KR102209310B1 - 화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법 - Google Patents

화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102209310B1
KR102209310B1 KR1020190059412A KR20190059412A KR102209310B1 KR 102209310 B1 KR102209310 B1 KR 102209310B1 KR 1020190059412 A KR1020190059412 A KR 1020190059412A KR 20190059412 A KR20190059412 A KR 20190059412A KR 102209310 B1 KR102209310 B1 KR 102209310B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hologram
holographic
light
pixels
pixel
Prior art date
Application number
KR1020190059412A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190134492A (ko
Inventor
크리스마스 제미슨
Original Assignee
듀얼리타스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 듀얼리타스 리미티드 filed Critical 듀얼리타스 리미티드
Publication of KR20190134492A publication Critical patent/KR20190134492A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102209310B1 publication Critical patent/KR102209310B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/10—Processes or apparatus for producing holograms using modulated reference beam
    • G03H1/12—Spatial modulation, e.g. ghost imaging
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0841—Encoding method mapping the synthesized field into a restricted set of values representative of the modulator parameters, e.g. detour phase coding
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/16—Processes or apparatus for producing holograms using Fourier transform
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2286—Particular reconstruction light ; Beam properties
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
    • G09G3/003—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to produce spatial visual effects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3111—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136277—Active matrix addressed cells formed on a semiconductor substrate, e.g. of silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136277—Active matrix addressed cells formed on a semiconductor substrate, e.g. of silicon
    • G02F1/136281—Active matrix addressed cells formed on a semiconductor substrate, e.g. of silicon having a transmissive semiconductor substrate
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/02—Function characteristic reflective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/12—Function characteristic spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G03H2001/0816—Iterative algorithms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0841—Encoding method mapping the synthesized field into a restricted set of values representative of the modulator parameters, e.g. detour phase coding
    • G03H2001/0858—Cell encoding wherein each computed values is represented by at least two pixels of the modulator, e.g. detour phase coding
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G03H2001/2297—Addressing the hologram to an active spatial light modulator using frame sequential, e.g. for reducing speckle noise
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2210/00—Object characteristics
    • G03H2210/20—2D object
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/10—Spectral composition
    • G03H2222/12—Single or narrow bandwidth source, e.g. laser, light emitting diode [LED]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/10—Spectral composition
    • G03H2222/13—Multi-wavelengths wave with discontinuous wavelength ranges
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/10—Spectral composition
    • G03H2222/17—White light
    • G03H2222/18—RGB trichrome light
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/34—Multiple light sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/10—Shape or geometry
    • G03H2225/12—2D SLM
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/20—Nature, e.g. e-beam addressed
    • G03H2225/22—Electrically addressed SLM [EA-SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/32—Phase only
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/52—Reflective modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/60—Multiple SLMs
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/60—Multiple SLMs
    • G03H2225/61—Multiple SLMs for multicolour processing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2240/00—Hologram nature or properties
    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/56—Resolution
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2240/00—Hologram nature or properties
    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/62—Sampling aspect applied to sensor or display
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/06—Adjustment of display parameters
    • G09G2320/0626—Adjustment of display parameters for control of overall brightness
    • G09G2320/064—Adjustment of display parameters for control of overall brightness by time modulation of the brightness of the illumination source

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

홀로그램 엔진과 제어기를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 홀로그램 엔진은 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 제공하도록 형성된다. 각각의 홀로그램 화소는 개별적인 홀로그램 화소 값을 갖는다. 제어기는 홀로그램을 표시하기 위해 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 형성된다. 홀로그램을 표시하는 것은 홀로그램과 복수의 광 변조 화소 사이에 1 대 다수의 화소 상관관계가 존재하도록 복수의 광 변조 화소의 광 변조 화소의 인접한 그룹 상에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 것을 포함한다.

Description

화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법{A Method of Displaying a Hologram on a Display Device Comprising Pixels}
본 발명은 공간 광 변조기를 작동, 구동 또는 제어하는 방법 및 홀로그램을 표시하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 홀로그램 화소에 광 변조 화소를 할당하는 방법 및 공간 광 변조기의 화소와 같은 복수의 광 변조 화소 상에 홀로그램을 표시하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 홀로그래픽 재구성의 크기를 변경하고 홀로그래픽 재구성의 해상도를 변경하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제1컬러 홀로그래픽 재구성의 크기를 제2컬러 홀로그래픽 재구성의 크기와 정합시키는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
물체에서 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 홀로그램는 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.
컴퓨터 생성 홀로그래피는 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.
공간 광 변조기는 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. 공간 광 변조기는 변조 광이 공간 광 변조기로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조 광이 공간 광 변조기를 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
컬러 홀로그래픽 재구성을 제공하는 두 가지 방법으로 공간적으로 분리된 색상 인 "SSC" 및 프레임 순차 색상 "FSC"가 알려져 있다. 두 방법 모두 본 발명에 적용가능 하다.
SSC방법은 3개의 단색 홀로그램을 위해 공간적으로 분리된 3개의 광 변조 어레이(array)를 사용한다. SSC 방법의 장점은 3개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간 제약 때문에 공간적으로 분리된 3개의 광 변조 어레이가 하나의 공통된 SLM 상에 제공되는 경우라면, 각각의 컬러에 사용되는 광 변조 화소들은 전체 중 일부만 이용되므로 각각의 단일 컬러 이미지의 화질은 준 최적(sub-optimal)이다. 따라서, 상대적으로 낮은 해상도의 컬러 이미지를 얻게 된다.
FSC 방법은 일반적인 공간 광 변조기의 모든 화소를 사용하여 3개의 단일 컬러 홀로그램을 순차적으로 표시할 수 있다. 단일 컬러 재구성은 인간 관찰자가 3개의 레이저에 의해 형성된 이미지의 조합으로부터 다색 이미지를 볼 정도로 충분히 빠른 속도로 컬러가 (적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등) 순환된다. FSC 방식의 장점은 각 컬러에 대해 전체 SLM이 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 화소가 각각의 컬러 이미지로 사용되기 때문에 생성된 세가지 컬러 이미지의 화질이 손상되지 않을 것을 의미한다. 반면, FSC방법의 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.
컬러 홀로그래픽 프로젝터에서 한 가지 문제는 회절이 홀로그래픽 프로세스의 기본이며 회절은 파장에 의존한다는 점이다. 특히, 홀로그래픽 재구성의 크기는 파장에 의존한다. 이로 인해 합성 컬러 스킴(scheme)에서 두 가지 불일치, 즉 (1) 단일 컬러 홀로그래픽 재구성의 전체 크기의 불일치 및 (2) 홀로그래픽 재구성에서 이미지 스팟의 위치 간의 불일치로 인해, 인지되는 합성 컬러 재구성의 품질이 저하된다. 본 발명자는 이전에 각각의 컬러 채널에 대해 상이한 길이의 푸리에 경로를 사용하는 것을 포함하는 이러한 불일치를 처리하기 위한 기술을 개시한 바 있다. (예컨대, 영국특허 제2,547,929호 참조)
본 명세서에는 회절의 파장 의존성으로부터 초래된 불일치를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 합성 컬러 시스템에서 구현될 수 있는, 홀로그래픽 재생 필드의 크기를 변경하도록 구성된, 개선된 홀로그래픽 프로젝터를 개시한다.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
홀로그램을 표시하는 방법이 제공된다. 이 방법은 홀로그램을 수신하고 복수의 광 변조 화소 상에 홀로그램을 표시하는 단계를 포함한다. 홀로그램은 홀로그램 화소 값을 각각 갖는 복수의 홀로그램 화소를 포함한다. 홀로그램을 표시하는 것은 홀로그램과 복수의 광 변조 화소 사이에 1 대 다수(one-to-many)의 화소 상관관계가 존재하도록 복수의 광 변조 화소에서 광 변조 화소의 인접한 그룹 상에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 것을 포함한다.
마찬가지로, 홀로그램 엔진 및 제어기를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 홀로그램 엔진은 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 제공하도록 구성된다. 각각의 홀로그램 화소는 각각의 홀로그램 화소 값을 갖는다. 제어기는 홀로그램을 표시하기 위해 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 구성된다. 홀로그램을 표시하는 것은 홀로그램과 복수의 광 변조 화소 사이에 1 대 다수의 화소 상관관계가 존재하도록 복수의 광 변조 화소에서 광 변조 화소의 인접한 그룹 상에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 것을 포함한다.
각각의 광 변조 화소 그룹은 큰 광 변조 화소로서 효과적으로 기능하는 복수의 개별적인 광 변조 화소를 포함한다. 즉, 각각의 홀로그램 화소를 표시하기 위해 인접한 그룹에서 하나 이상의 광 변조 화소를 이용함으로써 각각의 광 변조 영역의 크기가 증가된다. 다른 홀로그램 화소들 각각에 대한 각각의 홀로그램 화소의 위치는 1 대 다수의 화소 맵핑 방식을 사용하여 보존된다. 따라서, 홀로그래픽 재구성은 더 큰 화소를 사용하여 완전히 형성될 수 있다. 유효 화소의 크기는 회절각을 결정하므로 홀로그래피 재생 필드의 크기를 결정한다. 따라서, 소프트웨어에 의해 제어되는 재구성 가능한 화소 맵핑 방식을 사용함으로써 홀로그래픽 재생 영역의 크기가 변경되는 시스템이 제공된다. 본 발명에 개시된 방법은 이용 가능한 공간 광 변조기의 화소 크기가 계속 감소함에 따라 특히 효과적이다. 복수의 광 변조 화소들의 각각의 광 변조 화소는 2000 nm 미만, 선택적으로 500 nm 미만 또는 250 nm 미만과 같이 1000 nm 미만의 화소 크기 (예를 들어, 폭)를 가질 수 있다.
이 방법은 제 1 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제 1 개수의 광 변조 화소를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 제 2 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제 2 개수의 광 변조 화소를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제어기는 제1개수의 광 변조 화소가 제1홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되도록 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 더 구성될 수 있다. 제어기는 또한 제 2 개수의 광 변조 화소가 제 2 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되도록 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 더 구성될 수 있다.
홀로그래픽 재생 영역의 크기는 인접한 각 그룹의 화소 수를 변경하여 소프트웨어에서 동적으로 변경할 수 있다. 따라서 홀로그래픽 재생 영역의 크기를 즉석에서 변경할 수 있다. 특히, 적어도 2 개의 프레임을 포함하는 표시 이벤트 동안 홀로그래픽 재생 필드의 크기를 변경하기 위해 하드웨어 변경이 필요하지 않다. 예를 들어, 상술한 1 대수의 화소 맵핑 방식은 FSC 방식에서 제1 및 제2프레임 또는 제1 및 제2서브 프레임 간에 변경될 수 있다.
이 방법은 제2홀로그램을 수신하고 상기 제2 홀로그램을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2홀로그램은 각각 홀로그램 화소 값을 각각 갖는 복수의 홀로그램 화소를 포함한다. 제 2 홀로그램은 복수의 광 변조 화소에 각각의 홀로그램 화소 값을 대응하는 광 변조 화소에 표시함으로써, 제 2 홀로그램과 복수의 광 변조 화소 사이에 1 대 1 상관관계가 존재하도록 표시된다.
마찬가지로, 제어기는 제2홀로그램을 제공하고 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하여 제2홀로그램을 표시하도록 더 구성될 수 있다. 제2홀로그램은 각각 홀로그램 화소 값을 각각 갖는 복수의 홀로그램 화소를 포함한다. 제2홀로그램은 복수의 광 변조 화소에 각각의 홀로그램 화소 값을 대응하는 광 변조 화소에 표시함으로써, 제2홀로그램과 복수의 광 변조 화소 사이에 1 대 1 상관관계가 존재하도록 표시된다.
각 홀로그래픽 재구성이 일대 다 화소 맵핑 방식을 사용하여 형성되는 것이 필수적인 것은 아니다. 이 방법은 일대 다 화소 맵핑 방식을 이용한 적어도 하나의 홀로그램 및 종래의 1 대 1 화소 맵핑 방식을 이용한 적어도 하나의 홀로그램을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 홀로그램과 제 2 홀로그램은 동일한 공간 광 변조기 상에 표시될 수 있다.
바람직하게는, 임의의 공간 광 변조기 상에 구현될 수 있는 공간 광 변조기를 구동하는 개선된 방법이 설명된다. 따라서, 동일한 공간 광 변조기를 사용하여 복수의 상이한 크기의 홀로 그래픽 재생 필드를 형성하는 것이 가능하다. 즉, 서로 다른 크기의 홀로그래픽 재생 영역에 대해 상이한 공간 광 변조기가 요구되지 않는다.
이 방법은 제1시간에서 제1홀로그램의 홀로그램 화소 값 및 제2시간에서 제2홀로그램의 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 적어도 하나의 광 변조 화소를 사용하는 단계를 더 포함하며, 여기서 제2시간은 제1시간과 다르다.
본 명세서에 개시된 방법은 표시 이벤트 동안 이미지 크기를 변경할 필요가 있는 변화하는 이미지를 표시하는데 특히 적합하다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 방법은 2 개의 상이한 컬러 이미지 사이의 임의의 불일치를 감소시키는 것이 바람직할 수 있는 FSC에 특히 적합하다.
제 1 홀로그램은 제 1 공간 광 변조기 상에 표시될 수 있고, 제 2 홀로그램은 제 2 공간 광 변조기 상에 표시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 완전한 융통성을 가지며, 따라서 적어도 제1홀로그램이 그 위에 표시되는 제1유효 화소 크기를 가지는 제1공간 광 변조기 및 적어도 제2홀로그램이 그 위에 표시되는 제2유효 화소 크기를 가지는 제2공간 광 변조기를 포함하는 복수의 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝터에서 동일하게 구현될 수 있으며, 여기서 제2유효 화소 크기는 제1유효 화소 크기와 다르다. 복수의 공간 광 변조기를 사용하는 이러한 방법은 상이한 홀로그래픽 재구성을 위해 상이한 광학 채널이 제공되는 투영 배열에서 유리할 수 있다.
이 방법은 (제1)영역을 갖는 홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록 파장을 갖는 광으로 표시된 홀로그램을 조광하는 단계 및 제2영역을 갖는 제2홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록 제2파장을 갖는 광으로 표시된 제2홀로그램을 조광하는 단계를 더 포함할 수 있다.
마찬가지로, 홀로그래픽 프로젝터는 (제1)조광 시스템 (또는 광 엔진) 및 제2조광 시스템 (또는 제2광 엔진)을 더 포함할 수 있다. (제1)조광 시스템은 (제1)영역을 갖는 (제1)홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록 (제1)파장을 갖는 (제1)광으로 표시된 (제1)홀로그램을 조광하도록 구성될 수 있다. 제2조광 시스템은 제2영역을 갖는 제2홀로그래피 재생 필드를 투영하도록 제2파장을 갖는 제2광으로 표시된 (제2)홀로그램을 조광하도록 구성될 수 있다.
제1광은 평행화(collimated) 될 수 있고 제1빔 직경을 가질 수 있다. 제2광은 평행화 될 수 있고 제2빔 직경을 가질 수 있다. 제1빔 직경은 제2빔 직경과 다를 수 있다. 제1파장이 제2파장보다 큰 경우, 제1빔 직경은 제2빔 직경보다 클 수 있으며, 이는 제2조광 시스템이 제1조광 시스템보다 작다는(즉, 더 작은 체적을 차지한다는) 것이다. 제1홀로그램의 각 홀로그램 화소를 표시하는데 사용된 소자 화소의 수가 제2홀로그램의 각 홀로그램 화소를 표시하는데 사용되는 소자 화수의 수보다 크다면, 제1홀로그램을 조광하는데 사용되는 제1빔 직경은 제2홀로그램을 조광하는데 사용되는 제2빔 직경보다 클 수 있으며, 이는 제2조광 시스템이 제1조광 시스템보다 작다는(즉, 더 작은 체적을 차지한다는) 것이다.
보다 일반적으로, 본 방법은 평행 광의 파장 또는 각각의 홀로그램 화소를 표시하는데 사용된 소자 화소의 수에 기초하여, 홀로그램을 조광하는데 사용되는 평행 광의 빔 직경을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에 개시된 방법은 2개의 각각의 홀로그램으로부터 형성된 2개의 상이한 컬러 이미지 사이의 임의의 불일치를 감소시키는데 사용될 수 있다.
홀로그램 및 제2홀로그램을 표시하기 위해 사용되는 상이한 수의 광 변조 화소는 (제1)영역 및 제2영역이 실질적으로 동일한 크기가 되도록 할 수 있다.
이 방법은 상이한 파장의 광을 사용하여 홀로그램을 재구성함으로써 생기는 전체 이미지 크기의 임의의 차이를 보상하는데 사용될 수 있다.
이 방법은 복합 컬러 재생 필드를 형성하기 위해 영역 및 제2영역을 중첩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법은 단색 이미지 사이의 임의의 불일치가 감소된 개선된 합성 색상 이미지를 생성하는데 특히 효과적이다.
또한, 복수의 광 변조 소자를 포함하는 공간 광 변조기를 동작시키는 방법이 제공되며, 이 방법은, 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 수신하되, 복수의 홀로그램 화소는 복수의 광 변조 요소보다 작은 수인 단계; 및 복수의 광 변조 소자를 각각의 홀로그램 화소에 할당하는 단계를 포함한다.
또한, 복수의 소자 화소를 포함하는 공간 광 변조기를 동작시키는 방법이 제공되며, 이 방법은, 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 수신하되, 복수의 홀로그램 화소는 복수의 소자 화소보다 작은 개수인 단계; 공간 광 변조기 상에 홀로그램을 표시하는 단계; 및 홀로그래픽 재구성을 투영하기 위해 공간 광 변조기를 광으로 조광하는 단계를 포함하되, 이 방법은 광의 파장 또는 원하는 이미지 크기에 기초하여 각각의 홀로그램 화소를 표시하는데 사용되는 요소 화소의 개수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
"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 물체의 광학적 재구성을 지칭하는 용어이다. "재생 필드(replay field)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 형성되고 완전히 초점이 맞은 2D 영역을 지칭하는데 사용된다. 홀로그램이 화소를 포함하는 공간 광 변조기 상에 표시되는 경우, 재생 필드는 복수의 회절 차수의 형태로 반복될 것이며, 각각의 회절 차수는 0차 재생 필드의 복제이다. 0차 재생 필드는 가장 밝은 재생 필드이므로 일반적으로 선호되는 재생 필드 또는 주 재생 필드에 해당한다. 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, "재생 필드"라는 용어는 0차 재생 필드를 지칭하는 것으로 받아들여져야 할 것이다. "재생 평면(replay plane)"이라는 용어는 모든 재생 필드를 포함하는 공간 내의 평면을 지칭한다. "이미지", "재생 이미지" 및 "이미지 영역(image region)"이라는 용어는 홀로그래픽 재구성에 비추어 조광되는 재생 필드 영역을 가리킨다. 일부 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 스폿(image spots)", 또는 단지 편의상 "이미지 화소"로 지칭될 수 있는 불연속적인 스폿들(discrete spots)을 포함할 수 있다.
"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. 따라서, SLM은 홀로그램을 "표시"한다고 할 수 있으며, 홀로그램은 광 변조 값 또는 레벨의 배열로 간주될 수 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들은 단지 예로서 위상-한정 홀로그램과 관련된다. 실시예들은 위상-한정 홀로그램에 관련되나 본 발명은 진폭-한정 홀로그래피에도 동등하게 적용 가능하다.
본 발명은 또한 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그래픽 재구성을 형성하는데 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예에서, 이것은 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 모두 포함하는 소위 완전-복소 홀로그램을 사용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 화소에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램으로 불릴 수 있다. 각 화소에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 갖는 복소수로 표현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 완전-복소 컴퓨터 생성 홀로그램이 계산된다.
위상 값, 위상 성분, 위상 정보, 또는 간단히, 컴퓨터 생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 화소들의 위상을 "위상-지연"의 약자로서 참조할 수 있다. 즉, 기술된 임의의 위상 값은 사실 그 화소에 의해 제공된 위상 지연의 양을 나타내는 숫자 (예를 들어, 0 내지 2π 범위인)이다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 화소가 위상 값 π/2를 갖는 것으로 기술된다면, 이는 전달된 광의 위상을 π/2 라디안만큼 변경할 것이다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기의 화소 각각은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들)에서 동작 가능하다. "그레이 레벨"이란 용어는 복수의 이용 가능한 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, "그레이 레벨"이란 용어는 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 정도를 제공하지 않더라도, 편의상 위상-한정 변조기의 복수의 가용 위상 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. "그레이 레벨"이란 용어는 또한 복소 변조기에서 복수의 가용 복소 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다.
따라서, 홀로그램은 그레이 레벨 어레이, 즉 위상 지연 값 또는 복소 변조 값의 어레이와 같은 광 변조 값의 어레이를 포함한다. 홀로그램은 또한 공간 광 변조기 상에 표시되고 공간 광 변조기의 화소 피치(pitch)와 비교할 수 있는, 일반적으로는 그보다 작은 파장을 갖는 광으로 조광 될 때 회절을 야기하는 패턴이기 때문에 회절 패턴으로 간주된다. 여기서는 홀로그램을 렌즈 또는 격자(grating)로서 기능하는 회절 패턴과 같은 다른 회절 패턴과 조합하는 것을 언급한다. 예를 들어, 재생 평면 상에서 재생 필드를 이동하기 위해 격자로서 기능하는 회절 패턴이 홀로그램과 결합될 수 있거나 또는 근접장(near field) 내의 재생 평면 상에서 홀로그래픽 재구성의 초점을 맞추기 위해 렌즈로서 기능하는 회절 패턴이 홀로그램과 결합될 수 있다.
상이한 구성 및 구성의 그룹이 후술하는 상세한 설명에 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 구성 또는 구성의 그룹의 임의의 특징은 임의의 구성 또는 구성 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 순열이 고려된다.
구체적인 구성은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 2c는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 대안적인 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4a는 [4×4] 어레이로 배열된 16 개의 홀로그램 픽셀을 포함하는 예시적인 홀로그램을 도시한다.
도 4b는 인접한 광 변조 화소가 화소 간 갭(gap)에 의해 공간적으로 분리되는 [4×4] 어레이로 배열된 16 개의 광 변조 화소를 포함하는 예시적인 공간 광 변조기를 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 제1홀로그램 맵핑 방식을 나타낸다.
도 6은 일부 실시예에 따른 제2홀로그램 맵핑 방식을 나타낸다.
도 7은 일부 실시예에 따른 제3홀로그램 맵핑 방식을 나타낸다.
도 8은 일부 실시예에 따른 제4홀로그램 맵핑 방식을 나타낸다.
도 9는 프레임 순차 방식의 공간 광 변조기에 순차적으로 표시되는 각 홀로그램에서 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 회절 될 때, 청색 재생 필드(900B)에 대응하는, 컬러 중첩 영역을 나타낸다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 각각 홀로그램 화소 당 4개, 5개 및 6개의 광 변조 픽셀을 사용하여 형성된 청색, 녹색 및 적색 홀로그램을 조광하는데 사용되는 청색, 녹색 및 적색 광 엔진을 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.
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 한은 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.
광학 구성
도 1은 컴퓨터 생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기 상에 인코딩 되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 말할 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘 장치, "LCOS", 상의 반사형 액정이다. 홀로그램은 공간 광 변조기 상에 인코딩 되고, 홀로그래픽 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨져와 같은 수광 부재 또는 스크린에 형성된다.
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. 도 1에서, 파면의 방향은 (예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전체적으로 평면인 파면은 법선 방향으로 입사되고, 입력 및 출력 광경로를 분리하기 위한 빔 스플리터 배치(beam splitter arrangement)가 사용된다. 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 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 더욱 상세하게, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 출사되는 변조된 광의 빔을 전달받아 스크린(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 화소는 전체 재구성에 기여한다. 재생 필드의 특정 지점 (또는 이미지 화소)과 특정 광 변조 요소 (또는 홀로그램 화소) 간에는 일대일 상관 관계가 없다. 다르게 표현하면, 광 변조 층을 나가는 변조된 광은 재생 영역을 가로 질러 분배된다.
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.
홀로그램 계산
일부 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에 기반 홀로그램이고, 여기서 이미지는 양의 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 파-필드(far-field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생면의 원하는 광 필드를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터 생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 사용하여 계산될 수 있다.
푸리에 변환 홀로그램은 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton)과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 또한, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간영역(예컨대, 사진)의 진폭-한정 정보로부터 푸리에 도메인의 홀로그램(즉, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 진폭-한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 게르흐버그-색스톤 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용해 진폭-한정 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 각각 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 해결책을 찾는다. 더욱 상세하게, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 영역과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 영역 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 대표하는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서(repeatedly transferring) 공간적 및 스펙트럼 제약(constraints)을 반복적으로 적용한다. 스펙트럼 영역 내 상응하는 컴퓨터 생성 홀로그램이 이 알고리즘의 1 회 이상의 반복을 통해 얻어진다. 이 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 구성되고 수렴된다. 홀로그램은 진폭-한정 홀로그램, 위상-한정 홀로그램 또는 완전-복소 홀로그램(fully-complex hologram)일 수 있다.
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. 그러나, 여기에 개시된 실시예는 단지 예시로서 위상-한정 홀로그램을 계산하는 것을 설명한다. 이들 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색하는데, 여기서 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지 (예컨대, 사진)를 나타낸다. 진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로, 변환된 크기와 위상에는 계산된 데이터 세트의 정확성에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서, 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백을 반복적으로 사용할 수 있다. 그러나, 이들 실시예에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 홀로그램으로서 사용되어 이미지 평면에서 타겟 이미지의 홀로그래픽 표현을 형성한다. 홀로그램은 위상 값들의 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이다.
다른 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘은 완전-복소 홀로그램을 계산하는데 사용된다. 완전-복소 홀로그램은 크기 성분 및 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값들의 어레이를 포함하는 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이고, 각각의 복소 데이터 값은 크기 성분 및 위상 성분을 포함한다.
일부 실시 예에서, 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고, 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는 (i) 실수 성분 및 허수 성분 또는 (ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 복소 데이터의 2개의 성분은 알고리즘의 다양한 단계에서 다르게 처리된다.
도 2a는 위상-한정 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 화소 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 화소 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 화소 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기-한정 또는 진폭-한정 또는 세기-한정 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 비디오 또는 사진의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 사용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 화소에 랜덤 위상 값을 할당하는 단계를 포함하는 데이터 형성 단계(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제1프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하여 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상-한정 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상-한정 홀로그램을 "표시"하는데 사용될 공간 광 변조기의 화소 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 화소가 256 개의 상이한 위상 레벨을 제공하면, 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상-한정 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전-복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한한다. 제한 단계는 복소수 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 복소수 변조 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2a의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a의 점선 화살표를 따르는 단계는 선택적이다(즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아님).
제3프로세싱 블록(256)은 제2프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고, 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성하기 위해 역 푸리에 변환을 수행한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고, 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 진폭 값들(211A)의 분포를 평가한다. 구체적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를, 당연히 진폭 값의 분포인, 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값들(211A)과 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값들(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값들(211A) 및 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값 보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 단계는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서, 수행된 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.
도 2b는 알고리즘의 두 번째 반복 및 알고리즘의 임의의 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 처리 블록을 통해 피드백 된다. 제1반복에서, 데이터 형성 단계(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두 번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 단계(202B)는 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와 (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2b의 데이터 형성 단계(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2a를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 여기에서 프로세스의 설명은 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나, 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3프로세싱 블록(256)은 제4프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 반복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것을 이해할 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복마다 개선된다. 그러나 실제로는, 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나, 처리 시간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적 이점 보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서, 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.
도 2c는 두 번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백 된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 이전 반복의 진폭 값들 (211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 계수 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링 된 차분을 감산한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트 및 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.
Figure 112019051929156-pat00001
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R[x, y]는 제3프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;
T[x, y]는 입력 또는 대상 이미지이고;
∠는 위상 성분이고;
Ψ는 위상-한정 홀로그램 (280B)이고;
θ은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;
α는 이득 계수이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.
도 2c의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2a 및 도 2b의 실시예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 공간 광 변조기를 사용하여 수행된다. 구체적으로, 홀로그램 데이터는 광 파워를 제공하는 제2데이터와 결합된다. 즉, 홀로그램은 객체를 나타내는 데이터 뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 공간 광 변조기에 표시되고 광이 조사되면 렌즈 데이터는 물리적인 렌즈를 모방(emulate)한다. 즉, 렌즈 데이터는 이에 상응하는 물리적인 광학 장치와 동일한 방식으로 광의 초점을 맞춘다. 따라서 렌즈 데이터는 광 파워 또는 포커싱(focusing)을 제공한다. 이러한 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략될 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중심에서의 광경로 길이는 렌즈 가장자리에서의 광경로 길이보다 길다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 데이터를 홀로그램과 결합함으로써 그 홀로그램의 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 효과 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 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. 다른 실시 예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 빔 스티어링(beam steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터를 포함할 수 있다. 다시, 컴퓨터 생성 홀로그래피의 분야에서 그러한 홀로그래픽 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합시키는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이즈된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 진폭-한정 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 홀로그래픽 재구성의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 또는 광학들에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예는 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
광 변조
공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 회절 패턴을 디스플레이 하는데 사용될 수 있다. 홀로그램이 위상-한정 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전-복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 사용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2공간 광 변조기가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 화소)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨 중에서 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘(LCOS) 공간 광 변조기 상의 반사형 액정이지만, 본 발명은 이러한 유형의 공간 광 변조기에 한정하지 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 화소로 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 파면(wavefront)에 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). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.
홀로그램 맵핑 방식
단순한 예로서, 도 4a는 4 개의 행과 4 개의 열을 포함하는 규칙적인 [4×4] 어레이로 배열된 16 개의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 나타낸다. 각 화소에 대해 이후에 사용되는 두 자리 숫자 매기기 구성표는 행 번호 다음에 열 번호를 포함한다. 첫 번째 숫자는 행 번호를 나타내고 두 번째 숫자는 열 번호를 나타낸다. 예를 들어, "23"은 2 행 3 열의 홀로그램 화소 값을 나타낸다. 실제로 홀로그램은 1024 행과 512 열 화소와 같이 임의의 수의 화소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
이상으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 각 홀로그램 화소는 진폭 값, 위상 값 또는 진폭 값 및 위상 값을 갖는 복소수 일 수 있는 홀로그램 화소 값을 갖는다. 위상-한정 값을 포함하는 홀로그램 화소에 대한 임의의 참조는 단지 예시일 뿐이다. 예를 들어, 각각의 홀로그램 화소 값은 0 내지 2π 라디안 범위의 위상 지연 값을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "23"은 π/2의 홀로그램 화소 값을 가질 수 있다. 홀로그램 화소 "23"에 입사하는 광은 π/2만큼 지연될 것이다. 각 홀로그램 화소는 개별적으로 제어되어 해당 홀로그램 화소 값을 "표시"한다. 전체적으로, 홀로그램은 입사 광 파면에 위상 지연 분포를 적용한다.
홀로그램은 공간 광 변조기 상에 표시될 수 있다. 종래의 구성에서, 홀로그램 화소와 공간 광 변조기의 광 변조 화소 사이에 일대일 상관 (또는 맵핑)이 있다. 따라서, 도 4a는 [4×4] 홀로그램을 표시하는데 사용 가능한 공간 광 변조기의 [4×4] 광 변조 화소들의 어레이를 동일하게 나타낸다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "23"의 홀로그램 화소 값 (이전의 예에서 π/2)은 [4×4] 광 변조 화소를 포함하는 공간 광 변조기의 광 변조 화소 "23"에 기록될 수 있다. 보다 상세하게는, 광 변조 화소 "23"은 공간 광 변조기의 화소 "23"의 영역에 입사하는 광이 π/2 라디안만큼 지연되도록 국부 액정을 구동하도록 지정된다. 액정 셀을 구동시키는 것은 국부적인 액정의 틸트 및/또는 비틀림을 일으키는 전압을 액정 셀에 인가함으로써 이루어진다. 액정 셀은 액정의 복굴절(birefringence)을 이용하여 액정 셀을 통과하는 광의 전파(propagation)를 소프트웨어-제어된 양만큼 지연시키는 전압-제어되는 굴절률을 효과적으로 제공한다.
도 4b는 광 변조 화소들의 규칙적인 어레이를 포함하는 공간 광 변조기에서, 광 변조 화소(400)와 같은 광 변조 화소들의 배열을 도시한다. 각각의 광 변조 화소는 화소 크기(410)를 갖는다. 인접하는 광 변조 화소는 규칙적인 화소 간 갭(420)에 의해 분리된다. 어레이의 주기 및 이로 인한 공간 광 변조기로부터 떨어져 있는 홀로그래픽 재생 필드의 사이즈 때문에 어레이의 주기(430) 및 광 변조 화소들의 어레이를 조광하는데 사용되는 광의 파장은 회절 각도를 결정한다.
홀로그래픽 재생 필드의 크기I은 다음과 같이 결정된다.
Figure 112019051929156-pat00002
여기서, L은 공간 광 변조기로부터 홀로그래픽 재생 평면까지의 거리이고, θ는 다음에 의해 정의되는 회절각이다.
Figure 112019051929156-pat00003
여기서 δ는 "주기"(도 4B의 참조 번호 430 참조)로 지칭되며, λ는 홀로그래픽 재구성을 형성하는데 사용되는 광의 파장이다. 주기 δ는 공간 광 변조기에 표시할 수 있는 최대 공간 주파수를 나타낸다.
재생 필드에서 형성될 수 있는 가장 작은 피쳐(feature)는 "해상도 요소", "이미지 스폿" 또는 "이미지 화소"이라고 부를 수 있다. 사각 개구(aperture)의 푸리에 변환은 싱크함수(sinc function)이므로 공간 광 변조기 개구는 각 이미지 화소를 싱크함수로 정의한다. 구체적으로는, 재생 필드 상의 각 이미지 화소의 공간 강도 분포는 싱크함수이다. 각각의 싱크함수는 피크-강도(peak-intensity) 주 회절 차수 및 주 차수로부터 반경 방향으로 확장되는 일련의 감소-강도(decreasing-intensity) 고차 회절 차수를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 각각의 싱크함수의 크기(즉, 각 싱크함수의 물리적 또는 공간적 범위)는 공간 광 변조기의 크기(즉, 광 변조 요소의 배열 또는 공간 광 변조기 화소에 의해 형성되는 개구의 물리적 또는 공간적 범위)에 의해 결정된다. 구체적으로, 광 변조 화소들의 어레이에 의해 형성된 개구가 클수록, 이미지 화소들은 작아진다.
상이한 컬러 홀로그래픽 재구성 크기 간의 임의의 차이는 (1) 상이한 홀로그래픽 재구성의 전체 크기의 일반적인 불일치 및 (2) 각 홀로그래픽 재구성의 이미지 스폿의 위치 사이의 불일치로 인해 인지되는 컬러 재구성의 품질을 상당히 감소시킨다. 앞서 배경기술에서 언급한 바와 같이, 본 발명자는 각 컬러 채널에 대해 상이한 길이의 푸리에 경로를 사용하여 이러한 불일치를 해결하기위한 기술을 이미 개시한 바 있다. (예를 들어, 영국특허 제2,547,929호 참조).
도 5 내지 8은 각각 본 개시의 일부 실시예에 따른 제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램 맵핑 방식을 나타낸다. 기술된 접근법은 이용 가능한 광 변조 화소의 수 및 각 홀로그램 화소에 할당된 광 변조 화소의 최대 개수에 따라 임의의 수의 홀로그램 맵핑 방식으로 확장될 수 있음을 알 것이다. 홀로그램 맵핑 방식은 불일치 문제에 대한 대안의 해결책의 일부로서, 또는 보다 광범위하게는 홀로그램 재생 영역의 크기를 동적으로 전환(switch) 가능하게 또는 선택적으로 변경하는 방법의 일부로서 사용될 수 있다. 각 방법 및 각 실시 예에서 기술된 개별 광 변조 화소는 동일/일정 크기이다. 일부 실시예에서, 광 변조 화소는 2000 nm 미만, 선택적으로 500 nm 미만 또는 250 nm 미만과 같이 1000 nm 미만의 화소 크기 (예를 들어, 폭)를 갖는다.
도 5는 도 4a에 도시된 [4×4] 홀로그램을 표시하기 위해 [16×16] 광 변조 화소들의 어레이가 사용되는 제1홀로그램 맵핑 방식의 예를 도시한다. 각각의 홀로그램 화소 값은 [4×4] 그룹 또는 세트를 형성하는 16개의 광 변조 화소 상에 표시된다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "11"의 홀로그램 화소 값은 [4×4] 광 변조 화소의 최 상단 및 최 좌단 그룹에 표시된다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "44"의 홀로그램 화소 값은 [4×4] 광 변조 화소의 최 하단 및 최 우단 그룹의 모든 16개의 광 변조 화소에 의해 표시된다. 광 변조 화소 어레이의 완전한 사용이 이루어진다. 즉, 사용 가능한 모든 광 변조 화소가 홀로그램을 표시하는 데 사용된다.
도 6은 [4×4] 홀로그램을 표시하기 위해 [16×16] 광 변조 화소를 대체하여 사용하는 제2홀로그램 맵핑 방식의 예를 도시한다. 제2홀로그램 맵핑 방식은 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제1홀로그램 맵핑 방식보다 광 변조 화소를 적게 사용한다. 각각의 홀로그램 화소 값은 [3×3] 그룹 또는 세트를 형성하는 9개의 광 변조 화소에 표시된다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "11"의 홀로그램 화소 값은 [3×3] 광 변조 화소의 최 상단 및 최 좌단 그룹의 모든 광 변조 화소에 의해 표시된다.
도 7은 [4×4] 홀로그램을 표시하기 위해 [16×16] 광 변조 화소를 대체하여 사용하는 제3홀로그램 맵핑 방식의 예를 도시한다. 제3홀로그램 맵핑 방식은 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제2 및 제1홀로그램 맵핑 방식보다 광 변조 화소를 적게 사용한다. 각각의 홀로그램 화소 값은 [2×2] 그룹 또는 세트를 형성하는 4개의 광 변조 화소 상에 표시된다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "11"의 홀로그램 화소 값은 [2×2] 광 변조 화소의 최 상단 및 최 좌단 그룹의 4개의 광 변조 화소 모두에 의해 표시된다.
도 8은 [4×4] 홀로그램을 표시하기 위해 [16×16] 광 변조 화소를 대체하여 사용하는 제4홀로그램 맵핑 방식의 예를 도시한다. 제4홀로그램 맵핑 방식은 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제3, 제2 및 제1홀로그램 맵핑 방식보다 광 변조 화소를 적게 사용한다. 각 홀로그램 화소 값은 하나의 광 변조 화소에 표시된다. 예를 들어, 홀로그램 화소 "11"의 홀로그램 화소 값은 최 상단 및 최 좌단의 광 변조 화소에 의해 표시된다. 제4홀로그램 맵핑 방식은 종래의 1 대 1 맵핑 방식이다.
제1, 제2 및 제3홀로그램 맵핑 방식에서, 각 홀로그램 화소의 홀로그램 화소 값은 복수의 광 변조 화소에 표시되거나 그에 기입된다. 따라서, 광 변조 화소의 수는 홀로그램 화소 수보다 크다. 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 복수의 광 변조 화소는 어레이 상에 연속적인 영역을 형성한다. 즉, 각 홀로그램 화소 값을 표시하는 복수의 광 변조 화소는 인접한 그룹을 형성한다. 각각의 홀로그램 화소 값은 동일한 개수의 광 변조 화소에 표시된다. 각각의 광 변조 화소 그룹은 더 큰 단일 광 변조 화소로서 효과적으로 기능한다. 즉, 보다 큰 광 변조 영역이 각 홀로그램 화소에 할당된다. 제1, 제2 및 제3홀로그램 맵핑 방식은 홀로그램을 더 큰 화소에 표시하는 것과 유사하다. 인접한 광 변조 화소 그룹 내의 광 변조 화소 각각은 "부-화소(sub-pixel)"로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 변조 화소의 인접한 그룹의 종횡비는 단일 광 변조 화소의 종횡비와 동일하지만, 다른 실시예에서는 종횡비가 상이하다. 바람직하게는, 다른 종횡비가 보다 바람직한 형태의 재생 필드를 제공하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 변조 화소의 인접한 그룹은 직사각형을 형성한다. 즉, 이들은 직사각형의 광 변조 영역을 형성한다. 예를 들어, 인접한 그룹은 [y×x]의 종횡비를 갖는 장방형 재생 필드를 제공하기 위해 x ≠ y 인 [x×y] 광 변조 화소를 포함할 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램 맵핑 방식에서, 홀로그램 화소는 재배열되거나 섞이지 않았다는 것을 알 수 있을 것이다. 각각의 광 변조 화소 또는 광 변조 화소 그룹의 상대 위치는 공간적으로 홀로그램 화소들의 어레이 내의 대응하는 홀로그램 화소의 상대 위치와 대응한다. 다시 말해, 각 홀로그램 화소 값의 상대적 행 및 열 위치는 표시 중에 유지된다. 각 홀로그램 화소의 공간적 배치 또는 상대 위치 정보는 홀로그램 맵핑 방식에 의해 보존된다고 말할 수 있다.
도시된 제2, 제3 및 제4 홀로그램 맵핑 방식에서, 홀로그램을 표시하기 위해 공간 광 변조기의 모든 화소가 사용되는 것은 아니다. 이용 가능한 광 변조 화소들의 어레이가 완전히 이용되지 않는다고 말할 수 있다. 그러나, 도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 사용되지 않은 광 변조 화소는 홀로그램의 적어도 일부가 반복되는 후술된 타일링(tiling) 방식으로 사용될 수 있다.
제1, 제2 및 제3홀로그램 맵핑 방식은, 복수의 광 변조 화소 중 인접한 광 변조 화소 그룹에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시함으로써 복수의 광 변조 화소 상에 홀로그램을 표시하는 예를 제공하며, 여기서 홀로그램 화소와 복수의 광 변조 화소 사이는 1 대 다수 화소 상관관계이다.
1 대 다수 화소 상관관계를 포함하는 적어도 하나의 홀로그램 맵핑 방식을 포함하는 상이한 홀로그램 맵핑 방식의 사용은, 예시적인 적색, 녹색 및 청색 홀로그램 재구성 (또는 이미지들)의 크기가 수학식 2 및 3을 이용해 계산되는 다음의 실시예들을 통해 이해될 수 있다.
공간 광 변조기는 광 변조 소자 또는 화소의 2D 어레이를 포함한다. 재생 평면에 홀로그램으로 투영된 이미지는 2D 이미지이다. 이하의 실시 예에서 단일 수의 부-화소 및 거리는 두 차원 중 하나의 부-화소 수 또는 거리를 지칭하는 표현이다. 기술된 파라미터는 2 차원(예를 들어, 폭 및 높이)으로 확장되는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, n 개의 부-화소를 사용하는 맵핑 방식이라는 표현은 [n x n]개의 부-화소를 포함하는 부-화소의 영역에 대한 약칭으로 사용된다. 마찬가지로, 여기서 y mm의 이미지 크기라는 표현은 [y×y] mm의 크기를 갖는 2D 이미지에 대한 약칭으로 사용된다.
실시예 1
다음 표 1은 적색 (630 nm), 녹색 (532 nm) 및 청색 (450 nm) 홀로그래픽 재구성의 크기가 각각의 대응하는 홀로그램 화소를 표시하는데 사용되는 부-화소의 개수에 어떻게 의존하는지를 나타낸다.
Figure 112019051929156-pat00004
표 1의 제1열은 그룹당 광 변조 화소(또는 부-화소)의 수를 나타낸다. 이 예에서, 각각의 광 변조 화소는 750 nm의 화소 크기를 가지고, 공간 광 변조기로부터 재생 평면까지의 거리 L은 100 mm이다. 따라서, 그룹의 총 크기는 그룹 당 부-화소 수와 화소 크기의 곱이다. 전체 크기는 각 홀로그램 화소 값에 할당된 각 광 변조 영역의 크기를 나타내며, 이는 회절각을 결정한다. 표 1의 네 번째, 다섯 번째 및 여섯 번째 열은 표시된 홀로그램이 각각 적색, 녹색 및 청색 광으로 조광될 때 계산된 이미지 크기를 나타낸다.
적색, 녹색 및 청색 홀로그램 재구성 (즉, 이미지)을 위해 4 개의 부-화소(특히, [4×4] 부-화소)가 사용되면, 가장 큰 이미지(적색)와 가장 작은 이미지(청색)의 크기 차이는 6.074 mm(너비와 높이)이다. 그러나, 청색 이미지에 3개의 부-화소 (즉, [3×3]) 만 사용되면, 청색 이미지의 크기가 (각 방향으로) 1.947㎜ 증가하여 19.033㎜가 되기 때문에, 크기 불일치는 3.313㎜로 감소되며, 이제 녹색 이미지가 가장 작은 이미지가 된다. 이에 대응하는 이미지 스폿의 위치 사이의 불일치의 개선은 이미지 스폿의 수가 홀로그램 맵핑 방식에 의해 영향을 받지 않기 때문에 또한 달성될 것이다. 예를 들어, 이미지 크기의 증가는 인접한 이미지 스폿 사이의 간격 증가(즉, 이미지 스폿의 밀도 감소)를 제공한다. 따라서, 컬러 이미지 간의 불일치가 감소되기 때문에 개선된 합성 컬러 이미지가 달성된다. 이 방법은 불일치를 허용 가능한 수준으로 줄이거나, 또는 불일치를 허용 가능한 수준으로 줄이기 위해 함께 사용되는 다른 방법들에 대한 요구를 줄이는 데 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제1개수의 광 변조 화소를 사용하고, 제 2 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제2개수의 광 변조 화소를 사용하는 것을 포함하는 방법이 제공된다.
표 1의 예에서, 1 대 다수 화소 상관관계는 적색, 녹색 및 청색 이미지에 대해 사용된다. 그러나, 다른 예들에서, 제 1 홀로그램은 1 대 다수 화소 상관관계(예를 들어, 도 5, 6 또는 7)를 사용하여 광 변조 화소들에 맵핑 될 수 있고, 제2홀로그램은 대응하는 제1 및 제2이미지 사이의 불일치를 감소시키기 위해 1 대 1 화소 상관관계(예컨대, 도 8)을 사용하여 광 변조 화소에 맵핑 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 (i) 복수의 광 변조 화소의 인접하는 광 변조 화소 그룹에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시함으로써 복수의 광 변조 화소 상에 제 1 홀로그램을 표시하는 단계; 및 (ii) 상기 제2홀로그램 화소 값을 대응하는 광 변조 화소 상에 표시하여 복수의 광 변조 화소에 제 2 홀로그램을 표시하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 복수의 조광 화소와 제2홀로그램은 1 대 1 상관관계이다.
실시예 2
제2실시예에서, 각각의 광 변조 화소는 1000 nm의 화소 크기를 가지고, 화소 간 갭은 50 nm이며, 공간 광 변조기로부터 재생 평면까지의 거리 L은 300 mm이다.
Figure 112019051929156-pat00005
표 2로부터 4개의 부-화소가 적색, 녹색 및 청색 홀로그램 각각에 대해 사용되면, 크기 불일치(재생 평면에서 가장 큰 이미지와 가장 작은 이미지 사이의 크기 차이)는 13.423mm라는 것을 알 수 있다. 그러나, 상이한 수의 광 변조 화소가 각 컬러에 대해 사용되면, 사이즈 불일치가 감소될 수 있다. 이 예에서, 적색에 대해 6개의 부-화소가 사용되고, 녹색에 대해 5 개의 부-화소가 사용되고, 청색에 대해 4 개의 부-화소가 사용되면, 크기 불일치(청색 이미지와 적색 이미지 사이의 크기의 차이)는 33.385 - 31.282 mm = 2.103로써 6배 이상 개선된다.
실시예에서, 홀로그램 재생 평면에서의 크기 불일치를 감소시키기 위해, 각 홀로그램 화소를 표시하는데 사용되는 부-화소의 수는 파장에 따라 증가한다. 실시예에서, 적색 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되는 부-화소의 수는 녹색 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되는 부-화소의 수보다 크고, 선택적으로 녹색 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되는 부-화소의 수는 청색 홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용된 부-화소의 수보다 크다.
또한, 9a 및 9b를 참조로 이해할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 부-화소 그룹의 사용은 다중 파장 프로젝터에서 홀로그램으로 형성된 이미지 화소의 수를 더 잘 활용하게 한다. 구체적으로, 도 9A는 FSC 방식으로 홀로그램을 표시하도록 배치된 공간 광 변조기(920)를 나타낸다. 적색 재생 필드(900R)는 공간 광 변조기(920) 상에 표시된 대응하는 홀로그램에 의해 회절된 적색 광(930R)을 사용하여 재생 평면(940)에 형성된다. 녹색 재생 필드(900G)는 녹색 광(930G)을 사용하여 같은 방식으로 재생 평면(940)에 형성된다. 청색 재생 필드(900B)는 청색 광(930B)을 사용하여 재생 평면(940)에 형성된다. 수학식 2 및 3에 따르면, 적색 재생 필드(900R)는 녹색 재생 필드(900G)보다 크고, 또한 녹색 재생 필드(900G)는 청색 재생 필드(900B)보다 크다. 이는 도 9b에 의해 더 설명된다.
전술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 적색 화상은 적색 재생 필드(900R) 내에서 홀로그램으로 재구성되고, 녹색 화상은 녹색 재생 필드(900G) 내에서 홀로그램으로 재구성되고, 청색 화상은 청색 재생 필드(900B) 내에서 홀로그램으로 재구성된다.
각 화소가 적색, 녹색 및 청색 광을 포함할 수 있는 합성 컬러 이미지는 재생 평면에서 중첩 영역을 사용하여 표시될 수 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 이미지 콘텐츠가 표시될 수 있는 영역이다. 중첩 영역은 물론 가장 작은 재생 필드, 즉 청색 재생 필드(900B)의 영역이다. 중첩 영역이 FSC 방식에서 풀 컬러 이미지를 표시하는 데 사용되는 경우 일부 적색 및 녹색 화소가 중첩 영역 외부에 있기 때문에 정색 및 녹색 이미지는 청색 이미지보다 적은 화소로 구성된다.
아래의 표 3은 청색 이미지가 1024×1024 이미지 화소를 포함하는 예를 도시한다. 구체적으로, 표 3은 제1홀로그램의 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제1개수의 광 변조 화소를 사용하고 제2홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하기 위해 제2개수의 광 변조 화소를 사용하는 개념이 어떻게 이미지 화소 수를 최적화하여 이미지 품질을 최적화기 위해 사용될 수 있는지를 나타낸다. 적색, 녹색 및 청색에 대해 상이한 수의 부-화소를 사용하는 것은 오버랩 영역에서 보다 많은 적색 및 녹색 화소가 형성되는 것을 의미함을 알 수 있다.
Figure 112019051929156-pat00006
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 적색 및 녹색의 각 홀로그램 화소를 표시하기 위해 증가된 수의 부-화소를 사용함으로써, 중첩 영역에서 각각 적색 및 녹색 화상 화소의 수가 증가된다. 구체적으로, 중첩 영역의 적색 화소 수가 959 - 730 화소 = 292 화소 증가하고 중첩 영역의 녹색 화소 수가 970 - 865 화소 = 105 화소 증가한다. 이는 중첩 영역에서 적색 이미지 화소의 수를 40 % 증가시키고 중첩 영역에서 녹색 이미지 화소 수를 12 % 증가시키는 것과 같다.
각 홀로그램 화소 값을 표시하는 데 사용되는 하위 화소 수는 홀로그램을 표시하는 데 필요한 광 변조 화소의 총 수를 결정한다. 홀로그램을 표시하는 데 필요한 광 변조 화소의 총 수는 공간 광 변조기의 광 변조 영역을 정의한다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램(적색, 녹색 또는 청색)은 예를 들어, 1024×1024 홀로그램 화소 값을 포함할 수 있다. 적색 홀로그램 화소 값(즉, 적색 홀로그램 화소 당 6×6 서브 화소가 사용됨)을 표시하는데 화소 피치(화소 크기 + 화소 간 갭)가 1 ㎛인 6개의 조광 화소가 사용되는 경우, 적색 홀로그램을 표시하는 데 필요한 광 변조 영역은 너비와 높이가 6×1000×1024 = 6.1 mm가 된다. 1 ㎛의 크기를 갖는 4개의 조광 화소가 각각의 청색 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용되면, 청색 홀로그램을 표시하는데 필요한 광 변조 영역은 4.1×4.1 mm가 될 것이다. 그러므로, 실시예 2와 같은 일부 실시예에서, 적색 광 변조 영역(즉, 적색 홀로그램을 표시하는데 사용되는 광 변조 영역)은 녹색 광 변조 영역보다, 또한 녹색 광 변조 영역은 청색 광 변조 영역보다 그 크기(예를 들어, 폭 및/또는 면적)가 크다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기를 조광하는 광 스폿의 직경은 대응하는 홀로그램을 표시하는데 사용되는 광 변조 영역의 물리적 인 크기(예를 들어, 수 밀리미터의 폭 및/또는 수 제곱 밀리미터의 면적)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 광 스폿의 일 치수는 대응하는 홀로그램의 일 치수에 실질적으로 정합 된다. 예를 들어, 광 스폿의 직경은 대응하는 홀로그램을 표시하는데 사용되는 광 변조 영역의 폭에 정합 될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 변조 영역의 형상은 광 시스템으로부터의 광 스폿의 형상과 실질적으로 동일하고, 광 스폿의 크기도 광 변조 영역의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 변조 영역 및 광 스폿은 상이한 형상을 가질 수 있지만 여전히 정합 될 수 있다. 정합은 광 변조 영역 내의 각각의 광 변조 화소가 양호한 품질의 홀로그래픽 재구성을 위한 충분한 광을 수광하되, 광 변조 영역 외부에 조광되어 낭비되는 광 에너지가 너무 많지 않도록 하는 것을 보장하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 광 변조 영역은 사변형(예를 들어, 정사각형 또는 직사각형)이며, 각각의 조명 시스템에 의해 출력된 광 스폿은 타원형 또는 원형이다. 광 스폿의 크기는 광 변조 영역이 약간 과충전이 되는 정도일 수 있다. 즉, 조광되는 영역은 광 변조 영역의 영역보다 약간 크다. 광 스폿의 크기는 광을 수신하는 광 변조 영역 외부의 영역이 최소화되도록 할 수 있다. 광 스폿의 크기는 낭비되는 광 에너지의 양이 최소화되도록 할 수 있다. 광 스폿의 강도는 단면이 비 균일 할 수 있다. 예를 들어, 광 스폿의 공간 강도는 가우스 분포(Gaussian) 일 수 있다. 광 스폿의 크기는 광 변조 영역을 조명하는 광 스폿의 강도가 광 변조 영역 내의 모든 지점에서 최대 강도의 1/e2 이상이 되도록 선택될 수 있다. 선택적으로, 광 스폿의 크기는 광 변조 영역의 네 코너 또는 광 변조 영역을 한정하는 네 측면 각각의 중간 점과 같은 선택된 지점에서의 광 스폿의 강도가 최대의 1/e2이 되도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 스폿의 직경은 광 변조 영역의 크기에 따라 증가한다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 공간 광 변조기를 조광하는 광 스폿의 직경이 조명 광의 파장에 좌우되는 실시예를 도시한다. 도 10a는 홀로그램 화소 당 4 개의 부-화소(보다 구체적으로, [4×4])를 포함하는 청색 홀로그램을 조광하는데 적합한 청색 광을 출력하도록 배열된 제1조광 시스템을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 10a는 반각(half-angle) θ를 갖는 발산(diverging) 청색 광을 방출하는 청색 레이저 다이오드(1010B)를 도시한다. 렌즈(1020B)는 빔 직경 D1을 갖는 평행한 청색 광이 렌즈(1020B)의 하류에 형성되도록 청색 레이저 다이오드(1010B)로부터 초점 길이 F1에 위치된다. 도 10b는 홀로그램 화소 당 5 개의 부-화소를 포함하는 녹색 홀로그램을 조광하는데 적합한 녹색 광을 출력하도록 배열된 제2조광 시스템을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 10b는 반각 θ를 갖는 발산 녹색 광을 방출하는 녹색 레이저 다이오드(1010G)를 도시한다. 렌즈(1020G)는 빔 직경 D2를 갖는 평행한 녹색 광이 렌즈(1020G)의 하류에 형성되도록 녹색 레이저 다이오드(1010G)로부터 초점 길이 F2에 위치된다. 도 10c는 홀로그램 화소 당 6 개의 부-화소를 포함하는 적색 홀로그램을 조광하는데 적합한 적색 광을 출력하도록 배열된 제3조광 시스템을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 10c는 반각 θ를 갖는 발산 적색 광을 방출하는 적색 레이저 다이오드(1010R)를 도시한다. 렌즈(1020R)는 빔 직경 D3을 갖는 평행한 적색 광이 렌즈(1020R)의 하류에 형성되도록 적색 레이저 다이오드(1010R)로부터 초점 길이 F3에 위치된다. 청색 레이저 다이오드(1010B)에 의해 방출된 청색 광의 발산 각도는 녹색 레이저 다이오드(1010G)에 의해 방출된 녹색 광의 발산 각도와 동일하고, 또한 적색 레이저 다이오드(1010R)에 의해 방출된 적색 광의 발산 각도와 동일하다. 즉 청색 조광 시스템(도 10A)의 반각 θ는 녹색 조광 시스템(도 10B)와 동일하며, 적색 조광 시스템(도 10C)의 경우와 동일하다. 이 실시예에서, 청색 조광 시스템의 개구 수(numerical aperture)는 녹색 조광 시스템의 개구 수와 실질적으로 동일하고, 또한 적색 조광 시스템의 개구 수와 실질적으로 동일하다고 말할 수 있다. 도 10은 콜리메이팅(collimating) 렌즈가 완전히 조광된(즉, 전체 직경에 걸쳐 조광 됨) 것을 나타내지만, 본 발명은 콜리메이팅 렌즈를 언더필(underfill) 하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있으며, 이 경우 3개의 조명 시스템의 작동 개구 수(operating numerical aperture)는 똑같다. 일부 실시예에서, 적색 홀로그램을 조광하는데 사용되는 적색 광 스폿의 직경 D3는 녹색 홀로그램을 조광하는데 사용되는 녹색 광의 직경 D2보다 크고, 또한 녹색 광의 직경 D2는 청색 홀로그램을 조광하는데 사용되는 청색 광 스폿의 직경 D1보다 크다.
광 변조 영역의 크기가 감소하면, 대응하는 조명 시스템으로부터 필요한 빔 직경 D가 감소한다. 마찬가지로, 이에 따라 대응하는 조명 시스템의 콜리메이팅 렌즈의 필요한 초점 길이 F가 감소한다. 따라서 적색 홀로그램을 표시하는 데 사용되는 것보다 녹색 및 청색 홀로그램을 표시하는 데 사용되는 부 화소가 더 적으면 녹색 조광 시스템의 크기 및 청색 조광 시스템의 크기는 적색 조광 시스템의 크기보다 작을 수 있다. 이와 마찬가지로, 녹색 및 청색 광 시스템에 의해 요구되는 공간의 물리적 체적이 (적색 조광 시스템과 비교하여) 감소할 수 있고, 보다 소형의 프로젝터가 제공될 수 있다.
추가 피쳐
도 5 내지 도 8의 실시예에서, [4×4] 홀로그램은 4개의 상이한 홀로그램 어드레싱 방식을 사용하여 동일한 공간 광 변조기 상에 표시된다. 일부 실시 예에서, 이는 FSC 방식으로 구현된다. 제1프레임에서, 제1홀로그램은 제1홀로그램 어드레싱 방식을 사용하여 공간 광 변조기 상에 맵핑 될 수 있고, 제2프레임에서 제2홀로그램은 제2홀로그램 어드레싱 방식을 사용하여 동일한 공간 광 변조기 상에 맵핑 될 수 있다. 제1프레임과 제2프레임은 상이한 시간에 표시될 수 있다. 제1 및 제2프레임은 프레임의 비디오 레이트 시퀀스(video rate sequence)와 같은 일련의 프레임의 순차 프레임 일 수 있다.
표 1을 참조하여 상기 실시예에서, 도 5의 홀로그램 어드레싱 방식은 적색 및 녹색 홀로그램을 표시하는데 사용되고, 도 6의 홀로그램 어드레싱 방식은 청색 홀로그램을 표시하는데 사용된다. 또한, 일부 실시 예에서, 이는 FSC 방식으로 구현된다. 이 경우, 적어도 하나의 광 변조 화소가 제1시간에서의 제1홀로그램의 홀로그램 화소 값 및 제1시간과 다른 제2시간에서의 제2홀로그램의 홀로그램 화소 값을 표시하는데 사용된다.
대안적으로, 상이한 제1 및 제2 어드레싱 방식들이 SSC방식에서 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1홀로그램은 제1공간 광 변조기 상에 표시되고 제2홀로그램은 제2공간 광 변조기 상에 표시된다. 이는 본 명세서에 참고로 포함된 영국특허 제2,547,929호에 개시된 바와 같이 3개의 개별 컬러 채널이 사용될 때 바람직할 수 있다. 달리 말하면, 본 명세서에 개시된 방법은 영국특허 제2,547,929 호의 방법과 관련하여 불일치를 줄이기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 방법은 표시되는 홀로그램을 파장을 갖는 광으로 조광하여 영역을 갖는 홀로그래픽 재생 필드를 투영하고, 제2파장을 갖는 광으로 표시된 제2홀로그램을 조광하여 제2영역을 갖는 제2홀로그래픽 재생 필드를 투영하는 단계를 더 포함한다. 홀로그램 및 제2홀로그램을 표시하기 위해 사용되는 상이한 수의 광 변조 화소는 영역 및 제2영역이 실질적으로 동일한 크기일 수 있음을 알 수 있다. 영역과 제2영역은 서로 다른 컬러 성분들 간의 불일치가 감소된 합성 컬러 재생 필드를 형성하도록 중첩될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 방법은 표시되는 홀로그램을 파장을 갖는 광으로 조광하여 영역을 갖는 홀로그래픽 재생 필드를 투영하고, 제2파장을 갖는 광으로 표시된 제2홀로그램을 조광하여 제2영역을 갖는 제2홀로그래픽 재생 필드를 투영하는 단계를 더 포함한다. 홀로그램 및 제 2 홀로그램을 표시하기 위해 사용되는 상이한 수의 광 변조 화소는 홀로그래픽 재구성의 크기가 동적으로 변경될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 부-화소의 수를 변화시키는 것을 포함하는 이미지 크기를 변경하는 방법이 제공된다.
실시예는 단지 예로서 전기적으로 활성화된 LCOS 공간 광 변조기를 지칭한다. 본 개시의 교시는, 예컨대 임의의 전기적으로 활성화된 SLM, 광학적으로 활성화된 SLM, 디지털 마이크로 미러 디바이스 또는 마이크로 전자 기계적 디바이스와 같은 본 발명에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시할 수 있는 임의의 공간 광 변조기 상에서 동일하게 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 조광은 예를 들어 레이저 다이오드를 포함하여 레이저와 같은 광원에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 재구성 또는 이미지는 디퓨저(diffuser) 표면 또는 스크린, 예를 들어 확산기와 같은 광 수신 표면 상에 형성된다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 화소화 된 공간 광 변조기를 사용함에 따른 회절 특성에 의한 결과로서 소위 0차(zero order) 문제에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 "잡음"으로 간주될 수 있으며, 예를 들어 SLM으로부터의 경면 반사광 및 다른 원하지 않는 광을 포함한다. 푸리에 홀로그래피의 예에서, 이러한 "잡음"는 푸리에 렌즈의 초점 위치에 초점을 맞추어 홀로그래픽 재구성의 중심에 밝은 지점을 만든다. 0차 광은 단순히 차단될 수 있지만, 밝은 스폿을 어두운 스폿으로 교체하는 것을 의미할 것이다. 일부 실시예는 0차 광의 평행화된(collimated) 광선 만을 제거하는 각도 선택 필터를 포함한다. 또한, 실시예는 유럽특허 제2,030,072 호에 개시된 0차(zero-order)를 관리하는 방법을 포함하며, 상기 특허는 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.
도 5의 실시예에서, 홀로그램은 공간 광 변조기를 채운다. 즉, 홀로그램은 공간 광 변조기의 모든 화소를 사용한다. 다른 실시예(예컨대, 도 6, 도 7 및 도 8)에서, 홀로그램의 크기는 공간 광 변조기의 크기보다 작다. 이들 다른 실시예들 중 일부에서, 홀로그램의 일부분(즉, 홀로그램의 화소들의 인접한 서브 세트)은 사용되지 않은 화소들에서 반복된다. 이 기술은 공간 광 변조기의 표면적이 홀로그램의 적어도 서브 세트를 각각 나타내는 다수의 "타일"로 분할되는 "타일링 (tiling)"이라고 할 수 있다. 따라서, 각 타일은 공간 광 변조기보다 작은 크기이다. 일부 실시예에서, "타일링"기술은 이미지 품질을 증가시키기 위해 구현된다. 특히, 일부 실시예는 홀로그래픽 재구성으로 보내지는 신호 내용의 양을 최대화하면서 이미지 화소의 크기를 최소화하기 위해 타일링 기술을 구현한다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기에 기록된 홀로그래픽 패턴은 적어도 하나의 전체 타일(즉, 완전한 홀로그램) 및 타일의 적어도 하나의 부분(즉, 홀로그램의 화소의 인접한 서브 세트)을 포함한다.
일부 실시예에서, 주 재생 필드 만이 재생 평면에 전파되도록 허용되고, 시스템은 시스템을 통해 고차 재생 필드의 전파를 제한하도록 형성된 배플(baffles)과 같은 물리적 차단체(blocks)를 포함한다.
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.
일부 실시예는 2D 홀로 그래픽 재구성을 단지 예로서 기술한다. 다른 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 3D 홀로그래픽 재구성이다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 프로젝터는 헤드업 디스플레이 또는 근안 장치(near-eye device)와 같은 헤드마운트 디스플레이의 화상 생성 유닛으로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 홀로그래픽 프로젝터를 포함하는 헤드업 디스플레이, 헤드마운트 디스플레이 및 근안 장치가 제공된다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 프로젝터를 포함하는 화상 생성 유닛을 갖는 헤드업 디스플레이를 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 트럭, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 운송 수단일 수 있다.
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.

Claims (15)

  1. 광 변조 화소를 갖는 적어도 하나의 공간 광 변조기를 이용하여 홀로그램을 디스플레이 하는 방법에 있어서,
    개별적인 홀로그램 화소 값을 각각 갖는 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 공간 광 변조기에서 수신하는 단계; 및
    각각의 홀로그램 화소 값과, 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 인접 그룹 내의 다수의 광 변조 화소 간에 1 대 다수의 화소 상관관계가 존재하도록 각각의 홀로그램 화소 값을 복수의 광 변조 화소의 광 변조 화소의 상기 인접 그룹 상에 표시함으로써, 상기 공간 광 변조기의 복수의 광 변조 화소 상에 홀로그램을 표시하는 단계로서, 상기 홀로그램 내의 각각의 홀로그램 화소 값은 각각의 서로 동일한 개수의 광 변조 화소 상에 표시되는, 단계
    를 포함하되,
    제1개수의 광 변조 화소를 사용하여 제1홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하고, 상기 제1개수와 상이한 제2개수의 광 변조 화소를 사용하여 제2홀로그램의 각 홀로그램의 화소 값을 표시하는 단계를 더 포함하고,
    영역을 갖는 홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록, 표시된 상기 제1홀로그램을 제1파장을 갖는 광으로 조광하고, 제2영역을 갖는 홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록, 표시된 상기 제2홀로그램을 제2파장을 갖는 광으로 조광하는 단계로서, 상기 제1홀로그램 및 상기 제2홀로그램을 표시하기 위해 사용되는 상기 광 변조 화소들의 상이한 개수는 상기 영역 및 상기 제2영역이 실질적으로 동일한 크기가 되도록 하는, 단계를 더 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 공간 광 변조기 중 하나에서 상기 제2홀로그램을 수신하는 단계; 및
    대응하는 광 변조 화소 상에 각각의 홀로그램 화소 값을 표시함으로써, 상기 제2홀로그램과 상기 복수의 광 변조 화소 간에 1 대 1 상관관계가 존재하도록 상기 복수의 광 변조 화소 상에 상기 제2홀로그램을 표시하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1홀로그램과 제2홀로그램은 동일한 공간 광 변조기 상에 표시되는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1시간에 상기 제1홀로그램의 홀로그램 화소 값을 표시하고, 상기 제1시간과 다른 제2시간에 상기 제2홀로그램의 홀로그램 화소 값을 표시하도록 적어도 하나의 광 변조 화소가 사용되는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1홀로그램은 제1공간 광 변조기 상에 표시되고, 상기 제2홀로그램은 제2공간 광 변조기 상에 표시되는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영역 및 제2영역을 중첩하여 합성 컬러 재생 필드를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 개별적인 홀로그램 화소 값을 각각 갖는 복수의 홀로그램 화소를 포함하는 홀로그램을 제공하도록 형성된 홀로그램 엔진;
    적어도 하나의 공간 광 변조기;
    광원; 및
    각각의 홀로그램 화소 값을 복수의 광 변조 화소의 인접한 광 변조 화소 그룹 상에 표시함으로써, 각각의 홀로그램 화소 값과, 그 화소 값을 표시하는 상기 다수의 광 변조 화소 간에 1 대 다수의 화소 상관관계가 존재하도록 상기 홀로그램을 표시하기 위해 상기 공간 광 변조기 중 하나의 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 형성된 제어기
    를 포함하되,
    상기 제어기는:
    제1홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하도록 제1개수의 광 변조 화소를 사용하여 상기 제1홀로그램을 표시하고,
    제2홀로그램의 각 홀로그램 화소 값을 표시하도록 제2개수의 광 변조 화소를 사용하여 상기 제2홀로그램을 표시하기 위해
    적어도 하나의 상기 공간 광 변조기의 복수의 광 변조 화소를 선택적으로 구동하도록 또한 형성되고;
    영역을 갖는 2차원 홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록, 표시된 상기 제1홀로그램을 파장을 갖는 광으로 조광하고,
    제2영역을 갖는 2차원 홀로그래픽 재생 필드를 투영하도록, 표시된 상기 제2홀로그램을 제2파장을 갖는 광으로 조광하게 구동하도록 또한 형성되되;
    상기 제1홀로그램 및 상기 제2홀로그램을 표시하기 위해 사용되는 상기 광 변조 화소들의 상이한 개수는 상기 영역 및 상기 제2영역이 실질적으로 동일한 크기가 되도록하는 홀로그래픽 프로젝터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2홀로그램의 각각의 홀로그램 화소와 상기 제2홀로그램의 각각의 홀로그램 화소 값을 표시하는 상기 다수의 광 변조 화소 간에는 1 대 1 상관관계가 존재하는 홀로그래픽 프로젝터.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1홀로그램 및 제2홀로그램을 표시하도록 형성된 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝터.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1홀로그램을 표시하도록 형성된 제1공간 광 변조기 및 상기 제2홀로그램을 표시하도록 형성된 제2공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝터.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020190059412A 2018-05-25 2019-05-21 화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법 KR102209310B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1808644.7A GB2569206B (en) 2018-05-25 2018-05-25 A method of displaying a hologram on a display device comprising pixels
GB1808644.7 2018-05-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190134492A KR20190134492A (ko) 2019-12-04
KR102209310B1 true KR102209310B1 (ko) 2021-01-28

Family

ID=62812360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190059412A KR102209310B1 (ko) 2018-05-25 2019-05-21 화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법

Country Status (8)

Country Link
US (3) US10871746B2 (ko)
EP (1) EP3572884B1 (ko)
JP (1) JP6830124B2 (ko)
KR (1) KR102209310B1 (ko)
CN (1) CN110531601B (ko)
GB (1) GB2569206B (ko)
PL (1) PL3572884T3 (ko)
TW (1) TWI732203B (ko)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6858717B2 (ja) 2015-12-30 2021-04-14 デュアリタス リミテッド 動的ホログラフィ焦点深度プリンティング装置
WO2017115081A1 (en) 2015-12-30 2017-07-06 Daqri Holographics Ltd Near eye dynamic holography
EP3295257B1 (en) 2015-12-30 2019-05-15 Dualitas Ltd. Dynamic holography non-scanning printing method
WO2018109902A1 (ja) 2016-12-15 2018-06-21 アルプス電気株式会社 画像表示装置
US10347030B2 (en) 2017-05-15 2019-07-09 Envisics Ltd Adjusting depth of augmented reality content on a heads up display
GB2567408B (en) 2017-08-02 2020-12-02 Dualitas Ltd Holographic projector
EP3438727B1 (en) 2017-08-02 2020-05-13 Envisics Ltd. Display device
GB2568021B (en) 2017-09-08 2021-12-01 Dualitas Ltd Holographic projector
CN115493480A (zh) 2018-01-16 2022-12-20 太平洋灯光全息图公司 使用电磁场计算的三维显示方法、显示屏及系统
GB2569208B (en) 2018-07-19 2019-12-04 Envisics Ltd A head-up display
GB2580012A (en) 2018-09-28 2020-07-15 Envisics Ltd Head-up display
GB2578785C (en) 2018-11-09 2023-08-09 Dualitas Ltd Pixel mapping onto a display device for holographic projection
GB2580298B (en) 2018-11-12 2021-08-11 Dualitas Ltd A spatial light modulator for holographic projection
GB2579234B (en) 2018-11-27 2023-07-19 Dualitas Ltd Hologram calculation
GB2580696B (en) 2019-01-25 2022-04-27 Dualitas Ltd A method for a holographic projector
GB2580441B (en) 2019-03-14 2022-03-16 Dualitas Ltd Laser modulation
GB2582370B (en) 2019-03-22 2022-11-02 Dualitas Ltd Holographic projector
GB2582965B (en) 2019-04-11 2021-09-15 Dualitas Ltd A diffuser assembly
GB2586511B (en) 2019-08-23 2021-12-01 Dualitas Ltd Holographic projector
GB2586512B (en) 2019-08-23 2021-12-08 Dualitas Ltd Holographic projection
GB2578523B (en) * 2019-09-25 2021-08-11 Dualitas Ltd Holographic projection
GB2587400B (en) 2019-09-27 2022-02-16 Dualitas Ltd Hologram display using a liquid crystal display device
GB2588912B (en) * 2019-11-13 2021-12-08 Dualitas Ltd A display device and system
GB2587245B (en) * 2019-12-18 2022-03-16 Envisics Ltd Holographic image alignment
CN111722513B (zh) * 2020-06-12 2021-07-30 北京邮电大学 基于频率分解的全息显示方法、系统、设备及存储介质
GB2598156B (en) * 2020-08-21 2023-05-31 Dualitas Ltd A spatial light modulator
US11415937B2 (en) * 2020-09-17 2022-08-16 Pacific Light & Hologram, Inc. Displaying three-dimensional objects
GB2599436B (en) * 2020-10-02 2022-10-26 Envisics Ltd Holographic projection
CN112987529B (zh) * 2021-01-28 2022-08-09 岳增记 一种基于拓扑绝缘体材料的三维光电全息显示器
GB2604119B (en) * 2021-02-24 2023-10-11 Envisics Ltd Holographic projection
GB2604890B (en) * 2021-03-17 2024-01-31 Envisics Ltd Image projection
KR20220131037A (ko) * 2021-03-19 2022-09-27 삼성전자주식회사 복소 광 변조기, 홀로그래픽 디스플레이 장치, 및 홀로그램 패턴 생성 방법
US11900842B1 (en) 2023-05-12 2024-02-13 Pacific Light & Hologram, Inc. Irregular devices

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5312513A (en) * 1992-04-03 1994-05-17 Texas Instruments Incorporated Methods of forming multiple phase light modulators
US7092133B2 (en) 2003-03-10 2006-08-15 Inphase Technologies, Inc. Polytopic multiplex holography
GB2438681B (en) * 2006-06-02 2010-10-20 Light Blue Optics Ltd Methods and apparatus for displaying colour images using holograms
GB2461294B (en) * 2008-06-26 2011-04-06 Light Blue Optics Ltd Holographic image display systems
US8786925B2 (en) * 2008-12-10 2014-07-22 Holorad, Llc System and method for color motion holography
JP5224051B2 (ja) 2008-12-11 2013-07-03 大日本印刷株式会社 ホログラム作成方法、それによって作成されたホログラム及びホログラム作成装置
CN101566823B (zh) * 2009-06-05 2011-05-04 上海大学 真彩色三维物体全息显示方法及装置
TW201140139A (en) * 2010-03-11 2011-11-16 Pacific Biosciences California Micromirror arrays having self aligned features
GB2498170B (en) 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2496108B (en) 2011-10-26 2015-03-04 Two Trees Photonics Ltd Image production
KR101926547B1 (ko) * 2011-10-28 2018-12-10 삼성전자주식회사 고속으로 3ｄ 홀로그램을 생성하는 방법 및 장치
GB2501112B (en) 2012-04-12 2014-04-16 Two Trees Photonics Ltd Phase retrieval
GB2518664B (en) 2013-09-27 2017-02-01 Two Trees Photonics Ltd Projector
KR101594885B1 (ko) 2014-07-14 2016-02-17 주식회사 아임삭 전동공구 배터리 냉각장치
KR101639671B1 (ko) * 2014-12-31 2016-07-15 고려대학교 산학협력단 컬러 홀로그래픽 3d 디스플레이 장치
DE102015205873A1 (de) 2015-04-01 2016-10-06 Seereal Technologies S.A. Verfahren zur Berechnung von Hologrammen zur holographischen Rekonstruktion von zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Szenen
KR102441587B1 (ko) * 2015-08-03 2022-09-07 삼성전자주식회사 홀로그래픽 이미지를 처리하는 방법 및 장치
WO2017114789A2 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 Seereal Technologies S.A. Display device and method for optimizing the image quality
GB2547929B (en) 2016-03-03 2018-02-21 Daqri Holographics Ltd Display system
WO2019183376A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods for temporal and spatial multiplexing of spatial light modulators and systems for same
GB2568125C (en) * 2018-05-16 2022-05-18 Envisics Ltd A lighting system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6830124B2 (ja) 2021-02-17
US20210103248A1 (en) 2021-04-08
CN110531601B (zh) 2021-09-21
US20190361396A1 (en) 2019-11-28
GB2569206A (en) 2019-06-12
US10871746B2 (en) 2020-12-22
US11275340B2 (en) 2022-03-15
CN110531601A (zh) 2019-12-03
JP2019204087A (ja) 2019-11-28
GB2569206B (en) 2019-12-04
EP3572884A1 (en) 2019-11-27
US11809135B2 (en) 2023-11-07
GB201808644D0 (en) 2018-07-11
TW202001453A (zh) 2020-01-01
TWI732203B (zh) 2021-07-01
EP3572884B1 (en) 2021-01-20
PL3572884T3 (pl) 2021-04-19
KR20190134492A (ko) 2019-12-04
US20220197215A1 (en) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102209310B1 (ko) 화소를 포함하는 표시 장치에 홀로그램을 표시하는 방법
KR102341991B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
KR102241604B1 (ko) 홀로그래픽 프로젝션을 위한 디스플레이 장치에의 픽셀 매핑
JP6918850B2 (ja) 照明装置
KR102453726B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
KR102481541B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
KR20210149589A (ko) 디스플레이 장치 및 시스템
KR102575669B1 (ko) 프로젝션
KR102630353B1 (ko) 공간 광 변조기
US20220299940A1 (en) Image Projection

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant