KR20220016501A - 공간 광 변조 - Google Patents

공간 광 변조 Download PDF

Info

Publication number
KR20220016501A
KR20220016501A KR1020217043301A KR20217043301A KR20220016501A KR 20220016501 A KR20220016501 A KR 20220016501A KR 1020217043301 A KR1020217043301 A KR 1020217043301A KR 20217043301 A KR20217043301 A KR 20217043301A KR 20220016501 A KR20220016501 A KR 20220016501A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
light
silicon
pixel
phase
Prior art date
Application number
KR1020217043301A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102607883B1 (ko
Inventor
윌리엄 크로스랜드
닐 콜링스
Original Assignee
듀얼리타스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 듀얼리타스 리미티드 filed Critical 듀얼리타스 리미티드
Priority to KR1020237026219A priority Critical patent/KR20230118710A/ko
Publication of KR20220016501A publication Critical patent/KR20220016501A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102607883B1 publication Critical patent/KR102607883B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133553—Reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133632—Birefringent elements, e.g. for optical compensation with refractive index ellipsoid inclined relative to the LC-layer surface
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133746—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for high pretilt angles, i.e. higher than 15 degrees
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136277—Active matrix addressed cells formed on a semiconductor substrate, e.g. of silicon
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0212—Light sources or light beam properties
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/31—Polarised light
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/40—Particular irradiation beam not otherwise provided for
    • G03H2222/46—Reconstruction beam at reconstruction stage
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/50—Geometrical property of the irradiating beam
    • G03H2222/53—Collimated beam
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2223/00—Optical components
    • G03H2223/19—Microoptic array, e.g. lens array
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2223/00—Optical components
    • G03H2223/23—Diffractive element
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/32—Phase only
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/52—Reflective modulator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 명세서에서 인-플레인 스위칭(in-plane switching)을 위해 구성된 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정, "LCoS SLM", 디바이스가 개시된다. LCoS SLM 디바이스는, 실리콘 백플레인; 투명 기판; 액정층; 전극 구조체; 및 반사 컴포넌트를 포함한다. 전극 구조체는 액정층에 전기장을 생성시키기 위해 실리콘 백플레인 상에 형성된다. 전기장은 실리콘 백플레인에 실질적으로 평행하다. 반사 컴포넌트는 투명 기판에 대향한다.

Description

공간 광 변조
본 개시는 프로젝터에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 개시는 홀로그래픽 프로젝터, 홀로그래픽 프로젝션 방법 및 홀로그래픽 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
객체로부터 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 간섭 무늬를 포함하는 홀로그래픽 레코딩 또는 "홀로그램"을 형성하도록 잘 알려진 간섭 기술에 의해, 예를 들어, 감광성 플레이트상에서 캡쳐될 수 있다. 홀로그램은 원래의 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성 또는 재생 이미지(replay image)를 형성하기 위해 적절한 광을 조사(illumination)함으로써 재구성될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 간섭 프로세스를 수치적으로 시뮬레이션할 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램(computer-generated hologram)은 프레넬(Fresnel)또는 푸리에 변환(Fourier transform)과 같은 수학적 변환에 기초한 기술을 이용하여 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬/푸리에 변환 홀로그램 또는 간단히 프레넬/푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인/평면 표현 또는 객체의 주파수 도메인/평면 표현으로 간주될 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램은 예를 들어 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing)또는 포인트 클라우드 기술(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그램은 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기(spatial light modulator)상에서 인코딩될 수 있다. 광 변조는, 예를 들어, 전기적으로 어드레스 가능한(electrically-addressable)액정, 광학적으로 어드레스 가능한(optically-addressable)액정 또는 마이크로 미러를 이용하여 달성될 수 있다.
공간 광 변조기는 셀들(cells)또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 일반적으로 포함한다. 실리콘 상의 액정(liquid crystal on silicon), "LCoS", 공간 광 변조기는 제어 가능한 위상 변조를 제공하도록 액정의 복굴절(birefringence)을 이용한다. 이상적인 위상 변조기는 0 과 2π 사이의 가변 위상 지연을 제공할 수 있다. 액정의 복굴절은 완전 2π 위상 지연을 제공하는데 필요한 광 경로 길이를 결정한다. 구체적으로, 반사형 변조기에서의 광 경로 길이 범위는 2π와 같아야 한다. 광학 경로 길이는 액정층의 두께(d), 액정의 복굴절(△n)및 입사각(θ)에 따라 증가한다. 그러나, 액정이 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 속도는 d에 따라 감소한다. 스위칭 속도를 증가시키려는 요구에 의해 동기 부여된 산업은 더 높은 복굴절성 액정을 필요로 한다.
분해능(resolution)을 증가시키려는 요구에 의해 추가적으로 동기 부여된 산업은 또한 작은 픽셀을 필요로 한다. 그러나, 각 픽셀의 선형 치수가 액정 두께에 접근함에 따라, 픽셀의 에지에서의 프린징(fringing) 전기장은 그 외의 픽셀의 균일한 위상 변조를 왜곡시킨다. 각 픽셀의 유효 위상 지연(effective phase retardation)은 의도된 값과 상이하게 된다.
본 발명자들은 이러한 문제를 해결하였다. 홀로그래픽 프로젝터는 본 명세서에 기술된 개념들을 이용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터들은, 예를 들어, 근안용(near-eye)디바이스들을 포함하는 헤드-업 디스플레이(head-up display), "HUD" 및 헤드-마운트 디스플레이(head-mounted display), "HMD" 의 애플리케이션에서 찾을 수 있다.
본 개시의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에 정의된다.
본 명세서에서 인-플레인 스위칭(in-plane switching)으로 구성된 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정(liquid crystal on silicon spatial light modulator), "LCoS SLM"이 개시된다. LCoS SLM 디바이스는 실리콘 백플레인; 투명 기판; 액정층; 전극 구조체 및 반사 컴포넌트를 포함한다. 액정층은 실리콘 백플레인과 투명 기판 사이에 개재된다. 전극 구조체는 액정층에 전기장을 발생시키도록 실리콘 백플레인 상에 형성된다. 전기장은 실리콘 백플레인에 실질적으로 평행하다. 반사 컴포넌트는 투명 기판과 대향한다.
대향하는 반사 컴포넌트 및 투명 기판은 액정으로 채워질 수 있는 셀 갭(cell gap)을 정의한다. LCoS SLM 디바이스는 위상 변조기일 수 있다. 전극 구조체는 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극을 포함할 수 있다. 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극은 실질적으로 평면일 수 있다. 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극은 실리콘 백플레인에 평행한 평면 내에 포함될 수 있다. 이러한 구성에서 전극들은 측면 전극(lateral electrode)들로서 설명될 수 있다.
위상 변조기(phase modulator)와 같이 실리콘 광 변조기 상의 액정 성능에서의, 다른 것들이 여전히 달성하지 못한, 개선을 해결하는 개념이 본 명세서에 개시된다. 본 발명자들은 스위칭 속도(switching speed)와 같은 액정 디스플레이(liquid crystal display)의 일부 기본 제한들을 해결하기 위해 완전히 다른 접근법을 채택하였다. 달성된 개선들은 새로운 타입의 LCoS 디바이스로부터 이익을 얻는 특정 광학 및 전기-광학 방식들을 이용함으로써 실현된다. 본 발명자들은 전극에 의해 발생된 전기장이 실리콘 백플레인에 평행한 LCoS 디바이스를 본 명세서에 개시한다. 인-플레인 스위칭(in-plane switching)이 종래의 디스플레이에 대해 이미 개시되었지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자는 인-플레인 스위칭의 장점들이 통상적으로 LCoS에서 실현 가능하지 않다는 것을 이해한다. 본 명세서에 개시된 예들은 면내 전극(in-plane electrode)들을 이용한다. 이는 통상적으로 LCoS와 우수한 시너지를 갖지 않는다. 그러나 면내 전극들의 장점은 사실상 본 명세서에 개시된 특별한 경우들이 이해될 때 단점보다 크다는 것이 명백하다.
LCoS SLM 디바이스는 적어도 하나의 액정 배향막을 더 포함할 수 있다. 액정 배향막(alignment layer)은 40도 초과 또는 60도 초과와 같이 20도 초과의 액정 선경사각(pretilt angle)을 제공하도록 배치될 수 있다. 선경사각은 액정의 방향자(director)와 실리콘 백플레인의 사이의 각이다. 적어도 하나의 배향막은 소위 다운-더-배럴(down-the-barrel)구성이 구현될 수 있도록 비교적 높은 선경사각을 제공하는데 이용된다.
전극 구조체에 의해 제공되는 전기장은 회전 평면에서 실질적으로 90 도로 액정을 회전시킨다. 따라서 완전 2ð 의 위상 변조가 달성될 수 있다.
반사 컴포넌트는 액정층의 액정과 실리콘 백플레인 사이의 계면(interface)에 의해 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 디바이스는 비스듬하게 조명되고, 이 경우 액정과 실리콘 사이의 계면에서의 반사율은 실행 가능한 디바이스를 만드는데 적당할 수 있다.
반사 컴포넌트는 부가적으로 또는 대안적으로 실리콘 백플레인 상의 적어도 하나의 절연층(dielectric layer)을 포함할 수 있다. 절연층은 반사율을 증가시키도록(두께 및 굴절률)구성된다.
적어도 하나의 절연층은 이산화 규소(silicon dioxide)의 제1 절연층을 포함할 수 있다. 실리콘 상의 이산화 규소의 상대적으로 얇은 층은 반사율을 상당히 증가시킬 수 있다. 이산화 규소의 제1 절연층은, 선택적으로, 전극 구조체가 실리콘 백플레인 상에 형성되기 전에, VLSI 실리콘 제조 프로세스의 일부로서 실리콘 백플레인 상에 형성될 수 있다. 따라서, 제1 절연층은 실리콘 파운드리에서 형성될 수 있다. 이것은 비용에 상당한 영향을 미친다. 실리콘 상의 이산화 규소 층의 형성을 권장하는 것은 비교적 간단하다. 제1 절연층은 200 내지 400 nm 의 두께를 가질 수 있다. 반사율에 상당한 영향을 미치기 위해 적어도 200 nm가 요구되며, 회절을 방지하기 위해 400 nm 미만이 바람직하다. 제1 절연층의 이산화 규소의 적어도 일부는 실리콘 백플레인과 전극 구조체 사이에 놓일 수 있다.
적어도 하나의 절연층은 오산화탄탈(tantalum pentoxide)또는 이산화티탄(titanium dioxide)을 포함하는 제2 절연층을 포함할 수 있다. 제2 절연층의 두께는 50 내지 400 nm 이다. 제2 절연층은 반사율을 더 증가시킨다. 제2 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 작을 수 있다. 본 발명자들은 제2 절연층으로 인한 두께 상의 임의의 부정적 효과보다도 반사율에 대한 개선이 더 중요함을 확인하였다.
반사 컴포넌트는 부가적으로 또는 대안적으로 서브-파장 금속 섹션들 사이의 서브-파장 갭들을 포함하는 불연속 금속층을 포함할 수 있다. 서브-파장은 변조에 대한 광의 파장보다 작은 적어도 하나의 치수를 지칭하기 위해 본 명세서에서 이용된다. 일부 예들에서, 반사 컴포넌트의 모든 물리적 치수들은 파장보다 작다. 불연속 금속층은 주기성이 1 차원(one dimensional)인 격자(grating)와 같은 금속 및 갭의 반복 패턴을 포함하는 주기 컴포턴트이다. 불연속 금속층은 반사율을 최적화하고 임의의 편광 효과를 최소화하도록 2: 1 이상의 마크-대-스페이스(mark-to-space)비율을 갖는 1D 불연속 금속층이다. 서브-파장 갭들 및 서브-파장 금속 섹션들은 회절을 방지하기 위해 300 nm 이하의 치수를 가질 수 있다. 불연속 금속층은 2D 불연속 금속층일 수 있고, 서브-파장 금속 섹션들은 직사각형이다.
LCoS SLM 디바이스 및 광원을 포함하는 시스템이 또한 본 명세서에 개시된다. 광원은 0 보다 큰 입사각으로 디바이스를 조명하도록 배열될 수 있다. 즉, 경사 입사(oblique incidence)가 제공된다. 입사각은 60° 내지 70° 와 같이 50° 내지 80° 일 수 있다. 입사각은 브루스터 각(brewster angle)과 대략 동일할 수 있다. 입사광은 복수의 광 스폿을 포함하는 구조광(structured light)일 수 있으며, 각각의 광 스폿은 디바이스의 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명하도록 구성된다.
본 명세서에는 LCoS SLM 디바이스 상에 홀로그램을 디스플레이하는 과정 및 LCoS SLM 디바이스로부터 공간적으로 분리된 재생 평면에 이미지의 홀로그래픽 재구성이 형성되도록 광으로 홀로그램을 조명하는 과정을 포함하는 홀로그래픽 프로젝션 방법이 또한 개시된다.
광 패턴을 투영하도록 구성된 프로젝터가 또한 본 명세서에 개시된다. 프로젝터는 공간 광 변조기 및 광원을 포함한다. 공간 광 변조기는 위상 패턴을 디스플레이하도록 구성된 픽셀 어레이를 갖는다. 픽셀 어레이는 실질적으로 평면인 픽셀 어레이일 수 있다. 각각의 픽셀은 제1 방향 및 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전 가능한 방향자(director)를 갖는 액정을 포함한다. 광원은 광 패턴을 형성하기 위해 위상 패턴에 따라 공간적으로 변조되도록 편광된 광을 이용하여 픽셀 어레이를 조명하도록 구성된다. 광 패턴은 위상 패턴에 대응하는 것일 수 있다. 편광된 광은 복수의 광 스폿을 포함하는 구조광(structured light)이다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명한다.
보다 구체적으로, 구조광은 복수의 개별 광 스폿들을 포함하는 광 패턴이며, 픽셀 어레이의 각각의 픽셀은 복수의 개별 광 스폿들의 각각의 광 스폿에 의해 조명된다. 더 구체적으로, 편광된 광의 공간 프로파일은 복수의 개별 광 스폿 또는 복수의 별개의 광 스폿을 포함한다. 광 스폿과 픽셀 사이에 1 대 1 관계가 있다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 단지 하나의 픽셀만을 조명한다. 광 스폿의 수는 픽셀 수보다 크거나 같을 수 있다.
구조 조명(structured illumination)은, 프린징(fringing)필드의 효과를 감소시키거나 심지어 제거할 수 있게 하고, 인접 픽셀로 가로지르는 광 크로싱(light crossing)과 같은 픽셀 크로스토크(pixel crosstalk)를 감소 또는 방지할 수 있기 때문에 유리하다.
광원은 구조광을 형성하도록 구성된 스폿 생성 홀로그램(또는 회절 광학 소자)또는 마이크로렌즈릿 어레이를 포함할 수 있다.
구조 조명은 픽셀들보다 더 작은 광 스폿들을 포함한다. 각각의 광 스폿의 직경은 픽셀(예를 들어, 픽셀 폭)의 최소 치수보다 적을 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 스폿의 직경은 픽셀의 크기 또는 픽셀의 최소 치수의, - 예컨대 85% 미만, 또는 80% 미만, 또는 75% 미만과 같이 - 90% 미만일 수 있다. 각각의 마이크로렌즈는, 예컨대 0.1 내지 0.2 와 같이 0.05 내지 0.25의 개구수(numerical aperture)를 가질 수 있다.
프로젝터는 반복 위상 검색 알고리즘(iterative phase retrieval algorithm)을 이용하여 위상 패턴을 생성하도록 구성된 홀로그램 생성 엔진을 더 포함할 수 있다. 구조 조명은 홀로그램 계산 동안 수학적 가정 또는 조건들을 더 잘 반영하기 때문에 컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)에서 더욱 유리하다. 구체적으로, 구조 조명은 각 픽셀이 광의 포인트 소스로서 동작한다고 가정하는 계산 알고리즘과 더 일치한다. 컴퓨터 구현 알고리즘은 파면(wavefront)상의 각 포인트가 구형 웨이브렛(spherical wavelets)의 소스로서 작용하는 하위헌스-프레넬 원리(Huygens-Fresnel principle)에 기초한다.
구조 조명은 비스듬한 각도로 픽셀 어레이 상에 입사될 수 있다. 즉, 구조 조명은 경사 입사(oblique incidence)와 결합될 수 있다. 픽셀 어레이 상의 구조광의 입사각은 0 보다 클 수 있다. 경사 입사는 액정층의 두께가 감소되어 스위칭 속도가 증가될 수 있게 한다. 구조 조명은 프린징 필드의 효과가 감소되거나 심지어 제거될 수 있기 때문에 경사 입사로 특히 유리해진다.
픽셀들은 직사각형(rectangular)일 수 있다. 각 픽셀의 폭에 대한 길이의 종횡비는 각 픽셀에 의해 수신된 광이 입사각에 의해 다른 픽셀로 교차(crossover)하지 않도록 할 수 있다. 본 개시에 따르면, 픽셀의 길이는 편광된 광의 입사면에 평행하다. 픽셀의 폭은 길이에 대해 수직이다. 구조 조명의 광 스폿의 크기에 대한 하한(lower limit)이 존재한다. 구조 조명을 갖는 직사각형 픽셀들의 이용은 픽셀 크기 치수들이 최적화될 수 있게 한다.
각 픽셀의 길이 대 폭의 종횡비는 2:1 내지 5:1 의 범위일 수 있다. 장축에서 인접한 픽셀 상에 액정 체적을 통한 광선의 횡단이 회피될 수 있다. 이것은 픽셀 간의 크로스토크(crosstalk)를 감소시킬 것이다.
위상 패턴은 홀로그램(hologram); 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와 같은 렌즈 기능(lensing function); 및 위상-램프(phase-ramp)기능과 같은 빔-스티어링(beam-steering)기능을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기는 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정일 수 있다.
광 패턴은 홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)일 수 있다.
광 패턴을 투영하는 방법이 또한 본 명세서에 개시된다. 방법은 공간 광 변조기의 픽셀 어레이 상에 위상 패턴을 디스플레이하는 제1 과정을 포함한다. 각 픽셀은 방향자(director)를 갖는 액정을 포함한다. 방향자는 제1 방향과 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전 가능하다. 방법은 편광된 광으로 위상 패턴을 조명하는 제2 과정을 포함한다. 따라서, 편광된 광은 위상 패턴에 따라 공간적으로 변조되어 광 패턴을 형성한다. 편광된 광은 구조광(structured light)이다. 구조광(또는 구조 조명)은 복수의 광 스폿을 포함한다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명하도록 구성된다.
방법은 반복 위상 검색 알고리즘을 이용하여 위상 패턴을 계산하는 과정을 더 포함할 수 있다. 방법은 편광된 광을 수신하는 과정을 더 포함할 수 있다. 방법은 구조광을 형성하기 위해 스폿 생성 홀로그램 또는 마이크로렌즈릿 어레이를 이용하여 광을 구조화하는 과정을 더 포함할 수 있다.
광 패턴은 투영 평면 상에 투영될 수 있다. 광 패턴은 투영 볼륨 상에 투영되는 3D 광 패턴일 수 있다. 투영 평면 또는 투영 볼륨은 공간 광 변조기로부터 공간적으로 분리된다.
의심의 여지가 없도록, 본 개시에 따른 액정은 네마틱(nematic)및 복굴절성(birefringence)이다. 단일 액정은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 이해되는 바와 같이, 액정층 또는 액정 셀 또는 액정 혼합물 내의 대표적인 액정에 대해 만들어지는 것으로 본 명세서에 참조된다.
용어 "홀로그램(hologram)"은 객체에 대한 진폭 정보 혹은 위상 정보 또는 이들의 일부 조합을 포함하는 레코딩(recoding)을 지칭하는데 이용된다. 용어 "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"은 홀로그램을 조사하여 형성된 객체의 광학적 재구성을 지칭하는데 이용된다. 본 명세서에 개시된 시스템은, 홀로그래픽 재구성이 실제 이미지이고 홀로그램으로부터 공간적으로 분리되기 때문에, "홀로그래픽 프로젝터(holographic projector)"로서 설명된다. 용어 "재생 필드(replay field)"는 홀로그래픽 재구성이 형성되고 완전히 포커스되는 2D 영역(2D area)을 지칭하는데 이용된다. 홀로그램이 픽셀들을 포함하는 공간 광 변조기 상에 표시되면, 재생 필드는 복수의 회절 차수(diffracted order)의 형태로 반복될 것이며, 여기서 각각의 회절된 차수는 0 차 재생 필드(zeroth-order replay field)의 복제물이다. 0 차 재생 필드는 가장 밝은 재생 필드이기 때문에 선호 혹은 일차적인 재생 필드에 일반적으로 해당한다. 달리 명시되지 않는 한, "재생 필드"라는 용어는 0 차 재생 필드를 가리키는 것으로 간주되어야 한다. 용어 "재생 평면(replay plane)" 는 모든 재생 필드들을 포함하는 공간의 평면을 지칭하는 데 이용된다. 용어 "이미지(image)", "재생 이미지(replay image)" 및 "이미지 영역(image region)"은 홀로그래픽 재구성의 광(light)에 의해 비춰지는 재생 필드의 영역들을 지칭한다. 일부 실시예에서, "이미지"는 "이미지 스팟들(image spots)" 또는 편의상 "이미지 픽셀들(image pixels)"로 지칭될 수 있는 개별적인 스팟들을 포함할 수 있다.
용어 "인코딩(encoding)", "쓰기(writing)" 또는 "어드레싱(addressing)"은 각각의 픽셀의 변조 레벨을 결정하는 각각의 복수의 제어 값들을 SLM의 복수의 픽셀들에게 제공하는 프로세스를 기술하는 데 이용된다. SLM의 픽셀은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포를 "표시(display)"하도록 구성된다고 말할 수 있다. 따라서, SLM은 홀로그램을 "표시"한다고 말할 수 있고 홀로그램은 광 변조 값들 혹은 레벨들의 어레이로 간주될 수 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 원래의 객체의 푸리에 변환과 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 레코딩은 위상-한정 홀로그램(phase-only hologram)으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 위상-한정 홀로그램에 관한 것이지만, 본 개시는 진폭-한정 홀로그래피(amplitude-only holography)에도 동일하게 적용될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 픽셀들의 위상 값, 위상 성분, 위상 정보 또는, 단순히, 위상이 "위상-지연(phase-delay)"의 약어로 참조될 수 있다. 즉, 설명된 모든 위상 값은, 실제로는, 해당 픽셀이 제공하는 위상 지연(phase retardation)의 양을 나타내는(예컨대, 0 내지 2π 범위의)숫자이다. 예를 들어, 위상 값이 π/2 인 것으로 설명된 공간 광 변조기의 픽셀은 수신된 광의 위상을 π/2 라디안만큼 지연시킨다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들)중 하나로 작동 가능하다. 용어 "그레이 레벨(grey level)"은 복수의 이용 가능한 변조 레벨들을 지칭하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 용어 "그레이 레벨"은 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 음영들을 제공하지 않더라도 위상-한정 변조기에서 복수의 이용 가능한 위상 레벨들을 지칭하기 위해 편의상 이용될 수 있다. 용어 "그레이 레벨"은 또한 복소 변조기에서 이용 가능한 복수의 복소 변조 레벨들을 지칭하기 위해 편의상 이용될 수 있다.
따라서 홀로그램은 그레이 레벨들의 어레이를 - 즉, 위상-지연 값들 또는 복소 변조 값들의 어레이와 같은 광 변조 값들의 어레이를 - 포함한다. 또한 홀로그램은, 공간 광 변조기에 디스플레이될 때 그리고 공간 광 변조기의 픽셀 피치(pixel picth)에 필적하는, - 일반적으로 그보다는 작은 - 파장을 갖는 광으로 조사될 때, 회절을 유발하는 패턴이기 때문에, 회절 패턴으로 간주된다. 홀로그램을 렌즈 또는 그레이팅(grating)으로 기능하는 회절 패턴들과 같은 다른 회절 패턴들과 결합하는 것이 본 명세서에 참조된다. 예를 들어, 그레이팅(grating)으로 기능하는 회절 패턴이 재생 평면 상에 재생 필드를 변환하도록 홀로그램과 결합되거나, 렌즈로 기능하는 회절 패턴이 근거리 필드(near field)의 재생 평면 상에 홀로그래픽 재구성을 포커스하도록 홀로그램과 결합될 수 있다.
다양한 실시예들 및 실시예들의 그룹이 후술되는 상세한 설명에서 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 실시예 또는 실시예들의 그룹의 임의의 특징은 임의의 실시예 또는 실시예들의 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합(combination)과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징의 모든 가능한 조합 및 순열(permutation)이 고려된다.
특정 실시예는 다음 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다 :
도 1 은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사 SML을 도시하는 개략도이다;
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 첫 번째 반복을 도시한다;
도 2b는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다
도 2c는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 대안적인 두 번째 및 후속 반복을 도시한다;
도 3은 네마틱 액정의 법선 타원체(indiatrix)을 도시한다;
도 4는 법선 타원체가 입사면 내에서 기울어지는 네마틱 액정에 입사하는 광을 도시한다;
도 5a는 종래 기술에 따른 기울어진 네마틱 액정을 이용하는 제1 예시적인 위상 변조기를 도시한다;
도 5b는 종래 기술에 따른 기울어진 네마틱 액정을 이용하는 제2 예시적인 위상 변조기를 도시한다;
도 6a는 경사 입사에 따른 액정의 제1 상태를 도시한다;
도 6b 는 경사 입사에 따른 제2 상태의 제1 예를 도시한다;
도 6c 는 경사 입사에 따른 제2 상태의 제2 예를 도시한다;
도 6d는 경사 입사에 따른 제2 상태의 제3 예를 도시한다;
도 7a 및 도 8a는 소위 다운-더-배럴(down-the-barrel)구성에 따른 제1 상태를 도시한다;
도 7b 및 도 8b는 제1 중간 회전 상태를 나타낸다;
도 7c 및 8c는 제2 중간 회전 상태를 나타낸다;
도 7d 및 도 8d는 다운―더-배럴에 따른 제2 상태를 도시한다;
도 9는 구조 조명을 제공하기 위한 마이크로렌즈 어레이를 도시한다;
도 10은 구조 조명을 제공하기 위한 DOE를 도시한다;
도 11은 액세스 프리즘을 도시한다;
도 12는 경사 입사에 대한 예시적인 픽셀 구조를 도시한다;
도 13은 액정-실리콘 계면의 반사율을 나타낸다;
도 14는 인-플레인 스위칭을 위한 면내 전극 구조를 도시한다;
도 15는 경사 입사를 위한 인-플레인 스위칭 LCoS 디바이스의 금속 전극들의 단면을 도시한다;
도 16a는 1D 불연속 금속 미러를 도시한다; 및
도 16b는 2D 불연속 금속 미러를 도시한다.
도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호가 이용된다.
본 발명은 다음에 설명되는 실시예들에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 연장한다. 즉, 본 발명은 다른 형태들로 실시될 수 있으며 설명의 목적으로 제시된 기재된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
단수형의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.
다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한은 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 "막(just)", "바로(immediate)" 또는 "직접(direct)"라는 기재가 이용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서에서 다양한 요소들을 설명하기 위해 "제1", "제2" 등의 용어가 이용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 이용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.
상이한 실시예들의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 일부 실시예들은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.
광학 구성
도 1은 컴퓨터-생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기에서 인코딩되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터-생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 할 수 있다. 본 실시예에서, 공간 광 변조기는 반사형의 액정-온-실리콘(liquid crystal on silicon: "LCOS")장치이다. 홀로그램은 공간 광 변조기에서 인코딩되고 홀로그팸 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨저(diffuser)와 같은 수광 표면(light receiving surface)에 형성된다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 111)를 통해 SLM(140)을 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 도 1에서, 파면의 방향은(예컨대, 투명층의 평면에 대해 완전 수직으로부터 2도 또는 3도 정도 떨어진) 오프-노멀(off-normal)하다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전체적으로 평면인 파면은 법선 방향으로 입사되고, 입력 및 출력 광경로들을 분리하기 위한 빔 스플리터 배치(beam splitter arrangement)가 이용된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 미러형 후방 표면(mirrored rear surface)에 반사되며 출사 파면(exiting wavefront, 112)을 형성하기 위해 광 변조층과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 더욱 상세하게, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 출사되는 변조된 광의 빔을 전달 받아 스크린(125)에 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환을 수행한다.
특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 픽셀은 전체 재구성에 관여한다. 재생 필드의 특정 지점들(또는 이미지 픽셀들)과 특정 광-변조 요소들(또는 홀로그램 픽셀들)사이에는 일대일 상관 관계가 없다. 다시 말해, 광-변조 층을 나가는 변조된 광은 재생 필드에 분포된다.
이러한 실시예들에서, 공간에서 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 굴절(포커싱)파워(dioptric(focusing)power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며, 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 어떤 렌즈라도 푸리에 변환 렌즈 역할을 할 수 있지만, 수행되는 푸리에 변환의 정확도는 렌즈의 성능에 좌우된다. 통상의 기술자라면 렌즈를 이용하여 광학적 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해할 수 있다.
홀로그램 계산
일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에-기반 홀로그램이며, 여기서 이미지는 포지티브 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 원거리 장(far field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생 평면에서 원하는 광 필드(light field)를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터-생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 이용하여 계산될 수 있다.
푸리에 변환 홀로그램은 Gerchberg-Saxton 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 더욱이, Gerchberg-Saxton 알고리즘은 공간 도메인(예컨대, 사진)의 진폭-한정 정보로부터 푸리에 도메인의 홀로그램(즉, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 객체와 관련된 위상 정보는 공간 도메인에서 진폭-한정 정보로부터 효과적으로 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 Gerchberg-Saxton 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용해 진폭-한정 정보로부터 계산된다.
Gerchberg Saxton 알고리즘은 평면 A와 B에서 각각의 광선(light beam) 광선의 단면적 강도 IA(x, y) 및 IB(x, y) 가 알려져 있고 IA(x, y) 및 IB(x, y)가 단일 푸리에 변환과 연관되는 상황을 고려한다. 주어진 단면적 강도에 대해 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근차치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y)가 구해진다. Gerchberg-Saxton 알고리즘은 반복 프로세스를 따름으로써 이 문제에 대한 솔루션을 찾는다. 더 구체적으로, Gerchberg-Saxton 알고리즘은 공간 도메인과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 도메인 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 나타내는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서 공간 제한(constraint) 및 스펙트럼 제한을 반복적으로 적용한다. 스펙트럼 영역에서 상응하는 컴퓨터-생성 홀로그램은 알고리즘의 적어도 1 회 이상의 반복을 통해 얻어진다. 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 설정되고 수렴된다. 홀로그램은 진폭 전용 홀로그램(amplitude-only hologram), 위상 전용 홀로그램(phase-only hologram) 또는 완전 복소 홀로그램(a fully complex hologram)일 수 있다.
일부 실시예에서, 위상 전용 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170호 또는 제2,501,112호에 기술된 것과 같은 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초한 알고리즘을 이용하여 계산되며, 이 특허들은 는 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예는 단지 예시로서 위상 전용 홀로그램을 계산하는 것을 설명한다. 이들 실시예에서, Gerchberg-Saxton 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색하는데, 여기서 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합되므로,변환된 진폭과 위상에는 계산된 데이터 세트의 정확도에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백과 함께 반복적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이들 실시예에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 이미지 평면에서 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 형성하기 위한 홀로그램으로 사용된다. 홀로그램은 위상 값의 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이다.
다른 실시예에서, Gerchberg-Saxton 알고리즘에 기초한 알고리즘은 완전 복소 홀로그램을 계산하기 위해 이용된다. 완전 복소 홀로그램은 크기 성분과 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값들의 에레이를 포함하는 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이고, 각각의 복소 데이터 값은 크기 성분 및 위상 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고, 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는 (i) 실수 성분 및 허수 성분 또는 (ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 복소 데이터의 2개의 성분은 알고리즘의 다양한 과정에서 상이하게 처리된다.
도 2a는 위상 전용 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1 반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 픽셀 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 픽셀 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 픽셀 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기 전용 또는 진폭 전용 또는 강도 전용 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 사진 또는 비디오의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1 반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 이용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 픽셀에 랜덤 위상 값을 할당하는 과정을 포함하는 데이터 형성 과정(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제1 프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2 프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상 전용 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2 프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상 전용 홀로그램을 "표시"하는데 이용되는 공간 광 변조기의 픽셀 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 픽셀이 256 개의 서로 다른 위상 레벨을 제공하면 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상 전용 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전 복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2 프로세싱 블록(253)은 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한하여 홀로그램(280A)을 형성한다. 제한하는 과정는 복소 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 가능한 복소 변조 레벨로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 영역에서 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2a의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a에서 점선 화살표를 따르는 과정는 선택적이다(즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아니다).
제3 프로세싱 블록(256)은 제2 프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고 역 푸리에 변환을 수행하여 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제4 프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소수 데이터 세트를 수신하고 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4 프로세싱 블록(259)은 진폭 값(211A)의 분포를 평가한다. 구체적으로, 제4 프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를 당연히 진폭 값의 분포인 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4 프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4 프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값(211A)과 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기 위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값 보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4 프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 과정는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서 수행되는 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.
도 2b는 알고리즘의 두 번째 반복 및 알고리즘의 임의의 추가 후속 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백된다. 진폭 값(211A)의 분포는 입력 이미지(210)의 크기 값의 분포를 위해 소거된다. 첫 번째 반복에서, 데이터 형성 과정(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1 복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두 번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 과정(202B)는 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와 (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 과정을 포함한다.
도 2b의 데이터 형성 과정(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2a를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2 반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 프로세스에 대한 설명은 여기에서 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2 반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3 프로세싱 블록(256)은 제4 프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 박복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것을 이해할 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복할 때마다 개선된다. 그러나 실제로는 일반적으로 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나 처리 사간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적인 이점 보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.
도 2c는 두 번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 선행 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 인자 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링된 차분을 감한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트와 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R[x, y]는 제3 프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;
T[x, y]는 입력 또는 타겟 이미지고;
∠는 위상 성분이고;
ψ는 위상 전용 홀로그램(280B)이고;
η은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;
α는 이득 계수이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.
도 2c의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2a 및 도 2b의 실시예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 공간 광 변조기를 이용하여 수행된다. 구체적으로, 홀로그램 데이터는 광 파워를 제공하는 제2 데이터와 결합된다. 즉, 공간 광 변조기로 기록되는 데이터는 객체를 나타내는 홀로그램 데이터 뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 렌즈 데이터를 포함한다. 공간 광 변조기에 표시되면서 광이 조사될 때, 렌즈 데이터(lens data)는 물리적인 렌즈를 모방(emulate)하는데, 즉, 렌즈 데이터는 이에 상응하는 물리적인 광학 장치와 동일한 방식으로 광의 초점을 맞춘다. 따라서 렌즈 데이터는 광 파워 또는 포커싱(focusing)된 파워를 제공한다. 이러한 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략될 수 있다. 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법은 컴퓨터-생성 홀로그램 기술 분야에 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상 전용 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중심에서의 광경로 길이는 렌즈 가장자리에서의 광경로 길이보다 길다. 진폭 전용 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터-생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 데이터를 홀로그램과 결합함으로써 상기 홀로그램의 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 의해 홀로그램과 결합된다. 일부 실시예에서, 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 물리적 렌즈가 이용된다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 원거리 장(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 또 다른 실시예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 이미지 스티어링(image steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터와 결합될 수 있다. 다시, 해당 기술 분야에서 그러한 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상 전용 그레이팅은 블레이즈된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 진폭 전용 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 홀로그래픽 재구성의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 장치 또는 광학 장치들에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예는 단지 예시로서 푸리에 홀로그래피 및 Gerchberg-Saxton 유형의 알고리즘들에 관한 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
회전 가능한 액정을 이용한 위상 변조
도 3은 네마틱 액정(nematic liquid crystal)의 법선 타원체(indicatrix)또는 굴절률 타원체(300)를 도시한다. 이는 굴절률의 방향 및 크기를 도시하는 공전 타원체 이다. 법선 타원체(indicatrix)은 액정 매질 내의 긴 분자 축의 평균 방향과 공통되는 제1 축(302)및 짧은 분자 축과 연관된 제2 축(304)을 갖는다. 방향자(306)는 관심 지점의 주위에서 액정의 일반적인 배향을 지시한다. 보다 구체적으로, 방향자는 영역 내의 긴 분자 축들의 공간적 및 시간적 평균을 나타낸다. 방향자는 또한 액정의 광축의 방향을 지시한다.
법선 타원체는 공간적 변화 및 2 개의 굴절률의 크기, 즉 이상 굴절률(extraordinary refractive index), ne 및 정상 굴절률(ordinary refractive index), no을 나타내고, 제1축(302)을 따라 선형적으로 편광되는 광은 이상 굴절률(ne)을 경험한다. 제2축(304)을 따르는 방향으로 선형적으로 편광되는 광은 정상 굴절률을 경험한다. 분자의 장축에 수직으로 전파하는 광에 대한 액정의 복굴절은 매질에 의해 드러나는 굴절률 사이의 최대 차이로서 정의되며 식으로 주어진다:
[수학식 2]
△n = ne - no
복굴절은 분자의 장축을 따라 전파하는 광에 대해 0 이다.
법선 타원체는 임의의 각도에서 광선이 경험하는 복굴절이 계산될 수 있게 한다. 도 4 는 법선 타원체가 입사면 내에서 기울어지는 네마틱 액정에 입사하는 광을 도시한다. 광의 편광 방향(406)은 진동 평면에 도시된다. 또한 분자의 장축의 평균 배향을 나타내는 액정 방향자(402)가 도시된다. 이러한 구성에서, 입사광은 다음 식에 의해 주어지는 유효 굴절률(neff)을 경험한다:
[수학식 3]
Figure pct00002
여기서, θ는 분자의 장축과 광 전파 방향 사이의 각도이다.
θ에 대한 액정의 배향은 경험된 유효 굴절률을 결정하고 따라서 기울어진 액정이 전해주는 광파의 위상-지연을 결정한다. 따라서 위상 변조기는 전압을 이용하여 액정의 배향 또는 기울기를 제어함으로써 형성될 수 있다.
도 5a 는 종래 기술에 따른 기울어진 네마틱 액정을 이용하는 제1 예시적인 위상 변조기를 도시한다. 전기-광학 위상 변조기는 액정에 의해 경험되는 전기장(502)을 변화시킴으로써 형성된다. 제1상태(504)에서, 전기장은 스위칭 오프(V= 0)되고, 하부 반사면(508)에 대한 액정의 기울기는 표면 배향막에 의해 결정된다. 표면 배향막은 소위 선경사(pre-tilt)를 제공하는데, 선경사각은 2 도와 같이 작은 각도일 수 있다. 제2상태(506)에서, 전기장은 최대(V= V)이고, 반사면에 대한 액정의 기울기는 최대이다. 따라서 액정의 유효 굴절률은 전압의 함수이다. 도 5a는 입사광(550)의 진동 평면(510)및 편광 방향(512)을 도시한다. 입사광(550)은 p-편광이다. 위상 변조기는 반사형이고, 빔 스플리터(514)는 입사광이 반사면(508)에 대해 수직이도록 활용된다.
도 5b는 종래 기술에 따른 기울어진 네마틱 액정을 이용하는 제2 예시적인 위상 변조기를 도시한다. 본 예에서, 빔 스플리터는 생략되고, 입사광(560)은 입사광(560)과 반사광(570)사이의 오버랩(overlap)을 피하기 위해 반사면(508)의 법선에 대해 탈축(off-axis)된다. 본 예에서, 진동 평면(520)은 입사면(plane of incidence)이며, 입사면은 입사광(560c)의 표면 법선 및 전파 벡터(k-벡터로 알려짐)를 포함하는 평면이다.
위상 변조기는 p-편광 광을 이용하는 것이 통상적이다. 광이 수직 입사(normal incidence)로 액정에 접근하고 액정의 광축은 전기장의 영향 하에서 기판(평면(planar), 균질(homogeneous) 정렬)에 실질적으로 평행한 상태에서부터 기판(수직 방향(homeotropic) 정렬)에 직교하는 상태로 이동할 때, 실질적으로 액정이 완전 복굴절에 가까이 다가간다. 이는 액정의 광 경로가 d×Δn 만큼 변화하기 때문이다. 여기서, d 는 액정층의 두께이다. 실제로, 수직 입사에서 광이 경험하는 n은, 하부 반사면에 대해 액정의 선경사로 인해, 가능한 최대의 굴절률 차이(즉, ne - no)보다 약간 작을 수 있다. 그러나, 실제로 선경사가 몇 도의 차수로 매우 작다면, 이것은 수직 광 입사(normal light incidence)에서 접근되는 복굴절과 거의 차이가 발생하지 않을 수 있다.
경사 입사
비스듬한 입사각으로 광으로 실리콘 디바이스 상의 액정을 동작시키는 것은 액정층을 통과하는 기하학적 경로(l)가 그 두께(d)보다 더 커지도록 한다. 따라서 그것은 액정층의 두께를 감소시킬 수 있고, 그 스위칭 속도를 증가시킬 수 있다. LC를 가로지르는 전기장(electric field)이 증가하기 때문에 전압-유도 스위칭 속도는 증가하며 (더 중요하게는) 전압이 제거될 때의 이완의 속도는 더 얇은 액정층에 대해 더 높아진다.
액정을 통한 기하학적 광 경로가 항상 경사 입시 시에 증가하지만, 광 경로는 경사 각도에서 액정의 변화된 유효 복굴절에 의해 일반적으로 감소된다. 즉, 액정을 통한 유효 광 경로는 그 기하학적 경로의 길이(l) 및 액정을 통해 이동할 때 경험하는 유효 복굴절에 의존한다. 통상적으로, 실리콘 디바이스 상의 액정이 비스듬한 입사각에서 광을 이용하여 동작될 때, 액정의 전체 복굴절은 더 이상 액세스되지 않으며, 전기장을 이용하여 액정을 기울임으로써 달성될 수 있는 굴절률의 최대 변화는 Δn 아래로 감소한다(여기서, Δn은 수직 입사로 조명될 때 액정의 최대 가능한 복굴절임). 따라서, 액정을 통한 광의 기하학적 경로(l)가 경사 입사로 인해 d에서 d/sinθ로 증가할지라도 유효 복굴절이 감소되기 때문에 광 경로는 d/sinθ × Δn 보다 작아진다. 따라서 유효 복굴절의 감소가 기하학적 경로 길이(l)의 증가보다 더 우세하면, 경사 입사는 액정을 통한 광의 광 경로 길이를 감소시킬 수 있다.
본 발명자들은 비축(즉, 경사) 조명의 장점을 드러내는 위상 변조를 위한 새로운 전기-광학 구성을 고안하였다. 특히, 본 발명자들은 비축(off-axis)으로 조명할 때 액정의 완전 복굴절에 도달하는 방식을 발견하였다. 따라서, 스위칭 속도가 증가될 수 있다.
도 6 은 일반적인 방식을 도시한다. 본 명세서에서는 동작 동안 달성 가능한 액정의 2 개의 극단적 배향에 대한 제1 상태 및 제2 상태를 참조한다. 제1 상태에서, 액정의 방향자는 회전 평면 상에서 제1 방향을 갖는다. 제2 상태에서, 액정의 방향자는 회전 평면 상에서 제2 방향을 갖는다. 제1 상태는 입사광에 의해 최소 굴절률이 경험되는 상태에 대응할 수 있고, 제2 상태는 최대 굴절률이 경험되는 상태에 대응할 수 있다.
도 6a에서 액정(600)은 전압이 없는 상태(즉, 액정(600)이 포함된 공간 광 변조기가 v = 0 인 상태)에서 그 위치에 도시된다.
액정(600)으로 표시되는 액정층은 반사면(616s)상에 배치된다. 따라서 액정은 평면 상태로 배열된다. 도 5a의 액정과 유사한 방식으로, 하부 반사면(61616)에 대해 액정(600)에 미리 정의된 '선경사(pre-tilt)' 각을 제공하도록 정렬이 이루어진다. 이러한 미리 정의된 선경사각은 통상의 기술자에게 알려진 러빙(rubbing)과 같은 임의의 적절한 기술을 통해 표면 배향막에 의해 결정될 수 있다.
액정층은 비스듬하게 조명된다. 경사 조명의 방식은 본 발명자들이 고안한 위상 변조를 위한 새로운 전기-광학 구성에 따라 선택되고 제어된다. 도 6a는 진동 평면(610), 편광 방향(612), 입사광의 k-벡터(614) 및 입사면(618)을 도시한다. 광은 편광 방향(612)이 액정(600)의 제1 축(602)(및 방향자)에 평행하도록 선택되고 제어된다. 도면 6a 에서 광에 의해 경험되는 굴절률은 ne 이다. 광에 의해 경험되는 굴절률은 ne 이다. 우리는, 액정이 입사면에 직교하는 방향으로 평면 상에 정렬되면, 입사면 내의 임의의 각도를 갖는 광에 대해 참인 것에 주목한다. 따라서 도면 6a 에서 입사광의 정확한 위치는 단지 하나의 예일 뿐이며, 도시된 입사면(618)에서, 다른 비스듬한 입사각이 입사광에 대해 선택될 수 있다.
입사광의각도를 정확하게 맞추기 위해 액정(600)의 정렬(따라서, 제1축(602) 및 제2축(604)의 방향)을 알아야 한다. 정렬은 전술한 바와 같이 임의의 적절한 방식으로 미리 결정될 수 있고, 임의의 적절한 방식으로 검사 또는 측정될 수 있다. 예를 들어, 액정의 기울기는 지정된 배항막 및 액정(600)을 갖는 유리 셀들을 이용하여 측정될 수 있다. 일단 정렬이 확립되면, 광 빔은 적절한 각도로 입사광을 제공하도록 구성될 수 있다. 필요한 경우, 액정(600)이 조명되면 정렬은 미세 조정될 수 있다.
도 6b 내지 도 6d 각각은 제2 상태에서 액정(600)의 각각의 예를 도시한다. 도 6b 내지 도 6d 각각에서, 액정(600)이 포함된 공간 광 변조기의 전극에 전압(v)의 인가로 인해 액정의 정렬이 변경되었다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, " V " 의 값은 셀 두께 등과 같은 다수의 인자들에 따라 변할 것이다. 일 예에 따르면, V 는 0 볼트와 5 볼트 사이일 수 있다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 전압이 전극을 통해 인가될 때(즉, V > 0 일 때), 액정(600)은 필드 라인에 맞추어 조정되기 시작하여 새로운 정렬로 점진적으로 다가간다. 도 6b 내지 도 6d는 본 명세서에 설명되는 새로운 전기-광학 구성에 따라 3 개의 가능한 정렬을 도시한다.
도 6b는 실시예들에 따른 제2 상태의 제1 예를 도시한다. 제2 상태의 제1 예는 실리콘 디바이스 상의 임의의 적절한 액정(LCOS)을 이용하여 달성될 수 있다. 액정(600)은 LCOS 디바이스를 가로지르는 전압(v)의 인가에 의해 야기되는 전기장의 존재로 인해, 평면(planar)(또는 균질(homogeneous))상태에서 호메오트로픽(homeotropic) 상태로 회전된다. 액정들의 방향자는 입사면(618)과 반사면(616)의 교차 지점에 의해 형성된 축을 중심으로 90도 회전된다. 회전이 평면을 벗어났다고 말할 수 있다. 보다 구체적으로, 회전은 반사면의 평면으로부터 벗어난다. 회전이 일어나고 액정이 제2 상태의 제1 예일 때, 그 방향자는 비로소 반사면의 법선에 평행하게 된다. 편광 방향(612)은 제2 축에 평행하며, 따라서 광은 no를 경험한다. 따라서, 제1 상태로부터 제2 상태로의 회전에서 액정은, 비축으로(즉, 비스듬히) 조명됨에도 불구하고, 굴절 입사에서 최대로 가능한 변화, 즉 Δn = ne - no를 경험한다.
액정은 반사면(616)에 직교하는 전기장의 인가에 의해 제1 상태와 제2 상태의 제1 예 사이에서 회전 가능하다. 도 6a 내지 6d에 도시된 실시예에서, 액정은 양의 유전 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는다. 이들 실시예에서, 제1 상태는 오프(V = 0)인 전기장에 대응하고, 제2 상태는 온(V = V)인 전기장에 대응한다. 다른 실시예에서, 그 역(inverse)은 음의 유전 이방성을 갖는 액정에 대해 참일 수 있다. 어느 경우든 제1 상태(V = 0)는 적어도 하나의 표면 배향막에 의해 유지될 수 있다.
제1 예에 따라 제1 상태와 제2 상태 사이에서 액정을 구동하는데 필요한 전기장은 횡방향 전극(transverse electrodes)을 이용하여 달성될 수 있다. 횡방향 전극은 제1 전극이 반사면(예를 들어, 알루미늄)이고 제2 전극이 제1 전극에 평행한(즉, 전기장은 액정층의 평면에 대해 횡단한다) 투명 전극인 구성을 지칭하는데 이용된다. 제1 전극 및 제2 전극은 액정을 포함하는 셀을 정의한다. 횡방향 전극을 갖는 실리콘 상의 액정, "LCoS", 공간 광 변조기는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지되어 있어서 더 이상의 설명은 요구되지 않는다.
도 6c는 실시예들에 따른 제2 상태의 제2 예를 도시한다. 제2 상태의 제2 예는 임의의 적절한 실리콘 디바이스 상의 액정(LCOS)을 이용하여 달성될 수 있다. 액정은 제1 평면 상태로부터 제2 평면 상태로 회전된다. 액정들의 방향자는 표면 평면에서 90 도 회전된다. 회전은 평면 내에 있다고 말할 수 있다. 보다 구체적으로, 회전은 반사면(616)의 평면 내에 있다. 편광 방향(612)은 제1 축에 평행하며, 따라서 광은 no 를 경험한다. 제1 상태로부터 제2 상태로의 회전에서 액정은, 비축으로(즉, 비스듬히) 조명됨에도 불구하고, 굴절 입사에서 최대로 가능한 변화, 즉 Δn = ne - no를 경험한다.
액정은 반사면에 평행한 전기장에 의해 제1 상태와 제2 상태 사이에서 회전 가능하다. 일부 실시예들에서, 제1 상태는 오프(V = 0)인 전기장에 대응하고, 제2 상태는 온(V = V)인 전기장에 대응한다.
제2 예에 따라 제1 상태와 제2 상태 사이에서 액정을 구동하는데 필요한 전기장은 측면 전극(lateral electrodes)을 이용하여 달성될 수 있다. 용어 측면 전극은 제1 전극 및 제2 전극이 모두 반사면(616)에 평행한 평면에 놓이는 구성을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 사용된다. 제1 전극 및 제2 전극은 액정을 포함하는 셀을 정의한다. 평면에서의 액정 스위칭은 인-플레인 스위칭(in-plane switching)으로 알려져 있다. 인-플레인 스위칭을 제공하는 액정 디바이스들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지되어 있어서 더 이상의 설명은 요구되지 않는다.
도 6d는 실시예들에 따른 제2 상태의 제3 예를 도시한다. 액정은 제1 상태로부터 제2 상태에 도달하기 위해 면내(in-plane) 및 면외(out-of-plane) 회전을 겪는다. 제2 상태의 제2 예는 임의의 적절한 실리콘 디바이스 상의 액정(LCOS)을 이용하여 달성될 수 있다. 액정의 방향자는 제1 예의 회전 평면과 제2 예의 회전 평면 사이의 중간 위치에서 배향되는 회전 평면에서 90 도 회전된다. 편광 방향(612)은 제1 축에 평행하며, 광은 no를 경험한다. 다시 제1 상태로부터 제2 상태로 회전하는 경우, 액정은 비축으로(즉, 비스듬히) 조명됨에도 불구하고 굴절 입사에서 최대로 가능한 변화, 즉 Δn = ne - no를 경험한다.
액정은 회전 평면에서 방향을 갖는 전기장에 의해 제1 상태와 제2 상태 사이에서 회전 가능하다. 일부 실시예들에서, 제1 상태는 온(V = V)인 전기장에 대응하고, 제2 상태는 오프(V = 0)인 전기장에 대응한다.
제3 예에 따라 제1 상태와 제2 상태 사이에서 액정을 구동하는데 필요한 전기장은 인-플레인 스위칭을 제공하기 위해, 예를 들어, 측면 전극들을 이용하여 달성될 수 있다. 인-플레인 스위칭을 제공하는 액정 디바이스들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지되어 있어서 더 이상의 설명은 요구되지 않는다.
일부 실시예들에서, 제2 상태의 제3 예는 전기장이 오프인 상태에 대응한다. 제2 상태에서의 액정들의 배향은 적어도 하나의 표면 배향막을 이용하여 달성될 수 있다. 비교적 높은 표면 정렬 각도를 제공하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 알려져 있다. 제3 예에서, 제1 상태는 최대 전압 상태에 대응할 수 있다. 이러한 배열에서, 전기장은 액정을 평면 상태로 내리는데 이용된다. 당업자는 도 6a 에 도시된 바와 같이, 표면 선경사를 극복하고 방향자를 정렬하기 위해 전기장을 이용하는 방법을 이해할 것이다.
액정은, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 모든 예에서 전압 온 및 전압 오프 상태를 반전할 수 있는 음의 유전 이방성을 동등하게 가질 수 있다.
도 6을 참조하여 설명된 실시예들은 2 개의 중요한 장점들을 제공한다. 먼저, 액정의 완전 복굴절이 액세스되고, 둘째로, 임의의 입사각이 이용될 수 있다. 특히, 경사 입사는 그와 관련된 통상적인 단점들이 드러남이 없이 수용 가능하다. 일부 실시예들에서, 입사각은 예컨대 40 도 초과 또는 60 도 초과와 같이 20 도 보다 크다.
요약하면, 광 패턴을 투영하도록 구성된 프로젝터가 개시된다. 프로젝터는 공간 광 변조기 및 광원을 포함한다. 공간 광 변조기는 위상 패턴을 디스플레이하도록 배열된 픽셀 어레이를 갖는다. 픽셀 어레이는 픽셀들의 실질적으로 평면인 어레이일 수 있다. 각각의 픽셀은 제1 방향 및 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전 가능한 방향자를 갖는 액정을 포함한다. 광원은 광 패턴을 형성하기 위해 위상 패턴에 따라 광이 공간적으로 변조되도록 편광된 광을 이용하여 픽셀 어레이를 조명하도록 구성된다. 광 패턴은 위상 패턴에 대응하는 것일 수 있다. 픽셀 어레이 상의 광의 입사각은 0 보다 크고, 광은 s-편광된다. 제1 방향은 광의 편광 방향에 평행하다. 제2 방향은 입사면에 있다.
제1 방향은 액정의 최대 굴절률에 대응하고, 제2 방향은 액정의 최소 굴절률에 대응하고, 또는 그 반대일 수 있다. 액정은 가변 유효 굴절률을 제공하기 위해 제1 방향 및 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전가능하며, 따라서 가변 위상 지연을 제공한다.
기술적 이점은 적어도 위상-대부분(phase-mostly) 변조가 액정의 완전 복굴절에 대한 액세스에 의해 달성되는 것이다. 전체 복굴절에 대한 액세스는 액정 광 변조 층의 두께가 최소화될 수 있게 한다. 추가적인 기술적 이점은 실질적으로 액정의 완전 복굴절이 임의의 입사각에 대해 액세스될 수 있다는 것이다. 입사각에 상관없이 이러한 액세스를 제공하는 것은, 경사 입사가 이용될 수 있고, 액정층의 두께가 더 감소될 수 있음을 의미한다. 액정 스위칭 속도는 액정층의 두께의 제곱으로 감소한다. 본 개시에 따라 달성될 수 있는 두께의 감소는 스위칭 속도의 상당한 증가를 제공한다. 또한, 완전 2π 위상 변조는 종래의 수직 입사 조명으로 가능한 것보다 더 얇은 필름 및/또는 보다 통상적인 액정 혼합물로 달성될 수 있다.
제1 방향은 액정의 평면(planar) 상태에 해당할 수 있고, 제2 방향은 액정의 호메오트로픽(homeotropic) 상태에 해당할 수 있다. 기술적 이점은 본 개시에 따른 전기-광학 구성은 실리콘 디바이스 상의 일반적인 액정(liquid crystal)을 이용하여 구현될 수 있다는 것이다. 보다 구체적으로, 제1 상태는 평면 상태로 배향되는 액정에 대응하는 것일 수 있다. "평면(planar)"이라는 용어는 본 명세서에서 픽셀 어레이를 포함하는 평면을 의미하는 것으로 사용된다. "균질(homogeneous)" 라는 용어는 그 방향자가 픽셀 어레이를 포함하는 평면에 있을 때 액정의 상태를 기술한다. "호메오트로픽(homeotropic)"이라는 용어는 그 방향자가 픽셀 어레이를 포함하는 평면에 수직일 때 액정의 상태를 기술한다.
제1 방향은 제1 평면 상태에 대응할 수 있고, 제2 방향은 제2 평면 상태에 대응할 수 있다. 제1 방향은 제2 방향과 상이하다. 회전 평면 상에서 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 실질적으로 90° 일 수 있다. 기술적 이점은 본 개시에 따른 전기-광학 구성은 인-플레인 스위칭을 이용하여 구현될 수 있다는 것이다.
제1 방향과 제2 방향 사이의 회전은 면내(in-plane) 회전 및 면외(out-of-plane) 회전을 포함할 수 있다. "면내(in-plane)"라는 용어는 본 명세서에서 픽셀 어레이를 포함하는 평면에서의 회전을 의미하는 것으로 사용된다. " 면외(out-of-plane)" 라는 용어는 본 명세서에서 픽셀 어레이를 포함하는 평면 밖을 의미하는 것으로 사용된다.
바람직하게 또는 최적화될 때, 경사 입사각은 상이한 LCOS 디바이스들 및 환경들 사이에서 변할 수 있다. 예를 들어, 입사각은 반사면(616)의 반사율에 따라 선택될 수 있다. 입사광에 대한 입사면을 결정하는 액정 구성의 선택에서 다른 요소는 안정한 액정 경사 정렬을 생성할 수 있다. 따라서, 입사각을 선택하는 것은 양호한 반사율을 얻는 것과 액정에 대한 실용적인 정렬을 찾는 것 사이의 균형(trade-off)일 수 있다.
다운-더-배럴
본 발명자들은 전술된 이점 이외에도 본 명세서에서 다운-더-배럴(down-the-barrel)이라 칭하는 또 다른 개선을 제공한다. 본 발명자들은 도 6을 참조하여 설명된 방식들에서, 일부 편광 크로스오버(polarisation crossover)가 제1 상태와 제2 상태 사이의 중간 상태들에서 발생할 수 있다는 것을 인지했다. 따라서, 일부의 부분 세기 변조가 위상 변조에 부가하여 발생할 수 있다. 대부분의 실제 경우에, 일부의 세기 변조는 허용될 수 있거나 홀로그램 계산 동안 수용될 수 있다. 그러나, 위상-전용(phase-only)은 이상적인 것이다.
편광 크로스오버(polarisation crossover)는 입사 선형 편광이 타원형, 회전된 선형 또는 편광의 소멸과 같은 상이한 편광 상태에서 반사될 때 광 변조 층의 거동을 설명하기 위해 사용되는 용어이다. 편광 크로스오버는 위상-전용 변조로부터의 편차를 초래한다. 본 발명자들은 중간 상태들에서 편광 크로스오버가 최소화되거나 제거되는 특별한 경우를 찾았다. 이는 도 7 및 도 8에 도시된다.
도 7a는 실시예에 따른 제1 상태를 다시 도시한다. 도 7d는 다운-더-배럴 실시예에 따른 제2 상태를 도시한다. 도 7b 및 7c 는 제1 상태와 제2 상태 사이의 2 개의 중간 회전 상태를 나타낸다. 도 7d에 도시된 제2 상태에서, 방향자(702)는 여전히 입사면에 있지만, 또한 입사광의 k-벡터(714)와 동일 선상에 있다. 따라서, 이 특정 예에서, 전기-광학 구성은, 액정이 제2 상태에 있을 때, k-벡터(714)가 액정(700)의 제1 축(702) 및 방향자와 정렬하도록 선택된다.
본 발명자들은 도 7a 내지 7d의 구성에서, 빔의 편광의 회전이 실질적으로 없는 것을 인식하였다. 이에 대한 이유는, 입사광이 광축을 따라 지향될 때, 입사 빔의 p-편광 및 s-편광 성분들 모두가 정상 굴절률(no)를 경험한다는 것이다.
도 7a 내지 도 7d로부터 알 수 있는 바와 같이, 액정 방향자(702)는 제1 상태와 제2 상태 사이의 천이 동안 두 개의 직교 축을 중심으로 회전한다. 즉, 액정(700)은 면내(in-plane) 및 면외(out-of-plane) 회전을 겪는다. 액정 방향자(702)의 회전 평면은 입사광의 진동 평면(710)에 평행하다. 다시 말하면, 액정 방향자(702)는 도 7 에 도시된 전체 천이 동안 입사광의 진동 평면(710)에서 회전한다. 이것은 도 8에 도시된다. 도 8a 내지 도 8d는 각각 도면 7a 내지 7d 에 대응된다. 일부 실시예들에서, 제1 상태(도 7a)는 온(V = V)인 전기장에 대응하고, 제2 상태(도 7d)는 오프(V = 0)인 전기장에 대응한다.
제2 상태(도 7d)의 액정(700)의 배향은 적어도 하나의 표면 배향막을 이용하여 달성될 수 있다. 비교적 높은 표면 정렬 각도를 제공하는 방법은 본 발명의 기술 분야에 알려져 있다. 예를 들어, LCoS SLM 디바이스는 적어도 하나의 액정 배향막을 더 포함할 수 있다. 액정 배향막은 액정의 방향자와 실리콘 백플레인 사이에 액정 선경사각을 제공하도록 구성될 수 있으며, 선경사각은 40 도 초과 또는 60 도 초과와 같이 20도 보다 크다.
다운-더-배럴 실시예에서, 제1 상태(도 7a)는 최대 전압 상태에 대응할 수 있다. 이러한 배열에서, 전기장은 액정을 평면 상태로 내리는데 이용된다. 당업자는 도 7a 에 도시된 바와 같이, 표면 선경사를 극복하고 방향자를 정렬하기 위해 전기장을 이용하는 방법을 이해할 것이다.
요약하면, 제2 방향은 공간 광 변조기에 입사하는 광의 k-벡터와 평행하거나 또는 동일 선상에 있을 수 있다. 중요한 특별한 경우는 액정의 광축이 입사 방향으로 기울어질 때 발생한다. 이 경우, 중간 위치에 편광 크로스오버(polarisation crossover)가 없고 위상 변조는 모두 완전(full)(즉, 이용되는 액정의 완전 복굴절)하고 변조는 위상-전용(즉, 편광 크로스오버 없음)이다. 이 경우, 회전 평면은 편광 평면 및 입사광의 파장 벡터에 대응한다.
제1 방향과 제2 방향 사이의 회전은 면내(in-plane)회전 및 면외(out-of-plane)회전을 포함할 수 있다.
액정의 방향자는 전기장에 의해 제1 방향으로 유지될 수 있고, 전기장이 없을 때, 액정 배향막에 의해 제2 방향으로 유지될 수 있다.
회전 평면에서 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 실질적으로 90° 일 수 있다.
위상 패턴은 홀로그램(hologram); 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와 같은 렌즈 기능(lensing function); 및 위상-램프(phase-ramp)기능과 같은 빔-스티어링(beam-steering) 기능을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기는 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정일 수 있다.
구조 조명
경사 입사(oblique incidence)는 한 쌍의 하기 측면을 갖는다:
(1) 픽셀 에지들에서 프린징(fringing) 필드들은 정확한 위상 지연으로 광 빔을 정확하게 변조하는 픽셀의 면적을 감소시킨다. 이는 또한 일반적인 균일한 수직 입사 조명에서 문제되지만, 반면 이는 경사 입사에서 더 심각한 문제이다.
(2) 특정 픽셀 거울에 의해 반사되는 일부 경사 입사광은 입사면과 교차하는 이웃하는 픽셀들에 의해 부분적으로 변조될 것이다. 광 변조기가 홀로그래픽 프로젝션에 이용되는 경우, 이는 또한 홀로그래픽 재생 필드의 무결성(integrity)을 손상시킨다.
이러한 문제들는 픽셀 크기가 감소함에 따라 악화되어 액정 두께에 접근한다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 또 다른 문제를 해결하였다.
일부 실시예들에서, 조명 전략은 구조 조명(structured illumination)인데, 이는 위상 변조기에 입사하는 광이 시준된 파면(collimated wavefront)을 갖지는 않지만, 빔렛들(beamlets)의 어레이는 개별 픽셀들을 겨냥한다. 위상 변조기의 각 픽셀은 각각의 빔렛으로부터 광을 수신한다. 위상 변조기의 각 픽셀은 하나의 빔렛으로부터 광을 수신한다. 각 빔렛은 위상 변조기의 하나의 픽셀만을 조명한다. 빔렛과 픽셀 사이의 일-대-일(one-to-one) 상관 관계가 있다. 구조 조명의 각각의 빔렛은 위상 변조기의 픽셀에 대응한다. 동일한 수의 빔렛 및 픽셀이 있을 수 있다. 빔렛들의 어레이에 의해 형성된 광 패턴은 위상 변조기의 픽셀 어레이에 공간적으로 대응한다.
본 발명자들은, 픽셀 상의 스폿을 생성하는 구조 조명의 이용이, 광학 장치가 홀로그램을 계산하는데 이용되는 알고리즘과 밀접하게 매칭되도록 하는, 점광원(point source)에 대한 홀로그래픽 애플리케이션에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 이해한다.
구조 조명의 제1 실시예는 광 패턴을 형성하기 위해 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈릿 어레이를 이용한다. 도 9 는 마이크로렌즈(901a)를 포함하는 마이크로렌즈들의 어레이를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(901)를 도시한다. 도 9 에는 픽셀(903a)을 포함하는 픽셀 어레이(903)를 포함하는 공간 광 변조기가 도시되어 있다. 마이크로렌즈 어레이(901)는 빔렛(905a)을 포함하는 빔렛 어레이(905)를 형성하기 위해 시준된 광(907)으로 조명된다. 마이크로렌즈 어레이(901)의 각각의 마이크로렌즈는 시준된 광(907)의 일부분을 수신한다. 도시된 실시예에서, 마이크로렌즈(901a)는 시준된 광(907)의 제1 부분을 수신하여 픽셀(903a)상에 포커싱하는 빔렛(905a)을 형성한다. 각각의 마이크로렌즈는 각각의 픽셀을 조명하는 각각의 빔렛을 형성한다. 따라서, 마이크로렌즈들, 빔렛들 및 픽셀들 사이의 일-대-일(one-to-one) 상관관계가 존재한다. 일부 실시예들에서, 각각의 빔렛은 대응하는 픽셀의 중앙에 포커싱된다. 공간광 변조기가 [mⅹn] 픽셀을 포함한다면 마이크로렌즈 어레이는 [mⅹn] 마이크로렌즈릿을 포함할 것이다. 일부 실시예에서, m=2n 이고, 선택적으로 n= 128, 256, 512, 1024 또는 2048이다.
일부 실시예들에서, 각각의 마이크로렌즈릿의 개구수는, 0.1 과 같이 0.05 내지 0.25 이다. 각각의 광 스폿은 파장(λ)의2 내지 20 배의 직경, 예를 들어 5
Figure pct00003
의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로렌즈들은 15 νm 보다 큰 애퍼처(aperture)들을 가지고 F-넘버(F-number) > 0.65 이다. 충진율(fill factor)는 최대 100% 일 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로렌즈는 용융 실리카(fused silica)로 제조되나, 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이 동등하게 적합할 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 위상 변조기는 반사형이며, 시준된 파는 위상 변조기의 각 픽셀의 중심으로부터 집속된 빔들의 반사 이후에 재구성된다.
구조 조명의 제2 실시예는 광 패턴을 형성하기 위해 스폿-생성 홀로그램(위상 변조기에 디스플레이된 홀로그램과 혼동되지 않도록)을 이용한다. 스폿-생성 홀로그램은 회절 광학 소자(diffractive optic element), "DOE"일 수 있다. 도 10은 시준된 광(1007)을 수신하도록 구성된 DOE(1001)를 도시한다. 본 실시예에서, DOE(1001)는 광 스폿들의 어레이를 형성하기 위해 푸리에 배열로 이용된다. 도 10 은 DOE(1001)로부터 회절광(1005)을 수신하고 위상 변조기를 포함하는 평면 상에 스폿들의 어레이를 형성하는 푸리에 렌즈(1002)를 도시한다. 위상 변조기는 픽셀(1003a)을 포함하는 픽셀 어레이(1003)를 포함한다. 위상 변조기의 각 픽셀은 각각의 광 스폿에 의해 조명된다. 광 스폿들의 어레이는 픽셀 어레이에 대응한다. 일부 실시예들에서, DOE는 고정된 구조물이다. DOE는 고해상도 홀로그래픽 매체 상에 리소그래피 또는 광학 기록에 의해 제조될 수 있다. 수직 입사에 대해 적절한 스폿-생성 DOE 를 제조하는 방법이 본 발명의 기술 분야에 공지되어 있다
본 개시에 따라 경사 입사가 구현될 때, DOE를 계산하고 광학 구성을 구성하는 것은 더 복잡하다. 그러나, DOE를 계산하는 방법은 US 5,982,954 에 개시되어 있다. 이 단락에서 참조되는 방정식 및 도면들은, US 5,982,954의 방정식과 도면이다. 예를 들어, 픽셀들 상에 집중되는 스폿들의 어레이로부터 시작하여, 공간 주파수 스펙트럼이 수학식 5 를 이용하여 계산된다. 이것은 DOE의 중심이 픽셀 어레이의 중심으로부터 거리 z 에 있는 DOE의 평면에 전파된다. 그 다음, 전파된 공간 주파수 스펙트럼은 수학식 7 과 같이 역 푸리에 변환되어 도 4 에 따라 공간 주파수를 변환한다. 공간 주파수의 변환은 DOE 가 고정된 DOE에 대한 문제가 없는 백플레인 상의 큰 입사각을 얻기 위해 높은 공간 주파수로 구성될 것이라는 것을 의미한다.
경사 입사와 조합되는 구조 조명의 이용은 의심할 여지없이 선택적이다. 즉, 경사 입사가 구조 조명없이 이용될 수 있고 구조 조명이 경사 입사없이 이용될 수 있다. 균일한 세기의 시준된 빔이 전체 픽셀 어레이를 비스듬히 조명하는데 이용될 수 있다. 구조 조명은 수직 입사(normal incidence)에 이용될 수 있다. 그러나 10° 보다 큰 입사각에 대해 구조 조명의 이점들이 구조 조명을 이용함으써 생기는 복잡한 문제들(complexities)보다 더 커진다. 따라서 실시예들에서 입사각은 예를 들어40 도 초과 또는 60 도 초과와 같이, 20 도 보다 크고, 구조 조명은 광 손실을 감소시키기 위해 이용된다.
요약하면, 프로젝터는 광 패턴을 투영하도록 구성될 수 있다. 프로젝터는 공간 광 변조기 및 광원을 포함한다. 공간 광 변조기는 위상 패턴을 디스플레이하도록 구성되는 픽셀 어레이를 갖는다. 픽셀 어레이는 실질적으로 평면인 픽셀 어레이일 수 있다. 각각의 픽셀은 제1 방향 및 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전 가능한 방향자를 갖는 액정을 포함한다. 광원은 광 패턴을 형성하기 위해 위상 패턴에 따라 공간적으로 변조되도록 편광된 광을 이용하여 픽셀 어레이를 조명하도록 구성된다. 광 패턴은 위상 패턴에 대응하는 것일 수 있다. 편광 광은 복수의 광 스폿을 포함하는 구조광이다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명한다.
보다 구체적으로, 구조광은 복수의 개별 광 스폿들을 포함하는 광 패턴이며, 픽셀 어레이의 각각의 픽셀은 복수의 개별 광 스폿들의 각각의 광 스폿에 의해 조명된다. 보다 더 구체적으로, 편광 광의 공간 프로파일은 복수의 개별 또는 별개의 광 스폿을 포함한다. 광 스폿과 픽셀 사이에 1 대 1 관계가 있다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 단지 하나의 픽셀만을 조명한다. 광 스폿의 수는 픽셀의 수보다 크거나 같을 수 있다.
구조 조명은 프린징(fringing) 필드의 효과가 감소되거나 심지어 제거될 수 있게 하고, 인접 픽셀로 가로지르는 광 크로싱(light crossing)과 같은 픽셀 크로스토크(pixel crosstalk)를 감소 또는 방지할 수 있기 때문에 유리하다.
광원은 구조광을 형성하도록 구성된 스폿 생성 홀로그램(또는 회절 광학 소자) 또는 마이크로렌즈릿 어레이를 포함할 수 있다.
구조 조명은 픽셀들보다 더 작은 광 스폿들을 포함한다. 각각의 광 스폿의 직경은 픽셀의 최소 치수(예를 들어, 픽셀 폭)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 스폿의 직경은, - 85% 미만 또는 80% 미만 또는 75% 미만과 같이 - 픽셀 크기 또는 가장 작은 픽셀 치수의 90% 미만일 수 있다. 각각의 마이크로렌즈는 예컨대 0.1 내지 0.2와 같이 0.05 내지 0.25의 개구수(numerical aperture)를 가질 수 있다.
프로젝터는 반복 위상 검색 알고리즘(iterative phase retrieval algorithm)을 이용하여 위상 패턴을 생성하도록 구성된 홀로그램 생성 엔진을 더 포함할 수 있다. 구조 조명은 홀로그램 계산 동안 수학적 가정 또는 조건들을 더 잘 반영하기 때문에 컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)에서 더욱 유리하다. 구체적으로, 각 픽셀이 광의 포인트 소스로서 동작한다고 가정하는 계산 알고리즘과 더 일치한다. 컴퓨터-구현 알고리즘은 파면(wavefront)상의 각 점이 구형 웨이브렛(spherical wavelets)의 근원로서 작용하는 호이겐스-프레넬(Huygens-Fresnel) 원리에 기초한다.
구조 조명은 비스듬한 각도로 픽셀 어레이 상에 입사될 수 있다. 즉, 구조 조명은 경사 입사와 결합될 수 있다. 픽셀 어레이 상의 구조광의 입사각은 0 보다 클 수 있다. 경사 입사는 액정층의 두께가 감소되어 스위칭 속도가 증가될 수 있게 한다. 구조 조명은 프린징(fringing) 필드의 효과가 감소되거나 심지어 제거될 수 있기 때문에 경사 입사로 특히 유리해진다.
픽셀들은 직사각형(rectangular)일 수 있다. 각 픽셀의 폭에 대한 길이의 종횡비는 각 픽셀 DOE에 의해 수신된 광이 입사각에 의해 다른 픽셀로 교차하지 않도록 할 수 있다. 본 개시에 따르면, 픽셀의 길이는 편광광의 입사면에 평행하다. 픽셀의 폭은 길이에 대해 수직이다. 구조 조명의 광 스폿의 크기에 대한 하한(lower limit)이 존재한다. 구조 조명을 갖는 직사각형 픽셀의 이용은 픽셀 크기 치수를 최적화시킬 수 있게 한다.
각 픽셀의 길이 대 폭의 종횡비는 2:1 내지 5:1 의 범위일 수 있다. 장축에서 인접한 픽셀 상에 액정 체적을 통한 광선의 횡단이 회피될 수 있다. 이것은 픽셀 간의 크로스토크(crosstalk)를 감소시킬 것이다.
위상 패턴은 홀로그램(hologram); 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와 같은 렌즈 기능(lensing function); 및 위상-램프(phase-ramp)기능과 같은 빔-스티어링(beam-steering)기능을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광 패턴을 투영하는 방법이 또한 본 명세서에 개시된다. 방법은 공간 광 변조기의 픽셀 어레이 상에 위상 패턴을 디스플레이하는 제1 과정을 포함한다. 각 픽셀은 방향자를 갖는 액정을 포함한다. 방향자는 제1 방향과 제2 방향 사이의 회전 평면에서 회전 가능하다. 방법은 편광된 광으로 위상 패턴을 조명하는 제2 과정을 포함한다. 따라서, 편광된 광은 위상 패턴에 따라 공간적으로 변조되어 광 패턴을 형성한다. 편광된 광은 구조광이다. 구조광(또는 구조 조명)은 복수의 광 스폿을 포함한다. 각각의 광 스폿은 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명하도록 구성된다.
방법은 반복 위상 검색 알고리즘을 이용하여 위상 패턴을 계산하는 과정을 더 포함할 수 있다. 방법은 편광된 광을 수신하는 과정을 더 포함할 수 있다. 방법은 구조광을 형성하기 위해 스폿 생성 홀로그램 또는 마이크로렌즈릿 어레이를 이용하여 광을 구조화하는 과정을 더 포함할 수 있다.
광 패턴은 투영 평면 상에 투영될 수 있다. 광 패턴은 투영 볼륨 상에 투영되는 3D 광 패턴일 수 있다. 투영 평면 또는 투영 볼륨은 공간 광 변조기로부터 공간적으로 분리된다.
액세스 프리즘
일부 실시예들에서, 소위 액세스 프리즘(access prism)은 경사 입사 및 선택적으로 구조 조명을 용이하게 하는 광학 구성의 일부로서 이용된다. 도 11은 위상 변조기의 액정층(1103) 상에 장착된 액세스 프리즘(1101)을 도시한다. 액세스 프리즘은 위상 변조기의 액정층(1103)에 장착된 베이스(1108)를 형성하는 가장 긴 측면을 갖는 사다리꼴 형상이다. 액세스 프리즘은 액정층(110)에 평행한 상면(1109)을 더 갖는다. 측면(1106, 1107)은 액정층(1103)의 표면 법선에 대해 경사져 있다. 제1 측면(1106)은 편광된 광(1105)을 수신한다. 수신된 편광 광(1105)은 픽셀 어레이를 조명한다. 위상 변조된 광(1110)은 반사되어 출력된다. 위상 변조된 광(1110)은 제2 측면(1107)을 통해 액세스 프리즘(1101)을 빠져나간다. 본 예에서, 액정층에 대한 입사각은 70 도이다.
광은 액세스 프리즘(110)의 제1 측면(1106) 상에 수직으로 입사된다. 제1 측면(1106)과 베이스(1108) 사이의 각도는 액정층 상의 광의 원하는 입사각과 동일하다. 따라서, 광 DOE는 액정층(110)의 표면 법선 방향으로 굴절되지 않는다. 따라서, 입사각은 예를 들어, 굴절률이 1.5 인 유리로 제조될 수 있는 프리즘 내로의 진입에 의해 감소되지 않는다. 따라서, 액세스 프리즘은 입사각을 보존하는 액정층에 대한 커버 글라스로서 기능한다.
픽셀 구조
경사 입사의 중요함은 광이 상이한 지점에서 액정층으로 들어가고 나가는 것이다. 보다 구체적으로, 예시적인 광선의 입구 및 출구 지점은 입사각에 의존하는 거리만큼 분리된다. 경사 입사의 일부 실시예들에서, 위상 변조기는 반사형이고, 각각의 픽셀은 입사면에 평행한 방향으로 연장된다. 경사 입사의 일부 실시예들에서, 픽셀들은 종횡비를 갖는다. 각 픽셀의 길이 대 폭의 종횡비는 2:1 내지 5:1 일 수 있고, 길이는 입사면에 평행하고, 폭은 길이에 수직이다.
경사 입사를 위한 예시적인 픽셀 구조는 도 12에 도시되어 있다. 픽셀 구조는 거리(w)에 의해 분리된 길이(l)의 2 개의 금속 스트립 전극(strip electrode)(1201, 1202)을 포함한다. 본 예에서, l　=　12　㎛, w　=　4　㎛ 이고 입사광(1210)의 입사각은 70 도이다. 도 12는 입사면(1212)을 도시한다. 본 예에서, 전극들은 측면 전극이고, 이러한 구성은 인-플레인 스위칭을 제공하지만, 본 예에서 설명된 원리들은 면외 스위칭(out-of-plane switching)을 제공하는 구성들로 확장된다. 얇은 액정층은 (고속으로) 이용될 수 있지만, 위상 변조기의 해상도는 감소된다. 입사 각도를 변화시킴으로써 속도 및 해상도 사이에 상호 절충(trade-off)점이 있다. 입사각이 작아질수록 더 높은 해상도를 제공하지만 속도는 감소한다. 액정층의 박형화는 유리하게 VLSI(Very Large Scale Integration) 프로세스의 일부로서 정확한 스페이서가 포토리소그래피적으로 생성될 수 있게 한다. 제1 예는 구조 조명과 함께 이용될 수 있다. 이 경우, 구조 조명의 각각의 스폿의 직경은 최소 픽셀 치수보다 크지 않고, 즉 4 ㎛이하일 것이다.
액정층을 횡단하는 - 예를 들어, 평면(planar) 대 호메오트로픽(homeotropic) 액정 천이를 제공하는 - 전극 쌍이 경사 입사를 수용하기 위해 동일한 방식으로 신장될 수 있는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
인-플레인 스위칭을 위한 반사형 LCoS 디바이스
일부 실시예들에서, 인-플레인 스위칭은 설명된 액정 회전들을 제공하는데 이용될 수 있다. 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명된 다운-더-배럴 방식은 인-플레인 스위칭을 이용하여 달성될 수 있다. 도 6a 의 제1 상태와 도 6c 의 제2 상태의 제2 예 또는 도 6d 의 제2 상태의 제3 예 사이의 액정 스위칭은 인-플레인 스위칭을 이용하여 달성될 수 있다. 인-플레인 스위칭은 일반적으로 투과 장치에 이용된다. 면내 전극의 지그재그(zig-zag) 구조는 시야각을 향상시키기 위해 통상적인 인-플레인 스위칭 액정 디스플레이에 이용된다. 그러나, 이는 위상 변조 장치에서는 불필요하다.
도 14는 본 개시에 따른 반사형 LCoS 디바이스의 인-플레인 스위칭을 위한 전극 구조체의 예를 도시한다. 도 14는 실리콘 백플레인 VLSI 칩의 실리콘 표면(1401) 상의 면내 알루미늄 전극 구조체(1403)를 도시한다. 3 개의 픽셀은 단지 예로서 도시된다. 픽셀은 전극 구조체(1403)에 의해 형성된다. 픽셀 구조체(1403)는 공통 전극 버스(1405), 제1 픽셀 전극(1407), 제2 픽셀 전극(1409)및 제3 픽셀 전극(1411)을 포함한다. 전극 구조체(1403)는 공통 전극 버스(1405)에 평행한 실리콘 표면(1401)의 평면에서 액정 방향자를 스위칭한다. 픽셀은 입사면(1417) 방향으로 연장된다. 도 14 는 입사면(1417)에서의 입사 광선(1413) 및 대응하는 반사 광선(1415)의 일 예를 도시한다. 물론 반사 광선(1413)의 광의 위상은 액정 방향자의 배향에 의해 제어된다. 액정의 방향자의 배향은 조명되는 픽셀의 픽셀 전극과 공통 전극 사이의 전압에 의해 제어된다.
예를 들어, 실리콘 표면에 대해 20° 및 실리콘 표면 법선에 대해 70 도에서의 엄격한 경사 입사에 대해, 픽셀 폭은 4 미크론일 수 있고 픽셀 길이 12 미크론일 수 있다. 길이 대 폭 비율이 작을수록 더 작은 경사 입사 광에 대해 이용될 것이다. 알루미늄 전극의 크기 및 두께는 실리콘 백플레인을 제조하는데 이용되는 VLSI 공정에 의해 허용된 크기에 의존한다. 예를 들어, 공통 전극 폭은 200 nm 일 수 있고, 픽셀 전압 전극은 상당히 좁을 수 있다. 따라서, 픽셀 전압은 4 미크론의 폭을 갖는 픽셀의 예에 대해 2 미크론의 갭을 가로질러 인가된다.
요약하면, 본 명세서에서 인-플레인 스위칭을 위해 구성된 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정, "LCoS SLM" 이 개시된다. LCoS SLM 디바이스는 실리콘 백플레인; 투명 기판; 액정층; 전극 구조체 및 반사 컴포넌트를 포함한다. 액정층은 실리콘 백플레인과 투명 기판 사이에 개재된다. 전극 구조체는 액정층에 전기장을 발생시키도록 실리콘 백플레인 상에 형성된다. 전기장은 실리콘 백플레인에 실질적으로 평행하다. 반사 컴포넌트는 투명 기판과 대향한다.
대향하는 반사 컴포넌트 및 투명 기판은 액정으로 채워질 수 있는 셀 갭(cell gap)을 정의한다. LCoS SLM 디바이스는 위상 변조기일 수 있다. 전극 구조체는 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극을 포함할 수 있다. 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극은 실질적으로 평면일 수 있다. 공통 전극 및 복수의 픽셀 전극은 실리콘 백플레인에 평행한 평면 내에 포함될 수 있다. 이러한 구성에서 전극들은 측면 전극(lateral electrode)들로서 설명될 수 있다.
위상 변조기(phase modulator)와 같이 실리콘 광 변조기 상의 액정 성능에서의, 다른 것들이 여전히 달성하지 못한, 개선을 해결하는 개념이 본 명세서에 개시된다. 본 발명자들은 스위칭 속도(switching speed)와 같은 액정 디스플레이(liquid crystal display)의 일부 기본 제한들을 해결하기 위해 완전히 다른 접근법을 채택하였다. 달성된 개선들은 새로운 타입의 LCoS 디바이스로부터 이익을 얻는 특정 광학 및 전기-광학 방식들을 이용함으로써 실현된다. 본 발명자들은 전극에 의해 발생된 전기장이 실리콘 백플레인에 평행한 LCoS 디바이스를 본 명세서에 개시한다.
인-플레인 스위칭(in-plane switching)이 종래의 디스플레이에 대해 이미 개시되었지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자는 인-플레인 스위칭의 장점들이 통상적으로 LCoS에서 실현 가능하지 않다는 것을 이해한다. 본 명세서에 개시된 예들은 면내 전극(in-plane electrode)들을 이용한다. 이는 통상적으로 LCoS와 우수한 시너지를 갖지 않는다. 예를 들어, 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 인-플레인 스위칭 IPS는 강한 시야각 의존성 및 저-품질 컬러 재생과 같은 뒤틀린 네마틱 전계 효과(twisted nematic field effect)의 몇몇 제한들을 다루는 방법에서 유래했다. 이러한 문제들은 LCOS에 비해LCD에 더 관련되며, 따라서인-플레인 스위칭은 LCOS에 이용하는 것에 대해 원래 고려되지 않았다. 또한 인-플레인 스위칭을 위한 측면 전극의 이용은 디스플레이 평면에서 공간을 차지한다. 따라서, 픽셀 어레이의 충진율(fill factor)을 감소시킨다. 이는 일반적으로 예를 들어, TV 다이렉트 뷰 디스플레이들에서 이용되는 픽셀들의 크기에 대해서는 상당한 문제가 되지 않는다. 그러나, 통상적인 실시에 따르면, LCOS 디바이스의 상대적으로 작은 픽셀에 대해서 그것은 매우 심각할 수 있다. 본 개시에서, 우리는, 적어도 일부 실시예들에서, 각각의 픽셀의 중심을 지배적으로 조명하는 구조 조명을 이용함으로써 이러한 문제를 해결한다. 또한, 경사 조명을 이용하는 실시예들에서 기판의 반사율에 의해 야기되는 임의의 잠재적인 문제들은 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 해결된다.
따라서, 사실상 본 명세서에 개시된 특별한 경우들이 이해되어야 할 때 면내 전극들의 이점들이 단점들 보다 우세할 수 있다는 것이 명백하다.
LCoS SLM 디바이스는 적어도 하나의 액정 배향막을 더 포함할 수 있다. 액정 배향막은 40 도 초과 또는 60도 초과와 같이 20도 보다 큰 액정 선경사각을 제공하도록 구성된다. 선경사각은 액정의 방향자와 실리콘 백플레인 사이의 각도이다. 소위 다운-더-배럴(down-the-barrel)구성이 구현될 수 있도록 적어도 하나의 배향막이 비교적 큰 선경사각을 제공하는데 이용된다.
전극 구조체에 의해 제공된 전기장은 회전 평면에서 실질적으로 90 도로 액정을 회전시킨다. 따라서, 완전 2π의 위상 변조가 달성될 수 있다.
종래의 연속적인 금속 미러 반사기는 횡전계(lateral electric field)를 짧게 하기 때문에 인-플레인 스위칭에 이용될 수 없다. 또 다른 진보에 있어서, 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하고, LCoS 디바이스에서 인-플레인 스위칭을 용이하게 하기 위해 3 개의 장치 구조를 고안하였다.
(i) 브루스터 각
제1 예에서, 백플레인 칩의 드러나는(bare) 실리콘 표면은 반사기로서 이용된다. 실리콘은 수용될 수 없는 수직 입사에서 단지 약 15% 의 반사율을 갖는다. 그러나, 실리콘의 반사율은 입사각이 브루스터 각일 때 약 60% 로 증가한다. 이 특정 각도에서, 반사된 광은 입사면에 직교하게 완전히 편광된다. 따라서 반사된 광은 도 6 및 도 7 에 도시된 방향으로 편광되고, 이는 본 명세서에 개시된 경사 입사 방식을 구현하기 위해 추가적인 편광이 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 액정의 굴절률은 약 1.5 이고, 실리콘의 굴절률은 대략 4 이다. 도 13 은 굴절률이 1.5 인 물질과 굴절률이 4인 물질 사이의 계면에서의 반사를 도시한다. 이 계면에 대한 브루스터 각은 69 도이다. 따라서, 도면 13 은 액정-실리콘 계면을나타낸다. 이러한 접근법의 이점은 LCOS 백플레인의 추가 프로세싱을 포함하지 않는다는 것에 있다.
(ii) 절연층 또는 절연층들
제1 예의 개선에서, 반사율은 실리콘 백플레인의 상부에 이산화 규소의 단일 얇은 층을 이용함으로써 더욱 향상된다. 일부 예들에서, 이산화 규소 층의 두께는 200 내지 400 nm 이다. 예를 들어, (s-파의) 반사율은 실리콘 기판의 상부에 300 nm 이산화 규소 층에 의해 59% 에서 74% 로 증가된다.
이산화 규소에 대한 요구는 경사 입사, 특히 브루스터각(brewster angle)에서 하부 실리콘의 상대적으로 높은 반사율을 갖기 때문에 경사 입사에 의해 완화된다. 일부 실시예들에서, 면내 전극들은 VLSI 프로세스의 일부로서 제1 절연층(즉, 원래 실리콘 표면 상에 증착 또는 성장된 실리카 층)의 상부에 놓인다. 이는 절연체에 의해 야기되는 인가된 전기장의 임의의 변형을 최소화한다.
반사율은 적어도 제2 얇은 절연층의 추가에 의해 더 향상될 수 있다. 제2 절연층은 예컨대 300 nm 미만과 같이 400 nm 미만의 두께를 가질 수 있다. 제2 절연층은 이산화 규소보다 더 높은 굴절률을 가질 수 있다. 2 개를 초과하는 층이 실리콘 상에 필요할 수 있지만, 이론 상 추가적인 절연층은 반사율을 100%에 가깝게 증가시킬 수 있지만, 여분의 처리 비용 및 반사기의 두께를 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 스택(dielectric stack)은 액정을 포함하는 셀의 반사면으로서 이용된다. 이론적으로, 유전체 스택 반사기는 임의의 선택된 입사각에 대해 설계될 수 있고, 임의적으로 높은 반사율을 가질 수 있다. 입사각 및 제2 절연층의 선택에 따라, 단지 2 개의 절연층으로 70% 보다 상당히 큰 반사율을 달성할 수 있으며, 그 중 제1 절연층은 전극을 운반하는 실리카 층이다.
일 실시예에서, 제1 절연층은 200 내지 400 nm의 이산화 규소 층이고, 제2 절연층은 50 내지 400 nm의 오산화탄탈(tantalum pentoxide) 또는 이산화티탄(titanium dioxide) 층이다. 예를 들어, 350 nm의 이산화 규소 층의 상부에 50 nm의 이산화티탄 층은 450 nm 에서 93% 의 (s-파의) 반사율을 제공한다.
도 15 는 경사 입사를 위해 설계된 인-플레인 스위칭 LCOS 디바이스의 금속 전극들의 단면을 도시한다. 반사기는 실리콘 백플레인의 표면 위에 배치된 2 개의 투명 절연층에 의해 제공된다. 보다 구체적으로, 도 15 는 실리콘(1501), 실리콘(1501)상의 이산화 규소 층(1551), 및 이산화 규소 층(1551)상의 고 굴절률 절연층(1561)을 포함한다. 고 굴절률 절연층(1561)은 전술한 바와 같이, 오산화탄탈 또는 이산화티탄일 수 있다. 도 15는 공통 전극(1505) 및 예시적인 픽셀 전압 전극(1507)을 더 도시한다. 마지막으로, 도 15 는 액정층(1571)및 전면 커버 글라스(1581)를 도시한다.
유전체 스택은 전극에 의해 인가된 전기장을 변형할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 유전체 스택의 두께가 각도에 의해 야기되는 증가된 경로 길이에 의해 감소될 수 있기 때문에 경사 입사가 유전체 스택 반사기에 의해 야기되는 전기장에 대한 변형을 감소시킨다는 것을 확인하였다. 또한, 전극 아래에 제1 이산화 규소 층을 형성함으로써 변형이 더 감소될 수 있다. 따라서, 경사 입사의 이용과 적어도 하나의 절연층을 포함하는 유전체 반사기 사이에 양호한 시너지가 있다. 각각의 절연층은 400 nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
유리하게는, 이 예는 단순하고, 임의의 입사각에 용이하게 적응될 수 있다. 그러나, 이 예는 수직 입사에서 절연층이 더 두꺼워질 필요가 있기 때문에 덜 매력적일 수 있다.
요약하면, 반사 컴포넌트는 부가적으로 또는 대안적으로 실리콘 백플레인 상의 적어도 하나의 절연층을 포함할 수 있다. 절연층은 반사율을 증가시키도록 (두께 및 굴절률) 구성된다.
적어도 하나의 절연층은 이산화 규소(silicon dioxide)의 제1 절연층을 포함할 수 있다. 실리콘 상의 이산화 규소의 상대적으로 얇은 층은 반사율을 상당히 증가시킬 수 있다. 이산화 규소의 제1 절연층은, 선택적으로 전극 구조체가 실리콘 백플레인 상에 형성되기 전에, VLSI 실리콘 제조 프로세스의 일부로서 실리콘 백플레인 상에 형성될 수 있다. 따라서, 제1 절연층은 실리콘 파운드리에서 형성될 수 있다. 이것은 비용에 상당한 영향을 미친다. 실리콘 상의 이산화 규소 층의 형성을 권장하는 것은 비교적 간단하다. 제1 절연층은 200 내지 400 nm 의 두께를 가질 수 있다. 반사율에 상당한 영향을 미치기 위해 적어도 200 nm가 요구되며, 회절을 방지하기 위해 400 nm 미만이 바람직하다. 제1 절연층의 이산화 규소의 적어도 일부는 실리콘 백플레인과 전극 구조체 사이에 놓일 수 있다.
적어도 하나의 절연층은 오산화탄탈(tantalum pentoxide)또는 이산화티탄(titanium dioxide)을 포함하는 제2 절연층을 포함할 수 있다. 제2 절연층의 두께는 50 내지 400 nm 이다. 제2 절연층은 반사율을 더 증가시킨다. 제2 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 작을 수 있다. 본 발명자들은 제2 절연층으로 인한 두께 상의 임의의 부정적 효과보다도 반사율에 대한 개선이 더 중요함을 확인하였다.
(iii) 불연속 금속 미러들
백플레인을 제조하는데 이용되는VLSI 프로세스는 100 nm 보다 작은 최소 크기를 가지게 한다. 따라서, 갭은 치수가 서브-파장(sub-wavelength)인 알루미늄 금속 반사기에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 금속 반사기 내의 서브-파장 갭들은 전반적인 반사율이 상대적으로 높아지도록 반사 영역들 사이에 제공된다. 상기 구조로부터 회절은 작은 것으로 밝혀졌다. 이러한 상황 하에서, 적절한 반사기가 제공되어 DOE는 횡전계(lateral electric field)을 단락시키지 않는다.
일부 예들에서, 통상적인 LCOS 디바이스들의 알루미늄 미러는 그 안으로 좁은 갭들을 에칭함으로써 불연속적으로 만들어진다. 갭들의 폭이 반사되는 광의 파장보다 상당히 작다면, 예를 들어, 플레인 칩(예를 들어, 20 nm)을 제조하는데 이용되는 VLSI 프로세스에 의해 허용되는 최소 갭 치수들에 의해 허용되는 바와 같이 갭이 200 nm 이거나 바람직하게 200 nm 이하이면, 갭들의 배치에서의 임의의 주기성(periodicity)에 의한 최소 회절 및 연속적인 미러와 비교하여 반사율의 변화가 거의 없을 것이다. 일부 예들에서, 갭들은 인가된 전기장에 직교하는 방향으로 공통 전극과 픽셀 전압 전극 사이의 5 개 이상의 개별 엘리먼트들로 미러를 분할한다.
특히, 불연속 구조 내의 갭이 서브-가시-파장이고 미러 소자 자체에 비해 작다면, 이 구조로부터 입사광의 회절은 심각한 문제가 되지 않는다는 것을 알 수 있다.
마크-대-스페이스 비(mark-to-space ratio)라는 용어는 본 명세서에서 각 금속 스트립의 폭과 인접한 금속 스트립 사이의 갭의 폭의 비율을 설명하기 위해 이용된다. 불연속 구조의 마크-대-스페이스 비는 짝수(even)일 수 있다. 즉, 금속 스트립들은 인접한 금속 스트립들 사이의 갭과 동일한 폭이다. 그러나, 본 발명자들은 마크-대-스페이스 비율이 2: 1 과 동일하거나 2: 1 보다 큰 경우 더 나은 성능이 달성된다는 것을 발견하였다. 도 16a는 마크-대-스페이스 비율이 2: 1 인 본 개시에 따른 일 예를 도시한다. 본 예에서, 금속 스트립(1602)은 200 nm 이고, 갭(1604)은 100 nm 이다. 도 16a 의 구조는 불연속(즉, 갭들)이 1D인 것을 나타내기 위해 1D 불연속 금속 미러로 기술될 수 있다. 마크-대-스페이스 비는 예컨대 2:1 내지 5:1과 같이 2:1 내지 10:1일 수 있다. 도 16b는 2D 불연속 금속 미러에 대응하는 대안적인 예를 도시한다. 금속 섹션들은 직사각형일 수 있고 3: 2의 종횡비를 가질 수 있다. 도시된 예에서, 금속 섹션들(1606)은 각각 300 x 200 nm 이고, 갭들은 양방향으로 100 nm 이다. 일부 예들에서, 금속 섹션의 치수들은 300 nm 이하이다. 마찬가지로, 일부 예들에서, 갭들의 치수들은 300 nm 보다 크지 않다. 이러한 치수는 DOE 회절이 상당하게 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 전극 어레이가 균일하게 조명된 경우, 조명광의 파장에 대한 그 치수의 근접성으로 인해 원하지 않는 회절이 있을 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 바와 같은 구조 조명의 이용으로 인해 크게 감소될 수 있다. 따라서, 본 개시에서 면내 전극들을 갖는 LCoS 디바이스의 모든 예들에서, 구조 조명 및 연장된 픽셀이 바람직할 수 있다. (앞서 설명된 바와 같이) 입사면 방향으로 연장된 길쭉한 픽셀(예를 들어, 4 ㎛ 의 픽셀 폭)은 구조 조명 광학기기가 픽셀 에지로부터 멀리 광을 집중시키게 하고 12 미크론의 픽셀 길이가 입사광의 빔의 신장을 가능하게 한다.
반사 컴포넌트는 부가적으로 또는 대안적으로 서브-파장 금속 섹션들 사이의 서브-파장 갭들을 포함하는 불연속 금속층을 포함할 수 있다. 서브-파장은 변조에 대한 광의 파장보다 작은 적어도 하나의 치수를 지칭하기 위해 본 명세서에서 이용된다. 일부 예들에서, 반사 컴포넌트의 모든 물리적 치수들은 파장보다 작다. 불연속 금속층은 주기성이 1 차원(one dimensional)인 격자(grating)와 같은 금속 및 갭의 반복 패턴을 포함하는 주기 컴포턴트이다. 불연속 금속층은 반사율을 최적화하고 임의의 편광 효과를 최소화하도록 2: 1 이상의 마크-대-스페이스(mark-to-space)비율을 갖는 1D 불연속 금속층이다. 서브-파장 갭들 및 서브-파장 금속 섹션들은 회절을 방지하기 위해 300 nm 이하의 치수를 가질 수 있다. 불연속 금속층은 2D 불연속 금속층일 수 있고, 서브-파장 금속 섹션들은 직사각형이다.
LCoS SLM 디바이스 및 광원을 포함하는 시스템이 또한 형성될 수 있다. 광원은 0 보다 큰 입사각으로 디바이스를 조명하도록 배열될 수 있다. 즉, 경사 입사가 제공된다. 입사각은 60° 내지 70° 와 같이 50° 내지 80° 일 수 있다. 입사각은 브루스터 각과 대략 동일할 수 있다. 입사광은 복수의 광 스폿을 포함하는 구조광일 수 있으며, 각각의 광 스폿은 디바이스의 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 여기에 기재된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩(solid-state memory chip), 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 이에 국한되지 않으며, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시 예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (20)

  1. 인-플레인 스위칭(in-plane switching)을 위해 구성된 실리콘 공간 광 변조기 상의 액정, "LCoS SLM", 디바이스로서, LCoS SLM 디바이스는,
    실리콘 백플레인;
    투명 기판;
    실리콘 백플레인 및 투명 기판 사이에 개재된 액정층;
    상기 실리콘 백플레인에 실질적으로 평행한 전기장을 상기 액정층에 생성시키기 위해 상기 실리콘 백플레인 상에 형성된 전극 구조체; 및
    상기 투명 기판에 대향하는 반사 컴포넌트를 포함하는, LCoS SLM 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    40 도 초과 또는 60 도 초과와 같이 20도 보다 큰 액정 선경사각을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 액정 배향막을 더 포함하는, LCoS SLM 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기장은 회전 평면에서 실질적으로 90 도로 상기 액정을 회전시키는, LCoS SLM 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 컴포넌트는 상기 액정층의 액정과 상기 실리콘 백플레인 사이의 계면에 의해 형성되는, LCoS SLM 디바이스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 컴포넌트는 상기 실리콘 백플레인 상의 적어도 하나의 절연층인, LCoS SLM 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절연층은 이산화 규소의 제1 절연층을 포함하는, LCoS SLM 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이산화 규소의 제1 절연층은 상기 전극 구조체가 상기 실리콘 백플레인 상에 형성되기 전에 VLSI 실리콘 제조 프로세스의 일부로서 상기 실리콘 백플레인 상에 형성되는 LCoS SLM 디바이스.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 200 내지 400 nm 의 두께를 갖는, LCoS SLM 디바이스.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 절연층의 이산화 규소의 적어도 일부는 상기 실리콘 백플레인과 상기 전극 구조체 사이에 배치되는, LCoS SLM 디바이스.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 절연층은 오산화탄탈 또는 이산화티탄을 포함하는 제2 절연층을 포함하는, LCoS SLM 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 절연층의 두께는 50 내지 400 nm 인, LCoS SLM 디바이스.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 절연층의 두께는 상기 제1 절연층의 두께보다 작은, LCoS SLM 디바이스.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 컴포넌트은 서브-파장 금속 섹션 사이의 서브-파장 갭을 포함하는 불연속 금속층인, LCoS SLM 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서브-파장 갭들 및 서브-파장 금속 섹션들은 300 nm 이하의 치수를 갖는, LCoS SLM 디바이스.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 불연속 금속층은 2: 1 이상의 마크-대-스페이스 비율을 갖는 1D 불연속 금속층인, LCoS SLM 디바이스.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 불연속 금속층은 2D 불연속 금속층이고, 상기 서브-파장 금속 섹션들은 직사각형인, LCoS SLM 디바이스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 LCoS SLM 디바이스 및 0 보다 큰 입사각을 형성하여 상기 디바이스를 조명하도록 구성된 광원을 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 입사각은 60° 내지 70° 와 같이 50° 내지 80°인, 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 입사각은 대략 브루스터 각인, 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사광은 복수의 광 스폿을 포함하는 구조광(structured light)이고,
    각각의 광 스폿은 상기 디바이스의 픽셀 어레이의 각각의 픽셀을 조명하도록 구성되는, 시스템.
KR1020217043301A 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조 KR102607883B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237026219A KR20230118710A (ko) 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1909516.5A GB2585213B (en) 2019-07-02 2019-07-02 Spatial light modulation
GB1909516.5 2019-07-02
PCT/EP2020/068709 WO2021001493A2 (en) 2019-07-02 2020-07-02 Spatial light modulation

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237026219A Division KR20230118710A (ko) 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220016501A true KR20220016501A (ko) 2022-02-09
KR102607883B1 KR102607883B1 (ko) 2023-11-30

Family

ID=67540151

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237026219A KR20230118710A (ko) 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조
KR1020217043301A KR102607883B1 (ko) 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237026219A KR20230118710A (ko) 2019-07-02 2020-07-02 공간 광 변조

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220373970A1 (ko)
EP (2) EP3893048B1 (ko)
KR (2) KR20230118710A (ko)
GB (1) GB2585213B (ko)
WO (1) WO2021001493A2 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160091380A (ko) * 2013-11-27 2016-08-02 쑤저우 유니버시티 구조광 조명을 연속적으로 조절 가능한 초고해상도 현미경 이미징 방법 및 시스템
CN109212843A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 北京航空航天大学 一种基于双边IPS电极结构的LCoS微显示器
KR20190014479A (ko) * 2017-08-02 2019-02-12 듀얼리타스 리미티드 홀로그래픽 프로젝터
KR20190058593A (ko) * 2016-09-29 2019-05-29 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982954A (en) 1996-10-21 1999-11-09 University Technology Corporation Optical field propagation between tilted or offset planes
US6356327B1 (en) * 1999-03-29 2002-03-12 National Semiconductor Corporation Pixel array for silicon LC light valve featuring reflective metal surface underlying inter-pixel regions
GB2493517B (en) * 2011-08-05 2013-06-26 Two Trees Photonics Ltd A projector
GB2498170B (en) * 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2501112B (en) 2012-04-12 2014-04-16 Two Trees Photonics Ltd Phase retrieval
GB2551870B (en) * 2017-04-07 2020-04-01 Dualitas Ltd Holographic projector
GB2568021B (en) * 2017-09-08 2021-12-01 Dualitas Ltd Holographic projector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160091380A (ko) * 2013-11-27 2016-08-02 쑤저우 유니버시티 구조광 조명을 연속적으로 조절 가능한 초고해상도 현미경 이미징 방법 및 시스템
KR20190058593A (ko) * 2016-09-29 2019-05-29 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. 광 변조기의 인접하게 배치된 픽셀과 상호 작용하는 광 빔을 결합하기 위한 장치
KR20190014479A (ko) * 2017-08-02 2019-02-12 듀얼리타스 리미티드 홀로그래픽 프로젝터
CN109212843A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 北京航空航天大学 一种基于双边IPS电极结构的LCoS微显示器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230118710A (ko) 2023-08-11
EP3893048B1 (en) 2023-08-16
EP3867700A2 (en) 2021-08-25
WO2021001493A2 (en) 2021-01-07
KR102607883B1 (ko) 2023-11-30
US20220373970A1 (en) 2022-11-24
GB2585213A (en) 2021-01-06
EP3893048A1 (en) 2021-10-13
WO2021001493A3 (en) 2021-03-11
GB201909516D0 (en) 2019-08-14
GB2585213B (en) 2023-08-16
EP3867700B1 (en) 2022-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111095090B (zh) 全息投影仪
JP2020516933A (ja) ホログラフィックプロジェクタ
KR102499218B1 (ko) 홀로그램 계산 방법
GB2585212A (en) Spatial light modulation
GB2576553A (en) Method of hologram calculation
US20220221823A1 (en) Spatial light modulation
JP7439175B2 (ja) 液晶表示装置を使用するホログラム表示
KR102607883B1 (ko) 공간 광 변조
GB2576552A (en) Light modulator
GB2599479A (en) Spatial light modulation
US20230418060A1 (en) Light Turning Element
US20230168544A1 (en) Birefringent Cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant