KR20190014479A - 홀로그래픽 프로젝터 - Google Patents

홀로그래픽 프로젝터 Download PDF

Info

Publication number
KR20190014479A
KR20190014479A KR1020180089670A KR20180089670A KR20190014479A KR 20190014479 A KR20190014479 A KR 20190014479A KR 1020180089670 A KR1020180089670 A KR 1020180089670A KR 20180089670 A KR20180089670 A KR 20180089670A KR 20190014479 A KR20190014479 A KR 20190014479A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
receiving member
light receiving
holographic
hologram
Prior art date
Application number
KR1020180089670A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102136143B1 (ko
Inventor
크리스마스 제미슨
콜 알렉산더
Original Assignee
듀얼리타스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 듀얼리타스 리미티드 filed Critical 듀얼리타스 리미티드
Publication of KR20190014479A publication Critical patent/KR20190014479A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102136143B1 publication Critical patent/KR102136143B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0176—Head mounted characterised by mechanical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/10—Processes or apparatus for producing holograms using modulated reference beam
    • G03H1/12—Spatial modulation, e.g. ghost imaging
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/16—Processes or apparatus for producing holograms using Fourier transform
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/32—Systems for obtaining speckle elimination
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G03H2001/2213—Diffusing screen revealing the real holobject, e.g. container filed with gel to reveal the 3D holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G03H2001/2213—Diffusing screen revealing the real holobject, e.g. container filed with gel to reveal the 3D holobject
    • G03H2001/2215—Plane screen
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G03H2001/2213—Diffusing screen revealing the real holobject, e.g. container filed with gel to reveal the 3D holobject
    • G03H2001/2215—Plane screen
    • G03H2001/2218—Plane screen being perpendicular to optical axis
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G03H2001/2263—Multicoloured holobject
    • G03H2001/2271—RGB holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G03H2001/2297—Addressing the hologram to an active spatial light modulator using frame sequential, e.g. for reducing speckle noise
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2223/00—Optical components
    • G03H2223/14—Diffuser, e.g. lens array, random phase mask
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2227/00—Mechanical components or mechanical aspects not otherwise provided for
    • G03H2227/03—Means for moving one component

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

홀로그래픽 프로젝터는 공간 광 변조기, 수광 부재 및 구동부를 포함한다. 공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 수신하여 나타내고, 공간 광 변조기 상에 입사된 광을 공간 변조하여 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 홀로그래픽 재구성을 형성하도록 구성된다. 수광 부재는 공간 광 변조기로부터 광축을 따라 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 구성되고, 수광 부재 상에 홀로그래픽 재구성이 형성된다. 구동부는 수광 부재를 평면 상에서 이동시키기 위해 수광 부재에 결합된다. 구동부는 공간 광 변조기에 대한 수광 부재의 정위(定位, orientation)를 실질적으로 일정하게 유지하면서 수광 부재를 이동시키도록 구성된다.

Description

홀로그래픽 프로젝터{HOLOGRAPHIC PROJECTOR}
본 발명은 프로젝터 및 화상 생성 유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로 그래픽 프로젝터 및 화상 생성 유닛에 관한 것이다. 일부 구성은 헤드업 디스플레이에 관한 것이다.
물체에서 산란된 빛은 진폭과 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭과 위상 정보는 예컨대 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광성 플레이트 상에 캡쳐되어 홀로그래픽 기록 또는 간섭 줄무늬를 포함하는 “홀로그램”을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성(Reconstruction) 또는 재생(replay) 이미지를 형성하기에 적절한 광을 조사함으로써 구성될 수 있다.
컴퓨터 생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)는 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬 또는 푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 표현 또는 객체의 주파수 도메인 표현으로 간주될 수 있다. CGH는 또한 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.
CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 형성된 공간 광변조기(SLM) 상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
SLM은 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레싱 가능한 픽셀들을 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM으로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM을 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
상기 기술을 이용하여 화상을 투영하는 홀로그래픽 프로젝터가 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 예컨대 헤드업 디스플레이(HUD) 및 근안 장치를 포함하는 헤드마운트 디스플레이(HMD)에 적용되고 있다.
홀로그래피는 SLM을 조광하기 위해 예컨대 레이저 광과 같은 가간섭성 광(coherent light)을 필요로 하는데, 이로 인해 의도되지 않은 레이저 스페클(laser speckle)이 이미지(홀로그래픽 재구성)에 발현되어 화질을 저하시키는 부작용이 있다. 화질 향상을 위해서는 홀로그래픽 재구성에서 스페클을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
특히, 일부 양태들에서, 홀로그래픽 프로젝터는 공간 광 변조기, 수광 부재 및 구동부를 포함한다. 공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 수신하여 나타내고, 공간 광 변조기에 입사된 광을 공간 변조하여 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 홀로그래픽 재구성을 형성하도록 구성된다. 수광 부재는 공간 광 변조기로부터 광축을 따라 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 구성되고, 수광 부재 상에 홀로그래픽 재구성이 형성된다. 구동부는 수광 부재가 평면 상에서 이동하도록 수광 부재에 결합된다. 구동부는 공간 광 변조기에 대한 수광 부재의 정위(定位, orientation)가 실질적으로 일정한 상태에서 수광 부재를 이동시킬 수 있도록 구성된다. 다르게 표현하자면, 구동부는 수광 부재에 결합되어, 수광 부재를 공간 광 변조기에 대해 평면 상에서 실질적으로 일정한 방위를 유지하며 평행 이동시킨다.
일부 실시예에서, 구동부는 수광 부재에 결합되어 광축에 수직인 평면 상에서 수광 부재를 이동시킨다. 구동부는 평면 상의 수광 부재가 공간 광 변조기에 대해 실질적으로 일정한 정위를 유지하며 수광 부재를 이동시킬 수 있도록 구성된다. 다르게 표현하자면, 구동부는 수광 부재에 결합되어, 수광 부재를 공간 광 변조기에 대해 실질적으로 일정한 방위를 유지하면서 광축에 수직인 평면 상에서 이동시킨다.
공간 광 변조기와 수광 부재는 서로 평행할 수도, 평행하지 않을 수도 있지만, 모든 경우, 수광 부재의 이동 간에 공간 광 변조기와 수광 부재 사이의 각도는 실질적으로 일정하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기에 입사되는 광의 입사각은 0보다 크다. 즉, 광은 공간 광 변조기에 수직으로 입사되지 않는다. 후술하는 도 1에 상세한 설명과 함께 이러한 실시예를 도시한다. 이들 실시 예에서, 수광 부재가 이동하는 평면은 공간 광 변조기에서 수광 부재로 이어지는 광축에 수직일 수 있다. 대안적으로, 이들 실시 예에서, 수광 부재가 이동하는 평면은 광축에 수직이 아닐 수 있다. 수광 부재가 이동하는 평면의 법선과 광축 사이의 각도는 5도 내지 15도와 같이 20도 미만일 수 있다.
바람직하게는, 예컨대 반사 또는 투과의 형태로 사용되는 디퓨져나 스크린과 같은 수광 부재를 이동하여 수광 부재에서 홀로그래픽 재구성이 조사되는 영역이 시간에 대해 변하도록 함으로써 수광 부재로부터 초래되어, 홀로그래픽 재구성의 광에 유입되며, 프로젝션 시스템의 다른 부품을 향하는 스페클 패턴을 변화시킨다. 이는 수광 부재가 이동함에 따라 연속적으로 변하는 결함부가 조합되어 패턴이 변함으로써 수광 부재의 통계적 결함이 스페클 패턴에 영향을 미치기 때문이다. 스페클 패턴이 시간에 따라 변하므로, 이를 관찰하는 사람의 광학계는 이를 평균화하여 인지하게 되어, 결과적으로 홀로그래픽 재구성에서 스페클의 발생은 감소한다. 나아가, 실질적으로 공간 광 변조기에 대한 정위가 유지된 채로 수광 부재가 움직이므로 홀로그래픽 재구성을 누락 없이 인터셉트하며 이동하기 위해 필요한 수광 부재의 영역이, 정위의 변동이 허용되는 구성(예컨대 수광 부재가 자기 축을 중심으로 회전하는 경우)과 비교하면, 작아진다. 또한, 실질적으로 일정한 상대 정위를 유지한다는 점은 수광 부재로부터 광을 전달받는 광학계의 모양이 어떤 형태가 되더라도 그 모양에 맞춰 홀로그래픽 재구성에 상응하는 광 콘(light cone)의 모양을 대응시킬 수 있도록 하는, 즉, 광을 비등방성으로 확산하는 수광 부재의 사용을 가능하게 한다.
구동부는 수광 부재가 다양한 방식으로 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동부는 수광 부재가 왕복 운동(즉, 전후 이동)하도록 구성될 수 있다. 반면, 구동부는 수광 부재가 멈추지 않고 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동부는 수광 부재가 원형, 난형(卵形), 또는 다른 형태의 폐 궤적을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 일 구체 실시예에서, 수광 부재를 예컨대 리니어 링크 또는 휠과 같은 각기 독립적으로 회전하는 링크 부재에 양측이 편심 고정된 스테이지 상에 장착함으로써 상기 구성이 구현될 수 있다. 어떤 경우에는, 상술한 바와 같이 구동부는 공간 광 변조기에 대한 정위를 유지하지 않은 채로 수광 부재를 이동하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 보다 일반적으로, 수광 부재는 예컨대 0이 아닌 영역을 둘러싸거나 및/또는 여러 방향으로 와블링(wobbling)하는 형태의 경로를 따라 움직일 수 있으며, 정위는 유지될 수도 아닐 수도 있다. 또한, 경우에 따라, 움직임은 예컨대 일축을 중심으로 회전하는 수광 부재의 경우와 같은 상대 정위의 변화에 연관된 비병진(非竝進) 성분을 포함할 수 있다. 어느 경우에나, 수광 부재의 움직임은 홀로그래픽 재구성을 포함하는 수광 부재의 스캔 영역을 스캔한다고 말할 수 있으며, 스캔 영역의 크기는 홀로그래픽 재구성 영역의 1.5배 이하, 선택적으로 1.2배의 크기가 될 수 있다. 홀로그래픽 재구성은 수광 부재를 가로질러 스캔되기 때문에, 스캔 영역은 홀로그래픽 재구성이 투사되는 영역보다 항상 큰 것이 당연할 것이다.
수광 부재가 비연속적으로 이동한다면, 즉 두 정지 위치 사이에서 이동한다면, 예컨대 왕복 운동(즉, 전후 이동)하거나 또는 여러 지점 사이에서 와블링 한다면, 수광 부재의 속도 프로파일은 최대값과 수광 부재의 방향이 변하는 구간에서의 0 또는 최소값 사이에서 변한다. 통계적으로 생성되는 스페클 패턴의 수를 증가시키기 위해, 홀로그래픽 재구성의 생성은 수광 부재의 속도가 0이 되거나 최소 속도인 경우를 피하도록, (레이저와 같은 광원의 점멸이나, 공간 광 변조기의 리프레싱(refreshing)을 포함하여) 예컨대 수광 부재를 조사하는 홀로그래픽 재구성의 생성을 수광 부재의 속도가 0이 아니거나/최소가 아닌 경우, 즉, 수광 부재의 속도가 최대이거나 최대에 가까운 경우에 수광 부재의 움직임과 동기화되도록 한다. 레이저 조광은 수광 부재의 움직임과 동기화되도록 차단(gated)될 수 있다. 예를 들어, 수광 부재의 속도가 0인 경우, 레이저는 조광이 되지 않도록 차단될 수 있다.
수광 부재 상 홀로그래픽 재구성의 둘레 모양은 수광 부재의 둘레 모양이 축소된 것일 수 있어서, 수광 부재 및 홀로그래픽 재구성 (및 경우에 따라서는 수광 부재로부터 광을 전달받는 추가 광학부품)은 유사하거나 대응한다. 선택적으로 또는 추가로, 수광 부재는 입사광을 확산시키도록 구성될 수 있으며, 특히 일부 실시예에서 제1방향으로는 제1광량의 크기로 광을 확산시키고, 제1방향에 수직한 제2방향으로는 제1 광량보다 큰 제2광량의 크기로 광을 확산시키도록 구성될 수 있다. 수광 부재는 디퓨져로부터 광을 전달받도록 구성되되, 제3방향에 수직인 제4방향의 크기보다 제3방향의 크기가 작은 광학 요소를 조광하도록 구성될 수 있다. 제1방향이 일반적으로 제3방향과 평행할 때, 수광 부재로부터의 광 콘의 단면 모양은 광학 요소의 단면 모양과 정합된다. 공간 광 변조기, 홀로그래픽 재구성, 수광 부재 및 하나 이상의 다른 광학 소자의 픽셀 어레이의 2개 혹은 그 이상의 형상을 정합시킴으로써, 관련된 부품의 크기가 최적화되거나 축소될 수 있기 때문에 배치에 필요한 공간을 절약할 수 있는 이점이 있다.
홀로그래픽 프로젝터는 공간 광 변조를 조광하도록 형성된 광원을 포함하되, 이 광원은 공간적으로 가간섭성 광(coherent light)을 출력하며, 선택적으로 및 실질적으로 단색광, 예컨대 레이저일 수 있다. 공간 광 변조기는 공간 광 변조기에 입사되는 광의 위상을 공간적으로 변조하도록 구성될 수 있으며, 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정일 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그래픽 재구성, 예컨대 푸리에(Fourier) 또는 프레넬(Fresnel) 변환에 의한 홀로그래픽 재구성에 상응하는 화상의 변환에 해당할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 푸리에 또는 프레넬 홀로그램일 수 있으며, 예컨대 포인트 클라우드 방법(point cloud method)에 의해 생성될 수 있다.
홀로그래픽 프로젝터는 컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 광 변조기에 제공하기 위한 프로세서를 공간 광 변조기에 결합된 형태로 포함할 수 있다. 프로세서는 컴퓨터 생성 홀로그램을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 프로세서는 상술한 바와 같이 컴퓨터 생성 홀로그램의 생성을 동기화하도록 구성될 수 있다.
수광 부재는 광경로를 따라 이격된 복수의 수광 부재 중 하나일 수 있다. 복수의 수광 부재 각각은 실질적으로 빛을 변화시키기 않고 투과시키는 투명 상태와 빛을 확산시키는 확산 상태 사이에서 전환 가능할 수 있다. 복수의 수광 부재 각각은 각각의 평면 상에서 움직이도록 단일 구동부 또는 각각의 구동부에 결합될 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램 중 하나일 수 있으며, 각각은 복수의 수광 부재 각각에 각각의 홀로그래픽 재구성이 형성되도록 하는 각각의 홀로그래픽 렌즈 요소를 포함할 수 있다.
본 개시의 양태들은 전술한 홀로그래픽 프로젝터를 포함하는 차량으로 확장된다. 이러한 양태들에서, 홀로그래픽 프로젝터는 홀로그래픽 재구성을 차량의 윈드스크린 상에 투영하도록 구성된다. 보다 일반적으로, 본 개시는 전술한 바와 같은 홀로그래픽 프로젝터를 포함하는 헤드업 디스플레이에 관한 것이다.
본 개시의 양태는 또한 공간 광 변조기, 스크린 또는 디퓨져와 같은 수광 부재 및 구동부를 포함하는 화상 생성 유닛으로 확장된다. 공간 광 변조기는 공간 광 변조기 상에 입사된 광을 공간적으로 변조하여, 이미지 예를 들어 홀로그래픽 재구성을 형성하도록 구성된다. 수광 부재는 공간 광 변조기로부터 광경로를 따라 공간적으로 변조된 광을 전달받도록 구성된다. 이미지는 수광 부재에 형성된다. 구동부는 수광 부재가 평면 상에서 이동하도록 수광 부재에 결합된다.
예를 들어, 구동부는 수광 부재의 평면 상에서 공간 광 변조기에 대한 정위를 실질적으로 일정하게 유지하면서 수광 부재를 예컨대 수광 부재가 왕복 운동(즉, 수광 부재가 두 지점 사이를 왕복운동 함)하며 이동하도록 구성된다. 대안적으로, 구동부는 수광 부재를 정지하지 않고, 예컨대 원형 또는 난형 궤적, 또는 다른 형태의 폐 궤적을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 어느 경우에나, 수광 부재의 이동은 이미지를 포함하는 수광 부재 상의 스윕(sweep) 영역을 스윕 한다고 말할 수 있다. 스윕 영역은 최소화되는 것이 유리할 수 있다. 스윕 영역은 특정 크기 이상에서는 더 이상의 화질 개선이 얻어지지 않는다. 이미지 영역에 대한 스윕 영역의 비율은 확산을 일으키는 수광 부재의 특성(즉, 표면 특성)의 크기에 의해 종속될 수 있다. 이미지 영역에 대한 스윕 영역의 비율은 수광 부재의 특성 크기에 비례하라 수 있다. 특성 크기가 너무 크면, 수광 부재의 이동에 의해서 이미지가 개선되지 않는다. 본 발명자들은 스윕 영역이 이미지 영역의 2배 이하, 또는 1.5배 또는 1.2배 이하인 것이 유리하다는 것을 발견했다.
수광 부재 상 홀로그래픽 재구성의 둘레 모양은 수광 부재의 둘레 모양이 축소된 것일 수 있어서, 수광 부재가 차지하는 공간을 잘 활용하도록 할 수 있다. 대안적으로, 수광 부재의 둘레 모양은 스윕 영역의 형상과 맞도록 선택될 수 있다.
수광 부재는 입사광을 확산시키도록 구성될 수 있다. 수광 부재는 제1방향으로는 제1광량의 크기로 광을 확산시키고, 제1방향에 수직한 제2방향으로는 제1 광량보다 큰 제2광량의 크기로 광을 확산시키도록 구성된다.
본 개시의 양태는 예컨대 윈드스크린에 이미지를 투영하는 그와 같은 헤드업 디스플레이가 설치된 예컨대 자동차와 같은 차량뿐만 아니라 또한 상술한 화상 생성 유닛을 포함하는 헤드업 디스플레이로 확장된다. 또한, 본 개시의 양태는, 상술한 바와 같은 화상 생성 유닛을 포함하는 홀로그래픽 프로젝터로 확장된다.
"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록을 지칭하는 데 사용된다. "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"이란 용어는 홀로그램을 조사하여 형성되는 물체의 광학적 재구성을 가리키는 용어이다. "재생 평면(replay plane)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 완전히 형성된 공간 상의 평면을 가리키는데 사용된다. "재생 필드"라는 용어는 본 명세서에서 재생 평면의 서브 영역을 지칭하는 것으로 사용되며, 이는 공간 광 변조기로부터의 공간 변조된 광을 수신할 수 있다. "이미지" 및 "이미지 영역(image region)"이라는 용어는 홀로그래픽 재구성을 형성하는 광에 의해 조사된 재생 필드 영역을 가리킨다. 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 픽셀들"로 지칭될 수 있는 불연속적인 지점들(discrete spots)를 포함할 수 있다.
"인코딩", "쓰기(writing)" 또는 "어드레싱(addressing)"은 각각의 픽셀의 변조 레벨을 개별적으로 결정하는 복수의 제어값으로 SLM의 복수의 픽셀들을 제공하는 프로세스를 설명하는 데 사용된다. SLM의 픽셀들은 다수의 제어값을 수신함에 대한 응답으로서 광 변조 분포를 "디스플레이"하도록 구성될 수 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 위상-한정 홀로그램에 관련되나 본 발명은 진폭-한정 홀로그래피에도 동등하게 적용가능하다.
본 발명은 또한 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그래픽 재구성을 형성하는데 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예에서, 이것은 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 모두 포함하는 소위 완전-복소 홀로그램을 사용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 화소에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램으로 불릴 수 있다. 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 갖는 복소수로 표현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 완전-복소 컴퓨터 생성 홀로그램이 계산된다.
위상 값, 위상 성분, 위상 정보, 또는 간단히, 컴퓨터 생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 픽셀들의 위상을 “위상-지연”의 약자로서 참조할 수 있다. 즉, 기술된 임의의 위상 값은 사실 그 픽셀에 의해 제공된 위상 지연의 양을 나타내는 숫자 (예를 들어, 0 내지 2π 범위인)이다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 픽셀이 위상 값 π/2를 갖는 것으로 기술된다면, 이는 전달된 광의 위상을 π/2 라디안만큼 변경할 것이다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기의 픽셀 각각은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들)에서 동작 가능하다. “그레이 레벨”이란 용어는 복수의 가용 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, “그레이 레벨”이란 용어는 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 정도를 제공하지 않더라도, 편의상 위상-한정 변조기의 복수의 가용 위상 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. “그레이 레벨”이란 용어는 또한 복소 변조기에서 복수의 가용 복소 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다.
상이한 구성 및 구성의 그룹이 후술하는 상세한 설명에 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 구성 또는 구성의 그룹의 임의의 특징은 임의의 구성 또는 구성 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 순열이 고려된다.
구체적인 구성은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 게르흐버그-색스톤 형 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 게르흐버그-색스톤 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 2c는 게르흐버그-색스톤 형 알고리즘의 대안적인 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 차량에 설치된 HUD를 도시한다.
도 5는 수광 부재를 이동시키기 위한 구성을 도시한다.
도 6a 내지도 6c는 수광 부재를 이동시키기 위한 다른 구성을 도시한다.
도 7A-F는 수광 부재를 이동시키기 위한 또 다른 구성을 도시한다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.
본 발명은 다음에 설명되는 구성에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 확장된다. 즉, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며 설명을 위하여 제시된 기술 내용의 구성에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
특별히 명시되지 않는 한 단수 형태의 용어는 복수 형태를 포함할 수 있다.
다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한은 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 “막(just)”, “바로(immediate)” 또는 “직접(direct)”라는 기재가 사용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구 범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.
상이한 구성의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 어떤 구성은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.
광학 구성
도 1은 컴퓨터 생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기 상에 인코딩 되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 말할 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘 장치, “LCOS”, 상의 반사형 액정이다. 홀로그램은 공간 광 변조기 상에 인코딩 되고, 홀로그래픽 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨져와 같은 수광 부재 또는 스크린에 형성된다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅렌즈(Collimating Lens, 111)를 통해 SLM(140)에 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 도 1에서, 파면의 방향은 (예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전체적으로 평면인 파면은 법선 방향으로 입사되고, 입력 및 출력 광경로를 분리하기 위한 빔 스플리터 배치(beam splitter arrangement)가 사용된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되며 출사 파면(Exiting Wavefront, 112)을 형성하기 위해 광 변조층과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 더욱 상세하게, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 출사되는 변조된 광의 빔을 전달받아 스크린(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 픽셀은 전체 재구성에 기여한다. 재생 필드의 특정 지점 (또는 이미지 픽셀)과 특정 광 변조 요소 (또는 홀로그램 픽셀) 간에는 일대일 상관 관계가 없다. 다르게 표현하면, 광 변조 층을 나가는 변조된 광은 재생 영역을 가로 질러 분배된다.
이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 굴절(포커싱) 파워(dioptric(forcusing) power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 어떤 렌즈라도 푸리에 변환 렌즈 역할을 할 수 있지만, 수행되는 푸리에 변환의 정확도는 렌즈의 성능에 좌우된다. 통상의 기술자는 렌즈를 사용하여 광학적 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해한다.
홀로그램 계산
일부 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에 기반 홀로그램이고, 여기서 이미지는 양의 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 파-필드(far-field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생면의 원하는 광 필드를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터 생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 사용하여 계산될 수 있다.
푸리에 변환 홀로그램은 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton)과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 또한, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간영역(예컨대, 사진)의 진폭-한정 정보로부터 푸리에 도메인의 홀로그램(즉, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 진폭-한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 게르흐버그-색스톤 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용해 진폭-한정 정보로부터 계산된다.
게르흐버그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔(light beam) IA(x, y) 및 IB(x, y)의 강도 단면(intensity cross-sections)이 각각 단일 푸리에 변환으로 상호 연관되어 있는 상황을 고려한다. 주어진 강도 단면에서, 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y) 가 구해진다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스(iterative process)를 따름으로써 이 문제에 대한 해결책을 찾는다. 더욱 상세하게, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 영역과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 영역 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 대표하는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서(repeatedly transferring) 공간적 및 스펙트럼 제약(constraints)을 반복적으로 적용한다. 스펙트럼 영역 내 상응하는 컴퓨터 생성 홀로그램이 이 알고리즘의 1 회 이상의 반복을 통해 얻어진다. 이 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 구성되고 수렴된다. 홀로그램은 진폭-한정 홀로그램, 위상-한정 홀로그램 또는 완전-복소 홀로그램(fully-complex hologram)일 수 있다.
일부 실시예에서, 위상-한정 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170호 또는 제2,501,112호에 기술된 바와 같은 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이 특허들은 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 그러나, 여기에 개시된 실시예는 단지 예시로서 위상-한정 홀로그램을 계산하는 것을 설명한다. 이들 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색하는데, 여기서 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지 (예컨대, 사진)를 나타낸다. 진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로, 변환된 크기와 위상에는 계산된 데이터 세트의 정확성에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서, 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백을 반복적으로 사용할 수 있다. 그러나, 이들 실시예에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 홀로그램으로서 사용되어 이미지 평면에서 타겟 이미지의 홀로그래픽 표현을 형성한다. 홀로그램은 위상 값들의 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이다.
다른 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘은 완전-복소 홀로그램을 계산하는데 사용된다. 완전-복소 홀로그램은 크기 성분 및 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값들의 어레이를 포함하는 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이고, 각각의 복소 데이터 값은 크기 성분 및 위상 성분을 포함한다.
일부 실시 예에서, 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고, 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는 (i) 실수 성분 및 허수 성분 또는 (ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 복소 데이터의 2개의 성분은 알고리즘의 다양한 단계에서 다르게 처리된다.
도 2A는 위상-한정 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 픽셀 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 픽셀 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 픽셀 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기-한정 또는 진폭-한정 또는 세기-한정 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 비디오 또는 사진의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 사용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 픽셀에 랜덤 위상 값을 할당하는 단계를 포함하는 데이터 형성 단계(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제1프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하여 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상-한정 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상-한정 홀로그램을 "표시"하는데 사용될 공간 광 변조기의 픽셀 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 픽셀이 256 개의 상이한 위상 레벨을 제공하면, 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상-한정 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전-복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한한다. 제한 단계는 복소수 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 복소수 변조 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2A의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2A의 점선 화살표를 따르는 단계는 선택적이다 (즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아님).
제3프로세싱 블록(256)은 제2프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고, 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성하기 위해 역 푸리에 변환을 수행한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고, 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 진폭 값들(211A)의 분포를 평가한다. 구체적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를, 당연히 진폭 값의 분포인, 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값들(211A)과 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값들(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값들(211A) 및 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값 보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 단계는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서, 수행된 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.
도 2B는 알고리즘의 두 번째 반복 및 알고리즘의 임의의 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 처리 블록을 통해 피드백 된다. 최초의 반복에서, 데이터 형성 단계(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두 번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 단계(202B)는 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와 (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2B의 데이터 형성 단계(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2A를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 여기에서 프로세스의 설명은 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나, 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3프로세싱 블록(256)은 제4프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 반복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것으로 이해될 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복마다 개선된다. 그러나 실제로는, 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나, 처리 시간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적 이점 보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서, 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.
도 2C는 두 번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백 된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 이전 반복의 진폭 값들 (211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 계수 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링 된 차분을 감산한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트 및 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.
Figure pat00001
여기서:
F '는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R[x, y]는 제3프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;
T[x, y]는 입력 또는 대상 이미지이고;
∠는 위상 성분이고;
Ψ는 위상-한정 홀로그램 (280B)이고;
θ은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;
α는 이득 계수이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.
도 2C의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2A 및 도 2B의 실시예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 렌즈 효과 데이터를 홀로그래픽 데이터에 포함시킴으로써 계산적으로 수행된다. 즉, 홀로그램은 객체를 나타내는 데이터뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 이러한 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략된다. 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중심에서의 광경로 길이는 렌즈 가장자리에서의 광경로 길이보다 길다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그래픽 데이터를 그 객체를 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합하여 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 효과 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 의해 홀로그래픽 데이터와 결합된다. 일부 실시예에서, 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 물리적 렌즈가 사용된다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 다른 실시 예에서, 홀로그램은 격자 데이터, 즉 빔 스티어링(beam steering)과 같은 격자의 기능을 수행하도록 형성된 데이터를 포함할 수 있다. 다시, 컴퓨터 생성 홀로그래피의 분야에서 그러한 홀로그래픽 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합시키는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이즈된 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 홀로그램은 진폭-한정 홀로그램의 각도 스티어링을 제공하기 위해 객체를 나타내는 진폭-한정 홀로그램 상에 단순히 중첩될 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 또는 광학에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예는 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
광 변조
공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 디스플레이 하는데 사용될 수 있다. 홀로그램이 위상-한정 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전-복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 사용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2공간 광 변조기가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 픽셀)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨 중에서 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘(LCOS) 공간 광 변조기 상의 반사형 액정이지만, 본 발명은 이러한 유형의 공간 광 변조기에 한정하지 않는다.
LCOS 장치는 작은 개구(예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 어레이의 광 변조 소자 또는 픽셀을 제공한다. 픽셀은 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트 할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 픽셀을 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 매설할 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 픽셀은 밀집되어 있어 픽셀 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 픽셀이 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 사용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.
단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 소자는 단결정 실리콘 기판(302)을 사용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은 액정층(304)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향층(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2배향층(305) 사이에 배치된다.
사각 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충전율은 픽셀(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조된 요소의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면에 위상-한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.
전술한 LCOS SLM는 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 거울 면 아래에 있으며, 높은 충전율(일반적으로 90 % 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 투영을 위한 주요 이점). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.
헤드업 디스플레이
도 4는 자동차와 같은 차량의 HUD를 나타낸다. 차량의 윈드스크린(430) 및 보닛(또는 후드)(439)은 도 4에 도시된다. HUD는 화상 생성 유닛(Picture Generating Unit, "PGU", 410) 및 광학 시스템(420)을 포함한다.
PGU(410)는 광원(미도시), 수광 부재(400) 및 화상의 화상 내용을 컴퓨터 제어하기 위해 배치된 프로세서(또는 컴퓨터, 미도시)를 포함한다. PGU(410)는 수광 부재(400) 상에 화상 또는 일련의 화상을 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수광 부재(400)는 스크린 또는 디퓨져 일 수 있다. 일부 실시예에서, 수광 부재(400)는 플라스틱(즉, 플라스틱으로 제조됨)이다.
광학 시스템 (420)은 입력 포트, 출력 포트, 제1미러(421) 및 제2미러(422)를 포함한다. 제1미러(421) 및 제2미러(422)는 광학 시스템의 입력 포트로부터 광학 시스템의 출력 포트로 광을 가이드 하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제2미러(422)는 PGU(410)로부터의 화상의 광을 수신하도록 구성되고, 제1미러(421)는 제2미러(422)로부터 화상의 광을 수신하도록 구성된다. 제1미러(421)는 화상의 수광된 광을 출력 포트로 반사시키도록 추가로 구성된다. 따라서, 입력 포트로부터 출력 포트로의 광경로는 입력으로부터 제2미러(422)까지의 제1광경로(423)(또는 제1광경로 성분) 및 제2미러(422)로부터 제1미러(421)까지의 제2광경로(424)(또는 제2광경로 성분)를 포함한다. 물론, 제1미러로부터 출력 포트까지의 제3광경로(또는 광경로 성분)가 있지만, 도 4에서 참조 부호는 할당되지 않는다. 도 4에 도시한 광학 구성은 광경로의 형태로 인해 "z-폴드(z-fold)" 구성으로 지칭될 수 있다.
HUD는 광학 시스템(420)의 출력 포트로부터의 화상의 광이 윈드스크린(430)에 입사하고 윈드스크린(430)에 의해 적어도 부분적으로 반사되어 HUD의 사용자(440)에게 향하도록 구성된다. 따라서, 일부 실시예에서, 광학 시스템은 공간 변조된 광을 윈드스크린으로부터 반사시킴으로써 윈드스크린상의 각 화상의 가상 이미지를 형성하도록 구성된다. HUD의 사용자(440)(예를 들어, 자동차의 운전자)는 윈드스크린(430)에서 화상의 가상 이미지(450)을 본다. 따라서, 실시예에서, 광학 시스템은 차량의 윈드스크린상에 각 화상의 가상 이미지를 형성하도록 구성된다. 가상 이미지(450)는 자동차의 보닛(435) 아래로 일정 거리 이격되어 형성된다. 예를 들어, 가상 이미지는 사용자(440)로부터 1 내지 2.5 미터 거리에 있을 수 있다. 광학 시스템(420)의 출력 포트는 광학 시스템(420)에 의한 화상의 광이 광학 시스템(420)과 윈드스크린(430)으로 지향되어 사용자(440)에게 향하도록 정렬된다. 이 구성에서, 윈드스크린(430)은 광 결합기로서 기능한다. 일부 실시예에서, 광학 시스템은 시스템에 포함된 추가 광학 결합기 상에 각각의 화상의 가상 이미지를 형성하도록 구성된다. 윈드스크린(430) 또는 추가 광학 결합기(혹시 포함된 경우라면)는 실제 장면으로부터의 광과 화상의 광을 결합한다. 따라서, HUD는 화상의 가상 이미지를 포함하는 증강 현실을 제공할 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 증강 현실 정보는 네비게이션 정보 또는 차량의 속도와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 화상을 형성하는 광은 실질적으로 브루스터 각도(Brewster's angle)(실질적으로 편광 각으로 공지됨)로 전면 유리에 입사함으로써 출력된다.
일부 실시예들에서, 제1미러 및 제2미러은 HUD의 물리적 크기를 과도하게 증가시키지 않으면서 광학 경로 길이를 증가시키기 위해 입력에서 출력으로의 광경로를 접도록 구성된다.
PGU(410)의 수광 부재 상에 형성된 화상은 폭 및 높이가 단지 수 센티미터 일 수 있다. 따라서, 제1미러(421) 및 제2미러(422)는 집합적으로 또는 개별적으로 배율을 제공할 수 있다. 즉, 제1미러 및/또는 제2미러는 광학 파워 (즉, 굴절력 또는 포커싱 파워)를 가질 수 있다. 따라서, 사용자(440)는 PGU에 의해 형성된 화상의 확대 가상 이미지(450)를 본다. 제1미러(421) 및 제2미러(422)는 또한 통상 복잡한 굴곡 형상을 갖는 윈드스크린(430)에 의해 야기되는 것과 같은 광학 왜곡을 보정할 수 있다. 미러들에 의한 접힌 광경로 및 미러들의 광 파워에 의해 화상의 가상 이미지가 적절한 배율 및 가상 거리를 가지도록 설정될 수 있다.
본 발명의 PGU(410)는 홀로그래픽 프로젝터의 일부일 수 있다. 상술한 개시에 따르면, 홀로그래픽 프로젝터는 광원, 공간 광 변조기 및 홀로그램 프로세서를 포함한다. 공간 광 변조기는 공간 광 변조기 상에 표시된 홀로그램에 따라 광을 공간 변조한다. 홀로그램 프로세서는 컴퓨터 생성 홀로그램을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 홀로그램 프로세서는 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 저장소(예를 들어, 메모리)로부터의 출력을 위해 컴퓨터 생성 홀로그램을 선택한다. 다른 실시예에서, 홀로그램 프로세서는 컴퓨터 생성 홀로그램을 실시간으로 계산하여 출력한다. 일부 실시예에서, PGU(410)에 의해 형성된 각각의 화상은 수광 부재(400) 상의 홀로그래픽 재구성이다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 화상은 수광 부재(400)에서 공간 변조된 광의 간섭에 의해 형성된다.
차량의 대시 보드는 개구를 포함하는데, 그 이유는 HUD가 윈드스크린으로 향하는 광경로 (바람직하게는 장애물이 없는 광경로)를 필요로 하기 때문이다.
수광 부재
도 5를 참조하면, 홀로그래픽 재구성(510)이 형성된 수광 부재(400)가 도시된다. 수광 부재(400)는 예를 들어 모터에 의해 구동되는 축(520)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 특정 예에서, 홀로그래픽 재구성(510)은 직사각형이고 수 센티미터의 폭을 가지며, 디스크 형상과 같은 수광 부재(400)는 홀로그래픽 재구성(510)의 폭의 2 또는 3배 크기의 반경을 갖는다. 수광 부재(400)는 100-8000 rpm, 선택적으로 200-4000 rpm 또는 보다 구체적으로는 300-2000 rpm의 속도로 축(520)을 중심으로 회전할 수 있다. 일부 구성에서, 연속적으로 회전하는 대신, 수광 부재(400)는 광을 수광 부재(400)를 가로 질러 홀로그래픽 재구성(510)을 주사하도록 일정 범위의 각도로 왕복 운동할 수 있다.
도 6A, 6B 및 6C를 참조하면, 수광 부재(400)는 사각 형상을 가지며 아암(arm, 660)에 의해 리니어 모터(650)에 결합된다. 리니어 모터(650) 및 아암(660)은 수광 부재(400)를 전후로 왕복 운동시키는, 즉 수광 부재(400)를 평면상에서 전후로 직선 방향으로 이동하는 구동부를 제공한다. 일부 실시예에서, 그 평면은 시스템의 광축에 수직이다. 다른 실시예에서, 그 평면은 시스템의 광축에 대해 예컨대 20도 미만의 각도를 이룬다. 보다 구체적으로, 다른 실시예에서, 그 평면의 법선과 시스템의 광축 사이의 각도는 20도 미만이다. 수광 부재(400)가 전후로 왕복 운동함에 따라, 수광 부재(400)를 가로 질러 홀로그래픽 재구성(610)이 주사된다.
일부 특정 구성에서, 리니어 모터(650)는, 왕복 운동의 극단 위치들 사이에 예를 들어 수 밀리미터의 편위(偏位)를 가진, 예컨대 음성 코일 또는 스피커 코일과 같은 코일 및 전기자(armature)의 구성으로 제공될 수 있다. 캠 구성과 같은 적절한 변속 링크에 연결된 회전 모터를 포함하는 장치와 같은 다른 유형의 리니어 모터들도 마찬가지로 고려될 수 있다. 특정 예에서, 홀로그래픽 재구성은 직사각형이고 폭은 수 센티미터이며, 수광 부재(400)는 홀로그래픽 재구성보다 단지 1 센티미터 혹은 조금 더 큰 정도이다. 수광 부재(400)는 예를 들어 2-200 ㎐, 선택적으로 5-120 ㎐, 보다 구체적으로는 10-100 ㎐의 속도(rate)로 전후 왕복 운동 할 수 있다.
도 6A, 6B 및 6C는 각각 왕복 운동의 가장 왼쪽, 중간 및 가장 오른쪽 위치 또는 그 부근에서의 수광 부재(400)를 도시한다. 도 6B에 도시된 바에서 이해할 수 있듯이, 이와 같이 이동하는 수광 부재(400)의 속도는 좌우측 끝 위치에서 0의 속도를, 두 위치 사이에서, 통상 움직임의 중앙부에서, 최고 속도를 가지며 이동 중에 변화한다. 일부 구성에서, 홀로그래픽 프로젝터, 특히 프로세서는, 도 6B에 도시한 바와 같이 예컨대 수광 부재(400)가 중앙 위치를 지날 경우와 같이 최대 혹은 거의 최대 속도로 움직일 때 홀로그래픽 재구성(610)이 생성되는 방식으로, 홀로그래픽 재구성(610)의 생성을 수광 부재(400)의 움직임과 동기하도록 구성된다. 구체적으로, 프로세서는 광원을 차단(gate)하기 위한 하나 혹은 그 이상의 게이트 신호, SLM을 리프레시하는 리프레시 신호 또는 유사한 신호를 리니어 모터(650)를 구동하는 신호에 동기화하거나, 또는 그 반대로 리니어 모터(650)를 구동하는 신호를 언급한 신호들에 동기화할 수도 있다.
도 5에 도시된 수광 부재(400)와 비교하여 도 6에 도시된 수광 부재(400)의 구조를 고려하면, 수광 부재(400)를 수용하기 위해 필요한 공간이 줄어들어 더 효과적인 공간 구성이 가능한 것을 이해할 수 있다. 또한, 도 6의 수광 부재(400)의 정위는 이동 중에도 유지된다. 특히, 이들 실시예에서, 수광 부재(400)는 다른 방향보다 한 방향으로 더 확산될 수 있다. 이것은, 예를 들어 홀로그래픽 재구성이 제1종횡비(예를 들어 정사각형이 아니고 직사각형인)를 가지고, 또한 수광 부재로부터 광을 수광하도록 구성되고 제1종횡비와 상이한(예를 들어, 보다 큰) 제2종횡비를 갖는 미러(예를 들어, 도 4의 미러(422))인 경우에 유리하다. 즉, 실시예는 홀로그래픽 재구성의 수광 부재 상 점유공간(foot print)이 제1종횡비를 갖는 둘레 모양을 정의하고, 미러(예를 들어, 도 4의 미러(422))의 둘레 모양이 제1종횡비와 다른(예를 들어 보다 큰) 비율 제2종횡비를 가지는 모양을 정의한다.
연속적인 이동의 이점과 일정한 정위의 이점을 조합한 또 다른 구성이 도 7A, 7B, 7C, 7D, 7E 및 7F를 참조하여 설명된다.
도 7A에 도시된 구성에서, 홀로그래픽 재구성(710)이 형성되는 수광 부재(400)는 직사각형 형상을 갖는다. 물론, 수광 부재(400)의 형상(또는 수광 부재(400)의 윤곽)은 반드시 직사각형일 필요는 없으며 임의의 적합한 형상, 예를 들면 난형, 특히 타원 형상을 가질 수 있다. 상기 수광 부재(400)가 홀로그래픽 재구성(710)의 형상과 상당히 유사하다면, 특히 수광 부재(400)의 종횡비들이나 혹은 수광 부재(400)의 주/부 축이 홀로그래픽 재구성(710)과 실질적으로 정렬되어 있다면, 어느 정도 공간 절약 효과를 얻을 수 있다. 동일한 설명이 도 6A, 6B 및 6C를 참조하여 개시된 구성에도 적용 가능하다는 것을 이해될 수 있을 것이다.
수광 부재(400)는 스테이지(701), 예컨대 강성 로드(rod) 또는 다른 강성 부재 상에 장착된다. 스테이지(701)는 피봇 조인트(702, 704) 각각을 양단에 가지며 이를 통해 각각의 링크 부재(705)의 일단이 스테이지(701)에 연결된다. 링크 부재들(705)은 각각의 축들(706, 708)에 연결되어 그 축을 중심으로 회전할 수 있다. 예를 들어 전기 모터와 같은 구동부 구성은, 적절한 변속기를 포함 또는 미포함하여, 링크 부재(705)를 회전 구동하도록 각각의 축(706, 708)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 모터가 적절한 변속기 구성을 통해 두 링크 부재(705)를 모두 구동한다. 링크 부재는 도 7A에 도시된 바와 같이 단순한 선형 링크 또는 로드이거나 혹은 휠에 편심되게 연결된 축(702, 704)을 갖는 휠의 형태로 제공될 수 있다.
도 7B, 7C, 7D, 7E 및 7F를 참조하면, 링크 부재(705)가 각각의 축(706, 708)을 중심으로 회전함에 따라, 수광 부재(400)는 축(702, 704)의 궤적, 즉, 도 7A의 구성에서의 원형 궤적에 대응하는 궤적을 추종한다. 다른 구성에서, 궤적은 축(706, 708)을 중심으로 한 회전과 동시에 링크 부재(705)의 길이를 변경시키는 신축형 기어 기구를 포함하는 적절한 링크 부재(705)를 사용함으로써, 난형, 특히 타원형 궤적이 될 수 있다. 그러한 난형, 특히 타원형의 궤적이 도 7B, 7C, 7D, 7E 및 7F에 도시된다. 도시된 바와 같이, 적어도 일부 구성에서, 수광 부재(400)가 홀로그래픽 재구성(710)에 대해 이동하는 동안, 실제로는 공간에 고정된 채로 있는 홀로그램 재구성(710)이지만, 홀로그래픽 재구성(710)은 수광 부재(400)를 가로 질러 이동한다.
상술한 설명은 수광 부재(400)에 대한 규칙적인 운동 패턴을 언급하고 있지만, SLM에 대해, 평면에서 수광 부재(400)의 정위를 변경시키지 않는 임의 유형의 운동이 대신 사용될 수 있다. 이러한 다른 움직임은 예컨대 임의의 와블(wobble) 또는 떨림(warble)일 수 있다. 수광 부재(400)는 입사광을 확산시키도록 배치된 디퓨져 일 수 있으며, 투과 또는 반사의 형태로 작동될 수 있다. 임의의 적합한 상업적으로 구할 수 있는 물질, 예를 들어 널리 입수 가능한 폴리카보네이트 시트가 사용될 수 있다. 이러한 재료에 적합한 확산각은 30 ° 일 수 있다.
일부 실시예에서, 수광 부재는 제1방향으로 5-20 ° 및 제2방향으로 10-60 °의 확산각을 가지며, 제2방향은 제1방향과 실질적으로 직교한다. 일부 실시예서, 제2방향의 확산각은 제1방향의 확산각의 1.2 내지 5배, 선택적으로 2 내지 4배, 또한 임의로 2.5 내지 3.5배이다.
기술된 구성은 수광 부재 상에 실제 이미지(홀로그래픽 재구성)를 형성하며, 수광 부재로부터 이미지는, 예를 들어 적절한 광학 요소들을 사용하여 가상 이미지를 형성함으로써, 전방으로 전달되는 점을 주목할 수 있다. 소위 “아이 박스(eye-box)”라고 할 수 있는 디퓨저에 이미지를 형성함에 있어, 이미지는 확대될 수 있으므로 가상 이미지는 더 넓은 범위의 시야각에서 바라볼 수 있게 된다. 이는 시청자가 SLM을 직접 보고, 홀로그래픽 재구성이 시청자의 눈의 렌즈에 의해 형성되는 소위 “직접 관찰(direct-view)”의 구성에 대비될 수 있다.
일부 구성에서, 가상 이미지가 형성되는 깊이는 전술한 바와 같이 렌즈 효과 데이터를 사용하여 홀로그래픽 재구성의 광축을 따라 깊이 위치를 제어함으로써 제어된다. 일부 구성에서, 홀로그래픽 재구성과 일치하도록 수광 부재(400)는 광축을 따라 이동되거나, 혹은 다수의 가능한 재생 평면이 제공되도록 광경로의 길이를 변경하기 위한 다른 광학계를 포함한다. 다른 구성에서, 수광 부재(400)는 광축을 따라 이격 배치되고 확산되도록 제어되는 복수의 수광 부재 중 하나이며, 나머지 수광 부재는, 예를 들어 수광 부재 용 능동 전극 물질(electroactive material)을 사용하여, 투명하도록 제어되는 부재이다. 수광 부재는 공통의 구동부 구성 또는 각각의 구동부 구성에 의해 이동하도록 구동될 수 있다. 어느 경우에나, 구동부의 구성은 전술한 바와 같이 구성될 수 있다.
추가적 특징
실시예는 전기적으로 구동되는 LCOS 공간 광 변조기를 단지 예로서 지칭한다. 본 개시는, 임의의 전기적으로 구동되는 SLM, 광학적으로 구동되는 SLM, 디지털 마이크로 미러 디바이스 또는 마이크로전자기계적 디바이스와 같은 본 발명에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램을 디스플레이 할 수 있는 임의의 공간 광 변조기 상에서 동일하게 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 광원은 레이저이다. 일부 실시 예에서, 수광 부재는 스크린 또는 디퓨져이다. 본 발명의 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 개선된 헤드업 디스플레이(HUD) 또는 헤드마운트 디스플레이를 제공하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, HUD를 제공하기 위해 차량에 설치된 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 트럭, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 운송 수단일 수 있다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 픽셀형 공간 광 변조기의 회절 특성에 따라 야기되는 소위 0차 문제(zero order problem)의 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 “노이즈”로 간주될 수 있고, 예를 들면, 경면 반사광과 SLM으로부터 기타 원치 않는 빛을 포함할 수 있다.
푸리에 홀로그래피에 대한 예시에서, 이러한 “노이즈”는 일반적으로 푸리에 렌즈의 초점(Focal Point)에 맞추어지며 이로써 홀로그래픽 재구성의 중심에 명점(Bright Spot)이 생긴다. 통상적으로 0차 광은 간단히 차단되나, 이는 명점(Bright Spot)을 암점(Dark Spot)으로 대체하는 것을 의미할 것이다. 몇몇 실시예들은 각도 선택성 필터를 포함하여 0차인 콜리메이팅 광선만을 제거한다. 실시예들은 또한 유럽 특허 2,030,072에 기술된 0차 관리 방법을 포함하며, 이는 본 명세서에 원용되어 일체로서 통합된다.
일부 실시예에서, 홀로그램의 크기(각 방향의 픽셀 수)는 홀로그램이 공간 광 변조기를 채우도록 공간 광 변조기의 크기와 동일하다. 즉, 홀로그램은 공간 광 변조기의 모든 픽셀을 사용한다. 다른 실시예에서, 홀로그램의 크기는 공간 광 변조기의 크기보다 작다. 이들 다른 실시예들 중 일부에서, 홀로그램의 일부분(즉, 홀로그램의 픽셀들의 연속적인 서브 세트)이 미사용 픽셀들에서 반복된다. 이 기술은 공간 광 변조기의 표면 영역이 홀로그램의 적어도 하나의 서브 세트를 나타내는 다수의 "타일(tile)"로 분할되는 "타일링(tiling)"으로 지칭될 수 있다. 각 타일은 따라서 공간 광 변조기보다 작은 크기이다.
홀로그램 재생 필드의 크기(즉, 홀로그래픽 재구성의 물리적 또는 공간적 범위)는 공간 광 변조기의 픽셀 간격(즉, 공간 광 변조기의 인접한 광 변조 요소 또는 픽셀 간의 거리)에 의해 결정된다. 재생 필드에서 형성될 수 있는 가장 작은 피쳐(feature)는 "해상도 요소", "이미지 스팟" 또는 "이미지 픽셀"이라고 부를 수 있다. 통상, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 사각 형상을 갖는다. 사각형 개구의 푸리에 변환은 싱크 함수(sinc function)이므로 각 이미지 픽셀은 싱크 함수이다. 보다 구체적으로는, 재생 필드 상의 각 화상 픽셀의 공간 강도 분포는 싱크 함수이다. 각각의 싱크 함수는 피크-강도 주 회절 차수 및 주 차수로부터 반경 방향으로 연장되는 일련의 감소-강도 고차 회절 차수를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 각 싱크 함수의 크기(즉, 각 싱크 함수의 물리적 또는 공간적 범위)는 공간 광 변조기의 크기(즉, 광 변조 요소의 어레이 또는 공간 조명에 의해 형성된 개구의 물리적 또는 공간적 범위)에 의해 결정된다. 구체적으로, 광 변조 픽셀들의 어레이에 의해 형성된 개구가 클수록, 이미지 화소들은 더 작아진다. 일반적으로 작은 이미지 픽셀을 갖는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, "타일링" 기술은 이미지 품질을 증가시키기 위해 적용된다. 특히, 일부 실시예는 홀로그래픽 재구성이 되는 신호 내용의 양을 최대화하면서 이미지 픽셀의 크기를 최소화하기 위해 타일링 기술을 적용한다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기에 기록된 홀로그래픽 패턴은 적어도 하나의 전체 타일(즉, 완전한 홀로그램) 및 타일의 적어도 한 부분(즉, 홀로그램의 픽셀의 연속적인 서브 세트)을 포함한다.
홀로그래픽 재구성은 공간 광 변조기에 의해 정의된 전체 윈도우의 0차 회절 차수 내에서 생성된다. 첫 번째 및 후속 차수는 이미지와 겹치지 않도록 충분히 멀리 배치되어 공간 필터를 사용하여 차단될 수 있는 것이 바람직하다.
실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 컬러이다. 본 명세서에 개시된 예들에서, 3개의 상이한 컬러 광원 및 3개의 대응하는 SLM이 합성 컬러를 제공하는데 사용된다. 이러한 예는 공간적으로 구분된 색(SSC: Spatially-Separated Colour)이라고 할 수 있다. 본 개시 내용을 포함하는 변형예에서, 각 컬러에 대한 상이한 홀로그램은 동일한 SLM의 다른 영역 상에 디스플레이 된 다음 합성되어 합성 컬러 이미지를 형성한다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명의 장치 및 방법 중 적어도 일부가 합성 컬러 홀로그래픽 이미지를 제공하는 다른 방법에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
이러한 방법 중 하나는 프레임 순차 색상(FSC: Frame Sequential Colour)로 알려져 있다. 예시적인 FSC시스템에서, 3개의 레이저(적색, 녹색 및 청색)가 사용되며, 각각의 레이저는 단일 SLM에서 연속적으로 발사되어 비디오의 각 프레임을 생성한다. 인간 관찰자가 3개의 레이저에 의해 형성된 이미지의 조합으로부터 다색 이미지를 볼 정도로 충분히 빠른 속도로 컬러가 (적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등) 순환된다. 따라서 각 홀로그램은 색상별로 구분된다. 예를 들어 초당 25프레임의 비디오에서 첫 번째 프레임은 초당 75분의 1 초 동안 빨간색 레이저를 발사한 다음, 초당 1/75초 동안 녹색 레이저를 발사하고, 최종적으로 청색 레이저는 1/75초 동안 발사될 것이다. 그런 다음 빨간색 레이저로 시작하여 다음 프레임이 생성되는 방식이다.
FSC 방식의 장점은 각 컬러에 대해 전체 SLM이 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 픽셀이 각각의 컬러 이미지로 사용되기 때문에 생성된 세가지 색 이미지의 화질이 손상되지 않는다는 것을 의미한다. 반면, FSC방식의 단점은, 각 레이저가 단지 1/3시간을 사용하기 때문에 생성된 전반적인 이미지가 SSC방법에 의해 생성된 이미지보다 1/3배 정도로 어둡다는 것이다. 이러한 단점은 레이저를 오버드라이브(overdriving)하거나 보다 강한 레이저를 사용함으로써 잠재적으로 해결될 수 있으나, 이는 더 많은 전력을 요구하므로, 고비용을 수반하고 덜 콤팩트한 시스템을 얻게 된다.
SSC 방식의 장점은 3개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간의 제약 때문에 SLM을 하나만 사용해야 한다면, 3개의 별개의 SLM의 효과를 얻기 위해, SLM의 표면영역은 동일하게 3등분으로 분할될 수 있다. 그러나, 이것의 단점은 각 단색 이미지에 사용할 수 있는 SLM 표면 영역이 감소되기 때문에 각각의 단일 컬러 이미지의 화질이 감소한다는 것이다. 이에 따라, 다색 이미지의 화질은 감소된다. 가용한 SLM 표면 영역이 감소되면 SLM 상의 더 적은 픽셀만을 사용할 수 있기 때문에, 화질은 감소된다. 해상도가 감소되므로, 화질도 감소된다. 실시예들은 영국 특허 2,496,108에 기술된 개선된 SSC 기법을 활용하며, 이 특허는 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.
실시예는 가시 광선으로 SLM을 조광하는 것을 설명하지만, 통상의 기술자라면 광원 및 SLM이 예를 들어 본 명세서에 개시된 바와 같이 적외선 또는 자외선 광을 지향하는데 똑같이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 통상의 기술자라면 정보를 사용자에게 제공하기 위해 적외선 및 자외선을 가시 광선으로 변환하는 기술을 인지하고 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시는 이러한 목적을 위해 인광체 및/또는 양자점 기술을 사용하는 것으로 확장된다.
여기에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 판독 전용 메모리 (ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 여기에 기재된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (15)

  1. 컴퓨터 생성 홀로그램을 수신하여 표시하고, 입사광을 공간 변조하여 상기 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 홀로그래픽 재구성을 형성하도록 구성된 공간 광 변조기;
    상기 공간 광 변조기로부터 광축을 따라 공간 변조된 광을 수신하도록 구성된 수광 부재로서, 상기 홀로그래픽 재구성이 상기 수광 부재 상에 형성되는, 수광 부재; 및
    상기 수광 부재를 평면 상에서 이동시키도록 상기 수광 부재에 결합되되, 상기 공간 광 변조기에 대한 상기 수광 부재의 정위(定位, orientation)를 일정하게 유지한 채로 상기 수광 부재를 이동시키도록 구성된 구동부
    를 포함하는 홀로그래픽 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 수광 부재를 왕복 운동시키도록 구성된
    홀로그래픽 프로젝터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수광 부재는 아암(arm)에 고정되되, 상기 아암은 상기 아암을 광축에 수직인 방향으로 왕복 운동하도록 구성된 구성부에 연결되는
    홀로그래픽 프로젝터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 수광 부재를 멈춤 없이 이동시키도록 구성된
    홀로그래픽 프로젝터.
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 수광 부재를 원형 또는 난형(卵形, ovoid) 궤적 또는 임의의 폐 궤적을 따라 이동하도록 구성된
    홀로그래픽 프로젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는 각각의 축을 중심으로 회전하도록 구성된 2개의 회전 가능한 링크 부재를 포함하고,
    상기 링크 부재 각각은 각각의 축에서 실질적으로 동일한 반경 위치에 있는 커플링을 포함하고,
    각각의 커플링은 상기 수광 부재와 각각의 상기 링크 부재를 연결하되, 상기 커플링은 상기 축들이 이격된 거리와 실질적으로 동일한 거리만큼 상기 수광 부재를 따라 이격된
    홀로그래픽 프로젝터.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광 부재의 움직임은 상기 홀로그래픽 재구성을 갖는 상기 수광 부재의 스캔 영역을 스캔하고,
    상기 스캔 영역은 상기 영역 또는 상기 홀로그래픽 재구성의 1.5배 또는 그 미만이거나, 선택적으로 1.2배인
    홀로그래픽 프로젝터.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광 부재 상의 상기 홀로그래픽 재구성의 둘레 모양은 상기 수광 부재의 둘레 모양의 축척판(scaled version)인
    홀로그래픽 프로젝터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광 부재는 상기 수광 부재에 입사되는 광을 확산시키도록 구성된
    홀로그래픽 프로젝터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수광 부재는 제1방향으로 제1광량의 광을 확산시키고,
    상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 상기 제1광량보다 큰 제2광량의 광을 확산시키도록 구성된
    홀로그래픽 프로젝터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수광 부재는 디퓨져로부터 광을 수신하도록 구성된 광학 요소를 조광하도록 구성되되,
    상기 광학 요소의 제3방향의 크기는 상기 광학 요소의 상기 제3방향에 수직인 제4방향의 크기보다 작고, 상기 제3방향은 상기 제1방향과 대체로 평행한
    홀로그래픽 프로젝터.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광 부재 상의 상기 홀로그래픽 재구성의 둘레 모양과 상기 광학 요소의 둘레 모양은 상기 수광 부재의 둘레 모양의 축척판인
    홀로그래픽 프로젝터.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기를 조광하도록 구성된 광원을 포함하되,
    상기 광원은 공간적으로 가간섭성인 광을 방출하고, 선택적으로 상기 광원은 실질적으로 단색광을 방출하는
    홀로그래픽 프로젝터.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기에 제공하도록 상기 공간 광 변조기와 커플된 프로세서를 포함하는
    홀로그래픽 프로젝터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 수광 부재의 속도가 0이 아닐 때, 선택적으로 상기 수광 부재의 속도가 최대 혹은 최대에 근접할 때, 상기 홀로그래픽 재구성을 형성하도록 구성되는
    홀로그래픽 프로젝터.
KR1020180089670A 2017-08-02 2018-08-01 홀로그래픽 프로젝터 KR102136143B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1712432.2A GB2567408B (en) 2017-08-02 2017-08-02 Holographic projector
GB1712432.2 2017-08-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190014479A true KR20190014479A (ko) 2019-02-12
KR102136143B1 KR102136143B1 (ko) 2020-07-21

Family

ID=59778967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180089670A KR102136143B1 (ko) 2017-08-02 2018-08-01 홀로그래픽 프로젝터

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11409242B2 (ko)
EP (1) EP3438726B1 (ko)
KR (1) KR102136143B1 (ko)
CN (1) CN109388016B (ko)
GB (1) GB2567408B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220016501A (ko) * 2019-07-02 2022-02-09 듀얼리타스 리미티드 공간 광 변조

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10602033B2 (en) * 2017-05-02 2020-03-24 Varjo Technologies Oy Display apparatus and method using image renderers and optical combiners
KR102609437B1 (ko) 2017-07-13 2023-12-01 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 중성 원자 양자 정보 프로세서
GB2567408B (en) 2017-08-02 2020-12-02 Dualitas Ltd Holographic projector
EP3502763B1 (en) * 2017-12-22 2023-02-01 Essilor International Head mounted device comprising a fourier hologram
CA3127816A1 (en) * 2019-02-22 2020-08-27 President And Fellows Of Harvard College Large-scale uniform optical focus array generation with a phase spatial light modulator
GB2582370B (en) * 2019-03-22 2022-11-02 Dualitas Ltd Holographic projector
US11212514B2 (en) 2019-03-25 2021-12-28 Light Field Lab, Inc. Light field display system for cinemas
GB2582965B (en) 2019-04-11 2021-09-15 Dualitas Ltd A diffuser assembly
GB2585212B (en) * 2019-07-02 2021-09-22 Dualitas Ltd Spatial light modulation
CN111190334B (zh) * 2019-09-02 2021-08-06 杭州辰景光电科技有限公司 基于空间光调制器拼接阵列的计算全息3d显示系统和方法
GB2587400B (en) * 2019-09-27 2022-02-16 Dualitas Ltd Hologram display using a liquid crystal display device
GB2588912B (en) * 2019-11-13 2021-12-08 Dualitas Ltd A display device and system
US11940758B2 (en) * 2020-02-19 2024-03-26 Envisics Ltd Light detection and ranging
GB2592213B (en) * 2020-02-19 2023-05-03 Envisics Ltd Light detection and ranging
GB2593214B (en) * 2020-03-20 2022-06-08 Envisics Ltd A display device and system
GB2593500B (en) * 2020-03-25 2022-05-18 Dualitas Ltd Projection
CN113835283B (zh) * 2020-06-08 2023-12-01 宁波舜宇车载光学技术有限公司 投影显示系统及其形成方法
CN115390256A (zh) * 2020-07-24 2022-11-25 闪耀现实(无锡)科技有限公司 一种增强现实显示装置及其设备
US11762195B2 (en) * 2021-05-06 2023-09-19 GM Global Technology Operations LLC Holographic display system with conjugate image removal for a motor vehicle

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110002019A1 (en) * 2008-01-07 2011-01-06 Light Blue Optics Ltd Holographic image display systems

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4256363A (en) * 1978-08-08 1981-03-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Speckle suppression of holographic microscopy
CN100524000C (zh) 2003-07-22 2009-08-05 松下电器产业株式会社 二维成像装置
US8675125B2 (en) * 2005-04-27 2014-03-18 Parellel Consulting Limited Liability Company Minimized-thickness angular scanner of electromagnetic radiation
JP4605032B2 (ja) 2006-01-25 2011-01-05 ソニー株式会社 スクリーン及び画像投影装置
US7660037B2 (en) * 2006-06-06 2010-02-09 Seiko Epson Corporation Screen, projector, and image display device
JP4467598B2 (ja) * 2007-04-12 2010-05-26 三菱電機株式会社 投写型画像表示装置
US8031403B2 (en) 2007-07-02 2011-10-04 Texas Instruments Incorporated System and method for reducing visible speckle in a projection visual display system
US7880965B2 (en) 2007-10-29 2011-02-01 Mitsubishi Electric Corporation Projection-type image display device
JP2009210751A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Mitsubishi Electric Corp 投射型画像表示装置
GB2461894B (en) * 2008-07-16 2010-06-23 Light Blue Optics Ltd Holographic image display systems
JP4757935B2 (ja) 2008-07-23 2011-08-24 三菱電機株式会社 投写型画像表示装置
NL2003845A (en) 2008-12-19 2010-06-22 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus, and patterning device for use in a lithographic process.
GB201011829D0 (en) 2010-07-14 2010-09-01 Two Trees Photonics Ltd Display system
US8498035B2 (en) * 2010-08-17 2013-07-30 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Projection type image display apparatus and image display method
EP3681155A1 (en) * 2011-04-19 2020-07-15 Dolby Laboratories Licensing Corp. High luminance projection displays and associated methods
JP2013061554A (ja) * 2011-09-14 2013-04-04 Ricoh Co Ltd 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両
DE102011084530A1 (de) * 2011-10-14 2013-04-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Steuergerät zum Reduzieren eines Speckle-Effekts eines Bildes auf einem Darstellungselement einer Anzeigevorrichtung
GB2496108B (en) 2011-10-26 2015-03-04 Two Trees Photonics Ltd Image production
GB2498170B (en) * 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2499579B (en) 2012-02-07 2014-11-26 Two Trees Photonics Ltd Lighting device
GB2509180B (en) 2012-12-21 2015-04-08 Two Trees Photonics Ltd Projector
JP2015065391A (ja) 2013-09-26 2015-04-09 アルプス電気株式会社 映像表示装置
JP6150253B2 (ja) 2013-09-26 2017-06-21 アルプス電気株式会社 映像表示装置
WO2015064497A1 (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 アルプス電気株式会社 車載用投影装置
JP2015087595A (ja) 2013-10-31 2015-05-07 アルプス電気株式会社 画像処理装置
JP6203602B2 (ja) 2013-10-31 2017-09-27 アルプス電気株式会社 画像処理装置およびその組立方法
WO2015064496A1 (ja) 2013-10-31 2015-05-07 アルプス電気株式会社 画像処理装置
GB2554575B (en) 2014-05-16 2018-09-26 Two Trees Photonics Ltd Diffuser for head-up display
GB2526159B (en) 2014-05-16 2017-12-20 Two Trees Photonics Ltd Diffuser for head-up display
GB2526158B (en) 2014-05-16 2017-12-20 Two Trees Photonics Ltd Imaging device for moving a virtual image
GB2526275B (en) 2014-05-16 2017-12-13 Two Trees Photonics Ltd Display for reducing speckle
JP2016114768A (ja) 2014-12-15 2016-06-23 アルプス電気株式会社 光出射装置
DE102015200929A1 (de) 2015-01-21 2016-07-21 Robert Bosch Gmbh Projektionsschirmvorrichtung, Projektionsvorrichtung und Projektionsverfahren
JP6551730B2 (ja) * 2015-04-28 2019-07-31 株式会社リコー 画像表示装置及び移動体
JP6630921B2 (ja) 2015-08-06 2020-01-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体
JP2017138350A (ja) 2016-02-01 2017-08-10 アルプス電気株式会社 画像表示装置
GB2547926B (en) 2016-03-03 2020-04-29 Dualitas Ltd Display system
GB2547929B (en) 2016-03-03 2018-02-21 Daqri Holographics Ltd Display system
JP7049335B2 (ja) 2016-10-27 2022-04-06 デュアリタス リミテッド ディスプレイドライバを動作させる方法
EP3408711B1 (en) 2016-12-02 2019-06-12 Dualitas Ltd. Holographic projector
JP7117510B2 (ja) 2017-02-17 2022-08-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光源装置および投光装置
GB2567409B (en) 2017-08-02 2020-08-26 Envisics Ltd A display device and system
GB2567408B (en) 2017-08-02 2020-12-02 Dualitas Ltd Holographic projector
US11231583B2 (en) 2017-08-02 2022-01-25 Envisics Ltd. Display device and system
GB2567410B (en) 2017-08-02 2020-08-19 Envisics Ltd A display device and system
GB2565834B (en) 2017-08-25 2020-05-20 Dualitas Ltd Display system
GB2569206B (en) 2018-05-25 2019-12-04 Dualitas Ltd A method of displaying a hologram on a display device comprising pixels
GB2569208B (en) 2018-07-19 2019-12-04 Envisics Ltd A head-up display

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110002019A1 (en) * 2008-01-07 2011-01-06 Light Blue Optics Ltd Holographic image display systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220016501A (ko) * 2019-07-02 2022-02-09 듀얼리타스 리미티드 공간 광 변조

Also Published As

Publication number Publication date
EP3438726A1 (en) 2019-02-06
US20190041797A1 (en) 2019-02-07
GB2567408A (en) 2019-04-17
EP3438726B1 (en) 2020-10-07
GB201712432D0 (en) 2017-09-13
KR102136143B1 (ko) 2020-07-21
GB2567408B (en) 2020-12-02
US11409242B2 (en) 2022-08-09
CN109388016A (zh) 2019-02-26
CN109388016B (zh) 2022-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102136143B1 (ko) 홀로그래픽 프로젝터
US11762196B2 (en) Display device and system
KR102535491B1 (ko) 헤드-업 디스플레이
CN110737092A (zh) 平视显示器
GB2567409A (en) A display device and system
CN112204461B (zh) 图像投影仪
US11964561B2 (en) Image projector
CN112558452B (zh) 全息投影
CN111176092B (zh) 全息投影显示设备上的像素映射
US11740456B2 (en) Holographic projector and method having relative motion between input beam and spatial light modulator
CN112136085B (zh) 全息投影仪
TWI820365B (zh) 用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器
US11640138B2 (en) Laser modulation
CN113448144B (zh) 投影仪
US20220299940A1 (en) Image Projection
KR20240067814A (ko) 확장된 아이-박스

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant