JP6072346B2 - 平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置 - Google Patents

平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6072346B2
JP6072346B2 JP2016504466A JP2016504466A JP6072346B2 JP 6072346 B2 JP6072346 B2 JP 6072346B2 JP 2016504466 A JP2016504466 A JP 2016504466A JP 2016504466 A JP2016504466 A JP 2016504466A JP 6072346 B2 JP6072346 B2 JP 6072346B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
light source
amplitude
point light
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016504466A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016520852A (ja
Inventor
李志揚
Original Assignee
李志揚
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 李志揚 filed Critical 李志揚
Publication of JP2016520852A publication Critical patent/JP2016520852A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6072346B2 publication Critical patent/JP6072346B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/18—Stereoscopic photography by simultaneous viewing
    • G03B35/24—Stereoscopic photography by simultaneous viewing using apertured or refractive resolving means on screens or between screen and eye
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2223/00—Optical components
    • G03H2223/16—Optical waveguide, e.g. optical fibre, rod
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/33—Complex modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

本発明は、三次元画像形成分野に属し、具体的には、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置に関する。
三次元ディスプレイは、疑似三次元ディスプレイと真性三次元ディスプレイに分けられる。前者は、両眼の視差に基づく立体表示であり、２つの異なる視角の画面を観察者の左右の眼それぞれで見ることによって立体の幻覚を生じさせるものであるが、長時間見ると疲れやすい。後者は、空中に真の三次元画像を直接形成し、観察者は何らかの補助眼鏡をかける必要が無く、より快適に自然に見る事が出来る。
真性三次元立体ディスプレイは、画像統合技術や体画像形成技術などのインコヒーレント方法で実現可能であるし、ホログラフィ技術などのコヒーレント方法でも実現可能である。インコヒーレント方法とコヒーレント方法の最大の違いは、前者がインコヒーレント光源を用いて光波の位相情報を利用しないのに対し、後者はコヒーレント光源を用いて光波の位相を十分に利用できる、ということである。光波の位相情報は物体の形状と位置の情報を含む。インコヒーレント方法は、光波の位相情報を捨ててしまうので、定額外の、往々にして複雑である機械走査或いは光学装置に頼る事しかできず、三次元空間で画像形成し、それの従う幾何光学画像形成原理自身の制限なので、限られた被写界深度内しか受け入れる画像形成解像度に達成することができない。コヒーレント方法は、光波位相が有している形状と位置の情報を十分利用可能なので、往々にして構造が簡単であり、また、波動の光学画像形成原理の力を借り、画像形成の被写界深度が深く、解像度が高い。例えば、簡単な一つのホログラフィ乾板は空中に三次元画像を形成するのに、何らかの光学レンズや機械走査装置を必要としない。しかし、大型の物体に対しては、ホログラフィの干渉縞がサブミクロンレベルで、平面ディスプレイの画素サイズよりはるかに小さくなってしまう。また、容量が非常に大きな干渉縞のデータが、リアルタイムの数字収集、処理、記憶、転送、表示に非常に大きな困難をもたらす。
当業者の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫（特許文献１）では、新たな三次元画像形成に関する方法が開示されている。その核心的思想は以下のとおりであり、一つの二次元点光源アレイ構造であり、これらの点光源からの球面波が相互に合流し、建設的干渉により空中に光スポット、即ち立体ボクセル（略称はボクセルであり、二次元平面ディスプレイの画素に対応する）を形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。動的表示を実現するため、上記二次元点光源アレイの各点光源の振幅と位相に対して独立したリアルタイム調整をする必要があり、また高回折による多重像を抑制するため、点光源の位置はランダムな分布を呈する。上記画像形成原理に基づき、各ボクセルの位置と輝度さえわかれば、各点光源の振幅と位相の調整量を確定することができ、各点光源の振幅と位相を調整することにより、これらの点光源からの球面波が空間内の所定位置に到達した時に同じ位相になるようにする。このように、建設的干渉によって所定位置にボクセルを形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。これが意味するのは、二次元平面ディスプレイに比べ、奥深くの情報を定額外に知りさえすれば、空中に三次元画像を形成することができ、情報の増加量は約３０％に過ぎず、これは三次元データのリアルタイム記憶、転送、表示に大変な利便性をもたらす、ということである。上記発明特許は、異なるタイプの液晶ディスプレイによって二次元点光源アレイを生じる装置も開示している。しかし、液晶材料は液晶分子の機械的転動によって光波の振幅と位相を調整することが必須であり、応答時間は一般的にミリ秒レベルである。
中国特許第２００８１００４６８６１．８号明細書
本発明の目的は、上記現状に対し、画像のリフレッシュレートが高く、且つディスプレイが軽くて薄くて安定した、平面光導波路回路を用いる立体画像形成方法及び装置を提供することである。
本発明の目的を実現するための方式は、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法であって、
Ａ、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、ｐ個目の点光源の位置をｒｐとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップと、
Ｂ、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップＡで生成した各点光源の最初の振幅Ａｐ−０と最初の位相Φｐ−０を測定するとともに記録するステップと、
Ｃ、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Ａｖがその輝度の平方根として設定され、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをＱ組に分けるステップと、
Ｄ、ステップＣにおける一組のボクセルを選択するステップと、
Ｅ、ステップＤで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置ｒｖと位相Φｖを取得するステップと、
Ｆ、ステップＥにおける一つのボクセルｖを選択するステップと、
Ｇ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、それの放射する光円錐がステップＦで選定したボクセルｖをカバーすれば、点光源ｐからボクセルｖへの距離|ｒｐ−ｒｖ|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルｖに到達した時の位相を、ステップＥで設定した位相Φｖにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|ｒｐ−ｒｖ|とボクセルｖの振幅Ａｖの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルｖが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
式（１）で表示し、
なお、式（１）において、Ｐはボクセルｖを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、
ボクセルｖが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
で表示するステップと、
Ｈ、ステップＤで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップＦからＧを繰り返すステップと、
Ｉ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップＤからステップＨで得た点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量Ａｐ−ｖを累加して、点光源ｐが全部でＶ個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Ａｐを得るステップ、即ち
であるステップと、
Ｊ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、ステップＩで確定した総複素振幅調整量ＡｐをステップＢで確定した該点光源の最初の振幅Ａｐ−０で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆ＝Ａｐ／Ａｐ−０を得て、ステップＩで確定した総位相調整量ΦｐからステップＢで確定した該点光源の最初の位相Φｐ−０を引くとともに、点光源ｐの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ａｐ-Ｆによってもたらされる付加位相増量Φｐ−Ａを引いて、該点光源の最終位相調整量Φｐ−Ｆ＝Φｐ−Φｐ−０−Φｐ−Ａを得るステップと、
Ｋ、ステップＪで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆと最終位相調整量Φｐ−Ｆに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップと、
Ｌ、ステップＣで確定したすべてのＱ組のボクセルに対し、ステップＤからＫを繰り返すステップと、を含む。
前記立体画像形成方法を実現する、平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
コヒーレント光源と、平面光導波路回路と、導電ガラス前面板と、背部駆動回路とによって組成されており、導電ガラス前面板と背部駆動回路がそれぞれ平面光導波路回路の両側を覆っており、平面光導波路回路は光導波路主線とＮ個の光導波路支線を含んでおり、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、Ｎ個の光導波路支線は光導波路主線に沿って分布しており、
各光導波路支線は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置し、
前記カプラは、方向性カプラ又はリング共振器カプラを採用しており、
前記位相調整器は、一段の、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させ、
前記垂直転向器は、第１の垂直転向器と第２の垂直転向器の二種類を備えており、第１の垂直転向器は、マイクロ平面リフレクタによって構成されており、マイクロ平面リフレクタの反射面と平面光導波路回路の夾角は４５°である。
本発明は、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫を基礎にして形成されたものであり、如何に平面光導波路回路を採用して二次元点光源アレイを構造し、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現するのを解決する。
本発明は、平面光導波路回路全体を光導波路主線と光導波路支線に分け、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波をスクリーンの各領域に導き、その後、光導波路主線両側に分布する大量の光導波路支線によって光波を光導波路主線からカップリングし、各光導波路支線が一つの点光源を生成するとともに、光導波路支線において光電材料で振幅調整器と位相調整器を製作して点光源の振幅と位相を調整する。それによって、平面光導波路回路を用いて大型の二次点光源アレイを構成することができ、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現する。
本発明は、従来技術、特に、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫と比較し、以下の有益な効果を具備する。
１、光電材料で液晶材料に代替し、光波の振幅と位相の調整を実現する。光電材料の応答時間はナノ秒クラスに達し、さらに高い頻度でのリフレッシュ周期を実現し、画像が更に早く安定し、高速運動の画像の遅延抑制に有利である。
２、平面光導波路回路を採用しているので、照明光学システムを簡略化し、ディスプレイは非常に軽くて薄くて安定する。
３、光波が平面光導波路回路に沿って伝わるので、液晶ディスプレイスクリーンのように透明な前後面板が必要なく、前面板上に透光性の小さな孔を設ければそれでよく、特に後面板上の駆動回路を透明なガラス状に作成する必要が無く、例えばプラスチック基板といった適切な材料上に制作することが可能である。よって、駆動回路の速度を更に早く、精度をさらに高くすることが出来る。
本発明は特にコンピュータやテレビのディスプレイスクリーンに適しているが、ヒューマン・マシン・インタラクション、マシンビジョンなど、教育、科学研究、娯楽、広告などの領域に幅広く応用することが出来る。
図１は、本発明の構造を示す略図である。 図２は、幹線回路が採用する螺旋型配置構造を示す略図である。 図３は、幹線回路が採用するＺ型配置構造を示す略図である。 図４は、幹線回路がＹ型ビームスプリッタを採用する場合の配置図である。 図５は、幹線回路がスターカプラを採用する場合の配置図である。 図６は、幹線回路がリング共振器カプラを採用する場合の配置図である。 図７は、幹線回路が方向性カプラを採用する場合の構造を示す略図である。 図８は、支線回路が方向性カプラを採用する場合の配置図である。 図９は、支線回路がリング共振器カプラを採用する場合の構造を示す略図である。 図１０は、垂直転向器がマイクロ平面リフレクタを採用する場合の断面構造を示す略図である。 図１１は、垂直転向器が表面ラスターを採用する場合の断面構造を示す略図である。 図１２は、前面板上の透光性の小さな孔の分布図である。 図１３は、本発明がマイクロレンズアレイを採用する場合の構造を示す略図である。
以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の三次元ディスプレイスクリーンは、コヒーレント光源１と、平面光導波路回路２と、導電ガラス前面板３と、背部駆動回路４によって組成されており、導電ガラス前面板３と背部駆動回路４がそれぞれ平面光導波路回路２の両側を覆っている。さらに図２から図７に示すように、平面光導波路回路２は光導波路主線６と光導波路支線７とを含んでいる。
光導波路主線６は、シリアル配置でも良いし、パラレル配置でも良い。
シリアル配置を採用した光導波路主線６は、１本又は３本の光導波路によって組成され、前記１本または３本の光導波路はＺ型配置又は螺旋型配置の方法で、平面光導波路回路２の全体を平均して覆っている。
図２に示すように、１本の光導波路は螺旋型を呈した環状線で平面光導波路回路２の全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色は、シーケンスに従って左下から同一の光導波路に順番に入力し、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。
図３に示すように、３本の平行の光導波路はＺ型を呈して折れ曲がってディスプレイスクリーン全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ１、λ２、λ３の三原色は、左上から３本の光導波路にそれぞれ入力され、各光導波路が一種類の原色を転送し、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。
シリアル配置のメリットは構造が簡単なことであり、デメリットは光導波路全体の長さがあまりにも長いので、比較的大きな伝送損が起こる可能性があることである。大きなサイズの三次元ディスプレイスクリーンを制作する際、光導波路主線６は、例えば石英ガラス光導波路といった、消耗が極めて少ない光導波路材料によって制作する必要ある。
パラレル配置では、一つの平行光導波路アレイでディスプレイスクリーン全体を覆っており、鍵は、各平行光導波路に光波を如何に導くかということである。一般的には、Ｙ型ビームスプリッタや、スターカプラや、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉（ＭＭＩ）デバイスなどによって、光波を各平行光導波路に導くことができる。この中で、Ｙ型ビームスプリッタとスターカプラは波長と無関係であり、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉デバイス等は、波長と関係がある。波長と関係するカプラは、異なる波長に基づいて異なる構造パラメータを設計する必要がある。パラレル配置のメリットは光導波路全体の長さが比較的短いことであるので、例えばポリマー材料といった、消耗が比較的低い光導波路材料によって制作することが可能である。
パラレル配置を採用した光導波路主線６は、一つの平行光導波路アレイとＹ型ビームスプリッタ８又はスターカプラ９を備える。前記平行光導波路アレイは、平面光導波路回路２の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源１から放射された光波をＹ型ビームスプリッタ８又はスターカプラ９によって平行光導波路アレイの各光導波路に平均して分配する。
図４に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線６は、８本の水平光導波路によって組成される平行光導波路アレイと一つのＹ型ビームスプリッタを備え、平行光導波路アレイが平面光導波路回路２の全体を平均して覆っている。前記Ｙ型ビームスプリッタ８は、１／２型のＹ型ビームスプリッタであり、全部で七つの１／２型のＹ型ビームスプリッタを採用している。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から１／２型のＹ型ビームスプリッタを通して前記８本の水平光導波路に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線６が１０２４本の水平平行光導波路を含む場合、１０級の１／２型のＹ型ビームスプリッタが必要である。当然、１／４型、１／８型のＹ型ビームスプリッタなどによってＹ型ビームスプリッタの級数を減少することにより、Ｙ型ビームスプリッタが占める定額外の面積を減少することも可能である。
図５に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線６はスターカプラ９と８本の水平光導波路によって組成された平行光導波路アレイを備えている。スターカプラ９は、３／８型のスターカプラである。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から一つの３／８型のスターカプラを通して８本の水平光導波路に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線６が非常に多くの水平平行光導波路を含む場合、例えば１０２４本である場合、多級のスターカプラを採用する必要があるかもしれない。図５の３／８型のスターカプラ９の左側の３本の入力光導波路は中間の１本だけを採用すればよく、甚だしきは全部不要なので、コヒーレント光源からの光波は中間光導波路の位置から直接入力され、このように１本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避ける。
図６に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線６は、一つの平行光導波路アレイとそれに垂直な１本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイの各光導波路は一つのリング共振器１０によって直線光導波路とカップリングする。平行光導波路アレイは平面光導波路２の全体を平均して覆っている。直線光導波路はコヒーレント光源１から放射された三原色光波を受け取り、各リング共振器１０の構造パラメータを設計して直線光導波路に転送された三原色光波を平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
図６は、９本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、それに垂直な１本の水平直線光導波路を採用しており、平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は一つのリング共振器１０によって水平直線光導波路とカップリングする。前記縦方向の平行光導波路アレイは平面光導波路２の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色は、左上から水平直線光導波路に同時に入力され、波長λ１、λ２、λ３に対して異なる半径のリング共振器１０を設計し、水平直線光導波路の転送された三原色光波を９本の縦方向の光導波路に順にカップリングさせ、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。また、１本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避けるため、スターカプラを採用してコヒーレント光源１から放射された光波を複数本のシングルモード光導波路にカップリングして、各シングルモード光導波路が一つの図６に示す光導波路回路に接続しても良い。
図７に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線６は一つの平行光導波路アレイと３本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイと３本の直線光導波路は互いに垂直であり、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各光導波路は方向性カプラ１１によって３本の直線光導波路のうちの１本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは、平面光導波路回路２の全体を平均して覆っている。３本の直線光導波路はそれぞれコヒーレント光源１から放射された三原色光波を受け取り、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、３本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
図７は、９本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、３本の水平直線光導波路からなる。平行光導波路アレイと３本の水平直線光導波路は互いに垂直で、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は方向性カプラ１１によって３本の水平直線光導波路中の１本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは平面光導波路回路２の全体を平均して覆っている。３本の水平直線光導波路は、コヒーレント光源１から放射された波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色光波をそれぞれ受け取って、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、３本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
光導波路が交差するのを避けるため、平行光導波路アレイと３本の水平直線光導波路はそれぞれ二つの隣接する平面に作成される。例えば、３本の水平直線光導波路を導電ガラス前面板３に作成することができる。なお、３本の水平直線光導波路を破線で表した。コヒーレント光源１から放射された波長のそれぞれλ１、λ２、λ３となる三原色光波は、左上から３本の水平直線光導波路に同時にそれぞれ入力され、波長λ１、λ２、λ３に対して異なるパラメータの方向性カプラを設計し、３本の水平平行直線光導波路に転送された三原色光波を９本の縦方向の光導波路に順次カップリングする。二つの平面上にそれぞれ光導波路を作成する必要があるので、後の組み立て時は、厳密な照準合せや二つの平面の間の間隔を厳密に制御する必要があり、作成と組み立ての難度を高くする。
光波がスクリーン全体に導かれるようにするため、平面光導波路回路２は非常に多くのコーナリングがある。光波を常に光導波路のコア層に制限するために、コーナリング半径は比較的大きい必要がある。コア層と被覆層の屈折率の差が小さくなるほどコーナリング半径は大きくなるので、ディスプレイスクリーンサイズが大きくなり、密集点光源アレイの形成に不利である。ディスプレイスクリーンサイズを小さくし、密集点光源アレイを形成するためには、平面光導波路回路２の全てにフォトニック結晶光導波路を採用することが可能であるし、例えばコーナリング個所や分岐個所などの重点箇所だけにフォトニック結晶光導波路を採用することも可能である。
位置がランダムに分布した点光源アレイを生成するため、平面光導波路回路２は光導波路主線６とＮ個の光導波路支線７を含んでおり、光導波路主線６がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、Ｎ個の光導波路支線７は光導波路主線６に沿って分布している。各光導波路支線７は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線６から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路４が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線７にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路２に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置する。
垂直転向器は、第１の垂直転向器１５と、第２の垂直転向器２２の二種類がある。
図８に示すように、各光導波路支線７は、順次連結されて一体となっているカプラ１２と振幅調整器１３と位相調整器１４と垂直転向器１５によって組成されている。カプラ１２は方向性カプラを採用している。カプラ１２は光導波路主線６から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路４が振幅調整器１３と位相調整器１４を駆動し、光導波路支線７にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、第１の垂直転向器１５に送り、第１の垂直転向器１５で向きを変えた後、平面光導波路回路２に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させる。
図８の振幅調整器１３は、隣接して設けられており且つ互いに平行である、第１の入力シングルモード光導波路１６と第１の出力シングルモード光導波路１７によって組成されており、第１の入力シングルモード光導波路１６又は第１の出力シングルモード光導波路１７の部分は、光電材料によって作成される。図８は、第１の出力シングルモード光導波路の空心線部分を光電材料によって作成している。背部駆動回路４が光電材料の屈折率を改変することにより、第１の入力シングルモード光導波路と第１の出力シングルモード光導波路の間のカップリング係数を改変して、第１の出力シングルモード光導波路１７から出力される光波の振幅を改変する。
位相調整器１４は一段（図では空心線分）であり、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路４によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させる。必須の注意点として、振幅調整器１３が振幅を調整するとき、位相にも同時に改変が生じるので、位相調整器１４のすべき位相調整量は、振幅調整器１３が振幅を調整するときに付帯して生じる位相調整量をさらに補償すべきである。
図９に示すように、光導波路支線７は、一つのカプラ１９と、一つの振幅調整器２０と、一つの位相調整器２１と、一つの第２の垂直転向器２２によって組成されており、順次連結されて一体となっているカプラ１９と振幅調整器２０と位相調整器２１と第２の垂直転向器２２によって組成されている。カプラ１９はリング共振器カプラを採用している。
図９において、振幅調整器２０は第２の入力シングルモード光導波路２３と第２の出力シングルモード光導波路２４と環状シングルモード光導波路１８によって組成されており、環状シングルモード光導波路１８は第２の入力シングルモード光導波路２３と第２の出力シングルモード光導波路２４の間に位置している。環状シングルモード光導波路１８は光電材料によって作成されており、第２の入力シングルモード光導波路２３に転送された光波が環状シングルモード光導波路１８によって第２の出力シングルモード光導波路２４にカップリングされる。背部駆動回路４によって光電材料の屈折率が改変されることによって、第２の入力シングルモード光導波路２３と第２の出力シングルモード光導波路２４の間のカップリング係数が改変され、第２の出力シングルモード光導波路２４から出力される光波の振幅を改変する。
図８から９に示すように、一つの光導波路支線７は、振幅と位相を独立して調整することが可能な点光源を生成可能である。二次元光源アレイを生成するためには、おびただしい数の光導波路支線７が必要になる。これらの光導波路支線は光導波路主線６に沿って分布されている。図４から７には、一部の光導波路支線７の分布状況を記載した。光導波路支線７の全てを記載するなら、それらは光導波路回路２の全体を覆っている。
光波の位相の唯一性を保証するため、光導波路支線７はシングルモード光導波路を採用すべきであり、そのコア径はわずか数マイクロメートルであるので、その射出端が一つの点光源に相当する。位相の単一性を保証するため、光導波路主線６はできるだけシングルモード光導波路を採用すべきである。光導波路主線６に転送された光波が非常に強い場合、マルチモード光導波路を採用する必要があり、この時、光導波路主線６は基本モードの状態で作動する。
図１０に示すように、第１の垂直転向器１５はマイクロ平面リフレクタ２５によって構成されており、マイクロ平面リフレクタ２５の反射面と平面光導波路の夾角は４５°である。マイクロ平面リフレクタ２５の背面は空気であり、こうして完全放射により位相調整器１４から水平光シングルモード導波路に沿って送られた光波を９０°偏向させた後、導電ガラス前面板３と垂直に放射する。水平シングルモード光導波路から射出する光波が反射面全反射臨界角より大きいなら、反射面背部に金属の反射フィルムを蒸着させることができる。光導波路支線７をポリマー材料で制作すると、反射面はホットブリケッティングすることができる。
図１１に示すように、第２の垂直転向器２２は一つの表面ラスター２７によって組成されており、ラスター２７の構造パラメータを設計して、位相調整器１４から出力された光波を９０°偏向した後、平面光導波路２と垂直に外へ向って放射する。
ラスター２７はマイクロ平面リフレクタ２５のように位相調整器２１からのすべての光波を９０°偏向させるのが難しい。効率を上げるため、垂直転向器２２の底部に、例えばブラッグ反射層などの反射層を追加することができる。
図１０、図１１、図１２に示すように、透明な導電ガラス前面板３は金属導電フィルム２６を蒸着した透明平板ガラスによって組成されており、金属導電フィルム２６は平面光導波路回路２と隣接する側に蒸着されており、金属導電フィルム２６にＮ個の透光性の小さな孔２８がエッチングされている。各透光性の小さな孔は、一つの第１の垂直転向器１５又は第２の垂直転向器２２と正確に合わさっていると共に、第１の垂直転向器又は第２の垂直転向器の真正面に位置しており、第１の垂直転向器又は第２の垂直転向器から放射された光波が導電ガラス前面板３を貫通できるようにする。位置がランダムに分布する点光源アレイを生成するため、小さな透光性孔２８の位置はランダムに分布されているべきである。
本発明において、きめ細かく滑らかな三次元立体画像を表示するために、点光源のコヒーレント干渉によって多くのボクセルを同時に生成する必要がある。点光源からの球面波は四方に拡散するので、それは、一つのボクセルを生成すると同時に、その他のボクセルが一定の背景を作るのを同時にもたらすことができる。多くのボクセルが作った背景を重ね合わせることにより一つの明瞭な背景を形成可能であり、三次元立体画像のコントラストを顕著に低下させる。立体画像のコントラストを高めるため、時間分割方法或いは空間分割方法を取ることが可能である。時間分割方法は、立体画像のボクセルを輝度に基づいて高い方から低い方へ複数のグループに分け、各グループのボクセルを時間順に表示する。時間分割方法により、同時に表示するボクセル数を二倍も低下可能であり、それによって背景強度が累加し過ぎるのを避けるとともに、低輝度ボクセルが高輝度ボクセルに埋没するのを避ける。いわゆる空間分割方法はハードウェアを用いた方法であり、即ち一つのマイクロレンズを用いて複数の点光源を同時に覆って、各点光源から放射される光円錐に小さな部分の現像空間だけを覆うようにさせる方法である。空間分割方法は一つの点光源から放射された光波を一つの小さな円錐角の範囲に制限することが可能なので、該小さな円錐角の範囲外のボクセルには何も影響しないし、同様に背景強度が累加し過ぎるのを避けることができる。
よって、空間分割方法によって立体画像形成のコントラストを高めるため、本発明は導電ガラス前面板３の前にはマイクロレンズアレイ板２９が装備されており、各マイクロレンズの構造パラメータを設計して、それが２個以上の点光源を覆うようにしている。
図１３に示すように、導電ガラス前面板３の前には、マイクロレンズアレイ板２９が装備されており、各マイクロレンズがディスプレイスクリーンの３個の点光源を覆っている。ディスプレイスクリーンにおける９個の点光源から放射された光波は、３個のマイクロレンズを経過した後、Ｃ１から９の九つの光円錐に形成される。また、図１３ではマイクロレンズのパラメータをこまやかに設計する必要があり、各マイクロレンズが覆う点光源から放射される光円錐を統合することにより画像形成空間の全体をできるだけ上手く覆うことができるようにする。例えば、三つの光円錐Ｃ１から３を統合することにより画像形成空間の全体をちょうど覆うことができるべきである。各点光源から放射される光円錐が画像形成空間の小さな部分だけを覆うので、画像形成空間全体の全てのボクセルが変わらない前提で、各点光源が生成すべきボクセルの全数量は倍減になる。例えば図１３の立体画像５のボクセル３０は、ディスプレイスクリーンにおける上から下へ数えて第１個目、第５個目、第９個目の点光源が生成しており、それらから放射される光円錐Ｃ１、Ｃ５、Ｃ９はともにボクセル３０を覆っているからである。他の点光源は、ボクセル３０に貢献がなく、ボクセル３０の近くの背景強度にも影響がない。これは、他の点光源から放射した光波がボクセル３０を覆っていないからである。また、高次回析像を抑制するため、点光源の位置及び／又はマイクロレンズの光軸中心位置は、ランダムに分布されているべきである。
以上のように、図１に示す装置によって、位置がランダムな分布を呈するとともに、振幅と位相を独立して調整可能な二次元光源アレイを生成可能である。各点光源の位相を設置すると、各点光源から放射された球面波が所定位置に到達した時に同じ位相になるようにし、コヒーレント干渉により、所定位置に一つのボクセルを形成可能である。
以下、画像形成方法について具体的に述べる。それは、以下の１２のステップを含む。
Ａ、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、ｐ個目の点光源の位置をｒｐとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップ。
Ｂ、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップＡで生成した各点光源の最初の振幅Ａｐ−０と最初の位相Φｐ−０を測定するとともに記録するステップ。
Ｃ、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Ａｖがその輝度の平方根として設定され、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをＱ組に分けるステップ。
Ｄ、ステップＣにおける一組のボクセルを選択するステップ。
Ｅ、ステップＤで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置ｒｖと位相Φｖを取得するステップ。
Ｆ、ステップＥにおける一つのボクセルｖを選択するステップ。
Ｇ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、それの放射する光円錐がステップＦで選定したボクセルｖをカバーすれば、点光源ｐからボクセルｖへの距離|ｒｐ−ｒｖ|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルｖに到達した時の位相を、ステップＥで設定した位相Φｖにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|ｒｐ−ｒｖ|とボクセルｖの振幅Ａｖの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルｖが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式（１）で表示する。
なお、式（１）において、Ｐはボクセルｖを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、二次元点光源アレイの前方の任意の位置ｒにある光波はすべてのＰ個の点光源から放射した球面波が重ね合されたものであり、その複素振幅は、式（２）で表示する。
ボクセルｖがある位置ｒｖにおいて、式（１）中の指数項と式（２）の指数項は互いに相殺され、式（２）は一つの極大値Ｕ（ｒｖ）＝Ａｖｅｘｐ（ｉΦｖ）に達し、言い換えれば、すべての点光源から放射された球面波が位置ｒｖへ到達した際は同じ位相であり、コヒーレント干渉によって空中に一つの光スポット、即ちボクセルｖが生成される。位置ｒｖに離れると、光の強度が急速に小さくなる。よって、一旦、式（１）に基づいて各点光源ｐの複素振幅を設定すれば、スクリーンの前方位置ｒｖにボクセルｖを生成可能である。
ボクセルｖが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式（３）で表示する。
式（３）の物理的意味を理解するため、一つの薄レンズを二次元点光源アレイの所在した平面に置くと仮定できる。式（３）と薄レンズが導入した位相変化に基づいて、薄レンズの前方に一つの実体ボクセルを形成すると推定することができるが、該実体ボクセルに達する光線は全て薄レンズの後方の一つの虚像ボクセルｖからである。薄レンズを取った後、実体ボクセルを再生成することはできないが、虚像ボクセルｖは依然として存在する。よって、一旦、式（３）に基づいて各点光源ｐの複素振幅を設置すれば、スクリーン後方位置ｒｖにボクセルｖを生成可能であるステップ。
Ｈ、ステップＤで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップＦからＧを繰り返すステップ。
Ｉ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップＤからステップＨで得た点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量Ａｐ−ｖを累加して、点光源ｐが全部でＶ個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Ａｐを得るステップ、即ち

であるステップ。
Ｊ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、ステップＩで確定した総複素振幅調整量ＡｐをステップＢで確定した該点光源の最初の振幅Ａｐ−０で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆ＝Ａｐ／Ａｐ−０を得て、ステップＩで確定した総位相調整量ΦｐからステップＢで確定した該点光源の最初の位相Φｐ−０を引くとともに、点光源ｐの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ａｐ-Ｆによってもたらされる付加位相増量Φｐ−Ａを引いて、該点光源の最終位相調整量Φｐ−Ｆ＝Φｐ−Φｐ−０−Φｐ−Ａを得るステップ。
Ｋ、ステップＪで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆと最終位相調整量Φｐ−Ｆに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップ。
Ｌ、ステップＣで確定したすべてのＱ組のボクセルに対し、ステップＤからＫを繰り返すステップ。
上記ステップにおいて、ステップＡとステップＢは、二次元点光源アレイを得ると共に各点光源の最初の振幅と最初の位相を標定するためのものである。各立体表示装置に対し、ステップＡとステップＢを出荷前に完成しておく必要がある。ステップＣは、表示しようとする立体画像を離散し、各ボクセルの位置及び振幅を獲得するとともに、すべてのボクセルをその輝度分布に基づいて幾つかのグループに分けて時間分割表示しやすいようにするためのものである。ステップＥで各ボクセルに一つのランダム位相及び一つのランダム偏移量を付加するのは、生成したボクセルがもう一度点光源として、二次ボクセルとなって不要なノイズが生じるのを避けるためのものである。ステップＦからステップＩは、各グループのボクセルが生成されるため各点光源が必要な複素振幅調整量を確定するものである。ステップＪは、各点光源の最初の位相及び最初の振幅を補うとともに、振幅調整器が生成する付加位相を補償して、各点光源が必要な最終振幅調整量と位相調整量償を獲得するためのものである。レーザの輝度を考慮し、各点光源が必要な最終振幅調整量は一つの比例因子を乗算する必要があり、理解しやすいよう、ここではこの因子を１と仮定する。ステップＫは、駆動電圧を各振幅調整器と位相調整器に印加し、各点光源に前記最終振幅調整量と位相調量を生成させるためのものである。ステップＫが完了した後、一組のボクセルが空中の所定位置に出現する。ステップＬは、すべてのＱ組のボクセルを時間分割表示するためのものである。
本発明と発明特許（特許文献１）で示した方法とを比較し、本発明は空間分割方法と時間分割方法を増やすことにより、更に良好な画像コントラストを得ることを可能としている。また、本発明は各ボクセルにランダム位相及びランダム偏移量を付加するので、二次ノイズボクセルの生成を抑制する。さらに、本発明は各ボクセルの位置に対して補償を行うことにより、遠近の異なるボクセルの全てを所定の輝度に到達させている。さらに、本発明は光電材料を採用した振幅調整器に、位相の補償などを行っている。

Claims (11)

  1. 平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法であって、
    Ａ、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、ｐ個目の点光源の位置をｒｐとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップと、
    Ｂ、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップＡで生成した各点光源の最初の振幅Ａｐ−０と最初の位相Φｐ−０を測定するとともに記録するステップと、
    Ｃ、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Ａｖがその輝度の平方根として設定され、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをＱ組に分けるステップと、
    Ｄ、ステップＣにおける一組のボクセルを選択するステップと、
    Ｅ、ステップＤで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置ｒｖと位相Φｖを取得するステップと、
    Ｆ、ステップＥにおける一つのボクセルｖを選択するステップと、
    Ｇ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、それの放射する光円錐がステップＦで選定したボクセルｖをカバーすれば、点光源ｐからボクセルｖへの距離|ｒｐ−ｒｖ|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルｖに到達した時の位相を、ステップＥで設定した位相Φｖにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|ｒｐ−ｒｖ|とボクセルｖの振幅Ａｖの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルｖが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
    式（１）で表示し、
    なお、式（１）において、Ｐはボクセルｖを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、
    ボクセルｖが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
    で表示するステップと、
    Ｈ、ステップＤで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップＦからＧを繰り返すステップと、
    Ｉ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップＤからステップＨで得た点光源ｐがボクセルｖを生成するためにすべき複素振幅調整量Ａｐ−ｖを累加して、点光源ｐが全部でＶ個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Ａｐを得るステップ、即ち
    であるステップと、
    Ｊ、ステップＡで生成した各点光源ｐに対し、ステップＩで確定した総複素振幅調整量ＡｐをステップＢで確定した該点光源の最初の振幅Ａｐ−０で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆ＝Ａｐ／Ａｐ−０を得て、ステップＩで確定した総位相調整量ΦｐからステップＢで確定した該点光源の最初の位相Φｐ−０を引くとともに、点光源ｐの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ａｐ-Ｆによってもたらされる付加位相増量Φｐ−Ａを引いて、該点光源の最終位相調整量Φｐ−Ｆ＝Φｐ−Φｐ−０−Φｐ−Ａを得るステップと、
    Ｋ、ステップＪで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ａｐ−Ｆと最終位相調整量Φｐ−Ｆに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップと、
    Ｌ、ステップＣで確定したすべてのＱ組のボクセルに対し、ステップＤからＫを繰り返すステップと、
    を含む、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法。
  2. 請求項１に記載された立体画像形成方法を実現する、平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    コヒーレント光源と、平面光導波路回路と、導電ガラス前面板と、背部駆動回路とによって組成されており、導電ガラス前面板と背部駆動回路がそれぞれ平面光導波路回路の両側を覆っており、平面光導波路回路は光導波路主線とＮ個の光導波路支線を含んでおり、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、Ｎ個の光導波路支線は光導波路主線に沿って分布しており、
    各光導波路支線は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置し、
    前記カプラは、方向性カプラ又はリング共振器カプラを採用しており、
    前記位相調整器は、一段の、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させ、
    前記垂直転向器は、第１の垂直転向器と第２の垂直転向器の二種類を備えており、第１の垂直転向器は、マイクロ平面リフレクタによって構成されており、マイクロ平面リフレクタの反射面と平面光導波路回路の夾角は４５°である
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  3. 請求項２に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    光導波路主線（６）は、シリアル配置又はパラレル配置であり、シリアル配置を採用した光導波路主線（６）は、１本又は３本の光導波路によって組成され、１本または３本の光導波路はＺ型配置又は螺旋型配置の方法で、平面光導波路回路（２）の全体を平均して覆っている
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  4. 請求項２又は３に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    パラレル配置を採用した光導波路主線（６）は、一つの平行光導波路アレイとＹ型ビームスプリッタ（８）又はスターカプラ（９）を備え、
    前記平行光導波路アレイは、平面光導波路回路（２）の全体を平均して覆っており、
    コヒーレント光源（１）から放射された光波をＹ型ビームスプリッタ（８）又はスターカプラ（９）によって平行光導波路アレイにおける各光導波路に平均して分配する
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  5. 請求項２又は３に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    パラレル配置を採用した光導波路主線（６）は、一つの平行光導波路アレイとそれに垂直した１本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイの各光導波路は一つのリング共振器（１０）によって直線光導波路とカップリングし、
    平行光導波路アレイは平面光導波路（２）の全体を平均して覆っており、
    直線光導波路はコヒーレント光源（１）から放射された三原色光波を受け取り、各リング共振器（１０）の構造パラメータを設計して直線光導波路に転送された三原色光波を平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  6. 請求項２又は３に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    パラレル配置を採用した光導波路主線（６）は、一つの平行光導波路アレイと３本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイと３本の直線光導波路は互いに垂直であり、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されており、平行光導波路アレイの各光導波路は方向性カプラ（１１）によって３本の直線光導波路のうちの１本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは、平面光導波路回路（２）の全体を平均して覆っており、
    ３本の直線光導波路はそれぞれコヒーレント光源（１）から放射された三原色光波を受け取り、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、３本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  7. 請求項２に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    振幅調整器（１３）は、隣接して設けられており且つ互いに平行である、第１の入力シングルモード光導波路（１６）と第１の出力シングルモード光導波路（１７）によって組成されており、第１の入力シングルモード光導波路（１６）又は第１の出力シングルモード光導波路（１７）の一部は、光電材料によって作成されており、
    背部駆動回路が光電材料の屈折率を改変することにより、第１の入力シングルモード光導波路（１６）と第１の出力シングルモード光導波路（１７）の間のカップリング係数を改変して、第１の出力シングルモード光導波路（１７）から出力される光波の振幅を改変する
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  8. 請求項２に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    振幅調整器（２０）は第２の入力シングルモード光導波路（２３）と第２の出力シングルモード光導波路（２４）と環状シングルモード光導波路（１８）によって組成されており、環状シングルモード光導波路（１８）は第２の入力シングルモード光導波路（２３）と第２の出力シングルモード光導波路（２４）の間に位置しており、環状シングルモード光導波路（１８）は光電材料によって作成されており、第２の入力シングルモード光導波路（２３）に転送された光波が環状シングルモード光導波路（１８）によって第２のングルモード光導波路（２４）にカップリングされ、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変されることによって、第２の入力シングルモード光導波路（２３）と第２出力シングルモードの光導波路（２４）の間のカップリング係数が改変され、第２の出力シングルモード光導波路（２４）から出力される光波の振幅を改変する
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  9. 請求項２に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    第２の垂直転向器（２２）は一つの表面ラスター（２７）によって組成されており、表面ラスター（２７）の構造パラメータを設計して、位相調整器（１４）から出力された光波を９０°偏向した後、平面光導波路（２）と垂直に外へ向って放射する
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  10. 請求項２又は９に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    透明な導電ガラス前面板（３）は金属導電フィルム（２６）を蒸着した透明平板ガラスによって組成されており、金属導電フィルム（２６）は平面光導波路回路（２）と隣接する側に蒸着されており、金属導電フィルム（２６）にＮ個の透光性の小さな孔（２８）がエッチングされており、
    各透光性の小さな孔は、一つの第１又は第２の垂直転向器と正確に合わさっていると共に、第１又は第２の垂直転向器の真正面に位置しており、第１又は第２の垂直転向器から放射された光波が導電ガラス前面板（３）を貫通できるようにする
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
  11. 請求項２に記載の平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
    導電ガラス前面板（３）の前にはマイクロレンズアレイ板（２９）が装備されており、各マイクロレンズの構造パラメータを設計して、それが２個以上の点光源を覆うようにしている
    ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。
JP2016504466A 2013-03-25 2014-03-24 平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置 Active JP6072346B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310096956.1 2013-03-25
CN201310096956.1A CN103207458B (zh) 2013-03-25 2013-03-25 一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置
PCT/CN2014/073934 WO2014154118A1 (zh) 2013-03-25 2014-03-24 一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016520852A JP2016520852A (ja) 2016-07-14
JP6072346B2 true JP6072346B2 (ja) 2017-02-01

Family

ID=48754729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016504466A Active JP6072346B2 (ja) 2013-03-25 2014-03-24 平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6072346B2 (ja)
KR (1) KR101819905B1 (ja)
CN (1) CN103207458B (ja)
WO (1) WO2014154118A1 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103207458B (zh) * 2013-03-25 2015-04-01 李志扬 一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置
NZ773834A (en) 2015-03-16 2022-07-01 Magic Leap Inc Methods and systems for diagnosing and treating health ailments
CA2996992C (en) * 2015-09-05 2024-04-09 Leia Inc. Time-multiplexed backlight and multiview display using same
CN114236812A (zh) 2016-04-08 2022-03-25 奇跃公司 具有可变焦透镜元件的增强现实系统和方法
CN106125316B (zh) * 2016-06-24 2018-09-11 西安电子科技大学 基于光栅波导的节能无跳转图像集成成像显示装置
JP6604284B2 (ja) 2016-07-21 2019-11-13 オムロン株式会社 表示装置
CN106154799A (zh) * 2016-09-08 2016-11-23 京东方科技集团股份有限公司 一种全息显示装置及其显示方法
CN106154798A (zh) * 2016-09-08 2016-11-23 京东方科技集团股份有限公司 一种全息显示装置及其显示方法
CN106898048B (zh) * 2017-01-19 2019-10-29 大连理工大学 一种可适应复杂场景的无畸变集成成像三维显示方法
IL311431A (en) 2017-02-23 2024-05-01 Magic Leap Inc Display system with variable power reflector
US10397109B2 (en) 2017-04-24 2019-08-27 International Business Machines Corporation Routing packets in overlapping address spaces
FI129586B (en) 2017-12-22 2022-05-13 Dispelix Oy Waveguide display element with many pupils and display device
JP7298993B2 (ja) * 2018-04-09 2023-06-27 浜松ホトニクス株式会社 試料観察装置及び試料観察方法
CN110687769A (zh) * 2018-07-06 2020-01-14 石景华 一种支持wifi通信方式的空气全息显示设备
TWI764594B (zh) * 2020-03-04 2022-05-11 塞席爾商首源科技股份有限公司 波轉換方法
CN112180478B (zh) * 2020-09-03 2022-03-18 核桃智能科技（常州）有限公司 一种空气成像透镜

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5647036A (en) * 1994-09-09 1997-07-08 Deacon Research Projection display with electrically-controlled waveguide routing
US5793918A (en) * 1997-03-03 1998-08-11 Hogan; Richard J. Movable 3d display
CN1214268C (zh) * 2000-05-19 2005-08-10 蒂博尔·包洛格 用于显示三维图像的方法和装置
TWI265315B (en) * 2005-12-16 2006-11-01 Ind Tech Res Inst Autostereoscopic display apparatus
CN100385275C (zh) * 2006-09-29 2008-04-30 李志扬 主动光学位相共轭方法及装置
JP4110188B2 (ja) * 2006-12-11 2008-07-02 株式会社テクノベイツ 立体表示装置
US20100259804A1 (en) * 2007-12-03 2010-10-14 Seereal Technologies S.A. Illumination Unit Comprising an Optical Wave Guide and an Imaging Means
CN101226325B (zh) 2008-02-03 2010-06-02 李志扬 基于随机相长干涉的三维显示方法及装置
CN102103319B (zh) * 2009-12-18 2012-08-22 李志扬 基于准随机相长干涉的三维显示方法及装置
CN102768410B (zh) * 2012-07-26 2015-09-02 李志扬 一种基于光学波前重建的相干三维立体显示装置
CN102854630B (zh) * 2012-09-27 2015-07-15 李志扬 一种基于相长干涉的三维立体显示装置
CN103207458B (zh) * 2013-03-25 2015-04-01 李志扬 一种采用平面光波导回路的立体成像方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103207458A (zh) 2013-07-17
CN103207458B (zh) 2015-04-01
WO2014154118A1 (zh) 2014-10-02
KR20150135405A (ko) 2015-12-02
KR101819905B1 (ko) 2018-01-18
JP2016520852A (ja) 2016-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6072346B2 (ja) 平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置
AU2018264080B2 (en) Multiple depth plane three-dimensional display using a wave guide reflector array projector
WO2019010857A1 (zh) 一种全息波导镜片及增强现实显示装置
CN104884862B (zh) 照明设备
US8797620B2 (en) Autostereoscopic display assembly based on digital semiplanar holography
CN102768410B (zh) 一种基于光学波前重建的相干三维立体显示装置
CN106338832A (zh) 一种单片全息衍射光波导镜片及三维显示装置
CN106443867A (zh) 一种波导器件及三维显示装置
US20200225400A1 (en) Non-uniform sub-pupil reflectors and methods in Optical Waveguides for AR, HMD and HUD applications
CN104303100A (zh) 定向背光源
CN109154432A (zh) 用于二维和/或三维图像的显示器
JP7178415B2 (ja) マルチビューカメラアレイ、マルチビューシステム、およびカメラサブアレイに共有カメラを備えさせる方法
CN111812841A (zh) 一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法
KR20200083653A (ko) 크로스-렌더 멀티뷰 카메라, 시스템 및 방법
TWI677738B (zh) 多色靜態多視角顯示器及其操作方法
CN112394512A (zh) 一种头戴显示装置
Zhou et al. Design of a dual-focal geometrical waveguide near-eye see-through display
US10908441B2 (en) System and method for a retinal projector based on a scattering reflector
US20170176932A1 (en) Holographic display device using illumination light of which beam shape is adjusted
WO2021016761A1 (zh) 基于光波导耦出光出瞳分割-组合控制的光场显示系统
JP2022529439A (ja) 対角視差を有する静的マルチビューディスプレイおよび方法
US11789271B2 (en) Display apparatus for providing expanded viewing window
TWI838394B (zh) 光導裝置及具有其之照明裝置與顯示裝置
US20230185004A1 (en) High color uniformity double material diffraction grating comprising step-like cavities
Ahmad et al. Design of Ultrathin metasurface for multiview 3D display based on Look-Up-Table method

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6072346

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250