JP2010507826A - Holographic display device including magneto-optical spatial light modulator - Google Patents

Holographic display device including magneto-optical spatial light modulator Download PDF

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Abstract

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも一つの光磁気空間光変調器(MOSLM)を備える。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第1のMOSLM(53,54)と、第2のMOSLM(56,57)を備えていてもよく、第1及び第2のMOSLMはホログラムをエンコーディングして、装置においてホログラフィック再構成が生成される。当該装置の利点は、ホログラムを高速にエンコーディングできることである。  The holographic display device comprises at least one magneto-optical spatial light modulator (MOSLM). The holographic display device may comprise a first MOSLM (53, 54) and a second MOSLM (56, 57), wherein the first and second MOSLM encode a hologram and A holographic reconstruction is generated. The advantage of the device is that it can encode the hologram at high speed.

Description

本発明は、計算機ビデオホログラム(CGH)がエンコーディングされるホログラフィック・ディスプレイ装置に関し、ディスプレイは少なくとも1つの光磁気SLMを含む。ディスプレイは、3次元ホログラフィック再構成を生成する。   The present invention relates to a holographic display device in which a computer video hologram (CGH) is encoded, the display comprising at least one magneto-optical SLM. The display generates a 3D holographic reconstruction.

計算機ビデオホログラム(CGH)は、1つ以上の空間光変調器(SLM)においてエンコーディングされる。SLMは、制御可能なセルを含む。セルは、ビデオホログラムに対応するホログラム値をエンコーディングすることにより光の振幅及び/又は位相を変調する。CGHは、例えばコヒーレントな光線の追跡により計算されてもよく、シーンにより反射される光と参照波との干渉をシミュレートすることにより計算されてもよく、あるいはフーリエ変換又はフレネル変換により計算されてもよい。理想的なSLMは、任意の複素数を表すことができる。すなわち、入射光波の振幅及び位相を別個に制御できる。しかし、一般的なSLMは、振幅又は位相のいずれか一方の特性のみを制御するが、他方の特性にも影響を及ぼすという望ましくない副作用を伴う。光の振幅又は位相を変調する種々の方法が周知であり、例えば電気アドレス型液晶SLM、光アドレス型液晶SLM、マイクロミラーデバイス又は音響光学変調器がある。光の変調は、空間的に連続していてもよく、あるいは個別にアドレス指定可能なセルにより構成されてもよい。セルは1次元又は2次元に配置され、2値であるか、多値であるか又は連続している。周知のSLMの1つの種類は、光磁気SLM(MOSLM)である。MOSLMにおいて、ディスプレイのコイルに電流が流れることにより、磁界が制御され、磁界はディスプレイの画素を伝搬する偏光の偏光状態に影響を及ぼす。従って、MOSLMは一種の電気アドレス型SLMである。   Computer video holograms (CGH) are encoded in one or more spatial light modulators (SLMs). The SLM includes controllable cells. The cell modulates the amplitude and / or phase of the light by encoding the hologram value corresponding to the video hologram. The CGH may be calculated, for example, by coherent ray tracing, may be calculated by simulating interference between the light reflected by the scene and the reference wave, or may be calculated by Fourier transform or Fresnel transform. Also good. An ideal SLM can represent any complex number. That is, the amplitude and phase of the incident light wave can be controlled separately. However, a typical SLM controls only one characteristic of amplitude or phase, but with the undesirable side effect of affecting the other characteristic. Various methods of modulating the amplitude or phase of light are well known, such as an electrical addressed liquid crystal SLM, an optical addressed liquid crystal SLM, a micromirror device, or an acousto-optic modulator. The modulation of light may be spatially continuous or may be composed of individually addressable cells. The cells are arranged in one or two dimensions and are binary, multi-valued or continuous. One type of known SLM is the magneto-optical SLM (MOSLM). In MOSLM, the current flows through the coil of the display to control the magnetic field, which affects the polarization state of the polarized light propagating through the display pixels. Therefore, MOSLM is a kind of electric address type SLM.

本書面において、用語"エンコードする(encoding)"とは、3DシーンをSLMから再構成できるようにするために、ホログラムをエンコードするための制御値を有する空間光変調器の領域を提供する方法を定義する。"ホログラムをエンコードするSLM"とは、ホログラムがSLMにおいてエンコードされることを意味する。   In this document, the term “encoding” refers to a method of providing a region of a spatial light modulator with control values for encoding a hologram so that a 3D scene can be reconstructed from an SLM. Define. “SLM encoding a hologram” means that the hologram is encoded in the SLM.

純粋な自動立体ディスプレイとは対照的に、ビデオ・ホログラムにより、観察者は三次元シーンの光波面の光学的再構成を見る。3Dシーンは、観察者の目と空間光変調器(SLM)との間、場合によってはSLMの後方との間に広がる空間において再構成される。SLMは、観察者がSLM正面に再構成された三次元シーンのオブジェクトや、SLM上もしくは後方の他のオブジェクトを見ることができるように、ビデオ・ホログラムでエンコードされることもできる。   In contrast to pure autostereoscopic displays, video holograms allow the viewer to see an optical reconstruction of the light wavefront of a three-dimensional scene. The 3D scene is reconstructed in a space that extends between the viewer's eyes and the spatial light modulator (SLM), and possibly behind the SLM. The SLM can also be encoded with a video hologram so that the viewer can see the reconstructed 3D scene object in front of the SLM and other objects on or behind the SLM.

空間光変調器のセルは、望ましくは、光が通過する透過可能なセルであり、その光線は、少なくとも所定位置、および、空間コヒーレンス長を数ミリメートル超えた位置で、干渉を生成することが出来る。これは、少なくとも一次元において十分な解像度を有するホログラフィック再構成を可能にする。この種の光は、"十分なコヒーレント光(sufficiently coherent light)"と呼ばれる。   The cell of the spatial light modulator is preferably a transmissive cell through which the light passes, and the ray can generate interference at least at a predetermined location and at a location that exceeds the spatial coherence length by several millimeters. . This allows holographic reconstruction with sufficient resolution in at least one dimension. This type of light is called "sufficiently coherent light".

十分な時間的コヒーレンスを確実にするために、光源によって放射される光のスペクトルは、十分に狭い波長帯、即ち、ほぼ単色に限定されるべきである。高輝度LEDのスペクトル帯域幅は、ホログラフィック再構成の時間的コヒーレンスを確実なものとするために、十分に狭い。SLMでの回折角は波長に比例し、このことは、単色源のみがオブジェクト点の明瞭な再構成をもたらすであろうことを意味する。スペクトルの拡張により、オブジェクト点が分散し、オブジェクト再構成にスミアが発生するであろう。レーザ光源のスペクトルは、単色とみなすことができる。LEDのスペクトル線幅は、良好な再構成を促進するのに十分に狭い。   In order to ensure sufficient temporal coherence, the spectrum of light emitted by the light source should be limited to a sufficiently narrow wavelength band, i.e. almost monochromatic. The spectral bandwidth of high-brightness LEDs is sufficiently narrow to ensure temporal coherence of holographic reconstruction. The diffraction angle at the SLM is proportional to wavelength, meaning that only a monochromatic source will result in a clear reconstruction of the object points. Spectral expansion will disperse object points and smear in object reconstruction. The spectrum of the laser light source can be considered as a single color. The spectral line width of the LED is narrow enough to promote good reconstruction.

空間コヒーレントは、光源の横方向の拡がりに関連する。LEDや冷陰極蛍光ランプ(CCFL)のような従来の光源は、もし、十分に狭いアパーチャを通して光を放射すれば、これらの要求に満たすことも出来る。レーザ光源からの光は、回折限界内の点光源からの放射としてみなすことができ、モード純度次第でオブジェクトの明瞭な再構成をもたらす。即ち、各オブジェクト点は回折限界内の点として再構成される。   Spatial coherence is related to the lateral extent of the light source. Conventional light sources such as LEDs and cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) can meet these requirements if they emit light through a sufficiently narrow aperture. The light from the laser light source can be viewed as radiation from a point light source within the diffraction limit, resulting in a clear reconstruction of the object depending on the mode purity. That is, each object point is reconstructed as a point within the diffraction limit.

空間的にインコヒーレントな光源からの光は水平方向に拡張され、再構成オブジェクトにスミアを引き起こす。スミアの量は、所定位置における再構成オブジェクト点の拡張サイズにより与えられる。ホログラム再構成に空間的にインコヒーレントな光源を用いるために、輝度とアパーチャを有する光源の横方向の拡がりの制限との間のトレードオフが見いだされるべきである。光源が小さくなるほど、空間コヒーレンスは良くなる。   Light from a spatially incoherent light source expands horizontally and causes smearing on the reconstructed object. The amount of smear is given by the expanded size of the reconstructed object point at a given position. In order to use a spatially incoherent light source for hologram reconstruction, a trade-off between brightness and the lateral spread limitation of the light source with the aperture should be found. The smaller the light source, the better the spatial coherence.

線光源は、もし、縦方向の拡張に対して直角から見ると、点光源とみなすことができる。よって光波は、その方向にコヒーレントに伝搬可能であるが、他の全ての方向へはインコヒーレントに伝搬する。   A linear light source can be regarded as a point light source if viewed from a right angle with respect to the longitudinal extension. Thus, a light wave can propagate coherently in that direction, but propagates incoherently in all other directions.

一般に、ホログラムは、水平方向や垂直方向における波のコヒーレントな重ね合わせによって、シーンをホログラフ的に再構成する。そのようなビデオ・ホログラムは、全視差ホログラフと呼ばれる。再構成されたオブジェクトは、水平方向や垂直方向における運動視差を伴って、実オブジェクトのように見ることができる。しかしながら、大きな視角は、SLMの水平方向、及び垂直方向の両方において高解像度を要求する。   In general, a hologram reconstructs a scene holographically by coherent superposition of waves in the horizontal and vertical directions. Such video holograms are called full parallax holographs. The reconstructed object can be seen as a real object with motion parallax in the horizontal and vertical directions. However, a large viewing angle requires high resolution in both the horizontal and vertical directions of the SLM.

しばしば、SLMにおける要求は、水平視差のみ(HPO)のホログラムに対する制限によって縮小されている。ホログラフィック再構成は、水平方向でのみ起こり、その一方、垂直方向においてホログラフィック再構成は存在しない。これは、水平方向の運動視差を有する再構成されたオブジェクトに起因する。透過ビューは、垂直方向の上に変化することは無い。HPOホログラムの要求するSLMの垂直方向の解像度は、全視差ホログラムよりも少ない。垂直視差のみ(VPO)のホログラムは、可能ではあるが、まれである。ホログラフィック再構成は、垂直方向でのみ起こり、垂直運動視差を有する再構成されたオブジェクトをもたらす。水平方向において、運動視差はない。右目と左目との異なる透過ビューは、別々に生成されるべきである。   Often, the demands on SLM are reduced by limitations on horizontal parallax only (HPO) holograms. Holographic reconstruction occurs only in the horizontal direction, while there is no holographic reconstruction in the vertical direction. This is due to the reconstructed object having horizontal motion parallax. The transmissive view does not change up in the vertical direction. The resolution of the SLM in the vertical direction required by the HPO hologram is less than that of the full parallax hologram. Holograms with only vertical parallax (VPO) are possible but rare. Holographic reconstruction occurs only in the vertical direction, resulting in a reconstructed object with vertical motion parallax. There is no motion parallax in the horizontal direction. Different transparent views for the right and left eyes should be generated separately.

本出願人によって出願され、参照により本書面に組み込まれる特許文献1は、十分なコヒーレント光の回折の方法によって三次元シーンを再構成する装置について記述している。装置は、点光源もしくは線光源と光を焦点に合わせるレンズと、空間光変調器とを有する。従来のホログラフィック・ディスプレイとは対照的に、透過モードのSLMは、少なくとも一つの"仮想観察者ウィンドウ(virtual observer window)"における3Dシーンを再構成する(この単語と関連技術についての議論は、付録i及びiiを参照)。仮想観察者ウィンドウが、単一の回折次数に位置付けることができ、SLMの表面と仮想観察者ウィンドウとの間に広がる錐台状の再構成空間において三次元シーンの完全な再構成を観察者がそれぞれ目にすることができるように、各仮想観察者ウィンドウは、観察者の目の近くに位置付けられ、その大きさは制限される。障害の無いホログラフィック再構成を可能とするため、仮想観察者ウィンドウのサイズは、再構成の一つの回折次数の周期間隔を超えるべきではない。しかしながら、少なくともウィンドウを通して観察者が3Dシーンの再構成全部を見られる程度の大きさは必要である。他の目は、同一の仮想観察者ウィンドウを通して見ることもできるし、あるいは、同様にして第2の光源により生成された第2の仮想観察者ウィンドウが割り当てられてもよい。ここで、典型的にはやや大き目であろう可視領域は、局所的に位置付けられた仮想観察者ウィンドウに限定される。既知の小型化のソリューションでは、従来のSLM表面の高解像度に起因する大領域を再構成し、仮想観察者ウィンドウの大きさにまで縮小する。このことは、幾何学的理由により小さくなった回折角と、現行のSLMの解像度とが、合理的な消費者レベルの計算装置を用いた高品位リアルタイム・ホログラフィック再構成を達成するのに十分なレベルである、という効果をもたらす。   U.S. Pat. No. 6,057,056, filed by the applicant and incorporated herein by reference, describes an apparatus for reconstructing a three-dimensional scene by a method of sufficient coherent light diffraction. The apparatus includes a point light source or line light source, a lens for focusing the light, and a spatial light modulator. In contrast to conventional holographic displays, SLM in transmissive mode reconstructs a 3D scene in at least one “virtual observer window” (discussing this word and related techniques, See Appendix i and ii). A virtual observer window can be positioned at a single diffraction order, allowing the observer to fully reconstruct the 3D scene in a frustum-shaped reconstruction space that extends between the surface of the SLM and the virtual observer window. As each can be seen, each virtual observer window is positioned close to the observer's eye and its size is limited. In order to allow fault-free holographic reconstruction, the size of the virtual observer window should not exceed the period interval of one diffraction order of the reconstruction. However, it must be at least large enough for the viewer to see the entire reconstruction of the 3D scene through the window. Other eyes can be viewed through the same virtual observer window, or a second virtual observer window generated by the second light source may be assigned in the same manner. Here, the visible region, which is typically somewhat larger, is limited to the locally located virtual observer window. Known miniaturization solutions reconstruct large areas resulting from the high resolution of conventional SLM surfaces and reduce them to the size of the virtual observer window. This is because the reduced diffraction angle for geometric reasons and the resolution of current SLMs is sufficient to achieve high quality real-time holographic reconstruction using reasonable consumer-level computing devices. The effect is that the level is low.

しかし、特にディスプレイの2人以上の閲覧者が考慮される場合、ホログラフィック・ディスプレイにより生成されるフレームレートに関する問題が発生する。特許文献1において説明されるホログラム生成方法において、仮想観察者ウィンドウ(VOW)が生成される。VOWを観察者の眼に位置付けると、再構成オブジェクトが観察できる。1つのVOWが各観察者の各眼に必要とされる。VOW、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)が順に生成される場合、高いフレームレートが必要とされる。「順に」は、色R、G及びBに対する光が順番にON及びOFFされ、同一のSLMセルがSLM上の画素に対するR、G及びBの光をエンコーディングするために順に使用されることを意味する。ちらつきの知覚を回避するために、少なくとも30Hzの各眼に対するフレームレートが必要である。一例として、3人の観察者に対しては、30Hz*2つの眼*3人の観察者*3色=540Hzのフレームレートが必要とされる。これは、液晶(LC)SLMのフレームレートより非常に高速である。1人の観察者の場合でも、180Hzの黙示的なフレームレートが既存の液晶SLM技術により達成可能な限度である。いくつかのディスプレイのアーティファクトは、急速に変化する画像に対して発生する。周知の高速マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)SLMは、高分解能位相変調を提供しない。これらの技術に対して、特性切替時間は、LCの場合には約10msであり、MEMSの場合には約10μsである。従って、周知のデバイスは、特に画像がカラーである場合、完全複素ホログラフィックエンコーディングによりホログラフィック画像を複数の観察者に表示するのに重大な問題を有する。1人の観察者の場合、LC技術を使用して取得可能なフレームレートより速いフレームレートは、テレビゲーム、スポーツ観戦又はアクション映画の鑑賞、あるいは軍事用ソフトウェア等の素早い動作を含むアプリケーション等において有益である。   However, problems arise with the frame rate generated by the holographic display, especially when two or more viewers of the display are considered. In the hologram generation method described in Patent Document 1, a virtual observer window (VOW) is generated. When the VOW is positioned on the observer's eye, the reconstructed object can be observed. One VOW is required for each eye of each observer. When VOW, red (R), green (G), and blue (B) are generated in order, a high frame rate is required. “In order” means that the light for colors R, G, and B are turned on and off in sequence, and the same SLM cell is used in turn to encode the R, G, and B light for the pixels on the SLM. To do. A frame rate for each eye of at least 30 Hz is required to avoid flicker perception. As an example, for 3 observers, a frame rate of 30 Hz * 2 eyes * 3 observers * 3 colors = 540 Hz is required. This is much faster than the frame rate of liquid crystal (LC) SLMs. Even for a single observer, an implicit frame rate of 180 Hz is the limit achievable with existing liquid crystal SLM technology. Some display artifacts occur for rapidly changing images. Known high speed microelectromechanical system (MEMS) SLMs do not provide high resolution phase modulation. For these techniques, the characteristic switching time is about 10 ms for LC and about 10 μs for MEMS. Thus, known devices have significant problems in displaying holographic images to multiple viewers with full complex holographic encoding, especially when the images are color. For a single observer, a frame rate faster than that obtainable using LC technology is useful in applications involving fast motion such as video games, watching sports or watching action movies, or military software. It is.

振幅及び位相の独立変調を可能にするSLM(連続する一対のSLMの場合を含む)は、ホログラフィック・ディスプレイにおける応用に対して有利である。複素値ホログラムは、純粋な振幅ホログラム又は純粋な位相ホログラムと比較して高い再構成品質及び高い輝度を有する。従来のファラデー効果光磁気SLM(MOSLM)が周知であるが、それらのSLMは透過光の振幅のみを変調し、ホログラムを生成する際に使用されていない。そのようなSLMは、例えば本明細書に参照により組み込まれる特許文献2においてPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)により報告されている。しかし、他のそのようなMOSLMも周知である。   SLMs (including the case of a pair of consecutive SLMs) that allow independent amplitude and phase modulation are advantageous for applications in holographic displays. Complex value holograms have high reconstruction quality and high brightness compared to pure amplitude holograms or pure phase holograms. Conventional Faraday effect magneto-optical SLMs (MOSLMs) are well known, but they only modulate the amplitude of the transmitted light and are not used in generating holograms. Such SLMs are reported, for example, in US Pat. No. 6,028,028, incorporated by reference herein, by the Panorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA (www.panoramalabs.com). ing. However, other such MOSLMs are well known.

従って、高フレームレートに対処でき且つ好ましくは位相情報及び振幅情報を個別にエンコーディングできるホログラフィック・ディスプレイ装置及びホログラフィック・ディスプレイ装置に対するSLMが必要とされる。   Accordingly, there is a need for a holographic display device and an SLM for the holographic display device that can accommodate high frame rates and preferably can separately encode phase and amplitude information.

国際公開第2004/044659号パンフレット(米国特許出願第2006/0055994号明細書)International Publication No. 2004/044659 (US Patent Application No. 2006/0055994) 国際公開第WO2005/076714A2号International Publication No. WO2005 / 076714A2

第1の面において、少なくとも1つの光磁気SLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。   In a first aspect, a holographic display device is provided that includes at least one magneto-optical SLM.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第1のMOSLM及び第2のMOSLMを含んでもよい。第1のMOSLM及び第2のMOSLMはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第1のMOSLM及び第2のMOSLMが独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調するようなディスプレイデバイスである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように小型で且つ順番に光の振幅及び位相を変調するのに使用される第1のMOSLM及び第2のMOSLMの小型の組合せを含んでもよい。   The holographic display device may include a first MOSLM and a second MOSLM. The first MOSLM and the second MOSLM encode the hologram, and the holographic reconstruction is generated by the device. A holographic display device is a display device in which the first MOSLM and the second MOSLM modulate the amplitude and phase of an array of hologram pixels in an independently controlled manner. The holographic display device has a first MOSLM that is small and sequentially used to modulate the amplitude and phase of light so that a complex number composed of amplitude and phase is encoded per pixel in the transmitted light. A small combination of the second MOSLMs may be included.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、MOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、その組合せは、適切な照明条件下で3次元画像を生成できる。   The holographic display device may include a small combination of a MOSLM and a small light source with sufficient coherence, which combination can generate a three-dimensional image under appropriate lighting conditions.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵する高倍率の3次元画像ディスプレイデバイス構成要素を含んでもよい。   The holographic display device may include a high magnification 3D image display device component that incorporates a small combination of one or two MOSLMs along with a holographic reconstruction of the object.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵してもよく、それはプロジェクタとして使用されてもよい。   The holographic display device may incorporate a small combination of one or two MOSLMs, which may be used as a projector.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラムをエンコーディングする少なくとも1つのSLMを有してもよく、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。   The holographic display device may have at least one SLM encoding a hologram, and the holographic reconstruction is generated by the device.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果が磁性フォトニック結晶を使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果がドープガラス繊維を使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果が光磁気フィルムを使用して実現されるディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device that modulates light using the Faraday effect. The holographic display device may be a display device in which the Faraday effect is realized using a magnetic photonic crystal. The holographic display device may be a display device in which the Faraday effect is realized using doped glass fibers. The holographic display device may be a display device in which the Faraday effect is realized using a magneto-optical film.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成が仮想観察者ウィンドウを介して可視であるディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device in which the holographic reconstruction is visible through a virtual observer window.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされるディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device in which the virtual observer window is tiled using spatial multiplexing or time multiplexing.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対するホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device that is operable to re-encode the holograms on the medium in time series, including holograms for the viewer's left and right eyes.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが2人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。   A holographic display device is a display device in which the display is operable to re-encode holograms on a medium containing holograms in time series for the left and right eyes of each of two or more observers. May be.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがビームステアリングのためのエレメント又はビームスプリッタを有するディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device in which the display has an element for beam steering or a beam splitter.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがCIADレイヤを有するディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device whose display has a CIAD layer.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが視線追跡を有するディスプレイデバイスであってもよい。   The holographic display device may be a display device whose display has eye tracking.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されるディスプレイデバイスであってもよい。マイクロレンズアレイは、ディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供してもよく、その領域は再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ディスプレイは、反射偏光子を含んでもよい。ディスプレイは、プリズム状光学フィルムを含んでもよい。   The holographic display device may be a display device in which the display is illuminated by a backlight and a microlens array. The microlens array may provide local coherence over a small area of the display, which is the part of the display that encodes information used in reconstructing a given point of the reconstructed object. The display may include a reflective polarizer. The display may include a prismatic optical film.

ホログラフィック・ディスプレイ装置は、光源として発光ダイオードを有してもよい。   The holographic display device may have a light emitting diode as a light source.

ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は携帯可能であってもよい。   The holographic display device may be a television. The holographic display device may be a monitor. The holographic display device may be portable.

更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、基板上にMOSLMに対するレイヤを連続して印刷するか又は作成する工程とを含む。   In a further aspect, a method for manufacturing a holographic display device is provided. The method includes the steps of providing a glass substrate and successively printing or creating a layer for MOSLM on the substrate.

更なる面において、上述のディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。   In a further aspect, a method is provided for generating a holographic reconstruction that includes using a display device as described above.

更なる面において、光磁気SLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。SLMはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はラップトップコンピュータであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は移動電話であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はPDAであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はデジタル音楽プレーヤであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、磁性フォトニック結晶を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ドープガラス繊維を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、光磁気フィルムを使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のバックライトは、光の直線偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも1つ含んでもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のバックライトは、光の円偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも1つ含んでもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のマイクロレンズアレイは、ディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供してもよく、その領域は、再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ホログラフィック・ディスプレイ装置のSLMは位相エンコーディングを与えてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置SLMは、振幅エンコーディングを与えてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置のホログラフィック再構成は、仮想観察者ウィンドウを介して可視であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置の仮想観察者ウィンドウは、空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の眼がほぼ光源の像平面に位置する場合にのみホログラフィック再構成を適切に見ることができるように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成された3次元シーンのサイズがホログラムを含む媒体のサイズの関数であり且つ再構成された3次元シーンが再構成された3次元シーンを閲覧する際に介する仮想観察者ウィンドウ及びホログラムを含む媒体により規定されるボリューム内の任意の場所に存在するようなディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、3次元シーンの単一のポイントを再構成するのに必要とされる情報を有する領域を含むホログラムをエンコーディングしてもよく、そのポイントは規定された閲覧位置から可視である。領域は、a)再構成シーンの単一のポイントに対する情報をエンコーディングし、b)そのポイントに対する情報によりエンコーディングされたホログラムの唯一の領域であり、c)ホログラム全体の一部分を形成するようにサイズが制限され、そのサイズは、高次回折によるポイントの複数の再構成が規定された閲覧位置において可視とならないようなサイズである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、2人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成がホログラムのフーリエ変換ではなくホログラムのフレネル変換であるように動作可能であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成されるオブジェクトの実際のバージョンにより生成されるほぼ観察者の眼の位置にある波面を判定することにより生成されるホログラムをエンコーディングしてもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ビームステアリングに対するプリズムエレメントを有してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、CIADレイヤを有してもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、視線追跡を有してもよい。   In a further aspect, a holographic display device including a magneto-optical SLM is provided. The SLM encodes the hologram and the holographic reconstruction is generated by the device. The holographic display device may be a television. The holographic display device may be a monitor. The holographic display device may be a laptop computer. The holographic display device may be a mobile phone. The holographic display device may be a PDA. The holographic display device may be a digital music player. The holographic display device may modulate light using the Faraday effect. The holographic display device may modulate light using the Faraday effect realized using a magnetic photonic crystal. The holographic display device may modulate light using the Faraday effect realized using doped glass fibers. The holographic display device may modulate light using the Faraday effect realized using a magneto-optical film. The holographic display device may be illuminated by a backlight and a microlens array. The backlight of the holographic display device may include at least one reflective polarizer for the linear polarization state of light. The backlight of the holographic display device may include at least one reflective polarizer for the circular polarization state of light. The microlens array of a holographic display device may provide local coherence over a small area of the display that encodes information used in reconstructing a given point of the reconstructed object Is part of. The SLM of the holographic display device may provide phase encoding. The holographic display device SLM may provide amplitude encoding. The holographic reconstruction of the holographic display device may be visible through a virtual observer window. The virtual observer window of the holographic display device may be tiled using spatial multiplexing or time multiplexing. The holographic display device may be operable so that the holographic reconstruction can be properly viewed only when the viewer's eyes are approximately in the image plane of the light source. In the holographic display device, the size of the reconstructed three-dimensional scene is a function of the size of the medium including the hologram, and the reconstructed three-dimensional scene is a virtual image through which the reconstructed three-dimensional scene is viewed. It may be a display device as it exists anywhere within the volume defined by the medium containing the observer window and hologram. The holographic display device may encode a hologram that includes an area having information needed to reconstruct a single point of a three-dimensional scene, which is visible from a defined viewing position. is there. A region is a) encoding information for a single point in the reconstructed scene, b) is the only region of the hologram encoded with information for that point, and c) is sized to form part of the entire hologram. The size is limited such that multiple reconstructions of the point due to higher order diffraction are not visible at the defined viewing position. The holographic display device may be operable to re-encode the holograms on the medium containing the holograms in time series for the left and right eyes of the viewer. The holographic display device may be operable to re-encode the holograms on the medium including the holograms in time series for the left and right eyes of each of two or more viewers. The holographic display device may be operable such that the holographic reconstruction is a hologram Fresnel transform rather than a hologram Fourier transform. The holographic display device may encode a hologram generated by determining a wavefront that is approximately at the position of the viewer's eye generated by the actual version of the reconstructed object. The holographic display device may have a prism element for beam steering. The holographic display device may have a CIAD layer. The holographic display device may have eye tracking.

更なる面において、上述のようなディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。   In a further aspect, a method is provided for generating a holographic reconstruction that includes using a display device as described above.

更なる面において、第1のMOSLM及び第2のMOSLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置が提供される。第1のMOSLM及び第2のMOSLMはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成はデバイスにより生成される。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、第1のMOSLM及び第2のMOSLMが独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のMOSLMがホログラム画素のアレイの振幅を変調し、他方のMOSLMがホログラム画素のアレイの位相を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のMOSLMがホログラム画素のアレイの振幅及び位相の第1の組合せを変調し、他方のMOSLMがホログラム画素のアレイの振幅及び位相の第2の異なる組合せを変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、デバイス中を伝搬する光がまず位相に関してエンコーディングされ、その後振幅に関してエンコーディングされるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はテレビであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はモニタであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はラップトップコンピュータであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は移動電話であってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はPDAであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置はデジタル音楽プレーヤであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、各MOSLMがファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも1つのMOSLMにおいて磁性フォトニック結晶を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも1つのMOSLMにおいてドープガラス繊維を使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、少なくとも1つのMOSLMにおいて光磁気フィルムを使用して実現されるファラデー効果を使用して光を変調するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが一方のMOSLMを他方のMOSLMと分離するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、一方のMOSLMの電磁界が他方のMOSLMの性能に悪影響を及ぼすのを防止するのに十分な薄さの分離レイヤを含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが少なくとも1つのMOSLMに対して機械的支持を更に提供するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、分離レイヤが約10ミクロン〜100ミクロン以下であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラムをエンコーディングし且つホログラフィック再構成が生成されるのを可能にするディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライトが光の直線偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも1つ含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、バックライトが光の円偏光状態に対する反射偏光子を少なくとも1つ含むディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、マイクロレンズアレイがディスプレイの小さな領域にわたり局所コヒーレンスを提供するディスプレイデバイスであってもよく、その領域は、再構成オブジェクトの所定のポイントを再構成する際に使用される情報をエンコーディングするディスプレイの一部である。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成が仮想観察者ウィンドウを介して可視であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイリングされるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、観察者の眼が略光源の像平面に位置付けられる場合にのみホログラフィック再構成を適切に見れるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、再構成された3次元シーンのサイズがホログラムを含む媒体のサイズの関数であり且つ再構成された3次元シーンが再構成された3次元シーンを閲覧する際に介する仮想観察者ウィンドウ及びホログラムを含む媒体により規定されるボリューム内の任意の場所に存在可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが3次元シーンの単一のポイントを再構成するのに必要とされる情報を有する領域を含むホログラムをエンコーディングするディスプレイデバイスであってもよく、そのポイントは規定された閲覧位置から可視である。その領域は、(a)再構成シーンの単一のポイントに対する情報をエンコーディングし、(b)そのポイントに対する情報によりエンコーディングされたホログラムの唯一の領域であり、(c)ホログラム全体の一部分を形成するようにサイズが制限される。サイズは、高次回折によるポイントの複数の再構成が規定された閲覧位置において可視とならないようなサイズである。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが2人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ホログラフィック再構成がホログラムのフーリエ変換ではなくホログラムのフレネル変換であるようにディスプレイが動作可能であるディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ディスプレイが再構成されるオブジェクトの実際のバージョンにより生成されるほぼ観察者の眼の位置にある波面を判定することにより生成されるホログラムをエンコーディングするディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、ビームステアリングのためのプリズムエレメントが存在するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、CIADレイヤを有するディスプレイデバイスであってもよい。ホログラフィック・ディスプレイ装置は、視線追跡を有するディスプレイデバイスであってもよい。   In a further aspect, a holographic display device is provided that includes a first MOSLM and a second MOSLM. The first MOSLM and the second MOSLM encode the hologram, and the holographic reconstruction is generated by the device. The holographic display device may be a display device that modulates the amplitude and phase of the array of hologram pixels in a manner in which the first MOSLM and the second MOSLM are independently controlled. The holographic display device may be a display device in which one MOSLM modulates the amplitude of the array of hologram pixels and the other MOSLM modulates the phase of the array of hologram pixels. A holographic display device is a display in which one MOSLM modulates a first combination of amplitude and phase of an array of hologram pixels and the other MOSLM modulates a second different combination of amplitude and phase of an array of hologram pixels. It may be a device. A holographic display device may be a display device in which light propagating in the device is first encoded with respect to phase and then encoded with respect to amplitude. The holographic display device may be a television. The holographic display device may be a monitor. The holographic display device may be a laptop computer. The holographic display device may be a mobile phone. The holographic display device may be a PDA. The holographic display device may be a digital music player. The holographic display device may be a display device in which each MOSLM modulates light using the Faraday effect. The holographic display device may be a display device that modulates light using the Faraday effect realized using a magnetophotonic crystal in at least one MOSLM. The holographic display device may be a display device that modulates light using the Faraday effect realized using doped glass fibers in at least one MOSLM. The holographic display device may be a display device that modulates light using the Faraday effect realized using a magneto-optical film in at least one MOSLM. The holographic display device may be a display device in which a separation layer separates one MOSLM from the other MOSLM. The holographic display device may be a display device that includes an isolation layer that is thin enough to prevent the electromagnetic field of one MOSLM from adversely affecting the performance of the other MOSLM. The holographic display device may be a display device in which the separation layer further provides mechanical support for at least one MOSLM. The holographic display device may be a display device having a separation layer of about 10 microns to 100 microns or less. The holographic display device may be a display device that encodes a hologram and allows a holographic reconstruction to be generated. The holographic display device may be a display device in which the display is illuminated by a backlight and a microlens array. The holographic display device may be a display device in which the backlight includes at least one reflective polarizer for the linear polarization state of light. The holographic display device may be a display device in which the backlight includes at least one reflective polarizer for the circular polarization state of light. A holographic display device may be a display device in which a microlens array provides local coherence over a small area of the display, which area is information used in reconstructing a given point of the reconstructed object. Is part of a display that encodes The holographic display device may be a display device in which the holographic reconstruction is visible through a virtual observer window. The holographic display device may be a display device in which the virtual observer window is tiled using spatial multiplexing or time multiplexing. The holographic display device may be a display device that can properly view holographic reconstruction only when the viewer's eyes are positioned approximately in the image plane of the light source. In the holographic display device, the size of the reconstructed three-dimensional scene is a function of the size of the medium including the hologram, and the reconstructed three-dimensional scene is a virtual image through which the reconstructed three-dimensional scene is viewed. It may be a display device that can be located anywhere within the volume defined by the medium containing the observer window and the hologram. A holographic display device may be a display device that encodes a hologram that includes an area having information required for the display to reconstruct a single point of a three-dimensional scene, the point being defined. Visible from the viewing position. That region (a) encodes information for a single point in the reconstructed scene, (b) is the only region of the hologram encoded with information for that point, and (c) forms part of the entire hologram. So that the size is limited. The size is such that multiple reconstructions of points due to higher order diffraction are not visible at a defined viewing position. The holographic display device may be a display device that is operable to re-encode time-series holograms on a medium that contains holograms for the viewer's left and right eyes. A holographic display device is a display device in which the display is operable to re-encode holograms on a medium containing holograms in time series for the left and right eyes of each of two or more observers. May be. The holographic display device may be a display device in which the display is operable such that the holographic reconstruction is not a Fourier transform of the hologram but a Fresnel transform of the hologram. A holographic display device may be a display device that encodes a hologram generated by determining a wavefront that is approximately at the position of the viewer's eye generated by the actual version of the object from which the display is reconstructed. Good. The holographic display device may be a display device in which a prism element for beam steering is present. The holographic display device may be a display device having a CIAD layer. The holographic display device may be a display device with eye tracking.

更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、第1のMOSLMに対するレイヤ及び第2のMOSLMに対するレイヤを基板上に連続して印刷するか又は作成する工程とを含む。   In a further aspect, a method for manufacturing a holographic display device is provided. The method includes providing a glass substrate and sequentially printing or creating a layer for the first MOSLM and a layer for the second MOSLM on the substrate.

更なる面において、上述のようなディスプレイデバイスを使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。   In a further aspect, a method is provided for generating a holographic reconstruction that includes using a display device as described above.

更なる面において、MOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せが提供される。その組合せは、適切な照明条件下で3次元画像を生成できる。小型の組合せは、結像光学装置を必要としない組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスのエレメントの合計の厚さが3cm未満である組合せであってもよい。小型の組合せは、小型の組合せの画素に対するソフトアパーチャが存在する組合せであってもよい。   In a further aspect, a compact combination of MOSLM and a small light source with sufficient coherence is provided. The combination can generate a three-dimensional image under appropriate lighting conditions. The small combination may be a combination that does not require the imaging optical device. A small combination may be a combination in which the total thickness of the elements of the device is less than 3 cm. The small combination may be a combination in which a soft aperture exists for the small combination of pixels.

更なる面において、振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように光の振幅及び位相を小型で且つ順番に変調するために使用される2つのMOSLMの小型の組合せが提供される。小型の組合せは、結像光学装置を必要としない組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスのエレメントの合計の厚さが3cm未満である組合せであってもよい。小型の組合せは、デバイスの画素に対するソフトアパーチャが存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、2つのMOSLMが位置合わせされた画素により直接結合又は接着される組合せであってもよい。小型の組合せは、2つのMOSLMの分離が約10ミクロン〜100ミクロン以下である組合せであってもよい。小型の組合せは、一方のMOSLMから他方のMOSLMを通過する光の回折が遠視野回折現象ではなくフレネル回折現象に存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、各レンズが第1のSLMの画素を第2のSLMの各画素に結像するように2つのMOSLM間にレンズアレイが存在する組合せであってもよい。小型の組合せは、第1のMOSLMの画素のアパーチャ幅が画素のクロストークを最小限にするような幅である組合せであってもよい。小型の組合せは、第1のMOSLMの画素のアパーチャ幅が第2のMOSLMの画素に対するフラウンホーファー回折現象における画素のクロストークを最小限にするような幅である組合せであってもよい。小型の組合せは、第1のMOSLMの画素を第2のMOSLMの画素に結像するために光学繊維フェースプレートが使用される組合せであってもよい。   In a further aspect, a small combination of two MOSLMs used to modulate the amplitude and phase of light in a small and sequential manner so that a complex number composed of amplitude and phase is encoded per pixel in transmitted light. Is provided. The small combination may be a combination that does not require the imaging optical device. A small combination may be a combination in which the total thickness of the elements of the device is less than 3 cm. The small combination may be a combination in which there is a soft aperture for the pixel of the device. A small combination may be a combination in which two MOSLMs are directly coupled or glued by aligned pixels. A small combination may be a combination in which the separation of the two MOSLMs is about 10 microns to 100 microns or less. The small combination may be a combination in which diffraction of light passing from one MOSLM to the other MOSLM exists in the Fresnel diffraction phenomenon instead of the far-field diffraction phenomenon. The small combination may be a combination in which a lens array exists between two MOSLMs so that each lens forms an image of a first SLM pixel on each second SLM pixel. The small combination may be a combination in which the aperture width of the first MOSLM pixel is such that the pixel crosstalk is minimized. The small combination may be a combination in which the aperture width of the first MOSLM pixel is such that the pixel crosstalk in the Fraunhofer diffraction phenomenon with respect to the second MOSLM pixel is minimized. The small combination may be a combination in which a fiber optic faceplate is used to image a first MOSLM pixel onto a second MOSLM pixel.

更なる面において、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵する高倍率の3次元画像ディスプレイデバイス構成要素が提供される。ディスプレイデバイス構成要素は、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、小型の組合せが3次元画像を生成できるように、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、光源はレンズアレイにより10〜60倍拡大される。ディスプレイデバイス構成要素は、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、少なくとも一方のMOSLMは光源から30mm以内に位置付けられる。ディスプレイデバイス構成要素は、小型の組合せがVOWにおいて閲覧可能な3次元画像を生成できるように、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、VOWがSLMにおいてエンコーディングされる情報のフーリエスペクトルの1次回折に制限される構成要素であってもよい。ディスプレイのVOWは、追跡可能でも追跡不可能でもよい。ディスプレイのVOWは、空間多重化又は時間多重化によるVOWのタイリングにより拡大されてもよい。ディスプレイデバイス構成要素は、1つ又は2つのMOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを含んでもよく、光源アレイの光源は部分的な空間コヒーレンスのみを有する。そのデバイス構成要素を含むPDAが存在してもよい。そのデバイス構成要素を含む移動電話が存在してもよい。外部エンコーディングユニットにおいて実行されるSLMにおいてエンコーディングされるホログラムの計算が行なわれてもよく、ディスプレイデータは外部エンコーディングユニットによりデバイス構成要素に送出され、ホログラフィックに生成された3次元画像の表示を可能にする。   In a further aspect, a high magnification 3D image display device component is provided that incorporates a small combination of one or two MOSLMs along with holographic reconstruction of the object. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source with sufficient coherence. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source with sufficient coherence so that the small combination can generate a three-dimensional image. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source of sufficient coherence, the light source being magnified 10-60 times by the lens array. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source of sufficient coherence, with at least one MOSLM positioned within 30 mm from the light source. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source with sufficient coherence so that the small combination can generate a three-dimensional image that can be viewed in the VOW. The display device component may be a component in which the VOW is limited to the first order diffraction of the Fourier spectrum of the information encoded in the SLM. The VOW of the display may be trackable or non-trackable. The VOW of the display may be expanded by tiling the VOW by spatial multiplexing or time multiplexing. The display device component may include a small combination of one or two MOSLMs and a small light source with sufficient coherence, and the light source of the light source array has only partial spatial coherence. There may be a PDA that includes the device component. There may be a mobile phone that includes the device component. Calculation of holograms encoded in the SLM performed in the external encoding unit may be performed, and display data is sent to the device component by the external encoding unit, allowing display of the holographically generated three-dimensional image. To do.

更なる面において、ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法が提供される。方法は、ガラス基板を用意する工程と、1つ又は2つのMOSLMに対するレイヤを基板上に連続して印刷するか、あるいは作成する工程とを含む。デバイスは、オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵する高倍率の3次元画像ディスプレイデバイス構成要素を含む。   In a further aspect, a method for manufacturing a holographic display device is provided. The method includes providing a glass substrate and sequentially printing or creating a layer for one or two MOSLMs on the substrate. The device includes a high magnification 3D image display device component that incorporates a small combination of one or two MOSLMs along with holographic reconstruction of the object.

更なる面において、上述のようなディスプレイデバイス構成要素を使用する工程を含むホログラフィック再構成を生成する方法が提供される。   In a further aspect, a method is provided for generating a holographic reconstruction that includes using a display device component as described above.

「ホログラムをエンコーディングするSLM」により、ホログラムがSLMにおいてエンコーディングされることを意味する。   By “SLM encoding a hologram” is meant that the hologram is encoded in the SLM.

単一のMOSLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。FIG. 1 shows a holographic display device including a single MOSLM. 各々が単一のMOSLMを含む一対の構成要素を含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。FIG. 2 illustrates a holographic display device that includes a pair of components, each including a single MOSLM. 従来技術に係るMOSLM画素エレメントの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of MOSLM pixel element which concerns on a prior art. 従来技術に係るホログラフィック・ディスプレイを示す図である。It is a figure which shows the holographic display which concerns on a prior art. 各々が単一のMOSLMを含む一対の構成要素を含むホログラフィック・ディスプレイ装置の特定の一例の3つの画素を示す横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating three pixels of a specific example of a holographic display device that includes a pair of components, each including a single MOSLM. ホログラフィック・ディスプレイを示す図である。FIG. 2 shows a holographic display. 小型化に適するホログラフィック・ディスプレイを示す図である。It is a figure which shows the holographic display suitable for size reduction. 従来技術に従って、マイクロコイル・アレイを製造する際に使用される製造工程を示す図である。FIG. 6 shows a manufacturing process used in manufacturing a microcoil array according to the prior art. 従来技術に従って、マイクロコイル・アレイを製造する際に使用される製造工程を示す図である。FIG. 6 shows a manufacturing process used in manufacturing a microcoil array according to the prior art. ホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。It is a figure which shows a holographic display apparatus. 振幅及び位相を順にエンコーディングするための2つのMOSLMを内蔵するホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。FIG. 2 shows a holographic display device incorporating two MOSLMs for sequentially encoding amplitude and phase. 単一のMOSLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。FIG. 1 shows a holographic display device including a single MOSLM. 一実現例に係るホログラフィック・ディスプレイの特定の一例を示す図である。It is a figure which shows a specific example of the holographic display which concerns on one implementation. 振幅及び位相を順にエンコーディングするための2つのMOSLMを内蔵するホログラフィック・ディスプレイ装置を示す図である。FIG. 2 shows a holographic display device incorporating two MOSLMs for sequentially encoding amplitude and phase. MathCad(登録商標)を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction simulation result acquired using MathCad (trademark). MathCad(登録商標)を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction simulation result acquired using MathCad (trademark). MathCad(登録商標)を使用して取得される回折シミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction simulation result acquired using MathCad (trademark). 一実現例に係るレンズアレイレイヤを間に含む2つのMOSLMの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of two MOSLM which includes the lens array layer which concerns on one implementation example in between. 光が一方のMOSLMから第2のMOSLMへ伝わると実行される可能性のある回折処理を示す図である。It is a figure which shows the diffraction process which may be performed when light propagates from one MOSLM to the second MOSLM. 一実現例に係るホログラフィック・ディスプレイ構成要素の一例を示す図である。FIG. 6 illustrates an example of a holographic display component according to an implementation. ビームステアリングエレメントを示す図である。It is a figure which shows a beam steering element. ビームステアリングエレメントを示す図である。It is a figure which shows a beam steering element. 2D光源アレイの光源、2Dレンズアレイのレンズ、SLM及びビームスプリッタを含むホログラフィック・ディスプレイを示す概略図である。ビームスプリッタはSLMから放射される光線を2つの光束に分割し、光束はそれぞれ左眼の仮想観察者ウィンドウ(VOWL)及び右眼の仮想観察者ウィンドウ(VOWR)を照明する。2 is a schematic diagram illustrating a holographic display including a light source of a 2D light source array, a lens of a 2D lens array, an SLM, and a beam splitter. The beam splitter splits the light emitted from the SLM into two light beams, which illuminate the left-eye virtual observer window (VOWL) and the right-eye virtual observer window (VOWR), respectively. 光源アレイの2つの光源及びレンズアレイの2つのレンズ、SLM及びビームスプリッタを含むホログラフィック・ディスプレイを示す概略図である。ビームスプリッタはSLMから放射される光線を2つの光束に分割し、光束はそれぞれ左眼の仮想観察者ウィンドウ(VOWL)及び右眼の仮想観察者ウィンドウ(VOWR)を照明する。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a holographic display including two light sources of a light source array and two lenses of a lens array, an SLM and a beam splitter. The beam splitter splits the light emitted from the SLM into two light beams, which illuminate the left-eye virtual observer window (VOWL) and the right-eye virtual observer window (VOWR), respectively. プリズムビームステアリングエレメントを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a prism beam steering element.

次に、種々の実現例を説明する。
A.光磁気SLMを有するホログラフィック・ディスプレイ装置
本実現例は、光磁気SLMを有するホログラフィック・ディスプレイ装置を提供し、その組合せは、適切な照明条件の下で3次元画像を生成できる。ディスプレイは、複数の光源又は単一の光源により照明されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイは、テレビ、モニタ、ラップトップコンピュータ、移動電話、PDA、デジタル音楽プレーヤ又は一般的にディスプレイが使用される任意の他のデバイスにおいて使用されてもよい。
Next, various implementation examples will be described.
A. Holographic display device with magneto-optical SLM The present implementation provides a holographic display device with magneto-optical SLM, the combination of which can generate a three-dimensional image under appropriate illumination conditions. The display may be illuminated by multiple light sources or a single light source. The holographic display may be used in a television, monitor, laptop computer, mobile phone, PDA, digital music player or any other device where a display is commonly used.

本実現例は、光の変調、すなわち振幅又は位相、あるいは振幅及び位相の組合せの変調のためのSLMに関する。特に本実現例は、ファラデー効果による光の変調に基づくSLMに関する。SLMは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。   The implementation relates to an SLM for modulation of light, ie amplitude or phase, or a combination of amplitude and phase. In particular, this implementation relates to an SLM based on the modulation of light by the Faraday effect. The SLM may be used in a holographic display.

ファラデー効果は、光の伝搬の方向に磁界を印加した時の媒体における直線偏光の回転として現れる。これは、定量的に以下の式により記述される:
α = VLH (1)
式中、αは偏光回転角であり、Vはヴェルデ定数であり、Lは媒体の長さであり、Hは磁界強度である。ファラデー効果は、磁界により異方性が与えられることにより発生する。磁界は、回転方向の感度を示す軸性ベクトルである。従って、左右の円偏光の状態は、もはや縮退状態ではないため、異なる屈折率の作用を受け且つ媒体において異なる位相ずれの作用を受ける。直線偏光が左円偏光及び右円偏光から成るため、円成分が再度組み合わされて直線偏光を形成する時、それらの成分の異なる位相ずれにより直線偏光角の回転が起こる。
The Faraday effect appears as rotation of linearly polarized light in the medium when a magnetic field is applied in the direction of light propagation. This is described quantitatively by the following formula:
α = VLH (1)
Where α is the polarization rotation angle, V is the Verde constant, L is the length of the medium, and H is the magnetic field strength. The Faraday effect occurs when anisotropy is given by a magnetic field. The magnetic field is an axial vector indicating sensitivity in the rotation direction. Accordingly, the left and right circularly polarized states are no longer in a degenerate state, and thus are affected by different refractive indexes and different phase shifts in the medium. Since linearly polarized light consists of left circularly polarized light and right circularly polarized light, when the circular components are combined again to form linearly polarized light, rotation of the linearly polarized light angle occurs due to different phase shifts of these components.

一般に、ヴェルデ定数Vは小さく、有効な回転角度αは、長さLが長いこと又は磁界Hが大きいことを必要とする。ファラデー効果は、光磁気レイヤのスタックを含む磁性フォトニック液晶において非常に増加する。これは、SLMに対して小さな磁界を有する薄い構造においてファラデー効果を使用することを容易にする。これは、例えばインターネットから取得されるPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)による「A Presentation for Investors」において説明される(この文献は、本明細書に参照により組み込まれる)。この文献は、サイトweb.archive.orgから入手可能であろう。   In general, the Verde constant V is small and an effective rotation angle α requires a long length L or a large magnetic field H. The Faraday effect is greatly increased in magneto-photonic liquid crystals that include a stack of magneto-optical layers. This facilitates using the Faraday effect in a thin structure with a small magnetic field for the SLM. This is explained in “A Presentation for Investors” by Panorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA (www.panoramalabs.com), for example, obtained from the Internet (this The literature is incorporated herein by reference). This document will be available from the site web.archive.org.

Panorama Labsは、図3に示すようにファラデー効果を使用するSLMを報告している。これは、磁性フォトニック結晶、入出力偏光子及びコイルのアレイを含む。画素ピッチが16μmであるSLMの画素毎に1つのコイルが存在する。磁性フォトニック結晶は、単一レイヤと比較してファラデー効果を向上する光磁気レイヤのスタックから構成される。電流を印加すると、コイルは各画素内に局所的磁界を生成し、それによりその画素を通過する光の直線偏光の回転が起こる。出力偏光子は、特定の偏光角度のみ透過する。従って、各画素の透過率は、コイル中の電流により変調される。図3は、偏光子、磁性フォトニック液晶(MPC)、コイル及び解析器を含むSLMの1つの画素を示す。一定の入力強度p0は変調され、時間(t)に依存する出力強度関数P(t)を与える。   Panorama Labs reports an SLM that uses the Faraday effect as shown in FIG. This includes an array of magnetic photonic crystals, input / output polarizers and coils. One coil exists for each pixel of the SLM having a pixel pitch of 16 μm. Magnetophotonic crystals are composed of a stack of magneto-optical layers that improve the Faraday effect compared to a single layer. When a current is applied, the coil generates a local magnetic field in each pixel, which causes a rotation of the linear polarization of light passing through that pixel. The output polarizer transmits only a specific polarization angle. Therefore, the transmittance of each pixel is modulated by the current in the coil. FIG. 3 shows one pixel of the SLM that includes a polarizer, a magnetic photonic liquid crystal (MPC), a coil, and an analyzer. The constant input intensity p0 is modulated to give an output intensity function P (t) that depends on time (t).

LC-SLM又はMEMS-SLMと比較してファラデー効果SLMの利点は、速い応答時間である。Panorama Labsは、ファラデー効果SLMにおける20nsの応答時間を報告した。それは、LC-SLM(約10ms)又はMEMS-SLM(約10μs)より非常に速い。MOSLMは、電子ホログラフィック・ディスプレイに対して使用される。ホログラフィック・ディスプレイに対する1つの方法において、仮想観察者ウィンドウ(VOW)が生成される。VOWが観察者の一方の眼に位置付けられる場合、再構成オブジェクトが見える。各観察者の各眼に対して1つのVOWが必要とされる。VOW及び色R、G、Bが順に生成される場合、高いフレームレートが要求される。ちらつきを回避するために、少なくとも30Hzの各眼に対するフレームレートが必要である。一例として、3人の観察者の場合、30Hz*2つの眼*3人の観察者*3色=540Hzのフレームレートが必要とされる。これは、LC-SLMのフレームレートより非常に速い。周知の高速MEMS-SLMは、高分解能位相変調を提供しない。振幅及び位相を変調するSLMは、電子ホログラフィック・ディスプレイにおける応用に対して有利である。複素値ホログラムは、純粋な振幅ホログラム又は純粋な位相ホログラムより高い再構成品質及び高い輝度を有する。図3のPanorama Labsにより開示された従来のファラデー効果SLMの観察可能な唯一の効果は、透過光の振幅の変調である。更に、図3のPanorama Labsにより開示された従来のファラデー効果SLMは、3次元画像を生成できるように十分なコヒーレンスの光により照明されない。   The advantage of Faraday effect SLM compared to LC-SLM or MEMS-SLM is fast response time. Panorama Labs reported a response time of 20 ns in a Faraday effect SLM. It is much faster than LC-SLM (about 10 ms) or MEMS-SLM (about 10 μs). MOSLM is used for electronic holographic displays. In one method for a holographic display, a virtual observer window (VOW) is generated. When the VOW is positioned on one eye of the observer, the reconstructed object is visible. One VOW is required for each eye of each observer. When VOW and colors R, G, and B are generated in order, a high frame rate is required. To avoid flickering, a frame rate for each eye of at least 30 Hz is required. As an example, for 3 observers, a frame rate of 30 Hz * 2 eyes * 3 observers * 3 colors = 540 Hz is required. This is much faster than the LC-SLM frame rate. Known high speed MEMS-SLMs do not provide high resolution phase modulation. SLMs that modulate amplitude and phase are advantageous for applications in electronic holographic displays. Complex value holograms have higher reconstruction quality and higher brightness than pure amplitude holograms or pure phase holograms. The only observable effect of the conventional Faraday effect SLM disclosed by Panorama Labs in FIG. 3 is the modulation of the amplitude of the transmitted light. Furthermore, the conventional Faraday effect SLM disclosed by Panorama Labs in FIG. 3 is not illuminated with sufficient coherence light to generate a three-dimensional image.

図1において、一実現例の例を説明する。10は、平面領域の照明を提供するための照明装置である。ここで、照明は3次元画像を生成できるように十分なコヒーレンスを有する。参照により本明細書に組み込まれる大面積ビデオホログラムの例に対する米国特許出願公開第2006/250671号明細書において、一例が開示される。大面積ビデオホログラムの一例は、図4において再現される。10のような装置は、レンチキュラーアレイ又はマイクロレンズアレイ等の小型であってもよい合焦システムに入射する光を放射する白色光発光ダイオード又は冷陰極蛍光灯等の白色光源のアレイの形態をとってもよい。あるいは、10に対する光源は、十分にコヒーレンスな光を放射する赤色、緑色及び青色レーザ又は赤色、緑色及び青色発光ダイオードから構成されてもよい。しかし、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源(例えば、発光ダイオード、OLED、冷陰極蛍光灯)は、レーザ光源より好ましい。レーザ光源には、ホログラフィック再構成におけるレーザスペックルの原因になったり、相対的に高価であったり、また、ホログラフィック・ディスプレイの閲覧者又はホログラフィック・ディスプレイ装置の組み立てに従事する人の眼を傷める可能性に関して予想される安全上の問題を有する等の欠点がある。   In FIG. 1, an example of an implementation will be described. Reference numeral 10 denotes an illumination device for providing illumination in a planar area. Here, the illumination has sufficient coherence so that a three-dimensional image can be generated. An example is disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2006/250671 to the example of a large area video hologram that is incorporated herein by reference. An example of a large area video hologram is reproduced in FIG. An apparatus such as 10 may take the form of an array of white light sources such as white light emitting diodes or cold cathode fluorescent lamps that emit light incident on a focusing system that may be small, such as a lenticular array or a microlens array. Good. Alternatively, the light source for 10 may consist of red, green and blue lasers or red, green and blue light emitting diodes that emit sufficiently coherent light. However, non-laser light sources (eg, light emitting diodes, OLEDs, cold cathode fluorescent lamps) with sufficient spatial coherence are preferred over laser light sources. Laser light sources can cause laser speckle in holographic reconstruction, are relatively expensive, and can be viewed by holographic display viewers or those who are engaged in the assembly of holographic display devices. Disadvantages such as having an expected safety problem with respect to the possibility of damage.

エレメント10は、ディスプレイの輝度を増加するために1つ又は2つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第5,056,892号公報及び米国特許第5,919,551号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。   Element 10 may include one or two prismatic optical films to increase the brightness of the display. Such films are disclosed, for example, in US Pat. No. 5,056,892 and US Pat. No. 5,919,551, although other films are well known.

ホログラム生成器15は、移動電話のサブディスプレイのような対角1cmの画面サイズ(又はそれ以下)から屋内大型ディスプレイの対角1mの画面(又はそれ以上)まで等のサイズの範囲を有してもよい。従って、エレメント10〜14は、1mm以下から屋内大型ディスプレイの場合の数十cm以上までの厚さ合計を有してもよい。エレメント11は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。一例は、直線偏光子シートである。更なる例は、1つの直線偏光状態を透過し且つ直交直線偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第5,828,488号公報において説明されるが、他のシートも周知である。更なる例は、1つの円偏光状態を透過し且つ直交円偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第6,181,395号公報において説明されるが、他のシートも周知である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント13に対して放射されるように、エレメント12はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント13は、光磁気SLMである。その最も単純な形態において、エレメント13は、導電材料のコイルのアレイであり、各コイルは、ディスプレイの対応する画素を通る光により経験される磁界を個別に制御するために使用される。式(1)により記述されるように、直線偏光が媒体を通過する時に有効な回転αを経験してもよいように、光が有効なヴェルデ定数Vを有する媒体を通過することによりそのような制御は容易になる。媒体は、米国特許出願公開第2005/0201705号明細書において説明されるように、ドープガラス繊維シリンダの形態又は同様の形状であってもよい。あるいは媒体は、国際公開第WO2005/122479A2号に説明されるような光磁気フィルム又は磁性フォトニック結晶レイヤの形態であってもよい。媒体から放射される光は、直線偏光子シート等の偏光レイヤ14を通過する。   The hologram generator 15 has a size range from a screen size of 1 cm diagonal (or smaller) such as a sub-display of a mobile phone to a screen of 1 m diagonal (or larger) of a large indoor display. Also good. Therefore, the elements 10 to 14 may have a total thickness from 1 mm or less to several tens of cm or more in the case of a large indoor display. The element 11 is a polarizing optical element or a set of polarizing optical elements. An example is a linear polarizer sheet. A further example is a reflective polarizer that transmits one linear polarization state and reflects an orthogonal linear polarization state. Such sheets are described, for example, in US Pat. No. 5,828,488, but other sheets are well known. A further example is a reflective polarizer that transmits one circular polarization state and reflects an orthogonal circular polarization state. Such sheets are described, for example, in US Pat. No. 6,181,395, but other sheets are well known. The color filter may not be required when a color light source is used, but the element 12 is a color filter so that colored light pixels such as red light, green light and blue light are emitted to the element 13. It may be composed of an array. The element 13 is a magneto-optical SLM. In its simplest form, element 13 is an array of coils of conductive material, each coil being used to individually control the magnetic field experienced by light through the corresponding pixel of the display. As described by equation (1), such light can pass through a medium having an effective Verde constant V such that linearly polarized light may experience an effective rotation α as it passes through the medium. Control becomes easy. The medium may be in the form of a doped glass fiber cylinder or similar shape, as described in US Patent Application Publication No. 2005/0201705. Alternatively, the medium may be in the form of a magneto-optical film or a magneto-photonic crystal layer as described in International Publication No. WO 2005/122479 A2. Light emitted from the medium passes through a polarizing layer 14 such as a linear polarizer sheet.

エレメント11が光の円偏光状態に対する反射偏光子シートである場合、円偏光がエレメント11からエレメント12に向けて透過される一方、直交偏光の光は再利用する可能性があるために反射してエレメント10に戻り、その間、偏光はエレメント11により透過される状態に変化する可能性がある。この例において、エレメント13の後の偏光子シート14は、円偏光を直線偏光に変換する四分の一波長板から成り、直線偏光シートが後続する。四分の一波長板は、例えば米国特許第7,054,049号公報において説明されるように可視スペクトルにわたり機能してもよい。可視スペクトルにわたり機能する他の四分の一波長板が周知である。電流がアレイのコイルに流れない場合にHが画素のアレイにわたりゼロであるため、アレイの全ての画素の偏光状態に変化がなく、ディスプレイが暗い状態であるように、直線偏光シート14は方位回転角度で配置されてもよい。他の構成が当業者には明らかであろう。アレイのコイルに電流が流れることにより、画素毎に偏光状態が変化する可能性があり、それによりカラー画像等の画像が表示可能になる。本明細書の他の場所で説明するように、光磁気SLM(MOSLM)への光の入力偏光状態が純粋な円偏光状態である場合、コイルに電流が流れることにより、位相は円偏光状態でエンコーディング可能である。そのような位相エンコーディングは、エンコーディングされた位相情報を有するホログラムを有効にする。   When element 11 is a reflective polarizer sheet for the circular polarization state of light, circularly polarized light is transmitted from element 11 to element 12, while orthogonally polarized light is reflected because it may be reused. Returning to element 10, during that time, the polarization may change to a state that is transmitted by element 11. In this example, the polarizer sheet 14 after the element 13 consists of a quarter wave plate that converts circularly polarized light into linearly polarized light, followed by a linearly polarizing sheet. The quarter wave plate may function over the visible spectrum as described, for example, in US Pat. No. 7,054,049. Other quarter wave plates that function over the visible spectrum are well known. The linear polarizing sheet 14 rotates azimuth so that the polarization state of all pixels in the array remains unchanged and the display is dark because H is zero across the array of pixels when no current flows through the coil of the array. It may be arranged at an angle. Other configurations will be apparent to those skilled in the art. When a current flows through the coils of the array, the polarization state may change for each pixel, and thus an image such as a color image can be displayed. As described elsewhere in this specification, when the input polarization state of light to the magneto-optical SLM (MOSLM) is a pure circular polarization state, the current flows through the coil, so that the phase is in the circular polarization state. Encoding is possible. Such phase encoding enables a hologram with encoded phase information.

エレメント11が光の直線偏光状態に対する反射偏光子シートである場合、直線偏光がエレメント11からエレメント12に向けて透過される一方、直交偏光の光は、再利用する可能性があるために反射してエレメント10に戻り、その間、偏光はエレメント11により透過される状態に変化する可能性がある。この例において、エレメント13の後の偏光子シート14は直線偏光シートである。電流がアレイのコイルに流れない場合にHが画素のアレイにわたりゼロであるため、アレイの全ての画素の偏光状態が変化せず、ディスプレイが暗い状態であるように、直線偏光シート14は方位回転角度で配置されてもよい。他の構成が当業者には明らかであろう。アレイのコイルに電流が流れることにより、画素毎に偏光状態が変化する可能性があり、それによりカラー画像等の画像が表示可能になる。本明細書の他の場所で説明するように、光磁気SLM(MOSLM)への光の入力偏光状態が純粋な直線偏光状態である場合、コイルに電流が流れることにより、振幅は偏光状態でエンコーディング可能である。そのような振幅エンコーディングは、エンコーディングされた振幅情報を有するホログラムを有効にする。   When element 11 is a reflective polarizer sheet for the linear polarization state of light, linearly polarized light is transmitted from element 11 to element 12, while orthogonally polarized light is reflected because it may be reused. In the meantime, the polarized light may change to a state transmitted by the element 11. In this example, the polarizer sheet 14 after the element 13 is a linear polarizing sheet. The linear polarizing sheet 14 is azimuthally rotated so that the polarization state of all pixels in the array remains unchanged and the display is dark because H is zero across the array of pixels when no current flows through the coil of the array. It may be arranged at an angle. Other configurations will be apparent to those skilled in the art. When a current flows through the coils of the array, the polarization state may change for each pixel, and thus an image such as a color image can be displayed. As described elsewhere in this specification, when the input polarization state of light to a magneto-optical SLM (MOSLM) is a pure linear polarization state, the current is passed through the coil so that the amplitude is encoded in the polarization state. Is possible. Such amplitude encoding enables a hologram with encoded amplitude information.

図1において、ホログラム生成器15を含むデバイスからある距離にあるポイント16に位置する閲覧者は、15の方向を閲覧した時に3次元画像を閲覧してもよい。エレメント10、11、12、13及び14は、物理的に接触するように、例えば実際には機械的に接触するように配置されてもよく、各エレメントは、全体が単一の一体のオブジェクトとなるように構造の1つのレイヤを形成する。物理的な接触は直接的であってもよい。あるいは、隣接するレイヤの間のフィルムの被膜である薄い中間レイヤが存在する場合、物理的な接触は間接的であってもよい。物理的な接触は、適切な相互の位置合わせ又は位置決めを保証する小さな領域に制限されてもよく、あるいはより大きな領域、すなわちレイヤの表面全体に及んでもよい。物理的な接触は、ホログラム生成器15を形成するように光透過接着剤を使用するなどしてレイヤが共に接着されることにより、あるいは任意の他の適切な工程(製造工程の概要という表題の以下のセクションを更に参照)により達成されてもよい。しかし、小型化がデバイス15に特に要求されない場合、エレメント10、11、12、13及び14の一部又は全てが分離していてもよい。   In FIG. 1, a viewer located at a point 16 at a certain distance from a device including the hologram generator 15 may browse a three-dimensional image when viewing 15 directions. The elements 10, 11, 12, 13 and 14 may be arranged in physical contact, for example, in fact mechanical contact, each element being a single integral object in its entirety. One layer of the structure is formed to be The physical contact may be direct. Alternatively, physical contact may be indirect if there is a thin intermediate layer that is a film coating between adjacent layers. Physical contact may be limited to a small area that ensures proper mutual alignment or positioning, or may extend over a larger area, i.e., the entire surface of the layer. The physical contact can be done by bonding the layers together, such as by using a light transmissive adhesive to form the hologram generator 15, or any other suitable process (titled manufacturing process overview). (See further section below). However, if miniaturization is not particularly required for the device 15, some or all of the elements 10, 11, 12, 13, and 14 may be separated.

図4は、アレイにおける水平に並べられた円筒レンズの形で垂直合焦システム1104の3つの合焦エレメント1101、1102、1103を示した先行技術の側面図である。照明ユニットの合焦エレメント1102を通り、観察者平面OPに達する、水平な線光源LS2にほぼ平行のビームが例示されている。図4に従って、多くの線光源LS、LS、LSは上下に配置される。それぞれの光源は、垂直方向に十分にコヒーレントであり、水平方向にはインコヒーレントである光を発する。光は、光変調器SLMの透過セルを通過する。光は、ホログラムとエンコードされる光変調器SLMのセルによって垂直方向のみに回折される。合焦エレメント1102は、観察者平面OPにて、いくらかの回折次数(1のみが実用的である)で光源LSを画像化する。光源LSによって発されたビームは、合焦システム1104の合焦エレメント1102のみを通ることが例示されている。図4において、3つのビームは、1番目の回折次数1105、ゼロ番目の次数1106、そして、マイナス1番目の次数1107を示す。単一の点光源とは対照的に、線光源は、より高い光強度を生成可能とする。すでに増大した効率や、再構成されるための3Dシーンの各部分に対する線光源の割り当てを有するいくつかのホログラフィック領域を用いることは、効率的な光度を向上させる。他の利点は、レーザの代わりに、例えば、シャッターの一部でも良いスロット隔壁の後方に位置付けられた多くの標準光源が十分にコヒーレント光を生成することである。 FIG. 4 is a prior art side view showing the three focusing elements 1101, 1102, 1103 of the vertical focusing system 1104 in the form of horizontally aligned cylindrical lenses in an array. Illustrated is a beam substantially parallel to a horizontal linear light source LS2 that passes through the focusing element 1102 of the illumination unit and reaches the observer plane OP. According to FIG. 4, many line light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 are arranged one above the other. Each light source emits light that is sufficiently coherent in the vertical direction and incoherent in the horizontal direction. The light passes through the transmission cell of the light modulator SLM. The light is diffracted only in the vertical direction by the cell of the light modulator SLM encoded with the hologram. The focusing element 1102 images the light source LS 2 at some diffraction order (only 1 is practical) in the observer plane OP. Illustrated is that the beam emitted by the light source LS 2 passes only through the focusing element 1102 of the focusing system 1104. In FIG. 4, the three beams indicate a first diffraction order 1105, a zeroth order 1106, and a minus first order 1107. In contrast to a single point light source, a linear light source can generate higher light intensity. Using several holographic regions that already have increased efficiency and / or line source assignments for each part of the 3D scene to be reconstructed improves the effective luminous intensity. Another advantage is that instead of a laser, many standard light sources positioned behind a slot bulkhead, which may be part of a shutter, for example, generate sufficiently coherent light.

仮想観察者ウィンドウを使用するホログラフィックエンコーディングに対する本出願人の好適な方法は、例えば十分にコヒーレントな光の回折により3次元シーンを再構成するデバイスを説明する本出願人により出願された特許文献1において説明される。しかし、当業者には明らかであるように、本実現例のホログラフィック・ディスプレイはそのような方法に限定されず、MOSLMと共に使用されてもよい全ての周知のホログラフィック・ディスプレイの種類を含むことが理解されるべきである。   Applicant's preferred method for holographic encoding using a virtual observer window is, for example, US Pat. No. 6,057,054 filed by the applicant describing a device that reconstructs a three-dimensional scene by diffraction of sufficiently coherent light. Described in. However, as will be apparent to those skilled in the art, the holographic display of this implementation is not limited to such a method and includes all known holographic display types that may be used with MOSLM. Should be understood.

B.直列の2つの光磁気SLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置
本実現例は、光の複素変調、すなわち振幅及び位相の独立変調のための空間光変調器(SLM)に関する。特に本実現例は、ファラデー効果による光の変調に基づくSLMに関する。SLMは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。ホログラフィック・ディスプレイは、テレビ、モニタ、ラップトップコンピュータ、移動電話、PDA、デジタル音楽プレーヤ又は一般的にディスプレイが使用される任意の他のデバイスにおいて使用されてもよい。
B. Holographic display device comprising two magneto-optical SLMs in series This implementation relates to a spatial light modulator (SLM) for complex modulation of light, ie independent amplitude and phase modulation. In particular, this implementation relates to an SLM based on the modulation of light by the Faraday effect. The SLM may be used in a holographic display. The holographic display may be used in a television, monitor, laptop computer, mobile phone, PDA, digital music player or any other device where a display is commonly used.

本実現例は、直列の2つの光磁気SLMを含むホログラフィック・ディスプレイ装置を提供する。その組合せは、適切な照明条件の下で3次元画像を生成できる。ディスプレイは、複数の光源又は単一の光源により照明されてもよい。   This implementation provides a holographic display device that includes two magneto-optical SLMs in series. The combination can generate a three-dimensional image under appropriate lighting conditions. The display may be illuminated by multiple light sources or a single light source.

本実現例は、光の変調のための2つのMOSLMに関する。各MOSLMは、振幅、位相、あるいは振幅及び位相の組合せを変調する。特に各MOSLMは、ファラデー効果を使用して光を変調する。組み合わせた2つのMOSLMは、ホログラフィック・ディスプレイにおいて使用されてもよい。振幅及び位相から構成される複素数は、透過光において画素毎にエンコーディングされる。   This implementation relates to two MOSLMs for light modulation. Each MOSLM modulates amplitude, phase, or a combination of amplitude and phase. In particular, each MOSLM modulates light using the Faraday effect. The combined two MOSLMs may be used in a holographic display. A complex number composed of amplitude and phase is encoded for each pixel in transmitted light.

1つ又は複数の光源及び直列の2つのMOSLMから構成されるホログラフィック・ディスプレイ装置は、必要に応じて光の振幅及び位相を小型で且つ順番に変調するために使用される。本実現例のこの例は、第1のMOSLM及び第2のMOSLMを含む。第1のMOSLMは透過光の振幅を変調し、第2のMOSLMは透過光の位相を変調する。あるいは、第1のMOSLMは透過光の位相を変調し、第2のMOSLMは透過光の振幅を変調する。あるいは、組み合わせた2つのMOSLMが完全複素変調を容易にするように、各MOSLMは振幅及び位相の組合せを変調する。各MOSLMは、上記のセクションAにおいて説明した通りであってもよい。全体のアセンブリは、2つのMOSLMが使用されること以外、セクションAにおいて説明した通りであってもよい。   A holographic display device composed of one or more light sources and two MOSLMs in series is used to modulate the amplitude and phase of light in a small and sequential manner as needed. This example of this implementation includes a first MOSLM and a second MOSLM. The first MOSLM modulates the amplitude of the transmitted light, and the second MOSLM modulates the phase of the transmitted light. Alternatively, the first MOSLM modulates the phase of the transmitted light, and the second MOSLM modulates the amplitude of the transmitted light. Alternatively, each MOSLM modulates the combination of amplitude and phase so that the two combined MOSLMs facilitate full complex modulation. Each MOSLM may be as described in Section A above. The entire assembly may be as described in section A, except that two MOSLMs are used.

第1の工程において、位相変調のパターンが第1のMOSLMに書かれる。第2の工程において、振幅変調のパターンが第2のMOSLMに書かれる。第2のMOSLMにより透過された光は振幅及び位相に関して変調され、その結果、観察者は2つのMOSLMが格納されるデバイスにより放射される光を見た時に3次元画像を観察してもよい。   In the first step, a phase modulation pattern is written in the first MOSLM. In the second step, an amplitude modulation pattern is written in the second MOSLM. The light transmitted by the second MOSLM is modulated with respect to amplitude and phase so that the observer may observe a three-dimensional image when viewing the light emitted by the device in which the two MOSLMs are stored.

位相及び振幅の変調が複素数の表現を容易にすることは、当業者には理解されるだろう。従って、本実現例は、3次元画像が閲覧者により閲覧されてもよいようにホログラムを生成するために使用されてもよい。   Those skilled in the art will appreciate that phase and amplitude modulation facilitates the representation of complex numbers. Thus, this implementation may be used to generate a hologram so that a 3D image may be viewed by a viewer.

図2において、実装例が述べられる。20は、平面領域の照明を提供するための照明装置であり、照明は三次元画像の生成をもたらすことができるために十分なコヒーレンスを有する。例は、広域ビデオホログラムの場合として、米国特許出願公開第2006/250671号明細書にて述べられている。20のような装置は、冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのようなレンチキュラアレイやマイクロレンズアレイのように、小型にできる合焦システムにおいて入射される光を発する冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのような白色光源のアレイの形をとってもよい。あるいは、20に対する光源は、赤緑青のレーザ、もしくは十分にコヒーレントな光を放つ赤緑青の発光ダイオードを含んでいて良い。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源(例えば、発光ダイオード、OLED、冷陰極蛍光ランプ)は、レーザ光源より望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック光源において、レーザスペックルを引き起こし、相対的に高価となり、ホログラフィック・ディスプレイ観察者の目や、ホログラフィック・ディスプレイ装置を組み当てる人々の目に損害を与える可能性に関しての安全性の問題が有りうる、といった不利益を有する。   An example implementation is described in FIG. 20 is an illuminating device for providing illumination of a planar area, and the illumination has sufficient coherence so that it can result in the generation of a 3D image. An example is described in US 2006/250671 for the case of wide area video holograms. An apparatus such as 20 is a cold cathode fluorescent lamp or white light emitting device that emits light in a focusing system that can be miniaturized, such as a lenticular array or a microlens array such as a cold cathode fluorescent lamp or a white light emitting diode. It may take the form of an array of white light sources such as diodes. Alternatively, the light source for 20 may include a red-green-blue laser or a red-green-blue light emitting diode that emits sufficiently coherent light. However, non-laser light sources (eg, light emitting diodes, OLEDs, cold cathode fluorescent lamps) with sufficient spatial coherence are more desirable than laser light sources. Laser light sources cause laser speckle in holographic light sources, are relatively expensive, and may damage the eyes of holographic display observers and the people who install holographic display devices. There is a disadvantage that there may be a safety problem.

エレメント20は、ディスプレイの輝度を増加するための1つ又は2つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第5,056,892号公報及び米国特許第5,919,551号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。   Element 20 may include one or two prismatic optical films to increase the brightness of the display. Such films are disclosed, for example, in US Pat. No. 5,056,892 and US Pat. No. 5,919,551, although other films are well known.

ホログラム生成器25は、移動電話のサブディスプレイのような対角1cmの画面サイズ(又はそれ以下)から屋内大型ディスプレイの対角1mの画面(又はそれ以上)まで等のサイズの範囲を有してもよい。従って、エレメント20〜23、26〜28は、1mm以下から屋内大型ディスプレイの場合の数十cm以上までの厚さ合計を有してもよい。エレメント21は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。一例は、直線偏光子シートである。更なる例は、1つの直線偏光状態を透過し且つ直交直線偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第5,828,488号公報において説明されるが、他のシートも周知である。更なる例は、1つの円偏光状態を透過し且つ直交円偏光状態を反射する反射偏光子である。そのようなシートは、例えば米国特許第6,181,395号公報において説明されるが、他のシートも周知である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント23に向けて放射されるように、エレメント22はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント23はMOSLMである。その最も単純な形態において、エレメント23は、導電材料のコイルのアレイであり、各コイルは、ディスプレイの対応する画素を通る光の作用による磁界を個別に制御するために使用される。式(1)により記述されるように、直線偏光が媒体を通過する時に有効な回転αの作用を受けてもよいように、光が有効なヴェルデ定数Vを有する媒体を通過することによりそのような制御は容易になる。媒体は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2005/0201705号明細書において説明されるように、ドープガラス繊維シリンダの形態又は同様の形状であってもよい。あるいは媒体は、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第WO2005/122479A2号に説明されるような光磁気フィルム又は磁性フォトニック結晶の形態であってもよい。   The hologram generator 25 has a size range from a 1 cm diagonal screen size (or smaller) such as a mobile phone sub-display to a 1 m diagonal screen (or larger) large indoor display. Also good. Accordingly, the elements 20 to 23 and 26 to 28 may have a total thickness from 1 mm or less to several tens of cm or more in the case of a large indoor display. The element 21 is a polarizing optical element or a set of polarizing optical elements. An example is a linear polarizer sheet. A further example is a reflective polarizer that transmits one linear polarization state and reflects an orthogonal linear polarization state. Such sheets are described, for example, in US Pat. No. 5,828,488, but other sheets are well known. A further example is a reflective polarizer that transmits one circular polarization state and reflects an orthogonal circular polarization state. Such sheets are described, for example, in US Pat. No. 6,181,395, but other sheets are well known. The color filter may not be required when a color light source is used, but the element 22 is a color filter so that colored light pixels such as red light, green light, and blue light are emitted toward the element 23. It may be composed of an array. Element 23 is a MOSLM. In its simplest form, element 23 is an array of coils of conductive material, each coil being used to individually control the magnetic field due to the action of light through the corresponding pixel of the display. As described by equation (1), such that light passes through a medium having an effective Verde constant V so that linearly polarized light may be subjected to an effective rotation α as it passes through the medium. Control becomes easy. The medium may be in the form of a doped glass fiber cylinder or similar shape, as described in US Patent Application Publication No. 2005/0201705, which is incorporated herein by reference. Alternatively, the medium may be in the form of a magneto-optical film or magneto-photonic crystal as described in WO 2005/122479 A2, which is incorporated herein by reference.

エレメント26は、偏光光学エレメント又は偏光光学エレメントの集合である。エレメント27は、エレメント23に対して上述したようなMOSLMである。MOSLMから放射される光は、直線偏光子シート等の偏光レイヤ28を通過する。透過光に関して、エレメント23は振幅を変調し、エレメント27は位相を変調する。あるいは、エレメント27は振幅を変調し、エレメント23は位相を変調する。これは、位相が更に正確に変調される(すなわち、雑音が比例して減少する)と予想され、振幅が最大値となるため好ましいと考えられる。MOSLM23及び27が近接することにより、光ビームの発散により発生する画素のクロストーク及び光学損失の問題が軽減される。MOSLM23及び27が近接している程、MOSLMを通過する着色光のビームの非オーバラッピング伝搬に対してより適切な近似が達成される。   The element 26 is a polarizing optical element or a set of polarizing optical elements. Element 27 is a MOSLM as described above for element 23. The light emitted from the MOSLM passes through a polarization layer 28 such as a linear polarizer sheet. For transmitted light, element 23 modulates amplitude and element 27 modulates phase. Alternatively, element 27 modulates amplitude and element 23 modulates phase. This is considered preferable because the phase is expected to be more accurately modulated (i.e., noise is reduced proportionally) and the amplitude is at a maximum. The proximity of the MOSLMs 23 and 27 alleviates the problem of pixel crosstalk and optical loss caused by the divergence of the light beam. The closer the MOSLMs 23 and 27 are, the better approximation is achieved for non-overlapping propagation of the beam of colored light passing through the MOSLM.

小型のホログラム生成器25を含むデバイスからある距離にあるポイント24に位置する閲覧者は、25の方向を閲覧した時に3次元画像を閲覧してもよい。エレメント20、21、22、23、26、27及び28は、隣接するエレメントが物理的に接触するように、例えば機械的に固定されて接触するように配置されてもよく、各エレメントは、全体が単一の一体のオブジェクトとなるように構造の1つのレイヤを形成する。物理的な接触は直接的であってもよい。あるいは、隣接するレイヤの間のフィルムの被膜である薄い中間レイヤが存在する場合、物理的な接触は間接的であってもよい。物理的な接触は、適切な相互の位置合わせ又は位置決めを保証する小さな領域に制限されてもよく、あるいはより大きな領域、すなわちレイヤの表面全体に及んでもよい。物理的な接触は、小型のホログラム生成器25を形成するように光透過接着剤を使用するなどしてレイヤが共に接着されることにより、あるいは任意の他の適切な工程(製造工程の概要という表題の以下のセクションを更に参照)により達成されてもよい。しかし、小型化が特に要求されない場合、エレメント20、21、22、23、26、27及び28の一部又は全てが分離していてもよい。   A viewer located at a point 24 at a certain distance from the device including the small hologram generator 25 may view a three-dimensional image when viewing the 25 directions. The elements 20, 21, 22, 23, 26, 27 and 28 may be arranged so that adjacent elements are in physical contact, eg, mechanically fixed and in contact with each other. Form one layer of the structure such that is a single monolithic object. The physical contact may be direct. Alternatively, physical contact may be indirect if there is a thin intermediate layer that is a film coating between adjacent layers. Physical contact may be limited to a small area that ensures proper mutual alignment or positioning, or may extend over a larger area, i.e., the entire surface of the layer. The physical contact can be done by bonding the layers together, such as using a light transmissive adhesive to form a small hologram generator 25, or any other suitable process (referred to as an overview of the manufacturing process). (See further section below). However, if miniaturization is not particularly required, some or all of the elements 20, 21, 22, 23, 26, 27, and 28 may be separated.

ここで、画素毎に2つのコイルの電流の関数としてSLMをエンコーディングする直列の2つのMOSLMの単純な数学的な処理を与える。更に厳密な処理が可能であってもよい。位相を変調する第1のファラデー回転子、第1の直線偏光子、振幅を変調する第2のファラデー回転子及び第2の直線偏光子は、この順番でそれらの計算のために考慮される。   Here we give a simple mathematical treatment of two MOSLMs in series that encode the SLM as a function of the current of the two coils per pixel. Further strict processing may be possible. The first Faraday rotator that modulates the phase, the first linear polarizer, the second Faraday rotator that modulates the amplitude, and the second linear polarizer are considered for their calculation in this order.

第1のコイルは、長さL1、電流I1及び巻き数N1を有する。従って、このコイルが軸に沿って生成する磁界はH1 = N1I1/L1である。第2のコイルは、長さL2、電流I2及び巻き数N2を有する。従って、このコイルが軸に沿って生成する磁界はH2 = N2I2/L2である。これらの式は、P.Lorrain及びD.Corson(W.H. Freeman and Co, San Francisco, USA、1970年)による「Electromagnetic Fields and Waves」第2版、315〜318ページから取得される。 The first coil has a length L 1 , a current I 1 and a number of turns N 1 . Therefore, the magnetic field generated by this coil along the axis is H1 = N 1 I 1 / L 1 . The second coil has a length L 2 , a current I 2 and a number of turns N 2 . Therefore, the magnetic field generated by this coil along the axis is H 2 = N 2 I 2 / L 2 . These equations are taken from P. Lorrain and D. Corson (WH Freeman and Co, San Francisco, USA, 1970) "Electromagnetic Fields and Waves", 2nd edition, pages 315-318.

入力光は、複素振幅がジョーンズ微積分学で以下のように表される円偏光を有する:
第1の回転子におけるファラデー効果により、この円偏光成分の位相は、式(1)により記述されるような以下の式により表される分だけシフトされる:
α1 = V111 = V111
ファラデー回転子の後の振幅は以下の通りである:
第1の直線偏光子の後の振幅は以下の通りである:
第2のファラデー回転子による偏光回転を計算するために、直線偏光は、それぞれα2及び-α2だけシフトされた位相である左円偏光状態及び右円偏光状態に分解される:
α2 = V222 = V222
第2のファラデー回転子の後の振幅は以下の通りである:
最後に、第2の直線偏光子の後の振幅は以下の通りである:
2つのMOSLMは、|cos(α2)|だけ振幅を変調し、α1だけ位相を変調する。
The input light has circular polarization whose complex amplitude is expressed in Jones calculus as follows:
Due to the Faraday effect in the first rotator, the phase of this circularly polarized component is shifted by the amount represented by the following equation as described by equation (1):
α 1 = V 1 L 1 H 1 = V 1 N 1 I 1
The amplitude after the Faraday rotator is:
The amplitude after the first linear polarizer is as follows:
To calculate the polarization rotation by the second Faraday rotator, the linearly polarized light is decomposed into a left circular polarization state and a right circular polarization state, which are phases shifted by α 2 and −α 2 respectively:
α 2 = V 2 L 2 H 2 = V 2 N 2 I 2
The amplitude after the second Faraday rotator is:
Finally, the amplitude after the second linear polarizer is as follows:
The two MOSLMs modulate the amplitude by | cos (α 2 ) | and modulate the phase by α 1 .

従って、各画素の位相α1及び振幅因子|cos(α2)|の量はそれぞれV111及び|cos(V222)|に等しいため、コイルの電流I1及びI2は、それらを制御するために使用される。 Therefore, since the amount of phase α 1 and amplitude factor | cos (α 2 ) | of each pixel is equal to V 1 B 1 I 1 and | cos (V 2 N 2 I 2 ) |, respectively, the coil current I 1 and I 2 is used to control them.

ここで、一実現例の特定の例を与える。2つのMOSLMは直列に組み合わされる。各レイヤは、コイルにより制御され且つ別個にアドレス指定される変調画素を含む。レイヤは、第1のレイヤの画素において変調された光がその後第2のレイヤの対応する画素により変調されるように位置合わせされる。各レイヤの変調特性は、直列に動作する2つのレイヤが光の複素変調、すなわち振幅及び位相を容易にするような変調特性である。オプションとして、SLMはビームステアリングを容易にする制御可能なプリズムエレメントのアレイを含んでもよい。オプションとして、SLMは組込みコンピュータを含んでもよい。   Here, a specific example of an implementation is given. Two MOSLMs are combined in series. Each layer includes modulated pixels that are controlled by a coil and are individually addressed. The layers are aligned so that the light modulated at the pixels of the first layer is then modulated by the corresponding pixels of the second layer. The modulation characteristics of each layer are such that two layers operating in series facilitate complex modulation of light, ie amplitude and phase. Optionally, the SLM may include an array of controllable prism elements that facilitate beam steering. Optionally, the SLM may include an embedded computer.

図5は、以下を含むそのようなSLMを示す横断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of such an SLM including:

・光磁気変調器の2つのレイヤ53、54、56、57
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント59
・ホログラムの計算、並びに変調器及びプリズムエレメントの制御のためのSLMに組み込まれたコンピュータ。これは、ディスプレイ(CIAD)52のコンピュータと呼ばれてもよい。そのようなコンピュータに対する回路網は、本出願人による英国特許出願公開第0709376.8号及び英国特許出願公開第0709379.2号において説明されるように、ガラス基板上に成長させられてもよい。実際のデバイスは、図5に示す3画素より多くの画素を有する。例えば実際のデバイスは、100万画素を与える1,000×1,000画素のアレイを有することができる。
The two layers 53, 54, 56, 57 of the magneto-optical modulator
・ Prism element 59 for beam steering
A computer built into the SLM for the calculation of holograms and the control of modulators and prism elements. This may be referred to as a display (CIAD) 52 computer. Circuitry for such a computer may be grown on a glass substrate, as described in the applicant's UK Patent Application Publication No. 07093766.8 and UK Patent Application Publication No. 07099379.2. The actual device has more pixels than the three pixels shown in FIG. For example, an actual device may have an array of 1,000 × 1,000 pixels that gives 1 million pixels.

図5に示すデバイスは、3つの画素511、512及び513と1つのプリズムエレメント59とを含む。実現例は、それらの数及びその比3:1に限定されないことが理解される。   The device shown in FIG. 5 includes three pixels 511, 512 and 513 and one prism element 59. It is understood that the implementations are not limited to their number and their ratio 3: 1.

図5に示すSLMは、以下を有するいくつかのレイヤを含む。   The SLM shown in FIG. 5 includes several layers having:

・底部ガラス基板51
・コンピュータCIAD52
・3つのコイルの横断面図が示されるコイル53を有する第1のレイヤ
・第1の磁性フォトニック結晶レイヤ54
・第1の偏光子55
・第2の磁性フォトニック結晶レイヤ56
・3つのコイルの横断面図が示されるコイル57を有する第2のレイヤ
・第2の偏光子58
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント59
・上部ガラス基板510
3つの画素511、512、513を図5に示す。破線で示すように、各画素スタックは、コイル53の第1のレイヤから第2の偏光子58に及ぶ。画素511に関してSLMを説明する。光の伝搬の方向は、底部ガラス基板51から上部ガラス基板510である。
-Bottom glass substrate 51
・ Computer CIAD52
A first layer having a coil 53 in which a cross-sectional view of three coils is shown a first magnetic photonic crystal layer 54
First polarizer 55
Second magnetic photonic crystal layer 56
A second layer having a coil 57 in which a cross-sectional view of three coils is shown a second polarizer 58
・ Prism element 59 for beam steering
-Upper glass substrate 510
Three pixels 511, 512, and 513 are shown in FIG. As indicated by broken lines, each pixel stack extends from the first layer of coil 53 to the second polarizer 58. The SLM will be described with respect to the pixel 511. The direction of light propagation is from the bottom glass substrate 51 to the top glass substrate 510.

コイル514は磁界を生成し、第1の磁性フォトニック結晶レイヤ(MPC)54における光の変調を制御する。光は、第1の偏光子55を通過し、その後第2のコイル516により制御される第2のMPC56により変調される。第2の偏光子58は、画素511の出力にある。各MPCは、ヴェルデ定数を非常に増加する光磁気レイヤの多レイヤ構造から成る。MPC多層構造については、インターネットから取得されるPanorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA(www.panoramalabs.com)による「A Presentation for Investors」において説明される。   The coil 514 generates a magnetic field and controls the modulation of light in the first magnetic photonic crystal layer (MPC) 54. The light passes through the first polarizer 55 and is then modulated by the second MPC 56 controlled by the second coil 516. The second polarizer 58 is at the output of the pixel 511. Each MPC consists of a multilayer structure of magneto-optical layers that greatly increases the Verde constant. The MPC multi-layer structure will be described in “A Presentation for Investors” by Panorama Labs of Rockefeller Center, 1230 Avenue of the Americas, 7th Floor, New York, NY 10020 USA (www.panoramalabs.com) obtained from the Internet. .

2つのMPC54、56は、各画素を通過する光の位相及び振幅を変調するために使用される。一例として、画素511に入る光は左円偏光状態である。MPC54を通過した後、光は依然として左円偏光されており、コイル514により生成される磁界に依存する位相ずれj1を有する。偏光子55は、左円偏光を一定の振幅及び位相ずれj1を有する直線偏光に伝達する。この光は、MPC56内で変調される。その後、偏光は依然として直線であるが、偏光の方向はコイル516により生成される磁界に依存する角度αだけ回転される。第2の直線偏光子58の後、光は一定の偏光方向を有し、回転角度αに依存する振幅を有する。   Two MPCs 54, 56 are used to modulate the phase and amplitude of the light passing through each pixel. As an example, the light entering the pixel 511 is in a left circularly polarized state. After passing through MPC 54, the light is still left circularly polarized and has a phase shift j1 that depends on the magnetic field generated by coil 514. The polarizer 55 transmits left circularly polarized light to linearly polarized light having a constant amplitude and a phase shift j1. This light is modulated in the MPC 56. Thereafter, the polarization is still linear, but the direction of polarization is rotated by an angle α that depends on the magnetic field generated by the coil 516. After the second linear polarizer 58, the light has a constant polarization direction and an amplitude that depends on the rotation angle α.

上記は、2つのMPCによる画素における光の位相及び振幅の変調方法の一例である。当業者には明らかとなるように、変調特性、入出力偏光及び偏光子の向きの他の組合せが可能であることが理解される。各MPCにおいて振幅及び位相の混合変調が存在してもよい。完全複素変調の場合、MPC54及びMPC56における組み合わされた変調がゼロから最大振幅値までの振幅及び0〜2πラジアンの位相の制御可能な複素変調を容易にする。   The above is an example of a method for modulating the phase and amplitude of light in a pixel by two MPCs. It will be appreciated that other combinations of modulation characteristics, input / output polarization and polarizer orientation are possible, as will be apparent to those skilled in the art. There may be mixed amplitude and phase modulation at each MPC. In the case of full complex modulation, the combined modulation in MPC 54 and MPC 56 facilitates controllable complex modulation of amplitudes from zero to maximum amplitude values and phases from 0 to 2π radians.

プリズムエレメント59を含むオプションのレイヤは、電極517、518と2つの別個の液体519、520で充填されるキャビティとを含む。各液体は、キャビティのプリズム状の部分を充填する。一例として、液体は油及び水であってもよい。液体519、520間の界面の傾きは、電極517、518に印加される電圧に依存する。液体が異なる屈折率を有する場合、光ビームは、電極517、518に印加される電圧に依存する偏差を経験する。従って、プリズムエレメント59は制御可能なビームステアリングエレメントとして動作する。これは、観察者の眼に対するVOWの追跡を必要とする電子ホログラフィに対する本出願人の好適な方法の重要な特徴である。本出願人により出願された独国特許出願公開第102007024237.0号、独国特許出願公開第102007024236.2号において、プリズムエレメントによる観察者の眼に対するVOWの追跡について説明される。   An optional layer that includes prism element 59 includes electrodes 517, 518 and a cavity filled with two separate liquids 519, 520. Each liquid fills the prismatic portion of the cavity. As an example, the liquid may be oil and water. The inclination of the interface between the liquids 519 and 520 depends on the voltage applied to the electrodes 517 and 518. If the liquid has a different refractive index, the light beam experiences a deviation that depends on the voltage applied to the electrodes 517,518. Accordingly, the prism element 59 operates as a controllable beam steering element. This is an important feature of Applicant's preferred method for electronic holography requiring VOW tracking to the observer's eye. In German Patent Application Publication No. 102007024237.0 and German Patent Application Publication No. 102007024236.2 filed by the present applicant, the tracking of VOW for the observer's eye by a prism element is described.

オプションのCIAD52は、ホログラムを計算し、画素のコイルの電流を制御し、プリズムエレメントを制御するために使用される。本出願人により出願された英国特許出願公開第0709376.8号、英国特許出願公開第0709379.2号において、ホログラフィック・ディスプレイに対するCIADの実現例が説明される。   The optional CIAD 52 is used to calculate holograms, control pixel coil currents, and control prism elements. Examples of CIAD implementations for holographic displays are described in British Patent Application Publication No. 0709376.8 and British Patent Application Publication No. 07099372 filed by the present applicant.

図5のCIAD52は、底部ガラス基板に直接取り付けられ、薄膜トランジスタ(TFT)技術を使用して作成される。コイル及びプリズムエレメントへの制御信号は、図5のラベル515により示される貫通接続又は導電コンタクトを介して伝達される。これは単なる一例である。例えば以下のようなCIADの他の位置が可能である。   The CIAD 52 of FIG. 5 is attached directly to the bottom glass substrate and is made using thin film transistor (TFT) technology. Control signals to the coil and prism elements are transmitted via feedthroughs or conductive contacts as indicated by label 515 in FIG. This is just an example. Other locations of CIAD are possible, for example:

・一方は底部基板上にあり、他方は上部基板上にある2つのCIAD。貫通接続を介して又は2つのCIADの同期動作により外部から同期が取られる。
・偏光子55の各側に1つずつ存在する2つのCIAD。これは、コイルまでの距離が短いことを保証する。
・ガラス基板、MPC、コイル又は偏光子に取り付けられる柔軟性のあるシートの片側又は両側にある1つ又は2つのCIAD。
• Two CIADs, one on the bottom substrate and the other on the top substrate. Synchronization is externally provided through the through connection or by the synchronization operation of the two CIADs.
-Two CIADs, one on each side of the polarizer 55. This ensures that the distance to the coil is short.
One or two CIADs on one or both sides of a flexible sheet that is attached to a glass substrate, MPC, coil or polarizer.

実現例は、このCIADの場所のリストに限定されないことが理解される。
CIAD、コイル及びプリズムエレメントの電極の間又は複数のCIADの間の貫通接続又はコンタクトに対していくつかの可能性が存在する。例えば、以下の通りである。
・穴部のエッチング又はドリリング、あるいは穴部のフォトリソグラフィによる製造及び導電材料による充填。
・導電接着剤による一方のレイヤの接続領域の他方のレイヤの接続領域への接着。
・1つ又は複数のCIAD、偏光子又はコイルを含んでもよい複合多層シートの製造。
It is understood that the implementation is not limited to this list of CIAD locations.
There are several possibilities for through connections or contacts between the CIAD, the coil and the electrodes of the prism element or between multiple CIADs. For example, it is as follows.
Etching or drilling of holes, or manufacturing of holes by photolithography and filling with conductive material.
Adhesion of the connection area of one layer to the connection area of the other layer with a conductive adhesive.
-Manufacture of composite multilayer sheets that may include one or more CIADs, polarizers or coils.

実現例は、この可能性のリストに限定されないことが理解されるだろう。
磁界の間のクロストークを回避又は補償するために注意が必要である。
・光変調に対する誤りの原因になる第1のコイル514及び第2のコイル516の磁界(漂遊磁界)の間のクロストークが計算及び補償される。計算及び補償は、リアルタイムで行なわれるか又はルックアプテーブル(LUT)を使用して行なわれる。
・コイルの軸から離れた漂遊磁界が小さいため、通常、隣接する画素間のクロストークは無視されてもよい。無視されない場合、クロストークはオンラインで又はLUTを使用して計算又は補償されてもよい。
・MPCに対するCIAD(及びCIADに対するMPC)の漂遊磁界のクロストークは、レイアウトを注意深く設計することにより最小限になる。一例として、反対方向の等しい電流を含む回路の経路は、遠視野磁界が相殺して適切な近似になるように近接して位置付けられる。
It will be appreciated that implementations are not limited to this list of possibilities.
Care must be taken to avoid or compensate for crosstalk between magnetic fields.
Crosstalk between the magnetic fields (stray magnetic fields) of the first coil 514 and the second coil 516 that cause errors in light modulation is calculated and compensated. Calculations and compensation can be done in real time or using a look-up table (LUT).
• Since the stray field away from the axis of the coil is small, usually crosstalk between adjacent pixels may be ignored. If not ignored, crosstalk may be calculated or compensated online or using an LUT.
• Crosstalk of the stray field of CIAD to MPC (and MPC to CIAD) is minimized by careful layout design. As an example, circuit paths containing equal currents in opposite directions are positioned close together so that the far-field magnetic field cancels and is a good approximation.

1つの画素から隣接する画素への光のクロストークは、画素内の53から58までの(すなわち、図5の510に向かう51に垂直な方向の)短い光路により回避される。これにより、隣接する画素への回折光の量が無視できる値まで減少される。   Light crosstalk from one pixel to an adjacent pixel is avoided by a short optical path from 53 to 58 in the pixel (ie, in a direction perpendicular to 51 toward 510 in FIG. 5). This reduces the amount of diffracted light to adjacent pixels to a value that can be ignored.

偏光子55、58も薄いレイヤであるべきである。例は以下を含む。
・高分子シート偏光子。
・一方の偏光方向を吸収する小さな埋め込み金属粒子を含むレイヤ。
・一方の偏光方向の光を透過し且つ他方の偏光方向を反射する平行ナノ構造ワイヤのアレイから構成されるワイヤグリッド偏光子(例えば、Moxtek Inc. of 452 West 1260 North, Orem, UT 84057, USAにより製造)。
The polarizers 55 and 58 should also be thin layers. Examples include:
・ Polymer sheet polarizer.
A layer containing small embedded metal particles that absorb one polarization direction.
A wire grid polarizer composed of an array of parallel nanostructured wires that transmit light in one polarization direction and reflect the other (eg, Moxtek Inc. of 452 West 1260 North, Orem, UT 84057, USA Manufactured by).

SLM全体は、移動電話のサブディスプレイとして使用されてもよいSLM等の対角線が約数cmの小さなSLMであってもよく、あるいはSLMが光学的に拡大される投射型ディスプレイにおいて使用するためのSLM等の対角線が1cm以下の小さなSLMであってもよい。あるいは、SLMが数人の観察者により実物大で見られる直視型ディスプレイにおいて使用するための対角線が最大約1メートル以上の大型のSLMであってもよい。小さなサイズと大きなサイズとの間のSLMの対角線のサイズが種々のアプリケーションに対して実現可能である。   The entire SLM may be a small SLM with a diagonal of about a few centimeters, such as an SLM that may be used as a sub-display for a mobile phone, or an SLM for use in a projection display where the SLM is optically expanded. A small SLM with a diagonal of 1 cm or less may be used. Alternatively, the SLM may be a large SLM having a diagonal of up to about 1 meter or more for use in a direct view display that is viewed in full size by several observers. SLM diagonal sizes between small and large sizes are feasible for various applications.

上記の例において説明するSLMは以下の特徴を有する。
・振幅及び位相の独立変調のための2つのMPC
・ビームステアリングのためのプリズムエレメント
・ホログラム計算、並びにコイル及びプリズムエレメントの制御のためのCIAD
より複雑でないSLMも製造できる。
・プリズムエレメントを有さないSLMは、光源追跡、走査ミラー又は外部のプリズムエレメント等の外部のビームステアリングエレメントと組み合わせて使用できる。
・CIADを有さないSLMは、ホログラム計算、並びにコイル及びプリズムエレメントの制御のための外部コンピュータと共に使用できる。
・ユーザがVOWを眼の位置に配置するように手動でデバイスを向ける場合、視線追跡を有さないSLMはハンドヘルドデバイスにおいて使用できる。
The SLM described in the above example has the following characteristics.
Two MPCs for independent amplitude and phase modulation
・ Prism element for beam steering ・ Hilogram calculation and CIAD for coil and prism element control
Less complex SLMs can also be produced.
SLMs without prism elements can be used in combination with external beam steering elements such as light source tracking, scanning mirrors or external prism elements.
An SLM without a CIAD can be used with an external computer for hologram calculation and coil and prism element control.
• If the user manually points the device to place the VOW at the eye position, an SLM without eye tracking can be used in a handheld device.

開示されるSLMは、投射型ホログラフィック・ディスプレイ又は直視型ホログラフィック・ディスプレイであるホログラフィック・ディスプレイに対して使用されるのが好ましい。ビームステアリングのための組込みプリズムエレメントを含むSLMは、追跡されるVOWを使用するホログラフィック・ディスプレイに対する本出願人の好適な方法に基づくホログラフィック・ディスプレイに対して好適である。   The disclosed SLM is preferably used for holographic displays that are projection holographic displays or direct view holographic displays. SLMs that include built-in prism elements for beam steering are suitable for holographic displays based on Applicants' preferred method for holographic displays using tracked VOWs.

仮想観察者ウィンドウを使用するホログラフィックエンコーディングに対する本出願人の好適な方法は、例えば、十分にコヒーレントな光の回折により3次元シーンを再構成するデバイスを説明する本出願人により出願された特許文献1において説明される。しかし、当業者には明らかであるように、本実現例のホログラフィック・ディスプレイはそのような方法に限定されず、複素ホログラフィックエンコーディングを行なうために一対のMOSLMと共に使用されてもよい全ての周知のホログラフィック・ディスプレイの種類を含むことが理解されるべきである。   Applicant's preferred method for holographic encoding using a virtual observer window is, for example, a patent document filed by the applicant describing a device that reconstructs a three-dimensional scene by diffraction of sufficiently coherent light. 1. However, as will be apparent to those skilled in the art, the holographic display of this implementation is not limited to such a method, and all well known that may be used with a pair of MOSLMs to perform complex holographic encoding. It should be understood that this includes the types of holographic displays.

C.MOSLM及び小型の光源の小型の組合せ
本実現例は、MOSLM及び十分なコヒーレンスの小型の光源の小型の組合せを提供する。その組合せは、適切な照明条件下で3次元画像を生成できる。
C. A small combination of MOSLM and small light source This implementation provides a small combination of MOSLM and small light source with sufficient coherence. The combination can generate a three-dimensional image under appropriate lighting conditions.

本実現例において、結像光学装置を必要としないMOSLM及び小型の光源の小型の組合せを説明する。本実現例は、1つ以上の光源、合焦手段、MOSLM及び光ビームスプリッタエレメントの小型の組合せを提供し、その組合せは、適切な照明条件下で3次元画像を生成できる。「結像光学装置を必要としない」ことにより、例えば一般にマイクロレンズアレイであるような1つ以上の光源を合焦する手段と異なり合焦手段が存在しないことを意味する。   In this example, a small combination of MOSLM and a small light source that does not require an imaging optical device will be described. This implementation provides a small combination of one or more light sources, focusing means, MOSLM and light beam splitter elements, which combination can generate a three-dimensional image under suitable illumination conditions. “No need for an imaging optical device” means that there is no focusing means, unlike means for focusing one or more light sources, for example, typically a microlens array.

図11において、実装例が述べられている。110は、平面領域の照明を提供するための照明装置であり、照明は、三次元画像の生成をもたらすのに十分なコヒーレンスを有する。照明装置の例として、米国特許第5153670号明細書において、広域ビデオホログラムの場合における、図4に再現した一例が開示されている。110のような装置は、レンチキュラアレイやマイクロレンズアレイのように、小型にできる合焦システムにおいて入射される光を発する冷陰極蛍光ランプや白色光発光ダイオードのような白色光源のアレイの形をとってもよい。あるいは、110に対する光源は、赤緑青のレーザ、もしくは十分にコヒーレントな光を放つ赤緑青の発光ダイオードを含んでいて良い。赤緑青光発光ダイオードは、有機発光ダイオード(OLED)でも良い。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源(例えば、発光ダイオード、OLED、冷陰極蛍光ランプ)は、レーザ光源より望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック光源において、レーザスペックルを引き起こし、相対的に高価となり、ホログラフィック・ディスプレイ観察者の目や、ホログラフィック・ディスプレイ装置を組み当てる人々の目に損害を与える可能性に関しての安全性の問題が有りうる、といった不利益を有する。   In FIG. 11, an implementation example is described. 110 is an illuminating device for providing illumination of a planar area, the illumination having sufficient coherence to result in the generation of a three-dimensional image. As an example of the illumination device, US Pat. No. 5,153,670 discloses an example reproduced in FIG. 4 in the case of a wide-area video hologram. A device such as 110 takes the form of an array of white light sources such as cold cathode fluorescent lamps or white light emitting diodes that emit incident light in a compact focusing system, such as a lenticular array or a microlens array. Good. Alternatively, the light source for 110 may include a red-green-blue laser or a red-green-blue light emitting diode that emits sufficiently coherent light. The red, green and blue light emitting diode may be an organic light emitting diode (OLED). However, non-laser light sources (eg, light emitting diodes, OLEDs, cold cathode fluorescent lamps) with sufficient spatial coherence are more desirable than laser light sources. Laser light sources cause laser speckle in holographic light sources, are relatively expensive, and may damage the eyes of holographic display observers and the people who install holographic display devices. There is a disadvantage that there may be a safety problem.

エレメント110は、ディスプレイの輝度を増加するために1つ又は2つのプリズム状光学フィルムを含んでもよい。そのようなフィルムは、例えば米国特許第5,056,892号公報及び米国特許第5,919,551号公報において開示されるが、他のフィルムも周知である。   Element 110 may include one or two prismatic optical films to increase the brightness of the display. Such films are disclosed, for example, in US Pat. No. 5,056,892 and US Pat. No. 5,919,551, although other films are well known.

エレメント110の厚さは、約数cmか又はそれ以下であってもよい。好適な実現例において、エレメント110〜113、116は、十分なコヒーレンスの小型の光源を提供するように合計の厚さが3cm未満である。色光源が使用される際カラーフィルタが必要とされない場合があるが、赤色光、緑色光及び青色光等の着色光の画素がエレメント112に向けて放射されるように、エレメント111はカラーフィルタのアレイから構成されてもよい。エレメント112は、偏光エレメント又は偏光エレメントの集合である。エレメント113はMOSLMである。エレメント116は、偏光エレメント又は偏光エレメントの集合である。光学ビームスプリッタエレメントがエレメント116に後続してもよい。小型のホログラム生成器115を含むデバイスからある距離にあるポイント114に位置する閲覧者は、115の方向を閲覧した時に3次元画像を閲覧してもよい。   The thickness of element 110 may be about a few centimeters or less. In a preferred implementation, the elements 110-113, 116 have a total thickness of less than 3 cm to provide a compact light source with sufficient coherence. The color filter may not be required when a color light source is used, but the element 111 is a color filter so that colored light pixels such as red light, green light, and blue light are emitted toward the element 112. It may be composed of an array. The element 112 is a polarizing element or a collection of polarizing elements. Element 113 is a MOSLM. The element 116 is a polarizing element or a collection of polarizing elements. An optical beam splitter element may follow element 116. A viewer located at a point 114 at a distance from a device that includes a small hologram generator 115 may view a three-dimensional image when viewing the direction of 115.

当業者には明らかであるように、セクションAにおいて説明された光学構成要素は小型のホログラム生成器115に含まれてもよい。   As will be apparent to those skilled in the art, the optical components described in Section A may be included in the miniature hologram generator 115.

MOSLMは、ファラデー効果により偏光の偏光状態を変調するようにセルのアレイの各セルが電気的にアドレス指定されてもよいSLMである。各セルは、例えば透過する光の振幅を変調するため又は透過する光の位相を変調するため、あるいは透過する光の振幅及び位相の組合せを変調するため、入射光に多少の影響を及ぼす。MOSLMの一例が特許文献2において与えられるが、他のそのようなSLMも周知である。   A MOSLM is an SLM in which each cell of an array of cells may be electrically addressed to modulate the polarization state of polarized light by the Faraday effect. Each cell has some effect on incident light, for example, to modulate the amplitude of transmitted light, to modulate the phase of transmitted light, or to modulate the combination of transmitted light amplitude and phase. An example of a MOSLM is given in US Pat.

エレメント110、111、112、113及び116は、隣接エレメントが物理的(例えば、実際に機械的であり、接触し、全体が一つで単一のオブジェクトであるようにできる構造のレイヤをそれぞれの形成する)になるように配置される。物理的接触は、直接であっても良い。もしくは、薄く、隣接レイヤ間のフィルムに覆われた仲介レイヤが存在するのであれば、間接的であっても良い。物理的接触は、相互の調節や登録を確実にするために小さな領域に限定されても良いし、広域やレイヤの全表面に広げられても良い。物理的接触は、小型ホログラム生成器115を形成するために光学伝導接着剤の利用によって、もしくは他の適した処理(以下の表題"製造プロセスの概要"のセクションを参照)によって、一緒に貼り付けられたレイヤによって成されても良い。   Elements 110, 111, 112, 113, and 116 each have a layer of structure that allows adjacent elements to be physically (eg, actually mechanical, touching, and all in one, single object). To be formed). The physical contact may be direct. Alternatively, it may be indirect as long as there is a thin intermediate layer covered with a film between adjacent layers. The physical contact may be limited to a small area to ensure mutual coordination and registration, or may be spread over a wide area or the entire surface of the layer. The physical contact is affixed together by the use of an optically conductive adhesive to form the miniature hologram generator 115 or by other suitable processing (see the section titled “Manufacturing Process Overview” below). It may be made by a layer formed.

図4は、アレイにおける水平に並べられた円筒レンズの形で垂直合焦システム1104の3つの集約エレメント1101、1102、1103を示した先行技術の側面図である。照明ユニットの合焦エレメント1102を通り、観察者平面OPに達する、水平な線光源LS2にほぼ平行のビームが例示されている。図4に従って、多くの線光源LS、LS、LSは上下に配置される。それぞれの光源は、垂直方向に十分にコヒーレントであり、水平方向にはインコヒーレントである光を発する。光は、光変調器SLMの透過セルを通過する。光は、ホログラムとエンコードされる光変調器SLMのセルによって垂直方向のみに回折される。合焦エレメント1102は、観察者平面OPにて、いくらかの回折次数(1のみが実用的である)で光源LSを画像化する。光源LSによって発されたビームは、合焦システム1104の合焦エレメント1102のみを通ることが例示されている。図4において、3つのビームは、1番目の回折次数1105、ゼロ番目の次数1106、そして、マイナス1番目の次数1107を示す。単一の点光源とは対照的に、線光源は、たやすくより高い光度の製品を可能とする。すでに増大した効率や、再構成されるための3Dシーンの各部分に対する線光源の割り当てを有するいくつかのホログラフィック領域を用いることは、効率的な光度を向上させる。他の利点は、レーザの代わりに、例えば、シャッターの一部でも良いスロット隔壁の後方に位置づけられた多くの標準光源が十分にコヒーレント光を生成することである。 FIG. 4 is a prior art side view showing the three aggregation elements 1101, 1102, 1103 of the vertical focusing system 1104 in the form of horizontally aligned cylindrical lenses in an array. Illustrated is a beam substantially parallel to a horizontal linear light source LS2 that passes through the focusing element 1102 of the illumination unit and reaches the observer plane OP. According to FIG. 4, many line light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 are arranged one above the other. Each light source emits light that is sufficiently coherent in the vertical direction and incoherent in the horizontal direction. The light passes through the transmission cell of the light modulator SLM. The light is diffracted only in the vertical direction by the cell of the light modulator SLM encoded with the hologram. The focusing element 1102 images the light source LS 2 at some diffraction order (only 1 is practical) in the observer plane OP. Illustrated is that the beam emitted by the light source LS 2 passes only through the focusing element 1102 of the focusing system 1104. In FIG. 4, the three beams indicate a first diffraction order 1105, a zeroth order 1106, and a minus first order 1107. In contrast to a single point light source, a linear light source easily allows for a product with a higher intensity. Using several holographic regions that already have increased efficiency and / or line source assignments for each part of the 3D scene to be reconstructed improves the effective luminous intensity. Another advantage is that instead of a laser, many standard light sources positioned behind a slot bulkhead, which can be part of a shutter, for example, generate sufficiently coherent light.

一般に、ホログラフィック・ディスプレイは、仮想観察者ウィンドウにおいて、波面を再構成する。波面は、もし存在していれば、実オブジェクトが生成したであろうものである。観察者は、彼の目が、いくつかの有効な仮想観察者ウィンドウ(VOW)のうちの一つの仮想観察者ウィンドウに位置する際に、再構成されたオブジェクトを見る。図6Aに示されているように、ホログラフィック・ディスプレイは、光源、レンズ、SLM、及び光学ビーム・スプリッタ、といったコンポーネントを含む。   In general, holographic displays reconstruct the wavefront in a virtual observer window. The wavefront, if present, is what the real object would have created. The observer sees the reconstructed object when his eye is located in one of the several valid virtual observer windows (VOWs). As shown in FIG. 6A, the holographic display includes components such as a light source, a lens, an SLM, and an optical beam splitter.

ホログラフィック画像を表示するSLMと小型光源との小型の組み合わせの創作を容易にするため、図6Aの単一の光源と単一のレンズは、図6Bに示されているように、単一の光源アレイと単一のレンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイとにそれぞれ置き換えられても良い。図6Bにおいて、光源は、SLMを照射し、レンズは光源を観察者平面に投影する。SLMは、ホログラムをエンコードし、VOWにおいて所望の波面が再構成できるように、入射波面を変調する。光学ビーム・スプリッタ・エレメントは、例えば、一つの左目に対するVOWと一つの右目に対するVOWのように、いくつかのVOWを生成するために利用されても良い。   To facilitate the creation of a small combination of an SLM displaying a holographic image and a small light source, the single light source and single lens of FIG. 6A, as shown in FIG. A light source array and a single lens array or a lenticular array may be respectively replaced. In FIG. 6B, the light source illuminates the SLM and the lens projects the light source onto the viewer plane. The SLM encodes the hologram and modulates the incident wavefront so that the desired wavefront can be reconstructed in the VOW. The optical beam splitter element may be used to generate several VOWs, for example, a VOW for one left eye and a VOW for one right eye.

もし、光源アレイやレンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイが用いられるのであれば、アレイからの光源は、光束が、VOWが一致するレンズ・アレイもしくは、レンチキュラ・アレイの全てを通るように配置されるべきである。   If a light source array, lens array, or lenticular array is used, the light source from the array is placed so that the light beam passes through all of the lens array or lenticular array with the matching VOW. Should.

図6Bの装置は、小型ホログラフィック・ディスプレイに用いることができる小型設計に役立つ。上記のホログラフィック・ディスプレイは、例えば携帯電話やPDAなどの携帯装置に利用されても良い。一般に、上記ホログラフィック・ディスプレイは、1インチもしくは数インチのオーダのスクリーン対角線を有する。適切なコンポーネントは、詳細に以下で述べられる。   The device of FIG. 6B is useful for small designs that can be used in small holographic displays. The holographic display described above may be used in a mobile device such as a mobile phone or a PDA. In general, the holographic display has a screen diagonal on the order of one inch or several inches. Suitable components are described in detail below.

1) 光源/光源アレイ
単純な場合において、固定単一光源を用いることができる。もし、観察者が動けば、観察者はトラッキングされ、ディスプレイは、観察者の新しい位置において観察可能な画像を生成するために調整されるであろう。ここでは、VOWのトラッキングが無い、もしくは、トラッキングがSLMの後方のビーム・ステアリング・エレメントを用いて実行されることとなる。
1) Light source / light source array In a simple case, a fixed single light source can be used. If the viewer moves, the viewer will be tracked and the display will be adjusted to produce an observable image at the viewer's new location. Here, there is no VOW tracking, or tracking will be performed using the beam steering element behind the SLM.

構造化可能な光源アレイは、バックライトによって照射されたMOSLMによって達成されても良い。適切な画素のみが、点、もしくは線光源のアレイを生成するために透過状態に切り替えられる。そのようなアレイの最大スイッチング速度は、LCやMEMS技術を利用するような他のSLMにおけるものよりも遙かに高速であろう。これらの光源のアパーチャは、オブジェクトのホログラフィック再構成のための十分な空間コヒーレンスを保証するために、十分に小さくなければならない。点光源のアレイは、レンズの2Dアレイを含むレンズ・アレイと組み合わせて用いられても良い。線光源のアレイは、円筒状のレンズの平行アレイを含むレンチキュラ・アレイと組み合わせて用いられても良い。   A configurable light source array may be achieved by a MOSLM illuminated by a backlight. Only the appropriate pixels are switched to the transmissive state to produce an array of points or line sources. The maximum switching speed of such an array would be much faster than in other SLMs that utilize LC or MEMS technology. These light source apertures must be small enough to ensure sufficient spatial coherence for holographic reconstruction of the object. An array of point light sources may be used in combination with a lens array including a 2D array of lenses. The array of line light sources may be used in combination with a lenticular array that includes a parallel array of cylindrical lenses.

望ましくは、OLEDディスプレイは、光源アレイとして用いられる。OLEDディスプレイが、光源アレイとして用いられる際に、それらの画素のみが目の位置におけるVOWを生成するために必要となるように切り替えられる。OLEDディスプレイは、画素の2Dアレイもしくは線光源の1Dアレイを有しても良い。各点光源の照射領域、もしくは各線光源の幅は、オブジェクトのホログラフィック再構成のために十分な空間コヒーレンスを保証するために十分に小さくするべきである。さらに、点光源のアレイは、好ましくは、レンズの2Dアレイを有するレンズアレイと組み合わせて用いられる。線光源のアレイは、好ましくは、円筒状のレンズの平行アレイを有するレンチキュラアレイと組み合わせて用いられる。   Preferably, the OLED display is used as a light source array. When an OLED display is used as a light source array, only those pixels are switched so that they are needed to generate a VOW at the eye position. The OLED display may have a 2D array of pixels or a 1D array of line light sources. The illumination area of each point source or the width of each line source should be small enough to ensure sufficient spatial coherence for holographic reconstruction of the object. Furthermore, the array of point light sources is preferably used in combination with a lens array having a 2D array of lenses. The array of line light sources is preferably used in combination with a lenticular array having a parallel array of cylindrical lenses.

2)合焦手段:単一レンズ、レンズアレイ、もしくはレンチキュラアレイ
合焦手段は、単一もしくは複数の光源を観察者平面へ結像させる。SLMが焦点手段に近接しているので、SLMにてエンコードされた情報のフーリエ変換は、観察者平面ないに存在する。合焦手段は、1もしくは複数の合焦エレメントを有する。SLMと合焦手段との位置は、入れ替えられても良い。
2) Focusing means: single lens, lens array, or lenticular array The focusing means images a single or a plurality of light sources on the observer plane. Since the SLM is close to the focusing means, the Fourier transform of the information encoded in the SLM exists in the observer plane. The focusing means has one or a plurality of focusing elements. The positions of the SLM and the focusing means may be interchanged.

MOSLMと十分なコヒーレンスを有する小型光源との小型の組み合わせに対し、薄い合焦手段を有することは不可欠である。凸面を有する標準反射レンズはとても分厚い。代わりに、回折レンズ、もしくはホログラフィックレンズが用いられても良い。この回折レンズもしくは、ホログラフィックレンズは、単一レンズ、レンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイの機能を有しても良い。上記構成要素は、Physical Optics Corporation, Torrance, CA, USAによって提供されている表面レリーフのホログラフィック製品を利用できる。代わりに、レンズ・アレイが用いられても良い。レンズ・アレイは、レンズの2Dアレイを含み、各レンズは光源アレイのうちの一つの光源に割り当てられている。他の代替案は、レンチキュラ・アレイが用いられても良い。レンチキュラ・アレイは、円筒状のレンズの1Dアレイを有し、各レンズは、光源アレイにおける対応光源を有する。上記のように、もし光源アレイや、レンズ・アレイもしくはレンチキュラ・アレイが用いられるのであれば、アレイ中の光源は、光束が、レンズ・アレイ中の全てのレンズ、もしくはVOW中の一致するレンチキュラ・アレイを通るように位置付けられるべきである。   For a small combination of a MOSLM and a small light source with sufficient coherence, it is essential to have a thin focusing means. Standard reflective lenses with convex surfaces are very thick. Instead, a diffractive lens or a holographic lens may be used. This diffractive lens or holographic lens may have the function of a single lens, a lens array, or a lenticular array. The above components may utilize surface relief holographic products provided by Physical Optics Corporation, Torrance, CA, USA. Alternatively, a lens array may be used. The lens array includes a 2D array of lenses, each lens being assigned to one light source of the light source array. Another alternative may be to use a lenticular array. The lenticular array has a 1D array of cylindrical lenses, each lens having a corresponding light source in the light source array. As described above, if a light source array, lens array, or lenticular array is used, the light source in the array will have a luminous flux that matches all the lenses in the lens array or the matching lenticular array in the VOW. Should be positioned through the array.

レンズ・アレイ、もしくはレンチキュラ・アレイのレンズを通った光は、複数の他のレンズと関連する或るレンズに対しインコヒーレントである。故に、SLMにてエンコードされたホログラムはサブホログラムから構成され、各サブホログラムは、一つのレンズと対応する。各レンズのアパーチャは、再構成されたオブジェクトの十分な解像度を保証するために、十分に大きくすべきである。例えば、米国特許出願公開第2006/0055994号明細書で述べるように、ホログラムのエンコード領域の典型的な大きさと同程度の大きさのアパーチャを有するレンズを用いても良い。これは、各レンズが1もしくは数ミリメータのオーダのアパーチャを有すべきことを意味している。   Light that passes through a lens array, or a lens of a lenticular array, is incoherent to one lens associated with a plurality of other lenses. Therefore, the hologram encoded by the SLM is composed of sub-holograms, and each sub-hologram corresponds to one lens. The aperture of each lens should be large enough to ensure sufficient resolution of the reconstructed object. For example, as described in U.S. Patent Application Publication No. 2006/0055994, a lens having an aperture that is approximately the same size as the typical size of the encoded region of the hologram may be used. This means that each lens should have an aperture on the order of one or several millimeters.

3) SLM
ホログラムはSLMでエンコードされる。通常、ホログラムのためのエンコーディングは、複素数の2Dアレイからなる。よって、理想的には、SLMは、SLMの各画素を通過するローカル・ライト・ビームの振幅と位相を変調できるであろう。しかしながら、典型的なSLMは振幅と位相とのいずれかを変調することはできるが、振幅と位相を独立に変調することはできない。
3) SLM
The hologram is encoded with SLM. Usually, the encoding for a hologram consists of a complex 2D array. Thus, ideally, the SLM could modulate the amplitude and phase of the local light beam that passes through each pixel of the SLM. However, a typical SLM can modulate either amplitude or phase, but cannot modulate amplitude and phase independently.

振幅変調SLMは、例えば、Burckhardtエンコーディングのような、迂回位相エンコーディングとの組み合わせで使用されてもよい。その難点は、一つの複素数をエンコードするために3画素が必要となることと、再構成されたオブジェクトが低輝度となることである。   Amplitude modulation SLM may be used in combination with detour phase encoding, eg, Burckhardt encoding. The difficulty is that 3 pixels are required to encode one complex number and the reconstructed object has low brightness.

位相変調SLMの再構成結果は、高輝度となる。例えば、一つの複素数をエンコードするために2画素を必要とする、所謂2相エンコーディングが使用されてもよい。   The reconstruction result of the phase modulation SLM is high brightness. For example, so-called two-phase encoding may be used that requires two pixels to encode one complex number.

MOSLMは、輪郭のはっきりしたエッジの特性を有し、これにより回折パターンにおいて不要な高次の回折次数を招くことになるが、ソフト・アパーチャを利用することで、この問題を軽減、或いは、排除することができる。ソフト・アパーチャは、シャープな透過カットオフのないアパーチャである。ソフト・アパーチャの透過関数の例は、ガウシアン・プロファイルを有する。ガウシアン・プロファイルは、回折システムにおいて有利があることで知られている。その理由は、ガウシアン関数のフーリエ変換は、それ自体ガウシアン関数であるという数学的結果が存在するからである。よって、透過プロファイルにおいてシャープ・カット・オフを有するアパーチャを透過する場合と比べて、ラテラル・スケーリング・パラメータを除きビーム強度プロファイル関数は回折によっては変化しない。ガウシアン透過プロファイルのシートアレイが提供されてもよい。MOSLMアパーチャと一直線上にこれらが提供される場合、ビーム透過プロファイルにおいてシャープカットオフを有するシステムと比較して、高次の回折次数が欠落しているか、或いは、相当に軽減されたシステムが提供される。   MOSLM has well-defined edge characteristics, which can lead to unwanted higher-order diffraction orders in the diffraction pattern, but this problem can be reduced or eliminated by using a soft aperture. can do. A soft aperture is an aperture without a sharp transmission cut-off. An example of a soft aperture transmission function has a Gaussian profile. Gaussian profiles are known to be advantageous in diffractive systems. This is because there exists a mathematical result that the Fourier transform of the Gaussian function is itself a Gaussian function. Therefore, the beam intensity profile function is not changed by diffraction except for the lateral scaling parameter, as compared with the case of transmitting through an aperture having a sharp cutoff in the transmission profile. A sheet array of Gaussian transmission profiles may be provided. When provided in line with the MOSLM aperture, a system is provided that lacks or is significantly reduced in higher diffraction orders compared to a system with a sharp cutoff in the beam transmission profile. The

4)ビーム・スプリッタ・エレメント
VOWは、SLMにおいてエンコードされる情報のフーリエ変換の一つの周期的インターバルに限定される。現在利用可能な解像度が最大のSLMによれば、VOWのサイズは、10mmのオーダである。ある状況では、トラッキング無しのホログラフィック表示のアプリケーションでは、これは小さすぎるかも知れない。この問題に対する一つの解決策は、VOWを空間的に多重化することであり、2つ以上VOWが生成される。空間多重化を行う場合、VOWはSLMの異なる位置から同時に生成される。これは、ビーム・スプリッタにより実現されてもよい。例えば、SLMのある画素グループは、VOW1の情報によりエンコードされ、他のグループはVOW2の情報によりエンコードされる。ビーム・スプリッタは、VOW1とVOW2とが観察面において並列になるように、光をこれらの2つのグループから分離する。より大きなVOWは、VOW1とVOW2とをシームレスにタイル化することで生成されてもよい。多重化はまた、左目と右目のVOWを生成するために利用されてもよい。その場合、シームレスな並列化は必要とされず、左目用の一つまたはいくつかのVOWと、右目用の一つまたはいくつかのVOWとの間でギャップが生じてもよい。ここで、あるVOWの高次の回折次数が他のVOWの高次の回折次数とオーバラップしないように注意する必要がある。
4) Beam splitter element VOW is limited to one periodic interval of the Fourier transform of the information encoded in the SLM. According to the SLM with the highest resolution currently available, the VOW size is on the order of 10 mm. In some situations, this may be too small for holographic display applications without tracking. One solution to this problem is to spatially multiplex VOWs, generating more than one VOW. When performing spatial multiplexing, VOWs are generated simultaneously from different locations on the SLM. This may be realized by a beam splitter. For example, a pixel group with an SLM is encoded with VOW1 information, and other groups are encoded with VOW2 information. The beam splitter separates light from these two groups so that VOW1 and VOW2 are parallel in the viewing plane. A larger VOW may be generated by seamlessly tiling VOW1 and VOW2. Multiplexing may also be used to generate left eye and right eye VOWs. In that case, seamless parallelization is not required and a gap may occur between one or several VOWs for the left eye and one or several VOWs for the right eye. Here, care must be taken so that the higher order diffraction orders of one VOW do not overlap with the higher order diffraction orders of other VOWs.

ビーム・スプリッタ・エレメントの簡単な例は、引用により本明細書に組み込まれるところの米国特許出願公開第2004/223049号明細書に記載されるように、縞の間が透明領域となっている黒い縞模様からなる視差バリアである。更なる例は、米国特許出願公開第2004/223049号明細書に記載されているように、レンチキュラ・シートである。ビーム・スプリッタ・エレメントの更なる例は、レンズ・アレイとプリズム・マスクである。小型ホログラフィック・ディスプレイでは、約10cm離れた2つの目を有する典型的な観察者としては満足できないが、10mmという典型的な仮想的な観察者用のウィンドウサイズは、片目だけだと十分に大きいので、典型的にはビーム・スプリッタ・エレメントの存在が期待されるであろう。しかしながら、空間多重化の代わりに時間多重化を利用してもよい。時間多重化は、MOSLMを利用することにより実現可能となる。というのも、MOSLMは上記のように非常に高速のスイッチング機能を有するためである。空間多重化を行わない場合、ビーム・スプリッタ・エレメントを利用する必要はない。   A simple example of a beam splitter element is a black with transparent areas between the stripes, as described in U.S. Patent Application Publication No. 2004/223049, which is incorporated herein by reference. It is a parallax barrier made of a striped pattern. A further example is a lenticular sheet, as described in U.S. Patent Application Publication No. 2004/223049. Further examples of beam splitter elements are lens arrays and prism masks. Small holographic displays are not satisfactory for a typical observer with two eyes about 10 cm apart, but the typical virtual observer window size of 10 mm is large enough with only one eye Thus, typically the presence of a beam splitter element would be expected. However, time multiplexing may be used instead of spatial multiplexing. Time multiplexing can be realized by using MOSLM. This is because MOSLM has a very high speed switching function as described above. If no spatial multiplexing is performed, it is not necessary to use a beam splitter element.

空間多重化は、カラーホログラフィック再構成のために利用されてもよい。空間カラー多重化のために、赤、緑、青の色成分のそれぞれ独立した画素グループが存在する。これらのグループはSLM上で空間的に分離されており、赤色光、緑色光、青色光で同時に照射される。各グループは、オブジェクトの各色成分について計算されたホログラムでエンコードされる。各グループは、ホログラフィック・オブジェクト再構成の色成分を再構成する。   Spatial multiplexing may be utilized for color holographic reconstruction. For spatial color multiplexing, there are independent pixel groups for red, green and blue color components. These groups are spatially separated on the SLM and are illuminated simultaneously with red light, green light and blue light. Each group is encoded with a hologram calculated for each color component of the object. Each group reconstructs the color components of the holographic object reconstruction.

5)時間多重化
時間多重化を行う場合、VOWはSLMの同一位置から連続的に生成される。これは、光源の位置を変更し、それに同期して再エンコーディングをすることによって実現されてもよい。光源位置の変更は、観察面においてVOWがシームレスに並列化されるように行われなければならない。もし、時間多重化が十分に高速な場合、すなわち全サイクルについて25Hzより大きい場合、人の目には連続的な拡張VOWが映るであろう。
5) Time multiplexing When time multiplexing is performed, VOWs are continuously generated from the same position of the SLM. This may be achieved by changing the position of the light source and re-encoding in sync with it. The light source position must be changed so that the VOWs are seamlessly parallelized on the observation surface. If time multiplexing is fast enough, i.e. greater than 25 Hz for the entire cycle, the human eye will see a continuous extended VOW.

多重化は、左目と右目のVOWの生成のために利用されてもよい。その場合、シームレスな並列化は必要なく、左目用の一つ又はいくつかのVOWと、右目用の一つ又はいくつかのVOWとの間にギャップがあってもよい。この多重化は空間的であっても、時間的であってもよい。   Multiplexing may be utilized for the generation of left eye and right eye VOWs. In that case, seamless parallelization is not necessary, and there may be a gap between one or several VOWs for the left eye and one or several VOWs for the right eye. This multiplexing may be spatial or temporal.

空間多重化と時間多重化とは組み合わされてもよい。例えば、片目用の拡張VOWを生成するために、3つのVOWが空間的に多重化される。この拡張VOWは、左目用の拡張VOWと右目用の拡張VOWとを生成するために時間多重化される。   Spatial multiplexing and time multiplexing may be combined. For example, in order to generate an extended VOW for one eye, three VOWs are spatially multiplexed. This extended VOW is time-multiplexed to generate an extended VOW for the left eye and an extended VOW for the right eye.

あるVOWと他のVOWとの高次の回折次数はオーバラップしないように気を付ける必要がある。   Care must be taken so that the higher diffraction orders of one VOW and the other VOW do not overlap.

VOWの拡張のための多重化は、観察者の動作に応じて、視差が連続的に変化する拡張VOWを提供するので、好ましくはSLMの再エンコーディングと共に利用される。単純化のため、再エンコーディング無しの多重化は、拡張VOWの異なる部分において反復コンテンツを提供するであろう。   Multiplexing for VOW extension is preferably used in conjunction with SLM re-encoding, as it provides an extended VOW whose parallax changes continuously in response to observer behavior. For simplicity, multiplexing without re-encoding will provide repetitive content in different parts of the extended VOW.

時間多重化はまた、カラー・ホログラフィック再構成の生成のために利用されてもよい。時間多重化のために、3つの色成分のホログラムは連続的にSLM上でエンコードされる。3つの光源は、SLM上での再エンコーディングと同期して切り替えられる。全サイクルが十分に高速に反復される場合、すなわち25Hzより大きい場合、人の目には、連続的なカラー再構成として映るであろう。   Time multiplexing may also be utilized for the generation of color holographic reconstructions. Due to time multiplexing, the three color component holograms are sequentially encoded on the SLM. The three light sources are switched in synchronism with re-encoding on the SLM. If the entire cycle is repeated fast enough, ie greater than 25 Hz, it will appear to the human eye as a continuous color reconstruction.

時間多重化は、MOSLMを利用することにより実現可能となる。というのも、MOSLMは上記のように非常に高速のスイッチング機能を有するためである。   Time multiplexing can be realized by using MOSLM. This is because MOSLM has a very high speed switching function as described above.

6)視線追跡(Eye Tracking)
MOSLMと視線追跡と十分に整合する小型の光源との小型の組合せでは、目位置検出器により観察者の目の位置を検出してもよい。一つ以上のVOWは、観察者が再構成されたオブジェクトをVOWを介して見ることができるようにするために、自動的に目の位置に配置される。
6) Eye Tracking
In a small combination of MOSLM and a small light source that is sufficiently aligned with eye tracking, the eye position of the observer may be detected by an eye position detector. One or more VOWs are automatically placed at the eye position to allow the observer to see the reconstructed object through the VOW.

しかしながら、追跡は常に実用的であるわけではなく、特に携帯型装置の場合にそれが当てはまる。というのも、付加的な装置の要求に基づく制約や、実行のための所要電力が存在するからである。追跡を行わなければ、観察者は手動でディスプレイの位置を調整しなければならない。好適な実装例において、小型ディスプレイは、PDAや携帯電話に組み込まれているような手持ち型のディスプレイであるので、これは、直ちに実行される。PDAや携帯電話のユーザは、ディスプレイに直交する方向からディスプレイを見る傾向があるので、VOWを目に対して調整するための追加的な労力はそれほど必要ない。例えば、引用により本明細書に組み込まれるところの国際公開第01/96941号パンフレットに記載されるように、ハンドヘルド機器のユーザは、最適な観察条件を達成するように、装置を手で正しい方向に自動的に向ける傾向があることは知られている。よって、そのような装置ではユーザの視線追跡は必要なく、例えば、走査ミラーのような複雑で小さくもない追跡用の光学エレメントも不要である。しかし、もし、装置に対する追加要件及び電力が、過剰な負担を装置に与えるものでなければ、視線追跡がそのような装置において実施されてもよい。   However, tracking is not always practical, especially in the case of portable devices. This is because there are constraints based on the requirements of additional devices and power requirements for execution. Without tracking, the observer must manually adjust the position of the display. In a preferred implementation, this is done immediately because the small display is a handheld display such as that incorporated in a PDA or mobile phone. PDA and mobile phone users tend to see the display from a direction orthogonal to the display, so that little additional effort is needed to adjust the VOW to the eye. For example, as described in WO 01/96941, which is incorporated herein by reference, a user of a handheld device can manually position the device in the right direction to achieve optimal viewing conditions. It is known that there is a tendency to turn automatically. Therefore, such a device does not require tracking of the user's line of sight, and does not require a complicated and small tracking optical element such as a scanning mirror. However, line of sight tracking may be implemented in such a device if the additional requirements and power on the device do not place an excessive burden on the device.

追跡を行わない場合、MOSLMと、十分コヒーレントな小型光源との小型の組合せでは、ディスプレイの調整を単純化するために、VOWは十分に大きなものであることが必要とされる。望ましくは、VOWサイズは、人間の目の大きさの数倍であるべきである。これは、ピッチの小さなSLMを利用した単一の大きなVOWか、ピッチの大きなSLMを利用した小型のVOWをいくつかタイル状に並べたもの、のいずれかにより実現できる。   Without tracking, the small combination of MOSLM and a small enough light source that is sufficiently coherent requires the VOW to be large enough to simplify the adjustment of the display. Desirably, the VOW size should be several times the size of the human eye. This can be realized either by a single large VOW using an SLM with a small pitch or by arranging several small VOWs using a SLM with a large pitch in a tile shape.

VOWの位置は、光源アレイにおける光源の位置により決定される。目位置検出器は、目の位置を検出し、VOWを該目の位置に合わせるために、光源の位置を設定する。この種の追跡は、米国特許出願公開第2006/055994号明細書及び米国特許出願公開第2006/250671号明細書に記述されている。   The position of the VOW is determined by the position of the light source in the light source array. The eye position detector detects the position of the eye and sets the position of the light source in order to adjust the VOW to the position of the eye. This type of tracking is described in US 2006/055944 and US 2006/250671.

また、光源が固定位置にある場合は、VOWを移動してもよい。光源トラッキングでは、光源からの光の入射角度の変動に対して比較的鈍感なSLMが必要となる。もし、光源を移動してVOW位置を移動させようとしても、小型光源とSLMとの小型の組合せでは、そのような構成が示唆する当該小型の組合せ内での光伝搬条件からずれるために、その達成が困難となる。そのような場合、ディスプレイにおいて一定の光路を持たせることが有利である。   When the light source is at a fixed position, the VOW may be moved. Light source tracking requires an SLM that is relatively insensitive to fluctuations in the incident angle of light from the light source. If the VOW position is moved by moving the light source, the small light source and the SLM have a small combination because the deviation from the light propagation conditions in the small combination suggested by such a configuration is It becomes difficult to achieve. In such a case, it is advantageous to have a constant optical path in the display.

7)例
MOSLMと十分にコヒーレントな小型光源との小型の組合せについて、例を説明する。当該組合せにより、適切な露光条件下において3次元画像を生成することが可能となり、PDAや携帯電話に搭載されてもよい。MOSLMの小型の組合せ及び十分にコヒーレントな小型光源は、図12に示すように、光源アレイ、MOSLM及びレンズアレイとしてOLEDディスプレイを有する。
7) Example An example will be described for a small combination of a MOSLM and a sufficiently coherent small light source. This combination makes it possible to generate a three-dimensional image under appropriate exposure conditions and may be mounted on a PDA or a mobile phone. A small combination of MOSLMs and a sufficiently coherent small light source has an OLED display as the light source array, MOSLM and lens array as shown in FIG.

VOWの要求される位置に応じて、OLEDディスプレイの特定画素が駆動される。これらの画素は、MOSLMを照射し、レンズアレイにより観察面で映像を構成する。OLEDディスプレイにおいて、レンズアレイのレンズ毎にすくなくとも一画素が駆動される。図面において与えられる寸法では、画素ピッチが20μmの場合、VOWは水平増分が400μmでトラッキングできる。このトラッキングは準連続性を有している。   Depending on the required position of the VOW, a specific pixel of the OLED display is driven. These pixels irradiate MOSLM and form an image on the observation surface by the lens array. In the OLED display, at least one pixel is driven for each lens of the lens array. For the dimensions given in the drawing, for a pixel pitch of 20 μm, the VOW can be tracked with a horizontal increment of 400 μm. This tracking is quasi-continuous.

OLED画素は、部分的にのみ空間コヒーレントな光源である。部分的にコヒーレントなため、オブジェクト点の再構成にはスミアが存在してしまう。図面において与えられる寸法では、ディスプレイから100mmの距離を有するオブジェクト点は、もし画素幅が20μmであれば、100μmの水平スミアを有して再構成される。これは、ヒューマン・ビジョン・システムの解像度としては十分である。   OLED pixels are only partially spatially coherent light sources. Because it is partially coherent, there will be smear in the reconstruction of object points. For the dimensions given in the drawing, an object point having a distance of 100 mm from the display is reconstructed with a horizontal smear of 100 μm if the pixel width is 20 μm. This is sufficient as the resolution of the human vision system.

レンズアレイの異なるレンズを通過する光同士には、十分な相互コヒーレンスはない。コヒーレンス要求は、レンズアレイの各単一レンズに限定されている。よって、再構成されたオブジェクト点の解像度は、レンズアレイのピッチにより決定される。典型的なレンズピッチは、ヒューマン・ビジョン・システムの解像度として十分なものを保証するために、1mmのオーダとなろう。もしOLEDピッチが20μmであれば、このことは、レンズピッチとOLEDピッチとの比率が50:1であることを意味する。もし、単一OLEDのみがレンズごとに発光する場合、このことは、502=2500OLED毎に一つだけのOLEDが発光することを意味する。よって、ディスプレイは、低電力ディスプレイとなるであろう。実装例のホログラフィック・ディスプレイと、従来のOLEDとの相違は、前者が光を観察者の目に集中させる一方で、後者は光を2πステラジアンに放射することである。従来のOLEDディスプレイが1000cd/m2を達成していた一方で、発明者はこの実施形態において、照射されたOLEDは現実的なアプリケーションのために1000cd/m2の数倍の輝度を達成するべきと計算した。 There is not enough mutual coherence between the light passing through different lenses of the lens array. The coherence requirement is limited to each single lens of the lens array. Therefore, the resolution of the reconstructed object point is determined by the pitch of the lens array. A typical lens pitch will be on the order of 1 mm to ensure sufficient resolution for a human vision system. If the OLED pitch is 20 μm, this means that the ratio of lens pitch to OLED pitch is 50: 1. If only a single OLED emits light per lens, this means that only one OLED emits every 50 2 = 2500 OLEDs. Thus, the display will be a low power display. The difference between the holographic display of the implementation and the conventional OLED is that the former concentrates the light in the viewer's eyes while the latter emits the light to 2π steradians. While conventional OLED displays have achieved 1000 cd / m 2 , the inventors should in this embodiment the illuminated OLED should achieve a brightness several times 1000 cd / m 2 for realistic applications And calculated.

VOWは、SLMにおいてエンコードされた情報のフーリエスペクトルの一つの回折次数に限定される。もしMOSLMの画素ピッチが20μmの場合、500nmの波長において、VOWは10mmの幅を有する。VOWは、空間多重化或いは時間多重化によりVOWをタイル状に配置することで拡張されてもよい。空間多重化の場合、ビーム・スプリッタのような追加の光学エレメントが必要となる。   VOW is limited to one diffraction order of the Fourier spectrum of the information encoded in the SLM. If the pixel pitch of the MOSLM is 20 μm, the VOW has a width of 10 mm at a wavelength of 500 nm. The VOW may be expanded by arranging the VOW in a tile shape by spatial multiplexing or time multiplexing. In the case of spatial multiplexing, additional optical elements such as beam splitters are required.

カラー・ホログラフィック再構成を時間多重化により実現することができる。カラーOLEDディスプレイの赤、緑及び青の画素は、赤、緑、青の光波長について計算されたホログラムを有するSLMの同期再エンコーディングで連続的に駆動される。   Color holographic reconstruction can be realized by time multiplexing. The red, green and blue pixels of a color OLED display are driven continuously with SLM synchronous re-encoding with holograms calculated for red, green and blue light wavelengths.

ディスプレイは、観察者の目の位置を検出する目位置検出器を備えていてもよい。目位置検出器は、OLEDディスプレイの画素の駆動を制御する制御ユニットに接続される。   The display may include an eye position detector that detects the position of the observer's eyes. The eye position detector is connected to a control unit that controls driving of the pixels of the OLED display.

SLMでエンコードされるホログラムの計算は、高い計算能力を必要とするため、好ましくは外部エンコーディング・ユニットで実行される。ホログラフィ的に生成された3次元画像の表示を可能とするために、表示データがPDAや携帯電話に送信される。   The calculation of SLM-encoded holograms is preferably performed in an external encoding unit since it requires high computational power. Display data is transmitted to a PDA or mobile phone in order to enable display of a holographically generated three-dimensional image.

D.MOSLMの組の小型の組み合わせ
さらに他の実施形態において、2つのMOSLMの組み合わせは、順々に、かつ、小型の方法で光の振幅及び位相を変調するために使用されうる。このように、振幅及び位相から成る複素数は、画素単位ごとに透過光にエンコーディングされうる。
D. Small combination of MOSLM sets In yet another embodiment, a combination of two MOSLMs can be used to modulate the amplitude and phase of light in sequence and in a small manner. As described above, the complex number composed of the amplitude and the phase can be encoded into the transmitted light for each pixel unit.

本実施形態は、2つのMOSLMの小型の組み合わせを備える。第1のMOSLMは透過光の振幅を変調し、第2のMOSLMは透過光の位相を変調する。或いは、第1のMOSLMは透過光の位相を変調し、第2のMOSLMは透過光の振幅を変調する。このことは、振幅が最大値のときに位相がより正確に変調される(即ち、雑音が比較的少ない)ことを期待する場合には、好ましいものと考えられる。各MOSLMは、上述のセクションCに記載されたものと同様であってもよい。全体的な組み立て品としては、ここで使用される2つのMOSLMを除いてセクションCで記載されたものと同様であってもよい。2つのMOSLMの変調特性における他の組み合わせとしては、振幅及び位相の独立した変調を容易にする同等物でも可能である。   This embodiment includes a small combination of two MOSLMs. The first MOSLM modulates the amplitude of the transmitted light, and the second MOSLM modulates the phase of the transmitted light. Alternatively, the first MOSLM modulates the phase of the transmitted light, and the second MOSLM modulates the amplitude of the transmitted light. This is considered desirable if the phase is expected to be more accurately modulated (i.e., relatively less noisy) when the amplitude is at its maximum value. Each MOSLM may be similar to that described in Section C above. The overall assembly may be similar to that described in Section C except for the two MOSLMs used here. Other combinations in the modulation characteristics of the two MOSLMs are possible, equivalents that facilitate independent amplitude and phase modulation.

第1のステップにおいて、第1のMOSLMは、振幅変調用のパターンでエンコーディングされる。第2のステップにおいて、第2のMOSLMは、位相変調用のパターンでエンコーディングされる。第2のMOSLMによって透過光は、その振幅及びその位相で変調されており、その結果として、2つのMOSLMが内蔵されたデバイスによって照射される光を見るときに観察者が三次元画像を観察することができる。   In the first step, the first MOSLM is encoded with a pattern for amplitude modulation. In the second step, the second MOSLM is encoded with a phase modulation pattern. The transmitted light is modulated with the amplitude and the phase by the second MOSLM, and as a result, the observer observes the three-dimensional image when viewing the light emitted by the device incorporating the two MOSLMs. be able to.

位相及び振幅の変調が複素数の表現を容易にすることが当業者によって理解されるであろう。さらに、MOSLMは、高解像度を有することもできる。したがって、本実施形態は、観察者によって観察される三次元画像のようなホログラムを生成することに使用される。   It will be appreciated by those skilled in the art that phase and amplitude modulation facilitates the representation of complex numbers. Furthermore, the MOSLM can also have a high resolution. Therefore, this embodiment is used to generate a hologram such as a three-dimensional image observed by an observer.

図13において、実施形態の一例を示す。130は平面領域の照明を提供するための照明装置である。当該照明は、三次元画像の生成に繋がるように十分なコヒーレンスを有する。照明装置の一例は、広域のビデオホログラムのケースについての米国特許出願2006/250671号明細書に開示されている。この一例は図4に示している。130のような装置は、レンチキュラ・アレイ若しくはマイクロレンズ・アレイのような小型の合焦システムでの入射である光を照射する冷陰極蛍光ランプ又は白色発光ダイオードのような、白色光源の配列の構造をとることができる。或いは、130における光源は、十分なコヒーレンスの光を照射する赤色、緑色、青色レーザ又は赤色、緑色、青色発光ダイオードを備えてもよい。赤色、緑色、青色発光ダイオードは、有機発光ダイオードであってもよい。しかし、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源(例えば、発光ダイオード、OLED、冷陰極蛍光ランプ)はレーザ光源よりも望ましい。レーザ光源には、ホログラフィック再構成におけるレーザ・スペックルを引き起こしたり、相対的に高価であったり、ホログラフィック表示の観察者やホログラフィック・ディスプレイ装置の組立に従事している人の目に損傷を与える可能性に関する安全性の問題があったりなどの不利益がある。   FIG. 13 shows an example of the embodiment. Reference numeral 130 denotes an illuminating device for providing illumination in a planar area. The illumination has sufficient coherence to lead to the generation of a 3D image. An example of a lighting device is disclosed in US patent application 2006/250671 for a wide-area video hologram case. An example of this is shown in FIG. A device such as 130 is a structure of an array of white light sources, such as cold cathode fluorescent lamps or white light emitting diodes that illuminate light that is incident on a small focusing system such as a lenticular array or microlens array. Can be taken. Alternatively, the light source at 130 may comprise a red, green, blue laser or a red, green, blue light emitting diode that emits light of sufficient coherence. The red, green and blue light emitting diodes may be organic light emitting diodes. However, non-laser light sources (eg, light emitting diodes, OLEDs, cold cathode fluorescent lamps) with sufficient spatial coherence are more desirable than laser light sources. Laser light sources cause laser speckle in holographic reconstruction, are relatively expensive, or damage the eyes of observers of holographic displays and those engaged in the assembly of holographic display devices There are disadvantages such as safety issues related to the possibility of giving

エレメント130は、厚さが約数センチメートル又はそれ以下であってもよい。好適な実施形態において、エレメント130〜135は、十分なコヒーレンス光の小型の光源を提供するように、厚さがトータルで3cm未満となる。エレメント131は、赤色、緑色、青色光などの有色光の画素のようなカラーフィルタの配列を含んでもよい。しかしながら、光の有色光源が使用される場合には、カラーフィルタは、必要とされない。エレメント132は偏光エレメント、或いは、偏光エレメントのセットである。エレメント133は、MOSLMである。エレメント134はMOSLMである。エレメント133及び134は、それぞれ偏光エレメントか、偏光エレメントのセットを含む。エレメント135は任意の光学ビーム・スプリッタエレメントである。透過光に関して、エレメント133は振幅を変調し、エレメント134は位相を変調する。あるいは、エレメント134が振幅を変調し、エレメント133が位相を変調する。MOSLM134、133の近接性は、光学的損失、及び光ビーム発散から生じる画素クロストークの問題の減少を可能にする。MOSLM134、133が近接する場合に、MOSLMを通じた有色光のビームの非重複伝搬のより良い近似が実現されうる。小型のホログラム生成装置136を含む装置からの多少の距離のポイント135に位置する観察者は、136の方向で見る場合に三次元画像を見ることができる。   Element 130 may be about a few centimeters or less in thickness. In a preferred embodiment, the elements 130-135 have a total thickness of less than 3 cm so as to provide a compact light source with sufficient coherence light. The element 131 may include an array of color filters such as pixels of colored light such as red, green, and blue light. However, if a colored light source of light is used, a color filter is not required. The element 132 is a polarizing element or a set of polarizing elements. The element 133 is a MOSLM. Element 134 is a MOSLM. Elements 133 and 134 each include a polarizing element or a set of polarizing elements. Element 135 is any optical beam splitter element. For transmitted light, element 133 modulates amplitude and element 134 modulates phase. Alternatively, element 134 modulates amplitude and element 133 modulates phase. The proximity of the MOSLMs 134, 133 allows for the reduction of pixel crosstalk problems resulting from optical loss and light beam divergence. When the MOSLMs 134, 133 are in close proximity, a better approximation of non-overlapping propagation of colored light beams through the MOSLM can be realized. An observer located at a point 135 at some distance from the device including the small hologram generator 136 can see a three-dimensional image when viewed in the 136 direction.

エレメント130、131、132、133、134、135は、例えば、全体が単一のユニタリーオブジェクトであるような構造レイヤをそれぞれ形成する固定機構、接点などの隣接エレメントが物理的に構成されるように配置される。物理的な接触は直接的であってもよい。或いは、薄い膜、中間レイヤ、隣接レイヤ間のフィルムのコーティングがあれば間接的であってもよい。物理的な接触は、相互のアライメント又はレジストレーションの補正を保証する小さい領域に制限されうるか、又は、大きな領域若しくはレイヤの全表面に拡張されうる。物理的な接触は、小型のホログラム生成器136を形成するように発光粘着剤の使用を通じてなどの互いに接着されているレイヤによって、又は、任意の他の適切な処理(以下の製造プロセスの概要のセクションも参照)によって実現されてもよい。   The elements 130, 131, 132, 133, 134, and 135 are configured such that, for example, adjacent elements such as a fixing mechanism and a contact that form a structural layer such that the whole is a single unitary object are physically configured. Be placed. The physical contact may be direct. Alternatively, it may be indirect if there is a thin film, an intermediate layer, or a film coating between adjacent layers. The physical contact can be limited to a small area that guarantees mutual alignment or correction of registration, or can be extended to a large area or the entire surface of the layer. The physical contact can be by layers adhered to each other, such as through the use of luminescent adhesives to form a small hologram generator 136, or any other suitable process (in the outline of the manufacturing process below). (See also section).

MOSLMが振幅変調を実行する場合には、通常の構成において、入射光ビームは、ビームが直線偏光シートを通過することによって直線的に偏光されるであろう。振幅変調は、ファラデー効果を通じて光の偏光状態に影響を与える、光の伝搬方向に沿って加えられる磁場における直線偏光状態の回転によって制御される。そのような装置において、MOSLMからの光が他の直線偏光シートを通過すると、強度減縮を可能にし、結果としてMOSLMを通過するように光の偏光状態に何らかの回転をもたらす。   If the MOSLM performs amplitude modulation, in a normal configuration, the incident light beam will be linearly polarized as the beam passes through the linear polarizing sheet. Amplitude modulation is controlled by rotation of the linear polarization state in a magnetic field applied along the light propagation direction that affects the polarization state of the light through the Faraday effect. In such a device, when light from MOSLM passes through another linear polarizing sheet, it allows intensity reduction, resulting in some rotation in the polarization state of the light to pass through MOSLM.

MOSLMが位相変調を実行する場合には、通常の構成において、入射リード光ビームは、ビームが直線偏光シート及び4分の1波長板を通過することによって円偏光されるであろう。位相変調は、光の偏光状態に影響を与える磁場を、光の伝搬方向に沿って適用することによってファラデー効果により制御される。方向性のある磁場は、コイルを流れる電流により生成される。位相変調において、出力ビームの各画素は、各画素に対応するコイルに流れる電流の関数であるところの入力ビームに対する位相差を有する。   When the MOSLM performs phase modulation, in a normal configuration, the incident lead light beam will be circularly polarized by passing the beam through a linear polarizing sheet and a quarter wave plate. Phase modulation is controlled by the Faraday effect by applying a magnetic field that affects the polarization state of light along the direction of light propagation. A directional magnetic field is generated by the current flowing through the coil. In phase modulation, each pixel of the output beam has a phase difference with respect to the input beam that is a function of the current flowing in the coil corresponding to each pixel.

小型のホログラフィック・ディスプレイで使用される小型の組み立て品は、小さな分離部又は最小の分離部を用いて接続される2つのMOSLMを備える。好適な実施形態において、両方のSLMは同じ数の画素を有する。2つのMOSLMが観察者から等距離でないため、2つのMOSLMの画素ピッチは、観察者に対して異なる距離にある影響を相殺するために若干の違い(しかし、現状はほぼ同一である。)が必要となる。第1SLMの画素を通過した光は、第2SLMの対応する画素を通過する。したがって、光は両方のSLMによって変調され、振幅及び位相の複素変調は独立して実現される。一例として、第1SLMは振幅変調であり、第2SLMは位相変調である。また、2つのSLMにおける変調特性の任意の他の組み合わせは、振幅及び位相の独立した変調を互いに容易にする可能性がある。   A small assembly used in a small holographic display comprises two MOSLMs that are connected with a small or minimal separation. In the preferred embodiment, both SLMs have the same number of pixels. Since the two MOSLMs are not equidistant from the observer, the pixel pitch of the two MOSLMs has a slight difference (but the current situation is almost the same) to offset the effect of being at different distances to the observer. Necessary. The light that has passed through the pixels of the first SLM passes through the corresponding pixels of the second SLM. Thus, light is modulated by both SLMs, and complex amplitude and phase modulation is achieved independently. As an example, the first SLM is amplitude modulation and the second SLM is phase modulation. Also, any other combination of modulation characteristics in the two SLMs may facilitate independent modulation of amplitude and phase with each other.

第1SLMの画素を通過した光が第2SLMの対応する画素のみを通過するように注意しなければならない。第1SLM画素からの光が第2SLMの非対応画素、近接画素を通過すれば、クロストークが発生するであろう。当該クロストークは、画像品質の低減を招く可能性がある。ここで、画素間のクロストークを最小化する問題への4つの可能なアプローチについて説明する。これらのアプローチがセクションBにおける実施形態に適用されてもよいことは当業者にとっては明らかであろう。   Care must be taken that light passing through the pixels of the first SLM passes only through the corresponding pixels of the second SLM. Crosstalk will occur if light from the first SLM pixel passes through non-corresponding pixels and neighboring pixels of the second SLM. The crosstalk may cause a reduction in image quality. Here are described four possible approaches to the problem of minimizing crosstalk between pixels. It will be apparent to those skilled in the art that these approaches may be applied to the embodiments in Section B.

(1)第1の最も単純なアプローチは、アライン画素を有する、互いに2つのSLMを直接的に接続するか、又は、接着することである。光の伝搬の分岐を引き起こす第1SLMの画素で回折が存在するであろう。SLM間の分離部は、第2SLMの近接画素間でのクロストークを許容可能なレベルに維持するのに十分に薄くなければならない。一例として、10μmの画素ピッチに関して、2つのMOSLMの分離部は、10〜100μmのオーダ以下である必要がある。これは、カバーガラスの厚さが1mmのオーダから成るような、従来の製造されたSLMではほとんど実現できない。それどころか、サンドイッチ構造は、SLM間の薄い分離レイヤのみで、1つのプロセスで製造される方がより望ましい。製造プロセスの概要のセクションで概説される製造アプローチは、短い距離又は最小距離で分離される2つのMOSLMを含む装置を製造するために適用されることができる。   (1) The first and simplest approach is to directly connect or glue two SLMs with aligned pixels to each other. There will be diffraction at the pixels of the first SLM that causes a branch of light propagation. The separation between the SLMs must be thin enough to maintain crosstalk between adjacent pixels of the second SLM at an acceptable level. As an example, for a pixel pitch of 10 μm, the separation part of the two MOSLMs needs to be on the order of 10 to 100 μm or less. This is almost impossible to achieve with conventional manufactured SLMs, where the cover glass thickness is of the order of 1 mm. On the contrary, it is more desirable that the sandwich structure be manufactured in one process with only a thin separation layer between the SLMs. The manufacturing approach outlined in the manufacturing process overview section can be applied to manufacture devices that include two MOSLMs separated by a short or minimal distance.

図14は、二次元モデルで、スリット10μm幅からの回折、スリットからの種々の距離における計算されたフレネル回折プロファイルを示す。ここで縦軸にスリット(z)を示し、横軸にスリット(x)を示す。同様の照明のスリットは、0ミクロンに等しいzで、x軸で−5μmと+5μmとの間に位置付けられる。透過媒体は1.5の屈折率を有する。これは小型の装置で使用されるであろう媒体の代表でありうる。光は、633nmの真空波長での赤色光でとられている。緑色光及び青色光の波長は、赤色光より短い波長を有し、これにより、最短回折を示す赤色光における計算は、三色のカラー、赤色、緑色及び青色に影響をもたらす。当該計算は、USA、マサチューセッツ州、ニーダムのParametric Technology(登録商標)Corp.によって販売されたMathcard(登録商標)ソフトウェアを用いて実行している。図15は、スリットからの距離関数のように、スリットの中心部を中心とした10μm幅内での強度の一部分を示す。スリットから20μmの距離で、図15に示すように、90%を超える大きさの強度がスリットの10μm幅内にまだ存在する。したがって、画素強度の約5%未満では、この二次元モデルにおいて、各隣接画素上で入射されるであろう。この計算は画素間をゼロバウンダリ幅として制限している。画素間の実質バウンダリ幅はゼロより大きい。したがって、実システムでは、クロストーク問題がここで計算された値よりも小さいであろう。図14において、スリットから50μmのようなスリットに近いフレネル回折プロファイルは、スリットでの最上位の強度関数にもやや近似する。したがって、スリットに近い広範囲の回折特性はない。広範囲の回折特性は、最上位の遠視野回折関数の特徴である。これは、当業者に知られているsinc二乗関数である。広範囲の回折特性は、図14のスリットから300μmの距離のケースで見てとれる。これは、回折効果が十分に近接した2つのMOSLMを配置することによって制御されることを示す。近接した2つのMOSLMを配置することの利益は、回折プロファイルの関数形式が遠視野の特徴から、スリットに垂直の軸に近い光を含んだより効果的な関数形式に変更することである。当該利益は、光がSLMの小さいアパーチャを通過するときに、当業者が強力で、有効で、かつ、不可避の回折効果を予期する傾向にあるように、ホログラフィにおける当業者の考え方に対抗する1つである。したがって、当業者が回折効果に起因して、結果として画素クロストークでの不可避のかつ深刻な問題となることを予期するように、当業者は互いに近接する2つのSLMを配置する気にはならないであろう。   FIG. 14 is a two-dimensional model showing diffraction from a 10 μm wide slit and calculated Fresnel diffraction profiles at various distances from the slit. Here, the vertical axis indicates the slit (z), and the horizontal axis indicates the slit (x). A similar illumination slit is located between −5 μm and +5 μm on the x-axis with z equal to 0 microns. The transmission medium has a refractive index of 1.5. This can be representative of media that would be used in a small device. The light is taken as red light at a vacuum wavelength of 633 nm. The wavelengths of green light and blue light have shorter wavelengths than red light, so that calculations on red light exhibiting the shortest diffraction will affect the three colors, red, green and blue. The calculations are performed using Mathcard® software sold by Parametric Technology® Corp. of Needham, Massachusetts, USA. FIG. 15 shows a part of the intensity within a width of 10 μm with the center of the slit as the center, like a distance function from the slit. At a distance of 20 μm from the slit, as shown in FIG. 15, there is still an intensity of over 90% within the 10 μm width of the slit. Thus, less than about 5% of the pixel intensity will be incident on each adjacent pixel in this two-dimensional model. This calculation limits the space between pixels as a zero boundary width. The actual boundary width between pixels is greater than zero. Thus, in a real system, the crosstalk problem will be smaller than the value calculated here. In FIG. 14, a Fresnel diffraction profile close to a slit such as 50 μm from the slit is somewhat approximated to the highest intensity function at the slit. Therefore, there is no wide-range diffraction characteristic close to the slit. A wide range of diffraction properties is characteristic of the topmost far-field diffraction function. This is a sinc square function known to those skilled in the art. A wide range of diffraction characteristics can be seen in the case of a distance of 300 μm from the slit of FIG. This indicates that the diffraction effect is controlled by placing two MOSLMs close enough. The benefit of placing two MOSLMs in close proximity is that the functional form of the diffraction profile is changed from a far-field feature to a more effective functional form that includes light close to the axis perpendicular to the slit. This benefit counters those skilled in the art of holography so that those skilled in the art tend to expect powerful, effective, and unavoidable diffraction effects as light passes through the small aperture of the SLM. One. Therefore, those skilled in the art are not willing to place two SLMs in close proximity to each other, as one skilled in the art expects that due to diffraction effects will result in an inevitable and serious problem with pixel crosstalk. Will.

図16は、スリットからの距離関数として、強度分布の等高線図を示す。等高線は、対数目盛でプロットされ、均等目盛ではない。10本の等高線が使用され、トータル100の強度因子範囲を対象とする。スリットから約50μm内の距離での10μmスリット幅への強度分布の大きな制限幅は明らかである。   FIG. 16 shows a contour plot of the intensity distribution as a function of distance from the slit. Contour lines are plotted on a logarithmic scale and not a uniform scale. Ten contour lines are used, covering a total of 100 intensity factor ranges. The large limiting width of the intensity distribution to the 10 μm slit width at a distance within about 50 μm from the slit is apparent.

さらに他の実装例において、第2のMOSLMでのクロストーク問題を低減するために、第1のMOSLMにおける画素のアパーチャ領域は低減されうる。   In yet another implementation, the aperture area of the pixel in the first MOSLM can be reduced to reduce the crosstalk problem in the second MOSLM.

(2)第2のアプローチは、図17に示すように、2つのSLM間でのレンズ・アレイを使用する。より好ましくは、レンズの数は、各SLMにおいて画素の数と同様である。2つのSLMの間隔と、レンズ・アレイの間隔とは、観察者からの距離の違いを相殺するために若干異なってもよい。図17の光束171によって示すように、各レンズは、第2SLMのそれぞれの画素で第1SLMの画素を画像化する。また、光束172によって示すように、クロストークを引き起こす可能性のある隣接レンズを通過する光が存在するであろう。これは、VOWに到達しないようなその強度が十分に低いか、又は、その方向性が十分に異なるかの何れかである場合に、無視することができる。   (2) The second approach uses a lens array between two SLMs as shown in FIG. More preferably, the number of lenses is similar to the number of pixels in each SLM. The distance between the two SLMs and the distance between the lens arrays may be slightly different to offset the difference in distance from the viewer. As shown by the light beam 171 in FIG. 17, each lens images the first SLM pixel with the second SLM pixel. Also, there will be light passing through adjacent lenses that can cause crosstalk, as indicated by the luminous flux 172. This can be ignored if its strength is such that it does not reach the VOW, or if its directionality is sufficiently different.

各レンズのアパーチャ数(NA:開口数)は、十分な解像度で画素を画像化するために十分に大きくなければならない。一例として、5μmの解像度では、NA≒0.2が必要となる。これは、幾可光学を仮定する場合を意味し、SLMとレンズ・アレイの間隔が10μmであれば、レンズ・アレイ間及び各SLM間の最大距離は約25μmとなる。   The aperture number (NA: numerical aperture) of each lens must be large enough to image the pixels with sufficient resolution. As an example, at a resolution of 5 μm, NA≈0.2 is required. This means a case where some optics are assumed. If the distance between the SLM and the lens array is 10 μm, the maximum distance between the lens arrays and each SLM is about 25 μm.

各SLMのいくつかの画素に対してレンズ・アレイの1つのレンズということも可能である。一例として、第1SLMの4つの画素のグループがレンズ・アレイのレンズによって第2SLMの4つの画素のグループに画像化されてもよい。そのようなレンズ・アレイのレンズの数は、各SLMにおける画素の数の4分の1になるであろう。これは、レンズのより高いNAを許容するため、画像化画素のより高い解像度を許容する。   It is also possible to have one lens in the lens array for several pixels in each SLM. As an example, a group of four pixels in a first SLM may be imaged by a lens in a lens array into a group of four pixels in a second SLM. The number of lenses in such a lens array will be a quarter of the number of pixels in each SLM. This allows a higher resolution of the imaging pixel, as it allows a higher NA of the lens.

(3)第3のアプローチは、できるだけ多くの第1のMOSLMの画素のアパーチャを低減するためのものである。ビューの回折点から、第1SLMの画素によって照明される第2SLMの領域は、図18に示すように、第1のMOSLMの画素のアパーチャ幅D、及び、回折角度によって決定される。図18において、dは2つのMOSLM間の距離であり、wは、ゼロオーダ最大値の何れか一方の側を占める、2つの1次オーダ回折最小値間の距離である。これは、Fraunhofer回折、又は、Fraunhofer回折への理想的な近似を想定している。   (3) The third approach is to reduce the aperture of as many first MOSLM pixels as possible. The region of the second SLM illuminated by the first SLM pixel from the view diffraction point is determined by the aperture width D and the diffraction angle of the first MOSLM pixel, as shown in FIG. In FIG. 18, d is the distance between the two MOSLMs, and w is the distance between the two first-order diffraction minimum values that occupy either side of the zero-order maximum value. This assumes Fraunhofer diffraction or an ideal approximation to Fraunhofer diffraction.

一方で、アパーチャ幅Dが減少することは、図18の破線によって示されるように、照明領域の中心部において直接的な投影領域を減少させることになる。他方で、回折角度は、1/DのFraunhofer回折に比例するように増加する。これは、第2のMOSLM上の照明領域の幅wが増加することを示す。照明領域はトータル幅wを有する。Fraunhofer回折レイジームにおいて、Dは、Fraunhofer回折において2つの1次オーダ最小値間の距離から得られる方程式w=D+2dλ/Dを用いて、所定の区間dでwを最小化するように、決定されてもよい。   On the other hand, the decrease in the aperture width D decreases the direct projection area at the center of the illumination area, as shown by the broken line in FIG. On the other hand, the diffraction angle increases to be proportional to 1 / D Fraunhofer diffraction. This indicates that the width w of the illumination area on the second MOSLM increases. The illumination area has a total width w. In the Fraunhofer diffraction regime, D is determined to minimize w in a given interval d using the equation w = D + 2dλ / D obtained from the distance between two first order minimums in Fraunhofer diffraction. Also good.

例えば、λが0.5μmで、dが100μmで、wが20μmであれば、10μmのDにおけるDの最小値が得られる。本例は、Fraunhoferレイジームが本例で有効な近似でない場合において、Fraunhofer回折レイジームにおいて回折処理を制御するために、MOSLM間の距離を用いることの原理について説明する。   For example, if λ is 0.5 μm, d is 100 μm, and w is 20 μm, the minimum value of D in D of 10 μm is obtained. This example describes the principle of using the distance between MOSLMs to control the diffraction process in the Fraunhofer diffraction rame when the Fraunhofer ray is not a valid approximation in this example.

(4)第4のアプローチは、第2SLMの画素に第1SLMの画素を画像化するために光ファイバ・フェースプレートを使用する。光ファイバ・フェースプレートは、2D配列の平行な光ファイバから成る。ファイバの長さ、つまり、フェースプレートの厚さは、通常、数ミリメータであり、プレートの面に渡るダイアログの長さは最大で数インチとなる。一例として、ファイバの間隔は、6μmであってもよい。そのようなファイバ間隔を有する光ファイバ・フェースプレートは、USA、ニュージャージ州、バーリントンのEdmund Optic Incによって販売されている。各ファイバは、一方の端部から他方の端部に光りを導く。したがって、フェースプレートの一方の側上の画像は、高解像度で、かつ、合焦エレメントなしで他方の側に転送される。そのようなフェースプレートは、2つのSLM間で分離レイヤとして使用されうる。マルチモードファイバは、シングルモードファイバよりも望ましい。ファイバのコアの屈折率が液晶の屈折率に一致すると、フレネル後方反射損失を最小化するように、カップリング効率が最適になる。   (4) The fourth approach uses a fiber optic faceplate to image the first SLM pixel to the second SLM pixel. The fiber optic faceplate consists of 2D arrays of parallel optical fibers. The length of the fiber, ie the thickness of the faceplate, is usually a few millimeters, and the maximum dialog length across the plate surface is a few inches. As an example, the distance between the fibers may be 6 μm. Fiber optic faceplates with such fiber spacing are sold by Edmund Optic Inc, Burlington, New Jersey. Each fiber guides light from one end to the other end. Thus, the image on one side of the faceplate is transferred to the other side with high resolution and no focusing element. Such a faceplate can be used as a separation layer between two SLMs. Multimode fiber is preferred over single mode fiber. When the refractive index of the fiber core matches the refractive index of the liquid crystal, the coupling efficiency is optimized to minimize the Fresnel back reflection loss.

2つのSLM間に追加のカバーガラスは必要ない。第1のMOSLMの画素を通過した光は、第2のMOSLMのそれぞれの画素に導かれる。これは、近接画素に対するクロストークを最小化する。フェースプレートは、第1SLMの出力を第2SLMの入力に配光する。平均して、画素当たり少なくとも1つのファイバが存在するべきである。平均して画素当たり1つのファイバより少なければ、SLMの解像度が損失し、ホログラフィック・ディスプレイのアプリケーションに見せる画像の品質が低減するであろう。
ホログラムにおける振幅及び位相情報をエンコーディングするための小型の配列の一例を図10に示す。104は、平面領域への照明を提供するための照明装置である。当該照明は、三次元画像の生成を導くことができるように、十分なコヒーレンスを有する。米国特許出願2006/250671号明細書には、広域ビデオホログラムの場合の照明装置の一例が開示されている。104のような装置は、光を照射する冷陰極蛍光ランプ、又は、白色発光ダイオードのような白色光源の配列の形式をとってもよい。これらの光の照射は、レンチキュラ・アレイ又はマイクロレンズ・アレイのような小型である合焦システムでの入射となる。或いは、104における光源は、十分なコヒーレンスの光を発光する、赤色、緑色及び青色レーザ、又は、赤色、緑色及び青色発光ダイオードを含んでもよい。しかしながら、十分な空間コヒーレンスを有する非レーザ光源(例えば、OLED、冷陰極蛍光ランプ)はレーザ光源よりも望ましい。レーザ光源は、ホログラフィック再構成においてレーザ・スペックルを引き起こしたり、相対的に高価であったり、ホログラフィック表示の観察者やホログラフィック・ディスプレイ装置の組立に従事している人の目に損傷を与える可能性に関する安全性の問題があったりなどの不利益がある。
No additional cover glass is required between the two SLMs. The light that has passed through the pixels of the first MOSLM is guided to the respective pixels of the second MOSLM. This minimizes crosstalk for neighboring pixels. The face plate distributes the output of the first SLM to the input of the second SLM. On average, there should be at least one fiber per pixel. On average, if there are fewer than one fiber per pixel, the resolution of the SLM will be lost and the quality of the image shown in holographic display applications will be reduced.
An example of a small array for encoding amplitude and phase information in a hologram is shown in FIG. Reference numeral 104 denotes an illuminating device for providing illumination to a planar area. The illumination has sufficient coherence so that it can guide the generation of a three-dimensional image. US patent application 2006/250671 discloses an example of an illumination device in the case of a wide area video hologram. A device such as 104 may take the form of a cold cathode fluorescent lamp that emits light or an array of white light sources such as white light emitting diodes. These illuminations are incident on a compact focusing system such as a lenticular array or a microlens array. Alternatively, the light source at 104 may include red, green and blue lasers or red, green and blue light emitting diodes that emit sufficient coherence light. However, non-laser light sources (eg, OLEDs, cold cathode fluorescent lamps) with sufficient spatial coherence are more desirable than laser light sources. Laser light sources cause laser speckle in holographic reconstruction, are relatively expensive, and can damage the eyes of observers of holographic displays and those engaged in the assembly of holographic display devices. There are disadvantages such as safety issues regarding the possibility of giving.

エレメント104、100〜103、109は、トータルで厚さが約数センチメートル又はそれ以下であってもよい。エレメント101は、エレメント102に向けて照射される赤色、緑色、青色光などの有色光の画素のようなカラーフィルタの配列を含んでもよい。しかしながら、光の有色光源が使用される場合には、カラーフィルタは、必要とされない。エレメント102は、光偏光エレメント、あるいは、光偏光エレメントのセットである。エレメント103は、位相情報をエンコーディングするMOSLMである。エレメント109は、従振幅情報をエンコーディングするMOSLMである。エレメント103及び109は、偏光エレメント、あるいは、偏光エレメントのセットをそれぞれ含む。ここで107によって示すエレメント103の各セルは、ここで108によって示すエレメント109の対応するセルと一致する。しかしながら、エレメント103、109におけるセルは、同様の側部の空間又は間隔を有するが、エレメント103のセルは、エレメント109のセルのサイズより小さいか、又は、同様のサイズである。これは、発光セル107が、通常、エレメント109のセル108に入力する前に、いくつかの回折を受けるためである。振幅及び位相がエンコーディングされるオーダは、図10に示すものから反転されてもよい。   Elements 104, 100-103, 109 may have a total thickness of about a few centimeters or less. The element 101 may include an array of color filters such as pixels of colored light such as red, green, and blue light emitted toward the element 102. However, if a colored light source of light is used, a color filter is not required. The element 102 is a light polarizing element or a set of light polarizing elements. The element 103 is a MOSLM that encodes phase information. The element 109 is a MOSLM that encodes sub amplitude information. Elements 103 and 109 each include a polarizing element or a set of polarizing elements. Here, each cell of element 103 indicated by 107 corresponds to a corresponding cell of element 109 indicated here by 108. However, the cells in elements 103, 109 have similar side spaces or spacings, but the cells in element 103 are smaller than or similar in size to the cells in element 109. This is because the light emitting cell 107 typically undergoes some diffraction before entering the cell 108 of the element 109. The order in which the amplitude and phase are encoded may be reversed from that shown in FIG.

小型のホログラム生成器105を含む装置からいくらかの距離のポイント106に位置する観察者は、105の方向を見る場合に三次元画像を見ることができる。エレメント104、100、101、102、103、109は、小型のホログラム生成器105を生成するように、上述するように物理的に接触して構成されてもよい。セクションBで記述した光学コンポーネントは、当業者には自明であるように小型のホログラム生成器105に含まれてもよい。   An observer located at a point 106 at some distance from the device containing the small hologram generator 105 can see a three-dimensional image when viewing the direction of 105. Elements 104, 100, 101, 102, 103, 109 may be configured in physical contact as described above to produce a small hologram generator 105. The optical components described in Section B may be included in a small hologram generator 105 as will be apparent to those skilled in the art.

E.オブジェクトのホログラフィック再構成機能を有する、1つ若しくは2つのMOSLMの小型の組み合わせを内蔵する高倍率三次元画像ディスプレイ装置コンポーネント
図19にオブジェクトのホログラフィック再構成機能を有する、1つ若しくは2つのMOSLMの小型の組み合わせを内蔵する高倍率三次元画像ディスプレイ装置コンポーネントを示す。装置コンポーネントは、MOSLMとコヒーレンスの小型の光源との小型の組み合わせを含む。この小型の組み合わせは、適切な照明条件の下でVOW(図19のOWで示す)で見れる三次元画像を生成することができる。装置コンポーネントは、例えば、PDA又は移動電話機に内蔵されうる。SLMとコヒーレンスの小型の光源との小型の組み合わせは、図19に示すように、光源の配列、SLM、及びレンズ・アレイを備える。図19において、SLMは、1つ若しくは2つのMOSLMの小型の組み合わせを内蔵する。
E. High-magnification 3D image display device component incorporating a small combination of one or two MOSLMs with object holographic reconstruction function Figure 19 shows one or two MOSLMs with object holographic reconstruction function 3 shows a high magnification 3D image display device component incorporating a small combination of The device components include a small combination of MOSLM and a small coherence light source. This small combination can produce a three-dimensional image that can be viewed in VOW (shown as OW in FIG. 19) under appropriate lighting conditions. The device component can be built into a PDA or mobile phone, for example. A compact combination of an SLM and a coherence compact light source comprises an array of light sources, an SLM, and a lens array, as shown in FIG. In FIG. 19, the SLM incorporates a small combination of one or two MOSLMs.

単純な例によれば、光源アレイは以下のように形成されうる。単色のLEDのような単一の光源は、アパーチャが照明されるようにアパーチャ・アレイに隣接して配置される。アパーチャがスリットの一次元配列であれば、スリットによって透過される光は光源の一次元配列を形成する。アパーチャがサークルの二次元配列であれば、サークルの照明セットは光源の二次元配列を形成する。通常のアパーチャ幅は約20μmとなる。そのような光源アレイは1つの目に対するVWの生成に適している。   According to a simple example, the light source array can be formed as follows. A single light source, such as a monochromatic LED, is placed adjacent to the aperture array so that the aperture is illuminated. If the aperture is a one-dimensional array of slits, the light transmitted by the slit forms a one-dimensional array of light sources. If the aperture is a two-dimensional array of circles, the illumination set of circles forms a two-dimensional array of light sources. A normal aperture width is about 20 μm. Such a light source array is suitable for generating VW for one eye.

図19において、光源アレイはレンズ・アレイから距離uに位置している。当該光源アレイは図1のエレメント10の光源アレイであってもよいし、オプションとして図1のエレメント12を内蔵してもよい。正確には、光源アレイの各光源は、レンズ・アレイの対応するレンズから距離uに位置付けられる。光源アレイの平面及びレンズ・アレイの平面は、好適な実装例において、平行となる。SLMは、レンズ・アレイの何れか一方の側に配置されてもよい。VOWはレンズ・アレイから距離vに位置する。レンズ・アレイのレンズは、1/[1/u+1/v]によって与えられる焦点距離fでの被覆レンズである。好適な実装例において、vは、300mmから600mmの範囲である。特に好適な実装例では、vは約400mmである。好適な実装例において、uは10mmから30mmの範囲である。特定の好適な実装例では、uは約20mmとなる。拡大係数Mはv/uによって与えられる。Mは、SLMによって変調される光源がVOWにおいて拡大されるときの係数となる。好適な実施形態において、Mは10から60の範囲となる。特定の好適な実施形態では、Mは約20となる。良いホログラフィック画像品質を有するそのような拡大係数を実現することは、光源アレイとレンズ・アレイの正確なアライメントを必要とする。コンポーネントの動作寿命の間、上記正確なアライメントを維持するとともに、光源アレイとレンズ・アレイとの間で同一の距離を維持するために装置コンポーネントの有意な機械的安定性が必要とされる。   In FIG. 19, the light source array is located at a distance u from the lens array. The light source array may be the light source array of the element 10 of FIG. 1 or may optionally include the element 12 of FIG. Precisely, each light source of the light source array is located at a distance u from the corresponding lens of the lens array. The plane of the light source array and the plane of the lens array are parallel in the preferred implementation. The SLM may be located on either side of the lens array. VOW is located at a distance v from the lens array. The lens of the lens array is a coated lens with a focal length f given by 1 / [1 / u + 1 / v]. In a preferred implementation, v is in the range of 300 mm to 600 mm. In a particularly preferred implementation, v is about 400 mm. In a preferred implementation, u is in the range of 10 mm to 30 mm. In a particular preferred implementation, u will be about 20 mm. The magnification factor M is given by v / u. M is a coefficient when the light source modulated by the SLM is expanded in the VOW. In a preferred embodiment, M will range from 10 to 60. In certain preferred embodiments, M will be about 20. Realizing such a magnification factor with good holographic image quality requires an accurate alignment of the light source array and the lens array. Significant mechanical stability of the device components is required to maintain the exact alignment during the operational life of the component and to maintain the same distance between the light source array and the lens array.

VOWはトラッキング可能であっても、トラッキング不可能であってもよい。VOWがトラッキング可能であり、VOWの要求位置に依存する場合、光源アレイの特定の光源が作動される。作動された光源は、SLMを照明し、レンズ・アレイによる観察者平面に画像化される。レンズ・アレイのレンズ当たり少なくとも1つの光源が光源アレイにおいて作動される。トラッキングは準連続である。uが20mmで、vが400mmであれば、VOWは画素ピッチが20μmである場合に400μmの側方増加でトラッキングされうる。このトラッキングは準連続となる。uが20mmで、vが400mmであれば、fは、約19mmとなる。   The VOW may be trackable or non-trackable. If the VOW is trackable and depends on the required position of the VOW, a particular light source in the light source array is activated. The actuated light source illuminates the SLM and is imaged in the observer plane by the lens array. At least one light source per lens of the lens array is activated in the light source array. Tracking is quasi-continuous. If u is 20 mm and v is 400 mm, VOW can be tracked with a lateral increase of 400 μm when the pixel pitch is 20 μm. This tracking is quasi-continuous. If u is 20 mm and v is 400 mm, f is about 19 mm.

光源アレイの光源は、空間コヒーレンスの一部分のみを有してもよい。一部分のコヒーレンスはオブジェクト点の汚染された再構成に繋がる。uが20mmで、vが400mmであれば、光源幅が20μmである場合に、ディスプレイから100mmの距離でのオブジェクト点は100μmの側方汚染を有して再構成される。これは、人間の視覚システムの分解能において十分満足するものである。   The light source of the light source array may have only a portion of spatial coherence. Some coherence leads to a contaminated reconstruction of object points. If u is 20 mm and v is 400 mm, the object point at a distance of 100 mm from the display is reconstructed with 100 μm lateral contamination when the light source width is 20 μm. This is fully satisfactory in the resolution of the human visual system.

レンズ・アレイの異なるレンズを通過する光の間では、相互に有意なコヒーレンスである必要はない。コヒーレンス要件は、レンズ・アレイの各単一のレンズに制限される。したがって、再構成されたオブジェクト点の解像度はレンズ・アレイの間隔によって決定される。通常のレンズ間隔は、人間の視覚システムに対して十分な解像度を保証するために1mmのオーダとなろう。   There is no need for significant coherence between the light passing through different lenses of the lens array. Coherence requirements are limited to each single lens of the lens array. Thus, the resolution of the reconstructed object points is determined by the lens array spacing. A typical lens spacing will be on the order of 1 mm to ensure sufficient resolution for the human visual system.

VOWは、SLMにおいてエンコーディングされる情報のフーリエ・スペクトラムの1つの回折オーダに制限される。500nmの波長で、SLMの画素ピッチが20μmの場合、VOWは10mmの幅を有する。VOWは、空間多重化又は時間多重化によるVOWのタイル化によって拡大されてもよい。空間多重化の場合にはビーム・スプリッタなどの追加の光学エレメントが必要とされる。   VOW is limited to one diffraction order of the Fourier spectrum of the information encoded in the SLM. For a wavelength of 500 nm and an SLM pixel pitch of 20 μm, the VOW has a width of 10 mm. The VOW may be expanded by tiling the VOW by spatial multiplexing or time multiplexing. In the case of spatial multiplexing, additional optical elements such as beam splitters are required.

カラーホログラフィック再構成は、時間多重化によって実現されうる。カラーOLEDディスプレイの赤色、緑色、青色画素は、赤色、緑色、青色光波長に対して計算されたホログラムでSLMの同期再エンコーディングを伴って、連続的に作動される。   Color holographic reconstruction can be realized by time multiplexing. The red, green and blue pixels of a color OLED display are operated continuously with SLM synchronous re-encoding with holograms calculated for red, green and blue light wavelengths.

装置コンポーネントが一部を形成するディスプレイは、観察者の目の位置を検知する目位置検出器を備えてもよい。目位置検出器は、光源アレイ内で光源の作動を制御する制御部に接続される。   The display of which the device component forms part may comprise an eye position detector that detects the position of the observer's eyes. The eye position detector is connected to a controller that controls the operation of the light source within the light source array.

SLMでエンコーディングされるホログラムの計算は、高い計算能力が必要であれば外部のエンコーディング部で実行されることが望ましい。表示データは、ホログラフィック的に生成された三次元画像の表示を可能とするために、その後、PDA又は移動電話機に送信される。   The calculation of the hologram encoded by the SLM is preferably performed by an external encoding unit if high calculation capability is required. The display data is then sent to a PDA or mobile phone to enable display of the holographically generated 3D image.

F.1つ若しくは2つの組のMOSLMの、小型の組み合わせを内蔵する2D−プロジェクタ
多数のVOWに光を投影する代わりに、装置からの光は、スクリーン、壁、又は、いくつかの他の面に投影されてもよい。このように、移動電話機やPDAにおいて三次元ディスプレイ装置は、ポケット・プロジェクタとしても利用されうる。1つ若しくは2つの組のMOSLMの小型の組合せを含む他のどのような三次元ディスプレイ装置も、プロジェクタとして利用されうる。
F. 2D-projector with a small combination of one or two sets of MOSLMs. Instead of projecting light onto multiple VOWs, light from the device is projected onto a screen, wall, or some other surface May be. In this way, the three-dimensional display device can be used as a pocket projector in a mobile phone or PDA. Any other three-dimensional display device including a small combination of one or two sets of MOSLMs can be used as a projector.

ホログラフィック投影の改善された品質は、入射光の振幅及び位相を変調するSLMを使用することによって得られてもよい。このように、複素値ホログラムがSLMでエンコーディングされ、結果としてスクリーンや壁に再構成される画像のより良い品質を得ることができる。   Improved quality of holographic projection may be obtained by using an SLM that modulates the amplitude and phase of incident light. In this way, complex value holograms are encoded in the SLM, resulting in better quality of the image reconstructed on the screen or wall.

1つ若しくは2つの組のMOSLMの小型の組み合わせは、プロジェクタにおいてSLMとして使用されうる。上記組み合わせの小型のサイズに起因して、プロジェクタも小型になるであろう。プロジェクタは、移動電話機やPDAと同様の装置である。したがって、"三次元表示"モードと、"プロジェクタ"モードとの間で切り替えられてもよい。   A small combination of one or two sets of MOSLMs can be used as an SLM in a projector. Due to the small size of the combination, the projector will also be small. The projector is a device similar to a mobile phone or PDA. Therefore, the mode may be switched between the “three-dimensional display” mode and the “projector” mode.

従来の2Dプロジェクタと比較して、ホログラフィック2Dプロジェクタは、投影レンズを必要とせず、光学遠視野における全ての距離で投影画像の焦点が合わせられるという利益を有する。国際公開第2005/059881号パンフレットに開示されているように、先行技術のホログラフィック2Dプロジェクタは、単一のSLMを使用するため、複素変調の能力がない。一方、ここで説明したホログラフィック2Dプロジェクタは、複素変調の能力を有し、それにより優れた画像品質を得ることができる。   Compared to conventional 2D projectors, holographic 2D projectors do not require a projection lens and have the advantage that the projected image is focused at all distances in the optical far field. As disclosed in WO 2005/059881, prior art holographic 2D projectors use a single SLM and thus do not have the capability of complex modulation. On the other hand, the holographic 2D projector described here has the capability of complex modulation, and can thereby obtain excellent image quality.

G.オブザーバ・ウィンドウ及び2Dエンコーディングの空間多重化
本実施形態は、2Dエンコーディングを用いて組み合わされたホログラフィック・ディスプレイの仮想観察者ウィンドウ(VOW)の空間多重化に関する。或いは、ホログラフィック・ディスプレイは、セクションA、B、C、Dで説明したようなものか、又は、任意の既知のホログラフィック・ディスプレイであってもよい。
G. This embodiment relates to the spatial multiplexing of a virtual observer window (VOW) of a holographic display combined using 2D encoding. Alternatively, the holographic display may be as described in sections A, B, C, D, or any known holographic display.

いくつかのVOW、例えば、左目用の1つのVOW及び右目用の1つのVOWが空間的な又は時間的な多重化よって生成されることが知られている。空間多重化において、両方のVOWは、国際公開第2006/027228号パンフレットに記載されているように、同時に生成され、ビーム・スプリッタによって分割される。時間多重化において、複数のVOWは時系列的に生成される。   It is known that several VOWs, such as one for the left eye and one for the right eye, are generated by spatial or temporal multiplexing. In spatial multiplexing, both VOWs are generated simultaneously and split by a beam splitter as described in WO 2006/027228. In time multiplexing, a plurality of VOWs are generated in time series.

しかしながら、既知のホログラフィック・ディスプレイシステムには、いくつかの不利益がある。空間多重化において、使用される照明システムは、国際公開第2006/027228号パンフレットから取り上げた例えば従来技術の図4に示すように、水平方向に空間的なインコヒーレントであり、水平ラインの光源及びレンチキュラ・アレイに基づく。これは、自動立体鏡ディスプレイから既知の技術が使用されうるという利益がある。しかしながら、水平方向のホログラフィック再構成が不可能であるという不利益がある。その代わりに、使用される、いわゆる1Dエンコーディングは、結果として垂直方向のみのホログラフィック再構成と運動視差となる。したがって、垂直焦点は再構成されたオブジェクトの平面にあるが、水平焦点はSLMの平面にある。この非点収差は、空間視覚の品質を低減する。つまり、観察者によって感知されるホログラフィック再構成の品質を低減する。同様に、時間多重化システムは、全てのディスプレイ・サイズで今のところ利用可能でない高速SLMを必要とするという不利益があり、たとえ利用可能になったとしても非常に高価であるという不利益がある。   However, known holographic display systems have several disadvantages. In spatial multiplexing, the lighting system used is spatially incoherent in the horizontal direction, as shown, for example, in prior art FIG. 4 taken from WO 2006/027228, Based on lenticular array. This has the advantage that known techniques can be used from autostereoscopic displays. However, there is the disadvantage that horizontal holographic reconstruction is not possible. Instead, the so-called 1D encoding used results in holographic reconstruction and motion parallax only in the vertical direction. Thus, the vertical focus is in the plane of the reconstructed object, while the horizontal focus is in the plane of the SLM. This astigmatism reduces the quality of spatial vision. That is, it reduces the quality of the holographic reconstruction that is perceived by the viewer. Similarly, time multiplexing systems have the disadvantage of requiring a high-speed SLM that is not currently available for all display sizes, and the disadvantage of being very expensive even if available. is there.

一方で、2Dエンコーディングは水平方向及び垂直方向において同時に行なわれるホログラフィック再構成を提供する。したがって、2Dエンコーディングは、非点収差なしで形成する。非点収差は、結果として空間視覚の品質を低減する。つまり、観察者によって感知されるホログラフィック再構成の品質を低減する。よって、本実施形態の目的は、2Dエンコーディングと組み合わせてVOWの空間多重化を実現することにある。   On the other hand, 2D encoding provides holographic reconstruction that takes place simultaneously in the horizontal and vertical directions. Therefore, 2D encoding forms without astigmatism. Astigmatism results in a reduction in the quality of spatial vision. That is, it reduces the quality of the holographic reconstruction that is perceived by the viewer. Therefore, an object of the present embodiment is to realize VOW spatial multiplexing in combination with 2D encoding.

本実装例において、水平及び垂直の局所空間コヒーレントを有する照明システムは、光を左目VOW用と右目VOW用との光線束に分割するビーム・スプリッタと組み合わされる。これにより、ビーム・スプリッタでの回折が考慮される。ビーム・スプリッタは、プリズム・アレイ、第2レンズ・アレイ(例えば、図20に示すような静的アレイ又は可変アレイ)又はバリア・マスクであってもよい。   In this implementation, the illumination system with horizontal and vertical local spatial coherence is combined with a beam splitter that splits the light into left-eye VOW and right-eye VOW beam bundles. This takes into account diffraction at the beam splitter. The beam splitter may be a prism array, a second lens array (eg, a static or variable array as shown in FIG. 20) or a barrier mask.

図22に一実装例を示す。図22は、2D光源アレイによる光源、2Dレンズ・アレイによるレンズ、SLM及びビーム・スプリッタを備えるホログラフィック・ディスプレイの概略図である。ビーム・スプリッタは、SLMから発する光線を、左目用の仮想観察者ウィンドウ(VOWL)と右目用の仮想観察者ウィンドウ(VOWR)とをそれぞれ照明する2つの光線束に分割する。本実施形態では、光源の数が1つ以上であり、レンズの数は光源の数と同じである。   FIG. 22 shows an example of implementation. FIG. 22 is a schematic diagram of a holographic display comprising a light source from a 2D light source array, a lens from a 2D lens array, an SLM and a beam splitter. The beam splitter splits the light emitted from the SLM into two light bundles that respectively illuminate the left-eye virtual observer window (VOWL) and the right-eye virtual observer window (VOWR). In this embodiment, the number of light sources is one or more, and the number of lenses is the same as the number of light sources.

本実施形態において、ビーム・スプリッタはSLMの後段となる。しかし、ビーム・スプリッタ及びSLMの位置は交換されてもよい。   In this embodiment, the beam splitter is the latter stage of the SLM. However, the position of the beam splitter and SLM may be interchanged.

図23は、プリズム・アレイがビーム・スプリッタとして使用される場合の一実施形態を示す平面図である。照明システムは、nエレメントの2D光源アレイ(LS、LS、・・・、LS)と、nエレメントの2Dレンズ・アレイ(L1、L2、・・・、Ln)とを備え、それらのうち、2つの光源及び2つのレンズが図23に示される。各光源は、それらの関連付けられたレンズによって観察者平面に画像化される。光源アレイの間隔と、レンズ・アレイの間隔とは、全ての光源画像が観察者平面、即ち、2つのVOWを含む平面で一致するように設けられる。図23において、左目VOW(VOWL)及び右目VOW(VOWR)は、図の右側の外部に位置するため図示していない。追加の視野レンズが追加されてもよい。このレンズ・アレイの間隔は、十分な空間コヒーレントを提供するために、サブホログラムの典型的なサイズと同様である。つまり、1乃至数ミリメートルの計算となる。照射は、光源が小さいか又は点光源であるか、2Dレンズ・アレイが使用されるように、各レンズ内で水平及び垂直の空間コヒーレントとなる。レンズ・アレイは、屈折、回折、又はホログラフィックでもよい。 FIG. 23 is a plan view showing an embodiment in which a prism array is used as a beam splitter. The illumination system comprises an n-element 2D light source array (LS 1 , LS 2 ,..., LS n ) and an n-element 2D lens array (L 1, L 2,..., Ln). Of these, two light sources and two lenses are shown in FIG. Each light source is imaged to the viewer plane by their associated lens. The distance between the light source arrays and the distance between the lens arrays are set so that all the light source images coincide with each other on an observer plane, that is, a plane including two VOWs. In FIG. 23, the left eye VOW (VOWL) and the right eye VOW (VOWR) are not shown because they are located outside the right side of the figure. Additional field lenses may be added. The spacing of this lens array is similar to the typical size of the sub-hologram in order to provide sufficient spatial coherence. That is, the calculation is from 1 to several millimeters. Illumination is horizontal and vertical spatially coherent within each lens, such that the light source is small or a point light source, or a 2D lens array is used. The lens array may be refractive, diffractive, or holographic.

本実施形態において、ビーム・スプリッタは、垂直プリズムの1Dアレイである。プリズムのある傾きでの入射光は、左目VOW(VOWL)に屈折され、プリズムの他の傾きでの入射光は、右目VOW(VOWR)に屈折される。また、同一のLS及び同一のレンズから発せられる光線は、ビーム・スプリッタを通り過ぎた後に、相互にコヒーレントとなる。したがって、垂直及水平焦点と、垂直及び水平運動視差とを有する2Dエンコーディングが可能となる。   In this embodiment, the beam splitter is a 1D array of vertical prisms. Incident light at a certain tilt of the prism is refracted to the left eye VOW (VOWL), and incident light at the other tilt of the prism is refracted to the right eye VOW (VOWR). Also, the light rays emitted from the same LS and the same lens are mutually coherent after passing through the beam splitter. Thus, 2D encoding with vertical and horizontal focus and vertical and horizontal motion parallax is possible.

ホログラムは2Dエンコーディングを有するSLMでエンコーディングされる。左目及び右目ホログラムは、列ごとに組み合わされる。つまり、左目及び右目ホログラムの情報でエンコーディングされた列が交互にされる。より好ましくは、各プリズムのもとで、左目ホログラムの情報を有する列と、右目ホログラムの情報を有する列とが存在することである。代替案として、プリズムの各傾きのもとで、2つ以上のホログラムの列が存在してもよい。例えば、連続して、VOWLの3つの列に続いて、VOWRの3つの列が存在する。ビーム・スプリッタの間隔は、遠近短縮(perspective shortening)に対応するために、SLMの間隔の整数(2、3などの)の倍数と同様であってもよく、SLMの間隔の整数(2、3などの)の倍数より若干小さくてもよい。   The hologram is encoded with an SLM having 2D encoding. The left eye and right eye holograms are combined row by column. That is, the columns encoded with left eye and right eye hologram information are alternated. More preferably, under each prism, there are a column having information on the left-eye hologram and a column having information on the right-eye hologram. As an alternative, there may be more than one hologram row under each prism tilt. For example, there are three columns of VOWR followed by three columns of VOWL. The beam splitter spacing may be similar to multiples of SLM spacing integers (such as 2, 3) to accommodate perspective shortening, and SLM spacing integers (2, 3). Etc.) may be slightly smaller than a multiple of.

左目ホログラムを有する列からの光は、左目に対するオブジェクトを再構成し、左目VOW(VOWL)を照明する。右目ホログラムを有する列からの光は、右目に対するオブジェクトを再構成し、右目VOW(VOWR)を照射する。このように、それぞれの目は、適切な再構成を感知する。プリズム・アレイの間隔が十分に小さければ、目はプリズム構造を解決することができず、プリズム構造は再構成画像を阻害することになる。それぞれの目はフルフォーカス及びフル運動視差で再構成を見て、非点収差は存在しない。   The light from the column with the left eye hologram reconstructs the object for the left eye and illuminates the left eye VOW (VOWL). The light from the column with the right eye hologram reconstructs the object for the right eye and illuminates the right eye VOW (VOWR). In this way, each eye senses proper reconstruction. If the spacing of the prism arrays is sufficiently small, the eye cannot resolve the prism structure, which will obstruct the reconstructed image. Each eye sees reconstruction with full focus and full motion parallax, and there is no astigmatism.

ビーム・スプリッタがコヒーレント光で照明される場合には、ビーム・スプリッタで回折が存在するであろう。ビーム・スプリッタは、複数の回折次数を生成する回折格子として見なされる。傾いたプリズム傾斜は、ブレーズド回折格子の影響を受ける。ブリーズド回折格子において、最大強度は特定の回折次数に向けられる。プリズム・アレイにおいて、ある最大強度は1つのプリズムの傾きからVOWLの位置での回折次数に向けられ、別の最大強度はプリズムの他の傾きからVOWRの位置での他の回折次数に向けられる。具体的には、包絡sinc二乗関数の強度における最大がそれらの位置にシフトされ、これにより、回折次数が定位置となる。プリズム・アレイは、VOWLの位置での包絡sinc二乗関数のある最大強度と、VOWRの位置での包絡sinc二乗関数の他の最大強度とを生成する。他の回折次数の強度は、小さく(つまり、sinc二乗強度関数の最大が狭い。)、プリズム・アレイの充てん比が大きい、例えば、100%に近い値である場合には阻害クロストークにはならない。   If the beam splitter is illuminated with coherent light, there will be diffraction at the beam splitter. A beam splitter is considered as a diffraction grating that produces multiple diffraction orders. The tilted prism tilt is affected by the blazed diffraction grating. In a blazed grating, the maximum intensity is directed to a specific diffraction order. In a prism array, one maximum intensity is directed from one prism slope to the diffraction order at the VOWL position, and another maximum intensity is directed from the other slope of the prism to another diffraction order at the VOWR position. Specifically, the maximum in the intensity of the envelope sinc square function is shifted to those positions, so that the diffraction order becomes a fixed position. The prism array generates a certain maximum intensity of the envelope sinc square function at the VOWL position and another maximum intensity of the envelope sinc square function at the VOWR position. The intensity of other diffraction orders is small (ie, the maximum of the sinc square intensity function is narrow), and the prism array fill ratio is large, eg, close to 100%, which does not result in inhibition crosstalk. .

当業者には明らかであるように、2人以上の観察者に対してVOWを提供するために、より多くのプリズムの複素アレイ(例えば、互いに隣接して連続的に配置され、同じ頂角であるが非対称の角度を有する2種類のプリズム)を用いることによって、より多くのVOWを生成することができる。しかしながら、観察者はプリズムの静的アレイで個別にはトラッキングされない。   As will be apparent to those skilled in the art, in order to provide VOW to two or more observers, a more complex array of prisms (eg, arranged sequentially next to each other and at the same apex angle). More VOWs can be generated by using two types of prisms that have an asymmetric angle. However, the viewer is not individually tracked with a static array of prisms.

他の実施形態において、レンズ当たり1つの光源よりも多い光源が使用されてもよい。レンズ当たりの追加の光源は、追加の観察者に対する追加のVOWを生成するために使用されうる。これは、特許文献1に記載されており、m人の観察者に対して1つのレンズとm個の光源を有するケースが記載されている。上記他の実施形態においては、m人の観察者に対してm個の左VOW及びm個の右VOWを生成するために、レンズ当たりm個の光源と2倍の空間多重化が使用されている。レンズ当たりm個の光源は、各レンズに対して、m対1であり、ここでmは自然数である。   In other embodiments, more than one light source per lens may be used. Additional light sources per lens can be used to generate additional VOWs for additional viewers. This is described in Patent Document 1 and describes a case having one lens and m light sources for m observers. In the above other embodiments, m light sources per lens and double spatial multiplexing are used to generate m left VOWs and m right VOWs for m observers. Yes. The m light sources per lens are m to 1 for each lens, where m is a natural number.

ここで一実施形態について説明する。パラメータとして、観察者距離:2m、画素ピッチ:垂直方向に69μmで水平方向に207μm、Burckhardtエンコーディングを使用、及び可視光:633nmで、スクリーンの対角線が20インチのものを使用する。Burckhardtエンコーディングは、69μmのサブ画素で垂直方向であり、VOWの高さ6mm(垂直間隔)である。遠近短縮を無視すると、垂直プリズム・アレイの間隔は414μmとなる。つまり、それぞれのフルプリズムのもとで、SLMの2つの列が存在する。したがって、観察者平面における水平間隔は3mmとなる。これはVOWの幅についても同じである。この幅は、最適な直径約4mmの目の瞳孔よりも小さい。さらに似たような他の実施形態において、SLMが50μmの間隔よりも小さければ、VOWは25mmの幅を有する。   An embodiment will now be described. As parameters, observer distance: 2 m, pixel pitch: 69 μm in the vertical direction and 207 μm in the horizontal direction, using Burckhardt encoding, and visible light: 633 nm and a screen diagonal of 20 inches are used. Burckhardt encoding is a vertical direction with a sub-pixel of 69 μm and a VOW height of 6 mm (vertical interval). Neglecting perspective shortening, the vertical prism array spacing is 414 μm. That is, there are two rows of SLMs under each full prism. Therefore, the horizontal interval on the observer plane is 3 mm. The same applies to the width of the VOW. This width is smaller than the optimal pupil of the eye with a diameter of about 4 mm. In yet another similar embodiment, the VOW has a width of 25 mm if the SLM is smaller than the 50 μm spacing.

大人の人間が65mm(通常通り)の目の間隔を有する場合には、プリズムは、±32.5mmで光を屈折させなければならない。これにより、光がVOWを含む平面に交差する。具体的には、複数の強度包絡sinc二乗関数の最大値が±32.5mmで屈折されなければならない。これは、2mの観察者距離で、±0.93度の角度に対応する。プリズム屈折率n=1.5に対して、適切なプリズム角度は±1.86度である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として定義される。   If an adult human has an eye spacing of 65 mm (as usual), the prism must refract the light by ± 32.5 mm. Thereby, the light intersects the plane including VOW. Specifically, the maximum value of a plurality of intensity envelope sinc square functions must be refracted at ± 32.5 mm. This corresponds to an angle of ± 0.93 degrees with an observer distance of 2 m. For a prism refractive index n = 1.5, a suitable prism angle is ± 1.86 degrees. The prism angle is defined as the angle between the substrate side and the tilt side of the prism.

3mmの観察者平面における水平間隔に関して、他の目は約21回折次数(即ち、3mmで65mmを除算した値)の距離となる。VOWLとVOWRとのクロストークは、他のVOWに関連して高い回折次数によって引き起こされるため、無視してよい。   With respect to the horizontal spacing in the 3 mm observer plane, the other eye has a distance of about 21 diffraction orders (ie, 3 mm divided by 65 mm). The crosstalk between VOWL and VOWR can be ignored because it is caused by higher diffraction orders relative to other VOWs.

トラッキングを実装するために、トラッキングの単純な方法は、光源トラッキング、即ち、光源位置を適合させる機能である。SLM及びプリズム・アレイが同じ平面になければ、視差によって引き起こされる、SLM画素とプリズムとの間の関連する水平オフセットを阻害するであろう。これは、結果として阻害クロストークになる。上述した例のスクリーンの対角線が20インチの画素は、それぞれのプリズムのピークで表される軸に対して、垂直方向に70%の充てん比を有する。つまり、画素サイズは、145μmのアクティブ領域と各サイドの31μmのインアクティブマージンとになる。プリズム・アレイの構成された領域がSLMに向けられれば、プリズム・アレイとSLMとの間の距離間隔は、約1mmとなる。クロストークなしでの水平トラッキング範囲は、±31μm/1mm*2m=±62mmとなる。トラッキング範囲は、小さいクロストークが許容できれば、より大きくなる。当該トラッキング範囲は、大きくないが、行なわれるいくつかのトラッキングを許容するのに十分であれば、観察者は、自身の目の位置に関してあまり不自然さを感じないであろう。   In order to implement tracking, a simple method of tracking is light source tracking, ie the ability to adapt the light source position. If the SLM and prism array are not in the same plane, it will inhibit the associated horizontal offset between the SLM pixel and the prism caused by parallax. This results in inhibition crosstalk. The 20-inch diagonal pixel of the above example screen has a 70% fill ratio in the vertical direction relative to the axis represented by the respective prism peak. That is, the pixel size is an active area of 145 μm and an inactive margin of 31 μm on each side. If the configured area of the prism array is directed to the SLM, the distance spacing between the prism array and the SLM is about 1 mm. The horizontal tracking range without crosstalk is ± 31 μm / 1 mm * 2 m = ± 62 mm. The tracking range becomes larger if small crosstalk is acceptable. The tracking range is not large, but if it is sufficient to allow some tracking to take place, the observer will not feel much unnaturalness with respect to his eye position.

SLMとプリズム・アレイとの視差は、なるべくプリズム・アレイ内への一体化又はSLMへの直接的な一体化(屈折、回折、又はホログラフィック・プリズム・アレイのように)によって避けることができる。これは、製品において専用部品となる。可動機構部が装置を複雑にしてしまうが、代替案としてプリズム・アレイの側方機械的動作がある。   The parallax between the SLM and the prism array can be avoided if possible by integration into the prism array or direct integration into the SLM (such as refraction, diffraction, or holographic prism array). This is a dedicated part in the product. Although the moving mechanism complicates the device, an alternative is the lateral mechanical operation of the prism array.

もう1つの重要な問題は、プリズム角度によって与えられる、固定されたVOWの間隔である。これによって、標準的ではない目の間隔を有する観察者にとって、又はzトラッキングにとって、厄介な問題となる。解決手法として、図21に示すような、カプセル化された液晶領域を備える組立部品が使用され得る。この解決手法は、可変の偏光及び固定の偏光をそれぞれ連続して与えるために、プリズム・アレイとともに利用される。代替的な解決手法では、プリズム・アレイの構造化された側面は、液晶レイヤで覆われてもよい。従って、電場は、屈折率及びそれにより偏角を制御し得る。VOWが大きな幅を有するために、異なる目の間隔を有する観察者又はzトラッキングにとって、十分な耐性が存在する場合には、可変の偏光の組立部品は必要ない。   Another important issue is the fixed VOW spacing given by the prism angle. This presents a troublesome problem for observers with non-standard eye spacing or for z tracking. As a solution, an assembly with an encapsulated liquid crystal region as shown in FIG. 21 can be used. This solution is used with a prism array to provide continuously variable and fixed polarization, respectively. In an alternative solution, the structured side of the prism array may be covered with a liquid crystal layer. Thus, the electric field can control the refractive index and thereby the declination. If the VOW has a large width, variable polarization assemblies are not required if sufficient tolerance exists for observers with different eye spacing or z-tracking.

より複雑な解決手法は、(図24に示す)エレクトロ・ウェッティング(e-wetting)プリズム・アレイ又は(図21に示す)液晶で満たされたプリズム等の、制御可能なプリズム・アレイを使用することであろう。図24では、プリズム・エレメント159を有するレイヤは、電極1517、1518と、2つの分離した液体で満たされたキャビティ1519、1520とを含む。各液体は、プリズムの形をしたキャビティ部分を満たしている。一例として、液体は油や水でもよい。液体1519、1520の間の接触面の傾斜は、電極1517、1518に加えられる電圧によって定まる。液体が異なる屈折率を有する場合、光ビームは電極1517、1518に加えられる電圧によって偏光される。従って、プリズム・エレメント159は、制御可能なビーム・ステアリング・エレメントとして機能する。これは、観察者の目に対するVOWのトラッキングを必要とする実施のための、電気ホログラフィへの出願人のアプローチにおいて重要な特徴である。参照により本明細書に組み込まれる、本出願人が出願した独国特許出願公開102007024237.0号明細書、独国特許出願公開102007024236.2号明細書では、プリズム・エレメントを用いた観察者の目に対するVOWのトラッキングについて説明している。   More complex solutions use a controllable prism array, such as an electro-wetting prism array (shown in FIG. 24) or a prism filled with liquid crystal (shown in FIG. 21). That would be true. In FIG. 24, the layer with prism element 159 includes electrodes 1517, 1518 and two separate liquid filled cavities 1519, 1520. Each liquid fills a cavity in the shape of a prism. As an example, the liquid may be oil or water. The inclination of the contact surface between the liquids 1519 and 1520 is determined by the voltage applied to the electrodes 1517 and 1518. If the liquid has a different refractive index, the light beam is polarized by the voltage applied to the electrodes 1517, 1518. Thus, the prism element 159 functions as a controllable beam steering element. This is an important feature in Applicants' approach to electro-holography for implementations that require tracking of VOWs to the observer's eyes. In German patent application publication 102007024237.0 and German patent application publication 102007024236.2 filed by the present applicant, which are incorporated herein by reference, the eyes of the observer using prism elements. VOW tracking is described.

以下に、小型ハンドヘルド・ディスプレイ用の実施の一例を示す。日本のセイコー(登録商標)エプソン(登録商標)株式会社は、D4:L3D13U 1.3インチ画面対角パネル等の、白黒のEASLMを発売している。SLMとして、D4:L3D13U LCDパネルの使用について、一例として説明する。当該パネルは、HDTV解像度(1920×1080画素)、15μm画素ピッチ、及び28.8mm×16.2mmのパネル領域を有する。当該パネルは、通常、2D(二次元)画像投影ディスプレイに用いられる。   The following is an example of an implementation for a small handheld display. Seiko (registered trademark) Epson (registered trademark) in Japan has released black and white EASLM such as D4: L3D13U 1.3 inch screen diagonal panel. The use of a D4: L3D13U LCD panel as an SLM will be described as an example. The panel has an HDTV resolution (1920 × 1080 pixels), a 15 μm pixel pitch, and a panel area of 28.8 mm × 16.2 mm. Such panels are typically used in 2D (two-dimensional) image projection displays.

本例では、波長633nm及び観察者距離50cmとして計算している。Detour位相エンコーディング(Burckhardtエンコーディング)が、この振幅変調SLMに用いられ、1つの複素数をエンコーディングするために3画素が必要とされる。これらの3つの関連する画素は、垂直に配置される。プリズム・アレイのビーム・スプリッタがSLMに組み入れられる場合、プリズム・アレイのピッチは30μmである。SLMとプリズム・アレイとの間に距離がある場合、遠近感の短縮のため、プリズム・アレイのピッチはわずかに異なる。   In this example, the calculation is performed with a wavelength of 633 nm and an observer distance of 50 cm. Detour phase encoding (Burckhardt encoding) is used for this amplitude modulation SLM, and 3 pixels are required to encode one complex number. These three related pixels are arranged vertically. When a prism array beam splitter is incorporated into the SLM, the prism array pitch is 30 μm. If there is a distance between the SLM and the prism array, the pitch of the prism array is slightly different to reduce perspective.

VOWの高さは、1つの複素数をエンコーディングするために3*15μm=45μmのピッチで規定され、7.0mmである。VOWの幅は、プリズム・アレイの30μmのピッチで規定され、10.6mmである。両方の値は、目の瞳孔よりも大きい。従って、それぞれの目は、VOWが目の位置に存在する場合に、ホログラフィック再構成を観察し得る。当該ホログラフィック再構成は、上述のように、2Dエンコーディングされたホログラムから生じ、そのために1D(一次元)エンコーディングに固有の非点収差は生じない。これは、空間視覚の高い品質と、奥行き感の高い品質とを保証する。   The height of the VOW is specified with a pitch of 3 * 15 μm = 45 μm to encode one complex number, and is 7.0 mm. The width of the VOW is defined by a 30 μm pitch of the prism array and is 10.6 mm. Both values are larger than the pupil of the eye. Thus, each eye can observe a holographic reconstruction when the VOW is at the eye location. The holographic reconstruction results from a 2D encoded hologram, as described above, so that the astigmatism inherent in 1D (one-dimensional) encoding does not occur. This guarantees a high quality of spatial vision and a high quality of depth.

目の間隔は65mmであるため、プリズムは±32.5mmだけ光を屈折させなければならない。具体的には、包絡sinc二乗強度関数の強度の最大値は、±32.5mmだけ屈折されなければならない。これは、0.5mの観察者距離に対する角度±3.72°に相当する。適切なプリズム角度は、屈折率n=1.5に対して、±7.44°である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として規定される。   Since the eye spacing is 65 mm, the prism must refract light by ± 32.5 mm. Specifically, the maximum value of the strength of the envelope sinc square strength function must be refracted by ± 32.5 mm. This corresponds to an angle of ± 3.72 ° for an observer distance of 0.5 m. A suitable prism angle is ± 7.44 ° for a refractive index n = 1.5. The prism angle is defined as the angle between the substrate side and the inclined side of the prism.

10.6mmの観察者平面における水平周期について、他方の目はおよそ6回折次数(即ち、65mm/10.6mm)の距離に存在する。従って、より高次の回折次数によって生じるクロストークは、プリズム・アレイが高い、即ち、100%に近い充填率を有するため、無視できる。   For a horizontal period in the 10.6 mm observer plane, the other eye is at a distance of approximately 6 diffraction orders (ie 65 mm / 10.6 mm). Thus, the crosstalk caused by higher diffraction orders is negligible because the prism array has a high, i.e., a fill factor close to 100%.

以下に、大型ディスプレイ用の実施の一例を示す。ホログラフィック・ディスプレイは、50μmの画素ピッチ及び20インチのスクリーン対角線を有する、位相変調を行うSLMを使用するものとして設計され得る。テレビに応用するためには、対角線はむしろ約40インチとなり得る。当該設計における観察者距離は2mであり、波長は633nmである。   An example of implementation for a large display is shown below. The holographic display can be designed to use an SLM with phase modulation having a pixel pitch of 50 μm and a screen diagonal of 20 inches. For television applications, the diagonal may rather be about 40 inches. The observer distance in the design is 2 m and the wavelength is 633 nm.

SLMの2つの位相変調画素が、1つの複素数をエンコーディングするために使用される。これら2つの関連する画素は、垂直に配置され、対応する垂直ピッチは2*50μm=100μmである。プリズム・アレイがSLMに組み入れられることによって、各プリズムは2つの傾斜を含み、各傾斜はSLMの1列に使用されるため、プリズム・アレイの水平ピッチも2*50μm=100μmである。結果的に、VOWの12.7mmの幅及び高さは、目の瞳孔より大きい。従って、VOWが目の位置に存在する場合、それぞれの目は、ホログラフィック再構成を観察し得る。ホログラフィック再構成は、2Dエンコーディングされたホログラムから生じ、それにより1Dエンコーディングに固有の非点収差は生じない。これは、空間視覚の高い品質と、奥行き感の高い品質とを保証する。   Two phase modulation pixels of the SLM are used to encode one complex number. These two related pixels are arranged vertically and the corresponding vertical pitch is 2 * 50 μm = 100 μm. By incorporating the prism array into the SLM, each prism includes two tilts, and each tilt is used for one row of the SLM, so the horizontal pitch of the prism array is also 2 * 50 μm = 100 μm. Consequently, the 12.7 mm width and height of the VOW is larger than the pupil of the eye. Thus, if a VOW is present at the eye location, each eye can observe a holographic reconstruction. Holographic reconstruction results from 2D encoded holograms, thereby avoiding the astigmatism inherent in 1D encoding. This guarantees a high quality of spatial vision and a high quality of depth.

目の間隔は65mmであるため、プリズムは±32.5mmだけ光を屈折させなければならない。具体的には、包絡sinc二乗強度関数の強度の最大値は、±32.5mmだけ屈折されなければならない。これは、2mの観察者距離に対する角度±0.93°に相当する。適切なプリズム角度は、屈折率n=1.5に対して、±1.86°である。プリズム角度は、プリズムの基板側と傾斜側との間の角度として規定される。   Since the eye spacing is 65 mm, the prism must refract light by ± 32.5 mm. Specifically, the maximum value of the strength of the envelope sinc square strength function must be refracted by ± 32.5 mm. This corresponds to an angle of ± 0.93 ° for an observer distance of 2 m. A suitable prism angle is ± 1.86 ° for a refractive index n = 1.5. The prism angle is defined as the angle between the substrate side and the inclined side of the prism.

上述の例は、SLMからの観察者の距離として、50cm及び2mに関するものである。より一般的には、当該実施は、20cmと4mとの間の、SLMからの観察者の距離に対して適用され得る。スクリーン対角線は、1cm(携帯電話のサブ・ディスプレイ等)と50インチ(大きいサイズのテレビ等)としてもよい。   The above examples relate to 50 cm and 2 m as observer distance from the SLM. More generally, the implementation can be applied for observer distances from the SLM between 20 cm and 4 m. The screen diagonal may be 1 cm (such as a mobile phone sub-display) and 50 inches (such as a large TV).

<レーザ光源>
例えば、GaInAs又はGaInAsN材料に基づくRGB固体レーザの光源は、小ささ及び高い光の指向性を理由として、小型ホログラフィック・ディスプレイ用の光源に適している。そのような光源には、アメリカ合衆国カリフォルニア州のNovalux(登録商標)Inc.のRGB垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)が含まれる。各光源は、回折光学エレメントの使用を通じて複数のビームを生成するために使用され得るが、そのような光源は、単一のレーザとして、又はレーザのアレイとして提供され得る。コヒーレンスが、レーザスペックルパターン等の望ましくない結果を招くことなしに小型ホログラフィック・ディスプレイを使用するには高すぎる場合、当該ビームは、コヒーレンスレベルを低下させながら、マルチモード光ファイバを進む。
<Laser light source>
For example, RGB solid-state laser light sources based on GaInAs or GaInAsN materials are suitable as light sources for small holographic displays because of their small size and high light directivity. Such light sources include RGB vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) from Novalux® Inc., California, USA. Each light source can be used to generate multiple beams through the use of diffractive optical elements, but such light sources can be provided as a single laser or as an array of lasers. If the coherence is too high to use a small holographic display without causing undesirable results such as a laser speckle pattern, the beam travels through the multimode optical fiber while reducing the coherence level.

<製造プロセスの概要>
以下では、図2のデバイスを製造するためのプロセスの概要を説明するが、当該プロセスの多くの変形が当業者には明らかとなろう。
<Outline of manufacturing process>
In the following, an overview of the process for manufacturing the device of FIG. 2 is described, but many variations of the process will be apparent to those skilled in the art.

図2のデバイスを製造するプロセスにおいて、透明な基板が選択される。そのような基板は、約200μmの厚さの1枚のホウケイ酸ガラス等の、硬質パッケージ用基板でもよく、或いは、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又は類似の基板といった高分子基板等の、フレキシブル基板でもよい。CIADレイヤは、引用により本書面に組み込まれるところの英国特許出願公開第0709376.8号及び英国特許出願公開第0709379.2号に記載されているように、ガラス上に提供される。そのような計算回路は、ディスプレイの画素間に配置される。当該回路は、SiO2のような透明絶縁膜により覆われる。光磁気フィルムが透明絶縁膜上に設けられる。ディスプレイの画素に応じてマイクロ・コイル・アレイが配置される。同様のプロセスは、国際公開第WO2005/122479A2号に記載されている。コイルの材料は、銅やアルミニウムのような導電性材料であればなんでもよい。コイルアレイは、低抵抗で巻線数が多くなるように製造することができる。シリンドリカル溝71は、光磁気フィルム72の深さと同等であるが、図7に示すように光磁気フィルムにエッチングされる。導電性材料がシリンドリカル溝に配置されて、図8に示すようにマイクロコイル81が構成される。ここで、当該溝は、レーザエッチングにより実現可能であることに注意されたい。超短パルスレーザは、ピコ秒、あるいは、フェムト秒の周期のパルスを発生させることができ、高ピーク電力により熱影響領域を制限して、材料除去プロセスが専らアブレーションにより行われるようにし、高精度の光磁気フィルムを実現している。そして、上述のように、中間偏光レイヤや、当該レイヤのセットが生成される。更なる偏光レイヤやそのセットがその後に生成される。これにより、2つの隣接MOSLMデバイス構造を実現する。その後、光学ビーム・ステアリング・エレメント及びガラス・カバーレイヤが生成される。 In the process of manufacturing the device of FIG. 2, a transparent substrate is selected. Such a substrate may be a rigid packaging substrate, such as a single borosilicate glass of about 200 μm thickness, or a polymeric substrate such as polycarbonate, acrylic, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride or similar substrate, etc. A flexible substrate may be used. The CIAD layer is provided on the glass as described in British Patent Application Publication No. 07093766.8 and British Patent Application Publication No. 0709979.2, which are incorporated herein by reference. Such a calculation circuit is arranged between the pixels of the display. The circuit is covered with a transparent insulating film such as SiO 2 . A magneto-optical film is provided on the transparent insulating film. A micro coil array is arranged according to the pixels of the display. A similar process is described in International Publication No. WO 2005/122479 A2. The coil material may be any conductive material such as copper or aluminum. The coil array can be manufactured with a low resistance and a large number of windings. The cylindrical groove 71 is equivalent to the depth of the magneto-optical film 72, but is etched into the magneto-optical film as shown in FIG. A conductive material is disposed in the cylindrical groove to form the microcoil 81 as shown in FIG. Here, it should be noted that the groove can be realized by laser etching. Ultrashort pulse lasers can generate picosecond or femtosecond pulses, limit the heat affected zone by high peak power, and ensure that the material removal process is performed exclusively by ablation. The magneto-optical film is realized. Then, as described above, an intermediate polarization layer and a set of the layers are generated. Additional polarization layers and sets thereof are then generated. This realizes two adjacent MOSLM device structures. Thereafter, an optical beam steering element and a glass cover layer are generated.

2つのMOSLMデバイスの間のレイヤは、一方のMOSLMに存在する磁場が他方のMOSLMの性能に影響しないように、十分に厚いことが必要となり得る。中間偏光レイヤ、或いは当該レイヤのセットは、この目的を達成するために、十分に厚くてもよい。しかし、中間偏光レイヤ、或いは当該レイヤのセットの厚さが十分ではない場合、MOSLMデバイスを、光学的な粘着性を利用して、十分な厚さの1枚のガラスに対してボンディング(bonding)することによって、或いは、上述の無機レイヤ又は高分子レイヤ等の、さらに光学的に透明なレイヤを蒸着することによって、レイヤの厚さは増加され得る。そのような更なる光学透過レイヤは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、或いは、炭化ケイ素といった無機絶縁体であってもよいし、或いは、エポキシのような重合レイヤであってもよい。蒸着処理は、無機絶縁レイヤの場合はスパッタリングや化学蒸着により行うことができ、重合レイヤの場合はプリンティングやコーティングにより行うことができる。しかし、光回折効果が画素のひどいクロストークを生じさせるために、MOSLMデバイスは、極端に離れていてはならない。例えば、画素の幅が10μmである場合、MOSLMレイヤの距離は100μm未満であることが望ましい。一方のMOSLMのLCレイヤは、振幅変調を実行し、他方のMOSLMのLCレイヤは、位相変調を実行する。   The layer between two MOSLM devices may need to be thick enough so that the magnetic field present in one MOSLM does not affect the performance of the other MOSLM. The intermediate polarization layer, or set of layers, may be thick enough to achieve this goal. However, if the thickness of the intermediate polarization layer or set of layers is not sufficient, the MOSLM device can be bonded to a single glass of sufficient thickness using optical adhesion. By doing so, or by depositing a more optically transparent layer, such as the inorganic layer or polymer layer described above, the thickness of the layer can be increased. Such further optically transmissive layer may be an inorganic insulator such as silicon dioxide, silicon nitride, or silicon carbide, or may be a polymerized layer such as an epoxy. The vapor deposition treatment can be performed by sputtering or chemical vapor deposition in the case of an inorganic insulating layer, and can be performed by printing or coating in the case of a polymerized layer. However, MOSLM devices must not be too far away because the light diffraction effect causes severe crosstalk of the pixels. For example, when the pixel width is 10 μm, the distance of the MOSLM layer is preferably less than 100 μm. The LC layer of one MOSLM performs amplitude modulation, and the LC layer of the other MOSLM performs phase modulation.

例えば各MOSLMにおける磁場が他のMOSLMの動作に影響を確実に与えないようにするためにMOSLMレイヤ間を十分に分離するために例えばガラス・レイヤを利用して、装置の第1のMOSLM部と結合される、装置の第2のMOSLM部が単一ユニットとして提供されてもよい。装置の第2のMOSLM部は、装置の第1のMOSLM部に更なる材料を蒸着することにより提供されてもよい。この場合、第1のMOSLMの画素と第2のMOSLMの画素とのアラインメントを正確なものにすることができるという利点がある。   For example, using a glass layer to sufficiently separate the MOSLM layers in order to ensure that the magnetic field in each MOSLM does not affect the operation of the other MOSLMs, the first MOSLM part of the device The second MOSLM part of the device to be combined may be provided as a single unit. The second MOSLM portion of the device may be provided by depositing additional material on the first MOSLM portion of the device. In this case, there is an advantage that the alignment between the pixel of the first MOSLM and the pixel of the second MOSLM can be made accurate.

上述の手順又は類似の手順を用いて加工され得るデバイス構造の一例が、図9において与えられる。図9のデバイス構造910は、十分にコヒーレントな可視光の放射によって、面909から照明され、これにより、使用時には、点911の観察者が、三次元画像を観察し得る。なお、点911は、当該デバイスから、当該デバイスに対して原寸に比例した距離を隔てて示されてはいない。当該デバイスにおける90から901までのレイヤは、必ずしも互いに原寸に比例しているわけではない。レイヤ90は、ガラス・レイヤ等の基板レイヤである。レイヤ91は、CIADレイヤであり、実装例によっては省略されてもよい。レイヤ92は、絶縁レイヤである。レイヤ93は、光磁気フィルム・レイヤである。レイヤ94は、マイクロコイル・アレイ・レイヤである。レイヤ95は、偏光レイヤ或いは、当該レイヤのセットである。レイヤ96は、2つのマイクロコイル・アレイの間の所望の分離を行うための任意のレイヤである。レイヤ97は、更なる光磁気フィルム・レイヤである。レイヤ98は、更なるマイクロコイル・アレイ・レイヤである。レイヤ99は、更なる偏光レイヤ、あるいは、当該レイヤのセットである。レイヤ900はビーム・ステアリング・エレメント・アレイ・レイヤである。レイヤ901は、ガラス等の、材料を覆う平面である。製造において、デバイス910は、基板レイヤ90から開始し、最後のレイヤ901が加えられるまで各レイヤを順々に被着することによって、加工され得る。そのような手順は、当該構造のレイヤが、加工処理において高い正確さに揃えられ得ることを促進する効果を有する。その代わりに、それらのレイヤは、2以上の部分において加工され、十分な程度のアライメントで、ともにボンディングされ得る。     An example of a device structure that can be fabricated using the procedure described above or a similar procedure is given in FIG. The device structure 910 of FIG. 9 is illuminated from the surface 909 by sufficiently coherent visible light radiation so that, in use, an observer at point 911 can observe a three-dimensional image. Note that the point 911 is not shown separated from the device by a distance proportional to the original size. The layers 90 to 901 in the device are not necessarily proportional to each other. The layer 90 is a substrate layer such as a glass layer. The layer 91 is a CIAD layer and may be omitted depending on an implementation example. The layer 92 is an insulating layer. The layer 93 is a magneto-optical film layer. Layer 94 is a microcoil array layer. The layer 95 is a polarization layer or a set of the layers. Layer 96 is an optional layer for providing the desired separation between the two microcoil arrays. Layer 97 is a further magneto-optical film layer. Layer 98 is a further microcoil array layer. Layer 99 is a further polarization layer or a set of such layers. Layer 900 is a beam steering element array layer. The layer 901 is a plane that covers a material such as glass. In manufacturing, the device 910 can be fabricated by starting with the substrate layer 90 and depositing each layer in turn until the last layer 901 is added. Such a procedure has the effect of facilitating that the layer of the structure can be aligned with high accuracy in the processing. Instead, the layers can be processed in two or more portions and bonded together with a sufficient degree of alignment.

実装例によれば、デバイスの加工のために、望ましくない圧力によって引き起こされた複屈折等の、望ましくない複屈折を最小にし続けることが非常に重要である。圧力によって引き起こされる複屈折は、光の楕円形(elliptical)の偏光状態へ変化する、光の直線偏光状態又は円偏光状態を生じさせる。理想的には光の直線又は円偏光状態が存在するであろうデバイスにおける、楕円形の光の偏光状態の存在は、コントラスト及び色の忠実度を低減し、そのためにデバイスの性能を劣化させるだろう。   According to the implementation, it is very important for device processing to keep minimizing undesirable birefringence, such as birefringence caused by undesirable pressure. The birefringence induced by pressure gives rise to a linear or circular polarization state of the light that changes to the elliptical polarization state of the light. The presence of an elliptical light polarization state in a device where ideally a linear or circular polarization state of light would exist would reduce contrast and color fidelity and thus degrade device performance. Let's go.

本明細書で開示した実施では、MOSLMにおける、連続する振幅及び位相のエンコーディングを強調してきたが、振幅及び位相の非理想的な2つの組み合わせ、即ち、任意の実数の乗算ではなく、任意の複素数(実数を除く)でなければ、乗算を通じて等しい状態となることによって相関を有することはない2つの組み合わせの、連続するいかなる重み付けされたエンコーディングも、ホログラム画素をエンコーディングするために原理上は使用され得ることが、当業者によって理解されるであろう。その理由は、実行し得る画素のホログラフィック・エンコーディングのベクトル空間が、当該ベクトル空間の方向において、振幅及び位相の非理想的な任意の2つの組み合わせ、即ち、任意の実数の乗算ではなく、任意の複素数(実数を除く)でなければ、乗算を通じて等しい状態となることによって相関を有することはない任意の2つの組み合わせによって、張られることである。   The implementations disclosed herein have emphasized successive amplitude and phase encodings in MOSLM, but any non-ideal combination of amplitude and phase, ie any complex number rather than any real multiplication. If not (except real numbers), any successive weighted encoding of the two combinations that are not correlated by being equal through multiplication can in principle be used to encode the hologram pixel. Will be understood by those skilled in the art. The reason is that the vector space of the holographic encoding of pixels that can be performed is arbitrary in the direction of the vector space, rather than any two non-ideal combinations of amplitude and phase, ie any real multiplication If it is not a complex number (except for a real number), it is stretched by any two combinations that do not have a correlation by becoming equal through multiplication.

本明細書の図面においては、図示された相対的なサイズは、必ずしも原寸に比例しない。   In the drawings herein, the relative sizes shown are not necessarily proportional to the actual size.

本発明の種々の変形及び代替は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者にとって明らかとなるとともに、本発明は、実施形態及び本明細書で説明した実施に過度に限定されることはないものと理解されるべきである。   Various modifications and alternatives of the present invention will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention, and the present invention is not unduly limited to the embodiments and implementations described herein. Should be understood.

<付録I:技術的手引き>
以下のセクションは、本発明を実施するいくつかのシステムにおいて使用される、いくつかの重要な技術の手引きとして意図されている。
<Appendix I: Technical Guide>
The following sections are intended as guidance for some important techniques used in some systems implementing the present invention.

従来のホログラフィにおいて、観察者は、オブジェクト(変化するシーンの場合もある)のホログラフィック再構成を観察できる。ただし、ホログラムからの距離は関係ない。典型的な光学配置の1つにおいて、再構成は、ホログラムを照明する光源の像平面又はその近くに存在するため、それはホログラムのフーリエ平面である。従って、当該再構成は、再構成される実世界のオブジェクトの、同一の遠視野(far-field)の光分布を有する。   In conventional holography, an observer can observe a holographic reconstruction of an object (which may be a changing scene). However, the distance from the hologram does not matter. In one typical optical arrangement, the reconstruction is at or near the image plane of the light source that illuminates the hologram, so it is the Fourier plane of the hologram. Thus, the reconstruction has the same far-field light distribution of the real-world object to be reconstructed.

初期のシステムの1つ(特許文献1に記載)は、再構成されるオブジェクトが、ホログラムのフーリエ平面又はその近くに全く存在しない、極めて異なる配置を規定している。その代わりに、仮想観察者ウィンドウの領域が、ホログラムのフーリエ平面に存在し、当該観察者は、その目を当該位置に位置付けるとともに、それにより、正しい再構成のみ観察され得る。ホログラムは、LCD(又は他の種類の空間光変調器)に対してエンコーディングされ、仮想観察者ウィンドウがホログラム(従って、目に対して直接的に画像化されるのはフーリエ変換である。)のフーリエ変換となり得るために、照明される。従って、再構成されるオブジェクトは、レンズの焦点平面には存在しないため、ホログラムのフレネル変換である。それは、(遠視野の分布の平面的な波面とは対照的に、球面状の波面を用いてモデル化される)近視野(near-field)の光分布によって代わりに規定される。この再構成は、仮想観察者ウィンドウとLCDとの間のどこにでも、又は仮想的なオブジェクトとしてLCDの背後にでさえ現れ得る。   One of the earliest systems (described in US Pat. No. 6,057,836) defines a very different arrangement in which no reconstructed object exists at or near the Fourier plane of the hologram. Instead, a region of the virtual observer window is present in the Fourier plane of the hologram, and the observer can position his eye at that position so that only the correct reconstruction can be observed. The hologram is encoded to the LCD (or other type of spatial light modulator) and the virtual observer window is the Fourier transform (and thus it is the Fourier transform that is imaged directly to the eye). Illuminated to be a Fourier transform. Therefore, since the reconstructed object does not exist in the focal plane of the lens, it is a Fresnel transformation of the hologram. It is instead defined by a near-field light distribution (modeled with a spherical wavefront as opposed to a planar wavefront with a far-field distribution). This reconstruction can appear anywhere between the virtual observer window and the LCD, or even behind the LCD as a virtual object.

この手法には、いくつかの結果が存在する。まず、ホログラフィック・ビデオ・システムの設計者が直面する基本的な制限は、LCD(又は他の種類の光変調器)の画素ピッチである。目的は、適当なコストで商業的に使用可能な画素ピッチを有するLCDを使用して、大きなホログラフィック再構成を可能にすることである。しかし、これは、以下の理由によってこれまで実現されていない。λは照明光の波長、Dはホログラムからフーリエ平面までの距離、及びpはLCDの画素ピッチである場合、フーリエ平面における隣接する回折次数間の周期性間隔は、λD/pで与えられる。しかし、従来のホログラフィック・ディスプレイでは、再構成されるオブジェクトは、フーリエ平面に存在する。従って、再構成されるオブジェクトは、周期性間隔よりも小さい状態とされていなければならず、それよりも大きい場合には、その縁部が、隣接する回折次数から再構成の中へにじんでしまうだろう。このため、再構成されるオブジェクトは極めて小さくなり、高価な専用化された小さなピッチのディスプレイでさえ、典型的には直径でわずか数cmとなる。しかし、本発明の手法を用いると、(上述のように、ホログラムのフーリエ平面に位置付けられる)仮想観察者ウィンドウは、目の瞳孔の大きさだけ必要となる。その結果、適度な画素サイズを有するLCDでさえ使用され得る。また、再構成されるオブジェクトは、仮想観察者ウィンドウとホログラムとの間の錐台を完全に満たし得るため、実際に非常に大きく、即ち、周期性間隔よりも非常に大きくなり得る。   There are several consequences to this approach. First, the fundamental limitation faced by holographic video system designers is the pixel pitch of the LCD (or other type of light modulator). The goal is to allow large holographic reconstructions using LCDs with pixel pitches that are commercially available at a reasonable cost. However, this has not been realized so far for the following reasons. Where λ is the wavelength of the illumination light, D is the distance from the hologram to the Fourier plane, and p is the pixel pitch of the LCD, the periodic spacing between adjacent diffraction orders in the Fourier plane is given by λD / p. However, in a conventional holographic display, the reconstructed object is in the Fourier plane. Therefore, the reconstructed object must be smaller than the periodicity interval, otherwise its edge will bleed into the reconstruction from the adjacent diffraction orders. right. For this reason, the reconstructed objects are very small, even an expensive dedicated small pitch display, typically only a few centimeters in diameter. However, using the technique of the present invention, a virtual observer window (located in the Fourier plane of the hologram, as described above) is required only for the size of the pupil of the eye. As a result, even LCDs with reasonable pixel sizes can be used. Also, the reconstructed object can actually be very large, i.e. much larger than the periodic interval, since it can completely fill the frustum between the virtual observer window and the hologram.

別の効果も同様に存在し、一変形において実施される。ホログラムを算出する場合、例えば、仮にレーシングカーの3D(三次元)画像ファイルを作成する場合、再構成されるオブジェクトの知識を用いることによって開始する。当該ファイルは、当該オブジェクトが多数の異なる観察位置からどのように観察されるかを記述する。従来のホログラフィでは、レーシングカーの再構成を生成する必要があるホログラムは、コンピュータを駆使した処理で3D画像ファイルから直接的に導出される。しかし、仮想観察者ウィンドウの手法は、別の、コンピュータでより効率的な技術を可能にする。再構成されるオブジェクトの一平面から開始して、仮想観察者ウィンドウをオブジェクトのフレネル変換として算出できる。次に、累積的なフレネル変換を生成する結果を合計することによって、全てのオブジェクト平面についてこれを実現する。これは、仮想観察者ウィンドウと交差する波動場を規定する。次に、当該仮想観察者ウィンドウのフーリエ変換としてホログラムを算出する。仮想観察者ウィンドウは、オブジェクトの全ての情報を含むため、単一平面の仮想観察者ウィンドウのみがホログラムに変換されなければならず、複数平面のオブジェクトは変換されない。これは、仮想観察者ウィンドウからホログラムへの単一の変換ステップは存在せず、繰り返しフーリエ変換アルゴリズムに類似した繰り返し変換が存在する場合に、特に有益である。各繰り返しステップは、各オブジェクト平面についての変換の代わりに、仮想観察者ウィンドウの単一のフーリエ変換のみを含み、その結果、コンピュータ処理量が著しく低減される。   Another effect exists as well and is implemented in one variant. When calculating a hologram, for example, if a 3D (three-dimensional) image file of a racing car is created, it starts by using knowledge of the reconstructed object. The file describes how the object is viewed from a number of different viewing positions. In conventional holography, the holograms that need to generate a racing car reconstruction are derived directly from the 3D image file in a computer-intensive process. However, the virtual observer window approach allows another, more efficient technology on the computer. Starting from one plane of the reconstructed object, the virtual observer window can be calculated as the Fresnel transformation of the object. This is then achieved for all object planes by summing the results that produce the cumulative Fresnel transform. This defines a wave field that intersects the virtual observer window. Next, a hologram is calculated as the Fourier transform of the virtual observer window. Since the virtual observer window contains all the information of the object, only a single planar virtual observer window must be converted to a hologram, not a multi-plane object. This is particularly beneficial when there is no single transformation step from the virtual observer window to the hologram and there is an iterative transformation similar to the iterative Fourier transform algorithm. Each iteration step includes only a single Fourier transform of the virtual observer window instead of a transform for each object plane, resulting in a significant reduction in computer processing.

仮想観察者ウィンドウの別の興味深い結果は、所定のオブジェクト点を再構成することを必要とされる全ての情報は、ホログラムにおける相対的に小さな部分の中に含まれる。これは、所定のオブジェクト点を再構成するための情報が全体にわたって分散される従来のホログラムとは対照的である。それは、ホログラムにおけるより十分に小さな部分に情報をエンコーディングする必要があるため、処理及びエンコーディングする必要がある情報の量が、従来のホログラムよりも大幅に少ないことを意味する。それは、言い換えれば、従来のコンピュータによるデバイス(例えば、大量に出回っているデバイスに適した費用及び性能を有する従来のDSP)が、リアルタイムのビデオ・ホログラフィのためにでさえ使用され得ることを意味する。   Another interesting result of the virtual observer window is that all the information needed to reconstruct a given object point is contained in a relatively small portion of the hologram. This is in contrast to conventional holograms where information for reconstructing a given object point is distributed throughout. That means that the amount of information that needs to be processed and encoded is significantly less than conventional holograms because the information needs to be encoded in a much smaller portion of the hologram. In other words, it means that conventional computer-based devices (eg, conventional DSPs with cost and performance suitable for a large number of devices on the market) can be used even for real-time video holography. .

しかし、望ましい結果に満たない部分もある。まず、通常のホログラムでは、観察距離は重要ではないが、ホログラムからの観察距離は重要である。ホログラムは、目がホログラムのフーリエ平面に位置する場合にのみ、正確な再構成が観察される方法でエンコーディング及び照明される。しかし、このZ感度、又はその周辺の設計を緩和する種々の技術が存在する。   However, there are parts that are less than desirable. First, in a normal hologram, the observation distance is not important, but the observation distance from the hologram is important. The hologram is encoded and illuminated in such a way that an accurate reconstruction is observed only when the eye is located in the Fourier plane of the hologram. However, there are various techniques for relaxing this Z sensitivity or its surrounding design.

また、ホログラムは、最適なホログラフィック再構成が、正確かつ小さな観察位置(即ち、上述のように正確に規定されたZだけでなく、X及びY座標も)からのみ観察され得るような方法でエンコーディング及び照明されるため、視線追跡が必要とされ得る。Z感度とともに、X,Y感度又はその周辺の設計を緩和するための種々の技術が存在する。例えば、画素ピッチが減少するにつれて(LCDの製造が進歩するにつれて)、仮想観察者ウィンドウの大きさは増加する。さらに、より効率的な(Kinoformエンコーディングのような)エンコーディング技術が、仮想観察者ウィンドウとして周期性間隔のより大部分の使用を促進し、それにより仮想観察者ウィンドウの増大を促進する。   The hologram is also in such a way that the optimal holographic reconstruction can only be observed from an accurate and small viewing position (ie not only the precisely defined Z as described above, but also the X and Y coordinates). Gaze tracking may be required because it is encoded and illuminated. Along with Z sensitivity, there are various techniques for mitigating X, Y sensitivity or surrounding design. For example, as the pixel pitch decreases (as LCD manufacturing progresses), the size of the virtual observer window increases. In addition, more efficient encoding techniques (such as Kinoform encoding) facilitate the use of a greater portion of the periodic interval as a virtual observer window, thereby facilitating an increase in the virtual observer window.

上述の説明では、フーリエ・ホログラムを扱うことを仮定している。仮想観察者ウィンドウは、ホログラムのフーリエ平面、即ち、光源の像平面に存在する。効果の1つとして、回折されていない光が、いわゆるDCスポットに焦点を合わせられる。当該技術は、仮想観察者ウィンドウが光源の像平面に存在しない、フレネル・ホログラムにも使用され得る。しかし、回折されていない光は、妨害ノイズとして、可視状態ではないことに注意しなければならない。もう一つの注意点は、変換という用語は、光の伝搬を記述する変換と等価な又はそれに近い、数学的な又はコンピュータによる何れの技術をも含むように、解釈されるべきということである。変換は、マクスウェルの波動方程式によってより正確に定義される物理的なプロセスを、単に近似するにすぎない。フレネル及びフーリエ変換は、2次の近似であるが、それらは微分とは対照的に代数的であるため、コンピュータによる効率的な手法において取り扱われ得るとともに、光学系システムにおいて正確に実施され得るという効果を有する。   In the above description, it is assumed that a Fourier hologram is handled. The virtual observer window exists in the Fourier plane of the hologram, ie the image plane of the light source. One effect is that undiffracted light is focused on a so-called DC spot. The technique can also be used for Fresnel holograms where a virtual observer window is not present in the image plane of the light source. However, it should be noted that undiffracted light is not visible as disturbing noise. Another caveat is that the term transformation should be interpreted to include any mathematical or computational technique that is equivalent to or close to the transformation describing the propagation of light. The transformation simply approximates the physical process that is more accurately defined by Maxwell's wave equation. The Fresnel and Fourier transforms are second-order approximations, but they are algebraic as opposed to differentiation, so they can be handled in an efficient computerized manner and can be accurately implemented in an optical system. Has an effect.

さらなる詳細は、米国特許出願公開2006/0138711号明細書、米国特許出願公開2006/0139710号明細書、及び米国特許出願公開2006/0250671号明細書において得られ、それらの内容は参考のために示されている。   Further details are available in U.S. Patent Application Publication No. 2006/0138711, U.S. Patent Application Publication No. 2006/0139710, and U.S. Patent Application Publication No. 2006/0250671, the contents of which are shown for reference. Has been.

<付録II:本明細書において使用される用語の用語集>
(コンピュータ生成ホログラム)
実装例に対応するコンピュータ生成ビデオホログラム(CGH)は、シーンから算出されるホログラムである。CGHは、シーンの再構成に必要とされる光波の振幅及び位相を表現する複素数値を含み得る。CGHは、例えば、コヒーレント・レイ・トレーシングによって、シーンと参照波との間の干渉によって、又はフーリエ変換若しくはフレネル変換によって、算出され得る。
<Appendix II: Glossary of terms used in this specification>
(Computer generated hologram)
The computer generated video hologram (CGH) corresponding to the implementation example is a hologram calculated from a scene. The CGH can include complex values that represent the amplitude and phase of the light wave required for scene reconstruction. The CGH can be calculated, for example, by coherent ray tracing, by interference between the scene and the reference wave, or by Fourier transform or Fresnel transform.

(エンコーディング)
空間光変調器(例えば、構成セル)にビデオホログラムの制御値を供給する手順である。一般的に、ホログラムは、振幅及び位相を表現する複素数値を含む。
(encoding)
This is a procedure for supplying video hologram control values to a spatial light modulator (for example, a constituent cell). In general, a hologram includes complex values that represent amplitude and phase.

(エンコーディングされた領域)
エンコーディングされた領域は、典型的には、単一のシーン点のホログラム情報がエンコーディングされる、空間的に制限されたビデオホログラムの領域である。空間的な制限は、急峻な打ち切りによって、又はビデオホログラムに対する仮想観察者ウィンドウのフーリエ変換によって実現されるなだらかな遷移によって、実現される。
(Encoded area)
The encoded region is typically a spatially limited region of the video hologram where the hologram information for a single scene point is encoded. Spatial restrictions are realized by sharp truncation or by smooth transitions realized by the Fourier transform of the virtual observer window relative to the video hologram.

(フーリエ変換)
フーリエ変換は、空間光変調器の遠視野における光の伝搬を算出するために使用される。当該波面は、平面波によって表現される。
(Fourier transform)
The Fourier transform is used to calculate the propagation of light in the far field of the spatial light modulator. The wavefront is represented by a plane wave.

(フーリエ平面)
フーリエ平面は、空間光変調器における光分布のフーリエ変換を含む。集束レンズがない場合、フーリエ平面は無限遠にある。集束レンズが空間光変調器に近接した光路にある場合、フーリエ平面は、光源の画像を含む平面に等しい。
(Fourier plane)
The Fourier plane includes a Fourier transform of the light distribution in the spatial light modulator. In the absence of a focusing lens, the Fourier plane is at infinity. When the focusing lens is in the optical path close to the spatial light modulator, the Fourier plane is equal to the plane containing the image of the light source.

(フレネル変換)
フレネル変換は、空間光変調器の近視野における光の伝搬を算出するために使用される。当該波面は、球面波によって表現される。光波の位相要素は、横座標に二次的に依存する項を含む。
(Fresnel conversion)
The Fresnel transform is used to calculate the propagation of light in the near field of the spatial light modulator. The wavefront is represented by a spherical wave. The phase element of the light wave includes a term that depends quadratically on the abscissa.

(錐台(Frustum))
仮想的な錐台は、観察者ウィンドウとSLMとの間に構成され、SLMの後段に広がっている。シーンは、この錐台の中に再構成される。再構成されるシーンの大きさは、この錐台によって制限され、SLMの周期性間隔によって制限されることはない。
(Frustum)
A virtual frustum is formed between the observer window and the SLM and extends to the rear stage of the SLM. The scene is reconstructed in this frustum. The size of the reconstructed scene is limited by this frustum and not by the SLM periodicity interval.

(結像光学系)
結像光学系は、1以上の光学部品であって、例えば、1つの光源(又は複数の光源)の画像を形成するために使用されるレンズ、レンチキュラ・アレイ、又はマイクロレンズ・アレイである。本明細書において、結像光学系が欠如することは、ホログラフィック再構成を構成する際に、フーリエ平面と1つ又は2つのSLMとの間に位置付けられた平面において、本明細書で説明したとおり1つ又は2つのSLMの画像を形成するために結像光学系が使用されていないことを意味する。
(Imaging optics)
The imaging optical system is one or more optical components, for example, a lens, a lenticular array, or a microlens array that is used to form an image of one light source (or a plurality of light sources). Here, the lack of imaging optics has been described herein in the plane located between the Fourier plane and one or two SLMs when constructing a holographic reconstruction. This means that no imaging optics is used to form one or two SLM images.

(光システム)
光システムは、レーザのようなコヒーレントな光源、又はLEDのような部分的にコヒーレントな光源を含む。部分的にコヒーレントな光の時間的及び空間的なコヒーレンスは、シーンの良好な再構成を容易にするのに十分でなければならない。即ち、スペクトル線の幅及び放射面の横方向の拡張は、十分に小さくなければならない。
(Optical system)
The light system includes a coherent light source such as a laser or a partially coherent light source such as an LED. The temporal and spatial coherence of partially coherent light must be sufficient to facilitate good reconstruction of the scene. That is, the width of the spectral line and the lateral extension of the emission surface must be sufficiently small.

(マイクロレンズ・アレイ)
マイクロレンズアレイは、ディスプレイの小領域において局所化されたコヒーレンスを提供する。当該領域は、再構成されたオブジェクトの所定の点を再構成するのに利用される情報をエンコードするディスプレイのごく一部である。局所化されたコヒーレンスは、典型的にはアレイの1つのマイクロレンズに存在する。サブホログラム、即ち、エンコードされた領域は、単一のマイクロレンズよりも大きくてもよい。再構成点は、異なるマイクロレンズからのいくつかの最構成像をインコヒーレントに重ねあわせたものであろう。典型的には、サブホログラム、即ち、エンコードされた領域は、1又は2マイクロレンズに広がっている。
(Microlens array)
Microlens arrays provide localized coherence in a small area of the display. This area is a small part of the display that encodes the information used to reconstruct a given point of the reconstructed object. Localized coherence is typically present in one microlens of the array. The sub-hologram, ie the encoded area, may be larger than a single microlens. The reconstruction point will be an incoherent superposition of several reconstructed images from different microlenses. Typically, the sub-hologram, i.e. the encoded area, extends over one or two microlenses.

(仮想観察者ウィンドウ(VOW))
仮想観察者ウィンドウは、再構成された3Dオブジェクトが観察される観察者平面における仮想的なウィンドウである。VOWは、ホログラムのフーリエ変換であり、可視状態にあるオブジェクトの複数の再構成を避けるために、1つの周期性間隔内に位置付けられる。VOWの大きさは、少なくとも目の瞳孔の大きさでなければならない。観察者トラッキング・システムを用いて少なくとも1つのVOWが観察者の目に位置付けられる場合には、VOWは、観察者の横方向の移動範囲よりずっと小さくなり得る。このことは、適度な解像度と、それによる小さい周期性間隔とを有するSLMの使用を容易にする。VOWは、それぞれの目に対する1つのVOW又は両方の目に対する1つのVOWが、再構成された3Dオブジェクトが観察され得るキーホール(keyhole)と想像され得る。
(Virtual observer window (VOW))
The virtual observer window is a virtual window in the observer plane where the reconstructed 3D object is observed. VOW is the Fourier transform of a hologram and is positioned within one periodic interval to avoid multiple reconstructions of objects that are visible. The size of the VOW must be at least the size of the pupil of the eye. If at least one VOW is positioned in the observer's eye using the observer tracking system, the VOW can be much smaller than the lateral movement range of the observer. This facilitates the use of SLMs with reasonable resolution and thereby a small periodic spacing. A VOW can be imagined as a keyhole where a reconstructed 3D object can be observed, one VOW for each eye or one VOW for both eyes.

(周期性間隔)
個別にアドレス指定可能な(addresable)セルから成るSLM上に表示される場合、CGHはサンプリングされる。このサンプリングは、回折パターンの周期的な繰り返しを生じさせる。周期性間隔は、λD/pであり、λは波長、Dはホログラムからフーリエ平面までの距離、及び、pはSLMセルのピッチである。
(Periodic interval)
When displayed on an SLM consisting of individually addressable cells, the CGH is sampled. This sampling causes a periodic repetition of the diffraction pattern. The periodicity interval is λD / p, where λ is the wavelength, D is the distance from the hologram to the Fourier plane, and p is the pitch of the SLM cell.

(再構成)
ホログラムを用いてエンコーディングされた、照明された空間光変調器は、元の光分布を再構成する。この光分布は、ホログラムを算出するために使用されていた。理想的には、観察者が、再構成された光分布と元の光分布とを区別することが不可能であろう。大部分のホログラフィック・ディスプレイでは、シーンの光分布が再構成される。本発明のディスプレイでは、仮想的な観察者ウィンドウにおける光分布が再構成される。
(Reconstruction)
An illuminated spatial light modulator, encoded using a hologram, reconstructs the original light distribution. This light distribution was used to calculate the hologram. Ideally, the observer would be unable to distinguish between the reconstructed light distribution and the original light distribution. In most holographic displays, the light distribution of the scene is reconstructed. In the display of the present invention, the light distribution in the virtual observer window is reconstructed.

(シーン)
再構成されるシーンは、現実の又はコンピュータにより生成される三次元の光分布である。特別な場合として、二次元の光分布の場合もある。シーンは、空間に配置された、固定された又は移動する異なるオブジェクトを構成し得る。
(scene)
The scene to be reconstructed is a real or computer generated three-dimensional light distribution. As a special case, there may be a two-dimensional light distribution. A scene may constitute different objects that are fixed or moving in space.

(空間光変調器(SLM))
SLMは、入射光の波面を変調するために使用される。理想的なSLMは、任意の複素数値を表現でき、即ち、光波の振幅及び位相を独立に制御することができよう。しかし、従来の典型的なSLMは、他の特性にも影響を及ぼす望ましくない副作用を生じた状態で、振幅及び位相の何れか1特性のみを制御する。
(Spatial light modulator (SLM))
The SLM is used to modulate the wavefront of incident light. An ideal SLM could represent any complex value, i.e., the amplitude and phase of the light wave could be controlled independently. However, conventional typical SLMs control only one of the amplitude and phase characteristics with undesirable side effects that also affect other characteristics.

Claims (25)

少なくとも1つの光磁気SLMを備えるホログラフィック・ディスプレイ装置。   Holographic display device comprising at least one magneto-optical SLM. 第1のMOSLM及び第2のMOSLMを備え、該第1のMOSLM及び該第2のMOSLMはホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成を生成することを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic structure of claim 1, comprising a first MOSLM and a second MOSLM, wherein the first MOSLM and the second MOSLM encode a hologram to produce a holographic reconstruction. Display device. 前記第1のMOSLM及び前記第2のMOSLMは独立制御された方法でホログラム画素のアレイの振幅及び位相を変調することを特徴とする請求項2に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 2, wherein the first MOSLM and the second MOSLM modulate the amplitude and phase of the array of hologram pixels in an independently controlled manner. 振幅及び位相から構成される複素数が透過光において画素毎にエンコーディングされるように、小型で且つ順番に光の振幅及び位相を変調するのに使用される前記第1のMOSLM及び前記第2のMOSLMの小型の組合せを備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The first MOSLM and the second MOSLM are small and in turn used to modulate the amplitude and phase of the light so that a complex number composed of amplitude and phase is encoded per pixel in the transmitted light. The holographic display device according to claim 2, comprising a small combination of MOSLMと十分なコヒーレンスの小型の光源との小型の組合せを備え、該組合せは、適切な照明条件下で3次元画像を生成可能であることを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display according to claim 1, comprising a small combination of a MOSLM and a small light source of sufficient coherence, the combination being capable of generating a three-dimensional image under suitable illumination conditions. apparatus. オブジェクトのホログラフィック再構成と共に、1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵する高倍率の3次元画像ディスプレイ装置コンポーネントを備えることを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, comprising a high-magnification three-dimensional image display device component incorporating a small combination of one or two MOSLMs with holographic reconstruction of the object. 1つ又は2つのMOSLMの小型の組合せを内蔵し、プロジェクタとして使用可能な、請求項1に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein a small combination of one or two MOSLMs is built in and can be used as a projector. 少なくとも1つのSLMがホログラムをエンコーディングし、ホログラフィック再構成を生成する請求項1乃至7のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。 8. A holographic display device according to any one of the preceding claims, wherein at least one SLM encodes a hologram to produce a holographic reconstruction. ファラデー効果を使用して光を変調することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   9. The holographic display device according to claim 1, wherein light is modulated using a Faraday effect. 前記ファラデー効果が磁性フォトニック結晶を使用して実現されることを特徴とする請求項9に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 9, wherein the Faraday effect is realized using a magnetic photonic crystal. 前記ファラデー効果がドープガラス繊維を使用して実現されることを特徴とする請求項9に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。 The holographic display device according to claim 9, wherein the Faraday effect is realized using a doped glass fiber. 前記ファラデー効果が光磁気フィルムを使用して実現されることを特徴とする請求項9に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。 The holographic display device according to claim 9, wherein the Faraday effect is realized by using a magneto-optical film. 前記ホログラフィック再構成が複数の仮想観察者ウィンドウを介して視認可能であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the holographic reconstruction is visible through a plurality of virtual observer windows. 前記複数の仮想観察者ウィンドウが空間多重化又は時間多重化を使用してタイル状に配置されることを特徴とする請求項13に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   14. The holographic display device according to claim 13, wherein the plurality of virtual observer windows are arranged in a tile shape using spatial multiplexing or time multiplexing. 前記ディスプレイが観察者の左眼及び右眼に対するホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   15. The display of any one of claims 1 to 14, wherein the display is operable to re-encode holograms on a medium including holograms for the left and right eyes of an observer in time series. Holographic display device. 前記ディスプレイが2人以上の観察者の各々の左眼及び右眼に対してホログラムを含む媒体上のホログラムを時系列に再エンコーディングするように動作可能であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   16. The display is operable to re-encode time-series holograms on a medium containing holograms for the left and right eyes of each of two or more viewers. The holographic display device according to any one of the above. 前記ディスプレイがビームステアリングのためのエレメント又はビームスプリッタを有することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the display includes an element for beam steering or a beam splitter. 前記ディスプレイがCIADレイヤを有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the display has a CIAD layer. 前記ディスプレイが視線追跡を有することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the display has a line-of-sight tracking. 前記ディスプレイがバックライト及びマイクロレンズアレイにより照明されることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   20. The holographic display device according to any one of claims 1 to 19, wherein the display is illuminated by a backlight and a microlens array. テレビ装置であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the holographic display device is a television device. モニター装置であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the holographic display device is a monitor device. 携帯可能であることを特徴とする請求項1乃至22のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置。   The holographic display device according to claim 1, wherein the holographic display device is portable. ホログラフィック・ディスプレイ装置を製造する方法であって、ガラス基板を用意し、該基板上にMOSLMのためのレイヤを連続してプリントするか、又は、生成する工程を備えることを特徴とする方法。   A method for manufacturing a holographic display device, comprising the steps of providing a glass substrate and successively printing or generating a layer for MOSLM on the substrate. 請求項1乃至23のいずれか1項に記載のホログラフィック・ディスプレイ装置を利用する工程を備える、ホログラフィック再構成の生成方法。   24. A method for generating a holographic reconstruction comprising the step of using the holographic display device according to any one of claims 1 to 23.
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