JP2019200410A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用の照明システムが提供される。【解決手段】照明システムは、ホログラフィックプロジェクタと配光システムとを備える。ホログラフィックプロジェクタは、ホログラムエンジンと空間光変調器とを備える。ホログラムエンジンはホログラムを出力するように構成される。空間光変調器は、各ホログラムを表示し、各ホログラムに従って光を空間的に変調するように構成される。空間的変調光は、再生面上に、各ホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成する。配光システムは複数の光ファイバを備える。各光ファイバは、再生面のそれぞれのサブエリアに光学的に結合された入力と、車両の照明サブシステムと光学的に結合された出力とを有する。【選択図】なし

Description

本開示は照明システムに関する。より具体的には、本開示は、自動車などの車両用の照明システムに関する。本開示はまた、車両の内部照明サブシステムなど、車両の照明サブシステム用の中央光源に関する。本開示はさらに、車両の照明サブシステムに光を提供、分配、または方向付ける方法に関する。本開示はまた、車両用の光通信システムに関する。より具体的には、本開示はまた、車両用のＬｉ−Ｆｉシステムに関する。

背景と概略

物体から散乱された光は振幅と位相の両方の情報を含む。この振幅および位相情報は、干渉縞を含む、ホログラフィック記録または「ホログラム」を形成するための周知の干渉技術によって、例えば、感光性プレート上に捕捉することができる。ホログラムは二次元または三次元のホログラフィック再構成を形成する上で適切な光の照射、または元のオブジェクトを表現する再生イメージによって再構成することができる。

コンピュータ生成ホログラム（以後「ＣＧＨ」）は、フレネル変換またはフーリエ変換などの数学的変換に基づく技術によって計算することができる。これらの種類のホログラムは、フレネルホログラムまたはフーリエホログラムと呼ばれることがある。フーリエホログラムは、物体のフーリエドメイン表現または物体の周波数ドメイン表現と見なすことができる。ＣＧＨはまた、例えば、コヒーレントレイトレーシングまたは点群技術によって計算されてもよい。

ＣＧＨは、入射光の振幅および／または、位相を変調するように構成された空間光変調器（以後「ＳＬＭ」）上に符号化することができる。光の変調は、例えば、電気的にアドレス可能な液晶、光学的にアドレス可能な液晶、またはマイクロミラーを使用して達成され得る。

ＳＬＭは、セルまたは要素とも呼ばれることがある個々にアドレス指定可能な複数の画素を含むことができる。光変調方式は、２値、多値または連続的であり得る。あるいは、装置は連続的（すなわち、画素から構成されていない）でもよく、したがって光の変調は装置全てにわたって連続的でもよい。ＳＬＭは反射性であってもよく、これは変調光がＳＬＭから反射的に出力されることを意味する。ＳＬＭは同様に透過性であってもよく、これはＳＬＭから出力される変調光が透過であることを意味する。

上記の技術を利用して、イメージング用のホログラフィックプロジェクタを提供することができる。このプロジェクタは、例えば、近用機器を含むヘッドアップディスプレイ、（以後「ＨＵＤ」）、およびヘッドマウントディスプレイ、（以後「ＨＭＤ」）において応用可能である。

本明細書では、ホログラフィックプロジェクタの新しい用途が開示されている。

本開示の態様は、添付の独立請求項に定義されている。

本発明は車両用の照明システムに関する。照明システムは、ホログラフィックプロジェクタと配光システムとを備える。ホログラフィックプロジェクタは、ホログラムエンジンと空間光変調器とを備える。ホログラムエンジンはホログラムを出力するように構成される。空間光変調器は、各ホログラムを表示し、各ホログラムに従って光を空間的に変調するように構成される。空間変調光は、再生面上に、各ホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成する。配光システムは複数の光ファイバを備える。各光ファイバは、再生面のそれぞれのサブエリアに光学的に結合された入力と、車両の照明サブシステムに光学的に結合された出力とを備える。

車両用の中央照明システムが提供される。したがって、車両の各照明サブシステムはそれ自身の局所光源を必要としない。ここで、複数の光源ではなく単一の光源が車両内に設けられる。これによりメンテナンスや、車両サブシステムの同期を含む中央制御が容易になる。照明システムは他の既存の自動車システムと容易に結合することができる。各光ファイバの出力は、配光システムがどの光ファイバまたは複数のファイバが光を伝達するか、つまりは、どの照明サブシステムまたは複数のサブシステムそれ自体が、例えば車両内に光を放射することができるかを制御するために、車両の照明サブシステムの入力と光学的に結合されている。照明サブシステムが照明システムから光源からの光を受け取らない場合、照明サブシステム自体は光を放射することができない。したがって、照明サブシステムのスイッチを入れることはできない。本明細書に記載のホログラフィックプロジェクタは、ソフトウェア制御ホログラムを使用して光を受け、任意選択的にまたは代替的に、ソフトウェア制御格子機能をホログラムと組み合わせ、再生面内のホログラフィック再生フィールドの位置を制御することができるホログラフィック再生フィールドのサブエリアを決定するため、この用途に非常に適している。これにより、再生面に形成される光照射野に対して有効な制御が提供される、これにより、光ファイバの配列を使用して車両内で光を中央に分配するための良好なシステムが可能となる。このシステムは非常に柔軟であり、なおかつ拡張性が高い。

ホログラフィック再構成は、複数の光ファイバのうちの１つの光ファイバに光学的に結合された再生面の少なくとも１つのサブエリアを照明することができる。再生面のサブエリアは、車両の照明サブシステムに割り当てられる。サブエリアは任意の数使用することができる。サブエリアと照明サブシステムとの間に１対１の対応関係があってもよく、あるいは１対多の対応関係があってもよく、あるいは１対１および１対多の対応関係の混合があってもよい。各光ファイバは、対応するサブエリアから光を受け取るように配置されている。当該システムは、ホログラフィック再生面を光ファイバに選択的に分配するための物理的領域として使用するホログラフィックプロジェクタによって可能となる、光照射野の高度な制御を利用する。

ホログラムエンジンは、１回目に第１のホログラムを出力し、ホログラムエンジンは、１回目と等しくない２回目に第２のホログラムを出力するように構成されてもよい。第１のホログラムは、複数の光ファイバのうちの第１の光ファイバに光学的に結合された再生面の第１のサブエリアを照明する第１のホログラフィック再構成を形成する。第２のホログラムは、複数の光ファイバのうちの第２の光ファイバに光学的に結合された再生面の第２のサブエリアを照明する第２のホログラフィック再構成を形成する。このシステムは、空間光変調器のリアルタイムの再構成可能性を利用して、空間的に分離された複数の光ファイバ間に動的に光を割り当てる。

第１のホログラムおよび第２のホログラムにおいて、第１のサブエリアを照らす光の明るさが第２のサブエリアを照らす光の明るさと等しくないようにすることができる。各照明サブシステムの明るさは、さらに改善された照明システムを提供するために、ソフトウェアによって個々に調整されてもよい。

第1のホログラム及び第２のホログラムは、第１のサブエリアを照らす光の色が第２のサブエリアを照らす光の色と等しくないものでもよい。各照明サブシステムに分配される光の色は、さらに改善された照明システムを提供するために、個々に調整されてもよい。

ホログラムエンジンはさらに、各ホログラムを、格子周期を有する光学格子に対応する格子関数と組み合わせるように構成されてもよい。したがって、再生面上の再生フィールドの位置は、格子周期に従ってソフトウェアで制御され、それによって再生面上の光の分配にさらなる自由度を提供する。

格子周期は、ホログラフィック再構成によって照明された再生面の１つまたは複数のサブエリアを決定することができる。格子周期は、光ファイバに結合されている再生面のサブエリアを選択的に照明するよう、動的に制御されてもよい。これにより、照明システムにさらなる柔軟性が提供される。

ホログラムエンジンは、格子関数のルックアップテーブルを備え得る。各格子関数は、車両の少なくとも１つの照明サブシステムに対応する。したがって、どの照明サブシステムまたは複数の照明サブシステムが光を受けるのかを決定するための簡潔なシステムが提供される。

各光ファイバはマルチモード光ファイバであってもよい。再生面上に形成された光照射野はホログラフィによって形成され、したがって最低限のコヒーレンス長を有する光を必要とする。しかしながら、各光ファイバは単一の伝搬モードに限定される必要はない。許容される、それぞれが異なる伝搬モードは、照明サブシステムにより均一な配光を提供するように作用するため、マルチモードファイバが好ましい場合もある。

照明サブシステムは、内部ドアハンドルライト、外部ドアハンドルライト、電動窓スイッチ、バニティミラーライト。読書灯、フットウェルライト、ウェルカムマットライト、ドアシルライトまたはウィングミラーライトであり得る。

ホログラムは、フーリエ変換ホログラムまたはフレネル変換ホログラムであってもよい。したがって、空間光変調器から再生面までの距離に対するソフトウェア制御が提供される。

ホログラフィックプロジェクタは、再生面において、ホログラフィック再構成を受けるように構成された受光面をさらに備えることができる。受光面は、レーザスペックルの知覚を低減し、再生面に形成される照明パターンの均一性を向上するために移動可能であってもよい。

空間光変調器は位相変調器であってもよく、ホログラムは位相遅延値の配列を含むことができる。従って、画像形成プロセスはエネルギー効率が高い。

ホログラムエンジンは、画像データを受信し、ホログラムを画像データからリアルタイムで計算するように構成されてもよい。ホログラムエンジンは、制御信号を受信し、メモリに記憶された制御信号に対応する複数のホログラムからホログラムを決定するように構成されてもよい。

照明システムはさらに、Ｌｉ−Ｆｉを含む無線セルラーネットワークなどの無線通信システムとして使用することができる。配光システムは、セルラーデータを配信するために使用されてもよい。車両の各照明サブシステムは、同じデータまたは異なるデータまたはそれらの任意の組み合わせを分配するために使用され得る。車両の照明サブシステムの選択されたサブセットを使用して、セルラーデータを配信または通信または送信することができる。

すなわち、配光システムは、追加的または代替的に、車両の少なくとも１つの照明サブシステムがＬｉ−ＦｉシステムのＬｉ−Ｆｉアンテナ（または送信機）であるＬｉ−Ｆｉシステム（またはネットワーク）を形成することができる。空間変調光は、電気通信（またはセルラー）データで変調または符号化することができる。車両の第１の照明サブシステムは第１の電気通信データを送信するのに使用され、車両の第２の照明サブシステムは第２の電気通信データを送信するのに使用さる、任意選択で、第１の電気通信データは第２の電気通信データと異なる。

ここで照明システムを備える車両も提供される。

車両の照明サブシステムに光を提供する方法も提供される。この方法は、空間光変調器にホログラムを提供すること、空間光変調器上にホログラムを表示すること、および再生面上にホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成するためにホログラムに従って光を空間的に変調することを含む。またこの方法は、ホログラフィック再構成によって照明された再生面のサブエリアに光学的に結合された入力と、照明サブシステムに光学的に結合された出力とを有する光ファイバを使用して、ホログラフィック再構成の光を車両の照明サブシステムに供給する工程をさらに含む。

この方法はさらに、空間光変調器に第２のホログラムを提供すること、空間光変調器上に第２のホログラムを表示すること、および再生面上に第２のホログラムに対応する第２のホログラフィック再構成を形成するために第２のホログラムに従って光を空間的に変調することを含み得る。またこの方法は、第２ホログラフィック再構成によって照明された再生面の第２サブエリアに光学的に結合された入力と、第２照明サブシステムに光学的に結合された出力とを有する第２光ファイバを使用して、第２ホログラフィック再構成の光を車両の第２照明サブシステムに供給する工程をさらに含む。

用語「ホログラム」は、対象物に関する振幅情報もしくは位相情報、またはそれらの何らかの組み合わせを含む記録を指すのに使用される。用語「ホログラフィック再構成」は、ホログラムを照射することによって形成される物体の光学的再構成を指すのに使用される。
本明細書では、「再生面」という用語は、ホログラフィック再構成が完全に形成されている空間内の平面を指すのに使用される。本明細書では、「再生フィールド」という用語は、空間光変調器から空間変調光を受け取ることができる再生面のサブエリアを指すために使用される。「画像」、「再生画像」、および「画像領域」という用語は、ホログラフィック再構成を形成する光によって照明される再生フィールドの領域を指す。実施形態では、「画像」は、「画像ピクセル」と呼ぶことができる離散スポットを含むことができる。

用語「符号化」、「書き込み」または「アドレス指定」は、それぞれの画素の変調レベルをそれぞれ決定する複数の制御値をＳＬＭの複数の画素に提供するプロセスを説明するために使用される。ＳＬＭの画素は、複数の制御値の受信に応答して光変調分布を「表示」するように構成されていると表現することができる。したがって、ＳＬＭはホログラムを「表示する」と表現することができる。

許容可能な品質のホログラフィック再構成は、元の物体に関する位相情報のみを含む「ホログラム」からでも形成できることが分かった。そのようなホログラフィック記録は位相限定ホログラムと呼ばれることがある。実施形態は位相限定ホログラムに関するが、本開示は振幅限定ホログラフィにも同様に適用可能である。

本開示は、元の物体に関する振幅および位相情報を使用したホログラフィック再構成の形成にも同様に適用可能である。いくつかの実施形態では、これは、元の物体に関する振幅情報と位相情報の両方を含む、いわゆる完全複素ホログラムを使用した複素変調によって達成される。そのようなホログラムは、ホログラムの各画素に割り当てられた値（グレイレベル）が振幅および位相成分を有することから、完全複素ホログラムと呼ばれることがある。各画素に割り当てられた値（グレイレベル）は、振幅成分と位相成分の両方を有する複素数として表すことができる。いくつかの実施形態では、完全に複雑なコンピュータ生成ホログラムが計算される。

「位相遅延」の省略形として、位相値、位相成分、位相情報、または単にコンピュータ生成ホログラムまたは空間光変調器の画素の位相を参照することができる。すなわち、記載された任意の位相値は、実際には、その画素によって提供される位相遅延の量を表す数（例えば、０から２πの範囲内）である。例えば、位相値がπ／２であると記載された空間光変調器の画素は、受光された光の位相をπ／２ラジアンだけ変化させる。いくつかの実施形態において、空間光変調器の各画素は、複数の想定可能な変調値（例えば位相遅延値）のうちの１つにおいて動作可能である。ここで用語「グレイレベル」は、複数の利用可能な変調レベルを指すために使用され得る。たとえば、異なる位相レベルが異なるグレー階調をもたらさないとしても、用語「グレイレベル」は位相限定変調器における複数の利用可能な位相レベルを指すために便宜上使用されうる。用語「グレイレベル」はまた、複素変調器における複数の利用可能な複素変調レベルを指すために便宜上使用されうる。

以下の詳細な説明では、異なる実施形態および実施形態群を別々に開示することができるが、任意の実施形態または実施形態群の任意の特徴を任意の他の特徴または任意の実施形態または実施形態群の特徴の組み合わせと組み合わせることができる。すなわち、本開示に開示されている特徴の全ての可能な組み合わせおよび置換が想定されている。

特定の実施形態は、添付の図面を参照した例示としてのみ説明される。

図１は、スクリーン上にホログラフィック再構成を生成する反射型ＳＬＭを示す概略図である。 図２Ａは、例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの最初の反復を示す図である。 図２Ｂは、例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの２回目以降の反復を示す図である。 図２Ｃは、例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ型アルゴリズムの代替的な２回目以降の反復を示す図である。 図３は、反射型ＬＣＯＳ ＳＬＭの概略図である。 図４は、いくつかの実態形態による照射システムを搭載した車両を示す図である。 図５は、いくつかの実施形態による配光システムを示す図である。 図６は、いくつかの実施形態によるホログラフィック再生フィールドを示す図である。

同一または類似の部分を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。

実施形態の詳細な説明

本発明は、以下に記載される実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶ。すなわち、本発明は様々な形で実施することができ、例示の目的で記載されている記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

単数形の用語は、他に特定されない限り、複数形を含み得る。

他の構造物の上部／下部または他の構造物の上／下に形成されると記載されている構造体は、構造体同士が接している場合と、さらにその間に第３の構造体が配置されている場合とを含む。

時間関係を説明する際に、例えば、事象の時間的順序が「その後」、「続いて」、「次に」、「その前に」などとして説明される場合、特に指定しない限り、本開示は連続的および非連続的事象を含むと解釈されるべきである。例えば、「ちょうど」、「即時に」、または「直接」などの表現が使用されていない限り、その記述は連続的ではない場合を含むと解釈されるべきである。

本明細書では「第１」、「第２」などの用語を使用して様々な要素を説明することがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、ある要素を他の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。

異なる実施形態の特徴は、互いに部分的にまたは全体的に結合されるか、または組み合わされてもよく、互いに様々なかたちで相互運用されてもよい。いくつかの実施形態は、互いに独立して実行されてもよく、あるいは相互依存関係のなかで共に実行されてもよい。

光学構成

図１は、コンピュータ生成ホログラムが単独の空間光変調器上に符号化される実施形態を示す。コンピュータ生成ホログラムは、再構成のための物体のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは、物体のフーリエドメインまたは周波数ドメインまたはスペクトルドメインによる表現であると言える。この実施形態では、空間光変調器はシリコン上の反射型液晶（ＬＣＯＳ）デバイスである。ホログラムは空間光変調器上に符号化され、ホログラフィック再構成は再生フィールド、例えばスクリーンまたはディフューザなどの受光面で形成される。

光源１１０、例えばレーザまたはレーザダイオードは、コリメートレンズ１１１を介してＳＬＭ１４０を照明するように配置されている。コリメートレンズは、光のほぼ平面の波面をＳＬＭに入射させる。図１では、波面の方向は法線外である（例えば、透明層の平面に対して真に直交する角度から２度または３度離れている）。しかしながら、他の実施形態では、ほぼ平面の波面が垂直入射で提供され、ビームスプリッタ配置が入力光路と出力光路を分離するために使用される。図１に示す実施形態では、光源からの光がＳＬＭの鏡面背面から反射され、光変調層と交わって出射波面１１２を形成するように構成されている。出口波面１１２は、スクリーン１２５に焦点を合わせたフーリエ変換レンズ１２０を含む光学系に適用される。より具体的には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ１４０から変調光のビームを受け取り、周波数空間変換を実行してスクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。

特に、このタイプのホログラフィでは、ホログラムの各画素が全体の再構成に寄与する。再生フィールド上の特定の点（または画像画素）と特定の光変調素子（またはホログラム画素）との間に一対一の関係はない。言い換えれば、光変調層から出る変調光は再生フィールド全体にわたって分布する。

これらの実施形態では、空間内のホログラフィック再構成の位置は、フーリエ変換レンズの屈折力（集束力）によって決定される。図１に示す実施形態において、フーリエ変換レンズは物理レンズである。すなわち、フーリエ変換レンズは光学的フーリエ変換レンズであり、フーリエ変換は光学的に行われる。どのようなレンズであってもフーリエ変換レンズとして機能するが、フーリエ変換の精度はレンズの性能によって制限される。当業者にとって、レンズを使用して光フーリエ変換を実行する方法は既知のものである。

ホログラム計算

いくつかの実施形態において、コンピュータ生成ホログラムは、フーリエ変換ホログラム、または単にホログラム、若しくはフーリエベースのホログラムであって、凸レンズのフーリエ変換特性を利用することによって遠視野において画像が再構成される。フーリエホログラムは、再生面内の好ましい光場をフーリエ変換してレンズ面に戻すことによって計算される。コンピュータ生成フーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算することができる。

フーリエ変換ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムなどのアルゴリズムを使用して計算することができる。さらに、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムを使用して、（写真などの）空間領域内の振幅限定情報からフーリエ領域内のホログラム（すなわち、フーリエ変換ホログラム）を計算することができる。物体に関する位相情報は、空間ドメイン内の振幅限定情報から効果的に「取り出される」。いくつかの実施形態において、コンピュータ生成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムまたはその変形を使用して振幅限定情報から計算される。

Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、それぞれ平面ＡおよびＢにおける光ビームの強度断面ＩＡ（ｘ、ｙ）およびＩＢ（ｘ、ｙ）が既知であり、またＩＡ（ｘ、ｙ）およびＩＢが単一のフーリエ変換によって関連付けられている状況を想定する。与えられた強度断面積を用いて、平面ＡおよびＢにおける位相分布、それぞれΨＡ（ｘ、ｙ）およびΨＢ（ｘ、ｙ）への近似が見出される。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、反復プロセスに従ってこの問題の解を発見する。より具体的には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは空間領域とフーリエ（スペクトルまたは周波数）領域との間で、ＩＡ（ｘ、ｙ）およびＩＢ（ｘ、ｙ）を表すデータセット（振幅および位相）を繰り返し転送しながら空間的およびスペクトル的制約を繰り返し適用する。スペクトル領域における対応するコンピュータ生成ホログラムは、アルゴリズムの少なくとも１回の反復を通して得られる。アルゴリズムは収束的であり、入力画像を表すホログラムを生成するように構成されている。ホログラムは、振幅限定ホログラム、位相限定ホログラム、または完全複素ホログラムであり得る。

いくつかの実施形態において、位相限定ホログラムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、英国特許第２、４９８、１７０号または第２、５０１、１１２号に記載されているようなＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して計算される。しかしながら、本明細書に開示された実施形態は、あくまで一例として位相限定ホログラムの計算を記載している。これらの実施形態において、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムはフーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ、ｖ］を取り出す。このフーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ、ｖ］は既知の振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］を生じさせ、ここで振幅情報Ｔ［ｘ、ｙ］は目標画像（例えば写真）を表す。マグニチュードと位相はフーリエ変換において本質的に組み合わされるので、変換されたマグニチュードと位相は計算されたデータセットの精度に関する有用な情報を含む。したがって、このアルゴリズムは、振幅情報と位相情報の両方についてのフィードバックとともに繰り返し使用することができる。しかしながら、これらの実施形態では、画像平面において目標画像のホログラフィック表現を形成するためのホログラムとして位相情報Ψ［ｕ、ｖ］のみが使用される。ホログラムは位相値のデータセット（例えば二次元配列）である。

他の実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを使用して、完全複素ホログラムを計算する。完全複素ホログラムは、マグニチュード成分と位相成分とを有するホログラムである。このホログラムは、各複素データ値がマグニチュード成分と位相成分とを含むような複素データ値の配列を含むデータセット（例えば二次元配列）である。

いくつかの実施形態では、アルゴリズムは複素データを処理し、フーリエ変換は複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分および虚数成分、または（ｉｉ）振幅成分および位相成分を含むものと見なすことができる。いくつかの実施形態では、複素データの２つの成分はアルゴリズムのいくつかの段階で異なる方法によって処理される。

図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するためのいくつかの実施形態におけるアルゴリズムの、最初の反復を示す。アルゴリズムへの入力は、画素またはデータ値の二次元配列を含む入力画像２１０であり、各画素またはデータ値は、マグニチュードまたは振幅値である。すなわち、入力画像２１０の各画素またはデータ値は位相成分を持たない。したがって、入力画像２１０は、マグニチュードのみ、振幅のみ、または強度のみの分布と見なすことができる。そのような入力画像２１０の一例は、写真、または時系列フレームのシーケンスを含むビデオの１フレームである。アルゴリズムの第１の反復は、初期複素データセットを形成するためにランダム位相分布（またはランダム位相シード）２３０を使用し、入力画像の各画素にランダムな位相値を割り当てることを含むデータ形成工程２０２Ａから始まる。ここにおいて初期複素データセットの各データ要素はマグニチュードおよび位相を含む。ここで、初期複素データセットは、空間領域における入力画像を表していると言える。

第１処理ブロック２５０は初期複素データセットを受け取り、複素フーリエ変換を実行してフーリエ変換複素データセットを形成する。第２処理ブロック２５３はフーリエ変換された複素データセットを受け取り、ホログラム２８０Ａを出力する。いくつかの実施形態では、ホログラム２８０Ａは位相限定ホログラムである。これらの実施形態では、第２処理ブロック２５３は、各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定してホログラム２８０Ａを形成する。各位相値は、位相限定ホログラムを「表示する」ために使用される空間光変調器の、画素上に表されることができる位相レベルに従って量子化される。例えば、空間光変調器の各画素が２５６の異なる位相レベルを提供する場合、ホログラムの各位相値は２５６の可能な位相レベルのうちの１つの位相レベルに量子化される。ホログラム２８０Ａは、入力画像を表す位相限定フーリエホログラムである。他の実施形態において、ホログラム２８０Ａは、受信したフーリエ変換複素データセットから導出された複素データ値（それぞれ振幅成分および位相成分を含む）の配列を含む完全複素ホログラムである。いくつかの実施形態では、第２処理ブロック２５３は、各複素データ値を複数の許容される複素変調レベルのうちの１つに制限してホログラム２８０Ａを形成する。制約する手順は、各複素データ値を複素平面内の最も近い許容複素変調レベルに設定することを含みうる。ホログラム２８０Ａは、スペクトル領域またはフーリエ領域または周波数領域における入力画像を表すと言える。いくつかの実施形態では、アルゴリズムはこの時点で停止する。

しかしながら、他の実施形態では、アルゴリズムは図２Ａの点線の矢印で表されるように継続する。言い換えれば、図２Ａの点線の矢印に続く工程は任意選択によるものである（すなわち、すべての実施形態に不可欠なものではない）。

第３処理ブロック２５６は、第２処理ブロック２５３から修正複素データセットを受信し、逆フーリエ変換を実行して逆フーリエ変換複素データセットを形成する。逆フーリエ変換複素データセットは、空間領域における入力画像を表していると言える。

第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換複素データセットを受け取り、マグニチュード値の分布２１１Ａおよび位相値の分布２１３Ａを抽出する。任意選択で、第４の処理ブロック２５９はマグニチュード値２１１Ａの分布を測定する。具体的には、第４処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換複素データセットのマグニチュード値の分布２１１Ａを、それ自体が自明の通りマグニチュード値の分布である入力画像５１０と比較することができる。マグニチュード値の分布２１１Ａと入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが許容可能であると決定し得る。すなわち、マグニチュード値の分布２１１Ａと入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分正確に表すものと決定し得る。いくつかの実施形態において、逆フーリエ変換複素データセットの位相値２１３Ａの分布は、比較のために無視される。マグニチュード値の分布２１１Ａと入力画像２１０とを比較するための任意の数の異なる方法を採用することができ、本開示は任意の特定の方法に限定されない。いくつかの実施形態では、平均二乗差が計算され、平均二乗差が閾値より小さければ、ホログラム２８０Ａは許容可能であるとみなされる。第４の処理ブロック２５９がホログラム２８０Ａを許容できないと判断した場合、アルゴリズムのさらなる反復が実行されうる。しかし、この比較工程は必須ではなく、他の実施形態では、実行されるアルゴリズムの反復数は、事前に決定されているか、事前設定されているか、またはユーザによって定義されている。

図２Ｂは、アルゴリズムの第２の反復およびそれ以降のアルゴリズムの反復を表す。前の反復の位相値の分布２１３Ａは、アルゴリズムの処理ブロックを通してフィードバックされる。マグニチュード値の分布２１１Ａは、入力画像２１０のマグニチュード値の分布を優先するために拒絶される。第１の反復において、データ形成工程２０２Ａによって入力画像２１０のマグニチュード値の分布がランダムな位相分布２３０と組み合わせられ、第１の複素データセットが形成される。しかしながら、２回目以降の反復において、データ形成手順２０２Ｂは、（ｉ）アルゴリズムの前の反復から生じた位相値の分布２１３Ａを（ｉｉ）入力画像２１０のマグニチュード値の分布と組み合わせることによる、複素データセットの形成を含む。

次に、図２Ｂのデータ形成手順２０２Ｂによって形成された複素データセットは、図２Ａにて説明したのと同じ方法で処理され、第２の反復ホログラム２８０Ｂを形成する。したがって、プロセスの説明はここでは繰り返さない。アルゴリズムは、第２の反復ホログラム２８０Ｂが計算されたときに停止してもよい。ただし、アルゴリズムの反復をさらに任意の回数実行してもよい。第３処理ブロック２５６は、第４処理ブロック２５９が必要とされる場合、またはさらなる反復が必要とされる場合にのみ必要とされると理解できる。出力ホログラム２８０Ｂは、一般に、反復するごとに改善される。しかしながら、実際には、測定可能な改善が観察されないか、またはさらなる反復を実行することの正の効果を追加の処理時間が発生することによる負の効果が上回る点に達する。したがって、このアルゴリズムは反復的かつ収束的であると説明することができる。

図２Ｃは、２回目以降の反復の代替実施形態を表す。前回の反復の位相値の分布２１３Ａは、アルゴリズムの処理ブロックを通してフィードバックされる。マグニチュード値の分布２１１Ａは、マグニチュード値の代替の分布を優先するために拒絶される。この代替の実施形態では、マグニチュード値の代替分布は、前回の反復のマグニチュード値分布２１１から導出される。具体的には、処理ブロック２５８は、前の反復のマグニチュード値の分布２１１から入力画像２１０のマグニチュード値の分布を減算し、その差をゲインファクタαでスケーリングし、スケーリングされた差を入力画像２１０から減算する。これは以下の式によって数学的に表され、併記テキストおよび数は反復数を示す。

ここにおいて’
Ｆ’は逆フーリエ変換である。
Ｆは順方向フーリエ変換である。
Ｒ［ｘ、ｙ］は、第３処理ブロック２５６によって出力された複素データセットである。
Ｔ［ｘ、ｙ］は入力画像またはターゲット画像である。
∠は位相成分である。
Ψは位相限定ホログラム２８０Ｂである。
ηは大きさ値２１１Ｂの新しい分布である。
αはゲイン係数である。

ゲイン係数αは定数でも変数でもよい。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは、入ってくるターゲット画像データのサイズおよびレートに基づいて決定される。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは反復回数に依存する。いくつかの実施形態では、ゲイン係数αは、反復回数のみの関数である。

図２Ｃの実施形態は、他のすべての点で図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同じである。位相限定ホログラムΨ（ｕ、ｖ）は周波数領域またはフーリエ領域に位相分布を保持すると言える。

いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、ホログラフィックデータにレンズデータを含めることによって計算的に実行される。すなわち、ホログラムは、物体を表すデータとともにレンズを表すデータを含む。これらの実施形態では、図１に記載の物理フーリエ変換レンズ１２０は省略されている。レンズを表すホログラフィックデータをどのように計算するかは、コンピュータ生成ホログラムの分野において既知である。レンズを表すホログラフィックデータはソフトウェアレンズと呼ばれることがある。例えば、位相限定ホログラフィックレンズは、その屈折率および空間的に変化する光路長に起因してレンズの各点によって引き起こされる位相遅延を計算することによって形成され得る。例えば、凸レンズの中心における光路長は、レンズの縁における光路長よりも大きい。振幅限定ホログラフィックレンズは、フレネルゾーンプレートによって形成することができる。コンピュータ生成ホログラムの技術分野では、物理的フーリエレンズを必要とせずにフーリエ変換を実行できるようにするために、レンズを表すホログラフィックデータと物体を表すホログラフィックデータとを組み合わせる方法もまた既知である。いくつかの実施形態では、レンズ効果データは、単純なベクトル加算などの単純な加算によってホログラフィックデータと組み合わされる。いくつかの実施形態では、フーリエ変換を実行するために、物理レンズがソフトウェアレンズと共に使用される。あるいは、他の実施形態では、ホログラフィック再構成が遠視野で行われるのと同じように、フーリエ変換レンズは完全に省略される。さらなる実施形態では、ホログラムは格子データ、すなわちビームステアリングなどの格子の機能を実行するように構成されたデータを含むことができる。上述の通り、コンピュータ生成ホログラフィの分野では、そのようなホログラフィックデータを計算し、これと物体を表すホログラフィックデータとを組み合わせる方法は既知である。例えば、位相限定ホログラフィック格子は、ブレーズド格子の表面上の各点によって引き起こされる位相遅延をモデル化することによって形成することができる。振幅限定ホログラフィック格子は、振幅限定ホログラムの角度操作を提供するために、物体を表示する振幅限定ホログラムに単純に重畳することができる。

いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、物理的フーリエ変換レンズとソフトウェアレンズの組み合わせによって行われる。すなわち、フーリエ変換に寄与する光強度の一部はソフトウェアレンズによって提供され、フーリエ変換に寄与する光強度の残りの部分は単一または複数の物理的レンズによって提供される。

いくつかの実施形態では、画像データを受信し、アルゴリズムを使用してリアルタイムでホログラムを計算するように構成されたリアルタイムエンジンが提供される。いくつかの実施形態では、画像データは一連の画像フレームを含む動画である。他の実施形態では、ホログラムは予め計算され、コンピュータメモリに記憶され、ＳＬＭ上に表示するために必要に応じて呼び出される。すなわち、いくつかの実施形態では、所定のホログラムのレポジトリが提供される。

実施形態は、あくまで一例として、フーリエホログラフィおよびＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムと関連づけられた。本開示は、フレネルホログラフィおよび点群法に基づくものなどの他の技術によって計算されたホログラムにも等しく適用可能である。

光の変調

コンピュータ生成ホログラムを表示するために空間光変調器を使用することができる。
ホログラムが位相限定ホログラムである場合、位相を変調する空間光変調器が必要とされる。ホログラムが完全複素ホログラムの場合、位相と振幅を変調する単一の空間光変調器を用いてもよいし、位相を変調する第１の空間光変調器と振幅を変調する第２の空間光変調器を用いてもよい。

いくつかの実施形態では、空間光変調器の光変調素子（すなわち画素）は液晶を備えるセルである。すなわち、いくつかの実施形態では、空間光変調器は、光学活性成分が液晶である液晶装置である。各液晶セルは、複数の光変調レベルを選択的に提供するように構成される。すなわち、各液晶セルは、複数の可能な光変調レベルから選択された一つの光変調レベルで動作するように任意の時点において構成される。
各液晶セルは、複数の光変調レベルとは異なる光変調レベルに動的に再構成可能である。
いくつかの実施形態では、空間光変調器は反射型液晶オンシリコン（以後「ＬＣＯＳ」）空間光変調器であるが、本開示はこのタイプの空間光変調器に限定されない。

ＬＣＯＳ装置は、小さな口径（例えば幅数センチメートル）内に高密度の光変調素子または画素の配列を提供する。画素は基本的に約１０ミクロン以下であり、これは数度の回折角をもたらし、よって光学系をコンパクトにすることができる。ＬＣＯＳ ＳＬＭの小さい口径部の方が他の液晶デバイスの大きい口径部よりも簡単に適切な照明を行うことができる。ＬＣＯＳデバイスは通常反射型であり、したがってＬＣＯＳ ＳＬＭの画素を駆動する回路を反射面の下に埋め込むことができる。結果として、より高い口径比が得られる。言い換えれば、画素は密接に配置されており、画素間には隙間がほとんどない。これには、再生フィールドにおけるノイズを低減するという利点がある。ＬＣＯＳ ＳＬＭは、画素が光学的に平坦であるという特長を有するシリコンバックプレーンを使用する。これは位相変調装置にとって特に重要である。

適切なＬＣＯＳ ＳＬＭは、図３とともに、あくまで一例として以下の通り説明される。ＬＣＯＳデバイスは、単結晶シリコン基板３０２を使用して形成される。ＬＣＯＳデバイスは、基板の上面に配置され、ギャップ３０１ａによって離間された、正方形の平面アルミニウム電極３０１の二次元配列を有する。各電極３０１は、基板３０２内に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレス指定することができる。各電極はそれぞれ平面ミラーを形成する。電極の配列の上に配向層３０３が配置され、配向層３０３の上に液晶層３０４が配置されている。第２の配向層３０５が例えばガラスからなる平面透明層３０６上に配置されている。透明層３０６と第２配向層３０５との間に例えばＩＴＯからなる単一の透明電極３０７が配置されている。

正方形電極３０１のそれぞれは、透明電極３０７および介在する液晶材料が重なる領域としばしば画素と呼ばれる制御可能な位相変調素子３０８を定義する。有効画素面積、すなわちフィルファクタは、画素３０１ａ間の間隔も考慮に入れた、光学的に活性である全画素のパーセンテージとして表される。透明電極３０７に対して各電極３０１に適用される電圧を制御することによって、それぞれの位相変調素子の液晶材料の特性を変化させることができ、それによってその上に入射する光に可変遅延を与えることができる。その効果は、波面に位相限定変調を提供することであり、すなわち振幅効果は生じない。

記載のＬＣＯＳ ＳＬＭは、空間変調光を反射して出力する。反射型ＬＣＯＳ ＳＬＭは、信号線、ゲート線およびトランジスタが鏡面の下にあるという特長があり、これにより高いフィルファクタ（基本的に９０％を超える）および高い解像度をもたらす。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用することの別の利点は、透過型装置を使用した場合に必要となる厚さと比較して液晶層の厚さを半分にできることである。これにより、液晶のスイッチング速度が大幅に向上する。これは動画を映写するにあたり重要な利点である。しかしながら、本開示の示唆は、透過型ＬＣＯＳ ＳＬＭを使用しても同様に実施され得る。

照明装置

図４は、本開示のいくつかの実施形態による照明システムを備える車両４００を示す。照明システムは、ホログラフィックプロジェクタ４１０、配光システム４２０、および制御システム４３０を備える。

配光システム４２０は、第１の照明サブシステム４０１、第２の照明サブシステム４０２、第３の照明サブシステム４０３、および第４の照明サブシステム４０４を備える複数の照明サブシステムに接続されている。４つの照明サブシステムは一例としてのみ示されている。車両は、任意の数の照明サブシステムを含んでいてもよい。配光システム４２０は、光ファイバなどの複数の導光体を含み、各導光体は車両のそれぞれの照明サブシステムに接続されている。配光システムは、必要に応じて各照明サブシステムに光源からの光を送達する機能を有する。

各照明サブシステムは、車両の特定の構成要素もしくは領域、または車両の内側もしくは外側の空間の領域の照明を提供する。車両照明サブシステムの例は次の通りである。内部ドアハンドルライト、外部ドアハンドルライト、電動窓スイッチ、バニティミラーライト、読書灯、フットウェルライト、ウェルカムマットライト、ウィングミラーライト。各照明サブシステムは、車両の内側および／または外側に設けることができる。また、各照明サブシステムは、車両の内側および／または外側に照明を提供することができる。各照明サブシステムは、受信した光源を処理し特定の色の照明を提供するためのカラーフィルタなどの、任意の数の追加の光学系機器を備えることができる。それ故、車両は全ての照明サブシステム用の中央光源を有する。従って、各照明サブシステムはそれ自身の光源を有する必要はない。配光システム４２０は、以下に説明するように光を照明サブシステムに選択的に配光するように構成される。いくつかの実施形態では、照明サブシステムが配光システムから光を受け取ると、照明サブシステムは光を発する。したがって、これらの実施形態では、配光システムはどの照明サブシステムが「オン」であるかを決定する。当業者は、照明サブシステムがいつ発光するかをさらに制御するために、追加の光スイッチを照明サブシステム内に設けることが可能であることを理解するであろう。

ホログラフィックプロジェクタは、図１に示されるような一般的な形態をとり、ホログラムエンジン、空間光変調器、および光源を備える。本明細書に記載されるように、ホログラフィック再構成は再生フィールド上に投影される。ホログラフィック再構成がその上に形成されるように、ディフューザまたはスクリーンなどの受光面を再生フィールドに配置することができる。ホログラフィック再構成は再生フィールド内の光のパターンであり、上の説明から理解されるように、光のパターンはホログラムを変えることによって変えることができる。ホログラム、ひいては光のパターンは、リアルタイムで変更することができる。

図５Ａは、光ファイバがどのように再生フィールド５１０に光学的に結合されるかを示す。図５Ａは、あくまで一例として、光ファイバ５２０に示されるような６本の光ファイバを示す。各光ファイバの入力５２２に示されるような入力は、再生フィールドのそれぞれのサブエリアと対応している。各光ファイバの出力５２４にしめされるような出力は、車両の少なくとも１つの照明サブシステムの入力に光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、各光ファイバは、各光ファイバが照明サブシステムと単独で対になるように、それぞれの照明サブシステムに結合される。図５Ｂは、光ファイバの入力５２０のような入力の位置を示す再生フィールド５１０の正面図を示す。図５Ｃは側面図を示す。

図６は、ホログラフィック再構成が、どの照明サブシステムが光を受け取るかを制御するかを示す。再生フィールド６１０Ａは、６つのサブエリア６０１〜６０６に分割されている。また、例えば照明サブシステムの数に応じて、任意の複数のサブエリアを使用することができる。各光ファイバは、複数のサブエリアのうちの特定のサブエリアに対応している。ホログラフィックエンジン４１０は、制御システム４３０から制御信号などの入力を受け取る。制御信号は必要なホログラムを決定するために使用される。ホログラムは、リアルタイムで計算することも、制御信号に基づいてリポジトリから取り出すこともできる。ホログラムは再生分野において特定の光パターンを生じさせる。図６Ｂは、再生フィールドのサブエリア６０２のみが光を受ける第１の例を示す。図６Ｃは、サブエリア６０２、６０４、および６０６が光を受ける第２の例を示す。図６Ｄは、異なる強度が異なる照明サブシステムに提供される第３の例を示す。いくつかの実施形態では、ホログラフィック再構成は色（例えば、後述するＳＳＣまたはＦＳＣシステムを使用して形成された合成色）であり、異なる色が異なる照明サブシステムに提供される。したがって、車両の様々な照明サブシステムへの配光のリアルタイム制御が提供される。

いくつかの実施形態では、一連のホログラムが空間光変調器上に表示され、各ホログラムは再生面上の共通の再生フィールド領域内のホログラフィック光フィールドを再構成する。再生フィールドは、上述のように複数のサブエリアを備えることができ、各サブエリアは、車両の照明サブシステムに光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、第１のホログラムは再生フィールドの複数のサブエリアの第１のサブセットを照明するように再構成され、第２のホログラムは再生フィールドの複数のサブエリアの第２のサブセットを照明するように再構成される。第２のサブセットは、再生フィールドの１つのサブエリアを含み得る。いくつかの実施形態では、第１のサブセットは第２のサブセットと同じではない。いくつかの実施形態では、第１のサブセットはそれ自体が第２のサブセットのサブセットであるか、またはその逆である。いくつかの実施形態において、第１のホログラムは第１の明るさで第１のサブエリアの照明を生じさせ、第２のホログラムは第２の明るさで第１のサブエリアの照明を生じさせる。ここで、第１の明るさは第２の明るさと等しくない。いくつかの実施形態では、第１のホログラフィック再構成は第１の色の光で第１のサブエリアを照明し、第２のホログラフィック再構成は第２の色の光で第１のサブエリアを照明する。ここで、第１の色は第２の色と等しくない。各ホログラフィック再構成は、ＦＣＳまたはＳＳＣ方式に従ってもよい。

いくつかの実施形態では、ソフトウェア制御格子機能がホログラムと組み合わされ、光を受け取る再生面の領域をさらにまたは追加的に制御するために使用される。いくつかの実施形態では、各ホログラムは、（上述のように）ビームステアリング機能を有する光学格子に対応する格子データと組み合わされる。格子データは再生面上の再生フィールドの位置を決定する。従って、光パターンの位置は制御可能である。いくつかの実施形態では、ビーム操縦機能は、再生面の１つまたは複数の、光を受けるサブエリアを決定する。ホログラムエンジンは、格子データのルックアップテーブルを含み、各格子データは少なくとも１つの照明サブシステムに対応する。いくつかの実施形態では、ホログラフィック光パターンのサイズおよび形状は固定されており、再生面内の光パターンの位置は格子関数によって決定される。ホログラムおよび格子データは組み合わされて光変調データを形成する。ホログラムデータおよび格子データは、「ホログラム計算」と題されたセクションで上述したように、加算によって組み合わされることが好ましい。

いくつかのさらなる実施形態では、本開示による照明システムは、セルラーデータなどのデータを送信するために追加的または代替的に使用される。いくつかの実施形態では、照明システムはＬｉ−Ｆｉに使用される。したがって、車両用の通信システムおよび車両用のライトフィデリティ「Ｌｉ−Ｆｉ」システムが提供される。このシステムは、光を使用する分散アンテナシステムと見なすことができる。いくつかの実施形態では、車両の各照明サブシステムは同じデータを配信するために使用される。他の実施形態では、車両の照明サブシステムの選択されたサブセットを使用して、セルラーデータなどのデータを配信または通信または送信する。さらに他の実施形態では、異なる照明サブシステムを使用して異なるデータを分配または送信する。車両の第１の照明サブシステムを用いて第１のデータを配信してもよく、また第２の照明サブシステムを用いて第２のデータを配信または送信してもよい。第１のデータは第２のデータと同じでもよい。また、第１のデータは第２のデータと異なってもよい。例えば、第１のデータは動画を表すデータであってもよく、第２のデータはオーディオを表すデータであっても良い。またはその逆もあり得る。しかしながら、照明サブシステムは任意の種類のデータを送信するために使用されてもよい。Ｌｉ−Ｆｉの当業者は、光がデータ信号を送るためにどのように変調され得るかを理解するであろう。特に、システムは、各照明サブシステムが車両内の照明と、車両内の同時照明とデータ送信とを含むデータ送信を提供できるように構成される。データ信号による光の変調は、再生フィールドにおいてホログラフィック再構成が形成される前または後に起こり得る。いくつかの実施形態では、空間光変調器によって光が空間的に変調される前に変調が行われる。実施形態では、システムの中央光源によって放射された光はデータ信号で変調される。１つまたは複数の照明サブシステムによって送信されたデータは、携帯無線電話または携帯電話またはスマートフォン、タブレットまたはラップトップコンピュータを含む、モバイル通信デバイスなどのローカルＬｉ−Ｆｉ対応デバイスによって車両の内側または外側で受信され得る。いくつかの実施形態では、車両の少なくとも１つの照明サブシステムは、少なくとも１つの外部装置から対応する光通信を受信するように構成された受信機を備える。光を用いた電気通信に関するこれらの実施形態では、光は赤外線であってもよい。

その他の特徴

実施形態は、あくまで一例として、電気的に活性化されるＬＣＯＳ空間光変調器に言及する。本開示の教示は、例えば、任意の電気的に活性化されたＳＬＭ、光学的に活性化されたＳＬＭ、デジタルマイクロミラーデバイスまたはマイクロエレクトロメカニカルデバイスなど、本開示に従ってコンピュータ生成ホログラムを表示することができる任意の空間光変調器に等しく実施することができる。

いくつかの実施形態では、ホログラフィック光源はレーザダイオードなどのレーザである。いくつかの実施形態では、受光面は、ディフューザ面またはディフューザなどのスクリーンである。車両は、自動車、トラック、バン、大型トラック、オートバイ、電車、飛行機、ボート、または船などの自動車用車両であり得る。

ホログラフィック再構成の品質は、画素化空間光変調器を使用することの回折的性質の結果である、いわゆるゼロ次問題によって影響を受ける可能性がある。そのようなゼロ次光は「ノイズ」と見なすことができ、例えば鏡面反射光、およびＳＬＭからの他の不要な光を含む。

フーリエホログラフィの例では、この「ノイズ」はフーリエレンズの焦点に集束し、ホログラフィック再構成の中心に輝点をもたらす。ゼロ次光は単純に遮られうるが、これは輝点を暗点で置き換えることを意味する。いくつかの実施形態は、ゼロ次のコリメート光線のみを除去するための角度選択フィルタを備える。実施形態はまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、欧州特許第２、０３０、０７２号に記載されているゼロ次数を管理する方法も含む。

いくつかの実施形態では、ホログラムのサイズ（各方向の画素数）が、空間光変調器のサイズと等しいので、ホログラムは空間光変調器を埋める。すなわち、ホログラムは空間光変調器の全画素を使用する。他の実施形態では、ホログラムのサイズは空間光変調器のサイズよりも小さい。これらの他の実施形態のいくつかにおいて、ホログラムの一部（すなわち、ホログラムの画素の連続サブセット）が未使用の画素において繰り返される。この技術は、空間光変調器の表面積がいくつかの「タイル」に分割されるため「タイリング」と呼ばれることがあり、各タイルは少なくともホログラムのサブセットを表す。したがって、各タイルは、空間光変調器よりも小さいサイズのものである。

いくつかの実施形態において、「タイリング」の技術は、画質を向上させるために実施される。具体的には、いくつかの実施形態は、ホログラフィック再構成に入る信号内容の量を最大にしながら、画像画素のサイズを最小にするためにタイリングの技術を実施する。

いくつかの実施形態では、空間光変調器に書き込まれたホログラフィックパターンは、少なくとも１つのタイル全体（すなわち、完全なホログラム）およびタイルの少なくとも１つの部分（すなわち、ホログラムの画素の連続サブセット）を含む。

ホログラフィック再構成は、空間光変調器によって画定された窓全体のゼロ次回折次数内で生成される。一次以降の順序は、画像と重ならないように、そして空間フィルタを使用してそれらをブロックすることができるように十分に距離を置いて設置されることが好ましい。

実施形態では、ホログラフィック再構成は色である。本明細書に開示される例では、３つの異なる色の光源と３つの対応するＳＬＭが合成色を提供するために使用される。これらの例は、空間的に分離された色、「ＳＳＣ」と呼ばれることがある。本開示に含まれる変形例では、各色の異なるホログラムが同じＳＬＭの異なる領域に表示され、次に組み合わされて合成カラー画像を形成する。しかしながら、当業者は、本開示の少なくともいくつかの装置および方法が、合成カラーホログラフィック画像を提供する他の方法にも等しく適用可能であることを理解するであろう。

これらの方法の１つは、フレームシーケンシャルカラー、「ＦＳＣ」として知られている。
例示的なＦＳＣシステムでは、３つのレーザ（赤、緑、青）が使用され、各レーザは単一のＳＬＭにて連続的に発射され、ビデオの各フレームを生成する。色は、人間の観察者が３つのレーザによって形成された画像の組み合わせから多色画像を見るのに十分速い速度で（赤、緑、青、赤、緑、青など）繰り返し切り替わる。したがって、各ホログラムはその色固有のものとなる。たとえば、毎秒２５フレームのビデオでは、最初のフレームは１／７５秒の間赤いレーザを照射し、次に緑色のレーザは１／７５秒の間照射され、そして最後に、青色レーザが１／７５秒の間照射されることにより生成される。そして、次のフレームが赤のレーザから生成され、以下繰り返す。

ＦＳＣ方式の利点は、ＳＬＭ全体が各色に使用されることである。これは、ＳＬＭの全ての画素が各カラー画像に使用されるので、生成される３つのカラー画像の品質が妥協されないことを意味する。しかしながら、ＦＳＣ法の欠点は、各レーザが３分の１の時間しか使用されないため、生成される全体の画像がＳＳＣ法によって生成される画像ほど鮮やかでないということである。この欠点は、レーザをオーバードライブすることによって、またはより強力なレーザを使用することによって潜在的に対処され得るが、このような方法が行われるためにはより多くの電力を必要とされ、より高いコストがかかり、システムのコンパクト性は損なわれる。

ＳＳＣ法の利点は、３つのレーザ全てが同時に発射されるために画像が鮮やかになることである。ただし、スペースの制限により、１つのＳＬＭのみを使用する必要がある場合は、ＳＬＭの表面積を３つの部分に分割して、実質的に３つの別々のＳＬＭとして機能させることも可能である。この欠点は、各単色画像に使用可能なＳＬＭ表面積が減少するために、各単色画像の品質が低下することである。したがって、多色画像の品質はそれに応じて低下する。利用可能なＳＬＭ表面積の減少は、ＳＬＭ上のより少ない画素にしか使用できないことを意味し、したがって画像の品質を低下させる。解像度が低下するため、画像の品質は低下する。実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる英国特許第２４９６１０８号に開示されている改良されたＳＳＣ技術を利用する。

実施例では可視光によってＳＬＭを照明すると記載しているが、当業者は、例えば本明細書に開示されているように、光源およびＳＬＭが赤外線または紫外線を向けるために等しく使用され得ることを理解する。例えば、当業者にとって、情報をユーザに提供する目的で赤外線および紫外線を可視光に変換するための技術は既知のものである。例えば、本開示は、この目的のために蛍光体および／または量子ドット技術を使用することにまで及ぶ。

本明細書に記載の方法およびプロセスは、コンピュータ可読媒体上で具現化することができる。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、およびキャッシュメモリなど、データを一時的または永続的に格納するように構成された媒体を含む。用語「コンピュータ可読媒体」はまた、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、その命令が全体としてまたは部分的に、本明細書に記載の方法論のうちの任意の１つまたは複数を実行するような、機械によって実行される命令を格納することができる任意の媒体、または複数の媒体の組み合わせを含むと解釈されるべきである。

「コンピュータ可読媒体」という用語はまた、クラウドベースのストレージシステムも包含する。「コンピュータ可読媒体」という用語は、例えばソリッドステートメモリチップ、光ディスク、磁気ディスクやこれらの任意の適切な組み合わせなどの形態の１つまたは複数の有形かつ非一時的なデータリポジトリ（たとえばデータボリューム）を含むが、これらに限定されない。いくつかの例示的実施形態では、実行のための命令は、キャリア媒体によって伝達され得る。そのような搬送媒体の例には、一時的媒体（例えば、命令を伝達する伝搬信号）が含まれる。

当業者にとって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変形をなし得ることは明らかであろう。本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれに相当する範囲内のすべての修正形態および変形形態を網羅する。

Claims (15)

1. 車両用照明システムであって、
   前記システムは、ホログラフィックプロジェクタを備え、
   前記ホログラフィックプロジェクタは、
   ホログラムを出力するように構成されたホログラムエンジンと、
   各ホログラムを表示し、各ホログラムに従って光を空間変調し、前記空間変調された光が再生面上で各ホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成するよう構成された空間光変調器と、
   前記再生面のそれぞれのサブエリアと光学的に結合された入力と、前記車両の照明サブシステムと光学的に結合された出力とを備える複数の光ファイバを備える配光システムと、を備える
   照明システム。
2. 前記ホログラフィック再構成が、前記複数の光ファイバのうちの１つの光ファイバに光学的に結合された前記再生面のサブエリアの少なくとも１つを照明する、
   請求項１に記載の照明システム。
3. 前記ホログラムエンジンが、１回目に第１のホログラムを出力し、１回目と同時ではない２回目に第２のホログラムを出力するように構成されており、前記第の１ホログラムが、前記複数の光ファイバのうちの第１の光ファイバに光学的に結合された前記再生面の少なくとも第１のサブエリアを照明する第１のホログラフィック再構成を形成し、第２のホログラムが、前記複数の光ファイバのうちの第２の光ファイバに光学的に結合された前記再生面の少なくとも第２のサブエリアを照明する第２のホログラフィック再構成を形成する
   請求項１または２に記載の照明システム。
4. 前記第１のホログラムと前記第２のホログラムとは、前記第１のサブエリアを照明する光の明るさが前記第２のサブエリアを照明する光の明るさと異なり、
   および／または、
   前記第１のサブエリアを照明する光の色が、前記第２のサブエリアを照明する光の色と異なる
   請求項３に記載の照明システム。
5. 前記ホログラムエンジンが、各ホログラムを、格子間隔を有する光学格子に対応する格子関数と組み合わせるようにさらに構成されており、
   任意選択で、
   前記格子間隔が、前記ホログラフィック再構成によって照明された前記再生面の１つまたは複数のサブエリアを決定し、
   および／または、
   前記ホログラムエンジンが格子関数のルックアップテーブルを含み、各格子関数のそれぞれが前記車両の照明サブシステムの少なくとも１つに対応する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の照明システム。
6. 各光ファイバがマルチモード光ファイバである、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の照明システム。
7. 前記照明サブシステムが、内部ドアハンドルライト、外部ドアハンドルライト、電動窓スイッチ、バニティミラーライト、読書灯、フットウェルライト、ウェルカムマットライト、ドアシルライト、およびウィングミラーライトからなるグループから選択される少なくとも１つである、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
8. 前記ホログラムが、フーリエ変換ホログラムまたはフレネル変換ホログラムである、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の照明システム。
9. 前記ホログラフィックプロジェクタが、前記再生面に、前記ホログラフィック再構成を受けるようにさらに構成された受光面を備える、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の照明システム。
10. 前記空間光変調器が位相変調器であり、前記ホログラムが位相遅延値の配列を備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の照明システム。
11. 前記ホログラムエンジンが、画像データを受信して、前記画像データから前記ホログラムをリアルタイムに計算するか、または、制御信号を受信し、前記制御信号に応答して、メモリに記憶されている複数のホログラムのなかから前記ホログラムを決定するように構成されている
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明システム。
12. 前記配光システムがＬｉ−Ｆｉシステムであり、前記車両の照明サブシステムの少なくとも１つが前記Ｌｉ−ＦｉシステムのＬｉ−Ｆｉアンテナである、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明システム。
13. 前記空間変調された光が電気通信データで変調または符号化されており、
    任意選択で、
    前記車両の第１の照明サブシステムが第１の電気通信データを送信するように構成され、前記車両の第２の照明サブシステムが第２の電気通信データを送信するように構成され、任意選択で、前記第１の電気通信データが前記第２の電気通信データとは異なる、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の照明システム。
14. 車両の照明サブシステムに光を提供する方法であって、
    空間光変調器へホログラムを提供する工程と、
    前記空間光変調器上に前記ホログラムを表示する工程と、
    再生面上に前記ホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成するために、前記ホログラムに従って光を空間変調する工程と、
    前記ホログラフィック再構成によって照明された前記再生面のサブエリアに光学的に結合された入力と、前記照明サブシステムに光学的に結合された出力とを有する光ファイバを用いて、前記車両の照明サブシステムに前記ホログラフィック再構成の光を提供する工程と、を含む
    方法。
15. 前記空間光変調器へ第２のホログラムを提供する工程と、
    前記空間光変調器上に前記第２のホログラムを表示する工程と、
    再生面上に前記第２のホログラムに対応する第２のホログラフィック再構成を形成するために、前記第２のホログラムに従って光を空間変調する工程と、
    前記第２のホログラフィック再構成によって照明された前記再生面の第２のサブエリアに光学的に結合された入力と、前記第２の照明サブシステムに光学的に結合された出力とを有する第２の光ファイバを用いて、前記車両の第２の照明サブシステムに前記第２のホログラフィック再構成の光を提供する工程と、をさらに含む
    請求項１４に記載の方法。

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