KR20180117185A - 조명 장치 - Google Patents

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게랄드 퓌터러
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 조명 장치에 관한 것이다. 홀로그램을 공간 광 변조기 장치로 인코딩하기 위해 서브 홀로그램이 사용된다. 조명 장치는 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해 광을 방출하는 적어도 하나의 광 소스 및 빔 성형 유닛을 포함한다. 빔 성형 유닛은 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면에 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포를 제공한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포는 공간 광 변조기로 오브젝트 포인트들을 인코딩하기 위해 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 적어도 유사한 형상을 갖는다.

Description

조명 장치
본 발명은 홀로그램을 인코딩하기 위해 서브 홀로그램이 사용되는, 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 조명 장치에 관한 것으로서, 공간 광 변조기 장치는 바람직하게는 2차원 및/또는 3차원의 이미지를 디스플레이하는 데 사용된다. 본 발명은 또한 2차원 및/또는 3차원의 오브젝트 포인트 및/또는 장면 및/또는 이미지의 재구성을 위한 디스플레이 장치, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 2차원(2D) 및/또는 3차원(3D)의 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치에 바람직하게 적용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 장치를 조명하는 데 사용되는 조명 장치에 관한 것이다. 2차원 이미지 및 3차원 이미지는 또한 2차원 또는 3차원의 콘텐츠 또는 영화를 포함한다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 조명 장치는 예를 들어 입체 디스플레이 장치, 오토스테레오 디스플레이 장치(autostereoscopic display device)(ASD) 또는 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이 장치, 특히 모바일 홀로그래픽 3차원 디스플레이 장치, 헤드 장착 디스플레이 장치 또는 직접-뷰 디스플레이 장치에 사용될 수도 있다.
조명 장치는 디스플레이 장치에서 백라이트 또는 프론트 라이트(각각 투과광 조명 장치 및 반사광 조명 장치라고도 함)로 제공될 수 있고, 일반적으로 광 투과성 또는 반사성의 제어 가능한 공간 광 변조기 장치(SLM)를 조명하는 역할을 한다. 본 발명에 따르면, 광은 간섭성(coherent) 또는 비간섭성(incoherent)일 수 있다. 비간섭성 광으로 작동되는 디스플레이 장치는 입체 프리젠테이션 또는 오토스테레오 3차원 프리젠테이션을 위한 2차원 디스플레이로서 사용되는 것이 바람직하다. 간섭성 광은 예를 들어 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 요구된다. 본 발명은 광의 코히런스(coherence)가 중요한 문제인 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 바람직하게는 오토스테레오 이미지 및/또는 홀로그래픽 이미지의 3차원 프리젠테이션을 위한 다이렉트-뷰(direct-view) 디스플레이 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 조명 장치는 또한 서브 홀로그램 인코딩을 사용하는 공간 대역폭 제한식 홀로그래픽 재구성에 기초하는 투영 디스플레이 장치 또는 헤드 장착 디스플레이 장치에 적용될 수 있고 이에 따라 전술한 장치에 사용된다.
2차원 이미지 또는 영화/비디오의 프리젠테이션을 위한 디스플레이 장치에서, 고해상도로 공간 광 변조기 장치의 전체 표면의 밝고 균질한 조명을 구현하는 것이 필요하다. 디스플레이 패널로 사용되는 공간 광 변조기 장치는 정해진 각도 범위에서의 광을 방출하도록 요구된다. 이러한 디스플레이 장치의 많은 물리적 형태가 종래 기술에 알려져 있다.
본 발명은 홀로그램을 공간 광 변조기 장치로 인코딩하기 위해 서브 홀로그램이 사용되는 디스플레이 장치를 위한 조명 장치에 관한 것이다. 디스플레이 장치, 특히 디스플레이 장치의 조명 장치에서 최적으로 설계된 조명을 구현할 수 있도록 하기 위해서는 많은 문제점들이 고려될 필요가 있다. 공간 광 변조기 장치에 기록된 정보의 3차원 프리젠테이션의 높은 품질을 달성하기 위해, 공간 광 변조기 장치의 전체 표면의 균질한 조명 이외에, 결합된 파면의 정의된 시준이 필요하다. 이는 생성될 홀로그램의 재구성 형태의 홀로그래픽 프리젠테이션에 특히 중요하다. 예를 들어 3차원 장면의 오브젝트 포인트들로 구성된 오브젝트일 수 있는 홀로그래픽 정보는 공간 광 변조기 장치의 픽셀에서 진폭 값 및 위상 값의 형태로 인코딩된다. 각각의 인코딩된 오브젝트 포인트는 공간 광 변조기 장치에 의해 방출되는 파면에 기여한다.
고전적인 홀로그래픽 접근법과 비교할 때, 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 인코딩된 서브 홀로그램은 조명 장치로부터 방출된 광의 감소된 코히런스만을 필요로 한다. 코히런스는 상호 코히런스 함수(Γ12)에 의해 기술될 수 있다. 이 함수는 웨이브 필드(wave field)의 두 지점의 상호 코히런스를 기술할 수 있고 시간 오프셋 및 측 방향 오프셋을 포함한다. 종방향 시프트로 해석될 수도 있는 시간 오프셋을 설명하는 부분은 시간적 코히런스라고도 한다. 시간적 코히런스는 스펙트럼 분포 또는 파워 스펙트럼 밀도(S(λ))의 함수이지만, 시간적 코히런스는 종종 감소된 정보를 포함하는 단일 수치로 한정된다. 이 단일 수치는 코히런스 길이(zc)이다. 레이저 광 소스의 경우, 코히런스 길이(zc)는 예를 들어 수 밀리미터 또는 수 미터일 수 있다.
측 방향 오프셋을 설명하는 부분을 복소 상호 코히런스도(μ12)라고 한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 웨이브 필드의 두 인접하는 포인트를 겹쳐놓은 경우에 얻어질 수 있는 간섭 콘트라스트의 값을 정의한다. 이 값이 1이면, V = 1의 간섭 콘트라스트가 얻어질 수 있다. 이 값이 0이면, 간섭 효과를 볼 수 없다. 이것은 간섭 콘트라스트 V가 0이라는 것을 의미한다. 콘트라스트는 가시성(visibility)이라고도 한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값은 또한 측 방향 코히런스 또는 공간 코히런스라고도 지칭된다. 설계 목표는, 서브 홀로그램 영역 내에서 높은 가시성을 제공하고 이 영역 외부에서는 가시성을 제공하지 않는 것이다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 공간 광 변조기 장치(SLM)의 정의된 영역 내에서 1에 가깝게 되어야 한다. 공간 광 변조기 장치의 이 정의된 영역은 홀로그램을 인코딩하는 데 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램과 대략 동일하다. 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면 내에 상당히 큰 확장을 나타내는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)을 제공하는 것은 바람직하지 않다. 측 방향 코히런스가 높을수록 바람직한 3차원 이미지를 나타내는 3차원 오브젝트 포인트 클라우드 내에서 최종적으로 얻어진 신호 품질이 저하된다. 예를 들어, 서브 홀로그램 인코딩을 사용하는 공간 광 변조기 장치의 조명을 위해 평면파를 사용하는 것은 바람직하지 않다. 평면파를 사용하는 효과는 예를 들어 기판 평면 상의 먼지 입자로 인한 기생 회절이 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 확장보다 훨씬 더 큰 측 방향 거리에서도 기생 및 교란 간섭 효과를 발생시키는 것이다. 또한, 예를 들어 수직 시차-전용(VPO)식으로 인코딩되는 일차원 인코딩 유형의 홀로그래픽 디스플레이 장치에서, 1차원의 수직 배향된 서브 홀로그램을 나타내는 공간 광 변조기 장치의 칼럼의 복소수 값 분포의 최적화는 1차원만을 따라서만 바람직하다. 다른 말로 하면, 공간 광 변조기 장치의 인접한 칼럼(column) 후방에서 광이 전파하는 한, 이는 서로에 대해 비간섭적일 것이다. 다른 칼럼으로부터의 광은 간섭하지 않을 것이다.
따라서, 조명 장치에서의 포인트 광 소스의 사용은 바람직하지 않다. 예를 들어 모노 모드 광 섬유의 사용은 최종적으로 얻은 이미지 품질로 인해 그리고 자유 빔 광학의 사용에 비해 5의 인자(factor)보다 더 클 수 있는 광 출력의 손실의 큰 인자 때문에 바람직하지 않다. 즉, 모노 모드 광 섬유의 사용은 광 에너지의 제한 및 인베스트먼트(investment)의 제한이다. 확장된 광 소스를 사용하면 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 측 방향 확장이 감소한다. 그러나, 시준될 광 소스의 이러한 간단한 수정은 충분하지 않다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면 내에 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 서브 홀로그램 크기 맞춤형 분포를 제공하는 보다 복잡한 접근 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
종래 기술의 문헌은 이미 공간 광 변조기 장치의 평면파 조명의 사용을 기술하고 있으며, 이는 가장 큰 서브 홀로그램의 크기보다 큰 수준의 크기인 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면에 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 확장을 제공하는 것과 동일하다.
홀로그램의 1차원 인코딩을 위해, 광 소스 분포가 슬릿형 분포 또는 슬릿 형태를 갖는 시준 유닛 전방에 제공될 수 있다. 포인트 소스와 비교할 때, 이는 조명될 공간 광 변조기의 평면에서의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 확장이 감소하게 한다. 그러나, 1차원 수직 시차-전용 인코딩 유형 공간 광 변조기 장치의 인접한 칼럼들은 여전히 상호 간섭성이다. 따라서, 이것은 관측자의 눈의 망막 상에 존재하는 수평 방향을 따라 인접한 오브젝트 포인트들에 대한 교란하는 간섭성 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크(object point crosstalk)를 추가할 것이다.
종래 기술의 접근법에서는, s > 0의 전단 거리에 대해 1의 값을 갖는 가시성을 얻을 수 없다는 것이 불리하다. 여기서, 전단 거리(s)는 단일 서브 홀로그램의 포인트들의 상호 거리로서 해석될 수 있다.
예를 들어 αT > ± 20도의 큰 추적 각도의 구현과 결합된 디스플레이 장치에서 비-광 소스 추적 실시예들의 사용은, 필수적으로, 매우 작은 스펙트럼 라인 폭 및 이에 따라 예를 들어 zc ≥ 5 mm인 적절히 긴 코히런스 길이를 갖는 광 소스의 사용을 필요로 한다. 이는 스펙트럼 코히런스라고도 하는 시간적 코히런스가 본 발명의 파라미터 공간 내에서 가정될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 복소수 값 공간 광 변조기 장치를 조명하는 웨이브 필드의 파라미터로서의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 최적화되어야 한다.
또한, 기본적인 문제는 광 라인 폭을 Δλ < 0.1 nm로 강제적으로 제한하고 사용된 파장, 즉 파장 안정도를 최대 Δλ0 ± 0.1 nm로 고정하는 것에도 불구하고, 공간적 코히런스로도 알려져 있는 복소 코히런스도의 절대값은 사용된 서브 홀로그램의 크기로 제한되어야 한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 정의되고 요구되는 코히런스 특성을 갖는 광을 생성할 수 있고 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해 조명 장치로부터 디커플링(decoupling)된 균질한 강도 분포를 구현할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 인간의 눈의 각 해상도 한계와 동일한 ≤ 1/60도의 해상도를 갖는 3차원 이미지 품질을 얻기 위해 요구되는 복소 상호 코히런스도의 절대값을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조명 장치가 적은 비용으로 개발될 수 있도록 그 구조가 간단하고 비용 효율적이며 적은 개수의 광학 요소만으로 조명 장치를 설계하는 것이다.
조명 장치의 디커플링 평면에 부딪치는 웨이브 필드의 최적화는 빔 경로를 따라 공간 광 변조기 장치를 더 조명하는 균질한 강도 분포를 구현하기 위해 필수적이다. 특정 홀로그래픽 인코딩 방법에 사용되는 서브 홀로그램의 이러한 강도 분포 및 적응된 인코딩의 최적화가 실용적이다. 그러나, 이는 예를 들어 복소수 값 공간 광 변조기 장치의 동적 범위를 소비할 것이다. 이것이 조명 장치에 의해 이미 적절히 균질한 강도 분포가 제공되어야 하는 이유이다.
이러한 이유로, 본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 제1항에 따른 조명 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 조명 장치는 바람직하게는 2차원 및/또는 3차원의 이미지를 디스플레이하는 데 사용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해 제공된다. 홀로그램을 공간 광 변조기 장치로 인코딩하기 위해, 서브 홀로그램이 사용된다. 조명 장치는 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 광을 방출하는 적어도 하나의 광 소스를 포함한다. 조명 장치는 빔 성형 유닛을 더 포함한다. 빔 성형 유닛은 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면에서 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형(flat-top plateau type) 분포를 제공한다. 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포는 오브젝트 포인트들을 공간 광 변조기 장치로 인코딩하는 데 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 적어도 유사한 형상을 갖는다. 이것은 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포의 형상이 또한 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 동등할 수 있다는 것을 의미한다. "복소 상호 코히런스도의 절대값"이라는 용어는 또한 공간적 코히런스로도 알려져 있으며 축약된다. 그러므로, 다음의 설명에서 용어 "공간적 코히런스"는 또한 "복소 상호 코히런스도의 절대값"이라는 용어에 대해서도 사용된다.
본 발명은 3차원 공간에서 3차원(3D) 장면을 나타내는 3차원(3D) 오브젝트 포인트 클라우드의 서브 홀로그램 재구성에 기초하는 홀로그래픽, 바람직하게는 3차원(3D) 디스플레이 장치 내에서 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면에 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)을 제공한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 플래투-형 분포가 오브젝트 포인트들의 인코딩을 위해 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 크기 또는 형상을 적어도 갖는 공간 광 변조기 장치의 평면에 제공된다. 이것은 1차원 서브 홀로그램 인코딩 및 2차원 서브 홀로그램 인코딩 모두에 적용된다. 플랫 톱 분포는 소위 직사각형 빔 분포이다.
디스플레이 장치의 상이한 실시예는 조명 장치의 상이한 최적화 및 이에 따른 코히런스 특성의 상이한 최적화를 필요로 한다. 따라서, 상이한 파장의 광, 2차원 인코딩의 다른 배열 및 1차원 인코딩을 결합하기 위한 측 방향 빔 결합기 배치는, 조명 장치에 의해 방출된 광의 코히런스의 상이한 준비를 요구한다. 예를 들어, 각 파장은 시준될 광 소스의 평면에 존재하는 자체의 복소수 값 분포를 필요로 한다. 따라서, 각 1차 컬러, 예를 들어 RGB에 대해 하나씩, 개별적으로 준비된 수 개의 광 소스 평면을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 준비된 웨이브 필드는 조명 장치 내의 빔 경로를 따라 더 결합된다.
공간 광 변조기 장치의 2개의 인접하는 위상 시프팅 픽셀의 측 방향 빔 결합의 사용은 맞춤형 코히런스 특성을 요구한다. 결합될 픽셀들의 복소 상호 코히런스도의 절대값은 1에 가깝고, 공간 광 변조기 장치의 모든 다른 픽셀들에 대한 복소 상호 코히런스도의 절대값은 0에 가까워야 한다.
예를 들어, 디스플레이 장치는 바람직하게는 3차원의 장면 또는 오브젝트를 관측하고자 하는 관측자 전방에서 예를 들어 0.5 m 내지 3.5 m에 배치된다. 장면 또는 오브젝트는 오브젝트 포인트로 구성된다. 예를 들어 0.3 m일 수 있는 관측자까지의 거리가 가장 짧은 오브젝트 포인트는 이러한 오브젝트 포인트들을 공간 광 변조기 장치로 인코딩하기 위해 가장 큰 서브 홀로그램을 사용한다. 따라서, 공간 광 변조기의 평면에 제공되는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포의 플랫 톱 함수의 실제 크기 또는 실제 형상은 특히 디스플레이 장치의 전방 또는 후방에 존재하고 디스플레이 장치에 대한 가장 큰 거리를 갖는 오브젝트 포인트들에 의해 정의된다. 바람직하게는 홀로그래픽 3차원 디스플레이 장치 전방에 있는 오브젝트 포인트는 실제 오브젝트 포인트이다. 바람직하게는 홀로그래픽 3차원 디스플레이 장치 후방의 오브젝트 포인트는 가상 오브젝트 포인트이다.
조명 장치에 의해 방출되는 광의 코히런스 특성의 맞춤 또는 최적화는 예로서 다음 섹션에서 설명된다. 홀로그래픽 디스플레이 장치의 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해, 모노 모드 광 섬유 및 빔 품질 파라미터가 사용될 수 있는데, 이는 M2가 1에 가까운 빔 품질 파라미터(M2)에 의해 정의된다. 이에 의해 예를 들어 홀로그래픽 재구성을 위한 회절 광학 요소(DOE) 또는 공간 광 변조기 장치가 조명될 수 있다. 빔 품질 파라미터는 예를 들어 멀티 모드 분포 및 모노 모드 분포의 빔 직경의 비의 제곱을 이용하여 설명될 수 있는데,
Figure pct00001
이다. 파라미터(M2)는 단일 1차 광 빔, 예를 들어 레이저 빔 또는 광 섬유로부터 방출되는 광 빔의 빔 품질을 나타내는 데 사용될 수 있다. 멀티 모드 광 섬유는 횡단 정재파 조건을 만족시키는 복수의 전파 모드로 인한 모드 패턴을 나타낸다. 그리고 TEM00 모드보다 높은 모드를 갖는 광 섬유의 파 필드 회절 패턴은 대부분의 표준 적용에 사용될 수 없다.
포인트 소스 대신에 확장된 광 소스를 사용하여 측 방향 거리에 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값을 감소시킬 수 있다. 이는 확장된 광 소스, 즉 평면파의 확대된 각 스펙트럼(angular spectrum)이 측 방향으로 변위된 오브젝트 포인트의 코히런스를 감소시킬 것이라는 것을 의미한다. 동적 산란 평면을 사용할 수 있다. 이 동적 산란 평면은 조명 장치 또는 디스플레이 장치에 제공된 시준 유닛의 초점 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 동적 산란 평면 또는 광 섬유의 출사 평면을 조명하는 광 소스 또는 다른 광 소스로서의 레이저는 동적 산란 평면 상에 이미징된다. 시준되는 결과적인 광 소스, 소위 확장된 광 소스의 크기는 복소 상호 코히런스도의 절대값을 정의한다. 시준될 확장된 광 소스의 크기는 예를 들어 한정된 개구를 사용함으로써 또는 확장된 광 소스의 평면 상에 1차 광 소스를 이미징하는 데 사용되는 배율을 변경함으로써 요구 사항에 적응될 수 있다. 확장된 광 소스의 평면은 여기서 동적 산란 요소의 평면이다. 이 원리는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 추가의 특정 요구 사항에 적응될 수 있다. 동적 위상 산란 평면은 예를 들어 회전하는 산란자에 의해 제공될 수 있다. 초기 위상 분포는 이 회전하는 산란자에 의해 크게 교란된다. 이는 빔 품질 인자(beam quality factor; M2)에 대해 요구 사항이 낮다는 것을 의미한다. 예를 들어 이 인자는 단지 2일 수 있다. 이는 예를 들어 광학 모노 모드 광 섬유를 포함하는 해결책과 비교할 때 레이저와 같은 광 소스의 비용을 상당히 절감시킨다.
따라서, 조명은 필요한 만큼 낮은 공간 코히런스를 제공해야 한다. 따라서, 홀로그램의 2차원(2D) 인코딩을 위해서는, 2π 초과의 동적 위상 변화를 나타내는 대략 원형의 광 소스를 사용하여 1/60 도의 평면파의 각 스펙트럼을 제공해야 한다. 홀로그램의 1차원(1D) 인코딩의 경우, 간섭성 방향에 대해서만 공간 광 변조기 장치의 조명을 위해 1/60 도의 평면파의 각 스펙트럼이 제공되어야 한다. 직교 방향, 즉 비간섭성 방향은 대략적으로 0.35도의 평면파의 각 스펙트럼이면 충분한 스위트 스폿(sweet spot)을 스팬(span)해야 한다.
빔 성형 유닛의 가우스-대-플랫 톱 빔 성형기(Gauss-to-flat-top beam shaper)는 시준 유닛의 입사 개구의 균질한 조명을 제공하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 빔 성형 유닛을 조명하는 광의 약 95 %가 시준 유닛에 들어갈 것이고, 이는 광 효율에 대해 최적이다.
플랫 톱(flat-top)이라는 용어는 플랫-햇(flat-hat) 또는 탑-햇(top-hat)이라는 용어와 동일하며, 이는 또한 문헌에서도 발견될 수 있다.
여기서 균질한 강도 분포가 광 소스 평면의 시준에 사용되는 시준 유닛의 입사 평면에 제공된다. 따라서, 공간 광 변조기 장치의 입사 평면에 균질한 강도 분포가 제공된다. 양 분포는 모두 플랫 톱 분포로 간주될 수 있고, 이는 예를 들어 종횡비가 예를 들어 16:9 또는 2:1인 예를 들어 사각형 유형이다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 분포는 상이하다. 이 분포는 예를 들어 원형이고 직경이 예를 들어 단지 5 mm일 수 있다. 이것은 코히런스 파라미터의 분포이다.
홀로그램의 2차원 인코딩을 위해, 3개의 상이한 파장(RGB)을 방출하는 3개의 광 소스의 3개의 가우스 빔이 빔 성형 유닛의 가우스 대 플랫 톱 빔 성형기 상으로 지향될 수 있다. 가우스 대 플랫 톱 빔 성형기는 가우스 대 원형 형상 플랫-햇 빔 성형기로 설계될 수 있다. 가우스 대 플랫 톱 빔 성형기는 빔 결합을 위한 다이크로익(dichroic) 미러 요소를 포함하여 모든 광 소스 컬러(서로 다른 파장의 빔)를 확장된 광 소스의 평면에서 동일한 위치에 배치한다. 이러한 확장된 광 소스는 예를 들어 축외 포물선 미러 또는 무색 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있는 렌즈를 포함하는 시준 유닛을 사용하여 시준될 것이다. 확장된 광 소스의 크기는 평면파의 각 스펙트럼을 정의한다. 본 발명에 따른 조명 장치로서 회절 기반의 조명 장치를 제공하는 2배 10x 광 스트레칭을 사용하면, 조명 장치의 전방에서 광 소스의 크기를 1/6도에 동등하도록 증가시킬 수 있다. 공간 광 변조기 장치는 1/60 도의 평면파의 각 스펙트럼으로 조명되어야 한다. 그렇지 않으면 관측자는 해상도의 손실을 인식할 수 있다. 빔 스트레칭을 제공하기 위해 브래그 회절 기반 체적 격자가 사용될 수 있다. 따라서, 조명 장치로서 컴팩트한 백라이트 유닛이 실현될 수 있다. 예를 들어, 10x 빔 스트레칭은 평면파의 각 스펙트럼을 10x의 인자(factor)만큼 감소시킨다. 다른 말로 하면, 백라이트 유닛의 전방에 1/6 도가 존재하면, 광의 전파 방향에서 볼 때, 백라이트 유닛 후방에 1/60 도가 존재한다. 이러한 이유로, 확장된 맞춤형 광 소스의 광을 시준하는 광 시준 유닛이 1/6 도의 평면파의 각 스펙트럼을 방출할 수 있다. 이 스펙트럼은 백라이트 유닛에 의해 공간 광 변조기 장치의 조명에 충분한 1/60 도의 값으로 감소된다.
조명 장치 내의 광의 발산은 빔 익스팬더를 사용하여 제어될 수 있다. 빔 익스팬더는 2개의 렌즈를 포함하는 망원경 시스템을 포함할 수 있다. 망원경 시스템은 예를 들어 직경이 약 5 mm인 렌즈를 포함하는 예를 들어 매우 작은 망원경 시스템일 수 있다. 이는 조명 장치의 시스템을 컴팩트하게 유지시킨다.
예를 들어, 광 소스로서의 λ = 457 nm 레이저(청색) 및 λ = 532 nm(녹색) 레이저가 d
Figure pct00002
1.2 mm의 1/e2 직경을 갖고 λ = 643 nm(적색) 레이저가 d
Figure pct00003
3 mm의 직경을 갖는 경우, 2.5x 빔 익스팬더를 반대로 사용하여 빔 직경을 감소시킬 수 있다. 따라서, 3개의 모든 광 빔은 이제 d
Figure pct00004
1.2 mm의 직경을 갖는다. 조명 장치에 2배의 10x 체적 격자 기반 웨지 백라이트 유닛이 사용되면, 초점 길이가 f = 412 mm인 시준 유닛의 시준 렌즈이면 충분하다. 3개의 직접 레이저 광선이 존재하며, 2개의 작은 렌즈는 2.5x 망원경 시스템을 형성하여, 예를 들어, (10000 - 30000) rpm에서 빔 성형 유닛으로서 적색 레이저, 2개의 다이크로익 미러 및 플랫 톱 회전 디퓨저에 대한 직경을 감소시켜, 예를 들어 4 ms에서 플래싱(flashing)된 레이저-온 펄싱 조명을 작동하도록 광 소스의 위상 분포의 충분한 동적 변화를 제공한다. 따라서, 최대 효율이 얻어질 수 있다.
최적화된 자유 레이저 빔 셋업은 예를 들어 모노 모드 광섬유 실시예에 비해 레이저 파워의 10배를 절약할 수 있다. 모든 컬러에 대해 개별적으로 수행되는 시준을 먼저 사용하여 조명 장치 내부에 제공되는 광의 3개의 컬러를 조합하는 것이 가장 좋은 방법은 아니다.
공간 광 변조기 장치에 홀로그램의 1차원 엔코딩된 서브 홀로그램의 경우, 1차원 서브 홀로그램에 평행한 라인 세그먼트 유사 코히런스가 제공되어야 한다. 라인 세그먼트 유사 코히런스는 정의된 미리 결정된 값을 초과해서는 안 되는데, 예를 들어 그 값은 약 5 mm가 될 수 있다. 이는 서브 홀로그램이 수직으로 배향된 경우, 예를 들어 수직으로 약 5 mm 그리고 수평으로 약 0.1 mm의 플랫-햇 또는 톱-햇으로도 알려져 있는 플랫 톱 유사 형상의 코히런스 영역을 제공하는 것을 의미한다. 서브 홀로그램을 수평 방향으로 배향시키는 것도 가능하다. 본 발명에 따른 추가적인 설명을 위해, 수직 1차원 인코딩이 가정된다.
예를 들어, 광 경로 차(OPD)의 최대 값이 특정되어야 하고 이에 따라 조명 장치에 사용되는 광 소스의 라인 폭 또는 상호 코히런스의 최대 확장이 특정되어야 하는 경우, 관측자가 3차원 장면을 관측할 수 있는 뷰잉 윈도우의 전체 크기 및 서브 홀로그램의 크기를 정의하는 데 사용될 수 있는 공간 광 변조기 장치 상으로의 투영은 고려되어서는 안 된다. 관측자의 인간 눈의 입사 동공은 중요한 파라미터이다. 입사 동공은 사용된 광 소스의 라인 폭(Δλ) 또는 상호 코히런스(|μ12|)의 최대 확장을 특정하는 데 사용될 수 있어, 그들이 즉 서브 홀로그램 내부에서 요구되는 충분한 코히런스 파라미터를 얻고, 서브 홀로그램 외부에서는 낮은 코히런스를 얻거나 또는 얻지 않는다. 1에 근사한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 영역의 수평 확장은 디스플레이 장치에 제공된 공간 광 변조기 장치의 1차원 라인의 수평 확장의 적어도 일부이어야 한다. 예를 들어, 수직 배향된 1차원 인코딩이 제공되는 경우, 공간 광 변조기 장치의 인접한 칼럼들은 상호 간섭성이어서는 안 된다. 따라서 1에 근사한 상호 코히런스(|μ12|)의 수평 확장은 단지 40 ㎛일 수 있고, 이는 단일 칼럼의 폭이다. 동시에 1에 근사한 상호 코히런스(|μ12|)의 수직 확장은 예를 들어 5 mm일 수 있고, 이는 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 높이이다. 컬러 필터 스트라이프가 공간 광 변조기 장치의 평면에 제공되면, 1에 근사한 상호 코히런스(|μ12|)의 수평 확장은 단일의 컬러의 컬러 필터 스트라이프의 수평 확장의 적어도 일부이어야 한다. 따라서, 1에 근사한 상호 코히런스(|μ12|)의 수평 확장은 예를 들어 3 x 40 ㎛ = 120 ㎛일 수 있고, 이는 적색, 녹색 및 청색의 픽셀 칼럼의 폭 또는 수평 확장이다.
예를 들어 1/4과 같이, 컬러 필터 폭의 단지 작은 부분인 수평 확장을 사용할 수도 있다. 조건 |μ12|
Figure pct00005
1을 만족하는 상호 거리인 1에 근사한 상호 코히런스(|μ12|)의 수직 확장은 공간 광 변조기 장치의 가장 큰 서브 홀로그램의 확장에 해당하는 최대 한도를 가져야 한다. 이는 예를 들어 5 mm일 수 있다. 그러나, 관측자의 눈의 입사 동공을 오브젝트 포인트를 통해 디스플레이 장치의 공간 광 변조기 장치 상으로 투영하는 것과 동등한 확장만을 사용하면 충분하다. 예를 들어, 관측자가 홀로그래픽 1차원 인코딩 디스플레이 장치의 대략 3.5 m 전방에 위치하면, 오브젝트 포인트가 관측자에 대해 절반에 배치되는데, 즉 z = 1.75 m이다. 밝기는 예를 들어 100 cd/㎡일 수 있다. 이것은 관측자의 눈의 입사 동공의 평균 직경이 대략
Figure pct00006
mm가 되게 한다. 이것은 오브젝트 포인트를 z = 1.75 m의 최대 거리로 제한하는 이러한 경우에 5 mm보다 훨씬 작은 2.9 mm의 코히런스의 영역의 수직 확장은 충분하다는 것을 의미한다.
인간의 눈의 입사 동공은 공간에서 인간의 눈의 망막 상으로 플로팅하는 3차원 장면을 이미징하는 디스플레이 장치의 서브 홀로그램의 가장 경제적인 크기(반드시 그 형상일 필요는 없음)를 정의하기 때문에, 공간 광 변조기 장치의 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포의 측 방향 확장(|μ12(xSLM, ySLM)|)은 입사 동공의 직경에 의해서도 정의된다. 인간의 눈의 입사 동공은 충분하지만 가장 낮은 코히런스 파라미터를 얻기 위해 복소 상호 코히런스도의 절대값을 특정하는 데 사용될 수 있다. 그러나 가장 큰 서브 홀로그램의 크기를 취할 필요는 없다. 입사 동공 추적의 공간적 불확실성 및 시간적 불확실성을 위해 추가된 추가의 밀리미터를 추가하는 것을 회피할 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값의 확장은 사용된 서브 홀로그램의 최대 크기보다 작을 수 있다.
예를 들면, 휘도가 예컨대 100 cd/m2이고 이에 따라 디스플레이 장치로부터 관측자까지의 절반인 재구성된 오브젝트 포인트들의 최대 거리(z)에 대해, 인간 눈의 입사 동공의 평균 직경이 2.9 mm인 경우, 절대값 2.9 mm의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 확장으로 충분하다. 이것은 홀로그램의 1차원 인코딩을 위한 간섭성 방향에 적용된다. 그리고, 이것은 홀로그램의 2차원 인코딩을 위한 공간 광 변조기 장치의 2차원 평면에 적용된다. 이러한 예 및 서브 홀로그램의 2차원 인코딩을 위해, 본질적으로 0에 가깝고 1에 가까운 값 및 절대적으로 필요한 것은 아니지만 바람직한 예를 들어 d = 2.9 mm의 직경을 갖는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 원형 플랫 톱 분포가 바람직하다.
룩업 테이블(LUT)을 사용함으로써, 서브 홀로그램의 인코딩을 위해 정적 강도 분포가 고려될 수 있다. 이것은 또한 동적 변형으로 확장될 수도 있다. 따라서, 공간 광 변조기 장치(SLM)의 입사 평면에 일정한 강도 분포를 제공할 필요가 없다. 그러나, 이러한 보상은 변조의 동적 범위를 희생한다. 이것이 적절한 균질성을 사용해야 하는 이유이다.
또한 본 발명의 더욱 바람직한 실시예들 및 개선점들이 종속항에 정의되어 있다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에서, 공간 광 변조기 장치의 평면에 제공된 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포가 가장 큰 서브 홀로그램의 영역 내에서 1에 가까운 값을 가지며 가장 큰 서브 홀로그램의 영역 외부에서 0에 가까운 값을 갖는 플랫 톱 함수를 갖도록 조명 장치가 설계될 수 있다.
예를 들어, 예컨대 약 2차원 인코딩을 위한 7 mm x 7 mm의 크기가 가장 큰 서브 홀로그램을 사용하는 경우에, 공간 광 변조기 장치의 평면에 제공되는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포는, 7 mm × 7 mm의 정사각형 모양의 영역 내에서 1에 가까운 값 및 정사각형 형태의 플랫 톱 영역 외부에서 0에 가까운 값을 갖는 플랫 톱 함수이다. 원형이고 직경이 7 mm인 가장 큰 홀로그램을 사용하는 경우, 공간 광 변조기의 평면에 제공되는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포는 직경
Figure pct00007
인 원형 영역 내에서 1에 가까운 값을 갖고 원형의 플랫 톱 영역의 외부에서 0에 가까운 값을 갖는 원형의 플랫 톱 함수이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포는 홀로그램을 공간 광 변조 장치에 1차원 인코딩한 경우에 플랫 톱 라인 세그먼트형 함수를 갖는 플랫 톱 라인 세그먼트형 분포가 될 수 있다. 서브 홀로그램의 공간 광 변조기 장치로의 1차원 인코딩은 바람직하게는 라인 유사 형상의 서브 홀로그램을 사용한다. 서브 홀로그램은 수직으로 또는 수평으로 배향될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 설명을 위해, 수직 배향된 서브 홀로그램이 제공된다. 이러한 경우, 서브 홀로그램은 공간 광 변조기 장치의 평면 내에 존재하는 수직 배향된 회절 렌즈형 복소수 값 분포이다. 이러한 경우, 1차원 인코딩은 3차원 오브젝트의 수직 시차 전용(VPO)을 제공한다. 예를 들어, 1차원 인코딩 및 예를 들어 약 7 mm x 0.1 mm의 크기를 갖는 가장 큰 서브 홀로그램을 사용하는 경우에, 공간 광 변조기 장치의 평면에 제공된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포는 대략 7 mm x 0.1 mm, 즉 7 mm의 수직 연장 및 0.1 mm의 수평 연장의 로드 유사 형상의 영역 내에서 1에 가까운 값을 갖고 이 영역 외부에서는 0에 가까운 값을 갖는 플랫 톱 라인 세그먼트형 함수이다. 수직 시차 전용(VPO) 인코딩을 사용하는 경우, 복소 상호 코히런스도 절대값(|μ12|)의 공간 분포의 형상은 공간 광 변조기 장치에서 수직으로 배향된 라인과 동일하거나 또는 적어도 유사하다. 따라서, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 공간 분포의 수직 확장은 예를 들어 약 7 mm이고, 공간 분포의 수평 확장은 예를 들어 0.1 mm이다. 예를 들어, 관측자 전방에서 예를 들어 600 mm에 배치된 디스플레이 장치에 대해, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포의 수평 확장은 0.1 mm보다 현저히 작을 수 있으며, 즉 0.05 mm보다 작을 수도 있다.
바람직하게는, 빔 성형 유닛은 예를 들어 플랫 톱 강도 분포인 그 파 필드(far field)에서 정의된 강도 분포를 생성하는 위상 구조를 갖는 적어도 하나의 빔 성형 디퓨저를 포함할 수 있다. 빔 성형 디퓨저의 한 가지 함수는 공간 광 변조기 장치의 균질한 조명을 제공하는 것이다. 일반적으로, 이는 맞춤형 확장된 광 소스의 광을 시준하는 시준 유닛의 입사 평면에서 균질한 강도 분포를 제공함으로써 얻어진다. 빔 성형 디퓨저의 또 다른 함수는 시준 유닛에 의해 시준되어야 하는 맞춤형 확장된 광 소스의 평면에 동적 위상 분포를 제공하는 것이다. 두 함수는 서로 분리되어 서로 다른 광학 요소 또는 광학 요소 그룹에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 이는 재료표에 관한 또는 실시예의 소형화에 관한 가장 효과적인 방법이 될 수 없다.
적어도 하나의 빔 성형 디퓨저는 빔 산란 평면, 빔 산란 포일 또는 임의의 다른 산란 요소로서 설계될 수 있다. 빔 성형 디퓨저는 파 필드에서, 즉 빔 성형 빔으로부터 수 센티미터 떨어져 있는 플랫 톱 플래투-형의 강도 분포를 생성한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 빔 성형 디퓨저는 회전 방향으로 또는 측 방향으로 이동된 빔 성형 디퓨저로서 설계된다. 정의된 위상 분포를 갖고 파 필드에서 정의된 강도 분포를 생성하는 구조는 빔 성형 디퓨저 상에 제공된다. 이러한 구조는 바람직하게는 산란 위상 프로파일이고, 이는 예를 들어 표면 릴리프 구조로서 구현될 수 있다. 따라서, 빔 성형 디퓨저는 정의된 강도 분포를 제공하는 회전하는 산란 평면을 형성할 수 있다. 정의된 강도 분포는 공간 광 변조기 장치의 평면의 균질한 조명을 얻는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에서, 빔 성형 디퓨저는 세그먼트들로 분할되는 것이 제공될 수 있다. 세그먼트에는 광의 동적인 랜덤화된 위상 분포가 생성되도록 제어되는 액추에이터가 제공된다.
압전 액추에이터(PZT) 또는 다른 유형의 액추에이터가 빔 성형 디퓨저의 개별 세그먼트용 액추에이터로서 제공될 수 있다. 이러한 액추에이터는 빔 성형 디퓨저의 작은 세그먼트와 결합된 경우 동적 위상 랜덤화를 제공하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 압전 액추에이터는 팁 확대 구조를 사용하여 적절히 큰 진폭에서 빠른 움직임을 제공한다. 따라서, 예를 들어, 약 100 ㎛ 범위 내의 빠른 동기화된 움직임은 그러한 회전 분할된 빔 성형 디퓨저에 의해 구현될 수 있다. 또한 공간 광 변조기와 동기화된 펄스형 보이스 코일 작동을 사용할 수도 있다. 이러한 펄스형 보이스 코일 작동은 밀리세컨드(ms) 범위에서 빔 성형 디퓨저의 세그먼트 운동의 적당한 진폭을 제공할 수 있다.
따라서, 예를 들어 휨 액추에이터인 레버 구조를 갖는 압전 액추에이터, 수 mm까지의 움직임을 제공하는 바이모르프 벤더 또는 증폭 운동을 제공하는 디스크-바이모르프 액추에이터를 사용하여 1 ms 이내에 100 ㎛ 이상을 따라 수 mm2의 세그먼트만을 이동할 수 있다. 동기된 푸시-풀 방식을 사용함으로써, 한 방향으로 이동하고 후방으로 이동하는 작동을 위해 2개의 사이클이 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 접근법으로는 회전하는 산란 플레이트가 필요하지 않다. 랜덤 위상 구조의 측 방향 시프트 작동은 광 소스의 펄싱과 동기화된 측 방향 이동에 의해 실현된다. 광 소스가 온(ON)이면, 동적 랜덤화 위상 패턴도 온(ON)이다. 즉, 측 방향 시프트는 회전하는 랜덤화된 위상 구조에 대한 대안이다.
확장된 광 소스는 광학 시스템 및 빔 성형 유닛에 의해 유리하게 생성될 수 있다. 확장된 광 소스는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포를 갖는 광을 방출하고, 그것을 디스플레이 장치의 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해 서브 홀로그램을 포함하는 공간 광 변조기 장치의 입사 평면으로 지향하게 한다. 확장된 광 소스는 복소수 값의 광 분포를 방출한다.
바람직하게는, 공간 광 변조기 장치의 입사 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포는 바람직하게는 직사각형 형상의 서브 홀로그램 또는 복소수 값 베셀 함수에 사용되는, 바람직하게는 원형의 서브 홀로그램에 사용되는 복소수 값 사인 함수형 분포를 사용함으로써 확장된 광 소스의 평면에서 생성될 수 있다.
공간 광 변조기 장치의 입사 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포의 형태는 공간 광 변조기 장치의 서브 홀로그램의 형상에 유리하게 적응될 수 있다.
구경 조리개는 바람직하게는 확장된 광 소스에 의해 방출되는 광의 요구되는 진폭 분포를 제공하기 위해 확장된 광 소스의 평면에 제공될 수 있다. 이 구경 조리개는 방해 광을 차단하는 데에도 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 위상 함수, 바람직하게는 렌즈 함수가 제공되어, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포를 예를 들어 시준된 확장된 광 소스의 푸리에 평면일 수 있는 파 필드 평면으로부터 공간 광 변조기 장치의 평면 내에서 시프트할 수 있다.
판 시터 제르니케의 정리는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)이 시준될 확장된 광 소스의 푸리에 평면에서 어떻게 계산되어야 하는지를 설명한다. 일반적으로, 요구되는 상호 코히런스로 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면은 시준된 확장된 광 소스의 푸리에 평면이 아니다. 이러한 변환을 허용하기 위해, 확장된 광 소스의 복소수 값 공간 광 분포에 렌즈 함수가 추가될 수 있다. 이러한 추가의 렌즈 함수는 판 시터 제르니케의 정리에 의해 주어진 푸리에 평면으로부터 조명될 공간 광 변조기의 평면으로 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 절대값의 설계된 분포 또는 요구된 분포를 시프트시킬 수 있는 기회를 제공한다. 이 추가의 렌즈 함수는 단일의 시준 렌즈에 의해 또는 수 개의 광학 요소를 포함할 수 있는 시준 유닛을 사용하여 시준되는 확장된 광 소스의 필드 렌즈 함수로 설계될 수 있다. 필드 렌즈 함수는 예를 들어 판 시터 제르니케의 정리를 사용하여 획득되는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)을 공간 광 변조기 장치의 평면 내로 시프트시킨다. 따라서, 상이한 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 상이한 조명 장치는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포를 공간 광 변조기 장치의 평면 내로 시프트하는 이 렌즈 함수의 상이한 구현예를 사용할 수 있다.
바람직하게는 진폭 마스크 및/또는 위상 마스크 또는 감쇠된 위상 시프팅 마스크가 적어도 하나의 광 소스의 평면 또는 제2 광 소스의 평면에 제공되는 것이 제안될 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치의 시준 유닛에 의해 시준된 광 소스의 복소수 값 분포를 맞춤 조정함으로써 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간적 분포의 맞춤형 형상이 제공된다.
광 빔은 확장된 광 소스 평면의 필요한 크기로 확장될 수 있다. 광 빔의 빔 웨이스트(beam waist)는 확장된 광 소스의 평면에 배치될 수 있다. 이 평면은 예를 들어 동적 위상 랜덤화 및 빔 성형을 제공하는 회전 산란 플레이트와 같은 산란 요소를 포함한다. 또한, 이 평면은 진폭 분포를 포함하며, 이 진폭 분포는 진폭 마스크에 의해 제공될 수 있다. 또한, 이 평면은 위상 마스크에 의해 제공될 수 있는 위상 분포, 또는 위상 시프팅 마스크를 포함할 수 있다. 진폭 분포 및 위상 분포는 또한 감쇠된 위상 시프팅 마스크에 의해 제공될 수도 있다. 또한, 필드 렌즈는 이 평면 또는 이 평면에 가깝게 제공될 수 있다. 맞춤형 복소수 값 확장된 광 소스의 이 평면은 시준 유닛을 사용하여 시준된다. 시준된 광은 체적 격자 백라이트 유닛을 사용하여 애너모픽 스트레칭(anamorphic stretching)될 수 있다. 그 다음, 광은 공간 광 변조기 장치를 조명한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 공간 광 변조기 장치의 이 평면에서 원하는 형상을 갖는 것이 보장되어야 한다.
일반적으로, 광 소스는 복소수 값 분포를 갖는 확장된 광 소스이다. 진폭 분포는 진폭 마스크를 사용함으로써 제공될 수 있다. 진폭 마스크는 시준될 확장된 광 소스의 평면에 제공될 수 있다. 위상 분포는 위상 마스크 또는 소위 위상 시프팅 마스크를 사용함으로써 제공될 수 있다. 위상 마스크 또는 위상 시프팅 마스크는 시준될 확장된 광 소스의 평면에 제공될 수 있다. 마스크 유형의 진폭 마스크 및 위상 마스크(또는 위상 시프팅 마스크)는 모두 감쇠된 위상 시프팅 마스크인 단일 마스크 내에서 결합될 수 있다. 진폭 마스크와 위상 마스크(또는 위상 시프팅 마스크) 또는 결합된 진폭 위상 마스크는 복소수 값의 광의 강도 분포를 생성한다. 시준될 확장된 광 소스의 평면에 존재하는 광의 복소수 값 강도 분포 이외에, 시간 변화 랜덤화된 위상 분포가 광 경로를 따라 시준 유닛에 의해 시준될 수 있는 확장된 광 소스의 평면 내에 또한 구현될 수 있다. 시간 변화 랜덤화된 위상 분포는 ±π보다 크거나 또는 동일한 범위 내에서 공간적으로 랜덤화된 위상 스텝을 제공하는 회전 산란 플레이트 또는 빠른 측 방향으로 이동하는 산란 포일을 사용함으로써 생성될 수 있다. 따라서, 확장된 광 소스의 평면에서, 정적 복소수 값 분포는 랜덤화된 위상 분포와 결합될 수 있으며, 이는 확장된 광 소스 내에 존재하는 국부적인 위상의 빠른 시간 변동을 제공한다.
즉, 단일의 위상 유형 디퓨저로 충분하다. 이 디퓨저는 공간 광 변조기 장치의 균질한 조명을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이 디퓨저는 동적인 랜덤화된 위상 변화를 제공하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 두 함수는 분리된 광학 요소에 의해 제공될 수도 있다. 빔 성형 디퓨저는 또한 예를 들어 백라이트 유닛으로 인한 광 출력의 특정 강도 분포 또는 손실을 보상하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 실현된 강도 프로파일은 플랫 톱 강도 분포와 다를 수 있다. 이것은 공간 광 변조기 장치의 입사 평면에서 최종적으로 얻어진 강도 분포가 플랫 톱 강도 분포인 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 광학 시스템 전체의 특성을 고려할 수 있다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 직사각형 형태의 플랫 톱 분포를 사용하는 경우, 진폭 분포는 2차원 사인 함수를 갖는다. 추가적인 아포디제이션 프로파일(apodization profile), 예를 들어 가우스-형 아포디제이션 프로파일은 1차 사인 함수가 제한된 대역폭을 갖는 것, 즉 측 방향 확장이 제한되어 있는 것을 고려하기 위해 2차원 인코딩을 위해 2개의 방향을 따라 사용될 수 있다. 정적 위상 분포는 사인 함수 중 하나이다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원형 플랫 톱 분포를 사용하는 경우, 진폭 분포는 에어리 함수(Airy function)와 동일하다. 추가적인 아포디제이션 프로파일, 예를 들어 가우스-형 아포디제이션 프로파일은 1차 에어리 함수가 제한된 대역폭을 갖는 것, 즉 측 방향 확장이 제한되어 있다는 것을 고려하기 위해 설계된 확장된 광 소스의 반경 방향 확장을 따라 사용될 수 있다. 정적 위상 분포는 에어리 함수와 관련된 것이다. 이것은 전기장의 분포의 제곱에 비례하는 강도 분포일 뿐인 에어리 함수를 형성하는 전기장의 복소수 값 분포의 위상 분포를 의미한다.
수직 시차 전용(VPO) 인코딩 및 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 로드(rod)형 형상의 플랫 톱 분포를 사용하는 경우, 진폭 분포는 1차원 사인 함수를 갖는다. 또한 2개의 사인 함수를 사용할 수도 있다. 그러나, 2개의 직교 사인 함수의 확장의 종횡비는 예를 들어 60 대 1일 수 있다. 이는 1차원 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 소위 비간섭성 방향인 다른 방향을 따라, 플래투-형 강도 분포가 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이것은 실제로 사인 함수가 일 차원을 따라서만 존재한다는 것을 의미한다. 즉, 1차원 사인 함수는 홀로그램의 1차원 인코딩에 충분하다.
추가의 아포디제이션 프로파일, 예를 들어 가우스-형 아포디제이션 프로파일은 또한 1차 사인 함수가 제한된 대역폭을 갖는 것, 즉 측 방향 확장이 제한되어 있는 것을 고려하기 위해 2개의 방향을 따라 사용될 수도 있다. 정적 위상 분포는 적어도 일 차원을 따라 존재하는 사인 함수 중 하나이다.
확장된 광 소스의 강도 분포의 랜덤화된 동적 위상 가변 부분은 전술한 3개의 실시예 모두에 대해 동일할 수 있다. 이것은 또한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포 또는 요구된 분포를 조명될 공간 광 변조기 장치의 평면 내로 시프트시키는 렌즈 함수에도 적용된다.
바람직하게는, 시간 가변 랜덤화된 위상 분포를 생성하기 위해 확장된 광 소스의 평면 내에 산란 요소 또는 빔 성형 유닛이 제공될 수 있다. 산란 요소 또는 빔 성형 유닛은 ±π보다 크거나 또는 동일한 범위 내에서 공간적으로 랜덤화된 위상 스텝을 제공할 수 있다. 또한, 산란 요소 또는 빔 성형 유닛은 공간 광 변조기 장치의 입사 평면에 존재하는 플랫 톱 유사 강도 분포를 발생시키기 위해 맞춤화된 공간적으로 랜덤화된 위상 분포를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 공간 분포의 회절 패턴에서 사이드 로브(side lobe)를 억제하기 위해 아포디제이션 프로파일이 제공되는 것이 제공될 수 있다. 아포디제이션 프로파일은 확장된 광 소스의 복소수 값 분포에 추가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 홀로그램의 1차원 인코딩을 공간 광 변조기 장치에 사용하는 경우, 1차원 광 강도 분포를 생성하기 위해 일 차원을 따라 광을 스트레칭시키기 위해 체적 격자가 제공되는 것이 제안될 수 있다.
결합될 수 있는 광은 1차원 사전 성형된 강도 분포를 제공하기 위해 일 차원을 따라 스트레칭된다. 체적 격자, 예를 들어 브래그 회절 기반 체적 격자가 이러한 1차원 강도 분포를 생성하기 위해 제공될 수 있다. 체적 격자는 투명 기판의 상단에 제공될 수 있다. 예를 들어, 다중화된 RGB(1차 컬러, 적색, 녹색, 청색)일 수 있는 체적 격자의 회절 각도는 예를 들어 87도일 수 있고, 이는 애너모픽 빔 스트레칭이라고 지칭되는 1차원 빔 스트레칭에 대해 20의 스트레칭 인자를 발생시킨다. 1차원 스트레칭 강도 분포는 파 필드에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 유닛을 조명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 홀로그램의 1차원 인코딩의 경우, 관측자 평면에서 스위트 스폿을 스팬하기 위해 광 라인을 구현해야 한다. 광의 요구된 스트레칭은 체적 격자 기반 빔 스트레칭을 사용함으로써 조명 장치에서 구현될 수 있는데, 예를 들어 10x 체적 격자를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 투명 기판으로서 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트)에서 예를 들어 84.26도의 체적 격자 기학학적 구조는 투명 기판 상에 복잡한 반사 방지 코팅의 요구 사항을 회피할 것이다. 애너모픽 프리즘으로 다른 스트레칭 부품을 직렬로 사용할 수도 있고, 예를 들어 3개 내지 4개의 프리즘, 또는 가우스 대 라인 플랫 톱 빔 성형기도 또한 사용할 수 있다.
대안적으로, 홀로그램의 1차원 인코딩을 공간 광 변조기 장치에 사용하는 경우, 1차원 광 강도 분포를 생성하기 위해 일 차원을 따라 광을 스트레칭하도록 파웰 렌즈가 제공될 수 있다.
파웰 렌즈는 또한 광 빔, 예를 들어 가우스 레이저 빔으로부터 광 라인을 생성하는 데에도 사용될 수 있다. 적어도 하나의 광 소스에 의해 방출된 광 빔은 파웰 렌즈를 조명하여 1차원 광 라인을 생성할 수 있다.
1차원 광 라인 또는 광 강도 분포로 빔 성형 유닛을 조명하는 가장 컴팩트한 방법은 브래그 회절을 기반으로 할 수 있고 필요한 빔 스트레칭을 도입하는 체적 격자를 사용하는 것이다.
1차원 인코딩된 디스플레이 장치의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 맞춤형 공간 분포가 중요한 장점을 제공한다. 조명될 공간 광 변조기 장치의 인접한 칼럼 또는 로우(row)는 상호 비간섭성이다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 이러한 맞춤형 공간 분포의 영향은 관측자의 눈의 망막에 생성된 수평/수직 인접 오브젝트 포인트들의 이미지, 즉 공간 광 변조기 장치의 인접한 칼럼/로우에 의해 생성된 오브젝트 포인트들의 이미지가 상호 비간섭성이라는 것이다. 따라서, 인접한 오브젝트 포인트들의 이미지는 간섭성 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크(object point crosstalk)를 발생시키지 않는다. 즉, 공간에서 생성된 3차원 이미지의 수평/수직 방향을 따라 간섭성 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크가 완전히 억제된다. "망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크"라는 용어는 관측자의 눈 망막에서 최종적으로 발생하는 인접하는 포인트 확산 함수(PSF)의 간섭성 중첩에 기인한다. 공간에서 생성된 인접한 오브젝트 포인트들은 오브젝트 포인트를 바라보는 사용자/관측자의 눈의 망막에 존재하는 인접한 포인트 확산 함수로 변환된다. 관측자의 눈의 망막에서 생성된 간섭 패턴은 예를 들어 WO 2004/044659 A1호에 개시되어 있는 바와 같이, 서브 홀로그램 인코딩 기술을 사용함으로써 공간에서 생성된 2개의 인접한 3D 오브젝트 포인트를 나타내는 인접 포인트 확산 함수의 복소수 값 분포에 의존한다. 예를 들어, 약간의 위상 변화조차도 관측자의 눈의 망막에서 얻어져서 이에 따라 관측자에 의해 검출될 수 있는 강도 분포를 현저하게 변화시킬 수 있다. 상호 코히런스 및 상호 위상차에 의존하는 인접한 포인트 확산 함수의 이러한 중첩을 설명하는 예는, 지. 푸터러의 문헌의 4.1.1 절, "리소그래픽 "위상 시프트" 마스크의 측정 및 VUV-스트럭처링을 위한 UV-전단 간섭 측정", 현대 광학의 발전, 4권, IOIP, MPF, 에어랑엔-뉘른베르크 유니버시티, 2005, ISBN: 3-932392-61-2에서 발견될 수 있다.
일반적으로, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 서브 홀로그램 크기 또는 형상 맞춤형 분포를 공간 광 변조기 장치(SLM)의 평면에 사용함으로써 간섭성 긴 측 방향 거리 간섭 효과가 억제된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 정적 또는 동적인 파면 성형이 복소 상호 코히런스도의 절대값의 정의된 분포를 포함하는 증가된 피사계 심도를 제공하도록 사용되는 것이 제안될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 디스플레이 장치에 의해 또한 달성된다.
2차원 및/또는 3차원의 오브젝트 또는 장면의 재구성을 위한 디스플레이 장치, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치가 제공된다. 디스플레이 장치는 본 발명에 따른 조명 장치 및 공간 광 변조기 장치를 포함한다. 공간 광 변조기 장치는 광의 전파 방향에서 보았을 때, 조명 장치의 하류에 배치된다.
디스플레이 장치는 유리하게는 필드 렌즈 또는 복합 필드 렌즈를 포함할 수 있다. 복합 필드 렌즈는 적어도 하나의 체적 격자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 정의된 코히런스 특성을 갖는 광 강도 분포로 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 방법에 의해 또한 달성된다. 서브 홀로그램은 공간 광 변조기 장치에서 홀로그램을 인코딩하기 위해 사용된다. 상기 방법은 다음 단계, 즉
- 적어도 하나의 확장된 광 소스에 의해 광을 방출하는 단계,
- 시준 유닛에 의해 상기 적어도 하나의 확장된 광 소스 후방에서 전파하는 광을 시준하는 단계,
- 빔 성형 유닛에 의해 상기 공간 광 변조기 장치의 평면에서 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포를 생성하는 단계로서, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포는 상기 공간 광 변조기 장치 내의 오브젝트 포인트들의 인코딩을 위해 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 적어도 유사한 형상을 갖는 것인 단계, 및
- 광의 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포로 상기 공간 광 변조기 장치를 조명하는 단계
를 포함한다.
이제 본 발명의 교시를 유리하게 구성하고 개량하며 그리고/또는 가능한 한 전술한 실시예들을 서로 결합하는 다양한 가능성이 존재한다. 이와 관련하여, 한편으로는 독립 특허 청구항에 종속하는 특허 청구항들이 참조되고, 다른 한편으로는 도면의 도움으로 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 다음 설명이 참조된다. 도면의 도움으로 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예의 설명과 관련하여, 본 교시의 바람직한 구성 및 개량이 일반적으로 또한 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 공간 광 변조기 장치의 픽셀 배열을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 장치의 제1 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 조명 장치의 제2 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 조명 장치의 제3 실시예를 도시한다.
도 5는 몇몇 세그먼트들을 포함하는 빔 성형 유닛을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 사용되는, 설계된 복소수 값 확장형 광 소스(complex-valued extended light source)의 일반적인 실시예를 도시한다.
도 7은 진폭(a)의 제곱 및 대응하는 위상 분포(φ)에 비례하는 에어리 분포(Airy distribution)의 강도의 라인 스캔을 도시한다.
도 8은 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있는 sinc-형 진폭 분포(aLS)를 도시하는데, 여기서 강도 분포는 진폭 분포의 제곱에 비례한다.
도 9는 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있는 sinc-형 진폭 분포(aLS)의 3차원 등고선 플롯을 도시하는데, 여기서는 x 방향 및 y 방향으로 가우스-형 아포디제이션이 적용된다.
도 10은 도 8 및 도 9에 관련된 2진 위상 프로파일(ΦLS)을 도시한다(백색: π/2, 흑색: -π/2, 여기서 2×π는 예를 들어 λB = 450 nm, λG = 520 nm 또는 λR = 640 nm인 하나의 개별 파장과 동일하다).
도 11은 도 9의 진폭 분포(aLS) 및 도 10에 도시된 2진 위상 분포(ΦLS)를 이용하여 얻어진 공간 광 변조기 장치의 평면 내에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포의 평면 등고선 플롯을 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 분포의 3차원 등고선 플롯을 도시한다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 공간 분포의 이미지를 도시한다.
도 14는 2차원 인코딩 및 직사각형 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소수 값 확장형 광 소스의 진폭(aLS)의 공간 분포를 도시하며, 도 14는 도 9에 도시된 1차원 인코딩의 경우에 관련되고, 가우스 아포디제이션이 포함된다.
도 15는 도 10에 도시된 1차원 인코딩의 경우에 관련되고 이제 2차원 인코딩 및 직사각형 서브 홀로그램에 대해 최적화된 2차원 복소수 값 사인 함수의 2진 위상 프로파일(ΦLS)을 도시한다.
도 16은 도 11과 관련되고 이제 2차원 인코딩 및 직사각형 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 도시한다.
도 17은 도 16의 분포(|μ12|)의 3차원 등고선 플롯을 도시한다.
도 18은 원형 서브 홀로그램을 사용하는 2차원 인코딩을 위해 최적화된 복소수 값 확장형 광 소스의 에어리-형 등가 진폭 분포(aLS)를 도시하는데, 여기서는 가우스-형 아포디제이션이 적용되고, 확장된 광 소스의 강도 분포는 진폭 분포의 제곱에 비례한다.
도 19는 2차원 인코딩 및 원형 모양의 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 얻기 위해 도 18의 진폭 분포(aLS)와 조합되어야 하는 위상 분포(ΦLS)를 도시한다.
도 20은 도 11과 관련되지만 2차원의 경우에 대해 최적화된, 2차원 인코딩 및 원형 형상의 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 도시한다.
도 21은 도 12와 관련되지만 2차원의 경우에 대해 최적화된, 2차원 인코딩 및 원형 형상의 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 도시한다.
도 22는 도 13과 관련되지만 2차원의 경우에 최적화된, 2차원 인코딩 및 원형 형상의 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 나타낸다.
도 23은 여기서 웨지-형 조명 유닛의 전방의 스캐닝된 조명의 구현 예로서 스캐닝 미러 요소 후방에 배치된 시준 유닛을 도시한다.
도 24는 웨지-형 조명 유닛의 입구에 배치된 시준 유닛과 공간 광 변조기 장치 사이에 존재하는 광 경로 길이의 국부적인 차이를 도시한다.
도 25는 스캐닝 조명 장치에서 사용하는 파면의 곡률의 빠른 동적 변화를 제공할 수 있는 장치를 도시한다.
동일한 도면 부호는 개별적인 도면, 그리고, 제공되는 경우, 동반되는 상세한 설명에서의 유사한 구성 요소를 나타낸다. 다음 섹션에서, "전방에" 및 "후방에"라는 표현, 예를 들어 공간 광 변조기 장치의 전방이라는 표현은 광의 전파 방향과 관련하여 본 광을 의미한다.
도 1은 홀로그램 3차원(3D) 오브젝트 또는 장면의 수직 시차-전용(VPO)-유형의 1차원 인코딩에 사용될 수 있는 공간 광 변조기 장치(이하, SLM이라 칭함)의 픽셀 배열을 도시한다. 이는 샌드위치-형 복소수 값 SLM의 투명 개구 분포를 나타낸다. SLM은 예를 들어 광의 전파 방향으로 볼 때, 투과형 위상 SLM (A+P-SLM)의 전방에 투과형 진폭 SLM을 배치함으로써 형성될 수 있다. 이 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 수직 픽셀 개구는 수평 픽셀 개구보다 훨씬 작다. 이것은 컬럼-형 1차원 서브 홀로그램에 사용될 수 있다. SLM에 의해 제공된 서브 홀로그램은 1차원 컬럼-형 회절 렌즈일 수 있다. A+P-SLM 샌드위치의 입구 개구와 출구 개구 사이의 거리는 사용된 픽셀의 최소 개구 크기의 10배를 초과해서는 안 된다. 이것은 예를 들어 n = 1.5인 2개의 SLM A+P 사이에 존재하는 굴절률에 적용된다. 이 예에서, 도시된 픽셀의 투명한 개구의 작은 수직 연장이 고려되어야 한다. 도 1의 SLM의 인접한 컬럼에 대해 사용되는 상이한 충전 패턴은 수직 배향된 컬러 필터 스트라이프의 사용을 나타낸다. RGB(적색, 녹색, 청색) 유형의 컬러 필터 스트라이프의 사용은 VPO라고 하는 1차원 홀로그램 인코딩의 옵션이 될 수 있다. 도시된 픽셀 크기 및 픽셀 모양은 예를 들어 관측자 전방의 0.6 m의 거리에 배치될 수 있는 수직 시차 전용을 사용하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 지칭한다.
다음 섹션에서, 본 발명에 따른 조명 장치에 제공된 광 소스의 맞춤 제작을 설명하기 위해 예시적인 레이아웃이 사용된다. d = 355 mm인 14"의 대각선을 갖는 홀로그램 디스플레이 장치가 사용될 수 있다. 종횡비는 대략 w = 310 mm의 폭 및 약 h = 175 mm의 높이를 발생시키는 16:9일 수 있다. 디스플레이 장치에 사용되는 필드 렌즈의 초점 거리는 fcFL = 1 m일 수 있다. fcFL에서 용어 cFL은 복합 필드 렌즈(compound field lens)를 나타낸다. 이러한 복합 필드 렌즈의 경우, 체적 격자 필드 렌즈가 사용될 수 있으며, 이는 예를 들어 n = 1.5의 굴절률을 갖는 매체 내에서 평면파 0도 전-회절(pre-diffraction) 내지 평면파 30도 전-회절을 실현하는 제1 체적 격자 요소 및 공기에서 예를 들어 0도 및 f = 1 m의 초점으로, 예를 들어 n = 1.5의 굴절률을 갖는 매체 내에서 예를 들어 30도 평면파의 재구성의 기하학적 구조를 갖는 제2 체적 격자 요소를 포함한다. 초점을 맞추기 위해 0도 / 30도 및 30도의 이러한 2개의 체적 격자 요소를 조합하면 축상 필드 렌즈 기반의 체적 격자가 생성된다.
공간에서 컬러의 3차원 이미지를 재구성하고 디스플레이하기 위해, 조명 장치는 각 컬러(RGB)에 대해 하나의 광 소스를 갖는 3개의 광 소스를 포함할 수 있다. 3개의 광 소스로부터 방출되고 SLM을 조명하기 위해 사용되는 파장은 예를 들어 λB = 457 nm, λG = 532 nm 및 λR = 647 nm이다. 픽셀 기하학적 구조는 Λx = 135 ㎛, Λy = 35 ㎛, CAx = 85 ㎛, CAy = 18 ㎛에 의해 정의될 수 있고, 여기서 x는 수평 방향을 정의하고, y는 수직 방향을 정의하며, Λ는 SLM의 피치이고 CA는 단일 픽셀의 투명 개구이다. SLM 평면의 진폭 분포는 도 1에 도시된 진폭 분포와 동등할 수 있다. 도시된 SLM 패널의 진폭 분포는 진폭 변조 패널의 하나, 위상 변조 패널의 하나 또는 진폭 + 위상 변조 복소수 값 SLM 샌드위치의 하나일 수 있다.
예를 들어 진폭 변조 패널 전방에 위상 변조 패널을 사용하는 복소수 값 SLM 샌드위치는 홀로그램 3차원(3D) 장면의 2차원(2D) 인코딩에 사용할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 기본 픽셀 배열은 홀로그램의 2차원 인코딩의 설명을 위해 사용될 수 있다.
복소수 값 SLM 샌드위치에는 컬러 스트라이프 배열이 제공될 수 있는데, 예를 들어 컬럼으로 배열된 컬러 필터 스트라이프를 포함하는 수직 배향된 컬러 스트라이프 배열이다. 홀로그램 3차원 장면의 1차원(1D) 수직 시차-전용(VPO) 인코딩을 위해 컬럼 유사 인터레이스 RGB 컬러 필터 스트라이프를 갖는 SLM 샌드위치가 사용될 수 있다. 수평 배향된 컬러 스트라이프 배열을 사용할 수도 있다. 교번하는 RGB 컬러 필터 스트라이프를 갖는 이러한 유형의 SLM 샌드위치는 홀로그래픽 3차원 장면의 1차원(1D) 수평-시차-전용(HPO) 인코딩에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 또한 홀로그램의 1차원 인코딩의 설명을 위해 사용될 수 있다.
2차원 인코딩(이하 2D 인코딩이라고 함)과 1차원 인코딩(이하 1D 인코딩이라고 함)의 2개의 다른 상황이 있다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 1D 인코딩의 경우, 예를 들어 수평 방향일 수 있는 관측자 평면에서 한 방향으로 스위트 스폿이 존재한다. 예를 들어 수직 방향일 수 있는 다른 방향 내에서, 관측자가 3차원 장면의 수직 시차를 보거나 또는 관찰할 수 있는 관측자 평면 내에 뷰잉 윈도우(viewing window) 또는 가시성 영역이 존재한다. 이는 홀로그래픽 장면의 수직 시차 전용(VPO) 재구성과 동일하다. 관측자의 두 눈에 2개의 다른 뷰(view)가 제시된다.
뷰잉 윈도우/가시성 영역은 예를 들어 SLM에 의해 생성된 회절 패턴의 1차 회절 중 0차와 1차 사이에서 스팬될 수 있다. 1D 인코딩의 경우 필요한 시차에 따라 수직 방향 또는 수평 방향만이 고려되어야 한다. 단순화를 위해, 상세한 설명에서의 다음의 설명은 수직 시차 전용 홀로그램 또는 재구성을 언급한다. 다양한 크기의 뷰잉 윈도우, 예를 들어 VW_x_blue = 3.4 mm, VW_y_blue = 13.1 mm, VW_x_green = 3.94 mm, VW_y_green = 15.2 mm, VW_x_red = 4.8 mm 및 VW_y_red = 18.5 mm가 상술한 픽셀의 기하학적 형상 및 필드 렌즈의 초점 거리에 따라 얻어질 수 있다. 2D 인코딩의 경우, 뷰잉 윈도우의 수평 연장은 예를 들어
Figure pct00008
일 뿐인 인간 눈의 입사 동공보다 약간 크다. 따라서, 뷰잉 윈도우의 수직 확장은 요구되는 것보다 더 크다. 관측자의 눈의 위치를 검출하고 관측자 평면에서 관측자의 눈의 우측 위치로 광을 지향시키는 디스플레이 장치에 제공된 추적 유닛의 정확도는 예를 들어 1 mm이다. 이것은 예를 들어 θvertical = ± 0.375도 각도 범위에 해당하는 VW_y_blue = 13.1 mm의 뷰잉 윈도우의 수직 연장이 허용되어야 한다는 것을 의미한다.
1D 인코딩된 디스플레이 장치의 스위트 스폿을 형성하는 광의 비간섭성 방향은 예를 들어 ± 0.5도의 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼을 갖는다. 이것은 예를 들어 백라이트 조명 유닛인 조명 유닛에 제공된다. 이것은 평면파의 넓은 각 스펙트럼이 이미 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 뷰잉 윈도우의 최소 너비가 선택되고 이것보다 1 m의 초점 거리에서 10 mm의 스위트 스폿이 선택된다면, ± 0.286 도의 각도 범위와 동등할 것이다. 이것은 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼이 ± 0.286 도의 각도 범위에만 스팬되는 비간섭성 방향을 따라 사용될 수 있음을 의미한다. 이미 알려진 바와 같이, 예를 들어 SLM에 부딪치는 단일 평면파의 회절로 인해 스팬될 수 있는 각도 범위 및 평면파의 각 스펙트럼 또는 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼은 다른 텀(term)이다.
인간의 눈의 각 해상도는 1/60도이며, 이는 ± 1/120도를 의미한다. 수직 방향(1D 인코딩의 경우) 또는 수직 및 수평 방향(2D 인코딩의 경우)일 수 있는 간섭성 방향 내에서, SLM의 조명 광의 평면파의 각 스펙트럼은 재구성된 3차원 장면의 번짐을 피하기 위해 이러한 각도 범위보다 작거나 또는 동일해야 한다.
1D 인코딩된 디스플레이 장치의 경우, 조명 장치는 적어도 하나의 슬릿-형 광 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단순화를 위해, fillumination = 1 m인 디스플레이 장치에서의 결합된 체적 격자 필드 렌즈와 동일한 초점 길이를 갖는 축외 포물선 미러 요소를 사용하는 단순한 조명으로 가정할 수 있다. ± 1/120 도의 각도 범위는 0.3 mm의 측 방향 확장을 갖는 광 소스와 동일하다. 그리고 ± 0.286 도의 각도 범위는 10 mm의 확장을 갖는 광 소스와 동일하다. 다른 말로 하면, 2D 인코딩 디스플레이 장치에 대해 fillumination = 1 m의 초점 길이가 사용되면,
Figure pct00009
㎜의 직경을 갖는 확장된 광 소스가 구현될 수 있다. 간섭 방식으로 SLM을 조명하는 데 사용되는 광의 평면파의 각 스펙트럼은 디스플레이 장치에 사용되는 필드 렌즈의 초점 거리에 관계없이 항상 ± 1/120 도의 범위 내에 있어야 한다. 이것은 1D 인코딩 디스플레이 장치에서 사용되는 비간섭성 방향과는 다르다. 스위트 스폿은 10 mm의 확장 거리에 걸쳐 있어야 한다. 이것은 디스플레이 장치에 사용되는 필드 렌즈의 초점 거리에 따라 달라진다.
따라서, 예를 들어 dx = 0.3 mm 및 dy = 10 mm의 광 소스 영역은 수직 시차 전용(VPO) 홀로그램 및 초점 거리 1 m인 시준 유닛을 제공하는 1D 인코딩 디스플레이 장치에 대해 사용될 수 있다. 광 소스 영역은 그 예에서 1 내지 33.3의 종횡비를 갖는 슬릿과 유사하다.
조명 장치 내의 동적 산란 평면은 동적으로 랜덤화된 위상 분포를 제공하는 함수를 갖는다. 옵션은 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 조명 장치 내에서 회전하는 산란 플레이트와 같은 회전 산란 요소를 사용하는 것일 수 있다.
2D 인코딩의 경우, 광 빔 또는 3개의 광 빔(3개의 광 소스가 제공되는 경우)은 조명 장치의 일부이고 시준될 확장된 광 소스의 평면 상에 포커싱(focusing)될 수 있다. 대안적으로, 1차 광 소스로서 사용되는 멀티 모드 광섬유의 출사면은 시준될 확장된 광 소스의 평면 상으로 이미징될 수 있다. 전술한 바와 같이, 2D 인코딩을 위해,
Figure pct00010
㎜의 직경을 갖는 확장된 광 소스가 유리하게 생성되어야 한다.
다음 설명은 각 컬러에 대한 평면파의 각 스펙트럼을 개별적으로 적용하는 것을 의미한다.
RGB(컬러) 조명을 구현하기 위한 몇 가지 옵션이 있다. 3개의 광 소스에 의해 방출된 3개의 광 빔은 동일한 산란 평면에서 포커싱될 수 있거나 또는 각 컬러는 개별 광 소스면을 가질 수 있다. 컬러 결합 유닛은 광의 시준을 위해 사용될 수 있는 무색 또는 아포크로매틱 광학 시스템의 전방에서 사용될 수 있다. 따라서, 평면파의 각 스펙트럼은 각 컬러에 대해 개별적으로 최적화될 수 있다. 모든 컬러에 대해 단일 산란 플레이트를 사용하는 것의 단점은 단일 산란 평면이 사용된 파장에 의존하는 산란 각도를 유발한다는 것이다. 따라서, 청색 광은 시준 유닛의 개구 내에 또는 시준 유닛의 출사면 내에서 적절하게 균질한 강도 분포를 생성할 것이지만, 적색 광은 훨씬 더 큰 산란 각도 및 이에 따라 훨씬 더 큰 광 출력의 손실을 생성할 것이다.
인접한 위상 픽셀들의 빔 결합에 기반한 디스플레이 장치에서 복소수 값 SLM이 사용되는 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 공간 분포의 최적의 준비는 각각의 컬러에 대한 광 소스 평면 내에서 상이한 복소수 값 분포를 필요로 한다.
3개의 분리된 광 소스 평면은 매우 컴팩트한 배치 내에서 실현될 수 있다. 예를 들어, 멀티 모드 광섬유 또는 모노 모드 광섬유일 수 있는, 광 소스로서 작용하는 광섬유의 단부는 소위 스타인하일(Steinheil) 삼중항을 사용하여 동적으로 랜덤화된 위상 평면 상에 이미징될 수 있다. 예를 들어 1:1 이미징을 실현하지 못하지만 대신에 예를 들어 1:5 이미징을 구현하는 무색 더블릿(achromatic doublet) 또는 비구면 렌즈의 이미징 쌍이 사용될 수 있다. 3개의 디자인 파장 중 하나에 최적화된 비구면 렌즈는 또한 RBG 분리된 코히런스 준비를 사용하여 조명 장치 내에서 컴팩트한 셋업을 제공할 수 있다.
이전에 개시된 실시예를 다시 참조하면, 시준 유닛에 대해 초점 거리 f = 1 m, 필드 렌즈에 대해 f = 1 m의 초점 거리를 사용하면 2D 인코딩을 사용하는 경우 광 소스의 직경은
Figure pct00011
mm가 되고, 1D 인코딩을 사용하는 경우 광 소스 크기는 dx = 0.3 mm 및 dy = 10 mm가 된다. 예를 들어, 예컨대, 타원율이 1:3인 광 소스로서 에너지 전달을 최대화하기 위해 레이저 다이오드의 타원형 빔 프로파일이 직각으로 배향될 수 있다는 것을 알 수 있다. 광의 추가 스트레칭이 1D 인코딩 디스플레이 장치 내에서 사용되는 광 소스에 필요할 수 있는 예를 들어 1:33의 종횡비를 실현하기 위해 요구된다. 굴절 렌즈 또는 회절 빔 성형 렌즈 또는 원통형 렌즈는 광의 1차원 스트레칭을 얻는 데 사용될 수 있다.
조명 장치 내의 회절 백라이트 유닛의 사용은 광 소스의 개별 크기를 변경시킨다. 예를 들어, f = 400 mm인 시준 렌즈는 10x 애너모픽 빔 스트레칭의 2배를 제공하는 체적 격자 기반 백라이트 유닛 전방에서 사용될 수 있다.
상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼(angular spectrum)은 이미 설명한 바와 같이 고려되어야 하는 경계 조건이다. 그레이팅(grating)을 조명하는 광의 평면파의 각 스펙트럼은 회절 각도에 따라 - 격자 회절 방정식으로 인해 - 변경되며, 작은 회절 각도에 대해서만 변하지 않는 것으로 처리될 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포는 가능한 한 낮게, 즉 서로 간섭하지 않아야 하는 상호 거리에서 선택되어야 한다. 가장 큰 양의 z값(관측자와 가장 가까움)에 배치된 오브젝트 포인트는 가장 큰 서브 홀로그램의 크기 또는 형상이어야 하는, 사용될 상호 코히런스의 영역을 정의한다. 간섭해야 하는 SLM의 픽셀의 상호 거리에 대해, 1에 가까운 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 값이 실현되어야 한다. 서로 간섭해서는 안 되는 SLM 픽셀의 상호 거리에서의 감소된 상호 코히런스의 실현은 평면파의 맞춤화된 각 스펙트럼을 사용하는 것을 의미한다. 다른 말로 하면, SLM은 평면파가 아닌 평면파의 각 스펙트럼으로 조명되어야 한다. 포인트 광 소스는 그것을 실현하는 최선의 방법이 아니다. 따라서, SLM의 입사 평면에 최종적으로 존재하는 평면파의 각 스펙트럼이 예를 들어 간섭성 방향을 따라 1/60도 이하이고 예를 들어 비간섭성 방향을 따라 0.5도 이하인 요구되는 범위 내에 있는 한, M > 1의 광 빔 품질 인자는 허용 가능할 수 있다. 비간섭성 방향의 값은 1차원 인코딩에만 적용된다. 이것은 확장된 광 소스가 선호된다는 것을 의미한다. 그리고 확장된 광 소스는 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼을 특징으로 한다. 이것은 정의된 방식으로 실현되어야 한다. 이것이 동적 산란 요소가 구현될 수 있는 이유이다. 이러한 요소는 예를 들어 PZT(예를 들어 납-지르코늄-티타네이트로 제조됨) 또는 일차원 또는 이차원을 따라 시프트-형 측 방향 이동을 실현하는 보이스 코일 요소에 장착될 수 있다. 또 다른 옵션은 모터 상에 산란 요소를 장착하고 회전하는 산란 플레이트를 구현하는 것이다. 2개념 모두 조명 장치 내에서 사용될 수 있다. 10x 빔 스트레칭을 기반으로 하는 웨지-형 백라이트 유닛 내에서 사용되는 평면파의 각 스펙트럼은 SLM의 조명에 필요한 평면파의 각 스펙트럼의 10배이다. 1/6도의 값은 웨지-형 백라이트 유닛 내에서 배율 10x를 사용하면 평면파의 각 스펙트럼이 10배만큼 감소된다는 사실 때문에 평면파의 각 스펙트럼에 대한 실용적인 값이다. 따라서 1/6도의 입력 값은 10 배 빔 스트레칭을 사용하여 1/60 도의 출력 값으로 변환될 것이다.
예를 들어 회절 웨지-형 백라이트 유닛의 평면파의 각 스펙트럼을 나타내는 데 사용될 수 있는 격자 방정식으로 인해, 평면파의 각 스펙트럼의 약간 비대칭의 축소가 달성된다. 예를 들어, 진입 각도가 -(84.2608 ± 0.7)도인 경우 진출 각도는 (0 + 0.0743 - 0.0657)도가 된다. 이것은 10배 빔 스트레칭으로 인한 평면파의 각 스펙트럼의 스퀴징(squeezing)이 약간 비대칭이지만 약 1/10이라는 것을 의미한다. 84.2608도보다 약간 큰 각도의 경우, 빔 스트레칭 인자는 10보다 약간 크고, 84.2608도보다 약간 작은 각도의 경우, 빔 스트레칭 인자는 10보다 약간 작다. 이것은 약 1/10인 평면파의 각 스펙트럼의 약간 비대칭적인 스퀴징 또는 축소 계수를 발생시킨다.
확장된 광 소스 영역 내에 존재하는 위상 값의 빠른 통계적 랜덤화된 변경을 제공하는 요소는 필요한 프레임 속도(초당 프레임, fps)에 맞게 조정되어야 한다. 예를 들어, 4명의 관측자에 대한 그리고 60 Hz fps에서의 각 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대한 RGB는 24 x 60 Hz = 1440 Hz이다. 이 값은 추적 유닛에 의해 제공되어야 하며, 이는 예를 들어 평면내 회전 LC(액정) 기반 능동 제어 격자 유닛일 수 있다. RBG 시간 순차 SLM은 1440 Hz/4 = 360 Hz에서 작동해야 한다. "광 소스 온(ON)"에 사용할 수 있는 시간 윈도우는 1/1440 초보다 약간 작은데, 즉 1/1600 초이다. 일반적으로, 레이저 다이오드가 광 소스로서 이를 제공할 수 있다. 그러나 레이저가 너무 빨리 변조될 수 없는 광 소스로 사용되면, 빠른 셔터가 사용될 수 있다. 이들 요소는 예를 들어 LC, LC 분산 체적 격자, 음향 광학 변조기(AOM), PZT 또는 심지어 MEMS(micro-electro-mechanical system) 기술에 대한 포화 의존 흡수 필터를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, PZT 소자는 24 kHz의 주파수를 실현한다. 이러한 주파수는 보이스 코일 액추에이터(voice coil actuator)를 사용하여 얻을 수도 있다. 광 소스 위상 분포의 충분한 랜덤화를 제공하기 위해서 오직 100㎛ 미만의 무브먼트(movement)만이 필요할 수 있다. 이산 값은 이산적인 실시예에 의존한다. 멀티 모드 광섬유의 단부는 동적 산란 평면 전방에 배치될 수 있다. 3개의 광 멀티 모드 광섬유의 3개의 단부를 동적 산란 평면 상에 이미징하는 것이 또한 실용적이다. 이것은 시준 유닛(예를 들어, 무색 렌즈를 포함) 후방에 제공되고 RGB 독립 정렬에 사용되는 약간 다른 출사 각도를 발생시키는 적색, 녹색 및 청색의 광 소스들 사이의 약간의 시프트를 구현할 기회를 제공한다. 따라서, 예를 들어 조명 장치의 백라이트 유닛의 전체 회절 효율이 최적화될 수 있다. 공지된 컬러 결합 프리즘 시스템, 예를 들어 3개의 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 칩 캠코더 또는 다이크로이틱 필터 세트를 시준 유닛 전방에서 사용할 수 있다. 시준 유닛은 예를 들어 소위 플랫 톱 강도 분포를 제공함으로써 전반적인 광 효율을 증가시키는 빔 성형 유닛과 결합된, 예를 들어 무색 렌즈를 포함할 수 있다. 이들 요소는 예를 들어 시준 유닛의 시준 무색 렌즈를 조명하는 적당한 일정한 강도의 영역 내에서 일정한 위상 값을 제공하지 않는다. 따라서, 시준 유닛의 무색 렌즈 또는 아포크로매틱 렌즈의 출사면에서, 이상적이지 않은 위상 분포가 존재할 것이다. 홀로그래픽 3차원 오브젝트의 이미지 품질을 감소시키는, 바람직하지 않은 위상 분포를 보상하기 위해 여러 옵션을 제공할 수 있다.
하나의 옵션은 시준 유닛의 시준 렌즈를 메리트 함수(Merit function) 최적화에 포함시키는 것이며, 이는 이미 여러 표준 광학 시뮬레이션 소프트웨어 제품으로 잘 알려져 있고 이미 구현되었다. 따라서, 체적 격자 기반의 백라이트 유닛을 조명하는 위상 분포가 더욱 개선될 수 있다. 또한, 빔 성형 유닛으로서 동적 산란 요소 전방에 예를 들어 λB = 457 nm, λG = 532 nm 및 λR = 647 nm 으로 3개의 파장의 조합이 존재하면, 각각 단일의 할당된 컬러에서만 작용하는 3개의 컬러 특정 빔 성형 요소를 사용할 수 있게 된다. 따라서, 시준될 광 소스의 평면인 동적 산란 요소의 평면에 존재하는 광 스폿의 강도 분포는 각 색에 대해 독립적으로 최적화될 수 있다. 따라서, 예를 들어 균질한 백색인 최적화된 컬러 밸런싱이 전체 SLM 평면 내에서 얻어질 수 있다.
예를 들어, 도 2는 하나의 예를 들어 표면 릴리프 타입, 빔 성형 디퓨저(BS)를 사용하는 실시예를 도시한다. 빔 성형 디퓨저는 예를 들어 무색 시준 렌즈의 입사 평면 내에서 예를 들어 직사각형으로 형성되는 플랫 톱 강도 분포를 제공할 수 있다.
두 번째 옵션은 최종적으로 SLM을 조명하는 위상 분포인 체적 격자 백라이트 유닛에 의해 방출되는 위상 분포를 측정하는 것이다. 룩업 테이블(LUT)을 사용하여 보정 값을 저장할 수 있다. 이러한 보정 값은 SLM에 의해 생성된 복소수 값 웨이브 필드의 계산을 위한 보정 값으로 사용될 수 있다. SLM을 조명하는 위상 분포 및 강도 분포를 측정할 수 있다. 그 결과는 디스플레이 장치의 뷰잉 윈도우의 평면에서 설계된 위상 값 및 진폭 값을 제공하기 위해 보정 데이터로서 사용될 수 있다.
조명 장치의 백라이트 유닛에 의해 방출된 웨이브 필드의 측정은 또한 3개의 밝은 컬러 RGB의 국부적인 출사 각도를 포함한다. 국부적인 출사 각도는 국부적인 위상 분포인 국부적인 파면에 수직이다. 즉, 3개의 밝은 색 RGB의 위상 분포를 측정하면 3 컬러의 국부적인 출사 각도의 분포를 형성한다.
SLM의 약간 다른 조명 각도는 디스플레이 장치의 추적 유닛에 의해 보상될 수 있다. 이러한 추적 유닛은 룩업 테이블로부터 보상 값을 취한다. 이러한 룩업 테이블은 또한 디스플레이 장치 내에 존재하는 수차를 보정하기 위한 값을 포함할 수 있다. 이것은 또한, 기록 상황과 예를 들어 다중화 필드 렌즈의 디스플레이 장치 내에서의 사용과의 차이를 제거하기 위해 요구될 수 있는 보상을 포함한다. 기록이라 함은 홀로그래픽 기록 필름을 중첩된 파에 의해 형성되는 간섭 패턴에 노광하는 것을 의미한다. 노광의 결과는 기록 재료의 수정이다. 굴절률(n)의 국부적인 변화가 발생한다. 재료는 두께 및 이에 따라 재구성의 기하학적 구조를 변경시킬 수 있다. 효과가 얼마나 큰지는 사용되는 이산 재료에 달려있다. 예를 들어 디스플레이 장치 내의 체적 격자 또는 적어도 하나의 체적 격자를 운반하기 위해 예를 들어 1 mm의 두께를 갖는 추가의 커버 글래스에 사용되는 포토 폴리머의 수축은 상이한 체적 격자 필드 렌즈에 의해 실현되는 포인트 확산 함수(PSF)의 스트렐 비율(Strehl ratio)을 감소시킬 수 있다. 즉, SLM 후방에 배열된 필드 렌즈는 홀로그래픽 기록 필름의 수축의 결과일 수 있는 이상적인 초점을 생성하지 않을 수 있다. 따라서, 저수축 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 브래그 회절 기반 체적 격자는 예를 들어 홀로그래픽 3차원 디스플레이 장치의 시준 유닛, 백라이트 유닛 및 필드 렌즈 내에서 사용될 수 있다. 사전 보상 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)이 이미 노광 동안 이러한 수차를 보상하기 위해 사용될 수 있지만, 복소수 값 SLM 및 추적 유닛을 사용하여 최종적으로 얻어진 포인트 확산 함수를 최적화할 수 있다. 개별 측정 디스플레이 장치는 룩업 테이블 내에서 개별 보정 값을 사용할 수 있다. 홀로그램 데이터를 계산하는 동안 수차도 또한 고려될 수 있다.
이전의 개시 내용은 시준 유닛 전방의 조명 장치에 제공된 광 소스의 크기를 증가시키는 데 사용될 수 있다. SLM이 시준 렌즈 또는 시준 유닛의 축외 포물선 미러에 의해 제공되는 시준된 광으로 조명되는 경우, 광 소스는 1/60도 이하와 동등한 면적을 가져야 한다. 시준 축외 포물선 미러는 시준 유닛이 차지하는 체적을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
평면 파의 각 스펙트럼을 변경시키는 조명 장치에 추가 요소가 사용되는 경우, 이를 고려해야 한다. 백라이트 유닛이 2개의 방향을 따라 10배의 애너모픽 빔을 구현하는 조명 장치에 사용되는 경우, 1/6도까지의 평면파의 각 스펙트럼이 이 백라이트 유닛을 조명하는 데 사용될 수 있다.
맞춤형 확장된 광 소스의 실용적인 직경은
Figure pct00012
= 2 × fCollimation × tan(1/12 degrees)일 수 있다. 예를 들어 fCollimation = 400 mm의 초점 길이를 갖는 시준 렌즈를 사용하는 경우, 실용적인 직경은
Figure pct00013
= 1.16 mm이다.
도 2는 3개의 광 소스(Li(i = 1, 2 및 3)), 예를 들어 3개의 레이저 광 소스에 의해 방출된 3개의 광 빔이 결합되어 간섭성 백색 광 소스를 생성하는 조명 장치를 도시한다. R은 적색 광 소스를 나타내고, G는 녹색 광 소스를 나타내며, B는 청색 광 소스를 나타낸다. 도면 부호 M은 미러 요소를 나타낸다. 미러 요소(M)에 의해 청색광 빔을 반사시킨 후, 청색 광 빔(B)과 녹색 광 빔(G)을 결합시키도록 유전체 미러 요소(dc-M-tBrG)가 제공된다. 이러한 광 빔(B, G)의 결합 후에, 적색 광 빔(R)과 청색 광 빔(B) 및 녹색 광 빔(G)을 결합하기 위해 유전체 미러 요소(dc-M-tRrBrG)가 제공된다. 볼록 렌즈(LT1) 및 오목 렌즈(LT2)를 포함하는 망원경 시스템이 적색 광 빔의 크기를 조정하기 위해 제공된다. 이 예에서, 적색 광 빔의 배율은 예를 들어 M-R = 1/2.5일 수 있다. 이는 적색 광 빔이 크기가 인자 2.5만큼 감소되어야 한다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 모든 광 빔은 광 빔 결합 유닛(LBCU)의 출사 평면에서 동일한 크기를 갖는다. 이 예는, 초기 빔 직경의 차이가 문제가 아니며 변경이 쉽게 구현될 수 있다는 것을 보여준다. 어떤 광 빔을 크기를 확장하거나 또는 감소시켜야하는지, 또는 어떤 이산 인자를 사용해야 하는지는 사용되는 이산적인 광 소스에 달려있다. 예를 들어 적색 빔 직경을 증가시켜야 하는 경우일 수도 있다. 그러나, 유사한 광 빔 직경을 사용하는 것이 바람직하다. 이산 값은 맞춤 제작된 확장된 광 소스를 생성하기 위해 사용되는 이산적인 실시예에 의존한다. 따라서, 적색 광 빔의 직경이 녹색 광 빔의 직경보다 1.25 배 크고, 이는 예를 들어 청색 광 빔의 직경보다 1.25 배 크게 되는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 설계 목표는 SLM 평면에 제공되어야 하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 맞춤형 분포이다.
광 빔 결합 유닛(LBCU)은 볼록 렌즈(LT1) 및 오목 렌즈(LT2), 미러 요소(M), 유전체 미러 요소(dc-M-tBrG) 및 유전체 미러 요소(dc-M-tRrBrG)를 갖는 망원경 시스템을 포함한다.
또한, 결합된 광 RGB 빔(LB-RGB)은 1차원 사전 형성된 광 강도 분포 LB-라인을 제공하기 위해 일 차원을 따라 스트레칭된다. 결합된 광 RGB 빔(LB-RGB)을 스트레칭시키기 위해, 체적 격자(VG), 예를 들어 브래그 회절 기반 체적 격자가 빔 경로에 제공된다. 체적 격자(VG)는 RGB 다중화된다. 또한, 체적 격자(VG)는 투명 기판(S)의 상단에 적용된다. RGB 다중화 체적 격자(VG)의 회절 각도는 예를 들어 87도이며, 이는 1차원 애너모픽 빔 스트레칭에 대해 20의 인자를 발생시킨다. 1차원 스트레칭된 강도 분포 LB-라인은 이 경우 빔 성형 유닛을 조명하는 데 사용된다. 이전에 원형 형상을 갖는 스트레칭된 빔의 형상은 참조 사인 LB-라인으로 표시된 얇은 점선으로 도시된다. 빔 성형 유닛은 빔 성형 디퓨저(BS) 및 모터(r-M)를 포함한다. 빔 성형 디퓨저는 예를 들어 빔 산란 플레이트 또는 빔 산란 포일 또는 동적 빔 성형 디퓨저로서 설계될 수 있다. 종횡비가 예를 들어 1:33인 1차 확장된 광 소스 LB-라인의 평면에 배치된 빔 성형 디퓨저(BS)는 시준 유닛(여기서는 도시되지 않음)의 평면에서 플랫 톱 강도 분포를 생성하기 위해 제공된다. 시준 유닛은 빔 성형 디퓨저(BS) 후방에서 그 초점 거리(f)에 배치된다. 시준 유닛의 출사 평면의 광은 예를 들어 웨이브 필드 또는 광을 조명될 SLM의 크기로 스트레칭시키는 적어도 하나의 체적 격자를 포함하는 백라이트 유닛으로 전파된다. 즉, 도 2에 도시된 빔 성형 디퓨저(BS)는 최종적으로 SLM의 균질한 조명, 즉 플랫 톱 강도 분포를 갖는 조명을 보장한다.
여기서, 시준 유닛의 출사 평면에 존재하는 플랫 톱 강도 분포(그리고 또한 빔 경로를 따라 SLM의 입사 평면에 존재하는 플랫 톱 강도 분포)와 SLM의 입사 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 분포 사이에 구별되어야 한다.
파 필드에서의, 즉 다음 빔 경로에 사용되는 시준 유닛 내에서 예컨대 수 cm 떨어져 있는 복소 상호 코히런스도의 절대값의.
랜덤화된 산란 위상 프로파일은 빔 성형 디퓨저(BS)의 표면 릴리프 프로파일에 의해 제공된다. 이러한 위상 분포는 빔 성형 디퓨저(BS)가 예를 들어 회전하는 빔 성형 디퓨저로서 설계되기 때문에 동적으로 변경된다.
따라서, 회전 빔 성형 디퓨저(BS)는 파 필드에서 정의된 강도 분포를 제공하며, 이는 SLM 평면의 균질한 조명을 얻는 데 사용될 수 있다. 또한, 회전 모터(r-M)는 빔 성형 디퓨저(BS)를 회전시킴으로써 동적 위상 랜덤화를 생성하도록 제공된다. 빔 성형 디퓨저(BS)의 움직임은 적절한 빠른 속도로 이루어져야 한다. 환언하면, 예를 들어 4 ms인 SLM의 단일 프레임의 시간 윈도우 내에서 맞춤형 확장된 복소수 값 광 소스의 평면에 바람직하게는 100개보다 많은, 수 개의 상이한 랜덤화된 위상 패턴이 생성되어야 한다.
1D 인코딩의 경우 라인 유사 확장된 광 소스가 필요하다. 이는 서브 홀로그램의 방향을 따라 큰 확장을 갖고 스위트 스폿의 방향을 따라 작은 확장을 갖는 공간적 코히런스를 생성하기 위해 실현되어야 한다. 스위트 스폿은 예를 들어 ± 0.5도 이하의 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼을 사용하도록 스팬된다. 스위트 스폿은 단일 평면파의 회절이 아니라 상호 비간섭성 평면파의 각 스펙트럼을 사용하여 생성된다.
1차원 스트레칭은 10x 체적 격자 기반 빔 스트레칭을 사용하여 구현될 수 있다.
예를 들어 PMMA(polymethylmethacrylate)로 구현되는 예를 들어 84.26도의 체적 격자 기하학적 구조는 복잡하고 값비싼 반사 방지 코팅의 필요성을 회피한다. 요구되는 광의 스트레칭을 제공할 수 있는 다른 실시예는 예를 들어 애너모픽 프리즘 시리즈인데, 즉 예를 들어 3개 내지 4개의 프리즘 시리즈 또는 가우스-대-라인 빔 디퓨저를 사용하는 것이다. 또한 가우스-형 레이저 빔으로부터 라인을 생성하기 위해 파웰 렌즈가 사용될 수도 있다.
라인 빔 디퓨저의 작동은 실용적이다. 직접 결합된 빔은 파웰 렌즈 또는 1차원 빔 디퓨저를 조명할 수 있고, 이어서 광학 시스템, 예를 들어, 이 광을 시준하는 렌즈에 의해 수행된다. 이 파웰 렌즈 또는 1차원 라인 디퓨저에는 이 경우 시준 유닛의 입구 개구의 균질한 조명을 구현하는 빔 성형 디퓨저(BS)가 뒤따른다. 제2 디퓨저에서, 제2 디퓨저가 또한 사용되는 경우, 높이가 예를 들어 1.2 mm만을 갖는 라인 유사 강도 분포가 존재한다. 그것은 단지 작은 에너지 손실을 초래할 단순한 시스템이다.
상세하게는, 단일 빔 성형 디퓨저는 SLM의 입사 평면에 최종적으로 존재하는 플랫 톱 강도 분포를 생성할 수 있고, - 동시에 - SLM의 평면에 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 제공하기 위해 필요한 맞춤형 복소수 값 확장된 광 소스의 평면에 요구되는 랜덤화된 동적 위상 분포를 생성할 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 이 플랫 톱 플래투-형 분포는 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 형상을 가져야 한다. 그러나 빔 성형 및 동적 위상 랜덤화는 또한 분리될 수도 있다. 그러나, 이것은 절대적으로 필요한 것은 아니며 컴팩트한 실시예를 달성하지 못할 수도 있다. 1차원 라인 유사 강도 분포를 갖는 동적 위상 랜더마이저(dynamic phase randomizer)로서 또한 작용하는 빔 성형 디퓨저를 조명하는 컴팩트한 방법은, 요구되는 빔 스트레칭을 도입하는 브래그 회절 기반의 체적 격자와 같은 체적 격자에 의해 제공된다. 그 예가 도 2에 도시되어 있다.
대안적으로, 간단히 개시된 바와 같이 산란 기반 접근법이 사용될 수 있다. 이 경우, 모든 1차 광 소스(R, G, B)는 예를 들어 1.2 mm와 같은 동일한 빔 직경을 갖도록 형성된다. 무색의 라인 생성 빔 디퓨저가 예를 들어 거의 동일한 직경을 갖는 결합된 광 빔으로 조명된다. 이 라인 생성 빔 디퓨저는 광 빔을 한 방향으로만 확산시킨다. 이 예에서, fCL = 1 m의 SLM을 조명하는 시준 유닛의 예시적인 초점 길이 및 fcFL = 1 m의 SLM 후방에 제공된 결합된 필드 렌즈의 초점 길이에 대해 만들어지는 경우, 광 빔은 라인 빔 디퓨저에 대해 초점 거리에 배치된 시준 렌즈에 의해 시준된 후에 1.2 mm x 20 mm의 크기를 갖는다.
발산이 작은 라인 유사 강도 분포를 생성하는 또 다른 옵션은 가우스-대-라인 빔 성형 디퓨저를, 예를 들어 원형 광 빔으로, 조명하는 것일 수 있다. 발산 각도가 예를 들어 ± 30도로 라인이 생성된다. 그런 다음 시준 유닛이 이 가우스-대-라인 빔 성형 디퓨저 후방에 배치된다. 이 시준 유닛 후방에는 시준된 라인 유사 강도 분포가 존재한다. 이 라인 유사 강도 분포는 확장된 광 소스로 작용한다. 그리고, 이는 SLM을 최종적으로 조명하는 플랫 톱 강도 분포를 제공하는 다른 빔 성형 디퓨저(BS)를 조명하기 위해 사용될 수 있다. 이 분포는 예를 들어 직사각형이며, 종횡비가 2:1일 수 있다.
빔 성형 디퓨저는 예를 들어 플래싱 조명의 1차 컬러의 2 ms 내지 4 ms 레이저 온 펄스를 위해 필요한 적절한 위상 랜덤화를 제공하기 위해 예를 들어 10000 rpm 내지 30000 rpm에서 회전한다. 5도의 각 확산(angular spread)을 사용할 수도 있다. 빔 성형 디퓨저(BS) 후방에 전파하는 광은 추가로 수정된다. 보다 상세하게는, 회전 빔 성형 디퓨저(BS)의 평면은 예를 들어 0.25의 배율을 사용함으로써 이미지 평면 상에 이미징된다. 따라서, 본 실시예에서는 빔 형상이 1.2 mm × 200 mm 내지 0.3 mm × 5 mm만큼 감소되지만, 발산은 5도 내지 20도만큼 변경되고, 이는 초점 거리가 1 m인 체적 격자 기반 시준 렌즈를 사용하는 경우 예를 들어 14" 디스플레이 장치를 조명하기에 충분해야 한다.
이러한 방식으로 생성된 작은 1차원 광 소스 라인은 시준 렌즈의 초점면에 제공된다. 따라서, 코히런스는 충분하도록 제공되고, 수직 방향만을 따라 존재한다. 또한, 최소한의 광 손실만이 존재한다.
예를 들어, 도 2는 파 필드의 정의된 평면에서 정의된 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 디퓨저(BS)가 라인 유사 강도 분포로 또는 일반적으로 1:33의 높은 종횡비를 갖는 강도 분포로 조명될 수 있는 방법을 나타낸다.
도 3 및 도 4는 또한 예를 들어 원형 또는 타원형의 초기 광 빔이 파 필드의 정의된 평면에서 정의된 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 디퓨저(BS)를 조명하는 라인 유사 강도 분포로 어떻게 변환될 수 있는지를 도시한다. 그러나, 도 3은 또한 빔 성형 디퓨저(BS)의 출사 평면에 존재하는 라인 유사 강도 분포가 2개의 무색 렌즈(LT1 및 LT2)의 망원경 유사 배열을 사용함으로써 어떻게 크기가 조정되는지를 도시한다.
중간의 큰 라인 유사 강도 분포가 왜 필요한지에 대한 의문이 생길 수 있다. 여기에는 몇 가지 이유가 있을 수 있다. 하나의 이유는 파 필드의 정의된 평면에서 정의된 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 디퓨저(BS)가 예를 들어 적어도 하나의 차원을 따라 존재해야 하는 최소 빔 크기로 조명되어야 한다는 것일 수 있다. 이는 예를 들어 랜덤화된 마이크로 렌즈 구조가 멀티 컬러 조명에 사용되는 경우에 그러하다. 굴절 및 회절 구조로서 작용할 수 있는 마이크로 렌즈 구조는 예를 들어 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 사용하여 배열될 수 있다.
또 다른 이유는 맞춤식 복소수 값 확장형 광 소스가 정의된 크기 및 그 뒤에 전파되는 평면파의 정의된 각 스펙트럼, 또는 일반적으로 정의된 발산을 나타내야 한다는 것이다. 이는 예를 들어 추가적인 망원경 배열을 사용하기 위한 이유이다.
또한, 도 3은 설계된 확장된 광 소스(DLS)의 평면에 배치된 추가 필드 렌즈(FL)를 도시한다. 일반적으로 필드 렌즈는 광학 시스템을 통해 전송되는 광 출력을 증가시킨다. 즉, 빔 경로를 따라 존재할 수 있는 광 출력 손실을 줄이기 위해 필드 렌즈를 사용할 수 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 필드 렌즈(FL)는 또한 파 필드의 정의된 평면에서 정의된 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 디퓨저(BS)의 출사 평면에 근접하게 사용될 수 있다. 또한, 필드 렌즈를 사용하여 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포 평면을 정의할 수 있는데, 즉 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 원하는 평면으로 시프트시킬 수 있다.
설계된 맞춤형 제작된 복소수 값 확장형 광 소스 후방에, 예를 들어, 도 3 및 도 4의 우측에 도시된 바와 같이, 시준 유닛이 배열되어야 한다. 시준 유닛은 적어도 하나의 시준 렌즈를 포함한다. 시준 유닛 후방에는 평면파의 좁은 스펙트럼이 존재한다. 이것은 예를 들어 애너모픽 빔 스트레칭을 기반으로 하는 백라이트 유닛을 사용함으로써 더욱 감소될 것이다.
컴팩트한 레이저 모듈은, 예를 들어 500 ㎛ 범위에만 있는, 보다 작은 빔 직경을 가질 수 있다. 최적의 성능을 제공하기 위해, 빔 성형 디퓨저와 같이 엔지니어링(engineering)된 디퓨저를 이 감소된 빔 직경에 맞춰야 한다. 이는 예를 들어 95 %의 광이 SLM의 플랫 톱 분배 영역으로 전달되고 이 영역 또는 구역 밖에서 5 % 이하만이 발견될 수 있다는 것을 의미한다.
광 빔의 초기 빔 직경이 충분히 작으면, 예를 들어 도 2(적색 빔)에 도시된 망원경 시스템을 사용함으로써 얻을 수 있는 추가의 감소가 더 이상 필요하지 않다. 따라서 빔 성형 디퓨저와 같이 컴팩트한 레이저 모듈, 체적 격자 및 이동식 엔지니어링된 디퓨저만을 갖는 컴팩트한 방법일 수 있다.
또한, 빔 성형 디퓨저 전방에 렌즈를 배치할 수 있다. 렌즈는 비표준 가우스 분포를 고려하기 위해 맞춤형 제작되어야 하는 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저 상으로 체적 격자를 빠져나가는 광 빔을 포커싱한다. 빔 웨이스트를 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저(BS) 상에 배치하는 것은 이 평면에 평면 위상(평면파)을 갖는 것을 의미한다. 빔 성형 디퓨저(BS) 후방의 발산 각도는 빔 성형 디퓨저(BS)를 조명하는 데 사용된 개구 수(NA) 및 빔 성형 디퓨저(BS)에 의해 추가로 도입된 발산, 이 2개의 파라미터에 의해 정의된다.
이미 개시된 바와 같이, 도 2는 1차원 공간 간섭성 광만으로 1D 인코딩 SLM을 조명하는 데 사용되는 맞춤형 1차원 광 소스 라인 생성 조명 장치의 예시적인 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 추가적인 광 소스 크기 변경용 광학계는 플랫 톱 빔 성형 디퓨저(BS)에 대한 1차원 스트레칭된 가우스 후방에 사용되지 않는다. 이러한 조명 장치의 설정은 광 빔 크기가 충분한 경우에 제공될 수 있다. 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저(BS)는 전술한 예와 비교하여 넓은 각 확산을 갖는다.
맞춤형 1차원 광 소스 라인 조명 장치의 다른 실시예에서, 1차원 스트레칭된 RGB 결합된 광 빔은 그것을 조명하는 특정 웨이브 필드에 맞춰진 플랫 톱 강도 분포 생성 빔 성형 디퓨저 상으로 포커싱된다. 이는 렌즈, 예를 들어, 빔 정형 디퓨저 전방에 배열된 렌즈(L)가 반드시 고전적 무색 렌즈일 필요는 없다는 것을 의미한다. 그것은 오히려 무색의 이중 초점 렌즈이다. 따라서, 빔 성형을 제공하는 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저는 개별 조명과 함께 작동하고 후속 시준 유닛의 입사 평면에서 정의된 균질한 강도 분포를 생성하기 위해 맞춤 제작되어야 한다. 일반적으로, 요구 조건에 적합할 수 있는 비구면 렌즈가 구현될 수 있다. 빔 성형 디퓨저의 맞춤 제작은 또한 특정 실시예에 대해 맞춤 제작된 반사 자유-형상 표면을 제공함으로써 수행될 수 있다.
또한, 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저는 비대칭 빔 성형 기능을 도입할 수 있다. 예를 들어, 빔 성형 디퓨저의 파 필드에서 생성되는 플랫 톱 유형 강도 분포의 형상은 직사각형일 수 있는데, 즉 사용되는 디스플레이 장치에 따라 예를 들어 2:1 또는 16:9의 종횡비를 갖는다. 따라서, 비 원형 강도 분포는 빔 성형 디퓨저의 배향 의존 스트럭처링을 제공한다.
도 3에는 입사광 빔(LB-RGB)을 재성형함으로써 시준되도록 설계된 복소수 값 확장형 광 소스(DLS)를 생성하는 조명 장치가 도시되어 있다. 이는 1차원 서브 홀로그램을 사용하는 수직 시차 전용 인코딩을 의미한다. 라인 디퓨저(LD)는 개개의 광 빔(R, G, B)의 결합 후에 제공된다. 라인 디퓨저(LD)는 입사 광 빔을 일 차원을 따라 스트레칭한다. 그 절차를 위해 회전하는 산란 플레이트를 사용할 수 있다. 시준 시스템(CL)은 입사광을 시준하기 위해 제공되며, 이에 따라 초기 광 빔의 라인 유사 강도 분포 LB-라인을 형성한다. 1:33의 라인 세그먼트의 종횡비가 제시된다. 시준 시스템(CL)은 정의된 빔 성형 디퓨저(BS)로서 여기에서 설계된 빔 경로 내의 빔 성형 유닛을 따른다. 시준 유닛은 도 3에는 도시되어 있지 않다. 빔 성형 디퓨저(BS)는 여기서 회전 산란 플레이트로서 추가로 형성되고, 동적 위상 항목을 생성하도록 제공된다. 빔 성형 유닛의 일부인 회전 모터(r-M)는 빔 성형 디퓨저(BS)를 회전시킴으로써 동적 위상 랜덤화를 제공하는 데 사용된다. 회전하는 산란 플레이트 대신에 여기에서 빠르게 움직이는 산란 포일 또는 동적 빔 성형 디퓨저를 사용할 수도 있다. 제1 렌즈(LT1) 및 제2 렌즈(LT2)를 포함하는 망원경 시스템은 설계 광 소스 강도 분포(DLS)를 생성하는 데 사용된다. 이 설계 광 소스 강도 분포(DLS)는 이와 같이 확장된 광 소스를 형성하며, 여기서 이하의 섹션에서 참조 부호 DLS는 용어 "확장된 광 소스"를 나타내기 위해 사용된다. 또한, 개구(AS)가 제공된다. 개구(AS)는 확장된 광 소스(DLS)의 평면에서 광의 전파 방향으로 볼 때, 망원경 시스템 후방에 배치된다. 확장된 광 소스(DLS)의 평면에서, 이는 개구(AS)에 의해 방해 광을 차단하도록 제공된다. 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같은 더욱 최적화된 진폭 분포 및 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같은 대응하는 위상 분포가 이 평면에서 사용될 수 있다.
확장된 광 소스(DLS)의 평면 내에 필드 렌즈(FL)가 배치된다. 이 필드 렌즈(FL)는 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 조명될 공간 광 변조기(SLM)의 평면에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 공간 분포의 시프팅을 위해 제공된다. 다른 방법으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 확장된 광 소스의 이 평면의 요소들, 즉 구경 조리개(AS) 및 필드 렌즈(FL)가 상기 평면에서 결합될 수 있다. 이것은, 설계된 확장된 광 소스(DLS)의 평면에 사용된 필드 렌즈(FL)에 구경 조리개(AS)가 위치된다는 것을 의미한다.
또한, 도 3에서, 초기 강도 분포의 빔 성형 절차가 일반적으로 도시되어 있다. 이러한 빔 성형 절차는 확장된 광 소스의 평면을 조명하는 데 사용되는 실용적인 강도 분포 및 디스플레이 장치의 빔 경로 내의 조명 장치에 후속하는 광학 요소에 최적화된 개구 수를 제공한다. 따라서, 광 출력의 전달이 최적화된다. 이것은 광 에너지의 손실이 최소화된다는 것을 의미한다. 광 에너지 손실을 줄이기 위해서는 단지 광을 재성형하고 초기 광 빔의 크기를 변경하는 것만으로는 충분하지 않다. 광 빔의 발산은 또한 광 경로를 따라 더 멀리 존재할 수 있는 광 에너지의 손실이 최소화되는 방식으로 변경되어야 한다.
불필요한 빔 크기 감소의 경우에 사용될 수 있는 하나의 옵션은 라인 빔 디퓨저 및 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저를 직렬로 제공하는 것이다. 추가적인 초점 요소 또는 다른 광학 요소를 사용할 필요는 없다. 이는 예를 들어 2 방향으로 10배 또는 20배의 빔 스트레칭을 제공하는, 조명 장치 내의 체적 격자 기반 웨지 백라이트 유닛이 사용되는 경우에 그러할 수 있다. 이는 이 백라이트 유닛의 전방에 사용되는 1차원(1D) 확장된 광 소스를 형성하기 위해 1차 광 소스의 적절한 큰 빔 직경이 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, RGB 백색 빔은 라인 빔 디퓨저를 사용하여 라인으로 형성된다. 생성된 라인은 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 빔 성형 디퓨저를 조명한다. 빔 성형 디퓨저는 시준 유닛의 전방 초점 평면에 배치된다. 시준 유닛은 예를 들어 조명 장치의 체적 격자 기반 애너모픽 웨지-형 백라이트 유닛의 전방에 배치될 수 있다. 종횡비가 예를 들어 2:1일 수 있는 정사각형 또는 직사각형 형상의 플랫 톱 강도 분포는, 대응하는 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저를 선택함으로써 획득될 수 있다.
이러한 조명 장치의 설계는 아마도 도 3에 도시된 것과 같이 보다 덜 컴팩트할 것이다. 그러나, 이는 빔 스트레칭을 위한 체적 격자를 제공하지 않는 본 발명에 따른 조명 장치의 다른 실시예일 수 있다.
1차원 인코딩된 홀로그램 인코딩을 위한 맞춤화된 코히런스를 제공하는 본 발명에 따른 조명 장치의 실시예가 이하에서 예시적으로 상세히 설명된다.
도 3은 이미 개시된 도 2에서 설명된 실시예의 수정을 도시한다. 도 3에는 예를 들어 필드 렌즈(FL)의 평면 내에서 약 150 ㎛(수직) × 5 ㎜(수평)의 크기를 갖는(도면의 우측 참조) 슬릿형 강도 분포를 생성하는 레이저 광 소스 빔 성형 장치가 도시되어 있다. 필드 렌즈(FL)는 빔 경로를 따라 더 사용되는 시준 유닛 중 하나와 유사한 초점 거리(fFL)를 갖는다. 초점 거리(fFL)는 예를 들면 SLM을 조명하는 데 사용되는 결합된 체적 격자 필드 렌즈의 경우 1 m일 수 있다.
확장된 광 소스의 평면 내에 배열된 필드 렌즈(FL)는 1D 인코딩된 SLM에 대한 코히런스를 맞추기 위해 중요한 세부 사항이다.
도 4에는 입사 광 빔(LB-RGB)을 재성형함으로써 시준되도록 설계된 복소수 값 확장형 광 소스(DLS)를 생성하는 또 다른 대안적인 조명 장치가 도시되어 있다. 이는 수직 시차-전용(VPO) 인코딩, 즉 1차원 서브 홀로그램을 사용하는 것을 의미한다. 빔 성형 파웰 렌즈(PL)는 빔 성형 디퓨저(BS)의 전방의 빔 경로에 제공된다. 파웰 렌즈는 일차원을 따라 입체 광 빔(LB-RGB)을 스트레칭시킨다. 여기에서도, 시준 시스템(CL)은 광을 시준하기 위해 제공된다. 따라서, 초기 광 빔의 라인형 강도 분포 LB-라인이 생성된다. 여기서는 1:33의 라인 세그먼트의 종횡비가 제시된다. 회전하는 산란 플레이트로서 설계된 정의된 빔 성형 디퓨저(BS)는 필요한 동적 랜덤화된 위상 항목을 생성하기 위해 다시 제공된다. 회전 모터(r-M)는 빔 성형 디퓨저(BS)를 회전시킴으로써 동적 위상 랜덤화를 제공한다. 여기에서도, 회전하는 산란 플레이트 대신에 빠르게 움직이는 포일을 사용하는 옵션이 있다.
도 3과의 차이로서, 이 실시예에서 필드 렌즈(FL)는 렌즈(LT1 및 LT2)를 포함하는 망원경 시스템의 전방에 그리고 빔 성형 디퓨저(BS) 후방에 제공된다. 이 필드 렌즈(FL)는 망원경 시스템의 렌즈(LT1 및 LT2)에 의해 확장된 광 소스(DLS)의 평면 내로 이미징된다. 필드 렌즈(FL)의 이미지는 FL'이다. 원칙적으로, 이는 도 3에 도시된 필드 렌즈(FL)와 동일하다.
또한, 구경 조리개(AS)는 도 4에 도시되어 있다. 이 구경 조리개(AS)는 확장된 광 소스(DLS)의 평면에서 방해 광을 차단하도록 제공될 수 있다. 여기서, 필드 렌즈(FL)는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 공간 분포를 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 조명될 SLM의 평면 내로 최종적으로 시프팅하기 위해 제공된다.
시준 렌즈(CL)는 도 3 및 도 4의 좌측에 도시되어 있다. 그러나, 도 3 및 도 4의 우측에 배열되어야 하는 확장된 광 소스(여기서는 DLS로 표시됨)를 시준하기 위해 사용되는 시준 유닛은 도시되지 않았다.
일반적으로, 이미징된 광 소스의 평면을 조명하는 데 사용되는 실제 강도 분포를 제공하는 초기 광 강도 분포의 빔 성형이 여기에 도시되어 있다. 광 강도 분포의 이러한 빔 성형은 또한 빔 경로를 따르는 광학 요소에 대해 최적화된 개구 수(numerical aperture)를 제공한다. 따라서, 광 출력의 전달은 에너지 손실이 최소화되도록 최적화된다. 광 에너지의 손실을 줄이기 위해, 단지 광을 재성형하고 초기 광 빔의 크기를 변경하는 것만으로는 충분하지 않으며, 발산은 또한 이미 설명한 바와 같이 손실이 최소화되는 방식으로 변경되어야 한다.
다른 말로 하면 그리고 일 예로서 어느 정도, 도 4는 이미 설명된 도 3의 실시예의 수정을 도시한다. 이 도면에는, 레이저 광 소스 빔 성형 조명 장치가 도시되어 있는데, 이는 예를 들어 빔 성형 디퓨저(BS)의 후방에 인접하게 배치된 필드 렌즈(FL)의 이미지의 평면 내에서 약 150 ㎛(수직) × 5 ㎜(수평)의 크기를 갖는 광 슬릿을 생성한다. 필드 렌즈(FL)의 이미지는 빔 경로를 따라 사용된 시준 유닛의 초점 길이와 유사한 초점 거리(fFL)를 가질 수 있다. 초점 길이는 예를 들어 RGB-SLM을 조명하는 데 사용되는 결합된 체적 격자 필드 렌즈의 경우 1 m일 수 있다. 결합된 체적 격자 필드 렌즈는 체적 격자 내에 또는 체적 격자에 의해 필드 렌즈를 생성함으로써 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 비교하면, 이 실시예에서 파웰 렌즈는 1차원 광 빔 스트레칭을 생성하는 데 사용된다. 이러한 파웰 렌즈의 장점은 광의 균질한 탑-햇(top-hat) 강도 분포가 강도 변동, 즉 10 % 미만의 편차로 달성될 수 있다는 것이다. 빔 성형 디퓨저를 사용하는 경우 구현되어야 하는 빠른 이동이 필요하지는 않다. 이러한 플랫 톱 라인형 강도 분포 생성은 또한 추가 광 빔 스트레칭과 결합될 수도 있는데, 예를 들어 웨지-형 체적 격자 배열 또는 애너모픽 프리즘 쌍을 직렬로 사용하여 제공될 수 있다.
확장된 광 소스의 평면과 관련된 필드 렌즈(FL)는 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 조명 장치의 출사 평면에 또는 빔 성형 디퓨저(BS)의 산란 평면에 근접하여 배치될 수 있고, 여기서 필드 렌즈(FL)는 도 4의 중심에서 보다 큰 슬릿 유사 강도 분포에 대해 도시된 바와 같이, 조명 장치의 출사 평면 내로 이미징되어야 한다.
광학 경로 길이에 관한 하나의 어려움은 텔레센트릭(telecentric) 시스템의 사용일 수 있는데, 이는 조명 장치의 출사 평면에 존재하는 슬릿 사이즈를 감소시키기 위해 예를 들어 M = 0.125의 배율을 제공하도록 사용된다.
따라서, 2차원 플랫 톱 강도 분포 생성 빔 성형 디퓨저(BS)의 평면 내에 작은 광 빔 빔 직경을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 광 라인이 작을수록 적은 축소가 요구된다. 따라서, 그 크기가 더 작은 광학 망원경 시스템만이 조명 장치에 필요하다. 경계 조건에 따르면, 빔 성형 디퓨저(BS)는 그것을 지지하기에 적합해야 한다. 그리고, 사용된 표면 릴리프 빔 성형 패턴은 사용된 광 빔 크기에 맞게 조정되어야 한다. 표면 릴리프 빔 성형 패턴은 예를 들어 랜덤화된 마이크로 렌즈 구조로 제작될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 배열의 우측에 도시된 3개의 렌즈 모두를 사용하는 것을 회피할 수 있다. 다른 말로 하면, 축소가 요구되지 않을 수도 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 축소 망원경을 형성하는 2개의 렌즈(LT1 및 LT2)는 필요하지 않을 수도 있다.
본 발명에 따른 조명 장치의 컴팩트한 실시예는 1차원 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 사용되는 설계된 슬릿 유사 확장된 광 소스의 작은 치수와 동등한 파웰 렌즈의 입사 평면에 존재하는 광 빔 직경을 이용하여 구현될 수 있다. 이 예에서, 대략 150 ㎛의 광 빔 직경이 사용될 수 있다. 이를 위해서는 맞춤형 파웰 렌즈가 필요하다. 주문 제작된 맞춤형 파웰 렌즈는 1차원 라인 빔 성형을 제공한다. 시준 유닛은 입사광을 시준하고 파면 전선 법선 벡터를 다시 조명 장치의 광축에 평행하도록 재지향시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 성형 디퓨저는 150 ㎛ × 5 mm 라인 세그먼트로 조명된다. 따라서, 빔 경로를 따라 더 배치된 SLM의 종횡비에 맞추기 위해 생성된 2차원 플랫 톱 강도 분포를 제공하는 이 빔 성형 디퓨저 후방에는, 광선 빔 성형을 위해 추가의 렌즈 요소가 필요하지 않다. 확장된 광 소스의 평면 후방에서 전파되는 광을 시준하도록 사용되고 조명 장치의 일부인 시준 유닛이 여전히 사용된다.
일반적으로, RGB 광 빔은 라인 디퓨저가 디스플레이 장치에서 빔 경로를 따라 적어도 일 차원에서 더 요구되는 광 빔 크기와 동등한 광 빔 크기로 조명되는 방식으로 크기가 감소되거나 또는 적응(또는 재성형)될 수 있다. 설명된 상기 예에서, 광 빔 크기는 150 ㎛이다. 더욱이, 일반적으로, 빔 성형 디퓨저는 또한 비-시준된 광을 수용할 수 있지만, 조명을 위해 사용되는 특정 파라미터를 위해 설계되어야 한다. 즉, 최소의 광학 요소만을 사용함으로써 구현될 수 있는 매우 컴팩트한 광학적인 실시예를 제공할 수 있는 추가의 설계 옵션이 존재한다.
앞에서 설명한 예는 예를 들어 광 소스 라인을 시준하는 체적 격자 유형의 2 요소 결합식 RGB 다중화 필드 렌즈와 결합될 수 있는 광 소스 라인을 생성한다. 즉, 브래그 회절 기반 체적 격자는 시준을 위해 그리고 SLM 전방에 필요한 빔 성형을 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 1D 인코딩된 홀로그램에 대한 맞춤 조명이 이와 같이 제공될 수 있다. 그러나, 이러한 사실은 웨지-형 체적 격자 백라이트 유닛이 조명 장치에 사용되면 변경된다. 이는 확장된 광 소스의 형상이 사용되는 웨지-형 기하학적 구조의 특정 실시예에 의해 도입된 평면파의 각 스펙트럼의 변화에 따라 변경되어야 한다는 것을 의미한다. 목표는 예를 들어 수평으로 배향된 5 mm의 크기를 갖는 스위트 스폿을 생성하고, 수직 1D 인코딩은 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 사용될 수 있게 하는 것일 수 있다. 1 m의 디스플레이 장치에 대한 관측자의 시야 거리에서, 이것은 ± 0.1432도의 값의 스위트 스폿을 발생시키는 평면파의 각 스펙트럼의 각도에 대응한다. 스위트 스폿은 크기가 더 클 수 있다. 그러나, 이 각도 값은 최소한으로 존재하도록 사용될 수 있다. 그러나, 관측자의 눈 동공은 아마도 그 값보다 크지 않을 것이며, x 방향을 따라 1 mm 및 측 방향 방향인 y 방향을 따라 1 mm일 수 있는 안구 추적 결정의 불확실성은 충분하다. 홀로그램의 1D 인코딩에 필요한 스위트 스폿을 생성하기 위해서는 약 ± 0.15 도의 각도 범위의 값이면 충분하다. 조명 장치로서 백라이트 유닛에 의해 제공되는 2배의 10x 애너모픽 광 빔 스트레칭은 약 10x 인자만큼 평면파의 각 스펙트럼을 스퀴징할 것이다. 따라서, 적어도 한 방향에서, 즉 x 방향에서 또는 y 방향에서, 관측자의 눈 전방에 1D 인코딩을 위해 최종적으로 요구되는, 스위트 스폿을 생성하기 위해 약 ± 1.5도의 각도 범위의 값이 요구된다.
이것은 1D 인코딩의 경우에 라인 세그먼트의 형상을 갖는 확장된 광 소스가 일 방향으로 적어도 ± 1/12도 및 다른 방향으로 ± 1.5도 시준 유닛의 전방에서 각도 확장을 가져야 한다는 것을 의미한다. 증가된 오브젝트 깊이를 실현하기 위해, 적어도 1/60도이어야 하는, SLM을 조명하는 간섭성 광 방향의 평면파의 각 스펙트럼은 예를 들어 1/180도 또는 ± 1/360도까지 더 감소될 수 있다. 이것은, 백라이트 유닛을 제공하는 10x 애너모픽 빔 스트레칭 전방에는 ± 1/36도에 이르는, 요구되는 평면파의 각 스펙트럼이 존재한다는 것을 의미한다.
따라서, 시준 유닛 후방에 존재하는, 바람직하게는 한 방향으로는 ± 1.5도 및 다른 방향으로는 ± 1/36도의, 평면파의 각 스펙트럼과 동등해야 하는 확장된 광 소스가 존재한다. 시준 유닛은 예를 들어 무색 렌즈 시스템 또는 축외 포물선 미러 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 확장된 광 소스를 시준하는 굴절 시스템 또는 회절 광학 시스템에 대해 초점 길이 500 mm가 사용될 수 있다. 1차 컬러(RGB)를 개별적으로 시준하기 위해 브래그 회절 기반 체적 격자 요소를 사용할 수도 있다.
예를 들어, 시준 유닛의 초점 길이가 fc = 500 mm인 경우, ± 1.5 도의 평면파의 각 스펙트럼은 대략 26 mm의 시준될 광 소스 라인 세그먼트의 측 방향 연장을 발생시키고, ± 1/36 도의 평면파의 각 스펙트럼은 대략 0.5 mm의 시준될 광 소스 라인 세그먼트의 또 다른 측 방향 연장을 발생시킬 것이다.
조명 장치의 백라이트 유닛 내에서, 확장된 광 소스의 라인 세그먼트는 수직으로 제공될 수 있으며, 이에 따라 예를 들어 폭은 0.5 mm이고 높이는 26 mm이다. 예를 들어, 예컨대 원의 직사각형을 잘라내어 일 방향을 따라 50 mm의 폭을 갖는 시준 유닛을 사용하면, 필드 곡률을 고려하여 26 mm의 라인 폭이 처리되어야 한다. 따라서, 이를 수행할 수 있는 시준 유닛이 바람직하다. 따라서, 43.3 mm의 대각선을 발생시키는 예를 들어 폭 36 mm 및 높이 24 mm의 경우 플랫한 필드를 제공하기 위한 수 개의 요소들을 포함하는 시준 유닛이 제공될 수 있다.
이를 위한 배경은 SLM의 모양이 직사각형이라는 것이다. 광학에서 종종 원형 빔 형상이 존재한다. 따라서, 표준 상황은 그 출사 평면에서 균질한 원형 강도 분포를 제공하는 시준 유닛을 사용하는 것일 수 있다. 직사각형 모양의 SLM을 사용한다는 것은 원형 강도 분포에서 직사각형 모양의 부분을 잘라내는 것을 의미한다. 이것은 광학 에너지 손실을 나타내며, 이는 맞춤형 빔 성형을 구현함으로써 회피될 수 있다.
이 예의 결과로서, 도 4에 도시된 조명 장치의 변형이 정의될 수 있다. 예를 들어 1차 광선의 1.2 mm인 값 I = Imax/e2에 의해 정의되는 광 빔 직경은 역배향으로 2배율 광 빔 익스팬더를 사용하여, 이에 따라 축소율인 M = 0.5의 배율을 제공함으로써 예를 들어 0.6 mm의 광 빔 직경으로 감소되어야 한다. 제공된 파웰 렌즈(PL)는 0.6 mm의 광 빔 직경을 수용하도록 설계될 수 있다. 플랫 톱 강도 분포를 생성하는 1차원 발산 광은 시준되고, 0.6 mm × 26 mm의 크기의 광 라인 세그먼트는 초점 길이가 fc = 500 mm인 시준 유닛 전방에 배치된, 2차원으로 설계된 플랫 톱 생성용 동적 빔 성형 디퓨저를 조명할 것이다. 구경 조리개(AS) 또는 진폭 필터는 0.6 mm 내지 0.5 mm 또는 그 이상의 광 라인 세그먼트의 크기를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 플랫 톱 생성 다이내믹 빔 성형 디퓨저는 필요한 빔 프로파일을 허용할 수 있는 방식으로 설계되어야 하는데, 다른 말로 하면 그로부터 2차원 플랫 톱 강도 분포를 생성해야 한다.
예를 들어, 예컨대 84.26도의 백라이트 유닛의 체적 격자를 지지하는 기판 플레이트 상으로의 광의 공기 측 입사 각도에 대해, 1.5의 굴절률을 갖는 기판 내부의 각도는 41.55도이다. 즉, 웨지가 공기 중에서 84,26도 내지 0도에서 작동하면, 이는 n = 1.5의 굴절률을 갖는 기판 재료 내에서 41.55도 내지 0도의 재구성의 기하학적 구조와 동등하다.
기판 내에 또는 체적 격자 내에 존재하는 이러한 감소된 회절 각도는 10배의 빔 스트레칭이 아닌 1.36배의 빔 스트레칭을 발생시킨다. 따라서, 스위트 스폿 방향에서 SLM을 조명하는 ± 0.15도의 각도 범위에 1.36배의 빔 스트레칭을 곱하면 ± 0.2도의 평면파만의 각 스펙트럼이 발생한다. 다른 말로 하면 ± 0.2도의 각도 범위에 해당하는 스위트 스폿을 스팬하기 위해서는 ± 0.15도의 각도 범위가 필요하며, 이는 높은 회절 효율로 체적 격자 내에서 회절되어야 한다. 따라서, 체적 격자는 이 각도 범위를 수용하는 것으로 충분해야 한다. 이것은 체적 격자가 ± 0.2도의 평면파의 이러한 조명 각 스펙트럼에 대해 높은 회절 효율을 가져야 한다는 것을 의미한다. 이러한 설명은 예를 들어 백라이트 유닛 내에서 사용되는 브래그-회절 기반 체적 격자의 파라미터 범위를 정의하는 데 사용될 수 있다.
시뮬레이션에서, 532 nm 파장에 대해 41.55도 / 0도 회절을 제공하는, 예를 들어 16 ㎛ 두께의 체적 격자의 각도 선택도(η(θR))가 계산되었다. 여기서, ± 0.2도의 평면파의 각 스펙트럼을 갖는 조명에 대해, 0.9보다 큰 회절 효율이 얻어질 수 있다. 따라서, 16 ㎛ 또는 예를 들어 20 ㎛의 체적 격자 두께는 높은 회절 효율로 요구되는 평면파의 각 스펙트럼을 회절하도록 하기에 충분하다.
이는 단지 1.36x인 평면파의 각 스펙트럼의 스트레칭이 조명 장치의 백라이트 유닛의 완전한 실시예에 도입된 10x 인자의 마이너한 부분이라는 것을 의미한다. 따라서 7.35x의 웨이브 필드 스트레칭은 맞춤형 반사 방지 코팅을 지지하는 표면에서 발생한다. 이것은 굴절형 웨이브 필드 스트레칭이다. 다른 말로 하면, 10x 웨이브 필드 스트레칭을 실현하는 공기 웨지-형 백라이트 유닛은 마이너한 부분인 회절에 의해 그리고 메이저한 부분(10x = 1.36 x 7.45)인 굴절에 의해 이를 수행한다. ± 0.15 도의 평면파의 각 스펙트럼은 SLM 전방에 필요하며, ± 0.2 도의 평면파의 각 스펙트럼은 체적 격자 전방에 필요하며, ± 1.5 도의 평면파의 각 스펙트럼은 시준 유닛 후방에, 즉 반사 방지 코팅 전방에 필요하다. 반사-방지 코팅은 예를 들어 84.26도에서 조명되는 공기-웨지-형 백라이트 유닛의 기판 표면에 요구된다. 반사 방지 코팅은 반사 손실이 적은, 예를 들어 (84.26 ± 1.5) 도의 광의 입사 각도를 수용해야 한다. 이러한 반사 방지 코팅의 경계 조건은 애너모픽 백라이트 유닛에 사용될 수 있는 2개의 체적 격자 중 하나에 적용된다. 백라이트 유닛의 하부에 배치되고 수평으로 배향된 제1 소체적 격자 지지 기판 스트라이프는, 낮은 반사 손실을 갖는 (84.26 ± 1.5) 도의 입사 각도를 수용해야 한다. 다른, 직교 방향 및 이에 따라 큰 디스플레이 크기 체적 격자는 전송될 이러한 각도 범위에 대해 민감하지 않다. 이것은 간섭성 방향이 평면파의 훨씬 더 좁은 각 스펙트럼으로 작용한다는 사실 때문이다. 스위트 스폿을 마지막으로 스팬하는 방향에 대해 가장 넓은 각도 수용이 필요하다. 이러한 방향은 SLM을 조명하는 웨이브 필드에 대해 비간섭성 방향이라고 한다.
도 5에는 빔 성형 디퓨저(BS)가 세그먼트(S)로 분할된 것으로 도시되어 있다. 빔 성형 디퓨저(BS)의 개별 세그먼트(S) 내의 화살표들은 빔 성형 디퓨저(BS)의 세그먼트들 내의 엔지니어링된 표면 릴리프 프로파일, 즉 위상 프로파일의 배향을 나타낸다. 예를 들어, 빔 성형 디퓨저가 광 빔으로 조명되는 경우에 종횡비가 2:1(수평:수직 확장)인 직사각형의 강도 분포를 생성하는 경우, 약 90도 회전하면 회전된 강도 분포가 발생하고, 이는 종횡비가 1:2이다. 이런 이유로 빔 성형 디퓨저의 위상 프로파일의 배향이 사용된 회전된 플레이트의 각도 위치에 따라 변경되어야 한다. 이는 또한 연속적인 방식으로, 즉 가시적 세그먼테이션(segmentation) 없이 수행될 수 있다.
기술된 빔 성형 디퓨저(BS)는 회전 산란 플레이트를 빔 성형 디퓨저로 사용하는 경우에도, SLM의 적절한 조명을 위해 사용되는, 예를 들어 파 필드에서의 직사각형 플랫 톱 강도 분포로서 제공될 수 있다. 회전이 제공되더라도, 빔 성형 디퓨저(BS)의 엔지니어링된 표면 릴리프 프로파일의 상대적인 배향은 전혀 크게 변경되지 않는다.
빠른 1차원 이동 포일을 사용하는 경우, 빔 성형 디퓨저를 생성하는 직사각형 형태의 플랫 톱 분포의 배향의 이러한 유형의 분할된 변경은 필요하지 않다.
다른 말로 하면 그리고 상세하게는, 도 5는 36개의 세그먼트(S)를 갖는 빔 성형 디퓨저(BS)의 배향 의존성 스트럭처링(structuring)을 도시한다. 도시된 화살표는 예시적인 세그먼트(S)의 배향을 표시하는 데 사용된다. 전이 영역은 검은 스트라이프(stripe)로 가려질 수 있다. 빔 성형 디퓨저가 리소그래피 기술을 사용하여 제조될 수 있는 위상 분포를 정의했다는 사실로 인해, 적용에 의해 정의된 특정 배향을 갖는 연속적인 또는 적어도 적절히 연속적인 강도 분포를 생성하는 것이 어렵지 않다.
파 필드에서 생성될 강도 패턴의 비-회전 대칭인 각도 확산을 나타내는 엔지니어링된 빔 성형 디퓨저 구조의 사용은 설계의 추가 자유도를 발생시킨다. 도 2에 부분적으로 도시된 실시예와 관련하여, 비대칭인 각도 확산이 그것의 난시 조명을 보상하거나 또는 방향 의존성 광 빔 성형을 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 빔 성형 디퓨저로서의 빔 산란 플레이트는 빔 산란 플레이트 상에 제공될 수 있는, 상이한 강도 프로파일에 대해 빔 경로를 따라 더 사용되는 시준 유닛의 입사 동공에서 잘 정의된 2:1 플랫 톱 강도 분포를 생성할 수 있다. 그리고 이것은 일반적으로 평면파 또는 웨이브 필드의 다른 각 스펙트럼에 대해, 직사각형 프로파일을 갖는 파 필드 강도 분포를 동시에 생성할 수 있다. 이것은 예를 들어 홀로그램의 1D 인코딩 또는 2D 인코딩을 위해, 필요한 조명 특성 및 코히런스 특성을 제공할 수 있는 범용 툴이 있다는 것을 의미한다.
압전 액추에이터(PZT) 또는 다른 유형의 액추에이터가 빔 성형 디퓨저의 작은 세그먼트(S)와 결합될 때 동적 위상 랜덤화를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, PZT는 팁 확대 구조를 사용하여 적당한 큰 진폭으로 빠른 움직임을 제공한다. 따라서, 예를 들어 100 ㎛의 범위에서 빠른 동기화된 움직임을 구현할 수 있다. 또한 펄스 및 SLM 동기화된 보이스 코일 작동을 사용할 수도 있다. 이러한 작동은 밀리세컨드(ms) 범위에서 빔 성형 디퓨저 세그먼트 운동의 적당한 진폭을 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들어 레버 구조를 갖는 PZT, 즉 굴곡 액추에이터, 수 밀리미터까지의 움직임을 제공할 수 있는 바이모르프 벤더 또는 증폭된 모션을 제공하는 디스크 바이모르프 액추에이터는 수 평방 밀리미터의 세그먼트(S)를 밀리 초 이내에 100 ㎛ 이상을 따라 이동시키는 데 사용될 수 있다. 동기화된 푸시-풀 방식을 사용함으로써, 작동을 위해 2개의 사이클, 즉 일 방향으로 이동하고 후방으로 이동하는 것이 사용될 수 있다. 따라서, 회전 산란 플레이트가 필요하지 않다.
도 6은 바람직한 홀로그래픽 3차원 디스플레이 장치 내에서 시준되고 사용되는 설계된 복소수 값 확장형 광 소스(DLS)의 일반적인 실시예를 도시한다. 최종적으로 생성될 확장된 광 소스(DLS)의 평면을 조명하기 위해 강도 분포(I-DLS)가 제공된다. 진폭 마스크(a-LS)는 확장된 광 소스(DLS)의 평면에 제공된다. 진폭 마스크(a-LS)는 확장된 광 소스 DLS의 필요한 진폭 분포를 제공한다. 또한, 위상 마스크(p-LS)는 확장된 광 소스(DLS)의 평면에 제공된다. 위상 마스크(p-LS)는 진폭 마스크(a-LS) 후방에 배치된다. 확장된 광 소스(DLS)의 필요한 위상 분포는 위상 마스크(p-LS)에 의해 생성된다. 파 필드에서 직사각형 형상의 강도 분포를 제공하고 회전 산란 플레이트로서 작용하는 디퓨저 BS-플랫 톱을 제공하는 빔 성형 플랫 톱은, 생성되어 시준되는 확장된 광 소스(DLS)의 필요한 동적 위상 항목을 제공한다. 이 빔 성형 플랫 톱 제공 디퓨저 BS- 플랫 톱은 예를 들어 위상 마스크(p-LS) 후방에 배치된다. 필드 렌즈(FL)는 또한 확장된 광 소스의 평면에 제공된다. 광의 전파 방향에서 볼 때, 위상 마스크(p-LS) 후방에 필드 렌즈(FL)를 배치하는 것이 바람직하다. 그러나 단일 요소의 종방향 순서를 변경할 수도 있다. 따라서, 빔 성형 디퓨저는 또한 도 6에 도시된 배열의 좌측으로 시프트될 수 있다. 필드 렌즈(FL)는 복소 상호 코히런스도의 설계된 절대값(|μ12|)의 분포를, 파 필드 푸리에 평면으로부터 홀로그램 디스플레이 장치 내에서 조명될 SLM의 평면 내로 시프트시킨다. 다른 말로 하면, 필드 렌즈(FL)는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 정확한 분포를 SLM 평면으로 시프트시킨다.
도 7은 a2로 표시된 에어리 분포의 강도의 라인 스캔을 도시한다. 또한
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로 표시된 위상 분포가 제시된다. 위상 분포는 총 2π의 범위에 걸친 계단형 프로파일이다. 따라서, 시준될 확장된 광 소스의 평면 내에서 사용될 수 있는 복소수 값 분포가 도시된다. 확장된 광 소스의 평면의 이미지 필드가 적절하게 플랫하지 않은 경우 이 위상 분포를 약간 곡선 분포로 확장시킬 수도 있다.
홀로그램의 1D 인코딩의 경우, 확장된 광 소스의 평면의 바람직한 복소수 값 분포는 위상 시프트된 사이드 로브를 갖는 사인 함수 형상의 분포이다. 다른 말로 하면, 이미 개시된 확장된 광 소스를 형성하는 슬릿은 부가적으로 진폭 분포를 얻을 것이다. 이 진폭 분포는 사인 함수의 진폭 분포와 동일하다. 전에 상수였던 위상 분포는 최적화된 위상 프로파일을 포함하는 2진 형태의 위상 시프팅 마스크로 변경된다. ± 1번째 사이드 로브는 함수의 중앙 영역/구역에 대해 π 정도 시프트된다. 이러한 2진 π-시프트 함수는 예를 들어 다시 중앙 영역과 동일한 위상을 갖는 ± 2번째 사이드 로브, 또는 심지어 중심 영역에 대해 π 정도 시프트된 ± 1번째 사이드 로브와 동일한 위상을 갖는 ± 3번째 사이드 로브와 같은 추가의 사이드 로브를 사용하기 위해 확장될 수 있다. 여기에 더 많은 사이드 로브를 사용한다는 것은 정의된 공간 코히런스로 노출될 홀로그램의 평면에서 복소 코히런스도를 더 자세히 설명하는 직사각형 함수(rect function)의 보다 선명한 정의를 얻는다는 것을 의미한다.
단순화를 위해, 이 복소수 값 사인 함수 접근법을 일 방향으로만 사용하면 충분하다. 이 사인 함수 접근법은 또한 더 큰 확장을 갖는 직교 방향을 따라 사용될 수도 있다. 그러나 그러한 접근법은 노동 집약적이며, 이는 1D 인코딩을 위해 회피할 수 있는 것이다. 이 경우, 시준될 확장된 광 소스로서 작용하는 수평 정렬된 슬릿이 제공된다. 여기에는 예를 들어 SLM 평면 내에 제공된 공간 코히런스의 수평 방향에 작은 측면 사이드 로브가 존재한다. 그러나 작은 사이드 로브는 다른 컬러만을 전송하므로 서로가 비간섭성인 인접한 컬러 필터 스트라이프에만 영향을 미친다. 즉, 예를 들면 슬릿 유사 확장된 광 소스의 수평 방향을 따른 부분 가우시안 형상의 진폭 프로파일을 추가하는 것으로 충분할 수 있다.
슬릿형으로 확장된 광 소스의 긴 연장에 있어서 sinc-형 접근법이 확장될 경우, 확장된 광은 이 방향으로 더 확대될 것이다. 따라서, 예를 들어 백라이트 유닛을 형성하는 브래그 회절 기반의 체적 격자 또는 다중화된 필드 렌즈 기하학적 구조에 의해 전송될 수 있는 평면파의 각 스펙트럼이 증가될 수 있다. 예를 들어, 시준되는 간단한 슬릿 유사 광 소스를 사용하는 초기 상황에 대해 예를 들어 2회 또는 3회 증가된 평면파의 각 스펙트럼은 체적 격자의 파라미터 공간을 현저히 감소시키므로 바람직하지 않다. 최적의 이론적인 실시예와 관련하여 단순한 구조 또는 적어도 하나의 구조가 확장된 광 소스 영역의 큰 축을 따라 사용될 수 있다.
이미 개시된 바와 같이, 도 7은 시준 유닛의 전방 초점 평면 내에 사용될 수 있는 진폭 분포(a2 = I)의 제곱 및 진폭 + 위상 분포의 위상 분포를 도시한다. 도입되는 위상 범위는 적어도 π이다. 2진 위상 프로파일은 근사법으로 사용될 수 있다. 다중 레벨 및 부분 연속 위상 분포는 필요한 진폭 + 위상 분포의 복소수 값 분포를 생성하는 데 사용할 수 있다.
감쇠된 위상-시프팅 마스크를 사용함으로써 동적 서브 홀로그램을 포함하는 SLM 평면 내에 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 제공하는 복소수 값 확장된 광 소스를 실현하는 것이 비용 효율적일 수 있다. 그러나 일부 특수한 경우에는, 예를 들어 필요한 전체 함수를 갖는 또는 회전하는 산란자를 사용하여 구현할 수 있는 빠른 동적 위상 랜덤화 부분이 없는 복소수 값 확장된 광 소스를 형성하는 작은 복소수 값 SLM을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 회전하는 산란자는 파 필드에서 플랫 톱 강도 프로파일을 생성하는 맞춤형 빔 성형 표면 릴리프 프로파일을 포함한다.
1D 인코딩으로부터 2D 인코딩으로의 전환은, 또한, 2개의 상이한 복소수 값이지만 고정된 감쇠 위상 시프팅 마스크를 제공함으로써 실현될 수 있다.
동적 서브 홀로그램 적응이 요구되는 경우, 복소수 값 확장된 광 소스로서 사용되는 동적 복소수 값 SLM이 제공될 수 있다. 이것은 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크를 더 줄이기 위해 사용될 수 있다. 다른 말로 하면, 3차원의 홀로그래픽 장면 또는 오브젝트를 생성하는 SLM에 더 작은 서브 홀로그램만이 디스플레이되는 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 크기도 또한 감소될 수 있다.
상세하게는, 도 7에 도시된 복소수 값 함수의 1차원 섹션은 적어도 시준 유닛 내에서 시준되도록 슬릿형으로 확장된 광 소스의 작은 확장을 따라 사용될 수 있다. 베셀 함수의 1차원 섹션이다. 홀로그램의 1D 인코딩의 경우, 1차원 사인 함수가 사용될 수 있다. 사인 함수는 1차원 홀로그램 또는 직사각형 모양의 2차원 서브 홀로그램에 사용될 수 있다. 베셀 함수는 원형의 2차원 서브 홀로그램에 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 복소수 값 함수는 2차원 인코딩된 원형의 서브 홀로그램을 사용하는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 시준 유닛에 의해 시준된 2차원 회전 대칭 복소수 값 확장된 광 소스의 섹션일 수 있다. 예를 들어 전체 광학 시스템 및 그것의 수차 및 곡선 이미지 평면을 고려하여 기능성을 최적화하기 위해 표시된 위상 프로파일에 추가의 필드 곡률을 추가할 수 있다. 표시된 이 분포는 시준될 확장된 광 소스의 정적 복소수 값 부분의 일부이다. 따라서, 홀로그램의 2D 인코딩 및 1D 인코딩의 경우, 서브 홀로그램을 갖는 SLM 평면에서 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포의 정의된 플랫 톱 특성이 얻어질 수 있다.
확장된 광 소스의 평면에 추가의 초점 항목을 추가하여 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포에 대한 맞춤형 프로파일, 예를 들어 1D 인코딩된 서브 홀로그램에 대한 스트라이프-형 플랫 톱 공간 분포 및 2D 코드된 서브 홀로그램에 대한 원형 플랫 톱 분배를 설계 평면에서 시프트시킬 수 있다. 표준 설계 평면은 복소수 값 SLM의 평면이다. 이것은 서브 홀로그램을 포함하는 평면이다. 따라서, 실제의 또는 가상의 볼록 렌즈는 시준될 확장된 광 소스의 평면에 추가될 수 있다. 예를 들어, 정적 위상 항목이 추가될 수 있다. 그러나 가장 간단한 경우에는 렌즈를 추가할 수 있다. 렌즈는 시준 유닛의 초점 길이(fCOLL)와 동일한 초점 거리(fLS)를 가질 수 있다.
몇 가지 경계 조건을 고려해야 한다. 수직 시차 전용(VPO)인 수직으로 인코딩된 1차원 서브 홀로그램의 구현이 여기에서 상정될 수 있다. 수평 코히런스의 측 방향 확장은 수평 픽셀 피치의 범위에 있어야 하며, 이는 예를 들어 50 내지 500 ㎛의 범위에만 있다. 정확한 값은 개별 디스플레이 장치 실시예에 의존한다. 예를 들어, SLM의 픽셀 칼럼의 수평 확장은 인간 눈의 각 해상도(angular resolution)인 1/60도보다 적어도 작아야 한다. 이것은 시간 순차 컬러 디스플레이 모드 및 컬러 필터 사용에도 적용된다. 1D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치 내의 컬러 필터 스트라이프가 사용되는 경우, 1/60 도의 각도 범위 내에서 수 개의 컬러 필터 스트라이프가 제공되어야 한다. 이것은 위에서 주어진 SLM의 수평 픽셀 피치 값을 정의한다. 따라서, 수평으로 스퀴징된 코히런스 분포는 이 요구 사항에 대한 실질적인 근사를 행하는 것, 즉 코히런스를 수평 방향으로 제한하는 것으로 보인다.
다음의 개시에서는, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 수직 확장이 고려된다.
또 다른 경계 조건은 3차원 장면의 인코딩에 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 크기를 초과하지 않는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 수직 확장을 나타내는 SLM의 조명이다. 서브 홀로그램의 확장이 예를 들면 4 mm 또는 5 mm인 경우, 복소 상호 코히런스도 분포의 절대값의 분포의 측 방향 확장은 예를 들어 2.9 mm로 제한될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 장치의 고려될 추가적인 개선점.
· 수평 아포디제이션
하나의 개선점은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 제공하는 푸리에 평면을 지칭한다. 시준 유닛의 푸리에 평면에 SLM을 배치하지 않아야 한다. 예를 들어, SLM은 그것의 푸리에 평면이 아닌 시준 유닛의 출사 평면에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 시준 유닛의 푸리에 평면은 후방 초점 평면이고, 시준될 확장된 광 소스는 시준 유닛의 전방 초점 평면에 제공된다. 시준될 확장된 광 소스의 푸리에 평면의 실제 위치에 독립적으로 조명될 SLM을 포함하는 평면에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 원하는 최적의 분포를 배치하기 위해, 확장된 광 소스의 그 평면에 추가의 위상 항목이 추가될 수 있다. 즉, 요구되는 공간적 코히런스는 최적인 분배에서 제공될 수 있다. 그리고 복소 상호 코히런스도에 대한 맞춤형 절대값은, 필요한 곳에서, 즉 SLM이 배치되는 곳에서 제공될 수 있다.
추가의 개선예가 구현될 수 있다. 예를 들어 확장된 광 소스의 수평 방향을 따라 추가의 아포디제이션 프로파일을 도입함으로써 상호 코히런스 함수(|μ12|)의 분포의 수 개의 수평 사이드 로브가 있다면, 이들 사이드 로브는 억제될 수 있다. 따라서, 수평 방향을 따라 복소수 값 확장된 광 소스를 또한 형성하기 위해 추가적으로 2진 위상 프로파일을 포함하는 sinc-형 진폭 프로파일이 사용될 수 있다. 따라서, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 플랫 톱 프로파일은 수평적으로 또한 실현될 수 있다. 이러한 추가의 수정된 확장된 광 소스의 측 방향 확장은 예를 들어 빔 경로를 따라 추가로 사용되는 브래그 회절 체적 격자에 의해 제공된 각도 투과율을 초과할 수 있다. 예를 들어 5 mm의 시준될 확장된 광 소스의 측 방향 확장이 실용적일 수 있지만, 1D 인코딩에 사용된 비간섭성 방향을 따르는, 예를 들어 15 mm의, 측 방향 확장은 더 이상 실용적일 수 없다. 타당성은 사용된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 이산 광학 시스템에 달려있다. 수직 방향에 대한 이러한 접근법은 또한 수평 방향에 대해 구현될 수 있다.
그러나, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 수직 배향이 사용된 RGB 컬러 필터 스트라이프의 수직 배향을 따르는 것이 상정될 수도 있다. 따라서, 각 컬러 필터 스트라이프는 각 방향을 따라 2개의 측 방향으로 인접한 컬러 필터 스트라이프, 즉 다른 컬러와 관련하여 총 4개의 인접한 컬러 필터 스트라이프를 갖는다. 따라서, 예를 들어 +/- 제1 사이드 로브, +/- 제2 사이드 로브 또는 심지어 +/- 제3 사이드 로브를 전체적으로 제거하는 것이 필요하지 않다. 이것은 이러한 사이드 로브가 다른 인접한 컬러 필터 스트라이프에 의해 차단될 수 있기 때문이다. 이것은 더 간단한 아포디제이션 프로파일이 수평 방향을 따라 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 그러한 단순한 아포디제이션 프로파일은 예를 들어 카이저-베셀 윈도우와, 가우스 함수 또는 단순 코사인 함수의 일부와 동등한 진폭 분포일 수 있다. 본 명세서에서 공간 주파수 스펙트럼을 감소시키기 위해 간단한 진폭 프로파일이 또한 사용될 수 있다.
도 8에는 sinc-형 강도 분포가 도시되어 있다. 이러한 강도 분포는 수직 시차 전용 유형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 광 소스 평면, 즉 홀로그램의 1차원 인코딩에 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이 슬릿형 광 소스의 진폭 분포는 수평인 x 방향을 따른 직사각형(rect) 함수형 분포 및 수직인 y 방향을 따른 사인 함수형 분포를 갖는다. 2진 분포를 얻기 위해 0에서 1까지의 값의 랜덤화가 사용된다. 랜덤화는 여기서, 예를 들어 0.5의 임계값이 사용되는 경우 존재하지 않는 사이드 로브를 보고 획득하기 위해 대략 0.08의 임계값을 사용한다. 이것은 투명 부품에는 대략 0.08의 임계값이 사용된다는 것을 의미한다. 도 8의 2진 이미지인 이 흑백 이미지는 2진 진폭 분포가 또한 광 소스 평면에서도 역시 사용될 수 있음을 나타낸다. 다른 말로 하면, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 제공하는 복소수 값 확장된 광 소스에 대해 사용된 진폭 마스크는 2진 진폭 마스크로서 구현될 수 있고, 이는 비용 효율적인 구현이 될 수 있다. 확장된 광 소스 평면을 따르는 빔 경로 내의 개구 수(numerical aperture)가 너무 작아서 랜덤화의 미세한 피치가 디스플레이 장치의 광학 시스템에 의해 해결되지 않는 한, 최종적으로 확장된 광 소스의 유효 그레이 스케일 분포가 얻어진다. 예를 들어, 이러한 2진 랜덤화된 강도 분포가 고전적인 투영 장치 내의 이미지 슬라이드로서 사용되고 투영 시스템의 개구 수가 2진 랜덤화를 위해 사용된 미세 피치를 분해하지 않으면, 투영 장치의 스크린에서 획득된 이미지는 스무스한 그레이 스케일 이미지이다. 확장된 광 소스의 평면에서 실제 그레이 스케일 마스크를 사용하는 것에 비해, 여기에 개시된 랜덤화된 2진 패턴 생성 기술은 제조 비용을 절감시킨다.
sinc-형 광 소스 슬릿을 다시 참조하면, 도 8에서, 0에서 1까지 그레이 스케일 분포 스패닝(spanning) 값의 하나의 2진 흑백 버전이 도시되어 있다. 2진 흑백 이미지를 얻기 위해 분포의 랜덤화가 사용되었다. 예를 들어 0.5의 임계값이 사용되면 사이드 로브가 인식되지 않기 때문에 실용적인 결과로 이어지지 않는다. 예를 들어, 0.15의 임계값이면 2개의 사이드 로브가 생긴다. 예를 들어, 0.08로 임계값이 감소되면 도 8에 도시된 같이 6개의 사이드 로브가 생길 것이다.
또한, 추가적으로 수평 방향으로 배향된 슈퍼 가우시안 아포디제이션 프로파일을 갖는 확장된 광 소스의 진폭 분포를 제공하는 것이 가능하다. 진폭의 추가 변조는 순수한 직사각형 유사 슬릿의 추가 변조와 동일할 수 있다. 승법 인자 또는 공식 exp(-Nx2/σ2)에 의해 기술되고 변조에 의해 곱해지는 이 추가적인 슈퍼 가우시안 함수는 N = 3 및 σ(시그마) = 4 mm를 가질 수 있다. 여기서, N은 추가적인 아포디제이션 프로파일로서 사용되는 초기 가우스 함수의 N번째 파워이며, 이는 2차원 분포에 1차 비-아포다이즈드 사인 함수를 곱한 값으로 구현된다. 그리고 시그마는 초기 가우스 함수의 최대 값의 절반의 절반 폭(half width)이다. 예시적인 값은 도 9 및 도 11에 주어진다.
수퍼 가우시안 함수를 따르는 추가적인 진폭 변조가 직사각형 스트라이프에 대해 작동하더라도, 수직 sinc-형 변조를 갖는 확장된 광 소스에 대해서는 이미 작동하지 않을 것이다. 추가적으로 수평으로 도입된 아포디제이션은 강할 것이며 따라서 복소 상호 코히런스도의 절대값 분포의 플래투의 균질성을 상당히 감소시킬 것이다. 따라서, 그러한 분포는 최적이 되지 못한다.
수평 아포디제이션과 관련하여 N = 1인 적절한 와이드 가우시안 함수를 사용할 수 있다. 수평 슬릿의 경우, 50 mm 이상인 시그마(σ) 값은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 수평 사이드 로브를 적당히 억제하기에 충분하다.
· 수직 아포디제이션
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플래투 분포는 시준될 확장된 광 소스의 복소 진폭의 복소수 값 sinc-형 분포를 사용함으로써 충분히 성형되지만, 사인 함수의 수직 확장을 제한하면 약간 증가된 값을 나타내는 플래투의 림(rim)에 2개의 피크가 생긴다. 즉, 플래투의 림에 있는 이들 2개의 피크는 1의 값을 갖지만 플래투의 중심은 |μ12| = 0.85 내지 0.9의 값으로 감소된다.
서브 홀로그램 회절의 비간섭성 양은 3차원 공간에서 가상의 또는 실제의 오브젝트 포인트에 기여하지 않는다. 따라서, 이 양은 회절 효율의 관점에서 손실된다. 광의 비회절성 부분은 뷰잉 윈도우의 평면 내로 포커싱되고, 사용된 SLM의 상이한 회절 차수 사이에 분포된다. 디스플레이 장치에 사용된 필드 렌즈는 비회절 광이 관측자의 눈을 때리는 것을 방지한다. 따라서 1보다 약간 작은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)이 실용적이고 또한 적용 가능하다.
도 9는 수직 시차 전용 유형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있는 sinc-형 강도 분포의 3차원 등고선 플롯을 예시한다. 가우스형 아포디제이션이 확장된 광 소스에 2개의 방향을 따라 추가된다. 아포디제이션 프로파일에 초기 사인 함수를 곱한 값은 대칭이 아니다. 두 가지 다른 가우스 함수가 사용되었는데, 하나는 x 방향에 대한 것이고 다른 하나는 y 방향에 대한 것이다. 2개의 가우스 함수는 N의 파워로 취해졌다. 확장된 광 소스 평면(N)의 y 방향을 따라 2이고, 연장된 확장된 광 소스 평면(N)의 x 방향을 따라 1이다. 시그만 값(σ)은 y 방향을 따라 1 mm이고, 광 소스 평면의 x 방향을 따라 50 mm이다.
다른 말로 하면, 도 9에 도시된 확장된 광 소스 평면의 진폭 분포는 수직인 y 축을 따라 존재하는 가우시안 유형 변조로 곱해지는, 수직의 y 축을 따르는 sinc-형 아포디제이션 또는 sinc-형 진폭 분포를 갖는다. 이 수직 가우시안 유형 아포디제이션 함수는 곱셈 인자 exp(-Nx2/σ2)에 의해 기술되고, N은 2이며 σ는 1 mm이다. 또한, 추가적인 수평 진폭 변조가 곱셈 인자로 적용된다. 수평인 x 방향의 함수인 이러한 진폭 변조는 곱셈 인자 exp(-Nx2/σ2)에 의해 기술되고 N = 1 및 σ = 50 mm를 나타내는 슈퍼 가우시안 함수를 따른다. 여기에는 3개의 아포디제이션 함수가 있으며, 사인 함수에 가우시안 함수가 곱해져 있다. 두 함수는 모두 y 방향으로만 이루어지며, 오직 x 방향의 함수인 가우시안 함수는 수평 방향으로 배향된다. x 축과 y 축의 함수를 사용할 수 있지만, 1D 인코딩에 최적화되고 사용되는 확장된 광 소스에는 절대적으로 필요한 것은 아니다.
도 10은 도 8 및 도 9에 관한 확장된 광 소스의 2진 위상 프로파일 또는 분포를 도시한다. 2진 위상 프로파일의 범위는 -π/2 내지 +π/2로, 총 2π이다. 표시된 흑색 및 백색의 스트라이프 또는 영역은 -π/2 및 +π/2의 위상 플래투를 특징으로 한다. 여기에서 제시되고 위상 마스크에 의해 생성된 투명 위상 분포의 제공이 도 6에 도시되어 있다. 홀로그램의 수직으로 구현된 1D 인코딩, 즉 수직 시차 전용(VPO)에 대해 수평으로 배향된 슬릿 유사 확장된 광 소스가 바람직하다. 슬릿의 수평 확장, 즉 슬릿의 폭은 예를 들어 약 5 mm일 수 있다. 광 소스 평면의 x 축 또는 x 방향에 평행한 수평 방향의 엔빌로프는 직사각형 함수이다. 이는 직사각형 함수가 플래투 상에서 1의 값을 갖고 외부 영역에서 0의 값을 갖는 직사각형 플래투를 나타낸다는 것을 의미한다. 광 소스 평면의 y 축 또는 x 방향에 평행한 수직 방향이 변조된다. 변조는 사인 함수와 동등한데, 보다 명확하게는 사인 함수의 절대값이다.
도 11은 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 조명될 공간 광 변조기(SLM)의 평면, 즉 시준된 확장된 광 소스의 푸리에 평면에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 평면 등고선 플롯을 도시한다. 등고선 플롯은 도 9의 강도 분포 및 도 10에 도시된 2진 위상 분포를 사용하여 얻을 수 있다. 제안되고 원하는 플래투가 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이러한 플래투는 예를 들어 1차원 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대해 사용될 수 있다.
도 9에 관한 실시예는 서브 홀로그램의 1D 인코딩을 사용하는 홀로그램 디스플레이 장치에 대한 복소 상호 코히런스도의 분포(|μ12|)를 준비하거나 생성하기 위해 실제적으로 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 예를 들어 수직 시차 전용의 인코딩이 상정되는데, 즉 서브 홀로그램 렌즈 스트라이프 세그먼트의 수직 배향 및 예를 들어 컬러 필터 스트라이프의 수직 배향이 상정된다. 홀로그램의 시간 순차적인 RGB 재구성은 컬러 필터의 구현을 요구하지 않는다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 분포는 서브 홀로그램의 1D 인코딩을 사용하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 사용하기에 충분하다.
수직 시차 전용을 사용하는 1D 인코딩의 경우, 해당 수평 가우시안 함수로 아포다이즈된 수평의 직사각형 함수 및 다른 수직 가우스 함수가 있는 수직 복소수 값 사인 함수가 있다. 추가의 위상 항목이 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 맞춤형 분포의 평면을 파 필드로부터 SLM 평면으로 시프트시킬 수 있다 또한, 위상 항목들이 예를 들어 수차를 보상하기 위해 확장된 광 소스의 평면에 추가될 수 있다.
도 19에 도시된 분포와 같은 정적 항목 또는 복소수 값 확장된 광 소스를 형성하기 위해 합산되는 수차 보상 정적 위상 항목 이외에, 랜덤화된 동적 위상 분포가, 확장된 광 소스의 평면에 추가될 수 있다.
조명 장치 내의 간단한 접근법은 다소 표준의 동적 디퓨저를 사용하는 것일 수 있다. 그러나 이것은 디스플레이 장치의 균질한 강도 분포를 발생시키지는 않는다. 또한, 이러한 접근 방식은 충분히 에너지 효율적이지 않다. 시준 유닛의 균질한 조명을 제공하기 위해, 시준 유닛의 평면에 존재하는 플랫 톱 강도 분포를 제공하는 회절 빔 성형 요소가 사용될 수 있다. 시준 유닛은 예를 들어 회절식 브래그 회절 기반 렌즈, 축외 포물선 미러(OAPM), 굴절 무색 렌즈, 또는 엔지니어링된 디퓨저를 포함할 수 있다. 이러한 엔지니어링된 디퓨저는, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 시준되는 확장된 광 소스의 정의된 강도 분포로 조명되는 동안, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 시준 유닛의 입사 평면에서 요구된 강도 분포를 제공하기 위해 조정될 수 있다.
확장된 광 소스의 평면 내에 존재해야 하는, 동적이고 공간적으로 랜덤화된 위상 변조는 적당히 빨라야 한다. 단일 시간 프레임 내에서, 광 소스로서의 파장 안정화된 레이저 다이오드는 예를 들어 2 ms와 같이 스위칭 "온"되고, 복수의 랜덤화된 위상이 생성되어야 한다.
도 12는 도 11에 이미 도시되어 있으며 1D 인코딩된 서브 홀로그램을 디스플레이하는 SLM의 입사 평면에 존재해야 하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 3차원 등고선 플롯을 도시한다. SLM의 입사 평면은 확장된 광 소스의 푸리에 평면이 아니며, 즉, 컴팩트한 직접 뷰 디스플레이 실시예를 실현하는 경우인 것은 아니다. 이것은, 필드 렌즈가 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 확장된 광 소스의 평면에서 또는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|))의 원하는 분포를 SLM의 평면에 시프트시키는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같은 관련 평면에서 사용되어야 하는 이유이다. 공간 분포가 1차원 서브 홀로그램의 형상을 갖는 것을 알 수 있다. 또한 알 수 있는 바와 같이, 사이드 로브는 수평 방향 및 수직 방향을 따라 충분히 제거된다. 홀로그래픽 3차원 장면 또는 오브젝트를 생성하는 HMD(head-mounted display)의 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포를 형성하는 복소수 값 확장된 광 소스의 푸리에 평면에 서브 홀로그램을 포함하는 작은 SLM을 제공하는 것이 더 실용적일 수 있다.
도 13은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|) 분포의 이미지를 도시한 것으로, 이는 이미 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 이 분포는 조명된 SLM의 입사 평면에 존재해야 한다. 필드 렌즈는 예를 들어 확장된 광 소스의 평면에 배치되어, 이러한 분포를 포함하는 평면을, 확장된 광 소스의 푸리에 평면으로부터 조명된 SLM의 입사 평면으로 시프트시키기 위해 사용될 수 있다. 복소수 값 확장된 광 소스의 푸리에 평면 내에 SLM을 직접 배치하는 경우는 예외이다.
도시된 바와 같이, SLM 평면에서 얻어진 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플래투-형 분포는 1차원 서브 홀로그램의 형태를 갖는다. 수평 사이드 로브 및 수직 사이드 로브는 제거된다.
다음의 설명된 실시예 및 설명은 2차원(2D)으로 인코딩된 서브 홀로그램 또는 다른 말로 하면 홀로그램의 2D 인코딩을 지칭한다.
도 14에는 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있는 sinc-형 진폭 분포의 3차원 등고선 플롯이 도시되어 있다. 직사각형 서브 홀로그램의 2D 인코딩과 관련되는 이 도 14는 라인 세그먼트형 서브 홀로그램의 1D 인코딩에 관련되는 도 9를 참조한다. 그러나, 여기에 도시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 홀로그램의 2D 인코딩 및 예를 들어 직사각형 서브 홀로그램에 대해 최적화된다. 여기서, 수정된 가우스 아포디제이션에 사용되는 수 N은 확장된 광 소스면의 x 방향을 따라 그리고 y 방향을 따라 2이다.
다른 말로 하면, 확장된 광 소스의 진폭 분포(aLS)가 도시되고, 이는 2D 인코딩된 직사각형 유형의, 보다 구체적으로는 정사각형 유형의 서브 홀로그램을 위해 설계된다. 진폭 분포는 추가의 아포디제이션 인자 exp(-Nx2/σ2) × exp(-Ny2/σ2)를 곱한 직사각형 모양의 sinc(x, y) 함수와 동등하고, 여기서 2개의 직교 방향, 즉 x 방향 및 y 방향을 따라 존재하는 2개의 가우시안 아포디제이션 함수 모두에 대해 N = 2 및 σ = 1 mm를 사용한다.
도 15는 도 10과 관련하여 도시된 진폭 분포(aLS)를 참조하는 2차원 사인 함수의 2진 위상 프로파일(ΦLS) 또는 위상 분포를 도시한다. 즉, 직사각형 서브 홀로그램의 2D 인코딩에 사용되는 광 소스의 확장 복소수 값 분포는 추가의 가우스 유형 진폭 아포디제이션을 포함하는 사인 함수이다. 이 복소수 값 사인 함수는 도 14에 도시된 진폭 분포(aLS) 및 도 15에 도시된 위상 분포(ΦLS)를 갖는다.
그러나, 여기에 도시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 홀로그램의 2D 인코딩, 그리고 예를 들어, 직사각형 서브 홀로그램에 대해 최적화된다.
2차원으로 인코딩된 원형 서브 홀로그램의 경우, 예를 들어 예컨대 5 mm를 초과하지 않는 상호 코히런스의 원형 영역 유사 플랫 톱 분포를 제공하는 것이 중요하다. 이것은 예를 들어 직경이 5 mm인 바람직한 원형의 플랫 톱 유사 형태의 코히런스 영역을 제공하는 것을 의미한다. 이미 언급한 바와 같이, 여기서는 바람직하게는 원형인 서브 홀로그램의 2차원(2D) 인코딩이 상정된다.
다른 말로 하면, 2D 인코딩된 서브 홀로그램에 대한 접근법은 예를 들어 5 mm의 확장을 초과하지 않아야 하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플랫 톱 유사 형상의 분포, 바람직하게는 원형의 분포를 제공하는 것이다. 이러한 직경 또는 확장은 예를 들어 인간 눈의 입사 동공의 직경까지 감소될 수 있다. 바람직하게는 SLM 평면으로부터 50 %의 관측자 거리까지의 최대 인코딩된 오브젝트 포인트 거리가 여기서 가정된다. 예를 들어, 3차원의 홀로그래픽 장면 또는 오브젝트를 생성하는 데스크탑 유형 3차원 디스플레이 장치 전방으로 z = 600 mm에 관측자가 배치되면, 최대 인코딩 거리는 예를 들어 300 mm일 수 있다. 서브 홀로그램의 최대 직경은 예를 들어 3 mm이하로만 감소될 수 있다. 이를 통해 계산 부하를 줄이고 예를 들어 3배의 인자만큼 계산 및 최적화 속도를 크게 높일 수 있다.
1D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치 내에서 사용되는 확장된 광 소스의 상술된 복소수 값 성형과 유사하게, 복소수 값의 사인 함수는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 사용되는 확장된 광 소스의 바람직한 함수일 수 있다. 예를 들어, 정사각형 모양 또는 직사각형 모양의 사인 함수가 확장된 광 소스의 평면 내에서 사용될 수 있다. 이러한 함수는 서브 홀로그램이 정사각형 형태 또는 직사각형 형태인 경우에 바람직하다. 서브 홀로그램은 예를 들어 원형 또는 육각형과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다. 사인 함수의 모양은 서브 홀로그램의 모양에 따라 적절하게 조정되어야 한다. 즉, 사인 함수의 형상은 서브 홀로그램의 형상에 적응할 수 있다. 그리고, 이미 서브 홀로그램의 1D 인코딩에 대해 개시된 바와 같이, 예를 들어 추가적인 가우스 유형 아포디제이션 프로파일은 초기 2차원 sinc(x, y) 함수, 예를 들어 직사각형 모양의 2차원 sinc(x, y) 함수에 곱셈적으로 가산될 수 있다.
도 14에 도시된 분포의 코너에 현저한 진폭 값이 존재하지 않기 때문에, 도 15에 도시된 복소수 값 확장된 광 소스의 상응하는 위상 분포는 예를 들어 이들 코너 영역에서 일정한 값으로 설정될 수 있다.
도 16은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 등고선 플롯을 도시한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 이러한 분포는 SLM 평면에 존재해야 하고, 여기서 이 분포는 도 14 및 도 5에 도시된 바와 같이 진폭 분포 및 그 위상 분포로 변조된 광 소스를 시준함으로써 생성된다. 또한, 이 복소수 값 확장된 광 소스에는 적응된 필드 렌즈가 제공된다. 적응된 필드 렌즈는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포가 SLM의 입사 평면에 존재하는 원하는 평면에 존재하는 것을 보장한다.
그러나, 적용된 필드 렌즈 및 확장된 광 소스의 표준 시준이 사용되지 않으면, 도 16에 도시된 분포와 유사한 분포가 광 소스의 푸리에 평면에 존재한다. 푸리에 평면은 사용된 시준 유닛 후방에 제공되며, 시준 유닛의 초점 거리(fCL)와 동일한 시준 유닛의 주 평면까지의 거리를 갖는다.
도 16은 도 11과 비교될 수 있는데, 이는 1D 서브 홀로그램에 대해 최적화된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 도시한다. 그러나, 도 16에 도시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 2D 인코딩 및 직사각형 형상의 서브 홀로그램에 대해 최적화된다.
도 17에는 도 16에 따른 복소 상호 코히런스도의 절대값의 동일한 분포의 3차원 등고선 플롯이 도시되어 있다.
도 16 및 도 17에서 더 알 수 있는 바와 같이, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 매우 스무스한 플랫 톱 유형 분포가 얻어질 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값의 매우 스무스(smooth)한 이러한 플랫 톱 분포는 2차원 인코딩된 직사각형 형상의 서브 홀로그램에 유리하다.
예를 들어, 추가적인 필드 렌즈에 의해 실현된, 예컨대 추가적인 구면 위상 항목 또는 렌즈 함수는 확장된 광 소스의 평면에 존재하는 맞춤형 복소수 값 분포에 추가될 수 있다. 이것은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 정확히 SLM의 평면으로, 즉 이 분포가 요구되는 평면으로 시프트시키기 위해 수행될 수 있다. 추가의 보정이 예를 들면 빔 경로 내에 존재할 수 있는 추가 수차를 보상하기 위해 수행될 수 있다. 따라서, 비구면 위상 항목이 또한 구현될 수 있다.
그리고, 예를 들어 회전된 또는 적절한 고속의 측 방향으로 시프트된 엔지니어링된 디퓨저에 의해 제공되는 동적 랜덤화된 빔 성형 위상 분포는 확장된 광 소스의 평면에 존재하는 맞춤형 복소수 값 분포에 추가될 수 있다. 이것은 재구성된 각 홀로그래픽 프레임의 시간 주기 내에서, 즉 예를 들어 1 ms 내지 4 ms의 시간 주기 내에서 요구되는 동적 랜덤 위상 변동을 제공하기 위해 수행될 수 있다. 맞춤형 복소수 값 확장된 광 소스를 사용하는 절차는 이 광 소스의 평면에 존재하는 동적인 랜덤화된 위상 변동을 필요로 한다. 전술한 개시는 SLM의 입사 평면에 균질한 강도 분포를 제공하기 위해 유리한 빔 성형을 다루지 않는다. 그러나 두 함수를 서로 결합시킬 수 있다. 또는, 두 기능은 별도의 광학 요소를 사용하여 또한 실현될 수도 있다.
원형 모양의 서브 홀로그램의 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 회전 대칭 플랫 톱 분포를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 예를 들어 이 비교에 사용된 정사각형에 맞춰진 가장 큰 원으로 상정하는 경우 정사각형 모양 또는 직사각형 모양의 서브 홀로그램에 비해 픽셀의 개수의 단지 대략 0.785 배를 포함하는 회전 대칭 서브 홀로그램을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 인코딩 파워 및 전력을 보장한다. 이 인자 0.785는 예를 들어 유효 입사 동공 크기를 고려한 경우 0.1로 더 감소될 수 있다.
요구되는 계산 능력의 감소에도 불구하고, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포를 필요한 최소값으로 감소시키는 것은 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크를 최소화하기 위해 바람직하다.
원형 서브 홀로그램에 대한 확장된 광 소스의 바람직한 분포는 복소수 값 베셀 유형 형상 분포이다. 이것은 회전 대칭 sinc(r) 함수와 다르므로, 이 경우에는 바람직하지 않다. 이것은 베셀 분포가 sinc(r) 함수를 사용하는 경우보다 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 훨씬 더 좋은 플래투-형 분포를 제공한다는 사실 때문이다.
도 18은 원형 서브 홀로그램에 최적화된 확장된 광 소스의 에어리 유형 진폭 분포를 도시한다. 에어리 강도 분포는 진폭 분포의 제곱에 비례한다.
도 19는 도 18에 도시된 진폭 분포와 결합되어야 하는 대응하는 2진 위상 분포를 도시한다. 여기서 얻어진 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 2D 인코딩 및 원형 모양의 서브 홀로그램에 최적화되어 있다.
다른 말로 하면, 도 18은 베셀 유형 복소수 값 확장된 광 소스의 진폭 분포에, N은 2이고 σ는 1 mm를 사용하는 추가의 아포디제이션 인자 exp(-Nr2/σ2)를 곱한 것을 나타내고, 여기서 r은 확장된 광 소스의 평면에서의 반경이다. 반경은 r = (x2 + y2)0.5이고, 여기서 x 및 y는 광 소스 평면의 평면에서의 데카르트 좌표이다. 0과 1 사이의 범위에 걸친 레벨 단계의 개수는 50이다. 시준될 2차원 베셀 유형 광 소스의 이러한 진폭 분포에 대응하는 2진 위상 분포(ΦLS(r))가 도 19에 도시되어 있다. 확장된 광 소스의 복소 값 함수는 cLS = aLS * exp(iΦLS)에 의해 정의된다. 예를 들어, 베셀 유형 진폭 분포의 제1 최소값의 직경은 d1 = 300 ㎛이다.
도 20 및 도 21에는, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 복소수 값 변조를 나타내는 시준된 광 소스의 푸리에 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원형 모양의 플랫 톱 유형 분포의 다른 등고선 플롯이 도시되어 있다. 여기에 표시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 2D 인코딩 및 원형 모양의 하위 홀로그램에 최적화되어 있다. 광 소스의 평면에 구현되어야 하는 필드 렌즈 함수는 이 분포를 SLM의 평면으로 시프트시키며, 여기서 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 형상을 맞추기 위해 필요하다.
따라서, 복소수 값 베셀 함수는 SLM이 조명되는 웨이브 필드의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 원형 플랫 톱 플래투-형 분포로 제공하기 위해 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있다. 진폭 아포디제이션 윈도우 함수의 몇 가지 추가의 분포는 초기 베셀 함수에 곱해지는 인자로서 사용될 수 있다.
도 22는 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 변조된 시준된 광 소스의 푸리에 평면에서의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 원형 플랫 톱 유형 분포의 그레이 스케일 플롯을 도시한다. 도 22는 또한 1D 인코딩 서브 홀로그램의 경우를 나타내는 도 13과 비교될 수 있다. 여기에 표시된 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 2D 인코딩 및 원형 모양의 서브 홀로그램에 최적화되어 있다. 여기서 볼 수 있는 바와 같이, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 2차원(2D) 인코딩된 원형 서브 홀로그램에 대해 대략 요구되는 바와 같이 형성된다. 복소 상호 코히런스도의 절대값의 원하는 분포를 SLM의 평면으로 시프트시키기 위해, 확장된 광 소스의 평면에 렌즈 함수가 필요하다. 따라서, 도 22에 도시된 분포는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)을 SLM의 입사 평면에 표현한다.
다음 섹션에서는, 시준될 광 소스 평면의 복소 진폭의 분포에 대한 추가의 수정이 설명될 것이다.
이미 개시된 바와 같이, 예를 들어 가우스 함수와 결합된 정적인 복소수 값 sinc(y) 함수, sinc(x, y) 함수 또는 베셀 함수를 사용하여, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 의도된 플랫 톱 분포를 얻을 수 있다. 확장된 광 소스의 평면 내의 렌즈 유형 위상 항목은 상기 분포를 SLM 평면으로 시프트시키는 데 사용될 수 있다. 그리고, 예를 들어 가우스 또는 Gauss(x, y)N, [N = 1, 2, …(예를 들어, 양의 정수)]와 같은 추가의 진폭 항목이 공간적으로 비간섭성 방향으로 확장된 광 소스의 평면에서 사용될 수 있어, 확장된 광 소스에 의해 생성된 회절 패턴에서 사이드 로브를 억제할 수 있는데, 즉 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 사이드 로브를 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어 sinc-형 진폭 프로파일 또는 분포를 제공하는 간섭성 방향을 따라 확장된 광 소스의 평면에 존재하는 복소 값의 진폭은 이미 예를 들어 N ≥ 2에 대한 GaussN 프로파일(또한 슈퍼 가우스라고도 함)과 같은 추가적인 진폭 프로파일 또는 분포와 중첩될 수 있다.
본 개시의 교시내용은 또한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 필요한 목표 분포를 얻는 추가적인 방법을 포함한다. 이에 따르면, 복소 상호 코히런스도의 절대값의 목표 분포를 시작 포인트로 사용하고, 예를 들면 역 푸리에 변환을 이용하여, 시준될 확장된 광 소스 평면의 복소 진폭의 분포를 계산하는 것도 가능하다. 이것은 또한 반복적인 방법으로 수행될 수도 있다. 따라서, 확장된 광 소스 평면의 복소 진폭의 분포를 얻기 위해 반복 푸리에 변환 알고리즘(IFTA)을 사용할 수도 있다. 푸리에 변환이 최적화의 시작 포인트로 사용될 수 있지만, 확장된 광 소스의 평면에서 요구되는 추가의 렌즈 항목은 최종적으로 고려되어야 한다. 그러나, 개별 디스플레이 실시예에서 요구되는 확장된 광 소스의 복소수 값 분포를 얻기 위해 SLM 평면에서 직접 시작하여 파 전파 방법을 역방향으로 사용할 수도 있다.
주요 절차는 가능한 가장 적은 수의 광학 요소를 사용하는 것일 수 있다. 따라서, 가능하다면 상이한 광학 요소의 기능성이 적절하게 결합될 수 있다.
일반적으로 플랫 톱 분포로서 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포를 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 가우시안 형태의 분포 또는 카이저-베셀-윈도우 형태의 공간 코히런스 분포와 같은 대안적으로 성형된 분포도 또한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포에 대한 후보가 될 수 있다. 또한, 인코딩 작업 중에 고려되는 경우, 위상 시프트된 사이드 로브를 갖는 사인 함수와 같은 형상의 코히런스 분포가 사용될 수도 있다.
이하, 1D 인코딩된 홀로그램 및 2D 인코딩된 홀로그램에 대한 맞춤형 코히런스를 제공하는 또 다른 예시적인 실시예를 상세하게 설명한다. 고려된 광 소스 평면으로부터의 전파 거리는 SLM 평면 내의 다른 위치에 따라 다를 수 있다. 이는 예를 들어 웨지-형 백라이트 유닛이 사용되는 경우에 해당한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 요구되는 목표 분포가 제공되는 평면이 SLM의 평면이다. 따라서, 시준 유닛으로부터 SLM으로의 전파 거리는 SLM 평면의 상이한 세그먼트마다 다를 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 준비와 생성은 이와 같은 다른 전파 거리를 고려해야 한다.
1) 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 고정된 분포로 작업
몇 가지 접근법을 사용할 수 있다. 일 접근법은 예를 들어 SLM 영역의 중심에 대해서는 최적이지만 SLM의 다른 영역에서는 약간 더 작거나 더 큰 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포로 작업하는 것일 수 있다. 이는 최적에 가까운 적절한 실제적인 절충안을 사용해야 한다는 것을 의미한다.
SLM 영역의 중심 내에서 최적일 수 있는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 고정된 분포로 작업하는 것은 낮은 기술 노력이 요구된다. 그러나 변화된 전파 거리가 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포를 변화시킬 것이라는 점에 주목하는 것이 필수적이다. 광학적 설계는 조명될 SLM의 평면 내에서 최적의 평균일 수 있는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 제공하는 고정된 실시예를 실현하는 방식으로 선택될 수 있다.
2) 낮은 개구 수 구성
낮은 개구 수의 사용은 큰 초점 심도를 실현하는 것을 가능하게 하고, 이는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 광학 시스템 내에서의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12(x, y, z)|)의 분포의 전파에 대해 적용될 수 있다. 이것은 광 소스를 시준하는 시준 유닛의 긴 초점 길이(fCL)가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 디스플레이 장치의 경우 fCL = 250 mm의 시준 유닛의 초점 거리는 fCL = 500 mm 또는 예를 들어 fCL = 750 mm일 수도 있는 더 큰 값의 초점 거리로 변경될 수 있다.
예로서, DCL의 시준 유닛의 고정된 직경이 가정된다면, 시준 유닛의 개구 수는 NACL = sin(arctan DCL/(2*fCL))이다. DCL = 50 mm의 직경 및 fCL = 500 mm의 초점 거리에 대해, 개구 수는 NACL = 0.05이다. 그리고, 초점 거리를 fCL = 500 mm로부터 fCL = 250 mm로 변경하면, 개구 수는 NACL = 0.1이 된다. 작은 개구 각도만을 사용하는 경우, 시준 유닛의 초점 길이를 두 배로 늘리면 개구 수는 절반이 된다는 것을 의미한다. 개구 수는 NA = sin(u/2)이다. 시준 유닛의 초점 거리(fCL)가 그 직경(DCL)으로 나누어지면 FCL 수가 획득된다. FCL = 10이 FCL = 5로 변경되면, 개구 수 NACL = 0.05가 NACL = 0.1로 변경된다.
따라서, 초점 심도(DOF)는 개구 수의 제곱에 비례하는데, 즉 DOF ~ NA2이다. 이 예에서, 개구 수의 절반은 초점 심도를 4의 인자만큼 증가시키는 것을 의미한다.
항목 1) "복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 고정 분포"로 작업하는 것은 - 항목 2) "낮은 개구 수 구성"과 결합되어 - 적당한 일정한 복소수 값 분포를 갖는 웨이브 필드를 제공할 수 있고, 이는 실제 전파 길이(z)를 따라 유지될 수 있다.
3) 초점 샘플링 방법을 사용하여 초점 심도를 증가
1D 인코딩된 홀로그램 및 2D 인코딩된 홀로그램에 대해 맞춤형 코히런스를 제공하기 위한 또 다른 옵션은 시준 유닛의 초점 심도(DOF)의 증가 또는 보다 상세하게는 초점 샘플링 방법을 사용한 시준 유닛 후방의 초점 심도의 증가이다. 예를 들어, 위상 샘플링 장치는 초점 심도를 증가시키기 위해 시준 유닛의 위상 보정 프로파일로서 제공될 수 있다.
이것은 위상 보정 프로파일이 시준 유닛의 함수에 추가된다는 것을 의미한다. 그러한 목적을 위해, 예로서 위상 보정 프로파일은 일정한 위상 분포를 갖는 3개의 세그먼트를 포함한다. 이는, 이러한 세그먼트가 초기 시준 유닛의 초점을 변경하지 않는다는 것을 의미한다. 3개의 추가의 세그먼트가 추가의 양의 초점 거리를 추가하고, 3개의 세그먼트가 추가의 음(-)의 초점 거리를 추가한다. 따라서, 9개의 세그먼트(3 x 3 = 9)가 추가로 구현된다. 그 결과, 추가적인 위상 보정 프로파일을 갖는 시준 유닛의 초점 심도가 증가될 수 있다. 분할된 위상 보정 프로파일의 부작용으로서, 시준 및 언급된 위상 보정에 사용되는 결합된 렌즈의 초점 영역 내에 존재하는 포인트 확산 함수의 일부 피크가 존재한다. 분할된 프로파일은 보정 프로파일의 연속적인 분포를 얻기 위해 변경될 수 있다. 증가된 피사계 심도를 제공하는 보정 프로파일로서 입방 표면 또는 입방 위상 프로파일을 사용할 수도 있다.
시준될 확장된 광 소스의 복소수 값 분포의 최적화는, 사용된 이산 초점 샘플링 방법을 고려하는 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 광 소스 평면은 시준 유닛의 평면에 대해 최적화되어 SLM의 평면 내에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 최적 분포를 제공할 수 있다. 확장된 광 소스의 평면으로부터 SLM까지의 광 경로 차를 보상하기 위해 사용되는 보정 프로파일은 바람직하게는 시준 유닛의 평면에 추가될 수 있다. 그러나, 추가로 약간의 위상 보정은, 확장된 광 소스의 평면에 가깝게 추가될 수 있다.
복수의 추가의 위상 샘플링 실시예가 존재한다. 예를 들어, 다른 옵션은 시준 유닛에서 위상 보정 프로파일의 2차원 바커 코드(Barker code)형 샘플링, 바람직하게는 위상 보정 프로파일의 2차원 회전 바커 코드형 샘플링 또는 위상 보정 프로파일의 2차원 x-y-대칭 바커 코드형 샘플링의 사용일 수 있다. 이러한 2차원 바커 위상 값 할당 패턴은 2개의 네스팅(nesting)된 위상 분포에 대한 2진 패턴일 수 있다. 2차원 바커 위상 값 할당 패턴은 또한 예를 들어 3개 또는 5개의 상이한 위상 보정 프로파일의 공간 샘플링을 허용하는 더 높은 비트 깊이를 가질 수도 있다.
1차 시준 유닛의 위상 함수에 추가된 위상 보정 프로파일의 2차원 바커 코드형 공간 샘플링 또는 위상 보정 프로파일의 파이 슬라이스-형 공간 샘플링을 사용하는 대신에, 보로노이 다이어그램을 사용할 수도 있다. 이러한 보로노이 다이어그램은 랜덤화된 2차원 세그먼트를 가지고 있다. 이러한 세그먼트는 다른 위상 보정 프로파일에 할당될 수 있다.
보다 간단한 샘플링 할당 프로파일은 예를 들어 스트라이프형 인터레이스 위상 보정 기능성의 사용 또는 체커보드형 할당 프로파일의 사용이다.
사용되는 이산 공간 샘플링 방법에 의존하여, SLM 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포에 미치는 영향에 대해 고려되어야 하는 다른 아티팩트(artifact)가 생성될 수 있다. 따라서, 이산적인 실시예는 특정한 개별적인 경우에 사용되는 최상의 샘플링 방법을 정의할 수 있다.
일반적으로 샘플링 영역의 측 방향 확장을 줄이면 회절 지배 체제로의 전이를 발생시킬 것이다. 이것은 모든 공간 샘플링 방법에 적용된다. 모든 샘플링 배열 또는 샘플링 할당 프로파일은 굴절 위상 보정 프로파일 또는 회절 위상 보정 프로파일의 샘플링을 처리하는 데 사용할 수 있다.
4) 회절 초점 샘플링 방법을 사용하여 초점 심도를 증가
증가된 광 전파 길이를 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포를 제공하기 위해 시준 유닛의 위상 함수에 추가될 수 있는 위상 보정 프로파일은 또한 회절 구조를 사용함으로써 구현될 수 있다. 이는 예를 들어 회절 렌즈 함수가 시준 유닛의 1차 함수에 추가될 수 있다는 것을 의미한다.
그러나 회절 함수가 공간적으로 샘플링될 수는 있지만, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 회절 함수는 또한 시준 유닛의 전체 출사 개구를 커버하는 수 개의 회절 구조의 오버레이로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 시준 유닛의 입사 평면을 사용하여 이 평면 내에 2개의 회절 보정 렌즈 함수의 오버레이를 배치할 수 있다. 이것은 회절 위상 보정 프로파일의 공간적으로 분리된 샘플링을 사용하지 않고 하나의 평면 내에서 수행될 수 있다. 이것은 2개의 위상 보정 프로파일이 모듈로 2π 방식으로 추가될 수 있다는 것을 의미한다.
예로서, 시준 유닛은 시준이라 불리는 파면 재성형에 관한 메인 부하를 전달하는 것으로 가정된다. 간단한 셋업을 설명하면, 3개의 분리된 채널이 3개의 1차 컬러의 빔 경로를 포함하는 것으로 가정된다. 시준 유닛은 평면파의 각 스펙트럼에 의해 설명될 수 있는 시준된 웨이브 필드를 생성한다. 이제, 간단한 프레넬 유형의 표면 릴리프 회절 렌즈 함수를 시준 유닛의 함수에 추가할 수 있다. 이 프레넬 유형의 표면 릴리프 회절 렌즈 함수는 예를 들어 fCL = 1 m의 초점 길이를 가질 수 있다. 국부적인 종횡비가 AR
Figure pct00015
0.5에 가깝다면, 즉 그로브(grove) 및 림 또는 "라인 및 공간"은 동일한 측 방향 확장을 가지며, 2진 위상 구조의 에칭 깊이는 다음과 같다.
detch= λ/(2 × (n-1)) (1)
여기서 λ는 파장이고, n은 회절 구조가 에칭되는 재료의 굴절률이고, 재료는 예를 들어 프레넬 렌즈일 수 있고, 이 파장에서 회절 효율이 최대에 있다. 예를 들어 η = 0.3과 같은 회절 효율을 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 프레넬 유형의 표면 릴리프 회절 렌즈 함수의 에칭 깊이를 감소시킬 수 있다. 또는, 반경방향 영역-형 구조이지만 2진 프로파일 대신 구배 프로파일을 갖는 프레넬 렌즈와는 다른 프레넬 영역 플레이트라고 정확하게 지칭되는 회절 2진 유형 프레넬 렌즈에 대해 종횡비를 변경해야 한다.
제2 프레넬 구역 플레이트-형 2진 표면 릴리프 회절 렌즈 함수가 시준 유닛에 추가될 수 있다. 이러한 회절 렌즈 함수는 예를 들어 fC2 = -1 m의 초점 길이를 가질 수 있다. 회절 효율, 예를 들어 η = 0.3만을 실현하기 위해 감소된 에칭 깊이로 사용될 수 있다. 또는 에칭 깊이를 실현하는 π-시프트(식 (1) 참조)를 사용하고, 종횡비를 AR = 0.5로부터 다른 값으로 변경할 수 있다. 이 제2 회절 위상 분포는 모듈로 2π 방식으로 제1 회절 위상 분포에 추가될 수 있다.
또한, 표준 무색 시준 유닛을 사용하여 시준 유닛의 입사 표면에서 제1 회절 구조를 추가하고 시준 유닛의 출사 표면에서 제2 회절 위상 분포를 부가하는 것도 가능하다. 이로 인해 설계 및 복잡 자유도가 증가하게 된다.
또한, 상이한 1차 컬러 RGB의 분리된 빔 경로 내에서 회절 보정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 상이한 1차 컬러 RGB의 분리된 빔 경로 내에서만 회절 보정을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 무색 시준 유닛은 모든 1차 컬러 RGB를 포함하는 컬러 결합된 빔 경로에서 사용될 수 있다. 따라서, 모든 1차 컬러 RGB의 시준에 사용되는 무색의 시준 유닛 또는 예를 들어 축외 포물선 미러(OAPM)는 시준 기능성의 메인 부하를 가질 수 있으며, 보정은, 광이 예를 들어 렌즈 요소 또는 미러 유형 요소일 수 있는 시준 유닛의 메인 시준 광학 요소에 충돌하기 전에, 개개의 컬러에 대해 개별적으로 수행될 수 있다.
5) 편광 샘플링 방법을 사용하여 초점 심도를 증가
증가된 광 전파 길이를 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포를 제공하기 위해 시준 유닛의 위상 함수에 추가할 수 있는 위상 보정 프로파일은 또한 광의 상이한 편광 상태를 이용함으로써 구현될 수 있다. 광은 2개의 직교 편광 상태로 나눌 수 있다. 2개의 위상 보정 프로파일 또는 함수가 2개의 분리된 빔 경로 내에 적용될 수 있다. 2개의 분리된 빔 경로는 재결합될 수 있고, 예를 들어 양 직교 편광에 대해 45도로 배향된 출사 편광 필터는 광의 단일 편광 상태를 보장할 수 있다. 단일 편광 상태를 갖는 이 광은 조명될 SLM으로 나아가는 동안 더 전파된다.
6) 연속 위상 보정 프로파일
일반적으로 비구면 광학 요소 또는 자유 형상 표면을 사용하면 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포의 초점 심도를 증가시킬 수 있다. 직접 접근법은 내부 영역에 제1 초점 길이를 갖고 외부 반경 방향 영역에 제2 초점 길이를 갖는 적어도 하나의 시준 렌즈를 포함하는 시준 유닛을 제공하는 것일 수 있다. 개구 수(NA)가 0.2 초과인 경우, 구면 렌즈조차도 적절할 수 있으며, 고전적인 구면 수차와 비교될 수 있다. 따라서, 시준 렌즈는 또한 상이한 초점 길이를 실현하는 3개의 반경 방향 영역을 가질 수 있다. 시준 렌즈에 의해 구현된 위상 프로파일 또는 별도로 추가된 위상 보정 요소에 의해 연속 전이가 적용될 수 있다. 위상 보정 프로파일은 광학 시뮬레이션 소프트웨어의 잘 알려진 최적화 루틴을 사용하여 계산될 수 있다. 이를 위해, 경계 조건을 정의해야 하며, 즉 자동 최적화 프로세스를 시작할 수 있도록 허용 가능한 최대 오류 값 집합을 정의해야 한다.
초점 평면의 변화에 대한 광학 시스템의 포인트 확산 함수(PSF)의 불변 특성을 증가시키는 위상 보정 함수, 예를 들어 시준 유닛의 출사 동공으로부터 SLM 평면으로의 비-등가 경로 길이의 상황을 되돌아보면, 심지어 비-반경 방향 대칭 기능성의 반경 방향 대칭 기능성을 가질 수 있다. 적절히 작은 입방 위상 보정 항목은 또한 시준 유닛의 함수에 추가될 수 있다. 또는, 예를 들어 페탈(petal)형 위상 보정 프로파일이라고 하는 3배, 4배 및 추가 배의 위상 분포를 추가할 수 있다.
Figure pct00016
(2)
에 의해 주어진 입방 위상 보정은 포인트 확산 함수에 중요한 비대칭 형상을 추가할 수 있다. 이것은 초점 심도의 적절한 긴 z 범위(z 방향)를 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포를 생성하기 위해 의도적이지 않을 수도 있다. 식 (2)에서, 값 α(알파)는 디포커스(defocus) 불변의 적응을 위해 사용되는 스케일링 인자이다. α의 값을 증가시키면 디포커스에 대한 불변성이 증가하는데, 즉 초점 심도가 커지지만, 포인트 확산 함수가 수정되어 공간 해상도가 감소한다.
비대칭 모양의 포인트 확산 함수는 이에 의존하여 시준될 확장된 광 소스 평면의 복소수 값 분포를 설계함으로써, 다른 말로 하면 광 소스 설계에 대해 이를 고려함으로써 고려될 수 있지만, 단일 1차 입방 위상 항목(예를 들어 식 (2) 참조)은 덜 비대칭인 포인트 확산 함수를 생성하는 상호 회전된 입방 항목의 중첩으로 대체될 수 있다. 인코딩된 서브 홀로그램이 직사각형인 경우, 2배 또는 4배의 입방 위상 보정 프로파일이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 위상 보정 프로파일의 3배의 대칭 또는 5배 대칭이 원형의 서브 홀로그램에 대해 바람직할 수 있다. 일반적으로, 확장된 피사계 심도 보정 프로파일 또는 파면 코딩된 개구로 지칭될 수 있는 복수의 보정 프로파일이 사용될 수 있다.
7) 위상 항목 보정과 스캐닝의 조합
전체 SLM 평면 내에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포를 제공하기 위한 추가 접근법은 동적 시간 순차 적응성을 갖는 복소 상호 코히런스도의 절대값의 분포의 생성과 조합될 수 있다. 스캐닝을 이용하는 조명 장치를 제공하는 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 종방향으로, 즉 SLM을 조명하는 광의 전파 거리를 따라 시프트시키는 초점 변화가, 스캐닝 조명과 동기화된 상태로 구현될 수 있다. 따라서, 최적의 디포커스 보정 위상 프로파일이 조명된 SLM 세그먼트에 추가될 수 있다. 이것은 시준 유닛에서 또는 시준 유닛의 전방에서, 즉 예를 들어 확장된 광 소스의 평면에서 수행된다. 짧지만 고정된 시간 동안 스패닝되어야 하는 초점 심도는 비-스캐닝 조명 접근법에 비해 감소한다. 이러한 접근법이 도 25에 도시되어 있다. 여기서, 파 필드 곡률의 동적인 변화가 구현된다. 적절한 고속 스캐닝 조명이 SLM에 사용되면, 스캐닝 장치와 동기화된 파 필드 곡률의 동적 변화가 실현될 수 있다. 따라서, 상이한 광학 경로 길이에 관계없이, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원하는 분포는 SLM 평면 내에 있다.
빠른 가변 초점 렌즈 또는 변형 가능한 미러 요소를 사용하여 초점 변경의 간단한 구현을 제공할 수 있다. 가변 포커스 렌즈 또는 변형 가능한 미러는 구면 디포커스 항목일 수 있는 시간적 위상 보정을 제공한다. 이러한 시간적 위상 보정은 SLM 조명의 한 프레임 내에서, 예를 들어 수 밀리초 이내에만, 예를 들어 10 ms 내에서, 수행되어야 한다.
적절한 고속 디포커스 항목을 제공하기 위해 2개의 교차된 또는 수 개의 상호 회전된 액티브 유형 액정(LC) 격자 또는 LC 편광 격자가 또한 사용될 수 있으며, 이는 시간과 함께 z 방향을 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포의 평면을 시프트시킨다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 종방향 시프트와 동기화된 스캐닝 조명은 또한 병렬 방식으로, 즉 수 개의 공간적으로 분리된 조명 영역을 동시에 사용하도록 구현될 수 있다. 조명 영역은 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 확장보다 훨씬 더 클 수 있다. 또한, "무 조명" 상태와 "최대 강도 값을 갖는 조명" 상태 사이의 스무스한 전이를 사용하는 것이 바람직하다. 최대 강도 값을 갖는 조명 경로는 바람직하게는 3 mm 이상의 확장을 가질 수 있다.
도 23은 시준 유닛(CL) 및 웨지-형 조명 유닛(BU) 전방에 스캐닝된 조명을 구현하는 것을 도시한다. 시준 유닛(CL) 및 웨지-형 조명 유닛(BU) 모두는 조명 장치의 구성 요소이다.
따라서, 도 23은 높은 재구성 품질을 달성하기 위해 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포로 조명되어야 하는 SLM 평면의 백라이트 조명 유닛을 사용함으로써 스캔된 조명의 구현을 도시한다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 설계된 분포로 SLM을 조명하기 위해 조명 세그먼트(ISN), 여기서는 2개의 조명 세그먼트(IS1 및 IS2)가 제공되며, 이들은 조명될 SLM의 입사 평면을 따라 시간 순차적으로 스캐닝된다. 조명 유닛(BU)은 2개의 체적 격자(VG1 및 VG2), 예를 들어 2개의 브래그 회절 기반의 체적 격자를 포함한다. 체적 격자(VG1 및 VG2)는 광의 전파 방향에서 볼 때 시준 유닛(CL) 후방에 존재하는 파 필드의 2배의 10x 애너모픽 빔 스트레칭을 제공한다. 시준되고 도시되지 않은 확장된 광 소스에 의해 초기에 방출될 수 있는 2개의 빔 또는 웨이브 필드(B1 및 B2)는 스캐닝 유닛(SM)에 의해 반사되고 시준 유닛(CL)의 방향으로 지향된다. 스캐닝 유닛(SM)은 스캐닝 미러 요소(SM), 바람직하게는 2차원 스캐닝 미러 요소로서 설계될 수 있다. 2개의 웨이브 필드(B1 및 B2)는 2차원 스캐닝 미러로서 여기에 설계된 스캐닝 유닛(SM) 상으로 전파하는 2개의 예시적인 웨이브 필드이다. 물론, 추가의 조명 세그먼트(ISN)을 제공하는 것이 가능하다. 이것은 조명 세그먼트(ISN)의 개수에 따라 동일한 개수의 웨이브 필드(BN)가 조명 세그먼트(ISN)를 생성하도록 제공된다는 것을 의미한다. 각 웨이브 세그먼트의 경우, 여기서 예를 들어 B1 및 B2의 경우, 동적 구형 위상 항목이 추가될 수 있다. 웨이브 필드(B1 및 B2)는 빔 경로를 따라 SLM의 입사 평면에 추가로 존재하는 조명 세그먼트(ISN)를 형성하기 위해 스트레칭되고 재지향된다.
동적 구형 위상 항목은 시준 유닛(CL)과 조명될 SLM의 입사 평면의 위치 사이의 거리에 따라 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 제공한다. 이는 조명 장치에 가변 초점 광학을 추가할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 가변 초점 광학계는 도시된 빔 또는 웨이브 필드(B1 및 B2) 전방에, 즉 예를 들어 도시되지 않은 확장된 광 소스를 시준하는 도시되지 않은 시준 유닛에 제공될 수 있다.
도 24에서는, 도 23에 도시된 바와 같이 웨지-형 조명 유닛(BU)의 입사 평면에 배치된 시준 유닛(CL)과 조명될 SLM 사이에 존재하는 광 경로 길이의 국부적인 차이가 도시된다. 즉, 도 24는 조명 유닛(BU)에 입사하는 초기 웨이브 필드를 확대하는 웨지-형 조명 유닛(BU)을 사용함으로써 도입된 광 경로 길이의 차이를 도시한다. 광 경로 길이의 차이는, 웨지-형 조명 유닛(BU)에 입사하는 웨이브 필드와 조명 유닛(BU)의 출사 평면에 존재하는 결과적인 확대된 웨이브 필드 사이에 존재한다. 알 수 있는 바와 같이, 출사 웨이브 필드(sWF)의 좌측 아래 코너는 가장 짧은 전파 길이를 가지며, 출사 웨이브 필드(sWF)의 우측 상부 코너는 체적 격자(VG1 및 VG2)를 포함하는 웨지 내의 광의 전파 시간 때문에 가장 긴 전파 길이를 갖는다. 웨지 내로 광이 들어간 후 제1 광 출력은 도 24에 도시된 바와 같이 웨지의 왼쪽 하부 코너 모서리에 있다. 따라서, 웨지 상의 그 위치로부터 방출된 이 광파는 가장 짧은 전파 길이를 갖는다. 광은 웨지의 내부로 더 전파되어, 마지막 광 출력이 웨지의 우측 상부 코너에 오게 된다. 따라서, 웨지 상의 그 위치로부터 방출된 이 광파는 가장 긴 전파 길이를 갖는다. 따라서, 조명 유닛(BU)에 의해 생성된 총 웨이브 필드(sWF)는 상이한 광 경로 길이를 갖는 광파를 갖는다. 이는 즉, 도 23 또는 도 24에 도시된 배치가 도 25에 도시된 실시예와 결합되는 경우 도 25에 의해 해결되는 문제이다.
도 25는 파면의 곡률의 빠른 동적 변화를 제공할 수 있는 장치를 도시한다. 이러한 장치는 예를 들어 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이 SLM으로 전파하는 광 경로 길이의 국부적인 차이를 보상하기 위해 스캐닝 조명 유닛에 사용될 수 있다. 이러한 장치를 웨지-형 조명 장치에서 유리하게 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 작은 미러 요소(M)의 시간 의존적 종방향 운동(Δz(t))을 사용함으로써 시간적 디포커스 또는 요구 시 시간 위상 보정 프로파일로서 작용하는 파면 곡률을 제공하는 장치의 예시적인 실시예가 도시된다. 작은 미러 요소(M)는 포커싱 요소(FE), 여기서는 포커싱 렌즈의 초점 평면에 근접하게 배열될 수 있다. 작은 미러 요소(M)의 병진 이동은 병진 유닛에 의해 도입된다. 병진 유닛은 예를 들어 PZT(piezo translation) 요소 또는 보이스 코일(VC)일 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)는 광 소스(LS)와 미러 요소(M) 사이의 광 경로에 제공된다. 편광 빔 스플리터(PBS)와 미러 요소(M) 사이에는 1/4 파장 플레이트(λ/4)(또는 QWP라고도 함)가 배치되어 있다. 편광 빔 스플리터(PBS) 및 1/4 파장 플레이트(λ/4)는 빔 경로의 필요한 분리가 제공될 수 있는 방식으로 결합된다. 작동 시, 광 소스(LS)에 의해 방출된 광은 TE(횡 방향 전계) 편광되고, 시준 요소(CE)에 입사한 다음 편광 빔 스플리터(PBS) 상에 입사한다. 편광 빔 스프리터는 1/4 파장 플레이트(λ/4)의 방향으로 광을 반사시키고 지향시킨다. 1/4 파장 플레이트(λ/4)를 통과한 후에, 광은 포커싱 요소(FE)를 통과하여 미러 요소(M)에 입사한다. 광은 미러 요소(M)에 의해 반사되고 포커싱 요소(FE), 1/4 파장 플레이트(λ/4) 및 편광 빔 스플리터를 다시 통과한다. 편광 빔 스플리터(PBS)를 떠나는 광은 TM(횡 방향 자기) 편광되고, SLM의 방향으로 전파한다. 백라이트 유닛의 전방에서, 즉 작은 빔 직경을 갖는 빔 경로의 섹션에서 이 동적 디포커싱 유닛을 제공하는 것이 바람직하다.
구형 파면 보정 또는 디포커스는 kHz 범위에서 제공될 수 있다. 예를 들어 보이스 코일의 중앙에 장착된 작은 미러 요소(M)는 20 kHz보다 큰 주파수에서 약간 진동할 수 있다. 도 25에 도시된 장치는 파면 곡률(도 25에서 파면으로 지시됨: w(t))이 요구에 따라 신속하게 생성될 수 있다는 것을 보여주는 예이다.
조명된 SLM의 입사 평면에서 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 최적 분포를 제공하기 위해 시준 유닛으로부터 SLM으로의 광의 전파 거리 내에서의 차이를 충분히 고려하기 위해 사용될 수 있는 복수의 선택적인 실시예가 존재한다.
개시된 모든 일반적인 접근법 및 실시예는 예를 들어 스캐닝 조명이 사용되는지 여부와 관계없이, 특정 실시예에 대한 맞춤형 솔루션을 얻기 위해 서로 결합될 수 있다.
본 발명에 대한 추가의 설명
이미 개시된 바와 같이, 복소수 값 SLM을 조명하는 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 맞춤 제작하기 위한 하나의 해법은, SLM의 2개의 위상 픽셀의 측 방향 빔 결합에 기초한다. 이를 위해, 동적 위상 랜덤화 평면의 사용은 시준될 확장된 광 소스 평면의 최적화된 진폭 분포의 사용과 조합되어 그리고 시준될 확장된 광 소스 평면의 최적화된 위상 분포를 이용하는 것과 조합되어 제공된다. 따라서, 복소수 값 픽셀을 생성하기 위해 서로 결합되어야 하는 웨이브 필드의 세그먼트만이 높은 상호 코히런스도 및 이에 따라 높은 가시성을 갖는다. 그러한 실시예는 예를 들어 인접한 2개의 위상 픽셀을 결합하는 측 방향 빔 결합에 기초한 복소수 값 SLM에 사용될 수 있다. 이는 매우 구체적인 실시예이다. 파 필드에서 복소수 값 픽셀을 생성해야 하는 2개의 인접하는 위상 픽셀의 조합과, 모두가 코히런트하게 중첩되어야 하는 복소수 값 픽셀을 포함하는 큰 서브 홀로그램의 전체 영역 간에 구별될 수 있다.
예를 들어, VPO 타입 1D 인코딩이 존재하고 2개의 인접한 위상 픽셀 칼럼이 칼럼 유사 복소수 값 픽셀을 형성하기 위해 결합되는 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 수평선은 결합될 2개의 위상 컬럼만큼 큰 것이어야 하고, 수직 확장은 가장 큰 1차원 서브 홀로그램만큼 크다.
다음 설명은 코히런스의 영역의 바람직한 확장을 가리킨다.
인간의 눈의 입사 동공은 공간 내의 오브젝트 포인트들을 인간의 눈의 망막으로 이미징하는 광학 시스템의 개구 수를 정의한다. 그리고, 이미 기술된 바와 같이, SLM 상에 오브젝트 포인트를 통해 입사 동공을 투영함으로써 인코딩될 서브 홀로그램의 크기를 정의하는 것이 유리할 수 있다. 서브 홀로그램은 임의의 크기 및 임의의 형상을 가질 수 있다는 것이 지적되어야 한다. 즉, 서브 홀로그램의 크기 및 형상은 눈의 입사 동공의 크기 및 형상에 의존하지 않는다. 서브 홀로그램을 기술하기 위해 간단한 기하학적 투영 영역에 근접한 SLM 상에 추가적인 동적 변수 및 어드레싱 가능한 공간을 사용함으로써, 오브젝트 포인트에 포커싱되는 광을 수집하는 영역이 변경될 수 있다. 서브 홀로그램의 기하학적 형상의 이러한 추가적인 변화는 공간에서 재구성된 오브젝트 포인트의 상당히 증가된 비트 깊이로 전달될 수 있다는 점을 더 지적해야 한다. 이는 또한 오브젝트 포인트의 밝기를 증가시키기 위해 증가된 서브 홀로그램이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이미 설명한 바와 같이, 경계 조건은, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포가 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 크기 및 형상에 적응되어야 한다는 것이다.
공간에서 재구성된 포인트의 비트 깊이를 크게 증가시키는 옵션 이외에, SLM 상에 뷰잉 윈도우의 사용된 기하학적 투영을 보정하는 것은 계산 부하를 현저히 감소시킬 것이다. 다른 말로 하면, SLM 상에 뷰잉 윈도우의 기하학적 투영을 사용함으로써 서브 홀로그램 크기의 정의는 필요하지 않으며 필요한 것보다 훨씬 더 많은 복소수 값 SLM 픽셀을 이용할 수 있다.
예를 들어, 100 cd/㎡의 휘도에서, 인간 눈의 입사 동공의 평균 직경은 약 2.9 mm이다. 시간은 예를 들어 데스크탑 모니터 또는 텔레비전 디스플레이 장치는 300 내지 500 cd/㎡의 휘도의 생성을 허용한다. 인간 눈의 입사 동공은 6.6 mm2의 면적을 이용한다. 관측자가 바람직하게는 예를 들어 10mm × 10mm의 크기를 갖는 재구성된 바람직하게는 3차원의 장면 또는 오브젝트를 관찰할 수 있는 관측자 평면의 뷰잉 윈도우는 100 mm2의 면적을 사용하며, 이는 100 cd/㎡의 휘도에서 입사 동공에 비해 15의 인자(factor)이다.
서브 홀로그램 크기를, 뷰잉 윈도우가 아닌 기하학적으로 투영된 입사 동공으로 제한함으로써, 서브 홀로그램에 대해 제공된 영역을 15의 인자만큼 감소시킬 수 있다. 이는 필요한 계산 파워 및 얻은 이미지 업데이트 속도에 대한 본질적인 차이이다.
중요한 것은 안구의 움직임, 카메라 데이터(픽처)에 적용된 삼각 측량 알고리즘에 의해 제공되는 눈의 추적 동안의 기하학적 추적 정확도 및 일시적인 불확실성의 고려인데, 즉 추적 유닛의 업데이트 시간이며, 이는 또한 미세 추적을 제공하는 디스플레이 장치 내에 사용되는 능동형 평면내 LC 편광 격자의 응답을 포함한다. 따라서 원하는 경우 보상을 위해 일 밀리미터가 2.9 mm 값에 추가될 수 있다. 다른 말로 하면, 예를 들어 SLM에 투영될 원형 참조 영역으로 뷰잉 윈도우의 중앙에서 약 3.9 mm의 직경이 사용될 수 있다. 따라서, 원형 서브 홀로그램이 정의된다. 그 결과, 뷰잉 윈도우의 중앙에 11.9 mm2의 영역이 생성된다. 이는 다시 뷰잉 윈도우 내의 충분히 큰 영역을 발생시키며, 재구성된 장면을 아무런 어려움 없이 관측하기 위해 뷰잉 윈도우의 전체 영역과 비교하여 큰 인자를 발생시킨다. 서브 홀로그램의 2D 인코딩된 실시간 계산을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있는 이 큰 인자는 중요하다. 작은 추가의 영역이 입사 동공의 SLM으로의 투영에 의해 정의된 서브 홀로그램 영역에 추가된다. 단순화를 위해, 인간의 눈의 입사 동공의 직경이 예를 들어 2.9 mm로 가정되고 디스플레이 장치로부터 관측자까지의 거리의 50 %에서 실제 오브젝트 포인트가 디스플레이 장치 전방에 형성되면, 입사 동공으로부터 SLM까지의 기하학적 투영은 원형 영역이며, 이는 또한 직경이 2.9 mm이다. 추가적인 영역의 추가는 이 직경이 예를 들어 3.5 mm까지 증가될 수 있음을 의미한다. 이는 서브 홀로그램 영역에 작은 추가 영역을 추가하는 것에 해당하며, 이는 SLM 상으로의 입사 동공의 기하학적 투영에 의해 정의될 수 있다. 다른 말로 하면, 서브 홀로그램의 영역은 입사 동공의 크기 및 영역에 대응해서는 안 된다. 이는 입사 동공 추적이라고도 하는 눈 추적의 불확실성에 따라 수행된다.
추가적인 개선은 서브 홀로그램 크기의 동적 변화의 능력의 구현이다. 이것은 여러 접근법을 사용하여 수행할 수 있다.
하나의 접근법은 디스플레이되는 평균 휘도 또는 관측자의 눈이 노출되는 평균 휘도를 사용하는 것일 수 있다. 상관 관계 때문에 기존의 룩업 테이블 데이터를 사용할 수 있다. 따라서, 고 휘도의 콘텐츠를 제공하면 서브 홀로그램의 크기를 더욱 작게 할 수 있다. 예를 들어, 300 cd/㎡의 휘도에서, 입사 동공은 약 2.5 mm의 평균 직경을 갖는다. 입사 동공 추적 공차를 보상하기 위해 이 평균 직경에 1 밀리미터를 추가할 수 있다. 이는 약 3.5 mm의 직경을 발생시키고, 이에 따라 9.6 mm2의 영역을 발생시킨다.
또 다른 방법은 이미 입사 학생 추적으로 얻은 카메라 데이터를 사용하는 것일 수 있다. 입사 동공의 직경은 입사 동공 이미지에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 접근 방식은 간단하고 빠르다. 이것은 또한 눈이 노출되는 휘도를 사용하는 접근법과 결합될 수도 있다.
서브 홀로그램의 향상된 인코딩 방법은 근본적으로 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 맞춤형 생성 방식과 관련이 있다.
· 인코딩 1)
가장 간단한 경우는 적절하게 일정한 값을 가지며 예를 들어 도 20 내지 도 22에서 볼 수 있는 바와 같이 적어도 인코딩에 사용된 가장 큰 서브 홀로그램만큼 큰 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 플래투-형 분포를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 플래투의 값은 |μ12|plateau
Figure pct00017
상수 = 0.9 ± 0.045, 즉 평균 값 및 ± 5 %의 범위일 수 있는 이 평균값의 약간의 변동만을 나타내야 한다. 이 경우, 서브 홀로그램의 인코딩은 홀로그래픽 3차원 장면의 인코딩에 사용된 서브 홀로그램의 모든 복소 픽셀을 등가물로 간주할 수 있다. 즉, 모든 복소수 값 SLM 픽셀은 하나의 관련 가중치를 가지므로 모두 동일하게 취급된다. 즉, 서브 홀로그램의 픽셀이 예를 들어 홀로그래픽 디스플레이 장치의 전방의 1 m에서 실제 오브젝트 포인트를 형성하는 경우, 모든 픽셀이 동일한 양 또는 동일한 가중치를 갖는 오브젝트 포인트의 생성에 기여한다고 가정할 수 있다. 모든 픽셀은 복소 상호 코히런스도의 절대값이 동일하며, 이는 예를 들어 0.9일 수 있다. 따라서, 이 값은 1.0의 이상적인 경우에 비해 충분히 높다.
이전 섹션에서 설명한 바와 같이, 시준될 확장된 광 소스의 최적화된 복소수 값 분포를 얻기 위해 반복 최적화 절차를 사용할 수 있다. 이 최적화된 복소수 값 분포는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)에 대한 필요한 플랫 톱 플래투-형 분포를 정확하게 생성한다.
· 인코딩 2)
또 다른 경우는 적절하게 일정한 플래투 부분을 가지고 있는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포를 생성하는 것일 수 있다. 가장 큰 서브 홀로그램이 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 플래투-형 부분에 적합하면, 즉 모든 서브 홀로그램이 이 분포에 적합하고 가장 큰 서브 홀로그램이 인코딩에 사용되는 경우, 인코딩은 홀로그래픽 3차원 장면의 인코딩에 사용되는 서브 홀로그램의 모든 복소 픽셀을 동등한 것으로 간주할 수 있다. 플래투 부분은, 충분해야 하는 예를 들어 0.9의 값을 가질 수 있다. 또한, 사용된 가장 큰 서브 홀로그램의 측 방향 확장으로부터 이 강도 분포의 2개의 최대 피크를 시프트시키기 위해, 예를 들어 수직으로 배향된 sinc-형 강도 분포를 약간 스퀴징하는 것이 가능하다. 2개의 최대 피크를 서브 홀로그램 크기 외부에 배치하는 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 림에서 2개의 최대 피크는 일정 가중치 부여 인코딩에는 영향을 미치지 않는다.
· 인코딩 3)
향상된 홀로그래픽 인코딩의 또 다른 경우는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 기존 분포를 고려하는 것일 수 있다. 이것은 SLM의 평면에 존재하는 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 어떤 분포로도 수행될 수 있다. 이 방법의 출발점으로서 복소 상호 코히런스도의 절대값의 최적 분포에 근접한 이미 적절한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포가 제공되어야 한다. 따라서, 서브 홀로그램의 복소수 값의 가중치에 대한 작은 보정만이 구현되고 실행되어야 한다. 다른 말로 하면, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 이상적인 분포가 홀로그램의 인코딩을 위해 가정되고 사용될 수 있다. 그러나, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 실제 분포는 이것과 다를 수도 있는데, 이는 예를 들어 사용된 광학 배열과 수차가 존재하기 때문일 수 있다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 이러한 실제 분포는 추가적인 수차에 의해 수정되고 조명된 SLM의 입사 평면에서 다를 수 있는 이상적인 분포로 설명될 수 있다. 이러한 경우, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 실제적이고 국부적으로 약간 변하는 분포를 고려하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 국부적인 변하는 보정이 인코딩에 사용될 수 있다. 예를 들어, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 원형 플랫 톱 분포는 SLM의 중심에서 3 mm의 직경을 가질 수 있고, SLM의 림에서 예를 들어 3.5 mm의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 인코딩 및 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크의 관련 최적화된 감소는 SLM의 중심에서 3 mm의 코히런스 영역을 사용하고 SLM의 림에서 3.5 mm를 사용한다.
이는 예를 들어 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포에 대해, 내부 플래투 영역에 맞는 확장을 나타내는 모든 서브 홀로그램에 대해 변경이 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 서브 홀로그램의 모든 이러한 픽셀의 상호 코히런스가 동일하다는 것을 또한 의미한다. 서브 홀로그램의 모든 이러한 픽셀에 대해, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 예를 들어 0.9의 값이 적용될 수 있다. 1D 인코딩의 경우, 단일의 오브젝트 포인트를 형성하는 1차원 서브 홀로그램인 1차원 회절 렌즈 세그먼트가, 또는 2D 인코딩의 경우에는, 단일의 오브젝트 포인트를 형성하는 2차원 서브 홀로그램인 바람직한 원형 회절 렌즈 세그먼트가, 서브 홀로그램의 계산 내에서 공간 내의 오브젝트 포인트 및 모든 복소수 값 픽셀에 대해 동일한 가중치[예를 들어 1로 설정될 수 있음]를 가질 수 있다. 3차원 홀로그래픽 디스플레이 장치의 뷰잉 체적에 실제의 또는 가상의 오브젝트 포인트를 생성하는 서브 홀로그램을 형성하는 단일의, 예를 들어 복소수 값 픽셀 후방에서 전파되는, 웨이브 세그먼트 또는 렌즈 세그먼트는 서브 홀로그램의 파 필드에 함께 추가된다. 이것은 방정식으로 설명될 수 있다. 이 방정식은 전자파 필드 세그먼트가 합산된 파 필드에서 픽셀과 오브젝트 포인트 사이에 존재하는 상호 위상차를 포함한다. 또한, 이 방정식은 각 픽셀의 진폭 값과 위상 값을 포함한다. 그리고, 이 방정식은 합산된 전자파 필드 세그먼트의 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)(상호 가시성)을 포함한다. 이것은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)이 가중 인자로서, 또는 보다 상세하게는 망막 오브젝트 포인트들의 계산을 위해 그리고 망막 간 오브젝트 포인트 크로스토크의 계산에 사용될 수 있는 상호 가시성의 값인 상호 가중 인자의 분포로서 작용한다는 것을 의미한다. 즉, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)은 망막의 이미지 품질을 최적화하기 위한 기본 요소이다.
내부 플래투 영역보다 큰 확장을 나타내는 서브 홀로그램은, 서브 홀로그램을 인코딩하는 동안 각 복소수 값 픽셀을 나타내는 수학적 가중치(최종적으로 얻은 망막 이미지의 계산에 사용되는 상호 가시성의 수학적 값)에 대해 변경되어야 한다. 서브 홀로그램의 인코딩은 서브 홀로그램의 계산 과정 및 이 과정 내에서 사용되는 대응하는 방법이다. 이러한 경우, 큰 서브 홀로그램을 형성하는 픽셀의 상호 코히런스는 동일하지 않다. 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 외측 림에 관련된 픽셀은 대략 1의 상호 코히런스의 절대값을 갖고, 서브 홀로그램의 내부 픽셀은 예를 들어 대략 0.9 그러나 동일하지 않은 유사한 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)을 갖는다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 일정하지 않은 분포의 기본적인 물리적 효과는, 3D 공간에서 오브젝트 포인트를 형성하는 회절 렌즈 구조 내에 국부적으로 적용되는 회절 효율에 관한 서브 홀로그램의 상이한 부분의 일정하지 않은 분포이다. 예를 들어, 렌즈 함수를 형성하는 원형 영역은 일정한 강도 분포로 조명될 수 있다. 따라서 이 영역은 실제 오브젝트 포인트로 작용하는 초점 포인트를 생성할 수 있다. 모든 공헌 픽셀이 동일한 상호 코히런스를 갖는다면, 이들은 포커스 형성에 관해 동일한 수학적 가중치를 갖는다. 상호 코히런스가 동일하지 않다면, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 이산 분포에 의존하는 여러 효과가 발생한다. 사이드 로브의 높이가 감소하면서 오브젝트 포인트가 넓어질 수 있다. 그러나, 형성되는 초점 포인트의 내부 영역은 크기가 감소될 수 있고, 사이드 로브의 높이는 증가될 수 있는 것이 가능하다. 형성되는 초점 분포의 변화 이외에, 이와 같이 감소된 이미지 콘트라스트와 관련하여 유리하지 않은 강도 오프셋, 소위 DC 값이 생성된다. 이것은 적어도 부분적으로 간섭성인 모든 종류의 이미지 또는 웨이브 필드 형성 실시예 및 프로세스에 적용되는 기본적인 효과이다. 따라서, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 효과는 예를 들어 빔 성형 또는 측정 적용 내에서 사용되는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)의 사용에 대해 일반적으로 고려될 수도 있다.
보다 상세하게는, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포는 3차원 공간에서 오브젝트 포인트를 형성하는 보다 높은 공간 주파수를 이용한다. 이는 완전 간섭성 변조 전달 함수(MTF), 부분 간섭성 MTF 및 비간섭성 MTF 간의 차이를 연구하면 이해될 수 있다. 예를 들어 0.9의 상호 코히런스의 절대값을 갖는 회절적으로 재구성된 오브젝트 포인트에 기여하는 서브 홀로그램의 내부 영역 또는 구역과 비교하여, 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 분포의 외부 림에 관련된 SLM의 서브 홀로그램의 복소수 값 픽셀은 예를 들어 1에 가까운 상호 코히런스의 절대값을 갖는 회절적으로 재구성된 오브젝트 포인트에 기여한다. 즉, 서브 홀로그램의 림의 수학적 웨이트가 증가된다. 이로 인해 형성된 초점 포인트의 중심 피크가 약간 감소되고 사이드 로브의 피크 값이 약간 증가한다.
복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 일정하지 않은 플래투-형 분포의 결과적인 효과를 설명하기 위해 사용될 수 있는 동등한 모델은 회절 프레넬 렌즈 또는 프레넬 구역 플레이트를 사용하는 것일 수 있다. 이러한 회절 프레넬 렌즈 또는 프레넬 구역 플레이트는 림에서 높은 회절 효율을 가질 수 있고, 내부 영역 내에서 감소된 회절 효율을 가질 수 있다. 이러한 회절 프레넬 렌즈 또는 프레넬 구역 플레이트는 평면파로 조명될 수 있다. 이러한 회절 요소에 의해 도입된 회절은, 약간 감소된 직경을 갖는 초점의 생성으로 귀결되며, 여기서 회절 프레넬 렌즈 또는 프레넬 구역 플레이트의 전체 영역 내에서 일정한 회절 효율과 비교할 때 이 회절에 의해 단지 약간 증가된 사이드 로브가 생성된다.
따라서, 서브 홀로그램의 계산은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 현재 분포를 고려할 수 있고, 내부 플래투 영역을 초과하는 큰 서브 홀로그램의 림에서 약간 더 높은 회절 효율을 가정할 수 있다. 큰 서브 홀로그램의 외부 림에 배치된 서브 홀로그램의 이러한 복소수 값 픽셀의 진폭 값은 림 영역 또는 림 구역의 약간 더 높은 회절 효율을 보상하기 위해 약간 감소될 수 있다. 이것들은 작은 효과인 것처럼 보이지만, 이들 모두는 전반적인 이미지 품질에 기여하여 아티팩트를 감소시킨다. 따라서 가능한 한 높은 이미지 품질을 제공하기 위해서는 이 효과가 보상되어야 한다. 설명된 보상은 서브 홀로그램의 림 구역과 관련된 SLM의 복소수 값 픽셀의 추가적인 진폭 인자에 의해 수행될 수 있다. 보다 정확하게는, 예를 들어 서브 홀로그램의 진폭 보정을 이용하여 인코딩을 수행한다. 전체 3차원 장면을 정의하는 홀로그램은 복소수 값 SLM 및 그 픽셀로 전송된다.
일반적으로, 이것은 복소 상호 코히런스도의 절대값(|μ12|)의 다른 분포에 대해 사용될 수 있다. 이미 개시된 바와 같이, 서브 홀로그램 크기는 인간 눈의 입사 동공 상으로의 그 기하학적 투영보다 약간 더 커지도록 상당히 감소될 수 있다. 이 절차는 예를 들어 10의 인자만큼 홀로그램의 2D 인코딩에 필요한 계산 파워를 감소시킨다.
시준될 확장된 광 소스의 평면에서의 강도 프로파일의 실현과 관련하여, 시준될 확장된 광 소스의 강도 프로파일이 상이한 방식으로 실현될 수 있다는 것이 지적되었다. 광 소스의 크기는 중요한 특징이다. 이는 광 소스의 크기가 필요한 만큼 작아야 한다는 것을 의미한다. 결과적으로, 예를 들어 사인 유형 개구 프로파일 또는 분포의 사이드 로브는 현저히 더 작다.
또한, 편광을 사용할 수도 있다. 이 목적을 위해, 패터닝된 지연기와 편광 필터, 또는 예를 들어 선형 편광된 광으로 조명된 단순한 패터닝된 편광 필터의 조합을 사용하여 작은 치수에서도 강도 프로파일을 생성할 수 있다.
또한, 2진 패턴을 사용할 수도 있다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 그레이 스케일 분포는 2진 패턴으로 전달될 수 있다. 광의 전파 방향으로 볼 때 확장된 광 소스 후방에 제공된 광학 시스템이 2진 패턴을 해상할 수 없을 정도로 2진 패턴의 임계 치수(CD)가 작으면, 이러한 유형의 구조화는 효과적인 그레이 스케일 분포를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 광학 시스템의 개구 수가 더 작을수록, 그것에 의해 전송되는 공간 주파수는 더 낮아진다. 이는 사용된 광학 시스템에 의해 단일의 오브젝트 포인트가 어떻게 이미징되는지를 기술하는 포인트 확산 함수(PSF)의 푸리에 변환의 절대값인 변조 전달 함수(MTF)에 의해 기술된다. 예를 들어 1 ㎛의 임계 치수를 사용하는 2진 진폭 마스크는 시준될 확장된 광 소스의 진폭 분포를 생성하는 데 사용될 수 있다. 경계 조건은 광 소스 평면의 1㎛ 폭의 픽셀이 뷰잉 윈도우의 평면에서 보이지 않는 것이다. 통계적 랜덤화된 패턴의 사용이 하나의 선호되는 옵션일 수 있다. 그러나 2진 패턴의 소위 폴카 도트 분포(Polka dot distribution)를 사용하는 것도 가능할 수 있다. 고정 어드레스 래스터를 사용하는 폴카 도트 분포는 예를 들어 하나의 방향으로 또는 2개의 방향으로 각각의 단일 도트의 예를 들어 통계적 랜덤 및 정규 분포 측 방향 시프트를 사용함으로써 랜덤화될 수 있다. 따라서, 명확하게 정의된 공간 주파수의 정의된 번짐 또는 흐려짐으로 인한 회절 아티팩트가 감소될 수 있다.
또한 표면 릴리프 프로파일 페이스를 착색된 접착제 내로 아래로 담그는 것도 가능하다. 도입될 수도 있는 추가의 위상 시프트가 임의의 방식으로 사용된 추가의 위상 마스크 내에서 고려되고 보정될 수 있다.
또한, 감쇠 위상 시프트 마스크를 생성하는 데 사용되는 기술을 사용하여 필요한 진폭 분포 및 위상 분포를 제공할 수 있다. 이는 예를 들어 적용된 고에너지 전자 빔 방사선의 도즈(dose)에 따라 영구적으로 투과율을 변경시키는 고에너지 빔 감응성 기판(HEBS)의 전자빔 기록이 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
1차 파장 또는 컬러 RGB의 조합은 아래에 설명되어 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치의 SLM을 조명하는 데 사용되는 상이한 1차 컬러 RGB와 관련된 복소수 값 진폭 분포는 회절 또는 굴절 파장 선택적 빔 결합기를 사용하여 개별적으로 생성되고 결합될 수 있다. 빔 결합기로서, 예를 들어, 브래그 회절 기반의 체적 격자 또는 필립스-형 컬러 프리즘이 RGB 빔 경로를 결합하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어 작동 시에, 직접적인 방법은 3개의 상이한 1차 컬러 RGB의 복소수 값 확장된 광 소스를 개별적으로 생성하는 것일 수 있다. 이 후 이러한 필립스-형 프리즘을 사용하여 다양한 1차 컬러 RGB에 관한 3개의 빔 경로를 결합한다. 매크로 렌즈에 해당하는 렌즈 또는 렌즈 그룹을 사용하여 사용된 모든 1차 컬러에 대해 SLM의 균등한 조명을 제공하는 방식으로 최적화된 회전식 엔지니어링된 디퓨저에 다양한 광 소스를 이미징할 수 있다.
관련 수차가 존재할 수 있는 경우, 예를 들어 이미징 광학 시스템 내에서 맞춤형 비구면 자유형 표면을 사용함으로써 특정 보정이 수행될 수 있다.
상이한 컬러의 광 소스 평면의 복소수 값 진폭 분포의 정적 부분은 CGH 또는 브래그 회절 기반 체적 격자를 사용하여 생성될 수도 있다. 체적 격자는 1차 광 빔(예를 들어 레이저 빔)을 사용하고 이를 필요한 복소수 값 분포로 전송하기 위해 제공될 수 있다. 이것은 또한 체적 격자가 하나의 단일의 요소 내에서 다중화되는 방식으로 수행될 수도 있다.
또한, 회절 빔 성형은 생성된 광 소스 분포가 회전식 엔지니어링된 디퓨저를 포함하는 평면에서 겹쳐지는 방식으로 제공될 수 있다. 이것은 광 소스를 동적 엔지니어링된 디퓨저 평면 상에 이미징하는 추가의 이미징 광학을 절약한다.
예를 들어, 작은 엔지니어링된 디퓨저 포일의 빠른 보이스 코일 변환 또는 PZT(piezo translation) 기반 측 방향 이동은 컴팩트한 방식으로 실현될 수 있다. MEMS(micro-electro-mechanical systems) 또는 변형 가능한 미러에 기초한 동적 디퓨저는 예를 들어 컴팩트한 PZT 기반 실시예와 비교할 때 비용이 많이 들고, 충분히 빠르지 않고, 고장률이 증가한다. 이러한 디퓨저는 바람직하지 않다. 보이스 코일 또는 PZT는 예를 들어 적어도 100 ㎛의 측 방향 이동의 적당한 신장과 조합된 적절한 빠른 이동을 제공하기 위해 펄스 모드 또는 공진 모드에서 사용될 수 있다. 디퓨저의 필요한 측 방향 운동의 이산 값은 사용된 이산 광학적인 실시예에 의존한다. 따라서, 최대 1 mm의 엔지니어링된 디퓨저의 최대 동적 측 방향 이동이 필요할 수도 있다. 예를 들어, 1 mm의 스트로크가 kHz 범위에서 작동되는 PZT 요소에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 적용이 도시되고 설명되었지만, 당업자가 특히 전술한 내용에 비추어 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 수정을 수행할 수 있기 때문에 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것은 물론 이해될 것이다.

Claims (28)

  1. 서브 홀로그램이 홀로그램을 인코딩하는 데 사용되는, 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 조명 장치에 있어서,
    - 상기 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위해 광을 방출하는 적어도 하나의 광 소스,
    - 조명될 상기 공간 광 변조기 장치의 평면에서 광의 복소 상호 코히런스도(complex degree of mutual coherence)의 절대값의 플랫 톱 플래투-형(flat-top plateau type) 분포를 제공하는 빔 성형 유닛으로서, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포는, 오브젝트 포인트들을 상기 공간 광 변조기 장치로 인코딩하는 데 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 적어도 유사한 형상을 갖는 것인 빔 성형 유닛
    을 포함하는, 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기 장치의 상기 평면에 제공되는 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포는, 상기 가장 큰 서브 홀로그램의 영역 내부에서 1에 가까운 값을 갖고 상기 가장 큰 서브 홀로그램의 영역 외부에서 0에 가까운 값을 갖는 플랫 톱 함수를 나타내는 것인, 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 유닛은 정의된 강도 분포를 생성하는 위상 구조를 갖는 빔 성형 디퓨저를 포함하는 것인, 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 성형 디퓨저는 빔 산란 플레이트 또는 빔 산란 포일 또는 동적 빔 성형 디퓨저로서 설계되는 것인, 조명 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 빔 성형 디퓨저는 회전하는 또는 측 방향으로 이동된 빔 성형 디퓨저로서 설계되는 것인, 조명 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 성형 디퓨저는 세그먼트들로 분할되고, 상기 세그먼트들에는 광의 동적 랜덤화된 위상 분포가 생성되도록 제어되는 액추에이터가 제공되는 것인, 조명 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    홀로그램을 상기 공간 광 변조기 장치로 1차원 인코딩하는 것을 이용하는 경우, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포는 플랫 톱 라인 세그먼트형 함수를 갖는 플랫 톱 라인 세그먼트형 분포인 것인, 조명 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    홀로그램을 상기 공간 광 변조기 장치로 2차원 인코딩하는 것을 이용하는 경우, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포는 상기 공간 광 변조기 장치의 상기 서브 홀로그램의 형상에 의존하는 형상을 갖는 것인, 조명 장치.
  9. 제9항에 있어서,
    상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포는, 원형의 플랫 톱 함수를 갖는 원형의 플랫 톱 분포 또는 직사각형 플랫 톱 함수를 갖는 직사각형 플랫 톱 분포인 것인, 조명 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 시스템 및 상기 빔 성형 유닛에 의해 확장된 광 소스가 생성되고, 상기 확장된 광 소스는 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포를 갖는 광을 방출하고, 상기 서브 홀로그램을 포함하는 상기 공간 광 변조기 장치의 입사 평면으로 상기 광을 지향시키는 것인, 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기 장치의 상기 입사 평면에 존재하는, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포는, 바람직하게는 직사각형 형상의 서브 홀로그램에 대해 사용되는 복소수 값 싱크 함수형(complex-valued sinc function) 분포, 또는 바람직하게는 원형 형상 서브 홀로그램에 대해 사용되는 복소수 값 베셀(Bessel) 함수를 사용함으로써 상기 확장된 광 소스의 평면에서 생성되는 것인, 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기 장치의 상기 입사 평면에 존재하는, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포의 형상은, 상기 공간 광 변조기 장치의 상기 서브 홀로그램의 형상에 적응될 수 있는 것인, 조명 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    방해 광을 차단하기 위해 구경 조리개(aperture stop)가 제공되는 것인, 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구경 조리개는, 상기 확장된 광 소스에 의해 방출되는 광의 요구되는 진폭 분포를 제공하도록 상기 확장된 광 소스의 평면에 제공되는 것인, 조명 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    위상 함수, 바람직하게는 렌즈 함수가 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 분포를, 파 필드(far field)로부터 상기 공간 광 변조기 장치의 평면으로 시프트시키도록 제공되는 것인, 조명 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 위상 함수는 상기 확장된 광 소스의 상기 평면에 제공된 상기 복소수 값 공간 광 분포에 가산되는 것인, 조명 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    진폭 마스크 및/또는 위상 마스크 또는 감쇠된 위상 시프팅 마스크가, 적어도 하나의 광 소스의 평면에 또는 상기 확장된 광 소스의 평면에 제공되는 것인, 조명 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    산란 요소 또는 상기 빔 성형 유닛은 시간 가변 랜덤화된 위상 분포를 생성하기 위해 상기 확장된 광 소스의 평면에 제공되는 것인, 조명 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 산란 요소 또는 상기 빔 성형 유닛은 ±π보다 크거나 또는 동일한 범위 내에서 공간적으로 랜덤화된 위상 스텝을 제공하는 것인, 조명 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 산란 요소 또는 상기 빔 성형 유닛은, 상기 공간 광 변조기 장치의 상기 입사 평면에 존재하는 플랫 톱-형 강도 분포를 발생시키기 위해 맞춰진, 공간적으로 랜덤화된 위상 분포를 제공하는 것인, 조명 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 공간 분포의 회절 패턴에서 사이드 로브(side lobes)를 억제하기 위해 아포디제이션 프로파일(apodization profile)이 제공되는 것인, 조명 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 아포디제이션 프로파일은 상기 확장된 광 소스의 복소수 값 분포에 가산되는 것인, 조명 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    홀로그램을, 상기 공간 광 변조기 장치로 1차원 인코딩하는 것을 사용하는 경우, 1차원 광 강도 분포를 생성하기 위해 일 차원을 따라 광을 스트레칭(stretching)하도록 체적 격자(volume grating)가 제공되는 것인, 조명 장치.
  24. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    홀로그램을 상기 공간 광 변조기 장치로 1차원 인코딩하는 것을 사용하는 경우에, 1차원 광 강도 분포를 생성하기 위해 일 차원을 따라 광을 스트레칭하도록 파웰 렌즈(Powell lens)가 제공되는 것인, 조명 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 정의된 분포를 포함하는 증가된 심도(depth of field)를 제공하기 위해 정적인 또는 동적인 파면 성형이 사용되는 것인, 조명 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 조명 장치 및 공간 광 변조기 장치를 포함하는, 2차원 및/또는 3차원의 오브젝트 또는 장면의 재구성을 위한 디스플레이 장치, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 공간 광 변조기 장치는, 광의 전파 방향으로 볼 때, 상기 조명 장치의 하류에 배치되는 것인, 디스플레이 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    적어도 하나의 체적 격자를 포함하는 필드 렌즈(field lens) 또는 복합 필드 렌즈
    를 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  28. 공간 광 변조기 장치에서 홀로그램을 인코딩하기 위해 서브 홀로그램이 사용되는, 정의된 코히런스 특성을 갖는 광 강도 분포로 상기 공간 광 변조기 장치를 조명하기 위한 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 확장된 광 소스에 의해 광을 방출하는 단계,
    - 시준 유닛에 의해 상기 적어도 하나의 확장된 광 소스 후방에서 전파되는 광을 시준하는 단계,
    - 빔 성형 유닛에 의해 상기 공간 광 변조기 장치의 평면에서 광의 복소 상호 코히런스도의 절대값의 플랫 톱 플래투-형 분포를 생성하는 단계로서, 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포는, 상기 공간 광 변조기 장치로 오브젝트 포인트들을 인코딩하기 위해 사용되는 가장 큰 서브 홀로그램의 형상과 적어도 유사한 형상을 갖는 것인 단계, 및
    - 광의 상기 복소 상호 코히런스도의 상기 절대값의 상기 플랫 톱 플래투-형 분포로 상기 공간 광 변조기 장치를 조명하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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