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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022036014
(43)【公開日】2022-03-04
(54)【発明の名称】空間光変調器
(51)【国際特許分類】
G09G 3/36 20060101AFI20220225BHJP
G03H 1/22 20060101ALI20220225BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20220225BHJP
G02F 1/133 20060101ALI20220225BHJP
G02F 1/1368 20060101ALI20220225BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20220225BHJP
G02F 1/01 20060101ALN20220225BHJP
【ＦＩ】
G09G3/36
G03H1/22
G02F1/13 505
G02F1/133 550
G02F1/133 510
G02F1/1368
G09G3/20 680C
G09G3/20 642K
G09G3/20 624B
G09G3/20 623H
G02F1/01 B
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021127717
(22)【出願日】2021-08-03
(31)【優先権主張番号】2013099.3
(32)【優先日】2020-08-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】517080957
【氏名又は名称】デュアリタス リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】ジェイミーソン クリスマス
【テーマコード（参考）】
2H088
2H192
2H193
2K008
2K102
5C006
5C080
【Ｆターム（参考）】
2H088EA10
2H088EA12
2H088EA47
2H088EA48
2H088HA01
2H088HA02
2H088HA03
2H088HA06
2H088HA08
2H088JA03
2H088MA20
2H192AA24
2H192BC24
2H192BC72
2H192CB23
2H192GD03
2H192GD61
2H192JA02
2H192JB13
2H193ZA03
2H193ZA19
2H193ZC15
2H193ZC16
2H193ZD11
2H193ZF32
2H193ZF33
2H193ZG34
2H193ZG35
2H193ZP01
2H193ZP04
2H193ZP16
2H193ZQ04
2H193ZR16
2K008AA14
2K008CC03
2K008EE04
2K008FF27
2K008HH01
2K008HH06
2K008HH26
2K008HH27
2K102AA21
2K102BA05
2K102BB01
2K102BB04
2K102BC04
2K102BD08
2K102CA00
2K102DB08
2K102DC09
2K102DD02
2K102EA02
2K102EA19
2K102EA21
2K102EA22
2K102EB10
2K102EB20
5C006AA02
5C006AA22
5C006AC28
5C006AF44
5C006BB16
5C006BB28
5C006BC20
5C006BF03
5C006BF06
5C006EA01
5C006EC11
5C006EC12
5C006FA21
5C006FA56
5C080AA10
5C080BB05
5C080BB06
5C080CC03
5C080CC04
5C080DD01
5C080EE17
5C080EE19
5C080GG10
5C080JJ02
5C080JJ04
5C080JJ06
5C080KK20
5C080KK21
(57)【要約】 （修正有）
【課題】光変調ピクセルの配列とコントローラとを備える液晶オンシリコン空間光変調器が開示される。
【解決手段】配列の各光変調ピクセルは、光変調用の液晶を備える。各光変調ピクセルはそれぞれのフリップフロップと関連付けられる。コントローラは、画像のホログラムを受けるようになっている。ホログラムは複数のホログラムピクセルを備える。各ホログラムピクセルはそれぞれのｎビットホログラムピクセル値を含む。コントローラは、更に、ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するようになっている。したがって、ホログラムと光変調ピクセルとの間には１対ｎのピクセル相関がある。ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループのフリップフロップは、直列に接続されてシフトレジスタを形成する。
【選択図】図１２Ａ
【解決手段】配列の各光変調ピクセルは、光変調用の液晶を備える。各光変調ピクセルはそれぞれのフリップフロップと関連付けられる。コントローラは、画像のホログラムを受けるようになっている。ホログラムは複数のホログラムピクセルを備える。各ホログラムピクセルはそれぞれのｎビットホログラムピクセル値を含む。コントローラは、更に、ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するようになっている。したがって、ホログラムと光変調ピクセルとの間には１対ｎのピクセル相関がある。ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループのフリップフロップは、直列に接続されてシフトレジスタを形成する。
【選択図】図１２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶オンシリコン空間光変調器であって、
それぞれが液晶を備える光変調ピクセルの配列であって、各光変調ピクセルがそれぞれのフリップフロップと関連付けられたものと、
画像のホログラムを受けるように構成されたコントローラであって、前記ホログラムはそれぞれがｎビットホログラムピクセル値を備える複数のホログラムピクセルを備え、前記ホログラムと前記光変調ピクセルとの間に１対ｎピクセル相関が存在するように、前記ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するように構成されたものと、を備え、
ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループの前記フリップフロップは、シフトレジスタを形成するように直列に接続され、それにより、前記シフトレジスタの動作中、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられる前記ｎビットホログラムピクセル値が、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって前記隣接するグループの各光変調ピクセルに対して一度に１ビットずつ与えられる、
液晶オンシリコン空間光変調器。
それぞれが液晶を備える光変調ピクセルの配列であって、各光変調ピクセルがそれぞれのフリップフロップと関連付けられたものと、
画像のホログラムを受けるように構成されたコントローラであって、前記ホログラムはそれぞれがｎビットホログラムピクセル値を備える複数のホログラムピクセルを備え、前記ホログラムと前記光変調ピクセルとの間に１対ｎピクセル相関が存在するように、前記ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するように構成されたものと、を備え、
ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループの前記フリップフロップは、シフトレジスタを形成するように直列に接続され、それにより、前記シフトレジスタの動作中、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられる前記ｎビットホログラムピクセル値が、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって前記隣接するグループの各光変調ピクセルに対して一度に１ビットずつ与えられる、
液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項2】
各光変調ピクセルがそれぞれの１ビットメモリと更に関連付けられ、前記コントローラは、前記シフトレジスタの動作前に前記それぞれのｎビットホログラムピクセル値の異なるビットを隣接するグループの各光変調ピクセルに与えるように構成されている
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項3】
前記シフトレジスタは、各光変調ピクセルの前記液晶が前記それぞれのｎビットホログラムピクセル値に対応するＲＭＳ電圧に応答するように動作される
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項4】
ｎが波長に依存し、前記コントローラは、前記ホログラムと関連付けられる波長に基づいてｎを選択するように構成されている
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項5】
ｎが波長に伴って増大する
請求項４に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項４に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項6】
各フリップフロップが第１の出力「Ｑ」及び第２の出力「Ｑバー」を備え、前記第１の出力が前記第２の出力と反対であり、前記コントローラは、フレーム反転を達成するために少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって前記フリップフロップの前記第１の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動させた後、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって前記フリップフロップの前記第２の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するように構成されている
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項7】
ピクセルのそれぞれの隣接するグループは、実質的に正方形の配列又は実質的に長方形の配列を形成する
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項8】
前記シフトレジスタの前記クロックは、２５ＫＨｚよりも大きい、例えば５０ＫＨｚよりも大きい周波数で動作される
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項9】
少なくとも１０，０００×１０，０００個の光変調ピクセルを備え、各ピクセルのサイズが２×２μｍ未満、例えば１×１μｍ以下である
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器。
【請求項10】
請求項１に記載の液晶オンシリコン空間光変調器と光源とを備えるホログラフィックプロジェクタであって、
前記光源は、前記画像のホログラフィック再構成が再生平面上に投影されるように前記空間光変調器を照らすように構成されている
ホログラフィックプロジェクタ。
前記光源は、前記画像のホログラフィック再構成が再生平面上に投影されるように前記空間光変調器を照らすように構成されている
ホログラフィックプロジェクタ。
【請求項11】
第１の波長の光を含む第１のホログラフィック再構成と、第２の波長の光を含む第２のホログラフィック再構成とが再生平面上に形成され、前記第１のホログラフィック再構成と関連付けられるｎの値は、前記第２のホログラフィック再構成と関連付けられるｎの値とは異なる
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】
前記第１の波長が前記第２の波長よりも大きく、前記第１のホログラフィック再構成と関連付けられるｎの値が前記第２のホログラフィック再構成と関連付けられるｎの値よりも大きい
請求項１１に記載のホログラフィックプロジェクタ。
請求項１１に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項13】
前記第１のホログラフィック再構成は、ｎ＝ｎ１の値を使用して動作する請求項１に記載の第１の液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成され、前記第２のホログラフィック再構成は、ｎ＝ｎ２の値を使用して動作する請求項１に記載の第２の液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成され、ｎ１がｎ２に等しくない
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１０に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項14】
前記第１のホログラフィック再構成及び前記第２のホログラフィック再構成は、請求項１に記載の同じ液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成され、前記コントローラは、前記第１のホログラフィック再構成がｎ＝ｎ１の値を使用して形成されるとともに前記第２のホログラフィック再構成がｎ＝ｎ２の値を使用して形成されるように前記光変調ピクセルを再構成するように構成されており、ｎ１がｎ２に等しくない
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１０に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項15】
液晶を備える液晶オンシリコン空間光変調器を動作させる方法であって、
各光変調ピクセルがそれぞれのフリップフロップと関連付けられており、
前記方法は、
画像のホログラムを受けるステップであって、前記ホログラムは、それぞれがｎビットホログラムピクセル値を備える複数のホログラムピクセルを備える、ステップと、
前記ホログラムと前記光変調ピクセルとの間に１対ｎピクセル相関が存在するように、前記ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するステップと、を含み、
ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループの前記フリップフロップは、シフトレジスタを形成するように直列に接続され、
前記方法は、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられる前記ｎビットホログラムピクセル値が少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって隣接するグループの各光変調ピクセルに対して一度に１ビットずつ与えられるように前記シフトレジスタを動作させるステップ、を更に含む
方法。
各光変調ピクセルがそれぞれのフリップフロップと関連付けられており、
前記方法は、
画像のホログラムを受けるステップであって、前記ホログラムは、それぞれがｎビットホログラムピクセル値を備える複数のホログラムピクセルを備える、ステップと、
前記ホログラムと前記光変調ピクセルとの間に１対ｎピクセル相関が存在するように、前記ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するステップと、を含み、
ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループの前記フリップフロップは、シフトレジスタを形成するように直列に接続され、
前記方法は、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられる前記ｎビットホログラムピクセル値が少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって隣接するグループの各光変調ピクセルに対して一度に１ビットずつ与えられるように前記シフトレジスタを動作させるステップ、を更に含む
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、表示デバイスに関する。具体的には、本開示は、空間光変調器及び位相変調器に関する。より具体的には、本開示は、液晶オンシリコン（Liquid crystal on silicon）空間光変調器に関する。また、本開示は、空間光変調器を動作、駆動、又は、制御する方法、並びに、ホログラムを表示する方法に関する。また、本開示は、光変調ピクセルをホログラムピクセルに割り当てる方法、及び、液晶オンシリコン空間光変調器のピクセルなどの複数の光変調ピクセルにホログラムを表示する方法に関する。また、本開示は、ホログラフィック再構成のサイズを変更するとともに、ホログラフィック再構成の分解能を波長に応じて変更する方法に関する。更に、本開示は、第１のカラーホログラフィック再構成のサイズを第２のカラーホログラフィック再構成のサイズに適合させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
物体から散乱された光は、振幅情報及び位相情報の両方を含む。この振幅情報及び位相情報は、例えば、干渉縞を備えるホログラフィック記録又は「ホログラム」を形成するべく周知の干渉技術によって感光板上に捕捉され得る。ホログラムは、当初の物体を表わす２次元又は３次元ホログラフィック再構成或いは再生画像を形成するべく適切な光による照明によって再構成され得る。
【0003】
計算機合成ホログラフィは、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。計算機合成ホログラムは、フレネル変換又はフーリエ変換などの数学的変換に基づく技術によって計算され得る。これらのタイプのホログラムは、フレネル／フーリエ変換ホログラム又は単にフレネル／フーリエホログラムと称される場合がある。フーリエホログラムは、物体のフーリエ領域／平面表示又は物体の周波数領域／平面表示と見なされ得る。また、計算機合成ホログラムは、例えば、コヒーレントレイトレーシング又はポイントクラウド技術によって計算され得る。
【0004】
計算機合成ホログラムは、入射光の振幅及び／又は位相を変調するようになっている空間光変調器でエンコードされ得る。光変調は、電気的にアドレス可能な液晶又は光学的にアドレス可能な液晶を使用して達成され得る。
【0005】
空間光変調器は、一般に、セル又は素子とも称され得る複数の個別にアドレス可能なピクセルを備える。光変調方式は、バイナリ、マルチレベル、又は、連続であってもよい。或いは、デバイスが連続的（すなわち、ピクセルから構成されない）であってもよく、したがって、光変調がデバイス全体にわたって連続的であってもよい。空間光変調器は、変調光が反射して出力されることを意味する反射型であってもよい。空間光変調器は、同様に、変調光が透過して出力されることを意味する透過型であってもよい。
【0006】
多色ホログラフィック再構成をもたらすための２つの手法、すなわち、空間分離カラー「ＳＳＣ」及びフレームシーケンシャルカラー「ＦＳＣ」が知られている。両方の手法は、本開示に適合する。
【0007】
ＳＳＣの方法は、それぞれが異なる単色と関連付けられるそれぞれの複数のホログラムを表示するために、光変調ピクセルの複数の空間的に分離された配列－或いは更には複数の異なる空間光変調器－を使用する。複数の単一色は、赤色、緑色、及び、青色を含んでもよい。各ホログラムは、対応する単一色画像／ホログラフィック再構成を生じさせる。複数の単一色画像は、例えばフルカラー画像の外観を与えるために、ほぼ同時に起こってもよい。ＳＳＣ方法の利点は、３つの全てのホログラフィック再構成が同時に形成され得るため、画像が非常に明るくなり得ることである。
【0008】
ＦＳＣの方法は、共通の空間光変調器の全てのピクセルを使用して、３つの単一色ホログラムを順に表示することができる。単一色再構成は、人間の観察者が３つの単一色画像の統合から多色画像を知覚するように十分な速さで周期的に繰り返される（例えば、赤色、緑色、青色、赤色、緑色、青色など）。ＦＳＣの利点は、ＳＬＭ全体が各色ごとに使用される点である。このことは、ＳＬＭの全てのピクセルがそれぞれのカラー画像ごとに使用されるため、生成される３つのカラー画像の品質が最適であることを意味する。
【0009】
カラーホログラフィックプロジェクタに伴う１つの問題は、回折がホログラフィックプロセスに必須であり、回折が波長に依存することである。具体的には、ホログラフィック再構成のサイズが波長に依存する。合成カラー方式において、これは、２つの不一致、すなわち、（１）単一色ホログラフィック再構成の全体サイズの不一致、及び、（２）ホログラフィック再構成における画像ピクセルの位置間の不一致があるため、知覚される合成カラー再構成の品質の低下をもたらす。本発明者は、それぞれのカラーチャネルごとに異なる長さのフーリエ経路を使用することを含むこれらの不一致に対処するための技術を既に開示した－例えば、英国特許第２，５４７，９２９号明細書を参照。また、本発明者は、それぞれのホログラムピクセルを表わすために表示デバイスのピクセルのグループ（本明細書中では「サブピクセル」と称される）を使用してこれらの不一致に対処するための他の技術も既に開示してしまっており、この場合、グループ当たりのピクセルの数は波長に基づいて選択される－例えば、英国特許第２，５６９，２０６号明細書を参照。本開示は、後者の技術に基づいている。
【発明の概要】
【0010】
本開示の態様は、添付の独立請求項に規定される。
【0011】
本明細書中では、光変調ピクセルの配列とコントローラとを備える液晶オンシリコン空間光変調器が開示される。配列の各光変調ピクセルは、光変調用の液晶を備える。各光変調ピクセルはそれぞれのフリップフロップと関連付けられる。コントローラは、画像のホログラムを受けるようになっている。ホログラムは複数のホログラムピクセルを備える。各ホログラムピクセルはそれぞれのｎビットホログラムピクセル値を含む。ホログラムピクセル値は、光変調ピクセルの液晶セルに印加される電圧を決定する。ホログラムピクセル値は、グレーレベルを表わす。グレーレベルは、実施形態では、受けた光に作用する位相遅延又は位相変調値－例えば、π／２－などの光変調値である。複数の位相遅延値は、位相遅延分布又は配列を形成する。誤解を避けるために、位相遅延分布はホログラムを表わす。簡単に言えば、位相遅延分布はホログラムであると言える。コントローラは、更に、ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するようになっている。したがって、ホログラムと光変調ピクセルとの間には１対ｎのピクセル相関がある。ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループのフリップフロップは、直列に接続されてシフトレジスタを形成する。シフトレジスタの動作中、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられるｎビットホログラムピクセル値は、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって一度に１ビットずつ隣接するグループの各光変調ピクセルに与えられる。例えば、ｎビットホログラムピクセル値は、２ｎ個のクロックサイクルにわたって又はｎ個のクロックサイクルの他の整数倍にわたって隣接するグループの光変調ピクセルに対して１ビットずつ一度に与えられてもよい。
【0012】
液晶オンシリコン空間光変調器は、デジタルバックプレーンを有する。コントローラは、ホログラムピクセル値のデジタル表示を受けて、デジタルパルスを使用して液晶を駆動するようになっている。各デジタルパルスは、４又は５Ｖなどの電圧と関連付けられてもよい。本明細書中に開示されるように、各ピクセルをデジタルで駆動させることにより、ピクセルドライバが縮小でき、それにより、より小さいピクセルが可能となる。液晶駆動信号は、シフトレジスタを用いてピクセルのグループ間で分配されるビットパターンである。ピクセルの各グループ（本明細書中では各ピクセルが「サブピクセル」と称される）は、表示用のホログラムのそれぞれのピクセル値と関連付けられる。「サブピクセル」という用語は、サブピクセルの各グループが表示用のホログラムの１つのピクセルに対応することを反映するために使用される。事実上、液晶電圧は、サブピクセルのグループ下に、－例えば、サブピクセルのグループに対応するシリコンバックプレーンのサブエリアに蓄えられる。
【0013】
本明細書中に開示される手法は、液晶オンシリコン空間光変調器と関連付けられる波長依存回折角を緩和する。シリコンバックプレーン－個々のアドレス可能なピクセルで構成されるのではなく－は、遥かに小さいサブピクセルで構成される。サブピクセルのグループをプログラムでグループ化して「通常の」ピクセルを作成することができ、該ピクセルは、その後、各ホログラムピクセル値を表示するために使用される。サブピクセルのグループ化は、波長及び所望の回折角によって決定されてもよい。
【0014】
各光変調ピクセルは、それぞれの１ビットメモリと更に関連付けられてもよい。コントローラは、シフトレジスタの動作前に、隣接するグループの各光変調ピクセルに対して、それぞれのｎビットホログラムピクセル値の異なるビットを与えるようになっていてもよい。
【0015】
第１のステップでは、ホログラムピクセル値を表わすｎビット数がサブピクセルのグループに供給される。各サブピクセルは、ｎビットのうちの１つのそれぞれのビットを受ける。その後、シフトレジスタは、ｎビット数のビットを全てのサブピクセルにわたって循環する。第１のステップにおいて、サブピクセルの各グループは、それらのホログラムピクセル値を同時に受けてもよい。特に、ピクセル当たり１ビットのメモリのみを使用すると、サイズに大きく影響し、ホログラムピクセル当たりのサブピクセルの概念を可能にするのに役立つ。任意の数の異なる電子構成を使用して、シフトレジスタを動作させる前の適切な時間にサブピクセルの各グループにビットパターンを選択的にダウンロードすることができる。
【0016】
シフトレジスタは、各光変調ピクセルの液晶がそれぞれのｎビットホログラムピクセル値に対応するＲＭＳ電圧に応答するように動作されてもよい。サブピクセルは、当業者によく知られている態様で、液晶がＲＭＳ電圧に応答する高速クロックによって十分に高速に駆動される。幾つかの実施形態では、シフトレジスタのクロックが、５０ＫＨｚを超えるなど、２５ＫＨｚを超えて動作される。シフトレジスタは、任意の所定の表示方式にしたがって次のビットパターンが与えられるまでシーケンスにわたってサイクルしてもよい。幾つかの実施形態において、ビットパターンは、０～５ボルトなど、０～少なくとも３ボルトの任意の電圧を与えることができる。
【0017】
ｎの値は波長に依存してもよく、また、コントローラは、ホログラムに関連する波長に基づいてｎを選択するようになっていてもよい。ｎの値は、波長に伴って増大してもよい。ｎの値は、波長にほぼ比例してもよい。
【0018】
ホログラフィック再生場のサイズは、ホログラフィックプロセスが回折に基づくため、波長の関数である。したがって、複数の単一色ホログラフィック再構成が再生平面上で必要とされる場合には、単一色ホログラフィック再構成が異なるサイズを有する場合があり、それにより、低品質の画像がもたらされる。実施形態によれば、サブピクセルの配置（例えば、グループ当たりのサブピクセルの数）が波長の関数である。幾つかの実施形態において、デバイスは、異なる波長に関連するホログラムで動作するように再構成可能である。サブピクセルグループ化は、例えば、波長を示す入力に基づいてプログラム可能であると言える。シフトレジスタパターンは、例えば波長に基づいて又は性能を最適化するために自動的に構成されてもよい。
【0019】
したがって、表示されるようになっている任意の個々のホログラムに関して、各ホログラムピクセル値におけるビットの数「ｎ」は、各グループ内に含まれるサブピクセルの数にしたがって選択されてもよく、この場合、各グループには異なるそれぞれのホログラムピクセル値が割り当てられ、また、グループのサイズ、－すなわち、グループ内のサブピクセルの数－は波長に依存し得る。したがって、実施形態によれば、第１の波長の光を使用して照らされるようになっている第１のホログラムのホログラムピクセル値は、第１のビット数を有してもよく、また、第２の異なる波長の光を使用して照らされるようになっている第２のホログラムのホログラムピクセル値は、第２の異なるビット数を有してもよい。実施形態によれば、第１及び第２のホログラムは、ホログラフィック再構成されるようになっている共通の「目標画像」に対応してもよい。第１及び第２のホログラムは、照らされた時点で、共通のホログラフィック再生平面上にそれぞれのホログラフィック再構成を形成するようになっていてもよい。したがって、例えば第１及び第２の異なる光の色によって照らされるべき第１及び第２の異なるホログラムによって目標画像が表わされるようになっている場合、ホログラムピクセル値のビット数は、それらの第１及び第２の異なるホログラム間で異なってもよい。
【0020】
更なる改良において、Ｄ型フリップフロップのＱ出力及びＱバー出力は、ＤＣ平衡化に必要なフレーム反転をもたらすために利用される。この更なる改善において、各フリップフロップは、第１の出力「Ｑ」及び第２の出力「Ｑバー」を備える。第１の出力は、当業者によく知られている態様で第２の出力の論理反転（例えば、１及び０が互いの論理反転である）である。コントローラは、フレーム反転を達成するために、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたってフリップフロップの第１の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各サブピクセルを駆動させた後、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたってフリップフロップの第２の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各サブピクセルを駆動させるようになっていてもよい。例えば、コントローラ又はピクセルドライバは、ＤＣ平衡化を達成するために受信した信号に応じてＱ又はＱバーから選択するようになっていてもよい。或いは、データは、それがグループの周囲にわたって循環される際に反転されてもよい。
【0021】
ピクセルのそれぞれの隣接するグループは、実質的に正方形の配列又は実質的に長方形の配列を形成する。幾つかの構成では、サブピクセルの長方形の配列が有利な場合がある。例えば、空間光変調器は、少なくとも１０，０００×１０，０００個の光変調ピクセルを備えてもよい。各ピクセルのサイズは、２×２μｍ未満、例えば１×１μｍ以下であってもよい。
【0022】
本明細書中では、液晶オンシリコン空間光変調器を備えるホログラフィックプロジェクタも開示される。ホログラフィックプロジェクタは、表示されたホログラムを照らすようになっている－レーザダイオードなどの－光源を更に備えてもよい。ホログラムに対応する画像のホログラフィック再構成は、空間光変調器から空間的に分離される再生平面上に形成される。
【0023】
第１の波長の光を含む第１のホログラフィック再構成及び第２の波長の光を含む第２のホログラフィック再構成が再生平面上に形成されてもよい。第１のホログラフィック再構成に関連するｎの値は、第２のホログラフィック再構成に関連するｎの値とは異なってもよい。第１の波長が第２の波長より大きくてもよい。第１のホログラフィック再構成に関連するｎの値は、第２のホログラフィック再構成に関連するｎの値より大きくてもよい。
【0024】
本開示は、空間分離カラー表示方式及びフレームシーケンシャルカラー表示方式の両方に適合する。第１のホログラフィック再構成は、ｎ＝ｎ１の値を使用して動作する第１の液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成されてもよく、また、第２のホログラフィック再構成は、ｎ＝ｎ２の値を使用して動作する第２の液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成されてもよく、ｎ１はｎ２に等しくない。或いは、第１のホログラフィック再構成及び第２のホログラフィック再構成が同じ液晶オンシリコン空間光変調器を使用して形成されてもよい。その場合、コントローラは、第１のホログラフィック再構成がｎ＝ｎ１の値を使用して形成されるとともに第２のホログラフィック再構成がｎ＝ｎ２の値を使用して形成されるように、光変調ピクセルを再構成するようになっていてもよく、ｎ１はｎ２に等しくない。
【0025】
本明細書中では、液晶を備える液晶オンシリコン空間光変調器を動作させる方法も開示される。各光変調ピクセルはそれぞれのフリップフロップと関連付けられる。方法は、画像のホログラムを受ける第１のステップを含む。ホログラムは複数のホログラムピクセルを備える。各ホログラムピクセルはそれぞれのｎビットホログラムピクセル値を含む。方法は、ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動する第２のステップを含む。したがって、ホログラムと光変調ピクセルとの間には１対ｎのピクセル相関がある。ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループのフリップフロップは、直列に接続されてシフトレジスタを形成する。方法は、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられるｎビットホログラムピクセル値が少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって一度に１ビットずつ隣接するグループの各光変調ピクセルに与えられるようにシフトレジスタを動作させる第３のステップを含む。方法は、ｎビットホログラムピクセル値の１ビットをグループのそれぞれの各サブピクセルに与える第０のステップを含んでもよい。方法は、第０のステップの前又は第１のステップの前に、ホログラムのための各ホログラムピクセル値に含まれるようになっているビット数ｎを決定するステップを更に含んでもよい。方法は、ｎビットホログラムピクセル値を決定する或いはさもなければ取得することを更に含んでもよい。
【0026】
より一般的には、本明細書中には、ホログラムを表示する方法が開示される。方法は、ホログラムを受けて、複数の光変調ピクセルにホログラムを表示することを含む。ホログラムは、それぞれが対応するホログラムピクセル値を有する複数のホログラムピクセルを備える。ホログラムを表示することは、ホログラムと複数の光変調ピクセルとの間に一対多のピクセル相関があるように複数の光変調ピクセルの隣接する光変調ピクセルのグループに各ホログラムピクセル値を表示することを含む。光変調ピクセルのそれぞれの隣接グループは、より大きな光変調ピクセルとして効果的に機能する複数の個々の光変調ピクセルを備える。言い換えると、各ホログラムピクセルを表示するために隣接するグループで２つ以上の光変調ピクセルを使用することによって、各光変調領域のサイズが増大される。他のホログラムピクセルのそれぞれに対する各ホログラムピクセルの位置は、一対多のピクセルマッピング方式を使用して保存される。したがって、ホログラフィック再構成は、より大きなピクセルを使用して完全に形成され得る。有効ピクセルのサイズは回折角を決定し、したがって、これによりホログラフィック再生場のサイズが決定される。したがって、ソフトウェアによって制御可能な再構成可能ピクセルマッピング方式を使用してホログラフィック再生場のサイズが変更されるシステムが提供される。本明細書中に開示される方法は、利用可能な空間光変調器のピクセルサイズが減少し続けるため、特に有効である。複数の光変調ピクセルの各光変調ピクセルは、２０００ｎｍ未満、随意的に５００ｎｍ未満又は２５０ｎｍ未満などの１０００ｎｍ未満のピクセルサイズ（例えば、幅）を有してもよい。方法は、第１のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第１の数の光変調ピクセルを使用することを更に含んでもよい。方法は、第２のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第２の数の光変調ピクセルを使用することを更に含んでもよい。ホログラフィック再生場のサイズは、それぞれの隣接するグループ内のピクセル数を変更することによってソフトウェアで動的に変更されてもよい。したがって、ホログラフィック再生場のサイズをオンザフライで変更することができる。特に、少なくとも２つのフレームを備える表示事象中にホログラフィック再生場のサイズを変更するためにハードウェアを変更する必要がない。例えば、記載された一対多ピクセルマッピング方式は、ＦＳＣ方式において第１のフレームと第２のフレームとの間又は第１のサブフレームと第２のサブフレームとの間で変更されてもよい。
【0027】
「ホログラム」という用語は、物体に関する振幅情報又は位相情報又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、ホログラムを照らすことによって形成される物体の光学的再構成を指すために使用される。ホログラフィック再構成は実像であってホログラムから空間的に分離されるため、本明細書中に開示されるシステムは「ホログラフィックプロジェクタ」として説明される。「再生場」という用語は、ホログラフィック再構成が形成されて完全に合焦される２Ｄ領域を指すために使用される。ホログラムがピクセルを備える空間光変調器に表示される場合、再生場は複数の回折次数の形態で繰り返され、この場合、各回折次数は０次再生場の複製である。０次再生場は、それが最も明るい再生場であるため、一般に、好ましい又は一次の再生場に対応する。別段に明記されなければ、「再生場」という用語は、０次再生場を指すと解釈されるべきである。「再生平面」という用語は、全ての再生場を含む空間内の平面を指すために使用される。「画像」、「再生画像」、及び、「画像領域」という用語は、ホログラフィック再構成の光によって照らされる再生場の領域を指す。幾つかの実施形態において、「画像」は、「画像スポット」又は便宜的にのみ「画像ピクセル」と称され得る別個のスポットを含み得る。
【0028】
「エンコーディング」、「書き込み」、又は、「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与え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ると言える。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、ホログラムは光変調値又はレベルの配列と見なすことができる。
【0029】
許容可能な品質のホログラフィック再構成を当初の物体のフーリエ変換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きた。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称される場合がある。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等しく適用可能である。
【0030】
また、本開示は、当初の物体のフーリエ変換に関連する振幅及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同様に適用可能である。幾つかの実施形態において、これは、当初の物体に関する振幅情報及び位相情報の両方を含むいわゆる完全複素ホログラムを使用した複素変調によって達成される。そ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）が振幅成分及び位相成分を有するため、完全複素ホログラムと称される場合がある。各ピクセルに割り当てられた値（グレーレベル）は、振幅成分及び位相成分の両方を有する複素数として表わされてもよい。幾つかの実施形態では、完全複素計算機合成ホログラムが計算される。
【0031】
「位相遅延」の省略表現として、位相値、位相成分、位相情報、又は、単に、計算機合成ホログラム又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、記載される任意の位相値は、実際には、そのピクセルによって与えられる位相遅延の量を表わす数（例えば、０～２πの範囲内）である。例えば、π／２の位相値を有すると記載された空間光変調器のピクセルは、受けた光の位相をπ／２ラジアンだけ遅延させる。幾つかの実施形態において、空間光変調器の各ピクセルは、複数の想定し得る変調値（例えば、位相遅延値）のうちの１つで動作可能である。「グレーレベル」という用語は、複数の利用可能な変調レベルを指すために使用され得る。例えば、「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影をもたらさない場合であっても、位相限定変調器において複数の利用可能な位相レベルを指すために便宜上使用され得る。また、「グレーレベル」という用語は、複素変調器における複数の利用可能な複素変調レベルを指すために便宜上使用され得る。
【0032】
したがって、ホログラムは、グレーレベルの配列－すなわち、位相遅延値又は複素変調値の配列などの光変調値の配列を含む。ホログラムは、空間光変調器に表示され、空間光変調器のピクセルピッチに匹敵する、一般にそれ未満の波長を有する光で照射されたときに回折を引き起こすパターンであるため、回折パターンとも考えられる。本明細書では、ホログラムを、レンズ又は格子として機能する回折パターンなどの他の回折パターンと組み合わせることについて言及する。例えば、格子として機能する回折パターンは、再生場を再生平面上で並進させるためにホログラムと組み合わされてもよく、又は、レンズとして機能する回折パターンは、ホログラフィック再構成を近接場の再生平面上に集束させるためにホログラムと組み合わされてもよい。
【0033】
以下の詳細な説明では、異なる実施形態及び実施形態のグループが別々に開示される場合があるが、任意の実施形態又は実施形態のグループの任意の特徴が、任意の実施形態又は実施形態のグループの任意の他の特徴又は特徴の組み合わせと組み合わされてもよい。すなわち、本開示に開示される特徴の全ての想定し得る組み合わせ及び置換が想定される。
【0034】
以下の図を参照して、特定の実施形態を単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】スクリーン上にホログラフィック再構成を生成する反射型ＳＬＭを示す概略図である。
【図2A】Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの一例の第１の反復を示す。
【図2B】Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の２回目以降の反復を示す。
【図2C】Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの例の別の２回目以降の反復を示す。
【図3】反射型ＬＣＯＳ ＳＬＭの概略図である。
【図4A】［４×４］配列を成して配置された１６個のホログラムピクセルを備えるホログラムの一例を示す。
【図4B】［４×４］配列を成して配置された１６個の光変調ピクセルを備える空間光変調器の一例を示し、隣り合う光変調ピクセルはピクセル間ギャップによって空間的に分離される。
【図5】幾つかの実施形態に係る第１のホログラムマッピング方式を示す。
【図6】幾つかの実施形態に係る第２のホログラムマッピング方式を示す。
【図7】幾つかの実施形態に係る第３のホログラムマッピング方式を示す。
【図8】幾つかの実施形態に係る第４のホログラムマッピング方式を示す。
【図9A】赤、緑、及び、青の光がフレームシーケンシャルカラー方式の空間光変調器に順に表示されたそれぞれのホログラムから回折されるときの、青色再生場９００Ｂに対応するカラーオーバーラップ領域を示す。
【図9B】赤、緑、及び、青の光がフレームシーケンシャルカラー方式の空間光変調器に順に表示されたそれぞれのホログラムから回折されるときの、青色再生場９００Ｂに対応するカラーオーバーラップ領域を示す。
【図10A】ホログラムピクセルごとに４つの光変調ピクセルを使用して形成された青色のホログラムを照らすために使用される青色光エンジンを示す。
【図10B】ホログラムピクセルごとに５つの光変調ピクセルを使用して形成された緑色のホログラムを照らすために使用される緑色光エンジンを示す。
【図10C】ホログラムピクセルごとに６つの光変調ピクセルを使用して形成された赤色のホログラムを照らすために使用される赤色光エンジンを示す。
【図11】本開示に係る液晶セルと１ビットのメモリとを備えるピクセル形態を示す。
【図12A】単一ビットのデータに関するサブピクセルのグループを伴うデータ経路を示す。
【図12B】本開示に係るサブピクセルのグループを伴うシフトレジスタを示す。
【図13A】９ビットホログラムピクセル値の一例を示す。
【図13B】９ビットホログラムピクセル値のビット値を一度に１ビットずつサブピクセルのグループの周りで循環させ得る方法を示す。
【図14】ＤＣ平衡化のためのフレーム反転の概念を示す。
【発明を実施するための形態】
【0036】
同じ又は同様の部分を指すために図面の全体にわたって同じ参照番号が使用される。
【0037】
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、異なる形態で具体化されてもよく、例示目的で提示される記載された実施形態に限定されると解釈されるべきでない。
【0038】
他の構造の上部／下部又は他の構造上／下に形成されると記載された構造は、構造が互いに接触する場合、更には、構造間に第３の構造が配置される場合を含むと解釈されるべきである。
【0039】
時間関係を説明する際、例えば、事象の時間的順序が「後」、「後続」、「次」、「前」などとして説明される場合に、本開示は、別段に明記されなければ、連続的及び非連続的な事象を含むように解釈されるべきである。例えば、「ちょうど」、「即時」、又は、「直接」などの表現が使用されなければ、説明は連続的でない場合を含むように解釈されるべきである。
【0040】
本明細書中では、「第１」、「第２」などの用語を使用して様々な要素を説明する場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、単にある要素を別の要素から区別するために使用されるにすぎない。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の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することができる。
【0041】
異なる実施形態の特徴は、部分的又は全体的に互いに結合又は組み合わせられてもよく、互いに様々に相互動作されてもよい。幾つかの実施形態は、互いに独立して行なわれてもよく、或いは、共依存関係で一緒に行なわれてもよい。
【0042】
光学形態
図１は、計算機合成ホログラムが単一の空間光変調器でエンコードされる実施形態を示す。計算機合成ホログラムは、再構成のための物体のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは、物体のフーリエ領域又は周波数領域又はスペクトル領域表示であると言える。この実施形態では、空間光変調器が反射型液晶オンシリコン（Liquid crystal on silicon）「ＬＣＯＳ」デバイスである。ホログラムは空間光変調器でエンコードされ、また、ホログラフィック再構成が、再生場で、例えばスクリーン又はディフューザなどの受光面で形成される。
図１は、計算機合成ホログラムが単一の空間光変調器でエンコードされる実施形態を示す。計算機合成ホログラムは、再構成のための物体のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは、物体のフーリエ領域又は周波数領域又はスペクトル領域表示であると言える。この実施形態では、空間光変調器が反射型液晶オンシリコン（Liquid crystal on silicon）「ＬＣＯＳ」デバイスである。ホログラムは空間光変調器でエンコードされ、また、ホログラフィック再構成が、再生場で、例えばスクリーン又はディフューザなどの受光面で形成される。
【0043】
光源１１０、例えばレーザ又はレーザダイオードが、コリメートレンズ１１１を介してＳＬＭ １４０を照らすように配置される。コリメートレンズは、光の略平面状の波面をＳＬＭに入射させる。図１では、波面の方向が法線方向ではない（例えば、透明層の平面に対して正確に直交している状態から２度又は３度ずれている）。しかしながら、他の実施形態では、ほぼ平坦な波面が垂直入射でもたらされ、入力光路と出力光路とを分離するためにビームスプリッタ構成が使用される。図１に示される実施形態において、構成は、光源からの光がＳＬＭの鏡映後面から反射されて光変調層と相互作用して出口波面１１２を形成するようになっている。出口波面１１２は、スクリーン１２５にその焦点を有するフーリエ変換レンズ１２０を含む光学素子に適用される。より具体的には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ １４０から変調光のビームを受けて、周波数空間変換を実行し、スクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。
【0044】
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（又は画像ピクセル）と特定の光変調素子（又はホログラムピクセル）との間に一対一の相関はない。言い換えると、光変調層から出る変調光は、再生場にわたって分布される。
【0045】
これらの実施形態において、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力（集束力）によって決定される。図１に示される実施形態では、フーリエ変換レンズが物理レンズである。すなわち、フーリエ変換レンズが光フーリエ変換レンズであり、フーリエ変換が光学的に行なわれる。任意のレンズはフーリエ変換レンズとして作用することができるが、レンズの性能は、それが実行するフーリエ変換の精度を制限する。当業者は、レンズを使用して光フーリエ変換を実行する方法を理解している。
【0046】
ホログラム計算
幾つかの実施形態において、計算機合成ホログラムは、フーリエ変換ホログラム、又は、単にフーリエホログラム又はフーリエベースのホログラムであり、この場合、正レンズのフーリエ変換特性を利用することによって遠隔場で画像が再構成される。フーリエホログラムは、再生平面内の所望の光照射野を元のレンズ平面にフーリエ変換することによって計算される。計算機合成フーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算されてもよい。
幾つかの実施形態において、計算機合成ホログラムは、フーリエ変換ホログラム、又は、単にフーリエホログラム又はフーリエベースのホログラムであり、この場合、正レンズのフーリエ変換特性を利用することによって遠隔場で画像が再構成される。フーリエホログラムは、再生平面内の所望の光照射野を元のレンズ平面にフーリエ変換することによって計算される。計算機合成フーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算されてもよい。
【0047】
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されてもよい。更に、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムを使用して、空間領域内の振幅限定情報（写真など）からフーリエ領域内のホログラム（すなわち、フーリエ変換ホログラム）を計算してもよい。物体に関する位相情報は、空間領域における振幅限定情報から効果的に「検索」される。幾つかの実施形態において、計算機合成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム又はその変形を使用して振幅限定情報から計算される。
【0048】
Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、平面Ａ及びＢにおける光ビームの強度断面ＩＡ（ｘ、ｙ）及びＩＢ（ｘ、ｙ）がそれぞれ既知であり、ＩＡ（ｘ、ｙ）及びＩＢ（ｘ、ｙ）が単一のフーリエ変換によって関連付けられるときの状況を考慮する。所定の強度断面を用いて、平面Ａ及びＢにおける位相分布ΨＡ（ｘ、ｙ）及びΨＢ（ｘ、ｙ）に対する近似がそれぞれ見出される。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、反復プロセスに従うことによ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、ＩＡ（ｘ、ｙ）及びＩＢ（ｘ、ｙ）を表わすデータセット（振幅及び位相）を空間領域とフーリエ（スペクトル又は周波数）領域との間で繰り返し転送しながら、空間的制約及びスペクトル制約を繰り返し適用する。スペクトル領域内の対応する計算機合成ホログラムは、アルゴリズムの少なくとも１回の反復によって得られる。アルゴリズムは、収束的であり、入力画像を表わすホログラムを生成するように構成される。ホログラムは、振幅限定ホログラム、位相限定ホログラム、又は、完全複素ホログラムであってもよい。
【0049】
幾つかの実施形態において、位相限定ホログラムは、参照によりそれらの全体が本願に組み入れられる英国特許第２，４９８，１７０号又は第２，５０１，１１２号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、本明細書中に開示される実施形態は、単なる一例として位相限定ホログラムを計算することを記載する。これらの実施形態において、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、既知の振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］をもたらすデータセットのフーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ，ｖ］を検索し、この場合、振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］は目標画像（例えば写真）を表わす。大きさ及び位相はフーリエ変換において本質的に組み合わされるため、変換された大きさ及び位相は、計算されたデータセットの精度に関する有用な情報を含む。したがって、アルゴリズムは、振幅情報及び位相情報の両方に関するフィードバックとともに反復的に使用され得る。しかしながら、これらの実施形態では、画像平面で目標画像を表わすホログラフィックを形成するために位相情報Ψ［ｕ，ｖ］のみがホログラムとして使用される。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。
【0050】
他の実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して、完全複素ホログラムを計算する。完全複素ホログラムは、大きさ成分と位相成分とを有するホログラムである。ホログラムは、複素データ値の配列を含むデータセット（例えば２Ｄ配列）であり、この場合、各複素データ値は、大きさ成分及び位相成分を含む。
【0051】
幾つかの実施形態では、アルゴリズムが複素データを処理し、フーリエ変換が複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分及び虚数成分、又は、（ｉｉ）大きさ成分及び位相成分を含むと見なされ得る。幾つかの実施形態において、複素データの２つの成分は、アルゴリズムの様々な段階で異なるように処理される。
【0052】
図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するための幾つかの実施形態に係るアルゴリズムの最初の反復を示す。アルゴリズムへの入力は、ピクセル又はデータ値の２Ｄ配列を含む入力画像２１０であり、この場合、各ピクセル又はデータ値は、大きさ又は振幅の値である。すなわち、入力画像２１０の各ピクセル又はデータ値は、位相成分を有さない。したがって、入力画像２１０は、大きさ限定又は振幅限定又は強度限定分布と見なされ得る。そのような入力画像２１０の一例は、写真、又は、フレームの時系列を含むビデオの１フレームである。アルゴリズムの最初の反復は、開始複素データセットを形成するために、ランダム位相分布（又はランダム位相シード）２３０を使用して、入力画像の各ピクセルにランダム位相値を割り当てることを含むデータ形成ステップ２０２Ａから始まり、この場合、セットの各データ要素は、大きさ及び位相を含む。開始複素データセットは、空間領域における入力画像を表わすと言える。
【0053】
第１の処理ブロック２５０は、開始複素データセットを受けて、フーリエ変換複素データセットを形成するべく複素フーリエ変換を実行する。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て、ホログラム２８０Ａを出力する。幾つかの実施形態では、ホログラム２８０Ａが位相限定ホログラムである。これらの実施形態において、第２の処理ブロック２５３は、ホログラム２８０Ａを形成するために各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定する。各位相値は、位相限定ホログラムを「表示」するために使用される空間光変調器のピクセル上に表わされ得る位相レベルにしたがって量子化される。例えば、空間光変調器の各ピクセルが２５６個の異なる位相レベルを与える場合、ホログラムの各位相値は、２５６個の想定し得る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、入力画像を表わす位相限定フーリエホログラムである。他の実施形態において、ホログラム２８０Ａは、受けられたフーリエ変換複素データセットから導き出される複素データ値（それぞれが振幅成分及び位相成分を含む）の配列を含む完全複素ホログラムである。幾つかの実施形態において、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うちの１つに制約してホログラム２８０Ａを形成する。制約するステップは、各複素データ値を複素平面内の最も近い許容可能な複素変調レベルに設定することを含んでもよい。ホログラム２８０Ａは、スペクトル領域又はフーリエ領域又は周波数領域における入力画像を表わすと言える。幾つかの実施形態では、アルゴリズムがこの時点で停止する。
【0054】
しかしながら、他の実施形態において、アルゴリズムは、図２Ａの破線矢印によって表わされるように継続する。言い換えると、図２Ａの破線矢印に続くステップは随意的である（すなわち、全ての実施形態に必須ではない）。
【0055】
第３の処理ブロック２５６は、第２の処理ブロック２５３から修正複素データセットを受けて、逆フーリエ変換を実行し、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、空間領域における入力画像を表わすと言える。
【0056】
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て、大きさ値の分布２１１Ａ及び位相値の分布２１３Ａを抽出する。随意的に、第４の処理ブロック２５９は、大きさ値の分布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大きさ値の分布２１１Ａを、それ自体が勿論大きさ値の分布である入力画像５１０と比較してもよい。大きさ値の分布２１１Ａと入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが許容可能であると決定することができる。すなわち、大きさ値の分布２１１Ａと入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分に正確に表わすと決定することができる。幾つかの実施形態において、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、比較の目的のために無視される。大きさ値の分布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使用することができ、また、本開示が任意の特定の方法に限定されないことが分かる。幾つかの実施形態では、平均二乗差が計算され、また、平均二乗差が閾値未満である場合、ホログラム２８０Ａは許容可能であると考えられる。ホログラム２８０Ａが許容できないと第４の処理ブロック２５９が決定する場合には、アルゴリズムの更なる反復が実行されてもよい。しかしながら、この比較ステップは必須ではなく、他の実施形態では、実行されるアルゴリズムの反復回数が、予め決定され又は予め設定され或いはユーザ定義である。
【0057】
図２Ｂは、アルゴリズムの第２の反復及びアルゴリズムの任意の更なる反復を表わす。先行する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介してフィードバックされる。大きさ値の分布２１１Ａは、入力画像２１０の大きさ値の分布を支持して拒絶される。最初の反復において、データ形成ステップ２０２Ａは、入力画像２１０の大きさ値の分布とランダム位相分布２３０とを組み合わせることによって最初の複素データセットを形成した。しかしながら、２回目以降の反復において、データ形成ステップ２０２Ｂは、（ｉ）アルゴリズムの前回の反復からの位相値の分布２１３Ａと、（ｉｉ）入力画像２１０の大きさ値の分布とを組み合わせることによって複素データセットを形成することを含む。
【0058】
その後、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、第２の反復ホログラム２８０Ｂを形成するべく図２Ａに関連して説明したのと同じ方法で処理される。したがって、プロセスの説明はここでは繰り返さない。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。しかしながら、アルゴリズムの任意の数の更なる反復が実行されてもよい。第３の処理ブロック２５６は、第４の処理ブロック２５９が必要とされる又は更なる反復が必要とされる場合にのみ必要とされることが理解される。出力されたホログラム２８０Ｂは、一般に、反復ごとに良好になる。しかしながら、実際には、通常、測定可能な改善が観察されない又は更なる反復を実行するプラスの利益が追加の処理時間のマイナスの効果によって相殺されるポイントに達する。したがって、アルゴリズムは、反復的且つ収束的であるとして説明される。
【0059】
図２Ｃは、２回目以降の反復の別の実施形態を表わす。先行する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介してフィードバックされる。大きさ値の分布２１１Ａは、大きさ値の別の分布を支持して拒絶される。この別の実施形態において、大きさ値の別の分布は、前回の反復の大きさ値の分布２１１から導き出される。具体的には、処理ブロック２５８は、前回の反復の大きさ値の分布２１１から入力画像２１０の大きさ値の分布を減算し、その差を利得係数αでスケーリングして、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、以下の式によって数学的に表わされ、この場合、下付き文字及び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；
Ｆは、順フーリエ変換；
Ｒ［ｘ、ｙ］は、第３の処理ブロック２５６によって出力される複素データセットであり、
Ｔ［ｘ、ｙ］は、入力又は目標画像であり、
∠は位相成分であり、
Ψは位相限定ホログラム２８０Ｂであり、
ηは、大きさ値の新たな分布２１１Ｂであり、及び
αは利得係数である。
Ｒｎ＋１［ｘ，ｙ］＝Ｆ’｛ｅｘｐ（ｉΨｎ［ｕ，ｖ］）｝
Ψｎ［ｕ，ｖ］＝∠Ｆ｛η・ｅｘｐ（ｉ∠Ｒｎ［ｘ，ｙ］｝
η＝Ｔ［ｘ，ｙ］－α（｜Ｒｎ［ｘ，ｙ］｜－Ｔ［ｘ，ｙ］）ここで、
Ｆ’は、逆フーリエ変換；
Ｆは、順フーリエ変換；
Ｒ［ｘ、ｙ］は、第３の処理ブロック２５６によって出力される複素データセットであり、
Ｔ［ｘ、ｙ］は、入力又は目標画像であり、
∠は位相成分であり、
Ψは位相限定ホログラム２８０Ｂであり、
ηは、大きさ値の新たな分布２１１Ｂであり、及び
αは利得係数である。
【0060】
利得係数αは固定であっても可変であってもよい。幾つかの実施形態において、利得係数αは、入ってくる目標画像データのサイズ及びレートに基づいて決定される。幾つかの実施形態では、利得係数αが反復回数に依存する。幾つかの実施形態では、利得係数αが反復回数の単なる関数である。
【0061】
【0062】
幾つかの実施形態では、フーリエ変換が空間光変調器を使用して実行される。具体的には、ホログラムデータは、光パワーを与える第２のデータと組み合わされる。すなわち、空間光変調に書き込まれるデータは、物体を表わすホログラムデータと、レンズを表わすレンズデータとを含む。空間光変調器に表示されて光で照らされると、レンズデータは、物理レンズをエミュレートし－すなわち、対応する物理光学素子と同じ方法で光を焦点に至らせる。したがって、レンズデータは、光パワー又は集束力を与える。これらの実施形態では、図１の物理フーリエ変換レンズ１２０が省かれてもよい。計算機合成ホログラフィの分野では、レンズを表わすデータを計算する方法が知られている。レンズを表わすデータは、ソフトウェアレンズと称される場合がある。例えば、位相限定レンズは、その屈折率及び空間的に変化する光路長に起因して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って形成されてもよい。例えば、凸レンズの中心における光路長は、レンズの縁における光路長よりも大きい。振幅限定レンズは、フレネルゾーンプレートによって形成されてもよい。計算機合成ホログラフィの技術分野では、物理的なフーリエレンズを必要とせずにホログラムのフーリエ変換を実行できるように、レンズを表わすデータをホログラムと組み合わせる方法も知られている。幾つかの実施形態において、レンズデータは、単純なベクトル加算などの単純な加算によってホログラムと組み合わされる。幾つかの実施形態では、フーリエ変換を実行するために、物理レンズがソフトウェアレンズとともに使用される。或いは、他の実施形態では、ホログラフィック再構成が遠隔場で行なわれるように、フーリエ変換レンズが完全に省かれる。更なる実施形態において、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果たすようになっているデータと同じ方法で組み合わされてもよい。ここでも、そのようなデータを計算する方法は、計算機合成ホログラフィの分野で知られている。例えば、位相限定格子は、ブレーズド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ル化することによって形成されてもよい。振幅限定格子は、ホログラフィック再構成の角度ステアリングをもたらすべく、振幅限定ホログラムと単純に重ね合わされてもよい。
【0063】
幾つかの実施形態において、フーリエ変換は、物理フーリエ変換レンズとソフトウェアレンズと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一部の光パワーがソフトウェアレンズによって与えられ、また、フーリエ変換に寄与する光パワーの残りが１つ又は複数の物理光学素子によって与えられる。
【0064】
幾つかの実施形態では、画像データを受けるとともに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なっているリアルタイムエンジンが設けられる。幾つかの実施形態において、画像データは、画像フレームのシーケンスを含むビデオである。他の実施形態において、ホログラムは、予め計算され、コンピュータメモリに記憶されるとともに、ＳＬＭに表示するために必要に応じて呼び出される。すなわち、幾つかの実施形態では、所定のホログラムのリポジトリが与えられる。
【0065】
実施形態は、単なる一例として、フーリエホログラフィ及びＧｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムに関する。本開示は、フレネルホログラフィ、及び、点群法に基づくものなどの他の技術によって計算されるホログラムにも同様に適用可能である。
【0066】
光変調
空間光変調器を使用して、計算機合成ホログラムを含む回折パターンを表示してもよい。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とされる。ホログラムが完全複素ホログラムである場合には、位相及び振幅を変調する空間光変調器が使用されてもよく、又は、位相を変調する第１の空間光変調器及び振幅を変調する第２の空間光変調器が使用されてもよい。
空間光変調器を使用して、計算機合成ホログラムを含む回折パターンを表示してもよい。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とされる。ホログラムが完全複素ホログラムである場合には、位相及び振幅を変調する空間光変調器が使用されてもよく、又は、位相を変調する第１の空間光変調器及び振幅を変調する第２の空間光変調器が使用されてもよい。
【0067】
幾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）が液晶を含むセルである。すなわち、幾つかの実施形態において、空間光変調器は、光学活性要素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与えるように構成される。すなわち、各液晶セルは、複数の想定し得る光変調レベルから選択される１つの光変調レベルで動作するように常に構成される。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。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、本開示の態様は、他のタイプの表示デバイスにより広く適用可能である。
【0068】
ＬＣＯＳデバイスは、小さな開口（例えば、数センチメートル幅）内に光変調素子又はピクセルの高密度配列をもたらす。ピクセルは一般に約１０ミクロン以下であり、その結果、回折角が数度になり、そのため、光学系をコンパクトにすることができる。ＬＣＯＳ ＳＬＭの小さな開口を適切に照らすことは、他の液晶デバイスの大きな開口よりも容易である。ＬＣＯＳデバイスは反射型であり、そのため、ＬＣＯＳ ＳＬＭのピクセルを駆動する回路を反射面下に埋め込むことができる。その結果、開口率が高くなる。言い換えると、ピクセルは密集しており、そのため、ピクセル間にデッドスペースが殆どない。これは、それによって再生場における光学的ノイズが低減するため有利である。ＬＣＯＳ ＳＬＭは、ピクセルが光学的に平坦であるという利点を有するシリコンバックプレーンを使用する。これは、位相変調デバイスにとって特に重要である。
【0069】
以下、図３を参照して、適切なＬＣＯＳ ＳＬＭを単なる一例として説明する。ＬＣＯＳデバイスは、単結晶シリコン基板３０２を用いて形成される。ＬＣＯＳデバイスは、基板の上面に配置される、ギャップ３０１ａだけ離間された正方形の平面アルミニウム電極３０１の２Ｄ配列を有する。電極３０１のそれぞれは、基板３０２に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレス指定され得る。各電極はそれぞれの平面ミラーを形成する。電極の配列上に配向層３０３が配置され、また、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。
【0070】
正方形電極３０１のそれぞれは、透明電極３０７の上層領域及び介在する液晶材料とともに、しばしばピクセルと称される制御可能な位相変調素子３０８を画定する。有効ピクセル面積又はフィルファクタは、ピクセル３０１ａ間の空間を考慮して、光学的に活性な全ピクセルの割合である。透明電極３０７に対して各電極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化させることができ、それにより、液晶材料に入射する光に可変遅延をもたらすことができる。効果は、波面に位相限定変調をもたらすことであり、すなわち、振幅効果が生じない。
【0071】
記載されたＬＣＯＳ ＳＬＭは、反射において空間的に変調された光を出力する。反射型ＬＣＯＳ ＳＬＭは、信号線、ゲート線、及び、トランジスタが鏡面の下にあるという利点を有し、その結果、フィルファクタが高く（通常は９０％を超える）、分解能が高くなる。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用する別の利点は、液晶層の厚さを、透過型デバイスを使用した場合に必要となる厚さの半分にすることができることである。これにより、液晶のスイッチング速度が大幅に向上する（動画像の投影にとって重要な利点）。しかしながら、本開示の教示内容は、透過型ＬＣＯＳ ＳＬＭを使用して同様に実施することができる。
【0072】
ホログラムマッピング方式
単なる例として、図４Ａは、４行及び４列を含む規則的な［４×４］配列を成して配置される１６個のホログラムピクセルを含むホログラムを表わす。各ピクセルに関してこれ以降使用される２桁の番号付け方式は、行番号とそれに続く列番号とを含む。１桁目は行番号を表わし、２桁目は列番号を表わす。例えば、「２３」は、２行３列のホログラムピクセル値を表わす。読者は、実際には、各ホログラムが任意の数のピクセル、例えば１０２４行及び５１２列のピクセルを含み得ることを理解し得る。
単なる例として、図４Ａは、４行及び４列を含む規則的な［４×４］配列を成して配置される１６個のホログラムピクセルを含むホログラムを表わす。各ピクセルに関してこれ以降使用される２桁の番号付け方式は、行番号とそれに続く列番号とを含む。１桁目は行番号を表わし、２桁目は列番号を表わす。例えば、「２３」は、２行３列のホログラムピクセル値を表わす。読者は、実際には、各ホログラムが任意の数のピクセル、例えば１０２４行及び５１２列のピクセルを含み得ることを理解し得る。
【0073】
以上から分かるように、各ホログラムピクセルは、振幅値、位相値、又は、振幅値及び位相値を有する複素数となり得るホログラムピクセル値を有する。例えば、各ホログラムピクセル値は、０～２πラジアンの範囲の位相遅延値を表わし得る。例えば、ホログラムピクセル「２３」は、π／２のホログラムピクセル値を有してもよい。ホログラムピクセル「２３」に入射する光は、π／２だけ遅延される。各ホログラムピクセルは、対応するホログラムピクセル値を「表示」するように個別に制御される。全体として、ホログラムは、入射光波面に位相遅延分布を適用する。
【0074】
この開示によれば、表示デバイスに供給される各ホログラムピクセル値は、複数のビットを含むデジタル番号によって表わされる。言い換えると、表示デバイスのシリコンバックプレーンはデジタルである。
【0075】
ホログラムは、空間光変調器に表示されてもよい。従来の形態では、ホログラムピクセルと空間光変調器の光変調ピクセルとの間に一対一の相関（又はマッピング）がある。したがって、図４Ａは、［４×４］ホログラムを表示するために使用可能な空間光変調器の［４×４］光変調ピクセルの配列を等しく表わしている。例えば、ホログラムピクセル「２３」のホログラムピクセル値（すなわち、前の例ではπ／２である）が、［４×４］の光変調ピクセルを含む空間光変調器の光変調ピクセル「２３」に書き込まれてもよい。より具体的には、光変調ピクセル「２３」は、空間光変調器のピクセル「２３」の領域に入射する光がπ／２ラジアンだけ遅延されるように局所的な液晶を駆動するべくアドレス指定される。液晶セルを駆動することは、電圧を液晶セルにわたって印加することを含み、これは、局所的な液晶の傾斜及び／又はねじれを引き起こすとともに、液晶の複屈折をうまく利用して、その液晶セルを通じた光の伝搬をソフトウェア制御量だけ遅延させる電圧制御屈折率を効果的に与える。
【0076】
図４Ｂは、光変調ピクセルの規則的な配列を含む空間光変調器における、光変調ピクセル４００などの光変調ピクセルの配置を示す。各光変調ピクセルはピクセルサイズ４１０を有する。隣り合う光変調ピクセルは、規則的なピクセル間ギャップ４２０だけ分離される。配列の周期４３０及び光変調ピクセルの配列を照らすために使用される光の波長は、配列の周期性、したがって、空間光変調器から距離を隔てたホログラフィック再生場のサイズに起因して、回折角を決定する。
【0077】
ホログラフィック再生場のサイズＩは、以下によって決定される。
この場合、Ｌは、空間光変調器からホログラフィック再生平面までの距離であり、θは、
によって規定される回折角であり、
ここで、δはピクセル周期（図４Ｂの参照符号４３０参照）であり、λはホログラフィック再構成を形成するために使用される光の波長である。
【数1】
【数2】
ここで、δはピクセル周期（図４Ｂの参照符号４３０参照）であり、λはホログラフィック再構成を形成するために使用される光の波長である。
【0078】
再生場に形成され得る最小の特徴は、「分解能要素」、「画像スポット」、又は、「画像ピクセル」と呼ばれる場合がある。四角形の開口のフーリエ変換はｓｉｎｃ関数であり、したがって、空間光変調器の開口は各画像ピクセルをｓｉｎｃ関数として規定する。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ｓｉｎｃ関数である。各ｓｉｎｃ関数は、ピーク強度の一次回折次数と、一次次数から径方向に離れて延びる一連の強度が減少するより高い回折次数とを含むと見なされ得る。各ｓｉｎｃ関数のサイズ（すなわち、各ｓｉｎｃ関数の物理的又は空間的範囲）は、空間光変調器のサイズ（すなわち、光変調素子又は空間光変調ピクセルの配列によって形成される開口の物理的又は空間的範囲）によって決定される。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が大きいほど、画像ピクセルは小さくなる。
【0079】
異なるカラーホログラフィック再構成のサイズ間の任意の差は、（１）異なるホログラフィック再構成の全体サイズの一般的な不一致、及び、（２）各ホログラフィック再構成における画像スポットの位置間の不一致に起因して、知覚される色再構成の品質を著しく低下させる。
【0080】
図５～図８はそれぞれ、本開示の幾つかの実施形態に係る第１、第２、第３、及び、第４のホログラムマッピング方式を示す。記載された手法は、利用可能な光変調ピクセルの数及び各ホログラムピクセルに割り当てられる光変調ピクセルの最大数に応じて、任意の数のホログラムマッピング方式にまで及び得ることが分かる。ホログラムマッピング方式は、不一致問題に対する別の解決策の一部として、又はより広範には、ホログラフィック再生場のサイズを動的に、切り替え可能に、又は、選択的に変更する方法の一部として使用されてもよい。各方法及び各実施形態で説明される個々の光変調ピクセルは、同じ／一定のサイズである。幾つかの実施形態において、光変調ピクセルは、２０００ｎｍ未満、随意的に１０００ｎｍ未満、例えば５００ｎｍ未満又は２５０ｎｍ未満のピクセルサイズ（例えば、幅）を有する。
【0081】
図５は、図４Ａに示される［４×４］ホログラムを表示するために［１６×１６］光変調ピクセルの配列が使用される第１のホログラムマッピング方式の一例を示す。各ホログラムピクセル値は、［４×４］グループ又はセットを形成する１６個の光変調ピクセルに表示される。例えば、ホログラムピクセル「１１」のホログラムピクセル値は、［４×４］光変調ピクセルの最上段左端にあるグループに表示される。例えば、ホログラムピクセル「４４」のホログラムピクセル値は、［４×４］光変調ピクセルの最下段右端にあるグループの１６個の光変調ピクセル全てによって表示される。光変調ピクセルの配列を最大限に利用する。すなわち、利用可能な全ての光変調ピクセルがホログラムの表示に使用される。
【0082】
図６は、［４×４］ホログラムを表示するために［１６×１６］光変調ピクセルを代替的に使用する第２のホログラムマッピング方式の一例を示す。第２のホログラムマッピング方式は、各ホログラムピクセル値を表示するために、第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調ピクセルを使用する。各ホログラムピクセル値は、［３×３］グループ又はセットを形成する９つの光変調ピクセルに表示される。例えば、ホログラムピクセル「１１」のホログラムピクセル値は、［３×３］光変調ピクセルの最上段左端にあるグループの９個の光変調ピクセル全てによって表示される。
【0083】
図７は、［４×４］ホログラムを表示するために［１６×１６］光変調ピクセルを代替的に使用する第３のホログラムマッピング方式の一例を示す。第３のホログラムマッピング方式は、各ホログラムピクセル値を表示するために、第２及び第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調ピクセルを使用する。各ホログラムピクセル値は、［２×２］のグループ又はセットを形成する４つの光変調ピクセルに表示される。例えば、ホログラムピクセル「１１」のホログラムピクセル値は、［２×２］光変調ピクセルの最上段左端にあるグループの４個の光変調ピクセル全てによって表示される。
【0084】
図８は、［４×４］ホログラムを表示するために［１６×１６］光変調ピクセルを代替的に使用する第４のホログラムマッピング方式の一例を示す。第４のホログラムマッピング方式は、各ホログラムピクセル値を表示するために、第３、第２、及び、第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調ピクセルを使用する。各ホログラムピクセル値は、１つの光変調ピクセルに表示される。例えば、ホログラムピクセル「１１」のホログラムピクセル値は、最上段左端にある光変調ピクセルによって表示される。第４のホログラムマッピング方式は、従来の一対一のマッピング方式である。
【0085】
第１、第２、及び、第３のホログラムマッピング方式では、各ホログラムピクセルのホログラムピクセル値がそれぞれの複数の光変調ピクセルに表示され又は書き込まれる。したがって、光変調ピクセルの数は、第１、第２、及び、第３のホログラムマッピング方式のそれぞれにおいて、ホログラムピクセルの数よりも多い。しかしながら、各ホログラムピクセル値が表示される光変調ピクセルの数は、図５～図７に示されるように、それぞれのマッピング方式間で異なる。各ホログラムピクセル値を表示する複数の光変調ピクセルは、配列上に連続領域を形成する。言い換えると、各ホログラムピクセル値を表示する複数の光変調ピクセルは、隣接するグループを形成する。任意の個々のマッピング方式内では、各ホログラムピクセル値が、それぞれの他の各ホログラムピクセル値と同じ数の光変調ピクセルに表示される。光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループは、より大きな単一の光変調ピクセルとして効果的に機能する。すなわち、各ホログラムピクセルには、より大きな光変調領域が割り当てられる。第１、第２、及び、第３のホログラムマッピング方式は、より大きなピクセルにホログラムを表示することに類似している。光変調ピクセルの隣接するグループ内の各光変調ピクセルは、「サブピクセル」と称される場合がある。幾つかの実施形態において、光変調ピクセルの隣接するグループのアスペクト比は、単一の光変調ピクセルのアスペクト比と同じであるが、他の実施形態では、アスペクト比が異なる。好適には、再生場のより好ましい形状を与えるために、異なるアスペクト比が使用されてもよい。幾つかの実施形態では、光変調ピクセルの隣接するグループが長方形を形成する。すなわち、それらは長方形の光変調領域を形成する。例えば、隣接するグループは、［ｙ×ｘ］のアスペクト比を有する長方形再生場を与えるために、ｘ≠ｙである［ｘ×ｙ］光変調ピクセルを含むことができる。
【0086】
第１、第２、第３、及び、第４のホログラムマッピング方式では、ホログラムピクセルが再配置又はシャッフルされていないことが分かる。各光変調ピクセル又は光変調ピクセルのグループの相対位置は、ホログラムピクセルの配列内の対応するホログラムピクセルの相対位置と空間的に対応する。言い換えると、各ホログラムピクセル値の相対的な行及び列の位置は、表示中に維持される。各ホログラムピクセルの空間的な配置又は相対的な位置情報は、ホログラムマッピング方式によって保存されると言える。したがって、マッピング方式は、ホログラムの「スケーリングされた」バージョンをもたらす効果を有し、この場合、スケールは、第４のマッピング方式のように１：１、又は、第３のマッピング方式のように１：２、又は、第２のマッピング方式のように１：３、又は、第１のマッピング方式のように１：４などとなり得る。
【0087】
示される第２、第３、及び、第４のホログラムマッピング方式の例では、空間光変調器の全てのピクセルがホログラムの表示に使用されるわけではない。光変調ピクセルの利用可能な配列は、完全には利用されていないと言える。しかしながら、図面に示されない他の実施形態において、未使用の光変調ピクセルは、ホログラムの少なくとも一部が繰り返される後述するタイリング方式で使用されてもよい。タイリングは、ホログラム全体のスケーリングされたバージョンをもたらさないが、ホログラムの選択された部分（又は、実施形態では、全て）を空間光変調器で繰り返す（すなわち、複製する）ことを含むため、タイリングはマッピングとは異なる。
【0088】
第１、第２、及び、第３のホログラムマッピング方式は、ホログラムピクセルと複数の光変調ピクセルとの間に一対多のピクセル相関があるように、複数の光変調ピクセルの隣接する光変調ピクセルのグループに各ホログラムピクセル値を表示することによって、複数の光変調ピクセルにホログラムを表示する例を提供する。
【0089】
一対多ピクセル相関を含む少なくとも１つのホログラムマッピング方式を含む異なるホログラムマッピング方式の使用は、例示的な赤色、緑色、及び、青色のホログラフィック再構成（又は画像）のサイズが式１及び２を使用して計算された以下の例を考慮して更に理解され得る。
【0090】
空間光変調器は、光変調素子又はピクセルの２Ｄ配列を備える。再生平面上にホログラフィック投影された画像は２Ｄ画像である。以下の例では、単一のサブピクセル数及び距離が、２つの寸法のうちの１つにおけるサブピクセル数又は距離に対して参照される。記載されたパラメータが２つの寸法（例えば、幅及び高さ）に及ぶことが理解され得る。例えば、ｎ個のサブピクセルを使用するマッピング方式への言及は、［ｎ×ｎ］個のサブピクセルを備えるサブピクセルの領域の省略表現として使用される。同様に、本明細書中におけるｙｍｍの画像サイズへの言及は、［ｙ×ｙ］ｍｍのサイズを有する２Ｄ画像の省略表現として使用される。
【0091】
例１
以下の表１は、赤色（６３０ｎｍ）、緑色（５３２ｎｍ）、及び、青色（４５０ｎｍ）のホログラフィック再構成のサイズが、それぞれの対応するホログラムピクセルを表示するために使用されるサブピクセルの数にどのように依存するかを示す。
以下の表１は、赤色（６３０ｎｍ）、緑色（５３２ｎｍ）、及び、青色（４５０ｎｍ）のホログラフィック再構成のサイズが、それぞれの対応するホログラムピクセルを表示するために使用されるサブピクセルの数にどのように依存するかを示す。
【表1】
【0092】
表１の列１は、グループ当たりの光変調ピクセル（又はサブピクセル）の数を表わす。この例では、各光変調ピクセルが７５０ｎｍのピクセルサイズを有し、また、空間光変調器から再生平面までの距離Ｌが１００ｍｍである。したがって、グループの全体のサイズは、グループごとのサブピクセルの数及びピクセルサイズの倍数である。全体のサイズは、各ホログラムピクセル値に割り当てられた各光変調領域のサイズに相当し、回折角を決定する。表１の第４、第５、及び、第６の列は、表示されたホログラムが赤色光、緑色光、及び、青色光でそれぞれ照らされるときの計算された画像サイズを示す。
【0093】
赤色、緑色、及び、青色ホログラフィック再構成（すなわち、画像）に関して４つのサブピクセル（より具体的には、［４×４］サブピクセル）が使用される場合、最大画像（赤色）と最小画像（青色）との間のサイズ不一致は、６．０７４ｍｍ（幅及び高さ）である。しかしながら、青色画像に関して３つのサブピクセル（すなわち、［３×３］）のみが使用される場合には、青色画像のサイズが（各方向に）１．９４７ｍｍ～１９．０３３ｍｍ増大してこのときに緑色画像が最小画像になるため、サイズ不一致は３．３１３ｍｍまで減少する。画像スポットの数はホログラムマッピング方式によって影響されないため、画像スポットの位置間の不一致における対応する改善も達成される。例えば、画像サイズの増大は、隣り合う画像スポット間の間隔の増大をもたらす（すなわち、画像スポットの濃度の低下）。したがって、カラー画像間の不一致が低減されるため、改善された合成カラー画像が達成される。この方法は、不一致を許容可能なレベルまで低減するために使用されてもよく、又は、不一致を許容可能なレベルまで低減するために併用される他の方法に対する要求を低減するために使用されてもよい。したがって、第１のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第１の数の光変調ピクセルを使用するとともに、第２のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第２の数の光変調ピクセルを使用することを含む方法が提供される。
【0094】
表１の例では、赤色、緑色、及び、青色の画像に関して１対多のピクセル相関が使用される。しかしながら、他の例では、対応する第１の画像と第２の画像との間の不一致を低減するために、第１のホログラムが一対多ピクセル相関を使用して光変調ピクセルにマッピングされてもよく（例えば、図５、図６又は図７）、第２のホログラムが一対一ピクセル相関を使用して光変調ピクセルにマッピングされてもよい（例えば、図８）ことが分かる。したがって、方法は、（ｉ）ホログラムと複数の光変調ピクセルとの間に一対多のピクセル相関が存在するように、複数の光変調ピクセルの隣接した光変調ピクセルのグループに各ホログラムピクセル値を表示することによって複数の光変調ピクセルに第１のホログラムを表示するステップと、（ｉｉ）第２のホログラムと複数の光変調ピクセルとの間に一対一相関が存在するように対応する光変調ピクセルにそれぞれの第２のホログラムピクセル値を表示することによって複数の光変調ピクセルに第２のホログラムを表示するステップとを含んでもよい。
【0095】
例２
第２の例では、各光変調ピクセルが１０００ｎｍのピクセルサイズを有し、ピクセル間ギャップが１００ｎｍであり、また、空間光変調器から再生平面までの距離Ｌが３００ｍｍである。
第２の例では、各光変調ピクセルが１０００ｎｍのピクセルサイズを有し、ピクセル間ギャップが１００ｎｍであり、また、空間光変調器から再生平面までの距離Ｌが３００ｍｍである。
【表2】
【0096】
表２から分かるように、赤色、緑色、及び、青色のホログラムのそれぞれに関して４つのサブピクセルが使用される場合、サイズの不一致（再生平面での最大画像と最小画像との間のサイズの差）は１３．４２３ｍｍである。しかしながら、それぞれの色ごとに異なる数の光変調ピクセルが使用される場合には、サイズの不一致を低減することができる。この例では、６つのサブピクセルが赤色に関して使用され、５つのサブピクセルが緑色に関して使用され、４つのサブピクセルが青色に関して使用される場合、サイズ不一致（青色画像と赤色画像との間のサイズの差）は３３．３８５－３１．２８２ｍｍ＝２．１０３まで低減され、これは６倍を超える改善である。
【0097】
実施形態において、各ホログラムピクセルを表示するために使用されるサブピクセルの数は、ホログラフィック再生平面でのサイズ不一致を減少させるために波長に伴って増大する。実施形態において、赤色ホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために使用されるサブピクセルの数は、緑色ホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために使用されるサブピクセルの数よりも多く、また、随意的に、緑色ホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために使用されるサブピクセルの数は、青色ホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために使用されるサブピクセルの数よりも多い。
【0098】
本開示に係るサブピクセルグループの使用は、図９Ａ及び図９Ｂを参照して理解され得るように、多波長プロジェクタにおけるホログラフィック形成された画像ピクセルの数もより良好に利用する。具体的には、図９Ａは、ＦＳＣ方式でホログラムを表示するようになっている空間光変調器９２０を示す。赤色再生場９００Ｒが、空間光変調器９２０に表示された対応するホログラムによって回折される赤色光９３０Ｒを使用して再生平面９４０に形成される。再生平面９４０には、緑色光９３０Ｇを用いて同様に緑色再生場９００Ｇが形成される。青色光９３０Ｂを用いて再生平面９４０に青色再生場９００Ｂが形成される。式１及び式２によれば、赤色再生場９００Ｒは緑色再生場９００Ｇよりも大きく、緑色再生場９００Ｇは青色再生場９００Ｂよりも大きい。これが図９Ｂに更に示される。
【0099】
以上から分かるように、赤色画像は赤色再生場９００Ｒ内でホログラフィック再構成され、緑色画像は緑色再生場９００Ｇ内でホログラフィック再構成され、青色画像は青色再生場９００Ｂ内でホログラフィック再構成される。
【0100】
各ピクセルが赤色光、緑色光、及び、青色光を含むことができる合成カラー画像は、再生平面におけるオーバーラップ領域を使用してのみ表示され得る。それは、赤色、緑色、及び、青色の画像コンテンツが表示され得る領域である。オーバーラップ領域は、当然ながら、最小再生場、すなわち、青色再生場９００Ｂの領域である。オーバーラップ領域がＦＳＣ方式でフルカラー画像を表示するために使用される場合、一部の赤色ピクセル及び緑色ピクセルがオーバーラップ領域の外側にあるため、赤色画像及び緑色画像は青色画像よりも少ないピクセルを備える。
【0101】
以下の表３は、青色画像が１０２４×１０２４画像ピクセルを備える例を示す。具体的には、表３は、第１のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第１の数の光変調ピクセルを使用するとともに、第２のホログラムの各ホログラムピクセル値を表示するために第２の数の光変調ピクセルを使用する概念が、画像ピクセルの数、したがって、画像の品質をより良く最適化するためにどのように使用され得るかを示す。赤色、緑色、及び、青色に関して異なる数のサブピクセルを使用することが、より多くの赤色及び緑色のピクセルがオーバーラップ領域内に形成されることをどのように意味するかが分かる。
【表3】
【0102】
表３から分かるように、赤色及び緑色に関して各ホログラムピクセルを表示するために増加したサブピクセル数を使用することにより、オーバーラップ領域内の赤色及び緑色の画像ピクセルの数がそれぞれ増大される。具体的には、オーバーラップ領域内の赤色ピクセルの数は、９５９－７３０ピクセル＝２９２ピクセルだけ増大され、また、オーバーラップ領域内の緑色ピクセルの数は、９７０－８６５ピクセル＝１０５ピクセルだけ増大される。これは、オーバーラップ領域内の赤色画像ピクセルの数が４０％増大し、オーバーラップ領域内の緑色画像ピクセルの数が１２％増大することに相当する。
【0103】
各ホログラムピクセル値の表示に使用されるサブピクセルの数は、ホログラムの表示に必要な光変調ピクセルの総数を決定する。ホログラムを表示するために必要な光変調ピクセルの総数は、空間光変調器上の光変調領域を画定する。各計算機合成ホログラム（赤色、緑色又は青色）は、例えば、１０２４×１０２４ホログラムピクセル値を備えてもよい。１μｍのピクセルピッチ（ピクセルサイズ＋ピクセル間ギャップ）を有する６つの光変調ピクセルを使用して各赤色ホログラムピクセル値を表示する（すなわち、赤色ホログラムピクセルごとに６×６サブピクセルが使用される）場合、赤色ホログラムを表示するために必要な光変調領域は、幅及び高さが６×１０００×１０２４＝６．１ｍｍになる。１μｍのサイズを有する４つの光変調ピクセルを使用して各青色ホログラムピクセル値を表示する場合、青色ホログラムの表示に必要な光変調領域は４．１×４．１ｍｍになる。したがって、例２などの幾つかの実施形態において、赤色光変調領域（すなわち、赤色ホログラムを表示するために使用される光変調領域）は、緑色光変調領域よりもサイズが大きく（例えば、幅及び／又は面積）、緑色光変調領域は青色光変調領域よりも大きい。
【0104】
幾つかの実施形態において、空間光変調器を照らす光スポットの直径は、対応するホログラムを表示するために使用される光変調領域の物理的サイズ（例えば、ミリメートル単位の幅及び／又はミリメートル平方単位の面積）に基づいて決定される。幾つかの実施形態において、光スポットの１つの寸法は、対応するホログラムの１つの寸法に実質的に適合する。例えば、光スポットの直径は、対応するホログラムを表示するために使用される光変調領域の幅に適合されてもよい。幾つかの実施形態において、光変調領域の形状は、光システムからの光スポットの形状と実質的に同じであり、この実施形態では、光スポットのサイズが光変調領域のサイズと実質的に等しくてもよい。他の実施形態では、光変調領域及び光スポットが異なる形状を有してもよいが、それらは依然として適合され得る。適合は、光変調領域内の各光変調ピクセルが、光変調領域の外側を照らすことによって過度に多くの光エネルギーを浪費することなく、良質のホログラフィック再構成のために十分な光を受けるようにすることを含む。幾つかの実施形態では、光変調領域が四辺形（例えば正方形又は長方形）であり、また、各光システムによって出力される光スポットが楕円形又は円形である。光スポットのサイズは、光変調領域が若干過剰に満たされるようになっていてもよい。すなわち、照らされる面積は、光変調領域の面積よりも僅かに大きい。光スポットのサイズは、光を受ける光変調領域の外側の領域が最小限に抑えられるようになっていてもよい。光スポットのサイズは、浪費される光エネルギーの量が最小限に抑えられるようになっていてもよい。光スポットの強度は、断面において不均一であってもよい。例えば、光スポットの空間強度はガウスであってもよい。光スポットのサイズは、光変調領域を照らす光スポットの強度が光変調領域内の全ての点における最大強度の少なくとも１／ｅ２であるように選択されてもよい。或いは、光スポットのサイズは、光スポットの強度が光変調領域の四隅又は光変調領域を画定する４つのそれぞれの辺の４つの中間点などの光変調領域上の選択された点において最大値の１／ｅ２であるように選択されてもよい。幾つかの実施形態において、光スポットの直径は、光変調領域のサイズに伴って増大する。
【0105】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び、図１０Ｃは、空間光変調器を照らす光スポットの直径が照明光の波長に依存する又はその関数である実施形態を示す。図１０Ａは、ホログラムピクセルごとに４つのサブピクセル（より具体的には、［４×４］）を備える青色ホログラムを照らすのに適した青色光を出力するようになっている第１の光システムを示す。より詳細には、図１０Ａは、半角θを有する発散する青色光を放射する青色レーザダイオード１０１０Ｂを示す。ビーム直径Ｄ１を有するコリメートされた青色光がレンズ１０２０Ｂの下流側に形成されるように、レンズ１０２０Ｂが青色レーザダイオード１０１０Ｂからその焦点距離Ｆ１で位置される。図１０Ｂは、ホログラムピクセルごとに５つのサブピクセルを備える緑色ホログラムを照らすのに適した緑色光を出力するようになっている第２の光システムを示す。より具体的には、図１０Ｂは、半角θを有する発散する緑色光を放射する緑色レーザダイオード１０１０Ｇを示す。ビーム直径Ｄ２を有するコリメートされた緑色光がレンズ１０２０Ｇの下流側に形成されるように、レンズ１０２０Ｇが緑色レーザダイオード１０１０Ｇからその焦点距離Ｆ２で位置される。図１０Ｃは、ホログラムピクセルごとに６つのサブピクセルを備える赤色ホログラムを照らすのに適した赤色光を出力するようになっている第３の光システムを示す。より具体的には、図１０Ｃは、半角θを有する発散する赤色光を放射する赤色レーザダイオード１０１０Ｒを示す。ビーム直径Ｄ３を有するコリメートされた赤色光がレンズ１０２０Ｒの下流側に形成されるように、レンズ１０２０Ｒが赤色レーザダイオード１０１０Ｒからその焦点距離Ｆ３で位置される。青色レーザダイオード１０１０Ｂによって放射される青色光の発散角は、緑色レーザダイオード１０１０Ｇによって放射される緑色光の発散角と同じであり、緑色レーザダイオード１０１０Ｇによって放射される緑色光の発散角は、赤色レーザダイオード１０１０Ｒによって放射される赤色光の発散角と同じである。言い換えると、青色光システム（図１０Ａ）における半角θは、緑色光システム（図１０Ｂ）における半角θと同じであり、緑色光システムにおける半角θは、赤色照明システム（図１０Ｃ）における半角θと同じである。この実施形態において、青色照明システムの開口数は、緑色照明システムの開口数に実質的に等しく、緑色照明システムの開口数は、赤色照明システムの開口数に実質的に等しいと言える。図１０は、コリメートレンズが完全に照らされている（すなわち、その全直径にわたって照らされている）ことを示すが、本開示は、コリメートレンズを不十分に満たすことにも等しく適用可能であり、その場合、３つの照明システムの動作開口数は同じであると言える。幾つかの実施形態において、赤色ホログラムを照らすために使用される赤色光スポットの直径Ｄ３は、緑色ホログラムを照たすために使用される緑色光スポットの直径Ｄ２よりも大きく、緑色光スポットの直径Ｄ２は、青色ホログラムを照らすために使用される青色光スポットの直径Ｄ１よりも大きい。
【0106】
光変調領域のサイズが縮小される場合には、対応する照明システムからの必要なビーム直径Ｄが縮小される。ひいては、対応する照明システムのコリメートレンズの必要な焦点距離Ｆが減少される。したがって、緑色ホログラム及び青色ホログラムを表示するために使用されるサブピクセルが、赤色ホログラムを表示するために使用されるサブピクセルよりも少ない場合、緑色照明システムのサイズ及び青色照明システムのサイズは、赤色照明システムのサイズより小さくてもよい。したがって、緑色光及び青色光システムによって必要とされる空間の物理的体積を（赤色照明システムと比較して）低減することができ、よりコンパクトなプロジェクタを提供できる。
【0107】
図５～図８の実施形態では、４つの異なるホログラムアドレス指定方式を使用して、［４×４］ホログラムが同じ空間光変調器に表示される。幾つかの実施形態では、これがＦＳＣ方式で実施される。第１のフレームにおいて、第１のホログラムは、第１のホログラムアドレス指定方式を使用して空間光変調器にマッピングされてもよく、また、第２のフレームにおいて、第２のホログラムは、第２のホログラムアドレス指定方式を使用して同じ空間光変調器にマッピングされてもよい。第１のフレーム及び第２のフレームは、異なる時間に表示されてもよい。第１及び第２のフレームは、フレームのビデオレートシーケンスなどのフレームのシーケンスの連続フレームであってもよい。
【0108】
表１に関連する上記の例では、図５のホログラムアドレス指定方式が赤色及び緑色ホログラムを表示するために使用され、図６のホログラムアドレス指定方式が青色ホログラムを表示するために使用される。ここでも、幾つかの実施形態では、これがＦＳＣ方式で実施される。この場合、少なくとも１つの光変調ピクセルは、第１の時間における第１のホログラムのホログラムピクセル値及び第１の時間とは異なる第２の時間における第２のホログラムのホログラムピクセル値を表示するために使用される。
【0109】
或いは、異なる第１及び第２のアドレス指定方式がＳＳＣ方式で使用されてもよい。そのような実施形態では、第１のホログラムが第１の空間光変調器に表示され、第２のホログラムが第２の空間光変調器に表示される。これは、参照により本願に組み入れられる英国特許第２，５４７，９２９号明細書に開示されているように、３つの別個のカラーチャネルが使用される際に好ましい場合がある。換言すれば、本明細書中に開示される方法は、不一致を低減するために英国特許第２，５４７，９２９号明細書の方法と併せて使用されてもよい。
【0110】
幾つかの実施形態において、方法は、領域を有するホログラフィック再生場を投影するために波長を有する光で表示されたホログラムを照らすステップと、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生場を投影するために第２の波長を有する光で第２の表示されたホログラムを照らすステップとを更に含む。ホログラム及び第２のホログラムを表示するために使用される異なる数の光変調ピクセルは、領域及び第２の領域が実質的に同じサイズであるようになっていてもよいのが分かる。領域と第２の領域とを重ね合わせて、異なる色成分間の不一致が低減された合成カラー再生場を形成してもよい。
【0111】
他の実施形態において、方法は、領域を有するホログラフィック再生場を投影するために波長を有する光で表示されたホログラムを照らすステップと、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生場を投影するために波長を有する光で第２の表示されたホログラムを照らすステップとを更に含む。ホログラム及び第２のホログラムを表示するために使用される異なる数の光変調ピクセルは、ホログラフィック再構成のサイズが動的に変更されるようになっていてもよいことが理解され得る。したがって、サブピクセルの数を変更することを含む、画像サイズを変更する方法が提供される。
【0112】
図５の実施形態では、ホログラムが空間光変調器を満たす。すなわち、ホログラムは、空間光変調器の全ピクセルを使用する。他の実施形態（例えば、図６、図７、及び、図８）では、ホログラムのサイズが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幾つかでは、ホログラムの一部（すなわち、ホログラムのピクセルの隣接するサブセット）が未使用ピクセルで繰り返される。この技術は「タイリング」と称されてもよく、この「タイリング」では、空間光変調器の表面積が幾つかの「タイル」に分割され、そのそれぞれがホログラムの少なくともサブセットを表わす。したがって、各タイルは、空間光変調器よりも小さいサイズを有する。幾つかの実施形態では、画質を高めるために「タイリング」の技術が実施される。具体的には、幾つかの実施形態は、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限に抑えるべくタイリングの技術を実施する。幾つかの実施形態において、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）と、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）とを備える。
【0113】
デジタル駆動方式
発明者は、本明細書中で、図１１に示されるように、空間光変調器の各光変調ピクセル１１００が液晶セル１１１０及びただ１ビットのメモリ１１２０を備える前述した概念の高速デジタル実装を開示する。各ピクセルの１ビットメモリは、表示デバイスのシリコンバックプレーンに埋め込まれてもよい。
発明者は、本明細書中で、図１１に示されるように、空間光変調器の各光変調ピクセル１１００が液晶セル１１１０及びただ１ビットのメモリ１１２０を備える前述した概念の高速デジタル実装を開示する。各ピクセルの１ビットメモリは、表示デバイスのシリコンバックプレーンに埋め込まれてもよい。
【0114】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、サブピクセルのそれぞれの隣接するグループの各サブピクセルの１ビットメモリがどのように互いにデイジーチェーン接続されて（すなわち、直列に接続される）シフトレジスタを形成するかを示す。
【0115】
より具体的には、図１２Ａは、本開示に係るホログラムの同じデジタルホログラムピクセル値を受けるようになっているサブピクセルＰ１１～Ｐ３３の隣接するグループを示す。各サブピクセルＰ１１～Ｐ３３は液晶セルを備える。各サブピクセルは、１ビットのメモリ及びフリップフロップのみを更に備える。メモリ及びフリップフロップは、表示デバイスのシリコンバックプレーンに埋め込まれてもよい。図１２Ｂは、グループのフリップフロップが共通クロック「ＣＬＫ」上でどのように直列に接続されるかを示す。フリップフロップは、Ｄ型フリップフロップであってもよい。各フリップフロップのＱ出力は、チェーン内の次のフリップフロップのＤ入力に接続される。したがって、クロックの各サイクルに関しては、当業者によく知られている態様で、１つのサブピクセルから次のサブピクセルに１ビットのデータが渡される。フリップフロップのチェーンは、１つのホログラムピクセルのデータ用のシフトレジスタを形成する。バイナリ値（例えば９ビット）は、各サブピクセルを介して高速でクロックされる。各フリップフロップのいわゆるＱ出力は、液晶のパッドに直接結び付けられて、液晶ディスプレイの当業者によく知られている態様で液晶を駆動する。各サブピクセルに与えられるビットパターンは、液晶に印加される電圧を決定し、この電圧は、例えば液晶の傾斜又はねじれを引き起こす。各サブピクセルは、時間内に全９ビット値を受ける。クロックは、受信したビットパターンに関連する二乗平均平方根「ＲＭＳ」電圧に液晶が応答するのに十分に速い。図１２Ａにおける矢印は、ビットパターンのビットがピクセルのグループの周囲にわたって通過される方向を示す。サブピクセルは、任意の直線状のチェーンを成して接続されてもよい。データの各ビットは、液晶により受けられる電圧に対して同じ貢献度を成す。各サブピクセルは、液晶を駆動するＲＭＳ電圧を生じさせるビットパターンを受ける。ビットパターンの最小サイズは、各ホログラムピクセル値を表わすために使用されるビット数に等しい。
【0116】
したがって、光変調ピクセルの配列とコントローラとを備える液晶オンシリコン空間光変調器が提供されるのが分かる。配列の各光変調ピクセルは、光変調用の液晶を備える。各光変調ピクセルはそれぞれのフリップフロップと関連付けられる。コントローラは、画像のホログラムを受けるようになっている。ホログラムは複数のホログラムピクセルを備える。各ホログラムピクセルはそれぞれのｎビットホログラムピクセル値を含む。コントローラは、更に、ホログラムのそれぞれのホログラムピクセル値にしたがってｎ個の光変調ピクセルの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するようになっている。したがって、ホログラムと光変調ピクセルとの間には１対ｎのピクセル相関がある。ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループのフリップフロップは、直列に接続されてシフトレジスタを形成する。シフトレジスタの動作中、ｎ個の光変調ピクセルのそれぞれの隣接するグループと関連付けられるｎビットホログラムピクセル値は、２ｎ個のクロックサイクルなどの少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって一度に１ビットずつ隣接するグループの各光変調ピクセルに与えられる。
【0117】
図１３Ａは、図１２Ａに示されるサブピクセルの３×３グループに関する９ビットホログラムピクセル値の例を示す。実施形態において、各ピクセル値を表わすために使用されるビットの数は、それぞれの隣接するグループ内のサブピクセルの数に等しい。図１３Ｂは、この例において１８個のクロックサイクルにわたって９ビットの各ビットが各サブピクセルに一度に１ビットずつどのように与えられるかを示す。各ビットは、各サブピクセルに少なくとも１回与えられる。この例では、９ビットピクセル値が各サブピクセルに２回フルで与えられる。各時点（図１３Ｂの各クロックサイクル／ビット列）において、サブピクセルは、９ビット数の異なるビットでそれぞれ駆動される（図１３Ａ）。チェーンの隣り合うサブピクセルは、事実上１ビット位相がずれている。例えば、クロックサイクル１において、サブピクセルＰ１１は９ビットピクセル値の第１ビットを受け、サブピクセルＰ２２は第５ビットを受け、サブピクセルＰ３３は第９ビットを受ける。例えば、クロックサイクル１２において、サブピクセルＰ１１は第３のビットを受け、サブピクセルＰ２２は第６のビットを受け、サブピクセルＰ３３は第２のビットを受ける。
【0118】
当業者であれば分かるように、シフトレジスタを使用してピクセル値の単一ビットを分配する前に、ｎビットピクセル値を各グループにダウンロードしなければならない。シフトレジスタを動作させる前に、ピクセル値の１ビットを各サブピクセルに（実質的に同時に又は順次に）ダウンロードするために、任意の数の異なる構成が使用されてもよく、したがって、これ以上の説明は必要ない。同様に、当業者は、液晶が適切に整列されるまでホログラムの照明が発生しないようにするために光源をシフトレジスタと同期させる方法を理解し得る。実施されるタイミング及び駆動方式は、デバイス要件に基づいて選択されてもよく、本明細書中に開示される核心原理にとって不可欠ではない。
【0119】
一般的に言えば、この方式は、構成段階、データダウンロード段階、照明前駆動段階、照明段階、及び、リセット段階を含んでもよい。構成段階は、前述したように、グループごとのサブピクセルの数、したがって、ディスプレイのサブピクセル間の相互接続性を決定する信号を受信するコントローラを備えてもよい。データダウンロード段階は、ホログラムピクセル値を受けて、前述の方式のように各サブピクセルのメモリに１ビットを書き込むことを含んでもよい。照明前段階は、シフトレジスタの動作と同時であってもよく、所定の時間にわたって（例えば、液晶の粗配向を達成するために）継続してもよい。照明段階は、光源による照明の開始によるシフトレジスタの継続的な動作を含んでもよい。光源はゲートされてもよい。照明段階中、場反転が、所定の複数のサブフレームにしたがって、－例えばフリップフロップのＱ出力とＱバー出力との間を交互に入れ替えることによって起こり得る。リセット段階は、フレームの終わりを表わし得る。
【0120】
実施形態において、デバイスは、前述の説明から理解されるように、波長を補償するように再構成可能である。例えば、デバイスは、赤色光で照らされるホログラムに関してグループ当たり６×６サブピクセル、緑色光で照らされるホログラムに関して５×５ピクセル、青色光で照らされるホログラムに関してグループ当たり４×４サブピクセルを伴って構成されてもよい。当業者であれば分かるように、例えばスイッチを含む様々な電子構成がそのような再構成可能性を達成するために実装されてもよい。サブピクセルグループ化は、波長を反映する制御信号に応じてプログラム可能である。例えば、当業者であれば分かるように、コントローラには、必要とされる波長（例えば、赤色、緑色又は青色）を表わす入力が与えられてもよく、それに応じて、コントローラは、グループごとのサブピクセルの数を変更する及び／又はシフトレジスタのサブピクセル及び／又はスイッチイン又はスイッチアウトユニットセル間の相互接続性を変更するように作用してもよい。これらの実装選択は決まり切った設計の問題であり、本開示はいずれか１つの設計に限定されない。幾つかの実施形態において、光変調ピクセルの配列の異なるサブ領域は、異なるグループ化を伴って利用される。
【0121】
一実施形態では、ピクセルサイズが４００＋／－１００ｎｍであり、また、グループ当たり１６×１６サブピクセルが赤色光で使用され、グループ当たり１３×１３サブピクセルが緑色光で使用され、グループ当たり１１×１１サブピクセルが青色光で使用される。
【0122】
更なる改良において、各フリップフロップのいわゆるＱバー出力（図１２Ｂに示されない）は、デバイスを単純化して以下に説明するように重要な機能を組み込むために都合良く利用される。
【0123】
液晶は、直視ディスプレイ、投影ディスプレイ、及び、フォトニクスデバイスに関して広く使用される。液晶の安定性が主な関心事であり、また、液晶表示デバイスには長い動作寿命を有することが求められる。しかしながら、液晶表示デバイスにわたる不平衡場の存在は、媒体を分極させる傾向がある。一方向の正味の電場は、イオン蓄積を引き起こす。イオン電荷のこの蓄積は、印加される電界と干渉して表示デバイスの性能を低下させる傾向がある。電場を連続的に反転させることによって液晶表示デバイスをＤＣ平衡化することは、当該技術分野において知られている。このプロセスは、場反転と称される場合がある。
【0124】
図１４は、ＤＣ平衡化のプロセスを説明するのに役立つべく液晶表示デバイスのピクセル配列を駆動するための方式を示す。ｘ軸は時間であり、また、ｙ軸は、液晶の両端間の電位差、すなわち、共通電極とピクセル電極との間の電位差である。電位差は、正（本明細書中ではｘ軸よりも上方の電圧によって表わされる）又は負（本明細書中ではｘ軸よりも下方の電圧によって表わされる）となり得る。４つのフレームが示されており、各フレームは６つのサブフレームを備える。各フレームは、投影用の一連の画像のうちの１つの画像に対応する。画像のシーケンスは、動画像を形成する画像のビデオレートシーケンスであってもよい。図１４のハッチングされた各長方形は、表示事象を表わす。各表示事象は、表示デバイスのピクセル上に画像を表示することを含む。したがって、各表示事象は、表示デバイスの各ピクセルに個別のピクセル電圧を印加することを含む。各ピクセル電圧は、液晶の局所的な挙動－例えば、配向－を決定する。液晶は複屈折性であるため、各ピクセル電圧は位相変調値などの光変調値に対応する。同じフレームのサブフレーム間よりも大きなフレーム間のギャップが、単なる例示のために図１４に示される。実際には、サブフレーム間の時間ギャップは均一であり得る。
【0125】
この例では、各フレームが６つの表示事象、すなわち、６つのサブフレームを備える。フレームの各サブフレームは、投影用の同じ画像に対応する。実際には、フレーム間隔内に同じ画像が６回表示される。表示デバイスのピクセルは、１フレーム当たり５回リフレッシュされて、画像当たり（又はフレーム当たり）合計６つの表示事象を形成すると言える。電位差の極性が各フレーム内で交互に入れ替わることに留意されたい。この例において、各フレームは、負の電位差を使用する３つの表示事象と交互配置される正の電位差を使用する３つの表示事象を備える。誤解を避けるために、サブフレーム中にピクセル配列の各ピクセルにわたって印加される電位差の極性は同じである。すなわち、サブフレーム中、全てのピクセルが正の電位差に晒される或いは全てのピクセルが負の電位差に晒される。正及び負という用語は、本明細書中では、電位差の方向が反転されることを反映するために主に使用される。電位差の極性、したがって、電場が連続的に反転されることは必須ではない。例えば、各フレームは、３つの正電場表示事象を連続して備えるとともに、それに続く３つの負電場表示事象を連続して備えてもよい。当該技術分野において受け入れられる重要な原理は、各フレーム内の正電場表示事象の数が、フレーム内の正電場表示事象及び負電場表示事象の順序にかかわらず、各フレーム内の負電場表示事象の数に等しくなければならないということである。これは、いわゆるＤＣ平衡化を確保し、液晶が固着するのを防止する。
【0126】
幾つかの実施形態において、各グループのフリップフロップのＱバー出力は、選択された駆動方式にしたがって必要に応じてホログラムのフレーム反転をもたらすべく連鎖的に接続される。したがって、本明細書中に開示されるフリップフロップ構成とＤＣ平衡化との間に相乗効果が存在するのが分かる。
【0127】
より具体的には、各フリップフロップは、第１の出力「Ｑ」及び第２の出力「Ｑバー」を備える。第１の出力は第２の出力と反対である。コントローラは、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって、フリップフロップの第１の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動し、その後、少なくともｎ個のクロックサイクルにわたって、フリップフロップの第２の出力を使用してそれぞれの隣接するグループの各光変調ピクセルを駆動するようになっている。コントローラは、サブフレームＳＦごとにフリップフロップのＱ出力とＱバー出力との間を切り替えるようになっていてもよい。
【0128】
更なる特徴
例は可視光でＳＬＭを照らすことを説明するが、当業者であれば分かるように、例えば本明細書中に開示されるように、光源及びＳＬＭを等しく使用して赤外線又は紫外線を方向付けることができる。例えば、当業者は、情報をユーザに提供する目的で赤外光及び紫外光を可視光に変換するための技術を認識し得る。例えば、本開示は、この目的のために蛍光体及び／又は量子ドット技術を使用することに及ぶ。
例は可視光でＳＬＭを照らすことを説明するが、当業者であれば分かるように、例えば本明細書中に開示されるように、光源及びＳＬＭを等しく使用して赤外線又は紫外線を方向付けることができる。例えば、当業者は、情報をユーザに提供する目的で赤外光及び紫外光を可視光に変換するための技術を認識し得る。例えば、本開示は、この目的のために蛍光体及び／又は量子ドット技術を使用することに及ぶ。
【0129】
幾つかの実施形態は、単なる一例として２Ｄホログラフィック再構成について記載する。他の実施形態では、ホログラフィック再構成が３Ｄホログラフィック再構成である。すなわち、幾つかの実施形態では、各計算機合成ホログラムが３Ｄホログラフィック再構成を形成する。
【0130】
本開示に係るホログラフィックプロジェクタは、ヘッドアップディスプレイ又はニアアイデバイスなどのヘッドマウントディスプレイの画像生成ユニットとして使用されてもよい。すなわち、本開示に係るホログラフィックプロジェクタを含むヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、及び、ニアアイデバイスが提供される。幾つかの実施形態では、ホログラフィックプロジェクタを含む画像生成ユニットを有するヘッドアップディスプレイを備える車両が提供される。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、又は、船などの自動車両であってもよい。
【0131】
本明細書中に記載される方法及びプロセスは、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）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、及び、キャッシュメモリなど、データを一時的又は恒久的に記憶するようになっている媒体を含む。また、「コンピュータ可読媒体」という用語は、命令が、１つ以上のプロセッサによって実行される場合に、本明細書中に記載される方法論のうちの任意の１つ以上を全体的又は部分的に機械に実行させるように、機械による実行のための命令を記憶できる任意の媒体又は複数の媒体の組み合わせを含むように解釈されるものとする。
【0132】
「コンピュータ可読媒体」という用語は、クラウドベースのストレージシステムも包含する。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ソリッドステートメモリチップ、光ディスク、磁気ディスク、又は、それらの任意の適切な組み合わせの例示的な形態を成す１つ以上の有形且つ持続性のデータリポジトリ（例えば、データ量）を含むが、これらに限定されない。実施形態の幾つかの例では、実行のための命令が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としては、トランジェント媒体（例えば、命令を通信する伝搬信号）が挙げられる。
【0133】
当業者であれば分かるように、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を行なうことができる。本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内の全ての修正及び変形を包含する。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【外国語明細書】