JP2010527039A5 - - Google Patents

Description

ホログラフィック表示装置等は、実質的には、サブホログラムが再構成されるシーンの各オブジェクト点と共に規定され且つ全体のホログラムが少なくとも１つの光変調器手段を使用してサブホログラムの重畳により形成されるという原理に基づく。尚、少なくとも１つの光変調器手段において、オブジェクト点に分割されるシーンは全体のホログラムとして符号化され、シーンはビデオホログラムの再構成の１周期間隔内に存在する可視領域からの再構成として見られる。一般的に、その原理は、主にオブジェクトから１つ又は複数の可視領域に放射される波面を再構成することである。詳細には、そのような装置は、個々のオブジェクト点の再構成が光変調器手段において符号化される全体のホログラムの部分集合であるサブホログラムのみを必要とするという原理に基づく。ホログラフィック表示装置は、少なくとも１つのスクリーン手段を含む。スクリーン手段は、シーンのホログラムが符号化される光変調器自体であるか、あるいは光変調器において符号化されたシーンのホログラム又は波面が結像されるレンズ又はミラー等の光学素子である。

可視領域におけるシーンの再構成に対するスクリーン手段の定義及び対応する原理は、本出願人により出願された他の文献において説明される。国際公開第ＷＯ２００４／０４４６５９号及び国際公開第ＷＯ２００６／０２７２２８号においては、光変調器自体がスクリーン手段を形成する。国際公開第ＷＯ２００６／１１９７６０号の「Projection device and method for holographic reconstruction of scenes」においては、スクリーン手段は、光変調器上で符号化されたホログラムが結像される光学素子である。独国特許出願公開第１０ ２００６ ００４ ３００号の「Projection device for the holographic reconstruction of scenes」においては、スクリーン手段は、光変調器上で符号化されたシーンの波面が結像される光学素子である。本出願人により出願された国際公開第ＷＯ２００６／０６６９１９号は、ビデオホログラムを計算する方法を説明している。

本発明は、サブホログラムの複素ホログラム値が再構成されるオブジェクト点の波面から光変調器手段の変調器領域において計算されるという概念に基づいて、変調器領域においてモデル化され且つ再構成されるオブジェクト点が焦点にある結像素子の透過率関数又は変調関数が計算及び解析される。

結像素子の位置は、ホログラフィック表示装置のホログラム面において特定される。ホログラム面はスクリーン手段の位置により規定され、簡潔にするために、スクリーン手段は以下の説明において光変調器自体である。

方法の好適な一実施形態によると、結像素子は、ホログラム面に配設され、焦点距離ｆを有し且つ傾斜しているレンズを含む。傾斜レンズは、ホログラム面に対して傾斜していないレンズと、水平方向及び垂直方向の双方において有効なプリズムとから構成される。厳密には、オブジェクト点が非焦点プリズムの関数のために再構成されないため、プリズムはサブホログラムを規定しない。しかし、更にプリズムが変調器範囲の複素ホログラム値に部分的に寄与するため、本発明の考察をある程度明確にするために、これはそのように説明される。以下において、レンズ及びプリズムの例により方法を詳細に説明する。当然、方法は、レンズ又はプリズム単独でも適用される。そのような場合、処理工程又は対応する項は実行されないか又は無視される。サブホログラムの複素値を計算するために、方法のその詳細は、シーンの各オブジェクト点に対して以下の工程を含む。

Ｃ４：プリズムの項は、ホログラフィック表示装置が光源を可視領域に結像する特性を示す場合に省略可能である。

本発明に係る方法は、ホログラフィック表示装置における表現のためにホログラム値を生成することに加え、生成されたサブホログラムによりルックアップテーブルを満たすために使用されるのが好ましい。規定された空間はオブジェクト点に構造化され、各オブジェクト点に対するサブホログラムはルックアップテーブルに格納される。例えば上述の空間は、観察者の眼の瞳孔の位置が特定される許可又は規定された空間であるか、あるいは光変調器手段と可視領域との間にわたる再構成空間（錐台）である。そのような生成されたルックアップテーブルにより、オブジェクト点の先に計算されたサブホログラムを検索でき、ホログラムデータを生成中にそのサブホログラムを使用できる。ルックアップテーブルは、結像素子、すなわち組み合わされたレンズ及びプリズムの関数のサブホログラムにより満たされるのが好ましい。しかし、別個のルックアップテーブルがレンズの関数又はプリズムの関数に関連するサブホログラムによりそれぞれ満たされることも考えられる。一般にそのようなルックアップテーブルは、本発明に係る方法に対して説明されるようなサブホログラムの原理が採用されるのが好ましい任意の他の方法を持続的に促進する。例えばそのようなルックアップテーブルは、継続方法又は大きな計算負荷を要求する方法の促進を可能にする。

ホログラフィック表示装置が基づく原理及びオブジェクト点を表す変調器領域を示す図である。 レンズ及びプリズムを含む結像素子を有する表示装置を示す側面図である。 変調器領域及び垂直方向有効プリズムを示す図である。 変調器領域及び水平方向有効プリズムを示す図である。 本発明に係る方法を示すフローチャートである。 ホログラム面の後方でオブジェクト点を再構成する方法のオプションを示す図である。

図２ａは、ホログラフィック表示装置（ＨＡＥ）を示す側面図であり、方法の一般的な原理を示す。変調器領域（ＭＲ）は、図１で説明されたことに類似して導出される。この領域は、光変調器（ＳＬＭ）が配設されるホログラム面（ＨＥ）に位置する。集束レンズ（Ｌ）及びプリズム（Ｐ）から成る結像素子（ＯＳ）は、変調器領域（ＭＲ）にある。図は、垂直方向有効プリズムウェッジのみを示し、明確にするために、結像素子（ＯＳ）は光変調器手段（ＳＬＭ）の前方に示される。

図３は、本発明に係る好適な方法を示すフローチャートである。方法の開始点は、複数のオブジェクト点（ＯＰ）から構成される３次元シーン（３Ｄ−Ｓ）である。色及び奥行き情報は、オブジェクト点（ＯＰ）に対して有効である。オブジェクト点の可視性は、観察者の位置、すなわち観察者の眼の瞳孔の位置に依存して奥行き情報に基づいて決定される。工程（Ａ）において、ホログラム面（ＨＥ）又は光変調器手段における各変調器領域（ＭＲ）のサイズ及び位置は、可視オブジェクト点毎に決定される。本発明の概念に従い、再構成されるオブジェクト点（ＯＰ）は、ホログラム面にある結像素子の焦点として解釈される。結像素子は、凸レンズ（Ｌ）と図２ｂ、図２ｃに示すような垂直方向及び水平方向有効プリズム（ＰＶ、ＰＨ）との組合せとして考えられる。サブホログラム（ＳＨ）の複素ホログラム値は再構成されるオブジェクト点（ＯＰ）の波面から光変調器手段の変調器領域（ＭＲ）において計算され、変調器領域（ＭＲ）においてモデル化され且つ再構成されるオブジェクト点（ＯＰ）が焦点にある結像素子（ＯＳ）の透過率関数又は変調関数が計算及び解析される。工程（Ｂ１）において、レンズ（Ｌ）の焦点距離は、ホログラム面（ＨＥ）からのオブジェクト点（ＯＰ）の標準的な距離として可視オブジェクト点毎に決定される。

ＳＨ_Ｐ：＝ｚ_Ｐ＝ｅｘｐ｛ｉ＊［Ｃｘ＊（ｘ−ａ）＋Ｃｙ＊（ｙ−ｂ）］｝
ホログラフィック表示装置が光源を可視領域（ＶＲ）に結像する特性を示す場合、１つのプリズムの項は省略される。

図４は、方法を適用することにより、ホログラム面（ＨＥ）の後方に位置するオブジェクト点（ＯＰ）が一般的に同様に再構成されることを示す。その場合、結像素子（ＯＳ）は同様に上述のプリズム（Ｐ）を有するが、結像素子のレンズは、波面が変調器領域において同様に判定される凹レンズ（Ｌ）である。

３Ｄ−Ｓ シーン
ＶＲ 可視領域
ＯＰ 一般的なオブジェクト点
ＯＰｎ 参照指標を有するオブジェクト点
ＳＨ 一般的なサブホログラム
ＳＨＬ レンズのサブホログラム
ＳＨＰ プリズムのサブホログラム
ＭＲ 変調器領域
ＳＨｉ 一般的な指標付きサブホログラム
ＨΣＳＬＭ ホログラム全体
ＨＡＥ ホログラフィック表示装置
Ｂ スクリーン手段
ＳＬＭ 光変調器手段
ＨＥ ホログラム面
ＶＰ 観察者の眼／観察者の位置
ＯＳ 結像素子
Ｌ レンズ
Ｐ プリズム
ＰＨ 水平な有効方向を有するプリズム
ＰＶ 垂直な有効方向を有するプリズム

Claims (12)

1. 少なくとも１つの光変調器手段（ＳＬＭ）を有するホログラフィック表示装置（ＨＡＥ）において用いられる複数のオブジェクト点を含むシーン（３Ｄ−Ｓ）のビデオホログラムを計算するための解析的方法であって、
   −可視領域（ＶＲ）は、前記ビデオホログラムの再構成の１周期間隔内において特定され、
   −その後、変調器領域（ＭＲ）は、再構成されるシーン（３Ｄ−Ｓ）の各オブジェクト点（ＯＰ）と共に、前記特定された可視領域（ＶＲ）によって特定され、再構成される前記オブジェクト点（ＯＰ）のサブホログラム（ＳＨ）は、各変調器領域（ＭＲ）において計算され、ホログラム全体（ＨΣ_ＳＬＭ）は、サブホログラム（ＳＨ）の重畳により生成され、
   −サブホログラム（ＳＨ）の複素ホログラム値は、再構成される前記オブジェクト点（ＯＰ）の波面から前記光変調器手段の前記変調器領域（ＭＲ）において決定され、変調器領域（ＭＲ）においてモデル化され且つ再構成される前記オブジェクト点（ＯＰ）が焦点にある結像素子（ＯＳ）の透過率関数又は変調関数が計算及び解析され、前記オブジェクト点（ＯＰ）の前記サブホログラム（ＳＨ）は前述の機能を用いて計算されることを特徴とする方法。
2. 前記モデル化された結像素子（ＯＳ）は、少なくとも１つのモデル化されたレンズ（Ｌ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記シーンの各オブジェクト点に対して、
   Ａ：半分の幅「ａ」及び半分の高さ「ｂ」を与えられ且つローカル座標を与えられる変調器領域（ＭＲ）である前記サブホログラム（ＳＨ）のサイズ及び位置を決定する工程と；
   Ｂ：前記変調器領域（ＭＲ）において前記レンズ（Ｌ）のサブホログラムを決定する工程であり、
   Ｂ１：前記変調器領域（ＭＲ）から再構成される前記オブジェクト点（ＯＰ）の標準的な距離であるのが好ましい前記レンズ（Ｌ）の焦点距離を決定する工程と、
   Ｂ２：λが基準波長であり、ｆが焦点距離であり、（ｘ，ｙ）が対応する座標対であり、符号が凹レンズ／凸レンズを示す場合に式ｚ_Ｌ＝ｅｘｐ｛＋／−ｉ＊［（π／λｆ）＊（ｘ^２＋ｙ^２）］｝を使用して前記レンズ（Ｌ）の対応するサブホログラム（ＳＨ_Ｌ）の複素値を決定する工程とを含む工程と；
   Ｃ：前記変調器領域（ＭＲ）において前記モデル化されたプリズム（Ｐ）のサブホログラムを決定する工程であり、
   Ｃ１：Ｍが前記プリズムの傾斜である場合に間隔ｘ∈［−ａ，ａ］において式Ｃｘ＝Ｍ＊（２π／λ）により記述される水平な有効方向を有する前記プリズム（ＰＨ）の線形因子Ｃｘを決定する工程と、
   Ｃ２：Ｎが前記プリズムの傾斜である場合に間隔ｙ∈［−ｂ，ｂ］において式Ｃｙ＝Ｎ＊（２π／λ）により記述される垂直な有効方向を有する前記プリズム（ＰＶ）の線形因子Ｃｙを決定する工程と、
   Ｃ３：ｚ_Ｐ＝ｅｘｐ｛ｉ＊［Ｃｘ＊（ｘ−ａ）＋Ｃｙ＊（ｙ−ｂ）］｝により前記２つのプリズムの項を重畳することにより前記組み合わされたプリズムの対応するサブホログラム（ＳＨ_Ｐ）の複素値を決定する工程とを含む工程と；
   Ｄ：前記レンズ及び前記プリズムの複素値がｚ_ＳＨ＝ｚ_Ｌ＊ｚ_Ｐ又は符号ではＳＨ＝ＳＨ_Ｌ＊ＳＨ_Ｐにより乗算される前記モデル化されたレンズ（Ｌ）の前記サブホログラム（ＳＨ_Ｌ）及び前記モデル化されたプリズム（Ｐ）の前記サブホログラム（ＳＨ_Ｐ）の変調を行なう工程と；
   Ｅ：各重畳されたサブホログラムがランダム位相Φｚを割り当てられ且つ複素乗算がｚ_ＳＨ：＝ｚ_ＳＨ＊ｅｘｐ（ｉΦｚ）又は符号ではＳＨ：＝ＳＨ＊ｅｘｐ（ｉΦｚ）により実行されるランダム位相の適用を行なう工程と；
   Ｆ：前記変調サブホログラムの値がｚ_ＳＨ：＝Ｃ＊ｚ_ＳＨ又はＳＨ：＝Ｃ＊ＳＨにより実強度因子Ｃを与えられる強度変調を行なう工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記サブホログラム（ＳＨ）の位置を考慮して、ホログラム全体（ＨΣ_ＳＬＭ）を形成するための重畳はＨΣ_ＳＬＭ＝ΣＳＨ_ｉにより前記サブホログラム（ＳＨ）の複素和として計算されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. オブジェクト点の各変調サブホログラム（ＳＨ）はランダム位相を与えられ、全てのサブホログラムのランダム位相は均一に分布されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記変調器領域（ＭＲ）の位置は、前記変調器領域（ＭＲ）の中心が再構成される前記オブジェクト点（ＯＰ）及び前記可視領域（ＶＲ）の中心を通る直線上にあるように決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 前記変調器領域（ＭＲ）のサイズは、前記オブジェクト点（ＯＰ）を通って前記光変調器手段（ＳＬＭ）まで前記可視領域（ＶＲ）を追跡することにより決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
8. 前記複素ホログラム値は、前記光変調器手段（ＳＬＭ）の画素値に変換されることを特徴とする請求項１乃至７の少なくとも１つに記載の方法。
9. 前記複素ホログラム値は、コードのＢｕｒｃｋｈａｒｄｔ成分又は二相成分に変換されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 少なくとも１つの光変調器手段（ＳＬＭ）を有し、複数のオブジェクト点を含むシーン（３Ｄ−Ｓ）の計算されたビデオホログラムとスクリーン手段（Ｂ）を有するホログラフィック表示装置（ＨＡＥ）であって、前記装置は、請求項１乃至８の少なくとも１つに記載の方法を実行し、
    前記スクリーン手段（Ｂ）は、前記シーン（３Ｄ−Ｓ）の前記ホログラムが符号化される前記光変調器手段（ＳＬＭ）自身であることを特徴とするホログラフィック表示装置。
11. 前記スクリーン手段（Ｂ）は、前記光変調器（ＳＬＭ）上で符号化されたホログラム又は前記光変調器手段（ＳＬＭ）上で符号化された前記シーンの波面が結像される光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載のホログラフィック表示装置。
12. 前記光学素子はレンズ又はミラーであることを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィック表示装置。