(57)【要約】  反射型液晶ディスプレイデバイスを含むホログラフィックプロジェクタが提供される。反射型液晶ディスプレイデバイスは、第１の基板と第１の基板に実質的に平行な第２の基板との間の光変調層を含む。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、θ１＞５°である。第２の基板は、実質的に反射性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、θ２＞５°である。反射型液晶ディスプレイデバイスは、ピクセル繰り返し距離ｘを有する光変調層上に画定された複数のピクセルをさらに含み、ｘ≦１０μｍである。第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは０．５μｍ≦ｄ≦３μｍを満たし、液晶の複屈折はΔｎ≧０．２０である。ホログラフィックプロジェクタは、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成されたディスプレイドライバをさらに含む。
2020533629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィックプロジェクタであって、
反射型液晶ディスプレイデバイスを含み、
前記反射型液晶ディスプレイデバイスは、
第１の基板と前記第１の基板に実質的に平行な第２の基板との間の光変調層であって、前記光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含み、
前記第１の基板は、実質的に透明であり、前記第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、θ１＞５°であり、
前記第２の基板は、実質的に反射性であり、前記第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、θ２＞５°である、光変調層と、
ピクセル繰り返し距離ｘを有する前記光変調層上に画定された複数のピクセルであって、ｘ≦１０μｍであり、
０．５μｍ≦ｄ≦３μｍであって、ｄは前記第１の基板と前記第２の基板との内面間の距離であり、Δｎ≧０．２０であって、Δｎは前記液晶の複屈折である、複数のピクセルと、
位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、前記反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成されたディスプレイドライバと、を含む
ホログラフィックプロジェクタ。
【請求項２】
θ１≦１５°である
請求項１に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項３】
θ２≦１５°である
請求項１または２に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項４】
ｘ≦６μｍである
請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項５】
１≦ｄ≦３μｍである
請求項１から４のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項６】
Δｎ≧０．２５であり、例えばΔｎ≧０．３０などである
請求項１から５のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項７】
Δｎ≦０．７０であり、例えばΔｎ≦０．６０などである
請求項１から６のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項８】
前記第１のプレチルト角と前記第２のプレチルト角とは平行である
請求項１から７のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項９】
前記第１のプレチルト角と前記第２のプレチルト角とは実質的に等しい
請求項１から８のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１０】
前記第１の配向層は、前記第１の基板に近接する液晶に第１の方位角を付与するようにさらに配置され、前記第２の配向層は、前記第２の基板に近接する液晶に第２の方位角を付与するようにさらに配置され、前記第１の方位角と前記第２の方位角とは実質的に平行である、
請求項１から９のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１１】
前記ホログラフィックプロジェクタは、前記第１の方位角に実質的に平行な偏光方向を有する直線偏光された光を前記反射型液晶デバイスに照射するように構成された光源をさらに含む、
請求項１０に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１２】
前記複数のピクセルの隣接するピクセルは、０．１から０．４μｍだけ間隔が空いている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１３】
反射型液晶デバイスにおけるフリンジ電界効果を低減する方法であって、前記反射型液晶デバイスは、
第１の基板と前記第１の基板に実質的に平行な第２の基板との間の光変調層であって、前記光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含み、前記第１の基板は、実質的に透明であって、第１の配向層を含み、前記第２の基板は、実質的に反射性であって、第２の配向層を含む、光変調層と、
ピクセル繰り返し距離ｘを有する前記光変調層上に画定された複数のピクセルであって、ｘ≦１０μｍであり、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍであって、ｄは前記第１の基板と前記第２の基板との内面間の距離であり、Δｎ≧０．２０であって、Δｎは前記液晶の複屈折である、複数のピクセルと、
を含み、前記方法は、
前記第１の基板に近接する液晶にθ１＞５°である第１のプレチルト角θ１を付与するステップと、
前記第２の基板に近接する液晶にθ２＞５°である第２のプレチルト角θ２を付与するステップと、
を含む
方法。
【請求項１４】
前記第１／第２のプレチルト角を付与するステップは、前記第１の配向層を第１の方向に、前記第２の配向層を第２の方向にラビングするステップを含み、前記第１の方向は前記第２の方向と反対である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、ホログラムを表示するように前記反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動するステップをさらに含む、
請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プロジェクタに関する。より具体的には、本開示は、ホログラフィックプロジェクタ、ホログラフィック投影システム、およびホログラフィックプロジェクタなどのプロジェクタを製造する方法に関する。本開示はまた、液晶ディスプレイにおけるフリンジ電界効果を低減する方法、および液晶ディスプレイにおける回位の影響を低減する方法に関する。より具体的には、いくつかの実施形態は、液晶セルの回位線を変位させる方法に関する。いくつかの実施形態は、ヘッドアップディスプレイおよびヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物から散乱される光には、振幅と位相の両方の情報が含まれる。この振幅と位相の情報は、例えば、干渉縞を含むホログラフィック記録、または「ホログラム」を形成するための周知の干渉技術によって、感光性プレート上に取り込むことができる。ホログラムは、元の対象物を表す２次元または３次元のホログラフィック再構成、または再生画像を形成するために、適切な光の照射によって再構成され得る。
【０００３】
コンピュータ生成ホログラフィは、干渉プロセスを数値的にシミュレートすることができる。コンピュータ生成ホログラム「ＣＧＨ」は、フレネルまたはフーリエ変換などの数学的変換に基づく手法によって計算することができる。これらのタイプのホログラムは、フレネルまたはフーリエホログラムと呼ばれる場合がある。フーリエホログラムは、対象物のフーリエドメイン表現または対象物の周波数ドメイン表現とみなされ得る。ＣＧＨは、例えばコヒーレントレイトレーシングまたはポイントクラウド技術によって計算することもできる。
【０００４】
ＣＧＨは、入射光の振幅および／または位相を変調するように配置された空間光変調器「ＳＬＭ」で符号化されてもよい。光変調は、例えば、電気的にアドレス指定可能な液晶、光学的にアドレス指定可能な液晶、またはマイクロミラーを使用して実現することができる。
【０００５】
ＳＬＭは、セルまたは要素とも呼ばれ得る複数の個別にアドレス指定可能なピクセルを含むことができる。光変調方式は、バイナリ、マルチレベル、または連続であってもよい。あるいは、デバイスは連続的であってもよく（すなわち、ピクセルで構成されていない）、したがって、デバイス全体にわたって光変調が連続的であってもよい。ＳＬＭは反射性であってもよく、これは、変調された光がＳＬＭから反射して出力されることを意味する。ＳＬＭは同様に透過性であってもよく、これは、変調された光がＳＬＭから透過して出力されることを意味する。
【０００６】
記載された技術を使用して、撮像用のホログラフィックプロジェクタを提供することができる。このようなプロジェクタは、例えば、ニアアイデバイスを含む、ヘッドアップディスプレイ「ＨＵＤ」や、ヘッドマウントディスプレイ「ＨＭＤ」などに応用されている。
【０００７】
本開示は、液晶の局所配向がｎダイレクタまたは単にダイレクタによって記述される液晶ディスプレイデバイスに関する。場合によっては、ピクセル化された液晶デバイスは、いわゆるフリンジ電界の影響を受ける可能性がある。フリンジ電界は、液晶ダイレクタの局所配向を決定する電界の不均一性である。フリンジ電界は、各ピクセルがデータ電圧を表す垂直電界に影響を与える隣接ピクセルからの望ましくない水平電界にさらされることから生じる。したがって、フリンジ電界は液晶の配向を歪め、ディスプレイデバイスの性能に有害な影響を及ぼす。
【０００８】
位相を変調するディスプレイデバイスでは、フリンジ電界効果により複屈折が失われ、位相遅延が不均一になる。例えば、本発明者らは、フリンジ電界効果により、４μｍのピクセルと数マイクロメートルのセルギャップで位相遅延の１５〜３０％の損失が生じることを発見した。これは、回位線での光の回折と遅延の損失により、ホログラフィック投影の品質を低下させる可能性がある。
【０００９】
例えば、電極の形状を変更したり、誘電体シールド壁構造を含めたりすることにより、フリンジ電界効果を低減する試みがなされてきた。しかし、そのような手法は、表面処理を必要とする微細構造を必要とするため、複雑である。
【００１０】
米国特許第６，４７３，１４９号明細書は、いわゆる逆チルト回位を排除する、ピクセル間領域の液晶の曲げ変形の形成を妨げるように配置されたスペーサ材料を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，４７３，１４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
少なくともピクセルの密度が高く、位相ホログラフィに０から２πの位相遅延の全範囲での各ピクセルの高速スイッチングが必要な場合に、フリンジ電界の影響を大幅に低減する簡単な手法をここに開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の態様は、添付の独立請求項に定義されている。
【００１４】
多くの異なるタイプのディスプレイデバイスが存在する。本開示は、位相ホログラムを使用したビデオレートでのホログラフィック投影のための高解像度（ピクセルの高密度）および高速スイッチングピクセルを有する反射型液晶ディスプレイデバイスに関する。本開示によれば、高解像度ディスプレイは、ピクセルピッチが１０μｍ以下であるものとして定義される。高品質のホログラフィック投影には、最大２πの位相遅延を提供できるピクセルが必要である。反射セルの総遅延φは次の方程式を満たす。
2020533629.tif 000003
【００１５】
ここで、ｄはセルギャップ、Δｎは液晶の複屈折、λは光の波長である。積ｄΔｎは、経路差として知られている。本開示は、正の誘電異方性を有する液晶を含む平面配向ネマチックセルに関するが、それは、この構成が位相ホログラフィに有効であることが分かっているからである。このようなセルの応答時間は、セルギャップの２乗に関連している。本開示は、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍおよびΔｎ≧０．２０の範囲内で動作することにより、２πまでの高速スイッチング位相遅延を提供する。
【００１６】
いくつかのタイプの液晶ディスプレイでは、フリンジ電界により、ピクセルにいわゆる回位と呼ばれる外観が発生し、性能が低下する可能性がある。本開示による反射型液晶ディスプレイデバイスのタイプでは、回位が特に顕著であることが分かる。さらに、本開示によるデバイスで生じる特定の回位は、デバイスが位相ホログラムを表示するために使用され、０から２πへの高速スイッチングが必要な場合に問題があることが分かっている。
【００１７】
反射型液晶ディスプレイデバイスとディスプレイドライバとを含むホログラフィックプロジェクタが提供される。反射型液晶ディスプレイデバイスは、光変調層、第１の基板、第２の基板、および複数のピクセルを含む。光変調層は、第１の基板と第２の基板との間にある。第２の基板は、第１の基板と実質的に平行である。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、ここでθ１＞５°である。第２の基板は、実質的に反射性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、ここでθ２＞５°である。複数のピクセルは、光変調層上に画定され、ピクセル繰り返し距離ｘを有し、ここでｘ≦１０μｍである。第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍである。液晶の複屈折Δｎは０．２０以上である。ディスプレイドライバは、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成される。複数の変調レベルは、第１および第２の基板上のそれぞれの電極間に可変電圧（通常は０Ｖから５または６Ｖ）を印加することにより提供される。
【００１８】
本発明者らは、液晶の極性プレチルト角を数度変化させると、回位の位置が数マイクロメートル変化することを発見した。本発明者らは、本開示による特定のセルを用いて、両方の基板で少なくとも５度のプレチルト角と０．５〜３μｍのセルギャップを使用することにより、性能を低下させずに、回位をそれぞれのピクセルのアクティブ領域からピクセル間ギャップ領域に効果的に移動させることができることを発見した。この手法は単純で、配向層を使用して簡単に実施することができる。液晶セルの製造の当業者は、本明細書に開示した配向層を提供する方法を知っているので、ここでは詳細な説明は提供しない。本手法は、少なくともその単純さのために、微細構造を使用する他の手法よりも特に有利である。
【００１９】
第１のプレチルト角は１５°以下であってもよい。それに加えて、またはその代わりに、第２のプレチルト角も１５°以下であってもよい。プレチルト角が大きくなると、液晶は印加電界から緩和するのに時間がかかり、さらに、位相遅延を維持するためにより高いセルギャップが必要になることが分かる。本開示によるセルの場合、プレチルト角が１５度よりも大きい場合、これらの欠点は、フリンジ電界効果を低減する利点を上回ることが分かる。一般に、回位ラインの変位が１５度を超えてさらに減少するという証拠はほとんどない。
【００２０】
ピクセルの繰り返し距離は６μｍ以下である。本開示による液晶セルでは、ピクセル繰り返し距離またはピッチピクセルが６μｍ以下である場合には、５度より大きいプレチルト角が特に効果的であることが分かる。
【００２１】
第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは、１μｍ以上かつ３μｍ以下であってもよい。ｄが１μｍ未満の場合には、デバイスの製造が非常に難しくなり、必要な位相遅延の全範囲を達成するには、非常に高い複屈折を有するエキゾチック液晶混合物が必要になることが分かる。
【００２２】
複屈折は、０．２５以上、例えば０．３以上などであってもよい。本明細書に記載のフリンジ電界効果は、比較的薄いセルで観察される。薄いセルは、高品質の位相ホログラフィに必要な位相遅延の全範囲を達成するために、より高い複屈折液晶を必要とする。
【００２３】
複屈折は、０．７０以下、例えば０．６以下などであってもよい。より高い複屈折では、そのような材料は通常はより粘性があるため、スイッチング速度が低下する可能性がある。さらに、液晶は、青色光に敏感になる可能性があり、本開示によるデバイスにとって問題となる光劣化を起こす可能性がある。
【００２４】
第１のプレチルト角と第２のプレチルト角とは平行であってもよい。本発明者らは、本明細書に記載の概念は、Ｐｉセルに見られるようないわゆる逆平行プレチルト構成ではあまり効果的でないことを発見した。したがって、本開示による光変調層は、例えばＰｉセルとは異なり、バイアス電圧を必要としない。本発明者らは、回位位置が、逆平行配置ではプレチルト角にあまり反応しないことを発見した。
【００２５】
第１のプレチルト角と第２のプレチルト角とは実質的に等しくてもよく、これにより製造が容易になる。
【００２６】
本開示の実施形態は、非ねじれネマチック構成などの非ねじれ液晶構成に関する。液晶構成にねじれが含まれている場合、セルの動作は非常に異なる。具体的には、電圧に対するねじれた構成の液晶の応答は、本開示による液晶の応答とは非常に異なる。すなわち、本開示によれば、第１の配向層は、第１の基板に近接する液晶に第１の方位角を付与するようにさらに配置されてもよく、第２の配向層は、第２の基板に近接する液晶に第２の方位角を付与するようにさらに配置されてもよく、第１の方位角と第２の方位角とは実質的に平行である。簡単に言えば、ねじれがない。
【００２７】
ホログラフィックプロジェクタは、第１の方位角に実質的に平行な偏光方向を有する直線偏光された光を反射型液晶デバイスに照射するように構成された光源をさらに含んでもよい。
【００２８】
複数のピクセルの隣接するピクセルは、０．１から０．４μｍのピクセル間ギャップを有してもよい。この範囲で大きなフリンジ電界効果が観察されているため、本明細書で開示する概念はこの範囲内で特に効果的である。
【００２９】
また、反射型液晶デバイスにおいて、回位を変位させるなどのフリンジ電界効果を低減する方法が提供される。反射型液晶デバイスは、第１の基板と第１の基板に実質的に平行な第２の基板との間に光変調層を含む。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は実質的に透明であり、第１の配向層を含む。第２の基板は実質的に反射性であり、第２の配向層を含む。光変調層は、ピクセル繰り返し距離ｘを有する光変調層上に画定された複数のピクセルをさらに含み、ここでｘ≦１０μｍおよび０．５μｍ≦ｄ≦３μｍであり、ｄは第１の基板と第２の基板との内面間の距離であり、Δｎ≧０．２０であって、Δｎは液晶の複屈折である。本方法は、第１の基板に近接する液晶にθ１＞５°である第１のプレチルト角θ１を付与するステップと、第２の基板に近接する液晶にθ２＞５°である第２のプレチルト角θ２を付与するステップと、を含む。
【００３０】
第１／第２のプレチルト角を付与するステップは、第１／第２の配向層を配向方向にラビングするステップを含んでもよい。
【００３１】
本方法は、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、ホログラムを表示するように反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動するステップをさらに含んでもよい。
【００３２】
ｄが３μｍよりも大きい場合には、液晶の応答時間がｄと共に増加するため、ビデオレートで一連のホログラムを表示することがより困難になる可能性があるが、５μｍまでのセルギャップについて、本開示によれば、フリンジ電界効果を低減できることが分かる。したがって、他の例では、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍである。したがって、反射型液晶ディスプレイデバイスとディスプレイドライバとを含むホログラフィックプロジェクタも提供される。反射型液晶ディスプレイデバイスは、光変調層、第１の基板、第２の基板、および複数のピクセルを含む。光変調層は、第１の基板と第２の基板との間にある。第２の基板は、第１の基板と実質的に平行である。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、ここでθ１＞５°である。第２の基板は、実質的に反射性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、ここでθ２＞５°である。複数のピクセルは、光変調層上に画定され、ピクセル繰り返し距離ｘを有し、ここでｘ≦１０μｍである。第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍである。液晶の複屈折Δｎは０．２０以上である。ディスプレイドライバは、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成される。
【００３３】
反射型液晶ディスプレイデバイスが提供される。反射型液晶ディスプレイデバイスは、光変調層、第１の基板、第２の基板、および複数のピクセルを含む。光変調層は、第１の基板と第２の基板との間にある。第２の基板は、第１の基板と実質的に平行である。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、ここでθ１＞５°である。第２の基板は、実質的に反射性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、ここでθ２＞５°である。複数のピクセルは、光変調層上に画定され、ピクセル繰り返し距離ｘを有し、ここでｘ≦１０μｍである。第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍである。液晶の複屈折Δｎは０．２０以上である。
【００３４】
反射型液晶ディスプレイデバイスとディスプレイドライバとを含むホログラフィックプロジェクタが提供される。反射型液晶ディスプレイデバイスは、光変調層、第１の基板、第２の基板、および複数のピクセルを含む。光変調層は、第１の基板と第２の基板との間にある。第２の基板は、第１の基板と実質的に平行である。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、ここでθ１＞５°である。第２の基板は、実質的に反射性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、ここでθ２＞５°である。複数のピクセルは、光変調層上に画定され、ピクセル繰り返し距離ｘを有し、ここでｘ≦１０μｍである。積ｄ・Δｎ≧０．２であり、例えば≧０．３０などであり、ここでｄは第１の基板と第２の基板との内面間の距離であり、Δｎは液晶の複屈折である。ディスプレイドライバは、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、反射型液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成される。
【００３５】
また、液晶ディスプレイデバイスとディスプレイドライバとを含むホログラフィックプロジェクタが提供される。液晶ディスプレイデバイスは、光変調層、第１の基板、第２の基板、および複数のピクセルを含む。光変調層は、第１の基板と第２の基板との間にある。第２の基板は、第１の基板と実質的に平行である。光変調層は、正の誘電異方性を有する平面配向ネマチック液晶を含む。第１の基板は、実質的に透明であり、第１の基板に近接する液晶に第１のプレチルト角θ１を付与するように配置された第１の配向層を含み、ここでθ１＞５°である。第２の基板は、実質的に透過性であり、第２の基板に近接する液晶に第２のプレチルト角θ２を付与するように配置された第２の配向層を含み、ここでθ２＞５°である。複数のピクセルは、光変調層上に画定され、ピクセル繰り返し距離ｘを有し、ここでｘ≦１０μｍである。第１の基板と第２の基板との内面間の距離ｄは、０．５μｍ≦ｄ≦３μｍである。液晶の複屈折Δｎは０．２０以上である。ディスプレイドライバは、位相変調値を有する複数の変調レベルから選択されたそれぞれの変調レベルで各ピクセルを独立に駆動することにより、液晶ディスプレイデバイスを駆動してホログラムを表示するように構成される。
【００３６】
「ホログラム」という用語は、対象物に関する振幅情報または位相情報、またはそれらの何らかの組み合わせを含む記録を指すために使用される。「ホログラフィック再構成」という用語は、ホログラムを照明することによって形成される対象物の光学的再構成を指すために使用される。本明細書では、「再生平面」という用語は、ホログラフィック再構成が完全に形成される空間内の平面を指すために使用される。「再生場」という用語は、本明細書では、空間光変調器から空間的に変調された光を受け取ることができる再生平面の下位領域を指すために使用される。「画像」、「再生画像」、および「画像領域」という用語は、ホログラフィック再構成を形成する光によって照らされる再生場の領域を指す。実施形態では、「画像」は、「画像ピクセル」と呼ばれることがある離散スポットを含んでもよい。
【００３７】
「符号化」、「書き込み」または「アドレス指定」という用語は、各ピクセルの変調レベルをそれぞれ決定するそれぞれの複数の制御値をＳＬＭの複数のピクセルに提供するプロセスを説明するために使用される。ＳＬＭのピクセルは、複数の制御値の受信に応じて光変調分布を「表示」するように構成されていると言うことができる。したがって、ＳＬＭは、ホログラムを「表示する」と言うことができる。
【００３８】
許容可能な品質のホログラフィック再構成は、元の対象物に関連する位相情報のみを含む「ホログラム」から形成できることが分かっている。そのようなホログラフィック記録は、位相限定ホログラムと呼ばれる場合がある。実施形態は位相限定ホログラムに関するが、本開示は振幅限定ホログラフィにも同様に適用可能である。
【００３９】
本開示は、元の対象物に関連する振幅情報および位相情報を使用してホログラフィック再構成を形成することにも等しく適用可能である。いくつかの実施形態では、これは、元の対象物に関連する振幅情報および位相情報の両方を含むいわゆる完全複合ホログラムを使用した複合変調によって達成される。このようなホログラムは、ホログラムの各ピクセルに割り当てられた値（グレーレベル）が振幅と位相の成分を有するため、完全複合ホログラムと呼ばれることがある。各ピクセルに割り当てられた値（グレーレベル）は、振幅成分と位相成分の両方を有する複素数として表される。いくつかの実施形態では、完全複合コンピュータ生成ホログラムが計算される。例えば、本開示は、位相変調ピクセルの２つの配列が使用される完全複合ホログラフィに適用可能である。
【００４０】
「位相遅延」の省略形として、位相値、位相成分、位相情報、または単にコンピュータ生成ホログラムまたは空間光変調器のピクセルの位相を参照することができる。すなわち、記載されている位相値は、実際には、そのピクセルによって提供される位相遅延の量を表す数値（０から２πの範囲など）である。例えば、π／２の位相値を有すると記述されている空間光変調器のピクセルは、受け取った光の位相をπ／２ラジアンだけ変化させる。いくつかの実施形態では、空間光変調器の各ピクセルは、複数の可能な変調値（例えば、位相遅延値）のうちの１つで動作可能である。「グレーレベル」という用語は、複数の利用可能な変調レベルを指すために使用されてもよい。例えば、「グレーレベル」という用語は、異なる位相レベルが異なるグレーの濃淡を提供しない場合でも、位相限定変調器で利用可能な複数の位相レベルを指すために便宜上使用される場合がある。「グレーレベル」という用語は、便宜上、複合変調器で利用可能な複数の複合変調レベルを指すためにも使用される。
【００４１】
全体を通して「プレチルト」角が参照される。液晶ディスプレイの当業者は、配向層およびプレチルト角の概念に精通しているであろう。本開示は、ロッド状分子を含むネマチック液晶材料に関する。そのような材料が（例えば、ラビングによって形成された配向層の近くに配置されることにより）配向されると、配向された分子は、ロッドの面内および面外配向の両方を示す。配向層がラビングによって形成されている場合には、ロッドの面内配向方向は一般にラビング方向と同じである。基板に対するロッドの平均面外チルト角（「極角」）がプレチルト角である。言い換えれば、プレチルト角は、基板の平面に対応する配向層に近接した液晶の長手方向軸の極角である。
【００４２】
「ピクセルピッチ」とも呼ばれる「ピクセル繰り返し距離」が参照される。ピクセルの配列のピクセルピッチは、隣接するピクセルの対応する点間の直線距離である。したがって、この用語は、ピクセルの繰り返しの配列または周波数の周期性を反映している。ピクセルピッチは、ピクセル幅とピクセル間ギャップの合計で構成される。本開示は、ｘ方向にピクセルピッチおよびｙ方向にピクセルピッチを有する平面上のピクセルの［ｘ×ｙ］配列を含むディスプレイデバイスに関する。
【００４３】
特に明記しない限り、本明細書で言及される複屈折値は、６５０ｎｍの波長での複屈折である。
【００４４】
異なる実施形態および実施形態のグループは、以下の詳細な説明において別々に開示され得るが、実施形態または実施形態のグループの特徴は、実施形態または実施形態のグループの他の特徴または特徴の組み合わせと組み合わされ得る。すなわち、本開示に開示する特徴のすべての可能な組み合わせおよび順列が想定される。
【００４５】
特定の実施形態は、以下の図を参照して例としてのみ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、スクリーン上にホログラフィック再構成を生成する反射型ＳＬＭを示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの一例の第１の反復を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の第２およびそれ以降の反復を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の代替的な第２およびそれ以降の反復を示す図である。
【図３】図３は、反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭの概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ｎダイレクタがプレーナ状態にあるＦｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚセルを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、電界Ｅの存在によりｎダイレクタがホメオトロピック状態にあるＦｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚセルを示す図である。
【図５】図５は、実施形態によるシリコンデバイス上の電気制御複屈折液晶の概略図である。
【図６】図６は、実施形態による極性プレチルト角を有する液晶を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施形態による、一対の隣接するピクセルにおける液晶の配置を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示す一対の隣接するピクセルによって示されるバルク遅延を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示によるホログラムを表示する位相変調ピクセルの配列のデジタル処理された光学写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの下位領域の拡大画像である。
【図９Ａ】図９Ａは、垂直格子を表示する位相変調ピクセルの配列の未処理の光学写真である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、回位ラインを強調するための図９Ａのデジタル強化バージョンである。
【図１０】図１０は、実施形態による異なるプレチルト角を有する、１．２μｍのセルギャップを有する４μｍピクセルの上面図である。
【図１１】図１１は、５μｍのセルギャップを有する４μｍピクセルの対応する図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、５Ｖにおける４μｍの正方形ピクセルの上面図であり、０Ｖにおける４つの隣接するピクセルは、３度のプレチルト角を有する液晶の配向を示している。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、プレチルト角が７度の同じピクセルの上面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、１．２μｍのセルギャップで、三角形のデータポイントマーカーを使用した理論的な位相遅延（回位なし）および正方形のデータポイントマーカーを使用した実際の位相遅延（回位による）に対するプレチルト角の影響を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、５μｍのセルギャップを有する図１３Ａと同じものを示す図である。
【００４７】
同一または類似の部品を指すために、図面全体を通して同じ符号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明は、以下に記載される実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶ。すなわち、本発明は、異なる形態で具現化することができ、記載された実施形態は、説明の目的のために記載されたものであって、それらに限定されると解釈されるべきではない。
【００４９】
単数形の用語には、特に指定がない限り、複数形が含まれてもよい。
【００５０】
別の構造体の上部／下部または他の構造体の上／下に形成されると記載された構造体は、構造体が互いに接触する場合、さらにその間に第３の構造体が配置される場合を含むと解釈されるべきである。
【００５１】
時間の関係を記述する際に、例えば、事象の時間的順序が「後に」、「続いて」、「次に」、「前に」などと記述されている場合、特に指定しない限り、本開示は連続的および非連続的事象を含むと解釈されるべきである。例えば、説明は、「ちょうど」、「即時」、「直接」などの文言が使用されない限り、連続的ではないケースを含むと解釈されるべきである。
【００５２】
本明細書では、「第１」、「第２」などの用語を使用して様々な要素を説明することがあるが、これらの要素はこれらの用語に限定されない。これらの用語は、ある要素と別の要素とを区別するためにのみ使用される。例えば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。
【００５３】
異なる実施形態の特徴は、互いに部分的にまたは全体的に結合または組み合わされてもよく、互いに様々に同時に使用されてもよい。いくつかの実施形態は、互いに独立して実行されてもよく、または相互依存関係で一緒に実行されてもよい。
【００５４】
光学構成
【００５５】
図１は、コンピュータ生成ホログラムが単一の空間光変調器で符号化される実施形態を示している。コンピュータ生成ホログラムは、再構成のための対象物のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは対象物のフーリエ領域または周波数領域またはスペクトル領域の表現であると言える。この実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶「ＬＣＯＳ」デバイスである。ホログラムは空間光変調器で符号化され、ホログラフィック再構成が再生場、例えばスクリーンやディフューザなどの受光面で形成される。
【００５６】
光源１１０、例えばレーザーまたはレーザーダイオードは、コリメートレンズ１１１を介してＳＬＭ１４０を照明するように配置される。コリメートレンズにより、光のほぼ平面の波面がＳＬＭに入射する。図１では、波面の方向は非垂直である（例えば、透明な層の平面に真に直交することから２度または３度離れている）。しかし、他の実施形態では、ほぼ平面の波面が法線入射で提供され、ビームスプリッタ配置が入力光路と出力光路を分離するために使用される。図１に示す実施形態では、光源からの光がＳＬＭの鏡面化された背面で反射され、光変調層と相互作用して出口波面１１２を形成するように配置されている。出口波面１１２は、スクリーン１２５に焦点を合わせたフーリエ変換レンズ１２０を含む光学系に適用される。より具体的には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ１４０から変調光のビームを受け取り、周波数空間変換を実行して、スクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。
【００５７】
特に、このタイプのホログラフィでは、ホログラムの各ピクセルが全体の再構成に寄与する。再生場上の特定の点（または画像ピクセル）と特定の光変調要素（またはホログラムピクセル）には１対１の相関関係はない。言い換えれば、光変調層を出る変調光は、再生場全体に分配される。
【００５８】
これらの実施形態では、空間におけるホログラフィック再構成の位置は、フーリエ変換レンズの屈折（集束）度数によって決定される。図１に示す実施形態では、フーリエ変換レンズは物理レンズである。すなわち、フーリエ変換レンズは光学フーリエ変換レンズであり、フーリエ変換は光学的に実行される。どのレンズもフーリエ変換レンズとして機能できるが、レンズの性能により、実行するフーリエ変換の精度が制限される。当業者は、レンズを使用して光学フーリエ変換を実行する方法を理解している。
【００５９】
ホログラム計算
【００６０】
いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、正レンズのフーリエ変換特性を利用することにより遠方場で画像が再構成されるフーリエ変換ホログラム、または単にフーリエホログラムまたはフーリエベースのホログラムである。フーリエホログラムは、再生平面内の所望の光場をフーリエ変換してレンズ平面に戻すことによって計算される。コンピュータで生成されたフーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算できる。
【００６１】
フーリエ変換ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムなどのアルゴリズムを使用して計算できる。さらに、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムを使用して、空間領域（写真など）の振幅のみの情報からフーリエ領域のホログラム（すなわち、フーリエ変換ホログラム）を計算することができる。対象物に関連する位相情報は、空間領域の振幅のみの情報から効果的に「読み出され」る。いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムまたはその変形を使用して、振幅のみの情報から計算される。
【００６２】
Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ  Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、平面ＡとＢのそれぞれの光線ＩＡ（ｘ、ｙ）とＩＢ（ｘ、ｙ）の強度断面が既知であり、ＩＡ（ｘ、ｙ）とＩＢ（ｘ、ｙ）が単一のフーリエ変換によって関連付けられる場合の状況を考慮する。与えられた強度断面で、それぞれ平面ＡとＢの位相分布の近似ΨＡ（ｘ、ｙ）とΨＢ（ｘ、ｙ）が見つかる。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、反復プロセスに従ってこの問題の解を見つける。より具体的には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、空間領域とフーリエ（スペクトルまたは周波数）領域との間で、ＩＡ（ｘ、ｙ）およびＩＢ（ｘ、ｙ）を表すデータセット（振幅と位相）を繰り返し転送しながら、空間的およびスペクトル的制約を繰り返し適用する。スペクトル領域の対応するコンピュータ生成ホログラムは、アルゴリズムの少なくとも１回の反復により取得される。このアルゴリズムは収束的であり、入力画像を表すホログラムを生成するように構成されている。ホログラムは、振幅のみのホログラム、位相のみのホログラム、または完全複合ホログラムであってもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、位相のみのホログラムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、英国特許第２，４９８，１７０号明細書または第２，５０１，１１２号明細書に記載されるようなＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して計算される。しかしながら、本明細書で開示される実施形態は、単なる例として位相限定ホログラムの計算を説明する。これらの実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、既知の振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］を生じさせるデータセットのフーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ、ｖ］を取り出し、ここで、振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］はターゲット画像（例えば写真）を表す。振幅と位相はフーリエ変換で本質的に結合されるため、変換された振幅と位相には、計算されたデータセットの精度に関する有用な情報が含まれる。したがって、アルゴリズムは、振幅情報と位相情報の両方に関するフィードバックと共に繰り返し使用することができる。しかしながら、これらの実施形態では、位相情報Ψ［ｕ、ｖ］のみがホログラムとして使用されて、画像平面でのターゲット画像のホログラフィック表示を形成する。ホログラムは、位相値のデータセット（例えば２Ｄ配列）である。
【００６４】
他の実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して、完全複合ホログラムを計算する。完全複合ホログラムは、振幅成分と位相成分を有するホログラムである。ホログラムは、各複素データ値が振幅成分と位相成分を含む複素データ値の配列を含むデータセット（例えば２Ｄ配列）である。
【００６５】
いくつかの実施形態では、アルゴリズムは複素データを処理し、フーリエ変換は複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分と虚数成分、または（ｉｉ）振幅成分と位相成分を含むとみなすことができる。いくつかの実施形態では、複素データの２つの成分は、アルゴリズムの様々な段階で異なって処理される。
【００６６】
図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するためのいくつかの実施形態によるアルゴリズムの第１の反復を示している。アルゴリズムへの入力は、ピクセルまたはデータ値の２Ｄ配列を含む入力画像２１０であり、各ピクセルまたはデータ値は大きさまたは振幅の値である。すなわち、入力画像２１０の各ピクセルまたはデータ値は位相成分をもたない。したがって、入力画像２１０は、大きさのみ、または振幅のみ、または強度のみの分布とみなすことができる。そのような入力画像２１０の例は、写真またはフレームの時間シーケンスを含むビデオの１フレームである。アルゴリズムの第１の反復は、ランダム位相分布（またはランダム位相シード）２３０を使用して、入力画像の各ピクセルにランダムな位相値を割り当てることを含むデータ形成ステップ２０２Ａで始まり、セットの各データ要素が振幅と位相を含む開始複素データセットを形成する。開始の複素データセットは、空間領域の入力画像を表していると言える。
【００６７】
第１の処理ブロック２５０は、開始複素データセットを受け取り、複素フーリエ変換を実行して、フーリエ変換複素データセットを形成する。第２の処理ブロック２５３は、フーリエ変換された複素データセットを受け取り、ホログラム２８０Ａを出力する。いくつかの実施形態では、ホログラム２８０Ａは位相限定ホログラムである。これらの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、ホログラム２８０Ａを形成するために、各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定する。各位相値は、位相限定ホログラムを「表示」するために使用される空間光変調器のピクセルで表され得る位相レベルに従って量子化される。例えば、空間光変調器の各ピクセルが２５６の異なる位相レベルを提供する場合には、ホログラムの各位相値は２５６の可能な位相レベルのうちの１つの位相レベルに量子化される。ホログラム２８０Ａは、入力画像を表す位相のみのフーリエホログラムである。他の実施形態では、ホログラム２８０Ａは、受信されたフーリエ変換された複素データセットから導出された複素データ値（それぞれ振幅成分および位相成分を含む）の配列を含む完全複素ホログラムである。いくつかの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、各複素データ値を複数の許容可能な複素変調レベルの１つに限定して、ホログラム２８０Ａを形成する。限定するステップは、各複素データ値を複素平面内の最も近い許容可能な複素変調レベルに設定することを含んでもよい。ホログラム２８０Ａは、スペクトル領域またはフーリエ領域または周波数領域の入力画像を表していると言える。いくつかの実施形態では、アルゴリズムはこの時点で停止する。
【００６８】
しかしながら、他の実施形態では、図２Ａの点線矢印で表されるようにアルゴリズムは継続する。換言すれば、図２Ａの点線矢印に続くステップは任意選択である（すなわち、すべての実施形態に必須ではない）。
【００６９】
第３の処理ブロック２５６は、第２の処理ブロック２５３から修正された複素データセットを受け取り、逆フーリエ変換を実行して逆フーリエ変換された複素データセットを形成する。逆フーリエ変換された複素データセットは、空間領域の入力画像を表していると言える。
【００７０】
第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットを受け取り、振幅値の分布２１１Ａおよび位相値の分布２１３Ａを抽出する。任意選択で、第４の処理ブロック２５９は、振幅値の分布２１１Ａを評価する。具体的には、第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットの振幅値の分布２１１Ａを、それ自体はもちろん振幅値の分布である入力画像５１０と比較することができる。振幅値の分布２１１Ａと入力画像２１０との差が十分に小さい場合には、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが許容可能であると判定することができる。すなわち、振幅値の分布２１１Ａと入力画像２１０との差が十分に小さい場合には、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分に正確に表していると判定することができる。いくつかの実施形態では、比較のために、逆フーリエ変換された複素データセットの位相値の分布２１３Ａは無視される。振幅値の分布２１１Ａと入力画像２１０とを比較するための任意の数の異なる方法を採用することができ、本開示は特定の方法に限定されないことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、平均二乗差が計算され、平均二乗差がしきい値未満である場合、ホログラム２８０Ａは許容可能とみなされる。第４の処理ブロック２５９が、ホログラム２８０Ａは許容可能でないと判定した場合には、アルゴリズムのさらなる反復が実行され得る。しかし、この比較ステップは必須ではなく、他の実施形態では、実行されるアルゴリズムの反復回数は、予め決定されるか、予め設定されるか、ユーザによって定義される。
【００７１】
図２Ｂは、アルゴリズムの第２の反復と、アルゴリズムのさらなる反復を表す。前の反復の位相値の分布２１３Ａは、アルゴリズムの処理ブロックを通してフィードバックされる。入力画像２１０の振幅値の分布が優先され、振幅値の分布２１１Ａは拒否される。第１の反復では、データ形成ステップ２０２Ａは、入力画像２１０の振幅値の分布をランダム位相分布２３０と組み合わせることにより、第１の複素データセットを形成した。しかし、第２およびそれ以降の反復では、データ形成ステップ２０２Ｂは、（ｉ）アルゴリズムの前の反復からの位相値の分布２１３Ａを（ｉｉ）入力画像２１０の振幅値の分布と組み合わせることにより、複素データセットを形成することを含む。
【００７２】
次に、図２Ｂのデータ形成ステップ２０２Ｂによって形成された複素データセットは、図２Ａを参照して説明したのと同じ方法で処理され、第２の反復ホログラム２８０Ｂを形成する。したがって、プロセスの説明はここでは繰り返されない。アルゴリズムは、第２の反復ホログラム２８０Ｂが計算されたときに停止してもよい。しかし、アルゴリズムの任意の数のさらなる反復を実行してもよい。第３の処理ブロック２５６は、第４の処理ブロック２５９が必要な場合、またはさらなる反復が必要な場合にのみ必要であることが理解されるであろう。出力ホログラム２８０Ｂは、一般に各反復で改善される。しかし、実際には、通常、測定可能な改善が見られないポイントに到達するか、または追加の処理時間のマイナス効果によって、さらに反復を実行することのプラスの利点が重くなる。したがって、アルゴリズムは反復的で収束的であると説明される。
【００７３】
図２Ｃは、第２以降の反復の代替的な実施形態を表す。前の反復の位相値の分布２１３Ａは、アルゴリズムの処理ブロックを通してフィードバックされる。振幅値の分布２１１Ａは拒否され、振幅値の代替的な分布が優先される。この代替的な実施形態では、振幅値の代替的な分布は、前の反復の振幅値の分布２１１から導出される。具体的には、処理ブロック２５８は、前の反復の振幅値の分布２１１から入力画像２１０の振幅値の分布を引き、その差をゲイン係数αでスケーリングし、スケーリングされた差を入力画像２１０から減算する。これは次の方程式で数学的に表現され、下付き文字のテキストと数字は反復回数を示す。
Ｒｎ＋１［ｘ，ｙ］＝Ｆ’｛ｅｘｐ（ｉΨｎ［ｕ，ｖ］）｝
Ψｎ［ｕ，ｖ］＝∠Ｆ｛η・ｅｘｐ（ｉ∠Ｒｎ［ｘ，ｙ］）｝
η＝Ｔ［ｘ，ｙ］−α（Ｒｎ［ｘ，ｙ］−Ｔ［ｘ，ｙ］）
ここで、
Ｆ’は逆フーリエ変換であり、
Ｆはフォワードフーリエ変換であり、
Ｒ［ｘ、ｙ］は、第３の処理ブロック２５６により出力される複素データセットであり、
Ｔ［ｘ、ｙ］は入力画像またはターゲット画像であり、
∠は位相成分であり、
Ψは位相限定ホログラム２８０Ｂであり、
ηは、振幅値の新しい分布２１１Ｂであり、
αはゲイン係数である。
【００７４】
ゲイン係数αは固定でも可変でもよい。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは、入ってくるターゲット画像データのサイズとレートに基づいて決定される。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは反復回数に依存する。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは、反復回数のみの関数である。
【００７５】
図２Ｃの実施形態は、他のすべての点で図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同じである。位相限定ホログラムΨ（ｕ、ｖ）は、周波数領域またはフーリエ領域に位相分布を含むと言える。
【００７６】
いくつかの実施形態において、フーリエ変換は、ホログラフィックデータにレンズ化データを含めることにより計算で実行される。すなわち、ホログラムには、レンズを表すデータと対象物を表すデータとが含まれている。これらの実施形態では、図１の物理的フーリエ変換レンズ１２０は省略されている。コンピュータ生成ホログラムの分野では、レンズを表すホログラフィックデータの計算方法が知られている。レンズを表すホログラフィックデータは、ソフトウェアレンズと呼ばれる場合がある。例えば、位相限定ホログラフィックレンズは、その屈折率と空間的に変化する光路長のために、レンズの各点によって引き起こされる位相遅延を計算することにより形成され得る。例えば、凸レンズの中心の光路長は、レンズの縁部の光路長よりも長くなる。振幅のみのホログラフィックレンズは、フレネルゾーンプレートによって形成されてもよい。また、物理的フーリエレンズを必要とせずにフーリエ変換を実行できるように、レンズを表すホログラフィックデータを対象物を表すホログラフィックデータと組み合わせる方法は、コンピュータ生成ホログラムの分野で知られている。いくつかの実施形態では、レンズデータは、単純なベクトル加算などの単純な加算によってホログラフィックデータと組み合わされる。いくつかの実施形態では、フーリエ変換を実行するために、物理レンズがソフトウェアレンズと共に使用される。あるいは、他の実施形態では、フーリエ変換レンズは、ホログラフィック再構成が遠方場で行われるように完全に省略される。さらなる実施形態では、ホログラムは、格子データ、すなわち、ビームステアリングなどの格子の機能を実行するように配置されたデータを含んでもよい。繰り返すが、コンピュータ生成ホログラフィの分野では、そのようなホログラフィックデータを計算し、それを対象物を表すホログラフィックデータと組み合わせる方法が知られている。例えば、位相限定ホログラフィック回折格子は、ブレーズド回折格子の表面上の各点によって引き起こされる位相遅延をモデリングすることによって形成される。振幅限定ホログラフィック回折格子は、振幅限定ホログラムの角度ステアリングを提供するために、対象物を表す振幅限定ホログラムに単純に重ね合わせることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、物理的フーリエ変換レンズとソフトウェアレンズによって一緒に実行される。すなわち、フーリエ変換に寄与するいくらかの光学的パワーはソフトウェアレンズによって提供され、フーリエ変換に寄与する残りの光学的パワーは物理的光学部品によって提供される。
【００７８】
いくつかの実施形態では、画像データを受信し、アルゴリズムを使用してリアルタイムでホログラムを計算するように構成されたリアルタイムエンジンが提供される。いくつかの実施形態では、画像データは一連の画像フレームを含むビデオである。他の実施形態では、ホログラムは予め計算され、コンピュータメモリに保存され、必要に応じてＳＬＭで表示するために呼び出される。すなわち、いくつかの実施形態では、所定のホログラムのリポジトリが提供される。
【００７９】
実施形態は、ほんの一例として、フーリエホログラフィおよびＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムに関する。本開示は、フレネルホログラフィおよびポイントクラウド法に基づく技術などの他の技術によって計算されたホログラムに等しく適用可能である。
【００８０】
光変調
【００８１】
空間光変調器を使用して、コンピュータ生成ホログラムを表示することができる。ホログラムが位相限定ホログラムである場合には、位相を変調する空間光変調器が必要である。ホログラムが完全複素ホログラムである場合には、位相と振幅を変調する空間光変調器を使用してもよいし、位相を変調する第１の空間光変調器と振幅を変調する第２の空間光変調器とを使用してもよい。
【００８２】
いくつかの実施形態では、空間光変調器の光変調素子（すなわちピクセル）は、液晶を含むセルである。すなわち、いくつかの実施形態では、空間光変調器は、電気光学部品が液晶である液晶デバイスである。各液晶セルは、複数の光変調レベルを選択的に提供するように構成されている。すなわち、各液晶セルは、複数の可能な光変調レベルから選択された１つの光変調レベルで動作するように一度に構成される。各液晶セルは、複数の光変調レベルとは異なる光変調レベルに動的に再構成可能である。いくつかの実施形態では、空間光変調器は反射型液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）空間光変調器であるが、本開示はこのタイプの空間光変調器に限定されない。
【００８３】
ＬＣＯＳデバイスは、小さな開口部（例えば幅が数センチメートル）内に光変調素子またはピクセルの高密度配列を提供する。ピクセルは通常、約１０ミクロン以下であり、数度の回折角になり、これは、光学系をコンパクトにできることを意味する。ＬＣＯＳ  ＳＬＭの小さな開口部を適切に照明することは、他の液晶デバイスの大きな開口部よりも容易である。ＬＣＯＳデバイスは通常反射型であり、これは、ＬＣＯＳ  ＳＬＭのピクセルを駆動する回路を反射面の下に埋め込むことができることを意味する。その結果、開口率が高くなる。すなわち、ピクセルが密に詰め込まれているので、ピクセル間にデッドスペースはほとんどない。これは、再生場の光学ノイズを低減するので有利である。ＬＣＯＳ  ＳＬＭはシリコンバックプレーンを使用し、これは、ピクセルが光学的に平坦であるという利点がある。これは、位相変調デバイスにとって特に重要である。
【００８４】
適切なＬＣＯＳ  ＳＬＭについて、図３を参照して、単なる例として以下に説明する。ＬＣＯＳデバイスは、単結晶シリコン基板３０２を使用して形成される。それは、基板の上面に配置された、ギャップ３０１ａによって離間された正方形平面アルミニウム電極３０１の２Ｄ配列を有する。電極３０１の各々は、基板３０２に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレス指定することができる。各電極は、それぞれの平面鏡を形成する。電極の配列上に配向層３０３が配置され、配向層３０３上に液晶層３０４が配置される。第２の配向層３０５が、例えばガラスの平面透明層３０６上に配置される。例えばＩＴＯの単一の透明電極３０７が、透明層３０６と第２の配向層３０５との間に配置される。
【００８５】
電極３０１の各々は、透明電極３０７の上にある領域および介在する液晶材料と共に、しばしばピクセルと呼ばれる制御可能な位相変調素子３０８を画定する。有効ピクセル面積、またはフィルファクタは、ピクセル３０１ａ間のスペースを考慮に入れた、光学的にアクティブな全ピクセルの割合である。透明電極３０７に関して各電極３０１に印加される電圧を制御することにより、それぞれの位相変調素子の液晶材料の特性を変えることができ、それにより、それに入射する光に可変遅延を与えることができる。効果は、波面に位相のみの変調を提供することであり、すなわち、振幅効果は発生しない。
【００８６】
説明したＬＣＯＳ  ＳＬＭは、空間変調された光を反射して出力する。反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭには、信号線、ゲート線、およびトランジスタが鏡面の下にあるという利点があり、これにより、高いフィルファクタ（通常９０％を超える）と高い解像度が得られる。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用するもう１つの利点は、透過型デバイスを使用する場合に必要な厚さの半分の厚さの液晶層を使用できることである。これにより、液晶のスイッチング速度（動いているビデオ画像を投影するための重要な利点）が大幅に向上する。しかしながら、本開示の教示は、透過性ＬＣＯＳ  ＳＬＭを使用して等しく実施されてもよい。
【００８７】
セル構成と液晶転移
【００８８】
本開示による光変調層は、平面配向ネマチック（ＰＡＮ）セルに配置された液晶を含む。
【００８９】
平面ホメオトロピックＦｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚセルは、プレチルトがゼロのセルにかかる電圧がしきい値電圧を超え、ｎダイレクタが電界方向に再配向するため、電気制御複屈折セルとしても知られている。配向のこの転移は、平面からホメオトロピックへのＦｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ転移として知られており、図４Ａおよび図４Ｂに示されている。図４Ａは、電界がない場合の液晶の配向を示している。図４Ｂは、第１の基板と第２の基板との間に十分な電界が存在する場合の液晶の配向を示している。この転移の結果、入射光線の見かけの複屈折が減少する。大きな電圧（しきい値電圧よりもはるかに大きい電圧）が存在する場合、ｎダイレクタは、配向面に近いものを除き、基板に垂直に配向され、これにより、位相遅延が非常に小さくなる。
【００９０】
電界が存在する場合、液晶ｎダイレクタはどちらの方向にも回転でき（「前方傾斜」または「後方傾斜」として知られている）、これを防ぐために、組み込みの表面傾斜を有する配向層が使用されてもよい。多くの場合、配向層は摩擦ポリマーであるが、他の方法を使用して配向層を形成してもよい。配向層は両方の基板に適用され、標準のＥＣＢセルの場合、これらの層は図５に示すように平行に配向される。入射光の偏光がｎダイレクタ（長軸）に平行である場合には、平面配向液晶セルは効率的な位相変調器を形成する。
【００９１】
より詳細には、図５は、上部ガラス基板５０１上の第１の配向層５０３と、シリコンバックプレーン５０７上の第２の配向層５０５と、を示している。複数の液晶ダイレクタ５０９が、例として図５に示されている。電界が存在しない場合、液晶ダイレクタ５０９は、第１の配向層５０３および第２の配向層５０５に従って自らを配向する。この例では、上部ガラス基板５０１に近接する液晶のｎダイレクタがシリコンバックプレーン５０７に近接する液晶のｎダイレクタと平行であるから、第１の配向層５０３および第２の配向層５０５は平行であるとみなされる。例えば、平行な配向層は、２つの配向層の逆平行のラビングにより形成され得る。すなわち、第１の配向層を第１の方向にラビングし、第２の配向層を第２の方向にラビングし、第１の方向は第２の方向と反対である。図５の例では、第１の配向層５０３は右から左にラビングされ、第２の配向層５０５は左から右にラビングされる（逆平行）。平行構成を形成する他の方法は、当技術分野で公知である。前の図に示すように、電界があると、液晶の配向が変わる場合がある。
【００９２】
電気的に制御される複屈折セルは、正の誘電異方性を有するネマチック液晶を使用しており、これは、セルに印加される電界がしきい値電圧を超えると、セルがすばやくホメオトロピック状態に切り替わることを意味する。
【００９３】
通常、低表面傾斜（約２°）ラビングポリマー配向層は、第１の基板（例えば前面ガラス）と第２の基板（例えばＬＣＯＳバックプレーン）の両方で使用される。図６は、ポリイミド（ＰＩ）材料をラビング方向６０１にラビングして、使用されるＰＩのタイプ、コーティング条件およびラビング密度に一般に依存する表面プレチルト角６０３を生成する原理を示している。実施形態では、第１の配向層によって提供される第１の配向方向は、第２の配向層によって提供される第２の配向方向と平行である。
【００９４】
フリンジ電界効果
【００９５】
フリンジ電界は、隣接するピクセル間に電位差がある場合に発生する。これらのフリンジ電界は、ピクセル間の境界でｎダイレクタを歪ませるので、ピクセルの縁部で位相遅延が失われる。「歪み」は、液晶がその総配置エネルギー（弾性エネルギーと誘電エネルギー）を最小化するために発生する。弾性エネルギーは３つ（またはそれ以上）の弾性定数に依存するため、実際の弾性歪み（ねじれ、逆傾斜など）は液晶混合物に依存する。誘電エネルギーは、ダイレクタに平行および垂直な誘電率に依存し、液晶混合物にも依存する。「回位」とは、配向層によって促進される配向と総配置エネルギーの最小化との競合によって引き起こされる、ｎダイレクタのより急激な変化である。
【００９６】
図７Ａは、本開示によるデバイス内の一対の隣接するピクセルの断面図である。配向方向はページの平面内にある。この図は、各ピクセルで、４５０ｎｍで０．４１５の複屈折を有する液晶のｎダイレクタを示している。各ピクセルは、ｘ方向（ｘ軸）の幅が約９μｍ、厚さ（ｙ軸）が１．２μｍである。図７Ａの左側は、５Ｖが第１の基板と第２の基板（セルの上部と下部）に印加されている「オン」ピクセルを示している。示されている線は等電位線である。左側のピクセルの液晶は、概ね電界により配向されている（図４Ｂを参照）。図７Ａの右側のピクセルは、第１の基板と第２の基板に電位がない「オフ」ピクセルを示している。したがって、右側のピクセルの液晶は概ね平面である（図４Ａを参照）。「オン」ピクセル（左）は最小限の位相遅延を提供し、「オフ」ピクセル（右）は最大の位相遅延を提供する。フリンジ電界は、境界領域の液晶の配向に影響を及ぼす。
【００９７】
図７Ｂは、図７Ａに示した液晶の配列から生じる遅延を示している。「ＯＮ」ピクセル（右）の境界（上隅）での遅延の損失は、上記の歪みである。「オフ」ピクセル（左）内の複屈折の鋭いスパイクは回位である。
【００９８】
図８Ａおよび図８Ｂは、本開示による、位相ホログラムを表示するピクセルの配列の顕微鏡画像である。配向方向はＳＷからＮＥであり、示されているパターンは、平行偏光子と分析器との間で観察される。液晶は５９０ｎｍで約０．２５６の複屈折を有し、セルギャップは２．１μｍである。画像は白色ＬＥＤ光源を使用して生成されており、セルは平行な偏光子の間で４５度に配向されている。色は、グレーレベル（図７Ｂの数字）でキャリブレーションされたピクセルの遅延を示す。歪み（位相遅延の損失）はピクセル境界で見られる。重要なのは、隣接するピクセル間の転移が最大値よりも小さい場合でも、位相遅延の損失が発生することである。図８Ｂの数字は、選択した点の０〜２５５のグレーレベルであり、グレーレベル０は最大位相遅延（例えば２π）を表し、グレーレベル２５５は最小位相遅延（例えばゼロ）を表す。
【００９９】
図９Ａは、本開示によるＬＣＯＳデバイス上の、４５０ｎｍで約０．３０の複屈折を有する液晶を含むピクセルのグループの画像である。図９Ａの写真は、青色フィルタを使用して反射で撮影された。ピクセルの繰り返し距離は６μｍで、ピクセルの配列は垂直格子を表示しているので、左側の２つのピクセルは高電圧、右側の２つのピクセルはゼロボルトになる。図９Ｂは、図９Ａのデジタル強化バージョンであり、回位を強調するためにしきい値を使用している。具体的には、図９Ｂは、ピクセル９０１、ピクセル間領域９０３、および回位９０５などの４つの完全なピクセルを示している。
【０１００】
本発明者らは、位相ホログラフィのために記載されたデバイスを使用する場合、プレチルト角を少なくとも５度に増加させるという予想外の利点を発見した。本開示による第１および第２の配向層を使用してプレチルト角を提供する方法は、当技術分野で公知である。例えば、プレチルト角は、当技術分野で公知のラビング方法を使用して、第１／第２の配向層をラビング／配向方向にラビングすることによって提供され得る。例えば、プレチルト角は、適切な比率の垂直ポリイミドと水平ポリイミドを混合することによって提供することもできる。いくつかの実施形態では、ポリイミドをラビングすることにより、１０度未満のプレチルト角が提供される。いくつかの実施形態では、光配向または蒸発プロセスにより、１０度より大きいプレチルト角が提供される。
【０１０１】
図１０は、プレチルト角が異なる１．２μｍ（セルギャップ）ピクセル（５  Ｖで駆動）の上面図を示している。グレースケール値は位相遅延を表す。示されているＶ字の線は、回位（複屈折の急激な変化）である。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄ、図１０Ｅ、および図１０Ｆに示されているプレチルトは、それぞれ０、３、５、７、１０、および１５度である。プレチルトを大きくすると、欠陥（回位）がピクセル間ギャップにどのように移動するかが示されている。これにより、バルク位相遅延誤差が減少する。発明者らは、示されているように、プレチルトを増加させると、回位がアクティブピクセル領域からピクセル間ギャップに効果的に押し出されるため、この改善が達成されることを発見した。したがって、各ピクセルは、複屈折の急激なスパイクが非表示領域に押し込まれるため、予想される遅延に近い遅延を提供する。
【０１０２】
図１１は、６Ｖで駆動される異なるプレチルトを有する５μｍ（セルギャップ）ピクセルの上面図を示している。グレースケール値は位相遅延を表す。示されている欠陥は、液晶分子の逆傾斜変形によって引き起こされる縁部回位領域を含む。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅ、および図１１Ｆに示されているプレチルトは、それぞれ３、５、１０、１５、および２０度である。繰り返すが、プレチルトを大きくすると欠陥がピクセル間ギャップに移動し、バルク位相遅延誤差が減少することが示されている。プレチルト角を大きくすると、液晶分子の安定性が向上し、液晶の配向がより均一になる。
【０１０３】
同様に、図１２は、フリンジ電界を引き起こす４つの隣接するピクセルに囲まれた単一ピクセルの液晶の上面図を示している。図１２Ａは３度のプレチルトで達成され、図１２Ｂは７度で達成される。中央のピクセルは「オン」状態（すなわち５Ｖ）であり、周囲の４つのピクセルは「オフ」状態（すなわち０Ｖ）である。各基板のプレチルト角を５度より大きくすると、ピクセルのアクティブ領域から回位が除去されることが分かる。
【０１０４】
本発明者らは、様々なセルの回位の影響を低減する際に５度より大きいプレチルト角を使用することの有効性を測定した。具体的には、本発明者らは、回位を有するセルのバルク遅延に対するプレチルト角の影響を測定した。簡潔にするために、本開示では結果のサンプルのみを提供する。
【０１０５】
図１３Ａは、１．２μｍのセルギャップを有するセルでのプレチルト角が、高密度の高複屈折ピクセルに起因するフリンジ電界によって引き起こされる位相遅延誤差をどのように低減するかを示している。この例では、市販のネマチック液晶を含むピクセルは５Ｖで駆動され、「オフ」ピクセルで四方を囲まれている。液晶の複屈折は０．２３５（６５０ｎｍで）である。ｘ軸は、最大位相遅延（すなわち０Ｖで）のパーセンテージとしての位相遅延である。液晶を垂直方向に完全に配列するには５Ｖでは不十分であるため、位相遅延はゼロにならない。正方形のデータポイントは、回位を含む測定された位相遅延を表し、三角形のデータポイントは、回位が存在しない場合に達成されるべき理論上の位相遅延を表す。図１３Ａから、プレチルト角が増加するにつれて位相遅延が理論値に近づくことが分かる。すなわち、測定された位相遅延と理論上の位相遅延との差は、プレチルト角が増加するにつれて減少する。本発明者らは、改善が５度から１５度の間で最も顕著であることを示した。プレチルトを３度から少なくとも５度に上げると、位相遅延誤差が２８％から２３％に減少することが分かる。プレチルト角がさらに７度に増加すると、総位相損失は２０％未満に減少した。１５度を超えると、このセルではほとんど改善が見られなかった。５μｍのセルギャップでも、１５度のプレチルトを超えるさらなる改善はほとんど見られなかった。
【０１０６】
図１３Ｂは、図１３Ａと同じであるが、５μｍのセルギャップを示している。特に、この高いセルギャップでは、プレチルトの改善はそれほど顕著ではない。実際、本発明者らは、セルギャップが３μｍ未満であるが０．５μｍを超える場合に、５度より大きいプレチルト角を有することが最も効果的であることを発見した。
【０１０７】
追加の特徴
【０１０８】
いくつかの実施形態では、光源はレーザーダイオードなどのレーザーである。本開示のホログラフィック投影システムは、改善されたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）またはヘッドマウントディスプレイを提供するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ＨＵＤを提供するために車両に設置されたホログラフィック投影システムを含む車両が提供される。車両は、自動車、トラック、バン、大型トラック、オートバイ、電車、飛行機、ボート、船などの自動車両であってもよい。
【０１０９】
ホログラフィック再構成の品質は、ピクセル化された空間光変調器を使用する回折性の結果である、いわゆるゼロ次問題の影響を受ける可能性がある。このようなゼロ次光は「ノイズ」とみなすことができ、例えば鏡面反射光やＳＬＭからのその他の不要な光が含まれる。
【０１１０】
フーリエホログラフィの例では、この「ノイズ」はフーリエレンズの焦点に集束され、ホログラフィック再構成の中心に明るいスポットをもたらす。ゼロ次の光は単純にブロックされるが、これは明るいスポットを暗いスポットに置き換えることを意味する。いくつかの実施形態は、ゼロ次の平行光線のみを除去するための角度選択フィルタを含む。実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる欧州特許第２，０３０，０７２号明細書に記載されているゼロ次を管理する方法も含む。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、ホログラムのサイズ（各方向のピクセルの数）は、ホログラムが空間光変調器を満たすように空間光変調器のサイズに等しい。すなわち、ホログラムは空間光変調器のすべてのピクセルを使用する。他の実施形態では、ホログラムのサイズは空間光変調器のサイズよりも小さい。これらの他の実施形態のいくつかでは、ホログラムの一部（すなわち、ホログラムのピクセルの連続するサブセット）が未使用のピクセルで繰り返される。この技術は「タイリング」と呼ばれる場合があり、空間光変調器の表面積はいくつかの「タイル」に分割され、各タイルは少なくともホログラムのサブセットを表す。したがって、各タイルのサイズは、空間光変調器よりも小さくなる。
【０１１２】
ホログラフィック再生場のサイズ（すなわち、ホログラフィック再構成の物理的または空間的範囲）は、空間光変調器のピクセル間隔（すなわち、空間光変調器の隣接する光変調素子またはピクセル間の距離）によって決まる。再生場で形成される最小の特徴は、「解像度要素」、「画像スポット」または「画像ピクセル」と呼ばれる場合がある。通常、空間光変調器の各ピクセルは四角形の形状をしている。四角形の開口部のフーリエ変換はｓｉｎｃ関数であるため、各画像ピクセルはｓｉｎｃ２関数である。より具体的には、再生場上の各画像ピクセルの空間強度分布はｓｉｎｃ２関数である。各ｓｉｎｃ関数は、ピーク強度の一次回折次数と、一次次数から放射状に広がる一連の強度が減少する高次回折次数を含むとみなすことができる。各ｓｉｎｃ関数のサイズ（すなわち、各ｓｉｎｃ関数の物理的または空間的範囲）は、空間光変調器のサイズ（すなわち、光変調素子または空間光変調器ピクセルの配列によって形成される開口部の物理的または空間的範囲）によって決まる。具体的には、光変調ピクセルの配列によって形成される開口部が大きいほど、画像ピクセルは小さくなる。通常、小さな画像ピクセルを有することが望ましい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、「タイリング」の技術は、画像品質を向上させるために実施される。具体的には、いくつかの実施形態は、ホログラフィック再構成に入る信号コンテンツの量を最大化しながら、画像ピクセルのサイズを最小化するためにタイリングの技術を実施する。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、空間光変調器に書き込まれるホログラフィックパターンは、少なくとも１つのタイル全体（すなわち、完全なホログラム）およびタイルの少なくとも１つの部分（すなわち、ホログラムのピクセルの連続するサブセット）を含む。
【０１１５】
ホログラフィック再構成は、空間光変調器によって画定されたウィンドウ全体のゼロ次回折次数内で作成される。１次と後続の次数は、画像と重ならないように、また空間フィルタを使用してブロックできるように、十分にずらされることが好ましい。
【０１１６】
実施形態では、ホログラフィック再構成は色である。本明細書で開示される例では、３つの異なる色の光源および３つの対応するＳＬＭが、合成色を提供するために使用される。これらの例は、空間的に分離された色、「ＳＳＣ」と呼ばれる場合がある。本開示に包含される変形例では、各色の異なるホログラムが同じＳＬＭの異なる領域に表示され、次いで合成色画像を形成するために組み合わされる。しかしながら、当業者は、本開示のデバイスおよび方法の少なくともいくつかが、合成色ホログラフィック画像を提供する他の方法に等しく適用可能であることを理解するであろう。
【０１１７】
これらの方法の１つは、フレームシーケンシャルカラー、「ＦＳＣ」として公知である。ＦＳＣシステムの例では、３つのレーザー（赤、緑、青）が使用され、各レーザーは単一のＳＬＭで連続して放射され、ビデオの各フレームを生成する。色は、人間の視聴者が３つのレーザーで形成された画像の組み合わせから多色画像を見るのに十分な速度で循環する（赤、緑、青、赤、緑、青など）。したがって、各ホログラムは色固有である。例えば、１秒あたり２５フレームのビデオでは、第１のフレームは１／７５秒間赤色レーザーを放射して生成され、次に緑色レーザーが１／７５秒間放射され、最後に青色レーザーが１／７５秒間放射される。その後に、赤色レーザーなどで次のフレームが生成される。
【０１１８】
ＦＳＣ方式の利点は、ＳＬＭ全体が各色に使用されることである。これは、ＳＬＭのすべてのピクセルが各カラー画像に使用されるため、生成される３つのカラー画像の品質が損なわれないことを意味する。しかし、ＦＳＣ法の欠点は、各レーザーが３分の１の時間しか使用されないため、生成される画像全体がＳＳＣ法によって生成される対応する画像ほど約３倍明るくならないことである。この欠点は、レーザーをオーバードライブするか、より強力なレーザーを使用することで対処できる可能性があるが、使用するにはより多くの電力が必要になり、コストが高くなり、システムがコンパクトでなくなる。
【０１１９】
ＳＳＣ方式の利点は、３つすべてのレーザーが同時に放射されるため、画像が明るくなることである。しかし、スペースの制限により１つのＳＬＭのみを使用する必要がある場合、ＳＬＭの表面積を３つの部分に分割し、実質的に３つの別個のＳＬＭとして機能させることができる。これの欠点は、各単色画像で利用可能なＳＬＭ表面積の減少により、各単色画像の品質が低下することである。したがって、多色画像の品質はそれに応じて低下する。使用可能なＳＬＭ表面積の減少は、ＳＬＭで使用できるピクセルが少なくなり、画像の品質が低下することを意味する。解像度が低下するため、画像の品質が低下する。実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる英国特許第２，４９６，１０８号明細書に開示されている改善されたＳＳＣ技術を利用する。
【０１２０】
実施例では、可視光でＳＬＭを照明することを説明しているが、当業者は、例えば本明細書で開示するように、光源およびＳＬＭを同様に赤外線または紫外線を導くために使用できることを理解するであろう。例えば、当業者は、情報をユーザに提供する目的で、赤外および紫外光を可視光に変換する技術を知っているだろう。例えば、本開示は、この目的のための蛍光体および／または量子ドット技術の使用にまで及ぶ。
【０１２１】
いくつかの実施形態は、単なる例として２Ｄホログラフィック再構成を説明する。他の実施形態では、ホログラフィック再構成は３Ｄホログラフィック再構成である。すなわち、いくつかの実施形態では、各コンピュータ生成ホログラムは３Ｄホログラフィック再構成を形成する。
【０１２２】
本明細書で説明される方法およびプロセスは、コンピュータ可読媒体で具現化されてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、およびキャッシュメモリなど、データを一時的または恒久的に保存するように構成された媒体を含む。「コンピュータ可読媒体」という用語は、命令が１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、マシンに、本明細書で説明する方法の１つまたは複数を全体的または部分的に実行させるように、マシンによる実行のための命令を格納できる任意の媒体、または複数の媒体の組み合わせを含むものと解釈するものとする。
【０１２３】
「コンピュータ可読媒体」という用語には、クラウドベースのストレージシステムも含まれる。「コンピュータ可読媒体」という用語は、固体メモリチップ、光ディスク、磁気ディスク、またはその適切な組み合わせの例示的な形態の１つまたは複数の有形かつ非一時的なデータリポジトリ（例えば、データボリューム）を含むが、これらに限定されない。いくつかの例示的な実施形態では、実行のための命令は、キャリア媒体によって通信されてもよい。そのようなキャリア媒体の例には、一時的な媒体（例えば、命令を伝達する伝搬信号）が含まれる。
【０１２４】
添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内のすべての修正および変形を包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
2020533629.tif 000025
2020533629.tif 000026