JP2021503615A - ライトフィールドディスプレイにおける開口拡大のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

ディスプレイ方法および装置が説明される。いくつかの実施形態では、画像を生成するために、光は、発光層における１つまたは複数の発光素子（μＬＥＤなど）から選択的に放射される。各々の要素からの放射された光は、例えば、小型開口を有するマイクロレンズのアレイを使用してコリメートされる。コリメートされた光の各々のビームは、第１の回折格子によって第１世代の子ビームに分割され、第１世代の子ビームは、第２の回折格子によって第２世代の子ビームに分割される。コリメートされた光のもとのビームに平行しない第２世代の子ビームにおけるビームは、空間光変調器（例えば、ＬＣＤパネル）によって遮断されてもよい。遮断されていないビームは、それらがマイクロレンズの開口よりも大きい開口を有する光学系を使用して生成されたかのようにいずれかで動作する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体を参照することによって以下に組み込まれる、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＡＰＥＲＴＵＲＥ ＥＸＰＡＮＳＩＯＮ ＩＮ ＬＩＧＨＴ ＦＩＥＬＤ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題する米国仮特許出願第６２／５８０，７９７号の米国特許出願であり、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９の下に米国仮特許出願第６２／５８０，７９７号からの利益を主張する。

人間の心は、各々の目を方向付けるために使用される筋肉から信号を受信することによって部分的に観察された目的物の深度を感知および判定する。脳は、目の相対的な角度方位を判定された焦点深度と関連付ける。適切な焦点キュー（ｃｏｒｒｅｃｔ ｆｏｃｕｓ ｃｕｅｓ）は、観察された焦点面の外側の目的物上の自然なぼやけ（ｎａｔｕｒａｌ ｂｌｕｒ）および自然な動的な視差効果を起こす。

適切な焦点キューをもたらす能力を有する１つのタイプの３Ｄディスプレイは、真の３Ｄ空間において３Ｄ画像を生成することができる立体ディスプレイ技術を使用する。３Ｄ画像の各々の「ボクセル（ｖｏｘｅｌ）」は、視聴者の目において実画像を形成するようその位置から観察者に向かっての光であり、その位置から観察者に向かって光を反射または放射すると想定される空間的位置に物理的に位置する。３Ｄ立体ディスプレイによる主な問題は、それらの低分解能、大きな物理サイズ、および高価な製造コストである。それらの問題は、例えば、ディスプレイ製造、ミュージアム、ショーなどの特殊なケース以外で使用するときに非常に厄介である。

適切な網膜焦点キュー（ｒｅｔｉｎａｌ ｆｏｃｕｓ ｃｕｅｓ）をもたらす能力を有する別のタイプの３Ｄディスプレイデバイスは、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は、自然設定において目的物から拡散された光波面全体を再構築することを目的とする。この技術による主な問題は、極端に細かな波面の生成に使用される適切な空間光変調器（ＳＬＭ）構成要素がないことである。

自然な網膜焦点キューをもたらす能力を有す更なるタイプ３Ｄディスプレイ技術は、ライトフィールド（ＬＦ）ディスプレイと称される。ＬＦディスプレイシステムは、全ての方向に空間的に移動する光線を表すいわゆるライトフィールドを生成するように設計される。ＬＦシステムは、より高い画素密度により空間領域を基本的には制御することができるにすぎない従来の立体視３Ｄディスプレイとは異なり、空間領域および角領域の両方における発光を制御することを目的とする。ライトフィールドを生成する少なくとも２つの異なる方式が存在する。

第１のアプローチでは、視差は、視聴者の各々の個々の目にわたって生じ、見られている目的物の３Ｄ位置に対応する適切な網膜的ぼやけ（ｒｅｔｉｎａｌ ｂｌｕｒ）を生じさせる。これは、片目ごとに複数の視点（ｖｉｅｗ）を提示することによって行われることがある。

第２のアプローチは、目的物の画像がその３Ｄ位置に対応する適切な焦点面に投影される、多焦点面アプローチである。多くのライトフィールドディスプレイは、それらの２つのアプローチのうちの１つを使用する。第１のアプローチは通常、目の瞳孔の位置が判定するのにより容易であり、目がディスプレイにより近く、光線の所望の深さの視野を生じさせることを可能にするので、頭部に装着された単一のユーザデバイスに対してより適切である。第２のアプローチは、視聴者（複数可）からの或る距離に位置し、ヘッドギアなしに使用されるディスプレイに対してより良好に適合する。

現在の相対的に低密度の多視点撮像ディスプレイでは、視点は、視聴者がデバイスの前方に移動するにつれて、段階的に粗い方式において変化する。これは、３Ｄ経験の品質を低下させ、３Ｄ感知の完全な破壊さえも生じさせることがある。この問題を軽減するために（ＶＡＣと共に）、いくつかの超多視点（ＳＭＶ）技術が５１２程度の視点により試験されてきた。アイデアは、２つの観点の間の非常に円滑ないずれかの遷移を行うよう、極端に多数の視点を生じさせることである。わずかに異なる観点からの少なくとも２つの画像からの光が目の瞳孔に同時に入射する場合、はるかに多い現実的な視覚経験が続く。このケースでは、動き視差効果は、動きに起因して脳が無意識に画像変化を予測するので、自然状態に良好に類似する。

ＳＭＶ条件は、適切な視距離にある２つの視点の間の間隔を目の瞳孔のサイズも小さい値に減少させることによって満たされることがある。標準的な照射条件において、人間の瞳孔は概して、直径で約４ミリメートルであると推定される。周囲光レベルが高い場合（例えば、日光）、直径は、１．５ミリメートルほど短いことがあり、暗い条件では、８ミリメートルほど長いことがある。ＳＭＶディスプレイにより達成することができる最大角密度（ａｎｇｕｌａｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、回折によって制限され、空間分解能（画素サイズ）と角分解能との間の逆相関が存在する。回折は、開口を通過する光ビームの角拡散を増大させ、この効果は、非常に高密度のＳＭＶディスプレイの設計において考慮される必要がある。

異なる既存の３Ｄディスプレイは、形状因子に基づいて４つの異なるカテゴリへの分類されることがある。

ヘッドマウントデバイス（ＨＭＤ）は、ゴーグルなしの解決策よりも空間を占有せず、それはまた、より小型の構成要素および少ない材料により作成されることができ、相対的に低コストにすることを意味する。しかしながら、ヘッドマウントＶＲゴーグルおよびスマートグラスは、単一のユーザデバイスであり、それらは、ゴーグルなしの解決策程度に自然に共有経験を可能にしない。

立体３Ｄディスプレイは、全ての３つの空間方向からの空間を要し、多くの物理材料を必要とし、それらのシステムを容易に重くし、製造するのに高価にし、輸送するのを困難にする。材料の頻繁な使用に起因して、立体ディスプレイはまた、小型「ウインドウ」および制限された視野（ＦＯＶ）を有する傾向がある。

スクリーンベースの３Ｄディスプレイは典型的には、１つの大型であるが、平坦な構成要素を有し、それは、或る距離から空き空間（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）にわたって画像（複数可）を投影するスクリーンおよびシステムである。それらのシステムは、輸送に対してよりコンパクトであることができ、それらはまた、例えば、立体ディスプレイよりもはるかに大きいＦＯＶを覆う。それらのシステムは、プロジェクタサブアセンブリ、および、例えば、異なる部品の間の正確な位置合わせを必要とし、専門職の使用ケースに対してそれらを最良にするので、複雑かつ高価である。

平坦な形状因子の３Ｄディスプレイは、２つの空間方向における多くの空間を使用することがあるが、３番目の方向のみは仮想的であるので、それらは、異なる環境において輸送および組み立てるのに相対的に容易である。デバイスが平坦であるので、それらに使用される少なくともいくつかの光学部品は、シートまたはロール形式で製造される可能性が高く、大規模容量において相対的に低コストにする。

いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイスは、複数の個々に制御可能な発光素子を有する発光層を含む。発光素子は、二次元アレイに配列されてもよい。複数のコリメートレンズ（例えば、レンチキュラシートにおける円筒レンズ、または凸レンズのアレイ）は、発光層をオーバレイする（ｏｖｅｒｌａｙ）。第１の回折格子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）は、光学層をオーバレイし、第２の回折格子は、第１の回折格子をオーバレイする。いくつかの実施形態では、ＬＣＤパネルなどの空間光変調器は、第２の回折層をオーバレイする。

いくつかの実施形態では、第１の回折格子および第２の回折格子の格子ライン（ｇｒａｔｉｎｇ ｌｉｎｅ）は、実質的に平行し、それらは、ライン対の実質的に同一の密度を有してもよい。

いくつかの実施形態では、発光層と光学層との間に可動屈折層が設けられる。

第１の回折格子および第２の回折格子の表面は平行してもよく、それらの間の分離は、所望の使用ケース基づいて判定されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の回折格子および第２の回折格子は、０．５ミリメートル〜５ミリメートル分離される。いくつかの実施形態では、第１の回折格子および第２の回折格子は、５ミリメートル〜１０分離される。

ディスプレイを設ける例示的な方法では、画像を生成するために、複数の発光素子を有する発光層における少なくとも１つの発光素子から光が選択的に放射される。放射された光は、例えば、マイクロレンズアレイを使用してコリメートされる。コリメートされた光は、第１の回折格子を使用して第１世代の子ビーム（ｆｉｒｓｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｌｄ ｂｅａｍｓ）に分割され、第１世代の子ビームは、第２の回折格子を使用して第２世代の子ビームに分割される。いくつかの実施形態では、コリメートされた光の方向とは異なる方向を有する第２世代の子ビームのうちの少なくとも１つは、例えば、空間光変調器の一部を選択的に不透明にすることによって遮断される。

１つまたは複数の開示される実施形態を実装することができる例示的な通信システムを例示するシステム図である。 実施形態に従った、図１Ａに例示された通信システム内で使用することができる例示的な無線送信／受信ユニット（ＷＴＲＵ）を例示するシステム図である。 自然なシーンを見るときの網膜焦点（ｒｅｔｉｎａｌ ｆｏｃｕｓ）を表す。 自動立体視３Ｄディスプレイを見るときの網膜焦点を表す。 平坦なライトフィールド（ＬＦ）ディスプレイ上で画素クラスタと共に様々な目の焦点角度（ＦＡ：ｆｏｃｕｓ ａｎｇｌｅ）および収束角度（ＣＡ：ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）を表す。 平坦なＬＦディスプレイ上で画素クラスタと共に様々な目のＦＡおよびＣＡを表す。 平坦なＬＦディスプレイ上で画素クラスタと共に様々な目のＦＡおよびＣＡを表す。 平坦なＬＦディスプレイ上で画素クラスタと共に様々な目のＦＡおよびＣＡを表す。 瞳孔に向かって方向付けられたライトフィールドの様々なレベルの閉塞を表す。 瞳孔に向かって方向付けられたライトフィールドの様々なレベルの閉塞を表す。 瞳孔に向かって方向付けられたライトフィールドの様々なレベルの閉塞を表す。 それぞれの視聴者に向かって方向付けられた様々な発光角度を表す。 幾何学的因子によって生じる増大したビーム発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）表す。 回折によって生じる増大したビーム発散を表す。 少なくとも一実施形態に従った、開口拡大器を利用する例示的なＬＦディスプレイ構造の概略図である。 少なくとも一実施形態に従った、開口拡大器を利用する例示的なＬＦディスプレイ構造の概略図である。 少なくとも一実施形態に従った、開口拡大器を利用する例示的なＬＦディスプレイ構造の概略図である。 異なる波長の光に対する異なるレベルの開口拡大の概略表示である。 いくつかの実施形態に従った、開口拡大器を使用したディスプレイデバイスの概略斜視図である。 いくつかの実施形態に従った、開口拡大器を使用したディスプレイデバイスの概略斜視図である。 いくつかの実施形態に従った、開口拡大器を使用したディスプレイデバイスの概略斜視図である。 開口拡大器なしに実装されるライトフィールドディスプレイの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、開口拡大器により実装されるライトフィールドディスプレイの概略図である。

実施形態の実装態様についての例示的なネットワーク
図１Ａは、１つまたは複数の開示される実施形態を実装することができる、例示的な通信システム１００を示す図である。通信システム１００は、音声、データ、ビデオ、メッセージング、放送などのコンテンツを複数の無線ユーザに提供する、多元接続システムであってもよい。通信システム１００は、複数の無線ユーザが、無線帯域幅を含むシステムリソースの共用を通じて、そのようなコンテンツにアクセスすることを可能にすることができる。例えば、通信システム１００は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、直交ＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ）、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）、ゼロテールユニークワードＤＦＴ拡散ＯＦＤＭ（ＺＴ ＵＷ ＤＴＳ−ｓ ＯＦＤＭ）、ユニークワードＯＦＤＭ（ＵＷ−ＯＦＤＭ）、リソースブロックフィルタードＯＦＤＭ、およびフィルタバンクマルチキャリア（ＦＢＭＣ）など、１つまたは複数のチャネルアクセス方法を利用してもよい。

図１Ａに示されるように、通信システム１００は、無線送信／受信ユニット（ＷＴＲＵ）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと、ＲＡＮ１０４／１１３と、ＣＮ１０６／１１５と、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１０８と、インターネット１１０と、他のネットワーク１１２とを含んでもよいが、開示される実施形態は、いずれかの数のＷＴＲＵ、基地局、ネットワーク、および／またはネットワーク要素を考慮していることが認識されよう。ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、無線環境において動作および／または通信するように構成されたいずれかのタイプのデバイスであってもよい。例として、そのいずれかが、「局」および／または「ＳＴＡ」と称されてもよい、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、無線信号を送信および／または受信するように構成されてもよく、ユーザ機器（ＵＥ）、移動局、固定または移動加入者ユニット、サブスクリクションベースのユニット、ページャ、セルラ電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマートフォン、ラップトップ、ネットブック、パーソナルコンピュータ、無線センサ、ホットスポットまたはＭｉ−Ｆｉデバイス、モノノインターネット（ＩｏＴ）デバイス、ウォッチまたは他のウェアラブル、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、車両、ドローン、医療用デバイスおよびアプリケーション（例えば、遠隔手術）、工業用デバイスおよびアプリケーション（例えば、工業用および／または自動化された処理チェーン状況において動作するロボットおよび／または他の無線デバイス）、家電デバイス、ならびに商業用および／または工業用無線ネットワーク上において動作するデバイスなどを含んでもよい。ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのいずれも、交換可能にＵＥと称されてもよい。

通信システム１００はまた、基地局１１４ａおよび／または基地局１１４ｂを含んでもよい。基地局１１４ａ、１１４ｂの各々は、ＣＮ１０６／１１５、インターネット１１０、および／または他のネットワーク１１２など、１つまたは複数の通信ネットワークへのアクセスを容易にするために、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのうちの少なくとも１つと無線でインタフェースをとるように構成されたいずれかのタイプのデバイスであってもよい。例として、基地局１１４ａ、１１４ｂは、基地送受信機局（ＢＴＳ）、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ、ホームＮｏｄｅＢ、ホームｅＮｏｄｅＢ、ｇＮＢ、ＮＲ ＮｏｄｅＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント（ＡＰ）、および無線ルータなどであってもよい。基地局１１４ａ、１１４ｂは、各々が、単一の要素として表されているが、基地局１１４ａ、１１４ｂは、任意の数の相互接続された基地局および／またはネットワーク要素を含んでもよいことが理解されよう。

基地局１１４ａは、ＲＡＮ１０４／１１３の一部であってもよく、ＲＡＮ１０４／１１３は、他の基地局、および／または基地局コントローラ（ＢＳＣ）、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、中継ノードなどのネットワーク要素（図示されず）も含んでもよい。基地局１１４ａおよび／または基地局１１４ｂは、セル（図示されず）と称されてもよい、１つまたは複数のキャリア周波数上において、無線信号を送信および／または受信するように構成されてもよい。これらの周波数は、認可スペクトル、非認可スペクトル、または認可スペクトルと非認可スペクトルとの組み合わせの中にあってもよい。セルは、相対的に固定であってもよくまたは時間とともに変化してもよい特定の地理的エリアに、無線サービス用のカバレージを提供してもよい。セルは、更に、セルセクタに分割されてもよい。例えば、基地局１１４ａと関連付けられたセルは、３つのセクタに分割されてもよい。したがって、一実施形態では、基地局１１４ａは、送受信機を３つ、すなわち、セルの各セクタに対して１つずつ含んでよい。実施形態では、基地局１１４ａは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を利用してもよく、セルの各セクタに対して複数の送受信機を利用してもよい。例えば、所望の空間方向において信号を送信および／または受信するために、ビームフォーミングが使用されてもよい。

基地局１１４ａ、１１４ｂは、エアインタフェース１１６上において、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのうちの１つまたは複数と通信してもよく、エアインタフェース１１６は、いずれかの適切な無線通信リンク（例えば、無線周波（ＲＦ）、マイクロ波、センチメートル波、マイクロメートル波、赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）、可視光など）であってもよい。エアインタフェース１１６は、任意の適切な無線アクセス技術（ＲＡＴ）を使用して確立されてもよい。

より具体的には、上述されたように、通信システム１００は、多元接続システムであってもよく、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ、およびＳＣ−ＦＤＭＡなど、１つまたは複数のチャネルアクセス方式を採用してもよい。例えば、ＲＡＮ１０４／１１３内の基地局１１４ａと、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとは、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）を使用して、エアインタフェース１１５／１１６／１１７を確立してもよい、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）などの無線技術を実装してもよい。ＷＣＤＭＡは、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）および／または進化型ＨＳＰＡ（ＨＳＰＡ＋）などの通信プロトコルを含んでよい。ＨＳＰＡは、高速ダウンリンク（ＤＬ）パケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）、および／または高速アップリンク（ＵＬ）パケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）を含んでもよい。

実施形態では、基地局１１４ａ、およびＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、および／またはＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ−Ａ）、および／またはＬＴＥアドバンストプロ（ＬＴＥ−Ａ Ｐｒｏ）を使用して、エアインタフェース１１６を確立してもよい、進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセス（Ｅ−ＵＴＲＡ）などの無線技術を実装してもよい。

実施形態では、基地局１１４ａ、およびＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、ニューラジオ（ＮＲ）を使用して、エアインタフェース１１６を確立してもよい、ＮＲ無線アクセスなどの無線技術を実装してもよい。

実施形態では、基地局１１４ａ、およびＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、複数の無線アクセス技術を実装してもよい。例えば、基地局１１４ａ、およびＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、例えば、デュアルコネクティビティ（ＤＣ）原理を使用して、ＬＴＥ無線アクセスおよびＮＲ無線アクセスを共に実装してもよい。したがって、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃによって利用されるエアインタフェースは、複数のタイプの無線アクセス技術、ならびに／または複数のタイプの基地局（例えば、ｅＮＢおよびｇＮＢ）に送信される／そこから送信される送信によって特徴付けられてもよい。

他の実施形態では、基地局１１４ａ、およびＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、ＩＥＥＥ８０２．１１（すなわち、ワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ））、ＩＥＥＥ８０２．１６（すなわち、Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ（ＷｉＭＡＸ））、ＣＤＭＡ２０００、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ、ＣＤＭＡ２０００ ＥＶ−ＤＯ、暫定標準２０００（ＩＳ−２０００）、暫定標準９５（ＩＳ−９５）、暫定標準８５６（ＩＳ−８５６）、移動体通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）、ＧＳＭエボリューション用高速データレート（ＥＤＧＥ）、およびＧＳＭ ＥＤＧＥ（ＧＥＲＡＮ）などの無線技術を実装してもよい。

図１Ａにおける基地局１１４ｂは、例えば、無線ルータ、ホームＮｏｄｅＢ、ホームｅＮｏｄｅＢ、またはアクセスポイントであってもよく、事業所、自宅、車両、キャンパス、産業用施設、（例えば、ドローンによって使用される）エアコリド、および車道など、局所化されたエリアにおける無線接続性を容易にするために、任意の適切なＲＡＴを利用してもよい。一実施形態では、基地局１１４ｂと、ＷＴＲＵ１０２ｃ、１０２ｄとは、ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線技術を実装して、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を確立してもよい。実施形態では、基地局１１４ｂと、ＷＴＲＵ１０２ｃ、１０２ｄとは、ＩＥＥＥ８０２．１５などの無線技術を実装して、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）を確立してもよい。また別の実施形態では、基地局１１４ｂと、ＷＴＲＵ１０２ｃ、１０２ｄとは、セルラベースのＲＡＴ（例えば、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、ＧＳＭ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＬＴＥ−Ａ Ｐｒｏ、ＮＲなど）を利用して、ピコセルまたはフェムトセルを確立してもよい。図１Ａに示されるように、基地局１１４ｂは、インターネット１１０への直接的な接続を有してもよい。したがって、基地局１１４ｂは、ＣＮ１０６／１１５を介してインターネット１１０にアクセスする必要がないことがある。

ＲＡＮ１０４／１１３は、ＣＮ１０６／１１５と通信してもよく、ＣＮ１０６／１１５は、音声、データ、アプリケーション、および／またはボイスオーバインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）サービスを、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのうちの１つまたは複数に提供するように構成された任意のタイプのネットワークであってもよい。データは、異なるスループット要件、遅延要件、エラー耐性要件、信頼性要件、データスループット要件、およびモビリティ要件など、様々なサービス品質（ＱｏＳ）要件を有してもよい。ＣＮ１０６／１１５は、呼制御、ビリングサービス、モバイルロケーションベースのサービス、プリペイド発呼、インターネット接続性、ビデオ配信などを提供してもよく、および／またはユーザ認証など、高レベルセキュリティ機能を実行してもよい。図１Ａには示されていないが、ＲＡＮ１０４／１１３および／またはＣＮ１０６／１１５は、ＲＡＮ１０４／１１３と同じＲＡＴまたは異なるＲＡＴを利用する他のＲＡＮと直接的または間接的通信を行ってもよいことが理解されよう。例えば、ＮＲ無線技術を利用していることがあるＲＡＮ１０４／１１３に接続されていることに加えて、ＣＮ１０６／１１５は、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ２０００、ＷｉＭＡＸ、Ｅ−ＵＴＲＡ、またはＷｉＦｉ無線技術を利用する別のＲＡＮ（図示されず）とも通信してもよい。

ＣＮ１０６／１１５は、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが、ＰＳＴＮ１０８、インターネット１１０、および／または他のネットワーク１１２にアクセスするためのゲートウェイとしての役割も果たしてもよい。ＰＳＴＮ１０８は、基本電話サービスを提供する、回線交換電話網を含んでよい。インターネット１１０は、ＴＣＰ／ＩＰインターネットプロトコルスイート内の伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、および／またはインターネットプロトコル（ＩＰ）など、共通の通信プロトコルを使用する、相互接続されたコンピュータネットワークおよびデバイスからなる地球規模のシステムを含んでよい。ネットワーク１１２は、他のサービスプロバイダによって所有および／または運営される、有線および／または無線通信ネットワークを含んでもよい。例えば、ネットワーク１１２は、ＲＡＮ１０４／１１３と同じＲＡＴまたは異なるＲＡＴを利用してもよい１つまたは複数のＲＡＮに接続された、別のＣＮを含んでもよい。

通信システム１００内のＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのうちのいくつかまたはすべては、マルチモード機能を含んでよい（例えば、ＷＴＲＵ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、異なる無線リンク上において、異なる無線ネットワークと通信するための、複数の送受信機を含んでよい）。例えば、図１Ａに示されるＷＴＲＵ１０２ｃは、セルラベースの無線技術を採用してもよい基地局１１４ａと通信するように、またＩＥＥＥ８０２無線技術を利用してもよい基地局１１４ｂと通信するように構成されてもよい。

図１Ｂは、例示的なＷＴＲＵ１０２を示すシステム図である。図１Ｂに示されるように、ＷＴＲＵ１０２は、とりわけ、プロセッサ１１８、送受信機１２０、送信／受信要素１２２、スピーカ／マイクロフォン１２４、キーパッド１２６、ディスプレイ／タッチパッド１２８、非リムーバブルメモリ１３０、リムーバブルメモリ１３２、電源１３４、全地球測位システム（ＧＰＳ）チップセット１３６、および／または他の周辺機器１３８を含んでよい。ＷＴＲＵ１０２は、実施形態との整合性を保ちながら、上記の要素の任意のサブコンビネーションを含んでよいことが理解されよう。

プロセッサ１１８は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来型プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、他の任意のタイプの集積回路（ＩＣ）、および状態機械などであってもよい。プロセッサ１１８は、信号コーディング、データ処理、電力制御、入力／出力処理、および／またはＷＴＲＵ１０２が無線環境において動作することを可能にする他の任意の機能性を実行してもよい。プロセッサ１１８は、送受信機１２０に結合されてもよく、送受信機１２０は、送信／受信要素１２２に結合されてもよい。図１Ｂは、プロセッサ１１８と送受信機１２０を別個の構成要素として表しているが、プロセッサ１１８と送受信機１２０は、電子パッケージまたはチップ内に一緒に統合されてもよいことが理解されよう。

送信／受信要素１２２は、エアインタフェース１１６上において、基地局（例えば、基地局１１４ａ）に信号を送信し、または基地局から信号を受信するように構成されてもよい。例えば、一実施形態では、送信／受信要素１２２は、ＲＦ信号を送信および／または受信するように構成されたアンテナであってもよい。実施形態では、送信／受信要素１２２は、例えば、ＩＲ、ＵＶ、または可視光信号を送信および／または受信するように構成された放射器／検出器であってもよい。また別の実施形態では、送信／受信要素１２２は、ＲＦ信号および光信号の両方を送信および／または受信するように構成されてもよい。送信／受信要素１２２は、無線信号の任意の組み合わせを送信および／または受信するように構成されてもよいことが理解されよう。

図１Ｂにおいては、送信／受信要素１２２は、単一の要素として表されているが、ＷＴＲＵ１０２は、任意の数の送信／受信要素１２２を含んでよい。より具体的には、ＷＴＲＵ１０２は、ＭＩＭＯ技術を利用してもよい。したがって、一実施形態では、ＷＴＲＵ１０２は、エアインタフェース１１６上において無線信号を送信および受信するための２つ以上の送信／受信要素１２２（例えば、複数のアンテナ）を含んでよい。

送受信機１２０は、送信／受信要素１２２によって送信されることになる信号を変調し、送信／受信要素１２２によって受信された信号を復調するように構成されてもよい。上で言及されたように、ＷＴＲＵ１０２は、マルチモード機能を有してもよい。したがって、送受信機１２０は、ＷＴＲＵ１０２が、例えば、ＮＲおよびＩＥＥＥ８０２．１１など、複数のＲＡＴを介して通信することを可能にするための、複数の送受信機を含んでよい。

ＷＴＲＵ１０２のプロセッサ１１８は、スピーカ／マイクロフォン１２４、キーパッド１２６、および／またはディスプレイ／タッチパッド１２８（例えば、液晶表示（ＬＣＤ）ディスプレイユニットもしくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイユニット）に結合されてもよく、それらからユーザ入力データを受信してもよい。プロセッサ１１８は、スピーカ／マイクロフォン１２４、キーパッド１２６、および／またはディスプレイ／タッチパッド１２８にユーザデータを出力してもよい。加えて、プロセッサ１１８は、非リムーバブルメモリ１３０および／またはリムーバブルメモリ１３２など、任意のタイプの適切なメモリから情報を入手してもよく、それらにデータを記憶してもよい。非リムーバブルメモリ１３０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、または他の任意のタイプのメモリ記憶デバイスを含んでよい。リムーバブルメモリ１３２は、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード、メモリスティック、およびセキュアデジタル（ＳＤ）メモリカードなどを含んでよい。他の実施形態では、プロセッサ１１８は、サーバまたはホームコンピュータ（図示されず）上などに配置された、ＷＴＲＵ１０２上に物理的に配置されていないメモリから情報を入手してもよく、それらにデータを記憶してもよい。

プロセッサ１１８は、電源１３４から電力を受け取ってもよく、ＷＴＲＵ１０２内の他の構成要素に電力を分配するように、および／またはそれらへの電力を制御するように構成されてもよい。電源１３４は、ＷＴＲＵ１０２に給電するための任意の適切なデバイスであってもよい。例えば、電源１３４は、１つまたは複数の乾電池（例えば、ニッケル−カドミウム（ＮｉＣｄ）、ニッケル−亜鉛（ＮｉＺｎ）、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）、リチウム−イオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）など）、太陽電池、および燃料電池などを含んでよい。

プロセッサ１１８は、ＧＰＳチップセット１３６にも結合されてもよく、ＧＰＳチップセット１３６は、ＷＴＲＵ１０２の現在のロケーションに関するロケーション情報（例えば、経度および緯度）を提供するように構成されてもよい。ＧＰＳチップセット１３６からの情報に加えて、またはそれの代わりに、ＷＴＲＵ１０２は、基地局（例えば、基地局１１４ａ、１１４ｂ）からエアインタフェース１１６上においてロケーション情報を受信してもよく、および／または２つ以上の近くの基地局から受信されている信号のタイミングに基づいて、自らのロケーションを決定してもよい。ＷＴＲＵ１０２は、実施形態との整合性を保ちながら、任意の適切なロケーション決定方法を用いて、ロケーション情報を取得してもよいことが理解されよう。

プロセッサ１１８は、更に他の周辺機器１３８に結合されてもよく、他の周辺機器１３８は、追加の特徴、機能性、および／または有線もしくは無線接続性を提供する、１つまたは複数のソフトウェアモジュールおよび／またはハードウェアモジュールを含んでよい。例えば、周辺機器１３８は、加速度計、ｅコンパス、衛星送受信機、（写真および／またはビデオ用の）デジタルカメラ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート、バイブレーションデバイス、テレビ送受信機、ハンズフリーヘッドセット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール、周波数変調（ＦＭ）ラジオユニット、デジタル音楽プレーヤ、メディアプレーヤ、ビデオゲームプレーヤモジュール、インターネットブラウザ、仮想現実および／または拡張現実（ＶＲ／ＡＲ）デバイス、ならびにアクティビティトラッカなどを含んでよい。周辺機器１３８は、１つまたは複数のセンサを含んでよく、センサは、ジャイロスコープ、加速度計、ホール効果センサ、磁力計、方位センサ、近接センサ、温度センサ、時間センサ、ジオロケーションセンサ、高度計、光センサ、タッチセンサ、磁力計、気圧計、ジェスチャセンサ、バイオメトリックセンサ、および／または湿度センサのうちの１つまたは複数であってもよい。

ＷＴＲＵ１０２は、（例えば、（例えば、送信用の）ＵＬと（例えば、受信用の））ダウンリンクの両方のための特定のサブフレームと関連付けられた信号のいくつかまたはすべての送信および受信が、並列および／または同時であってもよい、全二重無線を含んでよい。全二重無線は、ハードウェア（例えば、チョーク）を介して、またはプロセッサ（例えば、別個のプロセッサ（図示されず）もしくはプロセッサ１１８）を介する信号処理を介して、自己干渉を低減させ、および／または実質的に除去するために、干渉管理ユニット１３９を含んでよい。実施形態では、ＷＴＲＵ１０２は、（例えば、（例えば、送信用の）ＵＬまたは（例えば、受信用の）ダウンリンクのどちらかのための特定のサブフレームと関連付けられた）信号のいくつかまたはすべての送信および受信のための、半二重無線を含んでよい。

ＷＴＲＵが無線端末として説明されたが、特定の代表的な実施形態では、そのような端末は、通信ネットワークとの有線通信インタフェースを使用してもよい（例えば、一時的または永続的に）ことが考慮されよう。

導入
本明細書で開示される実施形態は、性能を改善し、投影されたビームに基づいて３Ｄ ＬＦディスプレイの特徴セットを拡大するよう動作する。本明細書で開示されるシステムおよび方法は、格子干渉計（ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）および空間光変調器を組み合わせた構造を使用して、有効なＬＦ画素開口サイズを増大させる。提示されるシステムおよび方法は、ディスプレイ面に対する空間分解能に必ずしも影響を与えることがない方式において開口を拡大する。

いくつかの実施形態では、ビーム開口サイズを拡張するシステムおよび方法は、回折効果を減少させる。拡張された開口によってもたらされる回折効果の減少を利用することによって、より高い分解能のＬＦディスプレイを構築することができる。格子干渉計およびＳＬＭによってもたらされる最適な光変調により、ディスプレイ面および仮想焦点面の両方において改善された空間分解能が得られる。

更に、提示される処理および構造は、３Ｄディスプレイのアイボックスのサイズを増大させるために採用されてもよい。より大きなアイボックスは、ユーザ操作性全体を改善することができ、アイトラッキングシステムにおいてあまり厳しくない要件を可能にすることができる。提示される構造は、投影されたビームにより機能する既存のＬＦディスプレイ構造に追加されてもよく、または新たなタイプのＬＦディスプレイの一部として使用されてもよい。

本明細書で開示されるのは、格子干渉計および空間光変調器（ＳＬＭ）を利用することによってビーム投影ＬＦ画素の開口サイズを増大させる方法およびシステムである。様々な実施形態は、光学的方法の形式を取る。本明細書で説明されるいくつかの実施形態では、拡張された開口サイズは、減少した回折効果を通じたより高い分解能のＬＦディスプレイを可能にする。本明細書で説明されるシステムおよび方法は、ディスプレイ面に対する空間分解能が影響されない方式において画素開口を増大させることを可能にする。より高い分解能の画像は、ディスプレイ面および仮想焦点面の両方において取得されてもよい。代わりに、３Ｄディスプレイの仮想アイボックスのサイズを増大させ、ディスプレイシステム全体の使用性を改善するために、同一の基本構造が使用されてもよい。提示される構造は、投影された交差するビームにより機能する既存のＬＦディスプレイ構造の最上部に追加されてもよく、または新たなタイプのＬＦディスプレイの一部として使用されてもよい。

本明細書で開示されるフルＬＦディスプレイシステムの第１の部分は、ＬＦ画像生成モジュールである。ＬＦ画像生成モジュールは、ビーム交差点において仮想焦点面を生じさせるために使用される良好にコリメートされたビームを生成することが可能ないずれかのＬＦディスプレイであってもよい。提案される構造の第２の部分は、２つの連続した線形格子およびＳＬＭを有する格子干渉計を含む。少なくとも一実施形態では、２つの格子は、光学特性において同一である。ＳＬＭは、例えば、ＬＣＤパネルとして具体化されてもよく、格子干渉計は、両側面上でエンボス加工された格子構造を有する単一のポリカーボネートシートとして具体化されてもよい。

干渉計構造における第１の格子は、ＬＦ画素内で生成されたコリメートされたビームを異なる子ビームに分割するために使用され、異なる子ビームは、異なる方向に伝播する。子ビームが第２の格子（光学特性において最初の１つと同一であってもよい）と衝突するとき、第２世代の子ビームのいくつかは、ＬＦ画素から放射された元のビームと同一の方向に再度回折する。組み合わされた第２世代の子ビームは、視聴者の目の前方でディスプレイアイボックスに向かって伝播する最終的な１つの指向性統合ビーム（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｕｎｉｆｉｅｄ ｂｅａｍ）と交差し、最終的な１つの指向性統合ビームを形成する。結果として生じるビームは、ＬＦディスプレイ画素から放射された元のビームよりも大きな開口を有する。ＳＬＭは、第２の格子の前後に位置付けられ、二重格子構造によって生じた全ての不要な回折次数（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）を遮断するために使用される。ＳＬＭは、画像におけるコントラスト悪化クロストークを低減させる。

本明細書で教示される例示的なＬＦディスプレイの基本構造は、この詳細な説明と調和して説明される。ディスプレイデバイス内の構成要素が小さく、大量生産可能であるので、そのようなモジュールのコストは、高容量にすることにより容易に下げることができる。非常に少数の構成要素のみが共に適合されるので、単純な構造もシステム全体の信頼性、設定、および校正のために利点がある。

この詳細な説明において開示されるいくつかの処理および構造は、光学開口拡大器構造を利用し、光学開口拡大器構造は、以下の利点、（ｉ）光学系レベルに対する許容誤差および構成要素許容誤差を低下させ、（ｉｉ）アイボックスサイズを拡張することによってシステムの使用容易性を改善し、ならびに／または（ｉｉｉ）３Ｄ ＬＦ画像空間分解能を増大させる、ことのうちの１つまたは複数をもたらすことができる。それらの特徴の各々は、３Ｄ画像を形成するよう光の交差する投影されたビームを使用するＬＦディスプレイの性能を高めるために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、例示的な光学拡大器構造自体は、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１７年９月２８日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ３Ｄ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄｓ Ｕｓｉｎｇ Ｔｉｌｔｉｎｇ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｐｌａｔｅｓ」と題する米国仮特許出願第６２／５６４，９１３号に開示された構造のうちの１つまたは複数などの既存のＬＦディスプレイ構造の最上部に追加されてもよい。他の実施形態では、例示的な光学拡大器は、新たなＬＦディスプレイのタイプに使用されてもよい。

拡大されたＬＦ画素開口は、より大きな３Ｄディスプレイのアイボックスをもたらし、より大きな３Ｄディスプレイのアイボックスは次いで、構成要素許容誤差およびシステムレベル許容誤差に対する要件を低下させる。システムレベル許容誤差を低下させることによって、製造するのにより低コストであり、異なるユーザに対して校正するのがより容易であるディスプレイデバイス全体を構築することが可能である。延長した開口から生じる拡張されたアイボックスが、より遅いアイトラッキング構成要素およびシステムモジュールの間のあまり厳格でない位置合わせを可能にすることを理由に、コスト削減が可能である。更に、異なる人間は、それらの物理特性における自然差（ｎａｔｕｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）を有し、瞳孔間距離の変動などの公差は、提示される方法により対処される。いくつかの実施形態では、異なるユーザに対してシステムを調節する校正ルーチンに対する必要性が存在しない。

本明細書で説明される例示的な開口拡大器の方法は、ユーザの自然な目および頭の動きに対するより大きな許容誤差が存在するにつれて、使用の容易性を改善する。これは特に、典型的にはＨＭＤのような頭に固定されないハンドヘルドデバイスにある、モバイルディスプレイのケースにおいて有益である。多くの現在の携帯電話およびタブレットは既に、アイトラッキングを実行することができる正面カメラを備えており、モバイルデバイスが低電力消費のための困難な要求を有するにつれて、直接の目の投影によってエネルギーを節約するためにアイトラッキングが実施されることがある。表示視点は、３Ｄ画像を生成するために一度に１つの目に制限されることがある。アイトラッキングを使用する実施形態は、画像情報が追跡されたユーザの目のみに投影されるので、プライバシを増大させることもできる。

回折制限撮像システム（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）の分解能は、システム開口のサイズを増大させることによって増大することができる。いくつかの開口拡大器の方法は、回折ぼやけの低減を通じてＬＦディスプレイシステムにおける改善された空間分解能を可能にすることができる。分解能を高めることは、ビーム発散が改善することなしには利用可能でない、いずれかの所与の焦点面の改善された画素密度および／または増大したボクセル深度において見ることができる。ディスプレイ面自体に対する空間分解能も維持することができ、それは、良好な品質のピクチャを提供するために高分解能が求められることを理由に、ユーザの目に相対的に近く保持されたモバイルディスプレイに対して特に有用である。更に、いくつかの実施形態は、ゼロ次元の回折したビームのみがＳＬＭを通ることを可能にすることによって、通常の２Ｄディスプレイをエミュレートすることができる。

この詳細な説明に進む前に、様々な図の中で記述され、様々な図と関連して表され、説明されるエンティティ、接続、および配列などは、例としてかつ非限定的なものとして提示されることに留意されよう。そのようにして、特定の図が何を「記述」しているか、特定の図の中の特定の要素またはエンティティが何であるかまたは何を有しているかについてのいずれかおよび全ての言及または他のインジケーション、ならびにコンテキストと分離して、およびコンテキストの外にあることがあるいずれかおよび全ての同様の言及は、絶対的であるとして読まれ、したがって、建設的に「少なくとも一実施形態では」などの条項よりも前にあるとして、限定のみが適切に読まれてもよい。

その上、後続の段落および本開示のいずれかで説明される変形および置換のいずれかは、いずれかの方法の実施形態およびいずれかのシステムの実施形態を含む、いずれかの実施形態に関して実施されてもよい。

全体的な３Ｄ画像感知
図２Ａおよび２Ｂは、異なる焦点距離および目の収束角度を表す。図２Ａは、自然なシーン内の現実世界目的物２０２を見るときの網膜焦点を表す。図２Ｂは、自動立体視３Ｄディスプレイ２０４を見るときの網膜焦点を表す。画像のいくつかの部分は、図２Ａに表される現実世界のケースではぼやけ、図２Ｂに表されるディスプレイのケースでは、全ての部分の焦点が合っている。ホームシアタおよびシネマにおいて一般的に使用される、現在の立体視ディスプレイは、３Ｄ画像を生成するための次善技術を採用する。目の網膜上の感光細胞と目の筋肉の動きを検知する細胞との間の人間の脳における神経連絡が存在する。関連する領域は、深度の感知が生じるときに共に作用する。画像情報がディスプレイの平面に制限されるという事実に起因して、自動立体視３Ｄディスプレイは、適切な網膜焦点キューを欠いている。目が収束する点とは異なる点に焦点を合わせるとき、脳内の生理学信号が混乱する。収束および調和の深度キューの不一致は、例えば、目の疲れ、疲労、吐気につながり、目的物の距離への目の調和を遅くする。この現象は、適合的眼球離反運動不一致（ＶＡＣ）と称され、人工３Ｄ画像内での比例しない深度捻出（ｎｏｎ−ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｄｅｐｔｈ ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）の結果である。

図３Ａ〜３Ｄは、平坦なライトフィールド（ＬＦ）ディスプレイ上の画素クラスタと共に、様々な目の焦点角度（ＦＡ）および収束角度（ＣＡ）を表す。表されるのは、４つのケース、ディスプレイ面の像点（図３Ａ）、ディスプレイ面の背後の仮想像点（図３Ｂ）、ディスプレイ面の背後の無限距離にある仮想画像（図３Ｃ）、およびディスプレイ面の前方にある像点（図３Ｄ）、における平坦なＬＦディスプレイ上の画素クラスタと共に、目の焦点角度および収束角度である。

適合的眼球離反運動不一致は、現在の立体視３Ｄディスプレイからより進化したライトフィールドシステムへ移動するための１つの馭者（ｄｒｉｖｅｒ）である。平坦な形状因子のＬＦ ３Ｄディスプレイは、目の収束および焦点角度を同時に生じさせることができる。図３Ａ〜３Ｄは、４つの異なる３Ｄ画像コンテンツのケースにおけるそれらの角度を示す。図３Ａでは、像点３２０は、ディスプレイ３０５の表面上にあり、両目３１０に視認可能な１つの照射された画素のみが必要とされる。両目が焦点を合わせ（角度３２２）、同一の点に収束する（角度３２４）。図３Ｂでは、仮想像点（例えば、ボクセル）３３０は、ディスプレイ３０５の背後にあり、ディスプレイ上の画素３３２の２つのクラスタ３３２が照射される。加えて、それらの２つの照射された画素クラスタ３３２からの光線の方向は、放射された光が適切な目にのみ視認可能であり、よって、目が同一の単一の仮想点３３０に収束するように制御される。図３Ｃでは、仮想画像３４０は、ディスプレイスクリーン３０５の背後の無限距離にあり、平行な光線のみが２つの照射された画素クラスタ３４２からのディスプレイ面から放射される。このケースでは、画素クラスタ３４２に対する最小サイズは、目の瞳孔のサイズであり、クラスタのサイズは、ディスプレイ面上で必要とされる画素クラスタの最大サイズも表す。図３Ｄでは、仮想像点（例えば、ボクセル）３５０は、ディスプレイ３０５の前方にあり、２つの画素クラスタ３５２は、それらが焦点を合わせる点と同一の点において交差する放射されたビームにより照射される。図３Ｂ〜３Ｄの一般化されたケースでは、３Ｄ画像コンテンツへの自然な目の反応に対する収束および焦点角度の両方を生じさせるために、ＬＦディスプレイデバイスからの放射された光の空間制御および角度制御が使用される。

少なくとも３つのタイプの３Ｄディスプレイは、自然な３Ｄ画像感知のための適切な焦点キューをもたらすことも可能である。第１のカテゴリは、真の３Ｄ空間内で３Ｄ画像を生成することができる立体ディスプレイ技術である。３Ｄ画像の各々の「ボクセル」は、空間位置に物理的に位置し、そこでは、それは、視聴者の目において実画像を形成するよう、その位置から観察者に向かったところにあると想定され、その位置から観察者に向かって光を反射または放射する。３Ｄ立体ディスプレイによる主な問題は、低分解能、大きな物理サイズ、およびシステムの高い複雑度である。それらは、製造するのに非常に高価であり、非常に厄介であり、ディスプレイを製造するような使用ケース、ミュージアムのような使用ケースなどの特殊な使用ケース以外では使用することができない。適切な網膜焦点キューをもたらすことが可能な第２の３Ｄディスプレイデバイスのカテゴリは、ホログラフィックディスプレイである。それらのディスプレイは、自然な設定において目的物から拡散された光波面全体を再構築することによって動作する。この分野の技術における１つの問題は、極端に細かな波面の生成に使用される適切な空間光変調器（ＳＬＭ）構成要素がないことである。自然な網膜焦点キューをもたらすことが可能な第３の３Ｄディスプレイ技術のカテゴリは、ライトフィールド（ＬＦ）ディスプレイと称され、本開示の支配的な技術分野である。

図４Ａ〜４Ｃは、瞳孔に向かって方向付けられたライトフィールドの様々なレベルの閉塞を表す。ＬＦシステムは、空間領域のみを制御することができる従来の立体視３Ｄディスプレイとは異なり、空間領域および角領域の両方において発光を制御することを目的とする。ライトフィールドを生じさせる２つの異なる方式が存在する。第１のアプローチでは、視聴者の各々の目にわたって視差が生じ、見られている目的物の３Ｄ位置に対応する適切な網膜ぼやけを生じさせる。第２のアプローチは、目的物の画像がその３Ｄ位置に対応する焦点面に投影される多焦点面アプローチである。第１のアプローチは通常、目の瞳孔の位置が判定するのにより容易であり、目がディスプレイにより近く、必要とされる光線の密度のある視野（ｄｅｎｓｅ ｆｉｅｌｄ）をもたらすのにより容易であるので、頭部に装着された単一のユーザデバイスに対してより適切である。第２のアプローチは、視聴者からの或る距離に位置するディスプレイに対してより良好に適合し、ヘッドギアなしに使用されてもよい。本システムの一実施形態では、単一の目ごとに複数の視点を提示することによって、適切な網膜ぼやけが達成される。図４Ａ〜４Ｃは、瞳孔にわたって視差によって生じる閉塞を示す。図４Ａでは、人間の体（それらの足）の一部のみが視認可能であり、人間の残りは遮断される。これは、瞳孔の左側からの視点に調和する（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｗｉｔｈ）。図４Ｂでは、人間の体の大部分は視認可能であるが、人間のわずかな部分はなおも遮断される。これは、瞳孔の中心からの視点に調和する。図４Ｃでは、人間の体の全体が視認可能である。これは、瞳孔の右側からの視点に調和する。結果として生じる変化した画像は、適切な網膜ぼやけを生じさせるために提示される視点を表す。わずかに異なる観点からの少なくとも２つの画像からの光が目の瞳孔に同時に入射する場合、より現実的な視覚経験が続く。このケースでは、動きの視差効果は、動きに起因して脳が無意識に画像の変化を予測するので、自然な状態により良好に類似する。適切な視距離にある２つの視点の間の間隔が目の瞳孔のサイズよりも小さい値であることを保証することによって、ＳＭＶ効果を達成することができる。

標準的な照射条件において、人間の瞳孔は概して、直径で約４ミリメートルであると推定される。周囲光レベルが高い場合（例えば、日光）、直径は、１．５ミリメートルほど短くてもよく、暗い条件では、８ミリメートルほど長くてもよい。ＳＭＶディスプレイにより達成することができる最大角密度（ａｎｇｕｌａｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、回折によって制限され、空間分解能（画素サイズ）と角分解能との間の逆相関が存在する。回折は、開口を通過する光ビームの角拡散を増大させ、この効果は、非常に高密度のＳＭＶディスプレイの設計において考慮される必要がある。

図５は、単一の平坦な形状因子パネルにより３Ｄコンテンツの網膜焦点キューおよび複数の視点を生じさせることが可能なＬＦディスプレイ１４０５と関連付けられた発光角度を生じさせることに関与する幾何学の概略図である。単一の３Ｄディスプレイ面１４０５は好ましくは、現在の３Ｄ立体視ディスプレイにおいて既に利用されている粗い３Ｄ感知効果を生じさせるために、単一のユーザの両目への少なくとも２つの異なる視点を生成することが可能である。脳は、三角測量法および瞳孔間距離に基づいて、３Ｄ距離の計算のためにそれらの２つの異なる目画像を使用する。これは、少なくとも２つの視点が好ましくは、図５に示される単一ユーザ視点角度（ＳＶＡ）に投影されることを意味する。加えて、真のＬＦディスプレイは好ましくは、適切な網膜焦点キューをもたらすために、単一の目の瞳孔の内部で少なくとも２つの異なる視点を投影することが可能である。光学設計を目的に、視認可能な画像がその中で形成される空間の容積（例えば、「アイボックス」幅１４２５）を判定するとき、視聴者の目の瞳孔の周りで「アイボックス」が概して定義される。ＬＦディスプレイ１４０５のケースでは、少なくとも２つの部分的に重なった視点は好ましくは、特定の視距離１４２０にあるアイボックスによって及ぶアイボックス角度（ＥＢＡ）の内部で投影される。異なる視点角度からディスプレイ１４０５を見ている複数の視聴者（例えば、１４０１、１４０２、１４０３）によってディスプレイ１４０５が使用されることが意図される場合、同一の３Ｄコンテンツのいくつかの視点（例えば、仮想目的物点１４１０）は好ましくは、意図された多ユーザ視点角度（ＭＶＡ）全体に及ぶ全ての視聴者に投影される。

以下の段落は、上記幾何学に関する例示的な計算を提供する。後続のシナリオにおける値は、明確にするために提供され、何ら限定することを意味していない。ＬＦディスプレイが単一の視聴者から１メートルの距離に位置付けられ、アイボックス幅が１０ミリメートルに設定される場合、ＥＢＡについての値は、約０．６度であり、３Ｄ画像コンテンツの少なくとも１つの視点は、〜０．３度の角度ごとに生成される。標準的な人間の瞳孔間距離が約６５ミリメートルであるので、ＳＶＡは、約４．３度であり、約１４個の異なる視点は、ディスプレイの法線の方向に位置付けられた単一の視聴者に対してまさに求められる（視聴者の顔領域全体に及ぶ場合）。全てが９０度の適度なＭＶＡの内部に位置付けられた複数のユーザによりディスプレイが使用されることが意図される場合、３００個の異なる視点の合計が求められる。３０センチメートルの距離に位置付けられたディスプレイ（例えば、携帯電話のディスプレイ）についての同様の計算は、９０度の水平多視点角度に対して必要とされる９０個の異なる視点のみをもたらす。また、ディスプレイが視聴者から３メートル離れて位置付けられる場合（テレビスクリーン）、９００個の異なる視点の合計は、同一の９０度の多視点角度に及ぶために使用される。

計算は、ＬＦ多視点システムが、ディスプレイが視聴者に対して、ユーザが更に離れるよりも近い使用ケースに対して作成するのがより容易であることを示す。更に、図５は、１つが片目の瞳孔に及ぶものであり、１つが単一ユーザの両目に及ぶものであり、１つが多ユーザのケースに対するものである、ＬＦディスプレイによって同時に及ぶ３つの異なる角度範囲を例示する。それらの３つの角度範囲の後者の２つは、レンズ状構造もしくは視差バリア構造下でいくつかの発光画素を使用することによって、または共通スクリーンを有するいくつかの投光器を使用することによってのいずれかで分解されてもよい。それらの技術は、複数の視点の生成に利用される相対的に大きな発光角度の生成に適切である。しかしながら、それらのシステムは、目の瞳孔に対処する角分解能を欠いており、それは、それらが概して、適切な網膜焦点キューを生じさせることが可能でなく、ＶＡＣの影響を受けやすいことを意味する。

平坦なパネルタイプの多視点ＬＦディスプレイは、空間多重化のみに基づくことができる。発光画素の行またはマトリックス（ＬＦ部分画素）は、レンズ状レンズシート（例えば、平行円筒レンズのシート）またはマイクロレンズアレイ（例えば、凸レンズの二次元アレイ）の背後に位置してもよく、各々の画素は、ディスプレイ構造の前方で一意な視点方向に投影される。より多くの画素が各々のレンズ状機構の背後の発光層上にあると、より多くの視点を生成することができる。これは、生成されるいくつかの一意な視点と空間分解能との間の直接のトレードオフの状態につながる。３Ｄディスプレイからのより小さいＬＦ画素サイズが望まれる場合、個々の部分画素のサイズが減少することができ、または代わりに、より少ない数の視点方向が生じることができる。高品質ＬＦディスプレイは、高空間分解能および高角分解能の両方を有する。この詳細な説明のバランスは、ＬＦディスプレイデバイスにおける開口拡大のためのシステムおよび方法に焦点を当てる。

平坦な形状因子のＬＦディスプレイの分解能を制限する光学機構
いくつかの実施形態では、高分解能のＬＦ画像を生成することは、交差するビームを使用して、異なる焦点面に複数の高分解能、深度依存の２Ｄ画像を投影することを含む。各々の焦点面の間の距離は好ましくは、人間の視覚システムの深度分解能内で維持される。１つまたは複数のビームが交差するそれぞれの位置は、ボクセルと称される。ボクセルの各々のビームは、厳密にコリメートされ、狭い直径を有する。好ましくは、各々のビームウエストは、ビームが交差する位置（すなわち、ボクセル）とコリメートされる。これは、相反する焦点キューが観察者によって受けられることを回避することを支援する。ビーム直径が長い場合、ビームが交差するところで形成されたボクセルは、大きなスポットとして目の網膜に映し出される。大きな発散値は、少なくとも２つの関係、（ｉ）所与のボクセルと観察者の目との間の距離が短くなるにつれてビーム直径が増大すること、および（ｉｉ）所与のボクセルと観察者の目との間の距離が短くなるにつれて仮想焦点面の空間分解能が減少すること、を示す。目における自然な分解能は、所与のボクセルと観察者の目との間の距離が短くなるにつれて増大する。

図６Ａは、幾何学的因子によって生じる増大したビーム発散を表し、図６Ｂは、回折によって生じる増大したビーム発散を表す。理想的なレンズのケースでは、達成可能な光ビームコリメーションは、２つの幾何学的因子、（ｉ）光源のサイズおよび（ｉｉ）レンズの焦点長、に依存する。完全なコリメーション、すなわち、いずれのビーム発散もないコリメーションは、単一の色点源（ＰＳ：ｃｏｌｏｒ ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ）が理想的な正レンズから正確に焦点長の距離に位置付けられる理論的なシナリオにおいて達成することができる。このケースは、図６Ａの最も上の例において描写される。残念ながら、全ての現実世界の光源は、非ゼロの表面領域を有し、非ゼロの表面領域から光が放射され、それらを延長源（ＥＳ：ｅｘｔｅｎｄｅ ｓｏｕｒｃｅｓ）とする。光源の各々の点が別個にレンズによって映し出されるので、総ビームは、レンズの後に多少の異なる方向に伝播する複数のコリメートされた部分ビームを含むと考えられてもよい。図６Ａに提示される下方の２つのケースは、ＥＳが大きく成長するにつれ、総ビーム発散が増大することを示す。この幾何学的因子は、いずれかの光学手段によっては回避することができない。相対的に大きな光源により、システムの光学的幾何学からの発散は、法外に支配する特徴である。

ビーム発散を生じさせる別の特徴は、回折である。この用語は、波（例えば、光の）が障害物またはスリット（例えば、格子内の）に直面するときに発生する様々な現象を指す。それは、幾何学的陰の領域への開口の角の周りの光の湾曲として考えられてもよい。回折効果は、全ての撮像システムにおいて発見することができ、それらは、全ての光学収差を相殺することが可能な完全なレンズ設計でさえ取り除くことができない。実際に、最高光学品質に到達することが可能なレンズは、画像に残るぼやけのほとんどが回折から生じるので、「回折限界（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ」と称される。回折限界レンズにより達成可能な角分解能は、式（１）
ｓｉｎθ＝１．２２×λ／Ｄ 式（１）
から計算することができ、λは、光の波長であり、Ｄは、レンズの入射瞳孔の直径である。上記式では、光の色およびレンズの開口サイズは、回折の量に影響を与える主要な因子である。図６Ｂは、レンズ開口サイズが減少するにつれてビーム発散が増大することを示す。設計が回折限界である場合、それはなお、開口をより大きくすることによって分解能を改善することが可能である。回折は、相対的に小さい光源によるビーム発散の主要な原因である。

図６Ａに提示されるように、延長源のサイズは、達成可能なビーム発散に対して相当な効果を有する。光源の幾何学または空間分布は、投光器レンズによって、ビームの角度分布にマッピングされ、これは、光源レンズシステムの結果として生じる「遠視野パターン（ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ｐａｔｔｅｒｎ）」において観察することができる。実際に、これは、コリメートレンズが光源から焦点距離に位置付けられる場合、光源は、レンズから相対的に長距離に映し出される。画像のサイズは、システムの「拡大率」から確認されてもよい。単純な撮像レンズのケースでは、この率は、レンズと画像との間の距離を光源とレンズとの間の距離で除算することによって計算される。光源とレンズとの間の距離が固定される場合、レンズ曲率（ｌｅｎｓ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）の調節を通じてレンズの屈折力（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）を変更することによって異なる画像距離を達成することができる。しかしながら、画像距離が長くなるにつれて（レンズ焦点長に対する）、レンズ屈折力における変更の必要性は小さくなる。極端なケースは、角度分布にマッピングされる光源の空間分布を有するビームに放射された光をレンズが効果的にコリメートする条件に近い。それらのケースでは、光源像（ｓｏｕｒｃｅ ｉｍａｇｅ）は、焦点を合わせることなく形成される。

平坦な形状因子のゴーグルレスＬＦディスプレイでは、ＬＦ画素投影レンズは、平坦な構造を達成するために、非常に短い焦点長を有する。典型的には、単一のＬＦ画素からのビームは、相対的に長い視距離に投影される。これは、光のビームが視聴者に伝播するにつれて、光源が高倍率により効果的に映し出されることを意味する。例えば、光源サイズが５０マイクロメートル×５０マイクロメートルである場合、投影レンズの焦点長は１ミリメートルであり、視距離は１メートルであり、結果として生じる拡大率は１０００：１である。それらの条件を考慮すると、光源の画像は、５０ミリメートル×５０ミリメートルのサイズである。これは、この５０ミリメートルの直径のアイボックスの内部で片目により単一の発光器を見ることができることを意味する。光源が１００マイクロメートルの直径を有する場合、結果として生じる画像は１００ミリメートル幅であり、同一の画素が両目に同時に視認可能であり、目の瞳孔の間の平均距離は６４ミリメートルにすぎない。後者のケースでは、立体視３Ｄ画像は、両目が同一の画像を見るので形成されない。上記の例示的な計算は、光源サイズ、レンズ焦点長、および視距離を含む幾何学的パラメータが相互にどのように結び付けられ、全体性能にどのように影響を与えるかを示す。

光のビームがＬＦディスプレイ画素から投影されるにつれて、発散によってビームが拡大する。これは、ディスプレイから視聴者に向かって放射される実際のビームだけでなく、ディスプレイ面に近い単一の仮想焦点に収束する、ディスプレイの背後で放射されるように見えるいずれかの仮想ビームにも適用される。多視点ディスプレイのケースでは、これは、発散がアイボックスのサイズを拡大するので有益であることがある。そのような実施形態では、ＬＦシステムは、立体視効果を解決する（ｂｒｅａｋ）のと同様に、視距離にあるビームサイズが両目の間の距離を超えないように設計される。しかしながら、ディスプレイ面の外側のいずれかの仮想焦点面上で２つ以上の交差するビームを生成するとき、ビームにより達成可能な空間分解能は、発散が増大するにつれて減少する。また、視距離にあるビームサイズが目の瞳孔のサイズよりも大きい場合、瞳孔は、光学システム全体の開口を制限することになることに留意されるべきである。

幾何学的効果および回折効果の両方は、全ての光学システムにおいて協働で作用する。本構造は、ボクセル分解能に対する様々な解決策を可能にするように、ＬＦディスプレイの設計の間の幾何学的効果および回折効果の両方を制御する手段を提供する。非常に小さい光源により、光学システムの測定が光の波長に近くなるにつれて、回折効果は、ＬＦディスプレイ全体の性能を支配し始める。固定倍率により固定距離に映し出される１つまたは２つの延長源のケースにおける幾何学的効果および回折効果を考慮されたい。１つのシナリオでは、レンズ開口サイズは、相対的に小さくてもよく、幾何学的画像（ＧＩ：Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｉｍａｇｅ）は、はるかに大きい回折画像（ＤＩ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ ｉｍａｇｅ）からぼやけによって囲まれてもよい。別のシナリオでは、２つの延長源は、並んで配置され、前のケースと同一の小さい開口レンズにより映し出される。両方の光源のＧＩを分離することができるときでされ、回折画像が重なるにつれて２つの光源像を分解することが可能でないことがある。実際に、これは、光源サイズを低減させることが、達成可能なボクセル分解能を改善しないことを意味する。結果として生じる光源像のサイズは、２つの別個の光源で同一であり、より大きい光源の１つは、両方の別個の放射器の領域に及ぶ。別個の画素／ボクセルとして２つの光源像を分解するために、撮像レンズの開口サイズが増大するべきである。別のシナリオでは、同一の焦点長を有するが、より大きな開口を有するレンズは、延長源を映し出すために使用される。そのようなシナリオでは、回折が減少し、ＤＩは、ＧＩよりもわずかに大きいにすぎず、それは、倍率が固定されるので同一のままでいる。これは、ＤＩがもはや重ならないので２つの画像が分解されることを可能にする。概して、開口サイズを増大させることによって、２つの異なる光源を使用することが可能になり、したがって、ボクセル格子の空間分解能を改善する。

例示的な設計の事例研究：リアルＬＦディスプレイ分解能
後続の章は、ＬＦディスプレイの設計の事例研究に関連する。事例研究は、交差するビームに基づいてリアルＬＦディスプレイと関連付けられた光学要件を明確にすることを支援する。研究は、ディスプレイと視聴者との間の中間３Ｄ画像焦点面に関する画像の空間分解能に対する例示的な計算を含む。いくつかの設計パラメータは、異なる使用ケースにおける画像分解能をどのように調和させ、再生において異なるトレードオフをどのように議論するかの例を提供するために、研究の間に変更される。

例示的なシステムターゲットパラメータは、以下の通りである。
−ディスプレイサイズが２４”（インチ）に設定され、それは、正常なＰＣのデスクトップディスプレイをシミュレートする。
−視距離が１メートルに設定される。
−ＬＦ画素サイズが２５０マイクロメートルに設定され、それは、デバイス面に対するフルＨＤ分解能（１９２０×１０８０画素）を意味する。
−投影レンズ開口が２５０マイクロメートルに設定され、ＬＦ画素サイズと同一である。
−ＬＦ画素レンズの初期の焦点長が１ミリメートルに設定される。
−立体視画像に対して視距離にある最大スポットサイズに到達するために、発光器サイズが５０マイクロメートル×５０マイクロメートルに設定される。

初期の分解能計算は、以下の通りである。
−５０マイクロメートルの大きさとされた光源は、拡大率が１０００：１であるように５０ミリメートルの広域スポットとして１メートルの視距離に映し出される。
−目の瞳孔がシステムの総開口サイズを制限するので、目が〜５ミリメートル幅のビームを見る。
−仮想画像平面がディスプレイから５０ミリメートルの距離において生じる場合、交差するビームからの焦点面ボクセル幅が〜４９０マイクロメートルであり、焦点面サイズが〜２３インチである。これは、約１０００×５６０画素を意味し、適切であると考えられる。
−ディスプレイから５００ミリメートルの距離において３Ｄ画像ボクセルを形成するために同一のビームが使用される場合、２つの横断するビームの視認可能な断面は、〜２．６ミリメートルの幅を有する。このケースでは、中間画像平面サイズは、１２インチであり、その上で〜１００×７５の別個の画素のみが存在する。
−そのようなシステムにより達成可能な分解能は、特に画像ボクセルが視聴者に近いケースでは、高品質のディスプレイ画像に対して適切でない。

例示的なシステムにおいて空間分解能を増大させる１つの戦略は、仮想焦点面と同一の距離にビームの焦点を合わせることである。そのようなケースでは、例示的なシステムは、（ｉ）調節可能屈折力レンズ（例えば、液体レンズ）および／または（ｉｉ）光源とレンズとの間の制御可能可変距離、などの機構を含んでもよい。いずれかのシナリオでは、倍率はなお、制限因子である。例えば、ＬＦ画素投影レンズの焦点長が１ミリメートルから２ミリメートルに２倍になる場合、拡大率が５００：１になり、視距離にある５０マイクロメートルの光源像が２５ミリメートル幅になる。これがなお目の瞳孔サイズよりも大きいと考えると、瞳孔は、システムにおいて開口を制限したままにし、５００ミリメートルの距離の仮想画像平面における視認可能なスポットサイズは、約２．６ミリメートルで同一のままである。例えば、この仮想画像平面上で１０００×５６０ボクセル格子を有するために、ビームスポットサイズは、約２５０マイクロメートルで１０倍小さいはずである。これは、ＬＦ画素から５：１の拡大率を求め、ＬＦ画素コリメータに対して約１００ミリメートルの焦点長を示唆する。２５０マイクロメートルのレンズ開口と共にそのような焦点長によって、大きな不要な回折効果が生じ、スポットを幾何学的画像だけよりもはるかに大きくさせる。この戦略は、投影レンズの開口の角度範囲が１００ミリメートルの距離から２５０マイクロメートルの短いので、屈折力における損失ももたらす。画像形成のために、発光部品からの典型的にはランバート反射照度分布のわずかな部分のみが使用されてもよく、それは、１００ミリメートルの焦点長を非現実的にする。

ボクセル分解能を改善する別の潜在的な戦略は、発光器のサイズを低減させることである。上記例における放射器の幅が５０マイクロメートルから５マイクロメートルに低減する場合、視距離にある結果として生じる幾何学的スポットサイズは、約５ミリメートルであり、目の瞳孔とおおよそ同一のサイズである。しかしながら、この変更は、視認可能なビーム発散が同一のままであるので、中間焦点面の空間分解能を改善するために適切でない。光源サイズが更に低減し、現実的に最小の２マイクロメートルに近い場合、１メートルの視距離にある幾何学的スポットサイズは、２ミリメートルに低減し、目の瞳孔は、システムにおいてもはや制限開口でない。そのような光源により、５００ミリメートルの焦点面の幾何学的ボクセル幅は、約１．１ミリメートルであり、それはより良好であるが、なおも理想的ではない。この中間焦点面においておおよそ１０００×５６０画素を得るために、ＬＦ画素レンズの焦点長は、約４ミリメートルの値に増大してもよい。この焦点長により、拡大率が２５０：１に低減し、中間画像平面における幾何学的スポットサイズが約２５０マイクロメートルである。残念ながら、回折効果は、そのような小さい光源により支配的になり、スポットを約１ミリメートルのサイズにぼやけさせ、分解能への現実的な改善が達成されないことを意味する。

例示的なＬＦディスプレイのケースにおいて回折効果のうちのいくつかを取り除くために、投影レンズの直径は、例えば、０．７５ミリメートルまで増大する。この変更は、５００ミリメートルの中間画像平面にある回折したスポットのサイズを約３３０マイクロメートルまで低下させ、分解可能な画素の数は、おおよそ７５０×４２０である。残念ながら、より大きなＬＦ画素開口のサイズは、ディスプレイ面上の画素の数も約６７０×３８０まで低下させる。この調和した設計は、２４インチの対角線の矩形のディスプレイデバイスによって１つの端から、および仮想１２インチの対角線の矩形の焦点面によって１つの端から境界付けられた容積の内部で交差するビームにより３Ｄピクチャを生成することが可能である。この容積の内部の各々の画像平面は、おおよそＶＧＡ品質の空間分解能を有する。平均的な人間の視覚システム深度の分解能を考慮して、そのような容積に必要な適切な数の焦点面は３であり、ボクセルの総数が〜１００万であることが明白である。これは、合理的な数であるが、達成されるディスプレイ分解能は、現在利用可能な２Ｄディスプレイと比較してなおも低い。

例示的なＬＦ画素回折シミュレーション
ＬＦディスプレイの視認可能な分解能に対する回折の効果をさらに明確にするために、以下の章が提供される。以下の章は、小さい光源のペアにより実行される光学シミュレーションのセットを説明する。シミュレーションでは、２つの同一の矩形発光面は、１つの光源の幅の半分であった隙間（ピッチ）により並んで配置される。この基本的な光源の幾何学は、光源のサイズが３つの値、１マイクロメートル、２マイクロメートル、および５マイクロメートルの間で変化していたので、固定されたままであった。それらは、実在の光源に対しては小さい値であるが、それらは、現在の可視光放射光電子構成要素の実現可能サイズを正確に表す。例えば、レーザダイオードは、約１マイクロメートル×３マイクロメートルの放射器の開口サイズを有することができ、μＬＥＤ構成要素は、２マイクロメートル×２マイクロメートルの放射器の開口サイズを有することができる。複数のμＬＥＤ構成要素は、３マイクロメートルのピッチを有するマトリックスに接合されてもよく（ｂｏｎｄｅｄ ｔｏ）、それらをこの特定のシミュレーションのセットに対して良好な実在の例示的な光源にする。最長の視認可能な波長が最悪のケースのシナリオを表すことを理由に、１つの波長、赤色の６５０ナノメートルの１つの波長のみが光学シミュレーションに使用されている。

幾何学的拡大率から計算されるように５ミリメートル幅の照射パターンを形成するディスプレイから５００ミリメートルの距離に２つの画素が映し出されるように、ＬＦ画素シミュレーション研究における異なる光学設計が生成されている。基本的な目標は、２つの並んだ画素が片目の瞳孔に別個のビームとして映し出される状態を生じさせることである。画素が裸眼によりどのように視認可能であるかを示すためにシミュレーションが設計されることを理由に、１７ミリメートルの焦点長を有する理想的なレンズは、５００ミリメートルの「視距離」に配置されている。このレンズは、機能している目をシミュレートし、結果として生じる照射パターンを目の網膜に向かう光分布に類似させる。幾何学的テンプレートが最終的な画像サイズおよび距離を規定する（ｄｉｃｔａｔｅ）ので、異なる大きさにされた光源に対して固定された２つの光学パラメータのみがＬＦ画素レンズの焦点長および開口サイズである。所望の幾何学的拡大率を得るために、レンズの焦点長は、１マイクロメートルの光源との２５０マイクロメートル、２マイクロメートルの光源との５００マイクロメートル、および５マイクロメートルの光源との１２５０マイクロメートルに設定されている。異なるケースにおいて回折がどのように影響されるかを確認するために、４つの異なるレンズの開口サイズは、各々の光源サイズによりシミュレートされている。Ｆ＃は、相互に比較可能なシミュレーションケースを行うことを目指して、正確な開口サイズを判定するためのパラメータとして使用される。Ｆ＃は、入射瞳孔の直径に対するレンズ焦点長の比率として一般的に定義される。例えば、５００マイクロメートルの焦点長および２００マイクロメートルの開口サイズを有するレンズは、２．５のＦ＃を有する。

各々の光源サイズに対して３つの異なる光源サイズおよび４つの開口サイズを使用して、１２個の組み合わせがシミュレートされている。結果として生じる照射分布は、開口サイズが増大する（Ｆ＃が減少する）とき、２つの光源像が分離するスポットとして見え始め、次いで、別個の矩形の目的物として見え始めることを示している。１マイクロメートルおよび２マイクロメートルの光源サイズを考慮するとき、Ｆ＃ １０のケースは、まさに単一のぼやけスポットおよび撮像システムの分解能が２つの画素を分離するために適切でないことを示す。それらのケースでは、分解能は回折によって制限され、開口サイズが非常に小さい。

また、結果から明白なのは、全ての光源についての最小の望ましい開口サイズが２００マイクロメートル〜２５０マイクロメートルの範囲にあることである。これは、光源のサイズの減少から分解能の利点を得るために、ＬＦディスプレイシステムは好ましくは、２００マイクロメートル以上のＬＦ画素の開口サイズを使用することを暗示している。これは、それらの現在の２Ｄディスプレイが、５０マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間の画素サイズに転換する、２５０ｐｐｉ〜５００ｐｐｉの範囲にある画素密度を有するので、モバイルデバイスによる問題となる制限である。例えば、２００マイクロメートル画素を有する５インチの携帯電話のディスプレイは、例えば、２００７年の１０年前に導入された時の最初のｉＰｈｏｎｅが有していたよりも低い、１２５ｐｐｉ密度を有する約５５０×３００のみの分解能ディスプレイを有する。全体的に、議論されたシミュレーションは、μＬＥＤまたはレーザダイオードのような最小スケールの可視光源から利点を得るために、平坦な形状因子のＬＦディスプレイが、最小２００マイクロメートルの開口投影レンズから利点を得ることを示唆する。

ディスプレイの適用におけるμＬＥＤ光源の技術的状態
μＬＥＤは、今日の一般的な使用において標準的なＬＥＤチップと同一の基本技術により、および同一の材料から製造されたＬＥＤチップである。しかしながら、μＬＥＤは、一般的に利用可能なＬＥＤ構成要素のミニチュアバージョンであり、それらは、１マイクロメートル〜１０マイクロメートル程度の小ささのサイズで製造することができる。現在、μＬＥＤの密度のあるマトリックスは、３マイクロメートルピッチにより組み立てられた２マイクロメートル×２マイクロメートルのチップを有する。ＯＬＥＤと比較して、μＬＥＤは、はるかに安定した構成要素であり、それらは。より大きな光強度をもたらすことができ、ヘッドマウントディスプレイシステから適応的自動車ヘッドランプ（ＬＥＤマトリックス）およびＴＶバックライトへの多くの適用のためにそれらを有用にする。μＬＥＤは、非常に高速にスイッチオンおよびオフにすることができる個々にアドレス指定可能な発光器の非常に密度のあるマトリックスをもたらすために、３Ｄディスプレイにおいて使用されてもよい。

１つのベア（ｂａｒｅ）μＬＥＤチップは、約２０〜３０ナノメートルのスペクトル幅を有する特定の色を放射することができる。白色光源は、蛍光体の層によりチップを被膜することによって作成されてもよく、それは、青色または紫外線μＬＥＤによって放射された光をより広域の白色光放射スペクトルに変換する。また、フルカラー光源は、赤色、緑色、および青色のμＬＥＤチップを、別個の色放射が人間の視覚システムによって組み合わされるときにそれらの３つの原色の組み合わせがフルカラー画素を生成するように、並べて配置することによって作成されてもよい。前に言及されたこのスタイルにおいて設計された非常に密度のあるマトリックスは、１０マイクロメートル（３×３マイクロメートルのピッチ）を下回る全幅を有する自己放射フルカラー画素を含んでもよい。

半導体チップにおける光抽出効率は、μＬＥＤ構造の電気−光効率を判定する１つのパラメータである。制限された電力供給装置を有するモバイルデバイスにより特に重要である抽出効率を高めることを目的とするいくつかの方法が存在する。１つのそのような方法は、μＬＥＤチップの最上部に直接統合された形状付けられたプラスチックの光学素子を使用する。より低い屈折率差に起因して、プラスチック形状の統合は、チップが空気によって囲まれるケースよりも多くの光をチップ材質から抽出する。また、プラスチック形状は、プラスチック部分からの光抽出を高め、放射パターンをより指向性のあるものにする方式において光を方向付ける。別の方法は、半導体チップの前方ファセット（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅｔ）に向かってより垂直である発光角度を好む形状にチップ自体を形成することを含む。これは、光が高い屈折率材料のチップから逃げることをより容易にする。それらの構造はまた、チップから放射された光を方向付ける。後者のケースでは、抽出効率は、通常のμＬＥＤと比較するときに２倍良好であることができる。光がより均一に周囲半球に分散される標準的なチップのランバート反射分布と比較して、３０度の放射コーン（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｅ）にかなり多くの光が放射される。

開口拡大器の例
多くの現在のＨＭＤシステムは、射出−瞳孔拡大器（ＥＰＥ：Ｅｘｉｔ−Ｐｕｐｉｌ Ｅｘｐａｎｄｅｒ）と称される光学モジュールまたは機構を含む。この構成要素の目的は、小型マイクロディスプレイまたは直接瞳孔スキャニングとの組み合わせにおいて使用される撮像システムの射出瞳孔サイズを拡大することである。ＥＰＥは、目がＦＯＶを通じて捕捉するときに発生する自然な早い目の動き（断続性運動）から生じる問題に対する解決策を提供し、ユーザの目に対する光学システムの位置付けにおけるより大きな柔軟性をもたらす。ＨＭＤデバイスの拡大された射出瞳孔に対して一般的に使用される用語は、アイボックスである。より大きなＦＯＶシステムに対する典型的なアイボックスサイズは、１０ミリメートル〜１５ミリメートルの範囲にある。頭部にしっかりと固定されたシステム（例えば、ヘルメットに装着された）は、目の瞳孔に関連してデバイスがそれ以上動かないので、より小さい射出瞳孔を有することがある。頭部に固定されていないシステム（例えば、モバイルデバイスのディスプレイ）は、小さい頭の動きを許容するために、はるかに大きなアイボックスを求める。この因子は、例えば、アイトラッキングシステムの支援により、ユーザの目の瞳孔のみに視点を投影することを目的とするゴーグルレスディスプレイを設計するときに考慮されるべきである。投影された視点のアイボックスサイズは、追跡システムとディスプレイシステムとの間の遅延期間内に発生するいずれかのユーザの動きを説明するために十分に大きいはずである。アイボックスが非常に小さい場合、ユーザが動くにつれて３Ｄ画像を失うリスクが存在する。投影されたビームは、目の瞳孔を外し（ｍｉｓｓ）、瞳孔において画像が形成されない（または、画像の少なくとも一部が外れている）。全体的に、光学モジュールＥＰＥおよび射出瞳孔拡大方法は、ディスプレイシステムのその他の部分においてより大きな許容誤差を可能にし、例えば、コストおよび使用の容易性のためにフルＬＦディスプレイ構造を最適化することをより容易にする。

光学顕微鏡による良好な撮像分解能に到達するために使用される主要な方法の１つは、可能な限り多くの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を有する対物レンズを設計することである。ＮＡは、顕微鏡の対物焦点長を開口サイズに関連付け、撮像光学系の分野において一般的に使用されるＦ＃に類似している。しかしながら、このケースでは、より大きなＮＡ値は、相対的な開口サイズがより大きく、それに従うのが、回折限界レンズにおいて回折がより少ないことを意味する。顕微鏡の目標と、光学系の特定の部分により取得することができる倍率を判定するので、通常、焦点長は固定されるが、開口サイズを増大させることによって分解能を改善することができる。

詳細な処理および構造
図７は、開口拡大器を利用する例示的なＬＦディスプレイ構造の概略表示を表す。図７は、光源を有する発光層７０２およびコリメート光学系（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）７０４を例示する。発光層は、μＬＥＤなどの別個に制御可能な小型放射器を有する。セル７０６などの投光器セルは、発光層およびコリメートレンズの組み合わせとして具体化される。図７のディスプレイは更に、第１の回折格子７０８および第２の回折格子７１０と共に、空間光変調器７１２を含む。図７では、同一のセルの行からの１つの投光器セル７０６は、視覚的に強調される。光は、発光層７０２の発光素子７１４から放射される。発光層７０２内の発光素子は、二次元アレイにおいて配列されてもよい。レンズ構造（例えば、ポリカーボネートレンチキュラシート）は、発光層上にオーバレイされる。各々のレンズ、例えば、レンズ７１６は、光をビーム７１６にコリメートし、ビーム７１６は、１つのＬＦ画素を形成する、単一のＬＦ投光器セルを出射する。いくつかの実施形態では、ＬＦ画素の内部（または、ＬＦ画素の前方）では、セル構造に時間多重化を加え、画素光学軸に対して光源の仮想位置をシフトすることによってより高いビーム密度を可能にする別個の光学機構（例えば、傾斜プレート）が存在してもよい。例示的なディスプレイ構造のＬＥＬおよびコリメータ光学系は、ＬＦ画像生成モジュールとしての役割を果たす。モジュールは、ＬＦディスプレイに対して使用される良好にコリメートされたビームを生成することを可能にするいずれかのＬＦディスプレイエンジンであってもよい。

図７の開口拡大器構造は、２つの回折格子７０８、７１０、およびＳＬＭ７１２を含む。特に、図７に表される開口拡大器は、２つの連続した線形格子を有する格子干渉計、および、例えば、ＬＣＤパネルであってもよいＳＬＭを含む。格子７０８、７１０は、例えば、両側でエンボス加工された格子構造を有するナノインプリントポリマホイル（ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｏｉｌ）または単一のポリカーボネートシートであってもよい。格子７０８、７１０は好ましくは、同一の線密度を有する。第１の格子７０８は、ＬＦ画素において生成されたコリメートされたビーム（ビーム７１８など）を、回折次数に従って異なる方向に伝播する異なる第１世代の子ビーム（例えば、ビーム７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ）に分割する。第１世代の子ビームが第２の格子７１０に衝突するとき、いくつかの第２世代の子ビームは、ＬＦ画素から放射された元のビーム７１８と同一の方向に再度回折し、ビーム７２２ａ、７２２ｂ、７２２ｃを生成する。

単一の放射器からの光が最初に分割され、次いで、再度組み合わされる事実に起因して、第２世代の子ビームは、例えば、一般的な屈折ビーム拡大器レンズの支援により単一のビームが拡大するケースにおいてみられるのと同様の方式において相互作用する。第１世代の子ビームが２つの格子の間で空間的に分離されることを理由に、第２の格子の後に視聴者に向かって伝播する、結果として生じる１つの指向性統合ビームは、ＬＦディスプレイ画素から放射された元のビームよりも大きい開口を有する。ＳＬＭ７１２は、第２の格子７１０の前後に位置付けられ、二重格子構造から生じる不要な回折次数を遮断するために使用される。空間光変調器の異なる領域の不透明度は、遮断されることになるビームに応じて変調されてもよい。図７の例では、例えば、領域７２４（その他の中で）は、領域７２６（その他の中で）が透明である間は不透明である。空間光変調器は、画像におけるコントラストの悪化クロストークを低減させることを支援する。そのほとんどが意図されたディスプレイＦＯＶの外側の方向に伝播するので、高位の全てが遮断される必要はない。いくつかの実施形態では、および／またはいくつかの動作モードでは、ディスプレイは、ゼロ次ビームのみを伝送してもよく、よって、構造は、普通の２Ｄディスプレイとしての役割を果たしてもよい。

図８は、開口拡大器を利用する別の例示的なＬＦディスプレイ構造の概略表示を表す。図８は、投光器セル８０６を共に形成する、発光層８０２、透明プレートを傾斜させる層８０３、およびコリメート光学系８０４を例示する。図８のディスプレイは更に、第１の回折格子８０８および第２の回折格子８１０と共に、空間光変調器８１２を含む。傾斜透明プレートの可動屈折層８０３は、セル構造に時間多重化を加え、画素光学軸に対して光源の仮想位置をシフトすることによってより高いビーム密度を可能にするために使用されてもよい。プレートは、例えば、プレートにおいて定在波または進行波を生じさせることによって、コリメートする方式または他の制御方式において駆動されてもよい。いくつかの実施形態では、振動透明フィルムなど、層８０３の傾斜プレート以外の光学素子は、時間多重化をもたらすために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、フレネルレンズ８１８などの構成要素は、所望の視領域に向かって光ビームを方向付けるために使用されてもよい。

図９に例示されるように、放射されたビームの方向が制御されてもよく、それによって投光器セル内で発光素子が照射される。図９の構造では、発光層９０２の発光素子９１４は、投光器セル９０６内で照射される。発光素子９１４の仮想位置は、傾斜プレート９０３によって変調されてもよい。発光素子９１４からの光は、コリメート光学系９０４によってコリメートされ、結果として生じるコリメートされたビームは、第１の回折格子９０８、第２の回折格子９１０、および空間光変調器９１２を通過する。空間光変調器９１２の適切な領域は、所望のビームの通過を可能にするように透明にされ、他の領域は、望ましくないビームを遮断するように不透明にされる。

１つのＬＦディスプレイ画素（投光器セル７０６、８０６、または９０６など）の内部で１つよりも多い発光器が同時に活性化されてもよいことに留意されるべきである。１つよりも多い光源から光を放射するとき、空間的に分離された放射器は、異なる角度において第１の格子に衝突する一連のコリメートされたビームを生成する。特定の実施形態では、この空間多重化に加えて、例えば、傾斜プレート構造（構造８０３または９０３など）および時間多重化を利用することによって、視点方向の数が増大する。第１世代の子ビームおよび第２世代の子ビームのセットは、回折格子によって生成され、各々の指向性ビームは、構造において同一の方式で拡大する。ＳＬＭ（構造７１２、８１２、または９１２など）は、画像コンテンツに従って不要な方向および次数を選択的に遮断するために使用されてもよい。そのような構造により、各々のＬＦ画素は、仮想焦点面において交差するビームの形式においてボクセルを生じさせるために使用可能な複数のビーム方向を生じさせることが可能である。いくつかの実施形態では、各々の指向性ビームが遮断されてもよく、またはその開口サイズが拡大もしくは縮小されてもよい、のいずれかである。いくつかの実施形態では、例えば、画素境界を放散し、またはぼやけた画像効果を生じさせるために、開口縮小は、回折ぼやけを増大させるために使用されてもよい。

格子の角度制御が継続することを理由に、ＬＦ画素（投光器セル７０６、８０６、９０６など）は、拡大されたビームの幅よりも短いピッチにより格子干渉計構造の背後で並べて位置付けられてもよい。これは、元のディスプレイ空間分解能（ＬＦ画素の投影レンズの開口サイズによって判定されるような）が一定のままであるときでさえ、ビーム開口の拡大をもたらす。異なるビーム方向を同時に生じさせるために異なる投光器セルが使用されてもよく、異なる時間間隔において異なる画素を示すために、発光タイミングがＳＬＭと同期されてもよい。そのような実施形態では、発光層（例えば、μＬＥＤ）上で使用される構成要素がＳＬＭ（例えば、ＬＣＤ）よりも高速に変調され、ＳＬＭの１つのリフレッシュサイクル内で放射器が複数回ターンオンおよびオフされてもよい。この構造および処理は、ＬＦ画素の間のクロストークを軽減することを支援する。

図７、８、および９は、行に配列された投光器セルを含むライトフィールドディスプレイ構造の断面を例示するが、ほとんどの実施形態では、投光器セルは、各々の投光器セル内で発光素子の二次元アレイと共に二次元アレイに配列されることが理解されるべきである。

様々な実施形態では、ＬＣＤパネルを使用して、所望のＳＬＭ機能性が得られる。発光画素（例えば、μＬＥＤ）がＳＬＭとは別個に変調される場合、ＳＬＭは、二進オン−オフ機能性（ｂｉｎａｒｙ ｏｎ−ｏｆｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）により画素を使用して実装されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、発光層と共に、または発光層の代わりに、画素強度変調のためにＬＣＤパネルが使用される。いくつかの実施形態では、ＳＬＭは、三色の発光画素を変調する黒色−透明パネルである。他の実施形態では、発光画素は、白色光のみを生成し、カラーフィルタリングのためにＳＬＭが使用される。約６０ヘルツのちらつきがない画像に到達するためのＳＬＭの動作切り替え速度が実現可能である。いくつかの実施形態では、３Ｄ画像生成の大半は、開口拡大器構造の前に位置するはるかに高速なＬＦディスプレイモジュールにより行われる。いくつかの実施形態では、視聴者の目に到達するようＬＦディスプレイ制御モジュールによって選択されたビームを通過または遮断するためにのみＳＬＭが使用される。いくつかの実施形態では、ＳＬＭおよび発光層制御が接続および同期されるが、前に述べたように、現在利用可能なＬＣＤパネルのリフレッシュレートは、この目的のために適切である。

追加されたビーム拡大器構造、特に、ＳＬＭは、３Ｄ画像の生成に使用される、（ｉ）レンダリング方法論（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）および（ｉｉ）画素変調制御の複雑度を増大させることがある。いくつかの実施形態では、ＳＬＭは、発光画素および画像コンテンツに同期される。様々な実施形態では、ＳＬＭは、遮断および通過したビーム方向の最終的な選択をもたらす。

いくつかの実施形態では、ＳＬＭ変調は、例えば、活性アイトラッキングモジュールにより判定された現在のユーザ視点方向（複数可）に基づいている。連続した単一の画素としてではなく画像がインターレースされて表示されるように、発光層およびＳＬＭ画素をグループ化することによってレンダリングの処理要求を削減することができる。１つのグループに含まれる画素の数は、ＳＬＭにより制御された、発光画素サイズおよびピッチ、ＳＬＭ画素サイズ、ならびに拡大されたビーム開口のサイズによって判定される。

本明細書で開示される開口拡大器は、回折効果を低減させるよう動作することができ、ビーム発散およびボクセル空間分解能を改善することを可能にする。ボクセル空間分解能を改善することは、開口拡大器に対する第１の使用ケースである。しかしながら、いくつかのケースでは、この詳細な説明において説明されるビーム拡大器は、ＬＦディスプレイに対してより大きなアイボックスを生成するために使用される。それらの２つの異なる使用ケースは、拡大器構造の様々なパラメータが１つの目標または他の目標により良好に適合するよう選択されてもよいことを暗に示す。第２の格子およびＳＬＭを出射するビームの開口サイズは、（ｉ）２つの格子の間の距離および（ｉｉ）子ビームの角度を判定する格子間隔（ｇｒａｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ）を変更することによって調節されてもよい。少なくとも一実施形態では、格子は、−１、０、および＋１の３つの次数のみに屈折力を均等に分散するように構成される。他の実施形態では、例えば、より大きなビーム拡大率を促進するために、高位次数も利用される。より高いボクセル空間分解能が目標とされる使用ケースでは、より低い拡大率が許容され、２つの格子の間の距離は、相対的に短く保たれる（例えば、ａ１ミリメートル未満）。目標がアイボックスサイズを増大させることである使用ケースでは、目の瞳孔は、所望のビームの拡大を判定し、格子の間の距離は、数ミリメートルまで増大する。性能のトレードオフの関係は、様々な構造的な実装の間に存在する。したがって、所望のＬＦディスプレイの特性は、現実世界システムを設計するときに考慮されるべきである。少なくとも一実施形態では、２つの格子の間の距離は、特定の範囲にわたって（例えば、ａ．１ミリメートルのステップサイズにより０．１ミリメートル〜５ミリメートルまで）調節可能および制御可能である。

提示される構造によって、いくつかの光は、第２の格子において生じた回折次数のいくつかがＳＬＭによって遮断され、またはディスプレイＦＯＶの外側で損失するかのいずれかの事実に起因して損失する。３つの次数のみが両方の格子において生じる実施形態では、伝送力（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｗｅｒ）は、放射された光の１／３の範囲にある。しかしながら、本明細書で開示される実施形態は、開口拡大器なしの構造を使用して示されたものよりも大きな深度範囲を有するより高い品質の３Ｄ画像を示すことがある。開口拡大器なしで、回折は、達成可能なビーム発散を制限する。これは、厳密なビームコリメーションを求めるように遠焦点層（ｄｉｓｔａｎｔ ｆｏｃｕｓ ｌａｙｅｒ）に特に適用され、ディスプレイ面上で適切な空間分解能を維持することを支援するために、小型の投影レンズ開口を使用する小規模ＬＦディスプレイにも適用される。アイボックスサイズを増大させるよう設計された実施形態は、小型ディスプレイが視聴者の目に対して安定して固定されないことを理由に、ハンドヘルドデバイスにおいて見られるそれらのディスプレイに対して良好に適合されることが多い。それらのケースでは、多視点画像の画素は、拡大されたアイボックスの内部で視認可能であり、位置合わせシステム、例えば、アイトラッキングシステムに対する要求を低下させる。

格子などの回折構成要素（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、異なる波長が何らかの異なる角度に回折されるにつれて色を分離する。多くの実施形態では、２つの格子は、一致した二重格子構造（ｍａｔｃｈｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する同一の光学特性（例えば、同一の溝間隔）を有する。一致した二重格子構造の１つの利点は、２つ目の同一の格子が１つ目の同一の格子によって生じたビーム伝播角度を厳密に補償する事実である。したがって、同一のＬＦ画素位置において生成された全てのビーム、異なる色を有する平坦ビームは、第２の格子の後に同一の方向に、および同一の発散により伝播する。しかしながら、回折角度が異なるので、赤色ビームは、青色ビームよりも広域の緑色ビームよりも広域である。この分離は、多くの利点を有する。提示される二重格子の１つの有用な特性は、回折効果がより長い波長により更に厳格である事実に関係する。赤色ビームも増大した回折ぼやけを補償するためにより広い開口を必要とするので、赤色ビームが二重格子構造によってより広域に生成される事実は、任意選択で有用である。

図１０は、色分離に関連する様々なパラメータにより動作する例示的な構造を表す。図１２に表されるシナリオでは、レンズの下で同一の点１０１４に位置付けられた小型の赤色（６５０ナノメートル）、緑色（５５０ナノメートル）、および青色（４５０ナノメートル）の光源によりＬＦ画素１００６において２５０マイクロメートル幅のコリメータレンズが使用される。ＬＦ画素の上に位置付けられた２つの薄型格子構造１００８、１０１０は、相互に１ミリメートルの距離であり、それらの格子線密度は、１０００ｌｐ／ｍｍ（線対／ミリメートル）である。格子構造の格子線は、相互に実質的に平行である。図１０に示されるように、ビームのゼロ次は、全ての３つの色を含む約２５０マイクロメートル幅の１つのビームとして、光学軸の方向に沿って両方の格子を通じて伝播する。（例示を明確にするために、ビームの中心線のみが図１０に示される）。−１および＋１の次数が第１の格子１００８において中心ビームから分割され、異なる色が異なる角度に屈曲する。第２の格子１０１０では、−１の次数の第１世代の子ビームが再度回折され、＋１の次数の第２世代の子ビームが、ＬＦ画素ビームの元の方向に再度向けられる。類似の処理（ａｎａｌｏｇｏｕｓ ｐｒｏｃｅｓｓ）が＋１の次数の子ビームにより行われるが、第２の格子における使用される回折次数は、−１である。（他の回折されたビームは、図１０には例示されない）。第２の格子１０１０の後、赤色ビームの総開口幅１０５０は、１．７ミリメートルであり、緑色ビームの総開口幅１０５２は、１．３ミリメートルであり、青色ビームの総開口幅１０５４は、１．０ミリメートルである。

例示的な使用ケース
後続の段落では、ビーム拡大器の方法および構造についての使用ケースが提示される。第１のケースは、モバイル多視点ディスプレイを提示し、そこでは、射出瞳孔拡大（ＥＰＥ）のための方法が使用される。第２のケースは、デスクトップディスプレイ構造を提示し、そこでは、方法は、交差するビームによりライトフィールドディスプレイのボクセル空間分解能を増大させる。

ＥＰＥによるモバイル１０インチの多視点ディスプレイ（Ｍｏｂｉｌｅ １０” ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ＥＰＥ）
図１１Ａおよび１１Ｂは、提示されるＬＦディスプレイ構造によってもたらされるＥＰＥ改善をハイライトする第１の現実世界の例示的なシナリオを表す。特に、図１１Ａは、例示的な視点シナリオ（ｖｉｅｗｉｎｇ ｓｃｅｎａｒｉｏ）の第１の視点を示し、図１１Ｂは、同一の例示的な視点シナリオの第２の視点を示す。例示的な視点シナリオでは、平坦なまたは湾曲した１０インチの多視点３Ｄスクリーン１１１０を有するタブレットデバイス１１０２は、単一の視聴者１１０４から５００ミリメートルの距離に配置される。タブレットデバイスは、立体視カメラペア１１０６および視聴者の顔領域を照射するＩＲ ＬＥＤ１１０８を含む。カメラおよびＩＲ ＬＥＤは、視聴者の瞳孔の３Ｄ位置と共に、いくつかの実施形態では、凝視の方向を判定することが可能な正確なアイトラッキングをもたらす。少なくとも一実施形態では、タブレットデバイスを使用して立体視３Ｄ画像を投影することは、目の方向のみに立体視３Ｄ画像を投影するために視聴者の瞳孔の３Ｄ位置（および、いくつかの実施形態では、凝視の方向）を使用することを含む。それらの実施形態は、全周辺空間の代わりに、光が目の瞳孔のみに方向付けられるので、エネルギーを節約する。更に、そのような実施形態では、画像データのレンダリングのために処理される必要がある情報の量を削減する形式にある少なくとも１つの更なる利点が存在する。

ＥＰＥに対して設計されたビーム拡大器を有するＬＦディスプレイ構造の構成の一実施例が、図７に関して説明される。ディスプレイは、空間多重化および時間多重化の組み合わせに基づいている１０インチのＬＦディスプレイであってもよい。空間多重化は、二次元μＬＥＤマトリックスまたはアレイを使用して達成される。いくつかの変形では、時間多重化は、例えば、上記参照された米国仮特許出願第６２／５６４，９１３号に開示された傾斜プレートアレイ（アレイ８０３と同様）を使用して行われる。発光層７０２は、７マイクロメートルピッチにより行に位置付けられた５マイクロメートル×５マイクロメートルの大きさにされたμＬＥＤを含む。各々の投影セル７０６は、１００マイクロメートル幅のＬＦ画素を形成する。各々のＬＦ画素の内部の各々の水平行上のμＬＥＤの総数は１４であり、各々の画素の最も外側の構成要素は、ＬＦ画素の中心から４５．５マイクロメートルの距離にある。投影レンズ７１６の開口サイズは、１００マイクロメートルであり、焦点長は、Ｆ＃４．０光学システムに対応する４００マイクロメートルである。モバイルディスプレイからの視距離は、５００ミリメートルである。幾何学的拡大率は、１２５０：１であり、それは、目の瞳孔における光源幾何学的画像幅が６．２５ミリメートルであることをもたらす。行における最も外側のμＬＥＤは、中心線から約６０ミリメートルの距離に映し出され、各々のＬＦ画素に対して約１２０ミリメートル幅である視点窓（ｖｉｅｗｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）を生成する。表面全体を通じて視認可能な画素の全てを維持するために、ディスプレイは、水平方向に湾曲してもよく、全ての別個のＬＦ画素の視点窓を重ね、共通の視点領域を形成する。画素のμＬＥＤ列は、この領域の内部で１４の異なる視点を投影することが可能である。本実施例では、ＬＦ画素投影レンズは、円筒形であり、これは、垂直方向に屈折力が存在しないことを意味する。（そのような円筒レンズは、少なくとも１つの次元に沿って光をコリメートするので、コリメートレンズの例である）。μＬＥＤの自然な発散が、光学積層（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｔａｃｋ）を通じて維持され、画素は、μＬＥＤの開口数によって判定された垂直ＦＯＶの内部で視認可能であることに従う。この実施例では、層７０３は、μＬＥＤの仮想位置の水平方向をスキャンするために使用される５０マイクロメートルの厚みを有するポリスチレン傾斜プレートホイルである。これは、±７度の最大プレート傾きを使用するとき、この視距離において４ミリメートルの瞳孔幅にわたって投影されたビームがスキャンされることをもたらす。この範囲は、マトリックス上で２つの隣接するμＬＥＤの間で全ての投影角度を埋めることが可能であり、本実施例を非常に密度のあるＬＦ多視点ディスプレイにさせる。

ＬＦ画素マトリックスの上に位置付けられたビーム拡大器層は、各々が１０００線対／ミリメートルを有する、２つの７６．５マイクロメートルの厚みを有するポリスチレン格子ホイル７０８、７１０を有する。ホイルは、相互に６．２ミリメートルの距離に位置付けられる。格子干渉計は、元のビームを３つの部分に分割する。３つの部分の光強度は、格子ホイルの光学特性に応じて実質的に等しい光強度を有してもよい。格子ホイルを通過した後、右側子ビームと左側子ビームと（７２２ａ、７２２ｃ）の間の距離は、おおよそ９ミリメートルになる。ディスプレイ面において、別個の子ビームは、約３００マイクロメートルの直径を有する。カラーフィルタを有さないおおよそ３００マイクロメートル画素（ビームサイズに適合した）を有するＬＣＤパネル７１２は、不要な回折次数を遮断するために、ビーム拡大器の最上部に位置付けられる。幾何学的効果および回折効果の組み合わせから結果として生じる発散は、もたらされるＥＰＥ構造を出射するビームを５００ミリメートルの視距離に部分的に重ね、おおよそ１５ミリメートルの幅を有する単一のμＬＥＤについてのアイボックスを形成する。これは、ビーム拡大器を使用することによって、単一のμＬＥＤアイボックスが約６．２５ミリメートルから約１５ミリメートルに広げられ、単一のＬＦ部分画素の画像を目の瞳孔に投影することをより容易にすることを示す。

射出瞳孔の拡大の１つの利点は、図１３および１４に関して概略的に例示される。図１３は、ユーザの目１３０６に向かってビーム１３０４を方向付けるライトフィールドディスプレイ１３０２を例示する。ライトフィールドディスプレイ１３０２は、いずれの開口拡大機構も備えない。結果として、視聴者がページの左にわずかに移動していた場合、ビーム１３０４は、ユーザの目１３０６にとってもはや視認可能でない。一方で、図１４は、開口拡大器を備えたライトフィールドディスプレイ１４０２を例示する。結果として、ユーザの目１４０６に向かって方向付けられた単一の、狭いビーム１４０４の代わりに、３つのビーム１４０８ａ〜ｃがユーザの目向かって方向付けられる。これは、ユーザのより大きな自由度が左または右に移動することを可能にし、ディスプレイから光が視認可能なままであることを可能にする。この実施形態では、別個のビーム１４０８ａ、１４０８ｂが平行し、ユーザの目が無限に焦点を合わせている間に目の同一の点に焦点を合わせ、結果として、ユーザは、ビームの間で隙間が存在するときでさえ、目の動きの間、ディスプレイの外観における変化をほとんど経験しないことができることに留意されたい。

改善されたボクセル分解能を有するデスクトップ２４インチのリアルＬＦディスプレイ（Ｄｅｓｋｔｏｐ ２４” ｒｅａｌ ＬＦ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｖｏｘｅｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）
図１２は、提示されるＬＦディスプレイ構造によってもたらされるボクセル分解能改善をハイライトする第２の例示的な使用ケースを表す。特に、第２の使用ケースは、２４インチのリアルＬＦデスクトップディスプレイ設計を提示し、そこでは、ボクセル空間分解能を改善するために開示される開口拡大器構造が使用される。図１２はまた、いくつかの関連する視点幾何学（ｖｉｅｗｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を表す。単一の視聴者１２０４は、ディスプレイ１２０２の前方で１０００ミリメートルの距離に座っている。ディスプレイは、視聴者の目に水平方向に複数の視点を投影している。垂直方向に、広い垂直な視点窓をもたらすために、ビームが放散される。

ボクセル分解能を増大させるために設計されたビーム拡大器を有するライトフィールドディスプレイ構造についての例示的な構成が、図８を参照して説明される。この実施例では、光がμＬＥＤ行８０２から放射され、各々のμＬＥＤ構成要素は、２マイクロメートル×２マイクロメートルであり、３マイクロメートルのピッチによって分離される。ＬＦ画素の開口サイズ８０６は、２５０マイクロメートルであり、円筒投影レンズ８１６の焦点長は、１ミリメートルである。５０マイクロメートルの厚みを有する溝を有するポリスチレンホイルは、傾斜プレートアレイ８０３において使用される。μＬＥＤマトリックスでは、赤色、緑色、および青色構成要素は、同一のサイズを有し、それらは、垂直方向に交互の行として接合される。提示される本実施例の構造が水平方向にのみ屈折力を有するように、それらの色は、投影されたビームにおいて組み合わされる。各々のＬＦ画素は、８３のμＬＥＤの３つの異なって色付けられた行を有し、それは、１メートルの視距離に８３の一意な視点を投影するために使用される。この距離において、それらは、約２５０ミリメートル幅である視点窓を覆う。ディスプレイの全ての部品から画素を視認可能にするために、平坦なディスプレイ面全体は、通常は１メートルの距離にディスプレイ上に位置付けられた中心点に向かって投影されたビームの焦点を合わせる、ポリカーボネートの２ミリメートルの厚みを有するフレネルレンズ８１８により覆われる。この配列によって、単一のＬＦ画素の視点窓が重なり、単一のユーザに対して２５０ミリメートル幅の視領域が形成される。

１つの２マイクロメートルのμＬＥＤから１メートルの視距離にある幾何学的画像サイズは、１０００：１のシステムの幾何学的拡大率を使用して計算されるように２ミリメートルである。この部分画素の投影が回折ぼやけなしに実現される場合、２つの並べられたμＬＥＤは、瞳孔を通じて目に同時に映し出されてもよく、ＳＭＶ条件が満たされる。残念ながら、２５０マイクロメートル幅の投影レンズの開口からの回折効果は、ビーム発散を増大させ、目に降りる回折したスポットサイズは、緑色のμＬＥＤでは〜５．４ミリメートルである。青色構成要素では、スポットサイズはやや小さく、赤色構成要素では、スポットサイズはやや大きい。これは、ビーム拡大器配列なしに、２つの隣接するμＬＥＤからの１つのぼやけたスポットのみが分解されてもよいことを意味する。

ＬＦ画像における空間分解能を増大させるために、ＬＦディスプレイ１２０２の最上部に開口拡大器構造が位置付けられる。この実施例では、回折格子８０８、８１０は両方とも、相互に１．０ミリメートルの距離に位置付けられた１０００線対／ミリメートルを有する７６．５マイクロメートルの厚みを有するポリスチレンの格子ホイルである。格子干渉計は、実質的に等しい光強度を有する３つの部分に元のビームを分割し、右側子ビームと左側子ビームとの間の距離は、青色光源に対して約１．０ミリメートル、緑色光源に対して約１．３ミリメートル、および赤色光源に対して約１．７ミリメートルになる。この色分離は、前の図１０に関連して提示および説明される。この構成における空間光変調器８１２は、不要な回折次数を遮断するために、ビーム拡大器の最上部に位置付けられたカラーフィルタを有さない、約３００マイクロメートルの画素（子ビームサイズに適合された）を有するＬＣＤパネルである。開口拡大器を含むことによって、拡大器構造の後の組み合わされたビームは、回折ぼやけを減少させ、目の瞳孔上のスポットサイズを幾何学的サイズに更に近くにする。

追加の実施形態
いくつかの実施形態では、材料の単一のシートの反対側面上で、第１の回折構造および第２の回折構造がエッチングされ、プリントされ、またはそうでない場合、生成される。いくつかの実施形態は、可変の格子間隔を有する格子干渉計構造を使用する。上記説明された実施形態では、第１の格子構造および第２の格子構造は、実質的に同一の密度の格子線を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、格子干渉計構造の第２の格子は、第１の格子とはわずかに異なる格子パラメータ（例えば、線密度）を有する。そのような実施形態では、拡大されたビームは、分岐または集中するかのいずれかである。焦点距離は、ＳＬＭによりビームの開口サイズを拡大または減少させることによって制御されてもよい。これは、異なる焦点面に集中するビームを制御し、画像品質をより良好にすることを可能にする。言い換えると、交差するビームは、それらが交差する同一の点に集中するようになってもよい。第２の格子はまた、ＬＦディスプレイがビームの焦点範囲にわたって追加の制御をもたらすことができるケースでは、電子的に同調可能な格子間隔を有してもよい。例えば、圧電性アクチュエータにより誘導される弾性材料上の音響波により、または弾性格子ホイルを定期的に引き延ばし、緩めることによってこの種類の構造を実現することができる。

いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイは、様々な焦点面において交差する光のコリメートされたビームを放射するように構成されたＬＦディスプレイ画素光源、ならびに回折格子干渉計およびＳＬＭを含む開口拡大器を含む。

いくつかの実施形態では、ＬＦディスプレイ画素光源は、少なくとも１つの光源を有する発光層、発光層の前方に位置付けられた傾斜プレート、および傾斜プレートの前方に位置付けられたコリメートレンズを含む。光源は、白色光源であってもよく、ＳＬＭは、投影されたビームを変調するためのカラーフィルタ画素を有してもよい。光源は、少なくとも１つの赤色光源、１つの緑色光源、および１つの青色光源を含んでもよく、ＳＬＭは、投影されたビームを通過または停止させるための画素を含んでもよい。光源は、μＬＥＤであってもよい。代わりに、光源は、レーザダイオードであってもよい。

いくつかの実施形態では、回折格子干渉計は、色を分離し、ビーム開口を広げるための第１の回折格子、および第１の回折格子によって生じた伝播方向への角度偏差を補償するための第２の回折格子を含む。第１の回折格子および第２の回折格子は、光学的に同一であってもよく、または少なくとも同一の格子線密度を有してもよい。

ＳＬＭは、（ｉ）画像形成に使用されない回折次数からのビーム、および／または（ｉｉ）意図した視点方向に沿って伝播しないビームを遮断するよう動作してもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＦディスプレイの開口拡大器が設けられる。開口拡大器は、ＬＦ画素投光器セルから受信された光ビームの色を分離し、光ビームの開口を広げるための第１の回折格子、第１の回折格子によって生じた光ビームの伝播方向への角度偏差を補償するための第２の回折格子、ならびに第２の回折格子から受信された様々な次数の光ビームを通過および遮断するためのＳＬＭを含み、ＳＬＭは、ＬＦ投光器セルの活性化と同期される。

いくつかの実施形態では、ＬＦディスプレイシステムにおいて投光器ビームの開口サイズを拡大する方法が提供される。方法では、（ｉ）発光層、（ｉｉ）光学軸に対して光源位置をシフトさせるための屈折傾斜プレート、および（ｉｉｉ）コリメートレンズ、を含むＬＦ画素の投光器セルを使用して、少なくとも１つのコリメートされたＬＦ投光器ビームが生成される。少なくとも１つのコリメートされたＬＦ投光器ビームは、第１の回折格子を通過し、第１の回折格子は、異なる伝播方向に向かって異なる色のビームを送信し、ビームの開口サイズを拡大する。回折したＬＦ投光器ビームは、第２の回折格子を通過し、第２の回折格子は、光学軸に向かって異なる色のビームを再度傾ける。色分離され、開口が拡大した投光器ビームは、ＳＬＭにより変調される。

格子は、ナノインプリントポリマホイルであってもよい。格子は、両側面上にエンボス加工された格子構造を有する単一のポリカーボネートシートであってもよい。ＳＬＭは、ＬＣＤパネルであってもよい。

他の議論
概して、小型開口からの望ましくない回折は、開口を拡大すること以外のいずれかの手段によっては解決することが非常に困難である問題となる物理的制約である。提示される開口拡大方法は、ディスプレイ面上での空間分解能に影響を与えず、単純な屈折または反射開口拡大方法以外のより大きな深度範囲を通じてより高い分解能を得ることができる。ライトフィールドの直接変調に基づいている真のホログラフィックシステムは、この問題を有さないが、それらのホログラフィックは、適切に機能するためにはるかに小さいＳＬＭを必要とする。

説明された実施形態のうちの１つまたは複数の様々なハードウェア要素は、それぞれのモジュールと関連して本明細書で説明された様々な機能を実現する（すなわち、実行する（ｐｅｒｆｏｒｍおよびｅｘｅｃｕｔｅなど））「モジュール」と称される。本明細書で使用されるように、モジュールは、所与の実装のために当業者にとって適切であると見なされるハードウェア（例えば、１つまたは複数のプロセッサ、１つまたは複数の光学プロセッサ、１つまたは複数のＳＬＭ、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のマイクロコントローラ、１つまたは複数のマイクロチップ、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つまたは複数のメモリデバイス）を含む。各々の説明されたモジュールは、それぞれのモジュールによって実行されるとして説明された１つまたは複数の機能を実現するために実行可能な命令も含んでもよく、それらの命令は、ハードウェア（すなわち、ハードウェアにより実現された）命令、ファームウェア命令、および／またはソフトウェア命令などの形式をとってもよく、またはそれらを含んでもよく、ＲＡＭ、ＲＯＭなどと一般的に称されるいずれかの適切な非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されてもよいことに留意されよう。

特徴および要素が特に特定の組み合わせで上記説明されたが、当業者は、各々の特徴または要素が単独で、または他の特徴および要素とのいずれかの組み合わせで使用されてもよいことを認識するであろう。加えて、本明細書で説明される方法は、コンピュータまたはプロセッサによる実行のためのコンピュータ可読媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、またはファームウェアを使用して部分的に実装されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体の例は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよび着脱可能ディスクなどの磁気媒体、磁気光学媒体、ならびにＣＤ−ＲＯＭディスクおよびデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光学媒体を含むが、それらに限定されない。ソフトウェアと関連したプロセッサは、ＬＦディスプレイデバイスにおける使用のために、画像エンジン、コントローラ、タイミングモジュール、オペレーティングシステムなどを実装するために使用されてもよい。

Claims (16)

1. 複数の個々に制御可能な発光素子を含む発光層と、
   複数のコリメートレンズを含む光学層であって、前記光学層は、前記発光層をオーバレイする、前記発光層と、
   前記光学層をオーバレイする第１の回折格子と、
   前記第１の回折格子をオーバレイする第２の回折格子と、
   を備えたことを特徴とするディスプレイデバイス。
2. 前記第２の回折層をオーバレイする空間光変調器を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. 前記空間光変調器は、ＬＣＤパネルであることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイデバイス。
4. 前記第１の回折格子および第２の回折格子の格子線は、実質的に平行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
5. 前記第１の回折格子および第２の回折格子の格子線は、実質的に同一の密度の線対を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
6. 前記コリメートレンズは、円筒レンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
7. 前記コリメートレンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
8. 前記発光層と前記光学層との間で可動屈折層を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
9. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、０．５ミリメートル〜５ミリメートル分離されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
10. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、５ミリメートル〜１０ミリメートル分離されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
11. 前記発光層における前記複数の個々に制御可能な発光素子は、二次元アレイにおいて配列されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
12. ディスプレイを設ける方法であって、
    複数の発光素子を含む発光層において少なくとも１つの発光素子から光を選択的に放射するステップと、
    前記放射された光をコリメートするステップと、
    第１の回折格子を使用して、前記コリメートされた光を第１世代の子ビームに分割するステップと、
    第２の回折格子を使用して、前記第１世代の子ビームを第２世代の子ビームに分割するステップと、
    を備えたことを特徴とする方法。
13. 前記コリメートされた光の方向とは異なる方向を有する前記第２世代の子ビームのうちの少なくとも１つを遮断するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記第２世代の子ビームのうちの少なくとも１つを遮断するステップは、空間光変調器の部分を選択的に不透明にすることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 光は、画像を生成するよう、前記複数の発光素子から選択的に放射されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記放射された光をコリメートするステップは、マイクロレンズアレイを使用して実行されることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の方法。

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