드-마운트 디스플레이인 홀로그래픽 프로젝션.

Claims (25)

  1. 사용자를 위한 정보를 표시하도록 형성된 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 있어서,
    수광면;
    광을 출력하도록 형성된 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 수광하고, 공간 광 변조기 상에 표시된 컴퓨터-생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하여 상기 수광면 상에 이미지를 형성하도록 형성된 공간 광 변조기를 포함하되, 상기 이미지는 사용자를 위한 정보를 포함하는 주 이미지 영역 및 부 이미지 영역을 포함하고; 및
    상기 이미지의 부 이미지 영역으로 또는 부 이미지 영역으로부터 이동하는 광의 광 파워를 검출하도록 형성된 검출기로서, 상기 검출기의 활성 광 검출 영역 및 상기 부 이미지 영역의 형상은 서로 대응되는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광면 상의 이미지의 위치를 변경하고 상기 이미지의 복수의 위치에서 수신된 광의 광 파워를 검출하는 단계를 포함하는 광학 정렬 프로세스를 수행하도록 형성된 홀로그래픽 제어기를 더 포함하는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    컴퓨터-생성 홀로그램은 그레이팅 함수가 구현되도록 형성된 홀로그램 구성 요소를 포함하고, 상기 광학 정렬 프로세스 중에 상기 그레이팅 함수를 변화시킴으로써 상기 이미지의 위치가 변경되는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 정렬 프로세스는 검출된 광 파워가 최대가 되는 그레이팅 함수를 결정하는 단계를 더 포함하는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 상기 이미지를 나타내는 홀로그램 구성 요소를 포함하는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부 이미지 영역은 상기 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 대한 제어 정보를 포함하는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부 이미지 영역은 상기 주 이미지 영역의 주변인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이미지는 홀로그래픽 재구성인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터-생성된 홀로그램은 상기 이미지의 푸리에 또는 프레넬 변환에 해당하는 수학적 변환인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 또는 프레넬 홀로그램인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 렌즈 함수가 구현되도록 형성된 홀로그램 구성 요소를 포함하는
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 레이저인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 실리콘 상의 액정, "LCoS", 공간 광 변조기인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수광면은 디퓨저인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 포토 다이오드 또는 포토 다이오드 어레이인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로젝션 시스템은 헤드업 디스플레이 또는 헤드-마운트 디스플레이인
    홀로그래픽 프로젝션 시스템.
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