(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
複数のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイと、
赤外線（ＩＲ）レーザー放射を前記ＤＭＤアレイに提供するレーザーモジュールと、
を備え、前記ＤＭＤは、２次元の画像フレームがボクセルアレイとして投影されるように、前記ＩＲレーザー放射を空間変調するように構成され、前記ボクセルアレイの各ボクセルは空気の体積に対応し、前記ＩＲレーザー放射が十分に合焦されて空気を電離させ、前記ＤＭＤは、前記ボクセルアレイを空間的に回転させるように構成され、
前記複数のＤＭＤアレイの各ＤＭＤアレイは、複数の画像フレームの異なる画像フレームが、複数のボクセルアレイのうちの１つとして投影されるように、前記ＩＲレーザー放射を空間変調する、システム。
【請求項２】
前記複数のＤＭＤアレイは、前記複数のボクセルアレイの回転の軸の回りに楕円配列で互いから等距離に離間している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記画像フレームを指定する１つ又は複数のプロセッサコアと、
前記画像フレームを記憶するフレームバッファーと、
を更に備える、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記空間変調されたＩＲレーザー放射を前記ＤＭＤアレイから受信するネオジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーダイオードを更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＤＭＤアレイに結合されたコントローラーを更に備え、該コントローラーは、前記画像フレームに対応するデータを受信し、該データに応答して前記ＤＭＤアレイを制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＤＭＤアレイは、前記ＩＲレーザー放射を空間変調するようにともに配列された複数のＤＭＤアレイを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
デバイスであって、
第１の波長を有する第１の赤外線（ＩＲ）放射を提供する第１のＩＲレーザーダイオードと、
前記第１のＩＲ放射を空間変調するＤＭＤアレイと、
前記空間変調された第１のＩＲ放射を前記ＤＭＤアレイから受信し、空間変調された第２のＩＲ放射を前記第１の波長よりも長い第２の波長において生成する第２のＩＲレーザーダイオードと、
前記空間変調された第２のＩＲ放射を投影する光学系と、
を備え、
前記光学系は、前記空間変調された第２のＩＲ放射を、２次元の画像フレームで投影してボクセルアレイを作成し、該ボクセルアレイの各ボクセルは空気の体積に対応し、前記第２のＩＲ放射が十分に合焦されて空気を電離させる、デバイス。
【請求項８】
前記第２のＩＲレーザーダイオードは、ネオジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーダイオードを含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の波長は８０８ｎｍを含み、前記第２の波長は１０６４ｎｍを含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光学系は、プレーナ光学系及び投影レンズを備える、請求項７から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
方法であって、
赤外線（ＩＲ）レーザー放射をデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイに提供することと、
前記ＩＲレーザー放射を第２のＤＭＤアレイに提供することと、
２次元の画像フレームを生成することと、
前記ＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射を空間変調することと、
前記第２のＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射を第２の空間変調を行うことと、
前記空間変調されたＩＲレーザー放射を投影することであって、ボクセルアレイを形成し、前記ボクセルアレイの各ボクセルは空気の体積に対応し、前記ＩＲレーザー放射が十分に合焦されて空気を電離させることと、
前記第２の空間変調をなされたＩＲレーザー放射を投影することであって、第１のボクセルアレイから離間した第２のボクセルアレイを形成することと、
前記ボクセルアレイを空間的に回転させることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記空間変調されたＩＲレーザー放射をレーザーダイオードにおいて受信することと、
前記レーザーダイオードを用いることであって、より長い波長を有する空間変調されたＩＲレーザー放射を生成することと、
を更に含み、前記空間変調されたＩＲレーザー放射を投影することは、前記より長い波長を有する空間変調されたＩＲレーザー放射を投影することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像フレームをフレームバッファーに記憶すること、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の画像フレーム及び第２の画像フレームを生成すること、
を更に含み、前記ＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射を空間変調することは、前記第１の画像フレームに応答して、前記ＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射を空間変調することを含み、前記第２のＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射に第２の空間変調を行うことは、前記第２の画像フレームに応答して、前記第２のＤＭＤアレイを用いることであって、前記ＩＲレーザー放射を空間変調することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の画像フレーム及び前記第２の画像フレームをフレームバッファーに記憶することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の３Ｄディスプレイは、通常、固定した単一の位置の３Ｄシーンのビューを提供する。複数の位置から視認することを可能にし、したがって、ホログラフィックと呼ぶことができる３Ｄディスプレイは、３Ｄ解像度が限られるという難点を有する傾向があり、視認体験は、ビューごとに変化する傾向がある。２Ｄ画像を回転画面上に投影するディスプレイ又は画像を水蒸気等に投影するディスプレイ等の従来の３Ｄ立体ディスプレイは、オクルージョン、ビューの深度、視野の歪等に関する様々な欠点を有する傾向がある。
【０００２】
様々な手法が、真のホログラフィック空中ディスプレイを提供するように試みられてきた。幾つかの手法は、回転ミラー及びレーザーを用いて、空気を電離させることによって低解像度３Ｄホログラフィック画像を投影する一方、更に他のものは、蒸気飽和ガス等の特殊な媒体を用いて画像をサポートする。主な課題のうちの１つは、現在、回転ガルバノメトリックミラー等の壊れやすい機械部分を必要とすることなく、又はディスプレイをサポートする特殊な媒体を必要とすることなく、高解像度３Ｄホログラフィックディスプレイを空中において実現することである。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書において説明されるマテリアルは、添付した図において、限定としてではなく例として示されている。説明を簡単かつ明瞭にするために、図に示した要素は、必ずしも一律の縮尺で描かれているものではない。例えば、幾つかの要素の寸法は、明瞭にするために、他の要素に比べて誇張されている場合がある。さらに、適切と考えられる場合には、対応する要素又は類似の要素を示すのに、参照符号が図の間で繰り返されている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】一例示のシステムの説明図である。
【図２】一例示のデバイスを示す図である。
【図３】一例示のデバイスを示す図である。
【図４】一例示の３Ｄパイプラインを示す図である。
【図５】一例示のプロセスを示す図である。
【図６】全てが本開示の少なくとも幾つかの実施態様に従って配列された一例示のシステムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ここでは、同封された図を参照して１つ又は複数の実施形態を説明する。特定の構成及び装置が議論されるが、これは、例示の目的でのみなされていることが理解されるべきである。当業者であれば、この説明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の構成及び装置を用いることができることを認識するであろう。本明細書において説明する技法及び／又は装置は、本明細書において説明するもの以外の他の様々なシステム及びアプリケーションにおいても用いることができることが当業者には明らかであろう。
【０００６】
以下の説明は、例えば、システムオンチップ（ＳｏＣ）アーキテクチャ等のアーキテクチャにおいて顕在化させることができる様々な実施態様を記載しているが、本明細書において説明する技法及び／又は装置の実施態様は、特定のアーキテクチャ及び／又はコンピューティングシステムに制限されるものではなく、同様の目的の任意のアーキテクチャ及び／又はコンピューティングシステムによって実施することができる。例えば複数の集積回路（ＩＣ）チップ及び／又はパッケージを用いる、例えば様々なアーキテクチャ、及び／又はセットトップボックス、スマートフォン等の様々なコンピューティングデバイス及び／又は消費家電（ＣＥ）デバイスが、本明細書において説明する技法及び／又は装置を実施することができる。さらに、以下の説明は、ロジックの実施態様、システム構成要素、ロジックの分割／統合の選択肢等のタイプ及び相互関係等の多数の特定の詳細を記載している場合があるが、特許請求される主題は、そのような特定の詳細がなくても実施することができる。それ以外の場合に、例えば、制御構造及び全ソフトウェア命令シーケンス等の幾つかのマテリアルは、本明細書に開示するマテリアルを分かりにくくしないように詳細に示されていない場合がある。
【０００７】
本明細書に開示するマテリアルは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実施することができる。本明細書に開示するマテリアルは、１つ又は複数のプロセッサが読み出して実行することができる機械可読媒体上に記憶された命令として実施することもできる。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピューティングデバイス）によって可読な形態で情報を記憶又は伝送するための任意の媒体及び／又はメカニズムを含むことができる。例えば、機械可読媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気的形態、光学的形態、音響的形態、又は他の形態の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）等を含むことができる。
【０００８】
本明細書において「１つの実施形態」、「１つの実施態様」、「一実施態様」、「一例示の実施態様」等というとき、これは、説明される実施態様が、特定の特徴、構造又は特性を含む場合があるが、あらゆる実施態様が、その特定の特徴、構造又は特性を必ずしも含むとは限らないことを示す。その上、そのようなフレーズは、必ずしも同じ実施態様を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造又は特性が一実施態様に関して説明されているとき、本明細書において明示的に説明されているか否かを問わず、他の実施態様に関しても、そのような特徴、構造又は特性が有効であることが当業者には知られていると考えられる。
【０００９】
図１は、本開示による一例示の３Ｄホログラフィック投影システム１００を示している。システム１００は、１つ又は複数のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）デバイス又はデジタルマイクロミラーデバイスモジュール１０４を備える３Ｄホログラフィック投影ディスプレイアセンブリ１０２を備える。ここで、各モジュール１０４は、３Ｄホログラフィック画像１０６の２Ｄ画像フレーム又は２Ｄ画像スライスの空中投影を提供するように構成されている。各ＤＭＤモジュール１０４は、少なくともリレーレンズ１０８、ＤＭＤアレイ１１０、及び投影レンズ１１２を備える。システム１００は、ホストシステムモジュール１１４、３Ｄフレームバッファー１１６、赤外線（ＩＲ）レーザー１１８、及びビームスプリッター１２０も備える。様々な実施態様では、システム１００又はその一部分は、ＣＥシステム又はＣＥデバイスに実装されるＳｏＣアーキテクチャの少なくとも一部として含めることができる。
【００１０】
以下でより詳細に説明するように、システム１００は、２Ｄ画像フレーム又は２Ｄ画像スライスを投影して３Ｄホログラフィック画像１０６を作成するのに用いることができる。例えば、ここに示すように、個々のＤＭＤモジュール１２２、１２４及び１２６は、画像１０６の少なくとも一部分を成すそれぞれの２Ｄ画像フレーム又は２Ｄ画像スライス１２８、１３０及び１３２を投影するために、ＩＲレーザー放射（レーザー１１８からビームスプリッター１２０を介して受信される）を空間変調するように構成することができる。各２Ｄ画像フレームは、ホストシステムモジュール１１４によって指定することができ、３Ｄフレームバッファー１１６に記憶することができ、ＤＭＤモジュール１０４のうちの対応する１つに搬送することができる。様々な実施態様では、ＩＲレーザー１１８は、パルス状ビーム形式又は連続波（ＣＷ）ビーム形式のいずれかでＩＲレーザー光をビームスプリッター１２０に提供することができ、このビームスプリッター１２０では、各ＤＭＤモジュール１０４に個々のＩＲレーザービームを提供するのに必要な数の個々のレーザービームにレーザー光を分割することができる。各ＤＭＤモジュール１０４内では、リレーレンズ１０８が、対応するＩＲレーザービームをＤＭＤアレイ１１０に搬送し、このアレイを投影レンズ１１２とともに用いて、２Ｄ画像フレームを空中に投影し、それによって、少なくとも部分的に３Ｄホログラフィック画像１０６を作成することができるようにする。
【００１１】
以下でより詳細に説明するように、投影された各２Ｄ画像フレームは、画像１０６内の異なる３Ｄロケーション（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ（深度））をそれぞれ指定する立体画像位置又はボクセルの２Ｄアレイを含むことができる。各ＤＭＤモジュール１０４は、ＩＲレーザー光を空間変調するとともに合焦して、様々なボクセルロケーションにおける大気ガスの電離を引き起こし、バッファー１１６から取得された２Ｄ画像フレームデータによって指定されるようなボクセルアレイを形成するように働かせることができる。加えて、本開示によれば、２Ｄ画像フレーム又は３Ｄホログラフィックディスプレイ１０２内のボクセルアレイの位置決めは、電離を容易にするために周期的に変更することができる。例えば、以下でより詳細に説明するように、フレームごとに異なるガスパーセル又は体積がボクセル位置において電離されるように、ホログラフィック画像１０６を形成する２Ｄ画像フレーム又はボクセルアレイ、したがって、ホログラフィック画像１０６自体を空間内において、例えば回転軸１３４の回りに回転させることができる。例えば、ボクセルアレイが投影のインスタンスごとに約１度だけ放射状に変位されるように、３Ｄ画像の画像スライスを形成するボクセルアレイを軸１３４の回りに回転させることができる。他の実施態様では、後続の投影において、モジュール１０４のうちの異なるものにスライス１２８を投影するように働かせることによって、スライス１２８等のボクセルアレイを空中において回転させることができる。
【００１２】
様々な実施態様では、ＤＭＤモジュール１０４は、垂直軸１３４の回りに楕円配列で互いから等距離に離間することができる。幾つかの実施態様では、ホログラフィック画像１０６は、ほぼ２０センチメートル（ｃｍ）×１５ｃｍ×１２ｃｍ（高さ×幅×深度）の体積を占有することができ、合計８つのＤＭＤモジュール１０４によって生成することができる。８つの２Ｄ画像又は２Ｄ画像スライスのうちの１つを投影する各モジュール１０４は、画像１０６を形成するのに利用可能な合計で少なくとも８００万個のボクセルを提供する。
【００１３】
関連したロジック、光学系等を備えるＤＭＤシステム及びＤＭＤアレイは、当該技術分野において知られている。例えば、Texas Instruments Application Report「Single-Panel DLPTM Projection System Optics」（March 2005）及び「DLP Pico Projector Development Kit v2」（Literature No. DLPU003A、revised December 2010）を参照されたい。加えて、ＤＭＤシステム及び／又はＤＭＤアレイを用いて２Ｄ画像を投影するように放射を空間変調することも、当該技術分野において知られている。例えば、Texas Instruments Application Reports「DLPC200 API Programmer's Guide」（March 2011）及び「Using the DLP Pico 2.0 Kit for Structured Light Applications」（January 2010）、「DLP Pico Chipset v2 Programmer's Guide」（Literature No. DLPU002A、revised July 2010）、並びに「Using DLP(R) Development Kits for 3D Optical Metrology Systems」（Texas Instruments Application Report DLPA026 (May 2011)を参照されたい。
【００１４】
当業者であれば、システム１００、３Ｄホログラフィックディスプレイ１０２、及びＤＭＤモジュール１０４は、明瞭にするために図１には示されていない追加の項目を備えることができることを認識するであろう。例えば、ディスプレイ１０２は、ＤＭＤモジュール１０４に関連付けられた物理的な支持要素、ロジック等を備えることができる。さらに、各ＤＭＤモジュール１０４は、ロジック、電気的相互接続システム、物理的支持構造体、通信システム等を備えることができる。システム１００の様々な構成要素の説明は、図２〜図４の論述において以下でより詳細に提供される。さらに、様々な実施態様では、図３に関して以下でより詳細に説明するように、システム１００は、ＤＭＤアレイ１１０と投影光学系１１２との間に位置するとともにＤＭＤアレイ１１０によって提供される（レーザー１１８からの）パターンレーザー光によってポンピングされるように構成されているレーザーダイオード（図１に図示せず）を備えることができる。
【００１５】
図２は、本開示によるシステム１００の一例示のＤＭＤデバイス又はＤＭＤモジュール１０４の一部分を示している。ＤＭＤモジュール１０４は、ＤＭＤアレイコントローラー２０２と、メモリ２０４と、アナログドライバー２０６と、ＤＭＤアレイ１１０を備えるＤＭＤチップ又は集積回路（ＩＣ）２０８とを備える。本開示によれば、コントローラー２０２は、メモリ２０４から取得されたプログラムデータに加えて、２Ｄ画像フレームデータ、又は２Ｄ画像フレームから取り出されたデータを用いて、ＤＭＤアレイ１１０を制御し、ＤＭＤアレイ１１０にＩＲレーザー光を空間変調させるとともに合焦させて、ホログラフィック画像を形成させることができる。そうするために、アレイコントローラー２０２は、ＤＭＤデータ及びＤＭＤ制御信号をＤＭＤチップ２０８に提供することができる。コントローラー２０２は、リセット制御信号をアナログドライバー２０６に提供して、ＤＭＤチップ２０８に印加されるリセットパルスを開始することもできる。動作中、コントローラー２０２は、プログラムデータを用いて、フレームデータによって指定されたとおりにレーザー放射をＤＭＤアレイ２１０に空間変調させるように、ＤＭＤデータ及びＤＭＤ制御信号を調整することができる。フレームデータは、１つ又は複数のプロセッサコアを有するプロセッサ２１０が供給することができる。ここで、プロセッサは、フレームバッファー（図示せず）からフレームデータを取得している場合がある。代替的に、フレームデータは、コントローラー２０２がフレームバッファーから取得することができる。図２は、図１に示すように、プロセッサ２１０が別々の２Ｄ画像フレーム用のデータを複数のＤＭＤモジュール１０４に供給することができるように、プロセッサ２１０をＤＭＤモジュール１０４とは別個のものとして示しているが、様々な他の実施態様では、プロセッサ２１０は、ＤＭＤモジュール１０４の一部とすることができる。
【００１６】
様々な実施態様では、ＤＭＤアレイ１１０は、非限定的な例を数例挙げると、ＸＧＡ（例えば、変調器の１０２４×７６８アレイ）、ＷＸＧＡ、ＳＸＧＡ＋、又は１０８０ｐ画像／パターン解像度を提供する微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの空間光変調器の方形アレイを含むことができる。加えて、コントローラー２０２とアレイ１１０との間のデータ転送速度は、低電圧差動シグナリング（ＬＶＤＳ）技法に適することができる。さらに、チップ２０８へのデータ入力は、チップ２０８のリセットを可能にするドライバー２０６に提供されるタイミング情報と同期することができる。
【００１７】
図３は、本開示による一例示のレーザーデバイス３００の一部分を示している。デバイス３００は、システム１００の例示の項目１１０、１１２及び１１８を備える。レーザーデバイス３００は、ＩＲレーザー放射（例えば、８０８ナノメートル（ｎｍ）レーザー放射）をＤＭＤアレイ１１０に提供するレーザー１１８を備える。幾つかの実施態様では、ＩＲレーザー１１８は、２００ミリワット〜２０００ミリワット（ｍＷ）のレーザー放射をＤＭＤアレイ１１０に提供することができる。図１のビームスプリッター１２０及びリレーレンズ１０８は、明瞭にするために図３には示されていない。本明細書において説明するような様々な方式の制御下で、ＤＭＤアレイ１１０は、８０８ナノメートルレーザー光を反射して、空間変調された２Ｄ  ＩＲパターンをネオジウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーダイオード３０２に供給することができる。
【００１８】
レーザーダイオード３０２は、例えば、入力面すなわち入力表面は、当該入力表面が１０６４ｎｍ光に対して高い反射率を有し、８０８ｎｍ光に対して高い透過率を有するような誘電体材料で被覆されている一方、出力表面は、１０６４ｎｍ光に対して反射防止特性を有するように被覆されている、任意の市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザー結晶を含むことができる。幾つかの実施態様では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２は、音響光学変調器（図示せず）に結合することができ、及び／又はＱスイッチレーザーとして動作することができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２は、２Ｄ  ＩＲパターンによって光学的にポンピングされると、プレーナ光学系３０４に提供される、より低い周波数（１０６４ｎｍ）でより高い電力のパルス状２Ｄ  ＩＲパターンを生成することができる。その後、投影レンズ１１２は、このより低い周波数の２Ｄ  ＩＲパターンをデバイス３００に隣接する空間内に投影及び合焦して、空気のパーセルを選択的に電離させて本明細書において説明したようなボクセルアレイを形成することによって２Ｄ画像フレームを作成することができる。
【００１９】
当業者であれば、結果としてＮｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２によるチャープ増幅がもたらされるように、ＤＭＤアレイ１１０によってＮｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２上に投影される２Ｄパターンが、例えば図２のプロセッサ２１０によって平面光路長があらかじめ決定された焦点のフリンジパターンを含むことができるように、ＤＭＤアレイ１１０を制御することができることを認識することができる。例えば、入力フリンジパターンのＮｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２によるチャープ増幅の結果、レーザーダイオード３０２内のダイオード電流は数キロアンペア（ｋＡ）になることができ、大気ガスの電離を引き起こすのに十分なほぼ数メガワット（ＭＷ）のより低い周波数（１０６４ｎｍ）の２Ｄ  ＩＲパターンのパルス状出力（例えば、１ナノ秒〜１００ナノ秒のパルス継続時間を有する）が得られる。様々な実施態様では、ＤＭＤアレイ１１０に供給されるＩＲレーザー光を拡張する拡張光学系（expansion optics）（図示せず）を用いることによって、ＤＭＤアレイ１１０の破壊的加熱を回避することができる。代替的に、例えばペルチェ熱電気デバイス（同様に図示せず）を用いてＤＭＤアレイ１１０を極低温に冷却して、例えば、２．２Ｖ飽和パルスによってアクティブ化されたときのレーザーダイオード３０２の熱暴走を未然に防止することができる。様々な実施態様では、抵抗器を用いて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２内のダイオード電流を制限することができる。
【００２０】
様々な実施態様では、デバイス３００は、明瞭にするために図３に示されていない追加の構成要素を備えることができる。例えば、デバイス３００は、例えば、レーザーダイオード基準パルス（「発火時点」、ブランキング、ラスタ化等）、チャープ増幅タイマーを駆動するマイクロコントローラーからの光ブランキングデータ、電源投入要求及び電源切断要求等を提供するレーザーダイオードスタビライザーロジックを備えることができる。さらに、レーザーダイオード１１８は、８０８ｎｍ光をＤＭＤアレイ１１０に提供するものとして示されているが、異なるレーザー波長を生成する異なるレーザーダイオードを用いて、ＤＭＤアレイ１１０及びＮｄ：ＹＡＧレーザーダイオード３０２にレーザー放射を提供することができる。
【００２１】
様々な実施態様では、複数のＤＭＤアレイをＤＭＤモジュール内にともにグルーピングして、解像度を増大させることができる。例えば、１７μｍミラーの１０２４×７６８アレイを有する単一のＤＭＤが、（５００ｎｍ光及び最短アレイ長用の標準的なデジタル画像処理計算を用いて）２９．４ｍｒａｄのサイズ及び０．０３８３ｍｒａｄの空間解像度を有する画像を投影することができる。一方、これらのデバイスのうちの８つを正方形グルーピングしたものが、０．３０３１ｍｒａｄの空間解像度を有する画像を生成することができる。さらに、異なるＤＭＤミラー寸法を用いることによっても、解像度を改善することができる。例えば、１３μｍミラーを有する単一の１０２４×７６８ＤＭＤアレイが、３８．５ｍｒａｄのサイズ及び０．０５０ｍｒａｄの解像度を有する画像を投影することができる一方、これらのデバイスのうちの８つの正方形の形状の配列は、０．４５ｍｒａｄの改善された解像度をもたらすことができる。
【００２２】
様々な実施態様では、ビームスプリッターによる出力として生成された様々な光路の強度の差を最小にするようにビームスプリッターの反射率／透過率比を選択することによって、（例えば、ビームスプリッター１２０における）ビームスプリッター損失を削減することができる。さらに、ビームスプリッター損失は、３つのビューポート固有の係数０．３６５（近い画像）、０．６１５（中間の画像）、及び１．０００（遠い画像）のうちの１つに従って全てのレンダリングを減衰させることによっても削減することができる。加えて、様々な実施態様では、レーザーモジュールとＤＭＤアレイ（複数の場合もある）との間の光経路に隣接する誘電体被覆光学素子（例えば、１０６４ｎｍ光に対して高反射性（ＨＲ）を有し及び／又は８０８ｎｍ光に対して反射防止（ＡＲ）特性を有する被覆ミラー）を用いることによって、１０６４ｎｍの迷光を制御することができる。
【００２３】
図４は、本開示による一例示のホログラフィックパイプライン４００の一部分を示している。以下で更に詳細に説明するように、パイプライン４００は、固定機能及び／又はプログラマブルハードウェアユニットを用いて頂点、ピクセル等を含む３Ｄシーンデータを生成するのに用いることができる３Ｄレンダリングパイプラインの幾つかの既知の構成要素を備えることができる。例えば、パイプライン４００は、大部分はよく知られた３Ｄレンダリング技法を実施することができるレイキャスティングモジュール４０４に結合された３Ｄ幾何学的配列ラスタ化モジュール４０２を備える。パイプライン４００は、ボクセルメモリコントローラーモジュール４０６も備える。このボクセルメモリコントローラーモジュールは、レイキャスティングモジュール４０４から３Ｄ画像データを受信するとともに、その３Ｄデータを処理して、３Ｄフレームバッファー４１２に記憶される複数の２Ｄ画像フレーム４０８、４０９及び４１０を提供する。バッファー４１２に記憶された２Ｄ画像フレームのそれぞれは、対応する数のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４１４、４１５及び４１６のうちの異なるものに提供することができる。さらに、ＤＡＣ４１４、４１５及び４１６のそれぞれは、２Ｄ画像フレームデータのアナログ版を複数のＤＭＤモジュール４１８、４１９及び４２０のうちの対応するもの（例えば、システム１００のＤＭＤモジュール１０４に対応することができる）に提供することができる。システム１００に関して上記で論述したように、２Ｄ画像フレーム４０８、４０９及び４１０のそれぞれは、ホログラフィック３Ｄ画像４２２の異なる２Ｄ画像スライスに対応することができる。
【００２４】
様々な実施態様では、パイプライン４００又はその一部分は、ボクセルを指定する体積情報を生成することができるホログラフィック画像システム又はボクセルエンジンの少なくとも一部として実施することができる。本開示によるプログラミングモジュールは、３Ｄビューポートを介して表示される全ての頂点をレンダリングするボクセルエンジン上で実行される３Ｄアプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）を備えることができる。例えば、ＯｐｅｎＧＬ４．１（例えば、Segal及びAkeley「The OpenGL(R) Graphics System: A Specification（Ver. 4. 1 (Core Profile) - July 25, 2010）」参照）を用いることができ、ビューポートアレイ（ＶＡ）の関連付けられた機能は、レンダリングエンジンがサポートする複数のビューポートを定義することができる。
【００２５】
３Ｄ幾何学的配列ラスタ化モジュール４０２は、モデル空間内の３Ｄ幾何学的配列の、３Ｄホログラフィック画像が形成される体積に対応する画面空間内の３Ｄシーンへの変換を求めることができる。モジュール４０２は、既知の３Ｄレンダリング技法を実施して、頂点を計算することができるとともに、座標がディスプレイの視認体積の外部にある頂点をクリッピングすることができる。レンダリングされている物体が画面空間の全体にあるのか、その空間の一部にあるのか、又は画面空間の外部にあるのかに基づいて、既知のクリッピング技法を体積に対して適用することができる。
【００２６】
レイキャスティングモジュール４０４は、次に、既知のレイキャスティング技法を適用して、画面空間内で視認可能な物体に照明及び／又は遮光を適用するとともに隠れた表面等を除去することができる。モジュール４０４は、既知の深度フィルタリング方式又はテスト方式を行うこともできる。加えて、モジュール４０４は、各２Ｄ画像フレーム内のピクセルと、ボクセルの深度に関連付けられた効果との双方に対してアンチエイリアシング処理を適用することができる。様々な実施態様では、レイキャスティングモジュール４０４は、既知の技法を用いてボクセル遮光情報を生成することができ、ＢＳＰ八分木、ｋｄ木等のような様々な高速化アルゴリズムを用いてボクセルデータを生成することができる。モジュール４０２及び４０４による処理の結果、シーン内の物体のワールド空間座標は、ビューポート固有の画面空間座標に変換することができる。
【００２７】
次に、ボクセルメモリコントローラーモジュール４０６は、画像フレームの相対的な位置決め（例えば、ウィンドウ位置決め）、ピクセルトランスペアレンシー、アンチエイリアシング用に生成されたピクセルに関する情報等を含めて、２Ｄ画像フレームごとのピクセルを指定するボクセル情報をフレームバッファー４１２内に直接書き込むことができる。モジュール４０６は、ボクセル値を書き込むことができるフレームバッファー４１２内のアドレスを決定することができる。データをフレームバッファー４１２に書き込む前に、モジュール４０６は、画面解像度、リフレッシュ周波数等の表示パラメーターに準拠するように２Ｄ画像データを変更又は別の方法でフォーマットすることができる。様々な実施態様では、ボクセルデータは、ビューポート及び可視性に応じて、様々な２Ｄ画像フレームとして動的に記憶することができる。さらに、様々な実施態様では、ＯｐｅｎＧＬバッファーを分割して、各ボクセルが特定のＤＭＤアレイの焦点の関数とすることができる固定深度を有することができるフレームバッファー４１２を形成することができる。
【００２８】
様々な実施態様では、ホログラフィック３Ｄ画像の異なるビューをリアルタイムで表示して、例えば、３Ｄ画像を形成するボクセルアレイを回転させるために、多数の異なる画像を高フレームレートで表示することが必要な場合がある。例えば、図１のシステム１００等の本開示によるシステムを用いて、６０００フレーム毎秒ほどを表示することができる。高速フレームレート処理及び結果の３Ｄ画像の回転を可能にするために、各ボクセルを、その深度座標及び基準ビューに従った表示ロケーション用の座標を含む一組のデータとして記憶することができる。次に、その深度及び再構築される新たなビューに従ってシフトされた、基準ビュー内のピクセルの初期位置に基づいてボクセルデータを新たなロケーションにコピーすることによって、後続の画像を新たなビュー又はフレーム用に再構築することができる。
【００２９】
ボクセルデータをフレームバッファー４１２への記憶に準備するとき、モジュール４０６は、本開示によるアルゴリズムを用いて、メモリ使用量を削減し、ボクセルデータ処理を促進することができる。例えば、表示空間内の各画面は、ボクセルと画面との間の離散化された符号付き距離によって表される同じ深度を有するボクセルのラインに分割することができる。各ラインは、少なくとも１つのボクセルを含む平面からなることができる。空の平面は、メモリ使用を削減するために符号化されない場合がある。平面の内側では、左から右に記憶されて互いに重なり合わない連続したボクセルの水平セットのパターンにボクセルをグルーピングすることができる。例えば、各ボクセルのデータ構成要素（例えば、赤強度、緑強度、青強度、及びトランスペアレンシー）は、以下のアルゴリズムに従ってフレームバッファー４１２に記憶することができる。
｛For 表示空間画面の各平面（平面数及びボクセル深度は固定）
For 平面上の各ライン
For 平面上の各ボクセル
各ボクセル照明用のレイキャスティングを適用する
隠れボクセルアルゴリズムに基づいて可視性を求める
End For        End For    End For｝
【００３０】
図５は、本開示の様々な実施態様による一例示のプロセス５００の流れ図を示している。プロセス５００は、図５のブロック５０２、５０４、５０６、５０８、５１０及び５１２のうちの１つ又は複数によって示されるような１つ又は複数の動作、機能又は行為を含むことができる。非限定的な例として、プロセス５００は、本明細書では、図１〜図４の例示のシステム及び／又はデバイスに関して説明される。プロセス５００は、ブロック５０２において開始することができる。
【００３１】
ブロック５０２において、画像フレームを生成することができ、ブロック５０４において、画像フレームをメモリに記憶することができる。例えば、図４を参照すると、モジュール４０２及び４０４は、３Ｄ画像の２Ｄ画像フレーム又は２Ｄ画像スライスについてブロック５０２を行うことができる一方、モジュール４０６は、２Ｄ画像フレームをフレームメモリ４１２に記憶することによってブロック５０４を行うことができる。ブロック５０６において、ＩＲレーザー放射をＤＭＤアレイに提供することができる。例えば、図１を参照すると、ブロック５０６は、レーザー１１８からのＩＲレーザー放射をビームスプリッター１２０及びリレーレンズ１０８を介してＤＭＤアレイ１１０に提供することを含むことができる。
【００３２】
ブロック５０８において、ＤＭＤアレイを用いて、ＩＲレーザー放射を空間変調することができる。例えば、図２を参照すると、ブロック５０８は、コントローラー２０２が画像フレームから得られたフレームデータを用いて、画像フレームの表示を容易にするようＩＲレーザー放射を空間変調するようにＤＭＤアレイ１１０を動作させることを含むことができる。空間変調されたＩＲレーザー放射は、次に、ブロック５１０において投影され、ボクセルアレイを形成する。例えば、図１を参照すると、空間変調されたＩＲレーザー放射をＤＭＤモジュール１０４が投影して、３Ｄ画像スライス１２８、１３０又は１３２のうちの１つを表すボクセルのアレイを形成することができる。プロセス５００は、図１に関して上述したようなボクセルアレイの回転を伴うブロック５１２において終了することができる。
【００３３】
図５に示すような例示のプロセス５００の実施態様は、図示した全てのブロックを示した順序で行うことを含むことができるが、本開示は、この点に限定されるものではなく、様々な例では、プロセス５００の実施態様は、図示した全てのブロックのサブセットのみを行うこと及び／又は示したものとは異なる順序で行うことを含むことができる。加えて、図５のブロックのうちの任意の１つ又は複数は、１つ又は複数のコンピュータープログラム製品によって提供される命令に応答して行うことができる。そのようなプログラム製品は、例えば、１つ又は複数のプロセッサコアによって実行されると、本明細書において説明した機能を提供することができる命令を提供する信号担持媒体を含むことができる。コンピュータープログラム製品は、任意の形態のコンピューター可読媒体において提供することができる。したがって、例えば、１つ又は複数のプロセッサコアを含むプロセッサは、コンピューター可読媒体によってプロセッサに搬送される命令に応答して、図５に示すブロックのうちの１つ又は複数を行うことができる。
【００３４】
図６は、本開示による一例示のシステム６００を示している。システム６００は、本明細書において議論した様々な機能の一部又は全てを実行するのに用いることができ、本開示の様々な実施態様による３Ｄホログラフィック投影ディスプレイを実装することができる任意のデバイス又はデバイスの集合体を備えることができる。例えば、システム６００は、デスクトップ、移動コンピューター又はタブレットコンピューター、スマートフォン、セットトップボックス等のコンピューティングプラットフォーム又はデバイスの選択された構成要素を含むことができるが、本開示は、この点に限定されるものではない。幾つかの実施態様では、システム６００は、ＣＥデバイス用のＩｎｔｅｌ（登録商標）アーキテクチャ（ＩＡ）に基づくコンピューティングプラットフォーム又はＳｏＣとすることができる。本明細書において説明した実施態様は、本開示の範囲から逸脱することなく、代替の処理システムとともに用いることができることが当業者によって容易に認識されるであろう。
【００３５】
システム６００は、１つ又は複数のプロセッサコア６０４を有するプロセッサ６０２を備える。プロセッサコア６０４は、少なくとも部分的にソフトウェアを実行し及び／又はデータ信号を処理することができる任意のタイプのプロセッサロジックとすることができる。様々な例では、プロセッサコア６０４は、ＣＩＳＣプロセッサコア、ＲＩＳＣマイクロプロセッサコア、ＶＬＩＷマイクロプロセッサコア、及び／又は命令セットの任意の組み合わせを実装する任意の数のプロセッサコア、又はデジタル信号プロセッサ若しくはマイクロコントローラー等の他の任意のプロセッサデバイスを含むことができる。
【００３６】
プロセッサ６０２は、例えば、ディスプレイプロセッサ６０８及び／又はグラフィックスプロセッサ６１０によって受信された命令を制御信号及び／又はマイクロコードエントリー点にデコードするのに用いることができるデコーダー６０６も備える。コア（複数の場合もある）６０４とは別個の構成要素としてシステム６００に示されているが、当業者であれば、コア（複数の場合もある）６０４のうちの１つ又は複数が、デコーダー６０６、ディスプレイプロセッサ６０８、及び／又はグラフィックスプロセッサ６１０を実施することができることを認識することができる。幾つかの実施態様では、プロセッサ６０２は、図５に関して説明した例示のプロセスを含む、本明細書において説明したプロセスのうちの任意のものを行うように構成することができる。さらに、制御信号及び／又はマイクロコードエントリー点に応答して、デコーダー６０６、ディスプレイプロセッサ６０８、及び／又はグラフィックスプロセッサ６１０は、対応する動作を実行することができる。
【００３７】
処理コア（複数の場合もある）６０４、デコーダー６０６、ディスプレイプロセッサ６０８、及び／又はグラフィックスプロセッサ６１０は、システム相互接続６１６を通じて互いに及び／又は様々な他のシステムデバイスと通信可能に及び／又は動作可能に結合することができる。これらの様々な他のシステムデバイスは、例えば、メモリコントローラー６１４、オーディオコントローラー６１８、及び／又は周辺装置６２０を含むことができるが、これらに限定されるものではない。周辺装置６２０は、例えば、統一シリアルバス（ＵＳＢ：unified serial bus）ホストポート、周辺機器相互接続（ＰＣＩ）エクスプレスポート、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）インターフェース、拡張バス、及び／又は他の周辺装置を含むことができる。図６は、相互接続６１６によってデコーダー６０６並びにプロセッサ６０８及び６１０に結合されたものとしてメモリコントローラー６１４を示しているが、様々な実施態様では、メモリコントローラー６１４は、デコーダー６０６、ディスプレイプロセッサ６０８、及び／又はグラフィックスプロセッサ６１０に直接結合することができる。
【００３８】
幾つかの実施態様では、システム６００は、図６に図示していない様々なＩ／ＯデバイスとＩ／Ｏバス（同様に図示せず）を介して通信することができる。そのようなＩ／Ｏデバイスは、例えば、ユニバーサル非同期受信機／送信機（ＵＡＲＴ）デバイス、ＵＳＢデバイス、Ｉ／Ｏ拡張インターフェース、又は他のＩ／Ｏデバイスを含むことができるが、これらに限定されるものではない。様々な実施態様では、システム６００は、移動通信、ネットワーク通信、及び／又は無線通信を行うためのシステムの少なくとも一部分を表すことができる。
【００３９】
システム６００は、メモリ６１２を更に備えることができる。メモリ６１２は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイス、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）デバイス、フラッシュメモリデバイス、又は他のメモリデバイス等の１つ又は複数のディスクリートメモリ構成要素とすることができる。図６は、プロセッサ６０２の外部のものとしてメモリ６１２を示しているが、様々な実施態様では、メモリ６１２は、プロセッサ６０２の内部とすることができる。メモリ６１２は、図５に関して説明した例示のプロセスを含む、本明細書において説明したプロセスのうちの任意のものを行う際に、プロセッサ６０２が実行することができるデータ信号によって表される命令及び／又はデータを記憶することができる。幾つかの実施態様では、メモリ６１２は、システムメモリ部分及びディスプレイメモリ部分を含むことができ、本開示による３Ｄフレームバッファーを提供することができる。
【００４０】
例示のデバイス及び／又はシステム１００、２００、３００及び／又は４００等の本明細書において説明したデバイス及び／又はシステムは、本開示による多くの可能なデバイス構成、アーキテクチャ又はシステムのうちの幾つかを表している。例示のシステム１００、２００、３００及び／又は４００の変形形態等の、システムの多数の変形形態が、本開示と矛盾せずに可能である。
【００４１】
上述したシステム、及び本明細書において説明したようなそれらのシステムによって実行される処理は、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実施することができる。加えて、本明細書において開示した任意の１つ又は複数の特徴は、ディスクリートロジック及び集積回路ロジック、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）ロジック、並びにマイクロコントローラーを含むハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、及びそれらの組み合わせで実施することができ、特定領域集積回路パッケージの一部、又は集積回路パッケージの組み合わせとして実施することができる。ソフトウェアという用語は、本明細書において用いられるとき、本明細書において開示した１つ若しくは複数の特徴及び／又は特徴の組み合わせをコンピューターシステムに実行させるコンピュータープログラムロジックが記憶されているコンピューター可読媒体を含むコンピュータープログラム製品を指す。
【００４２】
本明細書において記載された或る特定の特徴を様々な実施態様に関して説明してきたが、この説明は、限定的な意味に解釈されることを意図するものではない。したがって、本開示が関係する技術分野の当業者に明らかである、本明細書において説明した実施態様及び他の実施態様の様々な変更は、本開示の趣旨及び範囲内にあるとみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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