JP7289523B2 - 高密度エネルギー指向装置 - Google Patents
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-
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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影の結果である。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形態では、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を例解する。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、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、エネルギー装置からシームレス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シームレスエネルギー表面システムの集約
多数のシームレスエネルギー表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、装置、および電子機器回路を有するアセンブリを含み得る。
一実施形態では、エネルギー指向装置は、1つ以上のエネルギー位置と、1つ以上のエネルギーリレー素子と、を備え得、1つ以上のエネルギーリレー素子の各々は、第1の表面と、第2の表面と、をさらに備える。各エネルギーリレー素子の第2の表面は、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され得る。
a)LCD、LED、レーザ、CRT、OLED、AMOLED、TOLED、ピコプロジェクタ、シングルチップ、3チップ、LCoS、DLP、量子ドット、モノクロ、カラー、投影、バックライト、直接放出、反射、透明、不透明、コヒーレント、インコヒーレント、拡散、直接、または所望のピクセル密度を生成するのに十分な任意の他の照明源。
b)ここでは、任意の反射型ディスプレイ技術が、屋外または環境照明ディスプレイを提供するために光学リレーに直接接合され、さらに他の材料と組み合わせられて、2Dおよびライトフィールド用途の両方についてリレーされたコンテンツとの光の相互作用を可能にし得る。
c)機械的エンベロープさえも考慮した場合の、一連のビームスプリッタ、プリズム、または偏光素子、および1つ以上の装置間のすべての能動領域の完全にシームレスな統合を含むように集約する仮想エネルギー表面を提供するために、光学システム内の上記装置の各々の配置。
d)一連の平行な、収束されるか、光学的にオフセットされた平行なおよび収束されるか、軸上の、軸外の、放射状の、整列されるか、または別様に、反射のもしくは投影のシステムであって、各々が特定の解像度および機械的エンベロープを含むが、1つ以上の反射または投影システムのすべてを組み合わせて横に並べた設置面積よりも小さい集約である表面上に投影するもの。
拡張された機械的エンベロープを含む個々のエネルギー波源のアレイから高解像度を生成するという課題をさらに解決するために、テーパ状エネルギーリレーを使用して、各エネルギー源の有効サイズを増大することができる。テーパ状エネルギーリレーのアレイを一緒につなぎ合わせて、単一の連続したエネルギー表面を形成すると、これらのエネルギー源に対する機械的要件の制限を回避することができる。
エネルギー源システムの最も単純化された構成は、単一のテーパ状エネルギーリレー素子に接合されたエネルギー源からなるが、複数のリレー素子を結合して、品質または柔軟性を高めた単一のエネルギー源モジュールを形成してもよい。かかる一実施形態は、エネルギー源に取り付けられた縮小端部を有する第1のテーパ状エネルギーリレーと、第1のリレー素子に接続された第2のテーパ状エネルギーリレーと、を含み、第2の光学テーパの縮小端部が、第1のリレー素子の拡大端部に接触し、2つの個々のテーパ倍率の積に等しい合計倍率を生成する。これは、一連の2つ以上のエネルギーリレー素子を備えるエネルギーリレー素子スタックの一例であり、各エネルギーリレー素子は、第1の側面と、第2の側面と、を備え、スタックは、第1の素子の第1の表面から、末端表面とも呼ばれる最後の素子の第2の表面へ連続してエネルギーをリレーする。各エネルギーリレー素子は、それを通してエネルギーを指向するように構成されてもよい。
図14は、エネルギーリレー素子スタックが8×4のアレイで配置されて、エネルギー表面1410の最長寸法と平行な各テーパ状エネルギーリレー素子スタックの末端表面の最短寸法を有する単一のシームレスエネルギー指向表面1410を形成する、エネルギー指向装置の一実施形態1400の斜視図を例解する。エネルギーは、各々がエネルギーリレー素子スタックの第1の素子に接合されるか、または別様に取り付けられる32個の別々のエネルギー源1450から生じる。
a)横方向アンダーソン局在を呈する1つ以上の光学素子、
b)複数の光ファイバ、
c)ゆるやかなコヒーレント光ファイバ、
d)画像結合器、
e)1つ以上の屈折率分布型光学素子、
f)1つ以上のビームスプリッタ、
g)1つ以上のプリズム、
h)1つ以上の偏光光学素子、
i)機械的オフセットのための1つ以上の複数のサイズまたは長さの光学素子、
j)1つ以上の導波路、
k)1つ以上の回折素子、屈折素子、反射素子、ホログラフィック素子、リソグラフィ素子、または透過素子、および
l)1つ以上の再帰反射体と、のうちの少なくとも1つを備え得る。
一実施形態では、エネルギー結合器を使用して、投影ベースのディスプレイとパネルベースのディスプレイとの両方を同時に活用すること、自己照射型ディスプレイと反射型ディスプレイとを同時に活用すること、または画像投影と画像検知とを同時に活用することが可能である。
a)集束光を放出する照明源(集束光が、可視、IR、UV、コヒーレント、レーザ、赤外線、偏光、もしくは他の任意の電磁照明源を活用する、放出、投影、もしくは反射型ディスプレイ技術を含む)、
b)可聴式、超音波式、もしくは他の音響放射装置が、エネルギーシステムに直接統合された音場から没入型の音声もしくは体積による触感を提供するもの、
c)構造化された、コヒーレントな、コリメートされた、可視光、IR、UV、マイクロ波、電波、または他の形態の電磁放射を含む、電磁スペクトルの任意のエネルギーを捕捉もしくは記録するためのセンサ、または
d)対話型システムに対して感覚フィードバックもしくは可聴制御を提供するように構成された音響受信装置、のうちの少なくとも1つを含み得る。
Claims (38)
- エネルギー指向装置であって、
1つ以上のエネルギー位置と、
複数のエネルギーリレー素子であって、各々が、第1の表面および第2の表面をさらに備える、複数のエネルギーリレー素子と、を備え、
各エネルギーリレー素子の前記第2の表面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記単一のシームレスエネルギー表面の任意の2つの隣接する第2の表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、前記単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離において、人間の眼で識別できない予め定められた距離であり、
前記複数のエネルギーリレー素子が、前記1つ以上のエネルギー位置と前記単一のシームレスエネルギー表面との間に延在する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ている、エネルギー指向装置であって、
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、
a)音響音声と、
b)触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、エネルギー指向装置。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想的な一表面である、請求項1に記載のエネルギー指向装置。
- 前記複数のエネルギーリレー素子の各エネルギーリレー素子が、
a)横方向アンダーソン局在を呈する光学素子と、
b)光ファイバと、
c)画像結合器と、
d)ビームスプリッタと、
e)素子であって、それを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素子と、からなる群から選択される素子を備える、請求項1または2に記載のエネルギー指向装置。 - エネルギーが、ゼロ拡大で前記複数のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギーが、非ゼロ拡大で前記複数のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギーが、非ゼロ縮小で前記複数のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項1から6のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項1から6のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項1から6のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記複数のエネルギーリレー素子の数量および前記1つ以上のエネルギー位置の数量が、前記エネルギー指向装置の機械的寸法を定義する、請求項1から9のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記1つ以上のエネルギー位置に、
a)液晶ディスプレイと、
b)有機発光ダイオードディスプレイと、
c)陰極線管ディスプレイと、
d)プロジェクタと、からなる群から選択されるディスプレイを備える、請求項1から10のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - 前記複数のエネルギーリレー素子が、受光された集束光をリレーするように構成され、前記第1の表面を通過する前記受光された集束光は第1の解像度を有し、前記第2の表面を通過する前記受光された集束光は、前記第1の解像度の50%以上の第2の解像度を有する、請求項1から11のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
a)可視光と、
b)紫外線と、
c)赤外線と、
d)X線と、からなる群から選択される、請求項1から12のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレー素子に接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された2つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項1から13のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - 前記面板層の追加が、前記エネルギーリレー素子で構成される前記単一のシームレスエネルギー表面から出るエネルギー波の放出の角度を前記第2の表面の法線に対して増大させる、請求項14に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギー指向装置であって、
1つ以上のエネルギー位置と、
複数のエネルギーリレー素子スタックと、を備え、
各エネルギーリレー素子スタックが、1つ以上のエネルギーリレー素子を備え、各エネルギーリレー素子が、第1の表面および第2の表面を備え、各エネルギーリレー素子が、それを通し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リレー素子スタックの末端のエネルギーリレー素子の前記第2の表面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記複数のエネルギーリレー素子スタックが、前記1つ以上のエネルギー位置と前記単一のシームレスエネルギー表面との間に延在する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、
前記末端のエネルギーリレー素子の任意の2つの隣接する第2の表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、前記単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離において、人間の眼で識別できない予め定められた距離である、エネルギー指向装置であって、
エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、
a)音響音声と、
b)触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、エネルギー指向装置。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想的な一表面である、請求項16に記載のエネルギー指向装置。
- 前記複数のエネルギーリレー素子スタックの前記エネルギーリレー素子が、端部から端部までの構成で配置されている、請求項16または17に記載のエネルギー指向装置。
- 前記複数のエネルギーリレー素子スタックの前記エネルギーリレー素子のうちのいずれかが、
a)横方向アンダーソン局在を呈するエネルギー素子と、
b)光ファイバと、
c)ビームスプリッタと、
d)画像結合器と、
e)素子であって、そこを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素子と、からなる群から選択される素子を備える、請求項16から18のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - エネルギーが、ゼロ拡大で前記1つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項16から19のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギーが、非ゼロ拡大で前記1つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項16から19のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギーが、非ゼロ縮小で前記1つ以上のエネルギーリレー素子を通って指向される、請求項16から19のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項16から22のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項16から22のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項16から22のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギー伝搬経路に沿って指向されるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
a)可視光と、
b)紫外線と、
c)赤外線と、
d)X線と、からなる群から選択される、請求項16から25のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレー素子スタックに接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された2つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項16から26のいずれか1項に記載のエネルギー指向装置。 - 前記面板層の追加が、前記エネルギーリレー素子で構成される前記単一のシームレスエネルギー表面から出るエネルギー波の放出の角度を前記第2の表面の法線に対して増大させる、請求項27に記載のエネルギー指向装置。
- エネルギーシステムであって、
1つ以上のエネルギー装置と、
複数のエネルギーリレーコンポーネントであって、各々はエネルギーリレーコンポーネントを通るエネルギー輸送の横方向アンダーソン局在を誘発する素子から作製されており、各々は第1のエネルギー表面および第2のエネルギー表面をさらに備える、複数のエネルギーリレーコンポーネントと、を備え、
前記複数のエネルギーリレーコンポーネントの前記第2のエネルギー表面が、単一のシームレスエネルギー表面を形成するように配置され、
前記1つ以上のエネルギー装置が、前記単一のシームレスエネルギー表面を通して、エネルギーを少なくとも放出または受け取るように動作可能であり、
前記複数のエネルギーリレーコンポーネントの任意の2つの隣接する第2のエネルギー表面の縁部間の間隔が、前記単一のシームレスエネルギー表面から、前記単一のシームレスエネルギー表面の高さ、または前記単一のシームレスエネルギー表面の幅のうちのより小さい方よりも大きい距離において、人間の眼で識別できない予め定められた距離である、エネルギーシステム。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、仮想的な一表面である、請求項29に記載のエネルギーシステム。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、平面である、請求項29または30に記載のエネルギーシステム。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、切子面である、請求項から29または30に記載のエネルギーシステム。
- 前記単一のシームレスエネルギー表面が、湾曲している、請求項29または30に記載のエネルギーシステム。
- 前記1つ以上のエネルギー装置が、
a)集束光を放出する照明源と、
b)前記エネルギーシステムに統合された音場から没入型音声または体積触覚を提供するように構成された音響放出装置と、
c)エネルギースペクトル内のエネルギーを捕捉するためのセンサと、
d)前記エネルギーシステムに感覚フィードバックを提供するように構成された音響受信装置と、からなる群から選択される素子を備える、請求項29から33のいずれか1項に記載のエネルギーシステム。 - 前記1つ以上のエネルギー装置によって放出または受け取られるエネルギーが、波長によって定義される電磁エネルギーであり、前記波長が、
a)可視光と、
b)紫外線と、
c)赤外線と、
d)X線と、からなる群から選択される、請求項29から34のいずれか1項に記載のエネルギーシステム。 - 前記1つ以上のエネルギー装置によって放出または受け取られるエネルギーが、
a)音響音声と、
b)触覚圧力と、からなる群から選択される機械的エネルギーである、請求項29から34のいずれか1項に記載のエネルギーシステム。 - 前記単一のシームレスエネルギー表面が、面板層を前記エネルギーリレーコンポーネントに接着するように接合剤、屈折率整合油、圧力、または重力を使用して、前記面板層を前記単一のシームレスエネルギー表面と直接接触させて配置することによって、拡張され、
前記面板層が、単一の片のエネルギーリレー材料からなるか、または一緒に結合もしくは融着された2つ以上の片のエネルギーリレー材料からなる、請求項29から36のいずれか1項に記載のエネルギーシステム。 - 前記面板層の追加が、前記複数のエネルギーリレーコンポーネントで構成される前記単一のシームレスエネルギー表面を出るエネルギー波の放出の角度を前記第2のエネルギー表面の法線に対して増大させ得る、請求項37に記載のエネルギーシステム。
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