JP2001508553A

JP2001508553A - 立体ホログラムディスプレイ（ｈｏｌｄｉｓｐ）

Info

Publication number: JP2001508553A
Application number: JP52203898A
Authority: JP
Inventors: ジークベルトヘントシュケ
Original assignee: ジークベルトヘントシュケ
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2001-06-26
Also published as: WO1998021619A1; EP0937274B1; US6212007B1; DE59706516D1; ATE213844T1; DE19646046C1; EP0937274A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、特にコンピュータ・トモグラフィ（断層撮影）における自然三次元表現に適している、高解像度３Ｄ（三次元）カラーディスプレイに関する。あるオブジェクト（物品、対象物）の８０を越える関連する、または必要とする透視画を３Ｄでそこに表現し、数分単位のスペースでレーザによってディジタルディスプレイ上に書き込み、その後で削除することが可能である、ディジタル自動立体鏡（オートステレオスコープ）ディスプレイが開示されている。立体（ステレオ）ホログラムは散乱スクリーンのＬＣ薄層の分フィールドにディジタルにストアされ、カラーマスクと輝度マスクを通して逆照射によって高解像度カラーピクチャ（画像）に変換される。個々の透視画は映写スクリーンプレートによって選択的に表示することができる。しかし、同じ立体ホログラム・ピクチャは同じサイズのフィルム上に同じコードでストアすることも可能であるので、散乱スクリーンの代わりに使用されるときは、そこには同じ立体ホログラムがユーザに表示される。従って、このディスプレイはグラフィックコンピュータが採用されるときは、修正した形で使用してホログラフィ写真を得ることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】立体ホログラムディスプレイ（ＨＯＬＤＩＳＰ）発明の背景本発明は複数の観察者のための自動立体鏡（オートステレオスコープ）ディスプレイに関し、ある物品の複数の透視画を同時に表示することが可能であり、従って「立体ホログラム（ステレオホログラム）ディスプレイ」とも呼ばれている自動立体鏡ディスプレイに関するものである。このような自動立体鏡ディスプレイスクリーンは特許明細書［１１］に記載されているように公知であるが、このスクリーンには、本明細書に記載されている発明とは対照的に、物品の透視画は同時に２つしか表示することができない。本発明は１つの観察位置にだけ関係するのではなく、観察位置の全範囲に関係していて、そこから、表現された物品が三次元で実物通りに（自然のままに）観察できるようにする自動立体鏡表現を保証することを目的としている。従って、複数の観察者は表現された物品を３次元で同時に見ることを可能にしている。上記目的は、請求項１に記載されている特徴事項によって達成されている。本発明によれば、表示する必要のある物品の複数の透視画は、黒白のマイクロディスプレイ（またはフォトマスク）レンズ・ラスタプレートの垂直フォーカル（焦点）ラインに置かれている配置を通して得られ、そのディスプレイ（またはマスク）上には、物品の多数の異なるビューが、最も狭いストリップの中で相互にインターリーブされて表現できるようになっている。このようにして、異なるグレー値とカラー値はその間に置かれた固定配置のカラーマスクと輝度マスクによって達成されている。本発明は三次元のホログラムに似たカラーピクチャ・ディスプレイと処理に関し、そこでは、あるオブジェクト（物品などの対象物）の複数の立体鏡ビューが観察者が見る位置に応じて表示できるようになっている。立体ホログラムディスプレイの前に立っている観察者は表示された物品を、ヘッドを左右に動かすことによって複数の透視画から、事前に選択可能な「丸いビュー（ラウンドビュー）」内で観察することができる。具体的には、この高解像度ディスプレイは医療テクノロジ用のコンピュータ・トモグラフィ（断層撮影）で放射線治療するのに適しており、付加的な補助手段（例えば、レンズ）なしでも、奥行き方向を三次元で見ることを可能にしている。コンピュータによって計算されたカラーホログラムは、変調レーザビームによって数分以内にディジタルディスプレイ上に書き出し、同一サイズの安価な黒白写真に保存しておくことが可能になっている。なお、別の方法として、この黒白フォトマスクだけを作って、同じ立体ホログラムが見えるようにディスプレイアタッチメントの背後に配置しておくことも可能である。オブジェクトの表現では、その表現を外部ビューに限定する必要はない。例えば、核スピン・トモグラフィからの三次元組織記述の存在は、内部ビューと外部ビュー（例えば、腎臓の）を結合し、一方が他方の後になるように立体ホログラムで表現することを可能にしている。従来の技術この数年間、立体鏡フィルムとプロジェクション手法が使用されている。偏光（水平、垂直、円形）が多く使用され、左側と右側のイメージ（画像、映像など）を分離している［１０］。ＬＣＤテクノロジの進歩と共に、結晶の光透過率を電子的に制御することが可能になっている。シャッタ手法（ｓｈｕｔｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）の開発が可能になったのはそのためであり、このシャッタ手法では、右側と左側のスペクタルガラスは半ピクチャ周波数で交互に不透明になり、右側と左側のイメージはディスプレイスクリーンに同期して順次に現れている［６］。自動立体鏡プロジェクションは、複数のプロジェクション方向をもつストリップ・レンズラスタ装備のスクリーンによって実現されている。正しい透視イメージは対応する方向と関連づけられている［１］、［２］。ある透視画から次の透視画へのスムーズな遷移はプロジェクション方向を任意に増加できないため、達成が困難になっている。ある自動立体鏡ディスプレイでは、一人の人だけを目的としており、２つの透視画だけが使用されるため、ビュー方向は特定している［７］、［８］。完全な立体鏡イメージをホログラムで表示することは、「ヘッドトラッキング（ヘッド追従）」センサを使用して達成されているが、そのためには、一方では、マッチングする立体鏡イメージ透視画を計算し、他方では、自動立体鏡スクリーンを制御して、レンズ・ラスタプレートの機械的フォローアップ（追従）を行うための、ハイパワーのリアルタイム・コンピュータが必要である。正確なヘッド位置と動きが検出され、関連のイメージが同時に生成されている。さらに、「ヘッドマウント式ディスプレイ」を使用した高価なＶＲシステム（バーチャルリアリティ）もあるが、使い慣れる必要がある。核スピン共鳴とコンピュータ・トモグラフィは、医療テクノロジにおける立体鏡３Ｄ視覚化で使用するのに最も重要な分野となっている。特定の望ましい透視画を計算するために、「ボリュームトラッキング・アルゴリズム（ｖｏｌｕｍｅｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」のためのハイパワーの特殊コンピュータが開発されている［５］。コンピュータ視覚化と、内視鏡（ｅｎｄｓｃｏｐｅ）からのリアルタイム伝達（透過）を結合したものは、最も重要な神経外科ツールの１つになっている。立体鏡の内視鏡はすでに使用されている。赤外線で動作する「ヘッドトラッキング・センサ」による電子的動作制御は、人間に関係する自動立体鏡ディスプレイスクリーン・システムと結合することが容易になっている。プロトタイプの自動立体鏡イメージ再現システムは多くの場所で現在開発中である。これらの大部分は、観察者の位置が変化したときの動きをフォローアップするのための、高精度の機械的部品を必要としている。しかし、電子的適応シャツタ・システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｄａｐｔｉｖｅｓｈｕｔｔｅｒｓｙｓｔｅｍ）も知られているが、このシステムは２つのディスプレイを必要としている［８］、［９］。ホログラフとしてストアされる３Ｄイメージは数年前から知られているが、これによれば、ピクチャ情報は最高解像度の写真材料に光波イメージの形で保存されている。これらは、記録しようとするボディ（人体など）から反射されたコヒーレント光またはモノクロ光を重ね合わせることから発生している。この場合、３Ｄイメージはコヒーレント光で照射すると再び表示可能にすることができる。しかし、残念ながら、カラー情報は失われている。双安定液晶をベースにして構築されたディスプレイも数年前から知られているが、このディスプレイはレーザビームで書き込み可能になっている。液晶はレーザパワーを供給することによって、数μｍ²の領域にわたって透明状態から拡散、つまり、散乱状態にフリップすることが可能になっている。この状態は、レーザパワーを供給しなくても数年間保存しておくことが可能であり、電圧を印加することでリセットすることも可能になっている［１２］。従って、ここでは、バイナリ情報をストアしておくことが可能になっている。以下では、これらの書き込み可能面を散乱ディスプレイ（ｓｃａｔｔｅｒｄｉｓｐｌａｙ）と呼ぶことにする。問題の解決方法本発明の目的は表現されたボディ（人体など）が異なる観察位置から、さらには異なる透視画で立体鏡的に表示されるように、三次元イメージをストアしておくことである。従って、表現されたカラーイメージのホログラム的変化は観察者のヘッドの左右方向の動きと共に現れるようになっている。このことから発生する問題の解決方法は散乱ディスプレイと、さらに別の特殊構成の支援を受けて、かかるカラーイメージ立体ホログラムを作成し、かかるカラーホログラムが許容時間内にレーザビームで書き込みができるようにすることである。そのあと、このカラーホログラムは電源供給なしで可能な限り保存しておくか、あるいはそのディスプレイが次の立体ホログラム用に再び使用できるようにリセット可能であることが必要である。さらに、同じイメージを市販されている通常タイプの黒白フィルムに保存できることも必要である。これと同時に、そのフィルムにバイナリ形式でストアされた立体ホログラムが既存のアタッチメントで表示可能にできるように、フィルムが使用できることが必要である。このアタッチメントは散乱ディスクプレイで必要となるものと同じものにすると、利点が得られる。現在までは、上述した特徴をもつ書き込み可能立体ホログラムディスプレイは知られていない。発明の原理問題の解決方法の個所で説明した立体ホログラムディスプレイのパフォーマンス上の特徴は、［１］、［２］、［８］、［１１］に記載の公知の円筒レンズ・ラスタガラス、［４］と［１２］に記載の公知の散乱ディスプレイ、および以下で詳しく説明するある種のマスキング層を使用し、これらを特定の方法で結合することによって達成することができる。ディスプレイは適当なコードで変調されたパラレル・レーザビームによって書かれる。ここで、ＮＭＲ（核磁気共鳴）またはＸ線トモグラフィ（断層撮影）からの三次元オブジェクト情報がグラフィックコンピュータで利用可能であると想定すると、必要とする、すべての透視画− 最大１００個までが可能−は、特定のビュー方向ごとにそのデータから計算され、そのオブジェクトの外観は、そのあとで、その透視画から観察されることになる。オブジェクトのすべての透視画はそのあと、立体ホログラムディスプレイ上で完全な３Ｄカラーイメージに組み立てられ、必要とする透視画は観察またはヘッド位置の方向を通して選択することができる。次に、このディスプレイの構造と機能について図１を参照して詳しく説明する。図１はディスプレイの種々の層を示し、これらの層は相互から展開されるように示されている。立体ホログラムディスプレイの前面側は円筒レンズ・ラスタガラス（１）からなり、１０２４個の円筒レンズは、例えば、ピッチ高さが約０．５ｍｍで、１つの適当な幅を規定している（観察距離が異なるごとに、最適なレンズ幅を変更できることは勿論である）。これらのレンズは、２つのガラスプレート（１２）の間に液晶（１１）から形成されている、８μｍ×４μｍのピクセルサイズをもつ散乱ディスプレイ（４）のＬＣ（液晶）層における観察距離ａ（ホログラムディスプレイが組み立てられた状態において）に対して焦点合わせされている。散乱ディスプレイ（４）とレンズ・ラスタプレート（１）の中間には、２つのマスクがある。つまり、カラーマスク（２）と輝度マスク（３）である。散乱ディスプレイは後部からホワイト光（５）で照射される。制御されたレーザダイオード（６）からのレーザビームは散乱ディスプレイに書き込むために使用される。カラーマスクと輝度マスクについて、図４を参照して詳しく説明する。カラーマスクは３つの水平透明カラーフィルタ・ストリップをもち、それぞれが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）光を未変更のまま通過させ、対応する補色成分をフィルタ除去することを可能にしている。オプションとして、ほぼ同一幅の黒ストリップがあり、これはすべての光波長をフィルタ除去する。すべての４または３ストリップは合計で約レンズ幅、例えば、約０．５ｍｍに対応する幅をもっている。カラーストリップの高さは合計で約８０μｍ、垂直ピッチ高さは合計で約０．３２ｍｍになっている。各カラーストリップ（Ｒ、ＧまたはＢ）（図４のａ）参照）の背後には、輝度マスキングストリップ（図４のｂ）参照）が置かれている。このマスキングストリップはそれ自体さらに、例えば、１０個のサブストリップに細分化され、各々は約８μの幅になっている。輝度が劣るステップをもつ他の実施例では、サブストリップは、例えば、８または４個のように、少なくすることが可能である。各サブストリップは特定の光透過率（波長から独立している）をもち、バイナリ輝度コード化を可能な限り単純化している。例えば、これらのサブストリップには、次のように異なるクラスがある。１．光の全振幅が通過される、２．半振幅（１／２）が通過される、３．振幅の１／４が通過される、４．振幅の１／８（１／８＝１／２³）が通過される、５．振幅の１／１６（１／１６＝１／２⁴）．．．、８．１／１２８（１／１２８＝１／２⁷）が通過される。したがって、透過率が１であるサブストリップは相対輝度を６４にすることができる。透過率はすべてがサブストリップに存在している必要はない。例えば、クラス８はクラス１の３ストリップが使用される場合は省くことができる。図４のｂ）では、クラス１の３サブストリップが使用され、カラーストリップの中間に相互に隣り合うように配置されているので、クラス１のサブストリップは３倍の幅になっている。例えば、これらの３ストリップがあると、背後に置かれたディスプレイの３個の黒白マイクロピクセルは適当に制御されるので、０×６４、１×６４、２×６４、３×６４の相対輝度値を作成することが可能である。ディスプレイ上の輝度サブストリップの各マイクロピクセルは光を散乱させることも、散乱させないこともできる。さらに、図４のｂ）の例では、クラス２〜７の輝度ストリップが使用されている。背後に置かれたディスプレイの９マイクロピクセルを選択的に制御することにより、０〜２５５の相対輝度値は、８ビットコード化に対応づけて、重ね合わせることにより１つのカラーストリップに作成することができる。クラス１の３つの隣接サブストリップを使用すると、マスキングストリップにおける光吸収が減少し、次の散乱ディスプレイの若干の高さ許容範囲に対する感度不足が増加することになる（図４のｄ）参照）。その他の狭いストリップはすでに説明したように、振幅の輝度成分を５０％、２５％、１２．５％、６．２５％、３．１２５％、１．５６０２５または０％から通過させる。コード化輝度ステップの例は図４のｃ）に示されている。その詳細は図４ａ）乃至ｄ）に示されている。つまり、ａ）カラーマスク：カラーストリップの高さ約８０μｍ、ＧＢＳピッチ高さ約３２０μｍ、ｂ）輝度マスク：７輝度ステップ（＋ブラック）、８ビット輝度コード化では９カラーストリップ、ｃ）黒白フィルム上の立体ホログラムのディジタルカラーピクセル・コード化の例：関連の輝度値を示している、ｄ）レーザビームから書かれた散乱ディスプレイからのコードパターンのコースの例。その他の輝度マスクを実装して、少ない数の輝度ステップに対応させることができることは勿論である。不透明ブラックストリップは、あるカラーから次のカラーへの遷移をカバーするように適当に位置づけられる。医療テクノロジで使用することを目的とした立体ホログラムディスプレイ全体では、サイズは幅が約５０ｃｍ、高さが２８ｃｍになっている。これはＬＣ散乱ディスプレイを作るには異常に大きいが、狭い不透明水平ストリップが存在していることが必要で、電極をリセットするためのワイヤとスペーサをそこにはめ込むことができるので、これは実現可能である。問題の解決方法の個所で既述したように、散乱ディスプレイはフィルムで置換可能であることも必要である。しかし、このサイズと解像度の黒白フィルムは安価で得られるはずである。そこで考慮すべきことは、マイクロメートルの精度でマウントすることだけである。しかし、フィルムはガラスプレートに固定されるか、あるいは微細ホールマトリックスで緊張されるので、このマウントは保証できる。図２はそのような立体ホログラム表示装置を示し、そこでは（７）はフィルムまたはフィルムプレートを示し、（８）は均一分散光をもつ照射ボックスを示している。（７）は標準黒白フィルムをもつガラスプレートからなり、フィルムはガラスプレートの前面側に貼着されている。解像度は合計で３２００ｄｐｉである。ピクセルサイズが約８×８μｍ²であるとき、ディジタル情報内容は約１８０Ｍバイトになる。カラーマスクと輝度マスクのシーケンスはフィルムプレート（７）と交換可能にすることができる。重要なことは、円筒レンズのフォーカルラインがどちらの場合も、薄フィルム層上にあることだけである。図２に示す他のエレメントとしては、（１）１０２４個の円筒レンズをもつレンズ・ラスタプレート、（２）ストリップ高さが８０μｍ、ピッチ高さが０．３２ｍｍであるカラーストリップマスク（ＲＧＢＳ）、（３）個々のストリップ高さが８μｍであるグレーストリップ・コードマスクがある。これらの３エレメントは図１に示すものと同じである。レンズのフォーカスは、なかんずく、光の波長によって若干左右される。しかし、３カラーＲ、ＧおよびＢはマスク上のカラーストリップに従って空間的に分離されている。このようにすると、フォーカル長はガラスの若干異なる厚さによって補正できるという利点がある。散乱ディスプレイの縦断断面は図３のａ）に示されている。制御可能な最小バイナリ・ピクセルサイズは合計４μｍ×８μｍである。（１３）はホワイト光のビーム方向を示し、（１４）はレーザビーム書き込み方向を示している。拡大カラー構造は図３のｂ）に示されており、そこでは水平ストリップはビュー方向に位置している。立体ホログラムディスプレイの用途分野の説明立体ホログラムディスプレイは物品またはランドスケープを三次元で表現する。０．５ｍｍ幅の円筒レンズを使用すると、三次元物品を８０以上の異なるビューで表現することが可能である。物品のすべての透視画は表示可能にすることができる。つまり、観察者のヘッドを左右に動かすことで見ることができる。これらのビューは基本的にコンピュータによって計算される。従って、自然に現れない関連ビューを表現することも可能である。例えば、物品の外部をあるビュー角度まで表示してから内部を表示することができる。シングル立体ホログラムでは、動的プレゼンテーションの可能性も発生する。例えば、物品はディスプレイの前に現れる物品として左に回転することができる。従って、骨折は三次元で、例えば、全体を回して観察することができる。従って、最も重要な用途分野は医療テクノロジにおける放射線治療である。Ｘ線を照射して数分後に、結果が三次元でディスプレイに表示され、必要な期間保存しておくことができる。これと並行に、同じホログラムをフィルムにストアすることができる。つまり、後日のために残しておくことができる。関心のあるもう１つの分野は広告である。人の目は、自然に現れない異常な効果によって、無意識のうちに、あるオブジェクトに注意力が向けられるからである。もっと大きなディスプレイを作成すると、三次元で現れるインタラクティブ・ビルディングとランドスケープが形成できるので、建築が重要な応用分野となる。ディスプレイの断面だけをリセットし、変更した形で再書き込みできるからである。この特徴は創作的アートの分野でも歓迎されるであろう。しかし、３Ｄスタジオを設立することも可能であり、そのようにすると、コンピュータの支援を受けて三次元カラー・ポートレートを得ることが可能であり、これは余り待つことなく、いくつかのテスト照射から選択することができる。最高１００個までの個別透視画が表示される場合でも、このケースでは照射も１００回行う必要はない。間接的透視画は高解像度カメラで異なる方向から同時に行われた２または４回の照射からインタポレートすることができる。実際の情報は純粋にバイナリ形式でファイルされるので、フィルムよりさらに安価なマテリアルを使用することができる。ウェーハ吸収層はレーザパワーによって局所的に選択的蒸着を行うことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年７月１５日（１９９８．７．１５）【補正内容】明細書立体ホログラムディスプレイ（ＨＯＬＤＩＳＰ）発明の背景本発明は複数の観察者のための自動立体鏡（オートステレオスコープ）ディスプレイに関し、ある物品の複数の透視画を同時に表示することが可能であり、従って「立体ホログラム（ステレオホログラム）ディスプレイ」とも呼ばれている自動立体鏡ディスプレイに関するものである。このような自動立体鏡ディスプレイスクリーンは特許明細書［１１］に記載されているように公知であるが、このスクリーンには、本明細書に記載されている発明とは対照的に、物品の透視画は同時に２つしか表示することができない。本発明は１つの観察位置にだけ関係するのではなく、観察位置の全範囲に関係していて、そこから、表現された物品が三次元で実物通りに（自然のままに）観察できるようにする自動立体鏡表現を保証することを目的としている。従って、複数の観察者は表現された物品を３次元で同時に見ることを可能にしている。上記目的は、請求項１に記載されている特徴事項によって達成されている。本発明によれば、表示する必要のある物品の複数の透視画は、黒白のマイクロディスプレイ（またはフォトマスク）レンズ・ラスタプレートの垂直フォーカル（焦点）ラインに置かれている配置を通して得られ、そのディスプレイ（またはマスク）上には、物品の多数の異なるビューが、最も狭いストリップの中で相互にインターリーブされて表現できるようになっている。このようにして、異なるグレー値とカラー値はその間に置かれた固定配置のカラーマスクと輝度マスクによって達成されている。本発明は三次元のホログラムに似たカラーピクチャ・ディスプレイと処理に関し、そこでは、あるオブジェクト（物品などの対象物）の複数の立体鏡ビューが観察者が見る位置に応じて表示できるようになっている。立体ホログラムディスプレイの前に立っている観察者は表示された物品を、ヘッドを左右に動かすことによって複数の透視画から、事前に選択可能な「丸いビュー（ラウンドビュー）」内で観察することができる。具体的には、この高解像度ディスプレイは医療テクノロジ用のコンピュータ・トモグラフィ（断層撮影）で放射線治療するのに適しており、付加的な補助手段（例えば、レンズ）なしでも、奥行き方向を三次元で見ることを可能にしている。コンピュータによって計算されたカラーホログラムは、変調レーザビームによって数分以内にディジタルディスプレイ上に書き出し、同一サイズの安価な黒白写真に保存しておくことが可能になっている。なお、別の方法として、この黒白フォトマスクだけを作って、同じ立体ホログラムが見えるようにディスプレイアタッチメントの背後に配置しておくことも可能である。オブジェクトの表現では、その表現を外部ビューに限定する必要はない。例えば、核スピン・トモグラフィからの三次元組織記述の存在は、内部ビューと外部ビュー（例えば、腎臓の）を結合し、一方が他方の後になるように立体ホログラムで表現することを可能にしている。従来の技術この数年間、立体鏡フィルムとプロジェクション手法が使用されている。偏光（水平、垂直、円形）が多く使用され、左側と右側のイメージ（画像、映像など）を分離している［１０］。ＬＣＤテクノロジの進歩と共に、結晶の光透過率を電子的に制御することが可能になっている。シャッタ手法（ｓｈｕｔｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）の開発が可能になったのはそのためであり、このシャッタ手法では、右側と左側のスペクタルガラスは半ピクチャ周波数で交互に不透明になり、右側と左側のイメージはディスプレイスクリーンに同期して順次に現れている［６］。自動立体鏡プロジェクションは、複数のプロジェクション方向をもつストリップ・レンズラスタ装備のスクリーンによって実現されている。正しい透視イメージは対応する方向と関連づけられている［１］、［２］。ある透視画から次の透視画へのスムーズな遷移はプロジェクション方向を任意に増加できないため、達成が困難になっている。ある自動立体鏡ディスプレイでは、一人の人だけを目的としており、２つの透視画だけが使用されるため、ビュー方向は特定している［７］、［８］。完全な立体鏡イメージをホログラムで表示することは、「ヘッドトラッキング（ヘッド追従）」センサを使用して達成されているが、そのためには、一方では、マッチングする立体鏡イメージ透視画を計算し、他方では、自動立体鏡スクリーンを制御して、レンズ・ラスタプレートの機械的フォローアップ（追従）を行うための、ハイパワーのリアルタイム・コンピュータが必要である。正確なヘッド位置と動きが検出され、関連のイメージが同時に生成されている。さらに、「ヘッドマウント式ディスプレイ」を使用した高価なＶＲシステム（バーチャルリアリティ）もあるが、使い慣れる必要がある。核スピン共鳴とコンピュータ・トモグラフィは、医療テクノロジにおける立体鏡３Ｄ視覚化で使用するのに最も重要な分野となっている。特定の望ましい透視画を計算するために、「ボリュームトラッキング・アルゴリズム（ｖｏｌｕｍｅｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」のためのハイパワーの特殊コンピュータが開発されている［５］。コンピュータ視覚化と、内視鏡（ｅｎｄｓｃｏｐｅ）からのリアルタイム伝達（透過）を結合したものは、最も重要な神経外科ツールの１つになっている。立体鏡の内視鏡はすでに使用されている。赤外線で動作する「ヘッドトラッキング・センサ」による電子的動作制御は、人間に関係する自動立体鏡ディスプレイスクリーン・システムと結合することが容易になっている。プロトタイプの自動立体鏡イメージ再現システムは多くの場所で現在開発中である。これらの大部分は、観察者の位置が変化したときの動きをフォローアップするのための、高精度の機械的部品を必要としている。しかし、電子的適応シャツタ・システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｄａｐｔｉｖｅｓｈｕｔｔｅｒｓｙｓｔｅｍ）も知られているが、このシステムは２つのディスプレイを必要としている［８］、［９］。ホログラフとしてストアされる３Ｄイメージは数年前から知られているが、これによれば、ピクチャ情報は最高解像度の写真材料に光波イメージの形で保存されている。これらは、記録しようとするボディ（人体など）から反射されたコヒーレント光またはモノクロ光を重ね合わせることから発生している。この場合、３Ｄイメージはコヒーレント光で照射すると再び表示可能にすることができる。しかし、残念ながら、カラー情報は失われている。双安定液晶をベースにして構築されたディスプレイも数年前から知られているが、このディスプレイはレーザビームで書き込み可能になっている。液晶はレーザパワーを供給することによって、数μｍ²の領域にわたって透明状態から拡散、つまり、散乱状態にフリップすることが可能になっている。この状態は、レーザパワーを供給しなくても数年間保存しておくことが可能であり、電圧を印加することでリセットすることも可能になっている［１２］。従って、ここでは、バイナリ情報をストアしておくことが可能になっている。以下では、これらの書き込み可能面を散乱ディスプレイ（ｓｃａｔｔｅｒｄｉｓｐｌａｙ）と呼ぶことにする。問題の解決方法本発明の目的は表現されたボディ（人体など）が異なる観察位置から、さらには異なる透視画で立体鏡的に表示されるように、三次元イメージをストアしておくことである。従って、表現されたカラーイメージのホログラム的変化は観察者のヘッドの左右方向の動きと共に現れるようになっている。このことから発生する問題の解決方法は散乱ディスプレイと、さらに別の特殊構成の支援を受けて、かかるカラーイメージ立体ホログラムを作成し、かかるカラーホログラムが許容時間内にレーザビームで書き込みができるようにすることである。そのあと、このカラーホログラムは電源供給なしで可能な限り保存しておくか、あるいはそのディスプレイが次の立体ホログラム用に再び使用できるようにリセット可能であることが必要である。さらに、同じイメージを市販されている通常タイプの黒白フィルムに保存できることも必要である。これと同時に、そのフィルムにバイナリ形式でストアされた立体ホログラムが既存のアタッチメントで表示可能にできるように、フィルムが使用できることが必要である。このアタッチメントは散乱ディスクプレイで必要となるものと同じものにすると、利点が得られる。現在までは、上述した特徴をもつ書き込み可能立体ホログラムディスプレイは知られていない。発明の原理問題の解決方法の個所で説明した立体ホログラムディスプレイのパフォーマンス上の特徴は、［１］、［２］、［８］、［１１］に記載の公知の円筒レンズ・ラスタガラス、［４］と［１２］に記載の公知の散乱ディスプレイ、および以下で詳しく説明するある種のマスキング層を使用し、これらを特定の方法で結合することによって達成することができる。ディスプレイは適当なコードで変調されたパラレル・レーザビームによって書かれる。ここで、ＮＭＲ（核磁気共鳴）またはＸ線トモグラフィ（断層撮影）からの三次元オブジェクト情報がグラフィックコンピュータで利用可能であると想定すると、必要とする、すべての透視画− 最大１００個までが可能−は、特定のビュー方向ごとにそのデータから計算され、そのオブジェクトの外観は、そのあとで、その透視画から観察されることになる。オブジェクトのすべての透視画はそのあと、立体ホログラムディスプレイ上で完全な３Ｄカラーイメージに組み立てられ、必要とする透視画は観察またはヘッド位置の方向を通して選択することができる。次に、このディスプレイの構造と機能について図１を参照して詳しく説明する。図１はディスプレイの種々の層を示し、これらの層は相互から展開されるように示されている。立体ホログラムディスプレイの前面側は円筒レンズ・ラスタガラス（１）からなり、１０２４個の円筒レンズは、例えば、ピッチ高さが約０．５ｍｍで、１つの適当な幅を規定している（観察距離が異なるごとに、最適なレンズ幅を変更できることは勿論である）。これらのレンズは、２つのガラスプレート（１２）の間に液晶（１１）から形成されている、８μｍ×４μｍのピクセルサイズをもつ散乱ディスプレイ（４）のＬＣ（液晶）層における観察距離ａ（ホログラムディスプレイが組み立てられた状態において）に対して焦点合わせされている。散乱ディスプレイ（４）とレンズ・ラスタプレート（１）の中間には、２つのマスクがある。つまり、カラーマスク（２）と輝度マスク（３）である。散乱ディスプレイは後部からホワイト光（５）で照射される。制御されたレーザダイオード（６）からのレーザビームは散乱ディスプレイに書き込むために使用される。カラーマスクと輝度マスクについて、図４を参照して詳しく説明する。カラーマスクは３つの水平透明カラーフィルタ・ストリップをもち、それぞれが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）光を未変更のまま通過させ、対応する補色成分をフィルタ除去することを可能にしている。本発明による立体ホログラムディスプレイは、カラーマスク（２）の各水平カラーストリップの背後の輝度マスク（３）の輝度コード化ストリップ（図４のｂ）参照）を含み、このストリップ自体は、異なる光透過率（好ましくは、例えば、１、１／２、１／４、１／８、１／１６のように、振幅に対して２のべき乗）をもつ水平サブストリップに細分化されている。マイクロディスプレイ（４）上のバイナリ黒または白マイクロフィールド（１０）は各々が、このような狭い輝度サブストリップ内に置かれている。カラーストリップ内で一方が他方の上に置かれているマイクロフィールドは、カラーストリップを通り抜けた透過光振幅が合計で望ましい輝度ステップに一致するようにスイッチオンまたはオフされる。輝度サブストリップは、好ましくは、より明るい光透過サブストリップがカラーストリップのより中間に置かれ、他方、より暗い光透過サブストリップはカラー遷移方向に移されるように位置づけられている。オプションとして、ほぼ同一幅の黒ストリップがあり、これはすべての光波長をフィルタ除去する。すべての４または３ストリップは合計で約レンズ幅、例えば、約０．５ｍｍに対応する幅をもっている。カラーストリップの高さは合計で約８０μｍ、垂直ピッチ高さは合計で約０．３２ｍｍになっている。各カラーストリップ（ＲＮＧまたはＢ）（図４のａ）参照）の背後には、輝度マスキングストリップ（図４のｂ）参照）が置かれている。このマスキングストリップはそれ自体さらに、例えば、１０個のサブストリップに細分化され、各々は約８μの幅になっている。輝度が劣るステップをもつ他の実施例では、サブストリップは、例えば、８または４個のように、少なくすることが可能である。各サブストリップは特定の光透過率（波長から独立している）をもち、バイナリ輝度コード化を可能な限り単純化している。例えば、これらのサブストリップには、次のように異なるクラスがある。１．光の全振幅が通過される、２．半振幅（１／２）が通過される、３．振幅の１／４が通過される、４．振幅の１／８（１／８＝１／２³ ）が通過される、５．振幅の１／１６（１／１６＝１／２⁴）．．．、８．１／１２８（１／１２８＝１／２⁷）が通過される。したがって、透過率が１であるサブストリップは相対輝度を６４にすることができる。透過率はすべてがサブストリップに存在している必要はない。例えば、クラス８はクラス１の３ストリップが使用される場合は省くことができる。図４のｂ）では、クラス１の３サブストリップが使用され、カラーストリップの中間に相互に隣り合うように配置されているので、クラス１のサブストリップは３倍の幅になっている。例えば、これらの３ストリップがあると、背後に置かれたディスプレイの３個の黒白マイクロピクセルは適当に制御されるので、０×６４、１×６４、２×６４、３×６４の相対輝度値を作成することが可能である。ディスプレイ上の輝度サブストリップの各マイクロピクセルは光を散乱させることも、散乱させないこともできる。さらに、図４のｂ）の例では、クラス２〜７の輝度ストリップが使用されている。背後に置かれたディスプレイの９マイクロピクセルを選択的に制御することにより、０〜２５５の相対輝度値は、８ビットコード化に対応づけて、重ね合わせることにより１つのカラーストリップに作成することができる。クラス１の３つの隣接サブストリップを使用すると、マスキングストリップにおける光吸収が減少し、次の散乱ディスプレイの若干の高さ許容範囲に対する感度不足が増加することになる（図４のｄ）参照）。その他の狭いストリップはすでに説明したように、振幅の輝度成分を５０％、２５％、１２．５％、６．２５％、３．１２５％、１．５６０２５または０％から通過させる。コード化輝度ステップの例は図４のｃ）に示されている。その詳細は図４ａ）乃至ｄ）に示されている。つまり、ａ）カラーマスク：カラーストリップの高さ約８０μｍ、ＧＢＳピッチ高さ約３２０μｍ、ｂ）輝度マスク：７輝度ステップ（＋ブラック）、８ビット輝度コード化では９カラーストリップ、ｃ）黒白フィルム上の立体ホログラムのディジタルカラーピクセル・コード化の例：関連の輝度値を示している、ｄ）レーザビームから書かれた散乱ディスプレイからのコードパターンのコースの例。その他の輝度マスクを実装して、少ない数の輝度ステップに対応させることができることは勿論である。不透明ブラックストリップは、あるカラーから次のカラーへの遷移をカバーするように適当に位置づけられる。医療テクノロジで使用することを目的とした立体ホログラムディスプレイ全体では、サイズは幅が約５０ｃｍ、高さが２８ｃｍになっている。これはＬＣ散乱ディスプレイを作るには異常に大きいが、狭い不透明水平ストリップが存在していることが必要で、電極をリセットするためのワイヤとスペーサをそこにはめ込むことができるので、これは実現可能である。本発明によれば、ＬＣ散乱ディスプレイをバイナリ・マイクロディスプレイ（４）としてもつ立体ホログラムディスプレイは、斜め上方または下方からホワイト光で照射され、通過し、散乱されなかった光線は組み込まれた水平マイクロミラー（９）に反射されるか、あるいは水平黒ミニストリップに吸収されるようになっている。問題の解決方法の個所で既述したように、散乱ディスプレイはフィルムで置換可能であることも必要である。本発明による立体ホログラムディスプレイでは、バイナリ・マイクロディスプレイ（４）は取り外し可能で、バイナリ書き込みフィルム（７）と照射面（８）からなり、バイナリ立体ホログラムが事前に印加されているフォトディスプレイで置換可能になっている。しかし、このサイズと解像度の黒白フィルムは安価で得られるはずである。そこで考慮すべきことは、マイクロメートルの精度でマウントすることだけである。しかし、フィルムはガラスプレートに固定されるか、あるいは微細ホールマトリックスで緊張されるので、このマウントは保証できる。図２はそのような立体ホログラム表示装置を示し、そこでは（７）はフィルムまたはフィルムプレートを示し、（８）は均一分散光をもつ照射ボックスを示している。（７）は標準黒白フィルムをもつガラスプレートからなり、フィルムはガラスプレートの前面側に貼着されている。解像度は合計で３２００ｄｐｉである。ピクセルサイズが約８×８μｍ²であるとき、ディジタル情報内容は約１８０Ｍバイトになる。カラーマスクと輝度マスクのシーケンスはフィルムプレート（７）と交換可能にすることができる。重要なことは、円筒レンズのフォーカルラインがどちらの場合も、薄フィルム層上にあることだけである。図２に示す他のエレメントとしては、（１）１０２４個の円筒レンズをもつレンズ・ラスタプレート、（２）ストリップ高さが８０μｍ、ピッチ高さが０．３２ｍｍであるカラーストリップマスク（ＲＧＢＳ）、（３）個々のストリップ高さが８μｍであるグレーストリップ・コードマスクがある。これらの３エレメントは図１に示すものと同じである。レンズのフォーカスは、なかんずく、光の波長によって若干左右される。しかし、３カラーＲ、ＧおよびＢはマスク上のカラーストリップに従って空間的に分離されている。このようにすると、フォーカル長はガラスの若干異なる厚さによって補正できるという利点がある。散乱ディスプレイの縦断断面は図３のａ）に示されている。制御可能な最小バイナリ・ピクセルサイズは合計４μｍ×８μｍである。（１３）はホワイト光のビーム方向を示し、（１４）はレーザビーム書き込み方向を示している。拡大カラー構造は図３のｂ）に示されており、そこでは水平ストリップはビュー方向に位置している。立体ホログラムディスプレイの用途分野の説明立体ホログラムディスプレイは物品またはランドスケープを三次元で表現する。０．５ｍｍ幅の円筒レンズを使用すると、三次元物品を８０以上の異なるビューで表現することが可能である。物品のすべての透視画は表示可能にすることができる。つまり、観察者のヘッドを左右に動かすことで見ることができる。これらのビューは基本的にコンピュータによって計算される。従って、自然に現れない関連ビューを表現することも可能である。例えば、物品の外部をあるビュー角度まで表示してから内部を表示することができる。シングル立体ホログラムでは、動的プレゼンテーションの可能性も発生する。例えば、物品はディスプレイの前に現れる物品として左に回転することができる。従って、骨折は三次元で、例えば、全体を回して観察することができる。従って、最も重要な用途分野は医療テクノロジにおける放射線治療である。Ｘ線を照射して数分後に、結果が三次元でディスプレイに表示され、必要な期間保存しておくことができる。これと並行に、同じホログラムをフィルムにストアすることができる。つまり、後日のために残しておくことができる。関心のあるもう１つの分野は広告である。人の目は、自然に現れない異常な効果によって、無意識のうちに、あるオブジェクトに注意力が向けられるからである。もっと大きなディスプレイを作成すると、三次元で現れるインタラクティブ・ビルディングとランドスケープが形成できるので、建築が重要な応用分野となる。ディスプレイの断面だけをリセットし、変更した形で再書き込みできるからである。この特徴は創作的アートの分野でも歓迎されるであろう。しかし、３Ｄスタジオを設立することも可能であり、そのようにすると、コンピュータの支援を受けて三次元カラー・ポートレートを得ることが可能であり、これは余り待つことなく、いくつかのテスト照射から選択することができる。最高１００個までの個別透視画が表示される場合でも、このケースでは照射も１００回行う必要はない。間接的透視画は高解像度カメラで異なる方向から同時に行われた２または４回の照射からインタポレートすることができる。実際の情報は純粋にバイナリ形式でファイルされるので、フィルムよりさらに安価なマテリアルを使用することができる。ウェーハ吸収層はレーザパワーによって局所的に選択的蒸着を行うことができる。請求の範囲１．物品を三次元で表現する立体ホログラムディスプレイであって、垂直に配置された円筒レンズをもつレンズ・ラスタプレート（１）と、ビュー（表示）方向に背後に配置され、そこにピクセルが配列されているマイクロディスプレイ（４）とからなり、大きさが数μｍ²であるバイナリコード化ピクセルだけがマイクロディスプレイ（４）上に配列されていて、バイナリピクセルは正しいビューのためにコンピュータから事前に判断されており、ここでバイナリとは、透明か吸収か、透明か散乱か、明か暗か、水平偏向か垂直偏向かを意味するものにおいて、レンズ・ラスタプレート（１）とマイクロディスプレイ（４）の間に配置されていて、ピクセルの輝度コード化のために異なる光透過率をもつ水平配列ストリップをもつ輝度マスク（３）と、レンズ・ラスタプレート（１）とマイクロディスプレイ（４）の間に配置されていて、ピクセルのカラーコード化のために異なるカラーの水平配置ストリップをもつカラーマスク（２）とを含んでいることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。２．請求項１に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、カラーマスク（２）の各水平カラーストリップの背後には、輝度コード化ストリップ（図４ｂ参照）が配置されており、輝度コード化ストリップ自体は異なる光透過率（好ましくは、例えば、１、１／２、１／４、１／８、１／１６、以下同様のように、振幅に対して２の累乗）をもつ水平サブストリップに細分化されており、マイクロディスプレイ（４）上のバイナリ黒または白マイクロフィールド（１０）は各々が１つの狭い輝度サブストリップ内に位置し、カラーストリップ内で一方が他方の上に置かれているマイクロフィールドは、カラーストリップ上の透過光振幅が合計で、望ましい輝度ステップに対応するようにスイッチオンまたはオフされることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。３．請求項１または２に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、輝度サブストリップは、好ましくは、より明るい光透過サブストリップがカラーストリップのより中間に置かれ、他方、より暗い光透過サブストリップはカラー遷移の方向に移されるように、カラーストリップ内に置かれていることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。４．請求項１、２または３に記載の立体ホログラムディスプレイであって、ＬＣ散乱ディスプレイをバイナリ・マイクロディスプレイ（４）として備えているものにおいて、後方からの上方または下方からホワイト光で斜めに照射することによって通過した光線は組み込まれた水平ミニミラー・ストリップ（９）で反射または吸収されることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。５．請求項４に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、バイナリ・マイクロ散乱ディスプレイは取り外し可能で、フォトディスプレイで置換可能であり、該フォトディスプレイはバイナリ書き込みフィルム（７）と、バイナリ立体ホログラムが事前に印加されている照射面（８）とからなることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。６．請求項１乃至５に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、後方照射ではなく前方からの拡散照射をもち、吸収面は散乱ディスプレイ（４）の背後に配置され、バイナリ書き込みフィルム（７）の場合には、ホワイト拡散反射層が設けられていることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。【図１】【図２】【図３】【図４】

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】た形で使用してホログラフィ写真を得ることも可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．垂直に配置された円筒レンズをもつレンズ・ラスタプレート（１）、カラーマスク（２）と輝度マスク（３）、および黒白マイクロディスプレイ（４）からなる立体ホログラムディスプレイにおいて、レンズ・ラスタプレート（１）上の垂直円筒レンズはマイクロディスプレイ（４）上に焦点をもち、大きさが数μ ｍ²であるバイナリコード化ピクセルだけがマイクロディスプレイ（４）上に配列されており、マイクロディスプレイ（４）上のバイナリピクセルは、正しいビューを得るためにコンピュータから事前に判断されており、ここでバイナリとは、透明か吸収か、透明か散乱か、明か暗か、水平偏向か垂直偏向かを意味することを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。２．請求項１に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、カラーマスク（２）の各水平カラーストリップの背後には、輝度コード化ストリップ（図４ｂ参照）が配置されており、輝度コード化ストリップ自体は異なる光透過率（好ましくは、例えば、１、１／２、１／４、１／８、１／１６、以下同様のように、振幅に対して２の累乗）をもつ水平サブストリップに細分化されており、マイクロディスプレイ（４）上のバイナリ黒または白マイクロフィールド（１０）は各々が１つの狭い輝度サブストリップ内に位置し、カラーストリップ内で一方が他方の上に置かれているマイクロフィールドは、カラーストリップ上の透過光振幅がすべてにおいて、望ましい輝度ステップに対応するようにスイッチオンまたはオフされ、輝度サブストリップは、好ましくは、より明るい光透過サブストリップがカラーストリップのより中間に置かれ、他方、より暗い光透過サブストリップはカラー遷移の方に移されるように配置されることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。３．請求項１または２に記載の立体ホログラムディスプレイであって、ＬＣ散乱ディスプレイをバイナリ・マイクロディスプレイ（４）として備えているものにおいて、後方からの上方または下方からホワイト光で斜めに照射することによって通過した光線は、埋め込まれた水平ミニミラー・ストリップ（９）で反射または吸収されることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。４．請求項３に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、散乱ディスプレイは取り外し可能で、フォトディスプレイで置換可能であり、該フォトディスプレイはバイナリ書き込みフィルム（７）と、バイナリ立体ホログラムが事前に印加されている照射面（８）とからなり、カラーマスクと輝度マスク（２と３）も、このバイナリコード化フィルムと照射面（８）の間に置くことが可能であることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。５．請求項１乃至４に記載の立体ホログラムディスプレイにおいて、後方照射ではなく前方からの拡散照射をもち、吸収面は散乱ディスプレイ（４）の背後に配置され、バイナリ書き込みフィルム（７）の場合には、ホワイト拡散反射層が設けられていることを特徴とする立体ホログラムディスプレイ。