KR102575669B1 - 프로젝션 - Google Patents

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KR102575669B1
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Abstract

디스플레이 평면 상에 이미지를 프로젝트 하도록 배열된 이미지 프로젝터가 개시된다. 이미지 프로젝터는 처리 엔진, 디스플레이 장치, 광학 요소 및 광원을 포함한다. 처리 엔진은 프로젝션을 위한 이미지의 홀로그램 및 제1광학 파워를 갖는 렌즈에 대응하는 렌즈 함수를 포함하는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 출력하도록 배열된다. 디스플레이 장치는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 디스플레이 하도록 배열된다. 광학 요소는 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이에 배치된다. 광학 요소는 제2광학 파워를 갖는다. 광원은 홀로그램 및 렌즈 함수에 따라 광을 공간적으로 변조하기 위해 디스플레이 장치에 비축(off-axis) 조명을 제공하도록 배열된다. 컴퓨터 생성 회절 패턴의 렌즈 함수와 광학 요소는 홀로그램의 홀로그램 변환을 집합적으로 수행하여 이미지의 재구성이 디스플레이 평면에 형성되도록 한다. 디스플레이 장치는 0보다 큰 제1각도만큼 광학 요소에 대해 기울어진다. 디스플레이 평면은 0보다 큰 제2각도만큼 광학 요소에 대해 기울어진다. 제2각도는 제1각도보다 작다.

Description

프로젝션{Projection}
본 개시는 프로젝터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 홀로그래픽 프로젝터 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템과 같은 이미지 프로젝터에 관한 것이다. 일부 실시 예는 홀로그래픽 재생 필드에서 이미지 스팟의 크기를 줄이는 방법에 관한 것이고, 일부 실시 예는 홀로그래픽 재생 필드에서 해상도를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시 예는 헤드 업 디스플레이에 관한 것이다.
객체에서 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 조명함으로써 구성될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램, "CGH"는 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬/푸리에 변환 홀로그램 또는 단순히 프레넬/푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인/평면 표현 또는 객체의 주파수 도메인/평면 표현으로 간주될 수 있다. CGH는 또한 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.
CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 배열된 공간 광 변조기 "SLM"상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
SLM은 통상 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM으로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM을 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
이미징을 위한 홀로그래픽 프로젝터는 기재된 기술을 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 헤드 업 디스플레이, "HUD", 차량 헤드 램프, 광 검출과 거리 측정, 예를 들어 "LiDAR"에 적용된다.
본 명세서는 개선된 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 개시한다.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
디스플레이 평면 상에 이미지를 프로젝트 하도록 구성된 이미지 프로젝터가 개시된다. 이미지 프로젝터는 처리 엔진, 디스플레이 장치, 광학 요소 및 광원을 포함한다. 처리 엔진은 컴퓨터 생성 회절 패턴을 출력하도록 구성된다. 컴퓨터 생성 회절 패턴은 프로젝션 용 이미지의 홀로그램과 제1광학 파워를 갖는 렌즈에 대응하는 렌즈 함수를 포함한다. 디스플레이 장치는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 디스플레이 하도록 구성된다. 광학 요소는 디스플레이 장치로부터 디스플레이 평면으로의 프로젝션 축 상에서 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이에 배치된다. 일부 실시 예에서, 광학 요소는 프로젝션 축에 수직으로 구성된다. 광학 요소는 제2광학 파워를 갖는다. 광원은 홀로그램 및 렌즈 함수에 따라 광을 공간적으로 변조하기 위해 디스플레이 장치의 축과 어긋난 비축(off-axis) 조명을 제공하도록 구성된다. 컴퓨터 생성 회절 패턴의 렌즈 함수와 광학 요소는 홀로그램의 (홀로그램) 변환을 집합적으로 수행하여 이미지의 재구성이 디스플레이 평면에 형성되도록 한다. 디스플레이 장치는 0보다 큰 제1각도만큼 광학 요소에 대해 기울어진다. 디스플레이 평면은 0보다 큰 제2각도만큼 광학 요소에 대해 기울어진다. 제2각도는 제1각도보다 작다. 의심의 여지를 없애기 위해, 제1광학 파워와 제2광학 파워는 모두 0보다 크다.
실시 예에서, 디스플레이 장치 및 디스플레이 평면은 프로젝션 축을 포함하는 동일한 평면에 대해 기울어진다. 예를 들어, 디스플레이 장치 및 디스플레이 평면은 프로젝션 축을 포함하는 수평 평면에 대해 기울어질 수 있다. 실시 예에서, 디스플레이 장치 및 디스플레이 평면은 광학 요소에 대해 동일한 방향 또는 치수로 기울어진다. 일부 실시 예에서, 광학 요소의 광학 축은 디스플레이 장치로부터 디스플레이 평면까지의 프로젝션 축과 동일 선상에 있다. 실시 예에서, 디스플레이 장치와 광학 요소 사이의 상대적인 기울기(즉, 제1각도)는 디스플레이 장치의 광 입사각과 동일하다. 실시 예에서, 디스플레이 평면과 광학 요소 사이의 상대적인 기울기(즉, 제2각도)는 디스플레이 장치의 광 입사각보다 작다.
프로젝션에서, 프로젝션 스크린(즉, 디스플레이 평면)의 방향을 조정하여 디스플레이 장치에서 나오는 광의 전파 축에 수직이 되도록 하는 것이 일반적이다. 이것은 일반적으로 최상의 이미지를 형성한다. 특히 이미지가 이미지 스팟이나 픽셀로 구성된 경우에 그렇다. 그러나, 홀로그래픽 프로젝션을 사용하는 경우, 홀로그래픽 프로세스에 의해 형성되는 이미지 스팟에 - 특히, 홀로그래픽 재생 필드의 가장자리에 놓이는 이미지 스팟 - 악영향이 있기 때문에, 이러한 형상이 최적에 못 미치는 홀로그래픽 재구성을 초래한다는 것을 본 발명자는 실제로 발견했다. 본 발명자는 디스플레이 장치의 비축 조명 및 홀로그램 변환(예컨대, 푸리에 또는 프레넬 변환)에 기여하는 광학 요소를 사용하는 홀로그래픽 프로젝션에 있어서, 디스플레이 장치에 대한 광의 입사각보다 작은 (그러나 0보다 큰) 각도만큼 디스플레이 장치에 대해 디스플레이 평면을 기울임으로써 재생 필드에서의 홀로그래픽 이미지 스팟의 크기가 축소될 수 있음을 개시한다. 디스플레이 장치에서 더 작은 이미지 스팟(즉, 이미지 픽셀)은 유리하다.
제1각도와 제2각도 사이의 차이(즉, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이의 상대적인 기울어짐)는 제1광학 파워와 제2광학 파워 사이의 비율에 의존(예를 들어, 반비례)할 수 있다. 제1각도와 제2각도 사이의 차이는 제1광학 파워와 제2광학 파워 사이의 비율의 함수일 수 있다. 제1각도와 제2각도 사이의 비율은 제1광학 파워와 제2광학 파워 사이의 비율의 함수 (예를 들어, 반비례)일 수 있다. 예를 들어, 제1광학 파워는 제2광학 파워와 동일할 수 있고 제2각도는 제1각도의 절반일 수 있다.
본 발명자는 디스플레이 장치의 비축 조명을 사용하고 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이에 광학 파워를 갖는 광학 요소가 없는 경우, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면의 상대적인 기울어짐이 0일 때 (즉, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면이 실질적으로 평행할 때) 이미지 스팟의 크기는 최소화되는 것을 예전에 발견했다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 본 발명자는 디스플레이 장치의 비축 조명을 사용하고 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이에 광학 파워를 갖는 요소가 있는 경우, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면의 상대적인 기울어짐이 있을 때 이미지 스팟의 크기가 최소화되는 것을 발견했다. 본 발명자는 제1광학 파워가 제2광학 파워와 실질적으로 동일한 경우, 제2각도가 제1각도의 절반일 때 이미지 스팟의 크기가 최소화된다는 것을 발견했다. 본 발명자는 또한 제2광학 파워가 제1광학 파워에 대해 증가함에 따라, 이미지 스팟 크기를 최소화하기 위해 제2각도가 감소될 수 있다는 것을 발견했다. 광학 요소의 제2광학 파워는 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이의 상대적인 기울어짐을 증가시키거나 혹은 반대로 광학 요소에 대한 디스플레이 평면의 상대적인 기울어짐을 감소시키기 위해 (즉, 제2각도를 줄이기 위해) 디스플레이 평면에 당김을 가하는 것처럼 보인다고 말할 수 있다. 따라서, 제2광학 파워가 제1광학 파워에 의해 제2광학 파워가 지배적일 때, 따라서, 제2광학 파워에 비해 제1광학 파워가 지배적일 때 (즉, 렌즈 함수의 광학 파워가 광학 요소의 광학 파워보다 상당히 큰 경우 - 또는 소프트웨어 렌즈가 "지배적"인 경우) 상대적인 기울어짐은 최소화된다고 할 수 있고, 제1광학 파워에 비해 제2광학 파워가 지배적일 때 (즉, 광학 요소의 광학 파워가 렌즈 함수의 광학 파워보다 상당히 큰 경우 - 또는 하드웨어 렌즈가 "지배적"인 경우) 상대적인 기울어짐은 최대화된다고 할 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위해, 제1광학 파워와 제2광학 파워가 0이 아닌 경우에 이러한 발견이 성립한다.
디스플레이 장치는 시준(collimated) 광으로 조명된다. 광학 분야의 숙련자는 "법선(normal) 입사"의 개념에 익숙할 것이다. 그러나, 본 개시는 소위 "비축 조명(off-axis illumination)"에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 홀로그램을 포함하는 회절 패턴을 디스플레이 하는 디스플레이 장치의 비축 조명에 관한 것이다. 여기서 "비축 조명"이라는 용어는 디스플레이 장치에서 광의 입사각이 0이 아니거나 0보다 큰 경우를 지칭하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로, 입사 지점에서의 입사광의 광선과 디스플레이 장치의 평면에 대한 법선 사이의 방위각은 0이 아니거나 0보다 크다. 따라서, 본 개시는 디스플레이 장치의 "비-법선 입사"에 관한 것이라고 말할 수 있다.
디스플레이 평면은 디스플레이 장치로부터 공간 변조된 광을 수신한다. 특히, 공간 변조된 광은 공간 광 변조기로부터의 "출력 경로"또는 "전파 경로"를 따른다. 전파 경로의 축은 여기에서 "출력 광축"또는 "전파 축"으로 정의된다. 전파 축은 디스플레이 장치에서 나오는 광의 일반적인 전파 방향을 정의하는, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이의 직선이다. 컴퓨터 생성 회절 패턴이 (당 업계에 잘 알려진 바와 같이 출력 광선의 방향을 변경할 수 있는) 격자 함수를 포함하지 않는 경우, 공간 변조된 광의 전파 축은 디스플레이 장치를 향해 디스플레이 장치 상의 광 입사각과 같은 각도에 있다. 디스플레이 장치 상의 광 입사각은 본 명세서에서 "조명 각도"라고도 지칭한다. 당업자라면 이해할 수 있은 바와 같이, 디스플레이 장치에 의해 회절 되지 않은 광은 디스플레이 장치 상의 광의 입사각과 동일한 각도로 출력된다. 따라서, 격자 함수가 없을 때, 이러한 비-회절 광은 공간 변조된 광의 전파 경로의 전파 축을 따르고, 0차 재생 필드에서 소위 "DC 스팟"을 형성한다. 공간 광 변조기에서 디스플레이 평면으로의 광의 전파 거리는 이 전파 축을 따라 측정된다.
일부 실시 예에서, 컴퓨터 생성 회절 패턴은 소프트웨어 렌즈 함수와 결합된 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시 예에서, 컴퓨터 생성 회절 패턴은 (i) 소프트웨어 렌즈 함수와 결합된 푸리에 홀로그램 또는 (ii) 프레넬 홀로그램이다. 물리적 렌즈(또는 광학 파워- 즉, 렌즈 효과 -를 가진 광학 요소)는 디스플레이 장치에서 디스플레이 평면으로의 전파 경로에 포함된다.
특히, 디스플레이 장치(즉, 광 변조 평면)에서 디스플레이 평면(즉, 이미지를 포함하는 평면)까지의 거리는 홀로그램과 결합된 렌즈 함수의 광학 파워 및 물리적(예컨대, 렌즈) 광학 요소의 광학 파워(즉, 초점 거리)에 의해 결정된다. 보다 구체적으로, 디스플레이 장치와 디스플레이 평면 사이의 수직 거리 또는 최단 직선 거리는 회절 패턴과 광학 요소에 의해 결정된다. 소프트웨어 렌즈 구성 요소(또는 수신된 광에 렌즈 효과를 제공하는 구성 요소)가 컴퓨터 생성 회절 패턴에 (여기에 설명된 렌즈/렌즈 함수와 같은 형태로) 내장(embed)되거나 포함되어 있으며, 그 렌즈 구성 요소가 디스플레이 장치로부터 디스플레이 평면까지의 거리에 부분적으로만 기여한다고 - 즉, 홀로그램 변환에 기여한다고 - 간주될 수 있다.
컴퓨터 생성 회절 패턴을 나타내는 광 변조 데이터가 디스플레이 장치에 제공된다. 광 변조 데이터는 데이터 값의 2D 어레이와 같은 데이터 값의 어레이를 포함한다. 디스플레이 장치- 예컨대, 공간 광 변조기 -는 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며 각각의 광 변조 데이터 값은 대응하는 픽셀에 할당될 수 있다. 즉, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 광 변조 데이터 값의 어레이의 각 광 변조 데이터 값에 대응하는 광 변조 레벨에서 동작할 수 있다. 데이터 값은 위상 지연 값 또는 진폭 감쇠 레벨 또는 둘 다일 수 있다.
푸리에의 경우, 홀로그램 변환(예컨대, 푸리에 변환)에 필요한 렌즈 함수는 푸리에 홀로그램 데이터에 추가된 렌즈 데이터를 사용하여 소프트웨어에서 부분적으로 제공된다. 디스플레이 장치(예컨대, 공간 광 변조기)에서 디스플레이 평면(예컨대, 수광면)까지의 소위 전파 거리는 렌즈 데이터에 의해 에뮬레이션 된 소프트웨어 렌즈의 포커싱(focusing) 파워에 의해 부분적으로 결정된다(완전히 결정되지 않는다). 전파 거리는 소프트웨어 렌즈의 초점 거리에 광학 요소의 초점 거리를 더한 것과 같을 수 있다. 전파 거리는 소위 푸리에 경로 길이이다. 이 방법은 푸리에 변환 홀로그램의 주파수-공간 변환을 수행하는 소프트웨어 및 하드웨어 렌즈를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치에서 디스플레이 평면까지의 거리는 두 렌즈의 초점 거리와 동일할 수 있다.
프레넬의 경우, 전파 거리는 홀로그램을 계산하는 데 사용되는 프레넬 변환의 조건(term)으로 부분적으로 정의된다. 이 조건은 홀로그램 평면에서 디스플레이 평면까지의 거리에 영향을 준다. 즉, 디스플레이 장치(예컨대, 공간 광 변조기)로부터 수광면이 위치해야 하는 초점 평면까지의 거리에 영향을 준다. 따라서, 공간 광 변조기에서 디스플레이 평면(예컨대, 수광면)까지의 거리는 프레넬 변환에 인코딩 된 전파 거리 z에 의해 부분적으로 결정되고, 광학 요소의 초점 거리에 의해 부분적으로 결정된다고 말할 수 있다.
광원으로부터 디스플레이 장치 상으로의 광의 입사각(즉, 조명 각도)은, 45도 미만 또는 30도 미만과 같은, 60도 미만일 수 있다. 단지 예로서 설명된 실시 예에서, 각도는 20도 또는 15도 이하이다. 이러한 경우, 보다 컴팩트 한 시스템이 제공된다. 실제로 각도는 더 큰 시스템 설계의 일부로 최적화될 수 있다.
일부 실시 예에서, 컴퓨터 생성 회절 패턴은 위상 지연 데이터 값의 어레이를 포함하는 광 변조 데이터이다. 푸리에의 경우, 렌즈에 해당하는 위상 지연 데이터를 쉽게 계산하여 홀로그램의 홀로그램 데이터와 결합할 수 있는데, 이는 계산 부하가 적은 래핑 가산(wrapped addition)을 통해 가능하다. 따라서, 위상 변조 방식이 유리할 수 있다.
실시 예에서, 디스플레이 평면은 수광 스크린을 포함하고 수광면은 확산될 수 있다. 예를 들어, 수광면은 디퓨저(diffuser) 일 수 있다. 수광면은 회전 또는 진동과 같이 이동될 수 있다. 따라서, 재생 필드에서는 키스톤(keystone) 효과나 이미지 늘어짐(stretching)이 관찰되지 않는다.
공간 광 변조기는 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정일 수 있고 공간 광 변조기는 가간섭성 광으로 조명된다. 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저일 수 있다.
실시 예에서, 최적화된 이미지 스팟은 제1광학 파워와 제2광학 파워 사이의 비율에 반비례하는 (또는 제2광학 파워와 제1광학 파워 사이의 비율에 비례하는) 제1각도와 제2각도 사이의 차이의 결과로 제공된다. 일 예에서, 제1광학 파워는 제2광학 파워와 같고, 제2각도는 제1각도의 절반이다.
광학 요소는 디스플레이 장치로부터 디스플레이 평면으로의 공간 변조된 광의 전파 축에 실질적으로 수직일 수 있다. 즉, 광학 요소의 광축은 이미지 프로젝터의 축과 일반적으로 평행하다(예컨대, 동일 선상에 있다). 실시 예에서, 이미지 프로젝터는 홀로그래픽 프로젝터이다.
다음을 포함하는 홀로그래픽 프로젝터가 개시된다. 홀로그램을 디스플레이 하도록 배열된 공간 광 변조기로서, 홀로그램은 이미지 구성 요소 및 제1광학 파워를 갖는 렌즈 구성 요소를 포함하는, 공간 광 변조기; 수광면; 제2광학 파워를 갖는, 공간 광 변조기에서 수광면까지의 광학/프로젝션 축 상의 물리적 렌즈; 및 홀로그램에 따라 공간 변조 광 및 공간 광 변조기에 어긋난 축 조명을 제공하도록 배열된 광원을 포함하되, 홀로그램의 렌즈 구성 요소 및 물리적 렌즈는 집합적으로 이미지 구성 요소의 홀로그램 변환(예컨대, 푸리에 또는 프레넬 변환)을 수행하여 홀로그램에 대응하는 홀로그래픽 재구성이 수광면 상에 형성되도록 하고, 물리적 렌즈는 공간 광 변조기에 대해 0보다 큰 주(primary) 각도로 기울어지고 수광면은 공간 광 변조기에 대해 0보다 큰 부(secondary) 각도로 기울어지며, 부 각도는 주 각도보다 작다.
비교 예에서, 홀로그래픽 프로젝터는 처리 엔진, 공간 광 변조기, 광원 및 수광면을 포함한다. 처리 엔진은 이미지 평면으로의 전파 거리를 정의(또는 통합(incorporating))하는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 출력한다. 공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 디스플레이 한다. 광원은 0보다 큰 입사각으로 공간 광 변조기를 조명한다. 수광면은 공간 광 변조기로부터 공간 변조 광을 수신한다. 수광면은 공간 광 변조기와 실질적으로 평행하다. 수광면은 공간 광 변조기와 컴퓨터 생성 회절 패턴에 의해 정의된 전파 거리만큼 분리된다. 홀로그래픽 재구성은 임의의 표면 상에 형성될 수 있기 때문에 수광면에 대해서 본 명세서에서는 광범위한 참조가 이루어진다.
"기울어진" 또는 "상대적 기울어짐"이라는 용어는 하나의 물체의 일반 평면이 다른 물체의 일반 평면과 평행하지 않다는 것을 반영하기 위해 사용된다. 간단히 말해서 두 물체는 평행하지 않다. 광학 분야의 당업자라면 렌즈, 액정 디스플레이 패널 및 스크린과 같은 광학 구성 요소가 실질적으로 평면이라는 것을 이해할 것이다. 당업자라면 또한 렌즈, 디스플레이 장치 또는 프로젝션 평면과 같은 광학 요소의 광학 축이 광학 요소 자체의 일반 평면에 실질적으로 수직이라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 제1요소와 제2요소 사이에 상대적인 경사가 있다면, 제1요소의 광축은 제2요소의 광축과 실질적으로 평행하지 않다고 말할 수 있다. 종래의 광학 시스템에서, 각 광학 요소의 광학 축이 시스템의 광학 축과 동일 선상에 있도록 각각의 광학 요소는 광학 시스템에 전반에 걸쳐 광의 광학 축에 수직인 평면에 배열될 수 있다. 그러나, 본 개시는, 디스플레이 장치의 어긋난 축 조명의 결과로, 하나 이상의 광학 요소의 평면이 광학 시스템 전반에 걸쳐 광의 광학 축에 수직으로 배열되는 종래의 평면에 대해 기울어진 광학 시스템에 관련된다. 하나 이상의 광학 요소의 평면이 시스템의 광학 축(예컨대, 프로젝션 축)에 대해 90도 미만의 각도로 배열되거나, 하나 이상의 광학 요소의 광학 축이 시스템의 광학 축에 대해 90도 미만의 각도로 배열된다고 말할 수 있다.
"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록을 지칭하는데 사용된다. "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"이란 용어는 홀로그램을 조명하여 형성되는 물체의 광학적 재구성을 지칭하는 용어이다. "재생 필드(replay field)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 형성되고 완전히 초점이 맞은 2D 영역을 지칭하는데 사용된다. 여기서 "재생 필드"라는 용어는 공간 광 변조기로부터 공간적으로 변조된 광을 수신할 수 있는 재생 평면의 서브-영역을 지칭하기 위해 사용된다. "이미지", "재생 이미지" 및 "이미지 영역(image region)"이라는 용어는 홀로그래픽 재구성에 비추어 조명되는 재생 필드 영역을 가리킨다. 일부 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 스팟(image spots)", 또는 단지 편의상 "이미지 픽셀"로 지칭될 수 있는 개별적인 스팟들(discrete spots)을 포함할 수 있다.
"인코딩(encoding)", "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 "디스플레이"하도록 구성될 수 있다. 따라서, SLM은 홀로그램을 "디스플레이"한다고 할 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 실시예에서, 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.
본 개시는 "초점 거리를 갖는 렌즈에 대응하는 렌즈 데이터"를 참조한다. 이러한 표현은 렌즈 데이터가 광학 경로의 물리적 렌즈와 같은 렌즈의 기능(즉, 포커싱 파워)을 에뮬레이트 하거나 제공한다는 것을 반영하는 데 사용된다. 렌즈 데이터는 소프트웨어 렌즈라고도 지칭된다. 본 개시에 따르면, 소프트웨어 렌즈는 물리적 렌즈와 같은 광학 파워를 갖는 광학 요소와 조합하여 사용된다.
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 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton) 타입 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘의 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 2c는 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘의 대안적인 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4a는 본 개시에 따른 기본적인 광학 구성(set-up)를 도시한다.
도 4b는 도 4a에 대응하는 개략도이다.
도 5는 복수의 필드 지점을 포함하는 재생 필드의 개략도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 재생 필드에서의 예시적인 이미지 스팟을 보여준다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 소프트웨어 및 하드웨어 렌즈의 서로 다른 상대적인 광학 파워에 대해 최적화된 이미지 스팟을 달성하기 위해 시스템의 광학 축을 따라 배열된 광학 구성 요소의 기울어짐의 예를 개략적으로 보여준다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.
구체 예의 상세한 설명
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 안 된다.
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.
이하의 설명에서, "수평" 및 "수직"과 같은 방향과 관련된 용어는 각각의 이해를 위해 도면에 도시된 광학 배열의 특징(feature)의 방향을 설명하기 위해 사용된다. 당업자라면 실질적인 배열에서 이러한 특징의 방향이 어플리케이션 요구 사항에 따라 달라질 수 있음을 이해할 것이다.
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 조광하도록 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 광 경로를 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.
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. 본 개시에 따르면, 푸리에 변환은 도 1에 도시된 물리적 렌즈에 의해 부분적으로 수행되고 홀로그램과 결합되거나 내장된 소위 소프트웨어 렌즈에 의해 부분적으로 수행된다.
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-색스d톤 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 실시예에서, 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 제2반복 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, 제2 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 제2 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.
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;
η은 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.
본 개시에 따르면, 공간 광 변조기 상에 인코딩 하기 위한 홀로그램을 포함하는 회절 패턴은 렌즈(즉, 렌즈 구성 요소)를 나타내는 데이터 뿐만 아니라 물체를 나타내는 데이터(즉, 홀로그램 구성 요소)를 포함한다. 도 1에 도시된 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 포함되지 않는다. 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 렌즈를 나타내는 홀로그래픽 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 홀로그래픽 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 굴절률과 공간적으로 가변적인 광로 길이로 인한 렌즈의 각 지점에서 발생하는 위상 지연을 계산함으로써 위상-한정 홀로그램 렌즈를 형성할 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중앙의 광학 경로 길이는 렌즈 가장자리의 광학 경로 길이보다 크다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트에 의해 형성될 수 있다. 또한, 물리적 푸리에 렌즈 없이도 푸리에 변환이 수행될 수 있도록, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터와 물체를 나타내는 홀로그래픽 데이터를 결합하는 방법이 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에 알려져 있다. 일부 실시 예에서, 렌즈 데이터(lensing data)는 단순 벡터 가산과 같은 단순 가산에 의해 홀로그래픽 데이터와 결합된다. 추가 실시 예에서, 공간 광 변조기 상의 인코딩을 위한 홀로그램을 포함하는 회절 패턴은 격자 데이터, 즉 빔 스티어링과 같은 격자의 기능을 수행하도록 배열된 데이터를 포함할 수 있다. 다시 말하지만, 컴퓨터 생성 홀로그래피 분야에서 이러한 홀로그램 데이터를 계산하고 이를 물체를 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합하는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 블레이즈 격자(blazed grating) 표면의 각 지점에 의해 발생하는 위상 지연을 모델링하여 위상 전용 홀로그래픽 격자를 형성할 수 있다. 진폭-한정 홀로그래픽 격자는 진폭-한정 홀로그램에 각도 조정을 제공하기 위해 물체를 나타내는 진폭-한정 홀로그램에 단순히 중첩될 수 있다. 간결함을 위해, 여기에 설명된 예는 격자 함수를 포함하지 않는 회절 패턴으로 인코딩 된 공간 광 변조기와 관련되며, 공간 변조된 광 출력의 전파 축은 공간 광 변조기에 의해 회절 되지 않은 출력 광의 축에 해당한다.
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 디스플레이 하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예는 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 프레넬 홀로그래피에도 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, 픽셀)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 픽셀을 제공한다. 픽셀은 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도(a few degrees) 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트 할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조명하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조명하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 픽셀을 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 픽셀은 밀집되어 있어 픽셀 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 픽셀이 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 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충전율은 픽셀(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 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 미러 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 프로젝션을 위한 주요 이점). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.
공간 광 변조기 및 수광면의 상대적 기울어짐
도 4a는 3개의 광 채널을 보여준다. 광 채널 각각은 광원, 공간 광 변조기 및 수광면으로 구성된다. 광 채널 각각은 하나의 색상으로 홀로그래픽 재구성을 제공한다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 채널과 같은 복수의 단색 채널을 사용하고 재생 평면에서 단색 재생 필드들을 중첩함으로써 복합 컬러 홀로그래픽 재구성이 제공될 수 있다. 채널 각각의 홀로그램은 해당 채널의 색상 콘텐츠에 맞게 조정된다. 도 4a는 단지 예시로서 3개의 광 채널을 보여준다. 3개의 채널은 실질적으로 평행하고 공통 공간 광 변조기를 공유할 수 있거나 - 예를 들어, 공통 공간 광 변조기의 픽셀의 서브 세트가 컬러 채널 각각에 할당될 수 있거나 - 또는 채널 각각이 자체 공간 광 변조기를 가질 수 있다. 3개의 대응하는 재생 필드는 재생 평면에서 일치할 수 있다. 본 개시의 교시는 하나의 광 채널 또는 임의의 수의 광 채널을 포함하는 홀로그래픽 프로젝터에 동일하게 적용될 수 있다. 간단하게 하기 위해, 다음에서 광 채널 중 단 하나의 구성 요소 만 참조한다.
도 4a는 실리콘 공간 광 변조기(403A) 상의 대응하는 액정을 조명하는 광원(401A)을 도시한다. 공간 광 변조기(403A)는 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 회절/광 변조 패턴을 디스플레이 한다. 광은 공간 광 변조기(403A)의 법선에 대해 0보다 큰 각도로 공간 광 변조기(403A)에 입사 된다. 공간 광 변조기(403A)는 평면형이고 반사형 이므로 공간 변조된 광은 공간 광 변조기(403A)의 법선과 동일한 각도로 출력된다. 공간 변조된 광은 수광면(405A)에 의해 수신된다.
도 4b는 본 개시에 따른 이미지 프로젝터의 개략도를 도시한다. 특히, 도 4b는 이미지 프로젝터의 전파 축을 따라 광의 방향을 보여주는 개략적인 광선 다이어그램이다. 광원(401B)은 공간 광 변조기(403B)의 법선에 대해 각도 θ로 공간 광 변조기(403B)를 조명한다. 공간 광 변조기(403A)는 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 회절/광 변조 패턴을 디스플레이 한다. 예시된 배열에서, 공간 광 변조기(403B)는 반사형이고, 회절/광 변조 패턴은 격자 함수를 포함하지 않는다. 따라서, 공간 변조된 광은 조명 각도와 그 법선에 대해 동일한 각도 θ의 축을 갖는 전파 경로를 따라 공간 광 변조기(403B)에 의해 반사된다. 투과형 공간 광 변조기의 경우 전파 축의 각도는 동일하다는 것을 알 수 있을 것이다. 수광면(405B)은 수광면(405B)의 법선에 대해 각도 θ로 공간 광 변조기(403B)로부터 공간 변조된 광을 수신한다. 특히, 렌즈(450)는 공간 광 변조기(403B)와 수광면(405B) 사이의 광 전파 경로 상에 배치된다. 일부 실시 예에서, 렌즈(450)는 도 4b에 도시된 바와 같이 전파 축에 실질적으로 수직이다. 렌즈의 광학 축은 전파 축과 실질적으로 동일 선상에 있을 수 있다. 렌즈(450)가 없는 비교 예(예를 들어, 도4a에 도시된 바와 같은)에서, 공간 광 변조기(403B) 및 수광면(405B)은 평행하다 - 즉, 공간 광 변조기(403B)에 의해 디스플레이 되는 회절/광 변조 패턴이 격자 함수를 포함하지 않으며, θ는 α와 같다. 일부 실시 예에서, θ은 20도이지만 θ은 임의의 0이 아닌 값을 가질 수 있다.
공간 광 변조기(403A/403B)의 픽셀 각각은 회절/광 변조 패턴을 집합적으로 형성하는 광 변조 데이터의 광 변조 레벨 각각을 디스플레이 한다. 광 변조 데이터는 프로젝션 용 이미지(즉, 홀로그램 성분)에 대응하는 홀로그램 데이터를 포함한다. 광 변조 데이터는 또한 광학 파워를 갖는 렌즈(즉, 렌즈 구성 요소)에 대응하는 렌즈 데이터를 포함한다. 렌즈에는 초점 거리가 있다. 홀로그래픽 재구성은 렌즈 데이터와 렌즈(450)의 포커싱 파워로 인해 수광면(405A/405B)의 평면에 형성된다. 전술한 바와 같이 홀로그램과 결합된 렌즈는 "소프트웨어 렌즈"라고 할 수 있으며 물리적 렌즈를 나타내는 수학적 함수이다. 소프트웨어 렌즈는 동일한 굴절력(dioptric)을 가진 물리적 광학 렌즈와 동일한 기능 - 즉 포커싱 파워 - 를 제공한다. 소프트웨어 렌즈는 대응하는 광학 부품의 형상에 대응하는 위상 지연 값의 어레이 일 수 있다. 렌즈(450)는 소프트웨어 렌즈와 구별하기 위해 본 명세서에서 "하드웨어 렌즈"로 지칭된다. 이미지의 홀로그래픽 재구성은 수광면(405A/405B) 상에 형성된다. 소프트웨어 및 하드웨어 렌즈는 홀로그램의 수학적 변환 - 예컨대, 푸리에 변환 - 을 집합적으로 수행한다. 푸리에 변환은 주파수-공간 변환이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 푸리에 변환 홀로그램을 사용하는 실시 예에서, 홀로그램은 프로젝션을 위한 이미지의 주파수 도메인 표현이고, 홀로그래픽 프로젝션은 이미지의 공간 도메인 표현이며, 렌즈는 홀로그램의 주파수-공간 변환을 수행한다고 말할 수 있다.
다시 말해서, 본 개시는 θ가 0이 아닌 (즉, 0보다 큰) 특정 경우에 관한 것이며, 본 발명자들은 이 특정 경우에, 공간 광 변조기 상에 입사되는 조명의 입사각보다 작은 각도로 공간 광 변조기에 대해 상대적으로 수광면을 기울임으로써 공간 광 변조기 상에 디스플레이 되는 홀로그램의 홀로그래픽 재구성 내의 이미지 스팟의 크기를 줄일 수 있음을 관찰하였다. 즉, 수광면과 공간 광 변조기 사이의 상대적 기울어짐 또는 상대적 각도는 0이 아니고 θ보다 작다. 즉, 비교 예와 달리 θ과 α의 차이는 수광면과 공간 광 변조기가 평행하지 않아 상대적인 기울기를 가지도록 0이 아니다. 이러한 발견을 검증하기 위해 광선 추적 소프트웨어가 사용되었다.
도 5는 홀로그래픽 재생 필드(501)의 개략도이며, 도 6을 더 잘 이해할 목적으로 제공된다. 도 5의 재생 필드(501)는 재생 필드의 지점인, FP1 내지 FP9로 라벨이 지정된, 9개의 소위 필드 지점을 보여준다. 광선 추적은 각 필드 지점 FP1 내지 FP9에서 이미지 스팟의 크기와 모양을 결정하는 데 사용되었다.
도 6은 도 5의 9개의 필드 지점(FP1 ~ FP9)에 해당하는 9개의 예시 이미지 스팟을 보여준다. 필드 지점에 해당하는 이미지 스팟은 왼쪽에서 오른쪽으로 오름차순으로 표시된다. 즉, FP1의 이미지 스팟은 맨 왼쪽에, FP9의 이미지 스팟은 맨 오른쪽에 표시된다.
도 6은 광선 추적으로 얻은 3 세트의 행 각각에 있는 3세트의 예제 이미지 스팟 세트를 보여준다. 이미지 스팟의 상단 세트(도 6a)는 파장 450 nm의 청색 광을 사용하여 형성되고, 이미지 스팟의 중간 세트(도 6b)는 파장 520 nm의 녹색 광을 사용하여 형성되며, 이미지 스팟의 하단 세트(도 6c)는 파장 650 nm의 적색 광을 사용하여 형성된다. 각 이미지 스팟에 대해 표시된 실선 원 또는 점은 해당하는 회절 한계이다.
의심의 여지를 없애기 위해, 홀로그래픽 재생 필드의 모든 이미지 스팟은 동일한 컴퓨터 생성 회절 패턴에서 동시에 형성된다. 예를 들어, 9개의 필드 지점(FP1 내지 FP9)에서 9개의 이미지 스팟이 동시에 형성된다. 이것은 각 이미지가 비트 단위로 형성되는 빔 스캐닝 시스템과는 대조된다.
비축 조명의 경우, 공간 광 변조기와 수광면이 디스플레이 장치 상에 입사되는 조명의 입사각 θ보다 작은 0이 아닌 각도로 서로에 대해 상대적으로 기울어지면 더 작은 이미지 스팟이 형성된다는 것이 광선 추적 및 도 6에 표시된 것과 같은 이미지 스팟에 대한 분석을 통해 밝혀졌다. 이러한 발견은 하드웨어 렌즈와 소프트웨어 렌즈가 모두 비축 조명 체계에서 홀로그램 변환에 사용될 때 성립한다. 소프트웨어 렌즈 만을 사용하는 경우 최적의 구성은 WO2019/243096에 개시되어 있으며, 이는 참조로 본 명세서에 포함된다. 이러한 발견에 대한 자세한 설명이 아래에 기술된다.
일부 실시 예에서, 수광면과 공간 광 변조기 사이의 상대 각도는 하드웨어 렌즈의 광학 파워와 소프트웨어 렌즈의 광학 파워의 상대 값에 의해 결정된다. 특히, 상대 각도는 소프트웨어 렌즈의 광학 파워 대비 하드웨어 렌즈의 광학 파워의 비율에 비례하거나, 또는 반대로 하드웨어 렌즈의 광학 파워 대비 소프트웨어 렌즈의 광학 파워의 비율에 반비례할 수 있다. 즉, 소프트웨어 렌즈의 광학 파워가 일정하게 유지되는 경우, 하드웨어 렌즈의 광학 파워가 증가하면 수광면과 공간 광 변조기 사이의 상대 각도가 증가하고, 하드웨어 렌즈의 광학 파워가 감소하면 수광면과 공간 광 변조기 사이의 상대 각도가 감소한다. 비교 예에서, 하드웨어 렌즈의 광학 파워는 0이므로 상대적 기울어짐은 0이어야한다. 다른 비교 예에서, 소프트웨어 렌즈의 광학 파워는 0이고, 수광면이 전파 축에 실질적으로 수직이 되도록 상대적 기울어짐은 공간 광 변조기의 입사각과 실질적으로 동일해야 한다. 그러나, 실시 예들에서, 소프트웨어 렌즈의 광학 파워는 0이 아니고 하드웨어 렌즈의 광학 파워도 0이 아니다. 일부 실시 예에서, 상대 각도는 입사각의 절반에 소프트웨어 렌즈와 하드웨어 렌즈의 광학 파워의 비율을 곱한 값과 같다. 실시 예에서, 상대적인 기울어짐/각도는 프로젝터의 프로젝션 축을 포함하는 평면 또는 그 방향과 관련한 수광면과 공간 광 변조기의 평면 각각의 기울어짐/각도의 차이이다.
상대적 기울어짐에 대한 물리적/프로젝션 렌즈의 효과
특정 이론에 얽매이지 않고, 광선 추적 소프트웨어를 사용한 결과는 켬퓨터 생성 회절 패턴에 의해 제공되는 렌즈 함수의 광학 파워 대비 공간 광 변조기와 수광면 사이의 광 전파 경로에 배치된 물리적 렌즈의 광학 파워가 이미지 스팟의 크기를 최적화기 위한 수광면의 최적 기울어짐에 영향을 준다는 것을 보여준다. 특히, 본 발명자들은 물리적 렌즈의 광학 파워가 증가함에 따라 수광면의 최적 (즉, 최적 크기의 이미지 스팟을 달성하기 위한) 기울어짐이 최대 기울기 θ - 공간 광 변조기(SLM)에 평행한 - 에서 멀어짐을 발견했다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명자들에 의해 관찰된 수광면(예를 들어, 디퓨저 또는 스크린)의 최적 기울어짐에 대한 물리적 렌즈의 광학 파워의 영향의 예를 개략적으로 도시한다. 각 예에서, 광학 시스템의 각 광학 구성 요소의 각도 또는 기울어짐은 광축(700)에 대해 도시되어 있으며, 이는 설명의 편의를 위해 도 4b의 배열로부터 "펼쳐진(unfolded)" 것이다. 각 예에서, 시스템의 광축(700)은 광원(701A-C)과 수광면(705A-C) 사이의 수평선으로 도시되어 있다. 광원(701A-C) 및 물리적 렌즈(750A-C)는 각각의 평면이 광축에 수직이 되도록 광축과 동일 선상에 배열된다. SLM(703A-C)의 평면은 여기에 설명된 조명 각도에 대응하는 광축(700)에 대해 각도 θ로 배열된다. 조명 각도 θ는 도 7a 내지 도 7c의 각 예에서 동일하다. 수광면(705A-C)의 평면은 광축(700)에 대해 각도 α로 배열되어, 여기에 설명된 바와 같이 그 위에 형성된 이미지 스팟의 크기를 최소화하기 위한 최적의 기울어짐에 대응된다. 수광면(705A-C) 평면의 기울어짐/각도 및 SLM(703A-C) 평면의 기울어짐/각도는 광축(700)을 포함하는 동일 평면에 대한 것이다. 예시된 예에서, 이 평면(광학 구성 요소들이 기울어지는 기준이 되는)은 광학 구성 요소 각각을 가로/수평으로 양분하는 (즉, 도 7a 내지 도 7c에서 종이 평면의 내부로 연장되는) 수평면이다. 수광면(705A-C) 평면의 기울어짐은 SLM(703A-C)의 평면의 기울어짐과 동일한 방향이다. 따라서, 각도 α와 θ는 동일한 부호를 갖는다. 특히, SLM(703A-C) 및 수광면(705A-C)은 수평 광축(700)에 대해 시계 방향으로 기울어진 것으로 도시되어 있다. SLM(703A-C)에 디스플레이 된 회절 패턴의 소프트웨어 렌즈에 대한 물리적 렌즈(750A-C)의 광학 파워의 차이로 인해 수광면(705A-C)의 최적 기울기 또는 각도 α는 도 7a 내지 도 7c의 예 각각에서 서로 다르다. 모든 예에서 소프트웨어 렌즈의 광학 파워와 하드웨어 렌즈의 광학 파워는 0이 아니다.
도 7a는 SLM(703A)에 디스플레이 된 회절 패턴의 소프트웨어 렌즈의 광학 파워가 물리적 렌즈(750A)의 광학 파워와 비교할 수 있는 경우의 제1예를 보여준다. 이 맥락에서, "비교할 수 있는"이라는 용어는 실질적으로 동일하거나 동일한 규모를 의미한다. 이 예에서, 수광면(705A) 평면의 최적 각도 α는 SLM(703) 평면의 각도 θ(즉, 최대 기울기 각도 α)와 수직/물리적 렌즈(750A)의 평면(즉, 기울어짐 0) 사이에 있다. 광학 파워(소프트웨어 광학 파워 대 하드웨어 광학 파워)의 비율이 1:1 또는 1 일 때, 수광면(705A)의 각도 α는 조명 각도 θ의 절반(즉, α=θ/2)이고 따라서 각도 θ와 α 사이의 차이 - SLM(703A)와 수광면(705A) 평면의 상대 각도 - 도 조명 각도 θ의 절반(즉, θ-α=θ/2)인 것을 알 수 있다.
도 7b는 SLM(703B) 상에 디스플레이 된 회절 패턴의 소프트웨어 렌즈의 광학 파워가 물리적 렌즈(750B)의 광학 파워보다 실질적으로 더 커서 소프트웨어 렌즈가 "지배적"이 될 때의 제2예를 도시한다. 예를 들어, 이러한 맥락에서, "실질적으로 더 크다"는 용어는 훨씬 더 큰 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 광학 파워(소프트웨어 광학 파워 대 하드웨어 광학 파워)의 비율은 10:1 또는 10 일 수 있다. 이 예에서, 수광면(705B) 평면의 최적 각도 α는 SLM(703B)의 평면의 각도 θ보다 약간만 작아서, 상대적인 기울어짐이 작다(즉, 평행한 SLM 및 디퓨저/스크린 쪽에 가까워진다). 이는 상대적인 기울어짐(즉, θ-α)이 광학 파워(소프트웨어 광학 파워 대 하드웨어 광학 파워)의 비율에 반비례하기 때문이며, 소프트웨어 렌즈가 지배적일수록 상대적인 기울어짐이 감소한다. 광 출력 (소프트웨어 광 출력 대 하드웨어 광 출력)의 비율에 반비례하여 소프트웨어 렌즈가 더 지배적일수록 상대적 기울어짐이 감소하기 때문이다.
도 7c는 물리적 렌즈(750C)의 광학 파워가 SLM(703C) 상에 디스플레이 된 회절 패턴의 소프트웨어 렌즈의 광학 파워보다 실질적으로 더 커서 하드웨어 렌즈가 "지배적"일 때의 제3예를 도시한다. 예를 들어, 다시 한번, "실질적으로 더 크다"라는 용어는 훨씬 더 큰 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 광학 파워(소프트웨어 광학 파워 대 하드웨어 광학 파워)의 비율은 1:10 또는 0.1 일 수 있다. 이 예에서, 수광면(705C) 평면의 최적 각도 α는 수직/물리적 렌즈(750A)의 평면보다 약간만 작기 때문에 상대적인 기울어짐이 크다(즉, θ보다 작지만 θ에 가까워진다). 이는 상대적인 기울어짐(즉, θ-α)이 광학 파워(소프트웨어 광학 파워 대 하드웨어 광학 파워)의 비율에 반비례하여 하드웨어 렌즈가 더 지배적일수록 상대적 기울어짐이 증가하기 때문이다.
예시
표 2 내지 표 7에 제시된 결과는 표 1에 제시된 경우에서 달성되었다. 공간 광 변조기는 격자 함수 없이 홀로그램과 소프트웨어 렌즈로 구성된 회절 패턴을 디스플레이 한다. 물리적/프로젝션 렌즈의 광축은 공간 광 변조기와 수광면 사이의 프로젝션 축과 동일 선상에 있다. 따라서, 물리적 렌즈의 평면은 프로젝션 축에 수직이다. 따라서, 공간 광 변조기의 평면은 프로젝션 렌즈의 평면에 대해 θ만큼 기울어지고 수광면 평면은 프로젝션 렌즈의 평면에 대해 α만큼 기울어진다. 표 1에 표시된 각도 θ 및 α는 공간 광 변조기 평면과 수광면 각각의 법선에 대한 각도이다. 상대 각도는 수광면 평면의 각도에 대한 공간 광 변조기 평면의 각도의 차이(도 단위)이며 θ와 α의 차이(즉, θ-α)에 해당한다. 이 예에서 수광면은 디퓨저이다.
다음 결과는 소프트웨어 렌즈의 광학 파워보다 10 배 이상의 광학 파워를 갖는 물리적 렌즈와 파장 650 nm의 적색광을 사용하여 얻은 것이다. 따라서, 도 7c와 관련하여 앞서 설명한 제3예처럼, 이 예에서 물리적 렌즈가 지배적이다(즉, 물리적 렌즈의 광학 파워는 소프트웨어 렌즈의 광학 파워보다 실질적으로 더 크다). 따라서, 최적화된 이미지 스팟을 달성하기 위한 SLM과 디퓨저 평면 사이의 상대적인 기울어짐은 상대적으로 커야 한다. 달리 말하면 디퓨저 평면의 각도 α는 상대적으로 작아야 한다.
필드 지점 FP3, FP5, FP7 및 FP9(도 5 참조)에서 형성된 이미지 스팟은 홀로그래픽 재생 필드의 가장자리에 형성되며, 위에서 설명한 바와 같이, 바람직하지 않게 그 크기가 증가할 소지가 가장 크다. 이러한 필드 지점에 대한 결과는 따라서 표 2 내지 표 7의 각 끝에 제공된다.
표 2 내지 표 7의 결과는 비축 조명의 경우 공간 광 변조기와 수광면이 평행하지 않고 서로에 대해 조명 각도 θ보다 작은 각도만큼 (즉, 상대 각도가 0보다 크지 만 θ보다 작음) 기울어지면 더 작은 이미지 스팟이 형성됨을 보여준다. 예에서, 기울어짐 방향 또는 부호를 무시하고 살펴보면, θ = 15도인 경우, 디퓨저 평면의 최적 각도 α = 1.57도이다. 이것은 표 2에 도시된 바와 같이 모든 필드 지점 FP1 내지 FP7에서 형성되는 이미지 스팟의 크기를 최소화한다. 여기에 설명된 바와 같이, 더 작은 이미지 스팟은 홀로그래픽 재생 필드에서 더 높은 해상도를 제공하기 때문에 바람직하다. 가장 큰 이미지 스팟으로 이어지는 최악의 결과는 디퓨저 평면이 SLM에 평행할 때, 즉, 표 5에 표시된 것처럼 α = -15도 일 때이다. 표 6 내지 표 7에 표시된 것처럼, 디퓨저 평면의 양의 방향으로의 기울어짐이 증가하는 경우(즉, SLM의 반대 방향으로 디퓨저가 기울어짐)에도 큰 이미지 스팟이 발생한다.
위의 예는 소프트웨어 렌즈의 광학 파워 대 하드웨어 렌즈의 광학 파워의 비율의 한 극단을 나타낸다는 점에 유의한다. 특히, 위의 예에서, 하드웨어 렌즈의 광학 파워가 지배적이며(즉, 소프트웨어 렌즈의 광학 파워보다 실질적으로 더 크다) 디퓨저 평면의 최적 기울어짐 α는 최소이지만 디스플레이 장치의 기울어짐 θ보다 작다. 따라서, SLM 평면과 디퓨저 평면의 상대적인 기울어짐은 최대이지만 디스플레이 장치의 기울어짐 각도 θ보다 작다(즉, 상대 기울기는 15도의 SLM 기울어짐 보다 작다). 이것은 도 7c에 표시된 제3예와 부합한다. 다른 극단은 물리적 렌즈가 없는 (즉, 하드웨어 렌즈의 광학 파워가 0인) WO2019/243096의 예와 유사하다. 이 경우, 하드웨어 렌즈의 광학 파워가 0보다 크지만 소프트웨어 렌즈의 광학 파워가 지배적인 경우, 디퓨저 평면의 최적 기울어짐 α는 최대이지만 디스플레이 장치의 기울어짐 각도 θ보다 작다. 따라서, SLM 평면과 디퓨저 평면의 상대적인 기울어짐은 최소이지만 0보다 크다(즉, SLM 및 디퓨저 평면이 거의 평행하다). 이것은 도 7b에 표시된 제2예와 부합한다. 물리적 렌즈(즉, 하드웨어 렌즈)와 소프트웨어 렌즈의 광학 파워가 같은 경우, 최적의 이미지 스팟 크기를 얻기 위한 디퓨저의 상대적인 기울어짐은 이들 극단 사이에 있다. 예를 들어, LCOS가 15도(즉, θ = 15도)로 기울어진 경우, 디퓨저 평면의 최적 기울어짐은 각도 α = 7.5 도이다. 즉, 상대적인 기울어짐은 7.5 도이다.
추가 기능
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, 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저이다. 일부 실시예에서, 수광면은 디퓨저 표면 또는 디퓨저와 같은 스크린이다. 본 개시의 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 개선된 헤드 업 디스플레이(HUD)를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, HUD를 제공하기 위해 차량에 설치된 HUD 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 트럭, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 자동 차량일 수 있다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 픽셀화 된 공간 광 변조기를 사용함에 따른 회절 특성에 의한 결과로서 소위 0차(zero order) 문제에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 "노이즈"로 간주될 수 있으며, 예를 들어 SLM으로부터의 경면 반사광 및 다른 원하지 않는 광을 포함한다.
푸리에 홀로그래피에 대한 예시에서, 이러한 "노이즈"는 푸리에 렌즈의 초점에 맞추어지며 이로써 홀로그래픽 재구성의 중심에 명점(bright spot)이 생긴다. 통상적으로 0차 광은 간단히 차단되나, 이는 명점을 암점(dark spot)으로 대체하는 것을 의미할 것이다. 몇몇 실시예들은 각도 선택성 필터를 포함하여 0차인 콜리메이팅 광선만을 제거한다. 실시예들은 또한 유럽 특허 2,030,072에 기술된 0차 관리 방법을 포함하며, 이는 본 명세서에 원용되어 일체로서 통합된다.
일부 실시예에서, 홀로그램의 크기(각 방향의 화소 수)는 홀로그램이 공간 광 변조기를 채우도록 공간 광 변조기의 크기와 동일하다. 즉, 홀로그램은 공간 광 변조기의 모든 화소를 사용한다. 다른 실시예에서, 홀로그램의 크기는 공간 광 변조기의 크기보다 작다. 이들 다른 실시예 중 일부에서, 홀로그램의 일부(즉, 홀로그램의 화소의 연속 서브 세트)는 미사용 화소에서 반복된다. 이 기술은 공간 광 변조기의 표면적이 홀로그램의 적어도 서브 세트를 나타내는 다수의 "타일"로 분할되는 "타일링"이라고 지칭될 수 있다. 따라서 각 타일은 공간 광 변조기보다 크기가 작다.
일부 실시예에서, "타일링" 기술은 이미지 품질을 높이기 위해 화상 생성 유닛에서 구현된다. 특히, 일부 실시예는 홀로그래픽 재구성으로 들어가는 신호 콘텐츠의 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 픽셀의 연속 서브 세트)을 포함한다.
홀로그래픽 재구성은 공간 광 변조기에 의해 정의된 전체 창의 0차 회절 차수 내에서 생성된다. 첫 번째 및 후속 회절 차수는 이미지와 겹치지 않고 공간 필터를 사용하여 차단될 수 있도록 충분히 멀리 변위(이격) 되는 것이 바람직하다.
실시 예에서, 홀로그래픽 재구성은 컬러 색상이다. 본 명세서에 개시된 예 들에서, 3개의 상이한 컬러 광원 및 3개의 대응하는 SLM이 합성 컬러를 제공하는데 사용된다. 이러한 예는 공간적으로 구분된 색(SSC: Spatially-Separated Colour)이라고 할 수 있다. 본 개시 내용을 포함하는 변형예에서, 각 컬러에 대한 상이한 홀로그램은 동일한 SLM의 다른 영역 상에 디스플레이 된 다음 합성되어 합성 컬러 이미지를 형성한다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명의 장치 및 방법 중 적어도 일부가 합성 컬러 홀로그래픽 이미지를 제공하는 다른 방법에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
이러한 방법 중 하나는 프레임 순차 색상(FSC: Frame Sequential Colour)로 알려져 있다. 예시적인 FSC시스템에서, 3개의 레이저(적색, 녹색 및 청색)가 사용되며, 각각의 레이저는 단일 SLM에서 연속적으로 발사되어 비디오의 각 프레임을 생성한다. 인간 관찰자가 3개의 레이저에 의해 형성된 이미지의 조합으로부터 다색 이미지를 볼 정도로 충분히 빠른 속도로 컬러가 (적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등) 순환된다. 따라서 각 홀로그램은 색상별로 구분된다. 예를 들어 초당 25프레임의 비디오에서 첫 번째 프레임은 초당 75분의 1 초 동안 빨간색 레이저를 발사한 다음, 초당 1/75 초 동안 녹색 레이저를 발사하고, 최종적으로 청색 레이저는 1/75 초 동안 발사될 것이다. 그런 다음 빨간색 레이저로 시작하여 다음 프레임이 생성되는 방식이다.
FSC 방식의 장점은 각 컬러에 대해 전체 SLM이 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 픽셀이 각각의 컬러 이미지로 사용되기 때문에 생성된 세가지 색 이미지의 화질이 손상되지 않을 것을 의미한다. 반면, FSC방식의 단점은, 각 레이저가 단지 1/3 시간을 사용하기 때문에 생성된 전반적인 이미지가 SSC방법에 의해 생성된 대응하는 이미지보다 1/3 배 정도로 어둡다는 것이다. 이러한 단점은 레이저를 오버드라이브(overdriving)하거나 보다 강한 레이저를 사용함으로써 잠재적으로 해결될 수 있으나, 이는 더 많은 전력을 요구하므로, 고비용을 수반하고 덜 콤팩트한 시스템을 얻게 된다.
SSC 방식의 장점은 3 개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간의 제약 때문에 SLM을 하나만 사용해야 한다면, 3 개의 별개의 SLM의 효과를 얻기 위해, SLM의 표면영역은 동일하게 3 등분으로 분할될 수 있다. 그러나, 이것의 단점은 각 단색 이미지에 사용할 수 있는 SLM 표면 영역이 감소되기 때문에 각각의 단색 이미지의 화질이 감소한다는 것이다. 이에 따라, 다색 이미지의 화질은 감소된다. 가용한 SLM 표면 영역이 감소되면 SLM 상의 더 적은 픽셀 만을 사용할 수 있기 때문에, 화질은 감소된다. 해상도가 감소되므로, 화질도 감소된다. 실시예는 영국 특허 제2,496,108호에 개시된 개선된 SSC 기술을 사용하며, 이는 그 전체가 참조로 여기에 포함된다.
실시예는 가시 광선으로 SLM을 조명하는 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 홀로그래픽 재구성을 단지 예로서 기술한다. 다른 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 3D 홀로그래픽 재구성이다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다.
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 (13)

  1. 디스플레이 평면 상에 이미지를 프로젝트 하도록 배열된 이미지 프로젝터로서,
    프로젝션 용 이미지의 홀로그램 및 제1광학 파워를 갖는 렌즈에 대응하는 렌즈 함수를 포함하는 컴퓨터 생성 회절 패턴을 출력하도록 배열된 처리 엔진;
    상기 컴퓨터 생성 회절 패턴을 디스플레이 하도록 배열된 디스플레이 장치;
    상기 디스플레이 장치 및 상기 디스플레이 평면 사이의 광학 요소로서, 상기 광학 요소는 제2광학 파워를 갖는, 광학 요소; 및
    홀로그램 및 상기 렌즈 함수에 따라 광을 공간적으로 변조하기 위해 상기 디스플레이 장치에 비축(off-axis) 조명을 제공하도록 배열된 광원
    을 포함하되,
    상기 컴퓨터 생성 회절 패턴의 렌즈 함수 및 상기 광학 요소는 집합적으로 상기 홀로그램의 변환을 수행하여 상기 이미지의 재구성이 상기 디스플레이 평면 상에 형성되도록 하고,
    상기 디스플레이 장치는 상기 광학 요소에 대해 0보다 큰 제1각도로 기울어지고, 상기 디스플레이 평면은 상기 광학 요소에 대해 0보다 크고 상기 제1각도와 다른 각도인 제2각도로 기울어지며, 상기 제2각도는 상기 제1각도보다 작은 각도인
    이미지 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 상기 디스플레이 장치 상으로의 광의 입사각은 30도 미만인, 이미지 프로젝터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치 및 상기 디스플레이 평면은, 상기 광학 요소에 대해 동일한 방향으로 기울어진, 이미지 프로젝터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1각도와 상기 제2각도 사이의 차이는 상기 광원으로부터 상기 디스플레이 장치 상으로의 광의 입사각보다 작은, 이미지 프로젝터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1각도와 상기 제2각도 사이의 차이는 상기 제1광학 파워 대 상기 제2광학 파워의 비율의 함수인, 이미지 프로젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1각도와 상기 제2각도 사이의 차이는 상기 제1광학 파워 대 상기 제2광학 파워의 비율에 반비례하는, 이미지 프로젝터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 디스플레이 장치로부터 상기 디스플레이 평면으로의 공간적으로 변조된 광의 전파 축에 수직인, 이미지 프로젝터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 엔진은 상기 프로젝션 용 이미지에 대응되는 이미지 데이터로부터 실시간으로 상기 컴퓨터 생성 회절 패턴을 나타내는 광 변조 패턴을 계산하도록 배열되는, 이미지 프로젝터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로젝션 용 이미지에 대응되는 이미지 데이터는 재구성을 위해 수신된 이미지인, 이미지 프로젝터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이 평면은 스크린 및 디퓨저(diffuser) 중 어느 하나의 수광면을 포함하는, 이미지 프로젝터.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 이미지 프로젝터를 포함하는 헤드 업 디스플레이.
  12. 이미지 프로젝션 방법으로서,
    이미지 평면까지의 전파 거리를 정의하는 광 변조 패턴을 제공하는 과정으로서, 상기 광 변조 패턴은 (i) 이미지의 푸리에(Fourier) 홀로그램 및 제1광학 파워를 갖는 렌즈에 대응하는 렌즈 함수의 조합이거나 (ii) 프레넬(Fresnel) 홀로그램인, 과정;
    디스플레이 장치에 상기 광 변조 패턴을 디스플레이 하는 과정;
    0보다 큰 입사각으로 상기 디스플레이 장치를 조명하는 과정; 및
    제2광학 파워를 갖는 광학 요소를 통해 상기 디스플레이 장치로부터 공간적으로 변조된 광을 디스플레이 평면 상에 수신하는 과정으로서, 상기 디스플레이 장치는 상기 광학 요소에 대해 0보다 큰 제1각도만큼 기울어지고, 상기 디스플레이 평면은 상기 광학 요소에 대해 0보다 크고 상기 제1각도와 다른 각도인 제2각도만큼 기울어지며, 상기 제2각도는 상기 제1각도보다 작은 각도인, 과정
    을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 평면 사이에 배열되고, 상기 광 변조 패턴 및 상기 광학 요소는 상기 디스플레이 평면 상에 상기 이미지의 재구성이 형성되도록 홀로그램의 변환을 집합적으로 수행하는, 방법.
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