KR20230165389A - 홀로그램 에너지 지향 시스템에 대한 캘리브레이션 방법 - Google Patents
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Abstract
홀로그래픽 에너지 지향 시스템은 도파관 어레이 및 릴레이 요소를 포함할 수 있다. 개시된 캘리브레이션 방식은 에너지 위치들의 맵핑 및 4 차원 플렌옵틱 시스템에서 규정된 에너지의 각도 방향에 대한 에너지 위치들의 맵핑을 가능하게 한다. 도파관 어레이 및 릴레이 요소로 인한 왜곡도 또한 보상될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 홀로그램 에너지 시스템의 캘리브레이션 방법들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 홀로그램 에너지 시스템의 릴레이 요소들 및 도파관 요소들을 캘리브레이션하는 방법들에 관한 것이다.
Gene Roddenberry의 스타 트랙(Star Trek)에 의해 대중화되고 1900년대 초에 작가인 Alexander Moszkowski에 의해 처음 구상되었던 "홀로덱(holodeck)" 챔버 내에서의 상호작용식 가상 세계의 꿈은 거의 한 세기 동안 과학 소설과 기술 혁신에 영감을 주었다. 하지만, 문학, 미디어 및 어린이와 성인의 집단적 상상력 외에는 이 경험에 대한 강력한 구현은 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 에너지 릴레이 요소에 대한 캘리브레이션 방법에 관한 것이며, 에너지 릴레이 요소는 에너지 릴레이 요소를 통해 전파되는 에너지가 종 배향으로 더 높은 전송 효율을 가지도록 구성된다. 상기 방법은 에너지 릴레이 요소의 제 1 표면에서의 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계로서, 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지는 종 배향을 따라 에너지 릴레이 요소를 통해 제 2 복수의 에너지 위치로부터 중계되는, 상기 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 2 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 사전결정된 데이터 및 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 캘리브레이션된 릴레이 함수는 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들의, 제 2 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들로의 맵핑(mapping)을 포함한다.
에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션 방법의 일 실시예가 개시되며, 에너지 도파관 어레이는 에너지 도파관 어레이의 제 1 면으로부터 제 2 면까지 연장되는 금지되지 않은(uninhibited) 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 향하게 하도록 동작 가능하고, 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 제 1 면 상에서 복수의 에너지 위치들로 연장되고, 제 1 면 상의 각각의 에너지 위치에 따라 에너지 도파관 어레이에 대해 상이한 각도 방향을 따라, 제 2 면 상에서 연장된다. 상기 방법은 도파관 어레이의 제 2 면 상에서 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터와, 도파관 어레이의 제 2 면 상에서 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜서, 에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션된 4 차원(4D) 플렌옵틱 함수(plenoptic function)를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수는 복수의 에너지 위치들과 금지되지 않은 에너지 전파 경로들의 각각의 각도 방향들 간의 맵핑을 포함한다.
에너지 지향 시스템에 대한 캘리브레이션 방법이 개시되며, 여기서 에너지 지향 시스템의 에너지 릴레이 요소는 에너지 릴레이 요소를 통해 전파되는 에너지가 종 배향으로 보다 높은 전송 효율을 갖도록 구성되고, 에너지 지향 시스템의 에너지 도파관 어레이는 에너지 도파관 어레이의 제 1 면으로부터 제 2 면까지 연장되는 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 향하게 하도록 동작 가능하며, 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 제 1 면 상에서 복수의 릴레이된 에너지 위치들로 연장되고, 제 1 면 상의 각각의 에너지 위치에 따라 에너지 도파관 어레이에 대해 상이한 각도 방향을 따라 제 2 면 상에서 연장된다. 상기 방법은 에너지 릴레이 요소의 제 1 표면에서 복수의 중계된 에너지 위치에서 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계로서, 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지는 종 배향을 따라 에너지 릴레이 요소를 통해 복수의 소스 에너지 위치로부터 중계되는, 상기 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 소스 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 사전결정된 데이터와 복수의 중계된 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하는 단계로서, 캘리브레이션된 릴레이 함수는, 제 1 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들의, 제 2 복수의 에너지에서의 에너지 속성들로의 맵핑을 포함하는, 상기 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 도파관 어레이의 제 2 면 상에서 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계 및 복수의 중계된 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터와, 도파관 어레이의 제 2 면 상에서 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜서 에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션된 4 차원(4D) 플렌옵틱 함수를 생성하는 단계로서, 캘리브레이션 4D 플렌옵틱 함수는 복수의 에너지 위치들과 금지되지 않은 에너지 전파 경로들의 각각의 각도 방향들 간의 맵핑을 포함하는, 상기 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
실시예들이 첨부 도면들에 예로서 도시되어 있으며, 동일한 도면 부호들은 유사한 부분들을 나타낸다:
도 1은 에너지 지향 시스템에 대한 설계 파라미터들을 도시하는 개략도이다.
도 2는 기계적 엔벨로프를 가진 능동 장치 영역을 갖는 에너지 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3은 에너지 릴레이 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 4는 베이스 구조체에 함께 접착되어 고정된 에너지 릴레이 요소들의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 5a는 멀티-코어 광섬유들을 통한 중계된 이미지의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 5b는 횡방향 앤더슨 편재(Transverse Anderson Localization) 원리의 특성들을 나타내는 에너지 릴레이를 통해 중계되는 이미지의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 6은 에너지 표면으로부터 뷰어로 전파되는 광선들을 나타내는 개략도이다.
도 7은 4차원 플렌옵틱 함수(four-dimensional plenoptic function)들에 따라 에너지를 지향하도록 동작 가능한 시스템 아키텍처를 도시하는 개략도이다.
도 8은 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에 대한 에너지 위치들 및 에너지 전파 경로들을 맵핑하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에서 에너지 릴레이 요소를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 8의 프로세스에서의 맵핑들의 실시예들이다.
도 11은 에너지 위치들을 맵핑하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 12는 에너지 위치들을 맵핑하기 위한 프로세스의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 13은 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에 대한 에너지 위치들 및 에너지 경로들을 맵핑하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 14는 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에서 에너지 도파관 요소를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 1은 에너지 지향 시스템에 대한 설계 파라미터들을 도시하는 개략도이다.
도 2는 기계적 엔벨로프를 가진 능동 장치 영역을 갖는 에너지 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3은 에너지 릴레이 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 4는 베이스 구조체에 함께 접착되어 고정된 에너지 릴레이 요소들의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 5a는 멀티-코어 광섬유들을 통한 중계된 이미지의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 5b는 횡방향 앤더슨 편재(Transverse Anderson Localization) 원리의 특성들을 나타내는 에너지 릴레이를 통해 중계되는 이미지의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 6은 에너지 표면으로부터 뷰어로 전파되는 광선들을 나타내는 개략도이다.
도 7은 4차원 플렌옵틱 함수(four-dimensional plenoptic function)들에 따라 에너지를 지향하도록 동작 가능한 시스템 아키텍처를 도시하는 개략도이다.
도 8은 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에 대한 에너지 위치들 및 에너지 전파 경로들을 맵핑하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에서 에너지 릴레이 요소를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 8의 프로세스에서의 맵핑들의 실시예들이다.
도 11은 에너지 위치들을 맵핑하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 12는 에너지 위치들을 맵핑하기 위한 프로세스의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 13은 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에 대한 에너지 위치들 및 에너지 경로들을 맵핑하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 14는 4 차원 플렌옵틱 에너지 지향 시스템에서 에너지 도파관 요소를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 시스템을 도시하는 개략도이다.
본 개시의 다양한 실시예들의 제작 및 사용이 이하에서 상세히 논의되지만, 본 발명은 다양한 특정 상황들에서 구체화될 수 있는 많은 적용 가능한 발명적 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 논의된 특정 실시예는 단지 본 개시물을 제작하고 사용하는 특정 방법의 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
홀로덱("홀로덱 설계 파라미터들"이라고 통칭함)의 실시예는 가상의 사회적 상호작용식 환경 내에서 수신된 에너지 자극들이 실제적이라고 믿게 하기 위해 인간의 감각 수용체들을 속이기에 충분한 에너지 자극을 제공하며, 다음을 제공한다: 1) 외부 액세서리들 없이 양안 디스패러티, 머리 장착식 안경류 또는 기타 주변 장치들; 2) 임의의 수의 관찰자들을 위해 동시에 시인 체적(viewing volume) 전체에 걸친 정확한 운동 시차(motion parallax), 오클루젼(occlusion) 및 혼탁(opacity); 3) 모든 인지된 광선에 대한 눈의 동기식 수렴(convergence), 원근조절(accommodation) 및 축동(miosis)을 통한 시각 초점(visual focus); 및 4) 시각, 청각, 촉각, 미각, 후각 및/또는 균형을 위한 인간의 감각 "해상도"를 초과하는 충분한 밀도 및 해상도의 수렴 에너지 파 전파.
시각계, 청각계, 체성감각계, 미각계, 후각계 및 전정(vestibular)계를 포함하는 홀로덱 설계 파라미터들에 의해 제안되는 바와 같은 강력한 방식으로 모든 수용장들(receptive fields)을 위해 제공할 수 있는 기술이, 현재까지의 종래 기술에 기초하여, 수 세기는 아니더라도, 수 십년이 걸렸다.
본 개시에서, 라이트 필드(light field) 및 홀로그램이라는 용어들은 임의의 감각 수용체 반응의 자극에 대한 에너지 전파를 정의하기 위해 상호교환 가능하게 사용될 수 있다. 초기 개시들은 홀로그래픽 이미지 및 부피 측정 햅틱스를 위한 에너지 표면들을 통한 전자기 및 기계 에너지 전파의 예들을 지칭할 수 있는 한편, 모든 형태의 감각 수용체들이 이 개시에서 구상된다. 또한, 전파 경로들을 따른 에너지 전파를 위해 본원에 개시된 원리들은 에너지 방출 및 에너지 캡처 양방 모두에 적용 가능할 수 있다.
렌티큘러 프린팅(lenticular printing), 페퍼의 유령(Pepper's Ghost), 안경없는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이, 수평 시차 디스플레이, 머리 장착식 VR 및 AR 디스플레이(HMD) 및 "폭슬로그래피(fauxlography)"로서 일반화된 이러한 다른 환상(illusions)을 포함하는 홀로그램과 종종 불행하게도 혼동되는 많은 기술들이 오늘날 존재한다. 이러한 기술들은 진정한 홀로그램 디스플레이의 원하는 특성들 중 일부를 나타낼 수 있기는 하지만, 4개의 식별된 홀로덱 설계 파라미터들 중 적어도 2개를 해결하기에 충분한 임의의 방식으로 인간의 시각적 감각 반응을 자극하는 능력이 부족하다.
이러한 도전들은 홀로그램 에너지 전파에 충분한 심리스 에너지 표면을 생성하기 위해 종래 기술에 의해 성공적으로 구현되지 못했다. 패럴랙스 배리어(parallax barriers), 호겔(hogels), 복셀(voxels), 회절 광학, 멀티 뷰 투영, 홀로그램 디퓨저(diffuser)들, 회전 거울, 다층형 디스플레이, 시간 순차 디스플레이, 머리 장착식 디스플레이 등을 포함하는 체적 및 방향 다중화 라이트 필드 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 접근법들이 있기는 하지만, 종래의 접근법들은 이미지 품질, 해상도, 각도 샘플링 밀도, 크기, 비용, 안전성, 프레임 속도 등에 대한 타협을 수반할 수 있으며, 이는 궁극적으로 실현 불가능한 기술을 초래할 수 있다.
시각계, 청각계, 체성감각계들에 대한 홀로덱 설계 파라미터들을 달성하기 위해 각 계들의 각각의 인간의 예민성(acuity)이 연구되고 이해되어 인간의 감각 수용체들을 충분히 속일 수 있도록 에너지 파들을 전파한다. 시각계는 약 1각분(arc min)으로 분해할 수 있으며, 청각계는 배치에 있어서의 차이를 적게는 3도만큼 구별할 수 있으며 손에 있는 체성감각계는 2-12mm로 분리된 지점들을 식별할 수 있다. 이러한 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다.
언급된 감각 수용체들 중에서 인간의 시각계는, 심지어 단일 광자조차도 감각을 유발할 수 있음을 고려하면, 단연코 가장 민감하다. 이러한 이유로, 이 소개의 대부분은 시각적인 에너지 파 전파에 초점을 맞출 것이고, 개시된 에너지 도파관 표면 내에 커플링된 상당히 낮은 해상도의 에너지 시스템들은 홀로그램 감각 인지를 유도하기 위해 적절한 신호들을 수렴할 수 있다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 개시는 모든 에너지 및 감각 도메인들에 적용된다.
시인 체적 및 시인 거리(viewing distance)가 주어진 시각계에 대한 에너지 전파의 효과적인 설계 파라미터들을 계산할 때, 원하는 에너지 표면은 많은 기가픽셀의 유효 에너지 위치 밀도를 포함하도록 설계될 수 있다. 넓은 시인 체적 또는 근접 필드 시인(near field viewing)에 대해서는, 원하는 에너지 표면의 설계 파라미터들이 수백 기가픽셀 또는 그 이상의 유효 에너지 위치 밀도를 포함할 수 있다. 이와 비교하여, 원하는 에너지 소스는 볼륨 햅틱의 초음파 전파를 위한 1 내지 250메가픽셀의 에너지 위치 밀도 또는 입력 환경 변수들에 따른 홀로그램 사운드의 음향 전파를 위한 36 내지 3,600개의 유효 에너지 위치들의 어레이를 갖도록 설계될 수 있다. 주목해야 할 중요한 점은 개시된 양방향 에너지 표면 아키텍처를 이용하면 모든 컴포넌트가 홀로그램 전파를 가능하게 하기 위해 임의의 에너지 영역에 대해 적합한 구조체들을 형성하도록 구성될 수 있다는 것이다.
하지만, 오늘날 홀로덱을 사용하기 위한 주요 과제는 이용 가능한 시각적 기술들과 전자기 장치 제한들을 수반한다. 청각 및 초음파 장치들은, 복잡성이 과소 평가되어서는 안되지만, 각각의 수용장에서의 감각 예민성에 기초하여 원하는 밀도에 있어서의 규모 차이의 순서들이 주어지면 덜 어렵다. 홀로그램 에멀젼은 정적 이미지에서 간섭 패턴들을 인코딩하기 위해 원하는 밀도를 초과하는 해상도로 존재하지만, 최첨단 디스플레이 장치들은 해상도, 데이터 스루풋 및 제조 가능성에 의해 제한된다. 현재까지, 고유 디스플레이 장치는 시력에 대해 거의 홀로그램 해상도를 갖는 라이트 필드를 의미있게 생성할 수 없었다.
강력한 라이트 필드 디스플레이를 위해 원하는 해상도를 충족시킬 수 있는 단일 실리콘 기반의 장치를 제작하는 것은 실용적이지 않을 수 있으며 현재의 제조 능력을 넘어선 극히 복잡한 제조 공정들을 수반할 수 있다. 다수의 기존 디스플레이 장치를 함께 타일링하는 것에 대한 제한은, 패키징, 전자 장치, 인클로저, 광학 및 필연적으로 이미징, 비용 및/또는 크기 관점으로부터 실행 불가능한 기술을 초래하는 다수의 다른 과제들의 물리적 크기에 의해 형성된 심 및 갭을 수반한다.
본원에 개시된 실시예들은 홀로덱을 구축하기 위한 실제 경로를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들은 이제 본 명세서의 일부를 형성하고, 실시될 수 있는 예시적인 실시예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 개시 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실시예", "예시적인 실시예" 및 "예시의 실시예"라는 용어들은 반드시 단일 실시예를 지칭하는 것이 아니며, 예시적인 실시예들의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 예시적인 실시예들이 용이하게 결합되고 상호교환될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 것이지, 제한하려고 의도되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "에서"는 "안에" 및 "위에"를 포함할 수 있고, 용어 "하나", "일" 및 "그"는 단수 및 복수의 참조들을 포함할 수 있다. 또한, 본원에 사용된 용어 "~에 의해"는 또한 문맥에 따라 "~로부터"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "~이면"은 또한 문맥에 따라 "~일 때" 또는 "~할 때"를 의미할 수도 있다. 또한, 본원에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 단어는 관련된 목록화된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 포괄할 수 있다.
홀로그램 시스템 고려사항:
*라이트 필드 에너지 전파 해상도의 개요
라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이는 에너지 표면 위치들이 시인 체적 내에서 전파되는 각도, 색 및 강도 정보를 제공하는 복수의 투영들의 결과이다. 개시된 에너지 표면은, 부가적인 정보가 공존하고, 동일한 표면을 통해 전파되어 다른 감각계 반응들을 유도할 수 있는 기회들을 제공한다. 스테레오스코픽 디스플레이와는 달리, 공간에서의 수렴된 에너지 전파 경로들의 보이는 위치는 관찰자가 시인 체적 주위를 이동함에 따라 변하지 않으며, 임의의 수의 보는 사람들이 실제로 거기에 존재하는 것처럼 전파된 물체들을 실제 공간에서 동시에 볼 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지의 전파는 동일한 에너지 전파 경로에 위치될 수도 있지만 반대 방향에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 에너지 전파 경로를 따른 에너지 방출 및 에너지 포획은 양방 모두가 본 발명의 일부 실시예들에서 가능하다.
도 1은 감각 수용체 반응의 자극에 관련된 변수들을 나타내는 개략도이다. 이들 변수들은 표면 대각선(101), 표면 폭(102), 표면 높이(103), 결정된 타겟 시팅(seating) 거리(118), 디스플레이의 중심으로부터의 뷰의 시야(view field)의 타겟 시팅 필드(104), 눈 사이의 샘플들로서 여기에서 보여진 중간 샘플들의 수(105), 평균 성인의 안구 간격(106), 각분에서 인간의 눈의 평균 해상도(107), 타겟 관찰자 위치와 표면 폭 사이에 형성된 수평 시야(108), 타겟 관찰자 위치와 표면 높이 사이에 형성된 수직 시야(109), 표면에 걸친, 결과적인 수평 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(110), 표면에 걸친, 결과적인 수직 도파관 요소 해상도 또는 요소들의 전체 수(111), 눈 사이의 안구 간격과 눈 사이의 각도 투영을 위한 중간 샘플들의 수에 기초한 샘플 거리(112), 샘플 거리 및 타겟 시팅 거리에 기초할 수 있는 각도 샘플링(113), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소 당 전체 해상도 수평도(114), 원하는 각도 샘플링으로부터 도출된 도파관 요소당 전체 해상도 수직도(115), 원하는 이산(discreet) 에너지 소스들의 결정된 수의 계수(count)인 장치 수평도(116), 그리고 원하는 이산 에너지 소스들의 결정된 수의 계수인 장치 수직도(117)를 포함할 수 있다.
원하는 최소 해상도를 이해하는 방법은, 시각적(또는 다른) 감각 수용체 반응의 충분한 자극을 보장하기 위해 다음의 기준, 즉, 표면 크기(예컨대, 84" 대각선), 표면 종횡비(예컨대, 16:9), 시팅 거리(예컨대, 디스플레이로부터 128"), 시팅 시야(예컨대, 디스플레이의 센터를 중심으로 120도 또는 +/-60도), 일 거리에 있는 원하는 중간 샘플들(예컨대, 눈 사이에서의 하나의 부가적인 전파 경로), 성인의 평균 안구 간격(약 65mm), 그리고 인간의 눈의 평균 해상도(약 1각분)에 기초할 수 있다. 이러한 예시적인 값들은 특정 애플리케이션 설계 파라미터들에 따른 플레이스홀더(placeholders)로 간주되어야 한다.
또한, 시각 감각 수용체에 기인한 값들의 각각은 원하는 전파 경로 파라미터들을 결정하기 위해 다른 시스템들로 대체될 수 있다. 다른 에너지 전파의 실시예들에 대해서는, 청각계의 각도 민감도는 3도 정도로 낮을 수 있고, 손의 체성감각계의 공간 해상도는 2-12mm 정도로 작을 수 있음이 고려될 수 있다.
이러한 감각 예민성을 측정하기 위한 다양하고 상충되는 방식이 존재하기는 하지만, 이러한 값들은 가상의 에너지 전파의 인지를 자극하기 위한 시스템들과 방법들을 이해하기에 충분하다. 설계 해상도를 고려하는 많은 방식들이 있으며, 아래 제안된 방법은 실용적인 제품 고려사항을 감각계의 생물학적 분해 한계와 결합시킨다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다음의 개요는 임의의 그러한 시스템 설계의 단순화이며, 단지 예시의 목적을 위해 고려되어야 한다.
이해된 감각계의 해상도 한계로, 전체 에너지 도파관 요소 밀도는, 다음과 같은, 수신 감각계가 인접한 요소로부터 단일 에너지 도파관 요소를 식별할 수 없도록 계산될 수 있다:
표면 종횡비 =
위의 계산들은 대략적으로 32Х18°의 시야를 초래하고, 이는 약 1920Х1080(가장 가까운 형식으로 반올림됨) 에너지 도파관 요소들이 요구되는 것을 초래한다. 또한, (u, v) 양방 모두가 에너지 위치들의 보다 규칙적인 공간 샘플링(예컨대, 픽셀 종횡비)을 제공하기 위해 시야가 일정하도록 변수들이 제약될 수 있다. 시스템의 각도 샘플링은, 다음과 같은, 최적화된 거리에 있는 두 지점들 사이에 정의된 타겟 시인 체적 위치와 부가적인 전파 에너지 경로들을 가정한다:
이 경우, 주어진 거리만큼 적절한 샘플 수를 설명하기 위해 임의의 메트릭(metric)이 활용될 수 있지만, 안구간 거리는 샘플 거리를 계산하기 위해 활용된다. 위의 변수들을 고려할 때, 0.57°당 약 1개의 광선이 요구될 수 있으며, 독립적인 감각계 당 전체 계의 해상도는 다음과 같이 결정될 수 있다:
시력 시스템에 대해 해결된 에너지 표면 및 각도 해상도의 크기를 고려한 상기의 시나리오를 이용하면, 결과적인 에너지 표면은 바람직하게는 약 400kХ225k 픽셀의 에너지 해상도 위치들, 또는 90기가픽셀의 홀로그램 전파 밀도를 포함할 수 있다. 제공된 이러한 변수들은 오직 예시의 목적으로 제공되며, 에너지의 홀로그램 전파의 최적화를 위해 많은 다른 감각 및 에너지 계측 고려사항이 고려되어야 한다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 바람직할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 입력 변수들에 기초하여 1,000기가픽셀의 에너지 해상도 위치들이 요구될 수 있다.
현재 기술 제한사항:
능동 영역, 소자 전자 장치, 패키징 및 기계적 엔벨로프
도 2는 소정의 기계적 폼 팩터를 갖는 능동 영역(220)을 갖는 장치(200)를 나타낸다. 장치(200)는 능동 영역(220)에 전력을 공급하고 인터페이스하기 위한 드라이버(230) 및 전자 장치(240)를 포함할 수 있으며, 능동 영역은 x 및 y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는다. 이 장치(200)는 컴포넌트를 구동, 전력 및 냉각시키기 위한 케이블류 및 기계적 구조들을 고려하지 않고, 플렉스(flex) 케이블을 장치(200)에 도입함으로써 기계적 풋프린트가 더 최소화될 수 있다. 이러한 장치(200)의 최소 풋프린트는 또한 M:x 및 M:y 화살표들로 나타낸 치수를 갖는 기계적 엔벨로프(210)로 지칭될 수 있다. 이 장치(200)는 단지 설명의 목적일 뿐이고 주문형 전자 설계는 기계적 엔벨로프 오버헤드를 더 감소시킬 수 있지만, 거의 모든 경우에 장치의 능동 영역의 정확한 크기가 아닐 수 있다. 일 실시예에서, 이 장치(200)는 마이크로 OLED, DLP 칩 또는 LCD 패널에 대한 능동 이미지 영역(220), 또는 이미지 조명의 목적을 갖는 임의의 다른 기술에 관한 전자 장치의 의존성을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 다른 투영 기술들을 고려하여 다수의 이미지를 더 큰 전체 디스플레이에 집성(aggregate)하는 것이 또한 가능할 수 있다. 하지만, 이것은, 투사 거리, 최소 초점, 광학 품질, 균일한 필드 해상도, 색수차(chromatic aberration), 열 특성, 교정(calibration), 정렬, 부가적인 크기 또는 폼 팩터에 대한 더 큰 복잡성의 대가를 치를 수 있다. 대부분의 실제 애플리케이션들에 대해서는, 수 십 또는 수 백개의 이들 투영 소스(200)를 호스팅하는 것은 신뢰성이 떨어지면서 훨씬 더 큰 설계를 초래할 수 있다.
오직 예시적인 목적으로, 3840Х2160개의 사이트의 에너지 위치 밀도를 갖는 에너지 장치들을 가정하면, 다음과 같이 주어진, 에너지 표면에 대해 요구되는 개별 에너지 장치(예컨대, 장치(100))의 수를 결정할 수 있다:
상기의 해상도 고려사항을 고려하면, 도 2에 나타낸 것과 유사한 약 105Х105 장치들이 요구된다. 많은 장치들이 정규 그리드에 맵핑될 수도 있고 맵핑되지 않을 수도 있는 다양한 픽셀 구조체들을 포함한다는 것에 유의해야 한다. 각각의 전체 픽셀 내에 부가적인 서브 픽셀 또는 위치가 존재하는 경우, 이들이 활용되어 부가적인 해상도 또는 각도 밀도를 생성할 수 있다. 픽셀 구조체(들)의 지정 위치에 따라 라이트 필드를 올바른 (u, v) 좌표로 변환하는 방법을 결정하기 위해 부가적인 신호 처리가 사용될 수 있으며, 알려지고 교정된 각 장치의 명시적인 특성이 될 수 있다. 또한, 다른 에너지 도메인들은 이들 비율들 및 장치 구조들의 상이한 취급을 수반할 수 있고, 당업자는 원하는 주파수 도메인의 각각 사이의 직접적인 본질적인 관계를 이해할 것이다. 이것은 이후의 개시에서보다 상세히 설명되고 논의될 것이다.
결과적인 계산은 얼마나 많은 이러한 개별 장치들이 전체 해상도 에너지 표면을 생성하기를 원하는지를 이해하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 약 105Х105 또는 약 11,080개의 장치들이 시력 임계치를 달성하는 데 필요할 수 있다. 충분한 감각 홀로그램 전파를 위해 이러한 가용 에너지 위치들로부터 심리스 에너지 표면을 제작하는 과정 내에는 과제와 신규함이 존재한다.
심리스 에너지 표면들의 개요:
에너지 릴레이들의 어레이들의 구성 및 설계
일부 실시예들에서, 장치들에 대한 기계적 구조의 제한으로 인해 심을 갖지 않는 개별 장치들의 어레이로부터 고에너지 위치 밀도를 생성하는 과제를 해결하기 위한 접근법들이 개시된다. 일 실시예에서, 에너지 전파 릴레이 시스템은 능동 소자 영역의 유효 크기를 증가시켜 기계적 치수들을 충족시키거나 초과하여 릴레이들의 어레이를 구성하고 고유 심리스 에너지 표면을 형성할 수 있다.
도 3은 이러한 에너지 릴레이 시스템(300)의 일 실시예를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 릴레이 시스템(300)은 기계적 엔벨로프(320)에 장착된 장치(310)를 포함할 수 있으며, 에너지 릴레이 요소(330)는 장치(310)로부터 에너지를 전파한다. 릴레이 요소(330)는 장치의 다수의 기계적 엔벨로프(320)가 다수의 장치(310)의 어레이 내에 배치될 때 생성될 수 있는 임의의 갭(340)을 완화시키는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 장치의 능동 영역(310)이 20mmХ10mm이고 기계적 엔벨로프(320)가 40mmХ20mm라면, 에너지 릴레이 요소(330)는 축소형 단부(화살표 A) 상에서 약 20mmХ10mm이고 확대형 단부(화살표 B) 상에서 40mmХ20mm인 테이퍼 형상을 생성하도록 2:1의 배율로 설계될 수 있으며, 각각의 장치(310)의 기계적 엔벨로프(320)를 변경하거나 이와 충돌시키지 않으면서 이들 요소(330)의 어레이를 함께 심리스로(seamlessly) 정렬하는 능력을 제공한다. 기계적으로, 릴레이 요소들(330)은 장치들(310) 사이의 최소 심 갭(340)을 보장하면서 정렬 및 연마하기 위해 함께 접합되거나 융합될 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 눈의 시력 한계보다 작은 심 갭(340)을 달성하는 것이 가능하다.
도 4는 함께 형성되고 부가적인 기계적 구조(430)에 견고하게 고정된 에너지 릴레이 요소들(410)을 갖는 베이스 구조체(400)의 일례를 나타낸다. 심리스 에너지 표면(420)의 기계적 구조는 릴레이 요소들(410, 450)을 장착하기 위해 접합 또는 다른 기계적 공정을 통해 동일한 베이스 구조체에 직렬로 다수의 에너지 릴레이 요소들(410, 450)을 커플링하는 능력을 제공한다. 일부 실시예들에서, 각각의 릴레이 요소(410)는 융합, 결합, 접착, 압력 맞춤, 정렬 또는 그렇지 않은 방식으로 함께 부착되어 결과적인 심리스 에너지 표면(420)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(480)는 릴레이 요소(410)의 후방에 장착될 수 있고, 결정된 공차(tolerance) 내에서 적절한 에너지 위치 정렬이 유지되는 것을 보장하기 위해 수동적으로 또는 능동적으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 하나 이상의 에너지 위치들을 포함하고, 하나 이상의 에너지 릴레이 요소 스택들은 제 1 및 제 2 면을 포함하고, 각각의 에너지 릴레이 요소 스택은 하나 이상의 에너지 위치들과 심리스 디스플레이 표면 사이에서 연장되는 전파 경로들을 따라 에너지를 지향시키는 고유 심리스 디스플레이 표면을 형성하도록 배치되며, 여기서, 말단 에너지 릴레이 요소들의 임의의 2개의 인접한 제 2 표면들의 에지들 사이의 이격 거리는, 고유 심리스 디스플레이 표면의 폭보다 큰 거리를 두고 20/100 시력보다 좋은 시력을 갖는 인간의 눈의 시력에 의해 정의되는 최소 인지 가능한 윤곽보다 작다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면들의 각각은 횡 배향 및 종 배향(longitudinal orientation)을 갖는 제 1 및 제 2 표면을 형성하는 하나 이상의 구조체들을 각각 갖는 하나 이상의 에너지 릴레이 요소들을 포함한다. 제 1 릴레이 표면은 포지티브 또는 네거티브 확대를 초래하는 제 2 릴레이 표면과는 상이한 영역을 가지며, 제 2 릴레이 표면을 통해 에너지를 통과시키는 제 1 및 제 2 표면 양방 모두에 대해 명시적인 표면 윤곽들로 구성되어 제 2 릴레이 표면 전체에 걸친 표면 윤곽의 법선에 대해 +/-10도의 각도를 실질적으로 채운다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트(coherent) 요소들로서 제공된다.
컴포넌트 엔지니어드 구조체들에 대한 소개:
횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들에서의 개시된 진전들
에너지 릴레이들의 특성들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하는 에너지 릴레이 요소들에 대해 본원에 개시된 원리들에 따라 상당히 최적화될 수 있다. 횡방향 앤더슨 편재는 횡방향으로 무질서하지만 종방향으로 일정한 재료를 통해 전송되는 광선의 전파이다.
이것은 앤더슨 편재 현상을 유도하는 재료들의 효과는 다중 산란 경로들 사이의 무작위화에 의한 것보다 전체 내부 반사에 의한 영향이 더 적을 수 있으며, 여기서, 파 간섭은 종 배향으로 계속되면서 횡 배향(transverse orientation)으로의 전파를 완전히 제한할 수 있음을 의미한다.
중요한 부가적인 이점은 전통적인 다중-코어 광섬유 재료들의 클래딩(cladding)의 제거이다. 클래딩은 섬유들 사이의 에너지의 산란을 기능적으로 제거하는 것이지만, 동시에 에너지의 광선들에 대한 장벽으로서 작용하므로, 적어도 코어 대 클래드 비율(예컨대, 70:30의 코어 대 클래드 비율은 수신된 에너지 송신을 최대 70%로 송신할 것이다)에 의해 송신을 감소시키고, 부가적으로 전파된 에너지에서 강한 픽셀화 패터닝을 형성한다.
도 5a는 광섬유의 본질적인 특성으로 인해 픽실레이션(pixilation) 및 광섬유 노이즈가 나타날 수 있는 다중-코어 광섬유를 통해 이미지가 릴레이되는, 이러한 비-앤더슨 편재(non-Anderson Localization) 에너지 릴레이(500)의 예의 단면도를 나타낸다. 종래의 다중-모드 및 다중-코어 광섬유를 사용하면, 중계된 이미지들이 코어들 사이의 혼선(cross-talk)이 변조 전달 함수를 감소시키고 번짐(blurring)을 증가시킬, 중계된 이미지들은 코어들의 개별 어레이의 전체 내부 반사의 특성들로 인해 본질적으로 픽셀화 될 수 있다. 종래의 다중-코어 광섬유를 이용하여 생성된 결과 이미지는 도 3에 나타낸 것과 유사한 잔류 고정형 노이즈 섬유 패턴을 갖는 경향이 있다.
도 5b는 도 5a로부터의 고정형 섬유 패턴과 비교하여, 중계된 패턴이 더 큰 밀도의 결정립 구조들을 갖는 횡방향 앤더슨 편재의 특성들을 나타내는 재료들을 포함하는 에너지 릴레이를 통해 동일한 중계된 이미지(550)의 예를 나타낸다. 일 실시예에서, 무작위화된 미세(microscopic) 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함하는 릴레이들은 횡방향 앤더슨 편재를 유도하고 상업적으로 이용 가능한 다중 모드 유리 광섬유보다 더 높은 분해 가능 해상도의 전파를 이용하여 광을 보다 효율적으로 전송한다.
유사한 광학 등급의 유리 재료가 실시예 내에서 생성된 동일한 재료에 대한 비용보다 10 내지 100배 이상 비싸고 무게가 나가는, 비용 및 중량 양방 모두의 측면에서 횡방향 앤더슨 편재 재료 특성들에 상당한 이점이 존재하며, 여기서, 개시된 시스템들 및 방법들은 당업계에 공지된 다른 기술들에 비해 비용 및 품질 양방 모두를 개선할 수 있는 중요한 기회들을 시사하는 무작위화된 미세 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함한다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재를 나타내는 릴레이 요소는 차원 격자로 배치된 3개의 직교 평면들의 각각에 복수의 적어도 2개의 상이한 컴포넌트 엔지니어드 구조체들을 포함할 수 있으며, 복수의 구조는 차원 격자 내의 횡방향 평면에서의 재료 파 전파 특성들의 무작위화된 분포들 그리고 차원 격자 내의 종방향 평면에서 재료 파 전파 특성들의 유사한 값들의 채널들을 형성하며, 여기서, 에너지 릴레이를 통해 전파되는 편재형 에너지 파들은 횡 배향에 비해 종 배향에서 더 높은 전송 효율을 갖는다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파 경로들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 동시에 수신 및 방출하기 위해 각각의 제 2 면에 대한 2이상의 제 1 면들을 포함하는 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들로 구성된다.
일 실시예에서, 횡방향 앤더슨 편재 에너지 릴레이들은 느슨한 코히어런트 또는 가요성 에너지 릴레이 요소들로서 구성된다.
4D 플렌옵틱(Plenoptic) 함수들에 대한 고려사항:
홀로그램 도파관 어레이들을 통한 에너지의 선택적 전파
전술한 바와 같이, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 라이트 필드 디스플레이 시스템은 일반적으로 에너지 소스(예컨대, 조명 소스) 및 상기의 설명에서 언급된 바와 같이 충분한 에너지 위치 밀도로 구성된 심리스 에너지 표면을 포함한다. 다수의 릴레이 요소들은 에너지를 에너지 장치들로부터 심리스 에너지 표면으로 중계하는 데 사용될 수 있다. 필요한 에너지 위치 밀도로 심리스 에너지 표면에 에너지가 전달되면, 에너지는 개시된 에너지 도파관 시스템을 통해 4D 플렌옵틱 함수에 따라 전파될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 4D 플렌옵틱 함수는 본 기술분야에 잘 알려져 있으며 본원에서는 더 이상 설명되지 않을 것이다.
에너지 도파관 시스템은, 4D 플렌옵틱 함수의 각도 컴포넌트를 나타내는, 통과하는 에너지 파들의 각도 방향을 변경하도록 구성된 구조를 갖는 4D 플렌옵틱 함수의 공간 좌표를 나타내는 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들을 통해 에너지를 선택적으로 전파하되, 전파된 에너지 파들은 4D 플렌옵틱 함수에 의해 지향된 복수의 전파 경로들에 따라 공간에서 수렴할 수 있다.
이제 4D 플렌옵틱 함수에 따른 4D 이미지 공간에서의 라이트 필드 에너지 표면의 예를 나타내는 도 6을 참조한다. 이 도면은 시인 체적 내의 다양한 위치들로부터 에너지의 광선들이 공간(630)에서 수렴하는 방법을 설명하는 관찰자(620)에 대한 에너지 표면(600)의 광선 트레이스(trace)들을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 각각의 도파관 요소(610)는 에너지 표면(600)을 통한 에너지 전파(640)를 기술하는 정보의 4차원을 정의한다. 2개의 공간 차원들(본원에서 x 및 y로 지칭됨)은 이미지 공간에서 볼 수 있는 물리적인 복수의 에너지 위치들이고, 가상 공간에서 관찰되는 각도 성분들인 세타(theta) 및 파이(phi)(본원에서 u 및 v로 지칭됨)이며, 이것은 에너지 도파관 어레이를 통해 투영될 때 가상 공간에서 관찰된다. 일반적으로 그리고 4D 플렌옵틱 함수에 따라, 복수의 도파관(예컨대, 렌즈릿(lenslet)들)은, 본원에 기술된 홀로그램 또는 라이트 필드 시스템을 형성함에 있어서, x, y 차원로부터 가상 공간에서의 고유한 위치로 u, v 각도 컴포넌트에 의해 정의된 방향을 따라 에너지 위치를 지향시킬 수 있다.
하지만, 라이트 필드 및 홀로그램 디스플레이 기술들에 대한 중요한 도전은 회절, 산란, 확산, 각도 방향, 교정, 포커스, 시준(collimation), 곡률, 균일성, 요소 혼선뿐만 아니라 감소된 유효 해상도 그리고 충분한 충실도로 정확하게 에너지를 수렴하는 것에 대한 불능에 기여하는 다수의 다른 파라미터들 중 임의의 것을 정확히 설명하지 않은 설계들로 인해 제어되지 않은 에너지의 전파로부터 발생한다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서, 홀로그램 디스플레이와 연관된 도전 과제들을 해결하기 위한 선택적 에너지 전파에 대한 접근법은 에너지 금지 요소들을 포함할 수 있고, 4D 플렌옵틱 함수에 의해 정의된 환경 내에 거의 시준된 에너지를 갖는 도파관 개구들을 실질적으로 채우는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들의 어레이는 규정된 4D 함수에 의해 정의된 고유한 방향들로 도파관 요소의 유효 개구를 연장통과하여, 단일 도파관 요소만을 통과하도록 각각의 에너지 위치의 전파를 제한하도록 배치된 하나 이상의 요소들에 의해 금지된 심리스 에너지 표면을 따르는 복수의 에너지 위치들에 실질적으로 채우도록 구성된 각각의 도파관 요소에 대한 복수의 에너지 전파 경로들 을 정의할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 에너지 도메인들은 시각, 청각, 촉각 또는 다른 에너지 도메인들을 포함하는 하나 이상의 감각 홀로그램 에너지 전파들을 지향하도록 단일 에너지 릴레이 내에 또는 다수의 에너지 도파관들 사이에 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들 및 심리스 에너지 표면은 시스템 전체에 걸쳐 양방향 에너지 전파를 제공하기 위해 하나 이상의 에너지 도메인들을 수신 및 방출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 에너지 도파관들은, 벽, 테이블, 바닥, 천장, 실내 또는 기타 기하학적 구조 기반의 환경들을 포함하는 임의의 심리스 에너지 표면 배향을 위해 디지털 방식으로 인코딩된, 회절식, 굴절식, 반사식, 그린식(grin), 홀로그램, 프레넬(Fresnel) 등의 도파관 구성들을 활용하여, 비-송신 공극(void) 영역들을 포함하는 비선형 또는 비규칙적 에너지의 분포들을 전파하도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 도파관 요소는 임의의 표면 프로파일 및/또는 탁상 시인(tabletop viewing)을 제공하는 다양한 기하학적 구조들을 생성하도록 구성되어, 사용자가 360도 구성에서 에너지 표면 주위의 모든 곳에서 홀로그램 이미지를 볼 수 있게 한다.
일 실시예에서, 에너지 도파관 어레이 요소들은 반사 표면들일 수 있고, 요소들의 배치는 육각형, 정사각형, 불규칙형, 반정칙형(semi-regular), 만곡형, 비평면형, 구형, 원통형, 틸트형(tilted) 규칙형, 틸트형 불규칙형, 공간적 변화형 및/또는 다중 계층형일 수 있다.
심리스 에너지 표면 내의 임의의 컴포넌트에 대해서는, 도파관, 또는 릴레이 컴포넌트들은, 광섬유, 실리콘, 유리, 폴리머, 광학 릴레이들, 회절, 홀로그램, 굴절, 또는 반사 요소들, 광학면 판, 에너지 결합기들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 편광 요소들, 공간 광 변조기들, 능동 픽셀들, 액정 셀들, 투명 디스플레이들, 또는 앤더슨 편재 또는 전체 내부 반사를 나타내는 유사한 재료들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
홀로덱을 실현하는 것:
홀로그램 환경들 내에서 인간의 감각 수용체들을 자극하는 심리스 에너지 표면 시스템들의 집성
전체 룸(room)들을 포함하는 임의의 크기들, 형상들, 윤곽들 또는 폼 팩터들을 형성하는 다수의 심리스 에너지 표면들을 함께 타일링(tiling), 융합, 본딩, 부착 및/또는 스티칭(stitching)함으로써 심리스 에너지 표면 시스템들의 대규모 환경들을 구축하는 것이 가능하다. 각각의 에너지 표면 시스템은 양방향 홀로그램 에너지 전파, 방출, 반사 또는 감지를 위해 집합적으로 구성된 베이스 구조체, 에너지 표면, 릴레이들, 도파관, 장치들 및 전자 장치를 갖는 어셈블리를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 타일링된 심리스 에너지 시스템들의 환경은 주어진 환경에서 모든 표면들을 포함하는 설비들을 포함하는 큰 심리스 평면 또는 곡선 벽들을 형성하도록 집성되며, 심리스, 불연속의 평면, 패시트, 만곡형, 원통형, 구형, 기하 또는 비규칙적 기하학적 구조의 임의의 조합으로서 구성된다.
일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일(tile)들은 무대 또는 장소 기반의 홀로그램 엔터테인먼트를 위한 벽 크기의 시스템들을 형성한다. 일 실시예에서, 평면의 표면들의 집성된 타일들은 동굴 기반의 홀로그램 설비들을 위해 천장과 바닥 양방 모두를 포함하는 4개 내지 6개의 벽들을 갖는 룸을 커버한다. 일 실시예에서, 곡면들의 집성된 타일들은 몰입형(immersive) 홀로그램 설비들을 위한 원통형의 심리스 환경을 생성한다. 일 실시예에서, 심리스 구형 표면들의 집성된 타일들은 몰입형 홀로덱 기반의 경험들을 위한 홀로그램 돔을 형성한다.
일 실시예에서, 심리스 만곡형 에너지 도파관들의 집성된 타일들은 에너지 도파관 구조체 내의 에너지 금지 요소들의 경계를 따른 정확한 패턴을 따르는 기계적 에지들을 제공하여, 인접한 도파관 표면들의 인접한 타일링된 기계적 에지들을 결합, 정렬 또는 융합함으로써 모듈식 및 심리스 에너지 도파관 시스템을 초래한다.
집성된 타일링 환경의 다른 실시예에서, 에너지는 다수의 동시 에너지 도메인들에 대해 양방향으로 전파된다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면은 라이트 필드 데이터가 도파관을 통해 조명원에 의해 투영되고 동시에 동일한 에너지 표면을 통해 수신될 수 있도록 설계된 도파관들을 갖는 동일한 에너지 표면으로부터 동시에 디스플레이 및 캡처하는 능력을 제공한다. 추가적인 실시예에서, 추가 깊이 감지 및 능동 스캐닝 기술들이 활용되어 정확한 세계 좌표계에서 에너지 전파와 관찰자 사이의 상호 작용을 허용할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 에너지 표면 및 도파관은 주파수들을 방출, 반사 또는 수렴하여 촉각 감각 또는 체적 햅틱 피드백을 유도하도록 동작 가능하다. 일부 실시예들에서, 양방향 에너지 전파 및 집성된 표면들의 임의의 조합이 가능하다.
일 실시예에서, 시스템은 적어도 2개의 에너지 장치를 심리스 에너지 표면의 동일한 부분에 페어링(pair)할 수 있도록 2개 이상의 경로 에너지 결합기들과 독립적으로 페어링된 하나 이상의 에너지 장치들을 이용하여 에너지 표면을 통한 에너지의 양방향 방출 및 감지가 가능한 에너지 도파관을 포함하거나, 또는 하나 이상의 에너지 장치들이 베이스 구조체에 또는 오프-축(off-axis)의 직접 또는 반사 투영 또는 감지를 위해 도파관의 FOV의 전방 및 외측에서의 위치에 고정된 부가적인 컴포넌트에 근접하여 에너지 표면 뒤에 고정되고, 또한 결과적인 에너지 표면은 도파관이 에너지를 수렴할 수 있게 하는 에너지의 양방향 송신, 에너지를 방출하는 제 1 장치 및 에너지를 감지하는 제 2 장치를 제공하며, 여기서, 정보는 전파된 에너지 패턴들, 깊이 추정, 근접도, 모션 추적, 이미지, 색상 또는 사운드 형성 또는 기타 에너지 주파수 분석 내에서 4D 플렌옵틱 눈 및 망막 추적 또는 간섭의 감지를 포함하는, 하지만 이에 한정되지는 않는, 컴퓨터 비전 관련 작업들을 수행하도록 처리된다. 추가적인 실시예에서, 추적된 위치들은 양방향 캡처된 데이터와 투영 정보 간의 간섭에 기초하여 에너지의 위치들을 능동적으로 계산 및 수정한다.
일부 실시예들에서, 초음파 센서, 가시적인 전자기 디스플레이 및 초음파 방출 장치를 포함하는 3개의 에너지 장치들의 복수의 조합들은, 각각의 장치의 에너지 도메인, 그리고 초음파 및 전자기 에너지 각각을 위해 구성된 2개의 엔지니어드 도파관 요소들에 특정한 엔지니어드 특성들을 포함하는 3개의 제 1 표면들의 각각과 함께 단일의 제 2 에너지 릴레이 표면에 결합된 에너지를 전파하는 3개의 제 1 릴레이 표면들의 각각에 대해 함께 구성되어, 별도의 에너지 도메인을 위해 구성된 다른 도파관 요소들에 의해 독립적으로 그리고 실질적으로 영향을 받지 않은 각각의 장치의 에너지를 지향 및 수렴하는 능력을 제공한다.
일부 실시예들에서, 시스템 아티팩트(artifact)들을 제거하고 인코딩/디코딩 기술들과 함께 사용하기 위해 결과적인 에너지 표면의 기하학적 맵핑을 생성하기 위한 효율적인 제조를 가능하게 하는 교정 절차뿐만 아니라 교정된 구성 파일들에 기초하여 데이터를 에너지 전파에 적절한 교정된 정보로 변환하기 위한 전용 통합 시스템이 개시된다.
일부 실시예들에서, 일련의 부가적인 에너지 도파관들 및 하나 이상의 에너지 장치들이 불투명한 홀로그램 픽셀들을 생성하기 위해 시스템에 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도파관의 직경보다 큰 공간 해상도 및/또는 각도 해상도를 제공하기 위해 또는 다른 초해상도(super-resolution) 목적을 위해 에너지 금지 요소들, 빔 스플리터들, 프리즘들, 능동 시차 배리어들 또는 편광 기술들을 포함하는 부가적인 도파관 요소가 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 개시된 에너지 시스템은 또한 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR)과 같은 착용형 양방향 장치로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 에너지 시스템은 디스플레이되거나 수신된 에너지로 하여금 관찰자를 위한 공간에서 결정된 평면에 근접하게 포커싱되도록 하는 조정 광학 요소(들)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 어레이는 홀로그램 헤드 장착식 디스플레이에 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 관찰자가 에너지 시스템 및 실제 환경(예컨대, 투과형 홀로그램 디스플레이) 양방 모두를 볼 수 있게 하는 다수의 광학 경로들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 시스템은 다른 방법들에 더하여 근접 필드로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 데이터의 송신은 정보 및 메타데이터의 임의의 데이터세트를 수신하는 선택 가능하거나 가변적인 압축 비율들로 프로세스들을 인코딩하는 것; 상기 데이터세트를 분석하고, 더 희박한 데이터세트를 형성하는 재료 특성들, 벡터들, 표면 ID들, 새로운 픽셀 데이터를 수신 또는 할당하며, 수신된 데이터는 2차원, 스테레오스코픽, 멀티 뷰, 메타데이터, 라이트 필드, 홀로그램, 기하학적 구조, 벡터들 또는 벡터화된 메타데이터를 포함하고, 인코더/디코더는, 깊이 메타데이터를 갖거나 갖지 않은 깊이 추정 알고리즘들을 통해, 2D; 2D + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 스테레오스코픽, 스테레오스코픽 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 멀티 뷰; 멀티 뷰 + 깊이, 메타데이터 또는 기타 벡터화된 정보; 홀로그램; 또는 라이트 필드 콘텐츠에 대한 이미지 처리를 포함하여 실시간 또는 오프라인에서의 데이터를 변환하는 능력을 제공할 수 있으며, 역 광선 추적 방법은 특성화된 4D 플렌옵틱 함수를 통해 다양한 2D, 스테레오스코픽, 다중 뷰, 체적, 라이트 필드 또는 홀로그램 데이터로부터의 역 광선 추적에 의해 생성된 결과적인 변환 데이터를 실제 좌표들에 적절히 맵핑한다. 이들 실시예에서, 원하는 전체 데이터 송신은 원시 라이트 필드 데이터세트보다 다수의 자리수만큼 덜 송신된 정보일 수 있다.
4D 플렌옵틱 에너지 지향 시스템 아키텍처의 개요
도 7은 4 차원(4D) 플렌옵틱 에너지 지향 시스템(700)의 일 실시예의 아키텍처의 개요를 나타낸다. 에너지 지향 시스템(700)은 규칙적인 그리드 상에 있는 에너지 위치들(704)을 포함할 수 있는 LCD, LED 또는 OLDED와 같은 하나 이상의 에너지 장치들(702)을 포함할 수 있다. 에너지 위치(704)로부터의 에너지는 에너지 릴레이 요소(708)를 통해 에너지 표면(706) 상의 에너지 위치들(712)로 지향될 수 있으며, 에너지 릴레이 요소(708)는 테이퍼형 에너지 릴레이, 가요성 에너지 릴레이 또는 페이스 플레이트를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않으며, 이들 각각은 일부 실시예들에서 앤더슨 횡방향 편재의 원리에 따라 동작할 수 있다. 에너지 시스템(700)은 이들 에너지 장치들(702) 및 릴레이 요소들(708)의 모자이크를 포함할 수 있다. 각 릴레이 요소(708)는 에너지 장치 평면 상의 규칙적인 그리드 패턴이 에너지 표면(706) 상에 더 이상 규칙적이지 않도록 워핑(warping)과 같은 고유한 왜곡(710)을 도입할 수 있다. 에너지 표면(706) 상에, 에너지 시스템(700)은 에너지 도파관들의 어레이(720)를 더 포함할 수 있다. 가시적 전자기 에너지에 대한 일 실시예에서, 에너지 도파관들의 어레이(720)는 렌즈들의 어레이일 수 있다. 에너지 장치(702) 내의 에너지 위치들(704)은 에너지 표면 상의 그것의 (x, y) 좌표에 의해 정의된 바와 같은 에너지 표면(706) 상의 중계된 에너지 위치들(712)을 가질 수 있다. 에너지 시스템(700)은 에너지의 전파를 금지하기 위한 금지 요소(714)를 더 포함할 수 있다. 금지 요소(714) 및 에너지 도파관 어레이(720)는 에너지 위치들(712) 각각이 도파관 어레이 위치(x, y)를 통해 금지되지 않은 전파 경로를 가질 수 있도록 협력할 수 있다. 에너지 위치들(712)의 금지되지 않은 전파 경로는 각도 좌표(u, v)에 의해 정의된 경로 각도에 의해 특징지어질 수 있으며, 콜리메이트된 에너지 파는 각도 좌표(u, v)에서 금지되지 않은 전파 경로를 따라 전파할 수 있다. 함께, 4개의 파라미터(x, y, u, v) - 도파관 위치들 및 도파관 요소들을 통한 전파 경로들의 각도 좌표 - 는 4D 플렌옵틱 좌표계를 정의한다. 캘리브레이션의 목표 중 하나는 가능한 한 정확하게 각 에너지 위치(712)에 대한 4D 파라미터들을 결정하는 것이다.
캘리브레이션 절차의 개요
도 8은 에너지 위치 맵핑 프로세스(802) 및 도파관 맵핑 프로세스(804)를 포함할 수 있는 캘리브레이션 프로세스(800)의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 일 실시예에서, 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 도파관(720) 없이 릴레이 요소(708)에 대한 캘리브레이션을 포함할 수 있다. 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 에너지 표면(706) 상의 각 에너지 위치(704)에 대한 물리적 공간에서의 실제 좌표(x, y)를 정의할 수 있다. 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 또한 에너지 표면(706) 상의 각 에너지 위치(712)와 에너지 소스 장치(702) 상의 각 에너지 위치(704) 사이의 맵핑을 정의할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 릴레이 요소(708)가 도입할 수 있는 임의의 왜곡 또는 아티팩트들(710)을 제거할 수 있다. 필드 모자이크(타일로 지칭됨)의 각 개별 에너지 릴레이가 분석되고, 그 타일에 대한 에너지 표면(706)과 대응 에너지 장치(702) 사이의 전체 맵핑이 결정된다. 미세 단계 동안, 각 타일의 더 작지만 더 상세한 부분들이 한번에 분석되고, 에너지 표면(706)과 에너지 장치(702) 사이의 맵핑이 훨씬 더 정확하게 이루어진다. 일 실시예에서, 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 또한 각 릴레이 요소 타일에 대한 이득 맵을 적용하는 단계, 및 에너지 시스템(700)에서 모든 다른 것과 매칭되도록 각 릴레이 요소 타일의 전체 에너지 강도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캘리브레이션 프로세스(800)의 도파관 어레이 맵핑 프로세스(804)는 에너지 위치 맵핑 프로세스(802) 이후에 및 에너지 도파관들(720)이 정렬되고 고정된 이후에 수행될 수 있다. 도파관 어레이 맵핑 프로세스(804)는 일반적으로 에너지 도파관들(720) 아래에서 각 에너지 위치를 통해 전파하는 에너지에 대한 에너지 전파 경로 각도를 정의할 수 있다. 도파관 맵핑 프로세스(804)는 각 에너지 위치(712)에 대해 정확한 (u, v) 각도 좌표를 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 이 캘리브레이션 절차는 각 도파관(720)의 중심 아래에 에너지 위치(712)를 위치시키고 에너지 위치(712)를 할당하고 최종적으로 직접 측정 및 보간을 통해 이들 (u, v) 할당을 검증하고 정제한다.
에너지 위치에 대한 캘리브레이션 설정의 개요
도 9는 에너지 위치 맵핑 프로세스(802)에 대한 캘리브레이션 시스템(900)의 개략도이다. 일 실시예에서, 캘리브레이션 시스템(900)은 에너지 센서(902)를 포함할 수 있다. 에너지 센서(902)는 에너지 장치(702) 및 릴레이 요소(708)로부터 에너지를 수신하도록 구성된 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 에너지 센서(902)는 카메라, 라인 스캐닝 장치, 공간 어레이에 배치된 복수의 압력 센서들 또는 공간 어레이에 배치된 복수의 음향 센서들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 센서(902)는 자동화된 데이터 수집을 위해 컴퓨터를 통해 원격 조작될 수 있는 20 MPix보다 큰 상용 카메라를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 센서(902)의 센서 크기는 개별 릴레이 요소(708)의 에너지 표면(706) 측의 크기와 같도록 선택될 수 있고, 수평 평면에서 각 치수의 픽셀들의 수는 에너지 위치(712 또는 704)의 수보다 크게 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 센서는 에너지 표면(706) 상에 포커싱된 매크로 렌즈(macro lens)를 포함할 수 있으며, 개별 릴레이 요소(708)의 에너지 표면(706) 측보다 10% 큰 이미징 시야를 제공하여, 전체 릴레이 요소 타일을 이미징한다. 에너지 시스템(700)은 에너지 표면(706)에 평행한 x 및 y 좌표로 에너지 센서(902) 아래의 에너지 시스템(700)을 이동시키는 캘리브레이션 시스템(900)의 전동식 이동 가능한 플랫폼(904) 상에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 캘리브레이션 시스템(900)은 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)과 전기적으로 통신하는 제어기 모듈(906)을 더 포함하여, 이동 가능한 플랫폼(904)은 자동화를 위해 원격으로 이동하도록 제어기 모듈(906)에 의해 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 시스템(700)은 2 자유도를 갖는 틸트 스테이지(tilt stage) 상에 장착될 수 있으며, 이동 가능한 플랫폼(904)의 모션 평면과 동일 평면이 되도록 에너지 표면(706)의 조정을 허용한다. 틸트는 전체 에너지 표면(706)이 에너지 센서(902)에 대한 광학체의 일 실시예에서의 대물 렌즈의 필드의 얕은 깊이에 불구하고 초점을 유지할 때까지 시행 착오에 의해 조정될 수 있다.
에너지 위치 맵핑 프로세스(802)는 에너지 장치(702)에서의 에너지 위치들(712)의 실제 좌표와 에너지 위치들(704)의 디지털 좌표 사이의 맵핑을 허용할 수 있다.
그렇게 하기 위한 하나의 접근법은 에너지 센서(902)를 사용하여 에너지 표면(706) 상에 배치된 제 1 기준 패턴을 갖는 데이터를 먼저 캡처하는 것이다. 기준 패턴의 결과 데이터는 에너지 표면(706)의 평면에 공지된 기준 패턴을 갖는 센서의 디지털 공간에 존재한다. 도 10a는 센서(902)의 디지털 공간에 기록된 에너지 릴레이에 대한 에너지 표면(706)의 윤곽을 나타낸다. 센서 데이터는 특정 릴레이 모자이크 타일의 경계들을 포함할 수 있다. 도 10a에 도시된 타일이 직사각형이지만, 타일의 이미지는 핀-쿠션 왜곡과 같은 미묘한 왜곡이 있을 수 있다. 도 10b는 물리적 기준 공간에 정의된 에너지 표면(706)의 실제 좌표를 나타낸다. 기준 패턴의 특징을 이용하여, 디지털 기준 공간에 정의된 센서 좌표와 표면(706) 상의 실제 좌표 사이에 맵을 생성하는 것이 가능하다. 편의상, 이 맵은 본 명세서에 "맵 1(Map 1)"이라 지칭된다. 일 실시예에서, 맵 1은 디지털 센서 좌표를 길이 단위(예를 들어, mm)의 실제 좌표로 변환한다.
일 실시예에서, 제 1 기준 패턴을 제거한 이후에, 제 2기준 패턴이 에너지 소스 장치(702) 상의 에너지 위치들(702)에 존재할 수 있다. 이것으로 인해 이 제 2 기준 패턴이 제 1 표면(706)으로 중계된다. 릴레이 요소(708)는 표면(706)으로 중계됨에 따라 제 2 기준 패턴을 워핑할 수 있다. 이 제 2 기준 패턴에 대한 센서 데이터가 디지털 기준 공간에 기록될 수 있다. 이 시점에서, 맵 1이 디지털 센서 좌표에 적용되어 이 제 2 기준 패턴을 물리적 기준 공간에서의 실제 좌표로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 특징 검출을 통해, 그리고 소스 장치(702) 상에 존재하는 제 2 기준 패턴을 알고 있는 것에 의해서, 표면(706)의 실제 좌표를 에너지 소스 평면(702)의 디지털 좌표로 맵핑하는 것이 가능하며, 본 명세서에 "맵 2(Map 2)"로 지칭되는 맵을 생성한다. 일 실시예에서, 맵 2 는 에너지 표면(706)의 (x, y) 좌표를 에너지 소스 평면(702)의 디지털 좌표로 변환한다. 이 순방향 맵핑은 페어링된 역 맵핑을 갖는다. 도 10c는 릴레이(706)의 표면의 물리적 에지들에 맵핑하는 에너지 소스 평면 좌표들의 윤곽을 갖는 에너지 소스 평면(702)의 디지털 좌표에서 에너지 표면(706)을 나타낸다.
도 11은 에너지 위치 맵핑 프로세스(1100)의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 맵핑 프로세스(1100)는 에너지 릴레이 요소(708)의 제 1 표면(706)에 있는 제 1 복수의 에너지 위치(712)에서의 에너지의 에너지 속성에 대한 데이터가 수신되는 단계(1102)를 포함할 수 있다. 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지는 릴레이 요소(708)의 종 배향을 따라 에너지 릴레이 요소(708)를 통해 제 2 복수의 에너지 위치들(704)로부터 중계되었다. 맵핑 프로세스(1100)는 제 2 복수의 에너지 위치들(704)에서의 에너지의 에너지 속성의 미리 결정된 데이터 및 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지의 에너지 속성의 데이터가, 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지 속성을 제 2 복수의 에너지(704)에서의 에너지 속성으로 맵핑하는 것을 포함하는 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하기 위해 상관되는 단계(1104)를 더 포함할 수 있다. 단계(1104)에서 상관되어 맵핑되는 에너지 속성은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 캘리브레이션 맵핑은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 릴레이 속성을 보상하도록 적용될 수 있다: 강도 변화, 색 변화, 감쇠 영역 및 공간 왜곡.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지 속성은 물리적 기준 공간에서 정의되는 위치 좌표를 적어도 포함할 수 있으며, 제 2 복수의 에너지 위치들(704)에서의 에너지 속성은 제 1 디지털 기준 공간에서 정의되는 위치 좌표를 적어도 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 디지털 기준 공간은 에너지 장치(702)에서 에너지 위치들(704)에 의해 정의될 수 있다. 에너지 장치(702)가 디스플레이를 포함하는 일 실시예에서, 디스플레이의 픽셀들이 디지털 "픽셀" 기준 공간을 정의할 수 있다. 일 실시예에서, 물리적 기준 공간에서 정의되는 위치 좌표는 변환 함수를 사용하여 제 2 디지털 기준 공간으로부터 변환될 수 있다. 제 2 디지털 공간은 센서(902)의 감지 유닛들에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 센서(902)에 의해 캡처되는 데이터는 데이터 내의 캡처된 픽셀 위치들을 포함할 수 있으며, 실제의 물리적 측정값으로의 캡처된 픽셀 위치들의 변환 함수는 물리적 측정에서 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지 속성을 변환하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들(712)의 에너지의 속성의 데이터는 제 1 복수의 에너지 위치들(712)로부터 에너지를 캡처하는 에너지 센서(902)에 의해 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 센서(902)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902)를 작동시키도록 프로그래밍될 수 있는, 제어기(906)로부터의 에너지 센서(902)의 작동 파라미터를 수신하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 작동 파라미터는 제어기(906)로부터의 디지털 신호로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 작동 파라미터는 제어기(906)가 미리 결정된 명령에 따라 센서(902)를 포지셔닝하도록 프로그래밍되는 위치 명령을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지의 속성의 데이터는, 에너지 릴레이 요소(708)가 위치되는 이동 가능한 플랫폼(904)을 포지셔닝함으로써, 그리고 에너지 릴레이 요소(708)가 미리 결정된 위치에 위치될 때 제 1 복수의 에너지 위치(712)로부터 에너지를 캡처하도록 에너지 센서(902)를 작동시킴으로써 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 이동 가능한 플랫폼(904) 및 센서(902)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)을 작동시키도록 프로그래밍될 수 있는, 제어기(906)로부터의 디지털 신호들을 수신하도록 구성된다. 일 실시예에서, 디지털 신호들은 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)에 대한 위치 명령들을 포함할 수 있으며, 제어기(906)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)을 포지셔닝하도록 프로그래밍된다.
도 12는 변환 함수를 사용하여 디지털 공간의 에너지 속성을 물리적 공간의 에너지 속성으로 변환시키는 에너지 위치 맵핑 프로세스(1200)의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 맵핑 프로세스(1200)는 에너지 릴레이 요소(708)의 제 1 표면(706)에 있는 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서 캡처된 기준 에너지의 캡처 기준 에너지 속성에 대한 데이터가 수신되는 단계(1206)를 포함할 수 있다. 기준 에너지는 물리적 기준 공간에서 정의된 미리 결정된 기준 에너지 속성, 예를 들어 실제 측정치를 가질 수 있다. 미리 결정된 기준 에너지 속성은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 에너지는 기준 공간 패턴을 형성하며, 또한 여기서 제 1 표면(706)에 있는 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서 캡처된 기준 에너지는 캡처 패턴을 형성한다. 일 실시예에서는, 기준 공간 패턴의 위치 속성들이 물리적 기준 공간에서 알려져 있다.
일 실시예에서, 맵핑 프로세스(1200)는 물리적 기준 공간에서 정의된 미리 결정된 기준 에너지 속성을 디지털 기준 공간에서 캡처된 기준 에너지 속성과 상관시킴으로써 변환 함수가 생성되는 단계(1208)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이 맵핑은 이미지 픽셀 좌표를 길이 단위(예를 들어, mm)의 실제 좌표로 변환시킨 상기 맵 1과 유사하며, 도 10a 및 도 10b 사이에서 나타낸 맵핑이다.
맵핑 프로세스(1200)는 에너지 릴레이 요소(708)의 제 1 표면(706)에 있는 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지의 에너지 속성에 대한 디지털 데이터가 수신되는 단계(1202)를 포함할 수 있다. 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지는 릴레이 요소(708)의 종 배향을 따라 에너지 릴레이 요소(708)를 통해 제 2 복수의 에너지 위치들(704)로부터 중계되었다. 맵핑 프로세스(1200)는 디지털 기준 공간에서 정의된 에너지의 에너지 속성을 물리적 기준 공간에서의 에너지 속성에 맵핑하기 위해, 단계(1208)에서 생성된 변환 함수가 단계(1202)에서 수신된 디지털 데이터에 적용되는 단계(1204)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 맵핑 프로세스(1200)는 물리적 기준 공간에서 정의된 제 1 복수의 에너지 위치들(712)에서의 에너지 속성과 디지털 기준 공간에서 정의된 제 2 복수의 에너지 위치들(704)에서의 에너지 속성 사이의 맵핑을 생성하는 단계(1210)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이 맵핑은 길이 단위(예를 들어, mm)의 실제 좌표를 에너지 소스 디지털 픽셀 좌표로 변환시키는 상기 맵 2와 유사하며, 도 10b 및 도 10c 사이에 나타낸 맵핑이다.
예시적인 구현예 1
본 발명의 원리를 설명하기 위해, 맵핑 프로세스들(1100 및 1200)의 실시예들을 구현하는 일 예가 디스플레이 표면 및 이미지를 디스플레이 표면에 제공할 수 있는 조명 소스들의 픽셀들을 갖는 디스플레이 시스템과 관련하여 아래에 제공된다. 본 발명의 원리들에 따른 다른 구현예들은 음향, 적외선, 자외선, 마이크로파, x-선, 전자기, 광학-기계 또는 촉각 에너지 시스템과 같은 다른 타입의 에너지 시스템들에 대해 수행될 수도 있음을 이해해야 한다.
1. 디스플레이 표면 상에 고해상도 기준 체커보드 차트(checkerboard chart)를 직접 배치한다. 이것은 실제 좌표를 캘리브레이션하는데 사용되는 알려진 피치가 있는 기준 격자이며, 마일러(Mylar) 또는 유리와 같은 투명 매체에 인쇄된다. 이 차트의 어두운 부분들은 광 비투과성이어야 하며, 차트의 밝은 부분은 광학적으로 투과성이어야 한다. 체커보드 차트가 예를 들어 유리의 두께로부터 임의의 경로 길이를 추가하는 경우, 이 차트가 없는 디스플레이 표면의 이미징 중에 보정 경로 길이가 또한 포함되어야 한다. 적어도 하나의 실시예에서, 기준 체커보드의 피치는 125um이다.
2. 광학 릴레이 모자이크의 각 타일에 대한 차트의 이미지를 캡처하거나, 타일들이 없는 경우, 카메라의 FOV와 일치하는 디스플레이의 각 부분에 대해 약간의 이웃한 프레임 오버랩이 있다. 체커보드 차트는 에너지 소스 평면을 균일하게 비추는 것에 의해서 백라이트 되어야 한다. 도 2에 나타낸 이동 스테이지에 의해 카메라 아래로 디스플레이를 이동시킨다.
3. 기준 체커보드 격자 패턴을 식별한다.
4. 이미지 공간에서 실제 좌표로의 맵 1을 생성시킨다. 이것에 의해 거리가 캘리브레이션되고, 렌즈 또는 불완전한 카메라 정렬로 인한 왜곡이 제거된다. 이 맵핑은 이 시점 이후의 모든 캘리브레이션 이미지에 적용되어야 한다.
5. 디스플레이 표면 상에 배치된 고해상도 체커보드 차트를 제거한다.
6. 균일하게 조명하면서 광학 릴레이 모자이크의 단일 타일에 대한 화이트 이미지를 캡처한다.
7. 이 화이트 이미지에서 에지 검출을 수행하여 광학 릴레이 타일의 경계를 결정한다.
8. 이미지에서 광학 릴레이 타일의 회전을 계산하고, 역 회전을 적용함으로써 광학 릴레이 타일 경계가 이미지 경계와 함께 회전되지 않고 직선형인 광학 릴레이 타일 경계를 가지도록 한다.
9. 에너지 소스 평면 상에 공지된 체커보드 패턴을 배치한다. 적어도 하나의 실시예에서, 체커보드 사각형은 각각 4 내지 12 픽셀 폭이다. 표면화된 디스플레이 상의 체커보드 패턴은, 존재하는 경우, 광학 릴레이를 통과한 이후에 광학 왜곡될 수 있다.
10. 광학 릴레이 타일의 이미지를 캡처하고, 광학 릴레이를 통해 임의의 흠이나 강도 변화를 제거(정규화)하기 위해 화이트 이미지를 갖는 픽셀 단위로 그것을 분할한다.
11. 맵 1을 적용하여 이 이미지를 실제 좌표로 변환한다.
12. 체커보드 이미지의 격자 패턴, 및 광학 모자이크 타일의 경계를 식별한다.
13. 이 이미지에 맵1을 적용하여 디스플레이 표면에서 격자 패턴의 실제 좌표를 결정한다.
14. 디스플레이 표면 실제 좌표로부터 조명 엔진 픽셀 좌표로의 맵핑 맵 2를 결정한다. 이러한 맵핑은 상부-좌측 모서리와 같은 디스플레이 표면 상의 알려진 위치에 대한 조명 소스 디스플레이를 위한 적어도 하나의 오프셋 픽셀 기준 위치를 사용할 수 있다.
15. 이제 맵 1 및 맵 2의 두 맵핑이 식별된다.
16. 디스플레이 표면이 광학 릴레이 타일로 구성되는 경우, 각 타일은 균일한 화이트 이미지로 촬영해야 한다. 그런 다음 평균 조명을 결정할 수 있으며, 각 타일의 전체 조명을 조정하여 균일한 디스플레이 표면을 얻을 수 있다.
4D 캘리브레이션의 개요
전술한 에너지 위치 캘리브레이션은 에너지 표면(706)에 대한 실제 좌표와 에너지 장치(702) 내의 에너지 위치들(704)에 대한 좌표 사이의 맵핑을 정의할 수 있다. 이러한 에너지 위치 캘리브레이션은 에너지 도파관 어레이(720) 없이 수행될 수 있다. 4D 캘리브레이션은 일단 도파관(720)이 설치되면 각 에너지 위치들(712)에 대한 에너지 전파 경로에 대해 각도 좌표를 정의할 수 있다. 4D 캘리브레이션 프로세스의 목적은 모든 에너지 위치(712)에 대한 4D 플렌옵틱 좌표 (x, y, u, v)를 정의하는 것이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 일 실시예에서, 에너지 도파관 요소(720a)는 에너지 도파관 요소(720a)의 제 1 측면으로부터 제 2 측면까지 연장되는 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)을 따라 에너지를 지향시키도록 작동 가능할 수 있다. 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402 및 1404)은, 에너지 릴레이 요소(706)의 제 1 측면 상에서 복수의 에너지 위치들(1406, 1408)로 각각 연장될 수 있고, 제 1 측면 상의 각각의 에너지 위치들(1406, 1408)에 의존하여 에너지 도파관 요소(720a)에 대하여 제 2 측면 상에서 상이한 각도 방향들 (u1, v1), (u2, v2)을 따라 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 4D 캘리브레이션을 위한 프로세스(1300)는 도파관 어레이의 제 2측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)을 따라 에너지의 에너지 속성들에 대한 데이터가 수신되는 단계(1302) 및 에너지 도파관 요소의 제 1측면 상의 복수의 에너지 위치(1406, 1408)에서의 에너지의 에너지 속성 데이터와 제 2측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로(1402 및 1404)를 따르는 에너지의 에너지 속성 데이터를 상관시켜서 도파관 요소(720a)에 대한 캘리브레이션된 4 차원(4D) 플렌옵틱 함수를 생성하는 단계(1304)를 포함할 수 있다. 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수는 복수의 에너지 위치(1406, 1408)와 에너지 전파 경로(1402, 1404)의 각각의 각도 방향 사이의 맵핑을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도파관 어레이의 제 2 측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)을 따른 에너지의 데이터 속성의 데이터는 도파관 어레이의 제 2 측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)을 따라 에너지를 캡처하는 에너지 센서(902)에 의해 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 센서(902)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902)를 작동하도록 프로그래밍될 수 있는, 제어기(906)로부터의 에너지 센서(902)의 작동 파라미터를 수신하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 작동 파라미터는 제어기(906)로부터의 디지털 신호에서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 작동 파라미터는 제어기(906)가 미리 결정된 명령에 따라 센서(902)를 포지셔닝하도록 프로그래밍되는 위치 명령을 포함할 수 있다.
일 실시에에서, 도파관 어레이의 제 2 측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)을 따른 에너지의 에너지 속성의 데이터는 에너지 릴레이 요소(708)가 위치하는 이동 가능한 플랫폼(904)을 포지셔닝함으로써 생성될 수 있고, 에너지 릴레이 요소(708)가 미리 결정된 위치에 위치될 때 도파관 어레이의 제 2 측면 상의 금지되지 않은 에너지 경로들(1402, 1404)을 따른 에너지를 캡처하기 위해 에너지 센서(902)를 작동함으로써 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 이동 가능한 플랫폼(904) 및 센서(902)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)을 작동시키도록 프로그래밍될 수 있는, 제어기(906)로부터의 디지털 신호들을 수신하도록 구성된다. 일 실시예에서, 디지털 신호들은 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)에 대한 위치 명령들을 포함할 수 있으며, 제어기(906)는 미리 결정된 명령에 따라 에너지 센서(902) 및 이동 가능한 플랫폼(904)을 포지셔닝하도록 프로그래밍된다.
단계(1304)에서 상관되어 맵핑되는 에너지 속성은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수는 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 도파관 어레이 속성을 보상하기 위해 적용될 수 있다: 강도 변화, 색 변화, 감쇠 영역 및 공간 왜곡. 일 실시예에서는, 프로세스(1100 또는 1200)가 적어도 하나의 릴레이 속성을 보상하기 위해 수행될 수 있고, 적어도 하나의 도파관 어레이 속성을 보상하기 위해 프로세스(1300)가 뒤따라 이루어지며, 이에 의해 전체적으로 에너지 지향 시스템(700)을 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 도파관 요소(720a)의 제 2 측면 상의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)를 따른 에너지의 에너지 속성은 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)의 적어도 각도 좌표 (u1, v1), (u2, v2)를 포함하며, 에너지 도파관 요소(720a)의 1 측면 상의 복수의 에너지 위치들(1406, 1408)에서의 에너지의 에너지 속성은 복수의 에너지 위치들의 위치 좌표를 적어도 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 에너지 위치들(1406, 1408)에 대한 위치 좌표는 프로세스들(1100 및 1200)과 관련하여 전술한 바와 같이 변환 함수를 사용하여 물리적 기준 공간에서 정의되거나 디지털 기준 공간에서 물리적 기준 공간으로 변환될 수 있다.
일 실시예에서, 1100의 에너지 위치 맵핑 프로세스가 프로세스(1300) 이전에 수행됨으로써, 복수의 에너지 위치들(1406, 1408)에 대한 위치 좌표가 물리적 기준 공간에서 각각 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)의 각도 좌표 (u1, v1), (u2, v2)를 결정하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 물리적 기준 공간에서의 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)의 각도 좌표 (u1, v1), (u2, v2)는 에너지 도파관 요소(720a)의 공지된 기준 위치, 센서(902)와 도파관 요소(720a) 사이의 공지된 거리(1410) 및 기준 에너지 위치(712a)의 공지된 위치를 사용하여 결정될 수 있으며, 이들은 모두 동일한 물리적 기준 공간에 정의된다. 예를 들어, 에너지 전파 축(1412)이 도파관 요소(720a)에 정의되어 기준 위치로서 사용될 수 있다. 센서(902)와 도파관 요소(720a) 사이의 거리(1410)는 당업계에 공지된 다수의 측정 방법들에 따라 결정될 수 있다. 물리적 공간에서 이러한 공지된 기준 파라미터가 주어지면, 금지되지 않은 에너지 전파 경로들(1402, 1404)의 각도 좌표 (u1, v1), (u2, v2)는 물리적 기준 공간에서 공지된 기준 파라미터들로 센서(902)에 의해 데이터 포인트들의 삼각 측량을 사용하여 결정될 수 있다.
예시적인 구현예 2
본 개시의 원리를 설명하기 위해, 맵핑(1300)의 실시예들을 구현하는 예가 디스플레이 표면 및 디스플레이 표면과 도파관 어레이 예를 들어 4D 프레놉틱 함수에 따라 관측할 디스플레이 표면으로부터 광을 지향시키는 마이크로 렌즈에 이미지를 제공할 수 있는 조명 소스의 픽셀들을 갖는 디스플레이 시스템과 관련하여 이하에 제공된다. 본 개시의 원리들에 따른 다른 구현예들은 음향, 적외선, 자외선, 마이크로파, x-선, 전자기, 광학-기계 또는 촉각 에너지 시스템과 같은 다른 타입의 에너지 시스템들에 대해 수행될 수도 있음을 이해해야 한다.
1. 알려진 수직 기준 레이저 빔과 디스플레이 코너 사이의 거리를 측정한다.
2. 측정할 렌즈 위치들을 결정한다. 이것은 디스플레이 표면에 걸친 정규 샘플링일 수 있다.
3. 알려진 렌즈 위치 지오메트리를 사용하여 이동 스테이지에 지시함으로써 카메라가 각 렌즈 중심 바로 위에 있게 되도록 디스플레이를 이동시킨다.
4. 렌즈 아래의 각 픽셀을 조명한다. 각각에 대해, 카메라 센서의 빔 위치를 측정한다.
5. 이 빔 위치와 렌즈 위의 센서의 알려진 높이를 사용하여 x-z 평면 () 및 y-z 평면 ()에서 수직 z 축과 빔이 이루는 각을 결정한다. 이 각도들은 정규화된 (u, v) 좌표로 변환될 수 있다.
6. 렌즈 아래의 다수의 픽셀들에 대해 이것을 반복한다.
7. 디스플레이 표면에 걸쳐 디스크들을 정규 샘플링하기 위해 이 절차를 반복한다.
8. 디스크 중심에서 픽셀 오프셋의 함수로서 (u, v) 좌표를 찾고, 이 파라미터의 변형을 전체 디스플레이 표면의 폭과 높이를 따라 각 축에서의 다항식에 맞춘다.
본원에 개시된 원리들에 따라 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고 제한적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명(들)의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안되며, 오직 본 개시로부터 공표된 청구항들 및 그 등가물들에 따라 정의되어야 한다. 또한, 전술한 장점들 및 특징들은 설명된 실시예들에서 제공되지만, 이러한 공표된 청구항들의 적용을 상기의 장점들의 일부 또는 전부를 달성하는 공정들 및 구조들로 제한해서는 안된다.
본 개시의 주요 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 실시예에서 채용될 수 있음은 이해될 것이다. 당업자는 일상적인 실험만을 사용하여 본원에 기재된 특정 절차들에 대한 다수의 등가물들을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 이러한 등가물들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주되고 청구항들에 의해 커버된다.
또한, 본원에서 섹션 표제들은 37 CFR 1.77에 따른 제안사항과의 일관성을 위해, 또는 그렇지 않으면 구조적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이 표제들은 이 개시로부터 공표할 수 있는 임의의 청구항들에 기술된 발명(들)을 제한하거나 특성을 부여하지 않는 것이다. 구체적으로, 예로서, 표제들이 "발명의 분야"를 지칭하고는 있지만, 그러한 주장들은 이 표제 하에서의 언어에 의해 제한되어서는 안되며, 소위 기술 분야를 설명하는 것이다. 또한, "발명의 배경" 섹션에서의 기술의 설명은 기술이 본 개시에서 임의의 발명(들)에 대한 선행 기술이라는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 "개요"는 공표된 청구항들에 명시된 발명(들)의 특성으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 본 개시에서의 "발명"에 대한 임의의 참조는 이 개시에서 오직 단일한 지점의 신규성만이 존재함을 논증하는 데 사용되어서는 안된다. 다수의 발명들은 본 개시로부터 공표된 다수의 청구항들의 한계들에 따라 명시될 수 있으며, 따라서 그러한 청구항들은 그에 의해 보호되는 발명(들) 및 그 등가물들을 정의한다. 모든 경우에, 그러한 청구항들의 범위는 본 개시에 비추어 그 자체의 장점들에 대해 고려되어야 하지만 본원에 명시된 표제들에 의해 제약되어서는 안된다.
하나 또는 "하나의"라는 용어의 사용은, 청구항들 및/또는 명세서에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 경우, "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 이상", "적어도 하나", 그리고 "하나 또는 하나 초과"의 의미와 일치한다. 본 개시는 단지 대안들 그리고 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 지지하기는 하지만, 청구항들에서 "또는"이라는 용어의 사용은 명시적으로 대안들만을 지칭하는 것으로 나타내거나 대안들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는 "및/또는"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 출원의 전반에서, 용어 "약"은 값이 장치에 대한 오차의 고유한 변화를 포함하는 것을 나타내는 데 사용되며, 방법은 값, 또는 연구 주제들 사이에 존재하는 변동을 결정하기 위해 채용된다. 일반적으로, 전술한 논의에 종속되지만, "약"과 같은 근사의 단어에 의해 수정된 본원에서의 수치는 언급된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%만큼 변경될 수 있다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, "포함하는"(및 임의의 형태의 포함하는, 이를테면 "포함한다" 및 "포함하고"), "갖는"(및 임의의 형태의 갖는, 이를테면 "갖다" "가진다"), "포함시키는"(및 임의의 형태의 포함시키는, 이를테면 "포함시킨다" 및 "포함시키고"), 또는 "함유하는"(및 임의의 형태의 함유하는, 이를테면 "함유한다" 및 "함유하고")은 포괄적이거나 확장 가능(open-ended)하며, 부가적인 언급되지 않은 요소들이나 방법 단계들을 배제하지 않는다.
"그 시간에", "등가의", "도중에", "완료된" 등과 같은 비교, 측정 및 타이밍의 단어들은 "실질적으로 그 시간에", "실질적으로 등가의", "실질적으로 도중에", "실질적으로 완료된" 등을 의미하며, 여기서, "실질적으로"는 이러한 비교, 측정 및 타이밍이 묵시적으로 또는 명시적으로 언급된 원하는 결과를 달성하기 위해 실행 가능하다는 것을 의미한다. 근처의, "근접한" 및 "인접한"과 같은 요소들의 상대적 위치와 관련된 단어들은 각각의 시스템 요소 상호 작용에 물리적인 영향을 미치기에 충분히 가깝다는 것을 의미하는 것이다. 근사의 다른 단어들은, 유사하게는, 그렇게 수정될 때 반드시 절대적이거나 완전하지는 않지만, 당업자에게 충분히 가깝다고 생각되는 것으로 이해되는 조건을 지칭하여, 그 조건을 존재하는 것으로 간주하는 것을 보증한다. 설명이 변경될 수 있는 정도는 변경이 얼마나 크게 도입될 수 있는지에 달려 있으며, 여전히 당업자는 수정되지 않은 특징의 원하는 특성들 및 능력들을 여전히 가지면서 수정된 특징을 인식한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "또는 그의 조합"은 용어 앞에 기재된 나열된 항목들의 모든 순열 및 조합을 지칭한다. 예를 들어, A, B, C 또는 이들의 조합은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하도록 의도되며, 특정 문맥에서 순서가 중요하다면 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB를 포함하도록 의도된다. 이 예를 계속하면 BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어를 반복하여 포함하는 조합이 명시적으로 포함된다. 당업자는 통상적으로 문맥으로부터 명백하지 않는 한 임의의 조합으로 항목들 또는 용어들의 수에 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
본원에 개시되고 청구된 모든 구성들 및/또는 방법들은 본 개시에 비추어 과도한 실험없이 제조되고 실행될 수 있다. 본 개시의 구성들 및 방법들은 바람직한 실시예들의 관점에서 기재되었지만, 본 개시의 개념, 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한, 변형예들이 구성들 및/또는 방법들에 그리고 본원에 기재된 방법의 단계들에서 또는 단계들의 시퀀스에서 적용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 이러한 모든 유사한 대체예들 및 변형예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 개시의 사상, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.
Claims (36)
- 에너지 릴레이 요소에 대한 캘리브레이션 방법으로서,
상기 에너지 릴레이 요소는 상기 에너지 릴레이 요소를 통해 전파되는 에너지가 종방향으로 더 높은 전송 효율을 가지도록 구성되고,
상기 방법은,
에너지 릴레이 요소의 제1 표면에서의 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지는 상기 종방향을 따라 상기 에너지 릴레이 요소를 통해 제2 복수의 에너지 위치로부터 릴레이되는, 상기 수신하는 단계; 및
상기 제2 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 사전결정된 데이터 및 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하는 단계를 포함하되,
상기 캘리브레이션된 릴레이 함수는 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 상기 에너지 속성들의, 상기 제2 복수의 에너지 위치에서의 상기 에너지 속성들에의 맵핑(mapping)을 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들은 물리적 기준 공간에서 규정된 적어도 하나의 위치 좌표를 포함하고, 상기 제2 복수 에너지 위치에서의 에너지 속성들은 적어도 제1 디지털 기준 공간에서 규정된 위치 좌표를 포함하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 물리적 기준 공간에서 규정된 위치 좌표는 제2 디지털 기준 공간으로부터 변환되는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 방법은,
상기 에너지 릴레이 요소의 상기 제1 표면에서의 상기 제1 복수의 에너지 위치에서 캡처된 기준 에너지의 캡처된 기준 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 기준 에너지는 물리적 기준 공간에서 규정된 사전결정된 기준 에너지 속성들을 가지는, 상기 수신하는 단계;
상기 사전결정된 기준 에너지 속성들을 상기 캡처된 기준 에너지 속성들과 상관시켜서 변환 함수를 생성하는 단계; 및
디지털 기준 시스템에 규정된 에너지의 에너지 속성들을 상기 물리적 기준 공간에서의 에너지의 에너지 속성들에 맵핑하기 위해 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들에 상기 변환 함수를 적용하는 단계를 더 포함하되,
상기 캘리브레이션된 릴레이 함수의 맵핑은 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들을 상기 제2 복수의 에너지에서의 에너지 속성들에 맵핑하고,
상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지 속성들은 상기 물리적인 기준 공간에서 규정되고, 상기 제2 복수의 에너지에서의 에너지 속성들은 상기 디지털 기준 공간에서 규정되는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 사전결정된 기준 에너지 속성들은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성들을 포함하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 기준 에너지는 기준 공간 패턴을 형성하고, 상기 제1 표면에서의 상기 제1 복수의 에너지 위치에서 캡처된 기준 에너지는 캡처된 패턴을 형성하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 기준 공간 패턴의 위치 속성들은 상기 물리적 기준 공간에서 알려져 있는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터는 상기 제1 복수의 에너지 위치로부터의 에너지를 캡처하는 에너지 센서에 의해 생성되는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 에너지 센서는 카메라, 라인 스캐닝 장치, 공간 어레이에 배치된 복수의 압력 센서, 또는 공간 어레이에 배치된 복수의 음향 센서를 포함하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 센서는 제어기로부터 상기 에너지 센서의 동작 파라미터를 수신하도록 구성되고, 상기 제어기는 사전결정된 명령어(instruction)에 따라 상기 에너지 센서를 동작시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 상기 제어기로부터의 디지털 신호로 제공되는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 위치 명령어를 포함하고, 상기 제어기는 상기 사전결정된 명령어에 따라 상기 센서를 포지셔닝시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터는 상기 에너지 릴레이 요소가 위치하는 이동 가능한 플랫폼을 포지셔닝시킴으로써, 그리고, 에너지 릴레이 요소가 사전결정된 위치에 포지셔닝될 때 상기 제1 복수의 에너지 위치로부터 에너지를 캡처하도록 상기 에너지 센서를 동작시킴으로써, 생성되는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 이동 가능한 플랫폼 및 상기 에너지 센서는 제어기로부터 디지털 신호들을 수신하도록 구성되며, 상기 제어기는 상기 사전결정된 명령어에 따라 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼을 동작시키도록 프로그래밍된 방법. - 제14항에 있어서,
상기 디지털 신호는 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼에 대한 위치 명령어를 포함하고, 상기 제어기는 상기 사전결정된 명령어에 따라 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼을 포지셔닝시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성들을 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성들을 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 캘리브레이션 맵핑은 강도 변화, 색 변화, 감쇠 영역 및 공간 왜곡으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 릴레이 속성들을 보상하도록 적용되는 방법. - 에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션 방법으로서,
상기 에너지 도파관 어레이는 상기 에너지 도파관 어레이의 제1 면으로부터 제2 면까지 연장되는 금지되지 않은(uninhibited) 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 향하게 하도록 동작 가능하고, 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 상기 제1 면 상에서 복수의 에너지 위치들로 연장되고, 상기 제1 면 상의 각각의 에너지 위치에 따라 상기 에너지 도파관 어레이에 대해 상이한 각도 방향을 따라, 상기 제2 면 상에서 연장되며,
상기 방법은,
상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따라 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계; 및
상기 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터와, 상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜서, 상기 에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션된 4 차원(4D) 플렌옵틱 함수(plenoptic function)를 생성하는 단계를 포함하되;
상기 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수는, 상기 복수의 에너지 위치들과 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들의 각각의 각도 방향들 간의 맵핑을 포함하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터는 에너지 센서가, 상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지를 캡처함으로써 생성되는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 에너지 센서는 카메라, 라인 스캐닝 장치, 공간 어레이에 배치된 복수의 압력 센서, 또는 공간 어레이에 배치된 복수의 음향 센서를 포함하는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 에너지 센서는 제어기로부터 상기 에너지 센서의 동작 파라미터를 수신하도록 구성되며, 상기 제어기는 사전결정된 명령어에 따라 상기 에너지 센서를 동작시키도록 프로그래밍된 방법. - 제22항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 상기 제어기로부터 디지털 신호로 제공되는 방법. - 제23항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 위치 명령어를 포함하고, 상기 제어기는 상기 사전결정된 명령어에 따라 상기 센서를 포지셔닝시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터는, 상기 에너지 릴레이 요소가 위치하는 이동 가능한 플랫폼을 포지셔닝시킴으로써, 그리고, 상기 에너지 도파관 어레이가 사전결정된 위치에 포지셔닝될 때 에너지 센서가 상기 도파관 어레이의 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지를 캡처하도록 상기 에너지 센서를 동작시킴으로써 생성되는 방법. - 제25항에 있어서,
상기 이동 가능한 플랫폼 및 상기 에너지 센서는 제어기로부터 디지털 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 제어기는 사전결정된 명령어에 따라 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼을 동작시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 디지털 신호는 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼에 대한 위치 명령어를 포함하고, 상기 제어기는 상기 사전결정된 명령어에 따라 상기 에너지 센서 및 상기 이동 가능한 플랫폼을 포지셔닝시키도록 프로그래밍되는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 에너지 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들은 적어도, 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들의 각도 좌표를 포함하고,
상기 에너지 도파관 어레이의 상기 제1 면 상의 상기 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들은 적어도 상기 복수의 에너지 위치의 위치 좌표를 포함하는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 위치 좌표는 물리적 기준 공간에 규정되는 방법. - 제29항에 있어서,
상기 위치 좌표는 변환 함수를 이용하여 디지털 기준 공간으로부터 물리적인 기준 공간으로 변환되는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 각도 좌표는 물리적 기준 공간에서 규정되는 방법. - 제31항에 있어서,
상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터는, 에너지 센서가, 상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지를 캡처함으로써 생성되며,
상기 물리적 기준 공간에서 규정된 각도 좌표는, 상기 에너지 도파관 어레이의 알려져 있는 기준 위치, 상기 에너지 센서와 도파관 어레이 간의 알려져 있는 거리, 및 상기 기준 에너지 위치의 알려져 있는 위치를 사용하여 결정되며,
상기 에너지 도파관 어레이의 알려져 있는 기준 위치, 상기 에너지 센서와 도파관 어레이 간의 알려져 있는 거리, 및 상기 기준 에너지 위치의 알려져 있는 위치는 모두가 동일한 물리적 기준 공간에서 규정된 방법. - 제19항에 있어서,
상기 복수의 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성들을 포함하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 에너지 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들은 위치, 색, 강도, 주파수, 진폭, 콘트라스트 및 해상도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 에너지 속성들을 포함하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 캘리브레이션 맵핑은 강도 변화, 색 변화, 감쇠 영역 및 공간 왜곡으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 릴레이 속성들을 보상하도록 적용되는 방법. - 에너지 지향 시스템에 대한 캘리브레이션 방법으로서,
상기 에너지 지향 시스템의 에너지 릴레이 요소는 상기 에너지 릴레이 요소를 통해 전파되는 에너지가 종방향으로 보다 높은 전송 효율을 갖도록 구성되고,
상기 에너지 지향 시스템의 에너지 도파관 어레이는 상기 에너지 도파관 어레이의 제1 면으로부터 제2 면까지 연장되는 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따라 에너지를 향하게 하도록 동작 가능하며,
상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들은 상기 제1 면 상에서 복수의 릴레이된 에너지 위치들로 연장되고, 상기 제1 면 상의 각각의 에너지 위치에 따라 상기 에너지 도파관 어레이에 대해 상이한 각도 방향을 따라 상기 제2 면 상에서 연장되며,
상기 방법은,
상기 에너지 릴레이 요소의 제1 표면에서 복수의 릴레이된 에너지 위치에서 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 에너지는 상기 종방향을 따라 상기 에너지 릴레이 요소를 통해 복수의 소스 에너지 위치로부터 릴레이된, 상기 수신하는 단계;
상기 복수의 소스 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 사전결정된 데이터와 상기 복수의 릴레이된 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜 캘리브레이션된 릴레이 함수를 생성하는 단계로서, 상기 캘리브레이션된 릴레이 함수는, 상기 제1 복수의 에너지 위치에서의 상기 에너지 속성들의, 상기 제2 복수의 에너지에서의 상기 에너지 속성들로의 맵핑을 포함하며,
상기 도파관 어레이의 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 수신하는 단계; 및
상기 복수의 릴레이된 에너지 위치에서의 에너지의 에너지 속성들의 데이터와, 상기 도파관 어레이의 상기 제2 면 상에서 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들을 따르는 에너지의 에너지 속성들의 데이터를 상관시켜서 상기 에너지 도파관 어레이에 대한 캘리브레이션된 4 차원(4D) 플렌옵틱 함수를 생성하는 단계로서, 상기 캘리브레이션 4D 플렌옵틱 함수는 상기 복수의 에너지 위치들과 상기 금지되지 않은 에너지 전파 경로들의 각각의 각도 방향들 간의 맵핑을 포함하는, 상기 캘리브레이션된 4D 플렌옵틱 함수를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
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