(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光（１６２、１６４）を交互に発生させるように構成された第１の光源（１１２）および第２の光源（１１４）と、
前記第１の光源（１１２）からの前記光（１６２）を第１の光ビーム（１７２）として第１の方向に導き、前記第２の光源（１１４）からの前記光（１６４）を第２の光ビーム（１７４）として第２の方向に導くように構成された導光パネル（１２０）と、
前記導光パネル（１２０）からの前記第１の光ビーム（１７２）および前記第２の光ビーム（１７４）を集束させるように構成された、複数のホログラフィック光学素子の積層体（１３０）と、
第１の組の画像と第２の組の画像を表示するように構成された表示パネルと、
前記第１の光源（１１２）および前記第２の光源（１１４）を交互に作動させ前記第１の組の画像の１つおよび前記第２の組の画像の１つを交互に表示させるべく前記表示パネルを制御するように構成され、前記第１の組の画像の前記１つと前記第２の組の画像の前記１つの前記表示を、前記第１の光源（１１２）および前記第２の光源（１１４）の前記作動と同期させるための制御信号を生成するように構成される制御ユニットと、を備え、
前記導光パネル（１２０）が、前記第１および第２の光源（１１２、１１４）からの前記光（１６２、１６４）を前記複数のホログラフィック光学素子の前記積層体（１３０）に隣接する前記導光パネル（１２０）の表面（１０１０）に向けて反射させるように構成されたプリズム構造を含み、
前記プリズム構造が、第１の傾斜角を有する少なくとも１つの第１の傾斜面（１０３２）、および第２の傾斜角を有する少なくとも１つの第２の傾斜面（１０３４）を含み、
前記第１および第２の傾斜角が１０°未満である、裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項２】
前記複数のホログラフィック光学素子の前記積層体（１３０）が、少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子（１３２）、および少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子（１３４）を含み、
前記少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子（１３２）が、前記第１の光ビーム（１７２）を第１の位置に集束させ、前記少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子（１３４）が、前記第２の光ビーム（１７４）を第２の位置に集束させる、請求項１に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子（１３２）が、前記第１の光ビーム（１７２）の１つ以上の所定の波長を回折させるように構成された１つ以上の第１の感光性樹脂フィルム（８１０、８２０、８３０）を含み、
前記少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子（１３４）が、前記第２の光ビーム（１７４）の前記１つ以上の所定の波長を回折させるように構成された１つ以上の第２の感光性樹脂フィルム（９１０、９２０、９３０）を含む、請求項２に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項４】
前記１つ以上の第１および第２の感光性樹脂フィルム（８１０、８２０、８３０、９１０、９２０、９３０）のそれぞれが、赤色、緑色、または青色の波長を回折させるように構成される、請求項３に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項５】
前記複数のホログラフィック光学素子のそれぞれが、平行光ビームおよび発散光ビームの干渉パターンを含む、請求項１に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項６】
前記複数のホログラフィック光学素子のそれぞれが、１つ以上の第１の入射角に基づいて基準ビーム（６７０）を前記ホログラフィック光学素子に照射し、１つ以上の第２の入射角に基づいて物体ビーム（６８０）を前記ホログラフィック光学素子に照射することにより記録された１つ以上の干渉パターンを含む、請求項１に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項７】
前記複数のホログラフィック光学素子の前記第１の入射角が互いに異なり、
前記複数のホログラフィック光学素子の前記第２の入射角が互いに異なる、請求項６に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項８】
前記第１の入射角の１つおよび前記第２の入射角の１つを含む一対の角度が、赤色、緑色、または青色の波長についてのブラッグの角度条件に基づいて決定される、請求項６に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【請求項９】
前記第１および第２の光ビーム（１７２、１７４）が、３０°未満の角度帯域幅で準平行にされる、請求項１に記載の裸眼立体視３Ｄ表示装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、裸眼立体視３Ｄ表示装置に関し、特に、複数のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を使用する裸眼立体視３Ｄ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄ画像を視認するための３次元（３Ｄ）ディスプレイが普及してきた。例えば、３Ｄディスプレイまたは３Ｄテレビジョンを備えた映画館では、視覚体験を向上させる３Ｄ映画を視認者が視認することが可能となり得る。しかし、このような３Ｄ映画は、３Ｄ画像を認識するための３Ｄ眼鏡または視覚補助具の着用を視認者にしばしば要求する。このような３Ｄ眼鏡または視覚補助具の使用は、装置の重量または違和感により一部の視認者にとって不便であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような視認者の不便を緩和するために、視認者が３Ｄ眼鏡または視覚補助具なしに３Ｄ画像を認識することを可能にするための裸眼立体視ディスプレイが開発されてきた。従来の裸眼立体視ディスプレイは、一般に、空間多重化法または時間多重化法のいずれかを使用して３Ｄ画像を表示する。空間多重化法では、左眼および右眼の視野を分割して視認者のための一対の立体画像を形成するために、パララックスバリアまたはレンチキュラシートなどの光学縞状パネルが裸眼立体視ディスプレイ内に設けられ得る。しかし、このような光学縞状パネルの使用は、画像解像度の劣化または低下、光効率の低下、狭い視角をもたらし得る。
【０００４】
時間多重化法では、視認者の左眼および右眼が３Ｄ画像を認識することを可能にするために、左視野および右視野の画像が順次に表示される。この方法では、左視野および右視野の画像のための指向性バックライトを形成するために、各種のタイプのレンズ、ミラー、または、プリズムを伴う３Ｄフィルムが一般に使用される。しかし、レンズまたはミラーの使用は、３Ｄ表示装置のサイズの増大をもたらし得る。プリズムを伴う３Ｄフィルムの場合、マイクロメートルサイズの３Ｄを正確に作り出すことが困難となり得る。
【０００５】
プリスを伴うフィルム、プリズムを伴う３Ｄフィルムを導光構造に精度良く位置合わせする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、複数のホログラフィック光学素子を使用する裸眼立体視３Ｄ表示装置に関する。
【０００７】
本開示の一実施形態によると、裸眼立体視３Ｄ表示装置が開示される。装置は、光を交互に発生させるように構成された第１の光源および第２の光源と、第１の光源からの光を第１の光ビームとして第１の方向に導き、第２の光源からの光を第２の光ビームとして第２の方向に導くように構成された導光パネルと、導光パネルからの第１の光ビームおよび第２の光ビームを集束させるように構成された、複数のホログラフィック光学素子の積層体と、を含み、導光パネルは、第１および第２の光源からの光を複数のホログラフィック光学素子の積層体に隣接する導光パネルの表面に向けて反射させるように構成されたプリズム構造を含み、プリズム構造は、第１の傾斜角を有する少なくとも１つの第１の傾斜面、および第２の傾斜角を有する少なくとも１つの第２の傾斜面を含み、第１および第２の傾斜角は１０°未満である。裸眼立体視３Ｄ表示装置は、パララックスバリアまたはレンチキュラシートを使用する従来の裸眼立体視３Ｄ表示システムと比べて、長手方向での長い視野範囲および少ないクロストークを有利にもたらす。
【０００８】
上の実施形態のプリズム構造の具体的な利点は、第１および第２の光源からの光を一対の準平行もしくは略平行な光ビームとして向け直し得ることである。さらに、第１および第２の光源からの光は、導光パネルの内側の光分布を向上させ均質化させるように、少なくとも１つの第１の傾斜面および／または少なくとも１つの第２の傾斜面により多くの回数反射し得る。その上、１０°未満の傾斜角の具体的な利点は、導光パネルから複数のホログラフィック光学素子の積層体に向けて屈折する光ビームの平行化を向上させ得ることである
一部の実施形態では、複数のホログラフィック光学素子の積層体は、少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子、および少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子を含み得、少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子は、第１の光ビームを第１の位置に集束させ得る一方、少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子は、第２の光ビームを第２の位置に集束させ得る。複数のホログラフィック光学素子の積層体を含む裸眼立体視３Ｄ表示装置は、高い回折効率をもたらし、よって高い輝度の画像をもたらし得る。
【０００９】
一部の実施形態では、少なくとも１つの第１のホログラフィック光学素子は、第１の光ビームの１つ以上の所定の波長を回折させるように構成された１つ以上の第１の感光性樹脂フィルムを含み得、少なくとも１つの第２のホログラフィック光学素子は、第２の光ビームの１つ以上の所定の波長を回折させるように構成された１つ以上の第２の感光性樹脂フィルムを含み得る。１つ以上の第１および第２の感光性樹脂フィルムを伴う裸眼立体視３Ｄ表示装置は、フルカラーディスプレイを可能にするように第１および第２の光ビームの１つ以上の所定の波長を回折させ得る。
【００１０】
一部の実施形態では、１つ以上の第１および第２の感光性樹脂フィルムのそれぞれは、赤色、緑色、または青色の波長を回折させるように構成され得る。赤色、緑色、または青色の波長を回折させることは、フルカラーディスプレイを可能にし得る。
【００１１】
一部の実施形態では、複数のホログラフィック光学素子のそれぞれは、平行光ビームおよび発散光ビームの干渉パターンを含み得る。干渉パターンを伴うホログラフィック光学素子は、視認者の一対の眼の正面に一対の集束明視野を形成する。
【００１２】
一部の実施形態では、複数のホログラフィック光学素子のそれぞれは、体積ホログラフィック光学素子であり得る。体積ホログラフィック光学素子は、視認者のために出力される光の輝度が向上し得るように、カラークロストークを減らし、回折効率を高め得る。
【００１３】
一部の実施形態では、導光パネルは、プリズム構造から反射した光を、複数のホログラフィック光学素子の積層体に隣接する導光パネルの表面と垂直な方向に対して４５°超の屈折角で、複数のホログラフィック光学素子の積層体に向けて屈折させるように構成され得る。４５°超の屈折角で屈折した光は、複数のホログラフィック光学素子との組合せで、視認者の一対の眼に集束された明視野の間のカラークロストークを減らし得る。
【００１４】
一部の実施形態では、導光パネルは、第１および第２の光源からの光を略一様な強度分布を有する第１および第２の光ビームとして導くように構成され得る。このような一様な強度分布は、視認者のために出力される光の輝度の均質性を向上させ得る。
【００１５】
一部の実施形態では、屈折光の角度帯域幅が３０°未満であり得る。このような狭い角度帯域幅は、屈折光の平行化を向上させ、回折効率を高め、視認者の一対の眼に集束された明視野の間のクロストークを減らし得る。
【００１６】
一部の実施形態では、裸眼立体視３Ｄ表示装置は、第１の組の画像および第２の組の画像を表示するように構成された表示パネルと、第１および第２の光源を交互に作動させ、第１の組の画像の１つおよび第２の組の画像の１つを交互に表示するべく表示パネルを制御するように構成された制御ユニットと、をさらに含み得る。裸眼立体視３Ｄ表示装置は、視認者のために投影される第１および第２の組の画像を表示解像度の低下を伴わずに時間多重化し得る。
【００１７】
一部の実施形態では、制御ユニットは、第１の組の画像の１つおよび第２の組の画像の１つの表示を第１および第２の光源の作動と同期させるための１つ以上の制御信号を生成するように構成され得る。このような制御信号の使用は、立体画像を表示するために第１および第２の光源と同期して表示パネルを効率的に駆動させ得る。
【００１８】
一部の実施形態では、第１の組の画像の１つおよび第２の組の画像の１つは、一対の立体画像に相当し得、制御ユニットは、各対の立体画像を表示するために生成された垂直同期信号または所定数の水平同期信号に基づいて、第１および第２の組の画像の表示を制御するように構成され得る。水平同期信号から垂直同期信号を生成することは、点滅を減らすように高い周波数またはフレームレートで、第１および第２の組の画像を含む３Ｄ立体画像の表示を可能にし得る。
【００１９】
一部の実施形態では、複数のホログラフィック光学素子のそれぞれは、１つ以上の第１の入射角に基づいて基準ビームをホログラフィック光学素子に照射し、１つ以上の第２の入射角に基づいて物体ビームをホログラフィック光学素子に照射することにより記録された１つ以上の干渉パターンを含み得る。干渉パターンを異なるホログラフィック光学素子に別々に記録することによって、ホログラフィック光学素子の回折効率が向上し得る。このようなホログラフィック光学素子の積層体が、フルカラーディスプレイを可能にし得る。
【００２０】
一部の実施形態では、１つ以上の干渉パターンは、１つ以上の所定の波長を回折させるように構成され得る。干渉パターンによる１つ以上の所定の波長の回折は、フルカラーディスプレイを可能にし得る。
【００２１】
一部の実施形態では、複数のホログラフィック光学素子の第１の入射角は互いに異なり得、複数のホログラフィック光学素子の第２の入射角は互いに異なり得る。異なる入射角を使用して干渉パターンをホログラフィック光学素子内に記録することは、異なる色の回折効率を向上させ得る。
【００２２】
一部の実施形態では、第１の入射角の１つおよび第２の入射角の１つを含む一対の角度は、赤色、緑色、または青色の波長についてのブラッグの角度条件に基づいて決定され得る。ブラッグの角度条件を満たす入射角を使用して干渉パターンを記録することは、回折効率を向上させ、視認者のために出力される光の輝度を高め得る。
【００２３】
一部の実施形態では、第１および第２の光ビームは、３０°未満の角度帯域幅で準平行または略平行にされ得る。このような準平行または略平行な光ビームは、回折効率を高め、視認者の一対の眼に集束される明視野の間のクロストークを減らし得る。
【００２４】
本開示の創作態様の実施形態は、以下の詳細な説明を参照して、添付図面と併せて読まれるときに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本開示の一実施形態による、液晶表示（ＬＣＤ）パネルに表示され視認者により３Ｄ画像として認識できる一対の立体画像を投影するように構成された、裸眼立体視３Ｄ表示装置を例示する。
【図２】本開示の一実施形態による、立体画像を裸眼立体視３Ｄ表示装置に投影するためにＬＣＤパネルおよび光源を制御するように構成された制御ユニットのブロック図を例示する。
【図３】本開示の一実施形態による、Ｈ＿ＳＹＮＣ信号およびＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号に基づいてＬＣＤ駆動ユニットによりＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号を生成するためのタイミング図を例示する。
【図４】本開示の一実施形態による、基準ビームおよび物体ビームをホログラフィック光学素子に照射することによる干渉パターンの記録を例示する。
【図５】本開示の一実施形態による、ホログラフィック光学素子の上面の基準中心点に向けられる物体ビームの光線および基準ビームの光線のそれぞれの入射角を例示する。
【図６】本開示の一実施形態による、基準ビームと物体ビームの間の干渉のパターンをホログラフィック光学素子内に記録するように構成された記録システムのブロック図を例示する。
【図７】本開示の一実施形態による、基準ビームと物体ビームの間の干渉のパターンをホログラフィック光学素子内に記録するために記録システムで実施される方法のフローチャートを例示する。
【図８】本開示の一実施形態による、複数のホログラフィック光学素子の積層体として構成されたホログラフィック光学素子を例示する。
【図９】本開示の一実施形態による、平行光ビームをホログラフィック光学素子の積層体に第１および第２の方向でそれぞれ照射するように構成された導光パネルを例示する。
【図１０】本開示の一実施形態による、光源から照射された光を指定方向に導くように構成される導光パネルの一部を断面図で例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に各種の実施形態が詳細に参照され、それらの例が添付図面に例示される。以下の詳細な説明では、本開示の創作態様の完全な理解をもたらすために多くの具体的な詳細が挙げられる。しかし、本開示の創作態様がそれらの具体的な詳細を伴わずに実践されてもよいことが当業者にとって明らかであろう。他の例では、各種の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の方法、手順、システム、および構成要素が詳細に記述されていない。
【００２７】
図１は、本開示の一実施形態による、ＬＣＤパネル１４０に表示され視認者１９０により３Ｄ画像として認識できる一対の立体画像を投影するように構成された裸眼立体視３Ｄ表示装置１００を例示する。裸眼立体視３Ｄ表示装置１００は、一対の光源１１２および１１４、導光パネル１２０、少なくとも２つのホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）１３２および１３４の積層体１３０、ＬＣＤパネル１４０、ならびに制御ユニット１５０を含む。制御ユニット１５０は、一対の立体画像を表示するためにＬＣＤパネル１４０を光源１１２および１１４と同期して駆動するように構成される。
【００２８】
示されるように、制御ユニット１５０は、一対の立体画像を同期表示するためにＬＣＤパネル１４０ならびに光源１１２および１１４に結合される。一実施形態では、一対の立体画像は、右視野画像および左視野画像を含み得、それらは、視認者１９０の右眼および左眼によりそれぞれ認識され得る。一対の立体画像を投影するために、制御ユニット１５０は、ＬＣＤパネル１４０を駆動して左眼のための左視野画像を表示し、光源１１２を作動させ得る。制御ユニット１５０は、次いで、ＬＣＤパネル１４０を駆動して右眼のための右視野画像を表示し、光源１１４を作動させ得る。左眼および右眼のためにＬＣＤパネル１４０に提供される立体画像と同期して光源１１２および１１４を交互に作動させることによって、視認者１９０の左眼および右眼のための３Ｄ画像が投影され得る。例示される実施形態が一対の立体画像を用いて記述されるが、視認者１９０のための複数対の立体画像を順次かつ交互に表示し投影してもよい。
【００２９】
制御ユニット１５０の制御の下で、光源１１２および１１４は、光１６２および光１６４をそれぞれ交互に発生させるように構成される。光源１１２および１１４は、左眼および右眼のためにＬＣＤパネル１４０に交互に表示される立体画像を交互に照らすためのバックライトユニット（ＢＬＵ）として機能し得る。図１に示されるように、光源１１２および１１４は、導光パネル１２０内または同パネルに向けて光１６２および光１６４をそれぞれ放出するように配置される。一実施形態では、光源１１２および１１４は、導光パネル１２０の両側（例えば、左側および右側）から光１６２および１６４をそれぞれ放出するように配置され得る。一部の実施形態では、光源１１２および１１４は、１つ以上の放電灯、レーザダイオード、または白色ＬＥＤ、赤色、青色、緑色ＬＥＤの組、補色ＬＥＤの組、単色ＬＥＤの組その他などの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。
【００３０】
導光パネル１２０は、光源１１２からの光１６２を第１の方向に導き、光源１１４からの光１６４を第２の方向に導くように構成される。例えば、光源１１２からの光１６２は、導光パネル１２０内に導かれ、図１に実線の矢印で示される第１の平行光ビーム１７２として出力され得る。一方、光源１１４からの光１６４は、導光パネル１２０内に導かれ、図１に点線の矢印で示される第２の平行光ビーム１７４として出力され得る。第１および第２の平行光ビーム１７２および１７４は、略平行な光ビームでもよく、準平行な光ビームでもよい。導光パネル１２０は、準平行または略平行な光ビームとして指定方向に光を導くために使用できる、プラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなど）、ガラスその他などの任意の適当な透明または半透明の材料または媒質で形成され得る。例えば、準平行光ビームまたは略平行光ビームは、半値全幅（ＦＷＨＭ）として測定される３０°未満の角度帯域幅を有し得る。
【００３１】
第１の方向の光ビーム１７２および第２の方向の光ビーム１７４は、ホログラフィック光学素子１３２および１３４の積層体１３０に入射する。ホログラフィック光学素子１３２および１３４のそれぞれは、平行光ビーム（例えば基準ビーム）および発散光ビーム（例えば物体ビーム）の干渉パターンを含むように構成される。干渉パターンは、ホログラフィック光学素子１３２および１３４内に体積位相格子として記録され得る。この場合、平行光ビームは平面波であり得、発散光ビームは球面波であり得る。
【００３２】
ホログラフィック光学素子１３２および１３４の例示される積層体１３０では、干渉パターンを伴うホログラフィック光学素子１３２および１３４は、導光パネル１２０からの光ビーム１７２および１７４を一対の物体ビーム１８２および１８４にそれぞれ集束させるように構成される。例えば、ホログラフィック光学素子１３２は、導光パネル１２０からの光ビーム１７２を、視認者１９０の左眼に相当する位置に集束する物体ビーム１８２に集束させる。一方、ホログラフィック光学素子１３４は、導光パネル１２０からの光ビーム１７４を、視認者１９０の右眼に相当する位置に集束する物体ビーム１８４に集束させる。一部の実施形態では、集束光（例えば光ビーム）は、集束レンズ、集束ミラーその他などの屈折または反射光学素子の場合のように、光の波面が２つの負の曲率半径により局所的に特徴付けられ得ることを意味する。複数のホログラフィック光学素子の場合、負の曲率半径は、各ホログラフィック光学素子の場合で異なり得る。
【００３３】
ホログラフィック光学素子１３２および１３４のそれぞれからの集束物体ビーム１８２および１８４は、ＬＣＤパネル１４０を通過して、ＬＣＤパネル１４０に表示された一対の立体画像を左眼および右眼に相当する一対の位置にそれぞれ投影する。左視野画像がＬＣＤパネル１４０に表示され、光源１１２が作動すると、集束物体ビーム１８２は、ＬＣＤパネル１４０を通過して、左視野画像を視認者１９０の左眼に投影する。同様に、右視野画像がＬＣＤパネル１４０に表示され、光源１１４が作動すると、集束物体ビーム１８４は、ＬＣＤパネル１４０を通過して、右視野画像を視認者１９０の右眼に投影する。左および右の視野画像を左眼および右眼により交互に視認することによって、視認者１９０は３Ｄ画像を認識し得る。
【００３４】
例示される裸眼立体視３Ｄ表示装置１００がＬＣＤパネル１４０を使用するとして記述されるが、同パネルは、集束物体ビーム１８２および１８４が通過できる任意の適当な表示パネルを用いてもよい。加えて、少なくとも２つのホログラフィック光学素子１３２および１３４は、任意の適当な数のホログラフィック光学素子を含み得、任意の適当な順序で積層され得る。さらに、ホログラフィック光学素子１３２および１３４のそれぞれは、体積ホログラフィック光学素子（ＶＨＯＥ）であり得る。
【００３５】
図２は、本開示の一実施形態による、立体画像を裸眼立体視３Ｄ表示装置１００に投影するためにＬＣＤパネル１４０ならびに光源１１２および１１４を制御するように構成された制御ユニット１５０のブロック図を例示する。制御ユニット１５０は、プロセッサ２１０、ＬＣＤ駆動ユニット２２０、および光源切替ユニット２３０を含む。裸眼立体視３Ｄ表示装置１００は、左視野画像の組および右視野画像の組を含む複数対の立体画像を記憶する記憶ユニット２４０を含む。代わりに、記憶ユニット２４０は、裸眼立体視３Ｄ表示装置１００に外付けされてもよい。
【００３６】
一実施形態では、各対の立体画像は、画像フレームに相当し得、毎秒３０フレームなどの指定フレームレート（例えば３０Ｈｚ）により記憶され得る。この場合、複数対の立体画像に相当する複数のビデオ画像フレームが、指定フレームレートで表示されるように記憶ユニット２４０に順次に記憶され得る。例えば、各ビデオ画像フレームは、トップダウン方式により右画像の終端にフレーム終端表示を伴って、左視野画像および右視野画像を順次に記憶するようにフォーマット化され得る。さらに、各ビデオ画像フレームは、指定解像度（例えばｍ×ｎ）に基づいてフォーマット化され得る。記憶ユニット２４０は、非限定的に、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ）、フラッシュメモリその他を含む、ビデオ画像フレームを記憶するための任意の適当なタイプのメモリ装置を使用して実現され得る。
【００３７】
プロセッサ２１０は、左視野画像および右視野画像を交互に表示するために、記憶ユニット２４０内の相当する左および右視野の画像の組から、対の立体画像に相当するビデオ画像フレームに順次にアクセスし得る。ビデオ画像フレームがアクセスされると、プロセッサ２１０は、ビデオ画像フレームおよび／またはＬＣＤパネル１４０の水平解像度に基づいて水平同期信号Ｈ＿ＳＹＮＣを生成し、フレーム終端表示に基づいて垂直同期信号Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１を生成する。プロセッサ２１０は、クロック信号ＣＬＯＣＫおよびＨ＿ＳＹＮＣ信号とともに、ビデオ画像フレームを表示データとしてＬＣＤパネル１４０に順次に提供する。加えて、プロセッサ２１０は、Ｈ＿ＳＹＮＣ信号およびＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号をＬＣＤ駆動ユニット２２０に提供する。
【００３８】
Ｈ＿ＳＹＮＣ信号およびＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号に基づいて、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、ＬＣＤパネル１４０の表示と光源１１２および１１４の作動とを同期させるための１つ以上の制御信号を生成する。示されるように、制御信号は、別の垂直同期信号Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２および切替信号２２２を含む。一実施形態では、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、各ビデオ画像フレームの終端のための受信Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１信号に基づいてＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号を生成する。加えて、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号は、ビデオ画像フレーム中の左視野画像の終端で生成される。これにより、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号は、各左視野画像の終端および各ビデオ画像フレームの終端を示すために生成され、それによりＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号の周波数を２倍にする。例えば、毎秒３０フレームのフレームレート（例えば３０Ｈｚ）を仮定すると、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、毎秒６０フレームのフレームレート（例えば６０Ｈｚ）でＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号を生成する。ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号をＬＣＤパネル１４０に提供し、同パネルは、プロセッサ２１０から受信されたビデオ画像フレームの左視野画像および右視野画像をＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号に基づいて交互に表示する。
【００３９】
一実施形態では、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、光源１１２および１１４の作動を左視野画像および右視野画像の表示にそれぞれ同期させるために、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号と同期して切替信号２２２を生成する。Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号が左視野画像の終端に相当するとき、切替信号２２２は、光源１１２への切替を示すために生成される。一方、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号がビデオ画像フレームの終端に相当するとき、切替信号２２２は、光源１１４への切替を示すように生成される。
【００４０】
ＬＣＤ駆動ユニット２２０からの切替信号２２２に応じて、光源切替ユニット２３０は、光源１１２と光源１１４を切り替える。例えば、光源切替ユニット２３０は、切替信号２２２が光源１１２への切替を示すとき、光源１１２を作動させ得る。同様に、光源１１４は、切替信号２２２が光源１１４への切替を示すときに作動し得る。
【００４１】
右画像の終端にフレーム終端表示を伴って左視野画像および右視野画像を順次に記録するようにビデオ画像フレームがフォーマット化されるとして記述されるが、同フレームは、左視野画像の終端にフレーム終端表示を伴って右視野画像および左視野画像を順次に記録するようにフォーマット化されてもよい。この場合、プロセッサ２１０は、各ビデオ画像フレームのフレーム終端表示に基づいてＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号を生成する。加えて、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１信号およびＨ＿ＳＹＮＣ信号に基づいて右視野画像とビデオ画像フレームの両方の終端のためのＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号を生成する。Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号をＬＣＤ駆動ユニット２２０から受信すると、ＬＣＤパネルは、光源１１４および１１２の作動と同期して右視野画像および左視野画像を交互に表示する。
【００４２】
図３は、本開示の一実施形態による、Ｈ＿ＳＹＮＣ信号ならびにＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２に基づいてＬＣＤ駆動ユニット２２０によりＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３０、３３２、および３３４を生成するためのタイミング図３００を例示する。図２を参照して上述されたように、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、複数のパルスを含むＨ＿ＳＹＮＣ信号ならびにＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２をプロセッサ２１０から受信する。受信されたＨ＿ＳＹＮＣ信号ならびにＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２から、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、各ビデオ画像フレーム中の左視野画像（または右視野画像）の終端およびビデオ画像フレームの終端を示すために、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２の２倍の周波数でＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３０、３３２、および３３４を生成する。
【００４３】
一実施形態では、プロセッサ２１０は、記憶ユニット２４０に記憶されたビデオ画像フレームのフレームレートに基づいてＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２を生成する。加えて、プロセッサ２１０は、各ビデオ画像フレームのフレームレートおよび垂直解像度ＶＲに基づいてＨ＿ＳＹＮＣ信号を生成する。例えば、フレームレートが３０Ｈｚであり、垂直解像度ＶＲが１，１０２画素であるとき、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０および３２２は、３０Ｈｚの周波数でプロセッサ２１０により生成され、Ｈ＿ＳＹＮＣ信号は、３３，０６０Ｈｚ（すなわち３０Ｈｚ×１，１０２画素）の周波数で生成される。
【００４４】
Ｖ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２０の受信に応じて、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３０を生成し、プロセッサ２１０から受信されたＨ＿ＳＹＮＣ信号の数を計数するように構成される。計数されたＨ＿ＳＹＮＣ信号の数がＲＶ／２であるとき、ＬＣＤ駆動ユニット２２０は、左視野画像（または右視野画像）の終端を示すためにＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３２を生成する。次のＶ＿ＳＹＮＣ＿１信号３２２が受信されるとき、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３４は、ビデオ画像フレームの終端を示すために生成される。計数されたＨ＿ＳＹＮＣ信号の数は、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３２の生成時の任意の適当な時にリセットされ得、後続のＨ＿ＳＹＮＣ信号は、Ｖ＿ＳＹＮＣ＿２信号３３４の生成時に計数され得る。この処理は、記憶されたビデオ画像フレームのフレームレートの２倍の周波数（例えば６０Ｈｚ）でＶ＿ＳＹＮＣ＿２信号を生成するために繰り返され得る。
【００４５】
図４は、本開示の一実施形態による、基準ビーム４２０および物体ビーム４３０をホログラフィック光学素子４１０に照射することによる干渉パターンの記録を例示する。例示されるように、基準ビーム４２０は、平面波を形成するように略平行または準平行にされ得る。基準ビーム４２０は、ホログラフィック光学素子４１０の上面４１２に対して所定の入射角度でホログラフィック光学素子４１０に照射される。
【００４６】
図４では、ホログラフィック光学素子４１０の上面４１２の中心点Ｏが、基準座標（０、０、０）を伴う基準点として機能する。一対の点ｒ１およびｒ２が、視認者の右眼および左眼の位置にそれぞれ相当する。視距離Ｌが、ホログラフィック光学素子４１０と、視認者の右眼または左眼の点ｒ１またはｒ２との間の所定の距離を示す。さらに、距離Ｄが、点ｒ１と点ｒ２の間の眼間距離を示す。これにより、点ｒ１およびｒ２は、座標（−Ｄ／２、０、−Ｌ）および（Ｄ／２、０、−Ｌ）でそれぞれ示され得る。例えば、視距離Ｌは３００ｍｍであり得、眼間距離Ｄは６５ｍｍであり得る。一部の実施形態では、視距離Ｌは、１００ｍｍ超の任意の適当な距離であり得る一方、眼間距離Ｄは、眼間の距離を表すのに適した任意の距離であり得、５０ｍｍから７５ｍｍの範囲であり得る。
【００４７】
物体ビーム４３０は、ホログラフィック光学素子４１０に照射される発散波または略球面波である。示されるように、物体ビーム４３０は、視認者の右眼の位置に相当する点ｒ１からホログラフィック光学素子４１０の上面４１２に向けて発散する。一実施形態では、ＥＲにより示される平行基準ビームおよびＥｓにより示される発散物体ビームは、以下の数式により表現され得る。
【数１】
0006714514.tif 000002
【００４８】
ここで、ＩＲおよびＩＳは、基準ビーム４２０および物体ビーム４３０の強度をそれぞれ示し、ＫＲおよびＫＳは、基準ビーム４２０および物体ビーム４３０の波動ベクトルをそれぞれ示し、ｒは、座標（０、０、０）を伴う中心点Ｏから座標（ｘ、ｙ、ｚ）を伴う点ｒへのベクトルを示す。
【００４９】
基準ビーム４２０および物体ビーム４３０がホログラフィック光学素子４１０を照射するとき、干渉パターンが、ホログラフィック光学素子４１０内に体積位相格子として記録され得る。上の数式（１）および（２）に基づいて、ブラッグ条件を満たす干渉パターンは、以下の数式により表現され得る。
【数２】
0006714514.tif 000003
【００５０】
ここで、ＫＧは、格子の波動ベクトルを示し、波動ベクトルＫＲ、ＫＳ、およびＫＧの間のブラッグ条件は、ＫＧ＝ＫＳ−ＫＲにより表現される。
【００５１】
同様にして、別の対の基準ビームおよび物体ビーム（示されていない）が、ホログラフィック光学素子４１０に照射され得る。この場合、基準ビームは、平面波を形成するように略平行または準平行にされ得る。さらに、物体ビームは、視認者の左眼に相当する点ｒ２からホログラフィック光学素子４１０の上面４１２に向けて発散し得る。一対の基準ビームおよび物体ビームがホログラフィック光学素子を照射するとき、干渉パターンが、ホログラフィック光学素子４１０内に体積位相格子として記録され得る。ブラッグ条件を満たす干渉パターンは、以下の数式により表現され得る。
【数３】
0006714514.tif 000004
【００５２】
ここで、ＩＲおよびＩＳは、基準ビームおよび物体ビームの強度をそれぞれ示し、ＫＲ、ＫＳ、およびＫＧは、基準ビーム、物体ビーム、および格子の波動ベクトルをそれぞれ示し、波動ベクトルＫＲ、ＫＳ、およびＫＧの間のブラッグ条件は、ＫＧ＝ＫＳ−ＫＲにより表現される。
【００５３】
図５は、本開示の一実施形態による、ホログラフィック光学素子４１０の上面４１２の基準中心点Ｏに向けられる、物体ビーム４３０の光線５１０および基準ビーム４２０の光線５２０のそれぞれの入射角αおよびβを例示する。示されるように、物体ビーム４３０の光線５１０は、視認者の右眼に相当する点ｒ１からホログラフィック光学素子４１０の上面４１２の中心点Ｏに照射される。光線５１０は、上面４１２に垂直な線５３０に対して入射角αを形成する。一方、基準ビーム４２０の光線５２０は、垂直線５３０に対して入射角βでホログラフィック光学素子４１０の上面４１２の中心点Ｏに照射される。
【００５４】
例示される実施形態では、上面４１２に入射する光線５１０は、垂直線５３０に対して屈折角α’でホログラフィック光学素子４１０内に屈折する。同様に、上面４１２に入射する光線５２０は、垂直線５３０に対して屈折角β’でホログラフィック光学素子４１０内に屈折する。スネルの法則に基づいて、入射角αおよびβと屈折角α’およびβ’との関係は、以下のように表現され得る。
【００５５】
ｎａｕｒ・ｓｉｎα＝ｎｐ・ｓｉｎα’            数式（５）
ｎａｕｒ・ｓｉｎβ＝ｎｐ・ｓｉｎβ’            数式（６）
ここで、ｎａｉｒは、空気の屈折率を示し、ｎｐは、ホログラフィック光学素子４１０の屈折率を示す。例えば、ホログラフィック光学素子４１０の屈折率ｎｐは１．４８５であり得る。
【００５６】
光線５１０および５２０がホログラフィック光学素子４１０を照らすとき、図４を参照して上述されたように、光線５１０および５２０の間の干渉パターンが、ホログラフィック光学素子４１０内に体積位相格子として形成され記録される。干渉パターン（または体積位相格子）は、赤色、緑色、または青色に相当し得る光線５１０および５２０の波長に応じて変化し得る。例えば、干渉パターンは、緑色光の光線５１０および５２０を照らすことにより記録され得る。
【００５７】
一実施形態では、例えば５３２ｎｍの波長を有する緑色光の光線５１０および５２０が、入射角αｇおよびβｇでホログラフィック光学素子４１０に入射するとき、光線５１０および５２０は、ホログラフィック光学素子４１０内に屈折角αｇ’およびβｇ’を形成する。この場合、緑色光の入射角αｇおよびβｇの半角θｇが、以下の数式により定義され得る。
【数４】
0006714514.tif 000005
【００５８】
同様に、緑色光の屈折角αｇ’およびβｇ’の半角θｇ’が、以下の数式により定義され得る。
【数５】
0006714514.tif 000006
【００５９】
緑色光の半角θｇ’に基づいて、緑色光の体積位相格子の間隔Λｇが、ホログラフィック光学素子４１０内に記録され、ブラッグの角度条件を満たすとき、緑色光の格子間隔Λｇは、以下の数式により表現され得る。
【数６】
0006714514.tif 000007
【００６０】
ここで、λｇは、緑色光の波長、例えば５３２ｎｍを示す。
【００６１】
緑色光の半角θｇ’を仮定すると、ブラッグの角度条件を満たす赤色光および青色光のそれぞれの格子間隔ΛｒおよびΛｂは、以下の数式によりそれぞれ表現され得る。
【数７】
0006714514.tif 000008
【００６２】
ここで、λｒは、赤色光の波長（例えば６３３ｎｍ）を示し、λｂは、青色光の波長（例えば４９０ｎｍ）を示す。
【００６３】
赤色光の格子間隔Λｒが一旦決定されると、赤色光の入射角αｒ’およびβｒ’の半角θｒ’が、以下の数式により得られ得る。
【数８】
0006714514.tif 000009
【００６４】
同様に、青色光の入射角αｂ’およびβｂ’の半角θｂ’が、以下の数式により得られ得る。
【数９】
0006714514.tif 000010
【００６５】
上述されたように、緑色光の入射角αｇ’およびβｇ’が決定された場合、赤色光の半角θｒ’および青色光の半角θｂ’は、上の数式に基づいて得られ得る。さらに、赤色光の半角θｒ’が一旦得られると、赤色光の入射角αｒ’およびβｒ’は、上の数式（１２）を満たす任意の適当な値に決定され得る。同様に、青色光の半角θｂ’が一旦得られると、青色光の入射角αｂ’およびβｂ’は、数式（１３）を満たす任意の適当な値に決定され得る。数式（１２）および数式（１３）に記述される選択基準αｇ’、βｇ’、αｒ’、βｒ’、αｂ’およびβｂ’に加えて、αｇ’−βｇ’＝αｒ’−βｒ’＝αｂ’−βｂ’という同一性も満たされ得る。数式（５）および数式（６）のスネルの法則を使用して、空気中のそれぞれの角度を決定することができる。
【００６６】
一実施形態では、ホログラフィック光学素子４１０の屈折率ｎｐが１．４８５であるとき、緑色光の入射角αｇおよびβｇは、６°および５５°にそれぞれ設定され得る。これらの緑色光の入射角に基づいて、赤色光の入射角αｒおよびβｒは、１．４°および４８．７°にそれぞれ決定され得、青色光の入射角αｂおよびβｂは、８．５°および５８．８°にそれぞれ決定され得る。このようにして、赤色、緑色、および青色の入射角αｒおよびβｒ、αｇおよびβｇ、ならびにαｂおよびβｂの対が得られ得る。例示される実施形態の光線５１０および５２０が緑色光として記述されるが、同光線は、任意の他の適当な色または波長の光であり得、他の色または波長の光線５１０および５２０の入射角がそれらから得られ得る。
【００６７】
赤色、緑色、および青色の入射角が一旦得られると、赤色、緑色、および青色のうちの１つの光線５１０および５２０は、関連する入射角αｒおよびβｒ、αｇおよびβｇ、またはαｂおよびβｂの対でホログラフィック光学素子４１０に照射され得る。結果として、入射角の対（すなわち、αｒおよびβｒの対、αｇおよびβｇの対、またはαｂおよびβｂの対）に関連する干渉パターンが、ホログラフィック光学素子４１０内に記録される。再構成モードでは、基準ビームがホログラフィック光学素子４１０に照射されるとき、記録された干渉パターンは、点ｒ１に相当する位置で基準ビームを集束させるように構成される。一部の実施形態では、ホログラフィック光学素子４１０に照射される基準ビームの波長は、ホログラフィック光学素子４１０内に干渉パターンが記録されたブラッグの角度条件からある程度逸脱し得る。ブラッグの角度条件から逸脱することによって、色は、ある程度位置ずれし得、そのことは、広い扱い色範囲の表示をもたらし得、カラークロストークを減らし得る。
【００６８】
上の図４および図５の実施形態は、右眼に相当する点ｒ１から発する物体ビーム４３０および光線５１０、ならびに左手側から入射する基準ビーム４２０を参照して例示される。しかし、これらの実施形態は、物体ビームが左眼に相当する点ｒ２から発散し、基準ビームが右手側からホログラフィック光学素子４１０に入射する場合にも等しく当てはまる。この場合、物体ビームは、点ｒ２から中心点Ｏに向けられる光線も含み得る。
【００６９】
図６は、本開示の一実施形態による、基準ビーム６７０と物体ビーム６８０の間の干渉のパターンをホログラフィック光学素子６９０内に記録するように構成された記録システム６００のブロック図を例示する。記録システム６００は、平行ビームを生成するための、レーザ源６１２、空間フィルタ６１４、ビームコリメータ６１６、およびビームエキスパンダ６１８を含む。レーザ源６１２は、指定波長のレーザビームを放出するように構成される。空間フィルタ６１４は、レーザ源６１２からのレーザビームを受け、レーザビームの強度特性を向上させるようにフィルタリングする。ビームコリメータ６１６は、フィルタリングされたレーザビームから平行ビームを作り出すように構成され、ビームエキスパンダ６１８は、平行ビームの直径を大きくすることによりビームコリメータ６１６からの平行ビームを拡張させる。
【００７０】
記録システム６００は、ビームエキスパンダ６１８からの平行ビームをビームスプリッタ６３０に向けるように構成されたミラー６２０をさらに含む。ビームスプリッタ６３０は、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を作り出すための一対の光ビームに平行ビームを分割する。一対の光ビームの一方は、移動ステージ６４２および回転ステージ６４４に載せられるミラー６４０に向けられる。移動ステージ６４２および回転ステージ６４４を制御することによって、ミラー６４０を設定して、光ビームを基準ビーム６７０として指定入射角でホログラフィック光学素子６９０へ反射させることができる。
【００７１】
ビームスプリッタ６３０からの他方の光ビームは、集束レンズ６５０を通過して、移動ステージ６６２および回転ステージ６６４に載せられるミラー６６０内の位置に集束する。移動ステージ６６２および回転ステージ６６４を制御することによって、ミラー６４０を設定して、光ビームを物体ビーム６８０として指定入射角でホログラフィック光学素子６９０に反射させることができる。この場合、物体ビーム６８０は、ミラー６６０内の発散位置からホログラフィック光学素子６９０に向けて発散する。
【００７２】
ホログラフィック光学素子６９０は、移動ステージ６９２（例えばレール）および回転ステージ６９４に載せられる。移動ステージ６９２および回転ステージ６９４は、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０の所望の入射角のために、ミラー６４０および６６０と同期してホログラフィック光学素子６９０を配置するようにも制御され得る。一実施形態では、記録システム６００は、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を所望の入射角に向けるように移動ステージ６４２、６６２、および６９２ならびに回転ステージ６４４、６６４、および６９４を制御するための制御ユニット（示されていない）も含み得る。
【００７３】
一実施形態によると、レーザ源６１２は、緑色に相当する指定波長（例えば５３２ｎｍ）のレーザビームを放出するように構成され得る。この場合、移動ステージ６４２、６６２、および６９２ならびに回転ステージ６４４、６６４、および６９４は、上述されたような、緑色のための所定の入射角、例えば５５°および６°で、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０をホログラフィック光学素子６９０に向けるように制御され得る。このようにして照射された基準ビーム６７０および物体ビーム６８０は、緑色に関連する干渉パターンを作り出す。ホログラフィック光学素子６９０内の干渉パターンは、体積位相格子として記録される。
【００７４】
赤色または青色などの別の色の別のホログラフィック光学素子を作り出すために、移動ステージ６４２、６６２、および６９２ならびに回転ステージ６４４、６６４、および６９４は、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を別の対の所定の入射角でホログラフィック光学素子に向けるように制御され得る。例えば、上述されたように、赤色のための入射角の対は４８．７°および１．４°であり得、青色のための入射角の対は５８．８°および８．５°であり得る。緑色に相当する波長のレーザビームを用いるようにレーザ源６１２が記述されるが、レーザ源は、赤色、青色などの任意の他の適当な波長のレーザビームを発生させてもよい。このような場合、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０の入射角は、レーザビームに基づいて決定され得、記録システム６００は、それらの入射角でホログラフィック光学素子６９０に照射されるように基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を設定し得る。個々のホログラフィック光学素子に干渉パターンを別々に記録することによって、１つのホログラフィック光学素子に複数の干渉パターンを同時に記録する場合よりも回折効率が向上し得る。
【００７５】
図７は、本開示の一実施形態による、基準ビーム６７０と物体ビーム６８０の間の干渉のパターンを複数のホログラフィック光学素子内に記録するために記録システム６００で実施される方法７００のフローチャートを例示する。７１０にて、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０の複数対の入射角が、レーザ源６１２から放出されるレーザビームの波長（例えば、緑色に相当する５３２ｎｍ）に基づいて、指定色の組（例えば、赤色、緑色、および青色）について決定される。７２０にて、指定色（例えば赤色）について決定された一対の入射角で基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を受けるように、ホログラフィック光学素子が配置される。一実施形態では、移動ステージ６４２、６６２、および６９２ならびに回転ステージ６４４、６６４、および６９４は、ホログラフィック光学素子を配置するように制御され得る。
【００７６】
基準ビーム６７０および物体ビーム６８０は、７３０にて、レーザ源６１２により放出されたレーザビームから生成される。一実施形態では、空間フィルタ６１４、ビームコリメータ６１６、ビームエキスパンダ６１８、およびビームスプリッタ６３０は、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を生成するために使用され得る。７４０にて、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０は、指定色について決定された入射角でホログラフィック光学素子に向けられる。よって、基準ビーム６７０および物体ビーム６８０の干渉パターンが、７５０にてホログラフィック光学素子に記録される。
【００７７】
ホログラフィック光学素子内の記録が一旦完了すると、７６０にて、次の指定色（例えば、緑色または青色）が残っているかが判定される。次の指定色が残っている場合、方法７００は、７２０に進んで、次の指定色について決定された一対の入射角で基準ビーム６７０および物体ビーム６８０を受けるように新たなホログラフィック光学素子を配置する。そうでなくて、次の指定色が残っていない場合、方法７００は、７７０に進んで、干渉パターンがそれぞれ記録された複数のホログラフィック光学素子を積層する。
【００７８】
図８は、本開示の一実施形態による、複数のホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０の積層体として構成されたホログラフィック光学素子８００を例示する。ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０のそれぞれは、体積ホログラフィック光学素子であり得る。体積ホログラフィック光学素子は、記録材料の厚さが１つ以上の干渉パターンを記録するために使用される光の波長よりも大きいホログラムであり得る。例えば、体積ホログラフィック光学素子は、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲の厚さで構成され得る。しかし、体積ホログラフィック光学素子のそれぞれについて、１つ以上の干渉パターンを記録するのに適した任意の他の厚さが使用され得る。一部の実施形態では、ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０のそれぞれは、ホログラフィック感光性樹脂フィルムであり得る。
【００７９】
図６を参照して記述されたように、平行基準ビームおよび発散物体ビームの干渉パターンが、平行基準ビームおよび発散物体ビームについて、緑色（例えば５３２ｎｍ）などの指定波長に基づいてホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０のそれぞれの内部に記録され得る。例えば、ホログラフィック光学素子８１０内に記録された干渉パターンは、赤色（例えば６３３ｎｍ）に相当する波長の入射光ビームを回折させるように構成される。よって、赤色の光ビームがホログラフィック光学素子８１０に進入するとき、ホログラフィック光学素子８１０内の干渉パターンは、例えば視認者の左眼に相当する位置に集束するように光ビームを回折させる。一方、別の色の光ビームが、回折せずにホログラフィック光学素子８１０を通過し得る。同様にして、ホログラフィック光学素子８２０および８３０内に記録された干渉パターンは、他の色の光ビームを回折させずに、緑色および青色の光ビームを左眼に相当する位置にそれぞれ回折させるように構成される。ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０が視認者の左眼に相当する位置に入射光ビームを集束させるとして記述されるが、同素子は、視認者の右眼に相当する位置に入射光ビームを集束させるように構成されてもよい。
【００８０】
ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０は、ホログラフィック光学素子８３０、８２０、および８１０が下から上の順序で積層される積層体を形成する。他の実施形態では、ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０は、任意の他の適当な順序で積層され得る。ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０の積層体は、図１のホログラフィック光学素子１３２またはホログラフィック光学素子１３４として使用され得る。ホログラフィック光学素子１３４の場合、ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０の積層体は、ホログラフィック光学素子１３４としての使用のために１８０°回転され得る。
【００８１】
図９は、本開示の一実施形態による、平行光ビーム１７２および１７４を第１および第２の方向でホログラフィック光学素子８００および９００の積層体にそれぞれ照射するように構成された導光パネル１２０を例示する。平行光ビーム１７２および１７４のそれぞれは、赤色、緑色、および青色などの複数の色の光を含み得る。示されるように、ホログラフィック光学素子８００は、図８を参照して上述されたように、ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０の積層体として構成される。同様に、ホログラフィック光学素子９００は、ホログラフィック光学素子９１０、９２０、および９３０の積層体として構成される。一実施形態によると、ホログラフィック光学素子８００および９００は、図１のホログラフィック光学素子１３２および１３４に相当し得る。
【００８２】
一部の実施形態では、ホログラフィック光学素子８１０、８２０、および８３０は、赤色、緑色、および青色の光ビームをそれぞれ回折させるように構成された干渉パターンを含み得る。導光パネル１２０からの平行光ビーム１７２が第１の方向でホログラフィック光学素子８００に照射されるとき、光ビーム１７２中の赤色、緑色、および青色の光ビームは、視認者の左眼に相当する位置に集束するようにホログラフィック光学素子８１０、８２０、８３０のそれぞれの内部で回折する。同様に、ホログラフィック光学素子９１０、９２０、および９３０も、赤色、緑色、および青色の光ビームをそれぞれ回折させるように構成された干渉パターンを含み得る。この場合、ホログラフィック光学素子９１０、９２０、および９３０内の干渉パターンは、視認者の右眼に相当する位置に集束するように平行光ビーム１７４中の赤色、緑色、および青色の光ビームをそれぞれ回折させる。
【００８３】
例示される実施形態では、ホログラフィック光学素子９００がホログラフィック光学素子８００に積層されるとして記述されるが、ホログラフィック光学素子８００および９００は、逆の順序で積層されてもよい。さらに、ホログラフィック光学素子９００がホログラフィック光学素子９３０、９２０、および９１０が下から上の順序で積層される積層体を形成するとして記述されるが、ホログラフィック光学素子９１０、９２０、および９３０は、任意の適当な順序で積層されてもよい。一部の実施形態では、ホログラフィック光学素子８００および９００のそれぞれは、任意の適当な色の光を回折させるように任意の適当な数のホログラフィック光学素子で構成され得る。例えば、ホログラフィック光学素子８００または９００内のホログラフィック光学素子の１つ以上の対が、黄色および紫色、青色および橙色などの補色の１つ以上の対の光を回折させるように構成され得る。
【００８４】
一部の実施形態では、ホログラフィック光学素子が、異なる色のための複数の干渉パターンを含み得る。例えば、ホログラフィック光学素子８００は、赤色および青色のための干渉パターンを含む第１のホログラフィック光学素子と、緑色のための干渉パターンを含む第２のホログラフィック光学素子と、を含み得る。この場合、赤色および青色の入射光が、視認者の左眼に相当する位置に集束するように第１のホログラフィック光学素子内で回折し得る。同様に、緑色の入射光が、視認者の左眼に相当する位置に集束するように第２のホログラフィック光学素子内で回折し得る。
【００８５】
図１０は、本開示の一実施形態による、光源から照射された光を指定方向に導くように構成される導光パネル１０００の一部を断面図に例示する。示されるように、導光パネル１０００は、図１のホログラフィック光学素子１３２および１３４の積層体１３０など、複数のホログラフィック光学素子の積層体に隣接する上面１０１０を含む。導光パネル１０００は、光源からの光が照射されるときに通る側面１０２０も含む。さらに、導光パネル１０００の下面１０３０が、複数のホログラフィック光学素子の積層体に隣接する上面１０１０に向けて光源からの光を反射させるためのプリズム構造として構成される。
【００８６】
下面１０３０のプリズム構造は、複数対の傾斜面１０３２および１０３４として構成される。各対の傾斜面１０３２および１０３４は、下面１０３０に溝を形成する。傾斜面１０３２および１０３４は、対称でもよく非対称でもよく、上面１０１０と平行である基準平面１０４０に対して一対の傾斜角θＥおよびθＷをそれぞれ形成する。一部の実施形態では、傾斜角θＥおよびθＷは、１０°未満であり、互いに同一であり得る。導光パネル１０００の側面１０２０は、基準平面１０４０と垂直な線１０４２に対して傾斜角γで傾斜し得る。
【００８７】
例示される実施形態では、光源および導光パネル１０００は、上の図１に例示された光源１１２もしくは１１４および導光パネル１２０として実現され得る。光源は、導光パネル１０００の側面１０２０に光１０５２を照射し、光１０５２は、屈折率の差により側面１０２０で屈折角θ１で導光パネル１０００内に屈折する。屈折光１０５２は、入射角ρｉで傾斜面１０３２に入射し、傾斜面１０３２から屈折角ρｒで反射する。この場合、入射角ρｉおよび屈折角ρｒは、以下の数式により表現され得る。
【数１０】
0006714514.tif 000011
【００８８】
傾斜面１０３２から反射した光１０５２は、以下の数式により表現され得る入射角φｉで上面１０１０に入射する。
【数１１】
0006714514.tif 000012
【００８９】
入射光１０５２は、次いで、ホログラフィック光学素子の積層体に向けて指定方向で光１０５２を導くように上面１０１０で屈折角φｒで屈折する。スネルの法則に基づいて、屈折角φｒは、以下の数式により得られ得る。
【数１２】
0006714514.tif 000013
【００９０】
ここで、ｎＬＧＰは、導光パネル１０００の屈折率を示し、ｎａｉｒは、空気の屈折率を示す。例えば、導光パネル１０００がポリメチルメタクリレートまたはポリカーボネートで形成される場合、ｎＬＧＰは約１．５〜１．６であり得る。
【００９１】
図１０に示されるように、光源は、側面１０２０で屈折角θ２で屈折する光１０５４も導光パネル１０００の側面１０２０に照射し得る。屈折光１０５４は、次いで、上面１０１０から傾斜面１０３４に向けて入射角ρｉで反射する。傾斜面１０３４に入射する光１０５４は、入射角ρｉと同一である反射角ρｒで傾斜面１０３４から反射する。反射光１０５４は、次いで、以下の数式により表現され得る入射角φｉで上面１０１０に向けられる。
【数１３】
0006714514.tif 000014
【００９２】
上面１０１０に入射する光１０５４は、ホログラフィック光学素子の積層体に向けて光１０５４を指定方向に導くように屈折角φｒで屈折する。スネルの法則に基づいて、屈折角φｒは、以下の数式により得られ得る。
【数１４】
0006714514.tif 000015
【００９３】
例示される実施形態が傾斜面１０３２および１０３４からそれぞれ反射するとして光１０５２および光１０５４を記述するが、導光パネル１０００は、光１０５２および１０５４を１つ以上の傾斜面１０３２および／または１０３４により任意の適当な回数反射させるように構成されてもよい。例えば、光源からの光が導光パネル１０００の側面１０２０で屈折角θで屈折するとき、光は、１つ以上の傾斜面１０３２によりｎ回反射し、および／または１つ以上の傾斜面１０３４によりｍ回反射し得、ここで、ｎおよびｍは、０超または０に等しい整数である。
【００９４】
光は、ｎ回またはｍ回反射した後、入射光が上面１０１０を通って屈折する入射角で上面１０１０に入射し得る。例えば、入射角が内部全反射の臨界角未満であるとき、入射光は、上面１０１０を通って屈折し得る。上面１０１０を通って屈折する光の場合、入射角φｉは、以下の数式により表現され得る。
【数１５】
0006714514.tif 000016
【００９５】
加えて、屈折角φｒが、スネルの法則に従って以下の数式により決定され得る。
【数１６】
0006714514.tif 000017
【００９６】
一実施形態では、傾斜面１０３２および１０３４のそれぞれの傾斜角θＥおよびθＷは、１０°未満に設定され得る。上のように構成された導光パネル１０００は、より高い精度および一様な光強度の分布を伴って、光源から照射された光を指定方向に導き得る。例えば、１０°未満の傾斜角θＥおよびθＷで構成された導光パネル１０００は、光源からの光を上面１０１０で４５°超の屈折角で屈折するように導き得る。加えて、導光パネル１０００内の傾斜面１０３２および１０３４は、ランバート反射面として機能し得、それにより、導光パネル１０００の上面１０１０を通って屈折する入射光の一様な分布を向上させる。
【００９７】
一部の実施形態によると、光源からの光は、上面１０１０の位置に応じた可変の角度で上面１０１０を通って屈折し得る。このような場合、最大屈折角と最小屈折角の間の差は、屈折角の角度帯域幅とも称され得、角度帯域幅は、ＦＷＨＭ（半値全幅）法により決定され得る。例えば、傾斜面１０３２および１０３４のそれぞれの傾斜角θＥおよびθＷが１０°未満に設定されるとき、屈折角の角度帯域幅は、３０°未満に狭められ得る。結果として、導光パネル１０００により導かれた光ビームは、略平行または準平行にされ得る。光源からの光を４５°超の所望の屈折角で指定方向に導くために、傾斜面１０３２および１０３４の傾斜角θＥおよびθＷは、１０°未満の任意の適当な角度で構成され得る。
【００９８】
主題は構造的特徴および／または方法的行為に特有の用語で記述されてきたが、添付の特許請求の範囲に定義された主題は、上述された具体的な特徴または行為に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。むしろ、上述された具体的な特徴および行為は、特許請求の範囲を実現する例示的な形態として開示される。
【図１】
0006714514.tif 000018
【図２】
0006714514.tif 000019
【図３】
0006714514.tif 000020
【図４】
0006714514.tif 000021
【図５】
0006714514.tif 000022
【図６】
0006714514.tif 000023
【図７】
0006714514.tif 000024
【図８】
0006714514.tif 000025
【図９】
0006714514.tif 000026
【図１０】
0006714514.tif 000027