JP2009540353A

JP2009540353A - エレクトロホログラフィックディスプレイにおける実効画素ピッチを低減する方法及び低減された実効画素ピッチを含むエレクトロホログラフィックディスプレイ

Info

Publication number: JP2009540353A
Application number: JP2009513816A
Authority: JP
Inventors: アロクゴヴィル; ルシアンレムスアルブ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2009-11-19
Also published as: EP2033054A2; WO2007141709A3; CN101467107A; WO2007141709A2; US20100225739A1

Abstract

エレクトロホログラフィックディスプレイシステム５００が、コヒーレントコリメート光ビームを発生させるコヒーレント光源１３０と、光ビームを変調する空間光変調器（ＳＬＭ）１２０と、ホログラフィック画像が投影される画像面５８０とＳＬＭ１２０との間の光経路における光学ユニット３５０、４５０とを含む。一対の凸レンズ４６０、４７０を含んでいてもよい光学ユニット３５０、４５０は、ＳＬＭ１２０の画素２１０のピッチ２２０を実効的に減少させるように動作する。これにより、エレクトロホログラフィックディスプレイシステム５００は、画素ピッチ２２０が、ともすれば所望の回折範囲のために必要とされる画素ピッチよりも大きくなるＳＬＭ１２０を含むときでさえも回折の所望の範囲を表すことは可能になる。

Description

本発明は、エレクトロホログラフィック（electroholographic）ディスプレイシステムに関し、より具体的には、エレクトロホログラフィックディスプレイにおける実効（有効）画素ピッチを低減する方法及び低減された実効画素ピッチを備えるエレクトロホログラフィックディスプレイに関する。

近年、エレクトロホログラフィックディスプレイは、画像の完全３次元（"3-D"）再構成を生成するために開発されてきた。３次元テレビジョンのような、３次元での動き画像を再生するためのエレクトロホログラフィックディスプレイシステムを開発することに強い関心が存在する。ホログラフィは、３次元画像を直接記録すると共に再構成することが可能な唯一の技術であるため、コンピュータにより生成されるホログラム（computer-generated hologram (CGH)）によるリアルタイムエレクトロホログラフィシステムは、究極の３次元テレビジョンというべきものである。

図１は、エレクトロホログラフィックディスプレイシステム１００の一つの実施例を示す。エレクトロホログラフィックディスプレイシステム１００は、プロセッサ及びドライバユニット１１０と、空間光変調器（spatial light modulator (SLM)）１２０と、コヒーレント光源（coherent light source）１３０と、ビームスプリッタ（beamsplitter）１４０とを有する。プロセッサ及びドライバユニット１１０は、ドライバ及びプロセッサのコンポーネント又は別個の回路を有していてもよく、読み出し専用メモリ（read only memory (ROM)）及びランダムアクセスメモリ（random access memory (RAM)）等のようなメモリを含んでいてもよい。有利なことに、様々なアルゴリズムを実行するためのソフトウエアは、プロセッサ及びドライバユニット１１０におけるメモリに記憶される。有利なことに、ＳＬＭ１２０は、反射型液晶オンシリコン（liquid crystal on silicon (LCOS)）デバイスのような反射型液晶ディスプレイ（reflective liquid crystal display (LCD)）になる。一つの実施例において、コヒーレント光源１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１３２及びコリメーション光学装置（collimation optics）１３４を有する。

稼働的に、ＬＥＤ１３２は、ＳＬＭ１２０に対して適切に光ビームを視準する（平行にする）と共に拡大縮小（サイズ変更）するコリメーション光学装置１３４に光ビームを供給する。光源１３０からのコヒーレントコリメート（視準）光ビームは、ビームスプリッタ１４０に供給され、ビームスプリッタ１４０は、コヒーレントコリメート光ビームをＳＬＭ１２０上に方向付ける。一方、プロセッサ及びドライバユニット１１０は、ホログラムデータを生成し、ＳＬＭ１２０の画素を駆動（ドライブ）するように当該データを適用する。ＳＬＭ１２０の画素の各々を駆動するデータに応答して、コヒーレントコリメート光ビームは、ビームスプリッタ１４０に逆反射される空間変調光ビームを生成するために空間変調される。ビームスプリッタ１４０は自身を通じて、ホログラムが形成される画像面１８０に空間変調光ビームを伝える。

しかしながら、いくつかの問題が、このようなエレクトロホログラフィックディスプレイシステムに残される。一つの問題は、比較的広範囲に人の眼によって見られ得るホログラムのために必要とされるわずかな（干渉）縞パターンを表示するのに十分に小さくなるＳＬＭに対する必要性にある。ホログラフィにおいて、画像は回折光で再構成される。一方、通常、人の両眼の間の距離は約6.5cmになる。それ故に回折の十分な範囲に対して、ＳＬＭは、１μｍまでのオーダの微細画素ピッチを有する必要がある。現在のところ、不都合なことに、画素ピッチが１μｍまでになるエレクトロホログラフィックディスプレイデバイスは存在しない。しかしながら、反射型ＬＣＤの場合、１０μｍのオーダの画素ピッチを備えるデバイスは存在する。

従って、エレクトロホログラフィックディスプレイにおける実効画素ピッチを低減する方法を提供することは所望され得る。低減された実効画素ピッチを備えるエレクトロホログラフィックディスプレイを供給することは更に所望され得る。

本発明の一つの態様において、エレクトロホログラフィックディスプレイシステムが、コヒーレントコリメート光ビームを発生させるコヒーレント光源と、変調光ビームを発生させるために前記コヒーレントコリメート光ビームを受光すると共に変調し、a₁の画素ピッチを有する複数の画素を有する空間光変調器と、ホログラフィック画像を表すホログラムデータを生成すると共に、前記空間光変調器に、前記ホログラムデータで前記コヒーレントコリメート光ビームを変調させるために前記空間光変調器の前記画素に適切な駆動信号をもたらすプロセッサ及びドライバユニットと、前記変調光ビームを受光すると共に、前記ホログラフィック画像をもたらすように配置され、前記ホログラフィック画像の実効画素ピッチは、a₁よりも小さなa₂になる光学ユニットとを含む。
本発明の他の態様において、ホログラフィック画像を表示する方法が、a₁の画素ピッチを有する複数の画素を有する空間光変調器にコヒーレントコリメート光ビームを供給するステップと、前記空間光変調器に、前記ホログラムデータで前記コヒーレントコリメート光ビームを変調させて、変調光ビームを発生させるために前記空間光変調器の前記画素に適切な駆動信号をもたらすステップと、前記ホログラフィック画像の実効画素ピッチがa₁よりも小さなa₂になるようなホログラフィック画像をもたらすために前記変調光ビームを処理するステップとを含む。

図２は、エレクトロホログラフィックディスプレイシステムの空間光変調器（ＳＬＭ）（例えば反射型ＬＣＤ）２００の画素２１０、及びそれから生成される関連する放射パターンを示す。通常、画素２１０は、概して直交行列の長方形（矩形）マトリックスで配置される。図２に示されるように、隣接する画素２１０の中心の間の距離はa₁になり、同じ行列における何れかの二つの隣接する画素の間でも概して同じになる。この距離は、"画素ピッチ"２２０と称される。

図２は、各々の画素２１０からのメインローブ回折パターン（main-lobe diffraction pattern）を示す（サイドローブは示されていない）。図２における角度

はビーム幅と称される。画素面と画像面２８０との両方に垂直な直線経路に後続する光線の場合、画素２１０から画像面２８０に移動するために光によってかけられる時間は、全ての画素２１０に対して同じになる。このことは、画素面に対して垂直に画像面２８０に達する光の"位相"が同じになることを意味する。すなわち、全ての画素２１０からの光のビームは、（平行に）視準される。幾何光学と称される上記の極度に単純化された画像（表示）は、全く正確に物理現象を表しているわけではなく、近似的な現象を表している。

上述のように、エレクトロホログラフィックディスプレイシステムのための回折の十分な範囲に対して、ＳＬＭ２００は、１μｍまでのオーダの微細画素ピッチ２００を有する必要がある。現在のところ、不都合なことに、画素ピッチが１μｍまでになる電子ディスプレイデバイスは存在しない。しかしながら、反射型ＬＣＤの場合、１０μｍのオーダの画素ピッチ２２０を備えるＳＬＭデバイスは存在する。

従って図３は、ＳＬＭ２００の実際の画素ピッチ２２０に対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"３２０をもたらす構成体の一つの実施例を示す。図３の構成体は、a₁の画素ピッチを備える概して直交行列の長方形マトリックスで配置される画素２１０を有するＳＬＭ２００と、ＳＬＭ２００と画像面３８０との間に配置される光学ユニット３５０とを含む。

画像面３８０で見られるように、光学ユニット３５０は、a₂（a₂ << a₁）の実効画素ピッチ３２０を生成するように動作する。一つの実施例において、

、有利なことに、

とすると、

になる。この場合、実際の画素ピッチ２１０が10μｍになる場合、実効画素ピッチ３１０は0.5乃至1.0μｍになる。

光学ユニット３５０が、より小さな画素２１０を備えるＳＬＭ２００を必要とすることもなく、このようなデバイスを複製することもないことは注意されるべきである。光学ユニット３５０は、低減された画素ピッチ２１０を備えるＳＬＭ２００の効果を模擬するだけである。このため、実効画素ピッチ３２０を有する"実効画素"３１０は、図３におけるブラック（黒）の代わりに、グレイ（灰色）で階調されている。更に、画像面３８０における物体（対象物）画像の生成の劣化又は中断を防止するように、光学ユニット３５０は自身の入力部から出力部への放射の相対位相をあまり変化させることはない。一方、図３に見られるように、各々の画素２１０によって生成される実効放射パターンは、実効ビーム幅が

となるように、光学ユニット３５０によって拡張（幅）される。

光学ユニットが、物体を拡大するため、又は視野角を拡張するための何れか（両方ではない）に使用され得ることは光学の専門家によく知られている。しかしながらこの場合、画素の大きさは実効的に低減させられ、同時に視野角が増大させられる。この両方のことは、エレクトロホログラフィックディスプレイシステムのために好ましい。

図４は、互いに異なる焦点距離を有する第一の光学レンズ４６０及び第二の光学レンズ４７０を有する光学ユニット４５０を含む構成体を示す。基本的に、光学レンズ４６０及び４７０はそれぞれ、焦点距離L1 = 1/F1及びL2 = 1F2を各々有する凸レンズになる。各々のレンズ４６０及び４７０は、焦点Ｆから１焦点距離だけ離れて位置される。レンズのこのような組み合わせは、望遠鏡を作成するために頻繁に使用される。光学ユニット４５０は、図３の光学ユニット３５０の一つの実施例になる。この実施例において、実際の画素ピッチ２２０に対する実効画素ピッチ４２０の比率は、レンズ４７０の焦点距離Ｌ２に対するレンズ４６０の焦点距離Ｌ１の比率（４２０／２２０＝Ｌ１／Ｌ２）と同じになる。例えば、レンズ４６０の焦点距離Ｌ１がレンズ４７０の焦点距離Ｌ２の１０倍になる場合、実効画素ピッチ４２０は、ＳＬＭ画素２１０の実際の画素ピッチ２２０の１０分の１になる。図４の構成体が光ビームの相対位相を修正することはなく、ビームは依然として視準されたままになる。

図５は、ＳＬＭの実際の画素ピッチに対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"をもたらす光学ユニット３５０を含むエレクトロホログラフィックディスプレイシステム５００の一つの実施例を示す。

エレクトロホログラフィックディスプレイシステム５００は、プロセッサ及びドライバユニット５１０と、空間光変調器（ＳＬＭ）２００と、コヒーレント光源１３０と、ビームスプリッタ１４０と、光学ユニット３５０とを有する。プロセッサ及びドライバユニット５１０は、プロセッサ及びドライバのコンポーネント又は別個の回路を有していてもよく、読み出し専用メモリ(ROM)及びランダムアクセスメモリ(RAM)等のようなメモリを含んでいてもよい。有利なことに、様々なアルゴリズムを実行するためのソフトウエアは、プロセッサ及びドライバユニット５１０におけるメモリに記憶される。有利なことに、ＳＬＭ２００は、反射型液晶オンシリコン (LCOS）デバイスのような反射型液晶ディスプレイ（LCD）になる。一つの実施例において、コヒーレント光源１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１３２及びコリメーション光学装置１３４を有する。代わりに、他のレーザ光発生デバイス又は他のコヒーレント光発生器が使用されてもよい。いくつかの実施例において、コヒーレント光源１３０からの光をＳＬＭ２００上に方向付けるために、及びＳＬＭ２００からの変調光を所望の画像面に方向付けるために他の手段又は光学構成体が設けられる場合、ビームスプリッタ１４０は省略されてもよい。上述のように、一つの実施例において、光学ユニット３５０は、第一及び第二の光学レンズ４６０及び４７０を含む。他の構成体は可能である。

稼働的に、ＬＥＤ１３２は、ＳＬＭ２００に対して適切に光ビームを視準すると共に拡大縮小するコリメーション光学装置１３４に光ビームを供給する。すなわち、有利なことに、光ビームは、（いわゆるスキャンニングカラーシステム（scanning-color system）とは異なり）ＳＬＭ２００の画素２１０の全てを同時にほぼ完全に照光するように拡大縮小されると共に成形される。光源１３０からのコヒーレントコリメート光ビームは、ビームスプリッタ１４０に供給され、ビームスプリッタ１４０は、コヒーレントコリメート光ビームをＳＬＭ２００上に方向付ける。一方、プロセッサ及びドライバユニット５１０は、ホログラムデータを生成し、ＳＬＭ２００の画素を駆動するように当該データを適用する。ＳＬＭ１２０の画素の各々を駆動するデータに応答して、コヒーレントコリメート光ビームは、ビームスプリッタ１４０に逆反射される空間変調光ビームを発生させるために空間変調される。ビームスプリッタは自身を通じて、光学ユニット３５０に空間変調光ビームを伝える。光学ユニット３５０は、ＳＬＭ２００の実際の画素ピッチ２２０に対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"３２０をもたらすように空間変調光ビームを伝える。

図５の構成体における光学ユニット３５０の包含は、ＳＬＭ２００の画素２１０の実効ピッチを低減させるが、同じ倍率で画像面５８０における物体画像の大きさも低減させる。画像サイズにおける低減は、所望の物体（又はシーン）画像よりも大きな物体又はシーンのためのホログラムを計算するプロセッサ及びドライバユニット５１０によって選択的に補償され得るので、画像の低減は、ホログラムの計算における画像のサイズの増大によって補償される。

好ましい実施例がここに開示されているが、本発明の概念及び範囲内にある多くの変形例は可能である。記載の発明の詳細な説明、図面、及び請求項の確認後、このような変形例は当業者にとって明らかになる。それ故に本発明は、記載の特許請求の範囲内を除いて限定されるものではない。

エレクトロホログラフィックディスプレイシステムを示す。空間光変調器（ＳＬＭ）の画素、及びそれから生成される関連放射パターンを示す。実際の画素ピッチに対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"をもたらす構成体の一つの実施例を示す。実際の画素ピッチに対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"をもたらし得る光学ユニットを含む構成体を示す。実際の画素ピッチに対してかなり低減させられる"実効画素ピッチ"をもたらし得る光学ユニットを含むエレクトロホログラフィックディスプレイシステムを示す。

Claims

コヒーレントコリメート光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
変調光ビームを発生させるために前記コヒーレントコリメート光ビームを受光すると共に変調し、a₁の画素ピッチを有する複数の画素を含む空間光変調器と、
ホログラフィック画像を表すホログラムデータを生成すると共に、前記空間光変調器に、前記ホログラムデータで前記コヒーレントコリメート光ビームを変調させるために前記空間光変調器の前記画素に適切な駆動信号をもたらすプロセッサ及びドライバユニットと、
前記変調光ビームを受光すると共に、それから前記ホログラフィック画像を生成するように配置され、前記ホログラフィック画像の実効画素ピッチは、a₁よりも小さなa₂になる光学ユニットと
を有するエレクトロホログラフィックディスプレイシステム。
の場合に

になる請求項１に記載のシステム。
の場合に

になる請求項１に記載のシステム。
前記光学ユニットは、前記変調光ビームが第一及び第二のレンズを通じて連続的に通過するように構成される前記第一及び第二のレンズを有し、前記第一のレンズは、前記第二のレンズの第二の焦点距離Ｌ２よりも長い第一の焦点距離Ｌ１を有する請求項１に記載のシステム。
の場合に

になる請求項４に記載のシステム。
の場合に

になる請求項４に記載のシステム。
前記空間光変調器は反射型液晶ディスプレイデバイスになる請求項１に記載のシステム。
前記空間光変調器は反射型液晶オンシリコンデバイスになる請求項１に記載のシステム。
前記コヒーレント光源はレーザ光発生デバイスを含む請求項１に記載のシステム。
ホログラフィック画像を表示する方法であって、
a₁の画素ピッチを有する複数の画素を有する空間光変調器にコヒーレントコリメート光ビームを供給するステップと、
前記空間光変調器に、前記ホログラムデータで前記コヒーレントコリメート光ビームを変調させて、変調光ビームを発生させるために前記空間光変調器の前記画素に適切な駆動信号をもたらすステップと、
前記ホログラフィック画像の実効画素ピッチがa₁よりも小さなa₂になるように前記ホログラフィック画像をもたらすために前記変調光ビームを光学的に処理するステップと
を有する方法。
の場合に

になる請求項１０に記載の方法。
の場合に

になる請求項１０に記載の方法。
前記ホログラフィック画像をもたらすために前記変調光ビームを光学的に処理するステップは、前記変調光ビームを第一及び第二のレンズを通じて連続的に通過させるステップを有し、前記第一のレンズは、前記第二のレンズの第二の焦点距離Ｌ２よりも長い第一の焦点距離Ｌ１を有する請求項１０に記載の方法。
の場合に

になる請求項１３に記載の方法。
の場合に

になる請求項１４に記載の方法。
前記空間光変調器は反射型液晶ディスプレイデバイスになる請求項１０に記載の方法。
前記空間光変調器は反射型液晶オンシリコンデバイスになる請求項１０に記載の方法。
前記コヒーレント光源を供給するステップは、レーザ光発生デバイスからの光を供給するステップを含む請求項１０に記載の方法。