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特表2022-524418非ゼロ偏向角を有するエネルギー指向面を用いてエネルギーを指向させるためのシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-02
(54)【発明の名称】非ゼロ偏向角を有するエネルギー指向面を用いてエネルギーを指向させるためのシステム
(51)【国際特許分類】
G02B 5/32 20060101AFI20220422BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20220422BHJP
G02B 30/00 20200101ALN20220422BHJP
【ＦＩ】
G02B5/32
G02B5/18
G02B30/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021554618
(86)(22)【出願日】2020-03-16
(85)【翻訳文提出日】2021-09-17
(86)【国際出願番号】 US2020023030
(87)【国際公開番号】W WO2020186272
(87)【国際公開日】2020-09-17
(31)【優先権主張番号】62/818,553
(32)【優先日】2019-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519006883
【氏名又は名称】ライト フィールド ラボ、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】カラフィン、ジョナサン、シーン
(72)【発明者】
【氏名】ベヴェンシー、ブレンダン、エルウッド
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199BA43
2H199BB23
2H249AA02
2H249AA12
2H249AA60
2H249AA62
2H249AA63
2H249CA05
2H249CA15
2H249CA22
(57)【要約】
非ゼロ偏向角は、本開示の実施形態を実装して、投射されたエネルギーを、エネルギー指向面に近い領域などの所望の領域に指向させることを可能にすることによって達成され得る。エネルギー指向面をエネルギー源と組み合わせて使用して、エネルギー指向面に基づく２つの空間座標、およびエネルギー指向面に対するエネルギー源の位置に基づく２つの角度座標を有する４次元座標系を有する伝搬経路を提供し得る。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギー指向システムであって、複数のエネルギー源位置を含むエネルギー面と、
エネルギー導波路の配列であって、各導波路が、前記エネルギー面の異なるエネルギー位置からの異なる伝搬経路に沿ってエネルギーを指向させるように構成されており、各伝搬経路が４次元座標を有し、前記４次元座標が、前記それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、および前記それぞれの導波路に対する前記エネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、前記角度座標が、前記それぞれの伝搬経路の前記方向を画定する、エネルギー導波路の配列と、を備え、
各導波路の前記伝搬経路が、前記それぞれの導波路の前記伝搬経路の角度範囲に対して対称軸を画定するエネルギー伝搬軸の周りにグループ化され、
前記エネルギー導波路の配列が、エネルギー指向面を画定し、第１のエネルギー伝搬軸を有する第１の導波路および第２のエネルギー伝搬軸を有する第２の導波路を含み、前記第１および第２のエネルギー伝搬軸が、それぞれ、前記エネルギー指向面の法線に対して、第１および第２の偏向角を形成し、さらに、前記第１および第２の偏向角が異なる、エネルギー指向システム。
【請求項2】
各導波路の前記エネルギー伝搬軸が、各エネルギー導波路のすべての伝搬経路の平均エネルギーベクトルと実質的に整列している、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項3】
各導波路の前記エネルギー伝搬軸が、前記それぞれの導波路の光軸である、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項4】
前記第１の偏向角がゼロであり、前記第２の偏向角が非ゼロである、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項5】
前記第１の偏向角が非ゼロであり、前記第２の偏向角が非ゼロである、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項6】
前記エネルギー面が、エネルギー画素を含み、画素平面を画定し、前記複数のエネルギー位置が、前記ピクセル平面内のエネルギー画素の位置に対応する、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項7】
前記エネルギー面が、中継されたエネルギー面を含み、前記複数のエネルギー位置が、前記中継されたエネルギー面上の位置に対応する、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項8】
前記エネルギー導波路の配列が、前記エネルギーガイド面の法線に対する偏向角を画定するエネルギー伝搬軸を各々有する追加の導波路を含む、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項9】
第１の方向における各直後の導波路の前記偏向角が、各直前の導波路の前記偏向角とは異なるように構成され得る、請求項８に記載のエネルギー指向システム。
【請求項10】
第１の方向における各直後の導波路の前記偏向角が、前記第１の方向における各直前の導波路の前記偏向角よりも大きい、請求項９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項11】
第１の方向における各直後の導波路の前記偏向角が、前記第１の方向における各直前の導波路の前記偏向角よりも小さい、請求項９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項12】
前記導波路の配列のホログラフィック視聴ボリュームが、前記導波路の配列の各導波路からの少なくとも１つの伝搬経路が交差することができる位置のセットを含む、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項13】
前記導波路の配列の前記導波路の前記偏向角が、前記導波路の配列の前記導波路の前記偏向角がゼロになるように構成された場合の前記導波路の配列の前記ホログラフィック視聴ボリュームよりも、前記導波路の配列の前記ホログラフィック視聴ボリュームが前記エネルギー指向面に近くなるように構成されている、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項14】
前記導波路の配列の前記導波路の前記偏向角が、前記エネルギー伝搬軸が前記エネルギー指向面の中央部分に向けられるように構成されている、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項15】
前記第１および第２の導波路のうちの一方が、前記エネルギー面上のエネルギー源位置の第１のグループを通してエネルギーを伝搬するように構成され、前記エネルギー源位置のグループが、前記それぞれの導波路の対称中心からオフセットされている中央エネルギー位置を有する、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項16】
前記第１および第２の導波路のうちの他方が、前記エネルギー面上のエネルギー源位置の第２のグループを通してエネルギーを伝搬するように構成され、前記エネルギー源位置のグループが、前記第２の導波路の対称軸と整列する中央エネルギー位置を有する、請求項１５に記載のエネルギー指向システム。
【請求項17】
前記第２の導波路が、前記エネルギー面の法線に対してある角度において傾斜している、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項18】
前記第２の導波路が、非対称の表面を有する、請求項１に記載のエネルギー指向システム。
【請求項19】
エネルギー指向システムであって、複数のエネルギー源位置を含むエネルギー面と、
エネルギー導波路の配列であって、各導波路が、前記エネルギー面の異なるエネルギー位置からの異なる伝搬経路に沿ってエネルギーを指向させるように構成されており、各伝搬経路が４次元座標を有し、前記４次元座標が、前記それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、および前記それぞれの導波路に対する前記エネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、前記角度座標が、前記それぞれの伝搬経路の前記方向を画定する、エネルギー導波路の配列と、
前記エネルギー導波路の配列の少なくとも第１のエネルギー導波路の前記伝搬経路に配設された光学要素であって、前記光学要素が、前記第１のエネルギー導波路の前記複数の伝搬経路に沿ってエネルギーを受容し、複数の偏向された伝搬経路に沿ってエネルギーを再指向するように構成されており、前記複数の偏向された伝搬経路、および前記第１のエネルギー導波路の前記複数の伝搬経路が、それらの間に非ゼロ偏向角を形成する、光学要素と、を備える、エネルギー指向システム。
【請求項20】
中央伝搬経路が、前記複数の偏向された伝搬経路の対称軸に沿って実質的に整列した偏向された伝搬経路にマッピングされる、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項21】
前記複数の偏向された伝搬経路の前記非ゼロ偏向角が、偏向角の勾配を形成する、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項22】
前記光学要素が、屈折要素を含む、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項23】
前記光学要素が、複数の並列したプリズムを含む、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項24】
前記光学要素が、前記導波路の配列に向かい合う第１の表面と、前記導波路の配列の外方を向く第２の表面とを含み、前記第１および第２の表面のうちの少なくとも一方、または両方が小面化されている、請求項１９１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項25】
前記光学要素が、前記導波路の配列に向かい合う第１の表面と、前記導波路の配列の外方を向く第２の表面とを含み、エネルギーがそれらを通過するときに、エネルギーが第１および第２の表面の各々において偏向される、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項26】
前記光学要素が、前記第１のエネルギー導波路の前記複数の伝搬経路に沿って受容されるエネルギーを偏向させるように構成されているメタマテリアルの１つ以上の層を含む、請求項１９に記載のエネルギー指向システム。
【請求項27】
機械的エネルギー指向システムであって、複数のエネルギー源位置に置かれた機械的エネルギー源の配列と、
複数の偏向位置を含む偏向要素であって、各偏向位置が、前記複数のエネルギー源位置のうちの少なくとも１つから機械的エネルギーを受容し、対応する１つ以上の偏向された伝搬経路に沿って前記受容した機械的エネルギーを偏向させるように構成されている、偏向要素と、を備え、
各偏向された伝搬経路が、４次元座標系の４次元座標を有し、前記４次元座標が、前記偏向要素内の前記それぞれの偏向位置の前記ポジションに対応する２つの空間座標、および前記それぞれの偏向された伝搬経路の前記角度方向を画定する２つの角度座標を含む、機械的エネルギー指向システム。
【請求項28】
前記偏向要素が、機械的エネルギーを偏向するように構成されている複数の個別のデバイスを含む、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項29】
前記偏向要素が、機械的エネルギーを偏向するように構成されている複数の偏向位置部位を含む１つ以上の基板を含む、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項30】
前記偏向要素が、前記偏向位置を画定するメタマテリアルの１つ以上の層を含む、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項31】
前記メタマテリアルの１つ以上の層が、個別に調整可能な偏向角を有する少なくとも１つの偏向位置を含む、請求項３０に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項32】
第１の偏向位置が、前記複数のエネルギー源位置のうちの１つから機械的エネルギーを偏向させるように構成されている、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項33】
第１の偏向位置が、前記複数のエネルギー源位置のうちの２つ以上から機械的エネルギーを偏向させるように構成されている、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項34】
前記偏向された伝搬経路が収束し、触覚インターフェースを作り出すように動作可能である、請求項２７に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項35】
前記触覚インターフェースが、光照射野ディスプレイによって投射されたホログラフィックオブジェクトと実質的に一致する、請求項３４に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項36】
前記機械的エネルギー源の配列および前記偏向要素が、前記光照射野ディスプレイから投射された電磁エネルギーを透過するように構成されている、請求項３５に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項37】
前記機械的エネルギー源の配列および前記偏向要素が、前記光照射野ディスプレイのディスプレイ面から投射される電磁エネルギーの遮断を回避するように、前記光照射野ディスプレイの前記ディスプレイ面からオフセットされる、請求項３５に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項38】
前記偏向要素が、前記偏向位置が前記光照射野ディスプレイのディスプレイ面を画定する複数のエネルギー導波路とインターリーブされるように、構成されている、請求項３５に記載の機械的エネルギー指向システム。
【請求項39】
マルチエネルギー指向システムであって、マルチエネルギー面であって、
複数の電磁エネルギー源位置と、
複数の機械的エネルギー源位置と、を含む、マルチエネルギー面と、
マルチエネルギー指向面であって、
エネルギー導波路の配列であって、各導波路が、異なる電磁エネルギー源位置を通って異なる伝搬経路に沿って電磁エネルギーを指向させるように構成されており、各伝搬経路が、４次元座標系の４次元座標を有し、前記対応する４次元座標が、前記それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、および前記それぞれの導波路に対する前記電磁エネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、前記角度座標が、前記それぞれの伝搬経路の前記方向を画定する、エネルギー導波路の配列と、
前記エネルギー導波路の配列とインターリーブされた複数の偏向位置であって、各偏向位置が、前記複数の機械的エネルギー源位置のうちの少なくとも１つから機械的エネルギーを受容し、前記受容した機械的エネルギーを対応する偏向された伝搬経路に沿って偏向するように構成されており、各偏向された伝搬経路が、前記４次元座標系における対応する４次元座標を有し、各偏向された伝搬経路の前記４次元座標が、前記それぞれの偏向位置の前記ポジションに対応する２つの空間座標、および前記それぞれの偏向された伝搬経路の前記角度方向を画定する２つの角度座標を含む、複数の偏角位置と、を含む、マルチエネルギー指向面と、を含むマルチエネルギー指向システム。
【請求項40】
各導波路の前記伝搬経路が、前記それぞれの導波路の前記伝搬経路の角度範囲に対して対称軸を画定するエネルギー伝搬軸の周りにグループ化され、前記エネルギー導波路の配列が、第１のエネルギー伝搬軸を有する第１の導波路および第２のエネルギー伝搬軸を有する第２の導波路を含み、前記第１および第２のエネルギー伝搬軸が、それぞれ、前記マルチエネルギー指向面の法線に対して、第１および第２の偏向角を形成し、さらに、前記第１および第２の偏向角が異なる、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項41】
複数の偏向位置が、前記複数の電磁エネルギー源位置から伝搬される電磁エネルギーを透過するように構成されている、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項42】
前記複数の偏向位置が、規則的なインターリーブパターンで前記エネルギー導波路の配列とインターリーブされる、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項43】
前記複数の偏向位置が、不規則なインターリーブパターンで前記エネルギー導波路の配列とインターリーブされる、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項44】
前記複数の偏向位置および前記マルチエネルギー指向の前記エネルギー導波路の配列が、機械的エネルギーおよび電磁エネルギーを同時に指向して、それぞれ触覚表面およびホログラフィック表面を形成するように動作可能である、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項45】
前記ホログラフィック表面および触覚表面が、一致する、請求項４４に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項46】
前記複数の偏向位置が、メタマテリアルの１つ以上の層上に位置している、請求項３９に記載のマルチエネルギー指向システム。
【請求項47】
前記メタマテリアルの１つ以上の層上の前記複数の偏向位置のうちの少なくとも１つが、個別に調整可能な偏向角度を有するように構成されている、請求項４６に記載のマルチエネルギー指向システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
エネルギー指向デバイスは、複数の位置を含むエネルギー投射面を含むことができ、各位置においてエネルギーが複数の方向に投射される。一般に、単一のエネルギー面位置から指向されたエネルギーは、単一のエネルギー伝搬軸または中心エネルギー投射経路の周りに立体角でグループ化された多くの別個のエネルギー投射経路（またはエネルギー光線）から構成され得る。このエネルギー伝搬軸は、水平および垂直次元の両方で単一のエネルギー面位置から出るすべてのエネルギー投射経路のほぼ中間点に存在するため、対称線である。これは、単一のエネルギー面位置から出るすべてのエネルギー光線の平均エネルギーベクトルと実質的に整列することが多い。
【発明の概要】
【0002】
実施形態では、エネルギー指向システムは、複数のエネルギー源位置およびエネルギー導波路の配列を含むエネルギー面を含む。各導波路は、エネルギー面の異なるエネルギー位置からの異なる伝搬経路に沿ってエネルギーを指向させるように構成することができ、各伝搬経路は４次元座標を有し、４次元座標は、それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、およびそれぞれの導波路に対するエネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、角度座標は、それぞれの伝搬経路の方向を画定する。各導波路の伝搬経路は、それぞれの導波路の伝搬経路の角度範囲に対して対称軸を画定するエネルギー伝搬軸の周りにグループ化される。エネルギー導波路の配列は、エネルギー指向面を画定し、第１のエネルギー伝搬軸を有する第１の導波路および第２のエネルギー伝搬軸を有する第２の導波路を含み、第１および第２のエネルギー伝搬軸は、それぞれ、エネルギー指向面の法線に対して、第１および第２の偏向角を形成し、さらに、第１および第２の偏向角は異なる。
【0003】
実施形態では、エネルギー指向システムは、複数のエネルギー源位置およびエネルギー導波路の配列を含むエネルギー面を含み得る。各導波路は、エネルギー面の異なるエネルギー位置からの異なる伝搬経路に沿ってエネルギーを指向させるように構成されており、各伝搬経路は４次元座標を有し、４次元座標は、それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、およびそれぞれの導波路に対するエネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、角度座標は、それぞれの伝搬経路の方向を画定する。エネルギー指向システムは、エネルギー導波路の配列の少なくとも第１のエネルギー導波路の伝搬経路に配設された光学要素をさらに含み得、光学要素は、第１のエネルギー導波路の複数の伝搬経路に沿ってエネルギーを受容し、複数の偏向された伝搬経路に沿ってエネルギーを再指向するように構成されており、複数の偏向された伝搬経路、および第１のエネルギー導波路の複数の伝搬経路は、それらの間に非ゼロ偏向角を形成する。実施形態では、エネルギー指向システムは、中央伝搬経路が、複数の偏向された伝搬経路の対称軸に沿って実質的に整列した偏向された伝搬経路にマッピングされるように構成され得る。実施形態では、エネルギー指向システムは、複数の偏向された伝搬経路の非ゼロ偏向角が、偏向角の勾配を形成するように構成され得る。
【0004】
実施形態では、機械的エネルギー指向システムは、複数のエネルギー源位置に置かれた機械的エネルギー源の配列と、複数の偏向位置を含む偏向要素とを含み得、各偏向位置は、複数のエネルギー源位置のうちの少なくとも１つから機械的エネルギーを受容し、対応する１つ以上の偏向された伝搬経路に沿って受容した機械的エネルギーを偏向させるように構成されている。各偏向された伝搬経路は、４次元座標系の４次元座標を有し、４次元座標は、偏向要素内のそれぞれの偏向位置のポジションに対応する２つの空間座標、およびそれぞれの偏向された伝搬経路の角度方向を画定する２つの角度座標を含む。
【0005】
実施形態では、マルチエネルギー指向システムは、複数の電磁エネルギー源位置および複数の機械的エネルギー源位置を含むマルチエネルギー面を含み得る。マルチエネルギー指向システムは、マルチエネルギー指向面をさらに含み得、マルチエネルギー指向面は、１）エネルギー導波路の配列であって、各導波路が、異なる電磁エネルギー源位置を通して異なる伝搬経路に沿って電磁エネルギーを指向させるように構成されており、各伝搬経路が、４次元座標系における４次元座標を有し、対応する４次元座標が、それぞれのエネルギー導波路の位置に対応する２つの空間座標、およびそれぞれの導波路に対する電磁エネルギー源位置によって少なくとも部分的に決定される２つの角度座標を含み、角度座標が、それぞれの伝搬経路の方向を画定する、エネルギー導波路の配列と、２）エネルギー導波路の配列とインターリーブされた複数の偏向位置であって、各偏向位置が、複数の機械的エネルギー源位置のうちの少なくとも１つから機械的エネルギーを受容し、受容した機械的エネルギーを対応する偏向された伝搬経路に沿って偏向するように構成されており、各偏向伝搬経路が、４次元座標系における対応する４次元座標を有し、各偏向された伝搬経路の４次元座標が、それぞれの偏向位置のポジションに対応する２つの空間座標、およびそれぞれの偏向された伝搬経路の角度方向を画定する２つの角度座標を含む、複数の変更位置と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1A】本開示による、４次元座標系におけるエネルギー指向システムの実施形態を示す。
【図1C】本開示による、光照射野ディスプレイの側面図を示す。
【図1D】本開示による、４次元座標系における有効エネルギー領域を有するエネルギーデバイスの実施形態を示す。
【図1E】本開示による、光照射野ディスプレイによる２つのホログラフィックオブジェクトの投射を示す。
【図2A】本開示による、特定の位置においてゼロ偏向角を有するエネルギー指向システムの実施形態の概略図を示す。
【図2B】本開示による、特定の位置において非ゼロ偏向角を有するエネルギー指向システムの実施形態の概略図を示す。
【図3A】本開示による、ゼロ偏向角を有するエネルギー指向システムのサブシステムの直交図を示す。
【図3B】本開示による、非ゼロ偏向角を有するエネルギー指向システムのサブシステムの直交図を示す。
【図3C】本開示による、非対称に構築されたエネルギー導波路の直交図を示す。
【図4A】本開示による、複数の偏向された伝搬経路に沿ってエネルギーを再指向するための光学要素を有するエネルギー指向システムの実施形態の直交図を示す。
【図4C】本開示による、メタサーフェスの層を有するエネルギー指向システムの実施形態を示す。
【図4D】本開示による、機械的エネルギーを指向させるように構成されているエネルギー指向システムの実施形態を示す。
【図5A】本開示による、６０度の視野およびゼロ偏向角を有するエネルギー指向面を有するエネルギー指向システムの実施形態の上面図を示す。
【図5B】本開示による、エネルギー指向面と、横方向のポジションの関数として可変の非ゼロ偏向角を生じさせるように構成されている光学要素とを有するエネルギー指向システムの実施形態の上面図を示す。
【図5C】本開示による、エネルギー指向面と、横方向のポジションの関数として可変の非ゼロ偏向角を生じさせるように構成されている光学要素とを有するエネルギー指向システムの別の実施形態の上面図を示す。
【図5D】本開示による、横方向のポジションの関数として可変の非ゼロ偏向角を生じさせるように構成されているエネルギー指向面を有するエネルギー指向システムの実施形態の上面図を示す。
【図5E】本開示による、機械的エネルギーを指向させるように構成されているエネルギー指向システムの実施形態の図を示す。
【図5F】本開示による、偏向要素から構成される４次元音響エネルギー指向システムの直交図を示す。
【図5H】本開示による、インターリーブエネルギー導波路および音響エネルギー偏向位置を有する二重エネルギー指向面を示す。
【図5I】本開示による、ホログラフィックオブジェクトの表面５９２および触覚表面５９１を投射する二重エネルギー指向面を示す。
【図6】視聴ボリュームの真正面にある中央壁掛け式パネルと、中央パネルに対して４５度の角度になっており、視聴ボリュームに向かって傾斜したサイドパネルとを含むホログラフィックディスプレイの実施形態の直交図を示す。
【図7】中央平面と、中央面に対して視聴ボリュームに向かって内側に角度が付けられている、中央面の両側にある２つの光照射野ディスプレイ面とを含む光照射野ディスプレイ面の実施形態の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
多くの状況下で、中央エネルギー伝搬経路、またはエネルギー伝搬軸は、エネルギー指向デバイスのエネルギー投射面に垂直である。これらの状況下では、エネルギー面上の各位置からのエネルギー光線のグループは、エネルギー面上の位置に関係なく、エネルギー指向面に垂直な軸の周りに立体角で分布している。言い換えると、エネルギー面上の各位置において、エネルギー伝搬軸はディスプレイ面の法線と整列している。エネルギー伝搬軸がディスプレイ面の法線となす角度として、エネルギー偏向角、または単に偏向角を導入している。一般に、偏向角はエネルギー面からのエネルギーの流れの方向を示す。それは、エネルギー面の特定の位置における複数の投射経路の、その表面の法線に対する平均的な偏向を表す。
【0008】
エネルギー指向デバイスのいくつかの実施形態について、エネルギー伝搬の方向、またはエネルギー伝搬軸を、エネルギー面上のいくつかの位置においてディスプレイ表面の法線ともはや整列させないことが有利である場合がある。言い換えれば、エネルギー指向面のいくつかの位置については、非ゼロ偏向角がある。いくつかの実施形態では、偏向角は、エネルギー指向デバイスのエネルギー投射面を横切るポジションとともに変化し得る。これは、投射されたエネルギー光線をより局所的な領域に集束させるために行われる場合がある。また、エネルギー指向面の縁近くの位置に対応するエネルギー伝搬経路のグループが、エネルギー指向面の中心に向かって傾斜している場合、すべてのエネルギー光線の収束位置をエネルギー指向面に近づけることを可能にし得る。
【0009】
本開示における多くの例示的な図は、光線が、光照射野ディスプレイ面などのホログラフィックエネルギー面によって投射される実施形態を示すことによって、この原理を実証している。ホログラフィックエネルギー面上の各位置は、２次元（２Ｄ）空間座標を有し、複数の角度において光線のグループを投射する。各光線は２Ｄ角度座標に関連付けられており、２Ｄ空間座標と２Ｄ角度座標が一緒になって、各エネルギー投射経路の４Ｄ座標を形成する。各例では、機械的エネルギーなどの他のタイプのエネルギーを含むことで議論を一般化することが可能であり、この場合、トランスデューサは、エネルギー投射面においてエネルギーを創出するが、これは、エネルギー投射面上の位置に応じて複数の方向に、またはエネルギー投射面上の各位置において複数の方向に超音波を投射することができる。これらの超音波は、エネルギー面の手前で触覚表面を形成するように収束することがある。
【0010】
エネルギー面は、エネルギー指向システムを創出するために、導波路の配列と組み合わせることができる。図１Ａは、単一の導波路１０４Ａが、それぞれ、座標ｕ０、ｕｋ、およびｕ－ｋにおける位置１１０、１１１、および１１２など、複数の個々にアドレス指定可能なエネルギー源位置によって画定されるエネルギー源平面１２０上に配置されている例を示す。実施形態では、エネルギー源位置は、シームレスなエネルギー面１０２上に画定される。実施形態では、エネルギー面１０２は、ディスプレイパネルの表面または中継媒体の表面であり得る。したがって、実施形態では、エネルギー源位置は、ディスプレイパネルの個々の画素であり得る。別の実施形態では、エネルギー源位置は、中継されたエネルギー面上のエネルギー位置に対応する。
【0011】
実施形態では、導波路１０４Ａは、導波路１０４Ａに対して、エネルギー源位置１０３の位置によって少なくとも部分的に決定される角度に沿って、エネルギー面１０２上の位置１０３などのエネルギー源位置へ、および／またはそこからエネルギーを伝搬するように構成されている。例えば、ｕｋ１１１におけるエネルギー源位置からのエネルギーの一部は、導波路１０４Ａによって受容され、導波路１０４Ａに対して、エネルギー源位置ｕｋ１１１の位置に対応する、主光線伝搬経路１３２によって画定される伝搬経路１４２に伝搬される。同様に、ｕ－ｋ１１２における画素への、および／またはそれからのエネルギーは、導波路１０４Ａによって受容され、主光線伝搬経路１３１によって画定される伝搬経路１４１に沿って指向され、これは導波路１０４Ａに対してエネルギー源位置ｕ－ｋ１１２の位置に対応している。エネルギー面１０２に対して垂直である主光線１３０は、この例では、エネルギー伝搬経路１３０と実質的に整列している導波路１０４Ａの伝搬経路に対する対称軸に近いエネルギー源位置ｕ０１１０によって提供される。座標ｕ０、ｕｋ、およびｕ－ｋは、１次元の軸Ｕのエネルギー伝搬経路の角度座標であるが、直交する次元の軸Ｖには対応する角度座標がある。４次元座標系では、導波路１０４Ａは、２次元（Ｘ，Ｙ）で単一の空間座標を有するように割り当てられ得、導波路に関連付けられたエネルギー源位置は、２次元角度座標（Ｕ，Ｖ）を有するエネルギー伝搬経路を生成し得る。合わせて、これらの２次元空間座標（Ｘ，Ｙ）と２次元角度座標（Ｕ，Ｖ）は、エネルギー源平面１２０に位置する各エネルギー源位置１０３に割り当てられた４次元（４Ｄ）のエネルギー伝搬経路座標（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）を形成する。
【0012】
例として、実施形態では、４次元光照射野は、様々な空間座標における複数の導波路のすべての４Ｄ座標（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）によって画定されてもよく、各導波路１０４Ａは、複数の照明源画素１０３に関連付けられ、各画素は独立したＵ、Ｖ座標に関連付けられる。図１Ｂは、エネルギー面１０２によって画定される照明源平面１２０上に配設された導波路配列から構成されるホログラフィック電磁エネルギー指向システム１６０を示す。エネルギー面１０２の上に、ホログラフィックシステム１６０は、導波路１０４Ａ、１０４Ｂ、および１０４Ｃから構成される導波路配列１０４を含み得る。各導波路１０４Ａ、１０４Ｂ、および１０４Ｃに関連付けられているのは、画素１０２Ａ、１０２Ｂ、および１０２Ｃのグループであり、それぞれ、伝搬経路１２５Ａ、１２５Ｂ、および１２５Ｃに沿って電磁エネルギーを投射および／または受容する。導波路１０４の配列は、エネルギー指向面１０１を画定する。主光線１３１、１３０、および１３２は、それぞれ、光照射野角度座標Ｕの最小値、中間値、および最大値において、導波路１０４Ａを通って指向されるエネルギー伝搬経路の範囲を画定する。エネルギー面１０２のエネルギー源位置は２次元に延在するので、これらは図１Ｂには示されていないが、Ｕに直交する光照射野角度座標Ｖにおいて導波路１０４Ａを通る複数のエネルギー伝搬経路が存在する。言い換えれば、導波路１０４Ａに関連付けられたすべてのエネルギー源位置から投射される光線の束（エネルギー伝搬経路）があり、これらは、中心軸１３０の周りに実質的にグループ化されている。この中心エネルギー伝搬軸、またはエネルギー伝搬軸は、対称線を画定し、これは、水平次元と垂直次元の両方で、導波路１０４Ａの特定の（Ｘ，Ｙ）位置においてエネルギー指向システム１６０から投射される光線の角度範囲のおおよその中点と一致することが多いためである。図１Ｂでは、実施形態では、エネルギー抑制構造１９０は、隣接する導波路１０４Ａ、１０４Ｂ、および１０４Ｃの間に垂直壁を形成して、第１の導波路に関連付けられたエネルギー源のうちの１つのグループからのエネルギーが隣接する導波路に到達するのを抑制するように構成され得る。例えば、中央導波路１０４Ｂに関連付けられたいずれかの画素１０２Ｂの電磁エネルギーは、これらの２つの導波路間のエネルギー抑制構造１０９がこのエネルギーを吸収し得るため、導波路１０４Ａに到達することができない。
【0013】
例では、図１Ｃは、図１Ｂに示す２次元導波路配列１０４をその有効表示領域面の上に取り付けた表示デバイス１０８で構成される光照射野ディスプレイ１５０の側面図を示す。この光照射野ディスプレイは、図１Ｂに示すように、光線を伝搬経路に投射する。一実施形態では、ディスプレイ１５０は、先細のエネルギー中継器の使用により、個々の光照射野ディスプレイ１５０よりも高い解像度を有する光照射野ディスプレイアセンブリのビルディングブロックとして使用され得る。
【0014】
図１Ｄは、非エネルギーベゼル１０６によって囲まれた、導波路１０４の配列で覆われた有効エネルギー領域１０５を有する、ディスプレイなどのエネルギーデバイス１０１Ａを示している。領域１３０の拡大図は、図１Ｂに示されているＵ、Ｖ、およびＺ軸によって画定されるように、２つの導波路、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）における１０４Ａおよび（Ｘ，Ｙ）＝（１，０）における１０４Ｂ、ならびに各導波路に関連付けられたエネルギー源の４Ｄ座標を示している。これらのエネルギー源位置は、エネルギー面１０２上に位置し、エネルギー源平面１２０を画定する。例えば、エネルギー源位置１８３は、ｘ０ｙ０ｕ－２ｖ－２で示される（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標（０，０，－２，－２）に関連付けられている。導波路１０４Ａに対するエネルギー源位置１８３の位置と同じ導波路１０４Ｂに対する相対位置の下にあるエネルギー源位置１９３は、（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標（１，０，－２，－２）と同じ（Ｕ，Ｖ）座標（－２，－２）を有する。同様に、導波路１０４Ａの中心におけるエネルギー源位置１８１は、（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標（０，０，０，０）を有し、一方、導波路１０４Ｂの中心におけるエネルギー源位置１９１は、（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）座標（１，０，０，０）を有する。（Ｘ，Ｙ，Ｕ，Ｖ）＝（０，０，－１，０），（０，０，－２，０），（０，０，－３，０）、および（１，０，０，０）を含む、それ以外の４Ｄエネルギー伝搬経路座標が、図１Ｄに示されている。
【0015】
図１Ｅは、２つのホログラフィックオブジェクト１２２および１２４が、エネルギー指向面１０１を画定する５つの導波路１０４Ａ～Ｅから構成される光照射野ディスプレイシステムによって投射される例を示し、各導波路は、関連する画素１０２Ａ～Ｅのグループからの光をそれぞれ投射する。ホログラフィックオブジェクト１２２および１２４は、伝搬経路グループ１２１および１２３などの多数の光投射経路の収束によって創出され、観察者１５１によって知覚される。画素平面１２０は、シームレスなエネルギー面１０２によって画定される。ホログラフィックオブジェクト１２４を形成する主光線１２３によって画定される光線は、導波路１０４Ａによって投射される画素１７１からの光、導波路１０４Ｂによって投射される画素１７２からの光、および導波路１０４Ｃによって投射される画素１７３からの光を含む。画面内ホログラフィックオブジェクト１２２に収束する主光線１２１によって画定される光線は、導波路１０４Ｃによって投射される画素１７４からの光、導波路１０４Ｄによって投射される画素１７５からの光、および導波路１０４Ｅによって投射される画素１７６からの光を含む。図１Ｅでは、隣接する導波路１０４Ａ～Ｅの間に垂直壁を形成する光抑制構造１０９は、第１の導波路に関連付けられた画素の１つのグループによって生成された光が、隣接する導波路に到達するのを防ぐ。例えば、導波路１０４Ｃに関連付けられたいずれかの画素１０２Ｃからの光は、導波路１０４Ｃを取り囲む光抑制構造１０９がこの迷光を遮断および吸収するため、導波路１０４Ｂまたは導波路１０４Ｄに到達することができない。図１Ｅは、光を投射するための光照射野ディスプレイシステムの実施形態を示しているが、同じ原理が、光照射野キャプチャシステム、光照射野ディスプレイおよびキャプチャシステム、他の電磁エネルギーもしくは機械的エネルギーのホログラフィックエネルギーシステム、双方向エネルギーシステム、または複数のエネルギードメインなど、他のタイプのホログラフィックエネルギーシステムにも適用されることを理解されたい。
【0016】
図２Ａは、エネルギー指向システム２００の実施形態の概略図を示している。実施形態では、エネルギー指向システムは、壁に取り付けられ、光や音波などの電磁的および／または機械的エネルギーを、傾斜した床８９に取り付けられた座席８８を含む座席の観客に向かって投射することができる。実施形態では、エネルギー指向システム２００は、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｅに関して上で論じたエネルギー指向システムと同様であり得る。具体的には、エネルギー指向システム２００は、エネルギー導波路（図示せず）の配列によって形成されたエネルギー指向面２０１Ａを含む。エネルギー指向面２０１Ａは、図１Ａ～図１Ｅに示されるように、導波路１０４によって画定されるエネルギー指向面１０１に関して上に開示された原理に従って構成され得、各導波路は、エネルギー源位置のグループに関連付けられ、４次元（４Ｄ）座標に関連付けられたエネルギー伝搬経路に沿って、関連付けられた各エネルギー源位置の各々からエネルギーを指向するように構成されている。この４Ｄ座標は、それぞれのエネルギー伝搬経路が通過する導波路の位置に対応する２つの空間座標と、少なくともそれぞれのエネルギー源位置の位置によって決定される２つの角度座標で構成され、角度座標は、それぞれの伝搬経路の方向を画定する。
【0017】
実施形態では、ホログラフィックエネルギーシステム２００は、光照射野ディスプレイ面２０１Ａの上部位置３３（ｘ１，ｙ１）からの光線束６３、および光照射野ディスプレイ面２０１Ａの下部位置３５（ｘ２，ｙ２）からの光線束６５を含む、光線の束を投射するように構成されている。上部位置３３および下部位置３５は、それぞれ空間座標（Ｘ，Ｙ）に関連付けられ、複数の光伝搬経路は、図１Ａ～図１Ｅに関して上で論じた４Ｄ座標系に従って画定される。各光線グループは、その光照射野ディスプレイ面２０１Ａ上の所与の位置（Ｘ，Ｙ）においてディスプレイ面２０１Ａを出る光線の一般的な伝搬方向を画定する、中心光エネルギー伝搬軸、または中心光線を中心としてもよい。図１Ａに図示された実施形態では、光線グループ６３は、中心光エネルギー伝搬軸５３に沿って投射され、光線グループ６５は、中心光エネルギー伝搬軸５５に沿って投射される。各光エネルギー伝搬軸（中心エネルギー伝搬経路とも呼ばれる）は、対称線を表し得、これは、水平次元と垂直次元の両方で、４Ｄ座標系での特定（Ｘ，Ｙ）の位置においてホログラフィックエネルギーシステム２００から投射される光線の角度範囲のおおよその中点と一致することが多いためである。例えば、中心光伝搬軸５３は、エネルギー指向面２０１Ａの上部位置３３を出る光線の角度範囲７３の中点にほぼ沿って存在し、中心光伝搬軸５５は、エネルギー指向面２０１Ａの下部位置３５から投射される光線グループ６５の角度範囲７５の中点近くに存在している。中心光伝搬軸、または中心エネルギー投射経路は、多くの場合、所与のポジションでディスプレイ面を出るすべての光線の平均エネルギーベクトルと実質的に整列している。
【0018】
図２Ａは、偏向角がゼロのホログラフィックエネルギーシステム２００の実施形態を示しており、光照射野ディスプレイ面２０１Ａから投射される光線の各グループの中心光エネルギー伝搬軸は平行であり、中心光エネルギー伝搬軸５５が光照射野ディスプレイ面となす直角４５で示すように、そのエネルギー指向面２０１Ａに垂直である。なお、本実施形態では、光線グループ６３からの光線は視聴者の座席８８に到達せず、この座席８８にいる視聴者は、光照射野ディスプレイ面２０１Ａの上部位置３３からの光線を見ることができず、従って、座席８８はディスプレイのホログラフィック視聴ボリューム６７には存在しないことを意味する。ホログラフィックオブジェクトボリューム６６内の光照射野ディスプレイからの光伝搬経路を収束することによって形成されるホログラフィックオブジェクトは、ホログラフィック視聴ボリューム６７内の視聴者に完全に見ることができる。図２Ａの側面図におけるホログラフィック視聴ボリュームの境界は、ディスプレイ上部のエネルギー位置３３における導波路からの少なくとも１つのエネルギー伝搬経路が、ディスプレイ下部のエネルギー位置３５における導波路の少なくとも１つのエネルギー伝搬経路と交差できる領域によって形成され得る。図２Ａでは、光照射野ディスプレイのホログラフィック視聴ボリューム６７内の各位置において、光指向ディスプレイ面上のほとんどの導波路からの少なくとも１つの光伝搬経路が交差することができる。一般に、導波路の配列のホログラフィック視聴ボリュームは、導波路の配列の各導波路からの少なくとも１つの伝搬経路が交差することができる位置のセットを含む。座席８８を含む異なるホログラフィック視聴ボリュームは、エネルギー指向面２０１Ａ上の選択された位置において導波路から投射される光線のグループに非ゼロの偏向角を導入することによって生じ得る。このエネルギー伝搬軸の偏向は、ディスプレイの視聴者の所与の座席配置のための視聴ボリュームを最適化するために、光照射野ディスプレイ面２０１Ａ上の異なる点において異なる大きさおよび方向で適用されてもよく、その結果、光照射野ディスプレイ面２０１Ａに近く、したがって、光照射ディスプレイ面２０１Ａから投射されるホログラフィックオブジェクトに近いホログラフィック視聴ボリューム６７がもたらされる。
【0019】
図２Ｂは、本開示に開示された原理による、ホログラフィックエネルギーシステム２５０の実施形態を示している。ホログラフィックエネルギーシステム２５０は、図２Ａに示されるホログラフィックエネルギーシステム２００と同様であり、ホログラフィックエネルギーシステム２５０に少なくとも１つの非ゼロ偏向角を含むという変更を行った。図２Ａおよび図２Ｂでは、同じ構成要素に同じ番号が割り当てられている。実施形態では、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂは、図１Ａ～図１Ｅで上に画定された導波路１０４と同様の導波路の配列によって画定されたエネルギー指向面１０１の代替構成に対応し得る。実施形態では、図２Ｂのホログラフィックエネルギーシステム２５０は、中点の高さなど、ホログラフィックエネルギーシステム２５０の一部分よりも主に下にある位置において存在する観客に、および／またはそこからエネルギーを伝搬するように構成されている。
【0020】
実施形態では、これは、少なくとも一部の投射光線の光投射軸が下方に傾斜するようにホログラフィックエネルギーシステム２５０を構成することによって達成される。例えば、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの上部位置３３から投射された光線束１３は、光エネルギー伝搬軸６３によって画定され、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂに対して法線１０で非ゼロの偏向角４３を形成し、これにより、この実施形態では、観客員に向かって下方に傾斜する光エネルギー伝搬軸６３がもたらされる。実施形態では、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの下方位置３５から投射される光線は、軸６３とは異なる方向、この場合は光照射野ディスプレイ面２０１Ｂに対する法線４５である光エネルギー伝搬軸６５によって画定される。ディスプレイの上部から投射された軸６３の周りの投射光線１３の角拡散２３は、垂直視野２３を表し、一方、ディスプレイの下部から投射された軸６５の周りの投射光線１５のグループの角拡散は、垂直視野２５を表しており、２３および２５の角拡散は等しくてもよい。実施形態では、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの上部位置３３と下部位置３５との間に位置するポジションに投射される光線は、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの上部における角度４３と、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの下部におけるゼロの角度（ディスプレイ面に対する法線４５）との間で変化する偏向角を有し得る。実施形態では、この変化は、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの中間の高さから投射され、かつ光エネルギー伝搬軸４によって特徴付けられる光線が、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの上部位置３３における偏向角４３と、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂの下部位置３５におけるゼロの偏向角（法線４５）との間の値である偏向角４４で投射されるような、勾配であり得る。この勾配構成の可能な利点は、光照射野ディスプレイ面２０１から投射されるホログラフィックオブジェクトのためのホログラフィック視聴ボリューム７が、予想される座席配置に対して最適化され、投射される光線の利用可能な角度範囲２３、２５を与えられたその一組の視聴者に対して改善された性能および複合視野を達成することができることである。付加的な利点として、図２Ａに示したゼロの偏向角を有するホログラフィックオブジェクトボリューム６６からのホログラフィック視聴ボリューム６７の分離が大きくなったのに比べて、図２Ｂに示した、ホログラフィック視聴ボリューム７が、光照射野ディスプレイ面２０１Ｂおよび非ゼロの偏向角を有するホログラフィックオブジェクトボリューム６に今や近いことに留意されたい。一般に、導波路の配列における導波路の偏向角は、導波路の配列の導波路の偏向角がゼロになるように構成された場合、導波路の配列のホログラフィック視聴ボリュームが、導波路の配列のホログラフィック視聴ボリュームよりも、エネルギー指向面に近くなるように構成することができる。
【0021】
偏向角は、エネルギー指向面２０１Ｂ全体で一定か可変であるかにかかわらず、ディスプレイ面における導波路の本開示の構成で、またはエネルギー指向面２０１Ｂの近くに置かれた別個のエネルギー偏向要素で実装され得る。
【0022】
図３Ａは、エネルギー指向システムの第１のサブシステム３００の実施形態の直交図を示しており、この第１のサブシステムは、ゼロの偏向角を有する。実施形態では、ホログラフィックエネルギー指向システム３００は、光照射野ディスプレイ面３０１Ａの法線に沿ってホログラフィックコンテンツを投射するように動作可能である。サブシステム３００は、図２Ａの光照射野ディスプレイ面２０１Ａと、図１Ａ～図１Ｅに示す導波路層１０４によって画定されるエネルギー指向面１０１とに対応するエネルギー指向面３０１Ａを画定する導波路配列３４５の隣接要素である導波路３０２Ａおよび３０２Ｂを含み得る。導波路３０２Ａは、エネルギー面３４０上のエネルギー位置３０３から、導波路３０２Ａを通る複数の伝搬経路に沿ってエネルギーを伝搬するように構成されており、一方、導波路３０２Ｂは、エネルギー面３４０上のエネルギー位置３０５から、導波路３０２Ｂを通る複数の伝搬経路に沿ってエネルギーを伝搬するように構成されている。各エネルギー伝搬経路の角度方向は、対応するエネルギー位置のポジション上に少なくとも部分的に依存している。例えば、導波路３０２Ａを通過し、導波路３０２Ａによって指向されるエネルギー位置３０４からのエネルギーは、エネルギー位置３０４からのエネルギー伝搬経路であり、かつエネルギー伝搬軸３０８によって画定される斜線領域３１１として示されている。同様に、エネルギー源位置３０３の一方の縁におけるエネルギー源位置３６１からのエネルギーは、エネルギー伝搬経路３６２に沿って導波路３０２Ａによって投射され、エネルギー源位置３０３の反対側の縁におけるエネルギー源位置３６３からのエネルギーは、エネルギー伝搬経路３６４に沿って投射される。これらのエネルギー投射経路３６２および３６４は、導波路３０２Ａに関連付けられた伝搬経路のグループの角度３０７の範囲を画定する。導波路３０２Ｂに関連付けられたエネルギー伝搬経路は、挙動が類似している。導波路３０２Ｂを通過するエネルギー位置３０６からの伝搬経路は、エネルギー位置３０６からのエネルギー伝搬経路であり、かつエネルギー伝搬軸３１０によって画定される斜線領域３１２として示されている。導波路３０２Ｂの伝搬経路の角度範囲３０９は、導波路３０２Ａに関連付けられた角度範囲３０７と同様である。実施形態では、エネルギー位置３０４および３０６は、それぞれ２つの異なる導波路３０２Ａおよび３０２Ｂに関連付けられたエネルギー位置３０３および３０５のほぼ中心に位置している。さらに、中心エネルギー位置３０４および３０６は、それぞれ、導波路３０２Ａおよび３０２Ｂの対称中心と整列している。そのように構成されて、導波路３０２Ａを通る伝搬経路および対応するエネルギー位置３０３は、導波路３０２Ａに関連付けられた伝搬経路の角度範囲３０７を画定し、エネルギー伝搬軸３０８は、これらの伝搬経路の対称線である。導波路３０２Ｂを通る伝搬経路および対応するエネルギー位置３０５は、導波路３０２Ｂに関連付けられた一次元における伝搬経路の角度範囲３０９を画定し、エネルギー伝搬軸３１０は、この伝搬経路グループの対称線である。中心エネルギー伝搬経路とも呼ばれるエネルギー伝搬軸３０８および３１０は、エネルギー指向面３０１Ａの法線に平行であり、エネルギー指向面３０１Ａに対してゼロ偏向角を生じさせる。ホログラフィックエネルギーシステム３００内の導波路３０２Ａおよび３０２Ｂならびにエネルギー面３４０の構成は、所望の位置においてゼロ偏向角を生じさせるように実装され得る。例えば、図２Ａに示される位置３３、３５および図２Ｂに示される位置３５は、上記のようにすべてゼロ偏向角を有し得、これらの位置におけるゼロ偏向角は、ホログラフィックエネルギーシステム２００および２５０に、これらの位置において導波路３０２Ａ、３０２Ｂと同様の導波路を含ませることによって実装され得る。
【0023】
実施形態では、エネルギー位置３０３を通って伝搬されるエネルギーは、それぞれ、導波路３０２Ａの開口のかなりの部分を満たすことができ、エネルギー抑制壁３１５のうちの１つによって隣接する導波路３０２Ｂの開口に入るのを阻止することができる。同様に、エネルギー位置３０５から伝搬されたエネルギーは、それぞれ、導波路３０２Ｂの開口のかなりの部分を満たすことができ、エネルギー抑制壁３１５のうちの１つによって隣接する導波路３０２Ａの開口に入るのを阻止することができる。この開示では、ほとんどの場合、３０３および３０５などのエネルギー面３４０上のエネルギー位置はエネルギー源と呼ばれるが、エネルギー伝搬経路が導波路に入射する構成（例えば、光照射野感知デバイス）が可能であり、導波路上のエネルギー位置はエネルギーセンサである。実施形態では、光伝搬経路を記録および投射する光照射野ディスプレイは、エネルギー位置３０３および３０５のグループ、すべてが電磁エネルギーを放出または感知するエネルギー位置のグループ、またはインターリーブされ得るエネルギーエミッタとエネルギーセンサの組み合わせから構成されるエネルギー位置のグループを有し得る。
【0024】
図３Ｂは、ホログラフィックエネルギー指向システムの第２のサブシステム３５０の実施形態の直交図を示しており、第２のサブシステム３５０は、非ゼロ偏向角を有する。サブシステム３５０は、導波路配列３４５の隣接要素である導波路３２２Ａおよび３２２Ｂを含み得、これは、図２Ｂのディスプレイ面２０１Ｂの部分に対応し得るエネルギー指向面３０１Ｂ、または図１Ａ～図１Ｅに示される導波路１０４によって画定されるエネルギー指向面１０１の代替構成を画定する。導波路３２２Ａは、エネルギー面３４０上のエネルギー位置３２３を通る伝搬経路に沿ってエネルギーを伝搬するように構成され、一方、導波路３２２Ｂは、エネルギー面３４０上のエネルギー位置３２５を通ってエネルギーを伝搬するように構成されている。エネルギー伝搬経路の角度方向は、対応するエネルギー位置のポジションに少なくとも部分的に依存している。導波路３２２Ａを通過し、導波路３２２Ａによって指向されるエネルギー位置３２４からのエネルギーは、斜線領域３３１として示され、これは、エネルギー伝搬軸３２８によって画定されるエネルギー位置３２４からのエネルギー伝搬経路である。同様に、エネルギー位置３２６からの伝搬経路３３２に沿ったエネルギーは、エネルギー伝搬軸３３０に沿って存在している。エネルギー源位置３２３の一方の縁にあるエネルギー源位置３６５からのエネルギーは、エネルギー伝搬経路３６６に沿って導波路３２２Ａによって投射され、エネルギー源位置３２３の反対側の縁におけるエネルギー源位置３６７からのエネルギーは、エネルギー伝搬経路３６８に沿って投射される。これらのエネルギー伝搬経路３６６および３６８は、導波路３２２Ａに関連付けられた伝搬経路のグループの角度３２７の範囲を画定する。導波路３２２Ｂに関連付けられたエネルギー伝搬経路は、類似している。実施形態では、エネルギー位置３２４および３２６は、それぞれ、エネルギー位置３２３および３２５のほぼ中心に位置している。そのように構成されて、対応するエネルギー位置３２３から生じる導波路３２２Ａを通過するすべての伝搬経路は、角度範囲３２７を画定し、エネルギー伝搬軸３２８は、これらの伝搬経路の対称線である。導波路３２２Ｂを通り、対応するエネルギー位置３２５から生じるすべての伝搬経路は、角度範囲３２９を画定し、エネルギー伝搬軸３３０は、これらの伝搬経路の対称線である。エネルギー投射軸３２８および３３０は、中心エネルギー投射経路としても知られており、それらがエネルギー指向面３０１Ｂの法線３３９となす角度３３８は、偏向角と呼ばれる。第１のサブシステム３００とは対照的に、導波路３２２Ａに関連付けられたエネルギー位置３２３のグループの中心エネルギー位置３２４は、導波路３２２Ａの対称中心からオフセットされている。結果として、エネルギー伝搬軸３２８は、もはやエネルギー指向面３０１Ｂに垂直ではなく、エネルギー指向面３０１Ｂの法線３３９に対して非ゼロの偏向角３３８を形成する。同様の方法で、導波路３２２Ｂに関連付けられたエネルギー位置３２５のグループの中心エネルギー位置３２６は、導波路３２２Ｂの対称中心からオフセットされ、エネルギー伝搬軸３３０は、エネルギー指向面３０１Ｂの法線３３９に対して非ゼロの偏向角３３８を形成する。ホログラフィックエネルギーシステム３５０における導波路３２２Ａおよび３２２Ｂならびにエネルギー面３４０の構成は、所望の位置において非ゼロの偏向角を生じさせるように実装され得る。例えば、図２Ｂに示される位置３３は、上記のように非ゼロの偏向角を有し、この位置における非ゼロの偏向角は、ホログラフィックエネルギーシステム３５０が、この位置、または非ゼロの偏向角が望ましい他の位置において導波路３２２Ａ、３２２Ｂと同様の導波路を含むように実装され得る。
【0025】
上記のように、実施形態では、図２Ｂに示されるディスプレイ面２０１Ｂの上部位置３３と下部位置３５との間に位置するポジションにおいて投射される光線は、ディスプレイ面１０１の上部における角度４３と、ディスプレイ面１０１の下部におけるゼロの角度（ディスプレイ面に対する法線４５）との間で変化する偏向角を有し得る。そのような実施形態では、導波路３０２Ａ、３０２Ｂ、３２２Ａ、および３２２Ｂの構成を組み込んで、偏向角の所望の変化を生じさせることができる。例えば、実施形態では、ホログラフィックエネルギー指向システムは、導波路３０２Ａまたは３０２Ｂと同様の導波路によって生じるゼロの第１の偏向角と、導波路３２２Ａまたは３２２Ｂと同様の導波路によって生じる非ゼロである第２の偏向角とを含み得る。別の例では、ホログラフィックエネルギー指向システムは、導波路３０２Ａまたは３０２Ｂと同様の導波路によって生じる第１の非ゼロの偏向角と、導波路３２２Ａまたは３２２Ｂと同様の導波路によって生じる第２の非ゼロ偏向角とを含み得、第１および第２の非ゼロの偏向角は、同じであっても異なっていてもよい。別の例では、実施形態では、ホログラフィックエネルギーシステムは、エネルギー導波路３０２Ａ、３０２Ｂ、３２２Ａ、または３２２Ｂの配列を含み得、その各々が、エネルギー指向面３０１Ｂの法線に対する偏向角を画定するエネルギー伝搬軸を有する導波路を備え、導波路の偏向角は、エネルギー導波路３４５の配列内の他の導波路の偏向角とは異なる。
【0026】
上で論じたように、いくつかの実施形態では、偏向角の勾配が望ましい場合がある。偏向角の所望の勾配を生じさせるために、導波路３０２Ａ、３０２Ｂ、３２２Ａ、または３２２Ｂなどのエネルギー導波路の配列は、第１の方向における各直後の導波路の偏向角が、各直前の導波路の偏向角と異なるように構成され得るように構成され得る。実施形態では、第１の方向での各直後の導波路の偏向角は、第１の方向での各直前の導波路の偏向角よりも大きい。別の実施形態では、第１の方向における各直後の導波路の偏向角は、第１の方向における各直前の導波路の偏向角よりも小さくなるように構成され得る。さらに別の実施形態では、２つの隣接する導波路の偏向角は、実質的に変化し得る。実施形態では、偏向角の勾配は、第１の方向に沿った偏向角の変化の不連続性によって、１つ以上の所望の位置において遮られ得る。実施形態では、エネルギー位置３２３を通って伝搬されるエネルギーは、それぞれ、導波路３２２Ａの開口のかなりの部分を満たすことができ、エネルギー抑制壁３３５のうちの１つによって隣接する導波路３２２Ｂの開口に入るのを阻止することができる。同様に、エネルギー位置３２５を通って伝搬されるエネルギーは、それぞれ、導波路３２２Ｂの開口のかなりの部分を満たすことができ、エネルギー抑制壁３３５のうちの１つによって隣接する導波路３２２Ａの開口に入るのを阻止することができる。
【0027】
図３Ｃは、非ゼロの偏向角を生じさせるために、システム２５０のようなエネルギー指向システムに組み込まれ得る非対称に構築されたエネルギー導波路の実施形態を示す。導波路３４２Ａおよび３４２Ｂは、エネルギー導波路配列３４５の隣接する要素であり、エネルギー指向面３０１Ｃを画定する。実施形態では、エネルギー指向面３０１Ｃは、光照射野ディスプレイ面である。エネルギー指向面３０１Ｃは、図２Ｂのディスプレイ面２０１Ｂの部分、または図１Ａ～図１Ｅに示されるエネルギー指向面１０１の代替構成に対応し得る。エネルギー導波路３４２Ａは、エネルギー面３４０上のエネルギー位置３４３を通してエネルギーを指向させ、一方、導波路３４２Ｂは、エネルギー面３４０上のエネルギー源位置３４５を通してエネルギーを指向させる。
【0028】
導波路３４２Ａに近づくエネルギー位置３４４からのエネルギーは、軸３４８Ａを中心とする斜線領域３８８Ａによって表され、このエネルギーは、導波路３４２Ａによって、軸３４８Ｂを中心とする導波路３４２Ａを出る斜線領域である伝搬経路３８８Ｂに再指向される。導波路３４２Ｂに近づくエネルギー位置３４６からのエネルギーは、軸３９９Ａを中心とする斜線領域３９８Ａによって表され、このエネルギーは、導波路３４２Ｂによって、軸３９９Ｂを中心とする導波路３４２Ｂを出る斜線領域である伝搬経路３９８Ｂに再指向される。同様に、エネルギー源位置３４３の一方の縁におけるエネルギー源位置３７１からのエネルギーは、軸３７２Ａに沿って導波路３４２Ａに向かって伝搬し、軸３７２Ｂに沿って導波路内で屈折し、軸３７２Ｃに沿って導波路３４２Ａを出る。エネルギー源位置３４３の反対側の縁におけるエネルギー源位置３７３からのエネルギーは、軸３７４Ａに沿って導波路３４２Ａに向かって伝搬し、軸３７４Ｂに沿って導波路内で屈折し、軸３７４Ｃに沿って導波路を出る。これらのエネルギー伝搬経路３７２Ｃおよび３７４Ｃは、導波路３４２Ａに関連付けられたすべての伝搬経路のグループの角度範囲３４７を画定する。導波路３４２Ｂに関連付けられたエネルギー投射経路は、類似している。図３Ｂとは対照的に、導波路３４２Ａに関連付けられたエネルギー源位置３４３のグループの中心エネルギー源位置３４４は、導波路３４２Ａの中心の真下にあり、光照射野ディスプレイ面３０１Ｃに近い導波路の表面が、非対称であることに留意されたい。結果として、源３４４からのエネルギーのエネルギー伝搬軸３４８Ａは、導波路３４２Ａによってエネルギー伝搬軸３４８Ｂに屈折され、これは、すべてのエネルギー源位置３４３から始まり、導波路３４２Ａを通過するエネルギー伝搬経路のグループの角度範囲３４７のほぼ中心である。これは、上記の議論から、３４８Ｂが導波路３４２Ａによって投射されたエネルギーのエネルギー伝搬軸であり、このエネルギー伝搬軸３４８Ｂが光照射野ディスプレイ面３０１Ｃに垂直ではなく、光照射野ディスプレイ面の法線３３９に対して非ゼロの角度３３８を成すことを意味している。同様に、３９９Ｂは、導波路３４２Ｂによって伝搬されるエネルギー源位置３４５からのすべての投射エネルギー経路の角度範囲３４９の中心近くに実質的に存在するので、導波路３４２Ｂによって投射されるエネルギーのエネルギー伝搬軸であり、このエネルギー伝搬軸３９９Ｂは、エネルギー指向面３０１Ｃに垂直ではなく、エネルギー指向面の法線３３９に対して非ゼロの角度３３８を成す。導波路３４２Ａに関連付けられた位置３４３からのエネルギーは、隣接する導波路３４２Ｂの開口に到達するエネルギー抑制構造３５５の形態の１つによって阻止され得、逆もまた同様である。
【0029】
図３Ｂおよび図３Ｃは、非ゼロの偏向角を生じさせるための導波路の実施形態を示しているが、他の実施形態も可能である。例えば、実施形態では、導波路は、エネルギー面３４０の法線に対してある角度において傾斜され得る。他の例は、ディスプレイ面に対して非ゼロの偏向角においてエネルギーを指向させるために、傾斜した区画または小面を含むか、複数の要素を含むか、または他の方法で、図３Ｂおよび図３Ｃに示される構成から変更された導波路を含み得る。導波路は、各導波路の中心の周りに分布するか、または各導波路の中心からオフセットされるエネルギー位置の配置のために構成され得る。これらの導波路のソリューションは、非ゼロの偏向角を達成するために、さまざまな屈折率を有するガラスの層、鏡面層、薄膜、回折格子、ホログラフィック光学要素、メタマテリアル層などを含む他の光学要素と組み合わせることができる。
【0030】
図３Ｂおよび図３Ｃは、エネルギー指向デバイスの表面に組み込まれた偏向角を有する例示的な実施形態を示す。対照的に、図４Ａは、エネルギー指向面４０１から出る光線を偏向させるために、光照射野ディスプレイ面などのエネルギー指向面４０１の上に配置された光学要素の層を使用して達成された偏向角を有するホログラフィックエネルギーシステムの実施形態の直交図を示す。位置４０５においてエネルギー指向面４０１を出るエネルギーは、伝搬経路４１１、４１２、および４１３を含む角度範囲４０６にわたって拡散される。エネルギー指向面４０１は、ゼロの偏向角を有していてもよく、上記の図３Ａのエネルギー指向面３０１Ａ、図２Ａの２０１Ａ、または図１Ａ～図１Ｅの１０１と同様の方法で構築されていてもよい。例えば、図３Ａに示される３０２Ａまたは３０２Ｂなどの導波路は、ゼロ偏向を生じさせるためにエネルギー指向面４０１の位置４０５に位置し得、それにより、エネルギー伝搬軸４１２は、ディスプレイ面４０１の法線と平行である。光学要素は、受容したエネルギー伝搬経路をエネルギー指向面４０１から屈折させて、多くの入射エネルギー伝搬経路の方向を変える屈折光学系４０２の層を含み得る。図４Ａに示される例では、伝搬経路４１１は伝搬経路４３１に偏向され、伝搬経路４１２は伝搬経路４３２に偏向され、伝搬経路４１３は伝搬経路４３３に沿って偏向される。光学要素４０２の拡大図４２１、４２２、および４２３は、屈折要素であり得る光学要素４０２の高い屈折率を通過する際に、第１の面４４１Ａで、その後、第２の面４４１Ｂで再び、２回曲げられるエネルギー伝搬経路を示している。経路４１１、４１２、および４１３は、最初に、面４４１Ａにおいて屈折材料４０２の高屈折材料の中に入るときに、第１の面４４１Ａの法線に向かって曲げられ、次に、第２の面４４１Ｂにおいて屈折光学系４０２の高屈折材料から出るときに、界面の法線から離れる。その結果、エネルギー出力軸４１２を中心に対称であった、エネルギー指向面４０１を出るエネルギー伝搬経路の角度範囲４０６が、複数の偏向した伝搬経路のほぼ対称軸であり、かつエネルギー指向面４０１の法線４３９に対して角度４３８において傾斜しているエネルギー伝搬軸４３２を有する、角度範囲４２６にマッピングされ、変換される。言い換えれば、エネルギー光線はすべて非ゼロの偏向角によって偏向されているので、ホログラフィックコンテンツは、ディスプレイ面の法線に対して、概して傾斜した方向に伝搬する。図４Ａに示されるこの例は、エネルギー投射面からの光線が、様々な特性を有するプリズムを使用した屈折光学系によりどのように偏向され得るかを示しているが、様々な屈折率を有するガラス層、鏡面層、薄膜、回折格子、回折光学系、ホログラフィック光学要素、単レンズ、多要素レンズ、液体レンズ、変形可能な表面、メタマテリアル表面などを使用可能であることに留意されたい。光学系の層は、特定の視聴形状に最適化され、光照射野ディスプレイ面に結合されて、ディスプレイ面全体の導波路の偏向角を調整するよりも、比較的少ない費用で視聴ボリュームをカスタマイズすることを可能にし得る。
【0031】
図４Ｂは、図４Ａに示されるのと同じ光学システムを示し、エネルギー伝搬軸４３２がエネルギー指向面４０１の法線と成す偏向角θ４３９を示している。ディスプレイ面４０１上の位置４０５からの伝搬経路４５１のグループは、それらが光学要素４０２に近づくと入力光軸４１２の周りにグループ化され、それらが光学要素４０２を出るときに光軸４３２を中心とするグループ４５２に再指向される。入力伝搬経路４５１の角度範囲４０６は、出力伝搬経路４５２の角度範囲４２６と実質的に同じであり得るか、またはそれらは、実装に応じて異なっていてもよい。
【0032】
図４Ｂの例は、光照射野ディスプレイからのエネルギーの非ゼロの偏向角をその表面全体で達成するために使用される光学要素の平面層を示している。いくつかの実施形態では、光照射野ディスプレイは、２つ以上のタイプのエネルギーを伝搬するように構成されている。例えば、光照射野ディスプレイは、音響エネルギーおよび電磁エネルギーなどの、２つのタイプのエネルギーを投射することができる。いくつかの実施形態では、音響エネルギーは、ディスプレイ面４０１から短い距離に配設された１つ以上の表面上の複数の位置から指向され、これらの位置は、音響エネルギーをホログラフィックオブジェクトボリュームに指向させる。他の実施形態では、ディスプレイ面４０１自体が、音響エネルギートランスデューサと電磁導波路の両方を含み、電磁エネルギーと音響エネルギーの両方を投射する。音響エネルギーは、ディスプレイ面上の導波路配列（例えば、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃの３４５）の電磁導波路要素の間のトランスデューサまたは音響導波路の位置から投射され得、エネルギーがある電磁導波路要素から別の電磁導波路要素に輸送されるのを抑制する構造（例えば、図３Ａの３１５または図３Ｃの３５５）を形成するのに役立ち得る。
【0033】
実施形態では、超音波の音響エネルギーを投射するトランスデューサの空間的に分離された配列は、三次元触覚形状および表面を空中に創出するように構成することができる。配列全体の位相遅延および振幅変動は、複数源からの超音波を指向させて、触覚を提供し得る１つ以上の特定の触覚位置に干渉させるのに役立ち得る。これらの触覚位置は、投射されたホログラフィックオブジェクトと一致し得る。一般に、平面上に配置された音響導波路またはトランスデューサは、表面がディスプレイ面から離れているか、またはディスプレイ面に統合されているかにかかわらず、音響エネルギーをその表面に外向きに垂直に投射する傾向がある。理想的には、これらの音を生成する位置の偏向角の配列により、音を平面上の複数の位置から収束点に指向させることができ、体積の触覚表面を形成することを可能にし得る。
【0034】
実施形態では、電磁および音響エネルギーの両方の偏向角は、メタマテリアルを使用して達成することができる。これらのメタマテリアルは、主に、エネルギー波面を再指向する材料として使用できる、設計されたサブ波長セルまたは構造を有するメタサーフェスと呼ばれる２次元のパターン化された表面である。エネルギーの入力ビームのこの偏向は、メタマテリアルの輪郭に沿って段階的な位相シフトを調整することによって行うことができる。メタサーフェス設計の従来のアプローチの１つは、局所位相変調を実行することであり、これは、一般化されたスネルの法則（ＧＳＬ）に従って外向き波の挙動を決定づける。これは、光学分野でレンズやビームスプリッターなどの構造を設計するために使用されている。音響学では、メタサーフェス内の位相シフトを使用して、波面を操作し、音を吸収している。
【0035】
このようなアプローチでは、散乱の効率に限界があるが、これは双異方性材料として知られているメタマテリアルを使用することで克服できる。双等方性電磁媒体では、電場と磁場が媒体の固有の定数によって結合している。結合定数が媒体内の方向に依存する場合、媒体は双異方性と呼ばれる。同様の現象は、周波数領域で汚れが運動量に結合し、応力が速度に結合するウィリス結合を示す不均質な弾性材料の音響でも起こる。
【0036】
双異方性電磁応答は、照明の方向によって散乱電磁場が異なる双異方性メタサーフェスによって実装することができる。電磁メタサーフェスの場合、一般的なソリューションはカスケード式インピーダンス層に基づいている。これらの構造は、光を高効率で偏向し、光を集束させ、その他の光学機能を実現することが実験的に検証されている。
【0037】
図４Ｃは、図４Ｂに示されるものと同様のホログラフィックエネルギーシステムを示すが、図４Ｂに示される光学要素４０２の代わりに１つ以上の光学メタサーフェス４０４を有する。図４Ｂおよび図４Ｃでは、同じ構成要素に同じ番号が割り当てられている。図４Ｃに示される例では、メタサーフェス４０４の１つ以上の層を使用して、偏向角θ４３８を達成する。メタマテリアルは、一般化されたスネルの法則に従って局所的な位相変調を実現するか、双等方性材料または双異方性材料で作られた構造体で構築することで、より高い効率で光ビームを偏向させることができる。個々のメタサーフェス領域が個別にアドレス指定可能で構成可能である場合、偏向角θ４３８は、これらの領域の各々における角度範囲にわたってプログラムされ得る。
【0038】
音響学では、最近、特定の共振器の形状寸法で実現された双異方性共振器を使用すると、入射面の音波を、６０度を超える大きな角度で９０％を超える電力効率で再指向できることが示されている［１］。このような技術は、トランスデューサなどのサウンドジェネレータの配列を収容する表面全体の音波波面の勾配偏向角を生成するための候補となる。そのような勾配偏向角は、複数の超音波波面を共通の干渉点に集束するのを支援するために使用され得、体積触覚表面を達成し、これは、上記のような触覚を提供し得る。
【0039】
図４Ｄは、入射音波４７１を実質的な偏向角θ４７６を有する出力音波４７３に偏向させるシステムの例である。図４Ｄは、単一のエネルギー源位置から機械的エネルギーを受容し、偏向された伝搬経路に沿って受容した機械的エネルギーを偏向するように構成されている、単一の偏向位置を有する偏向要素を表す。音波は、音響エネルギー源４８１の表面上のポジション４０３に位置する音響導波路または音響トランスデューサによって生成される。表面４８１は、多くの音響導波路またはトランスデューサから構成される光照射野ディスプレイ面の隣に配設される表面であり得るか、または表面４８１は、電磁導波路および音響エネルギートランスデューサの両方から構成される二重エネルギー光照射野ディスプレイ面であり得、電磁導波路と音響エネルギートランスデューサはインターリーブすることができる。音波４７１は、エネルギー軸４７２に沿って、表面４８１に垂直で、法線４７５に平行に生成され、１つ以上のメタサーフェス層４８０によって、軸４７４に沿って音波４７３に偏向される。偏向された音波のエネルギー伝搬軸４７４と音源４８１の表面の法線４３９との間の角度θ４７６が、偏向角である。個々のメタサーフェス領域が個別にアドレス指定可能で構成可能である場合、偏向角θ４７６は、これらの領域の各々における角度範囲にわたってプログラムされ得る。１つ以上のメタサーフェス層４８０は、サブ波長セルの配置の２Ｄパターン化表面、または双異方性メタマテリアルから作られた音響セルから作られ得る。
【0040】
偏向勾配と呼ばれる徐々に変化する偏向角をディスプレイ面全体で使用して、特定の視聴ボリュームの視野を拡大したり、視聴ボリュームをディスプレイ面に近づけたりすることができる。図５Ａは、電磁エネルギー指向システムの実施形態の上面図を示しており、これは、光照射野ディスプレイを含む、本開示で論じられるいずれかのエネルギー指向システムであり得る。実施形態では、図５Ａのエネルギー指向システムは、エネルギー投射面５０１の様々な表面位置において６０度の角度エネルギー伝搬範囲を有し、偏向角を有さないエネルギー投射面５０１を含む。実施形態では、エネルギー面５０１は、図１Ｂおよび図１Ｅの１０１と同様のエネルギー指向面、図２Ａの光照射野ディスプレイ面２０１Ａ、および図３Ａの表面３０１Ａの構成を組み込むことができる。実施形態では、表面５０１のエネルギー伝搬経路のグループは、表面５０１に垂直に指向され、ゼロ偏向角を生じさせる。エネルギー伝搬軸５２１～５２５を有するエネルギー伝搬経路の各グループは、それぞれ、６０度の角度範囲５１４～５１８にわたって分布している。結果として得られるホログラフィック視聴ボリューム５０４は、すべての異なる表面位置からのエネルギーが重なり、ホログラフィックオブジェクトボリューム５０３の至る所に位置するホログラフィックオブジェクトを見ることができ、同じ６０度の視野５１９を有する。この形状では、ホログラフィック視聴ボリューム５０４は、ディスプレイのおおよその幅よりも近くない場合があることに留意されたい。この構成では、ホログラフィックオブジェクトボリュームは幾何学的に非常に大きいが、光照射野ディスプレイ面５０１からの最大投射距離によって制限される場合がある。
【0041】
図５Ｂは、図５Ａに示されるものと同じディスプレイ面５０１を示すが、ディスプレイ面５０１の真正面に置かれた、図４Ａ～図４Ｂに示した層４０２と同様の光偏向層５７１で実現されるディスプレイ面全体で達成された勾配偏向角を有し、ホログラフィック視聴ボリューム５０８を光照射野ディスプレイ面５０１により近く位置決めすることを可能にする。図５Ｂでは、各々がゼロ偏向角でディスプレイ面５０１の法線５０９に平行なエネルギー伝搬軸の周りに対称的に作り出されるエネルギー伝搬グループ５８１～５８５は、ほとんどすべて、光照射野ディスプレイ面の左側の＋３０度から右側の－３０度までの範囲の偏向角５３１～５３５によって、光学偏向層５７１によって偏向される。ディスプレイ面５０１に垂直なエネルギー伝搬軸５０９を中心に対称的に作り出されるエネルギー伝搬経路５８１はすべて、偏向層５７１によって、３０度の角度５３１だけ、軸５５１を中心とする偏向エネルギー伝搬経路に、中央ホログラフィック視聴ボリューム５０８に向かって偏向される。同様に、偏向された伝搬軸５５１～５５５の各々が、ディスプレイ面上の位置とは無関係にホログラフィック視聴ボリューム５０８の中央付近を示すように、エネルギー光線５８２は、エネルギー伝搬軸５５２に１５度偏向され、エネルギー光線５８３は偏向されず、エネルギー伝搬軸５５３に沿って継続し、エネルギー光線５８４は、エネルギー伝搬軸５５４に－１５度偏向され、エネルギー光線５８５は、エネルギー伝搬軸５５５に－３０度偏向される。光照射野ディスプレイ面５０１上の中間点において、偏向角は、ちょうど与えられた偏向角の補間された値であり得る。言い換えれば、偏向角は、エネルギー指向面上のポジションを横切って連続的に変化する場合があり、または、それは領域にグループ化され、不連続性の境界を有する場合がある。偏向角は、図５Ｂにおいて一次元でのみ変化するように示されているが、一般に、偏向角は、エネルギー指向面を横切るポジションのいずれかの連続的または非連続的関数であり得る。図５Ｂに示される構成では、エネルギー伝搬経路５８１～５８５の偏向の前後の角拡散は、６０度の角度５４１～５５５である。
【0042】
その結果、エネルギー伝搬軸を中心とするエネルギー伝搬経路の束が、光照射野ディスプレイ面の各部分からホログラフィック視聴ボリューム５０８に向けて指向され、約１２０度に等しい角度５２９ほどであり得る視野、およびディスプレイ面の水平方向幅の一部のディスプレイ面５０１に近接し得るホログラフィック視聴ボリューム５０８がもたらされる。ディスプレイ面の縁を出る光線は、ディスプレイ面の幅よりも広い水平方向領域に指向されない場合があり、その結果、ホログラフィック視聴ボリューム５０８から離れて投射されるエネルギーが回避されることに留意されたい。
【0043】
図５Ａと図５Ｂに示される実施形態間の違いを調べると、勾配偏向角を使用して、視聴者の視聴ボリュームの視野を拡大し、エネルギー投射面と視聴ボリュームとの間の分離を減少させ、したがって、視聴観客へのホログラフィックオブジェクトの近接性を高め得ることがわかる。ホログラフィックオブジェクトボリュームは、図５Ａよりも図５Ｂの方が小さいが、光照射野ディスプレイの最大投射距離に適応するようにカスタマイズすることができる。ディスプレイの設計パラメータは、これを考慮に入れて、投射距離、解像度、および視野の相互に競合する要件のバランスをとることができる。
【0044】
図５Ｃは、図５Ｂの偏向光学系５７１の層が、同じ偏向角を作り出す勾配メタサーフェスの１つ以上の層５７５で置き換えられていることを除いて、図５Ｂに示されるのと同じホログラフィックディスプレイシステムである。そうでなければ、同じ番号が図５Ｂおよび図５Ｃの同じ構成要素に割り当てられる。勾配メタサーフェス層５７５は、図４Ｃに示されるメタマテリアル面４０４の挙動と同様に、調整可能な角度で光線を偏向させることができる。メタサーフェス層５７５は、一般化されたスネルの法則に従って局所位相変調を達成することによって、光線の方向を変えることができ、または双等方性メタマテリアルもしくは双異方性メタマテリアルで作られた構造で構築することによって、より高い効率で光ビームを偏向することができる。
【0045】
図３Ｂおよび図３Ｃに示されるように、光照射野ディスプレイ上の偏向角は、導波路の配列を使用して達成され得、各導波路は、複数のエネルギー位置を通してエネルギーを伝搬し、導波路の平面に垂直ではないエネルギー伝搬対称軸を中心とするエネルギー投射経路のグループを作り出すように構成されている。図５Ｄは、エネルギー投射面上の位置の関数として可変の非ゼロ偏向角を有するように構成されているエネルギー投射面５２０の実施形態の上面図を示し、ホログラフィック視聴ボリュームを、偏向角を使用しない場合よりもエネルギー投射面にはるかに近く位置決めすることを可能にする。図５Ｃおよび図５Ｄでは、同じ番号が同じ構成要素に割り当てられている。図５Ｄのホログラフィックシステムは、図５Ｄの勾配偏向角が、ディスプレイ面５０１の前面に配設されたメタマテリアル５０９の表面ではなく、ディスプレイ面５２０を形成する導波路で達成されることを除いて、図５Ｃに示されるものとほぼ同じである。エネルギー指向ディスプレイ面５２０は、図３Ｂに示されるエネルギー指向面３０１Ｂを形成する３２２Ａおよび３２２Ｂと同様の導波路、図３Ｃに示されるエネルギー指向面３０１Ｃを形成する３４２Ａおよび３４２Ｂと同様の導波路、様々な偏向角を有するこれらの導波路のいくつかの組み合わせ、またはそれ以外のタイプの導波路から構成され得る。
【0046】
視野を拡大し、投射されたホログラフィックオブジェクトを視聴ボリュームに近接させるために、または言い換えれば、視聴者の没入体験を向上させるために使用できる光照射野ディスプレイ面の追加の実施形態がある。観客の正面を弧状に取り囲む曲面を含む実施形態は、一実施形態である。他の実施形態では、１つ以上のディスプレイ面は、中央のディスプレイ面に対してある角度において配置することができる。これにより、集合的なディスプレイ面が視聴ボリュームを取り囲み、ホログラムオブジェクトをそのボリュームに近づけ、視野の拡大を達成することが可能になる。平らな面を互いに角度をつけて使用することで、ディスプレイ面全体をモジュール方式で構築し、特定の視聴ボリューム要件に対して迅速に最適化することができるような構成で、複数の同一パネルを使用することが可能になる。
【0047】
エネルギー指向面上のポジションの関数としての偏向角の概念を、機械的エネルギーの伝搬に実装することができる。音響機械エネルギーを投射する位置の空間的に分離された配列は、三次元触覚形状および表面を空中に創出するように構成することができる。いくつかの実施形態では、配列全体の位相遅延と振幅変化が、これらの触覚形状の創出に役立ち得る。一部の用途では、音響エネルギー位置から放出される音を、触覚ボリュームに向かってある角度において傾斜させることができることが有益であり得る。図５Ｅは、音波５６Ａ、５６Ｆ、および５６Ｋをそれぞれ作り出す音響エネルギー層５６１上の３つの音響機械エネルギー源５６１Ａ、５６１Ｆ、および５６１Ｋから構成される音響機械エネルギー指向デバイスのトップダウン直交図を示しており、音波は、静的音響偏向層５９２によって、触覚ボリューム５５８に向かって受容され、音波５７Ａ、５７Ｆ、および５Ｋにそれぞれ偏向される。音響エネルギー源５６１Ａ、５６１Ｆ、および５６１Ｋは、図４Ｄに示されるポジション４０３に位置する音響エネルギー源と同様の音響トランスデューサであり得る。静的音響偏向層５９２は、図４Ｄを参照して論じた４８０と同様の、メタマテリアルで作られたメタサーフェスであり得、触覚表面が生成される領域に向かって音波波面を指向させるのに役立ち得る。実施形態では、図５Ｅに示される音響エネルギー指向デバイスは、ホログラフィックオブジェクトと一致する触覚表面を生成するために、光照射野ディスプレイとともに使用され得る。別の実施形態では、図５Ｅに示される音響エネルギー指向デバイスは、透光性であり、光照射野ディスプレイのエネルギー指向表面上に配置され、ホログラフィックオブジェクトを表示し、かつ触覚表面を生成する二重エネルギー指向デバイスを創出することができる。
【0048】
個々の音響エネルギー源の配列上に配置された再構成可能な個々の音響エネルギー偏向デバイスの配列から、再構成可能な４次元（４Ｄ）音響エネルギー場を構築することが可能である。図５Ｆは、音響エネルギー源５６１Ａ～Ｄの配列５６１上に配置された再構成可能な音響エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄの配列５６２を提供する偏向要素から構成される４Ｄ音響エネルギー指向システムの直交図を示す。再構成可能な音響エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄは、個々のデバイス、または１つ以上の基板上の個々の部位から構成される偏向要素によって提供され得、各基板は、複数の部位を収容する。エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄは、上記のメタマテリアルで作られたメタサーフェスであり得、図４Ｄの層４８０に示されるものと同様であり得る。エネルギー源位置５６１Ａ～Ｄは、それぞれ音波５６Ａ～Ｄを投射し、これらはそれぞれ、音響エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄによって受容され、偏向された伝搬方向を有する音波５７Ａ～Ｄに偏向される。各音響エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄは、２次元角度座標（ｕ，ｖ）、およびエネルギー指向面５０１Ａ上のポジションを決定する２次元座標（ｘ，ｙ）を有する少なくとも１つの音響エネルギー伝搬経路に関連付けられている。これらの座標は一緒になって、各音響エネルギー伝搬経路の４次元座標（ｘ，ｙ，ｕ，ｖ）を形成する。図５Ｆでは、音の伝搬経路５７Ａ～Ｄの位置座標は、（ｘ，ｙ）＝（０，０）、（１，０）、（２，０）、および（３，０）であり、それぞれの角度座標は（ｕ，ｖ）＝（ｕ０，ｖ０）、（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、および（ｕ３，ｖ３）であり、結果として、４Ｄ座標＝（０，０，ｕ０，ｖ０）、（１，０，ｕ１，ｖ１）、（２，０，ｕ２，ｖ２）、および（３，０，ｕ３，ｖ３）をもたらす。図５Ｆに示される実施形態では、各音響エネルギー偏向位置５６２Ａ～Ｄは、１つの音のエネルギー位置５６１Ａ～Ｄのみからエネルギーを偏向させるが、各音の偏向位置が、複数の音源を複数の伝搬経路に指向させることが可能であり、それぞれ（ｕ，ｖ）座標を使用する。そのようなエネルギー指向システムは、図１Ｂおよび図１Ｅに示される４Ｄ光照射野ディスプレイシステムに非常に類似しているように見える場合がある。
【0049】
図５Ｇは、図５Ｆに示される４Ｄ音響エネルギー指向システムが、触覚インターフェースを生成するためにどのように使用され得るかを示す。図５Ｇでは、複数の音響エネルギー源５６Ｄ、５６Ｈ、および５６Ｌは、平面５６１上のエネルギー源位置５６１Ｄ、５６１Ｈ、および５６１Ｌによって作り出され、平面５６２上の音響エネルギー偏向位置５６２Ｄ、５６２Ｈ、および５６２Ｌによって音波５７Ｄ、５７Ｈ、および５７Ｌに偏向される。これらの音波５７Ｄ、５７Ｈ、および５７Ｌは収束し、触覚インターフェース５９１を作り出す。一実施形態では、音波は超音波であり、干渉すると、触覚を作り出し得るはるかに低い周波数の波を作り出す。図５Ｇに示されるエネルギー指向システムは、光照射野ディスプレイ面の平面の近くに配設され得るが、ディスプレイ面からの光を遮断することを回避するために、それから空間的に完全にオフセットされ得る。音響エネルギー源平面５６１および音響偏向平面５６２は、光照射野ディスプレイからの光を透過させ得る。触覚表面５９１は、光照射野ディスプレイによって投射されたホログラフィックオブジェクトと一致し得る。層５９２上の音響エネルギー偏向位置５６２Ｄ、５６２Ｈ、および５６２Ｌはそれぞれ、一般化されたスネルの法則に従って局所位相変調を達成することによって、音波を偏向させるか、または双等方性音響メタマテリアルもしくは双異方性音響メタマテリアルで作られた構造で構築されることによって、より高い効率で音のビームを偏向することができる。
【0050】
図５Ｈは、音響エネルギー偏向位置を有するエネルギー導波路をインターリーブすることによって、二重エネルギー指向面５９５がどのように構築され得るかを示している。図５Ｈの左側の上面図は、エネルギー導波路３０２０が、二重エネルギー指向面５９５上の音響エネルギー偏向位置５６２０とどのようにインターリーブされるかを示している。この例は、これらの要素が同じサイズであることを示しているが、音響偏向位置が導波路よりも小さいまたは大きいサイズを有する場合がある、インターリーブパターンの規則的および不規則的な配置はさらに多く存在する。この例では、要素５８９の列は、図３Ａに示される導波路３０２Ａおよび３０２Ｂであり得る導波路３０２Ａ、３０２Ｂ、および３０２Ｃから構成され得、列はまた、音響ビーム偏向位置５６２Ｘおよび５６２Ｙを収容し得、これらは、図５Ｇに示される５６２Ｄおよび５６２Ｈと同様であり得る。図５Ｈの右側の側面図は、導波路３０２Ａ～Ｃが１つ以上の電磁エネルギー源位置グループ３０３Ａ～Ｃから電磁エネルギーをどのように指向させるかを示し、ここで、導波路３０２Ａは、エネルギー伝搬経路５０８Ａに沿ってエネルギーを指向し、導波路３０２Ｂは、伝搬経路５８０Ｂに沿ってエネルギーを指向し、および導波路３０２Ｃは、エネルギー伝搬経路５８０Ｃに沿ってエネルギーを指向する。エネルギー抑制構造３１５Ａは、隣接する導波路３０２Ｂと３０２Ｃとの間に構成されて、第１の導波路に関連付けられたエネルギー源の１つのグループからのエネルギーが隣接する導波路に到達するのを抑制することができる。エネルギー抑制構造３１５Ａは、図３Ａの３１５と同様であり得る。音響エネルギー指向部位５６２Ｘ～Ｙは、音響または機械的エネルギー源位置５６１Ｘ～Ｙからそれぞれ機械的エネルギーを受容し、このエネルギーをそれぞれ音波５７Ｘおよび５７Ｙに偏向させる。エネルギー抑制構造３１５Ｂは、３０２Ｂなどの導波路と５６２Ｘなどの音響エネルギー偏向部位との間に構成されて、導波路のエネルギーが音響エネルギー偏向部位に干渉するのを制限することができ、逆もまた同様である。二重エネルギー源面５９４は、２つのタイプのエネルギー源位置を収容し、このエネルギーは、導波路および二重エネルギー指向面５９５上の音響エネルギー偏向位置によってエネルギー伝搬経路に指向される。図５Ｈの実施形態は、異なる導波路および音響ビーム偏向デバイスの１つの配置を示しているが、２つの異なる４Ｄエネルギー場を投射するインターリーブソリューションを可能にする他の多くのものがある。
【0051】
図５Ｉは、二重エネルギー指向面５９５を使用して、ホログラフィックオブジェクトの表面５９２と触覚表面５９１を同時に投射し得る方法を示している。エネルギー指向面５９５は、図５Ｈに詳細に示されている。二重エネルギー面５９５全体に分布された図５Ｈに示されるような複数の光導波路３０２０は、４Ｄ光照射野を含み、光線５８０を投射し、その一部分は収束してホログラフィック表面５９２を形成する。ホログラフィックオブジェクトボリュームで作り出された５９２などのホログラフィックオブジェクトは、ホログラフィック視聴ボリュームで視聴することができる。二重エネルギー面５９５全体に分布し、導波路３０２０とインターリーブされた図５Ｈに示す複数の音響エネルギー偏向位置５６２０は、４次元音響エネルギー場を含み、複数の音響エネルギービーム５７を偏向させて、それらが収束して触覚表面５９１を形成するようにし、これはホログラフィック表面５９２と一致し得る。光投射光線５８０は、図５Ｈの５９５の側面図に示される光線５８０Ａ～Ｃと同様の方法で生成され、音響エネルギー伝搬経路５７は、図５Ｈに示す音響エネルギービーム５７Ｘ～Ｙと同様の方法で生成される。
【0052】
図６は、視聴ボリュームの真正面にある中央壁掛け式光照射野ディスプレイ面６０１と、中央パネルに対して４５度の角度を付けられ、視聴ボリュームに向かって傾斜した側方光照射野ディスプレイ面６０２とを含むホログラフィックディスプレイの実施形態の直交図を示しており、両方のパネルは、それらの表面全体の勾配偏向角を特色としている。ホログラフィックコンテンツは、中央のパネルから、通常は視聴ボリュームに向かう方向に投射される。光線群６３１は、ディスプレイの上部近くのエネルギー伝搬軸６１１に沿って投射され、光線群６３２は、ディスプレイの中央におけるエネルギー伝搬軸６１２に沿って投射され、光線群６３３は、ディスプレイの下部近くのエネルギー伝搬軸６１３Ａに沿って投射される。これらのエネルギー投射軸の各々は、法線６０８からディスプレイ面６０１まである角度（６２１、６２２、および６２３Ａ）にある。同様に、ホログラフィックコンテンツは、ディスプレイ面６０２の法線６０９に対して可変角度において、同じく視聴ボリュームの一般的な方向に、下部光照射野ディスプレイ面６０２から投射される。光線群６３３は、ディスプレイ面位置６０３においてディスプレイ６０２の上部近くの軸６１３Ｂに沿って、ディスプレイ６０２の中央のエネルギー伝搬軸６１４に沿って、およびディスプレイ６０２の下部におけるエネルギー伝搬軸６１５に沿って投射される。これらの伝搬方向の各々はまた、法線６０９からディスプレイ面６０２まである角度（６２３Ｂ、６２４、６２５）にある。その結果、視聴ボリュームには、小さな女の子６０５と２人の大人６０６を含む、すべての観客員が含まれる場合があり、ホログラフのステゴサウルス６０７の頭部は、より遠くに、観客員６０５にさらに近づいて投射され得、シーンの臨場感と没入感が増す。
【0053】
図７は、中央平面７０１と、中央面７０１の両側にある２つの光照射野ディスプレイ面７０２、７０３とを含む光照射野ディスプレイ面の実施形態の上面図を示しており、中央面７０１に対して視聴ボリューム７０５に向かって内側に角度が付けられている。ディスプレイ面に垂直ではない角度で複数のエネルギー投射軸７１０として実現される勾配偏向角により、各ディスプレイ面上の各ポジションからエネルギー投射軸７１０に沿って、理想的な視聴ボリューム７０５の中心にほぼ向かう方向にホログラフィックコンテンツを投射することが可能になる。このディスプレイ面は、中央のディスプレイ面７０１に面している理想的な視聴ボリューム７０５に位置する視聴者の全視野をカバーする。拡張視聴ボリューム７０６内でさらに遠くに存在し得るホログラフィックオブジェクトを、視聴者は見ることができる。エネルギー指向面は、図７に示されているもの以外の構成で使用することができる。例えば、複数の小面を持つエネルギー投射面、曲面もしくはくさび形の面、またはこれらの組み合わせを有することができる。
【0054】
中央の平面のみを有するエネルギー指向面は、ホログラフィックオブジェクトと視聴ボリュームとの間の平面近接度、平面視野、および中央のディスプレイ面と視聴ボリュームとの間の平面閾値分離を有する。視聴者に向かって角度を付けた１つ以上の側面エネルギー指向面を追加することで、ディスプレイ面とホログラフィックオブジェクトとの間の近接度を平面近接度に比べて高め、視野を平面的な視野に比べて広げ、ディスプレイ面と視聴ボリュームとの間の分離を平面分離に比べて減少させることができる。側面を視聴者に向けてさらに角度を付けると、さらに近接度を増大させ、視野を広げ、分離を減少させることができる。言い換えれば、側面の角度の付いた配置は、視聴者の没入感を高めることができる。
【0055】
図７の実施形態は、他のエネルギー領域に拡張することができる。図７において、ホログラフィックオブジェクトボリュームは、光エネルギー光線が収束して光エネルギー面を形成する体積であり、視聴ボリュームは、光エネルギー面を出る光エネルギーを受容するための体積であり、視野は、エネルギー受容ボリューム内で受容されるエネルギー投射経路の角度範囲である。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図5H】
【図5I】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】