KR20210068983A

KR20210068983A - 동공 확장기

Info

Publication number: KR20210068983A
Application number: KR1020200126786A
Authority: KR
Inventors: 크리스마스 제미슨
Original assignee: 엔비직스 엘티디
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US20210165212A1; GB2589575B; GB2589575A; US11592664B2; EP3832395A1; GB201917552D0; US11874460B2; EP4191343A1; CN117784433A; US20230168496A1; EP3832395B1; CN112987298B; KR102470414B1; CN112987298A

Abstract

본 명세서에서 화상 생성 유닛, 도파관 동공 확장기 및 관찰자 추적 시스템을 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 화상 생성 유닛은 제1 디스플레이 채널, 제2 디스플레이 채널 및 컨트롤러를 포함한다. 제1 디스플레이 채널은 제1 색상인 제1 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다. 제1 공간 변조된 광은 제1 화상에 대응한다. 제2 디스플레이 채널은 제2 색상인 제2 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된다. 제2 공간 변조된 광은 제2 화상에 대응한다. 제어기는 제1 디스플레이 채널 및 제2 디스플레이 채널을 구동하도록 배열된다. 도파관 동공 확장기는 한 쌍의 평행 반사 표면을 포함한다. 도파관 동공 확장기는 입력 포트와 관찰 윈도우를 형성한다. 입력 포트는 제1 공간 변조 광 및 제2 공간 변조 광을 수신하도록 배열된다. 관찰 윈도우는 관찰자가 제1 화상과 제2 화상을 관찰 할 수 있는 영역 또는 용적부이다. 한 쌍의 평행한 반사 표면은 일련의 내부 반사에 의해 입력 포트로부터 관찰 윈도우로 제1 공간 변조 광 및 제2 공간 변조 광을 안내하도록 배열된다. 한 쌍의 평행 반사 표면 중 제1 반사 표면의 반사율은 단계적 코팅에 의해 제공된다. 단계적 코팅은 제1 색상의 광과 제2 색상의 광에 대해 부분적으로 투과성이다. 단계적 코팅의 투과율은 비무채색이다. 관찰자 추적 시스템은 관찰 윈도우 내에서 관찰 위치를 결정하도록 배열된다. 제어기는 관찰자-추적 시스템에 의해 결정된 관찰 위치에 기초하여 관찰 위치로부터 관찰되는 바와 같이 제1 및 제2 화상의 색상 균형을 실질적으로 일정하게 유지하도록 배열된다.

Description

동공 확장기{PULPIL EXPANDER}

본 발명은 도파관 동공 확장기와 같은 동공 확장기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 2 색 또는 3 색 디스플레이를 위한 도파관 동공 확장기와 같은 다색 도파관 동공 확장기에 관한 것이다. 본 개시는 또한 프로젝터 및 홀로그램 프로젝션과 같은 프로젝션 방법 및 홀로그램 프로젝션 방법에 관한 것이다. 일부 실시예는 헤드업 디스플레이와 관련된다. 일부 실시예는 관찰 윈도우 내에서 이미지 균일성을 최적화하는 것과 관련된다.

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 홀로그램(computer-generated holography)은 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬/ 푸리 변환 홀로그램 또는 프레넬/푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인/플레인 표현 또는 객체의 주파수 도메인/플레인 표현으로 간주될 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 또한 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.

컴퓨터 생성 홀로그램은 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 형성된 공간 광변조기(SLM) 상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.

공간 광 변조기(spatial light modulator)는 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. 공간 광 변조기는 변조 광이 공간 광 변조기로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조 광이 공간 광 변조기를 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.

예컨대 홀로그램 프로젝터와 같은 홀로그램 디스플레이 장치가 본 명세서에 기술되는 시스템을 이용하여 제공될 수 있다. 그러한 프로젝터들은 헤드업 디스플레이(Head-up Display, "HUD")에 적용되었다.

본 개시의 양태는 첨부된 독립 청구항에서 정의된다.

도파관 동공 확장기는 두 개의 반사 표면을 포함한다. 하나의 반사 표면 - 예: 제1 반사 표면은 부분적으로 투과성이고 부분적으로 반사성이다. 부분적인 투과성은 도파관에 의해 수신된 광선의 복제물을 형성한다. 다른 반사 표면 - 예: 도파관의 제2 반사면은 완전하거나 거의 완전에 가까운 반사체, 예를 들어, 완전한 거울이다. 공간 변조된 광은 도파관의 입력 포트에서 수신된다. 도파관은 실질적으로 슬래브 형상일 수 있으며, 여기서 2 개의 반사 표면을 분리하는 것은 2 개의 반사 표면의 치수보다 작다. 각 반사 표면은 실질적으로 평면이다. 도파관은 관찰자가 반사 표면 중 하나의 넓은 표면, 예를 들어, 부분적으로 반사되는 표면을 보도록 구성된다. 이 표면은 관찰 표면이라고 할 수 있다. 입력 포트는 슬래브에서 관찰자와 같은 쪽에 있거나 반대쪽에 있을 수 있다. 입력 포트는 완전 반사 표면 또는 부분 반사 표면의 반사 구성 요소, 예를 들어, 반사층 또는 코팅의 틈 또는 갭을 포함할 수 있다. 입력 포트는 반사 구성 요소의 단부에서 시작될 수도 있다.

관찰 윈도우는 아이 박스 또는 아이 모션 박스일 수 있다. 도파관은 입사 파면의 진폭을 분할하여 추가 광선을 생성하기 때문에 시야 창을 확대한다. 본 개시에 따르면, 입사광(즉, 도파관에 의해 수신된 광)은 공간적으로 변조된 광이다. 공간적으로 변조된 광은 사진의 홀로그램으로 인코딩되거나 화상 자체와 함께 인코딩 될 수 있다. 두 경우 모두 입사광이 콜리메이팅 될 수 있다.

본 개시의 실시예들은 다색 도파관 동공 확장기에 관한 것이다. 즉, 도파관은 제1 색상 영상(즉, 제1 파장의 빛으로 구성된 제1 영상) 및 제2 색상 영상(즉, 제2 파장의 빛으로 구성된 제2 영상)의 동공 확장을 수행하도록 구성되고, 여기서 제1 파장은 제2 파장과 상이하다. 시스템은 제1 색상 화상 및 제2 색상 화상이 관찰자에게 친숙한 방식으로 관찰 윈도우에서 실질적으로 일치하는 것으로 인식되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 적색, 녹색 및 청색 이미지(이하 "복합 색상 이미지 / 화상"이라고 함)와 같은 복수의 단일 색상 이미지를 결합하여 풀 컬러 이미지를 형성할 수 있다.

도파관의 제1 표면은 부분 투과 반사 코팅을 포함한다. 코팅의 반사율은 도파관의 길이(일반적인 광 전파 방향)에 따라 일정하지 않다. 그러나 최적의 관찰 환경을 위해 관찰자가 관찰 윈도우 내에서 이동할 때 각 컬러 이미지의 밝기가 변경되지 않아야 한다. 또한 서로 다른 단일 색상 이미지 구성 요소 간의 색상 균형은 일정하게 유지되어야 한다. 코팅은 복수의 파장에서 필요한 광학 성능을 제공하기 위해 25 개 이상의 유전체 층을 포함할 수 있다. 코팅을 최적화하기 위해 많은 노력을 기울일 수 있지만 완전히 무색 코팅을 제공하는 것은 거의 불가능하다.

제1 반사면/단계적 미러의 비무색성(non-achromaticity)은 관찰 윈도우를 가로 질러 변하는 색상 균형을 갖는 이미지를 생성한다. 본 발명자는 관찰자가 특히 헤드업 디스플레이와 같이 관찰 위치가 일정하지 않은 실제 시스템에서 이러한 유형의 불균형에 특히 민감하다는 것을 발견했다. 본 발명자는 시야 표면/단계적 미러 상에 불완전한(즉, 비무채색) 코팅을 보상하는 접근 방식을 고안했다. 특히, 본 발명자는 관찰 위치의 민감한 기능인 색도의 중요성을 인식했다. 위치에 대한 이러한 민감한 의존성은 도파관을 사용하는 내부 반사에 의한 광 안내에 의한 것이다. 특히, 인지된 이미지가 서로 다른 시야 위치에서 서로 다른 광선으로 형성되기 때문이다. 이러한 다른 광선은 도파관 내에서 다른 수의 바운스(즉, 반사)를 경험했을 수 있다. 서로 다른 광선은 슬래브 내에서 서로 다른 바운스 경로를 따르므로 단계적인 코팅의 서로 다른 국부적인 영역에서 반사된다. 본 개시에 따르면, 관찰 윈도우 내의 관찰자의 위치는 단계적인 미러의 색도를 보상하기 위해 개별 단일 색상 이미지의 밝기를 미세 조정하는 데 사용된다. 관찰자 추적 시스템은 피드백 시스템의 일부로 사용된다. 관찰자 추적 시스템은 아이 트래킹 시스템 또는 헤드 트래킹 시스템 일 수 있다. 색상 균형을 유지하기 위해 하나 이상의 단일 색상 이미지의 밝기를 실시간으로 미세 조정하는 데 보정 데이터를 사용할 수 있다. 보정 데이터는 관찰 윈도우 내의 복수의 상이한 관찰 위치에서 각각의 단일 색상 이미지의 상대적 밝기를 측정하는 것을 포함하는 보정 프로세스에 의해 획득될 수 있다.

도파관은 관찰 윈도우/동공을 확장하기 위해 입사 파면의 광선을 복제한다. 각 연속 복제물은 도파관 내에서 광선이 한 번 더 반사되어 형성된다. 따라서 관찰 표면의 반사율/투과율은 각 바운스에서 빛의 부분적인 이탈로 인한 도파관을 따라 광 강도의 감소를 보상하기 위해 등급이 매겨진다. 즉, 도파관을 따라 거리에 따라 변한다. 따라서 단계적 코팅의 반사율은 입력 포트에서 멀어 질수록 감소한다. 단계적 코팅은 선택적으로 각 박막이 유전체 또는 금속인 박막 적층체(stacks)를 포함할 수 있다. 당업자는 이러한 적층체에 익숙할 것이며 본 명세서에서 설명된 바와 같이 이로써 다색 동공 확장에 필요한 광학 특성을 제공하는 데 어려움이 있다는 것을 인식 할 것이다.

일부 실시예에서, 공간 변조된 광은 화상 생성 유닛과 관찰 윈도우 사이의 중간 평면에 형성된 화상의 광이다. 중간 평면에 형성된 화상은 자유 공간에 형성될 수도 있고, 디퓨저와 같은 스크린에 형성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 광의 진폭은 디스플레이 된 화상에 따라 공간적으로 변조된다. 따라서, 이들 실시예에서, 제1 디스플레이 채널은 제1 화상을 디스플레이하도록 배열되고 제2 디스플레이 채널은 제2 화상을 디스플레이하도록 배열된다고 볼 수 있다. 각각의 화상은 화상의 홀로그램을 이용한 홀로그램 프로젝션에 의해 중간 평면 또는 스크린 상에 형성될 수 있다. 즉, 각각의 디스플레이 채널은 홀로그램 재구성에 의해 조명되고 중간 평면 또는 스크린(예를 들어, 디퓨저) 상에 화상을 형성하는 홀로그램을 디스플레이 할 수 있다. 스크린 상에 화상(즉, 홀로그램 재구성)이 형성되는 실시예에서, 스크린들을 화상 생성 유닛의 일부로 간주하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우 스크린은 홀로그램면과 시야 평면 사이에 배치된다고 할 수 있다.

다른 실시예에서, 공간 변조된 광은 홀로그램으로 인코딩된 것이다. 이러한 실시예에서, 홀로그램이 디스플레이되고 홀로그램 패턴에 따라 공간적으로 변조된 광이 화상을 재구성하는데 사용될 수 있다. 이러한 구성에서 관찰자의 눈의 렌즈가 홀로그램에서 이미지로(예: 주파수 영역에서 공간 영역으로) 변환을 수행한다고 한다. 따라서 홀로그램 재구성은 관찰자의 망막에 형성될 수 있다. 선택적으로, 홀로그램 재구성을 중계하거나 재구성 평면의 위치를 결정하기 위해 디스플레이/홀로그램과 관찰자 사이에 렌즈가 포함될 수 있다. 홀로그램은 푸리에 홀로그램 일 수 있다. 관찰자가 홀로그램을 직접 보는 실시예(예: 홀로그램을 표시하는 공간 광 변조기)는 직접 관찰이라고 할 수 있다. 직접 관찰에 관한 실시예는 관찰자와 홀로그램 사이에 스크린(예: 디퓨저)이 없는 것이 특징이다. 스크린/확산기를 사용해야 되는 문제가 없기 때문에 직접 관찰에 관한 실시예가 유리할 수 있다.

제1/제2 홀로그래픽 재구성은 제1/제2 화상(또는 이미지)을 포함하는 제1/제2 화상(또는 이미지) 영역 및 제1/제2 비 화상(또는 비 이미지) 콘텐츠를 포함하는 제1/제2 비 화상(또는 비 이미지) 영역을 포함할 수 있다. 프로젝터는 제1 / 제2 비-이미지 영역의 밝기를 측정하도록 배열된 제1 / 제2 광 검출기를 포함하는 폐루프 피드백 시스템을 더 포함한다. 홀로그램은 광을 재생 필드의 다른 지점으로 재지향한다. 홀로그램은 위상 전용 홀로그램과 같은 위상 홀로그램 일 수 있다. 그러므로 비-이미지 영역의 밝기는 홀로그래픽 프로세스의 특성으로 인해 해당 이미지 영역의 밝기를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 비-이미지 영역의 밝기가 유지되는 경우-예를 들어 광원의 출력을 변조하여 이미지 영역의 밝기가 유지된다. 이들 실시예는 홀로그램 재생 필드의 밝기가 홀로그램에 의해 형성된 이미지 콘텐츠에 대한 양의 함수라는 문제를 해결한다.

일부 실시예에서, 제어기는 제1 / 제2 검출기에 의해 측정된 제1 / 제2 비 화상 영역의 밝기를 기초로 제1/ 제2 광원의 구동 신호에 1 차 구동 신호 보정을 적용함으로써 제1 화상 영역 및 제2 화상 영역의 상대적 밝기를 실질적으로 일정하게 유지하도록 배열된다. 1 차 구동 신호 보정은 구동 신호의 전압에 대한 보정 또는 구동 신호의 온-오프 시간 게이팅에 대한 보정일 수 있다.

제어기는 제1/제2 광원의 구동 신호에 2 차 구동 신호 보정을 적용함으로써 관찰 위치에서 관찰되는 바와 같이 제1 및 제2 화상의 상대적 밝기를 실질적으로 일정하게 유지하도록 배열될 수 있다. 2차 구동 신호 보정은 관찰 윈도우 내 관찰 위치에 대한 함수이다. 1 차 구동 신호 보정은 홀로그래픽 프로세스를 보상하고 2 차 구동 신호 보정은 단계적 미러의 비무색성을 보상한다. 1 차 구동 신호 보정은 광 검출기의 목표 출력을 유지할 수 있으며 2 차 구동 신호 보정은 목표 출력에 변화를 제공할 수 있고, 예를 들어, 2차 구동 신호 보정은 목표 출력에 대한 오프셋 일 수 있다. 예를 들어 목표 출력은 전압 또는 전류 값일 수 있다. 제1 / 제2 이미지의 밝기를 유지하는 데 필요한 오프셋 값은 보정에 의해 결정될 수 있다. 관찰 위치에 대한 함수로서 목표 출력 및 오프셋은 프로젝터 메모리의 룩업 테이블에 저장될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 관찰자에 의해 결정된 관찰 위치에 응답하여 제1 / 제2 홀로그램을 변경/재계산함으로써 관찰자 추적 시스템에 의해 결정된 관찰 위치에서 관찰된 제1 및 제2 이미지의 상대적 밝기를 실질적으로 일정하게 유지하도록 배열될 수 있다. 홀로그래픽 재생 평면은 0 차 재생 필드를 포함한다. 0 차 재생 필드는 그 중앙에 0 차 스폿을 포함한다. 0 차 스폿은 공간 광 변조기에 의해 변조되지 않은 빛으로 구성된다. 0 차 재생 필드에서 변조된 광 대 변조되지 않은 광의 비율을 변경하는 다양한 방법이 본 명세서에서 개시된다. 이러한 방법들 각각은 검출된 관찰 위치에 기초하여 제1 / 제2 이미지의 밝기를 미세 조정하도록 사용될 수 있다.

각 홀로그램 픽셀의 값은 양자화 방식에 따라 복수의 허용 가능한 광 변조 레벨 중 하나로 제한될 수 있다. 제1 / 제2 홀로그램을 재계산하는 것은 홀로그래픽 재구성의 0 차 스폿에 기여하는 광의 비율을 변경하기 위해 양자화 방식을 변경하는 것을 포함할 수 있다.

양자화 방식을 변경하는 것은 허용 가능한 광 변조 레벨이 분포되는 광 변조 범위를 줄이는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 양자화 방식을 변경하는 것은 복소 평면에서 허용 가능한 광 변조 레벨을 나타내는 벡터의 벡터 합을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 0 차 스폿에 기여하는 빛의 비율을 변경하여 인식된 이미지의 밝기를 변경한다.

"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. 홀로그램 재구성이 실제 이미지고 홀로그램으로부터 공간적으로 분리되기 때문에 본 명세서에 개시된 시스템은 "홀로그램 프로젝터"라고 기술된다. "재생 필드"라는 용어는 홀로그래픽 재구성이 형성되며 완전히 포커싱된(fully focused) 2D 영역을 지칭하는데 사용된다. 홀로그램이 픽셀들을 포함하는 공간 광 변조기에 디스플레이 되면, 재생 필드는 복수의 회절 차수의 형태로 반복될 것이며, 각 회절 차수는 0 차 재생 필드의 복제물이다. 0 차 재생 필드는 일반적으로 가장 밝은 재생 필드이기 때문에, 0차 재생 필드는 선호되는 재생 필드 또는 기본 재생 필드에 해당한다. 달리 명시되지 않는 한, "재생 필드"라는 용어는 0 차 재생 필드를 지칭하는 것으로 간주되어야 한다. "재생 평면"이라는 용어는 모든 재생 필드를 포함하는 공간의 평면을 나타내는 데 사용된다. "이미지", "재생 이미지" 및 "이미지 영역"이라는 용어는 홀로그래픽 재구성을 형성하는 광에 의해 조명되는 재생 필드의 영역을 지칭한다. 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 스폿", 또는 편의상 "이미지 픽셀"로 지칭 될 수 있는 개별 스폿을 포함 할 수 있다.

"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. 즉, SLM은 홀로그램을 "표시하는 것"으로 지칭될 수 있고, 홀로그램은 광 변조 값 또는 광 변조 레벨의 어레이로 간주될 수 있다.

수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 본래의 객체의 푸리에 변환과 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 단지 예시적으로 위상-한정 홀로그램에 관련되어 기술되었으나 본 개시는 진폭한정 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.

본 개시는 또한 원본 객체의 푸리에 변환과 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그래픽 재구성을 형성하는데 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예에서, 이것은 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 모두 포함하는 소위 완전-복소 홀로그램을 사용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램이라고 지칭될 수 있다. 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 모두 갖는 복소수로 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, 완전-복소 컴퓨터 생성 홀로그램이 계산된다.

위상 값, 위상 성분, 위상 정보, 또는 간단히, 컴퓨터 생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 화소들의 위상을 "위상-지연"의 약자로서 참조할 수 있다. 즉, 기술된 임의의 위상 값은 사실 그 화소에 의해 제공된 위상 지연의 양을 나타내는 숫자(예를 들어, 0 내지 2π범위인)이다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 화소가 위상 값 π/2를 갖는 것으로 기술된다면, 이는 전달된 광의 위상을 π/2라디안만큼 변경할 것이다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기의 화소 각각은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들)에서 동작 가능하다. "그레이 레벨"이란 용어는 복수의 이용 가능한 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, "그레이 레벨"이란 용어는 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 정도를 제공하지 않더라도, 편의상 위상-한정 변조기의 복수의 가용 위상 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. "그레이 레벨"이란 용어는 또한 복소 변조기에서 복수의 가용 복소 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다.

따라서, 홀로그램은 그레이 레벨의 어레이, 즉 위상 지연 값의 어레이 또는 복소 변조 값과 같은 광 변조 값의 어레이를 포함한다. 홀로그램은 또한 회전 패턴으로 간주되며, 이는 공간 광 변조기 상에 디스플레이될 때 홀로그램이 회절을 야기하고 공간 광 변조기의 픽셀 피치보다 작은 파장을 갖는 광으로 조명되는 패턴이기 때문이다. 본 명세서에서, 홀로그램을 렌즈(lens) 또는 격자(grating)로서 기능하는 회절 패턴과 같은 다른 회절 패턴과 조합하는 것도 참조된다. 예를 들어, 격자로서 기능하는 회절 패턴은 재생 평면상에 재생 필드를 변환하기 위해 홀로그램과 결합될 수 있거나, 렌즈로서 기능하는 회절 패턴은 인근 필드 내의 재생 평면 상에 홀로그램 재구성을 포커싱하기 위해 홀로그램과 결합될 수 있다.

상이한 실시예들 및 실시예들의 그룹이 후술하는 상세한 설명에 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 실시예들 또는 실시예들의 그룹의 임의의 특징은 임의의 실시예들 또는 실시예들의 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 순열이 고려된다.

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 첫 번째 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 대안적인 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 도파관을 포함하는 예시적인 동공 확장기를 도시한다.
도 5는 상이한 파장의 광에 대한 도 4의 도파관에 따른 투과율 대 전파 거리의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 6은 실시예들에 따른 동공 확장기를 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 실시예들에 따른 동공 확장기의 기하학적 구조를 도시한다.
도 8은 실시예들에 따른 홀로그램 디스플레이 장치에 의해 형성된 홀로그램 재생 필드를 도시한다.
도 9는 추가 실시예들에 따른 동공 확장기를 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치를 도시한다.
도 10은 균등하게 분포된 허용 위상/변조 레벨 세트가 복소 평면에서 0~2π 범위에 걸쳐 표시된 것을 도시한다.
도 11은 허용 위상 변조 레벨 세트의 모든 이용 가능한 변조 레벨의 합 벡터를 도시한다.
도 12a는, 균형 있는 절단부를 갖는, 도 10과 유사한 허용 위상 변조 레벨 세트의 절단된 범위를 도시한다.
도 12b는, 비균형 절단부를 갖는, 그림 12a 유사한 허용 위상 변조 레벨 세트의 절단된 범위를 도시한다.
도 13은 동공 확장기와 윈드 스크린과 같은 광학 컴바이너를 사용하는 헤드업 디스플레이의 가상 이미지 형성을 보여준다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.

본 발명은 다음에 설명되는 구성에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 확장한다. 즉, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며 설명의 목적으로 제시된 기재된 구성에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

단수형의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.

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 서술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한은 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 "막(just)", "바로(immediate)" 또는 "직접(direct)"라는 기재가 사용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구 범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.

상이한 구성의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 어떤 구성은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.

광학 구성

도 1은 컴퓨터 생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기 상에 인코딩 되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 말할 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘 장치, “” 상의 반사형 액정이다. 홀로그램은 공간 광 변조기 상에 인코딩 되고, 홀로그래픽 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨져와 같은 수광 부재 또는 스크린에 형성된다.

예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 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. 다른 실시들예에서, 전체적으로 평면 파면은 예를 들어 빔 스플리터를 사용하여 수직 입사 방식으로 제공된다. 도 1에 도시된 예시에서, 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되며 출사 파면(Exiting Wavefront, 112)을 형성하기 위해 위상-변조층(phase-modulating layer)과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 보다 구체적으로, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 변조 된 광 빔을 수신하고 스크린(125)에서 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수 공간 변환을 수행한다.

특히, 이러한 유형의 홀로그램에서 홀로그램의 각 픽셀들이 전체 재구성에 관여한다. 재생 필드 상의 특정 지점들(또는 이미지 픽셀들)과 특정 광 변조 요소들(또는 홀로그램 필셀들) 간에는 일대일 상관 관계가 없다. 즉, 광 변조층으로부터 출사되는 변조된 광은 재생 필드에 걸쳐서 분배된다.

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. 임의의 렌즈가 푸리에 변환 렌즈로 작동 할 수 있지만 렌즈의 성능은 푸리에 변환의 정확도를 제한할 것이다. 당업자라면 렌즈를 사용하여 광학 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해한다고 볼 것이다.

홀로그램 계산

일부 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에 기반 홀로그램이고, 여기서 이미지는 양의 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 파-필드(far-field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생면의 원하는 광 필드를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터 생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 사용하여 계산될 수 있다.

푸리에 변환 홀로글램은 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton) 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하여 계산 될 수 있다. 또한, 게르흐버그-섹스톤 알고리즘은 공간 도메인 내 진폭-한정 정보(예컨대, 사진) 로부터 푸리에 도메인 내 홀로그램(예를 들어, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 즉, 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 진폭-한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 몇몇 실시예들에서 컴퓨터 생성 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤 알고리즘 또는 그 다양한 변환 응용법들을 이용해 진폭-한정 정보로부터 계산된다.

게르흐버그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔(light beam) I_A(x, y) 및 I_B(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 Ψ_A(x, y) 및 Ψ_B(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 I_A(x, y) 및 I_B(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 I_A(x, y) 및 l_B(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역의 제약 조건은 데이터 세트의 진폭에 부여된다. 해당 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.

몇몇 실시예들에서, 위상한정 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170 호 또는 제2,501,112 호에 기술 된 바와 같은 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이는 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 다만, 본 명세서에 기술된 위상 한정 홀로그램을 계산하는 것은 단지 예시로서 기술된 것에 불과하다. 이 실시예들에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 나타내는 데이터 세트에 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 획득하고, 여기서, 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 크기 및 위상은 푸리에 변환에 의해 본질적으로 결합되기 때문에, 변환된 크기 및 위상은 계산된 데이터 세트의 정확도와 관련된 유용한 정보를 내포한다. 이에, 이 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두를 피드백 하는 방식으로 반복적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이 실시예들에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 이미지 평면에서 대상 이미지를 표현하는 홀로그램을 형성하기 위해 홀로그램으로서 사용된다. 홀로그램은 위상 값들의 데이터 세트(예, 2D 어레이)이다.

다른 실시예들에서, 게르흐버그-섹스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘이 완전 복소 홀로그램(fully-complex hologram)을 계산하기 위해 사용된다. 완전 복소 홀로그램은 크기 성분 및 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값을 갖는 데이터 세트(예를들어, 2D 어레이)이며, 여기서 각각의 복소 값은 크기 성분 및 위상 성분을 가진다.

몇몇 실시예들에서, 이 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는(i) 실수 성분 및 허수 성분 또는(ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주 될 수 있다. 몇몇 실시 예들 에서, 복소수 데이터의 2 개의 성분은 알고리즘의 여러 단계들 에서 상이하게 처리된다.

도 2a는 위상-한정 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 화소 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 화소 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 화소 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기-한정 또는 진폭-한정 또는 세기-한정 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 비디오 또는 사진의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 사용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 화소에 랜덤 위상 값을 할당하는 단계를 포함하는 데이터 형성 단계(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.

제1프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하여 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상-한정 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상-한정 홀로그램을 "표시"하는데 사용될 공간 광 변조기의 화소 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 화소가 256 개의 상이한 위상 레벨을 제공하면, 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상-한정 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전-복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한한다. 제한 단계는 복소수 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 복소수 변조 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.

그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2A의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a의 점선 화살표를 따르는 단계는 선택적이다(즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아님).

제3 프로세싱 블록(256)은 제2프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고, 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성하기 위해 역 푸리에 변환을 수행한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.

제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고, 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 진폭 값들(211A)의 분포를 평가한다. 구체적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를, 당연히 진폭 값의 분포인, 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값들(211A)과 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값들(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값들(211A) 및 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값 보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 단계는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서, 수행된 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.

도 2b는 알고리즘의 두 번째 반복 및 알고리즘의 임의의 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 처리 블록을 통해 피드백 된다. 제1반복에서, 데이터 형성 단계(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두 번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 단계(202B)는(i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와(ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.

도 2b의 데이터 형성 단계(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2A를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 여기에서 프로세스의 설명은 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나, 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3프로세싱 블록(256)은 제4프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 반복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것을 이해할 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복마다 개선된다. 그러나 실제로는, 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나, 처리 시간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적 이점 보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서, 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.

도 2c는 두 번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백 된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 이전 반복의 진폭 값들(211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 계수 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링 된 차분을 감산한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트 및 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.

여기서:

F'는 역 푸리에 변환이고;

F는 순방향 푸리에 변환이고;

R[x, y]는 제3프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;

T[x, y]는 입력 또는 대상 이미지이고;

∠는 위상 성분이고;

ψ는 위상-한정 홀로그램(280B)이고;

η은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;

α는 이득 계수이다.

이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.

도 2c의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2a 및 도 2b의 실시예와 동일하다. 위상-한정 홀로그램 ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.

일부 실시예에서, 푸리에 변환은 공간 광 변조기를 사용하여 수행된다. 구체적으로, 홀로그램 데이터는 광 파워를 제공하는 제2 데이터와 결합된다. 즉, 공간 광 변조에 기록된 데이터는 객체를 나타내는 홀로그램 데이터 및 렌즈를 나타내는 렌즈 데이터를 포함한다. 공간 광 변조기에 표시되고 광으로 조명되는 경우 렌즈 데이터는 물리적 렌즈를 에뮬레이트한다(emulate), 즉, 해당 물리적 광학 장치와 같이 초점을 맞춘다. 따라서 렌즈 데이터는 광파워 또는 포커싱 파워를 제공한다. 이들 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략될 수 있다. 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상-한정 렌즈는 굴절률 및 공간적으로 변하는 광 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈의 중심에서의 광 경로 길이는 렌즈의 가장자리에서의 광 경로 길이보다 길다. 진폭-한정 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램 기술분야에서, 렌즈를 나타내는 데이터를 홀로그램과 결합함으로써 그 홀로그램의 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 의해 홀로그램과 결합된다. 일부 실시예에서, 물리적 렌즈는 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 사용된다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 이미지 스티어링과 같은 그레이팅 기능을 수행하도록 배열된 데이터와 동일한 방식으로 결합될 수 있다. 다시, 그러한 데이터를 계산하는 방법이 본 분야에 알려져 있다. 예를 들어, 블레이즈된(blazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 위상-한정 그레이팅이 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 객체를 나타내는 진폭-한정 홀로그램에 단순 중첩(superimposed)되어 진폭-한정 홀로그램의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다. 제2 데이터를 제공하는 렌즈 및/또는 스티어링은, 이미지 형성 기능 또는 이미지 형성 패턴으로 지칭될 수 있는 홀로그램 데이터와 구별하기 위해 광 처리 기능 또는 광 처리 패턴으로 지칭될 수 있다.

일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 또는 광학들에 의해 제공된다.

일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.

실시예는 푸리에 홀로그램 및 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그램 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다. 본 발명은 포인트 클라우드 기법 기반 기술과 같은 다른 기술에 의해 계산된 홀로그램에도 적용 가능하다.

광 변조

공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 포함하는 회절 패턴을 디스플레이 하는 데 사용될 수 있다. 홀로그램이 위상-한정 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전-복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 사용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2공간 광 변조기가 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 화소)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨 중에서 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘(LCOS) 공간 광 변조기 상의 반사형 액정이지만, 본 발명은 이러한 유형의 공간 광 변조기에 한정하지 않는다.

LCOS 장치는 작은 개구(예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 어레이의 광 변조 소자 또는 화소를 제공한다. 화소는 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트 할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 화소를 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 화소는 밀집되어 있어 화소 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 화소가 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 사용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.

단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 소자는 단결정 실리콘 기판(302)을 사용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은 액정층(304)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향층(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2배향층(305) 사이에 배치된다.

사각 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 화소로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 화소 영역, 즉 충전율은 화소(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 화소의 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 파면(wavefront)에 위상-한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.

전술한 LCOS SLM는 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 거울 면 아래에 있으며, 높은 충전율(일반적으로 90 % 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 투영을 위한 주요 이점). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.

도파관 동공 /관찰 윈도우 확장기

헤드업 디스플레이(HUD)와 같은 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서는 아이 박스 영역(eye box area) 또는 관찰 윈도우(viewing window)에 해당하는 출사 동공(exit pupil)을 확장하는 것이 바람직하다. 특히, 관찰자는 머리를 움직일 수 있어야 하고, 아이 박스/시야 거리에서 제한된 영역 내의 모든 위치에서 완전한 이미지를 볼 수 있어야한다. 이를 아이 모션 박스(eye motion box, "EMB") 또는 관찰 윈도우라고한다. 따라서, 동공 확장기는 EMB 또는 관찰 윈도우를 확대하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로 동공 확장기는 입사 파면(incident wavefront)의 진폭을 분할하여 추가적인 광선들을 생성함으로써 EMB를 확장한다.

도 4는 도파관을 포함하는 예시적인 동공 확장기를 도시한다. 도파관의 일반적인 원리는 당업계에 공지되어 있으며 본 명세서에서 자세히 설명되지 않는다. 도파관은 내부 반사에 의해 한 쌍의 평행 반사 표면 사이에서 레이어(layer) 내의 빛을 안내 한다. 동공 확장기는 제1 단계적/부분 반사 표면(a first graded/partially reflective surface)(420)(예를 들어, 거리에 따라 다양한 반사율을 갖는 단계적 거울) 및 제2 완전 반사 표면(410)(예를 들어, 실질적으로 100 % 반사율을 갖는 거울)을 포함하는 도파관으로부터 형성된다. 특히, 제1 반사 표면(420)은 슬래브(slab)의 길이를 따라 감소하는 반사 코팅을 포함한다. 레이어(layer)는 유리 또는 퍼스펙스(Perspex) 일 수 있다. 따라서 도파관은 유리 또는 퍼스펙스(Perspex) 블록 또는 슬래브 일 수 있다. 제1 반사 표면은 유리 블록의 제1 표면 일 수 있고, 제2 반사 표면은 유리 블록의 제2 표면 일 수 있으며, 여기서 제1 반사 표면은 제2 반사 표면에 대향하고 평행하다. 대안적으로, 레이어는 공기 일 수 있고 제1 및 제2 반사 표면은 별도의 구성 요소로서, 예를 들어, 내부 반사에 의해 빛이 전파되는 에어 갭을 형성하기 위해 공간적으로 분리된 제1 및 제2 미러일 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 광 빔(402)(사진으로 인코딩된 공간적으로 변조된 광(즉, 사진/ 이미지의 광 또는 단순히 사진)을 포함할 수 있거나 아래에 설명된 바와 같은 홀로그램으로 인코딩된 공간적으로 변조된 광을 포함할 수 있음)은 그 입력 포트를 통해 도파관으로 인입(enter)되는 입력 광선(input light rays)을 포함하는 한다. 도파관은 입력 포트에서 수광된 광을 관찰 윈도우로 가이딩하도록 배열된다. 예시된 배치예에서, 입력 포트는 도파관의 일 단부에 인접한 제1 부분 반사 표면(420) 내에 갭(gap)을 포함하나, 입력 포트에 대해 다른 위치들도 가능하다. 관찰 윈도우는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 관찰자가 이미지를 볼 수 있는 영역 또는 볼륨이다. 입력 광선(402)의 입사각은 광선이 제1 부분 반사 표면(420) 및 제2 완전 반사 표면(410)에 의한 내부 반사를 통해 도파관의 길이를 따라 전파되도록 한다. 예시적인 광선들이 도 4에 도시되어 있다. 제1 반사 표면(420)의 단계적 반사율로 인해, 일 비율의 광이 제1 반사 표면(420)에 의해 투과되어 도파관의 길이를 따라 복수의 출력 광선(404a-f)(여기서는 입력 광선을 복제하기 때문에 "복제물"이라고 함)을 제공한다.

따라서, 제1 반사 표면(420)은 관찰 표면을 형성한다. 동공(또는 관찰 윈도우)은 도파관에 의해 형성된 복제물(replicas)에 의해 확장된다고 한다. 특히, 도파관의 길이를 따라 복수의 복제물(404a-f)을 형성함으로써, 관찰 윈도우의 크기가 증가된다. 각각의 복제물(404a-f)은 입력 광 빔(402)의 진폭(강도 또는 밝기)의 비율에 대응한다. 단계적인 것(grading)은, 각 복제물(404a-f)이 실질적으로 동일한 진폭을 갖도록 도파관의 길이를 따라 제1 반사 표면(420)의 반사율이 감소되는 것(또는 반대로 투과율 증가되는 것)를 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 반사 표면(420)으로부터의 관찰 거리의 아이 박스에 있는 관찰자(430)는, 화살표(440)로 도시된 바와 같이, 확장된 관찰 윈도우 내의 임의의 위치에서 이미지를 볼 수 있다.

도 4에 도시된 도파관은, 화살표(440)로 도시된 바와 같이, 광 빔이 도파관 내에서 전파되는 길이 방향에 대응하는 일 차원으로 관찰 윈도우를 확장한다. 당업자라면, 필요한 경우, 이는 2 개의 직교 도파관을 사용하여 2 차원으로 확장될 수 있다고 이해할 것이다.

도파관의 제1 반사 표면(420)은 필요한 단계적인 반사율을 제공하기 위해 다수의 박막(예를 들어, 25 개 이상의 박막들)을 포함하는 코팅으로 코팅 될 수 있다. 특히, 전술한 바와 같이, 이러한 박막들 또는 유사한 코팅들은 각각의 복제물(404a-f)의 밝기(광선 강도)가 실질적으로 일정하도록 전파 거리에 따라 감소하는 반사율, 즉, 전파 거리에 따라 투과율이 증가하도록 제공될 필요가 있다. 전파되는 광 빔의 진폭은 복제물(404a-f)의 출력 및 제2 반사 표면(410)으로부터의 불완전한 반사와 같은 임의의 다른 광학 손실로 인해 전파 거리에 따라 감소한다. 따라서, 제1 반사 표면(420)이 단계적인 것은, 각각의 복제물(404a-f)이 실질적으로 동일한 강도를 가져 관찰된 이미지가 관찰 윈도우에 걸쳐 전체적으로(즉, 모두 관찰 위치에서) 균일한 밝기를 갖도록 보장하는 한편, 전파 거리에 따라 전파하는 광 빔의 강도 강하를 고려하도록 설계된다.

구현예들에서, 도파관 동공 확장기는 서로 다른 파장의 입력 광 빔(402)에 대한 관찰 윈도우를 확장하는 데 사용된다. 예를 들어, 합성 색상 이미지는 빨강, 녹색 및 파랑 이미지와 같은 여러 단일 색상(단일 색상) 이미지로부터 형성될 수 있다. 따라서, 도 4의 도파관은 복수의 개별 파장들인 입력 광 빔(402)에 대해 동일한 성능을 제공할 필요가 있을 수 있다. 실시예들에서, 개별 파장들은 가시광 스펙트럼 내에 있다. 따라서, 제1 반사 표면(420)의 단계적 반사율은, 적색, 녹색 및 청색 입사 광선(402)과 같은, 각 파장에 대한 전파 거리에 따라 실질적으로 일정한 강도를 갖는 복제물(404a-f)을 출력해야 한다. 그러나, 불가능한 것은 아니지만, 박막 및 코팅을 사용하여 도파관의 전체 길이를 따라 2 개 이상의 파장에 대해 동일한 성능/광 응답을 제공하도록 제1 반사 표면(420)을 형성하는 것은 어려운 일이다. 이 문제는 도 5에 예시되어 있는데, 여기서 예시적인 제1 반사 표면(420)을 따라 각각의 적색(510) 및 녹색(520) 입력 광빔에 대한 거리 대 투과율이 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 거리에 따른 제1 반사 표면의 투과율 변화는 적색과 녹색 파장에 따라 상당히 다르다. 특히, 제1 반사 표면은 적색 및 녹색 파장에 대해 다른 반사율 응답을 갖는다. 제1 반사 표면은 "비무채색(non-achromatic)"이라고 볼 수 있고, 제1 반사 표면(예: 박막 또는 코팅)의 반사율/투과율은 파장에 따라 달라 지므로 광의 입사 파장에 따라 달라진다. 이는 복제물(404a-f)이 상이한 파장(색상)에서 상이한 강도를 갖는다는 것을 의미한다. 이로 인해, 관찰 윈도우 내의 상이한 위치들에서 관찰 시 상이한 단일 색상 이미지들 사이에서 강도가 비균일해 지는 현상이 발생한다. 이로써 관찰 윈도우에 걸친 합성 색상 이미지의 색상 균형이 불균일 하다고 볼 수 있다.

본 명세서의 예시적인 구현예들은 확장된 관찰 윈도우에 걸쳐 더 균일한 컬러 이미지를 제공하기 위해 동공 확장기로서 도파관을 사용하는 홀로그램 디스플레이 장치 및 방법을 포함한다.

제1 실시예

도 6은 본 개시 내용의 제1 예시적인 실시예에 따른 도파관 동공 확장기를 형성하는 도파관을 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치를 도시한다.

홀로그램 디스플레이 장치는 제1 화상( "제1 이미지"라고도 함) 및 제2 화상( "제2 이미지"라고도 함)을 형성하도록 배열된 화상 생성 유닛(picture generating unit)을 포함한다. 제1 단일 색상 채널( "제1 디스플레이 채널"이라고도 함)은, 제1 화상을 형성하도록 배열되면서 제1 광원(610), 제1 콜리메이팅 렌즈(612) 및 제1 다이크로익 미러(first dichroic mirror)(614)를 포함한다. 제1 다이크로익 미러(614)는 공통 광 경로를 따라 제 파장의 광을 반사하도록 배열되어 공간 광 변조기(SLM)(640)를 조명한다. 제1 파장의 광의 파장은 제1 색상(예를 들어, 적색)의 제1 디스플레이 채널에 대응한다. 제2 단일 색상 채널("제2 디스플레이 채널"이라고도 함)은 제2 화상을 형성하도록 배열되면서 제2 광원(620), 제2 콜리메이팅 렌즈(622) 및 제2 미러(624)를 포함한다. 제2 미러(624)는 SLM(640)을 조명하기 위해 공통 광 경로를 따라 제2 파장의 광을 반사하도록 배열된다. 제2 파장의 광의 파장은 제2 색상(예를 들어, 녹색)의 제2 단일 색상 채널에 대응한다. 이하에서 설명된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 화상 생성 유닛은 제3 화상을 형성하도록 배열된 제3 단일 색상/디스플레이 채널(제1 및 제2 채널에 상응함)을 포함할 수 있으며, 여기서 제3 색상 채널은 제3 색상(예를들어, 청색)의 광의 파장에 대응한다. 예시된 실시예에서, SLM(640)은 제1 및 제2 파장의 광 모두에 의해 조명되는 광 변조 픽셀들(예를 들어, LCOS)의 단일 어레이를 포함한다. 다른 실시예에서, SLM(640)은 각각의 제1 및 제2 파장의 광에 의해 조명되는 광 변조 픽셀의 개별 어레이를 포함할 수 있다.

홀로그램 디스플레이 장치는 화상 생성 유닛을 제어하도록, 특히 본 명세서에 설명된 바와 같이 화상 생성 유닛에 의해 출력되는 광을 제어하도록 배열된 홀로그램 제어기(602)를 더 포함한다. 제1 화상에 대응하는 제1 색상의 제1 공간 변조된 광은 SLM(640)에 의해 출력되어 스크린 또는 확산기와 같은 수광면(light receiving surface)(670) 상에 제1 단일 색상 이미지(예를 들어, 적색 이미지)를 형성한다. 제1 단일 색상 컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그램 제어기(602)에 의해 계산되고, 예를 들어 디스플레이 드라이버(642)에 의해 SLM(640)에서 인코딩된다. SLM(640)은 제1 홀로그램을 디스플레이 하며 제1 색상/디스플레이 채널로부터의 제1 색상의 광에 의해 조명되어 재생 평면에 위치된 수광면(670) 상에 제1 홀로그래픽 재구성을 형성한다. 유사하게, 제2 화상에 대응하는 제2 색상의 제2 공간 변조된 광은 SLM(640)에 의해 출력되어 수광면(670) 상에 제2 단일 색상 이미지(예: 녹색 이미지)를 형성한다. 제2 단일 색상 컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그램 제어기(602)에 의한 SLM(640) 상에 인코딩 된다. SLM(640)은 제2 홀로그램을 디스플레이하며 제2 색상/디스플레이 채널로부터의 제2 색상의 광에 의해 조명되어 재생 평면에서 수광면 상에 제2 홀로그래픽 재구성을 형성한다. 예시된 배cl예에서, 빔 스플리터 큐브(beam splitter cube)(630)는 SLM(640)에 대한 입력 광과 SLM(640)에 의해 출력되는 공간 변조된 광을 분리하도록 배열된다. 푸리에 렌즈(650) 및 미러(660)는 수광면(670)으로 가는 출력 공간 변조 광의 광학 경로 내에 제공된다. 제1/제2 화상은 수광면(670) 상에 형성된다고 볼 수 있다. 제1/제2 화상은 각 제1/제2 홀로그램의 제1/제2 홀로그래픽 재구성이다. 따라서, 합성 색상인 화상이 제1 및 제2 화상을 혼합하는 수광면(670) 상에 형성될 수 있다. 프로젝션 렌즈(680)는 수광면(672)에 형성된 제1 및 제2 화상을 도파관(690)의 형상인 동공 확장기의 입력 포트로 투사하도록 배열된다. 관찰자(608)는 투영 렌즈(680)의 광 파워로 인해 도파관(690)에 의해 형성된 확장된 아이 박스- "관찰 윈도우"- 로부터 확대된 이미지를 볼 수 있다. 도파관(690)은 도 4를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이 제1 및 제2 반사 표면에 의해 분리된 광학적으로 투명한 매체를 포함한다. 따라서, 홀로그램 디스플레이 장치는 "간접 관찰식" 구성을 가지며, 즉, 관찰자는 홀로그래픽 재구성을 직접 보는 것이 아니라 오히려 수광면(670)에 형성된 화상들을 본다.

홀로그램 디스플레이 장치는 안구 추적 카메라(606) 및 안구 추적 제어기(604)를 포함하는 관찰자 추적 시스템을 더 포함한다. 당업계에 공지 된 바와 같이, 안구 추적 카메라는 안구의 위치 및 관찰 윈도우 내 관찰 위치를 추적하기 위해 관찰자의 안구(들)의 이미지를 캡처하도록 배열된다. 안구 추적 제어기(604)는 현재 관찰 위치를 나타내는 피드백을 홀로그램 제어기(602)에 제공한다. 예시적인 구현예들에서, 홀로그램 제어기(602)는 현재 관찰 위치에 따라 제1 및 제2 이미지의 상대적 밝기를 동적으로 조정하도록 배열된다. 특히, 제1 및 제2 이미지의 상대적인 밝기는 현재 관찰 위치에 대응하는 전파 거리에서 슬래브 도파관의 제1(부분) 반사 표면의 제1 및 제2 파장의 광의 반사율의 차이를 보상하도록 조정될 수 있다. 홀로그램 제어기(602)는, 각각의 제1 및 제2 파장의 광에 대한 제2 반사 표면의 반사율 응답의 차이를 보상하기 위해, 현재 관찰 위치에서 보이는 제1 및 제2 이미지의 상대적 밝기를 조정하도록 배열된다고 볼 수 있다. 이는 관찰 윈도우 내의 상이한 관찰 위치들에서 인지되는 색상 균형(perceived colour balance)을 유지한다. 색상 균형을 유지하기 위해 하나 또는 복수의 단일 색상 이미지들의 밝기를 실시간으로 미세 조정하도록 보정 데이터(calibration data)가 사용될 수 있다. 보정 데이터는, 관찰 윈도우 내의 복수의 상이한 관찰 위치들에서 각각의 단일 색상 이미지의 상대적 밝기를 측정하는 것을 포함하는 보정 프로세스에 의해 획득될 수 있다.

일부 구현예에서, 홀로그램 제어기(602)는 제1 광원(610) 및 제2 광원(620)에 대한 하나 또는 복수의 구동 신호(예를 들어, 광원 제어기에 의해 제공됨)에 의해 조정되는 현재 관찰 위치에 따라 제1 및 제2 영상의 상대적 밝기를 조정하도록 배열될 수 있다. 광원에 대한 구동 신호는 광원에 대한 전력을 제어하고 따라서 출력 광의 광 파워를 제어한다. 다른 구현예들에서, 홀로그램 제어기(602)는 제1 및 제2 컴퓨터 생성 홀로그램 중 하나 이상을 조정함으로써 제1 및 제2 화상의 상대적 밝기를 조정하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 홀로그램의 계산에 사용되는 양자화 방식(quantisation scheme)은 현재 관찰 위치에 따라 변경될 수 있다. 양자화 방식(quantisation scheme)은 허용 가능한 광 변조 레벨 내에서 분포되는 광 변조 범위를 줄이기 위해 변경될 수 있으며, 이는 계산된 홀로그램의 픽셀의 강도를 변경할 수 있다. 이를 위해 양자화 방식을 조정하는 예시들이 이하에서 설명된다.

또한, 광 검출기(미도시)는 수광면(670)에 형성된 제1/제2 홀로그래픽 재구성의 재생 필드의 비-이미지 영역의 광 파워를 측정하도록 배치된다. 광 검출기는 수광면(670)의 전방 또는 수광면(670)의 후방에 위치될 수 있다. 도 8을 참조하여 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 광 검출기는 폐루프 피드백 시스템의 일부로서 홀로그램 제어기(602)에 광 검출 신호를 제공하여 이미지 컨텐츠가 변경됨에 따라 이미지 컨텐츠 밝기를 유지할 수 있다.

관찰자 추적 시스템 및 폐루프 피드백 시스템(미도시)으로부터의 피드백 입력 뿐만 아니라, 홀로그램 제어기(602)는 당업계에 알려진 컴퓨터 생성 홀로그램을 생성하는데 사용하기 위한 다른 외부 및 내부 입력(600)을 수신할 수 있다. 이러한 입력은 홀로그램 디스플레이 장치에 의해 디스플레이를 하기 위한 이미지 콘텐츠를 결정할 수 있다.

도 6에 도시된 홀로그램 디스플레이 장치는, 단지 예시로서, 제1 단일 색상 홀로그램을 디스플레이 하도록 배열된 제1 색상(예를 들어, 적색) 디스플레이 채널 및 제2 단일 색상 홀로그램을 디스플레이 하도록 배열된 제2 색상(예를 들어, 녹색) 디스플레이 채널을 포함하는 화상 생성 유닛을 가진다. 예시적인 구현예에서, 각각의 단일 색상 홀로그램을 디스플레이 하도록 구성된 3 개 이상의 디스플레이 채널이 제공될 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색의 단일 색상 홀로그램을 각각 표시하여 풀 컬러 합성 이미지/화상을 형성할 수 있다.

도파관 기하학

도 7a-c는 실시예들에 따른 도파관 동공 확장기의 기하학적 구조를 도시한다. 특히, 도 7b 및 7c는 입력 이미지 빔(702)의 주요 광선(위에서 설명된 바와 같음) 및 관찰자(730)에게 보이는 복제물의 출력의 위치 및 도파관을 따라 전파하는 것을 도시한다. 도파관은 제1 부분 반사 표면(720) 및 전술한 바와 같은 제2 완전 반사 표면(710)을 포함한다.

도 7c에 표시된 형상은 다음 방정식으로 나타낼 수 있다.

식(2)에 식 (1)을 빼면 하면

s2(1)에 s1(2)을 빼면

폐루프 피드백 시스템

도 8은 실시예들에 따른 예시적인 홀로그램 재생 필드(800)를 도시한다. 예를 들어, 예시된 홀로그램 재생 필드는, 실시예들에 따른 홀로그램 디스플레이 장치에 의해, 3 개의 대응하는 단일 색상 홀로그램들(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)을 디스플레이 하여 형성된 3 색 홀로그램 재구성을 포함하는 합성 색상 이미지를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 합성 색상 이미지는 3 색 홀로그램 재구성을 동시에 형성하거나 사람 눈에서 통합되는 시간 내에 순차적으로 3 색 홀로그램 재구성을 형성함으로써 관찰자에 의해 인지될 수 있다.

홀로그램 재생 필드(800)는 재생 평면의 전체 재생 필드 영역을 포함한다. 전술한 바와 같이, 재생 필드는 홀로그램을 사용하여 조명을 재지향(redirection) 할 수 있는 재생 평면의 영역이다. 실시예들에 따르면, 주 영역(810)은, 관찰자에 의해 관찰될 원하는 합성 색상 이미지에 대응하는 이미지 콘텐츠를 디스플레이 하도록 지정된다. 주 영역(810)은 제1/ 제2/ 제3 화상 영역(또는 이미지 영역)으로 간주될 수 있다. 또한, 주 영역(810)과 공간적으로 분리된 제1, 제2 및 제3 보조 영역(820a-c)은 비-이미지 콘텐츠를 표시하기 위해 지정된다. 보조 영역들(820a-c)은 제1/ 제2/ 제3 비-화상(또는 비-이미지) 영역으로 간주될 수 있다. 특히, 제1 단일 색상 홀로그래픽 재구성은 제1 비-이미지 영역(820a)을 포함하고, 제2 단일 색상 홀로그래픽 재구성은 제2 비-이미지 영역(820b)을 포함하고, 제3 단일 색상 홀로그래픽 재구성은 제3 비-이미지 영역(820c)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 비-이미지 영역(820a-c) 각각은, 정의 된 색점(colour spot) 또는 이미지 픽셀의 패턴과 같은, 대응하는 단일 색상 비-이미지 콘텐츠를 디스플레이 한다. 비-이미지 영역(820a-c)은 이미지 영역(810)과 공간적으로 분리되어 있으며, 예를 들어 이미지 영역(810) 주변에 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 비-이미지 영역(820a-c)은 홀로그램 재생 필드(800)의 경계 근처에서 각각에 대해 인접하게 배열된다. 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 각각의 단일 색상 홀로그램은 원하는 이미지 콘텐츠 및 비-이미지 콘텐츠를 포함하도록 계산된다. 비-이미지 콘텐츠의 목적은 아래와 같다.

전술한 바와 같이, 홀로그램을 디스플레이 하여 형성된 홀로그램 재구성은 재생 평면에서 재생 필드 내에 형성된 이미지 픽셀을 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 픽셀화 된 공간 광 변조기(SLM)를 사용하여 홀로그램이 디스플레이 될 때, 계산된 홀로그램의 각 홀로그램 픽셀은 재생 필드에 형성된 각각의 이미지 픽셀에 기여한다. 또한, 홀로그램은 단지 광을 재지향할 뿐이므로, SLM의 출력 파워는 입사광의 파워에 따라 달라진다. 입사광의 파워는 일반적으로 일정하게 유지된다. 결과적으로, 각 이미지 픽셀 및 이에 따라 형성된 이미지의 강도 또는 밝기는 재생 필드 내 밝은 이미지 픽셀들의 개수에 따라 달라진다. 그러나 표시되는 이미지 픽셀의 개수는 표시되는 이미지에 따라 동적으로 변경된다. 따라서, 시간에 따라 동적으로 변화하는 이미지를 표시하는 동안 이미지 밝기의 가시적인 변화가 발생할 수 있다.

따라서, 실시예들은, 도 6을 참조하여 위에서 간략하게 설명된 바와 같이, 도 8에 도시된 비-이미지 콘텐츠를 사용하여 이미지의 밝기를 유지하기 위한 폐루프 피드백 시스템을 포함한다. 특히, 폐루프 피드백 시스템은, 대응하는 단일 색상 보조/비-이미지 영역(820a-c)의 광 파워의 측정값에 기초하여 , 각각의 단일 색상 화상의 밝기가 실질적으로 일정하게 유지되도록 한다. 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 각각의 비-이미지 영역(820a-c)의 비-이미지 콘텐츠 내의 이미지 픽셀의 밝기는 이미지 영역(810)의 대응하는 단일 색상 이미지 콘텐츠의 이미지 픽셀의 밝기에 비례하여 변화한다. 이에 따라, 비-이미지 콘텐츠의 광 파워의 측정값은 이미지 콘텐츠의 밝기를 나타낸다. 따라서, 측정된 광 파워의 피드백은, 보조(비-이미지) 이미지 영역(820a-c)의 원하는 광 파워를 오류-보정 피드백 루프의 파라미터로서 설정함으로써, 주(이미지) 영역(810)에서 각각의 단일 색상 이미지의 밝기를 실질적으로 일정하게 유지하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 단일 색상 광원(예를 들어, 레이저)에 대한 광 제어기 및/또는 홀로그램 제어기는 보조 이미지 영역(820a-c) 내에 표시되는 비-이미지 콘텐츠의 검지된 광 파워에 응답하여 주 이미지 영역(810) 내 단일 색상 이미지의 광 파워를 실질적으로 일정한 값으로 유지하도록 배열된다.

주어진 단일 색상 홀로그래픽 재구성 / 이미지에 대해, 주 (이미지) 영역(810)의 밝기는 보조 (비-이미지) 영역(820)의 기준 광 파워를 사용함으로써 유지될 수 있다. 구체적으로, 이미지 영역(810)의 밝기는 비-이미지 영역(820)의 광 출력이 기준 값인 레벨로 유지되어야 한다. 일부 실시예에서, 광 제어기가, 비-이미지 영역(820)의 검출된 광 파워가 기준 광 파워보다 크면 광원에 의해 출력되는 광의 광 파워를 감소시키고 및/또는 비-이미지 영역(820)의 검출된 광 파워가 기준 광 파워보다 작은 경우 광원에 의해 출력되는 광의 광 파워를 증가시킨다.

비-이미지 영역(820)에 대한 기준 광 파워는, 비-이미지 영역(820) 및 지각가능한 파장 스케일링(perceptual wavelengths scaling)과 같은 가능한 다른 인자들, (예: 이미지 픽셀 수)을 고려하는 계산에 의해, 예를 들어 휘도에 관해서 측정된, 원하는 밝기에 대응하도록 임의의 수단에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 기준 광 파워는 사용자에 의해 미리 결정되거나 사용자에 의해 선택되는 시스템 내의 하드웨어에 내장된 것 일 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 광 파워는 예를 들어 시간이 지나더라도 이미지 밝기를 일정하게 유지하기 위해 좀더 앞선 시간에 비-이미지 영역(820)의 광 파워에 의해 결정된다.

일부 실시예에서, 기준 값에 대한 피드백 제어는 피드백 루프를 포함할 수 있으며, 예를 들어 광 제어기는 기준 광 파워에서 검출된 광 파워를 뺀 값에 비례하여 광 출력의 광 파워를 비례 제어 기간을 제공하도록 변경한다. 이득 인자는 피드백 신호를 밝기와 관련된 단위, 예를 들어 휘도로 변환하기 위해 위의 차이 값을 곱하는 용도로 사용될 수 있다. 미분 및 적분에 대한 용어와 같은 다른 제어 용어 또는 비선형 용어와 같은 기타 용어도 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 피드백 제어는 히스테리시스의 요소를 포함할 수 있고, 예를 들어, 광 출력의 광 파워는, 검출된 광 파워가 제1 임계량보다 더 많이 기준 광 파워에 미치지 못하는 경우 증가 될 수 있고 검출된 광 파워가 제2 임계량 보다 더 많이 기준 광 파워를 초과하는 경우 감소될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 관찰자 추적 시스템에 의해 검출된 관찰 위치에 따라 각각의 단일 색상 이미지의 밝기를 동적으로 조정하여 단일 색상 이미지의 상대적 밝기가 확장된 관찰 윈도우 내의 모든 관찰 위치들 대해 실질적으로 일정하도록 배열된다. 따라서, 실시예들은 디스플레이된 이미지 콘텐츠의 양(예를 들어, 지정된 이미지 영역(810)에 형성된 이미지 픽셀의 수)에 따라 각각의 단일 색상 이미지의 밝기를 동적으로 조정하도록 배열된 폐루프 피드백 시스템을 구현할 수 있다. 폐루프 피드백 시스템은 이미지 콘텐츠가 시간이 지남에 따라 변하더라도 이미지 콘텐츠의 밝기를 유지하도록 1차 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 관찰자 추적 시스템은 전술한 바와 같이 도파관 동공 확장기의 부분 반사층의 무색 성을 보상하기 위해 검출된 관찰 위치에 대한 함수인 2 차 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2 차 피드백은 관찰 위치에 대한 함수인 오프셋 값을 제공할 수 있다. 따라서, 1 차 피드백은 광원에 대한 구동 신호에 대한 1 차 구동 신호 보정을 제공할 수 있으며, 이는 홀로그래픽 이미지 콘텐츠의 변화량에 의해 야기되는 밝기 변화를 보정한다. 2 차 피드백은 2 차 구동 신호 보정을 제공할 수 있으며, 이는 비무채색 단계적 미러(non-achromatic graded mirror)를 보상한다. 검출된 시야 위치에 대한 2 차 구동 신호 보정은 본 명세서에서 설명된 보정 프로세스에 의해 결정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 각 단일 색상 이미지의 밝기를 조정하는 다양한 기술이 가능하다. 일부 실시예에서, 단일 색상 이미지의 밝기는 출력 광의 광 파워를 제어하는 대응하는 단일 색상 광원으로 구동 신호를 변경하기 위해 광 제어기를 사용하여 조정될 수 있다. 구동 신호를 동적으로 변경함으로써 디스플레이 장치(즉, SLM)의 광 출력을 동적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 홀로그램 계산은 후술하는 바와 같이 단일 색상 이미지의 밝기를 조정하도록 변경될 수 있다.

두 번째 실시예

도 9는 본 개시의 제2 예시적인 실시예들에 따른 도파관 동공 확장기를 포함하는 홀로그램 디스플레이 장치를 도시한다.

도 9에 도시된 홀로그램 디스플레이 장치는 도 6의 홀로그램 디스플레이 장치와 유사하다. 특히, 홀로그램 디스플레이 장치는 제1 화상(또는 제1 이미지) 및 제2 화상(또는 제2 이미지)을 형성하도록 배열된 화상 생성 유닛을 포함한다. 제1 단일 색상 / 디스플레이 채널(예를 들어, 적색 채널)은 제1 광원(910), 제1 콜리메이팅 렌즈(912) 및 제1 파장의 광으로 SLM(940)을 조명하도록 배열된 제1 다이크로익 미러(914)를 포함한다. 제2 단일 색상 / 디스플레이 채널(예를 들어, 녹색 컬러 채널)은 제2 광원(920), 제2 콜리메이팅 렌즈(922) 및 제2 파장의 광으로 SLM(940)을 조명하도록 배열된 제2 미러(924)를 포함한다. 제1 디스플레이 채널은 수광면(970) 상에 제1 이미지(예를 들어, 적색 이미지)를 형성하도록 배열된다. 제1 단일 색상 컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그램 제어기(902)에 의해 SLM(940)상에서 인코딩된다. SLM(940)은 제1 홀로그램을 디스플레이하고 재생 평면에 위치된 수광면(970) 상에 제1 홀로그래픽 재구성을 형성하기 위해 제1 색상 채널로부터의 광에 의해 조명된다. 유사하게, 제2 디스플레이 채널은 수광면(970) 상에 제2 이미지(예를 들어, 녹색 이미지)를 형성하도록 배열된다. 제2 단일 색상 컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그램 제어기(902)에 의해 SLM(940) 상에 인코딩된다. SLM(940)은 제2 홀로그램을 디스플레이 하고 재생 평면에서 수광면 상에 제2 홀로그래픽 재구성을 형성하기 위해 제2 색상 채널로부터의 광에 의해 조명된다.

홀로그램 디스플레이 장치는 SLM(940)으로부터의 입력 광과 출력 광을 분리하도록 배열된 빔 스플리터 큐브(930)를 더 포함한다. 그러나, 도 6과 대조적으로, 홀로그램 디스플레이 장치는 직접 관찰 시스템(direct view system)이다. 예시된 배치예에서, 렌즈(950)는 SLM(940)에 의해 출력되는 공간 변조된 광의 광학 경로에 위치한다. 렌즈(950)는 선택 사항이다. 관찰자(908)는 공간 광 변조기로부터 공간 변조된 광을 직접 볼 수 있다. 일부 실시예에서, 전술한 바와 같이, 관찰자의 눈의 수정체는 눈의 망막 상에 홀로그래픽 재구성을 형성한다. 이들 실시예에서, 관찰자는 홀로그램으로 인코딩된 공간적으로 변조된 광을 수신한다고 말할 수 있다. 다른 실시예에서, 관찰자는 화상의 광 또는 화상으로 인코딩된 광을 수신한다. 화상은 자유 공간의 중간면에 형성될 수 있다. 도파관(990)은 전술한 바와 같이 제1 및 제2 반사 표면에 의해 분리된 광학적으로 투명한 매체를 포함한다. 따라서 홀로그램 디스플레이 장치는 "직접 관찰" 구성을 갖는다. 즉, 관찰자는 디스플레이 장치(즉, 공간 광 변조기)를 직접 바라보고 도 6의 수광 표면은 선택 사항이다.

홀로그램 계산으로 개별 단일 색상 이미지 밝기 조정

SLM에 인코딩된 홀로그램은 SLM에 의해 홀로그램에 따라 공간적으로 변조되는 입사광의 비율을 변경하기 위해 변경될 수 있다. 나머지 비율의 입사광은 변조되지 않으며 본 명세서에 설명된 "DC 스폿"으로 알려진 0 차 스폿에 기여한다. 따라서 SLM에 의해 공간적으로 변조된 입사광의 비율을 변경함으로써 해당 홀로그래픽 재구성의 강도를 변경할 수 있고 이는 홀로그램이 입사광의 공간적으로 변조된 성분 만 재지향시키기 때문이다.

본 명세서에 기술된 바와 같이 홀로그램 디스플레이 장치에 의한 디스플레이를 위해 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산할 때, 각 홀로그램 픽셀의 값은 복수의 허용 가능한 광 변조 레벨 중 하나로 제한된다. 허용 가능한 광 변조 레벨( "그레이 레벨"이라고도 함)은 양자화 방식으로 정의된다.

0 차 / DC 스폿에 기여하는 입사광의 비율을 변경하고 SLM에 의해 공간적으로 변조되는 입사광의 비율을 변경하는 데 사용할 수 있는 한 가지 기술은 허용 가능한 광 변조 레벨을 변경하는 것이다. 허용 가능한 광 변조 레벨은 복소 평면 상의 플로팅(plot)으로서 벡터로 표현될 수 있다. "양자화" 단계(전술함)는 "제약화"이라고도 할 수 있고 이는 계산된 값이 허용 가능한 값으로 효과적으로 제한되기 때문이다. 위상 전용 홀로그램의 경우, 복수의 허용 가능한 변조 레벨은 복소 평면의 원에 있는 복수의 허용 가능한 위상 값(단위 진폭을 가짐)이다. 홀로그램을 인코딩하는 데 사용되는 변조 레벨의 수가 검출된 관찰 위치에 따라(예를 들어, 그 기능에 기반하거나) 변경된다고 볼 수 있다.

도 10은 복수의 허용 가능한 광 변조 레벨을 포함하는 전형적인 양자화 방식의 예를 보여준다. 특히 도 10은 복소 평면에서 0 ~ 2π 범위에 걸쳐 균등하게 분포된 허용 광 변조 레벨의 세트를 보여준다.

도 2a 내지 2c를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 푸리에 변환을 사용하여 계산된 홀로그램은 복소수들의 2D 배열을 포함하고, 위상 전용 홀로그램의 경우 각 복소수는 진폭 성분을 단위화 설정하고 그레이 레벨 중 하나에 따라 위상 값을 양자화함으로써 허용 가능한 변조 레벨(또는 그레이 레벨)로 변환되고, 이는 (도 2a의 처리 블록(253)에서와 같이) 공간 광 변조기의 픽셀에 표시될 수 있다.

도 10은 16 개의 허용 가능한 변조 레벨(1003)(0 내지 15로 표시됨)을 갖는 예를 도시하며, 이는 아래에 더 설명되는 바와 같이 "균형적인" 홀로그램의 복소 평면에서 단일 진폭 위상 원(1001)상의 벡터로 표현된다. 원칙적으로 양자화 지점들은 도 10의 단일 진폭 위상 원 주위에 무작위로 분포될 수 있지만, 양자화 포인트가 고르게 분포될 때 최상의 품질의 홀로그램 이미지를 얻을 수 있다.

따라서, 도 10의 예시에서, 양자화 단계에서, 계산된 홀로그램의 복소수 배열의 각각의 계산된 복소수는 허용 가능한 변조 레벨 0 ~ 15 중 하나에 할당된다. 예를 들어, 복수의 비교기 나열(a bank of comparators)를 사용하는 것과 같은- 임의의 수학적 접근방식이 복소 평면에서 계산된 복소 값에 가장 가까운 허용 가능한 변조 레벨을 식별하는 데 사용될 수 있다.

일반적으로 위상 전용 홀로그램이 우수한 품질의 홀로그램 이미지를 갖기 위해 전체 2π인 허용 가능한 위상 값이 허용 가능한 위상 값의 범위로 사용된다. 즉, 허용 가능한 위상 값(예: 도 10의 0 ~ 15)은 복소 평면에서 2π에 걸쳐져 있어야 한다. 이 접근방식은 앞서 논의 된 바와 같이 홀로그래픽 이미지에서 바람직하지 않은 "광학 노이즈"를 나타내는 0 차 비 회절 / 비 변조 광을 최소화한다. 대조적으로, 본 개시 내용의 실시예는 0 차 비 회절 / 비 변조된 광을 증가시키고 따라서 공간적으로 변조된 광의 광 파워를 감소시키기 위해 "불균형적인" 방식으로 허용 가능한 위상 값의 범위를 동적으로 감소 또는 "절단(truncate)"할 수 있다. 공간적으로 변조된 빛의 광 파워를 감소시키는 것은 표시된 이미지의 강도를 감소시킨다.

특히, 홀로그램 제어기(602, 902)는 SLM(640, 940)에 인코딩된 단일 색상 홀로그램을 동적으로 계산(또는 미리 계산된 홀로그램을 변경)하고, 이에 폐루프 피드백 시스템으로부터의 피드백에 응답하여 허용 가능한 위상 값의 분포 및 / 또는 범위를 변경할 수 있다. 이것은 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 실시간 홀로그램 계산 동안, 홀로그램 제어기(602, 902)는 SLM(640, 940)으로부터의 출력 광의 비율을 홀로그램 재구성을 형성하는 공간 변조된 광에 대응하게 변경하도록 허용 가능한 변조 레벨의 범위를 동적으로 변경할 수 있다. 다른 예에서, 홀로그램 제어기(602, 902)는 홀로그램의 계산 후에 가중치 또는 스케일링 인자를 사용하여 홀로그램 값의 가중치를 조정할 수 있다. 특히, 홀로그램 제어기(602, 902)는 허용 가능한 위상 값의 범위를 감소시키기 위해 양자화 된 위상 값들 각각에 스케일링 인자를 곱할 수 있다(예를 들어, 양자화 된 위상 값들 각각에 1/2을 곱하면 범위가 0에서 2π으로부터 0에서 π로 감소 할 것이다). 다른 예에서, 홀로그램 제어기(602, 902)는 허용 가능한 변조 레벨(즉, 그레이 레벨)의 매핑을 SLM(640, 940)의 픽셀에 대한 전압으로 변경할 수 있다. 특히, LUT(look-up table)이, 각 그레이 레벨이 아날로그 전압(장치에 아날로그 백플레인이 있는 경우) 또는 소위 비트 플레인 시퀀스(SLM에 디지털 백플레인이 있는 경우)에 연관되도록 사용될 수 있다. LUT의 값은 감소 된 위상 범위를 제공하도록 조정될 수 있다. 다른 예에서, 홀로그램 제어기(602, 902)는 비균일한 분포를 제공하기 위해 0 내지 2π의 범위 (또는 더 제한된 범위) 내의 위상 값의 분포를 변경할 수 있다. 예를 들어, 허용 가능한 변조 레벨(예: 위상 값) 사이의 간격은 변조 레벨(예: 위상)에 따라 달라질 수 있다. 다른 예에서, 허용 가능한 변조 레벨 각각은 빈(bin)의 크기로 제한될 수 있고, 이는 변조 레벨에 따를 수 있다. 이러한 예시들 및 추가적인 예시들은 아래에서 더 자세히 설명된다.

도 10에 도시된 허용 가능한 변조 레벨(1003)은 위상 원의 원점 주위에 고르게 분포된다. 도 10에 표시된 모든 벡터를 모두 더하면 아무런 순 효과(net effect)가 없을 것이다. 이러한 배열에서, 변조 방식은 "균형적"이라고 할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 "균형적인홀로그램", "균형적인 변조 방식"및 "균형적인 시스템"은 홀로그램, 변조 방식 또는 홀로그래픽 시스템에 대한 허용 가능한 변조 레벨을 나타내는 벡터의 합이 0임을 의미한다. 반대로 "불균형 홀로그램", "불균형 변조 방식" 및 "불균형 시스템"은 해당 벡터 합이 0이 아님을 의미한다.

위상 검색 알고리즘(phase retrieval algorithms)(예: Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기반한 알고리즘)은 본질적으로 홀로그램의 변조 레벨을 사용하는 것을 균일하게 하는 것으로 알려져 있다. 즉, 그레이 레벨이 동일하게 사용된다. 변조 방식과 홀로그램이 균형을 이루면 시스템이 균형을 이룬다고 볼 수 있다. 즉, 각 홀로그램 픽셀의 복소 값이 복소 평면에서 벡터로 표현되면 모든 벡터의 합은 0이 된다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같은 균형 변조 방식과 Gerchberg-Saxton 알고리즘을 사용한 홀로그램 계산을 구현하는 균형적인 시스템에서, 0 차 비변조 광(즉, DC 스폿)의 강도는 최소가 된다.

따라서, 위상 전용 LCOS SLM에 인코딩된 홀로그램을 동적으로 변경하여 상이한 분포를 갖는 허용 가능한 위상 값을 가지게 함으로써, 0 차 비 변조 광의 강도를 변경(증가 / 감소)하고 이에 따라 홀로그램 재구성을 형성하는 공간적으로 변조된 광의 강도를 변경(증가 / 감소)하기 위해 시스템이 "불균형"하게 될 수 있다. 특히, , 공간적으로 변조된 광의 강도는, 홀로그램 픽셀의 벡터 합이 0 인 균형적인 시스템에서 변경되어 감소될 수 있고, 여기서, 홀로그램 픽셀 값의 벡터 합은 0이 아니므로 도 11에 도시된 바와 같은 DC 스폿이 나타난다.

시스템을 비균형적이게 하는 것은 예를 들어 변조 방식을 비균형적이게 하는 것/또는 홀로그램을 비균형적이게 하는 것과 같은 다양한 방식으로 달성될 수 있다.

위상 원의 불균형 절단

위상 홀로그램을 구현하는 일부 실시예에서, 허용 가능한 변조 레벨에 대하여 위상 원을 불균형적으로 "절단(truncation)"하는 것이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일반적으로 위상 전용 홀로그램에서는 양질의 홀로그램 이미지를 얻기 위해 전체 2π인 허용 가능한 위상 값이 요구된다. 즉, 허용 가능한 위상 값(예: 도 10의 그레이 레벨 0 ~ 15)은 복소 평면에서 2π에 걸쳐 있어야한다. 허용 가능한 위상 값의 범위가 2π에서 감소하면 위상 원이 "절단"된 것이라고 한다. 홀로그램 픽셀 값의 합이 여전히 복소 평면에서 0이면 "균형적 절단"이라고 볼 수 있다. 균형적 절단의 예는 도 12a에 도시 된다. 도 12a에서 실선으로 표시된 위상 원의 호는 허용 가능한 위상 값에 사용되는 영역을 나타내고 점선으로 표시된 호는 위상 값이 허용되지 않는 절단된 영역이다. 절단이 균형을 이루면 위상 원의 모든 허용 가능한 변조 레벨은 예를 들어 도 12a에서 "X"로 표시된 한 쌍의 점으로 표시된 것처럼 위상 원의 정반대 쪽에 동일하고 반대되는 점을 갖는다. 특히, 도 12a에서 X로 표시된 한 쌍의 점은 크기가 동일 크기이며 반대부호인 실수부 및 허수부를 가진다. 다만, 도 12a와 같이 절단이 균형을 이루면 합 벡터가 여전히 0이기 때문에 허용 가능한 위상 값의 기존 2π 범위와 동일한 방식으로 0 차 비 회절/비 변조 광이 최소화된다.

따라서 0이 아닌 합계 벡터를 생성하려면 "불균형" 절단이 필요하다. 불균형 절단의 예는 그림 12b에 나와 있다. 위상 원의 일부 변조 레벨(예: 실선 원호에 "X"로 표시된 지점)은 위상 원의 다른 쪽에서 동일 크기이며 반대부호인 변조 레벨을 갖지 않음을 알 수 있다(위상 원의 점 X의 정반대인 지점은 점선인 호에 속하기 때문임). 따라서, 그림 12b에 도시된 바와 같이 불균일한 분포를 갖는 허용 가능한 위상 값을 사용하면 합계 벡터가 0이 아니고 0 차 비 회절/비 변조 광(즉, DC 스폿)의 강도가 증가한다. 결과적으로, 공간적으로 변조된 광의 강도 및 이로 인한 홀로그램 재구성의 강도가 감소한다.

불균형 절단을 동적으로 변경함으로써 홀로그램 재구성을 형성하는 데 사용되는 공간적으로 변조된 광의 강도를 동적으로 변경할 수 있다. 특히, 실시예에서, 홀로그램 제어기(602, 902)는 SLM(640, 940)에 인코딩된 홀로그램을 실시간으로 동적으로 계산(또는 사전 계산된 홀로그램을 변경)하여, 실시간으로 불균형 분포 또는 허용 가능한 위상 값의 범위(즉, 그레이 레벨)를 제공한다. 그레이 레벨의 불균형 정도에 따라 0 차 지점에 기여하는 입사광의 비율이 결정된다.

당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 불균형 절단은 다양한 방식으로 달성될 수 있는데, 이는 계산 후 또는 계산 중에 홀로그램 데이터를 조작하거나 전압 변환 등을 이용해 변조 방식을 불균형 하게 한다(허용 가능한 위상 값의 분포 변경함).

따라서, 실시예들에서, 홀로그램 제어기(602, 902)는 관찰자 추적 시스템에 의해 결정된 관찰 위치에 응답하여 및/또는 폐루프 피드백 시스템에 응답하여 제1/제2 홀로그램을 재계산할 수 있다. 특히, 홀로그램 재구성의 0 차 스폿에 기여하는 광의 비율 및 공간적으로 변조되어 제1 / 제 2 화상(또는 이미지)에 기여하는 광의 비율을 변경하도록 양자화 방식을 변경함으로써 제1 /제2 홀로그램이 재계산된다. 전술한 바와 같이, 양자화 방식을 변경하는 것은 허용 가능한 광 변조 레벨이 분포되는 광 변조 범위를 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양자화 방식을 변경하는 것은 복소 평면에서 허용 가능한 광 변조 레벨을 나타내는 벡터의 벡터 합을 변경하는 것을 포함할 수 있다.

헤드업 디스플레이

위상 변조기를 포함하는 동적 공간 광 변조기를 사용하여 자동차 산업에서 상업적으로 실시 가능한 디스플레이가 제안된다. 위상 변조의 주요 장점은 광 효율성과 내결함성이다.

도 13은 본 개시 내용의 동공 확장기(1305)를 사용하여 가상 이미지를 형성하기 위한 시스템을 도시한다. 홀로그램 재생 필드(1301)의 물리적 범위는 SLM의 최대 회절 각도(θm)에 의해 제한된다. 재생 필드(1301)의 각 지점과 관련되는 광속선들은 각도(Φ)로 발산하며 그 주광선도 그렇게 발산한다. 푸리에 홀로그램 재생에서, 각도 Φ는 재구성의 시야(FOV)를 제공한다. 작은 FOV는 큰 재생 필드의 크기와 상관 관계를 가진다. 주광선의 각도는 재생 필드의 곡률에 의해 결정된다. 프로젝션 광학체(1303)(예를 들어, 렌즈 또는 파워 미러)는 먼 거리(예를 들어, 2m, 5m, 15m 등)에 있는 재생 필드(1301)의 가상 이미지를 보기 위해 사용된다. 이는 도 13에 도시되어 있다. 도 13에 도시된 컴바이너(1307)는 일반적으로 자동차의 앞 유리이다. 각 광속선들의 주광선이 다시 투사되면 재생 필드 표면의 곡률에 의해 결정되는 렌즈로부터의 거리(u)에서 만나게 된다. 프로젝션 렌즈(1303)로부터 거리(v)에 배치된 눈의 동공(여기서, v는 렌즈 방정식에 의해 주어짐)은 완전한 이미지를 관찰 할 것이다. FOV는 이에 도 13의 눈의 동공(1309)와 마주하는 전체 필드이다.

전체 이미지를 보는 것 외에도, 운전자가 설계된 거리(v)에서 제한된 영역 내에서 머리를 움직일 수 있어야한다. 자동차 산업에서는 이를 아이 모션 박스(EMB)라고 하나 - 본 명세서에서는 보다 일반적이게 관찰 윈도우로 지칭된다. 눈이 EMB 주위를 이동할 때 전체 이미지를 계속 볼 수 있도록 동공 확장기(1305)가 사용된 다. 동공 확장기(1305)는 전술한 바와 같이 입사 파면의 진폭을 분할함으로써 여분의 광선을 생성하여 EMB를 확대한다. 추가 광선은 눈 바로 아래의 시야를 증강(augment)한다. 추가로, 더 큰 이미지 크기가 지원될 수 있으므로 더 큰 FOV가 지원될 수 있다.

출원인은 동공 확장기로 기능하는 유리 및 공기 구멍을 기반으로 도파관을 제작했다. 확장의 균일성은 도파관의 표면이나 벌크에서 단계적 반사기 또는 맞춤형 회절 격자를 사용하여 제작될 수 있다. 동공 확장기에 대한 대안적 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이가 확장기 뒤에 가까운 가상 이미지 위치를 생성하는 마이크로 렌즈 어레이가 있을 수 있다. 본 발명의 디스플레이 장치를 포함하는 HUD의 주된 장점은 운전자가 관찰하는 가상 이미지와 도로 사이의 눈 초점의 보정량을 감소시키는 것이다.

추가 특징들

실시예는 단지 예로서 전기적으로 활성화된 LCOS 공간 광 변조기를 지칭한다. 본 개시의 교시는, 예컨대 임의의 전기적으로 활성화된 SLM, 광학적으로 활성화된 SLM, 디지털 마이크로 미러 디바이스 또는 마이크로 전자 기계적 디바이스와 같은 본 발명에 따른 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시할 수 있는 임의의 공간 광 변조기 상에서 동일하게 구현될 수 있다.

일부 실시예에서, 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저이다. 일부 실시예들에서, 검출기는 포토다이오드와 같은 포토디텍터이다. 일부 실시 예에서, 수광 표면은 디퓨저(diffuser) 표면 또는 디퓨저와 같은 스크린이다. 본 발명의 홀로그래픽 프로젝션 시스템은 향상된 헤드업 디스플레이(HUD) 또는 헤드마운트 디스플레이를 제공하도록 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, HUD를 제공하도록 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 트럭, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 운송 수단일 수 있다.

홀로그래픽 재구성의 품질은 화소화 된 공간 광 변조기를 사용함에 따른 회절 특성에 의한 결과로서 소위 0차(zero order) 문제에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 "잡음"으로 간주될 수 있으며, 예를 들어 SLM으로부터의 경면 반사광 및 다른 원하지 않는 광을 포함한다.

푸리에 홀로그램의 예에서, 이러한 "잡음"는 푸리에 렌즈의 초점 위치에 초점을 맞추어 홀로그래픽 재구성의 중심에 밝은 지점을 만든다. 0차 광은 단순히 차단될 수 있지만, 밝은 스폿을 어두운 스폿으로 교체하는 것을 의미할 것이다. 일부 실시예는 0차 광의 평행화된(collimated) 광선 만을 제거하는 각도 선택 필터를 포함한다. 또한, 실시예는 유럽특허 제2,030,072 호에 개시된 0차(zero-order)를 관리하는 방법을 포함하며, 상기 특허는 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.

실시예들에서, 주 재생 필드 만이 이용되고 시스템은 시스템을 통해 고차 재생 필드가 전파되는 것을 제한하도록 배열된 배플과 같은 물리적 블록을 포함한다.

전술한 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 합성 색상 이미지이다. 일부 실시예에서, 공간적으로 분리된 컬러(spatially-separated colours) "SSC"로 알려진 접근 방식은 컬러 홀로그래픽 재구성을 제공하는 데 사용된다. 다른 실시예에서, 프레임 순차 컬러(frame sequential colour) "FSC"로 알려진 접근법이 사용된다.

SSC 방식은 3 개의 단일 색상 홀로그램에 대해 공간적으로 분리된 3 개의 광 변조 픽셀 어레이를 사용한다. SSC 방식의 장점은 3 개의 홀로그래픽 재구성이 모두 동시에 형성될 수 있기 때문에 이미지가 매우 밝을 수 있다는 것이다. 그러나 공간 제한으로 인해 공간적으로 분리된 3 개의 광 변조 픽셀 어레이가 공통 SLM에 제공되는 경우, 사용 가능한 광 변조 픽셀의 서브 세트만이 각 색상에 사용되기 때문에 각 단일 색상 이미지의 품질은 다소 떨어지게 된다. 따라서 상대적으로 저해상도의 컬러 이미지가 제공된다.

FSC의 방법은 공통인 공간 광 변조기의 모든 픽셀을 사용하여 3 개의 단일 색상 홀로그램을 순서대로 표시 할 수 있다. 단일 색상 재구성은 사람 관찰자가 3 개의 단일 색상 이미지를 통합하여 다색 이미지를 인식 할 수 있도록 충분히 빠르게 순환된다(예: 빨간색, 녹색, 파란색, 빨간색, 녹색, 파란색 등). FSC의 장점은 전체 SLM이 각 색상에 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 픽셀이 각 컬러 이미지에 사용되기 때문에 생성된 세 가지 컬러 이미지의 품질이 최적임을 의미한다. 그러나 FSC 방식의 단점은 합성 색상 이미지의 밝기가 SSC 방식보다 약 3 배 낮다는 것이며, 이는 각 단일 색상 조명 상황이 프레임 시간의 1/3 동안 만 발생할 수 있기 때문이다. 이 단점은 잠재적으로 레이저를 과도하게 구동하거나 더 강력한 레이저를 사용하여 해결할 수 있지만 더 많은 전력이 필요하여 비용이 증가하고 시스템 크기가 증가하게 된다.

본 명세서에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 여기에 기재된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.

첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.

Claims

관찰 윈도우 내의 모든 관찰 위치에서 관찰가능한 제1 화상 및 제2 화상을 형성하도록 배열된 디스플레이 장치에 있어서,
제1 색상의 제1 공간 변조된 광 및 제2 색상의 제2 공간 변조된 광을 출력하도록 배열된 화상 생성 유닛으로서, 제1 공간 변조 광은 제1 화상에 대응하고 제2 공간 변조 광은 제2 화상에 대응하고, 상기 화상 생성 유닛은 제1 공간 변조 광 및 제2 공간 변조 광을 제어하도록 배열된 제어기를 포함하는, 화상 생성 유닛,
도파관 동공 확장기로서:
상기 화상 생성 유닛으로부터 상기 제1 공간 변조 광 및 상기 제2 공간 변조 광을 수신하도록 배치된 입력 포트;
상기 제1 화상 및 상기 제2 화상을 관찰가능한 관찰 윈도우; 및
일련의 내부 반사에 의해 상기 입력 포트로부터 상기 관찰 윈도우로 상기 제1 공간 변조 광 및 상기 제2 공간 변조 광을 안내하도록 배열된 한 쌍의 평행 반사 표면으로서, 상기 한 쌍의 평행 반사 표면의 제1 반사 표면의 반사율은 제1 색상의 광과 제2 색상의 광에 대해 부분적으로 투과성인 단계적 코팅에 의해 제공되며, 상기 단계적 코팅의 투과율은 비무채색(non-achromatic)인, 한 쌍의 평행 반사 표면
을 포함하는 도파관 동공 확장기, 및
관찰 윈도우 내에서 관찰 위치를 결정하도록 배열된 관찰자 추적 시스템을 포함하되,
상기 제어기는 상기 관찰자 추적 시스템에 의해 결정된 관찰 위치에 기초하여 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상의 밝기를 변경하도록 배열되는,
디스플레이 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1 화상 및 제2 화상은 상기 제1 화상 및 제2 화상의 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램의 홀로그램 재구성에 의해 형성되고, 상기 제어기는, 상기 관찰자 추적 시스템에 의해 결정된 관찰 위치에 응답하여 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램의 변경 또는 재계산함으로써 상기 관찰 위치에서 관찰되는 상기 제1 화상 및 제2 화상의 상대적 밝기를 실질적으로 일정하게 유지하도록 배열되는 디스플레이 장치.
제2 항에 있어서, 각각의 홀로그램 픽셀의 값은 양자화 방식에 따라 복수의 허용 가능한 광 변조 레벨 중 하나로 제한되고, 상기 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램을 재계산하는 것은 상기 홀로그램 재구성의 0 차 지점에 기여하는 광의 비율을 변경하도록 양자화 방식을 변경하는 것을 포함하는 디스플레이 장치.
제3 항에 있어서, 상기 양자화 방식을 변경하는 것은 상기 허용 가능한 광 변조 레벨이 분포되는 광 변조 범위를 감소시키는 것을 포함하는 디스플레이 장치.
제3 항에 있어서, 상기 양자화 방식을 변경하는 것은 복소 평면에서 허용 가능한 광 변조 레벨을 나타내는 벡터의 벡터 합을 변경하는 것을 포함하는 디스플레이 장치.
제1 항 내제 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 생성 유닛으로부터 상기 도파관 동공 확장기에 의해 수신된 상기 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광이 상기 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램으로 인코딩된 공간 변조되는 것을 포함하는, 디스플레이 장치.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관 동공 확장기에 의해 수신된 상기 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광은 상기 제1 및 제2 화상의 광이고, 상기 제1 및 제2 화상은 상기 화상 생성 유닛 및 관찰 윈도우 사이의 중간 평면 상에 형성되고, 선택적으로, 상기 중간 평면은 상기 제1 화상 및 제2 화상을 표시하도록 배열된 디퓨져와 같은 스크린을 포함하는, 디스플레이 장치.
제7 항에 있어서, 상기 제1 화상 및 제2 화상은 상기 화상 생성 유닛에 의해 표시되는 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램의 홀로그램 재구성에 의해 상기 중간 평면 상에 형성되는, 디스플레이 장치.
제6 항, 제7 항 및 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상의 밝기를 상기 관찰 위치에서 관찰되는 제1 화상 및 제2 화상의 상대적 밝기가 시간이 지나도 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상의 밝기를 변경하도록 추가로 배열되는 디스플레이 장치.
제8 항에 있어서, 상기 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램의 홀로그램 재구성은, 상기 중간 평면 상에, 상기 제1 화상과 제2 화상을 포함하는 제1 화상 영역 및 제2 화상 영역, 및 제1 비화상 및 제2 비화상을 포함하는 제1 비화상 영역 및 제2 비화상 영역을 형성하고, 상기 디스플레이 장치는 상기 제1 비화상 영역 및 제2 비화상 영역의 밝기를 측정하도록 배열된 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기를 포함하는 폐루프 피드백 시스템을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
제10 항에 있어서, 상기 화상 생성 유닛은 홀로그램 재구성에 의해 상기 중간 평면 상에 상기 제1 화상 및 제2 화상을 형성하기 위해 상기 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램을 조명하도록 배열된 제1 광원 및 제2 광원을 포함하고, 상기 제어기는 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기에 의해 측정된 밝기에 기초하여 제1 광원 및 제2 광원의 구동 신호에 1차 구동 신호 보정을 적용하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
제11 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 광원 및 제2 광원의 구동 신호에 2차 구동 신호 보정을 적용하도록 배열되고, 상기 2차 구동 신호 보정은 상기 관찰 윈도우 내의 관찰 위치에 대한 함수인, 디스플레이 장치.
제11 항 또는 제12 항에 있어서, 상기 1차 구동 신호 보정 및 2 차 구동 신호 보정 중 하나 이상은 상기 구동 신호의 전압에 대한 보정 또는 상기 구동 신호의 온-오프 시간 게이팅에 대한 보정인, 디스플레이 장치.
관찰 윈도우 내에 제1 화상 및 제2 화상을 디스플레이 하는 방법에 있어서,
제1 색상의 제1 공간 변조 광을 출력하는 단계로서, 제1 공간 변조 광은 제1 화상에 대응하는, 단계;
제2 색상의 제2 공간 변조 광을 출력하는 단계로서, 제2 공간 변조 광은 제2 화상에 대응하는, 단계;
도파관 동공 확장기의 입력 포트에서, 제1 공간 변조 광 및 제2 공간 변조 광을 수신하는 단계;
도파관 동공 확장기의 한 쌍의 평행 반사 표면 사이에서 수신된 광을 관찰 윈도우로 안내하는 단계로서, 한 쌍의 평행 반사 표면 중 제1 반사 표면의 반사율은 제1 색상의 광 및 제2 색상의 광에 부분적으로 투과성인 단계적 코팅에 의해 제공되고, 단계적 코팅의 투과율은 비무채색(non-achromatic)이며;
도파관 동공 확장기의 제1 반사면에 의해 수신된 광을 관찰 윈도우로 출력하여 제1 화상 및 제2 화상을 형성하며 표시하는 단계;
관찰자의 관찰 윈도우 내에서 관찰 위치를 결정하거나 관찰 위치를 변경하는 단계; 및
결정된 관찰 위치에 기초하여 제1 및 공간 변조된 광 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상의 밝기를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
제14 항에 있어서, 상기 제1 색상의 광 및 제2 색상의 광 각각에 대해, 관찰 위치에 따라 상기 관찰 윈도우로 출력되는 광이 실질적으로 일정한 밝기를 유지하는데 요구되는 밝기의 변화를 보정하는 단계 및, 선택적으로, 관찰 윈도우 내의 복수의 상이한 관찰 위치에서 각각의 제1 화상 및 제2 화상의 상대 밝기를 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14 항 또는 제15 항에 있어서, 결정된 관찰 위치에 기초하여 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상의 밝기를 변경하는 단계는,
구동 신호를 상기 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조된 광 중 하나 이상에 대응하는 광원으로 변경하는 단계; 및
홀로그램에 의해 재지향된 광원으로부터의 광의 비율을 변경하기 위해 제1 공간 변조된 광 및 제2 공간 변조 광을 출력하는 데 사용되는 홀로그램을 재계산하는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 방법.