JP2010513962A - スペックルを減少する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
キャリア媒体上の規則正しいパターンに配置された画素へエンコードされる値は、実際のオブジェクトを起源としたものとすることもできるし、或いはコンピュータ合成ホログラム(CGH:computer-generated hologram)とすることもできる。
投影表示におけるスクリーンとダイレクトビュー表示におけるキャリア媒体の両方を総称して、以下ではスクリーンと称する。
3Dシーンのスペックルパターンを減少するための時間的な平均化に関して知られている方法では、所定数の異なるランダムな位相で3Dシーンが計算され、ホログラムのそれぞれが、速いペースで次から次へとキャリア媒体上に描かれる。ホログラムの表示においては、多数回のホログラム計算のために計算負荷が非常に増加し、キャリア媒体のリフレッシュ頻度が非常に増加してしまう。これらは好ましくないことである。
スクリーン上において、隣り合う及び/又は下へ並ぶ、3Dシーンから計算された複数のサブホログラムのエンコードは、従来技術において示唆されるように、オブジェクトポイントに対応するホログラム値がスクリーン上の異なるセクションにおいて繰り返されるという効果を有する。これは、観察ウインドウから再構成された3Dシーンを可視にすることの原理に関して可能ではない。また、サブホログラムの空間的な繰り返しには、各個別サブホログラムの解像度がキャリア媒体において減少するという不具合がある。
本発明が基礎としている、3Dシーンを再構成するための観察ウインドウは、エンコードされたホログラムの複素波面の、異なる光拡散が生成される再構成空間における位置としての視点位置と一致しているとみなすことができる。再構成された3Dシーンを見ることができるようにするために、観察者の目はその視点位置になければならない。
光の波長に作用することにより、わずかに変更されたスペックルパターンをもつ、同一の3Dシーンの複数のわずかに変更された再構成が生成され得る。
照明手段(L)が、制御手段(CM)により制御されて、光再構成システム(RO)と光変調器(SLM)とを照明するために、わずかずつ異なる波長をもつ高速ペースのコヒーレントな光のパルス列を生成し、
高速ペースの光のパルス列は光変調器(SLM)を通過し、そこで、光のパルスの複素波面がエンコードされたホログラム値で変調され、
変調された複素波面の高速ペースの列が再構成空間の目の位置(PE)に変換され、同じ3Dシーンの複数の再構成を、再構成空間の同じ位置に高速なペースで次々と生成する。
複数の照明手段が同時にコヒーレント光を放出し、それらは、いくつかのわずかに異なる波長をもつ複素波面が同時に、光再構成システムと光変調器とを照明するように、制御手段によって作用され、
わずかに異なる波長をもつ複素波面は同時に光変調器を通過し、ここで、それらはエンコードされたホログラム値で変調され、
複数の変調された複素波面は同時に、再構成空間における目の位置へ変換され、再構成空間における同じ位置に同じ3Dシーンの複数の再構成を同時に生成し、オーバーラップさせる。
本発明の方法は、観察者の右目と左目に個別に、例えば交互に、適用することが可能である。
光再構成システムと光変調器とを照明するために、わずかに異なる波長をもつコヒーレント光のパルスを高速ペースで次々と放出する照明手段と、
高速ペースの変調された複素波面の高速ペースの列を再構成空間における目の位置に変換し、光再構成空間の同じ位置に同じ3Dシーンの複数の再構成を高速ペースで次から次へと生成する光再構成システムと、
3Dシーンのホログラムがエンコードされている、光変調器(SLM)の形態のエンコーディング手段と、
上記照明手段と、上記エンコーディング手段と、上記光再構成システムとを制御する制御手段と、
が光の進行方向に並べられる。
わずかに異なる波長のコヒーレント光を同時に放出し、光再構成システムと光変調器とを同時に照明する複数の照明手段と、
ホログラムの複数の変調された複素波面を再構成空間の目の位置に同時に変換し、再構成空間の同じ位置に同じ3Dシーンの複数の再構成を同時に生成しオーバーラップさせる光再構成手段と、
3Dシーンのホログラムがエンコードされた、光変調器の形態のエンコーディング手段と、
少なくとも一つの次元に隣接して配置された複数の光投影系を備え、照明手段のコヒーレント光を複数の光ファイバへ投影する投影手段と、
照明手段とエンコーディング手段と光再構成システムとを制御する制御手段である。
スペックルパターンを減少するホログラフィックディスプレイデバイスは、例えば、ホログラフィックディスプレイである。
観察ウインドウを持つホログラフィックディスプレイは、ホログラフィック再構成の波長依存性においては、一般的なフーリエホログラム、或いは、フレネルホログラムとは実質的に異なる。
まず、これは以下の効果を有する。瞳が最大波長の観察ウインドウの端に位置する場合、観察者は当該波長の再構成のみしか見ることができない。瞳が最小波長の観察ウインドウ内に位置する場合、彼はすべての波長の再構成を見ることができる。
しかしながら、通常のフーリエホログラムまたはフレネルホログラムとは対照的に、三次元シーンの再構成されたオブジェクトポイントの横方向位置は波長に依存して変化することはない。
個々のオブジェクトポイントは、ホログラムにおけるレンズとしてエンコードされる。波長はこのコードにおいて考慮される。ある波長である焦点距離をもつエンコードされたレンズは、波長に対して反比例してその焦点距離を変化させる。波長における変化は、こうして、再構成されたオブジェクトポイントの深さにおける変化となる。
異なる波長を用いたスペックルの低減は、こうして、波長の変化に応じて再構成の深さを変化させるという方法によって、観察ウインドウをもつホログラフィックディスプレイデバイスにおいて実現される。
特に、瞳が観察ウインドウ内を動いた場合、深さの波長依存した変化は、観察ウインドウの中心の外側における視差効果(parallax effect)となる。観察者は、目の位置から、異なる波長の再構成を並べて見ることになる。
スペックルは、この視差が少なくともスペックルの大きさを有する場合、特に低減される。異なる波長を用いたスペックルの低減は、こうして、観察ウインドウの中央から短部へ向かって改善される。
レーザとLEDの両方が、本発明の種々の実施形態において、照明手段として使用され得る。LEDのような生来的に広帯域の光源は、そのスペクトラムにより、すでにスペックルパターンを低減することを支援している。しかし、レーザは点光源として近似され得るという利点、より高いパフォーマンスを提供するという利点を有する。
本発明は、添付の図面に関連して実施形態により以下で詳細に説明される。
個々の、わずかに異なる光パルスの波長は、制御手段CMにおけるそれぞれにプログラムされた命令により、或いは与えられた制限内のランダムな揺らぎ(fluctuation)にさらされることにより、定義された方法で変更することができる。波長の変更は、後続の再構成とそれぞれのスペックルパターンが平均化されるときに大きな違いをもたないように、数ナノメータの範囲で実現されることが好ましい。
高速ペースの光パルスの列は、光変調器SLMにおいて3Dシーンのエンコードされたホログラム値で変調され、光変調器SLMの手前に配置された変換レンズの後方焦点面BEに、高速ペースで、次々と変換されていく。変換レンズは、また、光再構成システムROを表している。光再構成システムROの後方焦点面BEは、視点位置PEが常時位置する再構成空間に存在する。
変調された、複素波面は、再構成空間において同じ場所でわずかに異なるスペックルパターンとともに、高速ペースで、次々と同じ3Dシーンの複数の再構成を生成する。再構成は、視点位置PEから観察者の目により、平均化されたスペックルパターンをもつ単一の3Dシーンの再構成として知覚される。
高速ペースの光パルス列が生成されるが、同じホログラムが一般的なリフレッシュ頻度をもつ光変調器上で表示可能であることが好ましい。したがって、ホログラム計算は、このリフレッシュ頻度で実現できれば良い。
光ファイバの光は、単一の光ファイバLLFにおいて統合され、制御手段CMにおけるプログラムによって制御されて、3つのわずかに異なる波長を持つ光による合成光を変換レンズと光変調器SLMに照射する。変換レンズは異なる波長を持つ光を、その後方焦点面BE、すなわち、視点位置PEに変換する。観察者の目がこの位置におかれると、変換レンズの支援で、同時に3つの3Dシーンの再構成を生成するように、異なる波長を持つ3つの複素波面が同時に提供される。わずかに異なるスペックルパターンを持つ3つの再構成が同時に生成され、再構成空間の同じ位置にオーバーラップされるので、目はこれら再構成を平均化し、減少されたスペックルパターンをもつ単一の3Dシーンの再構成を知覚することになる。
Claims (12)
- ホログラフィックディスプレイデバイスにおいて生成される3次元のホログラフィック再構成においてスペックルを減少する方法であって、
3Dシーンのホログラムがエンコードされた、コントローラブルな光変調器が、十分にコヒーレントな光で照明され、
空間的に変調された光が、再構成空間を通して光再構成システムによって目の位置へ変換され、ここで前記目の位置は前記光再構成システムの後方焦点面に位置しており、前記光再構成システムは再構成空間において3Dシーンを再構成し、
前記照明は制御手段によって制御され、
前記制御手段(CM)は、異なる波長をもつ複数の複素波面が前記光変調器を通過してエンコードされたホログラム値で変調され、変調された複素波面は前記光再構成システム(RO)によって前記目の位置(PE)に変換され、前記再構成空間の同じ位置にわずかに異なるスペックルパターンをもつ3Dシーンの複数の再構成を生成し、前記複数の再構成が前記目の位置(PE)から平均化されてスペックルが減少された単一の前記3Dシーンの再構成(RE)となるように、前記コヒーレント光の少なくとも一つの特性に作用することを特徴とするスペックルを減少する方法。 - 照明手段(L)は、制御手段(CM)により制御されて、前記光再構成システム(RO)と前記光変調器(SLM)とを照明するために、わずかずつ異なる波長をもつ高速ペースのコヒーレントな光のパルス列を生成し、
前記高速ペースの光のパルス列は前記光変調器(SLM)を通過し、そこで、前記光のパルスの複素波面が前記エンコードされたホログラム値で変調され、
変調された複素波面の高速ペースの列が前記再構成空間の前記目の位置(PE)に変換され、同じ3Dシーンの複数の再構成が、前記再構成空間の同じ位置に高速ペースで次々と生成される、請求項1に記載のスペックルを減少する方法。 - いくつかのわずかに異なる波長をもつ複素波面が同時に、光再構成システム(RO)と光変調器(SLM)とを照明するように、前記制御手段(CM)によって作用される、複数の照明手段(L1、…Ln)が同時にコヒーレント光を放出し、
わずかに異なる波長をもつ前記複素波面は同時に前記光変調器(SLM)を通過し、ここで、それらは前記エンコードされたホログラム値で変調され、
複数の変調された複素波面は同時に、前記再構成空間における前記目の位置(PE)へ変換され、前記再構成空間における同じ位置に前記同じ3Dシーンの複数の再構成を同時に生成し、オーバーラップさせる、請求項1に記載のスペックルを減少する方法。 - 前記照明手段(L1、…Ln)の各々の前記コヒーレント光は、投影手段(AM)の個別の光学投影系(AO)により別々の光ファイバへ向かい、その後、前記光再構成システム(RO)と前記光変調器(SLM)とを照明するために、単一の光ファイバ(LLF)において統合される、請求項3に記載のスペックルを減少する方法。
- 前記異なる波長は、前記制御手段(CM)による所定の方法で、或いは、所定の制限の範囲におけるランダムな変動にさらすという方法により、変化される請求項2及び3に記載のスペックルを減少する方法。
- 請求項2に記載の方法を実施するためのホログラフィックディスプレイデバイスであって、
光再構成システム(RO)と光変調器(SLM)とを照明するために、わずかに異なる波長をもつコヒーレント光の高速ペースのパルス列を放出する照明手段(L)と、
変調された複素波面の高速ペースの列を再構成空間における目の位置(PE)に変換し、光再構成空間に同じ3Dシーンの複数の再構成を高速ペースで次から次へと生成する光再構成システム(RO)と、
3Dシーンのホログラムがエンコードされている、光変調器(SLM)の形態のエンコーディング手段と、
前記照明手段(L)と、前記エンコーディング手段と、前記光再構成システム(RO)とを制御する制御手段(CM)と、
が光の進行方向に提供されていることを特徴とするホログラフィックディスプレイデバイス。 - レーザ又はLEDが、前記光変調器(SLM)を照明するために、選択的に提供される請求項6に記載のホログラフィックディスプレイデバイス。
- 請求項3に記載の方法を実施するためのホログラフィックディスプレイデバイスであって、
わずかに異なる波長のコヒーレント光を同時に放出し、光再構成システム(RO)と光変調器(SLM)とを同時に照明する複数の照明手段(L1、…Ln)と、
複数の変調された複素波面を再構成空間の目の位置(PE)に同時に変換し、再構成空間の同じ位置に前記同じ3Dシーンの複数の再構成を同時に生成しオーバーラップさせる光再構成手段(RO)と、
3Dシーンのホログラムがエンコードされた、光変調器(SLM)の形態のエンコーディング手段と、
少なくとも一つの次元に隣接して配置された複数の光投影系を備え、前記照明手段(L1,…Ln)の前記コヒーレント光を複数の光ファイバへ投影する投影手段(AM)と、
前記照明手段(L1,…Ln)と前記エンコーディング手段と前記光再構成システム(RO)とを制御する制御手段(CM)と、
が光の進行方向に提供されていることを特徴とするホログラフィックディスプレイデバイス。 - 前記照明手段(L;L1,…Ln)は、空間的な合成配列で配置され、わずかに異なる波長をもつコヒーレント光を同時に放出する、請求項9に記載のホログラフィックディスプレイデバイス。
- 照明手段(L;L1,…Ln)としてレーザが用いられる、請求項8に記載のホログラフィックディスプレイデバイス。
- 前記波長の変更は数ナノメータの範囲である、請求項6及び8に記載のホログラフィックディスプレイデバイス。
- 前記光コンポーネントは、ダイレクトビューディスプレイまたは投影ディスプレイのいずれかに適用可能である、請求項6及び8に記載のホログラフィックディスプレイデバイス。
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