(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】2023-07-04
(54)【発明の名称】ホログラフィック波面印刷のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G03H 1/04 20060101AFI20230627BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20230627BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20230627BHJP
G02B 27/02 20060101ALN20230627BHJP
【ＦＩ】
G03H1/04
G02B5/18
G02B5/30
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022548475
(86)(22)【出願日】2021-05-02
(85)【翻訳文提出日】2022-10-04
(86)【国際出願番号】 US2021030381
(87)【国際公開番号】W WO2021236320
(87)【国際公開日】2021-11-25
(31)【優先権主張番号】16/878,018
(32)【優先日】2020-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
(71)【出願人】
【識別番号】515046968
【氏名又は名称】メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002974
【氏名又は名称】弁理士法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】リー， カン
(72)【発明者】
【氏名】バン， キスン
(72)【発明者】
【氏名】マイモニ， アンドリュー
(72)【発明者】
【氏名】チャン， チャンウォン
(72)【発明者】
【氏名】ワン， モンフェイ
(72)【発明者】
【氏名】ジャマリ， アフスーン
(72)【発明者】
【氏名】ワン， ジュンレン
【テーマコード（参考）】
2H149
2H199
2H249
2K008
【Ｆターム（参考）】
2H149BA05
2H149BA22
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA42
2H199CA43
2H199CA68
2H199CA83
2H199CA92
2H199CA93
2H199CA96
2H199CA97
2H249AA64
2K008BB04
2K008FF27
2K008HH06
2K008HH11
2K008HH26
(57)【要約】
ホログラフィック記録システムは、ホログラフィック材料層を配置するように構成された線形並進ステージと、レーザビームを放射するように構成された光源と、レーザビームを第１の光ビームおよび第２の光ビームに分割し、第２の光ビームをホログラフィック材料層に向けるように構成されたビーム分割サブシステムと、物体ビームを生成するために第１の光ビームを変調させる干渉縞を実現するように構成された空間光変調器と、物体ビームをフィルタリングするように構成されたフィルタと、物体ビームを縮小するように構成された縮小光学サブシステムと、第２の光ビームに干渉させるためにホログラフィック材料層に向かう１組の方向に物体ビームを向けるように構成可能な切り替え可能な回折格子スタックとを含む。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックは、複数の偏光回折格子、および／または積層に配置された複数の切り替え可能な波長板を含む。
【選択図】図１９
【選択図】図１９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホログラフィック記録システムであって、ホログラフィック材料層を配置するように構成された線形並進ステージと、
レーザビームを放射するように構成された光源と、
前記レーザビームを第１の光ビームおよび第２の光ビームに分割し、前記第２の光ビームを前記ホログラフィック材料層に向けるように構成されたビーム分割サブシステムと、
物体ビームを生成するために前記第１の光ビームを変調させる干渉縞を実現するように構成された空間光変調器と、
前記物体ビームを縮小するように構成された縮小光学サブシステムと、
前記第２の光ビームに干渉させるために前記ホログラフィック材料層に向かう１組の方向に前記物体ビームを向けるように構成可能な切り替え可能な回折格子スタックと
を備える、ホログラフィック記録システム。
【請求項2】
前記物体ビームは自由形状の波面を特徴とする、請求項１に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項3】
前記干渉縞は、コンピュータによって生成されたホログラムを含む、請求項１または２に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項4】
前記干渉縞は、前記第１の光ビームの位相または振幅のうちの少なくとも一方を変調するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項5】
前記切り替え可能な回折格子スタックは、積層に配置された複数の偏光回折格子を含み、前記複数の偏光回折格子における各偏光回折格子は、右回り円偏光光ビームを第１の方向に向け、左回り円偏光光ビームを第２の方向に向けるように構成可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項6】
前記複数の偏光回折格子が、右回り円偏光回折格子または左回り円偏光回折格子のうちの少なくとも一方を含み、かつ／または好ましくは、前記複数の偏光回折格子が、偏光ボリューム回折格子、パッシブパンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）回折格子、またはアクティブＰＢＰ回折格子のうちの少なくとも１つを含み、かつ／または好ましくは、前記複数の偏光回折格子における各偏光回折格子が、前記右回り円偏光光ビームを、±１回折次数のうちの一方に回折し、
前記左回り円偏光光ビームを、前記±１回折次数のうちの他方に回折するように構成可能である、請求項５に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項7】
前記複数の偏光回折格子における各偏光回折格子が、前記右回り円偏光光ビームおよび前記右回り円偏光光ビームのうちの一方を、±１回折次数のうちの一方に回折し、
前記右回り円偏光光ビームおよび前記右回り円偏光光ビームのうちの他方の伝搬方向を維持するように構成される、請求項５または６に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項8】
前記複数の偏光回折格子とインターリーブされた複数の切り替え可能な半波長板をさらに備え、前記複数の切り替え可能な半波長板の各々は、オンに切り替えられたときに右回り円偏光入力ビームを左回り円偏光出力ビームに変換し、左回り円偏光入力ビームを右回り円偏光ビームに変換し、
電圧信号によってオフに切り替えられたときに入力ビームの偏光状態を維持するように構成され、かつ／または好ましくは、前記複数の偏光回折格子における各偏光回折格子が、異なるそれぞれの格子周期を特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項9】
前記複数の偏光回折格子は、複数のアクティブ回折格子を含み、前記複数のアクティブ回折格子における各アクティブ回折格子が、
オンに切り替えられたとき、円偏光光ビームを回折し、前記円偏光光ビームの偏光状態を変化させ、
電圧信号によってオフに切り替えられたとき、入射ビームの伝搬方向および偏光状態を維持するように構成される、請求項５から８のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項10】
前記空間光変調器が前記レンズの焦点面にあるように前記空間光変調器に対して配置されたレンズと、前記レンズの別の焦点面に配置され、前記物体ビームをフィルタリングするように構成されたローパスフィルタと
をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項11】
前記縮小光学サブシステムは、異なるそれぞれの焦点距離を特徴とする２つのレンズを含むテレセントリックサブシステムを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項12】
前記１組の方向は、前記切り替え可能な回折格子スタックの表面法線方向に対して３０°超の角度を特徴とする方向を少なくとも含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項13】
前記第２の光ビームを変調する第２の干渉縞を実現するように構成された第２の空間光変調器と、前記第２の光ビームを縮小し、前記第２の光ビームを前記ホログラフィック材料層に向けるように構成された第２の縮小光学サブシステムと
をさらに備え、
好ましくはさらに、
前記第２の空間光変調器が前記レンズの焦点面にあるように前記第２の空間光変調器に対して配置されたレンズと、
前記レンズの別の焦点面に配置され、前記第２の光ビームをフィルタリングするように構成されたローパスフィルタと
を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のホログラフィック記録システム。
【請求項14】
ホログラムの複数のホログラム素子のうちの１つのホログラム素子を記録する方法であって、線形並進ステージを制御して、前記線形並進ステージ上のホログラフィック材料層を第１の位置に配置することと、
空間光変調器に干渉縞を実現するためのデータを提供することであって、前記干渉縞が、コリメート光ビームによって照射されると、物体ビームを生成する、データを提供することと、
前記物体ビームをフィルタリングすることと、
前記物体ビームを縮小することと、
前記物体ビームを１組の不連続な方向のうちのある方向へと操作するように切り替え可能な回折格子スタックを構成することと、
前記ホログラフィック材料層の領域を前記物体ビームおよび参照ビームに露光して前記ホログラム素子を形成することと
を含む、方法。
【請求項15】
第２の空間光変調器に第２の干渉縞を実現するためのデータを提供することであって、前記第２の干渉縞が、第２のコリメート光ビームによって照射されると、前記参照ビームを生成する、データを提供することと、前記参照ビームをフィルタリングすることと、
前記参照ビームを縮小することと
をさらに含み、かつ／または好ましくは、
前記切り替え可能な回折格子スタックは、複数の偏光回折格子と、積層に配置された複数の切り替え可能な半波長板とを含み、
前記複数の偏光回折格子における各偏光回折格子は、右回り円偏光光ビームを第１の方向に向け、左回り円偏光光ビームを第２の方向に向けるように構成可能である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、ホログラフィック光学素子に関する。より詳細には、本明細書では、複雑な自由形状の波面を再現することができる大型ホログラフィック光学素子を記録するための技術が開示されている。
【背景技術】
【0002】
ホログラフィック記録は、一般に、信号波（例えば、記録または符号化される物体から、またはこれを表す波）および参照波を用いて、記録材料に干渉波を生成し、ホログラムなどのホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を記録する。このように、ホログラムは、物体または場面からの光場の振幅および位相の両方の情報を符号化することができるのに対し、写真は一般に光場の２次元（２Ｄ）振幅のみを記録することができる。ＨＯＥが参照波を用いて示されると、ＨＯＥは参照波を回折させて信号波を再現し、それによって物体または場面の光場を再構成することができる。ホログラフィック技術は、３次元（３Ｄ）ディスプレイ、光計測、医療、商業など、多くの分野で用いることができる。
【発明の概要】
【0003】
本開示は、一般に、ホログラフィック光学素子に関する。より詳細には、本明細書では、複雑な自由形状の波面を再現することができる大型ホログラフィック光学素子を記録するための技術が開示されている。システム、サブシステム、モジュール、デバイス、構成要素、材料、方法、組成物、プロセスなどを含む、種々の発明の実施形態が本明細書に記載されている。
【0004】
特定の実施形態によれば、ホログラフィック記録システムは、ホログラフィック材料層を配置するように構成された線形並進ステージと、レーザビームを放射するように構成された光源と、レーザビームを第１の光ビームおよび第２の光ビームに分割し、第２の光ビームをホログラフィック材料層に向けるように構成されたビーム分割サブシステムと、物体ビームを生成するために第１の光ビームを変調させる干渉縞を実現するように構成された空間光変調器と、物体ビームを縮小するように構成された縮小光学サブシステムと、第２の光ビームに干渉するためにホログラフィック材料層に向かう１組の方向に物体ビームを向けるように構成可能な切り替え可能な回折格子スタックとを備えていてもよい。
【0005】
ホログラフィック記録システムのいくつかの実施形態では、物体ビームは、自由形状の波面を特徴としてもよい。干渉縞は、コンピュータによって生成されたホログラムを含んでいてもよい。干渉縞は、第１の光ビームの位相または振幅のうちの少なくとも一方を変調するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ホログラフィック記録システムは、空間光変調器がレンズの焦点面にあるように空間光変調器に対して配置されたレンズと、レンズの別の焦点面に配置され、物体ビームをフィルタリングするように構成されたローパスフィルタとをさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態では、縮小光学サブシステムは、異なるそれぞれの焦点距離を特徴とする２つのレンズを備えたテレセントリックサブシステムであってもよい。いくつかの実施形態では、１組の方向は、切り替え可能な回折格子スタックの表面法線方向に対する３０°超の角度を特徴とする方向を少なくとも含んでいてもよい。
【0006】
ホログラフィック記録システムのいくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックは、積層に配置された複数の偏光回折格子を含んでいてもよい。複数の偏光回折格子における各偏光回折格子は、右回り円偏光光ビームを第１の方向に向け、左回り円偏光光ビームを第２の方向に向けるように構成可能であってもよい。複数の偏光回折格子は、右回り円偏光回折格子または左回り円偏光回折格子のうちの少なくとも一方を含んでいてもよい。複数の偏光回折格子は、偏光ボリューム回折格子、パッシブパンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）回折格子、またはアクティブＰＢＰ回折格子のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、複数の偏光回折格子における各偏光回折格子は、右回り円偏光光ビームを±１回折次数のうちの一方へ回折し、左回り円偏光光ビームを±１回折次数のうちの他方へと回折するように構成可能であってもよい。いくつかの実施形態では、複数の偏光格子における各偏光格子は、右回り円偏光光ビームおよび左回り円偏光光ビームのうちの一方を±１回折次数のうちの一方に回折し、右回り円偏光光ビームおよび左回り円偏光光ビームのうちの他方の伝搬方向を維持するように構成される。いくつかの実施形態では、ホログラフィック記録システムは、複数の偏光回折格子とインターリーブされた複数の切り替え可能な半波長板をさらに備えていてもよく、複数の切り替え可能な半波長板の各々は、オンに切り替えられたときに右回り円偏光入力ビームを左回り円偏光出力ビームに変換し、左回り円偏光入力ビームを右回り円偏光ビームに変換し、電圧信号によってオフに切り替えられたときに入力ビームの偏光状態を維持するように構成されてもよい。複数の偏光回折格子の各偏光回折格子は、異なるそれぞれの回折格子の周期を特徴としてもよい。
【0007】
いくつかの実施形態において、複数の偏光回折格子は、複数のアクティブ回折格子を含んでいてもよく、複数のアクティブ回折格子の各アクティブ回折格子は、オンに切り替えられたとき、円偏光光ビームを回折し、円偏光光ビームの偏光状態を変更し、電圧信号によってオフに切り替えられたとき、入射ビームの伝搬方向および偏光状態を維持するように構成される。いくつかの実施形態では、ホログラフィック記録システムは、空間光変調器がレンズの焦点面にあるように空間光変調器に対して配置されたレンズと、レンズの別の焦点面に配置され、物体ビームをフィルタリングするように構成されたローパスフィルタとをさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態では、縮小光学サブシステムは、異なるそれぞれの焦点距離を特徴とする２つのレンズを含むテレセントリックサブシステムを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、１組の方向は、切り替え可能な回折格子スタックの表面法線方向に対する３０°超の角度を特徴とする方向を少なくとも含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、ホログラフィック記録システムは、第２の光ビームを変調する第２の干渉縞を実現するように構成された第２の空間光変調器と、第２の光ビームを縮小し、第２の光ビームをホログラフィック材料層に向けるように構成された第２の縮小光学サブシステムとをさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態では、ホログラフィック記録システムは、第２の空間光変調器がレンズの焦点面にあるように第２の空間光変調器に対して配置されたレンズと、レンズの別の焦点面に配置され、第２の光ビームをフィルタリングするように構成されたローパスフィルタとをさらに備えていてもよい。
【0008】
特定の実施形態によれば、ホログラムの複数のホログラム素子のうちの１つのホログラム素子の記録方法は、線形並進ステージを制御して、線形並進ステージ上のホログラフィック材料層を第１の位置に配置することと、空間光変調器に干渉縞を実現するためのデータを提供することであって、干渉縞が、コリメート光ビームによって照射されると、物体ビームを生成してもよい、データを提供することと、物体ビームをフィルタリングすることと、物体ビームを縮小することと、物体ビームを１組の不連続な方向へと操作するように切り替え可能な回折格子スタックを構成することと、ホログラフィック材料層の領域を物体ビームおよび参照ビームに露光してホログラム素子を形成することとを含んでいてもよい。
【0009】
いくつかの実施形態では、本方法は、第２の空間光変調器に第２の干渉縞を実現するためのデータを提供することであって、第２の干渉縞が、第２のコリメート光ビームによって照射されると、物体ビームを生成してもよい、提供することと、参照ビームをフィルタリングすることと、参照ビームを縮小することとをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックは、複数の偏光回折格子と、積層に配置された複数の切り替え可能な半波長板とを備えていてもよい。複数の偏光回折格子における各偏光回折格子は、右回り円偏光光ビームを第１の方向に向け、左回り円偏光光ビームを第２の方向に向けるように構成可能であってもよい。
【0010】
この概要は、特許請求された主題の重要なまたは必須の特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求された主題の範囲を決定するために単独で使用することを意図したものでもない。主題は、本開示の明細書全体、あらゆる図面、および各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。上記は、他の特徴および実施例と共に、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付図面において、以下でより詳細に説明される。
【0011】
下記図面を参照しながら、例示的実施形態を以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】特定の実施形態によるホログラフィック記録システムの例を示す。
【図1B】物体波および参照波を用いてホログラフィック材料層にホログラフィック光学素子を記録する例を示す。
【図2】２段フォトポリマーを含むホログラフィック記録材料の例を示す。
【図3A】ホログラフィック光学素子をフォトポリマー材料層に記録する例を示しており、未露光のフォトポリマー材料層の例を示す。
【図3B】ホログラフィック光学素子をフォトポリマー材料層に記録する例を示しており、フォトポリマー材料層におけるホログラフィック記録中のモノマーの拡散および重合の例を示す。
【図4】特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィックプリンタの例を示す。
【図5】特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するために自由形状の物体波を生成するための空間光変調器を備えたホログラフィックプリンタの光学サブシステムの例を示す。
【図6】特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するために自由形状の物体波を生成するための空間光変調器を備えたホログラフィック波面プリンタの例の簡略化されたブロック図を含む。
【図7A】ホログラフィック材料層にホログラフィック光学素子を記録するための物体波の所望の波面の例を示す。
【図8A】ホログラフィック光学素子を記録するための所望の物体波を生成する方法の例を示す。
【図8B】ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するためのコンピュータによって生成されたホログラムの例を示す。
【図9A】ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞と、フーリエ面上の干渉縞のフーリエスペクトルとの例を示す。
【図9B】ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞と、フーリエ面上の干渉縞のフーリエスペクトルとの例を示す。
【図9C】ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞と、フーリエ面上の干渉縞のフーリエスペクトルとの例を示す。
【図10A】特定の実施形態による、空間光変調器および切り替え可能な回折格子スタックを備えたホログラフィック波面記録システムの例を示す。
【図10B】ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞と、特定の実施形態によるフーリエ平面上の干渉縞のフーリエスペクトルとの例を示す。
【図11】特定の実施形態による、物体ビームを大きな角度範囲へと操作するための切り替え可能な回折格子スタックを備えたビーム操作デバイスの例を示す。
【図13A】特定の実施形態による偏光ボリューム回折格子の例の動作を示しており、右回り円偏光を有する入射光に対する右回り偏光ボリューム回折格子の動作を示す。
【図13B】特定の実施形態による偏光ボリューム回折格子の例の動作を示しており、左回り円偏光を有する入射光に対する右回り偏光ボリューム回折格子の動作を示す。
【図13C】特定の実施形態による偏光ボリューム回折格子の例の動作を示しており、右回り円偏光を有する入射光に対する左回り偏光ボリューム回折格子の動作を示す。
【図13D】特定の実施形態による偏光ボリューム回折格子の例の動作を示しており、左回り円偏光を有する入射光に対する左回り偏光ボリューム回折格子の動作を示す。
【図14A】特定の実施形態による、切り替え可能なパンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）回折格子の例の上面図である。
【図14C】特定の実施形態による、オフに切り替えられている切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の上面図である。
【図15A】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オン」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による右回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。
【図15B】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オン」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による左回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。
【図15C】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オフ」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による入射光ビームの透過例を示す。
【図16A】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オン」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による右回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。
【図16B】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オン」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による左回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。
【図16C】特定の実施形態による、切り替え可能なＰＢＰ回折格子の例の動作を示しており、「オフ」状態における切り替え可能なＰＢＰ回折格子による入射光ビームの透過例を示す。
【図17A】特定の実施形態による切り替え可能な回折格子スタックの動作の例を示す。
【図18A】特定の実施形態による切り替え可能な回折格子スタックの動作の例を示す。
【図19】特定の実施形態によるホログラフィックプリンタの例の簡略化されたブロック図を含む。
【図20】特定の実施形態による、ホログラフィック光学素子を印刷するための方法の例を示す簡略化されたフローチャートである。
【図21】特定の実施形態によるニアアイディスプレイを含むディスプレイシステム環境の例を示す簡略化されたブロック図である。
【図22】本明細書に開示された実施形態のいくつかを実施するためのコンピュータシステムの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図面は、例示のみを目的として本開示の実施形態を描いている。当業者であれば、以下の説明から、本開示の原理、または謳われている利点から逸脱することなく、図示された構造および方法の代替的実施形態を採用してもよいことを容易に理解するであろう。
【0014】
添付図面において、類似の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有してもよい。さらに、同じ種類の種々の構成要素は、ダッシュと、類似の構成要素間を区別する第２のラベルが参照ラベルに続くことによって区別されてもよい。本明細書において第１の参照ラベルのみが使用される場合、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれか１つに本記述が適用される。
【0015】
本明細書に開示される技術は、一般に、ホログラフィック光学素子に関する。より詳細には、限定するものではないが、本明細書では、ホログラフィック波面記録プロセスを用いて高空間周波数を有するホログラフィック光学素子を作製する技術が開示されている。システム、サブシステム、モジュール、デバイス、構成要素、方法、プロセス、組成物、材料などを種々の発明の実施形態が、本明細書に記載されている。
【0016】
既存の３次元（３Ｄ）ディスプレイの多くは、表示する３Ｄ物体または場面の元の光波を再現するのではなく、３Ｄ物体または場面の異なる視点画像を見ている人の両目に別々に表示することによって３Ｄ物体または場面を模倣する。一方、ホログラムは、３Ｄ物体または場面の元の光波を再現することができる。ホログラムまたは他のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）は、一般に、信号波（例えば、物体波または物体ビームとも呼ばれる物体からの光波）および参照波を用いて記録され、記録材料に干渉波を生成する。多くの用途では、自由形状の波面記録は、任意の複雑な波面を有する光場を再構成できるホログラフィック光学素子を記録するために必要とされてもよい。所望の自由形状の波面を有する信号波は、球面レンズ、円柱レンズおよびプリズムなどの従来の光学系を用いて、生成することが困難なことがある。いくつかのホログラフィック印刷システムでは、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して、所望の波面の少なくとも一部を有する信号波を生成してもよい。信号波は、フィルタリングされ（例えば、ＤＣフィルタを用いて０次回折（ＤＣ）成分を除去し、ローパスフィルタを用いてより高次の回折成分を除去する）、次に、例えば、４－ｆ系を通じて中継および縮小（例えば、横方向の分解能を改善する）されて、ホログラフィック記録材料層にホログラム素子（しばしばホーゲルと呼ばれる）を形成してもよい。ホログラフィック記録材料層または記録システムを別の位置に移動して、変化した信号波により次のホログラム素子を記録してもよい。このように、大きなディスプレイのサイズおよび大きな視野角範囲用の多数のホログラム素子を含む大型ホログラムは、ホログラフィック記録材料層または記録システムを走査することによって記録されてもよい。
【0017】
３Ｄディスプレイシステムなどのいくつかの用途では、高い空間周波数（したがって、表示画像における高い分解能）、再構成された光場における大きな視角範囲（したがって、大きな視野）、および高い回折効率（したがって、表示画像における高い輝度）を有するＨＯＥが使用されてもよい。例えば、ＳＬＭの分解能または空間周波数帯域幅（およびフルカラー機能）が限られているため、既存のホログラフィック印刷技術を使用してこのような大型ＨＯＥを記録することは困難である場合がある。
【0018】
特定の実施形態によれば、ビーム操作デバイスは、高効率で大きな回折角で光を回折することができる大型ＨＯＥを記録するためにホログラフィック印刷システムにおいて使用されてもよい。ＳＬＭを使用して、基本空間周波数を有する物体ビームを生成してもよく、ビーム操作デバイスを使用して、ＳＬＭによって生成された物体ビームを異なる傾斜角で傾斜させてもよい。ビーム操作デバイスは、ＳＬＭによって生成された基本空間周波数をより高い周波数（例えば、ＳＬＭの空間周波数とビーム操作デバイスの空間周波数との和）にシフトするための可変キャリア空間周波数を有していてもよい。換言すると、高い空間周波数を有する所望のＳＬＭは、低空間周波数を有するＳＬＭとビーム操作デバイスとの組み合わせによって得ることができる。このようにして、大きな回折角および高い回折効率を有する大型ＨＯＥは、より低い分解能または空間周波数帯域幅を有するＳＬＭを用いて記録することができる。いくつかの実施形態では、参照ビームはさらに、ＳＬＭによって変調され、かつ／またはビーム操作デバイスによって傾けられてもよい。いくつかの実施形態では、物体ビームおよび参照ビームは、小型ホログラム素子を記録するために縮小されてもよい。
【0019】
ビーム操作デバイスは、例えば、切り替え可能なブラッグ回折格子、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）回折格子、偏光ボリューム回折格子、液晶回折格子、ＳＬＭ、光フェーズドアレイ等を用いて実現することができる。一例では、ビーム操作デバイスは、ＰＢＰ回折格子のスタックを含んでいてもよく、各ＰＢＰ回折格子は、異なるそれぞれの角度で入射光を傾けるように構成されてもよく、したがって、異なる全体の傾斜角度は、スタック内の個々のＰＢＰ回折格子の異なる構成によって達成され得る。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ回折格子は、オンまたはオフに切り替えることができるアクティブ回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、ビーム操作デバイスは、ＰＢＰ回折格子とインターリーブされた１つまたは複数の切り替え可能な偏光変換器を備えていてもよく、切り替え可能な偏光変換器を使用して、ＰＢＰ回折格子に入射する入力ビームの偏光状態を設定してもよい。
【0020】
以下の記述では、説明を目的として、具体的な詳細が本開示の例の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、種々の例は、これらの具体的な詳細なしに実施されてもよいことが明らかであろう。例えば、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細において例を不明瞭にしないために、ブロック図形式の構成要素として示されてもよい。他の場合には、例を不明瞭にすることを避けるために、周知のデバイス、プロセス、システム、構造、および技術を必要な詳細なしに示すことができる。図面および記述は、制限的なものであることを意図されていない。本開示で採用された用語および表現は、限定の用語ではなく説明の用語として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され、説明された特徴またはその一部の任意の均等物を除外する意図はない。「例」という言葉は、本明細書では、「例、場合、または例示として機能する」という意味で使用されている。本明細書において「例」として説明される任意の実施形態または設計は、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるものではない。
【0021】
ホログラムは、光場の振幅および位相の両方の情報を符号化することができるが、写真は、一般に、光場の２次元（２Ｄ）振幅のみを記録することができる。ＨＯＥを記録するために所望の光干渉波を生成するために、少なくとも２つのコヒーレントビームが一般に使用されてもよく、ここで、一方のビームは参照ビームであってもよく、他方のビームは、記録される物体または場面の所望の波面を有することができる物体ビームであってもよい。記録されたＨＯＥが参照ビームによって照射されると、所望の波面を有する物体ビームが再構成され得る。ホログラフィック技術は、多くの分野で使用できる。例えば、ホログラフィック印刷技術を使用して、３Ｄ物体および場面をホログラムに記録でき、３Ｄ物体および場面は、異なる視点から見ている人に見えるように、例えば白色光によってホログラムが照明されたときに３Ｄ物体および場面の光場が再構成され得る。
【0022】
図１Ａは、ホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィック記録システム１００の例を示す。ホログラフィック記録システム１００は、ビームスプリッタ１１０（例えば、偏光ビームスプリッタキューブ）を備え、これは、入射コリメートレーザビーム１０２を、コヒーレントで同様の強度を有する２つの光ビーム１１２および１１４に分割してもよい。光ビーム１１２は、反射光ビーム１２２によって示されるように、プレート１３０に向かって第１のミラー１２０によって反射されてもよい。別の経路では、光ビーム１１４は、第２のミラー１４０によって反射されてもよい。反射光ビームは、物体１４４（例えば、記録される物体またはＳＬＭ）に向けられて、物体１４４を照明してもよい。物体１４４からの光ビーム１４２は、プレート１３０に向けられ、プレート１３０で光ビーム１２２に干渉して、明るい縞および暗い縞を含み得る干渉波を生成してもよい。ホログラフィック記録材料層１５０は、プレート１３０上またはプレート１３０に取り付けられた基板上に形成されてもよい。干渉波によって、上記のように、ホログラフィック光学素子はホログラフィック記録材料層１５０に記録されてもよい。
【0023】
いくつかの実施形態では、マスク１６０を使用して、ホログラフィック記録材料層１５０の異なる領域で異なるＨＯＥを記録してもよい。例えば、マスク１６０は、ホログラフィック記録のためのアパーチャ１６２を備えていてもよく、異なる記録条件（例えば、異なる角度または異なる波面を有する記録ビーム）下で異なる領域にて異なるＨＯＥを記録するためにホログラフィック記録材料層１５０の異なる領域にアパーチャ１６２を配置するように移動してもよい。
【0024】
図１Ｂは、物体ビーム１８２（例えば、光ビーム１４２）および参照ビーム１８４（例えば、光ビーム１２２）を用いてホログラフィック材料層１８０にホログラフィック光学素子を記録する例を示す。物体ビーム１８２および参照ビーム１８４は、同じレーザ光源からなどのコヒーレントなものであってもよい。物体ビーム１８２は、記録される物体または場面を表す任意の波面を有していてもよい。例えば、レンズを記録するために、物体ビーム１８２の波面は球面であってもよい。仮想物体を記録するために、物体ビーム１８２は、コンピュータによって生成されたホログラム（ＣＧＨ）により回折されたビームであってもよい。参照ビーム１８４は、例えば、平面波であっても、または平坦でない波面を有していてもよい。物体ビーム１８２および参照ビーム１８４はコヒーレントであるため、それらは互いに干渉して、ホログラフィック材料層１８０において所望の光学干渉縞（例えば、明るい縞および暗い縞）を生成してもよい。光学干渉縞は、感光性ホログラフィック材料層１８０において固有の屈折率変調パターンを生成してもよく、屈折率変調パターンは、光学干渉縞に対応してもよい。
【0025】
感光性材料層は、例えば、ハロゲン化銀乳剤、重クロム酸ゼラチン、ポリマーマトリックスに懸濁した光重合性モノマーを含むフォトポリマー、光屈折結晶等を含むことができる。感光性ホログラフィック材料層（例えば、ホログラフィック記録材料層１５０またはホログラフィック材料層１８０）におけるホログラフィック記録材料は、ホログラフィック記録材料のいくつかのパラメータ、例えば、空間周波数応答、ダイナミックレンジ、感光性、物理的寸法、機械特性、波長感度、およびホログラフィック記録材料の現像または漂白方法に基づいて特定用途向けに選択することができる。
【0026】
ダイナミックレンジとは、ホログラフィック記録材料において実現可能な屈折率変化を示す。ダイナミックレンジは、例えば、高効率を実現するためのデバイスの厚み、およびホログラフィック材料層で多重化できるホログラムの数に影響を与えることがある。ダイナミックレンジは、屈折率変調によって表されてもよく、これは屈折率の全変化の半分であってもよい。一般に、回折効率を向上させ、複数のホログラフィック光学素子を同一のホログラフィック材料層に記録するためには、ホログラフィック光学素子の大きな屈折率変調が望まれる。しかし、ホログラフィックフォトポリマー材料については、ホログラフィックフォトポリマー材料中のモノマーの溶解度の限界により、達成可能な最大屈折率変調またはダイナミックレンジが限定され得る。
【0027】
空間周波数応答は、ホログラフィック材料が記録できる特徴サイズの尺度であり、達成可能なブラッグ条件の種類を規定してもよい。空間周波数応答は、変調伝達関数を特徴とすることができ、これは、変化する周波数の正弦波を描く曲線であってもよい。一般に、単一の空間周波数値を用いて周波数応答を表してもよく、これは、屈折率変調が低下し始める、または屈折率変調が３ｄＢ低下する空間周波数値を示すことができる。空間周波数応答は、ライン／ｍｍ、ラインペア／ｍｍ、または正弦波の周期によって表すこともできる。
【0028】
ホログラフィック記録材料の感光性は、１００％（または光屈折結晶の場合は１％）など、ある効率を達成するために使用される光適用量を示してもよい。特定のホログラフィック材料において達成できる物理的寸法は、ＨＯＥデバイスのスペクトル選択性だけでなく、アパーチャサイズにも影響を与えてもよい。ホログラフィック記録材料の物理的パラメータとしては、例えば、損傷閾値および環境安定性を挙げることができる。波長感度は、記録セットアップ用の光源を選択するために使用されてもよく、達成可能な最小周期に影響を与えることもある。材料によっては、広い波長帯の光に敏感であってもよい。多くのホログラフィック材料は、露光後の現像または漂白を必要とし得る。現像に関する考慮事項は、ホログラフィック材料がどのようにして現像されるか、または別様に記録後に処理されるかを含んでいてもよい。
【0029】
人工現実システムのためのホログラフィック光学素子を記録するために、ホログラフィック材料は、可視光に敏感であり、大きな屈折率変調Δｎ（例えば、高いダイナミックレンジ）を起こすことができ、連鎖移動および終結反応を抑制できるようにモノマーおよび／またはポリマーの時間的および空間的に制御可能な反応および／または拡散を有することができることが望ましいことがある。ホログラフィック記録用のホログラフィック材料層の一例は、２段階フォトポリマーである。
【0030】
図２は、２段階フォトポリマーを含むホログラフィック記録材料の例を示す。２段階フォトポリマーの原料２１０は、マトリックス前駆体２１２およびイメージング成分２１４を含む樹脂であってもよい。原料２１０中のマトリックス前駆体２１２としては、第１の段階で熱的にまたは別様に硬化して重合し、ポリマーバインダ２２２によって形成された架橋マトリックスを含むフォトポリマー膜２２０を形成できるモノマーを挙げることができる。イメージング成分２１４は、書き込みモノマーと、感光色素、開始剤、および／または連鎖移動剤などの重合開始剤とを含んでいてもよい。したがって、フォトポリマー膜２２０は、ポリマーバインダ２２２と、書き込みモノマー（例えば、アクリレートモノマー）と、感光色素、開始剤、および／または連鎖移動剤などの開始剤とを含んでいてもよい。ポリマーバインダ２２２は、書き込みモノマーおよび開始剤のための土台または支持マトリックスとして機能してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマーバインダ２２２は、低屈折率（例えば、１．５未満）ゴム状ポリマー（例えば、ポリウレタン）を含んでいてもよく、これは、ホログラフィック露光中に機械的支持を与え、光パターンによる屈折率変調が永久に保持されることを保証してもよい。
【0031】
書き込みモノマーおよび重合開始剤を含むイメージング成分２１４は、支持マトリックス中に分散されていてもよい。書き込みモノマーは、屈折率調整剤として機能してもよい。例えば、書き込みモノマーは、開始剤と反応して重合することができる高屈折率アクリレートモノマーを含んでいてもよい。感光色素を使用して、光を吸収し、開始剤と相互作用して、ラジカル、カチオン（例えば、酸）、またはアニオン（例えば、塩基）などの活性種を生成してもよい。活性種（例えば、ラジカル）は、モノマーを攻撃することによって重合を開始させることができる。例えば、モノマーによっては、１つの電子対がσ結合で２つの炭素の間にしっかりと保持され得、別の電子対がπ結合でより緩く保持され得、フリーラジカルはπ結合から一方の電子を使用して、２つの炭素原子中の第１の炭素原子とより安定な結合を形成することができる。π結合の他方の電子は、２つの炭素原子中の第２の炭素原子へと戻り、分子全体を別のラジカルに変えることができる。このように、モノマー鎖（例えばポリマー）は、モノマー鎖の末端にさらにモノマーを追加し、ラジカルをモノマー鎖の末端に移動させて攻撃し、鎖にさらにモノマーを追加することによって形成することができる。
【0032】
記録プロセス（例えば、第２の段階）中、２つのコヒーレントビーム２４０および２４２間の干渉によって生成された干渉波は、明るい縞における感光色素および開始剤に、ラジカル、カチオン（例えば、酸）、またはアニオン（例えば、塩基）などの活性種を開始剤から生成させることができ、活性種（例えば、ラジカル）は、開始剤からモノマーに移動し、上記のように、明るい縞におけるモノマーの重合を引き起こすことができる。開始剤またはラジカルは、ポリマーマトリックスの水素原子を抽出するときに、ポリマーマトリックスに結合してもよい。ラジカルは、モノマーの鎖の末端に移動して、さらにモノマーを鎖に追加してもよい。明るい縞のモノマーがモノマー鎖に結合している間、露光されていない暗い領域のモノマーが明るい縞に拡散して重合を促進することができる。その結果、重合濃度勾配および密度勾配がフォトポリマー膜２２０に形成され、書き込みモノマーのより高い屈折率故にフォトポリマー膜２２０に屈折率変調が生じ得る。例えば、モノマーの濃度および重合度の高い領域ほど、屈折率が高くなり得る。このように、ホログラムまたはホログラフィック光学素子２３０がフォトポリマー膜２２０に形成されてもよい。
【0033】
露光中、あるモノマー鎖の末端のラジカルが、別のモノマー鎖の末端のラジカルと結合してより長い鎖を形成し、重合を終了させることがある。ラジカル結合による重合終了に加えて、重合は、ポリマーの不均化により重合が終了することもあり、ある鎖の水素原子が別の鎖に抽出されて末端不飽和基を有するポリマーおよび末端飽和基を有するポリマーを生成し得る。重合は、不純物または阻害剤（例えば、酸素）との相互作用により終了することもある。さらに、露光および重合が進むと、拡散および重合に利用できるモノマーが少なくなり得るため、拡散および重合が抑制され得る。重合は、モノマーがなくなるまで、またはモノマー鎖が露光のために終端するまで停止してもよい。すべてまたは実質的にすべてのモノマーが重合された後、さらなる新たなホログラフィック光学素子（例えば、回折格子）がさらにフォトポリマーフィルム２２０に記録されなくてもよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、感光材料層に記録されたホログラフィック光学素子は、例えば、色素漂白、重合完了、記録パターンの永久固定、および屈折率変調の向上のために、紫外線硬化されるか、または熱的に硬化もしくは強化されてもよい。プロセスの最後に、ホログラフィック回折格子などのホログラフィック光学素子が形成されてもよい。ホログラフィック回折格子は、例えば、数ミクロン、または数十ミクロン、または数百ミクロンの厚さを有するボリュームブラッグ回折格子であってもよい。
【0035】
図３Ａ～図３Ｂは、フォトポリマー材料層３００にホログラフィック光学素子を記録する例を示す。図３Ａは、支持ポリマーマトリックス３０５（例えば、ポリマーバインダ２２２によって形成された架橋マトリックス）を含んでいてもよい樹脂中に懸濁したモノマー３１０を含んでいてもよい未露光フォトポリマー材料層３００を示す。モノマー３１０は、フォトポリマー材料層３００中に実質的に均一に分散されてもよい。
【0036】
図３Ｂは、ホログラフィック記録中のモノマー拡散および重合の例を示す。フォトポリマー材料層３００が光パターン３２０に露光されると、モノマー３１０は、フォトポリマー材料層３００の明るい縞に拡散し、重合して、上記のように明るい縞にポリマー３３０および３４０を形成することができる。ポリマー３３０などの一部のポリマーは、ポリマーマトリックス３０５に結合していてもよい。ポリマー３４０などの一部のポリマーは、ポリマーマトリックス３０５に結合してなくてもよい。その結果、重合濃度勾配および密度勾配がフォトポリマー材料層３００に形成され、書き込みモノマーのより高い屈折率故にフォトポリマー材料層３００に屈折率変調が生じ得る。したがって、モノマーの濃度および重合度の高い領域ほど、屈折率が高くなり得る。このようにして、光パターン３２０はフォトポリマー材料層３００に記録されてもよい。
【0037】
３Ｄ物体または場面からの方向性、色、および深度の情報を符号化できるホログラフィック光学素子またはホログラムは、ホログラフィックステレオグラムプリンタ、ホログラフィックフリンジプリンタ、およびホログラフィック波面プリンタなどのホログラフィックプリンタを用いてホログラフィック材料に作製され得る。ホログラフィックプリンタでは、物体波は、参照ビームに干渉して光干渉縞を形成するために生成される必要があってもよい。球面レンズ、円柱レンズ、プリズムなどの古典的な物理光学構成要素を用いて、任意の自由形状の波面を生成することは困難であり得る。したがって、ホログラフィックプリンタでは、一般に、記録される情報をＳＬＭで表示し、数値合成された物体波の波面を生成してもよい。ホログラフィックプリンタは次いで、ＳＬＭによって提供された情報を、上記のようにアナログホログラムが記録されるように感光性ホログラフィック材料に記録してもよい。
【0038】
空間光変調器は、入射光波の強度、位相、偏光状態、および／または方向を変調してもよい。変調は、ＳＬＭの個々のアドレス指定可能な画素に制御信号を適用し得る制御回路によって制御されてもよい。ＳＬＭの例としては、反射型液晶（ＬＣＯＳ）ＳＬＭおよびデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を挙げてもよい。ＬＣＯＳ ＳＬＭは、一般に、ＤＭＤ ＳＬＭよりも小さな画素ピッチを有していてもよい。ＬＣＯＳ ＳＬＭを備えた位相ＳＬＭでは、シリコン基板上の液晶層が電圧信号によって制御され、所望の光変調が行われてもよい。アドレス指定回路はシリコン基板に形成され、画素用の個別の電極は、液晶層の両側に形成されてもよい。電圧信号が画素の電極に印加されると、液晶層内の電場によって液晶分子が電場と相関し得る角度だけ傾き、これによって画素の屈折率（ひいては光路長）が変化し得る。光路長の変化により、ＳＬＭを通過する光学ビームの位相を変化させ得る。画素の屈折率は液晶分子の配向に依存し得、液晶分子の配向は電場の強度および方向に依存し得るため、画素の位相遅れは、画素に適用される電圧信号を変化させることによって変化し得る。例えば、ＳＬＭの画素は、２段階、４段階、８段階、１６段階、またはそれ以上の段階などの複数の段階の位相遅れを有するように制御されてもよい。入射光ビームの偏光状態、強度、および伝搬方向は、画素に適用される電圧信号によって制御されてもよい液晶分子の配向の変化によっても変化され得る。
【0039】
ＳＬＭは、最大数平方インチの面積を有してもよい２Ｄアレイに配置されたある数の個別に制御可能な画素（セルとも呼ばれる）を有していてもよい。画素はそれぞれ特定のサイズを有していてもよい。２Ｄアレイのピッチは、１ミクロン未満から数ミクロン、数十ミクロン、またはそれ以上の範囲であってもよい。したがって、ＳＬＭの画素の総数、分解能（例えば、単位面積内の画素数）、および達成可能な最大空間周波数（例えば、単位長さにおける周期またはサイクルの数、例えば、１／周期）は、制限されてもよい。
【0040】
ナノメートルサイズの感光性粒子を有するホログラフィック材料に記録されたアナログホログラムは、ＳＬＭよりもはるかに高い分解能および空間周波数を得ることができる。したがって、ホログラフィック印刷に使用されるＳＬＭの制限されたサイズ、分解能、および空間周波数帯域幅故に、印刷されたホログラムは、一般に、多数回の露光を通じて記録されたホログラム素子の２Ｄアレイを含むことができる。ホログラム全体の記録は、ＳＬＭによって生成された物体波のそれぞれの部分と、異なる位置の２Ｄアレイにホログラフィック材料層を配置し得る電動式２Ｄ線形並進ステージとを用いたホログラム素子の連続露光によって行うことができる。
【0041】
ホログラフィックステレオグラムプリンタを使用して、２Ｄ視点画像のアレイから合成されるホログラフィックステレオグラムを印刷することができる。ホログラフィックステレオグラムを作成するためには、物体または場面の２Ｄ画像のシーケンスは、複数の視点から非コヒーレントに取得される。視点画像が持つ方向性の情報を処理して視差関連画像を形成し、これは物体の信号波の強度を変調し、投影スクリーンに表示した後、上記の２ビーム記録方式でコヒーレント光源によってホログラフィック感光性材料に記録する。ホログラム全体は多数のホログラム素子（ホーゲルと呼ぶ）に分割できるため、これらは、順次、視差関連画像に露光される。ホログラムに記録された干渉縞の照明は、透視図の空間多重化によって３Ｄ物体または場面を再構成することができる。したがって、見ている人の左右の目は、物体または場面の異なる視点を観察することができ、見ている人は両眼視差による立体視を認識することができる。白色光で見えるホログラフィックステレオグラムは、２Ｄ画像を空間的に多重化するため、実際の３Ｄ画像を再構成できないことがある。
【0042】
ホログラフィックステレオグラムプリンタは、ディスプレイシステムの空間帯域幅（ＳＢＰ）および深度性能を改善するために、複数のホログラム素子の空間シフトによる擬似３Ｄ可視化のために使用することができる。ホログラフィックステレオグラム印刷は、カメラで撮影した、またはコンピュータグラフィックスを用いてモデリングした実物または仮想物体の画像から、高分解能の完全視差再構成を行うことができる。方向性の情報のみをレンダリングする計算、およびパルスレーザ光源を用いた実施態様により、大きなサイズのホログラムを印刷できるようにしてもよい。このように、ホログラフィックステレオグラム印刷は、大きな物体の高品質なホログラフィック擬似３Ｄイメージングを可能にしてもよい。ホログラフィックステレオグラム技術は、密な光線の記録に基づいているため、回折効果および有限の離散的な視点セットからの光線の空間／角度サンプリングにより、再構成された疑似３Ｄ画像の劣化が生じ得る。ホログラフィックステレオグラムプリンタは、一般にＳＬＭによって回折された０次回折光を採用している。
【0043】
ホログラフィックフリンジプリンタは、３Ｄ物体または場面のコンピュータにより生成された干渉縞（例えば、ＣＧＨ）を感光性材料に直接印刷することができる。ＣＧＨの干渉縞は、時間がかかり得る活発な回折解析に基づいて計算されてもよい。計算された干渉縞の一部は、ＳＬＭに表示され、干渉縞の一部の縮小バージョンが、薄いホログラム素子としてホログラフィック材料層に記録されてもよいが、これは再構成のためにレーザ照明を必要とし得る。露光後、ホログラフィック材料層は、ステッピングモータによって制御される高精度２Ｄ線形並進ステージを用いて移動され、別のホログラム素子を記録することができる。印刷される干渉縞の分解能は、ＳＬＭの品質、およびＳＬＭからホログラフィック材料層への画像の転写に使用する光学系に依存していてもよい。ホログラフィックフリンジプリンタに使用されるＳＬＭは、大きな視野角を確保するために高い空間分解能を有することが必要とされ得る。
【0044】
ホログラフィック波面プリンタは、３Ｄ物体もしくは場面からの物体波、または（例えばＳＬＭによって表示された）ＣＧＨからの物体波をアナログボリュームホログラムとして記録する。物体の方向性および深度の両方の情報が記録される。目標の３Ｄ物体または場面のデジタル設計された波面は、ＣＧＨによって光学的に再現され、ホログラム記録材料に記録されるため、振幅および位相の両方の分布を完全に制御した任意の波面を記録することができる。ＳＬＭデバイスはホログラム全体を表示できないことがあるため、ホログラム用のデータはホログラム素子のセット用のデータのセットへと分割され、各ホログラム素子用の波面はＳＬＭを用いて順次生成され、電動式線形並進ステージによって配置されたホログラム記録材料層の領域に記録される。ホログラフィック波面プリンタは、一般に、ＳＬＭによって回折された１次回折光を用いる。
【0045】
図４は、特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィックプリンタ４００の例を示す。ホログラフィックプリンタ４００は、上記のホログラフィックステレオグラムプリンタ、ホログラフィックフリンジプリンタ、またはホログラフィック波面プリンタであってもよい。例えば、ホログラフィックプリンタ４００は、ホログラフィックステレオグラムプリンタであってもよく、物体または場面の視点画像は、拡大レーザビーム４１０によって照射されるＳＬＭ４２０に表示されてもよく、ホログラフィック材料層４６０の所定の領域に光学サブシステム４３０（例えば、レンズ）によって物体ビーム４３２として収束してもよい。所定の領域は、ホログラム素子４７０（しばしばホーゲルと呼ばれる）のサイズを決定してもよい。参照ビーム４４０は反対側から同じ領域に入射し、ホログラム素子４７０を生成する。このように、ＳＬＭに表示される視点画像の情報は、ホログラム素子４７０において、物体ビーム４３２および参照ビーム４４０によって形成される干渉波として再符号化される。１つのホログラム素子４７０を記録した後、電動式２軸線形ステージ４５０がホログラフィック材料層４６０を次の記録位置までｘ方向および／またはｙ方向に並進させ、次のホログラム素子の記録のために、次のホログラム素子用の視点画像をＳＬＭに表示してもよい。電動式２軸線形ステージ４５０の各軸に沿った並進のステップは、ホログラム素子のサイズ以上であってもよい。
【0046】
いくつかの実施形態では、ホログラフィックプリンタ４００は、ホログラフィック波面プリンタであってもよく、ＳＬＭ４２０は、ＣＧＨを表示して、ホログラム素子を記録するための所望の波面を有する物体ビーム４３２を生成してもよい。ＳＬＭ４２０によって生成された物体ビーム４３２は、光学サブシステム４３０によって縮小され、ホログラフィック材料層４６０に中継されてもよい。
【0047】
図５は、特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するために自由形状の物体波を生成するための空間光変調器５１０を備えたホログラフィックプリンタの光学サブシステム５００の例を示す。光学サブシステム５００は、図４のＳＬＭ４２０および図４の光学サブシステム４３０の組み合わせの例であってもよい。図示された例では、光学サブシステム５００は、ＳＬＭ５１０、焦点距離ｆ１を有する第１のレンズ５２０、マスク５３０、焦点距離ｆ２を有する第２のレンズ５４０、および焦点距離ｆ３を有する第３のレンズ５５０を備えていてもよい。ＳＬＭ５１０は第１のレンズ５２０の片側に距離ｆ１で配置されてもよい。マスク５３０は、第１のレンズ５２０の他方の側に距離ｆ１で配置されてもよく、第２のレンズ５４０から距離ｆ２であってもよい。ホログラフィック材料層５６０は、第３のレンズ５５０から距離ｆ３で配置されてもよい。第２のレンズ５４０の焦点距離ｆ２は、第１のレンズ５２０の焦点距離ｆ１以下であってもよい。
【0048】
ホログラフィックステレオグラムプリンタにおいて、コリメートビーム５０２によって照射されたときに、ＳＬＭ５１０によって生成された視点画像は、第１のレンズ５２０によってマスク５３０が位置するフーリエ平面にフーリエ変換されてもよい。マスク５３０を通過した後、信号ビームは、第２のレンズ５４０および第３のレンズ５５０（例えば、４－ｆ光学系を形成する）を介して、例えば、上述のフォトポリマーを含み得るホログラフィック材料層５６０へと縮小および中継されてもよい。ホログラフィック材料層５６０の平面上で、中継された信号ビームは、反対側からの参照ビーム５７０に干渉して干渉波を形成してもよい。したがって、ＳＬＭの情報は、干渉波に対応する屈折率変調を有するホログラフィック材料層５６０に記録されてもよい。
【0049】
マスク５３０は、ホログラム素子のサイズおよび形状を設定するように設計されたアパーチャを備えていてもよい。例えば、マスク５３０のアパーチャのサイズが小さいほど、ホログラム素子のサイズは小さくなり得る。マスク５３０は、フーリエ平面に位置しているため、マスク５３０は、ＳＬＭ５１０からの信号ビームのフーリエスペクトルの空間フィルタリングをさらに行ってもよい。マスク５３０は、ＳＬＭ５１０によって表示される画像の高次回折成分を遮断するローパス空間フィルタとして機能してもよい。上述したように、一般に、ホログラフィックステレオグラムプリンタでは、マスク５３０は、ＳＬＭ５１０から回折された０次回折光のみを通過させてもよい。そのため、小さなホーゲルを得るためにマスク５３０のアパーチャを非常に小さくした場合、ＳＬＭ５１０によって表示される視点画像がホログラフィック材料層に十分に転写されないことがあり、したがって、ぼやけた画像が記録され得る。このように、ホログラフィックステレオグラムの横方向の高い分解能を得るために小さなサイズのホーゲルを記録すると、視点画像の高周波成分が失われ、記録画像の品質が低下することがある。
【0050】
図６は、特定の実施形態による、大型ホログラフィック光学素子を記録するために自由形状の物体波を生成するための空間光変調器６１０を備えたホログラフィック波面プリンタ６００の例の簡略化されたブロック図を含む。図示された例では、ホログラフィック波面プリンタ６００は、ＳＬＭ６１０、所望のＣＧＨ（例えば、デジタル設計されたＨＯＥ）を実現するためにＳＬＭ６１０を制御するコントローラ６０５、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６２０、第１の焦点距離ｆ１を有する第１のレンズ６３０、フィルタ６４０、第２の焦点距離ｆ２を有する第２のレンズ６５０、任意で第３のレンズ６６０および第４のレンズ６７０を備えていてもよい。ホログラフィック波面プリンタ６００は、ホログラフィック材料層６８０が形成されるプレート６８４を位置決めするために１つまたは複数のステップモータによって駆動され得る電動式２Ｄ並進ステージ６８５をさらに備えていてもよい。ホログラフィック波面プリンタ６００は、所望のＣＧＨを実現するためにＳＬＭ６１０を制御するコントローラ６０５（例えば、コンピュータ、マイクロコントローラ、または他の制御回路）をさらに備えていてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ６０５はさらに、電動式２Ｄ並進ステージ６８５の動作を制御するか、またはＳＬＭ６１０および電動式２Ｄ並進ステージ６８５の動作を同期させてもよい。上述したように、ＳＬＭ６１０は、目標の物体または場面の波面全体を再現するための所望の分解能、空間周波数帯域幅、および画素数を有していなくてもよい。したがって、ホログラム全体のデータは１組のホログラム素子用のデータのセットに分割されてもよく、各ホログラム素子のデータから生成された波面は、電動式２Ｄ並進ステージ６８５を用いてホログラフィック材料層６８０の異なる領域に順次記録されてもよい。
【0051】
ホログラフィック波面プリンタ６００の動作中、コリメートされた物体ビーム６０２（例えば、約５３２ｎｍ）は、ＰＢＳ６２０によってＳＬＭ６１０に向けられてもよい。ＳＬＭ６１０は、ホログラム素子に対応するホログラフィック干渉縞（例えば、ＣＧＨ）を実現するために、コントローラ６０５からデータを受信してもよい。物体ビームは、変調された物体ビームが目標の３Ｄ物体または場面の光場の一部の波面を有してもよいように、ＳＬＭ６１０によって変調されてもよい。変調された物体ビームは、第１のレンズ６３０によってフーリエ変換されてもよい。高次回折波および変調されていない０次波などの望ましくない光は、フーリエ平面でフィルタ６４０によってフィルタリングされてもよく、ＳＬＭ６１０による１次（±１）回折のみが通過可能であってもよい。例えば、フィルタ６４０としては、変調されていない０次波をフィルタリングできるＤＣフィルタ（例えば、クロムスポット）、および高回折次数をフィルタリングできるローパスフィルタ（例えば、アパーチャ）を挙げることができる。１次回折を含む物体ビームは、第１のレンズ６３０および第２のレンズ６５０を含むテレセントリックシステムによって縮小されてもよく、第１のレンズ６３０の焦点距離ｆ１は、物体ビームが縮小できるように第２のレンズ６５０の焦点距離ｆ２より長くてもよい。いくつかの実施形態では、プレート６８４およびホログラフィック材料層６８０は、第２のレンズ６５０の焦点位置に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、第３のレンズ６６０および第４のレンズ６７０を含む第２のテレセントリックシステムは、代替的に、または追加として、物体ビームを縮小するために使用されてもよく、プレート６８４およびホログラフィック材料層６８０は、第４のレンズ６７０の焦点に配置されてもよい。物体ビームの縮小され変調された波面は、物体ビームの反対側から入射する参照ビーム６９０（例えば、平面波）にホログラフィック材料層６８０で干渉し、反射型ボリュームホログラム素子６８２を形成してもよい。
【0052】
次のホログラム素子を記録するために、次のホログラム素子のデータがＳＬＭ６１０に送信されてもよく、プレート６８４およびホログラフィック材料層６８０が、電動式２Ｄ並進ステージ６８５によって次の位置に移動されてもよい。ホログラム素子がすべて記録された後、ホログラフィック材料層６８０は、目標の物体または場面の光場の波面を符号化する所望のホログラムを形成するために、処理、例えば硬化または漂白されてもよい。ホログラムは、白色光照明下で再構成されてもよい。
【0053】
図６には示されていないが、いくつかの実施形態では、参照ビーム６９０はさらに、ホログラフィック材料層６８０に到達する前に、空間光変調器によって変調され、ＤＣフィルタおよび／またはローパスフィルタによってフィルタリングされ、１つまたは複数のテレセントリックシステムによって縮小されてもよい。平面波ではなく、変調された参照ビームを使用することは、例えば、任意の複雑な波面を再構成することができるホログラムを記録すること、および／または物体ビームを変調するために使用されるＳＬＭの要件を低減することに役立ち得る。いくつかの実施形態では、参照ビームはさらに、ビーム操作デバイスによって操作されてもよい。
【0054】
３次元ディスプレイシステムなどのいくつかの用途では、高い空間周波数、再構成された光場における大きな視野角範囲、および高い回折効率を有するＨＯＥが使用されてもよい。ＨＯＥが、ホログラム素子の２Ｄアレイを含むＨＯＥの１つのホログラム素子が上記のように露光毎に記録される一連の露光において記録されるとしても、例えば、ＳＬＭの限られた分解能および空間周波数帯域幅故に、上記ホログラフィック印刷技術を使用してそのような大型ＨＯＥを記録することは困難であり得る。
【0055】
図７Ａは、ホログラフィック材料層７５０にホログラフィック光学素子を記録するための物体波の所望の波面の例を示す。図示された例では、所望のＨＯＥ７１２、７２２、および７３２は、ホログラフィックレンズであってもよい。例えば、ＨＯＥ７１２は、ホログラフィックレンズの光軸から中心がオフセットされているホログラフィックレンズであってもよく、物体波７１０を用いて記録されてもよい。ＨＯＥ７２２は、ホログラフィックレンズの光軸に中心があるホログラフィックレンズであってよく、物体波７２０を用いて記録されてもよい。ＨＯＥ７３２は、ホログラフィックレンズの光軸から中心がオフセットされているホログラフィックレンズであってよく、物体波７３０を用いて記録されてもよい。物体波７１０、物体波７２０、および物体波７３０は、波面がそれぞれ球の表面の一部であってもよい球面波であってもよい。
【0056】
図７Ｂは、ホログラフィック材料層７５０に図７Ａのホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィックプリンタの光学サブシステム７４０によって生成される物体波の例を示す。光学サブシステム７４０は、ＣＧＨまたは他の干渉縞を実現できるＳＬＭを備えていてもよい。コリメートビームによって照射されるとき、ＳＬＭによって実現されるホログラフィック干渉縞は、コリメートビームを（例えば、回折によって）変調して、ホログラフィック材料層７５０にホログラフィック光学素子を記録するために所望の波面を有する物体波を生成してもよい。例えば、ＨＯＥ７１２を記録するために、光学サブシステム７４０は物体波７１０を生成してもよく、ＨＯＥ７２２を記録するために、光学サブシステム７４０は物体波７２０を生成してもよく、ＨＯＥ７３２を記録するために、光学サブシステム７４０は物体波７３０を生成してもよい。光学サブシステム７４０によって生成された物体波は、参照ビーム（例えば、平面波）に干渉して、ホログラフィック材料層７５０に干渉縞を形成してもよい。
【0057】
図８Ａは、ホログラフィック光学素子を記録するための所望の物体波を生成する方法の例を示す。ホログラフィックレンズを記録するための球面波を生成するために、コリメートレーザビーム（平面波）は、レンズ８１０の一部を通過してもよく、レンズは、レーザビームの波面を平面波から球面波へと変更してもよい。コリメートレーザビームがレンズ８１０に入射する位置に応じて、レンズ８１０は、レーザビームの波面の伝搬方向を様々に変更してもよい。例えば、コリメート光ビーム８２０がレンズ８１０の第１の領域８１２に入射すると、中心８０５および伝搬方向８２２を有する球面波が生成されてもよい。コリメート光ビーム８３０がレンズ８１０の第２の領域８１４（例えば、中心領域）に入射すると、中心８０５および伝搬方向８３２を有する球面波が生成されてもよい。コリメート光ビーム８４０がレンズ８１０の第３の領域８１６に入射すると、中心８０５および伝搬方向８４２を有する球面波が生成されてもよい。レンズ８１０またはレンズ８１０の各領域の波面変更機能は、ＳＬＭを用いて実現可能なＣＧＨによって得られてもよい。
【0058】
図８Ｂは、ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するためのコンピュータによって生成されたホログラムの例を示す。例えば、ＣＧＨ８５０は、レンズ８１０の波面変更機能を実行できてもよい。ＣＧＨ８５０の部分８５２は、レンズ８１０の第１の領域８１２の波面変更機能を実行してもよい。ＣＧＨ８５０の部分８５４は、レンズ８１０の第２の領域８１４の波面変更機能を実行してもよい。ＣＧＨ８５０の部分８５６は、レンズ８１０の第３の領域８１６の波面変更機能を実行してもよい。図８Ｂに示すように、ＣＧＨ８５０の部分８５２および８５６の干渉縞は、ＣＧＨ８５０の部分８５４の干渉縞よりはるかに高い空間周波数を有していてもよい。
【0059】
図９Ａは、ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞９１０と、フーリエ面上の干渉縞９１０のフーリエスペクトル９１２との例を示す。干渉縞９１０は、レンズ８１０の第１の領域８１２のような中心から外れたレンズの波面変調機能を実行してもよい。干渉縞９１０のフーリエスペクトル９１２は、フーリエスペクトル９１２の中心領域にない成分を含み、干渉縞９１０は高い空間周波数を有していてもよいことを表す。
【0060】
図９Ｂは、ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞９２０と、フーリエ面上の干渉縞９２０のフーリエスペクトル９２２との例を示す。干渉縞９２０は、レンズ８１０の第２の領域８１４のような中心にあるレンズの波面変調機能を実行してもよい。干渉縞９２０のフーリエスペクトル９２２は、フーリエスペクトル９２２の中心領域にある成分を含み、干渉縞９２０は低い空間周波数を有していてもよいことを表す。
【0061】
図９Ｃは、ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器を用いて実現された干渉縞９３０と、フーリエ面上の干渉縞９３０のフーリエスペクトル９３２との例を示す。干渉縞９３０は、レンズ８１０の第３の領域８１６のような中心から外れたレンズの波面変調機能を実行してもよい。干渉縞９３０のフーリエスペクトル９３２は、フーリエスペクトル９３２の中心領域にない成分を含み、干渉縞９３０は高い空間周波数を有していてもよいことを表す。
【0062】
図８Ｂおよび図９Ａ～図９Ｃに示すように、一部の干渉縞の空間周波数は非常に高くてもよく、したがって、ＳＬＭが十分に多い画素数を有していても、干渉縞は、限られた分解能および空間周波数を有していてもよいＳＬＭを用いて生成されないことがある。
【0063】
特定の実施形態によれば、ビーム操作デバイスは、高回折効率で大きな回折角で光を回折することができる大型ＨＯＥを記録するためにホログラフィック印刷システムにおいて、空間光変調器と組み合わせて使用されてもよい。ＳＬＭは、基本空間周波数を有する物体ビームを生成してもよい。次いで、ビーム操作デバイスは、ＳＬＭによって生成された物体ビームを所望の方向へと操作し、これにより、物体ビームの基本空間周波数を高空間周波数にシフトさせてもよい。このように、ＳＬＭとビーム操作デバイスとを組み合わせることにより、高空間周波数を有する物体ビームを生成してもよい。
【0064】
いくつかの実施形態では、ビーム操作デバイスは、可変ピッチを用いたアクティブ回折格子を備えていてもよい。可変ピッチを用いたアクティブ回折格子は、可変空間周波数を有していてもよく、したがって、ＳＬＭによって生成される物体ビームの基本空間周波数をより高い空間周波数にシフトさせてもよい。いくつかの実施形態では、ビーム操作デバイスは、ガルバノミラーまたは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーなどの走査ミラーを備えていてもよい。
【0065】
特定の実施形態によれば、ビーム操作デバイスは、同じピッチまたは異なるピッチを有する複数の回折格子を含む切り替え可能な回折格子スタックを備えていてもよい。切り替え可能な回折格子スタックは、ＳＬＭによって生成された物体ビームを所望の方向に向けるように切り替えられ得、これにより物体ビームの基本空間周波数を高空間周波数にシフトさせる。このように、所望の高空間周波数を有する物体ビームは、ＳＬＭとビーム操作デバイスとの組み合わせによりって生成されてもよい。このようにして、大きな回折角を有する大型ＨＯＥは、より低い分解能またはより低い達成可能な最大空間周波数を有するＳＬＭを使用して記録され得る。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックの回折格子は、切り替え可能であってもよい。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックは、切り替え可能な偏光変換器（例えば、切り替え可能な半波長板）を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタックは、切り替え可能な回折格子または切り替え可能な偏光変換器のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。
【0066】
図１０Ａは、特定の実施形態による、空間光変調器１０１０および切り替え可能な回折格子スタック１０２０を備えたホログラフィック波面記録システム１０００の例を示す。上述したように、ＳＬＭ１０１０は、制御回路によって制御される画素の２Ｄアレイを含んでいてもよい。制御回路は、干渉縞（例えば、ＣＧＨ）のデータを受信し、ＳＬＭ１０１０が干渉縞を実現できるように、受信データに基づいてＳＬＭ１０１０の画素に異なる電圧信号を印加してもよい。コリメートビームによって照射されると、干渉縞を実現するＳＬＭ１０１０の画素は、回折によってコリメートビームの位相および／または振幅を変調し、物体ビーム１０１２を生成してもよい。ＳＬＭ１０１０によって実現可能な干渉縞の限られた分解能および空間周波数故に、物体ビーム１０１２は、比較的小さな回折角を有していてもよく、したがって、小さな角度範囲から見ることができてもよい。
【0067】
切り替え可能な回折格子スタック１０２０は、入射光を回折するか若しくは回折しないように、または異なる偏光状態の入射光を異なる回折角で回折するように構成され得る複数の回折格子を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の回折格子は、切り替え可能な回折格子に電圧信号が印加されていないときに入射光を回折する「オン」状態になり得、切り替え可能な回折格子に閾値電圧よりも大きな電圧信号が印加されたときに入射光を回折しない（例えば、透過する）「オフ」状態に切り替えられ得る切り替え可能な回折格子を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の１つまたは複数の回折格子は、偏光依存性であってよく、異なる偏光状態の入射光を異なる方向へ回折することができる。いくつかの実施形態では、切り替え可能な回折格子スタック１０２０は、入射光の偏光状態を変更するように、または入射光の偏光状態を維持するように構成されてもよい切り替え可能な半波長板および／または切り替え可能な偏光板などの１つまたは複数の切り替え可能な偏光変換器を備えていてもよい。
【0068】
切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の複数の回折格子は、異なる回折格子周期または同じ回折格子周期を有していてもよい。一例では、複数の回折格子はそれぞれ、異なるそれぞれの回折格子周期を有していてもよく、したがって、異なる回折角で入射ビームを回折してもよい。したがって、切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の複数の回折格子が異なるように構成される場合（例えば、オン若しくはオフに切り替えられる、または異なる偏光状態の光を受信する）、切り替え可能な回折格子スタック１０２０は、異なる方向に伝搬する物体ビーム１０２２、１０２４、および１０２６によって示されるように、入射物体ビーム１０１２を異なる方向に回折してもよい。このように、切り替え可能な回折格子スタック１０２０は、入射光を１組の方向に向けることができるビーム操作デバイスであってもよい。さらに、切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の回折格子間の距離、およびホログラフィック材料層１０３０と切り替え可能な回折格子スタック１０２０との間の距離は、入射光がホログラフィック材料層１０３０の１組の所望の領域に向けられてもよいように構成されてもよい。したがって、切り替え可能な回折格子スタック１０２０は、入射光ビームが切り替え可能な回折格子スタック１０２０によって操作され、所望の方向からホログラフィック材料層１０３０の所望の領域に到達してもよいように制御されてもよい。
【0069】
図１０Ｂは、ホログラフィック光学素子を記録するために所望の物体波を生成するための空間光変調器（例えば、ＳＬＭ１０１０）を用いて実現された干渉縞と、特定の実施形態によるフーリエ平面上の干渉縞のフーリエスペクトルとの例を示す。例えば、物体ビーム１０２２を生成するために、ＳＬＭは、レンズ８１０の第２の領域８１４などの中心にあるレンズの波面変調機能を実行してもよい干渉縞１０４０を実現するように制御されてもよい。干渉縞１０４０のフーリエスペクトル１０４２は、フーリエスペクトル１０４２の中心領域にある成分を含み、干渉縞１０４０は低い空間周波数を有していてもよいことを表す。次に、干渉縞１０４０によるコリメートレーザビームの回折によって生成された物体ビーム（例えば、物体ビーム１０１２）は、物体ビーム１０１２を図１０Ａに示す物体ビーム１０２２の方向に向けるように構成された切り替え可能な回折格子スタック１０２０によって操作されてもよい。
【0070】
物体ビーム１０２４を生成するために、ＳＬＭは、レンズ８１０の第２の領域８１４などの中心にあるレンズの波面変調機能を実行してもよい干渉縞１０５０を実現するように制御されてもよい。したがって、干渉縞１０５０は、干渉縞１０４０と同じであっても、または類似のものであってもよい。干渉縞１０５０のフーリエスペクトル１０５２は、フーリエスペクトル１０５２の中心領域にある成分を含み、干渉縞１０５０は低い空間周波数を有していてもよいことを表す。次に、干渉縞１０５０によるコリメートレーザビームの回折によって生成された物体ビーム（例えば、物体ビーム１０１２）は、切り替え可能な回折格子スタック１０２０によって図１０Ａに示す物体ビーム１０２４の方向へと操作されてもよい。例えば、切り替え可能な回折格子スタック１０２０内の回折格子は、回折格子に電圧信号を印加することによってオフに切り替えられてもよく、または各回折格子に入射する光の偏光状態は、物体ビーム１０１２が切り替え可能な回折格子スタック１０２０を通過した後に伝搬方向を変更しないように（例えば、切り替え可能な偏光変換器によって）設定されてもよい。
【0071】
物体ビーム１０２６を生成するために、ＳＬＭは、レンズ８１０の第２の領域８１４などの中心にあるレンズの波面変調機能を実行してもよい干渉縞１０６０を実現するように制御されてもよい。したがって、干渉縞１０６０は、干渉縞１０４０および干渉縞１０５０と同じであっても、または類似のものであってもよい。干渉縞１０６０のフーリエスペクトル１０６２は、フーリエスペクトル１０６２の中心領域にある成分を含み、干渉縞１０６０は低い空間周波数を有していてもよいことを表す。次に、干渉縞１０６０によるコリメートレーザビームの回折によって生成された物体ビーム（例えば、物体ビーム１０１２）は、物体ビーム１０１２を図１０Ａに関して上述した物体ビーム１０２６の方向に向けるように構成された切り替え可能な回折格子スタック１０２０によって操作されてもよい。
【0072】
このように、図７Ａ～図９Ｃに関して上述したホログラフィック印刷システムにおけるＳＬＭと比較して、ホログラフィック波面記録システム１０００にて使用されるＳＬＭ１０１０は、ＨＯＥ７１２、７２２、および７３２を記録するために、高い分解能および高い到達可能空間周波数を有する必要はなくてもよい。
【0073】
図１１は、特定の実施形態による、物体ビームを大きな角度範囲へと操作するための切り替え可能な回折格子スタックを備えたビーム操作デバイス１１００の例を示す。ビーム操作デバイス１１００は、切り替え可能な回折格子スタック１０２０の一例であってもよい。図示された例では、切り替え可能な回折格子スタックは、第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、および第３の偏光回折格子１１３０を含んでいてもよい。第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、および第３の偏光回折格子１１３０は、異なる偏光状態の入射光を異なるように回折してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、偏光回折格子は、左回り円偏光光を回折し、右回り円偏光光を透過させてもよく、または右回り円偏光光を回折し、左回り円偏光光を透過させてもよい。いくつかの実施形態では、偏光回折格子は、左回り円偏光光を第１の方向へ回折し、右回り円偏光光を第２の方向へ回折してもよく、または右回り円偏光光を第１の方向へ回折し、左回り円偏光光を第２の方向へ回折してもよい。
【0074】
第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、および第３の偏光回折格子１１３０は、薄い基板または薄膜などのスペーサ１１１２および１１２２によって分離されてもよい。いくつかの実施形態では、図１１に示す切り替え可能な回折格子スタックは、スタック内の１つまたは複数の回折格子の前に１つまたは複数のパッシブまたはアクティブ偏光子または他の偏光変換器を備えていてもよい。例えば、スペーサ１１１２および１１２２は、１つまたは複数の偏光子を備えていてもよい。１つまたは複数の偏光変換器は、光ビームの偏光状態を変更する、例えば、光ビームの偏光状態を左回り円偏光（ＬＨＣＰ）から右回り円偏光（ＲＨＣＰ）に変換する、またはその逆に変換してもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の偏光変換器は、オンまたはオフに切り替えることができるアクティブ偏光変換器であってもよい。例えば、１つまたは複数の偏光変換器は、入射光の偏光状態を反対の偏光状態（例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰへ、またはＲＨＣＰからＬＨＣＰへ）に変更するためにオンに切り替えることができ、入射光の偏光状態を維持するためにオフに切り替えることができる切り替え可能な半波長板を備えていてもよい。
【0075】
いくつかの実施形態では、第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、または第３の偏光回折格子１１３０のうちの少なくとも１つは、入射光を回折するためにオンに切り替えることができ、入射光を透過させるためにオフに切り替えることができるアクティブ回折格子であってもよい。例えば、偏光回折格子は、偏光回折格子に電圧信号が印加されていないときに入射光を回折する「オン」状態であってもよく、偏光回折格子に閾値レベルよりも高い電圧信号が印加されたときに入射光を回折しない（例えば、透過させる）「オフ」状態に切り替えられてもよい。
【0076】
偏光回折格子は、異なるそれぞれの回折格子周期を有していてもよく、したがって、異なる回折角で入射ビームを回折してもよい。例えば、第１の偏光回折格子１１１０は、異なる円偏光入射ビームを第１の回折次数で約±５．３°だけ回折してもよく、第２の偏光回折格子１１２０は、異なる円偏光入射ビームを第１の回折次数で約±１０．８°だけ回折してもよく、第３の偏光回折格子１１３０は、異なる円偏光入射ビームを第１の回折次数で約±２２°だけ回折してもよい。したがって、スタックにおける偏光回折格子および／または偏光変換器が異なるように構成される（例えば、オンまたはオフに切り替えられる）と、切り替え可能な回折格子スタックは、図１１に示すように、入射物体ビーム１１５０を異なる方向へ回折してもよい。
【0077】
さらに、第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、および第３の偏光回折格子１１３０は、スペーサによって特定の距離だけ互いから分離されてもよい。図１１に示す例では、スペーサ１１１２は約０．３ｍｍの厚さを有していてもよく、スペーサ１１２２も約０．３ｍｍの厚さを有していてもよい。第３の偏光回折格子１１３０は、基板１１４２上にあるホログラフィック材料層１１４０からスペーサ１１３２によって分離されてもよい。図１１に示す例では、スペーサ１１３２は、約０．４ｍｍの厚さを有していてもよい。第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、第３の偏光回折格子１１３０、およびホログラフィック材料層１１４０は、図１１に示すように、入射物体ビーム１１５０が異なるそれぞれの方向からホログラフィック材料層１１４０の少なくとも８つの異なる領域に向けられてもよいように配置されてもよい。
【0078】
図１２は、特定の実施形態による、図１１に示す切り替え可能な回折格子スタックによる物体ビーム操作の例を示す図１２００を含む。各円１２１０は、切り替え可能な回折格子スタックによって操作される物体ビームの中心を表す。図１２の円１２１０を中心とするボックス１２２０は、切り替え可能な回折格子スタックによってシフトされるベース物体ビームを生成するためのＳＬＭによって実現される干渉縞の空間周波数範囲を示す。切り替え可能な回折格子スタックは、物体ビームがＸ－Ｙ平面内の各方向において約±６０°の視野をカバーできるように、物体ビームの中心をＸ－Ｙ平面内の各方向における８箇所のうちの１箇所に向けて操作してもよい。
【0079】
上記の切り替え可能な回折格子スタックは、例えば、偏光ボリューム回折格子（ＰＶＧ）、切り替え可能なブラッグ回折格子（ＳＢＧ）、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）回折格子、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）回折格子、液晶回折格子、ＳＬＭ、パッシブまたはアクティブ線形偏光子、パッシブまたはアクティブ円偏光子、パッシブまたはアクティブ波長板、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実現されてもよい。
【0080】
図１３Ａ～図１３Ｄは、特定の実施形態による偏光ボリューム回折格子の例の動作を示す。ＰＶＧは、例えば、光整列材料を有する液晶分子、または他のパターン化された複屈折ナノ構造を含んでいてもよい。ＰＶＧは、反射モードまたは透過モードで動作することができ、偏光選択性であってもよい。一例では、ＰＶＧは、らせん構造で配置された液晶分子を含んでいてもよい。このようなＰＶＧは、光伝搬方向で見たときに液晶分子が反時計回りの回転パターンで配置されているときには左回り（ＬＨ）ＰＶＧと呼んでもよく、または光伝搬方向で見たときに液晶分子が時計回りの回転パターンで配置されているときには右回り（ＲＨ）ＰＶＧと呼んでもよい。所与の光伝搬方向について、ＬＨ ＰＶＧが反転してＲＨ ＰＶＧとして機能してもよく、ＲＨ ＰＶＧが反転してＬＨ ＰＶＧとして機能してもよい。したがって、ＬＨ ＰＶＧおよびＲＨ ＰＶＧという呼称は、異なる種類のＰＶＧではなく、ＰＶＧと入力光との間の相互作用を記述するものである。液晶（ＬＣ）ＰＶＧなどのＰＶＧは、電場がＰＶＧに印加されると、液晶分子を電場の方向に沿って再整列させるためにオフに切り替えられてもよい。
【0081】
図１３Ａは、右回り円偏光を有する入射光に対するＲＨ ＰＶＧ１３００の動作を示す。ＲＨ ＰＶＧ１３００は、右回り円偏光を有する入射光を特定の角度、例えば－１次回折方向へと回折してもよい。また、ＲＨ ＰＶＧ１３００は、右回り円偏光を有する入射光の偏光を左回り円偏光を有する光に変化させてもよい。
【0082】
図１３Ｂは、左回り円偏光を有する入射光に対するＲＨ ＰＶＧ１３００の動作を示す。図示されるように、ＲＨ ＰＶＧ１３００は、左回り円偏光を有する入射光の大部分またはすべてを回折せずに透過させてもよい。ＲＨ ＰＶＧ１３００は、左回り円偏光を有する入射光の偏光状態をさらに維持してもよい。
【0083】
図１３Ｃは、右回り円偏光を有する入射光に対するＬＨ ＰＶＧ１３５０の動作を示す。図示されるように、ＬＨ ＰＶＧ１３５０は、右回り円偏光を有する入射光の大部分またはすべてを回折せずに透過させてもよい。ＬＨ ＰＶＧ１３５０は、右回り円偏光を有する入射光の偏光状態をさらに維持してもよい。
【0084】
図１３Ｄは、左回り円偏光を有する入射光に対するＬＨ ＰＶＧ１３００の動作を示す。ＬＨ ＰＶＧ１３５０は、左回り円偏光を有する入射光を特定の角度、例えば＋１次回折方向に回折してもよい。ＬＨ ＰＶＧ１３５０は、左回り円偏光を有する入射光の偏光を右回り円偏光を有する光にさらに変化させてもよい。
【0085】
図１４Ａは、特定の実施形態による切り替え可能なＰＢＰ回折格子１４００の例の上面図である。ＰＢＰ回折格子１４００は、切り替え可能な回折格子スタック１０２０の回折格子、第１の偏光回折格子１１１０、第２の偏光回折格子１１２０、または第３の偏光回折格子１１３０の例であってもよい。ＰＢＰ回折格子１４００は、一対の基板１４１０、一対の電極１４２０、１つまたは２つの表面整列層１４３０、および液晶層１４４０を備えていてもよい。基板１４１０は、可視光に対して透明であってもよい。電極１４２０も可視光に対して透明であってもよく、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いて実現されてもよい。表面整列層１４３０は、電圧がＰＢＰ回折格子１４００に印加されていないときに液晶層１４４０の液晶分子が同じパターンで自己整列できるように、所定の表面パターンを有していてもよい。
【0086】
図１４Ｂは、特定の実施形態による切り替え可能なＰＢＰ回折格子１４００の例を示す側面図である。図示されているように、ＰＢＰ回折格子１４００の液晶層１４４０は、光伝搬方向（例えば、ｚ方向）で見たときにｘ－ｙ平面内で反復回転パターンで配向される液晶分子を含んでいてもよい。反復回転パターンは、例えば、偏光感受性光整列材料における２つの直交する円偏光レーザビームの干渉を記録することによって作成されてもよい。ｘ－ｙ平面における液晶構造の反復回転パターン故に、ＰＢＰ回折格子１４００は、位置によって変化する面内一軸複屈折を有していてもよい。反復回転パターンを有する液晶構造は、光が液晶構造を伝搬するときの偏光発生故に、入射光の幾何学的位相シフトを生じさせてもよい。
【0087】
ＰＢＰ回折格子１４００の垂直入射時の回折効率は、おおよそ以下のように求めることができる。
ここで、ηｍはｍ回折次数の回折効率、Δｎは液晶層１４４０の複屈折であり、ｄは液晶層１４４０の厚さであり、λは入射光の波長であり、Ｓ’３＝Ｓ３／Ｓ０は、入射光の偏光の楕円率に対応する正規化ストークスパラメータである。したがって、厚さｄ＝λ／２△ｎ（ＬＣ層１４４０の半波長遅延）とすると、０次透過率η０はゼロであってもよく、すべての入射光が±１次まで回折されてもよい。±１回折次数は、Ｓ’３に影響を受けてもよいが、０次は偏光に依存しなくてもよい。例えば、入射光が右回り円偏光であるとき、Ｓ’３＝－１であり、したがってη＋１＝１かつη－１＝０であり、これは、ＰＢＰ回折格子１４００を通過するすべての入射光が＋１次に回析されてもよいことを示す。入射光が左回り円偏光であるとき、Ｓ’３＝＋１、η＋１＝０、かつη－１＝１であり、これは、すべての入射光が－１次へと回折されることを示す。本明細書では、ｍ＝＋１は１次、ｍ＝－１次は共役次数であると考えるが、次数の呼称は逆にされても、または別様に変更されてもよい。一般に、回折格子の周期Λおよび厚さｄに関係なく、０次および２つの最初に回折される次数のみが可能であってもよい。
【0088】
さらに、ＰＢＰ回折格子１４００を通過した後、光がＬＣ層１４４０において相対位相シフトされてもよいため、円偏光光の回転は反対の円偏光状態に変更されてもよい。
例えば、右回り円偏光光がＰＢＰ回折格子１４００を通過した後、光の偏光状態は、左回り円偏光に変更されてもよい。左回り円偏光光がＰＢＰ回折格子１４００を通過した後、光の偏光状態は右回り円偏光に変更されてもよい。
例えば、右回り円偏光光がＰＢＰ回折格子１４００を通過した後、光の偏光状態は、左回り円偏光に変更されてもよい。左回り円偏光光がＰＢＰ回折格子１４００を通過した後、光の偏光状態は右回り円偏光に変更されてもよい。
【0089】
ＰＢＰ回折格子１４００における液晶分子の反復回転パターンのピッチまたは周期Λは、部分的に、ＰＢＰ回折格子の特定の光学特性を決定してもよい。例えば、ピッチは、回折格子方程式に従って異なる回折次数の回折角を決定してもよい。一般に、ピッチが小さければ小さいほど、所定の波長の光および所定の回折次数に対する回折角は大きくなる。
【0090】
図１４Ｃは、特定の実施形態による、オフに切り替えられている切り替え可能なＰＢＰ回折格子１４００の例の上面図である。ＰＢＰ回折格子１４００は、電極１４２０に電圧信号を印加することによってオフに切り替えられてもよい。電圧信号のレベルが閾値レベルより大きい場合、液晶層１４４０内の電場が液晶分子を整列させることができ、有効複屈折Δｎが約０に低減されてもよい。このように、電圧信号は、入射光が、伝搬方向および偏光状態を変えることなくＰＢＰ回折格子１４００を通過してもよいように、ＰＢＰ回折格子１４００を効果的に消去またはオフに切り替えてもよい。
【0091】
図１５Ａ～図１５Ｃは、特定の実施形態による切り替え可能なＰＢＰ回折格子１５００の例の動作を示す。ＰＢＰ回折格子１５００は、ＰＢＰ回折格子１４００の例であってもよい。図示された例では、ＰＢＰ回折格子１５００は、一対の基板１５１０、一対の電極１５２０、１つまたは２つの表面整列層１５３０、および液晶層１５４０を備えていてもよい。基板１５１０は、可視光に対して透明であってもよい。電極１５２０も可視光に対して透明であってもよく、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いて実現されてもよい。表面整列層１５３０は、電圧がＰＢＰ回折格子１５００に印加されていないときに液晶層１５４０の液晶分子が同じパターンで自己整列できるように、所定の表面パターンを有していてもよい。図示された例では、ＰＢＰ回折格子１５００は、右回り回折格子として使用されてもよく、液晶層１５４０中の液晶分子は、光伝搬方向（例えば、ｚ方向）で見たときに、ｘ－ｙ平面において時計回りの回転パターンで配置されてもよい。
【0092】
図１５Ａは、「オン」状態におけるＰＢＰ回折格子１５００による右回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。ＰＢＰ回折格子１５００の電極１５２０に電圧信号（または閾値電圧未満の電圧信号）が印加されない場合、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられないため、ＰＢＰ回折格子１５００は「オン」状態であってもよい。ＰＢＰ回折格子１５００は、右回り円偏光を有する入射光を第１の方向（例えば、－１次回折方向）に回折してもよく、ＰＢＰ回折格子１５００から出力された光は、ＰＢＰ回折格子１５００を通過した後に左回り円偏光になり得る。
【0093】
図１５Ｂは、「オン」状態におけるＰＢＰ回折格子１５００による左回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。ＰＢＰ回折格子１５００の電極１５２０に電圧信号（または閾値電圧未満の電圧信号）が印加されない場合、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられないため、ＰＢＰ回折格子１５００は「オン」状態であってもよい。ＰＢＰ回折格子１５００は、左回り円偏光を有する入射光を第２の方向（例えば、＋１次回折方向）に回折してもよく、ＰＢＰ回折格子１５００から出力された光は、ＰＢＰ回折格子１５００を通過した後に右回り円偏光になり得る。
【0094】
図１５Ｃは、「オフ」状態におけるＰＢＰ回折格子１５００による入射光ビームの透過例を示す。ＰＢＰ回折格子１５００の電極１５２０に閾値電圧よりも高い電圧信号が印加される場合、図１４Ｃに関して上述したように、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられ得るため、ＰＢＰ回折格子１５００は「オフ」状態であってもよい。「オフ」状態において、ＰＢＰ回折格子１５００は、入射光ビームの偏光状態にかかわらず、入射光ビームを回折しなくてもよく、ＰＢＰ回折格子１５００から出力（例えば、透過）される光ビームは、入射光ビームと同じ偏光状態を有していてもよい。
【0095】
ＰＢＰ回折格子１５００が入射光ビームに対して反転されると、ＰＢＰ回折格子１５００は左回りになることができ、液晶層１５４０中の液晶分子は、光伝搬方向（例えば、ｚ方向）で見たときに、ｘ－ｙ平面において反時計回りの回転パターンで配置されてもよい。反転されたＰＢＰ回折格子は、「オン」状態において異なる回折特性を有していてもよい。
【0096】
図１６Ａ～図１６Ｃは、特定の実施形態による切り替え可能なＰＢＰ回折格子１６００の例の動作を示す。ＰＢＰ回折格子１６００は、ＰＢＰ回折格子１４００の例であってもよく、光が反対方向から入射するＰＢＰ回折格子１５００と類似のものであってもよい。図示された例では、ＰＢＰ回折格子１６００は、一対の基板１６１０、一対の電極１６２０、１つまたは２つの表面整列層１６３０、および液晶層１６４０を備えていてもよい。基板１６１０は、可視光に対して透明であってもよい。電極１６２０も可視光に対して透明であってもよく、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いて実現されてもよい。表面整列層１６３０は、電圧がＰＢＰ回折格子１６００に印加されていないときに液晶層１６４０の液晶分子が同じパターンで自己整列できるように、所定の表面パターンを有していてもよい。図示された例では、ＰＢＰ回折格子１６００は、左回り回折格子であってもよく、液晶層１６４０中の液晶分子は、光伝搬方向（例えば、ｚ方向）で見たときに、ｘ－ｙ平面において反時計回りの回転パターンで配置されてもよい。
【0097】
図１６Ａは、「オン」状態におけるＰＢＰ回折格子１６００による右回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。ＰＢＰ回折格子１６００の電極１６２０に電圧信号（または閾値電圧未満の電圧信号）が印加されない場合、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられないため、ＰＢＰ回折格子１６００は「オン」状態であってもよい。ＰＢＰ回折格子１６００は、右回り円偏光を有する入射光を第１の方向（例えば、＋１次回折方向）に回折してもよく、ＰＢＰ回折格子１６００から出力された光は、ＰＢＰ回折格子１６００を通過した後に左回り円偏光になり得る。
【0098】
図１６Ｂは、「オン」状態におけるＰＢＰ回折格子１６００による左回り円偏光入射光ビームの回折例を示す。ＰＢＰ回折格子１６００の電極１６２０に電圧信号（または閾値電圧未満の電圧信号）が印加されない場合、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられないため、ＰＢＰ回折格子１６００は「オン」状態であってもよい。ＰＢＰ回折格子１６００は、左回り円偏光を有する入射光を第２の方向（例えば、－１次回折方向）に回折してもよく、ＰＢＰ回折格子１６００から出力された光は、ＰＢＰ回折格子１６００を通過した後に右回り円偏光になり得る。
【0099】
図１６Ｃは、「オフ」状態におけるＰＢＰ回折格子１６００による入射光ビームの透過例を示す。ＰＢＰ回折格子１６００の電極１６２０に閾値電圧よりも高い電圧信号が印加される場合、図１４Ｃに関して上述したように、内蔵された回折格子が消去またはオフに切り替えられ得るため、ＰＢＰ回折格子１６００は「オフ」状態であってもよい。「オフ」状態において、ＰＢＰ回折格子１６００は、入射光ビームの偏光状態にかかわらず、入射光ビームを回折しなくてもよく、ＰＢＰ回折格子１６００から出力（例えば、透過）される光ビームは、入射光ビームと同じ偏光状態を有していてもよい。
【0100】
図１７Ａは、特定の実施形態によるビーム操作デバイス１７００の動作の例を示す。図示された例では、ビーム操作デバイス１７００は、積層に配置された第１の切り替え可能な偏光変換器１７１０、第１の偏光回折格子１７２０、第２の切り替え可能な偏光変換器１７１２、第２の偏光回折格子１７２２、第３の切り替え可能な偏光変換器１７１４、および第３の偏光回折格子１７２４を備えていてもよい。上述したように、切り替え可能な偏光変換器１７１０、１７１２、および１７１４は、入射する円偏光光ビームを、反対の円偏光状態を有する光ビームに変換してもよい（例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰへ、またはＲＨＣＰからＬＨＣＰへ）。例えば、切り替え可能な偏光変換器１７１０、１７１２、および１７１４はそれぞれ、入射光の偏光状態を反対の偏光状態に変化させるために（例えば、電圧信号を印加せずに）オンに切り替えることができ、入射光の偏光状態を維持するために（例えば、電圧信号を印加して）オフに切り替えることができる切り替え可能な半波長板を備えていてもよい。
【0101】
第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４は、上述のＰＶＧまたはパッシブもしくはアクティブＰＢＰ回折格子など、上述したパッシブ偏光依存型回折格子またはアクティブ偏光依存型回折格子であってもよい。第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４はそれぞれ、右回り偏光回折格子であっても、または左回り偏光回折格子であってもよい。第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４は、異なる回折格子周期を有していてもよく、したがって、同じ回折次数に対して異なる回折角を有していてもよい。例えば、第１の偏光回折格子１７２０は、＋１回折次数へと表面垂直入射光を回折角θで回折するような第１の回折格子周期を有していてもよく、第２の偏光回折格子１７２２は、＋１回折次数へと表面垂直入射光を回折角２θで回折するような第２の回折格子周期を有していてもよく、第３の偏光回折格子１７２４は、＋１回折次数へと表面垂直入射光を回折角４θで回折するような第３の回折格子周期を有していてもよい。
【0102】
図１７Ａに示す例では、第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４は、パッシブ右回り円偏光回折格子であってもよく、または「オン」状態のままで入射光を回折するアクティブ右回り円偏光回折格子であってもよい。第１の切り替え可能な偏光変換器１７１０は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態を変更することなく右回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第１の偏光回折格子１７２０は、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。第２の切り替え可能な偏光変換器１７１２は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって左回り円偏光光ビームを右回り円偏光光ビームに変換してもよい。第２の偏光回折格子１７２２は、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。第３の切り替え可能な偏光変換器１７１４は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって左回り円偏光光ビームを右回り円偏光光ビームに変換してもよい。第３の偏光回折格子１７２４は、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。
【0103】
図１７Ｂは、特定の実施形態によるビーム操作デバイス１７００の動作の別の例を示す。図１７Ｂに示す例では、第１の切り替え可能な偏光変換器１７１０は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって右回り円偏光入射光ビームを左回り円偏光光ビームに変換してもよい。第１の偏光回折格子１７２０は、左回り円偏光光ビームを＋１回折次数で回折し、出力光ビームを右回り円偏光光ビームに変化させてもよい。第２の切り替え可能な偏光変換器１７１２は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態を変更することなく右回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第２の偏光回折格子１７２２は、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。第３の切り替え可能な偏光変換器１７１４は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって左回り円偏光光ビームを右回り円偏光光ビームに変換してもよい。第３の偏光回折格子１７２４は、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。
【0104】
したがって、切り替え可能な偏光変換器１７１０、１７１２、および１７１４を選択的にオンまたはオフに切り替えて、第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４に対する入射光ビームの偏光状態を設定することによって、入射光ビームは、１組の不連続な方向に向けられてもよい。例えば、第１の偏光回折格子１７２０、第２の偏光回折格子１７２２、および第３の偏光回折格子１７２４が異なるそれぞれの回折格子周期を有する場合、ビーム操作デバイス１７００は、入射光ビームを８つ（２３）の異なる方向のうちの１つに向けることができてもよい。
【0105】
図１８Ａは、特定の実施形態によるビーム操作デバイス１８００の動作の例を示す。図示された例では、ビーム操作デバイス１８００は、積層に配置された第１の切り替え可能な偏光変換器１８１０、第１の偏光回折格子１８２０、第２の切り替え可能な偏光変換器１８１２、第２の偏光回折格子１８２２、第３の切り替え可能な偏光変換器１８１４、および第３の偏光回折格子１８２４を備えていてもよい。上述したように、切り替え可能な偏光変換器１８１０、１８１２、および１８１４は、入射する円偏光光ビームを、反対の円偏光状態を有する光ビームに変換してもよい（例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰへ、またはＲＨＣＰからＬＨＣＰへ）。例えば、切り替え可能な偏光変換器１８１０、１８１２、および１８１４はそれぞれ、入射光の偏光状態を反対の偏光状態に変化させるために（例えば、電圧信号を印加せずに）オンに切り替えることができ、入射光の偏光状態を維持するために（例えば、電圧信号を印加して）オフに切り替えることができる切り替え可能な半波長板を備えていてもよい。
【0106】
第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４は、上述したアクティブＰＢＰ回折格子など、アクティブ偏光依存型回折格子であってもよい。第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４はそれぞれ、右回り偏光回折格子であっても、または左回り偏光回折格子であってもよい。第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４は、異なる回折格子周期を有していてもよく、したがって、同じ回折次数に対して異なる回折角を有していてもよい。例えば、第１の偏光回折格子１８２０は、表面垂直入射光を回折角４θで＋１回折次数へと回折するような第１の回折格子周期を有していてもよく、第２の偏光回折格子１８２２は、表面垂直入射光を回折角２θで＋１回折次数へと回折するような第２の回折格子周期を有していてもよく、第３の偏光回折格子１８２４は、表面垂直入射光を回折角４θで＋１回折次数へと回折するような第３の回折格子周期を有していてもよい。
【0107】
図１８Ａに示す例では、第１の切り替え可能な偏光変換器１８１０は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態を変更することなく右回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第１の偏光回折格子１８２０は、電圧信号から切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって、右回り円偏光光ビームを－１回折次数で回折し、出力光ビームを左回り円偏光光ビームに変化させてもよい。第２の切り替え可能な偏光変換器１８１２は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって左回り円偏光光ビームを右回り円偏光光ビームに変換してもよい。第２の偏光回折格子１８２２は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態および伝搬方向を変更することなく右回り円偏光光ビームを（０次回折次数で）透過させてもよい。第３の切り替え可能な偏光変換器１８１４は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって右回り円偏光光ビームを左回り円偏光光ビームに変換してもよい。第３の偏光回折格子１８２４は、電圧信号から切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって、左回り円偏光光ビームを＋１回折次数で回折し、出力光ビームを右回り円偏光光ビームに変化させてもよい。
【0108】
図１８Ｂは、特定の実施形態によるビーム操作デバイス１８００の動作の例を示す。図１８Ｂに示す例では、第１の切り替え可能な偏光変換器１８１０は、電圧信号と切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって右回り円偏光光ビームを左回り円偏光光ビームに変換してもよい。第１の偏回折格子１８２０は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態および伝搬方向を変更することなく左回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第２の切り替え可能な偏光変換器１８１２は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態を変更することなく左回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第２の偏光回折格子１８２２は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態および伝搬方向を変更することなく左回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第３の切り替え可能な偏光変換器１８１４は、印加される電圧信号によってオフに切り替えられてもよく、したがって、その偏光状態を変更することなく左回り円偏光光ビームを透過させてもよい。第３の偏光回折格子１８２４は、電圧信号から切り離すことによってオンに切り替えられてもよく、したがって、左回り円偏光光ビームを＋１回折次数で回折し、出力光ビームを右回り円偏光光ビームに変化させてもよい。
【0109】
したがって、切り替え可能な偏光変換器１８１０、１８１２、および１８１４を選択的にオンまたはオフに切り替えて、第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４に対する入射光ビームの偏光状態を設定することによって、かつ／または、第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４を選択的にオンまたはオフに切り替えることによって、入射光ビームは、１組の不連続な方向のうちの任意の方向に向けられてもよい。例えば、第１の偏光回折格子１８２０、第２の偏光回折格子１８２２、および第３の偏光回折格子１８２４が異なるそれぞれの回折格子周期を有する場合、ビーム操作デバイス１８００は、入射光ビームを２７（３３）の異なる方向のうちの１つに向けることができてもよい。
【0110】
図１９は、特定の実施形態によるホログラフィックプリンタ１９００の例の簡略化されたブロック図を含む。ホログラフィックプリンタ１９００は、入力ビーム１９０２を２つのビームに分割することができるビームスプリッタ１９０４（例えば、偏光ビームスプリッタキューブまたは任意の他のビームスプリッタ）を備えていてもよい。ホログラフィックプリンタ１９００はまた、光変調デバイス、フィルタリングデバイス、および縮小デバイスを２組備えていてもよい。光変調デバイス、フィルタリングデバイス、および縮小デバイスの各組を使用して、ビームスプリッタ１９０４からの２つのビームのうちの１つを調整して、ホログラフィック記録のための物体ビームまたは参照ビームを生成してもよい。
【0111】
図示された例では、光変調デバイス、フィルタリングデバイス、および縮小デバイスの第１の組は、ビームスプリッタ１９０６、ＳＬＭ１９０８、レンズ１９１０、フィルタ１９１２、レンズ１９１４、フィルタ１９１６、反射器１９１８（例えば、ミラー）、レンズ１９２０、レンズ１９２２、レンズ１９２４、およびビーム操作デバイス１９３０（例えば、上記の任意の切り替え可能な回折格子スタック）を含んでいてもよい。上述したレンズのいずれかは、単一のレンズまたはレンズ群を含むレンズアセンブリを含んでいてもよい。レンズ１９２２およびレンズ１９２４は、複数のレンズを含む対物レンズを形成してもよい。いくつかの実施形態では、これらのデバイスのいくつかは任意であってもよい。例えば、図６に関して上述したように、いくつかの実施形態では、レンズ１９１４およびフィルタ１９１６は任意であってもよく、レンズ１９２２およびレンズ１９２４は任意であってもよく、ビーム操作デバイス１９３０は任意であってもよい。いくつかの実施形態では、レンズ１９２０は、反射器１９１８の前または後であってもよい。
【0112】
ビームスプリッタ１９０６は、第１のビームをＳＬＭ１９０８に反射させてもよい。ＳＬＭ１９０８は、ホログラム素子に対応するホログラフィック干渉縞（例えば、ＣＧＨ）を実現するために、コントローラ（コントローラ６０５）からデータを受信してもよい。第１のビームは、変調された第１のビームが所望の波面を有し得るようにＳＬＭ１９０８によって変調されてもよい。ＳＬＭ１９０８によって反射された変調された第１のビームは、レンズ１９１０によってフーリエ平面上にフーリエ変換されてもよい。高回折次数および／または変調されていない０回折次数などの望ましくない光は、フーリエ平面でフィルタ１９１２によって空間的にフィルタリングされてもよく、１次（±１）回折次数のみが通過可能であってもよい。例えば、フィルタ１９１２としては、０回折次数をフィルタリングできるＤＣフィルタ（例えば、クロムスポット）、および高回折次数をフィルタリングできるローパスフィルタ（例えば、アパーチャ）を挙げることができる。いくつかの実施形態では、レンズ１９１４およびフィルタ１９１６は、レンズ１９１０およびフィルタ１９１２と組み合わせて、ＳＬＭ１９０８によって変調された第１のビームをフィルタリングするために使用されてもよい。図６に関して上述したように、フィルタ１９１２および／またはフィルタ１９１６によってフィルタリングされた第１のビームは、レンズ１９１０およびレンズ１９１４もしくはレンズ１９２０を含むテレセントリックシステム、ならびに／またはレンズ１９２２およびレンズ１９２４を含むテレセントリックシステムなどの１つまたは複数のテレセントリックシステムによって縮小されてよく、レンズの焦点距離は第１のビームが縮小され得るように選択されてもよい。例えば、レンズ１９２４は、レンズ１９２２よりも短い焦点距離を有していてもよく、かつ／またはレンズ１９２０または１９１４は、レンズ１９１０よりも短い焦点距離を有していてもよい。第１のビームの縮小され、フィルタリングされ、変調された波面は、任意で、ビーム操作デバイス１９３０によってホログラフィック材料層１９９０の領域へと操作されてもよい。
【0113】
同様に、光変調デバイス、フィルタリングデバイス、および縮小デバイスの第２の組は、ビームスプリッタ１９３２、ＳＬＭ１９３４、レンズ１９３６、フィルタ１９３８、レンズ１９４０、フィルタ１９４２、反射器１９４４（例えば、ミラーまたはプリズム）、反射器１９４６（例えば、ミラーまたはプリズム）、レンズ１９４８、レンズ１９５０、レンズ１９５２、およびビーム操作デバイス１９６０（例えば、上記の任意の切り替え可能な回折格子スタック）を含んでいてもよい。上述したレンズのいずれかは、単一のレンズまたはレンズ群を含むレンズアセンブリを含んでいてもよい。レンズ１９５０およびレンズ１９５２は、複数のレンズを含む対物レンズを形成してもよい。いくつかの実施形態では、これらのデバイスのいくつかは任意であってもよい。例えば、図６に関して上述したように、いくつかの実施形態では、レンズ１９４０およびフィルタ１９４２は任意であってもよく、レンズ１９５０およびレンズ１９５２は任意であってもよく、ビーム操作デバイス１９６０は任意であってもよい。いくつかの実施形態では、レンズ１９４８は、反射器１９４４の前、反射器１９４４と反射器１９４６との間、または反射器１９４６の後にあってもよい。
【0114】
ビームスプリッタ１９３２は、第２のビームをＳＬＭ１９３４に透過させてもよい。ＳＬＭ１９３４は、ホログラム素子に対応するホログラフィック干渉縞（例えば、ＣＧＨ）を実現するために、コントローラ（コントローラ６０５）からデータを受信してもよい。第２のビームは、変調された第２のビームが所望の波面を有してもよいようにＳＬＭ１９３４によって変調されてもよい。変調された第２のビームは、ＳＬＭ１９０８およびビームスプリッタ１９３２によって反射されてもよく、レンズ１９３６によってフーリエ平面上にフーリエ変換されてもよい。高回折次数および／または変調されていない０回折次数などの望ましくない光は、フーリエ平面でフィルタ１９３８によって空間的にフィルタリングされてもよく、１次（±１）回折次数のみが通過可能であってもよい。例えば、フィルタ１９３８としては、０回折次数をフィルタリングできるＤＣフィルタ（例えば、クロムスポット）、および／または高回折次数をフィルタリングできるローパスフィルタ（例えば、アパーチャ）を挙げることができる。いくつかの実施形態では、レンズ１９４０およびフィルタ１９４２は、レンズ１９３６およびフィルタ１９３８と組み合わせて、ＳＬＭ１９３４によって変調された第２のビームをフィルタリングするために使用されてもよい。図６に関して上述したように、フィルタ１９１２および／またはフィルタ１９１６によってフィルタリングされた第２のビームは、レンズ１９３６およびレンズ１９４０もしくはレンズ１９４８を含むテレセントリックシステム、ならびに／またはレンズ１９５０およびレンズ１９５２を含むテレセントリックシステムなどの１つまたは複数のテレセントリックシステムによって縮小されてもよく、レンズの焦点距離は第２のビームが縮小されるように選択されてもよい。例えば、レンズ１９５２は、レンズ１９５０よりも短い焦点距離を有していてもよく、かつ／またはレンズ１９４８または１９４０は、レンズ１９３６よりも短い焦点距離を有していてもよい。第２のビームの縮小、フィルタリング、および変調された波面は、任意で、ビーム操作デバイス１９６０によってホログラフィック材料層１９９０の領域へと操作されてもよく、第２のビームは第１のビームに干渉して光干渉縞、ひいてはホログラム素子を形成してもよい。
【0115】
次のホログラム素子を記録するために、次のホログラム素子のデータがＳＬＭ１９０８および／またはＳＬＭ１９３４に送信されてもよく、ホログラフィック材料層１９９０が、電動式ステージ（例えば、２Ｄ並進ステージ６８５）によって次の位置に移動されてもよい。ホログラム素子がすべて記録された後、ホログラフィック材料層１９９０は、所望のホログラムを形成するために処理、例えば硬化または漂白されてもよい。
【0116】
図２０は、特定の実施形態による、ホログラフィック光学素子を印刷するための方法の例を示す簡略化されたフローチャート２０００である。フローチャート２０００に記載された動作は、単に例示目的のものであり、限定することを意図していない。様々な実施態様において、フローチャート２０００に修正を加え、追加の動作を追加し、いくつかの動作を省略し、いくつかの動作を組み合わせ、いくつかの動作を分割し、またはいくつかの動作を並べ替えてもよい。１つまたは複数のコンピュータシステムは、非一時的な記憶媒体に記憶された命令を実行して、ホログラフィック印刷システム（例えば、ホログラフィック波面プリンタ）を制御して、本方法を実行してもよい。
【0117】
ブロック２０１０において、コンピュータシステムは、ホログラフィック材料層（例えば、フォトポリマー層）を支持する線形並進ステージを制御して、ホログラフィック層を所望の位置に移動させてもよい。ブロック２０２０において、コンピュータシステムは、干渉縞（例えば、コンピュータによって生成されたホログラム）を実現するためのデータを第１の空間光変調器に提供してもよい。第１のＳＬＭによって実現された干渉縞は、第１のビームによって照射されたとき、第１のビームを変調して所望の波面を生成してもよい。任意で、ブロック２０３０において、第１のビームは、例えば、ＤＣフィルタおよび／またはローパスフィルタによってフーリエ平面でフィルタリングされ、変調されていない０回折次数および高回折次数を遮断し、±１回折次数を通過させるようにしてもよい。任意で、ブロック２０３２において、第１のビームは、例えば、１つまたは複数のテレセントリックシステムを使用して縮小されてもよい。ブロック２０４０において、コンピュータシステムは、第１のビームを所望の方向に操作するように、上述したように第１の切り替え可能な回折格子スタックを構成してもよい。第１の切り替え可能な回折格子スタックは、第１のビームを複数の方向のうちの１つに操作するように構成可能であってもよい。
【0118】
任意で、ブロック２０４２において、コンピュータシステムは、干渉縞（例えば、コンピュータによって生成されたホログラム）を実現するためのデータを第２の空間光変調器に提供してもよい。第２のＳＬＭによって実現された干渉縞は、第２のビームによって照射されたとき、第２のビームを変調して、所望の波面を生成してもよい。任意で、ブロック２０４４において、第２のビームは、例えば、ＤＣフィルタおよび／またはローパスフィルタによってフーリエ平面でフィルタリングし、変調されていない０回折次数および高回折次数を遮断し、±１回折次数を通過させるようにしてもよい。任意で、ブロック２０４６において、第２のビームは、例えば、１つまたは複数のテレセントリックシステムを使用して縮小されてもよい。ブロック２０４８において、コンピュータシステムは、第２のビームを所望の方向に操作するように、上述したように第２の切り替え可能な回折格子スタックを構成してもよい。第２の切り替え可能な回折格子スタックは、第２のビームを複数の方向のうちの１つに操作するように構成可能であってもよい。
【0119】
ブロック２０５０において、コンピュータシステムは、露光システムを制御して、ホログラフィック材料層の領域を第１のビームおよび第２のビームに露光し、ホログラムの素子（例えば、ホーゲル）を記録してもよい。第１のビームと第２のビームとが干渉して光干渉縞を生成し、これにより、書き込みモノマーの重合および拡散が起こり、上述したように光干渉縞に対応するホログラフィック光学素子を形成してもよい。
【0120】
露光後、コンピュータシステムは、２Ｄ線形並進ステージを制御し、ホログラフィック材料層を次の位置に移動させてもよく、ブロック２０２０～２０５０における動作を再び実行して、ホログラフィック材料層の異なる領域にホログラムの別の素子を記録してもよい。ブロック２０１０～２０５０における動作を反復的に実行して、ホログラムの素子の２Ｄアレイを記録してもよい。ホログラムの素子がすべて記録された後、ホログラフィック材料層は、例えば、色素漂白、重合完了、記録パターンの永久固定、および屈折率変調の強化のために後処理されてもよい。
【0121】
本発明の実施形態は、人工現実システムの構成要素を製造するために使用されてもよく、または人工現実システムと共に実現されてもよい。人工現実は、ユーザに提示される前に何らかの方法で調整された現実の形態であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含んでいてもよい。人工現実コンテンツとしては、完全生成コンテンツまたはキャプチャされた（例えば、実世界の）コンテンツと組み合わされた生成コンテンツを挙げることができる。人工現実コンテンツとしては、ビデオ、オーディオ、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを挙げることができ、それらのいずれかは、単一チャネルまたは複数チャネル（見ている人に３次元効果をもたらすステレオビデオなど）で提示されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、人工現実は、例えば、人工現実でコンテンツを作成するために使用され、かつ／またはそうでなければ人工現実で使用される（例えば、活動を行う）アプリケーション、製品、付属品、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせとも関連付けられてもよい。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアロンＨＭＤ、モバイルデバイス、またはコンピューティングシステム、または１人もしくは複数の見ている人に人工現実コンテンツを提供可能な任意の他のハードウェアプラットフォームを含む種々のプラットフォームで実装されてもよい。
【0122】
図２１は、特定の実施形態による、本明細書に開示される技術を用いて作製された１つまたは複数のホログラフィック光学素子を使用してもよいニアアイディスプレイシステム２１２０を含む人工現実システム環境２１００の例の簡略化されたブロック図である。図２１に示す人工現実システム環境２１００は、それぞれが任意のコンソール２１１０に接続されてもよい、ニアアイディスプレイシステム２１２０、任意のイメージングデバイス２１５０、および任意の入力／出力インタフェース２１４０を含んでいてもよい。図２１は、１つのニアアイディスプレイシステム２１２０、１つのイメージングデバイス２１５０、および１つの入力／出力インタフェース２１４０を含む例示的な人工現実システム環境２１００を示しているが、任意の数のこれらの構成要素が人工現実システム環境２１００に含まれてもよく、または構成要素のいずれかが省略されてもよい。例えば、コンソール２１１０と通信している１つまたは複数の外部イメージングデバイス２１５０によって監視される複数のニアアイディスプレイシステム２１２０があってもよい。いくつかの構成では、人工現実システム環境２１００は、イメージングデバイス２１５０、任意の入力／出力インタフェース２１４０、および任意のコンソール２１１０を含んでいなくてもよい。代替構成では、異なる、または追加の構成要素が、人工現実システム環境２１００に含まれてもよい。いくつかの構成では、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、手持ち式コントローラなどの１つまたは複数の入力／出力デバイス（例えば、入力／出力インタフェース２１４０）を追跡するために使用されてもよい、イメージングデバイス２１５０を含んでいてもよい。
【0123】
ニアアイディスプレイシステム２１２０は、コンテンツをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。ニアアイディスプレイシステム２１２０によって提示されるコンテンツの例としては、画像、ビデオ、オーディオ、またはそれらの何らかの組み合わせのうちの１つまたは複数が挙げられる。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイシステム２１２０、コンソール２１１０、またはその両方からオーディオ情報を受信し、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドフォン）を介して提示されてもよい。ニアアイディスプレイシステム２１２０は、１つまたは複数の剛性本体を備えていてもよく、これらは、互いに固定して、または固定せずに結合されてもよい。剛性本体間の固定結合によって、結合された剛性本体を単一の剛性エンティティーとして機能させてもよい。剛性本体間の非固定結合は、剛性本体が互いに対して移動することを可能にしてもよい。様々な実施形態では、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、眼鏡を含む任意の適切なフォームファクタに実装されてもよい。ニアアイディスプレイシステム２１２０のいくつかの実施形態は、以下でさらに説明される。さらに、種々の実施形態では、本明細書に記載される機能は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の外部環境の画像と人工現実コンテンツ（例えば、コンピュータによって生成される画像）とを組み合わせるヘッドセットにおいて使用されてもよい。したがって、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の外部の物理的な実世界環境の画像を生成されたコンテンツ（例えば、画像、ビデオ、音声など）で拡張して、拡張現実をユーザに提示してもよい。
【0124】
種々の実施形態では、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、ディスプレイエレクトロニクス２１２２、ディスプレイ光学系２１２４、および視標追跡システム２１３０のうちの１つまたは複数を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、１つまたは複数のロケータ２１２６、１つまたは複数の位置センサ２１２８、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２１３２を備えていてもよい。ニアアイディスプレイシステム２１２０は、種々の実施形態では、これらの要素のいずれかを省略しても、または追加の要素を備えていてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイシステム２１２０は、図２１と関連して説明した種々の要素の機能を組み合わせた要素を備えていてもよい。
【0125】
ディスプレイ２１２２は、例えばコンソール２１１０から受信したデータに従って、ユーザに画像を表示するか、または表示を促してもよい。種々の実施形態では、ディスプレイ２１２２としては、ホログラフィックディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、マイクロ発光ダイオード（μＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリックスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明ＯＬＥＤディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、または何らかの他のディスプレイなどの１つまたは複数のディスプレイパネルを挙げることができる。例えば、ニアアイディスプレイシステム２１２０の一実施態様では、ディスプレイ２１２２は、前面ＴＯＬＥＤパネル、背面ディスプレイパネル、および前面ディスプレイパネルと背面ディスプレイパネルとの間の光学構成要素（例えば、減衰器、偏光子、または回折フィルムもしくは分光フィルム）を備えていてもよい。ディスプレイ２１２２は、赤、緑、青、白、または黄色などの主色の光を放射するための画素を含んでいてもよい。いくつかの実施態様では、ディスプレイ２１２２は、画像奥行きの主観的な知覚を作り出すために、２次元パネルによって作り出されるステレオ効果を通じて３次元（３Ｄ）画像を表示してもよい。例えば、ディスプレイ２１２２は、ユーザの左目および右目の前にそれぞれ配置された左ディスプレイおよび右ディスプレイを含んでいてもよい。左ディスプレイおよび右ディスプレイは、立体効果（すなわち、画像を見ているユーザによる画像奥行きの知覚）を作り出すために、互いに対して水平方向にシフトされた画像のコピーを提示してもよい。
【0126】
特定の実施形態では、ディスプレイ光学系２１２４は、画像コンテンツを（例えば、光導波路およびカプラを使用して）光学的に表示し、ディスプレイエレクトロニクス２１２２から受け取った画像光を拡大し、画像光に関連する光学誤差を補正し、補正した画像光をニアアイディスプレイシステム２１２０のユーザに提示してもよい。種々の実施形態では、ディスプレイ光学系２１２４は、例えば、基板、光導波路、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、入力／出力カプラ、またはディスプレイエレクトロニクス２１２２から放出される画像光に影響を与え得る任意の他の適切な光学素子などの１つまたは複数の光学素子を備えていてもよい。ディスプレイ光学系２１２４は、異なる光学素子の組み合わせだけでなく、組み合わせにおける光学素子の相対的な間隔および配向を維持するための機械的カップリングを含んでいてもよい。ディスプレイ光学系２１２４における１つまたは複数の光学素子は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタリングコーティング、または異なる光学コーティングの組み合わせなどの光学コーティングを有していてもよい。
【0127】
ディスプレイ光学系２１２４による画像光の拡大により、ディスプレイ２１２２は、より大なディスプレイよりも物理的に小さく、重量が軽く、電力の消費を少なくすることを可能にしてもよい。さらに、拡大によって、表示されるコンテンツの視野が大きくなり得る。ディスプレイ光学系２１２４による画像光の拡大量は、ディスプレイ光学系２１２４から光学素子を調整、追加、または除去することによって変更されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ光学系２１２４は、ニアアイディスプレイシステム２１２０よりもユーザの目から遠く離れていてもよい１つまたは複数の画像平面に表示画像を投影してもよい。
【0128】
ディスプレイ光学系２１２４は、２次元光学誤差、３次元光学誤差、またはそれらの組み合わせなどの１つまたは複数の種類の光学誤差を補正するようにさらに設計されてもよい。２次元誤差は、２次元で発生する光学収差を含んでいてもよい。２次元誤差の例示的な種類としては、たる形ひずみ、糸巻き形ひずみ、縦色収差、および横色収差を挙げることができる。３次元誤差は、３次元で発生する光学誤差を含んでいてもよい。３次元誤差の種類の例としては、球面収差、コマ収差、像面湾曲、および非点収差を挙げることができる。
【0129】
ロケータ２１２６は、互いに対する、またニアアイディスプレイシステム２１２０の基準点に対するニアアイディスプレイシステム２１２０の特定の位置に配置された物体であってもよい。いくつかの実施態様では、コンソール２１１０は、イメージングデバイス２１５０によって取り込まれた画像においてロケータ２１２６を識別し、人工現実ヘッドセットの位置、配向、またはその両方を決定してもよい。ロケータ２１２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ニアアイディスプレイシステム２１２０が動作する環境と対照を成す種類の光源、またはそれらの何らかの組み合わせであってもよい。ロケータ２１２６が動的機器（例えば、ＬＥＤまたは他の種類の発光デバイス）である実施形態では、ロケータ２１２６は、可視帯（例えば、約３８０ｎｍ～７５０ｎｍ）、赤外線（ＩＲ）帯（例えば、約７５０ｎｍ～２１ｍｍ）、紫外線帯（例えば、約２１０ｎｍ～約３８０ｎｍ）、電磁スペクトルの別の部分、または電磁スペクトルの部分の任意の組み合わせで光を放射してもよい。
【0130】
イメージングデバイス２１５０は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の一部であっても、またはニアアイディスプレイシステム２１２０の外部にあってもよい。イメージングデバイス２１５０は、コンソール２１１０から受信した較正パラメータに基づいて、低速較正データを生成してもよい。低速較正データは、イメージングデバイス２１５０によって検出可能なロケータ２１２６の観察された位置を示す１つまたは複数の画像を含んでいてもよい。イメージングデバイス２１５０としては、１つまたは複数のカメラ、１つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ２１２６のうちの１つもしくは複数を含む画像を取り込むことができる任意の他のデバイス、またはそれらの何らかの組み合わせを挙げることができる。さらに、イメージングデバイス２１５０は、（例えば、信号対雑音比を増加させるための）１つまたは複数のフィルタを備えていてもよい。イメージングデバイス２１５０は、イメージングデバイス２１５０の視野内のロケータ２１２６から放射または反射された光を検出するように構成されてもよい。ロケータ２１２６が受動素子（例えば、再帰反射器）を備えた実施形態では、イメージングデバイス２１５０は、ロケータ２１２６の一部またはすべてを照明する光源を備えていてもよく、これは、イメージングデバイス２１５０の光源に光を再帰反射してもよい。低速較正データは、イメージングデバイス２１５０からコンソール２１１０に通信されてもよく、イメージングデバイス２１５０は、コンソール２１１０から１つまたは複数の較正パラメータを受信して、１つまたは複数のイメージングパラメータ（例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、センサ温度、シャッタスピード、アパーチャなど）を調整してもよい。
【0131】
位置センサ２１２８は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成してもよい。位置センサ２１２８の例としては、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、他の動き検出センサもしくは誤差補正センサ、またはそれらの何らかの組み合わせを挙げることができる。例えば、いくつかの実施形態では、位置センサ２１２８は、並進運動（例えば、前後、上下、または左右）を測定するための複数の加速度計、および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、またはロール）を測定するための複数のジャイロスコープを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、種々の位置センサは、互いに直交して配向されてもよい。
【0132】
ＩＭＵ２１３２は、位置センサ２１２８のうちの１つまたは複数から受信した測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスであってもよい。位置センサ２１２８は、ＩＭＵ２１３２の外部、ＩＭＵ２１３２の内部、またはそれらの何らかの組み合わせに配置されてもよい。１つまたは複数の位置センサ２１２８からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ２１３２は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の初期位置に対するニアアイディスプレイシステム２１２０の推定位置を示す高速較正データを生成してもよい。例えば、ＩＭＵ２１３２は、加速度計から受信した測定信号を経時的に積分して速度ベクトルを推定し、速度ベクトルを経時的に積分してニアアイディスプレイシステム２１２０における基準点の推定位置を決定してもよい。あるいは、ＩＭＵ２１３２は、サンプリングされた測定信号をコンソール２１１０に提供してもよく、コンソール２１１０は、高速較正データを決定してもよい。基準点は、一般に、空間内の点として定義されてもよいが、種々の実施形態では、基準点は、ニアアイディスプレイシステム２１２０内の点（例えば、ＩＭＵ２１３２の中心）としても定義されてもよい。
【0133】
視標追跡システム２１３０は、１つまたは複数の視標追跡システムを備えていてもよい。視標追跡とは、ニアアイディスプレイシステム２１２０に対する、目の向きおよび位置を含む目の位置を決定することを意味することができる。視標追跡システムは、１つまたは複数の目をイメージングするイメージングシステムを備えていてもよく、一般に、目によって反射された光がイメージングシステムによって捕捉され得るように目に向けられる光を生成し得る発光器を備えていてもよい。例えば、視標追跡システム２１３０は、可視スペクトルまたは赤外スペクトルの光を放出する非コヒーレントまたはコヒーレントな光源（例えば、レーザダイオード）、およびユーザの目によって反射された光を捕捉するカメラを備えていてもよい。別の例として、視標追跡システム２１３０は、小型レーダユニットによって放出された反射電波を捕捉してもよい。視標追跡システム２１３０は、目に傷害を与えたり、または物理的不快感を引き起こしたりしない周波数および強度で光を放出する低出力発光器を使用してもよい。視標追跡システム２１３０は、視標追跡システム２１３０によって消費される全体的な電力を低減しつつ（例えば、視標追跡システム２１３０に含まれる発光器およびイメージングシステムによって消費される電力を低減しつつ）、視標追跡システム２１３０によって捕捉される目の画像におけるコントラストを増加させるように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施態様において、視標追跡システム２１３０は、２１００ミリワット未満の電力を消費してもよい。
【0134】
視標追跡システム２１３０は、ユーザの目の向きを推定するように構成されてもよい。目の向きは、ニアアイディスプレイシステム２１２０内のユーザの視線の向きに対応してもよい。ユーザの目の向きは、中心窩（目の網膜の光受容体が最も集中している領域）と目の瞳孔の中心との間の軸である中心窩軸の方向として定義することができる。一般に、ユーザの目をある点に固定すると、ユーザの目の中心窩軸はその点と交差する。目の瞳孔軸は、瞳孔の中心を通り、角膜表面に垂直な軸と定義することができる。一般に、瞳孔軸と中心窩軸とが瞳孔の中心で交差していても、瞳孔軸が中心窩軸と直接一致していないことがある。例えば、中心窩軸の向きは、瞳孔軸から水平方向に約－１°～８°、垂直方向に約±４°ずれていてもよい（これは、カッパ角と呼ぶことができるが、人によって異なり得る）。中心窩軸は、目の後部に位置する中心窩に従って定義されるため、中心窩軸は、いくつかの視標追跡実施形態では直接測定することが困難または不可能であることがある。したがって、いくつかの実施形態では、瞳孔軸の向きが検出され、検出された瞳孔軸に基づいて、中心窩軸が推定されてもよい。
【0135】
入力／出力インタフェース２１４０は、ユーザがコンソール２１１０にアクション要求を送信することを可能にするデバイスであってもよい。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求であってもよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションの開始もしくは終了、またはアプリケーション内で特定のアクションの実行であってもよい。入力／出力インタフェース２１４０は、１つまたは複数の入力デバイスを備えていてもよい。例示的な入力デバイスとしては、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、またはアクション要求を受信し、受信したアクション要求をコンソール２１１０に伝達するための任意の他の適切なデバイスを挙げることができる。入力／出力インタフェース２１４０によって受信されたアクション要求は、コンソール２１１０に伝達されてもよく、コンソール２１１０は、要求されたアクションに対応するアクションを実行してもよい。いくつかの実施形態では、入力／出力インタフェース２１４０は、コンソール２１１０から受信した命令に従って、ユーザに触覚フィードバックを提供してもよい。例えば、入力／出力インタフェース２１４０は、アクション要求を受信したとき、またはコンソール２１１０が要求されたアクションを実行し、入力／出力インタフェース２１４０に命令を伝達したときに、触覚フィードバックを提供してもよい。いくつかの実施形態では、イメージングデバイス２１５０を使用し、コントローラ（例えば、ＩＲ光源を備えていてもよい）またはユーザの手の場所または位置を追跡するなど、入力／出力インタフェース２１４０を追跡し、ユーザの動きを決定してもよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ２１２０は、コントローラまたはユーザの手の場所または位置を追跡するなど、入力／出力インタフェース２１４０を追跡して、ユーザの動きを決定するための１つまたは複数のイメージングデバイス（例えば、イメージングデバイス２１５０）を備えていてもよい。
【0136】
コンソール２１１０は、イメージングデバイス２１５０、ニアアイディスプレイシステム２１２０、および入力／出力インタフェース２１４０のうちの１つまたは複数から受信した情報に従って、ユーザに提示するためにニアアイディスプレイシステム２１２０にコンテンツを提供してもよい。図２１に示す例では、コンソール２１１０は、アプリケーションストア２１１２、ヘッドセット追跡モジュール２１１４、人工現実エンジン２１１６、および視標追跡モジュール２１１８を備えていてもよい。コンソール２１１０のいくつかの実施形態は、図２１と関連して説明したモジュールとは異なるまたは追加のモジュールを備えていてもよい。以下でさらに説明される機能は、ここで説明されるのとは異なるようにコンソール２１１０の構成要素間に分散されてもよい。
【0137】
いくつかの実施形態では、コンソール２１１０は、プロセッサ、およびプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を備えていてもよい。プロセッサは、命令を並行して実行する複数の処理ユニットを備えていてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、またはソリッドステートドライブ（例えば、フラッシュメモリまたは動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））等の任意のメモリであってもよい。種々の実施形態では、図２１と関連して説明したコンソール２１１０のモジュールは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに以下にさらに説明する機能を実行させる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体内の命令として符号化されてもよい。
【0138】
アプリケーションストア２１１２は、コンソール２１１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶していてもよい。アプリケーションは、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する命令群を含んでいてもよい。アプリケーションによって生成されたコンテンツは、ユーザの目の動きを介してユーザから受信した入力、または入力／出力インタフェース２１４０から受信した入力に応答してもよい。アプリケーションの例としては、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションを挙げることができる。
【0139】
ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、イメージングデバイス２１５０からの低速較正情報を用いて、ニアアイディスプレイシステム２１２０の動きを追跡してもよい。例えば、ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、低速較正情報から観察されたロケータおよびニアアイディスプレイシステム２１２０のモデルを使用して、ニアアイディスプレイシステム２１２０の基準点の位置を決定してもよい。ヘッドセット追跡モジュール２１１４はさらに、高速較正情報からの位置情報を用いてニアアイディスプレイシステム２１２０の基準点の位置を決定してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、高速較正情報、低速較正情報、またはそれらの何らかの組み合わせの一部を用いて、ニアアイディスプレイシステム２１２０の将来の位置を予測してもよい。ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、ニアアイディスプレイシステム２１２０の推定または予測された将来の位置を人工現実エンジン２１１６に提供してもよい。
【0140】
ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、１つまたは複数の較正パラメータを用いて人工現実システム環境２１００を較正してもよく、１つまたは複数の較正パラメータを調整してニアアイディスプレイシステム２１２０の位置を決定する際の誤差を低減させてもよい。例えば、ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、イメージングデバイス２１５０の焦点を調整して、ニアアイディスプレイシステム２１２０上の観察されたロケータに対してより正確な位置を得てもよい。さらに、ヘッドセット追跡モジュール２１１４によって実行される較正は、ＩＭＵ２１３２から受信した情報も考慮してもよい。さらに、ニアアイディスプレイシステム２１２０の追跡が失われた（例えば、イメージングデバイス２１５０が、少なくとも閾値数のロケータ２１２６の視線を失った）場合、ヘッドセット追跡モジュール２１１４は、較正パラメータの一部またはすべてを再較正してもよい。
【0141】
人工現実エンジン２１１６は、人工現実システム環境２１００内でアプリケーションを実行し、ヘッドセット追跡モジュール２１１４からニアアイディスプレイシステム２１２０の位置情報、ニアアイディスプレイシステム２１２０の加速度情報、ニアアイディスプレイシステム２１２０の速度情報、ニアアイディスプレイシステム２１２０の予測される将来の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを受信してもよい。人工現実エンジン２１１６は、視標追跡モジュール２１１８から推定された目の位置および向きの情報をさらに受信してもよい。受信した情報に基づいて、人工現実エンジン２１１６は、ユーザに提示するためにニアアイディスプレイシステム２１２０に提供するコンテンツを決定してもよい。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、人工現実エンジン２１１６は、仮想環境におけるユーザの目の動きを反映するニアアイディスプレイシステム２１２０のためのコンテンツを生成してもよい。さらに、人工現実エンジン２１１６は、入力／出力インタフェース２１４０から受信したアクション要求に応じて、コンソール２１１０で実行中のアプリケーション内でアクションを実行し、アクションが実行されたことを示すフィードバックをユーザに提供してもよい。フィードバックは、ニアアイディスプレイシステム２１２０を介した視覚フィードバックもしくは聴覚フィードバック、または入力／出力インタフェース２１４０を介した触覚フィードバックであってもよい。
【0142】
視標追跡モジュール２１１８は、視標追跡システム２１３０から視標追跡データを受信し、視標追跡データに基づいてユーザの目の位置を決定してもよい。目の位置は、ニアアイディスプレイシステム２１２０またはその任意の要素に対する目の向き、位置、またはその両方を含んでいてもよい。目の回転軸は、その眼窩内の眼の位置の関数として変化するため、その眼窩内での目の位置を決定することは、視標追跡モジュール２１１８によって目の向きをより正確に決定することを可能にしてもよい。
【0143】
いくつかの実施形態では、視標追跡モジュール２１１８は、視標追跡システム２１３０によって取り込まれた画像から基準の目の位置を決定するために、視標追跡システム２１３０によって取り込まれた画像と目の位置との間のマッピングを記憶してもよい。あるいは、または加えて、視標追跡モジュール２１１８は、基準の目の位置を決定する画像を、更新された目の位置を決定する画像と比較することによって、基準の目の位置に対する更新された目の位置を決定してもよい。視標追跡モジュール２１１８は、異なるイメージングデバイスまたは他のセンサからの測定値を用いて目の位置を決定してもよい。例えば、視標追跡モジュール２１１８は、低速視標追跡システムからの測定値を使用して基準の目の位置を決定し、次の基準の目の位置が低速視標追跡システムからの測定値に基づいて決定されるまで、高速視標追跡システムから基準の目の位置に対する更新位置を決定してもよい。
【0144】
視標追跡モジュール２１１８は、視標較正パラメータを決定して、視標追跡の精度および正確さを向上させてもよい。視標較正パラメータは、ユーザがニアアイディスプレイシステム２１２０を装着または調整する度に変化し得るパラメータを含んでいてもよい。例示的な視標較正パラメータは、視標追跡システム２１３０の構成要素と、目の中心、瞳孔、角膜境界、または眼球表面上の点などの目の１つまたは複数の部分との間の推定距離を含んでいてもよい。他の例示的な視標較正パラメータは、特定のユーザに固有のものであってもよく、推定平均眼球半径、平均角膜半径、平均強膜半径、眼球表面上の特徴のマップ、および推定眼球表面輪郭を含んでいてもよい。ニアアイディスプレイシステム２１２０の外部からの光が（いくつかの拡張現実アプリケーションにおけるように）目に到達し得る実施形態では、較正パラメータは、ニアアイディスプレイシステム２１２０の外部からの光の変動による強度およびカラーバランスのための補正係数を含んでいてもよい。視標追跡モジュール２１１８は、視標追跡システム２１３０によって捕捉された測定値が、視標追跡モジュール２１１８に正確な目の位置（ここでは、「有効測定値」とも称される）を決定させることが可能かどうかを判断するために、視標較正パラメータを使用してもよい。視標追跡モジュール２１１８が正確な目の位置を決定できないことがある無効測定値は、ユーザのまばたき、ヘッドセットの調整、もしくはヘッドセットの取り外しによって生じることがあり、かつ／またはニアアイディスプレイシステム２１２０が外部光による照明の閾値よりも大きく変化することによって生じることがある。いくつかの実施形態では、視標追跡モジュール２１１８の機能の少なくとも一部は、視標追跡システム２１３０によって実行されてもよい。
【0145】
図２２は、本明細書に開示された実施形態のいくつかを実施するためのコンピュータシステム２２００の例を示す。コンピュータシステム２２００は、上述したコントローラまたはコンピュータシステムのいずれかを実装するために使用することができる。例えば、コンピュータシステム２２００は、コントローラ６０５、線形並進ステージ、または本明細書に記載されるいくつかの空間光変調器を実装するために使用されてもよい。コンピュータシステム２２００は、内部バスサブシステム２２０４を介して複数の周辺デバイス（例えば、入力デバイス）と通信できる１つまたは複数のプロセッサ２２０２を備えることができる。これらの周辺デバイスは、ストレージサブシステム２２０６（メモリサブシステム２２０８およびファイルストレージサブシステム２２１０を含む）、ユーザインタフェース入力デバイス２２１４、ユーザインタフェース出力デバイス２２１６、およびネットワークインタフェースサブシステム２２１２を含むことができる。
【0146】
いくつかの例では、内部バスサブシステム２２０４は、コンピュータシステム２２００の種々の構成要素およびサブシステムを意図されたように互いに通信させるための機構を提供することができる。内部バスサブシステム２２０４は、単一のバスとして概略的に示されているが、バスサブシステムの代替的実施形態は、複数のバスを利用することができる。さらに、ネットワークインタフェースサブシステム２２１２は、コンピュータシステム２２００と他のコンピュータシステムまたはネットワークとの間でデータを通信するためのインタフェースとして機能することができる。ネットワークインタフェースサブシステム２２１２の実施形態としては、有線インタフェース（例えば、イーサネット、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５など）または無線インタフェース（例えば、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ－Ｆｉ、セルラーなど）を挙げることができる。
【0147】
場合によっては、ユーザインタフェース入力デバイス２２１４としては、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、マウス、トラックボール、タッチパッドなど）、バーコードスキャナ、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン、オーディオ入力デバイス（例えば、音声認識システム、マイクなど）、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）および他の種類の入力デバイスを挙げることができる。一般に、「入力デバイス」という用語の使用は、コンピュータシステム２２００に情報を入力するためのすべての可能な種類のデバイスおよび機構を含むことが意図されている。さらに、ユーザインタフェース出力デバイス２２１６としては、ディスプレイサブシステム、プリンタ、またはオーディオ出力デバイスなどの非視覚ディスプレイを挙げることができる。ディスプレイサブシステムは、任意の既知の種類のディスプレイデバイスであることができる。一般に、「出力デバイス」という用語の使用は、コンピュータシステム２２００から情報を出力するためのすべての可能な種類のデバイスおよび機構を含むことが意図されている。
【0148】
ストレージサブシステム２２０６は、メモリサブシステム２２０８およびファイルストレージサブシステム２２１０を含むことができる。サブシステム２２０８および２２１０は、本明細書に開示される機能を提供するプログラムコードおよび／またはデータを記憶することができる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を表す。いくつかの実施形態では、メモリサブシステム２２０８は、プログラム実行中の命令およびデータの記憶のためのメインランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２２１８と、固定命令が記憶され得る読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）２２２０とを含む多数のメモリを含むことができる。
ファイルストレージサブシステム２２１０は、プログラムおよびデータファイルのための永続的（すなわち、不揮発性）ストレージを提供し、磁気またはソリッドステートハードディスクドライブ、関連する取り外し可能媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイなど）を備えた光学ドライブ、取り外し可能なフラッシュメモリに基づくドライブもしくはカード、および／または当該技術分野で公知の他の種類の記憶媒体を含むことができる。
ファイルストレージサブシステム２２１０は、プログラムおよびデータファイルのための永続的（すなわち、不揮発性）ストレージを提供し、磁気またはソリッドステートハードディスクドライブ、関連する取り外し可能媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイなど）を備えた光学ドライブ、取り外し可能なフラッシュメモリに基づくドライブもしくはカード、および／または当該技術分野で公知の他の種類の記憶媒体を含むことができる。
【0149】
上述の方法、システム、およびデバイスは例示である。各種実施形態は、適宜さまざまな手順または構成要素を省略、置き換え、または追加してもよい。例えば、代替的構成において、本方法は記述したのとは異なる順序で実施されてもよく、かつ／または各種段階は追加、省略、および／もしくは組み合わされてもよい。さらに、特定の実施形態と関連して記述された特徴はさまざまなその他の実施形態で組み合わせてもよい。実施形態の異なる態様および要素を同様に組み合わせてもよい。また、技術は発展するものであるため、要素の多くは例示であり、本開示の範囲をその特定の例に制限するものではない。
【0150】
具体的詳細は、実施形態の完全な理解を提供するために説明に与えられる。しかし、実施形態は、これらの具体的詳細なしに実践されてもよい。例えば、実施形態を不明瞭にすることを避けるために、周知の回路、プロセス、システム、構造、および技術を不必要な詳細なしに示した。この説明は単に例示的実施形態を提供するものであり、本発明の範囲、適用性、または構成を制限することを意図していない。むしろ、実施形態の上記説明は、当業者に、種々の実施態様を実施することを可能にする説明を提供する。本開示の趣旨および範囲を逸脱することなく、要素の機能および配置に関してさまざまな変更を行ってもよい。
【0151】
さらに、いくつかの実施形態は、フロー図またはブロック図として描写したプロセスとして説明された。各々は動作を順次プロセスとして記述することができるが、動作の多くは並行してまたは同時に実行されてもよい。加えて、動作の順序を変更してもよい。プロセスは、図に含まれない追加のステップを有していてもよい。さらに、本方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組み合わせに実装されてもよい。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実現される場合、関連するタスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体等のコンピュータ可読媒体に記憶されていてもよい。プロセッサは関連するタスクを実行してもよい。
【0152】
当業者であれば、特定の要件に従って実質的な変形を行ってもよいことは明らかであろう。例えば、カスタマイズされた、または特定目的のハードウェアを使用することもでき、かつ／または特定の要素は、ハードウェア、ソフトウェア（アプレットなどの高移植性ソフトウェアを含む）、またはその両方に実装することができる。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスのような他のコンピューティングデバイスとの接続が用いられ得る。
【0153】
添付の図面を参照すると、メモリを含むことができる構成要素は、非一時的な機械可読媒体を含むことができる。「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を特定の様式で動作させるデータの提供に関与する任意の記憶媒体を指すことができる。本明細書で提供される実施形態では、種々の機械可読媒体は、実行のために処理ユニットおよび／または他のデバイスへの命令／コードの提供に関与し得る。加えて、または代替的に、機械可読媒体は、そのような命令／コードを記憶および／または保持するために使用されてもよい。多くの実施態様では、コンピュータ可読媒体は、物理記憶媒体および／または有形記憶媒体である。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むがこれらに限定されない、多くの形態をとってもよい。コンピュータ可読媒体の一般的な形態としては、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの磁気および／もしくは光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する他の任意の物理媒体、ＲＡＭ、プログラム可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去およびプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、後述する搬送波、またはコンピュータが命令および／もしくはコードを読み取ることができる任意の他の媒体を挙げることができる。コンピュータプログラム製品は、手順、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（Ａｐｐ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または命令、データ構造、もしくはプログラム文の任意の組み合わせを表すことができるコードおよび／または機械実行可能命令を含んでいてもよい。
【0154】
当業者であれば、本明細書に記載されたメッセージを通信するために使用される情報および信号は、種々の異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを理解するであろう。例えば、上記の説明全体で参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは粒子、光場もしくは粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。
【0155】
本明細書で使用される「および」および「または」という用語は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予想される種々の意味を含んでいてもよい。典型的には、Ａ、Ｂ、またはＣのようなリストを関連付けるために使用される場合、「または」は、ここでは包括的な意味で使用されるＡ、Ｂ、およびＣ、ならびにここでは排他的な意味で使用されるＡ、Ｂ、またはＣを意味することが意図されている。さらに、本明細書で使用される「１つまたは複数」という用語は、単数形の任意の特徴、構造、または特性を記述するために使用されてもよく、または特徴、構造、または特性の何らかの組み合わせを記述するために使用されてもよい。しかしながら、これは単に例示的な例であり、特許請求される主題はこの例に限定されないことを留意すべきである。さらに、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、「少なくとも１つの」という用語は、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣなどのＡ、Ｂ、および／またはＣの任意の組み合わせを意味すると解釈することができる。
【0156】
さらに、特定の実施形態は、ハードウェアとソフトウェアとの特定の組み合わせを使用して説明したが、ハードウェアとソフトウェアとの他の組み合わせも可能であることを認識すべきである。特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはそれらの組み合わせを用いて実施されてもよい。一例では、ソフトウェアは、本開示に記載されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実行するための１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品を用いて実装されてもよく、コンピュータプログラムは非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。本明細書に記載された種々の処理は、任意の組み合わせで、同じプロセッサまたは異なるプロセッサ上で実施することができる。
【0157】
デバイス、システム、構成要素、またはモジュールが、ある動作または機能を実行するように構成されていると説明されている場合、そのような構成は、例えば、動作を実行するように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令もしくはコードの実行などによる動作を実行するように（マイクロプロセッサなどの）プログラム可能な電子回路を、または非一時的な記憶媒体に記憶されたコードもしくは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサもしくはコアをプログラムすることによって、あるいはそれらの任意の組み合わせによって達成できる。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技術を含むがこれらに限定されない種々の技術を使用して通信することができ、異なる対のプロセスは異なる技術を使用してもよく、または同じ対のプロセスは異なる時間に異なる技術を使用してもよい。
【0158】
したがって、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく例示的な意味においてみなされるものである。しかしながら、追加、減算、削除、ならびに他の修正および変更が、特許請求の範囲に規定される広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、それらになされてもよいことは明らかであろう。したがって、特定の実施形態を説明したが、これらは限定を意図していない。種々の修正および均等物は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【国際調査報告】