JP2021512349A - 最適化されたホログラフィック投影のための秩序化形状 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「System and Methods for Transverse Energy Localization in Energy Relays Using Ordered Structures」と題する2018年1月14日出願の米国仮特許出願第62/617,288号、および「Novel Application of Holographic and Light Field Technology」と題する2018年1月14日出願の米国仮特許出願第62/617,293号に対する優先権の利益を主張するものであり、どちらも参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
明視野エネルギー伝搬解像度の概要
明視野およびホログラフィックディスプレイは、エネルギー面位置が、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影の結果である。開示されたエネルギー面は、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、実世界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、装置電子機器回路、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220を有する装置200を示す。装置200は、電力供給のためのドライバ230および電子機器回路240を含み、能動領域220に接続することができ、その能動領域は、xおよびyの矢印により示されるような寸法を有する。この装置200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、可撓ケーブルを装置200の中に導入することによって最小化され得る。また、かかる装置200に対する最小設置面積は、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210と呼ばれ得る。この装置200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、装置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、この装置200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220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、各装置の機械的構造の制約による継ぎ目がない個別装置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アプローチについて開示されている。一実施形態では、エネルギー伝播リレーシステムにより、能動装置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面を形成し得る。
横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、横アンダーソン局在を誘発させるエネルギー・リレー要素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。
ホログラフィックウェーブガイド・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考察されているように、明視野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)、および上記の考察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面を含む。複数の中継素子を使用して、エネルギー装置からシームレスなエネルギー面にエネルギーを中継し得る。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 plenoptic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 plenoptic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なエネルギー面システムの集約
多数のシームレスなエネルギー面を一緒にタイル張り、融着、接合、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。各エネルギー面システムは、双方向Holodeckエネルギー伝搬、放出、反射、または感知用に集合的に構成された、ベース構造体、エネルギー面、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備え得る。
いくつかの実施形態では、双方向エネルギー伝搬と集合表面との任意の組み合わせが可能である。
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)光ファイバー、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。
一実施形態では、エネルギー導波路システムが、極超音速周波数を伝搬させて立体空間内で触感を収束させる。
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。
ここまで、複数の異なる導波路形状を示してきた。本開示の一態様は、導波路の任意の配置または形状が、ウェーブガイド・アレイに活用され得ることである。しかしながら、導波路形状は、材料のエネルギー伝播特性に相当な影響を及ぼし得る。一実施形態では、凸面の均一なタイリングとして知られる特定の形状は、小型レンズを効率的な構成で配置することによって、導波路小型レンズの有利な分布を提供し得る。
本明細書に開示および請求された組成物および/または方法のすべては、本開示に照らして過度の実験をすることなく作製および実行することができる。本開示の組成物および方法は、好ましい実施形態の観点から記載されているが、組成物および/または方法に対して、ならびに本明細書に記載された方法のステップまたはステップの順序において、本開示の概念、趣旨および範囲から逸脱することなく、様々なバリエーションを適用することができることは、当業者にとって明らかであろう。当業者に明らかなこのような類似の置換および修飾はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義される開示の趣旨、範囲および概念の範囲内であるとみなされる。
Claims (34)
- 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決定されている一意の方向において、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、
前記導波路のアレイの各導波路が、前記エネルギー導波路システムの横平面にわたってモザイク状に構成された一組の1つ以上の形状のうちの1つの形状を備え、前記エネルギー導波路のアレイが、前記エネルギー導波路システムの前記横平面にわたって前記1つ以上の形状のタイリングで配設される、エネルギー導波路のアレイを備える、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の前記エネルギー導波路間に実質的にいかなる空間も存在しない、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を通る前記第1のエネルギー伝播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の開口を実質的に充填し、
前記エネルギー導波路システムが、前記第1の開口を通って延在しない前記複数のエネルギー伝播経路の前記第1のサブセットの一部分に沿ったエネルギーの伝播を制限するように位置付けられた、エネルギー抑制要素をさらに備え、
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および第2の領域が、前記エネルギー抑制要素によって分離され、エネルギー伝搬経路の前記第1および第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要素が、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の側面に配置される、請求項3に記載のエネルギー導波路システム
- 前記第1のエネルギー導波路が、二次元空間座標を含み、前記第1のエネルギー位置によって少なくとも決定された前記一意の方向が、二次元角座標を含み、それによって、前記2D空間座標および前記2D角座標が、四次元(4D)座標セットを形成する、請求項3に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝播経路に沿って指向されたエネルギーが、前記第1の主光線と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して指向された1つ以上のエネルギー光線を備える、請求項5に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1のエネルギー伝播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して第2のエネルギー伝播経路に沿って指向されたエネルギーと収束する、請求項3に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1および第2のエネルギー伝播経路が、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7に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1および第2のエネルギー伝播経路が、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7に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1および第2のエネルギー伝播経路が、前記アレイの前記第1の側面と第2の側面との間の位置において収束する、請求項7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を備え、前記構造が、
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た構造、
少なくとも1つの開口数を備える構造、
少なくとも1つの内面の外にエネルギーを再指向するように構成された構造、
エネルギー・リレー、からなる群から選択される、請求項3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要素が、エネルギー伝播経路を減衰させる、または修正するための構造を備え、前記構造が、
エネルギー遮断構造、
前記第1の開口の充填率を変更するために、第1のエネルギー伝播経路を変更するように構成された要素、
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た構造、からなる群から選択される、請求項3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要素が、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る、請求項12のエネルギー導波路システム。
- 前記エネルギー抑制構造が、少なくとも1つの開口数を備える、請求項12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が、バッフル構造を備える、請求項12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が、前記第1のエネルギー導波路に隣接して位置付けられ、前記第1のエネルギー位置に向かって略延在する、請求項12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が、前記第1のエネルギー位置に位置付けられ、前記第1のエネルギー導波路に向かって略延在する、請求項12に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記導波路のアレイの各導波路が、前記エネルギー導波路システムの前記横平面に沿って一組の1つ以上の形状の断面形状を備え、前記1つ以上の形状が、前記エネルギー・リレーの前記横平面にわたって前記タイリングを形成するように構成される、請求項1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、
可視光、
紫外線、
赤外線、
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、前記波は、
触圧波、
音響音声振動、からなる群から選択される、請求項1に記載のエネルギー導波路システム。 - 前記導波路のアレイが、小型レンズのアレイを備える、請求項1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、
六角形パッキン配設、
正方形パッキン配設、
不規則パッキン配設、からなる群から選択される配置で、横並びに配置される、請求項23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、フレネルレンズである。請求項23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第1の小型レンズの形状が、前記第1のエネルギー位置によって少なくとも決定される前記一意の方向を追加的に変更するように構成される、請求項23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システムが、前記導波路のアレイの前記タイリングのタイル間に間隙領域をさらに備える、請求項1に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記間隙領域が、前記エネルギー導波路システムの少なくとも前記横平面におけるエネルギー伝播を抑制するように構成される、請求項27に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記導波路のアレイが、第1のエネルギー領域のエネルギーを指向するように構成され、前記間隙領域が、前記第1のエネルギー領域とは異なる第2のエネルギー領域のエネルギーを指向するように構成される、請求項27に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記間隙領域が、材料の欠如を含む、請求項27に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記間隙領域が、エネルギーを生成するように構成された少なくとも1つのエネルギー装置を備える、請求項27に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記導波路のアレイが、二組以上の導波路を備え、前記二組以上の導波路の第1の一組が、第1のエネルギー領域のエネルギーを指向するように構成され、前記二組以上の導波路の第2の一組が、第2のエネルギー領域のエネルギーを指向するように構成される、請求項1に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記第1および第2のエネルギー領域が、それぞれ、以下の特性、すなわち、第1および第2のエネルギーの種類、第1および第2のエネルギーの波長範囲、第1および第2の開口数、およびエネルギーの第1および第2の角度分布、のうちの1つ以上を含む、請求項32に記載のエネルギー導波路システム。
- 前記二組以上の導波路のうちの一組に属する各導波路が、以下の特性、すなわち、設定された寸法、設定された形状、設定されたf値、設定された開口数、設定された視野、設定された焦点距離、のうちの1つ以上によって構成される、請求項32に記載のエネルギー導波路システム。
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