KR20090095597A

KR20090095597A - 컴퓨터 생성 홀로그램

Info

Publication number: KR20090095597A
Application number: KR1020097012947A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 폴 윌슨; 콜린 데이비드 카메론
Original assignee: 에프. 포스잣 후, 엘.엘.씨.
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-09-09
Also published as: US8363295B2; EP2084582A2; US20080259419A1; CN101563659B; WO2008070581A9; WO2008070581A2; US7782510B2; KR101042862B1; WO2008070581A3; JP2010511899A; CN101563659A; EP2084582B1; US20100271678A1

Abstract

3차원 디스플레이 장치는 컴퓨터 생성 홀로그램을 디스플레이하기 위한 회절 패널(2) 및 룩-업 테이블을 포함하는 수단을 포함한다. 룩-업 테이블은 컴퓨터 생성 홀로그램의 3차원 이미지 재생 볼륨(40) 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 포함한다. 장치는 컴퓨터 생성 홀로그램을 하나 이상의 호겔들로 개념적으로 분할하고 위상 엔트리들의 선택에 기초하여 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서들을 더 포함한다.

3차원 디스플레이 장치, 컴퓨터 생성 홀로그램, 회절 패널, 룩-업 테이블, 위상 엔트리

Description

컴퓨터 생성 홀로그램{COMPUTER GENERATED HOLOGRAM}

본 발명은 3-차원(3D) 디스플레이들 및 컴퓨터 생성 홀로그램들(CGH)에 관한 것이다.

3D 이미지의 시각적 지각을 뷰어(viewer)에게 제공하기 위한 다양한 기술들이 공지되어 있다. 그러나, 홀로그래피(holography)만이 자연 오브젝트(natural object)가 소유하는 것으로서 지각되는 모든 인간의 시각적 시스템 깊이 큐들(depth cues)을 갖는 실제 3D 이미지를 생성할 가능성을 제공한다.

종래의 간섭형 홀로그래피가 널리 공지되어 있다. 오브젝트로부터 스캐터링(scattering)된 광은 레퍼런스 빔(reference beam)과 간섭하고 예를 들면, 사진 필름(photographic film) 상에 리코딩(recoding)될 수 있는 간섭 패턴(interference pattern)을 형성한다. 이미지를 재구성하기 위해, 리코딩된 간섭 패턴은 광의 컨쥬게이트 레퍼런스 빔(conjugate reference beam)을 변조하여, 원래 파면(wavefront)의 복제품(replica)이 재생되도록 한다. 이 파면은 공간에서 또한 전파되고 오브젝트가 공간에서 실제로 존재하는 충분한 임프레션(impression)을 뷰어 또는 뷰어들에게 제공한다.

홀로그램을 형성하기 위해 사용된 오브젝트가 수학적인 디스크립 션(mathematical description)으로서 존재하는 다양한 컴퓨터 기반 홀로그래픽 기술들이 또한 공지되어 있다. 광의 물리적 간섭은 적절한 간섭 패턴을 계산하기 위해 수학적인 단계로 교체된다. 계산된 패턴은 전형적으로 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram; CGH)으로 칭해지고, 광을 변조할 수 있는 임의의 디바이스(device)에 기록될 수 있다. 업데이트가능한 3D 이미지가 요구되는 경우에, CGH는 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)와 같은, 재구성가능한 회절 패널로 기록될 수 있다.

가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing: CRT)은 CGH를 계산하기 위한 하나의 공지된 기술이다. CRT 방법은 본질적으로 3D 스칼라 회절 적분(3D scalar diffraction integral)을 구현하므로, 종래의 간섭형 홀로그램 리코딩에서 광의 전파를 시뮬레이팅(simulating)한다. 계산의 코어(core)는 가상 3D 오브젝트 상의 각 포인트로부터 CGH를 형성하는 각 픽셀(pixel)로의 E-필드 컨트리뷰션(E-field contribution)의 선형 합산이다. CRT 기술들을 사용하여 수용가능한 이미지 크기 및 시계(field of view)를 갖는 CGH를 생성하는 것은 광선 추적 계산들을 요구하므로, 매우 높은 연관 계산 부하를 갖는다. 따라서, CRT 방법들은 고속으로 업데이트가능한 3D 이미지들을 생성하기 위해 특히 적합하지 않다.

CGH는 1994년 9월에 M Lucente에 의한 MIT 전기 엔지니어링 및 컴퓨터 과학부의 박사 학위 논문 "Diffraction specific fringe computation for electro-holography"; 1996년 10월에 M Lucente에 의한 IBM Systems 간행물 "Computational holographic bandwidth compression"; 및 1996년 6월에 M Lucente에 의한 광학 엔 지니어링 "Holographic bandwidth compression using spatial sub sampling"에서 Lucente에 의해 설명된 유형의 소위 회절 특정(Diffraction Specific; DS) 알고리즘(algorithm)을 사용하여 또한 계산될 수 있다.

Lucente에 의해 설명된 DS 알고리즘은 공간 및 스펙트럼 도메인들 둘 모두에서 CGH를 양자화한다. 공간적 양자화는 CGH를 복수의 픽셀들을 각각 포함하는 호겔들(hogels)이라고 칭해지는 복수의 영역들로 분할함으로써 성취된다. 각 호겔의 주파수 스펙트럼이 또한 양자화되어, 각 호겔은 호겔 벡터 요소들로서 공지된 복수의 주파수 요소들을 갖게 된다. 이미지 볼륨(image volume)에서의 선택된 위치들 또는 노드(node)들을 각각의 호겔 및 그 호겔의 다양한 호겔 벡터 요소들에 맵핑(mapping)하기 위해 미리-계산된 회절 룩-업 테이블(look-up table; LUT)이 제공된다.

사용 시에, 디스플레이될 3D 이미지의 기하학적 표현이 생성되고, CGH의 각 호겔에 대해, 특정한 3D 이미지에 따라 회절 LUT로부터 적절한 호겔 벡터 요소들이 선택된다. 그 다음, 선택된 호겔 벡터 요소들 각각은 특정한 호겔에 대해 미리-계산된 베이시스 프린지(basis fringe)와 승산되고 결과적인 디코딩된 프린지들이 축적되어 그 호겔에 대한 결과적인 디코딩된 프린지를 생성한다. 처리는 각 호겔에 대해 반복되어 완전한 CGH가 형성될 수 있도록 한다. 결과적인 3D 이미지가 CGH를 형성하는 완전한 세트의 호겔들로부터 광의 회절에 의해 생성된다.

따라서, Lucente DS 알고리즘은 회절 룩-업 테이블에 저장되는 이미지 포인트 위치들, 또는 노드들의 수가 3D 이미지의 요구된 해상도에 따라 선택되도록 한 다. 더 많은 노드들은 더 양호한 이미지 해상도를 제공할 것이지만, CGH를 생성하기 위해 더 많은 계산력을 요구할 것이다. 이 방식으로 노드들의 수를 제어하는 것은 이미지 품질이 감소된 처리 시간과 교환되도록 한다. 따라서, 이 DS 알고리즘은 CGH의 정보 콘텐트(information content)에 대한 제어를 가능하게 하여, 결과적인 3D 이미지에서의 불필요한 세부사항(예를 들면, 인간의 눈에 의해 지각될 수 없는 세부사항)이 생략될 수 있도록 한다.

Lucente DS 알고리즘과 연관된 계산적인 부하가 CRT 방법들보다 더 적을지라도, 계산들은 여전히 상당한 량의 처리력을 취한다는 것이 여전히 발견되었다. 특히, Lucente DS 알고리즘과 연관된 계산적인 부하는 수용가능한 레벨들의 계산력을 사용하여 적절한 해상도를 갖는 동적 3D 이미지 생성을 허용하지 못할 만큼 너무 높게 유지된다.

WO 02/39194는 각각의 호겔에 대해, 호겔 벡터 요소들이라기보다는 오히려, 디코딩된 프린지 정보를 저장하는 일 대안적인 회절 테이블을 제공함으로써 DS 알고리즘에 연관된 계산적인 부하를 감소시키기 위한 방법을 설명한다. DS 알고리즘에서 이러한 미리-계산된 디코딩된 프린지 정보의 사용은 베이시스 프린지들을 사용하여 호겔 벡터 요소들을 디코딩하는 단계가 요구되지 않음을 의미한다; 회절 테이블이 회절 패널에 직접 기록될 수 있는 완전히 디코딩된 프린지들을 저장한다. 이것은 Lucente DS 방법과 달리, 디코딩 계산들이 오프-라인(off-line)으로 수행될 수 있기 때문에 CGH의 더 빠른 생성을 야기한다. 이 기술의 단점은 모든 디코딩된 프린지 엔트리들(entries)을 유지하기 위하여 큰 룩-업 테이블이 요구되는 것이다.

WO 02/39192는 다수의 포인트 샘플링 기술이 사용되어 각 호겔이 평면의 파면이라기보다는 오히려, 곡선의 파면을 생성할 수 있도록 하는 DS 알고리즘에 대한 또 다른 변형을 설명한다. 이것은 단일 호겔로부터의 파면이 3D 이미지 볼륨에서 적어도 하나의 포인트를 생성하도록 하고/하거나, 광학 시스템에서의 결함들 또는 수차들(aberrations)이 수정 또는 감소되도록 한다. 곡선의 파면의 생성은 시스템에 의해 생성된 이미지의 품질을 또한 증가시킬 수 있다.

본 발명은 컴퓨터 생성 홀로그램을 디스플레이하기 위한 회절 패널 및 룩-업 테이블을 포함하는 수단을 포함하는 3차원 디스플레이 장치에 관한 것이다. 룩-업 테이블은 컴퓨터 생성 홀로그램의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 포함한다. 장치는 컴퓨터 생성 홀로그램을 하나 이상의 호겔들로 개념적으로 분할하고 위상 엔트리들의 선택에 기초하여 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서들을 더 포함한다.

다양한 실시예들이 이제 다음의 도면들을 참조하여, 단지 예로서만 설명될 것이다.

도 1은 CGH 재생 옵틱스(replay optics)의 기하구조를 도식적인 형태로 도시한 도면.

도 2는 전체 패럴랙스(full parallax) 및 수평 패럴랙스 시스템 둘 모두에 대해, 호겔들로 분할된 CGH를 도식적인 형태로 도시한 도면.

도 3은 CGH를 계산하는 방법을 도시한 도면.

도 4는 심도 양자화의 원리를 도시한 도면.

도 5는 호겔 계산 코어 방법을 도시한 도면.

도 6은 미리-계산된 회절 룩-업 테이블을 포함하는 CGH 시스템을 도시한 도면.

도 1을 참조하면, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH) 시스템의 재생 옵틱스(15)가 도시되어 있다. 회절 패널(2)은 퓨리에 렌즈(Fourier lens)(8)를 통하여 주어진 회절 콘(diffraction cone)(6) 내에서, 한 세트의 평면파들을 전송한다. 평면파들은 퓨리에 렌즈(8)에 의해 3차원 이미지 볼륨(10) 쪽으로 굴절된다. 콘(6)에 의해 규정된 바와 같은 평면파들의 최대 회절 각도는 이미지 볼륨(10)의 크기를 나타낸다. 회절된 파들이 회절 패널(2)로부터 대칭적으로 방사되기 때문에, 컨쥬게이트 이미지 볼륨(12)이 이미지 볼륨(10)에 인접하여 또한 형성된다. 실제로, 컨쥬게이트 이미지(12)는 통상적으로 가리워진다(masked out).

도 1은 패널(2)의 2개의 영역들로부터 방사된 평면파들만을 도시한 도면이다. 그러나, 실제로, 패널(2) 상의 각 호겔이 이러한 파들을 방사하고 있을 것이다. 회절 패널(2)에 적절한 CGH를 기록하는 것은 뷰잉 존(viewing zone)(14)의 뷰어가 이미지 볼륨(10)에서 실제 3D 이미지를 보도록 한다.

도 2는 2개의 상이한 회절 패널들로서 도시된 전체 패럴랙스 및 수평 패럴랙 스 시스템 둘 모두에 대해, 호겔들로 분할된 CGH를 도식적인 형태로 도시한 도면이다. 제 1 회절 패널(2a)은 전체 패럴랙스 시스템을 구현하고, 제 2 회절 패널(2b)은 수평 패럴랙스 시스템을 구현한다. 회절 패널(2a)은 CGH가 호겔들의 2D 어레이 내로 기록되는 공간적 양자화를 포함한다. 2차원들에서 복수의 픽셀들(22)을 갖는 각 호겔(예를 들면, 20)이 도시되어 있다. 호겔들의 2D 어레이는 이것이 전체 패럴랙스(FP) 시스템을 구현하는데 적합하도록 한다. 호겔들(예를 들면, 20) 각각에 존재하는 도시된 픽셀들의 수는 비유적으로만 도시되어 있다. 실제로, 각 호겔 차원에서 대략 2000 내지 4000 픽셀들이 존재할 것이다.

회절 패널(2b)은 각 호겔(24)이 수직 차원에서 하나의 픽셀만을 가지지만, 수평 차원에서 대략 2000 내지 4000개를 갖는 수평 패럴랙스 전용(horizontal parallax only; HPO) 시스템을 포함한다. 따라서, HPO 시스템은 표준 비-회절성 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있는 것과 같은 노멀, 비 회절성 이미지(normal, non diffracting image)와 유사한 수직면에서의 이미지 정보를 가지면서, 수평 차원에서만 회절하는 프린지 패턴을 제공하도록 배열될 수 있다. 이것은 전체 픽셀 카운트(pixel count)를 감소시키므로, 계산하기가 더 빠르다. 수직 전용 패럴랙스 또는 상이한 량들의 수평 수직 패럴랙스를 갖는 다양한 실시예가 또한 구현될 수 있다는 점이 당업자들에 의해 인식될 것이다.

도 3은 CGH를 계산하는 방법을 도시한 도면이다. 작동(30)에서, 각 호겔에 대해 깊이 테이블 계산(Depth Table Computation; DTC)이 수행된다. DTC 단계는 재생 시스템의 3D 이미지 볼륨을 복수의 깊이 평면들(depth planes)로 분리한다. 그 다음, 각각의 깊이 평면에서 다수의 이미지 포인트들에 대해 위상 정보가 계산된다. 작동(30)은 오프-라인으로 수행될 수 있고(즉, 이것은 이미지 독립적이고 비-시간 임계적이다), 정보가 실시간 사용을 위하여 룩-업 테이블(LUT)에 저장된다.

작동(32)에서, 호겔 이미지 생성기(Hogel Image Generator; HIG)가 표준 컴퓨터 그래픽 렌더링 기술들(standard computer graphics rendering techniques)을 사용하여 수행된다. 디스플레이될 3차원 이미지는 각 호겔이 디스플레이하는 컬러 및 깊이 정보로 분류된다.

작동(34)에서, 호겔 계산 코어(Hogel Computation Core; HCC)가 HIG 작동(32)에서 생성된 이미지의 각 비-제로 컬러 픽셀(non-zero color pixel)에 대한 위상 값을 (각 호겔의 각 깊이 평면에 대해) 생성한다. 그 다음, 변환된 데이터가 미리 계산된 DTC 위상 정보와 포인트-방식으로 승산되기 전에 주어진 깊이 평면에 대한 컬러 이미지에 대해 퓨리에 변환이 수행된다. 결과가 호겔 내로 축적되고 각 깊이 평면에 대해 반복된다.

도 4를 참조하면, 깊이 양자화의 원리가 도시되어 있다. 깊이 양자화는 룩-업 테이블을 생성 또는 계산하기 위해 사용될 수 있다. 시스템의 회절 패널(2)은 상술된 유형의 수평 패럴랙스 전용 배열을 구현하기 위해 복수의 호겔들로 분할된다. 명확화를 위하여, 도 4는 회절 패널에 기록된 2D CGH 패턴으로부터 3D 이미지를 재생하기 위해 사용된 임의의 재생 옵틱스를 도시하지 않는다.

룩-업 테이블을 생성하기 위해, 가상 3D 이미지 볼륨은 복수의 깊이 평면들(40)로 분할된다. DTC 작동(30)은 이하에 더 상세히 설명된 HCC에서 생성된 FFT 와 함께, 이미지 볼륨에서의 요구되는 깊이에서 복잡한 평면 디스크립션(plane description)을 투영할 위상 팩터(phase factor)를 결정한다. 즉, LUT은 CGH의 호겔로부터 재생된 이미지 포인트를 퓨리에 평면으로부터 계산된 깊이 평면으로 시프트하기 위해 사용될 수 있는 위상 팩터들에 대한 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다.

다양한 실시예들에서, CGH 데이터 평면의 이미지가 뷰어 공간에서 광학 재생 시스템에 의해 형성되는 평면에 위치되는 CGH 렌더링 평면에 대해 3D 이미지 포인트들의 깊이 평면들이 계산된다. 여기서, 규정으로, 시스템 퓨리에 평면과 CGH 렌더링 평면 사이의 거리를 식별하기 위해 f를 사용하고, CGH 렌더링 평면으로부터 주어진 이미지 포인트까지의 거리를 규정하기 위해 z를 사용한다.

DTC 작동(30)에서 사용된 2차 위상 팩터는 2개의 구성요소들; 투명한 깊이 평면을 변화시키기 위한 쿼드러쳐 위상 팩터(quadrature phase factor) 및 오프-축 FFT(off-axis FFT)(즉, 시스템의 광축으로부터 벗어나서 위치된 호겔들에 대해)를 수행하는 것으로부터 스큐(skew)를 축적하기 위한 선형 위상 팩터를 갖는다. 따라서, 위상 각도(θ)는:

에 의해 주어지고,

여기서 Δ는 픽셀 오프셋이고, Δ = dx + dy이고 Δ₂ = dx² + dy²이고; λ는 파장이고, dx는 CGH 렌더링 평면의 호겔 상에서의 유효 픽셀 X 차원이고, dy는 CGH 렌더링 평면의 호겔 상에서의 유효 픽셀 Y 차원이고, p는 광축에 대한 호겔 중심의 위치이다. 도 2b를 다시 참조하면, dx, dy 및 p가 도시되어 있다. 상술된 바와 같이, f는 퓨리에 평면과 CGH 렌더링 평면 사이의 거리이고, z는 CGH 렌더링 평면으로부터 주어진 이미지 포인트까지의 거리이다.

따라서, DTC 작동(30)에 의해 생성된 룩-업 테이블은 이미지 내에서 각 평면의 각 픽셀에 대해 위상 엔트리를 갖는다. 따라서, 룩-업 테이블은 LUT가 예를 들면, 3D 이미지 볼륨의 각 포인트에 대해 완전히 디코딩된 회절 프린지를 포함하는 DS 알고리즘들보다, 주어진 수의 이미지 포인트들에 대하여, 상당히 더 적은 엔트리들을 포함한다. 상술된 바와 같이, Lucente DS 기술은 후속 디코딩을 요구하는 3D 이미지에서 각 포인트에 대해 호겔 벡터 요소들의 리스트를 포함하는 룩-업 테이블을 사용한다. WO 02/39194에 설명된 방법이 CGH를 계산하기 위해 요구된 계산적인 부하를 감소시킬지라도, 방법은 3D 이미지의 각 포인트에 대해 한 세트의 완전히 디코딩된 회절 프린지들(즉, 희망하는 회절 프린지를 재생하기 위해 호겔의 각 픽셀에 기록되어야 하는 정보)을 포함하는 룩-업 테이블을 사용한다.

DS 알고리즘들에 비교하여 룩-업 테이블의 크기의 감소는 2048 이미지 포인트 측방향 해상도(주어진 깊이 평면에서의 공간적 해상도), 1024 홀로라인들(hololines)(이미지 로우들(image rows)), 128 양자화된 깊이 평면들 및 4096 측방향 호겔 픽셀들을 갖는 수평 패럴랙스 전용 CGH를 고려함으로써 설명될 수 있다. WO 02/39194에서 설명된 유형의 DS 알고리즘에 대하여, 룩-업 테이블의 크기는 이미지 포인트들의 수, 깊이 평면들의 수 및 이미지 포인트 당 엔트리들의 수의 곱에 의해 주어질 것이다. 따라서, 1×109 엔트리들(즉, 2048×128×4096)을 갖는 LUT가 상기에 주어진 CGH 예에 사용될 것이다. 일 실시예에서, 본원에 개시된 LUT은 단지 512×10³(즉, 2048×128×2)만을 포함한다. 따라서, LUT의 크기가 2048의 팩터만큼 감소될 수 있다.

룩-업 테이블은 오프-라인으로 계산되고, HCC 작동(34)에서 후속 사용을 위해 저장될 수 있고, 도 5를 참조하여 이하에 상세히 설명된다.

호겔 이미지 생성기(HIG) 작동(32)은 (예를 들면, 컴퓨터 보조 설계 패키지(computer aided design package)로부터의) 3D 이미지 데이터를 HCC 작동(34)에서 후속 사용을 위해 적합한 형태로 전환하기 위해 사용될 수 있다. HIG 작동(32)은 컬러 및 깊이 정보를 계산하는 렌더링 작동을 포함할 수 있고, 광선 추적기들 또는 레스터라이저들(rasterisers)을 사용하여 구현될 수 있다. CGH 상의 각 호겔에 대해 이미지가 렌더링될 수 있고, 여기서 각 호겔에 대해 규정되는 프러스텀(frustum)은 퓨리에 기반 CGH 시스템에 의해 생성된 사용가능한 이미지 볼륨에 기초한다. 즉, CGH의 최대 회절 각도는 각 호겔에 대한 프러스텀을 규정한다.

HIG의 출력은 각 호겔에 대하여, δz 이격되어 떨어진 n개의 깊이 평면들 각각에 대해 이미지 포인트들의 2차원 세트를 포함할 수 있다. 즉, 각 호겔에 의해 디스플레이될 3D 이미지는 상이한 깊이 평면들에서 다수의 이미지 슬라이스들(image slices)로 분할될 수 있다. 깊이 평면들 사이의 간격이 균일할 필요가 없다는 점이 주의되어야 한다; 즉, 깊이 평면들은 특정한 애플리케이션에 따라 이격 될 수 있다. 3D 이미지가 분할되는 깊이 평면들은 룩-업 테이블을 생성하기 위해 작동(30)의 DTC에서 사용된 깊이 평면들에 대응할 수 있다.

렌더링된 이미지의 공간적 해상도는 가변될 수 있지만, HPO 배열에 대하여, 호겔에서의 측방향 CGH 픽셀들의 수의 절반을 초과할 수 없다. FP 시스템의 경우에, 공간적 해상도는 호겔에서의 픽셀들의 총 수의 절반을 초과할 수 없다. 그러나, 전체 패럴랙스를 포함하는 일부 실시예들에 대하여, 공간적 해상도는 호겔에서의 수직 CGH 픽셀들의 수의 절반을 초과하지도 않고, 측방향 픽셀들의 수를 초과하지도 않는다.

간단한 이미지에 대하여, 3D 이미지에서의 각 픽셀의 컬러 및 상대 깊이를 포함하는 깊이 버퍼 및 이미지 버퍼를 생성하기 위해 초기 렌더(initial render)가 사용될 수 있다. 깊이는 더 양자화될 수 있고, 각 깊이 평면에 대해 컬러 버퍼가 생성될 수 있다. (반투명 표면들을 통해 포커싱(focusing)될 수 있는 것과 같은) 더 복잡한 이미지들에 대하여, 장면은 각 깊이 평면에 대해 컬러 버퍼를 생성하는 (예를 들면, 전방으로부터 후방으로) 점진적인 방식으로 렌더링될 수 있다.

도 5의 흐름도를 참조하면, 도 4의 호겔 계산 코어(HCC) 작동(34)이 HIG 작동(32)으로부터 깊이 분류된 이미지 버퍼들의 형태로 이미지 데이터를 취하는 방법이 도시되어 있다. 그 다음, 이 데이터는 도 4의 DTC 작동(30)에 의해 생성된 룩-업 테이블을 참조하여, 요구된 3D 이미지를 생성하기 위해 광을 회절시킬 수 있는 CGH를 구축하기 위해 각 호겔에 기록되는 정보로 전환된다.

일 실시예에서, HCC 작동(34)은 제 1 호겔의 제 1 깊이 평면에 대하여, HIG 작동(32)에 의해 계산된 바와 같이, 이미지 포인트들을 취하는 제 1 서브-작동(50)을 포함한다. 그 다음, 위상 값은 각 비-제로 이미지 포인트와 연관되고(서브-작동(52)), 그 결과가 제 1 호겔 깊이 평면의 이미지 포인트들을 재생할 회절 정보를 생성하기 위해 역 퓨리에 변환된다(서브-작동(54)). 그 다음, 회절 정보는 깊이 룩-업 테이블로부터의 적절한 위상 값들과 포인트 방식으로 승산되어(서브-작동(56)), 디스플레이될 이미지 포인트들이 지정된 깊이 평면에서 재생될 것이다. 제 1 호겔 내로 제 1 깊이 평면에 대한 회절 패턴을 축적시킨 후(서브-작동(58)), 호겔의 나머지 깊이 평면들에 대해 상기 작동들이 반복된다.

하나의 호겔에 대한 CGH를 생성하기 위해 사용된 작동들은 다른 호겔 계산들과 독립적으로 수행될 수 있다. 즉, 하나의 호겔에 대한 계산은 다른 호겔들에 대한 계산들과 동시에 수행될 수 있다. 그러므로, 전체 계산은 호겔 기반으로 병렬 파이프라인화(parallel pipelining)될 수 있다. 대안적으로, 계산 속도가 이슈(issue)가 아닌 경우에, 처리는 각 호겔에 대해 연속하여 반복될 수 있다.

본원의 다양한 실시예들에서 설명된 LUT은 2048 이미지 포인트 측방향 해상도(주어진 깊이 평면에서의 공간적 해상도), 1024 홀로라인들(이미지 로우들), 128 양자화된 깊이 평면들 및 4096 측방향 호겔 픽셀들을 갖는 수평 패럴랙스 전용 CGH에 대하여 WO 02/39194에서 설명된 것보다 2000배 이상 더 작을 수 있다.

일 실시예에서, 호겔 당 축적들의 수는 투명하지 않은 기하구조에 대하여 약 13×10⁹인 것으로 추정될 수 있다. 이것은 FFT 부하 및 포인트방식 승산 연산들의 합(즉, (11×8192)+8192)을 깊이 평면들의 수(128) 및 로우들의 수(1024)와 승산함으로써 계산된다. WO 02/39194는 대략 6×109 계산들; 즉, (70% 충전 비율(fill ratio)이 가정되는 경우에 1434인) 가시 이미지 포인트들의 수, 포인트 당 엔트리들(4096) 및 로우들의 수(1024)의 곱을 개시한다. 일부 실시예들에서, WO 02/39194에 비하여 2배 이상인 축적 작동들의 수가 CGH 호겔에 대한 회절 데이터를 계산하기 위해 사용될 수 있다.

투명하지 않은 기하구조라기보다는 오히려, 투명한 기하구조의 경우에, 계산 부하는 대략 13×10⁹에서 변화되지 않을 수 있다. 70% 픽셀 충전 비율이 유지되고 픽셀들 중 43%가 투명한 구성요소를 가진다고 가정되는 경우에, DS 알고리즘들은 호겔에 대한 CGH를 생성하기 위해 8×10⁹ 계산들을 요구한다. 이 경우에, HCC 작동(34)에서의 계산들의 수는 DS 알고리즘보다 단지 약 1.4배 더 많다.

그러나, 홀로그래픽 스테레오그램 모드(holographic stereogram mode)(즉, 전체 공간적 해상도를 갖는 하나의 깊이 평면)에서 동작되는 일 실시예는 DS 기술에 비하여 80의 팩터만큼 호겔 당 축적들의 수를 감소시킬 수 있다. 볼륨 데이터를 재생하는 CGH를 생성하기 위해, DS 기술들에 비하여, 40의 팩터의 계산적인 부하의 감소가 성취될 수 있다(550×10⁹ 계산들에 비하여 13×10⁹ 계산들).

호겔 당 축적들의 수에 대한 상기의 추정들은 전체 FFT가 로우 마다 수행된다고 가정한다. (컨쥬게이트를 고려하기 위해) 이미지의 절반이 블랭크(blank)일 것이라고 가정하면, 전체 FFT는 데이터의 절반만을 사용하여 트리비얼(trivial)하 게 수행될 수 있다. 스파스 FFT들(sparse FFTs)을 사용하여, 그리고 주어진 평면에 대한 컬러 버퍼의 대부분이 블랭크일 것이라는 사실로 인하여 더 큰 절약들이 발견될 수 있다.

투명하지 않거나 투명한 기하구조의 경우에, 트리비얼 스파스 FFT는 호겔 당 축적들의 수를 13×10⁹으로부터 약 6×10⁹으로 감소시킬 수 있다. 투명하지 않은 기하구조에 대하여, 축적들의 수는 DS 기술에서의 축적들의 수와 거의 동일할 수 있다. 투명한 기하구조에 대하여, 계산적인 부하는 실제로 DS 기술에 대한 계산적인 부하보다 약 1.3배 더 낮게 된다.

트리비얼 스파스 FFT의 사용은 홀로그래픽 스테레오그램 모드에서 투명한 기하구조를 기술하기 위해 요구된 축적들을 수를 1×10⁸으로부터 DS 기술들보다 약 160배 더 적은 호겔 축적들인 약 5×10⁷로 감소시키기 위해 또한 사용될 수 있다. 완전히 입체적인 기하구조(fully volumetric geometry)의 경우에, 스파스 FFT의 사용은 축적들의 수를 13×10⁹으로부터 6×10⁹으로 또한 감소시킬 수 있다; 이것은 DS 기술들에 비하여 계산들의 수에서 90 팩터의 감소이다.

상호작용형 CGH 시스템에서 실용의 계산적인 아키텍처(computational architecture)를 설계할 시에, 고려할 3개의 주요 구현 이슈들, 즉: (a) 임의의 LUT의 크기, (b) 기본적인 계산적인 부하 및 (c) 동적 상황들에서 계산 부하 요건들을 감소시키기 위한 실시간 최적화를 적용할 능력이 존재한다.

이슈 (a)에 대하여, 작은 LUT 요건은 계산적인 노드들이 단일 호겔-처리 파이프라인 내로 록킹(locking)될 필요가 없다는 것을 의미한다. 따라서, 픽셀 우선순위화와 같은 기술들은 계산적인 아키텍처에 더 효율적으로 적용될 수 있고 계산적인 리소스들(computational resources)은 하나의 호겔-처리 파이프라인으로부터 또 다른 호겔-처리 파이프라인으로 동적으로 이동될 수 있다. DS 기술들에서, 매우 큰 LUT들은 이러한 방식들의 실제적인 구현을 제한한다. 또한, 더 작은 LUT은 계산들이 감소된 메모리 요건들을 갖는 더 얇은 계산적인 노드들을 사용하여, 예를 들면, FPGA 또는 그래픽 카드들을 사용하여 수행되도록 한다. 이전에, 이러한 하드웨어의 사용은 큰 LUT 요건으로 인하여 비실용적이었다.

이슈 (b)에 대하여, 다양한 실시예는 일부 경우들에서, DS 방법들보다 더 높은 계산적인 부하를 가질 수 있다. 그러나, 일반적인 규칙으로서, 그리고 투명한 표면 기하구조에 대하여, 다양한 실시예들은 약 80 깊이 평면들이 제공될 때 DS 기술들과 거의 등가의 계산적인 부하를 갖는다. 일부 경우들에서, 계산적인 부하는 상당히 감소된다. 다양한 기술들(예를 들면, 스파스 FFT)이 계산적인 부하를 더 감소시키기 위해 또한 사용될 수 있다.

최종적으로, 이슈 (c)에 대하여, DS 기술들에서, 호겔에 대하여 생성된 이미지 포인트들의 수가 계산적인 부하를 구동시킨다. 그러나, 본원에 개시된 다양한 실시예들에 의하면, 계산적인 부하를 구동하는 것은 깊이 평면들의 수이다.

DS 기술을 사용하여 구현된 실시간 최적화들에 대하여, 충분히 빠른 리프레시(refresh)를 가능하게 하기 위해 이미지 포인트들의 수(즉, 측방향 공간적 해상 도)를 감소시키는 것이 통상적이다. 그러나, 본원에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 깊이 해상도는 측방향 공간적 해상도를 유지하면서 감소될 수 있다. 일반적으로, 깊이 해상도의 감소는 측방향 공간적 해상도의 감소보다 훨씬 더 현저할 것이다. 결과적으로, 계산적인 부하는 더 넓은 범위의 값들에 걸쳐 튜닝(tuning)되어, 실시간 시스템 구현에 대한 더 많은 유연성(flexibility)을 발생시킬 수 있다.

도 6은 미리-계산된 회절 룩-업 테이블(60), 도 1의 재생 옵틱스(15)와 같은 재생 옵틱스, 및 프로세서(62)와 프로세서(64)와 같은, 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 CGH 시스템을 도시한 도면이다.

일 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 생성하는 방법은 CGH를 하나 이상의 호겔들로 분할하는 단계, 및 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하는 단계를 포함한다. 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하는 단계는 미리-계산된 룩-업 테이블(LUT)에 대한 참조를 포함한다. LUT은 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 포함한다.

CGH는 CGH의 3D 이미지 재생 볼륨에서에 각 이미지 포인트에 대응하는 위상 엔트리를 포함하는 LUT에 대한 참조에 의해 생성될 수 있다. LUT은 이미지 독립적이므로, 미리-계산될 수 있다. CGH의 3D 이미지 재생 볼륨에서 재생될 이미지는 LUT에 대한 참조에 의해 적절한 이미지 포인트들을 선택함으로써 구성된다.

다양한 실시예들의 LUT은 주어진 수의 이미지 포인트들에 대하여, DS 기술들의 LUT들보다 크기가 상당히 더 작다. 예를 들면, WO 02/39194의 방법에서 사용된 LUT은 3D 이미지 볼륨에서의 각 잠재적인 이미지 포인트에 대하여 회절 프린지 데이터를 저장한다. 각 이미지 포인트에 대해 저장된 회절 프린지 데이터는 수천 피스들(pieces)의 데이터(호겔의 계산된 회절 프린지 패턴을 재생하는데 충분한 정보)를 포함할 수 있다. Lucente DS 기술의 LUT의 호겔 벡터 요소들 엔트리들은 WO 02/39194의 디코딩된 프린지 데이터와 유사한 크기로 이루어지지만, 회절 프린지 정보를 생성하기 위해 수행될 계산적으로 고가인 디코딩 단계를 또한 요구한다. 대조적으로, 본원에 개시된 일례의 LUT은 각 이미지 포인트에 대하여 단일 위상 값(즉, 실수 및 허수 부들만을 갖는 엔트리)만을 포함할 수 있다.

더 작은 LUT에 저장될 수 있고 CGH 계산 동안 액세스될 수 있는 데이터의 량이 상당해 감소된다. 이것은 CGH 계산 시간을 감소시킬 수 있고, 계산들이 감소된 메모리 요건들을 갖는 "더 얇은" 계산적인 노드들 상에서 또한 수행될 수 있도록 한다. 예를 들면, 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이들(FPGAs) 또는 그래픽 카드들은 CGH 계산에서 사용된 LUT를 저장하기 위해 충분한 메모리를 가질 것이다. 따라서, 본원에 개시된 다양한 실시예들을 구현하는 비용 및 기술적인 복잡성이 DS 방법들을 수행하는 것과 연관된 비용 및 기술적인 복잡성보다 더 낮을 수 있다.

복수의 위상 엔트리들은 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내의 하나 이상의 깊이 평면들에 위치되는 복수의 이미지 포인트들에 대응한다. 즉, CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨은 깊이 평면들 내로 양자화될 수 있다. 깊이 평면들의 수는 이미지의 깊이 해상도를 결정하기 위해 사용될 수 있는 반면, 깊이 평면에서의 이미지 포인트들의 수는 측방향 해상도를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

깊이 평면 당 이미지 포인트들의 수를 유지하면서 깊이 평면들의 수를 감소시키는 것은 측방향 해상도에서의 임의의 감소 없이 CGH 생성과 연관된 전체의 계산적인 부하를 감소시킬 수 있다. 동적 3D 디스플레이 시스템들(즉, 빠른 계산 시간들이 요구되는 시스템들)에서, 인간의 눈은 측방향 해상도의 감소들에 비하여 깊이 해상도의 감소에 더 낮은 감도를 갖는다.

다양한 실시예들에서, 유연한 CGH 생성 방법은 요구된 특정한 애플리케이션(application)에 용이하게 맞춰질 수 있다. CGH는 2개 이상의 호겔들로 분할될 수 있다. CGH를 형성하는 호겔들 각각 또는 단지 일부에 대하여 회절 프린지 정보가 계산될 수 있다.

호겔에 대한 회절 프린지 정보는 CGH의 다른 호겔들의 회절 프린지 정보와 별도로 계산될 수 있다. 그러므로, 계산들은 2개 이상의 호겔들 각각에 대한 회절 프린지 정보를 결정하기 위해 병렬로(예를 들면, 다수의 컴퓨터 노드들에 의하여) 수행될 수 있다. 또한, 각 호겔에 대한 작은 LUT 요건은 계산적인 노드들이 단일 호겔-처리 파이프라인에 정확히 록킹될 필요가 없고 계산적인 리소스들이 하나의 호겔-처리 파이프라인으로부터 또 다른 호겔-처리 파이프라인으로 동적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.

2개 이상의 호겔들은 제 1 서브셋(subset) 및 하나 이상의 부가적인 서브셋들로 개념적으로 분할될 수 있다. 그 다음, 회절 프린지 정보가 하나 이상의 부가적인 서브셋들에 대해 계산되기 전에 제 1 서브셋에 대해 계산될 수 있다. 뷰어 위치는 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨에 대해 결정될 수 있고, 결정된 뷰어(들) 위치 는 제 1 서브셋 및 하나 이상의 부가적인 서브셋들에 포함되는 호겔들을 선택하기 위해 사용될 수 있다.

소위 픽셀 우선순위화 기술들이 다른 호겔들에 대한 계산들을 수행하기 전에 호겔들의 제 1 서브-셋에 대한 회절 프린지 정보를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 이 방식으로, 3D 이미지의 어떤 애스펙트(aspect)가 이미지의 다른 애스펙트들 이전에 계산될 수 있다. 픽셀 우선순위화는 동적 시스템에서, 이미지의 나머지(또는 다른 선호된 뷰들)이 계산되고 있는 동안, 이미지의 어떤 뷰 또는 뷰들이 디스플레이되도록 한다.

작은 LUT은 이러한 픽셀 우선순위화가 계산적인 아키텍처에 또한 더 효율적으로 적용되도록 한다. 큰 LUT들은 이러한 방식들의 실제적인 구현을 제한한다. 비 시간 임계적 애플리케이션들에 대하여, 또는 제한된 처리 리소스 이용가능성에 대하여, 각 호겔 계산이 연속하여 수행될 수 있다는 점이 주의되어야 한다.

호겔들 중 적어도 하나에 대하여 회절 프린지 정보를 계산하는 것은 디스플레이될 이미지의 표현을 하나 이상의 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들로 전환하는 렌더링 작동을 포함할 수 있다. 따라서, 디스플레이될 이미지, 즉 소위 가상 이미지는 깊이에서 또한 양자화된다. 예를 들면, 디스플레이될 3D 이미지는 복수의 깊이 평면들 각각에서 2D 이미지 슬라이스들에 의해 수학적으로 설명된다. 각 이미지 슬라이스는 위상 엔트리들이 LUT에 저장되는 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 깊이 평면에 대응하는 렌더링 작동에 의해 생성될 수 있다.

각 깊이 양자화된 이미지 슬라이스를 회절 프린지 정보로 전환하기 위해 고 속 퓨리에 변환(FFT)이 수행될 수 있고, 회절 프린지 정보는 후속적으로 LUT의 위상 엔트리들과 포인트-방식으로 승산되어 각 이미지 슬라이스가 CGH의 3D 이미지 재생 볼륨 내에서의 요구된 깊이 평면에서 재생될 것이다.

상술된 바와 같이, 디스플레이될 이미지는 하나 이상의 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들로 분할될 수 있다. 이미지 슬라이스에 대해 FFT를 수행하는 것은 광학 재생 시스템의 퓨리에 평면에서 특정한 2D 이미지 슬라이스를 재생하는 회절 프린지 정보를 생성한다. 그러나, FFT 단계에 의해 생성된 회절 프린지 정보가 LUT에 저장된 적절한 위상 엔트리들과 포인트-방식으로 승산되는 경우에, 2D 이미지 슬라이스는 CGH의 3D 이미지 재생 볼륨 내에서의 주어진 깊이 평면에서 재생될 것이다. LUT 엔트리들은 이미지 슬라이스의 각 포인트를 퓨리에 평면으로부터 디바이스의 3D 이미지 재생 볼륨 내에서의 계산된 깊이 평면으로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 이 방식으로, 3D 이미지는 복수의 2D 이미지 슬라이스들을 재생함으로써 구성될 수 있다.

FFT는 스파스 FFT로서 각 깊이 양자화된 이미지 슬라이스에 대해 수행될 수 있다. 따라서, 계산은 특정한 이미지 슬라이스 내의 비-제로 강도 이미지 포인트들에 대해 수행됨으로써 간소화될 수 있다. FFT와 연관된 계산적인 부하는 컨쥬게이트 이미지가 렌더링되지 않는 경우에 또한 감소될 수 있다. 당업자는 다양한 대안적인 변형들이 사용될 수 있다는 점을 또한 인식할 것이다.

각 호겔은 복수의 픽셀 요소들을 포함할 수 있다. CGH는 단일 평면에서 패럴랙스를 갖는 이미지가 재생되게 하도록 배열되는 복수의 호겔들로 분할될 수 있다. 수평(또는 수직) 패럴랙스 전용 CGH는 호겔들을 규정하는 픽셀 요소들의 적절한 선택에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로, CGH는 전체 패럴랙스 3D 이미지가 재생되도록 하는 복수의 호겔들로 편리하게 분할될 수 있다. 당업자는 호겔들이 요구된 바와 같이 상이한 량들의 수평 및 수직 패럴랙스를 제공하도록 선택될 수 있다는 점을 또한 인식할 것이다.

계산된 CGH는 하나의 깊이 평면에서 2D 이미지를 재생하도록 배열될 수 있다. 이 방식으로, CGH는 2D 이미지를 디스플레이하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 방법을 사용하는 동적 디스플레이 시스템의 경우에, 2D 이미지가 디스플레이되도록 할 것이다. 2D 이미지의 계산은 전체 3D 이미지보다 훨씬 더 적은 처리력을 요구하므로, 빠르게, 아마도 실시간에 업데이트될 수 있다.

다양한 실시예들에서, LUT에 포함된 위상 정보는 CGH 재생 시스템의 광축에 대한 호겔의 위치에 대해 보상하기 위해 스큐 팩터를 사용하여 각 호겔에 대해 초기에 계산된다.

LUT은 하나 이상의 파장에 대한 위상 엔트리들을 포함하도록 배열될 수 있다. 예를 들면, LUT은 단색, 적색, 녹색 및 청색 채널들에 대한 위상 엔트리들을 포함할 수 있다. 이것은 단색 또는 컬러 이미지가 요구된 바와 같이 CGH로부터 재생되도록 할 것이다. 더 작은 크기의 LUT은 이러한 시스템이 더 용이하게 구현되도록 한다; 더 큰 LUT은 이러한 배열을 비실용적이도록 할 것이다.

본원에 설명된 작동들을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 프로그램 캐리어(computer program carrier)가 제공될 수 있다. 예를 들면, CD-ROM, 플 로피 디스크, 테이프, 하드 드라이브 또는 프로그래밍가능한 ROM이 사용될 수 있다. 본원에 설명된 작동들을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 구동하는 컴퓨터 시스템이 제공될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 단일 컴퓨터 또는 네트워크를 통하여 접속될 수 있는 복수의 컴퓨터 노드들을 포함할 수 있다. 네트워크의 다양한 노드들은 동일장소에 위치되거나 상이한 장소에 위치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 다양한 호겔 계산들이 독립적으로 수행되어, 다수의 병렬 계산들이 수행되도록 할 수 있다.

컴퓨터 생성 홀로그램(또는 이러한 CGH의 적어도 하나의 호겔)은 이미지가 직접 광학적으로 재생될 수 있는 물리적 매체 상에 회절 정보로서 저장될 수 있다. 예를 들면, CGH, 또는 이의 부분이 전자 빔 리소그래피, 등을 사용하여 사진 필름에 기록되거나 매체 내로 에칭될 수 있다. 대안적으로, CGH는 (예를 들면, 하드 드라이브, CD-ROM, 플로피 디스크 상에 또는 컴퓨터 메모리, 등에) 전자 데이터로서 저장될 수 있고, 그 후에 적절한 회절 패널에 기록될 수 있다. CGH의 적어도 일부를 형성하는 전자 데이터는 컴퓨터 네트워크에 걸쳐 또한 이동중이거나 또는 서버 상에 일시적으로 저장될 수 있다.

3차원 디스플레이 장치는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 디스플레이하기 위한 회절 패널 및 CGH 계산 수단을 포함할 수 있다. 계산 수단은 CGH를 하나 이상의 호겔들로 개념적으로 분할하고 호겔들 중 적어도 하나에 대하여 회절 프린지 정보를 계산하도록 배열될 수 있다. 계산 수단은 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 포함하는 룩-업 테이블(LUT)을 저장하도록 또한 배열될 수 있다.

3D 디스플레이는 계산된 CGH를 디스플레이하기 위한 회절 패널을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 용어 "회절 패널(diffraction panel)"은 회절 정보가 자신에게 기록되기 전 또는 후에 제어된 방식으로 광을 회절시키도록 프로그래밍될 수 있는 패널(예를 들면, 공간 광 변조기)을 설명하기 위해 사용된다. 일단 회절 패널이 자신에 기록된 회절 정보는 가지면, 회절 패널은 CGH라고 교환가능하게 칭해질 수 있다.

가간섭성 방사 소스가 회절 패널을 비추도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 레이저 또는 레이저들이 제공될 수 있다. 컬러 시스템들의 경우에, 레이저들은 상이한 파장으로 이루어질 수 있다.

재생 옵틱스는 회절 패널과 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 사이에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하여 설명된 광학적 배열이 구현될 수 있다. 당업자는 광범위한 대안적인 재생 광학적 배열들이 사용될 수 있다는 점을 또한 인식할 것이다.

회절 패널은 적어도 하나의 재구성가능한 공간 광 변조기(SLM)를 포함할 수 있다. 충분히 높은 해상도의 경우에, 단일 SLM이 사용될 수 있다. 대안적으로, 다수의 SLM들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 컬러 이미지 디스플레이 시스템의 각 컬러 채널에 대하여 개별 SLM이 제공될 수 있다.

적어도 하나의 재구성가능한 공간 광 변조기는 전기적으로 어드레싱(addressing)된 공간 광 변조기일 수 있다. 예를 들면, 액정 또는 마이크로-미러 SLM(micro-mirror SLM)이 제공될 수 있다. SLM은 반사형 또는 투과형일 수 있다.

적어도 하나의 재구성가능한 공간 광 변조기는 또한 광학적으로 어드레싱된 공간 광 변조기(OASLM)일 수 있다. CGH는 US6437919 및 WO00/40018에서 이전에 설명된 Active Tiling®시스템을 사용하여 OASLM에 편리하게 기록될 수 있다. 이 배열은 고해상도 3D 이미지 재생를 가능하게 하는 고 픽셀 카운트 회절 패널들을 제공하는데 특히 적합하다.

Claims

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 2개 이상의 호겔들(hogels)로 분할하는 단계;

상기 CGH의 3차원(3D) 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들(phase entries)을 포함하는 미리-계산된 룩-업 테이블(LUT)을 참조하는 단계; 및

상기 하나 이상의 위상 엔트리들을 사용하여 상기 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보(diffraction fringe information)를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 CGH의 디스플레이된 이미지의 표현을 하나 이상의 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들로 전환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 2 항에 있어서,

각 깊이 양자화된 이미지 슬라이스를 회절 프린지 정보로 전환하는 단계; 및

상기 회절 프린지 정보를 상기 LUT의 위상 엔트리들과 포인트-방식으로 승산하여 각 깊이 양자화된 이미지 슬라이스가 연관된 깊이 평면에서 재생되도록 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 깊이 양자화된 이미지 슬라이스 내에서의 비-제로 이미지 강도 포인트들만이 상기 회절 프린지 정보로 전환되는, 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 CGH의 계산적인 부하를 감소시키기 위해 상기 디스플레이된 이미지의 다수의 깊이 평면들을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 2 항에 있어서,

단일 깊이 양자화된 이미지 슬라이스가 하나의 깊이 평면에서 2차원(2D) 이미지로서 재생되는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 CGH를 단일 평면에서 패럴랙스(parallax)를 갖는 이미지가 재생되도록 하는 복수의 호겔들로 분할하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 엔트리들이 상기 CGH의 광축에 대한 상기 호겔의 위치를 보상하기 위해 스큐 팩터(skew factor)를 사용하여 각 호겔에 대해 계산되는, 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 LUT가 하나 이상의 파장들에 대한 개별 위상 엔트리들을 포함하는, 방법.
3차원 디스플레이 장치에 있어서:

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 디스플레이하기 위한 회절 패널;

상기 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 포함하는 룩-업 테이블(LUT); 및

상기 CGH를 하나 이상의 호겔들로 개념적으로 분할하고 상기 위상 엔트리들의 선택에 기초하여 상기 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 회절 패널을 비추도록 배열되는 가간섭성 방사 소스(coherent radiation source)를 더 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 회절 패널과 상기 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 사이에 위치된 재생 옵틱스(replay optics)를 더 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 회절 패널은 적어도 하나의 재구성가능한 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 SLM은 전기적으로 어드레싱된 공간 광 변조기인, 3차원 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 SLM은 광학적으로 어드레싱된 공간 광 변조기인, 3차원 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 CGH의 디스플레이된 이미지의 표현은 하나 이상의 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들을 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들 중 하나는 하나의 깊이 평면에서 2차원(2D) 이미지로서 동적으로 재생되는, 3차원 디스플레이 장치.
컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 디스플레이하기 위한 수단;

상기 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 복수의 이미지 포인트들에 대응하는 복수의 위상 엔트리들을 저장하기 위한 수단으로서, 상기 CGH는 하나 이상의 호겔들로 분할되는, 상기 복수의 위상 엔트리들 저장 수단; 및

상기 위상 엔트리들의 선택에 기초하여 상기 하나 이상의 호겔들에 대한 회절 프린지 정보를 계산하기 위한 수단을 포함하는, 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 위상 엔트리들은 실수부 및 허수부 둘 모두를 포함하는, 시스템.
제 19 항에 있어서,

상기 위상 엔트리들은 상기 이미지 포인트들 각각에 대한 단일 위상 값을 포함하는, 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 복수의 이미지 포인트들은 상기 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 하나 이상의 깊이 평면들에 위치되는, 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 CGH의 디스플레이된 이미지의 표현은 하나 이상의 깊이 양자화된 이미 지 슬라이스들을 포함하는, 시스템.
제 22 항에 있어서,

상기 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들 중 하나는 상기 깊이 평면들 중 하나에서 2차원(2D) 이미지로서 동적으로 재생되는, 시스템.
컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장된 명령들을 가지는 상기 컴퓨터 판독가능한 매체에 있어서:

상기 명령들이 적어도 하나의 디바이스(device)에 의해 실행될 때, 상기 명령들은:

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 2개 이상의 호겔들로 분할하고;

상기 CGH의 3차원(3D) 이미지 재생 볼륨의 2개 이상의 이미지 포인트들에 대응하는 2개 이상의 위상 엔트리들을 포함하는 미리-계산된 룩-업 테이블(LUT)을 참조하고;

상기 하나 이상의 위상 엔트리들의 선택에 따라 상기 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하도록 동작가능한, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제 24 항에 있어서,

상기 2개 이상의 이미지 포인트들은 상기 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨 내에서의 하나 이상의 깊이 평면들에 위치되는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제 24 항에 있어서,

상기 명령들은 상기 2개 이상의 호겔들 각각에 대한 회절 프린지 정보를 개별적으로 결정하도록 또한 동작가능한, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제 24 항에 있어서,

상기 명령들은 상기 2개 이상의 호겔들을 제 1 서브셋 및 하나 이상의 또 다른 서브셋들로 분할하도록 또한 동작가능하고, 상기 회절 프린지 정보는 상기 하나 이상의 또 다른 서브셋들에 대해 계산되기 전에 상기 제 1 서브셋에 대해 계산되는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제 27 항에 있어서,

상기 명령들은 상기 CGH의 3차원 이미지 재생 볼륨에 대한 미리 결정된 뷰어 위치에 따라 상기 제 1 서브셋을 선택하도록 또한 동작가능한, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제 24 항에 있어서,

상기 LUT은 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(field programmable gate array)에 저장되는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
회절 패널;

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)의 이미지 재생 볼륨에 대한 위상 엔트리들을 포함하는 룩-업 테이블(LUT); 및

상기 CGH의 이미지 재생 볼륨의 표현을 하나 이상의 깊이 양자화된 이미지 슬라이스들로 전환하도록 구성되는 프로세서로서, 단일 깊이 양자화된 이미지 슬라이스가 2차원(2D) 이미지로서 재생되는, 상기 프로세서를 포함하는, 시스템.
제 30 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 단일 깊이 양자화된 이미지 슬라이스를 회절 프린지 정보로 전환하도록 또한 구성되는, 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 회절 프린지 정보를 상기 LUT의 위상 엔트리들과 포인트-방식으로 승산하여 상기 깊이 양자화된 이미지 슬라이스가 연관된 깊이 평면에서 재생되도록 또한 구성되는, 시스템.
제 30 항에 있어서,

상기 위상 엔트리들은 상기 CGH의 이미지 재생 볼륨 내에서의 이미지 포인트들에 대응하는, 시스템.
제 33 항에 있어서,

상기 위상 엔트리들은 실수부 및 허수부 둘 모두를 포함하는, 상기 이미지 포인트들 각각에 대한 단일 위상 값을 포함하는, 시스템.
제 30 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 CGH를 2개 이상의 호겔들로 분할하도록 또한 구성되는, 시스템.
제 35 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 하나 이상의 위상 엔트리들을 사용하여 상기 호겔들 중 적어도 하나에 대한 회절 프린지 정보를 계산하도록 또한 구성되는, 시스템.