KR20220167759A - 도파관 동공 확장기 - Google Patents
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Abstract
뷰잉 창에서 볼 수 있는 이미지를 형성하도록 구성된 광 엔진으로서, 상기 광 엔진은 이미지의 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 광을 공간적으로 변조하도록 구성된 표시 장치를 포함하는 광 엔진을 개시한다.
홀로그램은 공간적으로 변조된 광의 각도 채널이 이미지의 각각의 연속적인 영역에 대응하도록 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하도록 구성된다.
광 엔진은, 공간적으로 변조된 광을 수신하고 표시 장치로부터 뷰잉 창까지 공간적으로 변조된 광에 대한 복수의 상이한 광 전파 경로들을 제공하도록 구성된 도파관 동공 확장기 및 상기 도파관과 상기 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 더 포함한다.
제어 장치는, 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치가 이미지의 제1 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 뷰잉 창 내의 제2 뷰잉위치는 이미지의 제2 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 구성된 하나 이상의 조리개를 포함한다.
홀로그램은 공간적으로 변조된 광의 각도 채널이 이미지의 각각의 연속적인 영역에 대응하도록 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하도록 구성된다.
광 엔진은, 공간적으로 변조된 광을 수신하고 표시 장치로부터 뷰잉 창까지 공간적으로 변조된 광에 대한 복수의 상이한 광 전파 경로들을 제공하도록 구성된 도파관 동공 확장기 및 상기 도파관과 상기 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 더 포함한다.
제어 장치는, 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치가 이미지의 제1 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 뷰잉 창 내의 제2 뷰잉위치는 이미지의 제2 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 구성된 하나 이상의 조리개를 포함한다.
Description
본 개시는 이미지 투사(image projection)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그램 투사 및 홀로그램 또는 키노폼(kinoform)과 같은 회절 구조를 결정하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예들은 시선 추적 정보에 기반한 실시간 홀로그램 계산에 관한 것이다. 일부 실시예들은 가상 이미지 투사에 관한 것이다. 다른 실시예들은 실제 이미지의 투사에 관한 것이다. 실시예들은 도파관을 통해 투사된 이미지를 보는 것에 관한 것이다. 실시예들은 도파관을 통해 투사되는 영상의 광을 제어하는 것에 관한 것이다. 일부 실시예들은 화상 생성 유닛과 같은 광 엔진에 관한 것이다. 일부 실시예들은 헤드업 디스플레이에 관한 것이다.
물체에서 산란된 광은 진폭과 위상 정보를 모두 포함한다. 이 진폭 및 위상 정보는 예를 들어 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광판에 캡처되어 간섭 무늬를 포함하는 "홀로그램" 또는 홀로그램 기록을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원래 물체를 나타내는 2차원 또는 3차원 홀로그램 재구성 또는 재생 이미지를 형성하기 위해 적당한 광을 갖는 조명에 의해 재구성될 수 있다.
컴퓨터 생성 홀로그래피는 간섭 과정을 수치적으로 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터 홀로그램(computer-generated hologram)은 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기반한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬/푸리에 변환 홀로그램 또는 간단히 프레넬/푸리에 홀로그램이라고 할 수 있다. 푸리에 홀로그램은 물체의 푸리에 도메인/평면 표현 또는 물체의 주파수 도메인/평면 표현으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 생성 홀로그램은 또한 가간섭 광선 추적 또는 포인트 클라우드 기술에 의해 계산될 수 있다.
컴퓨터 생성 홀로그래피는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 배열된 공간 광 변조기에 인코딩될 수 있다. 광 변조는, 예컨대, 전기적으로 주소 지정이 가능한 액정, 광학적으로 주소 지정이 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
공간 광 변조기는 일반적으로 셀 또는 단위라고도 하는 개별적으로 주소 지정 가능한 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조 방식은 바이너리, 멀티 레벨 또는 연속적일 수 있다. 대안적으로, 장치는 연속적일 수 있고(즉, 픽셀로 구성되지 않음) 광 변조는 장치 전체에 걸쳐 연속적일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조된 빛이 반사되어 출력되는 반사형일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조된 광이 투과로 출력된다는 의미에서 동등하게 투과적일 수 있다.
홀로그램 프로젝터는 여기에 설명된 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는, 예컨대, 헤드업 디스플레이인 "HUD"와 "LIDAR(Light Detection And Ranging)"에 적용되었다.
본 개시는 이미지 투사(image projection)에 관한 것이다. 이미지 투사 방법 및 표시 장치를 포함하는 이미지 투사기에 관한 것이다. 본 개시는 또한 이미지 투사기 및 뷰잉 시스템을 포함하는 투사 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 단안(monocular) 및 양안(binocular) 뷰잉 시스템(viewing system)에 동일하게 적용 가능하다. 뷰잉 시스템은 뷰어의 눈 또는 눈들을 포함할 수 있다. 뷰잉 시스템은 광학 전력(예: 인간 눈의 렌즈) 및 뷰잉 평면(예: 인간 눈의 망막)을 갖는 광학 요소를 포함한다. 투사기는 '광 엔진'이라고 할 수 있다. 표시 장치 및 표시 장치를 이용하여 형성되는(또는 인지되는) 이미지는 공간적으로 분리되어 있다. 이미지는 표시 평면(display plane)에 형성되거나 뷰어에 의해 감지된다. 일부 실시예들에서, 이미지는 가상 이미지이고 표시 평면은 가상 이미지 평면으로 지칭될 수 있다. 표시 장치에 표시되는 회절 패턴(예: 홀로그램)을 조사하여 이미지가 형성된다.
표시 장치는 픽셀들을 포함한다. 표시 장치의 픽셀들은 광을 회절시킨다. 잘 알려진 광학 장치에 따르면, 최대 회절 각도의 크기는 픽셀들의 크기(및 광의 파장과 같은 기타 요인들)에 의해 결정된다.
본 개시의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
실시예들에서, 표시 장치는 액정-온-실리콘 (liquid crystal on silicon: "LCOS") 공간 광 변조기(SLM)와 같은 광 변조기이다. 광은 LCOS에서 카메라나 눈과 같은 뷰잉 개체/시스템을 향해 다양한 회절 각도(예컨대, 0에서 최대 회절각도까지)에 걸쳐 전파된다. 일부 실시예들에서, LCOS의 통상적인 최대 회절 각도를 넘어 이용 가능한 회절각의 범위를 증가시키기 위하여 확대 기술(magnification techniques)이 사용될 수 있다.
실시예들에서, 이미지는 실제 이미지이다. 다른 실시예들에서, 이미지는 인간의 눈(또는 눈들)에 의해 인지되는 가상 이미지이다. 따라서, 투사 시스템 또는 광 엔진은, 뷰어가 표시 장치를 직접 바라보도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 홀로그램으로 인코딩된 광은 눈(들)에 직접 전파되고 표시 장치와 뷰어 사이의 자유 공간(free space)이나 스크린 또는 다른 수광 표면에서 중간 홀로그램 재구성이 형성되지 않는다. 이러한 실시예들에서, 눈의 동공은 뷰잉 시스템의 입사 조리개(또는 "입사 동공")인 것으로 간주될 수 있고, 눈의 망막은 뷰잉 시스템의 뷰잉 평면으로서 간주될 수 있다. 때때로, 이 구성에서 눈의 렌즈가 홀로그램에서 이미지로 변환을 수행한다고 한다.
잘 알려진 광학의 원리에 따르면, 눈 또는 다른 뷰잉 개체/시스템에 의해 보여질 수 있는 표시 장치로부터 전파되는 광의 각도 범위는 표시 장치와 뷰잉 개체 사이의 거리에 따라 달라진다. 예컨대, 1 미터의 시야 거리에서, LCOS의 작은 각도 범위만 눈의 동공을 통해 전파되어 주어진 눈 위치에 대한 망막에 이미지를 형성할 수 있다. 표시 장치에서 전파되는 광선의 각도 범위는 눈의 동공을 통해 성공적으로 전파되어 주어진 눈 위치에 대해 망막에 이미지를 형성할 수 있으며, 뷰어에게 '보이는' 이미지 부분을 결정한다. 다시 말해, 이미지의 모든 부분이 뷰잉 평면의 한 지점(예: 눈-움직임 상자(eye-motion box)와 같은 뷰잉 윈도우 내의 하나의 눈 위치)에서 볼 수 있는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 뷰어에 의해 인식되는 이미지는 표시 장치의 업스트림(upstream)에 나타나는 가상 이미지인데, 즉, 뷰어는 이미지가 표시 장치보다 그들로부터 더 멀리 있는 것으로 인식한다. 개념적으로, 가상 이미지의 복수의 상이한 이미지 포인트들을 고려하는 것이 가능하다. 가상 포인트로부터 뷰어까지의 거리는 그 가상 이미지 포인트에 대해 가상 이미지 거리로 여기에서 지칭된다. 물론 서로 다른 가상 포인트들은 서로 다른 가상 이미지 거리들을 가질 수 있다. 각각의 가상 포인트와 관련된 광선 다발들(ray bundles) 내의 개별 광선들은 표시 장치를 통해 뷰어에게 상이한 각각의 광학 경로들을 취할 수 있다. 그러나, 표시 장치의 일부만, 즉 가상 이미지의 하나 이상의 가상 포인트들에서 나오는 광선의 일부만이 사용자의 시야 내에 있을 수 있다. 다시 말해, 가상 이미지 위 가상 포인트들의 일부로부터 나오는 광선 중 일부만 표시 장치를 통해 사용자의 눈(들)로 전파되어 뷰어에게 보일 수 있다. 따라서, 개념적으로는, 뷰어가 '디스플레이 장치 크기의 창(display device-sized window)'을 통해 가상 이미지를 보고 있는 것으로 간주될 수 있는데, 이 창은 직경 1 cm로 비교적 먼 거리(예: 1 m)에서 매우 작을 수 있다. 그리고, 사용자는 눈의 동공(들)을 통해 표시 장치 크기의 창을 볼 수 있으며, 동공도 매우 작다. 따라서, 시야가 좁아지고 볼 수 있는 특정한 각도 범위는 주어진 시간에 눈의 위치에 따라 크게 좌우된다.
본 개시는, 표시 장치가 (상대적으로) 작고, 투사 거리가 (상대적으로) 큰 경우, 시야를 어떻게 증가시킬 것인가의 방법 -즉, 표시 장치에서 전파되고 눈의 동공을 통해 성공적으로 전파되어 이미지를 형성할 수 있는 광선의 각도의 범위를 늘리는 방법 - 에 대한 기술적 문제를 다룬다. 일부 실시예들에서, 투사 거리는 표시 장치의 조리개의 직경 또는 폭보다 1배 이상 큰 크기(즉, 픽셀 어레이의 크기)이며, 예컨대, 2배 이상이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 이미지 자체가 아닌, 이미지의 홀로그램이 사람 눈에 전파되는 이른바 직시 홀로그래피(direct view holography)로 이를 어떻게 수행할 것인가의 기술적 문제를 해결한다. 즉, 이미지의 홀로그램에 따라 뷰어가 받는 광이 변조된다.
도파관은, 시야를 확장하고 이에 따라 표시 장치의 전체 회절각이 사용될 수 있는 최대 전파 거리를 증가시키는 데 사용된다. 도파관을 사용하면 사용자의 눈-상자(eye-box)를 측면으로 늘릴 수 있으므로, 사용자가 이미지를 볼 수 있도록 하면서 눈(들)의 일부 움직임이 발생할 수 있다. 따라서, 도파관은 도파관 동공 확장기로 지칭될 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 도파관을 통한 상이한 가능한 광 전파 경로로 인하여 무한하지 않은 가상 이미지 거리 - 즉, 근거리 가상 이미지 -에 대해 이른바 '고스트 이미지들(ghost images)'이 나타나는 것을 발견했다. 고스트 이미지는 1차 이미지(main image)의 낮은 강도 복제본(replica)이다. 각각의 고스트 이미지는 2차 이미지(secondary image)로 지칭될 수 있다. 고스트 이미지의 존재는 인지된 가상 이미지의 품질을 크게 저하시킬 수 있다. 고스트 이미지는 1차 이미지가 흐려지는 것처럼 보일 수 있다.
본 개시는 고스트 이미지에 의해 야기되는 문제를 해결하기 위한 상이한 접근법에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 일부 솔루션은 고스트 이미지를 성공적으로 제거하는 것으로 나타났다. 본 명세서에 개시된 일부 솔루션은 1차/비-고스트(non-ghost) 이미지를 강화하거나, 강화하기 위하여 고스트 이미지(들)를 수정/조작하는 것으로 나타났다.
광 엔진은 공간적으로 변조된 광을 갖는 입사 동공을 포함하는 뷰잉 시스템을 제공하도록 배열된다. 디스플레이 시스템(display system)은 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 빛을 공간적으로 변조하도록 배열된 표시 장치(display device)를 포함한다. 디스플레이 시스템은 입사 동공의 위치에 기초하여 표시 장치의 기여(contributory) 영역 및 비기여(non-contributory) 영역을 식별하는 기여 정보를 수신하도록 배열된 홀로그램 엔진을 더 포함한다. 표시 장치의 기여 영역은 결정된 위치에서 입사 동공을 통과하는 광을 실질적으로 전파한다. 표시 장치의 비기여 영역은 결정된 위치에서 입사 동공에 의해 정지된 광을 실질적으로 전파한다. 기여 정보는 (i) 1차 이미지에 기여하는 뷰잉 시스템으로 광을 전파하는 표시 장치의 적어도 하나의 1차 기여 영역 및 (ii) 2차 이미지에 기여하는 뷰잉 시스템에 광을 전파하는 표시 장치의 적어도 하나의 2차 기여 영역을 추가로 식별한다. 홀로그램 엔진은 프로세싱 엔진(processing engine)에 의해 식별된 표시 장치의 적어도 하나의 1차 기여 영역에 기초하여 홀로그램을 결정하도록 추가로 배열된다. 홀로그램 엔진은 표시 장치에 홀로그램을 출력하도록 추가로 배열된다.
의심을 피하기 위하여, 형성되거나 인지된 이미지는 대상 이미지(target image)의 홀로그램 재구성이다. 홀로그램 재구성은 대상 이미지를 기반으로 하는 홀로그램에서 형성된다. 일부 실시예들에서, 홀로그램은 대상 이미지로부터 결정(예: 계산)된다.
표시 장치의 기여 및 비기여 영역을 식별함으로써, 뷰잉 시스템의 입사 조리개(entrance aperture)의 주어진 위치에 대한 1차 이미지의 형성에 긍정적으로 기여하기 위하여, 광 엔진은 표시 장치의 어느 부분 또는 부분들이 홀로그램에 유용하게 인코딩될 수 있는지 결정할 수 있다. 예컨대, 이것은 주어진 시간에 뷰어의 눈의 위치에 해당할 수 있다. 더욱이, 광 엔진은 표시 장치의 어느 부분들이 입구 조리개를 통해 광을 전달할 수 없으며, 홀로그램 값들로 채울 가치가 없는 부분들을 결정할 수 있다. 또한, 광 엔진은 '주(main)' 대상 이미지에 긍정적으로 기여하는 표시 장치 부분들과 1차 이미지의 복사/복제본 또는 '고스트' 버전에 기여하는 부분을 구별할 수 있다. 따라서, 소위 2차 기여 영역에서 홀로그램을 생략하여 고스트를 제거할 수 있다.
대안적으로, 주목할 만한 추가 개선점으로서, 추가 기여 영역에 표시되는 홀로그램은 이미지 포인트(즉, 홀로그램으로 재구성되는 원하는 이미지 내의 포인트)의 변위 또는 수정된 위치를 기반으로 결정될 수 있다. 이 수정된 위치를 '2차 이미지 포인트'라고 지칭될 수 있지만, 이는 (1차) 이미지 포인트의 2차(즉, 변경된) 위치라는 약칭이다. 요약하면, 이미지 포인트의 모델링된/계산된 위치는, 수정된 위치에서 이동하는 광이 표시 장치의 추가 기여 영역을 통해 1차 이미지를 효과적으로 강화하기 위하여, 뷰잉 평면에 원하는 위치에 도달하도록 수정(예: 이미지 평면에서 번역)될 수 있다. 그러므로, 이 대안적인 접근 방식에서, 추가 기여 영역에 대한 홀로그램은 표시 장치에서 1차 기여 영역을 식별하기 위해 사용되는 이미지 포인트의 상이한 위치에 기초하여 결정된다. 1차 이미지 포인트에서 광학 경로 길이는 일반적으로 2차 이미지 포인트에서 뷰잉 평면에 형성된 해당 이미지까지의 광학 경로 길이와 다르다. 따라서, 추가 기여 영역과 관련된 홀로그램 결정 프로세스는, 홀로그램 결정 프로세스에서 사용되는 이미지 포인트를 번역하거나 이동하는 것을 포함한다고 말할 수 있다.
따라서, 능률적이며 계산적으로 효율적인 방식으로 결정된 홀로그램에 대응하는 선명하고 정확한 이미지를 제공하도록 구성 및 작동될 수 있는 지능적이고 효율적인 광 엔진이 제공된다.
표시 장치상에 출력하기 위한 홀로그램을 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 홀로그램을 보기 위해 배열된 뷰잉 시스템의 입사 동공의 위치를 결정하는 과정 및 표시 장치의 기여 영역 및 비기여 영역을 식별하는 과정을 포함하되, 표시 장치의 기여 영역은 결정된 위치에서 뷰잉 시스템의 입사 동공을 통과하는 광을 실질적으로 전파하고, 표시 장치의 비기여 영역은 결정된 위치에서 뷰잉 시스템의 입사 동공에 의해 정지된 광을 실질적으로 전파한다. 이 방법은, 1차 이미지에 기여하는 광을 제공하는 표시 장치의 적어도 하나의 1차 기여 영역 및 2차 이미지에 기여하는 광을 제공하는 표시 장치의 적어도 하나의 2차 기여 영역을 식별하는 과정; 및 표시 장치의 적어도 하나의 1차 기여 영역에 기초하여 홀로그램을 결정하는 과정을 더 포함한다.
뷰잉 시스템에 의해 대상 이미지로 변환 가능한 광을 공간적으로 변조하도록 배열된 회절 구조가 제공되고, 여기서 회절 구조는 복수의 개별 광 패턴을 생성하도록 구성되고, 각각의 광 패턴은 대상 이미지의 상이한 부분과 대응하며, 각각의 개별 광 패턴의 형상은 뷰잉 시스템의 입사 조리개의 형상에 실질적으로 대응한다.
(렌즈를 포함하는) 뷰잉 시스템에 의해 이미지로 변환 가능한 광을 공간적으로 변조하도록 배열된 회절 구조가 제공되고, 여기서, 회절 구조는 광을 복수의 개별 광 채널들로 지향시키도록 배열되고, 각각의 광 채널은 뷰잉 시스템의 입사 동공에 실질적으로 대응하는 단면 형상을 갖으며, 각각의 광 채널은 실질적으로 이미지의 상이한 부분에 대응한다.
도파관을 통해 표시 장치에 표시되는 홀로그램을 관찰함으로써 표시 장치에 표시할 홀로그램을 결정하고 뷰잉 평면에서 인지할 수 있는 가상 이미지를 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 가상 이미지의 각 가상 이미지 포인트에 대하여, 가상 이미지 포인트의 좌표 
를 결정하는 과정, 뷰잉 평면 상의 뷰잉 위치(viewing position)를 결정하는 과정 및 도파관에 의하여 형성된 1차 이미지와 관련된 도파관 내에서 광 반사의 수 B를 결정하는 과정을 포함한다. 이 방법은, 도파관 내에서 광 반사를 위해 가상 이미지 포인트에서 뷰잉 평면까지 광선을 추적하는 과정 및 
에서 B 반사를 갖는 뷰잉 평면으로의 광 전파를 위한 표시 장치에서 주 광선(chief light ray)의 좌표 
를 결정하는 과정을 더 포함한다. 이 방법은, 
에 의해 정의된 영역 내에서 표시 장치의 활성 픽셀들을 결정하는 과정 및 
에서 활성 픽셀들로 광파를 전파함으로써 활성 픽셀에 대한 진폭 및/또는 위상 홀로그램 성분을 포함하는 서브-홀로그램(sub-hologram)을 결정하는 과정을 더 포함한다.
주 광선은 가상 이미지 포인트에서 표시 장치를 통해 가상 이미지 포인트의 1차 또는 '메인' 이미지 포인트로 이동하는 것으로 결정(예: 계산 또는 모델링)된 광선을 포함할 수 있다.
이 방법은, 홀로그램을 형성하기 위하여, 서브-홀로그램- 2개 이상의 대응하는 가상 이미지 포인트들에 대하여 각각 계산된 - 을 결합하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이 방법은, 가상 이미지 포인트의 메인 이미지의 뷰잉 평면 상의 위치 
를 결정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이 방법은, 도파관에 의해 허용된 DB의 각 값에 대해, 
에서 B+DB 바운스에 대한 가상 이미지 평면 
으로 광선 추적하는 과정 및 B+DB 반사에 대해 
에 이미지가 표시되는 가상 포인트 좌표 
를 결정하는 과정을 더 포함한다. 이 방법은, 
에서 B+DB 바운스가 있는 뷰잉 평면으로의 광 전파를 위한 표시 장치에서 주 광선의 좌표 
를 결정하는 과정 및 
에 의해 정의된 제2 영역(즉, 추가 영역) 내에서 표시 장치의 추가 활성 픽셀을 식별하는 과정을 더 포함한다. 이 방법은, 
에서 추가 활성 픽셀로 광파를 전파하여 추가 활성 픽셀에 대한 진폭 및/또는 위상 홀로그램 성분을 포함하는 추가 서브-홀로그램을 결정하는 과정을 더 포함한다.
본 개시의 양태는 또한 홀로그램 광의 채널링(channelling) 또는 라우팅(routing)을 특징으로 하는 홀로그램 또는 키노폼에 관한 것이다. 구체적으로, 뷰잉 시스템에 의해 이미지로 변환 가능한 광을 공간적으로 변조하도록 배열된 회절 구조가 여기에 개시되며, 여기서 회절 구조는 광을 복수의 홀로그램 채널로 라우팅하도록 구성되고, 각각의 홀로그램 채널은 이미지의 상이한 부분에 대응한다.
회절 구조는 홀로그램 채널이 회절 구조로부터 상이한 각도로 전파되도록 배열될 수 있다.
각각의 홀로그램 채널은 이미지의 각각의 상이한 부분의 홀로그램에 따라 공간적으로 변조된 광을 포함할 수 있다.
회절 구조는 광의 위상을 공간적으로 변조하도록 배열될 수 있다.
회절 구조는 도파관을 통해 광을 라우팅하도록 배열될 수 있다. 도파관은 동공 확장을 위해 배열될 수 있다.
각각의 홀로그램 채널이 형성할 수 있는 광 패턴의 단면 형상은 실질적으로 뷰잉 시스템의 입사 조리개의 형상에 대응할 수 있다.
홀로그램 채널들은 공간적으로 분리되거나 적어도 부분적이라도 공간적으로 분리될 수 있다.
회절 구조, 회절 구조로부터 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 배열된 도파관 및 도파관을 통해 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 배열된 뷰잉 시스템을 포함하는 시스템이 여기에 추가로 개시되어 있다.
이 시스템은 각각의 홀로그램 채널의 광이 회절 구조로부터 뷰잉 시스템까지 상이한 광학 경로를 따르도록 배열될 수 있다.
상이한 광학 경로들은 도파관 내에서 반사의 상이한 수를 포함할 수 있다. 상이한 광학 경로들은 상이한 길이를 가질 수 있다. 상이한 광학 경로들은 상이한 각도로 뷰잉 시스템의 입사 조리개를 통과할 수 있다.
도파관은 모든 홀로그램 채널이 뷰잉 평면 상의 임의의 뷰잉 위치에서 뷰잉 시스템의 입사 조리개를 통해 라우팅되도록 배열될 수 있다. 도파관은 각각의 허용된 뷰잉 위치에 대해 하나의 광학 경로를 통해 각각의 홀로그램 채널을 뷰잉 시스템으로만 라우팅한다.
복수의 홀로그램 채널들 중 적어도 2개의 홀로그램 채널들은 뷰잉 시스템의 입사 조리개에서 부분적으로 중첩될 수 있다.
회절 구조는 키노폼 또는 홀로그램일 수 있다.
이 시스템은 "디스플레이 시스템" 또는 "광 엔진"을 포함할 수 있다.
이 시스템은 각각의 홀로그램 채널의 광이 도파관 상의 다수의 상이한 전송 포인트(transmission point) 각각으로부터 뷰잉 시스템을 향해 방출되도록 배열될 수 있다. 예컨대, 각 전송 포인트는 도파관 내에서 광의 각기 다른 반사(또는 "바운스") 횟수 이후에 발생할 수 있다. 이 시스템은 동일한 홀로그램 채널의 광이 동일한 각도 또는 각도의 범위에서 각 전송 포인트로부터 전파되도록 배열될 수 있다. 따라서 각각의 홀로그램 채널은 "각도 채널(angular channel)"로 지칭될 수 있다. 즉, 각각의 홀로그램 채널은 이미지의 서로 다른 부분에 따라 공간적으로 변조된 광을 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 홀로그램 채널은 서로 다른 각각의 이미지 콘텐츠에 대응할 수 있다. 더욱이, 각각의 홀로그램 채널은 고유한 각각의 "특성 각도(characteristic angle)" (또는 각도의 특성 범위)를 가질 수 있으며, 여기서 각각의(즉, "모든") 홀로그램 채널은, 그 특성 각도(또는 각도의 특성 범위)에서, 도파관 상의 각각의(즉, "모든") 전송 포인트로부터 전파된다. 전송 포인트가 도파관에서 서로 공간적으로 분리되어 있더라도, 동일한 이미지 콘텐츠의 광은 도파관의 표면에 대해 동일한 각도 또는 동일한 각도 범위 내에서 도파관의 여러 다른 전송 포인트로부터 방출될 수 있다.
이 시스템은 각각의 개별 홀로그램 채널의 하나 이상의 인스턴스(instance)가 뷰잉 시스템의 개별 눈, 또는 개별 뷰잉 조리개(viewing aperture) 또는 뷰잉 창(viewing window)에 도달하지 않도록 배열될 수 있다. 이 홀로그램 채널들은 계산 동안 해당 개별 눈 또는 다른 뷰잉 조리개/창에 따라 홀로그램을 제한함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 뷰잉 시스템이 다수의 뷰잉 조리개를 갖는 것이 일반적이고, 각각은 상이한 위치를 차지하므로 각각은 상이한 각각의 뷰잉 위치를 정의한다. 예컨대, 인간 뷰어(human viewer)는 일반적으로 서로 자연스럽게 공간적으로 분리된 두 개의 눈을 가지고 있다. 반대의 어떠한 제어도 없는 경우, 동일한(즉, 공통의) 홀로그램 채널의 광의 복수의 인스턴스가 뷰잉 시스템의 각각의 복수의 뷰잉 조리개/창(또는 "입사 동공"이라고 지칭될 수 있음)에 실질적으로 동시에 도달할 위험이 있음이 인식되었다. 이러한 일이 일어나면, 그 눈 또는 뷰잉 조리개가 서로 다른 각각의 뷰잉 위치에 있다는 사실에도 불구하고, 뷰어의 뇌 - 또는 인간이 아닌 뷰잉 시스템과 관련된 프로세서- 는 두 눈(또는, 양쪽 또는 모든 뷰잉 조리개)이 동일한 이미지 콘텐츠의 광(즉, 이미지의 동일한 부분 또는 포인트의 광)을 받은 것으로 인식한다. 이것은 잘 정립된 수학적 원리에 기초하여 일반적으로 두 개의 서로 다른 뷰잉 위치가 서로 다른 각도에서 공통 지점으로부터 광을 받아야 하기 때문에 뷰어 또는 뷰잉 시스템에 대해 반직관적(counterintuitive)이다.
따라서, 본 개시는, 회절 구조(및/또는 그러한 회절 구조를 표시하도록 구성된 표시 장치), 회절 구조로부터 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 구성된 도파관, 및 도파관을 통해 공간적으로 변조된 광을 수신하도록 구성된 2개 이상의 뷰잉 조리개를 갖는 뷰잉 창을 포함하는 뷰잉시스템을 포함하는 시스템에 의해 투사된 이미지를 볼 때, 뷰잉 시스템 혼동을 피하는 방법에 대한 기술적 문제를 다루는데, 여기서 회절 구조는 이미지의 광이 이미지 콘텐츠에 따라 공간적으로 변조된 광의 복수의 다른 채널로 분산되도록 한다. 이미지의 광은 홀로그램 영역에 있을 수 있다. 상이한 채널들 각각은 도파관으로부터 방출될 때 상이한 각각의 각도 방향을 가질 수 있다.
본 개시는 도파관에 의해 방출되는 광을 제어하기 위한 제어 장치 및 방법을 제공한다. 본 개시는 또한 이러한 제어 장치를 포함하는 시스템 및 시스템의 운영 방법을 제공한다.
제어 장치는 도파관에 의해 방출되는 공간적으로 변조된 광의 하나 이상의 채널의 전파를 선택적으로 차단하거나 방지하고, 하나 이상의 다른 채널의 뷰잉 시스템을 향한 전방 전파를 허용하도록 구성된다. 각각의 채널은, 예컨대, 도파관의 방출(또는 투과) 표면과 같은 기준 표면(reference surface) 또는 평면에 대한 광 전파의 각도 또는 각도 범위에 의해 정의될 수 있다. 제어 장치는 도파관으로부터 광을 선택적으로 방출하고 차단하기 위하여 하나 이상의 개구 또는 조리개, 및 하나 이상의 벽 또는 장벽을 포함할 수 있다. 제어 장치는, 주어진 시간에, 제어 장치의 어느 부분(들)이 개구로 작용하고, 제어 장치의 어느 각각의 다른 부분(들)이 장벽으로 작용되는지를 선택 및/또는 변경하기 위하여 동적으로 구성될 수 있다.
제어 장치는 공간적으로 변조된 광이 뷰잉 시스템의 복수의 입사 동공 사이에서 분할되는 것을 가능하게 할 수 있는데, 여기서, 각각의 입사 동공은 상이한 각각의 뷰잉 위치를 가지며, 따라서 두 개의 입사 동공은 동일한 광선 각도에서 정확히 동일한 이미지 콘텐츠의 광을 동시에 수신하지 않는다. 실시예들에서, 제1 뷰잉 위치에 의해 수신된 최대 광선 각도는 주어진 시간에 제2 눈 위치의 최소 광선 각도와 실질적으로 동일하다.
인터레이싱이 사용될 수 있어, 이미지 콘텐츠의 제1 세트의 공간적으로 변조된 광이 제1 시간에 제1 뷰잉 위치에 도달하고, 이미지 콘텐츠의 제2 세트의 공간적으로 변조된 광이 제2의 상이한 시간에 제1 뷰잉 위치에 도달하도록 할 수 있다. 인터레이싱은 빠를 수 있는데, 예컨대, 이 시스템은 인간의 눈에 대한 일반적인 통합 시간보다 짧은 시간 창(time window) 내에서 제1 뷰잉 위치에서 수신되는 이미지 콘텐츠의 제1 및 제2 세트의 각각의 광 사이를 전환할 수 있다. 홀로그래픽으로 재구성된 이미지를 형성하기 위하여, 이미지 콘텐츠의 제1 및 제2 세트는 결합하여 뷰잉 시스템에 필요한 모든 이미지 콘텐츠를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 뷰잉 위치가 이미지 콘텐츠의 제1 세트의 광을 수신하는 시간에, 제2 뷰잉 위치는 이미지 콘텐츠의 제2 세트의 광을 수신하고, 그 반대도 마찬가지이다. 일부 실시예들에서, 제1 뷰잉 위치가 이미지 콘텐츠의 제1 세트의 광을 수신하는 경우에 제2 뷰잉 위치는 이미지 콘텐츠의 제3 세트의 광을 수신하고, 제1 뷰잉 위치가 이미지 콘텐츠의 제2 세트의 광을 수신하는 경우에 제2 뷰잉 위치는 이미지 콘텐츠의 제4 세트의 광을 수신한다. 이러한 실시예들에서, 이미지 콘텐츠의 제1, 제2, 제3 및 제4 세트는 대상 이미지에 대한 모든 이미지 콘텐츠를 제공하기 위하여 결합될 수 있다. 이미지 콘텐츠의 각 세트는 이미지 또는 복수의 이미지(예컨대, 한 쌍의 뷰잉 위치들의 각 뷰잉 위치에 대한 하나의 이미지)의 서로 다른 부분 또는 영역에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 이미지 콘텐츠의 제1 및 제2 세트는 결합하여 제1 뷰잉 위치에 대해 제1 대상 이미지에 대한 모든 이미지 콘텐츠를 제공할 수 있고, 이미지 콘텐츠의 제3 및 제4 세트는 결합하여 제2의 상이한 뷰잉 위치에 대해 제2 대상 이미지에 대한 모든 이미지 콘텐츠를 제공할 수 있다. 동일한 이미지의 구성 요소 이미지 부분(즉, 이미지 콘텐츠의 세트)은 사람의 눈의 통합 시간 및/또는 이미지의 비디오 속도 시퀀스의 프레임간 시간 내에 해당 뷰잉 위치로 전달될 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위하여, 제1 뷰잉 위치에 제공된 제1 이미지는 제2 뷰잉 위치에서 제공된 제2 이미지와 다를 수 있고, 각 이미지는 각각의 이미지를 복수의 이미지 콘텐츠의 세트로 분할하여 연속적으로 표시되는(즉, 시간 인터레이싱된) 복수의 홀로그램을 이용하여 각 뷰잉 위치에 전달될 수 있으며, 선택적으로, 여기서 각 홀로그램은 하나의 뷰잉 위치에 대하여 이미지 콘텐츠의 한 세트와 대응한다. 일부 실시예들에서, 3차원 홀로그램 이미지/재구성은 뷰잉 시스템 또는 뷰어에 의해 인지될 수 있다.
일 양태에 따르면, 뷰잉 창에서 볼 수 있는 이미지를 형성하도록 배열된 광 엔진이 제공되고, 여기서 광 엔진은 이미지의 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 광을 공간적으로 변조하도록 배열된 표시 장치를 포함한다. 홀로그램은 공간적으로 변조된 광의 각도 채널이 이미지의 각각의 연속적인 영역에 대응하도록 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각도 분포하도록 구성된다. 광 엔진은 공간적으로 변조된 광을 수신하고 표시 장치로부터 뷰잉 윈도우까지 공간적으로 변조된 광에 대한 복수의 상이한 광 전파 경로를 제공하도록 배열된 도파관 동공 확장기 및 도파관과 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 더 포함한다. 제어 장치는 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치가 이미지의 제1 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 뷰잉 창 내의 제2 뷰잉 위치는 이미지의 제2 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 배열된 적어도 하나의 조리개를 포함한다.
광의 제1 및 제2 채널은 실질적으로 동일한 시간에 또는 순서대로 차례순으로 같이 상이한 시간에 상이한 뷰잉 위치에서 수신될 수 있다. 제어 장치는 광의 제1 채널이 동시에 제2 뷰잉 위치로 전달되지 않도록 하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예컨대, 제어 장치는 도파관 동공 확장기에 의해 그리고 제2 뷰잉 위치에 대한 코스(course)에서 형성된 광의 제1 채널의 복제물이 차단되는 것을 보장하도록 구성될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 일부 실시예들에서, 복수의 뷰잉 위치 중 단지 하나의 뷰잉 위치만이 동시에 광을 수신한다. 예컨대, 제1 뷰잉 위치는 동시에 하나 또는 복수의 상이한 광 채널을 수신할 수 있는 반면에, 제어 장치는 제2 뷰잉 위치가 어떠한 광 채널도 수신하지 않는다는 것을 (예컨대, 조리개 구성을 통해) 보장한다. 다른 예로서, 임의의 시간에, 제1 뷰잉 위치는 하나의 광 채널을 수신할 수 있고, 제2 뷰잉 위치는 복수의 광 채널을 수신할 수 있다.
뷰잉 창은 눈 상자(eye-box) 또는 눈 움직임 상자(eye motion box)일 수 있다. 뷰잉 시스템은 인간 뷰어일 수 있다.
이미지의 공간적으로 변조된 광은 홀로그램 영역에 있을 수 있다. 다시 말해서, 가시 이미지는 공간적으로 변조된 광이 뷰잉 창에서 수신될 때만 뷰잉 시스템에 의해 형성될 수 있다. 자유 공간 또는 제어 장치와 뷰잉 창 사이의 수광 표면에 중간 이미지가 형성되지 않을 수 있다.
이 시스템은 실질적으로 동시에 두 개 이상의 홀로그램을 표시하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 이 시스템은 뷰잉 시스템의 제1 뷰잉 조리개에 따라 제약된 제1 홀로그램 및 뷰잉 시스템의 상이한 제2 뷰잉 조리개에 따라 제약된 제2 홀로그램을 표시하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 두 개 이상의 홀로그램은 생성될 이미지의 두 개 이상의 각각의 뷰에 대응할 수 있고, 여기서 제1 뷰는 제1 뷰잉 조리개의 관점에서 본 것이고, 제2 뷰는 뷰잉 시스템의 제2의 상이한 뷰잉 조리개의 관점에서 본 것이다.
둘 이상의 홀로그램은 표시를 위하여 하나의 홀로그램으로 결합, 예컨대, 추가될 수 있다. 둘 이상의 홀로그램은 표시 장치의 서로 다른 부분에 표시될 수 있다. 둘 이상의 홀로그램이 빠르게 교대로 표시될 수 있으며, 예컨대, 인간 눈의 일반적인 통합 시간보다 빠른 속도로 교대로 표시될 수 있다.
이미지는 실제 이미지 또는 가상 이미지일 수 있다. 이미지는 뷰잉 시스템에 의해 또는 뷰잉 시스템과 연관된 프로세서에 의해 표시 장치의 업스트림에 위치되는 것으로 인지되는 가상 이미지일 수 있다.
이미지의 제1 및 제2 영역은 각각 이미지의 연속 영역을 포함할 수 있다. 이미지의 제1 및 제2 영역은 서로 인접할 수 있다. 이미지의 제1 및 제2 영역은 서로 인접하거나 인접할 수 있다. 이미지의 제1 및 제2 영역은 중첩되거나 중첩되지 않을 수 있다. 제1 및 제2 영역은 인접하지 않을 수 있다. 제1 및 제2 영역은 제1 및 제2의 상이한 관점에서 볼 때 이미지의 영역을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 영역은 제1 뷰잉 위치에서 볼 때 이미지의 연속 영역을 포함할 수 있고, 제2 영역은 제2 뷰잉 위치에서 볼 때 이미지의 연속 영역을 포함할 수 있다.
홀로그램은 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하도록 계산될 수 있다. 예컨대, 홀로그램은 형성될 이미지 내의 복수의 이미지 포인트를 사용하여 계산될 수 있는데, 여기서 표시 장치 상의 제1 기여 영역이 식별되고, 이를 통해 광이 복수의 이미지 포인트 중 각각의 이미지 포인트로부터 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치 또는 제2 뷰잉 위치로 이동한다. 홀로그램은 복수의 서브-홀로그램으로부터 계산될 수 있다. 예컨대, 홀로그램은 제1 뷰잉 위치에서 본 이미지를 나타내는 제1 홀로그램(또는 서브-홀로그램)과 제2 뷰잉 위치에서 본 이미지를 나타내는 제2 홀로그램(또는 서브-홀로그램)의 조합을 포함할 수 있다.
홀로그램은 임의의 적합한 유형의 홀로그램을 포함할 수 있으며, 예컨대, 프레넬(Fresnel) 홀로그램, 푸리에(Fourier) 홀로그램 또는 포인트-클라우드(point-cloud) 홀로그램 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
홀로그램(및/또는 홀로그램에 기여하는 홀로그램 또는 서브-홀로그램)은 계산 동안 뷰잉 시스템의 입사 동공에 따라 제한될 수 있다. 예컨대, 입사 동공은 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치 또는 제2 뷰잉 위치에 위치될 수 있다. 홀로그램은 주어진 시간에 입사 동공의 위치를 이용하여 제약될 수 있다. 홀로그램은 주어진 시간에 광이 뷰잉 창에 들어갈 수 있는 입사 동공의 직경과 같은 입사 동공의 치수를 사용하여 제한될 수 있다.
홀로그램으로 인한 이미지 콘텐츠의 각도 분포는 표시 장치 및/또는 도파관 동공 확장기(간단히 "도파관"이라고 지칭할 수 있음)에서 방출되는 각각의 각도 채널이 각기 다른 각도 또는 각도 범위를 갖도록 할 수 있다. 제1 각도 채널의 최대 각도는 제2 각도 채널의 최소 각도와 동일할 수 있다. 각도 채널의 광의 크기 및/또는 형상은 제1 뷰잉 위치 또는 제2 뷰잉 위치에서 입사 동공(또는 뷰잉 조리개)의 크기 및/또는 형상에 대응할 수 있다.
뷰잉 창은 주어진 시간에 둘 이상의 뷰잉 위치를 포함할 수 있다. 뷰잉 창 내에서 뷰잉 위치의 수는 동적으로 변할 수 있다.
제1 뷰잉 위치 및/또는 제2 뷰잉 위치의 위치는 동적으로 변할 수 있다. 실시예들에서, 홀로그램은 뷰잉 위치 중 하나 또는 다른 것(또는 둘 다)이 변경될 때 확인 및/또는 재계산될 수 있다. 예컨대, 뷰잉 위치 중 하나에 위치한 입사 동공에 따라 홀로그램이 구속되고, 그 시점을 변경하도록 입사 동공을 이동하면 홀로그램이 재계산될 수 있다.
실시예들에서, 제1 및 제2 뷰잉 위치는 동일한 입사 동공(또는 뷰잉 조리개)의 제1 및 제2 위치에 대응한다. 입사 동공은 제1 및 제2 뷰잉 위치 사이에서 이동하도록, 예컨대 빠르게 이동하도록, 구성될 수 있다.
실시예들에서, 제1 및 제2 뷰잉 위치는 뷰잉 창 내의 제1 및 제2의 상이한 입사 동공(또는 뷰잉 조리개)에 대응한다. 예컨대, 뷰어의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에 각각 해당할 수 있다. 따라서, 제어 장치는 동일한 각도 채널(및, 따라서 동일한 각도에서 동일한 이미지 콘텐츠의 광)이 양쪽 입사 조리개에 동시에 도달하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
공간적으로 변조된 광의 인접한 각도 채널은 이미지의 인접한 영역에 해당할 수 있다. 각각의 각도 채널은 겹치지 않을 수 있지만 각진 공간에서 연속적일 수 있다. 제1 각도 채널의 최대 광선 각도는 제2 인접 각도 채널의 최소 광선 각도와 실질적으로 동일할 수 있다.
도파관 동공 확장기가 표시 장치로부터 뷰잉 창으로 제공하는 공간적으로 변조된 광에 대한 복수의 상이한 경로 각각은 복수의 각도 채널을 포함할 수 있고, 각각은 이미지의 상이한 개별 영역에 대응한다. 실시예들에서, 도파관 동공 확장기 및 제어 장치는 각각의 광 전파 경로에 대해 주어진 시간에 하나의 각도 채널만이 제1 뷰잉 위치에 도달하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, 도파관 동공 확장기 및 제어 장치는 각각의 광 전파 경로에 대해 주어진 시간에 하나의 각도 채널만이 제2 뷰잉 위치에 도달하도록 구성될 수 있다.
제어 장치는 도파관 동공 확장기의 출력면 또는 출력 포트에 연결될 수 있다. 예컨대, 도파관 동공 확장기의 광학적으로 하류(downstream)에 제공될 수 있으며, 짧은 거리만큼 떨어져 있다. 도파관 동공 확장기 및 제어 장치는 임의의 적절한 방식으로 서로 부착될 수 있다. 도파관 동공 확장기 및 제어 장치는 실질적으로 평행하거나 서로 배열될 수 있다.
제어 장치는 뷰잉 창으로부터 가시적인 도파관의 출력면의 영역 또는 영역들을 제한하도록 구성될 수 있다.
도파관 동공 확장기와 뷰잉 창은 평행하지 않을 수 있다. 예컨대, 뷰잉 창은 제1 및/또는 제2 뷰잉 위치를 포함하는 뷰잉 평면을 포함할 수 있고, 상이한 광 전파 경로가 출력되는 출력면과 같은 도파관 동공 확장기의 그 뷰잉 평면에 평행하지 않을 수 있다.
제어 장치는 복수의 개구(대신에, "조리개" 또는 "창"으로 지칭될 수 있거나, 제어 장치의 실질적으로 "개방된" 또는 "투명한" 부분 또는 섹션으로 지칭될 수 있음)를 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 개구는 도일하지 않은 이미지 콘텐츠가 실질적으로 동시에 제1 및 제2 뷰잉 위치에 각각 전달되도록 공간적으로 변조된 광의 개별 채널을 제1 뷰잉 위치 및/또는 제2 뷰잉 위치에 제공한다. 실시예들에서, 이미지의 모든 이미지 콘텐츠는 개구를 통해 실질적으로 동시에 뷰잉 창에 완전히 전달될 수 있지만, 이미지 콘텐츠의 어떤 부분도 실질적으로 동시에 두 뷰잉 위치에 전달되지 않는다.
제어 장치는 또한, 복수의 장벽(barrier) 또는 폐쇄(closed) 부분을 포함할 수 있다. 장벽은 제어 장치의 투과면을 따라 개구와 함께 교대로 제공될 수 있다.
제어 장치 내의 하나 이상의 개구(따라서, 하나 이상의 장벽)의 크기 및/또는 위치는 동적으로 변할 수 있다. 개구(들)의 크기 및/또는 위치는 주어진 시간에 표시되는 홀로그램에 따라 결정될 수 있다. 개구(들)의 크기 및/또는 위치는 주어진 시간에 제1 뷰잉 위치 및/또는 제2 뷰잉 위치의 위치에 따라 결정될 수 있다.
"개구"라는 용어는 이를 통해 광을 방출하는 제어 장치의 부분을 설명하는 데 사용되었지만 주어진 시간에 그것이 반드시 물리적 갭 또는 물질의 부재를 의미하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 대신에, "개구"는 개방되어 광학적으로 투명하거나 폐쇄되어 광학적으로 불투명하도록 동적으로 제어될 수 있는 제어 장치의 일부를 포함할 수 있다. 예컨대, 개구는 셔터 또는 커버가 제거될 수 있는 제어 장치의 일부를 포함할 수 있고/있거나 광학적으로 투명하거나 불투명하도록 동적으로 구성 가능한 재료의 일부를 포함할 수 있다.
제어 장치는, 적어도 부분적으로, 광학적으로 가변적인 재료로 형성될 수 있다. 제어 장치의 적어도 일부의 광 투과 특성은, 예컨대, 선택된 전압의 인가를 통해, 또는 그에 대한 광 또는 열의 인가를 통해 변경 및 제어될 수 있다. 제어 장치는 픽셀화된 장치를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 픽셀은 광학적으로 투명한 것과 광학적으로 불투명한 것 사이에서 전환 가능할 수 있다. 예컨대, 픽셀화된 장치는 액정 장치일 수 있다. 따라서, 제어 장치의 "개구"의 크기 및 위치는 주어진 시간에 투명 상태로 전환되는 픽셀의 수 및 위치에 의해 결정될 수 있다.
제어 장치 자체를 "도파관 조리개" 또는 간단히 "조리개"라고 지칭할 수 있다. 제어 장치는 복수의 상이한 제어 장치 구성이 제공되도록 각각의 개구가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전환 가능하도록 구성될 수 있으며, 여기서 각각의 제어 장치 구성은 제어 장치의 개방 및 폐쇄 부분의 교번 시퀀스를 포함한다.
제어 장치는 제1 시간에 제1 제어 장치 구성 및 제2 시간에 제2 제어 장치 구성을 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 제어 장치 구성 및 제2 제어 장치 구성은 상보적이다. 예컨대, 제1 제어 장치 구성에서, 제어 장치는 이미지의 제1 부분의 광이 제1 뷰잉 위치에 도달하도록 하고, 이미지의 제2 부분의 광이 제2 뷰잉 위치에 도달하도록 할 수 있고, 제2 제어 장치 구성에서 제어 장치는 이미지의 제2 부분의 광이 제1 뷰잉 위치에 도달하고 이미지의 제1 부분의 광이 제2 뷰잉 위치에 도달하도록 할 수 있다.
제1 시간과 제2 시간 사이의 시간 간격은 사람의 눈의 일반적인 통합 시간보다 짧을 수 있다.
제1 제어 장치 구성에서, 제어 장치는 제1 이미지의 제1 및 제3 이미지 구역에 따라 변조된 광을 제1 뷰잉 위치로 전달하고, 제2 이미지의 제2 및 제4 이미지 구역에 따라 변조된 광을 제2 뷰잉 위치로 전달하는데, 여기서 각 이미지의 제1 내지 제4 영역은 해당 이미지의 연속적인 영역으로 정렬된다.
제2 제어 장치 구성에서, 제어 장치는 이미지의 제2 및 제4 이미지 구역에 따라 변조된 광을 제1 뷰잉 위치로 전달하고 이미지의 제1 및 제3 이미지 구역에 따라 변조된 광을 제2 뷰잉 위치로 전달할 수 있다.
제1 뷰잉 위치로 전달된 각 영역의 이미지 콘텐츠는 제2 뷰잉 위치로 전달된 각 해당 영역의 이미지 콘텐츠와 동일하지 않을 수 있다. 즉, 홀로그램(또는 홀로그램들)은 이미지 콘텐츠가 제1 뷰잉 위치로 전달하기 위한 영역의 제1 세트로 분할되고, 이미지 콘텐츠가 제2 뷰잉 위치로 전달하기 위한 영역의 제2 세트로 분할되도록 계산될 수 있으며, 여기서, 각 구역으로의 이미지 콘텐츠의 할당은 뷰잉 시스템에 의해 보여지는(또는 인지되는) 홀로그램으로 재구성된 이미지의 대응하는 뷰잉 위치의 관점을 고려한다. 예컨대, 제1 뷰잉 위치는 제2 뷰잉 위치가 이미지를 보는 방법 및 위치와 비교하여 이미지가 번역되거나 변위되는 것으로 볼 수 있다.
일 양태에 따르면, 뷰잉 창으로부터 가시적인 이미지를 형성하기 위해 광 엔진에서 광 전파를 제어하는 방법이 제공되고, 여기서 광 엔진은 표시 장치, 도파관 동공 확장기 및 뷰잉 윈도우 내의 뷰잉 시스템을 포함한다. 이 방법은, 표시 장치에 이미지의 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 광을 공간적으로 변조하도록 표시 장치를 조사하는 과정을 포함한다. 홀로그램은 공간적으로 변조된 광의 각도 채널이 이미지의 각각 연속적인 영역에 대응하도록 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하도록 구성된다. 이 방법은 공간적으로 변조된 광을 수신하고 표시 장치로부터 뷰잉 창까지 공간적으로 변조된 광에 대한 각각의 복수의 상이한 광 전파 경로를 제공하도록 도파관 동공 확장기를 배열하는 과정 및 도파관과 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 이용하여 복수의 상이한 광 전파 경로의 전파를 제어하는 과정을 포함하되, 여기서 제어 장치는 적어도 하나의 조리개를 포함한다. 복수의 상이한 광 전파 경로의 전파를 제어하는 과정은, 뷰잉 윈도우 내의 제1 뷰잉 위치가 이미지의 제1 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 뷰잉 윈도우 내의 제2 뷰잉 위치가 이미지의 제2 영역에 따라 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 제어 장치를 구성하는 과정을 포함한다.
이 방법은, 이미지의 홀로그램을 계산하는 과정을 더 포함할 수 있다. 홀로그램은 두 개 이상의 홀로그램 또는 서브-홀로그램을 포함할 수 있으며, 이들은 동시에 표시되거나 홀로그램을 형성하기 위하여 결합된다.
제어 장치를 구성하는 과정은 제어 장치의 제1 부분을 통한 광의 투과를 허용하는 과정 및 제어 장치의 제2의 상이한 부분을 통한 광의 투과를 방지하는 과정을 포함할 수 있다. 이 과정은 제어 장치의 하나 이상의 추가 부분을 통한 광의 투과를 허용하고/허용하거나 제어 장치의 하나 이상의 각각 다른 추가 부분을 통한 광의 투과를 방지하는 과정을 더 포함할 수 있다.
도파관 동공 확장기는 복수의 전송 포인트를 포함할 수 있고, 복수의 상이한 광 전파 경로 각각은 상이한 개별 전송 포인트로부터 전송된다. 각각의 전송 포인트는 도파관 동공 확장기의 출력면 상의 영역 또는 구역을 포함할 수 있다.
이 방법은, 제어 장치가 없는 경우 제1 각도 채널의 광이 제1 뷰잉 위치로 전파되는 제1 투과점(transmission point)을 식별하는 과정, 제어 장치가 없는 경우 제1 각도 채널의 광이 제2 뷰잉 위치로 전파되는 제2의 상이한 투과점을 식별하는 과정 및 선택된 시간(t)에 제1 각도 채널의 광 경로를 제1 뷰잉 위치로 차단하거나 제2 뷰잉 위치로 차단하도록 제어 장치를 구성하는 과정을 포함한다. 예컨대, 이 방법은, 제1 뷰잉 위치에 대한 제1 각도 채널의 광 경로를 교대로 차단하는 과정, 선택된 시간(t, selected time)을 포함하는 선택된 기간(selected time period) 동안 제2 뷰잉 위치로의 제1 각도 채널의 광 경로를 차단하는 과정을 포함한다. 교대는 매우 빠르게, 예컨대 인간 눈의 일반적인 통합 시간보다 빠르게, 수행될 수 있다.
이 방법은, 이미지 내의 연속적인 영역을 식별하는 과정, 여기서 각각의 연속적인 영역은 서로 다른 각도 채널의 광에 대응하고, 복수의 연속적인 영역 내에서 연속적인 영역의 제1 부분 집합의 광이 제1 뷰잉 위치로만 전송되고, 복수의 연속적인 영역 내에서 제2의 상이한 서브-세트의 연속적인 영역의 광이 선택된 기간 내에 제2 뷰잉 위치에만 투과되게 허용하도록 제어 장치를 구성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브-세트는 결합하여 이미지에 대한 모든 이미지 콘텐츠를 제공할 수 있다.
실시예들는 1차원의 동공 확장을 설명하지만, 본 개시는 예컨대, 제1 차원으로 확장하기 위한 제1 긴 도파관(first elongate waveguide) 및 제2 수직 차원에서 확장하기 위한 제2 도파관을 사용하여 2차원 동공 확장으로 확장된다. 실시예들에 따르면, 제어 장치는 제1 도파관 동공 확장기 뒤에 위치된다. 따라서, 본 개시의 광 엔진은 제2 도파관 동공 확장기를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 제어 장치는 제1 도파관 동공 확장기와 제2 도파관 동공 확장기 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 장치는 제1 도파관의 출구에 바로 인접하지 않는다. 일부 실시예들에서, 제어 장치는 제2 동공 확장기로의 진입 직전에 위치된다. 다른 실시예들에서, 제어 장치는 제2 도파관 동공 확장기의 하류, 즉 제2 도파관 동공 확장기와 뷰잉 창 사이에 위치한다.
제어 장치(즉, 본 명세서에 개시된 조리개 또는 셔터)의 투과율(transmissivity)은 뷰잉 시스템의 입사 동공의 중심을 연결하는 직선에 실질적으로 평행한 방향으로 전환될 수 있다. 조리개 또는 셔터링은, 예컨대, 2차원(2D) 동공 확장의 경우에도 수평 방향으로만 1차원일 수 있다. 제어 장치에 의해 제공되는 개방 또는 폐쇄 조리개는 제1 도파관 동공 확장기의 동공 확장 방향으로 전환될 수 있다. 즉, 제1 도파관 동공 확장기의 긴 치수에서 전환될 수 있다.
"홀로그램"이라는 용어는 물체에 관한 진폭 정보 또는 위상 정보 또는 이들의 일부 조합을 포함하는 기록을 나타내는 데 사용된다. "홀로그램 재구성(holographic reconstruction)"이라는 용어는 홀로그램을 조명하여 형성된 물체의 광학 재구성을 나타내는 데 사용된다. 홀로그램 재구성이 실제 이미지일 수 있고 홀로그램과 공간적으로 분리될 수 있기 때문에 여기에 개시된 시스템은 "홀로그램 프로젝터"로 설명된다. "재생 필드(replay field)"라는 용어는 홀로그램 재구성이 형성되고 완전히 초점이 맞춰지는 2차원(2D) 영역을 나타내는 데 사용된다. 홀로그램이 픽셀을 포함하는 공간 광 변조기 상에 디스플레이되면, 재생 필드는 복수의 회절 차수의 형태로 반복될 것이며, 여기서 각각의 회절 차수는 0차(zero-order) 재생 필드의 복제물이다. 0차 재생 필드는 가장 밝은 재생 필드이기 때문에 일반적으로 우선적(preferred) 또는 기본(primary) 재생 필드에 해당한다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 "재생 필드"라는 용어는 0차 재생 필드를 참조하는 것으로 간주되어야 한다. "재생 평면(replay plane)"이라는 용어는 모든 재생 필드를 포함하는 공간의 평면을 나타내는 데 사용된다. "이미지", "재생 이미지(replay image)" 및 "이미지 영역(image region)"이라는 용어는 홀로그램 재구성의 광에 의해 조사되는 재생 필드의 영역을 지칭한다. 일부 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 스폿(image spots)" 또는 편의상 "이미지 픽셀(image pixels)"로 지칭될 수 있는 별개의 스폿을 포함할 수 있다.
"인코딩", "기록" 또는 "어드레싱"이라는 용어는 SLM의 복수의 픽셀에 각각의 픽셀의 변조 레벨(modulation level)을 각각 결정하는 각각의 복수의 제어 값을 제공하는 프로세스를 설명하는 데 사용된다. SLM의 픽셀은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포를 "표시"하도록 구성되어 있다고 말할 수 있다. 따라서, SLM은 홀로그램을 "표시"한다고 말할 수 있고 홀로그램은 광 변조 값 또는 레벨의 어레이로 간주될 수 있다.
허용 가능한 품질의 홀로그램 재구성은 원래 물체(즉, 재구성을 위한 대상 이미지)와 관련된 위상 정보만 포함하는 "홀로그램"에서 형성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 홀로그램 기록은 위상 전용 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 위상 전용 홀로그램(phase-only hologram)에 관한 것이지만, 본 발명은 진폭 전용 홀로그래피(amplitude-only holography)에도 동일하게 적용 가능하다. 본 개시는 홀로그램 계산의 임의의 특정한 방법에 제한되지 않는다. 일부 실시예들은 단지 예로서 포인트 클라우드 홀로그램, 즉 포인트 클라우드 방식을 사용하여 구축된 홀로그램에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 푸리에(Fourier) 또는 프레넬(Fresnel) 유형의 홀로그램 및 코히어런트 레이 트레이싱(Coherent Ray Tracing)과 같은 다른 기술에 따라 계산된 홀로그램에도 동일하게 적용 가능하다.
본 개시는 또한 원본 물체(즉, 대상 이미지)와 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그램 재구성을 형성하는 데에도 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예들에서, 이것은 원래 물체와 관련된 진폭 및 위상 정보 모두를 포함하는 소위 완전 복소 홀로그램(fully complex hologram)을 사용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 가지므로 완전 복소 홀로그램이라고 할 수 있다. 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 모두 갖는 복소수로 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 완전 복소 컴퓨터 생성 홀로그램이 계산된다.
위상 값, 위상 성분, 위상 정보 또는 단순히 "위상 지연"의 약어로 컴퓨터 생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 픽셀 위상을 참조할 수 있다. 즉, 설명된 모든 위상 값은 실제로 해당 픽셀에서 제공하는 위상 지연의 양을 나타내는 숫자(예컨대, 0에서 2 사이의 범위)이다. 예컨대, 위상 값이 인 것으로 설명된 공간 광 변조기의 픽셀은 라디안만큼 수신된 광의 위상을 지연시킨다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 복수의 가능한 변조 값(예컨대, 위상 지연 값) 중 하나로 동작 가능하다. "그레이 레벨"이라는 용어는 복수의 이용 가능한 변조 레벨을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, "그레이 레벨"이라는 용어는 상이한 위상 레벨이 상이한 회색 음영을 제공하지 않더라도 위상 전용 변조기에서 복수의 이용 가능한 위상 레벨을 지칭하기 위해 편의상 사용될 수 있다. "그레이 레벨"이라는 용어는 또한, 복소 변조기에서 사용 가능한 복수의 복소 변조 레벨을 지칭하기 위해 편의상 사용될 수 있다.
따라서, 홀로그램은 그레이 레벨 어레이, 즉 위상 지연 값 또는 복소 변조 값 어레이와 같은 광 변조 어레이로 구성된다. 홀로그램은 공간 광 변조기에 표시되고 공간 광 변조기의 픽셀 피치(pitch)와 비슷하거나 일반적으로 더 작은 파장을 가진 광으로 조사되는 경우, 회절을 일으키는 패턴이기 때문에, 홀로그램도 회절 패턴으로 간주된다. 렌즈 또는 격자로서 기능하는 회절 패턴과 같은 다른 회절 패턴과 홀로그램을 결합하는 것이 본 명세서에서 참조된다. 예컨대, 격자로 기능하는 회절 패턴은 재생 평면의 재생 필드를 변환하기 위하여 홀로그램과 결합되거나, 렌즈로 기능하는 회절 패턴이 홀로그램과 결합되어 근거리 필드의 재생 평면에 홀로그램 재구성의 초점을 맞출 수 있다.
상이한 실시예들 및 실시예들의 그룹이 다음의 상세한 설명에서 별도로 개시될 수 있지만, 임의의 실시예 또는 실시예들 그룹의 임의의 특징은 임의의 다른 특징 또는 임의의 실시예 또는 실시예들 그룹의 특징의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 순열이 상정된다.
특정 실시예들은 다음 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다.
도 1은 스크린 상에 홀로그램 재구성을 생성하는 반사 SLM을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 2c는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 대안적인 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 표시 장치로부터 조리개를 향해 효과적으로 전파하는 가상 이미지의 각도 콘텐츠를 도시한다.
도 5a는 전파 거리가 비교적 짧은 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 5b는 비교적 큰 전파 거리를 갖는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 6a는 무한대의 가상 이미지를 형성하기 위해 도파관을 포함하는 비교적 큰 전파 거리를 갖는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 6b는 도 6a의 광학 경로의 확대도를 도시한다.
도 7은 유한한 가상 이미지 및 도파관 동공 확장기로 어떻게 고스트 이미지를 형성할 수 있는지 도시한다.
도 8은 1차 이미지 및 두 개의 고스트 이미지를 포함하는 가상 이미지를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 1차 이미지 포인트 및 두 개의 대응하는 고스트 이미지 포인트를 형성하기 위해 전체 LCOS가 사용되는 예를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 각각 제2 고스트 포인트, 메인 이미지 포인트 및 제1 고스트 포인트를 발생시키는 도파관을 통한 제1, 제2 및 제3 전파 경로를 도시한다.
도 11a 내지 11c는 세 개의 상이한 필드/이미지 포인트와 관련된 세 개의 전파 경로 및 LCOS 활용을 도시한다.
도 12a는 가상 이미지 포인트 및 뷰잉 시스템 및 도파관에 의해 형성된 가상 이미지 포인트의 이미지를 포함하는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 12b는 도 12a의 예시와 관련하여 LCOS의 1차 기여 영역을 도시한다.
도 13은 실시예에 따른 개선된 데이터 구조를 도출하기 위한 개선된 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14는 실시예에 따른 개선된 데이터 구조를 유도하기 위한 추가 개선된 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15a는 복수의 이미지 영역(하부)을 포함하는 이미지 및 복수의 홀로그램 구성요소를 포함하는 대응하는 홀로그램(상부)을 도시한다.
도 15b는 홀로그램으로 인코딩된 광을 복수의 개별 홀로그램 채널로 라우팅하거나 채널링하는 것을 특징으로 하는, 본 개시에 따른 홀로그램을 도시한다.
도 15c는 각각의 홀로그램 채널의 광 콘텐츠를 눈에 대한 상이한 광학 경로를 통해 라우팅하도록 배열된 최적화된 시스템을 도시한다.
도 16은 각도 광 채널의 다중 인스턴스를 출력하는 도파관을 포함하는 시스템을 도시한다.
도 17은 도파관 및 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 18은 도 17의 도파관에 대한 광선 각도와 도파관(PWG)을 따른 위치 사이의 관계를 보여주는 그래프를 포함한다.
도 19는 네 개의 구역을 갖는 이미지에 대해, 도 18의 그래프에 대해 배열된, 실시예에 따른 제어 장치를 도시한다.
도 20은 네 개의 영역으로 분할된 대상 이미지를 도시한다.
도 21은 도 19의 그래프에 대해 배열된, 실시예에 따른 제어 장치의 한 부분을 도시한다.
도 22a는 실시예에 따른 제어 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 22b는 도 22a의 좌안(left eye)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 도시한다.
도 22c는 도 22b의 우안(right eye)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 도시한다.
도 23a는 영역들로 분할된 좌안에 의해 수신되는 원하는 이미지를 도시한다.
도 23b는 영역들로 분할된 우안에 의해 수신되는 원하는 이미지를 도시한다.
도 23c는 실시예들에 따른 제어 장치의 제1 위상(phase)에서 뷰어에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 23d는 실시예에 따른 제어 장치의 제2 위상에서 뷰어에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 24a는 제1 위상에서 제어 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 24b는 도 24a의 제1 위상 동안 우안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 24c는 도 24a의 제1 위상 동안 좌안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 25a는 도 24a의 디스플레이 시스템을 도시하지만, 제어 장치가 제2 위상에 있는 것을 도시한다.
도 25b는 도 25a의 제2 위상 동안 우안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 25c는 도 25a의 제2 위상 동안 좌안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 26은 실시예들에 따른 1차원 동공 확장 및 뷰어의 유한한 크기의 동공을 통한 광선 추적을 제공하는 광 엔진을 도시한다.
도 27은 도 26의 실시예에서 두 눈의 크로스토크(two-eye crosstalk)의 분석을 도시한다.
도 28 내지 도 30은 각각 실시예에 따른 제어 장치의 제1 내지 제3 셔터 위상을 도시한다.
도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부품을 지칭하는 데 사용된다.
도 1은 스크린 상에 홀로그램 재구성을 생성하는 반사 SLM을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 제1 반복을 도시한다.
도 2b는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 2c는 예시적인 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘의 대안적인 제2 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 표시 장치로부터 조리개를 향해 효과적으로 전파하는 가상 이미지의 각도 콘텐츠를 도시한다.
도 5a는 전파 거리가 비교적 짧은 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 5b는 비교적 큰 전파 거리를 갖는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 6a는 무한대의 가상 이미지를 형성하기 위해 도파관을 포함하는 비교적 큰 전파 거리를 갖는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 6b는 도 6a의 광학 경로의 확대도를 도시한다.
도 7은 유한한 가상 이미지 및 도파관 동공 확장기로 어떻게 고스트 이미지를 형성할 수 있는지 도시한다.
도 8은 1차 이미지 및 두 개의 고스트 이미지를 포함하는 가상 이미지를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 1차 이미지 포인트 및 두 개의 대응하는 고스트 이미지 포인트를 형성하기 위해 전체 LCOS가 사용되는 예를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 각각 제2 고스트 포인트, 메인 이미지 포인트 및 제1 고스트 포인트를 발생시키는 도파관을 통한 제1, 제2 및 제3 전파 경로를 도시한다.
도 11a 내지 11c는 세 개의 상이한 필드/이미지 포인트와 관련된 세 개의 전파 경로 및 LCOS 활용을 도시한다.
도 12a는 가상 이미지 포인트 및 뷰잉 시스템 및 도파관에 의해 형성된 가상 이미지 포인트의 이미지를 포함하는 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 12b는 도 12a의 예시와 관련하여 LCOS의 1차 기여 영역을 도시한다.
도 13은 실시예에 따른 개선된 데이터 구조를 도출하기 위한 개선된 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14는 실시예에 따른 개선된 데이터 구조를 유도하기 위한 추가 개선된 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15a는 복수의 이미지 영역(하부)을 포함하는 이미지 및 복수의 홀로그램 구성요소를 포함하는 대응하는 홀로그램(상부)을 도시한다.
도 15b는 홀로그램으로 인코딩된 광을 복수의 개별 홀로그램 채널로 라우팅하거나 채널링하는 것을 특징으로 하는, 본 개시에 따른 홀로그램을 도시한다.
도 15c는 각각의 홀로그램 채널의 광 콘텐츠를 눈에 대한 상이한 광학 경로를 통해 라우팅하도록 배열된 최적화된 시스템을 도시한다.
도 16은 각도 광 채널의 다중 인스턴스를 출력하는 도파관을 포함하는 시스템을 도시한다.
도 17은 도파관 및 뷰잉 시스템을 도시한다.
도 18은 도 17의 도파관에 대한 광선 각도와 도파관(PWG)을 따른 위치 사이의 관계를 보여주는 그래프를 포함한다.
도 19는 네 개의 구역을 갖는 이미지에 대해, 도 18의 그래프에 대해 배열된, 실시예에 따른 제어 장치를 도시한다.
도 20은 네 개의 영역으로 분할된 대상 이미지를 도시한다.
도 21은 도 19의 그래프에 대해 배열된, 실시예에 따른 제어 장치의 한 부분을 도시한다.
도 22a는 실시예에 따른 제어 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 22b는 도 22a의 좌안(left eye)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 도시한다.
도 22c는 도 22b의 우안(right eye)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 도시한다.
도 23a는 영역들로 분할된 좌안에 의해 수신되는 원하는 이미지를 도시한다.
도 23b는 영역들로 분할된 우안에 의해 수신되는 원하는 이미지를 도시한다.
도 23c는 실시예들에 따른 제어 장치의 제1 위상(phase)에서 뷰어에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 23d는 실시예에 따른 제어 장치의 제2 위상에서 뷰어에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 24a는 제1 위상에서 제어 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 24b는 도 24a의 제1 위상 동안 우안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 24c는 도 24a의 제1 위상 동안 좌안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 25a는 도 24a의 디스플레이 시스템을 도시하지만, 제어 장치가 제2 위상에 있는 것을 도시한다.
도 25b는 도 25a의 제2 위상 동안 우안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 25c는 도 25a의 제2 위상 동안 좌안에 의해 수신된 이미지 영역을 도시한다.
도 26은 실시예들에 따른 1차원 동공 확장 및 뷰어의 유한한 크기의 동공을 통한 광선 추적을 제공하는 광 엔진을 도시한다.
도 27은 도 26의 실시예에서 두 눈의 크로스토크(two-eye crosstalk)의 분석을 도시한다.
도 28 내지 도 30은 각각 실시예에 따른 제어 장치의 제1 내지 제3 셔터 위상을 도시한다.
도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부품을 지칭하는 데 사용된다.
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 안 된다.
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 실시 예들의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 일부 실시 예들은 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. 이것은 단지 예이고, 홀로그램을 컴퓨터로 생성하기 위한 다른 방법이 본 개시에 고려된다는 것이 이해될 것이다. 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 인코딩 되고 홀로그래픽 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.
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 실시 예에서, 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 이용하여 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 이용될 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.
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 실시 예에서, 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 실시 예는 단지 예시로서 위상 전용 홀로그램을 계산하는 것을 설명한다. 이들 실시 예에서, 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 이용될 수 있다. 그러나, 이들 실시 예에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 이미지 평면에서 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 형성하기 위한 홀로그램으로 이용된다. 홀로그램은 위상 값의 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이다.
다른 실시 예에서, 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 실시 예에서, 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 실시 예에서, 복소 데이터의 2개의 성분은 알고리즘의 다양한 단계에서 상이하게 처리된다.
도 2a는 위상 전용 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시 예에 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 단계를 포함하는 데이터 형성 단계(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 실시 예에서, 홀로그램(280A)은 위상 전용 홀로그램이다. 이들 실시 예에서, 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 256개의 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 실시 예에서, 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 실시 예에서, 제2 프로세싱 블록(253)은 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한하여 홀로그램(280A)을 형성한다. 제한하는 단계는 복소 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 가능한 복소 변조 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 영역에서 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시 예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시 예에서, 알고리즘은 도 2a의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a에서 점선 화살표를 따르는 단계는 선택적이다(즉, 모든 실시 예에 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 실시 예들에서, 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 실시 예에서, 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 단계는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시 예에서 수행되는 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 이용이자 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 거부된다. 제1 반복에서, 데이터 형성 단계(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1 복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 제2 및 후속 반복에서, 데이터 형성 단계(202B)는 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와 (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2b의 데이터 형성 단계(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2a를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 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 반복이 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 실시 예를 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 실시 예에서, 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.
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 대상 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 실시 예는 다른 모든 점에서 도 2a 및 도 2b의 실시 예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 Ψ(u,v)는 주파수 또는 푸리에 영역에서 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 데이터뿐만 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 실시 예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략될 수 있다. 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법은 잘 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 실시 예에서, 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 실시 예들에서, 홀로그램 재구성이 원거리 장(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 또 다른 실시 예에서, 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 홀로그램 재구성의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다. 렌즈 및/또는 조향을 제공하는 제2 데이터는 화상 형성 기능 또는 화상 형성 패턴으로 지칭될 수 있는 홀로그램 데이터와 구별하기 위하여 광 처리 기능 또는 광 처리 패턴으로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 장치 또는 광학 장치들에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 이용하여 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.
실시예들은 단지 예로서 푸리에 홀로그래피 및 Gerchberg-Saxton 유형 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 유사한 방법으로 계산될 수 있는 프레넬 홀로그래피 및 프레넬 홀로그램에 동일하게 적용 가능하다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법을 기반으로 하는 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 홀로그램에도 동일하게 적용 가능하다. 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서의 후속 도면은 홀로그램 계산을 위한 포인트 클라우드 방법을 포함하는 것으로 설명된다. 그러나, 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 위에서 설명된 푸리에 방법을 포함하는 홀로그램 계산의 다른 방법이 사용될 수 있다.
광 변조
공간 광 변조기는 컴퓨터-생성 홀로그램을 포함하는 회절 패턴을 표시하는데 이용될 수 있다. 홀로그램이 위상 전용 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전 복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 이용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1 공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2 공간 광 변조기가 이용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 픽셀)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시 예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각각의 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨로부터 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘 상의 반사형 액정(LCOS) 공간 광 변조기이지만, 본 개시는 이러한 유형의 공간 광 변조기로 제한되지 않는다.
LCOS 장치는 작은 개구(예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 광 변조 소자 또는 픽셀 어레이들을 제공한다. 픽셀은 일반적으로 광학 시스템이 소형일 수 있음을 의미하는 몇 도의 회절 각도를 초래하는 약 10미크론 이하이다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 픽셀을 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 픽셀은 밀집되어 있어 픽셀 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 픽셀이 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 이용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.
단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 장치는 단결정 실리콘 기판(302)을 이용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은 액정층(304)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향층(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2 배향층(305) 사이에 배치된다.
정사각형 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충진율(fill factor)은 픽셀(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조 소자의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면(wavefront)에 위상 전용 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.
설명된 LCOS SLM은 반사로 공간 변조된 빛을 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 미러링된 표면 아래에 있어 높은 필 팩터(일반적으로 90% 이상)와 고해상도를 제공한다는 장점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 이용하는 또 다른 이점은 액정층이 투과형 장치를 이용하는 경우 필요한 것보다 두께가 절반이 될 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(동영상 영상의 영사에 대한 주요 이점). 그러나, 본 개시의 교시는 투과형 LCOS SLM을 이용하여 동등하게 구현될 수 있다.
작은 표시 장치와 긴
뷰잉
거리(viewing distance)를 이용한 이미지 투사
본 개시는 표시 장치와 뷰어 사이의 간격이 표시 장치의 크기보다 훨씬 더 큰 이미지 투사에 관한 것이다. 뷰잉 거리(즉, 뷰어와 표시 장치 사이의 거리)는 표시 장치의 크기보다 적어도 1배 이상 더 클 수 있다. 뷰잉 거리는 표시 장치의 크기보다 적어도 2배 이상 클 수 있다. 예컨대, 표시 장치의 화소 면적은 10mm x 10mm이고, 뷰잉 거리는 1m일 수 있다. 시스템에 의해 투사된 이미지는 표시 장치와 공간적으로 분리된 표시 평면에 형성된다.
본 개시에 따르면, 이미지는 홀로그램 투사에 의하여 형성된다. 표시 장치에 홀로그램이 표시된다. 홀로그램은 광원(미도시)에 의하여 조사되고 홀로그램과 공간적으로 분리된 표시 평면에서 이미지가 인지된다. 이미지는 실제 또는 가상일 수 있다. 다음 설명의 목적을 위하여, 표시 장치의 상류(upstream)에 형성된 가상 이미지를 고려하는 것이 도움이 된다. 즉, 표시 장치 뒤에 나타난다. 그러나, 이미지는 반드시 가상 이미지일 필요는 없으며, 본 개시는 표시 장치와 뷰잉 시스템 사이에 형성되는 실제 이미지에서도 동일하게 적용될 수 있다.
표시 장치는 홀로그램을 표시하는 픽셀을 포함한다. 표시 장치의 픽셀 구조는 회절이다. 따라서, 홀로그램 이미지의 크기는 회절 규칙의 영향을 받는다. 표시 장치의 회절 특성의 결과는 도 4를 참조하여 아래에 설명되어 있다.
도 4는 표시 장치(402)의 상류에서 가상 이미지(401)를 형성하는 홀로그램을 표시하도록 배열된 픽셀화된 표시 장치(402)를 도시한다. 표시 장치의 회절 각도 q는 가상 이미지(401)의 크기를 결정한다. 가상 이미지(401), 표시 장치(402) 및 뷰잉 시스템(405)은 광축(Ax)에 배열된다.
뷰잉 시스템(405)은 사람의 눈일 수 있다. 따라서, 입구 조리개(404)는 눈의 동공일 수 있고, 뷰잉 평면(406)은 눈의 망막일 수 있다.
표시 장치(402)와 뷰잉 시스템(405) 사이를 이동하는 광은 이미지(이미지 자체가 아님)의 홀로그램으로 변조된다. 그러나 도 4는 홀로그램이 가상 이미지 콘텐츠를 각도로 나누는 방법을 도시한다. 각각의 예시된 광선 다발은 가상 이미지(401)의 다른 부분과 관련된다. 보다 구체적으로, 각 광선 다발의 광은 가상 이미지의 한 부분에 대한 정보와 함께 홀로그램에 의해 인코딩된다. 도 4는 각각이 광축 Ax에 대한 각각의 각도를 특징으로 하는 5개의 예시적인 광선 다발을 도시하며, 각각은 가상 이미지의 각각의 부분을 나타낸다. 이 예에서, 광 다발 중 하나는 동공(404)을 통과하고, 다른 4개의 광 다발은 동공(404)에 의해 차단된다. 다시, 5개의 다른 광선 다발은 가상 이미지(401)의 5개의 다른 부분에 해당한다. 가상 이미지의 전체 이미지 콘텐츠는 효과적으로 각도로 나뉜다. 광축 Ax를 따라 이동하는 광 다발은 이미지 정보의 중심 부분, 즉 이미지 중심과 관련된 정보를 전달한다. 다른 광 다발은 이미지 정보의 다른 부분을 전달한다. 광 콘(light cone)의 극단에 표시된 2개의 광 다발은 이미지 정보의 가장자리 부분을 전달한다. 각도에 의한 이미지 정보의 이러한 분할의 결과는 모든 이미지 콘텐츠가 주어진 뷰 위치에서 뷰잉 시스템의 입사 조리개(404)를 통과할 수 있는 것은 아니라는 것이다. 즉, 모든 이미지 콘텐츠가 눈으로 수신되는 것은 아니다. 도 4의 예에서, 도시된 5개의 광 다발 중 하나만 임의의 뷰잉 위치에서 동공(404)을 통과한다. 독자는 5개의 광 다발이 단지 예로서 도시되고, 설명된 프로세스가 가상 이미지의 이미지 정보를 단 5개의 광 다발로 분할하는 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
이 예에서, 이미지 정보의 중앙 부분은 눈으로 수신된다. 이미지 정보의 가장자리 부분은 눈의 동공에 의하여 차단된다. 독자는 뷰어가 위 또는 아래로 움직이면 광 다발이 눈에 수신될 수 있고, 예컨대, 이미지 정보의 중앙 부분이 차단될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 뷰어는 전체 이미지의 일부만 볼 수 있다. 나머지 이미지 정보는 입사 동공에 의하여 차단된다. 뷰어는 표시 장치 자체의 작은 조리개를 통해 이미지를 효과적으로 보고 있기 때문에 뷰어의 시야가 크게 제한된다.
요약하면, 광은 표시 장치에서 회절 각도 범위에 걸쳐 전파된다. 1m의 뷰잉 거리에서, 표시 장치의 작은 각도 범위만 눈의 동공을 통해 전파되어 주어진 눈 위치에 대해 망막에 이미지를 형성할 수 있다. 보이는 가상 이미지의 유일한 부분은 입사 조리개를 통과하는 도 4에 도시된 작은 각도 범위 내에 있는 부분이다. 따라서, 시야가 매우 좁고, 특정 각도 범위는 눈 위치에 크게 의존한다.
도 4를 참조하여 설명된 작은 시야 및 눈 위치에 대한 감도의 문제는 표시 장치의 큰 시야 거리 및 작은 조리개의 결과이다. 뷰잉 거리의 중요성은 도 5 내지 도 7을 참조하여 추가로 설명된다.
도 5a는 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 변조된 광을 입구 조리개(504) 및 뷰잉 평면(506)을 포함하는 뷰잉 시스템으로 전파하도록 배열된 표시 장치(502)를 도시한다. 가상 이미지(501)는 무한대이므로 가상 이미지와 표시 장치 사이에서 추적되는 광선이 시준된다. 도 5A의 하단 부분은 뷰잉 시스템의 확대도를 도시한다. 이 도면은 개략도이므로 눈의 생리학적 세부 사항은 도시되지 않는다. 실제로, 물론, 표시 장치(502)를 조사하도록 배열된 광원(도 5a에 도시되지 않음)이 있다.
도 5a는 조리개(504)를 통해 전파될 수 있는 광선만을 도시하는데; 조리개(504)를 통과할 수 없는 다른 광선은 생략된다. 그러나, 그러한 다른 광선은 실제로 표시 장치(502)로부터 또한 전파된다는 것이 이해될 것이다. 도 5a에서, 표시 장치와 뷰잉 평면 사이의 거리는 표시 장치로부터의 전체 회절 각도가 망막에 이미지를 형성할 수 있을 만큼 충분히 작다. 가상 이미지에서 보여지는 모든 광의 전파 경로는 입사 조리개를 통과한다. 따라서, 가상 이미지의 모든 지점이 망막에 매핑(map)되고, 모든 이미지가 뷰잉 평면에 전달된다. 따라서, 인지된 이미지의 시야는 최대이다. 최적의 위치에서 시야는 표시 장치의 회절 각도와 같다. 흥미롭게도, 망막의 다른 이미지 포인트는 표시 장치(502)의 다른 영역에서 전파되는 광으로부터 형성되는데, 예컨대, 도 5a의 상단에 가장 가까운 이미지 포인트는 표시 장치의 하부에서만 전파되는 광으로 형성된다. 표시 장치의 다른 영역에서 전파되는 광은 이 이미지 포인트에 기여하지 않는다.
도 5b는 뷰잉 거리가 증가함에 따라 발생하는 상황을 도시한다.
보다 상세하게는, 도 5b는 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 변조된 광을 입사 조리개(504') 및 뷰잉 평면(506')을 포함하는 뷰잉 시스템으로 전파하도록 배열된 표시 장치(502')를 도시한다. 가상 이미지(501')가 무한대이므로 가상 이미지(501')와 표시 장치(502') 사이에서 추적되는 광선이 시준된다. 도 5b의 하단 부분은 뷰잉 시스템의 확대도를 도시한다. 이 도면은 개략도이므로 눈의 생리학적 세부 사항은 표시되지 않는다. 실제로, 물론, 표시 장치(502')를 조사하도록 배열된 광원(도 5B에 도시되지 않음)이 있다.
도 5b는 조리개(504')를 통해 전파할 수 있는 광선만을 도시한다. 도 5b의 더 큰 뷰잉 거리에서 광선 다발의 일부는 입사 조리개(504')에 의해 차단된다. 구체적으로, 가상 이미지의 가장자리 부분과 관련된 광선 다발은 입사 동공(504')에 의해 차단된다. 따라서 가상 이미지 전체가 보이지 않고 가상 이미지의 일부가 보이는 것은 눈의 위치에 의해 크게 좌우된다. 따라서, 표시 장치의 작은 크기로 인해 표시 장치와 뷰잉 시스템 사이의 거리가 멀다는 문제가 있다.
도 6a는 표시 장치(602)를 포함하는 개선된 시스템을 도시하며, 표시 장치(602) 상에 표시된 홀로그램으로 인코딩된 광을 입사 조리개(604) 및 뷰잉 평면(606)을 포함하는 뷰잉 시스템을 향해 전파한다. 실제로, 물론, 표시 장치(602)를 조사하도록 배열된 광원(미도시)이 있다. 개선된 시스템은 표시 장치(602)와 입사 조리개(604) 사이에 위치된 도파관(608)을 더 포함한다. 도 6a의 하부는 입사 동공(604) 및 관찰 평면(606)의 확대도를 도시한다. 이 도면은 개략도이므로, 눈의 생리학적 세부 사항은 표시되지 않는다.
도 6a의 뷰잉 거리는 도 5b의 뷰잉 거리와 동일하다. 그러나, 더 긴 뷰잉 거리에도 불구하고, 도 5b에서 차단된 광선 다발은 도파관(608)에 의하여 효과적으로 복구되어 전체 이미지 정보가 뷰잉 시스템에 의하여 수신된다.
도파관(608)의 존재는 표시 장치(602)로부터의 모든 각도 콘텐츠가 이 상대적으로 큰 투사 거리에서도 눈에 의해 수신될 수 있게 한다. 이것은 도파관(608)이 동공 확장기(pupil expander)로서 작용하기 때문에 잘 알려져 있으므로 여기에서 간략하게만 설명한다.
요약컨대, 도파관(608)은 실질적으로 기다란 형성물을 포함한다. 이 예에서, 그것은 굴절 물질의 광학 슬래브(optical slab)를 포함하지만, 다른 유형의 도파관도 잘 알려져 있으며 사용될 수 있다. 도파관(608)은 표시 장치(602)로부터 투사된 광 콘과 교차하도록, 예컨대 비스듬한 각도로 교차하도록 위치된다. 도파관(608)의 크기, 위치 및 자세는 광 콘 내에서 5개의 광선 다발 각각으로부터의 광이 도파관(608)에 들어가는 것을 보장하도록 구성된다. 광 콘으로부터의 광은, 제1 표면(610)(눈에 가장 가깝게 위치)과 실질적으로 반대인 제2 평면 표면(612)을 통해 방출되기 전에, 제1 평면 표면(610)(표시 장치(602)에 가장 가까운 위치)을 통해 도파관(608)에 들어가고, 도파관(608)의 길이를 따라 적어도 부분적으로 안내된다. 잘 이해되는 바와 같이, 제2 평면 표면(612)은 부분적으로 반사적이고, 부분적으로 투과적이다. 다시 말해, 각 광선이 도파관(608) 내에서 도파관(608)의 제1 평면 표면(610)에서 제2 평면 표면(612)으로 이동할 때, 광의 일부는 도파관(608) 밖으로 투과되고 일부는 제2 평면(612)에 의해 반사되어 다시 제1 평면(610)을 향하여 반사될 것이다. 제1 평면 표면(610)은 반사성이어서, 도파관(608) 내에서 그에 부딪치는 모든 광은 제2 평면 표면(612)을 향하여 다시 반사될 것이다. 따라서, 광의 일부는 투과되기 전에 도파관(608)의 2개의 평면(610, 612) 사이에서 단순히 굴절될 수 있는 반면에, 다른 광은 반사될 수 있고, 따라서 투과되기 전에 도파관(608)의 평면(610, 612) 사이에서 하나 이상의 반사(또는 '바운스')를 겪을 수 있다. 따라서, 도파관(608)의 순 효과는 광의 투과가 도파관(608)의 제2 평면(612) 상의 다수의 위치에 걸쳐 효과적으로 확장된다는 것이다. 따라서, 표시 장치(602)에 의하여 출력된 모든 각도 콘텐츠는 도파관(608)이 없는 경우보다 표시 평면 상의 더 많은 수의 위치(및 조리개 평면의 더 많은 위치)에 존재할 수 있다. 이는, 상대적으로 큰 투사 거리에도 불구하고 각각의 광선 다발로부터의 광이 입사 조리개(604)에 들어갈 수 있고, 뷰잉 평면(606)에 의해 형성된 이미지에 기여할 수 있음을 의미한다. 다시 말해서, 표시 장치(602)로부터의 모든 각도 콘텐츠는 눈에 의하여 수신될 수 있다. 따라서, 표시 장치(602)의 전체 회절 각도가 활용되고 사용자를 위하여 뷰잉 창이 최대화된다. 차례로, 이것은 모든 광선이 인지된 가상 이미지(601)에 기여한다는 것을 의미한다.
도 6b는 도 6a에 형성된 가상 이미지(601) 내의 5개의 개별 이미지 포인트에 기여하는 5개의 광선 다발 각각에 대한 개별 광학 경로를 도시하며, 위에서 아래로 각각 R1에서 R5로 레이블이 지정된다. 여기서 알 수 있는 바와 같이, R1 및 R2 각각의 광은 단순히 굴절되어 도파관(608)에 의하여 투과된다. 반면에, R4의 광은 전송되기 전에 단일 바운스를 만난다. R3의 광은 투과되기 전에 도파관(608)에 의하여 단순히 굴절되는 표시 장치(602)의 대응하는 제1 부분으로부터의 일부 광 및 전송되기 전에 단일 바운스를 만나는 표시 장치(602)의 대응하는 다른 제2부분으로부터의 일부 광을 포함한다. 유사하게, R5의 광은 전송되기 전에 단일 바운스를 만나는 표시 장치(602)의 대응하는 제1 부분으로부터의 일부 광 및 전송되기 전에 2개의 바운스를 만나는 표시 장치(602)의 대응하는 다른 제2 부분으로부터의 일부 광을 포함한다. R3 및 R5 각각에 대해 LCOS의 서로 다른 두 부분은 가상 이미지의 해당 부분에 해당하는 광을 전파한다.
본 발명자들은 적어도 일부 응용에서, 가상 이미지가 무한대에서 형성되는 것과 대조적으로 가상 이미지 거리(즉, 뷰어로부터 가상 이미지까지의 거리)가 유한한 것이 바람직하다는 것을 인식했다. 예컨대, 헤드업 디스플레이의 경우, 예컨대, 자동차 설정 시, 예컨대, 가상 이미지 콘텐츠가 차량 앞 유리를 통해 뷰어가 보고 있는 실제 콘텐츠에 중첩되어야 하는 경우일 수 있다. 예컨대, 원하는 가상 이미지 거리는 뷰어의 차량 또는 앞 유리 앞에서 몇 미터, 예컨대 3 m 또는 5 m에서 형성되는 가상 이미지 콘텐츠를 포함할 수 있다.
도 7의 상부는 표시 장치(702) 상에 표시된 홀로그램으로 인코딩된(즉, 그에 따라 변조된) 광(703)을 입사 조리개(704) 및 뷰잉 평면(706)을 포함하는 눈을 향하여 전파하는 표시 장치를 포함하는 시스템을 도시한다. 표시 장치(702)를 조사하도록 배열된 광원(미도시)이 있다. 이 시스템은 표시 장치(702)와 입사 조리개(704) 사이에 위치된 도파관(708)을 더 포함하여, 위의 도 6a와 관련하여 상세히 설명된 바와 같이 동공 확장기로서 작용한다. 도 7의 중간 부분은 입사 조리개(704) 및 뷰잉 평면(706)의 확대도를 나타내고, 도 7의 가장 하단은 뷰잉 평면(706)의 추가 확대도를 나타낸다. 이 도면은 개략도이므로, 눈의 생리학적 세부 사항은 표시되지 않는다. 이 배열에서, 눈은 가상 이미지(701)가 표시 장치(702)의 상류에서 유한한 거리에 위치하는 것으로 인지한다. 가상 이미지 거리가 유한하기 때문에, 가상 이미지(701)과 표시 장치(702) 사이의 광선은 발산한다.
도 6a에 따라, 위의 도 7의 도파관(708)의 존재는 표시 장치(702)의 전체 회절각이 비교적 큰 투사 거리에서 액세스되는 것을 효과적으로 가능하게 하여 전체 이미지 콘텐츠가 도시된 뷰잉 위치에서 사용자에게 가시적이다.
그러나, 추가적인 기술적 문제가 발생한다. 표시 장치(702)의 상이한 부분들로부터의 상이한 광 경로는, 특정 광선 다발에 대해, 가상 이미지가 유한한 가상 이미지 거리에서 형성될 때 망막(706) 상에 다중 이미지 포인트를 각각 형성하는 광선 다발로 이어질 수 있다. 이것은, 도 7a에서 R3' 및 R5'로 표시된 광선 다발과 관련하여 표시된다. 가상 이미지 내의 특정 지점에 대한 메인 이미지 포인트에 보조적으로 형성되는 추가 이미지 포인트를 '고스트 이미지 포인트(ghost image points)'라고 할 수 있으며, 집합적으로 '고스트 이미지' 또는 간단히 '고스트'를 형성한다. 이미지 형성 분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 고스트의 형성은 뷰어의 관점에서 블러링(blurring) 및 가상 이미지의 인지된 품질의 전반적인 감소를 유발할 수 있다. "고스트"가 "메인" 이미지와 부분적으로 겹치는 경우 특히 그렇다.
도 8은 도 7a에 도시된 것과 유사한 뷰잉 시스템을 사용하여 생성된 숫자 '5'와 '9'의 가상 이미지의 예를 보여주며, 메인 이미지 외에 고스트 이미지를 포함한다. 메인 이미지는 왼쪽과 오른쪽에 고스트가 있는 각 숫자의 가장 밝은 중앙 이미지로 볼 수 있다. 도 8의 예에서 '9'는 '5'보다 뷰잉 거리가 멀 때 형성되므로 '9'에 대해 블러링(blurring)이 더 두드러진다.
본 발명자들은 고스트 이미지의 문제를 해결했다. 본 발명자들은 표시 장치에 의해 출력되는 모든 각도 이미지 콘텐츠를 포함하고 고스트 이미지의 형성을 줄이거나 제거하는 유한한 가상 이미지 거리에서 가상 이미지가 형성될 수 있는 뷰잉 시스템을 제공하는 것이 바람직하다는 것을 인식하였다. 더욱이, 본 발명자들은 종래의 뷰잉 시스템에서 뷰잉 조리개의 크기가 증가함에 따라, 조리개가 표시 평면 상에 추가적인 이미지 포인트를 형성할 수 있는 추가 광선을 허용할 수 있기 때문에, 고스트 이미지 포인트를 형성할 위험이 증가한다는 것을 발견하였다. 따라서, 고스트 이미지의 형성을 여전히 감소시키거나 제거하면서 상이한 크기의 조리개를 수용할 수 있는 개선된 뷰잉 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 이하에서 상세히 설명되듯, 본 발명자들에 의해 제공되는 솔루션은 다양한 크기-및 배열-의 조리개, 도파관 및 표시 장치에 적용 가능하며, 하나 이상의 고스트 이미지가 통상적으로 형성될 수 있는 상이한 전파 거리에 적용될 수 있다.
개괄적으로, 본 발명자들은, 사실상, 종래의 배열에서 하나 이상의 고스트 이미지에 기여할 표시 장치의 하나 이상의 영역을 식별하는 홀로그램을 생성하기 위한 광 엔지을 제공하는 것이 가능하다는 것을 인식하였는데, 여기서 홀로그램은 표시 장치의 하나 이상의 영역으로부터의 기여를 제어하고, 따라서 홀로그램이 표시 장치에 표시되고 조명될 때 고스트 이미지 포인트의 형성을 피하거나 줄이기 위하여 유도된다. 뷰잉 시스템의 투사 거리가 상대적으로 크고 표시 장치 및/또는 뷰잉 조리개가 상대적으로 작은 경우에도 개선된 이미지의 형성을 위하여, 본 발명자들은 이러한 홀로그램을 제공하기 위한 홀로그램 엔진을 제공하고, 개선된 홀로그램의 표시 및 조사를 위한 개선된 뷰잉 시스템을 제공하는 것이 가능하다는 것을 추가로 인식하였다.
본 발명자들은, 본 명세서의 도 6a 및 도 7a에 도시된 것과 같이, 비교적 작은 뷰잉 조리개를 포함하는 도파관 및 선택적으로 비교적 작은 표시 장치를 포함하는 뷰잉 시스템을 가짐으로써 부과되는 각도 제한 때문에, 도파관 내에서 상이한 가능한 전파 경로를 별도로 고려하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 더욱이, 그들은, 이러한 고려의 결과로서, 원하는 '메인' 이미지에 기여하는 광원인 표시 장치의 영역; 바람직하지 않은 '고스트' 이미지에 기여하는 광원인 표시 장치의 영역; 및 조리개에 의하여 차단되어 메인 이미지 또는 고스트 이미지에 기여하지 않는 광원인 표시 장치의 영역 각각을 식별하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 본 발명자들은 또한 홀로그램 계산을 메인 이미지에 기여하는 표시 장치의 영역들로만 제한하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다.
본 발명자들에 의해 이루어진 인식, 및 이러한 인식을 구현하는 개선된 시스템 및 방법은 하기에 상세히 설명된 도면을 참조하여 추가로 이해될 수 있다.
도 9는 이 예에서 LCOS 공간 광 변조기인 표시 장치(902)를 도시한다. 다음에서 "LCOS"에 대한 참조는 "표시 장치"의 약어로 만들어진다. 본 개시의 교시는 LCOS 표시 장치에 제한되지 않는다. 도 9는 LCOS(902)로부터 하나의 가상 이미지 지점과 관련하여 도파관(908)을 통해 뷰잉 개체/시스템(905)을 향해 광선을 추적하며, 이는 이 예에서 뷰어의 눈을 포함한다. 도 9는 동공(904)(즉, 입사 조리개) 및 망막(906)(즉, 센서 또는 뷰잉 평면)에서의 광선을 보여주는 눈(905)의 확대도를 더 포함한다. 이 예에서 전체 LCOS 영역은 망막(906)의 이미지 포인트 형성에 기여한다. 즉, LCOS(902)의 전체가 뷰어에게 '보이는' 것이다. 이미지에 대한 전체 LCOS(902)의 기여는 전체 표면적을 '기여 영역'으로 나타내는 전체 LCOS가 음영 처리되는 것으로 설명된다.
도 9의 LCOS(902)에서 추적된 광은 이 특정 가상 이미지 포인트에 대해 망막(906)에 각각 G1, M 및 G2로 표시된 세 개의 이미지 포인트를 형성한다. 중간 이미지 포인트 'M'은 뷰어가 인지하는 기본/메인 가상 이미지에 기여하는 메인 이미지 포인트를 구성한다. 상부 이미지 포인트(G1)는 제1 고스트 이미지 포인트를 포함하고 하부 이미지 포인트(G2)는 동일한 가상 이미지 포인트의 상이한 제2 고스트 이미지 포인트를 포함한다. 특히, 또 다른 발전에서, 본 발명자들은 메인 이미지 포인트(M) 및/또는 고스트 이미지 포인트(G1, G2)에 기여하는 LCOS(902)의 영역(들)을 식별하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다.
도 10a 내지 도 10c는 3개의 각각의 전파 경로로 분할된 도 9의 LCOS(902) 및 광선 다이어그램을 도시하는데, 제1 전파 경로는 하단 고스트 이미지 포인트 G2에 기여하는 광을 포함하고, 제2 전파 경로는 메인 이미지 포인트 M에 기여하는 광을 포함하고, 제3 전파 경로는 상단 고스트 이미지 포인트에 기여하는 광을 포함한다. 도 10a에서 볼 수 있듯이, G2에 기여하는 광은 도파관(908)에 의하여 전송되기 전에 3번 바운스된다. 도 10b에서 볼 수 있듯이 M에 기여하는 광은 도파관(908)에 의해 전송되기 전에 2번 바운스된다. 도 10c에서 볼 수 있듯이, G1에 기여하는 광은 도파관(908)에 의해 전송되기 전에 1번 바운스된다.
각 도면(도 10a, 10b, 10c)은 또한, 음영으로 예시된 각 이미지 포인트에 기여하는 LCOS(902) 부분(들)을 도시한다. 따라서, 하단 고스트 이미지 포인트 G2는 LCOS(902)의 하단을 향한 영역에 의해 기여되고, 상단 고스트 이미지 G1은 LCOS(902)의 상단을 향한 영역에 의하여 기여되며, 메인 이미지 포인트는 전체 LCOS(902)에 의하여 기여되는 것을 알 수 있다.
조리개(904)(즉, 뷰어의 동공)은 도 9 및 도 10a 내지 10c의 예에서 비교적 넓으며, 이는 전체 LCOS(902)가 메인 이미지 포인트에 기여하는 이유를 설명한다. 즉, 이 예에서는 뷰잉 시스템의 f-넘버가 상대적으로 낮다. 도 10a 내지 10c는 비록 LCOS(902)의 일부가 또한 하나 또는 다른 고스트 이미지(G1, G2)에 기여하지만, 고스트 이미지(G1, G2)에 기여하지 않고 메인 이미지 포인트 M에만 기여하는 LCOS(902) 영역이 있음을 도시한다. 본 발명가들은 이 영역이 이 예에서 LCOS(902)에 대한 기여 영역으로 식별될 수 있음을 인식하였는데, 보다 구체적으로, 후속 도면의 설명에서 더 이해되는 바와 같이 '주요 기여 영역'으로 식별될 수 있음을 인식하였다. 따라서, 이 경우 주요 기여 영역은 원이나 타원으로 제한되지 않고 다른 더 복잡한 형상을 취할 수 있음을 알 수 있다.
도 11a 내지 11c는 입사 조리개가 상대적으로 작을 때(즉, f-넘버가 상대적으로 높을 때) 가상 이미지의 다른 지점에 대한 해당 광선 다이어그램을 도시한다. 도 11a는 가상 이미지의 제1 필드 포인트(즉, 제1 가상 이미지 포인트)에 관한 것이고, 도 11b는 가상 이미지의 제2 필드 포인트에 관한 것이고, 도 11c는 가상 이미지의 제3 필드 포인트에 관한 것이다. 도 11a 내지 11c는 모든 LCOS(902)가 메인 이미지 포인트에 기여하는 것은 아님을 보여준다. 실제로, 도 11a 내지 11c는 LCOS의 제1 영역은 메인 이미지 포인트(이하, "1차 기여 영역")에 해당하고, LCOS의 제2 영역은 고스트 이미지 포인트(이하, "2차 기여 영역")에 해당하는 것을 도시한다.
본 발명자들은, 특정 조건에서 LCOS(902)(또는 뷰잉 시스템의 다른 표시 장치)의 서로 다른 영역은 메인 이미지 또는 고스트 이미지에 기여하거나 이미지의 가시적인 부분에 기여하지 않는다는 것을 인식하였다. 그들은 이 정보를 사용하여 홀로그램 결정 프로세스를 최적화할 수 있음을 더 인식하였다. 예컨대, 표시 장치의 특정 부분에서 나오는 광이 생략되거나 경우에 따라 홀로그램에 의하여 인코딩되는 방식이 변경되어 고스트 이미지에 기여하는 대신에 메인 이미지에 긍정적으로 기여할 수 있다. 또한, 표시 장치의 추가 영역이 식별될 수 있으며, 이는 메인 이미지에 긍정적으로 기여하도록 구성될 수 있다.
본 발명자들에 의해 이루어진 인식은 하나의 예로서 포인트 클라우드 홀로그램과 관련하여 이하에서 설명될 것이다. 그러나 푸리에 또는 프레넬 홀로그램과 같은 다른 유형의 홀로그램에도 적용될 수 있다. 즉, 본 개시에 따라 결정될 수 있는 LCOS 정보를 이용하여 다른 홀로그램 계산 방법들이 최적화될 수 있다.
잘 이해되는 바와 같이, 일반적으로 이미지(예: 가상 이미지)의 포인트 클라우드 홀로그램 계산을 위하여, 이미지는, 우리가 가상 이미지의 형성을 설명하기 때문에 여기에서 '가상 포인트'라고 하는 복수의 개별 포인트로 나된다(즉, 표현된다). 그런 다음, 구형파(또는 '웨이블릿(wavelet)')는 각 가상 포인트에서 계산적 방식으로(즉, 모델 또는 기타 이론적 도구를 사용하여), 위에서 설명한 예에서 LCOS의 평면과 같은 가상 이미지 내의 의도된 또는 원하는 위치에서 표시 장치의 평면으로 전파된다. 그러한 웨이블릿이 서로 간섭하는 방식이 고려되고, 표시 장치의 각 픽셀에서 수신될 웨이블릿의 결과 진폭 및/또는 위상이 계산된다. 그 다음, 잘 알려져 있으나 본 명세서에서 설명하지 않을 방식으로, 표시 장치는 계산된 웨이블릿을 모방하여 이미지의 홀로그램을 생성하기 위해 각 픽셀 위치에서 요구되는 진폭 및/또는 위상 변조를 나타내도록 조정될 수 있다.
본 발명자들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 도파관 및 큰 뷰잉 거리를 갖는 뷰잉 시스템의 경우, 전체 표시 장치가 모든 가상 포인트의 대응하는 웨이블릿의 순 진폭 및 위상으로 채워지면, 생성될 홀로그램이 표시되고 조사될 때 기본 이미지와 함께 하나 이상의 고스트 이미지를 생성할 수 있음을 인식하였다. 예컨대, 이것은 가상 이미지가 뷰어로부터 유한한 거리에서 인지되도록 뷰잉 시스템이 구성될 때 발생할 수 있다. 더욱이, 많은 경우에, 뷰잉 시스템의 물리적 제약(예: 작은 조리개 및/또는 작은 표시 장치 및/또는 큰 투사 거리)으로 인하여 장치의 해당 부분에서 나오는 광이 뷰어의 눈에 들어오지 않도록 지시하기 때문에, 이 장치의 일부에 있는 픽셀에서 방출되 광선은 낭비된다(즉, 뷰어가 보거나 인지하는 이미지에 기여하지 않음). 따라서, 본 발명자들은 표시 장치의 어느 부분이 홀로그램을 제공하도록 조정되는지에 관하여 지능적 선택이 적용될 수 있음을 인식하였다. 특히, 메인 이미지에 기여하는 LCOS 부분(또는 일부 또는 영역)만 선택되고 웨이블릿이 의도한 가상 이미지의 가상 포인트에서 LCOS의 해당 부분- 메인 이미지에 기여하지 않는 LCOS의 다른 부분이 아닌 부분-으로만 계산적으로 전파되는 경우, 표시 장치의 선택된 영역 내의 각 픽셀에서 수신될 웨이블릿의 결과적인 진폭 및/또는 위상이 계산될 수 있다. 표시 장치의 다른 각각의 부분에 대해서는 계산이 필요하지 않다.
계산된 웨이블릿을 모방하여 메인 이미지의 홀로그램을 생성하기 위하여, 선택된 부분(들) 내에서, 표시 장치는 개선된 계산에 따라 각 픽셀 위치에서 요구되는 진폭 및 위상 변조를 나타내도록 조정될 수 있다. 이 작업이 완료되면, LCOS의 다른 부분은 조정되지 않으므로 계산된 홀로그램이 표시 장치에 표시되고 조사될 때 다른 부분에서 뷰어의 눈(또는 다른 뷰잉 개체)으로 이미지 정보가 전파되지 않는다. 따라서, 뷰어가 사용할 수 있는 정보가 없어 바람직하지 않은 "고스트" 이미지 포인트를 형성할 수 있다. 그 결과, 고스트(들)은 제거되거나 '소멸'된다. 더욱이, 주어진 조건 세트(예컨대, 특정 조리개 너비 및 눈의 위치)에 대해 뷰어의 동공을 통해(또는 해당하는 다른 뷰잉 개체의 조리개를 통해) 받아들여질 광을 제공하는 것으로 알려진 표시 장치의 픽셀만 조정되므로, 이미지 정보가 낭비되지 않는다.
도 12는 예시적인 가상 포인트(1201)를 포함하는 가상 이미지를 형성하는 시스템(1200)을 도시한다. 뷰잉 시스템(1200)은 본 개시에 따라 식별된 기여 영역(1203) 및 비기여 영역(1207)을 포함하는 이 예에서 LCOS SLM인 표시 장치(1202)를 포함한다. 표시 장치(1202)는 가상 이미지의 홀로그램을 표시하고 홀로그램에 따라 인코딩된 광을 조리개로 작용하는 동공(미도시), 렌즈(1209), 및 뷰잉 평면으로서 작용하는 망막(1206)을 포함한다. 렌즈(1209)와 망막은 이격 거리 'A' 만큼 떨어져 있다. 표시 장치(1202)를 조사하도록 배열된 광원(미도시)이 있다. 뷰잉 시스템(1200)은 LCOS(1202)와 눈(1205) 사이에 위치된 도파관(1208)을 더 포함한다. 이 이미지는 도식이므로, 눈의 생리학적 세부 사항은 표시되지 않는다.
가상 포인트(1201)는 표시 장치(1202)의 상류에 위치하며, 도 12에서 가상 포인트(1201)가 표시 장치(1202)의 왼쪽에 있는 것으로 도시되어 있다. 가상 포인트(1201)는 공간 좌표에 의해 정의된 위치를 가지며, 이 예에서는 데카르트 좌표(x,y,z)를 포함하지만 다른 좌표 시스템 또는 가상 포인트의 위치를 식별하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 가상 포인트(1201)와 표시 장치(1202) 사이에 표시 장치(1202)의 광축과 실질적으로 평행한 방향으로 거리 'z'가 정의된다. 표시 장치(1201)의 광축에 실질적으로 평행한 방향으로 표시 장치(1201)와 눈 렌즈(1209) 사이에 정의된 디스플레이 대 렌즈 거리 'l'도 있다. 'z' 및 'l' 둘 다의 수치 값은 뷰어 위치를 포함하여 주어진 시간에 뷰잉 시스템(1200)의 특정 배열에 따라 달라질 것이다. 예컨대, 디스플레이-렌즈 거리 'l'은 대략 1 미터 정도일 수 있고, 디스플레이-이미지 거리 'z'는 예컨대 몇 미터 정도 더 클 수 있다. 그러나 이러한 수치적 예는 순전히 예시이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명자들은 가상 이미지 포인트(1201)를 포함하는 가상 이미지가 뷰어에 의해 도 12에 도시된 위치에서 인지되는 경우, 대응하는 이미지 포인트(1211)가 망막(1206) 상에 형성되어야 함을 인식하였다. 광선은 LCOS(1202)를 통해 가상 이미지의 가상 지점(1201)에서 망막(1211) 상의 대응하는 지점(1211)까지 추적될 수 있다.
도파관(1208)에 의해 생성/생성된 가능한 경로로 인해 LCOS(1202)를 통해 가상 포인트(1201)와 망막 상의 대응하는 지점(1211) 사이에서 하나 이상의 가능한 광학 경로가 취해질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 실시예에 따르면, 가상 이미지 포인트(1201)와 대응하는 포인트(1211) 사이의 복수의 광선 경로들 중 하나의 광선 경로를 포함하는 주 광선이 뷰잉 평면(즉, 망막(1206))에서 결정될 수 있다. 이 주 광선 경로가 식별되면, 도파관 내에서 광이 겪는 바운스 수가 결정된다. 그 바운스 수(B)는 가상 이미지와 뷰잉 평면 사이에서 광선을 추적해야 하는 바운스 수로 설정할 수 있다. 실시예에 따르면, 주 광선과 관련 반사 수(B)가 초기 단계로 식별될 수 있다.
본 예에서, 해당 가상 이미지 포인트(1201)에 대한 '기여 영역'(1203)을 식별하기 위하여, 광선 추적은 각 가상 이미지 포인트(1201)와 망막의 해당 포인트(1211) 사이에서 '주 광선' 광이 통과하는 LCOS(1202) 부분을 결정할 수 있다. 따라서, 도 12에서 가상 이미지 포인트(1201)와 표시 장치(1202)의 기여 영역(1203) 사이에서 전파하는 것으로 묘사된 광선 'r'이 있다. 본 발명자들에 의하여 이루어진 인식에 따르면, LCOS의 기여 영역에 기여하는 웨이블릿만이 가상 이미지 포인트(1201)에서 표시 장치(1202)로 모델링(또는 계산상 고려)될 필요가 있다. 다시 말해, 적절한 홀로그램을 생성하기 위하여 표시 장치(1202)의 식별된 기여 영역(1203)만 인코딩(또는 '조정')될 필요가 있다. 그러한 홀로그램은, 표시 장치상에서 인코딩되고 적절하게 조명될 때, 가상 이미지 포인트(1201)가 또한 존재하는 가상 포인트(1201)의 고스트 이미지 없이 뷰어에 의해 인지될 수 있게 할 것이다. 이것은 아래에서 논의되는 도 13 및 14로부터 더 잘 이해될 수 있다.
도 12의 기여 영역(1203) - 및 아래의 도 13 및 도 14와 관련하여 논의된 기여 영역 - 은 대응하는 뷰잉 개체 및 관련 광학계(예컨대, 도파관 기하학, 더 큰 광학 시스템의 임의의 반사 등)의 입사 조리개의 크기 및 형상에 기초하여 크기 및 형상이 정해질 수 있다. 따라서, 뷰잉 개체가 사람의 눈인 경우, 표시 장치의 기여 영역은, 일부 경우에, 수신 동공과 유사한 크기의 실질적으로 원형 또는 타원형 모양, 또는 복잡한 모양과 같은 임의의 다른 적절한 모양을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시는 기여 영역에 대한 보다 복잡한 형상을 포함한다. 눈의 동공 직경은 적절한 방식으로 측정되거나 추정될 수 있다. 예컨대, 눈 동공 직경의 측정은 눈 추적 시스템에 의하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 그것은 눈의 동공 직경의 알려진 범위(예를 들어, 2 내지 6mm)를 기반으로 추정되거나 주어진 시간에 주변 광 조건이 주어진 다른 추정을 기반으로 할 수 있다.
기여 영역은 동공보다 약간 큰 영역(개구면 상의)에 의도적으로 기여하고, 및/또는 동공(또는 다른 조리개)과 약간 다른 모양인 영역(개구면 상의)에 기여하도록 설정될 수 있다. 이러한 경우 "기여 영역"의 모든 광이 항상 동공을 통과하는 것은 아니지만 눈은 망막에 좋은 이미지를 형성하기에 충분한 광을 수집하면서 약간 움직일 수 있다.
도 13은 본 개시의 주요 양태에 따른, 표시 장치의 기여 영역 및 비기여 영역을 결정하기 위한 방법을 도시한다. 선택적으로, 이러한 결정은 도 12의 시스템(1200)과 같은 뷰잉 시스템에 의한 표시 및 조사를 위한 하나 이상의 홀로그램 생성을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 도 13을 참조하여 설명된 방법에서, 뷰잉 시스템은 'f'-넘버(즉, 초점 거리 및 조리개)를 갖는 렌즈와 카메라를 포함한다. 카메라의 감광 구성요소는, 예컨대, CCD 어레이일 수 있고, 뷰잉 평면 상에 위치된다. 카메라의 감광 구성요소는 예를 들어 CCD 어레이일 수 있고 뷰잉 평면 상에 위치된다. 렌즈와 카메라는 기능적으로 보는 사람의 눈의 수정체와 망막을 대체하며 표시 장치의 기여 영역과 비기여 영역을 결정하는 과정에만 사용된다. 표시 장치의 이들 영역은 복수의 뷰잉 위치(예를 들어, 눈-움직임 상자 내의 눈 위치) 및/또는 복수의 이미지 거리(예를 들어, 차량 앞의 가상 이미지 거리)에 대해 결정될 수 있다. 일부 측면에서, 도 13을 참조하여 개시된 방법은 홀로그램 계산의 선구자로 간주될 수 있다. 이 방법은 최적화 또는 보정 프로세스로 간주될 수 있다.
잘 이해되는 바와 같이, 생성될 각각의 가상 이미지는, 예컨대, (x, y, z) 좌표에 의하여 정의된 바와 같이 각각 해당 위치를 갖는 하나 이상의 가상 이미지 포인트로 표현될 수 있다. 도 13의 방법의 과정 1(1302) 내지 과정 6(1312)(이하에서, 상세히 설명됨)은 생성될 가상 이미지 내의 각각의 가상 이미지 포인트에 개별적으로 적용될 수 있다. 더욱이, 이 방법(1300)은 특정 세트의 조건, 즉, 뷰잉 시스템의 특정 측정 및 제약에 적용된다. 따라서, 이 방법(1300)의 임의의 주어진 반복(또는 '실행')은 생성될 특정 이미지를 구축하는 데 적용되고(가상 이미지 포인트별 가상 이미지 포인트), 이 시스템이 특정 디스플레이-이미지 거리 'z'를 가질 때, 표지 장치와 망막 사이의 특정 거리 'd', 특정 조리개(동공) 너비, 및 눈이 닿는 특정 가상 이미지 거리 초점이 맞춰져 있다. 이 방법(1300)의 반복은 또한 표시 장치의 특정 크기 및 유형, 그리고 허용된 뷰잉 창을 가진 눈의 특정 위치에 대해 특정된다. 이 방법의 각 반복이 특정한 다른 측정 및/또는 제약이 있을 수 있다. 실시예들에 따르면, 그러한 측정들 또는 제약들 중 임의의 것이 변경되면, 이 방법(1300)은 변경된 상황 하에서 표시 장치의 기여 영역(들)을 재결정하기 위해 재실행될 수 있다. 그러나, 실시예에 따르면, 소장의 허용 오차가 기 결정된 양 미만 및/또는 기 결정된 시간 길이 미만으로 변경되는 경우, 이 방법을 재실행할 필요가 없도록 이러한 측정 또는 제약 중 하나 이상에 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 이 방법이 반복되어야 하는 시기에 관한 규칙은 시스템별로 결정될 수 있다.
이 방법(1300)은 적절한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세서는 홀로그램 엔진을 포함하거나 홀로그램 엔진에 포함되거나 홀로그램 엔진과 통신할 수 있다. 프로세서 또는 홀로그램 엔진은 라이트 엔진 내에 포함될 수 있다.
프로세서는 이 방법(1300)이 수행되기 전에 뷰잉 시스템에 관한 경계 정보를 획득하거나 수신할 수 있다. 예컨대, 이것은 표시 장치와 같은 구성 요소의 크기에 관한 정보, 다양한 구성 요소 및 뷰잉 시스템(예: 잠재적인 인간 뷰어)의 절대 및/또는 상대 위치에 관한 정보, 광원에 관한 정보 등을 얻거나 받을 수 있다.
이 방법(1300)에 따르면, 가상 이미지가 인식되는 위치에 따라, 제1 과정(1302)에서 위치 - 예컨대, 가상 이미지 포인트(본 명세서에서 약칭으로 "가상 포인트"라고도 함)의 좌표 
이 획득된다. 렌즈(1209)와 가상 포인트 사이의 가상 이미지 거리가 획득되거나 결정된다. 이 가상 이미지 거리는 이 방법(1300)을 수행하는 프로세서에 의해 설정 또는 결정될 수 있거나, 다른 개체에 의해 설정 또는 결정되고 해당 프로세서에 전달될 수 있다. 일부 배열에서는 미리 설정되거나 복수의 가능한 가상 이미지 거리로부터 선택될 수 있다. 실제 동작에서, 뷰잉 시스템이 눈인 경우, 시선 추적 또는 머리 추적 정보가 가상 이미지 거리의 결정에 사용될 수 있다.
제2 과정(1304)에서 렌즈와 센서 사이의 요구되는 거리 'A'는 가상 이미지 포인트에 초점을 맞추기 위해 결정된다. 각 가상 이미지 지점은 각도로 정의할 수도 있다(도 4 참조). 여기에서 "각도 콘텐츠"에 대한 참조는 가상 이미지의 가상 이미지 포인트와 관련하여 이루어진다.
제3 과정(1306)에서, 뷰잉 시스템에 의해 형성되는 메인 이미지 또는 1차 이미지와 연관된 도파관 내의 광의 반사 또는 바운스 'B'의 수가 결정된다. 광학 분야의 당업자는 가상 이미지 포인트와 연관된 광의 복수의 복제물을 생성하고, 각 복제물이 도파관 내의 상이한 수의 광 바운스/반사와 연관될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, B를 결정하는 오로지 하나의 방법은, 도파관에서 가능한 광 경로에 대해 표시 장치와 주 광선의 교차를 결정하고, 주 광선을 표시 장치의 중심에 가장 가깝게 두는 반사/바운스의 수를 선택하는 것이다. 유리하게는, 이러한 접근 방식은, 뷰잉 시스템에 기여하는 표시 장치의 영역이 가장 크도록 한다.
대안적으로, 제3 과정(1306)에서 사용할 바운스 수를 계산하는 다른 방법은 아래의 하위 과정 1 내지 5를 포함한다:
1. 눈의 위치를 알고 입력으로 사용.
2. 제1 바운스 수 B에 대해 표시 장치의 중심에서 결정된 눈 위치까지의 광선 추적. 가상 이미지를 향한 광선의 외삽은 이 바운스 수(B)에 대한 시야각(
)을 정의한다.
3. 제2 바운스 수(B+1)에 대해, 표시 장치의 중심에서 결정된 눈 위치까지의 광선 추적. 가상 이미지를 향한 해당 광선의 외삽은 이 바운스 수(B+1)에 대한 시야각(
)을 정의한다.
4. B는 
와 
사이의 각도 콘텐츠에 사용된 바운스 수이다.
5. (B+1)은 
와 
사이의 각도 콘텐츠에 사용되는 바운스 수이다.
제1 과정(1302)(즉, 가상 이미지 포인트의 좌표)와 제3 과정(1306)(매개변수, B)의 출력은 제4 과정(1308)에서 센서 
상의 대응하는 이미지 위치/포인트를 결정하는 데 사용된다. 즉, 제4 과정(1308)은 가상 이미지 포인트의 광이 수신된 센서 상의 포인트를 결정한다. 즉, 센서 상의 가상 이미지 포인트가 이미징되는 포인트이다. 센서의 이 지점은, 도 14와 관련하여 아래에서 메인 이미지 포인트 
이라고 한다. 단지 예로서, 도파관 내의 B 바운스에 대한 가상 포인트로부터 센서까지의 계산 광선 추적이 사용될 수 있지만, 본 개시는 제4 과정에 대한 이러한 접근에 제한되지 않는다.
당업자는 가상 포인트 
에서 센서 
까지의 주 광선(또는 단순히 주 광선)이 식별될 수 있음을 이해할 것이다. 다시 말해, 계산 광선 추적(computational ray tracing)을 사용하여 주 광선을 식별하거나 추적할 수 있지만, 다른 방법도 동일하게 적용할 수 있다. 제5 과정(1310)에서, 표시 장치 교차점 
이 식별되며, 여기서 표시 장치 교차점은 주 광선이 표시 장치와 교차하는 표시 장치 상의 위치이다. 표시 장치 교차점은, 예컨대, 계산 광선 추적에 의해 결정, 계산 또는 측정될 수 있다.
제6 과정(1312)에서, 표시 장치 교차점 
와 연관된 표시 장치의 영역이 식별된다. 표시 장치의 영역은 기하학적으로 이 지점 
을 중심으로 할 수 있다. 예컨대, 영역은 원이나 타원일 수 있지만 다른 더 복잡한 모양을 생각할 수 있다. 영역이 원이나 타원과 같은 규칙적인 모양인 경우 영역의 반경은 예를 들어 뷰잉 시스템 렌즈의 f-넘버에 따라 결정될 수 있다. 이 영역은 뷰잉 시스템에 의해 형성된 1차 이미지에 대응하기 때문에 여기에서 "1차 기여 영역"으로 언급된다. "기여"라는 단어는 표시 장치의 식별된 영역 내 표시 장치의 픽셀이 센서에 필요한 정보 콘텐츠를 제공하는 픽셀임을 반영한다. 표시 장치의 다른 영역(즉, 표시 장치의 다른 픽셀)은 센서 상의 이미지 포인트 형성에 기여하지 않는다. 물론, 다른 픽셀은 다른 가상 이미지 포인트와 연관된 센서의 다른 이미지 포인트에 기여할 수 있다.
본 개시의 주요 측면에 따른 방법은 표시 장치의 1차 기여 영역의 결정으로 종료된다. 선택적으로 홀로그램은 표시 장치의 전체 영역이 아닌 주요 기여 영역을 기반으로 결정될 수 있다.
따라서, 선택적인 제7 과정(1314)에서, 가상 포인트에 기초하여 1차 기여 영역에 대한 홀로그램 성분이 결정된다. 특히, 1차 기여 영역에 대한 광 매개변수(light parameter)가 결정된다. 광 매개변수는 1차 기여 영역의 각 픽셀에 대한 진폭 및/또는 위상일 수 있다. 예컨대, 광 진폭 및 위상은 당업자에게 친숙한 포인트 클라우드 방법을 사용하여 가상 포인트로부터 1차 기여 영역으로의 광 전파에 기초하여 1차 기여 영역 내의 각 픽셀에 대해 결정될 수 있다. 가상 포인트에 대한 홀로그램 구성 요소는 전체 가상 이미지에 대한 완전한 홀로그램을 구축하기 위해 다음 단락에 설명된 반복 프로세스의 일부로 저장되고 다른 가상 지점에 대한 홀로그램 구성 요소와 결합될 수 있다.
개략적으로, 제7 과정(1314)에서, 광 변조 값(예컨대, 진폭 및/또는 위상 값)은 1차 기여 영역 내의 표시 장치의 각 픽셀 값에 할당된다. 이것은, 
에서 1차 기여 영역으로의 광파 전파를 고려하고, 
의 원하는 반경 내에서 표시 장치의 픽셀에 진폭 및/또는 위상을 추가함으로써 달성된다. 즉, 가상 이미지 포인트에서 시작하여 1차 기여 영역의 각 포인트(즉, 픽셀)에 도달하는 광의 진폭 및/또는 위상은 광파의 전파를 고려하여 결정되는데, 즉, 가상 이미지 포인트에서 각 픽셀까지의 거리를 이동한 후 광파의 진폭 및/또는 위상이다. 이 결정은 광학 분야의 당업자에게 알려진 다수의 상이한 기술 중 임의의 하나에 의하여 수행될 수 있다. 이 결정은 실험적 측정에 의하여 이루어질 수 있다.
홀로그램을 이용하여 투사될 가상 이미지 내에서, 제1 내지 제7 과정은 각각의 가상 포인트에 대해 반복될 수 있다. 예컨대, 표시 장치의 각 픽셀에 대한 결과적인 홀로그램을 생성하기 위해 복수의 홀로그램 구성요소가 함께 추가될 수 있다. 예컨대, 복소 진폭은 모든 가상 이미지 포인트로부터의 전파를 위해 각 픽셀에서 합산될 수 있다. 홀로그램이 위상 전용 변조기에 표시되어야 하는 경우 결과 복소 진폭 합계의 진폭 구성 요소는 무시되고 위상만 남을 수 있다. 더 광범위하게, 이 결과는 뷰잉 시스템 내의 표시 장치에 표시되고 조명되는 경우 가상 이미지를 형성하는 가상 이미지에 해당하는 회절 구조이다.
홀로그램은 표시 장치에 표시되거나 인코딩될 수 있다. 결과적으로, 표시 장치는 필요한 가상 이미지 거리에서 뷰어가 가상 이미지를 인지할 수 있도록 하는 방식으로 광을 변조하도록 조정될 것이다.
이 방법(1300)은 가상 이미지 내의 복수의 가상 포인트 각각에 대해 실질적으로 동시에(또는 매우 빠르게 연속적으로) 수행될 수 있으므로, 따라서 전체 가상 이미지에 대한 적절한 홀로그램이 유도되고 주어진 보기 설정 및 특정 수치 측정 및 제약에 대해 표시 장치에 매우 빠르게 인코딩될 수 있다. 기여 영역(들)의 식별 및/또는 표시 장치의 필요한 조정에 영향을 줄 수 있는 변경 사항이 있는 경우 이 방법이 다시 실행될 수 있다. 프로세서는 시간 제어 루프에서, 및/또는 변경이 발생했음을 나타내는 신호에 응답하여, 및/또는 필요한 가상 이미지의 콘텐츠 또는 아이덴티티가 변경될 때 이 방법을 다시 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 이전에 계산된 데이터를 저장하기 위해 메모리를 포함하거나 메모리와 통신할 수 있다. 예컨대, 특정 세트의 측정 및/또는 제약 하에서 특정 가상 이미지 또는 가상 포인트에 대한 표시 장치의 활성 영역(들)을 나타내는 룩업 테이블 또는 다른 저장 수단이 제공될 수 있다.
이 방법(1300)은 다수의 상이한 가상 이미지를 빠르게 연속적으로 표시하기 위해 및/또는 사용자의 움직임과 같은 조건의 변화에 정확하게 응답하기 위해 매우 빠르게 실행(또는 재실행)될 수 있다. 도 12의 시스템에는 하나의 눈만 도시되어 있지만, 방법(1300)은 뷰어의 두 눈을 모두 고려하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 위의 특정 설명은 개구 폭을 언급할 수 있지만, 동공(및 개체를 관찰하기 위한 대부분의 다른 조리개)은 2차원이고 이러한 2차원 각각에서 크기를 변경할 수 있음을 인식할 것이다. 이 방법(1300)은 2차원 개구 크기 및 그에 대한 변경을 고려하도록 구성될 수 있다.
본 발명자들은 가상 이미지의 홀로그램이 도 13을 참조하여 개시된 방법을 사용하여 효율적으로 결정될 수 있음을 발견하였다. 그러나, 본 발명자들은 또한 일부 경우에 고스트 이미지를 형성할 광을 통상적으로 전파하는 LCOS의 모든 영역이 사용되지 않을 때 LCOS의 비교적 작은 부분만이 사용되는 것을 관찰하였다. 주목할 만한 추가 기술 발전으로, 본 발명자들은 1차 기여 영역에 추가하여 LCOS의 추가 영역을 사용하고 원치 않는 고스트 이미지를 형성하기 보다는 1차 이미지를 강화하기 위해 광을 제공할 수 있는 추가 영역에 대한 홀로그램 값을 계산하는 방법을 찾았다.
잘 이해되는 바와 같이, 광선이 뷰잉 시스템에서 도파관을 통해 취하는 광학 경로는 각각의 다른 광선에 대한 경로 길이에 비해 경로 길이를 증가시킬 수 있다. 일반적으로 이러한 증가는 가상 이미지 거리 'v'에 비해 작을 가능성이 높으므로 눈에 보이지 않는다.
도 14는 도 12의 시스템(1200)과 같은 시스템에 적용될 수 있는, 발명자들에 의하여 이루어진 추가 인식에 따른 또 다른 개선된 방법(1400)을 도시한다. 도 14의 방법(1400)은 도 13의 방법(1300)의 모든 단계를 포함하고, 추가로, 가상 포인트에 대응하는 하나 이상의 고스트 이미지 포인트의 처리를 포함하며, 이는 또한 존재할 수 있으며, 이는 통상적으로 가상 이미지의 하나 이상의 고스트 이미지의 인식을 유도한다.
이 방법(1400)은 적절한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세서는 홀로그램 엔진을 포함하거나 홀로그램 엔진에 포함되거나 홀로그램 엔진과 통신할 수 있다. 프로세서 또는 홀로그램 엔진은 광 엔진 내에 포함될 수 있다.
프로세서는 방법이 수행되기 전에 시스템에 대한 경계 정보를 얻거나 수신할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치와 같은 구성 요소의 크기에 관한 정보, 다양한 구성 요소 및 뷰어의 절대적 및/또는 상대 위치에 관한 정보, 광원에 관한 정보 등을 획득하거나 수신할 수 있다.
어떠한 경우에, 본 발명자들은 메인 이미지의 주 광선이 통과하는 '1차 기여 영역'과 다른 표시 장치의 일부를 통과하는 해당 가상 포인트의 광으로 인해 고스트 이미지 포인트가 발생한다는 것을 발견했다. 본 명세서의 앞의 도면에서, 표시 장치의 이러한 부분은 '2차 기여 영역'으로 지칭된다. 하나 이상의 고스트 포인트를 생성하는 광은 하나 이상의 '고스트 광선'을 포함하는 것으로 지칭될 수 있다. 고스트 이미지를 발생시키는 광선은 뷰어의 눈의 좁은 동공을 통과하고 망막과 일치하기 위해 도파관 내에서 주 이미지에 해당하는 것과 다른 수의 바운스를 겪을 수 있다. 그러므로, 메인 이미지에 해당하는 주 광선이 도파관 내에서 'B' 바운스되는 것으로 판단되면, 고스트 이미지에 해당하는 광이 ' 
' 바운스를 겪는다고 결정할 수 있으며, 여기서 
는 음수 또는 양수 정수, 일반적으로 예를 들어 -5에서 +5 범위의 한 자리 숫자일 수 있다.
도 14의 개선된 방법(1400)에 따르면, 도 13의 방법(1300)의 제4 과정(1308) 이후에, 뷰잉 평면 상의 메인 이미지 포인트의 위치가 설정 - 예컨대, 그 좌표 
-되고, 도 13의 방법(1300)의 후속 과정은 계속될 수 있고, 추가로 예컨대, 병렬로 또는 나중에, DB의 적어도 하나의 값에 대해 다음과 같이 추가 단계 세트가 수행될 수 있다. 요약하면, 도 14의 개선된 방법(1400)은 뷰잉 평면에서 고스트 이미지 포인트를 형성하기 위하여 가상 포인트의 좌표 
로부터 고스트 광선이 겪었을 바운스 ' 
'를 결정한다. 그런 다음, 개선된 방법(1400)은, 별도의 고스트 이미지 포인트를 형성하기 보다는 광이 이동하고 도파관 내에서 ' 
' 바운스를 겪을 수 있고, 뷰잉 평면 상의 메인 이미지 포인트에 도달할 수 있는 가상 포인트의 변환된(또는 수정된) 위치를 결정한다. 가상 포인트의 번역된 위치에서 메인 이미지 포인트까지 광선이 이동하는 LCOS 상의 위치가 식별될 수 있고 그에 따라 홀로그램으로 인코딩될 수 있다. 따라서, LCOS의 하나 이상의 추가 영역(1차 기여 영역 제외)은 여전히 고스트 이미지의 생성을 피하면서 메인 이미지에 기여하기 위해 홀로그램 값으로 인코딩될 수 있다.
보다 구체적으로 개선된 방법(1400)은 다음과 같다:
제1 추가 과정(1402)에서, 메인 이미지 포인트 
로부터의 광선은 가상 이미지로 역추적되지만, (B 바운스보다) ' 
' 바운스/반사를 겪는 광선의 경우이다.
제2 추가 과정(1404)에서, 메인 이미지 포인트 
로 이미지를 생성할 가상 이미지의 2차 가상 포인트의 위치(예: 좌표 
)가 결정되는데(예: 제1 추가 과정(1402)에서 수행된 광선 추적의 결과), 즉, 광이 ' 
'바운스를 받으면, 
위치에서 뷰잉 평면과 일치하도록 표시 장치, 도파관 및 입사 조리개를 통해 이동하는 광을 전파한다. '2차 가상 포인트'라는 용어는 본 명세서에서 (1차) 가상 포인트의 2차(즉, 대체되거나 수정된) 위치에 대한 약칭으로 사용된다. 즉, 본 발명자들은 가상 포인트의 위치가 '2차 가상 포인트' 위치 
로 이동된 경우, '2차 가상 포인트'에서 ' 
'를 거친 광 도파관의 바운스/반사는 뷰잉 평면에서 메인 이미지에 기여한다.
요약하면, 제3 추가 과정(1406)은 
에서 도파관 ' 
' 바운스를 위한 뷰잉 평면으로 광 전파를 위해 표시 장치에서 주 광선의 좌표 
를 결정하는 과정을 포함한다. 어떤 경우에는 
이 도파관을 통해 다른 경로 길이를 고려하도록 조정될 수 있다(즉, 바운스 수가 다르기 때문에). 이 주 광선을 '2차 주 광선'이라고 부를 수 있다.
보다 상세하게는, 제3 추가 과정(1406)에서, 표시 장치 상의 한 포인트가 2차 가상 포인트에서 메인 이미지 포인트 
로 '2차 주 광선'이 이동하여, 이 포인트를 통해 도파관에서 
바운스를 겪으면서 식별된다. 표시 장치의 이 포인트는 좌표가 
이다.
제4 추가 과정(1408)에서, 포인트 
에는 그와 연관된 영역의 범위 또는 크기의 반경 또는 다른 적절한 표시자가 할당된다. 포인트 
와 관련된 영역은 뷰잉 평면에서 메인 이미지 포인트에 기여하는 광을 전파하기 때문에 여기에는 "추가 기여 영역"이라고 지칭하는데, 그러나, 제2 추가 과정(1404)에서 결정된 바와 같이 그 광이 (1차) 가상 포인트의 변위 또는 수정된 위치에서 비롯된 경우 - 즉, 
이 아닌, 
- 인 경우에만이다.
제4 추가 과정(1408)은 제6 과정(1312)과 유사하다. 구체적으로, 제4 추가 과정(1408)은 표시 장치 교차점 
과 연관된 표시 장치의 영역을 식별하는 것을 포함한다. 표시 장치의 영역은 기하학적으로 이 포인트 
를 중심으로 할 수 있다. 예컨대, 영역은 원이나 타원일 수 있지만 다른 더 복잡한 모양을 생각할 수 있다. 영역이 원이나 타원과 같은 규칙적인 모양인 경우 영역의 반경은 예를 들어 뷰잉 시스템 렌즈의 f-넘버에 따라 결정될 수 있다. 이 영역은 (1차) 가상 포인트의 변위 또는 수정된 위치를 기반으로 적절한 홀로그램이 계산되는 경우 가상 이미지에 기여하는 광을 전파하기 때문에 여기에서 "추가 기여 영역"이라고 한다.
제5 추가 과정(1410)은 제7 과정(1314)과 유사하다. 제5 추가 과정(1410)은 선택적이다. 제5 추가 과정 (1410)에서, (1차) 가상 포인트, 
의 수정된 위치를 기반으로 추가 기여 영역에 대한 홀로그램 구성 요소가 결정된다. 특히, 추가 기여 영역에 대한 광 매개변수가 결정된다. 광 매개변수는 추가 기여 영역의 각 픽셀에 대한 진폭 및/또는 위상일 수 있다. 예컨대, 다른 가상 포인트 
에서 당업자에게 친숙한 포인트 클라우드 방법을 사용하여 추가 기여 영역으로의 광의 전파를 기반으로 추가 기여 영역 내의 각 픽셀에 대하여 광 진폭 및 위상이 결정될 수 있다. 전체 가상 이미지에 대한 완전한 홀로그램을 구축하기 위하여, 다른 가상 포인트에 대한 홀로그램 구성 요소 
는 다음 단락에서 설명하는 반복의 일부로 다른 가상 포인트에 대한 홀로그램 구성 요소와 결합하여 저장될 수 있다.
이는 하나의 개별 가상 포인트를 기준으로 출력되는 표시 장치에 의하여 요구되는 광 변조는 해당 가상 포인트에 대한 "홀로그램 구성 요소"라고 지칭할 수 있다. 홀로그램 구성 요소는 생성될 가상 이미지 내에서 하나 이상의 다른 가상 포인트에 대한 방법(1300)의 후속 반복 동안 프로세서에 의해 저장될 수 있다.
도 14의 추가 개선된 방법(1400)의 과정 1402 내지 1410은 도 13의 방법(1300)의 과정 1(1302) 내지 제7 과정(1314)와 함께 생성될 가상 이미지 내에서 각각의 가상 포인트에 대해 반복될 수 있다. 각각의 가상 포인트에 대한 변조 거동 및 대응하는 홀로그램 성분이 결정되었을 때, 홀로그램 구성 요소가 함께 추가되어 표시 장치의 각 픽셀에 대한 결과적인 변조 거동을 생성할 수 있다. 이 결과적인 변조 동작은 가상 이미지에 대한 회절 구조 또는 홀로그램을 나타내며, 이는 뷰잉 시스템 내의 표시 장치에 표시되고, 조사될 경우 메인 이미지만 형성되고 고스트 이미지는 형성되지 않는다. 수행되는 도 14의 개선된 방법(1400)의 결과로서 형성될 메인 이미지는 도 13의 방법(1300) 단독으로 생성된 대응하는 메인 이미지보다 더 밝을 수 있다.
프로세서는 임의의 적절한 방식으로 홀로그램에 대응하는 데이터를 출력할 수 있다. 홀로그램은 표시 장치에 인코딩될 수 있다. 결과적으로, 표시 장치는 고스트 이미지의 형성 없이 필요한 가상 이미지 거리에서 뷰어에 의해 허상이 인지될 수 있도록 하는 방식으로 광을 변조하도록 조정될 것이다.
이 방법(1400)은 가상 이미지 내의 복수의 가상 포인트 각각에 대해 실질적으로 동시에(또는 매우 빠르게 연속적으로) 수행될 수 있으므로, 주어진 보기 설정과 특정 수치 측정 및 제약 조건에 대해 전체 가상 이미지에 대한 적절한 홀로그램이 유도되고 표시 장치 상에서 매우 빠르게 인코딩 될 수 있다. 표시 장치의 식별 및/또는 필요한 튜닝에 영향을 줄 수 있는 변경 사항이 있는 경우 이 방법이 다시 실행될 수 있다. 프로세서는 시간 제어 루프에서, 및/또는 변경이 발생했음을 나타내는 신호에 응답하여, 및/또는 필요한 가상 이미지의 콘텐츠 또는 아이덴티티가 변경될 때 이 방법을 다시 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 이전에 계산된 데이터를 저장하기 위해 메모리를 포함하거나 메모리와 통신할 수 있다. 예컨대, 특정 세트의 측정 및/또는 제약 하에서 특정 가상 이미지 또는 가상 포인트에 대한 표시 장치의 활성 영역(들)을 나타내는 룩업 테이블 또는 다른 저장 수단이 제공될 수 있다.
이 방법(1400)은 다수의 상이한 가상 이미지를 빠르게 연속적으로 표시하기 위해 및/또는 사용자의 움직임과 같은 조건의 변화에 정확하게 응답하기 위해 매우 빠르게 실행(또는 재실행)될 수 있다. 도 12의 시스템에는 하나의 눈만 도시되어 있지만, 이 방법(1400)은 뷰어의 두 눈을 모두 고려하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 위의 특정 설명이 조리개 폭을 언급할 수 있지만, 동공(및 개체를 관찰하기 위한 대부분의 다른 조리개)은 2차원이고 이들 2차원 각각에서 크기를 변경할 수 있음을 인식할 것이다. 이 방법은 2차원 조리개 크기 및 그에 대한 변경을 고려하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 주요 양태에 따르면, 본 발명자들은 각각의 가상 이미지 포인트가 표시 장치 상의 상이한 1차 기여 영역에 대응한다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 이것이 가상 이미지의 다른 부분(즉, 다른 가상 이미지 포인트)으로부터의 광이 시스템을 통해 다른 광학 경로를 따른다는 것을 의미한다는 것을 인식했다. 도 15a 및 15b에 의하여 예시된 실시예에서, 본 발명자들은 간단히 말해서, (i) 가상 이미지가 복수의 개별 가상 이미지 구성 요소 또는 영역을 포함하고, (ii) 각 가갓ㅇ 이미지 구성요소의 광이 도파관(1508) 내의 다른 수의 바운스/반사와 연관되도록 시스템을 구성하였다.
도 15a는 8개의 이미지 영역/구성요소(V1 내지 V8)를 포함하는 프로젝션을 위한 이미지(1552)를 도시한다. 도 15a는 단지 예로서 8개의 이미지 컴포넌트를 도시하고 이미지(1552)는 임의의 수의 구성요소로 분할될 수 있다. 도 15a는 또한, 예컨대 적절한 뷰잉 시스템의 렌즈에 의하여 변형될 때 - 이미지(1552)를 재구성할 수 있는 인코딩된 광 패턴(1554)을 보여준다. 인코딩된 광 패턴(1554)은 제1 내지 제8 이미지 성분/영역(V1 내지 V8)에 대응하는 제1 내지 제8 서브-홀로그램 또는 성분(H1 내지 H8)을 포함한다. 도 15a는 본 개시에 따라 계산된 홀로그램이 각도별로 이미지 콘텐츠를 효과적으로 분해하는 방법을 추가로 도시한다. 따라서 홀로그램은 수행하는 광의 채널링으로 특징지을 수 있다. 이것은 도 15b에 도시되어 있다. 구체적으로, 본 개시에 따른 홀로그램은 광을 복수의 개별 영역으로 지향시킨다. 이산 영역은 표시된 예에서 디스크이지만 다른 모양이 예상된다. 최적의 디스크의 크기와 모양은 도파관을 통해 전파된 후 뷰잉 시스템의 입사 동공의 크기와 모양과 관련될 수 있다. 이러한 광의 채널링은 여기에 개시된 홀로그램을 결정하는 특정 방법으로 인해 발생한다.
도 15c는 도 15a 및 15b에 예시된 인식에 따른 개선된 뷰잉 시스템(1500)을 도시한다. 도 13의 방법(1300) 또는 도 14의 방법(1400)은 도 15a 및 도 15b에 도시된 방식에 적용될 수 있다.
뷰잉 시스템(1500)은, 표시 장치를 포함하고, 표시 장치는 이 배열에서 LCOS(1502)를 포함한다. LCOS(1502)는 홀로그램을 포함하는 변조 패턴(또는 '회절 패턴')을 표시하고, 조리개(1504), 렌즈(1509) 및 뷰잉 평면 역할을 하는 망막(미도시)으로 작용하는 동공을 포함하는 눈(1505)을 향하여 홀로그램으로 인코딩된 광을 투사하도록 배열된다. LCOS(1502)를 조사하도록 배열된 광원(미도시)이 있다. 눈(1505)의 렌즈(1509)는 이미지 변환에 대한 홀로그램을 수행한다.
뷰잉 시스템(1500)은 LCOS(1502)와 눈(1505) 사이에 위치된 도파관(1508)을 더 포함한다. 도 15c의 투사 거리는 비교적 클 수 있다. 그러나, 이전 도면과 관련하여 설명된 바와 같이, 도파관(1508)의 존재는 LCOS(1502)로부터의 모든 각도 콘텐츠가 이 비교적 큰 투영 거리에서도 눈(1505)에 의해 수신될 수 있게 한다. 이는 도파관(1508)이 위에서 설명된 방식으로 동공 확장기로서 작용하기 때문이다.
추가적으로, 이 배열에서, LCOS(1502)가 여기에 설명된 방법에 따라 인코딩되었을 때, 도파관(1508)은 LCOS(1502)로부터의 광과 뷰어가 인지할 가상 이미지 사이의 고유한 관계를 설정하기 위하여 LCOS(1502)에 대하여 비스듬히 배향될 수 있다. 도파관(1508)의 크기, 위치 및 위치는 가상 이미지의 각 부분으로부터의 광이 도파관(1508)에 들어가고 도파관(1508)의 실질적으로 평면인 표면 사이에서 바운싱되는 기다란 축을 따라 안내되는 것을 보장하도록 구성된다. 광이 제2 평면 표면(눈(1505)에 가장 가까운)에 도달할 때마다 일부 광은 투과되고 일부 광은 반사된다.
도 15c는 도파관(1502)의 길이를 따라 B0 내지 B8까지 총 9개의 "바운스" 포인트를 도시한다. 독자는 이미지(1552)의 중앙이 비어 있음을 알 수 있다. 도 15c는 도파관 내에서 0 내지 9번째 광 "바운스" 또는 반사점 B0 내지 B8을 도시한다. 이미지(V1 내지 V8)의 모든 포인트와 관련된 광이 도파관(1508)의 제2 평면 표면에서 "바운스"될 때마다 도파관 밖으로 전송되지만 이미지의 각진 부분 중 하나에서 나오는 광(예: V1에서 V8까지 중 하나)는 각각의 "바운스" 지점인 B0에서 B8까지 눈(1505)에 도달할 수 있는 궤적을 가지고 있다. 더욱이, 이미지의 다른 각도 부분(V1에서 V8)으로부터의 광은 각각의 "바운스" 포인트에서 눈(1505)에 도달한다. 도 15c는 각각의 "바운스" 포인트에서 방출되는 모든 상이한 각도 콘텐츠로부터의 광을 도시하지만(각 전송 포인트에서 복수의 짧은 화살표로 도시됨), 그 다음에는 도파관의 해당 부분에서 실제로 눈(1505)에 도달할 각각의 각도 콘텐츠의 눈(1505)으로의 광학 경로만을 도시하는데, 따라서, 뷰어가 인식할 가상 이미지의 각 부분에 기여한다. 예를 들어, 제로 바운스(B0)의 경우, 도파관(1508)에 의해 전송된 광은 단순히 굴절되고 내부에서 어떠한 반사도 겪지 않는다. 제8 서브 홀로그램 H8의 광은 0번째 바운스 B0에서 눈에 도달한다. 다음 바운스 B1의 경우, 도파관(1502)에 의해 전송된 광은 전송 전에 내부에서 한 번의 바운스를 겪는다. 제7 홀로그램 H7의 광은 다음 반사 B1에서 눈에 도달한다. 이것은 최종 바운스(B8)에서 도파관(1508)에 의해 전송된 광이 8번 바운스를 겪을 때까지 계속되며, 전송되어 눈(1505)에 도달하고 제1 홀로그램 H1에 따라 인코딩된 빛을 포함한다.
도 15의 예에서 하나의 이미지 영역의 광만 각 바운스 지점에서 눈에 도달한다. 따라서, 홀로그램이 여기에 설명된 바와 같이 결정될 때 가상 이미지의 영역과 도파관 상의 관련 바운스 포인트 사이의 공간적 상관 관계가 설정된다. 일부 다른 실시예에서, 이미지의 한 영역이 2개의 인접한 투과 지점에서 나오도록 비교적 작은 중첩이 있을 수 있으며, 따라서 도파관에서 뷰잉 평면을 향해 전파하는 2개의 인접한 광 디스크 내에 포함된다.
따라서, 본 발명자들에 의하여 이루어진 인식 및 여기에 설명된 방법 및 배열은, 홀로그램을 포함하는 회절 패턴(또는 광 변조 패턴)이 LCOS 또는 기타 적절한 표시 장치에 표시될 때 복수의 '디스크' 또는 각각이 해당 가상 이미지의 서로 다른 부분에 해당(보다 구체적으로 인코딩)하는 광선 다발에서 광이 효과적으로 방출될 수 있도록 생성할 수 있다.
따라서, 표시 장치가 적절한 광원에 의하여 조사될 때, 뷰어가 선명한 이미지를 볼 수 있도록 하는 방식으로 홀로그램을 계산하고 적절한 표시 장치에 표시할 수 있는 개선된 방법 및 장치가 본 명세서에 설명되어 있다. 뷰어가 보는 이미지는 고스트가 없을 수 있으며 기존에는 하나의 메인 이미지에 기여하는 대신 고스트 이미지에 기여했을 광의 기여로 더 밝게 만들 수 있다.
여기에 설명된 개선된 방법 및 배열은 다양한 상이한 애플리케이션 및 뷰잉 시스템에서 구현될 수 있다. 예컨대, 헤드업 디스플레이(HUD)로 구현될 수 있다. 가상 이미지가 형성되는 많은 기존 HUD에 대한 개선에 있어서, 여기에 설명된 개선된 방법 및 배열은 고스트 이미지를 여전히 제거하면서 적절한 제어 장치에 의하여 선택 및 조정될 수 있는 유한한 이미지 거리에서 가상 이미지를 생성하기 위하여 구현될 수 있다.
인지된 이미지를 형성하기 위해 눈이 수신된 변조된 광을 변환해야 하는 가상 이미지가 여기에서 논의되었지만, 여기에 설명된 개선된 방법 및 배열은 실제 이미지에 적용될 수 있다.
도파관 조리개
전술한 도면은 하나의 눈 또는 하나의 "개구" 또는 "입사 동공"을 도시하였으나, 여기에 설명된 모든 배열 및 방법은 다중 진입 동공이 있는 뷰잉 시스템에 적용할 수 있으며, 가장 일반적으로 두 눈을 가진 인간 뷰어에게 적용할 수 있다.
본 발명자들은, 뷰잉 시스템의 입사 동공에 따라 홀로그램을 제한하는 것을 포함하는 대상 이미지의 홀로그램이, 전술한 바와 같이 계산되는 경우, 뷰잉 시스템이 다중 입사 동공을 가질 때- 예컨대, 뷰어가 홀로그램으로 재구성된 이미지를 두 눈으로 보고 있는 경우- 가능한 효과를 고려해야 한다는 것을 인식하였다. 실시예에서, 홀로그램은 다중 입사 동공들 중 하나의 입사 동공에 따라 제한될 수 있지만, 이미지의 일부 또는 전부는 또한 다중 입사 동공 중 하나 이상의 다른 입사 동공에 가시적일 수 있다. 실시예에서, 홀로그램은 다중 입사 동공들 중 둘 이상의 입사 동공에 따라 제한될 수 있다. 예컨대, 각각이 상이한 각각의 입사 동공에 따라 제한되는 2개의 서브-홀로그램이 계산되고 표시 장치 상의 표시를 위해 단일 홀로그램으로 결합(예를 들어, 합산)될 수 있다. 예컨대, 각각의 좌안(left eye) 이미지 및 우안(right eye) 이미지로부터 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램을 계산할 수 있으며, 여기서 좌안 홀로그램은 뷰어의 왼쪽 눈의 입사 동공에 따라 계산 시 제약되고, 우안 홀로그램은 뷰어의 오른쪽 눈의 입사 동공에 따라 계산 시 제약된다. 실시예에서, 각각이 다중 입사 동공의 서로 다른 개별 입사 동공에 따라 제한되는 둘 이상의 홀로그램이 서로 인터레이스될 수 있다. 즉, 두 개의 홀로그램이 교대로 빠르게 연속적으로 표시되어 뷰어가 두 개의 해당 이미지가 실질적으로 동시에 형성되는 것으로 인식할 수 있다.
본 발명자들은 표시된 홀로그램으로부터 뷰잉 시스템을 향해 전파하는 광에 추가적인 안내 또는 제어가 적용될 수 있다는 것을 인식하여, 그 뷰잉 시스템의 다수의 입사 동공에 의한 수신에 더 적합하게 만든다.
위에서 자세히 설명한 바와 같이, 홀로그램이 설명된 방법에 따라 계산되고 도 15c와 같은 시스템으로 표시 및 전파되면 도 15c에 도시된 바와 같이 각 전송 지점 또는 B0 내지 B8과 같은 "바운스 지점"에서 도 15c - 이미지(V1 내지 V8)의 모든 지점과 관련된 광이 도파관 밖으로 전송된다. 도 15a의 이미지(1552)의 중간 영역은 비어 있으므로 이미지의 중간과 관련된 홀로그램 채널은 도 15b에 표시되거나 레이블이 지정되지 않는다. 따라서, 도 15c에서, 전송점 B4와 연관된 광학 경로는 임의의 이미지 콘텐츠를 뷰잉 시스템에 전달하지 않을 수 있다. 그러나, 단일 입사 동공 뷰잉 시스템의 경우 이미지의 각진 부분의 광(예: V1에서 V8까지의 각 부분의 광)만이 각각의 "바운스" 포인트 B0에서 B8까지 눈(1505)에 도달할 수 있는 궤적을 갖는다. 더욱이, 이미지의 다른 각도 부분(V1에서 V8)으로부터의 광은 각각의 "바운스" 포인트에서 눈(1505)에 도달한다. 따라서, 도 15c에서, 단일 입사 동공(1504)은 이미지의 모든 각도 콘텐츠를 수신하는 것으로 도시되지만, 이미지의 각 각도 부분은 도파관(1508) 상의 서로 다른 각각의 바운스 포인트로부터 나온다. 그러나, 본 발명자들은, 뷰잉 시스템에 두 개 이상의 입사 동공이 있는 경우 이미지의 모든 각진 부분이 도파관의 각 바운스 포인트에서 방출되기 때문에 이미지의 동일한 각도 부분의 광이 두 입사 동공에 동시에 도달할 위험이 있다는 것을 인지하였다. 예컨대, 뷰잉 시스템이 사람이고 다중 입사 동공이 양쪽 눈을 포함하는 경우, 오른쪽 눈은 제1 바운스 수(
) 후에 도파관으로부터 방출된 광 경로를 통해 특정한 각도 콘텐츠(
)를 포함하는 광을 수신하고, 왼쪽 눈은 상이한 제2 바운스 수(
) 후에 도파관에서 방출되는 광 경로를 통해 동시에(또는 실질적으로 동시에 주어진 광속에서) 동일한 각도 콘텐츠(
)를 수신할 수 있다. 이것은 인간의 두뇌 - 및 실제로 인간이 아닌 뷰잉 시스템과 관련된 프로세서 -가 이미지의 동일한 부분(즉, 동일한 이미지 콘텐츠)을 동일한 각도로, 공간적으로 서로 분리된 두 개의 입사 동공에서 동시에 수신할 것으로 기대하지 않기 때문에 혼동을 초대할 수 있다. 대신에, 뇌(또는 다른 프로세서)는 단일 지점 또는 이미지의 단일 부분에서 나오는 광이 서로 다른 각도에서 두 개(또는 그 이상)의 입사 동공에 수신될 것으로 예상한다.
도 16은 본 발명자들이 해결한 상술한 문제를 예시한다. 도 16은 여기에 설명된 방법에 따라 계산된 홀로그램을 표시하는 표시 장치(1602)를 도시한다.
표시 장치(1602)는 광원(미도시)에 의해 조사된다. 광은 표시된 홀로그램에 의해 공간적으로 변조되고 도파관(1604)을 향해 전파된다. 이전 도면과 관련하여 상세히 설명된 바와 같이, 광은 도파관(1604) 내에서 굴절된다. 굴절 후, 광의 일부는 제1 전송 포인트(또는 "바운스 포인트(bounce point)")에서 뷰어를 향해 방출되고, 광의 다른 부분은 전송 전에 도파관(1604) 내에서 내부적으로 반사(또는 "바운스")되며, 광의 각 부분은 도파관(1604)의 길이에 따라 서로 다른 각각의 전송 포인트(또는 "바운스 포인트")에서 뷰어를 향하여 방출된다.
도 16은 표시된 홀로그램에 의해 표현되는 이미지의 한 부분(Vx)의 광에 대한 광 경로(1610)만을 도시한다. 이미지의 다른 부분의 광은 실제로 도파관에서 뷰어 쪽으로 전송되지만 이해의 편의를 위해 도 16에서는 생략되었다. 이미지의 다른 각진 부분의 광은 도파관(1604)의 바운스 포인트와 뷰어 사이에서 서로 다른 각각의 광학 경로를 따르고, 이미지의 각각의 각진 부분의 광은 뷰어를 향하여 도파관의 각각의(즉, 모든) 바운스 포인트에서 방출되는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 16은 뷰어의 눈의 동공이 위치하는 평면을 나타내는 입사 동공 평면(1612)과 뷰어의 눈의 망막에 상이 형성되는 평면을 나타내는 이미지 표시 평면(1614)을 나타낸다. 도 16은, 또한, 광학 경로(1610) 중 어느 하나가 뷰어의 오른쪽 눈을 향하여 이동하고 있고, 그 입사 동공을 통해 들어갈 것인지를 나타내는 제1 마커(1608) 및 광학 경로(1610) 중 어느 하나가 뷰어의 왼쪽 눈을 향하여 이동하고 있고, 이를 통해 뷰어의 왼쪽 눈의 입사 동공을 통해 들어갈 것인지를 나타내는 제2 마커(1606)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 각 눈은 다중 광학 경로(1610) 중 하나의 광학 경로의 광만을 수신할 것이며, 뷰어의 눈은 자연스럽게 공간적으로 서로 분리되기 때문에 각 눈은 서로 다른 광학 경로(1610)를 통해 광을 수신한다. 그러나 위에서 설명한 것처럼 도 16에 표시된 모든 광학 경로는 이미지의 동일한(즉, 공통) 부분의 빛을 포함한다. 따라서 두 눈은 각각의 광학 경로는 다르지만 동일한 입사각에서 동일한 이미지 콘텐츠를 수신한다. 본 발명자들은 이것이 혼란을 야기할 수 있고 시청자가 인지하는 이미지의 선명도를 손상시킬 수 있음을 인식하였다. 본 발명자들은 하기 설명으로부터 이해되는 바와 같이 이러한 잠재적인 문제를 해결하였다. 또한, 도 16에는 영상의 각진 부분의 광학 경로만이 나타나 있지만, 이미지의 하나 이상의 다른 각진 부분의 광도 유사한 방식으로 보는 사람의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈 모두에 동시에 수신될 수 있다.
도 17은 도파관(1704) 및 2개의 입사 동공을 포함하는 뷰잉 시스템(1710)을 포함하는 디스플레이 시스템 또는 광 엔진을 도시한다. 이 예에서, 뷰잉 시스템(1710)은 인간 뷰어이고 2개의 입사 동공은 각각 뷰어의 왼쪽 눈(1706) 및 오른쪽 눈(1708)의 일부이지만, 이것은 비제한적인 것으로 간주되어야 하고 본 개시내용은 다른 유형의 뷰잉 시스템에도 적용된다. 디스플레이 시스템의 다른 부분은 도 17에서 생략되었다. 도파관(1704)은 뷰잉 시스템(1710)에 더 가까운 큰 면에 정의된 중심점(1702)을 (실질적으로) 갖고, 여기서 여기서 "도파관을 따른 위치(position along the waveguide)"(PWG)는 그 중심점(1702)에서 0(PWG = 0)과 동일한 것으로 정의된다. 광축은 중심점(1702)에서 뷰잉 시스템(1710)까지 (이 예에서 "z" 방향으로) 연장되는 실질적으로 수평인 점선으로 표시된다. "x" 축은 광축에 실질적으로 수직인 중심점(1702)으로부터 연장되는 실질적으로 수직인 라인에 의해 정의된다. 도파관(1704)은 x축에 대해 각도 "α"로 배열된다. 뷰어의 눈의 동공이 위치하는 입사 동공 평면은 입사 동공 평면에서 서로 공간적으로 분리되어 있으며, 이 예에서 x축에 실질적으로 평행하다. 그러나, 본 개시는 도 17의 배열 또는 그 안의 임의의 특징부의 상대적인 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 실제로 뷰어의 눈은 도파관에서 뷰어를 향해 연장되는 광축에 수직인 공통 입사 동공 평면에 정확하게 위치하지 않을 수 있다. 주어진 시간에 뷰어의 눈의 위치는 계산되거나 디스플레이 시스템 내에 포함되거나 디스플레이 시스템과 통신하는 프로세서에 의해 획득될 수 있다. 예컨대, 임의의 적절한 눈 추적 방법이 사용될 수 있다.
도파관(1704)의 해당 면 상의 다른 포인트의 "도파관을 따르는 위치(PWG)는 중심점(1702)에 대한 그들의 위치에 따라 정의될 수 있다. 비제한적인 예로서, 도 17의 뷰어(1710)에 의해 보여지는 바와 같이 중심점(1702)의 오른쪽에 위치한 임의의 점은 PWG의 양(+)의 값을 할당받을 수 있으며, PWG의 크기는 중심점(1702)과 다른 포인트 사이의 도파관의 면을 따른 거리에 의해 정의된다. 반대로, 도 17의 뷰어(1710)에 의해 보여지는 바와 같이 중심점(1702)의 왼쪽에 위치한 임의의 점은 음(-)의 값의 PWG가 할당될 수 있으며, PWG의 크기는 도파관의 면을 따라 중심점(1702)과 다른 포인트 사이의 거리에 의해 다시 정의된다. 중심점(1702)과 입사 동공 평면 사이에, 광축에 실질적으로 평행한 거리 "D"가 정의된다. "거리 D"는 뷰어의 눈의 입사 동공의 크기 및/또는 뷰어가 뷰잉 시스템을 통해 볼 이미지의 홀로그램을 표시하는 표시 장치(미도시)의 크기에 비하여 상대적으로 클 수 있다. 예컨대, 거리 "D"는 약 1000밀리미터(1000 mm)일 수 있다.
뷰어의 눈(1706, 1708)은 자연스럽게 공간적으로 분리되어 있음을 알 수 있다. 뷰어의 눈의 입사 동공 사이의 간격은 "동공 간 거리"(IPD)로 지칭될 수 있다. 도 17에 도시된 예에서, 오른쪽 눈(1708)의 입사 동공은 광학 축과 입사 동공 평면의 교차점에서 x축을 따라 양(+)의 방향으로 변위되는 반면에, 왼쪽 눈(1706)의 입사 동공은 광학 축과 입사 동공 평면의 교차점으로부터 x축을 따라 음(-)의 방향으로 변위된다. 다시 말하지만, 이것은 하나의 예시일 뿐이며 제한적이지 않다. 본 발명자들은 뷰어의 두 눈의 서로 다른 각각의 위치(및 이에 따라 임의의 다중 입구 동공 뷰잉 시스템 내에서 둘 이상의 입사 동공의 서로 다른 각각의 위치)가 설명될 수 있도록 제어가 제공될 수 있음을 인식하고, 이미지의 어떤 부분도 실질적으로 동시에 양쪽 눈에 수신되지 않도록 한다. 참고로, 본 발명에 따른 특수 유형의 홀로그램은 이미지 콘텐츠(홀로그램 영역임에도 불구하고)를 각도에 따라 효과적으로 분할하거나 분리한다.
도 18은 본 명세서의 도 15c, 16 또는 17에 도시된 것과 같은 디스플레이 시스템 또는 광 엔진에 적용된 바와 같이 본 발명자들에 의해 이루어진 인식을 예시하는 그래프를 포함한다. 그래프는 뷰어 또는 뷰잉 시스템을 향하는 도파관의 넓은 면 상의 점의 도파관을 따른 위치(PWG)와 각 눈에서 도파관 상의 점까지의 각도 사이의 관계를 도시한다. 실시예들에서, 도파관은 표시 장치(즉, 홀로그램) 및/또는 뷰잉 시스템의 뷰잉 또는 입사 동공 평면에 대해 기울어져 있다.
도 18의 그래프는 두 개의 선을 도시한다. 하나는 뷰어의 왼쪽 눈과 같은 뷰잉 시스템의 제1 입사 동공에 대한 선(1806)이고 다른 하나는 뷰어의 오른쪽 눈과 같은 뷰잉 시스템의 다른 제2 입사 동공에 대한 선(1808)이다. 알 수 있는 바와 같이, 주어진 광의 각도(θ)에 대해 도파관을 따라 제1 위치(PWG1)가 있으며, 이 위치에서 왼쪽 눈에 도달하기 위해 광이 방출된다. 동일한 광 각도 θ에 대해 도파관 PWG2 를 따라 제2의 다른 위치가 있으며, 이 위치에서 오른쪽 눈에 도달하기 위해 광이 방출된다. 따라서 두 눈은 실질적으로 동시에 도파관의 다른 부분에서 동일한 이미지 콘텐츠(즉, 광의 각도)를 수신한다. 이것이 본 발명자들이 해결한 문제의 원인이다.
이미지의 서로 다른 부분에 해당하는 모든 광선(또는 광선 묶음)은 도파관의 여러 위치(즉, 다중 "바운스 지점")에서 방출된다. 따라서, 서로 다른 위치에서 동일한 각도로 도파관에서 방출된 2개 이상의 공간 변조된 광선이 실질적으로 동시에 두 입사 동공에 입사하면, 양쪽 입사 동공(예: 뷰어의 양쪽 눈)이 수신하는 이미지 내용은 동일하다. 이는 뷰어에게 혼란을 줄 수 있고 보는 사람이 보거나 인지하는 이미지의 품질을 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 실시예들에 따라 다중 입사 동공 뷰잉 시스템의 각 입사 동공에 의해 수신되는 광이 제어되어야 함을 인식하였다. 예를 들어, 다중 입사 동공 뷰잉 시스템의 둘 이상의 입사 동공이 동시에 동일한 각도에서 동일한 이미지 콘텐츠의 광을 수신하는 것은 감소되어야 하고 적어도 어떤 경우에는 제거되어야 한다. 더욱이, 본 발명자들은, 다중 입사 동공 뷰잉 시스템의 두 개 이상의 입사 동공은 적어도 어떤 경우에는 동일한 이미지 콘텐츠의 광(즉, 동일한 특정 각도 범위의 광)을 동시에 받는 것을 방지해야 한다. 본 발명자의 솔루션은, 예에 따른 뷰어의 왼쪽 및 오른쪽 눈에 의해 수신된 광을 나타내는 제1 선(1906) 및 제2 선(1908)도 도시하는 도 19와 관련하여 이해될 것이다.
도 19의 각 각도는 본 개시에 따라 채용된 특수 유형의 홀로그램으로 인해 이미지의 다른 부분에 해당한다. 요약하면, 본 발명자들은 이 광학 기하학의 분석으로부터 도파관의 복수의 각도 범위 또는 "영역"(즉, 하위 영역)이 식별될 수 있고, 여기서 눈 중 하나만 해당 이미지 콘텐츠를 수신할 것임을 식별했다. 예를 들어, 도파관의 제2 영역에서 왼쪽 눈이 받을 수 있는 빛의 각도 범위는 오른쪽 눈이 받을 수 있는 빛의 각도 범위와 겹치지 않는다. 어느 영역에서든 한 눈이 받을 수 있는 최대 각도는 다른 눈이 받을 수 있는 최소 각도보다 작아서 겹치지 않는다. 그러나 영역은 매끄럽게 연결되어 모든 이미지 콘텐츠(즉, 모든 각도)가 뷰잉 시스템으로 전달된다. 이를 다른 방식으로 보면, 도 19의 제2 영역과 관련된 각도 범위는, 겹치지 않는(그러나, 매끄럽게 연결된) 도파관이 제1 하위 영역(즉, PWG의 제1 범위)에서 제2 눈에 동일한 각도 콘텐츠를 전달하는 도파관의 제2 하위 영역(즉, PWG의 제2 범위)으로 이동하도록 전달된다. 제1 하위 영역의 끝(예: 제1 눈에 대한 PWG의 상한선)은 제2 하위 영역의 시작(예: 다른 쪽 눈에 대한 PWG의 하한선)의 시작에 바로 인접하거나(즉, 끊김 없이 연결됨) 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 요컨대, 시스템의 기하학과 홀로그램의 특성으로 인해, 본 발명자들은 도파관의 복수의 영역(즉, 하위 영역)이 두 눈이 이미지의 서로 다른(그리고 결정적으로 비중첩) 부분으로 인코딩된 광을 수신하는 존재임을 확인하였다. 당업자는 도 19를 참조하여 설명된 접근 방식이 복잡한 광학 시스템에 가깝고, 예를 들어 입사 동공의 유한한 크기로 인해 눈 사이의 각도 내용의 약간의 혼선이 여전히 허용될 수 있음을 이해할 것이다. 그러나, 본 발명자들은 이 방법이 여전히 두 눈에 전체 이미지 콘텐츠를 전달하면서 두 눈 사이의 혼선을 상당히 감소시키는 도파관 개구 구성을 식별하는 데 매우 효과적이라는 것을 발견했다.
보다 상세하게, 도 19는 예로서 4개의 상이한 구역을 도시하며, 여기서 각각의 구역(제1 구역, 제2 구역, 제3 구역, 제4 구역)은 도파관으로부터 관찰자를 향하여 방출될 광의 각도의 상이한 각각의 범위를 정의한다. 각 구역(제1 구역, 제2 구역, 제3 구역, 제4 구역)은 서로 다른 각도 채널에 해당하므로 서로 다른 개별 이미지 콘텐츠에 해당한다. 즉, 홀로그램이 계산되는 고유한 방식으로 인해 각 영역은 이미지의 서로 다른 부분을 나타내므로 서로 다른 이미지 내용에 해당한다고 한다. 구역들은 서로 인접하고 서로 인접하여 결합함으로써 이미지를 구성하는 전체 각도 범위를 덮고, 따라서 공간적으로 변조된 광을 수신하면 뷰어의 뇌에서 이미지를 홀로그램으로 재구성하는 데 필요한 모든 이미지 콘텐츠를 제공하기 위하여 결합한다.
본 발명자들은 이미지의 모든 부분에 대해, 따라서 각 구역에 대해, 뷰어의 혼동을 피하기 위하여 광은 바람직하게는 하나의 입사 동공(즉, 양쪽 눈이 아닌 한쪽 눈)만 받을 수 있도록 허용해하 한다고 인식하였다. 특히, 본 발명자들은, 이미지의 각 부분(즉, 각각의 각도)의 광이 주어진 시간에 뷰어의 눈 중 하나만 수신되도록 하기 위하여, 도파관과 뷰어 사이의 선택된 위치 또는 위치들에서 제어 장치를 고안하였다. 제어 장치는 하나 이상의 개구 또는 조리개, 및 하나 이상의 배리어 또는 차단물을 포함할 수 있다. 제어 장치는 폐쇄 부분과 개방 부분을 갖는 "개구" 또는 "도파관 조리개"로 지칭될 수 있다. 도파관 구멍(들)은 뷰어의 제1 눈이 제2 눈에 의해 수신될 수 없는 각도 콘텐츠를 수신하도록 구성될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
예시적인 도파관 개구(1900)가 도 19에 제1 위상(1900A) 및 제2 위상(1900B)으로 도시되어 있다. 이러한 단계를 대신 "구성"이라고 할 수 있다. 본 개시는 도면에 도시된 특정 단계에 제한되지 않는다. 이는 예시일 뿐이다.
도파관 조리개(1900)은 도 18의 그래프와 유사한 도 19의 그래프에 인접하여 도시되어 있으며, 도파관 조리개(1900)이 호로그램의 제1 구역(zone 1)에서 제4 구역(zone 4)까지 도파관을 통해 뷰어의 눈을 향해 전파되는 고아에 어떻게 영향을 미칠 것인지 도시한다. 각 위상(1900A, 1900B)은 하나의 눈만이 주어진 시간에 각 구역의 광을 받는 것을 보장하기 위해 적용될 수 있는 하나의 가능한 도파관 조리개 구성을 나타낸다. 각 위상(1900A, 1900B)에 대해, 도파관 조리개(1900)는 "개방" 부분 및 "폐쇄" 부분을 포함하며, 각 부분은 광이 방출될 수 있는 도파관(PWG)을 따른 위치의 범위(밀리미터, mm)에 대응한다. 실제로, 도파관 조리개(1900)는 도파관에 물리적으로 가깝게 위치될 수 있고, 도파관과 뷰어 사이의 광 경로를 가로질러 연장되어, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 특정 광 경로를 선택적으로 허용 및 차단할 수 있다. 예를 들어, 도파관 조리개는 여기에서 도 22A, 24A 및 25A에 예시된 바와 같이 도파관 바로 앞에 위치할 수 있다. 이러한 배열에서, 도파관 조리개는 입사 동공 평면에 대해 기울어질 수 있고, 예를 들어 도파관의 긴 면에 실질적으로 평행할 수 있다. 그러나 유사한 기능을 제공하는 도파관 개구의 다른 위치 및 방향이 고려된다.
위상 1900A 또는 1900B에 대응하는 고정 도파관 조리개가 제공될 수 있으며, 고정 도파관 조리개는 도파관(PWG)을 따라 특정한 위치에서 방출된 광이 뷰어에게 도달하도록 허용되게 도파관과 뷰어 사이에 위치되고, 도 19에 도시된 열린 부분(흰색) 및 닫힌 부분(검은색)으로 정의된 도파관(PWG)을 따라 특정한 다른 위치에서 오는 광을 차단한다. 복수의 상이한 고정 도파관 구멍이 제공될 수 있고, 복수의 선택된 하나는 주어진 시간에 도파관과 함께 배치되어 도파관과 뷰어 사이에 공간 변조된 광의 선택된 제어를 제공할 수 있다. 대안적으로, 제1 위상(1900A)과 제2 위상(1900B) 사이에서 교번하는 동적으로 재구성 가능한 도파관 개구가 제공될 수 있다. 각 위상을 차례로 취하면 도파관 구멍(1900)은 다음과 같이 더 자세히 이해될 수 있다.
제1 위상(1900A)에 대해, 도파관 개구는 5개의 부분으로 공간적으로 분할되며, 각각은 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의하며, 여기서 부분은 교대로 열리고 닫힌다. 더 자세하게: 제1 개방 부분(1921)이 도면의 좌측에 정의된다. "좌측", "우측" 등과 같은 위치 용어는 도면에 도시된 예의 이해를 돕기 위해서만 사용되며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 제1 개방 부분(1921)은 오른쪽 눈이 제4 구역의 빛을 받는 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의한다. 왼쪽 눈은 이 위치 범위에서 광을 받지 않습니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면, 오른쪽 눈이 제3 구역의 광을 받을 수 있는 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의하는 제1 개방 부분(1921)에 바로 인접한 제1 폐쇄 부분(1922)이 있다. 그러나 폐쇄 부분(1922)이므로 오른쪽 눈이 제3 구역에서 광을 받지 않도록 한다. 추가적으로, 제1 폐쇄 부분(1922)은 또한 왼쪽 눈이 제4 구역로부터 광을 받을 수 있었던 위치의 범위를 커버한다. 그러나 다시, 폐쇄 부분(1922)이기 때문에 왼쪽 눈이 제4 구역에서 광을 받지 않도록 한다. 오른쪽으로 더 이동하면 제1 폐쇄 부분(1922)에 바로 인접한 제2 개방 부분(1923)이 있으며, 이는 왼쪽 눈이 제3 구역의 광을 받는 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의한다. 또한, 도파관을 따라 위치의 동일한 범위는 오른쪽 눈이 제2 구역의 광을 받는 범위이다. 오른쪽으로 더 이동하면 제2 개방 부분(1923)에 바로 인접한 제2 폐쇄 부분(1924)이 있으며, 이는 왼쪽 눈이 제2 구역의 광을 수신하는 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의한다. 그러나 폐쇄 부분(1924)이기 때문에 왼쪽 눈이 제2 구역에서 광을 받지 않도록 한다. 추가적으로, 제2 폐쇄 부분(1924)은 또한 우측 눈이 제1 구역으로부터 광을 받을 위치의 범위를 커버한다. 그러나 다시, 폐쇄 부분(1924)이므로 오른쪽 눈이 제1 구역에서 광을 받지 않도록 한다. 마지막으로, 제2 폐쇄 부분(1924)에 바로 인접한 제3 개방 부분(1925)이 있다. 이것은 왼쪽 눈이 제1 구역의 광을 받는 도파관(PWG)을 따라 위치 범위를 정의한다. 오른쪽 눈은 이 위치 범위에서 광을 받지 않는다. 따라서, 도파관 조리개가 제1 위상(1900A)으로 표현되는 구성에 있을 때, 각 구역의 광은 한쪽 눈으로 들어오는 것이 허용되고 다른 쪽 눈으로 들어가는 것이 방지된다. 따라서 수신된 이미지 콘텐츠의 복제가 방지된다.
제2 위상(1900B)의 경우, 도파관 개구는 다시 5개의 부분으로 공간적으로 분할되어, 제1 위상(1900A)의 대응하는 부분과 동일한 각각의 범위의 도파관(PWG)을 정의하지만, 제2 위상(1900B)에서는 부분 도 19에 정의된 것처럼 왼쪽에서 오른쪽으로 볼 때 교대로 닫히고 열린다. 더 자세하게: 제1 폐쇄 부분(1921')은 제4 구역의 광이 오른쪽 눈으로 들어가는 것을 방지한다. 왼쪽 눈은 이 위치 범위에서 빛을 받지 않기 때문에 왼쪽 눈에는 영향을 주지 않는다. 우측으로 이동하면, 제1 폐쇄 부분(1921') 바로 옆에 제1 개방 부분(1922')이 있다. 제4 구역의 광은 왼쪽 눈으로 들어오고 제3 구역의 광은 오른쪽 눈으로 들어간다. 다시 우측으로 이동하면, 제1 개방 부분(1922')에 바로 인접하여 제2 폐쇄 부분(1923')이 있다. 제3 구역의 광이 왼쪽 눈으로 들어오는 것을 방지하고 제2 구역의 광이 오른쪽 눈으로 들어오는 것을 방지한다. 다시 오른쪽으로 이동하면 제2 폐쇄 부분(1923') 바로 옆에 제2 개방 부분(1924')이 있다. 제2 구역의 광은 왼쪽 눈으로 들어오고 제1 구역의 광은 오른쪽 눈으로 들어간다. 다시 우측으로 이동하면, 제2 개방 부분(1924')에 바로 인접하여 제3 폐쇄 부분(1925')이 있다. 제1 구역의 광이 왼쪽 눈으로 들어오는 것을 방지한다. 따라서 도파관 조리개의 두 위상의 기능은 아래 표 1에 요약되어 있다.
실시예는 단지 예로서 제1 및 제2 개구 구성이 반대인(즉, 완벽하게 상보적인) 배열을 설명한다. 제어 장치의 위상이 완벽하게 상호 보완적일 필요는 없다. 여기에 설명된 다른 실시예에서, 특히 각 입사 동공의 유한한 크기가 완전히 고려될 때 더 복잡한 구성 및 위상이 사용된다.
도 20은 홀로그램 재구성을 포함하는 가상 이미지를 형성하기 위해 여기에 설명된 방법에 따라 홀로그램이 계산되는 대상 이미지(2000)의 예이다. 대상 이미지(2000)는 4개의 구역(zone)으로 나뉘며, 각각의 구역은 이미지 콘텐츠가 서로 다르다. 따라서, 홀로그램이 적절하게 표시되고 조사될 때, 표시 장치 및 도파관이 방출하는 공간적으로 변조된 광은 4개의 별개의 광선(또는 광선 다발, 또는 각 채널)을 포함하고, 각각은 고유한 각각의 각도 범위를 갖고 각각은 이미지의 다른 존중 부분을 포함한다.
홀로그램은 이미지 콘텐츠를 각도로 나누도록 계산됩니다. 이러한 홀로그램을 계산하기 위해 다양한 상이한 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로, 홀로그램은 뷰잉 시스템의 적어도 하나의 입사 동공에 따라 제약된다고 할 수 있다. 홀로그램의 특징은 이미지 콘텐츠를 채널로 각도 분할하는 것이다. 실시예에 따르면, 홀로그램은 생성될 가상 이미지의 개별 가상 이미지 포인트를 사용하여 홀로그램을 계산하는, 상술한 바와 같이 포인트 클라우드 방법을 사용하여 계산된다. 그러나, 이 방법은 예로서만 설명되고 이미지 콘텐츠의 각도 채널링을 특징으로 하는 홀로그램을 계산하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 비제한적인 예시적인 포인트 클라우드 방법을 이용하는 실시예에서, 각각의 가상 이미지 포인트는 표시 장치와 뷰잉 시스템의 입사 동공 사이의 광의 하나의 광선 각도에 대응할 수 있다. 각 가상 이미지 포인트는 개별 이미지 구성 요소로 간주될 수 있다. 실시예에서, 가상 이미지의 구역은 단일 가상 이미지 지점 또는 복수의 가상 이미지 지점을 포함할 수 있다. 실시예에서, 2개 이상의 이웃하는 가상 이미지 포인트가 가상 이미지의 구역 내에 포함될 수 있으며, 여기서 그 구역에 대한 각도 범위는 구역 내에 포함된 개별 가상 이미지 포인트에 각각 대응하는 모든 각도를 포함한다.
뷰어(또는 뷰잉 시스템)의 각 눈(또는 입사 동공)에 도달하는 콘텐츠를 성공적으로 제어하기 위해, 각 눈(또는 입사 동공)은 서로 다른 각각의 뷰 위치를 차지하며, 여기에 개시된 도파관 조리개의 각 부분(즉, 각 구역) )는 뷰잉 시스템이 두 눈을 가진 사람 뷰어일 때 각 뷰잉 위치(예: 각 눈에서 수신할 수 있는 최대 광선 각도 및 최소 광선 각도)를 정의한다. 수신된 홀로그램 콘텐츠의 뷰잉 위치 사이(예: 두 눈 사이)의 중첩을 방지하기 위해 각 영역에 대해 제1 눈 위치의 최대 광선 각도가 제2 눈 위치의 최소 광선 각도보다 작다. 2개의 뷰잉 위치가 2개의 인접한 구역으로부터 콘텐츠를 수신하도록 구성되는 경우, 제1 눈 위치의 최대 광선 각도는 제2 눈 위치의 최소 광선 각도와 실질적으로 동일하다. 예컨대, 도파관 구멍은 최대 광선 각도(
)까지를 포함하는 각도 범위의 내용에 대응하는 공간 변조된 광을 제1 뷰잉 위치가 수신하도록 구성될 수 있고, 제2 뷰잉 위치는 제2 눈 위치(
)의 최대 광선 각도까지 위의 각도 범위(
과 같지 않음)의 콘텐츠에 대응하는 공간 변조된 광을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 21은 도파관 조리개의 개방 부분(2100)이 도시되어 있고 도파관 조리개의 나머지 부분이 도시되지 않은 위의 것을 예시한다. 개방 부분(2100)은 도파관(PWG)을 따라 강조 표시된 위치 범위로부터 도파관에서 방출되는 임의의 광이 뷰어를 향해 PWG1 과 PWG2 사이에서 통과할 수 있도록 도파관(미도시)에 대해 위치해야 한다. 따라서 제1 라인(2106)으로 표시된 제2 구역의 광이 왼쪽 눈으로 들어가는 것을 허용하고 제1 구역의 광이 제2 라인(2108)으로 나타낸 오른쪽 눈으로 들어가는 것을 허용한다. 제2 구역에 대한 각도 범위는 최소 각도(2106MIN)에서 최대 각도(2106MAX)까지 확장되는 것으로 도시된다. 유사하게, 제1 구역에 대한 각도 범위는 최소 각도(2108MIN)에서 최대 각도(2108MAX)까지 확장되는 것으로 도시된다. 도 21에서 수평 파선으로 도시된 바와 같이, 구역 2에 대한 최대 각도(2106MAX), 따라서 왼쪽 눈은 제1 구역, 따라서 오른쪽 눈에 대한 최소 각도(2108MIN)와 동일하다. 따라서, 제2 구역의 하한선인 2106MIN에서 제1 구역의 상한선인 2108MAX까지의 모든 각도가 덮여 있으며 제1 구역 및 제2 구역의 이미지의 모든 부분에 의해 공간 변조된 광이, 한쪽 눈 또는 다른 쪽 눈으로 열린 부분(2100)을 통해 수신된다.
도 22a는 작동 중인 도파관 조리개(2250)를 도시한다. 도파관 조리개(2250)는 디스플레이 시스템 또는 광 엔진의 일부로서 제공되는 도파관(2204)의 앞에 - 즉, 광학적으로 하류에 제공된다. 디스플레이 시스템의 다른 요소는 표시되지 않는다. 예를 들어, 디스플레이 시스템은 또한 본 명세서에 기술된 바와 같이 계산되고 적절한 광원에 의해 조명되는 홀로그램을 표시하도록 구성된 표시 장치를 포함한다. 뷰어는 도파관 조리개(2250)의 광학적으로 하류에 위치되며, 뷰어의 왼쪽 눈(2206) 및 오른쪽 눈(2208)의 입사 동공은 "x" 방향으로 입사 동공 평면을 정의한다. 뷰어의 눈(2206, 2208) 사이의 간격은 x 방향의 "동공 간 거리"(IPD)로 정의된다. 도파관 조리개(2250)는 도파관(2250) 바로 앞에 제공되고 실질적으로 평행하게 제공되어, 둘 다 입사 동공 평면에 대해 기울어진다.
도파관(2250)의 개방 부분(2251)은 광이 도파관(PWG)을 따른 위치의 미리 정의된 범위로부터 뷰어를 향해 방출되도록 하는 것으로 도시되어 있다. 실시예에서, 도파관 조리개에 하나 이상의 개방 부분이 있을 것이지만, 이해의 편의를 위해 도 22A에는 하나만 도시되어 있다. 도 21과 관련하여 전술한 바와 같이, 도파관 조리개(2250)는 제1 각도 범위의 광이 개방 부분(2251)으로부터 방출되어 우안(2208)에 도달하도록 하고, 제2의 상이한 각도 범위의 광이 개방 부분(2251)으로부터 방출되어 좌안(2206)에 도달하도록 한다. 숙련된 독자는, 실제로, 광이 도파관(2204)으로부터 그리고 다른 각도에서도 도파관 조리개(2250)의 개방 부분(2251)을 통해 방출될 수 있지만, 도시된 2개의 각도 범위만이 뷰어의 눈 중 하나에 도달할 개방 부분(2251)로부터의 광을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
도 22b는 도 22a의 시스템을 사용하여 뷰어의 왼쪽 눈에 광이 전달될 대상 이미지(2000)의 제1 구역의 이미지 콘텐츠를 도시한다. 도 22c는 대상 이미지(2000)의 제2 구역의 이미지 콘텐츠를 보여주며, 그 광은 뷰어의 오른쪽 눈으로 전달될 것이다. 숙련된 독자가 이해할 수 있듯이 뷰어의 두뇌(또는 인간이 아닌 뷰잉 시스템의 프로세서)는 두 영역을 동시에 "보기" 위해 각 눈(또는 다른 입사 동공)에서 수신한 이미지 콘텐츠를 결합할 수 있다. 그러나 뷰어의 두 눈의 관점이 다르기 때문에 각 영역에 포함된 이미지 내용은 적어도 어떤 경우에는 실제로 각 눈마다 약간씩 달라야 한다.
실시 예에 따라, 본 발명에 따라 홀로그램이 계산되어 홀로그램으로 재구성되는 "대상 이미지"는 눈마다 상이하다. 따라서 각각의 눈에 대해 별도로 계산되는 이미지에 대응하는 홀로그램은 실제로 각각이 상이한 이미지의 홀로그램일 수 있다. 즉, 왼쪽 눈에 대해 계산된 홀로그램은 왼쪽 눈에서 보았을 때 이미지에 해당하는 홀로그램이고, 반대로 오른쪽 눈에서 볼 때 오른쪽 눈에 대해 계산된 홀로그램은 오른쪽 눈에서 볼 때 이미지에 해당하는 홀로그램이다.
따라서, 본 발명자들은 각 구역 내에 포함된 이미지 콘텐츠가 각각의 눈(또는 각각의 조리개에 대해 임의의 다른 다중 조리개 뷰잉 시스템)에 대해 상이할 수 있음을 인식했다. 따라서, 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 도파관 조리개는 좁은 시간 창 내에서 각 눈에 모든 구역의 광을 공급하도록 구성될 수 있으므로, 뇌(또는 인간이 아닌 뷰잉 시스템과 관련된 프로세서)는 각 눈이 각각의 이미지에 대한 모든 홀로그램 콘텐츠를 실질적으로 동시에 수신하는 것으로 인식할 수 있다.
실시예에 따르면, 도파관 조리개는 동적으로 구성될 수 있고/있거나 하나 이상의 도파관 조리개 또는 다른 제어 장치가 제공될 수 있는데, 여기서 적합한 제어기는 도파관 조리개의 상이한 각각의 구성 사이의 스위칭 및/또는 상이한 제어 장치 간의 스위칭을 동적 기반으로 제어할 수 있다. 바람직하게는, 이것은 매우 신속하게, 예를 들어 인간의 눈에 대한 일반적인 통합 시간보다 더 빠르게 수행되어야 한다. 스위칭은 두 단계에서 제어 장치에 의해 방출되는 모든 공간적으로 변조된 광이 매우 짧은 시간 창 내에 뷰어에 의해 수신될 수 있도록 하여 뷰어가 동시에 수신된 것으로 인식하도록 한다.
도 23a는 L1, L2, L3 및 L4로 각각 레이블이 지정된 4개의 영역으로 분할된 뷰어의 왼쪽 눈에 필요한 이미지를 도시한다. 도 23b는 각각 R1, R2, R3 및 R4로 레이블이 지정된 4개의 영역으로 분할된 뷰어의 오른쪽 눈에 원하는 이미지를 도시한다. 두 눈이 짧은 시간 내에 원하는 모든 이미지 콘텐츠를 수신할 수 있도록 하지만 정확히 동일한 시간에 동일한 각도에서 양쪽 눈에 이미지 콘텐츠가 수신되지 않도록 하기 위해 서로 상보적인 제1 위상과 제2 위상 사이에서 동적으로 전환되도록 도파관 조리개와 같은 제어 장치가 제공된다. 도 23c는 제1 위상의 홀로그램 계산을 위한 대상 이미지를 보여주고 23d는 제2 위상의 홀로그램 계산을 위한 대상 이미지를 보여준다. 즉, 도 23c의 대상 이미지는 제1 위상 동안 재구성되는 제1 홀로그램을 계산하는 데 사용되며, 도 23d의 대상 이미지는 제2 위상 동안 재구성되는 제2 홀로그램을 계산하는 데 사용된다. 사용된 대상 이미지는 각 눈이 이미지의 위치/관점에 맞게 조정된 콘텐츠를 수신하도록 한다.
제1 위상은 도 24A 내지 24C로부터 더 완전하게 이해될 수 있다. 도파관 조리개(2450)는 3개의 개방 부분(2451, 2453, 2455) 및 2개의 폐쇄 부분(2452, 2554)을 갖는 제1 위상에서 제1 구성(2400A)으로 배열된다. 도파관 조리개(2450)은 도 22a의 시스템과 같은 디스플레이 시스템 또는 광 엔진에 제공되며, 여기서 도파관 조리개(2450)는 뷰어의 왼쪽(2406) 및 오른쪽(2408) 눈에 의해 정의된 입사 동공 평면에 대해 기울어져 있어, 도파관 조리개(2450)는 공간 변조된 광을 수신하는 도파관(2404)과 실질적으로 평행하다. 홀로그램 또는 본 명세서에 설명된 바와 같이 계산된 홀로그램을 표시하는 표시 장치와 같은 디스플레이 시스템의 다른 양태는 도시되지 않는다. 제1 위상에서, 제1 개방 부분(2451)는 우안 뷰 이미지의 제1 구역의 광이 우안에 도달하도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "R1"이 수신된다. 제2 개방 부분(2453)은 우안 뷰 이미지의 제3 구역으로부터의 빛이 우안에 도달하도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "R3"이 수신됩니다. 제2 개방 부분(2453)는 또한 좌안 뷰 이미지의 영역 2로부터의 광이 좌안에 도달하도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "L2"가 수신된다. 마지막으로, 제3 개방 부분(2455)은 좌안 뷰 이미지의 제4 구역로부터의 빛이 좌안으로 수신되도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "L4"가 수신됩니다. 따라서 도 24b는 제1 위상에서 오른쪽 눈(2408)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 보여주고 도 24c는 좌안(2406)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 도시한다.
제2 위상은 도 25A 내지 25C로부터 더 완전히 이해될 수 있다. 도파관 조리개(2450)는 2개의 개방 부분(2452', 2454') 및 3개의 폐쇄 부분(2451', 2453', 2455')을 갖는 제2 위상(2400B)에 있다. 다시 말하지만, 디스플레이 시스템의 다른 측면이 실제로 존재하지만 도 25A에는 도시되어 있지 않다. 제2 위상에서, 제1 개방 부분(2452')은 우안 뷰 이미지의 영역 2의 빛이 우안에 도달하도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "R2"가 수신된다. 제1 개방 부분(2452')은 또한 좌안 뷰 이미지의 제1 구역의 광이 좌안에 도달하도록 허용하여 이미지 콘텐츠 "L1"이 수신된다. 제2 개방 부분(2454')은 우안 뷰 영상의 제4 구역의 광이 우안에 도달하도록 하여 영상 컨텐츠 "R4"를 수신한다. 마지막으로, 제2 개방 부분(2454')은 또한 좌안 뷰 이미지의 제3 구역의 빛이 좌안으로 수신되도록 허용하므로 이미지 콘텐츠 "L3"가 수신된다. 따라서 도 25b는 제2 위상에서 우안(2408)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 나타내고 도 25c는 좌안(2406)에 의해 수신된 이미지 콘텐츠를 보여준다.
도파관 조리개(2450)는, 예컨대, 인간 눈의 일반적인 통합 시간보다 더 빠르게, 제1 위상과 제2 위상 사이를 빠르게 전환하도록 제어될 수 있으므로, 도 23c 및 도 23d에 각각 조합되어 도시된 바와 같이, 각 위상에서 뷰어에 의해 수신된 각각의 이미지 콘텐츠가 서로 인터레이스되도록 한다. 따라서 뷰어는 위치에 따라 고유한 관점에서 두 눈으로 전체 이미지를 본 것처럼 인식한다. 그러나 뷰어는 이미지 품질 저하를 인지하지 못하며 실제로 동일한 각도에서 두 눈에서 동시에 공통 또는 중복 이미지 콘텐츠를 수신했을 때 발생할 혼란을 겪지 않는다. 따라서, 제어 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같이 계산된 홀로그램(들)과 함께 작동하여 뷰어를 위해 명확하고 정확한 홀로그램으로 구성된 이미지를 생성한다. 간단하면서도 효과적인 방법으로 그렇게 한다.
본 발명자들은 전술한 작업 실시예들이 각각의 입사 동공의 중심에 기초한 기하학적 구조에 의해 적절하게 결정될 수 있다는 것을 발견하였다. 도 26 내지 도 30을 참조하여 후술되는 추가 개선에서, 본 발명자들은 입사 동공의 유한한 크기를 고려하였다. 이들 실시예에 따르면, 이미지 품질이 더욱 개선되고 복수의 뷰잉 시스템 사이의 이미지 크로스토크(crosstalk)가 더욱 감소되거나 심지어 제거된다. 당업자는 예를 들어 눈 또는 머리 위치 및/또는 동공 크기의 변화에 응답하여 실시간으로 제어 장치 및 조리개 배열을 동적으로 재구성하기 위해 아래에 설명된 방법이 어떻게 사용될 수 있는지 이해할 것이다. 제어 장치에 의해 제공되는 조리개 구성은 소프트웨어 재구성이 가능하므로, 여기에 개시된 시스템은 두 개의 뷰잉 시스템 사이-예컨대, 인간 뷰어의 동공 간 거리-의 분리와 같은 뷰잉 시스템의 매개 변수에 응답하여 자체적으로 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 눈 추적 시스템에 의해) 동공 직경(들)의 측정이 이루어지고 이것은 셔터링을 위한 제어 시스템의 일부로서 사용된다. 예컨대, 운전자의 동공은 상당히 다를 수 있다. 주변 조명이 밝으면 동공 직경이 작아진다. 본 명세서에 개시된 시스템의 장점은 동공 직경이 비교적 작은(예를 들어, 2mm) 밝은 조건하에서 눈 누화(crosstalk)를 제거하기 위해 더 적은 "닫힌" 조리개 면적이 필요하다는 것이다. 이것은 전체 효율(뷰어에게 전달되는 광의 양)이 상대적으로 높다는 것을 의미하기 때문에 유리하다. 따라서, 본 발명의 셔터 시스템과 이미지 디스플레이, 특히 차량의 헤드업 디스플레이 사이에는 우수한 시너지 효과가 있다.
도 26 내지 도 30은 다른 실시예에 따른 더 복잡한 셔터링 방식을 도시한다. 이 도면들은 다이내믹 셔터가 작동하는 동안 셔터 영역의 크기와 위치가 어떻게 변하는지 보여준다. 이미지의 어떤 부분도 복수의 뷰잉 위치(예: 눈 위치)에서 동시에 수신되지 않도록 하기 위해 임의의 수의 다른 셔터 방식이 구현될 수 있다. 다시 말하지만, 이는 도파관 동공 확장기의 각 광각이 한 번에 하나의 보기 위치(예: 한쪽 눈)에만 도달하도록 함으로써 달성된다. 도 28 내지 30은 3개의 상이한 셔터 구성이 동작 동안 순차적으로 구현되는(예를 들어, 순환되는) 일 실시예를 단지 예로서 도시한다.
도 26은 도 28 내지 30에 도시된 3상 다이내믹 셔터링 방식에 대응하는 기하학적 구성을 도시한다. 도 26은 이미지 또는 이미지들(예를 들어, 도 23C 또는 23D에 따른 2개의 상이한 구역화된 이미지)의 홀로그램을 표시하는 공간 광 변조기(2600)를 도시한다. 도 26은 이 예에서 막대 형태의 도파관 동공 확장기(2604)를 더 도시한다. 도파관 동공 확장기(2604)는 공간 광 변조기(2600)로부터 공간 변조된 광을 수신하도록 배열된다. 수신된 광은 표시된 홀로그램에 따라 공간적으로 변조된다. 동적 셔터 형태의 제어 장치(2650)는 도파관 동공 확장기(2604)의 출력면으로부터 광을 수신한다. 전술한 바와 같이, 도파관 동공 확장기(2604)는 수신된 광을 효과적으로 복제하여 광이 그 길이를 따라 복수의 지점에서 방출되도록 한다.
제어 장치(2650)를 통과한 일부 광은 복수의 뷰잉 포인트들 중 하나의 뷰잉 포인트에 도달한다. 이 예에는 두 가지 뷰잉 포인트가 있다. 제1 뷰잉 시스템은 제1 입사 동공(2609A) 및 제1 뷰잉 포인트에 위치한 제1 광 센서(2611A)를 포함한다. 제2 뷰잉 시스템은 제2 입사 동공(2605B) 및 제2 뷰잉 포인트에 위치한 제2 광 센서(2607B)를 포함한다.
도 26은 단지 예시로서 5개의 개별 셔터 구역이 제공되는 예시적인 셔터 구성을 도시한다. 각 셔터 영역은 로드의 해당 하위 영역에서 수신된 광에 대해 투과성 또는 비투과성(예: 흡수성 또는 반사성)이 되도록 독립적으로 제어할 수 있다. 제어 장치는 전체 이미지 콘텐츠를 대응하는 뷰잉 위치로 전달하도록 설계된 셔터 구성 세트의 셔터 구성 간에 셔터 구역의 수, 크기 및 위치가 변경될 수 있도록 재구성이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 전술한 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 제어 구역을 통해 제1 뷰잉 위치로 전달되는 이미지 콘텐츠는 제어 장치를 통해 제2 뷰잉 시스템으로 전달되는 이미지 콘텐츠와 반드시 동일하지는 않다.
이 실시예에서, 제어 장치(2650)는 제1 셔터 구역(2651), 제2 셔터 구역(2652), 제3 셔터 구역(2653), 제4 셔터 구역(2654) 및 제5 셔터 구역(2655)을 차례로 포함한다. 이 실시예에서, 제어 장치(2650)의 제2 셔터 구역(2652)을 통과한 제1 광(2662A) 및 제어 장치(2650)의 제4 셔터 구역(2654)을 통과한 제2 광(2664A)은 제1 뷰잉 시스템에 도달한다. 제어 장치(2650)의 제4 셔터 구역(2654)을 통과한 제3 광(2664B)은 제2 뷰잉 시스템에 도달한다. 특정 각도의 광이 특정 시간에 관찰 위치로 전달되도록 시스템이 구성된다는 것이 이전 설명으로부터 이해될 것이다. 각 광선 각도는 홀로그램 도메인으로 인코딩되지만 이미지의 다른 부분에 해당한다. 광선 각도가 동시에 양쪽 또는 모든 뷰잉 시스템(예: 눈)에 전달되지 않는다.
도 26에서, 공간 광 변조기(2600), 도파관 동공 확장기(2604), 제어 장치(2650) 및 제1 및 제2 뷰잉 시스템은 실질적으로 동일 평면에 있다. 시스템의 광축은 단일 평면에 있다. 직선은 제어 장치(2650)의 중심을 제1 뷰잉 시스템과 제2 뷰잉 시스템 사이의 중간점에 연결한다. 이 실시예에서, 도파관 동공 확장기 및 제어 장치는 실질적으로 신장되고 로드의 장축과 제어 장치의 장축 사이에 각도가 있다. 각도는 시스템의 광축을 포함하는 평면에 있다.
도 26에 도시된 구성에서, 제어 장치의 제2 셔터 구역(2652) 및 제4 셔터 구역(2654)은 투과형 또는 적어도 실질적으로 투과형으로 작동되고, 제1, 제3 및 제5 셔터 구역(2651, 2653, 2655)은 비투과성 또는 적어도 실질적으로 비투과성으로 작동된다.
이 실시예에서, 한 쌍의 뷰잉 시스템(예를 들어, 각각의 눈)의 각각의 뷰잉 시스템과 연관된 입사 동공의 유한한 크기가 충분히 고려되었다. 도 27은 도 18과 유사한 스타일 플롯이지만 도 26의 기하학적 구성 및 동공간 거리 및 유한 동공 크기를 갖는 한 쌍의 인간 눈을 나타내는 입사 동공(2609A 및 2605B)에 해당한다. 도 27은 도파관을 따라 위치의 함수로서 각 뷰잉 시스템/눈의 중심에 대한 각도를 보여준다. 도 27에는 각 눈에 대해 세 개의 선이 그려져 있다. 선 2703은 입사 동공(2609A)의 중심에 대응하고, 선 2701 및 선 2705는 시스템 평면 상의 입사 동공(2609A)의 2개의 대향 에지에 대응한다. 선 2709는 입사 동공(2605B)의 중심에 대응하고, 선 2707 및 선 2711은 시스템 평면에서 입사 동공(2605B)의 2개의 대향 측면에 대응한다.
이러한 기하학에 기초하여, 본 발명자들은 유한한 동공 크기를 갖는 두 눈 사이의 혼선을 제거하는 동적 셔터링 방식을 결정하였다. 이 실시예에서, 동적 셔터링 방식은 3개의 단계 또는 구성 또는 단계를 포함한다. 즉, 3개의 서로 다른 셔터 배열/패턴을 사용하여 각 홀로그램을 재구성한다. 3개의 셔터 배열은 시간 순으로 형성된다. 따라서 다른 배열은 시간 인터레이스(time-interlace)라고 말할 수 있다. 그러나, 본 개시는 3개의 상이한 셔터 배열로 제한되지 않으며, 본 개시의 범위 내에서 임의의 수의 상이한 셔터 배열이 고려될 수 있다.
도 28은 제어 장치의 제1 영역(2850)만이 비투과성으로 구성되는 제1 단계를 예시한다. 도 29는 제어 장치의 제2 영역(2950)만이 비투과성으로 구성되는 제2 단계를 예시한다. 선행하는 제1 영역(2850)의 경계는 단지 이해를 돕기 위해 도 29에 도시되어 있다. 제1 영역(2850)과 제2 영역(2950)은 서로 다른 시간에 형성되지만 부분적으로(공간적으로) 중첩된다. 도 30은 제어 장치의 제3 영역(3051) 및 제4 영역(3052)이 비투과성으로 구성된 제3 단계를 예시한다. 선행하는 제2 영역(2950)의 경계는 단지 이해를 돕기 위해 도 30에 도시되어 있다. 독자는 차단/비투과 또는 차단/투과인 제어 장치의 전체 영역이 셔터 단계를 통해 순환하는 동안 일정하지 않다는 것을 이해해야 한다.
제어 장치는 여기에서 "도파관 구멍"으로 설명되었지만 여기에 설명된 기능을 제공하기 위해 임의의 적절한 제어 장치가 사용될 수 있다. 도파관 구멍과 같은 제어 장치는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 그것은 액정 장치 또는 불투명과 투과성 사이에서 각각 전환할 수 있는 액정 장치의 어레이와 같은 복수를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 전압, 광 또는 열이 적용될 때 광 투과 특성이 변경될 수 있는 "스마트 유리" 또는 "전환 가능한 유리"를 포함할 수 있다. 제어 장치는 임의의 적절한 프로세서 또는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 서로 다른 각각의 대상 이미지를 재구성하고/하거나 뷰어 또는 뷰잉 시스템의 움직임을 수용하기 위하여 표시 장치에서 여러 개의 서로 다른 홀로그램의 동적 표시를 조정하거나 동기화하기 위하여 구성이 빠르게 변경될 수 있다.
본 명세서에 개시된 제어 장치는 임의의 수의 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 장치는 픽셀과 같은 개별적으로 제어 가능한 광 수신/처리 요소의 2D 어레이와 같은 복수를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어 장치는 픽셀화된 액정 장치 또는 디스플레이를 포함한다. 일부 실시예에서, 요소 또는 픽셀은 본 명세서에 개시된 투과 및 비투과 셔터 구역을 형성하기 위해 인접한 그룹으로 작동 가능하다. 픽셀의 각 그룹은, 예컨대, 투과성의 제1 모드와 예컨대, 반사형의 제2 모드 사이에서 전환 가능할 수 있다. 당업자는 픽셀 그룹 또는 영역의 크기 및 위치 - 각 영역은 광에 대해 서로 다른 응답을 가짐 -가 실시간과 같은 동작에서 변경될 수 있도록 픽셀화된 표시 장치가 제어될 수 있는 방법에 익숙하다. 각 구역은 장치의 픽셀 크기보다 큽니다. 따라서 각 구역은 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 당업자는 편광판 및 파장판과 같은 광학 구성요소가 재구성 가능한 광 셔터를 제공하기 위해 픽셀화된 액정 장치와 함꼐 구현될 수 있는 방법에 동등하게 익숙하다. 단지 예로서, 제어 장치는 편광 선택을 활용할 수 있지만, 광의 다른 특성화 특성에 기초한 다른 방식도 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예에서, 제어 장치는 픽셀화된 액정 디스플레이, 및 선택적으로 제1 편광을 갖는 광을 투과하고 제2 편광을 갖는 광을 흡수 또는 반사하도록 집합적으로 구성된 다른 광학 요소를 포함하고, 선택적으로, 제1 편광 및 제2 편광은 반대이거나 상보적이다. 의심의 여지를 피하기 위하여, 이미지를 형성하는 광의 편광 및 파장과 같은 특성에 따라 제어 장치를 형성하기 위해 임의의 수의 상이한 광학 시스템이 사용될 수 있고 따라서 본 개시는 제어 장치의 구성에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 명세서에 개시된 제어 장치는 그 구조보다는 기능에 의해 정의된다는 것이 이해될 것이다.
제어 장치는 동적으로 재구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 장치는 픽셀화된다. 즉, 제어 장치는 개별적으로 제어 가능한 픽셀의 어레이를 포함한다. 각 픽셀은 예를 들어 투과 상태와 비투과 상태 사이에서 구성 가능한 액정을 포함할 수 있다. 본 개시에 따라 식별된, 픽셀의 에지와 이상적인 개구 영역 에지 사이의 정렬의 모든 불완전성은 너무 많거나 너무 적은 광을 통과시켜 처리될 수 있다. 즉, 영역 구성에서 다른 픽셀 라인을 "열거나" 하나 이상의 픽셀 라인을 "닫음"으로써 처리될 수 있다. 3개 이상의 조리개 위상을 포함하는 실시예에서(예를 들어, 각 입사 동공의 유한한 크기가 완전히 고려될 때) 제어 장치는 인터페이스의 픽셀이 항상 광을 차단하도록 만들어질 수 있도록 충분한 해상도 또는 픽셀 수를 갖는다.
위에 설명된 예는 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 예를 들어, 뷰잉 시스템은 2개 이상의 뷰잉 조리개 또는 입사 동공을 가질 수 있다. 예를 들어, 이미지(및 이에 따라 계산된 홀로그램 및 결과 홀로그램으로 재구성된 이미지)를 임의의 수의 구역으로 분할하고 따라서 공간 변조된 광의 대응하는 각도 채널의 수를 생성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제어 장치는 제1 위상과 제2 위상 사이를 전환하는 것으로 설명되었지만 두 개 이상 위상 사이를 전환하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 제어에는 4개의 위상이 있을 수 있다. 한 실시예에 따르면, 제어 장치의 위상(예: 각 위상)은 광이 한쪽 눈(또는 뷰잉 조리개)에만 전달되도록 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어 장치의 위상(예를 들어, 각각의 위상)은 광이 하나 이상의 눈(또는, 하나 이상의 뷰잉 조리개)에만 전달되도록 할 수 있다.
이미지 콘텐츠가 수신되는 영역의 수 및/또는 영역의 크기는 각 단계에 대해 동일할 필요는 없다. 다시 말해서, 제어 장치의 일부 위상은 각각의 다른 위상보다 더 많은 이미지 콘텐츠를 전달할 수 있다. 유사하게, 제어 장치의 여러 위상이 서로 인터레이스되는 경우 양쪽 눈은 각 단계에서 또는 전체적으로 동일한 양의 이미지 콘텐츠를 수신할 필요가 없다. 예를 들어, 상대 위치 및/또는 다른 요인에 따라 한쪽 눈이 다른 쪽 눈보다 더 많은 이미지 콘텐츠를 보는 것이 가능할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 도파관 개구와 같은 제어 장치를 포함하는 디스플레이 시스템은 복수의 상이한 이미지를 차례로 및/또는 상이한 각각의 시간에 표시하도록 구성될 수 있다. 따라서, 그러한 시스템 내의 표시 장치는 상이한 개별 홀로그램을 때때로 빠르게 연속적으로 표시하도록 구성될 수 있다. 다른 이미지는 각각 다른 수의 영역을 가질 수 있다. 또한, 영역의 크기는 이미지마다 다를 수 있다. 유사하게, 하나의 이미지의 영역의 광선은 다른 제2 이미지의 영역의 광선에 대해 서로 다른 각도로 정의될 수 있다. 제어 장치는 구역의 수 및/또는 크기의 변화를 수용하기 위해 동적으로 적응 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 장치가 개방에서 폐쇄로, 또는 그 반대로 변경되는 도파관(PWG)을 따라 정확한 위치가 고정되지 않을 수 있다. 대신, 제어 장치는 개방에서 폐쇄로 변경되는 도파관(PWG)을 따라 위치를 동적으로 변경하도록 구성할 수 있다. 따라서, 제어 장치에 의해 제공되는 개방 및 폐쇄 부분의 총 수는 변경될 수 있다. 이러한 부분 중 하나 이상의 개별 크기도 변경될 수 있다.
시스템은 이미지의 비디오 레이트 시퀀스와 같은 이미지의 시퀀스를 표시하도록 구성될 수 있다. 각각의 이미지는 50 또는 60Hz와 같은 프레임 레이트를 갖는 프레임 시퀀스의 프레임에 대응할 수 있다. 각각의 프레임은 복수의 서브프레임을 포함할 수 있다. 서브프레임 레이트는 예를 들어 프레임 레이트의 4배 또는 8배일 수 있다. 표시되는 홀로그램은 연속되는 서브 프레임마다 변경될 수 있다. 각 서브프레임은 개별 디스플레이 이벤트로 간주될 수 있다. 각각의 서브 프레임은 이미지 또는 이미지의 적어도 일부에 대응할 수 있다. 실시예에서는 각각의 디스플레이 이벤트가 양안으로 전달되는 광을 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광 엔진은 디스플레이 이벤트당 하나의 눈/입구 동공에만 광을 전달하도록 구성될 수 있다. 도파관 조리개의 구성(즉, 개방 및 폐쇄 개구/개구의 크기 및/또는 분포)은 모든 디스플레이 이벤트 또는 모든 n 디스플레이 이벤트를 변경할 수 있으며, 여기서 n은 정수이다. 마찬가지로, 설명된 실시예는 디스플레이 이벤트 동안 각각의 개구/개구를 통해 전달되는 인접한 이미지 콘텐츠를 보여주었지만, 본 개시는 이러한 상황에 제한되지 않으며 각 구멍을 통해 전달되는 이미지 콘텐츠는 인접한 이미지 콘텐츠가 아닐 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 이벤트/조리개 구성당 하나의 눈에 단 하나의 각도 범위의 광이 전달된다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 차례로 각각의 눈/입구 동공에 광을 전달하도록 구성된다.
본 개시에 앞서 설명된 바와 같이, 대상 이미지의 홀로그램은 뷰잉 조리개의 특정 크기 및 위치(예: 뷰어 눈의 입사 동공의 특정 크기 및 위치)에 대해 계산될 수 있다. 입사 동공 직경 또는 위치 변경과 같은 제약 조건이 있는 경우, 그 시간에 재구성될 대상 이미지(따라서 뷰어가 보거나 인식할 이미지 콘텐츠)가 동일하게 유지되는 경우에도 홀로그램이 다시 계산될 수 있다. 두 개의 홀로그램이 동일한 대상 이미지를 나타내는 경우에도 각 홀로그램은 동일한 수 또는 크기의 영역을 가질 필요가 없다.
추가 특징들
실시예들은 단지 예로서 전기적으로 활성화된 LCOS 공간 광 변조기를 언급한다. 본 개시의 교시는, 예컨대, 임의의 전기적으로 활성화된 SLM, 광학적으로 활성화된 SLM, 디지털 마이크로미러(micromirror) 장치 또는 마이크로전자기계(microelectromechanical) 장치와 같은 본 개시에 따라 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시할 수 있는 임의의 공간 광 변조기에 동일하게 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저이다.
본 개시의 시스템은 개선된 헤드-업 디스플레이(HUD) 또는 헤드-마운트 디스플레이를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, HUD를 제공하기 위해 차량에 설치된 홀로그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 트럭, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 자동차일 수 있다.
예시들은 가시 광으로 SLM을 조사하는 것을 설명하지만, 통상의 기술자라면 광원 및 SLM이 예를 들어 본 명세서에 개시된 바와 같이 적외선 또는 자외선 광을 지향(direct)시키는 데 똑같이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 통상의 기술자라면 정보를 사용자에게 제공하기 위해 적외선 및 자외선 광을 가시 광으로 변환하는 기술을 인지하고 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시는 이러한 목적을 위해 인광체(phosphors) 및/또는 양자점(quantum dot) 기술을 사용하는 것으로 확장된다.
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 (25)
- 뷰잉 창(viewing wiondow)으로부터 볼 수 있는 이미지를 형성하도록 구성된 광 엔진으로서,
상기 광 엔진은,
상기 이미지의 홀로그램을 표시하고 상기 홀로그램에 따라 광을 공간적으로 변조하도록 구성된 표시 장치를 포함하되, 상기 홀로그램은 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 상기 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하여, 상기 공간적으로 변조된 광의 각도 채널들(angular channels)이 상기 이미지의 각각의 연속 영역들에 대응하도록 하고;
상기 공간적으로 변조된 광을 수신하고 상기 표시 장치로부터 상기 뷰잉 창까지 상기 공간적으로 변조된 광에 대해 복수의 상이한 광 전파 경로들을 제공하도록 구성된 도파관 동공 확장기; 및
상기 도파관과 상기 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 포함하되,
상기 제어 장치는 상기 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치가 상기 이미지의 제1 영역에 따라 상기 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 상기 뷰잉 창 내의 제2 뷰잉 위치가 상기 이미지의 제2 영역에 따라 상기 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 구성된 하나 이상의 조리개(aperture)를 포함하는 광 엔진. - 제1항에 있어서,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 이미지의 인접 영역인 광 엔진. - 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공간적으로 변조된 광의 인접한 각도 채널들은 상기 이미지의 인접한 영역들에 대응하는 광 엔진. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 실질적으로 겹치지 않는, 광 엔진. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지는 상기 표시 장치의 업스트림(upstream)에서 인지되는 가상 이미지인, 광 엔진. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 도파관 동공 확장기의 출력면에 결합되는 광 엔진. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 뷰잉 창으로부터 보이는 도파관의 출력면의 영역을 제한하는 광 엔진. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관 동공 확장기 및 상기 뷰잉 창은 평행하지 않은 광 엔진. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는 복수의 개구들과 같은 하나 이상의 개구를 포함하되, 각각의 개구는 공간적으로 변조된 광의 각각의 채널을 가지는 상기 제1 뷰잉 위치 및/또는 상기 제2 뷰잉 위치를 제공하여, 상이한 이미지 콘텐츠가 실질적으로 동시에 상기 제1 뷰잉 위치 및 상기 제2 뷰잉 위치에 각각 전달되는 광 엔진. - 제9항에 있어서,
상기 각각의 채널들은 중첩되지 않지만 연속적인, 광 엔진. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 제어 장치는, 각각의 제어 장치 구성이 개방 및 폐쇄 개구의 교대 시퀀스를 포함하는 복수의 상이한 제어 장치 구성이 제공되도록, 각각의 개구가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전환 가능하도록 구성된 광 엔진. - 제11항에 있어서,
상기 제어 장치는 제1 시간에 제1 제어 장치 구성을 제공하고, 제2 시간에 제2 제어 장치 구성을 제공하되, 상기 제1제어 장치 구성 및 상기 제2 제어 장치 구성은 상호 보완적인, 광 엔진. - 제12항에 있어서,
상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 시간 간격은 사람의 눈의 통합 시간(integration time)보다 짧은 광 엔진. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치에 의해 제공되는 제1 제어 장치 구성은 상기 이미지의 제1 및 제3 이미지 구역에 따라 변조된 광을 상기 제1 뷰잉 위치로 전달하고, 상기 이미지의 제2 및 제4 이미지 구역에 따라 변조된 광을 상기 제2 뷰잉 위치로 전달하되, 상기 제1 내지 제4 구역은 상기 이미지의 연속적인 영역이며, 정렬되어 있는(orederd), 광 엔진. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치에 의해 제공되는 제2 제어 장치 구성은 상기 이미지의 제2 및 제4 이미지 구역에 따라 변조된 광을 상기 제1 뷰잉 위치로 전달하고, 상기 이미지의 제1 및 제3 구역에 따라 변조된 광을 상기 제2 뷰잉 위치에 전달하는 광 엔진. - 제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 제1 뷰잉 위치로 전달되는 상기 제1 내지 제4 이미지 구역들 중 어느 하나의 이미지 콘텐츠는 상기 제2 뷰잉 위치로 전달되는 상기 제1 내지 제4 이미지 구역들 중 대응하는 영역의 이미지 콘텐츠와 동일하지 않은, 광 엔진. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 뷰잉 위치 및 제2 뷰잉 위치는 뷰어의 제1 및 제2 눈 위치이고, 상기 뷰잉 창은 아이-박스(eye-box)인, 광 엔진. - 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치 내에서, 상기 개구들 중 하나 이상의 크기 및/또는 위치는 동적으로 가변적인, 광 엔진. - 뷰잉 창(viewing window)으로부터 볼 수 있는 이미지를 형성하기 위해 광 엔진에서 광 전파를 제어하는 방법으로서, 상기 광 엔진은 표시 장치, 도파관 동공 확장기 및 상기 뷰잉 창을 포함하는 뷰잉 시스템을 포함하되, 상기 방법은:
상기 표시 장치에 상기 이미지의 홀로그램을 표시하는 과정;
상기 홀로그램에 따라 상기 광을 공간적으로 변조하도록 상기 표시 장치를 조사하는 과정으로서, 상기 홀로그램은 상기 공간적으로 변조된 광의 각도 채널들(angular channels)이 상기 이미지의 각각의 연속 영역들에 대응하도록, 이미지 콘텐츠의 위치에 따라 상기 이미지의 공간적으로 변조된 광을 각지게 분포하고;
상기 공간적으로 변조된 광을 수신하고 상기 표시 장치로부터 상기 뷰잉 창까지 상기 공간적으로 변조된 광에 대해 각각의 복수의 상이한 광 전파 경로들을 제공하도록 상기 도파관 동공 확장기를 배열하는 과정; 및
상기 도파관과 상기 뷰잉 창 사이에 배치된 제어 장치를 사용하여 상기 복수의 상이한 광 전파 경로들의 전파를 제어하는 과정을 포함하되, 상기 제어 장치는 하나 이상의 조리개(aperture)를 포함하고;
상기 복수의 상이한 광 전파 경로들의 전파를 제어하는 과정은, 상기 뷰잉 창 내의 제1 뷰잉 위치가 상기 이미지의 제1 영역에 따라 상기 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제1 채널을 수신하고, 상기 뷰잉 창 내의 제2 뷰잉 위치가 상기 이미지의 제2 영역에 따라 상기 홀로그램에 의해 공간적으로 변조된 광의 제2 채널을 수신하도록 상기 제어 장치를 구성하는 과정을 포함하는 광 전파 제어 방법. - 제19항에 있어서,
상기 이미지의 홀로그램을 계산하는 과정을 더 포함하는 광 전파 제어 방법. - 제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 제어 장치를 구성하는 과정은, 상기 제어 장치의 제1 부분을 통한 광의 전송을 허용하고, 상기 제어 장치의 다른 제2 부분을 통한 광의 전송을 방지하는 과정을 포함하는 광 전파 제어 방법. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항 또는 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관 동공 확장기는 복수의 전송점(transmission point)들을 포함하고, 상기 복수의 상이한 광 전파 경로들 각각은 상이한 각각의 전송점으로부터 전송되는 광 엔진 또는 광 전파 제어 방법. - 제22항에 있어서,
i) 상기 제어 장치가 없는 경우, 제1 각도 채널의 광이 제1 뷰잉 위치로 전파될 제1 전송점을 식별하는 과정;
ii) 상기 제어 장치가 없는 경우, 상기 제1 각도 채널의 광이 제2 뷰잉 위치로 전파될 상이한 제2 전송점을 식별하는 과정; 및
iii) 선택된 시간 (t)에서 상기 제1 뷰잉 위치로의 상기 제1 각도 채널의 광 경로 또는 상기 제2 뷰잉 위치로의 상기 제1 각도 채널의 광 경로를 차단하도록 상기 제어 장치를 구성하는 과정을 더 포함하는 광 전파 제어 방법. - 제23항에 있어서,
상기 과정 iii)은 선택된 시간 기간동안, 교대로 상기 제1 뷰잉 위치로의 상기 제1 각도 채널의 광 경로를 차단하고, 상기 제2 뷰잉 위치로의 상기 제1 각도 채널의 광 경로응 차단하는 과정을 포함하는 광 전파 제어 방법. - 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지 내의 복수의 연속적인 영역들을 식별하는 과정을 더 포함하되, 각각의 연속적인 영역은 상이한 각각의 각도 채널의 광에 대응하고,
선택된 시간 기간 내에, 상기 복수의 연속적인 영역들 내에서 연속적인 영역의 제1 서브-세트의 광이 상기 제1 뷰잉 위치에만 전송되도록 허용하고, 상기 복수의 연속적인 영역들 내에서 연속적인 영역들의 상이한 제2 서브-세트의 광이 상기 제2 뷰잉 위치에만 전송되는 것을 허용하도록 상기 제어 장치를 구성하는 과정을 더 포함하는 광 전파 제어 방법.
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