KR102047545B1

KR102047545B1 - 동적 홀로그래피 포커스트-뎁스 인쇄장치

Info

Publication number: KR102047545B1
Application number: KR1020177037800A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 멀린스; 크리스마스 제미슨
Original assignee: 듀얼리타스 리미티드
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2019-11-21
Also published as: JP6858717B2; CN107850867A; CN107850867B; US10976703B2; US20210216038A1; WO2017115077A1; US20200041957A1; DE202016008701U1; US11586144B2; EP3295256A1; JP2018525659A; EP3295256B1; KR20180014091A

Abstract

인쇄장치는 레이저 소스 및 LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon 공간 광 변조기)을 포함한다. 인쇄장치는 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM(Silicon Spatial Light Modulator의 액정) 제어신호를 생성한다. 레이저 소스는 레이저 제어신호에 기초하여 복수의 입사 레이저빔들을 생성한다. LCOS-SLM은 복수의 입사 레이저빔들을 수신하고, LCOS-SLM 제어신호에 기초하여 복수의 입사 레이저빔들을 변조하여 변조된 복수의 입사 레이저빔들로부터 복수의 홀로그래픽 파면들을 생성한다. 각 홀로그램 파면은 적어도 하나의 대응하는 초점을 형성한다. 인쇄장치는 복수의 홀로그램 파면의 초점의 간섭 지점들에서 타겟물질의 표면층 또는 표면층을 경화시킨다. 타겟물질의 경화된 표면층은 3 차원 인쇄된 컨텐츠를 형성한다.

Description

동적 홀로그래피 포커스트-뎁스 인쇄장치

본 개시는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 3D 프린터 및 3D 프린팅 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 개시는 홀로그래픽 3D 프린터 및 홀로그램 투영을 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들은 3D 타겟 표면을 가열하기 위한 홀로그램 투사기와 홀로그램 투영을 이용해서 3D 타겟 표면을 가열하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들은 3D 타겟 표면을 경화하기 위한 홀로그램 투사기와 홀로그램 투영을 이용해서 3D 타겟 표면을 경화하는 방법에 관한 것이다.

3D 프린팅은 3차원 물체를 합성하는 데 이용되는 다양한 프로세스들을 일컫는다. 3D 프린팅에서, 3차원 물체를 만들기 위해 물질들의 연속적인 레이어가 컴퓨터 제어 하에 형성된다. 이 물체들은 거의 모든 모양 혹은 구조를 가질 수 있으며, 3D 모델 혹은 다른 전자 데이터 소스로부터 생성된다. 하지만 3D 프린팅은 한번에 하나의 레이어만 인쇄될 수 있으므로 시간이 굉장히 오래 걸릴 수 있다.

본 개시는 타겟 표면(target surface)을 홀로그래픽 투사 시스템(holographic projection system )을 이용하여 가열(heating) 또는 심지어는 경화(curing)하기 위한 장치, 방법 및 시스템들을 설명한다.

물체에서 산란된 빛은 진폭 및 위상 정보를 모두 포함한다. 이 진폭 및 위상 정보는 예를 들어 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광판(photosensitive plate) 상에 포착되어, 간섭무늬(interference fringes)를 포함하는 홀로그램 기록 즉 "홀로그램"을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원래의 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원의 홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction) 또는 재생 이미지(replay image)를 형성하기 위해 적절한 광을 조사함으로써 재구성, 즉 복원될 수 있다.

컴퓨터 생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램 "CGH"는 프레즈넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레즈넬 또는 푸리에 홀로그램으로 불릴 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 표현 또는 객체의 주파수 도메인 표현으로 생각할 수 있다. CGH는 또한 예를 들어 코히어런트 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.

CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 배열된 공간 광변조기 "SLM" 상에 인코딩될 수 있다. 광 변조는 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(multi level) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 반사시에 SLM으로부터 출력된다는 면에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM으로부터 출력된다는 면에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.

예시적인 방법들과 시스템들은 동적 홀로그래피 장치에 대한 것이다. 예시들은 단지 가능한 변형들을 나타낼 뿐이다. 여기서 다르게 명시적으로 설명하지 않는 한, 구조물 또는 구조(예를 들어, 모듈과 같은 구조적 요소들)는 선택적이고, 서로 결합되거나(combined) 분할될(subdivided) 수 있는 한편, 동작들(operations, 예를 들어, 프로시져, 알고리즘 또는 다른 기능)은 순서 변에서 변형될 수 있거나 서로 결합되거나 분할될 수 있다. 이하의 설명에서, 설명의 편의를 위해, 많은 특정 디테일들이 예시적인 실시예의 완전한 이해를 위해 기술된다. 다만 통상의 기술자에게는 본 발명 내용이 특별한 세부기술 없이도 실시될 수도 있음은 당연하다.

동적 홀로그래픽 파면들(dynamic holographic wavefronts)은 레이저광의 보강 간섭(constructive interference) 및 상쇄 간섭(destructive interference )이 3차원 공간 영역을 걸쳐서 정확히 제어되는 식으로 생성되고 조작될 수 있다. 충분한 에너지가 있다면, 이들 보강 및 상쇄 간섭 지점들은 열을 발생할 만큼 충분한 에너지를 갖는다. 열의 위치와 강도는, 전통적인 3D 인쇄 리소그래피/소결(lithography/sintering) 기법을 이용하여 3차원 객체를 인쇄하기 위한 3차원 공간 내의 열/에너지를 포커싱하고 정확하게 생성하기 위하여 레이저 파면들에서의 보강 및 상쇄 간섭을 이용하여 제어될 수 있다.

깊이를 제어하는 동적 홀로그래피 기술을 이용하고, 인쇄 “지점(location)”의 공간 스캐닝에 대해 더 정밀한 제어를 수행하도록 하면 보다 제어된 3D 인쇄 방법을 얻을 수 있다. 따라서 3차원 공간 또는 전층(full layer) “마스크(mask)” 내에서 스캔 가능한 “지점”을 단순히 제공하는 데 그치지 않고, 모든 홀로그래픽 지점들에서 충분한 파워를 가지고 경화 물질의 부피 내에서 물질을 경화시켜 한번에(with one pass) 홀로그램의 형태로 풀-3D 인쇄를 생성하면, 완전한 3D 홀로그래픽 “이미지”가 생성될 수 있다.

인쇄 장치는 홀로그래픽 공간 광변조기(예를 들어, LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator) 시스템)을 통하여 회절된(그리고, 선택적으로 반사된) 레이저광을 이용한다. LCOS-SLM은 홀로그래픽 파면(예컨대 표면에 홀로그래픽 재구성 또는 홀로그래픽 이미지를 형성하기 위한 파면)을 생성하기 위하여 레이저광의 위상 또는 진폭을 변조하는 데 사용된다. 변조된 광의 위상은 복합 홀로그래픽 파면이 생성, 선택적으로는, 다수의 초점들(focal points) 혹은 하나의 초점을 갖게 하는 방식으로 제어된다. 변조된 광의 위상은 임의의 형상을 갖는 홀로그래픽 이미지를 형성하도록 하는 방식으로 제어된다. 다시 말해, LCOS-SLM은 LCOS-SLM 제어신호에 따라, 수신된 광학 에너지를 재분배한다. 본 개시로부터 알 수 있는 바와 같이, 수신된 광학 에너지는 적어도 하나의 초점에 포커싱될 수 있다. 다수의 홀로그래픽 파면들로부터 보강 및 상쇄 간섭이 초점들에서 나타나는데, 이는 레이저광으로부터의 에너지의 집중을 초래한다. 집중된 에너지는 타겟물질(예를 들어, 열감지 종이)의 표면층 또는 준표면층(subsurface layer)에서 물질을 가열하거나 경화시킨다. 초점들이 파형 재구성 때문에 생성되므로, 레이저광의 위상 및/또는 진폭을 변조하면 초점들의 모양이나 위치들이 매우 정밀하게 제어되어 복잡한 모양이나 형태가 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, SLM은 LCOS-SLM이다. LCOS-SLM은 따라서 사용자로 하여금 간섭 패턴을 바꿈으로써 홀로그래픽 필드들을 조종(steer)할 수 있게 한다.

일부 실시예들에서, 장치는 하드웨어 프로세서; 상기 레이저 제어신호에 기초하여 입사 레이저빔들(incident laser beams)의 그룹을 생성하도록 구성된 레이저 소스; 및/또는 입사 레이저빔들의 그룹을 수신하고, 상기 LCOS-SLM 제어신호에 기초하여 입사 레이저빔들의 그룹을 변조하고, 홀로그래픽 파면들(wavefronts)의 그룹을 생성하는 LCOS-SLM 을 포함한다. 여기서 각 폴로그래픽 파면은, 홀로그래픽 파면들의 그룹의 초점들의 간섭 지점들에 기초하여 구별되는 포커싱된 광 필드 영역들을 생성하고, 구별되는 포커싱된 광 필드 영역들의 그룹에서 타겟물질의 부분의 경화하기 위하여, 적어도 하나의 구별되는 포커싱된 광 필드를 형성한다. 구별되는 포커싱된 광 필드 영역들의 그룹은 타겟물질 내에 형성된 3차원 객체의 바디에 해당한다.

본 개시는 3차원 객체에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator) 제어신호를 생성하도록 구성된 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션을 포함하는 하드웨어 프로세서; 상기 레이저 제어신호에 기초하여 복수의 입사 레이저빔들(incident laser beams)을 생성하도록 구성된 레이저 소스; 및 상기 복수의 입사 레이저빔들을 수신하고, 상기 LCOS-SLM 제어신호에 기초하여 상기 복수의 입사 레이저빔들을 변조하고, 변조된 복수의 입사 레이저빔들로부터 복수의 홀로그래픽 파면들(wavefronts)을 생성하고, 상기 복수의 홀로그래픽 파면들의 초점의 간섭 지점들(interference points)에 있는 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역을 생성하고, 상기 복수의 포커싱된 광필드 영역에서 타겟물질(target material) 부분을 경화하도록 구성된 LCOS-SLM을 포함하는 장치를 제공한다. 여기서, 각각의 홀로그래픽 파면은 적어도 하나의 초점을 형성하고, 상기 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역은 상기 타겟물질에 형성된 상기 3차원 객체에 해당하며, 상기 타겟물질 부분은 상기 3차원 객체의 바디(body)이다.

일부 실시예들에서, 하드웨서 프로세서는 3차원 객체에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator) 제어신호를 생성하도록 구성된 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션을 포함한다. 타겟물질의 부분은 3차원 객체의 바디를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 이러한 장치는 레이저 소스에 연결되는 레이저 소스 제어기를 더 포함할 수 있다. 레이저 소스 제어기는 레이저 제어신호를 수신하고 레이저 제어신호에 응답하여 레이저 소스를 제어하도록 구성된다. LCOS-SLM 제어기는 LCOS-SLM에 연결되고, LCOS-SLM 제어신호를 수신하고 LCOS-SLM 제어신호에 응답하여 LCOS-SLM을 제어하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, LCOS-SLM은 적어도 하나의 초점에 레이저광을 포커싱하도록 구성된다. 파워 밀도가 충분히 높다면 적어도 하나의 초점에서 경화가 일어날 수 있다. 다시 말해, 이러한 실시예들에서, 복수의 초점들에서의 간섭은 경화를 위해 요구되는 파워만큼을 가질 필요가 없다.

일부 실시예들에서, LCOS-SLM은 제1 레이저광 및 제2 레이저광을 수신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 레이저광은 SLM의 제1 복수의 픽셀들에서 수신되고, 제2 레이저광은 SLM의 제2 복수의 픽셀들에서 수신된다. 일부 실시예들에서, 제1 레이저광 및 제2 레이저광은 동시에 또는 사실상 동시에 수신된다. 제1 복수의 픽셀들은 제1 레이저광을 적어도 하나의 제1 초점에서 포커싱하도록 구성된다. 제2 복수의 픽셀들은 제2 레이저광을 적어도 하나의 제2 초점에서 포커싱하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 제1 초점 및 적어도 하나의 제2 초점은 사실상 코인시던트(coincident)하다. 이러한 실시예들에서, 보강 간섭이 초점들에서 일어나고, 파워밀도가 충분히 높은 경우 타겟표면의 경화가 일어날 것이다. SLM의 픽셀들은 임의의 개수의 서브셋으로 분할될 수 있다. 각 서브셋은 각각의 레이저광을 수신하고 각 레이저광을 적어도 하나의 초점에 포커싱하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 복수의 SLM들은, 구별되는 포커싱된 광 필드 영역들에서 타겟 표면을 경화하기 위하여, 해당하는 복수의 레이저광빔을 공통의 구별되는 포커싱된 광 필드 영역으로 모으는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 초점들은 타겟물질 내에서 서로 상이한 깊이를 갖는다. 다시 말해, 초점들은 SLM으로부터 서로 다른 거리 -즉 수직 거리- 를 갖고 형성된다. 일부 실시예들에서, 이것은 아래에 자세히 설명하듯이, 서로 다른 포커싱 파워를 갖는 소프트웨어 렌즈를 사용함으로써 얻어진다. 임의로 정의된 타겟의 3D 볼륨이, 서로 다른 소프트웨어 렌즈와 그레이팅 기능들(grating functions)을 사용하여 임의의 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들을 결합함으로써, 예를 들어 사실상 동시에 조사될 수 있다. 이 역시 아래에 자세히 설명한다.

일부 실시예들에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션은, 상기 LCOS-SLM에 인접한 타겟물질 내의 상기 3 차원 객체의 바디에 대응하는 사전 정의된 복수의 공간 위치를 식별하고, LCOS-SLM 제어신호 및 레이저 제어신호를 생성하여, 상기 변조된 복수의 입사 레이저빔들의 초점들의 위치가 복수의 사전 정의된 공간 위치에 상응하도록 구성된다. 여기서 LCOS-SLM은 복수의 사전 정의된 공간 위치에 기초하여 상기 간섭 지점들에서 상기 타겟물질의 부분을 경화시킨다.

일부 실시예들에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션은, LCOS-SLM에 인접한 타겟물질 내의 3 차원 객체의 바디의 제1 부분에 대응하는 제1 복수의 사전 정의된 공간 위치를 식별하고, 상기 제1 복수의 사전 정의된 공간 위치에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 조정하고, 제1 복수의 사전 정의된 공간 위치에 기초하여 복수의 변조된 레이저 광빔들의 제2 복수의 초점들을 형성하도록 구성된다. 여기서 3 차원 객체의 바디의 제1 부분은 타겟물질 내의 상기 제2 복수의 초점들에 기초하여 간섭 지점들에서 경화되도록 한다.

일부 실시예들에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션은, 타겟물질 내의 상기 3차원 객체의 바디의 제2 부분에 상응하는 제2 복수의 사전 정의된 공간 지점들(predefined spatial locations)을 식별하고, 상기 제2 복수의 사전 정의된 공간 위치에 기초하여 상기 레이저 제어신호 및 상기 LCOS-SLM 제어신호를 조정하고, 제2 복수의 사전 정의된 공간 위치에 기초하여 상기 복수의 변조된 레이저 광빔들의 제3 복수의 초점들을 형성하고, 제2 복수의 초점들에 기초한 간섭 지점들에 더하여 상기 제3 복수의 초점들에 기초한 간섭 지점들의 추가 세트를 형성하도록 구성된다. 여기서 3차원 객체의 바디의 상기 제2 부분은 상기 추가된 간섭 지점들의 세트에서 경화시킨다.

일부 실시예들에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션은, 3 차원 객체에 대응하는 인쇄 데이터를 수신하고, 인쇄 데이터에 기초하여 상기 타겟물질 내의 영역을 식별하고, 인쇄 데이터에 기초하여 상기 타겟물질 내의 영역에 대응하는 제2 복수의 초점들(focal points)을 식별하고, 제2 복수의 초점들에 기초하여 상기 레이저 제어신호 및 상기 LCOS-SLM 제어신호를 조정하도록 구성된다. 여기서 타겟물질 내의 영역은 상기 제2 복수의 초점들에 기초하여 상기 간섭 지점들에서 경화된다.

일부 실시예들에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션은, 3차원 객체에 대응하는 인쇄 데이터를 수신하고, 인쇄 데이터에 기초하여 3차원 공간을 따라 간섭 지점들의 복수의 위치를 계산하고, 복수의 간섭 지점들의 위치에 대응하는 복수의 초점들의 위치를 계산하고, 레이저 제어신호 및 상기 LCOS-SLM 제어신호를 생성하여 복수의 초점들의 위치에 대응하는 복수의 초점들의 위치에 기초하여 상기 홀로그래픽 파면들을 형성하도록 하고, 홀로그래픽 파면의 간섭 지점들의 복수의 위치에서 타겟물질을 가열하고, 타겟물질의 가열된 지점에서 3차원 객체를 형성하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, LCOS-SLM은 초점들에서 홀로그래픽 파면들의 그룹을 생성하기 위하여 레이저광빔들의 그룹의 적어도 위상 혹은 진폭을 변조하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 이러한 장치는: 레이저 소스로부터 입사 레이저빔들의 그룹을 수신하도록 구성된 MEMS 디바이스; 및/또는 MEMS 장치에 대한 MEMS 제어신호를 생성하도록 구성된 MEMS 제어기를 더 포함한다. 여기서 MEMS 장치는 MEMS 제어신호에 기초하여 입사 레이저빔들의 그룹을 LCOS-SLM상의 복수의 위치들에서 반사시키고, LCOS-SLM은 복수의 위치들에서 입사 레이저빔들의 그룹을 수신하여

지점들의 그룹에서 입사 레이저빔의 그룹으로부터 제 2 홀로그래픽 파면들의 그룹을 생성하기 위하여 복수의 지점에서 입사 레이저빔들의 그룹을 변조하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 각 홀로그래픽 파면은 적어도 하나의 대응하는 초점을 형성한다. 타겟물질의 부분은 홀로그래픽 파면들의 제2 그룹의 초점들의 간섭 지점들에서 가열되고 심지어는 경화되기까지 한다.

일부 실시예들에서, 변조된 레이저빔들은 적어도 하나의 공간 변조된 위상-한정 광과 공간 변조된 진폭-한정 광의 조합을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, LCOS-SLM은 반사 장치이다. 다시 말해, LCOS-SLM은 공간 변조된 광을 반사하여 출력한다. 다만, 본 개시는 투과성 LCOS-SLM에도 동등하게 적용된다.

"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 및/또는 위상 정보가 포함된 기록을 지칭하는 데 사용된다. "홀로그래피 복원"이란 용어는 홀로그램을 조사하여 형성되는 물체의 광학적 복원을 가리키는 용어이다. "재생 필드(replay field)"라는 용어는 홀로그래피 복원이 형성된 공간 상의 평면을 가리키는 데 사용된다. "이미지" 및 "이미지 영역(image region)"이라는 용어는 홀로그래피 복원을 형성하는 광에 의해 조사된 재생 필드 영역을 가리킨다.

공간 광변조기에 의해 형성되는 공간적으로 변조된 광의 파면에 관한 “홀로그래픽 파면들”에 대해 언급한다. 파면은 재생 필드에서 홀로그래픽 재구성을 만들기 때문에 홀로그래픽으로 묘사된다. 일부 실시예들에 있어서, 홀로그래픽 파면은 재생 필드에서 간섭을 통하여 홀로그래픽 재구성을 형성한다. 일부 실시예들에 있어서, 공간 광변조기 파면에 공간적으로 변화하는 위상 지연을 적용한다. 따라서 각각의 입사 레이저빔은 해당하는 홀로그래픽 파면을 형성한다. 일부 실시예들에 있어서, LCOS-SLM은 복수의 입사 레이저빔들을 수신하고 각각의 복수의 홀로그래픽 파면들을 출력한다.

홀로그래픽 재구성의 형성에 관하여 홀로그래픽 파면이 재생 필드에서 “초점을 형성”하는 것에 대해 언급한다. “초점들”이라는 용어는 재생 필드 내에서 광학 에너지의 집중(concentrations)이 존재함을 나타낸다. 예를 들어, 각 홀로그래픽 파면은 재생 필드에서 복수의 상대적으로 작은 영역들로 광을 집중할 수 있다. 따라서 “초점의(focal)”이라는 용어는 단순히 광학 에너지가 집중된다는 것을 의미할 뿐이다. “점들(points)”이라는 용어는 집중되는 이 영역들이 복수개일 수 있고, 높은 에너지 밀도를 갖기 위하여 상대적으로 작을 수 있다는 것을 단순히 의미할 수 있다. 예를 들어, 수신된 레이저빔은 재생 필드의 복수의 지점들에서 공간 광변조기에 의해 집중될 수 있거나 포커싱될 수 있다.

"인코딩", "쓰기(writing)" 또는 "어드레싱(addressing)"은 각각 화소의 변조 레벨을 각각 결정하는 복수의 제어값을 가지고 SLM의 복수의 픽셀들을 제공하는 프로세스를 설명하는 데 사용된다. SLM의 픽셀들은 다수의 제어값을 수신함에 대한 응답으로서 광 변조 분포를 "디스플레이"하도록 구성될 수 있다.

"광"이라는 용어는 여기서 가장 넓은 의미로 사용된다. 일부 실시예들은 가시 광, 적외선, 자외선 그리고 이들의 조합들에 동등하게 적용될 수 있다.

일부 실시예들은 예를 들어, 1D및 2D홀로그래피 복원을 단지 예로서 설명한다. 다른 실시예들에서는, 홀로그래피 복원은 3D홀로그래피 복원이다. 다시 말해, 일부 실시예들에서, 각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은 3D홀로그래피 복원을 형성한다.

일부 실시예들은 레이저를 언급하지만 예시를 위한 것이고 본 애플리케이션은 목표 물질, 예를 들어 3D 프린팅 전구 물질(precursor material )을 가열하고 경화하는 데 충분한 광에너지를 갖는 어느 광원들에도 마찬가지로 적용 가능함은 상기한 바와 같다.

특정 구성요소 또는 동작에 대한 설명을 쉽게 식별할 수 있도록 한 개 혹은 여러 개의 참조 번호들은 해당 요소가 처음 소개된 도면 번호를 의미한다.
도1은 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 한 예를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도2는 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 다른 예를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도3은 다른 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 한 예를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도4는 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치를 이용한 인쇄 동작의 한 예를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도5는 일 실시예에 따른 3D 인쇄물의 한 예를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도6은 LCOS-SLM(실리콘 공간 광변조기 상의 액정)의 한 예의 단면을 보여주는 블록 다이어그램이다.
도7은 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 동작의 한 예를 보여주는 흐름도이다.
도8은 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 동작의 다른 예를 보여주는 흐름도이다.
도9는 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 동작의 다른 예를 보여주는 흐름도이다.
도10은 일부 실시예들에 따른, 머신 해독 가능 매체로부터 명령어를 해독할 수 있고 여기서 논의한 하나 이상의 방법론을 수행할 수 있는 머신의 부품들을 보여주는 블록 다이어그램이다.

수용 가능한 품질의 홀로그래픽 복원은 원래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그램 기록은 위상 한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들은 단지 예로서 위상 한정 홀로그래피와 관련된다. 즉 일부 실시예들에서, 공간 광변조기는 입사광에 위상 지연 분포만을 적용한다. 일부 실시예들에서, 각 픽셀에 의해 적용되는 위상 지연은 멀티 레벨이다. 즉, 각각의 픽셀은 이산된 수의 위상 레벨 중 하나에 설정될 수 있다. 이산된 수의 위상 레벨은 훨씬 더 큰 위상 레벨 세트 또는 “팔레트”로부터 선택될 수 있다.

일부 실시예들에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 복원을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 이 실시예들에서, 홀로그램은 객체의 푸리에 영역 혹은 주파수 영역의 표현이라고 말할 수 있다. 일부 실시예들은 위상 한정 푸리에 홀로그램을 보여주고 재생 필드에서 홀로그램의 복원을 생성하기 위해 반사형 SLM을 사용한다. 예를 들어 스크린 혹은 산광기(diffuser) 같은 광 수신 표면이 있다.

레이저와 레이저 다이오드 같은 광원은 콜리메이팅 렌즈를 통해 SLM(140)을 비추도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 일반적으로 평평한 파면의 빛을 SLM에 입사시킨다. 파면의 방향은 직교에서 약간 벗어난 오프노멀(예컨대 투명 레이어의 평면에 완전한 직각과는 2~3도 차이)이다. 예를 들어 다른 실시예들에서, 일반적으로 평면인 파면은 빔 스플리터를 사용하여 수직 입사에 제공된다.** 실시예에서, 이러한 배치는 광원으로부터의 빛이 SLM의 후방 미러 표면에서 반사되고, 위상변조층(layer)과 상호 작용하여 출사 파면을 형성한다. 출사 파면은 스크린에 초점을 갖는 푸리에 변환 렌즈를 포함한 광학 장치에 적용된다.

푸리에 변환 렌즈는 SLM으로부터 위상 변조된 빛의 빔을 수신하고, 주파수 공간 변환을 수행하여 스크린에서 홀로그래픽 복원을 생성한다.

빛은 SLM의 위상 변조층(즉, 위상 변조 요소의 어레이) 전반에 걸쳐 입사한다. 위상 변조층을 출사하는 변조(modulated)된 빛은 재생 필드 전반에 걸쳐 분포된다. 특히 개시된 형태의 홀로그래피에서는 홀로그램의 각각의 픽셀이 전체의 복원에 관여한다. 즉, 재생 필드의 특정 지점과 특정 위상 변조 요소 간에 일대일 상관 관계가 존재하지 않는다.

이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 복원의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 굴절능력(dioptric power)에 의해 결정된다. 일부 실시예들에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 어떤 렌즈라도 푸리에 변환 렌즈 역할을 할 수 있지만, 렌즈의 성능이 그것이 수행하는 푸리에 변환의 정확도를 결정할 것이다. 통상의 기술자는 렌즈를 사용하여 광학적 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해한다. 한편 다른 실시예들에서는, 푸리에 변환이 홀로그래피 데이터에 있는 렌즈 데이터(lensing data)를 포함함으로써 산술적으로 수행된다. 즉, 홀로그램에는 렌즈를 나타내는 데이터뿐 아니라 이미지를 대표하는 데이터도 포함된다. 렌즈를 나타내는 홀로그래피 데이터를 계산하는 방법은 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 이미 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터는 소프트웨어 렌즈라고 일컬어진다. 예를 들어 굴절 지수(refractive index)와 공간적으로 변하는 경로 길이(spatially-variant optical path length) 차이로 인해 렌즈의 각 지점에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 위상-한정 홀로그램 렌즈를 형성할 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중앙의 광 경로 길이는 렌즈 가장자리의 광 경로 길이보다 길다. 진폭 한정 홀로그래피 렌즈는 프레즈넬 영역 플레이트(Freznel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한 물리적 푸리에 렌즈 없이도 푸리에 변환을 수행할 수 있도록, 렌즈를 나타내는 홀로그램 데이터를 객체를 나타내는 홀로그램 데이터와 결합하는 방법은 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 알려져 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 데이터(lensing data)는 단순 벡터 합산에 의해 홀로그래피 데이터와 결합된다. 일부 실시예들에서, 푸리에 변환을 수행하기 위하여 물리적 렌즈는 소프트웨어 렌즈와 함께 사용된다. 이러한 구성은 하이브리드 렌즈 배열이라고 표현될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 홀로그래피 복원이 원역장(far-field)에서 이루어지도록 푸리에 변환 렌즈는 완전히 생략된다. 또 다른 실시예들에 있어서, 홀로그램 데이터는 빔 조향(beam steering)과 같은 그레이팅(grating) 기능을 수행하기 위해 배열된 그레이팅 데이터를 포함할 수 있다. 그러한 홀로그래피 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그래피 데이터와 결합하는 방법은 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 이미 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래피 그레이팅은 그을린 그레이팅 표면 상의 각 지점에 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭 한정 홀로그램은, 진폭 한정 홀로그램의 각도 조향을 제공하기 위해, 객체의 진폭 한정 홀로그램 시현 상에 단순히 중첩될 수 있다.

일부 실시예들에서, 홀로그램은 소프트웨어 렌즈이다. 즉, 소프트웨어 렌즈는 대상을 나타내는 홀로그램 데이터와 같은 다른 홀로그램 데이터와 결합되지 않는다. 일부 실시예들에서, 홀로그램은 소프트웨어 렌즈와 소프트웨어 렌즈에 의해 포커싱된 광의 공간적 위치를 결정하도록 배치된 소프트웨어 그레이팅(grating)을 포함한다. 홀로그램은 임의의 원하는 광필드를 생성할 수 있다고 이해할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 홀로그램으로 형성된 광필드는 보강 간섭 등과 같이 간섭되어 구별되는 포커싱된 광필드 영역(distinct focused light field region)을 형성한다. 따라서, 공간 광변조기가 상이한 홀로그램으로 동적으로 재구성 가능하기 때문에, 구별되는 포커싱된 광필드 영역은 소프트웨어 제어 하에 있는 것으로 이해된다. 따라서, 적어도 하나의 구별되는 포커싱된 광필드 영역, 예를 들어, 상대적으로 높은 강도, 가령 에너지 또는 힘 밀도를 갖는 보강 간섭 영역을 갖는 타겟에 방사능을 제어 가능하게 조사하는 홀로그래피 시스템이 제공된다.

원하는 2D 이미지의 푸리에 홀로그램은 게르베르그-색스톤(Gerchberg-Saxton)과 같은 알고리즘을 사용하는 것을 위시하여 여러가지 방법으로 계산될 수 있다. Gerchberg-Saxton알고리즘은 공간 영역에서의 진폭 정보(예컨대 2D영상)로부터 푸리에 도메인에서의 위상 정보를 유도하는 데 사용할 수 있다. 즉, 물체와 관련된 위상 정보는 강도(intensity), 진폭(amplitude) 또는 공간 영역(spatial domain)에서의 정보만으로부터 "추출(retrieve)"할 수 있다. 따라서, 물체의 위상-한정 홀로그래피 시현(representation)이 계산될 수 있다.

일부 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 게르베르그-색스톤 알고리즘 또는 그 변형을 사용하여 진폭 정보로부터 계산된다. 게르베르그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔 IA(x, y) 및 IB(x, y)의 강도 단면(intensity cross-sections)이 각각 단일 푸리에 변환으로 상호 연관되어 있는 경우, 위상 추출(retrieve) 문제를 고려한다. 주어진 강도 단면(intensity cross-section)에서, 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y) 가 찾아진다. 게르베르그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스(iterative process)를 따름으로써 이 문제에 대한 해결책을 찾는다.

게르베르그-색스톤 알고리즘은 공간(spatial) 영역과 푸리에(spectral) 영역 사이에 있는 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 대표하는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전송하면서 공간적 및 스펙트럼 제약(constraints)을 반복적으로 적용한다. 공간적 및 스펙트럼 제약 조건은 각각 IA(x, y)와 IB(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역의 제약 조건은 데이터 세트의 진폭에 부과된다. 해당하는 위상 정보는 일련의 반복(iteration)을 통해 추출된다.

일부 실시예들에서, 이 홀로그램은 영국 특허청의 2,498,170 또는 2,501,112조에 근거한 알고리즘을 사용하여 계산한 알고리즘을 사용하여 계산한다.

일부 실시예들에서, 알고리즘을 사용하여 실시간으로 이미지 데이터를 수신하고 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예들에서, 이미지 데이터는 이미지 프레임의 시퀀스를 포함하는 비디오이다. 다른 실시예들에서, 홀로그램은 사전에 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이해야 할 때 호출된다. 즉, 일부 실시예들에서, 소정의 홀로그램 저장소가 제공된다.

단, 일부 실시예들은 예를 들어, 푸리에 홀로그래피와 게르베르그-색스톤 형식 알고리즘과 연관되어 있다. 본 개시는 포인트 클라우드 방식을 기반으로 하는 다른 기법과 같은 다른 기법으로 계산된 프레즈넬 홀로그래피 및 홀로그래피에 적용된다.

본 개시는 다수의 상이한 타입의 SLM 중 임의의 하나를 사용하여 구현될 수 있다. SLM은 반사 또는 투과에서 공간 변조된 광을 출력할 수 있다. 일부 실시예들에서, SLM은 실리콘 LCOS-SLM 상의 액정이지만, 본 개시는 이 유형의 SLM으로 제한되지 않는다.

도1은 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 일례를 도시하는 블록 다이어그램이다. 동적 홀로그래피 인쇄장치(106)는 광원(110), LCOS-SLM(112), 홀로그래픽 인쇄 제어기(102), 프로세서(114), 센서(104), 저장장치(108)을 포함한다.

광원(110)은 레이저빔 혹은 레이저빔들(예를 들어, 적어도 1W)을 생성한다. 광원(110)은 레이저빔을 LCOS-SLM(112) 쪽으로 향하게 한다. LCOS-SLM(112)은 프로세서(114)로부터의 신호 데이터에 기초하여 입사된 레이저빔(예를 들어, 광원(110)으로부터의 레이저 광)을 변조하여 반사된 광(예를 들어, 변조된 레이저 광)을 생성한다. LCOS-SLM(112)로부터 변조된 레이저 광은 홀로그램 파면을 형성한다. 홀로그램 파면의 보강 간섭 점에서 열이 생긴다. 열은 입사되는 레이저빔의 변조 혹은 입사되는 레이저빔의 수 및 레이저빔의 강도, 방향을 조정함으로써 형성, 조작, 조종될 수 있다. 열은 3D 프린팅을 위한 타겟물질(target material)의 특정 3차원 영역을 경화(cure)하게 하는데 사용될 수 있다. 즉, 가열된 영역의 형상은 공간 광변조기 상에 표시된 홀로그램(또는 복수의 홀로그램들)을 제어함으로써 제어된다. 일부 실시예들에서, 공간 광변조기는 수신된 광을 적어도 하나의 대응하는 초점으로 가져 오는 적어도 하나의 위상 한정 렌즈들(phase-only lens)을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 공간 광변조기는 대응하는 포커싱된 광을 제어 가능하게 위치시키도록 적어도 하나의 위상 한정 렌즈 및 적어도 하나의 대응하는 격자(grating)을 제공하도록 구성된다.

홀로그래픽 인쇄 제어기(102)는 프로세서(114)에 의해 식별된 패턴에 기초하여 광원(laser source, 110)에 대한 레이저 제어신호와 LCOS-SLM(112)에 대한 LSCO-SLM(112) 제어신호를 생성한다.

프로세서(114)는 간섭 영역들(regions of interference, 예를 들어, 가열 영역)을 제어 및 조종하는 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)을 포함한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 LCOS-SLM(112)의 표면에 대한 인쇄 패턴 및 위치를 식별한다. 인쇄 패턴 및 타겟물질 표면까지의 거리는 센서(104)로부터의 데이터에 기초하여 사용자가 선택하거나 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 타겟물질의 원하는 인쇄 패턴(예를 들어 3차원 객체 모델)에 대응하는 미리 정해진 공간 위치(predefined spatial locations)를 식별한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 LCOS-SLM 제어신호 및 레이저 제어신호를 생성하여 미리 정해진 공간 위치들에 대응하도록 변조된 복수의 입사 레이저빔들의 초점들의 위치를 조정한다. LCOS-SLM(112)은 미리 정해진 공간 위치에 기초하여 간섭 지점들(interference points)에서 열/고강도 영역을 형성하여 대응하는 영역을 경화함으로써 타겟물질에서 3D 객체를 형성한다.

다른 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 제1 설정 공간 위치들에 기초하여 LCOS-SLM(112)에 인접한 미리 정해진 공간 위치들의 제1 세트를 식별하고 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 조정한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 제1 세트의 미리 정해진 공간 위치에 기초하여 변조된 레이저 광선 세트의 초점들을 결정한다. LCOS-SLM(112)은 변조된 레이저 광선들의 초점들에 기초하여 간섭 지점들에서 별개의 구분되는 집중된 광필드 영역들을 형성한다.

다른 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 다른 미리 정해진 공간 위치 세트(other set of predefined spatial locations)를 식별하고 상기 다른 미리 정해진 공간 위치 세트에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 조정한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 다른 미리 정해진 공간 위치 세트에 기초하여 변조된 레이저 광선들의 초점들을 결정한다. LCOS-SLM(112)은 플라즈마의 위치를, 초점 세트들에 기초한 간섭 지점들에서, 상기 다른 미리 정해진 공간 위치 세트에 기초하여 변조된 상기 레이저 광선들의 초점들에 기초한 간섭 지점들로 변경한다.

다른 예시적인 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 3 차원 콘텐츠(예를 들어, 3D 모델)에 기초하여 공간 위치 및 기하학적 인쇄 패턴의 식별자를 수신한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 공간 위치 및 기하학적 인쇄 패턴의 식별자에 대응하는 초점들(focal points)의 세트를 식별한다. 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 초점들의 세트에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 조정한다. 초점들의 세트에 기초하여 간섭 지점들에서 열이 발생된다. 일부 실시예들에서, 제 2 세트의 초점에 기초하여 간섭 지점들에서 플라즈마가 형성된다. 이들 실시예에서, 플라즈마는 국부 가열을 담당한다.

다른 예시적인 실시예에서, 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 공간 위치 및 플라즈마의 기하학적 패턴의 식별자를 수신하고 공간 위치 및 기하학적 인쇄 패턴의 식별자에 대응하는 간섭 포인트들의 세트를 식별한다. 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 간섭 포인트 세트에 기초하여 제 2 세트의 초점을 식별하고 제 2의 복수의 초점들에 기초하여 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 조정한다. 제 2 세트의 초점에 기초하여 간섭 지점들에서 플라즈마가 형성될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 프로세서(114)는 센서(104)에 의해 검출된 물리적 대상과 관련된 콘텐츠를 저장장치(108)로부터 가져온다. 일 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 특정 물리적 대상(예를 들어, 볼)을 식별하고, 위치 및 인쇄 패턴(예를 들어, 볼의 3D 모델)을 생성한다.

센서들(104)은 예를 들어 온도계, 적외선 카메라, 기압계, 습도 센서, EEG 센서, 근접 또는 위치 센서(예를 들어, 근접장 통신, GPS, 블루투스, Wifi), 광학 센서(예를 들어, 카메라), 방위 센서(예를 들어, 자이로스코프), 오디오 센서(예를 들어, 마이크) 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 본 개시에 기술된 센서는 설명의 목적을 위한 것이며 센서들(104)은 설명된 것에 한정되지 않는다는 것을 유의해야 한다.

저장장치(108)는 센서 및 그들의 각각의 기능의 식별자를 저장한다. 저장장치(108)는 시각 참조(visual references, 예를 들어, 이미지, 시각적 식별자, 이미지의 특징(feature)) 및 상응하는 플라즈마 기하학적 형태 및 패턴(예를 들어, 구, 빔, 큐브)의 데이터베이스를 추가로 포함한다.

일 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄장치(106)는 컴퓨터 네트워크를 통해 서버와 통신하여 시각 참조의 데이터베이스의 일부를 가져올 수 있다. 컴퓨터 네트워크는 머신들, 데이터베이스들 및 디바이스들(예를 들어, 동적 홀로그래피 인쇄장치(106)) 사이에서 통신을 가능하게 하는 임의의 네트워크일 수 있다. 따라서, 컴퓨터 네트워크는 유선 네트워크, 무선 네트워크(예를 들어, 모바일 또는 셀룰러 네트워크), 또는 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있다. 컴퓨터 네트워크는 사설 네트워크, 공중 네트워크(예를 들어, 인터넷), 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 구성하는 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.

여기에 설명된 임의의 하나 이상의 모듈은 하드웨어(예를 들어, 머신의 프로세서) 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명된 임의의 모듈은 그 모듈에 대해 본 개시에서 설명된 동작을 수행하도록 프로세서를 구성할 수 있다. 또한, 이들 모듈 중 임의의 2 개 이상은 단일 모듈로 결합될 수 있으며, 단일 모듈에 대해 본 개시에서 설명된 기능은 다수의 모듈로 세분될 수 있다. 또한, 다양한 예시적인 실시예들에 따르면, 단일 머신, 데이터베이스 또는 디바이스 내에서 구현되는 본 개시에 설명된 모듈들은 다수의 머신, 데이터베이스 또는 디바이스에 걸쳐 분산될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 다른 예를 도시하는 블록도이다. 동적 홀로그래피 인쇄장치(106)는 LCOS-SLM(112), LCOS-SLM 제어기(202), 레이저 소스(110), 레이저 제어기(204), 홀로그램 인쇄 제어기(102) 및 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)을 포함하는 프로세서(114)를 포함한다.

동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 열(또는 인쇄) 패턴을 식별하고, 열 패턴을 형성하기 위해 홀로그램 파동의 간섭 포인트의 위치 및 패턴을 계산한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 간섭 지점들의 위치 및 패턴을 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)와 통신한다. 다른 예시적인 실시예에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 간섭 지점들의 위치 및 패턴을 계산하고, 간섭 지점들의 계산된 위치 및 패턴에 기초하여 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)에 전송할 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM 제어신호를 생성한다.

홀로그램 인쇄 제어기(102)는 레이저 제어신호를 레이저 제어기(204)에 전송한다. 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)는 또한 LCOS-SLM 제어신호를 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)로 전송한다. 레이저 제어기(204)는 강도, 빔의 수 및 레이저 소스(110)의 빔의 방향을 제어하기 위하여 레이저 제어신호를 생성 및 통신한다. LCOS-SLM 제어기(202)는, 파면 간섭(wavefront interference)이 에너지(예를 들어, 열)를 생성하도록 하기 위하여, LCOS-SLM(112)이 레이저 소스(110)로부터의 레이저 광을 변조하도록 지시하는 LCOS-SLM 제어신호를 생성 및 전달한다.

도 2는 제 1 입사 레이저빔 및 LCOS-SLM(112)에 지향된 제 2 입사 레이저빔을 생성하는 레이저 소스(110)를 도시한다. LCOS-SLM(112)은 제 1 세트의 홀로그래픽 광필드(214)(예를 들어, 제 1 홀로그래픽 파면) 로 들어가는 제 1 입사 레이저빔을 생성하는 한편, 제 2 세트의 홀로그래픽 광필드(216)(예를 들어, 제 2 홀로그래픽 파면) 로 들어가는 제 2 입사 레이저빔을 생성한다. 제 1 세트의 홀로그래픽 광필드(214) 와 제 2 세트의 홀로그래픽 광필드(216) 사이의 보강 간섭은 열을 생성한다.

열의 형상 및 위치는 레이저 제어기(204) 및 LCOS-SLM 제어기(202)에 대한 제어신호를 조정함으로써 제어 및 조종될 수 있다.

도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 일례를 나타내는 블록도이다. 동적 홀로그래피 인쇄장치(106)는 LCOS-SLM(112), LCOS-SLM 제어기(202), 레이저 소스(110), 레이저 제어기(204), MEMS 장치(302), MEMS 제어기(304) 및 레이저 제어기(204)를 포함한다.

동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 패턴을 식별하고 3 차원 열 패턴을 형성하기 위해 홀로그램 파의 간섭 포인트의 위치 및 패턴을 계산한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 간섭 지점들의 위치 및 패턴을 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)에 전송한다.

홀로그램 인쇄 제어기(102)는 레이저 제어기(204)에 레이저 제어신호를 전송한다. 홀로그램 인쇄 제어기(102)는 또한 LCOS-SLM 제어신호를 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)에 전송한다. 일 실시예에서, 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)는 MEMS 제어신호를 MEMS 제어기(304)에 전송한다.

MEMS 제어기(304)는 MEMS 제어신호를 MEMS 장치(302)에 전달하여 레이저 소스(110)로부터 나오는 레이저빔의 방향을 제어하게 한다. 일 실시예에서, MEMS 제어기(304)는 동기 신호를 생성하여 레이저 소스(110)와 MEMS 장치(302)에 전달한다. 동기 신호는 MEMS 장치(302)가 레이저 소스(110)로부터의 대응하는 개별 광빔을 동작시키고 반사시킬 수 있게 한다.

MEMS 장치(302)는 레이저 소스(110)로부터 하나 이상의 레이저빔을 수신하고, 대응하는 개별 광빔을 LCOS-SLM(112)에 반사시킨다. MEMS 장치(302)는 MEMS 제어기(304) 또는 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)로부터의 동기 신호에 기초하여 광빔을 반사하여 개별 광빔을 LCOS-SLM(112) 상의 대응하는 위치로 안내하도록 한다. MEMS 장치(302)는 예를 들어 하나 이상의 거울을 포함한다. 이 미러들의 위치 및 배향은 MEMS 제어기(304)로부터 수신된 동기화 신호에 기초하여 제어되고 조정된다.

도 4는 일 실시예에 따른 다이내믹 홀로그래피 인쇄장치를 이용한 인쇄 동작의 일예를 나타내는 블록도이다. 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 3 차원 열 패턴을 식별하고, 3 차원 열 패턴을 형성하기 위해 홀로그래픽 파의 간섭 포인트의 위치 및 패턴을 계산한다. 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 간섭 지점들의 위치 및 패턴을 홀로그래픽 인쇄 제어기(102)에 전송한다.

도 4는 제 1 입사 레이저빔 및 LCOS-SLM(112)에 지향된 제 2 입사 레이저빔을 생성하는 레이저 소스(110)를 도시한다. LCOS-SLM(112)은 제1 입사 레이저빔을 변조하여 제1 세트의 홀로그래픽 광필드(402)(예를 들어, 제 1 홀로그래픽 파면)에, 제 2 입사 레이저빔을 변조하여 제 2 홀로그램 광필드 세트(404)(예를 들어, 제 2 홀로그래픽 파면)에 투사한다. 제 1 세트의 홀로그래픽 광필드(402)와 제 2 세트의 홀로그래픽 광필드(404) 사이의 보강/상쇄 간섭(406)은 열을 형성한다. 간섭(406)의 형상 및 위치는 레이저 제어기(204) 및 LCOS-SLM 제어기(202)에 대한 제어신호를 조정함으로써 제어 및 조종될 수 있다.

동적 홀로그래피 인쇄장치(106)는 홀로그램 광필드를 공간적으로 이동하도록 튜닝할 수 있다. 예를 들어, 타겟(206)은 응고하는 경화성(curable) 또는 소결성(sinterable) 물질을 간섭(406)에서 포함한다. 경화 방향(408)은 경화/소결의 위치가 여러 지점에서의 응고를 허용하도록 조정되게 파면이 조정될 수 있음을 나타낸다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 다중 간섭 영역(406, 410, 412)은 홀로그램 광필드의 다중 세트를 생성함으로써 동시에 형성될 수 있다. 다중 간섭 영역은 인쇄된 3D 객체에 대응하는 3 차원 공간 영역을 형성한다. 일부 실시예에서, 각각의 홀로그램 광필드는 SLM(또는 공통 SLM) 상의 각각의 홀로그램에 의해 형성된다. 일부 실시예에서, 각 홀로그램은 각 홀로그램 광필드의 크기, 형상 및 위치가 정확하게 제어되도록 렌즈 기능(lensing function) 및/또는 격자 기능(grating function)을 제공하는 홀로그램 데이터를 포함한다. 일부 실시예에서, 가열, 경화 및 3D 인쇄 중 적어도 하나에 필요한 광 세기를 얻기 위해, 홀로그램 광필드는 간섭을 겪는다(예를 들어 보강 간섭).

도 5는 일 실시예에 따른 3 차원 인쇄물의 일례를 나타내는 블록도이다. 다이내믹 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 도 4와 관련하여 앞서 기술된 기술을 사용하여 다중 영역 홀로그램 광필드(510, 512, 502)를 생성한다. 결합된 영역(510, 512, 502)은 타겟(206) 내의 물질 내부에 경화된 3 차원 물체를 형성한다. 다시, 홀로그램 광필드는 대응하는 소프트웨어 렌즈의 도수(dioptric power)를 선택함으로써 타겟물질 내에 상이한 깊이로 형성될 수 있다.

도 6은 LCOS-SLM(실리콘 공간 광 변조기 상의 액정)의 예를 도시한 단면도이다. LCOS-SLM(628)은 단결정 실리콘 기판(616)을 사용하여 형성된다. 기판(616)은 기판(616)의 상부 표면 상에 배열된 갭(618)만큼 이격된 정사각형 평면 알루미늄 전극(612)의 2 차원 어레이로 구성된다. 전극(612)은 기판(616)에 매립된 회로(614)를 통해 기판(616)에 연결된다. 각각의 전극(612)은 각각 평면 미러를 형성한다. 전극들(612)은 LCOS-SLM 제어기(626)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 전극들(612)은 LCOS-SLM 제어기(626)로부터 제어신호를 수신한다.

정렬층(alignment layer, 610)은 전극(612)의 2 차원 어레이의 상부에 배치되고, 액정 층(608)은 정렬층(610) 상에 배치된다.

제 2 정렬층(606)은 액정 층(608)의 상부에 배치된다. 평면 투명층(602)(예를 들어 유리로 제조됨)은 제 2 정렬층(606)의 상부에 배치된다. 단일 투명 전극(604)은 평면 투명층(602) 및 제 2 정렬층(606) 사이에 배치된다.

정사각형 전극(612) 각각은 투명 전극(604) 및 개재 액정 층(608)의 상부 영역과 함께 제어 가능한 위상 변조 소자(624)(화소라고도 함)를 규정한다. 유효 픽셀 영역 또는 필 팩터(fill factor)는 픽셀들 사이의 공간 또는 갭(618)을 고려하여 광학적으로 활성인(optically active) 총 픽셀의 백분율이다. 투명 전극(604)에 대하여 각 전극(612)에 인가하는 전압을 제어함으로써, 각 위상 변조 소자의 액정 재료(액정 층(608)에 있는)의 특성을 변화시킬 수 있다. 위상 변조 요소의 변화는 입사광(620)에 가변적인 지연(delay)을 제공한다. 그 효과는 위상 한정 변조를 파면에 제공하는 것이다(즉, 결과적으로 변조된 광(622)에서 진폭 효과가 발생하지 않는다).

반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 한가지 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 액정 층의 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(동영상 이미지 투사의 핵심 포인트). 또 다른 장점은 LCOS 장치가 작은 구멍에 큰 위상 배열 요소를 표시할 수 있다는 것이다. 작은 요소(일반적으로 약 10 미크론 이하)로 인해 광학시스템은 매우 긴 광학 경로를 필요로 하지 않도록 하는 실질적인 회절각(몇 도 정도)을 갖게 된다.

LCOS-SLM(628)의 작은 구경(수 평방 센티미터)에 적절하게 조사하는 것이 이보다 큰 액정 장치에 조사하는 것이 더 용이하다. 또한 LCOS SLM은 큰 개구율(aperture ratio)을 가지므로, 픽셀을 구동하는 회로가 미러 아래에 매몰되어 있기 때문에, 픽셀 사이에 데드 스페이스(dead space)가 거의 없다. 구경이 작으면 재생 필드(replay field)의 광학 노이즈가 저감된다.

실리콘 백플레인(예를 들어, 실리콘 기판(616))을 사용하는 또 다른 이점은 픽셀이 광학적으로 평탄하다는 이점을 가지며, 이는 위상 변조 장치에 중요하다.

실시예들은 반사형 LCOS SLM에 관한 것이지만, 통상의 기술자는 투과형 SLM을 포함하여 다른 유형의 SLM이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.

도 7은 예시적인 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 또 다른 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이다. 블록(704)에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 사전 정의된(predefined) 공간 위치(예를 들어, 타겟물질 내부의 원하는 위치)의 식별자를 수신한다. 블록(706)에서, 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 사전 정의된 공간 위치에 대응하는 홀로그래픽 파면들(LCOS-SLM(112)에 의해 생성될)의 간섭 포인트의 위치를 계산한다. 블록(708)에서, 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 홀로그래픽 파면들의 간섭 포인트의 위치에 대응하는 초점 포인트의 위치를 계산한다. 블록(710)에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 레이저 소스(110)에 대한 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM(112)에 대한 LCOS-SLM 제어신호를 생성하여 초점 위치에 기초하여 홀로그램 파면을 형성한다.

도 8은 예시적인 실시예에 따른, 동적 홀로그래피 인쇄장치의 다른 동작 예를 도시하는 흐름도이다. 블록(804)에서, 레이저 제어기(204)는 레이저 소스(110)에 레이저 제어신호를 생성하여 레이저빔의 세기, 레이저빔의 방향 및 레이저빔의 개수를 제어하도록 한다. 블록(806)에서, LCOS-SLM 제어기(202)는 LCOS-SLM(112)로 향하는 입사광빔들의 변조를 제어하기 위해 LCOS-SLM(112)에 대한 LCOS-SLM 제어신호를 생성한다. 블록(810)에서, LCOS-SLM(112)은 레이저 소스(110)로부터의 입사 레이저빔들을 변조한다. 블록(812)에서, 변조된 레이저빔으로부터 홀로그래픽 파면들을 형성한다. 블록(814)에서, 홀로그래픽 파면들의 간섭 지점들의 위치에 열이 형성되고, 이 열은 대응하는 열 위치에서 타겟물질을 경화시킨다.

도 9는 예시적인 실시예에 따른 동적 홀로그래피 인쇄장치의 다른 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이다. 블록(904)에서, 다이내믹 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 3 차원 객체에 대응하는 인쇄 데이터를 수신한다. 블록(906)에서, 다이내믹 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 인쇄 데이터에 기초하여 타겟물질 내부의 간섭 지점들의 위치를 계산한다. 블록(908)에서, 동적 홀로그래피 인쇄 애플리케이션(118)은 간섭 지점들의 위치에 대응하는 초점의 위치를 계산한다. 블록(910)에서, 동적 홀로그래피 프린팅 애플리케이션(118)은 레이저 소스(110)에 대한 레이저 제어신호 및 LCOS-SLM(112)에 대한 LCOS-SLM 제어신호를 생성하여, 초점에 기초하여 홀로그램 파면을 형성한다.

도 10은 컴퓨터 판독가능 매체(1018)(예를 들어, 비일시적 머신 판독가능 매체, 머신 판독가능 저장 매체, 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 또는 이들의 임의의 적절한 조합)로부터의 명령(1006)을 읽을 수 있고, 본 실시예들에서 논의된 방법 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행할 수 있는 머신(1000)의 부분들을 도시하는 블록도이다. 특히, 컴퓨터 시스템(예를 들어, 컴퓨터)의 예시적인 형태를 갖는 머신(1000)은 그 내부에서 자신을 실행시키기 위한 명령들(1006, 예를 들어, 소프트웨어, 프로그램, 애플리케이션, 애플릿, 애플리케이션 또는 다른 실행 가능 코드)을 전체적으로 또는 부분적으로 실행할 수 있다.

다른 실시예에서, 머신(1000)은 독립형 장치로서 동작하거나 다른 머신들에 통신 가능하게 결합(예를 들어, 네트워크화)될 수 있다. 네트워크화된 구조에서, 머신(1000)은 서버-클라이언트 네트워크 환경에서 서버 머신 또는 클라이언트 머신으로, 또는 분산(예컨대, 피어-투-피어) 네트워크 환경에서 피어 머신으로서 동작할 수 있다. 머신(1000)은 서버 컴퓨터, 클라이언트 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 넷북, 셀룰러 전화기, 스마트폰, 셋톱박스(STB), PDA(personal digital assistant), 웹 어플라이언스, 네트워크 라우터, 네트워크 스위치, 네트워크 브리지, 또는 명령(1006)을 순차적으로 또는 다른 방법으로 실행할 수 있는 임의의 머신 등을 포함할 수 있다. 또한, 단지 하나의 머신이 도시되어 있지만, "머신"이라는 용어는 본 개시에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법의 전부 또는 일부를 수행하기 위해 독단적으로 또는 공동으로 명령(1006)을 실행하는 임의의 머신들의 집합을 포함한다.

머신(1000)은 중앙처리유닛(1004, 예를 들어 CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 무선 주파수 집적회로 (RFIC, 1012) 또는 이들의 적절한 조합을 포함하고, 버스(1012)를 통해 서로 통신하도록 구성된 메인 메모리(1010) 및 스태틱 메모리(1022)를 포함한다. 프로세서(1004)는, 프로세서(1004)가 본 개시의 방법들을 수행하기 위해 구성 가능한(configurable)되도록, 명령(1006)에 의해 일시적으로 또는 영구적으로 구성 가능한(configurable) 솔리드 스테이트 디지털 마이크로써킷(예를 들어, 전자, 광학 또는 둘다)을 포함한다.

예를 들어, 프로세서(1004)의 하나 이상의 일련의 마이크로써킷은 본 개시에 설명된 하나 이상의 모듈(예를 들어, 소프트웨어 모듈)을 실행하도록 구성될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 프로세서(1004)는 멀티 코어 CPU(예를 들어, 듀얼 코어 CPU, 쿼드 코어 CPU, 또는 128 코어 CPU)로서, 다수의 코어 각각이 개별적인 프로세서로서 동작하며, 여기에서 논의된 방법 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행할 수 잇다.

본 개시에 기술된 유리한 효과가 적어도 프로세서(1004)를 갖는 머신(1000)에 의해 제공될 수 있지만, 이러한 유리한 효과는 프로세서를 포함하지 않는 상이한 종류의 머신(예를 들어, 순수 기계 시스템, 순수 유압 시스템, 또는 하이브리드 기계 유압 시스템)을 포함할 수 있으며, 그러한 프로세서가 없는 머신이 여기서 설명된 하나 이상의 방법을 수행하도록 구성된다.

머신(1000)은 비디오 디스플레이(1008, 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 프로젝터, 음극선관(CRT), 또는 그래픽 또는 비디오를 표시할 수 있는 다른 모든 디스플레이)를 더 포함할 수 있다. 머신(1000)은 또한 영숫자(alphanumeric) 입력 장치(1014, 예를 들어, 키보드 또는 키패드), 커서 제어장치(1016,예를 들어, 마우스, 터치 패드, 트랙볼, 조이스틱, 모션 센서), 드라이브 유닛(1002), 신호 생성 디바이스(1020, 예를 들어, 사운드 카드, 앰프, 스피커, 헤드폰 잭, 또는 이들의 임의의 적절한 조합) 및 네트워크 인터페이스 디바이스(1024)를 포함할 수 있다.

드라이브 유닛(1002, 예를 들어, 데이터 저장장치)은 본 개시의 임의의 하나 이상의 방법을 구현하는 명령(1006)이 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체(1018, 예를 들어, 유형의 및 비일시적 머신 판독가능 저장 매체)를 포함한다. 명령들(1006)은 또한 머신(1000)에 의한 실행 전 또는 실행 중에 메인 메모리(1010) 내의 프로세서(1004, 예를 들어, 프로세서의 캐시 메모리) 내에 또는 둘 모두에 전부 또는 부분적으로 상주할 수 있다. 따라서 메모리(1010) 및 프로세서(1004)는 머신 판독가능 매체(예를 들어, 유형 및 비 머신적 판독가능 매체)로 간주될 수 있다. 명령어들(1006)은 네트워크 인터페이스 장치(1024)를 통해 컴퓨터 네트워크를 통해 송신되거나 수신될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스 장치(1024)는 임의의 하나 이상의 전송 프로토콜들(예를 들어, 하이퍼 텍스트 전송 프로토콜(HTTP))을 이용하여 명령들(1006)을 송수신할 수 있다.

일부 예시적인 실시예에서, 머신(1000)은 휴대용 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터 또는 웨어러블 디바이스)일 수 있고, 하나 이상의 추가 입력 컴포넌트(예를 들어, 센서 또는 게이지)를 가질 수 있다. 이러한 입력 컴포넌트의 예로는 이미지 입력 컴포넌트(예를 들어, 하나 이상의 카메라), 오디오 입력 컴포넌트(예를 들어, 하나 이상의 마이크), 방향 입력 컴포넌트(예를 들어, 나침반), 위치 입력 컴포넌트(예를 들어, GPS 수신기), 방향 컴포넌트(예를 들어, 자이로스코프), 움직임 검출 컴포넌트(예를 들어, 하나 이상의 가속도계) , 고도 감지 컴포넌트(예를 들어, 고도계), 생체 인식 입력 컴포넌트 (예를 들어, 심장 박동 검출기 또는 혈압 검출기) 및 가스 감지 컴포넌트(예를 들어, 가스 센서)를 포함한다. 이러한 입력 구성 요소 중 하나 이상으로 수집된 입력 데이터는 여기에 설명된 모듈 중 하나에서 액세스하고 사용할 수 있다.

본 개시에 사용된 바와 같이, "메모리"라는 용어는 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장할 수 있는 머신 판독가능 매체를 말하며, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체(1018)는 예시적인 실시예에서 단일 매체로 도시되지만, "머신 판독가능 매체"라는 용어는 단일 매체 또는 다중 매체(예를 들어, 중앙집중식 또는 분산형 데이터베이스, 또는 결합된 캐시 및 서버)를 포함할 수 있다. "머신 판독가능 매체"라는 용어는 또한 머신(1000)에 의한 실행을 위해 명령들(1006)을 저장할 수 있는 임의의 매체 또는 다중 매체의 조합을 포함하고, 명령들(1006)은 하나 이상의 머신(1000)의 프로세서(예를 들어, 프로세서(1004))는 머신(1000)이 본 개시에 기술된 방법 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 한다. 따라서, "머신 판독가능 매체"는 단일 저장장치 또는 장치뿐만 아니라 다수의 저장장치 또는 장치를 포함하는 클라우드 기반 저장 시스템 또는 저장 네트워크를 지칭한다. 따라서 "머신 판독가능 매체"라는 용어는 솔리드 스테이트 메모리 칩, 광디스크, 자기 디스크, 또는 이들의 임의의 적절한 조합의 형식으로 된 하나 이상의 유형 및 비일시적 데이터 리포지토리(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하되 이에 국한되지는 않는다. 본 개시에서 사용되는 "일시적이지 않은(non-transitory)" 머신 판독가능 매체는 특히 전파되는 신호 그 자체를 포함하지 않는다. 일부 예시적인 실시예에서, 머신(1000)에 의한 실행을 위한 명령들(1006)은 캐리어 매체에 의해 통신될 수 있다. 그러한 캐리어 매체의 예로는 저장 매체(예를 들어, 솔리드 스테이트 메모리와 같은 일시적 머신 판독가능 저장 매체가 한 장소에서 다른 장소로 물리적으로 이동됨) 및 일시적인 매체(예를 들어, 명령들(1006)을 통신하는 전파되는 신호)를 포함한다.

특정 실시예는 본 개시에서 모듈을 포함하는 것으로 설명된다. 모듈은 소프트웨어 모듈(예를 들어, 머신 판독가능 매체 또는 전송 매체에 저장되거나 구현된 코드), 하드웨어 모듈 또는 이들의 임의의 적절한 조합으로 구성될 수 있다. "하드웨어 모듈"은 특정 동작을 수행할 수 있는 실체적(예를 들어, 비일시적) 물리적 구성 요소(예를 들어, 하나 이상의 프로세서의 집합)이고 특정 물리적 방법으로 구성되거나 배열될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 또는 하나 이상의 하드웨어 모듈은 하드웨어 모듈로서 소프트웨어(예를 들어, 애플리케이션 또는 그 일부)에 의해 구성될 수 있으며, 이는 이 모듈에 대해 본 개시에서 설명된 동작을 수행하도록 동작한다.

일부 예시적인 실시예들에서, 하드웨어 모듈은 기계적으로, 전기적으로, 유압으로, 또는 임의의 적합한 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 특정 동작을 수행하도록 영구적으로 구성된 전용 회로 또는 로직을 포함할 수 있다. 하드웨어 모듈은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 나 ASIC와 같은 특수 목적 프로세서일 수도 있다. 하드웨어 모듈은 또한 특정 동작을 수행하기 위해 소프트웨어에 의해 일시적으로 구성되는 프로그래머블 로직 또는 회로를 포함할 수 있다. 예로서, 하드웨어 모듈은 CPU 또는 다른 프로그램 가능 프로세서 내에 포함된 소프트웨어를 포함할 수 있다. 기계적, 유압적, 전용 및 영구적으로 구성된 회로 또는 일시적으로 구성된 회로(예를 들어, 소프트웨어에 의해 구성되는)에서 하드웨어 모듈을 구현하기 위한 결정은 비용 및 시간 고려 사항에 따라 결정될 수 있음을 이해할 것이다.

따라서, "하드웨어 모듈"이라는 문구는 특정 방식으로 동작하거나 기술된 특정 동작을 수행하기 위해 물리적으로 구성되거나, 영구적으로 구성되거나(예를 들어, 하드 와이어드) 또는 일시적으로 구성(예를 들어, 프로그래밍)될 수 있는 실체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 개시에 사용된 "하드웨어 구현 모듈"이라는 문구는 하드웨어 모듈을 지칭한다. 하드웨어 모듈들이 일시적으로 구성될 수 있는(예를 들어, 프로그래밍된) 것을 고려하면, 하드웨어 모듈들 각각은 특정 시점에 구성되거나 인스턴스화될(instantiated) 필요가 없다. 예를 들어, 하드웨어 모듈이 특정 목적 프로세서가 되도록 소프트웨어에 의해 구성된 CPU를 포함하는 경우, CPU는 상이한 시간에 상이한 각각의 특수 목적 프로세서(예를 들어, 상이한 하드웨어 모듈에 각각 포함됨)로서 구성될 수 있다. 소프트웨어(예를 들어, 소프트웨어 모듈)는 예를 들어, 하나 이상의 특정 시점에서 특정 하드웨어 모듈로 만들거나 다른 특정 시점에서 다른 하드웨어 모듈을 구성하도록, 하나 이상의 프로세서를 구성할 수 있다.

하드웨어 모듈은 다른 하드웨어 모듈과 정보를 주고받을 수 있다. 따라서, 설명된 하드웨어 모듈들은 통신 가능하게 결합된 것으로 간주될 수 있다. 동시에 다수의 하드웨어 모듈이 존재하는 경우, 통신은 2 개 이상의 하드웨어 모듈 사이에서 신호 전송(예를 들어, 적합한 회로 및 버스를 통해)을 통해 달성될 수 있다. 다수의 하드웨어 모듈들이 상이한 시간에 구성되거나 인스턴스화되는 실시예에서, 그러한 하드웨어 모듈들 간의 통신은, 예를 들어, 다수의 하드웨어 모듈들이 액세스하는 메모리 구조 내의 정보의 저장 및 검색을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 하드웨어 모듈은 동작을 수행하고 그 동작의 출력을 통신 가능하게 결합된 메모리(예를 들어, 메모리 장치)에 저장할 수 있다. 그런 다음 추가 하드웨어 모듈은 나중에 메모리에 액세스하여 저장된 출력을 검색하고 처리할 수 있다. 하드웨어 모듈은 또한 입력 또는 출력 장치와의 통신을 개시할 수 있고, 자원(예를 들어, 컴퓨팅 자원으로부터의 정보의 모음)에 대해 동작할 수 있다.

여기에 설명된 예시적인 방법의 다양한 동작은 관련 동작을 수행하도록(예를 들어, 소프트웨어에 의해) 일시적으로 구성되거나 영구적으로 구성된 하나 이상의 프로세서에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 일시적으로 또는 영구적으로 구성되더라도, 그러한 프로세서는 여기에 설명된 하나 이상의 작동 또는 기능을 수행하도록 작동하는 프로세서 구현 모듈을 구성할 수 있다. 본 개시에서 사용된 "프로세서 구현 모듈"은 하드웨어가 하나 이상의 프로세서를 포함하는 하드웨어 모듈을 지칭한다. 따라서, 여기에 설명된 동작들은 프로세서가 하드웨어의 일례이고 여기에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법들 중 적어도 일부 동작들이 하나 또는 그 이상의 프로세서들에 의해 수행될 수 있기 때문에 적어도 부분적으로 프로세서가 구현되거나, 하드웨어-구현되거나, 더 많은 프로세서 구현 모듈, 하드웨어 구현 모듈 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.

또한, 이러한 하나 이상의 프로세서는 "클라우드 컴퓨팅" 환경에서 또는(예를 들어, "서비스로서의 소프트웨어"(SaaS) 내에서) 서비스로서 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법 상의 적어도 일부 동작은 컴퓨터(예를 들어, 프로세서를 포함하는 머신의 예로서)에 의해 수행될 수 있고, 이러한 동작은 네트워크(예를 들어, 인터넷 ) 및 하나 이상의 적절한 인터페이스(예를 들어, 응용 프로그램 인터페이스(API))를 통해. 특정 오퍼레이션의 수행은 단일 시스템에서만 존재하든 다수의 시스템에서 분포되든 관계없이 하나 이상의 프로세서 간에 분산될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 프로세서 또는 하드웨어 모듈(예를 들어, 프로세서 구현 모듈)은 단일 지리적 위치(예를 들어, 가정 환경, 사무실 환경 또는 서버 팜(farm) 내)에 위치할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 프로세서 또는 하드웨어 모듈은 다수의 지리적 위치에 걸쳐 분산될 수 있다.

본 개시 전반에 걸쳐서, 복수의 인스턴스(instance)는 단일 인스턴스로 묘사된 컴포넌트, 오퍼레이션 또는 구조를 구현할 수 있다. 하나 이상의 방법의 개별적인 동작이 개별적인 동작으로 도시되고 설명되지만, 하나 이상의 개별적인 동작이 동시에 수행될 수 있으며, 동작이 도시된 순서대로 수행될 것을 반드시 요구하는 것은 아니다. 구성예 및 구성 예에서 별개의 구성요소 및 기능으로 제시된 구조 및 기능은 결합된 기능 또는 결합된 기능을 갖춘 구성 요소로 구현될 수 있다. 유사하게, 단일 구성 요소로서 제공된 구조 및 기능은 개별 구성 요소 및 기능으로서 구현될 수 있다. 이들 및 다른 변형, 수정, 추가 및 개선은 본 개시 내용(subject matter)의 범위에 포함된다.

본 개시에서 논의된 내용의 일부는 메모리(예를 들어, 컴퓨터 메모리 또는 다른 머신 메모리) 내의 비트들 또는 이진수 디지털 신호 들로서 저장된 데이터에 대한 연산들의 알고리즘 또는 심볼 표현 형태로 제공될 수 있다. 이러한 알고리즘 또는 심볼 표현은 데이터 처리 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상의 기술자에게 그들의 동작 내용을 전달하기 위해 사용되는 기술의 예이다. 본 개시에 사용된 "알고리즘"은 원하는 결과를 유도하는 동작 또는 유사한 처리의 일관성 있는 시퀀스이다. 이러한 맥락에서, 알고리즘 및 연산은 물리량의 물리적 조작을 수반한다. 반드시 그렇지만은 않지만 통상적으로, 그러한 물리량은 머신에 의해 저장, 액세스, 전송, 결합, 비교 또는 여타 방식으로 조작될 수 있는 전기, 자기 또는 광학 신호의 형태를 취할 수 있다. 때때로는 데이터, 콘텐츠, 비트, 값, 요소, 심볼, 문자, 용어, 숫자, 뉴메릭 등의 단어를 사용하여 이러한 신호를 참조하는 것이 편의상 좋을 수 있다. 그러나 이 단어들은 단지 편의를 위한 레이블일 뿐이며 적절한 물리량과 관련되어 있다.

달리 언급되지 않는 한, 본 개시에서 "액세스", "처리", "감지", "컴퓨팅", "계산", "결정", "생성", "제시(presenting)", "표시(display)" 등의 단어들은 레지스터, 또는 정보를 수신, 저장, 전송 또는 디스플레이하는 하나 이상의 메모리(예를 들어, 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리, 또는 이들의 임의의 적절한 조합) 내의 물리적(예를 들어, 전자, 자기 또는 광학) 양으로 표현된 데이터를 조작하거나 변환하는 머신(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 수행되는 액션이나 프로세스를 지칭한다. 또한, 달리 명시하지 않는 한, "하나의(a)"또는 "하나의(an)"이라는 용어는, 명세서에서 일반적으로 사용되듯이, 하나 이상의 인스턴스(instance)를 포함하는 것을 의미한다. 마지막으로, 본 개시에서 사용된 바와 같이, "또는"은 달리 명시되지 않는 한 “비배타적인 또는(non-exclusive or)”을 의미한다.

Claims

홀로그램 투영을 이용하여 타겟물질(206)을 경화하는 방법으로서,
3차원 객체에 기초한 이미지 데이터를 수신하여 홀로그램을 실시간으로 계산하는 과정;
레이저 제어신호 및 실시간으로 계산된 상기 홀로그램에 기초하여 LCOS-SLM 제어신호를 생성하는 과정;
상기 레이저 제어신호에 기초하여 레이저 소스(110)를 이용하여 하나 이상의 입사 레이저빔들을 생성하는 과정;
상기 LCOS-SLM 제어신호에 기초하여 상기 하나 이상의 입사 레이저빔들을 LCOS-SLM(112)로 변조하는 과정;
상기 하나 이상의 변조된 입사 레이저빔들로부터 하나 이상의 홀로그래픽 파면들(402, 404)을 생성하는 과정으로서, 각각의 홀로그래픽 파면은 적어도 하나의 대응하는 초점을 형성하여 상기 하나 이상의 홀로그래픽 파면들(402, 404)의 상기 초점들에 기초하여 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들을 생성하되, 상기 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들은 타겟물질 내의 상기 3차원 객체의 바디에 대응하는, 과정;
하이브리드 렌즈 배열을 이용하여 상기 하나 이상의 홀로그래픽 파면들의 상기 초점들의 위치를 결정하는 과정으로서, 상기 하이브리드 렌즈 배열은 상기 LCOS-SLM 상에 어드레싱된 렌즈를 나타내는 렌즈 데이터를 포함하고, 물리적 렌즈를 더 포함하되, 상기 하이브리드 렌즈 배열은 푸리에 변환을 수행하는, 과정; 및
복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들에서 타겟물질 부분을 경화시키되, 상기 타겟물질 부분은 상기 3차원 객체의 바디를 포함하는 과정이
순차적으로 이루어지는 방법.
제1항에 있어서,
상기 LCOS-SLM에 인접한 상기 타겟물질(206) 내의 복수의 공간적 위치들을 제공하는 과정으로서, 상기 공간적 위치들은 3차원 콘텐츠에 대응되는, 과정; 및
상기 변조된 복수의 입사 레이저빔들의 상기 초점들의 위치가 상기 복수의 공간적 위치들에 대응하도록 조정하기 위하여, 상기 LCOS-SLM 제어신호 및 상기 레이저 제어신호를 생성하는 과정
을 추가로 포함하는 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3차원 객체에 대응하는 인쇄 데이터를 수신하는 과정;
상기 인쇄 데이터에 기초하여 상기 타겟물질 내의 영역들을 제공하는 과정;
상기 인쇄 데이터에 기초하여 상기 타겟물질 내의 영역들에 대응하는 제2의 복수의 초점들을 제공하는 과정;
상기 제2의 복수의 초점들에서 상기 타겟물질들을 경화하도록 상기 제2의 복수의 초점들에 기초하여 상기 레이저 제어신호 및 상기 LCOS-SLM 제어신호를 조정하는 과정
을 추가로 포함하는 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 홀로그래픽 파면들(402, 404)을 생성하도록 상기 하나 이상의 입사 레이저빔들의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하는 과정
을 추가로 포함하는 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
MEMS 장치(302)를 위한 MEMS 제어신호를 생성하는 과정으로서, 상기 MEMS 장치는 상기 MEMS 제어신호에 기초하여 상기 LCOS-SLM(112) 상의 복수의 위치들에서 상기 하나 이상의 입사 레이저빔들을 반사하고, 상기 LCOS-SLM은 상기 복수의 위치들에서 상기 하나 이상의 입사 레이저빔들을 수신하도록 구성되는 과정
을 추가로 포함하는 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변조된 레이저빔들은 위상 변조된 광을 포함하는 방법.
컴퓨터에 의해 실행되는 명령(instructions)을 포함하는 비일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독가능(computer-readable) 저장장치로서, 상기 컴퓨터로 하여금
3차원 객체에 기초한 이미지 데이터를 수신하여, 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 하고;
레이저 제어신호 및 실시간으로 계산된 상기 홀로그램에 기초한 LCOS-SLM 제어신호를 생성하도록 하고;
상기 레이저 제어신호에 기초하여 레이저 소스(110)를 이용하여 복수의 입사 레이저빔들을 생성하도록 하고;
상기 LCOS-SLM 제어신호에 기초하여 하나 이상의 입사 레이저빔들을 LCOS-SLM(112)로 변조하도록 하고;
상기 하나 이상의 변조된 입사 레이저빔들로부터 하나 이상의 홀로그래픽 파면들(402, 404)을 생성하도록 하되, 각각의 홀로그래픽 파면은 적어도 하나의 대응하는 초점을 형성하여 상기 하나 이상의 홀로그래픽 파면들(402, 404)의 상기 초점들에 기초하여 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들을 생성하되, 상기 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들은 타겟물질 내의 상기 3차원 객체의 바디에 대응하고;
하이브리드 렌즈 배열을 이용하여 상기 하나 이상의 홀로그래픽 파면들의 상기 초점들의 위치를 결정하되, 상기 하이브리드 렌즈 배열은 상기 LCOS-SLM 상에 어드레싱된 렌즈를 나타내는 렌즈 데이터를 포함하고, 물리적 렌즈를 더 포함하되, 상기 하이브리드 렌즈 배열은 푸리에 변환을 수행하며;
상기 복수의 구별되는 포커싱된 광필드 영역들에서 타겟물질 부분을 경화시키도록 하되, 상기 타겟물질 부분은 상기 3차원 객체의 바디를 포함하는
컴퓨터 판독가능 저장장치.
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