KR20190107090A - 홀로그램 광 검출 및 측량 - Google Patents

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Abstract

제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원을 포함하며 장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량 시스템이 개시된다. 공간 광 변조기는 광원으로부터 광을 수신하도록 배치되며 그 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된다. 홀로그램 제어기는 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치된다. 홀로그램 제어기는 장면 내에서 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치된다. 광 검출기는 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된다. 실시예들에서, 복수의 제1 홀로그램들은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치되고, 홀로그램 제어기는 제1 스캐닝에 응답하여 제1 광 응답 신호를 수신하여 광 응답 신호의 속성을 기초로 복수의 제2 홀로그램을 결정하도록 배치된다.

Description

홀로그램 광 검출 및 측량
본 발명은 광 프로젝터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그래픽 프로젝터, 홀로그래픽 프로젝션 시스템, 프로젝터를 제어하는 방법 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 실시예들은 광 검출 및 측량 시스템에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 광 검출 및 측량 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 광 검출 및 측량 시스템에서 광 푸트프린트(footprint)를 제어하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예들은 컴퓨터 제어된 광 푸트프린트로 장면을 스캐닝 하는 방법에 관한 것이다.
물체에서 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 예컨대 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광성 플레이트 상에 캡쳐 되어 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 광 변조기(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.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 공간 광 변조기에 출력하고 제1 특성을 갖는 광으로 공간 광 변조기를 조명함으로써 공간 변조된 광으로 장면을 조명하는 단계를 포함하는 광 검출 및 측정 방법이 제공된다. 각각의 홀로그램은 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트를 형성하도록 배열된다. 상기 방법은 상기 장면 내의 상기 광 푸트프린트를 이동시키는 단계를 더 포함 할 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 장면으로부터 반사된 공간 변조된 광을 수신하는 단계를 포함 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 푸트프린트는 장면의 일부분으로부터 장면의 다른 부분까지 비연속적인(discrete) 이동을 달성 할 수 있다. 특히 광 푸트프린트는 장면 내에서 즉각적으로 재배치 될 수 있다. 광 푸트프린트는 장면의 제1 지점에서 장면의 제2 지점으로 순간적으로 이동(jump)될 수 있다. 이것은 동적 홀로그래피를 사용하여 광 푸트프린트를 형성함으로써 달성된다. 이 방법은 광 푸트프린트의 크기, 모양, 방향 및/또는 위치를 동적으로 변경하는 데 사용될 수 있다.
상기 방법은 장면 내 의 영역의 인터리빙된 스캐닝 수행하기 위해 상기 장면의 둘 이상의 영역 사이에서 상기 공간 변조된 광을 전후방으로 동시키는 단계를 더 포함 할 수 있다.
상기 방법은 다음의 스캐닝을 어떻게 그리고 어디서 수행할 지를 결정하기 위해 광 검출기로부터의 피드백을 사용하는 장면에 대한 지능형 스캐닝을 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 메모리로부터 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 선택하는 단계 또는 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계를 포함 할 수 있다.
본 명세서에서, "광 푸트프린트"이라는 용어는 각 홀로그램에 의해 장면 내에 형성된 조명 패턴을 지칭하는데 사용된다. 따라서, 광 푸트프린트는 장면 내에서 광이 있는 영역이다. 상기 광은 펄스화 될 수 있다. 상기 광은 그 영역에 걸쳐 균일 한 밝기를 가질 수 있다. 상기 광 푸트프린트는 크기, 모양 및 방향으로 특징 지어 질 수 있다. 본 명세서에 개시된 광 검출 및 측량 시스템은 장면 내에서 가변 및/또는 이동하는 광 푸트프린트의 시간 순서를 형성하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본 명세서에 개시된 동적 재구성 가능한 홀로그래픽 기술은 실시간으로 광 푸트프린트 및 광 푸트프린트의 파라미터를 제어하는데 사용될 수 있다.
"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록물을 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.
"인코딩(encoding)", "기록(writing)"또는 "어드레싱(addressing)"이라는 용어는 각 픽셀의 변조 레벨을 각각 결정하는 복수의 제어 값에 대해 SLM의 복수의 픽셀을 제공하는 프로세스를 기술하는데 사용된다. SLM의 픽셀들은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포(light modulation distribution)를 "표시(display)"하도록 구성 될 수 있다.
"광"이라는 용어는 본 명세서에서 가장 넓은 의미로 사용된다. 실시예들은 가시 광선, 적외선 및 자외선, 및 이들의 임의의 조합에 동일하게 적용 가능하다.
실시예들은 단지 예시로서 단색인 광 푸트프린트를 기술한다. 실시예들에서, 광 푸트프린트는 다색 광 푸트프린트다. 실시예들에서, 복합 컬러 광 푸트프린트는 복수의 단일 컬러 광 푸트프린트를 조합함으로써 제공된다. 실시예들에서, 복수의 단일 컬러 컴퓨터 생성 홀로그램이 각각의 합성 컬러 광 푸트프린트를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 파장의 다양성은 처리량을 증가시킬 수 있다.
실시예들은 단지 예시로서 1D 및 2D 광 푸트프린트를 기술한다. 다른 실시예들에서, 광 푸트프린트는 3D 광 푸트프린트다. 즉, 실시예들에서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다.
구체적인 실시예들은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한다.
도 5는 제1 그룹의 실시예들에 따른 라이다 시스템을 도시한다.
도 6은 제1 그룹의 실시예에 따른 스캐닝 라이다 시스템을 도시한다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 제1 그룹의 실시예에 따른 예시적인 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트를 도시한다.
도 8은 제2 그룹의 실시예에 따른 인터리빙된 홀로그램을 사용하는 라이다 시스템을 도시한다.
도 9는 제2 그룹의 실시예에 따른 인터리빙된 홀로그램에 대한 대안적인 구성을 도시한다.
도 10은 제2 그룹의 실시예에 따라 상이한 방향으로 장면의 상이한 영역을 스캐닝하기 위한 인터리빙된 홀로그램을 도시한다.
도 11은 제2 그룹의 실시예에 따라 제1 크기인 제1 광 푸트프린트 및 제1 크기보다 작은 제2 크기인 제2 광 푸트프린트를 형성하는 인터리빙된 홀로그램을 도시한다.
도 12는 제3 그룹의 실시예들에 따라 광 검출기로부터 수신된 신호를 기초로 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하기 위한 피드백 시스템을 도시한다.
도 13a, 13b, 13c 및 13d는 제3 그룹의 실시예에 따른 예시적인 제1 및 제2 스캐닝을 도시한다.
도 14는 각도 확대 시스템의 예를 도시한다.
도 15는 실시예들에 따른 객체의 검출 및 측정 방법을 도시한다.
도면들에서, 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.
단수 형태의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 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.
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 단지 예시적으로 위상-한정 홀로그램에만 관련된다. 즉, 실시예들에서, 공간 광 변조기는 입사광에 위상 지연 분포만을 적용한다. 실시예들에서, 각 픽셀에 의해 적용되는 위상 지연은 다중 레벨이다. 즉, 각각의 픽셀은 이산화된 수(discrete number)로 이루어진 위상 레벨들 중 하나로 설정 될 수 있다. 실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체에 대한 푸리에 변환이다. 이들 실시예에서, 홀로그램은 객체에 대한 푸리에 도메인 표현 또는 주파수 도메인 표현인 것으로 볼 수 있다. 도 1은 반사형 SLM을 사용하여 위상-한정 푸리에 홀로그램을 표시하여 재생 필드에서 홀로그래픽 재구성을 생성하는 실시예를 도시한다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens, 111)를 통해 SLM(140)에 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 파면의 방향은(예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2˚ 또는 3˚정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 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. 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM으로부터 출사되는 위상 변조된 광의 빔을 전달받아 스크린(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
광은 SLM의 위상-변조 층(즉, 위상 변조 소자들의 어레이)을 가로 질러 입사한다. 위상 변조 층을 지나 출사되는 변조 광은 재생 필드를 가로 질러 분배된다. 특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 픽셀들이 전체 재구성에 관여한다. 즉, 재생 이미지의 특정 지점과 특정 위상 변조 요소 간에는 일대일 상관 관계가 없다.
이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 광 파워(optical 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. 다만, 다른 실시예들에서, 푸리에 변환은 홀로그램 데이터 내 렌즈화 데이터(lensing data)를 포함함으로써 컴퓨터 계산적으로도 수행된다. 즉, 홀로그램은 객체를 나타내는 데이터뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광학 경로 길이로 인해 렌즈의 각 지점들에서 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성 될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈의 중심에서의 광학 경로 길이는 렌즈의 가장자리에서의 광학 경로 길이보다 크다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성 될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 객체를 나타내는 홀로그램 데이터와 결합하여 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈 없이 수행 될 수 있는 방법이 알려져 있다. 실시예들에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 가산에 의해 홀로그램 데이터와 결합된다.
대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 빔 배향(beam steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터를 포함할 수 있다. 다시, 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 그러한 홀로그램 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그램 데이터와 결합시키는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이즈된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 진폭-한정 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 홀로그래픽 재구성의 각도 배향(angular steering)을 제공할 수 있다.
2D 이미지의 푸리에 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton)알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하는 것을 포함하여 여러 가지 방법으로 계산 될 수 있습니다. 게르흐버그-섹스톤 알고리즘은 공간 도메인 내 진폭 정보(예 : 2D 이미지)로부터 푸리에 도메인의 위상 정보를 유도하는 데 사용될 수 있다. 즉, 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 강도 또는 진폭 한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 따라서, 객체에 대한 위상-한정 푸리에 변환이 계산될 수 있다.
실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용하여 진폭 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.
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. 공간 및 스펙트럼 제약 조건은 각각 IA(x, y) 및 lB(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역의 제약 조건은 데이터 세트의 진폭에 부여된다. 해당 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.
실시예들에서, 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170 호 또는 제2,501,112 호에 기술 된 바와 같은 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기반한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이는 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.
실시예들에 따르면, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색한다. 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 위상 정보 Ψ[u, v]는 이미지 평면에서 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 생성하는 데 사용된다.
진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로, 변환된 크기(및 위상)에는 계산된 데이터 세트의 정확성에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서, 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백을 반복적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 게르흐버그-섹스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘의 예시가 도 2를 참조하여 이하에서 설명된다. 이 알고리즘은 반복적이고 수렴적이다. 이 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 구성된다. 이 알고리즘은 진폭 한정 홀로그램, 위상 한정 홀로그램 또는 완전 복소 홀로그램을 결정하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예는 단지 예시적으로 위상 한정 홀로그램을 생성하는 것에 관한 것이다. 그림 2A는 알고리즘의 첫 번째 반복을 보여주며 알고리즘의 중요내용을 나타낸다. 도 2b는 알고리즘의 후속 반복을 나타낸다.
설명을 위해, 진폭 및 위상 정보는 본질적으로(intrinsically) 결합되어 복합 복소 데이터 세트를 형성하난 각각 개별적으로 고찰된다. 도 2a를 참조하면, 알고리즘의 코어는 제1 복소 데이터를 포함하는 입력 및 제 4 복소 데이터를 포함하는 출력을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 제1 복소 데이터는 제1 진폭 성분(201) 및 제1 위상 성분(203)을 포함한다. 제 4 복소 데이터는 제 4 진폭 성분(211) 및 제 4 위상 성분(213)을 포함한다.이 예시에서, 입력 이미지는 2 차원이다. 이에, 진폭 및 위상 정보는 파-필드 이미지에서의 공간 좌표(x, y) 및 홀로그램 필드에 대한(u, v)의 함수이다. 즉, 각각의 평면에서의 진폭 및 위상은 각각의 평면에서의 진폭 분포 및 위상 분포이다. 이 제1 번째 반복에서, 제1 진폭 성분(201)은 홀로그램이 계산되는 입력 이미지(210)이다. 이 제1 번째 반복에서, 제1 위상 성분(203)은 단지 알고리즘의 시작점으로 사용되는 랜덤 위상 성분(230)이다. 처리 블록(processing block)(250)은 제1 복소 데이터를 푸리에 변환하여 제2 진폭 성분(미도시) 및 제2 위상 정보(205)를 갖는 제2 복소 데이터를 형성한다. 이 예시에서, 제2 진폭 성분은 폐기되고(discarded) 처리 블록(252)에 의해 제3 진폭 성분(207)으로 교체된다. 다른 예시에서, 처리 블록(252)는 제3 진폭 성분(207)를 생성하기 위해 상이한 기능을 수행한다. 이 예시에서, 제3 진폭 성분(207)은 광원을 나타내는 분포(distribution)이다. 제2 위상 성분(205)은 처리 블록(254)에 의해 양자화되어 제3 위상 성분(209)을 생성한다. 제3 진폭 성분(207) 및 제3 위상 성분(209)은 제3 복소 데이터를 형성한다. 제3 복소 데이터는 처리 블록(256)에 입력되고 이는 역 푸리에 변환을 수행한다. 처리 블록(256)은 제 4 진폭 성분(211) 및 제 4 위상 성분(213)를 갖는 제 4 복소 데이터를 출력한다. 제 4 복소 데이터는 다음 반복(iteration)을 위한 입력을 형성하도록 이용된다. 즉, n 번째 반복의 제 4 복소 데이터는(n+1) 번째 반복의 제1 복소 데이터를 형성하는 데 이용된다.
도 2b는 알고리즘의 두 번째 및 그 후속 반복을 도시한다. 처리 블록(250)은 이전 반복의 제 4 진폭 성분(211)으로부터 유도된 제1 진폭 성분(201) 및 이전 반복의 제4 위상 성분에 대응하는 제1 위상 성분(213)를 갖는 제1 복소 데이터를 수신한다.
이 예시에서, 제1 진폭 성분(201)는 이하에서 설명되는 바와 같이 이전 반복의 제4 진폭 성분(211)으로부터 유도된다. 처리 블록(258)은 이전 반복의 제 4 진폭 구성 요소(211)에서 입력 이미지(210)를 감산하여 제 5 진폭 성분(215)을 형성한다. 처리 블록(260)은 이득 계수 a만큼 제 5 진폭 구성 요소(215)를 스케일링(scale, 크기조정)하고 입력 이미지(210)에서 그 것을 감산한다. 이는 다음 방정식에 의해 수학적으로 표현됩니다.
Figure pct00001
여기서:
F '는 역 푸리에 변환이다;
F는 순방향 푸리에 변환이다;
R은 재생 필드이다;
T는 목표 이미지이다;
∠ 각도 정보이다;
Ψ는 각도 정보의 양자화 된 버전이다;
ε은 새로운 목표 크기이며, ε> 0 이다; 그리고
α는 이득 요소 ~ 1이다.
이득 요소 α는 고정되거나 가변적 일 수 있다. 예시들에서, 이득 요소(α)는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 레이트(rate)에 기초하여 결정된다.
처리 블록(250, 252, 254 및 256)은 도 2a를 참조하여 기술 된 바와 같은 기능을 가진다. 최종 반복에서, 입력 이미지(210)를 나타내는 위상 한정 홀로그램 Ψ(u, v)이 출력된다. 위상 한정 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서 위상 분포를 포함한다고 볼 수 있다.
다른 예에서, 제2 진폭 성분은 폐기되지 않는다. 그 대신에, 제2 진폭 성분에서 입력 이미지(210)가 감산되고, 그 진폭 성분의 배수가 입력 이미지(210)에서 감산되어 제3 진폭 성분(307)를 생성한다. 다른 예에서, 제 4 위상 성분은 완전히 피드백 되는 것이 아니며, 예를 들어, 마지막 두 번의 반복에 걸쳐 변경되는 비율만큼만 부분적으로 피드백 된다.
실시예들에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 배치된 실시간 엔진이 제공된다. 실시예들에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 영상이다. 다른 실시예들에서, 홀로그램은, 미리 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요시 호출된다. 즉, 실시예들에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
그러나, 실시예들은 단지 예시적으로 푸리에 홀로그래피(Fourier holography) 및 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton) 유형의 알고리즘에 관련될 뿐이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
본 개시는 다수의 상이한 유형의 SLM 중 임의의 하나를 사용하여 구현 될 수 있다. SLM은 반사 또는 투과하여 공간 변조된 광을 출력 할 수 있다. 실시예들에서, SLM은 실리콘상의 액정, 즉 "LCOS", SLM이나, 본 개시는 이러한 유형의 SLM에 한정되지 않는다.
LCOS 장치는 작은 개구(small aperture) 내에 있는 위상 한정 요소들의 큰 어레이를 표시 할 수 있다. 작은 요소(일반적으로 약 10 미크론 이하)에 의해, 광학 시스템이 매우 긴 광학 경로를 필요로 하지 않도록 실용적인 회절 각(단지 몇도 수준)이 야기된다. LCOS SLM의 작은 개구(수 평방 센티미터)을 적절하게 조명하는 것이 더 큰 액정 장치의 개구를 조명하는 것 보다 더 용이하다. 또한 LCOS SLM은 큰 개구율을 가지므로(픽셀을 구동하는 회로가 거울 아래에 묻혀 있으므로) 픽셀 사이에 데드 스페이스(dead-space)가 거의 없다. 이는 재생 필드 내 광학 노이즈를 낮추는 것에 대해 중요한 문제이다. 실리콘 백플레인을 사용하면 픽셀들이 광학적으로 평평해 지며 이는 위상 변조 장치에 대해 중요한 것이다.
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) 상에 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 출력하는 것이나, 본 개시는 투과형 LCOS SLM에도 동등하게 적용 가능하다. 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).
본 발명자는 본 개시의 홀로그래픽 기술을 사용하여 개선된 이미지 프로젝션을 제공하기 위한 다양한 방법을 이미 개시하였다. 본 발명자는 이 홀로그램 기술이 개선 된 라이다 시스템의 기초를 형성하는데 사용될 수도 있다는 것을 인식하였다.
구체적으로, 본 발명자는 이 기술이, LIDAR에 필요한 장면(scene)을 가로지르는 광 푸트프린트를 스캐닝하는 공간 광 변조기에 컴퓨터 생성 홀로그램의 시퀀스를 기록(write)하는 것에 사용될 수 있다는 것을 인식하였다. 바람직하게, 장면 내에서 광 푸트프린트의 위치는 컴퓨터 생성 홀로그램을 변경함으로써 변경 될 수 있다. 광 검출기가 광 검출 및 측량(light detection and ranging)을 위해 광원 및 공간 광 변조기와 어떻게 동기화 될 수 있는지는 이해가능한 것이다. 광은 제1 특성을 가지며 이는 검출기에 의해 수신된 다른 광과 구별 될 수 있다는 것을 의미한다. 광은 홀로그램의 시퀀스에 시간적으로 동기화되며 펄스화 된다. 실시예들에서, 제1 특성은 제1 주파수에서 진폭 변조되는 것이다. 그러나 광은 다른 방법으로 특성화 될 수 있습니다. 실시예들에서, 제1 주파수는 무선 주파수(radio frequency)이다.
제1 그룹의 실시예
도 4는 광을 장면(400)으로 지향하도록 배치된 공간 광 변조기(410) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(420)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(410)는, 공간 광 변조기(410) 상에 표시된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램(dynamically-variable computer-generated hologram)에 따라 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된다. 도 4는, 공간 광 변조기(410) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(400) 내 제1 광 푸트프린트(451)를 형성하는 제1 공간 변조 광(431)을 출력하는 공간 광 변조기(410)을 도시한다. 도 4는, 또한 공간 광 변조기(410) 상에 표현된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(400) 내 제2 광 푸트프린트(461)를 형성하는 제2 공간 변조 광(432)를 출력하는 공간 광 변조기(410)을 도시한다.
제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 스캐닝하기 위해 상이한 시간에 공간 광 변조기 상에 디스플레이 된다. 공간 광 변조기는 장면 내에서 광 푸트프린트의 대응하는 시간 시퀀스를 형성하기 위해 홀로그램 제어기(미도시)로부터 일련의 컴퓨터 생성된 홀로그램을 수신한다.
몇몇 실시예들에서, 광 푸트프린트의 밝기는 그 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 다른 실시예들에서, 광 푸트프린트의 밝기는 공간 광 변조기로부터의 거리(즉, 범위)에 따라 변경된다. 예를 들어, 광 푸트프린트의 밝기는 공간 광 변조기로부터의 거리에 따라 증가 할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 밝기를 갖는 제1 광 푸트프린트는 공간 광 변조기로부터 제1 거리에 형성되고, 제2 밝기를 갖는 제2 푸트프린트는 공간 광 변조기로부터 제2 거리에 형성되고, 여기서, 제1 거리는 제2 거리보다 멀고, 제1 밝기는 제2 밝기 보다 밝다. 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트는 실질적으로 동시에 형성 될 수 있거나 또는 상이한 시간에 형성 될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광 푸트프린트 및 제2 광 푸트프린트는 장면 내의 광 푸트프린트들의 시간적 순차배열(시퀀스)인 연속적인 일련의 광 푸트프린트다.
이에, 장면을 스캐닝하도록 배열된 광 검출 및 측량 장치인 "라이다(LIDAR)" 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 : 제1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원; 상기 광원으로부터의 광을 수광하고 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기; 상기 공간 광 변조기에 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 출력하도록 배치되며, 상기 컴퓨터 생성 홀로그램 각각이 상기 장면 내에 대응하는 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되며, 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 추가로 배치되는 홀로그램 제어기; 및 상기 장면으로부터 상기 제1 특성을 갖는 광을 수광하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기를 포함한다.
홀로그램 제어기는 공간 광 변조기 상에 표시된 홀로그램 패턴을 변경함으로써 광 푸트프린트를 이동시키도록 배열된다. 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면의 제1 위치에 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램과 제2 위치에 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 여기서, 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력 바로 뒤에 나타난다.
라이다(LIDAR) 시스템은 광 스캐닝을 하기 위해 회전하는 프리즘과 같은 이동식 광학체를 사용하는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 그러한 시스템은 이동식 부품들이 필요하므로 상당히 단점을 가진다. 본 명세서에 개시된 홀로그래픽 라이다 시스템은 광 스캐닝을 하기 위해 이동식 광학체를 필요로 하지 않는다. 대신에, 광 푸트프린트를 이동시키는 것이 홀로그램을 컴퓨터로 계산하여 조작함으로써 제공된다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서, 빔 배향(beam steering)을 하기 위해 및 빔을 객체(예를 들어, 광 푸트프린트)를 나타내는 홀로그램 데이터에 결합하기 위해 그레이팅(grating)을 나타내는 홀로그램 데이터를 어떻게 계산하는 지에 대한 방법이 알려져 있다. 주기성과 같은 홀로그래픽 격자의 특성은 장면 내에서 원하는 위치로 광을 배향하기 위해 동적으로 변경 될 수 있다.
회전식 프리즘을 사용하는 라이다 시스템은 미리 결정된 속도로 프리즘을 연속적으로 회전시킴으로써 한 방향으로 연속적인 스캐닝을 수행한다. 대조적으로, 본 명세서에 개시된 홀로그래픽 라이다 시스템은 제한없이 장면 내에서 광 푸트프린트를 동적으로 재배치 할 수 있게 한다. 특히, 광 푸트프린트는 중간 위치들을 조명하지 않고도 장면의 일 위치에서 장면의 임의의 다른 위치로 이동될 수 있다. 이와 관련하여, 광 푸트프린트는 장면의 일 위치에서 장면의 임의의 다른 위치로 순간적으로 이동될(jump) 있다. 실시예들에서, 제1 위치는 제2 위치로부터 공간적으로 분리되어 있다. 이는 위치 이동을 위해 프리즘을 회전시켜야 하는 회전식 프리즘 시스템과 달리, 보다 유연한 스캔을 제공한다. 따라서, 본 개시에 따른 홀로그래픽 라이다 시스템은 더 유연한 스캐닝 및 더 빠른 동적 스캐닝을 제공한다. 다만, 본 시스템은 제1 위치가 실질적으로 제2 위치에 인접한 경우에도 동등하게 적절하다는 것으로 이해될 수 있다. 도 5는 제1 광 푸트프린트(551) 및 제2 광 푸트프린트(561)가 실질적으로 인접한 실시예를 도시한다.
도 6은, 장면의 연속적인 영역을 조명하기 위해, 광 푸트프린트(651)가 장면 내에서 이동되는 실시예를 도시한다. 즉, 실시예에서, 광 푸트프린트는 장면 내의 광 푸트프린트를 스캔하도록 연속적으로 재위치 설정된다(reposition). 도 6은 연속적인 스캔을 도시하였으나, 본 시스템은 불연속적인 스캔을 제공하는 데에도 동등하게 적절하다.
본 발명자는 또한 홀로그래픽 시스템의 컴퓨터 계산 속성이 광 푸트프린트의 특성을 순간적으로 변화 시켜 개선된 스캐닝을 제공하는 것에 이용 될 수 있다는 것을 인식하였다. 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 갖고 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 제1 영역은 제2 영역과 동일하지 않다.
도 7a는 장면(700) 내의 제1 광 푸트프린트(751) 및 제2 광 푸트프린트(761)를 도시한다. 제2 광 푸트프린트(761)는 제1 광 푸트프린트(751)의 면적보다 작은 면적을 가진다. 본 시스템은 장면(700)의 제1 영역(750)을 제1 광 푸트프린트(751)로 스캐닝하고 제2 영역(760)을 제2 광 푸트프린트(761)로 스캐닝하도록 배치될 수 있다. 제2 광 푸트프린트(761)는 제1 광 푸트프린트(751) 직후에 형성 될 수 있으며, 그 반대로도 가능하다. 광 푸트프린트가 작을수록 시스템의 공간 해상도가 높아진다. 따라서, 본 개시의 홀로그래픽 라이다 시스템에 의해 스캐닝의 공간 해상도가 동적으로 제어 될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 스캐닝의 해상도를 변경하는 것이 이점을 가질 수 있다.
광 푸트프린트 크기가 줄어들면, 투영 방법이 홀로그래픽(홀로그램의 모든 픽셀들이 재구성의 모든 지점에 작용함)이기 때문에 더 밝아진다. 이는, 신호 대 잡음비를 향상시키거나 장치의 최대 범위(가용 거리)를 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 보다 높은 해상도의 스캐닝이 장면의 하나 이상의 영역에서 수행되고, 보다 낮은 해상도의 스캐닝이 상기 장면의 다른 하나 이상의 영역에서 수행된다. 일 예시로서, 본 시스템은 제1 광 푸트프린트로 도로를 스캐닝하고 제2 광 푸트프린트로 연석을 스캐닝하도록 배치되며, 이 때, 제1 광 푸트프린트는 제2 광 푸트프린트보다 크다. 따라서 연석은 예를 들어 차량의 전방보다 더 높은 해상도로 스캐닝 된다. 이는, 전방에 차량이 있는 지 및 그 거리가 떨어져 있는 지 알아내는 것은 필요한 것일 수 있으나 차량이 차량의 폭을 결정하는 것은 필요하지 않을 수 있다는 것에 기인한다. 연석을 더 고해상도로 스캐닝하는 것은 위치의 정확성을 제공한다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 장면의 중앙은 상대적으로 낮은 해상도로 스캐닝되고, 장면의 하나 이상의 주변부는 상대적으로 고 해상도로 스캐닝된다. 즉, 장면의 주변부를 하나 이상 스캐닝 하는 것은 장면의 중심을 스캐닝 하는 것 보다 더 높은 해상도를 가진다.
다른 실시예들에서, 홀로그램 시스템은 상이한 형상의 푸트프린트를 제공하는데 사용된다. 도 7b는 제1 광 푸트프린트(752)가 제2 광 푸트프린트(762)와 상이한 형상을 갖는 실시예를 도시한다. 즉, 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 형상을 가지고 제2 광 푸트프린트는 제2 형상을 가지며, 여기서 제1 형상은 제2 형상과 상이하다. 장면의 상이한 영역들이나 장면 내의 상이한 객체들을 검측(probing)하기 위해 상이한 모양을 가진 푸트프린트를 사용하는 것이 이점을 가질 수 있다. 이에, 더 유연한 라이다 시스템이 제공된다.
실시예들에서, 홀로그램 시스템은 광 푸트프린트를 회전 시키는데 사용된다. 도 7C는 제1 광 푸트프린트(753) 및 제2 광 푸트프린트(763)가 동일한 형상을 갖지만 상이하게 배향된 실시예를 도시한다. 즉, 실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 배향을 갖는 형상을 갖고 제2 광 푸트프린트는 제2 배향을 갖는 형상을 가지며, 제1 배향은 제2 배향과 상이하다. 예를 들어, 정확한 위치 정보가 2 개의 상이한 방향으로 스캐닝 함으로써 얻어 질 수 있다. 다른 예시들에서, 광 응답 신호는 광 푸트프린트의 방향을 변경함으로써 증가되거나 최적화 될 수 있다.
실시예들에서, 상기 형상은 실질적으로 1 차원 형상이다. 예를 들어, 광 푸트프린트는 슬릿 또는 선형인 모양을 가질 수 있다. 도 7D는 제1 광 푸트프린트(754)가 제2 광 푸트프린트(764)에 수직한 실시예를 도시한다. 1 차원 푸트프린트는 1차원 스캐닝을 제공하며 이는, 예를 들어, 장면 내에 임의의 객체가 존재하는 지여부를 알기 위해 장면을 가로 질러 빠르게 훑어보는 것에 이점이 있다. 장면 내 제1 영역을 제1 방향으로 1 차원 스캐닝하는 것 및 장면 내 제2 영역을 직교 방향으로 1 차원 스캐닝하는 것은 이점을 가질 수 있다. 즉, 실시예에서, 제1 배향은 제2 배향과 수직하다.
제2 그룹의 실시예 - 인터리빙된 스캐닝
도 8은 광을 장면(800)으로 지향 시키도록 배치된 공간 광 변조기(810) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(820)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(810)는 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조 된 광을 출력하도록 배치된다. 도 8은 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(800) 내 제1 광 푸트프린트(851)를 형성하는 제1 공간 변조 광(831)을 출력하는 공간 광 변조기(810)을 도시한다.도 8은 또한 공간 광 변조기 공간 광 변조기(810) 상에 표현된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(800) 내 제2 광 푸트프린트(861)를 형성하는 제2 공간 변조 광(832)을 출력하는 공간 광 변조기(810)을 도시한다. 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 스캐닝을 제공하기 위하여 상이한 시간에 공간 광 변조기 상에 표시된다. 공간 광 변조기는, 제1 광 푸트프린트(851) 및 제2 광 푸트프린트(861)을 포함하는 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트들의 시간적 시퀀스들을 형성하기 위하여 홀로그램 제어기(미도시)로부터 컴퓨터 생성 홀로그램들의 시퀀스(891, 895, 892, 896, 893, 897, 894)을 수신한다.
도 8은, 장면(800)의 제1 영역(850) 내에, 제1 광 푸트프린트(851)를 포함하는 복수의 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(891, 892, 893)을 도시한다. 도 8은 또한, 장면(800)의 제2 영역(860) 내에, 제2 광 푸트프린트(861)를 포함하는 복수의 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(895, 896, 897)을 도시한다.
제2 광 푸트프린트(861) 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(895, 896 및 897)을 포함하는 제2 광 푸트프린트는 그것들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 단지 예시적인 이유로 빗금(해칭)으로 도시되었다. 그러나, 공간 광 변조기 상에 표시되는 것은 장면으로 단순하게 광학적으로 변환되는 것이 아님을 주지해야 한다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 회절 패턴이며 이는 간섭에 의해 장면에서 대응하는 광 푸트프린트를 재생성한다. 홀로그램 내의 점들과 장면 내 점들 사이에는 일대일 상관 관계가 없다. 홀로그램 내 각 점은 대응하는 광 푸트프린트의 모든 점에 기여한다. 마찬가지로, 제1 광 푸트프린트(851) 및 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(891,892 및 893)을 포함하는 제1 광 푸트프린트는 그것들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 관계를 이들이 대응한다는 것을 나타내기 위하여 예시적인 이유로 빗금이 없는 것으로 도시되었다.
복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(891, 892, 893)은 장면(800)의 제1 스캐닝(850)을 제1 방향(880)으로 제공하도록 배치된다. 컴퓨터 생성 홀로그램(893)은 제1 광 푸트프린트(851)에 대응한다.(895, 896, 897)은 장면(800)의 제2 스캐닝(860)을 제2 방향(885)으로 제공하도록 배치된다. 컴퓨터 생성 홀로그램(897)은 제2 광 푸트프린트(861)에 대응한다. 단지 3 개의 컴퓨터 생성 홀로그램이 각각 본 발명은 각 스캔에서 임의의 수의 컴퓨터 생성 된 홀로그램을 사용하는 것을 포함한다.
이에, 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램과 장면 내에서 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 것으로 이해 될 수 있다. 도 8은 단지 예시로서 다른 방향으로 제1 스캐닝 및 제2 스캐닝을 하는 것을 도시한다. 다른 실시예들에서, 제1 스캐닝 및 제2 스캐닝은 동일한 방향으로 스캐닝한다.
도 8는 공간 광 변조기(810)에 교번적으로 출력되는 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 홀로그램과 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 홀로그램을 도시한다. 즉, 실시예들에서, 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램이 인터리브(interleaved, 교차배치)된다. 그러나, 본 개시는 인터레이싱(interlacing)을 위한 임의의 배치 방식을 포함한다. 예를 들어, 도 9는 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(991, 992, 993, 994) 중 2 개의 홀로그램이 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(995, 996) 중 하나의 홀로그램과 인터리빙 되는 다른 실시예를 도시한다.
도 8 및 9에 도시 된 실시예를 포함하는 실시예들에서, 제1 스캐닝은 장면의 제1 영역의 스캐닝이고, 제2 스캐닝은 장면의 제2 영역의 스캐닝이며, 여기서 제2 영역은 제1 영역으로부터 공간적으로 분리되어 있다. 복수의 컴퓨터 생성 된 홀로그램은 공간 변조된 광을 제1 영역과 제2 영역 사이에서 앞뒤로 이동시킴으로써 제1 영역 및 제2 영역을 스캐닝하도록 배치되는 것으로 이해될 것이다. 다시, 전술 한 바와 같이, 스캐닝 광학을 기반으로 하는 라이다 시스템은 이 기능을 달성 할 수 없으므로 장면의 공간적으로 분리 된 영역을 보다 신속하게 스캐닝 할 수 있다.
도 10은 제1 영역(1050) 및 제2 영역(1060)을 포함하는 장면(1000)을 도시한다. 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램(1091, 1092, 1093)은 제1 영역(1050) 내에서 제1 방향(1080)으로 제1 광 푸트프린트(1051)를 스캐닝하도록 배치된다. 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램(1095, 1096, 1097)은 제2 영역(1060) 내의 제2 방향(1085)에서 제2 광 푸트프린트(1061)를 주사하도록 배치된다. 따라서, 실시예에서, 제1 스캐닝은 장면 내 제1 영역을 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 제2 스캐닝은 장면 내 제2 영역을 제2 방향으로 스캐닝하는 것이다. 실시예들에서, 제2 스캐닝은 또한 제1 영역을 스캐닝하는 것일 수도 있다. 이 실시예들에서, 제2 스캐닝은 제1 스캐닝과 동일한 방향으로 수행된다.
실시예들에 따르면, 상대적으로 낮은 해상도인 제1 스캐닝은 고해상도 스캐닝인 제2 스캐닝과 인터리빙(교차배치) 된다. 다시 말하지만, 광 푸트프린트가 작을수록 공간적 해상도가 높아진다. 도 11은 제2 푸트프린트(1161)가 제1 푸트프린트(1051) 보다 작은 영역을 갖는 실시예를 도시한다. 따라서, 실시예들에서, 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 및 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되며, 제1 영역은 제2 영역과 같지 않다.
실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖고, 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖는다.
인터리빙(교차배치 동시수행)되는 제1 및 제2 스캐닝은 장면의 동일한 영역 또는 상이한 영역에 관한 것일 수 있다. 상이한 광 푸트프린트들(예 : 세밀한 또는 고해상도 스캔에 해당하는 첫 번째 스캔의 푸트프린트 및 조악한 또는 저해상도 스캔에 해당하는 두 번째 스캔의 푸트프린트)를 사용하여 장면의 동일한 영역을 동시에 스캐닝하여 장면의 영역에 대한 상이한 정보를 제공할 수 있다. 동일하거나 상이한 푸트프린트들을 사용하여 장면의 상이한 영역들을 동시에 스캐닝하여 장면의 상이한 영역들에 대한 정보를 획득할 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝은 인터리빙(교차배치)되어 동시에 수행되기 때문에, 두 스캐닝에 의해 얻어진 정보는 실질적으로 동일한 시점(same point in time)에 있는 장면에 관한 것이다.
실시예들에 따르면, 제1 스캐닝은 스토캐스틱 스캔(stochastic scan, 확률적 스캔)을 포함할 수 있고, 이는 장면 주위로 무작위로(예를 들어, 차량 주위의 다른 영역으로) 이동되는 광 푸트프린트를 투사하는 것이다. 장면 내의 특징부(피처, feature)가 스토캐스틱 스캔으로부터(예를 들어, 제1 스캐닝에 대한 광 응답 신호로부터) 또는 다른 방법으로 식별되면, (예를 들어, 더 높은 해상도에서) 식별된 특징부를 포함하는 영역에 대한 제2 스캐닝이 수행 될 수 있다. 실시예들에서, 스토캐스틱 스캔은 연속적이며, 하나 이상의 제2스캐닝(예를 들어, 보다 높은 해상도임)이 스토캐스틱 스캔으로 인터리빙된다. 특히, 고해상도인 제2 스캐닝은, 도 8 내지도 11을 참조하여 전술한 바와 같이, 스토캐스틱 스캔과 동시에 수행 될 수 있다. 따라서, 스토캐스틱 스캔은 연속적으로 수행 될 수 있고, 제한된 지속 시간을 갖는 제2 스캐닝이 시도 되어, 필요에 따라, 스토캐스틱 스캔과 인터리빙 될 수 있다. 예를 들어, 특징부가 특정 영역 내에서 감지될 때, 특정 영역에 대해 고해상도인 제2 스캐닝이 추가되어 스토캐스틱 스캔과 인터리빙되어 이후 고해상도 스캔이 완료되면 제거될 수 있다. 따라서, 새로운 목표 객체들이 연속적인 스토캐스틱 스캔에 의해 계속적으로 식별되고, 그러한 식별된 목표 객체의 세부 사항들이 제2 스캔에 의해 연속적으로 획득된다. 대안적인 실시예들에서, 제2 스캐닝은 스토캐스틱 스캔 대신에 수행 될 수도 있다(즉, 제1 및 제2 스캐닝은 병행하지 않는다). 이 경우, 제1 스캐닝과 제2 스캐닝은 교번적으로 이루어진다.
제3 그룹의 실시예 - 지능형 스캐닝
실시예들은 제1 스캐닝의 결과를 제2 스캐닝을 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는데 사용하는 피드백 시스템을 제공한다. 제2 스캐닝을 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 단계는 홀로그램의 저장소로부터 홀로그램을 선택하거나 홀로그램을 계산하는 단계를 포함 할 수 있다.
도 12는 광을 장면(1200)에 지향 시키도록 배열된 공간 광 변조기(1210) 및 그 장면으로부터 반사된 광을 수집하도록 배치된 광 검출기(1220)를 포함하는 실시예를 도시한다. 공간 광 변조기(1210)는 광원(미도시)으로부터 광을 수신하고 공간 광 변조기(1210) 상에 표현된 동적 가변 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다. 도 12는 공간 광 변조기(1210) 상에 표현된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램(미도시)에 따라 장면(1200) 내에 제1 광 푸트프린트(1251)를 형성하는 제1 공간 변조 광(1231)을 출력하는 공간 광 변조기(1210)을 도시한다.
도 12는 제1 광 푸트프린트(1251)가 조명된 장면(1200)의 영역으로부터 반사된 광(1241)을 수신하는 광 검출기(1220)를 도시한다. 예를 들어, 그 광은 장면 내의 객체로부터 반사 될 수 있다. 반사된 광(1241)을 수신하는 것에 응답하여, 광 검출기(1220)는 광 응답 신호(1274)를 출력한다. 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)를 수신하고 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하도록 배열된다. 홀로그램 제어기(1270)는 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 홀로그램 데이터(1272)를 공간 광 변조기(1210)에 출력한다.
홀로그램 제어기(1270)는 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하기 위해 광 응답 신호(1274)의 속성을 평가할 수 있다. 실시예에서, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)가 물체가 제1 광 푸트프린트로 주사 된 영역 내에 존재 함을 나타내는지를 결정한다. 일부 실시예에서, 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호(1274)의 최대(또는 피크) 강도 또는 평균 강도이다. 다른 실시예들에서, 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호(1274)의 강도 변화 또는 광 응답 신호(1274)의 강도 변화율이다. 광 응답 신호(1274)의 속성은 광 응답 신호의 강도는 광 응답 신호(1274)의 임의의 속성 또는 광 응답 신호(1274)의 임의의 특징들(features)일 수 있고, 이는 스캐닝된 영역에 대한 또는 스캐닝된 임의의 객체에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호(1274)의 크기가 임계 값을 초과 하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 홀로그램 제어기(1270)는 제1 광 푸트프린트(1251)로 스캐닝 된 제1 영역에 물체가 존재한다고 결정하고 고해상도로 제1 영역을 다시 주사하도록 배열 된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 홀로그램 제어기(1270)는 객체가 제1 광 푸트프린트(1251)로 스캐닝된 제1 영역에 존재하는 지를 결정하고, 제2 광 푸트프린트(1261)로 장면의 제2 영역을 스캐닝하도록 배열된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 홀로그램 제어기(1270)는 광 응답 신호가 결정할 만한 것 인지(예를 들어, 비교적 잡음이 많음)를 결정하고 및 장면의 동일한 영역을, 다만 다른 방향으로, 다시 스캐닝하도록 배열된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정한다.
복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램에 응답하여, 대응하는 제2 광 푸트프린트(1261)가 장면(1200) 내에 형성된다. 제2 광 푸트프린트(1261)는 전술 한 바와 같이 장면(1200) 내에서 스캐닝 될 수 있다. 공간 광 변조기(1210)는 장면(1200) 내에, 제2 광 푸트프린트(1261)를 포함하는, 대응하는 광 푸트프린트들의 시간적 시퀀스를 형성하기 위해 홀로그램 제어기(1270)로부터 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 수신한다.
따라서, 실시예들에서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 홀로그램 제어기는, 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호를 수신하도록 배치되며 상기 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호의 속성에 기초하여 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하도록 배치된다. 실시예들에서, 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 장면 내에서 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된다.
도 13A는 제1 스캐닝이 제1 방향(1380)으로 제1 광 푸트프린트(1351)로 장면(1300)의 제1 영역(1350)을 스캐닝하는 것인 실시예를 도시한다. 제2 스캐닝은, 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램에 대응하며, 장면(1300)의 제1 영역(1350) 또는 제2 영역(1360)을 스캐닝하는 것일 수 있다.
도 13b는, 제1 스캐닝이 장면의 제1 영역을 스캐닝 하는 것이고 제2 스캐닝이 장면의 제2 영역을 스캐닝하는 실시예를 도시하며, 제2 영역은 제1 영역으로부터 공간적으로 분리되어 있다.
도 13c는, 제1 스캐닝이 장면의 제1 영역을 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 제2 스캐닝이 장면의 제1 영역을 제2 방향으로 스캐닝하는 것인 인 실시예를 도시한다. 실시예들에서, 제2 스캐닝은 제1 광 푸트프린트와 상이한 크기, 형상 및/또는 배향을 갖는 제2 광 푸트프린트를 사용하여 수행된다.
도 13d는, 복수의 제1컴퓨터 생성 홀로그램이 제1 영역을 갖는 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램이 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되는 실시예를 도시하며, 제1 영역은 제2 영역과 동일하지 않다.
실시예들에서, 제1 스캐닝에 의해 스캐닝 되며 장면의 제1 영역은, 제2 스캐닝에 의해 스캐닝 되는 장면의 제2 영역과 동일하거나, 부분적으로, 인접하거나 또는 공간적으로 분리 될 수 있다.
모든 그룹의 실시예의 변형
실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖고, 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원 형상을 갖는다.
실시예들에서, 공간 광 변조기는 위상 한정 공간 광 변조기이다. 이들 실시예들은 진폭을 변조에 따라 광 에너지가 손실되지 않기 때문에 이점을 가진다. 따라서, 효율적인 홀로그래픽 프로젝션 시스템이 제공된다. 그러나, 본 발명은 진폭 한정 공간 광 변조기 또는 진폭 및 위상 변조기 상에서 동일하게 구현 될 수 있다. 홀로그램은 위상 한정, 진폭 한정 또는 완전 복합인 것에 대응될 것으로 이해될 수 있다.
실시예들은 시스템의 시야를 증가시키기 위한 각도 확대 시스템(angular magnification system)을 포함한다. 도 14는 공간 광 변조기(1410)로부터 제1 각도로 공간 변조된 광을 수신하도록 배열 된 각도 확대 시스템(1425)을 도시한다. 각도 확대 시스템(1425)은, 장면을 비추는, 제1 각도보다 큰 제2 각도로 공간 변조 된 광을 출력한다. 도 14는 각도 확대 시스템(1425)이 제1 각도로 광(1422)을 수신하고 제1 각도보다 큰 제2 각도로 광(1424)을 출력하도록 배치되는 것을 도시한다. 각도 확대 시스템은 공간적 변조된 광의 광 각도를 확대하는 것으로 볼 수 있다. 즉, 실시예들에서, 라이다 시스템은 공간 광 변조기로부터의 공간 변조된 광의 각도 편향을 확대하도록 배치된 각도 확대 시스템을 더 포함한다.
실시예들에서, 각도 확대는 굴절에 의해 이루어진다. 즉, 실시예들에서, 각도 확대 시스템은 공간 변조 된 광을 굴절 시키도록 배열된다. 실시예들에서, 각도 확대 시스템은 제1 각도로 공간 변조된 광을 수신하고 제1 각도보다 큰 제2 각도로 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다.
실시예들에서, 광은 펄스화 된다. 따라서, 실시예들에서, 시스템은 임의의 반사된 신호가, 다음의 광 푸트프린트가 장면에 조사되기 이전에, 검출기에 의해 수신되도록 구성된다. 따라서 시스템은 다음의 광 푸트프린트 이전의 임의의 리턴 신호(return signal)를 처리 할 수 있으며 리턴 신호를 발생시키는 푸트프린트가 혼동되지 않도록 할 수 있다. 당업자라면, 본 기능을 제공하기 위해, 광원, 홀로그램 제어기, 공간 광 변조기, 광 검출기 및 임의의 필요한 프로세서를 동기화하는 방법을 이해할 것이며, 이에 관련 설명은 본 명세서에서 제시하지 않는다.
각 광 푸트프린트는 대응하는 컴퓨터 생성 홀로그램을 사용하여 형성된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 공간 광 변조기에 제공된 홀로그램 데이터에 따라 공간 광 변조기 상에 표시된다. 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 서로 다른 데이터 성분들(components)로 구성 될 수 있다. 데이터는 공간 광 변조기의 각각의 광 변조 픽셀들을 개별적으로 어드레싱(addressing) 하는 공간 광 변조기에 대한 명령어를 제공한다. 특히, 데이터는 광을 변조하는 정도에 관하여 각각의 픽셀에 대한 명령어를 제공 할 수 있다. 실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 광 푸트프린트의 크기 및 모양을 정의하는 제1 홀로그램 데이터 및 장면 내 광 푸트프린트의 위치를 정의하는 제2 홀로그램 데이터를 포함한다. 제1 홀로그램 데이터는 광학 효과를 제공하는 홀로그램 데이터를 포함 할 수 있다. 실시예들에서, 제1 홀로그램 데이터는 렌즈화 기능(lensing function)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 제2 홀로그램 데이터는 가변 빔 배향 정보(variable beam steering information)를 제공한다. 실시예들에서, 제2 홀로그램 데이터는 그레이팅 기능(grating function)를 포함한다.
도 15는 공간 광 변조기(1510) 및 광 검출기(1520)와 통신하는 프로세서(1570)를 포함하는 실시예를 도시한다. 작동 시에, 프로세서(1570)는 광 검출기(1520)로부터 광 응답 신호를 수신하고 공간 광 변조기(1510)로부터 동기화 정보(1572)를 수신하도록 배치된다. 공간 광 변조기(1510)는 장면 내 일 위치에 광 푸트프린트(미도시)를 형성하는 공간 변조된 광(1531)을 출력하도록 배치된다. 장면 내의 일 위치에 있는 객체(1505)는 공간 변조된 광(1531)을 반사하고 반사된 광(1541)은 광 검출기(1520)에 의해 검출된다. 광 검출기(1520)는 장면을 포함하는 시야를 갖도록 구성된다.
예를 들어, 광 검출기(1520)는, 광 푸트프린트 및/또는 설계 요구사항에 따라, 단일 광 검출 소자(예를 들어, 단일 광다이오드) 또는 광 검출 소자들의 어레이(예를 들어, 1 차원 또는 2 차원 포토 다이오드 어레이)를 포함 할 수 있다. 전술 한 바와 같이, 시스템의 구성 요소들 사이의 동기화 및 광 펄스화는, 공강 변조된 광이 공간 광 변조기(1510)로부터 객체(1505)를 거쳐 광 검출기(1520)로 이동함에 따른, 공간 변조된 광에 대한 체공시간(a time of flight)을 결정하는데 사용된다. 이 체공시간을 측정하는 것은 공간 광 변조기(1510)로부터 객체(1505)까지의 직선 거리(1576)를 결정하는데 사용될 수 있다. 이로서, 광 검출 및 측량(range) 라이다(LIDAR) 시스템이 제공된다. 실시예들에서, 라이다 송신기는 공간 광 변조기(1510)을 포함하고, 라이다 수신기는 광 검출기(1520)를 포함하며, 이 둘 중 적어도 하나는 차량의 헤드 램프 유닛과 같은 램프 유닛 또는 휴대용 장치 또는 차량 내에 위치 될 수 있다. 프로세서(1570)는 라이다 송신기 및/또는 라이다 검출기와 함께 위치 될 수 있거나 또는 원격으로 위치 될 수 있다.
실시예들에서, 광원은 레이저이다. 실시예들에서, 광 검출기는 포토디텍터(photodetector)이다. 실시예들에서, 본 라이다 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.
실시예들에서, 광원으로부터 오는 레이저 광은 라이다 시스템에 대해 고유한 코드(code)로 변조 될 수 있다. 이러한 코드화는 다른 라이다 시스템(예를 들어, 도로상의 다른 차량 내의 시스템)과 연관된 간섭 또는 혼란을 피하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 라이다 수신기는 수신된 광에서 코드화 된 것을 탐색하고, 대응하는 코드로 변조된 수신 된 광만을 처리한다. 예를 들어, 고유한 2 진수 패턴을 갖는 광 진폭의 2 진화 변조가 (예를 들어, 소정의 코드 또는 패턴으로 광원을 온 및 오프로 스위칭 함으로써 이루어짐) 고유 코드를 제공하도록 수행 될 수 있다. 레이저 광을 다른 유형으로 변조 또는 인코딩하는 것이 수행될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 2 개 이상의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 파장(예를 들어, IR 범위 내 파장)을 갖는 둘 이상의 레이저가 라이다 시스템에 포함될 수 있으며, 상이한 시점에 사용되어 SLM에 광을 제공 할 수 있다. 광원으로 사용되는 레이저, 이에, 광의 푸트프린트를 형성하는 데 사용되는 광의 파장은, 안개 또는 기타 악천후 조건이 감지 된 경우와 같이, 향상된 광 침투력을 제공 하기 위해 주변 조건에 따라 변경될 수 있다.
실시예들에서, 라이다 시스템은 상이한 거리 범위에서 스캐닝을 수행 할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 라이다 시스템의 홀로그램 제어기는 각각의 거리 범위에 대해 장면을 스캐닝 하기 위해 SLM에 홀로그램들을 상이한 시간 시퀀스로 제공할 수 있다. 특히, SLM에 제공되는 홀로그램 데이터는, (예를 들어, 전술한 바와 같이, 컴퓨터 생성 홀로그램을 재구성하는데 사용되는 푸리에 변환 렌즈에 대응하는 렌즈화 기능을 조정함으로써, 또는 렌즈 데이터 내의 대응하는 렌즈 데이터를 변경함으로써) 광 푸트프린트는 요구된 거리 또는 범위에 대응하는 재생 평면에 집중되도록 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물리적인 푸리에 변환 렌즈는 필요한 거리 또는 범위에 대응하는 재생 평면에 광 푸트프린트를 집중시키도록 선택 될 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 광 푸트프린트 또는 광 푸트프린트를 형성하는 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램과 관련된 파라미터 또는 요소는 거리 범위에 기초하여 결정된다고 볼 수 있다. 특히, 상기 결정은 광 푸트프린트가 거리 범위에 대응하는 거리에 포커싱 되게 하는 것이다.
특정 범위에 대하여 적절한 렌즈화 기능/데이터 또는 물리적 푸리에 변환 렌즈는 범위 선택 신호에 응답하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 범위 선택 신호는 사용자에 의해 수동으로 제공 될 수도 있고, 또는 미리 결정된 조건이 감지될 때 자동으로 제공 될 수도 있다. 범위를 선택하는 것은 차량 속도, 교통 밀도 또는 다른 운전 요인 또는 조건에 기초 할 수 있다. 차량이 더 빠른 속도로 주행 한다면 더 장거리 스캐닝을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 고속도로 주행에는 장거리가 선호 될 수 있으며, 교통이 혼잡한 도심 주행에는 근거리가 바람직할 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 거리 범위는 수신된 신호에 기초하여 선택되게 된다. 실시예들에서, 거리 범위는 차량 속도; 주위 조건; 기상 조건; 교통 조건 및 기타 운전 매개 변수들 중 하나 이상을 기초로 결정된다.
제1, 제2 및 제3 그룹의 실시예들이 대략적으로 그리고 개별적으로 개시되었지만, 임의의 실시예 또는 실시예 그룹에 대한 임의의 특징들은 임의의 실시예 또는 실시예 그룹에 대한 다른 임의의 특징 또는 특징의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 기술된 특징들의 모든 가능한 조합물 및 치환물이 고려될 수 있다.
실시예들에서, 제1 광 푸트프린트는 제1 파장의 광으로 형성 될 수 있고 제2 광 푸트프린트는 제2 파장의 광으로 형성 될 수 있다. 실시예들에서, 제1 스캐닝은 제1 파장의 광을 사용하여 수행 될 수 있고 제2 스캐닝은 제2 파장의 광을 사용하여 수행 될 수 있다. 실시예들에서, 제1 및 제2 파장은 상이한 색인 가시 광선이다. 실시예들에서, 제1 및 제2 파장 중 하나 또는 둘 모두는 적외선이며 상이한 파장이다.
실시예들에서, 시스템은 제1 광 푸트프린트를 형성하기 위한 제1 공간 광 변조기 및 제2 광 푸트프린트를 형성하기 위한 제2 공간 광 변조기를 포함한다. 다른 실시예들에서, 단일 공간 광 변조기가 사용된다. 예를 들어, 실시예들에서, 공간 광 변조기의 제1 영역은 제1 광 푸트프린트를 형성하는 홀로그램에 할당되고, 공간 광 변조기의 제2 영역은 제2 광 푸트프린트를 형성하는 홀로그램에 할당된다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 픽셀화된 공간 광 변조기를 사용하는 회절 속성에 의해 유발되는 소위 0차수 문제(zero-order problem) 에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0 차수 광은 "잡음"으로 간주될 수 있으며, 예를 들어, 정반사 된 광(즉, 비 회절광) 및 SLM으로부터 오는 다른 원하지 않은 광을 포함한다.
푸리에 홀로그래피인 예시에서, 이 "노이즈"는 푸리에 렌즈의 초점에 초점이 맞추어 지며, 이로써, "DC 지점(DC spot)"이라고 알려진, 홀로그래픽 재구성의 중앙에 밝은 지점을 야기한다. 0 차수 광은 간단히 차폐 될 수는 있으나 이는 밝은 지점이 어두운 지점으로 교체되어야 하는 것을 의미한다. 실시예들은 0 차수인 평행 광선만을 제거하는 각도 선택 필터를 포함한다. 또한, 실시예들은 유럽 특허 제2,030,072 호에 개시된 0 차수 (zero-order)를 관리하는 방법을 포함하며, 이는 본 명세서에 전체로서 원용되어 통합된다. 다른 실시예들에서, 공간 광 변조기는 발산 광으로 조명되며, 이로써, 광 푸트푸린트를 형성하는 회절된 광이 재생면에서 초점이 잡히나 0 차 광(회절되지 않음)은 계속 발산하게 된다. 따라서, 0 차광은 효과적으로 분산된다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 공간 광 변조기 상에 프레임 당 하나의 홀로그램을 디스플레이 하는 것을 포함하지만, 본 개시는 이로 결코 제한되지 않으며, 둘 이상의 홀로그램이 한 번에 SLM 상에 디스플레이 될 수도 있다. 예를 들어, 실시예들은 "타일링(tiling)"기술을 구현하며, 여기서, SLM의 표면 영역은 다수의 타일로 더 분할되고, 각각의 타일은 본래의 타일의 것과 유사하거나 동일한 위상 분포로 설정된다. 이에, SLM의 전체 할당 영역들이 하나의 큰 위상 패턴으로 사용 된 경우 보다 각각의 타일이 더 작은 표면 영역을 갖게 된다. 타일 내의 주파수 성분의 개수가 더 적을수록, 이미지가 생성 될 때 재구성된 픽셀들이 더 많이 분리된다. 이미지는 0 차 회절 차수 내에서 생성되며, 1차 및 그 이상 차수는, 이미지와 중첩되지 않도록 충분히 멀리 배치되며 공간 필터를 통해 차단 될 수 있는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 이 방법에 의해 생성된 홀로그래픽 재구성(타일링 적용 또는 비적용됨)은 이미지 픽셀을 형성하는 지점들(spots)을 포함한다. 사용되는 타일의 개수가 많을수록 이러한 지점들은 적어진다. 무한 사인파의 푸리에 변환의 예를 적용한다면, 단일 주파수가 생성된다. 이것은 최적의 출력이다. 실제로, 이는, 단지 하나의 타일만 사용되는 경우, 사인파의 끝단 노드들로부터 무한대까지 양 및 음의 방향으로 0 값이 확장되는 사인파의 단일 사이클 입력에 대응된다. 그 푸리에 변환으로부터 생성되는 단일 주파수 대신에, 주요 주파수 성분은 그 양측의 인접 주파수의 시리즈 성분들로 생성된다. 타일링을 사용함으로써 이러한 인접 주파수 성분의 크기가 줄어들고 그 직접적인 결과로서 인접한 이미지 픽셀 간에 간섭(건설적이기도 파괴적이기도 함)이 적게 발생하여 이미지 품질이 향상된다. 바람직하게는, 실시예들이 타일의 조각들을 사용하지만, 각각의 타일은 전체 타일이다.
본 명세서에 기술된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 구현 될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독 가능 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 판독 가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어가 기계를 실행하게 하는 것과 같이, 기계에 의한 실행을 위한 명령어를 저장할 수 있는 임의의 매체 또는 다중 매체의 조합을 포함하며, 본 명세서에 설명된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행 할 수 있는 것일 수 있다.
"컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는, 이에 한정되는 것은 아니나, 예시적 형태로서 솔리드 스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 디스크, 또는 그 임의의 적절한 조합 내 하나 이상의 실재하며 비-일시적인 데이터 저장소들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 실행을 위한 명령어들은 전송 매체에 의해 전달 될 수 있다. 이러한 전송 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 특허청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있으며 이는 당업자에게 명백 할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그 균등물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.
다음의 항목들이 개시된다.
항목 1. 장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량용 라이다 시스템에 있어서,
제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원;
광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 공간 광 변조기("SLM")로서, 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기;
복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된 홀로그램 제어기로서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 상기 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치되며 상기 홀로그램 제어기가 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치되는, 홀로그램 제어기; 및
상기 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기를 포함하는 라이다 시스템.
항목 2. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 상기 홀로그램 제어기는 상기 제1 스캐닝에 응답하여 상기 광 응답 신호를 수신하며 상기 제1 스캐닝에 응답한 상기 광 응답의 속성을 기초로 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 라이다 시스템.
항목 3. 제2 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 2 스캐닝을 제공하도록 배치되는 라이다 시스템.
항목 4. 제3 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.
항목 5. 제 3 항목 또는 제 4 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제 1 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 1 방향으로의 스캐닝하는 것이고, 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.
항목 6. 제 2 항목 내지 제5 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 발자국을 형성하도록 배치되고, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.
항목 7. 제6 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖고, 상기 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖는 라이다 시스템.
항목 8. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내 제1 위치에서 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내 제2 위치에서 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하며, 상기 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력의 바로 다음에 있는 라이다 시스템.
항목 9. 제8 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치와 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.
항목 10. 제9 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 실질적으로 인접하는 라이다 시스템.
항목 11. 제8 항목 내지 제10 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트는 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트를 스캐닝하도록 계속적으로 재위치 설정되는 라이다 시스템.
항목 12. 제8 항목 내지 제11 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.
항목 13. 제8 항목 내지 제12 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 형상을 갖고 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 형상을 갖고, 상기 제1 형상은 상기 제2 형상과 상이한 형상인 라이다 시스템.
항목 14. 제8 항목 내지 제13 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 배향을 갖는 형상을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 배향을 갖는 형상을 가지며, 상기 제1 배향 및 상기 제2 배향은 상이한 방향인 라이다 시스템.
항목 15. 제14 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 형상은 실질적으로 1차원적 형상인 라이다 시스템.
항목 16. 제14 항목 내지 제15 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 배향은 상기 제2 배향과 수직한 라이다 시스템.
항목 17. 제1 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에 제1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내에 제2 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 라이다 시스템
항목 18. 제 17항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 인터리빙 되는 라이다 시스템.
항목 19. 제 17항목 또는 제18 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고, 상기 제2 스캐닝은 상기 장면의 제2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.
항목 20. 제19 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.
항목 21. 제19 항목 또는 제20 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은, 공간 변조된 광을 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에서 전후방으로 이동시킴으로써 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 스캐닝하도록 배치되는 라이다 시스템.
항목 22. 제17 항목 내지 제21 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝을 수행하도록 배치된 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 복수의 랜덤한 위치들에 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되는 라이다 시스템.
항목 23. 제22 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 연속적인 라이다 시스템.
항목 24. 제22 항목 또는 제23 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내의 영역을 제2 스캐닝 하는 것을 수행하도록 배치되는 라이다 시스템.
항목 25. 제24 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝에 응답하여 광 응답 신호의 속성을 기초로 상기 영역을 결정하는 라이다 시스템.
항목 26. 제17 항목 내지 제25 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 제1 방향으로 스캐닝하는 것이고 상기 제2 스캐닝은 제2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.
항목 27. 제17 항목 내지 제26 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 라이다 시스템.
항목 28. 제27 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 실질적으로 1차원 형상을 가지며 제2 방향으로 연장하고, 상기 제2 광 푸트프린트는 실질적으로 1차원 형상을 가지며 제1 방향으로 연장하는 라이다 시스템.
항목 29. 제1 항목 내지 제28 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 위상 한정 홀로그램인 라이다 시스템.
항목 30. 제1 항목 내지 제29 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 의해 출력된 상기 공간 변조된 광은 라이다 시스템에 대해 고유한 코드로 인코딩되는 라이다 시스템.
항목 31. 제30 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 의해 출력된 상기 공간 변조 광은 광 진폭을 변조함으로써 인코딩되는 라이다 시스템.
항목 32. 제1 항목 내지 제31 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기에 상이한 파장의 광을 출력하도록 구성된 제1 광원 및 제2 광원을 포함하는 라이다 시스템.
항목 33. 제32 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 주변 조건을 기초로 선택되는 라이다 시스템.
항목 34. 제1 항목 내지 제33 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터 또는 요소가 수신된 신호를 기초로 결정되는 라이다 시스템.
항목 35. 제34 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 수신된 신호는 차량 속도; 주변 조건; 기후 조건; 교통 조건 및 다른 운전 파라미터들 중 하나 이상의 지표를 제공하는 라이다 시스템.
항목 36. 제1 항목 내지 제35 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터 또는 요소가 거리 범위를 기초로 결정되는 라이다 시스템.
항목 37. 제36 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 푸트프린트, 또는 상기 광 푸트프린트를 형성하는 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램에 관한 파라미터가 광 푸트프린트를 거리 범위에 대응하는 거리에 초점을 갖도록 결정되는 라이다 시스템.
항목 38. 제36 항목 또는 제37 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 거리 범위는 차량 속도; 주변 조건; 기후 조건; 교통 조건 및 다른 운전 파라미터 중 하나 이상을 기초로 선택되는 라이다 시스템.
항목 39. 제1 항목 내지 제38 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기로부터 오는 상기 공간 변조된 광의 각도 편향을 확대하도록 배치된 각도 확대 시스템을 더 포함하는 라이다 시스템.
항목 40. 제39 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 각도 확대 시스템은 상기 공간 변조된 광을 굴절시키도록 배치되는 라이다 시스템.
항목 41. 제39 항목 또는 제40 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 각도 확대 시스템은 제1 각도로 상기 공간 변조된 광을 수신하며 상기 공간 변조된 광을 제2 각도로 출력하도록 배치되고, 상기 제2 각도는 상기 제1 각도 보다 큰 라이다 시스템.
항목 42. 제1 항목 내지 제41 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 특성은 제1 주파수에서 진폭 변조되는 것인 라이다 시스템.
항목 43. 제1 항목 내지 제42 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광은 펄스화된 것인 라이다 시스템.
항목 44. 제1 항목 내지 제31 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 실리콘 상의 액정("LCOS")인 공간 광 변조기인 라이다 시스템.
항목 45. 제1 항목 내지 제44 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 광 푸트프린트의 크기 및 형상을 정의하는 제1 홀로그램 데이터 및 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 정의하는 제2 홀로그램 데이터를 포함하는 라이다 시스템.
항목 46. 제1 항목 내지 제45 항목 중 어느 한 항에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제1 홀로그램 데이터는 렌즈화 기능을 포함하는 라이다 시스템.
항목 47. 제1 항목 내지 제46 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 제2 홀로그램 데이터는 그레이팅 기능(grating function)을 포함하는 라이다 시스템.
항목 48. 제1 항목 내지 제47 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램 중 제1 컴퓨터 생성 홀로그램에 대응하는 제1 공간 변조된 광을 출력하고, 객체로부터 반사된 제1 공간 변조된 광을 검출하는 시간차를 측정함으로써, 상기 라이다 시스템으로부터 상기 장면 내 객체까지의 거리를 결정하도록 배치된 프로세서를 더 포함하는 라이다 시스템.
항목 49. 제1 항목 내지 제48 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 상기 광 검출기는 단일 광 검출 소자 또는 광 검출 소자들의 어레이 중 하나를 포함하는 라이다 시스템.
항목 50. 제1 항목 내지 제49 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템에 있어서, 공간 광 변조기 및 광 검출기 중 하나 이상은 차량 또는 휴대용 기기의 램프 유닛(lamp unit) 내부에 위치되는 라이다 시스템.
항목 51. 제1 항목 내지 제50 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템을 포함하는 램프 유닛.
항목 52. 제1 항목 내지 제51 항목 중 어느 한 항목에서 정의된 라이다 시스템을 포함하는 차량.

Claims (12)

  1. 장면을 스캐닝하도록 배치된 광 검출 및 측량용 라이다 시스템에 있어서,
    제 1 특성을 갖는 광을 출력하도록 배치된 광원;
    광원으로부터 광을 수신하도록 배치된 공간 광 변조기("SLM")로서, 상기 공간 광 변조기 상에 표현된 컴퓨터 생성 홀로그램에 따라 공간 변조된 광을 출력하도록 배치된 공간 광 변조기;
    복수의 컴퓨터 생성 홀로그램을 상기 공간 광 변조기로 출력하도록 배치된 홀로그램 제어기로서, 각각의 컴퓨터 생성 홀로그램이 상기 장면 내에서 대응하는 광 푸트프린트(light footprint)를 형성하도록 배치되며 상기 홀로그램 제어기가 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트의 위치를 변경하도록 배치되는, 홀로그램 제어기; 및
    상기 장면으로부터 제 1 특성을 갖는 광을 수신하며 광 응답 신호를 출력하도록 배치된 광 검출기
    를 포함하는 라이다 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 1 스캐닝을 제공하도록 배치된 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하고, 상기 홀로그램 제어기는 상기 제1 스캐닝에 응답하여 상기 광 응답 신호를 수신하며 상기 제1 스캐닝에 응답한 상기 광 응답의 속성을 기초로 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 결정하는 라이다 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내에서 제 2 스캐닝을 제공하도록 배치되는 라이다 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 스캐닝은 상기 장면의 제1 영역에 대한 스캐닝이고 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 2 영역에 대한 스캐닝인 라이다 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 1 방향으로의 스캐닝하는 것이고, 상기 제 2 스캐닝은 상기 장면의 제 1 영역을 제 2 방향으로 스캐닝 하는 것인 라이다 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 컴퓨터 생성 홀로그램은 제1 영역을 갖는 제1 광 발자국을 형성하도록 배치되고, 상기 복수의 제2 컴퓨터 생성 홀로그램은 제2 영역을 갖는 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치되고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제2 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖고, 상기 제2 광 푸트프린트는 제1 방향으로 연장되는 실질적으로 1 차원적 형상을 갖는 라이다 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 컴퓨터 생성 홀로그램은 상기 장면 내 제1 위치에서 제1 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제1 컴퓨터 생성 홀로그램 및 상기 장면 내 제2 위치에서 제2 광 푸트프린트를 형성하도록 배치된 제2 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하며, 상기 제2 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력은 상기 제1 컴퓨터 생성 홀로그램의 출력의 바로 다음에 있는 라이다 시스템.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치와 공간적으로 분리되는 라이다 시스템.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 실질적으로 인접하는 라이다 시스템.
  11. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 푸트프린트는 상기 장면 내에서 상기 광 푸트프린트를 스캐닝하도록 계속적으로 재위치 설정되는 라이다 시스템.
  12. 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광 푸트프린트는 제1 영역을 가지며 상기 제2 광 푸트프린트는 제2 영역을 가지며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상이한 영역인 라이다 시스템.
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