KR102385879B1 - 2 차원 및/또는 3 차원 이미지를 위한 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 차원 및/또는 3 차원 객체를 생성하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 입사광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스(SLM) 및 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 웨이브 필드(IS1, IS2)의 세그먼트화가 평면에 제공되도록 설계되고 배치되며, 상기 웨이브 필드의 세그먼트화가 제공되는 상기 평면은 객체 포인트를 포함하는 평면과는 상이하다. 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드는 상호 오버랩을 갖는다. 상기 장치는 또한 광 웨이브를 아웃커플링 격자(VG1, VG2)를 갖는 빔 확장 도파관으로 결합시키는 스캐닝 디바이스(SM)를 포함한다.

Description

2 차원 및/또는 3 차원 이미지를 위한 디스플레이
본 발명은 2 차원 및/또는 3 차원 객체를 생성하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 세그먼트화된 조명(segmented illumination) 및/또는 세그먼트화된 이미징(segmented imaging)을 사용하는 디스플레이 및 이미징 애플리케이션뿐만 아니라 홀로그래픽 2 차원(2D) 및/또는 3 차원(3D) 디스플레이에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 광원을 조합하는 것에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 디바이스(holographic display devices)는 광원 또는 충분한 간섭성 광을 방사하는 조명 디바이스를 필요로 한다. 이 조명 디바이스 또는 광원은 안정된 파장에서 높은 전력을 달성해야 한다. 이러한 조명 디바이스 또는 광원은 매우 고가이다.
따라서, 레이저와 같은 여러 광원을 조합할 수 있고 고선명(HD) 홀로그래픽 디스플레이 제품을 구현할 수 있는 디바이스가 특히 관심 대상이다. 중요한 기준 또는 역할은 광원의 전체 광 출력 및 가격이며, 이 광 출력은, 예를 들어, 옥외 애플리케이션 또는 이동체 내의 헤드업 디스플레이(head-up display: HUD)가 의도한 애플리케이션인 경우 40 인치의 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 대해 기본(primary) 컬러 당 1W의 값을 초과할 수 있다. 또한, 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징은 3 차원 객체 공간에서 높은 동적 범위(high dynamic range: HDR)의 이미지를 생성할 수 있게 하는 효과적인 로컬 디밍(local dimming)을 가능하게 한다. 그리고, 이는 또한 이미징 장치, 즉, 예를 들어 홀로그래픽 텔레비전(TV)으로서 디스플레이 디바이스의 총 전력 효율을 증가시킴으로써 효과적인 전력 관리를 가능하게 한다.
로컬 디밍은 높은 동적 범위와 높은 이미지 콘트라스트(image contrast)를 가능하게 한다. 세그먼트화된 조명 또는 스캐닝 조명은, 이미지 생성을 위해 또는 로컬 디밍 타입의 조명을 위해 사용되는 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 균일한 조명(homogeneous illumination)을 제공할 수 있다. 이러한 로컬 디밍 타입의 조명은, 예를 들어 0(제로)에서 1까지의 범위의 강도 값을 가질 수 있는 강도 분포이며, 여기서 1은 로컬로 획득되는 최대 강도 값을 나타낸다. 예를 들어, 2 차원(2D) 디스플레이 디바이스에서, 조명되어야하는 공간 광 변조기 디바이스는 생성된 이미지 포인트의 평면과 동일하다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 이 두 평면은 동일하지 않다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 특히 세그먼트화된 조명과 조합하여 고선명(HD) 이미징을 제공하기 위해 다른 접근법을 필요로 한다.
다시 말해서, 예를 들어 1 mm의 직경을 갖는 단일 광 빔의 스캐닝에 기초한 로컬 디밍은 고선명 2 차원 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있다. 그러나 3 차원(3D) 홀로그래픽 장면을 생성하는 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 이 접근법을 사용하면 획득되는 이미지의 해상도는 낮아질 것이다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 맞춤형 조명을 필요로 한다.
광 가이드로부터의 세그먼트화된 광 분리가 WO2003/081320 A1에 개시되어 있다. 2 차원 객체 평면을 나타내는 이들 분리된 웨이브 필드(decoupled wave field) 세그먼트는 관찰자의 눈으로 재지향된다. 이 문헌은 세그먼트화된 조명 또는 세그먼트화된 광 분리를 사용하는 복수의 실시예를 개시하고 있다. 세그먼트화된 조명은 관찰자가 주시하고 있는 평면이 되는 공간 광 변조기의 평면에 제공된다. 이러한 특정한 경우, 고선명 시청 경험은 단지 부분적으로만 달성될 수 있다. 상세하게, WO2003/081320 A1의 문헌은 적어도 2 개의 주요 표면 및 에지를 갖는 광 투과 기판을 포함하는 광학 디바이스를 개시하고 있다. 이 광학 디바이스는 내부 전반사에 의해 기판에 광을 결합시키는 추가의 광학 수단과, 기판 내에 위치한 적어도 부분 반사 표면을 포함하며, 이 부분 반사 표면은 상기 기판의 주요 표면에 대해 평행하지 않다. 기판 내로 결합되는 광 빔은 기판 내부로의 동일한 오프축 각(off-axis angle)을 가지며 2 개의 상이한 입사각으로 상기 부분 반사 표면과 교차한다. 그러나, 고선명(HD) 해상도는 그러한 디바이스를 사용해서는 제공 및 달성될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 3 차원의 홀로그래픽으로 재구성된 객체 또는 장면을 관찰하는 관찰자에게 고선명(HD) 시청 경험을 가능하게 하는 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 그 장치에, 특히 3 차원 객체 또는 장면의 재구성 및 디스플레이를 위한 디스플레이 디바이스에 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징을 제공하는 것이다.
이러한 이유로, 본 발명에 따른 목적은 청구항 제 1 항에 따른 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 목적은 2 차원 및/또는 3 차원 객체 또는 장면을 이미징 또는 생성하기 위한 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스 및 광학 시스템을 포함한다. 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스는 조명 디바이스에 의해 방사된 입사광을 변조하기 위해 제공된다. 광학 시스템은 웨이브 필드의 세그먼트화가 평면에 제공되도록 설계되고 배치되는데, 여기서, 상기 웨이브 필드의 세그먼트화가 제공되는 상기 평면은, 내부에 객체 포인트가 존재하거나 또는 객체 포인트를 포함하고 있는 평면과는 일치하지 않거나 상이한 것이다. 그러한 평면에서, 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드는 상호 오버랩(mutual overlap)을 갖는다.
본 발명은 이 장치를 사용하는 관찰자에게 고선명(HD) 시청 경험을 가능하게 하는 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징을 위한 일반적인 해결책을 개시하고 있다. 이 장치는, 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스로서 설계될 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 또한, 예를 들어, 홀로그래픽 텔레비전으로서, 홀로그래픽 데스크탑 모니터로서, 또는 예를 들어, 홀로그래픽 3 차원(3D) 장면 재구성을 제공하는 랩탑 형상의 모바일 컴퓨터로서의 홀로그래픽 모바일 디스플레이 디바이스로서 설계될 수 있다. 본 발명의 중요한 특징은 인접한 웨이브 필드 세그먼트 간에 존재하는 오버랩 영역 또는 오버랩 구역을 사용하는 것이다.
본 발명의 장치를 사용하는 동안 관찰자에게 고선명 시청 경험을 제공하기 위해, 조합될 웨이브 필드 세그먼트의 복소수값 분포, 즉 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 웨이브 필드의 복소수값 분포 및/또는 공간 광 변조기 디바이스에 의해 변조되는 웨이브 필드의 복소수값 분포가 최적화될 수 있다. 본 발명의 교시는 복수의 개별 광원, 예를 들어 레이저 또는 레이저 다이오드를 조합하는 실시예, 및 로컬 디밍을 사용하는 실시예에 대해 유익하게 사용될 수 있다. 로컬 디밍을 사용하는 이들 실시예는 높은 동적 범위(HDR) 이미징과 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 교시는 3 차원(3D) 공간에서 가상으로 또는 심지어는 실제의 객체 포인트를 생성하는 웨이브 필드(wave fields)의 시공간적 세그먼트화(spatio-temporal segmentation)를 사용함으로써 큰 시야(FOV)를 포괄하는 이미징 디바이스에 유익하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 직시형 디스플레이 디바이스(holographic direct view display device)의 전방에서 생성된 객체 포인트는 실제의 객체 포인트이다. 관찰자로부터 디스플레이 디바이스에 보여지는 가상의 이미지 포인트(imaginary image points)는 그 디스플레이 디바이스의 후방에 생성된다. 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD)는 가상의 객체 포인트만을 생성할 수 있을 것이다. 그러나, 본원에 기술된 발명은 또한 이들에 유익한 방식으로 적용 가능하다. 두 개의 인접한 웨이브 필드 세그먼트 간에 존재하는 오버랩 영역 또는 구역의 최적화는 주로, 요구되는 오버랩 영역의 최소 크기, 및 조명 빔 경로 내 및/또는 이미징 빔 경로 내 또는, 즉, 조명 디바이스 및/또는 이미징 디바이스 내에서 조합될 웨이브 필드 세그먼트의 강도 프로파일의 최적화에 중점을 두고 있다. 유익하게도, 심지어는 세그먼트화된 웨이브 필드의 시공간적 조합을 사용하는 경우에도 고선명(HD) 시청 경험이 제공될 수 있다.
광의 세그먼트화는 이미 조명 애플리케이션 및 이미징 애플리케이션에서 사용되고 있다. 조명 디바이스 내의, 예를 들어 백라이트 유닛(BLU)으로서의 복수의 디바이스는 필요한 휘도를 제공하기 위해 조합되는 복수의 기본 광원을 사용하여 균일한 조명을 제공한다. 그러나, 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징을 사용하는 잘 알려진 종래 기술의 디바이스를 사용함으로써 고선명 이미지 해상도의 공간에 3 차원 객체를 생성하는 것은 지금까지는 불가능한 것이었다. 또한, 이것은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스, 헤드업 디스플레이 디바이스(HUD), 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD) 및 기타 투영 타입 디스플레이 디바이스에도 적용된다. 즉, 이러한 것은, 예를 들어, 객체 포인트가 생성되고 관찰자가 재구성된 객체 포인트 또는 장면을 관찰하기 위해 주시하고 있는 평면이 아닌, 평면 또는 곡면 영역 내의 조명 빔 경로 또는 이미징 빔 경로에서, 광의 세그먼트화를 사용하는 모든 광학 디바이스 또는 광학 디스플레이 디바이스에 적용된다.
여기에서 논의되고 본 발명에 따른 장치를 사용하는 애플리케이션과는 대조적으로, 심지어는 매우 작은 오버랩을 갖는 세그먼트화된 조명을 사용하는 경우에도 입체 이미징 기술을 사용함으로써 매우 작은 심도 범위(depth range)가 고선명 해상도로 이미징될 수 있다. 이 오버랩은, 예를 들어, 1 밀리미터 미만의 범위일 수 있다. 이는 또한 통합 이미징(integral imaging) 또는 라이트 필드 디스플레이 디바이스(light field display device)에도 적용된다. 예를 들어, 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD)의 이미징 유닛에 사용되는 종래 기술의 세그먼트화는 고선명 시청 경험을 제공할 수 없다.
객체 또는 장면의 객체 포인트가 공간 광 변조기 디바이스(SLM)와의 상당한 거리, 예를 들어, 공간 광 변조기 디바이스로부터 관찰자까지의 거리의 ≥5 % 일 수 있는 거리에서 생성되는 경우, 정의된 오버랩 영역 또는 구역을 사용하지 않는 세그먼트화된 조명 또는 세그먼트화된 이미징은 관찰자에 의해 검출되는 이미지 해상도를 현저히 감소시킬 것이다. 이는 특히 홀로그래픽 디스플레이 디바이스, 예를 들어 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD)와 같은 투영 타입 디스플레이 디바이스, 통합 이미징 디스플레이 디바이스 또는 라이트 필드 디스플레이 디바이스와 관련된다.
조명 애플리케이션 및/또는 이미징 애플리케이션 내에서, 세그먼트화는 개별 실시예에 의존하는 최소 크기 또는 차수를 가질 수 있는 오버랩 영역 또는 구역을 사용함으로써 구현될 수 있다. 웨이브 필드 세그먼트를 조합하는 경우 오버랩을 사용하는 원리는 고선명(HD) 해상도를 가능하게 한다. 따라서, 이 원리는 복수의 조명 접근법 및/또는 이미징 접근법에 적용될 수 있다. 오버랩 기준은, 공간 광 변조기 디바이스의 조명 및 관측자의 눈으로 가는 도중에 이 공간 광 변조기 디바이스에 후속하는 이미징 빔 경로를 포함하는 이미징의 전체적인 물리적 프로세스에 적용된다. 이는 객체 평면에 초점을 맞추는 관찰자의 눈 대신에 카메라 검출기 평면이 사용되는 경우에도 마찬가지로 적용된다. 따라서, 오버랩 기준의 사용 및 강도 프로파일의 관련 최적화는, 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 경우 또는 예를 들어, 세그먼트화된 웨이브 필드를 사용하면서 홀로그래픽 헤드 장착 디스플레이(HMD)를 사용함으로써, 넓은 시야(FOV)를 생성하고 이것을 관찰자에게 제시하는 경우에 특히 유익하다. 이것은, 웨이브 필드 세그먼트를 사용함으로써 생성된 2 차원(2D) 이미지 평면뿐만 아니라 공간에서 생성되는 3 차원 객체 포인트에도 적용된다.
개별 세그먼트 간에 존재하는 오버랩 영역 또는 구역을 구현함으로써 광학 디바이스의 조명 빔 경로 및/또는 이미징 빔 경로에서 웨이브 필드의 세그먼트화를 이용하는 절차는 고선명 시청 경험을 얻는 데 유익하다.
오버랩을 사용하는 세그먼트화는, 예를 들어 1000 cd/m2보다 큰 휘도와 같은 매우 높은 휘도와 높은 동적 범위 이미징(High Dynamic Range Imaging: HDRI)을 유도하는 로컬 디밍을 갖는 총 웨이브 필드를 제공하기 위해, 예를 들어, 레이저 다이오드 또는 레이저와 같은, 복수의 기본 광원의 효과적인 조합의 기초가 된다. 다시 말해서, 조명 빔 경로 및/또는 이미징 빔 경로의 웨이브 필드의 세그먼트화는 복수의 광원을 효과적으로 조합하는 접근법과 관련될 수 있다.
포인트 확산 함수(Point Spread Function: PSF)는 관찰자의 눈의 망막 상으로 공간상의 객체 포인트의 전사를 설명하는 데 사용될 수 있다. 시간적 오버랩 영역 또는 구역 및/또는 공간적 오버랩 영역 또는 구역을 제공하고, 인간 눈의 입사 동공 내에서, 입사 동공의 한 측면에서 0(제로)의 최소값과 입사 동공의 다른 측면에서 1의 최대값을 갖는 선형 강도 분포(linear intensity distribution)를 유도하는 세그먼트화가 사용될 수 있다. 따라서, 인간의 입사 동공 내에 존재하는 강도 분포는 선형 램프 함수가 된다. 실용적인 가정은 망막 상에 이미징될 객체 포인트를 나타내는 위상 분포 φ(x, y)는 인간 눈의 입사 동공에서 일정하다는 것이다. 보편성을 상실하지 않고, 오버랩 기반의 세그먼트화된 조명 또는 오버랩 기반의 세그먼트화된 이미징을 사용하여 이미징될 잠재적인 객체 포인트는 무한 거리에 배치될 수 있다. 보편성의 상실없이 다른 거리도 사용될 수 있다.
오버랩 및 선형 램프 함수인 강도 분포의 사용은, 예를 들어 SR = 0.96의 스트렐 비율(Strehl ratio)을 생성시킨다. 따라서, 고선명 시청 경험을 생성하거나 적어도 고선명 시청 경험에 매우 근접한 이미지 해상도가 제공될 수 있다. 여기서, 예를 들어 ΦEP = 3mm의 직경을 갖는 인간 눈의 입사 동공 내에 존재하는 강도 램프는 0(제로)의 값에서 1의 값으로 이동한다. 예를 들어, 입사 동공 직경의 경우에, 30 cd/m2의 휘도에 대해서는 약 3.5 mm의 평균값이 가정될 수 있고, 100 cd/ m2의 휘도에 대해서는 약 2.9 mm의 평균값이 가정될 수 있고, 300 cd/m2의 휘도에 대해서는 2 mm보다 약간 큰 평균값이 가정될 수 있고, 1000 cd/m2의 휘도에 대해서는 약 1.9 mm의 평균값이 가정될 수 있다. 개별 애플리케이션에 따라, 객체 공간 내에서 3 차원 시청 경험을 제공하도록 의도된 본 발명에 따른 장치를 설계하기 위해, 약 2 mm 내지 3.5 mm의 입사 동공 직경의 값이 사용될 수 있다. 일반적으로, 입사 동공 직경보다 큰 오버랩 영역 또는 구역의 치수는 증가된 값의 스트렐 비율, 즉, 예를 들어, SR> 0.98 또는 심지어는 SR> 0.99를 생성할 것이다. 조명 세그먼트 및/또는 이미징 세그먼트의 이산 복소수값 분포, 즉, 오버랩 영역 또는 구역 내에 존재하는 특히 복소수값 분포는, 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징을 사용하는, 예를 들어 홀로그래픽 직시형 디스플레이 디바이스, 홀로그래픽 랩탑 형상 모바일 컴퓨터, 홀로그래픽 헤드 장착 디스플레이 디바이스, 헤드업 디스플레이 디바이스 또는 투영 타입 디스플레이 디바이스일 수 있는 개별 애플리케이션에 따라 달라진다. 이것은 단지 예일뿐이다. 훨씬 더 많은 적용 분야가 존재한다.
따라서, 세그먼트화된 조명 또는 세그먼트화된 이미징 또는 웨이브 필드 세그먼트화는, 관찰자가 초점을 맞추고 객체 포인트가 생성되는 평면이 아닌, 평면 또는 곡면에서 그 세그먼트화가 수행되는 경우에는 고선명 시청 경험을 유도하지 않을 것이다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우에, 실제의 객체 포인트는 관찰자가 디스플레이 패널의 평면을 주시하는 방향에서 볼 때 이 디스플레이 디바이스의 전방에 생성될 수 있고, 가상의 객체 포인트는 이 디스플레이 디바이스의 후방에 생성될 수 있다. 따라서, 종래 기술의 접근법을 적용하는 공간 광 변조기 디바이스의 조명의 세그먼트화는 고선명 시청 경험을 유도할 수 없다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예 및 개선점은 종속항에 정의된다.
본 발명의 제 1 선호 실시예에서, 상기 장치는 적어도 하나의 광 가이딩 요소가 제공되도록 설계될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 광 가이딩 요소는 정의된 웨이브 필드의 분리가 제공되는 방식으로 상기 적어도 하나의 광 가이딩 요소 내에 배치되는 광학 시스템을 포함한다. 이러한 장치는 공간 광 변조기 디바이스 외에도 세그먼트화된 광 또는 웨이브 필드 분리를 위한 적어도 하나의 광 가이딩 요소를 포함하는 헤드 장착 디스플레이 디바이스로서 설계될 수 있다. 즉, 헤드 장착 디스플레이 디바이스의 경우, 광 가이딩 요소 또는 도파관이 주로 이용된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 광학 시스템은 광 가이딩 요소 또는 도파관 내에 제공되어, 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드 간의 오버랩을 사용하여 웨이브 필드의 세그먼트화를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 헤드 장착 디스플레이 디바이스 또는 헬멧 장착 디스플레이 디바이스 또는 임의의 다른 니어 투 아이(near-to-eye) 애플리케이션에 대한 고선명 시청 경험이 획득될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스가 자체 조명(self-illuminating)(발광) 공간 광 변조기 디바이스라는 것이다. 공간 광 변조기 디바이스(여기서는 SLM이라고 지칭되기도 함)는 OLED-SLM(유기 발광 다이오드 SLM)으로서 설계될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 광 변조기를 조명하기 위한 레이저(들) 또는 레이저 다이오드로서 (추가의) 광원을 필요로 하지 않는다. 이러한 자체 발광 공간 광 변조기 디바이스를 포함하는 장치는 헤드 장착 디스플레이 디바이스와 같은 니어 투 아이(near-to-eye) 애플리케이션용으로 유익하게 사용될 수 있다. 광 또는 웨이브 필드의 세그먼트화는 이미징 빔 경로 내에서 수행된다. 즉, 여기에서 투영된 이미지 장면의 각도 세그먼트(angular segments)의 세그먼트화는 광의 전파 방향에서 볼 때, 공간 광 변조기 디바이스의 후방에, 즉 가령, 사용된 광 가이딩 광학 디바이스 내에서 발생한다.
본 발명에 따른 디바이스의 공간 광 변조기 장치가 자체 발광 공간 광 변조기 디바이스가 아닌 경우, 이 장치는 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 디바이스를 포함할 수 있다. 조명 디바이스는 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 제공된다. 이 조명 빔 경로에서, 적어도 하나의 광원에 의해 방사된 광 또는 웨이브 필드의 세그먼트화가 제공된다. 단일 광원은, 예를 들어 스캐닝 및 동기화된 강도 변조에 기초하는, 로컬 디밍 및/또는 높은 동적 범위와 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게, 적어도 2 개의 개별 광원, 보다 바람직하게는 복수의 광원이 웨이브 필드를 방사하는 조명 디바이스 내에 제공되어, 웨이브 필드 세그먼트를 생성한다. 이들 개개의 광 빔 또는 웨이브 필드 또는 웨이브 필드 세그먼트는 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 조명 빔 경로에서 조합된 단일의 광 빔 또는 웨이브 필드로 조합된다. 따라서, 저비용 레이저 또는 저비용 레이저 다이오드와 같은 저비용 광원이 사용될 수 있다. 적어도 2 개의 광원은 서로 조합된 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드로서 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 여러 개의 레이저 다이오드를 사용하면 비용을 절감하고 밝기를 높일 수 있으며 빠른 동적 로컬 디밍의 구현을 단순화할 수 있다.
유익하게도, 제공될 수 있는 것은, 웨이브 필드의 세그먼트화가 조명 빔 경로 및/또는 이미징 빔 경로 내에 제공되고, 이 경로에 의해 웨이브 필드 세그먼트가 생성되며, 인접한 웨이브 필드 세그먼트가 웨이브 필드 세그먼트 간의 오버랩 영역 또는 구역을 형성한다는 것이다.
본 발명에 따라 제공될 수 있는 것은, 조명 디바이스의 개별 광원이 제공되어 웨이브 필드 세그먼트를 생성한다는 것이다. 바람직하게는, 조명 디바이스의 각 개별 광원은 대응하는 웨이브 필드 세그먼트를 생성하도록 제공될 수 있다.
바람직하게는, 오버랩하는 웨이브 필드 세그먼트의 웨이브 필드가 서로에 대해 상호 비간섭성(incoherent)이도록 제공될 수 있다. 인접한 세그먼트의 웨이브 필드는 간섭성 누화를 유발하지 않는다. 이러한 방식으로, 수평/수직 방향을 따라 간섭성 누화가 감소된다. 누화의 감소 또는 심지어는 제거의 양은 개별 실시예에 따라 달라진다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 공간 광 변조기 디바이스의 복소수값 평면 내에 존재하는 조명 세그먼트 크기가, 예를 들어 3mm에 불과하다면, 더 큰 상호 거리를 갖는 서브 홀로그램(sub-holograms)은 상호 비간섭성이다. 그러므로, 망막 이미지의 최적화를 위해서, 예를 들어 3mm의 작은 로컬 서브 홀로그램 영역만이 고려되어야 한다.
웨이브 필드는 복소수값 웨이브 필드일 수 있으며, 복소수값 웨이브 필드의 강도 분포는 오버랩하는 웨이브 필드 세그먼트에 의해 생성된 총 강도 분포가 균일한 강도 분포가 되도록 적응된다(adapted).
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 광학 시스템이 웨이브 필드의 세그먼트화를 위해 적어도 하나의 격자, 바람직하게는 볼륨 격자, 또는 반사층을 포함한다는 것이다.
격자는 1 차원 격자로서 또는 2 개의 방향을 따른 실질적인 직사각형 형상이거나 2 개의 방향을 따른 실질적인 육각형 형상인 격자로서 설계될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 데 사용되는 개별 웨이브 필드 세그먼트는 시간 프레임 내에 존재하는 진폭 내로 개별적으로 제어될 수 있다.
여전히 제공될 수 있는 것은, 상기 웨이브 필드 세그먼트의 오버랩이, 조명될 공간 광 변조기 디바이스의 (전체) 영역 내에 또는 공간 광 변조기 디바이스에 의해 이미징될 전체 영역 내에서, 적어도 정의된 시간 프레임 내에 제공된다는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 적어도 이미지 프레임의 일부분 Δt와 동등한 정의된 시간 프레임 내에, 상기 공간 광 변조기 디바이스의 전체 영역을 조명하기 위해 또는 상기 공간 광 변조기 디바이스의 전체 영역을 이미징하기 위해 제공되는 상기 웨이브 필드 세그먼트의 오버랩이 시간적 스캐닝 절차로 수행된다는 것이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 적어도 2 개의 광원, 바람직하게는 레이저 다이오드로서 설계된 적어도 2 개의 광원이 서로 조합되고, 적어도 2 개의 광원에 할당된 적어도 하나의 브래그(Bragg) 공진기 미러 요소는 적어도 2 개의 광원에 대해 단일 스펙트럼 출력 파장을 제공하며, 그 스펙트럼 출력 파장은, 방사되는 레이저 라인의 상호 차분 값으로서 Δλ0≤0.1 nm의 한계를 초과하지 않는다는 것이다. 예를 들어, 리트로(Littrow) 구성과 같이 다른 회절 파장 안정화 디바이스 또는 구성을 사용할 수도 있다.
또한, 제공될 수 있는 것은, 바람직하게는 예를 들어 레이저 다이오드로서 설계된 적어도 2 개의 광원이 서로 조합되고, 적어도 2 개의 광원에 할당된 적어도 하나의 브래그 공진기 미러 요소는 적어도 2 개의 광원에 대해 단일 스펙트럼 출력 파장을 제공하며, 그 스펙트럼 출력 파장은, 방사되는 광의 스펙트럼 라인 폭의 Δλ≤0.1 nm의 한계를 초과하지 않는다는 것이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 제공될 수 있는 것은, 웨이브 필드 세그먼트의 시공간 스캐닝을 수행하도록 스캐닝 유닛이 제공된다는 것이다.
여전히 바람직할 수 있는 것은, 개별적으로 제어되는 광원에 의해 제공된 입사 웨이브 필드를 정의된 복소수값 웨이브 필드 세그먼트로 변환하기 위해 빔 성형 요소가 제공된다는 것이다.
입사 웨이브 필드를 변환하는 빔 성형 요소는 회전 스캐터 플레이트(rotating scatter plate)로서 또는 회전 스캐터 포일(foil)로서 또는 동적 빔 성형 확산기로서 설계될 수 있다.
유익하게도, 본 발명에 따른 장치는 높은 동적 범위 이미징 및/또는 고휘도 이미징을 제공한다.
생성된 강도 분포가 웨이브 필드 세그먼트의 중심에서 최대값을 갖고 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리(rim)에서 제로 값을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
웨이브 필드 세그먼트 내의 위상 분포가 일정한 위상 분포 또는 연속적인 위상 분포인 경우 더욱 바람직할 수 있다.
유익하게도, 공간 광 변조기 디바이스의 부분적 조명에 요구되는 광 강도 분포는 능동 위상 격자 또는 능동 편광 격자에 의해 생성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치 내에 스펙트럼 변환이 제공될 수 있다. 이를 위해 공간 광 변조기 디바이스의 입사면에 스펙트럼 변환층이 제공될 수 있다. 스펙트럼 변환층의 재료용으로 양자점(quantum dots)이 사용될 수 있다.
스펙트럼 변환을 수행하기 위해 스펙트럼 변환층과 기본 광 컬러에 대한 구조화된 컬러 필터 어레이의 조합이 제공될 수 있다. 기본 광 컬러에 대한 트리플 노치 필터(triple notch filter)를 사용할 수도 있다.
하나의 단일 광원 또는 복수의 광원에 의해 방사된 상이한 컬러의 공간적 분리가 제공되는 것이 더 바람직할 수 있다. 상이한 스펙트럼 성분의 공간적 분리를 생성하기 위해, 격자와 마이크로 렌즈 어레이를 조합하여 제공한다.
본 발명의 목적은 세그먼트화된 웨이브 필드를 생성하는 (또는 복수의 웨이브 필드를 조합하는) 방법에 의해 여전히 달성되며, 상기 방법은,
- 광의 전파 방향에서 볼 때 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스의 전방 또는 후방에 적어도 2 개의 웨이브 필드를 생성하는 단계와,
- 광학 시스템에 의해 적어도 2 개의 웨이브 필드를 세그먼트화하는 단계와,
- 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드의 오버랩을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 이 방법에 의해, 예를 들어, 복수의 광원에 의해 생성된 복수의 웨이브 필드가 조합될 수 있다. 객체는 오버랩하는 웨이브 필드 세그먼트를 사용하여 생성된다.
유익하게도, 간섭성 광원을 사용하는 경우, 웨이브 필드 세그먼트의 상호 비간섭성을 제공하기 위해 스펙트럼 변환이 수행될 수 있다.
이제, 본 발명의 교시를 유익하게 구성 및 개선하고 및/또는 전술한 실시예를 가능한한 서로 조합하는 다양한 가능성이 존재한다. 이와 관련하여, 한편으로는 독립 청구항에 의존하는 특허청구범위가 참조되고, 다른 한편으로 도면의 도움으로 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명이 참조된다. 도면의 도움으로 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 설명과 관련하여, 이 교시의 바람직한 구성 및 개선이 또한 일반적인 방법으로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 3 차원 도면 내의 검출기 평면에서의 에어리(Airy) 분포를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라 인간 눈의 입사 개구(entrance aperture)의 절반만을 사용하는 경우에 인간 눈의 망막에 존재하는 포인트 확산 함수를 도시한 도면이다.
도 3은 인간 눈의 입사 개구에 존재하는 일정한 위상을 사용하는 경우 인간 눈의 망막에 존재하는 포인트 확산 함수를 도시한 도면이다.
도 4는 균일한 총 강도 분포를 형성하는 삼각형 형상의 강도 세그먼트의 중첩(superposition)을 도시한 도면이다.
도 5는 균일한 총 강도 분포를 형성하는 피라미드 형상의 강도 세그먼트의 절두체(frustum)의 중첩을 도시한 도면이다.
도 6은 균일한 총 강도 분포를 형성하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시한다.
도 7은 좌측에서 3 개의 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시하고, 우측에서 복수의 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시한 도면이다.
도 8은 균일한 총 강도 분포를 제공하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 9는 3 차원 등고선도에서 균일한 총 강도 분포를 제공하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 10은 흑색 및 백색 래스터 이미지로서 균일한 총 강도 분포를 제공하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 11은 균일한 총 강도 분포를 제공하는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 3 차원 등고선도에서 균일한 총 강도 분포를 제공하는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 13은 흑색 및 백색 래스터 이미지로서 균일한 총 강도 분포를 제공하는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 14는 흑색 및 백색 래스터 이미지에서 도 7에 관한 육각형 형상의 강도 분포의 합을 도시한 도면이다.
도 15는 웨이브 필드의 세그먼트화를 이용하는 조명 디바이스를 도시한 도면이다.
도 16은 3 개의 기본 컬러 RGB를 방사하고 웨이브 필드 세그먼트를 제공하는 3 개의 광원을 포함하는 조명 디바이스를 도시한 도면이다.
도 17은 광원 평면으로부터 나오는 5 개의 가우시안 레이저 빔의 공간 강도 분포의 3 차원 도면을 도시한다.
도 18은 5 × 5 개의 가우시안 레이저 빔에 의해 생성된 강도 분포의 3 차원 도면을 도시한다.
도 19는 5 × 5 개의 가우시안 레이저 빔에 의해 생성된 강도 분포의 다른 3 차원 도면을 도시한다.
도 20은 z 방향을 따라 전파되는 6 개의 가우시안 레이저 빔에 의해 생성된 강도 분포의 3 차원 도면을 도시한다.
도 21은 시간적으로 통합된 강도 분포의 3 차원 도면을 도시한다.
도 22는 본 발명에 따른 웨이브 필드의 세그먼트화를 이용하는 조명 디바이스를 도시한 도면이다.
도 23은 웨이브 필드의 세그먼트화 및 복수의 광원의 조합을 실현하는 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 24는 일반적인 방식으로 오버랩없이 5 개의 웨이브 필드 세그먼트를 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명에 따른 일반적인 방식으로 현저한 오버랩을 갖는 5 개의 웨이브 필드 세그먼트를 도시한 도면이다.
도 26은 일반적인 방식으로 광 가이드로부터의 광의 세그먼트화된 분리를 도시한 도면이다.
도 27은 트리플 노치 필터의 스펙트럼 투과율을 도시한 도면이다.
도 28은 회절 격자와 마이크로 렌즈 어레이의 조합에 의해 얻어진 상이한 스펙트럼 성분의 공간적 분리를 도시한 도면이다.
유사한 참조 부호는 제공시 개별 도면 및 동반하는 설명에서 유사한 구성 요소를 나타낸다. 다음 섹션에서, 예를 들어 공간 광 변조기 디바이스의 전방에서, "전방"과 "후방"의 지정은 광이 광의 전파 방향과 관련하여 보여진다는 것을 의미한다.
도 1은 검출기 평면에서 에어리 분포(Airy distribution)의 3 차원 그래픽 표현을 도시하고 있다. 이 에어리 분포는 인간 눈의 망막 상에 존재하는 포인트 확산 함수이다. 이 그래픽 표현의 상부는 관찰자 눈의 망막 상으로의 공간 내의 객체 포인트의 전사를 기술하는 데 사용되는 포인트 확산 함수를 메시 그리드 타입의 3 차원 도면(mesh grid-type three-dimensional plot)으로서 나타낸다. 이 그래픽 표현의 하부는 에어리 분포의 등고선도를 나타낸다. 이상적인 조건하에서, 즉 수차(aberration)가 존재하지 않는다면, 이것이 에어리(Airy) 분포가 된다. 정의에 의해, 이 포인트 확산 함수의 스트렐 비율(SR)은 1의 값을 갖는다. 이것은 이 포인트 확산 함수가 획득될 수 있는 최상의 경우라는 것을 의미한다. 인간 눈의 입사 동공(entrance pupil) 내의 강도 분포는 일정하다고 가정될 수 있다. 또한, 망막 상에 이미징될 객체 포인트를 나타내는 위상 분포는 인간 눈의 입사 동공 내에서 일정하다는 것이 가정된다. 여기서, 예를 들어, 이미징될 가능한 객체 포인트는 무한 거리에 배치된다. 이러한 가정은 보편성의 상실없이 사용될 수 있다.
도 2는 인간 눈의 입사 개구의 절반만을 사용하는 경우에 인간 눈의 망막에 존재하는 포인트 확산 함수를 그래픽으로 도시한 도면이다. 도 1에서와 같이, 이 그래픽 표현의 상부는 인간 눈의 입사 동공 내에서 계단식 강도 분포를 이용하는 경우 관찰자 눈의 망막 상으로의 공간 내의 객체 포인트의 전사를 기술하는 데 사용되는 포인트 확산 함수를 메시 그리드 타입의 3 차원 도면으로서 나타낸다. 이 그래픽 표현의 하부는 이 분포의 등고선도를 나타낸다. 인간 눈의 입사 동공 내의 강도 분포는 입사 동공의 한 절반에 대해 0의 값을 가지며, 입사 동공의 다른 절반에 대해 1의 값을 갖는 계단 함수(step function)에 의해 기술된다. 망막 상에 이미징될 객체 포인트를 나타내는 위상 분포는 인간 눈의 입사 동공 내에서 일정하다는 것이 가정될 수 있다. 세그먼트화된 조명 또는 세그먼트화된 이미징 접근법을 사용하여 이미징될 가능한 객체 포인트는 무한 거리에 배치된다. 이러한 가정은 보편성의 상실없이 사용될 수 있다.
보다 정확하게, 도 2는 세그먼트화된 조명 및/또는 세그먼트화된 이미징을 사용하는 경우의 포인트 확산 함수를 나타낸다. 조명 또는 이미징에 사용되는 웨이브 필드 타일 또는 세그먼트는 오버랩(overlap) 및 갭(gap) 없이 측면 대 측면 배열(side-to-side arrangement)로 조합된다. 인접한 웨이브 필드 타일 또는 세그먼트의 상호 간섭성은 0(제로)라고 가정된다. 따라서, 웨이브 필드 타일 또는 세그먼트는 서로에 대해 비간섭성이 된다. 그러나, 관찰자 눈의 망막에 존재하는 강도 분포는 더 이상 에어리 분포가 아니다. 이 포인트 확산 함수의 스트렐 비율(SR)은 단지 0.87의 값을 가질 뿐이다. 포인트 확산 함수의 주된 확장은, 이미징될 객체 포인트를 나타내고 인간 눈의 입사 동공 내에 존재하는 강도 분포 I(x, y) 내에 존재하는 계단 함수에 수직으로 도입된다. SR = 0.87의 값이 복수의 광학 시스템에 충분하지만, 인간의 눈의 망막 상에 고선명(HD) 이미지를 생성하기 위해서는 충분하지 않다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 오버랩을 갖지 않는 웨이브 필드 타일 또는 세그먼트를 사용함으로써 도입된 포인트 확산 함수의 비대칭적 확장을 설명하기 위해, x 방향 및/또는 y 방향에 대해 스트렐 비율의 방향 값이 도입될 수 있다. 따라서, y 방향을 따라 75 % 초과의 고선명 시청 경험이 획득될 수 있다. 그리고 x 방향을 따라 약 절반만의 고선명 시청 경험이 생성될 수 있다.
도 3은, 입사 동공으로도 지칭되기도 하는 인간 눈의 입사 개구에서 일정한 위상을 사용하는 경우, 인간 눈의 망막에 존재하는 포인트 확산 함수를 그래픽으로 도시한 도면이다. 해당 강도 분포는 쐐기 형상(wedge-shaped)의 강도 분포이다. 이 쐐기 형상의 강도 분포는 인간 눈의 입사 동공의 한 측에서는 0(제로)의 강도 값을 갖고, 인간 눈의 입사 동공의 다른 측에서는 최대 강도 값을 갖는다.
보다 정확하게, 도 3에서, 상부는 인간 눈의 입사 동공 내에서 선형 강도 분포를 이용하는 경우, 관찰자 눈의 망막 상으로의 공간 내의 객체 포인트의 전사를 기술하는 데 사용되는 포인트 확산 함수를 메시 그리드 타입의 3 차원 도면으로서 나타낸다. 이 선형 강도 분포는 인간 눈의 입사 동공의 일 측에서 0(zero)의 최소값을 갖고, 인간 눈의 입사 동공의 다른 측에서 1의 최대값을 갖는다. 도 3의 하부는 이 분포의 등고선도를 나타낸다. 인간 눈의 입사 동공 내에 존재하는 강도 분포는 이제 선형 램프 함수가 된다. 망막 상에 이미징될 객체 포인트를 나타내는 위상 분포 φ(x,y)는 인간 눈의 입사 동공 내에서 일정하다는 것이 가정될 수 있다. 오버랩 기반의 세그먼트화된 조명 또는 오버랩 기반의 세그먼트화된 이미징을 사용하여 이미징될 가능한 객체 포인트는 무한 거리에 배치된다. 이러한 가정은 보편성의 상실없이 사용될 수 있다.
오버랩 및 선형 램프 함수인 강도 분포의 절차는 SR = 0.96의 스트렐 비율을 생성시킨다. 따라서, 고선명 시청 경험을 생성하거나 또는 적어도 고선명 시청 경험에 매우 근접한 이미지 해상도가 제공될 수 있다. 예를 들어 ΦEP = 3 mm의 직경을 갖는 인간 눈의 입사 동공 내에 존재하는 강도 램프는 0(제로)의 값에서 1의 값으로 이동한다. 입사 동공 직경의 경우에, 30 cd/m2의 휘도에 대해서는 약 3.5 mm의 평균값이 가정될 수 있고, 100 cd/ m2의 휘도에 대해서는 약 2.9 mm의 평균값이 가정될 수 있고, 300 cd/m2의 휘도에 대해서는 2 mm보다 약간 큰 평균값이 가정될 수 있고, 1000 cd/m2의 휘도에 대해서는 약 1.9 mm의 평균값이 가정될 수 있다. 개별 애플리케이션에 따라, 객체 공간 내에서 3 차원(3D) 시청 경험을 제공하도록 의도된 본 발명에 따른 광학 시스템 또는 장치를 설계하기 위해, 약 2 mm 내지 3.5 mm의 입사 동공 직경의 값이 사용될 수 있다. 일반적으로, 입사 동공 직경보다 큰 오버랩 영역 또는 구역은 증가된 값의 스트렐 비율, 즉, 예를 들어, SR> 0.98 또는 심지어는 SR> 0.99를 생성할 것이다.
도 4는 균일한 총 강도 분포를 형성하는 삼각형 형상의 강도 세그먼트의 중첩(superposition)을 그래픽으로 도시한 도면이다. 이 표현은 복수의 상이한 2 차원 강도 분포와 관련될 수 있는 단면일 뿐이다. 따라서, 도 4는 횡 방향으로 시프트된 위치에 배치된 맞춤형 강도 프로파일을 갖는 중첩된(nested) 웨이브 필드 세그먼트를 조합함으로써 균일한 강도 분포가 어떻게 생성될 수 있는지를 도시한다. 도 4의 상부의 일점 쇄선(a dot-and-dashed-line)은 정의된 영역에 걸쳐 일정한 총 강도 분포를 나타낸다. 도 4의 하부는 상호 비간섭성 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한다. 이러한 비간섭성 웨이브 필드 세그먼트는 인접한 웨이브 필드 세그먼트 간에 존재하는 오버랩 영역 또는 구역인 선형 전이 구역(linear transition zone)을 갖는다. 이러한 웨이브 필드 세그먼트의 중첩(superposition)은 세그먼트화를 이용하여 3 차원 객체 또는 장면을 표현하기 위해 장치의 조명 디바이스 또는 이미징 디바이스에 사용될 수 있다. 따라서, 이는 공간 광 변조기 디바이스(이하, SLM이라 함)의 세그먼트화된 조명을 사용하는 백라이트 유닛(BLU) 또는 프론트라이트 유닛(FLU), 헤드업 디스플레이 디바이스(HUD), 또는 관찰자에게 제시된 전체 시야(FOV)를 포괄하기 위해 광학 이미징 경로 내에서 세그먼트화를 이용하는 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD)로 지칭될 수 있다. 실제 구현의 조건은 고선명 시청 경험을 제공하는 모든 웨이브 필드 세그먼트의 오버랩을 생성하는 것이다. 세그먼트화 및 고선명 시청 경험의 제공을 위해, 도 4에 도시된 구성이 사용될 수 있다. 복수의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩은 요구되는 강도 프로파일을 생성한다. 의도될 수 있는 것은, 평균 강도 값 및 평균값의 ±10 %의 값을 초과하지 않는 로컬 변량에 의해 기술될 수 있는 강도 분포를 최종적으로 획득하는 것이다. 최종적으로 획득된 강도 분포는 적응될 수 있다. 그리고, 적응된 데이터(calibrated data)는 룩업 테이블(look-up table: LUT)에 사용 및 저장될 수 있다. 이러한 저장된 데이터는, 예를 들어, 홀로그래픽으로 인코딩된 3 차원 장면 또는 객체에 대한, 예를 들어 보정 데이터로서 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 단면은 상이한 풋프린트(footprint)에 적용된다. 원형 강도 프로파일, 예를 들어, 원통 원추(cylindrical cone)와 같은 강도 프로파일이 직사각형 강도 프로파일 또는 장방형 피라미드의 웨이브 필드 세그먼트 또는 육각형 피라미드의 웨이브 필드 세그먼트와 함께 사용될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 삼각형 단면을 가질 수 있는, 2 차원(2D) 또는 심지어는 1 차원(1D)의 상이한 강도 분포가 존재한다. 따라서, 도 4는 여러 개의 강도 분포를 나타내며, 이는 중첩된(superimposed) 웨이브 필드 세그먼트용으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포는 또한 삼각형 단면을 갖는다. 표시된 단면은 또한 1 차원 세그먼트화를 나타낼 수 있다. 1 차원 세그먼트화가, 예를 들어, 홀로그래픽 랩탑 형상 컴퓨터의 지그재그형 빔 경로 기반 백라이트 조명 디바이스에 사용될 수 있다. 예를 들어, 6의 아나모픽 빔 신장 계수(anamorphic beam stretching factor)를 나타내는 80.4 도의 입사각을 갖는 지그재그형 빔 경로는 오직 1 차원 또는 방향만을 따라 제공될 수 있으며, 80.4 도의 입사각은 투명 평면의 평행한 기판(transparent plane-parallel substrate)의 표면 법선에 대한 상대 각이며, 이 기판은, 예를 들어, 대략 1 mm 두께일 수 있으며, 지그재그형 빔 경로 기반의 조명 디바이스의 핵심 구성 요소이다. 따라서, 도 4에 도시된 웨이브 필드 세그먼트화는 지그재그형 빔 경로 기반의 조명 디바이스를 대표할 수 있다. 이것은 또한 1 차원을 따라서만 웨이브 필드의 세그먼트화를 이용하는 이미징 애플리케이션에도 적용된다.
도 5는 강도 세그먼트의 중첩을 그래픽으로 도시하며, 각각의 웨이브 필드 세그먼트는 피라미드의 절두체에 대응한다. 모든 웨이브 필드 세그먼트는 균일한 총 강도 분포를 형성한다. 도시된 웨이브 필드의 중첩은 복수의 상이한 2 차원 강도 분포와 관련될 수 있는 단면일 뿐이다. 상세하게, 도 5는 횡 방향으로 시프트된 위치에 배치된 맞춤형 강도 프로파일을 갖는 중첩된(nested) 웨이브 필드 세그먼트를 조합함으로써 균일한 강도 분포가 어떻게 생성될 수 있는지를 도시한다. 도 4에서와 같이 하나의 단면만이 도시된다. 상부의 일점 쇄선은 정의된 영역에 걸쳐 일정한 총 강도 분포를 나타낸다. 정의된 영역이라는 용어는, 예를 들어 전체 SLM 또는 디스플레이 크기까지의 수 서브 홀로그램의 크기를 나타낸다. 도 5의 하부는 상호 비간섭성 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시한다. 이러한 웨이브 필드 세그먼트는 이웃하거나 인접한 웨이브 필드 세그먼트 간에 존재하는 오버랩 영역 또는 구역인 선형 전이 구역 및 고원(plateau)을 갖는다. 이러한 중첩은 웨이브 필드 세그먼트화를 이용하는 조명 디바이스 또는 이미징 디바이스에 사용될 수 있다. 도시된 강도 단면은 다른 풋프린트에 적용된다. 다시 말해서, 세그먼트화를 위해 사용되는 웨이브 필드 세그먼트의 여러 개의 강도 분포는 동일한 단면을 가질 수 있다. 따라서, 원형 원추형 강도 프로파일, 원추형 절두체와 같은 원형 강도 프로파일의 고원 타입 버전은, 피라미드의 절두체와 같은 장방형 또는 육각형 형상의 세그먼트와 같은 직사각형 강도 프로파일과 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 가우스 또는 코사인 강도 프로파일과 같은 강도 프로파일은 이미징 및/또는 조명 타입 실시예 내에서 조합될 웨이브 필드 세그먼트를 위해 사용될 수도 있다. 웨이브 필드 세그먼트는, 또한 2 차원(2D) 및/또는 3 차원 (3D) 이미지 컨텐츠를 시청하는 관찰자의 헤드에 착용될 수 있는, 예를 들어 투영 타입 디스플레이 디바이스 또는 투영 타입 디스플레이 디바이스의 이미지 공간의 시간 순차적 처리가능한(time-sequential addressable) 이미지 세그먼트와 관련되는 처리가능한 이미지 강도 분포(addressable image intensity distribution)를 기술할 수 있다. 이것은 웨이브 필드 세그먼트화를 이용하는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 2 차원 디스플레이 디바이스일 수 있다. 도면에 도시된 단면은 또한 1 차원 세그먼트화를 나타낼 수 있다. 1 차원 세그먼트화는, 예를 들어, 홀로그래픽 랩탑 형상 컴퓨터에 적용가능한 지그재그형 빔 경로 기반 백라이트 조명 디바이스에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이는 웨이브 필드 세그먼트가 대략 6 mm의 수평 확장부와 디스플레이 디바이스의 높이에 상응하는 수직 확장부를 가질 수도 있다는 것을 의미한다. 즉, 1 차원 세그먼트화는, 예를 들어 광 가이드 상에 있고 광의 지그재그형 전파가 제공되는 백라이트 유닛의 1 차원을 따라 사용될 수도 있다. 여기서, 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛의 좌측에서 우측으로의 지그재그가 추정된다. 세그먼트화된 웨이브 필드의 1 차원 표현으로서의 강도 분포의 해석은, 또한 이미지 투영 및 세그먼트화된 분리에 기초한 헤드 장착 디스플레이 디바이스와 같은 이미징 애플리케이션 또는 이미징 실시예에 적용될 수도 있다. 다시 말해서, 웨이브 필드의 세그먼트 간에 존재하는 최적화된 전이 영역 또는 구역에 기초한 이러한 강도 분포는, 이미지 투영에 기초한 이미징 애플리케이션에 대한 대표적인 접근법으로서 해석될 수 있으며, 이 접근법은 1 차원 또는 방향, 예를 들어 수평 방향을 따라서만 세그먼트화된 분리 또는 세그먼트화된 이미징을 이용한다. SLM의 조명 내에서 사용되는 세그먼트화는 이미징 빔 경로 내의 세그먼트화와 동일하다. 따라서, 조명 및 이미징 모두에 적용되는 일반적인 방법이 개시된다. 정의된 오버랩을 사용하는 유효 웨이브 필드 세그먼트화는 인간 눈의 망막 상으로의 목표 포인트의 이미징에 적용된다. 따라서, 도 1, 도 2 및 도 3은 이 기본 원리를 나타낸다.
도 6은 균일한 총 강도를 형성하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시한다. 따라서, 조합된 웨이브 필드 세그먼트의 평면도가 도시되어 있으며, 이는 장방형 형상의 풋프린트를 갖는다. 이 풋프린트 내에는 중첩된 웨이브 필드 세그먼트의 형상을 정의하는 맞춤형 강도 분포가 존재한다. 균일한 강도 분포를 생성하기 위해 장방형 형상의 풋프린트 또는 직사각형 형상의 풋프린트를 갖는 웨이브 필드 세그먼트가 사용될 수 있다. 횡 방향으로 시프트된 위치에 배치된 맞춤형 강도 프로파일을 갖는 중첩된(nested) 웨이브 필드 세그먼트를 조합함으로써 균일한 강도 분포가 달성될 수 있다. 이 평면도에는 4 개의 조합된 웨이브 필드 세그먼트가 도시된다. 바람직한 목표는 일정한 강도 분포를 특징으로 하는 오버랩 영역 또는 구역을 획득하는 것이다. 여기서, 오버랩 영역 또는 구역을 나타내는 도시된 웨이브 필드 세그먼트의 중심 영역은 일정한 강도를 가져야 한다. 4 개의 장방형 형상의 기본 세그먼트는 실선, 파선, 점선 및 일점 쇄선으로 표시된다. 이것은 복수의 조합된 세그먼트의 일부일 뿐이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 4 개의 세그먼트의 각각은 에지 대 에지 배열(edge to edge arrangement)로 조합되는 웨이브 필드 세그먼트 세트의 일부일 수 있다. 웨이브 필드 세그먼트의 네 그룹 중에서 이 그룹에 대한 평면도는 쿼드 종이 구조(quad paper structure)처럼 보인다. 이것은, 각각이 쿼드 종이 구조처럼 보이는 웨이브 필드 세그먼트의 네 그룹이 도 6에 도시된 바와 같이 조합된다는 것을 의미한다. 여기서, 도입된 시프트는 수평 방향을 따른 웨이브 필드 세그먼트 폭의 절반 및 수직 방향을 따른 웨이브 필드 세그먼트 폭의 절반이다.
도 7은 좌측에서 3 개의 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시하고, 우측에서 복수의 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시한 도면이다. 도 7의 좌측에 도시된 배열은 도 6에 도시된 실시예를 나타낸다. 좌측은 육각형 형상의 풋프린트를 가진 세 개의 웨이브 필드 세그먼트의 중첩을 도시한다. 세 개의 모든 웨이브 필드 세그먼트의 기여분을 갖는 중심 영역은 삼각형이다. 요구되는 목표는 일정한 강도 분포를 특징으로 하는 오버랩 영역 또는 구역을 획득하는 것이다. 따라서, 삼각형은 그 전체 차원 내에서 일정한 강도를 가져야 한다. 여기서, 부분적 오버랩 배열을 사용하는 3 개의 기본적인 조합된 웨이브 필드 세그먼트는 실선, 파선 및 점선을 사용하여 표시된다. 이 3 개의 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 각각은 벌집과 같은 에지 대 에지 배열(edge to edge arrangement)의 그룹 멤버이다. 도 7의 우측에는, 복수의 이러한 웨이브 필드 세그먼트의 중첩이 도시된다. 여기서는, 세 개의 벌집과 같은 에지 대 에지 배열의 그룹이 조합된다. 이 세 개의 그룹은 도면의 좌측에 도시된 것과 동일한 방식으로 횡 방향으로 시프팅된다. 서로 중첩되는 이 세 개의 그룹의 웨이브 필드 세그먼트는 실선, 점선 및 파선으로 표시된다. 웨이브 필드 세그먼트의 정확한 횡 방향 배치가 선택되어야 하고, 개별 웨이브 필드 세그먼트의 강도 프로파일은 요구된 설계 강도 분포를 얻기 위해 최적화되어야 한다. 웨이브 필드 세그먼트의 정확한 횡 방향 배치는 정확한 조명 스캐닝에 의해 얻어지며, 이는 또한 스캐닝과 광 변조의 정확한 시간 동기화의 사용, 즉, 적시에 광원을 스위치 온하는 것을 의미한다. 여기서, 시간적 오차란 횡 방향 오차를 의미한다. 강도 프로파일의 최적화는 아래에서 더 설명되는 오버랩되는 웨이브 필드 세그먼트의 중첩 동안 고원 타입의 강도 분포에 대해 획득된 차이를 최소화함으로써 수행된다.
도 8은, 도 6에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도 분포를 제공하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 평면의 등고선도로 도시하고 있다. 표현된 웨이브 필드 세그먼트의 풋프린트는 직사각형 또는 장방형일 수 있다. 즉, 사용된 웨이브 필드 세그먼트는 직사각형 또는 장방형과 같은 형상일 수 있다.
도 9는, 도 6에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도를 제공하는 직사각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 3 차원 등고선도로 도시하고 있다. 강도 분포는 도 8에 도시된 강도 분포의 3 차원 도면이다. 이 강도 분포는 직사각형 풋프린트 및 장방형 풋프린트에 대한 기본 강도 분포일 수 있다. 이러한 강도 분포를 가지며 도 6에 도시된 바와 같이 배치된 웨이브 필드 세그먼트는 일정한 총 강도 분포를 생성할 것이다. 이것은 조명 애플리케이션 및/또는 이미징 애플리케이션 내에서 기본적인 광학 기능으로서 사용될 수 있다.
도 10에서, 도 6에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도를 제공하는 직사각형의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포가 도시된다. 이 강도 분포는 흑색 및 백색 랜덤 래스터로 표시된다. 보다 정확하게, 도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 강도 분포를, 랜덤화된 디더링(randomized dithering)을 사용하여 획득된 이진 흑백 이미지로서 도시한 평면도이다. 이 강도 분포는, 예를 들어 중심에서 1의 값으로 정규화되는 최대 강도와 경계 영역에서 0(제로)의 강도 값을 갖는다.
도 11은, 도 7에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도 분포를 제공하는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 평면의 등고선도로 도시하고 있다. 이는 오버랩 영역 또는 구역을 사용하여 요구된 강도 분포를 형성하기 위해 중첩되는 벌집과 같은 에지 대 에지 배열의 세 개의 그룹이 사용될 수 있음을 의미한다. 표현된 웨이브 필드 세그먼트의 풋프린트는 육각형 형상이다.
도 12에는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포의 3 차원 등고선도가 도시되어 있다. 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트는 도 7에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도를 제공한다. 따라서, 도 12는 도 11에서 이미 평면도로 도시된 강도 분포를 3 차원 등고선도로서 도시하고 있다. 예를 들어, 팔각형 또는 원형 형상의 풋프린트에 적응되도록 육각형 형상의 풋프린트에 대한 기본 강도 분포를 계속 적응할 수도 있다. 이러한 강도 분포를 가지며 도 7에 도시된 바와 같이 배치된 웨이브 필드 세그먼트는 일정한 총 강도 분포를 생성할 것이다. 이것은 조명 애플리케이션 및/또는 이미징 애플리케이션 내에서 기본적인 광학 기능으로서 사용될 수 있다.
도 13은, 도 7에 일반적으로 도시된 바와 같은 부가적인 웨이브 필드 세그먼트와 중첩되는 경우 균일한 총 강도 분포를 제공하는 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포를 도시하고 있다. 이 도면은, 도 11 및 도 12에 도시되고 랜덤 래스터(random raster)를 사용하여 얻어진 강도 분포를 흑백 표현으로 도시한다. 다시 말해서, 도 11 및 도 12의 강도 분포는 랜덤화된 디더링을 사용하여 획득된 이진 흑백 이미지로서 도시된다. 강도 분포는, 중심에서 1의 강도 값으로 정규화되는 최대 강도와 경계 영역에서 0(제로)의 강도 값을 갖는다.
도 14는 도 7과 유사한 중첩된 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 총 강도 분포를, 랜덤 이진 (흑백 전용) 래스터를 사용하여 획득된 흑색-회색-및-백색 그림으로 도시한 것이다. 총 강도 분포의 생성을 시각화하기 위해 개별 웨이브 필드 세그먼트의 약간의 오프셋이 사용된다. 오프셋이 없으면, 임의의 가시적인 세그먼트화된 구조를 나타내지 않는 균일한 강도 분포가 획득된다. 도시된 바와 같이, 각각의 개별 육각형 세그먼트는 6 개의 서브 세그먼트를 갖는다. 각각의 개별 육각형 세그먼트의 여섯 개 세그먼트의 강도 분포는 육각형 세그먼트의 중심에서 가장자리로 선형적인 방식으로 감소한다. 이 패턴은 도 7에 도시된 바와 같이 중첩된 육각형 웨이브 필드 세그먼트의 배열을 사용함으로써 획득된다. 이상적인 육각형 그리드로부터 횡 방향으로의 약간의 편이가 도입된다. 1의 평균 강도 값으로부터의 이 편이는 ±2 % 범위 내에 있다. 그레이 스케일형 분포는 이상적인 육각형 격자로부터의 약간의 횡 방향 편이가 존재하더라도 작은 강도 변량만이 존재한다는 것을 보여준다. 이 세그먼트의 비 이상적인 배치는 여기서, 시각화 목적으로만 도입되었다. 따라서, 총 강도 분포는 도 7에 도시된 일반적인 배열에 의해 생성된다는 것을 알 수 있다. 실제로, 웨이브 필드 세그먼트의 중첩의 이상적인 그리드로부터의 약간의 편이는 약간의 오정렬로 인해 제공될 수도 있다. 약간의 횡 방향 오정렬은 허용될 수 있음을 알 수 있다. 이미 앞에서 언급한 바와 같이, 도 14의 도시된 이미지는 랜덤화된 디더링을 사용하여 획득된 이진 흑백 이미지이다. 따라서, 그레이 스케일형 강도 분포를 나타내는 이진 흑백 이미지가 획득된다.
도 15는 본 발명에 따른 2 차원 및/또는 3 차원 객체를 이미징 또는 생성하기 위한 장치에 제공된 조명 디바이스를 도시한다. 두 개의 광원(여기서는 도시되지 않음)에 의해 방사된 두 개의 광 빔(B1 및 B2), 예를 들어 레이저 빔은 조명 디바이스 내에서 도면의 좌측으로부터 스캐닝 미러 요소(SM) 상으로 전파된다. 광 빔(B1 및 B2)은 동일한 위치 또는 포인트에서 스캐닝 미러 요소(SM)와 충돌할 수 있다. 따라서, 2 개의 광 빔 또는 웨이브 필드의 단면은 스캐닝 미러 요소(SM)의 표면일 수 있다. 스캐닝 미러 요소(SM)는 콜리메이션 유닛(collimation unit)(CL), 여기서는 가령 콜리메이션 렌즈의 전방 초점 평면에 또는 전방 초점 평면에 근접하게 배치된다. 콜리메이션 유닛(CL)은 광 빔 또는 전파되는 웨이브 필드를 시준한다. 콜리메이션 유닛(CL)의 개구 내에 제공된 2 개의 작은 직사각형 세그먼트는, 즉 적어도 고정된 시간이 고려되는 한, 여기서 콜리메이션 유닛의 일부만이 되는 2 개의 조명된 구역을 식별한다. 스캐닝 미러 요소(SM)는 콜리메이션 유닛의 전체 개구 내에 도시된 바와 같은 상기 조명된 구역을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 광의 전파 방향에서 보았을 때 콜리메이션 유닛(CL) 후방에는 강도 분포 I(t, x, y, RGB)가 존재한다. 용어 t는 개별 시간 t에 의존하는 동적 강도 분포가 도입된다는 것을 의미한다. 용어 x 및 y는 참조된 평면의 좌표를 나타내며, 이 평면은 콜리메이션 유닛(CL)의 출사면이 된다. 시준된 광 빔 또는 시준된 웨이브 필드는 볼륨 격자(VG1)로 전파된다. 예를 들어, 상기 볼륨 격자(VG1) 상으로의 광 빔의 입사각은 84.26°일 수 있다. 이러한 입사각은 10배의 아나모픽 빔 신장 계수를 발생시킬 것이다. 이는 볼륨 격자(VG1)의 출사면에 존재하는 2 개의 직사각형 형상의 세그먼트 또는 구역에 의해 예시된다. 볼륨 격자(VG1)은 이 빔을 재지향시키고 수평 방향을 따라 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 볼륨 격자(VG1)의 후방으로 전파되는 광은 추가의 볼륨 격자(VG2)에 들어간다. 이 추가의 볼륨 격자(VG2)는 또한 상기 광 빔 또는 웨이브 필드를 재지향시키고 수직 방향을 따라 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 이러한 추가의 볼륨 격자(VG2)의 후방으로 전파되는 광은 SLM을 조명하는 데 사용된다. 각각의 기본 컬러 RGB(적색, 녹색, 청색)에 대해, 정의된 볼륨 격자가 사용되어야 한다. 여기에 도시된 지오메트리는 3 개의 볼륨 격자와 동등하며, 즉 각 기본 컬러 마다 2 개의 볼륨 격자가 존재한다.
다시 말해서, 도 15는 웨이브 필드 세그먼트를 사용하여 조명 평면을 제공하는 절차를 실현하기 위해 사용될 수 있는 실시예를 도시한다. 조명 평면은 상기 추가의 볼륨 격자(VG2)의 출사면이 된다. 따라서, 조명 평면에 조명된 구역의 시간적 제공을 가능하게 하는 실시예가 도시된다. 도면의 복잡성을 줄이거나 편의를 위해 단지 2 개의 기본 광원의 조합만이 도시되어 있다. 물론, 2 개 초과의 광원, 예를 들어 각각이 별개의 파장의 광을 방사하는 3 개의 광원을 조합하는 것이 가능하다. 2 개의 광원에 의해 발생된 웨이브 필드는 스캐닝 미러 요소(SM)로 전파된다. 일반적으로, 스캐닝 미러 요소(SM)는 광 빔을 사용하여 표현될 수 있는 복수의 웨이브 필드 세그먼트로 조명될 수 있다. 이것은, 예를 들어, M × N 개의 광 빔이 스캐닝 미러 요소(SM)의 평면 내에서 오버랩할 수 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 레이저 다이오드(LD)와 같은 20 ×10 개의 광원의 어레이에 의해 20 ×10 개의 광 빔이 생성될 수 있다. 도 15에서는 빔(B1 및 B2)으로 표현되는 두 개의 웨이브 필드만이 도시되어 있지만, 복수 개의 웨이브 필드가 개시된 바와 같이 조합될 수 있다. 스캐닝 미러 요소(SM)는 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점 평면에 배치된다. 스캐닝 미러 요소(SM)로부터 나오는 광은 콜리메이션 유닛(CL)과 충돌하게 된다. 두 개의 작은 직사각형 형상의 세그먼트 또는 구역은 이 평면에 존재하는 웨이브 필드 세그먼트의 풋프린트를 정의한다. 콜리메이션 유닛(CL)의 후방에는 시준된 웨이브 필드가 존재한다. 시준된 웨이브 필드는 강도 분포 I(t, x, y, RGB)에 의해 기술될 수 있는데, 여기서 I는 강도, t는 시간, x 및 y는 x 및 y 좌표이다. RGB는 사용된 기본 컬러를, 예를 들어, 445 nm, 520 nm 및 645 nm의 파장과 관련될 수 있는 적색, 녹색 및 청색으로 레이블링한다. 조명 평면 및/또는 이미징 평면에서의 조명된 구역의 시간적 제공을 위해, 정의된 시간 동안 갭이 존재할 수 있다. 관찰자에게 균일한 강도 분포를 제시하기 위해 빠른 스캐닝이 사용된다. 스캐닝이 더 빨리 제공될수록 사용을 위해 제공되어야 하는 웨이브 필드 세그먼트의 수는 더 줄어들게 된다. 도시된 바와 같이, 강도 분포 I(t, x, y, RGB)에 의해 기술된 시준된 웨이브 필드는 볼륨 격자(VG1), 바람직하게는 브래그 회절 기반 볼륨 격자로 들어간다. 입사각은, 예를 들어 84.26도이며, 이는 한 방향을 따라 10의 계수로 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 예를 들어, 아나모픽 쐐기 타입 조명 디바이스를 사용함으로써, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱 재료가 사용될 수 있어서, 볼륨 격자(VG1) 상의 큰 입사각을 위해 요구되는 고가의 반사 방지 코팅이 회피된다. 따라서, 볼륨 격자(VG1)는 PMMA 로드에 부착될 수 있다. 볼륨 격자(VG1)의 후방으로 전파되는 광은 큰 입사각, 예를 들어 84.26°에서, 상기 추가의 볼륨 격자(VG2), 바람직하게는 브래그 회절 기반의 볼륨 격자와 충돌할 것이다. 따라서, 수직 방향을 따라 10 배의 아나모픽 빔 확장이 도입될 것이다. 합리적인 두꺼운 PMMA 플레이트를 사용함으로써 추가될 수 있는 무게를 방지하기 위해, 에어 타입 쐐기(air-type wedge)가 조명 디바이스의 더 큰 제 2 부분에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 추가의 볼륨 격자(VG2)의 전방에, 예를 들어 20 개의 유전체층에 의해 형성되는 반사 방지 코팅이 사용될 수 있다. 최종적으로, 도 15에 도시된 조명 디바이스의 출사면에는 크게 신장된 웨이브 필드 세그먼트가 존재한다. 여기에서, 2 개의 아나모픽 신장된 강도 분포를 나타내는 2 개의 최종 출사 웨이브 필드 세그먼트는 IS1 및 IS2로 레이블링된다. 이들 2 개의 웨이브 필드 세그먼트(IS1 및 IS2)는 조명 디바이스에 후속하는 SLM을 조명한다. 스캐닝 미러 요소(SM)의 2 차원 스캐닝 동작 동안, 조합된 기본 광원, 예를 들어 개별적으로 제어되는 레이저 다이오드의 세트는 시간 순차 및 동기화된 방식으로 변조될 수 있다. 기본 컬러인 적색, 녹색 및 청색의 각 서브 프레임에도 적용되는 생성될 각각의 이미지 프레임에 대해 이상적인 강도 분포가 제공될 수 있다. 이 타입의 로컬 디밍은 또한 높은 동적 범위(High Dynamic Range: HDR)를 가능하게 한다. 이 스캐닝 접근법은 개별 웨이브 필드 세그먼트를 나타내는 광범위한 강도 분포를 사용할 수 있게 한다. 따라서, 레이저 다이오드와 같은 광원에서 방사되는 가우스 분포가 사용될 수 있다. 이것은 추가적인 웨이브 필드 성형이 요구되지 않는다는 것을 의미한다.
도 16은 세그먼트에 의한 시간적 조명(temporal illumination)을 실현하기 위해 사용될 수 있는 디바이스의 일 실시예를 도시한다. 이 디바이스는 바람직하게는 도 15의 볼륨 격자(VG1)의 전방에 배치될 수 있다. 쐐기 타입 조명 디바이스의 전방에 사용될 수 있는 콜리메이션 유닛(CL)이 도시되어 있다. 단순화를 위해, 광의 전파 방향에서 볼 때, 이 콜리메이션 유닛(CL)의 후방에 전파되는 2 개의 웨이브 필드 세그먼트만이 도시된다. 콜리메이션 유닛(CL)은 SLM을 조명하는 웨이브 필드 세그먼트의 시간적 스캐닝(temporal scanning)에 사용될 수 있다. 복수의 웨이브 필드 세그먼트가 생성될 수 있다. 광 강도는 회절 패턴에서 생성된 회절 차수 사이에서 균형을 이룰 수 있다.
기본 광원(pLS)은 요구되는 기본 컬러를 방사하는 3 개의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 이 개별 광원 또는 레이저 다이오드는 R, G 및 B로 표시된다. 기본 컬러 RGB의 광은 소위 Y-접합, 여기서는 YJ1과 YJ2를 사용하여 조합된다. 광섬유(OF)는 모든 기본 컬러 RGB를 포함하는 조합된 기본 광원(cpLS(RGB))으로서 동작하는 평면에 광을 전달하는 데 사용된다. 더 많은 수의 광원 또는 레이저 또는 레이저 다이오드의 조합을 제공하기 위해 증가된 개수의 Y-접합이 또한 사용될 수 있다. 따라서, 레이저 다이오드와 같은 여러 개의 광원이 각각의 기본 컬러용으로 사용될 수 있다. 이 조합된 기본 광원 평면(cpLS(RGB))으로부터 나오는 광은 콜리메이션 유닛(CL)을 사용하여 시준된다. 이 콜리메이션 유닛(CL)의 후방에는, 격자(GR), 예를 들어 능동 타입 회절 격자가 배치된다. 격자(GR)는 개별적으로 제어되는 전극 또는 그룹 타입으로 제어되는 전극을 포함한다. 이 회절 격자(GR)는 편광 의존성 회절 효율을 가지며 평면내 회전 LC 분자를 사용하는 액정(LC) 격자일 수 있다. 격자(GR)의 출사면은 추가적인 콜리메이션 유닛(COL)의 전방 초점 평면에 제공된다. 이 추가적인 콜리메이션 유닛(COL)은 입사 웨이브 필드를 시준된 웨이브 필드로 변환하기 위해 제공된다. 광섬유(OF)의 단부는 또한 격자(GR), 바람직하게는 능동 타입 편광 의존성 LC 격자의 바로 전방에 배치될 수 있다.
도 16에 도시된 이러한 배열은, 횡 방향으로 스캐닝될 수 있고 강도가 변경될 수 있는 웨이브 필드 세그먼트를 제공할 수 있다. 2 개의 교차형 LC 격자는 2 차원 스캐닝을 제공할 수 있다. 복수의 추가적인 격자 배열이 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각 120 도의 전극 라인의 상대적인 회전을 이용하여 적층된 3 개의 LC 격자가 사용될 수도 있다. 비교를 위해, 두 개의 교차형 격자는 180도의 상대적인 회전으로 사용될 수 있다. 여기에 사용된 능동 타입 회절 빔 분할의 주된 작업 외에도 곡률(curvature)이 각도 분포된 웨이브 필드 세그먼트에 추가될 수 있다. 이것은 또한 수차(aberration) 또는 각도 의존성 초점 교정을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
z = 0(이것은 mm 단위의 z 축임)에 배치된 광원 평면으로부터 나오는 5 개의 가우시안 광 빔의 공간 강도 분포의 시뮬레이션의 3 차원 다이어그램이 도 17에 도시되어 있다. 조합된 광원은 z = 0에 배치된다. 스캐닝 미러 요소는 z = 0에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 스캐닝 미러 요소의 이 위치에서 최고 강도가 존재한다. 다시 말해서, 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 스캐닝 미러에 높은 강도가 존재한다. 이 예는 스캐닝 미러 요소(SM)를 사용하는 도 15에 도시된 실시예를 참조한다. 스캐닝 미러 요소는 2 차원의 광원 평면에 존재하는 광원으로부터 나오는 출사각을 합리적이고 신속한 방식으로 변경시킬 수 있다. 즉, 조명 디바이스의 일부가 될 수도 있는 콜리메이션 유닛 또는 콜리메이션 렌즈의 각도 수용 범위를 포괄하기 위해 스캐닝 미러 요소가 사용된다. 하나의 이미지 프레임, 예를 들어 수 밀리초로 언급되는 조명 시간 윈도우 내에, 콜리메이션 유닛의 출사면에는 SLM의 조명에 요구되는 강도 분포가 제공되어야 하거나 콜리메이션 유닛의 출사면은 이 강도 분포를 포함해야 한다. 여기 도 17에서, z는 조명 디바이스의 로컬 광축을 따른 광의 종 방향 전파 길이이다. 종 방향 전파 축 또는 z 방향은 z 축으로 표시된다. 예를 들어, 대략 z = 400 mm의 전파 거리에서 콜리메이션 유닛은 fCL = 400mm의 초점 길이를 가지도록 배치될 수 있다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 단일 광 빔 또는 웨이브 필드는 콜리메이션 유닛(CL)에 의해 재지향되어 콜리메이션 유닛(CL)의 후방으로 서로 평행하게 전파된다. 따라서, 단일 광 빔 또는 웨이브 필드는, 예를 들어 z = 400 mm에서 전파 방향을 변경할 것이다. 각각의 강도가 개별적으로 제어되는 단일 광 빔 또는 웨이브 필드의 재지향 이외에도, 약간의 발산이 존재하는 경우 그것은 또한 콜리메이션 유닛에 의해 보상될 수 있다. 콜리메이션 유닛(CL)은 개개의 광 빔 또는 웨이브 필드에 로컬 구형 위상 항을 부가한다. 도 17에서, 도시된 광 또는 웨이브 필드의 전체 전파 길이는 대략 500 mm이다. 이것은 도시된 z 축의 전체 길이이다. 개개의 광 빔 또는 웨이브 필드는 자신의 빔 직경을 크게 변경하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이것은, 예를 들어, SLM을 조명하는 데 사용되는 광원의 2 차원 어레이의 일부인 레이저 다이오드와 같은 개별 광원(LDij)의 시간적으로 제어되고 동기화된 강도 변조와 조합하여 복수의 시준된 광 빔의 시간적 스캐닝을 사용하는 예이다.
도 17에서, 개개의 광 빔의 강도는 동일하다. 이것은 5 개의 광 빔이 턴온되고 따라서 동일한 광 전력을 갖는다는 것을 의미한다. 복수의 광 빔은 2 개의 방향을 따라 스캐닝될 수 있다. 따라서, 콜리메이션 유닛의 전체 출사면에는 요구되는 강도 분포가 제공되거나 이 강도 분포로 채워질 수 있다. 로컬 디밍없이 균일한 강도 분포를 제공하는 경우, 모든 광 빔은 동일한 강도를 갖는다. 이것은 동일 강도를 갖는 등거리 광빔의 번들(bundle)이 SLM의 입사면 내에서 균일하게 조명되도록 스캐닝된다는 것을 의미한다. 임의의 강도 분포에 대해 레이저 다이오드와 같은 개별 광원의 스캐닝 및 변조가 조합될 수 있다. 예를 들어, 시간적 스캐닝 기반의 로컬 디밍의 구현을 사용함으로써 높은 동적 범위 및 높은 휘도가 획득될 수 있다. 즉, 이미지는 매우 밝을 수 있고 이미지는 높은 비트 심도를 나타낼 수 있으며, 즉, 높은 휘도가 획득될 수 있고 작은 강도의 단계가 또한 획득될 수 있다. 이는 높은 동적 범위(HDR)의 이미지 재구성을 의미한다.
도 18은 스캐닝 미러 요소의 후방 약 400 mm에 배치된 콜리메이션 유닛의 출사면의 후방 약 500 mm에 존재하는 강도 분포의 3 차원 시뮬레이션 도면을 도시한다. 여기에는 다섯 배의 가우시안 광 빔이 도시된다. 광 빔 간의 그리드 간격은 등거리이다. 빔 직경은 약 1 mm이다. 이 실시예에서 6 mm보다 약간 큰 그리드 간격은 그 빔 직경보다 현저히 더 크다. 즉, 여기서 1 mm의 빔 직경은 6 mm의 래스터 그리드 간격과 조합하여 사용된다. 따라서, 인접한 빔 간에 존재하는 상호 갭은 5 mm이다. 이러한 강도 분포는, 예를 들어 도 15에 도시된 쐐기 타입의 조명 디바이스의 전방에 존재할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 볼륨 격자의 사용은, 예를 들어, 10 또는 20의 계수로 신장되는 2 배의 아나모픽 빔을 가능하게 한다. 따라서, 콜리메이션 유닛의 후방의 약 1 mm의 빔 직경은 조명될 SLM의 전방에서 약 10 mm 또는 심지어는 최대 약 20 mm까지의 빔 직경으로 아나모픽으로(anamorphically) 신장될 수 있다. 이것은 또한 복수의 시간적으로 스캐닝되고 개별적으로 변조된 광 빔에 의해 도입되는 세그먼트화된 조명의 전이 구역이 약 3 mm보다 큰 조건을 따른다는 것을 의미한다. 예를 들어, 단일 광 빔인 도 18의 이 예의 단일 조명 세그먼트 내에서, 최대 강도와 0(제로)의 강도 간의 거리는 적어도 5 mm이거나, 또는 심지어는 20의 빔 신장 계수가 쐐기 타입의 조명 디바이스 내에 사용되는 경우 훨씬 더 크다. 여기서, SLM의 입사면은 기준 평면으로 사용된다. 콜리메이션 유닛의 후방에 존재하는 평면은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치의 SLM을 조명하는 데 사용되기 전에 10 배 또는 20 배로 신장될 수 있다. 상대적으로 큰 그리드 간격은 높은 공간 해상도의 로컬 디밍 및 높은 동적 범위의 이미징을 가능하게 한다. 이는 로컬 디밍이 높은 해상도를 갖는다는 것을 의미한다. 작은 빔 직경과 광 빔 간에 존재하는 높은 상호 갭 간격에 관한 조건은 빠른 2 차원 스캐닝이며, 이는 요구되는 강도 분포를 갖는 전체 조명 평면을 일시적으로 제공하기 위해 적용되어야 한다. 또한 약 0.8 mm 또는 그 미만과 같은 보다 작은 빔 직경을 사용하고, 예를 들어 2 차원 매트릭스 어레이 타입 배열의 광원(LDij) 내에 사용되는 레이저 다이오드와 같은 광원의 수를 현저하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 2 차원 매트릭스 어레이 타입 배열의 레이저 다이오드와 같은 개개의 광원(LD)을 정의하는 인덱스 i 및 j 는 각각 1에서 10으로 이동할 수 있다. 이는, 5×5 개의 광원 대신 10×10 개의 광원이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 사용되는 광원의 수를 감소시키기 위해 더 빠른 스캐닝 및 더 빠른 강도 변조가 사용될 수 있다. 이것은 또한 단일 광원이 시간적 스캐닝 절차에 사용될 수 있음을 의미한다.
도 19에서, 스캐닝 미러 요소의 후방 약 400 mm에 배치된 콜리메이션 유닛의 출사면의 후방 약 500 mm에 존재하는 강도 분포의 3 차원 시뮬레이션 도면이 도시된다. 도 18에서와 같이, 5×5 개의 가우시안 광 빔이 도시된다. 또한, 여기에서, 광 빔 간의 그리드 간격은 등거리이다. 그러나, 빔 직경은 약 1.5 mm이다. 단일 광 빔 간의 그리드 간격은 4 mm보다는 약간 작으며, 빔 직경보다는 크다. 즉, 1.5 mm의 빔 직경은 4 mm의 래스터 그리드 간격과 조합하여 사용된다. 따라서, 인접한 빔 간에 존재하는 상호 갭은 2.5 mm이다. 도 19에 도시된 이러한 강도 분포는, 예를 들어 도 15에 도시된 쐐기 타입의 조명 디바이스의 전방에 존재할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 볼륨 격자의 사용은, 예를 들어, 약 10 내지 20의 계수로 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 따라서, 콜리메이션 유닛의 후방에 존재하는 1.5 mm의 빔 직경은 조명될 SLM의 전방에서 약 15 mm 또는 최대 약 30 mm까지의 빔 직경으로 아나모픽으로 신장될 수 있다. 이것은 또한 복수의 시간적으로 스캐닝되고 개별적으로 변조된 광 빔에 의해 도입되는 세그먼트화된 조명의 전이 구역이 약 3 mm보다 큰 조건을 따른다는 것을 의미한다. 예를 들어, 단일 광 빔인 단일 조명 세그먼트 내에서, 최대 강도와 0(제로)의 강도 간의 거리는 적어도 8 mm이거나, 또는 심지어는 20의 계수로 신장되는 빔을 조명 디바이스 내에서 사용하는 경우 훨씬 더 크다. 그러나, 여기에서 요점은 도 15에서와 같은 아나모픽 조명 디바이스의 전방에 또는 심지어는 아나모픽 이미징 디바이스의 전방에 존재하는 단일 광 빔 또는 웨이브 필드 세그먼트가, 예를 들어 10의 계수를 사용하여 신장된다는 것이다. 따라서, 1에서 0까지의 강도 값을 포함할 수 있는 웨이브 필드 세그먼트의 관련 전이 구역은 충분히 커서 1 밀리미터 대신 수 밀리미터가 된다. SLM의 입사면은 기준 평면으로 사용된다. 콜리메이션 유닛의 후방에 존재하는 평면은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치의 SLM을 조명하는 데 사용되기 전에 약 10 배 또는 20 배로 신장된다. 도 18에 도시된 강도 분포와 비교하여 감소된 스캐닝 속도가 요구되어 사용된다. 사용되는 광원에 요구되는 강도 변조의 속도 또한 감소된다. 추가로, 로컬 디밍의 공간 해상도가 또한 감소된다. 개별 실시예는 개별 애플리케이션에 의존한다. 도 19의 이러한 예는 빔 조합 디바이스의 개별 광학 설계를 개별 디스플레이 디바이스 제품에 적용하는 데 사용될 수 있는 파라미터 변화에 대한 많은 여지가 있음을 보여준다.
z = 0(이는 mm 단위의 z 축임)에 배치된 광원 평면으로부터 나오는 가우시안 광 빔에 의해 생성되는 강도 분포의 3 차원 시뮬레이션 다이어그램이 도 20에 도시되어 있다. 예를 들어, z = 0에서 스캐닝 미러 요소가 배치될 수 있다. 일 예가 도 15에 도시되고, 여기에는 스캐닝 미러 요소(SM)가 도시된다. 스캐닝 미러 요소는 2 차원의 광원 평면에 존재하는 광의 각도를 합리적이고 신속한 방식으로 변경시킬 수 있다. 하나의 이미지 프레임, 예를 들어 수 밀리초로 언급되는 조명 시간 윈도우 내에, 콜리메이션 유닛의 출사면에는 SLM의 조명에 요구되는 강도 분포가 제공되어야 하거나 콜리메이션 유닛의 출사면은 이 강도 분포로 채워져야 한다. 여기서, z는 조명 디바이스의 로컬 광축을 따른 광의 종 방향 전파 길이이다. 종 방향 전파 축 또는 z 방향은 z 축으로 표시된다. 예를 들어, 대략 z = 400 mm의 전파 거리에서 콜리메이션 유닛이 배치될 수 있으며, fCL = 400 mm의 초점 길이를 가질 수 있다. 단일 광 빔은 콜리메이션 유닛에 의해 재지향되어 콜리메이션 유닛의 후방으로 서로 평행하게 전파된다. 게다가, 단일 광 빔은, 예를 들어 z = 400 mm에서 전파 방향을 변경할 것이다. 각각의 강도가 개별적으로 제어될 수 있는 단일 광 빔 또는 웨이브 필드의 재지향 외에도, 약간의 발산이 존재하는 경우 그것은 또한 콜리메이션 유닛에 의해 보상될 수 있다. 콜리메이션 유닛은 개개의 광 빔 또는 웨이브 필드에 로컬 구형 위상 항을 부가할 수 있다. 도시된 광의 전체 전파 길이는 약 900 mm이다. 이것은 도시된 z 축의 전체 길이이다. 개개의 광 빔은 자신의 빔 직경을 크게 변경하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이것은, 예를 들어, 레이저 다이오드와 같은 개별 광원(LDij)의 시간적으로 제어되고 동기화된 강도 변조와 조합하여 복수의 시준된 광 빔의 시간적 스캐닝을 사용하는 구체적인 예이다. 이러한 광원은 SLM을 조명하는 데 사용되는 레이저 다이오드와 같은 2 차원 (2D) 광원 어레이의 일부일 수 있다.
도 20에서, 개개의 광 빔 또는 웨이브 필드의 강도는 서로 상이하고 그 중 일부는 심지어는 완전히 스위치 오프될 수 있다. 이 시간적 스캐닝 기반의 로컬 디밍의 구현을 사용함으로써, 생성된 이미지의 높은 동적 범위(HDR) 및 높은 휘도가 획득될 수 있다. 따라서, 3 차원(3D) 장면 내의 흑색 구역을 나타내는 SLM의 부분도 또한 조명되지 않을 수 있다. 이것은 또한 소모되는 광 전력을 실제로 요구되는 값으로 감소시킨다. 로컬 디밍없이 균일한 강도 분포를 제공하는 경우, 모든 광 빔 또는 웨이브 필드는 동일한 강도를 갖는다. 이러한 특정 상태에서, 레이저 다이오드와 같은 모든 광원은 동일한 광 출력 전력을 갖는다. 그리고, 동일 강도를 갖는 등거리 광빔의 번들이 SLM의 입사면 내에서 균일하게 조명되도록 스캐닝된다. 그러나, 개별 광 빔의 상이한 강도를 사용하는 것에 의한 상기 스캐닝은 디스플레이 디바이스와 같은 장치의 표준 사용을 위한 가장 높은 확률을 갖는다. 도 20은 비 강도로 변조된 광 빔의 경우의 강도 분포를 도시하는 도 17을 참조한다.
도 21은 콜리메이션 유닛의 출사면의 후방의 대략 500 mm에 존재하는 시간적으로 통합된 강도 분포의 3 차원의 시뮬레이션의 다이어그램 또는 도면을 도시한다. 추가적인 설명에 대해서는, 예를 들어, 도 15를 참조한다. 이 도면은 동적으로 도입된 광의 로컬 디밍을 사용하여 임의의 강도 분포를 제공할 수 있음을 보여준다. 이것은 단일 SLM 프레임을 조명할 수 있는 시간적으로 통합된 강도 분포이다. 통합하는 시간은, 예를 들어 밀리초 범위일 수 있다. 단일 광 빔 간에 존재하는 공칭 그리드 간격이 고정되어 있더라도, 임의의 강도 분포가 획득될 수 있다. 이는 SLM을 조명하는 데 요구되는 시간 프레임보다 작거나 같은 시간 프레임에서 발생하는 스캐닝 절차 동안 레이저와 같은 개별의 광원을 변조함으로써 수행될 수 있다. 도 21은 레이저 또는 레이저 다이오드와 같은 개별 광원(LDij)의 시간적으로 제어되고 동기화된 강도 변조와 조합하여 복수의 시준된 광 빔의 시간적 스캐닝을 사용하는 구체적인 예이다. 이들 광원은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치의 SLM을 조명하기 위해 사용되는 2 차원(2D) 어레이의 광원의 일부일 수 있다.
도 22에는 2 차원 및/또는 3 차원 객체의 이미징을 위한 장치의 조명 디바이스의 일반적인 실시예가 도시되어 있다. 이러한 조명 디바이스는 웨이브 필드 세그먼트를 사용하여 조명 평면을 제공하는 절차를 실현하기 위해 사용될 수 있다. 이 실시예는 각도 스캐닝의 사용없이 웨이브 필드 세그먼트로 조명될 평면의 공간적 제공 또는 충진을 가능하게 한다. 스캐닝 미러 요소(SM)에 의해 제공되는 스캐닝 기능을 도시하는 도 15와 비교하여, 빔 성형 요소(RSP)가 도 22에 제공된다. 상기 빔 성형 요소(RSP)는 여기서, 회전 스캐터 플레이트(rotating scatter plate)로서 설계된다. 물론, 다른 빔 성형 요소를 사용할 수 있다. 도면의 복잡성을 줄이기 위해, 단지 2 개의 기본 광원의 조합만이 도시되어 있다. 2 개의 광원(LD1 및 LD2)에 의해 생성되고 광 빔(B1 및 B2)에 의해 표현되는 2 개의 웨이브 필드는 회전 스캐터 플레이트(RSP)로 전파된다. 회전 스캐터 플레이트(RSP)는 회전 모터(RM) 상에 장착된다.
회전 스캐터 플레이트(RSP)는 유사한 광학 기능을 제공하는 상이한 광학 요소로 대체될 수 있다. 예를 들어, 빔 성형 확산기가 빔 성형 요소로서 및 상기 스캐터 플레이트의 대안으로서 사용될 수 있다. 이러한 빔 성형 확산기는 탑 햇(top-hat) 강도 분포 또는 플랫 탑(flat-top) 강도 분포를 제공할 수 있다. 이것은 단일 광원을 사용하는 경우에 최적의 광학 기능일 수 있다. 이것은 조명될 평면의 세그먼트화를 사용함으로써 복수의 광원을 조합하는 절차가 사용되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 또한 실용적일지 모르지만, 다중 광원 조합 기능을 제공하는 세그먼트화된 조명에 기초하는 본 명세서에 개시된 장치에서는 최적이 될 수 없다. 레이저 다이오드와 같은 여러 개의 광원에 의해 생성된 광을 조합하기 위해, 콜리메이션 유닛의 입사 개구의 크기보다 큰 플랫 햇 강도 분포가 그 확장부에서 사용될 수도 있다. 그러나 이는 로컬 디밍 및 로컬 디밍 절차와 관련된 높은 동적 범위 이미징을 제공하는 데 효율적일 수 없을 것이다. 조명 세그먼트의 요구된 오버랩을 사용하는 웨이브 필드의 중첩된 세그먼트화를 위해서는, 예를 들어, 도 10 및 도 13에 도시된 바와 같은 스캐터 프로파일이 선호된다. 요구된 오버랩의 개별 파라미터는 개별 디스플레이 디바이스 제품에 따라 달라진다. 일 예로서, 직시형 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우, 이 오버랩은 가장 큰 서브 홀로그램의 크기만큼 클 수 있다. 따라서, 로컬 디밍 및 높은 동적 범위 이미징은 레이저 다이오드와 같은 복수의 개별적으로 제어되는 광원과 조합하여 최적의 조합으로 제공될 수 있다.
도 22에서의 회전 스캐터 플레이트(RSP)의 평면은 콜리메이션 유닛(CL)에 의해 시준될 2 차 또는 확장된 광원의 평면을 정의한다. 따라서, 2차 광원의 평면은 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점 평면에 배치된다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우, 이 평면에 동적 위상 분포를 추가하는 2 차 광원의 평면에서 동적 요소를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 또한 정적 굴절 광 빔 성형 요소가 이 평면에서의 사용에 대해 바람직하지 않다는 것을 의미한다. 동적 회절 구조 또는 동적 굴절 구조는, 2 차 광원의 평면 내에 존재하는 빔 성형 기능 및 동적 랜덤화된 위상 기능 모두를 도입할 수 있다. 따라서, 이들 2 개의 기능은 또한 2 개의 분리된 광학 요소, 즉 동적 위상 플레이트 및 정적 굴절 빔 성형 요소를 사용함으로써 제공될 수도 있다.
일반적으로, 2차 광원을 정의하는 평면은 여기에 광 빔을 사용하여 표현될 수 있는 복수의 웨이브 필드 세그먼트로 조명될 수 있다. 이것은, 예를 들어 M×N 개의 광 빔이 회전 스캐터 플레이트(RSP) 또는 2 차 광원의 평면 내에서 오버랩될 수 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 레이저 다이오드와 같은 20×10 개의 광원(LD)의 어레이에 의해 20×10 개의 광 빔이 생성될 수 있다. 도 22에서는 광 빔(B1 및 B2)으로 표현되는 두 개의 웨이브 필드만이 도시되어 있지만, 복수 개의 웨이브 필드가 개시된 바와 같이 조합될 수 있다. 회전 스캐터 플레이트(RSP)로부터 나오는 광은 후속하는 콜리메이션 유닛(CL)과 충돌하게 된다. 콜리메이션 유닛(CL) 상에 도시된 2 개의 작은 직사각형 형상 영역 또는 구역은 콜리메이션 유닛(CL)의 이 평면 내에 존재하는 2 개의 웨이브 필드 세그먼트의 풋프린트(또는 형상)를 나타낸다. 콜리메이션 유닛(CL)은 시준된 웨이브 필드가 콜리메이션 유닛(CL)의 후방에 존재하도록 웨이브 필드를 시준한다. 시준된 웨이브 필드는 강도 분포 I(t, x, y, RGB)에 의해 기술될 수 있는데, 여기서 I는 강도, t는 시간, x 및 y는 x 및 y 좌표이다. 강도 분포 I(t, x, y, RGB)는 콜리메이션 유닛(CL)의 후방에 제공되는 기준으로서 사용된다. 이 강도 분포는 빔 경로 내에서 후속되는 백라이트 유닛에 의해 신장될 것이다. RGB는, 예를 들어, 445 nm, 520 nm 및 645 nm의 파장과 관련될 수 있는 기본 컬러, 즉 적색, 녹색 및 청색으로 레이블링된다.
즉, 도 22는 본 발명에 따른 장치의 조명 디바이스를 도시한다. 2 개의 광원(LD1 및 LD2), 예를 들어 레이저 또는 레이저 다이오드는 2 개의 광 빔(B1 및 B2)을 방사한다. 두 개의 광 빔(B1 및 B2)은 회전 모터(RM) 상에 장착된 회전 스캐터 플레이트(RSP)로 전파된다. 그 다음, 광 빔은 동일한 장소 또는 위치에서 상기 회전 스캐터 플레이트(RSP)와 충돌할 수 있다. 따라서, 2 개의 광 빔 또는 웨이브 필드의 단면은 회전 스캐터 플레이트(RSP)에 위치할 수 있다. 회전 스캐터 플레이트(RSP)는 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점 평면에 배치되거나 또는 전방 초점 평면에 근접하게 배치될 수 있다. 콜리메이션 유닛(CL)은 일반적으로 광 빔 또는 전파되는 웨이브 필드를 시준한다. 콜리메이션 유닛의 개구 내에 존재하는 두 개의 작은 직사각형 세그먼트는 콜리메이션 유닛의 일부인 조명된 구역 또는 영역을 나타낸다. 여기에서는 두 개의 광 빔만이 고려된다. 회전 스캐터 플레이트(RSP)는 자신에게 입사되는 기본 웨이브 필드의 재성형을 도입한다. 콜리메이션 유닛(CL)의 전체 개구를 광으로 채우거나 광을 제공하거나 또는 정확히 웨이브 필드 세그먼트로 채우거나 이를 제공하기 위해 복수의 광원이 사용될 수 있다. 콜리메이션 유닛(CL)의 전체 개구를 광으로 채우는 것은 본 발명에 따른 오버랩 절차를 사용하여 수행될 수 있다.
콜리메이션 유닛(CL)의 후방에는 강도 분포 I(t, x, y, RGB)가 존재한다. 여기서, t는 개별 시간 t에 의존하는 동적 강도 분포가 도입된다는 것을 의미한다. 사용된 복수의 광원은 시간에 따라 변조된다. 각각의 광원은 자신의 개별적인 시간 의존적인 출사 전력을 가질 수 있으며, 이 출사 전력은 조명될 SLM에 의해 제공되는 컨텐츠와 동기화된다. 여기서, x 및 y는 해당 평면의 좌표를 나타내며, 이 평면은 콜리메이션 유닛(CL)의 출사면이 된다. 시준된 광 빔 또는 시준된 웨이브 필드는 그후 볼륨 격자(VG1)로 전파된다. 예를 들어, 상기 볼륨 격자(VG1) 상으로의 입사각은 84.26°일 수 있다. 이로 인해 10 배의 아나모픽 빔이 신장된다. 이 볼륨 격자(VG1)는 광 빔 또는 웨이브 필드를 재지향시키고 수평 방향을 따라 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 볼륨 격자(VG1)의 후방으로 전파되는 광은 추가의 볼륨 격자(VG2)에 들어간다. 이 추가의 볼륨 격자(VG2)는 상기 광 빔 또는 웨이브 필드를 재지향시키고 수직 방향을 따라 신장되는 아나모픽 빔을 도입한다. 이 추가의 볼륨 격자(VG2)의 후방으로 전파되는 광은 SLM을 조명하는 데 사용된다. 각각의 기본 컬러 RGB에 대해, 정의된 볼륨 격자가 사용되어야 한다. 도 22에 도시된 지오메트리는 3 개의 볼륨 격자와 동등하며, 즉 각 기본 컬러 마다 2 개의 볼륨 격자가 존재한다.
스캐터 플레이트(SP)는 웨이브 필드의 발산을 증가시킨다. 그 효과는 콜리메이션 렌즈(CL)인 다음 광학 요소로 더 전파되는 웨이브 필드가 상호 오버랩을 가질 것이라는 것이다. 스캐터 플레이트는 콜리메이션 렌즈(CL)의 전방 초점 평면에 배치된다. 콜리메이션 렌즈(CL)는 스캐터 플레이트(SP)로부터 전파되는 광을 시준한다. 콜리메이션 렌즈(CL)의 후방의 상이한 레이저 다이오드(LD1 내지 LDN)와 관련된 웨이브 필드는 요구된 오버랩을 갖는다.
도 23은 2 차원 매트릭스로 배치될 수 있는 레이저 다이오드와 같은 복수의 광원(LDij)의 조합을 실현하는 본 발명에 따른 장치의 조명 디바이스의 예시적인 실시예를 도시한다. 참조 부호(LD1 내지 LDN)는 이 도면의 좌측에 배치된 N 개의 광원(LD)의 수를 나타낸다. 상이한 광원(LD1 내지 LDN)에 관련된 광 빔 또는 웨이브 필드는, 예를 들어 점선, 이점 쇄선, 일점 쇄선, 파선 및 실선으로서 상이한 선을 사용하여 표시된다. 각각의 광원에 대해, 예를 들어 0.1 nm의 좁은 스펙트럼 라인 폭을 제공하기 위해, 수직 입사에서 반사로 작동하는 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 볼륨 격자(BG-RM)는 빔 경로 내의 광원 어레이에 후속하여 제공될 수 있다. 스펙트럼 라인의 폭은 Δλ로 지칭될 수 있다. 여기서, 예를 들어 Δλ = 0.1 nm이다. 볼륨 격자(BG-RM)는 광원 공동의 개별 공진기의 출사 미러(exit mirror)로서 동작한다. 예를 들어, 분포된 피드백 레이저 다이오드는 광원으로 사용될 수 있으며, 상기 광원은 방사된 파장을 정의하는 공진기에 가까운 주기 구조를 갖는다. 방사되는 방사선의 좁은 라인 폭 이외에, 광 라인의 스펙트럼 위치는, 예를 들어 0.2 nm의 범위 내에서 고정된다. 단일 광 라인의 스펙트럼 위치는 Δλ0로 지칭될 수 있다. 여기서, 예를 들어 Δλ0 = 0.2 nm이다. 스펙트럼 안정화의 구현은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치 내의 회절 요소를 사용하는 경우에도 관찰자의 눈으로 전파되는 웨이브 필드의 각도 안정성을 보장한다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 내에서 회절 요소의 사용은 소형 폼 팩터(small form factor)를 가능하게 한다.
개별 광원으로부터 나오는 광은 필드 렌즈(FL)로 전파된다. 이 필드 렌즈(FL)는 조합된 광원의 평면으로서 작동하는 평면 상으로 광을 재지향시키며, 이 조합된 광원은 빔 경로를 따라 추가로 시준될 2 차 광원이다. 이 평면에 빔 성형 요소가 배치된다. 빔 성형 요소는 여기에서 스캐터 플레이트(SP)로서 설계될 수 있다. 스캐터 플레이트(SP)는 압전 변환기(PZT)와 스캐터 플레이트(SP)를 연결하는 이중 화살표를 사용하여 도 23에 도시된 압전 변환기(PZT)를 사용함으로써 횡 방향으로 시프팅될 수 있다. 스캐터 플레이트(SP)는 이 장치에서 중요한 요소이다. 이 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소에 의해 여러 기능이 제공된다. 제 1 기능으로서, 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소는 발산 각도와 관련한 입사 광 빔이 넓어지게 한다. 예를 들어, 스캐터 플레이트를 조명하는 단일 가우시안 광 빔은, 예를 들어 5°의 작은 각도에 의해 정의되는 개구수(NA)의 작은 값을 가질 수도 있다. 따라서, NA = sin(5°/2) = 0.044의 개구수는 매우 작지만, 이는 단지 예시적인 값일 뿐이다. 필드 렌즈(FL)의 후방의 여러 개의 광원(LDN)에 의해 생성된 광 빔은 약간 수렴하고, 예를 들어 5°의 수렴 각도를 갖는다. 광 빔은 그후 스캐터 플레이트(SP) 상으로 약간 초점을 맞춘다. 스캐터 플레이트(SP)의 후방의 단일 광 빔으로부터 생성된 웨이브 필드 또는 광 빔의 발산은, 예를 들어 15°도의 발산 각도를 가질 수 있다. 발산의 개별 값은 본 발명에 따른 장치의 개별 실시예에 따라 달라진다. 도 23에 도시된 예에서, 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소를 사용함으로써 각도 확산이 현저하게 증가한다는 것이 지적되어야 한다. 그 효과는 콜리메이션 유닛(CL)일 수 있는 다음 광학 요소로 더 전파되는 웨이브 필드가 상호 오버랩을 갖는다는 것이다. 이것은 또한, 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소의 한 기능이 상이한 광원에 의해 본래 생성된 웨이브 필드 간에 존재하는 정의된 오버랩을 생성한다는 것을 지적하고 있다. 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소는 각각의 웨이브 필드의 각도 확산을 증가시킨다. 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소는 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점 평면에 배치될 수 있다. 도 23에서 알 수 있는 바와 같이, 콜리메이션 유닛(CL)은 스캐터 플레이트(SP)로부터 나오는 광을 시준한다. 콜리메이션 유닛(CL)의 후방의 상이한 광원(LD1 내지 LDN)과 관련된 웨이브 필드는 요구된 오버랩을 갖는다. 제 2 기능으로서, 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소는 빔 성형을 도입한다. 예를 들어, 가우시안 또는 타원형 입사 광 빔은, 예를 들어 도 10 또는 도 13에 도시된 바와 같이 강도 분포를 갖는 광 빔 세그먼트 또는 웨이브 필드 세그먼트로 변환되어야 하거나 변환될 수 있다. 플랫 탑 빔 성형을 사용하는 것이 유익하지 않을 수 있다. 플랫 탑 강도 분포는 상술한 강도 프로파일과는 반하게 된다. 플랫 탑 강도 분포는 상기 요구 사항을 충족시킬 수 없다. 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소는 위상 프로파일 또는 위상 구조를 갖는다. 스캐터 플레이트(SP)의 위상 프로파일은 광원의 광 빔 프로파일을 세그먼트화된 조명 또는 세그먼트화된 이미징을 위한 요구된 광 빔 프로파일 내로 전달하기 위해 최적화된다. 이것은 스캐터 플레이트의 한 기능이 맞춤형 빔 성형을 도입하는 것이라고 설명한다. 각도 발산을 증가시키고 맞춤형 빔 성형을 도입하는 것은 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소 내에서 조합될 수 있는 기능이다. 이는 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 간단한 표준 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소가 없다는 것을 나타낸다.
기본 광원 어레이를 형성하는 레이저 다이오드와 같은 복수의 광원은, 예를 들어 도 6 및 도 7에 도시된 세그먼트의 배열과 관련하여 직사각형 또는 육각형 그리드로 배치될 수 있다. 따라서, 기본 광원 어레이의 배열에 사용되는 그리드 타입은 스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소에 의해 제공되어야 하는 빔 성형 기능을 정의한다.
스캐터 플레이트(SP) 또는 빔 성형 요소의 또 다른 기능은 콜리메이션 유닛(CL)에 의해 시준되는 확장된 또는 2차 광원의 평면 내에 합리적인 빠른 동적 위상 변화를 제공하는 것이다. 합리적인 빠른 동적 위상 변화는, 예를 들어 SLM의 단일 프레임을 조명하는 데 요구되는 시간 프레임 내에 적어도 10 개 초과의 스캐터 플레이트 타입 위상 분포가 존재한다는 것을 의미한다. 도 22에 도시된 바와 같이 회전 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소를 사용하면 상기한 것을 제공할 수 있다. 이는 동적 위상 패턴이 스캐터 플레이트에서 시간적 통합과 조합하여 사용되어야 한다는 것을 의미한다. 조명 디바이스의 광축에 수직인 스캐터 플레이트 또는 빔 성형 요소의 빠른 이동은, 예를 들어 회전 모터 또는 압전 변환기를 사용함으로써 제공될 수 있다. 시준될 광원의 평면에 제공될 동적 위상 산란의 범위는 적어도 π, 즉, 예를 들어 Δφ(동적)≥±π/2이다. 개별 애플리케이션이 존재할 수 있으며, 이 애플리케이션의 경우, Δφ(동적)≥±π/4로도 충분할 수 있다. 예를 들어, 조합된 광원의 평면 내에서의 준비를 설명하는 “위상 산란”이란 용어는 높은 공간 주파수를 가진 위상 랜덤화를 의미한다.
미세 전자 기계 시스템(micro-electro-mechanical system: MEMS) 피스톤 미러 타입 어레이는 반사성 조명 디바이스에 사용될 수도 있다. 반사로 작동하는 동적 스캐터 플레이트는 Δφ(동적)≥±π/2의 요구된 동적 위상 변화를 실현하기 위해, 여기서 적색 및 이에 따른 가장 긴 파장에 대해, 예를 들어 640nm/2 = 320nm인 적어도 반 파장의 단차 높이(step height)를 제공할 수 있다.
시준될 2 차 광원의 평면에서 사용될 수 있는, 즉 스캐터 플레이트(SP)의 대체물로서 사용될 수 있는 LC(액정) 기반의 위상 변조 SLM은 대다수의 디스플레이 애플리케이션용으로는 아마도 충분히 빠르지 않을 것이다. 압전 변환기에 장착된 얇은 포일은 빠른 랜덤화된 위상 변조와 작은 폼 팩터를 동시에 제공할 수 있다.
도 24에서, 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD) 또는 헤드업 디스플레이 디바이스(예를 들어, 자동차에 사용되는 HUD)를 위한 웨이브 필드의 세그먼트화가 도시되어 있다. 이 도면에서는, 오버랩을 나타내지 않거나 일반적인 방식만으로는 작은 오버랩을 갖지 않는 5 개의 웨이브 필드 세그먼트가 도시되고 있다. 이러한 웨이브 필드 세그먼트는 HMD 또는 HUD에서 사용될 수 있으며, 따라서 관찰자의 눈에 제시되는 시야의 세그먼트화와 동일하다. 5 개의 세그먼트화된 웨이브 필드를 사용함으로써 전체 시야가 포괄된다. 도시된 바와 같이, 수평 시야(H)는 수직 시야(V)보다 크다. 수(1 내지 5)는 웨이브 필드의 상이한 구역 또는 영역을 나타낸다. 이들은 이미징 애플리케이션이나 조명 애플리케이션에 사용될 수 있는 일반적인 세그먼트이다. 정렬 허용오차와 관련하여 약간의 오버랩이 존재할 수 있다. 이 경우, 가상 이미지 세그먼트의 몇몇 픽셀이 오버랩될 수 있다. 존재하는 작은 오버랩은, 예를 들어, 조정 기반 보정 값을 포함하는 록업 테이블의 데이터를 사용하여 조정 및 보상될 수 있다. 이러한 작은 오버랩은 가상 이미지 장면 내의 갭을 피하기에는 충분할 수 있다. 그러나, 정렬 및 허용오차 문제로 인한 이 작은 오버랩은, 예를 들어 광 가이드 및 세그먼트화된 분리를 이용하는 헤드 장착 디스플레이 디바이스 내에서 고선명 이미징 경험을 제공하기에는 충분하지 않다.
도 25는 도 24와 비교하여 일반적인 방식으로 상당한 오버랩을 갖는 5 개의 웨이브 필드 세그먼트를 도시한 도면이다. 이러한 웨이브 필드 세그먼트는 HMD 또는 HUD에서 사용될 수 있으며, 따라서 관찰자의 눈에 제시되는 시야의 세그먼트화와 동일할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트화된 웨이브 필드는 인접한 웨이브 필드 세그먼트와의 상당한 오버랩을 갖는다. 도시된 이들 다섯 개의 오버랩 구역 또는 영역은 시간 순차 방식으로 5 개의 웨이브 필드 세그먼트를 사용하거나 공간 샘플링된 세그먼트화를 사용하여 생성된 시야와 동일할 수 있다. 수평 시야(H)는 수직 시야(V)보다 크다. 도 25에 도시된 그러한 예시는 헤드 장착 디스플레이 디바이스(HMD) 또는 헤드업 디스플레이 디바이스(HUD)에 대한 시야의 바람직한 레이아웃일 수 있다. 수(1 내지 5)는 상이한 오버랩 구역 또는 영역을 나타낸다. 도 25의 도시된 웨이브 필드 세그먼트는 일반적인 웨이브 필드 세그먼트이며, 이는 이미징 애플리케이션 또는 조명 애플리케이션에도 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들 웨이브 필드 세그먼트는 공간에서 이미징된 SLM의 이미지 평면을 나타낼 수 있다. HMD 또는 HUD에서, 5 개의 웨이브 필드 세그먼트는 현저한 상호 오버랩을 갖는 SLM의 가상 이미지의 5 개의 세그먼트를 나타낸다. 상당한 상호 오버랩에 기초한 이 일반적인 웨이브 필드 세그먼트화는, 특히 웨이브 필드의 세그먼트화된 분리를 이용하고 동시에 고선명 시청 경험을 실현하는 입체식 HMD 또는 HUD 뿐만 아니라 3 차원(3D) 객체 또는 장면을 공간에 제공하는 홀로그래픽 HMD 또는 HUD에 유익하다. HMD 또는 HUD를 위한 이러한 일반적인 세그먼트화의 레이아웃은 2 차원의 경우까지 확장될 수 있다. 이는 2 차원을 따라 오버랩 기반 세그먼트화가 사용된다는 것을 의미한다.
도 26은 광 가이딩 요소로부터의 광의 일반적인 방식의 세그먼트화된 분리를 도시한 도면이다. 이러한 배치 및 광의 분리는 바람직하게는 HMD 또는 HUD에서 사용될 수 있다. 예를 들어, OLED(유기 발광 다이오드)에 기초한 SLM과 같은 자체 조명 SLM을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 HMD는 통상적으로 적어도 하나의 광 가이딩 요소(LG) 또는 웨이브 가이딩 요소 및 광학 시스템(OS)을 포함한다. 광학 시스템(OS)은 광의 분리를 위해 적어도 하나의 광 가이딩 요소(LG) 내에 제공되거나 배치된다. 도시된 도면은 단지 광 가이딩 요소의 단면만이고, 광 가이딩 요소로부터의 광의 분리를 설명할 것이다. 3 개의 웨이브 필드 세그먼트(WF1, WF2 및 WF3)가 도 26에 도시되어 있다. 이들 3 개의 웨이브 필드 세그먼트(WF1, WF2 및 WF3)는 광 가이딩 요소(LG)로부터 분리되며, 서로에 대해 현저하게 정의된 오버랩(OL)을 가지며, 추가의 웨이브 필드 세그먼트가 제공되거나 필요하다면 추가의 인접하는 웨이브 필드 세그먼트(WFN)와의 오버랩(OL)을 가지게 된다. 여기서, 3 개의 웨이브 필드 세그먼트(WF1, WF2 및 WF3)를 사용함으로써 전체 시야가 포괄된다. 사용되는 웨이브 필드 세그먼트의 수는 훨씬 더 클 수 있는데, 예를 들어 7 개이거나 20 개를 초과할 수 있다. 일점 쇄선은 HMD 사용자의 눈의 광축일 수 있는 광축(OA)을 나타낸다. 도 26은 광 가이딩 요소 또는 웨이브 가이딩 요소로부터 웨이브 필드의 세그먼트화된 분리를 사용하는 HMD의 개략적인 평면도를 도시한다. 세그먼트화된 분리는 사용자의 눈의 입사 동공으로 전파되는 인접한 웨이브 필드 세그먼트의 현저한 상호 오버랩에 기초하고 있다. 도시된 바와 같이, 3 개의 각도 세그먼트(WF1, WF2 및 WF3)는 요구되고 정의된 상호 오버랩(OL)을 갖는다. 요구되는 상호 오버랩(OL)은 시간 순차 방식으로 구현될 수 있다. 이것은, 광학 시스템에 의해 웨이브 필드 세그먼트의 요구되는 방향으로부터 사용자의 눈으로의 오버랩 영역 또는 구역 또는 오버랩(OL)이 발생하는 방식으로 웨이브 필드 세그먼트(WF1, WF2 및 WF3)가 잇달아 매우 신속하게 생성된다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 사용자는 개별적인 웨이브 필드 세그먼트 간의 갭을 보지 않으며, 고화질 및 고선명 시청 경험을 갖는 재구성된 3 차원 장면 또는 객체를 관측할 수 있다.
대안으로, 요구되고 정의된 상호 오버랩이 분리 지오메트리의 공간적 멀티플렉싱을 사용하는 방식으로 제공될 수 있다. 이 일반적인 레이아웃은 2 차원의 경우, 즉 2 차원의 광 평면을 구현하도록 확장될 수 있다. 2 차원의 경우에 대해, 이것은 2 차원 또는 2 개의 방향을 따른 오버랩 기반 세그먼트화 및 오버랩 기반의 세그먼트화된 분리가 사용된다는 것을 의미한다. 광 가이딩 요소는 투명 기판의 일부로서만 도 26에 도시되어 있다. 적어도 광 가이딩 요소의 한 표면에는 사용자의 눈에 최종적으로 제시되는 웨이브 필드를 생성하는 광학 시스템(OS)이 제공된다. 이는, 예를 들어 광 가이딩 요소의 입사 측에 투영 유닛이 제공된다는 것을 의미한다. 광학 시스템 또는 이미징 광학 또는 적어도 그것의 중요한 부분으로 지칭될 수 있는 이 투영 유닛은 최종적으로 사용자에 의해 검출되는 2 차원 또는 3 차원 장면 또는 객체를 나타내는 웨이브 필드를 제공한다.
물론, HMD 내에서 사용되는 광 가이딩 요소로부터 분리되는 웨이브 필드 세그먼트의 수를, 예를 들어 5 개 또는 7 개의 웨이브 필드 세그먼트로 증가시키는 것이 가능하다.
HMD 또는 HUD에서의 세그먼트화는, 직시형 디스플레이 디바이스 또는 투영 디스플레이 디바이스에서의 조명 빔 경로에서의 세그먼트화와 비교하여 이미징 빔 경로에서 수행된다.
다음의 설명은 본 발명의 일반적인 실시예를 나타낸다.
기본 광원에 의해 초기에 방사되는 홀로그래픽 이미징에 사용되는 웨이브 필드에 의해 충족될 중요한 경계 조건이 있다. 예를 들어, 높은 공간 해상도로 위상 및 진폭을 변조할 수 있는, 즉, 예를 들어, 직시형 홀로그래픽 2 차원 인코딩된 디스플레이 디바이스의 경우 33 ㎛ 처리 그리드에서의 복소수값의 SLM이 서브 홀로그램을 생성하는 데 사용될 수 있다. SLM의 평면에서 생성된 서브 홀로그램은 작은 회절 렌즈로서 동작하거나 기능한다. 위상 전용 SLM의 경우, 서브 홀로그램은 소위 프레넬 구역 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 기술될 수 있다. 회절 렌즈로서 기능하는 작은 서브 홀로그램의 초점 길이(f)는 생성될 객체 포인트의 종 방향 거리 또는 z-거리를 정의한다. 예를 들어, 가령, fSH = 300mm일 수 있는, 정 초점 길이(f)를 갖는 SLM에 제공된 프레넬 렌즈가 설계 파장에서 평면 웨이브로 조명되는 경우, SLM의 전방 z = 300mm의 거리에서 초점이 생성될 것이다. 이 초점은 3 차원(3D) 공간에서 생성된 객체 포인트이다. 이것은 단순화된 예일뿐이다.
예를 들어, 사용된 파장에 따라 SLM에 존재하는 약 33 ㎛ 픽셀 피치는 제로 회절 차수와 제 1 회절 차수 중 하나 사이에서 1°도의 범위 내의 회절 각을 생성한다. 그러나, 이것은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에는 충분하지 않다. 따라서, 필드 렌즈는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 SLM 의 전방 또는 후방에 사용되어야 한다. 이 필드 렌즈는 초점 길이(fFL)를 가지며, 이는, 예를 들어 811mm(32")의 디스플레이 대각선을 갖는 데스크탑 타입 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우 fFL = 600 mm이다. 따라서, 얇은 렌즈가 사용되는 경우 적용할 수 있는 렌즈 방정식으로 인해 객체 포인트의 거리는 변경된다. 이것은 다음과 같이 기술되며:
1/fOP = 1/fSH + 1/fFL, (1)
여기서, fSH는, 예를 들어 5 mm만의 직경을 가질 수 있는 작은 회절 렌즈 타입 서브 홀로그램의 초점 길이이고, fFL는 필드 렌즈의 초점 길이이고, fOP는 로컬 서브 홀로그램 렌즈 및 글로벌 필드 렌즈가 될 수 있는 두 개의 조합된 렌즈의 최종 초점 길이이다. 부호 OP는 거리 zOP = fOP에서 생성될 수 있는 객체 포인트이다. fSH and fFL의 예시적인 주어진 값에 대해, 예를 들어, zOP = fOP = 200 mm의 객체 포인트 거리가 획득될 수 있다. 즉, 전역적으로 사용되는 필드 렌즈의 광학 굴절력 또는 광학 회절력 또는 광학 집광력은 로컬로 사용되는 서브 홀로그램의 광학 회절력에 부가될 수 있다. 정(positive)의 회절력의 서브 홀로그램 렌즈가 제공되면, 필드 렌즈는 감소된 유효 초점 길이를 생성한다. 이 예에서 결과로 나오는 실제 객체 포인트는 서브 홀로그램을 포함하는 SLM의 약 200 mm 전방에 위치한다. 부의 초점 길이의 서브 홀로그램에 대해서도 동일하게 적용된다. 서브 홀로그램의 목적이 SLM의 후방에 제공된 가상 객체 포인트를 생성하는 것이라면, 초점 길이(fSH)의 부의 값이 사용되어야 한다. 약 300 mm의 초점 길이가 다시 사용되지만 부의 부호를 가진다면, SLM의 후방 약 600 mm에 위치된 곳에서 가상의 객체 포인트가 획득된다. 필드 렌즈의 초점력(focal power)은 서브 홀로그램에서 형성된 광을 발산하는 웨이브 필드에 집중시킨다. 따라서, 식(1)은 정 및 부의 초점력(focal powe)의 서브 홀로그램에 적용될 수 있다.
서브 홀로그램을 조명하기 위한 또 다른 중요한 경계 조건은 평면 웨이브의 각도 스펙트럼의 요구되는 제한이다. 예를 들어, 서브 홀로그램을 포함하는 SLM 평면을 조명하기 위해 사용되는 평면 웨이브의 각 스펙트럼은 1/60도보다 현저히 작게 유지되어야 한다. 따라서, 공간에서 생성된 객체 포인트의 가시적인 번짐(smearing)이 회피될 수 있다.
조명 및/또는 이미징될 평면의 세그먼트화는 시간 순차적인 절차로 제공될 수 있다. 예를 들어, 이러한 절차는 웨이브 필드 세그먼트의 단일 그룹의 스캐닝을 이용할 수 있다. 또는, 그것은 즉시 수행될 수 있는데, 이는 맞춤형 확산, 균일화 또는 빔 성형을 사용하여 실현될 수 있다. 이는 도 15에 도시된 실시예 및 예를 들어, 도 17, 도 18 및 도 20에 도시된 강도 분포를 참조할 수 있다.
도 23에는 맞춤형 확산의 구현이 도시되어 있다. 따라서, 수 개의 상호 비간섭성 광 빔이 병렬로 사용될 수 있고, SLM은 즉시 조명될 수 있다. 사용된 레이저 다이오드와 같은 광원의 상이한 변조는 SLM의 조명의 로컬 디밍을 제공한다.
웨이브 필드 세그먼트로 조명 평면 및/또는 이미징 평면의 시간적 충진 또는 제공은 넓은 범위의 강도 프로파일을 사용하는 능력을 제공한다. 이는 스캐닝 동안 또는 대안으로, 광의 고정된 각도 또는 횡 방향의 스위칭 동안, 예를 들어 동기화된 방식으로 레이저 다이오드와 같은 광원을 변조함으로써 웨이브 필드 세그먼트의 강도 변조가 적용될 수 있다는 사실을 초래하며, 이는 획득된 평균 강도 분포를 균일화하는 데 사용될 수 있다. 이것은 도 21에 도시된 강도 분포에 참조된다.
예를 들어, 광의 고정된 각도의 스위칭은 ON 및 OFF 상태에서 상이한 고정 각도의 처리를 제공하는 광학 요소를 사용함으로써 적용될 수 있다. 예를 들어, 광의 고정된 횡 방향 스위칭은 ON 및 OFF 상태에서 상이한 횡 방향으로 시프팅된 빔 경로의 처리를 제공하는 광학 요소를 사용함으로써 적용될 수 있다. 광의 각도 스위칭을 위해, 예를 들어, 40 V의 전압을 인가하여 ON 또는 OFF로 스위칭될 수 있는 LC(액정) 분산형 브래그 회절 기반의 볼륨 격자가 사용될 수 있다. 이것은 LC 배향을 변화시키고, 따라서 굴절률의 변조의 변화를 야기하는데, 이것은 볼륨 격자의 회절 효율의 변화와 동등하다. 이는 1 % 미만의 산란 손실로 달성될 수 있다.
바람직한 강도 분포는 개별 실시예, 즉 시간 순차 또는 준 정적 모드에서 사용되는 웨이브 필드 세그먼트의 개별 형상에 따라 달라진다.
웨이브 필드의 시간 순차 세그먼트화의 경우, 스캐닝 동작 동안 처리된 개별 위치에 적용될 수 있는 강도 변조의 부가적인 파라미터로 인해 보다 넓은 범위의 강도 분포가 사용될 수 있다. 즉, 더 작은 빔 직경을 사용하여 스캐닝하면 로컬 디밍의 높은 해상도가 제공될 수 있다. 그러나, 오버랩 영역 또는 구역은 시간적 또는 공간적 절차로 제공되어야 한다. 오버랩 영역 또는 구역은 고선명(HD) 시청 경험을 제공하도록 충분히 커야 한다. 다시 말해서, 예를 들어, 복소수값의 SLM을 조명하는 웨이브 세그먼트의 스캐닝 절차 동안, I최대=1에서 I최소=0까지의 강도 전이 구역은 대략 3mm에 불과한 인간 눈의 입사 동공과 대략 동일한 크기를 가져야 한다. 이 경계 조건은 정적 스캐닝 기반 조명 접근법(한 번에 여러 개의 웨이브 필드 세그먼트) 및 동적 스캐닝 기반 조명 접근법에 적용된다. 조명의 동적 강도 범위(또는 비트 심도)를 증가시키기 위해 스캐닝이 사용될 수 있지만, 오버랩 기준이 충족되어야 한다.
일 예로서, z = 3m의 관찰자 거리에 배치된 직시형 홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 그 디스플레이 디바이스의 전방 1.5m에 객체 포인트를 생성할 수 있다. 관찰자에 의해 검출된 평균 휘도는 100 cd/m2이며 따라서 2.9 mm에 불과한 입사 동공의 직경이 생성된다. 이것은 직경이 2.9 mm에 불과한 원형 형상의 서브 홀로그램의 사용이 충분하다는 것을 의미한다. 사용된 서브 홀로그램의 원형 영역 내에는, I최대=1에서 I최소=0으로 이동하는, 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포의 전이 구역이 존재해야 한다. 이러한 구배(gradient)의 강도 분포는 실용적이다. 더 큰 구배는 이미지 형성을 나타내는 최종의 포인트 확산 함수를 더 이상 고선명 시청 경험이 획득될 수 없는 방식으로 증가시킨다. 이는 또한 도 1 및 도 2를 참조하여 개시된다.
바람직한 강도 분포는 웨이브 필드 세그먼트의 중심에서 최대값을 갖고 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리에서 0(제로)의 값을 갖는다. 게다가, 웨이브 필드 세그먼트의 중심으로부터 그의 가장자리로의 방향을 따라 강도 분포가 연속적인 것이 바람직하다. 이것은 강도 분포의 단차를 피하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다.
예시적인 실시예가 기술된다:
조명 애플리케이션 및/또는 이미징 애플리케이션에 사용되는 웨이브 필드 세그먼트의 일반적인 복소수값의 프로파일은 개별 실시예에 의존적이며, 따라서, 웨이브 필드 세그먼트의 형상 및 오버랩하는 웨이브 필드 세그먼트의 배치에 의존하게 된다. 따라서, 위상 분포 및 진폭 분포는 개별 애플리케이션 및 개별 실시예에 대해 최적화될 수 있다.
조합될 웨이브 필드 세그먼트에 대해 제공될 수 있는 위상 분포에 대한 실제적인 접근법은 일정한 위상 분포, 또는 연속적이고 적절한 작은 구배만을 갖는, 즉, 가령, Δφ>pi/4와 같은 위상 단차를 피하기 위한 위상 분포를 사용하는 것이다. 위상 프로파일 내의 더 작은 단차는 또한 효율적이거나 실용적일 수 있다. 보편성을 상실하지 않으면서 일정한 위상 분포와 상호 비간섭성 웨이브 필드 세그먼트를 가정할 수 있다.
강도 분포는 조합될 웨이브 필드 세그먼트의 일정한 합 또는 적어도 약간 변화하는 합을 제공해야 한다. 예를 들어, 직사각형 또는 장방형 형상의 웨이브 필드 세그먼트는, 예를 들어 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 오버랩 조건을 따르면서 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 1 차원 섹션과 유사한, 예를 들어 도 11에 도시된 강도 분포의 x 축 및 y 축에 평행한 1 차원 섹션이 존재한다는 것을 알 수 있다.
2 차원 분포와 관련하여 그것은 웨이브 필드 세그먼트의 형상과 개별 웨이브 필드 세그먼트를 조합하는 방법에 따라 달라진다. 이에 대한 예가 도 9 및 도 10에 도시된 특수 피라미드형 분포이다. 여기서, 분포의 최대 값이, 예를 들어 1의 값인 웨이브 필드 세그먼트의 중심에 제공되고, 0(제로)의 강도 값이 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리에 제공되는 것이 바람직하며, 분포의 함수가 연속적, 즉 단차가 존재하지 않는 것이 바람직하다.
도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 시그마 값에 맞추어진, 즉, 반치전폭(full width half maximum) 확장의 값을 변경함으로써 조정될 가우스 함수와 같은 몇 개의 함수는 이상적인 것에 가까운 절차에 사용될 수 있으며, 이는 조합된 웨이브 필드 세그먼트의 총 강도를 일정하게 만든다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같은 이상적인 강도 분포를 사용하는 대신에, 예를 들어 맞춤형 가우스 함수(tailored Gauss function)가 실용적인 근사식(approximation)으로 사용될 수 있다. 축 대칭 분포를 나타내는 복수의 맞춤형 원형 분포가 사용될 수 있다. 이러한 원형 분포는 직사각형 풋프린트, 장방형 풋프린트 또는 육각형 풋프린트에 더 가깝도록 또한 변경될 수 있다. 이것은, 이러한 웨이브 필드 세그먼트로 조명된 SLM의 입사면에서 발생하는 중첩 내에서 사용되는 웨이브 필드 세그먼트의 축 대칭이 변경될 수 있음을 의미한다. 즉, 웨이브 필드 세그먼트의 형상은 요구 사항에 맞게 조정될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 함수로의 가우스 함수의 적응은 또한 상이한 방향을 따라 상이한 파라미터를 사용함으로써 수행될 수 있다. 이것은 가우스 함수의 시그마 값은 방향에 따라 달라진다는 것을 의미한다. 예를 들어, 장방형 웨이브 필드 세그먼트의 경우 맞춤형 가우스 함수의 시그마 값 σ(0도)는 σ(90도)와 같지만 σ(45도)와는 다를 수 있다. 여기서, σ(0도)는 x 축에 평행한 방향이고, σ(90도)는 y 축에 평행한 방향이다. 이것은 또한, 예를 들어 코사인과 같은 함수로 선택될 수 있는 다른 함수에도 적용되며, 이 함수는 충분히 일정한 총 강도 분포를 얻기 위해 상기와 같이 맞게 조정되고 최적화될 수 있다. 따라서, 로컬이지만, 예를 들어 10 %의 고정된 변량은 쉽게 보상될 수 있다. 이를 위해, 조정(calibration)이 룩업 테이블(LUT)과 조합하여 사용될 수 있다.
장방형 웨이브 필드 세그먼트와 비교할 때, 도 7에 도시된 육각형 웨이브 필드 세그먼트는 일정하고 균일한 총 강도를 제공하기 위해 상이한 강도 프로파일을 필요로 한다. 웨이브 필드 세그먼트의 이상적인 강도 분포는 웨이브 필드 세그먼트의 풋프린트(또는 형상)와 모든 웨이브 필드 세그먼트를 조합된 웨이브 필드로 조합하기 위해 사용되는 그리드에 따라 달라진다. 요구되는 강도 분포를 생성하기 위해 일반적인 절차가 사용될 수 있다.
초기 강도 분포 Ik(x,y)가 선택될 수 있으며, 이는 시작 강도 분포라고 지칭될 수 있다. 여기서, k는 반복의 인덱스이고, 예를 들어, 1 또는 2 (k∈Ｎ)일 수 있다. 이 강도 분포 Ik(x,y)는, 밝기 중심과, 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리에서 0의 값으로 감소하는 아포디제이션(apodization)을 사용하는 일반적인 절차를 따를 수 있다. 표준 분포는 선형적으로 하강하는 강도 분포를 사용할 수 있다.
그런 다음, 초기 또는 시작 강도 분포 Ik(x,y)를 갖는 웨이브 필드 세그먼트는 초기 강도 분포 Σij(Ik(x,y))를 형성하기 위해 합산될 수 있다. 제 1 반복 단계의 총 강도 분포는 Σij(I1(x,y))이다. 제 k 반복 단계에 대한 총 강도 분포는 Σij(Ik(x,y))이다. 인덱스 i 및 j는, 오버랩 조건을 따르면서 동시에, 예를 들어, 홀로그랙 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛(BLU)으로서의 조명 애플리케이션에 사용되는 평면을 채우거나 완성하거나, 예를 들어 HMD 또는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스로서의 이미징 애플리케이션에 사용되는 평면을 채우거나 완성하기 위해 합산된 개별 웨이브 필드 세그먼트이다. 여기서, i,j∈Ｎ이다. 인덱스 i 및 j는 서로 횡 방향으로 시프팅되는 매트릭스 또는 매트릭스의 세트를 처리(addressing)하는 것과 유사하게 사용될 수 있다. 인덱스 i와 j는, 합산되어야 하고 균일한 총 강도 분포를 생성해야만 하는 웨이브 필드 세그먼트이다.
단순화를 위해, 인덱스 i와 j에 의해 식별된 모든 웨이브 필드 세그먼트에 대해 위상 분포 φij(x,y) = 상수가 가정될 수 있다. 제공되어야 하는 일정한 강도 분포와의 차이 또는 심지어는 웨이브 필드 세그먼트의 합으로서 생성되어야 하는 임의의 강도 분포와의 차이가 계산될 수 있다. 의도된 설계 또는 목표 강도 분포는 Σij(IT(x,y))로 지칭될 수 있다. 합은 인덱스 i 및 j로 표시된 모든 웨이브 필드 세그먼트를 사용하여 생성된다. 이는 인덱스 i와 j로 식별되는 매트릭스의 요소를 추가하는 것과 유사하다. 목표 강도 분포 Σij(IT(x,y))에 대해 제 k 반복 단계에서 획득된 강도 합계 Σij(Ik(x,y))의 편이는 다음과 같이 주어진다:
ΔΣkT = Σij(Ik(x,y)) - Σij(IT(x,y)). (2)
2 개의 강도 분포 사이의 편이인 이 차이는 보정 값 강도 분포를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이 보정 값 타입 강도 분포는 초기 강도 분포에 가산될 추가 오프셋으로 사용된다. 즉, 이 델타 타입 분포는 너무 높은 강도가 있는 영역과 너무 낮은 강도가 있는 영역을 보여준다. 너무 높은 값은 감산되어야 하고 너무 낮은 값은 가산되어야 한다. 이는 개별 웨이브 필드 세그먼트의 초기 강도 분포가 강도 피크를 생성하는 영역에서는 증가할 수 있으며 너무 낮은 강도 값을 생성하는 영역에서는 감소할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 최종 강도 분포가 획득된다. 이것은 단지 짧은 반복만, 즉 오직 하나의 차이 분포만이 사용된다는 것을 지적하고 있다.
예를 들어, 인덱스 t는 로컬로 오버랩된 웨이브 필드 세그먼트의 수를 표시하는 데 사용될 수 있다. 직사각형 또는 장방형 형상의 웨이브 필드 세그먼트를 사용하는 도 6에 도시된 배치의 경우, t는 4의 값을 갖는다. 그리고 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트를 사용하는 도 7에 도시된 배치의 경우, t는 3의 값을 갖는다.
식(2)에 의해 주어진 차이 ΔΣkT는 t로 나누어질 수 있으며, 예를 들어, 차이 ΔΣkT는 도 6에 도시된 바와 같은 직사각형 웨이브 필드 세그먼트를 사용하는 경우 4로 나누어질 수 있다. 획득된 강도 분포는 보정된 프로파일을 얻기 위해 초기 강도 분포로부터 감산될 수 있다:
Ik+1(x,y) = Ik(x,y) - ΔΣkT/t. (3)
개별 절차는 개별 애플리케이션과 최종적으로 획득되어야 하는 보정 레벨에 따라 달라진다. 홀로그래픽의 3 차원 디스플레이 디바이스의 경우, 예를 들어, ±5 %의 강도 변량이 허용될 수도 있다. 이 변량은, 여전히 존재할 수 있는 작은 강도 변량을 고려하여, 예를 들어 서브 홀로그램의 인코딩을 위해 룩업 테이블(LUT)을 사용함으로써 조정 및 보정될 수 있다. 이것은 이미징 애플리케이션뿐만 아니라 조명 애플리케이션에도 적용된다. 이는 강도 프로파일 또는 강도 분포의 최적화가 SLM을 조명하는 평면, 또는 홀로그래픽 HMD와 같은 장치 내의 관찰자에게 제시되는 시야(FOV)에 대해 수행될 수 있다는 것을 의미한다.
웨이브 필드 세그먼트의 강도 프로파일 또는 강도 분포를 보정하기 위해서, 단일 웨이브 필드 세그먼트와 관련된 영역만 고려하면 충분할 수 있다. 전체 강도 분포는 즉시 보정될 수 있다. 최적화될 전체 평면에서 일정한, 즉 IT(x,y)가, 예를 들어, 전체 평면 내에서 1의 값을 갖는, 목표 강도 분포 IT(x,y)를 이용하는 경우, 합산될 웨이브 필드 배치 중 단 하나의 웨이브 필드 세그먼트만 최적화하면 충분할 수 있다. 복소수값을 가질 수 있지만, 예를 들어, 일정한 위상과 조합된 강도 분포인 최적화된 강도 분포는 서로 조합될 모든 웨이브 필드 세그먼트용으로 사용될 수 있다. 합리적인 더 많은 수의 웨이브 필드 세그먼트 및 최적화될 평면을 따라 약간만 변화되는 목표 강도 분포 IT(x,y)를 제공하는 경우, 단일의 최적화된 강도 프로파일 또는 최적화된 강도 분포가 상기 웨이브 필드 세그먼트용으로 이용될 수 있다. 이 웨이브 필드 세그먼트는 최적화될 평면에 존재하는 각각의 웨이브 필드 세그먼트에 곱해지는 보정 계수를 사용하여 완전히 보정될 수 있다. 적은 수의 웨이브 필드 세그먼트 및 최적화될 평면을 따라 강한 로컬 변량을 나타내는 목표 강도 분포 IT(x,y)를 제공하는 경우, 전체 평면은 최적화되어야 한다. 이것은 개별적으로 최적화된 강도 프로파일 또는 강도 분포가 최적화될 평면에 존재하는 각각의 웨이브 필드 세그먼트에 대해 획득될 수 있다는 것을 의미한다. 최적화는 이미 전술한 바와 같이 수행될 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시 된 바와 같이, 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 최적화는, 일정하고 균일한 총 강도 분포 또는 심지어는 일반적으로 복소수값인 임의의 강도 분포를 제공하기 위해 전술한 바와 같이 수행될 수 있다. 일반적으로, 대칭 동작을 사용하여 강도 프로파일 또는 강도 분포를 최적화할 수 있다. 이것은, 웨이브 필드 세그먼트의 일부분 내에 존재하는 강도 프로파일 또는 강도 분포만이 최적화되고 복제되거나, 그 최적화된 강도 분포로 전체 웨이브 필드 세그먼트를 채우거나 제공하기 위해 이후에 곱해진다는 것을 의미한다. 이를 위해, 도 8에 도시된 강도 분포가 참조된다. 일 사분면, 예를 들어, Q1(도시되지 않음)은 최적화되고, 이후에 그 사분면 Q1에 대해 획득된 강도 프로파일 또는 강도 분포를 회전축을 둘레로 회전시킴으로써 다른 세 개의 사분면(Q2, Q3 and Q4)(도시되지 않음)으로 전사되며, 상기 회전축은 웨이브 필드 세그먼트의 중심, 즉, 웨이브 필드 세그먼트 로컬 좌표계의 중심 포인트인 x타일 = 0 및 y타일 = 0에 존재한다.
웨이브 필드 세그먼트가 도 7의 좌측에 도시된 바와 같이 배치되면, 중심에서 최대 값을 가지며 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리에서 0의 값으로 선형적으로 감소하는 육각형 형상의 피라미드와 같은 강도 분포는, 이상적인 육각형 그리드 간격으로부터 약간의 횡 방향 편이가 도입되더라도 평균 강도 값과 비교할 때 5 % 미만의 변량을 갖는 총 강도 분포를 갖는다. 웨이브 필드 세그먼트의 정확한 강도 분포 및 정확한 횡 방향 배치는 정확한 일정한 강도 분포를 생성할 것이다. 따라서, 복수의 애플리케이션에 대해, 이러한 타입의 웨이브 필드 세그먼트가 바람직하게 사용될 수 있다. 이는 개시되고 설명된 절차를 적용함으로써 더 최적화되어야 하는 다른 강도 분포로 시작할 필요가 없을 수 있다는 것을 의미한다. 이는 세그먼트화의 육각형 그리드 간격이 웨이브 필드 세그먼트용으로 사용되는 강도 프로파일 또는 강도 분포의 복잡성을 감소시키는 것을 나타낸다. 이는 또한 웨이브 필드 세그먼트를 인터레이싱하는 육각형 그리드 타입이 복수의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있음을 의미한다. 육각형 피라미드 함수보다 가령, 가우스 함수에 더 가까운 강도 분포를 사용하는 경우 중첩된 방식으로 조합될 웨이브 필드 세그먼트의 위치 지정을 위해 육각형 그리드 타입이 사용될 수도 있다. 이는 육각형 풋프린트(또는 형상) 대신 원형 풋프린트(또는 형상)를 갖는 웨이브 필드 세그먼트에 웨이브 필드 세그먼트의 육각형 배치를 적용할 수도 있다는 것을 의미한다.
이미 개시된 바와 같이, 도 14는 중첩된 육각형 형상의 웨이브 필드 세그먼트의 총 강도 분포를 도시한다. 각각의 개별 육각형 웨이브 필드 세그먼트의 여섯 개 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포는 웨이브 필드 세그먼트의 중심에서 가장자리로 선형적인 방식으로 감소한다. 이 도시된 패턴은 도 11에 도시된 바와 같이 중첩된 육각형 웨이브 필드 세그먼트의 배치를 사용함으로써 획득된다. 이상적인 육각형 그리드로부터 횡 방향으로의 약간의 편이가 도입된다. 1의 평균 강도 값으로부터의 이 편이는 ±5% 범위 내에 있다. 웨이브 필드 세그먼트의 배치용으로 사용되는 이상적인 육각형 그리드로부터의 약간의 횡 방향 편이가, 예를 들어 약간의 오정렬로 인해 도입되더라도 작은 강도 변량만이 존재한다.
웨이브 필드 세그먼트 사이의 선형 전이 영역에 가까운 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 확대된 가우스 타입 또는 코사인 타입의 강도 분포가 바람직하고 실용적일 수 있다. SLM을 조명하는 평면 내에 존재하는 I0의 평균 강도 값과 이에 대해, 예를 들어, 최대 ±5 % 또는 심지어는 최대 ±10 %의 편이를 갖는 강도 분포를 제공하는 것이 가능하다. 그러한 강도 분포 또는 심지어는 더 큰 변량을 가진 강도 분포는, 룩업 테이블(LUT)에 저장되고 SLM 내로의 서브 홀로그램의 인코딩에 사용되는 보정 데이터를 생성하기 위해 조정될 수 있다.
다음 설명은 주로 광의 스캐닝 조명 및 로컬 디밍에 대한 것이다:
광의 로컬 디밍은 관찰자에 의해 검출된 3 차원 장면 또는 객체의 전체 이미지 콘트라스트를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 보다 구체적인 로컬 디밍은 관찰자의 눈에 제시될 수 있는 동적 범위를 증가시킨다.
고휘도 및 HDR(High Dynamic Range) 디스플레이 디바이스 내에서 로컬 디밍을 사용하는 것이 의도이다. 이 목적을 위해 레이저 기반 실시예가 사용될 수 있다. 결과적인 스펙트럼 변환의 동기는 디스플레이 디바이스의 조명 디바이스에 의해 방사되는 광의 간섭성 특성의 감소에 기초한다. 개시된 스펙트럼 변환 접근법을 사용함으로써 관찰자에게 완전히 비간섭성의 광을 제시할 수 있다.
특히, 2 차원(2D) 디스플레이 디바이스, 스테레오 2D 디스플레이 디바이스, 투영 디스플레이 디바이스 또는 스테레오 투영 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있는 스펙트럼 변환의 유익한 특징은 특히 모바일 디바이스에 중요한 현저히 높은 프레임 레이트 및/또는 현저한 절전을 구현하는 기능이 된다.
예를 들어, 머크(Merck) 사의 고굴절 액정(LC) E44는 넓은 컬러 영역을 제공하기 위해 사용될 수 있는 적색 파장 650 nm에 대해 상굴절률(ordinary refractive index) n_o = 1.5225 및 이상굴절률(extra ordinary refractive index) n_e = 1.772를 갖는다. 따라서, d = 1.31 ㎛의 셀 두께를 이용함으로써 0과 1 사이의 투과율의 변조가 제공될 수 있다. 405 nm의 파장에 대해, E44는 상굴절률 n_o = 1.5598 및 이상굴절률 n_e = 1.9023을 갖는다. 따라서, 0과 1 사이의 투과율의 변조는 d = 0.6 ㎛보다 약간 작은 셀 두께를 사용함으로써 제공될 수 있다. 계수 1.312/0.62 = 4.77은 증가된 프레임 레이트로 획득될 수 있는 계수를 정의한다. 5에 근접하는 이 계수는 또한 초기 프레임 레이트를 변경하지 않고 디스플레이 패널의 에너지 손실을 줄이기 위해 제공될 수 있다. 이것은 TV와 같은 표준 타입 2 차원 디스플레이 디바이스를 위해 스펙트럼 변환을 사용하는 것이 매우 매력적이라는 것을 보여준다.
더 짧은 파장의 사용은 디스플레이 디바이스에 사용되는 광학 구성 요소의 전체 스펙트럼 투과율 및 예를 들어 자외선(UV) 광에 노출되는 동안 액정(LC)의 장기적인 화학적 안정성에 달려 있다.
DE 102007049029 A1의 문헌은 스펙트럼 필터의 맞춤형 특성을 사용하는 스펙트럼 변환을 개시한다. 이러한 접근법은 본 발명에 따른 디스플레이 애플리케이션을 위해 스펙트럼 변환을 사용하는 실시예로 더 발전될 수 있다. 이러한 배열이나 절차는 다음 섹션에서 기술되고 설명된다. 프론트라이트 유닛 또는 백라이트 유닛이 사용되는지 여부에 관계없이 상기 배열 또는 디바이스의 입사면은 염료 또는 양자점(QD) 재료의 여기에 사용되는 파장에 대한 최대 투과율을 제공하는 반사 방지 코팅을 포함한다. 여기 파장에 대해 높은 투과율을 제공하는 디바이스 내의 제 1 표면은, 예를 들어 LC 재료를 사용하여 형성될 수 있는 SLM의 평면의 전방 또는 후방에 제공될 수 있다. 여기 파장을 되반사하는 제 2 표면이 제공된다. 따라서, 경로 길이는 두 배가 되며, 이 경로 길이는 스펙트럼 변환 재료 내에 존재한다. 동시에, 사용자 공간으로 배향되는 유전체 다층 코팅은 생성된 파장에 대해 높은 투과율을 나타낸다. QD 재료 및 유전체층 타입 필터의 구조가 추가로 사용될 수 있다.
다시 말해서, 여기 파장의 경로 길이를 두 배로 늘리고 사용자 공간으로만 생성된 파장을 방사하는 것은 특수 설계된 유전체 필터 스택을 사용하여 달성될 수 있다. 이들 유전체층 타입 필터 스택은 표준 코팅 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
사용되는 스펙트럼 변환 재료의 높이에 대해 매우 작은 픽셀을 제공하는 경우, 스펙트럼 변환 재료는 2 차원 그리드 내에 매립될 수 있으며, 생성된 스펙트럼 변환된 신호의 누화 및 공간 번짐을 방지한다.
예를 들어, 로컬 디밍 접근법 내에서, QD 재료의 특정 스펙트럼 방사을 여기시키는 데 사용되는 상이한 컬러의 공간 분리는 격자와 마이크로 렌즈 어레이의 조합을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이것은, 예를 들어 상이한 UV 파장이 패터닝된 QD-매트릭스의 상이한 부분을 조명할 것이라는 것을 의미한다. 상기 QD-매트릭스는, 예를 들어 상이한 스펙트럼 방사를 갖는 3 개의 QD 재료를 포함할 수 있다. 다른 스펙트럼 흡수도 또한 획득될 수 있다.
일반적으로, 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 다중화된 볼륨 체적 격자의 회절 효율의 스펙트럼 및 각도 특성은 상이한, 스펙트럼 또는 각도로 분리된 성분, 즉 광 빔 또는 웨이브 세그먼트의 패터닝된 공간 분리를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, UV 레이저와 같은 단일 광원은 상이한 각도에서 다중화된 볼륨 격자 지오메트리에 들어가는 3 개의 로컬 디밍 웨이브 필드를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 쐐기 타입 백라이트 유닛(BLU)을 사용하고 SLM 또는 디스플레이 디바이스의 바닥 라인에서 스캔하는 제 1 스캐닝 유닛을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 쐐기 타입 백라이트 유닛을 또한 사용하지만 SLM 또는 디스플레이 디바이스의 상부에서 스캔하는 제 2 스캐닝 유닛이 제공될 수 있다. 또한, 쐐기 타입 백라이트 유닛을 또한 사용하지만, 예를 들어 SLM 또는 디스플레이 디바이스의 좌측면에서 스캔하는 제 3 스캐닝 유닛이 제공될 수 있다. 세 개의 스캐닝 유닛 모두는 UV 레이저와 같은 기본 광원, 즉, 동일한 UV 파장을 사용할 수 있다.
다중화된 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 다중화된 볼륨 격자의 회절 효율의 스펙트럼 및/또는 각도 특성의 사용 이외에, 볼륨 격자의 편광 선택도가 또한 고려될 수 있다. 따라서, 스캐닝 기반 로컬 디밍에 사용되는 광의 직교 편광 상태의 분리에 기초한 분리를 사용함으로써 상이한 스캔 지오메트리가 다중화될 수 있다.
그러나, 편광 필터 또는 편광 격자와 같은 편광 요소를 제공하여 광의 편광 상태를 국부적으로 차단할 수도 있다. 따라서, 편광 격자, 예를 들어, 중합된 편광 격자의 사용은 컬러 필터 교체 기능을 제공하기 위해 고려될 수 있다.
로컬 디밍 및 스캐닝 조명의 예 및 실시예는 다음과 같다:
로컬 디밍은 3 차원 장면 또는 객체의 관찰자가 인식할 수 있는 동적 범위를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, SLM의 영역을 시간적 및/또는 공간적으로 조명하기 위해 백라이트 유닛의 세그먼트의 로컬 처리를 제공할 수 있는 조명 디바이스가 구현되어야 한다. 이러한 조명 디바이스는 스캐닝 조명, 로컬 디밍 또는 두 절차를 위해 사용될 수 있다.
조명 디바이스의 로컬 디밍 및/또는 스캐닝 동작을 구현하기 위해 선택될 수 있는 기본 원리를 나타내는 디바이스가 예를 들어 도 15에 도시되어 있다.
부분적 조명의 구현은 10 배의 아나모픽 빔 신장 디바이스의 2 배의 계수 전방에 제공된다. 정의된 각도 차를 갖는 2 개의 광 빔(B1 및 B2)은 스캐닝 미러 요소(SM)에 의해 반사된다. 스캐닝 미러 요소(SM)와 콜리메이션 유닛(CL)의 거리는 콜리메이션 유닛(CL)의 초점 길이와 동일하다. 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점으로부터 나오는 광은 이 콜리메이션 유닛(CL) 후방에 시준된다. 따라서, 광 빔(B1 및 B2)은 서로 평행하다. 강도 분포 I(t, x, y, RGB)는 광의 로컬 디밍에 요구되는 만큼 정의될 수 있다. 이미 개시된 바와 같이, t는 시간이고, x 및 y는 콜리메이션 유닛(CL)의 출사면의 좌표이며, RGB는 사용된 상이한 컬러를 나타낸다.
팬 아웃(fan-out) 레이저 번들과 같은 빔 번들의 2 차원 스캐닝은 효율적이고 실용적이며 합리적인 저비용으로 구현될 수 있다. SLM을 조명하는 강도 분포의 약간의 오버랩은 기계적 응력이 홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치에 인가되는 경우 갭을 볼 위험을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, MEMS 또는 음향 광학 변조기(AOM)는 약간의 각도 차이가 있는 여러 개의 광 빔 또는 웨이브 필드로 조명될 수 있다. 따라서, 레이저 빔과 같은 복수의 광 빔이 병렬로 스캐닝될 수 있다. 이는 스캐닝 유닛이 전체의 각도 영역 범위, 예를 들어, 콜리메이션 유닛의 16:9 형상의 출사면을 포괄해서는 안된다는 것을 의미한다. 예를 들어, ¼에 불과하거나 또는 심지어는 훨씬 더 적을 수 있는 일부를 따라 스캔하는 것이면 충분하다.
더 많은 광선이 평행하게 사용될수록, 각도로 이격된 광선의 번들로서의 스캐닝 유닛을 조명하기 위해 더 많은 시간적으로 변조된 광 빔이 평행하게 제공되어야 한다. 이러한 상이한 광선의 번들은 개별 강도 변조를 필요로 한다. 이 번들은 기본 광원의 광 빔을 요구된 광 빔의 수로 분할함으로써 초기에 생성될 수 있다.
각 기본 파장에 대해 레이저와 같은 단일 기본 광원을 사용하면 동일한 파장을 갖는 각각의 컬러에 대해 광선의 번들을 갖는 것이 보장된다. 예를 들어, 청색 광원의 세트를 사용하게 되면 시간적 변화로 인해 동적일 수도 있는 파장 불일치의 위험을 발생시키게 된다. 복수의 상이한 기본 광원이 사용되면, Δλ≤0.1 nm의 최대의 스펙트럼 시프트가 보장되어야 한다. 그러나, 각 기본 컬러에 대해 단일 기본 광원을 제공하는 것이 바람직하다.
SLM의 균일한 조명은 콜리메이션 유닛의 출사면에 존재하는 플랫 탑 직사각형 강도 분포를 구현하는 것과 동일하다. 단일 광 빔 또는 웨이브 필드의 실제 강도 분포는 피라미드의 절두체에 가까울 수 있다. 오버랩 영역 또는 구역은 인접한 오버랩 영역 또는 구역과 중첩되는 경우 1의 합산 값이 달성될 수 있는 방식으로 설계된다.
실용적인 범위 내에서 회절 효과를 유지하기 위해서는, 두 개의 방향을 따라 스캐닝되는 광선의 번들을 형성하는 단일 광 빔의 직경이 제한되어야 한다. 예를 들어 도 18 및 도 20에 사용되는 바와 같은 빔 직경은 실용적이다. 이러한 빔 직경을, 예를 들어 0.2 배의 계수를 사용하여 훨씬 더 감소시키는 것은 실용적이지 않다. 개별 값은 사용되는 개별 실시예에 따라 달라진다.
단일의 2 차원 스캐닝 MEMS 미러 요소를 사용함으로써 로컬 디밍을 제공하는 세그먼트화된 조명의 실용적인 배열이 구현될 수 있다. MEMS 미러 요소(SM)는 콜리메이션 유닛(CL)의 전방 초점 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가우스 강도 프로파일 또는 분포를 갖는 광 빔은, 예를 들어 16:9의 종횡비를 갖는 장방형 영역일 수 있는 콜리메이션 유닛의 개구의 요구된 부분을 일시적으로 채우기 위해 2 차원으로 스캐닝될 수 있다.
예를 들어, 360 Hz의 프레임 레이트와 시간 순차 RBG 동작이 제공되면, 디밍 타입 동작 또는 스캐닝 타입 동작의 한 프레임은 1/360 초에 불과하다. 또한 단일 프레임의 일부만이 SLM을 조명하는 데 사용된다. 이는, 예를 들어 요구된 기능을 제공하는 데 1/1000 초만이 제공된다는 것을 의미한다. 이는 추가로 kHz 동작 주파수 및 병렬 작동이 제공되어야 한다는 것을 의미한다.
예를 들어, 고속 스캐닝 미러는 평면 코일을 사용하며, 평면 코일은 이 미러에 평행하게 배향되며, 미러 구조 내에서 높은 필드 강도의 미러의 상부에 통합된다. 이 자기 액추에이터 원리는 정전기 방식(electro-static approach)보다 고속이다. 자석의 사용으로 인해, 더 많은 볼륨, 가령, 몇몇 mm3의 볼륨이 더 요구된다.
보다 빠른 스캐닝은, 석영 플레이트 또는 사파이어 플레이트와 같은 투명한 기판의 한쪽 면에 부착된 압전 변환기(PZT)를 가지며 브래그 격자와 같은 격자의 움직임을 생성하는 음향 광학 변조기(AOM)를 사용하여 달성될 수 있다.
콜리메이션 유닛의 출구에서, 즉 개구에 존재하는 회절 효과로 인하여, 볼륨 격자 쐐기 타입 아나모픽 빔 신장에 기반한 것과 같은 빔 신장에 앞서 픽셀 타입 SLM을 제공하는 것은 바람직하지 않다. 콜리메이션 유닛의 출사면 내에서 진폭 변조가 구현되면 평탄한 분포가 바람직하다. 이것은, 예를 들어 광 처리된 SLM(OASLM)을 사용함으로써 실현될 수 있다. 다시 말해서, 로컬 디밍된 구역을 제공하는 광학적으로 처리된 SLM을 사용함으로써 평탄한 강도 분포가 획득될 수 있다. 제 4 파장은, 광 처리된 SLM을 따라 주사되고 빔 경로를 따라 추가로 차단되도록 사용될 수 있다. 제 4 파장은 이미징 파장으로서 사용되지 않는다. 이것은 OASLM을 광학적으로 처리하기 위해서만 사용된다. 따라서, 예를 들어 근적외선 파장이 이를 위해 사용될 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 디바이스와 같은 장치 내의 감소된 수의 능동 요소는 장치를 제조하는 비용을 감소시킨다. 따라서, 복수의 시간 변조된 광 빔을 사용하여 조명되는 단일 MEMS 미러 요소로 스캐닝하는 것은 가장 실용적인 절차일 수 있다.
가우스 타입 빔 프로파일 또는 분포를, 예를 들어 필요한 경우 플랫 탑 분포 또는 피라미드 분포의 절두체로 변경하기 위해 다른 빔 성형 요소가 제공될 수 있다. 일반적으로, 위상 분포 및 진폭 분포를 포함하는 빔 성형은, 최종적으로 얻어진 복소수값 프로파일 또는 분포가 로컬로 디밍되는 방식으로 조명될 SLM의 입사면 내에서 최적화될 수 있는 방식으로 장치에서 구현될 수 있다.
MEMS 기반 변조기, 섬유 기반 변조기, AOM 기반 변조기 또는 심지어는 LC 기반 변조기와 같은 복수의 변조기는 2 차원 스캐닝된 광선 번들을 형성하는 단일 광 빔의 시간적 변조를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한 진폭 변조 및 위상 변조를 kHz 범위에서 제공할 수 있는, 예를 들어 Mach-Zehnder 타입 변조기와 같은 광섬유 기반 변조기를 포함한다.
예를 들어, 위상 SLM 또는 복소수값 SLM 또는 SLM 샌드위치와 조합하여 홀로그래픽 인코딩을 제공하기 위해 추가의 절차가 사용될 수 있다. 따라서, 장치 내의 빔 확장에 앞에, 로컬 디밍된 프레임의 요구된 강도 프로파일 또는 분포에 대응하는 강도 분포가 제공될 수 있다.
예를 들어, 투과 또는 반사로 작동하는 복소수값의 SLM은 예를 들어 평면 볼록 렌즈인 렌즈의 전방에 배치될 수 있다. 이 렌즈의 후방 초점 평면인 푸리에 평면(Fourier plane)은 0차 회절 차수(0th diffraction order) 및 추가의 회절 차수 간에 포괄되는 구역을 포함한다. 이 구역은 방해가 되는 광을 차단하도록 컷아웃(cut out)될 수 있다. 이 구역에서 임의의 강도 프로파일 또는 분포는, 예를 들어 이 로컬 디밍 강도 프로파일 또는 분포의 실시간 인코딩을 위해 충분히 빠른 반복 푸리에 변환 알고리즘 (IFTA)을 사용하여 인코딩될 수 있다. 사전 계산(pre-calculation), 이 분포에 대한 값을 갖는 룩업 테이블을 사용하거나, 로컬 디밍 강도 분포를 인코딩하기 위해 홀로그래픽 비디오로부터 로컬 디밍 타입 메타 데이터로서 전달되는 값을 취하는 것도 가능하다.
로컬 디밍 강도 분포를 인코딩하기 위해 푸리에 평면을 사용하는 대신에, SLM의 평면에 훨씬 더 가까운 평면이 사용될 수 있는데, 여기서 하나의 평면에 배치된 객체 포인트가 인코딩될 수 있다. 인코딩은 아나모픽 빔 신장으로 인한 깊이 변화를 보상하기 위해 다른 평면에 객체 포인트를 생성할 수도 있다. 즉, 인코딩은 디스플레이 디바이스와 같은 장치의 전체 설계를 고려해야 한다.
도 16에는 스캐닝 및 변조를 제공하는 부분적 조명의 격자 기반 구현이 도시되어 있다. 추가적인 절차는 위상 격자 또는 편광 격자의 사용일 수 있으며, 이는 적어도 1 차원을 따라 임의의 회절 기능을 생성할 수 있다. 광의 충분한 각도 범위를 포괄하기 위해 능동 타입 위상 격자가 제공될 수 있다. 따라서, 평면 웨이브의 정의된 각도 스펙트럼이 생성될 수 있으며, 이는 스캐닝 조명 또는 스트라이프 타입 로컬 디밍을 위해 사용될 수 있다. 추가의 격자 또는 제 2 격자는 광의 제 2 각도 배향을 처리하기 위해 하나의 격자 또는 제 1 격자와의 교차형 구성으로 제공될 수 있다. 위상 격자는 단일 격자 주기의 상이한 회절 차수를 생성할 수 있거나 또는 상이한 격자 주기의 중첩을 나타낼 수도 있다. 따라서, 능동 타입 위상 격자로 2 차원 로컬 디밍을 구현하면 설계의 자유도가 넓어질 수 있다.
단일 스캐닝 미러 요소의 사용에 대응하여, 능동 타입 격자가 또한 1 또는 2 차원 또는 방향으로 각도 차이를 갖는 광선의 번들로 조명될 수 있다.
상호 간섭성을 나타내지 않는 레이저 빔과 같은 광 빔의 번들을 사용하는 것이 바람직하다. 이것을 얻기 위해, 간섭성 준비(coherence preparation)가 제공될 수 있다. 이를 위한 한 가지 해결책은 사용되는 광선의 번들에 대해 지연 라인을 사용하는 것일 수 있다. 이것과, 굴절 또는 반사에서 작동하는, 예를 들어 2 개의 교차형 단차/계단 타입의 실시예는 이미 설명되었다. 합리적인 저비용으로 이를 제공하는 실시예는 광섬유, 예를 들어 3×4 = 12 개의 광섬유의 번들을 제공함으로써 요구되는 다수의 빔으로의 기본 광원의 분할을 제공할 수 있다. 개별 광 섬유는 광섬유 간에 상이한 광 경로 길이를 도입할 것이다. 광 경로 차이는 예를 들어, 10 mm인 사용된 기본 광원의 간섭성 길이보다 커야 한다. 편광 리사이클링(polarization recycling)은 편광을 유지하지 않는 광섬유를 여기에 사용할 수 있게 한다.
그러나, 자유 공간 전파 기반 실시예는 또한 간섭성 준비와 광선의 번들의 변조를 조합하는 컴팩트한 형태로 구현될 수 있다. 간섭성 준비를 구현하는 한 가지 방법은 스펙트럼 변환을 사용하는 것이다.
2 차원 이미징을 위한 광원으로서 레이저의 사용과 관련하여, 비간섭성 조명을 생성하기 위한 스펙트럼 변환을 구현하는 것이 유익하다. 이것은 도시된 장면 또는 객체의 내용을 주시하는 관찰자에 의해 인식될 수 있는 스페클 패턴(speckle pattern)의 제거를 제공한다. 음극선관(CRT) 내의 RGB 방사 구조의 인광 물질 마스크 상으로, 가령 전자 빔을 스캐닝하고 방향을 지정하는 대신, 레이저 빔과 같은 광 빔은 스펙트럼 변환을 제공하는 평면 상으로 스캐닝되고 방향 지정될 수 있다. 여러 실시예가 구현될 수 있다.
가장 단순하고 직접적인 절차는 단파장, 예를 들어 405 nm, 365 nm, 355 nm 또는 그 미만의 파장을 갖는 광원의 사용일 수 있다. 예를 들어, 이러한 파장에서 작동하는 레이저는 합리적인 저비용으로 이용가능하다. 훨씬 짧은 파장의 사용은 사용된 광학 구성요소 내에 존재할 수 있는 흡수 손실 때문에 권장되지 않는다. 예를 들어, 두 광자 프로세스를 사용하여, 스캐닝 및 가시 스펙트럼으로의 다운 변환을 위한 적외선(IR) 파장의 사용은 에너지 효율이 충분하지가 않다.
변환 평면은 비 구조적 또는 구조적 평면으로서 형성될 수 있다. 구조화된 스펙트럼 변환 평면은 조명될 SLM의 입사면에 배치되는 컬러 필터 패턴과 동등하게 형성될 수 있다. 고전적인 형광 물질 대신 양자점(QD's)을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 양자점이 반치전폭(full width at half maximum: FWHM)에서만 가령, 15 nm의 스펙트럼 폭을 제공할 수 있다는 사실에 기반한다. 낮은 기술 노력만을 필요로 하는 절차는 조명될 SLM을 위해 비 구조적 스펙트럼 변환층 및 구조화된 컬러 필터의 제공일 수 있다.
트리플 노치 필터 코팅은 세 개의 기본 컬러만을 위해 정의된 스펙트럼 투과율을 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 27은 트리플 노치 필터의 스펙트럼 투과율을 도시한 도면이다. 도 27은 트리플 노치 필터를 통해 투과되지 않는 스펙트럼 범위가 또한 스펙트럼 변환에 사용될 수 있다고 지적한다. 예를 들어, 405 nm의 파장은 450 nm의 방사를 위해 최적화된 양자점을 여기시키는 데 사용될 수 있다. 490 nm의 파장은 520 nm의 방사를 위해 최적화된 양자점을 여기시키는 데 사용될 수 있다. 그리고, 570 nm의 파장은 647 nm 파장의 방사를 위해 최적화된 양자점을 여기시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 가시 스펙트럼 내의 스펙트럼 라인이 사용될 수 있고 이는 가시 스펙트럼 내의 다른 스펙트럼 라인으로 변환된다는 것을 의미한다.
양자점을 이용한 개발은 흡수 및 방사의 맞춤형 스펙트럼이다. 이것은 작은 스펙트럼 대역폭만이 작은 스펙트럼 방사를 생성할 수 있음을 의미한다. 따라서, 선택적으로 방사되는 3 개의 상이한 컬러를 생성하기 위해 3 개의 상이한 파장이 사용될 수 있다. 따라서, 선택적인 실시예는 3 개의 스펙트럼 분리된 스캐닝 파트를 포함하는 스캐닝 유닛이다. 세 개의 스펙트럼으로 분리된 웨이브 필드의 조합은 맞춤형 코팅을 포함하는 이색성 필터 플레이트 세트 또는 X 큐브(X-cube)를 제공함으로써 수행될 수 있다.
격자와 마이크로 렌즈 어레이의 조합을 제공함으로써 서로 다른 컬러의 공간적 분리를 얻을 수 있다. 이것은 도 28에 개략적으로 도시되어 있다. 도 28은 다중화된 브래그 회절 기반 볼륨 격자와 같은 볼륨 격자(VG)와 SLM의 조합된 RGB 픽셀의 피치를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(ML)의 조합이 상이한 스펙트럼 성분의 공간적 분리를 제공하기 위해 어떻게 이용될 수 있는지를 도시하고 있다. 볼륨 격자(VG)는 투명 기판(S) 상에 제공된다. 볼륨 격자(VG)를 포함하는 투명 기판(S)은 빔 경로 내에서 마이크로 렌즈 어레이(ML)를 따른다. 그리고, 마이크로 렌즈 어레이(ML)는 컬러 필터 어레이(CF)를 따른다. 도 28에서 알 수 있는 바와 같이, 볼륨 격자(VG)는 개개의 컬러 빔(RGB)에 대해 상이한 편향 각을 부여하고 마이크로 렌즈 어레이(ML)의 개별 렌즈 상에 이들 컬러 빔(RGB)을 지향시킨다. 마이크로 렌즈 어레이(ML)의 렌즈는 컬러 필터 어레이(CF)의 대응 부분, 즉 컬러 필터 어레이(CF)의 대응하는 컬러 필터(적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터) 상에 개별 컬러 빔(RGB)을 포커싱한다.
도 28은, 예를 들어 조명될 SLM의 입사면에 배치되는 컬러 필터 어레이(CF)의 스펙트럼적으로 할당된 조명이 제공될 수 있는 방법을 도시하지만, 이 실시예는 또한 구조화된 양자점 어레이를 조명하는 데 사용될 수도 있다.
볼륨 격자(VG)는 또한 포커싱 기능을 가질 수 있다. 굴절 마이크로 렌즈 어레이는, 예를 들어, 브래그 회절 기반 볼륨 격자인 회절 마이크로 렌즈 어레이로 대체될 수 있다. 그러나, 확립된 기술로 인해 마이크로 렌즈 어레이의 정렬이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 3 개의 단파장만을 사용하여 더 높은 프레임 레이트를 얻을 수 있다. 이는 SLM에 대한 일반적인 절차로서, 예를 들어 스캐닝 조명을 기반으로 할 수 있는 로컬 디밍을 제공하는 높은 동적 범위에 국한되지 않는다. 즉, 이는 2 차원(2D) 또는 2 차원(2D) 스테레오 디스플레이 디바이스의 프레임 레이트를 현저하게 가속시킬 수 있다.
예를 들어, 405 nm의 파장은 에지 조명 구성 또는 심지어는 로컬 디밍 절차를 사용하여 SLM을 조명하는 데 사용될 수 있다. 적색 기본 컬러를 제공하는 넓은 색 영역에 대해 사용될 수 있는 λ = 650 nm에서 상굴절률 n_o = 1.5225 및 이상굴절률 n_e = 1.772를 갖는 액정(LC)이 가정되면, 인덱스 간의 차이는 Δn = n_e - n_o = 0.2495이다. 따라서, π의 위상차를 갖는 변조는 1.3 ㎛의 두께를 필요로 한다. 405 nm의 파장에 대해, 분산 공식은 Δn = n_e - n_o = 1.9023 - 1.5598 = 0.3425이다. 따라서, 405 nm의 파장에 대하여, π의 변조는 0.561 ㎛의 액정의 두께만을 필요로 한다. 650 nm의 파장과 비교하여, 이것은 2.3의 계수가 된다. 예를 들어, ECB(전자 코드 북) 모드가 액정의 변조에 사용되는 경우, 이는 프레임 레이트를 증가시키기 위해 획득될 수 있는 5.3의 계수를 생성할 것이다. 또한 초기 프레임 레이트를 고정으로 유지하고 전압을 5.3의 계수 배로 감소시키는 것이 가능하다. 이것은 또한 SLM 자체 내의 전력 손실을 줄이기 위한 중요한 이점이 될 수 있다. 그러나, 이 절차는 더 높은 프레임 레이트와 동시에 더 낮은 전압을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 프레임 레이트는 2를 초과하는 계수 배로 증가될 수 있다. 그리고, 동시에 전압은 2를 초과하는 계수 배로 감소될 수 있다.
넓은 파라미터 범위가 스펙트럼 변환에 적용될 수 있다. 이것은 특히 간섭성 광원을 사용하는 로컬 디밍된 조명에 적용된다.
로컬 디밍을 제공하는 스캐닝은 또한 비 스캐닝 이미징을 구현하기 위해 수정될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 단일 빔 스캐닝, 한 세트의 빔을 사용하는 스캐닝, 라인 스캔 또는 로컬 디밍된 강도 분포로 조명될 이미지 SLM의 입사면 상으로의 강도 분포의 이미징이 구현될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 도 23에서 볼 수 있는 바와 같이, 비 스캐닝 동작으로 로컬 디밍을 구현하기 위해 복수의 프로젝터 설계가 적용될 수 있다. 단일 기본 광원은 m×n 개의 2 차 광원 또는 개별로 변조될 확장된 광원으로 분할될 수 있다. 또는, 광원의 세트, 광원 어레이, 광원 타입 자체 발광 디스플레이 디바이스, SLM, DMD 또는 LCoS 타입 SLM(Silicon Liquid Crystal)이 사용될 수 있다. 또한 광원 어레이를 사용하고 이러한 광원 어레이의 스캐닝을 구현하는 것, 즉 광원 SLM의 시간적 타일링(temporal tiling)을 사용하는 것이 가능하다.
회절 광학 디바이스를 기반으로 하는 아나모픽 빔 신장은, 예를 들어 1/120도 미만 또는 심지어는 단일의 평면에서의 평면 웨이브, 곡선 또는 임의의 형상의 웨이브의 각도 스펙트럼을 갖는 컴팩트한 시준 조명을 제공할 수 있지만, 적어도 2 개의 볼륨 격자를 포함하는 쐐기 기반 백라이트 유닛 중 하나의 볼륨 격자는 비구면 미러 요소 또는 무반사 형태 표면을 사용함으로써 대체될 수 있다. 이것은 2 개의 볼륨 격자 기반의 시준된 쐐기 기반 백라이트 유닛만큼 컴팩트하지는 않지만, 예를 들어 스캐닝 기반 로컬 디밍을 적용하는 경우에도 여전히 실용적일 수 있다.
스페클(speckle) 감소의 구현은, 예를 들어 텔레비전 디스플레이 디바이스 내에서 사용되는 디스플레이 크기 변경형 스캐터 포일(display size moved scatter foil)의 사용을 방지하기 위해, 투영 디스플레이 디바이스 내에서 실현될 수 있다. 각각의 광 빔 또는 2차 광원에 대해 스펙트럼 γ12 및 상호 ｜μ12| 간섭성의 감소를 구현하는 것이 유익한 것일 수 있으며, 이 2차 광원은 예를 들어 원형 형상을 갖는 횡 방향 확장된 광원 및 바람직하게는 무 포인트의 광원(no point light source)일 수 있다. 비간섭성 웨이브 필드 세그먼트는 이미지 SLM을 조명하는 백라이트 유닛의 출사면 상에 이미징된다.
복수의 광원 중의 또는 사용된 광원 어레이 중의 단일 광원의 시간적 간섭성을 감소시키기 위해 상이한 광 경로 길이를 실현하는 광섬유 어레이가 제공될 수 있다. 또 다른 절차에서, 망원경 또는 4-f 디바이스 내에 교차 배치된 2 개의 투과형 또는 반사형 계단 타입 광학 요소가 사용될 수 있다.
다양한 광 경로 길이의 보상은, 예를 들어 맞춤형 어레이 타입 광학 디바이스를 사용하여 수행될 수 있다. 광학 요소의 어레이를 사용함으로써 또한 형성될 수 있는 그러한 맞춤형 어레이 타입 광학 디바이스는 능동 구성요소로서 실현될 수 있다. 능동 구성요소는 스캐닝과 동기화되어, 서로 다른 광 경로 길이의 최적의 보상을 제공한다. 예를 들어, 광원으로서 수직 공동 표면 방사 레이저(VCSEL)와 같은 레이저 다이오드의 어레이가 마이크로 렌즈의 어레이와 함께 제공될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 콜리메이션 유닛의 개별 수정을 제공하여, 조명될 SLM에 대한 상이한 광 경로 길이를 보상한다. 이는 그 어레이 내의 각각의 레이저 다이오드가 최적화된 보정 요소를 포함한다는 것을 의미한다. 보정 요소는 위상 요소 전용으로서 또는 복소수값의 광학 요소로서 구현될 수 있다. 이는 위상 보정 및 최적화된 아포디제이션 프로파일이 사용될 수 있음을 의미한다. 보정은, 단일 광빔 또는 웨이브 필드 세그먼트에 의해 처리되고, 로컬 디밍을 사용하여 조명될 SLM의 입사면 내에 배치되는 개별 스캐닝 영역의 중심에 대해 최적화될 수 있다. 고정된 보정뿐만 아니라 동적인 보정도 구현될 수 있다. 예를 들어, 변형 가능한 미러 요소가 제공될 수 있다. 또한 보이스 코일과 같은 디바이스를 사용하여 광축을 따라 움직이는 마이크로 렌즈를 사용하는 것은 선택사항이다. 동적 요소는 광학 요소의 어레이로서 또는 단일 요소로서 형성될 수 있다. 보정 요소의 어레이는 단일 어레이 타입 요소로서 동적으로 처리될 수 있다. 또는 어레이의 개별 요소는 개별적으로 동적으로 처리될 수 있다. 하나의 경계 조건은 스캐닝 프로세스를 따라야 하는 합리적인 빠른 웨이브 프론트 포밍(wave front forming)이다. 그러나, 더 많은 웨이브 필드 세그먼트가 사용될수록 각 웨이브 필드 세그먼트에 요구되는 변조는 더 느려진다. 또한, 스캐닝 동작 중에 요구될 수 있는 로컬 광 경로 길이 관련 수차를 보정하기 위해 교차형 액정 기반 능동 타입 격자 또는 능동 타입 편광 격자의 세트를 사용할 수도 있다.
홀로그래픽 디스플레이 디바이스 내에서 사용되는 로컬 디밍의 또 다른 경계 조건은, 관찰자의 눈의 개구수보다 작은 개구수에서 서브 홀로그램의 부분적 조명을 회피하여, 그에 따라, 도시된 3 차원 객체의 공간 해상도를 감소시키는 것이다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 로컬 디밍은 바람직하게는 프레임 단위 동작으로서 구현된다. 조명될 SLM의 입사면일 수 있는 디스플레이 디바이스의 조명 디바이스의 출사면 상으로의 제 1 강도 분포의 이미지는 이러한 프레임 타입 로컬 디밍을 제공할 수 있다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 애플리케이션이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 이에 국한되지 않는다는 것은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서, 특히 전술한 교시의 관점에서 당업자에 의해 변형이 가해질 수 있으므로 당업자에게는 당연하게 이해될 것이다.

Claims (31)

  1. 객체 포인트를 포함하는 2 차원 객체 및 3 차원 객체 중 적어도 하나를 생성하기 위한 장치에 있어서,
    - 입사광을 변조하기 위한 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스,
    - 웨이브 필드(wave fields)의 세그먼트화(segmentation)가 평면에 제공되도록 설계되고 배치되는 광학 시스템으로서, 상기 웨이브 필드의 세그먼트화가 제공되는 상기 평면은 상기 객체의 객체 포인트를 포함하는 평면과는 상이하며, 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드는 상호 오버랩을 갖는 것인, 상기 광학 시스템을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 광 가이딩 요소가 제공되고, 상기 적어도 하나의 광 가이딩 요소는 상기 광학 시스템과 조합되는 것인, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 웨이브 필드의 정의된 분리(decoupling)가 제공되는 방식으로 상기 적어도 하나의 광 가이딩 요소 내에 배치되거나, 또는 상기 광학 시스템은 상기 광 가이딩 요소의 적어도 하나의 표면에 제공되는 것인, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스는 자체 조명(self-illuminating) 공간 광 변조기 디바이스인 것인, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 디바이스가 제공되는 것인, 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 웨이브 필드의 세그먼트화는 조명 빔 경로 및 이미징 빔 경로 중 적어도 하나 내에 제공되고, 이 경로에 의해 웨이브 필드 세그먼트가 생성되며, 인접한 웨이브 필드 세그먼트는 웨이브 필드 세그먼트 간의 오버랩되는 구역을 형성하는 것인, 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 조명 디바이스는 웨이브 필드 세그먼트를 생성하기 위해 웨이브 필드를 방사하는 적어도 2 개의 개별 광원을 포함하는 것인, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 디바이스의 각 개별 광원은 대응하는 웨이브 필드 세그먼트를 생성하도록 제공되는 것인, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 오버랩되는 웨이브 필드 세그먼트의 웨이브 필드는 서로에 대해 상호 비간섭성(incoherent)인 것인, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브 필드는 복소수값 웨이브 필드이며, 상기 복소수값 웨이브 필드의 강도 분포는, 오버랩되는 웨이브 필드 세그먼트에 의해 생성된 총 강도 분포가 균일한(homogeneous) 강도 분포가 되도록 적응되는(adapted) 것인, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 웨이브 필드의 세그먼트화를 위해 적어도 하나의 격자 또는 반사층을 포함하는 것인, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 격자는 1 차원 격자로서 또는 2 개의 방향을 따라 직사각형 형상이거나 2 개의 방향을 따라 육각형인 격자로서 설계되는 것인, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 데 사용되는 웨이브 필드 세그먼트 각각은 시간 프레임 내에 존재하는 진폭 내로 개별적으로 제어되는 것인, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브 필드 세그먼트의 오버랩은 조명될 상기 공간 광 변조기 디바이스의 영역 내에 또는 상기 공간 광 변조기 디바이스에 의해 이미징되는 전체 영역 내에서, 적어도 정의된 시간 프레임 내에 생성되는 것인, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 적어도 이미지 프레임의 일부분 Δt와 동등한 정의된 시간 프레임 내에, 상기 공간 광 변조기 디바이스의 전체 영역을 조명하기 위해 또는 상기 공간 광 변조기 디바이스의 전체 영역을 이미징하기 위해 생성되는 상기 웨이브 필드 세그먼트의 오버랩은 시간적 스캐닝 절차로 수행되는 것인, 장치.
  16. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원 중 적어도 2 개의 광원은 서로 조합되는 레이저 또는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드로서 설계되는 것인, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 적어도 2 개의 광원이 서로 조합되고, 상기 적어도 2 개의 광원에 할당된 적어도 하나의 브래그(Bragg) 공진기 미러 요소 또는 회절 파장 안정화 구성은 상기 적어도 2 개의 광원에 대해 단일 스펙트럼 출력 파장을 제공하며, 상기 스펙트럼 출력 파장은 (방사되는 레이저 라인의) 상호 차분 값으로서 Δλ0≤0.1 nm의 한계를 초과하지 않는 것인, 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 적어도 2 개의 광원이 서로 조합되고, 상기 적어도 2 개의 광원에 할당된 적어도 하나의 브래그 공진기 미러 요소는 상기 적어도 2 개의 광원에 대해 단일 스펙트럼 출력 파장을 제공하며, 상기 스펙트럼 출력 파장은 방사되는 광의 스펙트럼 라인 폭의 Δλ≤0.1 nm의 한계를 초과하지 않는 것인, 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 웨이브 필드 세그먼트의 시공간(spatio-temporal) 스캐닝을 수행하기 위한 스캐닝 유닛이 제공되는 것인, 장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 개별적으로 제어되는 광원에 의해 제공된 입사 웨이브 필드를 정의된 복소수값 웨이브 필드 세그먼트로 변환하기 위한 빔 성형 요소가 제공되는 것인, 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 입사 웨이브 필드를 변환하는 빔 성형 요소는 회전 스캐터 플레이트(rotating scatter plate) 또는 회전 스캐터 포일(foil) 또는 동적 빔 성형 확산기로서 설계되는 것인, 장치.
  22. 제 1 항에 있어서, 높은 동적 범위 이미징 및 고휘도 이미징 중 적어도 하나가 제공되는 것인, 장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브 필드 세그먼트의 중심에서 최대 값을 가지며 상기 웨이브 필드 세그먼트의 가장자리(rim)에서 0의 값을 갖는 강도 분포가 생성되며, 상기 강도 분포는 상기 웨이브 필드 세그먼트의 중심으로부터 가장자리까지 연속적인 것인, 장치.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브 필드 세그먼트 내의 위상 분포는 일정한 위상 분포 또는 연속적인 위상 분포인 것인, 장치.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 공간 광 변조기 디바이스의 부분적 조명에 요구되는 광 강도 분포는 능동 위상 격자 또는 능동 편광 격자에 의해 생성되는 것인, 장치.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 공간 광 변조기 디바이스의 입사면에 스펙트럼 변환층이 제공되는 것인, 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 스펙트럼 변환층에 대한 재료로서 양자점(quantum dots)이 사용되는 것인, 장치.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 스펙트럼 변환을 수행하기 위해, 기본(primary) 광 컬러에 대해 상기 스펙트럼 변환층 및 구조화된 컬러 필터 어레이의 조합, 또는 기본 광 컬러에 대해 트리플 노치 필터가 제공되는 것인, 장치.
  29. 제 1 항에 있어서, 상이한 스펙트럼 성분의 공간적 분리를 생성하기 위한 격자 및 마이크로 렌즈 어레이가 제공되는 것인, 장치.
  30. 디스플레이 디바이스에서 세그먼트화된 웨이브 필드를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    - 광의 전파 방향에서 볼 때 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스의 전방 또는 후방에 적어도 2 개의 웨이브 필드를 생성하는 단계,
    - 디스플레이될 객체의 생성된 객체 포인트를 포함하는 평면과는 상이한 평면에서 광학 시스템에 의해 상기 적어도 2 개의 웨이브 필드를 세그먼트화하는 단계, 및
    - 인접한 세그먼트화된 웨이브 필드와의 오버랩을 생성하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스에서 세그먼트화된 웨이브 필드를 생성하기 위한 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 간섭성 광원을 사용하는 경우, 상기 웨이브 필드 세그먼트의 상호 비간섭성을 제공하기 위해 스펙트럼 변환이 수행되는 것인, 디스플레이 디바이스에서 세그먼트화된 웨이브 필드를 생성하기 위한 방법.
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