JP7844449B2 - Display of three-dimensional objects - Google Patents
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Description
参照による援用
本出願は、米国特許法第119条の下で、「DISPLAYING THREE-DIMENSIONAL OBJECTS」と題し、2020年9月17日に出願されたU.S.S.N.63/079,707、及び「RECONSTRUCTING OBJECTS WITH DISPLAY ZERO ORDER LIGHT SUPPRESSION」と題し、2021年2月16日に出願されたU.S.S.N.63/149,964の優先権を主張し、それらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
By reference, this application claims priority to U.S.S.N. 63/079,707, filed on 17 September 2020, entitled “Displaying Three-Dimensional Objects,” and U.S.S.N. 63/149,964, filed on 16 February 2021, entitled “Reconstructing Objects with Display Zero Order Light Supplement,” the entire contents of which are incorporated herein by reference.
本開示は、三次元(3D)ディスプレイに関し、より具体的には、オブジェクト再構築を伴う3Dディスプレイに関する。 This disclosure relates to a three-dimensional (3D) display, and more specifically, to a 3D display involving object reconstruction.
従来の二次元(2D)投影及び3Dレンダリングの進歩により、ヘッドトラッキング及びアイトラッキングを、仮想現実(VR)、拡張現実(AR)、及び混合現実(MR)用の従来のディスプレイデバイスと混合する多数のハイブリッド技術を含む、3Dディスプレイの新しいアプローチが生まれた。これらの技術は、追跡及び測定ベースの計算と組み合わせて、ホログラフィック画像の経験を再現して、実際のホログラムによって表され得るステレオ又は目内光場をシミュレートしようと試みる。 Advances in conventional two-dimensional (2D) projection and 3D rendering have given rise to new approaches to 3D displays, including numerous hybrid technologies that combine head tracking and eye tracking with conventional display devices for virtual reality (VR), augmented reality (AR), and mixed reality (MR). These technologies, combined with tracking and measurement-based computation, attempt to recreate the experience of holographic images and simulate the stereo or intra-eye light field that can be represented by actual holograms.
本開示は、オブジェクト(例えば、2D又は3D)を再構築するための、特にディスプレイゼロ次光抑制を伴う方法、装置、デバイス、及びシステムを説明する。本開示は、再構築されたホログラフィックシーン(又はホログラフィックコンテンツ)において、ディスプレイから(例えば、反射、回折、又は透過された)ディスプレイゼロ次光を効率的に抑制して、ホログラフィックシーンの効果、及びしたがって、ディスプレイシステムの性能を改善することができる技術を提供する。一例として、光がホログラフィック再構築のためにディスプレイを照射すると、光の一部分が、ホログラムで変調されて、所望のホログラフィックシーンを形成するディスプレイ要素に入射し、ディスプレイ要素によって回折される。光の他の部分は、ディスプレイ上のディスプレイ要素の間のギャップに入射し、ギャップで反射される。光の反射された他の部分は、ホログラフィックシーンに望ましくない形で提示され得る少なくとも一部(例えば、主要な次数)のディスプレイゼロ次光と見なすことができる。ディスプレイゼロ次光はまた、ディスプレイからの任意の他の不要な光、例えば、ギャップで回折された光、ディスプレイ要素からの反射光、又はディスプレイ上のディスプレイカバーからの反射光を含むことができる。本開示の実施形態は、そのようなディスプレイゼロ次光を抑制することができる。 This disclosure describes methods, apparatus, devices, and systems for reconstructing objects (e.g., 2D or 3D), particularly those involving display zero-order light suppression. This disclosure provides techniques that can efficiently suppress display zero-order light (e.g., reflected, diffracted, or transmitted) from the display in the reconstructed holographic scene (or holographic content) to improve the effect of the holographic scene and, consequently, the performance of the display system. As an example, when light illuminates a display for holographic reconstruction, a portion of the light is modulated by the hologram and incident on the display elements forming the desired holographic scene, where it is diffracted by the display elements. Other portions of the light are incident on the gaps between the display elements on the display and are reflected by the gaps. The other reflected portions of the light can be considered at least some (e.g., primary order) of display zero-order light that may be presented undesirably in the holographic scene. Display zero-order light can also include any other unwanted light from the display, such as light diffracted in the gaps, reflected light from the display elements, or reflected light from the display cover on the display. Embodiments of this disclosure can suppress such display zero-order light.
いくつかの実装態様では、ホログラムは、ディスプレイのディスプレイ要素上に照射された光の第1の部分が、ホログラムによって変調されたディスプレイ要素によって回折されて、ディスプレイからの反射光を含むディスプレイゼロ次光とは異なる少なくとも1つの特性を有するように、構成されている。ディスプレイゼロ次光は、ホログラムの変調を伴わずに、ディスプレイ要素間のギャップ上に照射され、ギャップで反射された光の第2の部分を含むことができる。技術は、光の回折された第1の部分とディスプレイゼロ次光(例えば、光の反射された第2の部分)との間の差を利用して、光の回折された第1の部分によって形成されたホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制させることができる。技術は、個々に、又はそれらの組み合わせで適用することができる。技術は、所望の光から望ましくない光を抑制又は排除する任意の他のディスプレイシステムに適用することができる。 In some implementations, the hologram is configured such that a first portion of light irradiated onto the display elements of the display is diffracted by the hologram-modulated display elements and has at least one characteristic distinct from the zero-order display light, which includes reflected light from the display. The zero-order display light may include a second portion of light irradiated onto the gap between the display elements and reflected from the gap, without modulation of the hologram. The technique can utilize the difference between the diffracted first portion of light and the zero-order display light (e.g., the reflected second portion of light) to suppress the zero-order display light in the holographic scene formed by the diffracted first portion of light. The technique can be applied individually or in combination. The technique can be applied to any other display system that suppresses or removes undesirable light from desired light.
いくつかの例では、ディスプレイは、例えば、異なるサイズを有する不規則的又は不均一なディスプレイ要素を含むことによって、より高い次数のディスプレイゼロ次光を抑制するように構成されている。ディスプレイ要素は周期性を有さず、ボロノイパターンを形成することができる。いくつかの例では、ホログラフィックシーンにおいて、ディスプレイゼロ次光は、光の回折された第1の部分よりもはるかに小さい電力密度を有することができる。すなわち、ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーンの信号対ノイズ比を増加させることによって、例えば、光の回折された第1の部分の発散を伴わずにディスプレイゼロ次光を発散させることによって、又は[0,2π]など所定の位相範囲内でディスプレイ要素のそれぞれの位相を調整することによって、又はその両方によって、抑制される。いくつかの例では、ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイゼロ次光を、光の回折された光の第1の部分から離れるように向かわせることによって、例えば、光の回折された第1の部分が依然として垂直軸の周りに伝搬し、ディスプレイゼロ次光が反射角度で伝搬するように、ディスプレイ上に光を入射角で照射し、ホログラムを事前に構成することによって、抑制される。ディスプレイゼロ次光は、光の回折された第1の部分によって形成されたホログラフィックシーンの外側に、例えば、追加の光学回折格子構造を追加して、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから離れるように更に向かわせることによって、リダイレクトことができる。ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーンから離れて後方に反射させることができる。ディスプレイゼロ次光はまた、ホログラフィックシーンの前に吸収することができる。 In some examples, the display is configured to suppress higher-order zero-order display light, for example, by including irregular or non-uniform display elements having different sizes. The display elements are non-periodic and can form a Voronoi pattern. In some examples, in a holographic scene, the zero-order display light can have a much lower power density than the first diffracted portion of the light. That is, the zero-order display light is suppressed by increasing the signal-to-noise ratio of the holographic scene, for example by causing the zero-order display light to diverge without the divergence of the first diffracted portion of the light, or by adjusting the phase of each display element within a predetermined phase range such as [0, 2π], or both. In some examples, the zero-order display light is suppressed by directing the zero-order display light away from the first diffracted portion of the light, for example by illuminating the display at an incident angle such that the first diffracted portion of the light still propagates around the vertical axis and the zero-order display light propagates at the reflection angle, thereby pre-configuring the hologram. Display zero-order light can be redirected by adding, for example, an additional optical diffraction grating structure to the outside of the holographic scene formed by the first diffracted portion of the light, thereby directing the display zero-order light further away from the holographic scene. Display zero-order light can also be reflected backward away from the holographic scene. Display zero-order light can also be absorbed in front of the holographic scene.
本開示では、「ゼロ次(zero order)」及び「ゼロ次(zero-order)」という用語は、互換的に使用され、「一次(first order)」及び「一次(first-order)」という用語は互換的に使用される。 In this disclosure, the terms "zero order" and "zero-order" are used interchangeably, and the terms "first order" and "first-order" are used interchangeably.
本開示では、「ゼロ次(zero order)」及び「ゼロ次(zero-order)」という用語は、互換的に使用され、「一次(first order)」及び「一次(first-order)」という用語は、互換的に使用される。 In this disclosure, the terms "zero order" and "zero-order" are used interchangeably, and the terms "first order" and "first-order" are used interchangeably.
本開示の一態様は、ディスプレイを光で照射することであって、光の第1の部分がディスプレイのディスプレイ要素を照射する、照射することと、ディスプレイのディスプレイ要素を、ホログラフィックデータに対応するホログラムで変調して、i)光の第1の部分を回折させて、ホログラフィックデータに対応するホログラフィックシーンを形成すること、及びii)ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制することであって、ディスプレイゼロ次光が、ディスプレイからの反射光を含む、抑制すること、を行うことと、含む方法を特徴とする。 One aspect of this disclosure is characterized by irradiating a display with light, wherein a first portion of the light irradiates the display elements of the display, modulates the display elements of the display with a hologram corresponding to holographic data, i) diffracting the first portion of the light to form a holographic scene corresponding to the holographic data, and ii) suppressing zero-order display light in the holographic scene, wherein the zero-order display light includes reflected light from the display.
いくつかの例では、光でディスプレイを照射することは、光の第2の部分が、隣接するディスプレイ要素間のギャップを照射することを含む。ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイのギャップで反射された光の第2の部分、ディスプレイのギャップで回折された光の第2の部分、ディスプレイ要素からの反射光、又はディスプレイを覆うディスプレイカバーからの反射された光のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In some examples, illuminating a display with light includes a second portion of the light illuminating the gap between adjacent display elements. The zero-order display light may include at least one of the following: a second portion of light reflected by the display gap, a second portion of light diffracted by the display gap, reflected light from the display elements, or reflected light from the display cover enclosing the display.
ディスプレイからの反射光は、主要な次数のディスプレイゼロ次光を形成し、1つ以上のより高い次数のディスプレイゼロ次光を抑制するように構成することができ、ディスプレイ要素は、不規則的又は不均一である。いくつかの例では、ディスプレイ要素は、ボロノイパターンを形成する。 The reflected light from the display can be configured to form primary-order zero-order display light and suppress one or more higher-order zero-order display light, and the display elements can be irregular or non-uniform. In some examples, the display elements form a Voronoi pattern.
いくつかの実装態様では、方法は、光の回折された第1の部分が、ディスプレイゼロ次光とは異なる少なくとも1つの特性を有するようにホログラムを構成することを更に含む。少なくとも1つの特徴は、電力密度、ビーム発散、ディスプレイから離れた伝搬方向、又は偏光状態のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In some implementations, the method further includes configuring the hologram such that the first diffracted portion of the light has at least one property distinct from the zero-order light of the display. The at least one property may include at least one of power density, beam divergence, propagation direction away from the display, or polarization state.
いくつかの実装態様では、ディスプレイゼロ次光は、光抑制効率でホログラフィックシーンにおいて抑制される。光抑制効率は、1から、抑制を伴うホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の量と、抑制を伴わないホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の量との比率を引いた結果として定義される。いくつかの場合では、光抑制効率は、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%のうちの1つである所定の割合を超える。いくつか場合では、光抑制効率は、100%である。 In some implementations, display zero-order light is suppressed in the holographic scene by a light suppression efficiency. Light suppression efficiency is defined as 1 minus the ratio of the amount of display zero-order light in the suppressed holographic scene to the amount of display zero-order light in the unsuppressed holographic scene. In some cases, the light suppression efficiency exceeds a predetermined percentage, one of 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%. In some cases, the light suppression efficiency is 100%.
いくつかの実装態様では、方法は、オブジェクトに対応する複数のプリミティブの各々について、グローバル三次元(3D)座標系で、プリミティブからディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、ディスプレイのディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、ディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、を更に含む。ホログラフィックデータは、オブジェクトの複数のプリミティブからのディスプレイのディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を含むことができる。ホログラフィックシーンは、オブジェクトに対応する再構築されたオブジェクトを含むことができる。 In some implementations, the method further includes determining the EM field contribution to each of the display elements of a display by calculating the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element in a global three-dimensional (3D) coordinate system for each of the multiple primitives corresponding to the object, and generating the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to the display element for each of the display elements. Holographic data may include the sum of the EM field contributions from the multiple primitives of the object to the display elements of the display. Holographic scenes may include reconstructed objects corresponding to the object.
いくつかの実装態様では、ホログラフィックデータは、ディスプレイのディスプレイ要素について、それぞれの位相を含み、方法は、ディスプレイ要素について、それぞれの位相を、所定の位相範囲を有するように調整することによってホログラムを構成することを更に含む。所定の位相範囲は、[0,2π]とすることができる。 In some implementations, the holographic data includes the phase of each display element of the display, and the method further includes constructing a hologram by adjusting the phase of each display element to have a predetermined phase range. The predetermined phase range can be [0, 2π].
いくつかの実装態様では、ディスプレイ要素についてそれぞれの位相を調整することは、
に従ってそれぞれの位相を調整することを含み、
式中、
This includes adjusting the respective phases accordingly.
During the ceremony,
いくつかの実装態様では、それぞれの位相を調整することは、ホログラフィックシーンの光抑制効率が最大化されるように定数A及び定数Bを調整することを含む。光抑制効率は、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%より大きい場合もあり得る。いくつかの場合では、定数A及びBを調整することは、機械視覚アルゴリズム又は機械学習アルゴリズムによって定数A及びBを調整することを含む。 In some implementations, adjusting each phase involves adjusting constants A and B so that the light suppression efficiency of the holographic scene is maximized. The light suppression efficiency may be greater than 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%. In some cases, adjusting constants A and B involves adjusting them using a machine vision algorithm or a machine learning algorithm.
いくつかの実装態様では、方法は、光の回折された第1の部分を発散させて、ホログラフィックシーンを形成することと、ホログラフィックシーンにおける、又はホログラフィックシーンに隣接するディスプレイゼロ次光を発散させることと、を更に含む。いくつかの例では、光の回折された第1の部分を発散させることは、光の回折された第1の部分を、ディスプレイの下流に配置された光学発散構成要素を通るように誘導することを含み、ディスプレイゼロ次光を発散させることは、ディスプレイゼロ次光を光学発散構成要素を通るように誘導することを含む。 In some implementations, the method further includes diverging a first diffracted portion of light to form a holographic scene, and diverging display zero-order light in or adjacent to the holographic scene. In some examples, diverging a first diffracted portion of light includes guiding the first diffracted portion of light through an optical divergent component located downstream of the display, and diverging display zero-order light includes guiding the display zero-order light through an optical divergent component.
いくつかの例では、ディスプレイを照射する光は、コリメートされた光である。ディスプレイゼロ次光は、光学発散構成要素に到達する前にコリメートされ、方法は、光の回折された第1の部分が、光学発散構成要素に到達する前に収束しているようにホログラムを更に構成することを含むことができる。 In some examples, the light illuminating the display is collimated light. The zero-order light of the display is collimated before reaching the optically divergent components, and the method may further configure the hologram such that the diffracted first portion of the light converges before reaching the optically divergent components.
いくつかの実装態様では、ホログラフィックデータは、ディスプレイ要素の各々についてそれぞれの位相を含む。方法は、ディスプレイ要素の各々について、対応する位相をそれぞれの位相に追加することによってホログラムを構成することを更に含み得、ディスプレイ要素についての対応する位相は、ホログラフィックシーンがディスプレイ要素のそれぞれの位相に対応するように、光学発散構成要素によって補償され得る。ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、
として表すことができ、
式中、
It can be expressed as,
During the ceremony,
いくつかの実装態様では、ホログラフィックシーンは、視野角を有する再構築コーンに対応する。方法は、グローバル3D座標系に対して、ディスプレイに対して、ディスプレイに垂直な方向に沿って、光学発散構成要素の焦点距離に対応する距離で、構成コーンを移動させることであって、構成コーンが、再構築コーンに対応し、視野角と同一の頂角を有する、移動させることによって、ホログラムを構成することと、グローバル3D座標系における移動された構成コーンに基づいて、ホログラフィックデータを生成することと、を更に含むことができる。オブジェクトの複数のプリミティブは、移動された構成コーン内にあることができる。 In some implementations, the holographic scene corresponds to a reconstructed cone with a field of view. The method may further include: moving a constituent cone relative to a global 3D coordinate system, along a direction perpendicular to the display, by a distance corresponding to the focal length of the optical divergent component, such that the constituent cone corresponds to the reconstructed cone and has the same apex angle as the field of view; and generating holographic data based on the moved constituent cone in the global 3D coordinate system. Multiple primitives of an object may reside within the moved constituent cone.
いくつかの実装態様では、光学発散構成要素は、ホログラフィックシーンの外側でディスプレイゼロ次光を回折させるように構成された凹状レンズ又はホログラフィック光学素子(HOE)のうちの少なくとも1つを含むデフォーカス素子である。 In some implementations, the optical divergence component is a defocusing element comprising at least one of a concave lens or a holographic optical element (HOE) configured to diffract the zero-order light of the display outside the holographic scene.
いくつかの実装態様では、光学発散構成要素は、
ホログラフィックシーンの外側でディスプレイゼロ次光を回折させるように構成された凸レンズ又はホログラフィック光学素子(HOE)のうちの少なくとも1つを含むフォーカス素子である。
In some implementations, the optical divergence component is,
The focusing element includes at least one convex lens or holographic optical element (HOE) configured to diffract the zero-order light of the display outside the holographic scene.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイに垂直な方向に沿ってディスプレイから離間した二次元(2D)画面上にホログラフィックシーンを表示することを更に含む。方法は、2D画面を移動させて、2D画面上のホログラフィックシーンの異なるスライスを取得することを更に含むことができる。 In some implementations, the method further includes displaying a holographic scene on a two-dimensional (2D) screen spaced away from the display along a direction perpendicular to the display. The method may further include moving the 2D screen to obtain different slices of the holographic scene on the 2D screen.
いくつかの実装態様では、方法は、光を誘導して、ディスプレイを照射することを更に含む。いくつかの例では、光を誘導して、ディスプレイを照射することは、ビームスプリッタによって光を誘導することを含み、光の回折された第1の部分及びディスプレイゼロ次光が、ビームスプリッタを透過させる。 In some implementations, the method further includes inducing light to illuminate a display. In some examples, inducing light to illuminate a display includes inducing light by a beam splitter, and the diffracted first portion of the light and the zero-order light of the display are transmitted through the beam splitter.
いくつかの実装態様では、光でディスプレイを照射することは、垂直入射で光でディスプレイを照射することを含む。 In some implementations, illuminating a display with light includes illuminating the display with light perpendicularly incident to it.
いくつかの実装態様では、光の回折された第1の部分は、視野角を有する再構築コーンを形成し、光でディスプレイを照射することは、視野角の半分よりも大きい入射角で光でディスプレイを照射することを含む。いくつかの例では、方法は、光の回折させた第1の部分が、光が通常ディスプレイ上に入射する場合、光の回折させた第1の部分によって形成される再構築コーンと同じ再構築コーンを形成するように、ホログラムを構成することを更に含む。 In some implementations, the first diffracted portion of light forms a reconstructed cone with a viewing angle, and illuminating the display with light includes illuminating the display with light at an incident angle greater than half of the viewing angle. In some examples, the method further includes structuring the hologram such that the first diffracted portion of light forms the same reconstructed cone as the reconstructed cone formed by the first diffracted portion of light when light is normally incident on the display.
いくつかの例では、ホログラフィックデータは、ディスプレイ要素の各々についてそれぞれの位相を含む。方法は、ディスプレイ要素の各々について、対応する位相をそれぞれの位相に追加することによってホログラムを構成することを更に含み得、ディスプレイ要素についての対応する位相は、ホログラフィックシーンがディスプレイ要素のそれぞれの位相に対応するように、入射角によって補償され得る。 In some examples, holographic data includes the respective phase for each display element. The method may further include constructing a hologram by adding a corresponding phase to each of the display elements, where the corresponding phase for each display element can be compensated for by the angle of incidence, such that the holographic scene corresponds to the respective phase of each display element.
いくつかの例では、ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、
として表すことができ、
式中、
It can be expressed as,
During the ceremony,
いくつかの例では、ホログラムを構成することは、グローバル3D座標系に対してディスプレイに対して構成コーンを移動させることであって、構成コーンが、再構築コーンに対応し、再構築コーンの視野角に対応する頂角を有することと、グローバル3D座標系における移動された構成コーンに基づいてホログラフィックデータを生成することと、を含む。 In some examples, constructing a hologram involves moving a constructing cone relative to a display in a global 3D coordinate system, wherein the constructing cone corresponds to a reconstructed cone and has an apex angle corresponding to the viewing angle of the reconstructed cone, and generating holographic data based on the moved constructing cone in the global 3D coordinate system.
いくつかの例では、グローバル3D座標系においてディスプレイに対して構成コーンを移動させることは、グローバル3D座標系に対してディスプレイの表面に対して回転角で構成コーンを回転させることであって、回転角が入射角に対応する、回転させることを含む。 In some examples, moving a component cone relative to the display in a global 3D coordinate system includes rotating the component cone relative to the display surface in a global 3D coordinate system by an angle of rotation, where the angle of rotation corresponds to the angle of incidence.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイゼロ次光がホログラフィックシーンに現れるのを遮断することを更に含む。ホログラフィックシーンの光抑制効率は、100%であり得る。いくつかの例では、ディスプレイゼロ次光を遮断することは、ディスプレイゼロ次光を、ディスプレイの下流に配置された光学遮断構成要素に向かって誘導することを含む。方法は、透過効率で光学遮断構成要素を透過させるように、光の回折させた第1の部分を誘導して、ホログラフィックシーンを形成することを更に含むことができる。透過効率は、所定の比率を下回らないことができる。所定の比率は、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%であり得る。 In some implementations, the method further includes blocking the appearance of zero-order display light in the holographic scene. The light suppression efficiency of the holographic scene may be 100%. In some examples, blocking zero-order display light includes guiding the zero-order display light toward an optically blocked element located downstream of the display. The method may further include guiding a first portion of the light diffracted to transmit through the optically blocked element with a transmission efficiency, thereby forming the holographic scene. The transmission efficiency may not fall below a predetermined ratio. The predetermined ratio may be 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%.
いくつかの実装態様では、光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する第1の光ビームを透過させ、所定の角度よりも大きい角度を有する第2の光ビームを遮断するように構成されており、所定の角度は、入射角よりも小さく、視野角の半分よりも大きい。光学遮断構成要素は、複数の微細構造又はナノ構造、メタマテリアル層、又は光学異方性フィルムを含むことができる。 In some implementations, the optical blocking component is configured to transmit a first light beam having an angle smaller than a predetermined angle and to block a second light beam having an angle larger than the predetermined angle, where the predetermined angle is smaller than the incident angle and greater than half of the field of view. The optical blocking component may include multiple microstructures or nanostructures, metamaterial layers, or optically anisotropic films.
いくつかの実装態様では、方法は、入射角で光を回折させるように構成された、基板上の光学回折構成要素を通るように光を誘導することによって、ディスプレイを照射するように光を誘導することを更に含む。ディスプレイを照射するように光を誘導することは、導波管カプラを通って光学回折構成要素に光を誘導すること、結合プリズムを通って光学回折構成要素に光を誘導すること、又は基板のくさび形の表面を通って光学回折構成要素に光を誘導すること、のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In some implementations, the method further includes guiding light to illuminate a display by guiding it through an optical diffraction component on a substrate configured to diffract light at an angle of incidence. Guiding light to illuminate a display may include at least one of the following: guiding light to the optical diffraction component through a waveguide coupler, guiding light to the optical diffraction component through a coupling prism, or guiding light to the optical diffraction component through a wedge-shaped surface of the substrate.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、ディスプレイに面している基板の第1の表面上に形成されており、光学遮断構成要素は、第1の表面とは反対にある基板の第2の表面上に形成されている。 In some implementations, the optical diffraction component is formed on a first surface of the substrate facing the display, and the optical shielding component is formed on a second surface of the substrate opposite to the first surface.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトすることを更に含む。ホログラフィックシーンの光抑制効率は、100%であり得る。 In some implementations, the method further includes redirecting the zero-order light of the display away from the holographic scene. The light suppression efficiency of the holographic scene can be 100%.
いくつかの実装態様では、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトすることは、ディスプレイの下流に配置された光学リダイレクト構成要素によって、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから回折させることを含む。光学リダイレクト構成要素は、光の回折された第1の部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成するように構成することができる。 In some implementations, redirecting the display zero-order light away from the holographic scene involves diffracting the display zero-order light from the holographic scene using an optical redirection component located downstream of the display. The optical redirection component can be configured to transmit the diffracted first portion of the light to form the holographic scene.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が、上向き方向、下向き方向、左向き方向、右向き方向、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つに沿って、三次元(3D)空間でホログラフィックシーンの外側に回折されるように構成されている。 In some implementations, the optical redirection component is configured such that the zero-order light of the display is diffracted outwards in three-dimensional (3D) space along at least one of the following directions: upward, downward, leftward, rightward, or a combination thereof.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、所定の角度と同一の角度を有する第1の光ビームを、所定の角度とは異なる角度を有する第2の光ビームよりも実質的に大きい回折効率で回折させるように構成されており、所定の角度は、入射角と実質的に同一である。光学リダイレクト構成要素は、ブラッグ格子を含むことができる。 In some implementations, the optical redirection component is configured to diffract a first light beam having the same angle as a predetermined angle with substantially greater diffraction efficiency than a second light beam having a different angle, where the predetermined angle is substantially the same as the angle of incidence. The optical redirection component may include a Bragg grating.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、ディスプレイに面している基板の第1の表面上に形成されており、光学リダイレクト構成要素は、第1の表面とは反対にある基板の第2の表面上に形成されている。 In some implementations, the optical diffraction component is formed on a first surface of the substrate facing the display, and the optical redirection component is formed on a second surface of the substrate opposite to the first surface.
いくつかの場合では、光の入射角が負であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、負である。いくつかの場合では、光の入射角が正であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、正である。いくつかの場合では、光の入射角が負であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、正である。いくつかの場合では、光の入射角が正であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、負である。 In some cases, the angle of incidence of light is negative, and the diffraction angle of the zero-order display light diffracted by the optical redirection component is negative. In some cases, the angle of incidence of light is positive, and the diffraction angle of the zero-order display light diffracted by the optical redirection component is positive. In some cases, the angle of incidence of light is negative, and the diffraction angle of the zero-order display light diffracted by the optical redirection component is positive. In some cases, the angle of incidence of light is positive, and the diffraction angle of the zero-order display light diffracted by the optical redirection component is negative.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第2の基板によって覆われている。方法は更に、第2の基板の側面又は基板の側面のうちの少なくとも一方上に形成された光吸収体によって、光学リダイレクト構成要素によってリダイレクトされ、かつ第2の基板と周囲の媒体との間の界面によって反射されるディスプレイゼロ次光を吸収することを含むことができる。 In some implementations, the optical redirection component is covered by a second substrate. The method further includes absorbing the zero-order display light redirected by the optical redirection component and reflected by the interface between the second substrate and the surrounding medium, by a light absorber formed on the side surface of the second substrate or on at least one of the side surfaces of the substrate.
いくつかの実装態様では、第2の基板は、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の表面上に反射防止コーティングを含み、反射防止コーティングは、ディスプレイゼロ次光を透過させるように構成されている。 In some implementations, the second substrate includes an anti-reflective coating on the surface of the second substrate opposite to the optical redirection component, and the anti-reflective coating is configured to transmit zero-order light of the display.
いくつかの実装態様では、ディスプレイゼロ次光は、第2の基板に到着する前にp偏光され、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が、第2の基板を通って完全に透過させるように、ディスプレイゼロ次光を回折させて、第2の基板と周囲の媒体との間の界面にブルースター角で入射させるように構成されている。 In some implementations, the zero-order display light is p-polarized before reaching the second substrate, and the optical redirection component is configured to diffract the zero-order display light so that it is completely transmitted through the second substrate and incident at a Brewster angle at the interface between the second substrate and the surrounding medium.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイゼロ次光が第2の基板に到達する前に、ディスプレイゼロ次光の偏光状態をs偏光からp偏光に変換することを更に含む。いくつかの場合では、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することは、ディスプレイに対して光学リダイレクト構成要素の上流に配置された光学偏光デバイスによって、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することを含む。 In some implementations, the method further includes converting the polarization state of the display zero-order light from s-polarization to p-polarization before the display zero-order light reaches the second substrate. In some cases, converting the polarization state of the display zero-order light includes converting the polarization state of the display zero-order light by an optical polarizing device positioned upstream of the optical redirection component relative to the display.
いくつかの場合では、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することは、ディスプレイに対して光学リダイレクト構成要素の下流に配置された光学偏光デバイスによって、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することを含む。光学偏光デバイスは、光学リダイレクト構成要素の下流に連続して配置されている光学リターダ及び光学偏光子を含むことができ、光学リターダは、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の側面に形成することができ、光学偏光子は、第3の基板によって覆われている。いくつかの例では、光学リターダは、広帯域半波長板を含み、光学偏光子は、直線偏光子を含む。 In some cases, transforming the polarization state of the zero-order light of a display involves transforming the polarization state of the zero-order light of a display by an optical polarizing device positioned downstream of the optical redirection component relative to the display. The optical polarizing device may include an optical retarder and an optical polarizer positioned sequentially downstream of the optical redirection component, where the optical retarder may be formed on the side of a second substrate opposite to the optical redirection component, and the optical polarizer is covered by a third substrate. In some examples, the optical retarder includes a broadband half-wave plate, and the optical polarizer includes a linear polarizer.
いくつかの実装態様では、第2の基板は、光学リダイレクト構成要素の上部の第1の側、及び第1の側とは反対の第2の側を含む。光学遮断構成要素は、第2の基板の第2の側に形成することができ、光の回折された第1の部分を透過させ、かつ光学リダイレクト構成要素によって回折されたディスプレイゼロ次光を吸収するように構成されている。 In some implementations, the second substrate includes a first side above the optical redirection component and a second side opposite to the first side. An optical shielding component can be formed on the second side of the second substrate and is configured to transmit the diffracted first portion of light and absorb the zero-order display light diffracted by the optical redirection component.
いくつかの実装態様では、光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する第1の光ビームを透過させ、かつ所定の角度よりも大きい角度を有する第2の光ビームを吸収するように構成された光学異方性伝送器を含む。所定の角度は、視野角の半分よりも大きく、光学リダイレクト構成要素によってディスプレイゼロ次光が回折される回折角よりも小さいことが可能である。 In some implementations, the optical blocking component includes an optical anisotropic transmitter configured to transmit a first light beam having an angle smaller than a predetermined angle and absorb a second light beam having an angle larger than a predetermined angle. The predetermined angle can be greater than half the field of view and smaller than the diffraction angle at which the zeroth-order light of the display is diffracted by the optical redirection component.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光を回折させて、第2の基板と周囲の媒体との間の界面に臨界角よりも大きい角度で入射させるように構成されており、したがって、光学回折構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光は、界面で完全に反射される。光吸収体は、基板及び第2の基板の側面上に形成され、完全に反射されたディスプレイゼロ次光を吸収するように構成することができる。 In some implementations, the optical redirection component is configured to diffract the zero-order display light and direct it to the interface between the second substrate and the surrounding medium at an angle greater than the critical angle; therefore, the zero-order display light diffracted by the optical diffraction component is completely reflected at the interface. A light absorber can be formed on the substrate and the side surfaces of the second substrate and configured to absorb the completely reflected zero-order display light.
いくつかの実装態様では、光は、複数の異なる色の光を含み、光学回折構成要素は、ディスプレイ上の入射角で複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the light contains multiple different colors, and the optical diffraction component is configured to diffract multiple different colors of light at the angle of incidence on the display.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光の各々について、それぞれの光学リダイレクトサブ構成要素を含む。いくつかの例では、複数の異なる色の光についてのそれぞれの光学リダイレクトサブ構成要素を、同じ記録構造に記録することができる。いくつかの例では、複数の異なる色の光についてのそれぞれの光学リダイレクトサブ構成要素は、異なる対応する記録構造に記録される。 In some implementations, an optical redirection component includes a separate optical redirection subcomponent for each of several different colored lights. In some examples, each optical redirection subcomponent for several different colored lights can be recorded in the same recording structure. In some examples, each optical redirection subcomponent for several different colored lights is recorded in a different corresponding recording structure.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、3D空間において、異なる方向に向かって、異なる回折角で、複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のうちの少なくとも1つを回折させて、界面において少なくとも1つのブルースター角で入射させるように構成することができる。界面は、上部基板と周囲の媒体との間の界面、又は2つの隣接する基板との間の界面のうちの1つを含むことができる。 In some implementations, the optical redirection component is configured to diffract multiple different colored lights in 3D space in different directions and at different diffraction angles. The optical redirection component can be configured to diffract at least one of the multiple different colored lights and incident it at the interface at at least one Brewster angle. The interface may include one of the interfaces between the upper substrate and the surrounding medium, or between two adjacent substrates.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、平面内の第1の色の光及び第2の色の光、並びに平面に直交する第3の色の光を回折させるように構成されている。いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のうちの同じ色の光を回折させるように構成された少なくとも2つの異なる光学リダイレクトサブ構成要素を含む。2つの異なる光学リダイレクトサブ構成要素は、光学リダイレクト構成要素に順次配置することができる。 In some implementations, the optical redirection component is configured to diffract light of a first and second color in a plane, as well as light of a third color orthogonal to the plane. In some implementations, the optical redirection component includes at least two different optical redirection subcomponents configured to diffract light of the same color from a plurality of different colors. The two different optical redirection subcomponents can be arranged sequentially within the optical redirection component.
いくつかの実装態様では、ディスプレイを照射するように光を誘導することは、一連の期間でディスプレイを照射するように複数の異なる色の光を順次誘導することを含む。いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の期間中に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間中に第2の状態で第2の色の光を透過させるように構成された切り替え可能な光学リダイレクトサブ構成要素を含む。いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の期間中に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間中に第2の状態で第2の色の光を回折させるように構成された切り替え可能な光学リダイレクトサブ構成要素を含む。 In some implementations, guiding light to illuminate a display involves sequentially guiding multiple different colored lights to illuminate the display over a series of periods. In some implementations, the optical redirection component includes a switchable optical redirection sub-component configured to diffract light of a first color in a first state during a first period and transmit light of a second color in a second state during a second period. In some implementations, the optical redirection component includes a switchable optical redirection sub-component configured to diffract light of a first color in a first state during a first period and diffract light of a second color in a second state during a second period.
いくつかの実装態様では、複数の異なる色の光は、第1の色の光及び第2の色の光を含み、第1の色の光は、第2の色の光よりも短い波長を有し、光学リダイレクト構成要素において、第1の色の光に対する第1の光学リダイレクトサブ構成要素は、第2の色の光に対する第2の光学リダイレクトサブ構成要素よりもディスプレイの近くに配置されている。 In some implementations, the multiple different colored lights include a first color and a second color, the first color having a shorter wavelength than the second color, and in the optical redirection component, the first optical redirection subcomponent for the first color of light is positioned closer to the display than the second optical redirection subcomponent for the second color of light.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つの異なる色の光に対する少なくとも2つの光学リダイレクトサブ構成要素のフリンジ平面は、実質的に異なる方向に配向されている。 In some implementations, the fringe planes of at least two optical redirection subcomponents for at least two different colors of light are oriented in substantially different directions.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の色の光を回折させるように構成された第1の光学リダイレクトサブ構成要素と、第2の色の光を回折させるように構成された第2の光学リダイレクトサブ構成要素と、第1の光学リダイレクトサブ構成要素と第2の光学リダイレクトサブ構成要素との間に配置され、かつ第1の色の光が第2の光学リダイレクトサブ構成要素を通って透過するように、第1の色の光の偏光状態を変換するように構成された少なくとも1つの光学偏光デバイスと、を含む。少なくとも1つの光学偏光デバイスは、第1の光学リダイレクトサブ構成要素の下流に連続して配置されている光学リターダ及び光学偏光子を含むことができる。 In some implementations, the optical redirection component includes a first optical redirection subcomponent configured to diffract light of a first color, a second optical redirection subcomponent configured to diffract light of a second color, and at least one optical polarizing device positioned between the first and second optical redirection subcomponents and configured to transform the polarization state of the first color light so that the first color light is transmitted through the second optical redirection subcomponent. The at least one optical polarizing device may include an optical retarder and an optical polarizer positioned sequentially downstream of the first optical redirection subcomponent.
いくつかの場合では、視野角の半分は、-10度~10度の範囲内、又は-5度~5度の範囲内である。いくつかの場合では、入射角は、-6度又は6度である。 In some cases, half of the field of view is within the range of -10 to 10 degrees, or -5 to 5 degrees. In some cases, the angle of incidence is -6 degrees or 6 degrees.
本開示の別の態様は、ディスプレイを光で照射することであって、光の一部分がディスプレイのディスプレイ要素を照射する、照射することと、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制しながら、光の一部分を回折させることによってホログラフィックシーンを生成することと、を含み、ディスプレイゼロ次光がディスプレイからの反射光を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure is characterized by a method comprising irradiating a display with light, wherein a portion of the light irradiates the display elements of the display, and generating a holographic scene by diffracting a portion of the light while suppressing the zero-order display light present in the holographic scene, wherein the zero-order display light includes reflected light from the display.
いくつかの実装態様では、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、ディスプレイゼロ次光を発散させることを含む。 In some implementations, suppressing display zero-order light present in a holographic scene involves diverging the display zero-order light.
いくつかの実装態様では、光の部分を回折させることによってホログラフィックシーンを生成することは、ホログラムでディスプレイ要素を変調することを含む。ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、ホログラムの位相範囲を調節することを含むことができる。 In some implementations, generating a holographic scene by diffracting the light portion involves modulating the display elements in the hologram. Suppressing the zero-order display light present in the holographic scene may include adjusting the phase range of the hologram.
いくつかの実装態様では、光でディスプレイを照射することは、ある入射角の光でディスプレイを照射することを含み、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、光の一部分が、反射光が反射される反射角度とは異なる回折角でディスプレイ要素によって回折されるように構成されたホログラムで光の一部分を変調することを含むことができる。いくつかの場合では、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、入射角依存性材料によってディスプレイゼロ次光を遮断することを含む。入射角依存性材料は、メタマテリアル又は光学異方性材料を含むことができる。 In some implementations, illuminating a display with light includes illuminating the display with light at a certain angle of incidence, and suppressing zero-order display light present in a holographic scene may include modulating a portion of the light with a hologram configured such that a portion of the light is diffracted by the display elements at a diffraction angle different from the reflection angle at which the reflected light is reflected. In some cases, suppressing zero-order display light present in a holographic scene includes blocking the zero-order display light with an angle-dependent material. The angle-dependent material may include a metamaterial or an optically anisotropic material.
いくつかの実装態様では、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、ディスプレイゼロ次光をリダイレクトすることを含む。ディスプレイゼロ次光をリダイレクトすることは、光学回折構成要素によってディスプレイゼロ次光を回折させることを含むことができる。光は、異なる色の光を含むことができ、ディスプレイゼロ次光をリダイレクトすることは、三次元(3D)空間で異なる方向に異なる色の光を回折させることを含むことができる。 In some implementations, suppressing zero-order display light present in a holographic scene includes redirecting the zero-order display light. Redirecting the zero-order display light may include diffracting it using optical diffraction components. The light may contain light of different colors, and redirecting the zero-order display light may include diffracting light of different colors in different directions in three-dimensional (3D) space.
いくつかの実装態様では、ホログラフィックシーンに存在するディスプレイゼロ次光を抑制することは、所定の比率以上の光抑制効率でディスプレイゼロ次光を抑制することを含む。光抑制効率は、1から、抑制を伴うホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の量と、抑制を伴わないディスプレイゼロ次光の量との比率を引いた結果として定義される。所定の比率は、50%、60%、70%、80%、90%、又は100%であり得る。 In some implementations, suppressing display zero-order light present in a holographic scene includes suppressing it with a light suppression efficiency of a predetermined ratio or higher. The light suppression efficiency is defined as the result of subtracting from 1 the ratio of the amount of display zero-order light in the suppressed holographic scene to the amount of display zero-order light without suppression. The predetermined ratio may be 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 100%.
本開示の別の特徴は、光学回折構成要素及び光学遮断構成要素を含む光学デバイスを特徴とする。光学回折構成要素は、ある入射角で光を回折させて、ディスプレイのディスプレイ要素を照射する光の一部分でディスプレイを照射するように構成されており、光学遮断構成要素は、ディスプレイ要素によって回折された光の一部分によって形成されたホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を遮断するように構成されており、ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイからの反射光を含む。 Another feature of this disclosure is an optical device comprising an optical diffraction component and an optical shielding component. The optical diffraction component is configured to diffract light at a certain angle of incidence to illuminate a display element of a display with a portion of the light, and the optical shielding component is configured to shield the display zero-order light in a holographic scene formed by the portion of light diffracted by the display element, the display zero-order light including reflected light from the display.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、上記のような方法を実行するように構成されている。 In some implementations, optical devices are configured to perform the methods described above.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、ホログラフィックデータに対応するホログラムで変調されて、光の部分を回折させて、ホログラフィックシーンを形成するように構成されており、光学遮断構成要素は、光の回折された部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成するように構成されている。光の回折された部分は、視野角を有する再構築コーンを形成することができ、入射角は、視野角の半分よりも大きいことが可能である。 In some implementations, the display is configured to be modulated with a hologram corresponding to holographic data, diffracting portions of light to form a holographic scene, and the optical blocking component is configured to transmit the diffracted portions of light to form the holographic scene. The diffracted portions of light can form a reconstructed cone with a viewing angle, and the angle of incidence can be greater than half of the viewing angle.
光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する第1の光ビームを透過させ、所定の角度よりも大きい角度を有する第2の光ビームを遮断するように構成することができ、所定の角度は、入射角よりも小さく、視野角の半分よりも大きいことが可能である。 The optical blocking component can be configured to transmit a first light beam having an angle smaller than a predetermined angle and to block a second light beam having an angle larger than the predetermined angle. The predetermined angle can be smaller than the incident angle and larger than half of the field of view.
いくつかの実装態様では、光学遮断構成要素は、メタマテリアル層又は光学異方性フィルムを含む。いくつかの実装態様では、光学遮断構成要素は、複数の微細構造又は複数のナノ構造を含む。 In some implementations, the optical shielding component includes a metamaterial layer or an optically anisotropic film. In some implementations, the optical shielding component includes multiple microstructures or multiple nanostructures.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、両側面を有する基板を更に含む。光学回折構成要素及び光学遮断構成要素は、基板の両側上に形成することができる。 In some implementations, the optical device further includes a substrate having both sides. Optical diffraction components and optical shielding components can be formed on both sides of the substrate.
本開示の別の態様は、基板の第1の側に光学回折構成要素を形成することと、第1の側とは反対の基板の第2の側上に光学遮断構成要素を形成することと、を含む、上記のような光学デバイスを製造する方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for manufacturing such an optical device, comprising forming an optical diffraction element on a first side of a substrate and forming an optical shielding element on a second side of the substrate opposite to the first side.
本開示の別の態様は、光学回折構成要素及び光学リダイレクト構成要素を含む光学デバイスを特徴とする。光学回折構成要素は、ディスプレイ上のギャップで間隔を置いた複数のディスプレイ要素を含むディスプレイ上に、ある入射角で光を回折させるように構成されている。ディスプレイは、ディスプレイ要素を照射する光の一部分を回折させるように構成されている。光学リダイレクト構成要素は、光の部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成し、ゼロ次光を、三次元(3D)空間でホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトするように構成されており、ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイからの反射光を含む。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising an optical diffraction component and an optical redirection component. The optical diffraction component is configured to diffract light at a certain angle of incidence onto a display comprising a plurality of display elements spaced apart by gaps on the display. The display is configured to diffract a portion of the light illuminating the display elements. The optical redirection component is configured to transmit a portion of the light to form a holographic scene and redirect zero-order light away from the holographic scene in three-dimensional (3D) space, the display zero-order light including reflected light from the display.
いくつかの例では、光学リダイレクト構成要素は、ブラッグ格子を含む。 In some examples, optical redirection components include Bragg gratings.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、ディスプレイを向いている基板の第1の側上に形成されており、光学リダイレクト構成要素は、第1の側とは反対にある基板の第2の側に形成されている。 In some implementations, the optical diffraction component is formed on a first side of the substrate facing the display, and the optical redirection component is formed on a second side of the substrate opposite to the first side.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学リダイレクト構成要素を覆う第2の基板を更に含む。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、基板の側面又は第2の基板の側面のうちの少なくとも一方上に形成された光吸収体を更に含み、光吸収体は、光学リダイレクト構成要素によってリダイレクトされ、かつ第2の基板と周囲の媒体との間の界面によって反射されるディスプレイゼロ次光を吸収するように構成されている。 In some implementations, the optical device further includes a second substrate covering the optical redirection component. In some implementations, the optical device further includes a light absorber formed on at least one of the sides of the substrate or the side of the second substrate, the light absorber being configured to absorb display zero-order light redirected by the optical redirection component and reflected by the interface between the second substrate and the surrounding medium.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第2の基板上に形成され、かつ光学リダイレクト構成要素とは反対にある反射防止コーティングを更に含み、反射防止コーティングは、光学リダイレクト構成要素によってリダイレクトされるディスプレイゼロ次光を透過させるように構成されている。 In some implementations, the optical device further includes an anti-reflective coating formed on a second substrate and opposite the optical redirection component, the anti-reflective coating configured to transmit the zero-order display light redirected by the optical redirection component.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、ディスプレイゼロ次光が第2の基板に到着する前に、ディスプレイゼロ次光の偏光状態をs偏光からp偏光に変換するように構成された光学偏光デバイスを更に含み、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が第2の基板を通って透過するように、ディスプレイゼロ次光を回折させて、第2の基板と周囲の媒体との間の界面にブルースター角で入射させるように構成されている。光学偏光デバイスは、連続して一緒に配置されている光学リターダ及び直線偏光子を含むことができる。 In some implementations, the optical device further includes an optical polarizing device configured to convert the polarization state of the display zero-order light from s-polarization to p-polarization before the display zero-order light arrives at the second substrate, and the optical redirection component is configured to diffract the display zero-order light so that it passes through the second substrate and is incident at a Brewster angle at the interface between the second substrate and the surrounding medium. The optical polarizing device may include an optical retarder and a linear polarizer arranged in sequence together.
いくつかの実装態様では、光学偏光デバイスは、ディスプレイに対して光学リダイレクト構成要素の上流に配置されている。いくつかの実装態様では、光学偏光デバイスは、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の側上に形成され、光学偏光デバイスは、第3の基板によって覆われている。 In some implementations, the optical polarizing device is positioned upstream of the optical redirection component relative to the display. In some implementations, the optical polarizing device is formed on a second substrate opposite to the optical redirection component, and the optical polarizing device is covered by a third substrate.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の側に形成された光学遮断構成要素を更に含み、光学遮断構成要素は、光の部分を透過させ、光学リダイレクト構成要素によって回折されたディスプレイゼロ次光を吸収するように構成されている。光学遮断構成要素は、光学異方性伝送器を含むことができる。 In some implementations, the optical device further includes an optical shielding component formed on the second substrate side opposite to the optical redirection component, the optical shielding component being configured to transmit a portion of the light and absorb the zero-order display light diffracted by the optical redirection component. The optical shielding component may include an optically anisotropic transmitter.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光を、回折させて、第2の基板と周囲の媒体との間の界面上の臨界角よりも大きい角度で入射させるように構成されており、したがって、光学回折構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光は、界面で完全に反射される。 In some implementations, the optical redirection component is configured to diffract the zero-order display light and cause it to be incident at an angle greater than the critical angle at the interface between the second substrate and the surrounding medium. Therefore, the zero-order display light diffracted by the optical diffraction component is completely reflected at the interface.
いくつかの実装態様では、光は、複数の異なる色の光を含む。光学回折構成要素は、ディスプレイ上の入射角で複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイによって反射された複数の異なる色の光のゼロ次光を、3D空間において異なる方向に向かって異なる回折角で回折させるように構成することができ、ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイによって複数の異なる色の光の反射光を含む。 In some implementations, the light includes light of multiple different colors. An optical diffraction component is configured to diffract light of multiple different colors at an incident angle on the display, and an optical redirection component can be configured to diffract the zero-order light of multiple different colors reflected by the display in different directions in 3D space at different diffraction angles. The display zero-order light includes the reflected light of multiple different colors by the display.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、複数の異なる色の光に対する複数のホログラフィック格子を含み、複数のホログラフィック格子の各々は、ディスプレイ上の入射角で複数の異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical diffraction component includes multiple holographic gratings for multiple different colors of light, and each of the multiple holographic gratings is configured to diffract light of each of the multiple different colors at the angle of incidence on the display.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のディスプレイゼロ次光に対する複数のリダイレクトホログラフィック格子を含み、複数のリダイレクトホログラフィック格子の各々は、複数の異なる色の光のそれぞれの色の光のディスプレイゼロ次光を、それぞれの回折角で、3D空間においてそれぞれの方向に向かって回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical redirection component includes multiple redirection holographic gratings for the zero-order display light of multiple different colors, and each of the multiple redirection holographic gratings is configured to diffract the zero-order display light of each of the multiple different colors in its respective direction in 3D space at its respective diffraction angle.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のうちの同じ色の光のディスプレイゼロ次光を回折させるように構成された少なくとも2つの異なるリダイレクトホログラフィック格子を含む。 In some implementations, the optical redirection component includes at least two different redirection holographic gratings configured to diffract the zero-order light of the same color among several different colored lights.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の期間中に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間中に第2の状態で第2の色の光を透過させるように構成された切り替え可能なリダイレクトホログラフィック格子を含む。 In some implementations, the optical redirection component includes a switchable redirection holographic grating configured to diffract light of a first color in a first state during a first period and transmit light of a second color in a second state during a second period.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の期間中に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間中に第2の状態で第2の色の光を回折させるように構成された切り替え可能なリダイレクトホログラフィック格子を含む。 In some implementations, the optical redirection component includes a switchable redirection holographic grating configured to diffract light of a first color in a first state during a first period and to diffract light of a second color in a second state during a second period.
いくつかの実装態様では、複数の異なる色の光は、第1の色の光及び第2の色の光を含み、第1の色の光は、第2の色の光よりも短い波長を有し、光学リダイレクト構成要素において、第1の色の光に対する第1のリダイレクトホログラフィック格子は、第2の色の光に対する第2のリダイレクトホログラフィック格子よりもディスプレイの近くに配置されている。 In some implementations, the light of multiple different colors includes a first color and a second color, the first color having a shorter wavelength than the second color, and in the optical redirection component, the first redirection holographic grating for the first color is positioned closer to the display than the second redirection holographic grating for the second color.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つの異なる色の光に対する少なくとも2つのリダイレクトホログラフィック格子のフリンジ平面は、実質的に異なる方向に配向されている。 In some implementations, the fringe planes of at least two redirect holographic gratings for at least two different colors of light are oriented in substantially different directions.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の色の光を回折させるように構成された第1のリダイレクトホログラフィック格子と、第2の色の光を回折させるように構成された第2のリダイレクトホログラフィック格子と、第1のリダイレクトホログラフィック格子と第2のリダイレクトホログラフィック格子との間に配置され、かつ第1の色の光が第2のリダイレクトホログラフィック格子を通って透過するように、第1の色の光の偏光状態を変換するように構成された少なくとも1つの光学偏光デバイスと、を含む。 In some implementations, the optical redirection component includes a first redirection holographic grating configured to diffract light of a first color, a second redirection holographic grating configured to diffract light of a second color, and at least one optical polarizing device positioned between the first and second redirection holographic gratings and configured to transform the polarization state of the light of the first color so that the light of the first color is transmitted through the second redirection holographic grating.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、上記の方法を実行するように構成されている。 In some implementations, optical devices are configured to perform the method described above.
本開示の別の態様は、基板の第1の側に光学回折構成要素を形成することと、第1の側とは反対の基板の第2の側上に光学リダイレクト構成要素を形成することと、を含む、上記のような光学デバイスを製造する方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for manufacturing such an optical device, comprising forming an optical diffraction component on a first side of a substrate and forming an optical redirection component on a second side of the substrate opposite to the first side.
本開示の別の態様は、ディスプレイ上のギャップで分離されたディスプレイ要素と、光の一部分がディスプレイ要素上を照射する、光でディスプレイを照射するように構成された光学デバイスと、を含むディスプレイを含むシステムを特徴とする。システムは、ホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光を抑制しながら、光の部分を回折させてホログラフィックシーンを形成するように構成されている。ディスプレイゼロ次光は、ギャップでの反射光、ギャップでの回折光、ディスプレイ要素での反射光、又はディスプレイを覆うディスプレイカバーでの反射光のうちの少なくとも1つを含むことができる。 Another aspect of this disclosure features a system including a display comprising display elements separated by a gap on the display, and an optical device configured to illuminate the display with light, such that a portion of the light illuminates the display elements. The system is configured to form a holographic scene by diffracting portions of light while suppressing zero-order display light in the holographic scene. The zero-order display light may include at least one of the following: reflected light from the gap, diffracted light from the gap, reflected light from the display elements, or reflected light from the display cover that surrounds the display.
いくつかの実装態様では、システムは、ディスプレイに結合され、かつディスプレイのディスプレイ要素を、ホログラフィックデータに対応するホログラムで変調して、光の部分を回折させて、ホログラフィックデータに対応するホログラフィックシーンを形成するように構成されたコントローラを更に含む。ホログラムは、ディスプレイゼロ次光がホログラフィックシーン内で抑制されるように構成することができる。 In some implementations, the system further includes a controller coupled to the display and configured to modulate the display elements of the display with a hologram corresponding to the holographic data, thereby diffracting the light portion and forming a holographic scene corresponding to the holographic data. The hologram can be configured such that zero-order display light is suppressed within the holographic scene.
いくつかの実装態様では、システムは、ホログラフィックシーンに対応する1つ以上のオブジェクトのプリミティブを生成するように構成されたコンピューティングデバイスを更に含む。システムは、上記のような方法を実行するように構成することができる。光学デバイスは、上記のような光学デバイスのうちの1つ以上を含むことができる。 In some implementations, the system further includes a computing device configured to generate primitives of one or more objects corresponding to a holographic scene. The system can be configured to perform such a method. The optical device may include one or more of the optical devices described above.
いくつかの実装態様では、システムは更に、光学デバイスの下流に配置され、かつホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光を発散させるように構成された光学発散デバイスを含む。ディスプレイを照射する光は、コリメートされた光である。ディスプレイゼロ次光は、光学発散デバイスに到達する前にコリメートされ、ホログラムは、光学発散デバイスに到達する前に、光の回折された部分が収束しているように構成されている。
光学発散デバイスは、上記のような光学発散構成要素を含むことができる。
In some implementations, the system further includes an optical divergent device positioned downstream of the optical device and configured to diverge the zero-order light of the display within the holographic scene. The light illuminating the display is collimated light. The zero-order light of the display is collimated before reaching the optical divergent device, and the hologram is configured such that the diffracted portions of the light converge before reaching the optical divergent device.
The optical divergence device may include the optical divergence components described above.
いくつかの実装態様では、システムは、ディスプレイの下流に配置された二次元(2D)画面を更に含む。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、ビームスプリッタを含む。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、インカプラ及びアウトカプラを有する導波管を含む。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光カプラ及び光学回折構成要素を含むライトガイドを含む。光カプラは、結合プリズムを含むことができる。光カプラはまた、くさび形基板を含むことができる。 In some implementations, the system further includes a two-dimensional (2D) screen positioned downstream of the display. In some implementations, the optical device includes a beam splitter. In some implementations, the optical device includes a waveguide with in-couplers and out-couplers. In some implementations, the optical device includes a light guide including an optical coupler and an optical diffraction component. The optical coupler may include a coupling prism. The optical coupler may also include a wedge-shaped substrate.
本開示の別の態様は、上記のようなシステムを作製する方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for creating such a system.
本開示の別の態様は、入力光ビームを回折させて、少なくとも2つの寸法の入力光ビームのビームサイズを調整することによって、少なくとも2つの寸法の入力光ビームを拡張して、出力光ビームを生成するように構成された少なくとも2つのビーム拡張器を含む、光学デバイスを特徴とする。ビームサイズは、幅及び高さを含むことができる。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising at least two beam expanders configured to expand an input light beam of at least two dimensions by diffracting the input light beam and adjusting the beam size of the input light beam of at least two dimensions, thereby generating an output light beam. The beam size may include width and height.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つのビーム拡張器の各々は、それぞれの光学回折デバイスを含む。入力光ビームは、複数の異なる色の光を含むことができ、それぞれの光学回折デバイスは、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で複数の異なる色の光を回折させるように構成することができる。 In some implementations, each of at least two beam expanders includes its own optical diffraction device. The input light beam may contain light of multiple different colors, and each optical diffraction device may be configured to diffract light of multiple different colors at their respective diffraction angles, which are substantially identical to each other.
いくつかの例では、それぞれの光学回折デバイスは、異なる色の光がそれぞれの光学回折デバイスに入射するとき、それぞれの光学回折デバイスは、異なる色の間のクロストークを抑制しながら、異なる色の個々の色の光を分離するように構成されている。 In some examples, each optical diffraction device is configured to separate individual light of different colors while suppressing crosstalk between those colors when light of different colors is incident upon it.
いくつかの実装態様では、それぞれの光学回折デバイスは、少なくとも2つの光学回折構成要素、及び少なくとも1つの色選択的偏光子を含む。 In some implementations, each optical diffraction device includes at least two optical diffraction components and at least one color-selective polarizer.
いくつかの実装態様では、それぞれの光学回折デバイスは、少なくとも2つの光学回折構成要素、及び少なくとも1つの反射層を含む。少なくとも1つの反射層は、少なくとも1つの色の光の全内部反射のために構成することができる。 In some implementations, each optical diffraction device includes at least two optical diffraction components and at least one reflective layer. The at least one reflective layer may be configured for total internal reflection of light of at least one color.
いくつかの実装態様では、それぞれの光学回折デバイスは、1つ以上の透過回折構造、又は1つ以上の反射回折構造のうちの少なくとも1つを含む。 In some implementations, each optical diffraction device includes at least one of one or more transmission diffraction structures or one or more reflection diffraction structures.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つのビーム拡張器は、少なくとも2つの寸法のうちの第1の寸法の入力光ビームを拡張して、中間光ビームを生成するように構成された第1の一次元ビーム拡張器と、少なくとも2つの寸法のうちの第2の寸法の中間光ビームを拡張して、出力光ビームを生成するように構成された第2の一次元ビーム拡張器と、を含む。中間光ビームは、第1の寸法の入力光ビームよりも大きいビームサイズ、及び第2の寸法の入力光ビームと同じビームサイズを有し、出力光ビームは、第2の寸法の中間光ビームよりも大きいビームサイズ、及び第1の寸法の中間光ビームと同じビームサイズを有する。 In some implementations, the beam expander includes at least two beam expanders: a first one-dimensional beam expander configured to expand an input optical beam of a first dimension (of at least two dimensions) to produce an intermediate optical beam; and a second one-dimensional beam expander configured to expand an intermediate optical beam of a second dimension (of at least two dimensions) to produce an output optical beam. The intermediate optical beam has a beam size larger than that of the input optical beam of the first dimension and the same beam size as the input optical beam of the second dimension, and the output optical beam has a beam size larger than that of the intermediate optical beam of the second dimension and the same beam size as the intermediate optical beam of the first dimension.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、自由空間空中ジオメトリ、モノリシック基板又はセグメント化された基板、又は1つ以上の結合素子のうちの少なくとも1つを使用して、中間光ビームを、第1の一次元ビーム拡張器から第2の一次元ビーム拡張器に結合するように構成されている。 In some implementations, the optical device is configured to couple an intermediate light beam from a first one-dimensional beam expander to a second one-dimensional beam expander using at least one of free-space aerial geometry, a monolithic substrate or a segmented substrate, or one or more coupling elements.
いくつかの実装態様では、中間入力ビームは、2つ以上の色の共線的なコリメートされた光を含み、1つ以上の結合素子は、2つ以上の色の共線的なコリメートされた光を、2つ以上の色の対応する色を有する2つ以上の独立して平行であるが同一線上にない光ビームに変換するように構成されている。 In some implementations, the intermediate input beam contains collinear, collimated light of two or more colors, and one or more coupling elements are configured to convert the collinear, collimated light of two or more colors into two or more independently parallel but non-collinear light beams having corresponding colors of two or more colors.
本開示はまた、特に、異なる色の光を個別に回折させることによって、三次元(3D)オブジェクトを表示するための方法、装置、デバイス、及びシステムについて説明する。本開示は、異なる色又は波長の光を効率的に分離して、色又は波長間のクロストークを抑制する(例えば、低減又は排除する)ことができる技術を提供する。技術はまた、光学回折デバイスを通る回折を伴わずに光が伝搬し、望ましくない角度でディスプレイに当たることを抑制し、それによってゴースト画像などの望ましくない効果を抑制することができる。技術は、クロストークを伴わずに、又はほとんど伴わずに、多色三次元光場又は画像を、順次又は同時に再構築することを可能にする。技術は、照射システムを実装して、比較的大きな入射角を有する複数の異なる色のほぼ垂直な偏光ビームを提供することを可能にする。したがって、技術は、照射器の妨害を伴わずに、ディスプレイの前方のビューア(例えば、オブザーバ又はユーザ)に光場又は画像を提示することと、例えば、反射、回折、及び/又は散乱による電力損失を低減することと、を可能にする。技術はまた、三次元オブジェクトを表示するためのコンパクトな光学システムを実装することも可能にする。 This disclosure also describes, in particular, methods, apparatus, devices, and systems for displaying three-dimensional (3D) objects by individually diffracting light of different colors. This disclosure provides techniques that can efficiently separate light of different colors or wavelengths to suppress (e.g., reduce or eliminate) crosstalk between colors or wavelengths. The techniques can also suppress light from propagating through an optical diffraction device without diffraction and striking the display at undesirable angles, thereby suppressing undesirable effects such as ghost images. The techniques enable the sequential or simultaneous reconstruction of multi-color three-dimensional optical fields or images with little to no crosstalk. The techniques enable the implementation of an illumination system to provide multiple nearly perpendicular polarized beams of different colors with relatively large incident angles. Thus, the techniques enable the presentation of an optical field or image to a viewer (e.g., an observer or user) in front of the display without interference from the illuminator, and reduce power loss due to reflection, diffraction, and/or scattering, for example. The techniques also enable the implementation of a compact optical system for displaying three-dimensional objects.
本開示は、既知の技術に存在する制限を克服することができる技術を提供する。一例として、本明細書に開示される技術は、「3Dメガネ」などの面倒なウェアラブルデバイスを使用することなく実装することができる。別の例として、本明細書に開示される技術は、追跡機構の精度、ディスプレイデバイスの品質、比較的長い処理時間及び/若しくは比較的高い算出要求によって、並びに/又は複数のビューアにオブジェクトを同時に表示することができないことによって制限されることなく、任意選択的に実装することができる。更なる例として、技術は、従来の3Dコンテンツ作成に使用されるツール及びソフトウェアを超えて拡張するコンテンツを開発するための専用のツール及びソフトウェアなしで実装することができる。様々な実施形態は、前述の利点のうちの1つ以上を示すことができる。例えば、本開示の特定の実装態様は、世界の実際の3Dオブジェクトであるように見え、かつ異なる点から複数のビューアによって同時に障害なしで視聴することができる、リアルタイムのフルカラーの本物の3D画像を生成することができる。 This disclosure provides a technology that can overcome the limitations present in known technologies. For example, the technology disclosed herein can be implemented without the use of cumbersome wearable devices such as "3D glasses." Alternatively, the technology disclosed herein can be optionally implemented without being limited by the accuracy of the tracking mechanism, the quality of the display device, relatively long processing times and/or relatively high computational requirements, and/or the inability to display objects simultaneously to multiple viewers. Further, the technology can be implemented without dedicated tools and software for developing content that extends beyond the tools and software used for conventional 3D content creation. Various embodiments can demonstrate one or more of the aforementioned advantages. For example, a particular implementation of this disclosure can generate real-time, full-color, authentic 3D images that appear to be real 3D objects in the world and can be simultaneously and uninterruptedly viewed by multiple viewers from different points of view.
本開示の一態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブの各々について、3D座標系において、プリミティブから要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することと、複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することと、を含む方法を特徴とする。 One aspect of this disclosure is characterized by a method comprising: determining the electromagnetic field contribution to each of the elements of a display by calculating the electromagnetic field propagation from the primitive to the element in a 3D coordinate system for each of the primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; and generating the sum of the electromagnetic field contributions from the primitives to the element for each of the elements.
EM場寄与は、位相寄与又は振幅寄与のうちの少なくとも1つを含むことができる。プリミティブは、点プリミティブ、線プリミティブ、又は多角形プリミティブのうちの少なくとも1つを含むことができる。プリミティブは、グラデーションカラー、テクスチャカラー、又は任意の表面シェーディング効果のうちの少なくとも1つを含む線プリミティブを含むことができる。プリミティブはまた、グラデーションカラー、テクスチャカラー、又は任意の表面シェーディング効果のうちの少なくとも1つを含む多角形プリミティブを含むことができる。複数のプリミティブは、特定の順序でインデックス化することができる。 The EM field contribution may include at least one of either a phase contribution or an amplitude contribution. A primitive may include at least one of a point primitive, a line primitive, or a polygon primitive. A primitive may include a line primitive containing at least one of a gradient color, a texture color, or any surface shading effect. A primitive may also include a polygon primitive containing at least one of a gradient color, a texture color, or any surface shading effect. Multiple primitives can be indexed in a specific order.
いくつかの実装態様では、方法は、複数のプリミティブの各々についてのそれぞれのプリミティブデータを取得することを更に含む。複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、プリミティブのそれぞれのカラー情報を含むことができ、要素の各々の決定されたEM場寄与は、プリミティブのそれぞれのカラー情報に対応する情報を含む。カラー情報は、テクスチャカラー又はグラデーションカラーのうちの少なくとも1つを含むことができる。複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、プリミティブのテクスチャ情報を含むことができる。複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、プリミティブの1つ以上の表面上のシェーディング情報を含むことができる。シェーディング情報は、プリミティブの1つ以上の表面上の色又は輝度のうちの少なくとも1つの変調を含むことができる。 In some implementations, the method further includes obtaining primitive data for each of a plurality of primitives. Each primitive data for each of the plurality of primitives may include the primitive's respective color information, and the determined EM field contribution for each element includes information corresponding to the primitive's respective color information. The color information may include at least one of texture color or gradient color. Each primitive data for each of the plurality of primitives may include the primitive's texture information. Each primitive data for each of the plurality of primitives may include shading information on one or more surfaces of the primitive. The shading information may include at least one modulation of color or luminance on one or more surfaces of the primitive.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、3D座標系におけるプリミティブのそれぞれの座標情報を含む。3D座標系における複数の要素の各々のそれぞれの座標情報は、3D座標系における複数のプリミティブのそれぞれの座標情報に基づいて決定することができる。要素の各々のそれぞれの座標情報は、メモリに記憶された要素の論理メモリアドレスに対応することができる。 In some implementations, each primitive data of multiple primitives includes the coordinate information of each primitive in a 3D coordinate system. The coordinate information of each element in a 3D coordinate system can be determined based on the coordinate information of each primitive in the 3D coordinate system. The coordinate information of each element can correspond to the logical memory address of the element stored in memory.
複数のプリミティブの各々についての複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することは、3D座標系において、要素のそれぞれの座標情報とプリミティブのそれぞれの座標情報とに基づいて、要素とプリミティブとの間の少なくとも1つの距離を決定することを含むことができる。いくつかの例では、複数のプリミティブの各々について、複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することは、第1のプリミティブのそれぞれの座標情報、及び第1の要素のそれぞれの座標情報に基づいて、複数のプリミティブのうちの第1のプリミティブと、複数の要素のうちの第1の要素との間の第1の距離を決定することと、第1の距離、及び第1の要素と第2の要素との間の距離に基づいて、第1のプリミティブと、複数の要素のうちの第2の要素との間の第2の距離を決定することと、を含む。第1の要素と第2の要素との間の距離は、ディスプレイの複数の要素のピッチに基づいて予め決定することができる。 Determining the EM field contribution of each of the elements for each of the multiple primitives may include determining at least one distance between the element and the primitive in a 3D coordinate system, based on the coordinate information of each element and the coordinate information of each primitive. In some examples, determining the EM field contribution of each of the elements for each of the multiple primitives may include determining a first distance between the first primitive and the first element of the multiple primitives, based on the coordinate information of each first primitive and the coordinate information of each first element; and determining a second distance between the first primitive and the second element of the multiple elements, based on the first distance and the distance between the first element and the second element. The distance between the first and second elements may be predetermined based on the pitch of the multiple elements on the display.
いくつかの例では、複数のプリミティブのうちの少なくとも1つは、第1の端点及び第2の端点を含む線プリミティブであり、要素とプリミティブとの間の少なくとも1つの距離を決定することは、要素と線プリミティブの第1の端点との間の第1の距離を決定することと、要素と線プリミティブの第2の端点との間の第2の距離を決定することと、を含む。いくつかの例では、複数のプリミティブのうちの少なくとも1つは、第1の端点、第2の端点、及び第3の端点を含む三角形プリミティブであり、要素とプリミティブとの間の少なくとも1つの距離を決定することは、要素と三角形プリミティブの第1の端点との間の第1の距離を決定することと、要素と三角形プリミティブの第2の端点との間の第2の距離を決定することと、要素と三角形プリミティブの第3の点との間の第3の距離を決定することと、を含む。 In some examples, at least one of the multiple primitives is a line primitive containing a first endpoint and a second endpoint, and determining at least one distance between the element and the primitive includes determining a first distance between the element and the first endpoint of the line primitive, and determining a second distance between the element and the second endpoint of the line primitive. In some examples, at least one of the multiple primitives is a triangle primitive containing a first endpoint, a second endpoint, and a third endpoint, and determining at least one distance between the element and the primitive includes determining a first distance between the element and the first endpoint of the triangle primitive, determining a second distance between the element and the second endpoint of the triangle primitive, and determining a third distance between the element and the third point of the triangle primitive.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々についての複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することは、プリミティブ及び少なくとも1つの距離についての所定の式に基づいて、プリミティブから要素へのEM場寄与を判定することを含む。いくつかの場合では、所定の式は、プリミティブから要素へのEM場伝搬を解析的に計算することによって決定される。いくつかの場合では、所定の式は、マクスウェル方程式を解くことによって決定される。マックスウェル方程式は、ディスプレイの表面で定義された境界条件を提供することによって解くことができる。境界条件は、ディリクレ境界条件又はコーシー境界条件を含むことができる。複数のプリミティブ及び複数の要素は、3D空間内にあり得、ディスプレイの表面は、3D空間の境界面の一部分を形成することができる。いくつかの場合では、所定の式は、正弦関数、余弦関数、又は指数関数を含む関数のうちの少なくとも1つを含み、EM場寄与を判定することは、メモリに記憶されたテーブル内の関数のうちの少なくとも1つの値を識別することを含む。 In some implementations, determining the EM field contribution of each of several elements for each of several primitives involves determining the EM field contribution from the primitive to the element based on a predetermined equation for the primitive and at least one distance. In some cases, the predetermined equation is determined by analytically calculating the EM field propagation from the primitive to the element. In some cases, the predetermined equation is determined by solving Maxwell's equations. Maxwell's equations can be solved by providing boundary conditions defined on the surface of the display. The boundary conditions may include Dirichlet or Cauchy boundary conditions. The several primitives and several elements may be in 3D space, and the surface of the display may form a portion of the boundary surface of 3D space. In some cases, the predetermined equation includes at least one function, including a sine function, a cosine function, or an exponential function, and determining the EM field contribution involves identifying at least one value of the function in a table stored in memory.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々についての複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することと、複数の要素の各々についての場寄与の合計を生成することは、複数のプリミティブから複数の要素のうちの第1の要素への第1のEM場寄与を判定することと、第1の要素についての第1のEM場寄与を合計することと、複数のプリミティブから複数の要素のうちの第2の要素への第2のEM場寄与を判定することと、第2の要素についての第2のEM場寄与を合計することと、を含む。複数のプリミティブから第1の要素への第1のEM場寄与を判定することは、複数のプリミティブのうちの第1のプリミティブから第1の要素へのEM場寄与を判定することと、複数のプリミティブのうちの第2のプリミティブから第1の要素へのEM場寄与を判定することと、を並行して行うことを含むことができる。 In some implementations, determining the EM field contribution of each of the multiple elements for each of the multiple primitives, and generating the sum of the field contributions for each of the multiple elements, includes determining the first EM field contribution from the multiple primitives to the first element among the multiple elements, summing the first EM field contribution for the first element, determining the second EM field contribution from the multiple primitives to the second element among the multiple elements, and summing the second EM field contribution for the second element. Determining the first EM field contribution from the multiple primitives to the first element may include performing in parallel the determination of the EM field contribution from the first primitive among the multiple primitives to the first element, and the determination of the EM field contribution from the second primitive among the multiple primitives to the first element.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々についての複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することは、複数のプリミティブのうちの第1のプリミティブから複数の要素の各々への第1のそれぞれのEM場寄与を判定することと、複数のプリミティブのうちの第2のプリミティブから複数の要素の各々への第2のそれぞれのEM場寄与を判定することと、を含み、複数の要素の各々についての場寄与の合計を生成することは、要素について、第2のそれぞれのEM場寄与を第1のそれぞれのEM場寄与に追加することによって、要素についてEM場寄与を蓄積することを含むことができる。第1のプリミティブから複数の要素の各々への第1のそれぞれのEM場寄与を判定することは、第2のプリミティブから複数の要素の各々への第2のそれぞれのEM場寄与を判定することと並行して実行することができる。 In some implementations, determining the EM field contribution of each of the elements for each of the multiple primitives includes determining the first EM field contribution of a first primitive among the multiple primitives to each of the multiple elements, and determining the second EM field contribution of a second primitive among the multiple primitives to each of the multiple elements. Generating the sum of the field contributions for each of the multiple elements may include accumulating the EM field contribution for an element by adding the second EM field contribution to the first EM field contribution for that element. Determining the first EM field contribution of each of the multiple elements from the first primitive can be performed in parallel with determining the second EM field contribution of each of the multiple elements from the second primitive.
複数のプリミティブの各々についての複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することは、複数のプリミティブのうちの第1のプリミティブから複数の要素のうちの第1の要素への第1のEM場寄与を判定することと、複数のプリミティブのうちの第2のプリミティブから第1の要素への第2のEM場寄与を判定することとを並行して行うことを含むことができる。 Determining the EM field contribution of each of the multiple elements for each of the multiple primitives can include simultaneously determining the first EM field contribution from the first primitive among the multiple primitives to the first element among the multiple elements, and simultaneously determining the second EM field contribution from the second primitive among the multiple primitives to the first element.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することであって、それぞれの制御信号は、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を調整するためのものである、生成することを更に含む。要素の少なくとも1つの特性は、屈折率、振幅指数、複屈折、又は遅延のうちの少なくとも1つを含むことができる。それぞれの制御信号は、電気信号、光信号、磁気信号、又は音響信号を含むことができる。いくつかの場合では、方法は、要素の各々の場寄与の合計にスケール係数を乗じて、場寄与のスケーリングされた合計を取得することを更に含み、それぞれの制御信号は、要素についての場寄与のスケーリングされた合計に基づいて生成される。いくつかの場合では、方法は、要素の各々についての場寄与の合計を正規化することを更に含み、それぞれの制御信号は、要素についての場寄与の正規化された合計に基づいている。方法はまた、それぞれの制御信号を要素に伝送することを含むことができる。 In some implementations, the method further includes generating a control signal for each of a plurality of elements based on the sum of the EM field contributions from a plurality of primitives to the element, wherein each control signal is for tuning at least one property of the element based on the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the element. The at least one property of the element may include at least one of refractive index, amplitude exponent, birefringence, or delay. Each control signal may include an electrical signal, optical signal, magnetic signal, or acoustic signal. In some cases, the method further includes multiplying the sum of the field contributions for each of the elements by a scaling factor to obtain a scaled sum of the field contributions, and each control signal is generated based on the scaled sum of the field contributions for the element. In some cases, the method further includes normalizing the sum of the field contributions for each of the elements, and each control signal is based on the normalized sum of the field contributions for the element. The method may also include transmitting each control signal to the element.
いくつかの実装態様では、方法は、制御信号を照射器に伝送することであって、制御信号が、照射器がディスプレイ上に光を放出するように照射器を作動させることを示す、伝送することを更に含む。制御信号は、複数の要素の各々についての場寄与の合計を取得することの完了を判定することに応答して伝送することができる。ディスプレイの変調された要素は、光を異なる方向に伝搬させて、3D空間内のオブジェクトに対応する体積光場を形成することができる。体積光場は、ディスプレイの変調された要素によって定義された境界条件を有するマックスウェル方程式の解に対応することができる。光は、白色光を含むことができ、ディスプレイは、白色光を異なる色を有する光に回折させるように構成することができる。 In some implementations, the method further includes transmitting a control signal to an irradiator, the control signal indicating that the irradiator is to be activated to emit light onto the display. The control signal may be transmitted in response to determining the completion of obtaining the sum of the field contributions for each of a plurality of elements. Modulated elements of the display can propagate light in different directions to form a volume light field corresponding to an object in 3D space. The volume light field may correspond to a solution of Maxwell's equations with boundary conditions defined by the modulated elements of the display. The light may include white light, and the display may be configured to diffract the white light into light of different colors.
いくつかの実装態様では、方法は、計算中に固定小数点表現を使用して値を表すことを更に含む。値の各々は、暗黙のスケール係数を有する整数として表すことができる。 In some implementations, the method further includes representing values using fixed-point representation during computation. Each value can be represented as an integer with an implicit scaling factor.
いくつかの実装態様では、方法は、固定小数点表現を使用して数学関数を実行することを更に含む。数学関数は、正弦、余弦、及び逆正接のうちの少なくとも1つを含むことができる。数学関数を実行することは、第1の固定小数点フォーマットの式を受信することと、第1の固定小数点フォーマットとは異なる精度レベルを有する第2の固定小数点フォーマットで値を出力することと、を含むことができる。数学関数を実行することは、数学関数の計算のためのテーブルを調べることを含むことができ、テーブルは、完全に列挙されたルックアップテーブル、補間されたテーブル、半テーブルベースの多項式関数、及び完全なミニマックス多項式に基づく半テーブルのうちの少なくとも1つを含む。数学関数を実行することは、入力に対して特殊な範囲縮小を適用することを含むことができる。数学関数を実行することは、三角関数計算を範囲[-π,π]から、範囲[-1,1]内の符号付き2の賛辞表現に変換することを含むことができる。 In some implementations, the method further includes performing mathematical functions using fixed-point representation. The mathematical functions may include at least one of sine, cosine, and arctangent. Performing a mathematical function may include receiving an expression in a first fixed-point format and outputting a value in a second fixed-point format having a different precision level than the first fixed-point format. Performing a mathematical function may include examining a table for the calculation of the mathematical function, the table including at least one of a fully enumerated lookup table, an interpolated table, a half-table-based polynomial function, and a half-table based on a full minimax polynomial. Performing a mathematical function may include applying a special range reduction to the input. Performing a mathematical function may include converting a trigonometric function calculation from the range [-π, π] to a signed 2 trigonometric representation within the range [-1, 1].
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブのそれぞれのプリミティブデータを取得することと、複数のプリミティブのうちの第1のプリミティブからディスプレイの複数の要素の各々への第1のそれぞれの電磁(EM)場寄与を計算することと、複数のプリミティブのうちの第2のプリミティブからディスプレイの複数の要素の各々への第2のそれぞれのEM場寄与を計算することと、を含む方法を特徴とする。第1のプリミティブからの第1のそれぞれのEM場寄与を計算することは、第2のプリミティブからの第2のそれぞれのEM場寄与を計算することと少なくとも部分的に並行している。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: obtaining primitive data for each of a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; calculating a first electromagnetic (EM) field contribution from a first primitive among the plurality of primitives to each of a plurality of elements of a display; and calculating a second EM field contribution from a second primitive among the plurality of primitives to each of a plurality of elements of a display. The calculation of the first EM field contribution from the first primitive is at least partially parallel to the calculation of the second EM field contribution from the second primitive.
いくつかの実装態様では、第1のプリミティブから複数の要素のうちの第1の要素への第1のEM場寄与を計算することは、複数のプリミティブのうちの第2のプリミティブから第1の要素への第2のEM場寄与を計算することと並行している。方法は、複数のプリミティブの各々から複数の要素の各々へのそれぞれのEM場寄与を計算することを含むことができる。それぞれのEM場寄与の計算は、オブジェクトのジオメトリを複数の要素に拡張すること、波面をパッキングする前に視認性テストを適用すること、及び異なるプリミティブについての並列計算間の意思決定又は通信のうちの少なくとも1つをなしにすることができる。それぞれのEM場寄与の計算は、異なるプリミティブについての並列計算を速度、コスト、サイズ、又はエネルギー最適化に調整すること、描画を開始することと、表示の準備ができている結果との間の遅延を低くすること、固定小数点表現を使用して精度を向上させること、及び数学関数を最適化することによって算出速度を最適化すること、のうちの少なくとも1つを引き起こすように構成することができる。 In some implementations, calculating the first EM field contribution from a first primitive to a first element of multiple elements is parallel to calculating the second EM field contribution from a second primitive to the first element of multiple primitives. The method may include calculating the respective EM field contributions from each of the multiple primitives to each of the multiple elements. Each EM field contribution calculation can eliminate the need to extend the object's geometry to multiple elements, apply visibility tests before packing wavefronts, and make decisions or communicate between parallel calculations for different primitives. Each EM field contribution calculation can be configured to cause at least one of the following: optimizing parallel calculations for different primitives for speed, cost, size, or energy; reducing the delay between initiating drawing and the display-ready result; improving accuracy using fixed-point representation; and optimizing calculation speed by optimizing mathematical functions.
いくつかの実装態様では、方法は、計算中に固定小数点表現を使用して値を表すことを更に含む。固定小数点表現を使用して値を表すことは、漸次アンダーフローのためにフロートを非正規化すること、ゼロでの除算を含む演算からのNaN結果を処理すること、浮動小数点丸めモードを変更すること、及びオペレーティングシステムに浮動小数点例外を発生させることのうちの少なくとも1つなしで進めることができる。 In some implementations, the method further includes representing values using fixed-point representation during computation. Representing values using fixed-point representation can proceed without at least one of the following: denormalizing floats for gradual underflow, handling NaN results from operations including division by zero, changing floating-point rounding modes, and raising floating-point exceptions in the operating system.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素の各々について、要素についての第2のそれぞれのEM場寄与を、要素についての第1のそれぞれのEM場寄与に追加することによって、要素についてのEM場寄与を蓄積することを更に含む。 In some implementations, the method further includes accumulating the EM field contributions for each of the elements by adding the second EM field contribution for each element to the first EM field contribution for each element.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することであって、それぞれの制御信号は、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を調整するためのものである、生成することを更に含む。 In some implementations, the method further includes generating a control signal for each of a plurality of elements based on the sum of the EM field contributions from a plurality of primitives to the element, wherein each control signal is for adjusting at least one property of the element based on the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the element.
いくつかの実装態様では、方法は、第1のプリミティブの再構築が第2のプリミティブの再構築と重ならないように、所定の係数によって第2のプリミティブに隣接する第1のプリミティブをスケーリングすることを更に含む。所定の係数は、ディスプレイの解像度に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。方法は、複数のプリミティブの各々についてのそれぞれのプリミティブデータを取得することであって、複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、3D座標系におけるプリミティブのそれぞれの座標情報を含む、取得することと、第1のプリミティブのそれぞれの座標情報及び所定の係数に基づいて、第1のプリミティブの新しいそれぞれの座標情報を判定することと、を更に含むことができる。方法は、第1のプリミティブの新しいそれぞれの座標情報に基づいて、第1のプリミティブから複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することを更に含むことができる。方法は、所定の係数によって第2のプリミティブをスケーリングすることを更に含むことができる。第1のプリミティブ及び第2のプリミティブは、共通の部分を共有することができ、第1のプリミティブをスケーリングすることは、第1のプリミティブの共通の部分をスケーリングすることを含む。第1のプリミティブをスケーリングすることは、第1のプリミティブを所定の方向でスケーリングすることを含むことができる。 In some implementations, the method further includes scaling the first primitive adjacent to the second primitive by a predetermined coefficient such that the reconstruction of the first primitive does not overlap with the reconstruction of the second primitive. The predetermined coefficient can be determined at least in part on the resolution of the display. The method may further include obtaining primitive data for each of a plurality of primitives, wherein the primitive data for each of the plurality of primitives includes coordinate information for each primitive in a 3D coordinate system, and determining new coordinate information for each of the first primitives based on the coordinate information for each of the first primitives and the predetermined coefficient. The method may further include determining the EM field contribution from the first primitive to each of a plurality of elements based on the new coordinate information for each of the first primitives. The method may further include scaling the second primitive by a predetermined coefficient. The first and second primitives may share a common part, and scaling the first primitive includes scaling the common part of the first primitive. Scaling the first primitive may also include scaling the first primitive in a predetermined direction.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブのそれぞれのプリミティブデータを取得することと、第1のプリミティブ及び第2のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを使用して、所定の係数によって第2のプリミティブに隣接する第1のプリミティブをスケーリングすることと、スケーリングの結果に基づいて、第1のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを更新することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: obtaining primitive data for each of several primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; scaling the first primitive adjacent to the second primitive by a predetermined coefficient using the respective primitive data for the first and second primitives; and updating the respective primitive data for the first primitive based on the scaling result.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータは、3D座標系におけるプリミティブのそれぞれの座標情報を含み、それぞれのプリミティブデータを更新することは、第1のプリミティブのそれぞれの座標情報及び所定の係数に基づいて、第1のプリミティブの新しいそれぞれの座標情報を判定することを含む。 In some implementations, each primitive data of multiple primitives includes the coordinate information of the primitive in a 3D coordinate system, and updating each primitive data includes determining the new coordinate information of the first primitive based on the coordinate information of the first primitive and predetermined coefficients.
いくつかの実装態様では、所定の係数は、第1のプリミティブの再構築が3D空間内の第2のプリミティブの再構築と重ならないように決定される。 In some implementations, a predetermined coefficient is determined such that the reconstruction of the first primitive does not overlap with the reconstruction of the second primitive in 3D space.
いくつかの実装態様では、スケーリングは、3D空間内の第1のプリミティブ及び第2のプリミティブの再構築との間のギャップが、第1のプリミティブ及び第2のプリミティブを分離して、重なり合う効果を最小限に抑えるのに十分に大きく、再構築をシームレスに見えるようにするのに十分に小さいように、実行される。 In some implementations, scaling is performed such that the gap between the reconstruction of the first and second primitives in 3D space is large enough to separate the first and second primitives and minimize overlapping effects, while being small enough to make the reconstruction appear seamless.
いくつかの実装態様では、所定の係数は、ディスプレイの解像度に少なくとも部分的に基づいて、又はビューアからディスプレイまでの実際の距離若しくは仮定された距離、又はディスプレイの3D空間内のプリミティブのz深度に基づいて、決定される。 In some implementations, a predetermined coefficient is determined at least partially based on the display resolution, or based on the actual or assumed distance from the viewer to the display, or the z-depth of the primitives in the display's 3D space.
いくつかの実装態様では、方法は、第1のプリミティブについての更新されたプリミティブデータをバッファに記憶することを更に含む。 In some implementations, the method further includes storing updated primitive data for the first primitive in a buffer.
いくつかの実装態様では、スケーリングは、複数のプリミティブのそれぞれのプリミティブデータを取得するためのオブジェクトのレンダリングプロセス中に実行される。 In some implementations, scaling is performed during the rendering process of an object to retrieve the primitive data for each of multiple primitives.
いくつかの実装態様では、方法は、複数のプリミティブについての更新されたプリミティブデータをコントローラに伝送することを更に含み、コントローラは、複数のプリミティブについての更新されたプリミティブデータに基づいて、複数のプリミティブの各々からディスプレイの複数の要素の各々へのそれぞれの電磁(EM)場寄与を判定するように構成されている。 In some implementations, the method further includes transmitting updated primitive data for multiple primitives to a controller, which is configured to determine, based on the updated primitive data for the multiple primitives, the respective electromagnetic (EM) field contribution from each of the multiple primitives to each of the multiple elements of the display.
いくつかの実装態様では、方法は、第1のプリミティブの更新されたプリミティブデータに基づいて、第1のプリミティブからディスプレイの複数の要素の各々へのEM場寄与を判定することを更に含む。 In some implementations, the method further includes determining the EM field contribution from the first primitive to each of the multiple elements of the display, based on the updated primitive data of the first primitive.
いくつかの実装態様では、方法は、所定の係数によって第2のプリミティブをスケーリングすることを更に含む。 In some implementations, the method further includes scaling a second primitive by a predetermined coefficient.
いくつかの実装態様では、第1のプリミティブ及び第2のプリミティブは、共通の部分を共有し、第1のプリミティブをスケーリングすることは、第1のプリミティブの共通の部分をスケーリングすることを含む。 In some implementations, the first and second primitives share a common part, and scaling the first primitive includes scaling the common part of the first primitive.
いくつかの実装態様では、第1のプリミティブをスケーリングすることは、第1のプリミティブを所定の方向にスケーリングすることを含む。 In some implementations, scaling the first primitive includes scaling the first primitive in a predetermined direction.
いくつかの実装態様では、第1のプリミティブをスケーリングすることは、第1の所定の係数によって第1のプリミティブの第1の部分をスケーリングすることと、第2の所定の係数によって第2のプリミティブの第2の部分をスケーリングすることと、を含み、第1の所定の係数は、第2の所定の係数とは異なる。 In some implementations, scaling a first primitive includes scaling a first portion of the first primitive by a first predetermined coefficient and scaling a second portion of the second primitive by a second predetermined coefficient, wherein the first predetermined coefficient is different from the second predetermined coefficient.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブのうちの特定のプリミティブの特定の表面上にマッピングされる画像の複数の離散コサイン変換(DCT)重みを取得することと、画像の複数のDCT重みの効果を考慮に入れることによって、特定のプリミティブからディスプレイの複数の要素の各々へのそれぞれのEM場寄与を判定することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: obtaining multiple discrete cosine transform (DCT) weights of an image mapped onto a specific surface of a particular primitive among a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; and determining the respective EM field contributions from the particular primitive to each of a plurality of elements of the display by taking into account the effects of the multiple DCT weights of the image.
いくつかの実装態様では、方法は、特定のプリミティブの指定された表面上でマッピングされる画像についての解像度を判定することと、解像度に基づいて画像の複数のDCT重みを判定することと、を更に含む。 In some implementations, the method further includes determining the resolution of an image mapped onto a specified surface of a particular primitive, and determining multiple DCT weights of the image based on the resolution.
いくつかの実装態様では、方法は、画像のDCT重みを復号して、画像の各ピクセルについてのそれぞれのDCT振幅を取得することを更に含む。 In some implementations, the method further includes decoding the DCT weights of the image to obtain the respective DCT amplitude for each pixel of the image.
いくつかの実装態様では、方法は、画像のピクセルのそれぞれのDCT振幅に関連付けられた値を、特定のプリミティブのプリミティブデータとともに記憶することを更に含む。それぞれのEM場寄与を判定することは、画像のピクセルのそれぞれのDCT振幅に関連付けられた値を用いて、特定のプリミティブから複数の要素の各々へのそれぞれのEM場寄与を計算することを含むことができる。 In some implementations, the method further includes storing the values associated with the DCT amplitude of each pixel in the image, along with the primitive data of a particular primitive. Determining each EM field contribution may include calculating the respective EM field contributions from a particular primitive to each of multiple elements using the values associated with the DCT amplitude of each pixel in the image.
いくつかの実装態様では、方法は、それぞれのEM場寄与の判定に含まれる特定のDCT項を選択することを更に含み、特定のDCT項の各々は、所定の閾値よりも高いそれぞれのDCT重みを有する。 In some implementations, the method further includes selecting specific DCT terms to be included in the determination of each EM field contribution, each of which has a DCT weight higher than a predetermined threshold.
本開示の別の態様は、所与のプリミティブ及び所与のプリミティブのオクルーダーの情報を取得することであって、所与のプリミティブは、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブ内にある、取得することと、オクルーダーの効果として所与のプリミティブの再構築に寄与しないディスプレイの複数の要素のうちの1つ以上の特定の要素を決定することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for obtaining information about a given primitive and its occluders, wherein the given primitive is located within a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space, and for determining one or more specific elements of a plurality of display elements that do not contribute to the reconstruction of the given primitive as an effect of the occluder.
いくつかの実装態様では、方法は、特定の要素の情報を所与のプリミティブ及びオクルーダーの情報とともに記憶することを更に含む。 In some implementations, the method further includes storing information about a specific element along with information about a given primitive and occluder.
いくつかの実装態様では、決定することは、複数のプリミティブのプリミティブデータを取得するためのオブジェクトのレンダリングプロセス中に実行される。 In some implementations, the decision is made during the rendering process of an object to retrieve primitive data for multiple primitives.
いくつかの実装態様では、方法は、特定の要素の記憶された情報を、所与のプリミティブ及びオクルーダーの情報とともに、複数のプリミティブについての、ディスプレイの複数の要素への電磁(EM)寄与を計算するように構成されたコントローラに、伝送することを更に含む。 In some implementations, the method further includes transmitting stored information of a particular element, along with information of a given primitive and occluder, to a controller configured to calculate the electromagnetic (EM) contributions of multiple primitives to multiple elements of a display.
いくつかの実装態様では、方法は、特定の要素の各々について、所与のプリミティブから特定の要素のうちの1つへのEM場寄与を除外することによって、複数のプリミティブから特定の要素のうちの1つへの電磁(EM)場寄与の合計を生成することを更に含む。 In some implementations, the method further includes generating the sum of electromagnetic (EM) field contributions from multiple primitives to one of the specific elements by excluding the EM field contribution from a given primitive to one of the specific elements for each of the specific elements.
いくつかの実装態様では、方法は、特定の要素以外の複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成することを更に含む。 In some implementations, the method further includes generating the sum of the EM field contributions from multiple primitives to each of several elements other than a specific element.
いくつかの実装態様では、方法は、特定の要素の、所与のプリミティブへのEM場寄与をマスクすることを更に含む。 In some implementations, the method further includes masking the EM field contribution of a particular element to a given primitive.
いくつかの実装態様では、1つ以上の特定の要素を判定することは、所与のプリミティブをオクルーダーの端点に接続することと、接続部をディスプレイに延長して、接続部とディスプレイとの交点を判定することと、交点によって定義された特定の範囲を、オクルーダーの効果で所与のプリミティブの再構築に寄与しない特定の要素であると判定することと、を含む。 In some implementations, determining one or more specific elements includes connecting a given primitive to the endpoints of an occluder, extending the connection to a display and determining the intersection of the connection and the display, and determining that a specific range defined by the intersection is a specific element that does not contribute to the reconstruction of the given primitive by the effect of the occluder.
本発明の別の態様は、所与のプリミティブ及び所与のプリミティブのオクルーダーの情報を取得することであって、所与のプリミティブは、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブ内にある、取得することと、ディスプレイの複数の要素の各々について、オクルーダーの効果として要素への電磁(EM)場寄与を行わない所与のプリミティブのそれぞれの部分を判定することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized by a method for obtaining information on a given primitive and its occluders, wherein the given primitive is located within a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space, and for each of a plurality of elements of a display, determining which parts of the given primitive do not contribute to the element's electromagnetic (EM) field as an effect of the occluder.
いくつかの実装態様では、方法は、所与のプリミティブ及びオクルーダーの情報とともに所与のプリミティブのそれぞれの部分の情報を記憶することを更に含む。 In some implementations, the method further includes storing information about each part of a given primitive, along with information about the given primitive and its occluder.
いくつかの実装態様では、決定することは、複数のプリミティブのプリミティブデータを取得するためのオブジェクトのレンダリングプロセス中に実行される。 In some implementations, the decision is made during the rendering process of an object to retrieve primitive data for multiple primitives.
いくつかの実装態様では、方法は、所与の情報のそれぞれの部分の記憶された情報を、所与のプリミティブ及びオクルーダーの情報とともに、複数のプリミティブについての、ディスプレイの複数の要素への電磁(EM)寄与を計算するように構成されたコントローラに、伝送することを更に含む。 In some implementations, the method further includes transmitting the stored information of each part of a given piece of information, along with information of a given primitive and occluder, to a controller configured to calculate the electromagnetic (EM) contributions to multiple elements of a display for multiple primitives.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素の各々の、所与のプリミティブのそれぞれの部分へのEM場寄与をマスクすることを更に含む。 In some implementations, the method further includes masking the EM field contribution of each of the multiple elements to each part of a given primitive.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素の各々について、所与のプリミティブのそれぞれの部分から要素へのEM場寄与を除外することによって、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することを更に含む。複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することは、オクルーダーの効果なしに、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計から、所与のプリミティブのそれぞれの部分の、要素へのEM寄与を減算することを含むことができる。複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することは、所与のプリミティブの1つ以上の他の部分から要素へのEM場寄与を合計することを含み得、それぞれの部分、及び1つ以上の他の部分は、所与のプリミティブを形成する。 In some implementations, the method further includes generating a sum of the EM field contributions from multiple primitives to an element by subtracting the EM field contribution from each part of a given primitive to the element for each of the multiple elements. Generating a sum of the EM field contributions from multiple primitives to an element may include subtracting the EM contribution from each part of a given primitive to the element from the sum of the EM field contributions from multiple primitives to an element, without the effect of an occluder. Generating a sum of the EM field contributions from multiple primitives to an element may include summing the EM field contributions from one or more other parts of a given primitive to the element, where each part and one or more other parts form a given primitive.
いくつかの実装態様では、オクルーダーの効果として要素に対してEM場寄与しない所与のプリミティブのそれぞれの部分を判定することは、要素をオクルーダーの端点に接続することと、接続と所与のプリミティブとの交点を判定することと、交点によって囲まれている所与のプリミティブの特定の部分を、オクルーダーの効果で要素に対してEM場寄与しない所与のプリミティブのそれぞれの部分であると判定することと、を含む。 In some implementations, determining which parts of a given primitive do not contribute to the EM field of an element as an effect of the occluder includes connecting the element to the endpoints of the occluder, determining the intersections of the connections and the given primitive, and determining which parts of the given primitive enclosed by the intersections are the parts of the given primitive that do not contribute to the EM field of the element as an effect of the occluder.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブの各々のそれぞれのプリミティブデータを取得することと、複数のプリミティブの各々についてのそれぞれの幾何学的スペキュラ情報を取得することと、複数のプリミティブの各々についてのそれぞれのプリミティブデータと、それぞれの幾何学的スペキュラ情報を記憶することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: obtaining primitive data for each of a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; obtaining geometric specular information for each of the plurality of primitives; and storing the primitive data and geometric specular information for each of the plurality of primitives.
いくつかの実装態様では、複数のプリミティブの各々についてのそれぞれの幾何学的スペキュラ情報は、視野角上のプリミティブの表面の反射率を含む。 In some implementations, the geometric specular information for each of several primitives includes the reflectivity of the primitive's surface at the viewing angle.
いくつかの実装態様では、方法は、プリミティブについてのそれぞれの幾何学的スペキュラ情報を考慮することによって、複数のプリミティブの各々からディスプレイの複数の要素の各々へのそれぞれのEM場寄与を判定することを更に含む。 In some implementations, the method further includes determining the respective EM field contributions from each of several primitives to each of several elements of the display by considering the respective geometric specular information for each primitive.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、3D座標系において、プリミティブから要素へのEM場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数の要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数の要素の各々について、それぞれの制御信号を要素に伝送することであって、制御信号が、要素へのEM場寄与の合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を変調するためのものである、伝送することと、光が、ディスプレイの変調された要素によって引き起こされて、オブジェクトに対応する体積光場を形成するように、タイミング制御信号を照射器に伝送して、光をディスプレイ上に照射するように照射器を作動させることと、を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: acquiring graphic data containing primitive data for a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; determining the electromagnetic (EM) field contribution to each of the plurality of elements of a display by calculating the EM field propagation from the primitive to the element in a 3D coordinate system for each of the plurality of primitives; generating a sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the element for each of the plurality of elements; transmitting a control signal to each of the plurality of elements, wherein the control signal modulates at least one characteristic of the element based on the sum of the EM field contributions to the element; and transmitting a timing control signal to an illuminator to illuminate the display with light, such that light is caused by the modulated elements of the display to form a volume light field corresponding to an object.
本開示の別の態様は、ディスプレイの複数の要素の各々について、所定のキャリブレーション値でそれぞれの制御信号を変更することと、ディスプレイの複数の要素に変更されたそれぞれの制御信号を適用することと、ディスプレイに入射する光の出力を測定することと、光の出力の測定に基づいて所定のキャリブレーション値を評価することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: modifying each of a plurality of elements of a display by a predetermined calibration value; applying the modified control signals to the plurality of elements of the display; measuring the output of light incident on the display; and evaluating the predetermined calibration value based on the measurement of the light output.
いくつかの実装態様では、所定のキャリブレーション値は、複数の要素の各々について同じである。 In some implementations, the predetermined calibration value is the same for each of the multiple elements.
いくつかの実装態様では、方法は、複数の要素のそれぞれの制御信号をデジタルアナログコンバータ(DAC)によって変換することを更に含み、複数の要素についてのそれぞれの制御信号を変更することは、それぞれの制御信号のデジタル信号を所定のキャリブレーション値で変更することを含む。 In some implementations, the method further includes converting the respective control signals of multiple elements using a digital-to-analog converter (DAC), and modifying the respective control signals for multiple elements includes modifying the digital signals of each control signal by a predetermined calibration value.
いくつかの実装態様では、所定の値は、複数のビットを含む。 In some implementations, a given value includes multiple bits.
いくつかの実装態様では、方法は、評価の結果に基づいて、所定のキャリブレーション値を調整することを更に含む。所定のキャリブレーション値を調整することは、複数のビットのうちの1つ以上の値を修正することを含むことができる。所定のキャリブレーション値を調整することは、所定のキャリブレーション値と、前の評価から決定された別のキャリブレーション値とに基づいて、複数のビットの値の組み合わせを決定することを含むことができる。 In some implementations, the method further includes adjusting a predetermined calibration value based on the evaluation results. Adjusting the predetermined calibration value may include modifying one or more values of a plurality of bits. Adjusting the predetermined calibration value may also include determining a combination of values for a plurality of bits based on the predetermined calibration value and another calibration value determined from a previous evaluation.
いくつかの実装態様では、光の出力は、光の位相変化、又は光の出力と背景との間の強度差を含む。 In some implementations, the light output includes a phase change of light, or an intensity difference between the light output and the background.
いくつかの実装態様では、要素のそれぞれの制御信号は、3D空間内の、オブジェクトに対応する複数のプリミティブから要素への電磁(EM)場寄与の合計に基づいて判定される。 In some implementations, the control signal for each element is determined based on the sum of the electromagnetic (EM) field contributions from multiple primitives corresponding to the object in 3D space to the element.
本開示の別の態様は、ディスプレイの複数の要素の各々について、三次元(3D)空間内の複数のプリミティブからの電磁(EM)場寄与のそれぞれの合計を取得することであって、複数のプリミティブが、3D空間内のオブジェクトに対応する、取得することと、要素についてのそれぞれのEM場寄与の合計にそれぞれの数学的変換を適用して、要素についてのEM場寄与のそれぞれの変換された合計を取得することと、要素についてのそれぞれの変換されたEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を判定することと、要素についての判定されたそれぞれの制御信号に基づいて、要素の特性を変調することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure is a method for obtaining, for each of a plurality of elements of a display, the respective sums of electromagnetic (EM) field contributions from a plurality of primitives in three-dimensional (3D) space, wherein the plurality of primitives correspond to objects in 3D space; obtaining; applying the respective mathematical transformations to the respective sums of EM field contributions for each element to obtain the respective transformed sums of EM field contributions for each element; determining the respective control signals based on the respective transformed sums of EM field contributions for each element; and modulating the characteristics of the elements based on the determined respective control signals for each element.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイの複数の要素に入射する光を導入することと、光の第1の出力を測定することと、光の第1の出力の測定の結果に基づいて、複数の要素のそれぞれの数学的変換のうちの1つ以上の係数を調整することと、を更に含む。方法は、ディスプレイを考慮して、オブジェクトに対応するホログラフィックパターンの深さを変更することと、光の第2の出力を測定することと、第1の出力及び第2の出力に基づいて、それぞれの数学的変換のうちの1つ以上の係数を調整することと、を更に含むことができる。方法は、第1のホログラフィックパターンに対応する複数のプリミティブを、第2のホログラフィックパターンに対応する第2の複数のプリミティブに変更することと、光の第2の出力を測定することと、第1の出力及び第2の出力に基づいて、それぞれの数学的変換のうちの1つ以上の係数を調整することと、を更に含むことができる。第1のホログラフィックパターン及び第2のホログラフィックパターンは、オブジェクトに対応することができる。第2のホログラフィックパターンは、第1のホログラフィックパターンに関連するオブジェクトとは異なる第2のオブジェクトに対応することができる。光の第1の出力は、撮像センサ(例えば、点センサ又は空間的に積分されたセンサ、又は光場センサなどの三次元センサ)によって測定することができる。撮像センサは、機械視覚アルゴリズムを使用して、表示されているものを判定し、適合性パラメータを計算するように構成することができる。第1及び第2のホログラフィックパターンの各々は、ドット又は他の基準要素のグリッドを含み得、適合性パラメータは、ドット又は他の基準要素が、一緒にどの程度近いか、ドット又は他の基準要素が、意図された位置の色及び強度にどの程度近いか、ドット又は他の基準要素が、意図された位置に対してどの程度良好に中心に位置付けされているか、並びにドット又は他の基準要素がどの程度歪んでいるか、のうちの少なくとも1つである。 In some implementations, the method further includes introducing light incident on multiple elements of a display, measuring a first output of light, and adjusting one or more coefficients of the respective mathematical transformations of the multiple elements based on the measurement of the first output of light. The method may further include changing the depth of the holographic pattern corresponding to an object, taking the display into consideration, measuring a second output of light, and adjusting one or more coefficients of the respective mathematical transformations based on the first and second outputs. The method may further include changing a plurality of primitives corresponding to a first holographic pattern to a second plurality of primitives corresponding to a second holographic pattern, measuring a second output of light, and adjusting one or more coefficients of the respective mathematical transformations based on the first and second outputs. The first and second holographic patterns may correspond to objects. The second holographic pattern may correspond to a second object different from the object associated with the first holographic pattern. The first light output can be measured by an imaging sensor (e.g., a point sensor, a spatially integrated sensor, or a three-dimensional sensor such as a light field sensor). The imaging sensor can be configured to use a machine vision algorithm to determine what is being displayed and calculate a fit parameter. Each of the first and second holographic patterns may include a grid of dots or other reference elements, and the fit parameter is at least one of the following: how close the dots or other reference elements are together; how close the dots or other reference elements are to the color and intensity of the intended positions; how well the dots or other reference elements are centered relative to the intended positions; and how distorted the dots or other reference elements are.
いくつかの実装態様では、数学的変換は、ゼルニケ多項式から導出される。 In some implementations, mathematical transformations are derived from Zernike polynomials.
いくつかの実装態様では、複数の要素のための数学的変換は、要素ごとに変化する。 In some implementations, the mathematical transformation for multiple elements varies element by element.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイを照射することによって既知の色及び強度のサンプルセットを再現することと、CIE標準オブザーバ曲線にキャリブレーションすることができる測色デバイスを使用して、出力光を測定することと、CIE色空間などの色空間内でディスプレイの出力光を定義することと、を更に含む。方法は、既知の標準値からの、定義された出力光の値の偏差を判定することと、照射をディスプレイに適合させること、又はディスプレイによる出力色及び強度の生成を適応させて、それらをアライメント、例えば、標準値又は所望の値との適合に戻すことと、を更に含むことができる。 In some implementations, the method further includes reproducing a known sample set of colors and intensities by illuminating a display, measuring the output light using a colorimetric device that can be calibrated to a CIE standard observer curve, and defining the output light of the display within a color space such as the CIE color space. The method may further include determining the deviation of the defined output light values from known standard values, adapting the illumination to the display, or adapting the generation of output colors and intensities by the display to align them back to a conformity with, for example, a standard or desired value.
本開示の別の態様は、液晶(LC)ディスプレイのディスプレイ要素のピッチに基づいて、LCディスプレイのセルギャップを判定することと、セルギャップ及びLCディスプレイの所定の遅延に基づいて、LC混合物の複屈折の最小値を計算することと、を含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: determining the cell gap of a liquid crystal (LC) display based on the pitch of the display elements of the LC display; and calculating the minimum birefringence of an LC mixture based on the cell gap and a predetermined delay of the LC display.
いくつかの実装態様では、方法は、LC混合物の複屈折率を最小値以上に保つことによって、LCディスプレイの切り替え速度を改善することを更に含む。スイッチング速度を改善することは、LC混合物の誘電異方性を増加させること、及びLC混合物の回転粘度を減少させること、のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In some implementations, the method further includes improving the switching speed of an LC display by keeping the birefringence of the LC mixture above a minimum value. Improving the switching speed may include at least one of increasing the dielectric anisotropy of the LC mixture and decreasing the rotational viscosity of the LC mixture.
いくつかの実装態様では、LCディスプレイは、シリコンバックプレーンを有する液晶オンシリコン(LCOS又はLCoS)デバイスを含む。 In some implementations, the LC display includes a liquid crystal on silicon (LCOS or LCoS) device having a silicon backplane.
いくつかの実装態様では、LCディスプレイは、液晶層と、共通電極として液晶層の上部にある透明導電層と、液晶層の底部上か、又は底部に電気的に近い、複数の金属電極を備えるバックプレーンと、を含み、複数の金属電極の各々は、互いに隔離されており、バックプレーンは、複数の金属電極の各々の電圧を制御するように構成されている。 In some implementations, the LC display includes a liquid crystal layer, a transparent conductive layer located above the liquid crystal layer as a common electrode, and a backplane having multiple metal electrodes located above or electrically close to the bottom of the liquid crystal layer, each of which is isolated from the others, and the backplane is configured to control the voltage of each of the multiple metal electrodes.
本開示の別の態様は、バックプレーンと、バックプレーン上の複数のディスプレイ要素と、を含み、複数のディスプレイ要素のうちの少なくとも2つは、異なるサイズを有する、ディスプレイを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a display comprising a backplane and a plurality of display elements on the backplane, wherein at least two of the plurality of display elements are of different sizes.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つのディスプレイ要素のうちのより大きいものは、バッファを備え、少なくとも2つのディスプレイ要素のうちのより小さいものは、バッファを備えない。より大きなディスプレイ要素は、導電線によって第1の複数のディスプレイ要素に接続することができ、バッファは、電圧が、第1の複数のディスプレイ要素内の第2の複数のディスプレイ要素にのみ印加されるように、導電線に印加される電圧をバッファリングするように構成されており、いくつかの第2の複数のディスプレイ要素は、いくつかの第1の複数のディスプレイ要素より小さい。 In some implementations, at least two of the display elements, the larger one, are equipped with a buffer, while at least two of the display elements, the smaller one, is not equipped with a buffer. The larger display element can be connected to a first plurality of display elements by conductive wires, and the buffer is configured to buffer the voltage applied to the conductive wires so that the voltage is applied only to the second plurality of display elements within the first plurality of display elements, with some of the second plurality of display elements being smaller than some of the first plurality of display elements.
いくつかの実装態様では、バッファは、トランジスタの形態のアナログ回路又は論理ゲートの形態のデジタル回路を備える。 In some implementations, the buffer comprises either an analog circuit in the form of transistors or a digital circuit in the form of logic gates.
いくつかの実装態様では、複数のディスプレイ要素のサイズ分布は、少なくとも2つのディスプレイ要素のうちのより小さいもののサイズと実質的に同一である。 In some implementations, the size distribution of multiple display elements is substantially identical to the size of the smaller of at least two display elements.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、液晶オンシリコンデバイスであるように構成されている。 In some implementations, the display is configured as a liquid crystal on silicon device.
本開示の別の態様は、バックプレーンと、バックプレーン上の複数のディスプレイ要素と、を含むディスプレイを特徴とし、複数のディスプレイ要素のうちの少なくとも2つは、異なる形状を有する。 Another aspect of this disclosure features a display comprising a backplane and a plurality of display elements on the backplane, wherein at least two of the plurality of display elements have different shapes.
いくつかの実装態様では、バックプレーンは、ディスプレイ要素の各々についてのそれぞれの回路を含み、少なくとも2つのディスプレイ要素についてのそれぞれの回路は、少なくとも2つのディスプレイ要素の異なる形状に対応する形状を有する。 In some implementations, the backplane includes a circuit for each of the display elements, and each circuit for at least two display elements has a shape corresponding to the different shapes of at least two display elements.
いくつかの実装態様では、複数のディスプレイ要素のサイズ分布は、所定のサイズと実質的に同一である。 In some implementations, the size distribution of multiple display elements is substantially identical to a predetermined size.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、液晶オンシリコンデバイスであるように構成されている。 In some implementations, the display is configured as a liquid crystal on silicon device.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、3D座標系において、プリミティブから要素へのEM場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数の要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、複数の要素の各々について、複数のプリミティブから要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数の要素の各々について、それぞれの制御信号を要素に伝送することであって、制御信号が、要素へのEM場寄与の合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を変調するためのものである、伝送することと、光が、ディスプレイの変調された要素によって引き起こされて、オブジェクトに対応する体積光場を形成するように、タイミング制御信号を照射器に伝送して、光をディスプレイ上に照射するように照射器を作動させることと、を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: acquiring graphic data containing primitive data for a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space; determining the electromagnetic (EM) field contribution to each of the plurality of elements of a display by calculating the EM field propagation from the primitive to the element in a 3D coordinate system for each of the plurality of primitives; generating a sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the element for each of the plurality of elements; transmitting a control signal to each of the plurality of elements, wherein the control signal modulates at least one characteristic of the element based on the sum of the EM field contributions to the element; and transmitting a timing control signal to an illuminator to illuminate the display with light, such that light is caused by the modulated elements of the display to form a volume light field corresponding to an object.
態様の他の実施形態は、対応するコンピュータシステム、装置、及び1つ以上のコンピュータ記憶デバイスに記録されるコンピュータプログラムを含み、各々が、方法のアクションを実行するように構成されている。1つ以上のコンピュータのシステムが特定の動作又はアクションを実行するように構成されていることは、システムが、動作中にシステムに動作又はアクションを実行させるソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせをインストールしたことを意味する。1つ以上のコンピュータプログラムが特定の動作又はアクションを実行するように構成されていることは、1つ以上のプログラムが、データ処理装置によって実行されるときに、装置に動作又はアクションを実行させる命令を含むことを意味する。 Other embodiments of the model include corresponding computer systems, devices, and computer programs recorded on one or more computer storage devices, each configured to perform the actions of the method. The configuration of one or more computer systems to perform a specific operation or action means that the systems have installed software, firmware, hardware, or a combination thereof that causes the systems to perform the operation or action during operation. The configuration of one or more computer programs to perform a specific operation or action means that one or more programs, when executed by a data processing device, contain instructions that cause the device to perform the operation or action.
本開示の別の態様は、1つ以上のプロセッサと、1つ以上のプロセッサと通信しており、かつ1つ以上のプロセッサによって実行可能であり、かつ、そのような実行時に、1つ以上のプロセッサに、本明細書に開示される方法のうちの1つ以上を実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体と、を含む、デバイスを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a device comprising one or more processors and a non-temporary computer-readable storage medium that communicates with the one or more processors, is executable by the one or more processors, and stores instructions that, during such execution, cause the one or more processors to perform one or more of the methods disclosed herein.
本開示の別の態様は、1つ以上のプロセッサによって実行可能であり、かつ、そのような実行時に、1つ以上のプロセッサに、本明細書に開示される方法のうちの1つ以上に従って方法を実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a non-temporary, computer-readable storage medium that is executable by one or more processors and, during such execution, stores instructions causing one or more processors to perform a method according to one or more of the methods disclosed herein.
本開示の別の態様は、複数の要素を含むディスプレイと、ディスプレイに結合され、かつ本明細書に開示される方法のうちの1つ以上を実行するように構成されたコントローラと、を特徴とする。コントローラは、複数のコンピューティングユニットを含むことができ、コンピューティングユニットの各々は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブのうちの1つ以上のプリミティブ上で動作を実行するように構成されている。いくつかの実装態様では、コントローラは、ディスプレイにローカルに結合されており、コンピューティングユニットの各々は、ディスプレイの1つ以上のそれぞれの要素に結合されており、それぞれの制御信号を1つ以上のそれぞれの要素の各々に伝送するように構成されている。コンピューティングユニットは、並列で動作するように構成することができる。 Another aspect of this disclosure features a display comprising a plurality of elements and a controller coupled to the display and configured to perform one or more of the methods disclosed herein. The controller may include a plurality of computing units, each of which is configured to perform operations on one or more primitives of a plurality of primitives corresponding to objects in three-dimensional (3D) space. In some implementations, the controller is coupled locally to the display, and each computing unit is coupled to one or more respective elements of the display and configured to transmit their respective control signals to each of the one or more respective elements. The computing units may be configured to operate in parallel.
コントローラは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルゲートアレイ(PGA)、中央処理装置(CPU)、グラフィックス処理ユニット(GPU)、又は標準若しくはカスタムコンピューティングセルのうちの少なくとも1つを含むことができる。ディスプレイは、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)又は液晶オンシリコン(LCOS又はLCoS)デバイスを含む空間光変調器(SLM)を含むことができる。ディスプレイは、位相変調、振幅変調、又は位相及び振幅変調であるように構成することができる。コントローラは、メモリバッファを通って、ディスプレイに結合することができる。 The controller may include at least one of the following: an application-specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), a programmable gate array (PGA), a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a standard or custom computing cell. The display may include a spatial light modulator (SLM) including a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal on silicon (LCOS or LCoS) device. The display may be configured to be phase-modulated, amplitude-modulated, or both phase- and amplitude-modulated. The controller may be coupled to the display via a memory buffer.
いくつかの実装態様では、システムは、ディスプレイに隣接して配置され、かつディスプレイ上に光を放出するように構成された、照射器を含む。照射器は、コントローラに結合し、コントローラからの制御信号に基づいてオン/オフにするように構成することができる。 In some implementations, the system includes an irradiator positioned adjacent to the display and configured to emit light onto the display. The irradiator may be coupled to a controller and configured to be turned on/off based on control signals from the controller.
いくつかの場合では、照射器は、照射器内の1つ以上の発光素子の振幅又は輝度を制御するように構成されたメモリバッファを通って、コントローラに結合されている。照射器のためのメモリバッファは、ディスプレイのためのメモリバッファよりも小さいサイズを有することができる。照射器内のいくつかの発光素子は、ディスプレイのいくつかの要素よりも小さくすることができる。コントローラは、照射器の1つ以上の発光素子を同時に又は順次作動させるように構成することができる。 In some cases, the irradiator is coupled to a controller via a memory buffer configured to control the amplitude or brightness of one or more light-emitting elements within the irradiator. The memory buffer for the irradiator may be smaller in size than the memory buffer for the display. Some of the light-emitting elements within the irradiator may be smaller than some of the elements in the display. The controller may be configured to operate one or more of the light-emitting elements of the irradiator simultaneously or sequentially.
照射器は、コヒーレント光源、半コヒーレント光源、又はインコヒーレント光源であり得る。いくつかの実装態様では、照射器は、白色光を放出するように構成されており、ディスプレイは、白色光を異なる色を有する光に回折させるように構成されている。いくつかの実装態様では、照射器は、2つ以上の発光素子を含み、各々、異なる色を有する光を放出するように構成されている。コントローラは、第1の期間中に第1の色に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調し、第2の連続した期間中に第2の色に関連付けられた情報でディスプレイを変調するように構成することができ、コントローラは、照射器を制御して、第1の期間中に第1の色を有する光を放出するように第1の発光素子を、第2の期間中に第2の色を有する光を放出するように第2の発光素子を、連続して作動させるように構成することができる。 The irradiator may be a coherent, semi-coherent, or incoherent light source. In some implementations, the irradiator is configured to emit white light, and the display is configured to diffract the white light into light of different colors. In some implementations, the irradiator includes two or more light-emitting elements, each configured to emit light of a different color. The controller may be configured to sequentially modulate the display with information associated with a first color during a first period, and to modulate the display with information associated with a second color during a second consecutive period. The controller may be configured to control the irradiator so that the first light-emitting element emits light of the first color during the first period, and the second light-emitting element emits light of the second color during the second period, in a sequential manner.
いくつかの実装態様では、照射器は、ディスプレイの表面の前方に配置されており、0度~90度の範囲内の入射角でディスプレイの表面に光を放出するように構成されており、放出された光はディスプレイから回折される。いくつかの場合では、照射器からの放出された光は、コリメートされた光を含む。いくつかの場合では、照射器からの放出された光は、発散光を含む。いくつかの場合では、照射器からの放出された光は、収束光を含む。いくつかの場合では、照射器からの放出された光は、半コリメートされた光を含む。 In some implementations, the irradiator is positioned in front of the display surface and configured to emit light onto the display surface at an incident angle in the range of 0 to 90 degrees, and the emitted light is diffracted from the display. In some cases, the light emitted from the irradiator includes collimated light. In some cases, the light emitted from the irradiator includes divergent light. In some cases, the light emitted from the irradiator includes focused light. In some cases, the light emitted from the irradiator includes semi-collimated light.
いくつかの実装態様では、照射器は、ディスプレイの背面の後ろに配置されており、ディスプレイの背面上に発散コリメートされた光、半コリメートされた光、又は収束光を放出するように構成されており、放出された光は、ディスプレイを通って透過され、ディスプレイの前面からディスプレイから回折される。 In some implementations, the irradiator is positioned behind the back of the display and is configured to emit divergent collimated, semi-collimated, or focused light onto the back of the display, which is transmitted through the display and diffracted from the front of the display.
いくつかの実装態様では、照射器は、光を放出するように構成された光源と、光源に結合され、かつディスプレイに隣接して配置された導波管と、を含み、導波管は、光源からの放出された光を受信し、かつ放出された光をディスプレイに誘導するように構成されている。いくつかの場合では、光源からの光は、光カプラを通って、導波管の側断面から導波管に結合されている。いくつかの場合では、光源及び導波管は、平面形態で一体化されており、ディスプレイの表面上に位置付けされている。導波管は、ディスプレイを均一に照射するように光を誘導するように、構成することができる。 In some implementations, the illuminator includes a light source configured to emit light, and a waveguide coupled to the light source and positioned adjacent to the display, wherein the waveguide is configured to receive the light emitted from the light source and guide the emitted light to the display. In some cases, the light from the light source is coupled to the waveguide from the side cross-section of the waveguide via an optical coupler. In some cases, the light source and waveguide are integrated in a planar configuration and positioned on the surface of the display. The waveguide can be configured to guide the light to uniformly illuminate the display.
いくつかの場合では、導波管は、ディスプレイの背面上に、又は光学的に近接して位置付けられており、光は、ディスプレイ内に透過するように誘導され、透過され、ディスプレイの前面からディスプレイから回折される。コントローラは、導波管の背面上に位置付けることができる。いくつかの場合では、導波管又はライトガイドは、ディスプレイの前面上か、又は光学的にディスプレイの前面に近接して位置付けられており、光は、ディスプレイの前面に入射するように誘導され、前面を通って後方に反射され、回折される。 In some cases, the waveguide is positioned on the back of the display, or optically close to it, and light is guided to pass through the display, transmitted, and diffracted from the front of the display. The controller can be positioned on the back of the waveguide. In some cases, the waveguide or light guide is positioned on the front of the display, or optically close to the front of the display, and light is guided to enter the front of the display, passed through the front, reflected backward, and diffracted.
本開示の別の態様は、要素のアレイを含むディスプレイと、コンピューティングユニットのアレイを含む集積回路であって、コンピューティングユニットの各々が、ディスプレイの1つ以上のそれぞれの要素に結合されており、複数のプリミティブのうちの少なくとも1つのプリミティブから、要素アレイの各々への電磁(EM)場寄与を算出し、かつ1つ以上のそれぞれの要素について、
複数のプリミティブから要素へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成するように構成されている、集積回路と、を含むシステムを特徴とする。
Another aspect of the present disclosure is an integrated circuit comprising a display including an array of elements and an array of computing units, each of which computing units is coupled to one or more of the elements of the display, and which calculates the electromagnetic (EM) field contribution to each of the element arrays from at least one primitive among a plurality of primitives, and for one or more of the elements,
The system comprises an integrated circuit configured to generate the sum of the respective EM field contributions from multiple primitives to an element.
コンピューティングユニットの各々は、コンピューティングユニットのアレイのうちの他のコンピューティングユニットから、複数のプリミティブのうちの他のプリミティブから1つ以上のそれぞれの要素の各々への算出されたEM場寄与を受信し、かつ1つ以上のそれぞれの要素の各々について、他のプリミティブから要素への、受信された算出されたEM場寄与を追加することによって、EM場寄与のそれぞれの合計を生成するように構成することができる。 Each computing unit can be configured to receive computed EM field contributions from other computing units in the array of computing units to each of one or more elements from other primitives, and to generate the sum of each EM field contribution by adding the received computed EM field contributions from other primitives to each of the one or more elements.
コンピューティングユニットの各々は、1つ以上のそれぞれの要素の各々について、要素へのEM場寄与のそれぞれの合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を変調するためのそれぞれの制御信号を生成するように構成することができる。 Each computing unit can be configured to generate a control signal for each of the one or more elements, based on the sum of their respective EM field contributions to the elements, to modulate at least one characteristic of the elements.
いくつかの実装態様では、集積回路は、複数のプリミティブからディスプレイの要素のそれぞれへの計算されたEM場寄与の累積結果を記憶するように構成されたそれぞれのアキュムレータを含む。集積回路は、算出動作の開始時にアキュムレータをクリアするように構成することができる。いくつかの例では、集積回路は、要素の各々のそれぞれのメモリバッファを含み、集積回路は、複数のプリミティブから要素への、計算されたEM場寄与を蓄積して、それぞれのアキュムレータにおける最終蓄積結果としてEM場寄与のそれぞれの合計を取得し、最終蓄積結果をそれぞれのアキュムレータから要素のそれぞれのメモリバッファに転送するように構成することができる。 In some implementations, the integrated circuit includes an accumulator configured to store the cumulative result of the calculated EM field contributions from multiple primitives to each of the elements of the display. The integrated circuit may be configured to clear the accumulator at the start of the calculation operation. In some examples, the integrated circuit includes a memory buffer for each of the elements, and the integrated circuit may be configured to accumulate the calculated EM field contributions from multiple primitives to the elements, obtain the respective sums of the EM field contributions as the final accumulation result in each accumulator, and transfer the final accumulation result from each accumulator to the respective memory buffer of the elements.
いくつかの実装態様では、システムは、集積回路とディスプレイとの間に位置付けられ、かつ集積回路から制御信号を受信し、かつ制御信号に基づいてディスプレイ上に光を照射するように構成された照射器を更に含み、集積回路、照射器、及びディスプレイは、単一のユニットとして一体化することができる。 In some implementations, the system further includes an illuminator positioned between the integrated circuit and the display, configured to receive control signals from the integrated circuit and to illuminate the display based on those signals, and the integrated circuit, illuminator, and display can be integrated as a single unit.
本開示の別の態様は、三次元(3D)空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブのそれぞれのプリミティブデータを含むデータを生成するように構成されたコンピューティングデバイスと、本明細書に開示されるようなシステムと、を含むシステムを特徴とする。システムは、コンピューティングデバイスからグラフィックデータを受信し、かつ3D空間内のオブジェクトを提示するためにグラフィックデータを処理するように構成されている。コンピューティングデバイスは、オブジェクトのコンピュータ生成(CG)モデルをレンダリングすることによって、それぞれのプリミティブデータでプリミティブを作成するように構成されたアプリケーションプログラミングインターフェース(API)を含むことができる。 Another aspect of this disclosure features a system including a computing device configured to generate data containing primitive data for each of several primitives corresponding to an object in three-dimensional (3D) space, and a system as disclosed herein. The system is configured to receive graphic data from the computing device and to process the graphic data to present the object in 3D space. The computing device may include an application programming interface (API) configured to create primitives with each primitive data by rendering a computer-generated (CG) model of the object.
本開示の別の態様は、
第1の光学回折構成要素、第2の光学回折構成要素、及び
第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間の色選択的偏光子を含む光学デバイスを特徴とする。第1の偏光状態における第1の色の光を含む第1の光ビームが第1の光学回折構成要素に入射するとき、第1の光学回折構成要素は、第1の偏光状態における第1の色の光を回折させ、第2の偏光状態における第2の色の光を含む第2の光ビームが色選択的偏光子に入射するとき、色選択的偏光子は、第2の光ビームを第1の偏光状態における第2の色の光を含む第3の光ビームに変換し、第2の色は第1の色とは異なり、第2の偏光状態は第1の偏光状態とは異なり、第3の光ビームが第2の光学回折構成要素に入射するとき、第2の光学回折構成要素は、第1の偏光状態における第2の色の光を回折させ、第1の光学回折構成要素が第2の偏光状態における第2の色の光を回折させる回折効率は、第1の光学回折構成要素が第1の偏光状態における第1の光の色を回折させる回折効率よりも実質的に小さい。
Another aspect of this disclosure is:
The optical device is characterized by comprising a first optical diffraction component, a second optical diffraction component, and a color-selective polarizer between the first and second optical diffraction components. When a first light beam containing light of a first color in a first polarization state is incident on a first optical diffraction component, the first optical diffraction component diffracts the light of a first color in a first polarization state; when a second light beam containing light of a second color in a second polarization state is incident on a color-selective polarizer, the color-selective polarizer converts the second light beam into a third light beam containing light of a second color in a first polarization state, the second color being different from the first color, the second polarization state being different from the first polarization state; when the third light beam is incident on the second optical diffraction component, the second optical diffraction component diffracts the light of a second color in a first polarization state; and the diffraction efficiency of the first optical diffraction component in diffracting the light of a second color in a second polarization state is substantially smaller than the diffraction efficiency of the first optical diffraction component in diffracting the light of a first color in a first polarization state.
本開示の別の態様は、第1の光学回折構成要素と、第2の光学回折構成要素と、第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間の色選択的偏光子と、を含む光学デバイスを特徴とする。第1の色の光が、第1の入射角で、かつ第1の偏光状態で、第1の光学回折構成要素に入射するとき、第1の光学回折構成要素が、第1の色の光を、第1の回折効率で第1の回折角で回折させ、第1の色の光とは異なる第2の色の光が、第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で、第2の入射角で、第1の光学回折構成要素に入射するとき、第1の光学回折構成要素が、第2の色の光を、第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させ、第2の偏光状態における第2の色の光が、色選択的偏光子に入射するとき、色選択的偏光子が、第2の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させ、第2の色の光が、第2の入射角で、かつ第1の偏光状態で、第2の光学回折構成要素に入射するとき、第2の光学回折構成要素が、第2の色の光を、第2の回折効率で第2の回折角で回折させる。 Another aspect of the present disclosure features an optical device comprising a first optical diffraction component, a second optical diffraction component, and a color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component. When light of a first color is incident on the first optical diffraction component at a first angle of incidence and in a first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the first color at a first diffraction angle with a first diffraction efficiency. When light of a second color, different from the light of the first color, is incident on the first optical diffraction component at a second angle of incidence and in a second polarization state different from the first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the second color with a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency. When light of a second color in a second polarization state is incident on a color-selective polarizer, the color-selective polarizer rotates the polarization state of the light of the second color from the second polarization state to the first polarization state. When light of a second color is incident on the second optical diffraction component at a second angle of incidence and in a first polarization state, the second optical diffraction component diffracts the light of the second color at a second diffraction angle with a second diffraction efficiency.
本開示の別の態様は、i)第1の入射角で入射する第1の偏光状態における第1の色の光を、第1の回折角で第1の回折効率で回折させることと、ii)第2の入射角で入射する第2の偏光状態における第2の色の光を、第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させることと、を行うように構成された第1の光学回折構成要素と、色選択的偏光子に入射する第2の偏光状態における第2の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成された色選択的偏光子と、第2の入射角で入射する第1の偏光状態における第2の色の光を、第2の回折角で第2の回折効率で回折させるように構成された第2の光学回折構成要素と、を含み、色選択的偏光子が、第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間にある、光学デバイスを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising: a first optical diffraction component configured to (i) diffract light of a first color in a first polarization state incident at a first angle of incidence with a first diffraction efficiency at a first diffraction angle; and (ii) diffract light of a second color in a second polarization state incident at a second angle of incidence with a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency; a color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of light of a second color in a second polarization state incident on the color-selective polarizer from the second polarization state to the first polarization state; and a second optical diffraction component configured to diffract light of a second color in a first polarization state incident at a second angle of incidence with a second diffraction efficiency at a second diffraction angle, wherein the color-selective polarizer is located between the first and second optical diffraction components.
いくつかの実装態様では、第2の光学回折構成要素は、第2の偏光状態における第1の色の光を、第2の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で、第1の入射角で回折させるように構成されている。 In some implementations, the second optical diffraction component is configured to diffract light of the first color in the second polarization state at a first incident angle with a diffraction efficiency substantially lower than that of the second diffraction efficiency.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素は、第1の色の光及び第2の色の光が第2の光学回折構成要素の前に第1の光学回折構成要素に入射するように、順次積層されている。 In some implementations, the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component are sequentially stacked such that light of the first color and light of the second color are incident on the first optical diffraction component before the second optical diffraction component.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第3の光学回折構成要素と、第2の光学回折構成要素と第3の光学回折構成要素との間の第2の色選択的偏光子と、を更に含む。第2の色選択的偏光子は、第3の色の光が第2の色選択的偏光子に第2の偏光状態で入射するとき、第3の色の光の偏光状態を第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている。第3の光学回折構成要素は、第3の色の光が第3の光学回折構成要素に第3の入射角で、かつ第1の偏光状態で入射するとき、第3の回折効率で第3の回折角で第3の色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical device further includes a third optical diffraction component and a second color-selective polarizer between the second and third optical diffraction components. The second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of a third color from a second polarization state to a first polarization state when light of a third color is incident on the second color-selective polarizer in a second polarization state. The third optical diffraction component is configured to diffract light of a third color at a third diffraction angle and with a third diffraction efficiency when light of a third color is incident on the third optical diffraction component at a third incidence angle and in a first polarization state.
いくつかの実装態様では、色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態を第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成されており、第2の色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第2の色の光の偏光状態を第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成されている。 In some implementations, a color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of a first color from a first polarization state to a second polarization state, while a second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of a second color from a first polarization state to a second polarization state without rotating the polarization state of light of the first color.
いくつかの実装態様では、第3の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光及び第2の色の光の各々の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成された第3の色選択的偏光子を更に含む。第3の光学回折構成要素は、第2の色選択的偏光子と第3の色選択的偏光子との間にある。 In some implementations, the system further includes a third color-selective polarizer configured to rotate the polarization states of the first and second colored light from the second polarization state to the first polarization state, without rotating the polarization state of the third colored light. The third optical diffraction component lies between the second and third color-selective polarizers.
いくつかの実装態様では、第3の光学回折構成要素は、第3の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で、第2の偏光状態で入射する、第1の色の光及び第2の色の光の各々を回折させるように構成されている。第1の光学回折構成要素は、第2の回折状態で入射する第3の色の光を、第1の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で回折させるように構成されており、第2の光学回折構成要素は、第2の偏光状態で入射する、第1の色の光及び第3の色の光の各々を、第2の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で回折させるように構成されている。 In some implementations, the third optical diffraction component is configured to diffract each of the first and second colored light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the third diffraction efficiency. The first optical diffraction component is configured to diffract the third colored light incident in the second diffraction state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the first diffraction efficiency, and the second optical diffraction component is configured to diffract each of the first and third colored light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the second diffraction efficiency.
いくつかの実装態様では、第2の色選択的偏光子は、一対の第1のサブ偏光子及び第2のサブ偏光子を含む。第1のサブ偏光子は、第1の色の光及び第3の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、第2の色の光の偏光状態を、第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成されており、第2のサブ偏光子は、第1の色の光及び第2の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、第3の光の色の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている。 In some implementations, the second color-selective polarizer includes a pair of first and second sub-polarizers. The first sub-polarizer is configured to rotate the polarization state of the second color light from the first to the second polarization state, without rotating the polarization states of the first and third color light respectively. The second sub-polarizer is configured to rotate the polarization state of the third color light from the second to the first polarization state, without rotating the polarization states of the first and second color light respectively.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第2の色の光及び第3の色の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成された第4の色選択的偏光子であって、第1の光学回折構成要素が、第4の色選択的偏光子と色選択的偏光子との間にある、第4の色選択的偏光子を更に備える。 In some implementations, the optical device further comprises a fourth color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of the first color of light from the second polarization state to the first polarization state, without rotating the polarization states of the second and third color of light, and the first optical diffraction component is located between the fourth color-selective polarizer and the color-selective polarizer.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、第2の光学回折構成要素、及び第3の光学回折構成要素の各々は、記録媒体に形成されたそれぞれのホログラフィック格子を含む。記録媒体は、感光性ポリマーを含むことができる。記録媒体は、光学的に透明とすることができる。それぞれのホログラフィック格子は、記録媒体に固定することができる。 In some implementations, each of the first, second, and third optical diffraction components includes a holographic grating formed on a recording medium. The recording medium may contain a photosensitive polymer. The recording medium may be optically transparent. Each holographic grating can be fixed to the recording medium.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、第2の光学回折構成要素、及び第3の光学回折構成要素の各々は、記録媒体の側に取り付けられたキャリアフィルムを含む。第1の光学回折構成要素、第2の光学回折構成要素、及び第3の光学回折構成要素の各々は、キャリアフィルムとは反対の記録媒体の別の側に取り付けられた回折基板を含むことができる。 In some implementations, each of the first, second, and third optical diffraction components includes a carrier film attached to the recording medium. Each of the first, second, and third optical diffraction components may also include a diffraction substrate attached to the other side of the recording medium opposite to the carrier film.
いくつかの場合では、第1の光学回折構成要素のキャリアフィルムは、色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、第2の光学回折構成要素の回折基板は、色選択的偏光子の第2の、反対側に取り付けられており、第2の光学回折構成要素のキャリアフィルムは、第2の色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、第2の光学回折構成要素の回折基板が、第2の色選択的偏光子の第2の反対側に取り付けられている。 In some cases, the carrier film of the first optical diffraction component is attached to the first side of the color-selective polarizer, the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the color-selective polarizer, the carrier film of the second optical diffraction component is attached to the first side of the second color-selective polarizer, and the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the second color-selective polarizer.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、基板を更に含み、第1の光学回折構成要素は、基板と色選択的偏光子との間にある。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、基板の表面上に反射防止コーティングを更に含む。いくつかの実装態様では、光学デバイスは、前面及び背面を含み、第1の色の光及び第2の色の光は、前面に入射し、光学デバイスは、背面上に反射防止コーティングを更に含む。 In some implementations, the optical device further includes a substrate, and the first optical diffraction component is located between the substrate and a color-selective polarizer. In some implementations, the optical device further includes an anti-reflective coating on the surface of the substrate. In some implementations, the optical device includes a front and a back surface, with light of a first color and light of a second color incident on the front surface, and the optical device further includes an anti-reflective coating on the back surface.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素を含む、複数の光学構成要素を含み、複数の構成要素のうちの隣接する2つの光学構成要素は、屈折率整合材料を通って、一緒に取り付けられている。 In some implementations, the optical device includes a plurality of optical components, each comprising a first optical diffraction component, a color-selective polarizer, and a second optical diffraction component, wherein two adjacent optical components are mounted together through a refractive index matching material.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素及び第2の光学回折構成要素の各々は、記録媒体中に形成されたそれぞれのブラッグ格子を含み、それぞれのブラッグ格子は、複数のフリンジ平面であって、記録媒体の体積内のフリンジ平面に垂直な、フリンジ傾斜角θt及びフリンジ間隔Λを有する、複数のフリンジ平面を含む。 In some implementations, each of the first optical diffraction component and the second optical diffraction component includes a Bragg grating formed in the recording medium, and each Bragg grating includes a plurality of fringe planes, each having a fringe inclination angle θt and a fringe spacing Λ perpendicular to the fringe planes in the volume of the recording medium.
いくつかの場合では、それぞれのブラッグ格子は、記録媒体への入射角がオンブラッグ角であるとき、それぞれの回折角θmが、
のようにブラッグの式で満たされるように構成されており、
式中、λは、真空中のある色の光のそれぞれの波長を表し、nは、記録媒体内の屈折率を表し、θmは、記録媒体内のm次の回折次数ブラッグ角を表し、θtは、記録媒体内のフリンジ傾斜を表す。
In some cases, each Bragg grating has a diffraction angle θ m when the angle of incidence to the recording medium is the on-Bragg angle,
It is structured to satisfy Bragg's formula as follows:
In the formula, λ represents the wavelength of light of a certain color in a vacuum, n represents the refractive index in the recording medium, θm represents the m-th order Bragg angle of diffraction in the recording medium, and θt represents the fringe slope in the recording medium.
いくつかの場合では、第1の入射角及び第2の入射角の各々は、オンブラッグ角と実質的に同一であり、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、第1のブラッグ角と実質的に同一である。 In some cases, the first and second angles of incidence are substantially identical to the Ombrag angle, and the first and second diffraction angles are substantially identical to the first Bragg angle.
いくつかの場合では、それぞれのブラッグ格子のフリンジ傾斜角は、45度と実質的に同一である。 In some cases, the fringe inclination angle of each Bragg grid is substantially identical to 45 degrees.
いくつかの場合、記録媒体の厚さは、フリンジ間隔よりも1桁超大きい。記録媒体の厚さは、フリンジ間隔よりも約30倍大きくすることができる。 In some cases, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude larger than the fringe spacing. The thickness of the recording medium can be approximately 30 times greater than the fringe spacing.
いくつかの場合では、第1の回折角及び第2の回折角は、互いに実質的に同一である。 In some cases, the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially identical to each other.
いくつかの場合では、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、-10度~10度の範囲にある。第1及び第2の回折角の各々は、0度と実質的に同一であり得る。第1及び第2の回折角の各々は、-7度~7度の範囲にあり得る。第1及び第2の回折角の各々は、6度と実質的に同一であり得る。 In some cases, the first and second diffraction angles are in the range of -10 to 10 degrees. The first and second diffraction angles may be substantially identical to 0 degrees. The first and second diffraction angles may be in the range of -7 to 7 degrees. The first and second diffraction angles may be substantially identical to 6 degrees.
いくつかの場合では、第1の入射角及び第2の入射角の各々は、70度~90度の範囲にある。第1の入射角及び第2の入射角は、互いに実質的に同一であり得る。 In some cases, the first and second angles of incidence are in the range of 70 to 90 degrees. The first and second angles of incidence may be substantially identical to each other.
いくつかの場合では、第1の偏光状態は、s偏光であり、第2の偏光状態は、p偏光である。 In some cases, the first polarization state is s-polarization, and the second polarization state is p-polarization.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素は、第1の回折効率よりも少なくとも1桁小さい回折効率で、第2の偏光状態で入射する第2の色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the first optical diffraction component is configured to diffract light of a second color incident in a second polarization state with a diffraction efficiency at least one order of magnitude smaller than the first diffraction efficiency.
いくつかの実装態様では、色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態を回転させないように構成されている。 In some implementations, the color-selective polarizer is configured not to rotate the polarization state of light of the first color.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第2の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成された第2の色選択的偏光子であって、第1の光学回折構成要素が、第2の色選択的偏光子と色選択的偏光子との間にある、第2の色選択的偏光子を更に含む。 In some implementations, the optical device further includes a second color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of a first color of light from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization state of a second color of light, wherein the first optical diffraction component is located between the second color-selective polarizer and another color-selective polarizer.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素は、第1の回折構造を含み、第2の光学回折構成要素は、第2の回折構造を含み、光学デバイスは、第1の反射層及び第2の反射層を含み、第1の反射層は、第1の回折構造と第2の回折構造との間にあり、
第2の回折構造は、第1の反射層と第2の反射層との間にあり、第1の回折
構造は、
i)第1の回折構造に第1の入射角で入射する、一次及びゼロ次の第1の色の光を回折させることであって、一次が、第1の回折角で回折され、ゼロ次が、第1の入射角で透過される、回折させることと、ii)第1の回折構造に第2の入射角で入射する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、第1の反射層は、i)第1の入射角で第1の反射層に入射する第1の色の光を完全に反射させることと、ii)第2の入射角で第1の反射層に入射する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、第2の回折構造は、第2の回折構造に第2の入射角で入射する、一次及びゼロ次の第2の色の光を回折させるように構成されており、一次が、第2の回折角で回折され、ゼロ次が、第2の入射角で透過され、第2の反射層は、第2の入射角で第2の反射層に入射する第2の色の光を完全に反射させるように構成されている。
In some implementations, the first optical diffraction component includes a first diffraction structure, the second optical diffraction component includes a second diffraction structure, the optical device includes a first reflective layer and a second reflective layer, and the first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure.
The second diffraction structure is located between the first and second reflective layers, and the first diffraction structure is
i) to diffract first-order and zero-order first-color light incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence, wherein the first-order light is diffracted at the first diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the first angle of incidence; and ii) to transmit second-color light incident on the first diffraction structure at a second angle of incidence, wherein the first reflective layer is configured to i) completely reflect first-color light incident on the first reflective layer at the first angle of incidence, and ii The second diffraction structure is configured to transmit light of a second color incident on the first reflection layer at a second incidence angle, and the second diffraction structure is configured to diffract primary and zeroth order light of a second color incident on the second diffraction structure at a second incidence angle, with the primary light being diffracted at the second diffraction angle and the zeroth order light being transmitted at the second incidence angle, and the second reflection layer is configured to completely reflect light of a second color incident on the second reflection layer at the second incidence angle.
本開示の別の態様は、第1の回折構造を含む第1の光学回折構成要素と、第2の回折構造を含む第2の光学回折構成要素と、第1の反射層と、第2の反射層と、を含む光学デバイスを特徴とする。第1の反射層は、第1の回折構造と第2の回折構造との間にあり、第2の回折構造は、第1の反射層と第2の反射層との間にあり、第1の色の光が第1の回折構造に第1の入射角で入射するとき、第1の回折構造は一次及びゼロ次の第1の色の光を回折させ、一次が、第1の回折角で回折され、ゼロ次が、第1の入射角で透過され、第2の色の光が第1の回折構造に第2の入射角で入射するとき、第1の回折格子は、第2の入射角で第2の色の光を透過させ、第1の色の光が第1の入射角で第1の反射層に入射するとき、第1の反射層は、第1の色の光を完全に反射させ、第2の色の光が第2の入射角で第1の反射層に入射するとき、反射層は、第2の入射角で第2の色の光を透過させ、第2の色の光が第2の回折構造に第2の入射角で入射するとき、第2の回折構造は、一次及びゼロ次の第2の色の光を回折させ、一次が、第2の回折角で回折され、ゼロ次が、第2の入射角で透過され、第2の色の光が第2の入射角で第2の反射層に入射するとき、第2の反射層は、第2の色の光を完全に反射させる。 Another aspect of the present disclosure features an optical device comprising a first optical diffraction component including a first diffraction structure, a second optical diffraction component including a second diffraction structure, a first reflective layer, and a second reflective layer. The first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure, and the second diffraction structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer. When light of a first color is incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence, the first diffraction structure diffracts first-order and zero-order light of the first color, the first order being diffracted at a first diffraction angle and the zero-order being transmitted at a first angle of incidence. When light of a second color is incident on the first diffraction structure at a second angle of incidence, the first diffraction grating transmits light of the second color at a second angle of incidence, and the first reflective layer transmits light of the first color at a first angle of incidence. When light of the first color is incident on the first reflective layer, the first reflective layer completely reflects the light of the first color. When light of the second color is incident on the first reflective layer at a second angle of incidence, the reflective layer transmits the light of the second color at a second angle of incidence. When light of the second color is incident on the second diffraction structure at a second angle of incidence, the second diffraction structure diffracts the primary and zero-order light of the second color, with the primary being diffracted at the second diffraction angle and the zero-order being transmitted at the second angle of incidence. When light of the second color is incident on the second reflective layer at a second angle of incidence, the second reflective layer completely reflects the light of the second color.
本開示の別の態様は、第1の回折構造であって、i)第1の回折構造に第1の入射角で入射する一次及びゼロ次の第1の色の光を回折させることであって、一次が、第1の回折角で回折され、ゼロ次が、第1の入射角で透過される、回折させることと、ii)第1の回折構造に第2の入射角で入射する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された、第1の回折構造を含む第1の光学回折構成要素と、i)第1の入射角で第1の反射層に入射する第1の色の光を完全に反射させることと、ii)第2の入射角で第1の反射層に入射する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された第1の反射層と、第2の回折構造であって、第2の回折構造に第2の入射角で入射する、一次及びゼロ次の第2の色の光を回折させることであって、一次が、第2の回折角で回折され、ゼロ次が、第2の入射角で透過される、回折させることを行うように構成された、第2の回折構造を含む第2の光学回折構成要素と、第2の入射角で第2の反射層に入射する第2の色の光を完全に反射させるように構成された第2の反射層と、を含み、第1の反射層が、第1の回折構造と第2の回折構造との間にあり、第2の回折構造が、第1の反射層と第2の反射層との間にある、光学デバイスを特徴とする。 Another aspect of the present disclosure is a first optical diffraction component comprising a first diffraction structure configured to i) diffract primary and zero-order light of a first color incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence, wherein the primary light is diffracted at the first angle of incidence and the zero-order light is transmitted at the first angle of incidence; and ii) transmit second color light incident on the first diffraction structure at a second angle of incidence; and configured to i) completely reflect first color light incident on a first reflective layer at a first angle of incidence; and ii) transmit second color light incident on the first reflective layer at a second angle of incidence. The optical device comprises: a first reflective layer; a second diffraction structure configured to diffract primary and zero-order light of a second color incident at a second incidence angle, wherein the primary light is diffracted at the second diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the second incidence angle; and a second reflective layer configured to completely reflect light of a second color incident at a second incidence angle, wherein the first reflective layer is located between the first and second diffraction structures, and the second diffraction structure is located between the first and second reflective layers.
本開示の別の態様は、第1の入射角を有する第1の色の光を、第1の回折角で回折させるように構成された第1の回折構造を含む第1の光学回折構成要素と、第2の入射角を有する第2の色の光を、第2の回折角で回折させるように構成された第2の回折構造を含む第2の光学回折構成要素と、第1の入射角を有する第1の色の光を完全に反射させることと、第2の入射角を有する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された第1の反射層と、第2の入射角を有する第2の色の光を完全に反射させるように構成された第2の反射層と、を含み、第1の反射層が、第1の回折構造と第2の回折構造との間にあり、第2の回折構造が、第1の反射層と第2の反射層との間にある、光学デバイスを特徴とする。 Another aspect of the present disclosure features an optical device comprising: a first optical diffraction component including a first diffraction structure configured to diffract light of a first color having a first angle of incidence at a first diffraction angle; a second optical diffraction component including a second diffraction structure configured to diffract light of a second color having a second angle of incidence at a second diffraction angle; a first reflective layer configured to completely reflect light of a first color having a first angle of incidence and to transmit light of a second color having a second angle of incidence; and a second reflective layer configured to completely reflect light of a second color having a second angle of incidence, wherein the first reflective layer is located between the first and second diffraction structures, and the second diffraction structure is located between the first and second reflective layers.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第1の回折構造及び第2の回折構造との間の色選択的偏光子を更に含む。第1の回折構造は、i)第1の入射角で入射する第1の偏光状態における第1の色の光を、第1の回折効率で回折させることと、ii)第2の入射角で入射する第2の偏光状態における第2の色の光を、
第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させることと、を行うように構成することができる。色選択的偏光子は、
色選択的偏光子に入射する第2の偏光状態における第2の色の光の偏光状態を、
第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成することができる。第2の回折構造は第2の入射角で入射する第1の偏光状態における第2の色の光を、第2の回折効率で回折させるように構成することができる。
In some implementations, the optical device further includes a color-selective polarizer between a first diffracting structure and a second diffracting structure. The first diffracting structure i) diffracts light of a first color in a first polarization state incident at a first angle of incidence with a first diffraction efficiency, and ii) diffracts light of a second color in a second polarization state incident at a second angle of incidence.
It can be configured to diffract at a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency. The color-selective polarizer is
The polarization state of the second color of light in the second polarization state incident on a color-selective polarizer is defined as follows:
The system can be configured to rotate from a second polarization state to a first polarization state. The second diffraction structure can be configured to diffract light of a second color in the first polarization state, incident at a second incidence angle, with a second diffraction efficiency.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、側面、並びに側面に取り付けられ、かつ第1の色及び第2の色の完全に反射された光を吸収するように構成された光吸収体を更に含む。 In some implementations, the optical device further includes a side, and a light absorber mounted on the side, configured to absorb fully reflected light of a first and a second color.
いくつかの実装態様では、第1の反射層は、第1の反射層に直接隣接している第1の光学回折構成要素の層よりも小さい屈折率を有するように構成されており、したがって、第1の入射角を有する第1の色の光が、第2の入射角を有する第2の色の光を完全に反射させることなく、第1の反射層と第1の光学回折構成要素の層との間の界面によって完全に反射される。 In some implementations, the first reflective layer is configured to have a lower refractive index than the layer of the first optical diffraction component directly adjacent to the first reflective layer. Therefore, light of a first color with a first incident angle is completely reflected by the interface between the first reflective layer and the layer of the first optical diffraction component without completely reflecting light of a second color with a second incident angle.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素は、第1の回折構造の両側に取り付けられた、第1のキャリアフィルム及び第1の回折基板を含み、第1のキャリアフィルムは、第1の回折基板よりも第2の回折構造に近接しており、第1のキャリアフィルムは、第1の反射層を含むことができる。 In some implementations, the first optical diffraction component includes a first carrier film and a first diffraction substrate attached to both sides of the first diffraction structure, wherein the first carrier film is closer to the second diffraction structure than the first diffraction substrate, and the first carrier film may include a first reflective layer.
いくつかの実装態様では、第2の光学回折構成要素は、第2の回折構造の両側に取り付けられた、第2のキャリアフィルム及び第2の回折基板を含み、第2の回折基板は、第2のキャリアフィルムよりも第1の回折構造に近接しており、第2の反射層は、第2のキャリアフィルムに取り付けられている。 In some implementations, the second optical diffraction component includes a second carrier film and a second diffraction substrate attached to both sides of the second diffraction structure, wherein the second diffraction substrate is closer to the first diffraction structure than the second carrier film, and the second reflective layer is attached to the second carrier film.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第3の回折構造に第3の入射角で入射する、一次及びゼロ次の第3の色の光を回折させるように構成された、第3の回折構造を含む第3の光学回折構成要素を更に含み、一次は、第3の回折角で回折され、ゼロ次は、第3の入射角で透過され、第2の反射層は、第2の回折構造と第3の回折構造との間にある。 In some implementations, the optical device further includes a third optical diffraction component comprising a third diffraction structure configured to diffract primary and zero-order light of a third color incident at a third incidence angle to the third diffraction structure, wherein the primary light is diffracted at the third diffraction angle, the zero-order light is transmitted at the third incidence angle, and a second reflective layer is located between the second and third diffraction structures.
いくつかの場合では、第1の反射層及び第2の反射層の各々は、第3の入射角で入射する第3の色の光を透過させるように構成されている。 In some cases, the first and second reflective layers are configured to transmit light of a third color incident at a third angle of incidence.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第3の反射層に第3の入射角で入射する第3の色の光を完全に反射させるように構成された、第3の反射層を更に含み、
第3の回折構造が第2の反射層と第3の反射層との間にある。
In some implementations, the optical device further includes a third reflective layer configured to completely reflect light of a third color incident at a third angle of incidence to the third reflective layer.
A third diffraction structure exists between the second and third reflective layers.
いくつかの実装態様では、第2の光学回折構成要素は、第2の回折構造の両側に配置された、第2の回折基板及び第2のキャリアフィルムを含み、第3の光学回折構成要素は、第3の回折構造の両側に位置付けられた、第3のキャリアフィルム及び第3の回折基板を含み、第2の反射層は、第2のキャリアフィルムと第3のキャリアフィルムとの間にある。 In some implementations, the second optical diffraction component includes a second diffraction substrate and a second carrier film positioned on both sides of the second diffraction structure, the third optical diffraction component includes a third carrier film and a third diffraction substrate positioned on both sides of the third diffraction structure, and the second reflective layer is located between the second carrier film and the third carrier film.
いくつかの実装態様では、第1の回折構造及び第2の回折構造の各々は、記録媒体に形成されたそれぞれのホログラフィック格子を含む。記録媒体は、感光性ポリマーを含むことができる。記録媒体は、光学的に透明であり得る。 In some implementations, each of the first and second diffraction structures includes a holographic grating formed on the recording medium. The recording medium may contain a photosensitive polymer. The recording medium may be optically transparent.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素及び第2の光学回折構成要素の各々は、記録媒体中に形成されたそれぞれのブラッグ格子を含み、それぞれのブラッグ格子は、記録媒体の体積内のフリンジ平面に垂直な、フリンジ傾斜角θt及びフリンジ間隔Λを有する、複数のフリンジ平面を含む。 In some implementations, each of the first optical diffraction component and the second optical diffraction component includes a Bragg grating formed in the recording medium, and each Bragg grating includes a plurality of fringe planes perpendicular to the fringe plane in the volume of the recording medium, each having a fringe inclination angle θt and a fringe spacing Λ.
いくつかの実装態様では、それぞれのブラッグ格子は、記録媒体への入射角がオンブラッグ角であるとき、それぞれの回折角θmが、
のようにブラッグの式で満たされるように構成されており、
式中、λは、真空中のある色の光のそれぞれの波長を表し、nは、記録媒体内の屈折率を表し、θmは、記録媒体内のm次の回折次数ブラッグ角を表し、θtは、記録媒体内のフリンジ傾斜を表す。
In some implementations, each Bragg grating has a diffraction angle θ m such that when the angle of incidence to the recording medium is the on-Bragg angle,
It is structured to satisfy Bragg's formula as follows:
In the formula, λ represents the wavelength of light of a certain color in a vacuum, n represents the refractive index in the recording medium, θm represents the m-th order Bragg angle of diffraction in the recording medium, and θt represents the fringe slope in the recording medium.
第1の入射角及び第2の入射角の各々は、それぞれのオンブラッグ角と実質的に同一であり得、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、それぞれの一次ブラッグ角と実質的に同一であり得る。 The first and second angles of incidence may be substantially identical to their respective Ombragg angles, and the first and second diffraction angles may be substantially identical to their respective primary Bragg angles.
いくつかの実装態様では、記録媒体の厚さは、フリンジ間隔よりも1桁超大きい。記録媒体の厚さは、フリンジ間隔よりも約30倍大きくすることができる。 In some implementations, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude larger than the fringe spacing. The thickness of the recording medium can be approximately 30 times greater than the fringe spacing.
いくつかの場合では、第1の回折角及び第2の回折角は、互いに実質的に同一である。いくつかの例では、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、-10度~10度の範囲にある。いくつかの例では、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、0度と実質的に同一である。いくつかの例では、第1の回折角及び第2の回折角の各々は、6度と実質的に同一である。 In some cases, the first and second diffraction angles are substantially identical to each other. In some examples, each of the first and second diffraction angles lies in the range of -10 to 10 degrees. In some examples, each of the first and second diffraction angles is substantially identical to 0 degrees. In some examples, each of the first and second diffraction angles is substantially identical to 6 degrees.
いくつかの場合では、第1の入射角は、第2の入射角とは異なる。いくつかの場合では、第1の色の光は、第2の色の光よりも小さい(又はより短い)波長を有し、第1の色の光の第1の入射角は、第2の色の光の第2の入射角よりも大きい(又はより長い)。いくつかの場合では、第1の入射角及び第2の入射角の各々は、70度~90度の範囲にある。 In some cases, the first angle of incidence is different from the second angle of incidence. In some cases, the light of the first color has a smaller (or shorter) wavelength than the light of the second color, and the first angle of incidence of the light of the first color is larger (or longer) than the second angle of incidence of the light of the second color. In some cases, both the first and second angles of incidence are in the range of 70 to 90 degrees.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第1の光学回折構成要素及び第2の光学回折構成要素を含む複数の構成要素を含み、複数の構成要素のうちの隣接する2つの構成要素は、屈折率整合材料、OCA、UV硬化光学接着剤若しくは熱硬化光学接着剤、又は光学接触材料のうちの少なくとも1つを含む中間層によって一緒に取り付けられている。 In some implementations, the optical device includes a plurality of components, including a first optical diffraction component and a second optical diffraction component, wherein two adjacent components among the plurality of components are attached together by an intermediate layer containing at least one of a refractive index matching material, OCA, UV-curing optical adhesive or thermosetting optical adhesive, or an optical contact material.
いくつかの実装態様では、第2の反射層は、中間層を含む。 In some implementations, the second reflective layer includes an intermediate layer.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、第1の光学回折構成要素の前面に取り付けられた背面を有する基板を更に含む。基板は、背面に対して角度が付けられた側面を含むことができ、側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されている。基板の側面と背面との間の角度は、90度以上であり得る。基板は、複数の異なる色の光が、側面に、0度と実質的に同一の入射角で入射するように構成することができる。いくつかの場合では、基板は、くさび形であり、傾斜した前面を含み、前面と側面との間の角度は、90度未満である。 In some implementations, the optical device further includes a substrate having a back surface mounted on the front surface of a first optical diffraction component. The substrate may include sides angled with respect to the back surface and configured to receive light of multiple different colors at the sides. The angle between the sides and the back surface of the substrate may be 90 degrees or greater. The substrate may be configured so that light of multiple different colors is incident on the sides at an incident angle substantially the same as 0 degrees. In some cases, the substrate is wedge-shaped and includes an inclined front surface, and the angle between the front surface and the sides is less than 90 degrees.
本開示の別の態様は、複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器、及び本明細書に記載される光学デバイスのうちのいずれか1つを含むシステムを特徴とする。光学デバイスは、照射器に隣接して配置されており、照射器からの複数の異なる色の光を受信することと、複数の異なる色の光を回折させることと、を行うように構成されている。 Another aspect of this disclosure features a system comprising an irradiator configured to provide light of multiple different colors, and one of the optical devices described herein. The optical device is positioned adjacent to the irradiator and is configured to receive light of multiple different colors from the irradiator and to diffract the light of multiple different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で、複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, optical devices are configured to diffract light of multiple different colors at diffraction angles that are substantially identical to each other.
いくつかの例では、それぞれの回折角の各々は、-10度~10度の範囲にある。 In some examples, each diffraction angle falls within the range of -10 degrees to 10 degrees.
いくつかの実装態様では、システムは、照射器に結合されており、複数の異なる色の各々を提供するように照射器を制御するように構成されたコントローラを更に含む。 In some implementations, the system further includes a controller coupled to the irradiator and configured to control the irradiator to provide each of several different colors.
いくつかの実装態様では、システムは、複数のディスプレイ要素を含むディスプレイを更に含み、光学デバイスは、複数の色の光をディスプレイに対して回折させるように構成されている。 In some implementations, the system further includes a display comprising multiple display elements, and the optical device is configured to diffract light of multiple colors toward the display.
いくつかの実装態様では、コントローラは、ディスプレイに結合されており、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、それぞれの制御信号を複数のディスプレイ要素の各々に伝送するように構成されている。 In some implementations, the controller is coupled to the display and configured to transmit control signals to each of the multiple display elements for modulation of at least one characteristic of each display element.
いくつかの実装態様では、コントローラは、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されている。 In some implementations, the controller is configured to: acquire graphic data containing primitive data for multiple primitives corresponding to objects in three-dimensional space; determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the multiple primitives to each of the multiple display elements of the display; generate the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to each of the multiple display elements; and generate a control signal for each of the multiple display elements based on the sum of the EM field contributions to the display elements.
本開示の別の態様は、複数のディスプレイ要素を含むディスプレイと、本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つを含むシステムであって、光学デバイスが、複数の異なる色の光をディスプレイに対して回折させるように構成されている、システムを特徴とする。 Another aspect of this disclosure is a system comprising a display including a plurality of display elements and one of the optical devices described herein, wherein the optical device is configured to diffract light of a plurality of different colors toward the display.
いくつかの実装態様では、光学デバイス及びディスプレイは、ある方向に沿って配置されている。光学デバイスは、方向に沿って、前面及び背面を含み、ディスプレイは、方向に沿って、前面及び背面を含み、ディスプレイの前面は、光学デバイスの背面から離間されている。 In some implementations, the optical device and the display are arranged along a certain direction. The optical device includes a front and a back along the direction, and the display also includes a front and a back along the direction, with the front of the display spaced apart from the back of the optical device.
いくつかの実装態様では、ディスプレイの前面は、ギャップによって、光学デバイスの背面から離間されている。ディスプレイの前面又は光学デバイスの背面の少なくとも1つは、反射防止コーティングで処理することができる。 In some implementations, the front of the display is separated from the back of the optical device by a gap. At least one of the front of the display or the back of the optical device can be treated with an anti-reflective coating.
いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスの背面上に透明な保護層を更に含む。 In some implementations, the system further includes a transparent protective layer on the back of the optical device.
いくつかの実装態様では、ディスプレイの前面及び光学デバイスの背面は、中間層によって一緒に取り付けられている。中間層は、光学デバイスによってゼロ次で透過される複数の色の光の各々が、中間層と光学デバイスの層との間の界面で完全に反射されるように、光学デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成することができる。 In some implementations, the front of the display and the back of the optical device are joined together by an intermediate layer. The intermediate layer can be configured to have a refractive index lower than that of the optical device layer, such that each of the multiple colors of light transmitted by the optical device in zero order is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the optical device layer.
いくつかの実装態様では、システムは、ディスプレイの前面上にカバー(例えば、カバーガラス)を更に含み、光学デバイスは、カバーガラス内に形成されている。 In some implementations, the system further includes a cover (e.g., cover glass) on the front of the display, and the optical device is formed within the cover glass.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスの前面で複数の色の光を受信するように構成されている。 In some implementations, the optical device is configured to receive light of multiple colors at the front of the optical device.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスの前方に基板を含み、基板の背面に対して角度が付けられている基板の側面で複数の色の光を受信するように構成されている。 In some implementations, the optical device includes a substrate in front of it and is configured to receive multiple colors of light on the side of the substrate that is angled relative to the back surface of the substrate.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、基板によって支持され、かつディスプレイに向かって複数の異なる色の光を回折させるように構成された少なくとも1つの回折格子を含む。 In some implementations, the optical device includes at least one diffraction grating supported by a substrate and configured to diffract light of multiple different colors toward a display.
いくつかの実装態様では、基板は、回折格子の記録媒体よりも小さい屈折率を有する液体で満たされた容器を含む。 In some implementations, the substrate includes a container filled with a liquid having a refractive index lower than that of the diffraction grating recording medium.
いくつかの実装態様では、基板は、くさび形状であり、傾斜した前面を備える。前面と側面との間の角度は、90度未満であり得る。 In some implementations, the substrate is wedge-shaped and has a slanted front. The angle between the front and side may be less than 90 degrees.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、基板内の異なる光路に沿った複数の異なる色の光の異なる部分を受信することと、異なる部分を回折させて、ディスプレイの異なる対応する領域を照射することと、を行うように構成されている。異なる領域は、ディスプレイの下部領域、上部領域、左部領域、及び右部領域のうちの2つ以上を含むことができる。複数の異なる色の光の異なる部分は、異なる対応する照射器によって提供することができる。光学デバイスは、基板の異なる対応する側面から、複数の異なる色の光の異なる部分を受信するように構成することができる。 In some implementations, the optical device is configured to receive multiple different portions of light of different colors along different optical paths within a substrate, and to diffract these different portions to illuminate different corresponding areas of a display. These different areas may include two or more of the lower, upper, left, and right regions of the display. The multiple different portions of light of different colors can be provided by different corresponding illuminators. The optical device can be configured to receive multiple different portions of light of different colors from different corresponding sides of the substrate.
いくつかの例では、光学デバイス、基板の第1の側面から光学デバイスの背面までの、複数の異なる色の光の第1の部分を受信し、第1の部分を回折させて、ディスプレイの第1の領域を照射することと、基板の第2の側面から光学デバイスの前面までの、複数の異なる色の光の第2の部分を受信し、第2の部分を光学デバイスの背面に対して後方に反射させ、第2の部分を回折させて、ディスプレイの第2の領域を照射することと、を行うように構成されている。第1の側面及び第2の側面は、同じ側面であり得る。複数の異なる色の光の第2の部分は、光学デバイス内の全内部反射又は反射格子によって反射することができる。基板はまた、入力光を、第1の部分と第2の部分とに分離するように構成された部分反射面を含むことができる。 In some examples, the optical device is configured to receive a first portion of light of multiple different colors from a first side of the substrate to the back of the optical device, diffract the first portion to illuminate a first area of the display, and receive a second portion of light of multiple different colors from a second side of the substrate to the front of the optical device, reflect the second portion backward against the back of the optical device, diffract the second portion to illuminate a second area of the display. The first and second sides may be the same side. The second portion of light of multiple different colors can be reflected by total internal reflection or a reflection grating within the optical device. The substrate may also include a partially reflective surface configured to separate the input light into a first portion and a second portion.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスの背面に配置された少なくとも1つの回折格子を含む。回折格子は、異なる対応する回折効率を有する異なるサブ領域を含むことができる。回折格子は、回折格子の第1のサブ領域に入射する複数の異なる色の光の第1の部分を回折させて、ディスプレイの第1の領域を照射し、更に光学デバイスの背面に対して後方に反射され、かつ回折格子の第2のサブ領域に入射する、複数の異なる色の光の第2の部分を、光学デバイスの前面に反射させることと、第2の部分を回折させて、ディスプレイの第2の異なる領域を照射することと、を行うように構成することができる。 In some implementations, the optical device includes at least one diffraction grating positioned on the back of the optical device. The diffraction grating may include different sub-regions having different corresponding diffraction efficiencies. The diffraction grating can be configured to diffract a first portion of multiple different colored light incident on a first sub-region of the diffraction grating to illuminate a first region of the display, and further to reflect a second portion of multiple different colored light, reflected backward from the back of the optical device and incident on a second sub-region of the diffraction grating, back to the front of the optical device, and to diffract the second portion to illuminate a second different region of the display.
いくつかの例では、回折格子は、ディスプレイの第1の領域及び第2の領域上の回折された第1の部分及び回折された第2の部分が、実質的に同じ光学パワーを有するように構成されている。ディスプレイの第1の領域及び第2の領域は、回折格子の第1のサブ領域及び第2のサブ領域の、第1の異なる回折効率及び第2の異なる回折効率に関連付けられている異なる反射率を有することができる。 In some examples, the diffraction grating is configured such that the first and second diffracted portions on the first and second regions of the display have substantially the same optical power. The first and second regions of the display may have different reflectances associated with the first and second different diffraction efficiencies of the first and second sub-regions of the diffraction grating.
いくつかの実装態様では、回折格子は、一緒にタイル張りされている複数のサブ領域を含む。サブ領域は、水平方向に沿ってタイル張りすることができる。 In some implementations, the diffraction grating includes multiple sub-regions that are tiled together. These sub-regions can be tiled along the horizontal direction.
いくつかの場合では、異なるサブ領域の縁部は、光学的にシームレスな方法で互いに当接するように構成されている。異なるサブ領域は、記録媒体に各サブ領域を記録する際に、記録ビーム又はオブジェクトビームのうちの少なくとも1つの光路に1つ以上の縁部画定要素を含むことによって形成することができ、1つ以上の縁部画定要素は、正方形の開口、矩形の開口、又は平面タイル開口を含むことができる。 In some cases, the edges of different sub-regions are configured to contact each other in an optically seamless manner. Different sub-regions can be formed by including one or more edge-defining elements in at least one optical path of the recording beam or object beam when recording each sub-region onto the recording medium, and these one or more edge-defining elements may include square apertures, rectangular apertures, or planar tile apertures.
いくつかの場合では、回折格子の2つの隣接するサブ領域は、ギャップと当接している。ディスプレイは、複数のタイル状ディスプレイデバイスを含むことができ、回折格子の隣接するサブ領域間のギャップは、ディスプレイの隣接するタイル状ディスプレイデバイス間のギャップと位置合わせされている。 In some cases, two adjacent sub-regions of the diffraction grating are in contact with the gap. The display may include multiple tiled display devices, and the gaps between adjacent sub-regions of the diffraction grating are aligned with the gaps between adjacent tiled display devices of the display.
いくつかの場合では、2つの隣接する異なるサブ領域は、重なりを有する。 In some cases, two adjacent, distinct subregions have an overlap.
いくつかの実装態様では、回折格子は、エンボス加工された構造、ナノインプリントされた構造、又は自己組織化された構造を使用することによって機械的に形成されている。 In some implementations, diffraction gratings are mechanically formed using embossed structures, nanoimprinted structures, or self-assembled structures.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、水平方向に沿った幅、及び垂直方向に沿った高さを有し、水平方向及び垂直方向の両方は、方向に垂直であり、幅と高さとのアスペクト比は、16:9よりも大きくなり得る。 In some implementations, the display has a width along the horizontal direction and a height along the vertical direction, both of which are perpendicular to the direction, and the aspect ratio of width to height can be greater than 16:9.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で、複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。いくつかの例では、それぞれの回折角の各々は、-10度~10度の範囲にある。 In some implementations, the optical device is configured to diffract light of multiple different colors at diffraction angles that are substantially identical to each other. In some examples, each of the diffraction angles is in the range of -10 to 10 degrees.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、回折された色の光を、光学デバイスを通って後方に回折させるように構成されている。 In some implementations, the display is configured to diffract the diffracted color light backward through an optical device.
いくつかの実装態様では、光学デバイスのある領域は、ディスプレイのある領域を覆う。 In some implementations, an area of the optical device covers an area of the display.
いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに隣接して配置され、かつ複数の色の光を光学デバイスに提供するように構成された照射器を更に含む。照射器は、各々がそれぞれの色の光を放出するように構成された、複数の発光素子を含むことができる。 In some implementations, the system further includes an irradiator positioned adjacent to the optical device and configured to provide the optical device with light of multiple colors. The irradiator may include multiple light-emitting elements, each configured to emit light of a specific color.
いくつかの実装態様では、複数の発光素子からのビームの中心は、互いに対してオフセットされ得る。照射器は、楕円ビームプロファイル又は矩形ビームプロファイルを有する光ビームを提供するように構成することができる。照射器は、特定の偏光配向を備えた光ビームを提供するように構成することができる。照射器は、複数の異なる色の光の各々の楕円度及び偏光配向を独立して制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を含むことができる。 In some implementations, the beam centers from multiple light-emitting elements may be offset from one another. The irradiator may be configured to provide a light beam having an elliptical or rectangular beam profile. The irradiator may be configured to provide a light beam with a specific polarization orientation. The irradiator may include one or more optical components configured to independently control the ellipticity and polarization orientation of each of several different colored lights.
いくつかの実装態様では、照射器は、複数の異なる色の光の均一性を制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を含む。1つ以上の光学構成要素は、アポダイジング光学素子又はプロファイルコンバータを含む。 In some implementations, the irradiator includes one or more optical components configured to control the uniformity of multiple different colored lights. These one or more optical components include an apodizing optical element or a profile converter.
いくつかの実装態様では、システムは、複数の異なる色の光の幅を増加させるように構成された1つ以上のアナモフィック光学素子又は1つ以上の円筒形光学素子を含む。 In some implementations, the system includes one or more anamorphic optical elements or one or more cylindrical optical elements configured to increase the width of light of multiple different colors.
いくつかの実装態様では、システムは、照射器と光学デバイスとの間のプリズム素子であって、プリズム素子の入力面から複数の異なる色の光を受信するように構成されたプリズム素子と、プリズム素子の出口面に隣接する1つ以上の拡張格子であって、1つ以上の拡張格子の各々が、異なる対応する色の光のビームプロファイルを少なくとも1つの次元内の係数によって拡張するように構成されている、1つ以上の拡張格子とを更に含むことができる。 In some implementations, the system may further include a prism element between the irradiator and an optical device, configured to receive light of multiple different colors from its input surface, and one or more extension gratings adjacent to the exit surface of the prism element, each of which is configured to extend the beam profile of light of different corresponding colors by a coefficient in at least one dimension.
いくつかの実装態様では、システムは、1つ以上の膨張回折格子の下流にある1つ以上のリフレクタを更に含むことができ、1つ以上のリフレクタの各々が、それぞれの色の光を光学デバイスに反射させるように構成されている。1つ以上のリフレクタの各々の傾斜角は、光学デバイスからディスプレイへの回折の均一性を引き起こすように独立して調整可能であり得る。 In some implementations, the system may further include one or more reflectors downstream of one or more expansion diffraction gratings, each of which is configured to reflect light of a particular color to an optical device. The tilt angle of each of the reflectors may be independently adjustable to ensure uniformity of diffraction from the optical device to the display.
システムは、システムによって形成されたホログラフィック光場の1つ以上の光学特性を検出するように構成されたカラーセンサ又は輝度センサのうちの少なくとも1つを更に含むことができ、1つ以上のリフレクタの傾斜角は、ホログラフィック光場の検出された光学特性に基づいて調整可能である。1つ以上の光学特性は、輝度均一性、色均一性、又は白色点を含むことができる。 The system may further include at least one color sensor or luminance sensor configured to detect one or more optical properties of the holographic light field formed by the system, and the tilt angle of one or more reflectors is adjustable based on the detected optical properties of the holographic light field. One or more optical properties may include luminance uniformity, color uniformity, or white point.
いくつかの実装態様では、1つ以上のリフレクタは、システムの構成要素のアライメントの変化を補正するように調整可能である。 In some implementations, one or more reflectors are adjustable to compensate for changes in the alignment of the system's components.
いくつかの実装態様では、1つ以上のリフレクタと光学デバイスとの間の光学距離は、複数の異なる色の光の各々が、1つ以上の他のリフレクタを通る透過を伴わずに、対応するリフレクタによって反射されるように構成されている。 In some implementations, the optical distance between one or more reflectors and an optical device is configured such that each of several different colors of light is reflected by the corresponding reflector without transmission through one or more other reflectors.
いくつかの実装態様では、1つ以上のリフレクタは、1つ以上のリフレクタの各々で照射された光が、実質的に異なる方向から来るように構成されている。 In some implementations, one or more reflectors are configured such that the light emitted from each of the reflectors comes from substantially different directions.
いくつかの実装態様では、プリズム素子と光学デバイスの基板との間の角度は、システムによって形成されたホログラフィック光場の位置を傾けるように調整可能である。 In some implementations, the angle between the prism element and the substrate of the optical device can be adjusted to tilt the position of the holographic light field formed by the system.
いくつかの実装態様では、1つ以上の膨張格子は、複数の異なる色の光を1つ又は2つの横方向に少なくとも部分的にコリメートするように構成されている。 In some implementations, one or more expansion gratings are configured to collimate multiple different colored lights in one or two transverse directions, at least partially.
いくつかの実装態様では、システムは、照射器に結合され、かつ複数の色の光の各々を提供するように照射器を制御するように構成されたコントローラを更に含む。コントローラは、ディスプレイに結合され、かつディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、それぞれの制御信号を複数のディスプレイ要素の各々に伝送するように構成することができる。 In some implementations, the system further includes a controller coupled to the irradiator and configured to control the irradiator to provide each of a plurality of colored lights. The controller may be coupled to a display and configured to transmit respective control signals to each of the plurality of display elements for modulation of at least one characteristic of the display elements.
いくつかの実装態様では、コントローラは、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されている。 In some implementations, the controller is configured to: acquire graphic data containing primitive data for multiple primitives corresponding to objects in three-dimensional space; determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the multiple primitives to each of the multiple display elements of the display; generate the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to each of the multiple display elements; and generate a control signal for each of the multiple display elements based on the sum of the EM field contributions to the display elements.
いくつかの実装態様では、コントローラが、一連の期間に複数の色の光に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調することと、複数の色の光の各々が、光学デバイスによってディスプレイに対して回折され、ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの期間内にオブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、一連の期間のそれぞれの期間中に、複数の色の光の各々を光学デバイスに順次放出するように照射器を制御することと、を行うように構成されている。 In some implementations, the controller is configured to sequentially modulate the display with information associated with multiple colors of light over a series of periods, and to control the irradiator to sequentially emit each of the multiple colors of light into the optical device during each period of the series, such that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display, forming a corresponding three-dimensional light field of each color for the object within each period.
いくつかの実装態様では、コントローラは、それぞれの色の三次元光場が、完全にディスプレイの前方に、完全にディスプレイの後方に、又は部分的にディスプレイの前方に、及び部分的にディスプレイの後方に現れるように、ディスプレイを変調するように構成されている。 In some implementations, the controller is configured to modulate the display so that the three-dimensional light field of each color appears entirely in front of the display, entirely behind the display, or partially in front of and partially behind the display.
いくつかの場合では、ディスプレイは、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)又は液晶オンシリコン(LCOS)デバイスを含む空間光変調器(SLM)を含む。 In some cases, the display includes a spatial light modulator (SLM) containing a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal on silicon (LCOS) device.
いくつかの実装態様では、システムは、ディスプレイと光学デバイスとの間に配置された光学偏光子を更に含み、光学偏光子は、複数の異なる色の光の偏光状態を変更するように構成されている。 In some implementations, the system further includes an optical polarizer placed between the display and the optical device, the optical polarizer configured to change the polarization state of multiple different colored lights.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、複数の異なる色の光を含む光を、ディスプレイ要素を照射する光の一部分を回折させるように構成されているディスプレイに対して回折させるように構成された光学回折構成要素を含む。 In some implementations, the optical device includes an optical diffraction component configured to diffract light containing multiple different colors toward a display configured to diffract a portion of the light illuminating the display elements.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光の部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成することと、ディスプレイゼロ次光を、三次元(3D)空間でホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトすることと、を行うように構成された光学リダイレクト構成要素を更に含み、ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイからの反射光を含む。 In some implementations, the optical device further includes an optical redirection component configured to transmit a portion of light to form a holographic scene and to redirect the display zero-order light away from the holographic scene in three-dimensional (3D) space, wherein the display zero-order light includes reflected light from the display.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のディスプレイゼロ次光に対する複数のリダイレクトホログラフィック格子を含み、複数のリダイレクトホログラフィック格子の各々は、複数の異なる色の光のそれぞれの色の光のディスプレイゼロ次光を、それぞれの回折角で、3D空間においてそれぞれの方向に向かって回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical redirection component includes multiple redirection holographic gratings for the zero-order display light of multiple different colors, and each of the multiple redirection holographic gratings is configured to diffract the zero-order display light of each of the multiple different colors in its respective direction in 3D space at its respective diffraction angle.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、光学回折構成要素が、ディスプレイから反射されたディスプレイゼロ次の光を、ホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトするように、複数の異なる色の光を回折させて、ディスプレイを約0oの角度で照射するように構成されている。 In some implementations, the optical diffraction component is configured to diffract light of multiple different colors so as to redirect the zero-order light reflected from the display away from the holographic scene, thereby illuminating the display at an angle of approximately 0 ° .
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素及び光学リダイレクト構成要素の抑制を伴う、ホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光の量と、抑制を伴わない、ホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光の量との比率は、2%未満である。 In some implementations, the ratio of the amount of display zero-order light in the holographic scene with suppression of optical diffraction and optical redirection components to the amount of display zero-order light in the holographic scene without suppression is less than 2%.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、一次元抑制格子を含み、ホログラフィックシーンは、ディスプレイゼロ次光の抑制に対応するバンドを含み、システムは、バンドがビューアの視界の外側にあるように構成することができる。 In some implementations, the optical redirection component includes a one-dimensional suppression grating, the holographic scene includes a band corresponding to the suppression of zero-order light in the display, and the system can be configured such that the band lies outside the viewer's field of view.
本開示の別の態様は、複数のディスプレイ要素を含むディスプレイと、ディスプレイに隣接して配置され、かつディスプレイに対して光を回折させるように構成された光学デバイスと、ディスプレイに連結され、かつ三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、三次元座標系で、プリミティブからディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を伝送することと、を行うように構成されたコントローと、を含む、システムを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a system comprising: a display including a plurality of display elements; an optical device positioned adjacent to the display and configured to diffract light toward the display; and a controller connected to the display and configured to acquire graphic data including primitive data for a plurality of primitives corresponding to objects in three-dimensional space; to determine the EM field contribution of the display to each of the plurality of display elements by calculating the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element in a three-dimensional coordinate system for each of the plurality of primitives; to generate the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the display element for each of the plurality of display elements; and to transmit a respective control signal for each of the plurality of display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element for modulation of at least one characteristic of the display element.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、本明細書に記載されるような少なくとも1つの色選択的偏光子を含む光学デバイスのいずれか1つを含むことができる。 In some implementations, the optical device may include any one of the optical devices comprising at least one color-selective polarizer as described herein.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、本明細書に記載されるような少なくとも1つの反射層を含む光学デバイスのいずれか1つを含む。 In some implementations, the optical device includes one of the optical devices comprising at least one reflective layer as described herein.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、記録媒体に形成されたホログラフィック格子を含む。 In some implementations, the optical device includes a holographic grid formed on a recording medium.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、記録媒体上に形成された複数のホログラフィック格子を含み、複数のホログラフィック格子の各々は、ディスプレイに対して、それぞれの入射角を有する、それぞれの色を備えた光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical device includes a plurality of holographic gratings formed on a recording medium, each of which is configured to diffract light of a particular color with a particular angle of incidence toward a display.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、ディスプレイの前方に配置されており、ディスプレイは、回折光を、光学デバイスを通って回折させて、オブジェクトに対応する三次元光場を形成するように構成されている。 In some implementations, the optical device is positioned in front of the display, and the display is configured to diffract light through the optical device to form a three-dimensional light field corresponding to the object.
いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに隣接して配置され、かつ光学デバイスに光を提供するように構成された照射器を更に含む。 In some implementations, the system further includes an irradiator positioned adjacent to the optical device and configured to supply light to the optical device.
いくつかの実装態様では、コントローラは、一連の期間に複数の色の光に対応する複数の色に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調することと、複数の色の光の各々が、光学デバイスによってディスプレイに対して回折され、ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの期間内にオブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、一連の期間のそれぞれの期間中に、複数の色の光の各々を光学デバイスに順次放出するように照射器を制御することと、を行うように構成されている。 In some implementations, the controller is configured to sequentially modulate the display with information associated with multiple colors corresponding to multiple colors of light over a series of periods, and to control the irradiator to sequentially emit each of the multiple colors of light into the optical device during each period of the series, such that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display, forming a three-dimensional light field of each color corresponding to an object within each period.
本開示の別の態様は、本明細書に記載されるような光学デバイスのいずれか1つを作製することを含む方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for fabricating any one of the optical devices described herein.
本開示の別の態様は、第1の光学回折構成要素を形成することと、第2の光学回折構成要素を形成することと、第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間に色選択的偏光子を配置することと、を含む、少なくとも1つの色選択的偏光子を含む光学デバイスのいずれか1つを作製する方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method for fabricating any one optical device including at least one color-selective polarizer, comprising: forming a first optical diffraction component; forming a second optical diffraction component; and arranging a color-selective polarizer between the first and second optical diffraction components.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素を形成することは、記録媒体に第1の回折構造を形成することを含む。 In some implementations, forming the first optical diffraction component includes forming the first diffraction structure on the recording medium.
いくつかの実装態様では、記録媒体に第1の回折構造を形成することは、記録媒体上に、第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームを、かつ第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームを照射することによって、記録媒体に第1のホログラフィック格子を記録することを含み、第1の記録オブジェクトビーム及び第1の記録基準ビームは、同一の波長及び同一の第1の偏光状態を有する。 In some implementations, forming a first diffraction structure on a recording medium involves recording a first holographic grating on the recording medium by irradiating it with a first recording object beam at a first recording object angle and a first recording reference beam at a first recording reference angle, wherein the first recording object beam and the first recording reference beam have the same wavelength and the same first polarization state.
いくつかの例では、第1の色の光は、第1の記録基準ビーム又は第1の記録オブジェクトビームよりも広いか、又は同一の波長範囲を含む。いくつかの例では、第1の記録基準ビームは、第1の色の光の第1の色とは異なる色に対応する。 In some examples, the light of the first color is broader than or contains the same wavelength range as the first recording reference beam or the first recording object beam. In some examples, the first recording reference beam corresponds to a color different from the first color of the light of the first color.
いくつかの例では、第1の色の光の第1の入射角は、第1の記録基準角度と実質的に同一であり、第1の回折角は、第1の記録オブジェクト角度と実質的に同一である。 In some examples, the first incident angle of light of the first color is substantially identical to the first recording reference angle, and the first diffraction angle is substantially identical to the first recording object angle.
いくつかの例では、第1の記録基準角度は、70度~90度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録基準角度は、80度~90度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録オブジェクトの角度は、-10度~10度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録オブジェクトの角度は、6度と実質的に同一である。いくつかの例では、第1の記録オブジェクトの角度は、0度と実質的に同一である。いくつかの例では、第1の記録基準角度と第1の記録オブジェクト角度との合計は、90度と実質的に同一である。 In some examples, the first recording reference angle is in the range of 70 to 90 degrees. In some examples, the first recording reference angle is in the range of 80 to 90 degrees. In some examples, the angle of the first recording object is in the range of -10 to 10 degrees. In some examples, the angle of the first recording object is substantially identical to 6 degrees. In some examples, the angle of the first recording object is substantially identical to 0 degrees. In some examples, the sum of the first recording reference angle and the first recording object angle is substantially identical to 90 degrees.
いくつかの実装態様では、記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも1桁超大きい。記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも約30倍大きくなり得る。 In some implementations, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam. The thickness of the recording medium can be approximately 30 times greater than the wavelength of the first recording object beam.
いくつかの実装態様では、記録媒体に第1の回折構造を形成することは、第1の回折構造を記録媒体に固定することを含む。 In some implementations, forming a first diffraction structure on a recording medium includes fixing the first diffraction structure to the recording medium.
いくつかの実装態様では、記録媒体は、キャリアフィルムと回折基板との間にある。 In some implementations, the recording medium is located between the carrier film and the diffraction substrate.
いくつかの実施形態では、第1の回折角及び第2の回折角は、互いに実質的に同一である。いくつかの例では、第1の入射角及び第2の入射角は、互いに実質的に同一である。 In some embodiments, the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially identical to each other. In some examples, the first incident angle and the second incident angle are substantially identical to each other.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間に色選択的偏光子を配置することは、第1の色の光及び第2の色の光が、第2の光学回折構成要素の前に第1の光学回折構成要素に入射するように、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素を順次積層することを含む。 In some implementations, arranging a color-selective polarizer between a first optical diffraction component and a second optical diffraction component involves sequentially stacking the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component such that light of the first color and light of the second color are incident on the first optical diffraction component before the second optical diffraction component.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素を順次積層することは、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素を、第1の光学回折の前にある基板上に順次配置することを含む。 In some implementations, sequentially stacking a first optical diffraction component, a color-selective polarizer, and a second optical diffraction component includes sequentially arranging the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component on a substrate prior to the first optical diffraction component.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素を順次積層することは、色選択的偏光子を第1の中間層を通って、第1の光学回折構成要素に取り付けることと、第2の光学回折構成要素を第2の中間層を通って、色選択的偏光子に取り付けることと、を含み、第1の中間層及び第2の中間層の各々は、それぞれの屈折率照合材料を含む。 In some implementations, sequentially stacking a first optical diffraction component, a color-selective polarizer, and a second optical diffraction component includes attaching the color-selective polarizer to the first optical diffraction component via a first intermediate layer, and attaching the second optical diffraction component to the color-selective polarizer via a second intermediate layer, wherein each of the first and second intermediate layers includes a refractive index matching material.
いくつかの実装態様では、方法は、第1の偏光状態及び第3の入射角を有する第3の色の光を、第3の回折効率で第3の回折角で回折させるように構成された第3の光学回折構成要素を形成することと、第2の色選択的偏光子を、第2の光学回折構成要素と第3の光学回折構成要素との間に配置することであって、第2の色選択的偏光子は、第3の色の光の偏光状態を第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている、配置することと、を更に含む。 In some implementations, the method further includes: forming a third optical diffraction component configured to diffract light of a third color having a first polarization state and a third incident angle at a third diffraction angle with a third diffraction efficiency; and arranging a second color-selective polarizer between the second and third optical diffraction components, wherein the second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the third color from a second polarization state to a first polarization state.
いくつかの実装態様では、色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態を第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成されており、第2の色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第2の色の光の偏光状態を第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成されている。 In some implementations, a color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of a first color from a first polarization state to a second polarization state, while a second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of a second color from a first polarization state to a second polarization state without rotating the polarization state of light of the first color.
いくつかの実装態様では、方法は、第3の光学回折構成要素に連続して第3の色選択的偏光子を、第3の光学回折構成要素が第2の色選択的偏光子と第3の色選択的偏光子との間にあるように、配置することを更に含み、第3の色選択的偏光子は、第3の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光及び第2の色の光の各々の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている。 In some implementations, the method further includes arranging a third color-selective polarizer in conjunction with a third optical diffraction component, such that the third optical diffraction component is located between a second color-selective polarizer and a third color-selective polarizer, wherein the third color-selective polarizer is configured to rotate the polarization states of the first and second colored light, respectively, from a second polarization state to a first polarization state, without rotating the polarization state of the third color of light.
いくつかの実装態様では、方法は、第1の光学回折構成要素の前に第4の色選択的偏光子を、第1の光学回折構成要素が第4の色選択的偏光子と色選択的偏光子との間にあるように、配置することを更に含み、第4の色選択的偏光子は、第2の色の光及び第3の色の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている。 In some implementations, the method further includes arranging a fourth color-selective polarizer in front of a first optical diffraction component, such that the first optical diffraction component is between the fourth color-selective polarizer and the fourth color-selective polarizer, wherein the fourth color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the first color light from the second polarization state to the first polarization state without rotating the polarization states of the second and third color light, respectively.
いくつかの実装態様では、第1の偏光状態は、s偏光であり、第2の偏光状態は、p偏光である。 In some implementations, the first polarization state is s-polarization, and the second polarization state is p-polarization.
本開示の別の態様は、少なくとも1つの反射層を含む光学デバイスのいずれか1つを作製する方法であって、第1の回折構造を含む第1の光学回折構成要素を形成することと、第2の回折構造を含む第2の光学回折構成要素を形成することと、第1の回折構造と第2の回折構造との間に第1の反射層を配置することであって、第2の回折構造がある方向に沿って第1の回折構造に連続している、配置することと、方向に沿って第2の回折構造に連続して第2の反射層を配置することと、を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of the present disclosure is a method for fabricating any one optical device comprising at least one reflective layer, comprising: forming a first optical diffraction component comprising a first diffraction structure; forming a second optical diffraction component comprising a second diffraction structure; and arranging a first reflective layer between the first and second diffraction structures, wherein the second diffraction structure is continuous with the first diffraction structure along a certain direction; and arranging a second reflective layer continuous with the second diffraction structure along a certain direction.
いくつかの実装態様では、方法は、光学デバイスの側面上に光吸収体を形成することを更に含み、光吸収体は、第1の色及び第2の色の完全に反射された光を吸収するように構成されている。 In some implementations, the method further includes forming a light absorber on the side surface of an optical device, wherein the light absorber is configured to absorb fully reflected light of a first color and a second color.
いくつかの実装態様では、第1の反射層は、第1の反射層に直接隣接している第1の光学回折構成要素の層よりも小さい屈折率を有するように構成されており、したがって、第1の入射角を有する第1の色の光が、第2の入射角を有する第2の色の光を完全に反射させることなく、第1の反射層と第1の光学回折構成要素の層との間の界面によって完全に反射される。 In some implementations, the first reflective layer is configured to have a lower refractive index than the layer of the first optical diffraction component directly adjacent to the first reflective layer. Therefore, light of a first color with a first incident angle is completely reflected by the interface between the first reflective layer and the layer of the first optical diffraction component without completely reflecting light of a second color with a second incident angle.
いくつかの実装態様では、方法は、第3の入射角を有する第3の色の光を回折させるように構成された第3の回折構造を含む第3の光学回折構成要素を形成することを更に含み、方向に沿って第2の回折構造に連続して第2の反射層を配置することは、方向に沿って第2の回折構造と第3の回折構造との間に第2の反射層を配置することを含む。第1の反射層及び第2の反射層の各々は、第3の入射角を有する第3の色の光を透過させるように構成することができる。 In some implementations, the method further includes forming a third optical diffraction component, which includes a third diffraction structure configured to diffract light of a third color having a third angle of incidence, and arranging a second reflective layer continuously with the second diffraction structure along the direction includes arranging a second reflective layer between the second diffraction structure and the third diffraction structure along the direction. Each of the first and second reflective layers may be configured to transmit light of a third color having a third angle of incidence.
いくつかの実装態様では、方法は、方向に沿って第3の回折構造に連続して第3の反射層を配置することを更に含み、第3の反射層は、第3の入射角を有する第3の色の光を完全に反射させるように構成されている。 In some implementations, the method further includes arranging a third reflective layer in a direction continuous with the third diffraction structure, wherein the third reflective layer is configured to completely reflect light of a third color having a third angle of incidence.
いくつかの実装態様では、第1の光学回折構成要素、第2の光学回折構成要素、及び第3の光学回折構成要素の各々は、それぞれのキャリアフィルム及びそれぞれの回折基板を含み、第1の反射層は、第1の光学回折構成要素の第1のキャリアフィルムを含む。第1の回折構造と第2の回折構造との間に第1の反射層を配置することは、第1の中間層によって第2の光学回折構成要素の第2の回折基板を第1の光学回折構成要素の第1のキャリアフィルムに取り付けることを含むことができる。方向に沿って第2の回折構造と第3の回折構造との間に第2の反射層を配置することは、第2の中間層によって第2の光学回折構成要素の第2のキャリアフィルムを第3の光学回折構成要素の第3のキャリアフィルムに取り付けることを含むことができる。第2の反射層は、第2の中間層を含むことができる。第3の反射層は、第3の光学回折構成要素の第3の回折基板に取り付けることができる。 In some implementations, each of the first, second, and third optical diffraction components includes a carrier film and a diffraction substrate, and the first reflective layer includes the first carrier film of the first optical diffraction component. Placing the first reflective layer between the first and second diffraction structures may include attaching the second diffraction substrate of the second optical diffraction component to the first carrier film of the first optical diffraction component by a first intermediate layer. Placing the second reflective layer between the second and third diffraction structures along a certain direction may include attaching the second carrier film of the second optical diffraction component to the third carrier film of the third optical diffraction component by a second intermediate layer. The second reflective layer may include a second intermediate layer. The third reflective layer may be attached to the third diffraction substrate of the third optical diffraction component.
いくつかの実装態様では、方法は、方向に沿って第1の光学回折構成要素の前にある基板上に第1の光学回折構成要素を配置するであって、基板は、前面及び背面を含む、配置することを更に含む。 In some implementations, the method further includes arranging the first optical diffraction component on a substrate in front of the first optical diffraction component along a direction, wherein the substrate includes a front and a back surface.
いくつかの実装態様では、基板上に第1の光学回折構成要素を配置することは、屈折率整合材料を通って、第1の光学回折構成要素の前面を基板の背面に取り付けることを含む。 In some implementations, arranging the first optical diffraction component on the substrate includes attaching the front surface of the first optical diffraction component to the back surface of the substrate via a refractive index matching material.
いくつかの実装態様では、基板は、基板の背面に対して角度が付けられた側面を含み、基板は、側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されている。基板は、複数の異なる色の光が、側面に、0度と実質的に同一の入射角で入射するように構成することができる。 In some implementations, the substrate includes sides angled relative to the back surface, and the substrate is configured to receive light of multiple different colors on these sides. The substrate can be configured so that light of multiple different colors is incident on the sides at an incident angle substantially identical to 0 degrees.
いくつかの実装態様では、第1の回折構造を含む第1の光学回折構成要素を形成することは、記録媒体に第1の回折構造を形成することを含む。 In some implementations, forming a first optical diffraction component including a first diffraction structure includes forming a first diffraction structure on a recording medium.
いくつかの実装態様では、記録媒体に第1の回折構造を形成することは、第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームを、かつ第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームを注入することによって、記録媒体に第1のホログラフィック格子を記録することを含み、第1の記録オブジェクトビーム及び第1の記録基準ビームは、同じ波長及び同じ偏光状態を有する。 In some implementations, forming a first diffraction structure on a recording medium involves recording a first holographic grating on the recording medium by injecting a first recording object beam at a first recording object angle and a first recording reference beam at a first recording reference angle, wherein the first recording object beam and the first recording reference beam have the same wavelength and the same polarization state.
いくつかの実装態様では、第1の色の光は、第1の記録基準ビームよりも広いか、又は同一の波長範囲を含む。 In some implementations, the light of the first color includes a wavelength range that is broader than or the same as the first recording reference beam.
いくつかの実装態様では、第1の記録基準ビームは、第1の色の光の第1の色とは異なる色に対応する。 In some implementations, the first recording reference beam corresponds to a color different from the first color of the first color of light.
いくつかの実装態様では、第1の色の光の第1の入射角は、第1の記録基準角と実質的に同一であり、第1の回折角は、第1の記録オブジェクトの角度と実質的に同一である。 In some implementations, the first incident angle of light of the first color is substantially the same as the first recording reference angle, and the first diffraction angle is substantially the same as the angle of the first recording object.
いくつかの例では、第1の記録基準角度は、70度~90度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録基準角度は、70度~80度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録オブジェクトの角度は、-10度~10度の範囲にある。 In some examples, the first recording reference angle is in the range of 70 to 90 degrees. In some examples, the first recording reference angle is in the range of 70 to 80 degrees. In some examples, the angle of the first recording object is in the range of -10 to 10 degrees.
いくつかの実装態様では、記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも1桁超大きい。記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも約30倍大きくなり得る。 In some implementations, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam. The thickness of the recording medium can be approximately 30 times greater than the wavelength of the first recording object beam.
いくつかの実装態様では、記録媒体に第1の回折構造を形成することは、第1の回折構造を記録媒体に固定することを含む。 In some implementations, forming a first diffraction structure on a recording medium includes fixing the first diffraction structure to the recording medium.
いくつかの実装態様では、第1の入射角は、第2の入射角とは異なる。いくつかの例では、第1の色の光は、第2の色の光よりも小さい(又は短い)波長を有し、第1の入射角は、第2の入射角よりも大きい(又は長い)。 In some implementations, the first incident angle is different from the second incident angle. In some examples, the light of the first color has a smaller (or shorter) wavelength than the light of the second color, and the first incident angle is larger (or longer) than the second incident angle.
本開示の別の態様は、上記の方法のいずれか1つによる本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つを形成することと、光学デバイス、及び複数のディスプレイ要素を含むディスプレイを、光学デバイスが、複数の異なる色の光をディスプレイに対して回折させるように構成されているように、配置することと、を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising forming one of the optical devices described herein by any one of the methods described above, and arranging the optical device and a display including a plurality of display elements such that the optical device is configured to diffract light of a plurality of different colors toward the display.
いくつかの実装態様では、光学デバイス及びディスプレイを配置することは、ギャップによって、光学デバイスの背面をディスプレイの前面から離間させることを含む。 In some implementations, arranging the optical device and display involves separating the back of the optical device from the front of the display by a gap.
いくつかの実装態様では、方法は、ディスプレイの前面又は光学デバイスの背面の少なくとも1つ上に反射防止コーティングを形成することを更に含む。 In some implementations, the method further includes forming an anti-reflective coating on at least one of the front surface of the display or the back surface of the optical device.
いくつかの実装態様では、光学デバイス及びディスプレイを配置することは、中間層を通って、光学デバイスの背面をディスプレイの前面上に取り付けることを含む。 In some implementations, arranging the optical device and the display involves mounting the back of the optical device onto the front of the display via an intermediate layer.
いくつかの場合、中間層は、光学デバイスによってゼロ次で透過される複数の異なる色の光の各々が、中間層と光学デバイスの層との間の界面で完全に反射されるように、光学デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成されている。 In some cases, the intermediate layer is configured to have a refractive index lower than that of the optical device layer, such that each of the multiple different colors of light transmitted by the optical device in zero order is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the optical device layer.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で、複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, optical devices are configured to diffract light of multiple different colors at diffraction angles that are substantially identical to each other.
いくつかの例では、それぞれの回折角の各々は、-10度~10度の範囲にある。 In some examples, each diffraction angle falls within the range of -10 degrees to 10 degrees.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、回折された色の光を、光学デバイスを通って後方に回折させるように構成されている。 In some implementations, the display is configured to diffract the diffracted color light backward through an optical device.
いくつかの実装態様では、光学デバイスのある領域は、ディスプレイのある領域を覆う。 In some implementations, a portion of the optical device covers a portion of the display.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスの前方に基板を含み、基板の背面に対して角度が付けられている基板の側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されている。 In some implementations, the optical device includes a substrate in front of it and is configured to receive light of multiple different colors on the side of the substrate that is angled relative to the back surface of the substrate.
本開示の別の態様は、光学デバイスを使用して、複数の異なる色の光を含む入射ビームを、個別に回折された色の光に変換することを含む方法を特徴とする。光学デバイスは、本明細書に記載されるような光学デバイスのいずれか1つであり得る。 Another aspect of this disclosure features a method comprising using an optical device to convert an incident beam containing light of several different colors into light of individually diffracted colors. The optical device may be any one of the optical devices described herein.
本開示の別の態様は、光学デバイスが、複数の異なる色の光を、個々に回折された色の光に変換して、複数のディスプレイ要素を含むディスプレイを照射するように、少なくとも1つのタイミング制御信号を照射器に伝送して、照射器を作動させて、複数の異なる色の光を光学デバイスに放出することであって、光学デバイスが、本明細書に記載される光学デバイスのいずれか1つである、放出することと、個々に回折された色の光が、変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの制御信号に対応する多色三次元光場を形成するように、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々について、少なくとも1つのそれぞれの制御信号を伝送して、ディスプレイ要素を変調することと、を含む、方法を特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a method comprising: transmitting at least one timing control signal to an irradiator to activate the irradiator and emit light of multiple different colors into the optical device, wherein the optical device is any one of the optical devices described herein; and transmitting at least one respective control signal to each of the multiple display elements of the display to modulate the display elements, such that the individually diffracted light of each color is reflected by the modulated display elements to form a multicolor three-dimensional light field corresponding to each control signal.
いくつかの実装態様では、方法は、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、三次元座標系で、プリミティブからディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することと、を更に含み、多色三次元光場は、オブジェクトに対応する。 In some implementations, the method further includes: obtaining graphic data containing primitive data for multiple primitives corresponding to an object in three-dimensional space; determining the EM field contribution to each of the multiple display elements of a display by calculating the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element in a three-dimensional coordinate system for each of the multiple primitives; generating the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to the display element for each of the multiple display elements; and generating a control signal for each of the multiple display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element for modulation of at least one characteristic of the display element, wherein the multicolor three-dimensional light field corresponds to the object.
いくつかの実装態様では、方法は、一連の期間に複数の異なる色に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調することと、複数の異なる色の光の各々が、光学デバイスによってディスプレイに対して回折され、ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの期間内にオブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、一連の期間のそれぞれの期間内に、複数の色の光の各々を光学デバイスに順次放出するように、照射器を制御することと、を含む。 In some implementations, the method includes sequentially modulating a display with information associated with multiple different colors over a series of periods, and controlling an irradiator to sequentially emit each of the multiple colors of light into the optical device within each period of the series, such that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display, forming a corresponding three-dimensional light field of each color for an object within each period.
いくつかの実装態様では、複数の異なる色の光は、ディスプレイに対して、実質的に同じ回折角で光学デバイスによって回折される。いくつかの例では、回折角は、-10度~10度の範囲内にある。 In some implementations, multiple different colored lights are diffracted by the optical device at substantially the same diffraction angle relative to the display. In some examples, the diffraction angle is in the range of -10 to 10 degrees.
いくつかの実装態様では、照射器及び光学デバイスは、複数の異なる色の光が、それぞれの入射角で、光学デバイスの第1の光学回折構成要素に入射するように構成されている。いくつかの例では、それぞれの入射角は、互いに異なる。いくつかの例において、それぞれの入射角は、互いに実質的に同一である。いくつかの例では、それぞれの入射角の各々は、70度~90度の範囲にある。 In some implementations, the irradiator and optical device are configured such that multiple different colored lights are incident on a first optical diffraction component of the optical device at their respective incident angles. In some examples, the incident angles are different from each other. In some examples, the incident angles are substantially the same from each other. In some examples, each of the incident angles is in the range of 70 to 90 degrees.
本開示の別の態様は、少なくとも2つの光学回折構成要素と、少なくとも1つの色選択的偏光子と、を含む光学デバイスを特徴とし、光学デバイスは、異なる色の光が光学デバイスに入射するとき、光学デバイスが、異なる色の間のクロストークを抑制しながら、異なる色の個々の色の光を分離するように構成されている。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising at least two optical diffraction components and at least one color-selective polarizer, wherein the optical device is configured to separate individual lights of different colors while suppressing crosstalk between the different colors when light of different colors is incident upon it.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、異なる色の光が光学デバイスに入射するとき、光学回折構成要素の各々が、異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, when light of different colors is incident on the optical device, each of the optical diffraction components is configured to diffract light of each of the different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスによって回折された出力光ビームにおいて、異なる色のうちの特定の色の光のパワーが、異なる色のうちの1つ以上の他の色の光のパワーよりも少なくとも1桁高いように構成されている。 In some implementations, the optical device is configured such that, in the output light beam diffracted by the optical device, the power of a particular color of light among the different colors is at least an order of magnitude higher than the power of one or more other colors of light among the different colors.
いくつかの実装態様では、少なくとも1つの色選択的偏光子は、異なる色のうちの特定の色の光が、光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態で入射する一方、異なる色のうちの1つ以上の他の色の光が、光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で入射するように、異なる色のうちの少なくとも1つの色の光の偏光状態を回転させるように構成されている。 In some implementations, at least one color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of at least one of the different colors of light, such that light of a specific color among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a first polarization state, while light of one or more other colors among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a second polarization state different from the first polarization state.
本開示の別の態様は、少なくとも2つの光学回折構成要素と、少なくとも1つの反射層と、を含む光学デバイスを特徴とし、光学デバイスは、異なる色の光が光学デバイスに入射するとき、光学デバイスが、異なる色の間のクロストークを抑制しながら、異なる色の個々の色の光を分離するように構成されており、少なくとも1つの反射層は、異なる色のうちの少なくとも1つの光の全内部反射のために構成されている。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising at least two optical diffraction components and at least one reflective layer, wherein the optical device is configured to separate individual lights of different colors while suppressing crosstalk between the different colors when light of different colors is incident upon it, and the at least one reflective layer is configured for total internal reflection of at least one of the different colors of light.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、光学デバイスによって回折された出力光ビームが、異なる色のうちの1つ以上の他の色からのクロストークを伴わずに、異なる色のちの特定の色の光のみを含むように構成されている。 In some implementations, the optical device is configured such that the output light beam diffracted by the optical device contains only light of a specific color from among the different colors, without crosstalk from one or more other colors.
いくつかの実装態様では、少なくとも1つの反射層は、光学回折構成要素のそれぞれの1つによって透過される異なる色のうちの特定の色のゼロ次光を完全に反射させる一方、異なる色のうちの1つ以上の他の色を透過させるように構成されている。 In some implementations, at least one reflective layer is configured to completely reflect zero-order light of a specific color among the different colors transmitted by each of the optical diffraction components, while transmitting one or more other colors among the different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、異なる色の光が光学デバイスに入射するとき、光学回折構成要素の各々が、異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, when light of different colors is incident on the optical device, each of the optical diffraction components is configured to diffract light of each of the different colors.
本開示の別の態様は、ディスプレイ、及び本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つを特徴とし、光学デバイスは、複数の異なる色の光をディスプレイに対して回折させるように構成されている。 Another aspect of this disclosure features either a display or one of the optical devices described herein, the optical device being configured to diffract light of multiple different colors toward the display.
本開示の別の態様は、複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器、及び本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つを特徴とし、光学デバイスは、複数の異なる色の光を、照射器から回折させるように構成されている。 Another aspect of this disclosure features an irradiator configured to provide light of multiple different colors, and one of the optical devices described herein, the optical device configured to diffract the light of multiple different colors from the irradiator.
本開示の別の態様は、ディスプレイと、光をディスプレイに対して回折させるための1つ以上の透過型回折構造を含む光学デバイスと、を含む、システムを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a system comprising a display and an optical device including one or more transmission diffraction structures for diffracting light toward the display.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、光学デバイスを通って光を回折させるように構成された反射型ディスプレイである。いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに光を提供するように構成された照射器を更に含み、照射器は、光学デバイスの透過回折構造の前側に配置されている。 In some implementations, the display is a reflective display configured to diffract light through an optical device. In some implementations, the system further includes an irradiator configured to supply light to the optical device, the irradiator being positioned in front of the transmission diffraction structure of the optical device.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、光を、光学デバイスを通って前方に回折させるように構成された透過型ディスプレイである。いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに光を提供するように構成された照射器を更に含み、照射器は、光学デバイスの透過回折構造の後側に配置されている。 In some implementations, the display is a transmissive display configured to diffract light forward through an optical device. In some implementations, the system further includes an irradiator configured to supply light to the optical device, the irradiator being located behind the transmissive diffraction structure of the optical device.
いくつかの実装態様では、1つ以上の透過回折構造の各々は、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されている。 In some implementations, each of the one or more transmission diffraction structures is configured to diffract each of several different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、1つ以上の反射回折構造を更に含み、1つ以上の透過回折構造及び1つ以上の反射回折構造の各々は、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical device further includes one or more reflection diffraction structures, and each of the one or more transmission diffraction structures and the one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of a plurality of different colors.
本開示の別の態様は、ディスプレイと、光をディスプレイに対して回折させるための1つ以上の反射回折構造を含む光学デバイスと、を含む、システムを特徴とする。 Another aspect of this disclosure features a system comprising a display and an optical device including one or more reflection-diffraction structures for diffracting light toward the display.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、光学デバイスを通って光を回折させるように構成された反射型ディスプレイである。いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに光を提供するように構成された照射器を更に含み、照射器は、光学デバイスの反射回折構造の後側に配置されている。 In some implementations, the display is a reflective display configured to diffract light through an optical device. In some implementations, the system further includes an irradiator configured to supply light to the optical device, the irradiator being located behind the reflective diffraction structure of the optical device.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、光を、光学デバイスを通って前方に回折させるように構成された透過型ディスプレイである。いくつかの実装態様では、システムは、光学デバイスに光を提供するように構成された照射器を更に含み、照射器は、光学デバイスの反射回折構造の前側に配置されている。 In some implementations, the display is a transmissive display configured to diffract light forward through an optical device. In some implementations, the system further includes an irradiator configured to supply light to the optical device, the irradiator being positioned in front of the reflective diffraction structure of the optical device.
いくつかの実装態様では、1つ以上の反射回折構造の各々は、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されている。 In some implementations, each of the one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of several different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、1つ以上の透過回折構造を更に含み、1つ以上の透過回折構造及び1つ以上の反射回折構造の各々は、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されている。 In some implementations, the optical device further includes one or more transmission diffraction structures, and each of the one or more transmission diffraction structures and one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of a plurality of different colors.
本開示の別の態様は、少なくとも1つの透過回折構造及び少なくとも1つの反射回折構造を含む複数の光学回折構成要素を含む光学デバイスを特徴とし、光学デバイスは、異なる色の光が光学デバイスに入射するとき、光学デバイスが、異なる色の間のクロストークを抑制しながら、異なる色の個々の色の光を分離するように構成されている。 Another aspect of this disclosure features an optical device comprising a plurality of optical diffraction components, each comprising at least one transmission diffraction structure and at least one reflection diffraction structure, wherein the optical device is configured to separate individual lights of different colors while suppressing crosstalk between the different colors when light of different colors is incident upon it.
いくつかの実装態様では、透過回折構造及び反射回折構造の各々は、異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, the transmission diffraction structure and the reflection diffraction structure are configured to diffract light of different colors.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、異なる色のうちの少なくとも1つの光の全内部反射のために構成された少なくとも1つの反射層を更に含む。 In some implementations, the optical device further includes at least one reflective layer configured for total internal reflection of at least one light of a different color.
いくつかの実装態様では、光学デバイスは、異なる色のうちの特定の色の光が、光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態で入射する一方、異なる色のうちの1つ以上の他の色の光が、光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で入射するように、異なる色のうちの少なくとも1つの色の光の偏光状態を回転させるように構成された少なくとも1つの色選択的偏光子を更に含む。 In some implementations, the optical device further includes at least one color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of at least one of the different colors of light, such that light of a specific color among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a first polarization state, while light of one or more other colors among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a second polarization state different from the first polarization state.
本開示の別の態様は、ディスプレイ、及び本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つによる光学デバイスを含むシステムを特徴とし、光学デバイスは、複数の異なる色の光をディスプレイに対して回折させるように構成されている。 Another aspect of this disclosure features a system comprising a display and an optical device comprising one of the optical devices described herein, wherein the optical device is configured to diffract light of multiple different colors toward the display.
本開示の別の態様は、複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器、及び本明細書に記載の光学デバイスのいずれか1つによる光学デバイスを含むシステムを特徴とし、光学デバイスは、複数の異なる色の光を、照射器から回折させるように構成されている。 Another aspect of this disclosure features a system comprising an irradiator configured to provide light of multiple different colors, and an optical device comprising one of the optical devices described herein, wherein the optical device is configured to diffract light of multiple different colors from the irradiator.
本明細書の本開示では、「プリミティブ」という用語は、コンピューティングシステム内の入力又は出力のための基本的な不可分要素を指す。要素は、幾何学的要素又はグラフィカル要素であり得る。「ホログラム」という用語は、オブジェクトに関する、振幅情報若しくは位相情報、又はそれらの何らかの組み合わせを含む、ディスプレイによって表示される(又はディスプレイにアップロードされる)パターンを指す。「ホログラフィック再構築」という用語は、照射されたときのディスプレイからの体積光場(例えば、ホログラフィック光場)を指す。 In this disclosure, the term “primitive” refers to a fundamental, indivisible element for input or output within a computing system. The element may be a geometric or graphical element. The term “hologram” refers to a pattern displayed by (or uploaded to) a display, including amplitude information, phase information, or any combination thereof, relating to an object. The term “holographic reconstruction” refers to the volume light field (e.g., holographic light field) from a display when illuminated.
本明細書の主題の1つ以上の実装態様の詳細は、添付の図面及び関連する説明に記載されている。主題の他の特徴、態様、及び利点は、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。 Details of one or more implementations of the subject matter described herein are given in the accompanying drawings and related descriptions. Other features, embodiments, and advantages of the subject matter will become apparent from the specification, drawings, and claims.
実装態様の様々な態様が、異なる様式で組み合わせることができることを理解されたい。一例として、特定の方法、デバイス、又はシステムからの特徴は、他の方法、デバイス、又はシステムの特徴と組み合わせることができる。 It should be understood that various implementation configurations can be combined in different ways. For example, features from a particular method, device, or system can be combined with features from other methods, devices, or systems.
様々な図面の中の同様の参照番号及び名称は、同様の要素を例解する。 Similar reference numbers and names in various drawings illustrate similar elements.
本開示の実装態様は、本物のホログラムとして複雑なコンピュータ生成シーンの3Dディスプレイを可能にするための技術を特徴とする。技術は、電磁場のマクスウェル方程式に基づいたリアルタイムの動的算出ホログラフィに新規かつ決定論的な解決策を提供し、これはマクスウェルホログラフィとして表すことができる。マックスウェルホログラフィにおける計算(又は算出)は、マックスウェルホログラフィック計算(又はマックスウェルホログラフィック算出)として表すことができる。実施形態では、本開示は、場の理論、トポロジー、解析接続、及び/又は対称群を含むツールを利用して、一般的な電場のためのディリクレ又はコーシー境界条件問題としてホログラムにアプローチし、これは、従来のホログラフィックシステムの制限なしにリアルタイムでホログラムについて解くことを可能にする。実施形態では、この技術を使用して、空間光変調器(SLM)又は任意の他のホログラフィックデバイスを利用して、位相のみ、振幅のみ、又は位相及び振幅ホログラムを作製することができる。 The implementation aspects of this disclosure feature a technique for enabling 3D display of complex computer-generated scenes as true holograms. The technique provides a novel and deterministic solution to real-time dynamic computational holography based on Maxwell's equations for electromagnetic fields, which can be represented as Maxwell holography. The computation (or calculation) in Maxwell holography can be represented as Maxwell holographic computation (or Maxwell holographic computation). In embodiments, the disclosure utilizes tools including field theory, topology, analytical continuation, and/or symmetry groups to approach the hologram as a Dirichlet or Cauchy boundary condition problem for a general electric field, which enables solving for the hologram in real time without the limitations of conventional holographic systems. In embodiments, this technique can be used to produce phase-only, amplitude-only, or phase and amplitude holograms using a spatial light modulator (SLM) or any other holographic device.
本開示の実装態様は、1)古典的な光学系の代わりに場の理論及び接触ジオメトリを使用して、ホログラムを電磁境界条件として近似するメカニズム、2)算出ホログラフィへの電磁境界条件アプローチのコンピュータコード及びアプリケーションプログラミングインターフェース(API)への導出及び実装、すなわち、ホログラムの平面上の2D分析関数としてのホログラム計算の実装態様及びその後の並列アルゴリズムへの離散化、及び/又は3)標準的な既存のコンピュータグラフィックスツール及び技術との完全な互換性を可能にすることができる、標準的なコンピュータグラフィックスプリミティブ(例えば、点、線、三角形、及びテクスチャ三角形)の完全な3Dホログラフィックバージョンの実装態様を提供することができる。これらの技術は、デバイスが、ホログラフィのために特別に作成されていない一般的な既存のコンテンツを表示することを可能にし、同時に、既存のコンテンツクリエイターが、特別な技術を学ぶ必要、又は特別なツールを使用する必要がなく、ホログラフィック作品を作成することを可能にする。 The implementations of this disclosure can provide: 1) a mechanism for approximating holograms as electromagnetic boundary conditions using field theory and contact geometry instead of classical optical systems; 2) derivation and implementation of the electromagnetic boundary condition approach to computational holography into computer code and application programming interfaces (APIs), i.e., implementations of hologram computation as a 2D analysis function on the plane of the hologram and subsequent discretization into parallel algorithms; and/or 3) implementations of full 3D holographic versions of standard computer graphics primitives (e.g., points, lines, triangles, and textured triangles) that enable full compatibility with standard existing computer graphics tools and techniques. These techniques enable devices to display common existing content that has not been specifically created for holography, and at the same time, enable existing content creators to create holographic works without needing to learn special techniques or use special tools.
特に、本明細書に開示される技術は、算出ホログラフィ、例えば、Gerchberg-Saxton(G-S)アルゴリズムで一般的に使用される古典的な光学系の数学的定式化の代わりに、電磁(EM)現象としての光の数学的定式化(又は表現)の使用を伴うことができる。本明細書に開示される数学的定式化は、マクスウェル方程式に由来する。実施形態では、本明細書に開示される技術は、表示された画像を電磁場として扱うことと、ホログラムを、電磁場を生成する境界値条件(例えば、ディリクレ問題)として扱うことと、を含む。加えて、所望の画像は、コンピュータグラフィックスにおいてユビキタスなプリミティブパラダイムを使用して構築することができ、例えば、任意の3D画像を、2D画面上の投影画像としてではなく、ホログラフィック再構築、例えば、ホログラフィック光場として表示するために使用される技術を可能にする。帯域幅制限に苦しむ深度点群技術と比較して、技術は、これらの制限を回避し、かつ任意の好適なタイプのプリミティブ、例えば点プリミティブ、線プリミティブ、又は三角形プリミティブなどの多角形プリミティブを使用することができる。更に、プリミティブは、カラー情報、テクスチャ情報、及び/又はシェーディング情報でレンダリングすることができる。これは、ホログラフィックビデオを含むCGホログラフィックコンテンツの記録及び圧縮スキームを達成するのを助けることができる。 In particular, the techniques disclosed herein may involve the use of a mathematical formulation (or representation) of light as an electromagnetic (EM) phenomenon, instead of the mathematical formulation of classical optical systems commonly used in computational holography, such as the Gerchberg-Saxton (G-S) algorithm. The mathematical formulation disclosed herein is derived from Maxwell's equations. In embodiments, the techniques disclosed herein include treating a displayed image as an electromagnetic field and treating a hologram as boundary value conditions (e.g., the Dirichlet problem) that generate an electromagnetic field. In addition, the desired image can be constructed using a primitive paradigm ubiquitous in computer graphics, enabling, for example, a technique used to display an arbitrary 3D image not as a projected image on a 2D screen, but as a holographic reconstruction, e.g., a holographic light field. Compared to depth point cloud techniques that suffer from bandwidth limitations, the techniques circumvent these limitations and can use any suitable type of primitive, such as point primitives, line primitives, or polygonal primitives such as triangle primitives. Furthermore, primitives can be rendered with color information, texture information, and/or shading information. This can help achieve recording and compression schemes for CG holographic content, including holographic video.
実施形態では、本明細書に開示される技術は、マクスウェル方程式を使用して、電磁場をモデル化するための境界条件問題として、生成されたホログラムを算出し、これは、高速フーリエ変換(FFT)及びその固有の制限への依存を除去し、レーザ又は発光ダイオード(LED)などのコリメートされた光源への依存を除去し、並びに/又は算出ホログラフィ及び非決定論的ソリューションに対する以前のアプローチの制限を除去することができる。 In embodiments, the techniques disclosed herein use Maxwell's equations to compute a generated hologram as a boundary condition problem for modeling an electromagnetic field, thereby eliminating dependence on the Fast Fourier Transform (FFT) and its inherent limitations, eliminating dependence on collimated light sources such as lasers or light-emitting diodes (LEDs), and/or eliminating the limitations of previous approaches to computational holography and non-deterministic solutions.
実施形態では、本明細書に開示される技術は、シーンを構築するために必要なコンピュータ生成(CG)プリミティブのパラメータに応じて、ホログラムの表面に、独立した入力を制約する数学的最適化プロセスを通じて、算出の簡潔さ及び速度のために最適化することができる。これにより、コンピューティングアーキテクチャ、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)、及びマルチコアアーキテクチャにおいて、高度に並列かつ高度に最適な方法で作業が実行されることが可能になる。ホログラムを計算するプロセスは、コンピュータ生成画像(CGI)シーンの形態で入力データに対して実行される単一の命令と見なすことができ、理論的には、CGIプリミティブごとに単一のクロックサイクルで完了することができる。 In embodiments, the techniques disclosed herein can be optimized for computational simplicity and speed through a mathematical optimization process that constrains independent inputs on the surface of the hologram, depending on the parameters of the computer-generated (CG) primitives required to construct the scene. This enables highly parallel and highly optimized operation in computing architectures, such as application-specific integrated circuits (ASICs) and multi-core architectures. The process of computing the hologram can be viewed as a single instruction executed on input data in the form of a computer-generated image (CGI) scene, and theoretically, can be completed in a single clock cycle per CGI primitive.
実施形態では、本明細書に開示される技術は、例えば、ビデオゲーム、映画、テレビ、コンピュータディスプレイ、又は任意の他のディスプレイ技術で使用される従来の3Dグラフィックスの標準プリミティブと機能的に互換性がある完全3Dホログラフィックプリミティブ開口のアセンブリとしてホログラフィックシーンを扱う。これらの技術は、算出ホログラフィの標準的な実装態様に固有の制限なしに、ハードウェア及びソフトウェアにおけるこれらの開口プリミティブの効率的な実装態様を可能にすることができる。プリミティブの振幅及び色を自動的に算出することができる。算出複雑性は、標準的な算出ホログラフィではn^2又はn*log(n)と比較して、位相要素数nとともに直線的に増加する可能性がある。作成された画像は、完全に3Dであり、平面画像の集合体ではなく、技術は、未知数のステップを有する繰り返し振幅補正を必要としない。更に、生成されたホログラムは、ホログラフィックデバイス上のスペースを占有する「共役」画像を有さない。 In embodiments, the techniques disclosed herein treat holographic scenes as assemblies of fully 3D holographic primitive apertures functionally compatible with conventional 3D graphics standard primitives used, for example, in video games, movies, television, computer displays, or any other display technology. These techniques can enable efficient implementations of these aperture primitives in hardware and software without the limitations inherent in standard implementations of computational holography. The amplitude and color of the primitives can be automatically calculated. The computational complexity can increase linearly with the number of phase elements n, compared to n^2 or n*log(n) in standard computational holography. The resulting image is fully 3D and not a collection of planar images, and the technique does not require repeated amplitude correction with an unknown number of steps. Furthermore, the generated hologram does not have “conjugate” images occupying space on the holographic device.
ホログラフィックプリミティブは、数学的オブジェクトの特別な集合体の一部であるため、算出することが比較的単純かつ比較的高速であることができ、並列分散コンピューティングアプローチに独自に適合することができる。計算可能性及び並列性は、ホログラフィックコンピュータディスプレイ、電話ディスプレイ、ホームシアター、更にはホログラフィックルームとして機能することができる理論的に無制限のサイズの大面積ホログラフィックデバイスを設計するために、大きなホログラムの対話型算出を可能にすることができる。更に、ホログラムは、光で広い領域を埋めることができ、例えば、要素が固体の代わりに輪郭に現れることができる従来のホログラフィック算出方法に関連付けられた制限なしに、3Dで大きなシェーディングされた領域をレンダリングする。更に、比較的単純かつ比較的高速な算出は、n^2算出負荷及び反復振幅補正によって制約されないインタラクティブ速度でのリアルタイムホログラムの表示を可能にする。 Because holographic primitives are part of a special collection of mathematical objects, they can be computed relatively simply and relatively quickly, making them uniquely suited to parallel distributed computing approaches. Computability and parallelism enable the interactive computation of large holograms, allowing for the design of theoretically unlimited-size, large-area holographic devices that can function as holographic computer displays, telephone displays, home theaters, and even holographic rooms. Furthermore, holograms can fill large areas with light, rendering large shaded areas in 3D without the limitations associated with conventional holographic computation methods, such as elements appearing as contours instead of solids. Moreover, the relatively simple and relatively fast computation allows for real-time display of holograms at interactive speeds unconstrained by n^2 computation load and iterative amplitude correction.
実施形態では、技術は、現代のASIC及びマルチコアアーキテクチャ上で自然な計算可能性を実現することができ、現代のグラフィックスハードウェア、現代のグラフィックスソフトウェア、及び/又は現代のグラフィックスツール及びツールチェーンとの完全な互換性を実現することができる。例えば、これらの技術は、明確かつ容易なホログラフィックAPIを実装し、APIを通って、従来の3Dコンテンツ作成ツール、例えば、3ds Max(登録商標)、SOLIDWORKS(登録商標)、Maya(登録商標)、又はUnityを使用した、任意のCGモデルの高性能レンダリングを可能にすることができる。APIは、開発者又はユーザが、ホログラフィックデバイス、例えば、光変調器又はホログラフィックシステムと対話することを可能にすることができる。ホログラフィックAPIは、コンピュータグラフィックスプリミティブを個別のホログラフィックシーンプリミティブとして作成することができ、汎用及び特別に設計されたホログラフィック算出ハードウェアを利用して豊富なホログラフィックコンテンツ生成を可能にする。数学アーキテクチャ及び算出アーキテクチャの作成は、従来の3Dコンテンツ及びソフトウェアアプリケーションを作成するために使用されるツール及び技術を使用して、ホログラムが、レンダリングされることを可能にすることができる。数学アーキテクチャ及び算出アーキテクチャの最適化は、従来のグラフィックス及びレンダリングの性能の高い実施形態が、ホログラフィック再構築として表示されることを可能にすることができる。 In embodiments, the technology can achieve natural computability on modern ASIC and multicore architectures and achieve full compatibility with modern graphics hardware, modern graphics software, and/or modern graphics tools and toolchains. For example, these technologies can implement a clear and easy-to-use holographic API, which can enable high-performance rendering of any CG model using conventional 3D content creation tools, such as 3ds Max®, SOLIDWORKS®, Maya®, or Unity. The API can enable developers or users to interact with holographic devices, such as optical modulators or holographic systems. The holographic API can create computer graphics primitives as individual holographic scene primitives, enabling the generation of rich holographic content using general-purpose and specially designed holographic computation hardware. The creation of mathematical and computational architectures can enable holograms to be rendered using tools and technologies used to create conventional 3D content and software applications. Optimization of the mathematical and computational architectures can enable high-performance embodiments of conventional graphics and rendering to be displayed as holographic reconstructions.
本明細書に開示される技術におけるアルゴリズムは、ハードウェアに実装するのが比較的容易である。これにより、ユーザが期待する高品質のレンダリングに必要な算出速度が可能になるだけでなく、アルゴリズムが、ホログラフィックデバイスの一部として、比較的単純な回路、例えば、ASICゲート構造に実装されることも可能になる。したがって、高密度ディスプレイを悩ませる可能性のある帯域幅問題は、リモートで算出され、次いでコンテンツの各フレームについてのディスプレイの各ディスプレイ要素(又はディスプレイピクセル)に書き込まれる必要がなく、シーンの算出が、ディスプレイデバイスに組み込まれたコンピューティングアーキテクチャにわたって拡散することができ(例えば、組み込み算出)、無関係になる可能性がある。また、ディスプレイ要素の数、及びしたがってホログラフィックディスプレイのサイズは、他の技術を厳しく制限する制約によって比較的制限され得ないことも意味する。 The algorithms in the techniques disclosed herein are relatively easy to implement in hardware. This not only enables the computational speed necessary for the high-quality rendering expected by users, but also allows the algorithms to be implemented in relatively simple circuits, such as ASIC gate structures, as part of a holographic device. Therefore, bandwidth issues that can plague high-density displays may become irrelevant, as scene computation can be spread across the computing architecture embedded in the display device (e.g., embedded computation), without the need to be computed remotely and then written to each display element (or display pixel) of the display for each frame of content. Furthermore, the number of display elements, and therefore the size of the holographic display, are not significantly limited by the constraints that severely restrict other techniques.
本明細書に開示される技術は、構造化光を使用する複数の対話型技術が、例えば、ソリッドステート光検出測距(LIDAR)デバイス、3D印刷及び機械加工、スマート照射器、スマートマイクロディスプレイ、光スイッチング、光ピンセット、又は構造化光を要求する任意の他の用途を含む、異なる用途において比較的単純かつ比較的安価に実装されることを可能にすることができる。本明細書に開示される技術は、光学シミュレーション、例えば、格子シミュレーションにも使用することができる。 The technologies disclosed herein enable the relatively simple and inexpensive implementation of multiple interactive technologies using structured light in a variety of applications, including, for example, solid-state light detection and ranging (LIDAR) devices, 3D printing and machining, smart illuminators, smart microdisplays, optical switching, optical tweezers, or any other applications requiring structured light. The technologies disclosed herein can also be used in optical simulations, such as lattice simulations.
図1Aは、3Dディスプレイのための例示的なシステム100の概略図を例解する。システム100は、コンピューティングデバイス102及びホログラフィックディスプレイデバイス(又はマックスウェルホログラフィックディスプレイデバイス)110を含む。コンピューティングデバイス102は、オブジェクト、例えば、3Dオブジェクトに対応するプリミティブのリストのデータを準備し、かつ有線接続又は無線接続、例えば、USB-C接続又は任意の他の高速シリアル接続を介して、ホログラフィックディスプレイデバイス110にデータを伝送するように構成されている。ホログラフィックディスプレイデバイス110は、プリミティブのリストから電磁(EM)場寄与を算出して、ホログラフィックディスプレイデバイス110内のディスプレイ(例えば、変調器)の要素を表示することと、ディスプレイ上の計算されたEM場寄与に基づいて、パターン、例えば、ホログラムでディスプレイ要素を変調することと、照射時に、3Dで、オブジェクトに対応する光場、例えば、ホログラフィック再構築を表示することと、を行うように構成されている。本明細書では、ホログラムは、オブジェクトに関する、振幅情報若しくは位相情報、又はそれらの何らかの組み合わせを含む、ディスプレイ上に表示されるパターンを指す。ホログラフィック再構築は、照射されたときのディスプレイからの体積光場(例えば、ホログラフィック光場)を指す。 Figure 1A illustrates a schematic diagram of an exemplary system 100 for a 3D display. System 100 includes a computing device 102 and a holographic display device (or Maxwell holographic display device) 110. The computing device 102 is configured to prepare data for a list of primitives corresponding to objects, e.g., 3D objects, and to transmit the data to the holographic display device 110 via a wired or wireless connection, e.g., a USB-C connection or any other high-speed serial connection. The holographic display device 110 is configured to calculate electromagnetic (EM) field contributions from the list of primitives and display elements of a display (e.g., a modulator) within the holographic display device 110; to modulate the display elements with a pattern, e.g., a hologram, based on the calculated EM field contributions on the display; and, upon illumination, to display a light field corresponding to the object in 3D, e.g., a holographic reconstruction. In this specification, a hologram refers to a pattern displayed on the display that includes amplitude information, or any combination thereof, relating to an object. Holographic reconstruction refers to the volume light field (e.g., holographic light field) from a display when illuminated.
コンピューティングデバイス102は、任意の適切なタイプのデバイス、例えば、デスクトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ノートブック、タブレットコンピューティングデバイス、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ネットワークアプライアンス、スマート携帯電話、スマートウォッチ、高速汎用パケット無線サービス(EGPRS)携帯電話、メディアプレーヤー、ナビゲーションデバイス、電子メールデバイス、ゲームコンソール、又はこれらのコンピューティングデバイス又は他のコンピューティングデバイスのうちの任意の2つ以上の任意の適切な組み合わせであり得る。 The computing device 102 may be any suitable type of device, such as a desktop computer, personal computer, notebook, tablet computing device, personal digital assistant (PDA), network appliance, smart mobile phone, smartwatch, High-Speed General-Purpose Packet Radio Service (EGPRS) mobile phone, media player, navigation device, email device, game console, or any two or more suitable combinations of these computing devices or other computing devices.
コンピューティングデバイス102は、グラフィックスエンジンとしていくつかのアプリケーション106を含むことができるオペレーティングシステム(OS)104を含む。アプリケーション106は、シーン、例えば、いかなる任意のCGモデルも、標準的な3Dコンテンツ作成ツール、例えば、3ds Max(登録商標)、SOLIDWORKS(登録商標)、Maya(登録商標)、又はUnityを使用して、処理又はレンダリングすることができる。シーンは、1つ以上の実在又は想像上の3Dオブジェクト、又はオブジェクトの表現に対応することができる。アプリケーション106は、シーンをレンダリングして、更なる処理のためにグラフィックス処理ユニット(GPU)108に提供することができるOSグラフィックス抽象化101を取得するように、並行して動作することができる。いくつかの実装態様では、OSグラフィックス抽象化101は、更なる処理のためにホログラフィックディスプレイデバイス110に提供される。 The computing device 102 includes an operating system (OS) 104 that can include several applications 106 as graphics engines. The applications 106 can process or render scenes, such as any arbitrary CG model, using standard 3D content creation tools, such as 3ds Max®, SOLIDWORKS®, Maya®, or Unity. A scene can correspond to one or more real or imaginary 3D objects, or representations of objects. The applications 106 can operate in parallel to render the scene and obtain an OS graphics abstraction 101 that can be provided to a graphics processing unit (GPU) 108 for further processing. In some implementations, the OS graphics abstraction 101 is provided to a holographic display device 110 for further processing.
GPU108は、コンピュータグラフィックス及び画像処理の迅速な操作のために設計された特殊な電子回路を含むことができる。GPU108は、シーンのグラフィックス抽象化101を処理して、処理されたシーンデータ103を得ることができ、これを使用して、例えば、特定の順序でインデックス化されたプリミティブのリスト105を取得することができる。プリミティブは、点プリミティブ、線プリミティブ、又は多角形プリミティブのうちの少なくとも1つを含むことができる。いくつかの実装態様では、GPU108は、処理されたシーンデータ103及びプリミティブのリスト105を生成するように構成されたビデオドライバを含む。 The GPU 108 may include special electronic circuits designed for rapid operation of computer graphics and image processing. The GPU 108 can process a graphics abstraction 101 of the scene to obtain processed scene data 103, which can be used, for example, to obtain a list 105 of primitives indexed in a specific order. The primitives may include at least one of point primitives, line primitives, or polygon primitives. In some implementations, the GPU 108 includes a video driver configured to generate the processed scene data 103 and the list 105 of primitives.
いくつかの実装態様では、GPU108は、従来のレンダラ120を含み、それによって、プリミティブのリスト105は、従来のレンダリング技術、例えば、カリング及びクリッピングによって、従来のモニタ124、例えば、2Dディスプレイ画面上に描画するアイテムのリストにレンダリングすることができる。アイテムのリストは、画面バッファ122を介して、従来のモニタ124に送信することができる。 In some implementations, the GPU 108 includes a conventional renderer 120, which allows the list of primitives 105 to be rendered into a list of items to be drawn on a conventional monitor 124, for example, a 2D display screen, using conventional rendering techniques such as culling and clipping. The list of items can be transmitted to the conventional monitor 124 via a screen buffer 122.
いくつかの実装態様では、GPU108は、プリミティブのリスト105を、ホログラフィックディスプレイデバイス110によって表示されるグラフィックデータにレンダリングするためのホログラフィックレンダラ130を含む。グラフィックデータは、プリミティブのリスト、及び対応するプリミティブデータを含むことができる。例えば、グラフィックデータは、各プリミティブの16進コードを含むことができる。 In some implementations, the GPU 108 includes a holographic renderer 130 for rendering the list of primitives 105 into graphic data to be displayed by a holographic display device 110. The graphic data may include the list of primitives and corresponding primitive data. For example, the graphic data may include the hexadecimal code for each primitive.
いくつかの実装態様では、GPU108は、従来のレンダラ120及びホログラフィックレンダラ130の両方を含む。いくつかの実装態様では、GPU108は、従来のレンダラ120を含み、ホログラフィックディスプレイデバイス110は、ホログラフィックレンダラ130を含む。 In some implementations, the GPU 108 includes both a conventional renderer 120 and a holographic renderer 130. In some implementations, the GPU 108 includes a conventional renderer 120, and the holographic display device 110 includes a holographic renderer 130.
プリミティブの対応するプリミティブデータはまた、カラー情報(例えば、テクスチャカラー、グラデーションカラー、又はその両方)、テクスチャ情報、及び/又はシェーディング情報を含むことができる。シェーディング情報は、プリミティブの表面の色又は輝度を変調することを含む任意の慣習的なCGI表面シェーディング方法によって取得することができる。 The corresponding primitive data for a primitive may also include color information (e.g., texture color, gradient color, or both), texture information, and/or shading information. Shading information can be obtained by any conventional CGI surface shading method, which involves modulating the color or brightness of the primitive's surface.
プリミティブのプリミティブデータは、3D座標系、例えば、デカルト座標系XYZ、極座標系、円筒座標系、及び球面座標系におけるプリミティブの座標情報を含むことができる。以下で更に詳細に考察されるように、ホログラフィックディスプレイデバイス110内のディスプレイ要素はまた、3D座標系における対応する座標情報を有することができる。座標場所のプリミティブは、ディスプレイ要素に隣接する、例えば、ディスプレイ要素の前方、ディスプレイ要素の後方、又はディスプレイ要素にまたがる3Dオブジェクトを表すことができる。 The primitive data of a primitive can include coordinate information of the primitive in a 3D coordinate system, such as the Cartesian coordinate system (XYZ), polar coordinate system, cylindrical coordinate system, and spherical coordinate system. As will be discussed in more detail below, the display elements within the holographic display device 110 can also have corresponding coordinate information in a 3D coordinate system. The primitive of a coordinate location can represent a 3D object adjacent to the display element, for example, in front of the display element, behind the display element, or spanning the display element.
一例として、プリミティブは、シェーディングされた線、例えば、そのスパンにわたってある色から別の色にスムーズに変化する直線である。プリミティブは、レンダリングされるデータの4つの要素、すなわち、2つの終点、及び各終点におけるカラー情報(例えば、RGB色値)を必要とする。線の16進コードがa0であり、線が3D座標系における第1の終点(0.1,0.1,0.1)から第2の終点(0.2,0.2,0.2)まで延びていると仮定すると、色が1/2青、第1の終点において、RGB=(0,0,128)、色が完全な赤、第2の終点において、RGB=(255,0,0)。ホログラフィックレンダラは、各プリミティブに期待するデータの量及び種類を決定する。線の場合、プリミティブストリーム内のシェーディングされた線のプリミティブデータは、以下のような命令のセットにすることができる。
0xa0//シェーディングされた線の16進コード
0x3dcccccd//第1の頂点(0.1,0.1,0.1)フロート(シングル)
0x3dcccccd
0x3dcccccd
0x000080//第1の頂点色は(0,0,128)である
0x3e4ccccd//第2の頂点(0.2,0.2,0.2)フロート(シングル)
0x3e4ccccd
0x3e4ccccd
0xff0000//第2の頂点の色は(255,0,0)である
As an example, a primitive is a shaded line, for example, a straight line that smoothly changes from one color to another over its span. A primitive requires four elements of data to be rendered: two endpoints and color information (e.g., RGB color values) at each endpoint. Assuming the hexadecimal code of the line is a0 and the line extends from a first endpoint (0.1, 0.1, 0.1) to a second endpoint (0.2, 0.2, 0.2) in a 3D coordinate system, the color is 1/2 blue, RGB = (0, 0, 128) at the first endpoint, and the color is pure red, RGB = (255, 0, 0) at the second endpoint. The holographic renderer determines the amount and type of data to expect for each primitive. In the case of a line, the primitive data of a shaded line in the primitive stream can be a set of instructions such as the following:
0xa0 // Hex code for shaded line 0x3dcccccd // Float (single) first vertex (0.1, 0.1, 0.1)
0x3dccccccd
0x3dccccccd
0x000080 // The first vertex color is (0,0,128) 0x3e4ccccd // The second vertex (0.2,0.2,0.2) float (single)
0x3e4ccccd
0x3e4ccccd
0xff0000 // The color of the second vertex is (255, 0, 0)
シェーディングされた線プリミティブのプリミティブデータには、合計31の16進ワードがある。
複雑なシーンを伝送するための非常に効率的な方法であり得、プリミティブデータは、更に圧縮することができる。各プリミティブは決定性チューリングステップであるため、ターミネータは必要ない。この線プリミティブが単に2Dディスプレイ画面上に描画される従来のモデルとは異なり、線のプリミティブデータは、ホログラムを算出し、かつ空間に浮かぶ線を提示する対応するホログラフィック再構築を表示することができるホログラフィックディスプレイデバイス110に伝送される。
The primitive data for the shaded line primitive contains a total of 31 hexadecimal words.
This can be a highly efficient method for transmitting complex scenes, and the primitive data can be further compressed. Since each primitive is a deterministic Turing step, no terminator is required. Unlike conventional models in which line primitives are simply drawn on a 2D display screen, the line primitive data is transmitted to a holographic display device 110 that can compute a hologram and display a corresponding holographic reconstruction that presents lines floating in space.
いくつかの実装態様では、コンピューティングデバイス102は、非プリミティブベースのデータ、例えば、記録された光場ビデオをホログラフィックディスプレイデバイス110に伝送する。ホログラフィックディスプレイデバイス110は、連続したホログラムを算出して、空間内の連続したホログラフィック再構築としてビデオを表示することができる。いくつかの実装態様では、コンピューティングデバイス102は、ライブホログラフィックコンテンツと同時にCGホログラフィックコンテンツをホログラフィックディスプレイデバイス110に伝送する。ホログラフィックディスプレイデバイス110はまた、対応するホログラムを算出して、コンテンツを対応するホログラフィック再構築として表示することができる。 In some implementations, the computing device 102 transmits non-primitive-based data, such as recorded optical field video, to the holographic display device 110. The holographic display device 110 can calculate a sequence of holograms and display the video as a continuous holographic reconstruction in space. In some implementations, the computing device 102 transmits CG holographic content to the holographic display device 110 simultaneously with live holographic content. The holographic display device 110 can also calculate corresponding holograms and display the content as a corresponding holographic reconstruction.
図1Aに例解されるように、ホログラフィックディスプレイデバイス110は、コントローラ112及びディスプレイ114を含む。コントローラ112は、いくつかのコンピューティングユニット又は処理ユニットを含むことができる。いくつかの実装態様では、コントローラ112は、ASIC、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)若しくはGPUユニット、又はそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実装態様では、コントローラ112は、プリミティブのリスト105を、コンピューティングユニットによって計算されるグラフィックデータにレンダリングするためのホログラフィックレンダラ130を含む。いくつかの実装態様では、コントローラ112は、更なる処理のために、OSグラフィックス抽象化101をコンピューティングデバイス102から受信する。ディスプレイ114は、いくつかのディスプレイ要素を含むことができる。いくつかの実装態様では、ディスプレイ114は、空間光変調器(SLM)を含む。SLMは、位相SLM、振幅SLM、又は位相及び振幅SLMであり得る。いくつかの例では、ディスプレイ114は、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)又は液晶オンシリコン(LCOS)デバイスである。いくつかの実装態様では、ホログラフィックディスプレイデバイス110は、ディスプレイ114に隣接し、かつディスプレイ114に向かって光を放出するように構成された照射器116を含む。照射器116は、1つ以上のコヒーレント光源、例えば、レーザ、1つ以上の半コヒーレント光源、例えば、LED(発光ダイオード)又は超発光ダイオード(SLED)、1つ以上の非コヒーレント光源、又はそのような光源の組み合わせを含むことができる。 As illustrated in Figure 1A, the holographic display device 110 includes a controller 112 and a display 114. The controller 112 may include several computing units or processing units. In some implementations, the controller 112 includes an ASIC, a field-programmable gate array (FPGA), or a GPU unit, or any combination thereof. In some implementations, the controller 112 includes a holographic renderer 130 for rendering a list of primitives 105 into graphic data computed by the computing units. In some implementations, the controller 112 receives an OS graphics abstraction 101 from the computing device 102 for further processing. The display 114 may include several display elements. In some implementations, the display 114 includes a spatial light modulator (SLM). The SLM may be a phase SLM, an amplitude SLM, or a phase and amplitude SLM. In some examples, the display 114 is a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal on silicon (LCOS) device. In some implementations, the holographic display device 110 includes an irradiator 116 adjacent to the display 114 and configured to emit light toward the display 114. The irradiator 116 may include one or more coherent light sources, e.g., lasers; one or more semi-coherent light sources, e.g., LEDs (light-emitting diodes) or super-light-emitting diodes (SLEDs); one or more non-coherent light sources; or a combination of such light sources.
3Dシーンを撮り、それを2Dディスプレイデバイスにレンダリングする従来の3Dグラフィックスシステムとは異なり、ホログラフィックディスプレイデバイス110は、光場、例えば、3Dボリュームの光の形態でホログラフィック再構築117などの3D出力を生成するように構成されている。ホログラムでは、各ディスプレイ要素は、シーンのホログラフィック再構築のあらゆる部分に寄与することができる。したがって、ホログラフィックディスプレイデバイス110について、各ディスプレイ要素は、シーンの完全なホログラフィック再生のために、シーンのあらゆる部分、例えば、GPU108によって生成されたプリミティブのリスト内の各プリミティブについて潜在的に変調される必要がある。いくつかの実装態様では、特定の要素の変調は、例えば、再現されたシーン内又はシーンのいくつかの領域内の許容可能なレベルの精度に基づいて、省略又は簡略化することができる。 Unlike conventional 3D graphics systems that capture a 3D scene and render it on a 2D display device, the holographic display device 110 is configured to generate 3D output, such as a holographic reconstruction 117, in the form of a light field, for example, the light of a 3D volume. In a hologram, each display element can contribute to any part of the holographic reconstruction of the scene. Therefore, for the holographic display device 110, each display element needs to be potentially modulated for every part of the scene, for example, each primitive in the list of primitives generated by the GPU 108, for a complete holographic reproduction of the scene. In some implementations, the modulation of certain elements can be omitted or simplified, for example, based on an acceptable level of accuracy within the reproduced scene or within certain areas of the scene.
いくつかの実装態様では、コントローラ112は、各プリミティブから各ディスプレイ要素へのEM場寄与、例えば、位相、振幅、又はその両方を算出し、かつ各ディスプレイ要素について、プリミティブのリストからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成するように構成されている。これは、全てのプリミティブを実行し、所与のディスプレイ要素への寄与を増加させることによってか、又は各プリミティブについて各ディスプレイ要素を実行することによってか、又はこれら2つの技術のハイブリッドブレンドによって行うことができる。 In some implementations, the controller 112 is configured to calculate the EM field contribution from each primitive to each display element, e.g., phase, amplitude, or both, and to generate a sum of the EM field contributions to each display element from a list of primitives for each display element. This can be done by executing all primitives and increasing their contributions to a given display element, or by executing each display element for each primitive, or by a hybrid blend of these two techniques.
コントローラ112は、各プリミティブから各ディスプレイ要素へのEM場寄与を、プリミティブの所定の式に基づいて算出することができる。異なるプリミティブは、対応する式を有することができる。いくつかの場合では、所定の式は、図3A~3Cに関連して以下で更に詳細に考察されるように、解析式である。いくつかの場合では、所定の式は、ディスプレイ114で定義された境界条件を用いてマクスウェル方程式を解くことによって決定される。境界条件は、ディリクレ境界条件又はコーシー境界条件を含むことができる。次いで、ディスプレイ要素は、例えば、屈折率、振幅指数、複屈折、又はディスプレイ要素の遅延のうちの少なくとも1つを変調することによって、EM場寄与の合計に基づいて変調することができる。 The controller 112 can calculate the EM field contribution from each primitive to each display element based on a predetermined equation for the primitive. Different primitives may have corresponding equations. In some cases, the predetermined equation is an analytical equation, as will be discussed in more detail below in relation to Figures 3A-3C. In some cases, the predetermined equation is determined by solving Maxwell's equations using boundary conditions defined in the display 114. The boundary conditions may include Dirichlet or Cauchy boundary conditions. The display elements can then be modulated based on the sum of the EM field contributions by modulating, for example, at least one of the following: refractive index, amplitude exponent, birefringence, or delay of the display element.
場を境界する表面上の各点でのEM場、例えば、マックスウェル方程式の解の値が既知である場合、境界面によって境界されたボリューム内のEM場の正確かつ一意の構成を決定することができる。プリミティブのリスト(又は対応するホログラムのホログラフィック再構築)及びディスプレイ114は、3D空間を画定し、ディスプレイ114の表面は、3D空間の境界面の一部分を形成する。ディスプレイ114の表面にEM場状態(例えば、位相状態又は振幅状態又は位相及び振幅状態)を設定することによって、例えば、ディスプレイ表面上に光を照射することによって、EM場の境界条件を決定することができる。マクスウェル方程式の時間対称性により、ディスプレイ要素は、ホログラムに対応するプリミティブからのEM場寄与に基づいて変調されるため、ホログラム再構築として、ホログラムに対応する体積光場を得ることができる。 If the EM field at each point on the boundary surface, for example, the values of the solutions to Maxwell's equations, are known, the exact and unique configuration of the EM field within the volume bounded by the boundary surface can be determined. The list of primitives (or the corresponding holographic reconstruction of the hologram) and the display 114 define a 3D space, and the surface of the display 114 forms a portion of the boundary surface of the 3D space. The boundary conditions of the EM field can be determined by setting EM field states (e.g., phase states or amplitude states or phase and amplitude states) on the surface of the display 114, for example, by irradiating the display surface with light. Due to the time symmetry of Maxwell's equations, the display elements are modulated based on the EM field contributions from the primitives corresponding to the hologram, so that a volume light field corresponding to the hologram can be obtained as a hologram reconstruction.
例えば、特定の色での照射の線プリミティブは、ディスプレイ114の前方に設定することができる。図3Bに関して以下に更に詳細に考察するように、線形開口の解析式は、空間における関数として書くことができる。次いで、ディスプレイ114を含む境界面上の線プリミティブからのEM場寄与を判定することができる。計算されたEM場寄与に対応するEM場値がディスプレイ114に設定される場合、マックスウェル方程式の時間対称性のために、算出で使用される同じ線形開口は、対応する場所、例えば、3D座標系における線形プリミティブの座標位置に、かつ特定の色で現れることができる。 For example, a line primitive illuminating in a specific color can be set in front of the display 114. As will be discussed in more detail below with respect to Figure 3B, the analytical formula for the linear aperture can be written as a function in space. Then, the EM field contribution from the line primitive on the interface containing the display 114 can be determined. If the EM field value corresponding to the calculated EM field contribution is set on the display 114, due to the time symmetry of Maxwell's equations, the same linear aperture used in the calculation can appear at the corresponding location, for example, at the coordinate position of the linear primitive in the 3D coordinate system, and in a specific color.
いくつかの例では、図3Bに関して以下で更に詳細に考察するように、3D空間の2つの点AとBとの間に光の線があると仮定する。光は均等に点灯し、線距離l当たりの強度Iを有する。AからBまでの線に沿った無限小dlごとに、I*dlに比例する光の量が放出される。無限小dlは、デルタ(点)源として作用し、プリミティブのリストに対応するシーンの周りの境界面上の任意の点への無限小dlからのEM場寄与を判定することができる。したがって、ディスプレイ114の任意のディスプレイ要素について、線の無限小セグメントからのディスプレイ要素でのEM場寄与を表す解析式を判定することができる。線に沿って進行し、ディスプレイのディスプレイ要素におけるEM場への線全体のEM場寄与を増加させる特殊な足し算/積分が、式として判定することができる。式に対応する値は、例えば、ディスプレイ要素を変調し、ディスプレイ要素を照射することによって、ディスプレイ要素で設定することができる。次いで、時間反転及び補正定数によって、3D空間内の点A及び点Bによって画定された同じ場所に線を作成することができる。 In some examples, we assume there is a line of light between two points A and B in 3D space, as will be discussed in more detail below with respect to Figure 3B. The light is uniformly illuminated and has an intensity I per line distance l. For every infinitesimal dl along the line from A to B, an amount of light proportional to I*dl is emitted. The infinitesimal dl acts as a delta (point) source, and the EM field contribution from the infinitesimal dl to any point on the interface around the scene corresponding to the list of primitives can be determined. Thus, for any display element of display 114, an analytical formula representing the EM field contribution at the display element from an infinitesimal segment of the line can be determined. A special addition/integral that progresses along the line and increases the EM field contribution of the entire line to the EM field at the display element of the display can be determined as a formula. The values corresponding to the formula can be set at the display element, for example, by modulating the display element and illuminating the display element. Then, by time reversal and correction constants, the line can be created at the same location defined by points A and B in 3D space.
いくつかの実装態様では、コントローラ112は、メモリバッファを通って、ディスプレイ114に結合されている。コントローラは、ディスプレイ要素の各々へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することができる。制御信号は、EM場寄与の合計に基づいてディスプレイ要素を変調するためのものである。それぞれの制御信号は、メモリバッファを介して、対応するディスプレイ要素に伝送される。 In some implementations, the controller 112 is coupled to the display 114 via a memory buffer. The controller can generate control signals for each display element based on the sum of their EM field contributions. These control signals are used to modulate the display elements based on the sum of their EM field contributions. Each control signal is transmitted to the corresponding display element via the memory buffer.
いくつかの実装態様では、コントローラ112は、ディスプレイ114と一体化されており、ディスプレイ114に局所的に結合されている。図1Bに関連して更に詳細に考察されるように、コントローラ112は、いくつかのコンピューティングユニットを含むことができ、各々が、1つ以上のそれぞれのディスプレイ要素に各々結合されており、かつ1つ以上のそれぞれのディスプレイ要素の各々にそれぞれの制御信号を伝送するように構成されている。各コンピューティングユニットは、プリミティブのリストの1つ以上のプリミティブ上で算出を実行するように構成することができる。コンピューティングユニットは、並列に動作することができる。 In some implementations, the controller 112 is integrated with the display 114 and locally coupled to the display 114. As will be considered in more detail in relation to Figure 1B, the controller 112 may include several computing units, each coupled to one or more display elements and configured to transmit its respective control signals to each of the one or more display elements. Each computing unit may be configured to perform computations on one or more primitives in a list of primitives. The computing units can operate in parallel.
いくつかの実装態様では、照射器116は、コントローラ112に結合されており、コントローラ112からの制御信号に基づいてオン/オフになるように構成されている。例えば、コントローラ112は、コントローラ112が算出を完了する、例えば、ディスプレイ要素についてのEM場寄与の全ての合計が取得されることに応答して、照射器116を作動させて、オンにすることができる。上述したように、照射器116がディスプレイ114上に光を放出するとき、ディスプレイの変調された要素は、光を異なる方向に伝搬させて、3Dオブジェクトに対応するプリミティブのリストに対応する体積光場を形成する。結果として生じる体積光場は、ディスプレイ114の変調された要素によって定義された境界条件を有するマックスウェル方程式の解に対応する。 In some implementations, the irradiator 116 is coupled to a controller 112 and configured to be turned on/off based on a control signal from the controller 112. For example, the controller 112 can activate and turn on the irradiator 116 in response to the controller 112 completing a calculation, for example, obtaining the total of all EM field contributions for the display elements. As described above, when the irradiator 116 emits light onto the display 114, the modulated elements of the display propagate the light in different directions, forming a volume light field corresponding to a list of primitives corresponding to 3D objects. The resulting volume light field corresponds to a solution to Maxwell's equations with boundary conditions defined by the modulated elements of the display 114.
いくつかの実装態様では、コントローラ112は、メモリバッファを通って、照射器116に結合されている。メモリバッファは、照射器内の発光素子の振幅又は輝度を制御するように構成することができる。照射器116のためのメモリバッファは、ディスプレイ114のためのメモリバッファよりも小さいサイズを有することができる。照射器116内のいくつかの発光素子は、発光素子からの光がディスプレイ114の実質的に全表面上を照射することができる限り、ディスプレイ114のいくつかのディスプレイ要素よりも小さくなり得る。例えば、64×64OLED(有機発光ダイオード)を有する照射器を、1024×1024要素を有するディスプレイに使用することができる。コントローラ112は、照射器116のいくつかの照射素子を同時に作動させるように構成することができる。 In some implementations, the controller 112 is coupled to the irradiator 116 via a memory buffer. The memory buffer can be configured to control the amplitude or brightness of the light-emitting elements within the irradiator. The memory buffer for the irradiator 116 may be smaller in size than the memory buffer for the display 114. Some of the light-emitting elements within the irradiator 116 may be smaller than some of the display elements of the display 114, as long as the light from the light-emitting elements can illuminate substantially the entire surface of the display 114. For example, an irradiator with 64 x 64 OLEDs (organic light-emitting diodes) can be used with a display having 1024 x 1024 elements. The controller 112 can be configured to operate several of the irradiating elements of the irradiator 116 simultaneously.
いくつかの実装態様では、照射器116は、実質的に単色の光、例えば、赤色光、緑色光、黄色光、又は青色光を放出するように構成された単色光源である。いくつかの実装態様では、照射器116は、2つ以上の発光素子、例えば、レーザ又は発光ダイオード(LED)を含み、各々が異なる色を有する光を放出するように構成されている。例えば、照射器116は、赤色、緑色、及び青色照射素子を含むことができる。フルカラー3Dオブジェクトを表示するために、少なくとも赤色、緑色、及び青色を含む色についての3つ以上の別々のホログラムを計算することができる。すなわち、対応するプリミティブからディスプレイ要素への少なくとも3つのEM場寄与を取得することができる。ディスプレイ要素は、少なくとも3つのEM場寄与に基づいて順次変調することができ、照射器116は、少なくとも赤色、緑色、及び青色照射素子を順次オンにするように制御することができる。例えば、コントローラ112は、第1のタイミング信号を伝送して、青色照射素子をオンにし、かつ青色ホログラムに対応する第1の制御信号を伝送して、ディスプレイ114の要素を表示することができる。ディスプレイ114上の青色ホログラムが第1の期間に青色光で照射された後、コントローラ112は、第2のタイミング信号を伝送して、緑色照射素子をオンにし、かつ緑色ホログラムに対応する第2の制御信号を伝送して、ディスプレイ114の要素を表示することができる。ディスプレイ114上の緑色ホログラムが第2の期間に緑色光で照射された後、コントローラ112は、第3のタイミング信号を伝送して、赤色照射素子をオンにし、かつ赤色ホログラムに対応する第3の制御信号を伝送して、ディスプレイ114の要素を表示することができる。ディスプレイ114上の赤色ホログラムが第3の期間に赤色光で照射された後、コントローラ112は、上記のステップを繰り返すことができる。ビューアの目の視覚効果の時間的コヒーレンスに応じて、3つの色を目の中で組み合わせて、フルカラーの外観を与えることができる。いくつかの場合では、照射器116は、ディスプレイ画像(又はホログラフィック再構築)の状態変化中にオフにされ、有効な画像(又はホログラフィック再構築)が一定期間提示されるときにオンにされる。これはまた、画像(又はホログラフィック再構築)が安定して見えるようにするための視覚の時間的コヒーレンスに依存することができる。 In some implementations, the irradiator 116 is a monochromatic light source configured to emit substantially monochromatic light, such as red, green, yellow, or blue light. In some implementations, the irradiator 116 includes two or more light-emitting elements, such as lasers or light-emitting diodes (LEDs), each configured to emit light of a different color. For example, the irradiator 116 may include red, green, and blue irradiating elements. To display a full-color 3D object, three or more separate holograms can be calculated for colors including at least red, green, and blue. That is, at least three EM field contributions can be obtained from the corresponding primitives to the display elements. The display elements can be sequentially modulated based on at least three EM field contributions, and the irradiator 116 can be controlled to sequentially turn on at least the red, green, and blue irradiating elements. For example, the controller 112 can transmit a first timing signal to turn on the blue irradiating element and transmit a first control signal corresponding to the blue hologram to display the elements of the display 114. After the blue hologram on the display 114 is illuminated with blue light for a first period, the controller 112 can transmit a second timing signal to turn on the green illumination element and transmit a second control signal corresponding to the green hologram to display the elements of the display 114. After the green hologram on the display 114 is illuminated with green light for a second period, the controller 112 can transmit a third timing signal to turn on the red illumination element and transmit a third control signal corresponding to the red hologram to display the elements of the display 114. After the red hologram on the display 114 is illuminated with red light for a third period, the controller 112 can repeat the above steps. Depending on the temporal coherence of the visual effect on the viewer's eye, the three colors can be combined in the eye to give a full-color appearance. In some cases, the illuminator 116 is turned off during a state change of the display image (or holographic reconstruction) and turned on when a valid image (or holographic reconstruction) is presented for a certain period of time. This can also rely on the temporal coherence of vision to ensure that the image (or holographic reconstruction) appears stable.
いくつかの実装態様では、ディスプレイ114は、例えば、0.5μm以下の次数で可視光を回折させるのに十分に小さい分解能を有する。照射器116は、単一の白色光源を含むことができ、放出された白色光は、ホログラフィック再構築のために、ディスプレイ114によって異なる色に回折させることができる。 In some implementations, the display 114 has a resolution small enough to diffract visible light to an order of, for example, 0.5 μm or less. The irradiator 116 may include a single white light source, and the emitted white light can be diffracted to different colors by the display 114 for holographic reconstruction.
図5A~5Kに関して以下で更に詳細に考察するように、システム100のための異なる構成が存在し得る。ディスプレイ114は、反射型又は透過型であり得る。ディスプレイ114は、小型(例えば、一辺が1~10cm)から大型(例えば、一辺が100~1000cm)までの範囲の様々なサイズを有することができる。照射器116からの照射は、ディスプレイ114の前方から(例えば、反射型又は半透過型ディスプレイの場合)、又はディスプレイ114の後方から(例えば、透過型ディスプレイの場合)であり得る。ホログラフィックディスプレイデバイス110は、ディスプレイ114にわたって均一な照射を提供することができる。いくつかの実装態様では、光導波管は、図5D~5Gに例解されるように、ディスプレイ114の表面を均一に照射するために使用することができる。いくつかの例では、コントローラ112、照射器116、及びディスプレイ114は、単一のユニットとして一緒に一体化することができる。一体化された単一ユニットは、例えば、コントローラ112内にホログラフィックレンダラ130を含むことができる。 As will be discussed in more detail below with respect to Figures 5A-5K, different configurations for System 100 are possible. The display 114 may be reflective or transmissive. The display 114 can have various sizes ranging from small (e.g., 1-10 cm on each side) to large (e.g., 100-1000 cm on each side). Illumination from the irradiator 116 may be from the front of the display 114 (e.g., for reflective or semi-transmissive displays) or from the rear of the display 114 (e.g., for transmissive displays). The holographic display device 110 can provide uniform illumination across the display 114. In some implementations, optical waveguides can be used to uniformly illuminate the surface of the display 114, as illustrated in Figures 5D-5G. In some examples, the controller 112, irradiator 116, and display 114 can be integrated together as a single unit. This integrated single unit may, for example, include a holographic renderer 130 within the controller 112.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス、例えば、図5H~5Kに例解されるような場格子デバイス又はライトガイドデバイスは、照射器116からの光をディスプレイ114に回折させるように構成することができ、次いでディスプレイ114は、光をビューアの目に回折させることができる。いくつかの例では、照射器116からの光は、照射器116が、ディスプレイ114のビューアの視界を遮断しないように、側面から大きな入射角で光学回折デバイスに入射することができる。いくつかの例では、光学回折デバイスからの回折光は、光が、ディスプレイを比較的均一に照射し、損失を減らして(例えば、最小限に抑えて)ビューアの目に回折させることができるように、ディスプレイにほぼ垂直入射角で回折させることができる。 In some implementations, an optical diffraction device, such as a field grating device or light guide device as illustrated in Figures 5H-5K, can be configured to diffract light from the irradiator 116 onto the display 114, which then diffracts the light to the viewer's eye. In some examples, the light from the irradiator 116 can be incident on the optical diffraction device from the side at a large angle of incidence so that the irradiator 116 does not obstruct the viewer's view of the display 114. In some examples, the diffracted light from the optical diffraction device can be diffracted at an angle of incidence nearly perpendicular to the display so that the light illuminates the display relatively uniformly and diffracts to the viewer's eye with reduced loss (e.g., minimized).
図1Bは、例示的なホログラフィックディスプレイデバイス150の概略図を例解する。ホログラフィックディスプレイデバイス150は、図1Aのホログラフィックディスプレイデバイス110と同様であり得る。ホログラフィックディスプレイデバイス150は、コンピューティングアーキテクチャ152及びディスプレイ156を含む。コンピューティングアーキテクチャ152は、図1Aのコントローラ112と同様であり得る。コンピューティングアーキテクチャ152は、並列コンピューティングコア154のアレイを含むことができる。コンピューティングコアは、通信接続部159、例えば、USB-C接続又は任意の他の高速シリアル(又は並列)接続部を介して、隣接するコンピューティングコアに接続することができる。接続部159は、シーンデータ151(例えば、シーンプリミティブ)がコンピューティングコア154間に分散することができるデータ分散ネットワークに含めることができる。 Figure 1B illustrates a schematic diagram of an exemplary holographic display device 150. The holographic display device 150 may be similar to the holographic display device 110 in Figure 1A. The holographic display device 150 includes a computing architecture 152 and a display 156. The computing architecture 152 may be similar to the controller 112 in Figure 1A. The computing architecture 152 may include an array of parallel computing cores 154. The computing cores can be connected to adjacent computing cores via communication connectivity 159, for example, a USB-C connection or any other high-speed serial (or parallel) connectivity. The connectivity 159 may be included in a data distribution network where scene data 151 (e.g., scene primitives) can be distributed among the computing cores 154.
ディスプレイ156は、図1Aのディスプレイ114と同様であり得、バックプレーン158上に位置付けられたディスプレイ要素160のアレイを含むことができる。ディスプレイ要素160は、バックプレーン158の前側に配置することができ、コンピューティングコア154は、バックプレーン158の後ろ側に配置することができる。バックプレーン158は、基板、例えば、ウエハであり得る。コンピューティングコア154は、ディスプレイ156と同じ基板上にあるか、又はディスプレイ156の後ろ側に接合されているかのいずれかであり得る。 The display 156 may be similar to the display 114 in Figure 1A and may include an array of display elements 160 positioned on the backplane 158. The display elements 160 may be located in front of the backplane 158, and the computing core 154 may be located behind the backplane 158. The backplane 158 may be a substrate, such as a wafer. The computing core 154 may be on the same substrate as the display 156, or bonded to the back of the display 156.
各コンピューティングコア154は、ディスプレイ要素160のそれぞれのタイル(又はアレイ)に接続することができる。各コンピューティングコア154は、シーンデータ151内のいくつかのプリミティブのそれぞれのプリミティブ上で、1つ以上の他のコンピューティングコアと並列して計算を実行するように構成することができる。いくつかの例では、コンピューティングコア154は、それぞれのプリミティブの各々からディスプレイ要素160の各々へのEM場寄与を算出し、かついくつかのプリミティブからディスプレイ要素160のそれぞれのタイルの各々へのEM場寄与の合計を生成するように構成されている。コンピューティングコア154は、コンピューティングコア154のアレイの他のコンピューティングコアから、いくつかのプリミティブのうちの他のプリミティブからディスプレイ要素160のそれぞれのタイルへの算出されたEM場寄与を受信し、かつ受信された算出されたEM場寄与に基づいてEM場寄与の合計を生成することができる。コンピューティングコア154は、ディスプレイ要素のそれぞれのタイルの各々について制御信号を生成して、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、ディスプレイ要素160のそれぞれのタイルの各々の少なくとも1つの特性を変調することができる。 Each computing core 154 can be connected to each tile (or array) of the display element 160. Each computing core 154 can be configured to perform calculations in parallel with one or more other computing cores on each primitive of several primitives in the scene data 151. In some examples, the computing core 154 is configured to calculate the EM field contribution from each of each primitive to each of the display elements 160 and to generate a sum of the EM field contributions from several primitives to each of the tiles of the display element 160. The computing core 154 can receive the calculated EM field contributions from other primitives to each of the tiles of the display element 160 from other computing cores in the array of computing cores 154, and generate a sum of the EM field contributions based on the received calculated EM field contributions. The computing core 154 can generate control signals for each of the tiles of the display element to modulate at least one characteristic of each of the tiles of the display element 160 based on the sum of the EM field contributions to the display element.
上述したように、コンピューティングアーキテクチャ152はまた、例えば、いくつかのプリミティブからディスプレイ要素の各々へのEM場寄与の合計の算出が完了したと判定することに応答して、照射器162への制御信号を生成することができる。照射器162は、入力光153を放出して、変調されたディスプレイ要素160を照射し、入力光153は、変調されたディスプレイ要素160によって回折されて、シーンデータ151に対応する容積光場、例えば、ホログラフィック光場155を形成する。 As described above, the computing architecture 152 can also generate a control signal to the irradiator 162 in response to determining, for example, that the calculation of the sum of the EM field contributions from several primitives to each of the display elements has been completed. The irradiator 162 emits input light 153 to illuminate the modulated display element 160, and the input light 153 is diffracted by the modulated display element 160 to form a volume light field, such as a holographic light field 155, corresponding to the scene data 151.
図1Bに例解されるように、ディスプレイ要素160のタイルは、より大きなディスプレイに相互接続することができる。対応して、コンピューティングコア154は、データ通信及び配信のために相互接続することができる。所与の2つのディスプレイ要素間のホログラフィック計算において変化するパラメータは、それらの物理的場所であることに留意されたい。したがって、ホログラムを計算するタスクは、対応するコンピューティングコア154間で等しく共有することができ、ディスプレイ150全体は、タイルの数とは無関係に、単一のタイルと同じ速度で動作することができる。 As illustrated in Figure 1B, the tiles of the display element 160 can be interconnected to a larger display. Correspondingly, the computing cores 154 can be interconnected for data communication and distribution. Note that the parameter that changes in holographic computation between two given display elements is their physical location. Therefore, the task of computing the hologram can be equally shared between the corresponding computing cores 154, and the entire display 150 can operate at the same speed as a single tile, regardless of the number of tiles.
図1Cは、3D空間内にオブジェクトを表示するための例示的なシステム170を例解する。システム170は、コンピューティングデバイス、例えば、図1Aのコンピューティングデバイス102、及びホログラフィックディスプレイデバイス172、例えば、図1Aのホログラフィックディスプレイ110、又は図1Bの150を含むことができる。ユーザは、入力デバイス、例えば、キーボード174及び/又はマウス176を使用して、システム170を動作させることができる。例えば、ユーザは、コンピューティングデバイスを通って、2Dオブジェクト178及び3Dオブジェクト180のCGモデルを作成することができる。コンピューティングデバイス又はホログラフィックディスプレイデバイス172は、CGモデルをレンダリングして、2Dオブジェクト178及び3Dオブジェクト180についての対応するグラフィックデータを生成するための、ホログラフィックレンダラ、例えば、図1Aのホログラフィックレンダラ130を含むことができる。グラフィックデータは、オブジェクト178及び180に対応するプリミティブのリストのそれぞれのプリミティブデータを含むことができる。 Figure 1C illustrates an exemplary system 170 for displaying objects in 3D space. System 170 may include a computing device, e.g., computing device 102 in Figure 1A, and a holographic display device 172, e.g., the holographic display 110 in Figure 1A, or 150 in Figure 1B. A user can operate System 170 using input devices, e.g., a keyboard 174 and/or a mouse 176. For example, a user can create computer graphics (CG) models of 2D objects 178 and 3D objects 180 through the computing device. The computing device or holographic display device 172 may include a holographic renderer, e.g., the holographic renderer 130 in Figure 1A, for rendering the CG models and generating corresponding graphic data for the 2D objects 178 and 3D objects 180. The graphic data may include primitive data for each of the primitives corresponding to objects 178 and 180.
ホログラフィックディスプレイデバイス172は、コントローラ、例えば、図1Aのコントローラ112又は図1Bの152、及びディスプレイ173、例えば、図1Aのディスプレイ114又は図1Bの156を含むことができる。コントローラは、プリミティブからディスプレイ173の各ディスプレイ要素へのEM場寄与のそれぞれの合計を算出し、EM場寄与のそれぞれの合計に基づいて、各ディスプレイ要素を変調するための制御信号を生成することができる。ホログラフィックディスプレイデバイス172は、照射器、例えば、図1Aの照射器116又は図1Bの照射器162を更に含むことができる。コントローラは、タイミング制御信号を生成して、照射器を作動させることができる。照射器からの光が、ディスプレイ173の表面を照射するとき、変調されたディスプレイ要素は、光を、3D空間内で伝搬させて、オブジェクト178の2Dビューのホログラフィック再構築及び3Dオブジェクト180のホログラフィック再構築に対応する体積光場を形成させることができる。したがって、オブジェクト178の2Dビュー及びオブジェクト180の3Dホログラフィック再構築は、ディスプレイ173の前方、ディスプレイ173の後方、又はディスプレイにまたがる3D空間に浮かぶそれぞれのホログラフィック再構築として表示される。 The holographic display device 172 may include a controller, for example, controller 112 in Figure 1A or 152 in Figure 1B, and a display 173, for example, display 114 in Figure 1A or 156 in Figure 1B. The controller can calculate the respective sums of the EM field contributions from primitives to each display element of the display 173 and generate control signals for modulating each display element based on the respective sums of the EM field contributions. The holographic display device 172 may further include an irradiator, for example, irradiator 116 in Figure 1A or irradiator 162 in Figure 1B. The controller can generate timing control signals to operate the irradiator. When light from the irradiator illuminates the surface of the display 173, the modulated display elements can propagate the light in 3D space to form a volume light field corresponding to the holographic reconstruction of the 2D view of object 178 and the holographic reconstruction of the 3D object 180. Therefore, the 2D view of object 178 and the 3D holographic reconstruction of object 180 are displayed as holographic reconstructions floating in 3D space in front of, behind, or across the display 173.
いくつかの実装態様では、コンピューティングデバイスは、非プリミティブベースのデータ、例えば、記録された光場ビデオをホログラフィックディスプレイデバイス172に伝送する。ホログラフィックディスプレイデバイス172は、対応するホログラム、例えば、一連の連続したホログラムを算出し、生成して、3D空間で対応するホログラフィック再構築として表示することができる。いくつかの実装態様では、コンピューティングデバイスは、ライブホログラフィックコンテンツと同時にCGホログラフィックコンテンツをホログラフィックディスプレイデバイス172に伝送する。ホログラフィックディスプレイデバイス172はまた、対応するホログラムを算出し、生成して、コンテンツを3D空間で対応するホログラフィック再構築として表示することができる。 In some implementations, the computing device transmits non-primitive-based data, such as recorded optical field video, to the holographic display device 172. The holographic display device 172 can compute and generate corresponding holograms, such as a series of consecutive holograms, and display them in 3D space as corresponding holographic reconstructions. In some implementations, the computing device transmits CG holographic content to the holographic display device 172 simultaneously with live holographic content. The holographic display device 172 can also compute and generate corresponding holograms and display the content in 3D space as corresponding holographic reconstructions.
図2は、電磁(EM)場計算のための例示的な構成200を例解する。ディスプレイ202、例えば、要素204のアレイ、及び点プリミティブ206を含むプリミティブのリストを含むLCOSデバイスは、3D空間208内にある。3D空間208は、境界面210を含む。3D座標系XYZにおいて、点プリミティブ206は、座標情報(x,y,z)を有する。各ディスプレイ要素204は、他のディスプレイ要素204に関して平坦な平面にあり、2D位置(u,v)を有する。ディスプレイ要素204はまた、3D空間内にある場所を有する。数学的点変換によって、2D位置(u,v)は、3D座標系における6つの座標250に転送することができる。すなわち、ディスプレイ202の表面は、境界面210の一部分を形成する。したがって、ディスプレイ202の表面で境界条件を定義することによって計算されたプリミティブのリストからディスプレイ要素へのEM場寄与は、プリミティブからディスプレイ要素への合計EM場寄与の一部分を表す。スケール係数、例えば、6を、ディスプレイ要素の各々についてのEM場寄与の合計に乗算して、場寄与のスケーリングされた合計を取得することができ、ディスプレイ要素は、場寄与のスケーリングされた合計に基づいて変調することができる。 Figure 2 illustrates an exemplary configuration 200 for electromagnetic (EM) field calculations. An LCOS device, including a display 202, for example, an array of elements 204, and a list of primitives including point primitives 206, is located in 3D space 208. 3D space 208 includes a boundary surface 210. In the 3D coordinate system XYZ, a point primitive 206 has coordinate information (x, y, z). Each display element 204 is on a plane flat with respect to other display elements 204 and has a 2D position (u, v). Display elements 204 also have a location in 3D space. By mathematical point transformation, the 2D position (u, v) can be transferred to six coordinates 250 in the 3D coordinate system. That is, the surface of the display 202 forms a portion of the boundary surface 210. Therefore, the EM field contribution to the display elements from the list of primitives calculated by defining boundary conditions on the surface of the display 202 represents a portion of the total EM field contribution from the primitives to the display elements. A scaled sum of the field contributions can be obtained by multiplying the sum of the EM field contributions for each of the display elements by a scaling factor, e.g., 6, and the display elements can be modulated based on this scaled sum of field contributions.
プリミティブについての例示的なEM場寄与
プリミティブは、コンピュータグラフィックスレンダリングに使用することができる。コンピュータグラフィックスにおけるプリミティブの各タイプは、本明細書に開示される技術の定式化において、ホログラムに追加されたグラフィック要素の単一のホログラフィックプリミティブを定義する離散的な数学関数に対応する。プリミティブの各タイプは、ディスプレイ要素へのEM場寄与を計算するための式に対応することができる。プリミティブは、点プリミティブ、線プリミティブ、又は多角形(例えば、三角形)プリミティブであり得る。以下に例解されるように、解析式は、対応するプリミティブからディスプレイのディスプレイ要素へのEM場伝搬を計算することによって導出することができる。
Exemplary EM Field Contributions for Primitives Primitives can be used in computer graphics rendering. Each type of primitive in computer graphics corresponds to a discrete mathematical function that defines a single holographic primitive of the graphic elements added to a hologram in the formulation of the techniques disclosed herein. Each type of primitive can correspond to an equation for calculating the EM field contribution to the display elements. Primitives can be point primitives, line primitives, or polygonal (e.g., triangle) primitives. As illustrated below, analytical equations can be derived by calculating the EM field propagation from the corresponding primitive to the display elements of the display.
図3Aは、点プリミティブ304からディスプレイ300の要素302への例示的なEM伝搬を例解する。3D座標系XYZでは、z座標がディスプレイ300にわたって0であると仮定し、これは、負のz値がディスプレイ300の後ろにあり、正のz値がディスプレイ300の前方にあることを意味する。点プリミティブ304は座標(x,y,z)を有し、ディスプレイ要素302は座標(u,v,0)を有する。点プリミティブ304とディスプレイ要素302との間の距離duvは、それらの座標に基づいて決定することができる。 Figure 3A illustrates exemplary EM propagation from point primitive 304 to element 302 of display 300. In the 3D coordinate system XYZ, we assume that the z coordinate is 0 across display 300, meaning that negative z values are behind display 300 and positive z values are in front of display 300. Point primitive 304 has coordinates (x, y, z), and display element 302 has coordinates (u, v, 0). The distance d uv between point primitive 304 and display element 302 can be determined based on their coordinates.
点プリミティブ304は、時間変化する振幅を有する点電荷と見なすことができる。電磁気理論によれば、そのような点電荷によって生成された電場Eは、
式中、λはEM波の波長を表し、dは点電荷からの距離を表す。
The point primitive 304 can be considered as a point charge with a time-varying amplitude. According to electromagnetic theory, the electric field E generated by such a point charge is
In the formula, λ represents the wavelength of the EM wave, and d represents the distance from the point charge.
したがって、ディスプレイ要素(u,v)における電場Eu,vは、
式中、Iは、点プリミティブ304から寄与されたディスプレイ要素におけるホログラフィックプリミティブ電場の相対強度を表す。
Therefore, the electric field E in the display element (u , v) is,
In the formula, I represents the relative intensity of the holographic primitive electric field in the display element contributed from the point primitive 304.
図2に関して上で考察したように、ディスプレイ300の表面は、EM場の境界面の一部分のみを形成する。スケール係数Sは、電場Eu,vに適用されて、スケーリングされた電場Eφ(u,v)を、以下のように部分境界を調整するディスプレイ要素において得ることができる。
図3Bは、3D座標系XYZにおける線プリミティブ306からディスプレイ300のディスプレイ要素302へのEM伝搬の一例を例解する。上述したように、ディスプレイ要素302は、z=0である、座標(u,v,0)を有することができる。線プリミティブ306は、座標(x0,y0,z0)を有する2つの端点P0、及び座標(x1,y1,z1)を有するP1を有する。端点P0とディスプレイ要素との間の距離d0は、それらの座標に基づいて決定することができる。同様に、端点P1とディスプレイ要素との間の距離d1は、それらの座標に基づいて決定することができる。2つの端点P0とP1との間の距離d01もまた、決定することができ、例えば、d01=d1-d0である。 Figure 3B illustrates an example of EM propagation from a line primitive 306 to a display element 302 of a display 300 in a 3D coordinate system XYZ. As described above, the display element 302 may have coordinates (u, v, 0) where z = 0. The line primitive 306 has two endpoints P0 with coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and P1 with coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ). The distance d0 between endpoint P0 and the display element can be determined based on their coordinates. Similarly, the distance d1 between endpoint P1 and the display element can be determined based on their coordinates. The distance d01 between the two endpoints P0 and P1 can also be determined, for example, d01 = d1 - d0 .
上で考察したように、線プリミティブは、重ね合わせ又は線形変形として扱うことができ、線形開口としての線プリミティブの対応する解析式は、空間における分散されたデルタ関数として取得することができる。この解析式は、ホログラムとしての連続的な3D線分の閉じた式であり得る。 As discussed above, line primitives can be treated as superpositions or linear deformations, and the corresponding analytical formula for a line primitive as a linear aperture can be obtained as a dispersed delta function in space. This analytical formula can be a closed equation for a continuous 3D line segment as a hologram.
図3Cは、3D座標系XYZにおける、三角形プリミティブ308からディスプレイ300のディスプレイ要素302への例示的なEM伝搬を例解する。上述したように、ディスプレイ要素302は、z=0である、座標(u,v,0)を有することができる。三角形プリミティブ308は、3つの端点、P0(x0,y0,z0)、P1(x1,y1,z1)、及びP2(x2,y2,z2)を有する。ディスプレイ要素と端点P0、P1、及びP2との間の距離d0、d1、及びd2は、それぞれ、それらの座標に基づいて決定することができる。 Figure 3C illustrates exemplary EM propagation from a triangular primitive 308 to a display element 302 of a display 300 in a 3D coordinate system XYZ. As described above, the display element 302 may have coordinates (u, v, 0) where z = 0. The triangular primitive 308 has three endpoints, P0 ( x0 , y0 , z0 ), P1 ( x1 , y1 , z1 ), and P2 ( x2 , y2 , z2 ). The distances d0 , d1 , and d2 between the display element and the endpoints P0 , P1 , and P2 can be determined based on their respective coordinates.
図3Bの線プリミティブと同様に、三角形プリミティブは、空間における連続開口として扱うことができ、ディスプレイ要素への三角形プリミティブのEM場寄与の解析式は、積分によって得ることができる。これは、効率的な算出のための式を取得するために単純化することができる。 Similar to the line primitives in Figure 3B, the triangular primitives can be treated as continuous openings in space, and the analytical formula for the EM field contribution of the triangular primitives to the display element can be obtained by integration. This can be simplified to obtain a formula for efficient calculation.
プリミティブについての例示的な算出
上で考察したように、コントローラ、例えば、図1Aのコントローラ112は、上記に示したように決定することができる解析式に基づいて、プリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与を算出することができる。一例として、線プリミティブについてのEM場寄与を以下のように算出する。
Exemplary Calculation for Primitives As discussed above, a controller, for example, controller 112 in Figure 1A, can calculate the EM field contribution from primitives to display elements based on the analytical formula that can be determined as shown above. As an example, the EM field contribution for a line primitive is calculated as follows.
ディスプレイ内の各ディスプレイ要素は、空間内の物理的な場所を有し、各ディスプレイ要素は、他のディスプレイ要素に関して平坦な平面に位置する。ディスプレイ要素及びそれらのコントローラが、ディスプレイデバイス及びメモリデバイスにおいて慣例通りにレイアウトされていると仮定すると、単純な数学的点変換を使用して、プロセッサ内のディスプレイ要素の論理メモリアドレスに基づいて、所与のディスプレイ要素の論理的な場所を、空間内のディスプレイ要素の実際の物理的な場所に変換することができる。したがって、ディスプレイ要素の論理メモリアドレスが、プロセッサの論理メモリ空間内でループオーバーされると、ディスプレイの表面を横切る空間内の対応する実際の物理的位置を識別することができる。 Each display element within a display has a physical location in space, and each display element lies on a flat plane relative to other display elements. Assuming that the display elements and their controllers are laid out conventionally in the display and memory devices, a simple mathematical point transformation can be used to translate the logical location of a given display element to its actual physical location in space, based on its logical memory address in the processor. Therefore, when the logical memory address of a display element is looped over in the processor's logical memory space, the corresponding actual physical location in space across the surface of the display can be identified.
一例として、ディスプレイがx及びyの両方に5μmピッチを有する場合、各論理アドレス増分は、x方向に5μm移動することができ、ディスプレイのx分解能限界に達すると、次の増分は、初期x物理的場所に戻って移動し、y物理的場所を5μm増分する。第3の空間座標zは、ディスプレイ表面にわたってゼロであると仮定することができ、これは、負のz値がディスプレイの後ろにあり、正のz値がディスプレイの前方にあることを意味する。 As an example, if the display has a 5 μm pitch in both x and y directions, each logical address increment can move 5 μm in the x direction. Upon reaching the display's x-resolution limit, the next increment moves back to the initial x physical location and increments the y physical location by 5 μm. A third spatial coordinate z can be assumed to be zero across the display surface, meaning that negative z values are behind the display and positive z values are in front of the display.
線計算を開始するために、現在のディスプレイ要素と線プリミティブの2つの点の各々との間のスケーリングされた物理距離のタイプは、d0及びd1であると決定することができる。実際のところ、d0及びd1は、ディスプレイ要素にわたる距離のあらゆる後続の計算が初期値の小さな摂動であるため、プリミティブごとに1回計算することができる。このようにして、この算出は、一次元で実行される。 To begin the line calculation, we can determine that the types of scaled physical distances between the current display element and each of the two points of the line primitive are d0 and d1 . In fact, d0 and d1 can be calculated once per primitive, since any subsequent calculation of the distance across the display element is a small perturbation of the initial value. Thus, this calculation is performed in one dimension.
各プリミティブの例示的な算出プロセスは、以下の算出コード、
DD=f(d1,d0)、
iscale=SS*COLOR*Alpha1、
C1=-2*iscale*sin(DD/2)*sin(Alpha2)*cos(Alpha3)、
C2=-2*iscale*sin(DD/2)*sin(Alpha2)*sin(Alpha4)を含むことができ、
式中、SS、Alpha1、Alpha2、Alpha3、及びAlpha4は、事前に計算された定数であり、COLORは、プリミティブで渡されるRGB色値であり、全ての値は、スカラーの単精度フロートである。正弦関数及び余弦関数の両方をコントローラに記憶されているテーブルで検索して、算出効率を向上させることができる。
The exemplary calculation process for each primitive is shown in the following calculation code:
DD=f(d1,d0),
iscale=SS*COLOR*Alpha1,
C1=-2*iscale*sin(DD/2)*sin(Alpha2)*cos(Alpha3),
C2 can include -2 * `iscale * sin(DD/2) * sin(Alpha2) * sin(Alpha4),
In the formula, SS, Alpha1, Alpha2, Alpha3, and Alpha4 are pre-calculated constants, COLOR is an RGB color value passed as a primitive, and all values are scalar single-precision floats. Calculation efficiency can be improved by looking up both sine and cosine functions in a table stored in the controller.
次いで、C1及びC2における結果は、例えば、ディスプレイ要素のためのアキュムレータ内で、各ディスプレイ要素における各プリミティブについて累積され、ディスプレイ要素のための算出の終わりに一度正規化され得る。この時点で、上述したように、コントローラは、第1の制御信号をディスプレイ要素に伝送して、計算された結果に基づいてディスプレイ要素を変調し、かつ第2の制御信号を照射器に伝送して、光を放出するようにオンにすることができる。したがって、ホログラフィック再構築(又はホログラフィック光場)は、ビューアに見える。照射されると、変調されたディスプレイ要素は、光に、三次元空間で鮮明かつ連続的な色線を生成させることができる。 Next, the results in C1 and C2 can be accumulated, for example, in an accumulator for the display elements, for each primitive in each display element, and normalized once at the end of the calculation for the display elements. At this point, as described above, the controller can transmit a first control signal to the display elements to modulate them based on the calculated results, and transmit a second control signal to the irradiator to turn them on to emit light. Thus, the holographic reconstruction (or holographic light field) is visible to the viewer. When irradiated, the modulated display elements can cause the light to generate sharp and continuous color lines in three-dimensional space.
いくつかの実装態様では、算出コードは、例えば、コードの先頭に、アキュムレータ内の以前の蓄積をクリアするための16進コードを含む。算出コードはまた、例えば、コードの終わりに、アキュムレータ結果を各ディスプレイ要素についてのそれぞれのメモリバッファに記憶するための16進コードを含むことができる。いくつかの実装態様では、コンピューティングデバイス、例えば、図1Aのコンピューティングデバイス102は、アプリケーション起動時、又はプライマリディスプレイフレームレートに影響を及ぼさないフレームを表示する間隔で、いくつかのバックグラウンド又は静的プリミティブ16進コードをコントローラに伝送する。コンピューティングデバイスは、次いで、ディスプレイのディスプレイ要素を変調するための対応する制御信号を形成することができるコントローラに、他のフォアグラウンド又は動的プリミティブとともに潜在的に16進コードの1つ以上の組み合わせを、はるかに高いレートで伝送することができる。 In some implementations, the computed code may include, for example, a hexadecimal code at the beginning of the code to clear previous accumulations in the accumulator. The computed code may also include, for example, a hexadecimal code at the end of the code to store the accumulator results in their respective memory buffers for each display element. In some implementations, a computing device, for example, computing device 102 in Figure 1A, transmits several background or static primitive hexadecimal codes to a controller at application startup or at intervals that display frames that do not affect the primary display frame rate. The computing device can then transmit potentially one or more combinations of hexadecimal codes, along with other foreground or dynamic primitives, at a much higher rate to a controller that can form corresponding control signals for modulating the display elements of the display.
算出プロセスは、従来の2Dディスプレイ技術における最も効率的な線画ルーチンよりも、桁違いに単純かつ高速であり得る。更に、この算出アルゴリズムは、いくつかのディスプレイ要素と直線的にスケーリングする。したがって、2Dネットワーク処理システムとしてコントローラのコンピューティングユニットをスケーリングすることは、ディスプレイの増加する表面積の算出ニーズに追いつくことができる。 The calculation process can be orders of magnitude simpler and faster than the most efficient line drawing routines in conventional 2D display technology. Furthermore, this calculation algorithm scales linearly with several display elements. Therefore, scaling the controller's computing units as a 2D network processing system can keep up with the increasing surface area calculation needs of displays.
例示的な算出実装
マックスウェルホログラフィックコントローラ、例えば、図1Aのコントローラ112は、上記に示したように決定することができる解析式に基づいて、プリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与を算出することができる。コントローラは、例えば、ASIC、FPGA若しくはGPU、又はそれらの任意の組み合わせにおいて実装することができる。
Exemplary Calculation Implementation: A Maxwell holographic controller, for example, controller 112 in Figure 1A, can calculate the EM field contribution from primitives to display elements based on an analytical formula that can be determined as shown above. The controller can be implemented, for example, in an ASIC, FPGA, or GPU, or any combination thereof.
現代のGPUパイプラインでは、GPUは、幾何学的図形、並びに頂点及びフラグメントシェーダプログラムの記述を取って、1つ以上の出力画像表面(レンダリングターゲットと呼ばれる)に色及び深度ピクセル出力を生成する。プロセスには、ジオメトリがシェーディングフラグメントに展開される情報の爆発的なファンアウトが含まれ、続いて視認性テストが行われ、これらのフラグメントの各々に対して作業を行う必要があるかどうかが選択される。フラグメントは、その標本点をシェーディングするために関与する全ての情報、例えば、三角形の重心座標、色又はテクスチャ座標のような補間された値、表面微分などを含むレコードである。これらのレコードを作成し、次いで最終画像に寄与しないレコードを拒否するプロセスが、視認性テストである。視認性テストに合格したフラグメントは、シェーダーエンジンによって並列に実行される波面又はワープと呼ばれる作業グループにパッキングすることができる。これらは、ピクセル値としてメモリに書き込まれ、表示の準備ができているか、後のレンダリングパスのための入力テクスチャとしての使用の準備ができている出力値を生成する。 In modern GPU pipelines, the GPU takes a description of a geometric figure, as well as vertex and fragment shader programs, to generate color and depth pixel outputs on one or more output image surfaces (called rendering targets). The process involves a massive fan-out of information where the geometry is unfolded into shaded fragments, followed by a visibility test to select which of these fragments need to be worked on. A fragment is a record containing all the information involved in shading its sample points, such as the centroid coordinates of a triangle, interpolated values like color or texture coordinates, and surface derivatives. The visibility test is the process of creating these records and then rejecting any records that do not contribute to the final image. Fragments that pass the visibility test can be packed into work groups called wavefronts or warps, which are executed in parallel by the shader engine. These generate output values that are written to memory as pixel values, ready for display, or ready for use as input textures for later rendering passes.
マクスウェルホログラフィでは、レンダリングプロセスを大幅に簡素化することができる。マクスウェルのホログラフィック計算では、あらゆるプリミティブは、あらゆるディスプレイ要素に寄与することができる。ジオメトリをピクセルに拡張する必要はなく、波面をパッキングする前に視認性テストを適用する必要もない。これはまた、意思決定又はマックスウェルホログラフィックパイプライン間の通信の必要性を排除し、算出が、いくつかの可能なソリューションと並行して問題になることを可能にすることができ、各々のソリューションは、速度、コスト、サイズ、又はエネルギー最適化に調整される。グラフィックスパイプラインは、中間ステップが少なく、データのコピー又は移動がなく、描画を開始して結果を表示の準備ができている間の遅延を低くするための意思決定が少なくなり、大幅に短い。これは、マクスウェルホログラフィックレンダリングが、非常に低い遅延表示を作成することを可能にすることができる。以下で考察されるように、これは、例えば、マックスウェルホログラフィックパイプラインで固定小数点を使用することによって、マックスウェルホログラフィック計算が、精度を高め、例えば、数学関数を最適化することによって、算出速度を最適化することを可能にすることができる。 Maxwell holography can significantly simplify the rendering process. In Maxwell's holographic computation, any primitive can contribute to any display element. There is no need to extend geometry to pixels, nor is there a need to apply visibility tests before packing wavefronts. This also eliminates the need for decision-making or communication between Maxwell holographic pipelines, allowing computations to be considered in parallel with several possible solutions, each tailored to speed, cost, size, or energy optimization. The graphics pipeline is significantly shorter, with fewer intermediate steps, no data copying or movement, and fewer decisions to reduce latency between starting drawing and getting the result ready for display. This allows Maxwell holographic rendering to create extremely low-latency displays. As will be discussed below, this allows Maxwell holographic computations to improve accuracy and optimize computation speed, for example, by using fixed-point arithmetic in the Maxwell holographic pipeline, and by optimizing mathematical functions.
固定小数点を使用する
各ディスプレイ要素(又は「フェーゼル」)で各プリミティブからのEM寄与を計算するとき、中間計算は、非常に大きな数を生成することを含む。これらの大きな数は、計算中に分数部分を保持する必要もあるため、特別な処理が必要である。
When calculating the EM contribution from each primitive for each display element (or "fazel") using fixed-point arithmetic, the intermediate calculation involves generating very large numbers. These large numbers require special handling because they also need to retain fractional parts during the calculation.
浮動小数点値は、原点に最も近い精度(数直線上のゼロ)であるという欠点を有し、原点から離れると、2の累乗ごとに1ビットの精度を失う。範囲[-1,1]に近い数の場合、浮動小数点数値の精度は絶妙であるが、数千万の数に達すると、例えば、単精度32ビットIEEE-754浮動小数点値が小数桁が残っていない点に達すると、仮数全体(別名mantissa)が値の整数部分を表すために使用される。しかしながら、マクスウェルのホログラフィがとりわけ保持することに関心があるのは、大数の端数部分である。 Floating-point values have the drawback of having the precision closest to the origin (zero on the number line), and as you move away from the origin, you lose one bit of precision for every power of two. For numbers close to the range [-1, 1], the precision of floating-point values is exquisite, but when you reach tens of millions of numbers, for example, when a single-precision 32-bit IEEE-754 floating-point value reaches the point where no decimal digits remain, the entire mantissa (also known as the mantissa) is used to represent the integer part of the value. However, what Maxwell's holography is particularly interested in preserving is the fractional part of large numbers.
いくつかの場合では、固定小数点は、マックスウェルホログラフィック計算に使用される。固定小数点表現は、小数点がケースバイケースで変化しない数である。数の整数部及び小数部の正しいビット数を選択することによって、数の大きさに関係なく同じ数の小数ビットを得ることができる。固定小数点数は、陰のスケール係数を有する整数として表され、例えば、14.375は、8分数ビットを有する16ビットの固定小数点値における数3680(0000111001100000 2進法)として表され得る。これは、「符号なし16.8」の固定小数点、又は略してu16.8として表すこともできる。負の数は、1つの追加の符号ビットを有することができ、「2の賛辞」形式で記憶される。このようにして、計算の精度を大幅に向上させることができる。 In some cases, fixed-point numbers are used in Maxwell holographic calculations. Fixed-point representation is a number where the decimal point does not change on a case-by-case basis. By selecting the correct number of bits for the integer and fractional parts of a number, the same number of fractional bits can be obtained regardless of the magnitude of the number. Fixed-point numbers are represented as integers with an implicit scaling factor; for example, 14.375 can be represented as the number 3680 (0000111001100000 binary) in a 16-bit fixed-point value with eight fractional bits. This can also be represented as the fixed-point "unsigned 16.8," or simply u16.8. Negative numbers can have one additional sign bit and are stored in "two-sign" form. In this way, the precision of calculations can be greatly improved.
数学関数への最適化
上に示されているように、マックスウェルホログラフィック計算には、超越数学関数、例えば、正弦関数、余弦関数、アーク接線関数などの使用が含まれる。CPUでは、これらの関数は、特殊なCPU命令を使用することができる浮動小数点ライブラリ関数として実装されるか、又はGPU上では、GPUにおける浮動小数点単位として実装される。これらの関数は、引数を浮動小数点数として受け取るように書かれており、結果は、同じ浮動小数点表現で返される。これらの関数は、フロートが正確である場合に正確であり、正しく丸められ、浮動小数点数表現(無限大、NaN、符号付きゼロ、及び非正規化フロート)の全てのエッジケースに対処するように、一般的な場合のために構築されている。
Optimization for Mathematical Functions As shown above, Maxwell holographic computation involves the use of transcendental mathematical functions, such as the sine function, cosine function, and arc tangent function. On a CPU, these functions are implemented as floating-point library functions that can use special CPU instructions, or on a GPU, as floating-point units in the GPU. These functions are written to accept arguments as floating-point numbers, and the results are returned in the same floating-point representation. These functions are built for the general case to be exact when the float is exact, rounded correctly, and to handle all edge cases of the floating-point representation (infinity, NaN, signed zero, and denormalized float).
マックスウェルホログラフィック計算では、浮動小数表現では、漸次アンダーフローに非正規化フロートを使用する必要はなく、ゼロ除算などの演算からのNaN結果を処理する必要もなく、浮動小数点丸めモードを変更する必要もなく、オペレーティングシステムに浮動小数点例外を上げる必要もない。これらの全ては、例えば、以下で考察されるように、超越数学関数を単純化(及び/又は最適化)することを可能にする。 In Maxwell holographic computation, floating-point representations do not require the use of denormalized floats for gradual underflow, handling of NaN results from operations such as division by zero, changing floating-point rounding modes, or raising floating-point exceptions to the operating system. All of this allows for the simplification (and/or optimization) of transcendental mathematical functions, as discussed below, for example.
いくつかの場合では、1つの固定小数点フォーマットで引数を取り、値を異なる精度のレベル、例えば、入力s28.12及び出力s15.14に戻すように最適化を行うことができる。これは、数千万の大きい値の正弦を計算するときに特に望ましい場合があり、入力引数は大きくなり得るが、出力は値範囲[-1,1]、又は任意の値を受け取る逆正接のみを表す必要があるが、範囲[-π/2,π/2]内の値を返すことがある。 In some cases, it is possible to optimize the function to take arguments in a single fixed-point format and return the values to different levels of precision, for example, input s28.12 and output s15.14. This can be particularly desirable when calculating sine values of tens of millions, where the input argument can be large, but the output only needs to represent the arctangent, which can accept values within the range [-1, 1] or any value, although it may return values within the range [-π/2, π/2].
いくつかの場合では、関連する入力範囲に応じて、超越関数を、完全に列挙されたルックアップテーブルとして、補間されたテーブルとして、半テーブルベースの多項式関数として、又は半テーブルベースの完全最小限多項式として、自由に実装するための最適化を行うことができる。また、汎用GPUパイプライン計算がスピードのためにスキップすることができる、大きな入力に対処する特殊な範囲縮小方法を適用することを可能にする。 In some cases, depending on the relevant input range, optimizations can be made to freely implement the transcendental function as a fully enumerated lookup table, an interpolated table, a semi-table-based polynomial function, or a semi-table-based fully minimal polynomial. Furthermore, it becomes possible to apply special range reduction methods to handle large inputs that general-purpose GPU pipeline computations can skip for speed.
いくつかの場合では、別の最適化は、三角計算を、範囲[-π,π]から、高価な2π除算演算を必要としないという利点を有する、範囲[-1,1]の符号付き2の賛辞表現に変換することができる。 In some cases, an alternative optimization can transform trigonometric calculations from the range [-π, π] to a signed 2 representation in the range [-1, 1], which has the advantage of not requiring the expensive 2π division operation.
オクルージョンのための例示的な実装態様
オクルージョンは、しばしばコンピュータグラフィックスにおいて困難かつ重要なトピックと見なされ、更に計算ホログラフィにおいてもそうである。これは、少なくともいくつかの場合では、投影CGIにおけるオクルージョン問題が静的である一方、ホログラフィックシステムで隠されているもの及び見えるものは、ビューアの場所、配向、及び方向に依存するためである。G-Sホログラフィ又はその派生物の波動アプローチは、ホログラフィックオクルージョンに対処するために開発された。しかし、シーンの他の部分の後ろにあるシーンの部分からの寄与をマスクすることか、又は遮断することは、G-S方法論では非常に複雑かつ計算上高価になる可能性がある。
Exemplary Implementations for Occlusion Occlusion is often considered a difficult and important topic in computer graphics, and even more so in computational holography. This is because, at least in some cases, the occlusion problem in projection CGI is static, whereas what is hidden and visible in a holographic system depends on the viewer's location, orientation, and direction. G-S holography or its derivative wave approaches have been developed to address holographic occlusion. However, masking or blocking contributions from parts of a scene behind other parts of the scene can be very complex and computationally expensive in G-S methodologies.
マックスウェルホログラフィでは、どのディスプレイ要素(例えば、フェーゼル)がどのプリミティブに対応しているかは完全に決定論的であり、自明であるため、オクルージョン問題は比較的簡単に扱うことができる。例えば、所与のディスプレイ要素が所与のプリミティブの再構築に寄与するか否かは、所与のプリミティブの計算が実行されるときに判定することができる。オクルージョンにより、いくつかのディスプレイ要素が所与のプリミティブに寄与しないと判定した後、いくつかのディスプレイ要素のうちの1つへのEM寄与の合計を計算する場合、所与のプリミティブからのEM寄与は、いくつかのディスプレイ要素うちの1つへのEM寄与の合計の計算から省略される。 In Maxwell holography, the occlusion problem can be handled relatively easily because the correspondence between display elements (e.g., fesel) and primitives is completely deterministic and trivial. For example, whether a given display element contributes to the reconstruction of a given primitive can be determined when the calculation of the given primitive is performed. If, after determining that some display elements do not contribute to a given primitive due to occlusion, the sum of the EM contributions to one of the display elements is calculated, the EM contribution from the given primitive is omitted from the calculation of the sum of the EM contributions to that one of the display elements.
例示のためだけに、図3D~3Fは、オクルーダーとして線プリミティブを用いた、所与のプリミティブ(図3Dの点、図3Eの線、及び図3Fの三角形)に寄与しないディスプレイ要素の判定を示す。線プリミティブは、開始点O1及び終了点O2を有する。 For illustrative purposes only, Figures 3D-3F demonstrate the determination of display elements that do not contribute to a given primitive (the point in Figure 3D, the line in Figure 3E, and the triangle in Figure 3F) using a line primitive as an occluder. The line primitive has a start point O1 and an end point O2.
図3Dに例解されるように、点プリミティブP0は、オクルーダーの後ろにあり、ディスプレイに近い。O1-P0を接続する線、及びO2-P0を接続する線を延長することによって、点プリミティブP0の再構築に寄与しない、ディスプレイにおけるD1~D2のディスプレイ要素の範囲が判定される。 As illustrated in Figure 3D, the point primitive P0 is behind the occluder and close to the display. By extending the lines connecting O1-P0 and O2-P0, the range of display elements D1-D2 in the display that do not contribute to the reconstruction of point primitive P0 is determined.
いくつかの例では、例えば、GPU(例えば、図1AのGPU108)によって計算された「Z」バッファに記憶された、O1、O2、及びP0の座標情報は、シーンがマックスウェルホログラフィックコントローラ(例えば、図1Aのコントローラ112)に伝送される前に、既知である。例えば、y=0のXZ平面では、座標情報は、Oz1=Oz2=Ozで、O1(Ox1,Oz1)、O2(Ox2,Oz2)、及びP0(Px,Pz)であり得る。座標情報に基づいて、D1及びD2の座標情報は、
Dx1=Px+ρ(Px-Ox2),Dx2=Dx1+ρ(Ox2-Ox1)(4)であると判定することができ、
式中、ρ=Pz/(Oz-Pz)、かつDz1=Dz2=0である。
In some examples, the coordinate information of O1, O2, and P0, stored in the "Z" buffer calculated by the GPU (e.g., GPU 108 in Figure 1A), is known before the scene is transmitted to the Maxwell Holographic Controller (e.g., Controller 112 in Figure 1A). For example, in the XZ plane at y=0, the coordinate information could be O1(Ox1, Oz1), O2(Ox2, Oz2), and P0(Px, Pz), where Oz1=Oz2=Oz. Based on the coordinate information, the coordinate information of D1 and D2 is:
It can be determined that Dx1 = Px + ρ(Px - Ox2) and Dx2 = Dx1 + ρ(Ox2 - Ox1) (4),
In the equation, ρ = Pz/(Oz - Pz) and Dz1 = Dz2 = 0.
D1及びD2の情報は、点プリミティブP0のZバッファにおける情報に加えて、マックスウェルホログラフィックコントローラの「S」バッファにおける追加情報として記憶することができる。このようにして、追加情報を使用して、インデックス化されたプリミティブリスト内の特定のプリミティブP0への、特定のディスプレイ要素(D1~D2の範囲内)の寄与を自明にマスクすることができる。 The information in D1 and D2 can be stored as additional information in the "S" buffer of the Maxwell holographic controller, in addition to the information in the Z buffer of the point primitive P0. In this way, the contribution of a specific display element (within the range of D1-D2) to a specific primitive P0 in the indexed primitive list can be trivially masked using this additional information.
図3Eは、特定のディスプレイ要素が、線プリミティブの前(又は前方)にオクルーダーを有する線プリミティブにどのように寄与するかの判定を例解する。特定のディスプレイ要素D0を、オクルーダーの開始点O1及び終了点O2に接続することによって、線プリミティブ上の2つの点プリミティブP1及びP2が交点として判定される。したがって、特定のディスプレイ要素D0は、線プリミティブ上のP1からP2までの、線プリミティブの一部の再構築に寄与しない。したがって、特定のディスプレイ要素D0へのEM寄与の合計を算出するとき、線プリミティブの部分P1-P2からのEM寄与は算出されない。 Figure 3E illustrates how to determine how a particular display element contributes to a line primitive that has an occluder in front of (or ahead of) it. By connecting a particular display element D0 to the start point O1 and end point O2 of the occluder, two point primitives P1 and P2 on the line primitive are determined to be intersections. Therefore, the particular display element D0 does not contribute to the reconstruction of the portion of the line primitive from P1 to P2. Consequently, when calculating the total EM contribution to the particular display element D0, the EM contribution from the portion of the line primitive P1-P2 is not calculated.
これは2つの方法で実装することができる。第1の方法では、部分P0-P1及び部分P2-Pnから特定のディスプレイ要素D0へのEM寄与は、オクルーダーからのオクルージョンを考慮することによって、特定のディスプレイ要素D0への、線プリミティブのEM寄与として合計される。第2の方法では、全線プリミティブP0-PnからのEM寄与を、部分P1-P2からのEM寄与とともに計算し、オクルーダーからのオクルージョンを考慮することによって、2つの計算されたEM寄与の差を、特定のディスプレイ要素D0への線プリミティブのEM寄与と見なすことができる。P1及びP2又は部分P1-P2の座標情報は、特定のディスプレイ要素D0に寄与しない線プリミティブの一部として、GPUの「Z」バッファ内のオクルーダーの情報及び他の情報とともに、マックスウェルホログラフィックコントローラの「S」バッファ内に記憶することができる。 This can be implemented in two ways. In the first method, the EM contributions from sub-sections P0-P1 and P2-Pn to a specific display element D0 are summed as the EM contribution of the line primitive to that specific display element D0, by considering occlusion from occluders. In the second method, the EM contribution from the entire line primitive P0-Pn is calculated together with the EM contribution from sub-sections P1-P2, and by considering occlusion from occluders, the difference between the two calculated EM contributions can be considered as the EM contribution of the line primitive to the specific display element D0. The coordinate information of P1 and P2, or sub-sections P1-P2, can be stored in the Maxwell Holographic Controller's "S" buffer, along with occluder information and other information in the GPU's "Z" buffer, as part of the line primitive that does not contribute to the specific display element D0.
図3Fは、特定のディスプレイ要素が、三角形プリミティブの前にオクルーダーを有する三角形プリミティブにどのように寄与するかの判定を例解する。特定のディスプレイ要素D0を、オクルーダーの開始点O1及び終了点O2に接続することによって、三角形プリミティブの辺上の4つの点プリミティブP1、P2、P3、及びP4が交点として判定される。したがって、特定のディスプレイ要素D0は、点P1、P2、P3、P4、PCによって囲まれた、三角形プリミティブの部分の再構築に寄与しない。したがって、特定のディスプレイ要素D0へのEM寄与の合計を算出するとき、三角形プリミティブの部分P1-P2-P3-P4-PCからのEM寄与は算出されない。すなわち、オクルーダーのオクルージョンを考慮することにより、点PA、P1、及びP2によって形成された第1の三角形、及び点PB、P3、及びP4によって形成された第2の三角形からのEM寄与のみが、三角形プリミティブPA-PB-PCのEM寄与として合計される。P1、P2、P3、及びP4又は三角形プリミティブPA-P1-P2、及びPB-P3-P4の座標情報は、GPUの「Z」バッファ内のオクルーダーの情報及び他の情報とともに、特定のディスプレイ要素D0に寄与する三角形プリミティブPA-PB-PCの一部として、マックスウェルホログラフィックコントローラの「S」バッファ内に記憶することができる。 Figure 3F illustrates how to determine how a particular display element contributes to a triangular primitive that has an occluder in front of it. By connecting a particular display element D0 to the start point O1 and end point O2 of the occluder, the four point primitives P1, P2, P3, and P4 on the sides of the triangular primitive are determined to be intersections. Therefore, the particular display element D0 does not contribute to the reconstruction of the portion of the triangular primitive enclosed by points P1, P2, P3, P4, and PC. Consequently, when calculating the total EM contribution to the particular display element D0, the EM contribution from the portion of the triangular primitive P1-P2-P3-P4- PC is not calculated. In other words, by considering the occlusion of occluders, only the EM contributions from the first triangle formed by points P A , P1, and P2, and the second triangle formed by points P B , P3, and P4 are summed as the EM contribution of the triangular primitive P A - P B - P C. The coordinate information of P1, P2, P3, and P4 or the triangular primitives P A - P1 - P2 and P B - P3 - P4 can be stored in the Maxwell Holographic Controller's "S" buffer as part of the triangular primitive P A - P B - P C contributing to a specific display element D0, along with the occluder information and other information in the GPU's "Z" buffer.
マックスウェルホログラフィにおけるオクルージョンの実装態様は、GPU内の「Z」バッファをマックスウェルホログラフィックコントローラ内の「S」バッファに変換することを可能にし、インデックス化されたプリミティブリスト内の特定のプリミティブ(又はプリミティブの特定の部分)の特定のディスプレイ要素への寄与をマスクすることができる。これは、正確で物理的に正しいオクルージョンを提供するだけでなく、所与のディスプレイ要素に寄与しないプリミティブを無視することができ、算出を次のディスプレイ要素の算出に移すことができるため、算出時間も節約する。「S」バッファは、ディスプレイの回折効率に関連する追加の情報を含むことができる。 The implementation of occlusion in Maxwell holography allows for the conversion of the "Z" buffer in the GPU to the "S" buffer in the Maxwell holographic controller, enabling the masking of the contribution of specific primitives (or specific parts of primitives) to specific display elements within an indexed primitive list. This not only provides accurate and physically correct occlusion but also saves computation time by allowing primitives that do not contribute to a given display element to be ignored, enabling computation to move on to the next display element. The "S" buffer can contain additional information related to the diffraction efficiency of the display.
「S」バッファはまた、表面の反射率が視野角に依存するホログラフィック鏡面ハイライトなどのレンダリング特徴を含むことができる。従来のCGIでは、鏡面ハイライトは、レンダリングされたオブジェクトの配向にのみ依存するが、マックスウェルホログラフィックコンテキストでは、オブジェクトが表示される方向も関与する。したがって、幾何学的な鏡面情報は、減算(オクルージョン)寄与ではなく、加算(スペキュラ)として「S」バッファで符号化することができる。マックスウェルホログラフィでは、ホログラフィック鏡面ハイライトの数学は、ホログラフィックオクルージョンと実質的に同じであり得る。 The "S" buffer can also contain rendering features such as holographic specular highlights where the surface reflectivity depends on the viewing angle. In conventional CGI, specular highlights depend only on the orientation of the rendered object, but in the Maxwell holographic context, the direction in which the object is displayed also matters. Therefore, geometric specular information can be encoded in the "S" buffer as an additive (specular) contribution rather than a subtractive (occlusion) contribution. In Maxwell holography, the mathematics of holographic specular highlights can be substantially the same as that of holographic occlusion.
ステッチングのための例示的な実装態様
光が、3DオブジェクトのプリミティブのリストからのEM寄与で変調されたディスプレイを照射するとき、変調されたディスプレイは、光を、異なる方向に伝搬させて、プリミティブに対応する体積光場を形成する。体積光場は、マックスウェルホログラフィック再構築である。3Dオブジェクト内の2つの隣接するプリミティブ、例えば、2つの三角形プリミティブは、共通の辺(例えば、縁部又は表面)を有する。再構築中に、ステッチング問題が生じる可能性があり、隣接する2つのプリミティブの再構築により、共通の辺の光強度を2倍にすることができる。これは、再構築された3Dオブジェクトの外観に影響を与える可能性がある。
Exemplary Implementation for Stitching: When light illuminates a display modulated with EM contributions from a list of primitives of a 3D object, the modulated display causes the light to propagate in different directions, forming a volume light field corresponding to the primitives. The volume light field is a Maxwell holographic reconstruction. Two adjacent primitives within a 3D object, for example, two triangle primitives, share a common edge (e.g., a border or surface). During reconstruction, a stitching problem may arise, as the reconstruction of two adjacent primitives can double the light intensity of the common edge. This can affect the appearance of the reconstructed 3D object.
図3Gに例解されるように、マックスウェルホログラフィにおけるステッチング問題に対処するために、隣接するプリミティブは、隣接するプリミティブの間にギャップを形成することができるように、所定の係数によって縮小することができる。いくつかの場合では、隣接する2つのプリミティブを縮小する代わりに、1つのプリミティブ又はプリミティブの一部のみが縮小される。例えば、三角形プリミティブの線は、別の三角形プリミティブから分離するように縮小することができる。いくつかの場合では、スケーリングは、異なる所定の係数を用いてプリミティブの異なる部分をスケーリングすることを含むことができる。スケーリングは、ギャップが、隣接するプリミティブを分離して、ステッチング問題を最小限に抑えるのに十分な大きさであり、再構築された3Dオブジェクトがシームレスに見えるように十分に小さいように設計することができる。所定の係数は、ディスプレイ及びビューアの情報、例えば、ホログラフィック光場の最大空間分解能、及びプリミティブの一部がディスプレイの後方に完全に又は部分的に現れる場合、ビューアからプリミティブのその部分までの最小距離に基づいて決定することができる。 As illustrated in Figure 3G, to address the stitching problem in Maxwell holography, adjacent primitives can be scaled down by a predetermined coefficient so that gaps can be formed between them. In some cases, instead of scaling down two adjacent primitives, only one primitive or a portion of a primitive is scaled down. For example, the lines of a triangular primitive can be scaled down so that they separate from another triangular primitive. In some cases, scaling may include scaling different parts of a primitive using different predetermined coefficients. The scaling can be designed so that the gaps are large enough to separate adjacent primitives and minimize the stitching problem, and small enough so that the reconstructed 3D object appears seamless. The predetermined coefficients can be determined based on display and viewer information, such as the maximum spatial resolution of the holographic light field, and the minimum distance from the viewer to that portion of the primitive if that portion is fully or partially behind the display.
いくつかの場合では、スケーリング動作は、ホログラフィックレンダラ、例えば、図1Aのホログラフィックレンダラ130から取得されたプリミティブのプリミティブデータに適用することができ、プリミティブのスケーリングされたプリミティブデータは、マックスウェルホログラフィックコントローラ、例えば、図1Aのコントローラ112に送信される。いくつかの場合では、コントローラは、ディスプレイのディスプレイ要素へのプリミティブのEM寄与を計算する前に、ホログラフィックレンダラから取得したプリミティブデータに対してスケーリング動作を実行することができる。 In some cases, the scaling operation can be applied to primitive data of primitives acquired from a holographic renderer, for example, the holographic renderer 130 in Figure 1A, and the scaled primitive data of the primitives is sent to a Maxwell holographic controller, for example, the controller 112 in Figure 1A. In some cases, the controller can perform the scaling operation on the primitive data acquired from the holographic renderer before calculating the EM contribution of the primitives to the display elements of the display.
テクスチャマッピングのための例示的な実装態様
テクスチャマッピングは、コンピュータグラフィックスで開発された技術である。基本的なアイデアは、ソース画像を取得し、CGIシステムの表面にデカールとして適用することであり、複雑なジオメトリの追加の必要がなく、ディテールをシーンにレンダリングすることを可能にする。テクスチャマッピングは、CGIシステム内の現実的な照射及び表面効果を作成するための技術を含むことができ、表面データの三角形メッシュへの適用を普遍的に参照することができる。
Exemplary Implementations for Texture Mapping Texture mapping is a technique developed in computer graphics. The basic idea is to take a source image and apply it as a decal to the surface of a CGI system, enabling the rendering of details into the scene without the need to add complex geometry. Texture mapping can include techniques for creating realistic illumination and surface effects within a CGI system and can universally refer to the application of surface data to a triangular mesh.
マックスウェルホログラフィでは、空間内の任意の三角形とホログラフィックデバイス上の位相図との間の解析関係を使用して、平らなシェーディングされた、及びまた補間された三角形のメッシュを本物の3Dでレンダリングすることができる。しかしながら、現代のレンダリングエンジンと互換性があるためには、これらの三角形の表面上の情報をマッピングする能力が望ましい。これは、方法の速度が、データ駆動型振幅変化を認めない解析マッピングの存在から導出されるという点で、実際の問題を提示することができる。 Maxwell holography allows for the rendering of flat, shaded, and interpolated triangular meshes in true 3D using analytical relationships between arbitrary triangles in space and phase diagrams on a holographic device. However, for compatibility with modern rendering engines, the ability to map surface information of these triangles is desirable. This presents a practical problem in that the speed of the method is derived from the existence of analytical mapping that does not allow for data-driven amplitude changes.
離散コサイン変換(DCT)は、画像圧縮技術であり、FFT(高速フーリエ変換)の実数値版と考えることができる。DCTは、所与の画像内のコサイン高調波に重みを割り当てる符号化-復号化プロセスに依存する。符号化の結果は、元の画像のピクセル数に等しい重みのセットであり、あらゆる重みを使用して、画像を再構築する場合、情報が失われることはない。しかしながら、多くの画像では、許容される再構築は、重みの小さなサブセットから行うことができ、大きな圧縮比を可能にする。 The Discrete Cosine Transform (DCT) is an image compression technique that can be thought of as a real-valued version of the Fast Fourier Transform (FFT). The DCT relies on an encoding-decoding process that assigns weights to the cosine harmonics within a given image. The result of the encoding is a set of weights equal to the number of pixels in the original image, and no information is lost when reconstructing the image using all the weights. However, for many images, an acceptable reconstruction can be performed using a small subset of weights, allowing for a large compression ratio.
二次元でのDCTの復号化(レンダリング)プロセスは、あらゆるDCT重み及びあらゆる宛先ピクセルにわたって、重み付けされた二重和を伴う。これは、テクスチャマッピングのためのマックスウェルホログラフィに適用することができる。マックスウェルホログラフィでは、三角形レンダリングは、問題の三角形への、個々のフェーゼルの位相寄与を判定するために、位相空間における「スパイクされた」二重積分を伴う。積分は、DCT再構築におけるものをミラーリングする二重和に折り畳まれ、次いで、DCT重みに関して解析三角形式を再び導き出すことができる。マクスウェルホログラフィック計算におけるDCT技術のこの実装態様は、完全なテクスチャマッピング三角形を描画し、レンダリングされたテクスチャ三角形のデータに画像圧縮を適用し、JPEGなどのDCTを使用してテクスチャ及び画像データを自動的に圧縮する既存のツールセットを利用することを可能にする。 The two-dimensional DCT decoding (rendering) process involves a weighted double sum across all DCT weights and all destination pixels. This can be applied to Maxwell Holography for texture mapping. In Maxwell Holography, triangle rendering involves a "spiked" double integral in phase space to determine the phase contribution of individual Fessels to the triangle in question. The integral is folded into a double sum that mirrors that in DCT reconstruction, and then the analytical triangle equation can be re-derived with respect to the DCT weights. This implementation of DCT techniques in Maxwell Holographic computation allows for the drawing of complete texture-mapping triangles, application of image compression to the rendered texture triangle data, and utilization of existing toolsets that automatically compress texture and image data using DCT, such as JPEG.
いくつかの実装態様では、マックスウェルホログラフィックテクスチャード三角形を描画するために、指定された表面上のマッピングに所望される空間分解能が最初に計算される。次に、解像度を有するテクスチャが供給され、角度及び原点情報で圧縮されて、三角形上に正しく配向されるDCTが取得される。次いで、三角形角及びDCT重みのリストは、インデックス化されたプリミティブリストに含まれ、マックスウェルホログラフィックコントローラに送信される。DCT重みは、各ディスプレイ要素への三角形プリミティブのEM寄与に含めることができる。テクスチャ三角形は、平らな三角形よりもn倍遅くすることができ、nは、プリミティブとともに送信される(ゼロではない)DCT重みの数である。「フラグメントシェーディング」のための現代の技術は、マックスウェルホログラフィックシステムに実装することができ、DCT符号化のステップは、従来の投影レンダリングのためのフィルタステップを置き換える。 In some implementations, to render Maxwell holographic textured triangles, the desired spatial resolution for mapping on a given surface is first calculated. Next, a texture with resolution is supplied and compressed with angle and origin information to obtain DCTs correctly oriented on the triangles. Then, a list of triangle angles and DCT weights is included in an indexed primitive list and sent to the Maxwell holographic controller. DCT weights can be included in the EM contribution of the triangle primitive to each display element. Textured triangles can be n times slower than flat triangles, where n is the number of (non-zero) DCT weights sent with the primitives. Modern techniques for "fragment shading" can be implemented in Maxwell holographic systems, where the DCT coding step replaces the filtering step for conventional projection rendering.
一例として、式
復号化することにより、振幅値Amnは、
ディスプレイ要素(例えば、フェーゼル)へのテクスチャード三角形プリミティブのEM寄与を計算するとき、対応するDCT重みA*mnを有するDCT項は、
式中、X、Yは、座標系における三角形の角であり、Tは、ディスプレイ要素への三角形プリミティブのEM寄与に対応し、φpqは、DCT内のゼロでない項Bpqの部分寄与である。(p,q)DCT項の数は、再構築における情報損失、及び情報圧縮の両方を考慮することによって選択することができる。
When calculating the EM contribution of a textured triangle primitive to a display element (e.g., a fesel), the DCT term with the corresponding DCT weight A* mn is:
In the formula, X and Y are the angles of a triangle in the coordinate system, T corresponds to the EM contribution of the triangular primitive to the display element, and φ pq is the partial contribution of the non-zero term B pq in the DCT. The number of (p,q)DCT terms can be selected by considering both information loss and information compression in reconstruction.
例示的なプロセス
図4は、3Dでオブジェクトを表示する例示的なプロセス400のフローチャートである。プロセス400は、ディスプレイのためのコントローラによって実行され得る。コントローラは、図1Aのコントローラ112又は図1Bの152であり得る。ディスプレイは、図1Aのディスプレイ114又は図1Bの156であり得る。
Exemplary Process Figure 4 is a flowchart of an exemplary process 400 for displaying an object in 3D. Process 400 may be performed by a controller for the display. The controller may be controller 112 in Figure 1A or 152 in Figure 1B. The display may be display 114 in Figure 1A or 156 in Figure 1B.
3D空間内のオブジェクトに対応するプリミティブについてそれぞれのプリミティブデータを含むデータが取得される(402)。データは、コンピューティングデバイス、例えば、図1Aのコンピューティングデバイス102から取得することができる。コンピューティングデバイスは、オブジェクトに対応するプリミティブを生成するように、シーンを処理することができる。コンピューティングデバイスは、プリミティブについてのプリミティブデータを生成するためのレンダラを含むことができる。いくつかの実装態様では、コントローラは、例えば、シーンをレンダリングすることによって、データ自体を生成する。 Data containing the primitive data for each primitive corresponding to an object in 3D space is acquired (402). This data can be acquired from a computing device, for example, computing device 102 in Figure 1A. The computing device can process the scene to generate primitives corresponding to the objects. The computing device may include a renderer for generating primitive data for the primitives. In some implementations, the controller generates the data itself, for example, by rendering the scene.
プリミティブは、点プリミティブ、線プリミティブ、又は多角形プリミティブのうちの少なくとも1つを含むことができる。プリミティブのリストは、例えば、オブジェクトを再構築することができる特定の順序でインデックス化される。プリミティブデータは、テクスチャカラー、グラデーションカラー、又は定数カラーのうちの少なくとも1つを有するカラー情報を含むことができる。例えば、線プリミティブは、グラデーションカラー若しくはテクスチャカラー、又は定数カラーのうちの少なくとも1つを有することができる。多角形プリミティブはまた、グラデーションカラー、テクスチャカラー、又は定数カラーのうちの少なくとも1つを有することもできる。プリミティブデータはまた、プリミティブのテクスチャ情報、及び/又はプリミティブ(例えば、三角形)の1つ以上の表面上のシェーディング情報を含むことができる。シェーディング情報は、プリミティブの1つ以上の表面上の色又は輝度のうちの少なくとも1つの変調を含むことができる。プリミティブデータはまた、3D座標系におけるプリミティブのそれぞれの座標情報を含むことができる。 A primitive can include at least one of a point primitive, a line primitive, or a polygon primitive. The list of primitives may be indexed in a specific order, for example, that allows for the reconstruction of an object. Primitive data may include color information having at least one of a texture color, a gradient color, or a constant color. For example, a line primitive may have at least one of a gradient color, a texture color, or a constant color. A polygon primitive may also have at least one of a gradient color, a texture color, or a constant color. Primitive data may also include the primitive's texture information and/or shading information on one or more surfaces of the primitive (e.g., a triangle). The shading information may include at least one modulation of color or brightness on one or more surfaces of the primitive. Primitive data may also include the coordinate information of each primitive in a 3D coordinate system.
ディスプレイは、いくつかのディスプレイ要素を含むことができ、コントローラは、いくつかのコンピューティングユニットを含むことができる。3D座標系におけるディスプレイ要素の各々のそれぞれの座標情報は、3D座標系におけるプリミティブのリストのそれぞれの座標情報に基づいて決定することができる。例えば、ディスプレイと、プリミティブに対応するオブジェクトとの間の距離を事前に決定することができる。所定の距離及びプリミティブの座標情報に基づいて、ディスプレイ要素の座標情報を決定することができる。ディスプレイ要素の各々のそれぞれの座標情報は、メモリに記憶された要素の論理メモリアドレスに対応することができる。そのようにして、コントローラが、コントローラの論理メモリ空間内のディスプレイ要素の論理メモリアドレスにおいてループすると、空間内のディスプレイ要素の対応する実際の物理的場所を識別することができる。 A display can include several display elements, and a controller can include several computing units. The coordinate information of each display element in a 3D coordinate system can be determined based on the coordinate information of each primitive in a list of primitives in the 3D coordinate system. For example, the distance between the display and the object corresponding to the primitive can be predetermined. Based on the given distance and the primitive's coordinate information, the coordinate information of the display element can be determined. The coordinate information of each display element can correspond to the logical memory address of the element stored in memory. In this way, when the controller loops through the logical memory addresses of the display elements in the controller's logical memory space, it can identify the corresponding actual physical location of the display element in space.
プリミティブの各々からディスプレイ要素の各々へのEM場寄与は、3D座標系においてプリミティブから要素へのEM場の伝搬を計算することによって決定される(404)。EM場寄与は、位相寄与又は振幅寄与のうちの少なくとも1つを含むことができる。 The EM field contribution from each primitive to each display element is determined by calculating the propagation of the EM field from the primitive to the element in a 3D coordinate system (404). The EM field contribution may include at least one of either a phase contribution or an amplitude contribution.
図3A~3Cに関して上で例解されるように、プリミティブとディスプレイ要素との間の少なくとも1つの距離は、ディスプレイ要素のそれぞれの座標情報、及びプリミティブのそれぞれの座標情報に基づいて決定することができる。いくつかの場合では、各プリミティブについて、少なくとも1つの距離は、1回だけ計算されるか、又は算出され得る。例えば、コントローラは、第1のプリミティブのそれぞれの座標情報及び第1の要素のそれぞれの座標情報に基づいて、プリミティブのうちの第1のプリミティブとディスプレイ要素のうちの第1の要素との間の第1の距離を決定し、第1の距離、及び第1の要素と第2の要素との間の距離に基づいて、第1のプリミティブと要素のうちの第2の要素との間の第2の距離を決定することができる。第1の要素と第2の要素との間の距離は、ディスプレイの複数の要素のピッチに基づいて予め決定することができる。 As illustrated above with respect to Figures 3A-3C, at least one distance between a primitive and a display element can be determined based on the coordinate information of each display element and the coordinate information of each primitive. In some cases, for each primitive, at least one distance may be calculated or determined only once. For example, the controller can determine a first distance between a first primitive and a first element of the display elements based on the coordinate information of each first primitive and each first element, and determine a second distance between a first primitive and a second element based on the first distance and the distance between the first and second elements. The distance between the first and second elements can be predetermined based on the pitch of multiple elements of the display.
コントローラは、プリミティブ及び少なくとも1つの距離の所定の式に基づいて、プリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与を判定することができる。いくつかの場合では、図3A~3Cに関して上で例解されるように、所定の式は、プリミティブから要素へのEM場伝搬を解析的に計算することによって決定することができる。いくつかの場合では、所定の式は、マクスウェル方程式を解くことによって決定される。特に、マックスウェル方程式は、ディスプレイの表面で定義された境界条件を提供することによって解くことができる。境界条件は、ディリクレ境界条件又はコーシー境界条件を含むことができる。プリミティブ及びディスプレイ要素は、3D空間内にあり、ディスプレイの表面は、3D空間の境界面の一部を形成する。所定の式は、正弦関数、コサイン関数、及び指数関数を含む関数のうちの少なくとも1つを含むことができる。算出中、コントローラは、メモリに記憶されたテーブル内の関数のうちの少なくとも1つの値を識別することができ、これは、算出速度を向上させることができる。コントローラは、第2のプリミティブからディスプレイ要素への第2のEM場寄与を判定することと並行して、第1のプリミティブからディスプレイ要素への第1のEM場寄与を判定することによって、プリミティブの各々についてのディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することができる。 The controller can determine the EM field contribution from the primitive to the display element based on a predetermined equation for the primitive and at least one distance. In some cases, as illustrated above with respect to Figures 3A-3C, the predetermined equation can be determined by analytically calculating the EM field propagation from the primitive to the element. In some cases, the predetermined equation can be determined by solving Maxwell's equations. In particular, Maxwell's equations can be solved by providing boundary conditions defined on the surface of the display. The boundary conditions can include Dirichlet boundary conditions or Cauchy boundary conditions. The primitive and the display element are in 3D space, and the surface of the display forms part of the interface of 3D space. The predetermined equation can include at least one of functions, including sine, cosine, and exponential functions. During calculation, the controller can identify at least one value of a function in a table stored in memory, which can improve the calculation speed. The controller can determine the EM field contribution of each primitive to each display element by simultaneously determining the second EM field contribution from the second primitive to the display element and the first EM field contribution from the first primitive to the display element.
ディスプレイ要素の各々について、プリミティブのリストからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計が生成される(406)。 For each display element, the sum of the EM field contributions to the display element is generated from the list of primitives (406).
いくつかの実装態様では、コントローラは、プリミティブから第1のディスプレイ要素への第1のEM場寄与を判定し、第1の要素についての第1のEM場寄与を合計し、プリミティブから第2のディスプレイ要素への第2のEM場寄与を判定し、第2のディスプレイ要素についての第2のEM場寄与を合計する。コントローラは、いくつかのコンピューティングユニットを含むことができる。コントローラは、第2のコンピューティングユニットによって第2のプリミティブから第1の要素へのEM場寄与を判定することと並行して、第1のコンピューティングユニットによって第1のプリミティブから第1の要素へのEM場寄与を判定することができる。 In some implementations, the controller determines the first EM field contribution from the primitive to the first display element, sums the first EM field contributions for the first element, determines the second EM field contribution from the primitive to the second display element, and sums the second EM field contributions for the second display element. The controller may include several computing units. The controller can determine the EM field contribution from the first primitive to the first element using the first computing unit, in parallel with the second computing unit determining the EM field contribution from the second primitive to the first element.
いくつかの実装態様では、コントローラは、第1のプリミティブからディスプレイ要素の各々への第1のそれぞれのEM場寄与を判定し、第2のプリミティブからディスプレイ要素の各々への第2のそれぞれのEM場寄与を判定する。次いで、コントローラは、ディスプレイ要素について、第2のそれぞれのEM場寄与を、第1のそれぞれのEM場寄与に加えることによって、ディスプレイ要素についてのEM場寄与を蓄積する。特に、コントローラは、第2のコンピューティングユニットを使用することによって、第2のプリミティブからディスプレイ要素の各々への第2のそれぞれのEM場寄与を判定することと並行して、第1のコンピューティングユニットを使用することによって、第1のプリミティブからディスプレイ要素の各々への第1のそれぞれのEM場寄与を判定することができる。 In some implementations, the controller determines the first EM field contribution from the first primitive to each display element, and then determines the second EM field contribution from the second primitive to each display element. Next, the controller accumulates the EM field contributions for each display element by adding the second EM field contributions to the first EM field contributions for each display element. In particular, the controller can determine the first EM field contribution from the first primitive to each display element by using the first computing unit, in parallel with determining the second EM field contribution from the second primitive to each display element by using the second computing unit.
第1の制御信号は、ディスプレイに伝送され、第1の制御信号は、ディスプレイ要素への場分布の合計に基づいて、各ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性を変調するためのものである(408)。要素の少なくとも1つの特性は、屈折率、振幅指数、複屈折、又は遅延のうちの少なくとも1つを含む。 The first control signal is transmitted to the display and is for modulating at least one characteristic of each display element based on the sum of the field distributions to the display elements (408). The at least one characteristic of an element includes at least one of refractive index, amplitude exponent, birefringence, or delay.
コントローラは、ディスプレイ要素の各々について、プリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することができる。それぞれの制御信号は、プリミティブから要素へのEM場寄与の合計に基づいて、要素の少なくとも1つの特性を変調するためのものである。すなわち、第1の制御信号は、ディスプレイ要素についてそれぞれの制御信号を含む。 The controller can generate a control signal for each display element based on the sum of the EM field contributions from the primitives to the element. Each control signal is intended to modulate at least one characteristic of the element based on the sum of the EM field contributions from the primitives to the element. That is, the first control signal includes the respective control signals for each display element.
いくつかの例では、ディスプレイは、電気信号によって制御される。次いで、それぞれの制御信号は、電気信号であり得る。例えば、LCOSディスプレイは、微小電極のアレイを含み、その電圧が、要素強度として個別に制御される。LCOSディスプレイは、印加された電圧が変化するにつれて、屈折率を変化させる複屈折液晶(LC)配合物で満たすことができる。したがって、コントローラからのそれぞれの制御信号は、ディスプレイ要素にわたって相対屈折率、及びしたがって、ディスプレイを通過するか、又はディスプレイによって反射される光の相対位相を制御することができる。 In some examples, displays are controlled by electrical signals. Each control signal, then, can be an electrical signal. For example, an LCOS display includes an array of microelectrodes, the voltage of which is individually controlled as element intensity. An LCOS display can be filled with a birefringent liquid crystal (LC) composition that changes its refractive index as the applied voltage changes. Therefore, each control signal from the controller can control the relative refractive index across the display elements, and thus the relative phase of light passing through or reflected by the display.
上で考察されるように、ディスプレイ表面は、境界面の一部を形成する。コントローラは、要素の各々の場寄与の合計にスケール係数を乗じて、場寄与のスケーリングされた合計を取得し、要素についての場寄与のスケーリングされた合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することができる。いくつかの場合では、コントローラは、例えば、全ての要素の間で、要素の各々についての場寄与の合計を正規化し、要素についての場寄与の正規化された合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することができる。 As discussed above, the display surface forms part of the interface. The controller can obtain a scaled sum of field contributions by multiplying the sum of each element's field contributions by a scaling factor, and then generate the respective control signals based on this scaled sum of field contributions for each element. In some cases, the controller can, for example, normalize the sum of field contributions for each element across all elements, and then generate the respective control signals based on this normalized sum of field contributions for each element.
第2の制御信号は、変調されたディスプレイ上に光を照射するために、照射器をオンにするための制御信号として、照射器に伝送される(410)。コントローラは、ディスプレイ要素の各々についての場寄与の合計を取得することの完了を判定することに応答して、第2の制御信号を生成及び伝送することができる。時間対称性(又はエネルギーの保存)のために、ディスプレイの変調された要素は、光を異なる方向に伝搬させて、3D空間内のオブジェクトに対応する体積光場を形成することができる。体積光場は、ディスプレイの変調された要素によって定義された境界条件を有するマックスウェル方程式の解に対応することができる。 A second control signal is transmitted to the illuminator as a control signal to turn on the illuminator in order to illuminate the modulated display with light (410). The controller may generate and transmit the second control signal in response to determining the completion of obtaining the sum of the field contributions for each of the display elements. Due to time symmetry (or energy conservation), the modulated elements of the display can propagate light in different directions to form a volume light field corresponding to an object in 3D space. The volume light field can correspond to a solution of Maxwell's equations with boundary conditions defined by the modulated elements of the display.
いくつかの実装態様では、照射器は、照射器内の1つ以上の発光素子の振幅又は輝度を制御するように構成されたメモリバッファを通って、コントローラに結合されている。照射器のためのメモリバッファは、ディスプレイのためのメモリバッファよりも小さいサイズを有することができる。照射器内のいくつかの発光素子は、ディスプレイのいくつかの要素よりも小さくすることができる。コントローラは、照射器の1つ以上の発光素子を同時に作動させるように構成することができる。 In some implementations, the irradiator is coupled to a controller via a memory buffer configured to control the amplitude or brightness of one or more light-emitting elements within the irradiator. The memory buffer for the irradiator may be smaller in size than the memory buffer for the display. Some of the light-emitting elements within the irradiator may be smaller than some of the elements of the display. The controller may be configured to operate one or more of the light-emitting elements of the irradiator simultaneously.
いくつかの例では、照射器は、2つ以上の発光素子を含み、各々、異なる色を有する光を放出するように構成されている。コントローラは、第1の期間中に第1の色に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調し、第2の連続した期間中に第2の色に関連付けられた情報でディスプレイを変調するように、及び第1の期間中に第1の色を有する光を放出するように第1の発光素子を、第2の期間中に第2の色を有する光を放出するように第2の発光素子を、連続してオンにするように、照射器を制御するように構成することができる。このようにして、多色オブジェクトを3D空間に表示することができる。 In some examples, the illuminator includes two or more light-emitting elements, each configured to emit light of a different color. The controller can be configured to control the illuminator to sequentially modulate the display with information associated with a first color during a first period, and to modulate the display with information associated with a second color during a second consecutive period, and to sequentially turn on the first light-emitting element to emit light of the first color during the first period, and the second light-emitting element to emit light of the second color during the second period. In this way, multi-color objects can be displayed in 3D space.
いくつかの例では、ディスプレイは、光を回折させるのに十分に小さな解像度を有する。照射器は、ディスプレイに、白色光を異なる色を有する光に回折させて、それによって多色オブジェクトを表示することができる白色光を放出することができる。 In some examples, the display has a resolution small enough to diffract light. An irradiator can cause the display to emit white light that diffracts into light of different colors, thereby allowing it to display multicolored objects.
例示的なシステム
図5A~5Kは、3Dディスプレイのための例示的なシステムの実装態様を示す。システムのいずれか1つは、例えば、図1Aのシステム100に対応することができる。図5A及び5Bは、前面照射を備えた反射型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。図5Cは、背面照射を備えた透過型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。図5D及び図5Eは、導波管照射を備えた透過型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。図5F及び5Gは、導波管照射を備えた反射型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。図5H及び5Iは、透過格子構造(図5H)及び反射格子構造(図5I)を使用した光学回折照射を有する反射型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。図5J及び5Kは、反射格子構造(図5J)及び透過格子構造(図5K)を使用した光学回折照射を有する透過型ディスプレイを有する例示的なシステムを示す。
Exemplary Systems Figures 5A to 5K show exemplary implementations of systems for 3D displays. Any one of the systems can correspond, for example, to system 100 in Figure 1A. Figures 5A and 5B show exemplary systems having a reflective display with front illumination. Figure 5C shows exemplary systems having a transmissive display with back illumination. Figures 5D and 5E show exemplary systems having a transmissive display with waveguide illumination. Figures 5F and 5G show exemplary systems having a reflective display with waveguide illumination. Figures 5H and 5I show exemplary systems having a reflective display with optical diffraction illumination using a transmissive grating structure (Figure 5H) and a reflective grating structure (Figure 5I). Figures 5J and 5K show exemplary systems having a transmissive display with optical diffraction illumination using a reflective grating structure (Figure 5J) and a transmissive grating structure (Figure 5K).
図5Aは、前面照射を有する反射型ディスプレイを備えたシステム500を例解する。システム500は、コンピュータ502、コントローラ510(例えば、ASIC)、ディスプレイ512(例えば、LCOSデバイス)、及び照射器514を含む。コンピュータ502は、図1Aのコンピューティングデバイス102であり得、コントローラ510は、図1Aのコントローラ112であり得、ディスプレイ512は、図1Aのディスプレイ114であり得、照射器514は、図1Aの照射器116であり得る。 Figure 5A illustrates a system 500 with a reflective display having front illumination. The system 500 includes a computer 502, a controller 510 (e.g., an ASIC), a display 512 (e.g., an LCOS device), and an irradiator 514. The computer 502 may be the computing device 102 in Figure 1A, the controller 510 may be the controller 112 in Figure 1A, the display 512 may be the display 114 in Figure 1A, and the irradiator 514 may be the irradiator 116 in Figure 1A.
図5Aに例解されるように、コンピュータ502は、オブジェクトのシーンをレンダリングするためのレンダラ503を有するアプリケーション504を含む。レンダリングされたシーンデータは、ビデオドライバ505によって、及び次いでGPU506によって処理される。GPU506は、図1AのGPU108であり得、シーン及びそれぞれのプリミティブデータに対応するプリミティブのリストを生成するように構成することができる。例えば、ビデオドライバ505は、レンダリングされたシーンデータを処理し、プリミティブのリストを生成するように構成することができる。上述したように、GPU506は、プリミティブを、2Dディスプレイ508上に描画するアイテムのリストにレンダリングするための、従来の2Dレンダラ、例えば、図1Aの従来の2Dレンダラ120を含むことができる。GPU506又はコントローラ510は、プリミティブのリストを、ディスプレイ512によって表示されるグラフィックデータにレンダリングするための、ホログラフィックレンダラ、例えば、図1Aのホログラフィックレンダラ130を含むことができる。 As illustrated in Figure 5A, the computer 502 includes an application 504 having a renderer 503 for rendering a scene of objects. The rendered scene data is processed by the video driver 505 and then by the GPU 506. The GPU 506 may be the GPU 108 in Figure 1A and can be configured to generate a list of primitives corresponding to the scene and their respective primitive data. For example, the video driver 505 can be configured to process the rendered scene data and generate a list of primitives. As described above, the GPU 506 may include a conventional 2D renderer, for example, the conventional 2D renderer 120 in Figure 1A, for rendering primitives into a list of items to be drawn on the 2D display 508. The GPU 506 or controller 510 may include a holographic renderer, for example, the holographic renderer 130 in Figure 1A, for rendering the list of primitives into graphic data displayed by the display 512.
コントローラ510は、コンピュータ502からグラフィックデータを受信し、プリミティブのリストからディスプレイ512の要素の各々へのEM場寄与を算出し、プリミティブから要素の各々へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成するように構成されている。コントローラ510は、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性を変調するために、ディスプレイ要素の各々にそれぞれの制御信号を生成することができる。コントローラは、ディスプレイ512のためのメモリバッファ511を通って、ディスプレイ512のディスプレイ要素にそれぞれの制御信号を伝送することができる。 The controller 510 is configured to receive graphic data from the computer 502, calculate the EM field contribution to each element of the display 512 from a list of primitives, and generate the sum of the EM field contributions from the primitives to each element. The controller 510 can generate a control signal for each display element to modulate at least one characteristic of the display element. The controller can transmit the control signals to the display elements of the display 512 through the memory buffer 511 for the display 512.
コントローラ510はまた、制御信号、例えば照射タイミング信号を生成し、伝送して、照射器514を作動させることができる。例えば、コントローラ510は、プリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計の計算が完了したと判定することに応答して、制御信号を生成し、伝送することができる。上述したように、コントローラ510は、制御信号をメモリバッファを介して、照射器514に伝送することができる。メモリバッファは、照射器514内の発光素子の振幅又は輝度を制御し、発光素子を同時に又は順次作動させるように構成することができる。 The controller 510 can also generate and transmit control signals, such as irradiation timing signals, to operate the irradiator 514. For example, the controller 510 can generate and transmit a control signal in response to determining that the calculation of the total EM field contribution from the primitive to the display element is complete. As described above, the controller 510 can transmit the control signal to the irradiator 514 via a memory buffer. The memory buffer can be configured to control the amplitude or brightness of the light-emitting elements in the irradiator 514 and to operate the light-emitting elements simultaneously or sequentially.
図5Aに例解されるように、照射器514は、ディスプレイ512の前面に、0度~ほぼ±90度の範囲の入射角で入射するコリメートされた光ビーム516を放出することができる。放出された光ビームは、ディスプレイ512から回折されて、オブジェクトに対応するホログラフィック光場518を形成し、これはビューアによって見ることができる。 As illustrated in Figure 5A, the irradiator 514 can emit a collimated light beam 516 incident on the front of the display 512 at an incident angle ranging from 0 degrees to approximately ±90 degrees. The emitted light beam is diffracted from the display 512 to form a holographic light field 518 corresponding to the object, which can be viewed by the viewer.
図5Bは、前面照射を有する別の反射型ディスプレイ524を備えた別のシステム520を例解する。図5Aのシステム500と比較して、システム520は、より大きな反射型ディスプレイ524を有する。これを収容するために、又は他の包装又は美的理由のために、ディスプレイコントローラ522は、照射器526のための支持体又は筐体であり得るハウジングに含まれる。コントローラ522は、図5Aのコントローラ510と同様であり、コンピュータ521からグラフィックデータを受信し、プリミティブからディスプレイ524のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を算出し、プリミティブからディスプレイ要素の各々へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成するように構成することができる。次いで、コントローラ522は、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性を変調するために、ディスプレイ要素の各々にそれぞれの制御信号を生成し、ディスプレイ524のためのメモリバッファ523を通って、ディスプレイ524のディスプレイ要素にそれぞれの制御信号を伝送する。 Figure 5B illustrates another system 520, which includes another reflective display 524 with front illumination. Compared to system 500 in Figure 5A, system 520 has a larger reflective display 524. To accommodate this, or for other packaging or aesthetic reasons, the display controller 522 is contained in a housing that may be a support or enclosure for the illuminator 526. The controller 522 is similar to the controller 510 in Figure 5A and may be configured to receive graphic data from the computer 521, calculate the EM field contribution from primitives to each of the display elements of the display 524, and generate the respective sums of the EM field contributions from primitives to each of the display elements. The controller 522 then generates a respective control signal for each of the display elements to modulate at least one characteristic of the display elements and transmits the respective control signals to the display elements of the display 524 through a memory buffer 523 for the display 524.
コントローラ522はまた、制御信号を照射器526に伝送して、照射器526を作動させる。照射器526は、発散光又は半コリメートされた光ビーム527を放出して、ディスプレイ527の全表面を覆う。光ビーム524は、変調されたディスプレイ524によって回折されて、ホログラフィック光場528を形成する。 The controller 522 also transmits control signals to the irradiator 526 to activate it. The irradiator 526 emits a divergent or semi-collimated light beam 527 that covers the entire surface of the display 527. The light beam 524 is diffracted by the modulated display 524 to form a holographic light field 528.
図5Cは、背面照射を有する透過型ディスプレイ534を備えたシステム530を例解する。透過型ディスプレイ534は、例えば、大型ディスプレイであり得る。システム530は、図5Aのコントローラ510と同様であり得るコントローラ532を含む。コントローラ532は、コンピュータ531からグラフィックデータを受信し、プリミティブからディスプレイ534のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を算出し、プリミティブからディスプレイ要素の各々へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成するように構成することができる。次いで、コントローラ532は、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性を変調するために、ディスプレイ要素の各々にそれぞれの制御信号を生成し、ディスプレイ534のためのメモリバッファ533を通って、ディスプレイ534のディスプレイ要素にそれぞれの制御信号を伝送する。 Figure 5C illustrates a system 530 comprising a transmissive display 534 with back illumination. The transmissive display 534 may be, for example, a large display. The system 530 includes a controller 532, which may be similar to the controller 510 in Figure 5A. The controller 532 may be configured to receive graphic data from a computer 531, calculate the EM field contribution from primitives to each of the display elements of the display 534, and generate the sum of the respective EM field contributions from primitives to each of the display elements. The controller 532 then generates a respective control signal for each of the display elements to modulate at least one characteristic of the display element, and transmits the respective control signals to the display elements of the display 534 through a memory buffer 533 for the display 534.
コントローラ532はまた、制御信号を照射器536に伝送して、照射器536を作動させる。図5Aのシステム500及び図5Bのシステム520とは異なり、システム530内の照射器536は、ディスプレイ534の背面の後ろに位置付けられている。ディスプレイ534の大きな表面を覆うために、照射器536は、ディスプレイ534の背面に発散光ビーム535又は半コリメートされた光ビーム535を放出する。光ビーム535は、変調されたディスプレイ534を通って透過され、回折されて、ホログラフィック光場538を形成する。 The controller 532 also transmits control signals to the irradiator 536 to activate it. Unlike system 500 in Figure 5A and system 520 in Figure 5B, the irradiator 536 in system 530 is positioned behind the back of the display 534. To cover the large surface area of the display 534, the irradiator 536 emits a divergent light beam 535 or a semi-collimated light beam 535 to the back of the display 534. The light beam 535 is transmitted through the modulated display 534 and diffracted to form a holographic light field 538.
図5Dは、導波管照射を有する透過型ディスプレイ544を備えた別のシステム540を例解する。システム540はまた、コントローラ542及び照射器546を含む。コントローラ542は、図5Aのコントローラ510と同様であり得、コンピュータ541からグラフィックデータを受信し、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を生成し、ディスプレイ544に伝送し、かつタイミング信号を生成し、伝送して、照射器546を起動するように構成することができる。 Figure 5D illustrates another system 540, which includes a transmissive display 544 with waveguide irradiation. System 540 also includes a controller 542 and an irradiator 546. The controller 542 may be similar to the controller 510 in Figure 5A and can be configured to receive graphic data from a computer 541, perform calculations on the graphic data, generate and transmit control signals for modulation to the display 544, and generate and transmit timing signals to activate the irradiator 546.
照射器546は、光源545を含むことができ、導波管547を含むか、又は光学的に取り付けることができる。光源545から放出された光は、例えば、導波管の側断面から、導波管547に結合することができる。導波管547は、ディスプレイ544の表面を均一に照射するように光を誘導するように、構成されている。導波管547によって誘導された光は、ディスプレイ544の背面に入射し、ディスプレイ544を透過し、ディスプレイ544によって回折されて、ホログラフィック光場548を形成する。 The irradiator 546 may include a light source 545 and may include or optically mount a waveguide 547. Light emitted from the light source 545 can be coupled to the waveguide 547, for example, from the side cross-section of the waveguide. The waveguide 547 is configured to guide the light so as to uniformly illuminate the surface of the display 544. The light guided by the waveguide 547 enters the back of the display 544, passes through the display 544, and is diffracted by the display 544 to form a holographic light field 548.
図5Aのシステム500、図5Bの520、図5Cの530とは異なり、システム540では、コントローラ542、ディスプレイ544、及び導波管547は、単一のユニット550に一緒に一体化される。いくつかの場合では、導波管547及び光源545は、平面形態のアクティブ導波管照射器として一体化することができ、これは、単一ユニット550の一体化の程度を更に増加させることができる。上で考察したように、単一ユニット550は、他の同様のユニット550と接続又はタイル張りされて、より大きなホログラフィックディスプレイデバイスを形成することができる。 Unlike system 500 in Figure 5A, 520 in Figure 5B, and 530 in Figure 5C, in system 540, the controller 542, display 544, and waveguide 547 are integrated together into a single unit 550. In some cases, the waveguide 547 and light source 545 can be integrated as a planar active waveguide irradiator, which can further increase the degree of integration of the single unit 550. As discussed above, the single unit 550 can be connected or tiled with other similar units 550 to form a larger holographic display device.
図5Eは、導波管照射を有する別の透過型ディスプレイ564を備えた別のシステム560を例解する。システム540と比較して、透過型ディスプレイ564は、透過型ディスプレイ544よりも大きいディスプレイを潜在的に実装することができる。例えば、透過型ディスプレイ564は、コントローラ562よりも広い領域を有することができ、これを収容するために、コントローラ562は、ディスプレイ564から離れて位置付けることができる。システム560は、光源565及び導波管567を有する照射器566を含む。導波管567は、ディスプレイ564と一体化、例えば、ディスプレイ564の背面に光学的に取り付けられている。いくつかの実装態様では、ディスプレイ564は、基板の前側に製造され、導波管567は、基板の後ろ側に製造され得る。 Figure 5E illustrates another system 560, which includes another transmissive display 564 with waveguide irradiation. Compared to system 540, the transmissive display 564 can potentially accommodate a larger display than the transmissive display 544. For example, the transmissive display 564 can have a larger area than the controller 562, and to accommodate this, the controller 562 can be positioned away from the display 564. System 560 includes an irradiator 566 having a light source 565 and a waveguide 567. The waveguide 567 is integrated with the display 564, for example, optically mounted on the back of the display 564. In some implementations, the display 564 may be manufactured on the front side of the substrate, and the waveguide 567 may be manufactured on the back side of the substrate.
コントローラ562は、図1Aのコントローラ510と同様であり得、コンピュータ561からグラフィックデータを受信し、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を、生成し、メモリバッファ563を通って、ディスプレイ564に伝送し、かつタイミング信号を生成し、伝送して、光源565を起動するように構成されている。光源565から放出された光は、導波管567において導かれて、ディスプレイ564の背面を照射し、ディスプレイ564を透過し、回折されて、ホログラフィック光場568を形成する。 The controller 562 may be similar to the controller 510 in Figure 1A. It is configured to receive graphic data from the computer 561, perform calculations on the graphic data, generate a control signal for modulation, transmit it to the display 564 via the memory buffer 563, and generate and transmit a timing signal to activate the light source 565. The light emitted from the light source 565 is guided in the waveguide 567, illuminating the back of the display 564, passing through the display 564, and diffracting to form a holographic light field 568.
図5Fは、導波管照射を有する反射型ディスプレイ574を備えた別のシステム570を例解する。反射型ディスプレイ574は、例えば、大型ディスプレイであり得る。照射器576の導波管577は、反射型ディスプレイ574の前面上に位置付けられている。図5Aのコントローラ510と同様のコントローラ572は、コンピュータ571からグラフィックデータを受信し、グラフィックデータに対して算出を実行し、メモリバッファ573を通って、ディスプレイ574に変調のための制御信号を生成し、伝送し、かつタイミング信号を生成し、伝送して、照射器576の光源575を作動させるように構成することができる。照射器576の導波管577から結合された光は、ディスプレイ574の前面に入射するように導かれ、ディスプレイ574によって回折されて、ホログラフィック光場578を形成する。 Figure 5F illustrates another system 570, which includes a reflective display 574 with waveguide irradiation. The reflective display 574 may be, for example, a large display. The waveguide 577 of the irradiator 576 is positioned on the front of the reflective display 574. A controller 572, similar to the controller 510 in Figure 5A, can be configured to receive graphic data from a computer 571, perform calculations on the graphic data, generate and transmit modulation control signals to the display 574 via a memory buffer 573, and generate and transmit timing signals to activate the light source 575 of the irradiator 576. Light coupled from the waveguide 577 of the irradiator 576 is guided to enter the front of the display 574, where it is diffracted by the display 574 to form a holographic light field 578.
図5Gは、導波管デバイス588を使用する別のタイプの導波管照射を有する反射型ディスプレイ584を備えた別のシステム580を例解する。図5Aのコントローラ510と同様のコントローラ582は、ディスプレイ584の変調のためのホログラフィックデータ(画像及び/又はビデオ)に対応する制御信号を生成し、伝送し、かつタイミング信号を伝送して、照射器586を作動させるように構成されている。照射器586は、平行にすることができる1つ以上の色の光を提供することができる。導波管デバイス588は、照射器586及びディスプレイ584の前方に位置付けられている。導波管デバイス588は、入力カプラ588-1、導波管588-2、及び出力カプラ588-3を含むことができる。入力カプラ588-1は、照射器586からのコリメートされた光を導波管588-2に結合するように構成されている。次いで、光は、全内部反射を介して導波管588-2内を移動し、導波管588-2の端部において出力カプラ588-3に入射する。出力カプラ588-3は、光をディスプレイ584に結合出力するように構成されている。次いで、光は、対応する制御信号で変調されるディスプレイ584のディスプレイ要素を照射し、反射型ディスプレイ584によって回折され、導波管デバイス588(例えば、出力カプラ588-3)を通って(例えば、ディスプレイ584のバックミラーによって)反射されて、ビューアの前方にホログラフィックデータに対応するホログラフィック光場を形成する。 Figure 5G illustrates another system 580, which includes a reflective display 584 having a different type of waveguide illumination using a waveguide device 588. A controller 582, similar to the controller 510 in Figure 5A, is configured to generate and transmit control signals corresponding to holographic data (images and/or video) for modulation of the display 584, and to transmit timing signals to operate the irradiator 586. The irradiator 586 can provide light of one or more colors that can be parallel. The waveguide device 588 is positioned in front of the irradiator 586 and the display 584. The waveguide device 588 may include an input coupler 588-1, a waveguide 588-2, and an output coupler 588-3. The input coupler 588-1 is configured to couple collimated light from the irradiator 586 to the waveguide 588-2. The light then travels through the waveguide 588-2 via total internal reflection and enters the output coupler 588-3 at the end of the waveguide 588-2. The output coupler 588-3 is configured to couple the light to the display 584. The light then illuminates the display elements of the display 584, which are modulated with the corresponding control signal. It is diffracted by the reflective display 584 and reflected through the waveguide device 588 (e.g., the output coupler 588-3) (e.g., by the back mirror of the display 584) to form a holographic light field corresponding to the holographic data in front of the viewer.
いくつかの例では、光は、出力カプラ588-3によって、導波管デバイス588及び/又は反射型ディスプレイ584の前面に垂直な角度で結合される。いくつかの例では、入力カプラ588-1及び出力カプラ588-2の各々は、格子構造、例えば、ブラッグ格子を含むことができる。入力カプラ588-1及び出力カプラ588-2は、異なるフリンジ傾斜角を有する同様の回折格子を含むことができる。いくつかの例では、照射器586は、単色の光を提供し、入力カプラ588-1及び出力カプラ588-2は、色の回折格子を含む。いくつかの例では、照射器586は、複数の色の光、例えば、赤色、緑色、及び青色の光ビームを提供し、入力カプラ588-1及び出力カプラ588-2は、異なる色の光ビームをそれぞれ結合入力又は結合出力する3つの対応する回折格子の多層スタック(又は3つの対応する回折格子を有する単一の層)を含むことができる。 In some examples, light is coupled by output coupler 588-3 at an angle perpendicular to the front of the waveguide device 588 and/or reflective display 584. In some examples, each of input coupler 588-1 and output coupler 588-2 may include a grating structure, such as a Bragg grating. Input coupler 588-1 and output coupler 588-2 may include similar diffraction gratings with different fringe inclination angles. In some examples, irradiator 586 provides monochromatic light, and input coupler 588-1 and output coupler 588-2 include colored diffraction gratings. In some examples, irradiator 586 provides multiple colored light beams, such as red, green, and blue light beams, and input coupler 588-1 and output coupler 588-2 may include a multilayer stack (or a single layer with three corresponding diffraction gratings) of three corresponding diffraction gratings that couple different colored light beams into or out, respectively.
図5Hは、光学回折デバイス598を使用した光学回折照射を有する反射型ディスプレイ594を備えた別のシステム590を例解する。光学回折デバイス598は、光を誘導するためのライトガイドデバイスと見なすことができる。光学回折デバイス598は、1つ以上の透過ホログラフィック格子を含むことができる透過場格子ベースの構造であり得る。反射型ディスプレイ594は、反射型LCOSデバイスであり得る。図5Aのコントローラ510と同様のコントローラ592は、コンピュータ591から1つ以上のオブジェクトに対応するグラフィックデータを受信し、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を生成し、メモリバッファ593を通って、ディスプレイ594に伝送するように構成することができる。コントローラ592はまた、照射器596に結合されており、タイミング信号を提供して、光を提供するように照射器596を作動させるように構成することができる。次いで、光は、光学回折デバイス598によって回折されて、ディスプレイ594に入射し、次いでディスプレイ594によって回折されて、1つ以上のオブジェクトに対応するホログラフィック光場599を形成する。ディスプレイ594は、ディスプレイ594の後部にバックミラーを含むことができ、ビューアに向かって光を反射させることができる。光学回折デバイス598は、光学的に透明であり得る。照射器596は、ディスプレイ594の下方に位置付けることができ、これにより、照射器596が、システム590の他の構成要素と取り付けられるか、又は収容され、ビューアの目線の下にあることを可能にする。 Figure 5H illustrates another system 590, which includes a reflective display 594 having optical diffraction irradiation using an optical diffraction device 598. The optical diffraction device 598 can be considered a light guide device for guiding light. The optical diffraction device 598 may be a transmission field grating-based structure that may include one or more transmission holographic gratings. The reflective display 594 may be a reflective LCOS device. A controller 592, similar to the controller 510 in Figure 5A, may be configured to receive graphic data corresponding to one or more objects from a computer 591, perform calculations on the graphic data, generate control signals for modulation, and transmit them to the display 594 through a memory buffer 593. The controller 592 may also be coupled to an irradiator 596 and configured to provide timing signals to actuate the irradiator 596 to provide light. The light is then diffracted by the optical diffraction device 598 and incident on the display 594, and then diffracted by the display 594 to form a holographic light field 599 corresponding to one or more objects. The display 594 may include a rearview mirror at its rear to reflect light toward the viewer. The optical diffraction device 598 may be optically transparent. The irradiator 596 may be positioned below the display 594, allowing it to be mounted or housed with other components of the system 590 and positioned below the viewer's line of sight.
以下で更に詳細に考察されるように、ブラッグ選択性は、軸外照射光が、光学回折デバイス598からディスプレイ594に向かって回折することを可能にする一方、ディスプレイ594から回折される戻っている光は、軸に近づくことができ、したがって、光学回折デバイス598の格子に対してオフブラッグであることができ、したがって、光学回折デバイス598の格子によって再び回折されることなく、光学回折デバイス598をほぼ完全に通過してビューアに移ることができる。いくつかの実装態様では、照射器596からの光は、ディスプレイ594の側面から大きな入射角で光学回折デバイス598に入射することができ、したがって、照射器596は、ビューアの視界を遮らず、ホログラフィック光場599に侵入しない。入射角は、ディスプレイ594の法線に対して正の角度又は負の角度であり得る。例解のために、入射角は、正の角度として提示される。例えば、入射角は、70度~90度の範囲、例えば、80度~90度の範囲にあり得る。特定の例では、入射角は、84度である。光学回折デバイス598からの回折光は、光がディスプレイ594を均一に照射することができ、光学回折デバイス598の表面内又は表面での望ましくない反射、回折、及び/又は散乱による電力損失を最小限に抑えて、光学回折デバイス598を通ってビューアの目にほぼ垂直に後方に回折させることができるように、ディスプレイ594への垂直入射に近い入射で回折させることができる。いくつかの例では、光学回折デバイス598から反射型ディスプレイ594への回折角は、-10°(又は10度)~10°(又は10度)、例えば、-7°~7°、又は5°~7°の範囲にあり得る。特定の例では、回折角は、6°である。別の例では、回折角は、0°である。 As will be discussed in more detail below, Bragg selectivity allows off-axis illumination to diffract from the optical diffraction device 598 toward the display 594, while the light diffracted back from the display 594 can approach the axis and therefore be off-Bragg with respect to the grating of the optical diffraction device 598, and thus can pass through the optical diffraction device 598 almost completely without being diffracted again by the grating of the optical diffraction device 598 and reach the viewer. In some implementations, light from the irradiator 596 can be incident on the optical diffraction device 598 from the side of the display 594 at a large angle of incidence, so that the irradiator 596 does not obstruct the viewer's view and does not penetrate the holographic light field 599. The angle of incidence can be a positive or negative angle with respect to the normal of the display 594. For illustrative purposes, the angle of incidence is presented as a positive angle. For example, the angle of incidence can be in the range of 70 to 90 degrees, e.g., 80 to 90 degrees. In a particular example, the angle of incidence is 84 degrees. The diffracted light from the optical diffraction device 598 can be diffracted at near-perpendicular incidence to the display 594 so that the light can uniformly illuminate the display 594 and minimize power loss due to undesirable reflection, diffraction, and/or scattering within or on the surface of the optical diffraction device 598, causing the light to diffract backward almost perpendicularly to the viewer's eye. In some examples, the diffraction angle from the optical diffraction device 598 to the reflective display 594 can be in the range of -10° (or 10°) to 10° (or 10°), for example, -7° to 7°, or 5° to 7°. In a particular example, the diffraction angle is 6°. In another example, the diffraction angle is 0°.
いくつかの実装態様では、図5Hに例解されるように、光学回折デバイス598は、反射型ディスプレイ594の前方、例えば、ビューアに向かってZ方向に沿って配置されている。光学回折デバイス598は、基板598-2上に位置付けられた場格子構造598-1を含むことができる。場格子構造598-1の背面は、反射型ディスプレイ594の前面に面し、場格子構造598-1の前面は、基板598-2に取り付けられる。照射器596からの光は、例えば、基板598-2の側面から、基板598-2を通って、場格子構造598-1の前面上に入射することができる。例えば、基板598-2は、例えば、図12Cに更なる詳細が例解されているように、くさび形側面を有することができ、したがって、大きな入射角の光は、より少ない反射損失を有することができる。 In some implementations, as illustrated in Figure 5H, the optical diffraction device 598 is positioned in front of the reflective display 594, for example, along the Z-direction toward the viewer. The optical diffraction device 598 may include a field grid structure 598-1 positioned on a substrate 598-2. The back surface of the field grid structure 598-1 faces the front surface of the reflective display 594, and the front surface of the field grid structure 598-1 is attached to the substrate 598-2. Light from the irradiator 596 can be incident, for example, from the side surface of the substrate 598-2, through the substrate 598-2, and onto the front surface of the field grid structure 598-1. For example, the substrate 598-2 may have wedge-shaped sides, as illustrated in further detail in Figure 12C, so that light with a large incident angle can have less reflection loss.
以下で更に詳細に考察するように、回折構造、例えば、ホログラフィック格子の回折効率が100%未満である場合、ある入射角で入射する光は、回折構造によってゼロ次及び一次に回折させることができる。一次の光(又は一次光)は、ディスプレイに向かって回折された角度で回折構造によって再び回折され、ホログラフィック光場599を再構築する。一次は、第1の回折次数とも呼ばれ得る。ゼロ次の光(又はゼロ次光、又は非回折光、又は非回折次)は、回折構造によって非回折(又は非偏向)され、入射角に対応する角度で回折構造によって透過される。ゼロ次光は、例えば、ゼロ次光が光学回折デバイス598内の表面からの反射に直接又はそれに続いて反射型ディスプレイ594に入射するときに、ゴースト画像などの望ましくない効果を引き起こし得る。 As will be discussed in more detail below, if the diffraction efficiency of a diffraction structure, such as a holographic grating, is less than 100%, light incident at a certain angle of incidence can be diffracted by the diffraction structure into zero-order and first-order diffractencies. The first-order light (or primary light) is diffracted again by the diffraction structure at the angle diffracted toward the display, reconstructing the holographic light field 599. The first-order diffractencies may also be called the first order of diffraction. The zero-order light (or zero-order light, or non-diffracted light, or non-diffracted order) is not diffracted (or non-blinded) by the diffraction structure and is transmitted by the diffraction structure at an angle corresponding to the angle of incidence. The zero-order light can cause undesirable effects, such as ghost images, for example, when the zero-order light is incident directly or subsequently on the reflective display 594 after reflection from a surface within the optical diffraction device 598.
望ましくない効果を排除するために、場格子構造598-1は、ディスプレイ594から離間することができる。いくつかの実装態様では、場格子構造598-1の背面は、ギャップによって、ディスプレイ594の前面から離間される。ギャップは、任意の好適な距離、例えば、1mmを有することができる。ギャップは、空気又は任意の低屈折率材料で満たして、界面上の全内部反射(TIR)を満たすことができる。例えば、空気は、場格子構造598-1の後側層の屈折率(例えば、
いくつかの実装態様では、ギャップで離間する代わりに、場格子構造598-1の背面は、中間層を使用して反射型ディスプレイ594の前面に取り付けることができる。中間層は、全内部反射(TIR)が起こり得るように、場格子構造598-1の後側層の屈折率よりも実質的に低い屈折率を有する光学透明接着剤(OCA)層であり得、残りのゼロ次光は、中間層と場格子構造598-1の後側層との間の界面で光学回折構造598に戻って完全に反射することができる。 In some implementations, instead of being separated by a gap, the back surface of the field lattice structure 598-1 can be attached to the front surface of the reflective display 594 using an intermediate layer. The intermediate layer may be an optically transparent adhesive (OCA) layer having a refractive index substantially lower than that of the rear layer of the field lattice structure 598-1, allowing total internal reflection (TIR) to occur, and the remaining zero-order light can be completely reflected back to the optical diffraction structure 598 at the interface between the intermediate layer and the rear layer of the field lattice structure 598-1.
いくつかの実装態様では、場格子構造598-1及びディスプレイ594は、任意の残光がディスプレイ594に到達することができないように、ギャップで分離することができる。ギャップは、任意の好適な透明材料、指数整合流体、又はOCAで満たすことができる。いくつかの実装態様では、場格子構造598-1は、ディスプレイ594のカバー層(例えば、カバーガラス)内に形成することができる。 In some implementations, the field grid structure 598-1 and the display 594 can be separated by a gap so that no afterglow can reach the display 594. The gap can be filled with any suitable transparent material, exponentially matched fluid, or OCA. In some implementations, the field grid structure 598-1 can be formed within the cover layer (e.g., cover glass) of the display 594.
いくつかの場合では、場格子構造598-1のアクティブエリアから回折された光によって反射型ディスプレイ594の全表面を照射するために、場格子構造598-1のアクティブエリアは、反射型ディスプレイ594の全表面の領域よりも小さくなくてもよい。いくつかの実装態様では、場格子構造598-1及び反射型ディスプレイ594は、X方向に沿った高さ及びY方向に沿った幅を有する長方形の形状を有する。場格子構造598-1のアクティブエリアは、反射型ディスプレイ594の高さよりも小さくない高さ、及び反射型ディスプレイ594の幅よりも小さくない幅を有することができる。場格子構造598-1と反射型ディスプレイ594との間に実質的なギャップがある場合、場格子構造598-1及び基板598-2は、反射型ディスプレイ594からの光の拡張コーン(又は円錐台)、例えば、ホログラフィック光場599が、ホログラフィック光場599の垂直及び水平視野全体にわたって(+Z軸の周り)光学回折デバイス598の前面を通して見ることができるように、更に拡大することができる。基板598-2は、場格子構造598-1よりも少し広く、かつ高くすることができる。 In some cases, the active area of the field grid structure 598-1 does not need to be smaller than the area of the entire surface of the reflective display 594 in order to illuminate the entire surface of the reflective display 594 with light diffracted from the active area of the field grid structure 598-1. In some implementations, the field grid structure 598-1 and the reflective display 594 have a rectangular shape with height along the X direction and width along the Y direction. The active area of the field grid structure 598-1 can have a height that is not smaller than the height of the reflective display 594 and a width that is not smaller than the width of the reflective display 594. If there is a substantial gap between the field grid structure 598-1 and the reflective display 594, the field grid structure 598-1 and the substrate 598-2 can be further expanded so that the expanded cone (or frustum of cone) of light from the reflective display 594, for example, the holographic light field 599, can be seen through the front of the optical diffraction device 598 over the entire vertical and horizontal field of view of the holographic light field 599 (around the +Z axis). The substrate 598-2 can be made slightly wider and taller than the field grid structure 598-1.
光は、ある次元、例えばZ方向における実質的に軸外角度で場格子構造598-1に入射するため、光は、その次元の入射角の余弦によってより狭くなり得る。照射器596からの光は、次いで光を反射型ディスプレイ594に入射する大きな矩形形状に拡張することができる、場格子構造598-1に入射する狭い矩形形状を有することができる。1つ以上の光学構成要素、例えば、ミラー、プリズム、光学スラブ、及び/又は光学充填剤は、光を更に拡張し、その帯域幅をフィルタリングするために、照射器596、光学回折構造598、及び反射型ディスプレイ594の間及び内に配置することができる。いくつかの例では、拡張された光は、反射型ディスプレイ594の照射された領域の縁部及び周囲領域が、反射又はビューアに向かう散乱で目立たないように、反射型ディスプレイ594のアクティブエリアよりもやや小さいビームエリアを有することができる。いくつかの例では、拡張された光は、拡張された光の縁部が、例えば、マスキング縁部からの回折のために、均一ではなくても、反射型ディスプレイ594の照射された領域の縁部が完全に照射されるように、反射型ディスプレイ594のアクティブエリアよりやや大きいビームエリアを有することができる。 Since the light is incident on the field grid structure 598-1 at a substantially off-axis angle in a certain dimension, for example, in the Z direction, the light may be narrower by the cosine of the angle of incidence in that dimension. The light from the irradiator 596 can then have a narrow rectangular shape incident on the field grid structure 598-1, which can then expand the light into a larger rectangular shape incident on the reflective display 594. One or more optical components, such as mirrors, prisms, optical slabs, and/or optical fillers, can be placed between and within the irradiator 596, the optical diffraction structure 598, and the reflective display 594 to further expand the light and filter its bandwidth. In some examples, the expanded light may have a beam area slightly smaller than the active area of the reflective display 594 so that the edges and surrounding areas of the illuminated region of the reflective display 594 are not noticeable due to reflection or scattering toward the viewer. In some examples, the extended light may have a beam area slightly larger than the active area of the reflective display 594, so that the edges of the extended light are not uniform, for example, due to diffraction from the masking edge, but the edges of the illuminated area of the reflective display 594 are fully illuminated.
いくつかの実装態様では、コントローラ592は、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、反射型ディスプレイ594の複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することと、を行うことができる。 In some implementations, the controller 592 can acquire graphic data containing primitive data for multiple primitives corresponding to objects in three-dimensional space, determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the multiple primitives to each of the multiple display elements of the reflective display 594, generate the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to each of the multiple display elements, and generate a control signal for each of the multiple display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element.
いくつかの実装態様では、照射器596は、対応する色の光を放出するように構成された1つ以上の色の発光素子、例えば、赤色、青色、又は緑色のレーザ(又はLED)を含むことができる。光学回折デバイス598は、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で複数の異なる色の光を回折させるように構成することができる。それぞれの回折角の各々は、0°~±10°の範囲、例えば、0°、+若しくは-1°、+若しくは-2°、+若しくは-3°、+若しくは-4°、+若しくは-5°、+若しくは-6°、+若しくは-7°、+若しくは-8°、+若しくは-9°、又は+若しくは-10°と実質的に同一であり得る。 In some implementations, the irradiator 596 may include one or more light-emitting elements of corresponding colors, such as red, blue, or green lasers (or LEDs), configured to emit light of those colors. The optical diffraction device 598 may be configured to diffract multiple different colors of light at diffraction angles that are substantially identical to each other. Each of these diffraction angles may be substantially identical to a range of 0° to ±10°, for example, 0°, + or -1°, + or -2°, + or -3°, + or -4°, + or -5°, + or -6°, + or -7°, + or -8°, + or -9°, or + or -10°.
いくつかの実装態様では、コントローラ592は、一連の期間内に複数の色の光に関連付けられた情報でディスプレイ594を順次変調するように構成されている。例えば、情報は、一連のカラーホログラム又はカラー画像を含むことができる。コントローラ592は、一連の期間のそれぞれの期間中に、光の複数の色の各々を光学回折デバイス598に順次放出するように、照射器596を制御することができ、したがって、複数の色の光の各々は、光学回折デバイス598によって反射型ディスプレイ594に対して回折され、反射型ディスプレイ594の変調されたディスプレイ要素によって回折されて、それぞれの期間中にオブジェクトに対応するそれぞれの色三次元ホログラフィック光場599を形成する。ビューアの目の視覚効果の時間的コヒーレンスに応じて、複数の色を目の中で組み合わせて、フルカラーの外観を与えることができる。いくつかの場合では、照射器596は、カラーサブフレーム間の黒挿入サブフレーム中、ビデオソースのブランキング若しくはリトレース期間中、又はLC上昇、下降、又はDCバランシング反転遷移中、又はシステムウォームアップ中、又は意図されたホログラフィック光場が完全に黒い場合、又はキャリブレーション手順中など、ディスプレイ画像(又はホログラフィック再構築)の状態変更中に、異なる発光素子の間でオフに切り替えられ、有効な画像(又はホログラフィック再構築)が一定期間提示されると、オンに切り替えられる。これはまた、画像(又はホログラフィック再構築)が安定し、かつちらつきがないように見えるようにするために、視覚の持続性に依存することができる。 In some implementations, the controller 592 is configured to sequentially modulate the display 594 with information associated with multiple colors of light over a series of periods. For example, the information may include a series of color holograms or color images. The controller 592 can control the irradiator 596 to sequentially emit each of the multiple colors of light into the optical diffraction device 598 during each period of the series, so that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical diffraction device 598 toward the reflective display 594 and diffracted by the modulated display elements of the reflective display 594 to form the respective color three-dimensional holographic light field 599 corresponding to the object during each period. Depending on the temporal coherence of the visual effect on the viewer's eye, the multiple colors can be combined in the eye to give a full-color appearance. In some cases, the illuminator 596 is switched off between different light-emitting elements during changes in the state of the display image (or holographic reconstruction), such as during black insertion subframes between color subframes, during blanking or retracement periods of the video source, or during LC rise, fall, or DC balancing inversion transitions, or during system warm-up, or when the intended holographic light field is completely black, or during calibration procedures. It is then switched on once a valid image (or holographic reconstruction) has been presented for a certain period. This may also depend on visual persistence to ensure the image (or holographic reconstruction) appears stable and flicker-free.
ホログラフィック光場599の一部が、図5Hの光場599-1によって例解されるように、ディスプレイ594の前方に現れる場合、ホログラフィック光場599のその部分は、再構築された画像又はホログラフィック再構築(実像又は実ホログラフィック再構築とも呼ばれる)の実際部分である。ビューアがディスプレイ594の前方の光点を見るとき、実際には、ディスプレイ594からその点まで反射されている光が存在する。光場599の一部が、図5Hの光場599-2によって例解されるように、ディスプレイ594の後方(又は内部)にあるように見える場合、ホログラフィック光場599のその部分は、再構築された画像又はホログラフィック再構築(仮想画像又は仮想ホログラフィック再構築とも呼ばれる)の仮想部分である。ビューアがディスプレイ594の後方又は内部にあるように見える光点を見るとき、ディスプレイ594からその仮想点に回折されている光は実際には存在せず、むしろ、ディスプレイ594から回折された光の一部は、その仮想点で発生しているように見える。 When a portion of the holographic light field 599 appears in front of the display 594, as illustrated by light field 599-1 in Figure 5H, that portion of the holographic light field 599 is the actual portion of the reconstructed image or holographic reconstruction (also called a real image or real holographic reconstruction). When the viewer sees a point of light in front of the display 594, there is actually light reflected from the display 594 to that point. When a portion of the light field 599 appears to be behind (or inside) the display 594, as illustrated by light field 599-2 in Figure 5H, that portion of the holographic light field 599 is the virtual portion of the reconstructed image or holographic reconstruction (also called a virtual image or virtual holographic reconstruction). When the viewer sees a point of light that appears to be behind or inside the display 594, there is no actual light diffracted from the display 594 to that virtual point; rather, some of the light diffracted from the display 594 appears to originate at that virtual point.
コンピュータ591及び/又はコントローラ592は、ディスプレイ594において変調される情報(例えば、二次元ホログラム、画像、又はパターン)の(例えば、方程式による)算出を調整して、再構築されたホログラフィック光場599をディスプレイ594に垂直な方向(例えば、Z方向)に沿って前後に移動させるように構成することができる。算出は、例えば、図2、及び3A~3Gに例解されるように、ホログラフィックレンダリングプロセスに基づくことができる。いくつかの場合では、ホログラフィック光場599は、完全にディスプレイ594の前方にあり得る。いくつかの場合では、ホログラフィック光場599は、全てディスプレイ594の後方にあるように見えることがある。いくつかの場合では、図5Hに例解されるように、ホログラフィック光場は、ディスプレイ594の前方の一部、例えば、実際部分599-1、及びディスプレイの後方にあるように見える別の部分、例えば、仮想部分599-2を有することができる。すなわち、光場599は、画像プランニングと呼ぶことができるディスプレイ594の表面にまたがるように見えることができる。 The computer 591 and/or controller 592 can be configured to coordinate the calculation (e.g., by equation) of the information modulated on the display 594 (e.g., a two-dimensional hologram, image, or pattern) to move the reconstructed holographic light field 599 back and forth along a direction perpendicular to the display 594 (e.g., the Z-direction). The calculation may be based on a holographic rendering process, as illustrated, for example, in Figures 2 and 3A-3G. In some cases, the holographic light field 599 may be entirely in front of the display 594. In some cases, the holographic light field 599 may appear to be entirely behind the display 594. In some cases, as illustrated in Figure 5H, the holographic light field may have a portion in front of the display 594, e.g., a real portion 599-1, and another portion that appears to be behind the display, e.g., a virtual portion 599-2. That is, the light field 599 may appear to span the surface of the display 594, which can be called image planning.
光学回折デバイス598は、異なる構成で実装することができる。いくつかの実装態様では、光学回折デバイス598は、例えば、図7A、7B、及び8に例解されるように、特定の色についてのホログラフィック格子、例えばブラッグ格子を含み、ホログラフィック光場599は、特定の色に対応することができる。いくつかの実装態様では、光学回折デバイス598は、例えば、図7C、7D、及び7Eに例解されるように、単一の記録層において異なる色についての複数のホログラフィック格子を含む。 The optical diffraction device 598 can be implemented in different configurations. In some implementations, the optical diffraction device 598 includes a holographic grating for a specific color, such as a Bragg grating, as illustrated in Figures 7A, 7B, and 8, and the holographic light field 599 can correspond to a specific color. In some implementations, the optical diffraction device 598 includes multiple holographic gratings for different colors in a single recording layer, as illustrated in Figures 7C, 7D, and 7E.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス598は、例えば、図9A~12Cに例解されるように、異なる記録層において異なる色についての複数のホログラフィック格子を含む。図7Fに例解されるように、特定の色の格子は、特定の色の光だけでなく、他の色の光も回折させることができ、これは、異なる色の間でクロストークを引き起こす可能性がある。いくつかの例では、図9A~10Bに関して以下で更に詳細に説明するように、光学回折デバイス598は、カラークロストークを抑制する(例えば、排除するか、又は最小化する)ための、1つ以上の色選択的偏光子を有する複数のホログラフィック格子を含むことができる。いくつかの例では、図11~12Cに関して以下で更に詳細に説明するように、光学回折デバイス598は、カラークロストーク及びゼロ次光を抑制するための、それぞれの入射角で入射する異なる色の光についての1つ以上の反射層を有する複数のホログラフィック格子を含むことができる。いくつかの例では、光学回折デバイス598は、カラークロストーク及びゼロ次回折を抑制するための、例えば、図9A~10Bに例解されるように、1つ以上の色選択的偏光子、及び図11~12Cに例解されるように、1つ以上の反射層を有する複数のホログラフィック格子を含むことができる。色選択的偏光子の各々は、単一の色又は複数の色に対して構成することができる。反射層の各々は、単一の色又は複数の色に対して構成することができる。 In some implementations, the optical diffraction device 598 includes multiple holographic gratings for different colors in different recording layers, as illustrated, for example, in Figures 9A–12C. As illustrated in Figure 7F, a grating of a particular color can diffract not only light of that particular color but also light of other colors, which can cause crosstalk between different colors. In some examples, as will be described in more detail below with respect to Figures 9A–10B, the optical diffraction device 598 may include multiple holographic gratings having one or more color-selective polarizers to suppress (e.g., eliminate or minimize) color crosstalk. In some examples, as will be described in more detail below with respect to Figures 11–12C, the optical diffraction device 598 may include multiple holographic gratings having one or more reflective layers for light of different colors incident at each incident angle to suppress color crosstalk and zero-order light. In some examples, the optical diffraction device 598 may include one or more color-selective polarizers, as illustrated in Figures 9A–10B, and multiple holographic gratings having one or more reflective layers, as illustrated in Figures 11–12C, for suppressing color crosstalk and zero-order diffraction. Each color-selective polarizer may be configured for a single color or multiple colors. Each reflective layer may be configured for a single color or multiple colors.
図5Iは、光学回折デバイス598Aを使用した光学回折照射を有する反射型ディスプレイ594Aを備えた別のシステム590Aを例解する。反射型ディスプレイ594Aは、図5Hの反射型ディスプレイ594と同じであり得る。図5Hのシステム590の光学回折デバイス598とは異なり、システム590Aの光学回折デバイス598Aは、反射場格子構造598-1A及び基板598-2Aを含むことができる反射場格子ベースの構造を有する。基板598-2Aは、ガラス基板であり得る。反射場格子構造598-1Aは、1つ以上の異なる色についての1つ以上の反射ホログラフィック格子を含むことができる。反射場格子構造598-1Aは、例えば、Z方向に沿って、基板598-2Aの前面上に配置されている。照射器596は、反射場格子構造598-1Aの後方に配置されており、大きな入射角で反射場格子構造598-1Aに光を照射するように構成されている。光は、反射型ディスプレイ594Aに対して後方に(Z方向に沿って)回折され、これは、光学回折デバイス598Aを通って光を後方に更に回折させて、ホログラフィック光場599を形成する。 Figure 5I illustrates another system 590A, which includes a reflective display 594A having optical diffraction irradiation using an optical diffraction device 598A. The reflective display 594A may be the same as the reflective display 594 in Figure 5H. Unlike the optical diffraction device 598 of system 590 in Figure 5H, the optical diffraction device 598A of system 590A has a reflective field grating-based structure which may include a reflective field grating structure 598-1A and a substrate 598-2A. The substrate 598-2A may be a glass substrate. The reflective field grating structure 598-1A may include one or more reflective holographic gratings for one or more different colors. The reflective field grating structure 598-1A is positioned, for example, on the front surface of the substrate 598-2A along the Z direction. The irradiator 596 is positioned behind the reflective field grating structure 598-1A and is configured to irradiate the reflective field grating structure 598-1A with light at a large angle of incidence. The light is diffracted backward (along the Z-direction) by the reflective display 594A, which further diffracts the light backward through the optical diffraction device 598A to form a holographic light field 599.
図5Jは、光学回折デバイス598Bを使用した光学回折照射を有する透過型ディスプレイ594Bを備えた別のシステム590Bを例解する。透過型ディスプレイ594Bは、図5Cの透過型ディスプレイ534、図5Dの544、又は図5Eの564と同じであり得る。図5Iの光学回折構造598Aと同様に、光学回折構造598Bは、反射場格子構造598-1B及び基板598-2Bを含むことができる反射場格子ベースの構造であり得る。基板598-2Bは、ガラス基板であり得る。反射場格子構造598-1Bは、1つ以上の異なる色についての1つ以上の反射ホログラフィック格子を含むことができる。図5Iの光学回折構造598Aとは異なり、光学回折構造598B内の反射場格子構造598-1Bは、基板598-2Bの背面上に配置されている。照射器596は、反射場格子構造598-1Bの前に配置されており、大きな入射角で反射場格子構造598-1Bに光を照射するように構成されている。光は、透過型ディスプレイ594Bに対して後方に(Z方向に沿って)回折され、これは更に光を回折させて、ホログラフィック光場599を形成する。 Figure 5J illustrates another system 590B, which includes a transmissive display 594B having optical diffraction irradiation using an optical diffraction device 598B. The transmissive display 594B may be the same as the transmissive display 534 in Figure 5C, 544 in Figure 5D, or 564 in Figure 5E. Similar to the optical diffraction structure 598A in Figure 5I, the optical diffraction structure 598B may be a reflection field grating-based structure that includes a reflection field grating structure 598-1B and a substrate 598-2B. The substrate 598-2B may be a glass substrate. The reflection field grating structure 598-1B may include one or more reflection holographic gratings for one or more different colors. Unlike the optical diffraction structure 598A in Figure 5I, the reflection field grating structure 598-1B in the optical diffraction structure 598B is located on the back surface of the substrate 598-2B. The irradiator 596 is positioned in front of the reflection field grid structure 598-1B and is configured to irradiate the reflection field grid structure 598-1B with light at a large angle of incidence. The light is diffracted backward (along the Z-direction) relative to the transmissive display 594B, which further diffracts the light to form a holographic light field 599.
図5Kは、光学回折デバイス598Cを使用した光学回折照射を有する透過型ディスプレイ594Cを備えた別のシステム590Cを例解する。透過型ディスプレイ594Cは、図5Jの透過型ディスプレイ594Cと同じであり得る。図5Hの光学回折構造598と同様に、光学回折構造598Cは、透過場格子構造598-1C及び基板598-2Cを含むことができる透過場格子ベース構造であり得る。基板598-2Cは、ガラス基板であり得る。透過場格子構造598-1Cは、1つ以上の異なる色についての1つ以上の透過ホログラフィック格子を含むことができる。図5Hの光学回折構造598とは異なり、光学回折構造598C内の透過場格子構造598-1Cは、基板598-2Cの前面上に配置されている。照射器596は、透過場格子構造598-1Cの後方に配置されており、大きな入射角で透過場格子構造598-1Cに光を照射するように構成されている。光は、透過型ディスプレイ594Cに対して前方に(+Z方向に沿って)回折され、これは更に光を回折させて、ホログラフィック光場599を形成する。 Figure 5K illustrates another system 590C, which includes a transmissive display 594C having optical diffraction irradiation using an optical diffraction device 598C. The transmissive display 594C may be the same as the transmissive display 594C in Figure 5J. Similar to the optical diffraction structure 598 in Figure 5H, the optical diffraction structure 598C may be a transmissive field lattice-based structure that includes a transmissive field lattice structure 598-1C and a substrate 598-2C. The substrate 598-2C may be a glass substrate. The transmissive field lattice structure 598-1C may include one or more transmissive holographic lattices for one or more different colors. Unlike the optical diffraction structure 598 in Figure 5H, the transmissive field lattice structure 598-1C in the optical diffraction structure 598C is located on the front surface of the substrate 598-2C. The irradiator 596 is located behind the transmissive field lattice structure 598-1C and is configured to irradiate the transmissive field lattice structure 598-1C with light at a large angle of incidence. The light is diffracted forward (along the +Z direction) relative to the transmissive display 594C, which further diffracts the light to form a holographic light field 599.
上で考察されたように、図5H~5Kは、反射/透過型ディスプレイと、反射/透過光学回折デバイスに基づく場格子との異なる組み合わせを示す。いくつかの場合では、光学回折デバイスをディスプレイの後側に配置することは、フォトポリマーが、それらの固有の構造によってか、又は追加のガラス層によって既に保護されていない場合、フォトポリマーのより良い保護を提供することができる。いくつかの場合では、透過格子は、ディスプレイに機械的及び光学的に近い場合があり、透過格子からディスプレイへの光は、反射格子からよりも短い距離を移動することができ、これは、アライメント、カバレッジ、分散、及び/又は散乱の問題を低減することができる。いくつかの場合では、透過格子は、反射格子よりも大きな波長公差及び小さな角度公差を有することができる。いくつかの場合では、透過格子は、ビューア、例えば、天井灯及び照射されたキーボードに向かって周囲の照射をミラーリングする可能性が低くなり得る。いくつかの場合では、透過型ディスプレイにより、ビューアは、ディスプレイに近づくことができ、ホログラフィック光場はディスプレイに近づくように投影され得る。いくつかの場合では、透過型ディスプレイの場合、透過型ディスプレイのガラス基板は、映画館及び建築サイズのためのほぼシームレスなタイルを備えた対角線が最大>100インチの証明済みの製造能力を有することができる。いくつかの場合では、反射型ディスプレイ及び半透過型ディスプレイは、ディスプレイ要素の後方に、コントローラ、例えば、マックスウェルホログラフィ回路を埋め込むことができ、透過型ディスプレイは、ピクセル間(又はフェーゼル間)ギャップの後方にコントローラ又は回路を組み込むことができる。いくつかの場合では、反射型ディスプレイ及び半透過型ディスプレイは、光が、ディスプレイ要素(例えば、液晶材料)をダブルパスすることを可能にし得、液晶材料を通るシングルパスを使用する透過型ディスプレイの屈折率変化の2倍を有することができる。半透過型ディスプレイは、透過された光を反射させる光学層を有するディスプレイを表すことができる。 As discussed above, Figures 5H–5K illustrate different combinations of reflective/transmissive displays and field gratings based on reflective/transmissive optical diffraction devices. In some cases, placing the optical diffraction device behind the display can provide better protection for the photopolymer if the photopolymer is not already protected by its inherent structure or by an additional glass layer. In some cases, the transmissive grating may be mechanically and optically close to the display, and light from the transmissive grating to the display can travel a shorter distance than from the reflective grating, which can reduce alignment, coverage, dispersion, and/or scattering problems. In some cases, the transmissive grating can have larger wavelength tolerances and smaller angular tolerances than the reflective grating. In some cases, the transmissive grating may be less likely to mirror ambient illumination toward a viewer, e.g., an overhead light and an illuminated keyboard. In some cases, with a transmissive display, the viewer can get closer to the display, and the holographic light field can be projected to approach the display. In some cases, for transmissive displays, the glass substrates of transmissive displays can have proven manufacturing capabilities for diagonal dimensions up to >100 inches with nearly seamless tiles for cinema and architectural sizes. In some cases, reflective and transflective displays can embed controllers, such as Maxwell holography circuits, behind the display elements, while transmissive displays can incorporate controllers or circuits behind the inter-pixel (or inter-facel) gaps. In some cases, reflective and transflective displays can allow light to pass through the display elements (e.g., liquid crystal material) twice, and can have twice the refractive index change of transmissive displays that use a single pass through the liquid crystal material. A transflective display can represent a display having an optical layer that reflects transmitted light.
例示的なディスプレイ実装態様
上述したように、マックスウェルホログラフィにおけるディスプレイは、位相変調デバイスであり得る。ディスプレイの位相要素(又はディスプレイ要素)は、フェーゼルとして表すことができる。例示のみのために、液晶オンシリコン(LCOS)デバイスが、位相変調デバイスとして機能するように以下で考察される。LCOSデバイスは、シリコンバックプレーンの上に液晶(LC)層を使用するディスプレイである。LCOSデバイスは、最小可能なフェーゼルピッチ、フェーゼル間の最小クロストーク、及び/又は大規模な利用可能な位相変調若しくは遅延(例えば、少なくとも2π)を達成するように最適化することができる。
Exemplary Display Implementation As described above, the display in Maxwell holography may be a phase modulation device. The phase element (or display element) of the display can be represented as a fesel. For illustrative purposes only, a liquid crystal on silicon (LCOS) device is considered below to function as a phase modulation device. An LCOS device is a display that uses a liquid crystal (LC) layer on a silicon backplane. An LCOS device can be optimized to achieve the minimum possible fesel pitch, minimum crosstalk between fesels, and/or a large available phase modulation or delay (e.g., at least 2π).
パラメータのリストを制御して、LC混合物の複屈折(Δn)、セルギャップ(d)、LC混合物の誘電異方性(Δε)、LC混合物の回転粘度(η)、及びシリコンバックプレーンとLC層の上の共通電極との間の最大印加電圧(V)を含む、LCOSデバイスの性能を最適化することができる。 The performance of the LCOS device can be optimized by controlling a list of parameters, including the birefringence (Δn) of the LC mixture, the cell gap (d), the dielectric anisotropy (Δε) of the LC mixture, the rotational viscosity (η) of the LC mixture, and the maximum applied voltage (V) between the silicon backplane and the common electrode on the LC layer.
液晶材料及び構造のパラメータ間に存在する基本的なトレードオフがあり得る。例えば、基本的な境界パラメータは、利用可能な位相変調又は遅延(Re)であり、これは、
Re=4π・Δn・d/λ(8)
のように表すことができ、
式中、λは、入力光の波長である。約0.633μmの波長を有する赤色光に対して、遅延Reが少なくとも2πである必要がある場合、
Δn ・d ≧ 0.317 μm (9).
上記の式は、任意の所与の波長(λ)について、LC混合物のセルギャップ(d)と複屈折(Δn)との間に直接的なトレードオフが存在することを意味する。
There can be fundamental trade-offs between parameters of liquid crystal materials and structures. For example, a fundamental boundary parameter is the available phase modulation or delay (Re), which is...
Re=4π・Δn・d/λ(8)
It can be expressed as follows:
In the formula, λ is the wavelength of the input light. For red light with a wavelength of approximately 0.633 μm, if the delay Re must be at least 2π,
Δn ・d ≧ 0.317 μm (9).
The above equation means that for any given wavelength (λ), there exists a direct trade-off between the cell gap (d) and the birefringence (Δn) of the LC mixture.
別の境界パラメータは、電圧が印加された後に、液晶(LC)層内のLC分子が、所望の配向に達するためにかかるスイッチング速度、又はスイッチング時間(T)である。例えば、3色場連続カラーシステムを使用するリアルタイムビデオ(約60Hz)の場合、LC層の最小180Hz変調が関与し、これは、5.6ミリ秒(ms)のLCスイッチング速度の上限を設ける。スイッチング時間(T)は、液晶混合物、セルギャップ、動作温度、及び印加電圧を含むいくつかのパラメータに関連している。第一に、Tは、d2に比例する。セルギャップdが減少すると、スイッチング時間は2乗に従って減少する。第二に、スイッチング時間は、液晶(LC)混合物の誘電体異方性(Δε)にも関連し、より高い誘電体異方性は、より短いスイッチング時間をもたらし、より低い粘度(温度依存性であり得る)もまた、より短いスイッチング時間をもたらす。 Another boundary parameter is the switching speed, or switching time (T), which is the time it takes for LC molecules in the liquid crystal (LC) layer to reach the desired orientation after a voltage is applied. For example, in the case of real-time video (approximately 60 Hz) using a three-color continuous color system, a minimum modulation of 180 Hz in the LC layer is involved, which sets an upper limit of 5.6 milliseconds (ms) for the LC switching speed. The switching time (T) is related to several parameters, including the liquid crystal mixture, cell gap, operating temperature, and applied voltage. Firstly, T is proportional to d² . As the cell gap d decreases, the switching time decreases according to the square of d. Secondly, the switching time is also related to the dielectric anisotropy (Δε) of the liquid crystal (LC) mixture, with higher dielectric anisotropy resulting in shorter switching times, and lower viscosity (which may be temperature-dependent) also resulting in shorter switching times.
第3の境界パラメータは、フリンジング場であり得る。結晶シリコンの高い電子移動度のために、LCOSデバイスは、非常に小さなフェーゼルサイズ(例えば、10μm未満)及びサブミクロンのフェーゼル間ギャップで製造することができる。隣接するフェーゼルが、異なる電圧で動作されるとき、フェーゼル縁部の近くのLCディレクタは、フリンジング場の側方構成要素によって歪められ、これは、デバイスの電気光学性能を著しく低下させる。加えて、フェーゼルギャップが、入射光波長に匹敵するようになると、回折効果が、深刻な光損失を引き起こす可能性がある。位相ノイズを許容レベル内に維持するために、フェーゼルギャップを、フェーゼルピッチ以下に維持する必要があり得る。 A third boundary parameter can be the fringing field. Due to the high electron mobility of crystalline silicon, LCOS devices can be fabricated with very small facel sizes (e.g., less than 10 μm) and submicron interface gaps. When adjacent facels are operated at different voltages, the LC director near the facel edge is distorted by the lateral components of the fringing field, which significantly degrades the electro-optical performance of the device. In addition, when the facel gap becomes comparable to the incident light wavelength, diffraction effects can cause serious optical loss. To maintain phase noise within acceptable levels, the facel gap may need to be kept below the facel pitch.
いくつかの例では、LCOSデバイスは、フリンジ場境界条件が観察される場合、2μmのフェーゼルピッチ及び約2μmのセルギャップを有するように設計される。上記の式Δn・d≧0.317μmによれば、Δnは、0.1585以上である必要があり、これは現在の液晶技術を使用して達成可能である。所与のフェーゼルピッチの最小複屈折が決定されると、LCは、例えば、誘電体異方性を増加させること、及び/又は回転粘度を減少させることによって、スイッチング速度に対して最適化することができる。 In some examples, LCOS devices are designed to have a feszel pitch of 2 μm and a cell gap of approximately 2 μm when fringe field boundary conditions are observed. According to the above equation Δn・d ≥ 0.317 μm, Δn must be greater than or equal to 0.1585, which is achievable using current liquid crystal technology. Once the minimum birefringence for a given feszel pitch is determined, the LC can be optimized for switching speed, for example, by increasing dielectric anisotropy and/or decreasing rotational viscosity.
ディスプレイのための不均一なフェーゼル実装態様
LCOSデバイスでは、回路チップ、例えば、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)チップ又は同等物は、チップ表面の下に埋め込まれた反射金属電極の電圧を制御し、各々が1つのフェーゼルを制御する。全てのフェーゼルの共通の電極は、LCOSカバーガラス上のインジウムスズ酸化物で作られた透明導電層によって供給される。フェーゼルは、同じサイズ及び同じ形状(例えば、正方形)を有することができる。例えば、チップは、1024×768(又は4096×2160)のフェーゼルを有することができ、各々が独立してアドレス指定可能な電圧を有する。上述したように、フェーゼル間ギャップが入射光波長に匹敵するようになると、LCOSデバイスの周期構造に起因して、回折効果が現れる可能性があり、これは、回折光の多大の光損失及び強力な周期構造を引き起こし得る。
Non-uniform Fasel Mounting Configurations for Displays In LCOS devices, a circuit chip, e.g., a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) chip or equivalent, controls the voltage of reflective metal electrodes embedded beneath the chip surface, each controlling one fasel. A common electrode for all fasels is supplied by a transparent conductive layer made of indium tin oxide on the LCOS cover glass. The fasels can be the same size and shape (e.g., square). For example, a chip can have 1024 × 768 (or 4096 × 2160) fasels, each with an independently addressable voltage. As described above, when the fasel gap becomes comparable to the incident light wavelength, diffraction effects may appear due to the periodic structure of the LCOS device, which can cause significant optical loss of diffracted light and a strong periodic structure.
マックスウェルホログラフィック計算では、各フェーゼルは、各プリミティブからのEM寄与の合計を受信し、互いに比較的独立している。したがって、マックスウェルホログラフィにおけるLCOSデバイスのフェーゼルは、互いに異なるように設計することができる。例えば、図6Aに例解されるように、LCOSデバイス600は、いくつかの不均一な(又は不規則的な)フェーゼル602で作製することができる。少なくとも2つのフェーゼル602は、異なる形状を有する。フェーゼル602の不均一な形状は、他の効果の中で(例えば、回折光の周期的構造のために)回折異常を大幅に低減又は排除することができ、したがって、画像品質を向上させる。フェーゼルは不均一な形状を有することができるが、フェーゼルは、所望の空間解像度を満たす平均(例えば、約3μm)を有するサイズ分布を有するように設計することができる。シリコンバックプレーンは、フェーゼルの形状に従って、フェーゼルの各々に対してそれぞれの回路(例えば、金属電極を含む)を提供するように構成することができる。 In Maxwell holographic computation, each fesel receives the sum of EM contributions from each primitive and is relatively independent of one another. Therefore, the fesels of an LCOS device in Maxwell holography can be designed to be different from one another. For example, as illustrated in Figure 6A, an LCOS device 600 can be fabricated with several heterogeneous (or irregular) fesels 602. At least two of the fesels 602 have different shapes. The heterogeneous shape of the fesels 602 can significantly reduce or eliminate diffraction anomalies among other effects (e.g., due to the periodic structure of diffracted light), thus improving image quality. While the fesels can have heterogeneous shapes, they can be designed to have a size distribution with an average (e.g., about 3 μm) that satisfies the desired spatial resolution. The silicon backplane can be configured to provide a corresponding circuit (e.g., including metal electrodes) for each fesel according to the shape of the fesels.
LCOSデバイスにおける一連のフェーゼルでは、特定のフェーゼルを選択するために、特定のフェーゼルを含む一列のフェーゼルを接続するワードラインに第1の電圧が印加され、特定のフェーゼルを含む一列のフェーゼルを接続するビットラインに第2の電圧が印加される。各フェーゼルは、抵抗及び/又は静電容量を有するため、LCOSデバイスの動作速度は、これらの電圧のスイッチング(又は上昇時間及び下降時間)によって制限することができる。 In a series of phases in an LCOS device, a first voltage is applied to the word line connecting a series of phases containing the specific phase, and a second voltage is applied to the bit line connecting a series of phases containing the specific phase. Since each phase has resistance and/or capacitance, the operating speed of the LCOS device can be limited by the switching (or rise and fall times) of these voltages.
上述したように、マックスウェルホログラフィでは、フェーゼルは、異なるサイズを有することができる。図6Bに例解されるように、LCOSデバイス650は、他のフェーゼル652よりも大きいサイズを有する、1つ以上のフェーゼル654を有するように設計される。フェーゼルの全ては、依然として、所望の分解能を満たすサイズ分布を有することができる。例えば、フェーゼルの99%は、3μmのサイズを有し、フェーゼルの1%のみが、6μmのサイズを有する。フェーゼル654のより大きなサイズは、フェーゼル652と同様の他の回路に加えて、フェーゼル654内に少なくとも1つのバッファ660を配置することを可能にする。バッファ660は、印加された電圧をバッファリングするように構成されており、電圧は、フェーゼルの行又は列内のより少ない数のフェーゼルにのみ印加される。バッファ660は、例えば、トランジスタで作られたアナログ回路、又は例えば、いくつかの論理ゲートで作られたデジタル回路、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。 As described above, in Maxwell holography, the fazels can have different sizes. As illustrated in Figure 6B, the LCOS device 650 is designed to have one or more fazels 654 that are larger in size than the other fazels 652. All fazels can still have a size distribution that satisfies the desired resolution. For example, 99% of the fazels may have a size of 3 μm, and only 1% of the fazels may have a size of 6 μm. The larger size of the fazels 654 allows for the placement of at least one buffer 660 within the fazel 654, in addition to other circuits similar to those in the fazels 652. The buffer 660 is configured to buffer the applied voltage, so that the voltage is applied to only a smaller number of fazels in a row or column of fazels. The buffer 660 may be, for example, an analog circuit made of transistors, or a digital circuit made of several logic gates, or any combination thereof.
例えば、図6Bに例解されるように、ワードライン651にある電圧が印加され、別の電圧がビットライン653に印加されて、特定のフェーゼル652*を選択する。フェーゼル652*は、バッファ660を含むより大きなフェーゼル654と同じ行にある。電圧は、列内及びより大きなフェーゼル654の前の第1の数のフェーゼルに主に印加され、より大きなフェーゼル654内のバッファ660によって妨害される。そのような方法では、LCOSデバイス650の動作速度を向上することができる。より大きなサイズのフェーゼル654では、LCOSデバイス650の性能を更に向上させるために、他の回路をLCOSデバイス650内に配置することもできる。図6Bのフェーゼル654及びフェーゼル652は、正方形の形状を有し、フェーゼルはまた、図6Aに例解されるように、他のフェーゼル652よりも大きいサイズを有する1つ以上のフェーゼル654が存在する限り、異なる形状を有することもできる。 For example, as illustrated in Figure 6B, a voltage is applied to word line 651 and another voltage to bit line 653 to select a specific fazel 652*. Fazel 652* is in the same row as a larger fazel 654 containing a buffer 660. The voltage is primarily applied to a first number of fazels in the row and in front of the larger fazel 654, and is interrupted by the buffer 660 in the larger fazel 654. In this manner, the operating speed of the LCOS device 650 can be improved. In larger fazels 654, other circuits may also be placed within the LCOS device 650 to further improve its performance. Fazels 654 and 652 in Figure 6B have a square shape, and fazels can also have different shapes, as long as there are one or more fazels 654 that are larger in size than other fazels 652, as illustrated in Figure 6A.
例示的なキャリブレーション
本開示におけるマックスウェルホログラフィのユニークな性質は、高品質ディスプレイの実際の生産において重要な競争優位性を生み出すことができるキャリブレーション技術の保護を可能にする。以下を含む、マックスウェルホログラフィック算出技術と組み合わされる、いくつかのキャリブレーション技術を実装することができる。
(i)画像センサ又は光場センサを、ディリクレ境界条件変調器と併せて、及び/又は機械的及びソフトウェア回折及び非回折キャリブレーション技術と併せて使用すること、
(ii)個々のカラーキャリブレーション及びディリクレ境界条件変調器とのアライメントを含むソフトウェアアライメント及びソフトウェアキャリブレーション、並びに
(iii)光検出(電力及び色を含む)及び/又は温度測定を直接変調器に組み込むことを可能にするシリコン特徴を境界条件変調器に埋め込むことであって、マックスウェルホログラフィと組み合わせると、製造キャリブレーションプロセスを簡素化するための強力かつユニークなアプローチが作成される、埋め込むこと。
Exemplary Calibration The unique nature of Maxwell holography in this disclosure enables the protection of calibration techniques that can create a significant competitive advantage in the actual production of high-quality displays. Several calibration techniques can be implemented in combination with Maxwell holographic computation techniques, including:
(i) Using an image sensor or optical field sensor in conjunction with a Dirichlet boundary condition modulator and/or in conjunction with mechanical and software diffraction and non-diffraction calibration techniques,
(ii) Software alignment and software calibration, including individual color calibration and alignment with Dirichlet boundary condition modulators, and (iii) embedding silicon features into the boundary condition modulator that enable the direct incorporation of photodetection (including power and color) and/or temperature measurement into the modulator, which, when combined with Maxwell holography, creates a powerful and unique approach to simplify the manufacturing calibration process.
以下、例示のみのために、3つのタイプのキャリブレーションが、位相ベースのディスプレイ、例えば、LCOSディスプレイに対して実装される。各位相要素は、フェーゼルとして表すことができる。 For illustrative purposes only, three types of calibration are implemented for a phase-based display, such as an LCOS display. Each phase element can be represented as a phase element.
位相キャリブレーション
LCOS位相要素(又はフェーゼル)に衝突する光に付加される位相の量は、LCOSフェーゼルに印加される電圧によって直接知ることができる。これは、複屈折液晶(LC)が電場の存在下で回転し、したがって屈折のその指数を変化させ、光を減速させて、その位相を変化させるためである。変化した位相は、液晶(LC)及びLCが存在するシリコンデバイスの電気的特性に依存することができる。LCOSに送信されるデジタル信号は、高品質のホログラフィック画像を実現するために、正しいアナログ電圧に変換する必要がある。位相キャリブレーションは、LCOSデバイスが、デジタル信号が、最大量の位相範囲を生成するように、LCに適用されるアナログ信号に適切に変換されることを確実にすることに関与する。この変換は、線形挙動をもたらすことが期待される。すなわち、電圧が固定増分で変化すると、開始電圧値に関係なく、位相も固定増分で変化する。
Phase Calibration The amount of phase added to light striking an LCOS phase element (or feszel) can be directly determined by the voltage applied to the LCOS feszel. This is because the birefringent liquid crystal (LC) rotates in the presence of an electric field, thus changing its exponent of refraction, slowing down the light and changing its phase. The changed phase can depend on the electrical properties of the liquid crystal (LC) and the silicon device in which the LC resides. The digital signal transmitted to the LCOS needs to be converted to the correct analog voltage in order to achieve a high-quality holographic image. Phase calibration involves ensuring that the LCOS device is properly converted to the analog signal applied to the LC so that the digital signal produces the maximum possible phase range. This conversion is expected to result in linear behavior; that is, as the voltage changes in a fixed increment, the phase also changes in a fixed increment, regardless of the starting voltage value.
いくつかの場合では、LCOSデバイスは、ユーザが、デジタル入力信号を仮定してアナログ電圧出力の量を制御するように、ユーザが、デジタル-アナログ変換器(DAC)を変更することを可能にする。デジタルポテンショメータは、各入力ビットに適用することができる。例えば、8つの入力ビットが存在する場合、各入力ビットに対応する8つのデジタルポテンショメータが存在し得る。デジタルポテンショメータからの同じデジタル入力を、LCOSデバイスの全てのフェーゼルに適用することができる。「1」に設定されたビットは電圧をアクティブにし、「0」に設定されたビットは電圧をアクティブにしない。このような「1」ビットからの全ての電圧を合計して、各フェーゼルに送信される最終電圧を取得する。全ての「0」ビットがベースライン非ゼロ電圧をもたらすように、全ての場合に印加されるDC電圧もあり得る。したがって、LCOSデバイスの位相キャリブレーションは、LCOSデバイスのデジタルポテンショメータの値を設定することによって実装することができる。例えば、上記のように、コントローラは、プリミティブのリストからディスプレイのフェーゼルの各々へのEM場寄与を算出し、プリミティブからフェーゼルの各々へのEM場寄与のそれぞれの合計を生成し、フェーゼルの位相を変調するためにフェーゼルの各々へのそれぞれの制御信号を生成することができる。デジタルポテンショメータからの同じデジタル入力を適用して、それぞれの制御信号をLCOSデバイスのフェーゼルの全てに調整することができ、これは、フェーゼルごとをベースとする位相キャリブレーションとは異なる。デジタル入力は、例えば、ホログラムを表示するために、LCOS装置の動作の期間にわたって1回設定することができる。 In some cases, the LCOS device allows the user to modify the digital-to-analog converter (DAC) to control the amount of analog voltage output assuming a digital input signal. A digital potentiometer can be applied to each input bit. For example, if there are eight input bits, there may be eight digital potentiometers corresponding to each input bit. The same digital input from the digital potentiometers can be applied to all phases of the LCOS device. Bits set to "1" activate the voltage, and bits set to "0" do not activate the voltage. All voltages from such "1" bits are summed to obtain the final voltage sent to each phase. There may also be a DC voltage applied in all cases so that all "0" bits result in a baseline non-zero voltage. Thus, phase calibration of the LCOS device can be implemented by setting the values of the digital potentiometers of the LCOS device. For example, as described above, the controller can calculate the EM field contribution to each of the display's phases from a list of primitives, generate the sum of the EM field contributions from the primitives to each phase, and generate individual control signals for each phase to modulate the phase of each phase. The same digital input from a digital potentiometer can be applied to adjust each control signal to all phases of the LCOS device, which differs from phase calibration based on each phase. The digital input can be set once over the duration of the LCOS device's operation, for example, to display a hologram.
デジタル入力のための位相キャリブレーション値の最適なセットを判定するために、位相範囲又はホログラフィック画像コントラストなどの1つの出力値につながる多くの入力値が存在する、遺伝的アルゴリズムを適用することができる。この出力値は、適合性と呼ばれる1つの数に減らすことができる。遺伝的アルゴリズムは、最も適合性の高い出力を達成するまで、入力値の異なる組み合わせを探索するように構成することができる。いくつかの場合では、アルゴリズムは、最も適合性の高い入力のうちの2つ以上を取り、それらの構成値の数を一緒に組み合わせて、取り込まれた入力の特性を有するが、取り込まれた入力の各々とは異なる新しい入力を作成することができる。いくつかの場合では、アルゴリズムは、これらの構成値のうちの1つを、取られた適合入力のいずれかからではないものに変更することができ、これは「変形」として表され、利用可能な適合入力に様々なものを追加することができる。いくつかの場合において、1つ以上の最適値は、最適値が極大値に限定されないように、新しい値を試しながら、良好な結果を伴う以前の測定から得られた知識を利用することによって求めることができる。 To determine the optimal set of phase calibration values for a digital input, a genetic algorithm can be applied where many input values lead to a single output value, such as phase range or holographic image contrast. This output value can be reduced to a single number called the fit. The genetic algorithm can be configured to explore different combinations of input values until the most fit output is achieved. In some cases, the algorithm can take two or more of the most fit inputs and combine the numbers of their constituent values to create a new input that has the characteristics of the captured inputs but is different from each of the captured inputs. In some cases, the algorithm can change one of these constituent values to one that is not from any of the taken fitted inputs, which is represented as a "transformation," and can add variety to the available fitted inputs. In some cases, one or more optimal values can be found by using knowledge gained from previous measurements with good results, while trying new values, so that the optimal values are not limited to local maxima.
適合性出力値を計算するための複数の方法があり得る。1つの方法は、LCOS上の全てのフェーゼルに適用されるデジタル入力のセットを仮定して光の位相変化を計算することである。この方式では、入射光を偏光することができる。LCOSに衝突すると、LCの回転に応じて入射光の偏光が変化することができる。入射光は、同じ偏光又は元の偏光とは異なる90度のいずれかに設定された別の偏光子を通って、後方に回折されて、次いで、光検出器に入射することができる。したがって、LC回転が変化すると、光検出器から見た強度が変化することができる。したがって、光の位相変化は、強度変動を通して、間接的に知覚することができる。位相変化を計算するための別の方法は、バックグラウンドからマックスウェルホログラフィック再構築の強度差を測定することである。これは、投影ディスプレイで最も効果的である。このような例で強度を測定するには、コンピュータビジョンアルゴリズムを使用して、マックスウェルホログラフィック再構築を識別し、その強度を測定する必要があり得る。位相変化を判定するための別の方法は、干渉光学ジオメトリにおいて顕微鏡的に測定又は画像化することである。 There are several possible methods for calculating the compatibility output value. One method is to calculate the phase change of light by assuming a set of digital inputs applied to all phasels on the LCOS. In this scheme, the incident light can be polarized. Upon impact with the LCOS, the polarization of the incident light can change depending on the rotation of the LC. The incident light can be diffracted backward through another polarizer set to either the same polarization or a 90-degree different polarization from the original, and then incident on the photodetector. Therefore, as the rotation of the LC changes, the intensity seen from the photodetector can change. Thus, the phase change of light can be perceived indirectly through the intensity fluctuation. Another method for calculating the phase change is to measure the intensity difference of the Maxwell holographic reconstruction from the background. This is most effective in projection displays. To measure the intensity in such an example, it may be necessary to use a computer vision algorithm to identify the Maxwell holographic reconstruction and measure its intensity. Another method for determining the phase change is to microscopically measure or image it in the interference optical geometry.
アライメントキャリブレーション
光源及び他の光学素子は、ホログラフィックデバイス内で適切に位置合わせされていない可能性があるため、位置合わせする必要があり得る。異なる液晶(LC)及び光学回折素子又は回折光学素子は、光源の異なる波長に対しても異なる挙動を示すことができる。更に、特に、LC、回折剤、及び光源は、デバイスをデバイスに、及び時間の経過(老朽化及び焼き付き)とともに、並びに動作温度などの動作環境の変化、及び熱又は機械的応力による機械的に誘発された変形の結果として、変化することができ、異なる基本色で、又は異なる時間で、又は異なる環境で示されるとき、同じ入力ホログラムに、異なる特性、例えば、オブジェクトスケーリングを与える。更に、特定のハードウェア特徴は、これらの状況下でも補正が必要となり得る出力光に、異なる光学効果、例えば、レンズ効果を適用することができる。
Alignment Calibration: Light sources and other optical elements may need to be aligned because they may not be properly aligned within the holographic device. Different liquid crystals (LCs) and optical diffracting elements or diffracting optical elements may exhibit different behaviors for different wavelengths of light sources. Furthermore, in particular, LCs, diffracting agents, and light sources can change in the device and over time (aging and burn-in), as well as as a result of changes in the operating environment such as operating temperature, and mechanically induced deformation due to thermal or mechanical stress, giving the same input hologram different characteristics, e.g., object scaling, when displayed in different base colors, or at different times or in different environments. In addition, certain hardware features may apply different optical effects, e.g., lensing effects, to the output light, which may require correction even under these circumstances.
いくつかの実装態様では、上記の問題は、1つ以上の光学素子に機械並進、変形、及び回転を適用することによって対処することができる。いくつかの実装態様では、上記の問題は、ディスプレイのフェーゼルに対して計算された位相に数学的変換を適用することによって対処することができる。位相は、プリミティブのリストからフェーゼルへのEM場寄与のそれぞれの合計である。数学的変換は、数式、例えば、ゼルニケ多項式から導き出すことができ、多項式係数又は他の変化する入力値を変更することによって変化させることができる。数学的変換は、色によってだけでなく、位相ごとに変化することができる。例えば、ディスプレイから回折した後に光に適用される傾きの量に対応するゼルニケ多項式係数が存在する。 In some implementations, the above problem can be addressed by applying mechanical translation, deformation, and rotation to one or more optical elements. In some implementations, the above problem can be addressed by applying a mathematical transformation to the calculated phase for the display's fasci. The phase is the sum of the respective EM field contributions to the fasci from a list of primitives. The mathematical transformation can be derived from a formula, e.g., a Zernike polynomial, and can be varied by changing the polynomial coefficients or other changing input values. The mathematical transformation can vary not only by color but also by phase. For example, there are Zernike polynomial coefficients corresponding to the amount of gradient applied to the light after diffraction from the display.
これらの係数/入力値を決定するために、2Dカメラ、光度計、光場カメラ、及び/又は他の光度又は比色器が、投影ディスプレイの場合にはLCOSによって照射される、又は直視ディスプレイの場合にはLCOSに向けられる、反射又は拡散透過表面に向けられるハードウェア及びソフトウェアセットアップを作成することができる。1つ以上のホログラフィックテストパターン及びオブジェクトを、ディスプレイに送信し、1つの測定器又は複数の測定器によって測定することができる。2Dカメラ若しくは3D(光場)カメラ、又はカメラアレイは、機械視覚アルゴリズムを使用して、表示されているものを決定し、次いで、その適合性を計算することができる。例えば、ドットのグリッドがテストパターンである場合、適合性は、それらがどの程度接近しているか、それらが意図された位置にどの程度中心にあるか、それらがどの程度の歪み(例えば、スケール又はピンクッション)を示すかなどの統計的尺度によって判定することができる。異なる性能特性のための異なる適合性値があり得る。これらの値に応じて、適合性が所定の満足レベルに達するか、又は視覚的又はタスク指向のA/Bテストに合格するまで、補正を、例えば、ゼルニケ多項式への係数の変更の形態で適用することができる。これらのテストパターンは、異なる距離でレンダリングされて、アライメントが、特に1つの3D点又は平面だけでなく、異なる距離のオブジェクトに対して一貫していることを確実にすることができる。このような深度ベースのキャリブレーションは、ホログラフィックテストパターン又はその中の要素の深さ、及び反射面又は拡散透過面の位置を変更することを伴う反復プロセスを伴うことができ、以前のキャリブレーションは、複数の深さで動作するソリューションに収束するまで繰り返すことができる。最後に、キャリブレーションの有効性を示すために、白いドットを表示することができる。 To determine these coefficients/input values, a hardware and software setup can be created in which a 2D camera, photometer, optical field camera, and/or other luminometer or colorimeter are directed towards a reflective or diffuse-transmitting surface, either illuminated by an LCOS in the case of a projection display, or directed towards an LCOS in the case of a direct-view display. One or more holographic test patterns and objects can be transmitted to the display and measured by one or more measuring instruments. A 2D camera or a 3D (optical field) camera, or camera array, can use machine vision algorithms to determine what is being displayed and then calculate its fit. For example, if the test pattern is a grid of dots, the fit can be determined by statistical measures such as how close they are, how centered they are in their intended positions, and how much distortion (e.g., scale or pincushion) they exhibit. Different fit values may exist for different performance characteristics. Depending on these values, corrections can be applied, for example, in the form of changing coefficients to a Zernike polynomial, until the fit reaches a predetermined level of satisfaction or passes a visual or task-oriented A/B test. These test patterns can be rendered at different distances to ensure that the alignment is consistent not only for a single 3D point or plane, but also for objects at different distances. Such depth-based calibration can involve an iterative process that modifies the depth of the holographic test pattern or its elements, and the position of reflective or diffusely transmitted surfaces. Previous calibrations can be repeated until they converge to a solution that works at multiple depths. Finally, white dots can be displayed to demonstrate the effectiveness of the calibration.
カラーキャリブレーション
ディスプレイ、ホログラフィック、又は別のものでは、任意の2つのユニットが同じ画像をレンダリングしている場合、色が、ディスプレイ間で一致し、更に、高精細テレビ(HDTV)のRec.709規格又はコンピュータモニターのsRGB色空間のように、テレビ(TV)及びコンピュータディスプレイ規格によって定義された色と一致することが重要である。異なるバッチのハードウェア構成要素、例えば、LED及びレーザダイオードは、同じ入力に対して異なる挙動を示すことができ、人間の目によって知覚されたときに異なる色を出力することができる。したがって、全てのディスプレイユニットをキャリブレーションすることができる色標準を有することが重要である。
Color Calibration: In displays, holographics, or other devices, when any two units are rendering the same image, it is crucial that the colors match between the displays and, furthermore, match the colors defined by television (TV) and computer display standards, such as the Rec. 709 standard for high-definition television (HDTV) or the sRGB color space for computer monitors. Different batches of hardware components, such as LEDs and laser diodes, can behave differently for the same input and can output different colors when perceived by the human eye. Therefore, it is important to have a color standard that can calibrate all display units.
いくつかの実装態様では、強度及び色度の測定によって指定される色の客観的測定は、Commission internationale de l’eclairage(CIE)標準観測者曲線に対する色強度を測定することによって取得することができる。各ディスプレイが既知の色及び強度のサンプルセットを再現することを要求し、次いで、CIE標準観測者曲線にキャリブレーションされた測色デバイスを使用して出力光を測定することによって、選択されたCIE色空間内のデバイスの色出力を客観的に定義することができる。既知の良好値からの測定値の任意の偏差を使用して、ディスプレイ上の出力色を適応させて、アライメント又は適合に戻すことができ、これは、反復測定-適応-測定フィードバックループを使用して実装することができる。マックスウェルホログラフィックデバイスが、所与の入力セットに対して正確な出力を生成すると、最終的な適応は、入力値を出力強度にマッピングする照射器のためのルックアップテーブル、及び入力色を出力色空間値に変換するカラーマトリックス変換として符号化することができる。これらのキャリブレーションテーブルは、デバイス自体に埋め込んで、信頼性の高い客観的な出力色を生成することができる。多数の動作温度範囲の各々に対して、複数のそのようなテーブルを提供することができる。LCOSのアクティブ面の多数の異なる領域の各々に対して、複数のそのようなテーブルを提供することができる。キャリブレーション値は、隣接する温度範囲及び/又は隣接する表面領域のテーブル間で補間することができる。 In some implementations, objective measurements of color, specified by intensity and chromaticity measurements, can be obtained by measuring color intensity relative to the Commission internationala de l’éclairage (CIE) standard observer curve. Each display is required to reproduce a known sample set of colors and intensities, and then the color output of the device in a selected CIE color space can be objectively defined by measuring the output light using a colorimetric device calibrated to the CIE standard observer curve. Any deviation of the measured values from known good values can be used to adapt the output color on the display back to alignment or fit, which can be implemented using an iterative measure-adapt-measure feedback loop. Once the Maxwell holographic device produces accurate output for a given set of inputs, the final adaptation can be encoded as a lookup table for the illuminator mapping input values to output intensities, and a color matrix transform that converts input colors to output color space values. These calibration tables can be embedded in the device itself to generate reliable, objective output colors. Multiple such tables can be provided for each of the numerous operating temperature ranges. Multiple such tables can also be provided for each of the numerous different regions of the active surface of the LCOS. Calibration values can be interpolated between tables of adjacent temperature ranges and/or adjacent surface regions.
加えて、サブ波長精度で回折を制御するのに十分な微細な特徴を有するLCOSデバイスを仮定すると、三刺激照射(例えば、赤、緑、及び青の線形混合)を必要としなくてもよく、LCOSデバイスは、単一の広いスペクトル光源で照射され、空間ディザリングパターンと組み合わせて、一般的な三刺激近似よりもむしろ色のより完全なスペクトル出力を再現することができる三刺激、四刺激、更にはN刺激出力色を生成するように、位相出力を選択的に調節することができる。十分に広いスペクトル照射器を仮定すると、これは、マックスウェルホログラフィが、人間の視覚系のスペクトル焦点の内側、又は赤外線(IR)若しくは紫外線(UV)構造化光のスペクトル焦点の外側にある任意の反射された色を生成することを可能にする。 Furthermore, assuming an LCOS device with fine enough features to control diffraction with subwavelength precision, tristimulus irradiation (e.g., a linear mixture of red, green, and blue) may not be necessary. The LCOS device can be irradiated with a single broad-spectrum light source and, in combination with a spatial dithering pattern, can selectively adjust its phase output to produce tristimulus, tetrastimulus, or even N-stimulus output colors that reproduce a more complete spectral output of color than the general tristimulus approximation. Assuming a sufficiently broad-spectrum irradiator, this allows Maxwell holography to produce any reflected color that lies inside the spectral focus of the human visual system or outside the spectral focus of infrared (IR) or ultraviolet (UV) structured light.
例示的なホログラフィック格子
図7A~7Fは、光学回折デバイス(又はライトガイドデバイス)、例えば、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、又は図5Kの598Cに含めることができる例示的なホログラフィック格子の実装態様を例解する。図7A及び7Bは、単一の色で、記録媒体においてホログラフィック格子を記録すること及び再生することを例解する。図7C及び7Dは、3つの異なる色の光で、記録媒体において3つの異なる色のホログラフィック格子を記録すること(図7C)及び単一の色の光でそれらを再生すること(図7D)を例解する。図7E及び7Fは、3つの異なる色の光で、記録媒体において3つの異なる色のホログラフィック格子を再生することを例解し、図7Fは、異なる色の回折光の間のカラークロストークを例解する。記録基準光ビーム、記録オブジェクト光ビーム、再生基準光ビーム、回折光ビームのいずれか1つは、s偏光又はp偏光することができる偏光ビームである。
Exemplary Holographic Grids Figures 7A–7F illustrate exemplary holographic grid implementations that can be included in an optical diffraction device (or light guide device), for example, the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K. Figures 7A and 7B illustrate recording and reproducing a holographic grid on a recording medium with a single color. Figures 7C and 7D illustrate recording three different colored holographic grids on a recording medium with three different colored lights (Figure 7C) and reproducing them with a single colored light (Figure 7D). Figures 7E and 7F illustrate reproducing three different colored holographic grids on a recording medium with three different colored lights, and Figure 7F illustrates color crosstalk between diffracted lights of different colors. One of the recording reference light beam, recording object light beam, reproductive reference light beam, or diffracted light beam is a polarized beam that can be s-polarized or p-polarized.
図7Aは、記録媒体にホログラフィック格子を記録する一例を例解する。記録媒体は、感光性材料、例えば、感光性ポリマー又はフォトポリマー、ハロゲン化銀、又は他の任意の好適な材料であり得る。記録媒体は、基板、例えば、ガラス基板上に配置することができる。基板は、記録中に、透明であっても、透明でなくてもよい。いくつかの実装態様では、感光性材料は、キャリアフィルム、例えば、TAC(トリアセテートセルロース)フィルムに接着することができる。キャリアフィルムを有する感光性材料は、キャリアフィルムと基板との間の感光性材料とともに、基板上に積層することができる。 Figure 7A illustrates an example of recording a holographic grid on a recording medium. The recording medium may be a photosensitive material, such as a photosensitive polymer or photopolymer, silver halide, or any other suitable material. The recording medium can be placed on a substrate, such as a glass substrate. The substrate may be transparent or opaque during recording. In some mounting configurations, the photosensitive material can be bonded to a carrier film, such as a TAC (triacetate cellulose) film. The photosensitive material with a carrier film, together with the photosensitive material between the carrier film and the substrate, can be laminated on the substrate.
透過ホログラフィでは、それぞれ、記録基準角θr及び記録オブジェクト角θoで、記録媒体の同じ領域に、同じ側から記録基準ビーム及び記録オブジェクトビームが入射する。基準ビーム及びオブジェクトビームの各々は、空気中で開始し、感光性材料を通過し、次いで基板内及び基板を通って通過し、空気中に出ることができる。記録基準ビーム及び記録オブジェクトビームは、同じ色、例えば、緑色、及び同じ偏光状態、例えば、s偏光した状態を有する。ビームの両方は、ビームが、強く干渉して、ビームが重なり合う直立したパターンを形成するように、高い空間的及び時間的コヒーレンスを有するレーザ源から発生することができる。記録媒体内では、パターンは、式、
θt=(θo+θr)/2(10)
を満たすフリンジ傾斜角θtで、図7Aの傾斜した実線として例解されるように、複数の平行な干渉面を含むフリンジパターン、例えば格子として記録され、
式中、θtは、記録中の記録媒体のフリンジ傾斜角、θoは、記録中の記録媒体のオブジェクト角、θrは、記録中の記録媒体の基準角を表す。
In transmission holography, a recording reference beam and a recording object beam are incident on the same region of the recording medium from the same side, at a recording reference angle θr and a recording object angle θo , respectively. Each of the reference beam and object beam can start in air, pass through the photosensitive material, then pass through the substrate and exit into air. The recording reference beam and the recording object beam have the same color, e.g., green, and the same polarization state, e.g., s-polarized. Both beams can be generated from a laser source with high spatial and temporal coherence such that the beams strongly interfere to form an upright pattern of overlapping beams. Within the recording medium, the pattern is expressed by the formula,
θ t =(θ o +θ r )/2(10)
At a fringe inclination angle θt that satisfies the conditions, a fringe pattern including multiple parallel interference surfaces, such as a grid, is recorded, as illustrated by the inclined solid line in Figure 7A.
In the formula, θt represents the fringe tilt angle of the recording medium during recording, θo represents the object angle of the recording medium during recording, and θr represents the reference angle of the recording medium during recording.
記録媒体の表面上のフリンジ間隔(又はフリンジ期間)dは、
d=λrecord/(n sinθrecord)(11)
のように表すことができ、
式中、λrecordは、記録波長(真空中)を表し、nは、格子を取り囲む媒体(例えば、n=1.0の空気)の屈折率を表し、θrecordは、記録中のビーム間角度を表し、|θo-θr|と同一であり、θoは、記録中の記録媒体の表面におけるオブジェクト入射角を表し、θrは、記録中の記録媒体の表面における基準入射角を表す。いくつかの場合では、フリンジ間隔dは、記録光の波長、例えば、0.5μmに類似するサイズを有する。したがって、フリンジパターンは、周波数f=1/d、例えば、約2,000フリンジ/mmを有することができる。記録媒体の厚さDは、記録光の波長よりも1桁超大きくなり得る。いくつかの例では、記録媒体の厚さDは、波長の約30倍、例えば、約16.0+/-2.0μmである。キャリアフィルムは、記録媒体よりも大きい厚さ、例えば、60μmを有することができる。基板は、記録媒体よりも数桁を超える厚さ、例えば、約1.0mmを有することができる。
The fringe interval (or fringe duration) d on the surface of the recording medium is:
d=λ record /(n sinθ record ) (11)
It can be expressed as follows:
In the formula, λ record represents the recording wavelength (in vacuum), n represents the refractive index of the medium surrounding the lattice (e.g., air with n = 1.0), θ record represents the beam-to-beam angle during recording and is identical to |θ o - θ r |, where θ o represents the object incidence angle on the surface of the recording medium during recording, and θ r represents the reference incidence angle on the surface of the recording medium during recording. In some cases, the fringe spacing d has a size similar to the wavelength of the recording light, e.g., 0.5 μm. Thus, the fringe pattern can have a frequency f = 1/d, e.g., about 2,000 fringes/mm. The thickness D of the recording medium can be more than an order of magnitude larger than the wavelength of the recording light. In some examples, the thickness D of the recording medium is about 30 times the wavelength, e.g., about 16.0 ± 2.0 μm. The carrier film can have a greater thickness than the recording medium, e.g., 60 μm. The substrate can have a thickness several orders of magnitude greater than that of the recording medium, for example, about 1.0 mm.
フリンジパターン又は格子が記録媒体に記録された後、フリンジパターンは、例えば、フリンジを所定の位置にフリーズさせることができ、またフリンジの屈折率差を増強することができる濃い青色光又は紫外線(UV)光の露光によって、フォトポリマーの例として、記録媒体に固定することができる。記録媒体は、固定中に縮小することができる。記録媒体は、固定中に低収縮率、例えば、2%未満を有するように選択することができるか、又はそのような収縮を補償することができる。 After the fringe pattern or grid is recorded on the recording medium, the fringe pattern can be fixed to the recording medium as an example of a photopolymer by exposure to, for example, dense blue light or ultraviolet (UV) light, which can freeze the fringes in place and enhance the refractive index difference of the fringes. The recording medium can shrink during fixation. The recording medium can be selected to have a low shrinkage rate during fixation, e.g., less than 2%, or such shrinkage can be compensated for.
各ビームが、異なる屈折率の材料間の界面を通過すると、ビームのいくつかの部分は、フレネルの法則に従って反射され、各遷移で反射される電力の割合が得られる。反射は、偏光に依存する。より小さな入射角、例えば30°の光の場合、フレネル反射はより弱くなり得る。より大きな入射角(例えば、80°)の光の場合、及びs偏光の場合、フレネル反射は、より強くなり得る。入射角が臨界角に達するか、又は臨界角を超えると、全内部反射(TIR)が発生する、つまり、反射率は100%である。例えば、ガラス(n=1.5)から空気(n=1.0)への遷移から、臨界角は、約41.8°である。屈折率は、偏光に依存しており、波長に弱く依存しているため、大きな入射角の反射電力は、波長に弱く依存し、偏光に強く依存する可能性がある。 As each beam passes through the interface between materials with different refractive indices, some portion of the beam is reflected according to Fresnel's law, yielding a percentage of the power reflected at each transition. Reflection is polarization-dependent. For smaller angles of incidence, e.g., 30°, Fresnel reflection may be weaker. For larger angles of incidence (e.g., 80°), and for s-polarized light, Fresnel reflection may be stronger. When the angle of incidence reaches or exceeds the critical angle, total internal reflection (TIR) occurs, meaning the reflectivity is 100%. For example, from the transition from glass (n=1.5) to air (n=1.0), the critical angle is approximately 41.8°. Because refractive index is polarization-dependent and weakly wavelength-dependent, reflected power at large angles of incidence may be weakly wavelength-dependent and strongly polarization-dependent.
図7Bは、図7Aの格子によって再生基準ビームを回折させる一例を例解する。透過ホログラフィの場合、再生中に、基板は、透明である。基板はまた、TAC又は他のいくつかの低複屈折プラスチックなどの光学的に透明なプラスチックであり得る。記録媒体内の記録された格子が、再生基準ビームの波長と比較して薄い場合、例えば、記録媒体の厚さが、再生波長よりも1桁未満大きい場合、格子の回折角は、
m λreplay=n d(sinθin-sinθout)(12)
のように格子方程式によって記述することができ、
式中、mは、回折順序(整数)を表し、nは、格子を取り囲む媒体の屈折率を表し、dは、記録媒体の表面上のフリンジ間隔を表し、θinは、周囲の媒体から格子への入射角を表し、θoutは、格子から周囲の媒体へのm次の出力角度を表し、λreplayは、真空中の再生波長を表す。
Figure 7B illustrates an example of diffracting the reconstructed reference beam using the grating in Figure 7A. In transmission holography, the substrate is transparent during reconstruction. The substrate can also be an optically transparent plastic such as TAC or some other low birefringence plastic. If the recorded grating in the recording medium is thin compared to the wavelength of the reconstructed reference beam, for example, if the thickness of the recording medium is less than an order of magnitude greater than the reconstructed wavelength, the diffraction angle of the grating is:
m λ replay = n d (sin θ in - sin θ out ) (12)
It can be described by lattice equations as follows:
In the formula, m represents the diffraction order (integer), n represents the refractive index of the medium surrounding the lattice, d represents the fringe spacing on the surface of the recording medium, θ in represents the angle of incidence from the surrounding medium to the lattice, θ out represents the m-th order output angle from the lattice to the surrounding medium, and λ replace represents the regeneration wavelength in a vacuum.
記録された格子が比較的厚い場合、例えば、記録媒体の厚さが、再生波長よりも1桁超(例えば、30倍)大きい場合、格子は、体積格子又はブラッグ格子と呼ぶことができる。体積格子の場合、ブラッグ選択性は、ブラッグ角で回折効率を強く高めることができる。ブラッグ角は、数値解法、例えば、厳密結合波解、並びに/又は実験及び反復に基づいて決定することができる。オフブラッグ角では、回折効率を実質的に低下させることができる。 When the recorded grating is relatively thick, for example, when the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude (e.g., 30 times) greater than the reconstructed wavelength, the grating can be called a volume grating or Bragg grating. In the case of a volume grating, Bragg selectivity can strongly increase diffraction efficiency at the Bragg angle. The Bragg angle can be determined based on numerical methods, e.g., exact coupled wave solutions, and/or experiment and iteration. At off-Bragg angles, diffraction efficiency can be substantially reduced.
ブラッグ条件は、フリンジ平面への入射角が、フリンジ平面を含む媒体内のフリンジ平面からの回折角に等しい場合に満たすことができる。次いで、格子方程式(12)は、ブラッグの式、
m λreplay=2 nreplayΛreplaysin(θm-θt)(13)
となり得、
式中、mは、回折次数(又はブラッグ次数)を表し、nreplayは、媒体中の屈折率を表し、Λreplayは、記録媒体中のフリンジ間隔を表し、θmは、記録媒体中のm次のブラッグ角を表し、θtは、記録媒体中のフリンジ傾斜を表し、Λreplayは、d cosθtと同一であり得る。
The Bragg condition can be satisfied when the angle of incidence to the fringe plane is equal to the angle of diffraction from the fringe plane in the medium containing the fringe plane. Then, the lattice equation (12) is Bragg's equation,
m λ replay =2 n replay Λ replay sin(θ m −θ t ) (13)
It could become,
In the formula, m represents the diffraction order (or Bragg order), n replace represents the refractive index in the medium, Λ replace represents the fringe spacing in the recording medium, θ m represents the m-th Bragg angle in the recording medium, θ t represents the fringe inclination in the recording medium, and Λ replace may be the same as d cosθ t .
ブラッグ条件は、同じ角度及び波長で記録され、再生される体積格子に対して自動的に満たすことができる(処理中に収縮がないと仮定)。例えば、図7Bに例解されるように、体積格子が、同じ波長(例えば、緑色)及び基準角度(例えば、θr)で記録され、再生され、格子は、記録オブジェクトビームの角度で一次の再生ビームを回折させることができる。入射光ビームのわずかは、非偏向又は非回折ゼロ次光ビームとして格子を通過することができる。ゼロ次光ビームが反射型LCOSデバイスなどのディスプレイに到達すると、光ビームは、望ましくない効果、例えば、ゴースト画像を引き起こす可能性がある。 The Bragg condition can be automatically satisfied for a volume grating recorded and reconstructed at the same angle and wavelength (assuming no shrinkage during processing). For example, as illustrated in Figure 7B, if a volume grating is recorded and reconstructed at the same wavelength (e.g., green) and reference angle (e.g., θr ), the grating can diffract the first-order reconstructed beam at the angle of the recorded object beam. A small portion of the incident light beam can pass through the grating as an unbent or undiffracted zero-order light beam. When the zero-order light beam reaches a display such as a reflective LCOS device, the light beam can cause undesirable effects, such as ghost images.
再生基準角度が変更されないが、再生基準波長が変更された場合、記録媒体中のブラッグ格子の回折効率ηは、
η∝2DreplaysinθBragg
2δλ cosθtilt.replay/(λBragg
2cosθBragg)(14)
のように表すことができ、
式中、ηは、回折効率を表し、Dreplayは、再生中の記録媒体の厚さ(収縮後)を表し、θBraggは、意図された再生波長λBraggのブラッグでの再生基準角度(収縮後)を表し、δλは、再生波長の誤差を表し、すなわち、δλ=│λreplay-λBragg│であり、θtilt.replayは、再生中の記録媒体のフリンジ傾斜(収縮後)を表す。全てのλは、真空中の値である。
If the reference angle for reconstruction remains unchanged, but the reference wavelength for reconstruction is changed, the diffraction efficiency η of the Bragg grating in the recording medium will be:
η∝2D replay sinθ Bragg 2 δλ cosθ tilt. replay /(λ Bragg 2 cosθ Bragg ) (14)
It can be expressed as follows:
In the equation, η represents the diffraction efficiency, D- replay represents the thickness of the recording medium during playback (after shrinkage), θ- Bragg represents the playback reference angle at Bragg for the intended playback wavelength λ- Bragg (after shrinkage), and δλ represents the error in the playback wavelength, i.e., δλ = |λ-replay - λ-Bragg|, where θ- tilt-replay represents the fringe tilt of the recording medium during playback (after shrinkage). All λ values are in vacuum.
図7Cは、異なる色の光を使用して記録媒体に異なる色の格子を記録する一例を例解する。例解されるように、3つのフリンジパターン(又は格子)を、例えば、順次又は同時に、単一の記録媒体に記録することができる。フリンジパターンは、再生色(例えば、赤色、緑色、又は青色)に対応し、異なる波長で記録することができる。記録基準ビーム及び記録オブジェクトビームは、同じ偏光状態を有する。各ビームは、s偏光することができる。各色の記録基準ビームは、同じ基準ビーム角θr(例えば、+30°)で単一の記録媒体に入射することができる。各色の記録オブジェクトビームは、同じオブジェクトビーム角θo(例えば、-20°)で単一の記録媒体に入射することができる。 Figure 7C illustrates an example of recording different colored grids on a recording medium using light of different colors. As illustrated, three fringe patterns (or grids) can be recorded on a single recording medium, for example, sequentially or simultaneously. The fringe patterns correspond to regenerated colors (e.g., red, green, or blue) and can be recorded at different wavelengths. The recording reference beam and the recording object beam have the same polarization state. Each beam can be s-polarized. The recording reference beam for each color can be incident on a single recording medium at the same reference beam angle θr (e.g., +30°). The recording object beam for each color can be incident on a single recording medium at the same object beam angle θo (e.g., -20°).
θtは、波長とは無関係であるため、記録中の各格子のフリンジ平面傾斜θtは、同じであり得、例えば、θt=(θo+θr)/2であり得る。記録中のフリンジ平面に垂直なフリンジ間隔dは、dが波長に依存するため、各格子に対して異なり得る。いくつかの例では、図7Cに例解されるように、フリンジ間隔は、640nm:520nm:460nmの例示的な波長に対応して、
図7Dは、同じ色の光を使用して記録媒体に異なる色の格子を記録する一例を例解する。図7Cと同様に、3つのフリンジパターンが単一のフォトポリマーに記録され、各再生色に対して1つのフリンジパターンが記録される。図7Cとは異なり、図7Dの3つのフリンジパターンは、同じ波長、例えば、緑色光を使用して記録することができる。これを達成するために、各再生色の記録オブジェクトビームは、異なるオブジェクトビーム角で単一の記録媒体に入射することができ、各再生色の記録参照ビームは、異なる基準ビーム角で単一の記録フォトポリマーに入射することができる。再生色の図7Dのフリンジ傾斜及びフリンジ間隔は、図7Cの同じ再生色のフリンジ傾斜及びフリンジ間隔と一致させることができる。 Figure 7D illustrates an example of recording different colored grids on a recording medium using light of the same color. Similar to Figure 7C, three fringe patterns are recorded on a single photopolymer, with one fringe pattern recorded for each regeneration color. Unlike Figure 7C, the three fringe patterns in Figure 7D can be recorded using the same wavelength, e.g., green light. To achieve this, the recording object beam for each regeneration color can be incident on the single recording medium at different object beam angles, and the recording reference beam for each regeneration color can be incident on the single recording photopolymer at different reference beam angles. The fringe slope and fringe spacing for the regeneration colors in Figure 7D can be matched to the fringe slope and fringe spacing for the same regeneration colors in Figure 7C.
図7Eは、異なる色の格子によって異なる色の再生基準ビームを回折させる一例を例解する。格子は、図7C又は7Dに例解されるように記録することができる。図7Bと同様に、再生色の場合、記録波長が再生波長と同じであり、再生基準角度が再生色の格子の第1のブラッグ角である場合、格子は、記録オブジェクト角度と同一の回折角で一次の再生基準ビームを回折させ、再生基準角度でゼロ次の再生基準ビームを透過させる。ブラッグ選択性により、一次の再生基準ビームのパワーは、ゼロ次の再生基準ビームのパワーよりも実質的に大きくなり得る。3つの再生基準ビームは、同じ入射角、例えば、30°を有することができ、一次の回折ビームは、同じ回折角、例えば、20°を有することができる。 Figure 7E illustrates an example of diffracting different colored regenerated reference beams using different colored gratings. The gratings can be recorded as illustrated in Figures 7C or 7D. Similar to Figure 7B, for regenerated colors, if the recording wavelength is the same as the regenerated wavelength and the regenerated reference angle is the first Bragg angle of the regenerated color grating, the grating diffracts the primary regenerated reference beam at the same diffraction angle as the recording object angle and transmits the zero-order regenerated reference beam at the regenerated reference angle. Due to Bragg selectivity, the power of the primary regenerated reference beam can be substantially greater than the power of the zero-order regenerated reference beam. The three regenerated reference beams can have the same incident angle, e.g., 30°, and the primary diffracted beam can have the same diffraction angle, e.g., 20°.
各色の再生基準角度は、互いに等しくもなく、記録中に使用される色の角度と等しくもあり得ない。例えば、緑色の場合、格子は、例えば、周波数倍増ダイオード励起YaGレーザなどの高出力高コヒーレンス緑色レーザを使用して、532nmで記録され、次いで、緑色レーザダイオードを使用して520±10nmで再生することができる。いくつかの場合では、532nmの波長を有する緑色レーザを使用して、640±10nmの安価な赤色レーザダイオードを使用して、再生のために必要なフリンジパターンを記録することもできる。青色の場合、HeCdレーザを使用して442nmで格子を記録し、460±2nmの青色レーザダイオードを使用して再生することができる。 The reference angles for the reproduction of each color are neither equal to each other nor can they be equal to the angles of the colors used during recording. For example, in the case of green, the grating can be recorded at 532 nm using a high-power, high-coherence green laser, such as a frequency-doubling diode-pumped YaG laser, and then reproduced at 520 ± 10 nm using a green laser diode. In some cases, a green laser with a wavelength of 532 nm can be used to record the fringe pattern necessary for reproduction using an inexpensive red laser diode of 640 ± 10 nm. In the case of blue, the grating can be recorded at 442 nm using a HeCd laser and reproduced using a blue laser diode of 460 ± 2 nm.
図7Fは、異なる色の回折ビーム間のクロストークの一例を例解する。ブラッグ選択性にもかかわらず、各色はまた、互いの色について記録された格子をわずかに回折させることができ、それは、これらの色の間でクロストークを引き起こし得る。対応する色に対して一次回折のみを提供する図7Eと比較して、図7Fは、各格子からの各色に対して一次回折を提供する。 Figure 7F illustrates an example of crosstalk between diffracted beams of different colors. Despite Bragg selectivity, each color can also slightly diffract the gratings recorded for each other, which can cause crosstalk between these colors. Compared to Figure 7E, which provides only first-order diffraction for the corresponding color, Figure 7F provides first-order diffraction for each color from each grating.
例えば、図7Fに例解されるように、赤色、緑色、及び青色の、赤色格子、緑色格子、及び青色格子がそれぞれ記録されている。赤色光が、赤色格子に同じ基準角30°で入射する場合、一次の赤色光の回折角は、20°であるが、赤色光が、緑色格子に同じ基準角30°で入射する場合、一次の赤色光の回折角は、32°であり、赤色光が、青色格子に同じ基準角30°で入射する場合、一次の赤色光の回折角は、42°である。したがって、回折光は、意図しない角度で存在することができ、カラークロストークが発生する。同様に、緑色光が、緑色格子に基準角30°で入射する場合、一次の緑色光の回折角は、20°であるが、緑色光が、赤色格子に同じ基準角30°で入射する場合、一次の緑色光の回折角は、11°であり、緑色光が、青色格子に基準角30°で入射する場合、一次の緑色光の回折角は、27°である。したがって、回折光は、意図しない角度で存在することができ、カラークロストークが発生する。同様に、青色光が、青色格子に基準角度30°で入射する場合、一次の青色光の回折角は、20°であるが、青色光が、赤色格子に同じ基準角度30°で入射する場合、一次の青色光の回折角は、6°であり、青色光、が緑色格子に同じ基準角度30°で入射する場合、一次の青色光の回折角は、14°である。したがって、回折光は、意図しない角度で存在することができ、カラークロストークが発生する。したがって、単一の色の光、例えば、緑色光が、記録媒体の3つの格子に入射すると、3つの格子は、単一の色の光を回折させて、回折角20°の第1の回折された緑色光、回折角27°の第2の回折された緑色光、及び回折角11°の第3の回折された緑色光を有する。回折された各色の光の2つの意図しない角度は、望ましくない効果を生成することができる。 For example, as illustrated in Figure 7F, red, green, and blue grids are recorded, respectively. When red light is incident on the red grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary red light is 20°. However, when red light is incident on the green grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary red light is 32°, and when red light is incident on the blue grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary red light is 42°. Therefore, diffracted light can exist at unintended angles, causing color crosstalk. Similarly, when green light is incident on the green grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary green light is 20°. However, when green light is incident on the red grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary green light is 11°, and when green light is incident on the blue grid at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary green light is 27°. Therefore, diffracted light can exist at unintended angles, resulting in color crosstalk. Similarly, when blue light is incident on a blue grating at a reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary blue light is 20°. However, when blue light is incident on a red grating at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary blue light is 6°, and when blue light is incident on a green grating at the same reference angle of 30°, the diffraction angle of the primary blue light is 14°. Therefore, diffracted light can exist at unintended angles, resulting in color crosstalk. Thus, when light of a single color, for example, green light, is incident on three gratings of a recording medium, the three gratings diffract the single color light, resulting in a first diffracted green light at a diffraction angle of 20°, a second diffracted green light at a diffraction angle of 27°, and a third diffracted green light at a diffraction angle of 11°. The two unintended angles of each diffracted color of light can produce undesirable effects.
いくつかの場合では、単一の記録層に3つの異なる色の3つの異なる格子を記録するのではなく、代わりに、3つの異なる格子を、一緒に積層されている3つの別々の記録層に記憶することができる。図7Fと同様に、3つの色の光が、格子のいずれか1つに、同じ入射角で入射する場合、カラークロストークが発生する可能性がある。本開示の実装態様は、図9A~12Cに更に詳細を例解するように、複数の格子積層内のカラークロストークを抑制するための方法及びデバイスを提供する。 In some cases, instead of recording three different grids of three different colors on a single recording layer, three different grids can be stored on three separate recording layers stacked together. As shown in Figure 7F, color crosstalk can occur if three different colored lights are incident on any one of the grids at the same angle of incidence. The embodiments of this disclosure provide methods and devices for suppressing color crosstalk in multiple grid stacks, as illustrated in further detail in Figures 9A–12C.
図8は、記録媒体に大きな基準角を有するホログラフィック格子を記録する一例を例解する。大きな再生基準ビーム角を使用すると、薄い再生システムを可能にすることができる。また、再生出力ビーム、すなわち、一次の回折角は、ディスプレイに垂直であり得る。したがって、記録オブジェクトビームは、図8に例解されるように、垂直入射に近くなり得る。 Figure 8 illustrates an example of recording a holographic grating with a large reference angle on a recording medium. Using a large regeneration reference beam angle allows for a thin regeneration system. Furthermore, the regeneration output beam, i.e., the primary diffraction angle, can be perpendicular to the display. Therefore, the recording object beam can be close to perpendicular incidence, as illustrated in Figure 8.
ブラッグ回折の場合、p偏光及びs偏光のフレネル反射は、両方とも、各フリンジ平面では低いが、45°の入射角では、s偏光は、p偏光よりも桁違いに強く反射され得る。したがって、記録媒体内のフリンジへの再生基準の入射角が45°に近い場合、フリンジからのブラッグ共鳴は、非常に偏光感度が高くなり得、s偏光を強く好む。記録オブジェクトビームは、再構築されたオブジェクトビーム又は回折された再生ビームが、ディスプレイ上へのほぼ垂直入射であり得るように、記録媒体にほぼ垂直な入射であり得る。記録媒体内のフリンジ傾斜は、媒体内記録オブジェクト及び基準角度の平均値であるため、再生時に、45°に近いフリンジへの入射角を達成し、したがって高い偏光選択性を達成するために、記録媒体内の90°に近づく記録基準角度を使用することができる。記録オブジェクトビームと記録基準ビームとの間のビーム間角度は、90°に近くなり得る。例えば、ビーム間角度は、図8に例解されるように、84°であり、記録ビーム内のフリンジ平面のフリンジ傾斜は、42°であり、フリンジ平面に対する再生基準ビームの入射角は、48°であり、これは、約90:1の偏光感度に対応する。 In Bragg diffraction, Fresnel reflection of both p-polarized and s-polarized light is low in each fringe plane, but at an incidence angle of 45°, s-polarized light can be reflected orders of magnitude more strongly than p-polarized light. Therefore, when the incidence angle of the reconstructed reference beam to the fringe in the recording medium is close to 45°, the Bragg resonance from the fringe can be very polarization sensitive and strongly prefer s-polarized light. The recording object beam can be incident nearly perpendicular to the recording medium so that the reconstructed object beam or diffracted reconstructed beam can be incident nearly perpendicularly onto the display. Since the fringe inclination in the recording medium is the average value of the recording object and reference angle in the medium, a recording reference angle approaching 90° in the recording medium can be used to achieve an incidence angle to the fringe close to 45° during reconstruction, and therefore high polarization selectivity. The inter-beam angle between the recording object beam and the recording reference beam can be close to 90°. For example, the beam-to-beam angle is 84°, as illustrated in Figure 8; the fringe inclination of the fringe plane within the recording beam is 42°; and the incidence angle of the regenerated reference beam relative to the fringe plane is 48°. This corresponds to a polarization sensitivity of approximately 90:1.
いくつかの場合では、再生出力(又は一次)回折角を0°にするために、記録オブジェクトビームは、0°と同一ではなく、0°に近い場合があり、これは、その処理中の記録媒体の収縮と、記録波長と再生波長との間のわずかな波長差との組み合わせを考慮に入れることによって達成することができる。例えば、記録オブジェクト角度は、-10°~10°の範囲、例えば、-7°~7°、又は5°~7°の範囲にあり得る。いくつかの例では、記録オブジェクト角度は、0°である。いくつかの例では、記録オブジェクト角度は、6°である。 In some cases, to achieve a re-output (or primary) diffraction angle of 0°, the recording object beam may be close to 0°, rather than identical to 0°. This can be achieved by taking into account the contraction of the recording medium during processing and the slight wavelength difference between the recording and re-recording wavelengths. For example, the recording object angle may be in the range of -10° to 10°, e.g., -7° to 7°, or 5° to 7°. In some examples, the recording object angle is 0°. In some examples, the recording object angle is 6°.
いくつかの実装態様では、記録中に、例えば、90°に近い十分に大きなビーム間角度を達成するために、各記録ビームが、プリズム面を通ってプリズムに入るようにプリズムが適用され、プリズムへの入射角は、プリズムのその面の法線に近いため、屈折及びフレネル損失の両方が無視できるようになる。プリズムは、屈折率不整合が界面において無視できるように、界面において記録媒体のカバーフィルム又は基板に指数を整合させることができ、屈折及びフレネルの損失も界面では無視することができる。 In some implementations, during recording, a prism is applied so that each recording beam enters the prism through its prism surface to achieve a sufficiently large inter-beam angle, for example, close to 90°. Since the angle of incidence to the prism is close to the normal of that surface, both refraction and Fresnel losses become negligible. The prism can be index-matched to the cover film or substrate of the recording medium at the interface, so that refractive index mismatch is negligible at the interface, and refraction and Fresnel losses are also negligible at the interface.
例示的な光学回折デバイス
図9A~12Cは、例示的な光学回折デバイスの実装態様を示す。デバイスのいずれか1つは、例えば、図5Hの光学回折デバイス598又は図5Kの598Cに対応することができる。光学回折デバイスは、回折光の間のカラークロストークを抑制する(例えば、低減又は除去する)ために、及び/又はゼロ次非回折光を抑制するために、複数の色で光を個別に回折させるように構成されている。図9A~10Bは、色選択的偏光子を含む例示的な光学回折デバイスを示す。色選択的偏光子は、選択された色の偏光を選択的に変更することができ、したがって、単一の色の光は、一次で高い回折効率を達成するためにs偏光を有することができるが、他の色の光は、p偏光、したがって、一次でより低い回折効率を有する。図11~12Cは、反射層を含む例示的な光学回折デバイスを示す。反射層は、他の色の光を透過させながら、ゼロ次の単一の色の光を選択的に完全に反射させることができる。
Exemplary Optical Diffraction Devices Figures 9A–12C show exemplary implementations of optical diffraction devices. Any one of the devices may correspond, for example, to optical diffraction device 598 in Figure 5H or 598C in Figure 5K. Optical diffraction devices are configured to diffract light individually in multiple colors in order to suppress (e.g., reduce or eliminate) color crosstalk between diffracted light and/or to suppress zero-order non-diffracted light. Figures 9A–10B show exemplary optical diffraction devices including a color-selective polarizer. A color-selective polarizer can selectively change the polarization of a selected color, so that light of a single color may have s-polarization to achieve high diffraction efficiency in the first order, while light of other colors may have p-polarization, and therefore lower diffraction efficiency in the first order. Figures 11–12C show exemplary optical diffraction devices including a reflective layer. A reflective layer can selectively and completely reflect zero-order single-color light while transmitting light of other colors.
色選択的偏光子を備えた光学回折デバイス
図9Aは、2つの色のホログラフィック格子及び対応する色選択的偏光子を含む例示的な光学回折デバイス900を例解し、図9Bは、図9Aの光学回折デバイス900によって2つの色の光を回折させる一例950を例解する。例解のために、デバイス900は、緑色の光及び青色の光について構成されている。
Optical Diffraction Device with Color-Selective Polarizer Figure 9A illustrates an exemplary optical diffraction device 900 including two color holographic gratings and corresponding color-selective polarizers, and Figure 9B illustrates an example 950 in which the optical diffraction device 900 of Figure 9A diffracts two colors of light. For illustrative purposes, the device 900 is configured for green light and blue light.
光学回折デバイス900は、青色の光のための第1の回折格子(B格子)912を有する第1の光学回折構成要素910と、緑色の光のための第2の回折格子(G格子)922を有する第2の光学回折構成要素920と、を含む。回折格子の各々は、キャリアフィルム、例えば、TACフィルムと、基板、例えば、ガラス基板との間にあり得る。キャリアフィルムは、回折格子の後にあり得、基板は、Z方向に沿って回折格子の前にあり得、又はその逆も可能である。図9Aに例解されるように、第1の光学回折構成要素910は、B格子912の両側に基板914及びキャリアフィルム916を含み、第2の光学回折構成要素920は、G格子922の両側に基板924及びキャリアフィルム926を含む。光学回折デバイス900は、場格子基板902を含むことができ、その上に、第1の光学回折構成要素910及び第2の光学回折構成要素920が積層されている。反射防止(AR)コーティング901は、場格子基板902の表面に取り付けられるか、又はその表面での反射を低減するために、その表面に塗布されることが可能である。 The optical diffraction device 900 includes a first optical diffraction component 910 having a first diffraction grating (B grating) 912 for blue light, and a second optical diffraction component 920 having a second diffraction grating (G grating) 922 for green light. Each diffraction grating may be between a carrier film, e.g., a TAC film, and a substrate, e.g., a glass substrate. The carrier film may be behind the diffraction grating, and the substrate may be in front of the diffraction grating along the Z direction, or vice versa. As illustrated in Figure 9A, the first optical diffraction component 910 includes a substrate 914 and a carrier film 916 on both sides of the B grating 912, and the second optical diffraction component 920 includes a substrate 924 and a carrier film 926 on both sides of the G grating 922. The optical diffraction device 900 may include a grating substrate 902 on which the first optical diffraction component 910 and the second optical diffraction component 920 are laminated. The anti-reflective (AR) coating 901 can be attached to the surface of the grid substrate 902, or applied to its surface to reduce reflection.
光学回折デバイス900はまた、光学透明指数整合接着剤(OCA)、UV硬化若しくは熱硬化光学接着剤、光学接触、若しくは指数整合流体のうちの1つ以上の層を含んで、隣接する層若しくは構成要素、例えば、場格子基板902及びBYフィルタ904、BYフィルタ904及び第1の回折構成要素910(若しくは基板914)、第1の回折構成要素910(若しくはキャリアフィルム916)及びGMフィルタ906、並びに/若しくはGMフィルタ906及び第2の回折構成要素920(若しくは基板924)を取り付けるか、又は一緒に付着させることができる。キャリアフィルム914又は924、基板916又は926、及びOCA層の順序は、再生光の波長でのそれらの屈折率に基づいて決定されて、界面での屈折率不整合を低減し、したがって、界面でのフレネル反射を低減することができる。 The optical diffraction device 900 also includes one or more layers of optically transparent index-matching adhesive (OCA), UV-curable or thermosetting optical adhesive, optical contact, or index-matching fluid to attach or bond adjacent layers or components, such as the field lattice substrate 902 and BY filter 904, the BY filter 904 and the first diffraction component 910 (or substrate 914), the first diffraction component 910 (or carrier film 916) and the GM filter 906, and/or the GM filter 906 and the second diffraction component 920 (or substrate 924). The order of the carrier film 914 or 924, the substrate 916 or 926, and the OCA layer is determined based on their refractive indices at the wavelength of the regenerated light to reduce refractive index mismatch at the interface and, therefore, reduce Fresnel reflection at the interface.
第1の回折格子及び第2の回折格子の各々は、独立して、記録媒体、例えば感光性ポリマーに記録及び固定(例えば、硬化)されたホログラフィック格子(例えば、体積格子又はブラッグ格子)であり得る。記録媒体の厚さは、記録波長よりも1桁超大きく、例えば約30倍であり得る。図7A又は図8に例解されるものと同様に、記録媒体に、記録基準角度で入射する記録基準光ビーム、及び記録オブジェクト角度で入射する記録オブジェクト光ビームは、記録媒体に干渉して、回折格子を形成することができる。次いで、図7Bに例解されるものと同様に、再生基準光ビームは、記録された回折格子によって一次及びゼロ次で回折することができる。記録光ビーム及び再生光ビームは、同じs偏光状態を有することができる。再生光ビームの再生波長は、記録光ビームの記録波長と実質的に同一であり得る。 Each of the first and second diffraction gratings may independently be a holographic grating (e.g., a volume grating or Bragg grating) recorded and fixed (e.g., cured) on a recording medium, such as a photosensitive polymer. The thickness of the recording medium may be more than an order of magnitude greater than the recording wavelength, for example, about 30 times. Similar to the examples illustrated in Figure 7A or Figure 8, a recording reference beam incident on the recording medium at a recording reference angle and a recording object beam incident at a recording object angle can interfere with the recording medium to form a diffraction grating. Then, similar to the examples illustrated in Figure 7B, the regenerated reference beam can be diffracted by the recorded diffraction grating in the first and zero order. The recording beam and the regenerated beam may have the same s-polarization state. The regeneration wavelength of the regenerated beam may be substantially identical to the recording wavelength of the recording beam.
いくつかの例では、再生入射角は、記録基準角度(又はブラッグ角)と実質的に同一であり得、ブラッグ条件を満たすことができる。一次の光(又は一次光)は、記録オブジェクト角度に実質的に近い回折角で回折され、ゼロ次の光(又はゼロ次光)は、回折されずに再生入射角で透過される。ブラッグ選択性のために、一次光のパワーは、ゼロ次光のパワーよりも実質的に高くすることができる。ゼロ次光(例えば、残光又は枯渇光)のパワーは、回折格子の回折効率に依存する。回折効率が高いほど、ゼロ次光のパワーは低い。いくつかの例では、記録基準角度、記録オブジェクト角度、再生入射角、記録波長、及び再生波長は、再生出力角度(又は一次で回折された角度)が0°に実質的に近いか、又は格子に垂直になるように構成することができる。回折角は、-10°~10°の範囲、例えば、-7°~7°、0°~10°、又は5°~7°の範囲にあり得る。特定の例では、回折角は、6°である。 In some examples, the regeneration incidence angle can be substantially identical to the recording reference angle (or Bragg angle), satisfying the Bragg condition. The primary light (or primary beam) is diffracted at a diffraction angle substantially close to the recording object angle, while the zeroth-order light (or zeroth-order beam) is transmitted undiffracted at the regeneration incidence angle. For Bragg selectivity, the power of the primary light can be substantially higher than the power of the zeroth-order light. The power of the zeroth-order light (e.g., afterglow or depletion light) depends on the diffraction efficiency of the diffraction grating. Higher diffraction efficiency results in lower zeroth-order light power. In some examples, the recording reference angle, recording object angle, regeneration incidence angle, recording wavelength, and regeneration wavelength can be configured such that the regeneration output angle (or angle diffracted by the primary beam) is substantially close to 0° or perpendicular to the grating. The diffraction angle can be in the range of -10° to 10°, e.g., -7° to 7°, 0° to 10°, or 5° to 7°. In certain examples, the diffraction angle is 6°.
また、偏光感度のために、再生基準角度で入射し、回折角で一次で回折された第1の色(例えば、青色)のs偏光の回折効率は、再生基準角度で入射し、回折角で一次で回折された同一の色のp偏光の回折効率よりも実質的に高くなり得る。図7Fに例解されるように、第1の色の光と同じ再生入射角で入射する第2の色の光(例えば、緑色)は、第1の色の光の回折角とは異なる回折角で回折される。したがって、ブラッグ感度及び偏光感度の両方のために、再生入射角でs偏光状態で入射する第1の色の回折効率は、同じ再生入射角で又は異なる再生入射角でp偏光状態で入射する第2の色の光の回折効率よりも実質的に高くなり得る。 Furthermore, due to polarization sensitivity, the diffraction efficiency of s-polarized light of a first color (e.g., blue) incident at the regeneration reference angle and diffracted first-order at the diffraction angle can be substantially higher than the diffraction efficiency of p-polarized light of the same color incident at the regeneration reference angle and diffracted first-order at the diffraction angle. As illustrated in Figure 7F, light of a second color (e.g., green) incident at the same regeneration incidence angle as light of the first color is diffracted at a different diffraction angle than that of the first color. Therefore, due to both Bragg sensitivity and polarization sensitivity, the diffraction efficiency of the first color incident in s-polarized state at the regeneration incidence angle can be substantially higher than the diffraction efficiency of light of the second color incident in p-polarized state at the same or different regeneration incidence angles.
光学回折デバイス900は、青色及び緑色の回折光ビーム間のクロストークを抑制するように構成することができる。例えば、B格子912がZ方向に沿ってデバイス900内のG格子922の前方に位置付けられている場合、光は、G格子922に入射する前に、B格子912に入射する。光学回折デバイス900は、青色の光が、s偏光状態でB格子912に入射し、緑色の光が、p偏光状態でB格子912に入射し、緑色の光が、s偏光状態でG格子922に入射するように構成することができる。いくつかの場合では、光学回折デバイス900はまた、残りの青色の光が、p偏光状態でG格子922に入射するように構成することもできる。 The optical diffraction device 900 can be configured to suppress crosstalk between the blue and green diffracted light beams. For example, if the B grating 912 is positioned in front of the G grating 922 within the device 900 along the Z direction, the light is incident on the B grating 912 before it is incident on the G grating 922. The optical diffraction device 900 can be configured so that the blue light is incident on the B grating 912 in an s-polarized state, the green light is incident on the B grating 912 in a p-polarized state, and the green light is incident on the G grating 922 in an s-polarized state. In some cases, the optical diffraction device 900 can also be configured so that the remaining blue light is incident on the G grating 922 in a p-polarized state.
いくつかの実装態様では、図9A及び9Bに示されるように、光学回折デバイス900は、第1の回折格子912と第2の回折格子922との間(又は第1の回折構成要素910と第2の回折構成要素920との間)に、色選択的偏光子906(色選択的リターダ又はフィルタとしても知られている)を含むことができる。色選択的偏光子906は、緑色の光の偏光状態を、青色の光の偏光状態の回転を伴わずに、例えばp偏光状態からs偏光状態に90度回転させるように構成されたGMフィルタを含むことができる。 In some implementations, as shown in Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 900 may include a color-selective polarizer 906 (also known as a color-selective retarder or filter) between the first diffraction grating 912 and the second diffraction grating 922 (or between the first diffraction component 910 and the second diffraction component 920). The color-selective polarizer 906 may include a GM filter configured to rotate the polarization state of green light by 90 degrees, for example, from a p-polarized state to an s-polarized state, without rotating the polarization state of blue light.
いくつかの実装態様では、図9A及び9Bに示されるように、光学回折デバイス900は、Z方向に沿って、第1の回折格子912及び第2の回折格子922の前方に、別の色選択的偏光子904を含むことができる。色選択的偏光子904は、青色の光の偏光状態を、緑色の光の偏光状態の回転を伴わずに、p偏光状態からs偏光状態まで90度回転させるように構成されたBYフィルタを含むことができる。 In some implementations, as shown in Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 900 may include another color-selective polarizer 904 positioned in front of the first diffraction grating 912 and the second diffraction grating 922 along the Z direction. The color-selective polarizer 904 may include a BY filter configured to rotate the polarization state of blue light by 90 degrees from a p-polarization state to an s-polarization state without rotating the polarization state of green light.
図9A及び9Bに示されるように、青色の光952及び緑色の光954の両方が、同時に又は順次に、光学回折デバイス900内に、p偏光状態で入射することができる。2つの色の光は、同じ入射角θ°を有することができる。青色の光952及び緑色の光954が、BYフィルタ904に最初に入射する場合、色選択的偏光子904は、青色の光がs偏光状態でB格子912に入射し、緑色の光がp偏光状態でB格子912に入射するように、緑色の光の偏光状態の回転を伴わずに、青色の光のp偏光状態を、s偏光状態に回転させる。B格子912は、s偏光状態における青色の光を、第1の回折効率で、ある回折角で、一次の青色の光952’に回折させ、入射角でゼロ次の青色の光952’’を透過させる。偏光感度及びブラッグ感度のために、B格子912は、第1の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で、p回折状態における緑色の光954を回折させ、p回折状態における緑色の光954の大部分は、B格子912を透過する。色選択的偏光子906は、G格子922が、第2の回折効率で、ある回折角で、一次の緑色の光954’に回折させ、入射角でゼロ次の緑色の光954’を透過させるように、青色の光のs偏光状態の回転を伴わずに、緑色の光のp偏光状態を、s偏光状態に回転させる。したがって、回折された青色の光952’及び緑色の光954’は、同じs偏光状態で、同じ回折角で、例えば、-10°~10°、若しくは-7°~7°、又はデバイス900に0°に実質的に近いか、又はデバイス900に垂直に、光学回折デバイス900から出る。 As shown in Figures 9A and 9B, both blue light 952 and green light 954 can be incident into the optical diffraction device 900 simultaneously or sequentially in a p-polarized state. The two colors of light can have the same incident angle θ°. When the blue light 952 and green light 954 are first incident on the BY filter 904, the color-selective polarizer 904 rotates the p-polarized state of the blue light to an s-polarized state without rotating the polarization state of the green light, so that the blue light is incident on the B grating 912 in an s-polarized state and the green light is incident on the B grating 912 in a p-polarized state. The B grating 912 diffracts the blue light in the s-polarized state to first-order blue light 952' at a certain diffraction angle with a first diffraction efficiency, and transmits zero-order blue light 952'' at the incident angle. For polarization sensitivity and Bragg sensitivity, the B grating 912 diffracts the green light 954 in the p-diffracted state with a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency, and most of the green light 954 in the p-diffracted state is transmitted through the B grating 912. The color-selective polarizer 906 rotates the p-polarized state of the green light to the s-polarized state without rotating the s-polarized state of the blue light, so that the G grating 922 diffracts the green light 954' in the first-order order at a certain diffraction angle with a second diffraction efficiency, and transmits the green light 954' in the zero-order order at the angle of incidence. Therefore, the diffracted blue light 952' and green light 954' exit the optical diffraction device 900 in the same s-polarized state and at the same diffraction angle, for example, -10° to 10°, or -7° to 7°, or substantially close to 0° to the device 900, or perpendicular to the device 900.
図5Hに示されるように、光学回折デバイス900は、Z方向に沿って、ディスプレイ、例えば、図5Hのディスプレイ594のカバーガラス930の前方に位置付けることができる。図5Hにおいて上で考察されたように、光学回折デバイス900は、OCA層又は指数整合オイルでカバーガラス930に取り付けるか、又はエアギャップなどのギャップで離間することができる。回折された青色の光952’及び緑色の光954’は、ディスプレイへの同一のs偏光状態及び同一の入射角(例えば、実質的に垂直な入射)で入射することができる。ディスプレイは、光学回折デバイス900内に、及び光学回折デバイス900を通って、青色の光952’及び緑色の光954’を後方に回折させることができる。ディスプレイから回折された青色の光及び緑色の光は、遠く離れたオフブラッグ角度で回折格子912及び922に入射するため、光学回折デバイス950によって更に有意に回折させることができない。 As shown in Figure 5H, the optical diffraction device 900 can be positioned along the Z-direction in front of the cover glass 930 of the display, for example, the display 594 in Figure 5H. As discussed above in Figure 5H, the optical diffraction device 900 can be attached to the cover glass 930 with an OCA layer or exponentially matched oil, or separated by a gap such as an air gap. The diffracted blue light 952' and green light 954' can be incident on the display with the same s-polarization state and the same angle of incidence (e.g., substantially perpendicular incidence). The display can diffract the blue light 952' and green light 954' backward into and through the optical diffraction device 900. The blue and green light diffracted from the display cannot be further significantly diffracted by the optical diffraction device 950 because it is incident on the diffraction gratings 912 and 922 at a far off-Bragg angle.
ディスプレイ594は、ディスプレイのアライメント層の方向又はディスプレイのアライメント層に垂直な方向に偏光することによって照射することができる。ディスプレイは、水平配向と垂直配向との間で独自の平面で回転することができるため、どの偏光が必要であるかは、ディスプレイがどの配向にあるかに依存する。いくつかの実装態様では、ディスプレイは、p偏光で照射することができる。光学回折デバイス900から回折された青色の光及び緑色の光は、ディスプレイに同じp偏光状態で入射することができる。光学回折デバイス900は、G格子922の後に追加の色選択的偏光子を含み、青色の光952’及び緑色の光954’の各々のs偏光状態をp偏光状態に回転させることができる。 The display 594 can be illuminated by polarizing light in the direction of the display's alignment layer or perpendicular to the display's alignment layer. Since the display can rotate in its own plane between horizontal and vertical orientation, the required polarization depends on the orientation of the display. In some implementations, the display can be illuminated with p-polarization. Blue and green light diffracted from the optical diffraction device 900 can be incident on the display in the same p-polarization state. The optical diffraction device 900 includes an additional color-selective polarizer after the G-grottery 922, which can rotate the s-polarization state of the blue light 952' and green light 954' to the p-polarization state.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス900に、青色の光は、s偏光状態で入射し、緑色の光は、p偏光状態で入射し、光学回折デバイス900は、青色の光の偏光状態を回転させるための、B格子912の前にBYフィルタ904を含まないことができる。 In some implementations, blue light is incident on the optical diffraction device 900 in an s-polarized state, green light in a p-polarized state, and the optical diffraction device 900 may not include a BY filter 904 in front of the B grating 912 for rotating the polarization state of the blue light.
いくつかの実装態様では、図11~12Cで更に詳細に考察されるように、ゼロ次の回折されない(又は透過される)青色の光及び/又はゼロ次の回折されない(又は透過される)緑色の光は、光学回折デバイス900内に配置された1つ以上の反射層によって完全に内部的に反射することができる。 In some implementations, as will be discussed in more detail in Figures 11-12C, zero-order non-diffracted (or transmitted) blue light and/or zero-order non-diffracted (or transmitted) green light can be completely reflected internally by one or more reflective layers arranged within the optical diffraction device 900.
図10Aは、3つの色の光を個別に回折させるための、3つの色のホログラフィック格子及び対応する色選択的偏光子を含む、例示的な光学回折デバイス1000を例解する。図10Bは、図10Aの光学デバイスによって3つの色の光を回折させる一例を例解する。.図9A及び9Bと比較して、光学回折デバイス1000は、追加の色のための追加の回折構成要素及び3つの色のための異なる色選択的偏光子を含む。例解のために、デバイス1000は、青色の光、赤色の光、及び緑色の光について構成されている。 Figure 10A illustrates an exemplary optical diffraction device 1000, which includes three color holographic gratings and corresponding color-selective polarizers for individually diffracting three colors of light. Figure 10B illustrates an example of diffracting three colors of light using the optical device of Figure 10A. Compared to Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 1000 includes additional diffraction components for additional colors and different color-selective polarizers for the three colors. For illustrative purposes, the device 1000 is configured for blue light, red light, and green light.
図10Aに例解されるように、光学回折デバイス1000は、Z方向に沿って、ディスプレイ、例えば図5Hのディスプレイ594のカバーガラス1050の前方に配置することができる。光学回折デバイス1000は、Z方向に沿って、場格子基板1002上に順次積層することができる、第1の回折構成要素1010、第2の回折構成要素1020、及び第3の回折構成要素1030を含む。ARフィルム1001は、場格子基板1002の前面に塗布又はコーティングされて、光の反射を低減することができる。第1の回折構成要素1010、第2の回折構成要素1020、及び第3の回折構成要素1030の各々は、それぞれの基板1014、1024、1034、それぞれの回折格子1012、1022、1032、及びそれぞれのキャリアフィルム1016、1026、1036を含むことができる。それぞれの回折格子1012、1022、1032は、それぞれの基板1014、1024、1034と、それぞれのキャリアフィルム1016、1026、1036との間にある。いくつかの場合では、それぞれの基板1014、1024、1034は、Z方向に沿って、それぞれのキャリアフィルム1016、1026、1036の前方にある。いくつかの場合では、それぞれのキャリアフィルム1016、1026、1036は、Z方向に沿って、それぞれの基板1014、1024、1034の前方にある。 As illustrated in Figure 10A, the optical diffraction device 1000 can be positioned in front of the cover glass 1050 of a display, for example, the display 594 in Figure 5H, along the Z-direction. The optical diffraction device 1000 includes a first diffraction component 1010, a second diffraction component 1020, and a third diffraction component 1030, which can be sequentially stacked on a field grating substrate 1002 along the Z-direction. An AR film 1001 can be applied or coated on the front surface of the field grating substrate 1002 to reduce light reflection. Each of the first diffraction component 1010, the second diffraction component 1020, and the third diffraction component 1030 may include their respective substrates 1014, 1024, 1034, their respective diffraction gratings 1012, 1022, 1032, and their respective carrier films 1016, 1026, 1036. Each diffraction grating 1012, 1022, and 1032 is located between each substrate 1014, 1024, and 1034 and each carrier film 1016, 1026, and 1036. In some cases, each substrate 1014, 1024, and 1034 is located in front of each carrier film 1016, 1026, and 1036 along the Z-direction. In some cases, each carrier film 1016, 1026, and 1036 is located in front of each substrate 1014, 1024, and 1034 along the Z-direction.
第1の回折格子1012、第2の回折格子1022、及び第3の回折格子1032の各々は、ある入射角で入射するs偏光状態における単色の光を、回折格子が、同じ又は異なる入射角で入射するp偏光状態における別の色の光を回折させる回折効率よりも、実質的に、例えば、1桁超、2桁以上、又は3桁以上高い回折角で、回折させるように構成することができる。第1の回折格子1012、第2の回折格子1022、及び第3の回折格子1032の各々は、ホログラフィック格子、例えば、体積格子又はブラッグ格子であり得る。第1の回折格子1012、第2の回折格子1022、及び第3の回折格子1032の各々は、独立して、記録媒体、例えば、感光性ポリマー又はフォトポリマーに記録され、固定することができる。 Each of the first diffraction gratings 1012, the second diffraction grating 1022, and the third diffraction grating 1032 can be configured to diffract monochromatic light in an s-polarized state incident at a certain angle of incidence at a diffraction angle substantially higher, for example, by more than one order of magnitude, two orders of magnitude, or three orders of magnitude, than the diffraction efficiency at which the diffraction grating diffracts light of another color in a p-polarized state incident at the same or a different angle of incidence. Each of the first diffraction gratings 1012, the second diffraction grating 1022, and the third diffraction grating 1032 may be a holographic grating, such as a volume grating or a Bragg grating. Each of the first diffraction gratings 1012, the second diffraction grating 1022, and the third diffraction grating 1032 can be independently recorded and fixed on a recording medium, such as a photosensitive polymer or photopolymer.
光学回折デバイス1000は、3つの色の光のための複数の色選択的偏光子を含むことができる。いくつかの実装態様では、BYフィルタ1004は、場格子基板1002と第1の回折構成要素1010の第1の回折格子1012との間にあり、赤色の光及び緑色の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、青色の光の偏光状態を回転させるように構成されている。MGフィルタ1006は、第1の回折格子1012と第2の回折格子1022との間(又は、第1の回折構成要素1010と第2の回折構成要素1020との間)にあり、緑色の光の偏光状態の回転を伴わずに、青色の光及び赤色の光の各々の偏光状態を回転させるように構成されている。YBフィルタ1008は、第2の回折格子1022と第3の回折格子1032との間(又は第2の回折構成要素1020と第3の回折構成要素1030との間)にあり、青色の光の偏光状態の回転を伴わずに、赤色の光及び緑色の光の各々の偏光状態を回転させるように構成されている。MGフィルタ1040は、第3の回折格子1032(又は第3の回折構成要素1030)の後にあり、緑色の光の偏光状態の回転を伴わずに、赤色の光及び青色の光の各々の偏光状態を回転させるように構成されている。 The optical diffraction device 1000 may include multiple color-selective polarizers for three colors of light. In some implementations, the BY filter 1004 is located between the field grating substrate 1002 and the first diffraction grating 1012 of the first diffraction component 1010, and is configured to rotate the polarization state of blue light without rotating the polarization states of red and green light, respectively. The MG filter 1006 is located between the first diffraction grating 1012 and the second diffraction grating 1022 (or between the first diffraction component 1010 and the second diffraction component 1020), and is configured to rotate the polarization states of blue and red light, respectively, without rotating the polarization state of green light. The YB filter 1008 is located between the second diffraction grating 1022 and the third diffraction grating 1032 (or between the second diffraction element 1020 and the third diffraction element 1030), and is configured to rotate the polarization states of red and green light without rotating the polarization state of blue light. The MG filter 1040 is located after the third diffraction grating 1032 (or the third diffraction element 1030), and is configured to rotate the polarization states of red and blue light without rotating the polarization state of green light.
いくつかの実装態様では、色選択的偏光子は、2つ以上のサブ偏光子で構成されている。サブ偏光子は、任意の所望の順序で配置することができる。例えば、YBフィルタ1008は、RCフィルタ1008-1及びGMフィルタ1008-2で構成することができる。RCフィルタ1008-1は、GMフィルタ1008-2の前に配置することができ、又はその逆も可能である。RCフィルタ1008-1は、緑色の光及び青色の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、赤色の光の偏光状態を回転させるように構成されており、GMフィルタ1008-2は、赤色の光及び青色の光の各々の偏光状態の回転を伴わずに、緑色の光の偏光状態を回転させるように構成されている。 In some implementations, a color-selective polarizer is composed of two or more sub-polarizers. The sub-polarizers can be arranged in any desired order. For example, the YB filter 1008 can be composed of an RC filter 1008-1 and a GM filter 1008-2. The RC filter 1008-1 can be placed before the GM filter 1008-2, or vice versa. The RC filter 1008-1 is configured to rotate the polarization state of red light without rotating the polarization states of the respective green and blue light, and the GM filter 1008-2 is configured to rotate the polarization state of green light without rotating the polarization states of the respective red and blue light.
光学回折デバイス1000内の隣接する層又は構成要素は、OCA、UV硬化若しくは熱硬化光学接着剤、光学接触、又は指数整合流体のうちの1つ以上の中間層を使用して一緒に取り付けることができる。図5Hで考察されるように、光学回折デバイス1000は、中間層を通って、ディスプレイカバーガラス1050に取り付けるか、又はギャップ、例えば、エアギャップで離間することができる。 Adjacent layers or components within the optical diffraction device 1000 can be joined together using one or more intermediate layers selected from OCA, UV-curable or thermosetting optical adhesives, optical contacts, or exponentially matching fluids. As considered in Figure 5H, the optical diffraction device 1000 can be attached to the display cover glass 1050 through the intermediate layer, or separated by a gap, such as an air gap.
光学回折デバイス1000は、ディスプレイに向かって同じ偏光状態(例えば、s又はp)で、同じ回折角(例えば、実質的に垂直な入射)で3つの色の光(赤色、緑色、及び青色)を回折させるように構成されている。光の3つの色は、例えば、ブラッグ角と実質的に同一である、同じ入射角θ°で、光学回折デバイス1000に入力することができる。いくつかの場合では、3つの色の光は、各色の格子のブラッグ角に一致するように異なる角度で入射することができる。3つの色の光は、格子の全領域を照射するのに十分な大きさのビームにあることができる。3つの色の光は、同じ偏光状態(例えば、s又はp)で光学回折デバイス1000に入力することができる。いくつかの場合では、ある色の光は、反対側から(例えば、-θ°で)又はY方向から入射する。各色の格子は、対応する色再生基準光の方向に一致させるように回転することができる。対応する色選択的偏光子は、色格子の回転とは独立していることがある。 The optical diffraction device 1000 is configured to diffract three colors of light (red, green, and blue) toward a display with the same polarization state (e.g., s or p) and the same diffraction angle (e.g., substantially perpendicular incidence). The three colors of light can be input to the optical diffraction device 1000 at the same incidence angle θ°, for example, substantially identical to the Bragg angle. In some cases, the three colors of light can be incident at different angles to match the Bragg angle of each color grating. The three colors of light can be in a beam large enough to illuminate the entire area of the grating. The three colors of light can be input to the optical diffraction device 1000 with the same polarization state (e.g., s or p). In some cases, light of one color is incident from the opposite side (e.g., at -θ°) or from the Y direction. Each color grating can be rotated to match the direction of the corresponding color reproduction reference light. The corresponding color-selective polarizer may be independent of the rotation of the color gratings.
図10Bは、図10Aの光学回折デバイス1000によって3つの色の光(青色、赤色、緑色)を回折させる一例1060を例解する。3つの色の光は、同じ入射角θ°及び同じp偏光状態で光学回折デバイス1000に入射する。 Figure 10B illustrates an example 1060 in which three colors of light (blue, red, and green) are diffracted by the optical diffraction device 1000 shown in Figure 10A. The three colors of light are incident on the optical diffraction device 1000 at the same incident angle θ° and with the same p-polarization state.
図10Bに示されるように、BYフィルタ1004は、赤色の光及び緑色の光の各々のp偏光状態の回転を伴わずに、青色の光のp偏光状態をs偏光状態に回転させる。B格子1012は、s偏光状態における青色の光を、回折角で一次に、入射角でゼロ次に回折させる。入射角でp偏光状態で入射する緑色の光及び赤色の光が、B格子1012を透過する。 As shown in Figure 10B, the BY filter 1004 rotates the p-polarized state of blue light to an s-polarized state without rotating the p-polarized states of the red and green light. The B grating 1012 diffracts the blue light in the s-polarized state first order at the diffraction angle and zero order at the incident angle. Green and red light incident in the p-polarized state at the incident angle passes through the B grating 1012.
MGフィルタ1006は、緑色の光のp偏光状態の回転を伴わずに、青色の光のs偏光状態をp偏光状態に、及び赤色の光のp偏光状態をs偏光状態に、回転させる。R格子1022は、s偏光状態における赤色の光を、回折角で一次に、入射角でゼロ次に回折させる。残りのゼロ次の青色の光、及び入射角でp偏光状態で入射する緑色の光は、R格子1022を透過する。 The MG filter 1006 rotates the s-polarized state of blue light to a p-polarized state, and the p-polarized state of red light to an s-polarized state, without rotating the p-polarized state of green light. The R grating 1022 diffracts the red light in the s-polarized state first order at the diffraction angle and zero order at the incident angle. The remaining zero-order blue light and the green light incident in the p-polarized state at the incident angle are transmitted through the R grating 1022.
YBフィルタ1008におけるRCフィルタ1008-1は、緑色の光及び青色の光の各々のp偏光状態の回転を伴わずに、赤色の光のs偏光状態をp偏光状態に回転させる。YBフィルタ1008のGMフィルタ1008-2は、赤色の光及び青色の光の各々のp偏光の回転を伴わずに、緑色の光のp偏光状態をs偏光状態に回転させる。残りのゼロ次の青色の光、残りのゼロ次の赤色の光、及び緑色の光は、RCフィルタ1008-1及びGMフィルタ1008-2を透過する。 In the YB filter 1008, the RC filter 1008-1 rotates the s-polarized state of red light to a p-polarized state without rotating the p-polarized states of the green and blue light. The GM filter 1008-2 of the YB filter 1008 rotates the p-polarized state of green light to an s-polarized state without rotating the p-polarized states of the red and blue light. The remaining zero-order blue light, the remaining zero-order red light, and green light pass through the RC filter 1008-1 and the GM filter 1008-2.
G格子1032は、s偏光状態における緑色の光を、回折角で一次に、入射角でゼロ次に回折させる。残りの青色の光、及び入射角でp偏光状態で入射する残りの赤色の光は、G格子1032を透過する。 The G-grottery 1032 diffracts green light in the s-polarized state in a first-order order at the diffraction angle and a zero-order order at the incident angle. The remaining blue light, and the remaining red light incident in a p-polarized state at the incident angle, are transmitted through the G-grottery 1032.
MGフィルタ1040は、緑色の光のs偏光状態の回転を伴わずに、赤色の光及び青色の各々のp偏光状態をs偏光状態に回転させる。同じ回折角でs偏光状態における、回折された青色の光、赤色の光、及び緑色の光は、光学回折デバイス1000から伝搬する。残りの青色の光、残りの赤色の光、及びゼロ次の残りの緑色の光はまた、s偏光状態にあり、入射角で、MGフィルタ1040を透過する。 The MG filter 1040 rotates the p-polarized states of red and blue light to s-polarized states without rotating the s-polarized state of the green light. The diffracted blue, red, and green light, in their s-polarized states at the same diffraction angle, propagates from the optical diffraction device 1000. The remaining blue light, remaining red light, and zero-order remaining green light are also in the s-polarized state and pass through the MG filter 1040 at the angle of incidence.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス1000は、ディスプレイよりも大きいサイズを有することができる。残りのゼロ次の青色の光、赤色の光、緑色の光は、デバイス1000から、かつ空気中に大きな角度で伝搬することができる。いくつかの実装態様では、以下で図11~12Cで更に詳細に考察するように、光学回折デバイス1000は、ゼロ次の対応する色の光の全内部反射のための回折格子の間又は後の1つ以上の反射層を含むことができる。 In some implementations, the optical diffraction device 1000 can be larger than the display. The remaining zero-order blue, red, and green light can propagate from the device 1000 into the air at a large angle. In some implementations, as will be discussed in more detail below in Figures 11-12C, the optical diffraction device 1000 may include one or more reflective layers between or after the diffraction grating for total internal reflection of the corresponding zero-order color light.
反射層を備える例示的な光学回折デバイス
図11~12Cは、反射層を含む例示的な光学回折デバイスを示す。反射層は、ゼロ次の単一の色の光を、他の色の光を透過させながら、選択的に完全に反射させることができる。光学回折デバイスの各々は、複数の格子を含み、各々が異なる色の光のためのものである。各色の光は、対応する格子に異なる再生基準角度で入射することができ、したがって、ゼロ次の、格子によって回折されない(又は透過される)各色の光は、デバイス内の後続の格子(存在する場合)に先立って、同じ回折角(例えば、実質的に垂直)で一次の色の光を回折させる格子に続いて、界面からの全反射(TIR)を受ける。他の色の光は、格子を通って対応する再生基準角度で透過することができる。
Exemplary Optical Diffraction Devices with Reflective Layers Figures 11–12C show exemplary optical diffraction devices including reflective layers. The reflective layers can selectively and completely reflect light of a single color of the zeroth order while transmitting light of other colors. Each optical diffraction device includes multiple gratings, each for light of a different color. Light of each color can be incident on the corresponding grating at different regeneration reference angles, and thus each color of light of the zeroth order, which is not diffracted (or transmitted) by the grating, undergoes total internal reflection (TIR) from the interface, following a grating that diffracts light of the primary color at the same diffraction angle (e.g., substantially perpendicular), prior to any subsequent gratings in the device (if any). Light of other colors can be transmitted through the grating at the corresponding regeneration reference angles.
図11は、2つの色の光を個別に回折させるための、2つの色の回折格子及び対応する反射層を含む例示的な光学回折デバイス1100を例解する。例解のために、デバイス1100は、緑色の光及び青色の光について構成されている。 Figure 11 illustrates an exemplary optical diffraction device 1100, which includes two color diffraction gratings and corresponding reflective layers for diffracting two colors of light separately. For illustrative purposes, the device 1100 is configured for green and blue light.
光学回折デバイス1100は、青色のための第1の回折格子1112を有する第1の回折構成要素1110と、緑色のための第2の回折格子1122を有する第2の回折構成要素1120と、を含む。第1の回折格子1112及び第2の回折格子1122の各々は、ホログラフィック格子、例えば、ブラッグ格子又は体積格子であり得る。第1の回折格子1112及び第2の回折格子1122の各々は、独立して、記録媒体、例えば、フォトポリマーなどの感光性材料に記録及び固定することができる。 The optical diffraction device 1100 includes a first diffraction component 1110 having a first diffraction grating 1112 for blue light, and a second diffraction component 1120 having a second diffraction grating 1122 for green light. Each of the first and second diffraction gratings 1112 and 1122 may be a holographic grating, such as a Bragg grating or a volume grating. Each of the first and second diffraction gratings 1112 and 1122 can independently record and fix data on a recording medium, such as a photosensitive material like a photopolymer.
第1の回折構成要素1110及び第2の回折構成要素1120は、ある方向、例えば、Z方向に沿って場格子基板1102上に一緒に積層することができる。場格子基板1102は、光学的に透明な基板、例えば、ガラス基板であり得る。光学回折デバイス1100は、LCOSなどのディスプレイ、例えば、図5Hのディスプレイ594の前方にあり得る。例えば、光学回折デバイス1100は、中間層を通ってディスプレイのカバーガラス1130上に配置するか、又はギャップ、例えば、エアギャップによって離間することができる。 The first diffraction component 1110 and the second diffraction component 1120 can be stacked together on a field lattice substrate 1102 along a certain direction, for example, the Z direction. The field lattice substrate 1102 may be an optically transparent substrate, such as a glass substrate. The optical diffraction device 1100 may be located in front of a display such as an LCOS, for example, the display 594 in Figure 5H. For example, the optical diffraction device 1100 may be placed on the cover glass 1130 of the display through an intermediate layer, or it may be separated by a gap, such as an air gap.
図9A及び9Bの第1の回折構成要素910及び第2の回折構成要素920と同様に、第1の回折構成要素1110及び第2の回折構成要素1120の各々は、それぞれの回折格子1112、1122の両側に、それぞれの基板1114、1124及びそれぞれのキャリアフィルム1116、1126を含むことができる。それぞれの回折格子1112、1122は、それぞれの基板1114、1124とそれぞれのキャリアフィルム1116、1126との間にある。それぞれの基板1114、1124及びそれぞれのキャリアフィルム1116、1126は、屈折率不整合、したがって、望ましくないフレネル反射を低減するための順番で配置することができる。それぞれの基板1114、1124は、場格子基板1102の屈折率と同じか、又はそれに近い屈折率を有することができるガラス基板であり得る。それぞれのキャリアフィルム1116、1126は、TACフィルムであり得る。TACフィルムは、回折格子1112及び1122を記録するために使用される感光性ポリマーよりも低い屈折率を有することができる。いくつかの例では、それぞれの基板1114、1124は、キャリアフィルム1116、1126の前に配置されている。 Similar to the first diffraction element 910 and the second diffraction element 920 in Figures 9A and 9B, each of the first diffraction element 1110 and the second diffraction element 1120 may include their respective substrates 1114 and 1124 and their respective carrier films 1116 and 1126 on either side of their respective diffraction gratings 1112 and 1122. Each diffraction grating 1112 and 1122 is located between their respective substrates 1114 and 1124 and their respective carrier films 1116 and 1126. The respective substrates 1114 and 1124 and their respective carrier films 1116 and 1126 may be arranged in a sequence to reduce refractive index mismatch, and therefore undesirable Fresnel reflection. Each substrate 1114 and 1124 may be a glass substrate having the same or close refractive index as the grating substrate 1102. Each carrier film 1116 and 1126 may be a TAC film. The TAC film can have a lower refractive index than the photosensitive polymer used to record the diffraction gratings 1112 and 1122. In some examples, the respective substrates 1114 and 1124 are placed in front of the carrier films 1116 and 1126.
光学回折デバイス1100内の隣接する層又は構成要素は、OCA、UV硬化若しくは熱硬化光学接着剤、光学接触、又は指数整合流体のうちの1つ以上の中間層を使用して一緒に取り付けることができる。例えば、第1の回折構成要素1110(例えば、基板1114)は、中間層1101、例えば、OCA層を通って場格子基板1102に結合することができる。第1の回折構成要素1110及び第2の回折構成要素1120、例えば、キャリアフィルム1116及び基板1124は、別の中間層1103、例えば、OCA層を通って一緒に取り付けることができる。光学回折デバイス1100(例えば、キャリアフィルム1126)は、中間層1105、例えば、OCA層を通ってディスプレイのカバーガラス1130に取り付けることができる。 Adjacent layers or components within the optical diffraction device 1100 can be bonded together using one or more intermediate layers selected from OCA, UV-curable or thermosetting optical adhesives, optical contacts, or exponentially matching fluids. For example, a first diffraction component 1110 (e.g., substrate 1114) can be bonded to a field lattice substrate 1102 through an intermediate layer 1101, for example, an OCA layer. The first diffraction component 1110 and a second diffraction component 1120 (e.g., carrier film 1116 and substrate 1124) can be bonded together through another intermediate layer 1103, for example, an OCA layer. The optical diffraction device 1100 (e.g., carrier film 1126) can be bonded to the display cover glass 1130 through an intermediate layer 1105, for example, an OCA layer.
図11に示されるように、第1の回折格子1112及び第2の回折格子1122の各々は、それぞれの入射角で入射する対応する色の光を、それぞれの回折角で一次に、それぞれの入射角でゼロ次に回折させ、例えばブラッグ選択性のため、異なる入射角で別の色の光を透過させるように構成されている。したがって、対応する回折格子で個別に回折された異なる色の光の間にクロストークが存在し得ない。各色の光は、偏光することができる。一次の回折された異なる色の光の偏光状態は、同じ、例えば、s又はpであり得る。異なる色の光についてのそれぞれの回折角は、同じ、例えば、実質的に垂直であり得る。 As shown in Figure 11, each of the first diffraction gratings 1112 and the second diffraction grating 1122 is configured to diffract light of the corresponding color incident at their respective angles of incidence in the first order at their respective diffraction angles and in the zero order at their respective angles of incidence, and to transmit light of a different color at different angles of incidence, for example, for Bragg selectivity. Therefore, no crosstalk can exist between light of different colors diffracted individually by the corresponding diffraction gratings. Each color of light can be polarized. The polarization states of the first-order diffracted light of different colors can be the same, for example, s or p. The respective diffraction angles for light of different colors can be the same, for example, substantially perpendicular.
光学回折デバイス1100は、第1の格子1112と第2の格子1122との間の第1の反射層(又は遮断層)を含むことができる。第1の格子1112は、第1の入射角θb、例えば、78.4°で入射する青色の光を、ある回折角、例えば、0°で一次に、及び第1の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。第1の反射層、例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の入射角で回折された青色の光を完全に反射させるが、第2の入射角θg、例えば、76.5°で入射する緑色の光を透過させるように構成されている。例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の反射層、例えば、第1の格子1112の直前の層の屈折率よりも低い。第1の反射層は、第1の格子1112と第2の格子1122との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第1の反射層は、図11に示されるように、キャリアフィルム1116である。 The optical diffraction device 1100 may include a first reflective layer (or blocking layer) between the first grating 1112 and the second grating 1122. The first grating 1112 is configured to diffract blue light incident at a first incidence angle θb , for example 78.4°, at a certain diffraction angle, for example, firstly at 0° and zero-order at the first incidence angle. The refractive index of the first reflective layer, for example, is configured to completely reflect the blue light diffracted at the first incidence angle but to transmit green light incident at a second incidence angle θg , for example 76.5°. For example, the refractive index of the first reflective layer is lower than the refractive index of the layer immediately preceding the first reflective layer, for example, the first grating 1112. The first reflective layer may be a suitable layer between the first grating 1112 and the second grating 1122. In some examples, the first reflective layer is a carrier film 1116, as shown in Figure 11.
同様に、光学回折デバイス1100は、第2の格子1122の後、かつディスプレイカバーガラス1130の前に第2の反射層を含むことができる。第2の格子1112は、第2の入射角θg、例えば76.5°で入射する緑色の光を、ある回折角、例えば0°で一次に、第2の入射角でゼロ次に回折させるように構成されている。第2の反射層、例えば、第2の反射層の屈折率は、第2の入射角で回折された緑色の光を完全に反射させるように構成されている。第2の反射層は、第2の格子1122とカバーガラス1130との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第2の反射層は、図11に示されるように、中間層1105である。 Similarly, the optical diffraction device 1100 may include a second reflective layer after the second grating 1122 and before the display cover glass 1130. The second grating 1112 is configured to diffract green light incident at a second incidence angle θg , for example 76.5°, firstly at a certain diffraction angle, for example 0°, and zero-order at the second incidence angle. The refractive index of the second reflective layer, for example, is configured to completely reflect the green light diffracted at the second incidence angle. The second reflective layer may be a suitable layer between the second grating 1122 and the cover glass 1130. In some examples, the second reflective layer is an intermediate layer 1105, as shown in Figure 11.
対応する反射層による完全に反射された青色の光及び緑色の光は、光学回折デバイス1100に、光学回折デバイス1100の側面に対して後方に反射される。図11に例解されるように、側面の表面を光吸収体1104、例えば黒色コーティングでコーティングして、対応する回折格子によってゼロ次で回折された完全に反射された青色の光及び緑色の光を吸収することができる。 The blue and green light, completely reflected by the corresponding reflective layer, is reflected back to the optical diffraction device 1100, relative to the side surface of the optical diffraction device 1100. As illustrated in Figure 11, the side surface can be coated with a light absorber 1104, for example, a black coating, to absorb the completely reflected blue and green light diffracted at the zeroth order by the corresponding diffraction grating.
場格子基板1102は、異なる色の再生基準光ビームが、場格子基板1102のその縁部に入ることができるように十分に厚くなり得る。場格子基板1102はまた、ビューア又はオブザーバが、指又は他のオブジェクトを再生基準光ビームに挿入することができないように、再生基準光ビームを完全に含むように構成することができる。したがって、ビューアは、再生基準光ビームを妨げることができず、これは、ビューアが、フルパワー再生基準光ビームに目(又は反射又は集束要素)を入れることができないため、レーザ安全性を改善することができる。場格子基板1102を備えた光学回折デバイス1100は、再生基準光ビームが光学回折デバイス1100の前面上に空気から入射する場合よりも著しくよりコンパクトであり得る。 The field lattice substrate 1102 can be sufficiently thick to allow regenerated reference beams of different colors to enter its edges. The field lattice substrate 1102 can also be configured to completely contain the regenerated reference beam so that a viewer or observer cannot insert their finger or other object into the regenerated reference beam. Therefore, the viewer cannot obstruct the regenerated reference beam, which improves laser safety because the viewer cannot place their eye (or any reflecting or focusing element) into the full-power regenerated reference beam. An optical diffraction device 1100 with the field lattice substrate 1102 can be significantly more compact than when the regenerated reference beam is incident from air onto the front surface of the optical diffraction device 1100.
青色の光及び緑色の光は、比較的大きな再生基準角度(又は入射角)、例えば、70°を超える角度で入射するため、フレネル反射は、層界面(P及びS偏光の両方について)から有意であり得、再生基準角度の増加とともに急速に増加することができる。光学回折デバイス1100は、異なる屈折率の材料間のいくつかの界面を含むため、各そのような界面からのフレネル反射損失は、再生出力光を実質的に減衰させることを増大させ、各回折格子、特にディスプレイに最も近い格子、例えばG格子1122において実質的に減少した再生光学パワーを引き起こすことができる。いくつかの例では、特定の色の光の再生基準角(又は入射角)は、TIRを確実に受けるのにちょうど十分な大きさであるが、フレネル損失を低減することができるようにそれほど大きくないように選択することができる。 Because blue and green light are incident at relatively large regeneration reference angles (or angles of incidence), e.g., angles exceeding 70°, Fresnel reflection can be significant from the layer interface (for both P and S polarizations) and can increase rapidly with increasing regeneration reference angles. Since the optical diffraction device 1100 includes several interfaces between materials of different refractive indices, Fresnel reflection losses from each such interface increase the substantially attenuation of the regenerated output light, which can cause substantially reduced regenerated optical power at each diffraction grating, particularly the grating closest to the display, e.g., the G grating 1122. In some examples, the regeneration reference angle (or angle of incidence) for light of a particular color can be chosen to be just large enough to reliably receive TIR, but not so large so that Fresnel losses can be reduced.
図13A~13Cは、青色の光図13A)、緑色の光(図図13B)、及び赤色の光(図13C)についての異なる入射角を有する、回折された再生基準ビームパワー(実線)と反射又は遮断された(破線)再生基準ビームパワーとの関係を例解する。回折された再生基準ビームパワーは、ディスプレイ、例えば、光学回折デバイス、例えば、図5Hの光学回折デバイス598に隣接する、図5Hのディスプレイ594のカバーガラスへの照射ビームであり得る。 Figures 13A-13C illustrate the relationship between diffracted regenerated reference beam power (solid line) and reflected or blocked (dashed line) regenerated reference beam power with different incident angles for blue light (Figure 13A), green light (Figure 13B), and red light (Figure 13C). The diffracted regenerated reference beam power may be the beam irradiated onto the cover glass of the display 594 in Figure 5H, adjacent to the optical diffraction device 598 in Figure 5H.
図13Aに例解されるように、青色の光の場合、プロット1302は、再生基準ビーム角(例えば、ガラス内の入射角)が増加するにつれて、回折された再生基準ビームパワー(又はディスプレイの青色照射パワー)を示し、プロット1304は、再生基準ビーム角が増加するにつれて、対応する反射層からの反射された再生基準ビームパワーを示す。図13Bに例解されるように、緑色の光の場合、プロット1312は、再生基準ビーム角(例えば、ガラス内の入射角)が増加するにつれて、回折された再生基準ビームパワー(又はディスプレイの緑色照射パワー)を示し、プロット1314は、再生基準ビーム角が増加するにつれて、対応する反射層からの反射された再生基準ビームパワーを示す。図13Cに例解されるように、赤色の光の場合、プロット1322は、再生基準ビーム角(例えば、ガラス内の入射角)が増加するにつれて、回折された再生基準ビームパワー(又はディスプレイの赤色照射パワー)を示し、プロット1324は、再生基準ビーム角が増加するにつれて、対応する反射層からの反射された再生基準ビームパワーを示す。 As illustrated in Figure 13A, for blue light, plot 1302 shows the diffracted regenerated reference beam power (or blue illumination power of the display) as the regenerated reference beam angle (e.g., angle of incidence in the glass) increases, and plot 1304 shows the reflected regenerated reference beam power from the corresponding reflective layer as the regenerated reference beam angle increases. As illustrated in Figure 13B, for green light, plot 1312 shows the diffracted regenerated reference beam power (or green illumination power of the display) as the regenerated reference beam angle (e.g., angle of incidence in the glass) increases, and plot 1314 shows the reflected regenerated reference beam power from the corresponding reflective layer as the regenerated reference beam angle increases. As illustrated in Figure 13C, for red light, plot 1322 shows the diffracted regenerated reference beam power (or red illumination power of the display) as the regenerated reference beam angle (e.g., angle of incidence in the glass) increases, and plot 1324 shows the reflected regenerated reference beam power from the corresponding reflective layer as the regenerated reference beam angle increases.
異なる色の光の再生基準角は、各色の光について、対応する反射層が、100%の反射で光の色を完全に反射させることができるように十分に大きいように選択することができる一方、再生基準角は、フレネル損失が、ディスプレイのカバーガラス内の回折された再生基準ビーム又は照射を実質的に排除しないように十分に小さくなり得る。一例として、各格子の回折効率は、青色について50%、緑色について60%、赤色について70%である。光学回折デバイスの下層は、ディスプレイのカバーガラスに対して平行である。各色の再生オブジェクトビームの回折角は、-6°である。図13A、13B、13Cに示されるように、再生基準角度が、460nmでの青色の光について78.4°、520nmでの緑色の光について76.5°、640nmでの赤色の光について73.5°である場合、ディスプレイのカバーガラス内の最終的なオブジェクトビームパワーは、青色について46.8%、緑色について33.1%、赤色について43.0%である。 The regeneration reference angles for different colored light can be selected to be large enough for each color of light so that the corresponding reflective layer can completely reflect the color of the light with 100% reflection, while the regeneration reference angle can be small enough so that Fresnel loss does not substantially eliminate the diffracted regeneration reference beam or irradiation within the display's cover glass. As an example, the diffraction efficiency of each grating is 50% for blue, 60% for green, and 70% for red. The lower layer of the optical diffraction device is parallel to the display's cover glass. The diffraction angle of the regenerated object beam for each color is -6°. As shown in Figures 13A, 13B, and 13C, if the regeneration reference angles are 78.4° for blue light at 460 nm, 76.5° for green light at 520 nm, and 73.5° for red light at 640 nm, the final object beam power within the display's cover glass is 46.8% for blue, 33.1% for green, and 43.0% for red.
図12Aは、3つの色の光を個別に回折させるための、3つの色の回折格子及び対応する反射層を含む例示的な光学回折デバイス1200を例解する。例解のために、デバイス1200は、青色の光、緑色の光、及び赤色の光について構成されている。 Figure 12A illustrates an exemplary optical diffraction device 1200, which includes three color diffraction gratings and corresponding reflective layers for individually diffracting three colors of light. For illustrative purposes, the device 1200 is configured for blue light, green light, and red light.
光学回折デバイス1200は、青色のための第1の回折格子1212を有する第1の回折構成要素1210と、緑色のための第2の回折格子1222を有する第2の回折構成要素1220と、赤色のための第3の回折格子1232を有する第3の回折構成要素1230と、を含む。第1の回折格子1212、第2の回折格子1222、及び第3の回折格子1232の各々は、ホログラフィック格子、例えば、ブラッグ格子又は体積格子であり得る。第1の回折格子1212、第2の回折格子1222、及び第3の回折格子1232の各々は、独立して、記録媒体、例えば、フォトポリマーなどの感光性ポリマーに記録され、固定することができる。 The optical diffraction device 1200 includes a first diffraction component 1210 having a first diffraction grating 1212 for blue light, a second diffraction component 1220 having a second diffraction grating 1222 for green light, and a third diffraction component 1230 having a third diffraction grating 1232 for red light. Each of the first diffraction gratings 1212, the second diffraction grating 1222, and the third diffraction grating 1232 may be a holographic grating, such as a Bragg grating or a volume grating. Each of the first diffraction gratings 1212, the second diffraction grating 1222, and the third diffraction grating 1232 can be independently recorded and immobilized on a recording medium, such as a photosensitive polymer such as a photopolymer.
第1の回折構成要素1210、第2の回折構成要素1220、及び第3の回折構成要素1230は、ある方向、例えば、Z方向に沿って場格子基板1202上に一緒に積層することができる。場格子基板1202は、光学的に透明な基板、例えば、ガラス基板であり得る。光学回折デバイス1210は、LCOSなどのディスプレイ、例えば、図5Hのディスプレイ594の前方にあり得る。例えば、光学回折デバイス1200は、中間層を通ってディスプレイのカバーガラス1240上に配置するか、又はギャップ、例えば、エアギャップによって離間することができる。 The first diffraction component 1210, the second diffraction component 1220, and the third diffraction component 1230 can be stacked together on a field lattice substrate 1202 along a certain direction, for example, the Z direction. The field lattice substrate 1202 may be an optically transparent substrate, such as a glass substrate. The optical diffraction device 1210 may be located in front of a display such as an LCOS, for example, the display 594 in Figure 5H. For example, the optical diffraction device 1200 may be placed on the cover glass 1240 of the display through an intermediate layer, or it may be separated by a gap, such as an air gap.
図10A及び10Bの第1の回折構成要素1010、第2の回折構成要素1020、及び第3の回折構成要素1030と同様に、第1の回折構成要素1210、第2の回折構成要素1220、及び第3の回折構成要素1230の各々は、それぞれの回折格子1212、1222、1232の両側に、それぞれの基板1214、1224、1234及びそれぞれのキャリアフィルム1216、1226、1236を含むことができる。それぞれの回折格子1212、1222、1232は、それぞれの基板1214、1224、1234と、それぞれのキャリアフィルム1216、1226、1236との間にある。それぞれの基板1214、1224、1234及びそれぞれのキャリアフィルム1216、1226、1236は、屈折率不整合、したがってフレネル反射を低減するための順番で配置することができる。それぞれの基板1214、1224、1234は、場格子基板1202の屈折率と同じか、又はそれに近い屈折率を有することができるガラス基板であり得る。それぞれのキャリアフィルム1216、1226、1236は、TACフィルムであり得る。TACフィルムは、感光性ポリマーよりも低い屈折率を有することができる。いくつかの例では、それぞれの基板1214、1224は、キャリアフィルム1216、1226の前に配置されている。基板1234は、キャリアフィルム1236の後に配置されている。 Similar to the first diffraction element 1010, the second diffraction element 1020, and the third diffraction element 1030 in Figures 10A and 10B, each of the first diffraction element 1210, the second diffraction element 1220, and the third diffraction element 1230 may include, on both sides of their respective diffraction gratings 1212, 1222, and 1232, their respective substrates 1214, 1224, and 1234, and their respective carrier films 1216, 1226, and 1236. Each diffraction grating 1212, 1222, and 1232 is located between their respective substrates 1214, 1224, and 1234 and their respective carrier films 1216, 1226, and 1236. The respective substrates 1214, 1224, and 1234 and their respective carrier films 1216, 1226, and 1236 can be arranged in a sequence to reduce refractive index mismatch, and therefore Fresnel reflection. Each of the substrates 1214, 1224, and 1234 can be a glass substrate having the same or a similar refractive index as the field lattice substrate 1202. Each of the carrier films 1216, 1226, and 1236 can be a TAC film. The TAC film can have a lower refractive index than the photosensitive polymer. In some examples, each of the substrates 1214 and 1224 is placed in front of the carrier films 1216 and 1226. Substrate 1234 is placed after the carrier film 1236.
光学回折デバイス1100内の隣接する層又は構成要素は、OCA、UV硬化若しくは熱硬化光学接着剤、光学接触、又は指数整合流体のうちの1つ以上の中間層を使用して一緒に取り付けることができる。例えば、第1の回折構成要素1210(例えば、基板1214)は、中間層1201、例えば、OCA層を通って場格子基板1202に結合することができる。第1の回折構成要素1210及び第2の回折構成要素1220、例えば、キャリアフィルム1216及び基板1224は、別の中間層1203、例えば、OCA層を通って一緒に取り付けることができる。第2の回折構成要素及び第3の回折構成要素1220及び1230、例えば、キャリアフィルム1226及びキャリアフィルム1236は、別の中間層1205、例えば、OCA層を通って一緒に取り付けることができる。光学回折デバイス1200(例えば、基板1234)は、中間層1207、例えば、OCA層を通ってディスプレイのカバーガラス1240に取り付けることができる。 Adjacent layers or components within the optical diffraction device 1100 can be bonded together using one or more intermediate layers selected from OCA, UV-curable or thermosetting optical adhesives, optical contacts, or exponentially matching fluids. For example, a first diffraction component 1210 (e.g., substrate 1214) can be bonded to a field lattice substrate 1202 through an intermediate layer 1201, for example, an OCA layer. The first diffraction component 1210 and the second diffraction component 1220, for example, a carrier film 1216 and a substrate 1224, can be bonded together through another intermediate layer 1203, for example, an OCA layer. The second diffraction component and the third diffraction components 1220 and 1230, for example, a carrier film 1226 and a carrier film 1236, can be bonded together through another intermediate layer 1205, for example, an OCA layer. The optical diffraction device 1200 (e.g., substrate 1234) can be attached to the display cover glass 1240 via an intermediate layer 1207, for example, an OCA layer.
図12Aに示されるように、第1の回折格子1212、第2の回折格子1222、及び第3の回折格子1232の各々は、それぞれの入射角で入射する対応する色の光を、それぞれの回折角で一次に、それぞれの入射角でゼロ次に回折させ、例えばブラッグ選択性のため、異なる入射角で別の色の光を透過させるように構成されている。したがって、対応する回折格子で個別に回折された異なる色の光の間にクロストークが存在し得ないか、ほとんど存在し得ない。各色の光は、偏光することができる。一次の回折された異なる色の光の偏光状態は、同じ、例えば、s又はpであり得る。異なる色の光についてのそれぞれの回折角は、同じ、例えば、実質的に垂直であり得る。 As shown in Figure 12A, each of the first diffraction gratings 1212, the second diffraction grating 1222, and the third diffraction grating 1232 is configured to diffract light of the corresponding color incident at each respective angle of incidence in the first order at each diffraction angle and in the zero order at each respective angle of incidence, and to transmit light of a different color at a different angle of incidence, for example, for Bragg selectivity. Therefore, there can be little to no crosstalk between the different colored lights diffracted individually by the corresponding diffraction gratings. Each color of light can be polarized. The polarization states of the first-order diffracted different colored lights can be the same, for example, s or p. The respective diffraction angles for different colored lights can be the same, for example, substantially perpendicular.
図13A、13B、13Cに上で考察されたように、異なる色の光(青色、緑色、及び赤色)についての異なる入射角θb、θg、θr(又は再生基準角)は、例えば、78.4°、76.5°、及び73.5°であるように選択することができる。光学回折デバイス1200は、第1の格子1212と第2の格子1222との間の第1の反射層(又は遮断層)を含むことができる。第1の格子1212は、第1の入射角θbで入射する青色の光を、ある回折角、例えば、0°で一次に、及び第1の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。第1の反射層、例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の入射角で回折された青色の光を完全に反射させるが、第2の入射角θgで入射する緑色の光、及び第3の入射角θrで入射する赤色の光を透過させるように構成されている。例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の反射層、例えば、第1の格子1212の直前の層の屈折率よりも低い。第1の反射層は、第1の格子1212と第2の格子1222との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第1の反射層は、図12Aに示されるように、キャリアフィルム1216である。全内部反射は、第1の格子1212とキャリアフィルム1216との間の界面上で発生する。ゼロ次で回折されない(又は透過される)完全に反射された青色の光は、第1の反射層の上の層に対して後方に反射され、光学回折デバイス1200の側面にコーティングされた光吸収体1204によって吸収することができる。 As discussed above in Figures 13A, 13B, and 13C, different incident angles θb , θg , and θr (or regeneration reference angles) for different colored light (blue, green, and red) can be selected, for example, to be 78.4°, 76.5°, and 73.5°. The optical diffraction device 1200 may include a first reflective layer (or blocking layer) between the first grating 1212 and the second grating 1222. The first grating 1212 is configured to diffract blue light incident at a first incident angle θb at a certain diffraction angle, for example, first-order at 0° and zero-order at the first incident angle. The refractive index of the first reflective layer, for example, is configured to completely reflect the blue light diffracted at the first incident angle, but to transmit green light incident at a second incident angle θg and red light incident at a third incident angle θr . For example, the refractive index of the first reflective layer is lower than that of the layer immediately preceding the first reflective layer, e.g., the first grating 1212. The first reflective layer may be a suitable layer between the first grating 1212 and the second grating 1222. In some examples, the first reflective layer is a carrier film 1216, as shown in Figure 12A. Total internal reflection occurs at the interface between the first grating 1212 and the carrier film 1216. The completely reflected blue light that is not diffracted (or transmitted) in the zeroth order is reflected backward relative to the layer above the first reflective layer and can be absorbed by a light absorber 1204 coated on the side of the optical diffraction device 1200.
光学回折デバイス1200は、第2の格子1222と第3の格子1232との間の第2の反射層(又は遮断層)を含むことができる。第2の格子1222は、第2の入射角θgで入射する緑色の光を、ある回折角、例えば0°で一次に、第2の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。第2の反射層、例えば、第2の反射層の屈折率は、第2の入射角で回折された緑色の光を完全に反射させるが、第3の入射角θrで入射する赤色の光を透過させるように構成されている。例えば、第2の反射層の屈折率は、第2の反射層の直前の層の屈折率よりも低い。第2の反射層は、第2の格子1222と第3の格子1232との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第2の反射層は、図12Aに示されるように、中間層1205である。全内部反射は、キャリアフィルム1226と中間層1205との間の界面上で発生する。ゼロ次で回折されない(又は透過される)完全に反射された緑色の光は、第2の反射層の上の層に対して後方に反射され、光吸収体1204によって吸収することができる。 The optical diffraction device 1200 may include a second reflective layer (or blocking layer) between the second grating 1222 and the third grating 1232. The second grating 1222 is configured to diffract green light incident at a second incidence angle θg in a first order at a certain diffraction angle, for example, 0°, and zero order at the second incidence angle. The refractive index of the second reflective layer, for example, is configured to completely reflect the green light diffracted at the second incidence angle, but to transmit red light incident at a third incidence angle θr . For example, the refractive index of the second reflective layer is lower than the refractive index of the layer immediately preceding it. The second reflective layer may be a suitable layer between the second grating 1222 and the third grating 1232. In some examples, the second reflective layer is an intermediate layer 1205, as shown in Figure 12A. Total internal reflection occurs at the interface between the carrier film 1226 and the intermediate layer 1205. The perfectly reflected green light, which is not diffracted (or transmitted) in the zero order, is reflected backward against the layer above the second reflective layer and can be absorbed by the light absorber 1204.
光学回折デバイス1200は、第3の格子1232の後、かつディスプレイカバーガラス1240の前に、第3の反射層を含むことができる。第3の格子1232は、第3の入射角θrで入射する赤色の光を、ある回折角、例えば0°で一次に、第3の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。第3の反射層、例えば、第3の反射層の屈折率は、第3の入射角で回折された赤色の光を完全に反射させるように構成されている。第3の反射層は、第3の格子1232とカバーガラス1240との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第3の反射層は、図12Aに示されるように、基板1234とカバーガラス1240との間の中間層1207である。ゼロ次で回折されない(又は透過される)完全に反射された赤色の光は、第2の反射層の上の層に対して後方に反射され、光吸収体1204によって吸収することができる。 The optical diffraction device 1200 may include a third reflective layer after the third grating 1232 and before the display cover glass 1240. The third grating 1232 is configured to diffract red light incident at a third incidence angle θr in the first order at a certain diffraction angle, for example, 0°, and in the zero order at the third incidence angle. The refractive index of the third reflective layer, for example, is configured to completely reflect the red light diffracted at the third incidence angle. The third reflective layer may be a suitable layer between the third grating 1232 and the cover glass 1240. In some examples, the third reflective layer is an intermediate layer 1207 between the substrate 1234 and the cover glass 1240, as shown in Figure 12A. The completely reflected red light that is not diffracted (or transmitted) in the zero order is reflected backward against the layer above the second reflective layer and can be absorbed by the light absorber 1204.
場格子基板1202は、異なる色の再生基準光ビームが、場格子基板1202のその縁部に入るように、十分に厚くなり得る。場格子基板1202はまた、ビューア又はオブザーバが、指又は他のオブジェクトを再生基準光ビームに挿入することができないように、再生基準光ビームを完全に含むように構成することができる。したがって、ビューアは、再生基準光ビームを妨げることができず、これは、ビューアが、フルパワー再生基準光ビームに目(又は反射又は集束要素)を入れることができないため、レーザ安全性を改善することができる。場格子基板1202を備えた光学回折デバイス1200は、再生基準光ビームが光学回折デバイス1200の前面上に空気から入射する場合よりも著しくよりコンパクトであり得る。 The field lattice substrate 1202 can be sufficiently thick so that regenerated reference beams of different colors enter its edges. The field lattice substrate 1202 can also be configured to completely contain the regenerated reference beam so that a viewer or observer cannot insert their finger or other object into the regenerated reference beam. Therefore, the viewer cannot obstruct the regenerated reference beam, which improves laser safety because the viewer cannot place their eye (or any reflecting or focusing element) into the full-power regenerated reference beam. An optical diffraction device 1200 with the field lattice substrate 1202 can be significantly more compact than when the regenerated reference beam is incident from air onto the front surface of the optical diffraction device 1200.
図12Aに示されるように、場格子基板1202は、XZ平面における長方形の断面を有することができる。異なる色の光は、場格子基板1202の側面から入射する。図12Bは、くさび形場格子基板1252を含む別の例示的な光学回折デバイス1250を例解する。基板1252の側面(又は光ビームの入力面)1251と基板1252の最上層1253との間のくさび形角度を選択することができ、及び/又は側面をARコーティングすることができ、したがって、光学回折デバイス1250及びディスプレイから場格子基板1252に戻る任意の光ビームによって取られる光路は、光学回折デバイス1250及びディスプレイへの後方への反射を低減又は排除するために、適宜、遮断、減衰、又は方向付けることができる。光学回折デバイス1250は、図12Aの光吸収体1204よりも短くなり得る、反対側表面上にコーティングされた対応する光吸収体1254を含むことができる。 As shown in Figure 12A, the field lattice substrate 1202 may have a rectangular cross-section in the XZ plane. Light of different colors is incident on the field lattice substrate 1202 from the side. Figure 12B illustrates another exemplary optical diffraction device 1250, which includes a wedge-shaped field lattice substrate 1252. A wedge-shaped angle can be selected between the side (or input surface of the light beam) 1251 of the substrate 1252 and the top layer 1253 of the substrate 1252, and/or the side can be AR coated. Thus, the optical path taken by any light beam returning from the optical diffraction device 1250 and the display to the field lattice substrate 1252 can be appropriately blocked, attenuated, or directed to reduce or eliminate back reflection to the optical diffraction device 1250 and the display. The optical diffraction device 1250 may include a corresponding light absorber 1254 coated on the opposite surface, which may be shorter than the light absorber 1204 in Figure 12A.
図12Cは、くさび形入力面1271を有する場格子基板1272を含む、更なる例示的な光学回折デバイス1270を例解する。くさび形入力面1271は、異なる色の入力光のフレネル損失を低減するように構成され得る。くさび形入力面1271は、異なる色の入力光が、実質的に垂直な入射で入力面1271上に入射し、異なる入射角(又は再生基準角)で対応する回折格子に入射するように構成され得る。くさび形入力面1271は、異なる色の入力光を、回折デバイス内の各色の所望の角度に、及び空気中の好都合な方向及び角度から屈折させるように構成され得る。例えば、くさび形入力面1271は、空気中角度が、入力ビームを、回折デバイスの前面に平行に、又は回折デバイスの前面の後方の空間から移動させるような、くさび角度を有し得る。 Figure 12C illustrates a further exemplary optical diffraction device 1270, including a field grating substrate 1272 having a wedge-shaped input surface 1271. The wedge-shaped input surface 1271 may be configured to reduce Fresnel losses of input light of different colors. The wedge-shaped input surface 1271 may be configured such that input light of different colors is incident on the input surface 1271 at substantially perpendicular incidence and incident on the corresponding diffraction grating at different incidence angles (or regeneration reference angles). The wedge-shaped input surface 1271 may be configured to refract the input light of different colors to a desired angle for each color within the diffraction device, and from a convenient direction and angle in the air. For example, the wedge-shaped input surface 1271 may have a wedge angle such that the angle in air moves the input beam parallel to the front of the diffraction device or from the space behind the front of the diffraction device.
場格子基板1272の前面1273上にARコーティングを形成して、ビューアに向かう後方への周囲光の反射を低減又は排除することができる。ディスプレイに最も近い光学回折デバイス1270の背面にもARコーティングを形成して、ディスプレイからビューアに向かって反射及び/又は回折される光の望ましくない反射を低減又は排除することもできる。 By forming an AR coating on the front surface 1273 of the field grid substrate 1272, the reflection of ambient light toward the viewer can be reduced or eliminated. Furthermore, by forming an AR coating on the back surface of the optical diffraction device 1270 closest to the display, undesirable reflections of light reflected and/or diffracted from the display toward the viewer can also be reduced or eliminated.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス、例えば、図11の光学回折デバイス1100、図12Aの1200、図12Bの1250、又は図12Cの1270内の、1つ以上の層は、わずかにくさび形にすることができ、これにより、各層におけるTIR及びフレネル反射の微調整を可能にすることができる。層はまた、狭帯域光源、例えば、レーザダイオードを使用する場合、光学回折デバイス内の実質的に平行な表面の任意の対の間に生じ得るニュートン環又は干渉縞の可視度を低減又は排除するように構成され得る。 In some implementations, one or more layers in an optical diffraction device, such as the optical diffraction device 1100 in Figure 11, 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C, can be slightly wedge-shaped, thereby allowing for fine-tuning of the TIR and Fresnel reflections in each layer. The layers may also be configured to reduce or eliminate the visibility of Newton's rings or interference fringes that may occur between any pair of substantially parallel surfaces in the optical diffraction device when using a narrowband light source, such as a laser diode.
例示的な製造プロセス
図14Aは、回折構造及び対応する色選択的偏光子を含む光学回折デバイスを製造する例示的なプロセス1400のフローチャートである。光学回折デバイスは、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、又は図10A及び10Bの光学回折デバイス1000であり得る。
Exemplary Manufacturing Process Figure 14A is a flowchart of an exemplary process 1400 for manufacturing an optical diffraction device including a diffraction structure and a corresponding color-selective polarizer. The optical diffraction device may be the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, the optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, or the optical diffraction device 1000 in Figures 10A and 10B.
第1の色のための第1の回折構成要素が製造される(1402)。第1の回折構成要素は、図9A及び9Bの第1の回折構成要素910、又は図10A及び10Bの1010であり得る。第1の回折構成要素は、記録媒体に形成された、第1の回折構造、例えば、図9A及び9BのB格子912、又は図10A及び10BのB格子1012を含む。第1の回折構造は、第1の回折効率で、第1の回折角で、第1の回折構造に、第1の入射角で、第1の偏光状態で入射する、第1の色の再生基準光(又は第1の色の光)を回折させるように構成されている。第1の回折効率は、第1の回折構造が、例えば、偏光選択性のために、第1の入射角で、第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で入射する、第1色の光又は別の異なる色の光を回折させる回折効率よりも実質的に高くなり得る。第1の偏光状態は、s偏光であり得、第2の偏光状態は、p偏光であり得る。 A first diffraction component for a first color is manufactured (1402). The first diffraction component may be the first diffraction component 910 in Figures 9A and 9B, or 1010 in Figures 10A and 10B. The first diffraction component includes a first diffraction structure formed on a recording medium, for example, the B-grille 912 in Figures 9A and 9B, or the B-grille 1012 in Figures 10A and 10B. The first diffraction structure is configured to diffract a reconstructed reference light of a first color (or light of a first color) incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence and in a first polarization state, with a first diffraction efficiency and at a first diffraction angle. The first diffraction efficiency may be substantially higher than the diffraction efficiency of the first diffraction structure to diffract light of a first color or light of another different color incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence and in a second polarization state different from the first polarization state, for example, for polarization selectivity. The first polarization state can be s-polarization, and the second polarization state can be p-polarization.
第1の回折構造は、ホログラフィック格子、例えば、体積格子又はブラッグ格子であり得る。記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも1桁超大きく、例えば、30倍であり得る。いくつかの例では、第1の入射角は、ブラッグ角であり得る。第1の回折効率は、第1の回折構造が、例えばブラッグ選択性のために、第1の入射角とは異なる入射角で、第1の偏光状態又は第2の偏光状態で入射する、第1の色の光又は別の異なる色の光を回折させる回折効率よりも実質的に高くなり得る。 The first diffraction structure may be a holographic grating, such as a volume grating or a Bragg grating. The thickness of the recording medium may be more than an order of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam, for example, 30 times. In some examples, the first angle of incidence may be the Bragg angle. The first diffraction efficiency may be substantially higher than the diffraction efficiency of the first diffraction structure, which diffracts light of a first color or another different color incident in a first or second polarization state at an angle of incidence different from the first angle of incidence, for example, due to Bragg selectivity.
記録媒体は、感光性材料、例えば、感光性ポリマー又はフォトポリマーを含むことができる。第1の回折構造は、感光性材料を第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームに、及び同時に第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームに露光することによって形成することができる。第1の記録オブジェクトビーム及び第1の記録基準ビームは、例えば、同じ光源からの同じ波長及び同じ第1の偏光状態を有することができる。 The recording medium may include a photosensitive material, such as a photosensitive polymer or photopolymer. The first diffraction structure can be formed by exposing the photosensitive material to a first recording object beam at a first recording object angle and simultaneously to a first recording reference beam at a first recording reference angle. The first recording object beam and the first recording reference beam may, for example, have the same wavelength and the same first polarization state from the same light source.
いくつかの場合では、再生に使用される第1の色の光は、第1の記録基準ビーム又は第1の記録オブジェクトビームよりも広いか、又は同一の波長範囲を含むことができる。例えば、第1の記録基準ビーム及び第1の記録オブジェクトビームは、レーザの光ビームであり得、再生のための第1の色の光は、レーザダイオードの光ビームであり得る。いくつかの場合では、第1の記録基準ビーム及び第1の記録オブジェクトビームは、第1の色の光の第1の色とは異なる色に対応することができる。例えば、緑色レーザ光は、赤色のための回折格子を記録するために使用され得る。 In some cases, the first color of light used for regeneration may be broader than or the same wavelength range as the first recording reference beam or the first recording object beam. For example, the first recording reference beam and the first recording object beam may be laser beams, and the first color of light for regeneration may be a laser diode beam. In some cases, the first recording reference beam and the first recording object beam may correspond to colors different from the first color of the first color of light. For example, green laser light may be used to record a diffraction grating for red light.
第1の色の光の第1の入射角は、第1の記録基準角度と実質的に同一であり得、第1の回折角は、第1の記録オブジェクト角度と実質的に同一であり得る。いくつかの例では、第1の記録基準角度は、70度~90度の範囲、例えば、80度~90度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録オブジェクト角度は、-10度~10度、例えば、-7度~7度の範囲にあり、0度、又は6度である。いくつかの例では、感光性材料内の第1の記録基準角度及び第1の記録オブジェクト角度の合計は、実質的に90度と同一である。 The first incident angle of light of the first color may be substantially identical to the first recording reference angle, and the first diffraction angle may be substantially identical to the first recording object angle. In some examples, the first recording reference angle is in the range of 70 to 90 degrees, for example, 80 to 90 degrees. In some examples, the first recording object angle is in the range of -10 to 10 degrees, for example, -7 to 7 degrees, 0 degrees, or 6 degrees. In some examples, the sum of the first recording reference angle and the first recording object angle within the photosensitive material is substantially identical to 90 degrees.
第1の回折構造は、例えば、UV硬化又は熱硬化によって、記録媒体内で固定することができる。いくつかの例では、第1の回折構成要素は、記録媒体上にキャリアフィルム、例えば、TACフィルムを含む。いくつかの例では、第1の回折構成要素は、回折基板、例えば、ガラス基板を含む。記録媒体は、キャリアフィルムと回折基板との間にあり得る。 The first diffraction structure can be fixed in the recording medium by, for example, UV curing or thermal curing. In some examples, the first diffraction component includes a carrier film, such as a TAC film, on the recording medium. In some examples, the first diffraction component includes a diffraction substrate, such as a glass substrate. The recording medium may be located between the carrier film and the diffraction substrate.
第2の色のための第2の回折構成要素が製造される(1404)。第2の回折構成要素は、図9A及び9Bの第2の回折構成要素920、又は図10A及び10Bの1020であり得る。第2の回折構成要素は、第2の記録媒体に形成された、第2の回折構造、例えば、図9A及び9BのB格子922、又は図10A及び10BのR格子1022を含む。第2の回折構造は、第2の回折効率で、第2の回折角で、第2の回折構造に、第2の入射角で、第1の偏光状態で入射する、第2の色の再生基準光(又は第2の色の光)を回折させるように構成されている。第2の回折効率は、第2の回折構造が、第2の入射角又は第2の入射角とは異なる入射角で、第2の偏光状態で入射する、第2の色の光又は別の異なる色の光を回折させる回折効率よりも実質的に高くなり得る。 A second diffraction component for the second color is manufactured (1404). The second diffraction component may be the second diffraction component 920 in Figures 9A and 9B, or 1020 in Figures 10A and 10B. The second diffraction component includes a second diffraction structure formed on the second recording medium, for example, the B-grille 922 in Figures 9A and 9B, or the R-grille 1022 in Figures 10A and 10B. The second diffraction structure is configured to diffract a regenerated reference light of the second color (or light of the second color) incident on the second diffraction structure at a second incidence angle and in a first polarization state, with a second diffraction efficiency and a second diffraction angle. The second diffraction efficiency may be substantially higher than the diffraction efficiency of the second diffraction structure to diffract light of the second color or light of another different color incident at a second incidence angle or an incidence angle different from the second incidence angle and in a second polarization state.
第2の回折構造は、上記のように第1の回折構造と同様の方法で製造することができる。第1の回折構造及び第2の回折構造は、独立して製造することができる。第2の回折構成要素はまた、キャリアフィルム及び回折基板を含むことができる。 The second diffraction structure can be manufactured in the same manner as the first diffraction structure, as described above. The first and second diffraction structures can be manufactured independently. The second diffraction component may also include a carrier film and a diffraction substrate.
第1の回折構成要素及び第2の回折構成要素は、第1の回折角及び第2の回折角が、互いに実質的に同一、例えば、実質的に垂直であるように構成することができる。第1の入射角及び第2の入射角は、互いに実質的に同一であり得る。 The first and second diffraction components can be configured such that the first and second diffraction angles are substantially identical, for example, substantially perpendicular to each other. The first and second incidence angles may also be substantially identical.
色選択的偏光子は、第1の光学回折構成要素と第2の光学回折構成要素との間に配置される(1406)。色感受性偏光子は、図9A及び9BのGMフィルタ906、又は図10A及び10BのMGフィルタ1006であり得る。光学回折構造は、場格子基板、例えば、図9A及び9Bの基板902、又は図10A及び10Bの基板1002を含むことができる。第1の光学回折構成要素、色選択的偏光子、及び第2の光学回折構成要素は、第1の色の光及び第2の色の光が第2の光学回折構成要素の前に第1の光学回折構成要素に入射するように、場格子基板上に順次積層することができる。色選択的偏光子は、第2の色の光が第2の回折構造に第1の偏光状態で入射することができるように、例えば、第2の偏光状態から第1の偏光状態に、第2の色の光の偏光状態を回転させるように構成することができる。いくつかの場合では、色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態を回転させることができる。いくつかの場合では、色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態を回転させないように構成されている。 A color-selective polarizer is positioned between the first optical diffraction element and the second optical diffraction element (1406). The color-sensitive polarizer may be the GM filter 906 in Figures 9A and 9B, or the MG filter 1006 in Figures 10A and 10B. The optical diffraction structure may include a field lattice substrate, for example, the substrate 902 in Figures 9A and 9B, or the substrate 1002 in Figures 10A and 10B. The first optical diffraction element, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction element can be sequentially stacked on the field lattice substrate such that light of the first color and light of the second color are incident on the first optical diffraction element before the second optical diffraction element. The color-selective polarizer may be configured to rotate the polarization state of the light of the second color, for example, from a second polarization state to a first polarization state, so that light of the second color can be incident on the second diffraction structure in a first polarization state. In some cases, the color-selective polarizer can rotate the polarization state of the light of the first color. In some cases, color-selective polarizers are configured not to rotate the polarization state of light of a first color.
いくつかの実装態様では、追加の色選択的偏光子が、第1の回折構成要素の前方に配置されている。例えば、追加の色選択的偏光子は、場格子基板と第1の回折構成要素との間にあリ得る。追加の色選択的偏光子は、図9A及び9BのBYフィルタ904、又は図10A及び10BのBYフィルタ1004であり得る。追加の色選択的偏光子は、第1の色の光が第1の回折構造に第1の偏光状態で入射するように、例えば、第2の偏光状態から第1の偏光状態に、第1の色の光の偏光状態を回転させるように構成されている。いくつかの場合では、追加の色選択的偏光子は、第2の色の光の偏光状態が第1の回折構造に第2の偏光状態で入射するように、例えば、第1の偏光状態から第2の偏光状態に、第2の色の光の偏光状態を回転させることができる。いくつかの場合では、追加の色選択的偏光子は、第2の色の光の偏光状態が第1の回折構造に第2の偏光状態で入射するように、第2の色の光の偏光状態を回転させないように構成されている。 In some implementations, an additional color-selective polarizer is positioned in front of the first diffraction element. For example, the additional color-selective polarizer may be located between the field lattice substrate and the first diffraction element. The additional color-selective polarizer may be the BY filter 904 in Figures 9A and 9B, or the BY filter 1004 in Figures 10A and 10B. The additional color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the first color, for example, from a second polarization state to a first polarization state, so that the light of the first color is incident on the first diffraction structure in a first polarization state. In some cases, the additional color-selective polarizer can rotate the polarization state of the light of the second color, for example, from a first polarization state to a second polarization state, so that the light of the second color is incident on the first diffraction structure in a second polarization state. In some cases, the additional color-selective polarizer is configured not to rotate the polarization state of the second color of light, so that the polarization state of the second color of light is incident on the first diffraction structure in the second polarization state.
光学回折デバイス内の隣接する構成要素は、中間層を通って一緒に取り付けることができる。中間層は、OCA層、UV硬化又は熱硬化光学接着剤、光学接触、又は指数整合流体であり得る。 Adjacent components within an optical diffraction device can be joined together through an intermediate layer. The intermediate layer may be an OCA layer, a UV-curable or thermosetting optical adhesive, an optical contact, or an exponentially matched fluid.
いくつかの実装態様では、プロセス1400は、第3の光学回折構成要素を形成することを更に含むことができる。第3の回折構成要素は、第3の記録媒体で形成された第3の回折構造、例えば、図10A及び10BのG格子1032を含む。第3の回折構造は、第3の回折効率で、第3の回折角で、第3の回折構造に、第3の入射角で、第1の偏光状態で入射する、第3の色の再生基準光(又は第3の色の光)を回折させるように構成されている。第3の回折効率は、第3の回折構造が、第2の入射角又は第3の入射角とは異なる入射角で、第3の偏光状態で入射する、第3の色の光又は別の異なる色の光を回折させる回折効率よりも実質的に高くなりうる。 In some implementations, process 1400 may further include forming a third optical diffraction component. The third diffraction component includes a third diffraction structure formed on the third recording medium, for example, the G-gratt 1032 in Figures 10A and 10B. The third diffraction structure is configured to diffract a reconstructed reference light of a third color (or light of a third color) incident on the third diffraction structure at a third incidence angle and in a first polarization state, with a third diffraction efficiency and a third diffraction angle. The third diffraction efficiency may be substantially higher than the diffraction efficiency of the third diffraction structure to diffract light of a third color or light of another different color incident at an incidence angle different from the second or third incidence angle and in the third polarization state.
第3の回折構造は、上記のように第1の回折構造と同様の方法で製造することができる。第1の回折構造、第2の回折構造、及び第3の回折構造は、独立して製造することができる。第3の回折構成要素はまた、キャリアフィルム及び回折基板を含むことができる。第1の回折構成要素、第2の回折構成要素、及び第3の回折構成要素は、第1の回折角、第2の回折角、及び第3の回折角が、互いに実質的に同一、例えば実質的に垂直であるように構成することができる。第1の入射角、第2の入射角、及び第3の入射角は、互いに実質的に同一であり得る。 The third diffraction structure can be manufactured in the same manner as the first diffraction structure, as described above. The first, second, and third diffraction structures can be manufactured independently. The third diffraction component may also include a carrier film and a diffraction substrate. The first, second, and third diffraction components can be configured such that the first, second, and third diffraction angles are substantially identical to each other, for example, substantially perpendicular. The first, second, and third incident angles may be substantially identical to each other.
第2の色選択的偏光子は、第2の光学回折構成要素と第3の光学回折構成要素との間に配置することができる。第2の色感受性偏光子は、図10A及び10BのYGフィルタであり得る。第2の色選択的偏光子は、2つ以上のサブ偏光子、例えば、図10A及び10BのRCフィルタ1008-1及びGMフィルタ1008-2で構成することができる。いくつかの例では、第2の色選択的偏光子は、最初に、第3の回折構成要素上に取り付けられ、次いで、第2の色選択的偏光子は、第2の回折構成要素に取り付けることができる。いくつかの例では、第2の色選択的偏光子は、最初に、第2の回折構成要素に取り付けることができ、次いで、第3の回折構成要素は、第2の色選択的偏光子に取り付けることができる。第2の色選択的偏光子は、第3の色の光が第3の回折構造に第1の偏光状態で入射するように、第3の色の光の偏光状態を、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成することができる。第2の色選択的偏光子は、第1の色の光の偏光状態の回転を伴わずに、第2の色の光の偏光状態を、例えば、第1の偏光状態から第2の偏光状態に回転させるように構成することができる。 A second color-selective polarizer can be positioned between a second optical diffraction element and a third optical diffraction element. The second color-sensitive polarizer may be a YG filter as shown in Figures 10A and 10B. The second color-selective polarizer can consist of two or more sub-polarizers, for example, an RC filter 1008-1 and a GM filter 1008-2 as shown in Figures 10A and 10B. In some examples, the second color-selective polarizer can be mounted first on the third diffraction element, and then mounted on the second diffraction element. In some examples, the second color-selective polarizer can be mounted first on the second diffraction element, and then mounted on the third diffraction element. The second color-selective polarizer can be configured to rotate the polarization state of light of a third color from a second polarization state to a first polarization state so that light of a third color is incident on the third diffraction structure in a first polarization state. The second color-selective polarizer can be configured to rotate the polarization state of light of the second color from, for example, the first polarization state to the second polarization state, without rotating the polarization state of light of the first color.
第3の色選択的偏光子は、第3の光学回折構成要素が第2の色選択的偏光子と第3の色選択的偏光子との間にあるように、第3の光学回折構成要素に順次配置することができる。第3の色選択的偏光子は、図10A及び10BのMGフィルタ1040であり得る。第3の色選択的偏光子は、回折された第1の色の光、第2の色の光、及び第3の色の光が同じ偏光状態を有するように、第3の色の光の第1の偏光状態の回転を伴わずに、第1の色の光及び第2の色の光の各々の偏光状態を、例えば、第2の偏光状態から第1の偏光状態に回転させるように構成されている。 The third color-selective polarizer can be sequentially arranged on the third optical diffraction component such that the third optical diffraction component is located between the second and third color-selective polarizers. The third color-selective polarizer may be the MG filter 1040 shown in Figures 10A and 10B. The third color-selective polarizer is configured to rotate the polarization states of the first and second colored light, for example, from the second polarization state to the first polarization state, without rotating the first polarization state of the third colored light, so that the diffracted first colored light, second colored light, and third colored light have the same polarization state.
図14Bは、回折構造及び対応する反射層を含む光学回折デバイスを製造する例示的なプロセス1450のフローチャートである。光学回折デバイスは、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図11の光学回折デバイス1100、又は図12Aの光学デバイス1200、図12Bの1250、若しくは図12Cの1270であり得る。 Figure 14B is a flowchart of an exemplary process 1450 for manufacturing an optical diffraction device including a diffraction structure and a corresponding reflective layer. The optical diffraction device may be the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, the optical diffraction device 1100 in Figure 11, or the optical device 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C.
第1の光学回折構成要素が形成される(1452)。第1の回折構成要素は、図11の第1の回折構成要素1110、図12A、12B又は12Cの1210であり得る。第1の回折構成要素は、第1の記録媒体に記憶された第1の回折構造を含む。第1の回折構造は、第1の入射角で入射する第1の色の光を、第1の回折角で一次に、第1の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。一次の第1の色の光のパワーは、ゼロ次の第1の色の光のパワーよりも実質的に高くなり得る。 A first optical diffraction component is formed (1452). The first diffraction component may be the first diffraction component 1110 in Figure 11, or 1210 in Figures 12A, 12B, or 12C. The first diffraction component includes a first diffraction structure stored in a first recording medium. The first diffraction structure is configured to diffract light of a first color incident at a first incidence angle in the first order at a first diffraction angle and in the zero order at a first incidence angle. The power of the first-order light of the first color may be substantially higher than the power of the zero-order light of the first color.
第1の回折構造は、ホログラフィック格子、例えば、体積格子又はブラッグ格子であり得る。記録媒体の厚さは、第1の記録オブジェクトビームの波長よりも1桁超大きく、例えば、30倍であり得る。いくつかの例では、第1の入射角は、ブラッグ角であり得る。第1の回折効率は、第1の回折構造が、例えばブラッグの選択性のために、第1の入射角とは異なる入射角で、第1の光の色又は別の異なる光の色を回折させる回折効率よりも実質的に高くなり得る。異なる入射角で入射する光は、第1の回折構造を透過することができる。 The first diffraction structure may be a holographic grating, such as a volume grating or a Bragg grating. The thickness of the recording medium may be more than an order of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam, for example, 30 times. In some examples, the first angle of incidence may be the Bragg angle. The first diffraction efficiency may be substantially higher than the diffraction efficiency of the first diffraction structure, which, for example due to Bragg selectivity, diffracts the first color of light or another different color of light at angles of incidence different from the first angle of incidence. Light incident at different angles of incidence can be transmitted through the first diffraction structure.
記録媒体は、感光性材料、例えば、感光性ポリマー又はフォトポリマーを含むことができる。第1の回折構造は、図14Aのステップ1402と同様に、例えば、感光性材料を、第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームに、及び同時に第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームに露光することによって、形成することができる。第1の記録オブジェクトビーム及び第1の記録基準ビームは、例えば、同じ光源からの同じ波長及び同じ偏光状態を有することができる。第1の色の光の第1の入射角は、第1の記録基準角度と実質的に同一であり得、第1の回折角は、第1の記録オブジェクト角度と実質的に同一であり得る。いくつかの例では、第1の記録基準角度は、70度~90度の範囲、例えば、70度~80度の範囲にある。いくつかの例では、第1の記録オブジェクト角度は、-10度~10度、例えば、-7度~7度の範囲にあり、0度、又は6度である。第1の回折構造は、例えば、UV硬化又は熱硬化によって、記録媒体内で固定することができる。いくつかの例では、第1の回折構成要素は、記録媒体上にキャリアフィルム、例えば、TACフィルムを含む。いくつかの例では、第1の回折構成要素は、回折基板、例えば、ガラス基板を含む。記録媒体は、キャリアフィルムと回折基板との間にあり得る。 The recording medium may include a photosensitive material, such as a photosensitive polymer or photopolymer. The first diffraction structure can be formed, for example, by exposing the photosensitive material to a first recording object beam at a first recording object angle and simultaneously to a first recording reference beam at a first recording reference angle, as in step 1402 of Figure 14A. The first recording object beam and the first recording reference beam may have the same wavelength and the same polarization state from the same light source, for example. The first incident angle of light of a first color may be substantially the same as the first recording reference angle, and the first diffraction angle may be substantially the same as the first recording object angle. In some examples, the first recording reference angle is in the range of 70 to 90 degrees, for example, 70 to 80 degrees. In some examples, the first recording object angle is in the range of -10 to 10 degrees, for example, -7 to 7 degrees, 0 degrees, or 6 degrees. The first diffraction structure can be fixed in the recording medium, for example, by UV curing or thermal curing. In some examples, the first diffraction component includes a carrier film, such as a TAC film, on the recording medium. In some examples, the first diffraction component includes a diffraction substrate, such as a glass substrate. The recording medium may be located between the carrier film and the diffraction substrate.
第2の光学回折構成要素が形成される(1454)。第2の回折構成要素は、図11の第2の回折構成要素1120、図12A、12B、又は12Cの1220であり得る。第2の回折構成要素は、第2の記録媒体に記憶された第2の回折構造を含む。第2の回折構造は、第2の入射角で入射する第2の色の光を、第2の回折角で一次に、第2の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。一次の第2の色の光のパワーは、ゼロ次の第2の色の光のパワーよりも実質的に高くなり得る。 A second optical diffraction component is formed (1454). The second diffraction component may be the second diffraction component 1120 in Figure 11, or 1220 in Figures 12A, 12B, or 12C. The second diffraction component includes a second diffraction structure stored on a second recording medium. The second diffraction structure is configured to diffract light of a second color incident at a second incidence angle, firstly at the second diffraction angle and zero-order at the second incidence angle. The power of the first-order second-color light may be substantially higher than the power of the zero-order second-color light.
第2の回折構造は、ステップ1452の第1の回折構造と同様の方法で製造することができる。第1の回折構造及び第2の回折構造は、独立して製造することができる。第2の回折構成要素はまた、キャリアフィルム及び回折基板を含むことができる。 The second diffraction structure can be manufactured in the same manner as the first diffraction structure in step 1452. The first and second diffraction structures can be manufactured independently. The second diffraction component may also include a carrier film and a diffraction substrate.
第1の回折構成要素及び第2の回折構成要素は、第1の回折角及び第2の回折角が、互いに実質的に同一、例えば、実質的に垂直であるように構成することができる。第1の入射角及び第2の入射角は、互いに異なっている。第1の入射角及び第2の入射角は、例えば、図13A~13Cに記載されるものに従って決定することができる。いくつかの例では、第1の色の光は、第2の色の光よりも小さい波長を有し、第1の入射角は、第2の入射角よりも大きい。 The first and second diffraction components can be configured such that the first and second diffraction angles are substantially identical, for example, substantially perpendicular to each other. The first and second incident angles are different. The first and second incident angles can be determined, for example, according to those shown in Figures 13A-13C. In some examples, the light of the first color has a shorter wavelength than the light of the second color, and the first incident angle is greater than the second incident angle.
第1の反射層は、第1の回折構造と第2の回折構造との間に配置される(1456)。第1の反射層は、図11の反射層1116、又は図12A、12B、若しくは12Cの1216であり得る。第1の反射層は、ゼロ次で回折されない(又は透過される)第1の色の光が、光学回折デバイスの後方のディスプレイに伝搬することなく、第1の反射層の前に層に後方に反射することができるように、第1の入射角で入射する第1の色の光を完全に反射させるように構成されている。第1の反射層は、第1の入射角を有する第1の色の光が、第2の入射角を有する第2の色の光を完全に反射させることなく、第1の反射層と第1の光学回折構成要素の層との間の界面によって完全に反射されるように、第1の反射層に直接隣接している第1の光学回折構成要素の層よりも小さい屈折率を有するように構成することができる。第1の反射層は、第1の回折構造と第2の回折構造との間の任意の好適な層であり得る。例えば、第1の反射層は、第1の回折構成要素のキャリアフィルムであり得る。 The first reflective layer is positioned between the first diffraction structure and the second diffraction structure (1456). The first reflective layer may be the reflective layer 1116 in Figure 11, or 1216 in Figures 12A, 12B, or 12C. The first reflective layer is configured to completely reflect light of the first color incident at a first angle of incidence so that light of the first color that is not diffracted (or transmitted) in the zeroth order can be reflected backward to a layer in front of the first reflective layer without propagating to a display behind the optical diffraction device. The first reflective layer may be configured to have a smaller refractive index than the layer of the first optical diffraction component directly adjacent to the first reflective layer so that light of the first color having a first angle of incidence is completely reflected by the interface between the first reflective layer and the layer of the first optical diffraction component without completely reflecting light of the second color having a second angle of incidence. The first reflective layer may be any suitable layer between the first diffraction structure and the second diffraction structure. For example, the first reflective layer may be a carrier film for the first diffraction component.
第2の反射層は、第2の回折構造の後方に配置される(1458)。第2の反射層は、図11の反射層1105、又は図12A、12B、若しくは12Cの1205であり得る。第2の反射層は、ゼロ次で回折されない(又は透過される)第2の色の光が、光学回折デバイスの後方のディスプレイに伝搬することなく、第2の反射層の前に層に後方に反射することができるように、第2の入射角で入射する第2の色の光を完全に反射させるように構成されている。 The second reflective layer is positioned behind the second diffracting structure (1458). The second reflective layer may be the reflective layer 1105 in Figure 11, or 1205 in Figures 12A, 12B, or 12C. The second reflective layer is configured to completely reflect second color light incident at a second incidence angle, so that second color light that is not diffracted (or transmitted) at the zeroth order can be reflected back to the layer in front of the second reflective layer without propagating to the display behind the optical diffracting device.
光学回折デバイスの側面上に光吸収体を形成することができる。光吸収体は、図11の光吸収体1104、図12A、12Cの1204、又は図12Bの1254であり得る。光吸収体は、第1の色及び第2の色の完全に反射された光を吸収するように構成されている。 A light absorber can be formed on the side surface of an optical diffraction device. The light absorber may be the light absorber 1104 in Figure 11, 1204 in Figures 12A and 12C, or 1254 in Figure 12B. The light absorber is configured to absorb perfectly reflected light of a first and second color.
いくつかの実装態様では、第3の回折構造を含む第3の光学回折構成要素が形成される。第3の回折構成要素は、図12A、12B、又は12Cの第3の回折構成要素1230であり得る。第3の回折構造は、図12A、12B、又は12Cの第3の回折構造1232であり得る。第3の回折構造は、第3の入射角で入射する第3の色の光を、第3の回折角で一次に、第3の入射角でゼロの順序に、回折させるように構成されている。一次の第3の色の光のパワーは、ゼロ次の第3の色の光のパワーよりも実質的に高くなり得る。第1の回折角、第2の回折角、及び第3の回折角は、互いに実質的に同一であり得る。第3の入射角は、第1の入射角及び第2の入射角とは異なり得る。第1反射層及び第2の反射層の各々は、第3の入射角を有する第3の色の光を透過させるように構成することができる。第2の反射層は、第2の回折構造と第3の回折構造との間に配置することができる。第3の回折構造は、ステップ1452の第1の回折構造と同様の方法で製造することができる。第1の回折構造、第2の回折構造、及び第3の回折構造は、独立して製造することができる。第3の回折構成要素はまた、キャリアフィルム及び回折基板を含むことができる。 In some implementations, a third optical diffraction component is formed, including a third diffraction structure. The third diffraction component may be the third diffraction component 1230 in Figures 12A, 12B, or 12C. The third diffraction structure may be the third diffraction structure 1232 in Figures 12A, 12B, or 12C. The third diffraction structure is configured to diffract light of a third color incident at a third incidence angle, firstly at the third diffraction angle, and then zero at the third incidence angle. The power of the first-order third color light may be substantially higher than the power of the zero-order third color light. The first, second, and third diffraction angles may be substantially the same as each other. The third incidence angle may be different from the first and second incidence angles. Each of the first and second reflective layers may be configured to transmit light of a third color having a third incidence angle. A second reflective layer can be placed between the second and third diffraction structures. The third diffraction structure can be manufactured in the same manner as the first diffraction structure in step 1452. The first, second, and third diffraction structures can be manufactured independently. The third diffraction component may also include a carrier film and a diffraction substrate.
第3の反射層は、第3の回折構造の後方に配置することができる。第3の反射層は、図12A、12B、又は12Cの第3の反射層1207であり得る。第3の反射層は、ゼロ次で回折されない(又は透過される)第3の色の光が、第3の反射層の前の層に対して後方に反射され、かつ光学回折デバイスの側面上にコーティングされた光吸収体によって吸収することができるように、第3の入射角を有する第3の色の光を完全に反射させるように構成されている。 A third reflective layer can be positioned behind the third diffracting structure. The third reflective layer may be the third reflective layer 1207 in Figures 12A, 12B, or 12C. The third reflective layer is configured to completely reflect third-color light with a third incident angle such that light of a third color that is not diffracted (or transmitted) at the zeroth order is reflected backward from the layer preceding the third reflective layer and can be absorbed by a light absorber coated on the side surface of the optical diffracting device.
いくつかの実装態様では、第1の反射層は、第1の光学回折構成要素の第1のキャリアフィルムを含む。第2の回折構成要素の第2の回折基板は、第1の中間層、例えば、OCA層によって第1の回折構成要素の第1のキャリアフィルムに取り付けられている。第2の回折構成要素の第2のキャリアフィルムは、第2の中間層によって第3の光学回折構成要素の第3のキャリアフィルムに取り付けられており、第2の反射層は、第2の中間層を含むことができる。第3の反射層は、第3の回折構成要素の第3の回折基板に取り付けることができる。 In some implementations, the first reflective layer includes a first carrier film of the first optical diffraction component. The second diffraction substrate of the second diffraction component is attached to the first carrier film of the first diffraction component by a first intermediate layer, such as an OCA layer. The second carrier film of the second diffraction component is attached to the third carrier film of the third optical diffraction component by a second intermediate layer, and the second reflective layer may include the second intermediate layer. The third reflective layer can be attached to the third diffraction substrate of the third diffraction component.
プロセス1450は、第1の回折構成要素の前にある基板上に第1の回折構成要素を配置することを含むことができる。基板は、図11の場格子基板1102、図12Aの1202、図12Bの1252、又は図12Cの1272であり得る。基板は、前面及び背面を含むことができる。第1の回折構成要素の前面は、屈折率整合材料又はOCA層を通って基板の背面に取り付けることができる。 Process 1450 may include arranging the first diffraction element on a substrate in front of the first diffraction element. The substrate may be the field lattice substrate 1102 in Figure 11, 1202 in Figure 12A, 1252 in Figure 12B, or 1272 in Figure 12C. The substrate may include a front and a back surface. The front surface of the first diffraction element may be attached to the back surface of the substrate via a refractive index matching material or an OCA layer.
いくつかの例では、基板は、基板の背面に対して角度が付けられた側面を含み、基板は、側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されている。基板は、複数の異なる色の光が、側面に、0度と実質的に同一の入射角で入射し、それぞれの再生基準角で背面に入射するように構成することができる。 In some examples, the substrate includes sides angled relative to the back surface, and the substrate is configured to receive light of multiple different colors on its sides. The substrate can be configured so that light of multiple different colors is incident on the sides at substantially the same incident angle as 0 degrees, and incident on the back surface at their respective regeneration reference angles.
本開示の実装態様は、光学回折デバイス及びディスプレイを含むデバイスを製造する方法を提供することができる。ディスプレイは、図5Hのディスプレイ594、図5Iの594A、図5Jの594B、図5Kの594Cであり得る。光学回折デバイスは、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、図10A及び10Bの光学回折デバイス1000、図11の光学回折デバイス1100、又は図12Aの光学デバイス1200、図12Bの1250、若しくは図12Cの1270であり得る。 The embodiments of this disclosure can provide a method for manufacturing a device including an optical diffraction device and a display. The display may be the display 594 in Figure 5H, 594A in Figure 5I, 594B in Figure 5J, or 594C in Figure 5K. The optical diffraction device may be the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, the optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 1000 in Figures 10A and 10B, the optical diffraction device 1100 in Figure 11, or the optical device 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C.
方法は、図14Aのプロセス1400又は図14Bのプロセス1450に従って光学回折デバイスを形成することを含むことができる。いくつかの実装態様では、光学回折デバイスは、複数の異なる色の光のための、1つ以上の色選択的偏光子及び1つ以上の反射層を含むことができる。光学回折デバイスは、プロセス1400及びプロセス1450の組み合わせに従って製造することができる。 The method may include forming an optical diffraction device according to process 1400 in Figure 14A or process 1450 in Figure 14B. In some implementations, the optical diffraction device may include one or more color-selective polarizers and one or more reflective layers for multiple different colors of light. The optical diffraction device can be manufactured according to a combination of processes 1400 and 1450.
方法は、光学回折デバイスが複数の異なる色の光をディスプレイに回折させるように構成されているように、光学回折デバイス及びディスプレイを配置することを更に含むことができる。 The method may further include arranging the optical diffraction device and the display such that the optical diffraction device is configured to diffract light of multiple different colors onto the display.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス及びディスプレイは、光学デバイスの背面がディスプレイの前面からギャップ、例えば、エアギャップによって離間されるように配置することができる。方法は、ディスプレイの前面又は光学回折デバイスの背面のうちの少なくとも1つ上に反射防止コーティングを形成することを更に含むことができる。 In some implementations, the optical diffraction device and the display can be arranged such that the back surface of the optical device is separated from the front surface of the display by a gap, such as an air gap. The method may further include forming an anti-reflective coating on at least one of the front surface of the display or the back surface of the optical diffraction device.
いくつかの実装態様では、光学回折デバイス及びディスプレイは、中間層を通ってディスプレイの前面上に光学回折デバイスの背面を取り付けることによって配置することができる。中間層は、光学回折デバイスによってゼロ次で回折される複数の異なる色の光の各々が、中間層と光学回折デバイスの層との間の界面で完全に反射されるように、光学回折デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成することができる。 In some implementations, the optical diffraction device and the display can be arranged by mounting the back surface of the optical diffraction device on the front surface of the display through an intermediate layer. The intermediate layer may be configured to have a refractive index lower than that of the layers of the optical diffraction device, such that each of the multiple different colors of light diffracted in the zeroth order by the optical diffraction device is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the layers of the optical diffraction device.
光学回折デバイスは、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。それぞれの回折角の各々は、-10度~10度、例えば、-7度~7度の範囲にあり、0度、又は6度あり得る。ディスプレイは、回折された色の光を、光学回折デバイスを通って後方に再回折させるように構成することができる。光学回折デバイスのある領域は、ディスプレイのある領域を覆うことができる。光学回折デバイスは、基板の背面に対して角度が付けられている基板の側面で複数の異なる色の光を受信するように構成することができる光学デバイスの前方に基板を含むことができる。 An optical diffraction device is configured to diffract light of multiple different colors at diffraction angles that are substantially identical to each other. Each diffraction angle is in the range of -10° to 10°, for example, -7° to 7°, and can be 0° or 6°. A display can be configured to rediffract the diffracted light of the colors backward through the optical diffraction device. A region of the optical diffraction device can cover a region of the display. The optical diffraction device may include a substrate in front of the optical device, and can be configured to receive light of multiple different colors on the side of the substrate that is angled relative to the back surface of the substrate.
本開示の実装態様は、光学回折デバイスを動作させる方法を提供することができる。光学回折デバイスは、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、図10A及び10Bの光学回折デバイス1000、図11の光学回折デバイス1100、又は図12Aの光学デバイス1200、図12Bの1250、若しくは図12Cの1270であり得る。光学回折デバイスは、複数の異なる色の光を含む入射ビームを、個々に回折された色の光に変換するように動作することができる。 The implementation embodiments of this disclosure can provide a method for operating an optical diffraction device. The optical diffraction device may be the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, the optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 1000 in Figures 10A and 10B, the optical diffraction device 1100 in Figure 11, or the optical device 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C. The optical diffraction device can operate to convert an incident beam containing light of multiple different colors into individually diffracted light of each color.
本開示の実装態様は、光学回折デバイス及びディスプレイを含むシステムを動作させる方法を提供することができる。光学回折デバイスは、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、図10A及び10Bの光学回折デバイス1000、図11の光学回折デバイス1100、又は図12Aの光学デバイス1200、図12Bの1250、若しくは図12Cの1270であり得る。ディスプレイは、複数のディスプレイ要素を含む。ディスプレイは、図5Hのディスプレイ594、図5Iの594A、図5Jの594B、図5Kの594Cであり得る。方法は、コントローラ、例えば、図1Aのコントローラ112又は図5Hの592によって実行することができる。 The implementation embodiments of this disclosure can provide a method for operating a system including an optical diffraction device and a display. The optical diffraction device may be the optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, the optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, the optical diffraction device 1000 in Figures 10A and 10B, the optical diffraction device 1100 in Figure 11, or the optical device 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C. The display includes a plurality of display elements. The display may be the display 594 in Figure 5H, 594A in Figure 5I, 594B in Figure 5J, or 594C in Figure 5K. The method can be performed by a controller, for example, the controller 112 in Figure 1A or 592 in Figure 5H.
方法は、光学回折デバイスが、複数の異なる色の光を、個別に回折された色の光に変換して、ディスプレイを照射するように、少なくとも1つのタイミング制御信号を照射器に伝送して、照射器を作動させて、光学回折デバイスに複数の異なる色の光を放出することと、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々について、個別に回折された色の光が、変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの制御信号に対応する多色三次元光場を形成するように、ディスプレイ要素を変調するための少なくとも1つのそれぞれの制御信号を伝送することと、を含むことができる。 The method may include transmitting at least one timing control signal to an irradiator to activate the irradiator and emit light of multiple different colors into the optical diffraction device, so that the irradiator converts light of multiple different colors into light of individually diffracted colors and irradiates the display; and transmitting at least one control signal for each of the multiple display elements of the display so that the light of each individually diffracted color is reflected by the modulated display element to form a multicolor three-dimensional light field corresponding to the respective control signal.
いくつかの実装態様では、方法は、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、複数のプリミティブの各々について、三次元座標系で、プリミティブからディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、ディスプレイの複数のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、複数のディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、複数のディスプレイ要素の各々について、ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、ディスプレイ要素へのEM場寄与の合計に基づいて、それぞれの制御信号を生成することと、を更に含むことができる。多色三次元光場は、オブジェクトに対応する。 In some implementations, the method may further include: obtaining graphic data containing primitive data for multiple primitives corresponding to an object in three-dimensional space; determining the EM field contribution to each of the multiple display elements of a display by calculating the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element in a three-dimensional coordinate system for each of the multiple primitives; generating the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to the display element for each of the multiple display elements; and generating a control signal for each of the multiple display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element for modulation of at least one characteristic of the display element. The multicolor three-dimensional light field corresponds to the object.
いくつかの実装態様では、方法は、一連の期間に複数の異なる色に関連付けられた情報でディスプレイを順次変調することと、複数の異なる色の光の各々が、光学デバイスによってディスプレイに対して回折され、ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、それぞれの期間内にオブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、一連の期間のそれぞれの期間内に、複数の色の光の各々を光学デバイスに順次放出するように、照射器を制御することと、を含む。 In some implementations, the method includes sequentially modulating a display with information associated with multiple different colors over a series of periods, and controlling an irradiator to sequentially emit each of the multiple colors of light into the optical device within each period of the series, such that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display, forming a corresponding three-dimensional light field of each color for an object within each period.
光の複数の異なる色は、ディスプレイに対して、実質的に同じ回折角で光学デバイスによって回折することができる。回折角は、0度~10度の範囲内であり得る。 Multiple different colors of light can be diffracted by an optical device at substantially the same diffraction angle relative to a display. The diffraction angle can be in the range of 0 to 10 degrees.
照射器及び光学回折デバイスは、複数の異なる色の光が、それぞれの入射角で、光学回折デバイスの第1の光学回折構成要素に入射するように構成することができる。それぞれの入射角の各々は、70度~90度の範囲にある。いくつかの場合では、それぞれの入射角は、互いに異なる。いくつかの場合では、それぞれの入射角は、互いに実質的に同一である。 The irradiator and optical diffraction device can be configured so that multiple different colored lights are incident on a first optical diffraction component of the optical diffraction device at their respective incident angles. Each of these incident angles is in the range of 70 to 90 degrees. In some cases, the incident angles are different from each other. In some cases, the incident angles are substantially identical to each other.
光学回折デバイスは、複数の異なる色のための複数の回折格子を含むことができる。格子は、透過格子、反射格子、又はそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、図9A~12Cに示される光学回折デバイスの各々は、異なる色のための対応する透過格子を含む。いくつかの実装態様では、光学回折デバイスは、異なる色のために構成することができる透過格子と反射格子との組み合わせを含むことができる。光学回折デバイスは、同じ方向に向かって、又は反対方向に戻って、入射光を回折させるように構成することができる。 An optical diffraction device can include multiple diffraction gratings for multiple different colors. The gratings can include transmission gratings, reflection gratings, or combinations thereof. For example, each of the optical diffraction devices shown in Figures 9A to 12C includes a corresponding transmission grating for a different color. In some implementations, the optical diffraction device can include a combination of transmission and reflection gratings that can be configured for different colors. The optical diffraction device can be configured to diffract incident light in the same direction or back in opposite directions.
図15は、2つの色の光を個別に回折させるための、2つのそれぞれの色のための透過回折格子及び反射回折格子と対応する反射層との組み合わせを含む例示的な光学デバイス1500を例解する。光学デバイス1500は、青色のための第1の回折格子1512を有する第1の回折構成要素1510と、緑色のための第2の回折格子1522を有する第2の回折構成要素1520と、を含むことができる。第1の回折格子1512及び第2の回折格子1522の各々は、ホログラフィック格子、例えば、ブラッグ格子又は体積格子であり得る。しかしながら、青色のための第1の回折格子1512は、格子1512に入射する青色の光に対して前方に青色の光を回折させる透過格子であるように構成されている一方、緑色のための第2の回折格子1522は、格子1522に入射する緑色の光に対して後方に緑色の光を反射させる反射格子であるように構成されている。第1の回折格子1512及び第2の回折格子1522の各々は、独立して、記録媒体、例えば、フォトポリマーなどの感光性材料に記録及び固定することができる。 Figure 15 illustrates an exemplary optical device 1500 that includes a combination of transmission and reflection diffraction gratings and corresponding reflection layers for each of two colors to diffract two colors of light separately. The optical device 1500 may include a first diffraction component 1510 having a first diffraction grating 1512 for blue light, and a second diffraction component 1520 having a second diffraction grating 1522 for green light. Each of the first diffraction grating 1512 and the second diffraction grating 1522 may be a holographic grating, such as a Bragg grating or a volume grating. However, the first diffraction grating 1512 for blue light is configured to be a transmission grating that diffracts blue light forward when blue light is incident on the grating 1512, while the second diffraction grating 1522 for green light is configured to be a reflection grating that reflects green light backward when green light is incident on the grating 1522. Each of the first diffraction grating 1512 and the second diffraction grating 1522 can independently record and fix data on a recording medium, such as a photosensitive material like a photopolymer.
第1の回折構成要素1510及び第2の回折構成要素1520は、ある方向、例えば、Z方向に沿って場格子基板1502上に一緒に積層することができる。場格子基板1502は、光学的に透明な基板、例えば、ガラス基板であり得る。光学回折デバイス1500は、LCOSなどのディスプレイ、例えば、図5Hのディスプレイ594、図5Iの594A、図5Jの594B、又は図5Kの594Cの前方にあり得る。例えば、光学回折デバイス1500は、中間層を通ってディスプレイのカバーガラス1530上に配置するか、又はギャップ、例えば、エアギャップによって離間することができる。 The first diffraction component 1510 and the second diffraction component 1520 can be stacked together on a field lattice substrate 1502 along a certain direction, for example, the Z direction. The field lattice substrate 1502 may be an optically transparent substrate, such as a glass substrate. The optical diffraction device 1500 may be located in front of a display such as an LCOS, for example, display 594 in Figure 5H, 594A in Figure 5I, 594B in Figure 5J, or 594C in Figure 5K. For example, the optical diffraction device 1500 may be placed on the cover glass 1530 of the display through an intermediate layer, or it may be separated by a gap, such as an air gap.
図11の第1の回折構成要素1110及び第2の回折構成要素1120と同様に、第1の回折構成要素1510及び第2の回折構成要素1520の各々は、それぞれの回折格子1512、1522の両側に、それぞれの基板1514、1524及びそれぞれのキャリアフィルム1516、1526を含むことができる。それぞれの回折格子1512、1522は、それぞれの基板1514、1524とそれぞれのキャリアフィルム1516、1526との間にある。それぞれの基板1514、1524は、場格子基板1502の屈折率と同じか、又はそれに近い屈折率を有することができるガラス基板であり得る。それぞれのキャリアフィルム1516、1526は、TACフィルムであり得る。TACフィルムは、回折格子1512及び1522を記録するために使用される感光性ポリマーよりも低い屈折率を有することができる。光学回折デバイス1500内の隣接する層又は構成要素は、OCA、UV硬化若しくは熱硬化光学接着剤、光学接触、又は指数整合流体のうちの1つ以上の中間層を使用して一緒に取り付けることができる。例えば、第1の回折構成要素1510(例えば、基板1514)は、中間層1501、例えば、OCA層を通って場格子基板1502に結合することができる。第1の回折構成要素1510及び第2の回折構成要素1520、例えば、キャリアフィルム1516及び基板1524は、別の中間層1503、例えば、OCA層を通って一緒に取り付けることができる。光学回折デバイス1500(例えば、キャリアフィルム1526)は、中間層1505、例えば、OCA層を通ってディスプレイのカバーガラス1530に取り付けることができる。 Similar to the first diffraction component 1110 and the second diffraction component 1120 in Figure 11, each of the first diffraction component 1510 and the second diffraction component 1520 may include their respective substrates 1514 and 1524 and their respective carrier films 1516 and 1526 on both sides of their respective diffraction gratings 1512 and 1522. Each diffraction grating 1512 and 1522 is located between their respective substrates 1514 and 1524 and their respective carrier films 1516 and 1526. Each substrate 1514 and 1524 may be a glass substrate having the same or a similar refractive index as the diffraction grating substrate 1502. Each carrier film 1516 and 1526 may be a TAC film. The TAC film may have a lower refractive index than the photosensitive polymer used to record the diffraction gratings 1512 and 1522. Adjacent layers or components within the optical diffraction device 1500 can be bonded together using one or more intermediate layers selected from OCA, UV-curable or thermosetting optical adhesives, optical contacts, or exponentially matching fluids. For example, a first diffraction component 1510 (e.g., substrate 1514) can be bonded to a field grid substrate 1502 through an intermediate layer 1501, e.g., an OCA layer. The first diffraction component 1510 and a second diffraction component 1520 (e.g., carrier film 1516 and substrate 1524) can be bonded together through another intermediate layer 1503, e.g., an OCA layer. The optical diffraction device 1500 (e.g., carrier film 1526) can be bonded to a display cover glass 1530 through an intermediate layer 1505, e.g., an OCA layer.
図15に示されるように、第1の回折格子1512は、第1の入射角θb、例えば、78.4°で入射する青色の光を、それぞれの回折角で、例えば、ディスプレイに垂直に一次に、それぞれの入射角でゼロ次に回折させ、例えば、ブラッグ選択性のために、異なる入射角で緑色の光を透過させるように構成されている。したがって、対応する回折格子で個別に回折された異なる色の光の間にクロストークが存在し得ない。各色の光は、偏光することができる。一次で回折された異なる色の光の偏光状態は、同じ、例えば、s又はpであり得る。 As shown in Figure 15, the first diffraction grating 1512 is configured to diffract blue light incident at a first incidence angle θb , for example 78.4°, at each diffraction angle, for example, firstly perpendicular to the display and zero-order at each incidence angle, and to transmit green light at different incidence angles, for example, for Bragg selectivity. Therefore, there can be no crosstalk between different colored lights diffracted individually by the corresponding diffraction gratings. Each color of light can be polarized. The polarization states of different colored lights diffracted in the first order can be the same, for example, s or p.
光学回折デバイス1500は、第1の格子1512と第2の格子1522との間の第1の反射層(又は遮断層)を含むことができる。第1の格子1512は、第1の入射角θb、例えば、78.4°で入射する青色の光を、ある回折角、例えば、0°で一次に、及び第1の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。第1の反射層、例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の入射角で回折された青色の光を完全に反射させるが、第2の入射角で入射する緑色の光を透過させるように構成されている。例えば、第1の反射層の屈折率は、第1の反射層、例えば、第1の格子1512の直前の層の屈折率よりも低い。第1の反射層は、第1の格子1512と第2の格子1522との間の好適な層であり得る。いくつかの例では、第1の反射層は、図15に示されるように、キャリアフィルム1516である。 The optical diffraction device 1500 may include a first reflective layer (or blocking layer) between the first grating 1512 and the second grating 1522. The first grating 1512 is configured to diffract blue light incident at a first incidence angle θb , for example, 78.4°, at a certain diffraction angle, for example, firstly at 0° and zero-order at the first incidence angle. The refractive index of the first reflective layer, for example, is configured to completely reflect the blue light diffracted at the first incidence angle but to transmit green light incident at the second incidence angle. For example, the refractive index of the first reflective layer is lower than the refractive index of the layer immediately preceding the first reflective layer, for example, the first grating 1512. The first reflective layer may be a suitable layer between the first grating 1512 and the second grating 1522. In some examples, the first reflective layer is a carrier film 1516, as shown in Figure 15.
光学回折デバイス1500は、第2の格子1512の後、かつディスプレイカバーガラス1530の前に第2の反射層を含むことができる。第2の反射層は、中間層1505であり得、例えば、緑色の光を第2の格子1512に対して後方に完全に反射させるように構成することができる。次いで、第2の格子1512は、第2の入射角θg、例えば、76.5°で入射する緑色の光を、ディスプレイに向かって後方に、ある回折角、例えば、0°で一次に、光学回折デバイス1500に後方に、第2の入射角でゼロ次に、回折させるように構成されている。 The optical diffraction device 1500 may include a second reflective layer after the second grating 1512 and before the display cover glass 1530. The second reflective layer may be an intermediate layer 1505, which can be configured, for example, to completely reflect green light backward to the second grating 1512. The second grating 1512 is then configured to diffract green light incident at a second incidence angle θg , for example 76.5°, backward towards the display at a certain diffraction angle, for example 0° in the first order, and backward to the optical diffraction device 1500 at the second incidence angle in the zero order.
反射層1516による完全に反射された青色の光、及びゼロ次の透過された緑色の光は、光学回折デバイス1500に、光学回折デバイス1500の側面に対して後方にある。図15に例解されるように、側面の表面は、光吸収体1504、例えば、黒色コーティングでコーティングされて、対応する透過回折格子及び反射回折格子1512及び1522によってゼロ次の青色の光及び緑色の光を吸収することができる。 The blue light, completely reflected by the reflective layer 1516, and the zero-order transmitted green light are located behind the optical diffraction device 1500 relative to its side surface. As illustrated in Figure 15, the side surface is coated with a light absorber 1504, for example, a black coating, so that the zero-order blue and green light can be absorbed by the corresponding transmission and reflection diffraction gratings 1512 and 1522.
色選択的偏光子を備えた光学回折デバイスの各々(例えば、図9A~10Bに例解されるように)、及び反射層を備えた光学回折デバイス(例えば、図11~12C及び15に例解されるように)を一次元ビーム拡張器と見なすことができる。一次元ビーム拡張器は、例えば、1つ以上の回折角で入力ビームを回折させることによって、ある幅及びある高さを有する入力ビームを、同じ幅及びより大きな高さ、又は同じ高さ及びより大きな幅のいずれかを有する出力ビームに拡張するように構成することができる。 Each optical diffraction device equipped with a color-selective polarizer (e.g., as illustrated in Figures 9A–10B) and an optical diffraction device equipped with a reflective layer (e.g., as illustrated in Figures 11–12C and 15) can be considered a one-dimensional beam expander. A one-dimensional beam expander can be configured, for example, to expand an input beam having a certain width and height into an output beam having either the same width and a greater height, or the same height and a greater width, by diffracting the input beam at one or more diffraction angles.
本明細書に記載される技術は、入力ビームを、例えば、二次元ビーム拡張により、入力ビームよりも広くかつ高い出力ビームに拡張するためにも使用することができる。二次元ビーム拡張は、直列に少なくとも2つの一次元ビーム拡張器を有する二次元ビーム拡張器(又はデュアルビーム拡張器)を使用することによって達成することができる。例えば、第1の一次元ビーム拡張器は、幅又は高さのいずれかの第1の寸法で入力ビームを拡張し、第1の寸法の入力ビームよりも広い又は高い中間ビームを生成するように構成することができる。第2の一次元ビーム拡張器は、高さ又は幅のいずれかの第2の寸法で中間ビームを拡張して、第2の寸法の中間ビームよりも高い又は広い出力ビームを生成するように構成することができる。したがって、出力ビームは、第1の寸法及び第2の寸法の入力ビームよりも広く、かつ高くすることができる。 The techniques described herein can also be used to expand an input beam to an output beam that is wider and taller than the input beam, for example, by two-dimensional beam expansion. Two-dimensional beam expansion can be achieved by using a two-dimensional beam expander (or dual beam expander) having at least two one-dimensional beam expanders in series. For example, a first one-dimensional beam expander may be configured to expand the input beam by a first dimension, either width or height, to produce an intermediate beam that is wider or taller than the input beam of the first dimension. A second one-dimensional beam expander may be configured to expand the intermediate beam by a second dimension, either height or width, to produce an output beam that is taller or wider than the intermediate beam of the second dimension. Thus, the output beam can be wider and taller than the input beams of the first and second dimensions.
このような二次元ビーム拡張器構成では、一次元ビーム拡張器のうちの一方又は両方は、色選択技術を使用することができ、一次元ビーム拡張器のうちの一方又は両方は、反射層技術を使用することができる。各一次元拡張器は、反射回折素子若しくは屈折回折素子、又は反射回折素子及び屈折回折素子の組み合わせを含む、本明細書の詳細な実施形態のいずれかを使用することができる。一次元ビーム拡張器は、任意の好適な配置又は構成で連続した順序で位置付けることができる。 In such a two-dimensional beam expander configuration, one or both of the one-dimensional beam expanders may utilize color selection technology, and one or both of the one-dimensional beam expanders may utilize reflective layer technology. Each one-dimensional expander may utilize any of the detailed embodiments described herein, including a reflective diffracting element, a refractive diffracting element, or a combination of a reflective diffracting element and a refractive diffracting element. The one-dimensional beam expanders can be positioned in a sequential order in any preferred arrangement or configuration.
いくつかの実装態様では、2つのそのような一次元拡張器の間の中間ビームは、自由空間空中ジオメトリを使用して、又は例えばガラス又はアクリルで作られ、かつ両方の拡張器の基板のジオメトリ及び機能性を具現化するモノリシック又はセグメント化された基板を通って、第1の一次元拡張器から第2の一次元拡張器に結合され得る。この結合は、2つの一次元拡張器の間の1つ以上の結合素子を使用して達成することができる。結合素子は、ミラー、複数のミラー、又はミラー及びビーム分割ダイクロイック構成要素、若しくは更なる回折素子の薄膜素子を含むことができる。結合素子は、第1の一次元拡張器から2つ以上の色の共線的なコリメートされた出力光を取り、2つ以上の色の共線的なコリメートされた出力光を、2つ以上の独立したコリメートされているが、共線的ではない中間ビームに変換し、それぞれが、色のうちの1つについて、第2の一次元拡張器の色依存性角入力要件(存在する場合)を満たすことができる。同様に、第1の一次元拡張器は、各々が異なる色を有する2つ以上の光源(例えば、レーザダイオード)の共線的なコリメートされた出力を入力として有することができるか、又は各々が2つ以上の光源からの1つの色についての、2つ以上の独立したコリメートされているが、共線的ではない中間ビームを入力として有することができる。 In some implementations, an intermediate beam between two such one-dimensional expanders may be coupled from a first one-dimensional expander to a second one-dimensional expander using free-space aerial geometry or through a monolithic or segmented substrate made of, for example, glass or acrylic, and embodying the geometry and functionality of the substrates of both expanders. This coupling can be achieved using one or more coupling elements between the two one-dimensional expanders. The coupling elements may include mirrors, multiple mirrors, or mirror and beam-splitting dichroic components, or thin-film elements of further diffracting elements. The coupling element takes two or more collinear collimated output lights of Similarly, the first one-dimensional expander may have as input collinear collimated outputs of two or more light sources (e.g., laser diodes), each having a different color, or it may have as input two or more independent collimated but non-collinear intermediate beams, each for one color from two or more light sources.
ディスプレイゼロ次光抑制
ディスプレイ(例えば、LCoS)は、ディスプレイ要素(例えば、ピクセル又はフェーゼル)のアレイを含む。ディスプレイ上のディスプレイ要素の間にギャップがある。ギャップは、例えば、5%~10%の範囲の、ディスプレイの領域の一部を占める。これらのギャップにおけるディスプレイ材料(例えば、液晶)は、入力制御信号によって制御されず、したがって、ホログラフィック情報をこれらのギャップに入力することができないため、ギャップはデッドギャップと見なすことができる。対照的に、ホログラフィック情報は、ホログラフィック情報に対応するホログラフィックシーンを再構築するために光を回折させるように制御される(又は変調される)ディスプレイ要素に入力することができる。
Display Zero-Order Light Suppression A display (e.g., LCoS) includes an array of display elements (e.g., pixels or facesl). There are gaps between the display elements on the display. The gaps occupy a portion of the display area, for example, in the range of 5% to 10%. The display material (e.g., liquid crystal) in these gaps is not controlled by input control signals, and therefore holographic information cannot be input into these gaps; thus, the gaps can be considered dead gaps. In contrast, holographic information can be input into display elements that are controlled (or modulated) to diffract light in order to reconstruct a holographic scene corresponding to the holographic information.
図16は、ディスプレイ1610に入射する入射光1620の例1600を例解する。ディスプレイ1610は、図1Aのディスプレイ114、図1Bのディスプレイ156、図5Aのディスプレイ512、図5Bのディスプレイ524、図5Cのディスプレイ534、図5Dのディスプレイ544、図5Eのディスプレイ564、図5Fのディスプレイ574、図5Gのディスプレイ584、図5Hのディスプレイ594、図5Iのディスプレイ594A、図5Jのディスプレイ594B、図5Kのディスプレイ594C、図6Aのディスプレイ600、又は図6Bのディスプレイ650であり得る。他のディスプレイ配置も可能である。 Figure 16 illustrates an example 1600 of incident light 1620 incident on display 1610. Display 1610 may be display 114 in Figure 1A, display 156 in Figure 1B, display 512 in Figure 5A, display 524 in Figure 5B, display 534 in Figure 5C, display 544 in Figure 5D, display 564 in Figure 5E, display 574 in Figure 5F, display 584 in Figure 5G, display 594 in Figure 5H, display 594A in Figure 5I, display 594B in Figure 5J, display 594C in Figure 5K, display 600 in Figure 6A, or display 650 in Figure 6B. Other display configurations are also possible.
一例として、ディスプレイ1610は、液晶で作られたLCoSであり得る。ディスプレイ1610は、ギャップ1614によって離間されているディスプレイ要素1612(例えば、図1Bのディスプレイ要素160)のアレイを含む。各ディスプレイ要素1612は、要素幅1613、例えば、5μmを有する正方形(又は長方形又は任意の他の好適な)形状を有することができる。ディスプレイ要素1612はまた、任意の他の好適な形状、例えば、多角形であり得る。隣接するディスプレイ要素1612は、ギャップサイズ1615、例えば、0.5μm未満のギャップ1614によって分離されている。 As an example, the display 1610 may be an LCoS made of liquid crystal. The display 1610 includes an array of display elements 1612 (e.g., display element 160 in Figure 1B) separated by gaps 1614. Each display element 1612 may have a square (or rectangular or any other preferred) shape with an element width 1613, for example, 5 μm. The display elements 1612 may also have any other preferred shape, for example, a polygon. Adjacent display elements 1612 are separated by gaps 1614 with a gap size 1615, for example, less than 0.5 μm.
入射光1620は、入射光1620が、ディスプレイ1610の領域全体を照射することができるように、ディスプレイ1610の領域全体よりも大きいビームサイズを有することができるコリメートされた光ビームであり得る。入射光1620が入射角θiでディスプレイ1610上に入射するとき、入射光1620の第1の部分(例えば、光1620の90%~95%)がディスプレイ要素1612を照射し、入射光1620の第2の部分(例えば、光1620の5%~10%)がギャップ1614を照射する。ディスプレイ要素1612が、ホログラフィック情報(例えば、ホログラフィックデータに対応するホログラム)で、例えば、電圧によって変調されるとき、入射光1620の第1の部分は、回折角θdで、一次で、変調されたディスプレイ要素1612によって回折され、回折された一次光1622になることができる。 The incident light 1620 can be a collimated light beam having a beam size larger than the entire area of the display 1610 so that the incident light 1620 can illuminate the entire area of the display 1610. When the incident light 1620 is incident on the display 1610 at an incident angle θi , a first portion of the incident light 1620 (e.g., 90% to 95% of the light 1620) illuminates the display element 1612, and a second portion of the incident light 1620 (e.g., 5% to 10% of the light 1620) illuminates the gap 1614. When the display element 1612 is modulated with holographic information (e.g., a hologram corresponding to holographic data), for example by voltage, the first portion of the incident light 1620 can be diffracted by the modulated display element 1612 at a diffraction angle θd , in the first order, to become diffracted first-order light 1622.
回折された一次光1622は、視野角θaを有する再構築コーン(又は円錐台)1630であり得るホログラフィック光場を形成する。視野角θaは、ディスプレイ1610の1つ以上の特性(例えば、要素ピッチ1613)及び入射光1620の1つ以上の波長に依存している。いくつかの例では、視野角θaの半分は、3°~10°の範囲内にあり、例えば、5°である。例えば、ピッチd=3.7μmの場合、視野角θaは、青色の光の場合(λ=460nm)は空気中で約7°であり、赤色の光の場合(λ=640nm)は空気中で約10°である。より大きな波長を有する光は、より大きな視野角に対応する。 The diffracted primary light 1622 forms a holographic light field that can be a reconstructed cone (or frustum of a cone) 1630 having a viewing angle θa . The viewing angle θa depends on one or more characteristics of the display 1610 (e.g., element pitch 1613) and one or more wavelengths of the incident light 1620. In some examples, half of the viewing angle θa is in the range of 3° to 10°, for example, 5°. For example, with a pitch d = 3.7 μm, the viewing angle θa is about 7° in air for blue light (λ = 460 nm) and about 10° in air for red light (λ = 640 nm). Light with longer wavelengths corresponds to a larger viewing angle.
ディスプレイ1610のギャップ1614は、いかなるホログラフィック情報によっても変調されないので、ギャップ1614におけるディスプレイ1610は、反射鏡のように機能する。入射光1620の第2の部分がギャップ1614に入射するとき、入射光1620の第2の部分は、入射角θiと同一の絶対値を有する反射角θrで、ギャップ1614において反射することができる。本明細書の本開示では、「AはBと同一である」とは、Aの絶対値がBの絶対値と同一であり、Aの方向がBの方向と同一か、又は異なるかのいずれかであり得ることを示す。入射光1620の反射された第2の部分は、ディスプレイゼロ次光1624の少なくとも一部と見なすことができる。入射角θiが頂角θaの半分未満、例えば、θi=0°である場合、ディスプレイゼロ次光1624は、再構築コーン内に望ましくなく現れ得、これは、ホログラフィックシーンの効果に影響を及ぼし得る。 Since the gap 1614 of the display 1610 is not modulated by any holographic information, the display 1610 in the gap 1614 functions like a mirror. When a second portion of incident light 1620 enters the gap 1614, the second portion of incident light 1620 can be reflected in the gap 1614 at a reflection angle θr having the same absolute value as the incident angle θi . In this disclosure, “A is the same as B” means that the absolute value of A is the same as the absolute value of B, and the direction of A may be the same as or different from the direction of B. The reflected second portion of incident light 1620 can be considered as at least a portion of the display zero-order light 1624. If the incident angle θi is less than half of the apex angle θa , for example, θi = 0°, the display zero-order light 1624 may appear undesirably in the reconstructed cone, which may affect the effect of the holographic scene.
ディスプレイゼロ次光はまた、ディスプレイからの任意の他の不要な光、例えば、ギャップで回折された光、ディスプレイ要素からの反射光、又はディスプレイ上のディスプレイカバーからの反射光を含むことができる。より高い次数のディスプレイゼロ次光1624は、ギャップにおける回折された光を含むことができる。いくつかの実施態様では、ディスプレイ1610は、例えば、異なるサイズを有する不規則的又は不均一なディスプレイ要素を含むことによって、より高い次数のディスプレイゼロ次光を抑制するように構成されている。ディスプレイ要素は、周期性を有さず、例えば、図6Aに例解されているように、ボロノイパターンを形成することができる。 Display zero-order light can also include any other unwanted light from the display, such as light diffracted in the gap, reflected light from display elements, or reflected light from the display cover on the display. Higher-order display zero-order light 1624 can include light diffracted in the gap. In some embodiments, the display 1610 is configured to suppress higher-order display zero-order light by including, for example, irregular or non-uniform display elements having different sizes. The display elements are non-periodic and can form a Voronoi pattern, for example, as illustrated in Figure 6A.
本明細書における本開示では、例解のみを目的として、入射光の反射された第2の部分は、ディスプレイゼロ次光の代表と見なされる。 In this disclosure, for illustrative purposes only, the second reflected portion of the incident light is considered representative of the zero-order light of the display.
図17A~17Bは、投影画面上に(図17A)及びビューアの目に(図17B)表示されるホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光の例1700、1750を例解する。コリメートされた入力光1720は、光学デバイス1710によって結合されて、垂直入射で、すなわち、θi=0°でディスプレイ1610を照射する。光学デバイス1710は、導波管、ビームスプリッタ、又は光学回折デバイスであり得る。例解のために、光学デバイス1710は、光学回折デバイス、例えば、基板1712上に形成された格子1714を含む、図5Hのデバイス598である。しかしながら、上述したように、反射光学デバイスが使用され得る。 Figures 17A and 17B illustrate examples 1700 and 1750 of zero-order display light in a holographic scene displayed on a projection screen (Figure 17A) and to the viewer's eye (Figure 17B). Collimated input light 1720 is coupled by an optical device 1710 to illuminate the display 1610 at perpendicular incidence, i.e., θ i = 0°. The optical device 1710 may be a waveguide, a beam splitter, or an optical diffraction device. For illustrative purposes, the optical device 1710 is the device 598 in Figure 5H, which includes an optical diffraction device, for example, a grating 1714 formed on a substrate 1712. However, as described above, reflective optical devices may be used.
入力光1720の第1の部分は、ホログラフィック情報で変調されるディスプレイ1610のディスプレイ要素1612に入射し、ディスプレイ要素1612によって回折されて、回折された一次光1722になる。入力光1720の第2の部分は、ディスプレイ1610のギャップ1614に入射し、ギャップ1614で反射されて、ディスプレイゼロ次光1724の少なくとも一部となる。回折された一次光1722は、空間内で伝搬して、視野角、例えば10°の再構築コーンを形成する。入射角、例えば、0°は、視野角、例えば、5°の半分未満であるため、入射角、例えば、0°と同一の反射角で伝搬するディスプレイゼロ次光1724は、再構築コーン内にある。 A first portion of the input light 1720 is incident on the display element 1612 of the display 1610, which is modulated with holographic information, and is diffracted by the display element 1612 to become diffracted primary light 1722. A second portion of the input light 1720 is incident on the gap 1614 of the display 1610, and is reflected by the gap 1614 to become at least a portion of the display zero-order light 1724. The diffracted primary light 1722 propagates in space to form a reconstruction cone with a viewing angle, e.g., 10°. Since the angle of incidence, e.g., 0°, is less than half of the viewing angle, e.g., 5°, the display zero-order light 1724 propagating with the same angle of reflection as the angle of incidence, e.g., 0°, is within the reconstruction cone.
図17Aに例解されるように、回折された一次光1722は、三次元ホログラフィックシーンを形成し、二次元断面1732は、ディスプレイ1610に垂直な方向に沿ってディスプレイ1610から離間している二次元(2D)投影画面1730上で観察され得る。ディスプレイゼロ次光1724は、ホログラフィックシーン1732内の望ましくない画像(例えば、長方形の形状を有する)として、コリメートされたゼロ次光1734であるように見える。図17Bに例解されるように、回折された一次光1722は、ビューア1760の目にホログラフィックシーン1762を形成する。ディスプレイゼロ次光1724は、ビューア1760の目のレンズによって集束され、ホログラフィックシーン1762内の望ましくないスポットとして、集束されたゼロ次光1764であるように見える。 As illustrated in Figure 17A, the diffracted primary light 1722 forms a three-dimensional holographic scene, and the two-dimensional cross-section 1732 can be observed on a two-dimensional (2D) projection screen 1730 spaced away from the display 1610 along a direction perpendicular to the display 1610. The display zero-order light 1724 appears as collimated zero-order light 1734, as an undesirable image (e.g., having a rectangular shape) within the holographic scene 1732. As illustrated in Figure 17B, the diffracted primary light 1722 forms a holographic scene 1762 in the eye of the viewer 1760. The display zero-order light 1724 is focused by the lens of the viewer 1760's eye and appears as focused zero-order light 1764, as an undesirable spot within the holographic scene 1762.
再構築されたホログラフィックシーンの効果、したがって、ディスプレイシステムの性能を向上させるために、再構築されたホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光を抑制する(又は排除さえする)ことが望ましい。本開示の実装態様は、再構築されたホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光を抑制する(又は排除さえする)ための複数の技術、例えば、以下に説明されるような5つの技術を提供する。技術は、個々に、又はそれらの組み合わせで適用することができる。 To improve the effect of the reconstructed holographic scene and, consequently, the performance of the display system, it is desirable to suppress (or even eliminate) display zero-order light in the reconstructed holographic scene. Implementations of this disclosure provide several techniques for suppressing (or even eliminating) display zero-order light in the reconstructed holographic scene, such as five techniques described below. These techniques can be applied individually or in combination.
ディスプレイゼロ次光は、再構築されたホログラフィックシーンにおいて、光抑制効率で抑制することができる。光抑制効率は、1から、本明細書に記載の技術を使用した抑制を伴うホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光の量と、抑制を伴わないホログラフィックシーン内のディスプレイゼロ次光の量との比率引いたものとして定義される。いくつかの例では、光抑制効率は、所定の割合、例えば、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%を超える。いくつかの例では、光抑制効率は100%である。つまり、ホログラフィックシーンでは、全てのディスプレイゼロ次光が排除される。 Display zero-order light can be suppressed in the reconstructed holographic scene with a light suppression efficiency. Light suppression efficiency is defined as 1 minus the ratio of the amount of display zero-order light in the holographic scene with suppression using the techniques described herein to the amount of display zero-order light in the holographic scene without suppression. In some examples, the light suppression efficiency exceeds a predetermined percentage, e.g., 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%. In some examples, the light suppression efficiency is 100%. That is, all display zero-order light is eliminated in the holographic scene.
「位相キャリブレーション」と称される第1の技術では、ディスプレイのディスプレイ要素の位相は、所定の位相範囲、例えば、[0,2π]を有するように調整することができる。このようにして、キャリブレーションされた位相に基づいて形成されたホログラフィックシーンとディスプレイゼロ次光との信号対ノイズ比(S/N)を増加させることができる。 In the first technique, referred to as "phase calibration," the phase of the display elements of the display can be adjusted to have a predetermined phase range, for example, [0, 2π]. In this way, the signal-to-noise ratio (S/N) between the holographic scene formed based on the calibrated phase and the zero-order light of the display can be increased.
「ゼロ次ビーム発散」と称される第2の技術では、図18に例解されるように、ディスプレイゼロ次光ビームは、光学デフォーカスデバイス(例えば、凹状レンズ)によって発散されて、より低い電力密度を有する。対照的に、ホログラムは、ホログラムによって変調されたディスプレイ要素に入射するコリメートされた光ビームが回折されて、収束された光ビームになるように、事前に構成されている。収束された光ビームは、光学デフォーカスデバイスによって再集束されて、より高い電力密度を有するホログラフィックシーンを形成する。したがって、ディスプレイゼロ次光ビームは、ホログラフィックシーンで希釈又は抑制される。 In the second technique, referred to as "zero-order beam divergence," as illustrated in Figure 18, the display zero-order light beam is diverged by an optical defocusing device (e.g., a concave lens) to have a lower power density. In contrast, the hologram is pre-configured so that a collimated light beam incident on the hologram-modulated display element is diffracted to become a focused light beam. The focused light beam is then refocused by an optical defocusing device to form a holographic scene with a higher power density. Therefore, the display zero-order light beam is diluted or suppressed in the holographic scene.
「ゼロ次光偏差」と称される第3の技術では、図19A~19C、20A~20B、21、及び22に例解されるように、ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーンから逸脱している。光学デバイスは、入力光を結合して、ホログラフィックシーンを形成する再構築されたコーンの視野角の半分よりも大きい入射角でディスプレイを照射するように構成されている。ディスプレイゼロ次光は、入射角と同一の反射角度でディスプレイから離れて伝搬する。ホログラフィックシーンに対応するホログラムは、回折された一次光がディスプレイから遠ざかり、入射角が0°のときと同じように再構築コーンを形成するように予め構成されている。したがって、ディスプレイゼロ次光は、再構築コーン、したがって、ホログラフィックシーンから逸脱する。 In the third technique, referred to as "zero-order optical deviation," the zero-order light of the display deviates from the holographic scene, as illustrated in Figures 19A–19C, 20A–20B, 21, and 22. The optical device is configured to couple the input light and illuminate the display at an incident angle greater than half the viewing angle of the reconstructed cone that forms the holographic scene. The zero-order light of the display propagates away from the display at the same reflection angle as the incident angle. The hologram corresponding to the holographic scene is pre-configured so that the diffracted primary light moves away from the display, forming a reconstructed cone as if the incident angle were 0°. Therefore, the zero-order light of the display deviates from the reconstructed cone, and thus from the holographic scene.
「ゼロ次光遮断」と称される第4の技術では、図23A~23Bに例解されるように、ディスプレイゼロ次光は、最初に、第3の技術による回折された一次光から逸脱され、次いで、光学遮断構成要素、例えば、メタマテリアル層又はルーバーフィルムなどの異方性光学素子によって遮断される(又は吸収される)。光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する光ビームを透過させ、かつ所定の角度よりも大きい角度を有する光ビームを遮断するように構成されている。所定の角度は、入力光の入射角よりも小さく、かつ再構築コーンの視野角の半分よりも大きくなり得る。 In the fourth technique, referred to as "zero-order light blocking," as illustrated in Figures 23A-23B, the zero-order light of the display is first separated from the primary light diffracted by the third technique, and then blocked (or absorbed) by an anisotropic optical element such as an optical blocking component, e.g., a metamaterial layer or louver film. The optical blocking component is configured to transmit light beams with angles smaller than a predetermined angle and block light beams with angles larger than a predetermined angle. The predetermined angle can be smaller than the incident angle of the input light and larger than half the viewing angle of the reconstructed cone.
「ゼロ次光リダイレクション」と称される第5の技術では、図24~33に例解されるように、ディスプレイゼロ次光は、最初に、第3の技術による回折された一次光から逸脱され、次いで、光学回折構成要素、例えば、回折格子によって、回折された一次光から更に遠ざかる方向にリダイレクトされる。入力光が、図30A~30B、31A~31B、32、及び33に例解されるように、同時に又は順次に、異なる色の光を含む場合、光学回折構成要素は、異なる色の光の間のカラークロストークを低減するために、平面内又は空間内の異なる方向に向かって異なる色の光を回折させるように構成されている1つ以上の対応する回折格子を含むことができる。 In the fifth technique, referred to as "zero-order light redirection," as illustrated in Figures 24–33, the zero-order display light is first deviated from the primary light diffracted by the third technique, and then redirected further away from the diffracted primary light by an optical diffraction component, such as a diffraction grating. If the input light contains light of different colors simultaneously or sequentially, as illustrated in Figures 30A–30B, 31A–31B, 32, and 33, the optical diffraction component may include one or more corresponding diffraction gratings configured to diffract light of different colors in different directions in a plane or space to reduce color crosstalk between the different colors.
上記の5つの技術は、主要な、反射されたゼロ次のディスプレイゼロ次光全体を抑制するために、主に使用される。第6の技術では、ディスプレイは、例えば、異なるサイズ若しくは形状又はその両方を有する不規則的又は不均一なディスプレイ要素を使用することによって、より高い次数のディスプレイゼロ次光全体を抑制するように構成されている。ディスプレイ要素は、周期性を有さず、ボロノイパターン、又はボロノイパターン化ディスプレイ要素を形成することができる。いくつかの実装態様では、ディスプレイは、図6Aのディスプレイ600又は図6Bのディスプレイ650であり得る。 The five techniques described above are primarily used to suppress the entire amount of reflected zero-order display light. In the sixth technique, the display is configured to suppress the entire amount of higher-order zero-order display light by, for example, using irregular or non-uniform display elements having different sizes and/or shapes. The display elements may not be periodic and may form a Voronoi pattern or Voronoi-patterned display elements. In some implementations, the display may be the display 600 in Figure 6A or the display 650 in Figure 6B.
以下、最初の5つの技術をより詳細に説明する。 The following provides a more detailed explanation of the first five technologies.
第1の技術-位相キャリブレーション
位相キャリブレーションは、例えば、算出されたホログラムの直流(DC)項を引き出すことによって、ディスプレイのコントラストを増加させることができる技術であり、これは、ソフトウェア又はプログラム命令によって実装することができる。位相キャリブレーションは、不良又は不明であり得るデバイスキャリブレーションを超えた精度を達成することができる。
First Technique – Phase Calibration Phase calibration is a technique that can increase the contrast of a display, for example, by extracting the DC term of the calculated hologram, and can be implemented by software or program instructions. Phase calibration can achieve accuracy that may exceed that of device calibration, which may be poor or unknown.
いくつかの実装態様では、ホログラムは、ディスプレイのディスプレイ要素のそれぞれの位相を含む。上記のように、それぞれの位相は、各ディスプレイ要素への1つ以上の対応するオブジェクトからの算出されたEM寄与であり得る。位相キャリブレーション技術によれば、ホログラムは、ディスプレイでより高いコントラストを得るために、ディスプレイ要素が所定の位相範囲(例えば、[0,2π])を有するように、それぞれの位相を調整(例えば、スケーリング及び/又はシフト)することによって構成されている。 In some implementations, the hologram includes the phase of each display element of the display. As described above, each phase may be the calculated EM contribution from one or more corresponding objects to each display element. According to phase calibration techniques, the hologram is constructed by adjusting (e.g., scaling and/or shifting) each phase so that the display elements have a predetermined phase range (e.g., [0, 2π]) in order to obtain higher contrast on the display.
それぞれの位相は、式
式中
During the ceremony
完全にキャリブレーションされ、線形化されたディスプレイシステムでは、一対の(A,B)の値(1,0)は、入力ホログラムの最も高い回折効率を証明することによって、最高のコントラストを与えるのに最適に機能する。しかし、非線形LC曲線及びディスプレイの不正確なキャリブレーションのために、ディスプレイ要素のそれぞれの位相は、典型的には、[0,2π]の範囲内ではなく、したがって、ディスプレイコントラストが低下する。入力光が同じであるので、ディスプレイゼロ次光は同じである。ホログラムの回折効率が向上すると、ディスプレイコントラストが高くなり得、ホログラフィックシーンのS/N比が高くなり得る。 In a perfectly calibrated and linearized display system, a pair of (A,B) values (1,0) work optimally to provide the best contrast by demonstrating the highest diffraction efficiency of the input hologram. However, due to nonlinear LC curves and inaccurate display calibration, the phase of each display element is typically not within the range of [0, 2π], and therefore the display contrast is reduced. Since the input light is the same, the zero-order light of the display is the same. Improving the diffraction efficiency of the hologram can lead to higher display contrast and a higher signal-to-noise ratio (S/N ratio) of the holographic scene.
位相キャリブレーション技術によれば、ディスプレイコントラストは、位相座標系におけるそれぞれの位相をスケーリング及びシフトすることによって改善することができ、したがって、それぞれの位相は、ある範囲、例えば、正確には、[0,2π]を有するように調整される。いくつかの場合では、調整されたそれぞれの位相の範囲は、キャリブレーション及び作業LCの最大位相シフトに応じて、2πの範囲よりも小さいことがあるか、又は大きいことがある。したがって、各ディスプレイについて、最も高い回折効率をもたらし、最も高いS/N比をもたらす一対の(A,B)が存在し得る。 According to phase calibration techniques, display contrast can be improved by scaling and shifting each phase in the phase coordinate system, so that each phase is adjusted to have a certain range, for example, precisely [0, 2π]. In some cases, the range of each adjusted phase may be smaller or larger than the 2π range, depending on the calibration and the maximum phase shift of the working LC. Therefore, for each display, there may be a pair (A, B) that yields the highest diffraction efficiency and the highest signal-to-noise ratio.
ディスプレイ要素のそれぞれの位相は、ホログラフィックシーンの光抑制効率が最大になるように定数A及び定数Bを調整することによって調整することができる。光抑制効率は、所定の割合、例えば、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%よりも大きくなり得る。 The phase of each display element can be adjusted by adjusting constants A and B to maximize the light suppression efficiency of the holographic scene. The light suppression efficiency can be greater than a predetermined percentage, for example, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%.
いくつかの実装態様では、定数A及びBは、機械視覚アルゴリズム又は人工知能(AI)アルゴリズムなどの機械学習アルゴリズムによって調整される。機械視覚アルゴリズムでは、ホログラムは、ディスプレイから特定の距離にある平面の透過拡散画面に焦点を当てた擬似ランダム点を作成するように設計されている。次いで、ホログラムは、3つの原色の赤、緑、及び青(RGB)の各々について、RGB再構築された点がその平面上で完全に整列されるように、算出される。次いで、アルゴリズムは、ディスプレイコントラストが許容可能なレベルにあるように、各色について一対の値(A,B)を見つけるように設定される。一対の値(A,B)、例えば、[1,0]の最初に、特定の距離のカメラが画面上のパターンの写真を撮る。撮影された画像では、全ての点(X)の輝度が平均化され、バックグラウンドノイズ上の1つの小さな領域(Y)も測定される。X/Yの比率を計算し、特定の値よりも大きいかどうかを確認する。そうでない場合、一対の値(A,B)が変更され、許容できる一対の値(A,B)が決定されるまでプロセスが自動的に繰り返される。 In some implementations, the constants A and B are adjusted by machine learning algorithms, such as machine vision algorithms or artificial intelligence (AI) algorithms. In machine vision algorithms, the hologram is designed to create pseudo-random points focused on a plane of transmitted diffuse screen at a specific distance from the display. The hologram is then calculated so that the RGB reconstructed points for each of the three primary colors (red, green, and blue) are perfectly aligned on that plane. The algorithm is then set to find a pair of values (A, B) for each color such that the display contrast is at an acceptable level. Initially, a camera at a specific distance takes a photograph of the pattern on the screen. In the captured image, the brightness of all points (X) is averaged, and a small area (Y) on the background noise is also measured. The X/Y ratio is calculated and checked to see if it is greater than a specific value. If not, the pair of values (A, B) is changed, and the process is automatically repeated until an acceptable pair of values (A, B) is determined.
第2の技術-ゼロ次ビーム発散
図18は、ディスプレイゼロ次光ビームを発散させることによって、投影画面1830上に表示されるホログラフィックシーンにおいて、ディスプレイゼロ次光を抑制する例示的なシステム1800を例解する。ビームスプリッタ1810は、ディスプレイ1610の前方に位置付けられており、コリメートされた入力光ビーム1820を結合して、垂直入射でディスプレイ1610を照射する。光ビーム1820の第1の部分は、ホログラムによって変調されたディスプレイ要素によって回折されて、回折された第1の順序の光ビーム1822になり、光ビーム1820の第2の部分は、ディスプレイ1610のギャップによって反射されて、ディスプレイゼロ次光ビーム1824になる。光学発散構成要素、例えば、凹状レンズ1802は、ビームスプリッタ1810の下流、かつ投影画面1830の前に配置されている。いくつかの例では、光学発散構成要素は、コリメートされた光ビームが、最初に焦束され、次いで投影画面1830に向けて発散するように、凹状レンズ1802よりも投影画面1830から更に遠い位置に配置された凸状レンズを含む。
Second Technique – Zero-Order Beam Divergence Figure 18 illustrates an exemplary system 1800 that suppresses display zero-order light in a holographic scene displayed on a projection screen 1830 by diverging the display zero-order light beam. A beam splitter 1810 is positioned in front of the display 1610 and combines a collimated input light beam 1820 to illuminate the display 1610 with perpendicular incidence. A first portion of the light beam 1820 is diffracted by the display elements modulated by the hologram to become a diffracted first-order light beam 1822, and a second portion of the light beam 1820 is reflected by the gap in the display 1610 to become a display zero-order light beam 1824. An optical divergence component, such as a concave lens 1802, is positioned downstream of the beam splitter 1810 and in front of the projection screen 1830. In some examples, the optical divergent component includes a convex lens positioned further away from the projection screen 1830 than the concave lens 1802, such that the collimated light beam is first focused and then diverges toward the projection screen 1830.
ディスプレイゼロ次光ビーム1824がディスプレイ1610から出てくると、ディスプレイゼロ次光ビーム1824がコリメートされる。したがって、ディスプレイゼロ次光ビーム1824が凹状レンズ1802を透過するとき、図18に例解されるように、ディスプレイゼロ次光ビーム1824は、凹状レンズ1802によって発散される。したがって、発散されたディスプレイゼロ次光ビーム1824の電力密度は、元のコリメートされた入力光ビーム1820の電力密度と比較して、発散されたビーム領域にわたって減少又は希釈される。 When the display zero-order light beam 1824 exits the display 1610, it is collimated. Therefore, when the display zero-order light beam 1824 passes through the concave lens 1802, it is diverged by the concave lens 1802, as illustrated in Figure 18. Consequently, the power density of the diverged display zero-order light beam 1824 is reduced or diluted across the diverged beam region compared to the power density of the original collimated input light beam 1820.
第2の技術によれば、ディスプレイ1610のディスプレイ要素を変調するホログラム(又はそれぞれの位相)は、回折された一次光ビーム1822が、ディスプレイ1610から出てくるときに収束されるように事前構成することができる。収束の程度は、凹状レンズ1802の発散の程度に対応するように構成されている。すなわち、凹状レンズの発散は、構成された収束によって補償される。したがって、収束された回折された一次光ビーム1822が凹状レンズ1802を透過するとき、回折された一次光ビーム1822は、ホログラム及び凹状レンズ1802の事前構成を伴わないものと同じである、投影画面1830上に、再構築されたホログラフィックシーン1832を形成するようにコリメートされる。したがって、再構築されたホログラフィックシーン1832は、コリメートされた入力光ビーム1820のパワー密度と同じパワー密度を有する。対照的に、ディスプレイゼロ次光ビーム1834は、パワー密度が低下して、投影画面1830にわたって発散され、スミアされる(又は希釈される)。投影画面1830は、指定された距離、例えば、50cmでディスプレイ1610から離間される。ディスプレイゼロ次光ビーム1834は、暗く、ホログラフィックシーン1832内のバックグラウンドノイズのように現れることができる。そのような方法で、光抑制効率を、例えば、99%を超えるまで増加させることができ、ホログラフィックシーン1832のS/N比を増加させることができる。 According to the second technique, the hologram (or its respective phase) modulating the display elements of the display 1610 can be pre-configured so that the diffracted primary light beam 1822 converges as it exits the display 1610. The degree of convergence is configured to correspond to the degree of divergence of the concave lens 1802; that is, the divergence of the concave lens is compensated for by the configured convergence. Thus, when the converged diffracted primary light beam 1822 passes through the concave lens 1802, the diffracted primary light beam 1822 is collimated to form a reconstructed holographic scene 1832 on the projection screen 1830, which is the same as without the pre-configuration of the hologram and the concave lens 1802. Thus, the reconstructed holographic scene 1832 has the same power density as the collimated input light beam 1820. In contrast, the display zero-order light beam 1834 diverges and smears (or is diluted) across the projection screen 1830 with reduced power density. The projection screen 1830 is positioned at a specified distance, for example, 50 cm, from the display 1610. The display's zero-order light beam 1834 can appear dark, like background noise in the holographic scene 1832. In this manner, the light suppression efficiency can be increased, for example, to over 99%, thereby increasing the signal-to-noise ratio of the holographic scene 1832.
いくつかの実装態様では、ホログラムは、ディスプレイ1610のディスプレイ要素のそれぞれの位相に、対応する位相を追加することによって事前構成されている。ディスプレイ要素のそれぞれの位相は、第1の技術-位相キャリブレーションに従って調整されたそれぞれの位相であり得る。ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、
式中、
During the ceremony,
いくつかの実装態様では、ホログラムは、Unityなどの3Dソフトウェアアプリケーション、例えば、図1Aのアプリケーション106でホログラフィックシーンを設計(又はシミュレート)するときに、構成コーンの仮想レンズを追加することによって事前構成されている。構成コーンを、図20A~20Bに更に詳細に説明する。回折された一次光ビーム1822は、視野角を有する再構築コーンを形成し、構成コーンは、再構築コーンに対応し、視野角と同一の頂角を有する。シミュレーションにおいて、構成コーンは、光学発散構成要素の焦点距離に対応する距離を有するディスプレイに垂直な方向に沿って、グローバル3D座標系におけるディスプレイに対して移動することができる。構成コーンは、再構築コーン内の全てのオブジェクトに対して1回だけ移動することができる。次いで、ホログラフィックデータ、例えば、オブジェクトのプリミティブリストは、グローバル3D座標系における移動された構成コーンに基づいて生成される。 In some implementations, the hologram is pre-configured by adding a virtual lens of a constituent cone when designing (or simulating) a holographic scene in a 3D software application such as Unity, for example, application 106 in Figure 1A. The constituent cone is described in more detail in Figures 20A-20B. The diffracted primary light beam 1822 forms a reconstructed cone with a field of view, and the constituent cone corresponds to the reconstructed cone and has the same apex angle as the field of view. In the simulation, the constituent cone can be moved relative to the display in the global 3D coordinate system along a direction perpendicular to the display, with a distance corresponding to the focal length of the optically divergent components. The constituent cone can be moved only once for all objects within the reconstructed cone. Holographic data, such as a primitive list of objects, is then generated based on the moved constituent cone in the global 3D coordinate system.
第3の技術-ゼロ次光偏差
図16及び17A~17Bで上で説明したように、ホログラフィックシーン(又はホログラフィックコンテンツ)の再構築コーンは、ディスプレイ及び入力光ビームの波長に応じて視野角を有する。ディスプレイゼロ次光が再構築コーンの外に逸脱することができれば、ホログラフィックシーンは、ディスプレイゼロ次光なしで観察することができる。
Third Technique – Zero-Order Light Deviation As explained above in Figures 16 and 17A–17B, the reconstruction cone of the holographic scene (or holographic content) has a field of view depending on the wavelength of the display and the input light beam. If the zero-order light of the display can deviate outside the reconstruction cone, the holographic scene can be observed without the zero-order light of the display.
図19Aは、ディスプレイ1610が、垂直入射、すなわち、θi=0°でコリメートされた入力光1920で照射されたときの、ホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の例示的なシステム1900を例解する。光学デバイス1910は、コリメートされた入力光1920を結合して、垂直入射でディスプレイ1610を照射する。いくつかの実装態様では、図19Aで例解されるように、光学デバイス1910は、導波管デバイス、例えば、基板1912上に形成された、インカプラ1916及びアウトカプラ1914を含む、図5Gの導波管デバイス588である。 Figure 19A illustrates a system 1900 that exemplifies the zero-order optics of the display in a holographic scene when the display 1610 is illuminated with input light 1920 that is collimated at 0° perpendicular incidence. The optical device 1910 couples the collimated input light 1920 to illuminate the display 1610 at 0° incidence. In some implementations, as illustrated in Figure 19A, the optical device 1910 is a waveguide device 588 of Figure 5G, which includes an in-coupler 1916 and an out-coupler 1914 formed on a substrate 1912.
入力光1920の第1の部分は、ホログラムで変調されたディスプレイ1610のディスプレイ要素に入射し、ディスプレイ要素によって回折されて、回折された一次光1922になる。入力光1920の第2の部分は、ディスプレイ1610のギャップに入射し、ギャップにおいて反射されて、ディスプレイゼロ次光1924の少なくとも一部となる。回折された一次光1922は、空間内で伝搬して、視野角、例えば10°の再構築コーンを形成する。入射角、例えば、0°は、視野角、例えば、5°の半分未満であるため、入射角、例えば、0°と同一の反射角で伝搬するディスプレイゼロ次光1924は、再構築コーン内にある。図19Aに例解されるように、回折された一次光1922は、二次元(2D)投影画面1930上にホログラフィックシーン1932を形成する。ディスプレイゼロ次光1924は、ホログラフィックシーン1932内の望ましくない画像として、コリメートされたゼロ次光1934であるように見える。 A first portion of the input light 1920 is incident on the display element of the hologram-modulated display 1610, diffracted by the display element, and becomes diffracted primary light 1922. A second portion of the input light 1920 is incident on the gap of the display 1610, reflected in the gap, and becomes at least a portion of the display zero-order light 1924. The diffracted primary light 1922 propagates in space to form a reconstruction cone with a field of view, e.g., 10°. Since the angle of incidence, e.g., 0°, is less than half of the field of view, e.g., 5°, the display zero-order light 1924 propagating with the same angle of reflection as the angle of incidence, e.g., 0°, is within the reconstruction cone. As illustrated in Figure 19A, the diffracted primary light 1922 forms a holographic scene 1932 on a two-dimensional (2D) projection screen 1930. The display zero-order light 1924 appears as collimated zero-order light 1934, as an undesirable image within the holographic scene 1932.
図19Bは、ホログラフィックシーンからディスプレイゼロ次光を誘導(又は逸脱)することによって、投影画面1930上に表示されるホログラフィックシーンにおいて、ディスプレイゼロ次光を抑制する例1950を例解する。光学デバイス1910とは異なり、基板1962上に形成された、インカプラ1966及びアウトカプラ1964を含む光学デバイス1960は、コリメートされた入力光1920を結合して、ディスプレイ1610を0°よりも大きい入射角θiで照射するように構成されている。反射により、ディスプレイゼロ次光1974は、入射角θiと同一の反射角度θrでディスプレイ1610から出てくる。 Figure 19B illustrates an example 1950 in which the zero-order display light is suppressed in a holographic scene displayed on the projection screen 1930 by inducing (or diverting) the zero-order display light from the holographic scene. Unlike the optical device 1910, the optical device 1960, which includes an in-coupler 1966 and an out-coupler 1964 formed on the substrate 1962, is configured to couple the collimated input light 1920 to illuminate the display 1610 at an incident angle θi greater than 0°. Due to reflection, the zero-order display light 1974 exits the display 1610 at a reflection angle θr that is the same as the incident angle θi .
第3の技術によれば、ディスプレイ1610のディスプレイ要素を変調するホログラム(又はそれぞれの位相)は、回折された一次光1972が垂直入射でディスプレイ1610から出てくるように事前構成することができる。すなわち、入射角の偏差は、構成されたホログラムによって補償される。したがって、回折された一次光ビーム1972は、入射角が垂直入射であるときと同じように、投影画面1930上に再構築されたホログラフィックシーン1976として現れる再構築コーンを形成する。入射角、例えば、6°が再構築コーンの視野角の半分よりも大きい、例えば、5°である場合、ディスプレイゼロ次光1974は、再構築コーンから逸脱するか、又はシフトすることができる。したがって、図19Bに例解されるように、ディスプレイゼロ次光1974によって形成された、シフトされたディスプレイゼロ次画像1978は、投影画面1930上のホログラフィックシーン1976の外側にあり得る。同様に、図19Cに例解されるように、ビューア1990によって見られた場合、ディスプレイゼロ次光1974によって形成されたディスプレイゼロ次スポット1994は、ビューア1990の目に、回折された一次光1972によって形成されたホログラフィックシーン1992の外側にあり得る。入射角の方向を構成することにより、ディスプレイゼロ次光を空間内の上下又は左右にずらすことができる。 According to the third technique, the hologram (or their respective phases) modulating the display elements of the display 1610 can be pre-configured so that the diffracted primary light 1972 exits the display 1610 with perpendicular incidence. That is, deviations in the angle of incidence are compensated for by the configured hologram. Thus, the diffracted primary light beam 1972 forms a reconstructed cone that appears as a reconstructed holographic scene 1976 on the projection screen 1930, just as when the angle of incidence is perpendicular. If the angle of incidence, for example 6°, is greater than half the field of view of the reconstructed cone, for example 5°, the display zero-order light 1974 can deviate from or shift away from the reconstructed cone. Thus, as illustrated in Figure 19B, the shifted display zero-order image 1978 formed by the display zero-order light 1974 may be outside the holographic scene 1976 on the projection screen 1930. Similarly, as illustrated in Figure 19C, when viewed by viewer 1990, the display zero-order spot 1994 formed by the display zero-order light 1974 may be outside the holographic scene 1992 formed by the diffracted primary light 1972 to the viewer 1990's eye. By configuring the direction of the angle of incidence, the display zero-order light can be shifted vertically or horizontally in space.
いくつかの実装態様では、ホログラムは、ディスプレイ1610のディスプレイ要素のそれぞれの位相に、対応する位相を追加することによって事前構成されている。ディスプレイ要素のそれぞれの位相は、第1の技術-位相キャリブレーションに従って調整されたそれぞれの位相であり得る。ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、
式中、
During the ceremony,
いくつかの実装態様では、ホログラムは、Unityなどの3Dソフトウェアアプリケーション、例えば、図1Aのアプリケーション106でホログラフィックシーンを設計(又はシミュレート)するときに構成コーンの仮想プリズムを追加することによって事前構成されている。 In some implementations, the hologram is pre-configured by adding a virtual prism of a cone when designing (or simulating) the holographic scene in a 3D software application such as Unity, for example, application 106 in Figure 1A.
図20Aは、3Dソフトウェアアプリケーションの3D座標系におけるディスプレイ2002及び光学デバイス2010に対する構成コーン2020及び再構築コーン2030の例2000を示す。光学デバイス2010は、ライトデバイス、例えば、基板2012上に形成された格子2014を含む図5Hの光学回折デバイス598であり得る。 Figure 20A shows an example 2000 of a configuration cone 2020 and a reconstructed cone 2030 for a display 2002 and an optical device 2010 in a 3D coordinate system of a 3D software application. The optical device 2010 may be a light device, such as the optical diffraction device 598 in Figure 5H, which includes a grating 2014 formed on a substrate 2012.
図20Aで例解されるように、光学デバイス2010は、光2040を結合して、垂直入射ではなく0°を超える入射角でディスプレイ2002を照射し、これは、3D座標系に対する入射角の反射角度に対応する(例えば、同一の)角度で構成コーン2020(構成コーン2020内のオブジェクト2022を含む全てのオブジェクトとともに)を回転させることと効果的に同一である。いくつかの実装態様では、構成コーン2020は、元の3D座標系で回転される。いくつかの実装態様では、元の3D座標系は回転されるが、構成コーン2020は回転されない。3D座標系における構成コーン2020が設定されると、オブジェクトは、プリミティブの頂点を個別に変更することなく、構成コーン2020に配置することができる。したがって、シミュレートされた再構築コーン2030(再構築されたオブジェクト2032を含む全ての再構築されたオブジェクトを有する)及びディスプレイゼロ次光2042は、ディスプレイ2002に対して、3D座標系に対して同じ反射角度で回転される。すなわち、ディスプレイゼロ次光2042は、ビューアによって見られたときにホログラフィックシーンに現れることができる。 As illustrated in Figure 20A, the optical device 2010 couples light 2040 to illuminate the display 2002 at an incidence angle greater than 0° rather than perpendicular incidence, which is effectively equivalent to rotating the configuration cone 2020 (along with all objects, including object 2022 within the configuration cone 2020) by an angle corresponding to (e.g., the same as) the reflection angle of the incidence angle relative to the 3D coordinate system. In some implementations, the configuration cone 2020 is rotated in the original 3D coordinate system. In some implementations, the original 3D coordinate system is rotated, but the configuration cone 2020 is not. Once the configuration cone 2020 is set in the 3D coordinate system, objects can be placed on the configuration cone 2020 without individually modifying the vertices of primitives. Thus, the simulated reconstructed cone 2030 (having all reconstructed objects, including reconstructed object 2032) and the display zero-order light 2042 are rotated relative to the display 2002 by the same reflection angle relative to the 3D coordinate system. In other words, the zero-order light 2042 of the display can appear in the holographic scene when viewed by the viewer.
図20Bは、図20Aの構成コーン2020を調整して、3Dソフトウェアアプリケーションの3D座標系におけるホログラフィックシーンに対応するホログラムを構成する例2050を例解する。(オブジェクト2022を含む設計されたオブジェクトとともに)構成コーン2020は、3D座標系におけるディスプレイ2002の表面に対して回転角で回転することができる。回転角は、(調整されたオブジェクト2062を含む調整された設計されたオブジェクトを有する)調整された構成コーン2060がディスプレイ2002に垂直入射するように、入射角に対応している(例えば、同一である)。構成コーン2020は、全ての設計されたオブジェクトに対して一度だけ調整することができる。次いで、ホログラフィックデータ、例えば、オブジェクトのプリミティブリストは、グローバル3D座標系における調整された構成コーン2060に基づいて生成される。次いで、ホログラムは、ホログラフィックデータに基づいて生成される。 Figure 20B illustrates Example 2050, in which the configuration cone 2020 of Figure 20A is adjusted to construct a hologram corresponding to a holographic scene in the 3D coordinate system of a 3D software application. The configuration cone 2020 (along with the designed objects, including object 2022) can be rotated by a rotation angle relative to the surface of the display 2002 in the 3D coordinate system. The rotation angle corresponds to the angle of incidence (e.g., identical) such that the adjusted configuration cone 2060 (having the adjusted designed objects, including the adjusted object 2062) is perpendicularly incident to the display 2002. The configuration cone 2020 can be adjusted only once for all the designed objects. Holographic data, e.g., a primitive list of objects, is then generated based on the adjusted configuration cone 2060 in the global 3D coordinate system. The hologram is then generated based on the holographic data.
したがって、光学デバイス2010が入力光2040を結合して、入射角でディスプレイ2002を照射するとき、入力光2040の第1の部分は、予め構成されたホログラムで変調されたディスプレイ要素によって回折される。回折された一次光は、ディスプレイ2002に垂直な再構築コーン2070(設計されたオブジェクト2062の再構築されたオブジェクト2072を含む再構築されたオブジェクトを有する)を形成する。再構築コーン2070は、視野角θvを有する。対照的に、入力光2040の第2の部分は、事前に構成されたホログラムの変調を伴わずにギャップにおいて反射されて、入射角θiと同一の反射角度θrでディスプレイから出てくるディスプレイゼロ次光2042になる。したがって、入射角θiが視野角の半分よりも大きいとき、すなわち、θi>θv/2であるとき、ディスプレイゼロ次光2042は、再構築コーン2070、したがって、ビューアによって見られたときのホログラフィックシーンの外側にある。 Therefore, when the optical device 2010 combines the input light 2040 and illuminates the display 2002 at the angle of incidence, the first portion of the input light 2040 is diffracted by the display elements modulated with a pre-configured hologram. The diffracted primary light forms a reconstructed cone 2070 perpendicular to the display 2002 (having a reconstructed object including the reconstructed object 2072 of the designed object 2062). The reconstructed cone 2070 has a viewing angle θv . In contrast, the second portion of the input light 2040 is reflected in the gap without modulation of the pre-configured hologram, becoming the display zero-order light 2042 that exits the display at the same reflection angle θr as the angle of incidence θi . Therefore, when the angle of incidence θi is greater than half the viewing angle, i.e., θi > θv /2, the display zero-order light 2042 is outside the reconstructed cone 2070 and thus outside the holographic scene as seen by the viewer.
入力光2040は、任意の好適な方法で、例えば、図19Bのインカプラ1966のようなインカプラによって、図21に例解されるようなプリズムによって、又は図22に例解されるようなくさび形基板によって、光学デバイス2010に結合することができる。 The input light 2040 can be coupled to the optical device 2010 in any preferred manner, for example, by an in-coupler such as the in-coupler 1966 in Figure 19B, by a prism as illustrated in Figure 21, or by a wedge-shaped substrate as illustrated in Figure 22.
図21は、コリメートされた入力光2120を結合プリズム2111を介して光学デバイス2110に結合して、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制するための入射角でディスプレイ1610を照射する例2100を例解する。光学デバイス2110は、基板2112上に格子2114を含む。結合プリズム2111は、入力光2120を格子2114に向かって誘導する基板2112に入力光2120を結合する。格子2114は、入力光2120をディスプレイ1610に向かって外側に入射角で回折させる。ホログラムは、回折一次光2122がディスプレイ1610から出て、垂直入射を取り囲んで、再構築コーンを形成する一方、ディスプレイゼロ次光2124が入射角と同一の反射角度でディスプレイ1610から出てくるように予め構成されている。入射角が再構築コーンの視野角の半分よりも大きい場合、ディスプレイゼロ次光2124は、ビューア2130によって見られたとき、ホログラフィックシーン2132の外側に、シフトされたゼロ次スポット2134を形成する。 Figure 21 illustrates an example 2100 in which collimated input light 2120 is coupled to an optical device 2110 via a coupling prism 2111 to illuminate the display 1610 at an incident angle that suppresses zero-order display light in a holographic scene. The optical device 2110 includes a grating 2114 on a substrate 2112. The coupling prism 2111 couples the input light 2120 to the substrate 2112, which guides the input light 2120 toward the grating 2114. The grating 2114 diffracts the input light 2120 toward the display 1610 at an outward incident angle. The hologram is pre-configured so that the diffracted primary light 2122 exits the display 1610, surrounding the perpendicularly incident light to form a reconstruction cone, while the zero-order display light 2124 exits the display 1610 at the same reflection angle as the incident angle. If the angle of incidence is greater than half the field of view of the reconstruction cone, the display zero-order light 2124 forms a shifted zero-order spot 2134 outside the holographic scene 2132 when viewed by the viewer 2130.
図22は、光学デバイス2210のくさび形基板2212を介して光を結合して、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制するための入射角でディスプレイ1610を照射する例示的なシステム2200を例解する。光学デバイス2210は、くさび形基板2212上に格子2214を含む。くさび形基板2212は、入力光2120を格子2214に向かって誘導する基板2212に、入力光2220を結合する。格子2214は、入力光2120をディスプレイ1610に向かって外側に入射角で回折させる。ホログラムは、回折一次光2222がディスプレイ1610から出て、垂直入射を取り囲んで、再構築コーンを形成する一方、ディスプレイゼロ次光2224が入射角と同一の反射角度でディスプレイ1610から出てくるように予め構成されている。入射角が再構築コーンの視野角の半分よりも大きい場合、ディスプレイゼロ次光2224は、ビューア2230によって見られたとき、ホログラフィックシーン2232の外側に、シフトされたゼロ次スポット2234を形成する。 Figure 22 illustrates an exemplary system 2200 that couples light via a wedge-shaped substrate 2212 of an optical device 2210 to illuminate the display 1610 at an incident angle that suppresses zero-order display light in a holographic scene. The optical device 2210 includes a grating 2214 on the wedge-shaped substrate 2212. The wedge-shaped substrate 2212 couples input light 2220 to the substrate 2212, which guides input light 2120 toward the grating 2214. The grating 2214 diffracts the input light 2120 outward toward the display 1610 at an incident angle. The hologram is pre-configured so that diffracted primary light 2222 exits the display 1610, surrounding the perpendicularly incident light to form a reconstruction cone, while zero-order display light 2224 exits the display 1610 at the same reflection angle as the incident angle. If the angle of incidence is greater than half the field of view of the reconstruction cone, the display zero-order light 2224 forms a shifted zero-order spot 2234 outside the holographic scene 2232 when viewed by the viewer 2230.
第3の技術によれば、ディスプレイから出てくるディスプレイゼロ次光は、ディスプレイから出てくる回折された一次光よりも大きな偏差角を有する。したがって、例えば、第4の技術「ゼロ次光遮断」及び第5の技術「ゼロ次光リダイレクション」で更に説明されるように、ディスプレイゼロ次光は、角度差に基づいてホログラフィックシーンにおいて抑制(又は除去)することができる。 According to the third technique, the zero-order light emitted from the display has a larger deviation angle than the diffracted primary light emitted from the display. Therefore, as further explained in the fourth technique, "zero-order light blocking," and the fifth technique, "zero-order light redirection," for example, the zero-order light can be suppressed (or eliminated) in the holographic scene based on the angular difference.
第4の技術-ゼロ次光遮断
図23A~23Bは、光学遮断構成要素によってディスプレイから反射されたディスプレイゼロ次光を遮断又は吸収することによって、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制する例示的なシステム2300、2350を例解する。光学遮断構成要素は、任意の好適な構造、例えば、ルーバー層、メタマテリアル層、メタマテリアル構造、メタサーフェス、又は遮断特性を示すことができる任意の他の種類の工学的な微細構造又はナノ構造であり得る。
Fourth Technique – Zero-Order Light Blocking Figures 23A–23B illustrate exemplary systems 2300, 2350 that suppress display zero-order light in a holographic scene by blocking or absorbing display zero-order light reflected from the display by optical blocking components. The optical blocking components may be any preferred structure, e.g., a louver layer, a metamaterial layer, a metamaterial structure, a metasurface, or any other type of engineered microstructure or nanostructure that can exhibit blocking properties.
例解のために、図21と同様に、結合プリズム2311は、コリメートされた入力光2320を、基板2312上に形成された格子2314を有する光学デバイス2310に結合する。格子2314は、入力光2320を外側に回折させて、ディスプレイ1610を、ある入射角、例えば、再構築コーンの視野角の半分よりも大きい角度で照射するように構成されている。第3の技術を適用することによって、回折された一次光2322が、垂直入射で入力光がディスプレイ1610に入射するときと同じようにディスプレイ1610から出てくる一方、ディスプレイゼロ次光2324が、入射角と同一の反射角度でディスプレイ1610から離れて伝搬するように、ホログラムが事前に構成されている。 For illustrative purposes, similar to Figure 21, the coupling prism 2311 couples the collimated input light 2320 to an optical device 2310 having a grating 2314 formed on a substrate 2312. The grating 2314 is configured to diffract the input light 2320 outward, illuminating the display 1610 at a certain angle of incidence, for example, an angle greater than half the viewing angle of the reconstruction cone. By applying a third technique, the hologram is pre-configured such that the diffracted primary light 2322 exits the display 1610 in the same way as if the input light were incident on the display 1610 in perpendicular incidence, while the display zero-order light 2324 propagates away from the display 1610 at the same reflection angle as the angle of incidence.
メタマテリアル層2316は、光学遮断構成要素の一例として、基板2312上に形成される(例えば、上に堆積される、又はそれに付着される)。図23A~23Bに例解されるように、メタマテリアル層2316及び格子2314は、基板2312の両側上に形成することができる。メタマテリアル層2316は、対象の波長よりも小さい微細構造又はナノ構造のアレイで作製することができる。微細構造又はナノ構造のジオメトリを個別にかつ集合的に構成することによって、メタマテリアル層2316は、所望の方法で光と相互作用するように設計することができる。本開示では、メタマテリアル層2316は、所定の角度よりも小さい角度を有する光ビームを透過させ、所定の角度よりも大きい角度を有する光ビームを遮断するように構成されている。所定の角度は、入射角よりも小さく、かつ回折された一次光2322によって形成された再構築コーンの視野角の半分よりも大きいように設定することができる。したがって、回折された一次光2322は、透過効率、例えば、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%などの所定の比率以上で、メタマテリアル層2316を通って透過させることができる。対照的に、ディスプレイゼロ次光は、例えば、100%の遮断効率で、メタマテリアル層2316によって遮断又は吸収することができる。 The metamaterial layer 2316 is formed on the substrate 2312 as an example of an optical blocking component (e.g., deposited on or attached to it). As illustrated in Figures 23A-23B, the metamaterial layer 2316 and the grid 2314 can be formed on both sides of the substrate 2312. The metamaterial layer 2316 can be fabricated as an array of microstructures or nanostructures smaller than the wavelength of interest. By individually and collectively configuring the geometry of the microstructures or nanostructures, the metamaterial layer 2316 can be designed to interact with light in a desired manner. In this disclosure, the metamaterial layer 2316 is configured to transmit light beams having an angle smaller than a predetermined angle and to block light beams having an angle larger than a predetermined angle. The predetermined angle can be set to be smaller than the angle of incidence and greater than half the field of view of the reconstructed cone formed by the diffracted primary light 2322. Therefore, the diffracted primary light 2322 can be transmitted through the metamaterial layer 2316 with a transmission efficiency of, for example, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99% or higher. In contrast, the zero-order display light can be blocked or absorbed by the metamaterial layer 2316 with, for example, a blocking efficiency of 100%.
ホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の光抑制効率は、100%であり得る。図23Aに例解されるように、回折された一次光2322は、投影画面2330上に、ディスプレイゼロ次光2324のない、ホログラフィックシーン2332を形成することができる。図23Bに例解されるように、ビューア2360によって見られる場合、回折された一次光2322は、ビューア2360の目に、ディスプレイゼロ次光2324のない、ホログラフィックシーン2362を形成することができる。 The light suppression efficiency of display zero-order light in a holographic scene can be 100%. As illustrated in Figure 23A, the diffracted primary light 2322 can form a holographic scene 2332 on the projection screen 2330 that is free of display zero-order light 2324. As illustrated in Figure 23B, when viewed by the viewer 2360, the diffracted primary light 2322 can form a holographic scene 2362 for the viewer's eye that is free of display zero-order light 2324.
第5の技術-ゼロ次光リダイレクション
図24は、光学リダイレクト構造を介して、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから離れてリダイレクトすることによって、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制するシステム2400を例解する。光学リダイレクト構造は、格子、例えば、ブラッグ格子などのホログラフィック格子、又は任意の他の好適なリダイレクト構造であり得る。
Fifth Technique – Zero-Order Light Redirection Figure 24 illustrates a system 2400 that suppresses zero-order display light in a holographic scene by redirecting zero-order display light away from the holographic scene via an optical redirection structure. The optical redirection structure may be a grating, such as a holographic grating like a Bragg grating, or any other suitable redirection structure.
図5Hのシステム590と同様に、システム2400は、コンピュータ2401(例えば、図5Hのコンピュータ591)、コントローラ2402(例えば、図5Hのコントローラ592)、反射型ディスプレイ2404(例えば、図5Hの反射型ディスプレイ594)、及び照射器2406(例えば、図5Hの照射器596)を含む。システム2400はまた、光学回折デバイス、例えば、図5Hの光学回折デバイス598、図5Iの598A、図5Jの598B、若しくは図5Kの598C、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、図10A及び10Bの1000、図11の1100、図12Aの1200、図12Bの1250、若しくは図12Cの1270、又は図15の1500を含むことができる光学デバイス2410を含む。いくつかの実装態様では、図24に例解されるように、光学デバイス2410は、基板2412(例えば、図5Hの基板598-2)上の光学回折デバイスとしての透過場格子構造2414を含む。透過場格子構造2414は、図5Hの場格子構造598-1であり得る。透過場格子構造2414は、1つ以上の異なる色の光のための1つ以上の格子を含むことができる。基板2412は、透明なガラス基板であり得る。 Similar to system 590 in Figure 5H, system 2400 includes a computer 2401 (e.g., computer 591 in Figure 5H), a controller 2402 (e.g., controller 592 in Figure 5H), a reflective display 2404 (e.g., reflective display 594 in Figure 5H), and an irradiator 2406 (e.g., irradiator 596 in Figure 5H). System 2400 also includes an optical device 2410 which may include optical diffraction devices such as optical diffraction device 598 in Figure 5H, 598A in Figure 5I, 598B in Figure 5J, or 598C in Figure 5K, optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, 1000 in Figures 10A and 10B, 1100 in Figure 11, 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C, or 1500 in Figure 15. In some implementations, as illustrated in Figure 24, the optical device 2410 includes a transmission field grating structure 2414 as an optical diffraction device on a substrate 2412 (e.g., substrate 598-2 in Figure 5H). The transmission field grating structure 2414 may be field grating structure 598-1 in Figure 5H. The transmission field grating structure 2414 may include one or more gratings for one or more different colors of light. The substrate 2412 may be a transparent glass substrate.
上述のものと同様に、光学デバイス2410は、ディスプレイ2404の前面に隣接して配置することができる。いくつかの実装態様では、光学デバイス2410の上面(例えば、場格子構造2414の表面)は、例えば、指数整合材料を通って、ディスプレイ2404の前面に取り付けられている。いくつかの実装態様では、エアギャップは、光学デバイス2410の上面とディスプレイ2404との間にある。いくつかの実装態様では、スペーサ、例えば、ガラスは、光学デバイス2410の上面とディスプレイ2404との間のエアギャップに挿入されている。光の伝搬をよりよく説明するために、エアギャップは、図24及び以下の図26A~33の一例として使用される。 Similar to the above, the optical device 2410 can be positioned adjacent to the front of the display 2404. In some implementations, the top surface of the optical device 2410 (e.g., the surface of the field grid structure 2414) is attached to the front of the display 2404, for example, through an exponentially matched material. In some implementations, an air gap exists between the top surface of the optical device 2410 and the display 2404. In some implementations, a spacer, such as glass, is inserted into the air gap between the top surface of the optical device 2410 and the display 2404. To better illustrate light propagation, the air gap is used as an example in Figure 24 and Figures 26A-33 below.
コントローラ2402は、コンピュータ591から1つ以上のオブジェクトに対応するグラフィックデータを受信し(例えば、Unityなどの3Dソフトウェアアプリケーションを使用することによって)、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を生成し、メモリバッファ2403を通って、ディスプレイ2404に伝送するように構成されている。コントローラ2402はまた、照射器2406に結合されており、タイミング信号2405を提供して、入力光2420を提供するように照射器2406を作動させるように構成されている。次いで、入力光2420は、光学デバイス2410の透過場格子2414によって回折されて、ディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404のディスプレイ要素に入射する入力光2420の第1の部分は、ディスプレイ2404によって回折され、回折された一次光2421は、ビューアに向かってホログラフィック光場2422を形成する。ホログラフィック光場2422は、視野角を有する再構築コーン(又は円錐台)に対応することができる。ディスプレイ2404は、ディスプレイ2404の背面にバックミラーを含むことができ、ビューアに向かって光を反射させることができる。ディスプレイ2404のギャップに入射する入力光2420の第2の部分は、ディスプレイ2404によって、例えば、バックミラーによって反射されて、ディスプレイゼロ次光2424となる。 The controller 2402 is configured to receive graphic data corresponding to one or more objects from the computer 591 (for example, by using a 3D software application such as Unity), perform calculations on the graphic data, generate control signals for modulation, and transmit them to the display 2404 through the memory buffer 2403. The controller 2402 is also coupled to the irradiator 2406 and is configured to provide a timing signal 2405 to actuate the irradiator 2406 to provide input light 2420. The input light 2420 is then diffracted by the transmission field grating 2414 of the optical device 2410 to illuminate the display 2404. The first portion of the input light 2420 incident on the display elements of the display 2404 is diffracted by the display 2404, and the diffracted primary light 2421 forms a holographic light field 2422 toward the viewer. The holographic light field 2422 can correspond to a reconstructed cone (or frustum of a cone) with a viewing angle. The display 2404 may include a rearview mirror on its back, which can reflect light toward the viewer. A second portion of the input light 2420 entering the gap of the display 2404 is reflected by the display 2404, for example by the rearview mirror, to become the zero-order display light 2424.
上記のように、透過場格子2414は、入力光2420を照射器2406から外側に回折させて、ディスプレイ2404を、ある入射角、例えば、再構築コーン(又は円錐台)の視野角の半分よりも大きい角度で軸外に照射するように構成することができる。第3の技術を適用することによって、回折された一次光2421は、入力光2420が垂直入射で軸に入射するときと同じ様式でディスプレイ2404から出てくる一方、ディスプレイゼロ次光2424は、再構築コーンの外側にある入射角と同一である反射角度で出てくる。 As described above, the transmission field grating 2414 can be configured to diffract the input light 2420 outward from the irradiator 2406, illuminating the display 2404 off-axis at a certain incident angle, for example, an angle greater than half the viewing angle of the reconstruction cone (or frustum of a cone). By applying a third technique, the diffracted primary light 2421 exits the display 2404 in the same manner as when the input light 2420 is incident perpendicularly on the axis, while the display zero-order light 2424 exits at a reflection angle that is the same as the incident angle outside the reconstruction cone.
図24に例解されるように、システム2400は、所定の角度とは異なる角度を有する第2の光ビームよりも実質的に大きい回折効率で、ある回折角で、所定の角度と同一の角度を有する第1の光ビームを回折させるように構成された光学リダイレクト構造2416を含むことができる。光学リダイレクト構造2416は、ブラッグ格子などのホログラフィック格子であり得る。回折角は、所定の角度よりも実質的に大きくすることができる。いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構造2416は、図30A~33に更に例解されるように、1つ以上の異なる色の光のための1つ以上の格子を含む。いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構造2416は、ディスプレイ2404から離れて、光学デバイス2410の下流に配置されている。いくつかの実装態様では、図24に例解されるように、光学リダイレクト構造2416は、透過場格子構造2414とは反対にある基板2412の側に形成されている。 As illustrated in Figure 24, the system 2400 may include an optical redirection structure 2416 configured to diffract a first light beam having the same angle as a predetermined angle at a certain diffraction angle, with substantially greater diffraction efficiency than a second light beam having a different angle than a predetermined angle. The optical redirection structure 2416 may be a holographic grating such as a Bragg grating. The diffraction angle can be substantially larger than the predetermined angle. In some implementations, the optical redirection structure 2416 includes one or more gratings for one or more different colors of light, as further illustrated in Figures 30A-33. In some implementations, the optical redirection structure 2416 is located downstream of the optical device 2410, away from the display 2404. In some implementations, as illustrated in Figure 24, the optical redirection structure 2416 is formed on the side of the substrate 2412 opposite to the transmission field grating structure 2414.
第5の技術によれば、光学リダイレクト構造2416は、ディスプレイゼロ次光2424の反射角度又はディスプレイ2404における入力光2420の入射角と同一の所定の角度を有するように構成することができる。ディスプレイゼロ次光2424が反射角度で伝搬するとき、光学リダイレクト構造2416は、回折された一次光2421よりも実質的に大きい回折効率で、回折角で、ディスプレイゼロ次光2424を回折させることができる一方、回折された一次光2421は、光学リダイレクト構造2416を透過して、ホログラフィック光場2422を形成することができる。このようにして、光学リダイレクト構造2416は、ディスプレイゼロ次光2424をホログラフィック光場2422から更に遠ざける方向にリダイレクトすることができる。 According to the fifth technique, the optical redirection structure 2416 can be configured to have a predetermined angle identical to the reflection angle of the display zero-order light 2424 or the incident angle of the input light 2420 in the display 2404. When the display zero-order light 2424 propagates at the reflection angle, the optical redirection structure 2416 can diffract the display zero-order light 2424 at the diffraction angle with substantially greater diffraction efficiency than the diffracted primary light 2421, while the diffracted primary light 2421 can pass through the optical redirection structure 2416 to form the holographic light field 2422. In this way, the optical redirection structure 2416 can redirect the display zero-order light 2424 further away from the holographic light field 2422.
図25A~25Cは、ディスプレイゼロ次光を、図25A、25B、25Cのゼロ次リダイレクション格子2500、2530、2550を介して、空間内の異なる方向にリダイレクトする例を例解する。ゼロ次リダイレクション格子2500、2530、2550は、図24の光学リダイレクション格子構造2416内にあることができる。リダイレクション格子2500、2530、2550は、図7Aに例解される方法に従って製造することができる。 Figures 25A–25C illustrate an example of redirecting zero-order display light in different directions in space via zero-order redirection gratings 2500, 2530, and 2550 shown in Figures 25A, 25B, and 25C. The zero-order redirection gratings 2500, 2530, and 2550 can be located within the optical redirection grating structure 2416 shown in Figure 24. The redirection gratings 2500, 2530, and 2550 can be manufactured according to the method illustrated in Figure 7A.
比較のために、ディスプレイゼロ次光2502は、ゼロ次リダイレクション格子2500、2530、2550に、入射角-6.0°で入射しており、これは、リダイレクション格子2500、2530、2550に対する所定の角度である。リダイレクション格子2500、2530、2550は、ディスプレイゼロ次光2502の入射角よりも実質的に大きい回折角で、高い回折効率で、ディスプレイゼロ次光2502を回折させるように構成されている。リダイレクション格子2500、2530、2550は、ディスプレイゼロ次光2502を、異なる回折角、例えば、図25Aに示される格子2500の場合60°、図25Bに示す格子2530の場合56°、及び図25Cの格子2550の場合-56°で回折させるように構成することができる。 For comparison, the display zero-order light 2502 is incident on the zero-order redirection gratings 2500, 2530, and 2550 at an incident angle of -6.0°, which is a predetermined angle relative to the redirection gratings 2500, 2530, and 2550. The redirection gratings 2500, 2530, and 2550 are configured to diffract the display zero-order light 2502 with high diffraction efficiency at a diffraction angle substantially larger than the incident angle of the display zero-order light 2502. The redirection gratings 2500, 2530, and 2550 can be configured to diffract the display zero-order light 2502 at different diffraction angles, for example, 60° for grating 2500 shown in Figure 25A, 56° for grating 2530 shown in Figure 25B, and -56° for grating 2550 shown in Figure 25C.
図26A~26Eは、光が、異なる入射角で、光学リダイレクト構造(例えば、ゼロ次リダイレクション格子)を介して、空間内の異なる方向に入力するときに、ディスプレイゼロ次の光をリダイレクトする例を例解する。入射角の各々、例えば、空気中の-6°又は6°は、ホログラフィック光場に対応する再構築コーンの視野角の半分よりも大きいように、例えば、空気中の5°であるように構成されている。 Figures 26A–26E illustrate an example of redirecting zero-order light for a display when light enters in different directions in space through an optical redirection structure (e.g., a zero-order redirection grating) at different angles of incidence. Each of the angles of incidence, for example, -6° or 6° in air, is configured to be greater than half the viewing angle of the reconstruction cone corresponding to the holographic light field, for example, 5° in air.
図26Aに例解されるように、システム2600は、図24の光学デバイス2410であり得る光学デバイス2610を含む。光学デバイス2610は、基板2612(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2614(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2616(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2610は、ゼロ次リダイレクション格子構造2616上にカバーガラス2618を含むことができる。 As illustrated in Figure 26A, the system 2600 includes an optical device 2610, which may be the optical device 2410 of Figure 24. The optical device 2610 includes a substrate 2612 (e.g., the substrate 2412 of Figure 24), a transmission field grating structure 2614 (e.g., the transmission field grating structure 2414 of Figure 24), and a zero-order redirection grating structure 2616 (e.g., the zero-order redirection grating structure 2416 of Figure 24). The optical device 2610 may include a cover glass 2618 on the zero-order redirection grating structure 2616.
照射器2406からの入力光2620は、透過場格子構造2614によって回折されて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2610(ゼロ次リダイレクション格子構造2616を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2622を形成する、回折された一次光2621になる。ディスプレイ2404のギャップ上に照射する入力光2620の第2の部分は、ディスプレイゼロ次光2624としてディスプレイ2404から出てくるように反射される。ディスプレイゼロ次光2624は、ゼロ次リダイレクション格子構造2616によって、入射角よりも実質的に大きい回折角、例えば、ガラス内の-28°でリダイレクトされる。フレネル反射のために、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光の一部は、カバーガラス2618と空気との間の界面によって光学デバイス2610に対して後方に反射され、反射されたディスプレイゼロ次光、例えば、ゼロ次光2625のフレネル反射は、光学デバイス2610の縁部上に形成された光吸収体2619によって吸収することができる。光吸収体2619は、図11の光吸収体1104、図12A、12Cの1204、又は図12Bの1254と同様であり得る。リダイレクトされたディスプレイゼロ次光の別の部分は、ホログラフィック光場2622から遠く離れている、-45°のリダイレクション角度で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2626で、界面を通って空気中に下向きに透過される。 The input light 2620 from the irradiator 2406 is diffracted by the transmission field grating structure 2614 to irradiate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). The first portion of the input light 2620 that irradiates the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2610 (including the zero-order redirection grating structure 2616) to become diffracted primary light 2621 that forms the holographic light field 2622. The second portion of the input light 2620 that irradiates the gap of the display 2404 is reflected to exit the display 2404 as display zero-order light 2624. The display zero-order light 2624 is redirected by the zero-order redirection grating structure 2616 at a diffraction angle substantially larger than the incident angle, for example, -28° in the glass. Due to Fresnel reflection, a portion of the redirected display zero-order light is reflected backward to the optical device 2610 by the interface between the cover glass 2618 and the air. The Fresnel reflection of the reflected display zero-order light, e.g., zero-order light 2625, can be absorbed by a light absorber 2619 formed on the edge of the optical device 2610. The light absorber 2619 may be similar to the light absorber 1104 in Figure 11, 1204 in Figures 12A and 12C, or 1254 in Figure 12B. Another portion of the redirected display zero-order light, far from the holographic light field 2622, is transmitted downward through the interface into the air at a redirection angle of -45°, e.g., redirected zero-order light 2626.
図26Bに例解されるように、システム2630は、図24の光学デバイス2410であり得る光学デバイス2640を含む。光学デバイス2640は、基板2642(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2644(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2646(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2640は、ゼロ次リダイレクション格子構造2646上にカバーガラス2648を含むことができる。 As illustrated in Figure 26B, system 2630 includes an optical device 2640, which may be the optical device 2410 in Figure 24. The optical device 2640 includes a substrate 2642 (e.g., substrate 2412 in Figure 24), a transmission field grating structure 2644 (e.g., transmission field grating structure 2414 in Figure 24), and a zero-order redirection grating structure 2646 (e.g., zero-order redirection grating structure 2416 in Figure 24). The optical device 2640 may include a cover glass 2648 on the zero-order redirection grating structure 2646.
図26Aの光学デバイス2610の透過場格子構造2614とは異なり、光学デバイス2640の透過場格子構造2644は、入力光2620を照射器2406から回折させて、入射角+6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2640(ゼロ次リダイレクション格子構造2646を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2632を形成する、回折された一次光2631になる。ディスプレイ2404のギャップ上に照射する入力光2620の第2の部分は、ディスプレイゼロ次光2634としてディスプレイ2404から出てくるように反射される。図26Aのゼロ次リダイレクション格子構造2616とは異なり、ゼロ次リダイレクション格子構造2646は、入射角よりも実質的に大きい回折角、例えば、ガラス内の+28°でディスプレイゼロ次光2624をリダイレクトする(又は回折させる)。フレネル反射のために、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光の一部は、カバーガラス2618と空気との間の界面によって光学デバイス2610に対して後方に反射され、反射されたディスプレイゼロ次光、例えば、ゼロ次光2635のフレネル反射は、光学デバイス2640の縁部上に形成された光吸収体2649によって吸収することができる。光吸収体2649は、図26Aの光吸収体2619と同様であり得る。リダイレクトされたディスプレイゼロ次の光の別の部分は、ホログラフィック光場2622から遠く離れている、+45°のリダイレクション角度で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2636で、界面を通って空気中に上向きに透過される。 Unlike the transmission field lattice structure 2614 of the optical device 2610 in Figure 26A, the transmission field lattice structure 2644 of the optical device 2640 diffracts the input light 2620 from the irradiator 2406 to irradiate the display 2404 at an incident angle of +6° (in air). The first portion of the input light 2620 that irradiates onto the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2640 (including the zero-order redirection lattice structure 2646) to become diffracted primary light 2631 that forms the holographic light field 2632. The second portion of the input light 2620 that irradiates onto the gap of the display 2404 is reflected to exit the display 2404 as display zero-order light 2634. Unlike the zero-order redirection lattice structure 2616 in Figure 26A, the zero-order redirection lattice structure 2646 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2624 at a diffraction angle substantially larger than the incident angle, e.g., +28° within the glass. Due to Fresnel reflection, a portion of the redirected display zero-order light is reflected backward to the optical device 2610 by the interface between the cover glass 2618 and the air, and the Fresnel reflection of the reflected display zero-order light, e.g., zero-order light 2635, can be absorbed by a light absorber 2649 formed on the edge of the optical device 2640. The light absorber 2649 may be similar to the light absorber 2619 in Figure 26A. Another portion of the redirected display zero-order light, far from the holographic light field 2622, is transmitted upward through the interface into the air at a redirection angle of +45°, e.g., the redirected zero-order light 2636.
図26Cに例解されるように、システム2650は、図24の光学デバイス2410であり得る光学デバイス2660を含む。光学デバイス2660は、基板2662(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2664(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2666(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2660は、ゼロ次リダイレクション格子構造2666上にカバーガラス2668を含むことができる。 As illustrated in Figure 26C, system 2650 includes an optical device 2660, which may be the optical device 2410 in Figure 24. The optical device 2660 includes a substrate 2662 (e.g., substrate 2412 in Figure 24), a transmission field grating structure 2664 (e.g., transmission field grating structure 2414 in Figure 24), and a zero-order redirection grating structure 2666 (e.g., zero-order redirection grating structure 2416 in Figure 24). The optical device 2660 may include a cover glass 2668 on the zero-order redirection grating structure 2666.
図26Aの光学デバイス2610の透過場格子構造2614と同じで、光学デバイス2660の透過場格子構造2664は、入力光2620を照射器2406から回折させて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2660(ゼロ次リダイレクション格子構造2666を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2632を形成する、回折された一次光2631になる。ディスプレイ2404のギャップ上に照射する入力光2620の第2の部分は、ディスプレイ2404から出てくるように反射されて、ディスプレイゼロ次光2654の少なくとも一部になる。図26Aのゼロ次リダイレクション格子構造2616とは異なり、ゼロ次リダイレクション格子構造2666は、入射角よりも実質的に大きい回折角、例えば、ガラス内の+28°でディスプレイゼロ次光2654をリダイレクトする(又は回折させる)。フレネル反射のために、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光の一部は、カバーガラス2668と空気との間の界面によって光学デバイス2660に対して後方に反射され、反射されたディスプレイゼロ次光、例えば、ゼロ次光2655のフレネル反射は、光学デバイス2640の縁部上に形成された光吸収体2649によって吸収することができる。光吸収体2669は、図26Aの光吸収体2619であり得る。リダイレクトされたディスプレイゼロ次の光の別の部分は、ホログラフィック光場2622から遠く離れている、+45°のリダイレクション角度で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2656で、界面を通って空気中に上向きに透過される。 Similar to the transmission field lattice structure 2614 of the optical device 2610 in Figure 26A, the transmission field lattice structure 2664 of the optical device 2660 diffracts the input light 2620 from the irradiator 2406 to irradiate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). The first portion of the input light 2620 that irradiates the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2660 (including the zero-order redirection lattice structure 2666) to become diffracted primary light 2631 that forms the holographic light field 2632. The second portion of the input light 2620 that irradiates the gap of the display 2404 is reflected to exit the display 2404 to become at least a portion of the display zero-order light 2654. Unlike the zero-order redirection lattice structure 2616 in Figure 26A, the zero-order redirection lattice structure 2666 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2654 at a diffraction angle substantially larger than the incident angle, e.g., +28° within the glass. Due to Fresnel reflection, a portion of the redirected display zero-order light is reflected backward to the optical device 2660 by the interface between the cover glass 2668 and the air, and the Fresnel reflection of the reflected display zero-order light, e.g., zero-order light 2655, can be absorbed by a light absorber 2649 formed on the edge of the optical device 2640. The light absorber 2669 may be the light absorber 2619 in Figure 26A. Another portion of the redirected display zero-order light, far from the holographic light field 2622, is transmitted upward through the interface into the air at a redirection angle of +45°, e.g., the redirected zero-order light 2656.
カバーガラスの表面と空気との間の界面上のリダイレクトされたディスプレイゼロ次光に対するフレネル反射の影響を排除するために、カバーガラス2668の表面上に反射防止(AR)コーティングを形成することができ、したがって、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光は、高い透過率で空気中に透過することができるが、光学デバイスに対する後方への反射はほとんど又はまったくない。 To eliminate the effect of Fresnel reflection on redirected zero-order display light at the interface between the cover glass surface and the air, an anti-reflective (AR) coating can be formed on the surface of the cover glass 2668. Thus, the redirected zero-order display light can be transmitted into the air with high transmittance, while there is little to no back reflection to the optical device.
図26Dに例解されるように、システム2670は、光学デバイス2680を含む。図26Cの光学デバイス2660と同様に、光学デバイス2680は、入力光2620を回折させて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射し、ディスプレイゼロ次光2654を+45°のリダイレクション角度で空気中に上方にリダイレクトするように構成されている。ただし、図26Cの光学デバイス2660とは異なり、光学デバイス2680は、カバーガラス2668の外面上に形成されたARコーティング層2682を含み、したがって、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光は、+45°のリダイレクション角度で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2672で、カバーガラス2668を通って実質的に空気中に透過される。そのような方法では、光学デバイス2680に戻ってリダイレクトされたゼロ次光のフレネル反射がほとんど又はまったくない。 As illustrated in Figure 26D, system 2670 includes an optical device 2680. Similar to the optical device 2660 in Figure 26C, the optical device 2680 is configured to diffract input light 2620 to illuminate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air), and to redirect the display zero-order light 2654 upward into the air at a redirection angle of +45°. However, unlike the optical device 2660 in Figure 26C, the optical device 2680 includes an AR coating layer 2682 formed on the outer surface of the cover glass 2668. Therefore, the redirected display zero-order light, for example, the redirected zero-order light 2672, is transmitted substantially into the air through the cover glass 2668 at a redirection angle of +45°. In such a manner, there is little to no Fresnel reflection of the redirected zero-order light returning to the optical device 2680.
図26Eは、ディスプレイゼロ次光を更に大きなリダイレクション角度、例えば、空気中で+75°、又はガラス中で約+40°でリダイレクトする別の例を示す。図26Eに例解されるように、システム2690は、光学デバイス2692を含む。図26Cの光学デバイス2660と同様に、光学デバイス2692は、入力光2620を回折させて、(空気中で)入射角-6°でディスプレイ2404を照射するように構成されている。ただし、図26Cの光学デバイス2660とは異なり、光学デバイス2692は、ゼロ次光2654を、+75°のリダイレクション角度で空気中に上方に、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2696にリダイレクトするように構成された、ゼロ次リダイレクション格子構造2694を含む。したがって、光学デバイス2692内に戻るゼロ次光2698のより大きなフレネル反射が存在し、これは光吸収体2669によって吸収することができる。 Figure 26E shows another example of redirecting the zero-order light of the display at a larger redirection angle, e.g., +75° in air or approximately +40° in glass. As illustrated in Figure 26E, system 2690 includes an optical device 2692. Similar to the optical device 2660 in Figure 26C, the optical device 2692 is configured to diffract the input light 2620 to illuminate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). However, unlike the optical device 2660 in Figure 26C, the optical device 2692 includes a zero-order redirection lattice structure 2694 configured to redirect the zero-order light 2654 upward into air at a redirection angle of +75°, e.g., to the redirected zero-order light 2696. Thus, there is a larger Fresnel reflection of the zero-order light 2698 returning into the optical device 2692, which can be absorbed by the light absorber 2669.
p偏光を伴う光が、より大きな屈折率媒体とより小さな屈折率媒体との間の界面においてブルースター角で入射するとき、p偏光を伴う光に対するフレネル反射はない。 When p-polarized light is incident at a Brewster angle at the interface between a medium with a higher refractive index and a medium with a lower refractive index, there is no Fresnel reflection for p-polarized light.
図27Aは、p偏光を伴うディスプレイゼロ次光をリダイレクトして、ブルースター角で空気中に透過させる例示的なシステム2700を例解する。システム2700は、図24の光学デバイス2410であり得る光学デバイス2710を含む。光学デバイス2710は、基板2712(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2714(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2716(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2710は、ゼロ次リダイレクション格子構造2716上にカバーガラス2718を含むことができる。 Figure 27A illustrates an exemplary system 2700 that redirects p-polarized zero-order display light to transmit it into air at the Blue Star angle. System 2700 includes an optical device 2710, which may be the optical device 2410 shown in Figure 24. The optical device 2710 includes a substrate 2712 (e.g., the substrate 2412 in Figure 24), a transmission field lattice structure 2714 (e.g., the transmission field lattice structure 2414 in Figure 24), and a zero-order redirection lattice structure 2716 (e.g., the zero-order redirection lattice structure 2416 in Figure 24). The optical device 2710 may include a cover glass 2718 on the zero-order redirection lattice structure 2716.
図26Aの光学デバイス2610の透過場格子構造2614と同じで、光学デバイス2710の透過場格子構造2714は、入力光2620を照射器2406から回折させて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2710(ゼロ次リダイレクション格子構造2716を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2702を形成する、回折された一次光2701になる。ディスプレイ2404のギャップ上に照射する入力光2620の第2の部分は、ディスプレイゼロ次光2704としてディスプレイ2404から出てくるように反射される。ディスプレイゼロ次光2704は、p偏光状態を有することができる。いくつかの場合では、照射器2406からの入力光2620は、p偏光状態を有する。いくつかの場合では、光学デバイス2710は、回折された入力光2620の偏光状態をp偏光であるように制御するように構成された1つ以上の光学偏光デバイス(例えば、偏光子、リターダ、波長板、又はそれらの組み合わせ)を含む。いくつかの実装態様では、光学デバイス2710は、光学リターダ(例えば、広帯域半波リターダ)に続いて光学偏光子(例えば、直線偏光子)を含む。光学リターダは、例えば、対応する効率で、各色の光をs偏光からp偏光に回転させるように構成されており、光学偏光子は、s偏光からp偏光に回転されていない、いかなる割合の各色の光を吸収するように構成されている。 Similar to the transmission field lattice structure 2614 of the optical device 2610 in Figure 26A, the transmission field lattice structure 2714 of the optical device 2710 diffracts the input light 2620 from the irradiator 2406 to irradiate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). The first portion of the input light 2620 irradiating onto the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2710 (including the zero-order redirection lattice structure 2716) to become diffracted primary light 2701, forming the holographic light field 2702. The second portion of the input light 2620 irradiating onto the gap of the display 2404 is reflected to exit the display 2404 as display zero-order light 2704. Display zero-order light 2704 can have a p-polarized state. In some cases, the input light 2620 from the irradiator 2406 has a p-polarized state. In some cases, the optical device 2710 includes one or more optical polarizing devices (e.g., polarizers, retarders, waveplates, or combinations thereof) configured to control the polarization state of the diffracted input light 2620 to be p-polarized. In some implementations, the optical device 2710 includes an optical retarder (e.g., a broadband half-wave retarder) followed by an optical polarizer (e.g., a linear polarizer). The optical retarder is configured, for example, to rotate the light of each color from s-polarized to p-polarized with a corresponding efficiency, and the optical polarizer is configured to absorb any proportion of the light of each color that has not been rotated from s-polarized to p-polarized.
図26Aのゼロ次リダイレクション格子構造2616とは異なり、ゼロ次リダイレクション格子構造2716は、カバーガラス2718と空気との間の界面において、ブルースター角、例えば、ガラス内で約-37°でディスプレイゼロ次光2654をリダイレクトする(又は回折させる)。したがって、光学デバイス2710に戻るリダイレクトされたディスプレイゼロ次光のフレネル反射がなく、ほぼ全てのリダイレクトされたディスプレイゼロ次光は、約-57°のブルースター角で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2706で空気中に透過される。 Unlike the zero-order redirection lattice structure 2616 in Figure 26A, the zero-order redirection lattice structure 2716 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2654 at the interface between the cover glass 2718 and the air at a Blue Star angle, for example, approximately -37° within the glass. Therefore, there is no Fresnel reflection of the redirected display zero-order light returning to the optical device 2710, and almost all of the redirected display zero-order light is transmitted into the air at a Blue Star angle of approximately -57°, for example, as redirected zero-order light 2706.
図27B~27Cは、ブルースター角での透過のために、光学リターダなどの光学偏光デバイスを用いて、s偏光を有するディスプレイゼロ次光をリダイレクトする例を例解する。ディスプレイゼロ次光がs偏光を伴ってディスプレイ2404から出てくる場合、光学デバイスは、空気中への界面の前に光学リターダを含むことができる。光学リターダは、フレネル反射を伴わずに空気界面においてブルースター角で透過するために、s偏光状態からp偏光状態にディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することができる。 Figures 27B-27C illustrate an example of redirecting s-polarized zero-order display light using an optical polarization device such as an optical retarder for transmission at the Brewster angle. When the zero-order display light exits the display 2404 with s-polarization, the optical device can include an optical retarder before the interface to the air. The optical retarder can convert the polarization state of the zero-order display light from s-polarized to p-polarized to transmit at the Brewster angle at the air interface without Fresnel reflection.
図27Bに例解されるように、システム2730は、図24の光学デバイス2410であり得る光学デバイス2740を含む。光学デバイス2740は、基板2742(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2744(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2746(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2740は、ゼロ次リダイレクション格子構造2746上にカバーガラス2748を含むことができる。 As illustrated in Figure 27B, system 2730 includes an optical device 2740, which may be the optical device 2410 in Figure 24. The optical device 2740 includes a substrate 2742 (e.g., substrate 2412 in Figure 24), a transmission field grating structure 2744 (e.g., transmission field grating structure 2414 in Figure 24), and a zero-order redirection grating structure 2746 (e.g., zero-order redirection grating structure 2416 in Figure 24). The optical device 2740 may include a cover glass 2748 on the zero-order redirection grating structure 2746.
図27Aの光学デバイス2710の透過場格子構造2714と同様に、光学デバイス2740の透過場格子構造2744は、入力光2620を照射器2406から回折させて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2740(ゼロ次リダイレクション格子構造2746を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2732を形成する、回折された一次光2731になる。ディスプレイ2404のギャップ上に照射する入力光2620の第2の部分は、ディスプレイゼロ次光2734としてディスプレイ2404から出てくるように反射される。図27Aのディスプレイゼロ次光2704とは異なり、ディスプレイゼロ次光2734は、s偏光を有することができる。いくつかの場合では、照射器2406からの入力光2620は、s偏光状態を有する。いくつかの場合では、光学デバイス2740は、回折された入力光2620の偏光状態をs偏光であるように制御するように構成された1つ以上の光学偏光デバイスを含む。 Similar to the transmission field lattice structure 2714 of the optical device 2710 in Figure 27A, the transmission field lattice structure 2744 of the optical device 2740 diffracts the input light 2620 from the irradiator 2406 to irradiate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). The first portion of the input light 2620 that irradiates the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2740 (including the zero-order redirection lattice structure 2746) to become diffracted primary light 2731 that forms a holographic light field 2732. The second portion of the input light 2620 that irradiates the gap of the display 2404 is reflected to exit the display 2404 as display zero-order light 2734. Unlike the display zero-order light 2704 in Figure 27A, the display zero-order light 2734 can have s-polarization. In some cases, the input light 2620 from the irradiator 2406 has an s-polarization state. In some cases, the optical device 2740 includes one or more optical polarizing devices configured to control the polarization state of the diffracted input light 2620 to be s-polarized.
図27Aの光学デバイス2710とは異なり、光学デバイス2740は、ディスプレイゼロ次光2734の偏光状態をs偏光からp偏光に変換するように構成されている光学リターダ2747を含む。いくつかの例では、偏光変換は、各色について異なる効率で、各色の光をs偏光からp偏光に回転させることができる、広帯域半波長リターダを使用して達成することができる。半波長リターダの後には、s偏光からp偏光に回転されていない各色の光の割合を吸収するための、「クリーンアップ」直線偏光子が続く。このようにして、リターダは、光学デバイス2740から現れる光の偏光を、ディスプレイ2404の最良の性能により好適な別の偏光に回転させることができ、直線偏光子は、ディスプレイ240の最良の性能により好適でない偏光における、ディスプレイ2404に入射する光を除去することができる。 Unlike the optical device 2710 in Figure 27A, the optical device 2740 includes an optical retarder 2747 configured to convert the polarization state of the display's zero-order light 2734 from s-polarization to p-polarization. In some examples, the polarization conversion can be achieved using a broadband half-wavelength retarder that can rotate the light of each color from s-polarization to p-polarization with different efficiencies for each color. Following the half-wavelength retarder is a "cleanup" linear polarizer to absorb the proportion of light of each color that has not been rotated from s-polarization to p-polarization. In this way, the retarder can rotate the polarization of the light emanating from the optical device 2740 to another polarization more suitable for the best performance of the display 2404, and the linear polarizer can remove light incident on the display 2404 in polarizations that are less suitable for the best performance of the display 2404.
いくつかの実装態様では、図27Bに例解されるように、光学リターダ2747(及び任意選択的に、直線偏光子)は、基板2742上のゼロ次リダイレクション格子構造2746の前に配置されている。図27Aのゼロ次リダイレクション格子構造2716と同じで、ゼロ次リダイレクション格子構造2746は、カバーガラス2748と空気との間の界面において、ブルースター角、例えば、ガラス内で約-37°でp偏光を有するディスプレイゼロ次光2734をリダイレクトする(又は回折させる)。したがって、光学デバイス2740に戻るリダイレクトされたディスプレイゼロ次光のフレネル反射がないか、又は無視できるほどであり、ほぼ全てのリダイレクトされたディスプレイゼロ次光は、約-57°のブルースター角で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2736で、空気中に透過される。 In some implementations, as illustrated in Figure 27B, the optical retarder 2747 (and optionally, a linear polarizer) is positioned in front of the zero-order redirection grid structure 2746 on the substrate 2742. Similar to the zero-order redirection grid structure 2716 in Figure 27A, the zero-order redirection grid structure 2746 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2734, which has p-polarization at a Blue Star angle, e.g., approximately -37° within the glass, at the interface between the cover glass 2748 and the air. Therefore, there is no or negligible Fresnel reflection of the redirected display zero-order light returning to the optical device 2740, and almost all of the redirected display zero-order light is transmitted into the air at a Blue Star angle of approximately -57°, e.g., the redirected zero-order light 2736.
いくつかの実装態様では、図27Cに例解されるように、システム2750の光学デバイス2760において、光学リターダ2747は、基板2742に対して、ゼロ次リダイレクション格子構造2746の後に配置されている。ゼロ次リダイレクション格子構造2746は、基板2742と格子カバーガラス2748との間に配置されている。光学リターダ2747は、格子カバーガラス2748とリターダカバーガラス2762との間に配置することができる。図27Aのゼロ次リダイレクション格子構造2716と同じで、ゼロ次リダイレクション格子構造2746は、カバーガラス2762と空気との間の界面において、ブルースター角、例えば、ガラス内で約-37°でディスプレイゼロ次光2734をリダイレクトする(又は回折させる)。したがって、光学デバイス2760に戻るリダイレクトされたディスプレイゼロ次光のフレネル反射がないか又は無視できるほどであり、ほぼ全てのリダイレクトされたディスプレイゼロ次光は、約-57°のブルースター角で、例えば、リダイレクトされたゼロ次光2752で、空気中に透過される。 In some implementations, as illustrated in Figure 27C, in the optical device 2760 of system 2750, the optical retarder 2747 is positioned after the zero-order redirection lattice structure 2746 relative to the substrate 2742. The zero-order redirection lattice structure 2746 is positioned between the substrate 2742 and the lattice cover glass 2748. The optical retarder 2747 can be positioned between the lattice cover glass 2748 and the retarder cover glass 2762. Similar to the zero-order redirection lattice structure 2716 in Figure 27A, the zero-order redirection lattice structure 2746 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2734 at the interface between the cover glass 2762 and air at a Blue Star angle, for example, about -37° within the glass. Therefore, there is no or negligible Fresnel reflection of the redirected zero-order light of the display returning to the optical device 2760, and almost all of the redirected zero-order light of the display is transmitted into the air at a Blue Star angle of approximately -57°, for example, the redirected zero-order light 2752.
図28は、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光を吸収するために、ディスプレイゼロ次光を異方性伝送器2820にリダイレクトする例示的なシステム2800を示す。異方性伝送器2820は、所定の角度よりも小さい角度(例えば、再構築コーンの視野角の半分未満)で第1の光ビーム(例えば、回折させた一次光)を透過させ、所定の角度よりも大きい角度(例えば、リダイレクション角度)で第2の光ビーム(例えば、リダイレクトされたディスプレイゼロ次光)を吸収するように構成されている。所定の角度は、視野角の半分よりも大きく、光学リダイレクト構成要素によってディスプレイゼロ次光が回折されるリダイレクション角度よりも小さいように構成されている。 Figure 28 shows an exemplary system 2800 in which the display zero-order light is redirected to an anisotropic transmitter 2820 to absorb the redirected display zero-order light. The anisotropic transmitter 2820 is configured to transmit a first light beam (e.g., diffracted primary light) at an angle smaller than a predetermined angle (e.g., less than half the field of view of the reconstruction cone) and absorb a second light beam (e.g., redirected display zero-order light) at an angle larger than a predetermined angle (e.g., the redirection angle). The predetermined angle is configured to be greater than half the field of view and smaller than the redirection angle at which the display zero-order light is diffracted by the optical redirection component.
システム2800は、図24の光学デバイス2410を含むことができる光学デバイス2810を含む。光学デバイス2810は、基板2812(例えば、図24の基板2412)、透過場格子構造2814(例えば、図24の透過場格子構造2414)、及びゼロ次リダイレクション格子構造2816(例えば、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416)を含む。光学デバイス2810は、ゼロ次リダイレクション格子構造2816上にカバーガラス2818を含むことができる。 System 2800 includes an optical device 2810, which may include the optical device 2410 shown in Figure 24. The optical device 2810 includes a substrate 2812 (e.g., the substrate 2412 in Figure 24), a transmission field grating structure 2814 (e.g., the transmission field grating structure 2414 in Figure 24), and a zero-order redirection grating structure 2816 (e.g., the zero-order redirection grating structure 2416 in Figure 24). The optical device 2810 may include a cover glass 2818 on the zero-order redirection grating structure 2816.
図24の光学デバイス2410の透過場格子構造2414と同じで、光学デバイス2810の透過場格子構造2814は、入力光2620を照射器2406から回折させて、入射角-6°(空気中)でディスプレイ2404を照射する。ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の第1の部分は、光学デバイス2810(ゼロ次リダイレクション格子構造2816を含む)を透過するように回折されて、ホログラフィック光場2802を形成する、回折された一次光2801になる。入射角は、ホログラフィック光場2802に対応する再構築コーンの視野角の半分よりも大きいように構成されている。ディスプレイ2404のギャップ上に照射される入力光2620の第2の部分は、ディスプレイゼロ次光2804の少なくとも一部としてディスプレイ2404から出てくるように反射される。図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416と同様に、ゼロ次のリダイレクション格子構造2816は、入射角よりも実質的に大きいリダイレクション角度、例えば、空気中の約75°に対応する角度で、ディスプレイゼロ次光2804をリダイレクトする(又は回折させる)。 Similar to the transmission field lattice structure 2414 of the optical device 2410 in Figure 24, the transmission field lattice structure 2814 of the optical device 2810 diffracts the input light 2620 from the irradiator 2406 to irradiate the display 2404 at an incident angle of -6° (in air). The first portion of the input light 2620 that irradiates the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2810 (including the zero-order redirection lattice structure 2816) to become diffracted primary light 2801 that forms the holographic light field 2802. The incident angle is configured to be greater than half the viewing angle of the reconstructed cone corresponding to the holographic light field 2802. The second portion of the input light 2620 that irradiates the gap of the display 2404 is reflected so that it exits the display 2404 as at least part of the display zero-order light 2804. Similar to the zero-order redirection lattice structure 2416 in Figure 24, the zero-order redirection lattice structure 2816 redirects (or diffracts) the display zero-order light 2804 at a redirection angle substantially larger than the angle of incidence, for example, an angle corresponding to approximately 75° in air.
図24の光学回折構造2410とは異なり、光学デバイス2810は、回折された一次光2801を透過させ、ディスプレイゼロ次光2804を吸収するように構成された異方性伝送器2820を含むことができる。いくつかの例において、異方性伝送器2820は、空気中で約±30°又はアクリル中で約±20°を有するように構成されたルーバーフィルムを含む。異方性伝送器2820は、回折された一次光2801を、例えば、空気中で約±5°(アクリル中で約±3°)で実質的に透過させ、ディスプレイゼロ次光2804を、例えば、空気中で約75°で吸収する。異方性伝送器2820は、s偏光状態又はp偏光状態のいずれかを有するディスプレイゼロ次光2804について、異方性伝送器2820の表面から光学デバイス2810に戻る有意なフレネル反射がないように、カバーガラス2818に指数を整合させることができる。ルーバーフィルム内のルーバーは、ルーバーフィルムの透過材料に指数を整合させて、ルーバーからのフレネル反射を除去することもできる。 Unlike the optical diffraction structure 2410 in Figure 24, the optical device 2810 may include an anisotropic transmitter 2820 configured to transmit the diffracted primary light 2801 and absorb the display zero-order light 2804. In some examples, the anisotropic transmitter 2820 includes a louver film configured to have about ±30° in air or about ±20° in acrylic. The anisotropic transmitter 2820 substantially transmits the diffracted primary light 2801, for example, about ±5° in air (about ±3° in acrylic), and absorbs the display zero-order light 2804, for example, about 75° in air. The anisotropic transmitter 2820 can be indexed to the cover glass 2818 so that there is no significant Fresnel reflection returning from the surface of the anisotropic transmitter 2820 to the optical device 2810 for the display zero-order light 2804 having either an s-polarized or p-polarized state. The louvers within the louver film can also be adjusted to match the index of the permeable material of the louver film, thereby eliminating Fresnel reflection from the louvers.
図26A~26E、27A~27B、及び図28に示される前の例では、ゼロ次リダイレクション格子構造は、空気への界面における全反射のための臨界角よりも小さいリダイレクション角度でディスプレイゼロ次光を回折させるように構成されている。 In the previous examples shown in Figures 26A–26E, 27A–27B, and Figure 28, the zero-order redirection lattice structure is configured to diffract the zero-order display light at a redirection angle smaller than the critical angle for total internal reflection at the interface with air.
図29は、ディスプレイゼロ次光を完全に反射させるようにディスプレイゼロ次光をリダイレクトする例示的なシステム2900を例解する。図26Aの光学デバイス2610と同様に、システム2900の光学デバイス2910は、基板2912上に形成され、かつ入力光2620を回折させて、入射角、例えば、空気中で-6°、及びガラス中で約-4°でディスプレイ2404を照射するように構成された、透過場格子構造2914を含む。 Figure 29 illustrates an exemplary system 2900 that redirects the zero-order light of a display to completely reflect the zero-order light of the display. Similar to the optical device 2610 in Figure 26A, the optical device 2910 of system 2900 includes a transmission field lattice structure 2914 formed on a substrate 2912 and configured to diffract input light 2620 to illuminate the display 2404 at incident angles, for example, -6° in air and approximately -4° in glass.
ただし、図26Aの光学デバイス2610とは異なり、光学デバイス2910は、高-低指数界面2919におけるカバーガラス2918から空気への移行のための、ガラス中の全内部反射のための臨界角、例えば、約41°よりも大きい、ガラス中のリダイレクション角度、例えば約+60°で、ディスプレイゼロ次光2904をリダイレクトするように構成されたゼロ次リダイレクション格子構造2916を含む。したがって、ディスプレイゼロ次光2904は、界面2919において完全に反射され、ディスプレイゼロ次光2906のフレネル反射は、光学デバイス2910の縁部に形成された光吸収体2920(例えば、図26Aの光吸収体2619)によって吸収することができる。対照的に、ディスプレイ2404の変調されたディスプレイ要素上に照射する入力光2620の一部分は、光学デバイス2910(ゼロ次リダイレクション格子構造2916を含む)を透過するように回折されて、ディスプレイゼロ次光2904のない、ホログラフィック光場2902を形成する回折された第一次光2901になる。 However, unlike the optical device 2610 in Figure 26A, the optical device 2910 includes a zero-order redirection lattice structure 2916 configured to redirect the display zero-order light 2904 at a redirection angle in the glass, e.g., about +60°, which is greater than the critical angle for total internal reflection in the glass, e.g., about 41°, for the transition from the cover glass 2918 to air at the high-low index interface 2919. Thus, the display zero-order light 2904 is completely reflected at the interface 2919, and the Fresnel reflection of the display zero-order light 2906 can be absorbed by a light absorber 2920 (e.g., the light absorber 2619 in Figure 26A) formed at the edge of the optical device 2910. In contrast, a portion of the input light 2620 illuminating the modulated display elements of the display 2404 is diffracted to pass through the optical device 2910 (including the zero-order redirection lattice structure 2916) to become diffracted first-order light 2901, which forms a holographic light field 2902 without the zero-order display light 2904.
ディスプレイを照射する入力光は、例えば、赤色、緑色、及び青色などの複数の異なる色の光を含むことができる。異なる色の光は、ディスプレイに順次入射することができ、対応する異なる色のホログラフィックデータ(又はホログラム)は、ディスプレイのディスプレイ要素を順次変調することができる。上記のように、光学回折デバイス、例えば、図5Hの光学回折デバイス598は、異なる色の光を回折させて、ディスプレイを照射するように構成することができ、また、異なる色の光の間のカラークロストークを低減するように構成することもできる。例えば、光学回折デバイス598は、例えば、図9A~12Cに例解されるように、異なる記録層において異なる色のための複数のホログラフィック格子を含む。いくつかの例では、図9A~10Bに関して上で説明したように、光学回折デバイスは、カラークロストークを抑制する(例えば、排除するか、又は最小化する)ための、1つ以上の色選択的偏光子を有する複数のホログラフィック格子を含むことができる。いくつかの例では、図11~12C及び15に関して上で説明したように、光学回折デバイスは、カラークロストーク及びゼロ次光を抑制するための、それぞれの入射角で入射する異なる色の光についての1つ以上の反射層を有する複数のホログラフィック格子を含むことができる。 The input light illuminating the display can include, for example, light of several different colors, such as red, green, and blue. Light of different colors can be incident sequentially on the display, and the corresponding holographic data (or holograms) of different colors can sequentially modulate the display elements of the display. As described above, an optical diffraction device, for example, the optical diffraction device 598 in Figure 5H, can be configured to diffract light of different colors to illuminate the display, and can also be configured to reduce color crosstalk between light of different colors. For example, the optical diffraction device 598 includes multiple holographic gratings for different colors in different recording layers, as illustrated, for example, in Figures 9A to 12C. In some examples, as described above with respect to Figures 9A to 10B, the optical diffraction device can include multiple holographic gratings having one or more color-selective polarizers to suppress (e.g., eliminate or minimize) color crosstalk. In some examples, as described above with respect to Figures 11 to 12C and 15, the optical diffraction device can include multiple holographic gratings having one or more reflective layers for light of different colors incident at each incident angle to suppress color crosstalk and zero-order light.
同様に、光学リダイレクトデバイスはまた、対応するホログラフィックシーンから出て、異なる色のディスプレイゼロ次光のリダイレクトするように構成することができ、また、例えば、平面内及び/又は空間内のホログラフィックシーンから離れた異なる方向に、異なる色のディスプレイゼロ次光をリダイレクトすることによって、異なる色のディスプレイゼロ次光の間のカラークロストークを低減するように構成することもできる。以下、図30A~30B、31A~31B、32、及び33は、実装態様の異なる例を例解する。 Similarly, optical redirection devices can also be configured to redirect display zero-order light of different colors away from the corresponding holographic scene, and can also be configured to reduce color crosstalk between display zero-order light of different colors by redirecting display zero-order light of different colors in different directions away from the holographic scene, for example, in a plane and/or space. Figures 30A-30B, 31A-31B, 32, and 33 illustrate different implementation examples.
図30A~30Bは、2つの異なる色(例えば、青色及び赤色)のディスプレイゼロ次光を、ホログラフィックシーンから離れた異なる方向にリダイレクトする例を例解する。 Figures 30A-30B illustrate an example of redirecting zero-order display light of two different colors (e.g., blue and red) in different directions away from the holographic scene.
図30Aに例解されるように、図24のシステム2400と同様に、システム3000は、コンピュータ2401(例えば、図24のコンピュータ2401)、コントローラ3002(例えば、図24のコントローラ2402)、反射型ディスプレイ3004(例えば、図24の反射型ディスプレイ2404)、及び照射器3006(例えば、図24の照射器2406)を含む。システム3000はまた、光学回折デバイス、例えば、図9A及び9Bの光学回折デバイス900、又は図11の1100を含むことができる光学デバイス3010も含む。いくつかの実装態様では、図30Aに例解されるように、光学デバイス3010は、基板3012(例えば、図24の基板2412)上の透過場格子構造3014を含む。透過場格子構造3014は、2つの異なる色の光のための2つの対応する異なる格子を含むことができる。 As illustrated in Figure 30A, similar to system 2400 in Figure 24, system 3000 includes a computer 2401 (e.g., computer 2401 in Figure 24), a controller 3002 (e.g., controller 2402 in Figure 24), a reflective display 3004 (e.g., reflective display 2404 in Figure 24), and an irradiator 3006 (e.g., irradiator 2406 in Figure 24). System 3000 also includes an optical device 3010, which may include an optical diffraction device, e.g., the optical diffraction device 900 in Figures 9A and 9B, or 1100 in Figure 11. In some implementations, as illustrated in Figure 30A, the optical device 3010 includes a transmission field grating structure 3014 on a substrate 3012 (e.g., substrate 2412 in Figure 24). The transmission field grating structure 3014 may include two corresponding different gratings for two different colors of light.
コントローラ3002は、コンピュータ3001から1つ以上のオブジェクトに対応するグラフィックデータを受信し(例えば、Unityなどの3Dソフトウェアアプリケーションを使用することによって)、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を生成し、メモリバッファ3003を通って、ディスプレイ3004に伝送するように構成されている。コントローラ3002はまた、照射器3006に結合されており、タイミング信号3005を提供して、入力光3020を提供するように照射器3006を作動させるように構成されている。次いで、入力光3020は、光学デバイス3010の透過場格子構造3014によって回折されて、ディスプレイ3004を照射する。ディスプレイ3004のディスプレイ要素に入射する入力光3020の第1の部分は、ディスプレイ3004によって回折され、回折された一次光3021は、ビューアに向かってホログラフィック光場3022を形成する。ホログラフィック光場3022は、視野角を有する再構築コーン(又は円錐台)に対応することができる。ディスプレイ3004のギャップに入射する入力光3020の第2の部分は、ディスプレイ3004によって反射されて、ディスプレイゼロ次光3024の少なくとも一部となる。 The controller 3002 is configured to receive graphic data corresponding to one or more objects from the computer 3001 (for example, by using a 3D software application such as Unity), perform calculations on the graphic data, generate control signals for modulation, and transmit them to the display 3004 through the memory buffer 3003. The controller 3002 is also coupled to the irradiator 3006 and is configured to provide a timing signal 3005 to actuate the irradiator 3006 to provide input light 3020. The input light 3020 is then diffracted by the transmission field grating structure 3014 of the optical device 3010 to irradiate the display 3004. The first portion of the input light 3020 incident on the display elements of the display 3004 is diffracted by the display 3004, and the diffracted primary light 3021 forms a holographic light field 3022 toward the viewer. The holographic light field 3022 can correspond to a reconstructed cone (or frustum of a cone) with a viewing angle. The second portion of the input light 3020 incident on the gap of the display 3004 is reflected by the display 3004 and becomes at least a portion of the display zero-order light 3024.
透過場格子構造3014は、異なる色の入力光3020を照射器3006から外側に回折させて、ディスプレイ3004を、再構築コーン(又は円錐台)の視野角の半分よりも大きい、ある入射角、例えば、空気中で-6°又はガラス中で約-4°で、軸外に照射するように構成されている。第3の技術を適用することによって、回折された一次光3021は、入力光3020が垂直入射で軸に入射するときと同じ様式でディスプレイ3004から出てくる一方、ディスプレイゼロ次光3024は、再構築コーンの外側にある入射角と同一である反射角度で出てくる。 The transmission field lattice structure 3014 is configured to diffract input light 3020 of different colors outward from the irradiator 3006, illuminating the display 3004 off-axis at a certain incident angle greater than half the viewing angle of the reconstruction cone (or frustum of a cone), for example, -6° in air or about -4° in glass. By applying a third technique, the diffracted primary light 3021 exits the display 3004 in the same manner as when the input light 3020 is incident perpendicularly on the axis, while the display zero-order light 3024 exits at a reflection angle that is identical to the incident angle outside the reconstruction cone.
図30Aに例解されるように、システム3000は、異なる色(青色及び赤色)の光のための対応するゼロ次リダイレクション格子3016及び3018を有する光学リダイレクト構造を含むことができる。各ゼロ次リダイレクション格子3016、3018は、図24のリダイレクション格子2416と同様であり得、所定の角度とは異なる角度を有する第2の光ビームよりも実質的に大きい回折効率で、ある回折角で、所定の角度と同一の角度を有する第1の光ビームを回折させるように構成することができる。各ゼロ次リダイレクション格子3016、3018は、対応する光の色のためのブラッグ格子などのホログラフィック格子であり得る。 As illustrated in Figure 30A, the system 3000 may include an optical redirection structure having corresponding zero-order redirection gratings 3016 and 3018 for different colors of light (blue and red). Each zero-order redirection grating 3016, 3018 may be similar to the redirection grating 2416 in Figure 24 and can be configured to diffract a first light beam having the same angle as a given angle at a certain diffraction angle with substantially greater diffraction efficiency than a second light beam having a different angle. Each zero-order redirection grating 3016, 3018 may be a holographic grating, such as a Bragg grating, for the corresponding color of light.
図30Aに例解されるように、ゼロ次リダイレクション格子3016は、青色ディスプレイゼロ次光を、空気中で+45°(ガラス中で約+28°)の回折角で、例えば、リダイレクトされた青色ディスプレイゼロ次光3026の反射角度(入射角と同一)で回折させるように構成されている。ゼロ次リダイレクション格子3018は、赤色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から約-45°(ガラス中で約-28°)例えば、リダイレクトされた赤ディスプレイゼロ次光3028に回折させるように構成されている。 As illustrated in Figure 30A, the zero-order redirection grating 3016 is configured to diffract the blue display zero-order light at a diffraction angle of +45° in air (approximately +28° in glass), for example, at the reflection angle (same as the incident angle) of the redirected blue display zero-order light 3026. The zero-order redirection grating 3018 is configured to diffract the red display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately -45° (approximately -28° in glass), for example, to the redirected red display zero-order light 3028.
ゼロ次リダイレクション格子3016、3018は、透過場格子構造3014の反対側の基板3012上に順次配置することができる。より短い波長を有する光は、より長い波長のために意図された格子からより強くクロストークする傾向があるので、青色の光のためのゼロ次リダイレクション格子3016は、赤色のためのゼロ次リダイレクション格子3018よりもディスプレイに近い位置に配置することができる。2つのゼロ次リダイレクション格子3016、3018は、実質的に異なるフリンジ平面傾斜を有することができ、これは、色のクロストークを低減することができる。 The zero-order redirection gratings 3016 and 3018 can be sequentially positioned on the substrate 3012 opposite the transmission field grating structure 3014. Since light with shorter wavelengths tends to crosstalk more strongly from gratings intended for longer wavelengths, the zero-order redirection grating 3016 for blue light can be positioned closer to the display than the zero-order redirection grating 3018 for red light. The two zero-order redirection gratings 3016 and 3018 can have substantially different fringe plane inclinations, which can reduce color crosstalk.
いくつかの実装態様では、図30Aに例解されるように、異なる色の光のための各ゼロ次リダイレクション格子3016、3018は、対応する記録材料、例えば、感光性ポリマーに記録され、対応するカバーガラス3017、3019によって保護されている。 In some implementations, as illustrated in Figure 30A, each zero-order redirection grid 3016, 3018 for different colored light is recorded on a corresponding recording material, such as a photosensitive polymer, and protected by corresponding cover glasses 3017, 3019.
いくつかの実装態様では、図30Bに例解されるように、異なる色の光のためのシステム3030内の光学デバイス3040の各ゼロ次リダイレクション格子3046、3048は、同じ記録材料、例えば、感光性ポリマーに記録され、カバーガラス3047によって保護されている。ゼロ次リダイレクション格子3046は、ゼロ次リダイレクション格子3016と同じであり得、青色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から約+45°(ガラス中で約+28°)、例えば、リダイレクトされた青ディスプレイゼロ次光3036に回折させるように構成されている。ゼロ次リダイレクション格子3048は、ゼロ次リダイレクション格子3018と同じであり得、赤色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から約-45°(ガラス中で約-28°)、例えば、リダイレクトされた赤ディスプレイゼロ次光3038に回折させるように構成されている。 In some implementations, as illustrated in Figure 30B, each zero-order redirection grating 3046, 3048 of the optical device 3040 in system 3030 for different colored light is recorded on the same recording material, e.g., a photosensitive polymer, and protected by a cover glass 3047. Zero-order redirection grating 3046 may be the same as zero-order redirection grating 3016 and is configured to diffract blue display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately +45° (approximately +28° in glass), for example, redirected blue display zero-order light 3036. Zero-order redirection grating 3048 may be the same as zero-order redirection grating 3018 and is configured to diffract red display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately -45° (approximately -28° in glass), for example, redirected red display zero-order light 3038.
光学デバイス3010、3040は、カバーガラスと空気との間の界面におけるフレネル反射を低減させるために、光学デバイス3010、3040の縁部上の光吸収体(例えば、図26Aの光吸収体2619)を含むことができる。 Optical devices 3010 and 3040 may include light absorbers on their edges (e.g., light absorber 2619 in Figure 26A) to reduce Fresnel reflection at the interface between the cover glass and air.
図31A~31Bは、3つの異なる色(青色、緑色、赤色)のディスプレイゼロ次光を、同じ平面内のホログラフィックシーンから離れた異なる方向にリダイレクトする例示的なシステム3100及び3150を例解する。2つの異なる色の光のためのシステムと比較して、例えば、図30A又は30Bに例解されるように、3つの異なる色の光のためのシステムは、3つの色の入力光を回折させて、同じ入射角でディスプレイを照射するための3つの異なる回折格子を含む光学回折構造と、異なる方向に向かって異なる回折角で3つの色のディスプレイゼロ次光を回折させるための3つの異なるゼロ次リダイレクション格子を含む光学リダイレクト構造と、を含む。 Figures 31A–31B illustrate exemplary systems 3100 and 3150 for redirecting zero-order display light of three different colors (blue, green, and red) in different directions away from a holographic scene within the same plane. Compared to systems for two different colors of light, the system for three different colors of light, as illustrated in Figure 30A or 30B, for example, includes an optical diffraction structure comprising three different diffraction gratings for diffracting the three color input light to illuminate the display at the same angle of incidence, and an optical redirection structure comprising three different zero-order redirection gratings for diffracting the three color display zero-order light in different directions at different diffraction angles.
図31Aに例解されるように、図30Aのシステム3000と同様に、システム3100は、コンピュータ3101(例えば、図30Aのコンピュータ3101)、コントローラ3102(例えば、図30Aのコントローラ3002)、反射型ディスプレイ3104(例えば、図30Aの反射型ディスプレイ3004)、及び照射器3106(例えば、図30Aの照射器3006)を含む。システム3100はまた、光学回折デバイス、例えば、図10A及び10Bの光学回折デバイス1000、図12Aの1200、図12Bの1250、又は図12Cの1270、又は図15の1500を含むことができる光学デバイス3110も含む。いくつかの実装態様では、図31Aに例解されるように、光学デバイス3110は、基板3111上の透過場格子構造3112を含む。透過場格子構造3112は、3つの異なる色の光のための3つの対応する異なる格子を含むことができる。 As illustrated in Figure 31A, similar to system 3000 in Figure 30A, system 3100 includes a computer 3101 (e.g., computer 3101 in Figure 30A), a controller 3102 (e.g., controller 3002 in Figure 30A), a reflective display 3104 (e.g., reflective display 3004 in Figure 30A), and an irradiator 3106 (e.g., irradiator 3006 in Figure 30A). System 3100 also includes an optical device 3110 which may include an optical diffraction device, for example, the optical diffraction device 1000 in Figures 10A and 10B, 1200 in Figure 12A, 1250 in Figure 12B, or 1270 in Figure 12C, or 1500 in Figure 15. In some implementations, as illustrated in Figure 31A, the optical device 3110 includes a transmission field lattice structure 3112 on a substrate 3111. The transmission field grating structure 3112 can include three corresponding different gratings for three different colors of light.
コントローラ3102は、コンピュータ3101から1つ以上のオブジェクトに対応するグラフィックデータを受信し(例えば、Unityなどの3Dソフトウェアアプリケーションを使用することによって)、グラフィックデータに対して算出を実行し、変調のための制御信号を生成し、メモリバッファ3103を通って、ディスプレイ3104に伝送するように構成されている。コントローラ3102はまた、照射器3106に結合されており、タイミング信号3105を提供して、入力光3120を提供するように照射器3106を作動させるように構成されている。次いで、入力光3120は、光学デバイス3110の透過場格子3112によって回折されて、ディスプレイ3104を照射する。ディスプレイ3104のディスプレイ要素に入射する入力光3120の第1の部分は、ディスプレイ3104によって回折され、回折された一次光3121は、ビューアに向かってホログラフィック光場3122を形成する。ホログラフィック光場3122は、視野角を有する再構築コーン(又は円錐台)に対応することができる。ディスプレイ3104のギャップに入射する入力光3120の第2の部分は、ディスプレイ3104によって反射されて、ディスプレイゼロ次光3123となる。 The controller 3102 is configured to receive graphic data corresponding to one or more objects from the computer 3101 (for example, by using a 3D software application such as Unity), perform calculations on the graphic data, generate control signals for modulation, and transmit them to the display 3104 through the memory buffer 3103. The controller 3102 is also coupled to the irradiator 3106 and is configured to provide a timing signal 3105 to actuate the irradiator 3106 to provide input light 3120. The input light 3120 is then diffracted by the transmission field grating 3112 of the optical device 3110 to illuminate the display 3104. The first portion of the input light 3120 incident on the display elements of the display 3104 is diffracted by the display 3104, and the diffracted primary light 3121 forms a holographic light field 3122 toward the viewer. The holographic light field 3122 can correspond to a reconstructed cone (or frustum of a cone) with a viewing angle. The second portion of the input light 3120 entering the gap of the display 3104 is reflected by the display 3104 and becomes the zero-order display light 3123.
透過場格子3112は、異なる色の入力光3120を照射器3106から外側に回折させて、ディスプレイ3104を、再構築コーン(又は円錐台)の視野角の半分よりも大きい、ある入射角、例えば、空気中で-6°又はガラス中で約-4°で、軸外に照射するように構成されている。第3の技術を適用することによって、回折された一次光3121は、入力光3120が垂直入射で軸に入射するときと同じ様式でディスプレイ3104から出てくる一方、ディスプレイゼロ次光3123は、再構築コーンの外側にある入射角と同一である反射角度で出てくる。 The transmission field grating 3112 is configured to diffract input light 3120 of different colors outward from the irradiator 3106, illuminating the display 3104 off-axis at a certain incident angle greater than half the viewing angle of the reconstruction cone (or frustum of a cone), for example, -6° in air or about -4° in glass. By applying a third technique, the diffracted primary light 3121 exits the display 3104 in the same manner as if the input light 3120 were incident perpendicularly on the axis, while the display zero-order light 3123 exits at a reflection angle identical to the incident angle outside the reconstruction cone.
図31Aに例解されるように、システム3100は、異なる色(青色、緑色、及び赤色)の光のための3つの対応するゼロ次リダイレクション格子3114、3116、及び3018を有する光学リダイレクト構造を含むことができる。各ゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、図24のリダイレクション格子2416と同様であり得る。各ゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、対応する光の色のためのブラッグ格子などのホログラフィック格子であり得る。 As illustrated in Figure 31A, system 3100 may include an optical redirection structure having three corresponding zero-order redirection gratings 3114, 3116, and 3018 for different colors of light (blue, green, and red). Each zero-order redirection grating 3114, 3116, and 3118 may be similar to the redirection grating 2416 in Figure 24. Each zero-order redirection grating 3114, 3116, and 3118 may be a holographic grating, such as a Bragg grating, for the corresponding color of light.
ゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、透過場格子構造3112の反対側の基板3111上に順次配置することができる。いくつかの実装態様では、図31Aに例解されるように、異なる色の光(青色、緑色、赤色)のための各ゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、対応する記録材料、例えば、感光性ポリマーに記録され、対応するカバーガラス3113、3115、3117によって保護されている。上述したように、3つの異なる色の光のためのゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、同じ記録材料、例えば、感光性ポリマーに記録され、カバーガラスによって保護されていることができる。3つのゼロ次リダイレクション格子3114、3116、3118は、実質的に異なるフリンジ平面傾斜を有することができ、これは、色のクロストークを低減することができる。 The zero-order redirection grids 3114, 3116, and 3118 can be sequentially arranged on the substrate 3111 opposite the transmission field grid structure 3112. In some implementations, as illustrated in Figure 31A, each zero-order redirection grid 3114, 3116, and 3118 for different colored light (blue, green, and red) is recorded on a corresponding recording material, e.g., a photosensitive polymer, and protected by corresponding cover glasses 3113, 3115, and 3117. As described above, the zero-order redirection grids 3114, 3116, and 3118 for three different colored light can be recorded on the same recording material, e.g., a photosensitive polymer, and protected by cover glasses. The three zero-order redirection grids 3114, 3116, and 3118 can have substantially different fringe plane inclinations, which can reduce color crosstalk.
図31Aに例解されるように、青色ゼロ次リダイレクション格子3114は、青色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から約+45°(ガラス中で約+28°)例えば、リダイレクトされた青ディスプレイゼロ次光3124に回折させるように構成されている。緑色ゼロ次リダイレクション格子3116は、緑色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から約-45°(ガラス中で約-28°)、例えば、リダイレクトされた緑ディスプレイゼロ次光3126に回折させるように構成されている。赤色ゼロ次リダイレクション格子3118は、赤色のディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)からブルースター角約-57°(ガラス中で約-37°)、例えば、リダイレクトされた赤ディスプレイゼロ次光3128に回折させるように構成されている。赤色ディスプレイゼロ次光がp偏光状態を有する場合、赤色ディスプレイゼロ次光は完全に空気中に透過することができる。光学デバイス3110は、カバーガラスと空気との間の界面における青色及び緑色のディスプレイゼロ次光のフレネル反射を低減するための、光学デバイス3110の1つ以上の縁部上の1つ以上の光吸収体(例えば、図26Aの光吸収体2619)を含むことができる。 As illustrated in Figure 31A, the blue zero-order redirection grating 3114 is configured to diffract the blue zero-order light of the display from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately +45° (approximately +28° in glass), for example, to redirected blue zero-order light of the display 3124. The green zero-order redirection grating 3116 is configured to diffract the green zero-order light of the display from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately -45° (approximately -28° in glass), for example, to redirected green zero-order light of the display 3126. The red zero-order redirection grating 3118 is configured to diffract the red zero-order light of the display from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to a Blue Star angle of approximately -57° (approximately -37° in glass), for example, to redirected red zero-order light of the display 3128. If the red zero-order light of the display has a p-polarized state, the red zero-order light of the display can be completely transmitted into the air. The optical device 3110 may include one or more light absorbers (e.g., light absorber 2619 in Figure 26A) on one or more edges of the optical device 3110 to reduce Fresnel reflection of blue and green zero-order light of the display at the interface between the cover glass and the air.
全ての3つの色のディスプレイゼロ次光が、例えば、入力光がp偏光されるときに、p偏光状態を有する場合、光学リダイレクトデバイスは、3つの異なる色のディスプレイゼロ次光を全てブルースター角で空気中に回折させるように構成された、3つの異なる色のディスプレイゼロ次光のためのゼロ次リダイレクション格子を含むことができ、これは、フレネル反射を低減することができる。1つ以上の回折格子を一緒に使用して、特定の色の光をリダイレクトすることができる。 If all three color zero-order display light sources have a p-polarized state, for example, when the input light is p-polarized, the optical redirection device may include a zero-order redirection grating for the three different color zero-order display light sources, configured to diffract all three different color zero-order display light sources into the air at the Blue Star angle, which can reduce Fresnel reflection. One or more diffraction gratings can be used together to redirect light of a specific color.
図31Bに例解されるように、システム3150の光学デバイス3160は、青色リダイレクション格子3164、一対の緑色リダイレクション格子3166-1、3166-2、及び赤色リダイレクション格子3168を含み、これらは、対応する記録媒体に記録され、対応するカバーガラス3163、3165-1及び3165-2、並びに3167によって保護されている。青色ゼロ次リダイレクション格子3164は、青色のディスプレイゼロ次光を、空気中で約+6°(ガラス中で約+4°)から空中でブルースター角約-57°(ガラス中で約-37°)、例えば、リダイレクトされた赤ディスプレイゼロ次光3154に回折させるように構成されている。緑色ディスプレイゼロ次光は、最初に、空気中で約+6°(ガラス中で約+4°)から約+70°(ガラス中で約+38°)まで第1の緑色ゼロ次リダイレクション格子3166-1によって回折され、次いで、空気中でブルースター角約-57°(ガラス中で約-37°)まで、例えば、リダイレクトされた緑ディスプレイゼロ次光3156まで、第2の緑色ゼロ次リダイレクション格子3166-2によって回折される。赤色ゼロ次リダイレクション格子3168は、赤色のディスプレイゼロ次光を、空気中で約+6°(ガラス中で約+4°)からブルースター角約+57°(ガラス中で約+37°)に、例えば、リダイレクトされた赤ディスプレイゼロ次光3158に回折させるように構成されている。4つのゼロ次リダイレクション格子3164、3166-1、3166-2、及び3168は、実質的に異なるフリンジ平面傾斜を有することができ、これは、色のクロストークを低減することができる。 As illustrated in Figure 31B, the optical device 3160 of system 3150 includes a blue redirection grid 3164, a pair of green redirection grids 3166-1 and 3166-2, and a red redirection grid 3168, which are recorded on corresponding recording media and protected by corresponding cover glasses 3163, 3165-1 and 3165-2, and 3167. The blue zero-order redirection grid 3164 is configured to diffract blue zero-order display light from approximately +6° in air (approximately +4° in glass) to a Blue Star angle of approximately -57° in air (approximately -37° in glass), for example, redirected red zero-order display light 3154. The green zero-order display light is first diffracted by a first green zero-order redirection grating 3166-1 from approximately +6° in air (approximately +4° in glass) to approximately +70° (approximately +38° in glass), and then diffracted by a second green zero-order redirection grating 3166-2 to a Blue Star angle of approximately -57° in air (approximately -37° in glass), for example, to redirected green zero-order display light 3156. The red zero-order redirection grating 3168 is configured to diffract the red zero-order display light from approximately +6° in air (approximately +4° in glass) to a Blue Star angle of approximately +57° (approximately +37° in glass), for example, to redirected red zero-order display light 3158. The four zero-order redirection grids 3164, 3166-1, 3166-2, and 3168 can have substantially different fringe plane inclinations, which can reduce color crosstalk.
異なる色のディスプレイゼロ次光の間のカラークロストークを低減するために、光学リダイレクトデバイスは、図30A~30B、及び31A~31Bに例解されるように、異なる色のディスプレイゼロ次光を、サンプル平面内の異なる方向にリダイレクトするように構成することができる。光学リダイレクトデバイスはまた、図32に例解されるように、異なる色のディスプレイゼロ次光を空間内の異なる平面に向かってリダイレクトするように構成することができる。 To reduce color crosstalk between zero-order display light of different colors, the optical redirection device can be configured to redirect zero-order display light of different colors in different directions within the sample plane, as illustrated in Figures 30A–30B and 31A–31B. The optical redirection device can also be configured to redirect zero-order display light of different colors toward different planes in space, as illustrated in Figure 32.
図32は、3つの異なる色(例えば、青色、緑色、及び赤色)のディスプレイゼロ次光を、空間における対応するホログラフィックシーンから離れた異なる方向にリダイレクトする光学デバイス3210を含む例示的なシステム3200を例解する。 Figure 32 illustrates an exemplary system 3200 that includes an optical device 3210 that redirects zero-order display light of three different colors (e.g., blue, green, and red) in different directions away from the corresponding holographic scene in space.
図31Aの光学デバイス3110と同様に、光学デバイス3210は、図31Aの透過場格子構造3112と同じである透過場格子構造3212を含み、各色入力光を回折させて、再構築コーン(又は円錐台)の視野角の半分よりも大きい、ある入射角、例えば、空気中で-6°又はガラス中で約-4°でディスプレイ3104を軸外に照射するように構成されている。第3の技術を適用することによって、回折された一次光は、入力光が垂直入射で軸に入射するときと同じ様式でディスプレイ3104から出てくる。上述したように、より大きな波長を有する光は、より大きな視野角に対応する。図32に例解されるように、青色の回折された一次光は、青色ホログラフィック光場3220を形成し、緑色の回折された一次光は、緑色ホログラフィック光場3222を形成し、赤色の回折された一次光は、赤色ホログラフィック光場3224を形成する。 Similar to the optical device 3110 in Figure 31A, the optical device 3210 includes a transmission field lattice structure 3212, which is the same as the transmission field lattice structure 3112 in Figure 31A, and is configured to diffract each color input light to illuminate the display 3104 off-axis at a certain incident angle, for example, -6° in air or about -4° in glass, which is greater than half the viewing angle of the reconstructed cone (or frustum of a cone). By applying a third technique, the diffracted primary light exits the display 3104 in the same manner as when the input light is incident perpendicularly and on the axis. As described above, light with a larger wavelength corresponds to a larger viewing angle. As illustrated in Figure 32, the diffracted blue primary light forms a blue holographic light field 3220, the diffracted green primary light forms a green holographic light field 3222, and the diffracted red primary light forms a red holographic light field 3224.
図31Aの光学デバイス3110と同様に、光学デバイス3210は、異なる記録媒体に記録され、かつ透過場格子構造3212に対して基板3211の反対側に順次配置された、青色リダイレクション格子3214、緑色リダイレクション格子3216、赤色リダイレクション格子3218を含む。青色リダイレクション格子3214、緑色リダイレクション格子3216、赤色リダイレクション格子3218は、対応する青色、緑色、赤色カバーガラス3213、3215、3217によって保護されている。ただし、図31Aのリダイレクション格子3114、3116、3118とは異なり、リダイレクション格子3214、3216、3218は、対応する色のディスプレイゼロ次光を異なる平面にリダイレクトする。 Similar to the optical device 3110 in Figure 31A, the optical device 3210 includes a blue redirection grid 3214, a green redirection grid 3216, and a red redirection grid 3218, which are recorded on different recording media and sequentially arranged on the opposite side of the substrate 3211 relative to the transmission field grid structure 3212. The blue redirection grid 3214, green redirection grid 3216, and red redirection grid 3218 are protected by corresponding blue, green, and red cover glasses 3213, 3215, and 3217, respectively. However, unlike the redirection grids 3114, 3116, and 3118 in Figure 31A, the redirection grids 3214, 3216, and 3218 redirect the zero-order display light of the corresponding color to different planes.
例えば、図32に例解されるように、青色リダイレクション格子3214は、青色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から、空気中で約+57°(ガラス中で約+37°)の上向きブルースター角、例えば、上向きのリダイレクトされた青色ゼロ次の光3230に回折させる。赤色リダイレクション格子3218は、赤色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から、空気中で約-57°(ガラス中で約-37°)の下向きのブルースター角、例えば、下向きのリダイレクトされた赤色ゼロ次光3234にリダイレクトする。緑色リダイレクション格子3216は、緑色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から、右方向のブルースター角(空気中で約+57°、ガラス中で約+37°)、例えば、上向きのリダイレクトされた青色ゼロ次光3230及び下向きのリダイレクトされた赤色ゼロ次光3234の平面に直交する右方向のリダイレクトされた緑色ゼロ次光3232にリダイレクトする。なお、青色3214及び赤色リダイレクション格子3218は、緑色リダイレクション格子3216とは異なるフリンジ平面傾斜及び/又は配向を有し、これは、カラークロストークを抑制することができる。 For example, as illustrated in Figure 32, the blue redirection grating 3214 diffracts the blue display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to an upward Blue Star angle of approximately +57° in air (approximately +37° in glass), for example, upward redirected blue zero-order light 3230. The red redirection grating 3218 redirects the red display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to a downward Blue Star angle of approximately -57° in air (approximately -37° in glass), for example, downward redirected red zero-order light 3234. The green redirection grid 3216 redirects the green display zero-order light from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to a rightward Blue Star angle (approximately +57° in air, approximately +37° in glass), for example, to a rightward redirected green zero-order light 3232 perpendicular to the plane of the upward redirected blue zero-order light 3230 and the downward redirected red zero-order light 3234. Note that the blue 3214 and red redirection grids 3218 have different fringe plane inclination and/or orientation than the green redirection grid 3216, which can suppress color crosstalk.
図33は、少なくとも1つの対応する色ディスプレイゼロ次光についての少なくとも1つの切り替え可能な格子を使用して、3つの異なる色のディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンから異なる方向にリダイレクトする別の例示的なシステム3300を例解する。 Figure 33 illustrates another exemplary system 3300 that redirects three different colored display zero-order lights from a holographic scene in different directions using at least one switchable grating for at least one corresponding color display zero-order light.
図31Aの光学デバイス3110と同様に、システム3300内の光学デバイス3310は、透過場格子構造3112に対して基板3111の反対側に順次配置された青色リダイレクション格子3314、緑色リダイレクション格子3316、赤色リダイレクション格子3318を含む。青色、緑色、赤色リダイレクション格子3314、3316、3318は、対応する青色、緑色、赤色カバーガラス3313、3315、3317によって保護されている。図31Aの青色3114及び赤色リダイレクション格子3118と同様に、青色3314及び赤色リダイレクション格子3318は、対応する記録媒体に恒久的に記録される。 Similar to the optical device 3110 in Figure 31A, the optical device 3310 in system 3300 includes a blue redirection grid 3314, a green redirection grid 3316, and a red redirection grid 3318, sequentially arranged on the opposite side of the substrate 3111 from the transmission field grid structure 3112. The blue, green, and red redirection grids 3314, 3316, and 3318 are protected by corresponding blue, green, and red cover glasses 3313, 3315, and 3317. Similar to the blue 3114 and red redirection grid 3118 in Figure 31A, the blue 3314 and red redirection grid 3318 are permanently recorded on the corresponding recording medium.
しかしながら、対応する記録媒体に恒久的に記録される図31Aの緑色リダイレクション格子3116とは異なり、緑色リダイレクション格子3316は、切り替え可能な記録材料、例えば、電気的に切り替え可能なホログラフィック高分子分散型液晶(HPDLC)材料に記録され、異なる状態間で切り替え可能であるように構成されている。例えば、緑色リダイレクション格子3316は、緑色の光のみが存在する場合、場連続色(FSC)照射シーケンスの第1の間隔中に第1の状態に切り替えることができる。第1の緑色のみの間隔の間、第1の状態の切り替え可能な緑色リダイレクション格子3316は、緑色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から空気で約-45°(ガラス中で約-28°)の下向きの角度、例えば、リダイレクトされた緑色ディスプレイゼロ次光3338に回折させる。 However, unlike the green redirection grid 3116 in Figure 31A, which is permanently recorded on a corresponding recording medium, the green redirection grid 3316 is recorded on a switchable recording material, such as an electrically switchable holographic polymer-dispersed liquid crystal (HPDLC) material, and is configured to be switchable between different states. For example, the green redirection grid 3316 can be switched to a first state during a first interval of a field continuous color (FSC) irradiation sequence when only green light is present. During the first green-only interval, the switchable green redirection grid 3316 in the first state diffracts the green display zero-order light to a downward angle from approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately -45° in air (approximately -28° in glass), for example, redirected green display zero-order light 3338.
FSC色照射シーケンスの他の間隔の間、赤色又は青色の光のみが存在する場合、切り替え可能な緑色リダイレクション格子3316は、切り替え可能な緑色リダイレクション格子が赤色又は青色の光を回折させない第2の状態に切り替えられる。図32に例解されるように、青色リダイレクション格子3314は、青色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から、空気中で約+45°(ガラス中で約+28°)の上向き角度、例えば、上向きのリダイレクトされた青色ゼロ次光3336に回折させる。赤色リダイレクション格子3318は、赤色ディスプレイゼロ次光を、空気中で約-6°(ガラス中で約-4°)から、空気中で約-45°(ガラス中で約-28°)の下向きの角度、例えば、下向きのリダイレクトされた赤色ゼロ次光3340にリダイレクトする。リダイレクトされた赤色ゼロ次光3340は、リダイレクトされた緑色ゼロ次光3338と同じ方向を有するが、切り替え可能な緑色リダイレクション格子3316は、緑色の光をリダイレクトするための第1の間隔の全て、一部、又は部分の間の第1の状態と、赤色の光又は青色の光を透過させるための他の間隔の全て、一部、又は部分の間の第2の状態との間で切り替えられ、これは、色のクロストークを抑制することができる。 During other intervals of the FSC color irradiation sequence, if only red or blue light is present, the switchable green redirection grating 3316 is switched to a second state in which the switchable green redirection grating does not diffract red or blue light. As illustrated in Figure 32, the blue redirection grating 3314 diffracts the blue display zero-order light from an upward angle of approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately +45° in air (approximately +28° in glass), for example, upward redirected blue zero-order light 3336. The red redirection grating 3318 redirects the red display zero-order light from an upward angle of approximately -6° in air (approximately -4° in glass) to approximately -45° in air (approximately -28° in glass), for example, downward redirected red zero-order light 3340. The redirected red zero-order light 3340 has the same direction as the redirected green zero-order light 3338, but the switchable green redirection grating 3316 can be switched between a first state, which is all, some, or part of a first interval for redirecting green light, and a second state, which is all, some, or part of the other interval for transmitting red or blue light, thereby suppressing color crosstalk.
いくつかの実装態様では、2つ以上の別個の切り替え可能な格子は、永続的に記録された格子が少ないか、又はない、2つ以上の対応する色に対して使用することができ、これは、カラークロストークを更に抑制し得る。いくつかの実装態様では、バイナリ(オン/オフ)切り替え可能な格子は、第1の切り替え状態が第1の色を回折させ、第2の切り替え状態が第2の色を回折させる切り替え可能な格子に置き換えることができ、これは、永久に記録された格子のより少ない使用、又は使用しないことを可能にすることができる。 In some implementations, two or more separate switchable gratings can be used for two or more corresponding colors with few or no permanently recorded gratings, which can further suppress color crosstalk. In some implementations, a binary (on/off) switchable grating can be replaced with a switchable grating where a first switching state diffracts a first color and a second switching state diffracts a second color, which can allow for less or no permanently recorded grating use.
図34は、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制する例示的なプロセス3400のフローチャートである。プロセス3400は、2D又は3Dオブジェクトを再構築するためのシステムに実装することができる。システムは、任意の好適なシステム、例えば、図5Aのシステム500、図5Bの520、図5Cの530、図5Dの540、図5Eの560、図5Fの570、図5Gの580、図5Hの590、図5Iの590A、図5Jの590B、図5Kの590C、図18の1800、図19Bの1950、図19Cの1980、図21の2100、図22の2200、図23Aの2300、図23Bの2350、図24の2400、図26Aの2600、図26Bの2630、図26Cの2650、図26Dの2670、図26Eの2690、図27Aの2700、図27Bの2730、図27Cの2750、図28の2800、図29の2900、図30Aの3000、図30Bの3030、図31Aの3100、図31Bの3150、図32の3200、又は図33の3300であり得る。 Figure 34 is a flowchart of an exemplary process 3400 for suppressing zero-order display light in a holographic scene. Process 3400 can be implemented in a system for reconstructing 2D or 3D objects. The system can be any preferred system, for example, system 500 in Figure 5A, 520 in Figure 5B, 530 in Figure 5C, 540 in Figure 5D, 560 in Figure 5E, 570 in Figure 5F, 580 in Figure 5G, 590 in Figure 5H, 590A in Figure 5I, 590B in Figure 5J, 590C in Figure 5K, 1800 in Figure 18, 1950 in Figure 19B, 1980 in Figure 19C, 2100 in Figure 21, 2200 in Figure 22, 2300 in Figure 23A, and 23B. This could be 2350 in Figure 24, 2400 in Figure 24, 2600 in Figure 26A, 2630 in Figure 26B, 2650 in Figure 26C, 2670 in Figure 26D, 2690 in Figure 26E, 2700 in Figure 27A, 2730 in Figure 27B, 2750 in Figure 27C, 2800 in Figure 28, 2900 in Figure 29, 3000 in Figure 30A, 3030 in Figure 30B, 3100 in Figure 31A, 3150 in Figure 31B, 3200 in Figure 32, or 3300 in Figure 33.
3402において、ディスプレイは光で照射される。光の第1の部分は、ディスプレイのディスプレイ要素を照射する。いくつかの場合において、光の第2の部分は、隣接するディスプレイ要素間のギャップを照射する。ディスプレイは、図16のディスプレイ1610であり得、ディスプレイ要素は、図16のディスプレイ要素1612であり得、ギャップは、図16のギャップ1614であり得る。 In 3402, the display is illuminated with light. A first portion of the light illuminates the display elements of the display. In some cases, a second portion of the light illuminates the gap between adjacent display elements. The display may be the display 1610 in Figure 16, the display elements may be the display elements 1612 in Figure 16, and the gap may be the gap 1614 in Figure 16.
3404において、ディスプレイのディスプレイ要素は、ホログラフィックデータに対応するホログラムで変調されて、光の第1の部分を回折させて、ホログラフィックデータに対応するホログラフィックシーンを形成し、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光を抑制する。ディスプレイゼロ次光は、ディスプレイからの反射光、例えば、ギャップで反射された光の第2の部分を含むことができる。ディスプレイからの反射された光は、ディスプレイゼロ次光の主要な次数であり得る。ディスプレイゼロ次光はまた、任意の不要な又は望ましくない光、例えば、ギャップにおける回折された光、ディスプレイ要素の表面における反射された光、及び表示を覆うディスプレイカバーの表面における反射された光を含むことができる。ホログラフィックシーンは、視野角を有する再構築コーン(又は円錐台)に対応する。ホログラムは、ホログラフィックシーンにおいてディスプレイゼロ次光が抑制されるように構成されている。ホログラムは、光の回折された第1の部分が、ディスプレイゼロ次光とは異なる少なくとも1つの特性を有するように構成することができる。少なくとも1つの特性は、パワー密度、(例えば、図18に例解されるように)、ビーム発散(例えば、図18に例解されるように)、ディスプレイから離れる伝搬方向(例えば、図19B、19C、20B、及び21~33に例解されるように)、又は偏光状態のうちの少なくとも1つを含むことができる。 In 3404, the display elements of the display are modulated with a hologram corresponding to holographic data, diffracting a first portion of light to form a holographic scene corresponding to the holographic data, and suppressing display zero-order light in the holographic scene. Display zero-order light may include a second portion of reflected light from the display, for example, light reflected in the gap. Reflected light from the display may be the primary order of display zero-order light. Display zero-order light may also include any unwanted or undesirable light, for example, diffracted light in the gap, reflected light on the surface of the display elements, and reflected light on the surface of the display cover that covers the display. The holographic scene corresponds to a reconstructed cone (or frustum of a cone) with a viewing angle. The hologram is configured such that display zero-order light is suppressed in the holographic scene. The hologram may be configured such that the diffracted first portion of light has at least one characteristic different from that of display zero-order light. At least one characteristic may include power density (e.g., as illustrated in Figure 18), beam divergence (e.g., as illustrated in Figure 18), propagation direction away from the display (e.g., as illustrated in Figures 19B, 19C, 20B, and 21-33), or polarization state.
ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーンにおいて、光抑制効率で抑制される。光抑制効率は、1から、抑制を使用したホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の量と、いかなる抑制も伴わないホログラフィックシーンにおけるディスプレイゼロ次光の量との比率を引いた結果として定義することができる。いくつかの例では、光抑制効率は、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%のうちの1つである所定の割合を超える。いくつかの例では、光抑制効率は100%である。 Display zero-order light is suppressed in the holographic scene by light suppression efficiency. Light suppression efficiency can be defined as the result of subtracting from 1 the ratio of the amount of display zero-order light in the holographic scene with suppression to the amount of display zero-order light in the holographic scene without any suppression. In some examples, the light suppression efficiency exceeds a predetermined percentage, such as 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99%. In some examples, the light suppression efficiency is 100%.
いくつかの実装態様では、プロセス3400は、オブジェクトに対応する複数のプリミティブの各々について、グローバル三次元(3D)座標系で、プリミティブからディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を算出することによって、ディスプレイのディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、ディスプレイ要素の各々について、複数のプリミティブからディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を生成することと、を更に含む。ホログラフィックデータは、オブジェクトの複数のプリミティブからのディスプレイのディスプレイ要素へのEM場寄与の合計を含むことができる。ディスプレイが位相変調される場合、ホログラフィックデータは、ディスプレイのディスプレイ要素についてのそれぞれの位相を含むことができる。ホログラフィックシーンは、オブジェクトに対応する再構築されたオブジェクトを含むことができる。ホログラフィックデータは、2つ以上のオブジェクトの情報を含むことができる。 In some implementations, process 3400 further includes determining the EM field contribution to each of the display elements of the display by calculating the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element in a global three-dimensional (3D) coordinate system for each of the multiple primitives corresponding to the object, and generating the sum of the EM field contributions from the multiple primitives to the display element for each of the display elements. The holographic data may include the sum of the EM field contributions from the multiple primitives of the object to the display elements of the display. If the display is phase-modulated, the holographic data may include the phase for each of the display elements of the display. The holographic scene may include the reconstructed object corresponding to the object. The holographic data may include information for two or more objects.
いくつかの実装態様では、第1の技術、「位相キャリブレーション」に関して上で考察されるように、ホログラムは、ディスプレイ要素についてのそれぞれの位相を、所定の位相範囲、例えば、[0,2π]を有するように調整することによって構成することができる。いくつかの実装態様では、それぞれの位相は、以下の式(15)
式中、
During the ceremony,
いくつかの実装態様では、第2の技術、「ゼロ次ビーム発散」に関して上で考察されるように、光学発散構成要素は、ディスプレイの下流に配置されている。光学発散構成要素は、凹状レンズ、例えば、図18の凹状レンズ1802を含むデフォーカス素子であり得る。光学発散構成要素は、凸レンズを含む集束要素であり得る。光の回折された第1の部分は、光学発散構成要素を通って誘導されて、ホログラフィックシーンを形成する一方、ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーン内で発散される。ディスプレイを照射する光は、コリメートすることができ、ディスプレイゼロ次光は、光学発散構成要素に到達する前にコリメートすることができ、ホログラムは、光の回折された第1の部分が、光学発散構成要素に到達する前に収束しているように構成されている。光学発散構成要素は、円柱レンズを含む集束要素であり得る。光学発散構成要素は、凹状、凸状、若しくは円筒状のレンズ、又はそれらの組み合わせを含むレンズレットアレイであり得る。光学発散構成要素は、光学デバイスに追加されるか、又は光学デバイスの他の回折層のうちの1つ以上内に組み込まれるかのいずれかである、1つ以上のホログラフィック光学素子(HOE)であり得る。1つ以上のHOEは、光を収束させる、発散させる、又は線形に集束させるか、又はディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンの再構築コーンの外側の領域に向けるなど、光学発散構成要素に、より複雑な伝達関数を加えるように構成することができる。領域は、環状若しくは周辺領域、又は環状若しくは周辺領域の一部を含むことができる。ディスプレイを照射する光は、コリメートすることができ、ホログラムは、光の第1の部分に対する光学発散構成要素の効果が、シェーピング効果を補償するように、光の回折された第1の部分が、光学発散構成要素に到達する前に、シェーピング効果で成形されるように構成することができる。 In some implementations, as discussed above with respect to the second technique, "zero-order beam divergence," the optical divergence component is located downstream of the display. The optical divergence component may be a defocusing element including a concave lens, for example, the concave lens 1802 in Figure 18. The optical divergence component may be a focusing element including a convex lens. The diffracted first portion of light is guided through the optical divergence component to form a holographic scene, while the display zero-order light diverges within the holographic scene. The light illuminating the display can be collimated, and the display zero-order light can be collimated before reaching the optical divergence component, and the hologram is configured such that the diffracted first portion of light converges before reaching the optical divergence component. The optical divergence component may be a focusing element including a cylindrical lens. The optical divergence component may be a lenslet array including concave, convex, or cylindrical lenses, or a combination thereof. An optical divergent element may be one or more holographic optical elements (HOEs) that are either added to an optical device or incorporated within one or more other diffraction layers of the optical device. One or more HOEs may be configured to add a more complex transfer function to the optical divergent element, such as by focusing, diverging, or linearly focusing light, or directing the display zero-order light to a region outside the reconstruction cone of the holographic scene. The region may include an annular or peripheral region, or a portion of an annular or peripheral region. The light illuminating the display may be collimated, and the hologram may be configured so that the diffracted first portion of light is shaped by a shaping effect before reaching the optical divergent element, such that the effect of the optical divergent element on the first portion of the light compensates for the shaping effect.
いくつかの例では、ホログラムは、仮想レンズを追加することによって、例えば、ディスプレイ要素の各々についてのそれぞれの位相に、対応する位相を追加することによって、構成されており、ディスプレイ要素についての対応する位相は、ホログラフィックシーンがディスプレイ要素についてのそれぞれの位相に対応するように、光学発散構成要素によって補償される。ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、以下の式(16)
式中、
During the ceremony,
いくつかの例では、ホログラムは、グローバル3D座標系に関して、ディスプレイに対して構成コーンを、ディスプレイに垂直な方向に沿って、光学発散構成要素の焦点距離に対応する距離で移動させることによって、3Dソフトウェアアプリケーション、例えば、Unityにおいて構成されている。構成コーンは、再構築コーンに対応し、視野角と同一の頂角を有する。ソフトウェアアプリケーションは、グローバル3D座標系における移動された構成コーンに基づいて、オブジェクトのプリミティブを生成することができる。 In some examples, a hologram is constructed in a 3D software application, such as Unity, by moving a configuration cone relative to the display in a direction perpendicular to the display, with respect to the global 3D coordinate system, by a distance corresponding to the focal length of the optically divergent components. The configuration cone corresponds to the reconstruction cone and has the same apex angle as the field of view. The software application can generate primitives of objects based on the moved configuration cone in the global 3D coordinate system.
プロセス3400は、二次元(2D)画面、例えば、ディスプレイに垂直な方向に沿ってディスプレイから離間した、図18の投影画面1830上にホログラフィックシーンを表示することを含むことができる。2D画面は、方向に沿って移動されて、2D画面上のホログラフィックシーンの異なるスライスを取得することができる。 Process 3400 may include displaying a holographic scene on a two-dimensional (2D) screen, for example, on a projection screen 1830 in Figure 18, spaced apart from the display along a direction perpendicular to the display. The 2D screen can be moved along the direction to obtain different slices of the holographic scene on the 2D screen.
プロセス3400は、光を誘導して、ディスプレイを照射することを更に含むことができる。いくつかの例では、光は、ビームスプリッタ、例えば、図18のビームスプリッタ1810によって誘導されて、ディスプレイを照射し、光の回折された第1の部分及びディスプレイゼロ次光は、ビームスプリッタを通って透過する。 Process 3400 may further include inducing light to illuminate the display. In some examples, light is induced by a beam splitter, for example, beam splitter 1810 in Figure 18, to illuminate the display, and the diffracted first portion of the light and the zero-order light of the display are transmitted through the beam splitter.
いくつかの実装態様では、ディスプレイは、例えば、図18又は19Aに例解されるように、垂直入射で光で照射される。いくつかの実装態様では、ディスプレイは、図19B又は19Cに例解されるように、視野角の半分よりも大きくすることができる入射角で光で照射される。 In some implementations, the display is illuminated with light at a perpendicular incidence, as illustrated, for example, in Figure 18 or 19A. In some implementations, the display is illuminated with light at an incidence angle that can be greater than half of the viewing angle, as illustrated, in Figure 19B or 19C.
いくつかの実装態様では、第3の技術「ゼロ次光偏差」に関して上で考察されるように、ホログラムは、光の回折された第1の部分が、光がディスプレイに垂直に入射する場合に、光の回折された第1の部分によって形成される再構築コーンと同じ再構築コーンを形成する一方、光の反射された第2の部分は、図19B又は19Cに例解されるように、入射角と同一の反射された角度でディスプレイから出てくるように、構成されている。 In some implementations, as discussed above with respect to the third technology, "zero-order optical deviation," the hologram is configured such that the first diffracted portion of light forms the same reconstructed cone as the first diffracted portion of light when light is incident perpendicularly to the display, while the second reflected portion of light exits the display at the same angle of reflection as the angle of incidence, as illustrated in Figure 19B or 19C.
いくつかの例では、ホログラムは、仮想プリズムを追加することによって、例えば、ディスプレイ要素の各々についてのそれぞれの位相に、対応する位相を追加することによって構成されており、ディスプレイ要素についての対応する位相は、ホログラフィックシーンがディスプレイ要素についてのそれぞれの位相に対応するように、入射角によって補償される。ディスプレイ要素の各々についての対応する位相は、以下の式(17)
式中、
During the ceremony,
いくつかの例では、ホログラムは、グローバル3D座標系に対してディスプレイに対して構成コーンを移動させることによって、例えば、図20Bに例解されるように、グローバル3D座標系に対してディスプレイの表面に対してある回転角によって構成コーンを回転させることによって、構成されており、回転角は、入射角に対応する。 In some examples, holograms are constructed by moving a constituent cone relative to the display with respect to a global 3D coordinate system, or, as illustrated in Figure 20B, by rotating the constituent cone relative to the surface of the display with respect to a global 3D coordinate system by a certain rotation angle, where the rotation angle corresponds to the angle of incidence.
いくつかの実装態様では、第4の技術、「ゼロ次光遮断」に関して上で考察されたように、ディスプレイゼロ次光は、ホログラフィックシーンに現れるように遮断される。ホログラフィックシーンの光抑制効率は100%にすることができる。 In some implementations, as discussed above regarding the fourth technique, "zero-order light blocking," the zero-order light of the display is blocked so that it appears in the holographic scene. The light suppression efficiency of the holographic scene can be 100%.
いくつかの例では、光学遮断構成要素は、ディスプレイの下流に配置されている。光学遮断構成要素は、複数の微細構造又はナノ構造を含むことができる。光学遮断構成要素は、メタマテリアル層、例えば、図23A~23Bのメタマテリアル層2316、又はルーバーフィルム、例えば、図28の異方性伝送器を含むことができる。光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する第1の光ビームを透過させ、所定の角度よりも大きい角度を有する第2の光ビームを遮断するように構成されており、所定の角度は、入射角よりも小さく、視野角の半分よりも大きい。したがって、図23A、23Bに例解されるように、ディスプレイゼロ次光は、光学遮断構成要素によって遮断され、光の回折された第1の部分は、ある透過効率で光学遮断構成要素を通って透過し、ホログラフィックシーンを形成する。透過効率は、所定の比率、例えば、50%、60%、70%、80%、90%、又は99%以上である。 In some examples, the optical barrier component is located downstream of the display. The optical barrier component may include multiple microstructures or nanostructures. It may include a metamaterial layer, e.g., the metamaterial layer 2316 in Figures 23A-23B, or a louver film, e.g., the anisotropic transmitter in Figure 28. The optical barrier component is configured to transmit a first light beam having an angle smaller than a predetermined angle and to block a second light beam having an angle larger than a predetermined angle, where the predetermined angle is smaller than the incident angle and greater than half the viewing angle. Therefore, as illustrated in Figures 23A and 23B, the zero-order light of the display is blocked by the optical barrier component, and the diffracted first portion of the light is transmitted through the optical barrier component with a certain transmission efficiency, forming a holographic scene. The transmission efficiency is a predetermined ratio, e.g., 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 99% or higher.
いくつかの実装態様では、プロセス3400は、入射角で光を回折させるように構成された、基板上の光学回折構成要素を通るように光を誘導することによって、ディスプレイを照射するように光を誘導することを更に含む。光学回折構成要素は、図19Aのアウトカプラ1914、図19B若しくは19Cの1964、又は図24の透過場格子構造2414であり得る。いくつかの例では、光は、導波管カプラ、例えば、図19Aのインカプラ1916、又は図19B若しくは19Cの1966を通って、光学回折構成要素に誘導される。いくつかの例では、光は、結合プリズム、例えば、図21の結合プリズム2111、又は図23A若しくは23Bの2311を通って、光学回折構成要素に誘導される。いくつかの例では、光は、例えば、図22に例解されるように、基板のくさび形表面を通って光学回折構成要素に誘導される。 In some implementations, process 3400 further includes guiding light to illuminate a display by guiding the light through an optical diffraction element on the substrate, which is configured to diffract light at an angle of incidence. The optical diffraction element may be the out-coupler 1914 in Figure 19A, 1964 in Figures 19B or 19C, or the transmission field grating structure 2414 in Figure 24. In some examples, the light is guided to the optical diffraction element through a waveguide coupler, e.g., the in-coupler 1916 in Figure 19A, or 1966 in Figures 19B or 19C. In some examples, the light is guided to the optical diffraction element through a coupled prism, e.g., the coupled prism 2111 in Figure 21, or 2311 in Figures 23A or 23B. In some examples, the light is guided to the optical diffraction element through a wedge-shaped surface of the substrate, as illustrated, for example, in Figure 22.
図23A又は23Bに例解されるように、光学回折構成要素は、ディスプレイに面している基板の第1の表面上に形成されており、光学遮断構成要素は、第1の表面とは反対にある基板の第2の表面上に形成されている。 As illustrated in Figure 23A or 23B, the optical diffraction component is formed on the first surface of the substrate facing the display, and the optical shielding component is formed on the second surface of the substrate opposite to the first surface.
いくつかの実装態様では、第5の技術「ゼロ次光リダイレクション」に関して上で考察されたように、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイの下流に配置されており、光の回折された第1の部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成し、ディスプレイゼロ次光をホログラフィックシーンからリダイレクトするように構成されている。光学リダイレクト構成要素は、図24のゼロ次リダイレクション格子構造2416、図26Aの2616、図26Bの2646、図26C若しくは26Dの2666、図26Eの2694、図27Aの2716、図27B若しくは27Cの2746、図28の2816、図29の2916、図30Aの3016及び3018、図30Bの3046及び3048、図31Aの3114、3116、及び3118、図31Bの3164、3166-1、3166-2、及び3168、又は図32の3214、3216、及び3218、又は図33の3314、3316、及び3318であり得る。 In some implementations, as discussed above with respect to the fifth technique, "zero-order optical redirection," the optical redirection component is positioned downstream of the display and is configured to transmit the diffracted first portion of light to form a holographic scene, and to redirect the display zero-order light from the holographic scene. The optical redirection components may be the zero-order redirection lattice structure 2416 in Figure 24, 2616 in Figure 26A, 2646 in Figure 26B, 2666 in Figure 26C or 26D, 2694 in Figure 26E, 2716 in Figure 27A, 2746 in Figure 27B or 27C, 2816 in Figure 28, 2916 in Figure 29, 3016 and 3018 in Figure 30A, 3046 and 3048 in Figure 30B, 3114, 3116, and 3118 in Figure 31A, 3164, 3166-1, 3166-2, and 3168 in Figure 31B, or 3214, 3216, and 3218 in Figure 32, or 3314, 3316, and 3318 in Figure 33.
光学リダイレクト構成要素は、所定の角度とは異なる角度を有する第2の光ビームよりも実質的に大きい回折効率で、所定の角度と同一の角度を有する第1の光ビームを回折させるように構成することができ、所定の角度は入射角と実質的に同一である。光学リダイレクト構成要素は、ブラッグ格子などの1つ以上のホログラフィック格子を含むことができる。 The optical redirection component can be configured to diffract a first light beam having the same angle as a predetermined angle with substantially greater diffraction efficiency than a second light beam having a different angle, where the predetermined angle is substantially the same as the incident angle. The optical redirection component may include one or more holographic gratings, such as Bragg gratings.
いくつかの実装態様では、光学回折構成要素は、ディスプレイに向かって面している基板の第1の表面上に形成されており、光学リダイレクト構成要素は、例えば、図24~33に例解されるように、第1の表面と反対にある基板の第2の表面上に形成されている。 In some implementations, the optical diffraction component is formed on a first surface of the substrate facing the display, and the optical redirection component is formed on a second surface of the substrate opposite the first surface, as illustrated, for example, in Figures 24-33.
光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が、上向き方向、下向き方向、左向き方向、右向き方向、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つに沿って、三次元(3D)空間でホログラフィックシーンの外側に回折されるように構成されている。ホログラフィックシーンの光抑制効率は100%にすることができる。いくつかの例では、図26Aに例解されるように、光の入射角は、負、例えば、空気中で-6°であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、負、例えば、空気中で-45°である。いくつかの例では、図26Bに例解されるように、光の入射角は、空気中で正、例えば、+6°であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、空気中で正、例えば、+45°である。いくつかの例では、図26C又は26Dに例解されるように、光の入射角は、空気中では負、例えば、-6°であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、空気中では正、例えば、+45°である。いくつかの例では、光の入射角は、空気中で正、+6°であり、光学リダイレクト構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光の回折角は、空気中で負、例えば、-45°である。 The optical redirection component is configured such that the zeroth-order light of the display is diffracted outwards in three-dimensional (3D) space along at least one of the following directions: upward, downward, leftward, rightward, or a combination thereof. The light suppression efficiency of the holographic scene can be 100%. In some examples, as illustrated in Figure 26A, the angle of incidence of the light is negative, e.g., -6° in air, and the diffraction angle of the zeroth-order light of the display diffracted by the optical redirection component is negative, e.g., -45° in air. In some examples, as illustrated in Figure 26B, the angle of incidence of the light is positive, e.g., +6° in air, and the diffraction angle of the zeroth-order light of the display diffracted by the optical redirection component is positive, e.g., +45° in air. In some examples, as illustrated in Figure 26C or 26D, the angle of incidence of the light is negative, e.g., -6° in air, and the diffraction angle of the zeroth-order light of the display diffracted by the optical redirection component is positive, e.g., +45° in air. In some examples, the angle of incidence of light is positive, +6°, in air, while the diffraction angle of the zero-order light of the display diffracted by the optical redirection component is negative, for example, -45°, in air.
光学リダイレクト構成要素は、第2の基板、例えば、図26Aのカバーガラス2618によって覆うことができる。光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光を、光吸収体、例えば、第2の基板の側面又は基板の側面のうちの少なくとも1つ上に形成された、図26Aの光吸収体2619又は図26Bの2649にリダイレクトするように構成することができる。第2の基板は、反射防止(AR)コーティング、例えば、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の表面上の図26DのARコーティング2682を含むことができる。反射防止コーティングは、ディスプレイゼロ次光を透過させて、ディスプレイゼロ次光のフレネル反射を防止するように構成されている。反射防止コーティングはまた、ビューアからの周囲光の反射、及び第2の基板のビューアに面する前面、例えば、図26DのARコーティング2682から反射される環境の反射を低減又は排除するように構成され得る。最終ARコーティングは、ビューア側の空気への最終遷移の特性に依存する、本明細書に記載される5つの技術のものに干渉しないように設計することができる。前面からのフレネル反射を防止することは、ビューアが自分自身及び前面によって映し出されたルームライトを見ることを防止する。光学デバイス内のより深い表面は、比較的小さな屈折率の変化のみ、したがって、オブザーバの最小限のフレネル反射及びビューアに向かって戻るルームライトを伴い、又は表面はまた、ARコーティングすることができるか、又はディスプレイの後部リフレクタの場合のように、表面は、周囲照射がダブルパスを作り、したがって減衰することができる直線偏光子などの複数の吸収層の後ろにあり、累積光学密度が0.2~1.0の範囲内の材料の層をデバイスに追加又は組み込むことによってその効果を増強することができる。 The optical redirection component can be covered by a second substrate, for example, the cover glass 2618 in Figure 26A. The optical redirection component can be configured to redirect the zero-order light of the display to a light absorber, for example, the light absorber 2619 in Figure 26A or 2649 in Figure 26B, which is formed on the side of the second substrate or at least one of the sides of the substrate. The second substrate may include an anti-reflective (AR) coating, for example, the AR coating 2682 in Figure 26D on the surface of the second substrate opposite the optical redirection component. The anti-reflective coating is configured to transmit the zero-order light of the display and prevent Fresnel reflection of the zero-order light of the display. The anti-reflective coating may also be configured to reduce or eliminate reflection of ambient light from the viewer and reflection of the environment reflected from the viewer-facing front surface of the second substrate, for example, the AR coating 2682 in Figure 26D. The final AR coating can be designed not to interfere with the five techniques described herein, which depend on the characteristics of the final transition to air on the viewer side. Preventing Fresnel reflection from the front prevents the viewer from seeing the room light reflected by the front. Deeper surfaces within the optical device exhibit only relatively small changes in refractive index, thus resulting in minimal Fresnel reflection from the observer and room light reflecting back towards the viewer. Alternatively, the surface can be AR coated, or, as in the case of a rear reflector for a display, the surface may be behind multiple absorbing layers, such as linear polarizers, where ambient illumination creates a double pass and is therefore attenuated. The effect can be enhanced by adding or incorporating layers of material with a cumulative optical density in the range of 0.2 to 1.0 into the device.
いくつかの実装態様では、ディスプレイゼロ次光は、第2の基板に到達する前にp偏光される。図27Aに例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が、第2の基板を通って完全に透過させるように、ディスプレイゼロ次光を、第2の基板と周囲の媒体、例えば、空気との間の界面上でブルースター角で入射するよう、回折させるように構成することができる。 In some implementations, the zero-order display light is p-polarized before reaching the second substrate. As illustrated in Figure 27A, the optical redirection component can be configured to diffract the zero-order display light so that it is incident at a Brewster angle at the interface between the second substrate and the surrounding medium, such as air, so that the zero-order display light is completely transmitted through the second substrate.
いくつかの実装態様では、ディスプレイゼロ次光は、第2の基板に到達する前にs偏光される。プロセス3400は、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を、s偏光からp偏光に変換することを更に含むことができる。いくつかの例では、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することは、ディスプレイに対して光学リダイレクト構成要素の上流に配置された光学リターダ(例えば、図27Bの光学リターダ2747)(及び、任意選択的に、直線偏光子)による。いくつかの例では、ディスプレイゼロ次光の偏光状態を変換することは、ディスプレイに対して光学リダイレクト構成要素の下流に配置された光学リターダ(例えば、図27Cの光学リターダ2747)(及び、任意選択的に、直線偏光子)による。光学リターダは、光学リダイレクト構成要素とは反対の第2の基板の側に形成することができ、光学リターダは、第3の基板(例えば、図27Cのリターダカバーガラス2762)によって覆うことができる。 In some implementations, the zero-order light of the display is s-polarized before reaching the second substrate. Process 3400 may further include converting the polarization state of the zero-order light of the display from s-polarization to p-polarization. In some examples, the conversion of the polarization state of the zero-order light of the display is performed by an optical retarder (e.g., optical retarder 2747 in Figure 27B) (and optionally, a linear polarizer) positioned upstream of the optical redirection component relative to the display. In some examples, the conversion of the polarization state of the zero-order light of the display is performed by an optical retarder (e.g., optical retarder 2747 in Figure 27C) (and optionally, a linear polarizer) positioned downstream of the optical redirection component relative to the display. The optical retarder can be formed on the side of the second substrate opposite to the optical redirection component, and the optical retarder can be covered by a third substrate (e.g., retarder cover glass 2762 in Figure 27C).
いくつかの実装態様では、図28に例解されるように、光学遮断構成要素は、光学リダイレクト構成要素に対向する第2の基板の側に形成されている。光学遮断構成要素は、光の回折された第1の部分を透過させ、かつ光学リダイレクト構成要素によって回折されたディスプレイゼロ次光を吸収するように構成されている。いくつかの例では、光学遮断構成要素は、所定の角度よりも小さい角度を有する第1の光ビームを透過させ、かつ所定の角度よりも大きい角度を有する第2の光ビームを吸収するように構成された、異方性伝送器(例えば、図28の異方性伝送器2820)を含む。所定の角度は、視野角の半分よりも大きく、光学リダイレクト構成要素によってディスプレイゼロ次光が回折される回折角よりも小さい。 In some implementations, as illustrated in Figure 28, the optical blocking component is formed on the side of the second substrate facing the optical redirection component. The optical blocking component is configured to transmit a first diffracted portion of light and absorb the zero-order display light diffracted by the optical redirection component. In some examples, the optical blocking component includes an anisotropic transmitter (e.g., anisotropic transmitter 2820 in Figure 28) configured to transmit a first light beam having an angle smaller than a predetermined angle and absorb a second light beam having an angle larger than a predetermined angle. The predetermined angle is greater than half the viewing angle and smaller than the diffraction angle at which the zero-order display light is diffracted by the optical redirection component.
いくつかの実装態様では、図29に例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光を回折させて、第2の基板と周囲の媒体との間の界面に臨界角よりも大きい角度で入射させるように構成されており、したがって、光学回折構成要素によって回折されるディスプレイゼロ次光は、界面で完全に反射される。光吸収体、例えば、図29の光吸収体2920は、基板及び第2の基板の側面上に形成され、完全に反射されたディスプレイゼロ次光を吸収するように構成することができる。 In some implementations, as illustrated in Figure 29, the optical redirection component is configured to diffract the zero-order display light and direct it to the interface between the second substrate and the surrounding medium at an angle greater than the critical angle. Therefore, the zero-order display light diffracted by the optical diffraction component is completely reflected at the interface. A light absorber, for example, the light absorber 2920 in Figure 29, can be formed on the substrate and the side surfaces of the second substrate and configured to absorb the completely reflected zero-order display light.
いくつかの実装態様では、図30A~33に例解されるように、光は、複数の異なる色の光を含み、光学回折構成要素は、ディスプレイ上の入射角で複数の異なる色の光を回折させるように構成されている。光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光の各々についてのそれぞれの光学リダイレクトサブ構成要素を含む。 In some implementations, as illustrated in Figures 30A to 33, the light comprises multiple different colors, and the optical diffraction component is configured to diffract the multiple different colors of light at the angle of incidence on the display. The optical redirection component includes separate optical redirection subcomponents for each of the multiple different colors of light.
いくつかの実装態様では、図30Bに例解されるように、複数の異なる色の光についてのそれぞれの光学リダイレクトサブ構成要素は、同じ記録構造、又は隣接しており、薄い光学インデックス層、接触層、又は接着層によってのみ分離されている記録構造に記録される。いくつかの実装態様では、図30A、31A、31B、32、33に例解されるように、複数の異なる色の光についてのそれぞれの光学リダイレクトサブ構成要素は、カバーガラスによって分離され得る、異なる対応する記録構造に記録される。 In some implementations, as illustrated in Figure 30B, each optical redirection subcomponent for multiple different colored lights is recorded in the same recording structure, or in adjacent recording structures separated only by a thin optical index layer, contact layer, or adhesive layer. In some implementations, as illustrated in Figures 30A, 31A, 31B, 32, and 33, each optical redirection subcomponent for multiple different colored lights is recorded in different corresponding recording structures that may be separated by a cover glass.
光学リダイレクト構成要素は、3D空間において、異なる方向に向かって、異なる回折角で、複数の異なる色の光を回折させるように構成することができる。いくつかの例では、図31A~31Bに例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のうちの少なくとも1つを回折させて、界面において少なくとも1つのブルースター角で入射させるように構成されている。界面は、上部基板と周囲の媒体との間の界面、又は2つの隣接する基板との間の界面のうちの1つを含むことができる。 An optical redirection component can be configured to diffract multiple different colored lights in different directions and at different diffraction angles in 3D space. In some examples, as illustrated in Figures 31A-31B, the optical redirection component is configured to diffract at least one of the multiple different colored lights and incident it at the interface at at least one Brewster angle. The interface can include one of the interfaces between the upper substrate and the surrounding medium, or between two adjacent substrates.
いくつかの実装態様では、図32に例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、平面内の第1の色の光(例えば、青色)及び第2の色の光(例えば、赤色)、並びに平面に直交する第3の色の光(例えば、緑色)を回折させるように構成されている。 In some implementations, as illustrated in Figure 32, the optical redirection component is configured to diffract light of a first color (e.g., blue) and a second color (e.g., red) in a plane, as well as light of a third color (e.g., green) perpendicular to the plane.
いくつかの実装態様では、図31Bに例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、複数の異なる色の光のうちの同じ色の光を回折させるように構成された、少なくとも2つの異なる光学リダイレクトサブ構成要素(例えば、図31Bのリダイレクション格子3166-1、3166-2)を含む。2つの異なる光学リダイレクトサブ構成要素は、光学リダイレクト構成要素に順次配置することができる。 In some implementations, as illustrated in Figure 31B, the optical redirection component includes at least two different optical redirection subcomponents (e.g., redirection gratings 3166-1, 3166-2 in Figure 31B) configured to diffract light of the same color from among multiple different colors of light. The two different optical redirection subcomponents can be arranged sequentially within the optical redirection component.
ディスプレイを照射するように光を誘導することは、一連の期間でディスプレイを照射するように複数の異なる色の光を順次誘導することを含むことができる。いくつかの実装態様では、図33に例解されるように、光学リダイレクト構成要素は、第1の期間の全て、一部、又は部分の間に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間の全て、一部、又は部分の間に第2の状態で第2の色の光を透過させるように構成された、切り替え可能な光リダイレクトサブ構成要素(例えば、図33の切り替え可能な緑リダイレクション格子3316)を含むことができる。 Inducing light to illuminate a display can include sequentially inducing multiple different colored lights to illuminate the display over a series of periods. In some implementations, as illustrated in Figure 33, the optical redirection component may include a switchable optical redirection subcomponent (e.g., the switchable green redirection grid 3316 in Figure 33) configured to diffract light of a first color in a first state during all, part, or part of a first period, and transmit light of a second color in a second state during all, part, or part of a second period.
いくつかの実装態様では、切り替え可能な光学リダイレクトサブ構成要素は、第1の期間の全て、一部、又は部分中に第1の状態で第1の色の光を回折させ、第2の期間の全て、一部、又は部分中に第2の状態で第2の色の光を回折させるように構成されている。 In some implementations, a switchable optical redirection subcomponent is configured to diffract light of a first color in a first state during all, part, or portion of a first period, and to diffract light of a second color in a second state during all, part, or portion of a second period.
複数の異なる色の光は、第1の色の光及び第2の色の光を含むことができ、第1の色の光は、第2の色の光よりも短い波長を有する。光学リダイレクト構成要素では、第1の光の色のための第1の光学リダイレクトサブ構成要素は、図30A~33に例解されるように、第2の光の色のための第2の光学リダイレクトサブ構成要素よりもディスプレイに近い位置に配置することができる。 Multiple different colored lights may include a first color of light and a second color of light, where the first color of light has a shorter wavelength than the second color of light. In the optical redirection component, the first optical redirection subcomponent for the first color of light can be positioned closer to the display than the second optical redirection subcomponent for the second color of light, as illustrated in Figures 30A-33.
いくつかの実装態様では、少なくとも2つの異なる色の光に対する少なくとも2つの光学リダイレクトサブ構成要素のフリンジ平面は、実質的に異なる方向に配向されている。 In some implementations, the fringe planes of at least two optical redirection subcomponents for at least two different colors of light are oriented in substantially different directions.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、第1の色の光を回折させるように構成された第1の光学リダイレクト構成要素と、第2の色の光を回折させるように構成された第2の光学リダイレクト構成要素と、第1の光学リダイレクトサブ構成要素と第2の光学リダイレクトサブ構成要素との間に配置され、かつ第1の色の光が第2の光学リダイレクト構成要素を通って透過するように、第1の色の光の偏光状態を変換するように構成された少なくとも1つの光学リターダ(及び任意選択的に、直線偏光子)と、を含む。 In some implementations, the optical redirection component includes a first optical redirection component configured to diffract light of a first color, a second optical redirection component configured to diffract light of a second color, and at least one optical retarder (and optionally, a linear polarizer) positioned between the first and second optical redirection subcomponents and configured to transform the polarization state of the light of the first color so that the light of the first color is transmitted through the second optical redirection component.
光の反射された第2の部分は、入射角と同一の反射角度を有し、ホログラフィックシーンの外側に伝搬する。いくつかの例では、視野角の半分は、-10度~10度の範囲内、又は-5度~5度の範囲内である。いくつかの例では、入射角は、-6度又は6度である。 The second, reflected portion of the light has the same angle of reflection as the angle of incidence and propagates outside the holographic scene. In some examples, half of the field of view is within the range of -10 to 10 degrees, or -5 to 5 degrees. In some examples, the angle of incidence is -6 degrees or 6 degrees.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光が、変更されずに通過することを可能にし、光の回折された第1の部分をリダイレクトして、ディスプレイゼロ次光から離れている、所定の角度を有する円錐又は円錐台に対応するホログラフィックシーンを形成するように構成されている。 In some implementations, the optical redirection component is configured to allow the display zero-order light to pass through unchanged, redirecting the diffracted first portion of the light to form a holographic scene corresponding to a cone or frustum of a predetermined angle, away from the display zero-order light.
いくつかの実装態様では、光学リダイレクト構成要素は、ディスプレイゼロ次光を、第1の方向に向かってリダイレクトし、光の回折された第1の部分を第1の方向から離れた第2の方向に向かってリダイレクトするように構成されている。例えば、光の回折された第1の部分は、基板のくさび形表面に対して垂直であるようにリダイレクトすることができ、ディスプレイゼロ次光は、臨界角を超えてくさび形表面に当たるようにリダイレクトされ、したがって、基板内に戻って全内部反射(TIR)を受けることができる。 In some implementations, the optical redirection component is configured to redirect the zero-order display light toward a first direction and redirect the diffracted first portion of the light toward a second direction away from the first direction. For example, the diffracted first portion of the light can be redirected perpendicular to the wedge-shaped surface of the substrate, and the zero-order display light can be redirected to strike the wedge-shaped surface beyond a critical angle, and thus return into the substrate and undergo total internal reflection (TIR).
再構築された三次元オブジェクトを表示する追加的な態様
本開示の実装態様は、ホログラフィック光場、例えば、図5Aのホログラフィック光場518、図5Bの528、図5Cの538、図5Dの548、図5Eの568、図5Fの578、図5H、5I、5J、若しくは5Kの599-1若しくは599-2、図24の2422、図26Aの2622、図26Bの2632、図26C、26D、若しくは26Eの2652、図27Aの2702、図27B若しくは27Cの2732、図28の2802、図29の2902、図30A若しくは30Bの3022、図31A若しくは31B若しくは33の3122、又は図32の3220、3222、3224において、再構築された三次元(3D)オブジェクトを表示するためのディスプレイシステムを提供する。本明細書に記載の技術は、例えば、より大きな反射型ディスプレイを使用することによって、より大きな格子を使用することによって、及び/又は入力光を制御することによって、ホログラフィック光場の1つ以上の特性(例えば、サイズ又はゼロ次抑制)を改善して、それによって、ディスプレイシステムの性能を向上させることができる。例示のみを目的として、技術は、図31Aのシステム3100を参照して考察される。
Additional aspects of displaying the reconstructed three-dimensional object Implementations of this disclosure include holographic light fields, for example, holographic light fields 518 in Figure 5A, 528 in Figure 5B, 538 in Figure 5C, 548 in Figure 5D, 568 in Figure 5E, 578 in Figure 5F, 599-1 or 599-2 in Figures 5H, 5I, 5J, or 5K, 2422 in Figure 24, 2622 in Figure 26A, 2632 in Figure 26B, 26C, 26D, or 26 In Figures E 2652, Figure 27A 2702, Figure 27B or 27C 2732, Figure 28 2802, Figure 29 2902, Figure 30A or 30B 3022, Figure 31A or 31B or 33 3122, or Figures 3220, 3222, and 3224, a display system for displaying reconstructed three-dimensional (3D) objects is provided. The techniques described herein can improve the performance of the display system by improving one or more properties of the holographic light field (e.g., size or zero-order suppression) by, for example, using a larger reflective display, using a larger grating, and/or controlling the input light. For illustrative purposes only, the techniques are considered with reference to system 3100 in Figure 31A.
第1の例示的な方法-より大きな反射型ディスプレイを使用する
図31Aのホログラフィック光場3122のサイズを増大させるための1つの方法は、より大きな反射型ディスプレイ3104と、変化しないビーム角を有する比例して大きな基板3111とを使用して、同じ光学ジオメトリを構築することである。
First exemplary method – Using a larger reflective display One way to increase the size of the holographic light field 3122 in Figure 31A is to construct the same optical geometry using a larger reflective display 3104 and a proportionally larger substrate 3111 with a constant beam angle.
反射型ディスプレイ3104の線形範囲が増加するにつれて、基板3111の前面領域は、反射型ディスプレイ3104の線形範囲の増加の二乗として増加する。ビーム角及びビーム分布が変わらないままである場合、基板3111の厚さは、反射型ディスプレイ3104の線形範囲の増加とともに増加する。結果として、基板3111の体積は、反射型ディスプレイ3104の線形範囲の増加の三乗として増加することができる。例えば、反射型ディスプレイ3104の同じ幅-高さアスペクト比及び基板3111の比例厚さを維持しながら、反射型ディスプレイ3104の幅を2倍にすることは、基板3111の全面を4倍にし、基板3111の体積を8倍に増加させる。最終的に、基板3111の大きい厚さ及び高いコストは、例えば、基板3111が、重要な包含物、吸収、散乱、複屈折、及び/又は他の目に見える光学的欠陥若しくは不完全を実質的に含まない、光学グレードの透明度を維持することが望ましい場合があるため、望ましくない場合がある。 As the linear range of the reflective display 3104 increases, the front area of the substrate 3111 increases as squared by the increase in the linear range of the reflective display 3104. If the beam angle and beam distribution remain unchanged, the thickness of the substrate 3111 increases with the increase in the linear range of the reflective display 3104. As a result, the volume of the substrate 3111 can increase as cubed by the increase in the linear range of the reflective display 3104. For example, doubling the width of the reflective display 3104 while maintaining the same width-height aspect ratio and proportional thickness of the substrate 3111 quadruples the front area of the substrate 3111 and increases the volume of the substrate 3111 eightfold. Ultimately, the increased thickness and high cost of the substrate 3111 may be undesirable, for example, because it may be desirable to maintain optical-grade clarity, where the substrate 3111 is substantially free of significant inclusions, absorptions, scatterings, birefringences, and/or other visible optical defects or imperfections.
基板3111の重量も望ましくない場合がある。例えば、基板3111は、反射型ディスプレイ3104の高さの約20%の厚さを有し得る。一例として、16:9アスペクト比(コンピュータモニタの典型的な寸法)を有する、対角686mm(27インチ)反射型ディスプレイ3104の場合、基板3111は、598mm×336mm×68mm以上の寸法を有し得る。そのような基板3111が、1.17~1.20g/cm3の密度を有するアクリルの固体ブロックから作製された場合、基板3111の重量は、少なくとも16kg(35ポンド)であり得る。16:9のアスペクト比を有する同様の対角1,650mm(65インチ)反射型ディスプレイ3104の場合、基板3111は、少なくとも165mmの厚さ、かつ少なくとも225kg(495ポンド)の重さであり得、これは、出荷、設置、及び移動することが困難であり得る。アクリルのそのようなブロックのための取り付け及び支持構造はまた、大きくかつ重い場合もある。 The weight of the substrate 3111 may also be undesirable. For example, the substrate 3111 may have a thickness of about 20% of the height of the reflective display 3104. As an example, for a 686 mm (27 inch) diagonal reflective display 3104 with a 16:9 aspect ratio (typical dimensions for computer monitors), the substrate 3111 may have dimensions of 598 mm × 336 mm × 68 mm or larger. If such a substrate 3111 is made from a solid block of acrylic with a density of 1.17 to 1.20 g/cm³, the weight of the substrate 3111 may be at least 16 kg (35 lbs). For a similar 1,650 mm (65 inch) diagonal reflective display 3104 with a 16:9 aspect ratio, the substrate 3111 may be at least 165 mm thick and weigh at least 225 kg (495 lbs), which may be difficult to ship, install, and move. Mounting and support structures for such acrylic blocks can also be large and heavy.
更に、ホログラフィック光場3122の全部又は一部が最終カバーガラス3113の前方の視空間に投影される場合、ホログラフィック光場3122は、フロントカバーガラス3113の更に前方に比例して位置付けられることが望ましい場合がある(例えば、対角1,650mmを有する反射型ディスプレイ3104の前方165mmを超える)。これにより、視野及び解像度が低下する可能性がある。より小さい、ゼロ、又は負のZ軸平行移動が適用される場合、ホログラフィック光場3122は、フロントカバーガラス3113の前面の後ろのより深くに現れ得る。 Furthermore, if all or part of the holographic light field 3122 is projected into the visual space in front of the final cover glass 3113, it may be desirable for the holographic light field 3122 to be positioned proportionally further forward of the front cover glass 3113 (for example, beyond 165 mm in front of the reflective display 3104 having a diagonal of 1,650 mm). This may reduce the field of view and resolution. If a smaller, zero, or negative Z-axis translation is applied, the holographic light field 3122 may appear deeper behind the front of the front cover glass 3113.
上記の問題に対処するために、基板3111をより薄くすることができ、これは、その質量、コストを低減し、基板にそのz位置及び視野に対するより少ない制約をもたらし得る。 To address the above issues, the substrate 3111 can be made thinner, which may reduce its mass and cost, and impose fewer constraints on the substrate's z-position and field of view.
いくつかの実施形態では、基板3111は、より低い密度及び/又は基板3111内に入る、かつ基板3111から出るビームの、より極端な角度及びビーム角度の変化を可能にする、屈折率を有する材料で作製することができる。例えば、液体充填基板3111は、アクリルの屈折率よりも小さい(例えば、17%~20%小さい)場合がある屈折率を有する液体、例えば、水又は油とともに使用することができる。液体は、タンク内に封入することができ、これは、タンクが空で輸送され、次いでその場で充填することができるため、特定の潜在的な輸送及び設置問題を解決するのに役立ち得る。 In some embodiments, the substrate 3111 can be made of a material with a lower density and/or refractive index that allows for more extreme angles and beam angle changes of the beam entering and exiting the substrate 3111. For example, the liquid-filled substrate 3111 can be used with a liquid having a refractive index that may be lower than that of acrylic (e.g., 17% to 20% lower), such as water or oil. The liquid can be sealed in a tank, which can help solve certain potential transportation and installation problems, as the tank can be transported empty and then filled in place.
ある特定の実施形態では、基板3111内に屈折された入力光3120の角度は、入力光3120の1つ以上の波長に対して増加することができる。これは、例えば、反射型ディスプレイ3104の同じ領域を照射するために、入力光3120のための比較的薄い基板3111の使用を可能にし得る。いくつかの場合では、特定の回折効率を達成するための、及び/又は所望の臨界角特性を満たすための角度を選択することが望ましい場合がある。 In certain embodiments, the angle of the input light 3120 refracted within the substrate 3111 can be increased with respect to one or more wavelengths of the input light 3120. This may allow the use of a relatively thin substrate 3111 for the input light 3120 to illuminate the same area of a reflective display 3104, for example. In some cases, it may be desirable to select an angle to achieve a specific diffraction efficiency and/or to satisfy desired critical angle characteristics.
いくつかの実施形態では、基板3111は、場格子3112上の入力光3120の入射角が、比較的大きくすることができるように、例えば、図12Bの基板1252、又は図12Cの基板1272と同様にくさび形にすることができる。 In some embodiments, the substrate 3111 can be wedge-shaped, similar to the substrate 1252 in Figure 12B or the substrate 1272 in Figure 12C, so that the incident angle of the input light 3120 on the field grid 3112 can be relatively large.
ある特定の実施形態では、2つ以上の照射器を使用して、例えば、それぞれ上方向及び下方向から反射型ディスプレイ3104の異なる領域を照射することができる。例えば、基板3111の第1の端面(例えば、基板3111の下端面)に第1の入力光3120を提供する第1の照射器3106を使用して、反射型ディスプレイ3104の第1の領域(例えば、下半分)のみを照射することができる。基板3111の第2の端面(例えば、基板3111の上端面)に第2の入力光(第1の入力光3120に類似することができる)を提供する第2の照射器(第1の照射器3106に類似することができる)を使用して、反射型ディスプレイ3104の第2の領域(例えば、上半分)のみを照射することができる。そのような配置は、基板3111が比較的薄くなることを可能にしながら(例えば、基板3111の厚さが半減することを可能にする)、反射型ディスプレイ3104が完全に照射されることを可能にすることができる。任意選択的に、基板3111の異なる対応する端面(例えば、基板3111の左端面及び右端面)を通って各々入力される第3の、第4の、又はより多くの数の入力光を使用して、反射型ディスプレイ3104の領域(例えば、それぞれ、左側領域及び右側領域)をそれぞれ照射することができる。 In certain embodiments, two or more irradiators can be used to illuminate different areas of the reflective display 3104 from, for example, from above and below, respectively. For example, a first irradiator 3106 that provides a first input light 3120 to a first end face of the substrate 3111 (e.g., the lower end face of the substrate 3111) can be used to illuminate only a first area (e.g., the lower half) of the reflective display 3104. A second irradiator (which can be similar to the first irradiator 3106) that provides a second input light (which can be similar to the first input light 3120) to a second end face of the substrate 3111 (e.g., the upper end face of the substrate 3111) can be used to illuminate only a second area (e.g., the upper half) of the reflective display 3104. Such an arrangement can allow the reflective display 3104 to be fully illuminated while enabling the substrate 3111 to be relatively thin (e.g., the thickness of the substrate 3111 to be halved). Optionally, a third, fourth, or more input light beams, each input through different corresponding end faces of the substrate 3111 (e.g., the left and right end faces of the substrate 3111), can be used to illuminate areas of the reflective display 3104 (e.g., the left and right regions, respectively).
いくつかの実施形態では、入力光は、異なる光路に沿って反射型ディスプレイ3104の異なる領域を照射することができる。例えば、基板3111の端面(例えば、基板3111の下側端面)に第1の入力光3120を提供し、かつ透過場格子3112を直接照射する第1の照射器3106は、基板3111の端面(第1の入力光によって使用されるのと同じ端面であり得る)に第2の入力光を提供する第2の照射器と組み合わせて使用することができるが、第2の入力光は、最初にリダイレクション格子3114に向かって前方に方向付けられ、その後、透過場格子3112に向かって反射され、したがって、第1の入力光が反射型ディスプレイ3104の第1の領域(例えば、上半分)を照射し、第2の入力光が反射型ディスプレイ3104の第2の隣接領域(例えば、下半分)を照射する。第2の入力光のそのような反射は、(例えば、基板3111とリダイレクション格子3114との間の界面によって)リダイレクション格子3114の表面における、又はそれより前の、全内部反射(TIR)又は反射格子を使用することによって達成され得る。代替的に、部分的な反射面(例えば、50:50又は勾配又はパターン化されたビームスプリッタ)を基板3111に組み込んで、基板3111内の単一の入力光3120を2つのビームに分割することができ、これには、減少した光学パワーで透過場格子3112に直接進行する第1のビーム、及び同じく減少した光学パワーで最初に透過場格子3112から離れて進行し、その後、例えば、TIR、又はリダイレクション格子3114の表面における、若しくはそれより前の反射格子によって透過場格子3112に向かって戻るように方向付けられる第2のビームが含まれる。 In some embodiments, the input light can illuminate different areas of the reflective display 3104 along different optical paths. For example, a first irradiator 3106 that provides a first input light 3120 to an end face of the substrate 3111 (e.g., the lower end face of the substrate 3111) and directly illuminates the transmission field grating 3112 can be used in combination with a second irradiator that provides a second input light to an end face of the substrate 3111 (which may be the same end face used by the first input light), but the second input light is first directed forward toward the redirection grating 3114 and then reflected toward the transmission field grating 3112, so that the first input light illuminates a first area (e.g., the upper half) of the reflective display 3104 and the second input light illuminates a second adjacent area (e.g., the lower half) of the reflective display 3104. Such reflection of the second input light can be achieved by using total internal reflection (TIR) or a reflection grating at or before the surface of the redirection grating 3114 (e.g., by the interface between the substrate 3111 and the redirection grating 3114). Alternatively, a partial reflection surface (e.g., a 50:50 or gradient or patterned beam splitter) can be incorporated into the substrate 3111 to split a single input light 3120 within the substrate 3111 into two beams, including a first beam that travels directly to the transmission field grating 3112 with reduced optical power, and a second beam that initially travels away from the transmission field grating 3112 with also reduced optical power and is then directed to return to the transmission field grating 3112 by, for example, TIR, or a reflection grating at or before the surface of the redirection grating 3114.
特定の実施形態では、透過場格子3112の回折効率は、入力光3120が最初に透過場格子3112のサブ領域に遭遇するときに、入力光3120の選択された割合のみが反射型ディスプレイ3104に向かって外側に回折される一方、入力光3120の残りの全部又は一部が基板3111内に反射されるように、パターン化され得る。基板3111内の反射された入力光3120は、TIRによって、例えば、透過場格子3112の第2のサブ領域に向かって後方に、基板3111の前面に更に反射され、透過場格子3112の第2のサブ領域は、透過場格子3112の2つのそのような領域が実質的に類似した光学パワーで反射型ディスプレイ3104の2つの対応するサブ領域を照射するように調整された回折効率で反射型ディスプレイ3104に向かって第2の部分を結合する。上述のプロセスは、透過場格子3112の3つ以上のそのようなサブ領域、及びしたがって、反射型ディスプレイ3104の3つ以上の対応するサブ領域に拡張することができる。 In certain embodiments, the diffraction efficiency of the transmission field grating 3112 can be patterned such that when the input light 3120 first encounters a subregion of the transmission field grating 3112, only a selected proportion of the input light 3120 is diffracted outward toward the reflective display 3104, while all or part of the remaining input light 3120 is reflected into the substrate 3111. The reflected input light 3120 within the substrate 3111 is further reflected by TIR, for example, backward toward a second subregion of the transmission field grating 3112, toward the front surface of the substrate 3111, and the second subregion of the transmission field grating 3112 combines a second portion toward the reflective display 3104 with a diffraction efficiency adjusted so that two such regions of the transmission field grating 3112 illuminate two corresponding subregions of the reflective display 3104 with substantially similar optical power. The process described above can be extended to three or more such sub-regions of the transmission field grid 3112, and therefore to three or more corresponding sub-regions of the reflective display 3104.
いくつかの実施形態では、最初に反射型ディスプレイに回折されなかった光を再利用して、反射型ディスプレイを照射する。例えば、透過場格子3112の回折効率は、入力光3120が最初に透過場格子3112の第1のサブ領域に遭遇するときに、そのような入力光3120の選択された割合のみが反射型ディスプレイ3104に向かって外側に回折され、入力光3120の残りの全部又は一部が基板3111に反射されるように、パターン化又は選択することができる。反射された入力光3120は、最終的に(例えば、基板3111内のTIRによって、又は直接経路を介して)、基板3111の端面に取り付けられた又はそれに続く反射要素(例えば、図12Bの吸収体1203の代わりのミラー又は反射格子)に向かって進むことができ、反射要素は、基板3111を通ってそれを後方に反射させて(直接的に、又は更なるTIR又は回折リダイレクションの後に)、透過場格子3112の第1のサブ領域又は透過場格子3112の第2のサブ領域を再照射し、透過場格子3112のサブ領域は、反射型ディスプレイ3104に向かってそれを外側に回折させる。 In some embodiments, light that was not initially diffracted to the reflective display is reused to illuminate the reflective display. For example, the diffraction efficiency of the transmission field grating 3112 can be patterned or selected such that when the input light 3120 first encounters a first sub-region of the transmission field grating 3112, only a selected proportion of such input light 3120 is diffracted outward toward the reflective display 3104, and all or part of the remaining input light 3120 is reflected toward the substrate 3111. The reflected input light 3120 can eventually travel (for example, by TIR within the substrate 3111, or via a direct path) toward a reflective element attached to or following the end face of the substrate 3111 (for example, a mirror or reflective grating instead of the absorber 1203 in Figure 12B), which reflects it backward through the substrate 3111 (directly or after further TIR or diffraction redirection) to re-irradiate a first or second sub-region of the transmission field grating 3112, causing the sub-region of the transmission field grating 3112 to diffract it outward toward the reflective display 3104.
いくつかの実施形態では、反射型ディスプレイ3104のサブ領域の各々は、個々のディスプレイデバイス(例えば、LCoS)又は任意の他の反射型ディスプレイデバイスから作られ、反射型ディスプレイ3104は、より小さなディスプレイデバイスのタイル状のアレイによって形成されている。これにより、透過場格子3112の各サブ領域についての回折効率、したがってデバイス照射の相違が、異なる反射率を有するそのようなより小さなディスプレイデバイスを動作させることによって補償されることが可能になる。 In some embodiments, each subregion of the reflective display 3104 is made from an individual display device (e.g., LCoS) or any other reflective display device, and the reflective display 3104 is formed by a tiled array of smaller display devices. This makes it possible to compensate for the diffraction efficiency, and therefore the differences in device illumination, for each subregion of the transmission field grating 3112 by operating such smaller display devices having different reflectivity.
特定の実施形態では、反射型ディスプレイの高さに対する幅の相対的に高いアスペクト比を使用して、ホログラフィック光場のサイズを増加させる。基板3111の厚さは、一般に、反射型ディスプレイ3104の照射された高さに依存するが、反射型ディスプレイ3104の照射された幅に依存しないため、反射型ディスプレイ3104のアスペクト比が増加すると、基板3111の厚さは、その幅が必ずしもその高さの対応する増加を伴わずに増加するように増加する必要がない。例えば、幅:高さの16:9のアスペクト比ではなく、20:9のアスペクト比を使用し得る。このように反射型ディスプレイ3104のアスペクト比を増加させることは、ビューアが通常、主に水平配置で2つの目を有し、立体視をもたらすため、ホログラフィック光場のサイズを増加させることができる。 In certain embodiments, a relatively high aspect ratio of width to height of the reflective display is used to increase the size of the holographic light field. The thickness of the substrate 3111 generally depends on the irradiated height of the reflective display 3104, but not on the irradiated width of the reflective display 3104. Therefore, as the aspect ratio of the reflective display 3104 increases, the thickness of the substrate 3111 does not need to increase in such a way that its width does not necessarily increase with a corresponding increase in its height. For example, an aspect ratio of 20:9 can be used instead of a 16:9 aspect ratio of width:height. Increasing the aspect ratio of the reflective display 3104 in this way can increase the size of the holographic light field, as the viewer typically has two eyes, primarily in a horizontal arrangement, resulting in stereoscopic vision.
いくつかの場合では、複数のビューアがホログラフィック光場ディスプレイを同時に観察すると、ビューアは(一方が他方の頭の上を見ているのではなく)並んで位置付けられている可能性が高いため、高アスペクト比によって提供されるより広い視野は、グループ視聴に適し得る。更に、ホログラフィック光場のほとんどのビューア、例えば、カジュアルビューアは、上下するよりもむしろ左右に頭を動かす可能性が高いことが経験的に観察されているため、再び、より広い幅を有するより高いアスペクト比を実装して、システムの性能を向上させることができる。 In some cases, when multiple viewers observe a holographic light field display simultaneously, the viewers are likely to be positioned side-by-side (rather than one looking over the other's head), so the wider field of view provided by a higher aspect ratio can be suitable for group viewing. Furthermore, since it has been empirically observed that most viewers of holographic light fields, such as casual viewers, are more likely to move their heads from side to side than up and down, implementing a higher aspect ratio with a wider width can again improve system performance.
いくつかの場合では、有用かつ快適なホログラフィック光場ディスプレイは、非常に高いアスペクト比(ストリップ又はスリットディスプレイ)を有し得る。例えば、格子3112、3114、3116、及び3118が水平方向にタイル張りされている場合、比較的薄い基板3111でより広いアスペクト比を達成することができる。 In some cases, a useful and comfortable holographic light field display can have a very high aspect ratio (strip or slit display). For example, if the grids 3112, 3114, 3116, and 3118 are tiled horizontally, a wider aspect ratio can be achieved with a relatively thin substrate 3111.
一般に、反射型ディスプレイ3104の(及びしたがって、基板3111並びに格子3112、3114、3116、及び3118の)アスペクト比にかかわらず、入力光3120の幅が、反射型ディスプレイ3104の幅(及び基板3111並びに格子3112、3114、3116、及び3118の幅)を照射するのに十分であることが望ましい。反射型ディスプレイ3104の低アスペクト比の場合、入力光3120は、穏やかに伸長された長方形のプロファイル又は断面(又は更には正方形のプロファイル又は断面)を有することができ、これは、照射器3106から十分に大きな円形又は楕円ビームプロファイルをマスキングするか、又はそうでなければ切り取ることによって実装することができる。 In general, regardless of the aspect ratio of the reflective display 3104 (and therefore the substrate 3111 and the grids 3112, 3114, 3116, and 3118), it is desirable that the width of the input light 3120 is sufficient to illuminate the width of the reflective display 3104 (and the widths of the substrate 3111 and the grids 3112, 3114, 3116, and 3118). For low aspect ratios of the reflective display 3104, the input light 3120 may have a gently elongated rectangular profile or cross-section (or even a square profile or cross-section), which can be implemented by masking or otherwise cutting off a sufficiently large circular or elliptical beam profile from the irradiator 3106.
第2の例示的な方法-より大きな格子を使用する
反射型ディスプレイ3104及び基板3111が拡張される場合、透過場格子3112並びにディスプレイゼロ次リダイレクション格子3114、3116、及び3118も、一致するように拡張することができる。
Second exemplary method – Using a larger grid: When the reflective display 3104 and substrate 3111 are expanded, the transmission field grid 3112 and the display zero-order redirection grids 3114, 3116, and 3118 can also be expanded to match.
いくつかの実施形態では、透過場格子3112は、2つ以上の領域に分割することができ、各々は、上述のように、基板3111の異なる縁面を通って基板3111に入る入力光を利用する。 In some embodiments, the transmission field grid 3112 can be divided into two or more regions, each utilizing input light entering the substrate 3111 through different edges of the substrate 3111, as described above.
特定の実施形態において、より大きな格子3112、3114、3116、及び3118は、対応する光学素子及びそれぞれの生産システムの記録材料を拡張することによって生成することができる。 In certain embodiments, larger grids 3112, 3114, 3116, and 3118 can be generated by expanding the recording material of the corresponding optical elements and their respective production systems.
いくつかの実施形態では、より大きな格子3112、3114、3116、及び3118は、タイル状の光学記録によって生成することができ、格子の各々のサブ領域は、ステップアンドリピートプロセスで、より小さな光学素子及びフルサイズの記録材料を使用して順次記録することができる。これにより、しばしば比較的安価である、より小さい光学構成要素の使用が可能になる。追加的又は代替的に、これは、比較的安価な記録レーザ光源、及び/又はそのような光源を提供するために利用可能な相対的に広い範囲のレーザ技術、波長、及びベンダーの使用を可能にすることができる、より低い記録能力の使用(例えば、記録露光持続時間を増加させるのではなく)を可能にすることができる。このようなタイル状格子はまた、複数の入力光を使用して透過場格子3112を拡張するための複数の領域を提供するために使用することもできる。 In some embodiments, larger gratings 3112, 3114, 3116, and 3118 can be generated by tiled optical recording, and each sub-region of the grating can be sequentially recorded using smaller optical elements and full-size recording material in a step-and-repeat process. This allows for the use of smaller optical components, which are often relatively inexpensive. Additionally or alternatively, this can allow for the use of lower recording capabilities (e.g., rather than increasing the recording exposure duration), which can enable the use of relatively inexpensive recording laser sources and/or a relatively wide range of laser technologies, wavelengths, and vendors available to provide such sources. Such tiled gratings can also be used to provide multiple regions for extending the transmitted field grating 3112 using multiple input light sources.
格子のタイル状サブ領域の縁部は、格子のサブ領域間のわずかなギャップで互いに当接することができる。任意選択的に、サブ領域は、シームレスに結合することができるか、又はサブ領域は、わずかに又は実質的に重なることができる。このようなアプローチの組み合わせが可能である。いくつかの場合では、わずかなギャップは、見えない場合があるか、ビューアの低い視認性を有し得る。例えば、ホログラフィック光場3122が、ビューアからの格子の光学距離を含まないビューアからの光学距離を占めるとき、ギャップは、ビューアの目がホログラフィック光場3122に焦点を合わせているとき、焦点が合わない場合がある。特定の場合において、わずかな重なりは、ビューアにとってほとんど、又はまったく視認性を有さない場合がある。格子の2つのサブ領域間の実質的な重なり、例えば、50%の重なりは、タイル張りの視認性を滑らかにする及び/若しくは低減するために、並びに/又は重なった格子の最終的な均一性を改善するために実装され得る。 The edges of the tiled sub-regions of the grid can touch each other with a slight gap between them. Optionally, the sub-regions can be seamlessly joined, or they can slightly or substantially overlap. A combination of these approaches is possible. In some cases, the slight gap may be invisible or have low visibility for the viewer. For example, when the holographic light field 3122 occupies an optical distance from the viewer that does not include the optical distance of the grid from the viewer, the gap may be out of focus when the viewer's eye is focused on the holographic light field 3122. In certain cases, the slight overlap may have little or no visibility to the viewer. Substantial overlap between two sub-regions of the grid, e.g., 50% overlap, can be implemented to smooth and/or reduce the visibility of the tiled surface and/or to improve the final uniformity of the overlapping grid.
いくつかの場合では、格子のタイル状のサブ領域間のそのようなわずかなギャップ又は重なりの視認性を低減するために、格子のサブ領域は、より小さなディスプレイデバイスのタイル状のアレイとして反射型ディスプレイ3104を形成するより小さなディスプレイデバイス間のギャップと位置合わせすることができる。 In some cases, to reduce the visibility of such small gaps or overlaps between the tiled subregions of the grid, the grid subregions can be aligned with the gaps between smaller display devices that form the reflective display 3104 as a tiled array of smaller display devices.
いくつかの場合では、有意なギャップも有意な重なりもない、効果的にシームレスな格子は、サブ領域の格子を記録するときに、記録基準及び/又はオブジェクトビームの光学系に、1つ以上の縁部定義要素、例えば、正方形、長方形、又はそうでなければ平面タイル張りの開口部を含むこと、及び格子又は格子の記録中に、縁部が記録材料内で実質的にしっかりと合った焦点にあるように形成された縁部を投影又は再撮像することによって実装することができる。鮮明に明確に定義された縁部を、サブ領域の格子を記録するときに、例えば、記録基準及び/又はオブジェクトビームの光学系で反射又は透過位相マスクを使用して達成することもできる。 In some cases, an effectively seamless grid with no significant gaps or overlaps can be implemented when recording a sub-region grid by including one or more edge-defining elements, e.g., square, rectangular, or otherwise planar tiled apertures, in the optical system of the recording reference and/or object beam, and by projecting or re-imaging the edges formed so that they are substantially firmly focused within the recording material during the recording of the grid or grid. Sharply defined edges can also be achieved when recording a sub-region grid, for example, by using a reflection or transmission phase mask in the optical system of the recording reference and/or object beam.
いくつかの実施形態では、より大きな格子3112、3114、3116、及び3118は、光学手段ではなく機械的手段、例えば、エンボス加工、ナノインプリント、又は自己組織化構造を使用して製造することができ、そのような機械的に生成された格子は、例えば、ロールツーロールシステムでのローラーエンボス加工の使用によって、1つ以上の寸法でタイル張りすることもできる。 In some embodiments, larger grids 3112, 3114, 3116, and 3118 can be manufactured using mechanical means rather than optical means, such as embossing, nanoimprinting, or self-assembled structures. Such mechanically produced grids can also be tiled in one or more dimensions, for example, by using roller embossing in a roll-to-roll system.
第3の例示的な方法-入力光を制御する
上述したように、反射型ディスプレイ3104のアスペクト比が増加すると、入力光3120のためのより拡張された長方形のプロファイルが望ましくなり得、照射器3106からのより楕円ビームプロファイルも望ましくなり得る。多くのレーザダイオードが楕円ビームを生成するため、いくつかの場合では、照射器3106からの所望のビームプロファイルは、照射器3106内のレーザダイオード光源の楕円率を回転させることによって、例えば、照射器3106内のレーザダイオード光源を機械的又は光学的に回転させることによって実装することができる。
Third exemplary method – controlling the input light As described above, as the aspect ratio of the reflective display 3104 increases, a more extended rectangular profile for the input light 3120 may become desirable, and a more elliptical beam profile from the irradiator 3106 may also become desirable. Since many laser diodes produce elliptical beams, in some cases the desired beam profile from the irradiator 3106 can be implemented by rotating the ellipticity of the laser diode light source within the irradiator 3106, for example, by mechanically or optically rotating the laser diode light source within the irradiator 3106.
多くのレーザダイオードが実質的に偏光された光を放出するため、及び、光学デバイス3110の特定の他の構成要素が特定の偏光配向に対してより良好に性能を発揮し得る(例えば、特定の偏光配向を必要とし得る)ため、例えば、広波長帯域の半波長リターダを使用して、入力光3120の全ての偏光を回転させることによって、又は個々の狭い波長帯域の半波長リターダを使用して、各色の入力光3120の偏光を別々に回転させることによって、照射器3106内の光源の楕円率及び偏光配向を独立して回転させることが望ましい場合がある。入力光3120のプロファイル又は断面は、幅及び高さの両方において非常に広範囲にあり得るため、ポリマー波長板又は液晶波長板などの低コストの半波長板は、例えば、石英から製造された高コストの半波長板よりもより好適であり得る。 Since many laser diodes emit substantially polarized light, and certain other components of the optical device 3110 may perform better for specific polarization orientations (e.g., they may require specific polarization orientations), it may be desirable to independently rotate the ellipticity and polarization orientation of the light source in the irradiator 3106, for example, by rotating all polarizations of the input light 3120 using a broadband half-wavelength retarder, or by rotating the polarizations of each color of input light 3120 separately using individual narrowband half-wavelength retarders. Because the profile or cross-section of the input light 3120 can vary very widely in both width and height, low-cost half-wave plates, such as polymer waveplates or liquid crystal waveplates, may be more preferable than high-cost half-wave plates, for example, those made from quartz.
いくつかの実施形態では、入力光3120の均一性は、アポダイジング光学素子又はプロファイルコンバータ、例えば、レンズ又はホログラフィック光学素子(HOE)のような光学素子の配置を使用することによって、若しくは、例えば、ガウスからトップハット及び/又は円形から長方形のプロファイルへの変換を行うためにロッドを一体化することによって、又は偏光リサイクル要素を使用することによって改善され得る。 In some embodiments, the uniformity of the input light 3120 can be improved by using an arrangement of optical elements such as apodizing optical elements or profile converters, for example, lenses or holographic optical elements (HOEs), or by integrating rods to perform conversions from Gaussian to top-hat and/or circular to rectangular profiles, or by using polarization recycling elements.
特定の実施形態では、アナモフィック光学系を実装することができる。反射型ディスプレイ3104のアスペクト比は、入力光3120のアナモフィシティの所望の程度が、光源パワーの許容できない割合をマスクオフする、及びしたがって無駄にすることなく、照射器3106内の費用対効果の高い光源によって適宜提供することができる閾値度を超え得る程度に増加され得る。そのような場合、入力光3120の幅は、アナモルフィック光学系、例えば、アナモルフィックレンズ若しくは円筒形レンズ、又はアナモルフィック若しくは円筒形レンズ若しくはミラーとして機能するHOEを使用することによって更に増加させることができる。 In certain embodiments, an anamorphic optical system can be implemented. The aspect ratio of the reflective display 3104 can be increased to such an extent that the desired degree of anamorphicity of the input light 3120 exceeds a threshold degree that can be appropriately provided by a cost-effective light source in the irradiator 3106 without masking off and thus wasting an unacceptable proportion of the light source power. In such cases, the width of the input light 3120 can be further increased by using an anamorphic optical system, such as an anamorphic lens or cylindrical lens, or a HOE that functions as an anamorphic or cylindrical lens or mirror.
例示的なシステム
図35A~Cは、再構築された3Dオブジェクトを表示するための例示的なシステム3500を例解する。図36A~Cは、それぞれ、システム3500の図35A~Cと同じ図を示すが、3つの色の光(例えば、赤色、緑色、青色)が、システム3500を通って伝搬する。
Exemplary System Figures 35A–C illustrate an exemplary system 3500 for displaying a reconstructed 3D object. Figures 36A–C show the same diagram of system 3500 as in Figures 35A–C, but with three colors of light (e.g., red, green, and blue) propagating through system 3500.
照射器3501Sからの実質的に同軸の楕円ビーム3501(例えば、赤色、緑色、及び青色などの3つの異なる色の3つのレーザダイオードで作られた)の長方形のセクション(図36Aに例解されるように)は、ミラー3502から反射され、次いで、プリズム素子3504の第1の面3503に屈折される。ビーム3501は、図36Aに例解されるように、上部ビームと下部ビームとの間に画定された幅を有する。プリズム素子3504内に屈折された異なる色の光ビームは、第1の方向に沿って一緒に積層され、(例えば、図36Aに例解されるように)、第2の方向に沿って互いに離間される(又は重なり合っている)ことができる(例えば、図36Bに例解されるように)。プリズム素子3504の第2の表面3505は、1つ以上の透過膨張格子3507が光学的に積層されている(一般に、色ごとに1つの格子)プリズム素子3504の第3の表面3506にビームを反射させる。各膨張格子は、プリズム素子3504内の比較的高い入射角、例えば68°でその対応する色によって照射され、一連のリフレクタ3508に向かってその照射光の一部を外側に回折させるように構成されている。事実上、格子3507は、レーザダイオードからの光ビーム3501の元の長方形のセクションを、1つの寸法(例えば、図36Aに例解されるような幅)で実質的な倍数(例えば、約6倍)で拡張する。第3の表面3506及び/又は膨張格子3507及び/又は膨張格子3507に適用されたカバー層によって、プリズム素子3504に反射された光ビームは、プリズム素子3504の表面に適用された吸収層3504Aによって吸収することができる(例えば、図36Aに例解されるように)。 A rectangular section (as illustrated in Figure 36A) of a substantially coaxial elliptical beam 3501 (e.g., made from three laser diodes of three different colors such as red, green, and blue) from the irradiator 3501S is reflected by the mirror 3502 and then refracted by the first surface 3503 of the prism element 3504. The beam 3501 has a defined width between the upper and lower beams, as illustrated in Figure 36A. The light beams of different colors refracted within the prism element 3504 can be stacked together along a first direction (e.g., as illustrated in Figure 36A) and spaced apart (or overlapping) along a second direction (e.g., as illustrated in Figure 36B). The second surface 3505 of the prism element 3504 reflects the beam to a third surface 3506 of the prism element 3504, on which one or more transmission expansion gratings 3507 are optically stacked (generally one grating per color). Each expansion grating is illuminated by its corresponding color at a relatively high incident angle, e.g., 68°, within the prism element 3504, and is configured to diffract a portion of the illuminated light outward toward a series of reflectors 3508. Effectively, the grating 3507 expands the original rectangular section of the light beam 3501 from the laser diode by a substantial multiple (e.g., about 6 times) of one dimension (e.g., the width illustrated in Figure 36A). The light beam reflected by the prism element 3504 can be absorbed by the absorption layer 3504A applied to the surface of the prism element 3504, due to the third surface 3506 and/or the expansion grating 3507 and/or the cover layer applied to the expansion grating 3507 (e.g., as illustrated in Figure 36A).
格子3507に入射する光は高い角度で入射するため、プリズム素子3504の深さ(例えば、その面3505の長さであって、その一部が少なくとも反射型である)は、比較的小さくすることができる。入射角は、光がそのような大きな角度で格子3507に空気から入射する場合(屈折率約1.0)、臨界を超えることができ、入射光の全てを格子から離れて反射させる。システム3500では、光は、例えば、高い屈折率(例えば、約1.5)を有するガラス又はアクリルから作製することができるプリズム素子3504から入射し、したがって、入射角は臨界角度を超えない。 Since the light incident on the grating 3507 is incident at a high angle, the depth of the prism element 3504 (e.g., the length of its surface 3505, of which at least a portion is reflective) can be relatively small. The angle of incidence can exceed critical if the light is incident on the grating 3507 from air at such a large angle (refractive index approximately 1.0), causing all of the incident light to be reflected away from the grating. In system 3500, the light is incident from the prism element 3504, which can be made from glass or acrylic having a high refractive index (e.g., approximately 1.5), and therefore the angle of incidence does not exceed critical.
いくつかの実施形態では、リフレクタ3508は、各色を、成形された基板3511に取り付けられたカバープレート3510に反射させるために、膨張格子3507によって外側に回折されたビーム(全ての3つの色)3509内に配置されている、3つのダイクロイックリフレクタ、色ごとに1つ、又は2つのダイクロイックリフレクタ、及び1つの色のためのミラー、又は2つの色のための1つのダイクロイックリフレクタ、及び1つの色のためのミラーを含むことができる。各色の光は、カバープレート3510に異なる角度で、かつカバープレート3510の異なる領域にわたって入射し、色の光がその後、例えば、成形された基板3511の前面3512上に形成され、次いで、成形された基板3511の背面3514に取り付けられた3つの積層された場格子(色ごとに1つ)3513から回折される、低指数層に反射されるような角度でカバープレート3510内(及びその後成形された基板3511内)に屈折される。全ての3つの色の光は、各色について実質的に同じ角度で反射型ディスプレイデバイス3515のアレイに入射し、各色は、1つ以上の反射型ディスプレイデバイス3515によって形成された反射領域の実質的に全体を照射する。反射型ディスプレイデバイスは、場格子3513を通って、成形された基板3511を通って、基板3511の前面3512に取り付けられた3つの積層されたディスプレイ(例えば、LCoS)ゼロ次抑制(LZOS)格子3516(色ごとに1つ)(本明細書の他の場所では、リダイレクション格子、例えば、図31Aのリダイレクション格子3114、3116、及び3118と称される)の積層に各色を反射させ、外側に回折させる。 In some embodiments, the reflector 3508 may include three dichroic reflectors, one or two dichroic reflectors per color and a mirror for one color, or one dichroic reflector for two colors and a mirror for one color, positioned within the beams (all three colors) 3509 diffracted outward by the expansion grating 3507 to reflect each color to a cover plate 3510 mounted on a molded substrate 3511. The light of each color is incident on the cover plate 3510 at different angles and across different regions of the cover plate 3510, and the light of the color is then refracted into the cover plate 3510 (and subsequently into the molded substrate 3511) at angles such that it is formed, for example, on the front surface 3512 of the molded substrate 3511 and then reflected by a low-index layer diffracted by three stacked gratings (one per color) 3513 mounted on the back surface 3514 of the molded substrate 3511. All three colors of light enter the array of reflective display devices 3515 at substantially the same angle for each color, and each color illuminates substantially the entire reflective area formed by one or more reflective display devices 3515. The reflective display devices reflect each color through the field grating 3513, through the molded substrate 3511, and onto a stack of three stacked display (e.g., LCoS) zero-order suppression (LZOS) gratings 3516 (one for each color) mounted on the front surface 3512 of the substrate 3511 (referred elsewhere herein to as redirection gratings, e.g., redirection gratings 3114, 3116, and 3118 in Figure 31A), causing the light to diffract outwards.
反射型ディスプレイデバイス3515に入射する各色の一部は、ディスプレイゼロ次ビーム3521に反射され、各ディスプレイデバイス(例えば、LCoS)に入射する各色の一部は、各ディスプレイデバイスによって、ビューアによって見られ得る、対応するホログラフィック光場3522、例えば、図32のホログラフィック光場3220、3222、3224に回折される。本明細書の他の箇所で考察されるように、ディスプレイゼロ次抑制格子(又はリダイレクション格子)3516は、ディスプレイゼロ次角度で入射する光を実質的に回折させるが、より大きい又はより小さい角度で入射する光を実質的に透過させ、反射されたディスプレイゼロ次光を、回折されたホログラフィック光場から分離する角度選択的透過格子である。拒否されたディスプレイゼロ次光3523は、図36Bに示されるように、実質的な角度でリダイレクション格子の前面から出得るか、又は、本明細書の他の箇所に記載されるように、TIRによって、又は反射格子によって、成形された基板3511に反射され得る。 A portion of each color incident on the reflective display device 3515 is reflected to the display zero-order beam 3521, and a portion of each color incident on each display device (e.g., LCoS) is diffracted by each display device to the corresponding holographic light field 3522, e.g., holographic light fields 3220, 3222, and 3224 in Figure 32, which can be seen by the viewer. As discussed elsewhere in this specification, the display zero-order suppression grating (or redirection grating) 3516 is an angle-selective transmission grating that substantially diffracts light incident at the display zero-order angle but substantially transmits light incident at larger or smaller angles, separating the reflected display zero-order light from the diffracted holographic light field. The rejected display zero-order light 3523 can exit from the front of the redirection grating at a substantial angle, as shown in Figure 36B, or can be reflected by TIR or by the reflection grating to the molded substrate 3511, as described elsewhere in this specification.
いくつかの実施形態では、反射要素3508の傾斜角は、透過場格子3513からの回折のより大きな均一性を達成するように(例えば、透過場格子3513をそれらの再生ブラッグ角で照射するか、又はそれらの再生ブラッグ角に近い角度で照射することによって)、及び/又は透過場格子3513からの回折のより大きな輝度を達成するように(例えば、透過場格子3513をそれらの再生ブラッグ角で照射するか、又はそれらの再生ブラッグ角に近い角度で照射することによって)調整することができる。このような調整は、反射要素3508のうちのそれぞれの1つの傾斜角を調整することによって、各色について実質的に独立して行うことができる。 In some embodiments, the tilt angle of the reflective elements 3508 can be adjusted to achieve greater uniformity of diffraction from the transmission field grating 3513 (e.g., by irradiating the transmission field grating 3513 at their regenerated Bragg angles or at angles close to their regenerated Bragg angles), and/or to achieve greater brightness of diffraction from the transmission field grating 3513 (e.g., by irradiating the transmission field grating 3513 at their regenerated Bragg angles or at angles close to their regenerated Bragg angles). Such adjustments can be made substantially independently for each color by adjusting the tilt angle of each of the reflective elements 3508.
いくつかの実施形態では、調整は、製造又は組み立て中に一回限りの調整として行うことができる。任意選択的に、調整は、場内のユーザ又はインストーラによって行うことができる。特定の実施形態では、調整は、例えば、輝度、均一性、色均一性、又は白色点などのホログラフィック光場の光学特性を検出し、最適化するために、色及び/又は輝度センサを利用するフィードバックループの一部として、自動的に実行することができる。いくつかの場合では、図35Bに示される傾斜角に直交する反射要素3508の傾斜角は、ディスプレイシステム3500の性能を最適化するように調整される。これらのアプローチは、必要に応じて組み合わせることができる。 In some embodiments, the adjustment can be performed as a one-time adjustment during manufacturing or assembly. Optionally, the adjustment can be performed by a user or installer in the field. In certain embodiments, the adjustment can be performed automatically as part of a feedback loop utilizing color and/or luminance sensors to detect and optimize optical properties of the holographic light field, such as luminance, uniformity, color uniformity, or white point. In some cases, the tilt angle of the reflective element 3508 perpendicular to the tilt angle shown in Figure 35B is adjusted to optimize the performance of the display system 3500. These approaches can be combined as needed.
いくつかの場合では、反射要素3508の傾斜調整を使用して、例えば、製造公差及び組立公差、出荷、保管、及び使用中の振動及び衝撃、熱膨張及び収縮、格子、レーザダイオード、又は他の波長依存性構成要素の劣化、並びに、動作温度、動作デューティサイクル、及び/又は部品間の変動によるレーザダイオードの波長シフトなどの要因によって引き起こされる、ディスプレイシステムの構成要素の変化又はアライメントの誤りを補正することができる。 In some cases, the tilt adjustment of the reflective element 3508 can be used to compensate for changes in the display system's components or alignment errors caused by factors such as manufacturing tolerances and assembly tolerances, vibrations and shocks during shipping, storage, and use, thermal expansion and contraction, degradation of the grid, laser diode, or other wavelength-dependent components, and wavelength shifts of the laser diode due to variations in operating temperature, operating duty cycle, and/or between components.
いくつかの場合では、反射要素3508の実質的に大きい又は実質的に小さい傾斜調整を使用して、例えば、成形された基板3511を後方又は前方に傾けるか、又は回転させて、ホログラフィック光場をそれぞれ上方又は下方に傾けることによって、膨張プリズム3504と成形された基板3511との間の角度が実質的に90°から変更されても、アライメントを維持することができる(図35Bに示されるように)。 In some cases, by using substantially large or substantially small tilt adjustments of the reflective element 3508, for example, by tilting the molded substrate 3511 backward or forward, or by rotating it, the holographic light field can be tilted upward or downward, respectively, thereby maintaining alignment even if the angle between the expansion prism 3504 and the molded substrate 3511 is substantially changed from 90° (as shown in Figure 35B).
反射型ディスプレイ3515上で比較的均一な照射を達成するために、レーザダイオードからのビームの中心をオフセットすることができ、これはまた、ホログラフィック光場における色均一性を維持することができる。各色によってディスプレイデバイス3515との間で移動する経路のわずかな違い(一般に、主にビームの色分散に起因する)は、例えば、プリズム素子3504へのそれらの入射時に、そうでなければ、3つの色の濃度をわずかにずらすことができる。これはまた、反射型ディスプレイデバイス3515の回折効率を(例えば、1つの寸法又は2つの寸法で)空間的に変形された方法で調整することによっても補正することができる。回折効率がコンピュータ生成ホログラム(CGH)の関数であるため、又はディスプレイデバイス3515の前又は後に(例えば、1つの寸法又は2つの寸法で)一定又は調整可能な空間的に変化する透過率又は吸光度を有する要素を利用することによって、そのような調整を即座に行うことができる。 To achieve relatively uniform illumination on the reflective display 3515, the center of the beam from the laser diode can be offset, which also helps maintain color uniformity in the holographic light field. Slight differences in the paths each color travels to and from the display device 3515 (generally, mainly due to the color dispersion of the beam) can, for example, slightly shift the densities of the three colors when they are incident on the prism element 3504. This can also be corrected by adjusting the diffraction efficiency of the reflective display device 3515 in a spatially modified manner (e.g., by one or two dimensions). Since the diffraction efficiency is a function of the computer-generated hologram (CGH), such adjustments can be made immediately by utilizing elements with constant or adjustable spatially varying transmittance or absorbance before or after the display device 3515 (e.g., by one or two dimensions).
いくつかの場合では、基板3511への入力光3517(例えば、図36Bに例解されるように)は、基板3511の縁部表面でp偏光され、入力光3517が基板3511(又は使用される場合はカバーガラス3510)に入って、表面でのフレネル損失を低減するか、又は表面を傾斜させるか、又は反射防止コーティングして、そのようなフレネル損失を低減することができる。表面に、又は表面の後に固定された広波長帯域半波リターダは、透過場格子3513のための必要な又は所望の偏光である場合、そのようなp偏光をs偏光に変換することができる。 In some cases, the input light 3517 to the substrate 3511 (for example, as illustrated in Figure 36B) is p-polarized at the edge surface of the substrate 3511, and the input light 3517 enters the substrate 3511 (or the cover glass 3510, if used) to reduce Fresnel loss at the surface, or the surface can be tilted or an anti-reflective coating can be applied to reduce such Fresnel loss. A broadband half-wave retarder fixed on or behind the surface can convert such p-polarization to s-polarization if it is the required or desired polarization for the transmission field grating 3513.
いくつかの場合、透過場格子3513と反射型ディスプレイデバイス3515との間に位置付けられた広波長帯域リターダを使用して、反射型ディスプレイデバイス3515に対する照射光の偏光を更に調整して、反射型ディスプレイデバイス3515に必要な、又は所望の、又は最適な偏光状態を提供することができる。このようなリターダは、場格子3513の出口面に、又は反射型ディスプレイデバイス3515の外面に、又はその両方に固定することができ、p偏光又はs偏光を提供するための半波長板であることができるか、又は円偏光を提供するための4分の1波長板であることができ、又は各色について反射型ディスプレイデバイス3515上のあらゆる点で最適な偏光を提供するための、空間的及び/又は時間的及び/又は波長によって変化することができる別の値の遅延を有することができる。そのような波長板が、反射型ディスプレイデバイス3515からの反射されたホログラフィック光場に対して偏光状態を提供する限り、これは、後続の偏光依存要素、例えば、リダイレクション格子3516の所望の又は最適な偏光状態ではない場合がある。いくつかの場合において、1つ以上の更なる波長板が、要素又は複数の要素を満たすように偏光を更に調整するために、一定の、又は空間的に、若しくは時間的に、若しくは色素的に変化する遅延を有するそのような要素又は複数の要素の前に提供することができる。 In some cases, a broadband retarder positioned between the transmission field grating 3513 and the reflective display device 3515 can be used to further adjust the polarization of the light illuminating the reflective display device 3515 to provide the reflective display device 3515 with a required, desired, or optimal polarization state. Such a retarder can be fixed to the exit surface of the field grating 3513, or to the outer surface of the reflective display device 3515, or both, and may be a half-wave plate for providing p-polarization or s-polarization, or a quarter-wave plate for providing circular polarization, or may have a delay of a different value that can be varied spatially and/or temporally and/or wavelengthly to provide optimal polarization at every point on the reflective display device 3515 for each color. Insofar as such a wave plate provides a polarization state for the reflected holographic light field from the reflective display device 3515, this may not be the desired or optimal polarization state for subsequent polarization-dependent elements, such as the redirection grating 3516. In some cases, one or more additional waveplates can be provided before such elements or elements, having a constant, or spatially, temporally, or dye-varying delay, to further adjust the polarization to satisfy the elements or elements.
いくつかの場合では、基板3511と結合反射要素3508との間の光学距離は、3つの色の光が、反射要素3508のそれらの反射において更に分離されることを可能にするように比例して大きくすることができ、したがって、各色が、1つ又は2つの他の反射要素を透過させることなく、対応する反射要素によって反射されるか、又は3つの色の光が、他の反射要素を透過させず、3つのミラーを使用して反射されるのに十分に分離するように大きくすることさえできる。 In some cases, the optical distance between the substrate 3511 and the coupled reflective element 3508 can be increased proportionally to allow the three colors of light to be further separated in their reflections by the reflective element 3508, so that each color is reflected by the corresponding reflective element without passing through one or two other reflective elements, or even separated enough for the three colors of light to be reflected using three mirrors without passing through other reflective elements.
特定の実施形態では、結合反射要素3508は、反射要素3508の各々の照射が、実質的に光学的に同軸のレーザビームからではなく、実質的に異なる方向から来るように、位置付けられ、傾斜させることができる。これにより、照射器3501Sは、2つ又は3つの別個の照射器に分割することができ、各々が、3つの照射色のうちの1つ又は2つを提供し、これは、照射器3501S内の光学系を使用して、3つのレーザダイオードからの光を入力光3501を提供する組み合わされた白色入力光に結合するよりも安価かつ/又はより効率的であり得る。 In certain embodiments, the coupled reflector element 3508 can be positioned and tilted such that each illumination of the reflector element 3508 comes from substantially different directions, rather than from substantially optically coaxial laser beams. This allows the irradiator 3501S to be divided into two or three separate irradiators, each providing one or two of the three illumination colors, which may be less expensive and/or more efficient than using the optics within the irradiator 3501S to couple the light from the three laser diodes into a combined white input light providing the input light 3501.
いくつかの実施形態では、成形された基板3511は、モノリシックに形成することができ、例えば、材料のより大きなブロックから機械加工されたコンピュータ数値制御(CNC)によって形成することができ、2つ以上のより単純な(及びしたがってより製造可能な)形状を光学的に結合若しくはインデックス化することによって形成することができ、又は加法若しくは減法製造技術によって形成することができる。 In some embodiments, the molded substrate 3511 can be formed monolithically, for example, by computer numerical control (CNC) machining from a larger block of material, by optically combining or indexing two or more simpler (and therefore more manufacturable) shapes, or by additive or subtractive manufacturing techniques.
特定の実施形態では、より大きな垂直範囲を有する反射型ディスプレイ3515(又は反射型ディスプレイデバイス3515のアレイ)は、入力光3517の高さを増加させることによって照射することができ、これは、ディスプレイ照射のための第1の下部カットオフを形成する成形された基板3511の先端でカバーガラス3510(省略され得る)に実際に入る入力光3517の影響を受け、ディスプレイ照射のための上部カットオフ及び第2の下部カットオフを形成する成形された基板3511のコーナー3518が欠けている入力光3517の影響を受ける。 In certain embodiments, a reflective display 3515 (or an array of reflective display devices 3515) having a larger vertical range can be illuminated by increasing the height of the input light 3517, which is affected by the input light 3517 that actually enters the cover glass 3510 (optional) at the tip of the molded substrate 3511 forming a first lower cutoff for display illumination, and is affected by the input light 3517 that is missing from the corners 3518 of the molded substrate 3511 forming the upper and second lower cutoffs for display illumination.
いくつかの実施形態では、反射型ディスプレイ3515の照射は、約6°の角度にあり、これは、透過場格子3513はまた、リダイレクション格子3516に類似したゼロ次抑制要素として機能することができるため、約0°に変更することができる。そのような実施形態では、場格子3513は、形状基板3511内の反射型ディスプレイ3515から鏡面反射されたゼロ次光を透過させるのではなく反射させることができ、TIRは、それを、上方に、及び成形された基板3511の上部から、又はその上に形成された吸収体3524に導くことができる。場格子3513をリダイレクション格子10016と組み合わせて0°又はほぼ0°で使用することは、残留ディスプレイゼロ次光を非常に高い程度、例えば、2%未満の残留ディスプレイゼロ次光、又は更には<1%まで低減することができる。 In some embodiments, the illumination of the reflective display 3515 is at an angle of approximately 6°, which can be changed to approximately 0°, since the transmission field grating 3513 can also function as a zero-order suppression element similar to the redirection grating 3516. In such embodiments, the field grating 3513 can reflect, rather than transmit, the specularly reflected zero-order light from the reflective display 3515 within the shaped substrate 3511, and the TIR can direct it upward and from the top of the molded substrate 3511, or to an absorber 3524 formed thereon. Using the field grating 3513 in combination with the redirection grating 10016 at 0° or nearly 0° can reduce residual display zero-order light to a very high degree, for example, less than 2% or even <1%.
特定の実施形態では、一次元抑制格子が使用されるとき、ディスプレイゼロ次抑制は、点ではなく、反射型ディスプレイ3515を横切る暗い帯域として現れ、各照射色のゼロ次は、この暗い帯域内のその色の点としてのみ可視である。ビューアが、通常、卓上ディスプレイ又はテーブルディスプレイの場合であるように、反射型ディスプレイ3515に対して垂直よりも上から反射型ディスプレイ3515を見る可能性がより高い場合、システムは、ホログラフィック光場の下又はいずれかの側よりもむしろ、気づかれる可能性が低い、又は好ましくないホログラフィック光場の上に(しかし、角度空間では、その近くに)あるようにバンドを配置するように構成され得る。同様に、ビューアが法線の下から反射型ディスプレイ3515に対して垂直よりも下からディスプレイを見る可能性が高い場合、システムは、バンドをホログラフィック光場の下にあるように配置するように構成することができる。ほとんどのビューアが主に水平方向に分散した2つの目を使用してディスプレイを見る場合、バンドは、ホログラフィック光場の左又は右の代わりに、上又は下に配置することができる。 In certain embodiments, when a one-dimensional suppression grid is used, the zero-order suppression of the display appears not as a point, but as a dark band across the reflective display 3515, and the zero-order of each illuminated color is visible only as a point of that color within this dark band. If the viewer is more likely to view the reflective display 3515 from above rather than perpendicular to it, as is typically the case with a desktop or table display, the system may be configured to position the band above (but near, in angular space) the holographic light field, rather than below or to either side of it, where it is less likely to be noticed or undesirable. Similarly, if the viewer is more likely to view the display from below the normal or from below perpendicular to the reflective display 3515, the system may be configured to position the band below the holographic light field. If most viewers view the display using two eyes primarily dispersed horizontally, the band can be positioned above or below the holographic light field, instead of to the left or right.
照射器3501Sが、数nm又は数十nmのオーダーでスペクトル帯域幅を有する光源から導出されるいくつかの実施形態では、膨張格子3505及び場格子3507における回折は、反射型ディスプレイ3515に入射する照射光を分光的に分散させることができる。次いで、照射光は、スペクトル多様性(レーザダイオードのスペクトル帯域幅から)及び空間多様性(これらの格子によるレーザダイオードからの光の分散から、及びより小さい程度に、レーザダイオードの光源サイズから)を示すことができる。これらの複数の直交度多様性は、レーザダイオード自体のスペクトル及び空間的多様性によってのみ提供されるものと比較して、ホログラフィック光場における可視レーザスペックルの大幅な減少を引き起こす可能性がある。 In some embodiments, where the irradiator 3501S is derived from a light source having a spectral bandwidth on the order of several nanometers or tens of nanometers, diffraction in the expansion grating 3505 and field grating 3507 can spectrally disperse the incident illumination light onto the reflective display 3515. The illumination light can then exhibit spectral diversity (from the spectral bandwidth of the laser diode) and spatial diversity (from the dispersion of light from the laser diode by these gratings, and, to a smaller extent, from the light source size of the laser diode). These multiple orthogonality variabilities can result in a significant reduction in visible laser speckle in the holographic light field compared to that provided solely by the spectral and spatial diversity of the laser diode itself.
いくつかの実施形態では、膨張格子3505は、膨張格子3505が入力光3501を1つ又は2つの横方向に完全に又は部分的にコリメートすることができ、照射器3501Sにおけるレーザダイオードコリメーションの必要性を低減又は排除するように、光学パワーで形成することができる。 In some embodiments, the expansion grating 3505 can be formed with optical power such that it can completely or partially collimate the input light 3501 in one or two transverse directions, reducing or eliminating the need for laser diode collimation in the irradiator 3501S.
カバープレート3510への入力光3517の入射角は、2つ以上のそのような入射角が実質的に等しいように選択され得、この場合、単一のそのような反射要素が2つ以上の色を反射させるのに十分であり得るため、反射要素3508の数は減少され得る。更に、3508における最終反射要素は、前の反射要素の表面上又はその基板内に反射コーティングとして提供され得、この基板は、この最終リフレクタに異なる反射角を提供するためにくさび形であり得る。 The incident angles of the input light 3517 to the cover plate 3510 may be selected such that two or more such incident angles are substantially equal. In this case, the number of reflective elements 3508 may be reduced, as a single reflective element may be sufficient to reflect two or more colors. Furthermore, the final reflective element in 3508 may be provided as a reflective coating on or within the substrate of a preceding reflective element, and this substrate may be wedge-shaped to provide different reflection angles to this final reflector.
本明細書に記載される主題及び機能動作の実装態様は、デジタル電子回路、具体的に具現化されたコンピュータソフトウェア又はファームウェア、本明細書に開示される構造及びそれらの構造的等価物を含むコンピュータハードウェア、又はそれらのうちの1つ以上の組み合わせで実装することができる。本明細書に記載される主題の実装態様は、データ処理装置による実行のための、又はデータ処理装置の動作を制御するための有形の非一時的なコンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の1つ以上のモジュールなどの1つ以上のコンピュータプログラムとして実装することができる。代替的又は追加的に、プログラム命令は、データ処理装置による実行のための、好適な受信装置への伝送のための情報を符号化するために生成される機械生成された電気信号、光信号、又は電磁信号などの人工的に生成された伝搬信号上に符号化することができる。コンピュータ記憶媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶基板、ランダム若しくはシリアルアクセスメモリデバイス、又はそれらのうちの1つ以上の組み合わせであり得る。 The subject matter and functional operations described herein can be implemented in digital electronic circuits, specifically embodied computer software or firmware, computer hardware including the structures disclosed herein and their structural equivalents, or a combination of one or more of these. The subject matter described herein can be implemented as one or more computer programs, such as one or more modules of computer program instructions encoded on a tangible, non-temporary computer storage medium for execution by a data processing device or for controlling the operation of a data processing device. Alternatively or additionally, the program instructions can be encoded on artificially generated propagating signals, such as mechanically generated electrical signals, optical signals, or electromagnetic signals, which are generated to encode information for transmission to a suitable receiving device for execution by a data processing device. The computer storage medium may be a machine-readable memory device, a machine-readable memory board, a random or serial access memory device, or a combination of one or more of these.
「データ処理装置」、「コンピュータ」、又は「電子コンピュータデバイス」(又は当業者によって理解されるのと同等のもの)という用語は、データ処理ハードウェアを指し、例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む、データを処理するためのあらゆる種類の装置、デバイス、及び機械を包含する。装置はまた、特殊目的論理回路、例えば、中央処理ユニット(CPU)、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、又はASIC(特定用途向け集積回路)であり得るか、又は更に含むことができる。いくつかの実装態様では、データ処理装置及び特殊目的論理回路は、ハードウェアベース及びソフトウェアベースであり得る。装置は、任意選択的に、コンピュータプログラムの実行環境を作成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はそれらのうちの1つ以上の組み合わせを構成するコードを含むことができる。本明細書は、従来のオペレーティングシステムの有無にかかわらず、データ処理装置の使用を企図する。 The terms “data processing device,” “computer,” or “electronic computer device” (or equivalent as understood by those skilled in the art) refer to data processing hardware and encompass all kinds of devices, machines, and apparatus for processing data, including, for example, programmable processors, computers, or multiple processors or computers. Apparatus may also be, or further include, special-purpose logic circuits, such as central processing units (CPUs), FPGAs (field-programmable gate arrays), or ASICs (application-specific integrated circuits). In some implementations, data processing devices and special-purpose logic circuits may be hardware-based and software-based. Optionally, apparatus may include code that constitutes an execution environment for computer programs, such as processor firmware, protocol stacks, database management systems, operating systems, or a combination of one or more of these. This specification intends to describe the use of data processing devices with or without conventional operating systems.
プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、又はコードとも称され得る、コンピュータプログラムは、コンパイル型言語若しくはインタープリタ型言語、又は宣言的言語若しくは手続き的言語を含む任意の形式のプログラミング言語で記述することができ、それは、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、構成要素、サブルーチン、又はコンピューティング環境での使用に好適な他のユニットなどを含む任意の形式で展開することができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムにおけるファイルに対応し得るが、対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータ、例えば、マークアップ言語文書に記憶された1つ以上のスクリプトを保持するファイルの一部、問題のプログラム専用の単一のファイル、又は複数のコーディネートされたファイル、例えば、1つ以上のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を記憶するファイルに記憶することができる。コンピュータプログラムは、1つのサイトに位置するか、又は複数のサイトにわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続される1つのコンピュータ又は複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。様々な図面に例解されるプログラムの一部は、様々なオブジェクト、方法、又は他のプロセスを通って様々な特徴及び機能を実装する個々のモジュールとして示されるが、プログラムは、代わりに、必要に応じて、いくつかのサブモジュール、サードパーティサービス、構成要素、ライブラリなどを含み得る。逆に、様々な構成要素の特徴及び機能性は、必要に応じて単一の構成要素に組み合わせることができる。 A computer program, also known as a program, software, software application, module, software module, script, or code, can be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, or declarative or procedural languages. It can be deployed as a standalone program or in any form, including modules, components, subroutines, or other units suitable for use in a computing environment. A computer program may, but is not required, correspond to a file in a file system. A program can be stored in other programs or data, for example, as part of a file holding one or more scripts stored in a markup language document, as a single file dedicated to the program in question, or as a set of coordinated files, for example, as a file storing one or more modules, subprograms, or parts of code. A computer program can be deployed to run on one or more computers located at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communication network. While parts of a program illustrated in various diagrams are shown as individual modules implementing various features and functions through various objects, methods, or other processes, a program may instead include several submodules, third-party services, components, libraries, etc., as needed. Conversely, the characteristics and functionalities of various components can be combined into a single component as needed.
本明細書に記載のプロセス及び論理フローは、入力データを動作させ、出力を生成することによって機能を実行するために、1つ以上のコンピュータプログラムを実行する1つ以上のプログラム可能なコンピュータによって実行することができる。CPU、GPU、FPGA、又はASICなどの特殊目的論理回路として、プロセス及び論理フローはまた、実行することができ、装置もまた、実装することができる。 The processes and logic flows described herein can be executed by one or more programmable computers that run one or more computer programs to perform their functions by manipulating input data and generating outputs. Processes and logic flows can also be executed and implemented as special-purpose logic circuits such as CPUs, GPUs, FPGAs, or ASICs.
コンピュータプログラムの実行に好適なコンピュータは、汎用又は特殊目的マイクロプロセッサ、その両方、又は任意の他の種類のCPUに基づくことができる。一般に、CPUは、読み取り専用メモリ(ROM)又はランダムアクセスメモリ(RAM)又はその両方から命令及びデータを受信する。コンピュータの主な要素は、命令を実施又は実行するためのCPU、並びに命令及びデータを記憶するための1つ以上のメモリデバイスである。一般に、コンピュータはまた、データ、例えば、磁気ディスク、磁気光ディスク、又は光ディスクを記憶するための1つ以上のマスストレージデバイスを含むか、それらに動作可能に結合されて、それらからデータを受信するか、又はそれにデータを転送するか、又はその両方を行う。しかし、コンピュータにはそのようなデバイスを有する必要はない。更に、コンピュータは、別のデバイス、例えば、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、モバイルオーディオ又はビデオプレーヤー、ゲーム機、グローバルポジショニングシステム(GPS)受信機、又はポータブルストレージデバイス、例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)フラッシュドライブに埋め込むことができる。 A computer suitable for running computer programs can be based on a general-purpose or special-purpose microprocessor, both, or any other type of CPU. Generally, the CPU receives instructions and data from read-only memory (ROM) or random-access memory (RAM), or both. The main elements of a computer are the CPU for executing or running instructions, and one or more memory devices for storing instructions and data. Generally, a computer also includes, or is operably coupled to, one or more mass storage devices for storing data, such as magnetic disks, magneto-optical disks, or optical disks, to receive data from them, transfer data to them, or both. However, a computer is not required to have such devices. Furthermore, a computer can be embedded in another device, such as a mobile phone, personal digital assistant (PDA), mobile audio or video player, game console, global positioning system (GPS) receiver, or portable storage device, such as a Universal Serial Bus (USB) flash drive.
コンピュータプログラム命令及びデータを記憶するのに好適なコンピュータ可読媒体(必要に応じて一過性又は非一過性)は、例として、半導体メモリデバイス、例えば、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EEPROM)、及びフラッシュメモリデバイスを含む、あらゆる形態の不揮発性メモリ、媒体及びメモリデバイス、磁気ディスク、例えば、内部ハードディスク又はリムーバブルディスク、磁気光ディスク、並びにCD-ROM、DVD-R、DVD-RAM、及びDVD-ROMディスクを含む。メモリは、キャッシュ、ルックアップテーブル、クラス、フレームワーク、アプリケーション、バックアップデータ、ジョブ、ウェブページ、ウェブページテンプレート、データベーステーブル、ビジネス及び動的情報を記憶するリポジトリ、並びに任意のパラメータ、変数、アルゴリズム、命令、ルール、制約、又は参照を含む任意の他の適切な情報を含む様々なオブジェクト又はデータを記憶し得る。更に、メモリは、ログ、ポリシー、セキュリティ又はアクセスデータ、レポートファイル、及びその他などの任意の他の適切なデータを含み得る。プロセッサ及びメモリは、特殊目的論理回路によって補完するか、又はそれに組み込むことができる。 Computer-readable media (transient or non-transient as necessary) suitable for storing computer program instructions and data include, for example, all forms of non-volatile memory, media and memory devices, including semiconductor memory devices such as erasable programmable read-only memory (EPROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), and flash memory devices; magnetic disks such as internal hard disks or removable disks; magneto-optical disks; and CD-ROMs, DVD-Rs, DVD-RAMs, and DVD-ROM disks. Memory may store a variety of objects or data, including caches, lookup tables, classes, frameworks, applications, backup data, jobs, web pages, web page templates, database tables, repositories for storing business and dynamic information, and any other appropriate information, including any parameters, variables, algorithms, instructions, rules, constraints, or references. Furthermore, memory may include any other appropriate data, such as logs, policies, security or access data, report files, and others. Processors and memory may be complemented by or incorporated into special-purpose logic circuits.
ユーザとのインタラクションを提供するために、本明細書に記載された主題の実装態様は、ユーザに情報を表示するためのディスプレイデバイス、例えば、カソードレイチューブ(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)、ホログラフィック又は光場ディスプレイ、又はプラズマモニタ、キーボード及びポインティングデバイス、例えば、ユーザがコンピュータに入力を提供することができるマウス、トラックボール、又はトラックパッドを有するコンピュータ上で実装することができる。入力はまた、感圧性を有するタブレットコンピュータ表面、容量性又は電気感知を使用するマルチタッチスクリーン、又は他のタイプのタッチスクリーンなどのタッチスクリーンを使用してコンピュータに提供され得る。他の種類のデバイスは、同様に、ユーザとのインタラクションを提供するために使用することができ、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックなどの、任意の形態の感覚フィードバックであり得、ユーザからの入力は、音響、音声、又は触覚入力を含む、任意の形態で受信することができる。加えて、コンピュータは、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答して、ウェブページをユーザのクライアントデバイスのウェブブラウザに送信することによって、ユーザが使用するデバイスに文書を送信し、それから文書を受信することによって、ユーザとインタラクトすることができる。 To provide user interaction, the implementations of the subject matter described herein can be implemented on a computer having a display device for displaying information to the user, such as a cathode ray tube (CRT), liquid crystal display (LCD), light-emitting diode (LED), holographic or light field display, or plasma monitor, a keyboard and pointing device, such as a mouse, trackball, or trackpad, to which the user can provide input to the computer. Input can also be provided to the computer using a touchscreen, such as a pressure-sensitive tablet computer surface, a multi-touch screen using capacitive or electrosensory sensing, or other types of touchscreens. Other types of devices can similarly be used to provide user interaction; for example, feedback provided to the user may be any form of sensory feedback, such as visual feedback, auditory feedback, or haptic feedback, and input from the user may be received in any form, including acoustic, speech, or haptic input. In addition, the computer can interact with the user by, for example, sending a document to the user's device by sending a web page to the user's client device's web browser in response to a request received from a web browser, and then receiving the document from there.
「グラフィカルユーザインターフェース」又は「GUI」という用語は、1つ以上のグラフィカルユーザインターフェース及び特定のグラフィカルユーザインターフェースのディスプレイの各々を説明するために、単数形又は複数形で使用され得る。したがって、GUIは、情報を処理し、情報結果をユーザに効率的に提示するウェブブラウザ、タッチスクリーン、又はコマンドラインインターフェース(CLI)を含むが、これらに限定されない、任意のグラフィカルユーザインターフェースを表し得る。一般に、GUIは、ビジネススイートユーザによって動作可能な、インタラクティブフィールド、プルダウンリスト、及びボタンなど、ウェブブラウザに関連付けられた複数のユーザインターフェース(UI)要素、一部又は全てを含み得る。これら及び他のUI要素は、ウェブブラウザの機能に関連し得るか、又は表し得る。 The term “Graphical User Interface” or “GUI” may be used in the singular or plural form to describe one or more graphical user interfaces and each of the displays of a particular graphical user interface. Therefore, GUI can represent any graphical user interface, including but not limited to web browsers, touchscreens, or command-line interfaces (CLIs), that process information and efficiently present the results to the user. Generally, GUI may include some or all of the user interface (UI) elements associated with a web browser, such as interactive fields, pull-down lists, and buttons, that are operable by business suite users. These and other UI elements may be related to or represent the functionality of the web browser.
本明細書に記載される主題の実装態様は、例えば、データサーバとして、バックエンド構成要素を含む、又は例えば、アプリケーションサーバとして、ミドルウェア構成要素を含む、又はフロントエンド構成要素、例えば、ユーザが本明細書に記載される主題の実装態様とインタラクトすることができる、グラフィカルユーザインターフェース又はウェブブラウザを有するクライアントコンピュータを含む、又は1つ以上のそのようなバックエンド構成要素、ミドルウェア構成要素、又はフロントエンド構成要素の任意の組み合わせを含む、コンピューティングシステムで実装することができる。システムの構成要素は、有線又は無線デジタルデータ通信、例えば通信ネットワークの任意の形態又は媒体によって相互接続することができる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク(LAN)、無線アクセスネットワーク(RAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、マイクロ波アクセスのための世界的相互運用性(WIMAX)、例えば、902.11a/b/g/n及び902.20を使用する無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)、インターネットの全て又は一部、並びに1つ以上の場所での任意の他の通信システムが挙げられる。ネットワークは、例えば、インターネットプロトコル(IP)パケット、フレームリレーフレーム、非同期転送モード(ATM)セル、音声、ビデオ、データ、又はネットワークアドレス間の他の好適な情報と通信し得る。 Implementations of the subject matter described herein can be implemented in a computing system that includes, for example, a data server, a backend component, or, for example, an application server, a middleware component, or a frontend component, such as a client computer having a graphical user interface or a web browser from which a user can interact with the implementation of the subject matter described herein, or one or more such combinations of backend components, middleware components, or frontend components. The components of the system can be interconnected by wired or wireless digital data communication, such as any form or medium of a communication network. Examples of communication networks include local area networks (LANs), wireless access networks (RANs), metropolitan area networks (MANs), wide area networks (WANs), global interoperability for microwave access (WiMAX), such as wireless local area networks (WLANs) using 902.11a/b/g/n and 902.20, all or part of the Internet, and any other communication systems in one or more locations. The network may communicate, for example, with Internet Protocol (IP) packets, Frame Relay frames, Asynchronous Transfer Mode (ATM) cells, voice, video, data, or other suitable information between network addresses.
コンピューティングシステムは、クライアント及びサーバを含むことができる。クライアント及びサーバは、一般に、互いに遠隔で、典型的には、通信ネットワークを通ってインタラクトする。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント-サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。 A computing system can include clients and servers. Clients and servers generally interact with each other remotely, typically through a communication network. The relationship between clients and servers arises from computer programs running on each computer that have a client-server relationship with each other.
いくつかの実装態様では、ハードウェア及びソフトウェアの両方の、コンピューティングシステムの構成要素のうちの任意又は全ては、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)又はサービス層を使用して、互いにインターフェースをとり得、又は界面とインターフェースをとり得る。APIは、ルーチン、データ構造、及びオブジェクトクラスの仕様を含み得る。APIは、コンピュータ言語に依存しないか、又は依存するかのいずれかであり、完全な界面、単一の関数、又は一連のAPIさえも参照し得る。サービス層は、コンピューティングシステムにソフトウェアサービスを提供する。コンピューティングシステムの様々な構成要素の機能性は、このサービス層を介して全てのサービス消費者にアクセス可能であり得る。ソフトウェアサービスは、定義された界面を通じて、再利用可能で定義されたビジネス機能性を提供する。例えば、界面は、任意の好適な形式でデータを提供する任意の好適な言語で書かれたソフトウェアであり得る。API及びサービス層は、コンピューティングシステムの他の構成要素に関連して、一体型又は独立型の構成要素であり得る。更に、サービス層のいずれか又は全ての部分は、本明細書の範囲から逸脱することなく、別のソフトウェアモジュール、エンタープライズアプリケーション、又はハードウェアモジュールの子又はサブモジュールとして実装され得る。 In some implementations, any or all components of a computing system, both hardware and software, may interface with each other or with an interface using an Application Programming Interface (API) or a service layer. An API may include specifications for routines, data structures, and object classes. An API may be independent of or dependent on a computer language, and may refer to an entire interface, a single function, or even a set of APIs. The service layer provides software services to the computing system. The functionality of various components of the computing system may be accessible to all service consumers through this service layer. Software services provide reusable and defined business functionality through a defined interface. For example, an interface may be software written in any preferred language that provides data in any preferred format. The API and service layer may be integrated or independent components in relation to other components of the computing system. Furthermore, any or all parts of the service layer may be implemented as a child or submodule of another software module, enterprise application, or hardware module without departing from the scope of this specification.
本明細書は、多くの具体的な実装態様詳細を含むが、これらは、任意の発明の範囲又は特許請求され得るものの範囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の発明の特定の実装態様に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別々の実装態様の文脈で本明細書に記載されている特定の特徴は、単一の実装態様で組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実装態様の状況で説明される様々な特徴は、複数の実装態様で別々に、又は任意の好適なサブコンビネーションで実装することもできる。更に、特徴は、特定の組み合わせで作用するように記載され得、最初はそのように特許請求され得るが、特許請求された組み合わせからの1つ以上の特徴は、いくつかの場合において、組み合わせから除去され得、特許請求された組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションのバリエーションを対象とし得る。 This specification includes many specific implementation details, but these should not be interpreted as limitations on the scope of any invention or claim, but rather as descriptions of features that may be specific to a particular implementation of a particular invention. Specific features described herein in the context of separate implementations may also be implemented in combination in a single implementation. Conversely, various features described in the context of a single implementation may also be implemented separately in multiple implementations or in any preferred sub-combinations. Furthermore, features may be described to act in a particular combination and initially claimed as such; however, in some cases, one or more features from a claimed combination may be removed from the combination, and the claimed combination may cover sub-combinations or variations of sub-combinations.
主題の具体的な実装態様が記載されている。記載される実装態様の他の実装態様、変更、及び置換は、当業者に明らかであろうように、以下の特許請求の範囲内である。動作が特定の順序で図面又は特許請求の範囲に示されているが、これは、所望の結果を達成するために、そのような動作が、示された特定の順序又は連続した順序で実行されること、又は例解された全ての動作が、実行されること(いくつかの動作は任意選択的と見なされ得る)を必要とすると理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク又は並列処理が、有利であり、適切と判断されたときに実行され得る。 The specific implementations of the subject matter are described. Other implementations, modifications, and substitutions of the described implementations are within the following claims, as will be apparent to those skilled in the art. While the operations are shown in a specific order in the drawings or claims, this should not be understood as requiring that such operations be performed in a specific or sequential order shown, or that all illustrated operations be performed (some operations may be considered optional), in order to achieve the desired result. In certain circumstances, multitasking or parallel processing may be performed when deemed advantageous and appropriate.
簡潔にするために、ホログラフィック格子、LCOSデバイス、並びに他の光学構造及びシステムの構造、使用、及び/又は同様のもののための従来の技術は、本明細書で詳細に説明されない場合がある。更に、本明細書に含まれる様々な図に示される接続線は、例示的な機能関係、信号若しくは光路、及び/又は様々な要素間の物理的結合を表すことが意図される。多くの代替又は追加の機能関係、信号若しくは光路、又は物理的接続が、例示的なホログラフィック格子、LCOS、又は他の光学構造若しくはシステム、並びに/又はその構成要素に存在し得ることに留意されたい。 For the sake of brevity, prior art for the structure, use, and/or similar of holographic gratings, LCOS devices, and other optical structures and systems may not be described in detail herein. Furthermore, the connecting lines shown in the various figures contained herein are intended to represent exemplary functional relationships, signal or optical paths, and/or physical couplings between various elements. It should be noted that many alternative or additional functional relationships, signal or optical paths, or physical connections may exist in exemplary holographic gratings, LCOS, or other optical structures or systems, and/or their components.
本明細書における様々な例示的な実施形態の詳細な説明は、例解として様々な例示的な実施形態を示す、添付の図面及び写真を参照する。これらの様々な例示的な実施形態は、当業者が、本開示を実施することを可能にするために十分に詳細に記載されているが、他の例示的な実施形態が実現され得、論理的、光学的、及び機械的変更が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。したがって、本明細書の詳細な説明は、例解のみを目的として提示され、限定するものではない。例えば、方法又はプロセス説明のいずれかに記載のステップは、任意の好適な順序で実行され得、明示的に明記されていない限り、提示された順序に限定されない。更に、機能又はステップのいずれかは、1つ以上のサードパーティに外部委託されるか、又は1つ以上のサードパーティによって実行され得る。本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載のシステム、装置、及び方法に修正、追加、又は省略を行い得る。例えば、システム及び装置の構成要素は、一体化されるか、又は分離され得る。更に、本明細書に開示されるシステム及び装置の動作は、より多くの、より少ない、又は他の構成要素によって実行され得、説明される方法は、より多くの、より少ない、又は他のステップを含み得る。 Detailed descriptions of the various exemplary embodiments described herein refer to the accompanying drawings and photographs illustrating various exemplary embodiments as illustrations. While these various exemplary embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to implement the disclosure, it should be understood that other exemplary embodiments may be realized, and logical, optical, and mechanical modifications may be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. Therefore, the detailed descriptions herein are presented for illustrative purposes only and are not limiting. For example, the steps described in either the method or process description may be performed in any preferred order and are not limited to the order presented unless expressly specified. Furthermore, any function or step may be outsourced to or performed by one or more third parties. Modifications, additions, or omissions may be made to the systems, apparatus, and methods described herein without departing from the scope of the disclosure. For example, components of systems and apparatus may be integrated or separated. Furthermore, the operation of the systems and apparatus disclosed herein may be performed by more, fewer, or other components, and the methods described may include more, fewer, or other steps.
本明細書で使用される場合、「各」は、セットの各部材又はセットのサブセットの各部材を指す。更に、単数形に対する任意の言及は、複数の例示的な実施形態を含み、2つ以上の構成要素に対する任意の言及は、単数の例示的な実施形態を含み得る。具体的な利点が本明細書で列挙されているが、様々な例示的な実施形態は、列挙された利点のうちのいくつかを含むか、どれも含まないか、又は全てを含み得る。 As used herein, “each” refers to each member of a set or each member of a subset of a set. Furthermore, any reference to the singular may include multiple exemplary embodiments, and any reference to two or more components may include a single exemplary embodiment. While specific advantages are listed herein, various exemplary embodiments may include some, none, or all of the listed advantages.
利益、他の利点、及び問題に対する解決策は、特定の例示的な実施形態に関して本明細書に記載されている。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、及び任意の利益、利点、又は解決策が、より顕著に生じるか、又はより顕著なり得る任意の要素は、本開示の重要な、必要な、又は本質的な特徴若しくは要素として解釈されるべきではない。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲以外には何も制限されず、単数形の要素への言及は、明示的に示されない限り、「1つ及び1つだけ」を意味することを意図せず、むしろ「1つ以上」を意味する。更に、特許請求の範囲又は明細書において、「A、B、及びCのうちの少なくとも1つ」又は「A、B、又はCのうちの少なくとも1つ」に類似する語句が使用される場合、この語句が、Aのみが例示的な実施形態に存在し得ること、Bのみが例示的な実施形態に存在し得ること、Cのみが例示的な実施形態に存在し得ること、又は要素A、B及びCの任意の組み合わせ、例えば、A及びB、A及びC、B及びC、又はA及びB及びCが、単一の例示的な実施形態に存在し得ることを意味すると解釈されることが意図される。 Benefits, other advantages, and solutions to problems are described herein in relation to specific exemplary embodiments. However, benefits, advantages, solutions to problems, and any elements that cause or may cause any benefit, advantage, or solution to occur more prominently should not be construed as important, necessary, or essential features or elements of this disclosure. Therefore, the scope of this disclosure is not limited in any way to the appended claims, and references to singular elements, unless expressly indicated, are not intended to mean "one and only one," but rather "one or more." Furthermore, where phrases similar to "at least one of A, B, and C" or "at least one of A, B, or C" are used in the claims or specification, these phrases are intended to be construed as meaning that only A may be present in an exemplary embodiment, only B may be present in an exemplary embodiment, only C may be present in an exemplary embodiment, or any combination of elements A, B, and C, e.g., A and B, A and C, B and C, or A, B, and C, may be present in a single exemplary embodiment.
したがって、例示的な実装態様の前に提供された説明は、本明細書を定義又は制約しない。本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の変更、置換、及び交代も可能である。
なお、本明細書には以下の態様が開示されていることを付記する。
[態様1]
光学デバイスであって、
第1の光学回折構成要素と、
第2の光学回折構成要素と、
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間の色選択的偏光子と、を備え、
第1の偏光状態における第1の色の光を含む第1の光ビームが前記第1の光学回折構成要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の偏光状態における前記第1の色の光を回折させ、
第2の偏光状態における第2の色の光を含む第2の光ビームが前記色選択的偏光子に入射するとき、前記色選択的偏光子が、前記第2の光ビームを、前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を含む第3の光ビームに変換し、前記第2の色が、前記第1の色とは異なり、前記第2の偏光状態が、前記第1の偏光状態とは異なり、
前記第3の光ビームが前記第2の光学回折構成要素に入射するとき、前記第2の光学回折構成要素が、前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を回折させ、
前記第1の光学回折構成要素が前記第2の偏光状態における前記第2の色の光を回折させる回折効率が、前記第1の光学回折構成要素が前記第1の偏光状態における前記第1の色の光を回折させる回折効率よりも実質的に小さい、光学デバイス。[態様2]
光学デバイスであって、
第1の光学回折構成要素と、
第2の光学回折構成要素と、
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間の色選択偏光子と、を備え、
第1の色の光が、第1の入射角で、かつ第1の偏光状態で、前記第1の光学回折構成要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の色の光を、第1の回折効率で第1の回折角で回折させ、
前記第1の色の光とは異なる第2の色の光が、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で、第2の入射角で、前記第1の光学回折構成要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の色の光を、前記第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させ、
前記第2の偏光状態における前記第2の色の光が、前記色選択的偏光子に入射するとき、前記色選択的偏光子が、前記第2の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させ、
前記第2の色の光が、前記第2の入射角で、かつ前記第1の偏光状態で、前記第2の光学回折構成要素に入射するとき、前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の色の光を、第2の回折効率で第2の回折角で回折させる、光学デバイス。[態様3]
光学デバイスであって、
i)第1の入射角で入射する第1の偏光状態における第1の色の光を、第1の回折角で第1の回折効率で回折させることと、ii)第2の入射角で入射する第2の偏光状態における第2の色の光を、前記第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させることと、を行うように構成された第1の光学回折構成要素と、
前記色選択的偏光子に入射する前記第2の偏光状態における前記第2の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された色選択的偏光子と、
前記第2の入射角で入射する前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を、第2の回折角で第2の回折効率で回折させるように構成された第2の光学回折構成要素と、を備え、
前記色選択的偏光子が、前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間にある、光学デバイス。[態様4]
前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の偏光状態における前記第1の色の光を、前記第2の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で、前記第1の入射角で回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光が前記第2の光学回折構成要素の前に前記第1の光学回折構成要素に入射するように、順次積層されている、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様5]
第3の光学回折構成要素と、
前記第2の光学回折構成要素と前記第3の光学回折構成要素との間の第2の色選択的偏光子と、を更に備え、
前記第2の色選択的偏光子が、第3の色の光が前記第2の色選択的偏光子に前記第2の偏光状態で入射するとき、前記第3の色の光の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第3の光学回折構成要素が、前記第3の色の光が前記第3の光学回折構成要素に第3の入射角で、かつ前記第1の偏光状態で入射するとき、第3の回折効率で第3の回折角で前記第3の色の光を回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記色選択的偏光子が、前記第1の色の光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第2の色選択的偏光子が、前記第1の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第2の色の光の前記偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、
任意選択的に、前記第3の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々の前記偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第3の色選択的偏光子であって、前記第3の光学回折構成要素が、前記第2の色選択的偏光子と前記第3の色選択的偏光子との間にある、第3の色選択的偏光子を更に備え、
任意選択的に、前記第3の光学回折構成要素が、前記第3の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で、前記第2の偏光状態で入射する、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々を回折させるように構成されており、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の回折状態で入射する前記第3の色の光を、前記第1の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で回折させるように構成されており、前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の偏光状態で入射する、前記第1の色の光及び前記第3の色の光の各々を、前記第2の回折効率よりも実質的に小さい回折効率で回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記第2の色選択的偏光子が、一対の第1のサブ偏光子及び第2のサブ偏光子を備え、前記第1のサブ偏光子が、前記第1の色の光及び前記第3の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第2の色の光の前記偏光状態を、前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第2のサブ偏光子が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第3の色の光の前記偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、
任意選択的に、前記第2の色の光及び前記第3の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第4の色選択的偏光子であって、前記第1の光学回折構成要素が、前記第4の色選択的偏光子と前記色選択的偏光子との間にある、第4の色選択的偏光子を更に備える、態様4に記載の光学デバイス。[態様6]
前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、記録媒体に形成されたそれぞれのホログラフィック格子を備え、
任意選択的に、前記記録媒体が、感光性ポリマーを含み、
任意選択的に、前記記録媒体が、光学的に透明であり、
任意選択的に、前記それぞれのホログラフィック格子が、前記記録媒体に固定されており、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、前記記録媒体の側に取り付けられたキャリアフィルムを備え、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、前記キャリアフィルムとは反対の前記記録媒体の別の側に取り付けられた回折基板を備え、任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素の前記キャリアフィルムが、前記色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記回折基板が、前記色選択的偏光子の第2の、反対側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記キャリアフィルムが、前記第2の色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記回折基板が、前記第2の色選択的偏光子の第2の反対側に取り付けられている、態様5に記載の光学デバイス。[態様7]
基板を更に備え、
前記第1の光学回折構成要素が、前記基板と前記色選択的偏光子との間にあり、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記基板の表面上に反射防止コーティングを更に備え、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前面及び背面を更に備え、
任意選択的に、前記第1の色の光及び前記第2の色の光が、前記前面上に入射し、前記光学デバイスが、前記背面上に反射防止コーティングを更に備える、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様8]
前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を含む、複数の光学構成要素を備え、
前記複数の構成要素のうちの隣接する2つの光学構成要素が、屈折率整合材料を通って、一緒に取り付けられている、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様9]
前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素の各々が、記録媒体中に形成されたそれぞれのブラッグ格子を備え、
前記それぞれのブラッグ格子が、複数のフリンジ平面であって、前記記録媒体の体積内の前記フリンジ平面に垂直な、フリンジ傾斜角θ
t
及びフリンジ間隔Λを有する、複数のフリンジ平面を備え、
任意選択的に、前記それぞれのブラッグ格子が、前記記録媒体への入射角がオンブラッグ角であるとき、それぞれの回折角θ
m
が、ブラッグの式mλ=2 n Λ sin(θ
m
-θ
t
)で満たされるように構成されており、式中、λが、真空中のある色の光のそれぞれの波長を表し、nが、前記記録媒体内の屈折率を表し、θ
m
が、前記記録媒体内のm次の回折次数ブラッグ角を表し、θ
t
が、前記記録媒体内のフリンジ傾斜を表し、
任意選択的に、前記第1の入射角及び前記第2の入射角の各々が、前記オンブラッグ角と実質的に同一であり、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、一次ブラッグ角と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記それぞれのブラッグ格子の前記フリンジ傾斜角が、45度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記記録媒体の厚さが、前記フリンジ間隔よりも1桁超大きく、
任意選択的に、前記記録媒体の前記厚さが、前記フリンジ間隔よりも約30倍大きく、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、0度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、-7度~7度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、6度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、70度~90度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに実質的に同一である、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様10]
前記第1の偏光状態が、s偏光であり、前記第2の偏光状態が、p偏光であること、
前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の回折効率よりも少なくとも1桁小さい前記回折効率で、前記第2の偏光状態で入射する前記第2の色の光を回折させるように構成されており、前記色選択的偏光子が、前記第1の色の光の偏光状態を回転させないように構成されていること、及び
前記光学デバイスが、前記第2の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第2の色選択的偏光子であって、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の色選択的偏光子と前記色選択的偏光子との間にある、第2の色選択的偏光子を更に備えること、のうちの少なくとも1つが有効である、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様11]
前記第1の光学回折構成要素が、第1の回折構造を備え、前記第2の光学回折構成要素が、第2の回折構造を備え、
前記光学デバイスが、第1の反射層及び第2の反射層を備え、前記第1の反射層が、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間にあり、前記第2の回折構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間にあり、
前記第1の回折構造が、i)前記第1の回折構造に前記第1の入射角で入射する、一次及びゼロ次の前記第1の色の光を回折させることであって、前記一次が、前記第1の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第1の入射角で透過される、回折させることと、ii)前記第1の回折構造に前記第2の入射角で入射する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、
前記第1の反射層が、i)前記第1の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第1の色の光を完全に反射させることと、ii)前記第2の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、
前記第2の回折構造が、前記第2の回折構造に前記第2の入射角で入射する、一次及びゼロ次の前記第2の色の光を回折させるように構成されており、前記一次が、第2の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第2の入射角で透過され、前記第2の反射層が、前記第2の入射角で前記第2の反射層に入射する前記第2の色の光を完全に反射させるように構成されている、先行態様のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様12]
光学デバイスであって、
第1の回折構造を備える第1の光学回折構成要素と、
第2の回折構造を備える第2の光学回折構成要素と、
第1の反射層と、
第2の反射層と、を備え、
前記第1の反射層が、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間にあり、
前記第2の回折構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間にあり、
第1の色の光が前記第1の回折構造に第1の入射角で入射するとき、前記第1の回折構造が、一次及びゼロ次の前記第1の色の光を回折させ、前記一次が、第1の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第1の入射角で透過され、
第2の色の光が前記第1の回折構造に第2の入射角で入射するとき、前記第1の回折格子が、前記第2の入射角で前記第2の色の光を透過させ、
前記第1の色の光が前記第1の入射角で前記第1の反射層に入射するとき、前記第1の反射層が、前記第1の色の光を完全に反射させ、
前記第2の色の光が前記第2の入射角で前記第1の反射層に入射するとき、前記反射層が、前記第2の入射角で前記第2の色の光を透過させ、
前記第2の色の光が前記第2の回折構造に前記第2の入射角で入射するとき、前記第2の回折構造が、一次及びゼロ次の前記第2の色の光を回折させ、前記一次が、第2の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第2の入射角で透過され、
前記第2の色の光が前記第2の入射角で前記第2の反射層に入射するとき、前記第2の反射層が、前記第2の色の光を完全に反射させる、光学デバイス。[態様13]
光学デバイスであって、
第1の回折構造であって、i)前記第1の回折構造に第1の入射角で入射する一次及びゼロ次の第1の色の光を回折させることであって、前記一次が、第1の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第1の入射角で透過される、回折させることと、ii)前記第1の回折構造に第2の入射角で入射する第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された、第1の回折構造を備える第1の光学回折構成要素と、
i)前記第1の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第1の色の光を完全に反射させることと、ii)前記第2の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された第1の反射層と、
第2の回折構造であって、前記第2の回折構造に前記第2の入射角で入射する、一次及びゼロ次の前記第2の色の光を回折させることであって、前記一次が、第2の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第2の入射角で透過される、回折させることを行うように構成された、第2の回折構造を備える第2の光学回折構成要素と、
前記第2の入射角で前記第2の反射層に入射する前記第2の色の光を完全に反射させるように構成された第2の反射層と、を備え、
前記第1の反射層が、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間にあり、前記第2の回折構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間にある、光学デバイス。[態様14]
光学デバイスであって、
第1の入射角を有する第1の色の光を、第1の回折角で回折させるように構成された第1の回折構造を備える第1の光学回折構成要素と、
第2の入射角を有する第2の色の光を、第2の回折角で回折させるように構成された第2の回折構造を備える第2の光学回折構成要素と、
前記第1の入射角を有する前記第1の色の光を完全に反射させることと、前記第2の入射角を有する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成された第1の反射層と、
前記第2の入射角を有する前記第2の色の光を完全に反射させるように構成された第2の反射層と、を備え、
前記第1の反射層が、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間にあり、前記第2の回折構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間にある、光学デバイス。[態様15]
前記光学デバイスが、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間の色選択的偏光子を更に備え、前記第1の回折構造が、i)前記第1の入射角で入射する第1の偏光状態における前記第1の色の光を、第1の回折効率で回折させることと、ii)前記第2の入射角で入射する第2の偏光状態における前記第2の色の光を、前記第1の回折効率を実質的に下回る回折効率で回折させることと、を行うように構成されており、前記色選択的偏光子が、前記色選択的偏光子に入射する前記第2の偏光状態における前記第2の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第2の回折構造が、前記第2の入射角で入射する前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を、第2の回折効率で回折させるように構成されていること、
前記光学デバイスが、側面、並びに前記側面に取り付けられ、かつ前記第1の色及び前記第2の色の完全に反射された光を吸収するように構成された光吸収体を更に備えること、
前記第1の反射層が、前記第1の入射角を有する前記第1の色の光が、前記第2の入射角を有する前記第2の色の光を完全に反射させることなく、前記第1の反射層と前記第1の光学回折構成要素の前記層との間の界面によって完全に反射されるように、前記第1の反射層に直接隣接している前記第1の光学回折構成要素の層よりも小さい屈折率を有するように構成されていること、
前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の回折構造の両側に取り付けられた、第1のキャリアフィルム及び第1の回折基板を備え、前記第1のキャリアフィルムが、前記第1の回折基板よりも前記第2の回折構造に近接しており、前記第1のキャリアフィルムが、前記第1の反射層を備えること、並びに
前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の回折構造の両側に取り付けられた、第2のキャリアフィルム及び第2の回折基板を備え、前記第2の回折基板が、前記第2のキャリアフィルムよりも前記第1の回折構造に近接しており、前記第2の反射層が、前記第2のキャリアフィルムに取り付けられていること、のうちの少なくとも1つが有効である、態様12~14のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様16]
第3の回折構造であって、前記第3の回折構造に第3の入射角で入射する、一次及びゼロ次の第3の色の光を回折させるように構成された、第3の回折構造を備える第3の光学回折構成要素を更に備え、前記一次が、第3の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第3の入射角で透過され、前記第2の反射層が、前記第2の回折構造と前記第3の回折構造との間にあり、
任意選択的に、前記第1の反射層及び前記第2の反射層の各々が、前記第3の入射角で入射する前記第3の色の光を透過させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、第3の反射層であって、前記第3の反射層に前記第3の入射角で入射する前記第3の色の光を完全に反射させるように構成された、第3の反射層を更に備え、前記第3の回折構造が、前記第2の反射層と前記第3の反射層との間にあり、
任意選択的に、前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の回折構造の両側に配置された、第2の回折基板及び第2のキャリアフィルムを備え、前記第3の光学回折構成要素が、前記第3の回折構造の両側に位置付けられた、第3のキャリアフィルム及び第3の回折基板を備え、前記第2の反射層が、前記第2のキャリアフィルムと前記第3のキャリアフィルムとの間にある、態様12~15のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様17]
前記第1の回折構造及び前記第2の回折構造の各々が、記録媒体に形成されたそれぞれのホログラフィック格子を備え、
任意選択的に、前記記録媒体が、感光性ポリマーを含み、
任意選択的に、前記記録媒体が、光学的に透明であり、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素の各々が、前記記録媒体に形成されたそれぞれのブラッグ格子を備え、前記それぞれのブラッグ格子が、複数のフリンジ平面であって、前記記録媒体の体積内の前記フリンジ平面に垂直な、フリンジ傾斜角θ
t
及びフリンジ間隔Λを有する、複数のフリンジ平面を備え、
任意選択的に、前記それぞれのブラッグ格子が、前記記録媒体への入射角がオンブラッグ角であるとき、それぞれの回折角θ
m
が、ブラッグの式mλ=2 n Λ sin(θ
m
-θ
t
)で満たされるように構成されており、式中、λが、真空中のある色の光のそれぞれの波長を表し、nが、前記記録媒体内の屈折率を表し、θ
m
が、前記記録媒体内のm次の回折次数ブラッグ角を表し、θ
t
が、前記記録媒体内の前記フリンジ傾斜を表し、前記第1の入射角及び前記第2の入射角の各々が、それぞれのオンブラッグ角と実質的に同一であり、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、それぞれの一次ブラッグ角と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記記録媒体の厚さが、前記フリンジ間隔よりも1桁超大きく、
任意選択的に、前記記録媒体の前記厚さが、前記フリンジ間隔よりも約30倍大きく、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、0度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、6度と実質的に同一である、態様12~16のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様18]
前記第1の入射角が、前記第2の入射角とは異なり、
任意選択的に、前記第1の色の光が、前記第2の色の光よりも小さい波長を有し、前記第1の色の光の前記第1の入射角が、前記第2の色の光の前記第2の入射角よりも大きく、
任意選択的に、前記第1の入射角及び前記第2の入射角の各々が、70度~90度の範囲にある、態様12~17のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様19]
前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素を含む複数の構成要素を備え、前記複数の構成要素のうちの隣接する2つの構成要素が、屈折率整合材料、OCA、UV硬化光学接着剤若しくは熱硬化光学接着剤、又は光学接触材料のうちの少なくとも1つを含む中間層によって一緒に取り付けられており、
任意選択的に、前記第2の反射層が、前記中間層を備える、態様12~18のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様20]
前記第1の光学回折構成要素の前面に取り付けられた背面を有する基板を更に備え、
任意選択的に、前記基板が、前記背面に対して角度が付けられた側面を備え、前記側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されており、
任意選択的に、前記基板の、前記側面と前記背面との間の角度が、90度以上であり、
任意選択的に、前記基板が、前記複数の異なる色の光が、前記側面に、実質的に0度と同一の入射角で入射するように構成されており、
任意選択的に、前記基板が、くさび形であり、傾斜した前面を備え、前記前面と前記側面との間の角度が、90度未満である、態様12~19のいずれか一項に記載の光学デバイス。[態様21]
システムであって、
複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器と、
態様1~20のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を含み、
前記光学デバイスが、前記照射器に隣接して配置されており、前記照射器からの前記複数の異なる色の光を受信することと、前記複数の異なる色の光を回折させることと、を行うように構成されている、システム。[態様22]
前記光学デバイスが、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で、前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、任意選択的に、前記それぞれの回折角の各々が、-10度~10度の範囲にある、態様21に記載のシステム。[態様23]
前記照射器に結合され、かつ前記複数の異なる色の光の各々を提供するように前記照射器を制御するように構成されたコントローラを更に含み、
任意選択的に、前記システムが、複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイを更に含み、前記光学デバイスが、前記複数の色の光を、前記ディスプレイに対して回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記コントローラが、前記ディスプレイに結合されており、かつ前記ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、それぞれの制御信号を、前記複数のディスプレイ要素の各々に伝送するように構成されており、
任意選択的に、前記コントローラが、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、前記複数のプリミティブの各々について、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、前記それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されている、態様21又は22に記載のシステム。[態様24]
システムであって、
複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイと、
態様1~20のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を含み、
前記光学デバイスが、複数の異なる色の光を、前記ディスプレイに対して回折させるように構成されている、システム。[態様25]
前記光学デバイス及び前記ディスプレイが、ある方向に沿って配置されており、前記光学デバイスが、前記方向に沿って、前面及び背面を備え、前記ディスプレイが、前記方向に沿って、前面及び背面を備え、前記ディスプレイの前記前面が、前記光学デバイスの前記背面から離間されており、
任意選択的に、前記ディスプレイの前記前面が、ギャップによって、前記光学デバイスの前記背面から、離間されており、
任意選択的に、前記ディスプレイの前記前面又は前記光学デバイスの前記背面のうちの少なくとも1つが、反射防止コーティングで処理されており、
任意選択的に、前記システムが、前記光学デバイスの前記背面上に透明な保護層を更に含み、
任意選択的に、前記ディスプレイの前記前面及び前記光学デバイスの前記背面が、中間層によって一緒に取り付けられており、
任意選択的に、前記中間層が、前記光学デバイスによってゼロ次で透過される前記複数の色の光の各々が、前記中間層と前記光学デバイスの前記層との間の界面で完全に反射されるように、前記光学デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成されており、
任意選択的に、前記システムが、前記ディスプレイの前記前面上にカバーを更に含み、前記光学デバイスが、カバーガラス内に形成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記光学デバイスの前記前面で前記複数の色の光を受信するように構成されている、態様24に記載のシステム。[態様26]
前記光学デバイスが、前記光学デバイスの前方に基板を備え、前記基板の少なくとも1つの側面から前記複数の色の光を受信するように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記基板によって支持され、かつ前記ディスプレイに向かって前記複数の異なる色の光を回折させるように構成された少なくとも1つの回折格子を備え、
任意選択的に、前記基板が、前記回折格子の記録媒体よりも小さい屈折率を有する液体で満たされた容器を備え、
任意選択的に、前記基板が、くさび形状であり、傾斜した前面を備え、
任意選択的に、前記前面と前記側面との間の角度が、90度未満であり、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記基板内の異なる光路に沿った前記複数の異なる色の光の異なる部分を受信することと、前記異なる部分を回折させて、前記ディスプレイの異なる対応する領域を照射することと、を行うように構成されており、
任意選択的に、前記異なる領域が、前記ディスプレイの下部領域、上部領域、左部領域、及び右部領域のうちの2つ以上を備え、
任意選択的に、前記複数の異なる色の光の前記異なる部分が、異なる対応する照射器によって提供され、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記基板の異なる対応する側面から、前記複数の異なる色の光の異なる部分を受信するように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記基板の第1の側面から前記光学デバイスの前記背面までの、前記複数の異なる色の光の第1の部分を受信し、前記第1の部分を回折させて、前記ディスプレイの第1の領域を照射することと、前記基板の第2の側面から前記光学デバイスの前記前面までの、前記複数の異なる色の光の第2の部分を受信し、前記第2の部分を前記光学デバイスの前記背面に対して後方に反射させ、前記第2の部分を回折させて、前記ディスプレイの第2の領域を照射することと、を行うように構成されており、
任意選択的に、前記第1の側面及び前記第2の側面が、同一の側面であり、
任意選択的に、前記複数の異なる色の光の前記第2の部分が、前記光学デバイス内の全内部反射又は反射格子によって反射され、
任意選択的に、前記基板が、入力光を、前記第1の部分と前記第2の部分とに分離するように構成された部分反射面を備える、態様24又は25に記載のシステム。[態様27]
前記光学デバイスが、前記光学デバイスの前記背面に配置された少なくとも1つの回折格子を備え、
任意選択的に、前記回折格子が、異なる対応する回折効率を有する異なるサブ領域を備え、
任意選択的に、前記回折格子が、前記回折格子の第1のサブ領域に入射する前記複数の異なる色の光の第1の部分を回折させて、前記ディスプレイの第1の領域を照射し、更に前記光学デバイスの前記背面に対して後方に反射され、かつ前記回折格子の第2のサブ領域に入射する、前記複数の異なる色の光の第2の部分を、前記光学デバイスの前記前面に反射させることと、前記第2の部分を回折させて、前記ディスプレイの第2の異なる領域を照射することと、を行うように構成されており、
任意選択的に、前記回折格子が、前記ディスプレイの前記第1の領域及び前記第2の領域上の前記回折された第1の部分及び前記回折された第2の部分が、実質的に同じ光学パワーを有するように構成されており、
任意選択的に、前記ディスプレイの前記第1の領域及び前記第2の領域が、前記回折格子の前記第1のサブ領域及び前記第2のサブ領域の、第1の異なる回折効率及び第2の異なる回折効率に関連付けられている異なる反射率を有する、態様24~26のいずれか一項に記載のシステム。[態様28]
前記回折格子が、一緒にタイル張りされている複数のサブ領域を備え、
任意選択的に、前記サブ領域が、水平方向に沿ってタイル張りされており、
任意選択的に、前記異なるサブ領域の縁部が、光学的にシームレスな方法で互いに当接するように構成されており、
任意選択的に、前記異なるサブ領域が、記録媒体に各サブ領域を記録する際に、記録ビーム又はオブジェクトビームのうちの少なくとも1つの光路に1つ以上の縁部画定要素を含むことによって形成されており、前記1つ以上の縁部画定要素が、正方形の開口、矩形の開口、又は平面タイル開口を備え、
任意選択的に、前記回折格子の2つの隣接するサブ領域が、ギャップと当接しており、
任意選択的に、前記ディスプレイが、複数のタイル状ディスプレイデバイスを備え、前記回折格子の前記隣接するサブ領域間の前記ギャップが、前記ディスプレイの隣接するタイル状ディスプレイデバイス間のギャップと位置合わせされており、
任意選択的に、2つの隣接する異なるサブ領域が、重なりを有する、態様27に記載のシステム。[態様29]
前記回折格子が、エンボス加工された構造、ナノインプリントされた構造、又は自己組織化された構造を使用することによって機械的に形成されていること、及び
前記ディスプレイが、水平方向に沿った幅、及び垂直方向に沿った高さを有し、前記水平方向及び前記垂直方向の両方が、前記方向に垂直であり、前記幅と前記高さとのアスペクト比が、16:9よりも大きいことのうちの少なくとも1つが有効である、態様27又は28に記載のシステム。[態様30]
前記光学デバイスが、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記それぞれの回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記ディスプレイが、前記回折された色の光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスのある領域が、前記ディスプレイのある領域を覆う、態様24~29のいずれか一項に記載のシステム。[態様31]
前記光学デバイスに隣接して配置され、かつ前記複数の色の光を前記光学デバイスに提供するように構成された照射器を更に含み、
任意選択的に、前記照射器が、複数の発光素子であって、各々がそれぞれの色の光を放出するように構成された、複数の発光素子を備え、
任意選択的に、前記複数の発光素子からのビームの中心が、互いに対してオフセットされており、
任意選択的に、前記照射器が、楕円ビームプロファイル又は矩形ビームプロファイルを備えた光ビームを提供するように構成されており、
任意選択的に、前記照射器が、特定の偏光配向を備えた光ビームを提供するように構成されており、
任意選択的に、前記照射器が、前記複数の異なる色の光の各々の楕円度及び偏光配向を独立して制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を備え、
任意選択的に、前記照射器が、前記複数の異なる色の光の均一性を制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を備え、
任意選択的に、前記1つ以上の光学構成要素が、アポダイジング光学素子又はプロファイルコンバータを備え、
任意選択的に、前記システムが、前記複数の異なる色の光の幅を増加させるように構成された1つ以上のアナモフィック光学素子又は1つ以上の円筒形光学素子を含む、態様24~30のいずれか一項に記載のシステム。[態様32]
前記照射器と前記光学デバイスとの間のプリズム素子であって、前記プリズム素子の入力面から前記複数の異なる色の光を受信するように構成された、プリズム素子と、
前記プリズム素子の出口面に隣接する1つ以上の膨張格子であって、前記1つ以上の膨張格子の各々が、異なる対応する色の光のビームプロファイルを少なくとも1つの次元の係数によって膨張させるように構成されている、1つ以上の膨張格子と、を含み、
任意選択的に、前記システムが、前記1つ以上の膨張回折格子の下流にある1つ以上のリフレクタを更に含み、前記1つ以上のリフレクタの各々が、それぞれの色の光を前記光学デバイスに反射させるように構成されており、
任意選択的に、前記1つ以上のリフレクタの各々の傾斜角が、前記光学デバイスから前記ディスプレイへの回折の均一性を引き起こすように独立して調整可能であり、
任意選択的に、前記システムが、前記システムによって形成されたホログラフィック光場の1つ以上の光学特性を検出するように構成されたカラーセンサ又は輝度センサのうちの少なくとも1つを更に含み、前記1つ以上のリフレクタの前記傾斜角が、前記ホログラフィック光場の前記検出された光学特性に基づいて調整可能であり、
任意選択的に、前記1つ以上の光学特性が、輝度均一性、色均一性、又は白色点を含み、
任意選択的に、前記1つ以上のリフレクタが、前記システムの構成要素のアライメントの変化を補正するように調整可能であり、
任意選択的に、前記1つ以上のリフレクタと前記光学デバイスとの間の光学距離が、前記複数の異なる色の光の各々が、1つ以上の他のリフレクタを通る透過を伴わずに、対応するリフレクタによって反射されるように構成されており、
任意選択的に、前記1つ以上のリフレクタが、前記1つ以上のリフレクタの各々で照射された光が、実質的に異なる方向から来るように構成されており、
任意選択的に、前記プリズム素子と前記光学デバイスの基板との間の角度が、前記システムによって形成されたホログラフィック光場の位置を傾斜させるように調整可能であり、
任意選択的に、前記1つ以上の拡張格子が、前記複数の異なる色の光を1つ又は2つの横方向に少なくとも部分的にコリメートするように構成されている、態様31に記載のシステム。[態様33]
前記照射器に結合され、かつ前記複数の色の光の各々を提供するように前記照射器を制御するように構成されたコントローラを更に含み、
任意選択的に、前記コントローラが、前記ディスプレイに結合されており、かつ前記ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、それぞれの制御信号を前記複数のディスプレイ要素の各々に伝送するように構成されており、
任意選択的に、前記コントローラが、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、前記複数のプリミティブの各々について、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、前記それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されており、
任意選択的に、前記コントローラが、一連の期間に前記複数の色の光に関連付けられた情報で前記ディスプレイを順次変調することと、前記複数の色の光の各々が、前記光学デバイスによって前記ディスプレイに対して回折され、前記ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、前記それぞれの期間内に前記オブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、前記一連の期間のそれぞれの期間中に、前記複数の色の光の各々を前記光学デバイスに順次放出するように前記照射器を制御することと、を行うように構成されており、
任意選択的に、前記コントローラが、前記それぞれの色三次元光場が、i)完全に前記ディスプレイの前方に、ii)完全に前記ディスプレイの後方に、又はiii)部分的に前記ディスプレイの前方に、及び部分的に前記ディスプレイの後方に現れるように、前記ディスプレイを変調するように構成されている、態様31又は32に記載のシステム。[態様34]
前記ディスプレイが、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)又は液晶オンシリコン(LCOS)デバイスを含む空間光変調器(SLM)を備え、
任意選択的に、前記システムが、前記ディスプレイと前記光学デバイスとの間に配置された光学偏光子を更に含み、前記光学偏光子が、前記複数の異なる色の光の偏光状態を変更するように構成されている、態様24~33のいずれか一項に記載のシステム。[態様35]
前記光学デバイスが、前記複数の異なる色の光を含む光を、前記ディスプレイ要素を照射する前記光の一部分を回折させるように構成されている前記ディスプレイに対して回折させるように構成された光学回折構成要素を備え、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記光の前記部分を透過させて、ホログラフィックシーンを形成することと、ディスプレイゼロ次光を、三次元(3D)空間で前記ホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトすることと、を行うように構成された光学リダイレクト構成要素を更に備え、前記ディスプレイゼロ次光が、前記ディスプレイからの反射光を含み、
任意選択的に、前記光学リダイレクト構成要素が、前記複数の異なる色の光の前記ディスプレイゼロ次光に対する複数のリダイレクトホログラフィック格子を備え、前記複数のリダイレクトホログラフィック格子の各々が、前記複数の異なる色の光のそれぞれの色の光のディスプレイゼロ次光を、前記3D空間においてそれぞれの方向に向かって、それぞれの回折角で回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学回折構成要素が、前記光学回折構成要素が、前記ディスプレイから反射された前記ディスプレイゼロ次の光を、前記ホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトするように、前記複数の異なる色の光を回折させて、前記ディスプレイを約0
o
の角度で照射するように構成されており、
任意選択的に、前記光学回折構成要素及び前記光学リダイレクト構成要素の抑制を伴う、前記ホログラフィックシーン内の前記ディスプレイゼロ次光の量と、前記抑制を伴わない、前記ホログラフィックシーン内の前記ディスプレイゼロ次光の量との比率が、2%未満であり、
任意選択的に、前記光学リダイレクト構成要素が、一次元抑制格子を備え、前記ホログラフィックシーンが、前記ディスプレイゼロ次光の抑制に対応するバンドを含み、前記システムが、前記バンドがビューアの視界の外側にあるように構成されている、態様24~34のいずれか一項に記載のシステム。[態様36]
システムであって、
複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイと、
前記ディスプレイに隣接して配置され、かつ前記ディスプレイに対して光を回折させるように構成された光学デバイスと、
前記ディスプレイに連結され、かつ
三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、
前記複数のプリミティブの各々について、三次元座標系で、前記プリミティブから前記ディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、
前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、
前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、それぞれの制御信号を伝送することと、を行うように構成されたコントローラと、を含む、システム。[態様37]
前記光学デバイスが、態様1~11のいずれか一項に記載の光学デバイスを含むこと、及び
前記光学デバイスが、態様12~20のいずれか一項に記載の光学デバイスを含むこと、のうちの少なくとも1つが有効である、態様36に記載のシステム。[態様38]
前記光学デバイスが、記録媒体に形成されたホログラフィック格子を備えること、
前記光学デバイスが、記録媒体上に形成された複数のホログラフィック格子を備え、前記複数のホログラフィック格子の各々が、前記ディスプレイに対して、それぞれの入射角を有する、それぞれの色を備えた光を回折させるように構成されていること、
前記光学デバイスが、前記ディスプレイの前方に配置されており、前記ディスプレイが、前記回折された光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させて、前記オブジェクトに対応する三次元光場を形成するように構成されていること、及び
前記光学デバイスが、前記光学デバイスに隣接して配置され、かつ前記光を前記光学デバイスに提供するように構成された照射器を更に備えること、のうちの少なくとも1つが有効である、態様36又は37に記載のシステム。[態様39]
前記コントローラが、
一連の期間に、複数の色の光に対応する複数の色に関連付けられた情報で、前記ディスプレイを順次変調することと、
前記照射器を制御して、前記複数の色の光の各々が、前記光学デバイスによって前記ディスプレイに対して回折され、前記ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、前記それぞれの期間内に前記オブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、前記一連の期間のそれぞれの期間内に、前記複数の色の光の各々を前記光学デバイスに順次放出することと、を行うように構成されている、態様38に記載のシステム。[態様40]
方法であって、
態様1~20のいずれか一項に記載の光学デバイスを作製することを含む、方法。[態様41]
態様1~11のいずれか一項に記載の光学デバイスを作製する方法であって、
前記第1の光学回折構成要素を形成することと、
前記第2の光学回折構成要素を形成することと、
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間に前記色選択的偏光子を配置することと、を含む、方法。[態様42]
前記第1の光学回折構成要素を形成することが、記録媒体に第1の回折構造を形成することを含み、
任意選択的に、前記記録媒体に前記第1の回折構造を形成することが、前記記録媒体上に、第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームを、かつ第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームを照射することによって、前記記録媒体に第1のホログラフィック格子を記録することを含み、前記第1の記録オブジェクトビーム及び前記第1の記録基準ビームが、同一の波長及び同一の第1の偏光状態を有し、
任意選択的に、前記第1の色の光が、前記第1の記録基準ビーム又は前記第1の記録オブジェクトビームよりも広いか、又は同一の波長範囲を含み、
任意選択的に、前記第1の記録基準ビームが、前記第1の色の光の第1の色とは異なる色に対応し、
任意選択的に、前記第1の色の光の前記第1の入射角が、前記第1の記録基準角度と実質的に同一であり、前記第1の回折角が、前記第1の記録オブジェクト角度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の記録基準角度が、70度~90度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の記録基準角度が、80度~90度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の記録オブジェクト角度が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の記録オブジェクト角度が、6度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の記録オブジェクト角度が、0度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の記録基準角度と前記第1の記録オブジェクト角度との合計が、90度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記記録媒体の厚さが、前記第1の記録オブジェクトビームの前記波長よりも1桁超大きく、
任意選択的に、前記記録媒体の前記厚さが、前記第1の記録オブジェクトビームの前記波長よりも約30倍大きく、
任意選択的に、前記記録媒体に前記第1の回折構造を形成することが、前記第1の回折構造を前記記録媒体に固定することを含み、任意選択的に、前記記録媒体が、キャリアフィルムと回折基板との間にあり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに実質的に同一である、態様41に記載の方法。[態様43]
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間に前記色選択的偏光子を配置することが、
前記第1の色の光及び前記第2の色の光が、前記第2の光学回折構成要素の前に前記第1の光学回折構成要素に入射するように、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を順次積層することを含み、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を順次積層することが、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を、前記第1の光学回折構成要素の前にある基板上に順次配置することを含み、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を順次積層することが、前記色選択的偏光子を第1の中間層を通って、前記第1の光学回折構成要素に取り付けることと、前記第2の光学回折構成要素を第2の中間層を通って、前記色選択的偏光子に取り付けることと、を含み、前記第1の中間層及び前記第2の中間層の各々が、それぞれの屈折率整合材料を含む、態様42に記載の方法。[態様44]
前記第1の偏光状態及び第3の入射角を有する第3の色の光を、第3の回折効率で第3の回折角で回折させるように構成された第3の光学回折構成要素を形成することと、
第2の色選択的偏光子を、前記第2の光学回折構成要素と前記第3の光学回折構成要素との間に配置することであって、前記第2の色選択的偏光子が、前記第3の色の光の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されている、配置することと、を含み、
任意選択的に、前記色選択的偏光子が、前記第1の色の光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第2の色選択的偏光子が、前記第1の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第2の色の光の前記偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、
任意選択的に、前記方法が、前記第3の光学回折構成要素に連続して第3の色選択的偏光子を、前記第3の光学回折構成要素が前記第2の色選択的偏光子と前記第3の色選択的偏光子との間にあるように、配置することを更に含み、前記第3の色選択的偏光子が、前記第3の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々の前記偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、
任意選択的に、前記方法が、前記第1の光学回折構成要素の前に第4の色選択的偏光子を、前記第1の光学回折構成要素が前記第4の色選択的偏光子と前記色選択的偏光子との間にあるように、配置することを更に含み、前記第4の色選択的偏光子が、前記第2の色の光及び前記第3の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されている、態様41~43のいずれか一項に記載の方法。[態様45]
前記第1の偏光状態が、s偏光であり、前記第2の偏光状態が、p偏光である、態様41~44のいずれか一項に記載の方法。[態様46]
態様12~20のいずれか一項に記載の光学デバイスを作製する方法であって、
前記第1の回折構造を備える前記第1の光学回折構成要素を形成することと、
前記第2の回折構造を備える前記第2の光学回折構成要素を形成することと、
前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間に前記第1の反射層を配置することであって、前記第2の回折構造が、ある方向に沿って前記第1の回折構造に連続している、配置することと、
前記方向に沿って前記第2の回折構造に連続して前記第2の反射層を配置することと、を含む、方法。[態様47]
前記光学デバイスの側面上に光吸収体を形成することを更に含み、前記光吸収体が、前記第1の色及び前記第2の色の前記完全に反射された光を吸収するように構成されており、
任意選択的に、前記第1の反射層が、前記第1の入射角を有する前記第1の色の光が、前記第2の入射角を有する前記第2の色の光を完全に反射させることなく、前記第1の反射層と前記第1の光学回折構成要素の前記層との間の界面によって完全に反射されるように、前記第1の反射層に直接隣接している前記第1の光学回折構成要素の層よりも小さい屈折率を有するように構成されており、
任意選択的に、前記方法が、第3の入射角を有する第3の色の光を回折させるように構成された第3の回折構造を備える第3の光学回折構成要素を形成することを更に含み、前記方向に沿って前記第2の回折構造に連続して前記第2の反射層を配置することが、前記方向に沿って前記第2の回折構造と前記第3の回折構造との間に前記第2の反射層を配置することを含み、前記第1の反射層及び前記第2の反射層の各々が、前記第3の入射角を有する前記第3の色の光を透過させるように構成されており、
任意選択的に、前記方法が、前記方向に沿って前記第3の回折構造に連続して第3の反射層を配置することを更に含み、前記第3の反射層が、前記第3の入射角を有する前記第3の色の光を完全に反射させるように構成されており、
任意選択的に、前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、それぞれのキャリアフィルム及びそれぞれの回折基板を備え、前記第1の反射層が、前記第1の光学回折構成要素の第1のキャリアフィルムを備え、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間に前記第1の反射層を配置することが、第1の中間層によって前記第2の光学回折構成要素の第2の回折基板を前記第1の光学回折構成要素の前記第1のキャリアフィルムに取り付けることを含み、前記方向に沿って前記第2の回折構造と前記第3の回折構造との間に前記第2の反射層を配置することが、第2の中間層によって前記第2の光学回折構成要素の第2のキャリアフィルムを前記第3の光学回折構成要素の第3のキャリアフィルムに取り付けることを含み、前記第2の反射層が前記第2の中間層を備え、前記第3の反射層が、前記第3の光学回折構成要素の第3の回折基板に取り付けられている、態様46に記載の方法。[態様48]
前記方向に沿って前記第1の光学回折構成要素の前にある基板上に前記第1の光学回折構成要素を配置することであって、前記基板が、前面及び背面を備える、配置することを更に含み、
任意選択的に、前記基板上に前記第1の光学回折構成要素を配置することが、屈折率整合材料を通って、前記第1の光学回折構成要素の前面を前記基板の前記背面に取り付けることを含み、
任意選択的に、前記基板が、前記基板の前記背面に対して角度が付けられた側面を備え、前記基板が、前記側面で複数の異なる色の光を受信するように構成されており、
任意選択的に、前記基板が、前記複数の異なる色の光が、前記側面に、0度と実質的に同一の入射角で入射するように構成されている、態様47に記載の方法。[態様49]
前記第1の回折構造を備える前記第1の光学回折構成要素を形成することが、記録媒体に前記第1の回折構造を形成することを含み、
任意選択的に、前記記録媒体に前記第1の回折構造を形成することが、第1の記録オブジェクト角度で第1の記録オブジェクトビームを、かつ第1の記録基準角度で第1の記録基準ビームを入射することによって、前記記録媒体に第1のホログラフィック格子を記録することを含み、前記第1の記録オブジェクトビーム及び前記第1の記録基準ビームが、同一の波長及び同一の偏光状態を有し、
任意選択的に、前記第1の色の光が、前記第1の記録基準ビームよりも広いか、又は同一の波長範囲を含み、
任意選択的に、前記第1の記録基準ビームが、前記第1の色の光の第1の色とは異なる色に対応し、
任意選択的に、前記第1の色の光の前記第1の入射角が、前記第1の記録基準角度と実質的に同一であり、前記第1の回折角が、前記第1の記録オブジェクト角度と実質的に同一であり、
任意選択的に、前記第1の記録基準角度が、70度~90度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の記録基準角度が、70度~80度の範囲にあり、
任意選択的に、前記第1の記録オブジェクト角度が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記記録媒体の厚さが、前記第1の記録オブジェクトビームの前記波長よりも2桁以上大きく、
任意選択的に、前記記録媒体の前記厚さが、前記第1の記録オブジェクトビームの前記波長よりも約30倍大きく、
任意選択的に、前記記録媒体に前記第1の回折構造を形成することが、前記第1の回折構造を前記記録媒体に固定することを含む、態様46~48のいずれか一項に記載の方法。[態様50]
前記第1の入射角が、前記第2の入射角とは異なり、
任意選択的に、前記第1の色の光が、前記第2の色の光よりも小さい波長を有し、前記第1の入射角が、前記第2の入射角よりも大きい、態様46~49のいずれか一項に記載の方法。[態様51]
方法であって、
態様40~50のいずれか一項に記載の方法に従って光学デバイスを形成することと、
前記光学デバイス、及び複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイを、前記光学デバイスが、複数の異なる色の光を前記ディスプレイに対して回折させるように構成されているように、配置することと、を含む、方法。[態様52]
前記光学デバイス及び前記ディスプレイを配置することが、ギャップによって、前記ディスプレイの前面から、前記光学デバイスの背面を離間させることを含み、任意選択的に、前記方法が、前記ディスプレイの前記前面又は前記光学デバイスの前記背面のうちの少なくとも1つ上に反射防止コーティングを形成することを更に含むこと、
前記光学デバイス及び前記ディスプレイを配置することが、前記光学デバイスの背面を、中間層を通って、前記ディスプレイの前面上に取り付けることを含み、任意選択的に、前記中間層が、前記光学デバイスによってゼロ次で透過される前記複数の異なる色の光の各々が、前記中間層と前記光学デバイスの前記層との間の界面で完全に反射されるように、前記光学デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成されていること、
前記光学デバイスが、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で、前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、任意選択的に、前記それぞれの回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあること、
前記ディスプレイが、前記回折された色の光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させるように構成されていること、
前記光学デバイスのある領域が、前記ディスプレイのある領域を覆うこと、並びに
前記光学デバイスが、前記光学デバイスの前方に基板を備え、前記基板の背面に対して角度が付けられている前記基板の側面で前記複数の異なる色の光を受信するように構成されていること、のうちの少なくとも1つが有効である、態様51に記載の方法。[態様53]
方法であって、
光学デバイスを使用して、複数の異なる色の光を含む入射ビームを、個々に回折された色の光に変換することを含み、
前記光学デバイスが、態様1~20のいずれか一項に記載の光学デバイスを備える、方法。[態様54]
方法であって、
光学デバイスが、複数の異なる色の光を、個々に回折された色の光に変換して、複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイを照射するように、少なくとも1つのタイミング制御信号を照射器に伝送して、前記照射器を作動させて、前記複数の異なる色の光を前記光学デバイスに放出することであって、前記光学デバイスが、態様1~20のいずれか一項に記載の光学デバイスを備える、放出することと、
前記個々に回折された色の光が、前記変調されたディスプレイ要素によって反射されて、前記それぞれの制御信号に対応する多色三次元光場を形成するように、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々について、少なくとも1つのそれぞれの制御信号を伝送して、前記ディスプレイ要素を変調することと、を含む、方法。[態様55]
三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、
前記複数のプリミティブの各々について、三次元座標系で、前記プリミティブから前記ディスプレイ要素への電磁(EM)場伝搬を計算することによって、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々へのEM場寄与を判定することと、
前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、
前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、前記それぞれの制御信号を生成することと、を更に含み、
前記多色三次元光場が、前記オブジェクトに対応し、
任意選択的に、前記方法が、一連の期間に前記複数の異なる色に関連付けられた情報で前記ディスプレイを順次変調することと、前記複数の異なる色の光の各々が、前記光学デバイスによって前記ディスプレイに対して回折され、前記ディスプレイの前記変調されたディスプレイ要素によって反射されて、前記それぞれの期間内に前記オブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、前記一連の期間のそれぞれの期間内に、前記複数の色の光の各々を前記光学デバイスに順次放出するように、前記照射器を制御することと、を含み、
任意選択的に、前記複数の異なる色の光が、前記ディスプレイに対して、実質的に同じ回折角で前記光学デバイスによって回折され、
任意選択的に、前記回折角が、-10度~10度の範囲にあり、
任意選択的に、前記照射器及び前記光学デバイスが、前記複数の異なる色の光が、それぞれの入射角で、前記光学デバイスの前記第1の光学回折構成要素に入射するように構成されており、
任意選択的に、前記それぞれの入射角が、互いに異なり、
任意選択的に、前記それぞれの入射角が、互いに実質的に同一であり、
任意選択的に、前記それぞれの入射角の各々が、70度~90度の範囲にある、態様54に記載の方法。[態様56]
光学デバイスであって、
少なくとも2つの光学回折構成要素と、
少なくとも1つの色選択的偏光子と、を備え、
前記光学デバイスが、異なる色の光が前記光学デバイスに入射するとき、前記光学デバイスが、前記異なる色の間のクロストークを抑制しながら、前記異なる色の個々の色の光を分離するように構成されている、光学デバイス。[態様57]
前記光学デバイスが、前記異なる色の光が前記光学デバイスに入射するとき、前記光学回折構成要素の各々が、前記異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記光学デバイスによって回折された出力光ビームにおいて、前記異なる色のうちの特定の色の光のパワーが、前記異なる色のうちの1つ以上の他の色の光のパワーよりも少なくとも1桁高いように構成されており、
任意選択的に、前記少なくとも1つの色選択的偏光子が、前記異なる色のうちの特定の色の光が、前記光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態で入射する一方、前記異なる色のうちの1つ以上の他の色の光が、前記光学回折構成要素のそれぞれの1つに、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で入射するように、前記異なる色のうちの少なくとも1つの色の光の偏光状態を回転させるように構成されている、態様56に記載の光学デバイス。[態様58]
光学デバイスであって、
少なくとも2つの光学回折構成要素と、
少なくとも1つの反射層と、を備え、
前記光学デバイスが、異なる色の光が前記光学デバイスに入射するとき、前記光学デバイスが、前記異なる色の間のクロストークを抑制しながら、前記異なる色の個々の色の光を分離するように構成されており、
前記少なくとも1つの反射層が、前記異なる色のうちの少なくとも1つの光の全内部反射のために構成されている、光学デバイス。[態様59]
前記光学デバイスが、前記光学デバイスによって回折された出力光ビームが、前記異なる色のうちの1つ以上の他の色からのクロストークを伴わずに、前記異なる色のうちの特定の色の光のみを含むように構成されており、
任意選択的に、前記少なくとも1つの反射層が、前記光学回折構成要素のそれぞれの1つによって透過される前記異なる色のうちの特定の色のゼロ次光を完全に反射させる一方、前記異なる色のうちの1つ以上の他の色を透過させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記異なる色の光が前記光学デバイスに入射するとき、前記光学回折構成要素の各々が、前記異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されている、態様58に記載の光学デバイス。[態様60]
システムであって、
ディスプレイと、
態様56~59のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を備え、
前記光学デバイスが、複数の異なる色の光を、前記ディスプレイに対して回折させるように構成されている、システム。[態様61]
システムであって、
複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器と、
態様56~59のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を備え、
前記光学デバイスが、前記複数の異なる色の光を、前記照射器から回折させるように構成されている、システム。[態様62]
システムであって、
ディスプレイと、
光を前記ディスプレイに対して回折させるための1つ以上の透過回折構造を備える、光学デバイスと、を備える、システム。[態様63]
前記ディスプレイが、前記光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させるように構成された反射型ディスプレイであり、
任意選択的に、前記システムが、前記光学デバイスに前記光を提供するように構成された照射器を更に備え、前記照射器が、前記光学デバイスの前記透過回折構造の前側に配置されている、態様62に記載のシステム。[態様64]
前記ディスプレイが、前記光を、前記光学デバイスを通らずに前方に回折させるように構成された透過型ディスプレイであり、
任意選択的に、前記システムが、前記光学デバイスに前記光を提供するように構成された照射器を更に備え、前記照射器が、前記光学デバイスの前記透過回折構造の後側に配置されている、態様62に記載のシステム。[態様65]
前記1つ以上の透過回折構造の各々が、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されていること、並びに
前記光学デバイスが、1つ以上の反射回折構造を更に備え、前記1つ以上の透過回折構造及び前記1つ以上の反射回折構造の各々が、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されていること、のうちの少なくとも1つが有効である、態様62~64のいずれか一項に記載のシステム。[態様66]
システムであって、
ディスプレイと、
光を前記ディスプレイに対して回折させるための1つ以上の反射回折構造を備える、光学デバイスと、を備える、システム。[態様67]
前記ディスプレイが、前記光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させるように構成された反射型ディスプレイであり、
任意選択的に、前記システムが、前記光学デバイスに前記光を提供するように構成された照射器を更に備え、前記照射器が、前記光学デバイスの前記反射回折構造の後側に配置されている、態様66に記載のシステム。[態様68]
前記ディスプレイが、前記光を、前記光学デバイスを通らずに前方に回折させるように構成された透過型ディスプレイであり、
任意選択的に、前記システムが、前記光学デバイスに前記光を提供するように構成された照射器を更に備え、前記照射器が、前記光学デバイスの前記反射回折構造の前側に配置されている、態様66に記載のシステム。[態様69]
前記1つ以上の反射回折構造の各々が、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されていること、並びに
前記光学デバイスが、1つ以上の透過回折構造を更に備え、前記1つ以上の透過回折構造及び前記1つ以上の反射回折構造の各々が、複数の異なる色のそれぞれの色を回折させるように構成されていること、のうちの少なくとも1つが有効である、態様66~68のいずれか一項に記載のシステム。[態様70]
光学デバイスであって、
少なくとも1つの透過回折構造及び少なくとも1つの反射回折構造を備える、複数の光学回折構成要素を備え、
前記光学デバイスが、異なる色の光が前記光学デバイスに入射するとき、前記異なる色の間のクロストークを抑制しながら、前記異なる色の個々の色の光を分離するように構成されている、光学デバイス。[態様71]
前記透過回折構造及び前記反射回折構造の各々が、前記異なる色のそれぞれの色の光を回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記異なる色のうちの少なくとも1つの光の全内部反射のために構成された少なくとも1つの反射層を更に備え、
任意選択的に、前記光学デバイスが、前記異なる色のうちの特定の色の光が、前記光学回折構成要素のそれぞれの1つに、第1の偏光状態で入射する一方、前記異なる色のうちの1つ以上の他の色の光が、前記光学回折構成要素のそれぞれの1つに、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で入射するように、前記異なる色のうちの少なくとも1つの色の光の偏光状態を回転させるように構成された少なくとも1つの色選択的偏光子を更に備える、態様70に記載の光学デバイス。[態様72]
システムであって、
ディスプレイと、
態様70又は態様71に記載の光学デバイスと、を備え、
前記光学デバイスが、複数の異なる色の光を前記ディスプレイに対して回折させるように構成されている、システム。[態様73]
システムであって、
複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器と、
態様70又は態様71に記載の光学デバイスと、を備え、
前記光学デバイスが、前記照射器からの前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されている、システム。[態様74]
光学デバイスであって、
入力光ビームを回折させて、少なくとも2つの寸法の入力光ビームのビームサイズを調整することによって、前記少なくとも2つの寸法の前記入力光ビームを拡張して、前記出力光ビームを生成するように構成された少なくとも2つのビーム拡張器を備える、光学デバイス。[態様75]
前記ビームサイズが、幅及び高さを含み、
任意選択的に、前記少なくとも2つのビーム拡張器の各々が、それぞれの光学回折デバイスを備え、
任意選択的に、前記入力光ビームが、複数の異なる色の光を含み、前記それぞれの光学回折デバイスが、互いに実質的に同一であるそれぞれの回折角で前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、
任意選択的に、前記それぞれの光学回折デバイスが、前記異なる色の前記光が前記それぞれの光学回折デバイスに入射するとき、前記それぞれの光学回折デバイスが、前記異なる色の間のクロストークを抑制しながら、前記異なる色の個々の色の光を分離するように構成されており、
任意選択的に、前記それぞれの光学回折デバイスが、少なくとも2つの光学回折構成要素、及び少なくとも1つの色選択的偏光子を備え、
任意選択的に、前記それぞれの光学回折デバイスが、少なくとも2つの光学回折構成要素、及び少なくとも1つの反射層を備え、前記少なくとも1つの反射層が、少なくとも1つの色の光の全内部反射のために構成されており、
任意選択的に、前記それぞれの光学回折デバイスが、1つ以上の透過回折構造、又は1つ以上の反射回折構造のうちの少なくとも1つを備える、態様74に記載の光学デバイス。[態様76]
前記少なくとも2つのビーム拡張器が、
前記少なくとも2つの寸法のうちの第1の寸法の前記入力光ビームを拡張して、中間光ビームを生成するように構成された第1の一次元ビーム拡張器と、
前記少なくとも2つの寸法のうちの第2の寸法の前記中間光ビームを拡張して、前記出力光ビームを生成するように構成された第2の一次元ビーム拡張器と、を備え、
前記中間光ビームが、前記第1の寸法の前記入力光ビームよりも大きいビームサイズ、及び前記第2の寸法の前記入力光ビームと同じビームサイズを有し、前記出力光ビームが、前記第2の寸法の前記中間光ビームよりも大きいビームサイズ、及び前記第1の寸法の前記中間光ビームと同じビームサイズを有し、
任意選択的に、前記光学デバイスが、自由空間空中ジオメトリ、モノリシック基板若しくはセグメント化された基板、又は1つ以上の結合素子のうちの少なくとも1つを使用して、前記中間光ビームを、前記第1の一次元ビーム拡張器から前記第2の一次元ビーム拡張器に結合するように構成されており、
任意選択的に、前記中間入力ビームが、2つ以上の色の共線的なコリメートされた光を含み、前記1つ以上の結合素子が、前記2つ以上の色の前記共線的なコリメートされた光を、前記2つ以上の色の対応する色を有する2つ以上の独立したコリメートされているが、共線的ではない光ビームに変換するように構成されている、態様74又は75に記載の光学デバイス。
Therefore, the descriptions provided prior to the exemplary implementations do not define or limit this specification. Other modifications, substitutions, and replacements are also possible without departing from the spirit and scope of this specification.
Furthermore, it should be noted that the following embodiments are disclosed in this specification.
[Aspect 1]
An optical device,
The first optical diffraction component and
The second optical diffraction component,
A color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component,
When a first light beam containing light of a first color in a first polarization state is incident on the first optical diffraction component, the first optical diffraction component diffracts the light of the first color in the first polarization state.
When a second light beam containing light of a second color in a second polarization state is incident on the color-selective polarizer, the color-selective polarizer converts the second light beam into a third light beam containing light of the second color in a first polarization state, wherein the second color is different from the first color, and the second polarization state is different from the first polarization state.
When the third light beam is incident on the second optical diffraction component, the second optical diffraction component diffracts the light of the second color in the first polarization state.
An optical device in which the diffraction efficiency of the first optical diffraction component for diffracting light of the second color in the second polarization state is substantially lower than the diffraction efficiency of the first optical diffraction component for diffracting light of the first color in the first polarization state. [Aspect 2]
An optical device,
The first optical diffraction component and
The second optical diffraction component,
A color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component,
When light of a first color is incident on the first optical diffraction component at a first incidence angle and in a first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the first color at a first diffraction angle with a first diffraction efficiency.
When light of a second color, different from the light of the first color, is incident on the first optical diffraction component at a second incident angle in a second polarization state different from the first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the second color with a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency.
When light of the second color in the second polarization state is incident on the color-selective polarizer, the color-selective polarizer rotates the polarization state of the light of the second color from the second polarization state to the first polarization state.
An optical device wherein, when light of the second color is incident on the second optical diffraction component at the second incidence angle and in the first polarization state, the second optical diffraction component diffracts the light of the second color at the second diffraction angle with the second diffraction efficiency. [Aspect 3]
An optical device,
i) A first optical diffraction component configured to diffract light of a first color in a first polarization state incident at a first angle of incidence with a first diffraction angle and a first diffraction efficiency, and ii) a first optical diffraction component configured to diffract light of a second color in a second polarization state incident at a second angle of incidence with a diffraction efficiency substantially lower than the first diffraction efficiency,
A color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of light of the second color in the second polarization state incident on the color-selective polarizer from the second polarization state to the first polarization state,
The system comprises a second optical diffraction component configured to diffract light of the second color in the first polarization state, incident at the second incidence angle, at a second diffraction angle and with a second diffraction efficiency,
An optical device in which the color-selective polarizer is located between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component. [Aspect 4]
The second optical diffraction component is configured to diffract the light of the first color in the second polarization state at the first incident angle with a diffraction efficiency substantially lower than the second diffraction efficiency.
The optical device according to any one of the preceding embodiments, wherein the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component are stacked sequentially, optionally, such that light of the first color and light of the second color are incident on the first optical diffraction component before the second optical diffraction component. [Aspect 5]
A third optical diffraction component,
The present invention further comprises a second color-selective polarizer between the second optical diffraction element and the third optical diffraction element,
The second color-selective polarizer is configured such that when light of a third color is incident on the second color-selective polarizer in the second polarization state, it rotates the polarization state of the light of the third color from the second polarization state to the first polarization state, and the third optical diffraction component is configured such that when light of the third color is incident on the third optical diffraction component at a third incidence angle and in the first polarization state, it diffracts the light of the third color at a third diffraction angle with a third diffraction efficiency.
The color-selective polarizer is configured to optionally rotate the polarization state of the light of the first color from the first polarization state to the second polarization state, and the second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the second color from the first polarization state to the second polarization state without rotating the polarization state of the light of the first color.
A third color-selective polarizer configured to optionally rotate the polarization states of the first and second colored lights from a second polarization state to a first polarization state, without rotating the polarization state of the third colored light, wherein the third optical diffraction component further comprises a third color-selective polarizer located between the second color-selective polarizer and the third color-selective polarizer.
The third optical diffraction component is configured to diffract each of the first color light and the second color light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the third diffraction efficiency, the first optical diffraction component is configured to diffract the third color light incident in the second diffraction state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the first diffraction efficiency, and the second optical diffraction component is configured to diffract each of the first color light and the third color light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency substantially lower than that of the second diffraction efficiency.
Optionally, the second color-selective polarizer comprises a pair of first and second subpolarizers, wherein the first subpolarizer is configured to rotate the polarization state of the second color light from a first polarization state to a second polarization state without rotating the polarization states of the first and third color light respectively, and the second subpolarizer is configured to rotate the polarization state of the third color light from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization states of the first and second color light respectively.
An optical device according to Embodiment 4, comprising a fourth color-selective polarizer configured to optionally rotate the polarization state of the first color of light from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization states of the second color of light and the third color of light, wherein the first optical diffraction component further comprises a fourth color-selective polarizer located between the fourth color-selective polarizer and the color-selective polarizer. [Embodiment 6]
Each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component comprises a holographic grating formed on the recording medium,
Optionally, the recording medium includes a photosensitive polymer.
Optionally, the recording medium is optically transparent.
Each of the holographic grids is optionally fixed to the recording medium.
Optionally, each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component comprises a carrier film attached to the recording medium.
The optical device according to Embodiment 5, wherein each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component optionally comprises a diffraction substrate attached to the other side of the recording medium opposite to the carrier film, wherein optionally the carrier film of the first optical diffraction component is attached to the first side of the color-selective polarizer, the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the color-selective polarizer, the carrier film of the second optical diffraction component is attached to the first side of the second color-selective polarizer, and the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the second color-selective polarizer. [Embodiment 7]
The circuit board is further equipped,
The first optical diffraction component is located between the substrate and the color-selective polarizer.
Optionally, the optical device further comprises an anti-reflective coating on the surface of the substrate.
Optionally, the optical device further comprises a front and a back,
The optical device according to any one of the prior embodiments, wherein light of the first color and light of the second color are optionally incident on the front surface, and the optical device further comprises an anti-reflective coating on the back surface. [Aspect 8]
The optical system comprises a plurality of optical components, including the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component.
An optical device according to any one of the prior embodiments, wherein two adjacent optical components among the plurality of components are mounted together through a refractive index matching material. [Aspect 9]
Each of the first optical diffraction component and the second optical diffraction component comprises a Bragg grating formed in the recording medium,
Each of the Bragg grids is a plurality of fringe planes, with a fringe inclination angle θ perpendicular to the fringe planes within the volume of the recording medium.
t
and comprising a plurality of fringe planes having a fringe spacing Λ,
Optionally, each of the Bragg gratings, when the angle of incidence to the recording medium is the on-Bragg angle, has a diffraction angle θ
I understand
However, Bragg's formula mλ = 2 n Λ sin(θ)
I understand
-θ
t
It is configured to be filled with ), where λ represents the respective wavelengths of light of a certain color in a vacuum, n represents the refractive index in the recording medium, and θ
I understand
However, this represents the m-th order Bragg angle of diffraction within the recording medium, θ
t
However, this represents the fringe slope within the recording medium,
Optionally, the first incident angle and the second incident angle are substantially the same as the Onbragg angle, and the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as the first Bragg angle.
Optionally, the fringe inclination angle of each of the Bragg grids is substantially the same as 45 degrees.
Optionally, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude larger than the fringe spacing.
Optionally, the thickness of the recording medium is approximately 30 times greater than the fringe spacing.
The first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same,
Selectively, the first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of -10 degrees to 10 degrees.
Optionally, each of the first diffraction angle and the second diffraction angle is substantially the same as 0 degrees.
Selectively, the first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of -7 degrees to 7 degrees.
Optionally, the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as 6 degrees.
Selectively, the first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of 70 degrees to 90 degrees.
An optical device according to any one of the prior embodiments, wherein the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as each other, optionally. [Aspect 10]
The first polarization state is s-polarization, and the second polarization state is p-polarization.
The first optical diffraction component is configured to diffract the second color light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency at least one order of magnitude smaller than the first diffraction efficiency, and the color-selective polarizer is configured not to rotate the polarization state of the first color light, and
The optical device according to any one of the following is effective: the optical device is a second color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of the light of the first color from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization state of the light of the second color, and the first optical diffraction component further comprises a second color-selective polarizer located between the second color-selective polarizer and the color-selective polarizer. [Aspect 11]
The first optical diffraction component comprises a first diffraction structure, and the second optical diffraction component comprises a second diffraction structure.
The optical device comprises a first reflective layer and a second reflective layer, wherein the first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure, and the second diffraction structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer.
The first diffraction structure is configured to: i) diffract primary and zero-order light of the first color incident at a first incidence angle, wherein the primary light is diffracted at the first diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the first incidence angle; and ii) transmit second color light incident at a second incidence angle to the first diffraction structure.
The first reflective layer is configured to: i) completely reflect light of the first color incident on the first reflective layer at the first angle of incidence, and ii) transmit light of the second color incident on the first reflective layer at the second angle of incidence.
The optical device according to any one of the prior embodiments, wherein the second diffraction structure is configured to diffract primary and zero-order light of the second color incident at a second incidence angle, the primary light is diffracted at a second diffraction angle, the zero-order light is transmitted at a second incidence angle, and the second reflective layer is configured to completely reflect the second color light incident at a second incidence angle. [Aspect 12]
An optical device,
A first optical diffraction component having a first diffraction structure,
A second optical diffraction component having a second diffraction structure,
The first reflective layer,
It comprises a second reflective layer,
The first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure.
The second diffraction structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer.
When light of a first color is incident on the first diffraction structure at a first angle of incidence, the first diffraction structure diffracts the first-order and zero-order light of the first color, the first-order light is diffracted at a first diffraction angle, and the zero-order light is transmitted at the first angle of incidence.
When light of a second color is incident on the first diffraction structure at a second incidence angle, the first diffraction grating transmits the light of the second color at the second incidence angle.
When light of the first color is incident on the first reflective layer at the first angle of incidence, the first reflective layer completely reflects the light of the first color.
When light of the second color is incident on the first reflective layer at the second angle of incidence, the reflective layer transmits the light of the second color at the second angle of incidence.
When light of the second color is incident on the second diffraction structure at the second incidence angle, the second diffraction structure diffracts the first-order and zero-order light of the second color, the first-order light is diffracted at the second diffraction angle, and the zero-order light is transmitted at the second incidence angle.
An optical device in which, when light of the second color is incident on the second reflective layer at the second angle of incidence, the second reflective layer completely reflects the light of the second color. [Aspect 13]
An optical device,
A first diffraction structure comprising a first optical diffraction component, wherein the first diffraction structure is configured to: i) diffract first-order and zero-order light of a first color incident at a first incidence angle, wherein the first-order light is diffracted at a first diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the first incidence angle; and ii) transmit second-order light of a second color incident at a second incidence angle to the first diffraction structure;
i) a first reflective layer configured to completely reflect light of the first color incident on the first reflective layer at the first angle of incidence, and ii) a first reflective layer configured to transmit light of the second color incident on the first reflective layer at the second angle of incidence,
A second optical diffraction component comprising a second diffraction structure, wherein the second diffraction structure is configured to diffract primary and zero-order light of the second color incident at a second incidence angle, such that the primary light is diffracted at a second diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the second incidence angle,
The device comprises a second reflective layer configured to completely reflect light of the second color incident on the second reflective layer at the second angle of incidence,
An optical device in which the first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure, and the second diffraction structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer. [Aspect 14]
An optical device,
A first optical diffraction component comprising a first diffraction structure configured to diffract light of a first color having a first incidence angle at a first diffraction angle,
A second optical diffraction component comprising a second diffraction structure configured to diffract light of a second color having a second incidence angle at a second diffraction angle,
A first reflective layer configured to completely reflect light of the first color having the first angle of incidence and to transmit light of the second color having the second angle of incidence,
A second reflective layer configured to completely reflect light of the second color having the second angle of incidence,
An optical device in which the first reflective layer is located between the first diffracting structure and the second diffracting structure, and the second diffracting structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer. [Aspect 15]
The optical device further comprises a color-selective polarizer between the first diffraction structure and the second diffraction structure, wherein the first diffraction structure is configured to i) diffract light of the first color in a first polarization state incident at a first incidence angle with a first diffraction efficiency, and ii) diffract light of the second color in a second polarization state incident at a second incidence angle with a diffraction efficiency substantially lower than that of the first diffraction efficiency, wherein the color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of light of the second color in the second polarization state incident on the color-selective polarizer from the second polarization state to the first polarization state, and the second diffraction structure is configured to diffract light of the second color in the first polarization state incident at a second incidence angle with a second diffraction efficiency.
The optical device further comprises a side surface and a light absorber attached to the side surface and configured to absorb fully reflected light of the first and second colors.
The first reflective layer is configured to have a refractive index smaller than that of the layer of the first optical diffraction component directly adjacent to the first reflective layer, such that light of the first color having the first incident angle is completely reflected by the interface between the first reflective layer and the layer of the first optical diffraction component without completely reflecting light of the second color having the second incident angle.
The first optical diffraction component comprises a first carrier film and a first diffraction substrate attached to both sides of the first diffraction structure, wherein the first carrier film is closer to the second diffraction structure than the first diffraction substrate, and the first carrier film comprises the first reflective layer, and
The optical device according to any one of embodiments 12 to 14, wherein the second optical diffraction component comprises a second carrier film and a second diffraction substrate attached to both sides of the second diffraction structure, wherein at least one of the following is effective: the second diffraction substrate is closer to the first diffraction structure than the second carrier film, and the second reflective layer is attached to the second carrier film. [Embodiment 16]
A third optical diffraction component comprising a third diffraction structure, wherein the third diffraction structure is configured to diffract primary and zero-order light of a third color incident at a third incidence angle, the primary light is diffracted at a third diffraction angle, the zero-order light is transmitted at a third incidence angle, and the second reflection layer is located between the second diffraction structure and the third diffraction structure.
The first reflective layer and the second reflective layer are optionally configured to transmit light of the third color incident at the third incident angle.
Optionally, the optical device further comprises a third reflective layer configured to completely reflect light of the third color incident at the third angle of incidence, and the third diffraction structure is located between the second reflective layer and the third reflective layer.
The optical device according to any one of embodiments 12 to 15, wherein the second optical diffraction component comprises a second diffraction substrate and a second carrier film, optionally arranged on both sides of the second diffraction structure, and the third optical diffraction component comprises a third carrier film and a third diffraction substrate, positioned on both sides of the third diffraction structure, and the second reflective layer is located between the second carrier film and the third carrier film. [Embodiment 17]
Each of the first diffraction structure and the second diffraction structure comprises a holographic grating formed on a recording medium,
Optionally, the recording medium includes a photosensitive polymer.
Optionally, the recording medium is optically transparent.
Optionally, each of the first optical diffraction component and the second optical diffraction component comprises a Bragg grating formed on the recording medium, and each Bragg grating has a plurality of fringe planes, with a fringe inclination angle θ perpendicular to the fringe planes within the volume of the recording medium.
t
and comprising a plurality of fringe planes having a fringe spacing Λ,
Optionally, each of the Bragg gratings, when the angle of incidence to the recording medium is the on-Bragg angle, has a diffraction angle θ
I understand
However, Bragg's formula mλ = 2 n Λ sin(θ)
I understand
-θ
t
It is configured to be filled with ), where λ represents the respective wavelengths of light of a certain color in a vacuum, n represents the refractive index in the recording medium, and θ
I understand
However, this represents the m-th order Bragg angle of diffraction within the recording medium, θ
t
However, the fringe inclination within the recording medium is represented such that the first incident angle and the second incident angle are substantially the same as their respective On-Bragg angles, and the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as their respective primary Bragg angles.
Optionally, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude larger than the fringe spacing.
Optionally, the thickness of the recording medium is approximately 30 times greater than the fringe spacing.
Selectively, the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as each other.
Selectively, the first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of -10 degrees to 10 degrees.
Optionally, the first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same as 0 degrees.
An optical device according to any one of embodiments 12 to 16, wherein, optionally, each of the first diffraction angle and the second diffraction angle is substantially the same as 6 degrees. [Embodiment 18]
The first angle of incidence is different from the second angle of incidence,
Optionally, the light of the first color has a shorter wavelength than the light of the second color, and the first incident angle of the light of the first color is greater than the second incident angle of the light of the second color.
An optical device according to any one of embodiments 12 to 17, wherein the first angle of incidence and the second angle of incidence are optionally in the range of 70 degrees to 90 degrees. [Embodiment 19]
The device comprises a plurality of components including the first optical diffraction component and the second optical diffraction component, wherein two adjacent components among the plurality of components are attached together by an intermediate layer comprising at least one of a refractive index matching material, OCA, UV-curing optical adhesive or thermosetting optical adhesive, or optical contact material.
An optical device according to any one of embodiments 12 to 18, wherein the second reflective layer optionally comprises the intermediate layer. [Embodiment 20]
The first optical diffraction component further comprises a substrate having a back surface attached to the front surface of the first optical diffraction component,
The substrate is optionally configured to have a side surface that is angled relative to the back surface, and to receive light of multiple different colors on the side surface.
Optionally, the angle between the side surface and the back surface of the substrate is 90 degrees or more.
The substrate is optionally configured such that the plurality of different colored lights are incident on the side surface at substantially the same incident angle as 0 degrees.
An optical device according to any one of embodiments 12 to 19, wherein the substrate is optionally wedge-shaped, has an inclined front surface, and the angle between the front surface and the side surface is less than 90 degrees. [Embodiment 21]
It is a system,
An irradiator configured to provide light of multiple different colors,
The optical device described in any one of the embodiments 1 to 20,
A system in which the optical device is positioned adjacent to the irradiator and is configured to receive the plurality of different colored lights from the irradiator and to diffract the plurality of different colored lights. [Aspect 22]
The system according to embodiment 21, wherein the optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights at diffraction angles that are substantially the same as each other, and each of the diffraction angles is optionally in the range of -10 degrees to 10 degrees. [Embodiment 23]
The system further includes a controller coupled to the irradiator and configured to control the irradiator to provide each of the plurality of different colored lights,
Optionally, the system further includes a display comprising a plurality of display elements, and the optical device is configured to diffract the plurality of colored lights toward the display.
Optionally, the controller is coupled to the display and configured to transmit respective control signals to each of the plurality of display elements for modulation of at least one characteristic of the display elements.
The system according to embodiment 21 or 22, wherein the controller is optionally configured to acquire graphic data including primitive data for a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional space; determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the plurality of primitives to each of the plurality of display elements of the display for each of the plurality of primitives; generate the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to each of the plurality of display elements for each of the plurality of display elements; and generate the respective control signals for each of the plurality of display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element. [Embodiment 24]
It is a system,
A display with multiple display elements,
The optical device described in any one of the embodiments 1 to 20,
A system in which the optical device is configured to diffract light of multiple different colors toward the display. [Aspect 25]
The optical device and the display are arranged along a certain direction, the optical device has a front and a back along the direction, the display has a front and a back along the direction, and the front of the display is spaced apart from the back of the optical device.
Optionally, the front surface of the display is separated from the back surface of the optical device by a gap.
Optionally, at least one of the front surface of the display or the back surface of the optical device is treated with an anti-reflective coating.
Optionally, the system further includes a transparent protective layer on the back surface of the optical device.
Optionally, the front of the display and the back of the optical device are attached together by an intermediate layer.
The intermediate layer is optionally configured to have a refractive index lower than that of the layer of the optical device, such that each of the plurality of colors of light transmitted in zero order by the optical device is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the layer of the optical device.
Optionally, the system further includes a cover on the front surface of the display, and the optical device is formed within the cover glass.
The system according to embodiment 24, wherein the optical device is optionally configured to receive the plurality of colors of light on the front surface of the optical device. [Embodiment 26]
The optical device is configured to have a substrate in front of it and to receive the plurality of colors of light from at least one side of the substrate.
Optionally, the optical device comprises at least one diffraction grating supported by the substrate and configured to diffract the plurality of different colored lights toward the display,
The substrate optionally comprises a container filled with a liquid having a refractive index smaller than that of the recording medium of the diffraction grating.
Optionally, the substrate is wedge-shaped and has an inclined front surface.
Optionally, the angle between the front surface and the side surface is less than 90 degrees.
The optical device is optionally configured to receive different portions of the multiple different colored lights along different optical paths within the substrate, and to diffract the different portions to illuminate different corresponding areas of the display.
Optionally, the different regions comprise two or more of the lower region, upper region, left region, and right region of the display.
The different portions of the multiple different colored lights are optionally provided by different corresponding irradiators.
The optical device is optionally configured to receive different portions of the multiple different colored lights from different corresponding sides of the substrate.
The optical device is optionally configured to receive a first portion of the multiple different colored light from a first side surface of the substrate to the back surface of the optical device, diffract the first portion to illuminate a first area of the display, and receive a second portion of the multiple different colored light from a second side surface of the substrate to the front surface of the optical device, reflect the second portion backward against the back surface of the optical device, diffract the second portion to illuminate a second area of the display.
Optionally, the first aspect and the second aspect are the same aspect.
Optionally, the second portion of the multiple different colored lights is reflected by total internal reflection or a reflection grating within the optical device.
The system according to embodiment 24 or 25, wherein the substrate optionally includes a partially reflective surface configured to separate the input light into a first portion and a second portion. [Embodiment 27]
The optical device comprises at least one diffraction grating disposed on the back surface of the optical device,
The diffraction grating optionally comprises different subregions having different corresponding diffraction efficiencies.
The diffraction grating is configured to optionally diffract a first portion of the plurality of different colored lights incident on a first sub-region of the diffraction grating to illuminate a first region of the display, and further to reflect a second portion of the plurality of different colored lights, which are reflected backward from the back surface of the optical device and incident on a second sub-region of the diffraction grating, back to the front surface of the optical device, and to diffract the second portion to illuminate a second different region of the display.
The diffraction grating is optionally configured such that the diffracted first portion and the diffracted second portion on the first and second regions of the display have substantially the same optical power.
The system according to any one of embodiments 24 to 26, wherein the first region and the second region of the display optionally have different reflectances associated with a first different diffraction efficiency and a second different diffraction efficiency of the first sub-region and the second sub-region of the diffraction grating. [Embodiment 28]
The diffraction grating comprises a plurality of sub-regions that are tiled together,
The sub-region is optionally tiled along the horizontal direction.
The edges of the different sub-regions are optionally configured to contact each other in an optically seamless manner.
The different sub-regions are formed by including one or more edge-defining elements in at least one optical path of the recording beam or object beam when recording each sub-region on the recording medium, and the one or more edge-defining elements comprises a square aperture, a rectangular aperture, or a planar tile aperture.
Optionally, two adjacent sub-regions of the diffraction grating are in contact with the gap.
Optionally, the display comprises a plurality of tile-like display devices, and the gap between adjacent sub-regions of the diffraction grating is aligned with the gap between adjacent tile-like display devices of the display.
The system according to embodiment 27, wherein two adjacent and distinct sub-regions have an overlap, optionally. [Embodiment 29]
The diffraction grating is mechanically formed by using an embossed structure, a nanoimprinted structure, or a self-assembled structure, and
The system according to embodiment 27 or 28, wherein the display has a width along the horizontal direction and a height along the vertical direction, and at least one of the following is valid: the horizontal direction and the vertical direction are perpendicular to the direction, and the aspect ratio of the width to the height is greater than 16:9. [Embodiment 30]
The optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights at diffraction angles that are substantially the same as each other.
Selectively, each of the diffraction angles is in the range of -10 degrees to 10 degrees.
The display is optionally configured to diffract the diffracted color light backward through the optical device,
The system according to any one of embodiments 24 to 29, wherein, optionally, a region of the optical device covers a region of the display. [Embodiment 31]
The present invention further includes an irradiator positioned adjacent to the optical device and configured to provide the optical device with light of the plurality of colors,
The irradiator optionally comprises a plurality of light-emitting elements, each configured to emit light of a different color.
The centers of the beams from the plurality of light-emitting elements are optionally offset from each other.
The irradiator is optionally configured to provide an optical beam having an elliptical beam profile or a rectangular beam profile.
The irradiator is optionally configured to provide a light beam with a specific polarization orientation.
The irradiator optionally comprises one or more optical components configured to independently control the ellipticity and polarization orientation of each of the plurality of different colored lights,
The irradiator optionally comprises one or more optical components configured to control the uniformity of the plurality of different colored lights,
Optionally, one or more of the optical components include an apodizing optical element or a profile converter.
The system according to any one of embodiments 24 to 30, wherein the system optionally includes one or more anamorphic optical elements or one or more cylindrical optical elements configured to increase the width of the multiple different colored lights. [Embodiment 32]
A prism element between the irradiator and the optical device, configured to receive the plurality of different colored lights from the input surface of the prism element,
The prism element comprises one or more expansion gratings adjacent to the exit surface, each of which is configured to expand the beam profile of light of different corresponding colors by a coefficient of at least one dimension.
Optionally, the system further includes one or more reflectors downstream of the one or more expansion diffraction gratings, each of the one or more reflectors configured to reflect light of a particular color to the optical device.
The tilt angle of each of the one or more reflectors can be optionally adjusted independently to cause uniformity of diffraction from the optical device to the display.
Optionally, the system further includes at least one of a color sensor or a luminance sensor configured to detect one or more optical properties of the holographic light field formed by the system, wherein the tilt angle of the one or more reflectors is adjustable based on the detected optical properties of the holographic light field.
Optionally, one or more of the optical properties include brightness uniformity, color uniformity, or a white point.
Optionally, one or more of the reflectors can be adjusted to compensate for changes in the alignment of the components of the system.
The optical distance between one or more reflectors and the optical device is optionally configured such that each of the multiple different colored lights is reflected by the corresponding reflector without transmission through one or more other reflectors.
The one or more reflectors are optionally configured such that the light emitted from each of the one or more reflectors comes from substantially different directions.
The angle between the prism element and the substrate of the optical device can be optionally adjusted to tilt the position of the holographic light field formed by the system.
The system according to embodiment 31, wherein, optionally, one or more extended gratings are configured to collimate the multiple different colored lights in one or two transverse directions, at least partially. [Embodiment 33]
The system further includes a controller coupled to the irradiator and configured to control the irradiator to provide each of the plurality of colors of light,
Optionally, the controller is coupled to the display and configured to transmit respective control signals to each of the plurality of display elements for modulation of at least one characteristic of the display elements.
The controller is configured to optionally acquire graphic data including primitive data for a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional space, determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the plurality of primitives to each of the plurality of display elements of the display, generate the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to each of the plurality of display elements, and generate the respective control signals for each of the plurality of display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element.
The controller is optionally configured to sequentially modulate the display with information associated with the plurality of colors of light over a series of periods, and to control the irradiator to sequentially emit each of the plurality of colors of light to the optical device during each period of the series of periods, such that each of the plurality of colors of light is diffracted toward the display by the optical device and reflected by the modulated display elements of the display to form a corresponding three-dimensional light field of each color for the object within each period.
The system according to embodiment 31 or 32, wherein the controller is optionally configured to modulate the display such that the respective three-dimensional color light fields appear i) entirely in front of the display, ii) entirely behind the display, or iii) partially in front of the display and partially behind the display. [Embodiment 34]
The display includes a spatial light modulator (SLM) which includes a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal on silicon (LCOS) device.
The system according to any one of embodiments 24 to 33, optionally further comprising an optical polarizer positioned between the display and the optical device, wherein the optical polarizer is configured to change the polarization state of the plurality of different colored lights. [Embodiment 35]
The optical device includes an optical diffraction component configured to diffract light containing a plurality of different colors toward the display, which is configured to diffract a portion of the light illuminating the display element,
The optical device further comprises an optical redirection component configured to optionally transmit the portion of the light to form a holographic scene and redirect the zero-order display light away from the holographic scene in three-dimensional (3D) space, wherein the zero-order display light includes reflected light from the display.
Optionally, the optical redirection component comprises a plurality of redirection holographic gratings for the display zero-order light of the plurality of different colored lights, and each of the plurality of redirection holographic gratings is configured to diffract the display zero-order light of each of the plurality of different colored lights in the 3D space in the respective direction and at the respective diffraction angles.
Optionally, the optical diffraction component diffracts the multiple different colored lights so as to redirect the zero-order light of the display reflected from the display away from the holographic scene, thereby making the display approximately zero.
o
It is configured to emit light at this angle,
Optionally, the ratio of the amount of display zero-order light in the holographic scene with suppression of the optical diffraction component and the optical redirection component to the amount of display zero-order light in the holographic scene without suppression is less than 2%.
The system according to any one of embodiments 24 to 34, wherein optionally the optical redirection component comprises a one-dimensional suppression grating, the holographic scene includes a band corresponding to the suppression of zero-order light of the display, and the system is configured such that the band is outside the viewer's field of view. [Embodiment 36]
It is a system,
A display with multiple display elements,
An optical device positioned adjacent to the display and configured to diffract light relative to the display,
The display is connected to the aforementioned display, and
This involves obtaining graphic data containing primitive data for each of the multiple primitives corresponding to an object in three-dimensional space,
For each of the plurality of primitives, the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element is calculated in a three-dimensional coordinate system to determine the EM field contribution of the display to each of the plurality of display elements.
For each of the plurality of display elements, the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the display element is generated,
A system comprising: a controller configured to transmit a control signal for each of the plurality of display elements, based on the sum of the EM field contributions to the display element, for the purpose of modulating at least one characteristic of the display element. [Aspect 37]
The optical device includes the optical device described in any one of embodiments 1 to 11, and
The system according to embodiment 36, wherein at least one of the following is effective: the optical device includes an optical device described in any one of embodiments 12 to 20. [Embodiment 38]
The optical device comprises a holographic grid formed on the recording medium.
The optical device comprises a plurality of holographic gratings formed on a recording medium, and each of the plurality of holographic gratings is configured to diffract light having a respective color and a respective angle of incidence to the display.
The optical device is positioned in front of the display, and the display is configured to diffract the diffracted light backward through the optical device to form a three-dimensional light field corresponding to the object, and
The system according to embodiment 36 or 37, wherein at least one of the following is effective: the optical device further comprises an irradiator positioned adjacent to the optical device and configured to provide light to the optical device. [Embodiment 39]
The aforementioned controller
The display is sequentially modulated with information associated with multiple colors corresponding to multiple colors of light over a series of periods,
The system according to embodiment 38, configured to control the irradiator so that each of the multiple colors of light is sequentially emitted to the optical device within each of the series of periods such that each of the multiple colors of light is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display to form a three-dimensional light field of each color corresponding to the object within each of the periods. [Embodiment 40]
It is a method,
A method comprising manufacturing an optical device as described in any one of embodiments 1 to 20. [Embodiment 41]
A method for manufacturing an optical device according to any one of the embodiments 1 to 11,
To form the first optical diffraction component,
To form the second optical diffraction component described above,
A method comprising arranging the color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component. [Aspect 42]
Forming the first optical diffraction component includes forming a first diffraction structure on the recording medium.
Optionally, forming the first diffraction structure on the recording medium includes recording a first holographic grating on the recording medium by irradiating the recording medium with a first recording object beam at a first recording object angle and a first recording reference beam at a first recording reference angle, wherein the first recording object beam and the first recording reference beam have the same wavelength and the same first polarization state.
Optionally, the light of the first color is wider than or includes the same wavelength range as the first recording reference beam or the first recording object beam.
Optionally, the first recording reference beam corresponds to a color different from the first color of the first color of light,
Optionally, the first incident angle of the light of the first color is substantially the same as the first recording reference angle, and the first diffraction angle is substantially the same as the first recording object angle.
Optionally, the first recording reference angle is in the range of 70 degrees to 90 degrees.
Optionally, the first recording reference angle is in the range of 80 degrees to 90 degrees.
Optionally, the first recording object angle is in the range of -10 degrees to 10 degrees.
Optionally, the first recording object angle is substantially the same as 6 degrees.
Optionally, the first recording object angle is substantially the same as 0 degrees.
Optionally, the sum of the first recording reference angle and the first recording object angle is substantially the same as 90 degrees.
Optionally, the thickness of the recording medium is more than an order of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam.
Optionally, the thickness of the recording medium is approximately 30 times greater than the wavelength of the first recording object beam.
Optionally, forming the first diffraction structure on the recording medium includes fixing the first diffraction structure to the recording medium, and optionally, the recording medium is located between a carrier film and a diffraction substrate.
The first diffraction angle and the second diffraction angle are substantially the same,
The method according to embodiment 41, wherein the first diffraction angle and the second diffraction angle are optionally substantially the same as each other. [Embodiment 43]
Placing the color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component is
The method includes sequentially stacking the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component such that the light of the first color and the light of the second color are incident on the first optical diffraction component before the second optical diffraction component,
Selectively stacking the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component includes sequentially arranging the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component on a substrate in front of the first optical diffraction component.
The method according to embodiment 42, wherein the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component are stacked sequentially in an optional manner, and the color-selective polarizer is attached to the first optical diffraction component through a first intermediate layer, and the second optical diffraction component is attached to the color-selective polarizer through a second intermediate layer, and each of the first intermediate layer and the second intermediate layer contains a refractive index matching material. [Embodiment 44]
To form a third optical diffraction component configured to diffract light of a third color having the first polarization state and the third incident angle at a third diffraction angle with a third diffraction efficiency,
The method includes arranging a second color-selective polarizer between the second optical diffraction component and the third optical diffraction component, wherein the second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the third color of light from the second polarization state to the first polarization state,
The color-selective polarizer is configured to optionally rotate the polarization state of the light of the first color from the first polarization state to the second polarization state, and the second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the second color from the first polarization state to the second polarization state without rotating the polarization state of the light of the first color.
Optionally, the method further includes arranging a third color-selective polarizer in continuity with the third optical diffraction component such that the third optical diffraction component is between the second color-selective polarizer and the third color-selective polarizer, wherein the third color-selective polarizer is configured to rotate the polarization states of the first color light and the second color light, respectively, from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization state of the third color light.
The method according to any one of embodiments 41 to 43, optionally further comprising arranging a fourth color-selective polarizer in front of the first optical diffraction component such that the first optical diffraction component is between the fourth color-selective polarizer and the color-selective polarizer, wherein the fourth color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the first color from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization states of the light of the second color and the light of the third color, respectively. [Embodiment 45]
The method according to any one of embodiments 41 to 44, wherein the first polarization state is s-polarized and the second polarization state is p-polarized. [Embodiment 46]
A method for manufacturing an optical device according to any one of embodiments 12 to 20,
To form the first optical diffraction component having the first diffraction structure,
To form the second optical diffraction component having the second diffraction structure,
The first reflective layer is arranged between the first diffraction structure and the second diffraction structure, wherein the second diffraction structure is arranged to be continuous with the first diffraction structure along a certain direction.
A method comprising arranging the second reflective layer in a manner continuous with the second diffraction structure along the aforementioned direction. [Aspect 47]
The invention further includes forming a light absorber on the side surface of the optical device, wherein the light absorber is configured to absorb the completely reflected light of the first and second colors.
The first reflective layer is configured to have a refractive index smaller than that of the layer of the first optical diffraction component directly adjacent to the first reflective layer, such that light of the first color having the first incident angle is completely reflected by the interface between the first reflective layer and the layer of the first optical diffraction component without completely reflecting light of the second color having the second incident angle.
Optionally, the method further includes forming a third optical diffraction component comprising a third diffraction structure configured to diffract light of a third color having a third angle of incidence, wherein arranging the second reflective layer continuously with respect to the second diffraction structure along the direction includes arranging the second reflective layer between the second diffraction structure and the third diffraction structure along the direction, wherein each of the first and second reflective layers is configured to transmit light of the third color having a third angle of incidence.
Optionally, the method further includes arranging a third reflective layer in a manner continuous with the third diffraction structure along the direction, wherein the third reflective layer is configured to completely reflect light of the third color having the third angle of incidence.
The method according to embodiment 46, wherein each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component optionally comprises its own carrier film and its own diffraction substrate, the first reflective layer comprises the first carrier film of the first optical diffraction component, and arranging the first reflective layer between the first diffraction structure and the second diffraction structure includes attaching the second diffraction substrate of the second optical diffraction component to the first carrier film of the first optical diffraction component by a first intermediate layer, arranging the second reflective layer between the second diffraction structure and the third diffraction structure along the direction includes attaching the second carrier film of the second optical diffraction component to the third carrier film of the third optical diffraction component by a second intermediate layer, the second reflective layer comprises the second intermediate layer, and the third reflective layer is attached to the third diffraction substrate of the third optical diffraction component. [Embodiment 48]
Placing the first optical diffraction component on a substrate located in front of the first optical diffraction component in the aforementioned direction, further comprising the arrangement such that the substrate has a front and a back surface,
Optionally, arranging the first optical diffraction component on the substrate includes attaching the front surface of the first optical diffraction component to the back surface of the substrate through a refractive index matching material.
Optionally, the substrate has a side surface that is angled relative to the back surface of the substrate, and the substrate is configured to receive light of multiple different colors on the side surface.
The method according to embodiment 47, wherein the substrate is optionally configured such that the plurality of different colored lights are incident on the side surface at an incident angle substantially the same as 0 degrees. [Embodiment 49]
Forming the first optical diffraction component having the first diffraction structure includes forming the first diffraction structure on the recording medium.
Optionally, forming the first diffraction structure on the recording medium includes recording a first holographic grating on the recording medium by incidenting a first recording object beam at a first recording object angle and a first recording reference beam at a first recording reference angle, wherein the first recording object beam and the first recording reference beam have the same wavelength and the same polarization state.
Optionally, the light of the first color may be wider than or have the same wavelength range as the first recording reference beam.
Optionally, the first recording reference beam corresponds to a color different from the first color of the first color of light,
Optionally, the first incident angle of the light of the first color is substantially the same as the first recording reference angle, and the first diffraction angle is substantially the same as the first recording object angle.
Optionally, the first recording reference angle is in the range of 70 degrees to 90 degrees.
Optionally, the first recording reference angle is in the range of 70 to 80 degrees.
Optionally, the first recording object angle is in the range of -10 degrees to 10 degrees.
Optionally, the thickness of the recording medium is two orders of magnitude greater than the wavelength of the first recording object beam.
Optionally, the thickness of the recording medium is approximately 30 times greater than the wavelength of the first recording object beam.
The method according to any one of embodiments 46 to 48, wherein optionally forming the first diffraction structure on the recording medium includes fixing the first diffraction structure to the recording medium. [Embodiment 50]
The first angle of incidence is different from the second angle of incidence,
The method according to any one of embodiments 46 to 49, wherein optionally, the light of the first color has a shorter wavelength than the light of the second color, and the first angle of incidence is greater than the second angle of incidence. [Embodiment 51]
It is a method,
Forming an optical device according to the method described in any one of the embodiments 40 to 50,
A method comprising arranging the optical device and a display comprising a plurality of display elements such that the optical device is configured to diffract a plurality of different colored lights toward the display. [Aspect 52]
Arranging the optical device and the display includes separating the back surface of the optical device from the front surface of the display by a gap, and optionally further including forming an anti-reflective coating on at least one of the front surface of the display or the back surface of the optical device.
Arranging the optical device and the display involves mounting the back surface of the optical device onto the front surface of the display through an intermediate layer, and optionally the intermediate layer is configured to have a refractive index lower than that of the layer of the optical device such that each of the plurality of different colored lights transmitted in zero order by the optical device is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the layer of the optical device.
The optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights at diffraction angles that are substantially identical to each other, and optionally, each of the diffraction angles is in the range of -10 degrees to 10 degrees.
The display is configured to diffract the diffracted color light backward through the optical device.
The region of the optical device covers the region of the display, and
The method according to embodiment 51, wherein at least one of the following is effective: the optical device is configured to have a substrate in front of the optical device and to receive the plurality of different colored lights on a side of the substrate that is angled with respect to the back surface of the substrate. [Embodiment 53]
It is a method,
This involves using an optical device to convert an incident beam containing light of multiple different colors into light of individually diffracted colors.
A method wherein the optical device comprises the optical device described in any one of embodiments 1 to 20. [Embodiment 54]
It is a method,
The optical device transmits at least one timing control signal to an irradiator to activate the irradiator and emit the multiple different colored lights to the optical device, so that the irradiator converts multiple different colored lights into individually diffracted colored lights and irradiates a display comprising multiple display elements, wherein the optical device comprises the optical device described in any one of embodiments 1 to 20.
A method comprising: modulating the display elements by transmitting at least one respective control signal to each of the plurality of display elements of the display, such that the light of each individually diffracted color is reflected by the modulated display elements to form a multicolor three-dimensional light field corresponding to each of the respective control signals. [Aspect 55]
This involves obtaining graphic data containing primitive data for each of the multiple primitives corresponding to an object in three-dimensional space,
For each of the plurality of primitives, the electromagnetic (EM) field propagation from the primitive to the display element is calculated in a three-dimensional coordinate system to determine the EM field contribution of the display to each of the plurality of display elements.
For each of the plurality of display elements, the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to the display element is generated,
For each of the plurality of display elements, the respective control signals are generated based on the sum of the EM field contributions to the display element in order to modulate at least one characteristic of the display element.
The aforementioned multicolor three-dimensional light field corresponds to the object,
Optionally, the method includes sequentially modulating the display with information associated with a plurality of different colors over a series of periods, and controlling the irradiator to sequentially emit each of the plurality of colors of light to the optical device within each period of the series of periods, such that each of the light of the plurality of different colors is diffracted by the optical device toward the display and reflected by the modulated display elements of the display to form a respective color three-dimensional light field corresponding to the object within each period.
Selectively, the multiple different colored lights are diffracted by the optical device with respect to the display at substantially the same diffraction angle.
Selectively, the diffraction angle is in the range of -10 degrees to 10 degrees.
The irradiator and the optical device are optionally configured such that the plurality of different colored lights are incident on the first optical diffraction component of the optical device at their respective incident angles.
Selectively, each of the aforementioned angles of incidence is different from one another.
Selectively, the respective angles of incidence are substantially the same as each other.
The method according to embodiment 54, wherein each of the aforementioned angles of incidence is optionally in the range of 70 degrees to 90 degrees. [Embodiment 56]
An optical device,
At least two optical diffraction components,
A system comprising at least one color-selective polarizer,
An optical device configured such that when light of different colors is incident upon the optical device, the optical device separates the individual lights of the different colors while suppressing crosstalk between the different colors. [Aspect 57]
The optical device is configured such that when light of different colors is incident on the optical device, each of the optical diffraction components diffracts the light of each of the different colors.
The optical device is optionally configured such that, in the output light beam diffracted by the optical device, the power of a particular color of light among the different colors is at least an order of magnitude higher than the power of one or more other colors of light among the different colors.
The optical device according to embodiment 56, wherein the at least one color-selective polarizer is configured to optionally rotate the polarization state of at least one of the different colors such that light of a specific color among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a first polarization state, while light of one or more other colors among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a second polarization state different from the first polarization state. [Embodiment 58]
An optical device,
At least two optical diffraction components,
It comprises at least one reflective layer,
The optical device is configured such that when light of different colors is incident on the optical device, the optical device separates the light of each of the different colors while suppressing crosstalk between the different colors.
An optical device in which the at least one reflective layer is configured for total internal reflection of at least one of the different colors of light. [Aspect 59]
The optical device is configured such that the output light beam diffracted by the optical device contains only light of a specific color among the different colors, without crosstalk from one or more other colors among the different colors.
Optionally, the at least one reflective layer is configured to completely reflect zero-order light of a specific color among the different colors transmitted by each of the optical diffraction components, while transmitting one or more other colors among the different colors.
The optical device according to embodiment 58, wherein, optionally, when light of different colors is incident on the optical device, each of the optical diffraction components is configured to diffract the light of each of the different colors. [Embodiment 60]
It is a system,
The display and
The optical device comprises the optical device described in any one of embodiments 56 to 59,
A system in which the optical device is configured to diffract light of multiple different colors toward the display. [Aspect 61]
It is a system,
An irradiator configured to provide light of multiple different colors,
The optical device comprises the optical device described in any one of embodiments 56 to 59,
A system in which the optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights from the irradiator. [Aspect 62]
It is a system,
The display and
A system comprising: an optical device having one or more transmission diffraction structures for diffracting light toward the display; [Aspect 63]
The display is a reflective display configured to diffract the light backward through the optical device,
The system according to embodiment 62, wherein the system optionally further comprises an irradiator configured to provide the light to the optical device, the irradiator being positioned in front of the transmission diffraction structure of the optical device. [Embodiment 64]
The display is a transmissive display configured to diffract the light forward without passing it through the optical device,
The system according to embodiment 62, wherein the system optionally further comprises an irradiator configured to provide the light to the optical device, the irradiator being located behind the transmission diffraction structure of the optical device. [Embodiment 65]
Each of the one or more transmission diffraction structures is configured to diffract each of the multiple different colors, and
The system according to any one of embodiments 62 to 64, wherein at least one of the following is effective: the optical device further comprises one or more reflection diffraction structures, and each of the one or more transmission diffraction structures and the one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of a plurality of different colors. [Embodiment 66]
It is a system,
The display and
A system comprising: an optical device having one or more reflection-diffraction structures for diffracting light toward the display; [Aspect 67]
The display is a reflective display configured to diffract the light backward through the optical device,
The system according to embodiment 66, wherein the system optionally further comprises an irradiator configured to provide the light to the optical device, the irradiator being located behind the reflection diffraction structure of the optical device. [Embodiment 68]
The display is a transmissive display configured to diffract the light forward without passing it through the optical device,
The system according to embodiment 66, wherein the system optionally further comprises an irradiator configured to provide the light to the optical device, the irradiator being positioned in front of the reflection diffraction structure of the optical device. [Embodiment 69]
Each of the one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of the multiple different colors, and
The system according to any one of embodiments 66 to 68, wherein at least one of the following is effective: the optical device further comprises one or more transmission diffraction structures, and each of the one or more transmission diffraction structures and the one or more reflection diffraction structures is configured to diffract each of a plurality of different colors. [Embodiment 70]
An optical device,
The optical diffraction component comprises a plurality of optical diffraction elements, each having at least one transmission diffraction structure and at least one reflection diffraction structure.
The optical device is configured such that when light of different colors is incident on the optical device, it separates the individual lights of the different colors while suppressing crosstalk between the different colors. [Aspect 71]
Each of the transmission diffraction structure and the reflection diffraction structure is configured to diffract light of each of the different colors.
Optionally, the optical device further comprises at least one reflective layer configured for the total internal reflection of at least one of the different colors of light,
The optical device according to embodiment 70, further comprising at least one color-selective polarizer configured to optionally rotate the polarization state of at least one of the different colors of light such that light of a specific color among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a first polarization state, while light of one or more other colors among the different colors is incident on each of the optical diffraction components in a second polarization state different from the first polarization state. [Embodiment 72]
It is a system,
The display and
The optical device comprises the optical device described in embodiment 70 or embodiment 71,
A system in which the optical device is configured to diffract light of multiple different colors toward the display. [Aspect 73]
It is a system,
An irradiator configured to provide light of multiple different colors,
The optical device comprises the optical device described in embodiment 70 or embodiment 71,
A system in which the optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights from the irradiator. [Aspect 74]
An optical device,
An optical device comprising at least two beam expanders configured to generate an output light beam by diffracting an input light beam and adjusting the beam size of the input light beam of at least two dimensions. [Aspect 75]
The beam size includes width and height,
Optionally, each of the at least two beam expanders comprises its respective optical diffraction device.
The input light beam is optionally configured to contain light of multiple different colors, and each optical diffraction device is configured to diffract the light of multiple different colors at substantially identical diffraction angles.
The optical diffraction device is optionally configured such that, when light of different colors is incident upon it, the optical diffraction device separates the individual light of the different colors while suppressing crosstalk between the different colors.
Optionally, each of the optical diffraction devices comprises at least two optical diffraction components and at least one color-selective polarizer.
Optionally, each of the optical diffraction devices comprises at least two optical diffraction components and at least one reflective layer, wherein the at least one reflective layer is configured for total internal reflection of light of at least one color.
The optical device according to embodiment 74, wherein each of the optical diffraction devices optionally comprises at least one of one or more transmission diffraction structures or one or more reflection diffraction structures. [Embodiment 76]
The at least two beam expanders described above,
A first one-dimensional beam expander configured to expand the input light beam of a first dimension among the at least two dimensions to generate an intermediate light beam,
The system comprises a second one-dimensional beam expander configured to expand the intermediate light beam of a second dimension of the at least two dimensions to generate the output light beam,
The intermediate light beam has a beam size larger than the input light beam of the first dimension and the same beam size as the input light beam of the second dimension, and the output light beam has a beam size larger than the intermediate light beam of the second dimension and the same beam size as the intermediate light beam of the first dimension.
The optical device is optionally configured to couple the intermediate light beam from the first one-dimensional beam expander to the second one-dimensional beam expander using at least one of free-space aerial geometry, a monolithic substrate or a segmented substrate, or one or more coupling elements.
The optical device according to embodiment 74 or 75, wherein the intermediate input beam optionally includes collinear collimated light of two or more colors, and one or more coupling elements are configured to convert the collinear collimated light of two or more colors into two or more independent collimated but non-collinear light beams having corresponding colors of the two or more colors.
Claims (36)
第1の光学回折構成要素と、
第2の光学回折構成要素と、
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間の色選択的偏光子と、を備え、
第1の偏光状態における第1の色の光を含む第1の光ビームが第1の入射角で前記第1の光学回折構成要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、第1の回折効率で第1の回折角で前記第1の偏光状態における前記第1の色の光を回折させ、
第2の偏光状態における第2の色の光を含む第2の光ビームが前記色選択的偏光子に入射するとき、前記色選択的偏光子が、前記第2の光ビームを、前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を含む第3の光ビームに変換し、前記第2の色が、前記第1の色とは異なり、前記第2の偏光状態が、前記第1の偏光状態とは異なり、
前記第3の光ビームが第2の入射角で前記第2の光学回折構成要素に入射するとき、前記第2の光学回折構成要素が、第2の回折効率で第2の回折角で前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を回折させ、
前記第1の光学回折構成要素が前記第2の偏光状態における前記第2の色の光を回折させる回折効率が、前記第1の光学回折構成要素が前記第1の偏光状態における前記第1の色の光を回折させる回折効率よりも小さく、
前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光のための対応する透過格子を含む、光学デバイス。 An optical device,
The first optical diffraction component,
The second optical diffraction component,
A color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component,
When a first light beam containing light of a first color in a first polarization state is incident on the first optical diffraction component at a first incidence angle , the first optical diffraction component diffracts the light of the first color in the first polarization state at a first diffraction angle with a first diffraction efficiency .
When a second light beam containing light of a second color in a second polarization state is incident on the color-selective polarizer, the color-selective polarizer converts the second light beam into a third light beam containing light of the second color in a first polarization state, wherein the second color is different from the first color, and the second polarization state is different from the first polarization state.
When the third light beam is incident on the second optical diffraction component at a second incidence angle , the second optical diffraction component diffracts the light of the second color in the first polarization state at a second diffraction angle with a second diffraction efficiency .
The diffraction efficiency of the first optical diffraction component that diffracts light of the second color in the second polarization state is smaller than the diffraction efficiency of the first optical diffraction component that diffracts light of the first color in the first polarization state.
An optical device in which the first optical diffraction component and the second optical diffraction component include corresponding transmission gratings for light of the first color and light of the second color .
第1の光学回折構成要素と、
第2の光学回折構成要素と、
前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間の色選択的偏光子と、を備え、
第1の色の光が、第1の入射角で、かつ第1の偏光状態で、前記第1の光学回折構成
要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の色の光を、第1の回折効率で第1の回折角で回折させ、
前記第1の色の光とは異なる第2の色の光が、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態で、第2の入射角で、前記第1の光学回折構成要素に入射するとき、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の色の光を、前記第1の回折効率を下回る回折効率で回折させ、
前記第2の偏光状態における前記第2の色の光が、前記色選択的偏光子に入射するとき、前記色選択的偏光子が、前記第2の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させ、
前記第2の色の光が、前記第2の入射角で、かつ前記第1の偏光状態で、前記第2の光学回折構成要素に入射するとき、前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の色の光を、第2の回折効率で第2の回折角で回折させ、
前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光のための対応する透過格子を含む、光学デバイス。 An optical device,
The first optical diffraction component and
The second optical diffraction component,
A color-selective polarizer between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component,
When light of a first color is incident on the first optical diffraction component at a first incidence angle and in a first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the first color at a first diffraction angle with a first diffraction efficiency.
When light of a second color, different from the light of the first color, is incident on the first optical diffraction component at a second incident angle in a second polarization state different from the first polarization state, the first optical diffraction component diffracts the light of the second color with a diffraction efficiency lower than the first diffraction efficiency.
When light of the second color in the second polarization state is incident on the color-selective polarizer, the color-selective polarizer rotates the polarization state of the light of the second color from the second polarization state to the first polarization state.
When light of the second color is incident on the second optical diffraction component at the second incidence angle and in the first polarization state, the second optical diffraction component diffracts the light of the second color at the second diffraction angle with the second diffraction efficiency .
An optical device in which the first optical diffraction component and the second optical diffraction component include corresponding transmission gratings for light of the first color and light of the second color .
i)第1の入射角で入射する第1の偏光状態における第1の色の光を、第1の回折角で第1の回折効率で回折させることと、ii)第2の入射角で入射する第2の偏光状態における第2の色の光を、前記第1の回折効率を下回る回折効率で回折させることと、を行うように構成された第1の光学回折構成要素と、
色選択的偏光子であって、前記色選択的偏光子に入射する前記第2の偏光状態における前記第2の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された色選択的偏光子と、
前記第2の入射角で入射する前記第1の偏光状態における前記第2の色の光を、第2の回折角で第2の回折効率で回折させるように構成された第2の光学回折構成要素と、を備え、
前記色選択的偏光子が、前記第1の光学回折構成要素と前記第2の光学回折構成要素との間にあり、
前記第1の光学回折構成要素及び前記第2の光学回折構成要素が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光のための対応する透過格子を含む、光学デバイス。 An optical device,
i) A first optical diffraction component configured to diffract light of a first color in a first polarization state incident at a first angle of incidence with a first diffraction angle and a first diffraction efficiency, and ii) a first optical diffraction component configured to diffract light of a second color in a second polarization state incident at a second angle of incidence with a diffraction efficiency lower than the first diffraction efficiency,
A color-selective polarizer, configured to rotate the polarization state of light of a second color in a second polarization state incident on the color-selective polarizer from the second polarization state to the first polarization state,
The system comprises a second optical diffraction component configured to diffract light of the second color in the first polarization state, incident at the second incidence angle, at a second diffraction angle and with a second diffraction efficiency,
The color-selective polarizer is located between the first optical diffraction component and the second optical diffraction component.
An optical device in which the first optical diffraction component and the second optical diffraction component include corresponding transmission gratings for light of the first color and light of the second color .
前記第2の光学回折構成要素と前記第3の光学回折構成要素との間の第2の色選択的偏光子と、を更に備え、
前記第2の色選択的偏光子が、第3の色の光が前記第2の色選択的偏光子に前記第2の偏光状態で入射するとき、前記第3の色の光の偏光状態を前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第3の光学回折構成要素が、前記第3の色の光が前記第3の光学回折構成要素に第3の入射角で、かつ前記第1の偏光状態で入射するとき、第3の回折効率で第3の回折角で前記第3の色の光を回折させるように構成されている、請求項4又は5に記載の光学デバイス。 A third optical diffraction component,
The present invention further comprises a second color-selective polarizer between the second optical diffraction element and the third optical diffraction element,
The optical device according to claim 4 or 5, wherein the second color-selective polarizer is configured to rotate the polarization state of the light of the third color from a second polarization state to a first polarization state when light of the third color is incident on the second color-selective polarizer in a second polarization state, and the third optical diffraction component is configured to diffract the light of the third color at a third diffraction angle with a third diffraction efficiency when light of the third color is incident on the third optical diffraction component at a third incidence angle and in a first polarization state.
前記第3の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々の前記偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第3の色選択的偏光子であって、前記第3の光学回折構成要素が、前記第2の色選択的偏光子と前記第3の色選択的偏光子との間にある、第3の色選択的偏光子を更に備え、かつ/または、A third color-selective polarizer configured to rotate the polarization states of the first and second colored lights from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization state of the third colored light, wherein the third optical diffraction component further comprises a third color-selective polarizer located between the second color-selective polarizer and the third color-selective polarizer, and/or
前記第3の光学回折構成要素が、前記第3の回折効率よりも小さい回折効率で、前記第2の偏光状態で入射する、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々を回折させるように構成されており、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の回折効率で入射する前記第3の色の光を、前記第1の回折効率よりも小さい回折効率で回折させるように構成されており、前記第2の光学回折構成要素が、前記第2の偏光状態で入射する、前記第1の色の光及び前記第3の色の光の各々を、前記第2の回折効率よりも小さい回折効率で回折させるように構成されており、かつ/または、The third optical diffraction component is configured to diffract each of the light of the first color and the light of the second color incident in the second polarization state with a diffraction efficiency lower than the third diffraction efficiency, the first optical diffraction component is configured to diffract the light of the third color incident in the second diffraction efficiency with a diffraction efficiency lower than the first diffraction efficiency, the second optical diffraction component is configured to diffract each of the light of the first color and the light of the third color incident in the second polarization state with a diffraction efficiency lower than the second diffraction efficiency, and/or
前記第2の色選択的偏光子が、一対の第1のサブ偏光子及び第2のサブ偏光子を備え、前記第1のサブ偏光子が、前記第1の色の光及び前記第3の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第2の色の光の前記偏光状態を、前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に回転させるように構成されており、前記第2のサブ偏光子が、前記第1の色の光及び前記第2の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第3の色の光の前記偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成されており、かつ/または、The second color-selective polarizer comprises a pair of first and second subpolarizers, wherein the first subpolarizer is configured to rotate the polarization state of the second color light from a first polarization state to a second polarization state without rotating the polarization states of the first and third color light respectively, and the second subpolarizer is configured to rotate the polarization state of the third color light from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization states of the first and second color light respectively, and/or
前記光学デバイスは、前記第2の色の光及び前記第3の色の光の各々の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第4の色選択的偏光子であって、前記第1の光学回折構成要素が、前記第4の色選択的偏光子と前記色選択的偏光子との間にある、第4の色選択的偏光子を更に備える、請求項6に記載の光学デバイス。The optical device according to claim 6, wherein the optical device is a fourth color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of the first color of light from a second polarization state to a first polarization state without rotating the polarization states of the second color of light and the third color of light, and the first optical diffraction component further comprises a fourth color-selective polarizer located between the fourth color-selective polarizer and the color-selective polarizer.
前記記録媒体が、光学的に透明であり、かつ/または、The recording medium is optically transparent and/or
前記それぞれのホログラフィック格子が、前記記録媒体に固定されており、かつ/または、Each of the holographic grids is fixed to the recording medium and/or
前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、前記記録媒体の側に取り付けられたキャリアフィルムを備え、かつ/または、Each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component comprises a carrier film attached to the recording medium and/or
前記第1の光学回折構成要素、前記第2の光学回折構成要素、及び前記第3の光学回折構成要素の各々が、前記キャリアフィルムとは反対の前記記録媒体の別の側に取り付けられた回折基板を備え、かつ/または、Each of the first optical diffraction component, the second optical diffraction component, and the third optical diffraction component comprises a diffraction substrate attached to the other side of the recording medium opposite to the carrier film, and/or
前記第1の光学回折構成要素の前記キャリアフィルムが、前記色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記回折基板が、前記色選択的偏光子の第2の、反対側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記キャリアフィルムが、前記第2の色選択的偏光子の第1の側に取り付けられており、前記第2の光学回折構成要素の前記回折基板が、前記第2の色選択的偏光子の第2の反対側に取り付けられている、請求項8に記載の光学デバイス。The optical device according to claim 8, wherein the carrier film of the first optical diffraction component is attached to the first side of the color-selective polarizer, the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the color-selective polarizer, the carrier film of the second optical diffraction component is attached to the first side of the second color-selective polarizer, and the diffraction substrate of the second optical diffraction component is attached to the second opposite side of the second color-selective polarizer.
前記第1の光学回折構成要素が、前記基板と前記色選択的偏光子との間にある、請求項1~9のいずれか一項に記載の光学デバイス。 The circuit board is further equipped,
The optical device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the first optical diffraction component is located between the substrate and the color-selective polarizer.
前記光学デバイスが、前面及び背面を更に備え、かつ/または、The optical device further comprises a front and a back, and/or
前記第1の色の光及び前記第2の色の光が、前記前面上に入射し、前記光学デバイスが、前記背面上に反射防止コーティングを更に備え、かつ/または、The light of the first color and the light of the second color are incident on the front surface, and the optical device further comprises an anti-reflective coating on the back surface and/or
前記光学デバイスが、前記第1の光学回折構成要素、前記色選択的偏光子、及び前記第2の光学回折構成要素を含む、複数の光学構成要素を備え、かつ/または、The optical device comprises a plurality of optical components, including the first optical diffraction component, the color-selective polarizer, and the second optical diffraction component, and/or
前記複数の構成要素のうちの隣接する2つの光学構成要素が、屈折率整合材料を通って、一緒に取り付けられている、請求項10に記載の光学デバイス。The optical device according to claim 10, wherein two adjacent optical components among the plurality of components are mounted together through a refractive index matching material.
前記それぞれのブラッグ格子が、複数のフリンジ平面であって、前記記録媒体の体積内の前記フリンジ平面に垂直な、フリンジ傾斜角θt及びフリンジ間隔Λを有する、複数のフリンジ平面を備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。 Each of the first optical diffraction component and the second optical diffraction component comprises a Bragg grating formed in the recording medium,
The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein each Bragg grid comprises a plurality of fringe planes, each having a fringe inclination angle θt and a fringe spacing Λ perpendicular to the fringe planes within the volume of the recording medium.
されるように構成されており、式中、λが、真空中のある色の光のそれぞれの波長を表し、nが、前記記録媒体内の屈折率を表し、θmが、前記記録媒体内のm次の回折次数ブラッグ角を表し、θtが、前記記録媒体内のフリンジ傾斜を表し、かつ/または、It is configured such that, in the formula, λ represents the respective wavelengths of light of a certain color in a vacuum, n represents the refractive index in the recording medium, θm represents the m-th order Bragg angle of diffraction in the recording medium, θt represents the fringe slope in the recording medium, and/or
前記第1の入射角及び前記第2の入射角の各々が、前記オンブラッグ角と同一であり、前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、一次ブラッグ角と同一であり、かつ/または、The first incident angle and the second incident angle are each the same as the On-Bragg angle, and the first diffraction angle and the second diffraction angle are each the same as the primary Bragg angle, and/or
前記それぞれのブラッグ格子の前記フリンジ傾斜角が、45度と同一であり、かつ/または、The fringe inclination angle of each of the Bragg grids is the same as 45 degrees, and/or
前記記録媒体の厚さが、前記フリンジ間隔よりも1桁超大きく、かつ/または、The thickness of the recording medium is more than an order of magnitude greater than the fringe spacing, and/or
前記記録媒体の前記厚さが、前記フリンジ間隔よりも30倍大きく、かつ/または、The thickness of the recording medium is 30 times greater than the fringe spacing, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに同一であり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are the same as each other, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of -10 degrees to 10 degrees, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、0度と同一であり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are both the same as 0 degrees, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、-7度~7度の範囲にあり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of -7 degrees to 7 degrees, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、6度と同一であり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are both the same as 6 degrees, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角の各々が、70度~90度の範囲にあり、かつ/または、The first diffraction angle and the second diffraction angle are each in the range of 70 degrees to 90 degrees, and/or
前記第1の回折角及び前記第2の回折角が、互いに同一である、請求項12に記載の光学デバイス。The optical device according to claim 12, wherein the first diffraction angle and the second diffraction angle are the same as each other.
前記第1の光学回折構成要素が、前記第1の回折効率よりも少なくとも1桁小さい前記回折効率で、前記第2の偏光状態で入射する前記第2の色の光を回折させるように構成されており、前記色選択的偏光子が、前記第1の色の光の偏光状態を回転させないように構成されており、
前記光学デバイスが、前記第2の色の光の前記偏光状態の回転を伴わずに、前記第1の色の光の偏光状態を、前記第2の偏光状態から前記第1の偏光状態に回転させるように構成された第2の色選択的偏光子であって、前記第1の光学回折構成要素が、前記第2の色選択的偏光子と前記色選択的偏光子との間にある、第2の色選択的偏光子を更に備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。 The first polarization state is s-polarization, and the second polarization state is p-polarization.
The first optical diffraction component is configured to diffract the second color light incident in the second polarization state with a diffraction efficiency at least one order of magnitude smaller than the first diffraction efficiency, and the color-selective polarizer is configured not to rotate the polarization state of the first color light.
The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical device is a second color-selective polarizer configured to rotate the polarization state of the first color of light from the second polarization state to the first polarization state without rotating the polarization state of the second color of light, and the first optical diffraction component further comprises a second color-selective polarizer located between the second color-selective polarizer and the color-selective polarizer.
前記光学デバイスが、第1の反射層及び第2の反射層を備え、前記第1の反射層が、前記第1の回折構造と前記第2の回折構造との間にあり、前記第2の回折構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間にあり、
前記第1の回折構造が、i)前記第1の回折構造に前記第1の入射角で入射する、一次及びゼロ次の前記第1の色の光を回折させることであって、前記一次が、前記第1の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第1の入射角で透過される、回折させることと、ii)前記第1の回折構造に前記第2の入射角で入射する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、
前記第1の反射層が、i)前記第1の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第1の色の光を完全に反射させることと、ii)前記第2の入射角で前記第1の反射層に入射する前記第2の色の光を透過させることと、を行うように構成されており、
前記第2の回折構造が、前記第2の回折構造に前記第2の入射角で入射する、一次及びゼロ次の前記第2の色の光を回折させるように構成されており、前記一次が、第2の回折角で回折され、前記ゼロ次が、前記第2の入射角で透過され、前記第2の反射層が、前記第2の入射角で前記第2の反射層に入射する前記第2の色の光を完全に反射させるように構成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。 The first optical diffraction component comprises a first diffraction structure, and the second optical diffraction component comprises a second diffraction structure.
The optical device comprises a first reflective layer and a second reflective layer, wherein the first reflective layer is located between the first diffraction structure and the second diffraction structure, and the second diffraction structure is located between the first reflective layer and the second reflective layer.
The first diffraction structure is configured to: i) diffract primary and zero-order light of the first color incident at a first incidence angle, wherein the primary light is diffracted at the first diffraction angle and the zero-order light is transmitted at the first incidence angle; and ii) transmit second color light incident at a second incidence angle to the first diffraction structure.
The first reflective layer is configured to: i) completely reflect light of the first color incident on the first reflective layer at the first angle of incidence, and ii) transmit light of the second color incident on the first reflective layer at the second angle of incidence.
The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second diffraction structure is configured to diffract primary and zero-order light of the second color incident at a second incidence angle, the primary light is diffracted at a second diffraction angle, the zero-order light is transmitted at a second incidence angle, and the second reflective layer is configured to completely reflect the light of the second color incident at a second incidence angle.
複数の異なる色の光を提供するように構成された照射器と、
請求項1~15のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を含み、
前記光学デバイスが、前記照射器に隣接して配置されており、前記照射器からの前記複数の異なる色の光を受信することと、前記複数の異なる色の光を回折させることと、を行うように構成されている、システム。 It is a system,
An irradiator configured to provide light of multiple different colors,
The optical device includes the one described in any one of claims 1 to 15 ,
A system in which the optical device is positioned adjacent to the irradiator and is configured to receive the plurality of different colored lights from the irradiator and to diffract the plurality of different colored lights.
前記コントローラが、前記ディスプレイに結合されており、かつ前記ディスプレイ要素の少なくとも1つの特性の変調のために、それぞれの制御信号を、前記複数のディスプレイ要素の各々に伝送するように構成されており、かつ/または、The controller is coupled to the display and is configured to transmit respective control signals to each of the plurality of display elements for modulation of at least one characteristic of the display elements, and/or
前記コントローラが、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、前記複数のプリミティブの各々について、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、前記複数のディスプレイ要素の各々につThe controller acquires graphic data including primitive data for each of the multiple primitives corresponding to an object in three-dimensional space, determines the electromagnetic (EM) field contribution of the display to each of the multiple display elements for each of the multiple primitives, and for each of the multiple display elements
いて、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、前記それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されている、請求項18に記載のシステム。The system according to claim 18, configured to generate the sum of the EM field contributions to the display element from the plurality of primitives, and for each of the plurality of display elements, generate the respective control signals based on the sum of the EM field contributions to the display element.
複数のディスプレイ要素を備えるディスプレイと、
請求項1~15のいずれか一項に記載の光学デバイスと、を含み、
前記光学デバイスが、複数の異なる色の光を、前記ディスプレイに対して回折させるように構成されている、システム。 It is a system,
A display with multiple display elements,
The optical device includes the one described in any one of claims 1 to 15 ,
A system in which the optical device is configured to diffract light of multiple different colors toward the display.
前記ディスプレイの前記前面又は前記光学デバイスの前記背面のうちの少なくとも1つが、反射防止コーティングで処理されており、かつ/または、At least one of the front surface of the display or the back surface of the optical device is treated with an anti-reflective coating and/or
前記システムが、前記光学デバイスの前記背面上に透明な保護層を更に含み、かつ/または、The system further includes a transparent protective layer on the back surface of the optical device and/or
前記ディスプレイの前記前面及び前記光学デバイスの前記背面が、中間層によって一緒に取り付けられており、かつ/または、The front of the display and the back of the optical device are attached together by an intermediate layer, and/or
前記中間層が、前記光学デバイスによってゼロ次で透過される前記複数の色の光の各々が、前記中間層と前記光学デバイスの層との間の界面で完全に反射されるように、前記光学デバイスの層の屈折率よりも低い屈折率を有するように構成されており、かつ/または、The intermediate layer is configured to have a refractive index lower than that of the layer of the optical device, such that each of the plurality of colors of light transmitted in zero order by the optical device is completely reflected at the interface between the intermediate layer and the layer of the optical device, and/or
前記システムが、前記ディスプレイの前記前面上にカバーを更に含み、前記光学デバイスが、カバーガラス内に形成されており、かつ/または、The system further includes a cover on the front surface of the display, the optical device is formed within the cover glass, and/or
前記光学デバイスが、前記光学デバイスの前記前面で前記複数の色の光を受信するように構成されており、かつ/または、The optical device is configured to receive the plurality of colors of light on the front surface of the optical device, and/or
前記光学デバイスが、互いに同一であるそれぞれの回折角で、前記複数の異なる色の光を回折させるように構成されており、かつ/または、The optical device is configured to diffract the plurality of different colored lights at their respective diffraction angles, and/or
前記それぞれの回折角の各々が、-10度~10度の範囲にあり、かつ/または、Each of the aforementioned diffraction angles is in the range of -10 degrees to 10 degrees, and/or
前記ディスプレイが、前記回折された色の光を、前記光学デバイスを通って後方に回折させるように構成されており、かつ/または、The display is configured to diffract the diffracted color light backward through the optical device, and/or
前記光学デバイスのある領域が、前記ディスプレイのある領域を覆い、かつ/または、A region of the optical device covers a region of the display and/or
前記ディスプレイが、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)又は液晶オンシリコン(LCOS)デバイスを含む空間光変調器(SLM)を備え、かつ/または、The display comprises a spatial light modulator (SLM) including a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal on silicon (LCOS) device, and/or
前記システムが、前記ディスプレイと前記光学デバイスとの間に配置された光学偏光子を更に含み、前記光学偏光子が、前記複数の異なる色の光の偏光状態を変更するように構成されている、請求項21に記載のシステム。The system according to claim 21, further comprising an optical polarizer disposed between the display and the optical device, wherein the optical polarizer is configured to change the polarization state of the plurality of different colored lights.
前記光学デバイスが、前記基板によって支持され、かつ前記ディスプレイに向かって前記複数の異なる色の光を回折させるように構成された少なくとも1つの回折格子を備え、かつ/または、The optical device comprises at least one diffraction grating supported by the substrate and configured to diffract the plurality of different colored lights toward the display, and/or
前記基板が、前記回折格子の記録媒体よりも小さい屈折率を有する液体で満たされた容器を備え、かつ/または、The substrate comprises a container filled with a liquid having a refractive index smaller than that of the recording medium of the diffraction grating, and/or
前記基板が、くさび形状であり、傾斜した前面を備え、かつ/または、The substrate is wedge-shaped and has an inclined front surface, and/or
前記前面と前記側面との間の角度が、90度未満であり、かつ/または、The angle between the front surface and the side surface is less than 90 degrees, and/or
前記光学デバイスが、前記基板内の異なる光路に沿った前記複数の異なる色の光の異なる部分を受信することと、前記異なる部分を回折させて、前記ディスプレイの異なる対応する領域を照射することと、を行うように構成されており、かつ/または、The optical device is configured to receive different portions of the multiple different colored lights along different optical paths within the substrate, and to diffract the different portions to illuminate different corresponding areas of the display, and/or
前記異なる領域が、前記ディスプレイの下部領域、上部領域、左部領域、及び右部領域のうちの2つ以上を備え、かつ/または、The aforementioned different regions comprise two or more of the lower region, upper region, left region, and right region of the display, and/or
前記複数の異なる色の光の前記異なる部分が、異なる対応する照射器によって提供され、かつ/または、The aforementioned different portions of light of multiple different colors are provided by different corresponding irradiators and/or,
前記光学デバイスが、前記基板の異なる対応する側面から、前記複数の異なる色の光の異なる部分を受信するように構成されており、かつ/または、The optical device is configured to receive different portions of the plurality of different colored lights from different corresponding sides of the substrate, and/or
前記光学デバイスが、前記基板の第1の側面から前記光学デバイスの前記背面までの、前記複数の異なる色の光の第1の部分を受信し、前記第1の部分を回折させて、前記ディスプレイの第1の領域を照射することと、前記基板の第2の側面から前記光学デバイスの前記前面までの、前記複数の異なる色の光の第2の部分を受信し、前記第2の部分を前記光学デバイスの前記背面に対して後方に反射させ、前記第2の部分を回折させて、前記ディスプレイの第2の領域を照射することと、を行うように構成されており、かつ/または、The optical device is configured to receive a first portion of the plurality of different colored lights from a first side surface of the substrate to the back surface of the optical device, diffract the first portion to illuminate a first area of the display, and/or to receive a second portion of the plurality of different colored lights from a second side surface of the substrate to the front surface of the optical device, reflect the second portion backward against the back surface of the optical device, diffract the second portion to illuminate a second area of the display, and/or
前記第1の側面及び前記第2の側面が、同一の側面であり、かつ/または、The first side and the second side are the same side, and/or
前記複数の異なる色の光の前記第2の部分が、前記光学デバイス内の全内部反射又は反射格子によって反射され、かつ/または、The second portion of the plurality of different colored lights is reflected by total internal reflection or a reflection grating within the optical device, and/or
前記基板が、入力光を、前記第1の部分と前記第2の部分とに分離するように構成された部分反射面を備える、請求項23に記載のシステム。The system according to claim 23, wherein the substrate comprises a partially reflective surface configured to separate the input light into a first portion and a second portion.
前記回折格子が、前記回折格子の第1のサブ領域に入射する前記複数の異なる色の光の第1の部分を回折させて、前記ディスプレイの第1の領域を照射し、更に前記光学デバイスの前記背面に対して後方に反射され、かつ前記回折格子の第2のサブ領域に入射する、前記複数の異なる色の光の第2の部分を、前記光学デバイスの前記前面に反射させることと、前記第2の部分を回折させて、前記ディスプレイの第2の異なる領域を照射することと、を行うように構成されており、かつ/または、The diffraction grating is configured to diffract a first portion of the plurality of different colored light incident on a first sub-region of the diffraction grating to illuminate a first region of the display, and further to reflect a second portion of the plurality of different colored light, which is reflected backward from the back surface of the optical device and incident on a second sub-region of the diffraction grating, back to the front surface of the optical device, and to diffract the second portion to illuminate a second different region of the display, and/or
前記回折格子が、前記ディスプレイの前記第1の領域及び第2の領域上の前記回折された第1の部分及び前記回折された第2の部分が、同じ光学パワーを有するように構成されており、かつ/または、The diffraction grating is configured such that the diffracted first portion and the diffracted second portion on the first and second regions of the display have the same optical power, and/or
前記ディスプレイの前記第1の領域及び前記第2の領域が、前記回折格子の前記第1のサブ領域及び前記第2のサブ領域の、第1の異なる回折効率及び第2の異なる回折効率に関連付けられている異なる反射率を有する、請求項25に記載のシステム。The system according to claim 25, wherein the first region and the second region of the display have different reflectances associated with a first different diffraction efficiency and a second different diffraction efficiency of the first sub-region and the second sub-region of the diffraction grating.
前記サブ領域が、水平方向に沿ってタイル張りされており、かつ/または、The aforementioned sub-region is tiled along the horizontal direction and/or
前記異なるサブ領域の縁部が、光学的にシームレスな方法で互いに当接するように構成されており、かつ/または、The edges of the different sub-regions are configured to contact each other in an optically seamless manner, and/or
前記異なるサブ領域が、記録媒体に各サブ領域を記録する際に、記録ビーム又はオブジェクトビームのうちの少なくとも1つの光路に1つ以上の縁部画定要素を含むことによって形成されており、前記1つ以上の縁部画定要素が、正方形の開口、矩形の開口、又は平面タイル開口を備え、かつ/または、The distinct sub-regions are formed by including one or more edge-defining elements in at least one optical path of the recording beam or object beam when recording each sub-region on the recording medium, and the one or more edge-defining elements comprises a square aperture, a rectangular aperture, or a planar tile aperture, and/or
前記回折格子の2つの隣接するサブ領域が、ギャップと当接しており、かつ/または、Two adjacent sub-regions of the diffraction grating are in contact with the gap, and/or
前記ディスプレイが、複数のタイル状ディスプレイデバイスを備え、前記回折格子の前記隣接するサブ領域間の前記ギャップが、前記ディスプレイの隣接するタイル状ディスプレイデバイス間のギャップと位置合わせされており、かつ/または、The display comprises a plurality of tile-like display devices, and the gap between adjacent sub-regions of the diffraction grating is aligned with the gap between adjacent tile-like display devices of the display, and/or
2つの隣接する異なるサブ領域が、重なりを有し、かつ/または、Two adjacent and distinct subregions have an overlap, and/or
前記回折格子が、エンボス加工された構造、ナノインプリントされた構造、又は自己組織化された構造を使用することによって機械的に形成され、かつ/または、The diffraction grating is mechanically formed by using an embossed structure, a nanoimprinted structure, or a self-assembled structure, and/or
前記ディスプレイが、水平方向に沿った幅、及び垂直方向に沿った高さを有し、前記水平方向及び前記垂直方向の両方が、前記方向に垂直であり、前記幅と前記高さとのアスペクト比が、16:9よりも大きい、請求項27に記載のシステム。The system according to claim 27, wherein the display has a width along the horizontal direction and a height along the vertical direction, both the horizontal and vertical directions being perpendicular to the direction, and the aspect ratio of the width to the height is greater than 16:9.
前記複数の発光素子からのビームの中心が、互いに対してオフセットされており、かつ/または、The centers of the beams from the plurality of light-emitting elements are offset from each other, and/or
前記照射器が、楕円ビームプロファイル又は矩形ビームプロファイルを備えた光ビームを提供するように構成されており、かつ/または、The irradiator is configured to provide a light beam having an elliptical beam profile or a rectangular beam profile, and/or
前記照射器が、特定の偏光配向を備えた光ビームを提供するように構成されており、かつ/または、The irradiator is configured to provide a light beam with a specific polarization orientation, and/or
前記照射器が、前記複数の異なる色の光の各々の楕円度及び偏光配向を独立して制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を備え、かつ/または、The irradiator comprises one or more optical components configured to independently control the ellipticity and polarization orientation of each of the plurality of different colored lights, and/or
前記照射器が、前記複数の異なる色の光の均一性を制御するように構成された1つ以上の光学構成要素を備え、かつ/または、The irradiator comprises one or more optical components configured to control the uniformity of the plurality of different colored lights, and/or
前記1つ以上の光学構成要素が、アポダイジング光学素子又はプロファイルコンバータを備え、かつ/または、The one or more optical components include an apodizing optical element or a profile converter, and/or
前記システムが、前記複数の異なる色の光の幅を増加させるように構成された1つ以上のアナモフィック光学素子又は1つ以上の円筒形光学素子を含む、請求項29に記載のシステム。The system according to claim 29, wherein the system includes one or more anamorphic optical elements or one or more cylindrical optical elements configured to increase the width of the plurality of different colored lights.
前記プリズム素子の出口面に隣接する1つ以上の膨張格子であって、前記1つ以上の膨張格子の各々が、異なる対応する色の光のビームプロファイルを少なくとも1つの次元の係数によって膨張させるように構成されている、1つ以上の膨張格子と、を含む、請求項29又は30に記載のシステム。 A prism element between the irradiator and the optical device, configured to receive the plurality of different colored lights from the input surface of the prism element,
The system according to claim 29 or 30, comprising one or more expansion gratings adjacent to the exit surface of the prism element, each of which is configured to expand the beam profiles of light of different corresponding colors by a coefficient of at least one dimension.
射させるように構成されており、かつ/または、It is configured to fire, and/or,
前記1つ以上のリフレクタの各々の傾斜角が、前記光学デバイスから前記ディスプレイへの回折の均一性を引き起こすように独立して調整可能であり、かつ/または、The tilt angle of each of the one or more reflectors is independently adjustable to cause uniformity of diffraction from the optical device to the display, and/or
前記システムが、前記システムによって形成されたホログラフィック光場の1つ以上の光学特性を検出するように構成されたカラーセンサ又は輝度センサのうちの少なくとも1つを更に含み、前記1つ以上のリフレクタの前記傾斜角が、前記ホログラフィック光場の前記検出された光学特性に基づいて調整可能であり、かつ/または、The system further includes at least one of a color sensor or a luminance sensor configured to detect one or more optical properties of the holographic light field formed by the system, wherein the tilt angle of the one or more reflectors is adjustable based on the detected optical properties of the holographic light field, and/or
前記1つ以上の光学特性が、輝度均一性、色均一性、又は白色点を含み、かつ/または、The one or more optical properties include brightness uniformity, color uniformity, or a white point, and/or
前記1つ以上のリフレクタが、前記システムの構成要素のアライメントの変化を補正するように調整可能であり、かつ/または、The one or more reflectors are adjustable to compensate for changes in the alignment of the components of the system, and/or
前記1つ以上のリフレクタと前記光学デバイスとの間の光学距離が、前記複数の異なる色の光の各々が、1つ以上の他のリフレクタを通る透過を伴わずに、対応するリフレクタによって反射されるように構成されており、かつ/または、The optical distance between the one or more reflectors and the optical device is configured such that each of the multiple different colored lights is reflected by the corresponding reflector without transmission through one or more other reflectors, and/or
前記1つ以上のリフレクタが、前記1つ以上のリフレクタの各々で照射された光が、異なる方向から来るように構成されており、かつ/または、The one or more reflectors are configured such that the light emitted from each of the one or more reflectors comes from different directions, and/or
前記プリズム素子と前記光学デバイスの基板との間の角度が、前記システムによって形成されたホログラフィック光場の位置を傾斜させるように調整可能であり、かつ/または、The angle between the prism element and the substrate of the optical device is adjustable so as to tilt the position of the holographic light field formed by the system, and/or
前記1つ以上の拡張格子が、前記複数の異なる色の光を1つ又は2つの横方向に少なくとも部分的にコリメートするように構成されている、請求項31に記載のシステム。The system according to claim 31, wherein one or more extended gratings are configured to collimate the plurality of different colored lights in one or two transverse directions, at least partially.
前記コントローラが、三次元空間内のオブジェクトに対応する複数のプリミティブについてのそれぞれのプリミティブデータを含むグラフィックデータを取得することと、前記複数のプリミティブの各々について、前記ディスプレイの前記複数のディスプレイ要素の各々への電磁(EM)場寄与を判定することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記複数のプリミティブから前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の合計を生成することと、前記複数のディスプレイ要素の各々について、前記ディスプレイ要素への前記EM場寄与の前記合計に基づいて、前記それぞれの制御信号を生成することと、を行うように構成されており、かつ/または、The controller is configured to acquire graphic data including primitive data for each of a plurality of primitives corresponding to an object in three-dimensional space, determine the electromagnetic (EM) field contribution of each of the plurality of primitives to each of the plurality of display elements of the display, generate the sum of the EM field contributions from the plurality of primitives to each of the plurality of display elements, and/or generate the respective control signals for each of the plurality of display elements based on the sum of the EM field contributions to the display element, and/or
前記コントローラが、一連の期間に前記複数の色の光に関連付けられた情報で前記ディスプレイを順次変調することと、前記複数の色の光の各々が、前記光学デバイスによって前記ディスプレイに対して回折され、前記ディスプレイの変調されたディスプレイ要素によって反射されて、前記それぞれの期間内に前記オブジェクトに対応するそれぞれの色三次元光場を形成するように、前記一連の期間のそれぞれの期間中に、前記複数の色の光の各々を前記光学デバイスに順次放出するように前記照射器を制御することと、を行うように構成されており、かつ/または、The controller is configured to sequentially modulate the display with information associated with the plurality of colors of light over a series of periods, and to control the irradiator to sequentially emit each of the plurality of colors of light to the optical device during each period of the series of periods, such that each of the plurality of colors of light is diffracted toward the display by the optical device and reflected by the modulated display elements of the display to form a three-dimensional light field of each color corresponding to the object within each period, and/or
前記コントローラが、前記それぞれの色三次元光場が、i)完全に前記ディスプレイの前方に、ii)完全に前記ディスプレイの後方に、又はiii)部分的に前記ディスプレイの前方に、及び部分的に前記ディスプレイの後方に現れるように、前記ディスプレイを変調するように構成されている、請求項33に記載のシステム。The system according to claim 33, wherein the controller is configured to modulate the display such that each of the three-dimensional color light fields appears i) entirely in front of the display, ii) entirely behind the display, or iii) partially in front of the display and partially behind the display.
射する前記光の一部分を回折させるように構成されている前記ディスプレイに対して回折させるように構成された光学回折構成要素を備える、請求項20~34のいずれか一項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 20 to 34, wherein the optical device comprises an optical diffraction component configured to diffract light containing a plurality of different colors toward a display configured to diffract a portion of the light illuminating the display element.
前記光学リダイレクト構成要素が、前記複数の異なる色の光の前記ディスプレイゼロ次光に対する複数のリダイレクトホログラフィック格子を備え、前記複数のリダイレクトホログラフィック格子の各々が、前記複数の異なる色の光のそれぞれの色の光のディスプレイゼロ次光を、前記3D空間においてそれぞれの方向に向かって、それぞれの回折角で回折させるように構成されており、かつ/または、The optical redirection component comprises a plurality of redirection holographic gratings for the display zero-order light of the plurality of different colored lights, and each of the plurality of redirection holographic gratings is configured to diffract the display zero-order light of each of the plurality of different colored lights in the 3D space in the respective direction and at the respective diffraction angle, and/or
前記光学回折構成要素が、前記光学回折構成要素が、前記ディスプレイから反射された前記ディスプレイゼロ次の光を、前記ホログラフィックシーンから離れるようにリダイレクトするように、前記複数の異なる色の光を回折させて、前記ディスプレイを0°の角度で照射するように構成されており、かつ/または、The optical diffraction component is configured to diffract the plurality of different colored lights so as to redirect the zero-order light of the display reflected from the display away from the holographic scene, thereby illuminating the display at a 0° angle, and/or
前記光学回折構成要素及び前記光学リダイレクト構成要素の抑制を伴う、前記ホログラフィックシーン内の前記ディスプレイゼロ次光の量と、前記抑制を伴わない、前記ホログラフィックシーン内の前記ディスプレイゼロ次光の量との比率が、2%未満であり、かつ/または、The ratio of the amount of display zero-order light in the holographic scene with the suppression of the optical diffraction component and the optical redirection component to the amount of display zero-order light in the holographic scene without the suppression is less than 2%, and/or
前記光学リダイレクト構成要素が、一次元抑制格子を備え、前記ホログラフィックシーンが、前記ディスプレイゼロ次光の抑制に対応するバンドを含み、前記システムが、前記バンドがビューアの視界の外側にあるように構成されている、請求項35に記載のシステム。The system according to claim 35, wherein the optical redirection component comprises a one-dimensional suppression grating, the holographic scene includes a band corresponding to the suppression of zero-order light of the display, and the system is configured such that the band is outside the viewer's field of view.
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