JP2023015039A - ライトフィールドおよびホログラフィック導波路アレイにおけるエネルギーの選択的伝搬 - Google Patents
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Abstract
Description
ライトフィールドエネルギー伝搬解像度の概要
ライトフィールドおよびホログラフィックディスプレイは、エネルギー表面位置が、視認体積内に伝搬された角度、色、および強度の情報を提供する複数の投射の結果である。開示されたエネルギー表面は、追加の情報が同じ表面を通って共存および伝搬する機会を提供し、他の感覚系応答を誘発する。立体ディスプレイとは異なり、空間内の収束されたエネルギー伝搬経路の視認される位置は、視認者が視認体積の周りを移動しても変化せず、多数の視認者が、あたかも対象物が本当にそこに存在するかのように、現実世界の空間内の伝搬された対象物を同時に観察し得る。いくつかの実施形態では、エネルギーの伝搬は、同じエネルギー伝搬経路内に配置され得るが、反対方向に配置されてもよい。例えば、エネルギー伝搬経路に沿ったエネルギー放出およびエネルギー捕捉は、本開示のいくつかの実施態様では、両方とも可能である。
能動領域、デバイス電子機器回路、パッケージング、および機械的エンベロープ
図2は、ある特定の機械的形状因子を伴う能動領域22を有するデバイス20を例解する。デバイス20は、電力供給のためのドライバ23および電子機器回路24を含み、能動領域22に接続し得、その能動領域は、xおよびyの矢印により示される寸法を有する。このデバイス20は、電力および冷却のコンポーネントを駆動するためのケーブル配線および機械的構造体を考慮に入れておらず、さらに、機械的実装面積は、可撓ケーブルをデバイス20の中に導入することによって最小化され得る。また、かかるデバイス20に対する最小実装面積は、M:xおよびM:yの矢印により示される寸法を有する機械的エンベロープ21と呼ばれ得る。このデバイス20は、単に例解目的のみのためであり、特定用途向け電子機器回路設計は、機械的エンベロープオーバーヘッドをさらに減らす可能性があるが、ほとんどすべての場合において、デバイスの能動領域の正確なサイズとはなり得ない。一実施形態では、このデバイス20は、マイクロOLED、DLPチップ、もしくはLCDパネル、または画像照明の目的を有する他の任意の技術に対する能動画像領域22と関連するため、電子機器回路の依存状態を例解する。
エネルギーリレーのアレイの構成および設計
いくつかの実施形態では、各デバイスの機械的構造の制約による継ぎ目がない個別デバイスのアレイから高エネルギー位置密度を生成する課題に対処するための手法について開示されている。一実施形態では、エネルギー伝搬リレーシステムにより、能動デバイス領域の有効サイズを増加させることが、機械的寸法を満たすか、または超過することを可能にして、リレーのアレイを構成し、かつ単一のシームレスなエネルギー表面を形成し得る。
横方向アンダーソン局在エネルギーリレーにおける開示された進展
エネルギーリレーの特性は、横方向アンダーソン局在を誘発させるエネルギーリレー素子に対して本明細書に開示された原理に従って大幅に最適化され得る。横方向アンダーソン局在は、横方向には無秩序であるが長手方向には一貫性のある材料を通って輸送される光線の伝搬である。
ホログラフィック導波路アレイを通るエネルギーの選択的伝搬
上記および本明細書全体にわたって論述されているように、ライトフィールドディスプレイシステムは、一般に、エネルギー源(例えば、照明源)、および上記の論述で明確に示したような、十分なエネルギー位置密度で構成されたシームレスなエネルギー表面を含む。複数のリレー素子を使用して、エネルギーデバイスからシームレスなエネルギー表面にエネルギーをリレーし得る。一旦、エネルギーが所要のエネルギー位置密度を有するシームレスなエネルギー表面に送達されると、エネルギーは、開示されたエネルギー導波路システムを介して4Dプレノプティック関数に従って伝搬され得る。当業者により理解されるように、4Dプレノプティック関数は、当技術分野でよく知られており、本明細書では、これ以上詳述しない。
ホログラフィック環境内で人間の感覚受容器を刺激するための双方向シームレスエネルギー表面システムの集約
複数のシームレスなエネルギー表面を一緒にタイル張り、溶融、結合、取り付け、および/または縫い合わせを行い、部屋全体を含む任意のサイズ、形状、輪郭、または形状因子を形成することによって、シームレスなエネルギー表面システムの大規模な環境を構築することが可能になる。各エネルギー表面システムは、双方向ホログラフィックエネルギーの伝搬、放出、反射、または検知のために集合的に構成されたベース構造体、エネルギー表面、リレー、導波路、デバイス、および電子機器回路を有するアセンブリを含み得る。
図7は、複数のエネルギー伝搬経路108を画定するように動作可能なエネルギー導波路システム100の一実施形態の上面斜視図を例解する。エネルギー導波路システム100は、複数のエネルギー伝搬経路108に沿ってエネルギーをそこを通って指向させるように構成されたエネルギー導波路のアレイ112を備える。一実施形態では、複数のエネルギー伝搬経路108は、アレイ116の第1の側面上の複数のエネルギー位置118を通ってアレイ114の第2の側面まで延在する。
a)屈折、回折、または反射、
b)単層または複合多層素子、
c)ホログラフィック光学素子およびデジタル符号化光学系、
d)3Dプリント素子、またはリソグラフィックマスタもしくはレプリカ、
e)フレネルレンズ、回折格子、ゾーンプレート、バイナリ光学素子、
f)レトロ反射素子、
g)光ファイバ、全反射、またはアンダーソン局在化、
h)屈折率分布型光学系、または種々の屈折率整合材料、
i)ガラス、ポリマー、気体、固体、液体、
j)音響導波路、
k)マイクロおよびナノスケール素子、または
l)偏光、プリズム、もしくはビームスプリッタ、などの双方向エネルギー指向構造体もしくは材料のいずれか、または組み合わせを含み得ることを認識されたい。
a)物理的なエネルギーバッフル構造体、
b)体積型、テーパ型、またはファセット型の機械的構造体、
c)アパーチャ絞りまたはマスク、
d)光学リレーおよび制御されたアパーチャ数、
e)屈折、回折、または反射、
f)レトロ反射素子、
g)単層または複合多層素子、
h)ホログラフィック光学素子およびデジタル符号化光学系、
i)3Dプリント素子、またはリソグラフマスタもしくはレプリカ、
j)フレネルレンズ、回折格子、ゾーンプレート、バイナリ光学素子、
k)光ファイバ、全反射、またはアンダーソン局在化、
l)屈折率分布型光学系、または多種の屈折率整合材料、
m)ガラス、ポリマー、気体、固体、液体、
n)ミリ、マイクロおよびナノスケール素子、ならびに、
o)偏光、プリズム、またはビームスプリッタ、である。
a)エネルギー導波路のアレイの六角形パッキン、
b)エネルギー導波路のアレイの正方形パッキン、
c)エネルギー導波路のアレイの不規則または半規則的パッキン、
d)エネルギー導波路の湾曲または非平面アレイ、
e)エネルギー導波路の球形アレイ、
f)エネルギー導波路の円筒形アレイ、
g)エネルギー導波路の傾斜した規則的アレイ、
h)エネルギー導波路の傾斜した不規則アレイ、
i)エネルギー導波路の空間的に変化するアレイ、
j)エネルギー導波路の多層アレイ、を含み得る。
Claims (32)
- 複数のエネルギー伝搬経路を画定するためのエネルギー導波路システムであって、
エネルギー導波路のアレイであって、前記アレイが、第1の側面および第2の側面を備え、前記第1の側面上の複数のエネルギー位置を通って延在する複数のエネルギー伝搬経路に沿って通るエネルギーを指向するように構成され、
前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第1のサブセットが、第1のエネルギー位置を通って延在し、
第1のエネルギー導波路が、前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの前記第1のサブセットの第1のエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され、前記第1のエネルギー伝搬経路が、前記第1のエネルギー位置と前記第1のエネルギー導波路との間に形成される第1の主光線によって画定され、さらに、前記第1のエネルギー伝搬経路が、少なくとも前記第1のエネルギー位置によって確定されている固有の方向において、前記第1のエネルギー導波路から前記アレイの前記第2の側面に向かって延在し、
前記第1のエネルギー導波路を通る前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、前記第1のエネルギー導波路の第1のアパーチャを実質的に充填する、エネルギー導波路のアレイと、
前記第1のアパーチャを通って延在しない前記複数のエネルギー伝搬経路の前記第1のサブセットの一部分に沿って、エネルギーの伝搬を制限するように配置されている、エネルギー抑制素子と、を備え、
前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第1の部分が、第1の領域を通って延在し、前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第2の部分が、第2の領域を通って延在し、前記第1の領域および前記第2の領域が、前記エネルギー抑制素子によって分離され、エネルギー伝搬経路の前記第1の部分および前記第2の部分が、前記アレイの前記第2の側面において交差する、エネルギー導波路システム。 - 前記エネルギー抑制素子が、前記エネルギー導波路のアレイと前記複数のエネルギー位置との間の前記第1の側面上に配置されている、請求項1に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー導波路が、2次元空間座標を含み、少なくとも前記第1のエネルギー位置によって確定された前記固有の方向が、2次元角度座標を含み、それによって、前記2次元空間座標および前記2次元角度座標が、4次元(4D)座標セットを形成する、請求項1または2に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、前記第1の主光線に実質的に平行である方向に、前記第1のエネルギー導波路を通って指向された1つ以上のエネルギー光線を含む、請求項3に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、第2のエネルギー導波路を通る第2のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーと収束する、請求項1から4のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路および前記第2のエネルギー伝搬経路が、前記アレイの前記第2の側面上の位置において収束する、請求項5に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路および前記第2のエネルギー伝搬経路が、前記アレイの前記第1の側面上の位置において収束する、請求項5に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路および前記第2のエネルギー伝搬経路が、前記アレイの前記第1の側面および前記第2の側面との間の位置において収束する、請求項5に記載のエネルギー導波路システム。
- 各エネルギー導波路が、エネルギーを指向するための構造体を備え、前記構造体が、
a)通過するエネルギーの角度方向を変更するように構成されている構造体、
b)少なくとも1つのアパーチャ数を含む構造体、
c)少なくとも1つの内部表面からエネルギーを再指向するように構成されている構造体、
d)エネルギーリレー、から成る群から選択される、請求項1から8のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。 - 前記エネルギー抑制素子が、エネルギー伝搬経路を減衰または修正するための構造体を備え、前記構造体が、
a)エネルギー抑制構造体、
b)前記第1のアパーチャの充填率を変更するために、第1のエネルギー伝搬経路を変更するように構成されている素子、
c)前記第1のエネルギー位置に近接するエネルギーの角度範囲を制限するように構成されている構造体、から成る群から選択される、請求項1から9のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。 - 前記エネルギー抑制構造体が、前記第1のエネルギー位置に近接するエネルギーの角度範囲を制限するように構成されている構造体である場合、前記第1のエネルギー位置に近接するエネルギーの角度範囲を制限するように構成されている前記構造体が、前記第1のエネルギー位置に隣接する光学リレーフェースプレートを備える、請求項10に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー抑制構造体が、少なくとも1つのアパーチャ数を含む、請求項10または11に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー抑制構造体が、バッフル構造体を含む、請求項10から12のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー抑制構造体が、前記第1のエネルギー導波路に隣接して配置され、概して前記第1のエネルギー位置に向かって延在している、請求項10から13のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー抑制構造体が、前記第1のエネルギー位置に隣接して配置され、概して前記第1のエネルギー導波路に向かって延在している、請求項10から13のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー導波路のアレイが、平面を形成するように配設されている、請求項1から15のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー導波路のアレイが、曲面を形成するように配設されている、請求項1から15のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長は、
a)可視光、
b)紫外線、
c)赤外線、
d)X線、から成る群から選択されるレジームに属する、請求項1から17のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。 - 前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、圧力波によって定義される機械的エネルギーであり、前記圧力波は、
a)触圧波、
b)音響振動、から成る群から選択される、請求項1から17のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。 - 複数のエネルギー伝搬経路を画定するためのエネルギー導波路システムであって、
小型レンズのアレイであって、前記アレイは、第1の側面および第2の側面を備え、複数のエネルギー位置を通って延在する複数のエネルギー伝搬経路に沿ってそれを通るエネルギーを指向させるように構成され、
前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第1のサブセットが、第1のエネルギー位置を通って延在し、
第1の小型レンズが、前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの前記第1のサブセットの第1のエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され、前記第1のエネルギー伝搬経路は、前記第1のエネルギー位置と前記第1の小型レンズとの間に形成される第1の主光線によって画定され、さらに、前記第1のエネルギー伝搬経路が、前記第1の小型レンズから前記アレイの前記第2の側面に向かって、少なくとも前記第1のエネルギー位置によって確定されている固有の方向に延在し、
前記第1の小型レンズを通る前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、前記第1の小型レンズの第1のアパーチャを実質的に充填する、小型レンズのアレイと、
前記第1のアパーチャを通っては延在しない前記複数のエネルギー伝搬経路の前記第1のサブセットの一部分に沿って、エネルギーの伝搬を制限するように配置されている、エネルギー抑制素子と、を備え、
前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第1の部分が、第1の領域を通って延在し、前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第2の部分が、第2の領域を通って延在し、前記第1の領域および前記第2の領域が、前記エネルギー抑制素子によって分離され、エネルギー伝搬経路のうちの前記第1の部分および前記第2の部分が、前記アレイの前記第2の側面において交差する、エネルギー導波路システム。 - 前記小型レンズのアレイが、平面を形成するように配設されている、請求項20に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記小型レンズのアレイが、曲面を形成するように配設されている、請求項20に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記小型レンズのアレイの小型レンズが、
a)六角形パッキン配設、
b)正方形パッキン配設、
c)不規則パッキン配設、から成る群から選択される配設において、並んで配置されている、請求項20から22のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。 - 前記小型レンズのアレイのうちの小型レンズが、フレネルレンズである、請求項20から23のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1の小型レンズの形状が、少なくとも前記第1のエネルギー位置によって確定されている前記固有の方向を追加的に変更するように構成されている、請求項20から24のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 複数のエネルギー伝搬経路を画定するためのエネルギー導波路システムであって、
反射器素子が、
前記反射器素子の第1の側面上に配置された第1の反射器であって、それを通って形成された1つ以上のアパーチャ絞りを含む、第1の反射器と、
前記反射器素子の第2の側面上に配置された第2の反射器であって、それを通って形成された1つ以上のアパーチャ絞りを含む、第2の反射器と、を備え、
前記第1の反射器および前記第2の反射器が、前記第1の反射器および前記第2の反射器の前記アパーチャ絞り、ならびに前記反射器素子の前記第1の側面上の複数のエネルギー位置を通って延在する複数のエネルギー伝搬経路に沿って、エネルギーを指向するように構成され、
前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの第1のサブセットが、第1のエネルギー位置を通って延在し、
前記反射器素子が、前記複数のエネルギー伝搬経路のうちの前記第1のサブセットの第1のエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを指向するように構成され、前記第1のエネルギー伝搬経路が、前記第1のエネルギー位置と前記第1の反射器の第1のアパーチャ絞りとの間に形成される第1の主光線によって画定され、さらに、前記第1のエネルギー伝搬経路が、前記第2の反射器の第1のアパーチャ絞りから前記反射器素子の前記第2の側面に向かって、少なくとも前記第1のエネルギー位置によって確定されている固有の方向に延在し、
前記第1のエネルギー伝搬経路に沿って指向されたエネルギーが、前記第1の反射器の前記第1のアパーチャ絞り、および前記第2の反射器の前記第1のアパーチャ絞りを実質的に充填する、反射器素子と、
前記第1の反射器の前記第1のアパーチャ絞りを通って延在しない前記複数のエネルギー伝搬経路の前記第1のサブセットの一部分に沿って、エネルギーの伝搬を制限するように配置されている、エネルギー抑制素子と、を備え、
前記複数のエネルギー伝搬経路の第1の部分が、第1の領域を通って延在し、前記複数のエネルギー伝搬経路の第2の部分が、第2の領域を通って延在し、前記第1の領域および前記第2の領域が、前記エネルギー抑制素子によって分離され、エネルギー伝搬経路の前記第1の部分および前記第2の部分が、前記反射器素子の前記第2の側面において交差する、エネルギー導波路システム。 - 前記第1の反射器および前記第2の反射器の前記1つ以上のアパーチャ絞りのサイズが、一定である、請求項26に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1の反射器および前記第2の反射器の前記1つ以上のアパーチャ絞りのサイズが、変動する、請求項26に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1の反射器および前記第2の反射器が、前記第1の反射器の第1の放物面、および前記第2の反射器の第1の放物面が、前記第1のエネルギー伝搬経路に沿ってエネルギーを反射するように構成されるように、1つ以上の放物面を含む、請求項26から28のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1の反射器の前記第1の放物面の焦点距離が、前記第2の反射器の前記第1の放物面の焦点距離と同じである、請求項29に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1の反射器の前記第1の放物面の焦点距離が、前記第2の反射器の前記第1の放物面の焦点距離とは異なる、請求項29に記載のエネルギー導波路システム。
- 追加のエネルギー抑制素子が、前記反射器素子の前記第1の側面および前記第2の側面との間に配置されている、請求項26から31のいずれか一項に記載のエネルギー導波路システム。
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