(57)【要約】  ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも一つの光磁気空間光変調器（ＭＯＳＬＭ）を備える。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第１のＭＯＳＬＭ（５３，５４）と、第２のＭＯＳＬＭ（５６，５７）を備えていてもよく、第１及び第２のＭＯＳＬＭはホログラムをエンコーディングして、装置においてホログラフィック再構成が生成される。当該装置の利点は、ホログラムを高速にエンコーディングできることである。
2010507826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光磁気ＳＬＭを備えるホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２】
第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭを備え、該第１のＭＯＳＬＭ及び該第２のＭＯＳＬＭはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成を生成することを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１のＭＯＳＬＭ及び前記第２のＭＯＳＬＭは独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調することを特徴とする請求項２に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項４】
振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように、小型で且つ順番に光の振幅及び位相を変調するのに使用される前記第１のＭＯＳＬＭ及び前記第２のＭＯＳＬＭの小型の組合せを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項５】
ＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを備え、該組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成可能であることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項６】
オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵する高倍率の３次元画像ディスプレイ装置コンポーネントを備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項７】
１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵し、プロジェクタとして使用可能な、請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項８】
少なくとも１つのＳＬＭがホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成を生成する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項９】
ファラデー効果を使用して光を変調することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ファラデー効果が磁性フォトニック結晶を使用して実現されることを特徴とする請求項９に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ファラデー効果がドープガラス繊維を使用して実現されることを特徴とする請求項９に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記ファラデー効果が光磁気フィルムを使用して実現されることを特徴とする請求項９に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記ホログラフィック再構成が複数の仮想観察者ウィンドウを介して視認可能であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記複数の仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイル状に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対するホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイが２人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記ディスプレイがビームステアリングのためのエレメント又はビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記ディスプレイがＣＩＡＤレイヤを有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記ディスプレイが視線追跡を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２１】
テレビ装置であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２２】
モニター装置であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２３】
携帯可能であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２４】
ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法であって、ガラス基板を用意し、該基板上にＭＯＳＬＭのためのレイヤを連続してプリントするか、又は、生成する工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置を利用する工程を備える、ホログラフィック再構成の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機ビデオホログラム（ＣＧＨ）がエンコーディングされるホログラフィック・ディスプレイ装置に関し、ディスプレイは少なくとも１つの光磁気ＳＬＭを含む。ディスプレイは、３次元ホログラフィック再構成を生成する。
【背景技術】
【０００２】
計算機ビデオホログラム（ＣＧＨ）は、１つ以上の空間光変調器（ＳＬＭ）においてエンコーディングされる。ＳＬＭは、制御可能なセルを含む。セルは、ビデオホログラムに対応するホログラム値をエンコーディングすることにより光の振幅及び／又は位相を変調する。ＣＧＨは、例えばコヒーレントな光線の追跡により計算されてもよく、シーンにより反射される光と参照波との干渉をシミュレートすることにより計算されてもよく、あるいはフーリエ変換又はフレネル変換により計算されてもよい。理想的なＳＬＭは、任意の複素数を表すことができる。すなわち、入射光波の振幅及び位相を別個に制御できる。しかし、一般的なＳＬＭは、振幅又は位相のいずれか一方の特性のみを制御するが、他方の特性にも影響を及ぼすという望ましくない副作用を伴う。光の振幅又は位相を変調する種々の方法が周知であり、例えば電気アドレス型液晶ＳＬＭ、光アドレス型液晶ＳＬＭ、マイクロミラーデバイス又は音響光学変調器がある。光の変調は、空間的に連続していてもよく、あるいは個別にアドレス指定可能なセルにより構成されてもよい。セルは１次元又は２次元に配置され、２値であるか、多値であるか又は連続している。周知のＳＬＭの１つの種類は、光磁気ＳＬＭ（ＭＯＳＬＭ）である。ＭＯＳＬＭにおいて、ディスプレイのコイルに電流が流れることにより、磁界が制御され、磁界はディスプレイの画素を伝搬する偏光の偏光状態に影響を及ぼす。従って、ＭＯＳＬＭは一種の電気アドレス型ＳＬＭである。
【０００３】
本書面において、用語"エンコードする（encoding）"とは、３ＤシーンをＳＬＭから再構成できるようにするために、ホログラムをエンコードするための制御値を有する空間光変調器の領域を提供する方法を定義する。"ホログラムをエンコードするＳＬＭ"とは、ホログラムがＳＬＭにおいてエンコードされることを意味する。
【０００４】
純粋な自動立体ディスプレイとは対照的に、ビデオ・ホログラムにより、観察者は三次元シーンの光波面の光学的再構成を見る。３Ｄシーンは、観察者の目と空間光変調器（ＳＬＭ）との間、場合によってはＳＬＭの後方との間に広がる空間において再構成される。ＳＬＭは、観察者がＳＬＭ正面に再構成された三次元シーンのオブジェクトや、ＳＬＭ上もしくは後方の他のオブジェクトを見ることができるように、ビデオ・ホログラムでエンコードされることもできる。
【０００５】
空間光変調器のセルは、望ましくは、光が通過する透過可能なセルであり、その光線は、少なくとも所定位置、および、空間コヒーレンス長を数ミリメートル超えた位置で、干渉を生成することが出来る。これは、少なくとも一次元において十分な解像度を有するホログラフィック再構成を可能にする。この種の光は、"十分なコヒーレント光（sufficiently coherent light）"と呼ばれる。
【０００６】
十分な時間的コヒーレンスを確実にするために、光源によって放射される光のスペクトルは、十分に狭い波長帯、即ち、ほぼ単色に限定されるべきである。高輝度ＬＥＤのスペクトル帯域幅は、ホログラフィック再構成の時間的コヒーレンスを確実なものとするために、十分に狭い。ＳＬＭでの回折角は波長に比例し、このことは、単色源のみがオブジェクト点の明瞭な再構成をもたらすであろうことを意味する。スペクトルの拡張により、オブジェクト点が分散し、オブジェクト再構成にスミアが発生するであろう。レーザ光源のスペクトルは、単色とみなすことができる。ＬＥＤのスペクトル線幅は、良好な再構成を促進するのに十分に狭い。
【０００７】
空間コヒーレントは、光源の横方向の拡がりに関連する。ＬＥＤや冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）のような従来の光源は、もし、十分に狭いアパーチャを通して光を放射すれば、これらの要求に満たすことも出来る。レーザ光源からの光は、回折限界内の点光源からの放射としてみなすことができ、モード純度次第でオブジェクトの明瞭な再構成をもたらす。即ち、各オブジェクト点は回折限界内の点として再構成される。
【０００８】
空間的にインコヒーレントな光源からの光は水平方向に拡張され、再構成オブジェクトにスミアを引き起こす。スミアの量は、所定位置における再構成オブジェクト点の拡張サイズにより与えられる。ホログラム再構成に空間的にインコヒーレントな光源を用いるために、輝度とアパーチャを有する光源の横方向の拡がりの制限との間のトレードオフが見いだされるべきである。光源が小さくなるほど、空間コヒーレンスは良くなる。
【０００９】
線光源は、もし、縦方向の拡張に対して直角から見ると、点光源とみなすことができる。よって光波は、その方向にコヒーレントに伝搬可能であるが、他の全ての方向へはインコヒーレントに伝搬する。
【００１０】
一般に、ホログラムは、水平方向や垂直方向における波のコヒーレントな重ね合わせによって、シーンをホログラフ的に再構成する。そのようなビデオ・ホログラムは、全視差ホログラフと呼ばれる。再構成されたオブジェクトは、水平方向や垂直方向における運動視差を伴って、実オブジェクトのように見ることができる。しかしながら、大きな視角は、ＳＬＭの水平方向、及び垂直方向の両方において高解像度を要求する。
【００１１】
しばしば、ＳＬＭにおける要求は、水平視差のみ（HPO）のホログラムに対する制限によって縮小されている。ホログラフィック再構成は、水平方向でのみ起こり、その一方、垂直方向においてホログラフィック再構成は存在しない。これは、水平方向の運動視差を有する再構成されたオブジェクトに起因する。透過ビューは、垂直方向の上に変化することは無い。HPOホログラムの要求するＳＬＭの垂直方向の解像度は、全視差ホログラムよりも少ない。垂直視差のみ（ＶＰＯ）のホログラムは、可能ではあるが、まれである。ホログラフィック再構成は、垂直方向でのみ起こり、垂直運動視差を有する再構成されたオブジェクトをもたらす。水平方向において、運動視差はない。右目と左目との異なる透過ビューは、別々に生成されるべきである。
【００１２】
本出願人によって出願され、参照により本書面に組み込まれる特許文献１は、十分なコヒーレント光の回折の方法によって三次元シーンを再構成する装置について記述している。装置は、点光源もしくは線光源と光を焦点に合わせるレンズと、空間光変調器とを有する。従来のホログラフィック・ディスプレイとは対照的に、透過モードのＳＬＭは、少なくとも一つの"仮想観察者ウィンドウ（virtual observer window）"における３Ｄシーンを再構成する（この単語と関連技術についての議論は、付録ｉ及びｉｉを参照）。仮想観察者ウィンドウが、単一の回折次数に位置付けることができ、ＳＬＭの表面と仮想観察者ウィンドウとの間に広がる錐台状の再構成空間において三次元シーンの完全な再構成を観察者がそれぞれ目にすることができるように、各仮想観察者ウィンドウは、観察者の目の近くに位置付けられ、その大きさは制限される。障害の無いホログラフィック再構成を可能とするため、仮想観察者ウィンドウのサイズは、再構成の一つの回折次数の周期間隔を超えるべきではない。しかしながら、少なくともウィンドウを通して観察者が３Ｄシーンの再構成全部を見られる程度の大きさは必要である。他の目は、同一の仮想観察者ウィンドウを通して見ることもできるし、あるいは、同様にして第２の光源により生成された第２の仮想観察者ウィンドウが割り当てられてもよい。ここで、典型的にはやや大き目であろう可視領域は、局所的に位置付けられた仮想観察者ウィンドウに限定される。既知の小型化のソリューションでは、従来のＳＬＭ表面の高解像度に起因する大領域を再構成し、仮想観察者ウィンドウの大きさにまで縮小する。このことは、幾何学的理由により小さくなった回折角と、現行のＳＬＭの解像度とが、合理的な消費者レベルの計算装置を用いた高品位リアルタイム・ホログラフィック再構成を達成するのに十分なレベルである、という効果をもたらす。
【００１３】
しかし、特にディスプレイの２人以上の閲覧者が考慮される場合、ホログラフィック・ディスプレイにより生成されるフレームレートに関する問題が発生する。特許文献１において説明されるホログラム生成方法において、仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ）が生成される。ＶＯＷを観察者の眼に位置付けると、再構成オブジェクトが観察できる。１つのＶＯＷが各観察者の各眼に必要とされる。ＶＯＷ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）が順に生成される場合、高いフレームレートが必要とされる。「順に」は、色Ｒ、Ｇ及びＢに対する光が順番にＯＮ及びＯＦＦされ、同一のＳＬＭセルがＳＬＭ上の画素に対するＲ、Ｇ及びＢの光をエンコーディングするために順に使用されることを意味する。ちらつきの知覚を回避するために、少なくとも３０Ｈｚの各眼に対するフレームレートが必要である。一例として、３人の観察者に対しては、３０Ｈｚ＊２つの眼＊３人の観察者＊３色＝５４０Ｈｚのフレームレートが必要とされる。これは、液晶（ＬＣ）ＳＬＭのフレームレートより非常に高速である。１人の観察者の場合でも、１８０Ｈｚの黙示的なフレームレートが既存の液晶ＳＬＭ技術により達成可能な限度である。いくつかのディスプレイのアーティファクトは、急速に変化する画像に対して発生する。周知の高速マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ＳＬＭは、高分解能位相変調を提供しない。これらの技術に対して、特性切替時間は、ＬＣの場合には約１０ｍｓであり、ＭＥＭＳの場合には約１０μｓである。従って、周知のデバイスは、特に画像がカラーである場合、完全複素ホログラフィックエンコーディングによりホログラフィック画像を複数の観察者に表示するのに重大な問題を有する。１人の観察者の場合、ＬＣ技術を使用して取得可能なフレームレートより速いフレームレートは、テレビゲーム、スポーツ観戦又はアクション映画の鑑賞、あるいは軍事用ソフトウェア等の素早い動作を含むアプリケーション等において有益である。
【００１４】
振幅及び位相の独立変調を可能にするＳＬＭ（連続する一対のＳＬＭの場合を含む）は、ホログラフィック・ディスプレイにおける応用に対して有利である。複素値ホログラムは、純粋な振幅ホログラム又は純粋な位相ホログラムと比較して高い再構成品質及び高い輝度を有する。従来のファラデー効果光磁気ＳＬＭ（ＭＯＳＬＭ）が周知であるが、それらのＳＬＭは透過光の振幅のみを変調し、ホログラムを生成する際に使用されていない。そのようなＳＬＭは、例えば本明細書に参照により組み込まれる特許文献２においてPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA（www.panoramalabs.com）により報告されている。しかし、他のそのようなＭＯＳＬＭも周知である。
【００１５】
従って、高フレームレートに対処でき且つ好ましくは位相情報及び振幅情報を個別にエンコーディングできるホログラフィック・ディスプレイ装置及びホログラフィック・ディスプレイ装置に対するＳＬＭが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開第２００４／０４４６５９号パンフレット（米国特許出願第２００６／００５５９９４号明細書）
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００５／０７６７１４Ａ２号
【発明の概要】
【００１７】
第１の面において、少なくとも１つの光磁気ＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。
【００１８】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭを含んでもよい。第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭが独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調するようなディスプレイデバイスである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように小型で且つ順番に光の振幅及び位相を変調するのに使用される第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭの小型の組合せを含んでもよい。
【００１９】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、その組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成できる。
【００２０】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵する高倍率の３次元画像ディスプレイデバイス構成要素を含んでもよい。
【００２１】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵してもよく、それはプロジェクタとして使用されてもよい。
【００２２】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラムをエンコーディングする少なくとも１つのＳＬＭを有してもよく、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。
【００２３】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果が磁性フォトニック結晶を使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果がドープガラス繊維を使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果が光磁気フィルムを使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。
【００２４】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成が仮想観察者ウィンドウを介して可視であるディスプレイデバイスであってもよい。
【００２５】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされるディスプレイデバイスであってもよい。
【００２６】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対するホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。
【００２７】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが２人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。
【００２８】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがビームステアリングのためのエレメント又はビームスプリッタを有するディスプレイデバイスであってもよい。
【００２９】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがＣＩＡＤレイヤを有するディスプレイデバイスであってもよい。
【００３０】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが視線追跡を有するディスプレイデバイスであってもよい。
【００３１】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されるディスプレイデバイスであってもよい。マイクロレンズアレイは、ディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供してもよく、その領域は再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ディスプレイは、反射偏光子を含んでもよい。ディスプレイは、プリズム状光学フィルムを含んでもよい。
【００３２】
ホログラフィック・ディスプレイ装置は、光源として発光ダイオードを有してもよい。
【００３３】
ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は携帯可能であってもよい。
【００３４】
更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、基板上にＭＯＳＬＭに対するレイヤを連続して印刷するか又は作成する工程とを含む。
【００３５】
更なる面において、上述のディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。
【００３６】
更なる面において、光磁気ＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。ＳＬＭはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はラップトップコンピュータであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は移動電話であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はＰＤＡであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はデジタル音楽プレーヤであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、磁性フォトニック結晶を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ドープガラス繊維を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、光磁気フィルムを使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のバックライトは、光の直線偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも１つ含んでもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のバックライトは、光の円偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも１つ含んでもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のマイクロレンズアレイは、ディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供してもよく、その領域は、再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ホログラフィック・ディスプレイ装置のＳＬＭは位相エンコーディングを与えてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置ＳＬＭは、振幅エンコーディングを与えてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のホログラフィック再構成は、仮想観察者ウィンドウを介して可視であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置の仮想観察者ウィンドウは、空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の眼がほぼ光源の像平面に位置する場合にのみホログラフィック再構成を適切に見ることができるように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成された３次元シーンのサイズがホログラムを含む媒体のサイズの関数であり且つ再構成された３次元シーンが再構成された３次元シーンを閲覧する際に介する仮想観察者ウィンドウ及びホログラムを含む媒体により規定されるボリューム内の任意の場所に存在するようなディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、３次元シーンの単一のポイントを再構成するのに必要とされる情報を有する領域を含むホログラムをエンコーディングしてもよく、そのポイントは規定された閲覧位置から可視である。領域は、ａ）再構成シーンの単一のポイントに対する情報をエンコーディングし、ｂ）そのポイントに対する情報によりエンコーディングされたホログラムの唯一の領域であり、ｃ）ホログラム全体の一部分を形成するようにサイズが制限され、そのサイズは、高次回折によるポイントの複数の再構成が規定された閲覧位置において可視とならないようなサイズである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、２人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成がホログラムのフーリエ変換ではなくホログラムのフレネル変換であるように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成されるオブジェクトの実際のバージョンにより生成されるほぼ観察者の眼の位置にある波面を判定することにより生成されるホログラムをエンコーディングしてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ビームステアリングに対するプリズムエレメントを有してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ＣＩＡＤレイヤを有してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、視線追跡を有してもよい。
【００３７】
更なる面において、上述のようなディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。
【００３８】
更なる面において、第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭが独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のＭＯＳＬＭがホログラム画素のアレイの振幅を変調し、他方のＭＯＳＬＭがホログラム画素のアレイの位相を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のＭＯＳＬＭがホログラム画素のアレイの振幅及び位相の第１の組合せを変調し、他方のＭＯＳＬＭがホログラム画素のアレイの振幅及び位相の第２の異なる組合せを変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、デバイス中を伝搬する光がまず位相に関してエンコーディングされ、その後振幅に関してエンコーディングされるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はラップトップコンピュータであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は移動電話であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はＰＤＡであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はデジタル音楽プレーヤであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、各ＭＯＳＬＭがファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも１つのＭＯＳＬＭにおいて磁性フォトニック結晶を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも１つのＭＯＳＬＭにおいてドープガラス繊維を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも１つのＭＯＳＬＭにおいて光磁気フィルムを使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが一方のＭＯＳＬＭを他方のＭＯＳＬＭと分離するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のＭＯＳＬＭの電磁界が他方のＭＯＳＬＭの性能に悪影響を及ぼすのを防止するのに十分な薄さの分離レイヤを含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが少なくとも１つのＭＯＳＬＭに対して機械的支持を更に提供するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが約１０ミクロン〜１００ミクロン以下であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラムをエンコーディングし且つホログラフィック再構成が生成されるのを可能にするディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライトが光の直線偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも１つ含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライトが光の円偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも１つ含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、マイクロレンズアレイがディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供するディスプレイデバイスであってもよく、その領域は、再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成が仮想観察者ウィンドウを介して可視であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の眼が略光源の像平面に位置付けられる場合にのみホログラフィック再構成を適切に見れるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成された３次元シーンのサイズがホログラムを含む媒体のサイズの関数であり且つ再構成された３次元シーンが再構成された３次元シーンを閲覧する際に介する仮想観察者ウィンドウ及びホログラムを含む媒体により規定されるボリューム内の任意の場所に存在可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが３次元シーンの単一のポイントを再構成するのに必要とされる情報を有する領域を含むホログラムをエンコーディングするディスプレイデバイスであってもよく、そのポイントは規定された閲覧位置から可視である。その領域は、（ａ）再構成シーンの単一のポイントに対する情報をエンコーディングし、（ｂ）そのポイントに対する情報によりエンコーディングされたホログラムの唯一の領域であり、（ｃ）ホログラム全体の一部分を形成するようにサイズが制限される。サイズは、高次回折によるポイントの複数の再構成が規定された閲覧位置において可視とならないようなサイズである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが２人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成がホログラムのフーリエ変換ではなくホログラムのフレネル変換であるようにディスプレイが動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが再構成されるオブジェクトの実際のバージョンにより生成されるほぼ観察者の眼の位置にある波面を判定することにより生成されるホログラムをエンコーディングするディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ビームステアリングのためのプリズムエレメントが存在するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ＣＩＡＤレイヤを有するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、視線追跡を有するディスプレイデバイスであってもよい。
【００３９】
更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、第１のＭＯＳＬＭに対するレイヤ及び第２のＭＯＳＬＭに対するレイヤを基板上に連続して印刷するか又は作成する工程とを含む。
【００４０】
更なる面において、上述のようなディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。
【００４１】
更なる面において、ＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せが提供される。その組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成できる。小型の組合せは、結像光学装置を必要としない組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスのエレメントの合計の厚さが３ｃｍ未満である組合せであってもよい。小型の組合せは、小型の組合せの画素に対するソフトアパーチャが存在する組合せであってもよい。
【００４２】
更なる面において、振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように光の振幅及び位相を小型で且つ順番に変調するために使用される２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せが提供される。小型の組合せは、結像光学装置を必要としない組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスのエレメントの合計の厚さが３ｃｍ未満である組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスの画素に対するソフトアパーチャが存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、２つのＭＯＳＬＭが位置合わせされた画素により直接結合又は接着される組合せであってもよい。小型の組合せは、２つのＭＯＳＬＭの分離が約１０ミクロン〜１００ミクロン以下である組合せであってもよい。小型の組合せは、一方のＭＯＳＬＭから他方のＭＯＳＬＭを通過する光の回折が遠視野回折現象ではなくフレネル回折現象に存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、各レンズが第１のＳＬＭの画素を第２のＳＬＭの各画素に結像するように２つのＭＯＳＬＭ間にレンズアレイが存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、第１のＭＯＳＬＭの画素のアパーチャ幅が画素のクロストークを最小限にするような幅である組合せであってもよい。小型の組合せは、第１のＭＯＳＬＭの画素のアパーチャ幅が第２のＭＯＳＬＭの画素に対するフラウンホーファー回折現象における画素のクロストークを最小限にするような幅である組合せであってもよい。小型の組合せは、第１のＭＯＳＬＭの画素を第２のＭＯＳＬＭの画素に結像するために光学繊維フェースプレートが使用される組合せであってもよい。
【００４３】
更なる面において、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵する高倍率の３次元画像ディスプレイデバイス構成要素が提供される。ディスプレイデバイス構成要素は、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、小型の組合せが３次元画像を生成できるように、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、光源はレンズアレイにより１０〜６０倍拡大される。ディスプレイデバイス構成要素は、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、少なくとも一方のＭＯＳＬＭは光源から３０ｍｍ以内に位置付けられる。ディスプレイデバイス構成要素は、小型の組合せがＶＯＷにおいて閲覧可能な３次元画像を生成できるように、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、ＶＯＷがＳＬＭにおいてエンコーディングされる情報のフーリエスペクトルの１次回折に制限される構成要素であってもよい。ディスプレイのＶＯＷは、追跡可能でも追跡不可能でもよい。ディスプレイのＶＯＷは、空間多重化又は時間多重化によるＶＯＷのタイリングにより拡大されてもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、１つ又は２つのＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、光源アレイの光源は部分的な空間コヒーレンスのみを有する。そのデバイス構成要素を含むＰＤＡが存在してもよい。そのデバイス構成要素を含む移動電話が存在してもよい。外部エンコーディングユニットにおいて実行されるＳＬＭにおいてエンコーディングされるホログラムの計算が行なわれてもよく、ディスプレイデータは外部エンコーディングユニットによりデバイス構成要素に送出され、ホログラフィックに生成された３次元画像の表示を可能にする。
【００４４】
更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、１つ又は２つのＭＯＳＬＭに対するレイヤを基板上に連続して印刷するか、あるいは作成する工程とを含む。デバイスは、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵する高倍率の３次元画像ディスプレイデバイス構成要素を含む。
【００４５】
更なる面において、上述のようなディスプレイデバイス構成要素を使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。
【００４６】
「ホログラムをエンコーディングするＳＬＭ」により、ホログラムがＳＬＭにおいてエンコーディングされることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】単一のＭＯＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図２】各々が単一のＭＯＳＬＭを含む一対の構成要素を含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図３】従来技術に係るＭＯＳＬＭ画素エレメントの一部を示す図である。
【図４】従来技術に係るホログラフィック・ディスプレイを示す図である。
【図５】各々が単一のＭＯＳＬＭを含む一対の構成要素を含むホログラフィック・ディスプレイ装置の特定の一例の３つの画素を示す横断面図である。
【図６Ａ】ホログラフィック・ディスプレイを示す図である。
【図６Ｂ】小型化に適するホログラフィック・ディスプレイを示す図である。
【図７】従来技術に従って、マイクロコイル・アレイを製造する際に使用される製造工程を示す図である。
【図８】従来技術に従って、マイクロコイル・アレイを製造する際に使用される製造工程を示す図である。
【図９】ホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図１０】振幅及び位相を順にエンコーディングするための２つのＭＯＳＬＭを内蔵するホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図１１】単一のＭＯＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図１２】一実現例に係るホログラフィック・ディスプレイの特定の一例を示す図である。
【図１３】振幅及び位相を順にエンコーディングするための２つのＭＯＳＬＭを内蔵するホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。
【図１４】ＭａｔｈＣａｄ（登録商標）を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】ＭａｔｈＣａｄ（登録商標）を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】ＭａｔｈＣａｄ（登録商標）を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】一実現例に係るレンズアレイレイヤを間に含む２つのＭＯＳＬＭの構成を示す図である。
【図１８】光が一方のＭＯＳＬＭから第２のＭＯＳＬＭへ伝わると実行される可能性のある回折処理を示す図である。
【図１９】一実現例に係るホログラフィック・ディスプレイ構成要素の一例を示す図である。
【図２０】ビームステアリングエレメントを示す図である。
【図２１】ビームステアリングエレメントを示す図である。
【図２２】２Ｄ光源アレイの光源、２Ｄレンズアレイのレンズ、ＳＬＭ及びビームスプリッタを含むホログラフィック・ディスプレイを示す概略図である。ビームスプリッタはＳＬＭから放射される光線を２つの光束に分割し、光束はそれぞれ左眼の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＬ）及び右眼の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＲ）を照明する。
【図２３】光源アレイの２つの光源及びレンズアレイの２つのレンズ、ＳＬＭ及びビームスプリッタを含むホログラフィック・ディスプレイを示す概略図である。ビームスプリッタはＳＬＭから放射される光線を２つの光束に分割し、光束はそれぞれ左眼の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＬ）及び右眼の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＲ）を照明する。
【図２４】プリズムビームステアリングエレメントを示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
次に、種々の実現例を説明する。
Ａ．光磁気ＳＬＭを有するホログラフィック・ディスプレイ装置
本実現例は、光磁気ＳＬＭを有するホログラフィック・ディスプレイ装置を提供し、その組合せは、適切な照明条件の下で３次元画像を生成できる。ディスプレイは、複数の光源又は単一の光源により照明されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイは、テレビ、モニタ、ラップトップコンピュータ、移動電話、ＰＤＡ、デジタル音楽プレーヤ又は一般的にディスプレイが使用される任意の他のデバイスにおいて使用されてもよい。
【００４９】
本実現例は、光の変調、すなわち振幅又は位相、あるいは振幅及び位相の組合せの変調のためのＳＬＭに関する。特に本実現例は、ファラデー効果による光の変調に基づくＳＬＭに関する。ＳＬＭは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。
【００５０】
ファラデー効果は、光の伝搬の方向に磁界を印加した時の媒体における直線偏光の回転として現れる。これは、定量的に以下の式により記述される：
α ＝ ＶＬＨ    （１）
式中、αは偏光回転角であり、Ｖはヴェルデ定数であり、Ｌは媒体の長さであり、Ｈは磁界強度である。ファラデー効果は、磁界により異方性が与えられることにより発生する。磁界は、回転方向の感度を示す軸性ベクトルである。従って、左右の円偏光の状態は、もはや縮退状態ではないため、異なる屈折率の作用を受け且つ媒体において異なる位相ずれの作用を受ける。直線偏光が左円偏光及び右円偏光から成るため、円成分が再度組み合わされて直線偏光を形成する時、それらの成分の異なる位相ずれにより直線偏光角の回転が起こる。
【００５１】
一般に、ヴェルデ定数Vは小さく、有効な回転角度αは、長さLが長いこと又は磁界Hが大きいことを必要とする。ファラデー効果は、光磁気レイヤのスタックを含む磁性フォトニック液晶において非常に増加する。これは、ＳＬＭに対して小さな磁界を有する薄い構造においてファラデー効果を使用することを容易にする。これは、例えばインターネットから取得されるPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA（www.panoramalabs.com）による「A Presentation for Investors」において説明される（この文献は、本明細書に参照により組み込まれる）。この文献は、サイトweb.archive.orgから入手可能であろう。
【００５２】
Panorama Labsは、図３に示すようにファラデー効果を使用するＳＬＭを報告している。これは、磁性フォトニック結晶、入出力偏光子及びコイルのアレイを含む。画素ピッチが１６μｍであるＳＬＭの画素毎に１つのコイルが存在する。磁性フォトニック結晶は、単一レイヤと比較してファラデー効果を向上する光磁気レイヤのスタックから構成される。電流を印加すると、コイルは各画素内に局所的磁界を生成し、それによりその画素を通過する光の直線偏光の回転が起こる。出力偏光子は、特定の偏光角度のみ透過する。従って、各画素の透過率は、コイル中の電流により変調される。図３は、偏光子、磁性フォトニック液晶（ＭＰＣ）、コイル及び解析器を含むＳＬＭの１つの画素を示す。一定の入力強度p0は変調され、時間（t）に依存する出力強度関数P(t)を与える。
【００５３】
ＬＣ-ＳＬＭ又はＭＥＭＳ-ＳＬＭと比較してファラデー効果ＳＬＭの利点は、速い応答時間である。Panorama Labsは、ファラデー効果ＳＬＭにおける２０ｎｓの応答時間を報告した。それは、ＬＣ-ＳＬＭ（約１０ｍｓ）又はＭＥＭＳ-ＳＬＭ（約１０μｓ）より非常に速い。ＭＯＳＬＭは、電子ホログラフィック・ディスプレイに対して使用される。ホログラフィック・ディスプレイに対する１つの方法において、仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ）が生成される。ＶＯＷが観察者の一方の眼に位置付けられる場合、再構成オブジェクトが見える。各観察者の各眼に対して１つのＶＯＷが必要とされる。ＶＯＷ及び色Ｒ、Ｇ、Ｂが順に生成される場合、高いフレームレートが要求される。ちらつきを回避するために、少なくとも３０Ｈｚの各眼に対するフレームレートが必要である。一例として、３人の観察者の場合、３０Ｈｚ＊２つの眼＊３人の観察者＊３色＝５４０Ｈｚのフレームレートが必要とされる。これは、ＬＣ-ＳＬＭのフレームレートより非常に速い。周知の高速ＭＥＭＳ-ＳＬＭは、高分解能位相変調を提供しない。振幅及び位相を変調するＳＬＭは、電子ホログラフィック・ディスプレイにおける応用に対して有利である。複素値ホログラムは、純粋な振幅ホログラム又は純粋な位相ホログラムより高い再構成品質及び高い輝度を有する。図３のPanorama Labsにより開示された従来のファラデー効果ＳＬＭの観察可能な唯一の効果は、透過光の振幅の変調である。更に、図３のPanorama Labsにより開示された従来のファラデー効果ＳＬＭは、３次元画像を生成できるように十分なコヒーレンスの光により照明されない。
【００５４】
図１において、一実現例の例を説明する。１０は、平面領域の照明を提供するための照明装置である。ここで、照明は３次元画像を生成できるように十分なコヒーレンスを有する。参照により本明細書に組み込まれる大面積ビデオホログラムの例に対する米国特許出願公開第２００６／２５０６７１号明細書において、一例が開示される。大面積ビデオホログラムの一例は、図４において再現される。１０のような装置は、レンチキュラーアレイ又はマイクロレンズアレイ等の小型であってもよい合焦システムに入射する光を放射する白色光発光ダイオード又は冷陰極蛍光灯等の白色光源のアレイの形態をとってもよい。あるいは、１０に対する光源は、十分にコヒーレンスな光を放射する赤色、緑色及び青色レーザ又は赤色、緑色及び青色発光ダイオードから構成されてもよい。しかし、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源（例えば、発光ダイオード、ＯＬＥＤ、冷陰極蛍光灯）は、レーザ光源より好ましい。レーザ光源には、ホログラフィック再構成におけるレーザスペックルの原因になったり、相対的に高価であったり、また、ホログラフィック・ディスプレイの閲覧者又はホログラフィック・ディスプレイ装置の組み立てに従事する人の眼を傷める可能性に関して予想される安全上の問題を有する等の欠点がある。
【００５５】
エレメント１０は、ディスプレイの輝度を増加するために１つ又は２つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第５，０５６，８９２号公報及び米国特許第５，９１９，５５１号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。
【００５６】
ホログラム生成器１５は、移動電話のサブディスプレイのような対角１ｃｍの画面サイズ（又はそれ以下）から屋内大型ディスプレイの対角１ｍの画面（又はそれ以上）まで等のサイズの範囲を有してもよい。従って、エレメント１０〜１４は、１ｍｍ以下から屋内大型ディスプレイの場合の数十ｃｍ以上までの厚さ合計を有してもよい。エレメント１１は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。一例は、直線偏光子シートである。更なる例は、１つの直線偏光状態を透過し且つ直交直線偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第５，８２８，４８８号公報において説明されるが、他のシートも周知である。更なる例は、１つの円偏光状態を透過し且つ直交円偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第６，１８１，３９５号公報において説明されるが、他のシートも周知である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント１３に対して放射されるように、エレメント１２はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント１３は、光磁気ＳＬＭである。その最も単純な形態において、エレメント１３は、導電材料のコイルのアレイであり、各コイルは、ディスプレイの対応する画素を通る光により経験される磁界を個別に制御するために使用される。式（１）により記述されるように、直線偏光が媒体を通過する時に有効な回転αを経験してもよいように、光が有効なヴェルデ定数Vを有する媒体を通過することによりそのような制御は容易になる。媒体は、米国特許出願公開第２００５／０２０１７０５号明細書において説明されるように、ドープガラス繊維シリンダの形態又は同様の形状であってもよい。あるいは媒体は、国際公開第ＷＯ２００５／１２２４７９Ａ２号に説明されるような光磁気フィルム又は磁性フォトニック結晶レイヤの形態であってもよい。媒体から放射される光は、直線偏光子シート等の偏光レイヤ１４を通過する。
【００５７】
エレメント１１が光の円偏光状態に対する反射偏光子シートである場合、円偏光がエレメント１１からエレメント１２に向けて透過される一方、直交偏光の光は再利用する可能性があるために反射してエレメント１０に戻り、その間、偏光はエレメント１１により透過される状態に変化する可能性がある。この例において、エレメント１３の後の偏光子シート１４は、円偏光を直線偏光に変換する四分の一波長板から成り、直線偏光シートが後続する。四分の一波長板は、例えば米国特許第７，０５４，０４９号公報において説明されるように可視スペクトルにわたり機能してもよい。可視スペクトルにわたり機能する他の四分の一波長板が周知である。電流がアレイのコイルに流れない場合にHが画素のアレイにわたりゼロであるため、アレイの全ての画素の偏光状態に変化がなく、ディスプレイが暗い状態であるように、直線偏光シート１４は方位回転角度で配置されてもよい。他の構成が当業者には明らかであろう。アレイのコイルに電流が流れることにより、画素毎に偏光状態が変化する可能性があり、それによりカラー画像等の画像が表示可能になる。本明細書の他の場所で説明するように、光磁気ＳＬＭ（ＭＯＳＬＭ）への光の入力偏光状態が純粋な円偏光状態である場合、コイルに電流が流れることにより、位相は円偏光状態でエンコーディング可能である。そのような位相エンコーディングは、エンコーディングされた位相情報を有するホログラムを有効にする。
【００５８】
エレメント１１が光の直線偏光状態に対する反射偏光子シートである場合、直線偏光がエレメント１１からエレメント１２に向けて透過される一方、直交偏光の光は、再利用する可能性があるために反射してエレメント１０に戻り、その間、偏光はエレメント１１により透過される状態に変化する可能性がある。この例において、エレメント１３の後の偏光子シート１４は直線偏光シートである。電流がアレイのコイルに流れない場合にHが画素のアレイにわたりゼロであるため、アレイの全ての画素の偏光状態が変化せず、ディスプレイが暗い状態であるように、直線偏光シート１４は方位回転角度で配置されてもよい。他の構成が当業者には明らかであろう。アレイのコイルに電流が流れることにより、画素毎に偏光状態が変化する可能性があり、それによりカラー画像等の画像が表示可能になる。本明細書の他の場所で説明するように、光磁気ＳＬＭ（ＭＯＳＬＭ）への光の入力偏光状態が純粋な直線偏光状態である場合、コイルに電流が流れることにより、振幅は偏光状態でエンコーディング可能である。そのような振幅エンコーディングは、エンコーディングされた振幅情報を有するホログラムを有効にする。
【００５９】
図１において、ホログラム生成器１５を含むデバイスからある距離にあるポイント１６に位置する閲覧者は、１５の方向を閲覧した時に３次元画像を閲覧してもよい。エレメント１０、１１、１２、１３及び１４は、物理的に接触するように、例えば実際には機械的に接触するように配置されてもよく、各エレメントは、全体が単一の一体のオブジェクトとなるように構造の１つのレイヤを形成する。物理的な接触は直接的であってもよい。あるいは、隣接するレイヤの間のフィルムの被膜である薄い中間レイヤが存在する場合、物理的な接触は間接的であってもよい。物理的な接触は、適切な相互の位置合わせ又は位置決めを保証する小さな領域に制限されてもよく、あるいはより大きな領域、すなわちレイヤの表面全体に及んでもよい。物理的な接触は、ホログラム生成器１５を形成するように光透過接着剤を使用するなどしてレイヤが共に接着されることにより、あるいは任意の他の適切な工程（製造工程の概要という表題の以下のセクションを更に参照）により達成されてもよい。しかし、小型化がデバイス１５に特に要求されない場合、エレメント１０、１１、１２、１３及び１４の一部又は全てが分離していてもよい。
【００６０】
図４は、アレイにおける水平に並べられた円筒レンズの形で垂直合焦システム１１０４の３つの合焦エレメント１１０１、１１０２、１１０３を示した先行技術の側面図である。照明ユニットの合焦エレメント１１０２を通り、観察者平面ＯＰに達する、水平な線光源ＬＳ２にほぼ平行のビームが例示されている。図４に従って、多くの線光源ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３は上下に配置される。それぞれの光源は、垂直方向に十分にコヒーレントであり、水平方向にはインコヒーレントである光を発する。光は、光変調器ＳＬＭの透過セルを通過する。光は、ホログラムとエンコードされる光変調器ＳＬＭのセルによって垂直方向のみに回折される。合焦エレメント１１０２は、観察者平面ＯＰにて、いくらかの回折次数（１のみが実用的である）で光源ＬＳ２を画像化する。光源ＬＳ２によって発されたビームは、合焦システム１１０４の合焦エレメント１１０２のみを通ることが例示されている。図４において、３つのビームは、１番目の回折次数１１０５、ゼロ番目の次数１１０６、そして、マイナス１番目の次数１１０７を示す。単一の点光源とは対照的に、線光源は、より高い光強度を生成可能とする。すでに増大した効率や、再構成されるための３Ｄシーンの各部分に対する線光源の割り当てを有するいくつかのホログラフィック領域を用いることは、効率的な光度を向上させる。他の利点は、レーザの代わりに、例えば、シャッターの一部でも良いスロット隔壁の後方に位置付けられた多くの標準光源が十分にコヒーレント光を生成することである。
【００６１】
仮想観察者ウィンドウを使用するホログラフィックエンコーディングに対する本出願人の好適な方法は、例えば十分にコヒーレントな光の回折により３次元シーンを再構成するデバイスを説明する本出願人により出願された特許文献１において説明される。しかし、当業者には明らかであるように、本実現例のホログラフィック・ディスプレイはそのような方法に限定されず、ＭＯＳＬＭと共に使用されてもよい全ての周知のホログラフィック・ディスプレイの種類を含むことが理解されるべきである。
【００６２】
Ｂ．直列の２つの光磁気ＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置
本実現例は、光の複素変調、すなわち振幅及び位相の独立変調のための空間光変調器（ＳＬＭ）に関する。特に本実現例は、ファラデー効果による光の変調に基づくＳＬＭに関する。ＳＬＭは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイは、テレビ、モニタ、ラップトップコンピュータ、移動電話、ＰＤＡ、デジタル音楽プレーヤ又は一般的にディスプレイが使用される任意の他のデバイスにおいて使用されてもよい。
【００６３】
本実現例は、直列の２つの光磁気ＳＬＭを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を提供する。その組合せは、適切な照明条件の下で３次元画像を生成できる。ディスプレイは、複数の光源又は単一の光源により照明されてもよい。
【００６４】
本実現例は、光の変調のための２つのＭＯＳＬＭに関する。各ＭＯＳＬＭは、振幅、位相、あるいは振幅及び位相の組合せを変調する。特に各ＭＯＳＬＭは、ファラデー効果を使用して光を変調する。組み合わせた２つのＭＯＳＬＭは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。振幅及び位相から構成される複素数は、透過光において画素毎にエンコーディングされる。
【００６５】
１つ又は複数の光源及び直列の２つのＭＯＳＬＭから構成されるホログラフィック・ディスプレイ装置は、必要に応じて光の振幅及び位相を小型で且つ順番に変調するために使用される。本実現例のこの例は、第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭを含む。第１のＭＯＳＬＭは透過光の振幅を変調し、第２のＭＯＳＬＭは透過光の位相を変調する。あるいは、第１のＭＯＳＬＭは透過光の位相を変調し、第２のＭＯＳＬＭは透過光の振幅を変調する。あるいは、組み合わせた２つのＭＯＳＬＭが完全複素変調を容易にするように、各ＭＯＳＬＭは振幅及び位相の組合せを変調する。各ＭＯＳＬＭは、上記のセクションＡにおいて説明した通りであってもよい。全体のアセンブリは、２つのＭＯＳＬＭが使用されること以外、セクションＡにおいて説明した通りであってもよい。
【００６６】
第１の工程において、位相変調のパターンが第１のＭＯＳＬＭに書かれる。第２の工程において、振幅変調のパターンが第２のＭＯＳＬＭに書かれる。第２のＭＯＳＬＭにより透過された光は振幅及び位相に関して変調され、その結果、観察者は２つのＭＯＳＬＭが格納されるデバイスにより放射される光を見た時に３次元画像を観察してもよい。
【００６７】
位相及び振幅の変調が複素数の表現を容易にすることは、当業者には理解されるだろう。従って、本実現例は、３次元画像が閲覧者により閲覧されてもよいようにホログラムを生成するために使用されてもよい。
【００６８】
図２において、実装例が述べられる。２０は、平面領域の照明を提供するための照明装置であり、照明は三次元画像の生成をもたらすことができるために十分なコヒーレンスを有する。例は、広域ビデオホログラムの場合として、米国特許出願公開第２００６／２５０６７１号明細書にて述べられている。２０のような装置は、冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのようなレンチキュラアレイやマイクロレンズアレイのように、小型にできる合焦システムにおいて入射される光を発する冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのような白色光源のアレイの形をとってもよい。あるいは、２０に対する光源は、赤緑青のレーザ、もしくは十分にコヒーレントな光を放つ赤緑青の発光ダイオードを含んでいて良い。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源（例えば、発光ダイオード、ＯＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ）は、レーザ光源より望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック光源において、レーザスペックルを引き起こし、相対的に高価となり、ホログラフィック・ディスプレイ観察者の目や、ホログラフィック・ディスプレイ装置を組み当てる人々の目に損害を与える可能性に関しての安全性の問題が有りうる、といった不利益を有する。
【００６９】
エレメント２０は、ディスプレイの輝度を増加するための１つ又は２つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第５，０５６，８９２号公報及び米国特許第５，９１９，５５１号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。
【００７０】
ホログラム生成器２５は、移動電話のサブディスプレイのような対角１ｃｍの画面サイズ（又はそれ以下）から屋内大型ディスプレイの対角１ｍの画面（又はそれ以上）まで等のサイズの範囲を有してもよい。従って、エレメント２０〜２３、２６〜２８は、１ｍｍ以下から屋内大型ディスプレイの場合の数十ｃｍ以上までの厚さ合計を有してもよい。エレメント２１は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。一例は、直線偏光子シートである。更なる例は、１つの直線偏光状態を透過し且つ直交直線偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第５，８２８，４８８号公報において説明されるが、他のシートも周知である。更なる例は、１つの円偏光状態を透過し且つ直交円偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第６，１８１，３９５号公報において説明されるが、他のシートも周知である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント２３に向けて放射されるように、エレメント２２はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント２３はＭＯＳＬＭである。その最も単純な形態において、エレメント２３は、導電材料のコイルのアレイであり、各コイルは、ディスプレイの対応する画素を通る光の作用による磁界を個別に制御するために使用される。式（１）により記述されるように、直線偏光が媒体を通過する時に有効な回転αの作用を受けてもよいように、光が有効なヴェルデ定数Vを有する媒体を通過することによりそのような制御は容易になる。媒体は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００５／０２０１７０５号明細書において説明されるように、ドープガラス繊維シリンダの形態又は同様の形状であってもよい。あるいは媒体は、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第ＷＯ２００５／１２２４７９Ａ２号に説明されるような光磁気フィルム又は磁性フォトニック結晶の形態であってもよい。
【００７１】
エレメント２６は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。エレメント２７は、エレメント２３に対して上述したようなＭＯＳＬＭである。ＭＯＳＬＭから放射される光は、直線偏光子シート等の偏光レイヤ２８を通過する。透過光に関して、エレメント２３は振幅を変調し、エレメント２７は位相を変調する。あるいは、エレメント２７は振幅を変調し、エレメント２３は位相を変調する。これは、位相が更に正確に変調される（すなわち、雑音が比例して減少する）と予想され、振幅が最大値となるため好ましいと考えられる。ＭＯＳＬＭ２３及び２７が近接することにより、光ビームの発散により発生する画素のクロストーク及び光学損失の問題が軽減される。ＭＯＳＬＭ２３及び２７が近接している程、ＭＯＳＬＭを通過する着色光のビームの非オーバラッピング伝搬に対してより適切な近似が達成される。
【００７２】
小型のホログラム生成器２５を含むデバイスからある距離にあるポイント２４に位置する閲覧者は、２５の方向を閲覧した時に３次元画像を閲覧してもよい。エレメント２０、２１、２２、２３、２６、２７及び２８は、隣接するエレメントが物理的に接触するように、例えば機械的に固定されて接触するように配置されてもよく、各エレメントは、全体が単一の一体のオブジェクトとなるように構造の１つのレイヤを形成する。物理的な接触は直接的であってもよい。あるいは、隣接するレイヤの間のフィルムの被膜である薄い中間レイヤが存在する場合、物理的な接触は間接的であってもよい。物理的な接触は、適切な相互の位置合わせ又は位置決めを保証する小さな領域に制限されてもよく、あるいはより大きな領域、すなわちレイヤの表面全体に及んでもよい。物理的な接触は、小型のホログラム生成器２５を形成するように光透過接着剤を使用するなどしてレイヤが共に接着されることにより、あるいは任意の他の適切な工程（製造工程の概要という表題の以下のセクションを更に参照）により達成されてもよい。しかし、小型化が特に要求されない場合、エレメント２０、２１、２２、２３、２６、２７及び２８の一部又は全てが分離していてもよい。
【００７３】
ここで、画素毎に２つのコイルの電流の関数としてＳＬＭをエンコーディングする直列の２つのＭＯＳＬＭの単純な数学的な処理を与える。更に厳密な処理が可能であってもよい。位相を変調する第１のファラデー回転子、第１の直線偏光子、振幅を変調する第２のファラデー回転子及び第２の直線偏光子は、この順番でそれらの計算のために考慮される。
【００７４】
第１のコイルは、長さL1、電流I1及び巻き数N1を有する。従って、このコイルが軸に沿って生成する磁界はH1 = N1I1/L1である。第２のコイルは、長さL2、電流I2及び巻き数N2を有する。従って、このコイルが軸に沿って生成する磁界はH2 = N2I2/L2である。これらの式は、P.Lorrain及びD.Corson（W.H. Freeman and Co, San Francisco, USA、１９７０年）による「Electromagnetic Fields and Waves」第２版、３１５〜３１８ページから取得される。
【００７５】
入力光は、複素振幅がジョーンズ微積分学で以下のように表される円偏光を有する：
2010507826.tif 000003
第１の回転子におけるファラデー効果により、この円偏光成分の位相は、式（１）により記述されるような以下の式により表される分だけシフトされる：
α1 = Ｖ1Ｌ1Ｈ1 = Ｖ1Ｎ1Ｉ1
ファラデー回転子の後の振幅は以下の通りである：
2010507826.tif 000004
第１の直線偏光子の後の振幅は以下の通りである：
2010507826.tif 000005
第２のファラデー回転子による偏光回転を計算するために、直線偏光は、それぞれα2及び-α2だけシフトされた位相である左円偏光状態及び右円偏光状態に分解される：
α2 = Ｖ2Ｌ2Ｈ2 = Ｖ2Ｎ2Ｉ2
第２のファラデー回転子の後の振幅は以下の通りである：
2010507826.tif 000006
最後に、第２の直線偏光子の後の振幅は以下の通りである：
2010507826.tif 000007
２つのＭＯＳＬＭは、|cos(α2)|だけ振幅を変調し、α1だけ位相を変調する。
【００７６】
従って、各画素の位相α1及び振幅因子|cos(α2)|の量はそれぞれＶ1Ｂ1Ｉ1及び|cos(Ｖ2Ｎ2Ｉ2)|に等しいため、コイルの電流Ｉ1及びＩ2は、それらを制御するために使用される。
【００７７】
ここで、一実現例の特定の例を与える。２つのＭＯＳＬＭは直列に組み合わされる。各レイヤは、コイルにより制御され且つ別個にアドレス指定される変調画素を含む。レイヤは、第１のレイヤの画素において変調された光がその後第２のレイヤの対応する画素により変調されるように位置合わせされる。各レイヤの変調特性は、直列に動作する２つのレイヤが光の複素変調、すなわち振幅及び位相を容易にするような変調特性である。オプションとして、ＳＬＭはビームステアリングを容易にする制御可能なプリズムエレメントのアレイを含んでもよい。オプションとして、ＳＬＭは組込みコンピュータを含んでもよい。
【００７８】
図５は、以下を含むそのようなＳＬＭを示す横断面図である。
【００７９】
・光磁気変調器の２つのレイヤ５３、５４、５６、５７
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント５９
・ホログラムの計算、並びに変調器及びプリズムエレメントの制御のためのＳＬＭに組み込まれたコンピュータ。これは、ディスプレイ（ＣＩＡＤ）５２のコンピュータと呼ばれてもよい。そのようなコンピュータに対する回路網は、本出願人による英国特許出願公開第０７０９３７６．８号及び英国特許出願公開第０７０９３７９．２号において説明されるように、ガラス基板上に成長させられてもよい。実際のデバイスは、図５に示す３画素より多くの画素を有する。例えば実際のデバイスは、１００万画素を与える１，０００×１，０００画素のアレイを有することができる。
【００８０】
図５に示すデバイスは、３つの画素５１１、５１２及び５１３と１つのプリズムエレメント５９とを含む。実現例は、それらの数及びその比３：１に限定されないことが理解される。
【００８１】
図５に示すＳＬＭは、以下を有するいくつかのレイヤを含む。
【００８２】
・底部ガラス基板５１
・コンピュータＣＩＡＤ５２
・３つのコイルの横断面図が示されるコイル５３を有する第１のレイヤ
・第１の磁性フォトニック結晶レイヤ５４
・第１の偏光子５５
・第２の磁性フォトニック結晶レイヤ５６
・３つのコイルの横断面図が示されるコイル５７を有する第２のレイヤ
・第２の偏光子５８
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント５９
・上部ガラス基板５１０
３つの画素５１１、５１２、５１３を図５に示す。破線で示すように、各画素スタックは、コイル５３の第１のレイヤから第２の偏光子５８に及ぶ。画素５１１に関してＳＬＭを説明する。光の伝搬の方向は、底部ガラス基板５１から上部ガラス基板５１０である。
【００８３】
コイル５１４は磁界を生成し、第１の磁性フォトニック結晶レイヤ（ＭＰＣ）５４における光の変調を制御する。光は、第１の偏光子５５を通過し、その後第２のコイル５１６により制御される第２のＭＰＣ５６により変調される。第２の偏光子５８は、画素５１１の出力にある。各ＭＰＣは、ヴェルデ定数を非常に増加する光磁気レイヤの多レイヤ構造から成る。ＭＰＣ多層構造については、インターネットから取得されるPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA（www.panoramalabs.com）による「A Presentation for Investors」において説明される。
【００８４】
２つのＭＰＣ５４、５６は、各画素を通過する光の位相及び振幅を変調するために使用される。一例として、画素５１１に入る光は左円偏光状態である。ＭＰＣ５４を通過した後、光は依然として左円偏光されており、コイル５１４により生成される磁界に依存する位相ずれj1を有する。偏光子５５は、左円偏光を一定の振幅及び位相ずれj1を有する直線偏光に伝達する。この光は、ＭＰＣ５６内で変調される。その後、偏光は依然として直線であるが、偏光の方向はコイル５１６により生成される磁界に依存する角度αだけ回転される。第２の直線偏光子５８の後、光は一定の偏光方向を有し、回転角度αに依存する振幅を有する。
【００８５】
上記は、２つのＭＰＣによる画素における光の位相及び振幅の変調方法の一例である。当業者には明らかとなるように、変調特性、入出力偏光及び偏光子の向きの他の組合せが可能であることが理解される。各ＭＰＣにおいて振幅及び位相の混合変調が存在してもよい。完全複素変調の場合、ＭＰＣ５４及びＭＰＣ５６における組み合わされた変調がゼロから最大振幅値までの振幅及び０〜２πラジアンの位相の制御可能な複素変調を容易にする。
【００８６】
プリズムエレメント５９を含むオプションのレイヤは、電極５１７、５１８と２つの別個の液体５１９、５２０で充填されるキャビティとを含む。各液体は、キャビティのプリズム状の部分を充填する。一例として、液体は油及び水であってもよい。液体５１９、５２０間の界面の傾きは、電極５１７、５１８に印加される電圧に依存する。液体が異なる屈折率を有する場合、光ビームは、電極５１７、５１８に印加される電圧に依存する偏差を経験する。従って、プリズムエレメント５９は制御可能なビームステアリングエレメントとして動作する。これは、観察者の眼に対するＶＯＷの追跡を必要とする電子ホログラフィに対する本出願人の好適な方法の重要な特徴である。本出願人により出願された独国特許出願公開第１０２００７０２４２３７．０号、独国特許出願公開第１０２００７０２４２３６．２号において、プリズムエレメントによる観察者の眼に対するＶＯＷの追跡について説明される。
【００８７】
オプションのＣＩＡＤ５２は、ホログラムを計算し、画素のコイルの電流を制御し、プリズムエレメントを制御するために使用される。本出願人により出願された英国特許出願公開第０７０９３７６．８号、英国特許出願公開第０７０９３７９．２号において、ホログラフィック・ディスプレイに対するＣＩＡＤの実現例が説明される。
【００８８】
図５のＣＩＡＤ５２は、底部ガラス基板に直接取り付けられ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術を使用して作成される。コイル及びプリズムエレメントへの制御信号は、図５のラベル５１５により示される貫通接続又は導電コンタクトを介して伝達される。これは単なる一例である。例えば以下のようなＣＩＡＤの他の位置が可能である。
【００８９】
・一方は底部基板上にあり、他方は上部基板上にある２つのＣＩＡＤ。貫通接続を介して又は２つのＣＩＡＤの同期動作により外部から同期が取られる。
・偏光子５５の各側に１つずつ存在する２つのＣＩＡＤ。これは、コイルまでの距離が短いことを保証する。
・ガラス基板、ＭＰＣ、コイル又は偏光子に取り付けられる柔軟性のあるシートの片側又は両側にある１つ又は２つのＣＩＡＤ。
【００９０】
実現例は、このＣＩＡＤの場所のリストに限定されないことが理解される。
ＣＩＡＤ、コイル及びプリズムエレメントの電極の間又は複数のＣＩＡＤの間の貫通接続又はコンタクトに対していくつかの可能性が存在する。例えば、以下の通りである。
・穴部のエッチング又はドリリング、あるいは穴部のフォトリソグラフィによる製造及び導電材料による充填。
・導電接着剤による一方のレイヤの接続領域の他方のレイヤの接続領域への接着。
・１つ又は複数のＣＩＡＤ、偏光子又はコイルを含んでもよい複合多層シートの製造。
【００９１】
実現例は、この可能性のリストに限定されないことが理解されるだろう。
磁界の間のクロストークを回避又は補償するために注意が必要である。
・光変調に対する誤りの原因になる第１のコイル５１４及び第２のコイル５１６の磁界（漂遊磁界）の間のクロストークが計算及び補償される。計算及び補償は、リアルタイムで行なわれるか又はルックアプテーブル（ＬＵＴ）を使用して行なわれる。
・コイルの軸から離れた漂遊磁界が小さいため、通常、隣接する画素間のクロストークは無視されてもよい。無視されない場合、クロストークはオンラインで又はＬＵＴを使用して計算又は補償されてもよい。
・ＭＰＣに対するＣＩＡＤ（及びＣＩＡＤに対するＭＰＣ）の漂遊磁界のクロストークは、レイアウトを注意深く設計することにより最小限になる。一例として、反対方向の等しい電流を含む回路の経路は、遠視野磁界が相殺して適切な近似になるように近接して位置付けられる。
【００９２】
１つの画素から隣接する画素への光のクロストークは、画素内の５３から５８までの（すなわち、図５の５１０に向かう５１に垂直な方向の）短い光路により回避される。これにより、隣接する画素への回折光の量が無視できる値まで減少される。
【００９３】
偏光子５５、５８も薄いレイヤであるべきである。例は以下を含む。
・高分子シート偏光子。
・一方の偏光方向を吸収する小さな埋め込み金属粒子を含むレイヤ。
・一方の偏光方向の光を透過し且つ他方の偏光方向を反射する平行ナノ構造ワイヤのアレイから構成されるワイヤグリッド偏光子（例えば、Moxtek Inc. of 452 West 1260 North, Orem, UT 84057, USAにより製造）。
【００９４】
ＳＬＭ全体は、移動電話のサブディスプレイとして使用されてもよいＳＬＭ等の対角線が約数ｃｍの小さなＳＬＭであってもよく、あるいはＳＬＭが光学的に拡大される投射型ディスプレイにおいて使用するためのＳＬＭ等の対角線が１ｃｍ以下の小さなＳＬＭであってもよい。あるいは、ＳＬＭが数人の観察者により実物大で見られる直視型ディスプレイにおいて使用するための対角線が最大約１メートル以上の大型のＳＬＭであってもよい。小さなサイズと大きなサイズとの間のＳＬＭの対角線のサイズが種々のアプリケーションに対して実現可能である。
【００９５】
上記の例において説明するＳＬＭは以下の特徴を有する。
・振幅及び位相の独立変調のための２つのＭＰＣ
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント
・ホログラム計算、並びにコイル及びプリズムエレメントの制御のためのＣＩＡＤ
より複雑でないＳＬＭも製造できる。
・プリズムエレメントを有さないＳＬＭは、光源追跡、走査ミラー又は外部のプリズムエレメント等の外部のビームステアリングエレメントと組み合わせて使用できる。
・ＣＩＡＤを有さないＳＬＭは、ホログラム計算、並びにコイル及びプリズムエレメントの制御のための外部コンピュータと共に使用できる。
・ユーザがＶＯＷを眼の位置に配置するように手動でデバイスを向ける場合、視線追跡を有さないＳＬＭはハンドヘルドデバイスにおいて使用できる。
【００９６】
開示されるＳＬＭは、投射型ホログラフィック・ディスプレイ又は直視型ホログラフィック・ディスプレイであるホログラフィック・ディスプレイに対して使用されるのが好ましい。ビームステアリングのための組込みプリズムエレメントを含むＳＬＭは、追跡されるＶＯＷを使用するホログラフィック・ディスプレイに対する本出願人の好適な方法に基づくホログラフィック・ディスプレイに対して好適である。
【００９７】
仮想観察者ウィンドウを使用するホログラフィックエンコーディングに対する本出願人の好適な方法は、例えば、十分にコヒーレントな光の回折により３次元シーンを再構成するデバイスを説明する本出願人により出願された特許文献１において説明される。しかし、当業者には明らかであるように、本実現例のホログラフィック・ディスプレイはそのような方法に限定されず、複素ホログラフィックエンコーディングを行なうために一対のＭＯＳＬＭと共に使用されてもよい全ての周知のホログラフィック・ディスプレイの種類を含むことが理解されるべきである。
【００９８】
Ｃ．ＭＯＳＬＭ及び小型の光源の小型の組合せ
本実現例は、ＭＯＳＬＭ及び十分なコヒーレンスの小型の光源の小型の組合せを提供する。その組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成できる。
【００９９】
本実現例において、結像光学装置を必要としないＭＯＳＬＭ及び小型の光源の小型の組合せを説明する。本実現例は、１つ以上の光源、合焦手段、ＭＯＳＬＭ及び光ビームスプリッタエレメントの小型の組合せを提供し、その組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成できる。「結像光学装置を必要としない」ことにより、例えば一般にマイクロレンズアレイであるような１つ以上の光源を合焦する手段と異なり合焦手段が存在しないことを意味する。
【０１００】
図１１において、実装例が述べられている。１１０は、平面領域の照明を提供するための照明装置であり、照明は、三次元画像の生成をもたらすのに十分なコヒーレンスを有する。照明装置の例として、米国特許第５１５３６７０号明細書において、広域ビデオホログラムの場合における、図４に再現した一例が開示されている。１１０のような装置は、レンチキュラアレイやマイクロレンズアレイのように、小型にできる合焦システムにおいて入射される光を発する冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのような白色光源のアレイの形をとってもよい。あるいは、１１０に対する光源は、赤緑青のレーザ、もしくは十分にコヒーレントな光を放つ赤緑青の発光ダイオードを含んでいて良い。赤緑青光発光ダイオードは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）でも良い。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源（例えば、発光ダイオード、ＯＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ）は、レーザ光源より望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック光源において、レーザスペックルを引き起こし、相対的に高価となり、ホログラフィック・ディスプレイ観察者の目や、ホログラフィック・ディスプレイ装置を組み当てる人々の目に損害を与える可能性に関しての安全性の問題が有りうる、といった不利益を有する。
【０１０１】
エレメント１１０は、ディスプレイの輝度を増加するために１つ又は２つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第５，０５６，８９２号公報及び米国特許第５，９１９，５５１号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。
【０１０２】
エレメント１１０の厚さは、約数ｃｍか又はそれ以下であってもよい。好適な実現例において、エレメント１１０〜１１３、１１６は、十分なコヒーレンスの小型の光源を提供するように合計の厚さが３ｃｍ未満である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント１１２に向けて放射されるように、エレメント１１１はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント１１２は、偏光エレメント又は偏光エレメントの集合である。エレメント１１３はＭＯＳＬＭである。エレメント１１６は、偏光エレメント又は偏光エレメントの集合である。光学ビームスプリッタエレメントがエレメント１１６に後続してもよい。小型のホログラム生成器１１５を含むデバイスからある距離にあるポイント１１４に位置する閲覧者は、１１５の方向を閲覧した時に３次元画像を閲覧してもよい。
【０１０３】
当業者には明らかであるように、セクションＡにおいて説明された光学構成要素は小型のホログラム生成器１１５に含まれてもよい。
【０１０４】
ＭＯＳＬＭは、ファラデー効果により偏光の偏光状態を変調するようにセルのアレイの各セルが電気的にアドレス指定されてもよいＳＬＭである。各セルは、例えば透過する光の振幅を変調するため又は透過する光の位相を変調するため、あるいは透過する光の振幅及び位相の組合せを変調するため、入射光に多少の影響を及ぼす。ＭＯＳＬＭの一例が特許文献２において与えられるが、他のそのようなＳＬＭも周知である。
【０１０５】
エレメント１１０、１１１、１１２、１１３及び１１６は、隣接エレメントが物理的（例えば、実際に機械的であり、接触し、全体が一つで単一のオブジェクトであるようにできる構造のレイヤをそれぞれの形成する）になるように配置される。物理的接触は、直接であっても良い。もしくは、薄く、隣接レイヤ間のフィルムに覆われた仲介レイヤが存在するのであれば、間接的であっても良い。物理的接触は、相互の調節や登録を確実にするために小さな領域に限定されても良いし、広域やレイヤの全表面に広げられても良い。物理的接触は、小型ホログラム生成器１１５を形成するために光学伝導接着剤の利用によって、もしくは他の適した処理（以下の表題"製造プロセスの概要"のセクションを参照）によって、一緒に貼り付けられたレイヤによって成されても良い。
【０１０６】
図４は、アレイにおける水平に並べられた円筒レンズの形で垂直合焦システム１１０４の３つの集約エレメント１１０１、１１０２、１１０３を示した先行技術の側面図である。照明ユニットの合焦エレメント１１０２を通り、観察者平面ＯＰに達する、水平な線光源ＬＳ２にほぼ平行のビームが例示されている。図４に従って、多くの線光源ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３は上下に配置される。それぞれの光源は、垂直方向に十分にコヒーレントであり、水平方向にはインコヒーレントである光を発する。光は、光変調器ＳＬＭの透過セルを通過する。光は、ホログラムとエンコードされる光変調器ＳＬＭのセルによって垂直方向のみに回折される。合焦エレメント１１０２は、観察者平面ＯＰにて、いくらかの回折次数（１のみが実用的である）で光源ＬＳ２を画像化する。光源ＬＳ２によって発されたビームは、合焦システム１１０４の合焦エレメント１１０２のみを通ることが例示されている。図４において、３つのビームは、１番目の回折次数１１０５、ゼロ番目の次数１１０６、そして、マイナス１番目の次数１１０７を示す。単一の点光源とは対照的に、線光源は、たやすくより高い光度の製品を可能とする。すでに増大した効率や、再構成されるための３Ｄシーンの各部分に対する線光源の割り当てを有するいくつかのホログラフィック領域を用いることは、効率的な光度を向上させる。他の利点は、レーザの代わりに、例えば、シャッターの一部でも良いスロット隔壁の後方に位置づけられた多くの標準光源が十分にコヒーレント光を生成することである。
【０１０７】
一般に、ホログラフィック・ディスプレイは、仮想観察者ウィンドウにおいて、波面を再構成する。波面は、もし存在していれば、実オブジェクトが生成したであろうものである。観察者は、彼の目が、いくつかの有効な仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ）のうちの一つの仮想観察者ウィンドウに位置する際に、再構成されたオブジェクトを見る。図６Ａに示されているように、ホログラフィック・ディスプレイは、光源、レンズ、ＳＬＭ、及び光学ビーム・スプリッタ、といったコンポーネントを含む。
【０１０８】
ホログラフィック画像を表示するＳＬＭと小型光源との小型の組み合わせの創作を容易にするため、図６Ａの単一の光源と単一のレンズは、図６Ｂに示されているように、単一の光源アレイと単一のレンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイとにそれぞれ置き換えられても良い。図６Ｂにおいて、光源は、ＳＬＭを照射し、レンズは光源を観察者平面に投影する。ＳＬＭは、ホログラムをエンコードし、ＶＯＷにおいて所望の波面が再構成できるように、入射波面を変調する。光学ビーム・スプリッタ・エレメントは、例えば、一つの左目に対するＶＯＷと一つの右目に対するＶＯＷのように、いくつかのＶＯＷを生成するために利用されても良い。
【０１０９】
もし、光源アレイやレンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイが用いられるのであれば、アレイからの光源は、光束が、ＶＯＷが一致するレンズ・アレイもしくは、レンチキュラ・アレイの全てを通るように配置されるべきである。
【０１１０】
図６Ｂの装置は、小型ホログラフィック・ディスプレイに用いることができる小型設計に役立つ。上記のホログラフィック・ディスプレイは、例えば携帯電話やＰＤＡなどの携帯装置に利用されても良い。一般に、上記ホログラフィック・ディスプレイは、１インチもしくは数インチのオーダのスクリーン対角線を有する。適切なコンポーネントは、詳細に以下で述べられる。
【０１１１】
１）  光源／光源アレイ
単純な場合において、固定単一光源を用いることができる。もし、観察者が動けば、観察者はトラッキングされ、ディスプレイは、観察者の新しい位置において観察可能な画像を生成するために調整されるであろう。ここでは、ＶＯＷのトラッキングが無い、もしくは、トラッキングがＳＬＭの後方のビーム・ステアリング・エレメントを用いて実行されることとなる。
【０１１２】
構造化可能な光源アレイは、バックライトによって照射されたＭＯＳＬＭによって達成されても良い。適切な画素のみが、点、もしくは線光源のアレイを生成するために透過状態に切り替えられる。そのようなアレイの最大スイッチング速度は、ＬＣやＭＥＭＳ技術を利用するような他のＳＬＭにおけるものよりも遙かに高速であろう。これらの光源のアパーチャは、オブジェクトのホログラフィック再構成のための十分な空間コヒーレンスを保証するために、十分に小さくなければならない。点光源のアレイは、レンズの２Ｄアレイを含むレンズ・アレイと組み合わせて用いられても良い。線光源のアレイは、円筒状のレンズの平行アレイを含むレンチキュラ・アレイと組み合わせて用いられても良い。
【０１１３】
望ましくは、ＯＬＥＤディスプレイは、光源アレイとして用いられる。ＯＬＥＤディスプレイが、光源アレイとして用いられる際に、それらの画素のみが目の位置におけるＶＯＷを生成するために必要となるように切り替えられる。ＯＬＥＤディスプレイは、画素の２Ｄアレイもしくは線光源の１Ｄアレイを有しても良い。各点光源の照射領域、もしくは各線光源の幅は、オブジェクトのホログラフィック再構成のために十分な空間コヒーレンスを保証するために十分に小さくするべきである。さらに、点光源のアレイは、好ましくは、レンズの２Ｄアレイを有するレンズアレイと組み合わせて用いられる。線光源のアレイは、好ましくは、円筒状のレンズの平行アレイを有するレンチキュラアレイと組み合わせて用いられる。
【０１１４】
２）合焦手段：単一レンズ、レンズアレイ、もしくはレンチキュラアレイ
合焦手段は、単一もしくは複数の光源を観察者平面へ結像させる。ＳＬＭが焦点手段に近接しているので、ＳＬＭにてエンコードされた情報のフーリエ変換は、観察者平面ないに存在する。合焦手段は、１もしくは複数の合焦エレメントを有する。ＳＬＭと合焦手段との位置は、入れ替えられても良い。
【０１１５】
ＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスを有する小型光源との小型の組み合わせに対し、薄い合焦手段を有することは不可欠である。凸面を有する標準反射レンズはとても分厚い。代わりに、回折レンズ、もしくはホログラフィックレンズが用いられても良い。この回折レンズもしくは、ホログラフィックレンズは、単一レンズ、レンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイの機能を有しても良い。上記構成要素は、Physical Optics Corporation, Torrance, CA, USAによって提供されている表面レリーフのホログラフィック製品を利用できる。代わりに、レンズ・アレイが用いられても良い。レンズ・アレイは、レンズの２Ｄアレイを含み、各レンズは光源アレイのうちの一つの光源に割り当てられている。他の代替案は、レンチキュラ・アレイが用いられても良い。レンチキュラ・アレイは、円筒状のレンズの１Ｄアレイを有し、各レンズは、光源アレイにおける対応光源を有する。上記のように、もし光源アレイや、レンズ・アレイもしくはレンチキュラ・アレイが用いられるのであれば、アレイ中の光源は、光束が、レンズ・アレイ中の全てのレンズ、もしくはＶＯＷ中の一致するレンチキュラ・アレイを通るように位置付けられるべきである。
【０１１６】
レンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイのレンズを通った光は、複数の他のレンズと関連する或るレンズに対しインコヒーレントである。故に、ＳＬＭにてエンコードされたホログラムはサブホログラムから構成され、各サブホログラムは、一つのレンズと対応する。各レンズのアパーチャは、再構成されたオブジェクトの十分な解像度を保証するために、十分に大きくすべきである。例えば、米国特許出願公開第２００６／００５５９９４号明細書で述べるように、ホログラムのエンコード領域の典型的な大きさと同程度の大きさのアパーチャを有するレンズを用いても良い。これは、各レンズが１もしくは数ミリメータのオーダのアパーチャを有すべきことを意味している。
【０１１７】
３）  ＳＬＭ
ホログラムはＳＬＭでエンコードされる。通常、ホログラムのためのエンコーディングは、複素数の２Ｄアレイからなる。よって、理想的には、ＳＬＭは、ＳＬＭの各画素を通過するローカル・ライト・ビームの振幅と位相を変調できるであろう。しかしながら、典型的なＳＬＭは振幅と位相とのいずれかを変調することはできるが、振幅と位相を独立に変調することはできない。
【０１１８】
振幅変調ＳＬＭは、例えば、Burckhardtエンコーディングのような、迂回位相エンコーディングとの組み合わせで使用されてもよい。その難点は、一つの複素数をエンコードするために３画素が必要となることと、再構成されたオブジェクトが低輝度となることである。
【０１１９】
位相変調ＳＬＭの再構成結果は、高輝度となる。例えば、一つの複素数をエンコードするために２画素を必要とする、所謂２相エンコーディングが使用されてもよい。
【０１２０】
ＭＯＳＬＭは、輪郭のはっきりしたエッジの特性を有し、これにより回折パターンにおいて不要な高次の回折次数を招くことになるが、ソフト・アパーチャを利用することで、この問題を軽減、或いは、排除することができる。ソフト・アパーチャは、シャープな透過カットオフのないアパーチャである。ソフト・アパーチャの透過関数の例は、ガウシアン・プロファイルを有する。ガウシアン・プロファイルは、回折システムにおいて有利があることで知られている。その理由は、ガウシアン関数のフーリエ変換は、それ自体ガウシアン関数であるという数学的結果が存在するからである。よって、透過プロファイルにおいてシャープ・カット・オフを有するアパーチャを透過する場合と比べて、ラテラル・スケーリング・パラメータを除きビーム強度プロファイル関数は回折によっては変化しない。ガウシアン透過プロファイルのシートアレイが提供されてもよい。ＭＯＳＬＭアパーチャと一直線上にこれらが提供される場合、ビーム透過プロファイルにおいてシャープカットオフを有するシステムと比較して、高次の回折次数が欠落しているか、或いは、相当に軽減されたシステムが提供される。
【０１２１】
４）ビーム・スプリッタ・エレメント
ＶＯＷは、ＳＬＭにおいてエンコードされる情報のフーリエ変換の一つの周期的インターバルに限定される。現在利用可能な解像度が最大のＳＬＭによれば、ＶＯＷのサイズは、１０ｍｍのオーダである。ある状況では、トラッキング無しのホログラフィック表示のアプリケーションでは、これは小さすぎるかも知れない。この問題に対する一つの解決策は、ＶＯＷを空間的に多重化することであり、２つ以上ＶＯＷが生成される。空間多重化を行う場合、ＶＯＷはＳＬＭの異なる位置から同時に生成される。これは、ビーム・スプリッタにより実現されてもよい。例えば、ＳＬＭのある画素グループは、ＶＯＷ１の情報によりエンコードされ、他のグループはＶＯＷ２の情報によりエンコードされる。ビーム・スプリッタは、ＶＯＷ１とＶＯＷ２とが観察面において並列になるように、光をこれらの２つのグループから分離する。より大きなＶＯＷは、ＶＯＷ１とＶＯＷ２とをシームレスにタイル化することで生成されてもよい。多重化はまた、左目と右目のＶＯＷを生成するために利用されてもよい。その場合、シームレスな並列化は必要とされず、左目用の一つまたはいくつかのＶＯＷと、右目用の一つまたはいくつかのＶＯＷとの間でギャップが生じてもよい。ここで、あるＶＯＷの高次の回折次数が他のＶＯＷの高次の回折次数とオーバラップしないように注意する必要がある。
【０１２２】
ビーム・スプリッタ・エレメントの簡単な例は、引用により本明細書に組み込まれるところの米国特許出願公開第２００４／２２３０４９号明細書に記載されるように、縞の間が透明領域となっている黒い縞模様からなる視差バリアである。更なる例は、米国特許出願公開第２００４／２２３０４９号明細書に記載されているように、レンチキュラ・シートである。ビーム・スプリッタ・エレメントの更なる例は、レンズ・アレイとプリズム・マスクである。小型ホログラフィック・ディスプレイでは、約１０ｃｍ離れた２つの目を有する典型的な観察者としては満足できないが、１０ｍｍという典型的な仮想的な観察者用のウィンドウサイズは、片目だけだと十分に大きいので、典型的にはビーム・スプリッタ・エレメントの存在が期待されるであろう。しかしながら、空間多重化の代わりに時間多重化を利用してもよい。時間多重化は、ＭＯＳＬＭを利用することにより実現可能となる。というのも、ＭＯＳＬＭは上記のように非常に高速のスイッチング機能を有するためである。空間多重化を行わない場合、ビーム・スプリッタ・エレメントを利用する必要はない。
【０１２３】
空間多重化は、カラーホログラフィック再構成のために利用されてもよい。空間カラー多重化のために、赤、緑、青の色成分のそれぞれ独立した画素グループが存在する。これらのグループはＳＬＭ上で空間的に分離されており、赤色光、緑色光、青色光で同時に照射される。各グループは、オブジェクトの各色成分について計算されたホログラムでエンコードされる。各グループは、ホログラフィック・オブジェクト再構成の色成分を再構成する。
【０１２４】
５）時間多重化
時間多重化を行う場合、ＶＯＷはＳＬＭの同一位置から連続的に生成される。これは、光源の位置を変更し、それに同期して再エンコーディングをすることによって実現されてもよい。光源位置の変更は、観察面においてＶＯＷがシームレスに並列化されるように行われなければならない。もし、時間多重化が十分に高速な場合、すなわち全サイクルについて２５Ｈｚより大きい場合、人の目には連続的な拡張ＶＯＷが映るであろう。
【０１２５】
多重化は、左目と右目のＶＯＷの生成のために利用されてもよい。その場合、シームレスな並列化は必要なく、左目用の一つ又はいくつかのＶＯＷと、右目用の一つ又はいくつかのＶＯＷとの間にギャップがあってもよい。この多重化は空間的であっても、時間的であってもよい。
【０１２６】
空間多重化と時間多重化とは組み合わされてもよい。例えば、片目用の拡張ＶＯＷを生成するために、３つのＶＯＷが空間的に多重化される。この拡張ＶＯＷは、左目用の拡張ＶＯＷと右目用の拡張ＶＯＷとを生成するために時間多重化される。
【０１２７】
あるＶＯＷと他のＶＯＷとの高次の回折次数はオーバラップしないように気を付ける必要がある。
【０１２８】
ＶＯＷの拡張のための多重化は、観察者の動作に応じて、視差が連続的に変化する拡張ＶＯＷを提供するので、好ましくはＳＬＭの再エンコーディングと共に利用される。単純化のため、再エンコーディング無しの多重化は、拡張ＶＯＷの異なる部分において反復コンテンツを提供するであろう。
【０１２９】
時間多重化はまた、カラー・ホログラフィック再構成の生成のために利用されてもよい。時間多重化のために、３つの色成分のホログラムは連続的にＳＬＭ上でエンコードされる。３つの光源は、ＳＬＭ上での再エンコーディングと同期して切り替えられる。全サイクルが十分に高速に反復される場合、すなわち２５Ｈｚより大きい場合、人の目には、連続的なカラー再構成として映るであろう。
【０１３０】
時間多重化は、ＭＯＳＬＭを利用することにより実現可能となる。というのも、ＭＯＳＬＭは上記のように非常に高速のスイッチング機能を有するためである。
【０１３１】
６）視線追跡（Eye Tracking）
ＭＯＳＬＭと視線追跡と十分に整合する小型の光源との小型の組合せでは、目位置検出器により観察者の目の位置を検出してもよい。一つ以上のＶＯＷは、観察者が再構成されたオブジェクトをＶＯＷを介して見ることができるようにするために、自動的に目の位置に配置される。
【０１３２】
しかしながら、追跡は常に実用的であるわけではなく、特に携帯型装置の場合にそれが当てはまる。というのも、付加的な装置の要求に基づく制約や、実行のための所要電力が存在するからである。追跡を行わなければ、観察者は手動でディスプレイの位置を調整しなければならない。好適な実装例において、小型ディスプレイは、ＰＤＡや携帯電話に組み込まれているような手持ち型のディスプレイであるので、これは、直ちに実行される。ＰＤＡや携帯電話のユーザは、ディスプレイに直交する方向からディスプレイを見る傾向があるので、ＶＯＷを目に対して調整するための追加的な労力はそれほど必要ない。例えば、引用により本明細書に組み込まれるところの国際公開第０１／９６９４１号パンフレットに記載されるように、ハンドヘルド機器のユーザは、最適な観察条件を達成するように、装置を手で正しい方向に自動的に向ける傾向があることは知られている。よって、そのような装置ではユーザの視線追跡は必要なく、例えば、走査ミラーのような複雑で小さくもない追跡用の光学エレメントも不要である。しかし、もし、装置に対する追加要件及び電力が、過剰な負担を装置に与えるものでなければ、視線追跡がそのような装置において実施されてもよい。
【０１３３】
追跡を行わない場合、ＭＯＳＬＭと、十分コヒーレントな小型光源との小型の組合せでは、ディスプレイの調整を単純化するために、ＶＯＷは十分に大きなものであることが必要とされる。望ましくは、ＶＯＷサイズは、人間の目の大きさの数倍であるべきである。これは、ピッチの小さなＳＬＭを利用した単一の大きなＶＯＷか、ピッチの大きなＳＬＭを利用した小型のＶＯＷをいくつかタイル状に並べたもの、のいずれかにより実現できる。
【０１３４】
ＶＯＷの位置は、光源アレイにおける光源の位置により決定される。目位置検出器は、目の位置を検出し、ＶＯＷを該目の位置に合わせるために、光源の位置を設定する。この種の追跡は、米国特許出願公開第２００６／０５５９９４号明細書及び米国特許出願公開第２００６／２５０６７１号明細書に記述されている。
【０１３５】
また、光源が固定位置にある場合は、ＶＯＷを移動してもよい。光源トラッキングでは、光源からの光の入射角度の変動に対して比較的鈍感なＳＬＭが必要となる。もし、光源を移動してＶＯＷ位置を移動させようとしても、小型光源とＳＬＭとの小型の組合せでは、そのような構成が示唆する当該小型の組合せ内での光伝搬条件からずれるために、その達成が困難となる。そのような場合、ディスプレイにおいて一定の光路を持たせることが有利である。
【０１３６】
７）例
ＭＯＳＬＭと十分にコヒーレントな小型光源との小型の組合せについて、例を説明する。当該組合せにより、適切な露光条件下において３次元画像を生成することが可能となり、ＰＤＡや携帯電話に搭載されてもよい。ＭＯＳＬＭの小型の組合せ及び十分にコヒーレントな小型光源は、図１２に示すように、光源アレイ、ＭＯＳＬＭ及びレンズアレイとしてＯＬＥＤディスプレイを有する。
【０１３７】
ＶＯＷの要求される位置に応じて、ＯＬＥＤディスプレイの特定画素が駆動される。これらの画素は、ＭＯＳＬＭを照射し、レンズアレイにより観察面で映像を構成する。ＯＬＥＤディスプレイにおいて、レンズアレイのレンズ毎にすくなくとも一画素が駆動される。図面において与えられる寸法では、画素ピッチが２０μｍの場合、ＶＯＷは水平増分が４００μｍでトラッキングできる。このトラッキングは準連続性を有している。
【０１３８】
ＯＬＥＤ画素は、部分的にのみ空間コヒーレントな光源である。部分的にコヒーレントなため、オブジェクト点の再構成にはスミアが存在してしまう。図面において与えられる寸法では、ディスプレイから１００ｍｍの距離を有するオブジェクト点は、もし画素幅が２０μｍであれば、１００μｍの水平スミアを有して再構成される。これは、ヒューマン・ビジョン・システムの解像度としては十分である。
【０１３９】
レンズアレイの異なるレンズを通過する光同士には、十分な相互コヒーレンスはない。コヒーレンス要求は、レンズアレイの各単一レンズに限定されている。よって、再構成されたオブジェクト点の解像度は、レンズアレイのピッチにより決定される。典型的なレンズピッチは、ヒューマン・ビジョン・システムの解像度として十分なものを保証するために、１ｍｍのオーダとなろう。もしＯＬＥＤピッチが２０μｍであれば、このことは、レンズピッチとＯＬＥＤピッチとの比率が５０：１であることを意味する。もし、単一ＯＬＥＤのみがレンズごとに発光する場合、このことは、５０2＝２５００ＯＬＥＤ毎に一つだけのＯＬＥＤが発光することを意味する。よって、ディスプレイは、低電力ディスプレイとなるであろう。実装例のホログラフィック・ディスプレイと、従来のＯＬＥＤとの相違は、前者が光を観察者の目に集中させる一方で、後者は光を２πステラジアンに放射することである。従来のＯＬＥＤディスプレイが１０００ｃｄ／ｍ2を達成していた一方で、発明者はこの実施形態において、照射されたＯＬＥＤは現実的なアプリケーションのために１０００ｃｄ／ｍ2の数倍の輝度を達成するべきと計算した。
【０１４０】
ＶＯＷは、ＳＬＭにおいてエンコードされた情報のフーリエスペクトルの一つの回折次数に限定される。もしＭＯＳＬＭの画素ピッチが２０μｍの場合、５００ｎｍの波長において、ＶＯＷは１０ｍｍの幅を有する。ＶＯＷは、空間多重化或いは時間多重化によりＶＯＷをタイル状に配置することで拡張されてもよい。空間多重化の場合、ビーム・スプリッタのような追加の光学エレメントが必要となる。
【０１４１】
カラー・ホログラフィック再構成を時間多重化により実現することができる。カラーＯＬＥＤディスプレイの赤、緑及び青の画素は、赤、緑、青の光波長について計算されたホログラムを有するＳＬＭの同期再エンコーディングで連続的に駆動される。
【０１４２】
ディスプレイは、観察者の目の位置を検出する目位置検出器を備えていてもよい。目位置検出器は、ＯＬＥＤディスプレイの画素の駆動を制御する制御ユニットに接続される。
【０１４３】
ＳＬＭでエンコードされるホログラムの計算は、高い計算能力を必要とするため、好ましくは外部エンコーディング・ユニットで実行される。ホログラフィ的に生成された３次元画像の表示を可能とするために、表示データがＰＤＡや携帯電話に送信される。
【０１４４】
Ｄ．ＭＯＳＬＭの組の小型の組み合わせ
さらに他の実施形態において、２つのＭＯＳＬＭの組み合わせは、順々に、かつ、小型の方法で光の振幅及び位相を変調するために使用されうる。このように、振幅及び位相から成る複素数は、画素単位ごとに透過光にエンコーディングされうる。
【０１４５】
本実施形態は、２つのＭＯＳＬＭの小型の組み合わせを備える。第１のＭＯＳＬＭは透過光の振幅を変調し、第２のＭＯＳＬＭは透過光の位相を変調する。或いは、第１のＭＯＳＬＭは透過光の位相を変調し、第２のＭＯＳＬＭは透過光の振幅を変調する。このことは、振幅が最大値のときに位相がより正確に変調される（即ち、雑音が比較的少ない）ことを期待する場合には、好ましいものと考えられる。各ＭＯＳＬＭは、上述のセクションＣに記載されたものと同様であってもよい。全体的な組み立て品としては、ここで使用される２つのＭＯＳＬＭを除いてセクションＣで記載されたものと同様であってもよい。２つのＭＯＳＬＭの変調特性における他の組み合わせとしては、振幅及び位相の独立した変調を容易にする同等物でも可能である。
【０１４６】
第１のステップにおいて、第１のＭＯＳＬＭは、振幅変調用のパターンでエンコーディングされる。第２のステップにおいて、第２のＭＯＳＬＭは、位相変調用のパターンでエンコーディングされる。第２のＭＯＳＬＭによって透過光は、その振幅及びその位相で変調されており、その結果として、２つのＭＯＳＬＭが内蔵されたデバイスによって照射される光を見るときに観察者が三次元画像を観察することができる。
【０１４７】
位相及び振幅の変調が複素数の表現を容易にすることが当業者によって理解されるであろう。さらに、ＭＯＳＬＭは、高解像度を有することもできる。したがって、本実施形態は、観察者によって観察される三次元画像のようなホログラムを生成することに使用される。
【０１４８】
図１３において、実施形態の一例を示す。１３０は平面領域の照明を提供するための照明装置である。当該照明は、三次元画像の生成に繋がるように十分なコヒーレンスを有する。照明装置の一例は、広域のビデオホログラムのケースについての米国特許出願２００６／２５０６７１号明細書に開示されている。この一例は図４に示している。１３０のような装置は、レンチキュラ・アレイ若しくはマイクロレンズ・アレイのような小型の合焦システムでの入射である光を照射する冷陰極蛍光ランプ又は白色発光ダイオードのような、白色光源の配列の構造をとることができる。或いは、１３０における光源は、十分なコヒーレンスの光を照射する赤色、緑色、青色レーザ又は赤色、緑色、青色発光ダイオードを備えてもよい。赤色、緑色、青色発光ダイオードは、有機発光ダイオードであってもよい。しかし、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源（例えば、発光ダイオード、ＯＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ）はレーザ光源よりも望ましい。レーザ光源には、ホログラフィック再構成におけるレーザ・スペックルを引き起こしたり、相対的に高価であったり、ホログラフィック表示の観察者やホログラフィック・ディスプレイ装置の組立に従事している人の目に損傷を与える可能性に関する安全性の問題があったりなどの不利益がある。
【０１４９】
エレメント１３０は、厚さが約数センチメートル又はそれ以下であってもよい。好適な実施形態において、エレメント１３０〜１３５は、十分なコヒーレンス光の小型の光源を提供するように、厚さがトータルで３ｃｍ未満となる。エレメント１３１は、赤色、緑色、青色光などの有色光の画素のようなカラーフィルタの配列を含んでもよい。しかしながら、光の有色光源が使用される場合には、カラーフィルタは、必要とされない。エレメント１３２は偏光エレメント、或いは、偏光エレメントのセットである。エレメント１３３は、ＭＯＳＬＭである。エレメント１３４はＭＯＳＬＭである。エレメント１３３及び１３４は、それぞれ偏光エレメントか、偏光エレメントのセットを含む。エレメント１３５は任意の光学ビーム・スプリッタエレメントである。透過光に関して、エレメント１３３は振幅を変調し、エレメント１３４は位相を変調する。あるいは、エレメント１３４が振幅を変調し、エレメント１３３が位相を変調する。ＭＯＳＬＭ１３４、１３３の近接性は、光学的損失、及び光ビーム発散から生じる画素クロストークの問題の減少を可能にする。ＭＯＳＬＭ１３４、１３３が近接する場合に、ＭＯＳＬＭを通じた有色光のビームの非重複伝搬のより良い近似が実現されうる。小型のホログラム生成装置１３６を含む装置からの多少の距離のポイント１３５に位置する観察者は、１３６の方向で見る場合に三次元画像を見ることができる。
【０１５０】
エレメント１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は、例えば、全体が単一のユニタリーオブジェクトであるような構造レイヤをそれぞれ形成する固定機構、接点などの隣接エレメントが物理的に構成されるように配置される。物理的な接触は直接的であってもよい。或いは、薄い膜、中間レイヤ、隣接レイヤ間のフィルムのコーティングがあれば間接的であってもよい。物理的な接触は、相互のアライメント又はレジストレーションの補正を保証する小さい領域に制限されうるか、又は、大きな領域若しくはレイヤの全表面に拡張されうる。物理的な接触は、小型のホログラム生成器１３６を形成するように発光粘着剤の使用を通じてなどの互いに接着されているレイヤによって、又は、任意の他の適切な処理（以下の製造プロセスの概要のセクションも参照）によって実現されてもよい。
【０１５１】
ＭＯＳＬＭが振幅変調を実行する場合には、通常の構成において、入射光ビームは、ビームが直線偏光シートを通過することによって直線的に偏光されるであろう。振幅変調は、ファラデー効果を通じて光の偏光状態に影響を与える、光の伝搬方向に沿って加えられる磁場における直線偏光状態の回転によって制御される。そのような装置において、ＭＯＳＬＭからの光が他の直線偏光シートを通過すると、強度減縮を可能にし、結果としてＭＯＳＬＭを通過するように光の偏光状態に何らかの回転をもたらす。
【０１５２】
ＭＯＳＬＭが位相変調を実行する場合には、通常の構成において、入射リード光ビームは、ビームが直線偏光シート及び４分の１波長板を通過することによって円偏光されるであろう。位相変調は、光の偏光状態に影響を与える磁場を、光の伝搬方向に沿って適用することによってファラデー効果により制御される。方向性のある磁場は、コイルを流れる電流により生成される。位相変調において、出力ビームの各画素は、各画素に対応するコイルに流れる電流の関数であるところの入力ビームに対する位相差を有する。
【０１５３】
小型のホログラフィック・ディスプレイで使用される小型の組み立て品は、小さな分離部又は最小の分離部を用いて接続される２つのＭＯＳＬＭを備える。好適な実施形態において、両方のＳＬＭは同じ数の画素を有する。２つのＭＯＳＬＭが観察者から等距離でないため、２つのＭＯＳＬＭの画素ピッチは、観察者に対して異なる距離にある影響を相殺するために若干の違い（しかし、現状はほぼ同一である。）が必要となる。第１ＳＬＭの画素を通過した光は、第２ＳＬＭの対応する画素を通過する。したがって、光は両方のＳＬＭによって変調され、振幅及び位相の複素変調は独立して実現される。一例として、第１ＳＬＭは振幅変調であり、第２ＳＬＭは位相変調である。また、２つのＳＬＭにおける変調特性の任意の他の組み合わせは、振幅及び位相の独立した変調を互いに容易にする可能性がある。
【０１５４】
第１ＳＬＭの画素を通過した光が第２ＳＬＭの対応する画素のみを通過するように注意しなければならない。第１ＳＬＭ画素からの光が第２ＳＬＭの非対応画素、近接画素を通過すれば、クロストークが発生するであろう。当該クロストークは、画像品質の低減を招く可能性がある。ここで、画素間のクロストークを最小化する問題への４つの可能なアプローチについて説明する。これらのアプローチがセクションＢにおける実施形態に適用されてもよいことは当業者にとっては明らかであろう。
【０１５５】
（１）第１の最も単純なアプローチは、アライン画素を有する、互いに２つのＳＬＭを直接的に接続するか、又は、接着することである。光の伝搬の分岐を引き起こす第１ＳＬＭの画素で回折が存在するであろう。ＳＬＭ間の分離部は、第２ＳＬＭの近接画素間でのクロストークを許容可能なレベルに維持するのに十分に薄くなければならない。一例として、１０μｍの画素ピッチに関して、２つのＭＯＳＬＭの分離部は、１０〜１００μｍのオーダ以下である必要がある。これは、カバーガラスの厚さが１ｍｍのオーダから成るような、従来の製造されたＳＬＭではほとんど実現できない。それどころか、サンドイッチ構造は、ＳＬＭ間の薄い分離レイヤのみで、１つのプロセスで製造される方がより望ましい。製造プロセスの概要のセクションで概説される製造アプローチは、短い距離又は最小距離で分離される２つのＭＯＳＬＭを含む装置を製造するために適用されることができる。
【０１５６】
図１４は、二次元モデルで、スリット１０μｍ幅からの回折、スリットからの種々の距離における計算されたフレネル回折プロファイルを示す。ここで縦軸にスリット（ｚ）を示し、横軸にスリット（ｘ）を示す。同様の照明のスリットは、０ミクロンに等しいｚで、ｘ軸で−５μｍと＋５μｍとの間に位置付けられる。透過媒体は１．５の屈折率を有する。これは小型の装置で使用されるであろう媒体の代表でありうる。光は、６３３ｎｍの真空波長での赤色光でとられている。緑色光及び青色光の波長は、赤色光より短い波長を有し、これにより、最短回折を示す赤色光における計算は、三色のカラー、赤色、緑色及び青色に影響をもたらす。当該計算は、ＵＳＡ、マサチューセッツ州、ニーダムのParametric Technology（登録商標）Corp.によって販売されたMathcard（登録商標）ソフトウェアを用いて実行している。図１５は、スリットからの距離関数のように、スリットの中心部を中心とした１０μｍ幅内での強度の一部分を示す。スリットから２０μｍの距離で、図１５に示すように、９０％を超える大きさの強度がスリットの１０μｍ幅内にまだ存在する。したがって、画素強度の約５％未満では、この二次元モデルにおいて、各隣接画素上で入射されるであろう。この計算は画素間をゼロバウンダリ幅として制限している。画素間の実質バウンダリ幅はゼロより大きい。したがって、実システムでは、クロストーク問題がここで計算された値よりも小さいであろう。図１４において、スリットから５０μｍのようなスリットに近いフレネル回折プロファイルは、スリットでの最上位の強度関数にもやや近似する。したがって、スリットに近い広範囲の回折特性はない。広範囲の回折特性は、最上位の遠視野回折関数の特徴である。これは、当業者に知られているｓｉｎｃ二乗関数である。広範囲の回折特性は、図１４のスリットから３００μｍの距離のケースで見てとれる。これは、回折効果が十分に近接した２つのＭＯＳＬＭを配置することによって制御されることを示す。近接した２つのＭＯＳＬＭを配置することの利益は、回折プロファイルの関数形式が遠視野の特徴から、スリットに垂直の軸に近い光を含んだより効果的な関数形式に変更することである。当該利益は、光がＳＬＭの小さいアパーチャを通過するときに、当業者が強力で、有効で、かつ、不可避の回折効果を予期する傾向にあるように、ホログラフィにおける当業者の考え方に対抗する１つである。したがって、当業者が回折効果に起因して、結果として画素クロストークでの不可避のかつ深刻な問題となることを予期するように、当業者は互いに近接する２つのＳＬＭを配置する気にはならないであろう。
【０１５７】
図１６は、スリットからの距離関数として、強度分布の等高線図を示す。等高線は、対数目盛でプロットされ、均等目盛ではない。１０本の等高線が使用され、トータル１００の強度因子範囲を対象とする。スリットから約５０μｍ内の距離での１０μｍスリット幅への強度分布の大きな制限幅は明らかである。
【０１５８】
さらに他の実装例において、第２のＭＯＳＬＭでのクロストーク問題を低減するために、第１のＭＯＳＬＭにおける画素のアパーチャ領域は低減されうる。
【０１５９】
（２）第２のアプローチは、図１７に示すように、２つのＳＬＭ間でのレンズ・アレイを使用する。より好ましくは、レンズの数は、各ＳＬＭにおいて画素の数と同様である。２つのＳＬＭの間隔と、レンズ・アレイの間隔とは、観察者からの距離の違いを相殺するために若干異なってもよい。図１７の光束１７１によって示すように、各レンズは、第２ＳＬＭのそれぞれの画素で第１ＳＬＭの画素を画像化する。また、光束１７２によって示すように、クロストークを引き起こす可能性のある隣接レンズを通過する光が存在するであろう。これは、ＶＯＷに到達しないようなその強度が十分に低いか、又は、その方向性が十分に異なるかの何れかである場合に、無視することができる。
【０１６０】
各レンズのアパーチャ数（ＮＡ：開口数）は、十分な解像度で画素を画像化するために十分に大きくなければならない。一例として、５μｍの解像度では、ＮＡ≒０．２が必要となる。これは、幾可光学を仮定する場合を意味し、ＳＬＭとレンズ・アレイの間隔が１０μｍであれば、レンズ・アレイ間及び各ＳＬＭ間の最大距離は約２５μｍとなる。
【０１６１】
各ＳＬＭのいくつかの画素に対してレンズ・アレイの１つのレンズということも可能である。一例として、第１ＳＬＭの４つの画素のグループがレンズ・アレイのレンズによって第２ＳＬＭの４つの画素のグループに画像化されてもよい。そのようなレンズ・アレイのレンズの数は、各ＳＬＭにおける画素の数の４分の１になるであろう。これは、レンズのより高いＮＡを許容するため、画像化画素のより高い解像度を許容する。
【０１６２】
（３）第３のアプローチは、できるだけ多くの第１のＭＯＳＬＭの画素のアパーチャを低減するためのものである。ビューの回折点から、第１ＳＬＭの画素によって照明される第２ＳＬＭの領域は、図１８に示すように、第１のＭＯＳＬＭの画素のアパーチャ幅Ｄ、及び、回折角度によって決定される。図１８において、ｄは２つのＭＯＳＬＭ間の距離であり、ｗは、ゼロオーダ最大値の何れか一方の側を占める、２つの１次オーダ回折最小値間の距離である。これは、Fraunhofer回折、又は、Fraunhofer回折への理想的な近似を想定している。
【０１６３】
一方で、アパーチャ幅Ｄが減少することは、図１８の破線によって示されるように、照明領域の中心部において直接的な投影領域を減少させることになる。他方で、回折角度は、１／ＤのFraunhofer回折に比例するように増加する。これは、第２のＭＯＳＬＭ上の照明領域の幅ｗが増加することを示す。照明領域はトータル幅ｗを有する。Fraunhofer回折レイジームにおいて、Ｄは、Fraunhofer回折において２つの１次オーダ最小値間の距離から得られる方程式ｗ＝Ｄ＋２ｄλ／Ｄを用いて、所定の区間ｄでｗを最小化するように、決定されてもよい。
【０１６４】
例えば、λが０．５μｍで、ｄが１００μｍで、ｗが２０μｍであれば、１０μｍのＤにおけるＤの最小値が得られる。本例は、Fraunhoferレイジームが本例で有効な近似でない場合において、Fraunhofer回折レイジームにおいて回折処理を制御するために、ＭＯＳＬＭ間の距離を用いることの原理について説明する。
【０１６５】
（４）第４のアプローチは、第２ＳＬＭの画素に第１ＳＬＭの画素を画像化するために光ファイバ・フェースプレートを使用する。光ファイバ・フェースプレートは、２Ｄ配列の平行な光ファイバから成る。ファイバの長さ、つまり、フェースプレートの厚さは、通常、数ミリメータであり、プレートの面に渡るダイアログの長さは最大で数インチとなる。一例として、ファイバの間隔は、６μｍであってもよい。そのようなファイバ間隔を有する光ファイバ・フェースプレートは、ＵＳＡ、ニュージャージ州、バーリントンのEdmund Optic Incによって販売されている。各ファイバは、一方の端部から他方の端部に光りを導く。したがって、フェースプレートの一方の側上の画像は、高解像度で、かつ、合焦エレメントなしで他方の側に転送される。そのようなフェースプレートは、２つのＳＬＭ間で分離レイヤとして使用されうる。マルチモードファイバは、シングルモードファイバよりも望ましい。ファイバのコアの屈折率が液晶の屈折率に一致すると、フレネル後方反射損失を最小化するように、カップリング効率が最適になる。
【０１６６】
２つのＳＬＭ間に追加のカバーガラスは必要ない。第１のＭＯＳＬＭの画素を通過した光は、第２のＭＯＳＬＭのそれぞれの画素に導かれる。これは、近接画素に対するクロストークを最小化する。フェースプレートは、第１ＳＬＭの出力を第２ＳＬＭの入力に配光する。平均して、画素当たり少なくとも１つのファイバが存在するべきである。平均して画素当たり１つのファイバより少なければ、ＳＬＭの解像度が損失し、ホログラフィック・ディスプレイのアプリケーションに見せる画像の品質が低減するであろう。
ホログラムにおける振幅及び位相情報をエンコーディングするための小型の配列の一例を図１０に示す。１０４は、平面領域への照明を提供するための照明装置である。当該照明は、三次元画像の生成を導くことができるように、十分なコヒーレンスを有する。米国特許出願２００６／２５０６７１号明細書には、広域ビデオホログラムの場合の照明装置の一例が開示されている。１０４のような装置は、光を照射する冷陰極蛍光ランプ、又は、白色発光ダイオードのような白色光源の配列の形式をとってもよい。これらの光の照射は、レンチキュラ・アレイ又はマイクロレンズ・アレイのような小型である合焦システムでの入射となる。或いは、１０４における光源は、十分なコヒーレンスの光を発光する、赤色、緑色及び青色レーザ、又は、赤色、緑色及び青色発光ダイオードを含んでもよい。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源（例えば、ＯＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ）はレーザ光源よりも望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック再構成においてレーザ・スペックルを引き起こしたり、相対的に高価であったり、ホログラフィック表示の観察者やホログラフィック・ディスプレイ装置の組立に従事している人の目に損傷を与える可能性に関する安全性の問題があったりなどの不利益がある。
【０１６７】
エレメント１０４、１００〜１０３、１０９は、トータルで厚さが約数センチメートル又はそれ以下であってもよい。エレメント１０１は、エレメント１０２に向けて照射される赤色、緑色、青色光などの有色光の画素のようなカラーフィルタの配列を含んでもよい。しかしながら、光の有色光源が使用される場合には、カラーフィルタは、必要とされない。エレメント１０２は、光偏光エレメント、あるいは、光偏光エレメントのセットである。エレメント１０３は、位相情報をエンコーディングするＭＯＳＬＭである。エレメント１０９は、従振幅情報をエンコーディングするＭＯＳＬＭである。エレメント１０３及び１０９は、偏光エレメント、あるいは、偏光エレメントのセットをそれぞれ含む。ここで１０７によって示すエレメント１０３の各セルは、ここで１０８によって示すエレメント１０９の対応するセルと一致する。しかしながら、エレメント１０３、１０９におけるセルは、同様の側部の空間又は間隔を有するが、エレメント１０３のセルは、エレメント１０９のセルのサイズより小さいか、又は、同様のサイズである。これは、発光セル１０７が、通常、エレメント１０９のセル１０８に入力する前に、いくつかの回折を受けるためである。振幅及び位相がエンコーディングされるオーダは、図１０に示すものから反転されてもよい。
【０１６８】
小型のホログラム生成器１０５を含む装置からいくらかの距離のポイント１０６に位置する観察者は、１０５の方向を見る場合に三次元画像を見ることができる。エレメント１０４、１００、１０１、１０２、１０３、１０９は、小型のホログラム生成器１０５を生成するように、上述するように物理的に接触して構成されてもよい。セクションＢで記述した光学コンポーネントは、当業者には自明であるように小型のホログラム生成器１０５に含まれてもよい。
【０１６９】
Ｅ．オブジェクトのホログラフィック再構成機能を有する、１つ若しくは２つのＭＯＳＬＭの小型の組み合わせを内蔵する高倍率三次元画像ディスプレイ装置コンポーネント
図１９にオブジェクトのホログラフィック再構成機能を有する、１つ若しくは２つのＭＯＳＬＭの小型の組み合わせを内蔵する高倍率三次元画像ディスプレイ装置コンポーネントを示す。装置コンポーネントは、ＭＯＳＬＭとコヒーレンスの小型の光源との小型の組み合わせを含む。この小型の組み合わせは、適切な照明条件の下でＶＯＷ（図１９のＯＷで示す）で見れる三次元画像を生成することができる。装置コンポーネントは、例えば、ＰＤＡ又は移動電話機に内蔵されうる。ＳＬＭとコヒーレンスの小型の光源との小型の組み合わせは、図１９に示すように、光源の配列、ＳＬＭ、及びレンズ・アレイを備える。図１９において、ＳＬＭは、１つ若しくは２つのＭＯＳＬＭの小型の組み合わせを内蔵する。
【０１７０】
単純な例によれば、光源アレイは以下のように形成されうる。単色のＬＥＤのような単一の光源は、アパーチャが照明されるようにアパーチャ・アレイに隣接して配置される。アパーチャがスリットの一次元配列であれば、スリットによって透過される光は光源の一次元配列を形成する。アパーチャがサークルの二次元配列であれば、サークルの照明セットは光源の二次元配列を形成する。通常のアパーチャ幅は約２０μｍとなる。そのような光源アレイは１つの目に対するＶＷの生成に適している。
【０１７１】
図１９において、光源アレイはレンズ・アレイから距離ｕに位置している。当該光源アレイは図１のエレメント１０の光源アレイであってもよいし、オプションとして図１のエレメント１２を内蔵してもよい。正確には、光源アレイの各光源は、レンズ・アレイの対応するレンズから距離ｕに位置付けられる。光源アレイの平面及びレンズ・アレイの平面は、好適な実装例において、平行となる。ＳＬＭは、レンズ・アレイの何れか一方の側に配置されてもよい。ＶＯＷはレンズ・アレイから距離ｖに位置する。レンズ・アレイのレンズは、１／［１／ｕ＋１／ｖ］によって与えられる焦点距離ｆでの被覆レンズである。好適な実装例において、vは、３００ｍｍから６００ｍｍの範囲である。特に好適な実装例では、ｖは約４００ｍｍである。好適な実装例において、ｕは１０ｍｍから３０ｍｍの範囲である。特定の好適な実装例では、ｕは約２０ｍｍとなる。拡大係数Ｍはｖ／ｕによって与えられる。Ｍは、ＳＬＭによって変調される光源がＶＯＷにおいて拡大されるときの係数となる。好適な実施形態において、Ｍは１０から６０の範囲となる。特定の好適な実施形態では、Ｍは約２０となる。良いホログラフィック画像品質を有するそのような拡大係数を実現することは、光源アレイとレンズ・アレイの正確なアライメントを必要とする。コンポーネントの動作寿命の間、上記正確なアライメントを維持するとともに、光源アレイとレンズ・アレイとの間で同一の距離を維持するために装置コンポーネントの有意な機械的安定性が必要とされる。
【０１７２】
ＶＯＷはトラッキング可能であっても、トラッキング不可能であってもよい。ＶＯＷがトラッキング可能であり、ＶＯＷの要求位置に依存する場合、光源アレイの特定の光源が作動される。作動された光源は、ＳＬＭを照明し、レンズ・アレイによる観察者平面に画像化される。レンズ・アレイのレンズ当たり少なくとも１つの光源が光源アレイにおいて作動される。トラッキングは準連続である。ｕが２０ｍｍで、ｖが４００ｍｍであれば、ＶＯＷは画素ピッチが２０μｍである場合に４００μｍの側方増加でトラッキングされうる。このトラッキングは準連続となる。ｕが２０ｍｍで、ｖが４００ｍｍであれば、ｆは、約１９ｍｍとなる。
【０１７３】
光源アレイの光源は、空間コヒーレンスの一部分のみを有してもよい。一部分のコヒーレンスはオブジェクト点の汚染された再構成に繋がる。ｕが２０ｍｍで、ｖが４００ｍｍであれば、光源幅が２０μｍである場合に、ディスプレイから１００ｍｍの距離でのオブジェクト点は１００μｍの側方汚染を有して再構成される。これは、人間の視覚システムの分解能において十分満足するものである。
【０１７４】
レンズ・アレイの異なるレンズを通過する光の間では、相互に有意なコヒーレンスである必要はない。コヒーレンス要件は、レンズ・アレイの各単一のレンズに制限される。したがって、再構成されたオブジェクト点の解像度はレンズ・アレイの間隔によって決定される。通常のレンズ間隔は、人間の視覚システムに対して十分な解像度を保証するために１ｍｍのオーダとなろう。
【０１７５】
ＶＯＷは、ＳＬＭにおいてエンコーディングされる情報のフーリエ・スペクトラムの１つの回折オーダに制限される。５００ｎｍの波長で、ＳＬＭの画素ピッチが２０μｍの場合、ＶＯＷは１０ｍｍの幅を有する。ＶＯＷは、空間多重化又は時間多重化によるＶＯＷのタイル化によって拡大されてもよい。空間多重化の場合にはビーム・スプリッタなどの追加の光学エレメントが必要とされる。
【０１７６】
カラーホログラフィック再構成は、時間多重化によって実現されうる。カラーＯＬＥＤディスプレイの赤色、緑色、青色画素は、赤色、緑色、青色光波長に対して計算されたホログラムでＳＬＭの同期再エンコーディングを伴って、連続的に作動される。
【０１７７】
装置コンポーネントが一部を形成するディスプレイは、観察者の目の位置を検知する目位置検出器を備えてもよい。目位置検出器は、光源アレイ内で光源の作動を制御する制御部に接続される。
【０１７８】
ＳＬＭでエンコーディングされるホログラムの計算は、高い計算能力が必要であれば外部のエンコーディング部で実行されることが望ましい。表示データは、ホログラフィック的に生成された三次元画像の表示を可能とするために、その後、ＰＤＡ又は移動電話機に送信される。
【０１７９】
Ｆ．１つ若しくは２つの組のＭＯＳＬＭの、小型の組み合わせを内蔵する２Ｄ−プロジェクタ
多数のＶＯＷに光を投影する代わりに、装置からの光は、スクリーン、壁、又は、いくつかの他の面に投影されてもよい。このように、移動電話機やＰＤＡにおいて三次元ディスプレイ装置は、ポケット・プロジェクタとしても利用されうる。１つ若しくは２つの組のＭＯＳＬＭの小型の組合せを含む他のどのような三次元ディスプレイ装置も、プロジェクタとして利用されうる。
【０１８０】
ホログラフィック投影の改善された品質は、入射光の振幅及び位相を変調するＳＬＭを使用することによって得られてもよい。このように、複素値ホログラムがＳＬＭでエンコーディングされ、結果としてスクリーンや壁に再構成される画像のより良い品質を得ることができる。
【０１８１】
１つ若しくは２つの組のＭＯＳＬＭの小型の組み合わせは、プロジェクタにおいてＳＬＭとして使用されうる。上記組み合わせの小型のサイズに起因して、プロジェクタも小型になるであろう。プロジェクタは、移動電話機やＰＤＡと同様の装置である。したがって、"三次元表示"モードと、"プロジェクタ"モードとの間で切り替えられてもよい。
【０１８２】
従来の２Ｄプロジェクタと比較して、ホログラフィック２Ｄプロジェクタは、投影レンズを必要とせず、光学遠視野における全ての距離で投影画像の焦点が合わせられるという利益を有する。国際公開第２００５／０５９８８１号パンフレットに開示されているように、先行技術のホログラフィック２Ｄプロジェクタは、単一のＳＬＭを使用するため、複素変調の能力がない。一方、ここで説明したホログラフィック２Ｄプロジェクタは、複素変調の能力を有し、それにより優れた画像品質を得ることができる。
【０１８３】
Ｇ．オブザーバ・ウィンドウ及び２Ｄエンコーディングの空間多重化
本実施形態は、２Ｄエンコーディングを用いて組み合わされたホログラフィック・ディスプレイの仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ）の空間多重化に関する。或いは、ホログラフィック・ディスプレイは、セクションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで説明したようなものか、又は、任意の既知のホログラフィック・ディスプレイであってもよい。
【０１８４】
いくつかのＶＯＷ、例えば、左目用の１つのＶＯＷ及び右目用の１つのＶＯＷが空間的な又は時間的な多重化よって生成されることが知られている。空間多重化において、両方のＶＯＷは、国際公開第２００６／０２７２２８号パンフレットに記載されているように、同時に生成され、ビーム・スプリッタによって分割される。時間多重化において、複数のＶＯＷは時系列的に生成される。
【０１８５】
しかしながら、既知のホログラフィック・ディスプレイシステムには、いくつかの不利益がある。空間多重化において、使用される照明システムは、国際公開第２００６／０２７２２８号パンフレットから取り上げた例えば従来技術の図４に示すように、水平方向に空間的なインコヒーレントであり、水平ラインの光源及びレンチキュラ・アレイに基づく。これは、自動立体鏡ディスプレイから既知の技術が使用されうるという利益がある。しかしながら、水平方向のホログラフィック再構成が不可能であるという不利益がある。その代わりに、使用される、いわゆる１Ｄエンコーディングは、結果として垂直方向のみのホログラフィック再構成と運動視差となる。したがって、垂直焦点は再構成されたオブジェクトの平面にあるが、水平焦点はＳＬＭの平面にある。この非点収差は、空間視覚の品質を低減する。つまり、観察者によって感知されるホログラフィック再構成の品質を低減する。同様に、時間多重化システムは、全てのディスプレイ・サイズで今のところ利用可能でない高速ＳＬＭを必要とするという不利益があり、たとえ利用可能になったとしても非常に高価であるという不利益がある。
【０１８６】
一方で、２Ｄエンコーディングは水平方向及び垂直方向において同時に行なわれるホログラフィック再構成を提供する。したがって、２Ｄエンコーディングは、非点収差なしで形成する。非点収差は、結果として空間視覚の品質を低減する。つまり、観察者によって感知されるホログラフィック再構成の品質を低減する。よって、本実施形態の目的は、２Ｄエンコーディングと組み合わせてＶＯＷの空間多重化を実現することにある。
【０１８７】
本実装例において、水平及び垂直の局所空間コヒーレントを有する照明システムは、光を左目ＶＯＷ用と右目ＶＯＷ用との光線束に分割するビーム・スプリッタと組み合わされる。これにより、ビーム・スプリッタでの回折が考慮される。ビーム・スプリッタは、プリズム・アレイ、第２レンズ・アレイ（例えば、図２０に示すような静的アレイ又は可変アレイ）又はバリア・マスクであってもよい。
【０１８８】
図２２に一実装例を示す。図２２は、２Ｄ光源アレイによる光源、２Ｄレンズ・アレイによるレンズ、ＳＬＭ及びビーム・スプリッタを備えるホログラフィック・ディスプレイの概略図である。ビーム・スプリッタは、ＳＬＭから発する光線を、左目用の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＬ）と右目用の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷＲ）とをそれぞれ照明する２つの光線束に分割する。本実施形態では、光源の数が１つ以上であり、レンズの数は光源の数と同じである。
【０１８９】
本実施形態において、ビーム・スプリッタはＳＬＭの後段となる。しかし、ビーム・スプリッタ及びＳＬＭの位置は交換されてもよい。
【０１９０】
図２３は、プリズム・アレイがビーム・スプリッタとして使用される場合の一実施形態を示す平面図である。照明システムは、ｎエレメントの２Ｄ光源アレイ（ＬＳ１、ＬＳ２、・・・、ＬＳｎ）と、ｎエレメントの２Ｄレンズ・アレイ（Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌｎ）とを備え、それらのうち、２つの光源及び２つのレンズが図２３に示される。各光源は、それらの関連付けられたレンズによって観察者平面に画像化される。光源アレイの間隔と、レンズ・アレイの間隔とは、全ての光源画像が観察者平面、即ち、２つのＶＯＷを含む平面で一致するように設けられる。図２３において、左目ＶＯＷ（ＶＯＷＬ）及び右目ＶＯＷ（ＶＯＷＲ）は、図の右側の外部に位置するため図示していない。追加の視野レンズが追加されてもよい。このレンズ・アレイの間隔は、十分な空間コヒーレントを提供するために、サブホログラムの典型的なサイズと同様である。つまり、１乃至数ミリメートルの計算となる。照射は、光源が小さいか又は点光源であるか、２Ｄレンズ・アレイが使用されるように、各レンズ内で水平及び垂直の空間コヒーレントとなる。レンズ・アレイは、屈折、回折、又はホログラフィックでもよい。
【０１９１】
本実施形態において、ビーム・スプリッタは、垂直プリズムの１Ｄアレイである。プリズムのある傾きでの入射光は、左目ＶＯＷ（ＶＯＷＬ）に屈折され、プリズムの他の傾きでの入射光は、右目ＶＯＷ（ＶＯＷＲ）に屈折される。また、同一のＬＳ及び同一のレンズから発せられる光線は、ビーム・スプリッタを通り過ぎた後に、相互にコヒーレントとなる。したがって、垂直及水平焦点と、垂直及び水平運動視差とを有する２Ｄエンコーディングが可能となる。
【０１９２】
ホログラムは２Ｄエンコーディングを有するＳＬＭでエンコーディングされる。左目及び右目ホログラムは、列ごとに組み合わされる。つまり、左目及び右目ホログラムの情報でエンコーディングされた列が交互にされる。より好ましくは、各プリズムのもとで、左目ホログラムの情報を有する列と、右目ホログラムの情報を有する列とが存在することである。代替案として、プリズムの各傾きのもとで、２つ以上のホログラムの列が存在してもよい。例えば、連続して、ＶＯＷＬの３つの列に続いて、ＶＯＷＲの３つの列が存在する。ビーム・スプリッタの間隔は、遠近短縮（perspective shortening）に対応するために、ＳＬＭの間隔の整数（２、３などの）の倍数と同様であってもよく、ＳＬＭの間隔の整数（２、３などの）の倍数より若干小さくてもよい。
【０１９３】
左目ホログラムを有する列からの光は、左目に対するオブジェクトを再構成し、左目ＶＯＷ（ＶＯＷＬ）を照明する。右目ホログラムを有する列からの光は、右目に対するオブジェクトを再構成し、右目ＶＯＷ（ＶＯＷＲ）を照射する。このように、それぞれの目は、適切な再構成を感知する。プリズム・アレイの間隔が十分に小さければ、目はプリズム構造を解決することができず、プリズム構造は再構成画像を阻害することになる。それぞれの目はフルフォーカス及びフル運動視差で再構成を見て、非点収差は存在しない。
【０１９４】
ビーム・スプリッタがコヒーレント光で照明される場合には、ビーム・スプリッタで回折が存在するであろう。ビーム・スプリッタは、複数の回折次数を生成する回折格子として見なされる。傾いたプリズム傾斜は、ブレーズド回折格子の影響を受ける。ブリーズド回折格子において、最大強度は特定の回折次数に向けられる。プリズム・アレイにおいて、ある最大強度は１つのプリズムの傾きからＶＯＷＬの位置での回折次数に向けられ、別の最大強度はプリズムの他の傾きからＶＯＷＲの位置での他の回折次数に向けられる。具体的には、包絡ｓｉｎｃ二乗関数の強度における最大がそれらの位置にシフトされ、これにより、回折次数が定位置となる。プリズム・アレイは、ＶＯＷＬの位置での包絡ｓｉｎｃ二乗関数のある最大強度と、ＶＯＷＲの位置での包絡ｓｉｎｃ二乗関数の他の最大強度とを生成する。他の回折次数の強度は、小さく（つまり、ｓｉｎｃ二乗強度関数の最大が狭い。）、プリズム・アレイの充てん比が大きい、例えば、１００％に近い値である場合には阻害クロストークにはならない。
【０１９５】
当業者には明らかであるように、２人以上の観察者に対してＶＯＷを提供するために、より多くのプリズムの複素アレイ（例えば、互いに隣接して連続的に配置され、同じ頂角であるが非対称の角度を有する２種類のプリズム）を用いることによって、より多くのＶＯＷを生成することができる。しかしながら、観察者はプリズムの静的アレイで個別にはトラッキングされない。
【０１９６】
他の実施形態において、レンズ当たり１つの光源よりも多い光源が使用されてもよい。レンズ当たりの追加の光源は、追加の観察者に対する追加のＶＯＷを生成するために使用されうる。これは、特許文献１に記載されており、ｍ人の観察者に対して１つのレンズとｍ個の光源を有するケースが記載されている。上記他の実施形態においては、ｍ人の観察者に対してｍ個の左ＶＯＷ及びｍ個の右ＶＯＷを生成するために、レンズ当たりｍ個の光源と２倍の空間多重化が使用されている。レンズ当たりｍ個の光源は、各レンズに対して、ｍ対１であり、ここでｍは自然数である。
【０１９７】
ここで一実施形態について説明する。パラメータとして、観察者距離：２ｍ、画素ピッチ：垂直方向に６９μｍで水平方向に２０７μｍ、Burckhardtエンコーディングを使用、及び可視光：６３３ｎｍで、スクリーンの対角線が２０インチのものを使用する。Burckhardtエンコーディングは、６９μｍのサブ画素で垂直方向であり、ＶＯＷの高さ６ｍｍ（垂直間隔）である。遠近短縮を無視すると、垂直プリズム・アレイの間隔は４１４μｍとなる。つまり、それぞれのフルプリズムのもとで、ＳＬＭの２つの列が存在する。したがって、観察者平面における水平間隔は３ｍｍとなる。これはＶＯＷの幅についても同じである。この幅は、最適な直径約４ｍｍの目の瞳孔よりも小さい。さらに似たような他の実施形態において、ＳＬＭが５０μｍの間隔よりも小さければ、ＶＯＷは２５ｍｍの幅を有する。
【０１９８】
大人の人間が６５ｍｍ（通常通り）の目の間隔を有する場合には、プリズムは、±３２．５ｍｍで光を屈折させなければならない。これにより、光がＶＯＷを含む平面に交差する。具体的には、複数の強度包絡ｓｉｎｃ二乗関数の最大値が±３２．５ｍｍで屈折されなければならない。これは、２ｍの観察者距離で、±０．９３度の角度に対応する。プリズム屈折率ｎ＝１．５に対して、適切なプリズム角度は±１．８６度である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として定義される。
【０１９９】
３ｍｍの観察者平面における水平間隔に関して、他の目は約２１回折次数（即ち、３ｍｍで６５ｍｍを除算した値）の距離となる。ＶＯＷＬとＶＯＷＲとのクロストークは、他のＶＯＷに関連して高い回折次数によって引き起こされるため、無視してよい。
【０２００】
トラッキングを実装するために、トラッキングの単純な方法は、光源トラッキング、即ち、光源位置を適合させる機能である。ＳＬＭ及びプリズム・アレイが同じ平面になければ、視差によって引き起こされる、ＳＬＭ画素とプリズムとの間の関連する水平オフセットを阻害するであろう。これは、結果として阻害クロストークになる。上述した例のスクリーンの対角線が２０インチの画素は、それぞれのプリズムのピークで表される軸に対して、垂直方向に７０％の充てん比を有する。つまり、画素サイズは、１４５μｍのアクティブ領域と各サイドの３１μｍのインアクティブマージンとになる。プリズム・アレイの構成された領域がＳＬＭに向けられれば、プリズム・アレイとＳＬＭとの間の距離間隔は、約１ｍｍとなる。クロストークなしでの水平トラッキング範囲は、±３１μｍ／１ｍｍ＊２ｍ＝±６２ｍｍとなる。トラッキング範囲は、小さいクロストークが許容できれば、より大きくなる。当該トラッキング範囲は、大きくないが、行なわれるいくつかのトラッキングを許容するのに十分であれば、観察者は、自身の目の位置に関してあまり不自然さを感じないであろう。
【０２０１】
ＳＬＭとプリズム・アレイとの視差は、なるべくプリズム・アレイ内への一体化又はＳＬＭへの直接的な一体化（屈折、回折、又はホログラフィック・プリズム・アレイのように）によって避けることができる。これは、製品において専用部品となる。可動機構部が装置を複雑にしてしまうが、代替案としてプリズム・アレイの側方機械的動作がある。
【０２０２】
もう１つの重要な問題は、プリズム角度によって与えられる、固定されたＶＯＷの間隔である。これによって、標準的ではない目の間隔を有する観察者にとって、又はｚトラッキングにとって、厄介な問題となる。解決手法として、図２１に示すような、カプセル化された液晶領域を備える組立部品が使用され得る。この解決手法は、可変の偏光及び固定の偏光をそれぞれ連続して与えるために、プリズム・アレイとともに利用される。代替的な解決手法では、プリズム・アレイの構造化された側面は、液晶レイヤで覆われてもよい。従って、電場は、屈折率及びそれにより偏角を制御し得る。ＶＯＷが大きな幅を有するために、異なる目の間隔を有する観察者又はｚトラッキングにとって、十分な耐性が存在する場合には、可変の偏光の組立部品は必要ない。
【０２０３】
より複雑な解決手法は、（図２４に示す）エレクトロ・ウェッティング（e-wetting）プリズム・アレイ又は（図２１に示す）液晶で満たされたプリズム等の、制御可能なプリズム・アレイを使用することであろう。図２４では、プリズム・エレメント１５９を有するレイヤは、電極１５１７、１５１８と、２つの分離した液体で満たされたキャビティ１５１９、１５２０とを含む。各液体は、プリズムの形をしたキャビティ部分を満たしている。一例として、液体は油や水でもよい。液体１５１９、１５２０の間の接触面の傾斜は、電極１５１７、１５１８に加えられる電圧によって定まる。液体が異なる屈折率を有する場合、光ビームは電極１５１７、１５１８に加えられる電圧によって偏光される。従って、プリズム・エレメント１５９は、制御可能なビーム・ステアリング・エレメントとして機能する。これは、観察者の目に対するＶＯＷのトラッキングを必要とする実施のための、電気ホログラフィへの出願人のアプローチにおいて重要な特徴である。参照により本明細書に組み込まれる、本出願人が出願した独国特許出願公開１０２００７０２４２３７．０号明細書、独国特許出願公開１０２００７０２４２３６．２号明細書では、プリズム・エレメントを用いた観察者の目に対するＶＯＷのトラッキングについて説明している。
【０２０４】
以下に、小型ハンドヘルド・ディスプレイ用の実施の一例を示す。日本のセイコー（登録商標）エプソン（登録商標）株式会社は、Ｄ４：Ｌ３Ｄ１３Ｕ １．３インチ画面対角パネル等の、白黒のＥＡＳＬＭを発売している。ＳＬＭとして、Ｄ４：Ｌ３Ｄ１３Ｕ ＬＣＤパネルの使用について、一例として説明する。当該パネルは、ＨＤＴＶ解像度（１９２０×１０８０画素）、１５μｍ画素ピッチ、及び２８．８ｍｍ×１６．２ｍｍのパネル領域を有する。当該パネルは、通常、２Ｄ（二次元）画像投影ディスプレイに用いられる。
【０２０５】
本例では、波長６３３ｎｍ及び観察者距離５０ｃｍとして計算している。Detour位相エンコーディング（Burckhardtエンコーディング）が、この振幅変調ＳＬＭに用いられ、１つの複素数をエンコーディングするために３画素が必要とされる。これらの３つの関連する画素は、垂直に配置される。プリズム・アレイのビーム・スプリッタがＳＬＭに組み入れられる場合、プリズム・アレイのピッチは３０μｍである。ＳＬＭとプリズム・アレイとの間に距離がある場合、遠近感の短縮のため、プリズム・アレイのピッチはわずかに異なる。
【０２０６】
ＶＯＷの高さは、１つの複素数をエンコーディングするために３＊１５μｍ＝４５μｍのピッチで規定され、７．０ｍｍである。ＶＯＷの幅は、プリズム・アレイの３０μｍのピッチで規定され、１０．６ｍｍである。両方の値は、目の瞳孔よりも大きい。従って、それぞれの目は、ＶＯＷが目の位置に存在する場合に、ホログラフィック再構成を観察し得る。当該ホログラフィック再構成は、上述のように、２Ｄエンコーディングされたホログラムから生じ、そのために１Ｄ（一次元）エンコーディングに固有の非点収差は生じない。これは、空間視覚の高い品質と、奥行き感の高い品質とを保証する。
【０２０７】
目の間隔は６５ｍｍであるため、プリズムは±３２．５ｍｍだけ光を屈折させなければならない。具体的には、包絡ｓｉｎｃ二乗強度関数の強度の最大値は、±３２．５ｍｍだけ屈折されなければならない。これは、０．５ｍの観察者距離に対する角度±３．７２°に相当する。適切なプリズム角度は、屈折率ｎ＝１．５に対して、±７．４４°である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として規定される。
【０２０８】
１０．６ｍｍの観察者平面における水平周期について、他方の目はおよそ６回折次数（即ち、６５ｍｍ／１０．６ｍｍ）の距離に存在する。従って、より高次の回折次数によって生じるクロストークは、プリズム・アレイが高い、即ち、１００％に近い充填率を有するため、無視できる。
【０２０９】
以下に、大型ディスプレイ用の実施の一例を示す。ホログラフィック・ディスプレイは、５０μｍの画素ピッチ及び２０インチのスクリーン対角線を有する、位相変調を行うＳＬＭを使用するものとして設計され得る。テレビに応用するためには、対角線はむしろ約４０インチとなり得る。当該設計における観察者距離は２ｍであり、波長は６３３ｎｍである。
【０２１０】
ＳＬＭの２つの位相変調画素が、１つの複素数をエンコーディングするために使用される。これら２つの関連する画素は、垂直に配置され、対応する垂直ピッチは２*５０μｍ＝１００μｍである。プリズム・アレイがＳＬＭに組み入れられることによって、各プリズムは２つの傾斜を含み、各傾斜はＳＬＭの１列に使用されるため、プリズム・アレイの水平ピッチも２*５０μｍ＝１００μｍである。結果的に、ＶＯＷの１２．７ｍｍの幅及び高さは、目の瞳孔より大きい。従って、ＶＯＷが目の位置に存在する場合、それぞれの目は、ホログラフィック再構成を観察し得る。ホログラフィック再構成は、２Ｄエンコーディングされたホログラムから生じ、それにより１Ｄエンコーディングに固有の非点収差は生じない。これは、空間視覚の高い品質と、奥行き感の高い品質とを保証する。
【０２１１】
目の間隔は６５ｍｍであるため、プリズムは±３２．５ｍｍだけ光を屈折させなければならない。具体的には、包絡ｓｉｎｃ二乗強度関数の強度の最大値は、±３２．５ｍｍだけ屈折されなければならない。これは、２ｍの観察者距離に対する角度±０．９３°に相当する。適切なプリズム角度は、屈折率ｎ＝１．５に対して、±１．８６°である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として規定される。
【０２１２】
上述の例は、ＳＬＭからの観察者の距離として、５０ｃｍ及び２ｍに関するものである。より一般的には、当該実施は、２０ｃｍと４ｍとの間の、ＳＬＭからの観察者の距離に対して適用され得る。スクリーン対角線は、１ｃｍ（携帯電話のサブ・ディスプレイ等）と５０インチ（大きいサイズのテレビ等）としてもよい。
【０２１３】
＜レーザ光源＞
例えば、ＧａＩｎＡｓ又はＧａＩｎＡｓＮ材料に基づくＲＧＢ固体レーザの光源は、小ささ及び高い光の指向性を理由として、小型ホログラフィック・ディスプレイ用の光源に適している。そのような光源には、アメリカ合衆国カリフォルニア州のNovalux（登録商標）Inc.のＲＧＢ垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が含まれる。各光源は、回折光学エレメントの使用を通じて複数のビームを生成するために使用され得るが、そのような光源は、単一のレーザとして、又はレーザのアレイとして提供され得る。コヒーレンスが、レーザスペックルパターン等の望ましくない結果を招くことなしに小型ホログラフィック・ディスプレイを使用するには高すぎる場合、当該ビームは、コヒーレンスレベルを低下させながら、マルチモード光ファイバを進む。
【０２１４】
＜製造プロセスの概要＞
以下では、図２のデバイスを製造するためのプロセスの概要を説明するが、当該プロセスの多くの変形が当業者には明らかとなろう。
【０２１５】
図２のデバイスを製造するプロセスにおいて、透明な基板が選択される。そのような基板は、約２００μｍの厚さの１枚のホウケイ酸ガラス等の、硬質パッケージ用基板でもよく、或いは、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又は類似の基板といった高分子基板等の、フレキシブル基板でもよい。ＣＩＡＤレイヤは、引用により本書面に組み込まれるところの英国特許出願公開第０７０９３７６．８号及び英国特許出願公開第０７０９３７９．２号に記載されているように、ガラス上に提供される。そのような計算回路は、ディスプレイの画素間に配置される。当該回路は、ＳｉＯ2のような透明絶縁膜により覆われる。光磁気フィルムが透明絶縁膜上に設けられる。ディスプレイの画素に応じてマイクロ・コイル・アレイが配置される。同様のプロセスは、国際公開第ＷＯ２００５／１２２４７９Ａ２号に記載されている。コイルの材料は、銅やアルミニウムのような導電性材料であればなんでもよい。コイルアレイは、低抵抗で巻線数が多くなるように製造することができる。シリンドリカル溝７１は、光磁気フィルム７２の深さと同等であるが、図７に示すように光磁気フィルムにエッチングされる。導電性材料がシリンドリカル溝に配置されて、図８に示すようにマイクロコイル８１が構成される。ここで、当該溝は、レーザエッチングにより実現可能であることに注意されたい。超短パルスレーザは、ピコ秒、あるいは、フェムト秒の周期のパルスを発生させることができ、高ピーク電力により熱影響領域を制限して、材料除去プロセスが専らアブレーションにより行われるようにし、高精度の光磁気フィルムを実現している。そして、上述のように、中間偏光レイヤや、当該レイヤのセットが生成される。更なる偏光レイヤやそのセットがその後に生成される。これにより、２つの隣接ＭＯＳＬＭデバイス構造を実現する。その後、光学ビーム・ステアリング・エレメント及びガラス・カバーレイヤが生成される。
【０２１６】
２つのＭＯＳＬＭデバイスの間のレイヤは、一方のＭＯＳＬＭに存在する磁場が他方のＭＯＳＬＭの性能に影響しないように、十分に厚いことが必要となり得る。中間偏光レイヤ、或いは当該レイヤのセットは、この目的を達成するために、十分に厚くてもよい。しかし、中間偏光レイヤ、或いは当該レイヤのセットの厚さが十分ではない場合、ＭＯＳＬＭデバイスを、光学的な粘着性を利用して、十分な厚さの１枚のガラスに対してボンディング（bonding）することによって、或いは、上述の無機レイヤ又は高分子レイヤ等の、さらに光学的に透明なレイヤを蒸着することによって、レイヤの厚さは増加され得る。そのような更なる光学透過レイヤは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、或いは、炭化ケイ素といった無機絶縁体であってもよいし、或いは、エポキシのような重合レイヤであってもよい。蒸着処理は、無機絶縁レイヤの場合はスパッタリングや化学蒸着により行うことができ、重合レイヤの場合はプリンティングやコーティングにより行うことができる。しかし、光回折効果が画素のひどいクロストークを生じさせるために、ＭＯＳＬＭデバイスは、極端に離れていてはならない。例えば、画素の幅が１０μｍである場合、ＭＯＳＬＭレイヤの距離は１００μｍ未満であることが望ましい。一方のＭＯＳＬＭのＬＣレイヤは、振幅変調を実行し、他方のＭＯＳＬＭのＬＣレイヤは、位相変調を実行する。
【０２１７】
例えば各ＭＯＳＬＭにおける磁場が他のＭＯＳＬＭの動作に影響を確実に与えないようにするためにＭＯＳＬＭレイヤ間を十分に分離するために例えばガラス・レイヤを利用して、装置の第１のＭＯＳＬＭ部と結合される、装置の第２のＭＯＳＬＭ部が単一ユニットとして提供されてもよい。装置の第２のＭＯＳＬＭ部は、装置の第１のＭＯＳＬＭ部に更なる材料を蒸着することにより提供されてもよい。この場合、第１のＭＯＳＬＭの画素と第２のＭＯＳＬＭの画素とのアラインメントを正確なものにすることができるという利点がある。
【０２１８】
上述の手順又は類似の手順を用いて加工され得るデバイス構造の一例が、図９において与えられる。図９のデバイス構造９１０は、十分にコヒーレントな可視光の放射によって、面９０９から照明され、これにより、使用時には、点９１１の観察者が、三次元画像を観察し得る。なお、点９１１は、当該デバイスから、当該デバイスに対して原寸に比例した距離を隔てて示されてはいない。当該デバイスにおける９０から９０１までのレイヤは、必ずしも互いに原寸に比例しているわけではない。レイヤ９０は、ガラス・レイヤ等の基板レイヤである。レイヤ９１は、ＣＩＡＤレイヤであり、実装例によっては省略されてもよい。レイヤ９２は、絶縁レイヤである。レイヤ９３は、光磁気フィルム・レイヤである。レイヤ９４は、マイクロコイル・アレイ・レイヤである。レイヤ９５は、偏光レイヤ或いは、当該レイヤのセットである。レイヤ９６は、２つのマイクロコイル・アレイの間の所望の分離を行うための任意のレイヤである。レイヤ９７は、更なる光磁気フィルム・レイヤである。レイヤ９８は、更なるマイクロコイル・アレイ・レイヤである。レイヤ９９は、更なる偏光レイヤ、あるいは、当該レイヤのセットである。レイヤ９００はビーム・ステアリング・エレメント・アレイ・レイヤである。レイヤ９０１は、ガラス等の、材料を覆う平面である。製造において、デバイス９１０は、基板レイヤ９０から開始し、最後のレイヤ９０１が加えられるまで各レイヤを順々に被着することによって、加工され得る。そのような手順は、当該構造のレイヤが、加工処理において高い正確さに揃えられ得ることを促進する効果を有する。その代わりに、それらのレイヤは、２以上の部分において加工され、十分な程度のアライメントで、ともにボンディングされ得る。
【０２１９】
実装例によれば、デバイスの加工のために、望ましくない圧力によって引き起こされた複屈折等の、望ましくない複屈折を最小にし続けることが非常に重要である。圧力によって引き起こされる複屈折は、光の楕円形（elliptical）の偏光状態へ変化する、光の直線偏光状態又は円偏光状態を生じさせる。理想的には光の直線又は円偏光状態が存在するであろうデバイスにおける、楕円形の光の偏光状態の存在は、コントラスト及び色の忠実度を低減し、そのためにデバイスの性能を劣化させるだろう。
【０２２０】
本明細書で開示した実施では、ＭＯＳＬＭにおける、連続する振幅及び位相のエンコーディングを強調してきたが、振幅及び位相の非理想的な２つの組み合わせ、即ち、任意の実数の乗算ではなく、任意の複素数（実数を除く）でなければ、乗算を通じて等しい状態となることによって相関を有することはない２つの組み合わせの、連続するいかなる重み付けされたエンコーディングも、ホログラム画素をエンコーディングするために原理上は使用され得ることが、当業者によって理解されるであろう。その理由は、実行し得る画素のホログラフィック・エンコーディングのベクトル空間が、当該ベクトル空間の方向において、振幅及び位相の非理想的な任意の２つの組み合わせ、即ち、任意の実数の乗算ではなく、任意の複素数（実数を除く）でなければ、乗算を通じて等しい状態となることによって相関を有することはない任意の２つの組み合わせによって、張られることである。
【０２２１】
本明細書の図面においては、図示された相対的なサイズは、必ずしも原寸に比例しない。
【０２２２】
本発明の種々の変形及び代替は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者にとって明らかとなるとともに、本発明は、実施形態及び本明細書で説明した実施に過度に限定されることはないものと理解されるべきである。
【０２２３】
＜付録Ｉ：技術的手引き＞
以下のセクションは、本発明を実施するいくつかのシステムにおいて使用される、いくつかの重要な技術の手引きとして意図されている。
【０２２４】
従来のホログラフィにおいて、観察者は、オブジェクト（変化するシーンの場合もある）のホログラフィック再構成を観察できる。ただし、ホログラムからの距離は関係ない。典型的な光学配置の１つにおいて、再構成は、ホログラムを照明する光源の像平面又はその近くに存在するため、それはホログラムのフーリエ平面である。従って、当該再構成は、再構成される実世界のオブジェクトの、同一の遠視野（far-field）の光分布を有する。
【０２２５】
初期のシステムの１つ（特許文献１に記載）は、再構成されるオブジェクトが、ホログラムのフーリエ平面又はその近くに全く存在しない、極めて異なる配置を規定している。その代わりに、仮想観察者ウィンドウの領域が、ホログラムのフーリエ平面に存在し、当該観察者は、その目を当該位置に位置付けるとともに、それにより、正しい再構成のみ観察され得る。ホログラムは、ＬＣＤ（又は他の種類の空間光変調器）に対してエンコーディングされ、仮想観察者ウィンドウがホログラム（従って、目に対して直接的に画像化されるのはフーリエ変換である。）のフーリエ変換となり得るために、照明される。従って、再構成されるオブジェクトは、レンズの焦点平面には存在しないため、ホログラムのフレネル変換である。それは、（遠視野の分布の平面的な波面とは対照的に、球面状の波面を用いてモデル化される）近視野（near-field）の光分布によって代わりに規定される。この再構成は、仮想観察者ウィンドウとＬＣＤとの間のどこにでも、又は仮想的なオブジェクトとしてＬＣＤの背後にでさえ現れ得る。
【０２２６】
この手法には、いくつかの結果が存在する。まず、ホログラフィック・ビデオ・システムの設計者が直面する基本的な制限は、ＬＣＤ（又は他の種類の光変調器）の画素ピッチである。目的は、適当なコストで商業的に使用可能な画素ピッチを有するＬＣＤを使用して、大きなホログラフィック再構成を可能にすることである。しかし、これは、以下の理由によってこれまで実現されていない。λは照明光の波長、Ｄはホログラムからフーリエ平面までの距離、及びｐはＬＣＤの画素ピッチである場合、フーリエ平面における隣接する回折次数間の周期性間隔は、λＤ／ｐで与えられる。しかし、従来のホログラフィック・ディスプレイでは、再構成されるオブジェクトは、フーリエ平面に存在する。従って、再構成されるオブジェクトは、周期性間隔よりも小さい状態とされていなければならず、それよりも大きい場合には、その縁部が、隣接する回折次数から再構成の中へにじんでしまうだろう。このため、再構成されるオブジェクトは極めて小さくなり、高価な専用化された小さなピッチのディスプレイでさえ、典型的には直径でわずか数ｃｍとなる。しかし、本発明の手法を用いると、（上述のように、ホログラムのフーリエ平面に位置付けられる）仮想観察者ウィンドウは、目の瞳孔の大きさだけ必要となる。その結果、適度な画素サイズを有するＬＣＤでさえ使用され得る。また、再構成されるオブジェクトは、仮想観察者ウィンドウとホログラムとの間の錐台を完全に満たし得るため、実際に非常に大きく、即ち、周期性間隔よりも非常に大きくなり得る。
【０２２７】
別の効果も同様に存在し、一変形において実施される。ホログラムを算出する場合、例えば、仮にレーシングカーの３Ｄ（三次元）画像ファイルを作成する場合、再構成されるオブジェクトの知識を用いることによって開始する。当該ファイルは、当該オブジェクトが多数の異なる観察位置からどのように観察されるかを記述する。従来のホログラフィでは、レーシングカーの再構成を生成する必要があるホログラムは、コンピュータを駆使した処理で３Ｄ画像ファイルから直接的に導出される。しかし、仮想観察者ウィンドウの手法は、別の、コンピュータでより効率的な技術を可能にする。再構成されるオブジェクトの一平面から開始して、仮想観察者ウィンドウをオブジェクトのフレネル変換として算出できる。次に、累積的なフレネル変換を生成する結果を合計することによって、全てのオブジェクト平面についてこれを実現する。これは、仮想観察者ウィンドウと交差する波動場を規定する。次に、当該仮想観察者ウィンドウのフーリエ変換としてホログラムを算出する。仮想観察者ウィンドウは、オブジェクトの全ての情報を含むため、単一平面の仮想観察者ウィンドウのみがホログラムに変換されなければならず、複数平面のオブジェクトは変換されない。これは、仮想観察者ウィンドウからホログラムへの単一の変換ステップは存在せず、繰り返しフーリエ変換アルゴリズムに類似した繰り返し変換が存在する場合に、特に有益である。各繰り返しステップは、各オブジェクト平面についての変換の代わりに、仮想観察者ウィンドウの単一のフーリエ変換のみを含み、その結果、コンピュータ処理量が著しく低減される。
【０２２８】
仮想観察者ウィンドウの別の興味深い結果は、所定のオブジェクト点を再構成することを必要とされる全ての情報は、ホログラムにおける相対的に小さな部分の中に含まれる。これは、所定のオブジェクト点を再構成するための情報が全体にわたって分散される従来のホログラムとは対照的である。それは、ホログラムにおけるより十分に小さな部分に情報をエンコーディングする必要があるため、処理及びエンコーディングする必要がある情報の量が、従来のホログラムよりも大幅に少ないことを意味する。それは、言い換えれば、従来のコンピュータによるデバイス（例えば、大量に出回っているデバイスに適した費用及び性能を有する従来のＤＳＰ）が、リアルタイムのビデオ・ホログラフィのためにでさえ使用され得ることを意味する。
【０２２９】
しかし、望ましい結果に満たない部分もある。まず、通常のホログラムでは、観察距離は重要ではないが、ホログラムからの観察距離は重要である。ホログラムは、目がホログラムのフーリエ平面に位置する場合にのみ、正確な再構成が観察される方法でエンコーディング及び照明される。しかし、このＺ感度、又はその周辺の設計を緩和する種々の技術が存在する。
【０２３０】
また、ホログラムは、最適なホログラフィック再構成が、正確かつ小さな観察位置（即ち、上述のように正確に規定されたＺだけでなく、Ｘ及びＹ座標も）からのみ観察され得るような方法でエンコーディング及び照明されるため、視線追跡が必要とされ得る。Ｚ感度とともに、Ｘ，Ｙ感度又はその周辺の設計を緩和するための種々の技術が存在する。例えば、画素ピッチが減少するにつれて（ＬＣＤの製造が進歩するにつれて）、仮想観察者ウィンドウの大きさは増加する。さらに、より効率的な（Kinoformエンコーディングのような）エンコーディング技術が、仮想観察者ウィンドウとして周期性間隔のより大部分の使用を促進し、それにより仮想観察者ウィンドウの増大を促進する。
【０２３１】
上述の説明では、フーリエ・ホログラムを扱うことを仮定している。仮想観察者ウィンドウは、ホログラムのフーリエ平面、即ち、光源の像平面に存在する。効果の１つとして、回折されていない光が、いわゆるＤＣスポットに焦点を合わせられる。当該技術は、仮想観察者ウィンドウが光源の像平面に存在しない、フレネル・ホログラムにも使用され得る。しかし、回折されていない光は、妨害ノイズとして、可視状態ではないことに注意しなければならない。もう一つの注意点は、変換という用語は、光の伝搬を記述する変換と等価な又はそれに近い、数学的な又はコンピュータによる何れの技術をも含むように、解釈されるべきということである。変換は、マクスウェルの波動方程式によってより正確に定義される物理的なプロセスを、単に近似するにすぎない。フレネル及びフーリエ変換は、２次の近似であるが、それらは微分とは対照的に代数的であるため、コンピュータによる効率的な手法において取り扱われ得るとともに、光学系システムにおいて正確に実施され得るという効果を有する。
【０２３２】
さらなる詳細は、米国特許出願公開２００６／０１３８７１１号明細書、米国特許出願公開２００６／０１３９７１０号明細書、及び米国特許出願公開２００６／０２５０６７１号明細書において得られ、それらの内容は参考のために示されている。
【０２３３】
＜付録ＩＩ：本明細書において使用される用語の用語集＞
（コンピュータ生成ホログラム）
実装例に対応するコンピュータ生成ビデオホログラム（ＣＧＨ）は、シーンから算出されるホログラムである。ＣＧＨは、シーンの再構成に必要とされる光波の振幅及び位相を表現する複素数値を含み得る。ＣＧＨは、例えば、コヒーレント・レイ・トレーシングによって、シーンと参照波との間の干渉によって、又はフーリエ変換若しくはフレネル変換によって、算出され得る。
【０２３４】
（エンコーディング）
空間光変調器（例えば、構成セル）にビデオホログラムの制御値を供給する手順である。一般的に、ホログラムは、振幅及び位相を表現する複素数値を含む。
【０２３５】
（エンコーディングされた領域）
エンコーディングされた領域は、典型的には、単一のシーン点のホログラム情報がエンコーディングされる、空間的に制限されたビデオホログラムの領域である。空間的な制限は、急峻な打ち切りによって、又はビデオホログラムに対する仮想観察者ウィンドウのフーリエ変換によって実現されるなだらかな遷移によって、実現される。
【０２３６】
（フーリエ変換）
フーリエ変換は、空間光変調器の遠視野における光の伝搬を算出するために使用される。当該波面は、平面波によって表現される。
【０２３７】
（フーリエ平面）
フーリエ平面は、空間光変調器における光分布のフーリエ変換を含む。集束レンズがない場合、フーリエ平面は無限遠にある。集束レンズが空間光変調器に近接した光路にある場合、フーリエ平面は、光源の画像を含む平面に等しい。
【０２３８】
（フレネル変換）
フレネル変換は、空間光変調器の近視野における光の伝搬を算出するために使用される。当該波面は、球面波によって表現される。光波の位相要素は、横座標に二次的に依存する項を含む。
【０２３９】
（錐台（Frustum））
仮想的な錐台は、観察者ウィンドウとＳＬＭとの間に構成され、ＳＬＭの後段に広がっている。シーンは、この錐台の中に再構成される。再構成されるシーンの大きさは、この錐台によって制限され、ＳＬＭの周期性間隔によって制限されることはない。
【０２４０】
（結像光学系）
結像光学系は、１以上の光学部品であって、例えば、１つの光源（又は複数の光源）の画像を形成するために使用されるレンズ、レンチキュラ・アレイ、又はマイクロレンズ・アレイである。本明細書において、結像光学系が欠如することは、ホログラフィック再構成を構成する際に、フーリエ平面と１つ又は２つのＳＬＭとの間に位置付けられた平面において、本明細書で説明したとおり１つ又は２つのＳＬＭの画像を形成するために結像光学系が使用されていないことを意味する。
【０２４１】
（光システム）
光システムは、レーザのようなコヒーレントな光源、又はＬＥＤのような部分的にコヒーレントな光源を含む。部分的にコヒーレントな光の時間的及び空間的なコヒーレンスは、シーンの良好な再構成を容易にするのに十分でなければならない。即ち、スペクトル線の幅及び放射面の横方向の拡張は、十分に小さくなければならない。
【０２４２】
（マイクロレンズ・アレイ）
マイクロレンズアレイは、ディスプレイの小領域において局所化されたコヒーレンスを提供する。当該領域は、再構成されたオブジェクトの所定の点を再構成するのに利用される情報をエンコードするディスプレイのごく一部である。局所化されたコヒーレンスは、典型的にはアレイの１つのマイクロレンズに存在する。サブホログラム、即ち、エンコードされた領域は、単一のマイクロレンズよりも大きくてもよい。再構成点は、異なるマイクロレンズからのいくつかの最構成像をインコヒーレントに重ねあわせたものであろう。典型的には、サブホログラム、即ち、エンコードされた領域は、１又は２マイクロレンズに広がっている。
【０２４３】
（仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ））
仮想観察者ウィンドウは、再構成された３Ｄオブジェクトが観察される観察者平面における仮想的なウィンドウである。ＶＯＷは、ホログラムのフーリエ変換であり、可視状態にあるオブジェクトの複数の再構成を避けるために、１つの周期性間隔内に位置付けられる。ＶＯＷの大きさは、少なくとも目の瞳孔の大きさでなければならない。観察者トラッキング・システムを用いて少なくとも１つのＶＯＷが観察者の目に位置付けられる場合には、ＶＯＷは、観察者の横方向の移動範囲よりずっと小さくなり得る。このことは、適度な解像度と、それによる小さい周期性間隔とを有するＳＬＭの使用を容易にする。ＶＯＷは、それぞれの目に対する１つのＶＯＷ又は両方の目に対する１つのＶＯＷが、再構成された３Ｄオブジェクトが観察され得るキーホール（keyhole）と想像され得る。
【０２４４】
（周期性間隔）
個別にアドレス指定可能な（addresable）セルから成るＳＬＭ上に表示される場合、ＣＧＨはサンプリングされる。このサンプリングは、回折パターンの周期的な繰り返しを生じさせる。周期性間隔は、λＤ／ｐであり、λは波長、Ｄはホログラムからフーリエ平面までの距離、及び、ｐはＳＬＭセルのピッチである。
【０２４５】
（再構成）
ホログラムを用いてエンコーディングされた、照明された空間光変調器は、元の光分布を再構成する。この光分布は、ホログラムを算出するために使用されていた。理想的には、観察者が、再構成された光分布と元の光分布とを区別することが不可能であろう。大部分のホログラフィック・ディスプレイでは、シーンの光分布が再構成される。本発明のディスプレイでは、仮想的な観察者ウィンドウにおける光分布が再構成される。
【０２４６】
（シーン）
再構成されるシーンは、現実の又はコンピュータにより生成される三次元の光分布である。特別な場合として、二次元の光分布の場合もある。シーンは、空間に配置された、固定された又は移動する異なるオブジェクトを構成し得る。
【０２４７】
（空間光変調器（ＳＬＭ））
ＳＬＭは、入射光の波面を変調するために使用される。理想的なＳＬＭは、任意の複素数値を表現でき、即ち、光波の振幅及び位相を独立に制御することができよう。しかし、従来の典型的なＳＬＭは、他の特性にも影響を及ぼす望ましくない副作用を生じた状態で、振幅及び位相の何れか１特性のみを制御する。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３】
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【図５】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月30日(2009.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光磁気空間光変調器（ＭＯＳＬＭ）を備えるホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項２】
第１のＭＯＳＬＭ及び第２のＭＯＳＬＭを備え、該第１のＭＯＳＬＭ及び該第２のＭＯＳＬＭはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成を生成することを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１のＭＯＳＬＭ及び前記第２のＭＯＳＬＭは独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調することを特徴とする請求項２に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項４】
振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように、小型で且つ順番に光の振幅及び位相を変調するのに使用される前記第１のＭＯＳＬＭ及び前記第２のＭＯＳＬＭの小型の組合せを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項５】
ＭＯＳＬＭと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを備え、該組合せは、適切な照明条件下で３次元画像を生成可能であることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項６】
オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵する高倍率の３次元画像ディスプレイ装置コンポーネントを備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項７】
１つ又は２つのＭＯＳＬＭの小型の組合せを内蔵し、プロジェクタとして使用可能な、請求項１に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項８】
ファラデー効果を使用して光を変調することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記ファラデー効果が磁性フォトニック結晶、ドープガラス繊維又は光磁気フィルムを使用して実現されることを特徴とする請求項８に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ホログラフィック再構成が複数の仮想観察者ウィンドウを介して視認可能であり、
前記複数の仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイル状に配置される
ことの少なくともいずれかを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ディスプレイが少なくとも一人の観察者の左眼及び右眼に対するホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記ディスプレイがビームステアリングのためのエレメント又はビームスプリッタと、ＣＩＡＤレイヤとの少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１３】
テレビ装置、モニター装置、または、携帯可能な装置であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１４】
複数の仮想観察者ウィンドウ（ＶＯＷ）をトラッキングするためのビームステアリング・エレメントを有し、該ビームステアリング・エレメントは、複数のプリズム・エレメントを有する複数の制御可能なプリズムアレイを備え、
該プリズムアレイはエレクトロウェッティング・プリズム・アレイの形式を有し、プリズムエレメントは、複数の電極と２つの分離した液体及び該液体の間の接触面で満たされたキャビティとを備え、前記液体の間の接触面の傾斜は、前記複数の電極に電圧をかけることによって電気的に制御可能であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。
【請求項１５】
ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法であって、ガラス基板を用意し、該基板上にＭＯＳＬＭのためのレイヤを連続してプリントするか、又は、生成する工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置を利用する工程を備える、ホログラフィック再構成の生成方法。
【国際調査報告】
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