(57)【要約】  シーンを走査するように構成された光検出と測距システムが提供される。光源は、第１の特性を有する光を出力する。空間光変調器は、光源から出力光を受け取り、その上に表されるコンピュータ生成ホログラムに従って空間変調された光を出力する。光検出器は、シーンから第１の特性を有する光を受け取り、光応答信号を出力する。ホログラフィックコントローラは、複数のコンピュータ生成ホログラムを空間光変調器に出力するように構成されている。各コンピュータ生成ホログラムは、シーン内で対応するパターンを有する構造化光を形成するように構成されている。ホログラフィックコントローラは、複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの少なくとも１つによって形成される構造化光のパターンを変更するようにさらに構成されている。
2021505846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーンを調査するように構成された光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、
前記システムが、
第１の特性を有する光を出力するように構成された光源と、
空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記光源から前記光を受け取り、前記空間光変調器に表示されるコンピュータ生成ホログラムに従って空間変調された光を出力するように構成されたものと、
複数のコンピュータ生成ホログラムを前記空間光変調器に出力するように構成されたホログラフィックコントローラであって、各コンピュータ生成ホログラムは、前記シーン内の再生フィールドに対応するパターンを有する構造化光を形成するように構成され、前記ホログラフィックコントローラは、前記複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの少なくとも１つによって前記再生フィールド内に形成される前記構造化光の前記パターンを変更するようにさらに構成されたものと、
前記シーンから前記第１の特性を有する光を受け取り、光応答信号を出力するように構成された光検出器であって、前記光検出器は光検出素子のアレイを備えるものと、
前記光検出素子の前記アレイに関連付けられた光学システムであって、前記光学システムは、各光検出素子が前記シーン内の前記再生フィールドのそれぞれのサブ領域から前記第１の特性を有する光を受け取るように構成されているものとを備える、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項２】
前記構造化光の前記パターンが、前記構造化光の前記領域内の光および光特徴の形態、形状および／またはパターンを含む、
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項３】
前記複数のコンピュータ生成ホログラムが、あるシーケンスで前記ＳＬＭに出力され、任意選択で、各ホログラムが構造化光のパターンを含む光フットプリントを形成する、
請求項１または２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項４】
前記複数のコンピュータ生成ホログラムが第１のコンピュータ生成ホログラムおよび第２のコンピュータ生成ホログラムを含み、前記第１のコンピュータ生成ホログラムによって前記再生フィールドに形成される前記構造化光の前記パターンは、前記第２のコンピュータ生成ホログラムによって前記再生フィールドに形成される前記構造化光の前記パターンとは異なる、
請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項５】
前記光学システムは、前記光検出素子の前記アレイの各光検出素子が、個別の視野（ＩＦＯＶｓ）のアレイうちのある個別の視野（ＩＦＯＶ）から反射された光を検出するように構成されるように構成され、ＩＦＯＶｓの前記アレイは前記シーン内の前記再生フィールドに対応し、任意選択で、各光検出素子は、前記対応するＩＦＯＶのそれぞれの光応答信号を出力するように構成される、
請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項６】
前記複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムによって形成される前記構造化光が、前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイの個別の視野（ＩＦＯＶ）を照明するための光スポットを含むパターンである、
請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムによって形成された前記構造化光が、複数の個別の光スポットを含むパターンであり、前記光スポットが互いに空間的に分離され、各光スポットは前記シーン内の対応するＩＦＯＶを照明するように構成される、
請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項８】
前記複数の個別の光スポットが光スポットのアレイを含み、前記光スポットの数は前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイ内のＩＦＯＶｓの数に対応するため、すべてのＩＦＯＶが同時に照明される、
請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項９】
前記複数の個別の光スポットが、前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイ内のＩＦＯＶｓの第１のサブセットを照明するようにパターンまたはアレイに構成され、前記光スポットの数は、前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイ内のＩＦＯＶｓの数より少ない、
請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１０】
ＩＦＯＶｓの前記アレイが、ＩＦＯＶｓの行および列のアレイを含み、光スポットは、前記アレイの各行または列内のｎ番目ごとの位置に配置され、ｎは１より大きい整数であり、前記アレイ内の隣接する行または列内の前記光スポットは互いに対してオフセットされ、任意選択で、前記複数の個別の光スポットはチェッカーボードパターンに構成される、
請求項９に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１１】
前記ホログラフィックコントローラが、前記少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムによって形成された前記構造化光の前記アレイ内の少なくとも１つの前記光スポットを再配置して、少なくとも１つの他のコンピュータ生成ホログラムによって形成された前記構造化光の前記アレイ内の異なるパターンで複数の個別の光スポットを提供し、前記シーン内のＩＦＯＶの前記アレイ内のＩＦＯＶｓの第２のサブセットを照明するように構成され、第１のサブセットは第２のサブセットとは異なる
請求項９または１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１２】
前記ホログラフィックコントローラが、前記少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムによって形成された前記構造化光の前記複数の光スポットにおける少なくとも１つの光スポットの前記形状を変化させて、少なくとも１つの他のコンピュータ生成ホログラムによって形成された前記構造化光に少なくとも異なる形状の光スポットを提供するように構成される、
請求項７から１１のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１３】
各コンピュータ生成ホログラムが、前記構造化光を含む光フットプリントを形成するように構成され、あるシーケンスで第１のコンピュータ生成ホログラムによって形成される前記光フットプリントは、前記シーン内のＩＦＯＶ内の第１の位置にサブフットプリントを提供し、前記ホログラフィックコントローラは、前記シーケンスで連続する各ホログラムによって提供される前記ＩＦＯＶ内の前記サブフットプリントを再配置するように構成される、
請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１４】
前記サブフットプリントが、１次元または２次元の形状を有する光の離散領域を含むこと、
前記ホログラフィックコントローラによって出力される前記一連のコンピュータ生成ホログラムが、前記サブフットプリントを前記ＩＦＯＶ内の複数の異なる位置に移動させて、その完全な領域を走査し、任意選択で、前記サブフットプリントを前記ＩＦＯＶ内の複数の異なる位置に再配置する前記一連のコンピュータ生成ホログラムの各コンピュータ生成ホログラムによって形成される前記光フットプリントは、前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイの少なくとも１つの他のＩＦＯＶ内の位置を選択的に照明するために１つまたは複数の追加のサブフットプリントを含むこと、
前記ＩＦＯＶが、光フットプリントによる前記ＩＦＯＶの以前の照明に応答して受け取ったフィードバックに基づいて選択されること、
の１つまたは複数である、
請求項１３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１５】
前記光検知素子の前記アレイの各光検知素子と前記シーン内のＩＦＯＶｓの前記アレイのＩＦＯＶとの間に１対１の相関がある、
請求項５から１４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１６】
前記光検出器が、
電荷結合デバイス（ＣＣＤ）素子のアレイ、または
単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）光検出素子のアレイなど、低分解能の光検出素子のアレイを備える、
請求項５から１５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１７】
前記ＬＩＤＡＲシステムが、前記複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの第１のコンピュータ生成ホログラムに対応する、第１の空間変調された光の出力と、前記オブジェクトから反射された第１の空間変調された光の検出との間の時間差を含む飛行時間測定を実行することにより、前記ＬＩＤＡＲシステムから前記シーン内のオブジェクトの距離を決定するように構成されたプロセッサをさらに備える、
請求項１から１６のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１８】
前記ＳＬＭおよび前記光検出器のうちの少なくとも１つが、携帯用デバイスまたは車両のランプユニット内に配置される、
請求項１から１７のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを備えるランプユニット。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光プロジェクタに関する。より具体的には、本開示は、ホログラフィックプロジェクタ、ホログラフィック投影システム、プロジェクタを制御する方法、およびホログラフィック投影システムを制御する方法に関する。実施形態は、光検出と測距システムに関する。いくつかの実施形態は、光検出と測距の方法に関する。いくつかの実施形態は、光検出と測距システムにおける光フットプリントを制御する方法に関する。いくつかの実施形態は、コンピュータ制御された光フットプリントでシーンを調査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オブジェクトから散乱される光には、振幅と位相の両方の情報が含まれる。この振幅および位相情報は、例えば、周知の干渉技術によって感光性プレート上に捕捉されて、干渉縞を含むホログラフィック記録すなわち「ホログラム」を形成することができる。ホログラムは、元のオブジェクトを表す２次元または３次元のホログラフィック再構成、または再生画像を形成するために、適切な光の照射によって再構成され得る。
【０００３】
コンピュータ生成ホログラフィは、干渉プロセスを数値的にシミュレートすることができる。コンピュータ生成ホログラム「ＣＧＨ」は、フレネル変換またはフーリエ変換などの数学的変換に基づく技術によって計算され得る。これらのタイプのホログラムは、フレネルホログラムまたはフーリエホログラムと呼ばれることがある。フーリエホログラムは、オブジェクトのフーリエ領域表現またはオブジェクトの周波数領域表現と見なすことができる。ＣＧＨを、例えばコヒーレントレイトレーシングまたはポイントクラウド技術によって計算することもできる。
【０００４】
ＣＧＨは、入射光の振幅および／または位相を変調するように構成された空間光変調器「ＳＬＭ」上にエンコードされ得る。光変調は、例えば、電気的にアドレス指定可能な液晶、光学的にアドレス指定可能な液晶、またはマイクロミラーを使用して実現され得る。
【０００５】
ＳＬＭは、セルまたは素子と呼ばれることもある複数の個別にアドレス指定可能なピクセルを含むことができる。光変調方式は、バイナリ、マルチレベル、または連続であってもよい。あるいは、デバイスは連続的であってもよく（すなわち、ピクセルで構成されていない）、したがって、デバイス全体にわたって光変調が連続的であってもよい。ＳＬＭは反射型であってもよく、これは、変調された光がＳＬＭから反射して出力されることを意味する。ＳＬＭは同様に透過性であってもよく、これは、変調された光がＳＬＭから透過して出力されることを意味する。
【０００６】
記載された技術を使用して、イメージング用のホログラフィックプロジェクタが提供されてもよい。そのようなプロジェクタは、例えば、ニアアイデバイスを含むヘッドアップディスプレイ「ＨＵＤ」、およびヘッドマウントディスプレイ「ＨＭＤ」に用途を見出した。ホログラフィックプロジェクタは、光検出と測距に使用できる。光検出測距システムは、ポータブルデバイスや車両を含むさまざまな用途で使用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、光検出と測距システムの改善に関する。特に、このような改善には、光検出と測距を使用して対象の特徴を検出するために、シーンの領域を調査するためのより高速で、より信頼性の高い、および／またはより正確な技術が含まれてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の態様は、添付の独立請求項に定義されている。
【０００９】
複数のコンピュータ生成ホログラムを空間光変調器に出力し、第１の特性を有する光で空間光変調器を照明することにより、空間変調された光でシーンを照明するステップを含む光検出と測距の方法が提供される。各ホログラムは、シーン内の再生フィールドに対応するパターンを有する構造化光を形成するように構成される。実施形態では、構造化光は、再生フィールド内の光フットプリントで提供される。各ホログラムによって形成される構造化光／光フットプリントは、定義された形態、形状、および／またはパターンを有することができる。この方法は、複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの少なくとも１つによって再生フィールドに形成される構造化光のパターンを変更する。この方法はまた、シーンからの第１の特性を有する反射した空間変調された光を光検出器によって受け取り、光応答信号を出力するステップを含むことができ、光検出器は、光検出素子のアレイと、光検出素子のアレイに関連する光学システムとを含む。光学システムは、各光検出素子（のみ）がシーン内の再生フィールドのそれぞれの（および固有の）サブ領域から光を受け取るように構成される。
【００１０】
実施形態では、この方法は、各光検出素子によって、シーンの対応する（および固有の）サブ領域から第１の特性を有する光を受け取り、それぞれの光応答信号を出力するステップを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、方法は、シーン内の再生フィールドの構造化光／光フットプリントのサイズ、形状、向き、および／またはパターンを動的に変更するために使用され得る。これは、動的ホログラフィを使用して、構造化光／光フットプリントを形成することによって実現される。
【００１２】
この方法は、光検出器からのフィードバックを使用して次の走査または調査を実行する方法および場所を決定するシーンをインテリジェントに走査するまたは調査するステップをさらに含むことができる。これは、メモリから少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムを選択するステップ、または受信信号に基づいてリアルタイムで少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムを計算するステップを含む少なくとも１つのコンピュータ生成ホログラムを計算するステップを含むことができる。
【００１３】
「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もしくは位相情報、またはそれらの何らかの組み合わせを含む記録を指すために使用される。「ホログラフィック再構成」という用語は、ホログラムを照明することによって形成されるオブジェクトの光学的再構成を指すために使用される。本明細書では、「再生平面」という用語は、ホログラフィック再構成が完全に形成される空間内の平面を指すために使用される。本明細書では、「再生フィールド」という用語は、空間光変調器から空間変調された光を受け取ることができる再生平面のサブ領域を指すために使用される。
【００１４】
「画像」、「再生画像」、および「画像領域」という用語は、ホログラフィック再構成を形成する光によって照明される再生フィールドの領域を指す。
【００１５】
「光フットプリント」という用語は、本開示では、ホログラムの再構成によってシーンに形成される照明パターンを指すのが一般的に好ましい。各光フットプリントは、シーン内のホログラフィック再構成の形成に対応している。したがって、光フットプリントは、シーン内（より具体的には、再生フィールド内）の光の領域である。光はパルス状であってもよい。光は、再生フィールド内のその領域全体で均一な輝度を有してもよい。実施形態では、光は、シーン内の再生フィールドに光のパターンを形成するように、再生フィールド内のその領域全体にわたって不均一な輝度を有してもよい。光のパターンは、暗い領域によって分離された複数の個別の光の領域（本明細書では「光スポット」とも呼ばれる）を含んでもよく、または段階的な明るさまたは強度の光のパターンであってもよい。このような光のパターンは、本明細書では「構造化光」と呼ばれる。光フットプリント／構造化光は、その形態、形状、および／またはパターンによって特徴付けられてもよい。本明細書に開示される光検出と測距システムは、シーン内で変化する光フットプリントの時系列を形成するために使用され得る。好適には、本明細書に開示される動的に再構成可能なホログラフィック技術は、光フットプリントのパラメータをリアルタイムで制御するために使用され得る。実施形態では、この技術を使用して、構造化光を投影し、構造化光をリアルタイムで変更する。例えば、この技術は、個別の光スポットのサイズおよび／または形状を変更するか、または再生フィールド内に形成される光フットプリント／構造化光内の光スポットの分布をリアルタイムで変更することができる。
【００１６】
「符号化」、「書き込み」または「アドレス指定」という用語は、ＳＬＭの複数のピクセルに、各ピクセルの変調レベルをそれぞれ決定するそれぞれの複数の制御値を提供するプロセスを説明するために使用される。ＳＬＭのピクセルは、複数の制御値の受信に応答して光変調分布を「表示する」ように構成されていると言えるかもしれない。したがって、ＳＬＭは、ホログラムを「表示する」と言えるかもしれない。
【００１７】
「走査」および「調査」という用語は、本明細書では同義的に使用され、１つまたは複数の光フットプリントで照明することによってシーンの領域を調べるプロセスを指す。同様に、「走査する」または「調査する」は、シーンの領域を調べるプロセスで使用される、単一のフットプリント、または複数のフットプリントを含むシーケンスを含む。
【００１８】
「光」という用語は、本明細書ではその最も広い意味で使用される。実施形態は、可視光、赤外光および紫外光、ならびにそれらの任意の組み合わせに等しく適用可能である。
実施形態は、例としてのみ、単色光フットプリントを説明する。実施形態では、光フットプリントは多色光フットプリントである。実施形態では、複数の単色光フットプリントを組み合わせることにより、複合色光フットプリントが提供される。実施形態では、複数の単色コンピュータ生成ホログラムを使用して、各複合色光フットプリントを形成することができる。このような波長ダイバーシティは、スループットを向上させることができる。
【００１９】
実施形態は、例としてのみ、１Ｄおよび２Ｄの光フットプリントを説明する。他の実施形態では、光フットプリントは３Ｄ光フットプリントである。すなわち、実施形態では、各コンピュータ生成ホログラムは３Ｄホログラフィック再構成を形成する。
【００２０】
許容できる品質のホログラフィック再構成は、元のオブジェクトに関連する位相情報のみを含む「ホログラム」から形成できることがわかっている。そのようなホログラフィック記録は、位相限定ホログラムと呼ばれることがある。実施形態は位相限定ホログラムに関するが、本開示は振幅限定ホログラフィにも同様に適用可能である。
【００２１】
本開示は、元のオブジェクトに関連する振幅および位相情報を使用してホログラフィック再構成を形成することにも等しく適用可能である。いくつかの実施形態では、これは、元のオブジェクトに関連する振幅と位相の両方の情報を含むいわゆる完全複素ホログラムを使用した複素変調によって達成される。このようなホログラムは、ホログラムの各ピクセルに割り当てられた値（グレーレベル）が振幅と位相の成分を有するため、完全複素ホログラムと呼ばれることがある。各ピクセルに割り当てられた値（グレーレベル）は、振幅成分と位相成分の両方を有する複素数として表されてもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ生成された完全複素ホログラムが計算される。
【００２２】
「位相遅延」の省略形として、位相値、位相成分、位相情報、または単に、コンピュータ生成ホログラムもしくは空間光変調器のピクセルの位相を参照することができる。すなわち、記載されている位相値は、実際には、そのピクセルによって提供される位相遅延の量を表す数値（０から２πの範囲など）である。例えば、π／２の位相値を有すると記載されている空間光変調器のピクセルは、受信光の位相をπ／２ラジアンだけ変化させる。いくつかの実施形態では、空間光変調器の各ピクセルは、複数の可能な変調値（例えば、位相遅延値）のうちの１つで動作可能である。「グレーレベル」という用語は、複数の利用可能な変調レベルを指すために使用され得る。例えば、用語「グレーレベル」は、異なる位相レベルが異なるグレーの濃淡を提供しない場合でも、便宜上、位相限定変調器における複数の利用可能な位相レベルを指すために使用され得る。「グレーレベル」という用語はまた、便宜上、複素変調器において複数の利用可能な複素変調レベルを指すために使用されてもよい。
【００２３】
特定の実施形態は、以下の図を参照して例としてのみ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】スクリーン上にホログラフィック再構成を生成する反射型ＳＬＭを示す概略図である。
【図２Ａ】Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の最初の反復を示す図である。
【図２Ｂ】Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の２回目以降の反復を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの代替のＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の２回目以降の反復を示す図である。
【図３】反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭの概略図である。
【図４】実施形態による、シーン内の再生フィールドにおいてホログラフィック再構成を生成するＳＬＭと、シーン内の再生フィールドの個別の視野（ＩＦＯＶｓ）のアレイからの光を検出するように構成されたアレイ検出器とを備えるホログラフィックＬＩＤＡＲシステムを示す概略図である。
【図５Ａ】一実施形態による、ホログラフィック走査のそれぞれの第１および第２のフレームによって形成される第１および第２の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、シーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイを照明するためのサブフットプリントまたは「光スポット」のパターンを有する構造化光を含み、光スポットの形状はフレーム間で変更されている。
【図５Ｂ】別の実施形態による、ホログラフィック走査のそれぞれの第１および第２のフレームによって形成される第１および第２の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、シーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイのＩＦＯＶｓのサブセットを照明するための光スポットのパターンを有する構造化光を含み、光スポットのパターンは、ＩＦＯＶｓの異なるサブセットを照明するようにフレーム間で変更されている。
【図５Ｃ】さらに別の実施形態による、図５Ｂの実施形態と同等の第１および第２の光フットプリントを示す図であり、光スポットの形状はフレーム間でさらに変更されている。
【図６】さらに別の実施形態による、ホログラフィック走査の一連のフレームによって形成された一連の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、単一のサブフットプリントまたは「光スポット」を使用してシーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイのＩＦＯＶを個別に走査するための構造化光を含む。
【図７】さらなる実施形態による、ホログラフィック走査の一連のフレームによって形成される一連の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、１次元のサブフットプリントすなわち「ライン」を使用してシーン内の再生フィールドのＩＦＯＶを個別に走査するための構造化光を含む。
【図８】さらに別の実施形態による、ホログラフィック走査の対応するフレームによって形成されたｎ番目と（ｎ＋１）番目の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、各ＩＦＯＶの異なるサブフットプリントを使用してシーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイを照明するための構造化光を含む。
【図９】別の実施形態による、ホログラフィック走査の第１から第５のフレームによって形成された第１から第５の光フットプリントを示す図であり、各フットプリントは、シーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイ内の列内の対応する複数のＩＦＯＶｓを照明するために、ライン内に複数の光スポットを有する構造化光を含み、光スポットのラインがフレーム間で再配置されている。
【図１０】視野を有する検出器の空間分解能を効果的に増大させるためにホログラフィックプロジェクタをどのように使用できるかを示す図である。
【図１１】光検出器からの受信信号に基づいて複数のコンピュータ生成ホログラムを決定するためのフィードバックシステムを示す図である。
【図１２】角拡大システムの例を示す図である。
【図１３】実施形態による、オブジェクトの検出および測距のための方法を示す図である。
【００２５】
同一または類似の部品を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、以下に記載される実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶ。すなわち、本発明は、説明の目的のために記載された異なる形態で具体化されてもよく、説明された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
【００２７】
単数形の用語には、特に指定がない限り、複数形が含まれてもよい。
【００２８】
他の構造物の上部／下部または他の構造物の上／下に形成されると記載された構造物は、構造物が互いに接触する場合、さらにその間に第３の構造物が配置される場合を含むと解釈されるべきである。
【００２９】
時間関係を説明する際に、例えば、イベントの時間的順序が「後」、「後続」、「次」、「前」などとして説明される場合、特に指定のない限り、本開示は、連続するイベントと連続しないイベントを含むものとする。例えば、「ジャスト」、「イミディエート」、「ダイレクト」などの文言を用いない限り、連続しない場合も含むものとする。
【００３０】
本明細書では、「第１」、「第２」などの用語を使用してさまざまな要素を説明することがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。
【００３１】
異なる実施形態の特徴は、互いに部分的にまたは全体的に結合または組み合わされてもよく、互いにさまざまに相互運用されてもよい。いくつかの実施形態は、互いに独立して実行されてもよく、または相互依存関係で一緒に実行されてもよい。以下の詳細な説明では異なる実施形態を別々に開示することができるが、任意の実施形態の任意の特徴は、任意の他の特徴と組み合わされてもよく、任意の他の実施形態の特徴の組み合わせであってもよい。すなわち、開示される特徴のすべての可能な組み合わせおよび置換が想定される。
【００３２】
光学構成
【００３３】
図１は、コンピュータ生成ホログラムが単一の空間光変調器でエンコードされている実施形態を示している。コンピュータ生成ホログラムは、再構成のためのオブジェクトのフーリエ変換である。したがって、ホログラムはオブジェクトのフーリエ領域または周波数領域またはスペクトル領域の表現であると言えるかもしれない。この実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶「ＬＣＯＳ」デバイスである。ホログラムは空間光変調器でエンコードされ、ホログラフィック再構成が再生フィールド、例えばスクリーンやディフューザなどの受光面で形成される。
【００３４】
光源１１０、例えばレーザまたはレーザダイオードは、コリメートレンズ１１１を介してＳＬＭ１４０を照明するために配置される。コリメートレンズは、光のほぼ平面の波面をＳＬＭに入射させる。図１では、波面の方向は垂直ではない（例えば、透明層の平面に真に直交する方向から２度または３度離れている）。しかし、他の実施形態では、ほぼ平面の波面が垂直入射で提供され、ビームスプリッタ配置が入力光路と出力光路を分離するために使用される。図１に示す実施形態では、配置は、光源からの光がＳＬＭの鏡面背面から反射され、光変調層と相互作用して出口波面１１２を形成するようになっている。出口波面１１２は、スクリーン１２５に焦点を合わせたフーリエ変換レンズ１２０を含む光学系に適用される。より具体的には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ１４０から変調光のビームを受け取り、周波数空間変換を実行して、スクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。
【００３５】
特に、このタイプのホログラフィでは、ホログラムの各ピクセルが全体の再構成に寄与する。再生フィールド上の特定のポイント（または画像ピクセル）と特定の光変調素子（またはホログラムピクセル）には１対１の相関関係はない。言い換えれば、光変調層を出る変調光は、再生フィールド全体に分配される。
【００３６】
これらの実施形態では、空間におけるホログラフィック再構成の位置は、フーリエ変換レンズの光学／屈折（集束）パワーによって決定される。図１に示す実施形態では、フーリエ変換レンズは物理レンズである。すなわち、フーリエ変換レンズは光学フーリエ変換レンズであり、フーリエ変換は光学的に実行される。どのレンズもフーリエ変換レンズとして機能できるが、レンズの性能により、実行するフーリエ変換の精度が制限される。当業者は、レンズを使用して光学フーリエ変換を実行する方法を理解している。
【００３７】
ホログラム計算
【００３８】
いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、正レンズのフーリエ変換特性を利用することにより遠視野で画像が再構成されるフーリエ変換ホログラム、または単にフーリエホログラムもしくはフーリエベースのホログラムである。フーリエホログラムは、再生平面内の所望の光フィールドをフーリエ変換してレンズ平面に戻すことによって計算される。コンピュータで生成されたフーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算できる。
【００３９】
フーリエ変換ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムなどのアルゴリズムを使用して計算できる。さらに、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムを使用して、空間領域（写真など）の振幅限定の情報からフーリエ領域のホログラム（つまり、フーリエ変換ホログラム）を計算できる。オブジェクトに関連する位相情報は、空間領域の振幅限定の情報から効果的に「検索」される。いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムまたはその変形を使用して、振幅限定の情報から計算される。
【００４０】
Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ  Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、Ａ面とＢ面の光線の強度断面、それぞれＩＡ（ｘ，ｙ）とＩＢ（ｘ，ｙ）が既知で、ＩＡ（ｘ，ｙ）とＩＢ（ｘ，ｙ）が単一のフーリエ変換によって関連付けられる場合の状況を考慮する。与えられた強度断面では、Ａ面とＢ面の位相分布の近似値、それぞれΨＡ（ｘ，ｙ）とΨＢ（ｘ，ｙ）が見つかる。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、反復プロセスに従ってこの問題の解決策を見つける。より具体的には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、空間領域とフーリエ（スペクトルまたは周波数）領域との間でＩＡ（ｘ，ｙ）とＩＢ（ｘ，ｙ）を表すデータセット（振幅と位相）を繰り返し転送しながら、空間制約とスペクトル制約を繰り返し適用する。スペクトル領域の対応するコンピュータ生成ホログラムは、アルゴリズムの少なくとも１回の反復により取得される。このアルゴリズムは収束的であり、入力画像を表すホログラムを生成するように構成されている。ホログラムは、振幅限定ホログラム、位相限定ホログラム、または完全複素ホログラムであってもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、位相限定ホログラムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる英国特許第２４９８１７０号明細書または第２５０１１１２号明細書に記載されるようなＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して計算される。しかしながら、本明細書で開示される実施形態は、単なる例として位相限定ホログラムの計算を説明する。これらの実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、既知の振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］を知るために生じさせるデータセットのフーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ，ｖ］を検索し、ここで、振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］はターゲット画像（写真など）を表す。大きさと位相はフーリエ変換で本質的に結合されるため、変換された大きさと位相には、計算されたデータセットの精度に関する有用な情報が含まれる。したがって、アルゴリズムは、振幅と位相の両方の情報に関するフィードバックとともに繰り返し使用され得る。しかしながら、これらの実施形態では、位相情報Ψ［ｕ，ｖ］のみがホログラムとして使用されて、画像平面でターゲット画像のホログラフィック表現を形成する。ホログラムは、位相値のデータセット（２Ｄアレイなど）である。
【００４２】
他の実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して、完全複素ホログラムを計算する。完全複素ホログラムは、大きさ成分と位相成分を有するホログラムである。ホログラムは、各複素データ値が大きさ成分と位相成分を含む複素データ値のアレイを含むデータセット（２Ｄアレイなど）である。
【００４３】
いくつかの実施形態では、アルゴリズムは複素データを処理し、フーリエ変換は複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分と虚数成分、または（ｉｉ）大きさ成分と位相成分を含むと見なすことができる。いくつかの実施形態において、複素データの２つの成分は、アルゴリズムのさまざまな段階で異なって処理される。
【００４４】
図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するためのいくつかの実施形態によるアルゴリズムの最初の反復を示している。アルゴリズムへの入力は、ピクセルまたはデータ値の２Ｄアレイを含む入力画像２１０であり、各ピクセルまたはデータ値は大きさ、または振幅の値である。すなわち、入力画像２１０の各ピクセルまたはデータ値は位相成分を持たない。したがって、入力画像２１０は、大きさのみ、または振幅のみ、または強度のみの分布と見なすことができる。そのような入力画像２１０の例は、写真またはフレームの時系列を含むビデオの１フレームである。アルゴリズムの最初の反復はデータ形成ステップ２０２Ａで始まり、このステップは、各データ要素が大きさと位相を含む開始複素データセットを形成するためにランダム位相分布（またはランダム位相シード）２３０を使用して入力画像の各ピクセルにランダム位相値を割り当てるステップを含む。開始複素データセットは、空間領域の入力画像を表していると言えるかもしれない。
【００４５】
第１の処理ブロック２５０は、開始複素データセットを受け取り、複素フーリエ変換を実行して、フーリエ変換された複素データセットを形成する。第２の処理ブロック２５３は、フーリエ変換された複素データセットを受け取り、ホログラム２８０Ａを出力する。いくつかの実施形態では、ホログラム２８０Ａは位相限定ホログラムである。これらの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、ホログラム２８０Ａを形成するために、各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定する。各位相値は、位相限定ホログラムを「表示する」ために使用される空間光変調器のピクセル上に表すことができる位相レベルに従って量子化される。例えば、空間光変調器の各ピクセルが２５６個の異なる位相レベルを提供する場合、ホログラムの各位相値は２５６個の可能な位相レベルのうちの１つの位相レベルに量子化される。ホログラム２８０Ａは、入力画像を表す位相限定のフーリエホログラムである。他の実施形態では、ホログラム２８０Ａは、受け取ったフーリエ変換された複素データセットから導出された複素データ値（それぞれ振幅成分および位相成分を含む）のアレイを含む完全複素ホログラムである。いくつかの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、各複素データ値を複数の許容可能な複素変調レベルの１つに制約して、ホログラム２８０Ａを形成する。制約するステップは、各複素データ値を複素平面内の最も近い許容可能な複素変調レベルに設定するステップを含んでもよい。ホログラム２８０Ａは、スペクトルまたはフーリエ領域もしくは周波数領域の入力画像を表していると言えるかもしれない。いくつかの実施形態では、アルゴリズムはこの時点で停止する。
【００４６】
しかしながら、他の実施形態では、図２Ａの点線矢印で表されるようにアルゴリズムは継続する。言い換えれば、図２Ａの点線矢印に続くステップはオプションである（すなわち、すべての実施形態に必須ではない）。
【００４７】
第３の処理ブロック２５６は、第２の処理ブロック２５３から修正された複素データセットを受け取り、逆フーリエ変換を実行して逆フーリエ変換された複素データセットを形成する。逆フーリエ変換された複素データセットは、空間領域の入力画像を表していると言えるかもしれない。
【００４８】
第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットを受け取り、大きさ値２１１Ａの分布および位相値２１３Ａの分布を抽出する。任意選択で、第４の処理ブロック２５９は、大きさ値２１１Ａの分布を評価する。具体的には、第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットの大きさ値２１１Ａの分布を、それ自体はもちろん大きさ値の分布である入力画像５１０と比較することができる。大きさ値２１１Ａの分布と入力画像２１０との差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが許容可能であると判断することができる。すなわち、大きさ値２１１Ａの分布と入力画像２１０との差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分に正確に表すと判断することができる。いくつかの実施形態では、比較のために、逆フーリエ変換された複素データセットの位相値２１３Ａの分布は無視される。大きさ値２１１Ａの分布と入力画像２１０とを比較するための任意の数の異なる方法を採用することができ、本開示は特定の方法に限定されないことが理解されよう。いくつかの実施形態では、平均二乗差が計算され、平均二乗差が閾値未満である場合、ホログラム２８０Ａは許容可能と見なされる。第４の処理ブロック２５９が、ホログラム２８０Ａが許容可能でないと判断した場合、アルゴリズムのさらなる反復が実行され得る。しかしながら、この比較ステップは必須ではなく、他の実施形態では、実行されるアルゴリズムの反復回数は、事前に決定されるか、事前設定されるか、またはユーザ定義される。
【００４９】
図２Ｂは、アルゴリズムの２回目の反復と、アルゴリズムのそれ以降の反復を表している。前の反復の位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを通じてフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は拒否され、入力画像２１０の大きさ値の分布が優先される。第１の反復では、データ形成ステップ２０２Ａは、入力画像２１０の大きさ値の分布をランダム位相分布２３０と組み合わせることにより、第１の複素データセットを形成した。しかし、２回目以降の反復では、データ形成ステップ２０２Ｂは、（ｉ）アルゴリズムの前の反復からの位相値２１３Ａの分布を（ｉｉ）入力画像２１０の大きさ値の分布と組み合わせることにより、複素データセットを形成するステップを含む。
【００５０】
次に、図２Ｂのデータ形成ステップ２０２Ｂによって形成された複素データセットは、図２Ａを参照して説明したのと同じ方法で処理され、第２の反復ホログラム２８０Ｂを形成する。したがって、プロセスの説明はここでは繰り返されない。アルゴリズムは、第２の反復ホログラム２８０Ｂが計算されたときに停止してもよい。ただし、アルゴリズムの任意の数のさらなる反復が実行され得る。第３の処理ブロック２５６は、第４の処理ブロック２５９が必要な場合、またはさらなる反復が必要な場合にのみ必要であることが理解されよう。出力ホログラム２８０Ｂは、通常、各反復で改善される。ただし、実際には、通常、測定可能な改善が見られないポイントに到達するか、さらなる反復を実行することのプラスの利点は、追加の処理時間のマイナスの影響よりも優れている。したがって、アルゴリズムは反復的で収束的であると説明されている。
【００５１】
図２Ｃは、２回目以降の反復の代替実施形態を表している。前の反復の位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを通じてフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は拒否され、大きさ値の別の分布が優先される。この代替実施形態では、大きさ値の代替の分布は、前の反復の大きさ値２１１の分布から導出される。具体的には、処理ブロック２５８は、前の反復の大きさ値２１１の分布から入力画像２１０の大きさ値の分布を差し引き、その差をゲイン係数αでスケーリングし、スケーリングされた差を入力画像２１０から差し引く。これは、数学的に次の方程式で表され、ここで、下付きのテキストと数字は反復回数を示している：
Ｒｎ＋１［ｘ，ｙ］＝Ｆ’｛ｅｘｐ（ｉΨｎ［ｕ，ｖ］）｝
Ψｎ［ｕ，ｖ］＝∠Ｆ｛η・ｅｘｐ（ｉ∠Ｒｎ［ｘ，ｙ］）｝
η＝Ｔ［ｘ，ｙ］−α（｜Ｒｎ［ｘ，ｙ］｜−Ｔ［ｘ，ｙ］）
【００５２】
ここで、
Ｆ’は、逆フーリエ変換であり、
Ｆは、順フーリエ変換であり、
Ｒ［ｘ，ｙ］は、第３の処理ブロック２５６によって出力された複素データセットであり、
Ｔ［ｘ，ｙ］は、入力またはターゲット画像であり、
∠は、位相成分であり、
Ψは、位相限定ホログラム２８０Ｂであり、
ηは、大きさ値２１１Ｂの新しい分布であり、
αは、ゲイン係数である。
【００５３】
ゲイン係数αは固定でも可変でもよい。いくつかの実施形態では、ゲイン係数？は、着信ターゲット画像データのサイズとレートに基づいて決定される。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは反復回数に依存する。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは、単に反復回数の関数である。
【００５４】
図２Ｃの実施形態は、他のすべての点で図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同じである。位相限定ホログラムΨ（ｕ，ｖ）は、周波数領域またはフーリエ領域の位相分布を含むと言えるかもしれない。
【００５５】
いくつかの実施形態において、フーリエ変換は、ホログラフィックデータにレンズデータを含めることにより計算的に実行される。すなわち、ホログラムには、レンズを表すデータとオブジェクトを表すデータが含まれている。これらの実施形態では、図１の物理的フーリエ変換レンズ１２０は省略されている。コンピュータ生成ホログラムの分野では、レンズを表すホログラフィックデータの計算方法が知られている。レンズを表すホログラフィックデータは、ソフトウェアレンズと呼ばれることがある。例えば、位相限定ホログラフィックレンズは、その屈折率と空間的に変化する光路長のために、レンズの各点によって引き起こされる位相遅延を計算することにより形成され得る。例えば、凸レンズの中心の光路長は、レンズの端の光路長よりも長くなる。振幅限定のホログラフィックレンズは、フレネルゾーンプレートによって形成されてもよい。また、物理的フーリエレンズを必要とせずにフーリエ変換を実行できるように、レンズを表すホログラフィックデータを、オブジェクトを表すホログラフィックデータと組み合わせる方法は、コンピュータ生成ホログラムの分野で知られている。いくつかの実施形態において、レンズデータは、単純なベクトル加算などの単純な加算によってホログラフィックデータと組み合わされる。いくつかの実施形態では、フーリエ変換を実行するために、物理レンズがソフトウェアレンズとともに使用される。あるいは、他の実施形態では、フーリエ変換レンズは、ホログラフィック再構成が遠距離場で行われるように完全に省略される。さらなる実施形態では、ホログラムは、格子データ、すなわち、ビームステアリングなどの格子の機能を実行するように構成されたデータを含むことができる。繰り返しになるが、コンピュータ生成ホログラフィの分野では、そのようなホログラフィックデータを計算し、それを、オブジェクトを表すホログラフィックデータと組み合わせる方法が知られている。例えば、位相限定のホログラフィック回折格子は、ブレーズド回折格子の表面上の各ポイントによって引き起こされる位相遅延をモデリングすることによって形成され得る。振幅限定のホログラフィック回折格子は、振幅限定ホログラムの角度ステアリングを提供するために、オブジェクトを表す振幅限定ホログラムに単純に重ね合わせることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、物理的フーリエ変換レンズとソフトウェアレンズによって一緒に実行される。すなわち、フーリエ変換に寄与するいくらかの光学的パワーはソフトウェアレンズによって提供され、フーリエ変換に寄与する残りの光学的パワーは物理的光学部品によって提供される。
【００５７】
いくつかの実施形態では、画像データを受信し、アルゴリズムを使用してリアルタイムでホログラムを計算するように構成されたリアルタイムエンジンが提供される。いくつかの実施形態では、画像データは一連の画像フレームを含むビデオである。他の実施形態では、ホログラムは事前に計算され、コンピュータメモリに格納され、必要に応じてＳＬＭ上に表示するために呼び出される。すなわち、いくつかの実施形態では、所定のホログラムのリポジトリが提供される。
【００５８】
実施形態は、単なる一例として、フーリエホログラフィおよびＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムに関する。本開示は、フレネルホログラフィおよびポイントクラウド法に基づく技術などの他の技術によって計算されたホログラムに等しく適用可能である。
【００５９】
光変調
【００６０】
空間光変調器を使用して、コンピュータ生成ホログラムを表示することができる。ホログラムが位相限定ホログラムである場合、位相を変調する空間光変調器が必要である。ホログラムが完全複素ホログラムである場合、位相と振幅を変調する空間光変調器を使用してもよいし、位相を変調する第１の空間光変調器と振幅を変調する第２の空間光変調器を使用してもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態では、空間光変調器の光変調素子（すなわちピクセル）は、液晶を含むセルである。すなわち、いくつかの実施形態では、空間光変調器は液晶デバイスであり、光学的にアクティブなコンポーネントが液晶である。各液晶セルは、複数の光変調レベルを選択的に提供するように構成されている。すなわち、各液晶セルは、複数の可能な光変調レベルから選択された１つの光変調レベルで動作するように一度に構成される。各液晶セルは、複数の光変調レベルとは異なる光変調レベルに動的に再構成可能である。いくつかの実施形態では、空間光変調器は反射型液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）空間光変調器であるが、本開示はこのタイプの空間光変調器に限定されない。
【００６２】
ＬＣＯＳデバイスは、小さな開口（例えば、幅が数センチメートル）内に、光変調素子またはピクセルの高密度アレイを提供する。ピクセルは通常、約１０ミクロン以下であり、その結果、数度の回折角になり、これは、光学システムをコンパクトにできることを意味する。ＬＣＯＳ  ＳＬＭの小さな開口を適切に照明する方が、他の液晶デバイスの大きな開口を照明するより簡単である。ＬＣＯＳデバイスは通常反射型であり、これは、ＬＣＯＳ  ＳＬＭのピクセルを駆動する回路を反射面の下に埋め込むことができることを意味する。その結果、開口率が高くなる。言い換えれば、ピクセルは密集しているため、ピクセル間にデッドスペースはほとんどない。これは、再生フィールドの光学ノイズを低減するため好適である。ＬＣＯＳ  ＳＬＭは、ピクセルが光学的に平坦であるという利点があるシリコンバックプレーンを使用する。これは、位相変調デバイスにとって特に重要である。
【００６３】
適切なＬＣＯＳ  ＳＬＭを、図３を参照して、単なる例として以下に説明する。ＬＣＯＳデバイスは、単結晶シリコン基板３０２を使用して形成される。それは、基板の上面に構成された、ギャップ３０１ａによって間隔を空けられた正方形平面アルミニウム電極３０１の２Ｄアレイを有する。電極３０１のそれぞれを、基板３０２に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレス指定することができる。各電極は、それぞれの平面鏡を形成する。電極のアレイ上に配向層３０３が配置され、配向層３０３上に液晶層３０４が配置される。第２の配向層３０５は、例えばガラスの、平面透明層３０６上に配置される。例えばＩＴＯの、単一の透明電極３０７は、透明層３０６と第２の配向層３０５との間に配置される。
【００６４】
正方形電極３０１のそれぞれは、透明電極３０７の上にある領域および介在する液晶材料とともに、しばしばピクセルと呼ばれる制御可能な位相変調素子３０８を画定する。有効ピクセル面積、またはフィルファクタは、ピクセル間のスペース３０１ａを考慮に入れた、光学的にアクティブな全ピクセルの割合である。透明電極３０７に関して各電極３０１に印加される電圧を制御することにより、それぞれの位相変調素子の液晶材料の特性を変えることができ、それにより、入射する光に可変遅延を与えることができる。効果は、波面に位相限定変調を提供することであり、つまり、振幅効果は発生しない。
【００６５】
説明したＬＣＯＳ  ＳＬＭは、空間変調された光を反射して出力する。反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭには、信号線、ゲート線、およびトランジスタが鏡面の下にあるという利点があり、これにより、高いフィルファクタ（通常９０％を超える）と高い分解能が得られる。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用するもう１つの利点は、透過型デバイスが使用された場合に液晶層を必要な厚さの半分にすることができることである。これにより、液晶のスイッチング速度が大幅に向上する（動いているビデオ画像を投影するための重要な利点である）。しかしながら、本開示の教示は、透過型ＬＣＯＳ  ＳＬＭを使用して等しく実施されてもよい。
【００６６】
光検出と測距（「ＬｉＤＡＲ」または「ＬＩＤＡＲ」）システム
【００６７】
本発明者は、本開示のホログラフィック技術を使用して改善された画像投影を提供するためのさまざまな方法を以前に開示している。発明者は、このホログラフィック技術を使用して、改良されたＬＩＤＡＲシステムの基礎を形成することもできることを認識した。具体的には、本発明者は、この技術を使用して、ホログラフィックに形成された光フットプリントをＬＩＤＡＲのシーン全体にわたって走査できることを認識した。例えば、発明者の以前の英国特許出願第２５６０４９１号明細書は、（回転プリズムなどの物理光学系の代わりに）可変格子関数が（再生平面に光フットプリントが形成される領域を定義する）再生フィールドを移動するために提供され、シーン全体で光フットプリントの連続走査を実行する走査ＬＩＤＡＲシステムを開示している。
【００６８】
本明細書で開示されるさらなる発展によれば、シーン内の光フットプリントの位置、ならびにその形態、形状および／またはパターンなどの光フットプリントの他のパラメータは、コンピュータ生成ホログラムを変更することによって変更され得る。ホログラフィック投影の当業者は、ホログラムを変更することと、表示前にホログラムに数学的に追加される単純な格子関数を変更することとの違いを理解されよう。ホログラフィック投影の当業者は、再生フィールドの光コンテンツを変更することと、（ホログラフィック）再生フィールドを再生平面の周りに移動することとの違いも理解されよう。いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムへの変更はリアルタイムで行われて、改善されたリアルタイムＬＩＤＡＲシステムを容易にする。
【００６９】
実施形態では、ホログラフィックプロジェクタは、空間分解能を有する光検出器と結合される。実施形態では、ホログラフィックプロジェクタを使用して、光検出器の空間分解能と一致する（または調整される）空間分解能を有する複数（例えば、アレイまたはパターン）の光スポットを投影する。そのような複数の光スポットを用いてシーン内の複数のポイントを同時に探査するために、そのような光検出器が光源および空間光変調器とどのように同期され得るかが理解され得る。より具体的には、適切な同期により、複数の飛行時間測定を同時に行うことができることが理解されよう。光は、第１の特性またはプロパティを有し、これは、それが検出器によって受け取られた他の光と区別され得ることを意味する。光はパルス化され、一連のホログラムと時間的に同期されてもよい。実施形態では、第１の特性またはプロパティは、第１の周波数での振幅変調である。しかしながら、光は他の方法で特徴付けられてもよい。実施形態では、第１の周波数は無線周波数である。
【００７０】
発明者は、シーン内の再生フィールドの個別のサブ領域と１対１の相関関係を持つように構成された光検出素子のアレイを含む光検出器を使用することにより、同時に再生フィールドの異なる領域を同時に照明することができる「構造化光」（複数の光特徴を含む光のパターン）を形成するコンピュータ生成ホログラムを使用することが可能である。したがって、再生フィールドの複数のサブ領域は、調査効率を向上させるために、ホログラムによって形成された光フットプリントの対応する光特徴（例えば、光スポット）または「サブフットプリント」を使用して同時に調査されまたは調べられ得る。さらに、発明者は、同じ再生フィールド内の連続するコンピュータ生成ホログラムによって形成された光特徴またはサブフットプリントの形態、形状、サイズ、向き、および／またはパターンを変更することにより、再生フィールド領域に関するより詳細な情報を導出できることが可能である。
【００７１】
以前に提案されたホログラフィック「走査ＬＩＤＡＲ」システムでは、通常、単一の光検出器を使用して、光フットプリントからの光戻り信号を検出する。光フットプリントは一定であり（形状、サイズ、形態など）、通常、その領域全体で均一な明るさである。光フットプリントの位置は、（例えば、格子関数を使用して）「ビームステアリング」によって変更され、ＳＬＭで表されるホログラムを連続的かつ時間的に変更することで、シーンのさまざまな領域を照明するようにする。本開示による以下の実施形態では、アレイ検出器が使用される。アレイ検出器は、空間分解能を有する検出器である。アレイ検出器を使用すると、複数の光戻り信号を同時に検出できる。より複雑な光フットプリント、例えば、複数の光スポットまたは「サブフットプリント」を含む光パターンを使用して、シーン内の複数のポイントを同時に照明することができる。光フットプリントは「構造化光」を含むとも言えるかもしれない。以下の実施形態では、ＳＬＭ上に表されるホログラムを連続的かつ時間的に変化させることによって、光フットプリント／構造化光が変化する。重要なのは、ホログラフィック「走査ＬＩＤＡＲ」システムとは対照的に、ＳＬＭで表される一連の２つ以上のホログラムを使用して、同じ再生フィールド内に光フットプリント／構造化光を形成する（つまり、「ビームステアリング」なし）。
【００７２】
図４は、本開示によるホログラフィックＬＩＤＡＲシステムの実施形態を示している。ホログラフィックＬＩＤＡＲシステムは、光をシーン４００に向けるように構成されたホログラフィックプロジェクタの空間光変調器（ＳＬＭ）４１０と、シーン４００からの反射光４１４を収集するように構成された光検出器４２０とを備える。図１を参照して上述したように、ＳＬＭ４１０は、光源（図示せず）から光を受け取り、ＳＬＭ４１０上に表される、または「表示される」動的に変化するコンピュータ生成ホログラムに従って空間変調された光４１２を出力するように構成される。ＳＬＭ４１０は、シーン４００内の光フットプリントの対応する時系列を形成するために、ホログラフィックコントローラ（図示せず）から一連のコンピュータ生成ホログラムを受け取る。ＳＬＭ４１０は、シーン４００内の再生平面上の再生フィールド４３０に各光フットプリントを形成する。光フットプリントは、「構造化光」、例えば、再生フィールド４３０の対応する複数の個別のサブ領域に光を形成する複数の個別の光特徴またはサブフットプリントの光パターンを含む。
【００７３】
光検出器４２０は、アレイに構成された複数の個別の光検出器４２２（「光検出素子」とも呼ばれる）を含むアレイ検出器である。各個別の光検出器４２２は、シーン４００内の対応する個別の視野（ＩＦＯＶ）４３２から光を受け取るように構成される。光検出器４２０は、光フットプリントが形成される再生フィールド４３０から反射された光４１４を収集するように構成される。したがって、各個別検出器４２２のＩＦＯＶは、検出器アレイ４２０内の個別の検出器４２２の位置に対応または相関する再生フィールド４３０内の位置を有する再生フィールド４３０のサブ領域４３２である。したがって、再生フィールド４３０は、シーン４００内の個別の視野４３２（ＩＦＯＶｓ）のアレイを含み、各ＩＦＯＶ４３２は他のＩＦＯＶｓ４３２と重複しないと言えるかもしれない。したがって、各光検出器４２２は、対応するＩＦＯＶ４３２内のオブジェクトによって反射された光を受け取るように構成される。個別の検出器４２２とシーン内の対応するＩＦＯＶ４３２との間には１対１の相関関係があると言えるかもしれないが、それらは異なるサイズを有し得る。したがって、アレイ検出器４２０の各検出器４２２は、シーン４００の固有のサブ領域（ＩＦＯＶ）から光を受け取り、シーン４００の他のサブ領域（ＩＦＯＶｓ）のいずれからも光を受け取らない。
【００７４】
実施形態では、アレイ検出器４２０は、上述したように、各個別の光検出器（または光検出素子）４２２が、再生フィールド４３０の対応するＩＦＯＶ４３２からのみ光を受け取り、他のＩＦＯＶｓ４３２から光を受け取らないように構成された関連光学システム（図４には示さず）を有する。光学システムは、図４に示すように、（空間内の）再生フィールド４３０を複数のＩＦＯＶｓ４３２（非重複サブ領域）に分割して、再生フィールド４３０の一意のサブ領域（ＩＦＯＶｓ）と個別の光検出器４２２との間の１対１のマッピングを提供すると言えるかもしれない。当業者は、さまざまなタイプの光学システムを使用して、シーン４００内の個別の検出器４２２とそれに対応するＩＦＯＶ４３２との間に１対１の相関を提供できることを理解されよう。実施形態では、光学システムは、（カメラの場合のように）単一のレンズ、または各マイクロレンズが個別の検出器４２２に関連付けられているマイクロレンズアレイを含むことができる。
【００７５】
実施形態では、アレイ検出器４２０は、電荷結デバイス子（ＣＣＤ）カメラを含むことができ、各検出器４２２は、ＣＣＤ素子のアレイの個別のＣＣＤである。他の実施形態では、アレイ検出器４２０は、ＳＰＡＤ素子のアレイを含む単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）アレイであってもよい。この実施形態では、光検知素子のアレイを含む他の任意の適切な形態のフォトディテクタが可能であり、企図される。
【００７６】
実施形態では、光検出素子４２２のアレイを備える光検出器４２０は、各光検出素子４２２から光応答信号を出力する。したがって、飛行時間値は、対応する光検出素子４２２によって出力された光応答信号に基づいて、再生フィールド４３０の各サブ領域またはＩＦＯＶ４３２について計算され得る。したがって、再生フィールド４３０に対応するＩＦＯＶｓ４３２のアレイの１つまたは複数のＩＦＯＶｓ４３２内で検出されたオブジェクトへの飛行時間値は、同時に計算されてもよい。
【００７７】
したがって、シーンを走査する（すなわち調査する）ように構成された光検出と測距「ＬＩＤＡＲ」システムが提供され、このシステムは、第１の特性またはプロパティを有する光を出力するように構成された光源と、空間光変調器であって、光源から光を受け取り、空間光変調器に表示されるコンピュータ生成ホログラムに従って空間変調された光を出力するように構成された空間光変調器と、複数のコンピュータ生成ホログラムを空間光変調器に出力するように構成されたホログラフィックコントローラであって、各コンピュータ生成ホログラムは、シーン内の再生フィールドに対応するパターンを有する構造化光を形成するように構成され、ホログラフィックコントローラは、複数のコンピュータ生成ホログラムのうちの少なくとも１つによって再生フィールド内に形成される構造化光のパターンを変更するようにさらに構成される、ホログラフィックコントローラと、シーンから第１の特性またはプロパティを有する光を受け取り、光応答信号を出力するように構成された光検出器であって、光検出器は光検出素子のアレイを備える、光検出器と、光検出素子のアレイに関連付けられた光学システムであって、光学システムは、各光検出素子がシーン内の再生フィールドのそれぞれの（および固有の）サブ領域から第１の特性を有する光を受け取るように構成されている、光学システムと、を備える。
【００７８】
実施形態では、構造化光のパターンは、再生フィールド内のそのエリア全体にわたる光および光特徴の形態、形状および／またはパターンを含む。本開示において、形態、形状および／またはパターンの変化は、限定されないが、構造化光の領域のサイズ、形状、向き、パターン、周期性および明るさの変化および／または再生フィールドの領域内の個別の特徴を含む。光は、用途の要件に応じて、赤外線（ＩＲ）光、可視光、または紫外光であってもよい。実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムはＩＲ光を使用する。
【００７９】
図５Ａは、一実施形態の、第１および第２のホログラムをそれぞれ表示するＳＬＭによって形成された光フットプリントまたは画像に対応する第１および第２のフレームを示している。各フレームは、個別の光領域のパターンを含む構造化光の形態で光フットプリントまたは画像を提供する。特に、光フットプリントは、特定の形状を有する均一な輝度の離散した領域または「光スポット」の規則的なアレイを含む。光スポットのそれぞれは、光フットプリントの「サブフットプリント」であり、シーン内の再生フィールドに対応する領域（ＩＦＯＶｓのアレイ）のサブ領域（すなわち、ＩＦＯＶ）を照明すると言えるかもしれない。光フットプリントは、ＳＬＭによってホログラフィックに投影されるため、そのホログラフィック再構成の光スポットは、シーン内の再生フィールドの対応するＩＦＯＶｓを照明する。ホログラフィック「ＬＩＤＡＲ走査」のようにフレーム間で光フットプリントが移動するのではなく、代わりにフレーム間で光スポットの形状が変化する。この例の光フットプリントは、シーン内の同じ再生フィールド（ＩＦＯＶｓのアレイ）の同じサブ領域（ＩＦＯＶｓ）を照明しているが、異なるフレームの光フットプリントは、異なる形状、形態、または構造の光を使用している。この例では、各光スポットの形状が第２のフレームで変更されるが、これは、本開示に従って行われ得る構造化光への変更の一例にすぎないことが理解されよう。誤解を避けるために、本開示は、各光スポットの形状のみを変更することに限定されず、あるフレームから次のフレームへの構造化光の性質への変更を包含する添付の請求項の全範囲に及ぶ。図５Ａは、光フットプリントの光スポットの形状が、第１のフレームの正方形の光スポットから第２のフレームの円形の光スポットに変化する、第１と第２のフレームのシーケンスを示している。したがって、第１および第２のフレームは、シーン内の同じＩＦＯＶｓ内の異なる形状の領域または光スポットを照明する。図５Ａは２つの異なる形状の光スポットを示しているが、光スポットの形状は、（もしあれば）さらなるフレームを含む走査または調査中に、他の形状を使用して、３回以上など複数回変化することがある。
【００８０】
図５Ａの実施形態では、光フットプリント／画像は、アレイ内のＩＦＯＶｓの数（すなわち、アレイ検出器内の光検出素子の数）に対応する、多数の均一に照明される離散領域または「光スポット」を含み、各光スポットは比較的大きい。結果として、ＳＬＭの光出力は、比較的広い領域にわたって分配され、光スポットの輝度は、上述のように、ホログラフィックプロセスのために比較的低い。これは、特にＣＣＤカメラなどの従来のフォトディテクタアレイを使用する場合に限定されるわけではないが、結果の「画像」の解像度などの調査品質に悪影響を与える可能性がある。
【００８１】
したがって、いくつかの実施形態では、ＳＰＡＤアレイ（など）のより感度の高いフォトディテクタのアレイを使用することができる。ただし、ＳＰＡＤアレイ検出器を使用する場合、フレーム／ホログラフィック画像間の時間は、ＳＰＡＤ素子の「回復時間」を考慮する必要がある場合がある。いくつかの実施形態では、フレームレートは、必要に応じて、ＳＰＡＤ素子の回復時間に基づいて変更可能である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光スポットの光パワーは、任意選択で少なくとも１つの対応するＳＰＡＤ素子の回復時間に基づいて変更可能である。いくつかの実施形態では、光スポットまたは光スポットの選択されたサブセットの光パワーは、空間光変調器に入射する光の強度を低減するか、またはホログラムパターンを変更することによって変更される。ＳＰＡＤアレイでは、連続するフレームからのすべてのＳＰＡＤ素子によるフォトン検出が繰り返されると、飽和状態になる可能性がある。その結果、光子検出に必要なバイアス電圧に回復するには、アバランシェ回復技術を実行する必要がある。アバランシェ回復プロセス中、ＳＰＡＤ素子はフォトンを検出できない。したがって、アバランシェ回復のためのフレーム間の十分な時間が許可される。
【００８２】
図５Ｂは、別の実施形態の、第１および第２のホログラムをそれぞれ表示するＳＬＭによって形成された光フットプリントまたは画像に対応する第１および第２のフレームを示している。各フレームは、明るい領域またはサブフットプリントのパターンの形態で、光フットプリントまたは画像を提供する。特に、光フットプリントは、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイに対応するアレイに周期的な間隔で構成された、均一な輝度の離散的な正方形領域または「光スポット」のパターンを含む。より具体的には、図示の光フットプリントでは、アレイの各行の光スポットは、第２のＩＦＯＶごとに（つまり、１つのＩＦＯＶだけ間隔を置いて）配置され、周期的なパターンが交互に明るい領域と暗い領域を構成する。光スポットは、いわゆる「チェッカーボード」パターンで構成されていると言えるかもしれない。光フットプリント／画像はＳＬＭによってホログラフィックに投影されるため、光スポットはシーン内の再生フィールドの対応するＩＦＯＶｓを同時に照明する。各光スポットまたはサブフットプリントは、対応するＩＦＯＶを照明するため、光フットプリントは、「チェッカーボード」パターンのＩＦＯＶｓのアレイのＩＦＯＶｓの交互のものを含むサブセットを同時に照明する。図５Ｂは、第１と第２のフレームのシーケンスを示しており、ホログラフィック「ＬＩＤＡＲ走査」のようにフレーム間で光フットプリントは移動しないが、同じ再生フィールドを照明し、これにより第１のフレームの光フットプリントのチェッカーボードパターンが第２のフレームで反転する。光フットプリントによって照明される、または調べられるＩＦＯＶｓのサブセットは、第１のフレームと第２のフレームとの間で変更されると言えるかもしれない。
【００８３】
図５Ｂの実施形態の光フットプリント／画像は、図５Ａの実施形態と比較して、より少ない数の個別の光スポットまたはサブフットプリントを含む。したがって、特にＣＣＤアレイを備える光検出器を使用する場合に限定されないが、光スポットの輝度が増加し、したがって、結果として得られる「画像」の解像度などの調査品質が改善される。さらに、図５Ｂの実施形態は、交互の明るい領域またはスポットと暗い領域またはスポットの周期的パターンを含む光フットプリントを含み、アレイ検出器の個別の要素は、１フレームおき（または２フレームおき）にのみ反射光を受け取る。したがって、ＳＰＡＤアレイ検出器には、飽和からの回復時間が追加される。
【００８４】
図５Ｂの光フットプリント／画像は、明るいスポットと暗いスポットが交互に現れるチェッカーボードパターンである（つまり、光スポットが２つおきのＩＦＯＶに構成されている）が、他の周期パターンも可能である。例えば、ＩＦＯＶｓのアレイ内の光スポットは、行および／または列の３つおき（すなわち、ｎ番目）のＩＦＯＶに構成されてもよく、光スポット間の間隔（すなわち、ｎ−１）の対応する増加を伴う。光スポット間の間隔を増やし、光スポットの周期性を減らすには、シーン内のＩＦＯＶｓのアレイを照明するために、対応するフレーム数を増やす必要がある。これにより、例えば、以下に説明する図５Ｃに示されるように、光スポットの形状の変更と組み合わせて使用される場合、光検出素子（例えば、ＳＰＡＤ素子）の回復時間が長くなる。増加した周期性は、フレーム内の光スポットの総数の減少、したがって光スポットの輝度の増加につながるため、走査の品質をさらに向上させることができる。
【００８５】
図５Ｃは、図５Ａおよび５Ｂの実施形態の技術を組み合わせる別の実施形態の、それぞれの第１および第２のホログラムを表示するＳＬＭによって形成される光フットプリントまたは画像に対応する第１および第２のフレームを示している。特に、各フレームは、個別の領域のチェッカーボードパターンまたは特定の形状の均一な輝度の「光スポット」（つまり、サブフットプリント）の形態で光フットプリント／画像を提供する。光フットプリント／画像は、ＳＬＭによってホログラフィックに投影されるため、光スポット／サブフットプリントは、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの対応するＩＦＯＶｓを同時に照明する。ホログラフィック「ＬＩＤＡＲ走査」のようにフレーム間で光フットプリントが移動するのではなく、チェッカーボードパターンと光スポットの形状の両方がフレーム間で変更される。図５Ｃは、光スポットの形状が正方形から三角形に変更され、チェッカーボードが第２のフレームで第１のフレームから逆になっている、第１および第２のフレームのシーケンスを示している。したがって、第１と第２のフレームは、シーン内の同じ再生フィールドの代替ＩＦＯＶｓ内の異なる形状の領域を照明する。第３と第４のフレームは、第１と第２のフレームの光フットプリントのチェッカーボードパターンを繰り返すが、光スポットの形状を逆にすることができ、これにより、アレイ内のすべてのＩＦＯＶｓは、第１のフレームから第４のフレームまでのシーケンスによって同じ光スポットで照明される。ここでも、誤解を避けるために、各光スポットは、円形、楕円形、または任意の数の辺を含む多角形を含む任意の形状を有することができる。
【００８６】
図５Ａ〜図５Ｃの実施形態では、光フットプリントは、複数の別個の領域または「光スポット」を含む。したがって、光スポットは、ホログラムによって形成されるホログラフィック画像内の個別の「サブフットプリント」と見なすことができる。サブフットプリントは、シーン内の対応するＩＦＯＶｓを同時に照明する、または「調べる」。これは、図１１を参照して以下で説明されるように、（例えば、潜在的に関心のある領域の比較的細かい／高い品質の走査または領域の調査を可能にするために）インテリジェント走査のフィードバックとして使用され得る初期情報（例えば、比較的粗い／低い品質の走査を提供する）を取得するための高速走査または調査に役立つことができる。
【００８７】
さらなる実施形態では、一連の光フットプリントは、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの１つまたは複数のＩＦＯＶｓが個別に走査されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のＩＦＯＶｓが同時に走査される。ＩＦＯＶを個別に走査する実施形態は、図６および図７を参照して以下に説明される。
【００８８】
図６は、一実施形態のシーン内でＩＦＯＶを走査するためのフレームシーケンスを示している。特に、図６は、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイ内の単一のＩＦＯＶを走査するための１６フレームのシーケンスを示している。図示されたフレームは、１６個のホログラムを表示するＳＬＭによって形成され、単一のＩＦＯＶに対応する領域内に入る画像の少なくとも一部に対応する。以下でさらに説明するように、ホログラフィック画像の他の領域は、他のＩＦＯＶｓに対応する領域内にあり、異なる場合がある。各フレームは、単一のＩＦＯＶのみを照明するため、光の「サブフットプリント」を提供する。図６の実施形態では、サブフットプリントは、フレーム間のＩＦＯＶ内に再配置される、均一な輝度の単一の正方形領域または個別の「光スポット」である。サブフットプリントはホログラフィックに投影されるため、シーン内の対応するＩＦＯＶの全領域（再生フィールドのサブ領域）の一部のみを照明する。図６では、各光スポットがＩＦＯＶの総面積の１６分の１（１／１６）を照明している。第１のフレーム（フレーム１）では、光スポットはＩＦＯＶの左上隅にあり、シーン内のＩＦＯＶの対応する領域を照明している。走査の連続する各フレームでは、フレーム２〜１５に示すように、光スポットがＩＦＯＶ内で左から右と上から下に移動する。最後に、最後のフレーム（フレーム１６）では、光スポットはＩＦＯＶの右下隅にある。図１６の例では、光スポットをＩＦＯＶｓ内の４×４アレイの１６個の位置に移動するが、対応するフレーム数により、他のアレイサイズも可能である。さらに、光スポットは、ラスタ走査順などの他の順序で１６個の位置に移動できる。
【００８９】
図６の実施形態のいくつかの実装形態では、シーン内のＩＦＯＶｓのアレイの単一のＩＦＯＶは、フレームのシーケンスを使用して個別に走査され得る。単一のＩＦＯＶは、ランダムに、またはその他の方法で、フィードバックに基づいて選択され得る。残りのＩＦＯＶｓは、用途の要件に応じて、フレーム１〜１６の１つまたは複数で、任意の所望の形状、サイズ、または向きの光スポットで照明され得るか、照明なしで提供され得る。他の実装形態では、シーン内の再生フィールド（アレイ内のすべてのＩＦＯＶｓを含んでもよい）に対応するＩＦＯＶｓのアレイの選択されたサブセットの各ＩＦＯＶは、図６のフレームシーケンスを使用して、個別に独立して同時に走査され得る。
【００９０】
図６の実施形態において、単一の光スポット／サブフットプリントは、ＩＦＯＶの領域の１６分の１のみを照明し、その結果、光スポットの輝度が増加され得、したがって、調査品質が改善される。ただし、シーン内の各ＩＦＯＶの走査を実行するには、比較的多数の１６フレーム／ホログラムが必要であり、ＳＬＭに関連する時間とリソースを消費する。
【００９１】
図７は、別の実施形態のシーン内でＩＦＯＶを走査するためのフレームシーケンスを示しており、フレーム／ホログラムの数は、図６の実施形態と比較して低減されている。特に、図７は、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイ内の単一のＩＦＯＶを走査するための８フレームのシーケンスを示している。図示されたフレームは、単一のＩＦＯＶに対応する領域内に入る、８つのホログラムを表示するＳＬＭによって形成される画像の少なくとも一部に対応する。各フレームは、単一のＩＦＯＶのみを照明するため、光の「サブフットプリント」を提供する。図７の実施形態では、サブフットプリントは、フレーム間の単一のＩＦＯＶで再配置される、均一な輝度の１次元領域すなわち「ライン」である。したがって、「ライン」は、他の実施形態の「光スポット」に対応する１次元のサブフットプリントと見なすことができる。サブフットプリントはホログラフィックに投影されるため、シーン内の対応するＩＦＯＶの総面積の一部のみを照明する。特に、ライン／サブフットプリントは、シーン内のＩＦＯＶの垂直または水平領域を照明する。図示の例では、ラインはＩＦＯＶの総面積の４分の１（１／４）を照明している。特に、フレーム１〜４では、ラインはＩＦＯＶの左側の垂直領域を照明し、図７に示すように、フレーム間で水平方向に左から右の方向に移動する。同様に、フレーム５〜８では、図７に示すように、ラインがＩＦＯＶの上部にある水平領域を照明し、ＩＦＯＶはフレーム間で上から下に垂直に移動する。図７の例では２方向（水平および垂直）でライン走査を実行しているが、これは必須ではない。シーン内のＩＦＯＶの単一ライン走査では、例えばフレーム１〜４（水平走査）またはフレーム５〜８（垂直走査）のように、ラインを一方向にのみ移動できる。
【００９２】
したがって、図７の実施形態におけるサブフットプリントの形状は、単一のＩＦＯＶの一部（例えば１／４）を照明するラインを含む。ラインを水平／垂直に向ける必要はないが、例えば斜めに延長することができる。図６の実施形態の単一の光スポットと比較して、ラインの明るさが低減される（しかし、それにもかかわらず、他の実施形態よりも明るい）。ただし、シーン内のＩＦＯＶｓのアレイのＩＦＯＶの走査を実行するために必要なフレーム／ホログラムの数が減るため、必要なＳＬＭの時間とリソースが削減される。
【００９３】
図７の実施形態のいくつかの実装形態では、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの選択された単一のＩＦＯＶは、一連のフレームを使用して個別に走査され得る。単一のＩＦＯＶは、ランダムに、またはその他の方法で、フィードバックに基づいて選択され得る。残りのＩＦＯＶｓは、用途の要件に応じて、フレーム１〜８の１つまたは複数で、任意の所望の形状、サイズ、または向きの光スポットで照明され得るか、照明なしで提供され得る。他の実装形態では、図７のフレームシーケンスを使用して、シーン内の再生フィールド（すべてのＩＦＯＶｓを含んでもよい）に対応するＩＦＯＶｓのアレイの選択されたサブセットの各ＩＦＯＶが同時に独立して走査され得る。いくつかの実施形態では、複数のＩＦＯＶｓが同時に走査され、任意選択で、異なる方向または向きで走査される。実施形態は、図８を参照して以下に説明される。
【００９４】
図８は、別の実施形態のフレームシーケンスの２つの連続するフレームを示している。特に、図示された各フレームは、それぞれが対応するＩＦＯＶを照明するための複数のサブフットプリントの形態で光フットプリント／画像を提供する。光フットプリント／画像はホログラフィックに投影されるため、光のサブフットプリントは、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの対応するＩＦＯＶｓを同時に照明する。
【００９５】
この実施形態では、選択された複数のＩＦＯＶｓにおいて、図７の実施形態による「ライン」すなわち１次元のサブフットプリントを使用して個別のＩＦＯＶｓが走査される。特に、ＩＦＯＶｓのアレイの左上のＩＦＯＶで、図７のフレーム１〜８を使用してライン走査が実行される。図８では、フレームＮは、光フットプリントが左上ＩＦＯＶ内の１つのフレーム位置の垂直領域を照明するライン／サブフットプリントを含むのを示しており、フレームＮ＋１は、左上のＩＦＯＶ内の隣接するフレーム位置の垂直領域を照明するライン／サブフットプリントを示している。したがって、フレームシーケンスを使用して、左上のＩＦＯＶ（つまり、シーン内のＩＦＯＶｓの５×５アレイの位置（１，１）で）の細かい走査が実行される。アレイ内の他の選択されたＩＦＯＶｓ（つまり、位置（２，２），（３，３）および（２，４））もラインによって走査される。残りのＩＦＯＶｓは、必要に応じて整形およびサイズ設定された光スポットで照明される（例えば、正方形の光スポットが示されている）。上記のように、残りのＩＦＯＶｓは、フレーム１から８の選択されたフレーム中にのみ照明され得る。
【００９６】
個別の走査のＩＦＯＶｓの選択は、例えば前の走査からのフィードバックに基づいて実行され得る。走査のための光フットプリントおよび／または一連の光フットプリントや領域を決定または選択するためのフィードバックの使用については、図１１に関連して以下でさらに説明する。
【００９７】
ＩＦＯＶ内での走査、例えば図６のような光スポットまたは図７および図８のようなラインを使用した走査は、上記のＳＰＡＤアレイなどの高感度または低分解能の検出器と相乗的に機能する。特に、従来のＬＩＤＡＲおよび同様の用途では、ＳＰＡＤアレイの空間分解能は通常、低すぎると考えられている。図６〜図８の上記の実施形態による、各ＩＦＯＶのホログラフィック走査の使用は、これを補償することができる。ホログラフィックプロジェクタの時間分解能および／または機能は、ＳＰＡＤアレイを使用できる範囲で、より高い空間分解能を提供するために使用されると言えるかもしれない。
【００９８】
図９は、別の実施形態の、第１から第５のコンピュータ生成ホログラムそれぞれを表示するＳＬＭによって形成された光フットプリントまたは画像に対応する５つのフレームのシーケンスを示している。各フレームは、ともに（垂直）ラインに似た、均一な輝度を有する正方形の個別の領域または「光スポット」の列を含む光フットプリントまたは画像を提供する。光スポットまたはサブフットプリントのラインは、「疑似ライン」と見なすことができる。光フットプリント／画像はホログラフィックに投影されるため、光スポットはシーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの列にある対応するＩＦＯＶｓを照明する。したがって、シーン内のＩＦＯＶｓの列は、光フットプリントによって同時に照明される。図９は、５つのフレームのシーケンスを示しており、光フットプリント／サブフットプリントの列は、隣接するＩＦＯＶ列を照明するために、連続するフレーム間のシーン内で再配置される。疑似ラインは、シーン内の再生フィールドのＩＦＯＶｓのアレイを横切って水平に移動すると言えるかもしれない。したがって、フレーム１はＩＦＯＶｓの第１（左側）の列を照明し、フレーム２はＩＦＯＶｓの第２の列を照明し、フレーム５がＩＦＯＶｓの第５（右側）の列を照明するまで続く。
【００９９】
いくつかの実施形態では、光フットプリントは、車両の道路を含む現実のシーンを調べるために使用される。特にこれらの実施形態では、光フットプリントの上部の光スポットは、光フットプリントの下部の光スポットに対応するオブジェクトよりも遠くにある、車両などのオブジェクトに対応し得ることが理解されよう。同様に、パターンの左側の光スポットは高速道路の車線１のオブジェクトに対応してもよく、中央の光スポットは車線２に対応してもよく、右側の光スポットは車線３に対応してもよい。動的に変化する光フットプリントによって複数の範囲が調べられていると言えるかもしれない。図９は、垂直ライン（疑似ライン）の水平走査を示している。他の実施形態では、水平ラインが垂直に走査される。いくつかの実施形態では、水平ラインによる垂直走査は、好適には、シーンの最下部（最も近い範囲）から始まり、シーンの最上部（最も遠い範囲）に向かって移動する。最小範囲に対応する領域で走査を開始し、連続するフレームごとに範囲を拡大するというこの概念は、上記のＩＦＯＶｓの走査に拡張できる。より一般的には、いくつかの実施形態では、シーンまたはＩＦＯＶの走査は、衝突の最も直接的なリスクを含むかまたは表すものとして識別されたシーンまたはＩＦＯＶの領域から始まる。
【０１００】
図４、図５Ａ〜図５Ｃ、図８および図９の実施形態は、例示のみを目的として、再生フィールドに対応する５×５アレイのＩＦＯＶｓを示している。光検出器アレイ（例えば、ＳＰＡＤアレイ）は、再生フィールドの対応するＩＦＯＶｓを有し、任意の所望の構成（例えば、矩形アレイ）にある、任意の数の光検出素子（例えば、ＳＰＡＤ素子）を含み得る。したがって、実施形態に示されているフレームのシーケンスは、光検出器アレイの光検出器の数および配置によって異なり得る。
【０１０１】
図１０は、ＳＰＡＤアレイの１つの例示的なＳＰＡＤ素子１０９５を示している。ＳＰＡＤ素子１０９５は、立体角円錐１０９６によって画定される視野（すなわち、個別の視野（ＩＦＯＶ））を有する。立体角円錐１０９６は、空間分解能の尺度である。ＳＰＡＤ素子１０９５は、視野内の光のみを検出する。視野が広い場合、空間分解能は低くなる。すなわち、視野内で検出された光の光源は、低精度でしか識別できず、例えば、１００ｃｍ単位までである。視野が狭い場合、空間分解能は高くなる。すなわち、視野内で検出された光の光源は、より高い精度で識別でき、例えば、１ｃｍ単位までである。ＳＰＡＤアレイは、一般に低（空間）分解能アレイ検出器と見なされる。アレイ検出器は、各検出器からのデータを並列に提供する個別の検出器のグループである。すなわち、アレイ検出器は、検出器素子からのデータの並列性を提供する。本明細書では、ホログラフィックプロジェクタの高フレームレート（例えば、ビデオフレームレート以上）を使用して、ＳＰＡＤアレイなどの視野を有するアレイ検出器の空間分解能を効果的に増大させるＬＩＤＡＲシステムについて説明する。これは、例えば図６および図７に関連して上述したように、ＳＰＡＤ素子１０９５の視野を個別に走査することにより達成される。第１の表示フレームでは、光スポットまたはサブフットプリントは、視野（ＩＦＯＶ）の第１の領域１０９１に向けられる。すなわち、第１の光スポットは、第１の領域１０９１においてホログラフィックに再構成される。第１のオブジェクト１０９７は、第１の領域１０９１に存在する。第１のオブジェクト１０９７は、ＳＰＡＤ素子のアレイのＳＰＡＤ素子１０９５に向かって光を反射する。この光は、ＳＰＡＤ素子１０９５によって検出され、飛行時間測定を使用して、第１のオブジェクト１０９７までの距離を示すことができる。ホログラフィックプロジェクタとアレイ検出器は、第１のオブジェクト１０９７が第１の領域１０９１にあることをシステムが識別するように同期され、これは、照明された視野（ＩＦＯＶ）の唯一のサブ領域だからである。第１の表示フレームよりも後で（時間的に）表示される第２の表示フレームでは、第２の光スポットまたはサブフットプリントは、視野（ＩＦＯＶ）の第２の領域１０９２に向けられる。オブジェクトは第２の領域１０９２に存在しないため、ＳＰＡＤ素子１０９５に反射する光はなく、システムはオブジェクトが第２の領域１０９２に存在しないことを識別する。同様に、第２の表示フレームの後の第３の表示フレームでは、光は第２のオブジェクト１０９８を含む第３の領域１０９３にホログラフィックに向けられ、第３の表示フレームの後の第４の表示フレームでは、光は第３のオブジェクト１０９９を含む第４の領域１０９４にホログラフィックに向けられる。このシステムでは、ＳＰＡＤ素子が４倍の精度で視野（ＩＦＯＶ）内のオブジェクトの位置を識別できることが理解されよう。表示システムの高い時間レートは、検出の空間分解能を高めるために使用される。視野（ＩＦＯＶ）の４つの領域は例としてのみ記載されており、視野は任意の数の領域に分割されて、ＳＰＡＤアレイなどのアレイ検出器の有効空間分解能を高めることができることが理解されよう。記載された方法は、集合的な視野にわたるアレイ検出器全体の空間分解能を高めるために、ＳＰＡＤアレイの各ＳＰＡＤ素子に適用されてもよいことが理解されよう。
【０１０２】
したがって、第１のコンピュータ生成ホログラムが第１の構造化光パターンを形成し、第２のコンピュータ生成ホログラムが第２の構造化光パターンを形成するＬＩＤＡＲシステムが説明され、検出器素子の空間分解能を高めるために、第１の構造化光パターンは、検出器素子のアレイの検出器素子の個別の視野の第１の領域に第１の光スポットを含み、第２の構造化光パターンは、個別の視野の第２の領域に第２の光スポットを含む。これは、ホログラフィック画像をビデオレート以上で更新（つまり変更）でき、ホログラフィックプロジェクタで表示できる最小の特徴が検出器素子の個別の視野よりも小さいために実現可能である。
【０１０３】
実施形態は、第１の走査または調査の結果を使用して、第２の走査または調査のためのコンピュータ生成ホログラムを決定するフィードバックシステムを提供する。第２の調査のためのコンピュータ生成ホログラムを決定するステップは、ホログラムのリポジトリからホログラムを選択するステップ、またはホログラムを計算するステップを含むことができる。
【０１０４】
図１１は、光をシーン１１００に向けるように構成されたホログラフィックプロジェクタの空間光変調器１１１０と、シーンからの反射光を収集するように構成された光検出器１１２０とを含む実施形態を示している。空間光変調器１１１０は、光源（図示せず）から光を受け取り、空間光変調器１１１０上に表されるかまたは「表示される」動的に変化するコンピュータ生成ホログラムに従って空間変調された光を出力するように構成される。図１１は、空間光変調器１１１０上に表された第１のコンピュータ生成ホログラム（図示せず）に従ってシーン１１００内の再生フィールドに第１の光フットプリント１１５１を形成する第１の空間変調された光１１３１を出力する空間光変調器１１１０を示している。本明細書で説明するように、光検出器１１２０は、アレイ検出器を備えることができ、アレイ内の各検出素子は、シーン１１００内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの個別の視野（ＩＦＯＶ）を有する。第１の光フットプリントは、例えば図５Ａ〜図５Ｃのようにシーン内の複数のＩＦＯＶｓを照明するための複数の光スポットまたはサブフットプリントを含む第１の調査の一部であり得る。
【０１０５】
図１１は、第１の光フットプリント１１５１によって照明されたシーン１１００の領域からの反射光１１４１を受け取る光検出器１１２０を示している。例えば、光はシーン内のオブジェクトで反射され得る。実施形態では、光検出器１１２０は、複数の光検出素子を備える。図１１は、光検出素子に関連する光学システム１１１８をさらに示している。光学システム１１１８は、実施形態の光検出器１１２０の光検出素子と再生フィールドのサブ領域との間に１対１の相関を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、光学システム１１１８は、マイクロレンズなどのレンズまたはレンズのアレイである。当業者は、説明された機能を有する光学システムなどを提供する方法を知っている。例えば、光学システムは、個別のＣＣＤピクセルとシーンのサブ領域との間に１対１の相関を提供するために、ＣＣＤカメラで使用されるレンズに類似しているかもしれない。反射光１１４１の受信に応答して、光検出器１１２０は、光応答信号１１７４を出力する。ホログラフィックコントローラ１１７０は、光応答信号１１７４を受信し、第２の調査のために第２の複数のコンピュータ生成ホログラムを決定するように構成される。例えば、以下で説明するように、第２の複数のコンピュータ生成ホログラムは、例えば図６または図７のように、シーン内のオブジェクトを含むＩＦＯＶを個別に走査するための一連の光フットプリントを出力できる。
【０１０６】
ホログラフィックコントローラ１１７０は、第２の複数のコンピュータ生成ホログラムを決定するために、光応答信号１１７４のプロパティを評価することができる。実施形態では、ホログラフィックコントローラ１１７０は、光応答信号１１７４が、第１の光フットプリントによって照明されまたは「調べられる」再生フィールド（例えば、ＩＦＯＶｓのアレイ）の領域（例えば、ＩＦＯＶ）にオブジェクトが存在することを示すかどうかを決定する。いくつかの実施形態では、光応答信号１１７４のプロパティは、光応答信号１１７４の最大（またはピーク）強度またはアベレージ（または平均）強度である。他の実施形態では、光応答信号１１７４のプロパティは、光応答信号１１７４の強度の変化または光応答信号１１７４の強度の変化率である。光応答信号のプロパティは、光応答信号１１７４の任意のプロパティ、または光応答信号１１７４の任意の特徴であってもよく、これにより、第１の光フットプリント１１５１によって調べられた領域または調べられた領域内の任意のオブジェクトに関する情報が提供され得る。例えば、ホログラフィックコントローラ１１７０は、光応答信号１１７４の大きさが閾値を超えるかどうかを決定することができる。例えば、実施形態において、ホログラフィックコントローラ１１７０は、第１の光フットプリント１１５１によって調べられる再生フィールド（例えば、ＩＦＯＶｓのアレイ）のサブ領域（例えば、ＩＦＯＶ）にオブジェクトが存在することを決定し、オブジェクトが存在するサブ領域（ＩＦＯＶなど）を高分解能で再び走査するように構成された第２の複数のコンピュータ生成ホログラムを決定する。例えば、他の実施形態では、ホログラフィックコントローラ１１７０は、光応答信号１１７４が決定的でない（例えば、比較的ノイズが多い）と決定し、シーンの同じ領域（再生フィールド）を再度、しかし異なる方向に調査するように構成された第２の複数のコンピュータ生成ホログラムを決定する。
【０１０７】
したがって、実施形態では、一連のフレーム／サブフットプリントは、例えば図６および図７を参照して上述したように、シーン内の再生フィールドに対応するＩＦＯＶｓのアレイの選択されたＩＦＯＶを個別に走査または調査することができる。一連のフレーム／サブフットプリントを使用した個別の走査のための１つまたは複数のＩＦＯＶｓの選択は、例えば、比較的粗い／低い品質の走査または調査を使用して、シーン内のＩＦＯＶｓ（再生フィールド）のアレイの第１の走査または調査からの、フィードバックに基づいて実行され得る。したがって、第１の複数のコンピュータ生成ホログラムは、ＩＦＯＶｓのアレイを含む領域（再生フィールド）の第１の調査を提供するように構成されてもよい。ホログラフィックコントローラは、第１の調査に応答して光応答信号を受信し、光応答信号のプロパティを評価して、（例えば、比較的細かい／高い品質の走査または調査のために）対象のＩＦＯＶｓ（オブジェクトが潜在的に存在するＩＦＯＶｓなど）のアレイの１つまたは複数のＩＦＯＶｓを識別するように構成され得る。次に、ホログラフィックコントローラは、ＩＦＯＶｓのアレイを含む同じ領域（再生フィールド）の第２の調査として、識別されたＩＦＯＶ（ｓ）を個別に走査するためのサブフットプリントを含む一連の光フットプリントを提供するために、第２の複数のコンピュータ生成ホログラムを決定または選択し得る。
【０１０８】
実施形態の変形
【０１０９】
実施形態では、空間光変調器は、位相限定の空間光変調器である。振幅を変調することによって光エネルギーが失われないため、これらの実施形態は好適である。
【０１１０】
したがって、効率的なホログラフィックＬＩＤＡＲシステムが提供される。しかしながら、本開示は、振幅限定の空間光変調器または振幅および位相変調器に等しく実装されてもよい。ホログラムは相応して位相限定、振幅限定、または完全複素であることは理解されよう。
【０１１１】
実施形態は、システムの視野を拡大する（すなわち、再生フィールドのサイズを拡大する）角拡大システムを含む。図１２は、第１の角度で空間光変調器１２１０から空間変調された光を受け取るように構成された角拡大システム１２２５を示している。角拡大システム１２２５は、空間変調された光を、第１の角度よりも大きい第２の角度で出力し、シーン１２００内の再生フィールドを照明する。図１２は、角拡大システム１２２５が、第１の角度で光１２２２を受け取り、第１の角度より大きい第２の角度で光１２２４を出力するように構成されることを示している。角拡大システムは、空間変調された光の角度を拡大すると言えるかもしれない。すなわち、実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、空間光変調器からの空間変調された光の角偏向を拡大するように構成された角拡大システムをさらに備える。実施形態では、角拡大は屈折によって提供される。すなわち、実施形態では、角拡大システムは、空間変調された光を屈折させるように構成される。実施形態では、角拡大システムは、第１の角度で空間変調された光を受け取り、第２の角度で空間変調された光を出力するように構成され、第２の角度は第１の角度より大きい。いくつかの実施形態では、角拡大システム１２２５は、（光検出器の）各光検出素子が、再生フィールドの対応する／一意のサブ領域からのみ光を受け取るように構成された光学システムである。再生フィールドの各サブ領域のサイズは、対応する光検出素子のサイズよりも大きくてもよい。
【０１１２】
実施形態では、光はパルス状である。したがって、実施形態では、システムは、次の光フットプリントがシーンを照射する前に、反射信号が検出器によって受信されるように構成される。したがって、システムは、次の光フットプリントの前に任意の戻り信号を処理することができ、どのフットプリントが戻り信号を生じさせたかの間で混乱は起こり得ない。当業者は、この機能を提供するために、光源、ホログラフィックコントローラ、空間光変調器、光検出器、および必要なプロセッサをどのように同期させるかを理解するので、詳細な説明はここでは提供されない。
【０１１３】
各光フットプリントは、対応するコンピュータ生成ホログラムを使用して形成される。各コンピュータ生成ホログラムは、空間光変調器に提供されるホログラフィックデータに従って、空間光変調器上に表示される。各コンピュータ生成ホログラムは、異なるデータコンポーネントで構成されてもよい。データは、空間光変調器の各光変調ピクセルを個別にアドレス指定する空間光変調器の命令を提供する。具体的には、データは、光をどれだけ変調するかについて各ピクセルに指示を与えることができる。実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、光フットプリントのサイズおよび形状を画定する第１のホログラフィックデータと、シーン内の光フットプリントの位置を画定する第２のホログラフィックデータとを含む。第１のホログラフィックデータは、光学効果を提供するホログラフィックデータを含み得る。実施形態では、第１のホログラフィックデータはレンズ機能を含む。上記のように、第２のホログラフィックデータは、可変の「ビームステアリング」情報を提供する。実施形態では、第２のホログラフィックデータは、格子関数を含む。
【０１１４】
図１３は、空間光変調器１３１０および光検出器１３２０と通信するプロセッサ１３７０を備える実施形態を示している。動作中、プロセッサ１３７０は、光検出器１３２０から光応答信号１３７４を受信し、空間光変調器１３１０から同期情報１３７２を受信するように構成される。空間光変調器１３１０は、シーン内のある位置に光フットプリント（図示せず）を形成する空間変調された光１３５１を出力するように構成される。シーン内の位置にあるオブジェクト１３０５は、空間変調された光１３５１を反射し、反射光１３４１は、光検出器１３２０によって検出される。例えば、光検出器１３２０は、単一の光検出素子（例えば、単一のフォトダイオード）、または、実施形態では、光フットプリントおよび／または設計要件に応じて、光検出素子のアレイ（例えば、フォトダイオードの１次元または２次元アレイ）を含み得る。光検出器１３２０、またはアレイ検出器の場合、各光検出素子は、シーン内に視野を有するように構成される。前述のように、システムのコンポーネント間の光のパルシングと同期は、空間光変調器１３１０からオブジェクト１３０５を介して光検出器１３２０に移動するときの空間変調された光の飛行時間を決定するために使用される。この飛行時間測定を使用して、空間光変調器１３１０からオブジェクト１３０５までの直線距離１３７６を決定することができる。したがって、光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）システムが提供される。実施形態では、空間光変調器１３１０を含むＬＩＤＡＲエミッタ（例えば、ホログラフィックプロジェクタ）および光検出器１３２０を備えるＬＩＤＡＲ受信機のうちの少なくとも１つは、車両のヘッドランプユニットなどのランプユニットまたはポータブルデバイスまたは車両内に配置され得る。プロセッサ１３７０は、ＬＩＤＡＲエミッタおよび／またはＬＩＤＡＲ検出器とともに配置されてもよく、または離れて配置されてもよい。
【０１１５】
実施形態では、光源は、レーザダイオードなどのレーザ、またはコヒーレント光を提供する別の光源である。実施形態では、光検出器は、ＣＣＤまたはＳＰＡＤアレイなどのフォトディテクタである。実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムを備える車両が提供される。
【０１１６】
実施形態では、光源からのレーザ光は、ＬＩＤＡＲシステムに固有のコードで変調されてもよい。このようなコーディングは、他のＬＩＤＡＲシステム（例えば、道路上の他の車両内）に関連する光との干渉や混乱を回避するために使用され得る。そのような実施形態では、ＬＩＤＡＲ受信機は、受信された光におけるコーディングを探し、対応するコードで変調された受信された光のみを処理する。例えば、固有の２進数パターンによる光振幅の２値変調は、（例えば、所定のコードまたはパターンで光源をオンおよびオフに切り替えることにより）固有のコードを提供するために実行され得る。レーザ光の他のタイプの変調または符号化を使用することができる。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、２つ以上の光源が使用されてもよい。例えば、異なる波長（例えば、ＩＲ範囲内）を有する２つ以上のレーザが、ＬＩＤＡＲシステムに含まれてもよく、ＳＬＭに光を提供するために異なる時間に使用されてもよい。光源として使用されるレーザ、したがって光フットプリントを形成するために使用される光の波長は、霧や他の悪天候条件が検出されたときなどの周囲条件に従って変更され得、光透過を改善する。
【０１１８】
フィードバックを使用する実施形態では、第１の調査の第１の光フットプリント（および他の任意の光フットプリント）は、第１の波長の光から形成され得、第２の調査の一連の光フットプリントは、第２の波長の光から形成され得る。実施形態では、第１および第２の波長は、可視光の異なる色である。実施形態では、第１および第２の波長の一方または両方は、赤外線の異なる波長である。
【０１１９】
上述のように、発明者が以前に提案したホログラフィック「走査ＬＩＤＡＲ」システムは、ビームステアリングによってシーン全体にわたって単一の光フットプリントを移動させ、これは、光フットプリントの形状、サイズ、および形態を変更せずに、再生フィールドを再配置することを含む。本開示は、再生フィールドがビームステアリングによって再配置されないが、光フットプリントが変更されるホログラフィックＬＩＤＡＲシステムを提案する。特に、光フットプリントは構造化光のパターンを提供し、構造化光のパターンが変更される。実施形態において、光フットプリント／構造化光は、複数の光スポットまたは「サブフットプリント」のパターンを含み、パターンが変更され（例えば、光フットプリント内のサブフットプリントの形状または位置が変更され）、再生平面を異なるように照明し、したがって、シーンからさまざまな情報を導き出す。
【０１２０】
本開示のホログラフィックＬＩＤＡＲシステムは、用途の要件に基づいて、以前に提案されたホログラフィック「走査ＬＩＤＡＲ」システムの態様と組み合わせることができる。例えば、本明細書に記載されるような再生フィールド（ＩＦＯＶｓのアレイ）の走査または調査の後、再生フィールドはビームステアリングによって再配置されてもよく、走査または調査は新しい再生フィールド（ＩＦＯＶｓのアレイ）に対して繰り返されてもよい。例えば、再生フィールドは、シーン内の隣接するＩＦＯＶｓのアレイに再配置されてもよく、再配置された再生フィールドに対して走査または調査が実行される。プロセスは、シーン全体またはその任意の所望の領域を調査するために、隣接する再生フィールドに対して繰り返されてもよい。
【０１２１】
本開示のホログラフィックＬＩＤＡＲシステムは、異なる距離範囲を走査または調査するために使用され得る。実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムのホログラフィックコントローラは、それぞれの距離範囲についてシーンを走査または調査するために、本明細書で説明するように、ホログラムの異なる時系列をＳＬＭに提供することができる。特に、ＳＬＭに提供されるホログラフィックデータは、光フットプリントが必要な距離または範囲に対応する再生平面に集中するように決定され得る（例えば、上記のように、コンピュータ生成ホログラムの再構築に使用されるフーリエ変換レンズに対応するレンズ機能を調整することによって、またはデータ内の対応するレンズデータを変更することによって）。他の実施形態では、物理的フーリエ変換レンズを選択して、必要な距離または範囲に対応する再生平面に光フットプリントを集束させることができる。したがって、実施形態では、光フットプリント、または光フットプリントを形成する複数のコンピュータ生成ホログラムに関連するパラメータまたは要素は、距離範囲に基づいて決定されると言えるかもしれない。特に、この決定は、光フットプリントが距離範囲に対応する距離に集束するようなものである。
【０１２２】
特定の範囲に対する適切なレンズ機能／データは、範囲選択信号に応答して決定されてもよい。例えば、範囲選択信号は、ユーザによって手動で、または所定の条件が検出されたときに自動的に提供されてもよい。範囲の選択は、車両の速度、交通量の密度、またはその他の運転要因もしくは条件に基づく場合がある。車両がより高速で走行している場合は、より長い距離の走査を選択することが望ましい場合がある。例えば、高速道路の運転には長距離が好まれてもよく、交通量の多い市街地の運転には短距離が好まれてもよい。したがって、実施形態では、距離範囲は、受信信号に基づいて選択される。実施形態では、距離範囲は、車両速度、周囲条件、気象条件、交通状況やその他の運転パラメータのうちの少なくとも１つに基づいて決定される。
【０１２３】
本開示のホログラフィックＬＩＤＡＲシステムは、発明者が以前に提案した「インターリーブ走査」と一緒に使用されてもよい。特に、第１および第２の交互走査または調査は、シーンの同じまたは異なる領域に関連していてもよい。本明細書で説明するように、異なる光フットプリント（例えば、粗いまたは低分解能の走査に対応する第１の走査／調査の光フットプリント、および細かいまたは高い分解能の走査に対応する第２の走査／調査の光フットプリント）を同時に使用して、シーンの同じ領域（例えば、再生フィールドまたは再生フィールドのサブ領域）を走査または調査することにより、シーンの領域に関する異なる情報が提供され得る。同じまたは異なる光フットプリントを同時に使用してシーンの異なる領域を同時に走査すると、シーンの異なる領域に関する情報を取得できる。第１および第２の走査はインターリーブされ、したがって同時に実行されるため、両方の走査によってキャプチャされた情報は、実質的に同じ時点のシーンに関連している。
【０１２４】
上記の図５Ｃの実施形態などの光フットプリントが構造化光を含む実施形態では、第１の走査／調査を構成する第１のパターン（例えば、形状、形態および／またはパターン）を有する構造化光を含む光フットプリントを形成するフレームの第１のシーケンスは、第２の走査／調査を構成する第２のパターン（例えば、形状、形態および／またはパターン）を有する構造化光を含む光フットプリントを形成するフレームの第２のシーケンスとインターリーブされ得る。フレーム／フットプリントのインターリーブされた第１および第２のシーケンスは、シーン内のＩＦＯＶｓの異なるアレイに対応する、シーンの異なる領域（再生フィールド）で繰り返されてもよい。そのような実施形態の実装では、低分解能ＳＰＡＤアレイなどの図４に示されるアレイ検出器４２０を使用して、上記のように、用途の要件に応じて、走査時間、走査の品質および／または分解能などのパラメータを最適化することができる。
【０１２５】
実施形態によれば、第１の走査／調査は、（例えば、図５Ａの実施形態と同様に）シーンの周りで（例えば、車両の周りの異なる領域に）ランダムに移動する光フットプリントを投影する確率的走査を含み得る。シーン内の特徴が確率的走査から（例えば、第１の走査に応答する光応答信号から）識別された場合、または識別された特徴を含む領域の第２の走査／調査が（例えば、図５Ｂ、図５Ｃまたは図６〜図８の実施形態と同様により高い分解能で）実行され得る。実施形態では、確率的走査は連続的であり、１秒以上（例えば、より高い分解能）の走査／調査に、確率的走査が挿入される。特に、高分解能の第２の走査／調査は、確率的走査と同時に実行されてもよい。したがって、確率的走査は継続的に実行されてもよく、必要に応じて、限られた期間の第２の走査／調査が導入され、確率的走査に挿入されてもよい。例えば、特定の領域の第２の高分解能走査／調査が追加され、この第２の高分解能走査／調査に確率的走査が挿入されてもよく、第２の高分解能走査／調査は、その領域内で特徴が検出された後、高分解能走査／調査が完了すると削除される。したがって、新しいターゲットは継続的な確率的走査によって継続的に識別され、そのような識別されたターゲットのさらなる詳細は、第２の走査／調査によって引き続き取得される。別の実施形態では、確率的走査の代わりに第２の走査／調査が実行されてもよい（すなわち、第１および第２の走査は同時ではない）。この場合、第１と第２の走査が交互に行われる。
【０１２６】
ホログラフィック再構成の品質は、いわゆるゼロ次問題の影響を受ける可能性があり、これは、ピクセル化された空間光変調器を使用する回折の性質の結果である。このようなゼロ次光は「ノイズ」と見なすことができ、例えば、鏡面反射光（つまり、非回折光）、およびＳＬＭからの他の不要な光を含む。
【０１２７】
フーリエホログラフィの例では、この「ノイズ」はフーリエレンズの焦点に集束し、「ＤＣスポット」と呼ばれるホログラフィック再構成の中心に明るいスポットをもたらす。ゼロ次光は単に遮断されるかもしれないが、これは明るいスポットを暗いスポットに置き換えることを意味する。実施形態は、ゼロ次のコリメートされた光線のみを除去するための角度選択性フィルタを含む。実施形態はまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、欧州特許第２０３００７２号明細書に記載されているゼロ次を管理する方法も含む。他の実施形態では、空間光変調器は発散光で照明され、光フットプリントから形成された回折光は再生平面に集束されるが、ゼロ次光（回折されない）は発散し続ける。したがって、ゼロ次光は効果的に分散される。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、ホログラムのサイズ（各方向のピクセルの数）は空間光変調器のサイズに等しく、このためホログラムが空間光変調器を満たす。すなわち、ホログラムは空間光変調器のすべてのピクセルを使用する。他の実施形態では、ホログラムのサイズは空間光変調器のサイズよりも小さい。これらの他の実施形態のいくつかでは、ホログラムの一部（すなわち、ホログラムのピクセルの連続サブセット）が未使用のピクセルで繰り返される。この技術は、「タイリング」と呼ばれる場合があり、空間光変調器の表面領域は、それぞれが少なくともホログラムのサブセットを表すいくつかの「タイル」に分割される。したがって、各タイルのサイズは、空間光変調器よりも小さくなる。
【０１２９】
ホログラフィック再生フィールドのサイズ（つまり、ホログラフィック再構成の物理的または空間的範囲）は、空間光変調器のピクセル間隔（つまり、空間光変調器の隣接する光変調素子、またはピクセル間の距離）によって決定される。再生フィールドで形成され得る最小の特徴は、「分解能要素」、「画像スポット」、または「画像ピクセル」と呼ばれてもよい。通常、空間光変調器の各ピクセルは四角形の形状をしている。四角形の開口のフーリエ変換は正弦関数であるため、各画像ピクセルは正弦関数である。より具体的には、再生フィールド上の各画像ピクセルの空間強度分布は正弦関数である。各正弦関数は、ピーク強度の一次回折次数と、一次次数から半径方向に離れて延びる一連の強度が低下するより高い回折次数を含むと見なすことができる。各正弦関数のサイズ（つまり、各正弦関数の物理範囲または空間範囲）は、空間光変調器のサイズ（つまり、光変調素子のアレイまたは空間光変調ピクセルによって形成される開口の物理範囲または空間範囲）によって決定される。具体的には、光変調ピクセルのアレイによって形成される開口が大きいほど、画像ピクセルは小さくなる。通常、小さな画像ピクセルを有することが望ましい。
【０１３０】
ホログラフィック再構成は、空間光変調器によって画定されたウィンドウ全体のゼロ次回折内で作られる。いくつかの実施形態では、第１およびそれに続く次数は、画像と重ならないように、およびそれらが空間フィルタを使用してブロックされ得るように十分遠くに変位される。
【０１３１】
追加の特徴
【０１３２】
実施形態は、例としてのみ、電気的にアクティブ化されるＬＣＯＳ空間光変調器に言及する。本開示の教示は、例えば、任意の電気的にアクティブ化されるＳＬＭ、光学的にアクティブ化されるＳＬＭ、デジタルマイクロミラーデバイスまたはマイクロエレクトロメカニカルデバイスなど、本開示に従ってコンピュータ生成ホログラムを表示できる任意の空間光変調器に等しく実装され得る。
【０１３３】
本明細書で説明される方法およびプロセスは、コンピュータ可読媒体で具体化されてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、およびキャッシュメモリなどのデータを一時的または永続的に格納するように構成された媒体を含む。また、「コンピュータ可読媒体」という用語は、マシンによる実行のための命令が１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、マシンが本明細書に記載されている方法のいずれか１つまたは複数を全体的または部分的に実行するように、この命令を格納できる任意の媒体または複数の媒体の組み合わせを含むものとする。
【０１３４】
「コンピュータ可読媒体」という用語には、クラウドベースのストレージシステムも含まれる。「コンピュータ可読媒体」という用語は、限定ではないが、ソリッドステートメモリチップ、光ディスク、磁気ディスク、またはそれらの任意の適切な組み合わせの例の形態で１つまたは複数の有形かつ非一時的なデータリポジトリ（例えば、データボリューム）を含む。いくつかの例示的な実施形態では、実行のための命令は、キャリア媒体によって通信され得る。そのようなキャリア媒体の例には、一時的な媒体（例えば、命令を伝達する伝播信号）が含まれる。
【０１３５】
添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内のすべての修正および変形を包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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