KR20190058593A - 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 빔 결합을 위한 장치 및 복소수 값 변조를 위한 공간 광 변조 장치에 관한 것이다. 본 발명은 빔을 결합하기 위한 장치, 및 조명파의 입사 방향의 변화에 대해 민감하지 않은, 빔 컴바이너 및 위상 변조 광 변조기에 의해 광 필드의 복소수 값 변조를 용이하게 하는 편광 민감성 부품의 광학 배치에 관한 것이다. 또한, 본 문헌은 또한 반사 방식으로 작동하는 광 변조기의 다른 배치에 관한 것이다.

Description

광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치
본 발명은 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 빔 결합을 위한 장치 및 광의 복소수 값 변조를 위한 공간 광 변조 장치에 관한 것이다. 본 발명은 빔을 결합하기 위한 장치, 및 조명파의 입사 방향으로의 변화에 대해 민감하지 않은, 빔 결합기 및 위상 변조 광 변조기에 의해 광 필드의 복소수 값 변조를 가능하게 하는 편광 민감성 구성 요소의 광학 배치에 관한 것이다.
서두에서 언급된 유형의 장치는 특히 물체 및/또는 장면의 3 차원 재구성을 위한 홀로그래픽 디스플레이에 사용되거나 또는 이를 위해 유용하며, 여기서 그러한 디스플레이는 예를 들어 WO 2006/066919 A1 또는 본 출원인의 다른 공보에 기재되어 있다.
DE 10 2009 044 910 A1 및 WO 2010/149583 A1은 광 변조기(SLM)의 각각의 2 개의 위상 픽셀을 복소수 값 픽셀로 빔 결합하기 위한 장치의 다양한 실시예를 설명하며, 이하 빔 컴바이너라 칭한다. 2 개의 픽셀은 서로 인접하게 배치된다. 이러한 문헌에서, 광 변조기의 인접하는 픽셀들은 특히 공간적으로 직접 서로 인접하는 픽셀을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 픽셀은 수평, 수직 또는 다른 방향으로 ― 예를 들어 대각선으로 ― 서로 인접하게 배치될 수 있다. 픽셀 쌍의 2 개의 픽셀로부터의 광은 SLM을 통과한 후에 다른 편광이 인가된다. 이는 구조화된 지연판을 사용하여 수행된다. 하나의 편광의 광은 빔 컴바이너를 통해 다른 편광의 광과 다른 경로를 취하므로, 빔 컴바이너의 출력부에서 중첩 또는 결합이 발생한다. 이러한 문헌에서, 광 빔의 결합이라는 용어는 특히 결합 후 결합된 광 빔이 공간 중첩 영역에서 실질적으로 동일한 전파 방향을 갖는 방식으로 광 빔의 공간적 중첩을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 ― 및 유사한 방식으로 WO 2010/149583 A1의 도 8 ― 은 종래 기술에 따라 구조화된 구경 조리개(AP) 및 편광 의존성 광 전파를 갖는 층(PS), 예를 들어 방해석 층을 도시한다. 개략적으로 광 경로가 도시되어 있다. 간략화를 위해 기하학적 광 전파가 개략적으로 도시되고, 여기서 회절은 고려되지 않는다.
입사광은 층을 통해 SLM(PIX)의 제 1 픽셀로 진행하는 하나의 ― 예를 들어 선형인 ― 편광의 광 및 SLM(PIX)의 제 2 픽셀로 진행하는 제 2 ― 예를 들어 제 1에 대해 수직이고 또한 선형인 ― 편광의 광으로 분리된다. 예시를 위해 여기서 상기 하나의 편광은 파선으로 개략적으로 도시되고 상기 다른 편광은 점선으로 도시된다. 예를 들어 특정 입력 편광의 광을 위상만을 변조시키는 LC 기반의 위상 변조 SLM의 경우, 편광 선택성 층의 출력부에 구조화된 지연판이 부착될 수 있다. 이로 인해, SLM(PIX)에 진입하기 전에 예를 들어 제 2 픽셀로 진행하는 광에 대해 편광이 회전되어, 편광의 광만이 SLM 자체를 통과하게 된다. 반사형 SLM의 경우, 광은 이 경우 동일한 경로를 반대로 진행하고, 픽셀 쌍의 2 개의 픽셀로부터의 광은 조리개 개구의 위치에서 다시 중첩된다.
도 2는 구경 조리개가 없는 경우를 도시한다. 예시를 위해, 이전에 구경 조리개가 있던 위치에서 입사하는 광은 상이한 그레이 쉐이드(gray shade)로 도시된다. 각 픽셀에는 양 편광 방향의 광이 도달한다. SLM(PIX)을 통과한 후에도 광은 다시 각 픽셀로부터 2 개의 방향으로 역으로 진행한다. 복귀 경로에서 픽셀(1) 및 픽셀(2)로부터의 광은 원하는 방식으로 중첩된다. 그러나 원하지 않는 것은 픽셀(3)로부터의 광과 픽셀(2)로부터의 광이 중첩되는 것이다. 이러한 형태에서는 빔 결합을 위한 장치(빔 컴바이너)로서의 배치가 단지 불충분하게만 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 문제점을 실질적으로 회피하는 광 빔을 결합하기 위한 장치를 특정하고 개발하는 것이다.
본 발명에 따른 장치는 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위해 사용된다. 광 변조기는 복수의 픽셀을 포함하며, 각각의 경우에 2 개의 인접한 픽셀이 매크로픽셀을 형성하도록 제어된다. 매크로픽셀에 대해, 입사하는 광 빔이 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리되도록 설계되고 배치되는 빔 스플리터가 제공되어, 제 1 서브빔은 매크로픽셀의 제 1 픽셀의 방향으로 전파되고 제 2 서브빔은 매크로픽셀의 제 2 픽셀의 방향으로 전파된다. 바람직하게는 광 빔을 실질적으로 동일한 세기를 갖는 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리하도록 이루어진다. 빔 스플리터와 광 변조기 사이에는, 제 1 서브빔이 제 2 서브빔과는 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 제 1 구조화된 빔 영향 부품이 제공된다. 매크로픽셀의 각각의 픽셀과 상호 작용한 후, 제 1 및 제 2 서브빔은 제 1 서브빔이 제 2 서브빔과는 상이한 ― 바람직하게는 반대 방향으로의 ― 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 제 2 구조화된 빔 영향 부품을 통과한다. 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔이 결합될 수 있도록 설계되고 배치되는 빔 컴바이너가 제공된다. 광 변조기와 제 1 또는 제 2 구조화된 빔 영향 부품 사이에는 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되도록 ― 예를 들어 흡수되거나 또는 반사되도록 ― 설계되는 빔 선택기가 배치된다. 이러한 장치의 광 변조기는 바람직하게는 입사광 또는 2 개의 서브빔에 의해 투과적으로 관통되거나 또는 광 변조기를 한 번만 통과한다. 이하에서는 이러한 장치를 투과성으로 작동하는 장치라고 한다.
본 발명에 따른 장치는 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하도록 사용된다. 광 변조기는 복수의 픽셀을 포함하며, 각각의 경우에 2 개의 인접한 픽셀이 매크로픽셀을 형성하도록 제어된다. 매크로픽셀에 대해, 입사하는 광 빔이 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리되도록 설계되고 배치되는 빔 스플리터가 제공되어, 제 1 서브빔은 매크로픽셀의 제 1 픽셀의 방향으로 전파되고 제 2 서브빔은 매크로픽셀의 제 2 픽셀의 방향으로 전파된다. 바람직하게는 광 빔을 실질적으로 동일한 세기를 갖는 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리하도록 이루어진다. 빔 스플리터와 광 변조기 사이에는, 제 1 서브빔이 제 2 서브빔과는 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 구조화된 빔 영향 부품이 제공된다. 서브빔을 반사시키는 반사 수단이 제공된다. 제 1 및/또는 제 2 서브빔은 광 변조기의 각각의 픽셀과 상호 작용한 후, 구조화된 빔 영향 부품 및 빔 스플리터를 다시 통과하여, 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔을 다시 결합시킨다. 광 변조기와 구조화된 빔 영향 부품 사이에는 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되도록 설계되는 빔 선택기가 배치된다. 바람직하게는, 입사광 또는 2 개의 서브빔은 이러한 장치의 광 변조기와 반사 방식으로 상호 작용한다. 이는 한편으로는 예를 들어 광 변조기의 액정 층이 처음에 액정 층을 통해 연장되고, 반사 수단에서 반사되고 두 번째로 액정 층을 통해 연장될 때, 2 개의 서브빔이 광 변조기를 두 번 통과함으로써 이루어질 수 있다. 그러한 광 변조기에 대한 예는 LCoS이다. 다른 한편으로는, 광 변조기의 픽셀 자체는 반사 수단을 포함할 수 있으므로, 2 개의 서브빔은 각각 반사성으로 작용하는 픽셀과 상호 작용한다. 그러한 광 변조기에 대한 예는 MEMS이다. 이하에서는 이러한 장치를 반사성으로 작동하는 장치라고 한다.
본 발명에 따르면, 우선, 구조화된 조리개에 대한 만일의 간섭 회절 효과는 특히 그러한 구조화된 조리개가 상기 장치에서 사용될 필요가 없고 그럼에도 불구하고 분리된 서브빔은 원하지 않는 방식으로 인접한 매크로픽셀에 의해 의도하지 않게 영향을 받지 않게 됨으로써 회피될 수 있는 것으로 인식된다. 따라서 즉 구조화된 빔 영향 부품과 관련되어 빔 선택기의 특정 방식으로 구성하고 배치함에 의해, 이제 더 이상 필요하지 않은 구조화된 조리개와 비교될 수 있게 작용되는데, 즉 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되도록 작용된다. 그러나, 구조화된 조리개가 그 광 불투과성 위치에서 광 빔을 종래 기술에 따른 빔 결합 장치 내로 입사하도록 허용하지 않는 한, 작용 방식은 상이하다. 그러나, 본 발명에 따른 장치는 모든 입사 광 빔을 본 발명에 따른 광 빔의 결합을 위한 장치 내로 입사하도록 허용하고, ― 상기 장치의 내부에서만 ― 구조화된 빔 영향 부품과 관련된 빔 선택기의 조합으로 인해, 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔을 차단시킨다. 구조화된 조리개가 상기 장치에 사용될 필요가 없게 됨으로써, 유리하게는 광 변조기의 픽셀 위치에 대해 구조화된 조리개를 정렬하는 것이 제거될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예가 먼저 대략 일반화된 방식으로 표현될 것이며, 여기서 특히 도면의 설명에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 대략 완전하게 그리고 구체적인 예와 함께 설명될 것이다. 투과형으로 작동하는 장치에서, 빔 스플리터 및 빔 컴바이너는 동일하게 형성된 광학 복굴절 단축(uniaxial) 부품이다. 이와 관련하여, 빔 스플리터 및 빔 컴바이너는 동일한 재료로 제조될 수 있거나 또는 동일한 광축을 포함할 수 있다. 특히 빔 스플리터의 광축의 배향은 빔 컴바이너의 광축의 배향과 동일하게 배향된다. 2 개의 복굴절 단축 부품의 광축은 양 부품에 대한 인터페이스에 대한 각도(θ)가 정상 서브빔과 이상 서브빔 사이에 동일한 각도를 구현하도록 배향될 수 있다. 특히 편광된 광 빔 또는 서브빔이 서로 결합되어야 하는 경우, 광학 복굴절 단축 부품의 사용이 사용된다. 특히, 입사 광 빔이 선형 또는 원형으로 편광되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 입사 광 빔의 편광 방향은 예를 들어 입사 광 빔이 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔 ― 실질적으로 동일한 세기를 가짐 ― 으로 분리되도록 설계되고 배치되는 빔 스플리터가 제공되도록 사전 설정된 방향으로 배향되어, 제 1 서브빔은 매크로픽셀의 제 1 픽셀의 방향으로 전파되고 제 2 서브빔은 매크로픽셀의 제 2 픽셀의 방향으로 전파된다.
반사성으로 작동하는 장치의 경우 ― 2 개의 서브빔에 의해 2 회 통과되는 ― 빔 스플리터는 광학 복굴절 단축 부품의 형태로 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 빔 스플리터는 이중 기능을 갖는데, 왜냐하면 빔 스플리터는 한편으로는 입사 광 빔을 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리하고, 빔 스플리터는 다른 한편으로는 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔을 다시 서로 결합시키기 때문이다.
또한, 빔 스플리터 및/또는 빔 컴바이너는 각각 복굴절 부품의 형태로 설계되지 않고, 적어도 하나의 체적 격자 또는 적어도 하나의 편광 격자의 형태로 설계될 수 있는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이 경우, 본 발명에 따른 장치가 상이한 파장을 갖는 광으로 작동되어야 한다면, 사용되는 체적 또는 편광 격자의 분산 특성이 수정되어야 한다. 이러한 경우, 사용된 각각의 파장의 광에 대해 적어도 하나의 대응하는 그리드가 또한 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 장치에서 빔 스플리터 및/또는 빔 컴바이너의 기능을 위한 광학 복굴절 부품의 사용은 특히 상이한 파장을 갖는 광이 사용될 때 바람직하다.
더욱 특히 바람직하게는, 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 λ/2 판 및/또는 λ/4 판을 포함하는 지연기의 기능성을 구현하는 공간 구조화를 포함한다. 구조화된 빔 영향 부품은 대안적으로 또는 추가적으로 부분적으로 서브빔의 어떠한 광학 특성도 변화시키지 않는 공간 구조화를 포함할 수 있다.
구조화된 빔 영향 부품의 공간 구조화는 바람직하게는 예를 들어 구조화된 빔 영향 부품의 구조를 광 변조기의 픽셀의 구조 상에 가상으로 수직으로 투영한다는 의미에서, 광 변조기의 픽셀의 공간 구조에 매칭되고, 여기서 이러한 투영은 실질적으로 중첩 가능한 영역을 발생시킨다. 이러한 점에서, 이러한 고려 사항은 광 빔을 결합하기 위한 본 발명에 따른 장치의 구성 요소의 광학 특성과 관련되고, 예를 들어 전자 회로의 부품이 또한 광과 상호 작용하지만, 광 변조기를 제어하기 위한 전자 회로와는 관련이 없다는 것이 언급된다.
반사성으로 작동하는 장치에서, 광 변조기의 픽셀 자체는 예를 들어 MEMS의 경우와 같이 반사성으로 설계될 수 있다. 대안적으로, 광 변조기의 광투과성 픽셀 다음에는 거울이 배치될 수 있다.
특히 바람직하게는 빔 스플리터, 빔 컴바이너, 제 1 및/또는 제 2 구조화된 빔 영향 부품은 제 1 서브빔의 빔 경로 및 제 2 서브빔의 빔 경로가 매크로픽셀의 제 1 픽셀과 제 2 픽셀 사이의 중심에 대해 실질적으로 점대칭으로 형성되도록 설계되고 배치된다. 엄밀히 말하자면, 매크로픽셀의 제 1 픽셀과 제 2 픽셀 사이의 중심에 대한 점 대칭은 제 1 서브빔의 빔 경로 및 제 1 서브빔과 관련되는 제 2 서브빔의 빔 경로가 존재하는 평면 내에 있다. 따라서 전체 매크로픽셀에 대해, 인접한 2 개의 픽셀의 중간 거리를 기준으로 대칭이 존재한다. 특히, 투과성으로 작동하는 장치의 경우에, 빔 스플리터 및/또는 구조화된 빔 영향 부품은 제 1 서브빔의 빔 경로 및 제 2 서브빔의 빔 경로가 빔 분리 포인트 및/또는 빔 결합 포인트에 대해 실질적으로 점대칭으로 형성되도록 설계되고 배치된다. 광 빔을 결합하기 위한 본 발명에 따른 장치의 이러한 개선예에서, 특히 유리하게는 입사하는 광 빔은, 공칭 상태를 나타내는 사전 설정된 입사 방향으로부터 벗어나지만 그럼에도 불구하고 서브빔의 적절한 분리 및 결합을 달성하는 입사 방향을 가질 수 있다. 다른 말로 하면, 광 빔을 결합하기 위한 본 발명에 따른 장치의 이러한 개선예는 입사 방향의 변화에 대해 비-민감성이다. 이에 대한 추가의 구현은 본 문헌의 다른 곳에서도 또한 이루어질 것이다.
특히 바람직하게는, 빔 선택기는 편광기를 포함하거나 또는 편광기로 이루어진다. 편광기는 비 공간적으로 구조화된 요소인 것이 바람직하다. 이 경우, 편광기는 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되는 방식으로 설계되고 배치된다.
특히 바람직하게는, 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔이 간섭될 수 있게 하는 빔 중첩 부품이 제공된다. 빔 중첩 부품은 마찬가지로 편광기일 수 있으며, 이러한 편광기는 특히 매크로픽셀의 유효 위상 변조를 위해 중첩될 2 개의 서브빔의 최대 진폭이 결합 후에 실질적으로 동일한 진폭 값을 갖도록 설계되고 배치될 수 있다.
광 변조기가 전기적 제어에 의해 변할 수 있는 배향 방향을 갖는 액정을 포함하는 경우, 기본적으로 전기 분해를 회피하기 위해 이러한 전기 제어 시에 주기적 전압 반전이 구현된다. 전압 반전은 일반적으로 프레임 반전, 라인 반전으로서, 또는 픽셀 반전에 의해 구체적으로 구현될 수 있다. 프레임 반전에서는 우선 모든 픽셀이 전압의 동일한 부호로 구동되고, 그 후에 모든 픽셀에 대해 부호가 반전된다. 라인 반전에서는 일반적으로 광 변조기의 픽셀의 인접하는 행들 또는 열들은 전압의 상이한 부호로 구동되는데, 예를 들어 우선 짝수 행들은 양의 부호로 구동되고, 홀수 행들은 음의 부호로 구동된다. 그런 다음 모든 픽셀에 대해 부호가 반전된다. 픽셀 반전에서 일반적으로 양의 그리고 음의 전압의 체크무늬 형상의 배치가 사용된다.
특히 바람직하게, 매크로픽셀의 픽셀은 각각 동일한 부호를 갖는 전압으로 구동된다. 이는 라인 반전의 경우, 각각의 경우에 매크로픽셀의 2 개의 인접하는 픽셀이 반전될 동일한 행 또는 열에 배치되도록 이루어질 수 있다. 대안적으로, 또한 라인 반전은 2 개의 인접하는 열 또는 행이 각각 전압의 동일한 부호로 구동되고 다음의 2 개의 열 또는 행은 반대 부호로 구동되는 이중 라인 반전으로 대체될 수 있다. 매크로픽셀의 각각의 제 1 픽셀은 이 경우 제 1 행 또는 열에 위치하고, 매크로픽셀의 제 2 픽셀은 각각의 제 2 행 또는 열에 위치할 수 있다. 픽셀 반전도 또한 고려될 수 있고, 여기서 이는 매크로픽셀의 2 개의 픽셀이 유사하게 반전되는 전기적 반전과 관련이 있다. 프레임 반전에서, 광 변조기의 모든 매크로픽셀에 대한 픽셀의 구동은 각각 항상 동일한 부호를 갖는 전압으로 주어질 것이다.
이제, 빔 스플리터, 필요한 경우 존재하는 빔 컴바이너, 적어도 하나의 구조화된 빔 영향 부품 및/또는 빔 선택기는 실질적으로 서로 평행하게 배치되고, 하나 또는 다른 지점에서 중간 공간을 가질 수 있다. 그러나, 특히 바람직하게는 빔 스플리터, 필요한 경우 존재하는 빔 컴바이너, 적어도 하나의 구조화된 빔 영향 부품 및/또는 빔 선택기는 서로 직접 인접하게 배치되거나 또는 서로 부착될 수 있다(샌드위치 배치). 이에 의해, 예를 들어 광학 특성을 실질적으로 변경하지 않고, 온도 변동과 관련해서 최적화되는 샌드위치 배치의 컴팩트하고 안정된 구조가 달성될 수 있다. 개별 구성 요소는 예를 들어 접착제에 의해 서로 부착될 수 있고, 여기서 특히 본 발명에 따른 장치의 구성 요소의 이미 언급된 대칭과 관련해서는, 서로 다른 층들을 함께 접착하기 위해 동일한 접착제가 사용되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 입사하는 광 빔은 광 빔이 제 1 및 제 2 서브빔으로 분리되고 재결합될 수 있도록 배향되거나 또는 조정되는 선형 편광 또는 원형 편광을 포함할 수 있다.
반사성으로 작동하는 장치의 경우, 광 변조기와 빔 스플리터 사이에 또는 빔 스플리터와 빔 중첩 부품 사이에는 평면 조명 장치(WO 2010/149583 A1과 비교 가능함)가 배치될 수 있다. 이러한 평면 조명 장치는 WO 2010/149583 A1에 비교 가능하게 설계될 수 있다. 조명 장치는 평면 광가이드와, 광을 광가이드로부터 디커플링시켜 광 변조기의 방향으로 편향시킬 수 있는 디커플링 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어 대응하는 광 빔들의 편광 방향이 적절하게 조정되는 경우, 반사 수단에서 반사된 광은 실질적으로 굴절되지 않고 조명 장치를 통해 그리고 그 후 빔 컴바이너를 통해 전파될 수 있다.
광 변조기가 액정을 포함하고, 액정이 예를 들어 ECB(electrically controlled birefringence) 모드(전기적으로 제어되는 복굴절)에서의 액정의 경우와 같이 평면 외 회전을 수행하도록 형성되는 경우, 입사 광 빔은 선형으로 편광될 수 있고, 여기서 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 λ/2 판의 기능성을 가질 수 있다.
광 변조기는 액정을 포함할 수 있고, 액정이 평면 내 회전을 수행하도록 형성될 수 있다. 이러한 구성은 특히 전기장에서의 LC 분자의 평면 내 회전이 평면 외 회전에 비해 우세한 HAN-LC 모드(hybrid aligned nematic liquid crystal mode)(하이브리드 정렬된 네마틱 액정 모드) 또는 CIPR(continuous in-plane rotation) 모드(연속적인 평면 내 회전) 또는 스멕틱 LC 모드로 주어질 수 있다. 또한, 광 변조기는, 콜레스테릭 위상을 포함하고 전기장에서의 광축이 평면 내 회전을 갖는(ULH(uniform lying helix) 모드) 액정을 포함할 수도 있다. 언급된 경우에, 입사하는 광 빔은 선형으로 편광될 수 있고, 여기서 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 λ/4 판의 기능성을 갖는다. 구조화된 빔 영향 부품은 이 경우 편광을 변화시켜, 광 변조기 자체 내로 원형 편광된 광이 입사된다. 예를 들어 구조화된 빔 영향 부품에 의해 부분적으로는 우측 원형 편광된 광이 생성되고 부분적으로는 좌측 원형 편광된 광이 생성될 수 있다.
다른 말로 하면, 본 발명에 따른 목적은 구조화된 지연 판을 포함하는 빔 결합을 위한 장치에 의해 또한 달성된다. 구조화된 지연 판은 SLM 측면 상에, 즉 구조화된 지연 판으로부터 SLM으로 볼 때, 적어도 하나의 추가적인 편광기를 포함한다.
이제 유리한 방식으로 본 발명의 교시를 설계하고 개발하기 위한 다양한 가능성이 존재한다. 이를 위해, 도면을 참조하여 한편으로는 독립 청구항을 참조하고, 다른 한편으로는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명을 참조하도록 한다. 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명과 관련하여, 또한 본 교시의 일반적으로 바람직한 실시예 및 개선예가 설명된다. 도면들에는 각 경우에 개략적인 표현이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술로부터의 빔 컴바이너의 배치를 도시한다.
도 3, 도 3a 및 도 3b는 반사 배치에서 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치의 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한다.
도 4는 투과 배치로 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치의 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한다.
도 5는 상부 다이어그램에서 2 개의 위상 값들 사이의 위상차의 함수로서의 결과적인 위상을 도시하고, 하부 다이어그램에서는 위상차의 함수로서의 진폭 및 세기를 도시한다.
도 6은 상부 다이어그램에서 위상차의 함수로서의 마이켈슨(Michelson) 콘트라스트를 도시하고, 하부 다이어그램에서는 위상차의 함수로서의 세기 차이를 도시한다.
도 7은 종래 기술에 따른 광 빔을 결합하기 위한 장치를 도시하며, 여기서 좌측에서 도 7(a)에서는 인접하는 픽셀의 결합될 광 빔은 광 변조기에 대해 실질적으로 수직으로 입사하고, 우측에서 도 7(b)에서는 인접하는 픽셀의 결합될 광 빔은 광 변조기에 대해 표면에 대한 수직선에서 벗어난 각도로 입사한다.
도 8은 광 빔을 결합하기 위한 본 발명에 따른 장치를 도시하며, 여기서 상부의 도 8a에서 인접하는 픽셀의 결합될 광 빔은 광 변조기에 대해 실질적으로 수직으로 입사하고, 하부의 도 8b에서 인접하는 픽셀의 결합될 광 빔은 광 변조기에 대해 표면에 대한 수직선에서 벗어난 각도로 입사한다.
도 9는 도 8과 비교될 수 있는 본 발명에 따른 광 빔을 결합하기 위한 장치를 도시하며, 여기서 도 9에 도시된 광 변조기는 평면 내 LC 변조에 기초한다.
편광기의 사용은 예를 들어 액정(LC) 기반 SLM과 같이 자체 편광된 광을 필요로 하는 SLM을 사용할 때 특히 유용하다. 그러나 이는 이러한 유형에 국한되지 않고, 다른 유형의 SLM과 함께 또한 유리하게 사용될 수도 있다.
편광기의 사용은 예를 들어 LCoS(liquid crystal on silicon)와 같은 작은 픽셀을 갖는 반사형 SLM에서 특히 유리하지만, 그러나 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 편광기의 작용 방식 및 구경 조리개에 대한 동등성을 설명한다.
도 3은 반사형 SLM(PIX)에 대해 편광기(Pol)를 갖는 빔 결합을 위한 본 발명에 따른 조립체 또는 장치를 도시한다.
도 3a는 광의 경로를 도시한다: 편광 선택성 광 전파를 갖는 층(PS)은 양 픽셀에 우선 양 편광 방향의 광이 도달하게 한다. 이어서, 광은 구조화된 지연 판(WP)을 통과한다. 편광기(Pol)를 통해 경로 상에서 양 편광 방향 중 하나가 필터링된다.
기하학적 광 전파의 경우에, 이러한 필터링은 그 효과가 종래 기술에 따른 도 1에 도시된 바와 같은 구조화된 구경 조리개의 효과와 동등할 것이다. 왜냐하면 조리개 내부의 위치로부터 오는 광만이 편광기에 의해 투과되기 때문이다. 그러나, 조리개에서의 방해 회절을 고려한 현실적인 경우에는, 편광기를 갖는 배치가 바람직하다. 이는 특히 작은 픽셀의 경우에 그러하다.
도 3b는 반사형 SLM을 통과한 후의 광의 복귀 경로를 도시한다. 중첩은 원하는 픽셀 쌍, 즉 픽셀(2)과 픽셀(1)의 경우에만 발생하고, 픽셀(2)과 픽셀(3)은 발생하지 않는다. 편광기는 반사형 SLM에서 선택적으로 자체 반사형으로 형성되고, SLM의 후방 측면 상에 배치될 수 있다.
도 4는, 구경 조리개를 갖지 않고 그 대신에 2 개의 편광 선택성 층(PS) 사이에 배치되는 SLM(PIX)의 입력 측에 편광기(Pol)가 제공되는 틸트 허용 투과형 SLM에 대한 예시적인 실시예를 도시한다. 또한, 2 개의 지연 요소(WP)가 제공되어 있다.
또한, 추가적인 지연 판이 장치 내로 삽입됨으로써, 예를 들어 SLM이 원형 광의 위상을 변조시키는 다른 실시예도 또한 가능하다. 따라서, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 구성에 한정되지 않는다.
이하에서는, 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치와 관련하여 또 다른 양태가 설명될 것이며, 이는 한편으로는 위에서 설명한 개념과 관련되어 구현될 수 있지만, 그러나 다른 한편으로는 또한 그로부터 분리되어 구현될 수도 있다. 이러한 추가적인 양태는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 대한 광의 입사각의 변화에 대한 민감성에 관한 것이다.
그러나, 광에 영향을 주어 2 개의 위상 픽셀을 중첩시키기 위한 구성 요소의 비대칭 배치는 2 개의 인접 픽셀의 2-빔 간섭 기반 중첩이 광 변조기 샌드위치를 통한 광 경로의 작은 변화에 매우 민감하게 되는 것을 발생시킬 것이다. 이를 위해 우선 2 개의 파동 UR = U1 + U2의 코히어런트(coherent) 중첩에서 형성되는 결과적인 세기
Figure pct00001
가 고려되고:
Figure pct00002
여기서, A1 및 A2는 부분 파동의 진폭이고, Δφ는 양 부분 파동(서브빔)의 상대 위상차이다. 두 진폭이 A1 = A2 = 0.5의 동일한 값을 갖는다면, 도 5에 따라 결과적인 세기는 상대 위상차(Δφ)의 코사인에 의존하며, Δφ = 0에서 보강 간섭(즉, 최대 세기)이고 Δφ = π에서의 상쇄 간섭(즉, 최소 세기)이라는 것은 명확하다. 이제 공간 광 변조기 샌드위치(SLM)는 상대 위상차(Δφ =
Figure pct00003
2 -
Figure pct00004
1)에 기여하는 2 개의 부분 위상(
Figure pct00005
1,
Figure pct00006
2), 원하는 세기 값(0 ≤ IR ≤ 1)이 SLM의 출력에서 올바르게 디스플레이되도록 교정되는 것으로 전제된다. 이러한 상태를 이하에서 공칭 상태라고 지칭한다. 이제 2 개의 서브빔 중 하나에 π의 추가 위상 변위가 발생하면, 이로 인해 디스플레이된 그레이 레벨 이미지는 반전되는데, 즉 콘트라스트 반전이 발생되게 된다. 도 6에 따르면, 원래 밝은 이미지 픽셀과 어두운 이미지 픽셀 간의 마이켈슨 콘트라스트는 이 경우 CM = -1이 된다. 교정된 공칭 상태에서, 마이켈슨 콘트라스트는 1과 동일하다. 콘트라스트 손실이 교란으로 인식되지 않도록 하기 위해, 이러한 이상적인 상태로부터 약간의 편차만이 허용된다. 고정적인 것은 아니지만 적합한 것으로 정의되는 한계값으로서, 다음의 고려에 대해 CM = 0.924의 최소 허용 값이 가정되며, 이는 이미 π/8 = 0.3927 rad의 상대 위상 에러에서 발생하며, 도 4v 및 도 5v를 참조하도록 한다.
그러나 홀로그래픽 디스플레이의 경우, 진폭뿐만 아니라 위상도 정확하게 표현하는 것이 매우 중요한데, 그렇지 않으면 재구성 품질이 현저하게 저하되기 때문이다. 올바르게 표현되지 않은 홀로그램 진폭 값은 재구성시 보다 낮은 그레이 레벨을 표현하거나 또는 보다 높은 그레이 레벨을 표현할 수 없게 한다. 특히 도 6 및 도 4v로부터 명백한 바와 같이, 그레이 레벨은 0.5의 세기에 해당하며, 위상차의 작은 변화에 가장 민감하게 반응하는데, 왜냐하면 이 영역에서 위상차(위상(2) - 위상(1))에 따른 세기의 부분 도함수가 가장 크기 때문이다.
이는 빔 결합을 위한 장치가 개시되어 있는 WO 2010/149588 A1의 예를 사용하여 아래에서 설명된다. 이를 위해, 본 출원의 도 7이 고려된다. 편광 민감성 요소(단축 결정)(uniaxial crystal)는 여기서 SLM에 의해 변조된 2 개의 서브빔을 합성 빔으로 결합시키는 역할을 한다. 2 개의 서브빔들 사이에서 편광 민감성 구성 요소(단축 결정)에서의 상이한 광 경로 길이에 의해 야기된 상대 위상차는 공칭 상태에 대해 이미 교정되어, 2 개의 파동은 상대 위상 변위 없이 "동 위상(in phase)"에 있는 것으로 전제된다. 따라서, 매크로픽셀의 원하는 진폭 값을 표현하기 위해 중첩될 각각의 위상 서브 픽셀에 기록되어야 하는 위상 값이 알려지게 된다.
예를 들어, 공칭 상태는 수직 입사 시에 교정되었다(도 7(a)). 디스플레이 또는 디스플레이의 조명 장치의 열팽창 또는 기계적 스트레스에 의해, 입사파와 SLM 샌드위치 사이의 작은 상대 틸트가 발생하는 경우가 발생할 수 있다. 이것은 결합될 2 개의 서브빔들 중 하나에서 추가적인 광 경로차(optical path difference)(OPD)를 진행하는 것을 초래하는데, 즉 추가적인 위상 ΔΦ = OPD * 2π/λ가 더해진다. 이러한 추가 위상은 광의 입사각(α), 중첩될 픽셀(px)의 거리 또는 피치 및 광 경로 길이에 따라 달라진다:
이해를 위해, 적용에 대해 임계적인 광 경로차 또는 광 경로 길이의 변화가 편광 민감성 구성 요소에 의해 도입되지 않고(도 7v 참조), 기하학적 틸트에 의해서만 도입된다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 주변 매질에서의 경로가 이를 위해 중요하다. 정의에 따르면 모든 입사 광 빔 및 출사 광 빔은 서로 평행하게 진행되며(동일한 매질에 의해 둘러싸인 평면-평행한 판의 특성), 모두 하나의 면(입사면에서 광축이 있는 단축 결정의 특성)에 위치한다. 따라서, 편광 민감성 구성 요소는 "블랙 박스(black box)"로 간주될 수 있는데(또한 도 11v 참조), 이는 양 서브빔이 "동 위상"이 되도록 한 번 교정된다. 따라서, 교정된 공칭 상태는 입사각이 정확히 0이 아닌 상태일 수도 있다. 이러한 하나의 상태에 대해서만 동 위상의 중첩이 발생하는 것이 중요하다. 공칭 상태로부터의 모든 상대 편차는 설명된 문제 및 이에 따라 종래 기술에 따른 기존 설계의 단점을 야기한다.
이하에서는 문제점을 설명하기 위한 수치예가 제공된다. 최대 CM = 0.924의 마이켈슨 콘트라스트에 대해 최대 ΔΦ = π/8 = 0.3927 rad의 상대적인 위상 에러가 허용되는 앞에서 도출된 기준에 따라, 광의 입사각(α)에서의 최대 허용 편차는 위의 공식에 따르면 α = arcsin{λ/(16px)}이다. λ = 532 nm의 파장에서, 이는 50 μm의 픽셀 피치에서 0.038°의 입사각에서 또는 100 μm 픽셀 피치에서 0.019°의 입사각에서 허용 가능한 변화를 발생시킨다(또한 도 12v 참조). 디스플레이 시스템의 기계적 및 열적 스트레스의 경우 이러한 좁은 허용 공차를 준수하는 것은 기술적으로 매우 복잡하거나 또는 실현 가능성이 낮다. 특히, 픽셀 피치라 함은 특히 예를 들어 수평 방향으로 인접한 2 개의 픽셀이 매크로픽셀을 형성하기 위해 결합되는 경우, 수평 픽셀 피치/픽셀 간격과 같은, 2 개의 픽셀이 매크로픽셀을 형성하기 위해 결합되는 방향으로의 평균 픽셀 크기 또는 평균 픽셀 간격을 의미하는 것으로 이해된다.
WO 2010/149583 A1에서는 빔 컴바이너 및 프런트 라이트를 갖는 반사형 광 변조기(SLM)의 결합이 또한 설명되어 있다. 여기서, 광이 두 번 빔 컴바이너를 통해, 프런트 라이트로부터 빔 컴바이너를 통해 SLM으로 통과하고, SLM의 후방 측면에서 반사된 후에 빔 컴바이너를 통해 다시 역으로 통과하는 배치가 도시되어 있다. 여기서, 구조화된 개구가 이미 경로 상에서 입사광의 편광을 2 개의 부분으로 분리시키는 것을 발생시키고, 여기서 상기 일 부분은 픽셀 쌍의 제 1 픽셀로 지향되고, 상기 제 2 부분은 픽셀 쌍의 제 2 픽셀로 지향된다. 2 개의 SLM 픽셀에 의한 변조 후에, 복귀 경로 상에서 이들 부분은 빔 콤비네이터의 출력에서 중첩된다. 이러한 배치는 또한 공칭 상태에 비해 광 빔의 기하학적 틸트의 영향을 받기 쉽게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 광의 입사각의 변화 또는 공칭 상태로부터의 편차에 대해 거의 비-민감성으로 반응하는, 빔 결합을 위한 장치 및 광의 복소수 값 변조를 위한 공간 광 변조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 광 변조기 샌드위치(SLM) 내의 전체 빔 경로가 대칭적으로 구현되어, 만일의 틸팅이 중첩될 양 서브빔 모두에 대해 균일하게 작용하여 이를 통해 상호 보상됨으로써 달성된다(도 15v 참조). 이를 위해, (본질적으로 위상 변조) SLM은 편광 민감성 구성 요소들 사이에 매립되며, 2 개의 서브빔에 의해 공간적으로 분리된 상태로 통과되는 광학 매질은 광 전파 방향으로 대칭적으로 설계되거나 또는 배치되어, 상이한 입사각에 대해 2 개의 서브빔의 광 경로 길이(OPL1 및 OPL2)의 합은 각각 일정하다.
광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 본 발명에 따른 장치는 복수의 픽셀을 포함하는 광 변조기, 바람직하게는 단축 복굴절 방식으로 형성되는 빔 분리 부품, 바람직하게는 단축 복굴절 방식으로 형성되는 빔 결합 부품, 및 빔 중첩 부품을 포함한다. 빔 분리 부품은 입사하는 광 빔이 빔 분리 부품에 의해 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리되어, 제 1 서브빔은 바람직하게는 각각 실질적으로 동일한 세기를 가지고 광 변조기의 제 1 픽셀로 전파되고 제 2 서브빔은 광 변조기의 제 2 픽셀로 전파되도록 설계되고 배치되며, 여기서 빔 결합 부품은 광 변조기의 각 픽셀과 상호 작용한 후에 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔이 결합될 수 있도록 설계되고 배치된다. 빔 분리 부품 및 빔 결합 부품은 (예를 들어, 편광 특성에 기초한) 제 1 서브빔의 광 빔 경로 및 (예를 들어, 편광 특성에 기초한) 제 2 서브빔의 광 빔 경로가 제 1 픽셀과 제 2 픽셀 사이의 중심에 대해 실질적으로 점대칭으로 형성되도록 설계되고 배치된다.
이러한 해결책은 편광 민감성 구성 요소로서 복굴절 재료를 사용하는 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 해결책의 설명된 기본 원리, 즉 분리되어 진행되는 광 경로의 대칭성은 또한 체적 격자(volume Bragg gratings) 또는 편광 격자(polarization gratings)와 같은 상이한 유형의 편광 민감성 광학 구성 요소에도 사용될 수 있다. 그러나, 편광 민감성 구성 요소의 유형에 따라 그리고 (특히 위상-변조) SLM의 요구되는 입력 편광에 따라, 필요에 따라 다른 지연기(리타더, 구조화 또는 비구조화)가 사용되거나(예를 들어, 편광 격자에 대해 1/4 판(quarter wave plate)(QWP)) 또는 개별의 층들의 시퀀스가 적응되어야 한다.
도 8에는 빔 결합 장치와 함께 공간 광 변조 장치의 예시적인 실시예가 도시되어 있고, 여기서 빔 결합 장치는 광 변조기(SLM)의 2 개의 위상 변조 서브 픽셀을 결합하기 위한 편광 민감성 구성 요소로서 적어도 하나의 복굴절 매질(단축 결정)(uniaxial crystal)을 포함한다. 한 쌍의 2 개의 위상 변조 서브 픽셀은 각각 매크로픽셀을 형성한다. 명료성을 위해, 공간 광 변조 장치의 일 부분(도 8에 있어서 좌측 및 우측으로 더 이어질 수 있음) 및 2 개의 빔 간섭의 원칙에 따라 중첩되는 단지 2 개의 인접하는 픽셀의 서브빔만이 도시되어 있다.
특히 위상 변조 광 변조기(SLM)(여기서 ECB 모드(electrically controlled birefringence)로 작동됨)는 2 개의 구조화된 반파장판(sHWP1 및 sHWP2)과 동일하게 배향된 광축을 갖는 2 개의 단축, 평면 평행한 결정판 사이에 매립된다(도 16v 참조). 먼저, 제 1 단축 결정(단축 결정(1))에 의해 2 개의 서로 직교하게 편광된 서브빔으로 빔 분리가 수행되고, 이들 서브빔은 그 후 SLM에 의해 (바람직하게는 위상이) 서로 독립적으로 변조되고, 그 다음 제 2 단축 결정(단축 결정(2))에 의해 다시 결합된다. 2 개의 서브빔은 이 경우, 장치의 출력부에 약 45°로 배치된 선형 편광기가 배열됨으로써, 간섭을 받게 된다. 이 경우, 2 개의 서브빔의 개별적인 광 경로의 영역에서 디스플레이 샌드위치 또는 단축 결정(1 및 2), SLM 및 반파장판으로 이루어진 배치는 완전히 대칭으로 구성된다. 장치의 출력부에서의 구경 조리개(블랙 마스크) 및 선형 편광기만이 SLM의 중심에 대해 점대칭이 아니다. 복굴절 단축 매질 또는 결정의 광축은 2개의 단축 매질에 대한 인터페이스에 대한 각도(θ)가 일정하게 유지되는 워크 오프(walk off) 각도(정상 빔과 이상 빔 사이의 각도)를 구현하도록 배향된다.
도 8a는 교정된 공칭 상태에서의 디스플레이 샌드위치를 도시한다. 입사광은 45°에서 선형 편광되고, 제 1 평면 평행 단축 결정판(단축 결정(1))에 입사한다. 결정판 상에 흡수체 마스크 또는 구경 조리개가 제공되어, SLM의 각각의 제 2 픽셀을 커버하여 크로스토크를 방지한다. 결정판에서 45° 편광된 광은 분리되고, 여기서 점으로 표시된 원으로 표현되는 수직 편광된 광은 단축 결정의 정상 굴절률 및 스넬의 굴절 법칙에 따라 정상 빔으로서 굴절된다. 여기에 도시되는 예에서, 단축 결정에 대한 인터페이스에 대한 수직 입사라 함은 정상 빔이 단축 결정을 통해 수직으로 통과한다는 것을 의미한다. 이중 화살표로 표현되는 수평으로 편광된 광은 이상 빔으로서 전파된다. 이상 빔의 방향은 이 경우 단축 결정의 이상 굴절률 및 결정축의 배향에 의해 발생된다. 제 1 평면 평행 결정판으로부터 출사될 때 2 개의 빔은 입력 빔에 대해 다시 평행하게 진행되지만, 그러나 상호 직각의 편광(s-pol 및 p-pol)을 갖는다. 바람직하게 위상 변조 SLM은 수직 입력 편광을 요구하기 때문에, 구조화된 반파장판(sHWP1)을 갖는 수평 편광을 갖는 서브빔은 그 편광이 90°만큼 회전되고, 수직 편광을 갖는 그러한 서브빔은 구조화된 반파장판에 의해 변경되지 않는다. 따라서, 구조화된 반파장판은 공간 구조화를 갖는 구조화된 빔 영향 부품을 나타내며, 부분적으로는 서브빔의 광학 특성을 변화시키지 않는다. SLM은 수직 편광에 의해 균일하게 통과되고, 여기서 2 개의 서브빔에는 각각의 매크로픽셀로 표현되는 값에 대응하는 상이한 또는 사전 설정 가능한 (원하는) 위상 지연이 스탬핑될 수 있다(또한 도 3v 참조). 이어서, 제 1 결정판의 정상 빔은 추가의 구조화된 반파장판(sHWP2)을 통해 90°만큼 수평 편광으로 회전되어, 다음의 제 2 결정판(단축 결정(2))에서 이상 광으로서 전파된다. 제 1 결정판(단축 결정(1))의 이상 빔은 이미 제 1 반파장판(sHWP1)에 의해 그 편광이 회전되고, 편광 방향의 변화 없이 제 2 반파장판(sHWP2)을 통과한다. 따라서, 이러한 빔은 제 2 결정판(단축 결정(2))에서 정상 빔으로서 전파된다. 2 개의 서브빔은 제 2 결정판의 출력부에서 다시 결합되고, 다시 입력 빔에 대해 평행하게 진행된다. 이들은 하류에 연결되는 45° 선형 편광기를 통해 간섭이 이루어진다. 매크로픽셀의 진폭은 2 개의 위상 변조 서브 픽셀의 2 개의 빔 간섭에 의해 설정된다. 매크로픽셀의 위상 값은 SLM의 개별 매크로픽셀 사이의 상대 위상차에 의해 구현된다. 이러한 원리는 "이중 위상 홀로그램 표현"으로 알려져 있으며, 도 3v를 참조하도록 한다.
본 발명에 따른 해결책의 작용 방식은 이제 도 8b를 참조하여 설명될 것이고, 여기서 입력 빔은 각도(α)만큼 기울어져 이에 따라 교정된 공칭 상태로부터 벗어난 상태로 SLM에 입사된다. 서브빔은 정상 및 이상 빔으로서 제 1 결정판을 통해 전파되고, 다시 입사 빔에 대해 평행하게 결정판으로부터 출사된다. 정상 빔의 방향은 단축 결정의 정상 굴절률 및 스넬의 굴절 법칙에 따라 형성되고, 이상 빔의 방향은 단축 결정의 이상 굴절률 및 결정축의 배향으로부터 형성된다. 기하학적 틸트를 통해, 이제 서브빔(1)에서 제 1 결정판의 출구에서 추가적인 상대 위상 지연(Δ
Figure pct00008
1 = k·OPD1)이 발생되며(k = |k| = 2π/λ - 파 개수; OPD - 광 경로차(광 경로 길이차 또는 경로차), 여기서 OPD = δ·sin(α)로부터 광 경로 차가 형성된다(δ - 2 개의 서브빔 사이의 거리). 추가의 결정판(2)으로의 입사 시에는 반대의 상황이 발생한다. 여기서, 서브빔(2)은 Δ
Figure pct00009
2 = k·OPD2의 추가적인 상대 위상 지연을 겪게 된다. 개별적으로 연장되는 빔 경로에서의 모든 구성 요소들의 대칭 설계에서, 2 개의 광 경로차(OPD1 및 OPD2)는 유리하게는 서로 상쇄되어, Δ
Figure pct00010
2 - Δ
Figure pct00011
1 = 0이 된다.
문제를 설명하기 위해 도 8은 개별 구성 요소 사이에 공기층이 있고 모든 구성 요소가 기판 유리 없이 사용되는 것처럼 도시되어 있다. 그러나, 제안된 해결책에 따른 복소수 값 변조기의 경우, 모든 구성 요소는 공기층이 없이 서로에 대해 또한 적층, 예를 들어 함께 접착될 수 있고, 기판 유리 상에 적층된다. 그러나, 대칭 빔 경로가 제공되는 경우, 매칭된 빔 경로 OPD1 = OPD2의 제안된 원리는 이러한 경우에도 효과적이다. 이 경우 동일한 연결 재료, 예를 들면 접착제 또는 동일한 유리 재료가 기판으로서 사용된다는 점을 주목해야 한다. 일반적으로 말하자면, 주변 광학 매질은 2 개의 서브빔의 광 경로 길이( OPL1 및 OPL2)의 합이 상이한 입사각에 대해 각각 일정하도록 대칭적으로 설계되어야 한다.
추가의 유리한 실시예 또는 특징:
· 평면 내 LC 변조를 기반으로 하는 SLM의 경우, 제안된 해결책도 동일하게 적용될 수 있다(도 9 또는 도 17v 참조). 평면 내 변조를 갖는 LC 모드의 예는 HAN-LC-Mode(hybrid aligned nematic liquid crystal mode)(하이브리드 정렬 네마틱 액정 모드)로서 설명된다. 다른 예로 CIPR(continuous in-plane rotation)(연속적인 평면 내 회전)이 있다. 전기장에서 LC 분자의 평면 내 회전이 평면 외 회전에 비해 우세한 스멕틱 LC 모드가 또한 평면 내 모드로 간주될 수 있다. 또한 콜레스테릭 LC 모드(ULH)(uniform lying helix)(균일한 헬릭스)는 평면 내 방식으로 간주될 수 있다. 평면 내라 함은 여기에서 사용되는 문맥에서 전기장에서의 액정의 광축의 회전 방향을 의미하며, 여기서 필드 자체는 예를 들어 또한 LC 층에 수직인 ULH에서 인가될 수 있다. 그러나, 평면 내 변조에 대해, 편광 선택성 분리(PSC1- 단축 결정(1))와 결합(PSC2- 단축 결정(2)) 사이의 광학 구성 요소의 시퀀스는 다음과 같이 선택되어야 하는데, 평면 내 모드는 원형 입력 편광을 필요로 하기 때문이다: 45°로 배치된 비-구조화된 1/4 파장판(QWP1); SLM(in-plane LC-mode)(평면 내 LC 모드); -45°로 배치된 비-구조화된 1/4 파장판(QWP2). 이러한 구성에서, 위에서 설명한 평면 내 LC 모드(HAN, CIPR, 스멕틱, ULH)에서 위상 변위는 우측 또는 좌측 원형 편광된 광에 대해 부호가 반전된다는 것을 유의해야 한다. 그러나, 이는 홀로그램 값의 계산 또는 표현에서 고려될 수 있으며, SLM 그 자체의 제어에는 영향을 미치지 않는다. 사용된 1/4 파장판(QWPs)은 구조화되지 않는 것이 유리하다.
· 단축 광학 매질의 정상 광 빔과 이상 빔 사이의 최대 각도(워크 오프 각도)는 매질의 광축의 위치, 정상 빔의 k- 벡터의 방향 그리고 굴절률(no, ne)에 의해 결정된다. 예를 들어, 광학 매질이 방해석인 경우 수직 광 입사에 대해 532 nm의 파장에 대한 지수를 사용하면 θ = 48.2°의 값이 형성된다. 추가의 대칭(제조, 사용)의 이유로 여기서는, 광축을 약 45°로 배치하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 결정판의 연삭 및 연마 공정에 의해 구현될 수 있다. 이를 통해 동일한 빔 오프셋을 보장하기 위해 다소 두꺼운 판이 필요할지라도, 설치 또는 제조 과정에서 배향이 반대로 될 위험은 최소화된다.
· 편광 분리 및 결합은 또한 다른 편광 민감성 광학 구성 요소를 사용하여 수행될 수도 있다. 유리한 예는 예를 들어 편광 선택도 외에도 높은 회절 효율(이상적으로는 100 %)을 특징으로 하는 체적 격자 또는 편광 격자가 있다. 여기서 파장마다 각각 분리 요소(결정판(1)) 및 결합 요소(결정판(2)) 당 2 개의 격자가 제공되어야 한다는 점에 유의해야 한다.
· 또 다른 장점은 종래의 간단한 실시예에서와 같이, 파면의 2 개의 인접한 부분이 2 개의 빔 간섭을 일으키지 않고, 파면의 제 1 부분이 먼저 분리되고 그 후 변조되고 최종적으로 다시 결합되는 것으로부터 발생된다. 따라서, 입력 파면의 작은 측 방향 파면 에러는 종래의 간단한 실시예에서와 같이 출력 파면에서의 진폭 에러에 기여하지 않는다. 2 개의 부분 파에서 독립적으로 발생하는 SLM에 의한 변조와는 별도로, 종래의 간단한 방법은 측 방향 전단 간섭 원리(측 방향 변위된 동일한 파면을 갖는 파면의 중첩)에 따라 작동하지만, 본 제안된 방법은 마하 젠더(Mach-Zehnder) 간섭 원리(파면의 분리 및 재결합)에 따라 작동하며, 그 양 아암은 균형을 이룬다(즉, 양 부분 아암에서 광 경로 길이는 동일한).
부록 1
이하에서는 부록의 표현 또는 도면에 대한 설명이 제공되며, 여기서 그 넘버링은 v가 기재됨으로써 표시된다.
도 1v는 종래 기술에 따른 빔 컴바이너를 갖는 배치를 우측의 상부에서 측면도로 그리고 하부에서 공간도로 개략적으로 도시한다.
동일한 선형 편광의 광 빔은 위상 변조 광 변조기(위상 한정(Phase-only) SLM)의 2 개의 픽셀을 통과하고, 그 후 2 개의 픽셀 중 하나로부터 오는 광의 편광을 변화시키고 제 2 픽셀로부터 오는 광의 편광은 변화시키지 않을 수 있는 구조화된 반파장판을 통과한다. 편광 선택성 구성 요소, 예를 들어 복굴절 층은 픽셀(1)로부터 오는 광에 의해 직선으로 또는 굴절되지 않고 통과되고, 여기서 픽셀(2)로부터 오는 광은 편광 선택성 구성 요소를 일정 각도 하에 통과한다. 편광 선택성 구성 요소의 출력부에서, 양 픽셀로부터의 광은 동일한 위치에서 그리고 서로 평행하게 이에 따라 결합된 상태로 출사된다.
2 개의 픽셀의 편광 방향에 대해 플러스 또는 마이너스 45° 하에 배치된 선형 편광기는 광을 투과시키고(예를 들면, 45 도 편광기 및 픽셀로부터의 광의 0 도 및 90 도 편광 방향), 여기서 투과된 세기는 SLM 상에서의 위상 변조에 의해 조정될 수 있는 양 픽셀의 상대 위상에 의존한다. 두 픽셀 모두로부터 편광기에 도달하는 광이 동일한 위상을 가지면, 최대 투과가 발생한다. 광이 π만큼 변위된 위상을 갖는다면, 최소 전송이 발생한다.
양 픽셀의 평균 위상 변조와 함께, 배치는 광의 복소수 값 변조에 사용될 수 있다. 많은 픽셀 쌍을 갖는 광 변조기는 각각의 픽셀 쌍에 대해 각각 진폭 및 위상 값을 생성한다.
이것은 홀로그래픽 3D 장면을 인코딩하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이하에서는, 설명을 위해 광 변조기 상의 2D 이미지의 표현에 대한 예도 또한 기술될 것이다.
도 2v는 도 1v에서 설명된 배치에 의해 구현되는 광 변조기 상의 2D 이미지의 세기의 결과를 나타낸다. 표현된 이미지의 각 화소의 세기는 광 변조기의 2 개의 픽셀의 변조된 위상의 차이에 의해 조정되고, 양 픽셀의 광은 도 1v에서 설명된 바와 같이 빔 컴바이너의 출력부에서 결합된다. 편광기를 통해 볼 수 있는 세기 이미지는 여기서 적당한 콘트라스트를 갖는 노이즈가 있는 그레이 레벨 프로파일을 갖는다.
추가의 실험적 연구는 도 1v에 따른 종래 기술에 따른 배치가 또한 기계적 스트레스에 민감하게 반응한다는 것을 나타낸다. 예를 들어 도 1v의 빔 컴바이너 배치가 사용되는 프레임의 기계적 벤딩에 의해, 표현된 2D 장면의 추가의 콘트라스트 손실 또는 심지어 반전이 발생할 수 있다.
도 3v는 위상 값(φ1 및 φ2)이 기록된 광 변조기의 2 개의 인접한 픽셀의 배치를 우측에서 하부에 개략적으로 도시한다. 매크로픽셀, 즉 이러한 경우 빔 컴바이너에 따라 결합된 두 픽셀의 광의 진폭은 다음으로 형성된다.
Figure pct00012
편광기가 통과하는 세기는 이러한 진폭의 제곱에 비례한다.
Figure pct00013
양 픽셀의 위상차의 함수로서의 진폭 및 세기의 변조는 본질적으로 2 개의 빔 간섭에 대응한다.
따라서, 변조된 세기(I)는 또한, 양 픽셀의 위상차가 에러(Δφ)를 갖는 경우 원하는 값으로부터 벗어난다.
결과는 2 개의 빔 간섭에 대한 알려진 방정식이다.
Figure pct00014
여기서, A1 = A2 = 0.5이다.
도 4v는 좌측에 진폭 및 세기를 Δφ의 함수로 그래프로 표시한 것이다.
우측에는 마이켈슨 콘트라스트가 도시되어 있다
Figure pct00015
원하는 위상 값이 설정될 수 있으면, Imax = 1 및 Imin = 0이다. 그러나, 위상 변조의 에러가 존재하면, Imax는 감소되고, Imin는 증가되기 때문에, 콘트라스트가 감소된다.
도 5v는 2D 이미지의 세기 변조에 대한 위상 에러의 영향을 그래픽으로 도시한다.
좌측 상단에서, 에러 없는 이미지의 표현이 도시되며, 여기서 화소에 대한 각 픽셀 쌍은 원하는 위상(φ1 및 φ2)을 변조한다.
그 결과, 위상차(φ1-φ2)에 증가하는 에러(Δφ)가 더해지고, 세기 이미지에 대한 영향이 표현된다.
Δφ = π/8의 에러는 마이켈슨 콘트라스트(CM)가 1로부터 0.924로 감소되게 한다.
Δφ의 에러가 증가하면 우선 콘트라스트가 감소되고, 이어서 에러가 더 증가하면 표현된 이미지의 반전이 발생된다.
이러한 관계를 기반으로 하여, 최대 허용 가능한 위상 에러가 Δφ <= π/8이라는 것이 결정되었다. 이러한 에러가 발생하면 표현된 이미지도 또한 이미 가시적인 변화를 갖게 된다. 그러나, 이들은 주관적으로 여전히 허용될 수 있는 것으로 평가된다. 이러한 허용 가능한 위상 에러의 결정은 언급된 바와 같이 주관적인 기준이다. 또한 허용 가능한 에러에 대해 다른 제한을 설정할 수도 있다.
도 6v는 굴절률(n0 및 ne)을 갖는 단축 복굴절 매질에서 정상 및 비정상 빔의 광 전파를 도시하며, 여기서 복굴절 매질은 동일한 등방성 매질에 의해 양 측면에서 둘러싸여 있으며, 이러한 등방성 매질은 굴절률(n)을 갖는다.
특히 입사하는 광 빔이 복굴절 매질에 대한 인터페이스에 대해 비스듬하게 입사할 때, 등방성 및 단축 복굴절 매질 사이의 광 굴절이 또한 고려된다.
복굴절 매질로부터 나오는 광 빔(정상 및 비정상 빔)은 서로 평행하게 진행하지만 그러나 오프셋되어 있다.
지점(O)(복굴절 매질로의 입사)과 지점(P', P")(복굴절 매질로부터 2 개의 빔의 출사) 사이의 정상 빔의 광 경로(OPL0) 및 비정상 빔의 광 경로(OPLe)에 대한 방정식이 주어진다:
Figure pct00016
및
Figure pct00017
이러한 방정식은 공개 문헌 베이라스 등(Veiras et al.), Appl. Opt. 2010, 페이지 2769 내지 2777로부터 알 수 있다.
이 경우, α는 등방성 매질에서 복굴절 매질로 입사하는 법선에 대한 입사 빔의 입사각이다. L은 복굴절 매질의 두께이다. θ는 복굴절 매질의 광축이 그 표면에 대해 갖는 각도이고, δ는 입사면과, 인터페이스로의 광축의 투영 사이의 각도이다.
도 7v는 광이 직각이 아니라 0 내지 0.5 도 사이의 작은 각도(α)로 복굴절 재료 상에 입사할 때, 복굴절 매질 내부에서 정상 빔 및 비정상 빔에 대한 광 경로가 어떻게 변하는지에 대한 계산 결과를 그래프 표시로 도시한다.
이러한 계산은 실험 셋업 적용에서 본원의 청구항 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 빔 컴바이너 및 빔 결합기 또는 빔 스플리터로서 사용되는 바와 같이 방해석 판에 대해 수행된다.
이러한 경우에 주변 매질은 n = 1인 공기이다. 방해석 판은 n0 = 1.663145 및 ne = 1.488541을 갖는다. 방해석 판의 두께는 약 756 마이크로미터이다. 광축과 인터페이스 사이의 각도는 약 48.2°이다. 계산은 532 nm의 광의 파장에 대해 수행된다.
계산에서 알 수 있는 바와 같이, 정상 빔의 광 경로 길이(OPL0)는 α가 증가함에 따라 증가하고, 비정상 빔의 광 경로 길이(OPLe)는 α가 증가함에 따라 감소한다.
각도 α가 0 도로부터 0.5 도로 변화하면, 이는 48 nm의 정상 및 비정상 빔의 광 경로차 OPD = OPL0 - OPLe의 변화로 이어진다. 이는 532 nm에 대해 약 0.09λ이다. 이것은 0.18π의 위상차에 해당한다.
0.5 도의 각도 변화에서 복굴절 층 내부의 광 경로의 변화는 이미 표현된 세기 이미지에 영향을 미치는데, 왜냐하면 이는 이미 π/8보다 크지만, 그러나 다른 한편으로는 그럼에도 불구하고 여전히 비교적 작기 때문인데, 즉 적은 조정 변화에 대한 본 배치의 실험적으로 발견된 강한 민감성을 설명하지 못하기 때문이다.
도 8v는 이제 단축 복굴절 매질 및 주변 등방성 매질에서의 전체 경로차를 고려하는 추가 고려 사항을 도시한다. 도 6v를 참조하면, 따라서 O와 P' 또는 P" 사이의 광 경로가 아니라, O와 Q' 또는 Q" 사이의 광 경로가 계산된다.
입사각(α)의 함수로서 정상 빔과 비정상 빔 사이의 전체 위상차에 대해, 공식이 주어진다:
Figure pct00018
여기서 다시 α는 등방성 매질에서 복굴절 매질에 입사하는 법선에 대한 입사 빔의 입사각이다. L은 복굴절 매질의 두께이다. θ는 복굴절 매질의 광축이 그 표면에 대해 갖는 각도이고, δ는 입사면과 인터페이스로의 광축의 투영 사이의 각도이다. 또한, 다시 n0 및 ne는 복굴절 재료의 굴절률이고, n은 주변의 등방성 재료의 굴절률이다. λν는 광의 파장이다.
도 9v는 약 756 마이크로미터의 두께의 방해석 판에 대해 다시 계산된 입사각(α)뿐만 아니라 또한 각도(δ)의 함수로서의 절대 위상차(Δφ)의 계산을 도시한다.
α = 0°, 즉 수직 입사 및 δ = 0°인 공칭 상태에 대해, Δφ = 757.7 rad의 정상 빔과 비정상 빔 사이의 위상차가 형성된다.
예를 들어 각도(α)가 0 도로부터 0.5 도로 변하고 δ = 0°로 유지되는 경우, 위상차는 Δφ = 766 rad로 증가한다.
또한, 각도(δ)가 변화하면, 이것은 또한 Δφ에 영향을 주게 되어, 더 커질수록, α가 더 커진다.
도 10v는 Δφ 모듈로 2π의 변화를 도시한다. α = 0°, 즉 수직 입사 및 δ = 0°인 참조는 이제 0으로 설정된다. α의 변화에 따라, δ = 0°가 유지되면, α = 0에 비해 각도 α = 0.181 도조차도 Δφ를 π만큼 변화시키는 것이 발생하게 된다.
도 11v는 "블랙 박스(black-box)" 모델의 형태로 Δφ의 각도 의존적 변화에 대한 영향의 분석을 도시한다.
빔 결합기 또는 빔 컴바이너, 또는 이러한 경우에 "빔 스플리터" 또는 빔 분리기와 반대 방향으로 통과하는 것은 "블랙 박스"로 간주되며, 주변 매질에서의 위상 변화만이 고려된다.
공칭 상태 ― 즉, 수직 입사 ― 에서 이 경우, 위상 변조의 오프셋을 2 개의 위상 픽셀 중 하나에 더함으로써, 빔 컴바이너의 교정을 수행하여, 두 픽셀이 모두 "동 위상"이 된다. 이와 같이 교정된 빔 컴바이너는 원하는 진폭 변조를 제공할 것이다.
그러나, 입사각(α)이 0.181 도만큼 변화하면, 이에 따라 콘트라스트의 반전을 위한 위상차(Δφ)의 π만큼의 변화가 이미 발생하게 된다. 이러한 계산은 84 마이크로미터의 광 변조기의 픽셀 피치에 대해 수행되고, 이에 대해 756 마이크로미터의 방해석 판의 필요한 두께가 형성된다.
광 변조기 및 빔 컴바이너를 갖는 배치가 일단 교정되면, 복굴절 층에 대한 광원의 틸트는 콘트라스트 반전을 발생시킨다. 따라서, 본 배치는 입사광의 틸트에 대해 매우 적은 허용 공차를 갖는다.
도 12v는 광 변조기의 픽셀 피치의 함수로서 허용 가능한 각도 변화(Δα)의 의존성을 도시한다.
출발점은 π/8의 허용 가능한 Δφmax이다. 이로부터 허용 가능한 광 경로차가 형성된다.
Figure pct00019
532 nm의 파장에 대한 계산이 주어진다.
Figure pct00020
84 마이크로미터의 픽셀 피치에 대해, Δα의 허용 가능한 값은 약 0.02 도의 범위 내에 있다. 작은 픽셀 피치의 경우, 값이 약간 증가하고, 20 마이크로미터 피치에서는 0.1 도에 접근한다.
이러한 각도 범위에서, 조명 파면은 진폭 변조의 원하지 않는 변화를 회피하기 위해 복굴절 층에 대해 안정되게 유지되어야 한다.
마지막으로, 위에서 설명한 실시예는 단지 청구된 교시를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 이러한 예시적인 실시예에 국한되는 것은 아니라는 것이 특히 언급되어야 한다. 이 경우, 기재된 모든 예시적인 실시예 및/또는 개개의 특징은 ― 가능한 한 ― 본 문헌에 개시되어 있는 본 발명에 따른 교시에 대한 지식을 가진 당업자에 의해 서로 결합될 수 있다.
부록 II
이하에서는 부록 Ⅱ의 표현 또는 도면에 대한 설명이 제공되며, 여기서 그 넘버링은 v가 기재됨으로써 표시된다. 이하에서는, 반사형 배치로 작동되는 광 변조기에 관한 다른 양태가 설명될 것이다. 이러한 양태는 한편으로는 위에서 설명한 양태들과는 독립적으로 구현될 수 있지만, 그러나 다른 한편으로는 또한 위에서 설명한 개념들과 함께 사용될 수 있는데, 즉 특히 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔들을 결합하기 위한 장치와 관련하여 사용될 수 있고, 그리고/또는 부록 I에 따른 광 빔들을 결합하기 위한 장치에 대한 광의 입사각의 변화에 대한 민감성와 관련하여 사용될 수 있다.
다음의 도면은 우선 반사형 공간 광 변조기(SLM)에서의 LC 변조, 예를 들어 LCoS에 대한 구성을 개략적으로 설명한다. 여기서 반사형 공간 광 변조기(SLM)의 구성의 세 가지 유형이 도면에 설명되어 있는데, 즉:
(a): 평면 내 변조를 갖는 LC 모드를 갖는 광 변조기에서의 위상 변를 위한조 장치;
(b): 180 도까지의 회전 각도에 대한 평면 내 변조를 갖는 LC 모드를 갖는 광 변조기에서의 위상 변조를 위한 장치;
(c): "평면 외" 변조를 갖는 LC 모드를 갖는 광 변조기에서의 위상 변조를 위한 장치.
도 19v는 "평면 외" LC 모드, 이러한 예에서는 ECB(electrically controlled birefringence)(전기적으로 제어된 복굴절)을 갖는 액정(LC)에 의한 위상 변조에 기초한 광 변조기(SLM)를 갖는 종래 기술에 따른 구성을 도시한다. 선형 편광을 갖는 광은 LC 층을 통과하고, 그 후 거울(Mirror) 상에서 반사되고, 광 변조기(SLM)의 LC 층을 반대 방향으로 통과한다. 스위칭 오프된 상태에서 LC 층은 두께(d) 및 복굴절(Δη)을 갖고, 이들의 생성물은 반파장판(λ/2 층)에 대응한다. 이것은 d * Δη = λ/2에 대응하고, 이중 패스에서 이 경우 2 * d * Δη = λ이다.
LC 분자의 방향이 입사 편광 방향에 대해 평행하다면, 광의 편광은 LC 층을 통과할 때 회전되지 않는다. 그러나 LC 층에 전압을 인가함으로써, 유효 Δη이 감소됨에 의해, 광 경로가 변화된다. 이러한 광 경로의 변화는 광의 위상 변조에 사용된다.
도 20v은 LCoS에서의 이러한 종래 기술에 따른 그러한 배치의 구성을 개략적으로 도시한다. LCoS는 백 플레인 및 픽셀 매트릭스를 포함한다. 픽셀 전극 자체는 일반적으로 반사형으로 설계되어, 거울과 전극이 동일한 층에서 구동되도록 결합된다. LCoS는 ITO(인듐 주석 산화물)로 이루어진 투명 전극(E)을 갖는 커버 유리(DG)를 더 포함한다. 또한, LCoS는, 예를 들어 폴리이미드(PI)로 이루어지거나 또는 선택적으로 또한 무기 재료, 예를 들어 SI02로 이루어지는 LC 분자의 배향을 위한 배향 층을 포함한다.
홀로그래픽 디스플레이에 대한 위상 변조 LCoS의 사용에서의 한계는 예를 들어 ECB 모드와 같은 특정 LC 모드의 느린 스위칭 시간, 특히 수동 스위칭 오프 시간이다.
스위칭 시간을 향상시키기 위한 한 가지 방법은 양 스위칭 동작을 능동적으로 작동시키는 것인데, 평면 외 필드에 의해 스위칭 온을 작동시키고 평면 내 필드에 의해 스위칭 오프를 작동시키는 것이다.
도 21v 및 도 22v는 LCoS의 전극을 수정하여 평면 내 필드에 의해 이러한 능동적 스위칭 오프를 가능하게 하는 방법을 도시한다.
도 21v는 커버 유리(DG) 상의 평면 ITO 전극(E)이 미세하게 구조화된 전극(LE)으로 대체된 배치를 나타낸다.
도 22v는 그 대신에 커버 유리(DG)에 또한 평면 전극(tE), 그러나 그 위에 절연 층(I) 및 그 위에 추가적인 라인 전극(LE)이 사용되는 배치를 도시한다. 평면 외 필드를 인가하기 위해, 라인 전극과 평면 ITO 전극(E)은 동일한 전압으로 구동되고, 여기서 그러나 이러한 전압 값은 픽셀 전극에 인가되는 전압과는 다르다. 능동 스위칭 오프를 위해, 라인 전극과 평면 ITO 전극은 상이한 전압 값으로 구동되어, 평면 내 부분을 갖는 필드 분포가 생성된다.
도 23v 및 도 24v는 평면 내 필드를 통해 구동되는 예를 들어 IPS 또는 HAN과 같은 평면 내 LC 모드에서 전극 및 거울을 사용하기 위한 방법을 도시한다. 이러한 LC 모드는 일반적으로 투명 디스플레이에서만 사용되지만, 그러나 반사형 LCoS에서는 사용되지 않는다.
LC의 변조는 2 개의 전극 사이의 평면 내 필드에서 행해지므로, LCoS에서 통상적인 전극 및 거울의 결합은 단일 층에서 사용될 수 없다. 전극들 사이의 금속성 거울 층은 불필요한 단락을 일으킬 수 있다.
따라서, 도 23v에서는 전극들(E) 위에 반사성 유전체 층 스택(DE)을 사용하는 것이 제안된다. 홀로그래픽 디스플레이에서 레이저에 의한 작동을 위해, 유전체 층 스택(DE)은 사용된 레이저 파장에서 높은 반사율로 최적화될 수 있다.
그러나, 전극(E)과 LC 층 사이의 층 스택은 전극(E)에 동일한 전압이 인가되는 경우 광 변조기(SLM)의 LC 층 내부에서의 필드의 강도가 유전체 층(DE)이 없는 구성과 비교하여 감소되는 것을 발생시킨다.
따라서, 도 24v는 더 두꺼운 전극들(E) 및 그 위는 아닌 전극들(E) 사이에서만 반사성 유전체 층 스택(DE)을 갖는 배치를 도시한다. 따라서, 이는 LC 층에서의 원하는 평면 내 필드와 조합되어 유전체 층 스택(DE)에서 원하는 반사를 발생시킨다.
도 25v는 종래 기술에 따른 평면 내 변조를 갖는 LC 모드에서의 위상 변조를 위한 배치를 개략적으로 도시한다. 선형 편광을 갖는 입사광은 우선 그 광축이 입사 편광 방향에 대해 45°로 배향된 1/4 파장판(QWP)을 통과한다. 그 후, 광은 반파장판의 광학 두께에 상응하는 광학 두께를 갖는 LC 층을 통과하고, 그 후 제 1 1/4 파장판(QWP)에 대해 평행한 광축을 갖는 또 다른 1/4 파장판(QWP)을 통과한다. 2 개의 1/4 파장판(QWP)은 예를 들어 무색의 1/4 파장판으로 형성될 수 있다. 그 후 광은 거울로 반사되고, 복귀 경로에서 반대 시퀀스로 각각의 층을 통과한다. 이로부터 다시 입사광과 동일한 편광 방향을 갖는 선형 편광된 광이 오게 된다. LC 층을 제어함으로써 액정의 광축의 평면 내 회전이 발생한다. 이러한 회전은 위상 변조를 발생시키는데, 이 위상 변조는 경로뿐만 아니라 복귀 경로에서도 각각 회전 각도의 두 배에 대응한다. 전반적으로 위상 변조는 이러한 구성에서 회전 각도의 4 배가 합산된다. 플러스 마이너스 45 도(±π/4)의 평면 내 회전이 ±π의 위상 변조를 달성하기에 충분하다.
도 26v는 도 24v에서와 같이 전극(E) 및 유전체 거울(DE)을 갖는 LCoS에서 도 25v에 도시된 개략적인 배치에 따라 평면 내 LC 모드에 기초한 위상 변조를 위한 가능한 구현예를 도시한다.
도 27v는 종래 기술에 따른 평면 내 변조를 갖는 LC 모드에서 (도 25v와 비교하여) 상이한 위상 변조를 위한 배치를 개략적으로 도시한다. 선형 편광을 갖는 입사하는 광은 우선 입사 편광 방향에 대해 45°로 배향되는 광축을 갖는 1/4 파장판(QWP)을 다시 통과한다. 그 후 광은 1/4 파장판의 광학 두께와 대응하는 광학 두께를 갖는 LC 층을 통과한다. 그 후 광은 거울로 반사되어, 반대 방향으로 2 개의 층을 통과한다. LC 층을 제어함으로써 액정의 광축의 평면 내 회전이 발생된다. 이러한 회전은 위상 변조를 발생시킨다. 이러한 경우 전체 위상 변조(경로 및 복귀 경로 함께)는 회전 각도의 두 배에 대응한다.
따라서 ±π의 위상 변조를 달성하기 위해서는, LC의 광축을 ±90 도(±π/2)만큼 회전시키는 것이 필요하다.
도 28v는 도 24v에서와 같이 전극(E) 및 유전체 거울(DE)을 갖는 LCoS에서 도 27v에 도시된 개략적인 배치에 따라 평면 내 LC 모드에 기초한 위상 변조를 위한 가능한 구현예를 도시한다. 이러한 구성은 LCoS에서, LC 층과 LCoS 후방 측면 사이에 추가적인 1/4 파장판이 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 회전 각도에 대한 요구 사항은 ±90의 범위에서 제어될 수 있다는 것이다.
앞서 설명된 평면 내 모드 및 평면 외 모드 모두에 대한 위상 변조 LCoS에 대한 구성은 모두, 입사 편광이 변화되지 않고 입사광이 갖는 것과 동일한 선형 편광의 광이 다시 LCoS로부터 나온다는 특성을 갖는다.
복굴절 층 또는 빔 분리 또는 빔 결합을 위한 다른 편광 선택성 구성 요소를 포함하는, 특히 본원의 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 따른, 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 있어서, 인접한 2 개의 픽셀로부터의 광은 상이한 편광과 결합되는 것이 필요하다. 다른 한편으로는, LC 층 자체는 종종 위상을 원하는 대로 변조하기 위해 특정 입사 편광을 필요로 한다.
도 29v는 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 본원의 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치와 관련되는 위상 변조 광 변조기에 대한 문제점을 설명한다.
다음의 도면들은 인접하는 픽셀에서 반사되는 광의 원하는 상이한 편광을 달성하기 위한 다양한 실시예를 도시한다. 이들 구성이 적합하다면, 본원의 청구항 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른, 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치 및/또는 2 차원 및/또는 3 차원 이미지 콘텐츠 및/또는 동영상을 표현하기 위한 장치는 본원의 청구항 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치와 통합될 수 있다.
도 30v는 평면 내 변조 LC 모드에 대해 인접한 픽셀들에 대해 상이한 편광을 생성하는 배치를 개략적으로 도시한다. 이러한 배치는 입력 측에서 구조화된 편광기(sP)를 포함하여, 상이한 픽셀에 대한 입사광에 대해 수평 또는 수직 편광만이 변조기 내로 들어간다. 예를 들어, 변조기는 45 도 선형 편광된 광으로 조명될 수 있고, 따라서 수직뿐만 아니라 또한 수평의 성분도 포함한다. 각각의 경우에 구조화된 편광기(sP)는 입사광의 적절하게 편광된 부분을 통과시킨다. 45 도의 빠른 축을 갖는 1/4 파장판(nsQWP)은 이 경우 입사광을 원형 편광된 광으로 각각 변환시키고, 여기서 그러나 원형 편광의 방향성은 인접하는 픽셀들에 대해 상이하다. 따라서, 인접한 픽셀들에 대해, 교대하는 우측 원형 및 좌측 원형 편광된 광이 생성된다.
그 후 광은 1/4 파장판의 광학 두께와 대응하는 광학 두께를 갖는 광 변조기(SLM)의 LC 층을 통과하고, 거울에 입사하여, 이미 언급된 요소들을 통해 역으로 이동한다. LC 분자의 평면 내 회전에서, 위상 변조는 회전 각의 두 배에 비례하며, 여기서 그러나 위상 변조의 부호는 좌측 원형 및 우측 원형 광에 대해 상이하다. 본 발명에 따르면, 이것은, 예를 들어 적당한 전압을 인가함으로써 짝수 픽셀 열에 기록될 동일한 위상 값에 대해 양의 회전 각도가 생성되고 그리고 홀수 픽셀 열에는 LC 분자의 음의 회전 각도가 생성됨으로써, 위상 값을 광 변조기에 기록할 때 고려된다.
특히 작은 픽셀의 경우, 구조화된 편광기와 LC 층 사이의 광 전파에 대한 회절 효과의 영향은 작게 유지되어야 한다. 이를 위해 구조화된 편광기와 LC 층 사이의 거리를 최소화하는 것이 유용한다.
그러므로 유리하게는 1/4 파장판뿐만 아니라 구조화된 편광기도 "인-셀(in-cell)", 즉 커버 유리의 내부 측면(도 30v에 도시되지 않음)에서, LC 층에 가깝게 배치된다.
외부 측면에 구조화된 편광기를 갖는 이러한 배치는, 위상 변조가 우측 원형뿐만 아니라 좌측 원형 편광된 광에 대해서도 수행되기 때문에, 평면 내 변조 LC에 유용한다.
이와 비교하여, 선형 편광에 대해 평면 외 변조 LC에 대해 위상 변조가 수행되지만, 그러나 예를 들어 스위칭 오프 상태에 있는 LC 분자의 배향에 대해 평행한 ECB 모드와 같은 특정 편광 방향에 대해서만 수행된다(즉, 예를 들어 PI 층의 기계적 마찰에 의해 LC의 배향시 마찰 방향에 대해 평행함).
구조화된 편광기를 갖는 평면 외 변조 LC의 배치에서는 따라서 각각의 제 2 픽셀만이 대체로 위상을 변조하게 하고, 다른 픽셀의 경우에는 위상은 픽셀의 구동과 무관하게 일정하게 될 수 있다. 이러한 관계는 도 31v에 기술되어 있다.
도 32v는 이러한 문제에 대한 해결책을 보여준다. 도시된 것은 도 30v에서와 같이 구조화된 편광기(sP)를 갖는 배치이다. 이 경우 상이한 선형 편광된 광은 그 두께가 바람직하게는 λ/2 층에 대응하는 광 변조기(SLM)의 LC 층의 픽셀을 통해 통과된다. 그러나 추가적으로, LC 층은 LC 분자의 픽셀 단위의 구조화된 배향을 갖는다. LC 분자의 배향은 각 픽셀의 정방에서 구조화된 편광기(sP)의 통과 방향과 평행하다. 이러한 배향은 예를 들어 광 변조기(SLM)의 제조 시에 적합한 마스크를 사용하는 상태에서의 포토 정렬에 의해 수행될 수 있다. 분자의 적절한 배향으로 인해, LC 분자의 평면 외 변조에서 각 픽셀에서 위상 변조가 발생한다. 그러나, LC의 구조화된 배향을 필요로 하는 그러한 배치는 비용이 많이 든다.
따라서, 다른 가능성이 도 33v에 따라 제안되는데, 즉 구조화된 편광기(sP)를 갖는 평면 외 변조 LC를 사용하는 것이다. 구조화된 편광기(sP)와 광 변조기(SLM)의 LC 층 사이에는, 이를 위해 구조화된 반파장판(HWP)이 배치된다. 각각의 제 2 픽셀에 대해서는, 구조화된 반파장판(HWP)은 편광을 90도 회전시킨다. 이를 통해, 구조화된 편광기(sP)를 통과한 후 그리고 구조화된 반파장판(HWP)의 전방에서 우선 상이하게 편광된 광은 반파장판(HWP)을 통과한 후 그리고 LC 층에 입사한 경우에 모든 픽셀에 대해 동일하게 편광되는 것이 달성된다. 그 다음, 스위칭 오프된 상태(예를 들면, 마찰 방향)에서 LC 분자의 배향은 입사되는 편광 방향과 평행하도록 선택된다. 이러한 방식으로, LC 층의 평면 외 변조의 경우 모든 픽셀에 대해 위상 변조는 조정될 수 있다. LC 층을 통과한 후에, 구조화된 반 파장판(HWP)으로부터의 복귀 경로에서 편광은 다시 구조화된 편광기(sP)에 의해 투과되도록 이루어진다. 따라서 그 결과는 인접한 픽셀마다 상이한, 광 변조기(SLM)로부터 출사되는 광의 원하는 편광을 갖는 위상 변조이다.
도 34v는 ― 또 다른 구성 (d)에서 ― 평면 외 변조 LC 및 인접 픽셀에 대해 광 변조기(SLM)로부터 출사되는 광의 상이한 편광을 갖는 위상 변조의 다른 방법을 도시한다. 이러한 실시예는 구조화된 LC 층 및 구조화된 편광기를 필요로 하지 않는다. 45 도 선형 편광된 광은 교대로 배치되는 등방성(즉, 비-복굴절 재료) 및 광축의 45° 배향을 갖는 (복굴절) λ/2 층을 갖는 구조화된 반파장판(sHWP)에 입사된다. 경로 상에서 광은 회전 없이 45 도로 반파장판(sHWP)을 통과하는데, 왜냐하면 광축은 45 도에서 입사광의 편광 방향에 대해 평행하기 때문이고 또한 등방성 재료는 광축을 변화되지 않게 유지하기 때문이다. 그런 다음, 광은 편광기(P)에 0 도 통과 방향으로 입사한다. 광의 약 50 %는 편광기(P)에 의해 흡수되고, 다른 50 %는 균일한 편광에 의해, 위상 변조가 조정 가능한 광 변조기(SLM)의 LC 층에 도달한다. 광은 편광이 변하지 않고 복귀 경로 상에서 다시 편광기(P)를 통해 통과한다. 구조화된 반파장판(sHWP)을 통해, 광축의 45° 배향을 갖는 섹션에서만 편광은 90 도만큼 회전된다. 등방성 재료를 갖는 구조화된 반파장판(sHWP)의 중간에 위치된 섹션에서, 편광은 회전되지 않는다. 장치로부터 나오는 광은 원하는 대로 다시 인접한 픽셀에 대해 교대로 상이한 편광을 갖는다. 바람직하게는, 이러한 상이한 편광은 이러한 배치에서 광이 통과하는 마지막 층에서만 생성된다. 또한 위에서 설명한 실시예와는 달리, 단 하나의 구조화된 층만이, 즉 구조화 반파 장판(sHWP)만이 필요하다.
이러한 배치의 단점은 편광기(P)가 광 변조기(SLM)의 LC 층과 구조화된 반파장 층(sHWP) 사이에 배치된다는 점이다. 따라서, LC 층과 반파장판(sHWP) 사이의 광 전파에서 원하지 않는 회절 효과를 최소화하기 위해, 편광기(P)의 두께는 작게 유지되어야 한다. 100 마이크로미터보다 큰 두께를 갖는 종래의 필름 편광기는 작은 픽셀 크기에 대해 사용될 수 없을 것이다. 그러나, 5 내지 10 마이크로미터의 두께 범위의 특수 박막 편광기가 대안이다.
도 35v는 도 34v의 실시예에 대한 보다 상세한 도면을 도시한다. 픽셀 피치와 같은 일부 요소 및 이에 대해 광 변조기(SLM), 구조화된 반파장판(sHWP) 및 편광기(P)의 LC 층의 상대적 두께는 대략 일정한 비율로 도시된다.
반사형 광 변조기는 (좌측으로부터 우측으로), 필요한 경우 픽셀들의 중간 공간에 "블랙 마스크"(BM)를 갖는 (좌측에서) 그 위에 반사형 전극(E)에 대해 구동하기 위한 백 플레인(BP), 그 위에 광 변조기(SLM)의 액정(LC)을 배향하기 위한 층(PI), 예를 들어 폴리이미드, 이어서 그 광학적 두께가 적어도 하나의 λ/2 층(그러나 또한 더 큰 광학적 두께를 가질 수도 있음)에 대응하는 액정 층(LC), 이어서 제 2 배향 층(PI), 이어서 예를 들어 ITO와 같은 투명 전극 장치(LE)을 포함한다. 이 예에서, 도 22v에 대한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 이들은 FFS 유형의 전극(LE), 즉 라인 전극이고, 이어서 절연 층(I) 및 평면 전극(tE)이 뒤따른다. 전극(tE) 다음에는 두께가 수 마이크로미터인 편광기 층(박막 편광기)(P), 및 픽셀에 대해 배향되는(도 34v에서 설명한 바와 같이 비-복굴절 등방성 섹션과 교대로 복굴절 섹션은 편광기의 통과 방향에 대해 광축이 45 도임) 구조화된 반파장판(sHWP)이 뒤따른다. 제 2 배향 층(PI), 전극(LE, tE), 편광기(P) 및 구조화된 반파장 층(sHWP)은 커버 유리(DG) 상에서 내측에 위치된다(후자는 일정한 비율로 도시되지 않음).
따라서, 제시 중에 통상적으로 우선 이들 층은 커버 유리(DG) 상에 도포되고, 그 후에 커버 유리(DG)는 백 플레인 측면(BP)에 대해 배향되고 최종적으로 LC 층이 채워진다.
특정 실시예에서, 각각 2 개의 픽셀의 광의 중첩을 위한 커버 유리(DG)는 또한 복굴절 사바르 판(Savart plate)으로서 형성될 수 있다. 커버 유리는 예를 들어 광축의 적절한 배향을 갖는 석영 유리로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 커버 유리(DG)는 상업적으로 이용 가능한 디스플레이 유리이고, 빔 경로에서 광 변조기 배치 이후에 외부 사바르 판이 뒤따른다.
도 36v는 도 35v와 유사한 배치를 도시하지만, 그러나 이번에는 LC 층을 갖는 평면 내 변조 광 변조기(SLM)에 대한 것이다. 우측에서 좌측으로, 우선 커버 유리(DG), 구조화된 반파장판(sHWP) 및 편광기(P)는 동일하다. 그러나 SLM의 평면 내 위상 변조에는 원형 편광된 광이 필요하기 때문에, 편광기(P)의 좌측에는 여전히 1/4 파장판(QWP)이 뒤따른다. 이러한 예에서, 평면 내 필드에서 평면 내 변조를 수행하는 LC 모드의 경우, LC 층의 우측 측면에 전극이 필요하지 않다. LC 층은 배향 층(PI)이 양 측면에 배치된 상태로 도시되어 있다. 이러한 경우 LC 층은 1/4 파장 층의 광학 두께를 갖는다.
도 24v 및 관련된 상세한 설명 부분에서 언급된 바와 같이, 평면 내 필드를 갖는 LC 모드에 대해 전극들(E) 사이의 공간에서 유전체 거울들(DE)을 갖는 라인 형상 전극들(E)이 사용될 수 있다. 이들은 도면의 좌측에 도시되어 있다.
그러나, 평면 외 인가된 전기장에서 액정 분자의 평면 내 회전을 갖는 LC 모드도 있다. 이는 예를 들어 스멕틱 액정 분자를 갖는 LC 모드 또는 콜레스테릭 액정을 갖는 ULH(Uniform Lying Helix) 모드가 있다. 이를 위해 도 36v에 도시된 것과 동일한 배치의 파장판 및 편광기가 사용될 수 있지만, 그러나 백 플레인 측면 및 유리 기판에는 평면 전극이 사용된다. 따라서, 전극 장치는 예를 들어 도 35에 도시된 배치에 대응한다.
도 37v는 LC 층에서의 평면 외 변조를 위한 또 다른 배치를 도시한다. 여기서, 광 변조기(SLM)의 LC 층과 거울 사이의 후방 측에는 ― 다른 광학 두께의 경우인 ― 선행하는 도면에서의 반파장판의 광축의 배치에 대응하는((비-복굴절) 등방성 층에 대해 교대로 45도 광축을 갖는 (복굴절) 1/4 파장 층) 구조화된 1/4 파장 층(sQWP)이 위치된다.
선형 편광된 광(0°)은 광 변조기(SLM)에 입사하고, 경로 상에서 이러한 편광 하에 LC 층을 통과한다. 각각의 제 2 픽셀에 대해 이 경우 구조화된 1/4 파장판(sQWP)을 통해 편광은 90도 회전된다. ECB 모드를 갖는 평면 외 변조 LC는 선형 편광 방향 중 하나에 대해서만 위상이 변조되기 때문에, 각각의 제 2 픽셀에 대해 (구조화된 1/4 파장판(sQWP)의 45° 1/4 파장 층(sQWP)의 위치에서) 광의 위상 변조는 LC 층을 제 1 통과한 경우에만 발생된다. 따라서, LC 층은 그럼에도 불구하고 모든 픽셀에 대해 2π의 위상 변조를 달성하기 위해, 적어도 하나의 전체 파장판에 대응하는 보다 큰 광학 두께를 갖는다.
도 38v는 동일한 실시예의 대략 상세한 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 여기서 좌측으로부터 우측으로, 백 플레인(BP), 픽셀 중간 공간에서의 반사형 픽셀 전극(E) 및 블랙 마스크(BM), 구조화된 1/4 파장판(sQWP), 예를 들어 폴리이미드와 같은 배향 층(PI), 광 변조기(SLM)의 LC 층, 제 2 배향 층(PI), 평면 ITO 전극(tE) 및 커버 유리(DG)가 위치된다. 이러한 경우 한편으로 구조화된 1/4 파장 층(sQWP)은 픽셀 전극(E)과 동일한 기판 상에서 후방 측에 위치하며, 다른 한편으로는 커버 유리(DG)는 구조화된 요소를 포함하지 않기 때문에, 이러한 배치에서 백 플레인(BP)에 대한 커버 유리(DG)의 제공 시에 조정이 필요하지 않다. 단점으로서, 두꺼운 LC 층이 일반적으로 반응 시간이 느리다는 점이다.
도 39v는 또 다른 가능한 실시예를 도시한다: 여기서, 광 변조기(SLM)의 LC 층과 거울 사이에 후방 측에 비-구조화된 1/4 파장 층(sQWP)이 부착된다. 구조화된 1/4 파장 층(sQWP)은 이제 ― 광 변조기 SLM의 LC 층으로부터 볼 때 ― 다른 측면 상에 위치된다. 그러나 이러한 배치는 도 38v에서 설명한 것보다 더 복잡하다.
다음의 도면들은 액정 층과 거울 사이에서 후방 측면 상에 편광기를 포함하는 또 다른 실시예를 도시한다. 이에 의해 LC 층을 통한 제 1 및 제 2 통과 사이에 편광이 변화된다.
이것은 우선 평면 내 LC 모드에 대해 설명된다.
도 40v는 제 1 1/4 파장판은 구조화되지 않고 제 2 1/4 파장판은 구조화되어 있는 2 개의 1/4 파장판(sQWP, QWP)을 갖는 배치를 예시적으로 도시하고 있다. 선형 편광된 광은 제 1 1/4 파장판(QWP)에 의해 원형 편광된 광으로 변환된다. +45 도 및 -45 도의 광축을 교대로 갖는 제 2 (구조화된) 1/4 파장판(sQWP)을 통해 광은 0 도 및 90 도의 편광 방향을 교대로 갖는 선형 편광된 광으로 다시 변환된다. 투과형 배치에서, 예를 들어 2 개의 1/4 파장 층(QWP 및 sQWP) 사이에는 위상 변조를 위한 액정 층이 위치될 수 있다.
2 개의 1/4 파장 층을 통한 단일 통과의 경우, 각각의 제 2 픽셀에 대해 상이한 선형 편광을 얻기 위한 목표가 달성된다.
그러나, 반사형 배치의 경우, 2 개의 1/4 파장 층(QWP 및 sQWP)을 통한 제 2 통과의 경우 편광 회전은 다시 역전되어, 모든 픽셀에 대해 동일한 편광이 발생할 것이다.
이하에서 설명되는 실시예의 접근법은 이제 1/4 파장 층을 통한 제 1 통과와 제 2 통과 사이에서, 거울 측면에 가깝게, 일 통과에서는 1/4 파장판의 영향을 제거하지만 그러나 다른 통과에서는 1/4 파장판의 영향을 수용하는 편광기를 배치하는 것이다 .
도 41v는 이러한 구성을 도시하고 있다. 이러한 도면에서, 광 변조기(SLM)를 조명하는 프런트 라이트 조명 장치(FL)(WO 2010/149583 A1과 비교될 수 있도록 설계될 수 있음)가 도시되어 있다. 그러나 프런트 라이트 조명 장치(FL)는 반드시 본 실시예의 일부인 것은 아니다. 선택적으로, 조명은 또한 예를 들어 편광 빔 스플리터 큐브에 의해 수행될 수 있고, 빔 스플리터 큐브와 본 장치 사이에는 선택적으로 편관을 45도 회전시키는 다른 반파장판이 위치될 수 있다.
45° 선형 편광을 갖는 광은 광축의 + 45° 및 -45° 배향을 교대로 갖는 구조화된 1/4 파장판(sQWP)에 입사된다. 1/4 파장판(sQWP)의 배향이 선택적으로 입사광의 편광 방향에 대해 수직이거나 또는 평행하기 때문에, 그 편광 상태는 선형으로 및 45°로 유지된다.
선형 편광된 광은 광 변조기(SLM)의 LC 층을 통과하고, 그 후 광축의 마찬가지로 45 도 배향을 갖는 1/4 파장판(QWP)에 입사되고, 그 다음 반사형 편광기(rP)(또는 선택적으로 투과형 편광기와 거울의 조합)에 입사된다.
0 도에서만 선형으로 편광되는 광은 편광기(rP)로부터 다시 되돌아와서, 역전된 시퀀스로 위에서 언급된 층들을 통과하며, 1/4 파장판(QWP)을 통과한 후에 원형으로 편광되고, LC 층을 통과하며, 그 후 구조화된 1/4 파장판(sQWP)을 통과한 후에 인접하는 픽셀에 대해 교대로 0 도 또는 90 도에서 선형으로 편광된다.
선택적으로 또한 구조화된 그리고 비-구조화된 1/4 파장판(sQWP, QWP)의 배치는 교환되어, 구조화된 1/4 파장판(sQWP)이 LC 층과 편광기(rP) 사이에 장착될 수 있다.
그러나, 다른 실시예의 일부와 같이, 후방 측면 상에 편광기(rP)를 갖는 이러한 실시예는 또한 편광기(rP)로 인해 50 %의 입사광이 손실된다는 단점을 갖는다.
도 42v는 동일한 실시예의 상세를 도시한다. 좌측으로부터 우측으로 유리 기판(DG), 유리 기판(DG) 상에서 내부 측의 ITO 전극, 구조화된 1/4 파장판(sQWP), 액정(LC)을 배향시키기 위한 층(PI), 이러한 경우 폴리이미드, 그 광학적 두께가 반파장판에 대응하는 광 변조기(SLM)의 액정 층, 액정을 배향시키기 위한 추가의 층(PI), 이러한 경우 다시 폴리이미드, 및 추가의 1/4 파장판(QWP)이 도시되어 있다.
평면 내 필드를 생성하기 위한 픽셀 전극(E)은 픽셀 중간 공간의 백 플레인 측면 상에 배치된다. 그 사이에는 반사형 편광기가 위치되는데, 이러한 경우 와이어 그리드 편광기(WGP)가 위치된다. 와이어 그리드 편광기는 금속성이고 따라서 전도성이기 때문에, 편광기(WGP) 위에 그리고 편광기(WGP)와 전극(E) 사이에 측 방향으로 절연 층(I)이 위치한다.
편광기(WGP)는 선형 편광 방향을 반사하지만 그러나 이에 대해 수직인 편광 방향은 투과시키기 때문에, 이러한 경우에는 백 플레인 측에서 편광기(WGP) 후방에, 투과된 광을 흡수하기 위한 블랙 마스크(BM)가 위치된다.
도 43v는 도 41v 및 도 42v와 비교하여 보다 바람직한 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 2 개의 1/4 파장판(QWP)은 모두 비-구조화되어 있다. 그 대신에 반사형 편광기(srP)는 백 플레인 측면에서 픽셀마다 구조화되어 있다.
백 플레인 상의 금속성 와이어 그리드 편광기(WGP)는 또한 반도체 공정을 사용하여 구조화되어 제조될 수 있다. 구조화된 장치는 백 플레인 측면에만 존재하기 때문에, SLM의 제조 시에 커버 유리를 백 플레인에 대해 그 위치에 배향시킬 필요가 없다.
입사하는 광은 편광기(srP)로 가는 경로 상에서 비-구조화된 층들만을 통과한다. 편광기(srP)에서는 이 경우 인접한 픽셀에서 교대로 0° 및 90° 선형 편광된 광이 반사된다. 광은 1/4 파장판(QWP)을 통과하여, 원형 편광되고, 그 후 광 변조기(SLM)의 LC 층 및 다른 1/4 파장판(QWP)을 통과하여, 인접한 픽셀에서 선형으로 편광되고 교대로 0° 및 90°로 다시 이 장치로부터 출사되다.
도 44v는 동일한 실시예의 상세를 도시한다. 좌측으로부터 우측으로 유리 기판(DG), 유리 기판 상에서 내부 측의 ITO 전극(E), 제 1 1/4 파장판(QWP), 액정을 배향시키기 위한 층(PI), 이러한 경우 폴리이미드, 그 광학적 두께가 반파장판에 대응하는 광 변조기(SLM)의 액정 층(LC), 액정을 배향시키기 위한 추가의 층(PI), 이러한 경우 다시 폴리이미드, 추가의 1/4 파장판(QWP)이 도시되어 있다. 평면 내 필드를 생성하기 위한 픽셀 전극(E)은 픽셀 중간 공간에서 백 플레인 측면 상에 배치된다. 그 사이에는 반사성 편광기(WGP)가 위치되는데, 이러한 경우 와이어 그리드 편광기이다. 편광기(WGP)는 예를 들어 "와이어"의 상이한 배향을 통해 구조화되는데, 즉 예를 들어 상부의 도시된 픽셀에서 투영 평면에 대해 수직하게 그리고 하부의 도시된 픽셀에서 투영 평면에 대해 평행하게 금속 쓰레드를 배향시킴으로써 구조화된다. 편광기(WGP)의 구조화를 통해 각각의 제 2 픽셀(도 44v에서 상부 픽셀)에 대해서는 0 도의 선형 편광을 갖는 광이 반사되고, 다른 픽셀(도 44v에서 하부 픽셀)에 대해서는 90 도의 선형 편광을 갖는 광이 반사된다. 이전의 실시예에서와 같이, 편광기(WGP) 위에 그리고 편광기(WGP)와 전극(E) 사이에 측 방향으로 절연 층(I)이 위치된다. 마찬가지로, 다시 편광기(WGP) 후방에서 백 플레인 측에는 블랙 마스크(BM)가 위치된다.
도 45v는 평면 외 변조를 갖는 LC 모드에 대해 후방 측 편광기(rP)의 사용을 도시한다. 프런트 라이트 조명 장치(FL)의 사용이 다시 도시된다. 0°의 선형 편광된 광이 프런트 조명 장치(FL)로부터 구조화된 1/4 파장판(sQWP)에 입사되어, 광은 인접하는 픽셀들에 대해 교대로 우측 및 좌측 원형 편광되고, 그 후 광은 광 변조기(SLM)의 LC 층 및 편광기(rP) 상으로 전파된다. 편광기(rP)로부터, 입사하는 원형 광의 선형 부분만이 반사되므로, 다시 50 퍼센트의 광 손실이 발생한다. 그 다음, 선형 편광된 광은 구조화된 1/4 파장판(sQWP)을 통해 다시 LC 층을 통과하여, 인접한 픽셀에 대해 우측 원형 및 좌측 원형으로 교대로 편광되고, 그 후 프런트 라이트 조명 장치(FL)를 통과하고, 그 후 다른 비-구조화된 1/4 파장판(QWP)을 통과하고, 그 후 인접한 픽셀에 대해 교대로 0 도, 90 도 선형으로 편광될 수 있다.
도 46v는 이러한 실시예의 상세를 도시한다. 우측으로부터 좌측으로 유리 기판(DG), 유리 기판(DG) 상에서 내측의 전극(tE, LE)이 도시되어 있다. 도 35v와 유사하게, 전극(tE)은 평면 ITO 층(tE), 절연 층(I) 및 라인 전극 구조(LE)로 구성된다. 평면 전극(tE)은 이 경우 스위칭 온을 위해 평면 외 필드를 생성시키는 역할을 하며, 라인 전극(LE)은 평면 내 필드에 의해 광 변조기(SLM)의 LC의 신속한 스위칭 오프를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
전극(tE, LE)에는 구조화된 1/4 파장판(sQWP), 액정(LC)을 배향시키기 위한 층(PI), 이러한 경우에는 폴리이미드, 그 광학적 두께가 반파장판에 대응하는 액정 층, 액정(LC)을 배향시기키 위한 추가의 층(PI), 이러한 경우에는 다시 폴리이미드가 연결된다. 백 플레인 측에는 반사형 편광기(rP)가 뒤따른다. 금속 와이어 그리드 편광기의 경우, 평면 외 LC 모드에 대해 편광기 및 픽셀 전극은 동일하다.
편광기(rP)의 아래에는 다시 광을 흡수하기 위한 블랙 마스크(BM)가 위치된다. 전극은 블랙 마스크(BM)를 통해 실제 백 플레인(BP)과 전기적으로 연결되어 있다.
광 변조기(SLM)는 액정의 평면 내 또는 평면 외 변조에 기초하는, 반사형 빔 컴바이너에서 사용하기 위한 광 변조기(SLM)의 예시된 실시예는, 액정(LC) 자체가 일반적으로 LC 층을 통과하는 정의된 편광 상태에 대해 원하는 위상 변조만을 생성시킨다는 단점을 갖는다 .
LC 층 및 다른 광학 층을 두 번 통과한 후 원하는 위상 변조를 얻지만 그러나 동시에 인접한 픽셀에 대해 서로 수직으로 발생하는 선형 편광을 얻기 위한 목적은 예를 들어 사바르 판에서 광 변조기의 인접하게 배치되는 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치의 2 개의 픽셀의 광의 결합을 위해 요구되는 바와 같이, 종종 광 세기의 손실 하에서만 해결될 수 있다.
도시된 많은 실시예는 입사광의 50 %를 흡수하는 편광기를 포함한다. 이러한 손실은 광 변조기의 효율을 감소시키고, 그 에너지 소비를 증가시킨다.
그러므로 유리하게는 이하에서는 도 47v에서 그 위상 변조가 리프팅, 즉 마이크로 거울(HS)의 기계적 조정에 기초하는 MEMS 광 변조기(MEMS = Micro-Electro-Mechanical Systems)를 포함하는 또 하나의 실시예가 설명된다. 리프팅 거울(HS)에 의한 위상 변조는 입사 편광과 독립적이다. MEMS 거울(HS) 전방에, 등방성 층과 교대로 45°의 1/4 파장 층을 포함하는 구조화된 1/4 파장판(sQWP)이 사용되면, 0°의 입사된 선형 편광된 광의 경우 이러한 구조화된 1/4 파장판(sQWP)은 인접한 MEMS 거울(HS)에 대해 교대로 선형으로 또는 원형으로 편광된 광을 생성시킨다. 일반적으로 사용되는 LC 모드와는 달리, MEMS 거울(HS)은 원형 및 선형 편광된 입사광에 대해 각각 동일한 위상 변조를 생성할 수 있다.
MEMS 거울(HS)에 의해 반사된 광은 구조화된 1/4 파장판(sQWP)을 2 회 통과하고, 이를 통해 원형 편광된 광은 다시 선형 편광된 광으로, 그러나 입사 방향과 비교하여 90 도 회전된 광으로 전환된다. 1/4 파장판(sQWP)의 등방성 층이 할당되는 인접한 픽셀에서, 광은 0 도 선형 편광된 상태로 유지된다. 이러한 경우에는 SLM 상에 추가적인 편광기가 필요하지 않으므로, 따라서 광 세기가 손실되지 않는다.
도 47v는 광을 커플링하기 위한 프런트 라이트 조명 장치(FL) 및 그 자체가 복굴절이고 사바르 판(빔 스플리터 및/또는 빔 컴바이너)으로서 작용하는 커버 유리(DG)를 갖는 실시예를 도시한다. 이 경우 구조화된 1/4 파장판(sQWP)은 예를 들어 이러한 커버 유리(DG) 상에서 내측에 적용될 수 있다. 프런트 라이트(FL)로부터 입사한 광은 오프셋 없이 커버 유리(DG)를 통과하고, 그 후 1/4 파장판(sQWP) 및 MEMS 거울(HS)의 배치를 이룬다. 복귀 경로 상에서 커버 유리(DG)(사바트 판)를 통해 상부 픽셀에 대해 90 도 회전된 편광에 의해 오프셋이 이루어지므로, 하부 픽셀과 중첩되게 된다.
그 후, 양 픽셀의 결합된 광은 프런트 라이트 조명 장치(FL)를 통과하여, 45 도에서 편광기(P)에 입사한다. 이러한 편광기(P)는 사바트 판을 갖는 빔 컴바이너에서 일반적으로 나타나는 바와 같이, 양 픽셀의 상대 위상에 따라 진폭 변조를 위해 사용된다.
MEMS를 갖는 실시예는 동시에 사바트 판으로서 작용하는 커버 유리(DG)의 사용에 국한되지 않으며, 또한 프런트 라이트 조명 장치(FL)의 사용으로 제한되지도 않는다.
본질적인 특징은 일반적인 LC 모드를 기반으로 하는 SLM에 비해 더 간단한, 구조화된 1/4 파장판(sQWP)을 갖는 SLM의 배치라는 점이다(교대로 45° 광축, 등방성).
도 47v에 도시된 배치는 MEMS 광 변조기로 제한되지 않고, 위상이 입사광의 편광과 독립적으로 변조되는 모든 다른 유형의 광 변조기에 대해 또한 유사하게 사용될 수 있다. 여기에는 예를 들어 평면 외 인가 전기장을 갖는 블루 위상(Blue Phase)과 같은 특수 LC 모드가 또한 포함된다.
DE 10 2009 044 910 A1은 본 출원의 도 21에서 빔 컴바이너가 단일의 광학 복굴절 단축 부품 대신에 그 사이에 반파장판이 개재되어 있는 2 개의 광학 복굴절 단축 부품으로 구성되는, 빔을 결합하기 위한 배치에 대한 예를 도시한다.
또한, 여기에 설명된 반사형 장치는 선택적으로 복수의 광학 복굴절 단축 부품으로 구성되는 빔 컴바이너의 이와 같이 이루어진 배치를 포함할 수 있다.
도 48v는 다시 도 47v과 같이, MEMS 광 변조기 및 프런트 라이트 조명 장치(FL)를 갖는 배치를 도시한다. 빔 컴바이너는 이제 그 광축(결정 축)이 서로 180 도 선회되는 2 개의 복굴절 단축 부품(Sp1, Sp2)과, 2 개의 단축 부품 사이에 배치되고 입사광의 편광에 대해 45 도에서 광축을 갖는 반파장판(HWP45)으로 이루어진다.
반파장판(HWP45)은 입사 광 빔 및 출사 광 빔의 편광을 각각 90 도 회전시키고, 이에 따라 입사 광 빔 및 출사 광 빔은 각각 2 개의 복굴절 단축 부품 중 하나(Sp1)를 정상 빔으로서 통과하고, 다른 복굴절 단축 부품(Sp2)을 비정상 빔으로서 통과한다.
반사형 광 변조기는 통상적으로 10 마이크로미터 미만의 피치를 갖는 작은 픽셀을 포함하며, 따라서 빔 컴바이너의 비-대칭 배치에서도 예를 들어 큰 픽셀을 갖는 투과형 광 변조기보다 더 우수한 틸트 허용 공차를 갖는다. 그러나, 복수의 광학 복굴절 단축 부품(Sp1, Sp2)으로 이루어지는 빔 컴바이너를 갖는 도 48v에 도시된 바와 같은 배치는 유리하게는 이러한 틸트 허용 공차를 증가시킬 수 있다.
복수의 광학 복굴절 단축 부품(Sp1, Sp2)으로 이루어지는 빔 컴바이너의 사용은 MEMS 광 변조기를 갖는 실시예로 제한되지 않으며, 예를 들어 또한 도 30v 내지 도 46v에 도시된 광 변조 장치의 다른 실시예와 결합하여 사용될 수도 있다.
이하에서는, 반사성 빔 가이드에 있어서 광을 공간적으로 변조하는데 적합한 광 변조 장치의 실시예들이 제공되고, 여기서 광 변조 장치는 종래 기술에 공지된 광 변조 장치에 비해 더 신속한 스위칭 시간을 가능하게 하고 그리고/또는 이러한 광 변조 장치는 특히 또한 부록 I에 따른 광 빔을 결합하기 위한 장치에 대한 광의 입사각의 변화에 대한 민감성이 감소되도록 더 설계되는, 본원의 청구항 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른, 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치와 결합될 수 있다. 매우 특히 바람직하게는, 이러한 광 변조 장치는 특히 본원의 청구항 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는, 2 차원 및/또는 3 차원 이미지 콘텐츠 및/또는 동영상을 표현하기 위한 장치에 통합될 수 있다.
실시예:
1. 반사성 빔 가이드를 위한 광 변조 장치로서,
복수의 픽셀 및 상기 픽셀을 전기적으로 구동하기 위한 백 플레인을 포함하는 공간 광 변조기, 상기 광 변조기의 상기 픽셀과 상호 작용하는 광에 대한 픽셀 단위의 영향을 가능하게 하도록 설계되는 적어도 하나의 빔 영향 부품, 및/또는 스위칭 온 동작 및/또는 스위칭 오프 동작을 위한 액정의 가속된 배향을 구현하도록 설계되고 구성되는 적어도 하나의 전극 장치를 포함하는, 광 변조 장치.
2. 실시예 1에 있어서,
상기 광 변조기의 상기 픽셀은 제어된 배향 변경으로 인해, 상기 픽셀과 상호 작용하는 광의 위상(광 경로)을 변화시키는 액정을 포함하는 것인, 광 변조 장치.
3. 실시예 2에 있어서,
상기 액정은 특히 IPS(in-plane switching)(평면 내 스위칭), HAN(hybrid aligned nematic)(하이브리드 정렬된 네마틱) 또는 CIPR(continuous in-plane rotation)(연속적인 평면 내 회전) 모드의 형태로, 또는 전기장에서 평면 외 회전에 비해 상기 액정의 평면 내 회전이 지배적인 스멕틱 액정 모드의 형태로, 또는 상기 전기장에서의 광축이 평면 내 회전을 갖는(ULH)(uniform lying helix) 콜레스테릭 상(cholesteric phase)의 형태로, 제어된 배향 변경에 의해 "평면 내" 변조를 구현하도록 설계되는 것인, 광 변조 장치.
4. 실시예 2에 있어서,
상기 액정은 특히 ECB 모드의 형태로, 제어된 배향 변경에 의해 "평면 외" 변조를 구현하도록 설계되는 것인, 광 변조 장치.
5. 실시예 3 또는 실시예 4에 있어서,
상기 백 플레인과 상기 광 변조기 사이에는, 전극이 인접한 픽셀의 중간 공간에 배치되고 그리고/또는 각 픽셀이 ― 특히 실질적으로 평면으로 형성되는 ― 전극을 포함하는 구조화된 전극 장치가 제공되는 것인, 광 변조 장치.
6. 실시예 5에 있어서,
상기 구조화된 전극 장치를 상기 광 변조 장치의 다른 전기 전도성 요소에 대해 전기적으로 절연시키기 위해 적어도 하나의 절연 층이 제공되는 것인, 광 변조 장치.
7. 실시예 2 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 백 플레인에서의 상기 광 변조기로부터 멀리 떨어진 측면에는 전극 장치 및/또는 구조화된 전극 장치가 배치되는 것인, 광 변조 장치.
8. 실시예 4에 있어서,
상기 빔 영향 부품은 적어도 하나의 구조화된 편광 영향 장치를 포함하며, 상기 적어도 하나의 구조화된 편광 영향 장치는 상기 백 플레인과 상기 광 변조기 사이에 배치되어, 인접한 픽셀의 광의 편광에 상이하게 영향을 미치도록 설계되고 배치되는 것인, 광 변조 장치.
9. 실시예 4 또는 실시예 8에 있어서,
상기 빔 영향 부품은 적어도 하나의 구조화된 편광 영향 장치를 포함하며, 상기 적어도 하나의 구조화된 편광 영향 장치는 상기 백 플레인에서의 상기 광 변조기로부터 멀리 떨어진 측면에 배치되어, 인접한 픽셀의 광의 편광에 상이하게 영향을 미치며, 구조화된 1/4 파장판, 구조화된 반파장판 또는 구조화된 와이어 그리드 편광기의 형태로 형성될 수 있도록 설계되고 배치되는 것인, 광 변조 장치.
9. 실시예 4, 실시예 8 또는 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 빔 영향 부품은 적어도 하나의 편광 영향 장치 또는 편광기를 포함하며, 상기 적어도 하나의 편광 영향 장치 또는 상기 편광기는 상기 백 플레인과 상기 광 변조기 사이에 그리고/또는 상기 백 플레인에서의 상기 광 변조기로부터 멀리 떨어진 측면에 배치되고, 1/4 파장판, 반파장판 또는 와이어 그리드 편광기의 형태로 형성될 수 있는 것인, 광 변조 장치.
10. 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 광 변조기 또는 반사 요소는 인접하는 픽셀과 상호 작용하는 광의 편광이 상이하게 영향을 받도록 설계되고 제어 가능한 것인, 광 변조 장치.
11. 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 광 변조기는 반파장판 또는 1/4 파장판의 광학적 두께에 실질적으로 대응하는 광학적 두께를 갖는 것인, 광 변조 장치.
12. 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 광 변조기는 픽셀마다 또는 라인마다 구조화된 상이한 특성을 갖는 픽셀을 포함하는 것인, 광 변조 장치.
13. 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서,
프런트 라이트 조명 장치에 의해 또는 중립 빔 스플리터에 의해 상기 광 변조 장치의 방향으로 지향되거나 또는 가이드되는 광에 의해 조명되는 것인, 광 변조 장치.

Claims (18)

  1. 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 있어서,
    상기 광 변조기는 복수의 픽셀을 포함하며, 각각의 경우에 2 개의 인접한 픽셀이 매크로픽셀을 형성하도록 제어되며, 매크로픽셀에 대해, 입사하는 광 빔이 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리되도록 설계되고 배치되는 빔 스플리터(beam splitter)가 제공되어, 상기 제 1 서브빔은 상기 매크로픽셀의 상기 제 1 픽셀의 방향으로 전파되고 상기 제 2 서브빔은 상기 매크로픽셀의 상기 제 2 픽셀의 방향으로 전파되며, 상기 빔 스플리터와 상기 광 변조기 사이에는, 상기 제 1 서브빔이 상기 제 2 서브빔과는 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 제 1 구조화된 빔 영향 부품이 제공되며, 상기 제 1 및 상기 제 2 서브빔은 상기 매크로픽셀의 각각의 픽셀과 상호 작용한 후 상기 제 1 서브빔이 상기 제 2 서브빔과는 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 제 2 구조화된 빔 영향 부품을 통과하며, 상기 제 1 서브빔 및 상기 제 2 서브빔이 결합될 수 있도록 설계되고 배치되는 빔 컴바이너(beam combiner)가 제공되고, 상기 광 변조기와 상기 제 1 또는 제 2 구조화된 빔 영향 부품 사이에는 상기 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되도록 설계되는 빔 선택기가 배치되는, 광 빔 결합 장치.
  2. 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치에 있어서,
    상기 광 변조기는 복수의 픽셀을 포함하며, 각각의 경우에 2 개의 인접한 픽셀이 매크로픽셀을 형성하도록 제어되며, 매크로픽셀에 대해, 입사하는 광 빔이 제 1 서브빔 및 제 2 서브빔으로 분리되도록 설계되고 배치되는 빔 스플리터가 제공되어, 상기 제 1 서브빔은 상기 매크로픽셀의 상기 제 1 픽셀의 방향으로 전파되고 상기 제 2 서브빔은 상기 매크로픽셀의 상기 제 2 픽셀의 방향으로 전파되며, 상기 빔 스플리터와 상기 광 변조기 사이에는, 상기 제 1 서브빔이 상기 제 2 서브빔과는 상이한 방식으로 영향을 받을 수 있도록 설계되는 구조화된 빔 영향 부품이 제공되며, 이들 서브빔을 반사시키는 반사 수단이 제공되고, 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 서브빔은 상기 광 변조기의 각각의 픽셀과 상호 작용한 후, 상기 구조화된 빔 영향 부품 및 상기 빔 스플리터를 다시 통과하여, 상기 제 1 서브빔 및 상기 제 2 서브빔을 다시 결합시키고, 상기 광 변조기와 상기 구조화된 빔 영향 부품 사이에는 상기 매크로픽셀에 속하지 않는 제 1 및/또는 제 2 서브빔이 차단되도록 설계되는 빔 선택기가 배치되는, 광 빔 결합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터 및 상기 빔 컴바이너는 동일하게 형성된 광학 복굴절 단축(uniaxial) 부품이고 그리고/또는 동일한 재료로 형성되고 그리고/또는 동일한 광축으로 형성되며, 상기 2 개의 복굴절 단축 부품의 광축은 양 부품에 대한 인터페이스에 대한 각도(θ)가 정상 서브빔과 이상 서브빔 사이에 동일한 각도를 구현하도록 배향될 수 있는 것인, 광 빔 결합 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 광학 복굴절 단축 부품의 형태로 설계되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터 및/또는 상기 빔 컴바이너는 적어도 하나의 체적 격자 또는 적어도 하나의 편광 격자의 형태로 설계되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 지연기, λ/2 판 및/또는 λ/4 판의 기능성을 포함하는 공간 구조화를 포함하고, 그리고/또는 상기 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 서브빔의 광학 특성을 변화시키지 않는 공간 구조화를 포함하고 그리고/또는 상기 구조화된 빔 영향 부품의 상기 공간 구조화는 상기 광 변조기의 상기 픽셀의 공간 구조에 매칭되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 변조기 자체의 상기 픽셀은 반사성으로 설계되거나, 또는 상기 광 변조기의 광투과성 픽셀 다음에는 거울이 배치되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터, 상기 빔 컴바이너, 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 구조화된 빔 영향 부품은, 상기 제 1 서브빔의 빔 경로 및 상기 제 2 서브빔의 빔 경로가 상기 매크로픽셀의 상기 제 1 픽셀과 상기 제 2 픽셀 사이의 중심에 대해 실질적으로 점대칭으로 형성되도록 설계되고 배치되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터 및/또는 상기 구조화된 빔 영향 부품은, 상기 제 1 서브빔의 빔 경로 및 상기 제 2 서브빔의 빔 경로가 빔 분리 포인트 및/또는 빔 결합 포인트에 대해 실질적으로 점대칭으로 형성되도록 설계되고 배치되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 선택기는 편광기를 포함하는 것인, 광 빔 결합 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 서브빔 및 상기 제 2 서브빔이 간섭될 수 있게 하는 빔 중첩 부품이 제공되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    매크로픽셀의 상기 픽셀은 각각 동일한 부호를 갖는 전압으로 구동될 수 있는 것인, 광 빔 결합 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터, 필요한 경우 존재하는 빔 컴바이너, 적어도 하나의 구조화된 빔 영향 부품 및/또는 상기 빔 선택기는, 서로 직접 인접하게 배치되거나 또는 예를 들어 접착제에 의해 서로 부착되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사하는 광 빔은 상기 광 빔이 상기 제 1 및 상기 제 2 서브빔으로 분리되고 재결합될 수 있도록 배향되고 조정되는 선형 편광 또는 원형 편광을 포함하는 것인, 광 빔 결합 장치.
  15. 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 광 변조기와 상기 빔 스플리터 사이에 또는 상기 빔 스플리터와 상기 빔 중첩 부품 사이에는 평면 조명 장치가 배치되고, 상기 조명 장치는 평면 광가이드와, 광을 상기 광가이드로부터 디커플링시켜 상기 광 변조기의 방향으로 편향시킬 수 있는 디커플링 유닛을 포함하며, 상기 반사 수단에서 반사된 광은 실질적으로 굴절되지 않고 상기 조명 장치를 통해 그리고 그 후 상기 빔 컴바이너를 통해 전파되는 것인, 광 빔 결합 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 변조기는 액정을 포함하고, 상기 액정이 평면 외(out-of-plane) 회전을 수행하도록 형성되며, 상기 입사하는 광 빔은 선형 편광되고, 상기 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 λ/2 판의 기능성을 포함하는 것인, 광 빔 결합 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 변조기는 액정을 포함하고, 상기 액정이 평면 내(in-plane) 회전을 수행하도록 형성되며, 상기 입사하는 광 빔은 선형 편광되고, 상기 구조화된 빔 영향 부품은 부분적으로 λ/4 판의 기능성을 포함하는 것인, 광 빔 결합 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는, 2 차원 및/또는 3 차원 이미지 콘텐츠 및/또는 동영상을 표현하기 위한 광 빔 결합 장치.
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