KR20200116943A - 홀로그래픽 및 회절 광학 인코딩 시스템 - Google Patents

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KR20200116943A
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조나단 션 카라핀
브렌던 엘우드 베벤시
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라이트 필드 랩 인코포레이티드
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Abstract

반사 홀로그램 또는 투과 홀로그램을 형성하기 위한 홀로그래픽 및 회절 광학 인코딩 기술. 인코딩 장치는 광을 기판의 한 측면으로부터 기판의 다른 측면으로 광 전파 경로를 따라 전파할 수 있는 간섭 패턴을 갖는 기판을 포함한다. 또한, 광을 4차원 광 필드 좌표계에 따라 전파시키는 데 광학 요소가 사용될 수 있다.

Description

홀로그래픽 및 회절 광학 인코딩 시스템
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2018년 1월 14일자로 출원된 "홀로그래픽 및 회절 광학 인코딩 시스템"이라는 명칭의 미국 임시 특허 출원 제62/617,284호의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 원용되어 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 광학 기술에 관련된 것이고, 보다 구체적으로는 반사 또는 투과 홀로그램을 형성하기 위한 홀로그램 및 회절 광학 인코딩 시스템에 관련된 것이다.
홀로그래피는 광 필드를 기록하고 나중에 원래의 물체가 없음으로 해서 원래의 빛이 더 이상 존재하지 않을 때 복원할 수 있는 기술이다. 홀로그래피는 악기나 성대와 같은 진동 물체에 의해 생성된 음장이 나중에 원래의 진동 물체가 없어도 재생될 수 있도록 한 방식으로 인코딩되도록 하는 녹음과 다소 유사한 것으로 생각할 수 있다.
두 가지 기본 유형의 홀로그램, 즉 반사 홀로그램과 투과 홀로그램이 있다. 반사 홀로그램은 빛을 반사한다. 복원(reconstruction)에 사용되는 빛이 사진 매체 내의 간섭 패턴으로부터 반사됨에 따라 광 필드가 형성된다. 투과 홀로그램은 빛을 투과시킨다. 복원하는 동안 빛은 홀로그램을 통해 회절한다. 일반적으로, 반사 홀로그램은 최고 품질의 이미지를 제공하지만 생산 비용이 가장 비싸다. 투과 홀로그램은 엠보싱 홀로그램 형태로 저렴하게 대량 생산할 수 있기 때문에 가장 일반적으로 볼 수 있다. 신용 카드에는 대체로 엠보싱 홀로그램이 포함된다. 본원에서 논의된 실시예들은 두 유형의 홀로그램으로 구현될 수 있음이 이해될 것이고, 더욱이 두 유형의 홀로그램을 인코딩하여 반사 홀로그램을 투과 홀로그램으로 변환하거나 또는 그 반대로 변환하는 기술이 당해 기술분야에 잘 알려져 있고 여기에서는 반복할 필요가 없음이 이해될 것이다.
본 개시내용의 도파관의 실시예는 사진 매체를 포함하는 기판, 및 상기 사진 매체에 인코딩되며 상기 기판 내에 기판 사이트들의 어레이를 한정하는 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 상기 간섭 패턴은 상기 기판의 제1 측면 상의 광 위치들로부터 상기 기판의 제2 측면을 향해 연장되는 광 전파 경로를 따라 광을 전파하도록 구성된다. 상기 광 전파 경로는 동일한 기판 사이트 및 동일한 광 위치를 통해 연장되는 광 전파 경로 세트들을 포함하고, 각각의 광 전파 경로 세트는 상기 기판의 상기 제2 측면 상에서 실질적으로 고유한 방향으로 연장하도록, 그리고 동일한 기판 사이트로부터 상기 기판의 상기 제1 측면 상의 동일한 광 위치로 수렴하도록 구성되고, 상기 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에 있어서의 주광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정된다. 이러함에 따라, 기판 사이트들의 어레이가, 상기 기판 사이트들의 위치들에 의해 한정된 공간 좌표 및 각 기판 사이트에 대한 상기 광 전파 경로 세트들의 고유한 방향들에 의해 한정된 각도 좌표를 포함하는 4차원 광 필드 좌표계에 따라 광을 전파하도록 구성된다.
일 실시예에서, 광 필드는 상기 사진 매체의 간섭 패턴으로서 인코딩된다. 상기 간섭 패턴은 적절하게 조명되면 광을 회절시켜서 원래의 광 필드를 복원하여, 그 안에 있던 물체가 여전히 거기에 존재하는 것처럼 보여서, 관찰자의 상대 위치의 변화에 따라 현실적으로 변하는 시차(parallax) 및 원근(perspective)과 같은 시각적 깊이 신호(visual depth cue)를 나타낸다. 사진 매체는, 사진 에멀젼을 포함하여, 다른 많은 것들 중에서 특히, 중크롬화 젤라틴, 포토레지스트, 포토써모플라스틱, 광중합체, 및 광굴절제를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도파관들의 어레이는 사진 매체를 포함하는 기판; 상기 사진 매체에 인코딩되며 상기 기판 내에 기판 사이트들의 어레이를 형성하는 간섭 패턴 - 여기서, 각각의 기판 사이트는 복수의 기판 하위 사이트를 포함함 -; 및 각각의 기판 사이트에 각각 대응하는 광학 요소 사이트들의 어레이를 한정하는 광학 요소 - 여기서, 각각의 광학 요소 사이트는 복수의 광학 요소 하위 사이트 위치를 포함함 - 를 포함할 수 있다. 상기 간섭 패턴은 광을, 각각의 기판 사이트의 기판 하위 사이트를 통해 연장되는 광 전파 경로를 따라서, 각각의 광학 요소 사이트의 광학 요소 하위 사이트 위치들로 전파하도록 구성되고, 상기 광 전파 경로는 동일한 광학 요소 사이트 및 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트를 통해 연장하는 광 전파 경로들의 세트들을 포함한다. 각각의 광 전파 경로 세트는 상기 광학 요소로부터 실질적으로 고유한 방향으로 기판으로부터 멀리 연장되고, 동일한 광학 요소 사이트의 상이한 광학 요소 하위 사이트들로부터 상기 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트로 수렴하고, 상기 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에 있어서의 주광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정된다. 이러함에 따라, 광학 요소 사이트들의 어레이가, 상기 광학 사이트들의 위치들에 의해 한정된 공간 좌표 및 각 광학 사이트에 대한 상기 광 전파 경로 세트들의 고유한 방향들에 의해 한정된 각도 좌표를 포함하는 4차원 광 필드 좌표계에 따라 광을 전파하도록 구성된, 도파관들의 어레이.
도 1은 홀로그래픽 렌즈릿 어레이("HLA": holographic lenslet array) 사이트의 도해이다.
도 2는 대응하는 HLA 및 조명원 어레이("ISA": illumination source array) 사이트의 도해이다.
도 3은 HLA 사이트 및 ISA 사이트에 대한 좌표계의 도해이다.
도 4는 HLA 사이트 및 ISA 사이트에 대한 또 다른 좌표계의 도해이다.
도 5는 HLA 사이트 및 ISA 사이트의 기하학적 구조의 도해이다.
도 6은 HLA 하위 사이트 및 ISA 하위 사이트에 대한 좌표계의 도해이다.
도 7은 ISA 하위 사이트 위치에 대한 주광선 각도의 도해이다.
도 8은 HLA 하위 사이트 위치의 주광선 전파 경로의 도해이다.
도 9는 ISA 하위 사이트 위치 및 복수의 HLA 하위 사이트 위치에 대한 공통 입력 기준 빔 각도의 도해이다.
도 10은 ISA 하위 사이트 위치 및 복수의 HLA 하위 사이트 위치에 대한 물체 빔 각도의 도해이다.
도 11a 및 도 11b는 기준 빔 각도 및 물체 빔 각도의 도해이다.
도 12는 3차원의 기준 빔 각도 및 물체 빔 각도의 사시도이다.
도 13은 본 개시내용의 간섭 패턴에 대한 예시적인 인코딩 파라미터들의 도해이다.
도 14는 본 개시내용의 간섭 패턴을 인코딩하는 제1 실시예의 도해이다.
도 15는 본 개시내용의 간섭 패턴을 인코딩하는 제2 실시예의 도해이다.
도 16은 본 개시내용의 간섭 패턴을 인코딩하는 제3 실시예의 도해이다.
도 17은 직접 HLA 인코딩 가정의 도해이다.
도 18은 ISA 하위 사이트 위치에서의 광선 수렴의 도해이다.
도 19는 가상 HLA 요소에서의 정확한 수렴의 도해이다.
도 20은 미보정 가상 HLA 재생의 도해이다.
도 21은 원하는 가상 HLA 재생의 도해이다.
도 22는 회절 광학 요소("DOE": diffractive optical element) 보정의 도해이다.
도 23은 DOE 보정된 가상 HLA 재생의 도해이다.
도 24는 가상 HLA 평면에서의 인코딩의 도해이다.
도 25는 ISA 기준 빔 인코딩의 도해이다.
도 26은 ISA 조명원 복원의 도해이다.
도 27은 DOE 사이트의 일 실시예의 도해이다.
도 28은 대형 ISA 사이트에 대한 인코딩 고려 사항의 도해이다.
도 29는 다중 요소 DOE HLA 광학 시스템의 도해이다.
본 개시내용의 일 양태의 원리에 따른 실시예는, 많은 별개의 홀로그래픽 요소들을 정의하는 포토그래픽 매체에 인코딩된 간섭 패턴을 포함할 수 있는 홀로그램 렌즈릿 어레이(본원에서, "HLA")와, HLA 아래에 위치할 수 있는 조명원 어레이 (본원에서, "ISA")인 두 개의 별개의 평면들을 포함할 수 있다. HLA 요소들은 각각 HLA 하위 사이트 위치에서 N x M 하위 사이트로 나눌 수 있다. 본 개시내용의 일 양태는 HLA 요소들이 렌즈들의 어레이로서 실질적으로 기능하도록 이들 하위 사이트에 대한 인코딩을 설명한다. 본 개시내용의 다른 양태의 원리에 따른 일 실시예는 ISA와 유사한 광을 HLA 하위 사이트와 유사한 광학 요소 하위 사이트를 갖는 광학 요소로 지향시키도록 구성된 간섭 패턴을 인코딩하는 것을 포함할 수 있다.
HLA(100)의 실시예를 나타내는 도 1을 참조하면, HLA(100)는 복수의 HLA 요소들(102)을 포함할 수 있고, 각각의 HLA 요소들은 이론적으로 완벽한 렌즈의 특성을 실질적으로 재생성하도록 인코딩된 개별 디지털 홀로그램을 포함한다. 이런 홀로그램은 디지털로 구성된 광학 프로파일일 수 있으며, 현미경적 광학 요소들과 연관된 제한이 없이 기능한다.
ISA(200)의 일 실시예를 나타내는 도 2를 참조하면, ISA는 HLA 사이트(102) 상의 대응 위치들에 빛을 지향시키는 복수의 광원을 포함한다.
일 실시예에서, HLA 평면 및 ISA 평면은 각각 사이트라고 칭하는 다수의 위치들로 세분된다. 일 실시예에서, 각각의 사이트는 독립적으로 인코딩될 수 있다. HLA 및 ISA 사이트들은 정칙(regular), 비정칙(non-regular), 또는 중첩 형태일 수 있다. 도 1은 HLA 사이트들(102)의 개략도를 나타낸다.
일 실시예에서, HLA 및 ISA 사이트들은 도 2에 도시된 바와 같이 ISA 사이트들 사이의 겹치는 영역들을 갖는 사각형으로 규칙적으로 패킹될 수 있다. 본원에 개시된 원리들에 따르는 다른 디자인들이 본 개시내용에서 사용되고 고려될 수 있음이 이해되어야 한다.
디스플레이마다 요구되는 HLA 사이트 및 ISA 사이트의 원하는 수량은 다음에 의해 정의되는 디스플레이의 가시 해상도 및 각각의 물리적 사이트의 크기 모두를 한정한다.
Figure pct00001
상기 식에서, H WH 및 I WH 는 각각의 HLA 사이트 및 ISA 사이트의 물리적 폭 및 높이 측정 값이고, D WH 는 전체 디스플레이 표면의 총 폭 및 높이이고, DN XY 는 전체 HLA 디스플레이 표면과 관련된 수직 및 수평 차원에서의 개별 HLA 사이트의 총 개수이고, O XY 는 각각의 ISA 영역이 그에 대응하는 HLA 영역보다 클 수 있다는 사실을 감안하기 위한 중첩 계수이다. 이러한 파라미터는 도 1 및 도 2에 표시된다.
Figure pct00002
가 0이 아닌 경우, ISA의 중첩 영역 내에 있는 조명원은 바로 위에 있는 HLA뿐만 아니라 적어도 하나의 인접 HLA에도 기여할 수 있다.
비정칙 형태는 더 고급 수준의 계산으로 결정할 수 있다.
공동 중심 HLA 및 ISA 사이트 쌍을 포함하는 위치들은 x 방향의 변수 i 및 y 방향의 변수 j로 인덱싱될 수 있는 정규 좌표계 내에 배치된다.
Figure pct00003
도 3에 도시된 바와 같이, 원점
Figure pct00004
은 디스플레이 중앙에 있다. i와 j의 값들의 범위는 다음과 같다.
Figure pct00005
단순화를 위해 HLA
Figure pct00006
및 ISA
Figure pct00007
쌍들을 통칭하여
Figure pct00008
라 한다.
Figure pct00009
Figure pct00010
위치들 각각은, 치수가
Figure pct00011
인 전체 디스플레이 시스템 내로부터의, 대응하는 HLA 사이트 및 ISA 사이트를 포함하는 단일 광학 요소(300)를 나타낸다.
Figure pct00012
는 디스플레이 시스템의 표면 전역의 변화하는 W 및 H 값을 나타낼 수 있고, 인덱스 위치의 함수로 나타낼 수 있다.
Figure pct00013
가 HLA 사이트의 중심에 있지 않은 경우 짝수, 홀수, 및 정수가 아닌
Figure pct00014
값들을 적절하게 감안하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이
Figure pct00015
를 고려하여
Figure pct00016
좌표를 설정할 수 있으며, 여기서
Figure pct00017
는 디스플레이 표면 상의 하방 좌측 HLA 위치로부터 시작하여 다음과 같이 증분된다.
Figure pct00018
두 좌표계
Figure pct00019
및
Figure pct00020
에 대한 인덱스는 다음과 같은 간단한 오프셋을 통해 서로 관련지어진다.
Figure pct00021
각각의 HLA 광학 중심을 적절히 감안하여, 디스플레이 원점을 기준으로 각각의
Figure pct00022
요소 중심의 정확한 위치를 계산할 수 있다.
Figure pct00023
홀로그래픽 렌즈 어레이 좌표를 감안했을 때, 시스템의 각
Figure pct00024
사이트(300)는 이제 x-축에서의 N개의 세분(subdivision) 및 y-축에서의 M개의 세분으로 한정된 추가 하위 사이트 좌표계를 포함할 수 있다. 즉,
Figure pct00025
사이트(300)의 ISA 사이트 및 HLA 사이트들 모두는 각각
Figure pct00026
개별 영역들로 세분된다. HI 요소에 대한 좌표들의 집합을 완전하게 특정하기 위해, 다음 표기법이 사용된다.
Figure pct00027
여기서
Figure pct00028
는 HLA 요소의 ISA 사이트 및 HLA 사이트에 대한 인덱스이며,
Figure pct00029
는 HLA 사이트의 HLA 하위 사이트에 대한 인덱스를 나타내는 한편,
Figure pct00030
는 ISA 사이트의 ISA 하위 사이트에 대한 색인을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 HLA 하위 사이트의 크기는
Figure pct00031
HLA 광학 요소(500)의 HLA 사이트(502)의 폭을 x축에서의 N으로 나누고, HLA 사이트(502)의 높이를 y축에서의 M으로 나누어 결정된다. ISA 하위 사이트의 크기는
Figure pct00032
HLA 광학 요소(500)의 ISA 사이트(504)의 폭과 높이에 기초하여 유사하게 한정된다.
Figure pct00033
각각의 HLA 및 ISA 하위 사이트는 사이트마다 다양한 값을 표시할 수 있으며 인덱스 위치의 함수로 표현될 수 있다.
HLA와 ISA는 치수가 다를 수 있지만, 각각의
Figure pct00034
HLA 광학 요소의 중심에서 공통
Figure pct00035
점을 공유한다.
Figure pct00036
하위 사이트 인덱스는 상기의 ij HLA 요소 인덱스와 동일한 방식으로 처리될 수 있고, 그 결과는 다음과 같다.
Figure pct00037
각각의
Figure pct00038
에서의 HLA 하위 사이트 및 ISA 하위 사이트 모두는 동일한 N x M 좌표계를 공유하지만, 중심 축 외부의 평면들 간의 물리적 위치는 다를 수 있고 이 경우
Figure pct00039
.
특정 HLA 하위 사이트의 길이 단위의 물리적 위치는 다음과 같이 지정된다.
Figure pct00040
유사하게, 특정 ISA 하위 사이트의 길이 단위의 물리적 위치는 다음과 같이 지정된다.
Figure pct00041
각각의 인덱스는 정수, 또는 정수 - 0.5로 정의될 수 있다.
Figure pct00042
이 HLA 하위 사이트의 중앙에 있지 않은 경우, 다른 좌표계를 정의하는 것도 유용하다는 것을 우리는 안다.
Figure pct00043
이 하위 사이트의 하방 좌측 구석에 있는 도 6에 도시된 이 좌표계는
Figure pct00044
로 표시된다. 이 시스템에서, 하위 사이트 위치 인덱스는 다음 범위를 갖는다.
Figure pct00045
여기서,
Figure pct00046
위의 모든 내용은 HLA 사이트 및 ISA 사이트의 형태가 균일하고 규칙적이라고 가정하지만, 이러한 형태가 필수라고 이해되어서는 안 된다. 본 개시내용의 원리는 본원에서 고려되는 바와 같은 HLA 사이트 및 ISA 사이트들의 그 밖의 다른 형태에도 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
평행한 HLA와 ISA 평면들(702, 704) 사이의 거리(706)는 f로 표시된다. 이 파라미터는 각각의 HLA 요소
Figure pct00047
의 시야("FOV") 및 주광선 각도("CRA")를 제어하도록 설계된다. CRA는 임의의 ISA 하위 사이트 위치
Figure pct00048
를 HLA 사이트 HLA 요소
Figure pct00049
의 중앙에 연결하는 광선이며, 도 7에 도시된 바와 같이, 인덱스
Figure pct00050
에 의해 동등하게 한정된다.
각각의 HLA의 최대 전체 FOV 각도는 다음에 의해 결정된다.
Figure pct00051
HLA 사이트의 중심과 ISA 하위 사이트 위치 사이에 형성되는 CRA 절반 각도는 ISA 하위 사이트 위치 좌표
Figure pct00052
와 파라미터 f의 함수이다.
Figure pct00053
Figure pct00054
로 한정된 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대해, 한 세트의 CRA 각도들 - 각도는 대응하는 HLA 사이트(Hij)에 대해 각각의 ISA 하위 사이트 위치
Figure pct00055
에 대해 하나씩임 - 을 예시하는 도 8에 도시된 바와 같이, 다른 CRA가 있음을 주지하여야 한다.
Figure pct00056
인 경우, 입력 기준 빔 각도는 출력 물체 빔 각도와 동일하다(형성된 CRA 각도들, 균일한 크기의 HLA 하위 사이트들, 및 균일한 크기의 ISA 하위 사이트들 각각의 사이에 동등한 단계가 있는 시스템을 가정).
CRA 각도들 및 HLA/ISA 사이트들 모두는 더 복잡한 광학 구성을 위해 비규칙적 간격 또는 각도에 의해 정의될 수 있으며, 본 개시내용의 원리는 본원에서 고려되는 바와 같은 이러한 구성에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
일 실시예에서, 각각의 개별 HLA 사이트
Figure pct00057
는 다음과 같이 인코딩된다.
A) 각각의 ISA 하위 사이트 위치
Figure pct00058
에 있어서, 관련된 CRA는, 도 9에 도시된 바와 같이, HLA 사이트
Figure pct00059
의
Figure pct00060
HLA 하위 사이트 위치들 각각에 대해 단일 공통 입력 기준 빔 각도를 설정하는 중심 광선을 정의한다. 즉, 모든 입력 기준 빔 각도들은 주어진
Figure pct00061
에 대해 동일하다.
B) 각각의 HLA 하위 사이트 위치
Figure pct00062
에서 그려지는 모든 광선은, 도 10에 도시된 바와 같이, ISA 하위 사이트 위치
Figure pct00063
에 수렴해야 한다. 이 광선들의 세트는
Figure pct00064
HLA 하위 사이트 위치 각각에 대한 출력 물체 빔 각도들을 형성한다.
C) ISA 평면과 HLA 평면 사이의 각각의 광선에 대한 각도는 ISA 좌표
Figure pct00065
=
Figure pct00066
, HLA 좌표
Figure pct00067
, 및 HLA 평면과 ISA 평면 사이의 거리 f의 함수이다.
Figure pct00068
D) 인덱스
Figure pct00069
가 있는 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 있어서,
Figure pct00070
출력 기준 빔 각도들이 있다.
Figure pct00071
ISA 하위 사이트 위치가 있으므로, 각각의 HLA-ISA 쌍은
Figure pct00072
입력 기준-출력 물체 각도 인코딩 쌍들이 필요할 수 있다.
E)
Figure pct00073
HLA 요소를 갖는 전체 디스플레이는 인코딩
Figure pct00074
입력 기준-출력 물체 각도 쌍들을 필요로 한다.
도 11a 및 11b는 좌표
Figure pct00075
를 가질 수 있는 동일한 ISA 사이트(1106)에 대한 2개의 상이한 ISA 하위 사이트 위치들(1102 및 1104)과, 좌표
Figure pct00076
를 가질 수 있는 HLA 사이트(1108)의 상이한 하위 사이트 위치들에 대한 인코딩 쌍을 도시하고 있다. 도 12는 단일 ISA 하위 사이트 위치(1206) 및 단일 HLA 사이트(1204)에 대한 인코딩 쌍들의 3차원 뷰를 도시하고 있다. ISA 하위 사이트 위치(1206)는 주광선 전파 경로(1208)에 의해 한정되는 것과 같은 CRA를 가질 수 있다.
본 개시내용의 원리를 예시하기 위해 일 실시예가 도 13에 예 A로서 제공된다. 예 A에서, 고려할 조명원 가정들은 다음과 같다.
ㆍ 베이어 RGB, 비레이저, 확산 조명원 평면
ㆍ HOE 초점을 위한 확산 표면
ㆍ 백색광이 보여야 함
ㆍ 관찰자와 조명원 사이의 투과 요소
예 A에서, 단일 HOE 인코딩은 오늘날 최첨단 (SOTA) HOE 인코딩 방법론을 능가한다. SOTA 프로세스 제한 사항은 다음과 같다.
ㆍ 100um2 최소 하위 사이트 인코딩 크기
ㆍ 1/(θ*φ)의 다중 유효 전송 감소로 10도 당 최대 1개의 기준 각도(θφ) (가정을 확인하십시오)
ㆍ 1/L 유효 전송 (또는 그 이하), 여기서 L = 다중화된 λ의 수
HLA 및 ISA사이트와 하위 사이트의 구조적 관계 및 ISA 사이트에서 복수의 ISA 하위 사이트 위치들에 대한 HLA 사이트의 인코딩에 대한 위의 논의를 고려하여, 당업자는 본 개시내용의 일 양태의 원리들이 도파관으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 본 개시내용의 도파관은 간섭 패턴이 기판 내의 기판 사이트들의 어레이를 정의하도록 포토그래픽 매체 및 포토그래픽 매체에 인코딩된 간섭 패턴을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 간섭 패턴은 렌즈릿들의 어레이로서 광을 지향하도록 인코딩된 홀로그램을 포함하고, 이에 의해 위에서 논의된 바와 같이 홀로그래픽 렌즈릿 어레이("HLA")를 형성한다. HLA는 위에서 논의된 사이트들 Hij와 같이 사이트들로 세분된 평면을 포함할 수 있다. HLA 사이트는 기판 사이트들에 해당한다. 더욱이, 기판의 간섭 패턴은 기판의 제1 측면 (예를 들어, HLA 사이트 Hij) 상의 광 위치(예를 들어, ISA 하위 사이트 위치)로부터 확장된 광 전파 경로들을 따라 기판의 제2 측면을 향해 광을 전파하도록 구성될 수 있다(예를 들어, HLA 사이트 Hij). 광 전파 경로의 예들은 위의 도 10 내지 도 12에 도시되어 있다.
일 실시예에서, 광 전파 경로들은 동일한 기판 사이트(예를 들어, 도 11a 및 도 11b의 HLA 사이트(1108) 및 도 12의 HLA 사이트(1204))를 통해 확장하는 광 전파 경로 세트들과 동일한 광 위치(예를 들어, 도 11a 및 도 11b의 ISA 하위 사이트 위치(1102 및 1104) 또는 도 12의 ISA 하위 사이트 위치(1206))를 포함하고, 여기서 각각의 광 전파 경로 세트는 도 10에 도시된 바와 같이 기판의 제2 측면 상에서 실질적으로 고유한 방향으로 확장하고, 동일한 기판 사이트를 기판의 제1 측면의 동일한 광 위치로 수렴하도록 구성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에서 주 광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정된다.
일 실시예에서, 도 7 내지 도 9를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 주광선 전파 경로는 ISA 하위 사이트 위치들 중 하나와 대응하는 HLA의 각각의 하위 사이트의 중심 사이의 광 전파 경로를 포함한다. 각각의 광 전파 경로 세트의 고유한 방향은 각각의 주 광선 전파 경로의 주 광선 각도("CRA")에 의해 결정된다. 이와 같이, 기판 사이트들의 어레이는 기판 사이트들의 위치들(예를 들어, 도 11a 및 도 11b의 HLA 사이트(1108)), 또는 도 12의 HLA 사이트(1204)에 의해 정의되는 공간 좌표들과, 각각의 기판 사이트 위치에 대한 광 전파 경로의 세트들의 고유한 방향(예를 들어, CRA)에 의해 한정된 각도 좌표계들을 포함하는 4차원 광 필드 좌표계에 따라 광을 전파하도록 구성된다.
도 10 내지 도 12에 도시된 실시예에서, ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대해, 간섭 패턴의 HLA의 해당 사이트는 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 해당 주요 광선 전파 경로의 CRA에 의해 결정되는 공통 입력 기준 빔 각도로 인코딩되며, 출력 물체 빔 각도들은 HLA의 해당 사이트에 있는 HLA 하위 사이트 위치들에서 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치로 수렴한다.
일 실시예에서, HLA 사이트를 인코딩하기 위한 인코딩 방법론은 각각의 N x M 입력 기준 각도에 대해 상기 논의에서 정의된 바와 같이, 연관된 N x M 출력 물체 각도가 있다고 가정하며, 여기서 단일 빔은 일반적으로 홀로그래픽 인코딩 방법론으로 수행되는 것과 같이 기준 및 물체 빔으로 분할된다. 도 14에 도시된 바와 같이, ISA의 제1 사이트(1402) 및 HLA(1404)의 대응 사이트에 대해, 각각의 HLA 하위 사이트 위치들(1406) 중 하나는 단일 개별 ISA 하위 사이트 위치(1408) 및 단일 개별 ISA 하위 사이트 위치(1408)에 대한 출력 물체 빔 각도들(1412) 중 하나에 대해 한 쌍의 공통 입력 기준 빔 각도 (1410)로 한번에 인코딩된다.
본 개시내용의 도해들, 예컨대 도 14는 하방으로부터의 물체 빔 또는 기준 빔의 반대측을 예시할 수 있고 따라서 반사 홀로그램 등을 나타내지만, 당업자는 본원에서 제공된 도해들이 단지 본 개시내용의 원리를 설명하려는 것일 뿐이고 제한하려는 것이 아님을 쉽게 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 본 개시내용에서 개시되거나 입증된 원리에 기초하면, 본 개시내용의 실시예들은 예시된 명시적 배향을 가질 필요가 없다는 것과, 본 개시내용의 인코딩 방법은 투과, 볼륨, 에지 조명, 격자, 회절, 굴절 등을 제공하는 동일/유사 측면, 에지, 비축(off-axis) 실시예들을 사용하여 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
당업자라면, 본 개시내용에 언급된 바와 같이, 광중합체를 인코딩하는 데 관련된 추가 광학, 모터 제어 시스템 및 포토닉스를 이해할 것이다.
도 14의 인코딩 방식은 반사, 전송, 및/또는 볼륨 홀로그래픽 광중합체 미디어 등을 위한 당업계에 알려진 관련 하드웨어를 포함할 수 있으며, 입력 광선과 출력 광선 사이에 일대일 매핑이 있기 때문에 가장 시간이 많이 소요되지만 가장 융통성 있는 광학 디지털 인코딩 구성을 제공한다.
이 시스템에서, 기준 빔과 물체 빔은 모두
Figure pct00077
,
Figure pct00078
의 스폿 크기로
Figure pct00079
의해 결정된 각도로 주어진 HLA 하위 사이트 위치에 부딪치도록 지향되고, 여기서 빔 및/또는 광학계는, 상기 도면에서, 축을 중심으로 회전되지만 이에 한정되지는 않는다.
그러나, 예시적인 1.731 x 1.731mm2 HLA 요소 크기에서, 위의 SOTA 제한들은 색상 당 33% 투과율에서 약 289(172)의 인코딩된 HLA 하위 사이트들을 파장 당 단일 기준 빔에 허용할 것이다.
이에 비해, 예 A는 27 x 40.5um 하위 사이트 인코딩 크기에 대해 2,741.3(64.125 x 42.75)의 인코딩된 HLA 하위 사이트들을 제공한다.
또한, 각각의 HLA 하위 사이트는 N x M 기준 각도 각각에 대해 고유한 출력 각도를 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나, SOTA는 1/36 유효 투과를 1/3 다중화된 RGB 투과 감소에 곱한 희생으로 최대 36(62)의 기준 각도들만을 제공하여, 필요한 인코딩 정보의 일부에 대해 보여진 하위 사이트 당 투과된 조명은 약 1%에 불과하다.
대안으로, 보다 효율적인 인코딩 방법론들을 위해, HLA 인코딩에 대해 원하는 효과를 생성하는 오프셋 광학 시스템을 제작함으로써 동시에 다수의 HLA 또는 ISA 하위 사이트 위치들을 인코딩할 수 있다. 이는 인코딩 시스템 기능으로 인해 두 가지 다른 방법 중 하나로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, HLA 사이트(1502)의 복수의 HLA 하위 사이트 위치들(1504)은 ISA 하위 사이트 위치(1506)의 각각의 가능한
Figure pct00080
에 대해 공통 입력 기준 빔 각도(1512) 및 각각의 복수의 출력 물체 빔 각도들(1510)로 인코딩된다. 이는 ISA 사이트(1508)의 다른 ISA 하위 사이트 위치들(1506)에 대해 반복된다. 이 접근법은 빔들을 적절하게 각각의
Figure pct00081
하위 사이트 위치에로 지향시키는 제조된 광학계에 의존할 수 있다. 이 인코딩 프로세스는
Figure pct00082
및/또는 가능하다면 주어진 중합체 각도 응답 및/또는 인코딩 시스템 최소 하위 사이트 크기에 의해 한정된 각각의 N x M ISA 하위 사이트 위치들에 대해 반복된다. 이 접근법은 광학 CRA를 인코딩된 CRA와 정렬하는 방향을 갖는 광학 시스템 또는 대체의 축외 광학 경로로 구현될 수 있으며, 여기서 광학계는 HLA 평면에 평행하게 유지되고, 광선들은 광선들이 더 큰 입사 동공 내에서부터 오프셋되고 수렴된 광학계와 관련된 키스토닝 없이 인코딩 프로세스를 위해 요구되는 동일한 빔 스티어링을 생성하는 광학 시스템의 초점에 따라 포커싱되도록 배향된다.
일 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, HLA 사이트(1604)의 HLA 하위 사이트 위치들(1602) 중 하나는 ISA 사이트(1608)의 복수의 ISA 하위 사이트 위치들(1606)에 대한 복수의 공통 입력 기준 빔 각도들(1610) 및 각각의 복수의 ISA 하위 사이트 위치들(1606)에 대한 각각의 복수의 출력 물체 빔 각도들(1612)로 한번에 인코딩된다. 이 프로세스는 다른 HLA 하위 사이트 위치들(1602)에 대해 대응하는 수렴 대상 빔 광선들로 반복된다. 이 접근법은 단일 하위 사이트 위치에서 수렴하도록 설계된 오프셋 광학계로 구현될 수 있으며, 여기서 형성된 각도들은, 지정된 HLA 하위 사이트 위치와, ISA nH, mH 하위 사이트 위치들과, 원하는 HLA 하위 사이트 FOV를 한정하는 필수 기준 각도들 사이에 형성되는, 필요한 각도들을 정확하게 재구성한다. 여기서 광학 요소들은 예시 목적으로만 포개어진 것으로 설명된다. 기준 빔 각도들 광 중합체 응답에 의해 추가로 정의되거나 제한될 수 있다.
본 개시내용의 도해들, 예컨대 도 15 및 도 16은 하방으로부터의 물체 빔 또는 기준 빔의 반대측을 예시할 수 있고 따라서 반사 홀로그램 등을 나타내지만, 당업자는 본원에서 제공된 도해들이 단지 본 개시내용의 원리를 설명하려는 것일 뿐이고 제한하려는 것이 아님을 쉽게 인식할 것이라는 것이 이해될 것이다. 본 개시내용에서 개시되거나 입증된 원리에 기초하면, 본 개시내용의 실시예들은 예시된 명시적 배향을 가질 필요가 없다는 것과, 본 개시내용의 인코딩 방법은 투과, 볼륨, 에지 조명, 격자, 회절, 굴절 등을 제공하는 동일/유사 측면, 에지, 비축(off-axis) 실시예들을 사용하여 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
설명된 도 14의 무차별 대입(brute-force) 방법론이 아닌 실제 광학계를 활용하면 인코딩 절차의 정확도가 모션 제어 하드웨어의 정확도뿐만 아니라 광학계 자체의 정확도로 제한된다. 그러나 무차별 대입 방법론에는 최대 N2 x M2 인코딩 노출을 수반하는 반면, 도 15 및 도 16의 오프셋 광학 방법론은 각각의 노출 동안 입력 및 출력 각도가 함께 쌍을 이루기 때문에 N x M 인코딩 노출만을 수반한다. 도 15에서, 모든 HLA 하위 사이트들은 각각의 CRA에 대해 동시에 인코딩되고, 도 16에서, 모든 각도들은 각각의 HLA 하위 사이트에 대해 동시에 인코딩된다.
이들 실시예 각각은 예상되는 광학 효과를 생성하기 위해 적절한 투과 및/또는 볼륨 홀로그램으로의 변환을 제공한다.
상기 인코딩 방법론은 광중합체에서 인코딩 부위들의 최대 밀도에 의해 제한될 수 있다.
가상 HLA 인코딩:
가상 평면에 대한 인코딩을 통해 ISA 및 HLA 평면들을 분리하는 것이 추가로 가능하다. 이것은 HLA 또는 ISA 평면들을 고려한 것일 수 있으며, 아래의 개시내용은 예시적인 목적으로만 가상 HLA 평면 및 물리적 ISA 인코딩 절차에 초점을 맞출 것이다.
이전 논의에서, HLA 사이트는 입력 및 출력 각도 모두에 대해 동시에 인코딩되어 N2 x M2 HLA 하위 사이트들의 인코딩 요건을 형성한다고 가정된다.
그러나 이는 각각의
Figure pct00083
HLA 하위 사이트 위치에 대해, 입력 기준 광선들이 수렴하고, 도 17에 도시된 바와 같이, 출력 물체 광선이
Figure pct00084
좌표 쌍에서 쌍으로 회절하는 것을 가정한다.
이것은 모든 하위 사이트 위치들에 대해 반복될 때 각각의 광학 요소에 대해 필요한 모든
Figure pct00085
입력 기준 및 출력 개체 각도들을 형성한다. 그러나, 이것은 HLA 하위 사이트 당 N2 x M2의 인코딩된 각도들을 요구하는 해를 끼쳐, 다수의 기준 빔 각도를 필요하여 복제 프로세스를 복잡하게 한다. 직접 인코딩이 가장 간단한 방법인데, 이는 이 평면이 광학 요소에 대해 원하는 수렴 지점이고 이러한 다른 형태의 광학계를 거의 직접 대체하기 때문이다.
그러나, 주어진
Figure pct00086
에서 ISA 평면으로부터 HLA 평면으로 수렴하는 광선들을 추적할 경우, CRA에 의해 한정된 필수 입력 기준 각도는 다양한 수렴 및 회절 광선들이 아닌, 도 18에 도시된 것처럼, 동일한 평행 광선으로 볼 수 있고, 이는 도 17에 도시된 것처럼, 동일한 n, m 좌표에 대해 이제 ISA 평면에서 수렴된 것을 보여주지만, 정제된 입력 기준 광선들은 이제 모두 수렴 및 회절이 아닌 가상 HLA 평면에서 평행 광선으로 표시된다.
따라서, 인코딩 프로세스는 단일 기준 빔 각도가 가상 HLA 평면에서 적절하게 수렴하기 위해 필요한 각도들을 인코딩될 수 있도록 단순화될 수 있다.
인코딩 방법론의 예
ISA 평면에서 대상 수렴 위치를 인코딩하는 경우, 단일 기준 빔 방향 및 오프셋 광학계 만으로 필요한 HLA 하위 사이트 위치에서 광선들을 수렴하여 가상 HLA 평면을 형성할 수 있다.
각각의 ISA 사이트는, 1,1인 OXOY 오버-스캔 값이 주어진 상대측 좌표 위치
Figure pct00087
보다 더 큰
Figure pct00088
하위 사이트 물리적 치수를 가질 수 있다는 것이 추가로 주지되어야 한다. 도 13에 제공된 예시적 값들이 주어지면, 각각의 ISA 하위 사이트는 HLA 하위 사이트의 크기 27 x 40.5um 대비 약 54 x 81um이다. ISA 평면에서 가상 HLA 인코딩 방법론을 사용하면 SOTA 인코딩 기술이 원하는 인코딩 밀도를 생성할 수 있다.
이 방법론을 사용하면, 도 19에 도시된 바와 같이 HLA 평면에서 모든 수렴된 광선들을 정확하게 형성할 수 있지만, 재생 시 더 이상 올바른
Figure pct00089
입력 기준 각도로 회절하지 않고, 광선들이 HLA 평면에서 정확하게 수렴하는 동안, 도 20에 도시된 바와 같이, 광선들은 제한되지 않고 더 이상 회절되지 않는다.
특정 응용 분야의 경우, 도 20에 강조된 위의 미보정 결과는 충분할 수 있으며 발생할 시각적 왜곡을 감안하기 위해 원본 이미지 소스를 가지고 보정될 수 있다.
하지만, 대부분의 응용 분야에서는 도 21에 도시된 바와 같이 적절한 보여지는 이미지 품질이 유지되도록
Figure pct00090
에 의해 형성된 것과 같이 정확한 각도들을 유지하는 것이 바람직하다.
최대 추가 N2 x M2 인코딩된 HLA 보정 각도 없이 이를 달성하기 위해, 원하는 광선들을 HLA 평면을 넘어 원하는 각도로 보다 정확하게 회절시키기 위해 광학 표면 전반에 걸쳐 복수의 각도 변화를 나타내는 비교적 간단한 회절 광학 요소("DOE") 또는 렌즈와 같은 광학 요소를 추가하는 것이 가능하다. 이런 DOE의 제조는 당업계에 공지된 다수의 상이한 DOE 제조 방법론을 통해 생성될 수 있다. 본원의 실시예들은 DOE를 참조하여 논의될 수 있지만, 본 개시내용은 DOE가 동일한 광학 효과를 위해 렌즈와 같은 다른 광학 요소에 의해 대체될 수 있는 실시예를 고려한다는 것을 이해해야 한다.
가장 단순한 접근법으로, DOE는 가상 N x M HLA 하위 사이트 위치들 각각에 대해 규정된 회절 값을 제공한다.
Figure pct00091
하위 사이트 위치는 ISA
Figure pct00092
에서 모든 N x M 출력 개체 각도들을 동시에 보정한다.
각각의
Figure pct00093
하위 사이트 위치 구성에 대한 단일
Figure pct00094
보정 값만으로도,
Figure pct00095
회절 요소는 모든
Figure pct00096
에 대해 거의 균일한
Figure pct00097
입력 기준 각도를 달성한다. 하위 사이트 위치 당 단일 회절 값만을 사용하는 이 단순한 접근법은 규정된 광학 요건 내에서 구상된 대로 각각의 각도를 보정할 수는 없지만, 이 접근법으로 얻은 정확도는 보다 이상적인 상태로까지 크게 증대된다.
보정할 주어진 원하는
Figure pct00098
에 대해, 하위 사이트 위치별로 적용된 보정은
Figure pct00099
부터
Figure pct00100
까지
Figure pct00101
과
Figure pct00102
사이에 형성된 각도들을 각각 양분하는 결과적인 각도에 의해 형성될 수 있고, 각각의 가상
Figure pct00103
하위 사이트 위치에 대해 계산된 보정 광학 처방은 다음과 같다.
Figure pct00104
여기서,
Figure pct00105
는 2개의 광학 요소들 사이에 생성되는 결과적인 각도를 계산할 때 각각의 한정된
Figure pct00106
에 적용되는 보정 각도들을 나타내고, 각각의
Figure pct00107
하위 사이트에 보정이 적용되며, 생성된 결과적인 회절 각도는
Figure pct00108
이며 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00109
본 논의를 완전하게 하기 위해서는, 하기와 같이 정규화된 시스템에 기초하여 각각의
Figure pct00110
에 대해 말하는 것이 종종 더 쉽다:
Figure pct00111
및
Figure pct00112
일반적으로 말하면, 주어진
Figure pct00113
에 걸쳐 최대 위치와 최소 위치 사이의 중간에 있는 DOE 보정 대상을 선택하는 것은 0 및 최대 각도들에서 보정의 부정적인 영향을 최소화하는 반면,
Figure pct00114
에서의 DOE 보정은 광학 요소 표면에 수직일 때 본 각도들에서 가장 정확한 결과를 산출하지만,
Figure pct00115
및 그 반대일 때 처방에서 더 멀어진다.
Figure pct00116
일 때, 적용되는 보정은 일반적으로 전체
Figure pct00117
범위에 걸쳐 가장 수용할 수 있다. 이것은 항상 의도된 결과는 아니며 명시적 적용에 따라 달라질 수 있으며 필요에 따라 보정 계수들의 조합이 적용될 수 있다.
Figure pct00118
로부터의 모든
Figure pct00119
에 대한 지정된 단일
Figure pct00120
에서
Figure pct00121
에 대한 목표 보정이 주어졌을 때, 이런 DOE 설계의 특정 복잡성을 고려하여 이러한 보정들을 더욱 명확하게 설명하기 위해, 아래의 표는 달리 생성되게 되는 미보정
Figure pct00122
각도들, 위의 HLA에 대한 개시에서 구상된 바와 같은 "완벽한" 렌즈 처방,
Figure pct00123
하위 사이트 위치마다의
Figure pct00124
DOE 보정 계수, 및 단일 하위 사이트 보정 요소를 고려하여 형성되는 보정된 각도를 명확히 설명하는 데 도움이 된다.
도 22는 ISA 평면에 대해 HOE(예를 들어, 간섭 패턴으로 인코딩된 포토그래픽 매체)를 생성할 때 형성될 보정되지 않은 가상 HLA 각도들, 완벽한 렌즈로 규정된 각도들, 각각의 하위 사이트 위치에 적용되는 DOE 보정 계수, 및 DOE 보정이 적용될 때 형성되는 결과적인 각도들을 보여주는 것을 돕는 예시적인 표이다. 완벽하지는 않지만 이러한 각도들은 하나의 보정 처방만 적용하더라도 이상적인 목표에 가깝다는 것이 희망적이게도 분명하다. 모든 특정 응용이 다른 고려 사항을 요구하므로 예시로만 간주되어야 한다. 도 13에 명시된 값은
Figure pct00125
의 목표 DOE 보정을 위해 고려되고 해결되며, ISA 평면
Figure pct00126
을 나타내며, 아래의 도 22의 데이터 매트릭스를 생성한다.
도 23은 가상 HLA 평면에서 DOE 보정 요소로 보정된 가상 HLA 재생을 나타내는 개략도이다. 각각의 n, m 가상 HLA 하위 사이트 위치에 대해 단지 하나의 DOE 보정 광학 값만 사용하면, 가상 HLA를
Figure pct00127
로 처방되는 정확한 각도들로 거의 보정할 수 있다. 보정된
Figure pct00128
를 형성하는 광선들은 도 20에 도시된 보정되지 않은 가상 HLA 광선과 비교했을 때 시스템의
Figure pct00129
에 의해 한정된 평행 광선들을 형성하기 위해 상당히 향상된 정확도를 보여주며, 도 21에 도시된 시스템의 광학 처방에 매우 가깝다.
일 실시예에서, 도 23에 도시된 보정은 도 8 내지 도 12를 참조하여 논의된 ISA와 유사한 광을 지향하도록 인코딩된 간섭 패턴과, 도 8 내지 도 12를 참조하여 논의된 HLA와 유사한 광을 지향하도록 구성된 광학 요소로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 간섭 패턴은 도 1 내지 도 12를 참조하여 논의된 ISA 사이트들과 유사한 기판 내에 기판 사이트들의 어레이를 한정할 수 있고, 각각의 기판 사이트는 복수의 기판 하위 사이트를 포함한다(ISA 하위 사이트들과 유사). 광학 요소는 도 1 내지 도 12를 참조하여 논의된 바와 같이 HLA 사이트들과 유사한 광학 요소 사이트들의 어레이를 한정할 수 있고, 각각은 해당 기판 사이트에 대응하고, 각각의 광학 요소 사이트는 복수의 광학 요소 하위 사이트 위치들(HLA 하위 사이트 위치들과 유사)을 포함한다. 광학 요소 및 간섭 패턴은 동일한 광학 요소 사이트 및 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트를 통해 확장하는 각각의 광 전파 경로 세트가 광학 요소로부터 실질적으로 고유한 방향으로 기판으로부터 멀리 확장하고, 동일한 광학 요소 사이트의 다른 광학 요소 하위 사이트로부터 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트로 수렴하도록 구성되고, 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에서 주광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정된다.
도 24는 ISA 사이트(2402)에 대한 인코딩 접근법의 일 실시예의 도해로서, 여기서 ISA 사이트(2402)의 nI 하위 사이트 위치들은 아래로부터의 기준 빔과, ISA 하위 사이트 위치에 의해 한정되는 원하는 CRA 각도에 기초하여 시준된 광선과 각도를 유지하는 물체 빔으로 인코딩된다. 기준 광학 장치들은 각도를 표시하거나 또는 표시하지 않을 수 있으며, 오프셋 인코딩 광선을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다.
앞에서 논의된 바와 같이, 도 23 및 도 24와 같은 본 개시내용의 도해들은 아래로부터의 물체 빔, 또는 기준 빔의 반대 측을 예시할 수 있고, 따라서 반사 홀로그램 등을 나타낸다는 것을 이해하게 될 것이며, 당업자는, 본원에 제공된 도해는 본 개시내용의 원리를 설명하려는 것일 뿐이고 제한하려는 것이 아니라는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 본 개시내용에서 개시되거나 입증된 원리에 기초하면, 본 개시내용의 실시예들은 예시된 명시적 배향을 가질 필요가 없다는 것과, 본 개시내용의 인코딩 방법은 투과, 볼륨, 에지 조명, 격자, 회절, 굴절 등을 제공하는 동일/유사 측면, 에지, 비축(off-axis) 실시예들을 사용하여 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
이 인코딩 방법을 사용하면, 기계식 프로세스 및 광학 프로세스가 훨씬 더 간단해지는데, 여기서, CRA에 기초한 원하는 ISA 평면에서 광선을 정확하게 집속시켜서 광학 요소의 입사 동공을 채울 수 있는 평행 광선과 수렴시켜서, 필요한 각도가 규정된 대로 생성되도록 하기 위해, 물체 빔(이제는, HLA 평면 위)은 한 요소에만 의존한다. 광학 장치는 반드시 움직일 필요는 없지만, 오히려 시준된 빔의 방향을 정확하게 배향시킴으로써 CRA 요구 각도가 감안되도록 할 수 있다. 기준 빔 광학 장치(이제는, ISA 평면 아래)는 훨씬 더 간단해졌으며, 이러한 위치들이 이제는 확산 조명 표면인 조명 평면을 나타내므로 임의의 특정 방식으로 각도를 필히 갖게 할 필요는 없다. 이러한 빔들은 인코딩 시스템의 특성들에 따라 오프셋되거나, 수직을 이루거나, 그리고/또는 각을 이룰 수 있다.
재생을 위한 조명 표면을 감안하기 위해, 특정된 광원의 동작을 모방하는 발산 광선 세트를 생성하는 것이 가능하다. 일 실시예에서, 인코딩 기준 광학 장치(또는 모든 이전의 개시내용에 대해서는 물체 빔)는 광선이 수렴 광학 어셈블리의 초점을 통과하여 도 25에 도시된 바와 같이 홀로그래픽 광학 요소 하위 사이트
Figure pct00130
에 국한된 조명 각도 범위를 생성할 때 소정의 각도 범위를 의도적으로 생성할 수 있다. 본 개시내용의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 홀로그래픽 광학 요소는 간섭 패턴으로 인코딩된 사진 매체를 포함하는 기판을 포함할 수 있고, 도 25의 실시예에서, 인코딩된 간섭 패턴은 하위 사이트(2504)를 갖는 기판 사이트(2502)를 포함한다.
소정의 조명원(2602)의 디스플레이 시에, 인코딩된 각도들은 이제는 도 26에 도시된 바와 같이 레이저 조명원이 필요 없이 인코딩된 물체 빔을 정확하게 복원할 것이다.
조명 픽셀의 프로파일에 따라 다른 광학 구성들이 포함되며, 그 광학 구성들은 HOE 요소의 적절한 사용을 위한 시준 광선에 대한 요건들을 정확하게 줄이기 위해 다수의 작은 요소들, 다른 초점 거리, 조리개, 오프셋, 및/또는 다양한 기타 광학 복원을 포함할 수 있다.
추가적으로, 비코히런트/비시준 조명원으로부터 거의 시준된 광선을 더 정확하게 생성하기 위해 조명원에 다른 DOE 요소가 활용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 프레넬 또는 키노폼 요소가 활용될 수 있다.
각각의 DOE 하위 사이트 위치를 dx, dy 세분으로 나눌 수 있다. 이는 원래의 광학 처방과 더 근접하게 일치하도록 정확도를 더욱더 높이기 위해 가상 HLA 평면 전후에 추가 DOE 광학 요소를 추가하고/하거나
Figure pct00131
좌표를 기반으로 하는 추가적인 함수로 위의 DOE 보정 수학적 처리를 수정하는 역할을 한다.
HLA 하위 사이트 자체보다 작은 가상 HLA 스팟 크기를 가정하면, 가상 HLA 평면 아래 또는 위에 오프셋된 단일 DOE 요소로 dx, dy 세분 보정 방법을 추가로 활용할 수 있다. 이 오프셋을 사용함으로써, 원하는 HLA 평면에서 아직 수렴하지 않았거나(아래) 수렴을 막 넘어선(위) 광선을 회절시키는 것이 가능하고,
Figure pct00132
하위 사이트 위치 내의 더 큰 공간 분포 전역에서 이제 분포되는 광선을 생성할 수 있으며, 단지 단일 또는 다중 요소 DOE 평면으로만 인코딩된 dx, dy 세분을 이용한 추가 제어를 제공하는 것이 가능하다.
가장 간단한 접근법은 잠재적인 회절 오차가 감안되도록 하기 위해 HOE를 가상 HLA 평면 위에 배치하는 것이고, 이 경우 결과적인 세분화는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00133
여기서, 각 dx, dy 좌표는 각 nH, mH 하위 사이트에 대한 국부 좌표계를 나타내며, 결과적으로는, 가상 HLA 평면으로부터의 수렴하는 광선이 도 27에 도시된 바와 같이 인접한 하위 사이트 광선과 막 교차하기 시작하는 위치와 거의 같은 오프셋 위치가 된다. 도 27은 각각의 nH 광선이 인접한 하위 사이트 위치들 사이에서 수렴하는 거리에 공동 위치된 Ox, Oy 제2 요소 DOE 세분을 나타내는 거리 HD에 배치된 제1 요소(2702) 및 제2 요소(2704)를 갖는 예시적인 다중 요소 DOE 보정 요소를 도시한다. 제2 요소 DOE의 대안적인 위치(2706)도 도시되어 있다.
단일 DOE 보정 처방으로 수행된 것과 유사한 고려 사항을 활용하여, 위에 묘사된 다중 요소 설계에 동일한 논리가 적용될 수 있으며, 여기서 추가 보정은 dx, dy 하위 사이트 위치들의 추가를 통해 개선될 수 있다.
그 밖의 다른 보정 기회는, 최근의 SOTA 각도 다중화 방법론에 기초하여 각각의 가상
Figure pct00134
하위 사이트 위치를 세분된 출구 각도들로 홀로그래픽 방식으로 인코딩하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 입사각(ISA 평면으로부터 DOE 요소까지 한정됨)에 기초하여 보정 적용을 변경할 수 있으며, 진입 각에 기초하여 다양한 보정이 적용된다. 이는 DOE 요소와 함께 단일 요소로서 수행되거나, 또는 다양한 다중 요소 광학 설계로서 수행될 수 있다.
ISA> HLA 영역 고려 사항
ISA HOE를 인코딩하는 복잡성은 HLA 영역보다 큰 ISA 영역을 인코딩할 때 더 복잡하다는 점을 추가적으로 유의해야 한다. 이 경우, 일부 조명 평면 하위 사이트는 둘 이상의 HLA에 동시에 기여한다. 예를 들어, ISA 중첩 계수가 하나의 축에서만 0이 아닌 경우(예를 들어, OX = 1이고 OY = 0) 각각의 ISA 소스는 두 개의 다른 HLA 요소에 기여한다. 이 예를 더 구체적으로 설명하자면, 임의의 하나의 HLA 사이트
Figure pct00135
에 대해, 동시적 ISA
Figure pct00136
인코딩이 발생해야 하고, 이 경우에 1) 모든 하위 사이트는
Figure pct00137
에 기여하는 출력을 가지며, 2) 음의
Figure pct00138
하위 사이트는 음의 X 방향으로 이웃에 기여하며, 3) 양의
Figure pct00139
하위 사이트는 양의 X 방향으로 이웃에 기여한다. 이러한 예시적인 배열을 위한 인코딩 프로세스에는 세 가지 상이한 코히어런트 광 및 렌즈 소스가 필요하다. 도 28의 도면은 OX = 1 오버스캔을 고려한 3개의 평면 HLA 렌즈를 보여주고 있다.
이 요소를 수용하는 데는 여러 가지 방법이 있는데, 가장 간단한 방법은 최종 ISA 하위 사이트 인코딩 영역에 기여하는 HLA 렌즈의 수를 감안할 수 있도록 하기 위해 도 14 내지 도 16과 같이 렌즈들을 증가시키는 것이다. 이는 각각의 n, m 하위 사이트 대한 인코딩 프로세스 전반에 걸쳐 각각의 렌즈에 각각 필요한 CRA를 수용하기 위해 다수의 빔을 상이한 광학 영역들로 분할시키는 것을 추가로 필요로 한다.
마찬가지로, 각각의 하위 사이트가 9개의 실제 또는 가상 HLA 하위 사이트 위치에 기여할 수 있기 때문에, 두 차원(OX = 1 및 OY = 1)이 겹치는 경우에 이러한 오버스캔 영역들을 인코딩할 때에는 최대 9개의 개별 렌즈가 동시에 필요할 수 있다.
회절 소자 전용 광학 시스템 설계
HOE를 인코딩하는 데에 특정 이점들이 있지만, 회절 광학 장치들의 단일 또는 다중 요소 어레이를 사용하여 규정된 광학 시스템 설계를 설계할 수 있다.
회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element)는 잘 확립되고 정제된 제조 방법론을 활용하는 이점을 제공한다. 이러한 요소들, 예를 들어 다수준 단계별 구역 판(PZP: Multi-Level Phased Zone Plate)은 두께가 1mm 미만인 얇은 시트 형태로 제작될 수 있으며, 이러한 요소의 다수의 평면들은 렌즈 기능을 생성하는 데 사용될 수 있다. 도 29의 도해는 각각의 요소 및 각각의 하위 사이트 위치 각각에 대해 고유한 회절 특성을 갖는 3개의 회절 광학 요소를 포함하는 한 가지 위와 같은 설계의 광선 추적을 예시하고 있다.
가상 HLA를 염두에 두고서, 또는 ISA 평면에 있는 회절 광학 장치들을 사용하여, DOE 시스템을 추가로 제작할 수 있다.
DOE 요소는 이들이 도입하는 큰 음의 색수차를 고려할 때 전체적인 화상 형성 품질의 저하를 일반적으로 겪는다. 이는 렌즈 기능을 달성하기 위해 굴절 요소와 회절 요소 사이에 하이브리드를 대신 사용함으로써 해결될 수 있다. 단순한 굴절 렌즈를 얇은 DOE 요소에 부착시키되 DOE의 큰 음의 색수차가 렌즈의 양의 색수차에 의해 보상되도록 하는 방식으로 부착시킬 수 있다. 이러한 하이브리드 조합은 전체 이미지 평면의 전역에서 왜곡을 줄이고 더 균일한 점 확산 함수(PSV: point spread function)를 생성하여, 단일의 단순한 렌즈에 대한 비축 성능(off-axis performance)을 향상시킨다.
추가 고려 사항:
필요한 HOE 해상도 요건을 줄이기 위해 기타 옵션들이 고려되었는데, 그 요건은 다음을 포함한다:
ㆍ 베이어 패턴과 유사한, 차이 있는 인코딩된 파장들의 패턴을 형성하기 위해 각각의 하위 사이트를 다중화하는 것;
ㆍ 더 큰 전체 홀로픽셀로부터 더 복잡한 광학 시스템을 형성하기 위해 다수의 HOE를 함께 계층화하는 것; 및
ㆍ 렌즈 조리개의 특성을 복제하는 개념을 일시적으로 단순히 포기하고, 가시 조명을 현저하게 감소시키는 희생 아래 각 조명 픽셀에 독립적인 입력 기준 및 출력 물체 각도를 제공하는 것.
광중합체의 한계를 감안하여 투과 손실을 제한하기 위해 이상적인 것은 각각의 하위 사이트를 추가적인 일련의 N x M 하위 사이트들(또는 어느 변수가 다중화되었거나 제거되었는지 여하에 따라 더 크거나 작은 어떤 값) - 이들 각각은 단일의, 일련의, 그리고/또는 다중의 RGB 특성을 나타냄 - 으로 나누는 것이다.
모든 하위 사이트를 N x M "하위의 하위 사이트"로 세분하는 가장 단순한 형태에 있어서, 그 각각은, (각각의 하위 사이트가 이전에 구상된 전체 조명의 1/(N x M)만을 이제는 보여주므로 가시 투과가 낮아지는 희생 아래에서) 각각 인코딩된 하나의 입력 기준과 출력 물체 각도만을 가지며, (하위 사이트마다 각도 인코딩 해상도의 1/3 손실이 각각 있는 RGB에 대한 반복 패턴, 또는 다른 유사한 패턴, 또는 대안적으로는 RGB에 대한 다중화 패턴으로) 인코딩된 단일 색상만을 가지고, 각각의 결과적인 하위의 하위 인코딩 사이트는 이제 대략 0.456um x 1.0275um(27.4um/60 x 41.1um/40)이다.
대안들:
입력 기준 각도는 이상적으로는 단일 빔(N x M과 대비됨)이어야 하고 단일 기준은 빔이 복잡한 출력 각도를 생성할 수 있다는 전제에서는, 가상 HOE 평면을 형성하기 위해 ISA 평면 대 HLA 판을 직접 인코딩하는 것이 가능하다.
이 방법이 일부 실시예에서 더 타당하다면 추가 고려 사항이 포함될 수 있다.
1. 입력 기준을 직접 인코딩하는 대신에 위에서 제안한 것과 유사한 프로세스를 사용하여 ISA 좌표를 직접 인코딩한다.
2. 조명원은 본래 시준되지 않지만, 단순 회절 요소(예를 들어, 키노폼 또는 이와 유사한 것) 및/또는 핀홀 마스크 어레이를 사용함으로써, 그리고/또는 적절한 굴절 정합 접착제 및/또는 재료를 사용하여 HOE를 가능한 한 조명 평면에 가깝도록 바로 ISA 표면에 배치함으로써, ISA 사이트마다 거의 시준된 조명원 생성할 수 있다. 이는 또한 위의 모든 논의에서 탐구될 수 있다.
3. 이제, 입력 기준 빔은 단일 각도로(이상적으로는 HOE 표면의 법선에 수직이거나, 회절 광학 요소에 의해 보상되는 다른 방향으로) 나오고, 물체 빔은 기준 빔과 동일한 ISA 좌표로 확장되고 그에 초점이 맞추어지도록 일련의 광학 요소들을 활용한다.
4. 물체 빔은 다음과 일치하도록 형성된다:
a. ISA 인코딩 사이트로부터 가상 f 거리에 있는 HLA 광학 요소 w x h 크기
b. CRA가 가상 HLA 중심 및 ISA 인코딩된 좌표와 각각 교차하는 광선을 통과하도록 적절하게 기울여지는 것
c. ISA에서 수렴하는 광선이 위에 제공된 도면과 적절하게 일치하도록 적절한 조리개와 초점 길이가 전체로서 고려된 것
d. 반사(또는 다른) 홀로그램으로서 보았을 때.
참고: ISA w x h가 이제는 HLA와 일치해야 할 수 있거나, 그렇지 않으면 HLA가 가상 좌표계에서 잠재적으로 (훨씬) 더 클 수 있다. 이것은 문제가 되지 않을 수 있으며, 특정된 ISA 중첩 영역이 얼마간의 크기만큼, 또는 10° 초과한 크기만큼 오프셋될 수 있는 다수의 인코딩된 각도를 갖는 것이 가능할 수 있다.
또는 대안적으로, 각각의 ISA 하위 사이트가, 물체 빔의 일부를 마스킹함으로써 각각의 노출로부터 부분적으로 커버리지된 상태에서, 인코딩되어, 전체 빔 중의 "파이 모양" 세그먼트만이 HOE에 초점이 맞추어져서 전체 렌즈의 일부를 제공한다. 현재 실시예에서, HLA와 ISA 각각 사이에 200% 중첩이 있고, 결과적으로 ISA 좌표마다 최대 4개의 공유 HLA가 생긴다. 이는 이러한 관계를 유지하기 위해 간섭 패턴을 4등분으로 노출시키는 결과를 가져오며, 이 접근법 또는 세그먼트와 다중화의 일부 조합으로 가능해야 한다.
모든 광선이 (투과/볼륨 또는 유사한 복제 홀로그램으로서 보았을 때) HLA 좌표계를 통과하므로, 광선이 더 이상은 기준 빔 및 이와 관련되는 회절된 물체 빔으로부터 인코딩 스키마로 원래 구상된 대로 시준되지 않는다는 것과, 조명원에서 나오는 광선은 가상 HLA 평면을 통과하여서, 각각의 HLA 하위 사이트를 적절하게 보는 데 필요한 추가 각도 변경 없이 공간을 관통해서 계속 이동한다는 것이 도전 과제가 될 수 있다. 이는, 이상적인 보는 거리와 하위 사이트 FOV 여하에 따라, 큰 문제가 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다(현재로서는 볼 수 있는 이미지 품질에 손상을 주는 것으로 추정됨).
그러나, 가상 HLA 평면의 위치에 또는 그 위치 근처에 제2(또는 그 이상의) HOE를 추가하는 것은 이러한 가상 HLA 하위 사이트 좌표 각각을 통과하는 광선에 대한 보정 동작을 인코딩하는 능력을 가질 있다.
가상 HLA에서의 각각의 좌표는 이제는 모든 ISA 하위 사이트로부터의 광선을 수렴시키는 기여를 한다. 회절 요소(예를 들어, 키노폼, 격자, 프레넬 어레이 등)의 추가는 이제는 각각의 HLA 하위 사이트로부터의 CRA를 보정하도록 설계될 수 있는 바, 이 경우, ISA 광선 다발의 모음으로부터의 중심 광선을 계산하고 보정하여 원하는 HLA 사양을 충족시키도록 한다.
이러한 방식으로, 이러한 보정을 위에서 설명한 것과 동일한 방법으로 수행하기 위해 간단한 디지털 홀로픽셀을 생성하는 것이 추가로 가능하며, 여기서 물체 빔(이제는 이전의 기준 빔으로부터 위치가 반전되어 있음)은, 초점 거리, 조리개, 위치, 및 회전을 기준 빔이 주어진 가장 이상적인 구성에 따라 변경함으로써 바르지 않게 발산하는 광선을 올바른 배향으로 회절시키기 위해 필요한 보정 계수에 일치하도록, 형성된다.
본 개시내용에서 고려되는 다른 접근법들:
ㆍ 마스터 HOE를 에지 조명 홀로그램으로 인코딩하고, 복제 전체에 걸쳐 이 조명원을 최종 디스플레이의 요소로 포함하는 것.
ㆍ 마스터와 다양한 복제본 간에 변환이 이루어질 수 있도록 하기 위해 복제 평면을 HLA 위치(또는 구현된 구성에 따라 원래 배치된 위치)로부터 ISA 평면(또는 대안적인 평면)으로 오프셋시킴으로써 반사/볼륨/투과로부터의 마스터를 투과/반사/볼륨 홀로그램으로 변환시키는 것.
ㆍ 백색광을 사용하지 않고도 더 높은 품질의 HOE를 제공하기 위해 인코딩 프로세스에 기초하여 최적화 및 제어된 레이저 광원으로, 인코딩된 광학 특성을 볼 수 있는 능력을 제공하기 위해, 마스터 또는 복제본을 반사/볼륨/투과 홀로그램으로부터 반사 또는 투과 에지 조명 홀로그램으로 변환시키는 것.
본원에 개시된 원리들에 따른 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고 제한적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명(들)의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안 되며, 오직 본 개시내용으로부터 유래되는 청구범위 및 그의 등가물들에 따라 정의되어야 한다. 또한, 전술한 장점들 및 특징들은 설명된 실시예들에서 제공되지만, 그와 같은 청구범위의 적용을 상기의 장점들의 일부 또는 전부를 달성하는 공정들 및 구조들로 제한해서는 안된다.
본 개시내용의 주요 특징은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 실시예에서 채용될 수 있음이 이해될 것이다. 당업자는 일상적인 실험만을 사용하여도 본원에 기재된 특정 절차들에 대한 다수의 등가물들을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 그러한 등가물들은 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주되며 청구범위에 포함된다.
또한, 본원에서의 섹션 표제들은 37 CFR 1.77에 따른 제안사항과의 일관성을 위해 제공되거나, 또는 그렇지 않으면 구조적 단서를 제공하기 위해 제공된 것이다. 이 표제들은 본 개시내용으로부터 유래될 수 있는 임의의 청구항들에 기재된 발명(들)을 제한하거나 특징짓지 않는 것이다. 구체적으로, 그리고 예로서, 이러한 청구항들은, 표제들이 "발명의 분야"를 지칭하고는 있지만 소위 기술 분야를 설명하려는 그 표제 하에서의 언어에 의해 제한되어서는 안 된다. 또한, "발명의 배경" 부분에서의 기술에 대한 설명은 그 기술이 본 개시내용에서의 임의의 발명(들)에 대한 선행 기술이라는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "발명의 내용" 부분은 공표된 청구범위에 기재된 발명(들)의 특징짓기로 간주되어서는 안 된다. 게다가, 본 개시내용에서 "발명"이라고 하는 언급은 그 어떠한 것도 본 개시내용에 오직 신규성이라는 한 가지 점만 존재한다고 논쟁하는 데 사용되어서는 안 된다. 다수의 발명들은 본 개시내용으로부터 유래되는 다수의 청구항들의 한정에 따라 정해질 수 있으며, 따라서 그러한 청구항들은 그에 의해 보호되는 발명(들) 및 이의 등가물들을 정의한다. 모든 경우에서, 그러한 청구항들의 범위는 본 개시내용에 비추어 그 자체의 장점들에 대해 고려되어야 하지만 본원에 기재된 표제들에 의해 제약되어서는 안 된다.
"하나의"라는 용어의 사용은, 청구범위 및/또는 명세서에서 "포함하는"이라는 용어와 함께 사용되는 경우, "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 이상", "적어도 하나", 그리고 "하나 또는 하나 초과"의 의미와 일치하는 것이기도 하다. 본 개시내용은 단지 대안들과 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 지지하기는 하지만, 청구범위에서 "또는"이라는 용어의 사용은, 명시적으로 대안들만을 지칭하는 것으로 나타내거나 대안들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는, "및/또는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 출원의 전반에 걸쳐, 용어 "약"은 값이 장치에 대한 고유한 오차를 포함하는 것을 나타내는 데 사용되며, 그 값, 또는 연구 주제들 사이에 존재하는 변동을 결정하기 위한 방법이 채용된다. 전술한 논의에 종속되지만 일반적으로, "약"과 같은 근사의 단어에 의해 수식된 본원에서의 수치는 언급된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12, 또는 15%만큼 변경될 수 있다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, "포함하는"(및 임의의 형태의 포함하는, 이를테면 "포함하고" 및 "포함한다"), "갖는"(및 임의의 형태의 갖는, 이를테면 "갖다" "가진다"), "포함되는"(및 임의의 형태의 포함되는, 이를테면 "포함되고" 및 "포함된다"), 또는 "함유하는"(및 임의의 형태의 함유하는, 이를테면 "함유하고" 및 "함유한다")은 포괄적이거나 확장 가능(open-ended)하며, 부가적인 언급되지 않은 요소들이나 방법 단계들을 배제하지 않는다.
"~하는 때에, "등가의", "~하는 동안", "완료" 등과 같은 비교, 측정, 및 타이밍의 단어들은 "실질적으로 ~하는 때에", "실질적으로 등가의", "실질적으로 ~하는 동안", "실질적으로 완료" 등을 의미하며, 여기서, "실질적으로"는 이러한 비교, 측정, 및 타이밍이 묵시적으로 또는 명시적으로 언급된 원하는 결과를 달성하기 위해 실행 가능하다는 것을 의미한다. "근처", "근접" 및 "인접"과 같은 요소들의 상대적 위치와 관련된 단어들은 각각의 시스템 요소 상호 작용에 물리적인 영향을 미치기에 충분히 가깝다는 것을 의미하는 것이다. 이와 유사하게, 그 밖에도 근사라는 단어는, 그렇게 수식될 때 반드시 절대적이거나 완전하지 않은 것으로 이해되는 조건이기는 하지만 당업자가 그러한 조건이 존재한다고 나태내는 것을 보증할 수 있도록 하기에 충분히 가깝다고 생각되는 조건을 지칭한다. 설명이 변경될 수 있는 정도는 변경이 얼마나 크게 도입될 수 있는지에 달려 있으며, 여전히 당업자로 하여금 수정된 특징을 수정되지 않은 특징의 원하는 특성들 및 능력들을 여전히 가지는 것으로 인식하게 하는 것이다.
본원에 사용된 바와 같은 "또는 그의 조합"이라는 용어는 이 용어 앞에 기재된 나열된 항목들의 모든 순열 및 조합을 지칭한다. 예를 들어, "A, B, C, 또는 이들의 조합"은 A, B, C, AB, AC, BC, 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하도록 의도된 것이며, 특정 문맥에서 순서가 중요하다면 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC, 또는 CAB도 포함하는 것으로 의도된 것이다. 이 예를 계속 설명하면, BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어를 반복하여 포함하는 조합이 명시적으로 포함된다. 당업자는 통상적으로 문맥으로부터 명백하지 않는 한 임의의 조합의 항목들 또는 용어들의 수에 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
본원에 개시되고 청구된 모든 구성들 및/또는 방법들은 본 개시내용에 비추어 과도한 실험 없이 제조되고 실행될 수 있다. 본 개시내용의 구성들 및 방법들은 바람직한 실시예들의 관점에서 기재되었지만, 본 개시내용의 개념, 사상, 및 범위를 벗어나지 않는 한, 그 구성들 및/또는 방법들에, 그리고 본원에 기재된 방법의 단계들에 또는 단계들의 시퀀스에, 변형예들이 적용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체예들 및 변형예들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 개시내용의 사상, 범위, 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (36)

  1. 도파관으로서,
    사진 매체를 포함하는 기판, 및
    상기 사진 매체에 인코딩되며 상기 기판 내에 기판 사이트들의 어레이를 한정하는 간섭 패턴을 포함하고;
    상기 간섭 패턴은 상기 기판의 제1 측면 상의 광 위치들로부터 상기 기판의 제2 측면을 향해 연장되는 광 전파 경로를 따라 광을 전파하도록 구성되고;
    상기 광 전파 경로는 동일한 기판 사이트 및 동일한 광 위치를 통해 연장되는 광 전파 경로 세트들을 포함하고, 각각의 광 전파 경로 세트는 상기 기판의 상기 제2 측면 상에서 실질적으로 고유한 방향으로 연장하도록, 그리고 동일한 기판 사이트로부터 상기 기판의 상기 제1 측면 상의 동일한 광 위치로 수렴하도록 구성되고, 상기 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에 있어서의 주광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정되고;
    이에 의해, 기판 사이트들의 어레이가, 상기 기판 사이트들의 위치들에 의해 한정된 공간 좌표 및 각 기판 사이트에 대한 상기 광 전파 경로 세트들의 고유한 방향들에 의해 한정된 각도 좌표를 포함하는 4차원 광 필드 좌표계에 따라 광을 전파하도록 구성된, 도파관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사진 매체는 사진 에멀젼, 중크롬화 젤라틴, 포토레지스트, 포토써모플라스틱, 광중합체, 및 광굴절제로 이루어진 군에서 선택된 재료들 중 하나를 포함하는, 도파관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 홀로그래픽 렌즈릿 어레이("HLA")가 형성되도록 광을 렌즈릿들의 어레이로서 지향시키도록 인코딩된 홀로그램을 포함하는, 도파관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 홀로그램은 반사 홀로그램을 포함하는, 도파관.
  5. 제3항에 있어서, 상기 홀로그램은 투과 홀로그램을 포함하는, 도파관.
  6. 제3항에 있어서, 상기 HLA는 사이트들로 세분된 평면을 포함하고, 상기 기판 사이트들은 HLA의 사이트들에 대응하는, 도파관.
  7. 제6항에 있어서, 상기 HLA의 사이트들은 각각 광을 렌즈릿으로서 지향시키도록 구성된, 도파관.
  8. 홀로그래픽 에너지 지향 시스템으로서, 제1항의 도파관과, 기판의 제1 측면 상의 광 위치들에서 조명을 제공하도록 구성된 조명원 어레이("ISA")를 포함하는 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 ISA는 상기 기판의 상기 제1 측면 상의 광 위치들에 복수의 광원을 포함하는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 ISA는 사이트들로 세분된 평면을 한정하고, 상기 ISA의 사이트들 각각은 HLA의 적어도 하나의 각각의 사이트에 대응하며, 상기 기판의 제1 측면 상의 광 위치들에 대응하는 복수의 ISA 하위 사이트 위치를 포함하는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 HLA 및 상기 ISA의 대응하는 사이트들이 적어도 부분적으로 중첩되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 HLA 및 상기 ISA의 대응하는 사이트들이 다른 치수를 갖는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 HLA 및 상기 ISA의 대응하는 사이트들이 공동의 중심에 정렬된, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 주광선 전파 경로는 상기 ISA 하위 사이트 위치들 중 하나와 상기 HLA의 대응하는 각각의 사이트의 중심 사이의 광 전파 경로를 포함하는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 각각의 광 전파 경로 세트의 고유한 방향은 각각의 주광선 전파 경로의 주광선 각도("CRA")에 의해 결정되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대해서, 간섭 패턴의 상기 HLA의 대응하는 사이트가, 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 각각의 주광선 전파 경로의 CRA에 의해 결정되는 공통 입력 기준 빔 각도로 인코딩되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대해, 간섭 패턴의 상기 HLA의 대응하는 사이트가, 상기 HLA의 대응하는 사이트의 HLA 하위 사이트 위치들로부터 상기 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치로 수렴하는 광 전파 경로에 의해 결정되는 출력 물체 빔 각도들로 인코딩되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대해, 간섭 패턴의 상기 HLA의 대응하는 사이트가, 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 각각의 주광선 전파 경로의 CRA에 의해 결정된 공통 입력 기준 빔 각도로, 그리고 상기 HLA의 대응하는 사이트의 HLA 하위 사이트 위치들로부터 상기 ISA의 제1 사이트의 각각의 ISA 하위 사이트 위치로 수렴하는 광 전파 경로에 의해 결정되는 출력 물체 빔 각도들로, 인코딩되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  19. 제1815항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트 및 상기 HLA의 대응하는 사이트에 대해, 각각의 HLA 하위 사이트 위치들 중 한 위치가, 단일의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 공통 입력 기준 빔 각도와, 상기 단일의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 출력 물체 빔 각도들 중 하나의 각도로, 한 번에 인코딩 되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  20. 제1815항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트 및 상기 HLA의 대응하는 사이트에 대해, 복수의 각각의 HLA 하위 사이트 위치들이, 단일의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 공통 입력 기준 빔 각도와, 상기 단일의 각각의 ISA 하위 사이트 위치에 대한 각각의 복수의 출력 물체 빔 각도들로, 동시에 인코딩 되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  21. 제1815항에 있어서, 상기 ISA의 제1 사이트 및 상기 HLA의 대응하는 사이트에 대해, 각각의 HLA 하위 사이트 위치들 중 한 위치가, 각각의 복수의 ISA 하위 사이트 위치들에 대한 복수의 공통 입력 기준 빔 각도들과, 상기 각각의 복수의 ISA 하위 사이트 위치들에 대한 각각의 복수의 출력 물체 빔 각도들로, 한 번에 인코딩 되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  22. 도파관들의 어레이로서,
    사진 매체를 포함하는 기판;
    상기 사진 매체에 인코딩되며 상기 기판 내에 기판 사이트들의 어레이를 한정하는 간섭 패턴 - 여기서, 각각의 기판 사이트는 복수의 기판 하위 사이트를 포함함 -; 및
    각각의 기판 사이트에 각각 대응하는 광학 요소 사이트들의 어레이를 한정하는 광학 요소 - 여기서, 각각의 광학 요소 사이트는 복수의 광학 요소 하위 사이트 위치를 포함함 -를 포함하고;
    상기 간섭 패턴은 광을, 각각의 기판 사이트의 기판 하위 사이트를 통해 연장되는 광 전파 경로를 따라서, 각각의 광학 요소 사이트의 광학 요소 하위 사이트 위치들로 전파하도록 구성되고, 상기 광 전파 경로는 동일한 광학 요소 사이트 및 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트를 통해 연장하는 광 전파 경로 세트들을 포함하고;
    각각의 광 전파 경로 세트는 상기 광학 요소로부터 실질적으로 고유한 방향으로 기판으로부터 멀리 연장되고, 동일한 광학 요소 사이트의 상이한 광학 요소 하위 사이트들로부터 상기 대응하는 기판 사이트의 동일한 기판 하위 사이트로 수렴하고, 상기 고유한 방향은 각각의 광 전파 경로 세트에 있어서의 주광선 전파 경로의 각도 방향에 의해 결정되고;
    이에 의해, 광학 요소 사이트들의 어레이가, 상기 광학 사이트들의 위치들에 의해 한정된 공간 좌표 및 각 광학 사이트에 대한 상기 광 전파 경로 세트들의 고유한 방향들에 의해 한정된 각도 좌표를 포함하는 4차원 광 필드 좌표계에 따라 광을 전파하도록 구성된, 도파관들의 어레이.
  23. 제22항에 있어서, 상기 사진 매체는 사진 에멀젼, 중크롬화 젤라틴, 포토레지스트, 포토써모플라스틱, 광중합체, 및 광굴절제로 이루어진 군에서 선택된 재료들 중 하나를 포함하는, 도파관들의 어레이.
  24. 제22항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 광학 요소 사이트들에 위치된 렌즈릿들의 어레이를 포함하는, 도파관들의 어레이.
  25. 제22항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 광학 요소 사이트들에 위치된 회절 광학 요소들의 어레이를 포함하는, 도파관들의 어레이.
  26. 제25항에 있어서, 각각의 회절 광학 요소는 렌즈의 기능에 따라 광을 전파하는, 도파관들의 어레이.
  27. 제25항에 있어서, 각각의 회절 광학 요소는 하위 사이트 위치들의 어레이로 세분되고, 각각의 하위 사이트 위치는 이를 관통한 광 전파 경로를 소정의 편향각으로 편향시키는 기능을 하는, 도파관들의 어레이.
  28. 제27항에 있어서, 각각의 하위 사이트에서의 편향각은, 상기 회절 광학 요소과 연관된 모든 전파 경로 세트들에 대해, 광학 사이트의 제1 측면에 입사하는 각각의 전파 경로 세트에 대한 광을 실질적으로 고유한 방향으로 편향시키도록 선택되는, 도파관들의 어레이.
  29. 제22항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 반사 홀로그램을 포함하는, 도파관들의 어레이.
  30. 제22항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 투과 홀로그램을 포함하는, 도파관들의 어레이.
  31. 홀로그래픽 에너지 지향 시스템으로서, 제22항의 도파관들의 어레이와, 각 기판 사이트에서 조명을 제공하도록 구성된 조명원 어레이("ISA")를 포함하는 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 ISA는 상기 기판 사이트들에 근접한 복수의 조명 광원을 포함하는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 각각의 간섭 패턴 기판 사이트는 대응하는 광원으로부터의 입사광의 분포를 각각의 광 전파 경로 세트를 따라 지향시키도록 인코딩된, 홀로 그래픽 에너지 지향 시스템.
  34. 제22항에 있어서, 광학 층 사이트 및 대응하는 기판 사이트들이 적어도 부분적으로 중첩되는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  35. 제33항에 있어서, 광학 층 사이트 및 대응하는 기판 사이트들이 상이한 치수를 갖는, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
  36. 제33항에 있어서, 광학 층 사이트 및 상기 ISA의 대응하는 기판 사이트들이 공동의 중심에 정렬된, 홀로그래픽 에너지 지향 시스템.
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