JP2010517106A5 - - Google Patents

Description

それらのマトリクス配置のために、変調器セルは波を空間的に等距離に変調する。その結果、ある周期性間隔（periodicity interval）において異なる位置に位置する、フーリエ平面ＦＴＬ上の周期的な系列において、複数の回折次数が同時に生成される。合焦表示スクリーンＳは全ての周期的な系列を観察者平面ＯＬに画像化するとともに、観察者は可視領域の外側に位置する目でそれらを観る。これは光学的なクロストーク（optical cross-talking）として知られている。これを回避するために、アパーチャマスクの形式の空間周波数フィルタＡＰをフーリエ平面ＦＴＬに配置する。当該マスクは、１つの回折次数を選択することによってクロストークを防止し、合焦表示スクリーンＳは、空間周波数フィルタＡＰを通過する被変調波の空間的なスペクトル範囲のみを、目の位置Ｐ_Ｅ０にある観察者平面ＯＬに画像化する。それにより、再構成された３次元シーン３ＤＳを観るための可視領域が目の位置Ｐ_Ｅ０に生成される。空間周波数フィルタＡＰの像は、当該可視領域のジオメトリを画定する。

本発明によれば、ホログラフィック再構成システムは回転されるトラッキングミラーと偏向ミラー手段とを備える。トラッキングミラー手段は、少なくとも１つの回転軸を有し、被変調波の光路に配置される。目の位置を表し、かつ、アイファインダによって提供される位置情報に基づいて、位置コントローラは、間接的に目の位置に一致するようにトラッキングミラー手段の傾きを制御する。このように設定された傾きに起因して、トラッキングミラー手段は、偏向ミラー手段の反射面の少なくとも複数の部分が配置された、目の位置固有の方向へ被変調波を反射する。このことは、反射された波が、アイファインダによって検出された目の位置へ向かう伝搬方向へ表示スクリーンを通して当該システムから出射する前に、偏向ミラー手段が、トラッキングミラー手段から反射された波の方向を変えることを意味する。

偏向ミラー手段は、ビデオホログラムの別の画像が、表示スクリーンの近傍に、理想的には表示スクリーン上に生成されるように、表示スクリーンとトラッキングミラー手段との間に配置され、それにより、変調された光波の全ての部分が、トラッキングミラー手段から表示スクリーンまでの光路においてほとんど同一の光路長をカバーする。ビデオホログラムの画像の表示スクリーンに対する近さは、再構成空間における被変調波の伝搬方向と表示スクリーンの直交する光軸との間の画角に依存する。

本発明の簡易な実施形態によれば、トラッキングミラー手段と偏向ミラー手段との両方は回転可能に固定され、さらに、少なくとも偏向ミラーは位置を変更可能に固定される。従って、位置コントローラは、両方のミラー手段を、被変調波と光出射位置とに関連して、それらのミラーの位置が、トラッキングミラー手段から表示スクリーンまでの光路長が全ての光波について一致する位置まで動かす。

特に偏向ミラー手段について、再構成システムの小型の設計を実現するために、偏向ミラー手段は凹面の反射面に取り付けられ得る。それにより、偏向ミラー手段は、表示スクリーンと比較して、ビデオホログラムの中間画像を拡大して画像化する。

位置コントローラはまた、２つの焦点を有する楕円の一部分を模擬するために、好ましくは凹面の軌道（track）上の偏向ミラー手段を動かす。

本発明の好適な実施形態によれば、偏向ミラー手段は、当該システム内の固定位置に配置され、それらの表面積は、それぞれの所望の調整位置において、反射面の一部分が常に、トラッキングミラー手段によって反射される波の光路に位置するような規模を有する。このために、偏向ミラー手段は、楕円の一部分として形成され、かつ、回転されるトラッキングミラーは、その中心部分が当該楕円の１つの焦点に位置するように配置される。光出射位置を有する表示スクリーンは、当該楕円のもう１つの焦点に位置する。

より正確には、図１に示す空間周波数フィルタＡＰを通過するそれぞれの被変調波の空間周波数スペクトルの個々の部分の画像が、そこに生成される。各ホログラフィック装置ＨＵ_Ｒ，ＨＵ_Ｌは、観察者の片方の目に対して円錐状の再構成空間を実現し、その可視領域は、目の位置Ｐ_ＥＲ及びＰ_ＥＬと対向する。それぞれの再構成空間は、表示スクリーンにおいて始まり、目の位置Ｐ_ＥＲ及びＰ_ＥＬの正面において直接的に終わる。観察者が表示スクリーンＳの正面に動く場合、制御装置ＣＵは、２つのホログラフィック装置ＨＵ_Ｒ，ＨＵ_Ｌを対応する位置に変更する必要がある。従って、反対の方向を有する２つの矢印１及び２は、水平の運動を示す。各観察者の目は、視差の異なる個別の再構成シーンとしてホログラフィック表示を知覚するため、２つのホログラフィック装置ＨＵ _Ｒ ，ＨＵ _Ｌ の光軸は、各観察者の目が「その」再構成シーンを表示スクリーンＳに関して同一の位置で知覚するように常に位置付けられる必要がある。光出射領域のジオメトリは、表示スクリーンＳの光軸からの目の位置Ｐ_ＥＲ及びＰ_ＥＬの偏差に依存するため、２つの伝搬方向Ｄ_Ｒ及びＤ_Ｌが好ましくは表示スクリーンＳ上の中央の光出射位置Ｃで交差する場合に、この条件が満たされる。

本実施形態において、トラッキングミラーＭ１は、アイファインダ（図示せず）によって提供される位置情報に従ってトラッキングミラーＭ１の傾きを制御する、制御装置ＣＵの形式の位置制御手段に対してリンクされている。制御装置ＣＵは、トラッキングミラーＭ１の傾きと、トラッキングミラーＭ１に対向する偏向ミラーＭ２の位置及び傾きとの両方を制御し、それにより、トラッキングミラーＭ１は、被変調波ＬＷ_modを反射方向ＤＡへ偏向ミラーＭ２上に対して反射し、かつ、偏向ミラーＭ２は、表示スクリーンＳ上の固定かつ共通の光出射位置Ｃを通して、所望の目の位置Ｐ _ＥＬ の方向へ当該被変調波ＬＷ_modを偏向する。従って、トラッキングミラーＭ１及び偏向ミラーＭ２は、制御装置ＣＵとともに本発明に係る偏向システムを形成する。

本実施形態において、偏向ミラーＭ２は、回転されかつ位置を変更可能であり、それにより大きな移動性を示すように配置される必要がある。

第１に、被変調波ＬＷ_modが偏向ミラーＭ２から目の位置Ｐ_Ｅへの反射の後に伝搬する光軸は、常に光出射位置Ｃを通過する必要がある。

第２に、変調された光波の、共通の光出射位置Ｃを通過する平面の少なくとも光路長は、目の位置Ｐ _Ｅ と無関係に一定のままである必要がある。

トラッキングの間、波ＬＷ_modは、所望の目の位置Ｐ _Ｅ と無関係に光出射位置Ｃを通して表示スクリーンＳから出射するため、観察者が動く一方で、ホログラフィック再構成又は表示スクリーンＳの背景の正面に個別に再構成されたオブジェクトの横方向のシフトは防止される。この方法のみによれば、当該ホログラフィックシステムは、実効的な領域を失うことなく、任意の目の位置について表示スクリーンの光学的に実効的な表面領域全体を利用することができる。

本発明によれば、上述の条件は、トラッキングミラーＭ１と偏向ミラーＭ２とを、楕円及びその焦点によって幾何学的に画定されるそれぞれの目の位置Ｐ _Ｅ に対する共通の光出射位置Ｃに関連した位置に、配置させることになる。

図４に示す例を用いて上述した２つの条件は、最適には以下の場合に満足され得る。
−制御装置ＣＵが、トラッキングミラーＭ１の傾きに依存して、楕円形の軌道上の接線に類似した偏向ミラーＭ２を動かす場合。
−回転されるトラッキングミラーＭ１の中心が、当該楕円の１つの焦点に配置される場合。
−表示スクリーンＳ上の共通の光出射位置Ｃが、当該楕円の軌道のもう１つの焦点に配置される場合。

被変調波ＬＷ_modを目の位置Ｐ_ＥＬ１へ向けるために、例えば、制御装置ＣＵは、楕円の輪郭に沿ってミラー位置Ｐ _Ｍ２ へ偏向ミラーＭ２の位置を変更かつ回転させる。それと同時に、トラッキングミラーＭ１を、数度左へ回転させる。これら全ての動きを矢印３、４及び５で示している。

本実施形態において、偏向ミラーＭ２は球形の表面を有する。これは、当該偏向ミラーが、フィルタリングされたビデオホログラムの中間画像を表示スクリーン上、又はその近傍に画像化するという利点を有する。それと同時に、偏向ミラーＭ２は、無限焦点レンズ系でフィルタリングされた空間周波数スペクトルを、中間瞳孔の形式で表示スクリーンＳの正面の空間に画像化する。この中間瞳孔は、図４において「瞳孔」という語でマークされている。中間的な瞳孔の位置は、波トラッキングによって制御される目の位置に依存する。合焦表示スクリーンＳは、目の位置Ｐ _Ｅ１ に対応する可視領域に、射出瞳として中間瞳孔を画像化する。ホログラフィックな再構成シーンが、表示スクリーンＳと目の位置Ｐ _Ｅ１ との間の円錐の中に出現する。

しかしながら、図４による実施形態は、動く偏向ミラーＭ２が機械系の慣性モーメントに起因して多大な機械的労力を必要とし、かつ、再構成システムのトラッキング速度が制限されるという不利益を有する。

この不利益に基づいて、図５は本発明の改善した好ましい実施形態を示している。制御装置ＣＵが、比較的小さくかつ軽量のトラッキングミラーＭ１のみを動かせばよいように、大きな偏向ミラーＭ２１が固定位置に配置される。偏向ミラーＭ２１は、反射面ＲＡを有し、その全体的な規模は、当該反射面の一部が、トラッキングミラーＭ１の設定された傾きと無関係に、偏向ミラーＭ２１を動かす必要なく、トラッキングミラーＭ１から反射された波全体の光路に常に位置するのに十分な大きさである。

上述の条件のうちで第２の条件を満足するために、偏向ミラーＭ２１の反射面ＲＡは、本発明の本実施形態に係る楕円の一部分として設計される。このことは、当該反射面ＲＡも凹面ミラーを形成し、当該凹面ミラーが、トラッキングミラーＭ１上に既に位置するビデオホログラムの中間画像を、表示スクリーンＳの近傍に拡大して画像化することを意味する。

大きな偏向ミラーＭ２１が固定位置に配置される、図５の改善した実施形態によれば、異なる目の位置に対して個別の再構成空間が、単一のホログラフィック装置ＨＵを使用した時間多重処理において生成され得る。これを実現するために、ホログラフィックプロセッサは、ホログラフィック装置ＨＵの空間光変調手段の変調器セルを、現在提供されている目の位置に対応するホログラム情報を代替的に含むホログラム系列でエンコードする。それぞれのホログラム情報を含む当該被変調波のみを特定の目の位置に向けるために、制御装置ＣＵは、トラッキングミラーＭ１が２つの角度位置の間でホログラム系列と同期して振動するように、トラッキングミラーＭ１を単に動かす必要がある。比較的小さくかつ軽量型のトラッキングミラーＭ１が使用されるため、この振動は十分な測度で実行され得る。それにより、単一のホログラフィック装置ＨＵが、異なる目の位置に対してホログラフィック再構成シーンを、時間多重処理でちらつきなしに提供できる。

本実施形態において、偏向ミラーＭ２２は、Ｘ次元における円弧形状の、円の一部分を形成する反射面を有する。偏向ミラーＭ２２はまた、当該システムの固定位置に配置される。このために、表示スクリーン上の光出射位置Ｃは、円形の反射面の円の中心にある。複数の方向に方向を変更され得るトラッキングミラーＭ１は、方向を変更された被変調波の光路をその影で妨害しないように、例えば、表示スクリーンＳ上の光出射位置より上側又は下側に配置され得る。トラッキングミラーＭ１の位置に従って、（図６に図示するように）１つ又は２つのホログラフィック装置ＨＵ_Ｒ，ＨＵ_Ｌは、好ましくは偏向ミラーＭ２２の上側又は下側にも配置され、かつ、トラッキングミラーＭ１へ方向付けられる。

図７は本発明の同じ実施形態の側面図であり、トラッキングミラーＭ１、偏向ミラーＭ２２、及び表示スクリーンＳに関連するホログラフィック装置ＨＵ_Ｌの位置の一例を示している。全ての光学エレメントは、被変調波が光軸に対してある角度で一般に伝搬するように、様々な高さの光路に配置される。

本発明の本実施形態では、表示スクリーンＳの光出射位置Ｃを中心に有する像平面へビデオホログラムを画像化する必要もある。従って、一定の光路長が偏向のために必要となるため、偏向ミラーＭ２２はまた、図７に示す楕円形のジオメトリを有する必要がある。本例において、光出射位置Ｃはまた、下方の焦点Ｆ１に配置され、トラッキングミラーＭ１の回転軸は、楕円の垂直方向の一部分の形状を示す偏向ミラーＭ２２の上方の焦点Ｆ２に配置される。

図６及び７はまた、トラッキングミラーＭ１、偏向ミラーＭ２２、及び表示スクリーンＳの間の、変調され方向を変えられた波の光路が、わずかな目の位置に対して光学エレメントの光軸に沿ってのみ進む。光学エレメントを通る光路の傾いた方向は、被変調波の構造に実質的に妨害し得るとともに、システムの光学的な設計に考慮に入れられる必要があり、それに応じて補償される。

この再構成システムは、時間多重処理で複数のホログラフィック再構成を提供することもできるが、図６は、複数のホログラフィック再構成が空間多重方式を使用して実現される一実施形態を示す。このために、当該システムは、観察者のそれぞれの目に対する、個別のホログラフィック装置ＨＵ_Ｒ及びＨＵ_Ｌを備える。両方の装置は、当該システムの中に位置付けられ、それにより、それぞれの装置が、それぞれの目の位置に依存する伝搬方向Ｄ_Ｌ又はＤ_Ｒに対応する、共通に使用されるトラッキングミラーＭ１及び偏向ミラーＭ２１からの反射を通して個別の再構成空間を本質的に生成する。

本発明のさらに別の実施形態によれば、小型の設計を実現するために、光波トラッキング手段も、偏向ミラー又は複数のトラッキングミラーをさらに含んでいてもよい。１つ又は複数の追加のミラーの湾曲した形状は、好ましくは、ホログラフィック再構成システムにおける異なる光路長の補償処理をサポートしてもよい。

Claims (13)

1. シーンを再構成するホログラフィック再構成システムであって、
   ホログラフィック情報を用いて波を変調する空間光変調手段と、
   前記ホログラフィック再構成システムにおける前記変調された波の光路に所望の伝搬方向を与える光波トラッキング手段と
   を備え、
   前記変調された波（ＬＷ_mod）が反射する反射方向（Ｄ_Ａ）を制御するために、表示スクリーン（Ｓ）の正面の前記ホログラフィック再構成システムの内部に配置され、傾きが制御されるトラッキングミラー手段（Ｍ１）を制御する位置制御手段（ＣＵ）と、
   前記空間光変調手段の画像が前記表示スクリーン上又は少なくとも該表示スクリーンの近傍に生成されるように、該表示スクリーンと前記トラッキングミラー手段との間に配置され、かつ、
   前記変調された波を前記ホログラフィック再構成システムから前記表示スクリーン（Ｓ）の固定の光出射位置を通してガイドする偏向ミラー手段（Ｍ２）と
   をさらに備え、
   前記位置制御手段（ＣＵ）は、
   前記偏向ミラー手段（Ｍ２）が、前記反射された波を前記表示スクリーン（Ｓ）を通して前記所望の伝搬方向（Ｄ_Ｂ）へ方向付け、かつ、
   前記変調された波の全ての部分について、設定された前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）の前記傾きと無関係に、該トラッキングミラー手段（Ｍ１）から前記光出射位置（Ｃ）までの光路の長さが一定に維持されるように、
   前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）と前記偏向ミラー手段（Ｍ２）とを制御すること
   を特徴とするホログラフィック再構成システム。
2. 前記偏向ミラー手段（Ｍ２）は、２つの焦点を有する楕円の形状を有する凹面の表面を備え、
   前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）の中心は、当該楕円の一方の焦点に配置され、
   前記表示スクリーン（Ｓ）は、当該楕円の他方の焦点に位置する固定の光出射位置（Ｃ）を有すること
   を特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
3. 観察者の目に対して光源を画像化する合焦表示スクリーン（Ｓ）を備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
4. 制御可能な前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）は、ホログラフィック情報を用いてエンコードされた前記空間光変調手段で生成されたビデオホログラムの中間画像が現れる位置に配置され、
   前記偏向ミラー手段（Ｍ２）は、前記ビデオホログラムが前記表示スクリーン（Ｓ）上に画像化されるように、前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）と前記光出射位置（Ｃ）との間に配置されること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
5. 前記偏向ミラー手段（Ｍ２）は、ビデオホログラムの中間画像を拡大して像平面に画像化するために、凹面の反射面を備えることを特徴とする請求項３に記載のホログラフィック再構成システム。
6. 前記ビデオホログラムの空間周波数スペクトルを生成する無限焦点レンズ系（ＡＦ）をさらに備え、
   光波のトラッキング処理は、中間瞳孔を形成するために前記空間周波数スペクトルが前記表示スクリーン（Ｓ）の正面のホログラム側に画像化されるように設計され、
   前記合焦表示スクリーン（Ｓ）は、観察者の目の位置に対する前記ホログラフィック再構成システムの射出瞳として前記中間瞳孔を画像化すること
   を特徴とする請求項５に記載のホログラフィック再構成システム。
7. 前記偏向ミラー手段（Ｍ２１）は、
   前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）の設定された前記傾きと無関係に、前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）から反射された波全体の光路に反射面（ＲＡ）の一部が常に位置するようなサイズ及びジオメトリを有する当該反射面（ＲＡ）を備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
8. 前記偏向ミラー手段（Ｍ２１）は、
   前記偏向ミラー手段（Ｍ２１）が、ビデオホログラムの前記画像を拡大して像平面に投影するように、
   前記ホログラフィック再構成システムにおける固定位置に配置され、かつ、楕円の弧の形状を有する楕円形の反射面を備えることを特徴とする請求項７に記載のホログラフィック再構成システム。
9. ホログラフィック装置（ＨＵ_Ｒ及びＨＵ_Ｌ）の光変調手段は、観察者の各々の目に対して個別の変調された波を生成し、
   前記ホログラフィック装置（ＨＵ_Ｒ及びＨＵ_Ｌ）は、前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）の前記傾きと無関係に、１人のかつ同一の観察者へ方向付けられた全ての波の少なくとも光軸（Ｄ_Ｌ，Ｄ_Ｒ）が、前記表示スクリーン（Ｓ）上の同一かつ固定の光出射位置（Ｃ）を通るように、前記トラッキングミラー手段（Ｍ１）及び前記偏向ミラー手段（Ｍ２２）と関連して局所的に配置されること
   を特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
10. ホログラフィック装置（ＨＵ_Ｒ及びＨＵ_Ｌ）の光変調手段は、観察者の各々の目に対して個別の変調された波を生成し、
    各ホログラフィック装置（ＨＵ_Ｒ及びＨＵ_Ｌ）は、分離したミラーを割り当てられ、
    前記位置制御手段（ＣＵ）は、対応する観察者の目の現在位置に関連して各ミラーの傾きを制御すること
    を特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
11. ホログラム系列と同期して２つの角度位置の間で振動するトラッキングミラー手段（Ｍ１）を用いて、複数の目の位置に対して分離した再構成空間を時分割モードで生成する単一のホログラフィック装置（ＨＵ）を備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
12. レンズの写像が前記空間光変調手段上にエンコードされることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。
13. 前記ホログラフィック再構成システムの深度を低減するために前記波を折り返す追加の偏向ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック再構成システム。