KR102450992B1 - 홀로그램 초해상도를 위한 인코딩된 에너지 도파관 - Google Patents

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KR102450992B1
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Abstract

개시된 실시예들은 에너지 장치를 통한 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성된 도파관 요소들의 어레이와, 복수의 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 전파를 제한하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 포함하는 에너지 장치를 포함한다. 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 에너지 위치들의 제1 및 제2 영역들을 통해 연장될 수 있으며, 제1 및 제2 영역들은 중첩 및 오프셋되고, 에너지 인코딩 요소는 제1 및 제2 영역들 내의 각각의 에너지 위치를 통한 에너지 전파를 금지되지 않은 에너지 전파 경로로 제한할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 제1 시점에서 제1 영역을 통한, 그리고 제2 시점에서 제2 영역을 통한 금지되지 않은 전파 경로들에 따른 전파를 제한할 수 있다. 에너지 장치 서브시스템과 에너지 결합기를 포함하는 에너지 시스템은 에너지 위치들로부터의 에너지를 중첩시키도록 구성될 수 있다.

Description

홀로그램 초해상도를 위한 인코딩된 에너지 도파관
본 발명은 에너지 지향 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 4D 플렌옵틱(plenoptic) 함수에 따라 공유된 에너지 위치들로부터 인코딩된 개구(aperture)들로부터 에너지를 지향시키도록 구성된 에너지 도파관들에 관한 것이다.
Gene Roddenberry의 스타 트랙(Star Trek)에 의해 대중화되고 1900년대 초에 작가인 Alexander Moszkowski에 의해 처음 구상되었던 "홀로덱(holodeck)" 챔버 내에서의 상호작용식 가상 세계의 꿈은 거의 한 세기 동안 과학 소설과 기술 혁신에 영감을 주었다. 하지만, 문학, 미디어 및 어린이와 성인의 집단적 상상력 외에는 이 경험에 대한 강력한 구현은 존재하지 않는다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
일 실시예에서, 에너지 장치는, 도파관 요소들의 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서, 도파관 요소들의 어레이는 제 1 면 및 제 2 면을 포함할 수 있고, 어레이의 제 1 면 상의 복수의 에너지 위치들을 통해 연장되는 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다. 에너지 장치는, 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 전파를 제한하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도파관 요소들의 어레이의 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 에너지 위치들의 제 1 및 제 2 영역들을 정의할 수 있고, 제 1 및 제 2 영역들은 중첩 및 오프셋된다. 또한 에너지 인코딩 요소는 제 1 및 제 2 영역들 내의 각각의 에너지 위치를 통한 에너지 전파를 하나의 금지되지 않은 에너지 전파 경로로 실질적으로 제한할 수 있다. 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 에너지 필드의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 에너지 위치들을 통과하는 에너지는 2개의 상이한 에너지 상태들로 인코딩될 수 있고, 에너지 인코딩 요소는 복수의 제 1 영역들 및 복수의 제 2 영역들을 포함할 수 있고, 각각의 제 1 영역은 제 1 에너지 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고, 제 2 에너지 상태에서의 에너지 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되며, 각각의 제 2 영역은 제 2 에너지 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고, 제 1 에너지 상태에서의 에너지 전파를 실질적으로 금지하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제 1 시점에서, 에너지 인코딩 요소는 제 1 영역 내의 에너지 위치들을 통한 에너지 전파 경로들을 실질적으로 금지할 수 있으며, 에너지 인코딩 요소는 제 2 영역 내의 에너지 위치들을 통한 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 허용할 수 있고, 제 2 시점에서, 에너지 인코딩 요소는 제 2 영역 내의 에너지 위치들을 통한 에너지 전파 경로들을 실질적으로 금지할 수 있으며, 에너지 인코딩 요소는 제 1 영역 내의 에너지 위치들을 통한 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 허용할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 시스템은 제 1 복수의 에너지 위치들을 갖는 제 1 에너지 장치 및 제 2 복수의 에너지 위치들을 갖는 제 2 에너지 장치를 포함하는 에너지 장치 서브시스템 및 에너지 장치 서브시스템과 에너지 결합 요소 상에 형성된 에너지 위치 표면 사이에서 에너지를 중계하도록 구성되는 에너지 결합 요소로서, 복수의 에너지 위치들은 에너지 결합 요소의 에너지 위치 표면 상에 위치될 수 있는, 상기 에너지 결합 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 에너지 장치들은 제 1 복수의 에너지 위치들의 배치 및 제 2 복수의 에너지 위치들의 배치를 중첩함으로써 에너지 위치 표면에서 제 3 복수의 에너지 위치들을 발생시키도록 상대적 배향으로 중첩될 수 있으며, 제 3 복수의 에너지 위치들의 수는 제 1 또는 제 2 에너지 위치들 중 어느 하나와 상이한 결과적 에너지 위치 크기들을 갖는 각각의 비경계 영역에 대해 결합된 제 1 및 제 2 복수개의 합보다 크다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 에너지 지향 시스템에 대한 설계 파라미터를 나타내는 개략도이다.
도 2는 기계적 엔벨로프(envelope)를 갖는 능동 소자 영역을 갖는 에너지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 에너지 릴레이 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 베이스 구조체에 함께 접착되어 고정된 에너지 릴레이 요소들의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5a는 멀티 코어 광섬유를 통해 중계된 이미지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 5b는 횡방향 앤더슨 편재 원리의 특성들을 나타내는 광학 릴레이를 통해 중계된 이미지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6은 에너지 표면으로부터 관찰자(viewer)로 전파된 광선을 나타내는 개략도이다.
도 7은 에너지 도파관 요소 및 복수의 에너지 위치들에 의해 지시되는 바와 같은 시야를 갖는 실시예를 나타낸다.
도 8은 120도의 시야를 달성하도록 설계된 유효 초점 길이를 갖는 에너지 도파관 요소를 갖는 시스템에 대한 도전적인 특성들을 설명하는 실시예를 나타낸다.
도 9는 에너지 장치들과 에너지 결합 요소 상에 형성된 에너지 위치 표면 사이에서 에너지를 중계하도록 구성된 에너지 결합 요소의 실시예의 도면이다.
도 10은 에너지 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 11은 에너지 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 12a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 13a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 14a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 15a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 16a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 17a-b는 제 1 및 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치의 일 실시예의 도면이다.
도 18은 예시적인 능동 에너지 인코딩 요소의 상면도이다.
도 19a는 에너지 결합기 시스템의 측면도이다.
도 19b는 오버헤드 도면에서의 에너지 결합기 표면의 일부를 나타낸다.
도 19c는 에너지 장치들의 대안적인 실시예의 평면도를 나타낸다.
도 20은 애너모픽(anamorphic) 에너지 릴레이 요소들을 활용함으로써 동일한 유효 픽셀 밀도 및 픽셀 종횡비의 변화를 달성할 수 있는 방법을 나타내는 추가적인 실시예를 예시한다.
홀로덱("홀로덱 설계 파라미터들"이라고 통칭함)의 실시예는 가상의 사회적 상호작용식 환경 내에서 수신된 에너지 자극들이 실제적이라고 믿게 하기 위해 인간의 감각 수용체들을 속이기에 충분한 에너지 자극을 제공하며, 다음을 제공한다: 1) 외부 액세서리들 없이 양안 디스패러티, 머리 장착식 안경류 또는 기타 주변 장치들; 2) 임의의 수의 관찰자들을 위해 동시에 시인 체적(viewing volume) 전체에 걸친 정확한 운동 시차(motion parallax), 폐색(occlusion) 및 혼탁(opacity); 3) 모든 인지된 광선에 대한 눈의 동기식 수렴(convergence), 원근조절(accommodation) 및 축동(miosis)을 통한 시각 초점(visual focus); 및 4) 시각, 청각, 촉각, 미각, 후각 및/또는 균형을 위한 인간의 감각 "해상도"를 초과하는 충분한 밀도 및 해상도의 수렴 에너지 파 전파.
시각계, 청각계, 체성감각계, 미각계, 후각계 및 전정(vestibular)계를 포함하는 홀로덱 설계 파라미터들에 의해 제안되는 바와 같은 강력한 방식으로 모든 수용장들(receptive fields)을 위해 제공할 수 있는 기술이, 현재까지의 종래 기술에 기초하여, 수 세기는 아니더라도, 수십 년이 걸렸다.
본 개시에서, 라이트 필드(light field) 및 홀로그램이라는 용어들은 임의의 감각 수용체 반응의 자극에 대한 에너지 전파를 정의하기 위해 상호교환 가능하게 사용될 수 있다. 초기 개시들은 홀로그래픽 이미지 및 부피 측정 햅틱스를 위한 에너지 표면들을 통한 전자기 및 기계 에너지 전파의 예들을 지칭할 수 있는 한편, 모든 형태의 감각 수용체들이 이 개시에서 구상된다. 또한, 전파 경로들을 따른 에너지 전파를 위해 본원에 개시된 원리들은 에너지 방출 및 에너지 캡처 양방 모두에 적용 가능할 수 있다.
렌티큘러 프린팅(lenticular printing), 페퍼의 유령(Pepper's Ghost), 안경없는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이, 수평 시차 디스플레이, 머리 장착식 VR 및 AR 디스플레이(HMD) 및 "폭슬로그래피(fauxlography)"로서 일반화된 이러한 다른 환상(illusions)을 포함하는 홀로그램과 종종 불행하게도 혼동되는 많은 기술들이 오늘날 존재한다. 이러한 기술들은 진정한 홀로그램 디스플레이의 원하는 특성들 중 일부를 나타낼 수 있기는 하지만, 4개의 식별된 홀로덱 설계 파라미터들 중 적어도 2개를 해결하기에 충분한 임의의 방식으로 인간의 시각적 감각 반응을 자극하는 능력이 부족하다.
이러한 도전들은 홀로그램 에너지 전파에 충분한 심리스 에너지 표면을 생성하기 위해 종래 기술에 의해 성공적으로 구현되지 못했다. 시차 배리어(parallax barriers), 호겔(hogels), 복셀(voxels), 회절 광학, 멀티 뷰 투영, 홀로그램 디퓨저(diffuser)들, 회전 거울, 다층형 디스플레이, 시간 순차 디스플레이, 머리 장착식 디스플레이 등을 포함하는 체적 및 방향 다중화 라이트 필드 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 접근법들이 있기는 하지만, 종래의 접근법들은 이미지 품질, 해상도, 각도 샘플링 밀도, 크기, 비용, 안전성, 프레임 속도 등에 대한 타협을 수반할 수 있으며, 이는 궁극적으로 실현 불가능한 기술을 초래할 수 있다.
시각계, 청각계, 체성감각계들에 대한 홀로덱 설계 파라미터들을 달성하기 위해 각 계들의 각각의 인간의 예민성(acuity)이 연구되고 이해되어 인간의 감각 수용체들을 충분히 속일 수 있도록 에너지 파들을 전파한다. 시각계는 약 1각분(arc min)으로 분해할 수 있으며, 청각계는 배치에 있어서의 차이를 적게는 3도만큼 구별할 수 있으며 손에 있는 체성감각계는 2-12mm로 분리된 지점들을 식별할 수 있다. 이러한 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다.
언급된 감각 수용체들 중에서 인간의 시각계는, 심지어 단일 광자조차도 감각을 유발할 수 있음을 고려하면, 단연코 가장 민감하다. 이러한 이유로, 이 소개의 대부분은 시각적인 에너지 파 전파에 초점을 맞출 것이고, 개시된 에너지 도파관 표면 내에 커플링된 상당히 낮은 해상도의 에너지 시스템들은 홀로그램 감각 인지를 유도하기 위해 적절한 신호들을 수렴할 수 있다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 개시는 모든 에너지 및 감각 도메인들에 적용된다.
시인 체적 및 시인 거리가 주어진 시각계에 대한 에너지 전파의 효과적인 설계 파라미터들을 계산할 때, 원하는 에너지 표면은 많은 기가픽셀의 유효 에너지 위치 밀도를 포함하도록 설계될 수 있다. 넓은 시인 체적 또는 근접 필드 시인(near field viewing)에 대해서는, 원하는 에너지 표면의 설계 파라미터들이 수백 기가픽셀 또는 그 이상의 유효 에너지 위치 밀도를 포함할 수 있다. 이와 비교하여, 원하는 에너지 소스는 볼륨 햅틱의 초음파 전파를 위한 1 내지 250메가픽셀의 에너지 위치 밀도 또는 입력 환경 변수들에 따른 홀로그램 사운드의 음향 전파를 위한 36 내지 3,600개의 유효 에너지 위치들의 어레이를 갖도록 설계될 수 있다. 주목해야 할 중요한 점은 개시된 양방향 에너지 표면 아키텍처를 이용하면 모든 컴포넌트가 홀로그램 전파를 가능하게 하기 위해 임의의 에너지 영역에 대해 적합한 구조체들을 형성하도록 구성될 수 있다는 것이다.
하지만, 오늘날 홀로덱을 사용하기 위한 주요 과제는 이용 가능한 시각적 기술들과 전자기 장치 제한들을 수반한다. 청각 및 초음파 장치들은, 복잡성이 과소 평가되어서는 안되지만, 각각의 수용장에서의 감각 예민성에 기초하여 원하는 밀도에 있어서의 규모 차이의 순서들이 주어지면 덜 어렵다. 홀로그램 에멀젼은 정적 이미지에서 간섭 패턴들을 인코딩하기 위해 원하는 밀도를 초과하는 해상도로 존재하지만, 최첨단 디스플레이 장치들은 해상도, 데이터 스루풋 및 제조 가능성에 의해 제한된다. 현재까지, 고유 디스플레이 장치는 시력에 대해 거의 홀로그램 해상도를 갖는 라이트 필드를 의미있게 생성할 수 없었다.
강력한 라이트 필드 디스플레이를 위해 원하는 해상도를 충족시킬 수 있는 단일 실리콘 기반의 장치를 제작하는 것은 실용적이지 않을 수 있으며 현재의 제조 능력을 넘어선 극히 복잡한 제조 공정들을 수반할 수 있다. 다수의 기존 디스플레이 장치를 함께 타일링하는 것에 대한 제한은, 패키징, 전자 장치, 인클로저, 광학 및 필연적으로 이미징, 비용 및/또는 크기 관점으로부터 실행 불가능한 기술을 초래하는 다수의 다른 과제들의 물리적 크기에 의해 형성된 심 및 갭을 수반한다.
본원에 개시된 실시예들은 홀로덱을 구축하기 위한 실제 경로를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들은 이제 본 명세서의 일부를 형성하고, 실시될 수 있는 예시적인 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 개시 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실시예", "예시적인 실시예" 및 "예시의 실시예"라는 용어들은 반드시 단일 실시예를 지칭하는 것이 아니며, 예시적인 실시예들의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 예시적인 실시예들이 용이하게 결합되고 상호교환될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 것이지, 제한하려고 의도되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "에서"는 "안에" 및 "위에"를 포함할 수 있고, 용어 "하나", "일" 및 "그"는 단수 및 복수의 참조들을 포함할 수 있다. 또한, 본원에 사용된 용어 "~에 의해"는 또한 문맥에 따라 "~로부터"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "~이면"은 또한 문맥에 따라 "~일 때" 또는 "~할 때"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 단어는 관련된 목록화된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 포괄할 수 있다.
홀로그램 시스템 고려사항:
라이트 필드 에너지 전파 해상도의 개요
라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이는 에너지 표면 위치들이 시인 체적 내에서 전파되는 각도, 색 및 강도 정보를 제공하는 복수의 투영들의 결과이다. 개시된 에너지 표면은, 부가적인 정보가 공존하고, 동일한 표면을 통해 전파되어 다른 감각계 반응들을 유도할 수 있는 기회들을 제공한다. 스테레오스코픽 디스플레이와는 달리, 공간에서의 수렴된 에너지 전파 경로들의 보이는 위치는 관찰자가 시인 체적 주위를 이동함에 따라 변하지 않으며, 임의의 수의 보는 사람들이 실제로 거기에 존재하는 것처럼 전파된 물체들을 실제 공간에서 동시에 볼 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지의 전파는 동일한 에너지 전파 경로에 위치될 수도 있지만 반대 방향에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 에너지 전파 경로를 따른 에너지 방출 및 에너지 포획은 양방 모두가 본 발명의 일부 실시예들에서 가능하다.
도 1은 감각 수용체 반응의 자극에 관련된 변수들을 나타내는 개략도이다. 이들 변수들은 표면 대각선(101), 표면 폭(102), 표면 높이(103), 결정된 타겟 시팅(seating) 거리(118), 디스플레이의 중심으로부터의 뷰의 시야(view field)의 타겟 시팅 필드(104), 눈 사이의 샘플들로서 여기에서 보여진 중간 샘플들의 수(105), 평균 성인의 안구 간격(106), 각분에서 인간의 눈의 평균 해상도(107), 타겟 관찰자 위치와 표면 폭 사이에 형성된 수평 시야(108), 타겟 관찰자 위치와 표면 높이 사이에 형성된 수직 시야(109), 표면에 걸친, 결과적인 수평 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(110), 표면에 걸친, 결과적인 수직 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(111), 눈 사이의 안구 간격과 눈 사이의 각도 투영을 위한 중간 샘플들의 수에 기초한 샘플 거리(112)를 포함할 수 있다. 각도 샘플링은 샘플 거리 및 타겟 시팅(seating) 거리(113), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소 당 전체 해상도 수평도(114), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소 당 전체 해상도 수직도(115)에 기초할 수 있다. 장치 수평도는 원하는 이산(discreet) 에너지 소스들의 결정된 수의 계수(count)이고(116), 장치 수직도는 원하는 이산 에너지 소스들의 결정된 수의 계수이다(117).
원하는 최소 해상도를 이해하는 방법은, 시각적(또는 다른) 감각 수용체 반응의 충분한 자극을 보장하기 위해 다음의 기준, 즉, 표면 크기(예컨대, 84" 대각선), 표면 종횡비(예컨대, 16:9), 시팅 거리(예컨대, 디스플레이로부터 128"), 시팅 시야(예컨대, 디스플레이의 센터를 중심으로 120도 또는 +/-60도), 일 거리에 있는 원하는 중간 샘플들(예컨대, 눈 사이에서의 하나의 부가적인 전파 경로), 성인의 평균 안구 간격(약 65mm), 그리고 인간의 눈의 평균 해상도(약 1각분)에 기초할 수 있다. 이러한 예시적인 값들은 특정 애플리케이션 설계 파라미터들에 따른 플레이스홀더(placeholders)로 간주되어야 한다.
또한, 시각 감각 수용체에 기인한 값들의 각각은 원하는 전파 경로 파라미터들을 결정하기 위해 다른 시스템들로 대체될 수 있다. 다른 에너지 전파의 실시예들에 대해서는, 청각계의 각도 민감도는 3도 정도로 낮을 수 있고, 손의 체성감각계의 공간 해상도는 2-12mm 정도로 작을 수 있음이 고려될 수 있다.
이러한 감각 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 가상의 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다. 설계 해상도를 고려하는 많은 방식들이 있으며, 아래 제안된 방법론은 실용적인 제품 고려사항을 감각계의 생물학적 분해 한계와 결합시킨다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다음의 개요는 임의의 그러한 시스템 설계의 단순화이며, 단지 예시의 목적을 위해 고려되어야 한다.
이해된 감각계의 해상도 한계로, 전체 에너지 도파관 요소 밀도는, 다음과 같은, 수신 감각계가 인접한 요소로부터 단일 에너지 도파관 요소를 식별할 수 없도록 계산될 수 있다:
Figure 112019014234064-pct00001
위의 계산들은 대략적으로 32Х18°의 시야를 초래하고, 이는 약 1920Х1080(가장 가까운 형식으로 반올림됨) 에너지 도파관 요소들이 요구되는 것을 초래한다. 또한, (u, v) 양방 모두가 에너지 위치들의 보다 규칙적인 공간 샘플링(예컨대, 픽셀 종횡비)을 제공하기 위해 시야가 일정하도록 변수들이 제약될 수 있다. 시스템의 각도 샘플링은, 다음과 같은, 최적화된 거리에 있는 두 지점들 사이에 정의된 타겟 시인 체적 위치와 부가적인 전파 에너지 경로들을 가정한다:
Figure 112019014234064-pct00002
이 경우, 주어진 거리만큼 적절한 샘플 수를 설명하기 위해 임의의 메트릭(metric)이 활용될 수 있지만, 안구간 거리는 샘플 거리를 계산하기 위해 활용된다. 위의 변수들을 고려할 때, 0.57° 당 약 1개의 광선이 요구될 수 있으며, 독립적인 감각계 당 전체 계의 해상도는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure 112019014234064-pct00003
시력 시스템에 대해 해결된 에너지 표면 및 각도 해상도의 크기를 고려한 상기의 시나리오를 이용하면, 결과적인 에너지 표면은 바람직하게는 약 400kХ225k 픽셀의 에너지 해상도 위치들, 또는 90기가픽셀의 홀로그램 전파 밀도를 포함할 수 있다. 제공된 이러한 변수들은 오직 예시의 목적으로 제공되며, 에너지의 홀로그램 전파의 최적화를 위해 많은 다른 감각 및 에너지 계측 고려사항이 고려되어야 한다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 바람직할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1,000기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 요구될 수 있다.
현재 기술 제한사항:
능동 영역, 소자 전자 장치, 패키징 및 기계적 엔벨로프
도 2는 소정의 기계적 폼 팩터를 갖는 능동 영역(220)을 갖는 디바이스(200)를 나타낸다. 장치(200)는 능동 영역(220)에 전력을 공급하고 인터페이스하기 위한 드라이버(230) 및 전자 장치(240)를 포함할 수 있으며, 능동 영역은 x 및 y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는다. 이 장치(200)는 컴포넌트를 구동, 전력 및 냉각시키기 위한 케이블류 및 기계적 구조들을 고려하지 않고, 플렉스(flex) 케이블을 장치(200)에 도입함으로써 기계적 풋프린트가 더 최소화될 수 있다. 이러한 장치(200)의 최소 풋프린트는 또한 M:x 및 M:y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는 기계적 엔벨로프(210)로 지칭될 수 있다. 이 장치(200)는 단지 설명의 목적일 뿐이고 주문형 전자 설계는 기계적 엔벨로프 오버헤드를 더 감소시킬 수 있지만, 거의 모든 경우에 장치의 능동 영역의 정확한 크기가 아닐 수 있다. 일 실시예에서, 이 장치(200)는 마이크로 OLED, DLP 칩 또는 LCD 패널에 대한 능동 이미지 영역(220), 또는 이미지 조명의 목적을 갖는 임의의 다른 기술에 관한 전자 장치의 의존성을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 다른 투영 기술들을 고려하여 다수의 이미지를 더 큰 전체 디스플레이에 집성(aggregate)하는 것이 또한 가능할 수 있다. 하지만, 이것은, 투사 거리, 최소 초점, 광학 품질, 균일한 필드 해상도, 색수차(chromatic aberration), 열 특성, 교정(calibration), 정렬, 부가적인 크기 또는 폼 팩터에 대한 더 큰 복잡성의 대가를 치를 수 있다. 대부분의 실제 애플리케이션들에 대해서는, 수 십 또는 수 백개의 이들 투영 소스(200)를 호스팅하는 것은 신뢰성이 떨어지면서 훨씬 더 큰 설계를 초래할 수 있다.
오직 예시적인 목적으로, 3840Х2160개의 사이트의 에너지 위치 밀도를 갖는 에너지 장치들을 가정하면, 다음과 같이 주어진, 에너지 표면에 대해 요구되는 개별 에너지 장치(예컨대, 장치(100))의 수를 결정할 수 있다:
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상기의 해상도 고려사항을 고려하면, 도 2에 나타낸 것과 유사한 약 105Х105 장치들이 요구된다. 많은 장치들이 정규 그리드에 맵핑될 수도 있고 맵핑되지 않을 수도 있는 다양한 픽셀 구조체들을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 각각의 전체 픽셀 내에 부가적인 서브픽셀 또는 위치가 존재하는 경우, 이들이 활용되어 부가적인 해상도 또는 각도 밀도를 생성할 수 있다. 픽셀 구조체(들)의 지정 위치에 따라 라이트 필드를 올바른 (u, v) 좌표로 변환하는 방법을 결정하기 위해 부가적인 신호 처리가 사용될 수 있으며, 알려지고 교정된 각 장치의 명시적인 특성이 될 수 있다. 또한, 다른 에너지 도메인들은 이들 비율들 및 장치 구조들의 상이한 취급을 수반할 수 있고, 당업자는 원하는 주파수 도메인의 각각 사이의 직접적인 본질적인 관계를 이해할 것이다. 이것은 이후의 개시에서 보다 상세히 설명되고 논의될 것이다.
결과적인 계산은 얼마나 많은 이러한 개별 장치들이 전체 해상도 에너지 표면을 생성하기를 원하는지를 이해하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 약 105Х105 또는 약 11,080개의 장치들이 시력 임계치를 달성하는 데 필요할 수 있다. 충분한 감각 홀로그램 전파를 위해 이러한 가용 에너지 위치들로부터 심리스 에너지 표면을 제작하는 과정 내에는 과제와 신규함이 존재한다.
심리스 에너지 표면들의 개요:
에너지 릴레이들의 어레이들의 구성 및 설계
일부 실시예들에서, 장치들에 대한 기계적 구조의 제한으로 인해 심을 갖지 않는 개별 장치들의 어레이로부터 고 에너지 위치 밀도를 생성하는 과제를 해결하기 위한 접근법들이 개시된다. 일 실시예에서, 에너지 전파 릴레이 시스템은 능동 소자 영역의 유효 크기를 증가시켜 기계적 치수들을 충족시키거나 초과하여 릴레이들의 어레이를 구성하고 고유 심리스 에너지 표면을 형성할 수 있다.
도 3은 이러한 에너지 릴레이 시스템(300)의 일 실시예를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 릴레이 시스템(300)은 기계적 엔벨로프(320)에 장착된 장치(310)를 포함할 수 있으며, 에너지 릴레이 요소(330)는 장치(310)로부터 에너지를 전파한다. 릴레이 요소(330)는 장치의 다수의 기계적 엔벨로프(320)가 다수의 장치(310)의 어레이 내에 배치될 때 생성될 수 있는 임의의 갭(340)을 완화시키는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 디바이스의 능동 영역(310)이 20mmХ10mm이고 기계적 엔벨로프(32)가 40mmХ20mm라면, 에너지 릴레이 요소(330)는 축소형 단부(화살표 A) 상에서 약 20mmХ10mm이고 확대형 단부(화살표 B) 상에서 40mmХ20mm인 테이퍼 형상을 생성하도록 2:1의 배율로 설계될 수 있으며, 각각의 장치(310)의 기계적 엔벨로프(320)를 변경하거나 이와 충돌시키지 않으면서 이들 요소(330)의 어레이를 함께 심리스로(seamlessly) 정렬하는 능력을 제공한다. 기계적으로, 릴레이 요소들(330)은 장치들(310) 사이의 최소 심 갭(seam gap)(340)을 보장하면서 정렬 및 연마하기 위해 함께 접합되거나 융합될 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 눈의 시력 한계보다 작은 심 갭(340)을 달성하는 것이 가능하다.
도 4는 함께 형성되고 부가적인 기계적 구조(430)에 견고하게 고정된 에너지 릴레이 요소들(410)을 갖는 베이스 구조체(400)의 일례를 나타낸다. 심리스 에너지 표면(420)의 기계적 구조는 릴레이 요소들(410, 450)을 장착하기 위해 접합 또는 다른 기계적 공정을 통해 동일한 베이스 구조체에 직렬로 다수의 에너지 릴레이 요소들(410, 450)을 커플링하는 능력을 제공한다. 일부 실시예들에서, 각각의 릴레이 요소(410)는 융합, 결합, 접착, 압력 맞춤, 정렬 또는 그렇지 않은 방식으로 함께 부착되어 결과적인 심리스 에너지 표면(420)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(480)는 릴레이 요소(410)의 후방에 장착될 수 있고, 결정된 공차(tolerance) 내에서 적절한 에너지 위치 정렬이 유지되는 것을 보장하기 위해 수동적으로 또는 능동적으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 하나 이상의 에너지 위치들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 제 1 및 제 2 면을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 위치들과 심리스 디스플레이 표면 사이에서 연장되는 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키는 고유 심리스 디스플레이 표면을 형성하도록 배치되며, 여기서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 디스플레이 표면의 폭보다 큰 거리를 두고 20/40 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면들의 각각은 횡 배향 및 종 배향(longitudinal orientation)을 갖는 제 1 및 제 2 표면을 형성하는 하나 이상의 구조체들을 각각 갖는 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함한다. 제 1 릴레이 표면은 포지티브 또는 네거티브 확대를 초래하는 제 2 릴레이 표면과는 상이한 영역을 가지며, 제 2 릴레이 표면을 통해 에너지를 통과시키는 제 1 및 제 2 표면 양방 모두에 대해 명시적인 표면 윤곽들로 구성되어 제 2 릴레이 표면 전체에 걸친 표면 윤곽의 법선에 대해 +/-10도의 각도를 실질적으로 채운다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트(coherent) 요소들로서 제공된다.
컴포넌트 엔지니어드 구조체들에 대한 소개:
횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들에서의 개시된 진전들
에너지 릴레이들의 특성들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하는 에너지 릴레이 요소들에 대해 본원에 개시된 원리들에 따라 상당히 최적화될 수 있다. 횡방향 앤더슨 편재는 횡방향으로 무질서하지만 종방향으로 일정한 재료를 통해 전송되는 광선의 전파이다.
이것은 앤더슨 편재 현상을 유도하는 재료들의 효과는 다중 산란 경로들 사이의 무작위화에 의한 것보다 전체 내부 반사에 의한 영향이 더 적을 수 있으며, 여기서, 파 간섭은 종 배향으로 계속되면서 횡 배향(transverse orientation)으로의 전파를 완전히 제한할 수 있음을 의미한다.
중요한 부가적인 이점은 전통적인 다중-코어 광섬유 재료들의 클래딩(cladding)의 제거이다. 클래딩은 섬유들 사이의 에너지의 산란을 기능적으로 제거하는 것이지만, 동시에 에너지의 광선들에 대한 장벽으로서 작용하므로, 적어도 코어 대 클래드 비율(예컨대, 70:30의 코어 대 클래드 비율은 수신된 에너지 전송을 최대 70%로 전송할 것이다)에 의해 전송을 감소시키고, 부가적으로 전파된 에너지에서 강한 픽셀화 패터닝을 형성한다.
도 5a는 광섬유의 본질적인 특성으로 인해 픽실레이션(pixilation) 및 광섬유 노이즈가 나타날 수 있는 다중-코어 광섬유를 통해 이미지가 릴레이되는, 이러한 비-앤더슨 편재(non-Anderson Localization) 에너지 릴레이(500)의 예의 단면도를 나타낸다. 종래의 다중-모드 및 다중-코어 광섬유들을 이용하면, 중계된 이미지들이 코어들 사이의 혼선(cross-talk)이 변조 전달 함수를 감소시키고 번짐(blurring)을 증가시킬 코어들의 개별 어레이의 전체 내부 반사의 특성들로 인해, 중계된 이미지들이 본질적으로 픽셀화될 수 있다. 종래의 다중-코어 광섬유를 이용하여 생성된 결과 이미지는 도 3에 나타낸 것과 유사한 잔류 고정형 노이즈 섬유 패턴을 갖는 경향이 있다.
도 5b는 도 5a로부터의 고정형 섬유 패턴과 비교하여, 중계된 패턴이 더 큰 밀도의 결정립 구조들을 갖는 횡방향 앤더슨 편재의 특성들을 나타내는 재료들을 포함하는 에너지 릴레이를 통해 동일한 중계된 이미지(550)의 예를 나타낸다. 일 실시예에서, 무작위화된 미세(microscopic) 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함하는 릴레이들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하고 상업적으로 이용 가능한 다중 모드 유리 광섬유보다 더 높은 분해 가능 해상도의 전파를 이용하여 광을 보다 효율적으로 전송한다.
유사한 광학 등급의 유리 재료가 실시예 내에서 생성된 동일한 재료에 대한 비용보다 10 내지 100배 이상 비싸고 무게가 나가는, 비용 및 중량 양방 모두의 측면에서 횡방향 앤더슨 편재 재료 특성들에 상당한 이점이 존재하며, 여기서, 개시된 시스템들 및 방법들은 당업계에 공지된 다른 기술들에 비해 비용 및 품질 양방 모두를 개선할 수 있는 중요한 기회들을 시사하는 무작위화된 미세 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함한다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 릴레이 요소는 차원 격자로 배치된 3개의 직교 평면들의 각각에 복수의 적어도 2개의 상이한 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함할 수 있으며, 복수의 구조는 차원 격자 내의 횡방향 평면에서의 재료 파 전파 특성들의 무작위화된 분포들 그리고 차원 격자 내의 종방향 평면에서 재료 파 전파 특성들의 유사한 값들의 채널들을 형성하며, 여기서, 에너지 릴레이를 통해 전파되는 편재형 에너지 파들은 횡 배향에 비해 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 갖는다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트 또는 가요성 에너지 릴레이 요소들로서 구성된다.
4D 플렌옵틱 함수들에 대한 고려사항:
홀로그램 도파관 어레이들을 통한 에너지의 선택적 전파
전술한 바와 같이, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 라이트 필드 디스플레이 시스템은 일반적으로 에너지 소스(예컨대, 조명 소스) 및 상기의 설명에서 언급된 바와 같이 충분한 에너지 위치 밀도로 구성된 심리스 에너지 표면을 포함한다. 다수의 릴레이 요소들은 에너지를 에너지 장치들로부터 심리스 에너지 표면으로 릴레이하는 데 사용될 수 있다. 필요한 에너지 위치 밀도로 심리스 에너지 표면에 에너지가 전달되면, 에너지는 개시된 에너지 도파관 시스템을 통해 4D 플렌옵틱 함수에 따라 전파될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 4D 플렌옵틱 함수는 본 기술분야에 잘 알려져 있으며 본원에서는 더 이상 설명되지 않을 것이다.
에너지 도파관 시스템은, 4D 플렌옵틱 함수의 각도 컴포넌트를 나타내는, 통과하는 에너지 파들의 각도 방향을 변경하도록 구성된 구조를 갖는 4D 플렌옵틱 함수의 공간 좌표를 나타내는 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들을 통해 에너지를 선택적으로 전파하되, 전파된 에너지 파들은 4D 플렌옵틱 함수에 의해 지향된 복수의 전파 경로들에 따라 공간에서 수렴할 수 있다.
이제 4D 플렌옵틱 함수에 따른 4D 이미지 공간에서의 라이트 필드 에너지 표면의 예를 나타내는 도 6을 참조한다. 이 도면은 시인 체적 내의 다양한 위치들로부터 에너지의 광선들이 공간(630)에서 수렴하는 방법을 설명하는 관찰자(620)에 대한 에너지 표면(600)의 광선 트레이스(trace)들을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 각각의 도파관 요소(610)는 에너지 표면(600)을 통한 에너지 전파(640)를 기술하는 정보의 4차원을 정의한다. 2개의 공간 차원들(본원에서 x 및 y로 지칭 됨)은 이미지 공간에서 볼 수 있는 물리적인 복수의 에너지 위치들이고, 가상 공간에서 관찰되는 각도 성분들인 세타(theta) 및 파이(phi)(본원에서 u 및 v로 지칭됨)이며, 이것은 에너지 도파관 어레이를 통해 투영될 때 가상 공간에서 관찰된다. 일반적으로 그리고 4D 플렌옵틱 함수에 따라, 복수의 도파관(예컨대, 렌즈릿(lenslet)들)은, 본원에 기술된 홀로그램 또는 라이트 필드 시스템을 형성함에 있어서, x, y 차원로부터 가상 공간에서의 고유한 위치로 u, v 각도 컴포넌트에 의해 정의된 방향을 따라 에너지 위치를 지향시킬 수 있다.
하지만, 라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이 기술들에 대한 중요한 도전은 회절, 산란, 확산, 각도 방향, 교정, 포커스, 시준(collimation), 곡률, 균일성, 요소 혼선뿐만 아니라 감소된 유효 해상도 그리고 충분한 충실도로 정확하게 에너지를 수렴하는 것에 대한 불능에 기여하는 다수의 다른 파라미터들 중 임의의 것을 정확히 설명하지 않은 설계들로 인해 제어되지 않은 에너지의 전파로부터 발생한다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서, 홀로그램 디스플레이와 연관된 도전 과제들을 해결하기 위한 선택적 에너지 전파에 대한 접근법은 에너지 인코딩 요소들을 포함할 수 있고, 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의된 환경 내에 거의 시준된 에너지를 갖는 도파관 개구들을 실질적으로 채우는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들의 어레이는 규정된 4D 함수에 의해 정의된 고유한 방향들로 도파관 요소의 유효 개구를 연장통과하여, 단일 도파관 요소만을 통과하도록 각각의 에너지 위치의 전파를 제한하도록 배치된 하나 이상의 요소들에 의해 금지된 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들에 실질적으로 채우도록 구성된 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 에너지 전파 경로들을 정의할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 도파관들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들 및 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 수신 및 방출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들은, 벽, 테이블, 바닥, 천장, 실내 또는 기타 기하학적 구조 기반의 환경들을 포함하는 임의의 심리스 에너지 표면 배향을 위해 디지털 방식으로 인코딩된, 회절식, 굴절식, 반사식, 그린식(grin), 홀로그램, 프레넬(Fresnel) 등의 도파관 구성들을 활용하여, 비-전송 공극(void) 영역들을 포함하는 비선형 또는 비규칙적 에너지의 분포들을 전파하도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 도파관 요소는 임의의 표면 프로파일 및/또는 탁상 시인(tabletop viewing)을 제공하는 다양한 기하학적 구조들을 생성하도록 구성되어, 사용자가 360도 구성에서 에너지 표면 주위의 모든 곳에서 홀로그램 이미지를 볼 수 있게 한다.
일 실시예에서, 에너지 도파관 어레이 요소들은 반사 표면들일 수 있고, 요소들의 배치는 육각형, 정사각형, 불규칙형, 반정칙형(semi-regular), 만곡형, 비평면형, 구형, 원통형, 경사식(tilted) 규칙형, 경사식 불규칙형, 공간적 변화형 및/또는 다중 계층형일 수 있다.
심리스 에너지 표면 내의 임의의 컴포넌트에 대해서는, 도파관, 또는 릴레이 컴포넌트들은, 광섬유, 실리콘, 유리, 폴리머, 광학 릴레이들, 회절, 홀로그램, 굴절, 또는 반사 요소들, 광학면 판, 에너지 결합기들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 편광 요소들, 공간 광 변조기들, 능동 픽셀들, 액정 셀들, 투명 디스플레이들, 또는 앤더슨 편재 또는 전체 내부 반사를 나타내는 유사한 재료들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
홀로덱을 실현하는 것:
홀로그램 환경들 내에서 인간의 감각 수용체들을 자극하는 양방향 심리스 에너지 표면 시스템들의 집성
전체 룸(room)들을 포함하는 임의의 크기들, 형상들, 윤곽들 또는 폼 팩터들을 형성하는 다수의 심리스 에너지 표면들을 함께 타일링(tiling), 융합, 본딩, 부착 및/또는 스티칭(stitching)함으로써 심리스 에너지 표면 시스템들의 대규모 환경들을 구축하는 것이 가능하다. 각각의 에너지 표면 시스템은 양방향 홀로그램 에너지 전파, 방출, 반사 또는 감지를 위해 집합적으로 구성된 베이스 구조체, 에너지 표면, 릴레이들, 도파관, 장치들 및 전자 장치를 갖는 어셈블리를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 타일링된 심리스 에너지 시스템들의 환경은 주어진 환경에서 모든 표면들을 포함하는 설비들을 포함하는 큰 심리스 평면 또는 곡선 벽들을 형성하도록 집성되며, 심리스, 불연속의 평면, 패시트, 만곡형, 원통형, 구형, 기하 또는 비규칙적 기하학적 구조의 임의의 조합으로서 구성된다.
일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일(tile)들은 무대 또는 장소 기반의 홀로그램 엔터테인먼트를 위한 벽 크기의 시스템들을 형성한다. 일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일들은 동굴 기반의 홀로그램 설비들을 위해 천장과 바닥 양방 모두를 포함하는 4개 내지 6개의 벽들을 갖는 룸을 커버한다. 일 실시예에서, 곡면들의 집성된 타일들은 몰입형(immersive) 홀로그램 설비들을 위한 원통형의 심리스 환경을 생성한다. 일 실시예에서, 심리스 구형 표면들의 집성된 타일들은 몰입형 홀로덱 기반의 경험들을 위한 홀로그램 돔을 형성한다.
일 실시예에서, 심리스 만곡형 에너지 도파관들의 집성 타일들은 에너지 도파관 구조체 내의 에너지 인코딩 요소들의 경계를 따른 정확한 패턴을 따르는 기계적 에지들을 제공하여, 인접한 도파관 표면들의 인접한 타일링된 기계적 에지들을 결합, 정렬 또는 융합함으로써 모듈식 및 심리스 에너지 도파관 시스템을 초래한다.
집성된 타일링 환경의 다른 실시예에서, 에너지는 다수의 동시 에너지 도메인들에 대해 양방향으로 전파된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면은 라이트 필드 데이터가 도파관을 통해 조명원에 의해 투영되고 동시에 동일한 에너지 표면을 통해 수신될 수 있도록 설계된 도파관들을 갖는 동일한 에너지 표면으로부터 동시에 디스플레이 및 캡처하는 능력을 제공한다. 추가적인 실시예에서, 추가 깊이 감지 및 능동 스캐닝 기술들이 활용되어 정확한 세계 좌표계에서 에너지 전파와 관찰자 사이의 상호 작용을 허용할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면 및 도파관은 주파수들을 방출, 반사 또는 수렴하여 촉각 감각 또는 체적 햅틱 피드백을 유도하도록 동작 가능하다. 일부 실시예들에서, 양방향 에너지 전파 및 집성된 표면들의 임의의 조합이 가능하다.
일 실시예에서, 시스템은 적어도 2개의 에너지 장치를 심리스 에너지 표면의 동일한 부분에 페어링(pair)할 수 있도록 2개 이상의 경로 에너지 결합기들과 독립적으로 페어링된 하나 이상의 에너지 장치들을 이용하여 에너지 표면을 통한 에너지의 양방향 방출 및 감지가 가능한 에너지 도파관을 포함하거나, 또는 하나 이상의 에너지 장치들이 베이스 구조체에 또는 편축(off-axis)의 직접 또는 반사 투영 또는 감지를 위해 도파관의 FOV의 전방 및 외측에서의 위치에 고정된 부가적인 컴포넌트에 근접하여 에너지 표면 뒤에 고정되고, 또한 결과적인 에너지 표면은 도파관이 에너지를 수렴할 수 있게 하는 에너지의 양방향 전송, 에너지를 방출하는 제 1 장치 및 에너지를 감지하는 제 2 장치를 제공하며, 여기서, 정보는 전파된 에너지 패턴들, 깊이 추정, 근접도, 모션 추적, 이미지, 색상 또는 사운드 형성 또는 기타 에너지 주파수 분석 내에서 4D 플렌옵틱 눈 및 망막 추적 또는 간섭의 감지를 포함하는, 하지만 이에 한정되지는 않는, 컴퓨터 비전 관련 작업들을 수행하도록 처리된다. 추가적인 실시예에서, 추적된 위치들은 양방향 캡처된 데이터와 투영 정보 간의 간섭에 기초하여 에너지의 위치들을 능동적으로 계산 및 수정한다.
일부 실시예들에서, 초음파 센서, 가시적인 전자기 디스플레이 및 초음파 방출 장치를 포함하는 3개의 에너지 장치들의 복수의 조합들은, 각각의 장치의 에너지 도메인, 그리고 초음파 및 전자기 에너지 각각을 위해 구성된 2개의 엔지니어드 도파관 요소들에 특정한 엔지니어드 특성들을 포함하는 3개의 제 1 표면들의 각각과 함께 단일의 제 2 에너지 릴레이 표면에 결합된 에너지를 전파하는 3개의 제 1 릴레이 표면들의 각각에 대해 함께 구성되어, 별도의 에너지 도메인을 위해 구성된 다른 도파관 요소들에 의해 독립적으로 그리고 실질적으로 영향을 받지 않은 각각의 장치의 에너지를 지향 및 수렴하는 능력을 제공한다.
일부 실시예들에서, 시스템 아티팩트(artifact)들을 제거하고 인코딩/디코딩 기술들과 함께 사용하기 위해 결과적인 에너지 표면의 기하학적 맵핑을 생성하기 위한 효율적인 제조를 가능하게 하는 교정 절차뿐만 아니라 교정된 구성 파일들에 기초하여 데이터를 에너지 전파에 적절한 교정된 정보로 변환하기 위한 전용 통합 시스템이 개시된다.
일부 실시예들에서, 일련의 부가적인 에너지 도파관들 및 하나 이상의 에너지 장치들이 불투명한 홀로그램 픽셀들을 생성하기 위해 시스템에 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도파관의 직경보다 큰 공간 해상도 및/또는 각도 해상도를 제공하기 위해 또는 다른 초해상도(super-resolution) 목적을 위해 에너지 인코딩 요소들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 능동 시차 배리어들 또는 편광 기술들을 포함하는 부가적인 도파관 요소가 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 개시된 에너지 시스템은 또한 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR)과 같은 착용형 양방향 장치로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 에너지 시스템은 디스플레이되거나 수신된 에너지로 하여금 관찰자를 위한 공간에서 결정된 평면에 근접하게 포커싱되도록 하는 조정 광학 요소(들)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 어레이는 홀로그램 헤드 장착식 디스플레이에 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 관찰자가 에너지 시스템 및 실제 환경(예컨대, 투과형 홀로그램 디스플레이) 양방 모두를 볼 수 있게 하는 다수의 광학 경로들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 시스템은 다른 방법들에 더하여 근접 필드로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 데이터의 송신은 정보 및 메타데이터의 임의의 데이터세트를 수신하는 선택 가능하거나 가변적인 압축 비율들로 프로세스들을 인코딩하는 것; 상기 데이터세트를 분석하고, 더 희박한 데이터세트를 형성하는 재료 특성들, 벡터들, 표면 ID들, 새로운 픽셀 데이터를 수신 또는 할당하며, 수신된 데이터는 2차원, 스테레오스코픽, 멀티 뷰, 메타데이터, 라이트 필드, 홀로그램, 기하학적 구조, 벡터들 또는 벡터화된 메타데이터를 포함하고, 인코더/디코더는, 깊이 메타데이터를 갖거나 갖지 않은 깊이 추정 알고리즘들을 통해, 2D; 2D + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 스테레오스코픽, 스테레오스코픽 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 멀티 뷰; 멀티 뷰 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 홀로그램; 또는 라이트 필드 컨텐츠에 대한 이미지 처리를 포함하여 실시간 또는 오프라인에서의 데이터를 변환하는 능력을 제공할 수 있으며, 역 광선 추적 방법론은 특성화된 4D 플렌옵틱 함수를 통해 다양한 2D, 스테레오스코픽, 다중 뷰, 체적, 라이트 필드 또는 홀로그램 데이터로부터의 역 광선 추적에 의해 생성된 결과적인 변환 데이터를 실제 좌표들에 적절히 맵핑한다. 이들 실시예에서, 원하는 전체 데이터 전송은 원시 라이트 필드 데이터세트보다 다수의 자리수만큼 덜 전송된 정보일 수 있다.
홀로그램 시스템들의 초해상도를 위한 에너지 금지 인코딩 도파관들
홀로그램 및 플렌옵틱 4D 시스템들은 도파관 개구를 통과하는 전파 경로의 총 각도 분포와 에너지 지향 시스템의 시인 체적 사이의 부정합으로 인해 상당한 각도 아티팩트들을 겪게 될 것이다. 제어되지 않은 시스템에서, 에너지 도파관 요소들로부터의 경로들은 어레이 내의 유효 도파관 개구가 주어진 도파관 함수에 대한 이상적인 주 광선 각도만을 포함할 때 시스템의 각도 분포를 정의하는 사전결정된 에너지 위치들의 어레이 외부의 영역들로 전파할 수 있지만, 에너지들이 도파관 요소의 이상적인 주 광선 각도를 넘어서 축을 벗어나 계속 전파됨에 따라 실제로 그 시야로 제한될 수는 없다. 도파관 어레이에 대한 선택적인 에너지 전파에 대한 적절한 고려 없이, 인접한 도파관들에 할당된 에너지 위치들로부터의 에너지 전파 경로들은 에너지 지향 시스템 성능을 손상시킬 수 있다.
도 7은 에너지 도파관 요소(704) 및 도파관 요소(704)의 유효 각도 분포를 정의하기 위한 복수의 에너지 위치들(706)에 의해 지시되고, 또한 시인 체적 존(zone)(708)과 연관된 시야(702)를 갖는 실시예(700)를 나타낸다. 광선(712)을 따라 에너지 도파관 요소(704)를 관찰하는 관찰자(710)는 관찰자(710)에 적절한 에너지 정보를 지향시키지 않을 수 있는 에너지 위치(714)를 부정확하게 볼 것이다.
도 7로부터의 오프-축 관찰자를 수용하기 위한 전파 경로들의 보다 넓은 각도 분포를 해결하기 위해, 감소된 유효 도파관 요소가 탐구될 수 있다. 120도의 주 광선 각도 분포에 대해서는, 이것은 대략 효과적인 f/.6 개구를 초래할 것이다. f/1.4 미만은 에너지 도파관 요소의 설계에 따라 점점 더 까다롭게 된다. 도 8은 120도의 시야(806)를 달성하도록 설계된 유효 초점 길이(804)를 갖는 에너지 도파관 요소(802)를 갖는 시스템에 대한 도전적인 특성들을 설명하는 실시예(800)를 나타낸다.
도 8은 도파관 요소의 유효 개구를 통한 전파를 고려하지 않는 이상적인 도파관 에너지 전파 각도 분포를 나타낸다. 본원에 개시된 바와 같이, 오프-축 에너지 전파 경로들을 금지하기 위해 도파관 어레이들을 통한 에너지의 선택적 전파를 위한 에너지 인코딩 요소들이 임의의 에너지 지향 시스템 설계에 요구될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 에너지 전파 경로들의 일부를 따라 에너지의 전파를 제한하도록 위치될 수 있다. 또한, 에너지 인코딩 요소는 적어도 하나의 개구 수를 포함할 수 있으며, 배플(baffle) 구조체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소의 구조는 에너지 전파의 각도 정도를 제한하도록 구성될 수 있다.
에너지 인코딩 요소들의 추가적인 확장으로서, 에너지 인코딩 요소들을 이용하여, 요소의 금지 양태를 도파관 개구의 적어도 일부와 에너지 인코딩 요소 사이에서의 지정된 인코딩을 통해 에너지 인코딩 방법론으로 효과적으로 변환함으로써, 중첩된 공간, 시간 또는 시공간 에너지 위치들을 통해 동일한 확장된 시야를 유지하면서 유효 초점 길이를 모두 증가시키는 시공간 초해상도를 제공하는 시스템들을 포함한다. 에너지 지향 시스템 내에서 공간적, 시간적, 시공간적 또는 다른 방식으로 페어링(pair)하는 것은 집합적으로 에너지 인코딩 요소들로서 지칭될 것이고, 에너지 인코딩 요소들의 집합은 에너지 인코딩 시스템을 포함한다.
에너지 유지 결합기들 에너지 유지 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 통한 에너지 인코딩 장치들
각도 초해상도를 제공하는 에너지 인코딩 요소의 일 실시예에서 에너지 릴레이 장치들에 대한 새로운 접근법의 사용을 통해, 편광 또는 에너지 상태 유지 에너지 결합기들은, 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 에너지 결합기를 형성하는, 복수의 편광 유지 에너지 결합기들 또는 편광 유지 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함하는 시스템을 통해 개시된다. 이 시스템을 통해, 복수의 에너지 위치들을 직접적으로 또는 간접적으로 인코딩하고, 에너지 릴레이 경로를 통해 그리고 고유 심리스 에너지 표면을 통해 에너지 인코딩 상태를 유지하는 것이 가능하다. 일 실시예에서, 에너지 결합기를 따르는 복수의 인코딩 에너지 경로들이 가능하다. 다른 실시예에서, 4개의 인코딩된 에너지 경로들이 제공된다. 다른 실시예에서, 8개의 인코딩된 에너지 경로들이 제공된다.
에너지 인코딩 릴레이 장치의 일 실시예에서, 각 에너지 도파관 요소 또는 각 에너지 도파관 요소의 영역을 편광시키고 2이상의 중첩 에너지 위치 영역들을 전파시키되, 동시에, 표류(stray) 경로들의 전파를 실질적으로 금지하며, 여기서, 각각의 전파 경로는 단일 에너지 도파관 요소 또는 그 일부분으로 금지되는, 2-상태 편광 시스템(예컨대, 수평 및 수직, 또는 시계방향 및 반시계 방향)이 제공된다.
일 실시예에서, 에너지 장치는, 복수의 에너지 장치들과 에너지 결합 요소 상에 형성된 에너지 위치 표면 사이에서 에너지를 중계하도록 구성되는 에너지 결합 요소를 더 포함할 수 있으며, 복수의 에너지 위치들은 에너지 결합 요소의 에너지 위치 표면 상에 위치되며, 또한 상이한 에너지 장치들을 통해 전파되는 에너지가 에너지 위치 표면 상의 인터레이스된 에너지 위치들을 통해 중계된다. 일 실시예에서, 에너지 결합 요소는 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 복수의 에너지 구조체들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 결합 요소는 복수의 인코딩된 에너지 유지 광섬유들, 또는 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 에너지 릴레이 요소들을 형성하는 인코딩된 에너지 유지 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들에서의 에너지는 교류(alternating) 에너지 상태들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 교류 에너지 상태들은 상이한 편광 상태들일 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 결합기는 중계된 에너지 표면 상의 에너지 인코딩 요소를 포함한다.
에너지 결합기들, 편광된 복수의 에너지 위치들, 에너지 위치 표면을 통해 유지되는 편광 상태들, 그리고 편광 에너지 도파관 요소들은 모두 결합되어 2개의 완전한 이산 및 중첩 에너지 위치 영역들을 초래할 수 있다. 일 실시예에서, 편광 필름은 에너지 도파관 요소 기판에 도포되거나, 에너지 도파관 요소에 직접 내장되거나, 도파관 요소 함수들 및 편광 에너지 인코딩 시스템에 적절한 바와 같은 에너지 도파관 요소들의 어레이의 상부, 하부 또는 중심에 배치될 수 있다.
도 9는 이러한 접근법을 나타내는 에너지 결합 소자(900)의 일 실시예의 도면이다. 에너지 결합 요소(900)는 에너지 장치들(902 및 904)과 에너지 결합 요소(900) 상에 형성된 에너지 위치 표면(906) 사이에서 에너지를 중계하도록 구성된다. 복수의 에너지 위치들(908)은 에너지 위치 표면(906) 상에 위치되고, 에너지 결합 요소(900)를 통해 전파되는 에너지는 직교 편광 상태들(914, 916)을 갖는 에너지 위치 표면(906) 상의 인터레이스된 에너지 위치들(910, 912)을 통해 중계된다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 도파관 요소들의 어레이의 상기 제 2 면 상에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 복수의 에너지 위치들과 도파관 요소들의 어레이 사이의 제 1 면 상에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 고유 에너지 심리스 에너지 표면의 다수의 동시 에너지 위치 영역들을 보는 능력을 추가로 확장시키기 위해 능동 에너지 인코딩 요소들을 활용하는 것이 가능하다.
홀로그램 시스템들에서의 초해상도를 위한 수동 에너지 인코딩 시스템들
일 실시예에서, 에너지 장치는, 도파관 요소들의 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서, 도파관 요소들의 어레이는 제 1 면 및 제 2 면을 포함할 수 있고, 어레이의 제 1 면 상의 복수의 에너지 위치들을 통해 연장되는 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성될 수 있다. 에너지 장치는, 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 전파를 제한하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 더 포함할 수 있다.
도파관 요소들의 어레이의 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 에너지 위치들의 제 1 및 제 2 영역들을 정의할 수 있고, 제 1 및 제 2 영역들은 중첩 및 오프셋된다. 또한 에너지 인코딩 요소는 제 1 및 제 2 영역들 내의 각각의 에너지 위치를 통한 에너지 전파를 하나의 금지되지 않은 에너지 전파 경로로 실질적으로 제한할 수 있다. 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 에너지 필드의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 에너지 위치들을 통과하는 에너지는 2개의 상이한 에너지 상태들로 인코딩될 수 있고, 에너지 인코딩 요소는 복수의 제 1 영역들 및 복수의 제 2 영역들을 포함하는 에너지 인코딩 요소를 포함할 수 있고, 각각의 제 1 영역은 제 1 에너지 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고, 제 2 에너지 상태에서의 에너지 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되며, 각각의 제 2 영역은 제 2 에너지 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고, 제 1 에너지 상태에서의 에너지 전파를 실질적으로 금지하도록 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 에너지 편광 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상이한 에너지 상태들은 제 1 및 제 2 편광 상태들을 포함할 수 있고, 에너지 인코딩 요소는 에너지 편광 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 선형 편광자와 같은 에너지 편광자; 원형 편광자; 또는 에너지 변조 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 요소의 복수의 제 1 영역들 각각은 제 1 광축을 갖는 에너지 편광 요소를 포함할 수 있고, 에너지 인코딩 요소의 상기 복수의 제 2 영역들 각각은 제 2 광축을 갖는 에너지 편광 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 영역들 내의 에너지 위치들은 에너지 인코딩 상태들에 의해 인터레이스되거나 위빙(woven)될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 영역들 내의 에너지 위치들은 에너지 인코딩 상태들에 의해 그룹화되고 인터레이스되거나 위빙될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소의 복수의 제 1 영역들 및 복수의 제 2 영역들이 협력하여 각각의 도파관 요소에 대한 개구의 영역을 규정할 수 있다.
도 10은 에너지 장치(1000)의 일 실시예를 나타낸다. 에너지 장치(1000)는 도파관 요소들(1002)의 어레이를 포함하며, 도파관 요소들의 어레이는 제 1 면(1004) 및 제 2 면(1006)을 더 포함하고, 어레이(1002)의 제 1 면(1004) 상의 복수의 에너지 위치들(1010)을 통해 연장되는 복수의 에너지 전파 경로들(1008)을 따라 에너지를 지향시키도록 구성된다. 에너지 장치(1000)는, 복수의 에너지 전파 경로들(1008)을 따라 에너지의 전파를 제한하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소(1012)를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 도파관 요소들(1018, 1020)을 통한 금지되지 않은 전파 경로들(1014, 1016)은 에너지 위치들의 제 1 및 제 2 영역들(1022, 1024)을 정의하며, 제 1 및 제 2 영역들(1022, 1024)은 중첩되고 오프셋된다. 에너지 인코딩 요소(1012)는 제 1 및 제 2 영역들(1022, 1024) 내의 각각의 에너지 위치를 통한 에너지 전파를 하나의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1014 또는 1016) 중 하나로 실질적으로 제한할 수 있다. 제 1 및 제 2 도파관 요소들(1018, 1020)을 통한 금지되지 않은 전파 경로들(1014, 1016)은 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 에너지 필드의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 장치(1000)에서, 복수의 에너지 위치들(1010)은 제 1 수동 인코딩 상태(1026) 또는 제 2 수동 인코딩 상태(1028)로 수동적으로 인코딩되어, 제 1 및 제 2 영역들(1022, 1024) 내의 에너지 위치들은 에너지 인코딩 상태에 의해 인터레이스되거나 위빙된다. 에너지 인코딩 요소(1012)는 제 1 상태(1026)에서의 에너지가 통과할 수 있게 허용하고 제 2 상태(1028)에서의 에너지를 금지할 수 있게 허용하도록 구성된 제 1 영역(1030), 그리고 제 2 상태(1028)에서의 에너지가 통과할 수 있게 허용하고 제 1 상태(1026)에서의 에너지를 금지할 수 있게 허용하도록 구성된 제 2 영역(1032)을 포함하는 엔코딩을 포함한다. 에너지 인코딩 요소(1012)의 제 1 영역(1030)은 도파관 요소(1018)의 개구(1034)를 형성하고, 에너지 인코딩 요소(1012)의 제 2 영역(1032)은 도파관 요소(1020)의 개구(1036)를 형성한다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소의 복수의 제 1 영역들 및 복수의 제 2 영역들이 협력하여 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 개구들을 규정할 수 있다.
도 11은 에너지 장치(1100)의 일 실시예를 나타낸다. 에너지 장치(1100)에서, 에너지 인코딩 요소(1106)의 제 1 영역(1102) 및 제 2 영역(1104)은 도파관 요소(1112)의 제 1 개구 영역(1108) 및 제 2 개구 영역(1110)을 형성한다. 에너지 인코딩 요소(1106)의 제 3 영역(1114) 및 제 4 영역(1116)은 도파관 요소(1122)의 제 1 개구 영역(1118) 및 제 2 개구 영역(1120)을 형성한다.
홀로그램 시스템들에서의 초해상도를 위한 능동 및 하이브리드 에너지 인코딩 시스템들
도 10 내지 도 11은 능동 전자 장치를 이용하여 에너지 금지 방법론들의 인코딩을 규정하지 않을 수 있는 기법들을 제공한다. 이것은 수동 컴포넌트가 다수의 장치들의 집성과 충돌하는 기계적 엔벨로프를 나타내지 않을 경우 다수의 초해상도 시스템들을 함께 집성하는 능력을 제공하는 데 유리하다. 하지만, 그것은, 부가적으로, 시스템 내의 인코딩 상태들의 수로 나눈 각도 샘플링을 고려하여, 임의의 그러한 중첩의 인터레이스된 또는 위빙된 구성에서 잠재적인 공간 해상도의 절반을 효과적으로 제공한다. 추가적인 실시예에서, 잠재적으로 더 높은 공간 해상도들을 갖는 고유 심리스 에너지 표면의 다수의 동시 에너지 위치 영역들을 전파하는 능력들을 추가로 확장하기 위해 시간 인코딩 요소를 포함하는 능동 에너지 인코딩 시스템이 개시된다.
도파관 요소들의 어레이의 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 에너지 위치들의 제 1 및 제 2 영역들을 정의할 수 있고, 제 1 및 제 2 영역들은 중첩 및 오프셋된다. 제 1 시점에서, 에너지 인코딩 요소는 제 1 영역 내의 에너지 위치들을 통한 에너지 전파 경로들을 실질적으로 금지할 수 있으며, 에너지 인코딩 요소는 제 2 영역 내의 에너지 위치들을 통한 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 허용할 수 있다. 제 2 시점에서, 에너지 인코딩 요소는 제 2 영역 내의 에너지 위치들을 통한 에너지 전파 경로들을 실질적으로 금지할 수 있으며, 에너지 인코딩 요소는 제 1 영역 내의 에너지 위치들을 통한 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 허용할 수 있다. 일시적으로, 집성된 제 1 및 제 2 도파관 요소들을 통한 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 에너지 필드의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 적어도 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 스위칭하도록 구성되는 능동 에너지 인코딩 시스템을 포함할 수 있으며, 제 1 상태로 구동될 경우, 능동 인코딩 요소는 제 1 세트의 개구들을 형성하도록 구성되고, 제 2 상태로 구동될 경우, 능동 인코딩 요소는 제 2 세트의 개구들을 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 개구 세트들은 지정 에너지의 투과율 또는 흡수율에 대한 이진 값들을 갖는 능동 인코딩 요소들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 능동 인코딩 요소들은 투명 픽셀 어레이들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 능동 인코딩 요소들은 능동 시차 배리어(parallax barrier)들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 능동 시차 배리어들은 셔터들을 포함할 수 있다.
도 12a는 제 1 시점에서의 에너지 지향 장치(1200)의 일 실시예의 도면이고, 도 12b는 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치(1200)의 도면이다. 에너지 지향 장치(1200)는 제 1 및 제 2 영역들(1204, 1206)을 더 포함하는 능동 인코딩 요소들(1202)을 포함한다. 제 1 시점에, 영역(1204)은 도파관 요소(1214)를 통해 에너지 전파 경로들(1208)을 따라 에너지 위치들(1212)로부터의 에너지 전파를 금지하도록 구성되는 한편, 영역(1206)은 도파관 요소(1216)를 통해 에너지 전파 경로들(1210)을 따라 에너지 위치들(1212)로부터의 에너지 전파를 허용하도록 구성된다. 제 2 시점에, 영역(1204)은 도파관 요소(1214)를 통해 에너지 전파 경로들(1204)을 따라 에너지 위치들(1212)로부터의 에너지 전파를 허용하도록 구성되는 한편, 영역(1206)은 도파관 요소(1216)를 통해 에너지 전파 경로들(1208)을 따라 에너지 위치들(1212)로부터의 에너지 전파를 금지하도록 구성된다. 실시예(1200)에서, 능동 인코딩 요소(1202)인 인코딩 요소는 단지 하나뿐임에 유의해야 한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 에너지 편광 스위치, 에너지 대역통과 스위치, 또는 에너지 변조 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 에너지 편광 필터, 에너지 대역통과 스위치, 또는 에너지 도파관일 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 능동 에너지 요소들은 에너지를 상이한 에너지 상태들로 인코딩할 수 있고, 하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 에너지 상태들에 기초하여 에너지를 필터링할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 인접한 에너지 위치들의 그룹에서의 에너지를 상이한 에너지 상태들로 시간적으로 인코딩할 수 있다.
도 13a는 제 1 시점에서의 에너지 장치(1300)의 일 실시예의 도면이다. 에너지 장치(1300)는 에너지 인코딩 요소(1302)를 포함하되, 이것은 수동 에너지 인코딩 요소이고, 또한 이것은, 제 1 시점에, 능동 에너지 인코딩 요소(1318)와 결합하여, 제 1 영역(1306)에서의 에너지 위치들을 통해 에너지 전파 경로들(1304)을 실질적으로 금지하고, 제 2 영역(1310)에서의 에너지 위치들을 통해 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1308)을 허용하며, 제 1 및 제 2 영역들(1306, 1310)은 중첩 및 오프셋된다.
도 13b는 제 2 시점에서의 에너지 장치(1300)의 일 실시예의 도면이다. 제 2 시점에, 능동 에너지 인코딩 요소(1318)와 결합하여, 에너지 인코딩 요소(1302)는 제 2 영역(1310)에서의 에너지 위치들을 통해 에너지 전파 경로들(1308)을 실질적으로 금지하고, 제 1 영역(1306)에서의 에너지 위치들을 통해 실질적으로 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1304)을 허용한다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제 1 및 제 2 도파관 요소들(1312, 1314)을 통한 시간적으로 응집된 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1304 및 1308)이 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 에너지 필드의 일부를 형성한다. 에너지 장치(1300)는 에너지 위치들(1316)의 인접한 그룹에서의 에너지를 제 1 및 제 2 시점에서의 상이한 인코딩 상태들로 시간적으로 인코딩하도록 구성되는 능동 에너지 인코딩 요소(1318)를 더 포함한다.
구체적으로, 능동 에너지 인코딩 요소(1318)는 복수의 에너지 위치들(1316)에 걸쳐 단일 상태를 제공하며, 인코딩 영역들로 분할된 수동 에너지 인코딩 요소(1302)와 함께, 시스템 내의 각각의 도파관들을 통한 에너지 전파 경로들을 실질적으로 금지하고, 시간적 응집을 통해 에너지 전파 경로들의 해상도 및 각도 분포 양방 모두에 있어서 효과적으로 상당한 증가를 발생시킨다.
일 실시예에서, 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들에서의 에너지를 상이한 에너지 상태들로 시간적으로 인코딩할 수 있다.
도 14a는 제 1 시점에서의 에너지 지향 장치(1400)의 일 실시예의 도면이고, 도 14b는 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치(1400)의 도면이다. 에너지 장치(1400)는 제 1 및 제 2 시점에 교번으로 배치되는 제 1 및 제 2 인코딩 상태들(1406, 1408)로 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들(1404)에서 에너지를 시간적으로 인코딩하도록 구성된 능동 에너지 인코딩 요소(1402)를 포함한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 수동 에너지 요소들은 에너지를 상이한 에너지 상태들로 인코딩할 수 있고, 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 에너지 상태들에 기초하여 에너지를 선택적으로 지향시킬 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 에너지를 인터레이스된 에너지 위치들에서의 상이한 에너지 상태들로 인코딩할 수 있다.
도 15a는 제 1 시점에서의 에너지 지향 장치(1500)의 일 실시예의 도면이고, 도 15b는 제 2 시점에서의 에너지 지향 장치(1500)의 일 실시예의 도면이다. 에너지 장치(1500)는 에너지 위치들(1504)로부터의 에너지를 인터레이스된 제 1 및 제 2 인코딩된 상태(1506, 1508)로 인코딩하는 수동 에너지 인코딩 요소(1502)를 포함한다. 에너지 장치(1500)는 에너지의 인코딩된 상태에 기초하여 에너지 위치들(1504)로부터 에너지를 선택적으로 지향시키는 능동 에너지 인코딩 요소들(1510)의 어레이를 더 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 세트 및 제 2 세트의 개구들은 복수의 개구들이 각각의 도파관 요소에 대해 형성되도록 형성될 수 있으며, 에너지 인코딩 요소는 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 개구들을 통한 복수의 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 전파를 제한하도록 구성되는 스플릿 개구 에너지 인코딩 요소를 더 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 세트 및 제 2 세트의 개구들은 복수의 개구들 또는 개구 영역들이 각각의 도파관 요소에 대해 형성되도록 형성될 수 있으며, 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 개구들을 통해 에너지가 일시적으로 지향된다.
도 16a는 제 1 시점에서의 에너지 장치(1600)의 일 실시예의 도면이고, 도 16b는 제 2 시점에서의 에너지 장치(1600)의 일 실시예의 도면이다. 에너지 장치(1600)는 능동 에너지 인코딩 요소(1602), 그리고 제 1 능동 에너지 인코딩 요소로부터 오프셋되고, 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들을 인코딩하기 위한 제 3 수동 에너지 인코딩 요소(1616)를 더 포함하는 제 2 능동 에너지 인코딩 요소(1614)를 포함한다. 제 1 시점에, 에너지 인코딩 요소(1602 및 1614)는 제 1 영역(1604) 및 제 2 영역(1606)을 형성하여, 제 1 도파관 요소(1608)가 제 1 및 제 2 개구 영역들(1610, 1612)로 분할된다. 제 2 시점에, 영역들(1604 및 1606)이 스위칭되고, 그 결과, 개구 영역들(1610 및 1612)이 또한 스위칭된다. 한 쌍의 능동 에너지 인코딩 요소들(1602 및 1614)은 다른 인접한 개구 영역들을 통한 에너지 전파를 금지하는 실질적으로 채워진 개구 영역들을 제공하기 위해 수동 에너지 인코딩 요소들(1616)과 함께 제공된다.
도 17a는 제 1 시점에서의 에너지 장치(1700)의 일 실시예의 도면이고, 도 17b는 제 2 시점에서의 에너지 장치(1700)의 일 실시예의 도면이다. 에너지 장치(1700)는 수동 에너지 인코딩 요소(1702), 및 제 1 수동 에너지 인코딩 요소로부터 오프셋되고 제 1 영역(1704) 및 제 2 영역(1706)을 수동적으로 인코딩하는 제 2 수동 에너지 인코딩 요소(1714), 그리고 제 1 시점에, 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들 인코딩하여 제 1 도파관 요소(1708)가 제 1 및 제 2 개구 영역들(1710, 1712)로 분할되는 제 3 능동 에너지 인코딩 요소(1716)를 포함한다. 제 2 시점에, 능동 에너지 인코딩 요소(1716)는 인터레이스된 또는 위빙된 에너지 위치들의 인코딩을 스위칭하며, 에너지 위치들을 통한 개구 영역(1710, 1712) 에너지는 실질적으로 금지되지 않은 상태를 통해 전파할 수 있도록 스위칭한다. 한 쌍의 수동 에너지 인코딩 요소들(1702 및 1714)은 다른 인접한 개구 영역들을 통한 에너지 전파를 금지하는 실질적으로 채워진 개구 영역들을 제공하기 위해 능동 에너지 인코딩 요소들(1716)과 함께 제공된다.
도 18은 예시적인 능동 에너지 인코딩 요소(1800)의 상면도이며, 여기서, 도파관 어레이 및 능동 에너지 인코딩 시스템은 제 1 도파관 요소 개구(1802)가 9개의 영역들(1802A-I)로 세분화되고, 3x3 그리드를 형성하고, 9개의 영역들 각각이 인코딩되어 에너지 위치들(1804)로부터 에너지(1808)를 전파하도록 구성되며, 여기서, 9개의 영역들은 에너지(1808)가 각각의 순차적인 시점(1806)마다 상이한 영역(1802A-I)을 통해 전파할 수 있도록 9개의 순차적 시점들(1806)로 시간적으로 분할된다. 임의의 주어진 원하는 시스템 리프레시 레이트(refresh rate), 에너지 장치들, 에너지 지향 표면, 에너지 인코딩 요소들에 대해서는, 각각은 순차적으로 9개 영역들 각각으로 에너지를 지향시키기 위해 유효 리프레시 속도들의 9배로 동작할 것이며, 여기서, 다른 모든 도파관 요소들 및 능동 에너지 엔코딩 요소들은 임의의 예시된 시간 간격으로 전파되지 않은 에너지 위치들로부터의 에너지 경로들을 전파시키기 위해 유사한 패턴으로 조정되어 에너지 위치들 각각이 점증적으로 전파되도록 구성된다.
추가적인 실시예에서, 도파관 요소들은 x-축 및 y-축을 따라 상이한 각 전파 각도들을 나타내도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 각도 차이는 x-축으로 2배 더 크다. 추가적인 실시예에서, 각도 차이는 y-축으로 2배 더 크다. 추가적인 실시예에서, 각도 차이는 x-축으로 3배 더 크다. 추가적인 실시예에서, 각도 차이는 y-축으로 3배 더 크다.
추가적인 실시예에서, 에너지 인코딩 요소는 도파관 요소와 함께 구성되어, 에너지 인코딩 함수들은, x-축 및 y-축을 따르는 동일한 각도 분포, x-축을 따르는 더 큰 각도 분포, y-축을 따르는 더 큰 각도 분포, 또는 임의의 축을 중심으로 한 더 큰 각도 분포를 갖는, 능동 또는 수동 인코딩에 적용된다.
의심의 여지를 피하기 위해, 방정식들 및 시스템들의 요건들이 충족되는 한, 순차적인 샘플링의 임의의 값이 수행 및 달성될 수 있다.
추가적인 실시예는 능동 인코딩 요소를 에너지 도파관 요소들의 어레이 아래에 배치한다.
추가적인 실시예는 능동 인코딩 요소들을 에너지 도파관 요소들의 어레이 중심에 배치한다.
서브픽셀 초해상도를 위한 에너지 결합기들
일 실시예에서, 에너지 결합기들은, 에너지 도파관 요소로부터의 세그먼트들의 수에 의해 결정된 2이상의 에너지 장치들에 대한 능력을 허용하고 픽셀이 세그먼트들의 수로 나뉜 픽셀인 값만큼 오프셋되도록 픽셀 구조체들을 정렬할 수 있으며, 또는 에너지 장치들이 실질적으로 동일한 중첩된 가상 에너지 위치 구조체들을 생성하기 위해 단일 축 상에서만 적절한 비율만큼 오프셋된다. 본원에서의 논의는 픽셀들 및 픽셀 구조체들을 지칭할 수 있지만, 일부 실시예들에서 이러한 요소들은 에너지 장치에서의 에너지 입력 또는 출력 단위들을 지칭할 수 있음은 이해되는 것이다.
일 실시예에서, 에너지 시스템은 제 1 복수의 에너지 위치들을 갖는 제 1 에너지 장치 및 제 2 복수의 에너지 위치들을 갖는 제 2 에너지 장치를 포함하는 에너지 장치 서브시스템 및 에너지 장치 서브시스템과 에너지 결합 요소 상에 형성된 에너지 위치 표면 사이에서 에너지를 중계하도록 구성되는 에너지 결합 요소로서, 복수의 에너지 위치들은 에너지 결합 요소의 에너지 위치 표면 상에 위치되는, 상기 에너지 결합 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 에너지 장치들은 제 1 복수의 에너지 위치들의 배치 및 제 2 복수의 에너지 위치들의 배치를 중첩함으로써 에너지 위치 표면에서 제 3 복수의 에너지 위치들을 발생시키도록 상대적 배향으로 중첩될 수 있으며, 제 3 복수의 에너지 위치들의 수는 제 1 또는 제 2 에너지 위치들 중 어느 하나보다 작거나 그와 상이한 결과적 에너지 위치 크기들을 갖는 각각의 비경계 영역에 대해 결합된 제 1 및 제 2 복수개의 합보다 크다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들은 직사각형 영역들로 정의된 에너지 위치들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 복수의 에너지 위치들 양방 모두는 직사각형 영역들로 정의된 에너지 위치들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들은 정사각형 영역들로 정의된 에너지 위치들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들은 직사각형 영역들에 정의되는 에너지 위치들을 포함하며, 제 2 복수의 에너지 위치는 정사각형, 원형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 델타 구조, 규칙적 또는 비규칙적 영역들 중의 어느 것으로서 정의되는 에너지 위치들을 포함할 수 있다.
이 접근법을 이용하면, 예를 들어 2개의 세그먼트들을 취하여, 제 2 에너지 장치는 0.5 픽셀만큼 제 1 에너지 장치 기준 픽셀로부터 오프셋될 수 있다. 이러한 서브픽셀 시프트를 수행함으로써, 결과적인 서브픽셀 구조체를 통해 더 높은 유효 해상도를 생성하는 것이 가능하다.
대안적인 서브픽셀 구조체들이 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 직사각형 픽셀들이 오버레이(overlaid)되며 서브픽셀 오프셋을 수행하기보다는 하나의 에너지 장치가 다른 것에 대해 90도 회전되어 에너지 결합기의 제 2 표면에 장착되므로, 서브픽셀 정사각형의 규칙적인 그리드가 2개의 직교하는 직사각형 구조체들로부터 형성되고 2개의 장치들만을 단독으로 사용하는 것보다 전체적인 유효 해상도가 더 높아진다.
도 19a는 오버레이된 픽셀 구조체들의 접근법을 설명하는 에너지 결합기 시스템(1900)의 측면도이다. 에너지 결합기(1900)는 2개의 오프셋 에너지 장치들(1902, 1904)과 함께 사용된다. 에너지 결합기(1900)는 에너지 결합기 표면(1906) 상에 서브픽셀 구조체들을 형성하기 위해 오프셋 배향으로 서로 오버톱(overtop)된 에너지 장치들(1902, 1904)로부터의 에너지를 결합한다. 도 19b는 오버헤드 도면에서의 에너지 결합기 표면(1906)의 일부를 나타낸다. 에너지 장치들(1902)로부터의 픽셀 구조체들(1908)은 다수의 서브픽셀들(1912)을 형성하는 에너지 장치(1904)로부터의 픽셀 구조체들(1910)과 오버레이된다. 도 19c는 에너지 장치들(1902, 1904) 및 결과적인 에너지 결합기 표면(1906)의 다른 실시예의 평면도를 나타내며, 직각 배향으로 결합될 때 직사각형 픽셀 구조체들(1914)이 어떻게 정사각형 서브픽셀 구조체들(1916)을 발생시킬 수 있는지를 나타낸다. 정사각형 서브픽셀 구조체들(1916)은 2개의 에너지 장치들(1902, 1904)만을 단독으로 사용하는 것보다 더 높은 해상도로 에너지 결합기(1900)를 통해 집성될 때 픽셀 밀도에 있어서 3배 증가를 허용할 수 있다.
다른 실시예에서, 2개보다 많은 제 1 표면들을 갖는 에너지 결합기는 개시된 제 1 실시예를 벗어나는 유효 픽셀 밀도를 증가시키는 데 사용된다.
추가적인 실시예에서, 에너지 결합기는 수동 또는 능동 에너지 인코딩 시스템들과 함께 활용된다.
도 20은 입력 직사각형 픽셀 구조체(2002)가 하부 표면(2006)에서 애너모픽 에너지 릴레이 요소(2004)에 적용되는 애너모픽 에너지 릴레이 요소들을 활용함으로써 동일한 유효 픽셀 밀도 및 픽셀 종횡비의 변화를 달성하는 방법을 나타내는 추가적인 실시예를 예시하며, 여기서, 애너모픽 에너지 릴레이는 에너지 요소 표면의 직사각형 형태에 의해 예시된 바와 같이 3:1 애너모픽 스퀴즈(squeeze)를 제공하고, 직사각형 픽셀 구조체의 반대 배향으로 적용되어, 결과적으로, 에너지 릴레이 표면(2008)의 상부에서 관찰된 결과는, 이제, 원시 구조(2002)가 직사각형일 때 12개의 정사각형 픽셀들을 포함하게 된다.
추가적인 실시예에서, 에너지 결합기는 임의의 배율 및 임의의 픽셀 구조체를 포함한다.
추가적인 실시예에서, 에너지 결합기는 동일한 애너모픽 구성에서 활용된다.
추가적인 실시예에서, 에너지 결합기는 수동 또는 능동 에너지 인코딩 시스템들과 함께 활용된다.
본원에 개시된 원리들에 따라 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고 제한적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명(들)의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안되며, 오직 본 개시로부터 공표된 청구항들 및 그 등가물들에 따라 정의되어야 한다. 게다가, 전술한 장점들 및 특징들은 설명된 실시예들에서 제공되지만, 이러한 공표된 청구항들의 적용을 상기의 장점들의 일부 또는 전부를 달성하는 공정들 및 구조들로 제한해서는 안된다.
본 개시의 주요 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 실시예에서 채용될 수 있음은 이해될 것이다. 당업자는 일상적인 실험만을 사용하여 본원에 기재된 특정 절차들에 대한 다수의 등가물들을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 이러한 등가물들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주되고 청구항들에 의해 커버된다.
또한, 본원에서 섹션 표제들은 37 CFR 1.77에 따른 제안사항과의 일관성을 위해, 또는 그렇지 않으면 구조적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이 표제들은 이 개시로부터 공표할 수 있는 임의의 청구항들에 기술된 발명(들)을 제한하거나 특성을 부여하지 않는 것이다. 구체적으로, 예로서, 표제들이 "발명의 분야"를 지칭하고는 있지만, 그러한 주장들은 이 표제 하에서의 언어에 의해 제한되어서는 안되며, 소위 기술 분야를 설명하는 것이다. 또한, "발명의 배경" 섹션에서의 기술의 설명은 기술이 본 개시에서 임의의 발명(들)에 대한 선행 기술이라는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 "개요"는 공표된 청구항들에 명시된 발명(들)의 특성으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 본 개시에서의 "발명"에 대한 임의의 참조는 이 개시에서 오직 단일한 지점의 신규성만이 존재함을 논증하는 데 사용되어서는 안된다. 다수의 발명들은 본 개시로부터 공표된 다수의 청구항들의 한계들에 따라 명시될 수 있으며, 따라서 그러한 청구항들은 그에 의해 보호되는 발명(들) 및 그 등가물들을 정의한다. 모든 경우에, 그러한 청구항들의 범위는 본 개시에 비추어 그 자체의 장점들에 대해 고려되어야 하지만 본원에 명시된 표제들에 의해 제약되어서는 안된다.
"하나" 또는 "하나의"라는 용어의 사용은, 청구항들 및/또는 명세서에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 경우, "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 이상", "적어도 하나", 그리고 "하나 또는 하나 초과"의 의미와 일치한다. 본 개시는 단지 대안들 그리고 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 지지하기는 하지만, 청구항들에서 "또는"이라는 용어의 사용은 명시적으로 대안들만을 지칭하는 것으로 나타내거나 대안들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는 "및/또는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 출원의 전반에서, 용어 "약"은 값이 장치에 대한 오차의 고유한 변화를 포함하는 것을 나타내는 데 사용되며, 방법은 값, 또는 연구 주제들 사이에 존재하는 변동을 결정하기 위해 채용된다. 일반적으로, 전술한 논의에 종속되지만, "약"과 같은 근사의 단어에 의해 수정된 본원에서의 수치는 언급된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%만큼 변경될 수 있다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, "포함하는"(및 임의의 형태의 포함하는, 이를테면 "포함한다" 및 "포함하고"), "갖는"(및 임의의 형태의 갖는, 이를테면 "갖다" "가진다"), "포함시키는"(및 임의의 형태의 포함시키는, 이를테면 "포함시킨다" 및 "포함시키고"), 또는 "함유하는"(및 임의의 형태의 함유하는, 이를테면 "함유한다" 및 "함유하고")은 포괄적이거나 확장 가능(open-ended)하며, 부가적인 언급되지 않은 요소들이나 방법 단계들을 배제하지 않는다.
"그 시간에", "등가의", "도중에", "완료된" 등과 같은 비교, 측정 및 타이밍의 단어들은 "실질적으로 그 시간에", "실질적으로 등가의", "실질적으로 도중에", "실질적으로 완료된" 등을 의미하며, 여기서, "실질적으로"는 이러한 비교, 측정 및 타이밍이 묵시적으로 또는 명시적으로 언급된 원하는 결과를 달성하기 위해 실행 가능하다는 것을 의미한다. "근처의", "근접한" 및 "인접한"과 같은 요소들의 상대적 위치와 관련된 단어들은 각각의 시스템 요소 상호 작용에 물리적인 영향을 미치기에 충분히 가깝다는 것을 의미하는 것이다. 근사의 다른 단어들은, 유사하게는, 그렇게 수정될 때 반드시 절대적이거나 완전하지는 않지만, 당업자에게 충분히 가깝다고 생각되는 것으로 이해되는 조건을 지칭하여, 그 조건을 존재하는 것으로 간주하는 것을 보증한다. 설명이 변경될 수 있는 정도는 변경이 얼마나 크게 도입될 수 있는지에 달려 있으며, 여전히 당업자는 수정되지 않은 특징의 요구되는 특성들 및 능력들을 여전히 가지면서 수정된 특징을 인식한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "또는 그의 조합"은 용어 앞에 기재된 나열된 항목들의 모든 순열 및 조합을 지칭한다. 예를 들어, A, B, C 또는 이들의 조합은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하도록 의도되며, 특정 문맥에서 순서가 중요하다면 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB를 포함하도록 의도된다. 이 예를 계속하면 BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어를 반복하여 포함하는 조합이 명시적으로 포함된다. 당업자는 통상적으로 문맥으로부터 명백하지 않는 한 임의의 조합으로 항목들 또는 용어들의 수에 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
본원에 개시되고 청구된 모든 구성들 및/또는 방법들은 본 개시에 비추어 과도한 실험없이 제조되고 실행될 수 있다. 본 개시의 구성들 및 방법들은 바람직한 실시예들의 관점에서 기재되었지만, 본 개시의 개념, 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한, 변형예들이 구성들 및/또는 방법들에 그리고 본원에 기재된 방법의 단계들에서 또는 단계들의 시퀀스에서 적용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체예들 및 변형예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 개시의 사상, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (36)

  1. 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 도파관 요소들의 어레이를 통해 제1 면 상의 복수의 광 위치들로부터 제2 면으로 뻗어있는 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성되는, 도파관 요소들의 어레이; 및
    복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 전파를 제어하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 포함하는, 에너지 장치로서,
    상기 도파관 요소들의 어레이 중 제1 도파관 요소의 제1 금지되지 않은 에너지 전파 경로 및 제1 도파관 요소에 인접한 제2 도파관 요소의 제2 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 각각 복수의 광 위치들 중 제1 영역 및 제2 영역을 정의하고,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 중첩 및 오프셋되며,
    상기 에너지 인코딩 요소는 제1 금지되지 않은 에너지 전파 경로의 제1 영역과 제2 금지되지 않은 에너지 전파 경로의 제2 영역의 각각의 광 위치에서의 에너지의 전파를 실질적으로 제어하고,
    제1 도파관 요소의 제1 금지되지 않은 에너지 전파 경로 및 제2 도파관 요소의 제2 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 각각 4D 플렌옵틱 함수(4D plenoptic function)에 의해 정의되는 체적 라이트 필드(light field)의 적어도 일부를 형성하며,
    상기 복수의 광 위치들을 통과하는 에너지는 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태로 인코딩되고, 제1 편광 상태와 제2 편광 상태는 2개의 상이한 에너지 상태들이며,
    상기 에너지 인코딩 요소는 에너지 요소를 포함하고, 상기 에너지 요소는 복수의 제1 영역들 및 복수의 제2 영역들을 포함하며,
    복수의 제1 영역들은 각각 제1 편광 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고 제2 편광 상태의 에너지의 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되고,
    복수의 제2 영역들은 각각 제2 편광 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고 제1 편광 상태의 에너지의 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되는, 에너지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 편광 상태 및 제2 편광 상태는 제1 에너지 인코딩 상태 및 제2 에너지 인코딩 상태를 포함하고,
    상기 에너지 인코딩 요소는 에너지 편광 요소를 포함하는 에너지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 인코딩 요소는,
    a) 선형 편광자;
    b) 원형 편광자; 및
    c) 에너지 편광 변조 장치로 구성된 그룹 중에서 선택되는 편광 요소를 포함하는 에너지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 요소의 상기 복수의 제1 영역들은 각각 제1 광축을 갖는 에너지 인코딩 요소를 포함하고, 상기 에너지 요소의 상기 복수의 제2 영역들은 각각 제2 광축을 갖는 에너지 인코딩 요소를 포함하는 에너지 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역 내의 복수의 광 위치들은 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태에 의해 인터레이스되거나 위빙되는 에너지 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역 내의 복수의 광 위치들은 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태에 의해 그룹화되어 인터레이스되거나 위빙되는 에너지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 요소의 상기 복수의 제1 영역들 및 상기 복수의 제2 영역들이 협력하여 각각의 도파관 요소에 대한 애퍼처(aperture)를 형성하는 에너지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 요소의 상기 복수의 제1 영역들 및 상기 복수의 제2 영역들이 협력하여 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 애퍼처들을 형성하는 에너지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 에너지 장치들과 에너지 결합 요소 상에 형성된 광 위치 표면 사이에서 에너지를 중계하도록 구성되는 상기 에너지 결합 요소를 더 포함하되, 상기 복수의 광 위치들은 상기 에너지 결합 요소의 광 위치 표면 상에 위치되며, 상이한 에너지 장치들을 통해 전파되는 에너지가 상기 광 위치 표면 상의 인터레이스되거나 위빙된 광 위치를 통해 중계되는 에너지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에너지 결합 요소는 횡방향 앤더슨 편재(Anderson localization)를 나타내는 요소를 포함하는 에너지 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    편광 상태들은 상기 에너지 결합 요소를 통해 유지되며, 상기 인터레이스되거나 위빙된 광 위치들은 교번하여 인코딩되는 편광 상태들을 유지하는 에너지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 교번하여 인코딩되는 편광 상태들은 직교 편광 상태들인 에너지 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 인코딩 요소는 상기 도파관 요소들의 어레이의 상기 제2 면 상에 위치되는 에너지 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 인코딩 요소는 상기 복수의 광 위치들과 상기 도파관 요소들의 어레이 사이의 상기 제1 면 상에 위치되는 에너지 장치.
  15. 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 도파관 요소들의 어레이를 통해 제1 면 상의 복수의 광 위치들로부터 제2 면으로 뻗어있는 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성되는, 도파관 요소들의 어레이; 및
    복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 전파를 제어하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 포함하는, 에너지 장치로서,
    상기 에너지 인코딩 요소는 복수의 광 위치들 상의 능동 에너지 인코딩 요소 및 도파관 요소들의 어레이 상의 수동 에너지 인코딩 요소를 포함하고,
    상기 도파관 요소들의 어레이 중 제1 도파관 요소의 제1 금지되지 않은 에너지 전파 경로 및 제1 도파관 요소에 인접한 제2 도파관 요소의 제2 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 각각 복수의 광 위치들 중 제1 영역 및 제2 영역을 정의하고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 중첩 및 오프셋되며,
    제1 시점에, 능동 에너지 인코딩 요소와 연합하여 수동 에너지 인코딩 요소는 제1 영역의 광 위치들을 통한 에너지 전파 경로를 실질적으로 금지하고 제2 영역의 광 위치들을 통한 에너지 전파 경로를 실질적으로 금지하지 않으며,
    제2 시점에, 능동 에너지 인코딩 요소와 연합하여 수동 에너지 인코딩 요소는 제2 영역의 광 위치들을 통한 에너지 전파 경로를 실질적으로 금지하고 제1 영역의 광 위치들을 통한 에너지 전파 경로를 실질적으로 금지하지 않으며,
    능동 에너지 인코딩 요소는 인접한 그룹의 광 위치들에서의 에너지를 제1 시점과 제2 시점에 서로 다른 편광 상태들로 인코딩하고,
    제1 도파관 요소 및 제2 도파관 요소의 시간적으로 응집된 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 라이트 필드의 적어도 일부를 형성하는, 에너지 장치.
  16. 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 도파관 요소들의 어레이를 통해 제1 면 상의 복수의 광 위치들로부터 제2 면으로 뻗어있는 복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키도록 구성되는, 도파관 요소들의 어레이; 및
    복수의 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 전파를 제어하도록 동작 가능한 에너지 인코딩 요소를 포함하는, 에너지 장치로서,
    상기 에너지 인코딩 요소는 능동 에너지 인코딩 요소 및 수동 에너지 인코딩 요소를 포함하고,
    상기 복수의 광 위치들을 통과하는 에너지는 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태로 인코딩되고, 제1 편광 상태와 제2 편광 상태는 2개의 상이한 에너지 상태들이며,
    제1 세트의 애퍼처들 및 제2 세트의 애퍼처들은 하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소와 협력하여 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소를 제어함으로써 형성되고,
    상기 제1 세트의 애퍼처들은 제1 편광 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고 제2 편광 상태의 에너지의 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되고, 상기 제2 세트의 애퍼처들은 제2 편광 상태의 에너지가 실질적으로 금지됨 없이 통과할 수 있게 하고 제1 편광 상태의 에너지의 전파를 실질적으로 금지하도록 구성되며,
    제1 시점과 제2 시점에, 제1 세트의 애퍼처들 및 제2 세트의 애퍼처들은 서로 스위칭되고,
    도파관 요소들의 어레이 중 제1 도파관 요소의 금지되지 않은 에너지 전파 경로 및 제1 도파관 요소에 인접한 제2 도파관 요소의 금지되지 않은 에너지 전파 경로는 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의되는 체적 라이트 필드의 적어도 일부를 형성하는, 에너지 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 에너지 인코딩 요소는 적어도 제1 편광 상태와 제2 편광 상태 사이에서 스위칭하도록 구성되는 능동 에너지 인코딩 요소를 포함하며,
    상기 제1 편광 상태로 구동될 경우, 상기 능동 에너지 인코딩 요소는 제1 세트의 애퍼처들을 형성하도록 구성되고, 상기 제2 편광 상태로 구동될 경우, 상기 능동 에너지 인코딩 요소는 제2 세트의 애퍼처들을 형성하도록 구성되는, 에너지 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 세트의 애퍼처들 및 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 능동 에너지 인코딩 요소들에 의해 형성되는 에너지 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 능동 에너지 인코딩 요소들은 능동 애퍼처 배리어들을 포함하는 에너지 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 능동 애퍼처 배리어들은 셔터(shutter)들을 포함하는 에너지 장치.
  21. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은,
    a) 에너지 편광 스위치;
    b) 에너지 대역통과 스위치; 및
    c) 에너지 변조 장치로 구성된 그룹 중에서 선택되는, 에너지 장치.
  22. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은,
    a) 에너지 편광 필터;
    b) 에너지 밴드패스 필터; 및
    c) 에너지 도파관으로 구성된 그룹 중에서 선택되는, 에너지 장치.
  23. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 서로 다른 편광 상태들로 에너지를 인코딩하고, 하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 서로 다른 편광 상태들에 기초하여 에너지를 인코딩하는, 에너지 장치.
  24. 제15항에 있어서,
    하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 인접한 그룹의 광 위치들에서의 에너지를 서로 다른 편광 상태들로 일시적으로 인코딩하는, 에너지 장치.
  25. 제16항에 있어서,
    하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 인터레이스되거나 위빙된 광 위치들에서의 에너지를 서로 다른 편광 상태들로 일시적으로 인코딩하는, 에너지 장치.
  26. 제16항에 있어서,
    하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 에너지를 서로 다른 편광 상태들로 인코딩하고, 하나 이상의 능동 에너지 인코딩 요소들은 서로 다른 편광 상태들에 기초하여 에너지를 선택적으로 지향시키는, 에너지 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    하나 이상의 수동 에너지 인코딩 요소들은 인터레이스되거나 위빙된 광 위치들에서 서로 다른 편광 상태들로 에너지를 인코딩하는, 에너지 장치.
  28. 제16항에 있어서,
    상기 제1 세트의 애퍼처들 및 상기 제2 세트의 애퍼처들은 복수의 애퍼처들이 각각의 도파관 요소에 대해 형성되도록 형성되며,
    상기 에너지 인코딩 요소는 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 애퍼처들을 통한 복수의 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 전파를 제어하도록 구성되는 스플릿 애퍼처 에너지 인코딩 요소를 더 포함하는, 에너지 장치.
  29. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 애퍼처들 및 상기 제2 세트의 애퍼처들은 복수의 애퍼처들이 각각의 도파관 요소에 대해 형성되도록 형성되며, 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 애퍼처들을 통해 에너지가 일시적으로 지향되는, 에너지 장치.
  30. 제16항에 있어서,
    상기 능동 에너지 인코딩 요소는 하나 이상의 추가의 편광 상태들로 스위칭하도록 구성되며, 하나 이상의 추가 편광 상태들로 구동될 경우, 상기 능동 에너지 인코딩 요소는 하나 이상의 추가 세트들의 애퍼처들을 형성하도록 구성되는, 에너지 장치.
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