KR20150091176A - 홀로그래픽 보정을 갖는 홀로그래픽 이미지 프로젝션 - Google Patents

홀로그래픽 보정을 갖는 홀로그래픽 이미지 프로젝션 Download PDF

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Abstract

공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법을 제공한다. 본 방법은 제 1 홀로그램 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 결합하는 과정을 포함한다. 광은 제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터와 공간적으로 변조된다. 제 1 공간 변조 광 빔은 제 1 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 1 영역을 조사함으로써 광학소자를 사용하여 재지정된다. 제 1 렌즈효과는 제 1 영역에서 광학소자의 광파워를 보상한다.

Description

홀로그래픽 보정을 갖는 홀로그래픽 이미지 프로젝션{HOLOGRAPHIC IMAGE PROJECTION WITH HOLOGRAPHIC CORRECTION}
본 개시는 이미지 프로젝션 분야에 관한 것이다. 여기에 개시된 실시예들은 일반적으로 홀로 그래픽 이미지 프로젝션과 그의 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 헤드업 디스플레이와 윈드스크린을 사용한 홀로그래픽 이미지 프로젝팅(Pojecting) 방법에 관한 것이다.
물체에서 산란된 빛은 진폭과 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭과 위상 정보는 예컨대, 홀로그래픽 기록을 형성하기 위해, 공지된 간섭 기술에 의한 감광성 플레이트 또는 간섭 무늬(Interference Fringes)를 포함하는 "홀로그램"에서 캡쳐될 수 있다. "홀로그램"은 원 객체를 나타내는 홀로그래픽 구성(Reconstruction) 또는 재생 이미지를 형성하기 위한 적절한 광을 조사함으로써 구성될 수 있다.
적절한 품질의 홀로그래픽 구성이 원 객체에 관한 위상정보만을 포함하는 “홀로그램”으로부터 형성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상한정(Phase-only) 홀로그램이라 말할 수 있다. 컴퓨터로 형성한 홀로그라피는 예컨대, 컴퓨터로 형성한 위상한정 홀로그램을 생성하기 위해 예컨대 푸리에 기법을 이용하여, 수치적으로 간섭 프로세스(Interference Process)를 시뮬레이션할 수 있다. 컴퓨터로 형성한 위상한정 홀로그램은 객체를 표시하는 홀로그래픽 구성을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
"홀로그램"이란 용어는 객체에 관한 정보를 포함하고 객체를 나타내는 구성을 형성하기 위해 사용될 수 있는 기록(Recording)에 관련된다. 홀로그램은 주파수, 즉 푸리에 도메인에서의 객체에 관한 정보를 포함할 수 있다.
2차원 이미지 프로젝션 시스템에서 홀로그래픽 기법을 사용하는 것이 제안되어 왔다. 위상한정 홀로그램을 사용하여 이미지를 투사(Projection)하는 것의 장점은, 예컨대 프로젝트된 이미지의 종횡비(Aspect Ratio), 해상도(Resolution), 대비(Contrast) 및 다이나믹 레인지(Dynamic Range)와 같은 계산방법을 통해 다수의 이미지 속성을 제어할 수 있다는 것이다. 위상한정 홀로그램의 추가적인 장점은 광 에너지가 진폭변조 방식에 의해 손실되지 않는 것이다.
컴퓨터로 형성한 위상한정 홀로그램은 "픽셀화(pixellated)"될 수 있다. 즉, 위상한정 홀로그램은 이산적인(Discrete) 위상 소자의 어레이 상에 표시될 수 있다. 각각의 이산 소자는 "픽셀(Pixel)"로 표시될 수 있다. 각각의 픽셀은 위상 변조 소자처럼 광 변조 소자로 동작할 수 있다. 따라서, 컴퓨터로 형성한 위상한정 홀로그램은 액정(Liquid Crystal) 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)와 같은 위상 변조 소자의 어레이 상에 표시될 수 있다. SLM은 변조된 광이 반사에 의해 SLM으로부터 출력된다는 의미에서 반사적(Reflective)이라 할 수 있다.
각 위상 변조 소자, 즉 픽셀은 위상 변조 소자에 입사되는 광을 제어 가능한 위상지연을 제공하기 위하여 상태가 변할 수 있다. 따라서, 실리콘 액정(LCOS: Liquid Crystal On Silicon) SLM 과 같은 위상 변조 소자의 어레이는 계산으로 결정된 위상지연 분포로 표시(또는 "디스플레이")될 수 있다. 위상 변조 소자의 어레이 상에 입사되는 광이 코히런트(Coherent)하면, 광은 홀로그래픽 정보, 또는 홀로그램으로 변조될 것이다. 홀로그래픽 정보는 주파수, 즉 푸리에 도메인에 있을 수 있다.
또는, 위상지연 분포는 키노폼(Kinoform) 상에 기록될 수 있다. "키노폼"이라는 용어는 위상한정 홀로그래픽 기록 또는 홀로그램을 나타내는 것으로 일반적으로 사용될 수 있다.
위상 지연은 양자화될 수 있다. 즉, 각 픽셀은 위상레벨의 이산적인 숫자 중 하나로 설정될 수 있다.
위상지연 분포는 입사광 파(예를 들어, LCOS SLM를 조사함으로써)에 적용될 수 있고, 또한 구성(Reconstruct)될 수 있다. 공간 상 구성의 위치는, 공간영역(Spatial Domain)에서 홀로그래픽 구성 즉 "이미지"를 형성하기 위해, 광 푸리에 변환 렌즈를 사용함으로써 제어될 수 있다. 또는, 구성이 파필드(Far-Field)에서 발생한다면 푸리에 변환 렌즈는 필요 없을 것이다.
컴퓨터로 형성한 홀로그램은 Gerchberg-Saxton과 같은 알고리즘을 사용하는 것을 포함하여 다양한 방법으로 계산될 수 있다. Gerchberg-Saxton 알고리즘은 공간영역(예컨대, 2차원 이미지)의 진폭정보로부터 푸리에 도메인의 위상정보를 도출하는 데 사용될 수 있다. 즉, 객체에 관한 위상정보는 공간영역에서의 유일한 정보인 강도(Intensity) 내지는 진폭으로부터 "얻어질(Retrieved)" 수 있다. 따라서, 푸리에 도메인에서 객체를 나타내는 위상한정 홀로그래픽은 계산될 수 있다.
홀로그래픽 구성은 예컨대, 화면과 같은 응답필드(Reply Field)에서의 이미지(홀로그래픽 구성)를 형성하기 위해 푸리에 변환 렌즈를 사용하여 푸리에 도메인 홀로그램을 조사하거나 광학적 푸리에 변환을 수행함으로써 형성될 수 있다.
도 1은 본 개시에 따라, 재생필드(Replay Field) 위치에서 홀로그래픽 구성을 생성하기 위해 LCOS-SLM 와 같은 반사형 SLM을 사용하는 예를 도시한다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅렌즈(Collimating Lens)(111)를 통해 SLM을 조사하기 위해 배치된다. 콜리메이팅렌즈는 SLM 상에 입사되도록 일반적으로 광을 평면 파면으로 만든다. 파면의 방향은 (예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 이런 배치는 광원으로부터 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되고, 출사파면(Exiting Wavefront)(112)을 형성하기 위해 위상 변조층과 상호작용하게 한다. 출사파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다.
푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM으로부터 출사되는 위상 변조된 광의 빔을 수신하고, 공간영역의 스크린(125)에 홀로그래픽 구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
이 과정에서, 광원으로부터의 광-이미지 프로젝션 시스템의 경우에는 가시광-이 SLM과 위상변조층(즉, 위상 변조 소자의 어레이)에 걸쳐 분포된다. 위상 변조층에서 출사된 광은 재생필드에 걸쳐 분포될 수 있다. 홀로그램의 각 픽셀은 전반적으로 재생 이미지에 기여한다. 즉, 재싱 이미지의 특정 지점과 특정 위상 변조 소자 사이에 일대일 상관관계는 없다.
Gerchberg Saxton 알고리즘은 각각 면 A와 B 상의 광 빔의 강도 단면인 IA(x,y)와 IB(x,y)가 알려져 있고, IA(x,y)와 IB(x,y)가 단일 푸리에 변환에 의해 관련될 때, 위상을 구하는 문제를 고려한다. 강도 단면이 주어지면, 평면 A와 B에서의 각각의 위상분포인, ΦA(x,y)와 ΦB(x,y)의 근사치가 구해진다. Gerchberg-Saxton 알고리즘은 반복(Iterative) 과정을 수행함으로써 이 문제의 해결책을 찾아낸다.
Gerchberg-Saxton 알고리즘은 공간영역과 푸리에(스펙트럼) 도메인 사이에서 IA(x,y)와 IB(x,y)로 나타나는 데이터 세트(진폭과 위상)를 반복적으로 전송하는 동안, 반복적으로 공간과 스펙트럼 제약(Constraint)을 적용한다. 공간과 스펙트럼 제약은 각각 IA(x,y)와 IB(x,y) 이다. 공간 또는 스펙트럼 도메인에서의 제약은 데이터 세트의 진폭에 부과된다. 이에 해당하는 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.
홀로그래픽 프로젝터는 이러한 기술을 이용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 차량 헤드업 디스플레이에 응용되고 있다.
자동차에서의 헤드업 디스플레이 사용은 인기가 더해가고 있다. 헤드업 디스플레이는 합성기(Combiner, 프리 스탠딩 유리 스크린의 목적이 운전자의 시선에 가상 이미지를 반영하기 위한)를 사용하는 것과 동일한 목적 달성을 위해 차량의 앞유리 스크린을 활용하는 것, 두 가지 주요 카테고리로 분류된다.
도 2는 광원(206), 프로젝션되는 이미지를 나타내는 홀로그램 데이터로 광원으로부터의 광을 공간적으로 변조하기 위해 구비된 공간 광 변조기(204), 푸리에 변환 옵틱(Optic, 205), 디퓨저(Diffuser, 203), 프리폼(Freeform) 미러(201), 윈드스크린(202) 및 관찰위치(207)를 포함하는 헤드업 디스플레이의 예를 나타낸다. 도 2는 홀로그래픽 구성의 실제 이미지가 디퓨저(203)의 재생 필드에 형성되는 소위 "인다이렉트 뷰" 시스템을 도시한다. 따라서, 홀로그래픽 구성은 디퓨저(203)에 투사되고 디퓨저(203)에 초점을 맞춤으로써 관찰위치로부터 볼 수 있을 것이다. 투사된 이미지는 프리폼 미러(201)에서의 첫번째 반사와 윈드스크린(202)에서의 두번째 반사를 통해 보여진다. 디퓨저는 예컨대, 홀로그래픽 시스템의 개구 수치를 증가시키는 역할을 함으로써, 프리폼 미러를 완전히 조사하여 운전자에게 가상 이미지가 보여지게 한다.
그러나, 소위 "합성기(Combiner)"로서 윈드스크린을 사용하는 것의 문제는, 윈드스크린의 곡률 때문에 디스플레이되는 가상 이미지에 렌징 파워(Lensing Power)가 가해지는 것이다. 이 문제는 상하 및 좌우로 존재하는 다른 윈드스크린 곡률(202) 때문에 더 복잡해진다. 일반적으로 복잡한 렌징 기능은 잘 설계된 프리폼 미러(201)의 사용을 통해 보정된다. 그러나, 이러한 미러들은 최소한의 수차로 설계하기 매우 복잡하고, 필요한 정밀도로 제조하기 매우 비싸다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하고 개선된 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 양상들은 첨부된 독립 청구항에 의해 정의된다.
타겟 이미지 프로젝션의 개선된 방법을 제공한다. 특히, 자동차 앞유리 스크린과 같이 공간적으로 변하는 광 파워를 갖는 광학소자를 사용하는 프로젝션 방법을 제공한다. 광학소자의 광파워는 이미지 컨텐츠(Image-Content) 데이터와 렌즈효과(Lensing Effect)를 갖는 데이터를 결합함으로써 보상된다. 바람직하게는 불규칙한 광학소자를 조절 가능하게 보상할 수 있는 시스템이 제공된다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 결합하는 과정; 제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정; 및 상기 제 1 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 1 영역을 조사함으로써 상기 광학 소자를 사용하여 상기 제 1 공간 변조 광 빔을 재지정(Redirect)하는 과정을 포함하되, 상기 제 1 렌즈효과는 상기 제 1 영역에서 상기 광학소자의 광파워를 보상하는 공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법을 제공한다.
또한, 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합하기 위한 프로세싱 수단; 상기 제 1 홀로그래픽 데이터를 나타내기 위해 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 적어도 하나의 공간 광 변조기; 및 공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 포함하되, 상기 광학소자는 제 1 광파워를 갖는 제 1 구역을 포함하고, 상기 제 1 렌즈효과는 상기 제 1 광파워를 보상하는 프로젝터를 제공한다.
이 방법은 개별적으로 보상된 홀로그램을 사용하여 윈드스크린의 복합 광파워를 보상함으로써 비싼 프리폼 미러(Freeform Mirror)를 필요없게 만드는 효과가 있다.
또 다른 효과로서, 이 시스템은 예를 들어, 다른 시야각이나 다른 윈드스크린 형상에 대해서도 용이하게 보상이 조절될 수 있음을 알 수 있다.
또한 윈드스크린의 곡률이 다르게 정해지더라도, 이 시스템은 다른 렌징 데이터를 선택함으로써 변동에 동적으로 대응할 수 있다.
따라서, 실시예에서, 물리적인 변경 없이도 어떤 차량에도 적용될 수 있는 헤드업 디스플레이가 제공되는 효과가 있다.
실시예들은 첨부도면에 따라 설명될 것이다.
도 1은 재생필드위치에 홀로그래픽 구성을 생성하기 위해 구비된 LCOS 같은 반사형 SLM의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 차량의 헤드업 디스플레이를 위한 소위 "인다이렉트 뷰" 홀로그래픽 프로젝터를 도시한 것이다.
도 3은 컴퓨터로 형성한 위상 한정 홀로그램을 위한 알고리즘의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 예시적인 알고리즘을 위한 랜덤 위상 시드(Seed)의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 차량용 헤드업 디스플레이 "다이렉트 뷰"의 한 경로를 도시한 것이다.
도 6은 실시예에 따른 차량의 헤드업 디스플레이를 위한 "다이렉트 뷰"를 도시한 것이다.
도 7은 실시예에 따른 프레넬 홀로그램 계산을 위한 알고리즘이다.
도 8은 LCOS SLM의 개략도이다.
도면에서, 동일한 참조부호는 동일한 부분을 지칭한다.
홀로그래픽으로 생성된 2차원 이미지는 유사한 종래 프로젝션 방식에 비해 해상도 및 효율성 측면에서 상당한 장점을 갖는 것으로 알려져 있다.
Gerchberg-Saxton에 기반한 수정 알고리즘이 개발되었다. - 예를 들면, 본 발명에 참조로 포함되는 PCT출원 공개 WO 2007/131650를 참조한다.
도 3은 공지된 진폭정보 T[x,y] (362)를 생성하는 데이터세트의 푸리에 변환의 위상정보 Ψ[u,v]를 추출하는 수정된 알고리즘을 도시한다. 진폭정보 T[x,y] (362)는 타겟 이미지(예를 들면, 사진)를 나타낸다. 위상정보 Ψ[u,v]는 이미지 평면에서 타겟 이미지를 나타내는 홀로그래픽을 생성하기 위해 사용된다.
크기와 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되어 있기 때문에, 변형된 크기(및 위상)는 계산된 데이터 세트의 정확성에 관해 유용한 정보를 포함한다. 따라서, 이 알고리즘은 진폭과 위상 정보 모두에 대한 피드백을 제공할 수 있다.
도 3에 도시된 알고리즘은 복합파(Complex Wave)의 (진폭정보(301) 및 위상정보(303)를 갖는) 입력과 복합파의 (또한 진폭정보(311)와 위상정보(313)를 갖는) 출력을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 설명의 편의상, 진폭과 위상정보는 비록 데이터 세트를 형성하기 위해 본질적으로 결합되지만, 개별적으로 고려된다. 진폭 및 위상 정보 모두 그 자체가 파필드(Farfield) 이미지에 대해서는 공간좌표(x, y)의 함수, 홀로그램에 대해서는 (u, v)의 함수이고, 둘 다 진폭 및 위상 분포인 것을 기억해야 한다.
도 3에 따르면, 프로세싱 블록(350)은 크기정보(301)와 위상정보(303)를 갖는 제 1 데이터 세트로부터 푸리에 변환을 생성한다. 그 결과는 크기정보와 위상정보 Ψn[u,v] (305)를 갖는 제 2 데이터 세트이다. 프로세싱 블록(350)의 진폭정보는 광원(Light Source)을 대표되는 분포로 설정되나, 위상정보 Ψn[u,v] (305)는 유지된다. 위상정보(305)는 프로세싱 블록(354)에 의해 양자화되고, 위상정보 Ψ[u, v](309)로서 출력된다. 위상정보(309)는 프로세싱 블록(356)에 전달되고, 프로세싱 블록(352)에 의한 새로운 크기와 결합된다. 제 3 데이터 세트(307, 309)는 역 푸리에 변환을 수행하는 프로세싱 블록(356)에 입력된다. 이렇게 하므로 공간 도메인에서 진폭정보(311)와 위상정보(313)를 갖는 제 4 데이터 세트 Rn[x,y]가 생성된다.
제 4 데이터 세트를 시작으로, 제 4 데이터 세트의 위상정보(313)는 다음 반복과정(Iteration, 303’)의 제 1 데이터 세트로 입력되는 제 5 데이터 세트의 위상정보를 형성한다. 이의 진폭정보 Rn[x,y] (311)는 진폭정보(315) 세트를 생성하기 위하여 타겟 이미지로부터 진폭정보 T[x,y] (362)를 감산함으로써 수정된다. 크기가 조정된(Scaled) 진폭정보(315)(α만큼 조정)는 다음 반복과정에 제 1 데이터 세트로 입력되는 제 5 데이터 세트의 입력 진폭정보 η[x,y](301)를 생성하기 위해 타겟 진폭정보 T[x,y](362)로부터 감산된다. 이는 다음의 식으로 수학적으로 표현된다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이다.
F는 푸리에 변환이다.
R은 재생필드이다.
T는 타겟이미지다.
∠ 는 각도 정보이다.
Ψ는 각도 정보의 양자화된 버전이다.
ε 는 새로운 타겟 크기이고, ε≥ 0이다.
α는 이득요소로서 ~1이다.
이득요소 α는 수신된 타겟 이미지 데이터의 속도와 크기에 기초하여 예측될 수 있다.
선행하는 반복과정으로부터 위상정보가 없는 경우, 알고리즘의 첫번째 반복과정은 출발점으로서 랜덤 위상 정보를 제공하기 위해 랜덤 위상 생성기를 사용한다. 도 4는 랜덤 위상 시드(Seed)의 예를 도시한 것이다.
발명의 변형 예에서, 프로세싱 블록(350)으로부터 수신된 결과적인 진폭정보는 삭제되지 않는다. 타겟 진폭정보(362)는 새로운 진폭정보를 생성하기 위해 진폭정보로부터 감산된다. 다중 진폭정보는 프로세싱 블록(356)을 위한 입력 진폭정보를 생성하기 위해 진폭정보(362)로부터 감산된다. 다른 대안으로서, 위상은 전체가 피드백되지 않고, 마지막 두 반복과정을 통해 변경된 일부만 피드백된다.
이렇게 하여, 관심 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 형성할 수 있다. 위상 홀로그램과 관련된 실시예들은 단지 예로서, 본 실시예는 진폭 홀로그램에도 동등하게 적용할 수 있을 것이다.
정리하자면, 본 발명자는 공간적으로 변하는 광파워(Optical Power), 예컨대 자동차의 앞 유리 스크린을 갖는 합성기(Combiner)를 사용함으로써 발생되는 문제점은 “인다이렉트 뷰” 시스템 대신에 소위 “다이렉트 뷰(Direct View)” 시스템을 사용함으로써, 그리고 합성기에 의해 부가되는 광파워을 보상하는 렌즈효과(Lensing Effect)를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합함으로써 해결될 수 있다. 데이터는 단순한 가산(Addition)으로 결합될 수 있다. 이러한 관점에서, 홀로그램은 프로젝션을 위한 실제 이미지를 나타내는 제 1 데이터와 렌즈효과 기능을 포함하는 제 2 데이터를 포함한다. 특히, 이 방법은 예를 들면, 프로젝션 시스템이 사용 중 재편성되고, 결합기의 다른 영역이 사용되는 경우, 보상의 실시간 조절이 가능해진다. 예를 들어, 이러한 재편성은 뷰어가 이동하는 경우 필요할 것이다.
도 5는 광원(501), SLM(504), 프리폼 미러(503, Freeform Mirror), 윈드 스크린(502) 및 관찰위치(505)를 포함하는 헤드업 디스플레이를 위한 소위 “다이렉트 뷰” 시스템을 도시한다. 주목할 만한 것은, 관찰자의 눈의 수정체는 필요한 푸리에 변환을 수행한다는 것이다. 따라서, 다이렉트 뷰 시스템은 푸리에 렌즈를 포함하지 않는다. 만약 SLM으로부터 들어온 광선이 평행하게 진행할 때 눈은 망막에 선명한 이미지를 형성하기 위해 무한대에 초점을 맞춰야 한다. 그러나, 렌즈효과를 포함하는 푸리에 도메인 데이터가 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터에 추가되면, 광선은 평행하지 않게 될 것이고, 눈은 선명한 재생필드를 망막에 형성하기 위하여 렌즈효과가 규정하는 초점거리에 맞출 필요가 있을 것이다.
실시예에서, 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터는 윈드 스크린의 광파워의 영향을 보상, 또는 심지어는 부정하기 위해, 프로젝션을 위한 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터에 결합, 예컨대, 추가된다. 통상의 기술자라면 요구되는 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터를 계산하는 법과, 다른 푸리에 도메인 데이터에 이러한 데이터를 추가하는 법을 알 것이다.
따라서, 본 실시예는 공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법을 제공한다. 이 방법은, 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 결합하는 과정; 제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정; 제 1 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 1 영역을 조사함으로써 광학 소자를 사용하여 제 1 공간 변조 광 빔을 재지정(Redirect)하는 과정을 포함하되, 제 1 렌즈효과는 제 1 영역에서 광학소자의 광파워를 보상한다.
SLM이 낮은 수치의 개구를 가진다고 가정할 때, 홀로그래픽 구성은 한 눈에만 보일 것이다. 따라서, 다른 바람직한 실시예에서, 2개의 홀로그래픽 프로젝션을 제공하기 위해 2개의 SLM이 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 눈(609)이 서로 다른 프로젝션을 볼 때, 각각의 프로젝션은 윈드스크린(606, 607)의 다른 구역에 또는 다른 영역에 투사된다. 각 영역은 서로 다른 광 파워를 가질 가능성이 높으므로 이는 개별적으로 보정되거나 보상될 수 있다. 특히, 서로 다른 프로젝션은 윈드 스크린에 의해 다르게 영향을 받고, 각각의 프로젝션은 본 개시에 따라 독립적으로 보정될 수 있다는 것에 발명자들은 인식하였다.
보다 구체적으로, 도 6은 공간적으로 변조되는 픽셀(603a)의 제 1 어레이를 조사(Illuminating) 하기 위한 제 1 광원(601a)을 도시한다. 제 1 홀로그램은 픽셀(603a)에 표시된다. 제 1 홀로그램은 이미지 데이터와 제 1 렌징(Lensing) 데이터(604a)를 포함한다. 이미지 데이터는 프로젝션되는 2차원 이미지를 나타내는 데이터이다. 제 1 렌징 데이터(604a)는 제 1 렌즈 효과를 제공하는 데이터이다. 공간 변조 광은 윈드 스크린(602)의 제 1 구역으로 입사된다. 이 광은 윈드스크린(602)에 의해 뷰(View) 평면(609)의 제 1 구역(609a)으로 재지정(Redirect)된다. 이에 해당되는 광 경로는 제 2 홀로그램을 위해 제공된다. 제 2 광원(601b)은 공간 변조 픽셀(603b)의 제 2 어레이를 조사한다. 제 2 홀로그램은 픽셀(603b)에 표시된다. 제 2 홀로그램은 이미지 데이터와 제 2 렌징 데이터(604b)를 포함한다. 이미지 데이터는 프로젝션을 위한 2차원 이미지를 데이터를 나타낸다. 제 2 렌징 데이터(604b)는 제 2 렌즈효과를 제공하는 데이터이다. 일 실시예에서, 제 1 렌징 데이터(604a)는 제 2 렌징 데이터(604b)와 다르다. 공간 변조 광은 윈드스크린(602)의 제 2 구역에 입사한다. 광은 윈드스크린(602)에 의해 뷰평면(609)의 제 2 구역(609b)으로 재지정된다. 실시예에서, 뷰 평면의 제 1 구역(609a)과 제 2 구역(609b)은 실질적으로 인접되나 중복되지는 않는다.
따라서, 공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법 이 제공되고, 그 방법은: 제 1 홀로그램 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 결합하는 과정; 제 2 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 2 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인데이터와 결합하는 과정; 제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정 및 제 2 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 2 홀로그래픽 데이터로 공간 변조하는 과정; 제 1 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 1 영역을 조사하고, 제 2 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 2 영역을 조사함으로써 광학 소자를 사용하여 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔을 재지정(Redirect)하는 과정을 포함하고, 제 1 및 제 2 렌즈효과는 제 1 영역 및 제 2 영역에서 광학소자의 광파워를 각각 보상한다.
일 실시예에서, 제 1 렌즈효과는 제 2 렌즈효과와 차이가 있고/있거나, 제 1 및 제 2 렌즈효과는 독립적으로 선택되거나 계산된다. 이런 점에서, 광학소자의 제 1 및 제 2 영역의 서로 다른 광파워는 개별적으로 보상될 수 있다는 것을 알 수 있다. 제 1 및 제 2 홀로그램은 공간변화와 광학소자의 복합 광파워에 대한 보상을 위해 독립적으로 구성하는 것도 고려될 수 있다.
주목할 만한 것은, 이 방법은 개별적으로 보상된 홀로그램을 사용하여 윈드스크린의 복합 광파워를 보상함으로써 비싼 프리폼 미러(Freeform Mirror)를 필요없게 만든다. 또 다른 장점으로서, 이 시스템은 예를 들어, 다른 시야각이나 다른 윈드스크린 형상에 대해서도 용이하게 보상이 조절될 수 있음을 알 수 있다. 또한 윈드스크린의 곡률이 다르게 정해지더라도, 이 시스템은 다른 렌징 데이터를 선택함으로써 변동에 동적으로 대응할 수 있다. 따라서, 실시예에서, 물리적인 변경 없이도 어떤 차량에도 적용될 수 있는 헤드업 디스플레이가 제공된다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 렌즈효과로 인해 제 1 및 제 2 영역의 광학소자의 광파워를 각기 실질적으로 감소되는(Negate) 것을 알 수 있다.
실시예에서, 홀로그램은 위상한정(Phase-Only) 홀로그램이고, 렌즈효과는 위상한정 렌즈에 의해 제공된다. 위상한정 홀로그램은 실시간으로 계산되거나 데이터베이스와 같은 저장소로부터 불러올 수 있다. 홀로그램은 Gerchberg-Saxton형 알고리즘 또는 푸리에 도메인 홀로그램을 생성하기 위한 임의의 다른 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 통상의 기술자라면, 홀로그램은 진폭 홀로그램일 수도 있고 진폭 및 위상 홀로그램일 수도 있으므로, 렌즈효과는 진폭 홀로그램 또는 진폭과 위상 홀로그램에 의해 제공된다는 것을 이해할 것이다.
선택적으로, 일부 SLM의 낮은 수치의 개구 때문에, 실시예들은(소위 아이박스(Eye-Box) 영역에서) 운전자가 항상 홀로그램을 볼 수 있도록 보장하기 위해 안구추적 메커니즘을 포함한다. 이러한 실시예에서는, 안구 추적 시스템이 결합된 무빙 미러나 다른 광 조타기구가 사용된다. 일 실시예에서, 광학소자는 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔을 뷰평면에 재지정(Redirect)하도록 된다.
바람직한 시스템에서, 각각의 눈은 하나의 공간 변조 빔만을 수용한다. 뷰 평면에서 바람직한 빔의 간격은 눈의 간격에 의존한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔은 뷰평면에서 실질적으로 인접해 있다. 뷰 평면에서 빔이 겹치는 경우, 광 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔은 뷰평면에서 겹치지 않는다.
2개의 홀로그래픽 구성은 각각의 눈이 실질적으로 같은 이미지를 보도록 각각 보상된다. 2개의 이미지가 다른 경우, 혼동이 초래될 수 있다. 일 실시예에서, 재지정된 제 1 공간 변조 광 빔은 재지정된 제 2 공간 변조 광 빔과 실질적으로 동일하게 수렴되거나 발산된다.
광은 실리콘 액정 SLM과 같은 공간 광 변조기를 사용하여 공간적으로 변조될 수 있다. 홀로그래픽 데이터는 SLM에 기록되어 광의 입사 평면파가 홀로그래픽 데이터에 공간적으로 변조되는 것을 알 수 있다. 이러한 점에서, SLM의 픽셀들이 홀로그래픽 데이터를 “디스플레이”내지는 “나타낸다”라고 볼 수 있다.
일 실시예에서, 공간 변조는, 적어도 하나의 공간 광 변조기 상에 제 1 및 제 2 홀로그래픽 데이터를 표시하는 과정; 및 제 1 및 제 2 홀로그래픽 데이터에 각각 대응하는 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔을 형성하기 위하여 평면파로 적어도 하나의 공간 광 변조기를 조사(Illuminate)하는 과정으로 제공된다.
바람직한 실시예들은 뷰어(Viewer)를 위해 광을 재지정하기 위한 광학소자로서, 자동차의 앞 유리 스크린을 사용한 차량의 헤드업(Head-Up) 디스플레이에 관한 것이다. 이러한 점에서, 윈드스크린은 광 결합기로 고려될 수 있다. 즉, 실시예에서, 광학소자는 자동차 앞 유리 스크린이 된다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명이 광학소자 때문에 발생하는 불필요한 광파워를 보상하기에 적합하다는 것을 이해할 것이다.
이에 상응하는 프로젝터는, 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합하기 위한 프로세싱 수단; 제 1 홀로그래픽 데이터를 나타내기 위해 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 적어도 하나의 공간 광 변조기; 공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 포함한다. 여기서 광학소자는 제 1 광파워를 갖는 제 1 구역을 포함하고, 제 1 렌즈효과는 제 1 광파워를 보상한다.
또 하나의 추가적인 바람직한 실시예에서, 프로세싱 수단은 제 2 홀로그래픽 데이터를 생성하는 제 2 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합하기 위해 추가로 구비되고, 적어도 하나의 공간 광 변조기는 제 2 홀로그래픽 데이터를 표시하기 위해 구비된 픽셀 어레이를 추가로 포함하되, 광학소자는 제 2 광파워를 갖는 제 2 구역을 포함하며, 제 2 렌즈효과는 제 2 광파워를 보상한다.
실시예는 두 개의 홀로그래픽 구성을 제공하기 위해 두 개의 SLM을 사용한다. 그러나, 충분히 큰 SLM이 존재한다면, 운전자에 의해 보여지는 영역만 투사하는 개개의 홀로그램의 단일장치를 사용해도 동일한 효과를 거둘 수 있을 것이다. 즉, 다른 실시예에서, 동일한 SLM의 다른 영역이 두 개의 홀로그래픽 구성을 형성하기 위해 사용된다. 즉, 일 실시예에서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는 제 1 홀로그래픽 데이터를 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제 1 공간 광 변조기와 제 2 홀로그래픽 데이터를 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제 2 공간 광 변조기를 포함한다.
통상의 기술자라면 광원이 프로젝터나 프로젝터와 연동하기 위해 구비된 외부 요소의 일부로 이해할 것이다. 즉, 일 실시예에서, 프로젝터는 평면파로 적어도 하나의 공간 광 변조기를 조사하도록 구비된 광원을 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 단일 광원은 빔 스플리터(Beam Splitter)나 다른 광 스플리터를 사용하여 분할되고, 공간 광 변조기들을 조사하기 위해 사용된다.
헤드업 디스플레이는 당업계에서 공지된 다양한 정보를 표시할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 모든 가능한 디스플레이들에 대응하는 홀로그램들은 미리 계산되고, 저장소에 저장되거나, 실시간으로 계산될 것이다. 일 실시예에서, 프로젝터는 복수의 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터 저장소를 추가로 포함한다. 마찬가지로, 실시예에서, 다른 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터의 저장소가 제공된다. 또 다른 실시예에서, 위치함수(예를 들어, X 및 Y 좌표)로 된 광학소자의 광파워 룩-업 테이블이 제공되므로, 광학소자를 보상하도록 적절한 렌징 데이터가 적용될 수 있다.
푸리에 홀로그램과 관련하여 본 명세서에 기재된 실시예는 단순한 예시에 불과하다. 본 개시는 홀로그램 계산시에 프레넬(Fresnel) 렌즈 함수에 적용되는 프레넬(Fresnel) 홀로그래피에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 7은 프로젝션을 위한 타겟 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 계산하기 위한 프레넬 홀로그래픽 알고리즘의 예를 도시한다.
위상복원 알고리즘을 위한 개시조건(701)은 각 픽셀이 단위(Unity) 진폭을 갖는 반면 랜덤 위상 시드 함수에 의해 제공된 랜덤 위상을 갖는다는 것이다. 프레넬(Fresnel) 위상 함수(703)는 위상데이터에 부가된다. 얻어진 진폭 및 위상 함수는 푸리에 변환(705)된다. 타겟 이미지(진폭 한정)(709)는 진폭 성분 및 입력된 제어이득(711)으로부터 감산된다. 타겟 이미지(709)는 진폭성분에 추가되고, 역 푸리에 변환(715)이 수행된다. 프레넬 렌즈 함수(717)는 감산되고, 위상은 양자화(719) 된다. 얻어진 위상정보는 홀로그램(723)을 형성한다. 루프의 추가적인 반복과정은, 프레넬 렌즈 함수(721)를 다시 추가하고, “양호(Acceptable)”품질의 홀로그램을 얻을 때까지 푸리에 변환(715)과 뒤이은 단계를 반복함으로써 수행될 수 있다.
재구성된 홀로그램의 질(Quality)은 재구성 회절 특성의 결과인 소위 0차 문제의 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 “노이즈”로 간주될 수 있고, 예를 들면, 정반사된 빛과 SLM으로부터 기타 원치 않는 빛을 포함할 수 있다.
이러한 “노이즈”는 재구성된 홀로그램의 중심에 명점(Bright Spot)으로 이어지기 위해 일반적으로 푸리에 렌즈의 초점(Focal Point)에 맞추어진다. 통상적으로 0차 광은 간단히 차단되나, 이는 밝은 지점(Bright Spot)으로 어두운 지점(Dark Spot)을 대체하는 것을 의미할 것이다.
홀로그램은 3차원 정보를 포함하지만, 그것은 공간의 다른 평면으로 바꾸기 위해 재구성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본원 발명에 참조로 포함되는 PCT출원 공개 WO 2007/131649를 참조한다.
각도 선택형 필터는 0차의 평행한 광선만을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 0차를 관리하는 다른 방법도 이용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 프레임당 하나의 홀로그램을 표시하는 반면, 본 발명은 이런 면으로 제한되지 않고, 하나 이상의 홀로그램이 한번에 SLM상에 표시될 수 있다.
예를 들어, 실시예는 “타일링(Tiling)”기술을 구현하는데, SLM의 표면 영역은 다수의 타일로 더 분할되고, 각각의 타일은 원래 타일과 유사하거나 동일한 위상분포에 따라 설정된다. 따라서, 각 타일은 하나의 큰 위상 패턴으로 사용되는 SLM의 전체 할당된 영역보다 작은 표면영역이다. 타일 내의 주파수 성분의 수가 더 작아질수록 이미지가 생성되었을 때 재구성된 픽셀들이 더 이격되어 분리된다. 이미지는 0차 회절 차수로 생성되므로, 제 1 및 후속 차수들은 이미지와 겹치지 않도록 충분히 멀리 떨어지는 것이 바람직한데, 이는 공간 필터에 의해 차단될 수 있다.
전술한 바와 같이, 이러한 방법(타일링을 포함하든 안 하든)으로 생성된 이미지는 이미지 픽셀을 형성하는 지점을 포함한다. 사용되는 타일의 수가 많을수록 이러한 지점은 작아진다. 무한 사인파의 푸리에 변환을 예로 들자면, 단일 주파수가 생성된다. 이는 최적의 출력이다. 실제로는, 단 하나만의 타일이 사용되는 경우, 이는 사인파의 단일 사이클의 입력과 무한대 사인파의 엔드 노드들로부터 플러스, 마이너스 방향으로 연장된 제로 값에 대응한다. 그것의 푸리에 변환으로부터 생성된 단일 주파수 대신에, 주요 주파수 성분은 그것의 양측에 인접 일련의 주파수 성분이 생성된다. 타일링의 사용은 이러한 인접 주파수 성분의 크기를 감소시켜, 이것의 직접적인 결과로서, 인접한 이미지 픽셀간에 간섭(보강 또는 상쇄)을 감소시킴으로써 화질을 향상시킬 수 있다.
타일의 일부를 사용하는 것이 가능하지만, 바람직하게는 각각의 타일은 전체적인 타일이다.
실시예들은 Gerchberg-Saxton 알고리즘의 변형과 관련이 있지만, 통상의 기술자라면 다른 위상복원 알고리즘이라도 본 명세서에 개시된 개선된 방법을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
통상의 기술자라면 본 명세서에 개시된 개선된 방법이 객체의 3차원 구성을 형성하기 위해 사용된 홀로그램의 계산에 동일하게 응용될 수 있음을 이해할 것이다.
마찬가지로, 본 발명은 단색 이미지의 프로젝션에 한정되지 않는다.
2차원 컬러 홀로그래픽 구성도 생성될 수 있는데, 이를 달성하기 위한 2가지 주요 방법이 있다. 이 중 하나는 “프레임-순차 컬러(FSC)”로 알려져 있다. FSC시스템에서, 3개의 레이저(적색, 녹색 및 청색)가 사용되고, 각각의 레이저는 비디오의 각 프레임을 생성하기 위해 SLM에서 연속적으로 발사된다. 컬러는 세 레이저의 조합으로써, 보는 사람이 다색 이미지를 보는 것과 같이 충분히 빠른 속도로 순환(적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등)된다. 따라서, 각각의 홀로그램은 색깔이 특정적이다. 예를 들어, 초당 25 프레임의 비디오에서, 제 1 프레임은 1/75초 동안 적색 레이저를 발사하고, 다음 1/75초 동안 녹색 레이저가 발사되며, 마지막으로 1/75초 동안 청색 레이저가 발사됨으로 생성될 수 있다. 이후, 다음 프레임은 예컨대 적색 레이저 시작으로 생성된다.
다른 방법으로, 이하에서 설명할 “공간적으로 분리된 색(SSC)”은 동시에 발사되는 모든 3개의 레이저를 포함하나, 예컨대, 다른 SLM 또는 단일 SLM의 다른 영역 각각을 사용하는 것과 같이 다른 광로를 취하게 되고, 이후 컬러 이미지를 형성하기 위해 결합된다.
프레임-순차 컬러(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 1/3시간을 사용하기 때문에 생성된 전반적인 이미지가 SSC방법에 의해 생성된 이미지보다 3배 정도로 어둡다는 것이다. 이러한 단점은 레이저를 오버드라이브(Overdriving)하거나 보다 강한 레이저를 사용함으로써 잠재적으로 해결될 수 있으나, 이는 더 많은 전력을 요구하므로, 고비용을 수반하고 콤팩트한 시스템을 만드는 것을 방해한다.
SSC(공간적으로 분리된 컬러) 방식의 장점은 3개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간의 제약 때문에 SLM을 하나만 사용해야 한다면, 3개의 별개의 SLM의 효과를 얻기 위해, SLM의 표면영역은 동일하게 3등분으로 분할될 수 있다. 그러나, 이것의 단점은 각 단색 이미지에 사용할 수 있는 SLM 표면 영역이 감소되기 때문에 각각의 단일 컬러 이미지의 화질이 감소한다는 것이다. 이에 따라, 다색 이미지의 화질은 감소된다. 가용한 SLM 표면 영역이 감소되면 SLM 상의 더 적은 픽셀만을 사용할 수 있기 때문에, 화질은 감소된다. 해상도가 감소되므로, 화질도 감소된다.
실시예에서, SLM은 실리콘 액정(LCOS: Liquid Crystal over silicon) 소자이다. LCOS SLM은 신호선, 게이트 선 및 트랜지스터들이 미러 표면 아래에 있다는 것인데, 이는 높은 충전율(Fill Factors, 전형적으로 90 % 이상)과 높은 해상도를 갖게 된다.
LCOS 소자는 현재 4.5μm 에서 12μm 사이의 픽셀로 사용할 수 있다.
LCOS 소자의 구조는 도 8에 도시된다.
LCOS소자는 단결정 실리콘 기판(802)을 사용하여 형성된다. 간극(801a)에 의해 이격되고 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면 알루미늄 전극(801)의2차원 어레이를 가진다. 전극(801) 각각은 기판(802)에 매설된 회로(802a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 803)은 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(804)은 배향층(803)에 배치된다. 제 2 배향층(805)은 액정층(404)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(806)은 제 2 배향층(805)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(807)은 투명층(806)과 제 2 배향층(805) 사이에 배치된다.
사각전극(801) 각각은, 투명전극(807) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조소자(808)를 규정한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충전율은 픽셀(801a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 비율이다. 각각의 전극(801)에 인가된 투명전극(807)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조된 요소의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면에 위상한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭효과도 발생하지 않는다.
반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 주요 장점은 투광장치가 사용될 때 필요한 것보다 액정층의 절반이 될 수 있다는 것이다. 이는 액정의 스위칭 속도(비디오 동영상의 프로젝션을 위한 핵심)를 크게 향상시킨다. LCOS 소자는 또한 독보적으로 소형 개구로도 위상 요소만의 큰 어레이들을 표시할 수 있다. 작은 요소(일반적으로 약 10 미크론(Microns) 이하)들은 실질적인 회절각도(몇도 정도)를 생기게 하므로, 광학 시스템이 매우 긴 광 경로를 요구하지 않는다.
큰 액정 장치의 개구보다 LCOS SLM의 소형 개구(수 Cm²)를 적절하게 조사하기 하기가 더 쉽다. LCOS SLM는 또한 큰 개구율을 가지므로, 픽셀(이의 구동회로가 미러 아래에 매설되어 있기 때문에) 사이에 매우 작은 데드 스페이스(Dead Space)가 있다. 이것은 재생 영역에서의 광학 노이즈의 저하와 관련하여 중요한 이슈이다.
이러한 소자는 통상적으로 약 10℃에서 50℃의 온도범위에서 작동하고, 약40℃에서 50℃ 범위의 온도에서 최적의 장치로 작동하나, 사용되는 LC 조성물에 따라 달라진다.
실리콘 백플레인(Backplane)을 사용하면 광학적으로 평평하다는 장점을 갖는데, 이는 위상변조장치에 중요하다.
실시예들은 반사형(Reflective) LCOS SLM에 관한 것인 반면, 통상의 기술자라면 어떤 SLM라도 투과형(Transmissive) SLM을 포함하여 사용될 수 있는 것으로 이해할 것이다.
본 발명은 기재된 실시예들에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 전체범위로 확장된다.
501 : 광원
502 : 윈드 스크린
503 : 프리폼 미러
504 : SLM
505 : 관찰위치

Claims (15)

  1. 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 결합하는 과정;
    제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정; 및
    상기 제 1 공간 변조 빔으로 광학소자의 제 1 영역을 조사함으로써 상기 광학 소자를 사용하여 상기 제 1 공간 변조 광 빔을 재지정(Redirect)하는 과정을 포함하되,
    상기 제 1 렌즈효과는 상기 제 1 영역에서 상기 광학소자의 광파워를 보상하는
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 2 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 상기 2차원 이미지를 나타내는 상기 푸리에 도메인 데이터를 제 2 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인데이터와 결합하는 과정;
    제 2 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 상기 제 2 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정;
    상기 제 2 공간 변조 빔으로 상기 광학소자의 제 2 영역을 조사하는 과정을 더 포함하되,
    상기 제 2 렌즈효과는 상기 제 2 영역에서 상기 광학소자의 상기 광파워를 보상하는,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 렌즈효과는 상기 제 1 및 상기 제 2 영역의 광학소자의 광파워를 각기 실질적으로 감소시키는,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 광학소자는 제 1 및 제 2 공간 변조 광 빔을 뷰평면에 재지정하도록 된,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 공간 변조 광 빔은 상기 뷰평면에서 실질적으로 인접한,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 공간 변조 광 빔은 상기 뷰평면에서 겹치지 않는,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재지정된 제 1 공간 변조 광 빔은 상기 재지정된 제 2 공간 변조 광 빔과 실질적으로 동일하게 수렴되거나 발산되는,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  8. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 제 1 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정과 제 2 공간 변조 광 빔을 형성하기 위해 상기 제 2 홀로그래픽 데이터로 광을 공간 변조하는 과정은:
    적어도 하나의 공간 광 변조기 상에 상기 제 1 및 상기 제 2 홀로그래픽 데이터를 표시하는 과정; 및
    상기 제 1 및 상기 제 2 홀로그래픽 데이터에 각각 대응하는 상기 제 1 및 상기 제 2 공간 변조 광 빔을 형성하기 위하여 평면파로 적어도 하나의 공간 광 변조기를 조사하는 과정을 포함하는,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자는 자동차 앞유리 스크린인,
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 사용한 프로젝션 방법.
  10. 제 1 홀로그래픽 데이터를 생성하기 위해 제 1 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합하기 위한 프로세싱 수단;
    상기 제 1 홀로그래픽 데이터를 나타내기 위해 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 적어도 하나의 공간 광 변조기; 및
    공간적으로 변하는 광파워를 갖는 광학소자를 포함하되,
    상기 광학소자는 제 1 광파워를 갖는 제 1 영역을 포함하고, 상기 제 1 렌즈효과는 상기 제 1 광파워를 보상하는 프로젝터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단은, 추가로, 제 2 홀로그래픽 데이터를 생성하는 제 2 렌즈효과를 갖는 푸리에 도메인 데이터와 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터를 결합하고,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기는 상기 제 2 홀로그래픽 데이터를 표시하기 위해 구비된 픽셀 어레이를 추가로 포함하되,
    상기 광학소자는 제 2 광파워를 갖는 제 2 구역을 더 포함하며, 상기 제 2 렌즈효과는 상기 제 2 광파워를 보상하는 프로젝터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기는 상기 제 1 홀로그래픽 데이터를 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제 1 공간 광 변조기와 상기 제 2 홀로그래픽 데이터를 나타내는 픽셀 어레이를 포함하는 제 2 공간 광 변조기를 포함하는 프로젝터.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면파로 상기 적어도 하나의 공간 광 변조기를 조사하도록 구비된 광원을 추가로 포함하는 프로젝터.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 2차원 이미지를 나타내는 푸리에 도메인 데이터 저장소를 추가로 포함하는 프로젝터.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학소자는 자동차 앞유리 스크린인 프로젝터.
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