JP2011507022A - ホログラフィ像表示システム - Google Patents

Abstract

この発明は、イメージのホログラフィック表示のための方法、装置、及びコンピュータプログラムコードに関する。イメージをホログラフィックに表示する方法について説明され、前記方法は、空間光変調器（ＳＬＭ）のピクセル上にホログラムを表示し、前記ホログラムの再生フィールド（ＲＰＦ）のピクセルに前記イメージが表示されるように前記ＳＬＭに光を当てるものであって、さらに、前記再生フィールドを複数の空間インタレース領域に細分し、観察者の目において、前記イメージの印象を与えるために前記インタレース領域が統合するように、かつ、前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記再生フィールドの前記インタレース領域の各々についてホログラムを異なる時間で順次表示するものである。

Description

この発明は、イメージのホログラフィック表示のための方法、装置、及びコンピュータプログラムコードに関する。

出願人は、ホログラフィックに画像（イメージ：ｉｍａｇｅ）を表示するための技術を既に説明している（例えば、ＷＯ２００５／０５９６６０、ＷＯ２００６／１３４３９８、ＷＯ２００６／１３４４０４、ＷＯ２００７／０３１７９７、ＷＯ２００７／０８５８７４、及びＷＯ２００７／１１０６６８は全てその全体を参照することによりこれに含まれる）。それらは、例えば、デジタルカメラ、携帯電話、携帯型メディアプレーヤ、ラップトップコンピュータ等の携帯型バッテリー駆動装置を含む様々な出願に及ぶ。

大まかに言って、この技術では、複数のホログラムを表示することで画像が表示され、各ホログラムは再生フィールド（ｒｅｐｌａｙ ｆｉｅｌｄ）において空間的に重なり合い、個別に見ると、画像データのホログラフィック変換の前に（位相変調により）ノイズが加えられているために、比較的ノイズがあるように見える。しかし、高速で連続的に見ると、ノイズが低減された（低い）画像の印象を与えるために、見る人の目において、再生フィールド画像が平均化する。連続した一時サブフレームにおけるノイズは、擬似ランダム（ほぼ独立）、又はノイズキャンセルのために１つ以上前のサブフレームにおけるノイズによって決まるサブフレーム内のノイズ、又は両者を組み合わせたものが用いられる。このようなＯＳＰＲ（One Step Phase Retrieval）型の手法、及びこれに関連するＡＤＯＳＰＲ（適応ＯＳＰＲ）の詳細を後述する。

従来のＡＤＯＳＰＲ手法は、好適なサイズ（例えば１０２４×１０２４ピクセル）のフレームに（適当な前処理の後に）埋め込まれ、多くのホログラムサブフレームが作り出される、入力画像の色平面全体を連続的に考慮することで機能する。各ホログラムサブフレームは、フレームと同じ解像度であり、その計算は、前記サイズのフーリエ変換を必要とする。高速フーリエ変換演算のハードウェア実装の性質によれば、生成される極めて複雑な中間データを格納するための大きくて速いメモリが必要となる。必要なメモリ処理能力は、オフチップ実装を困難にする一方、必要なメモリサイズはオンチップ実装を非経済的にする。

さらに、この方法で生成されたホログラムはシミュレーションでは良い性能を示す一方で、実際に生成される画像は中間ピクセル干渉の現象を示し、画像の均一性や読みやすさを低下させる。このような現象は、ＳＬＭ表面及びレンズにおける非平坦性に起因する光学システム収差によるものである。このような収差は、システムの点広がり関数（ＰＳＦ）を空間広がりにおいて増大させ、その結果、隣接ピクセルからのスポットが重なり合う。スポットはコヒーレントなため互いに干渉し、関連するターゲットピクセルがランダム位相を有するため、干渉は、出力において斑点（ブロッチ）として出現する建設的（constructive）干渉及び破壊的（destructive）干渉のランダム領域からなる。（この効果は何人かの著者には“スペックル（speckle）”と称される。しかし、その効果はその言葉の通常の意味でのレーザスペックルの現象とは全く関係がなく、粗い表面からの散乱の後の、目の網膜におけるコヒーレント光の干渉に起因する。）ＧＢ２４４８１３２（参照することによりこれに含まれる）として公開された本出願人の審査中の出願ＧＢ０７０６２６４．９に記載されている手法は、システムのＰＳＦを考慮することにより中間ピクセル干渉を補正するが、システムに非組織的な（non-systematic）非平坦性が存在する場合のように、ＰＳＦが正確に分かっていない場合、その効果は著しく低減する。

ホログラム記録のための２次元エンコード方法はＪＰ０９１９７９４７に記載されている。

本発明の第１態様によれば、イメージをホログラフィックに表示する方法であって、
空間光変調器（ＳＬＭ）のピクセル上にホログラムを表示し、
前記ホログラムの再生フィールド（ＲＰＦ）のピクセルに前記イメージが表示されるように前記ＳＬＭに光を当てるものであって、
さらに、
前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に細分し、
観察者の目において前記イメージの印象を与えるために前記インタレース領域が統合し、かつ、前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記再生フィールドの前記インタレース領域毎にホログラムを異なる時間で順次表示することを特徴とする方法が提供される。

前記インタレース領域はそれぞれ、前記再生フィールドの１組のピクセルを有してもよく、各ピクセルは光強度が実質的にゼロのピクセルに囲まれている。前記ピクセルの組は、間に間隔を持つ規則的な格子に配置されてもよく、１つの前記格子のピクセルが、他の前記格子の前記間隔の間に位置するように、異なる前記インタレース領域の前記格子は互いに空間的に移動される。

多重インタレース領域は１つの再生フィールドの代わりに各入力イメージ全体を示すように形成されるため、等価ピクセルの一様性を保つためにディスプレイへのフレームレートはインタレース領域の数によって増加される必要がある。従って、前記方法は、低減された解像度で前記再生フィールドにピクセルを表示するためにサブフィールドホログラムを計算することにより、前記再生フィールドの前記インタレース領域を表示するためのホログラムをさらに計算し、前記ホログラム表示は、前記ＳＬＭに前記サブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物を同時に表示することを含む。前記実質的な複製物は実質的に同じデータ又はサブフィールドホログラムとして反転されたデータを有してもよい。前記低減された解像度は、用いられている前記空間的インタレース領域の数に比例して低減され得るものであり、前記サブフィールドホログラムの前記複数の実質的な複製物は、前記用いられている前記空間的インタレース領域の数に比例し得る。

４つの前記インタレース領域が用いることができ、それぞれ、前記再生フィールドにおける前記ピクセルの間隔の２倍のピクセル間隔を有する。インタレース領域は、再生フィールドに直交軸（例えばｘ軸及びｙ軸）を規定し、第１インタレース領域がゼロに囲まれた偶数ｘ座標及び偶数ｙ座標のピクセルを含み、第２インタレース領域がゼロに囲まれた奇数ｘ座標及び偶数ｙ座標のイメージピクセルを含み、第３インタレース領域がゼロに囲まれた偶数ｘ座標及び奇数ｙ座標のイメージピクセルを含み、第４インタレース領域がゼロに囲まれた奇数ｘ座標及び奇数ｙ座標のイメージピクセルを含むように再生フィールドを分割することで、定義することができる。前記インタレース領域についてのサブフィールドホログラムは、ゼロピクセルを無視することで計算できる。

前記インタレース領域のホログラムは、それぞれ前記再生フィールドにおける横変位を与える位相と共に前記ＳＬＭに表示してもよく、各変位はそれぞれ、ほぼ０ピクセル、水平方向に１ピクセル、垂直方向に１ピクセル、及び垂直方向と水平方向の両方に１ピクセルである。前記ホログラムの前記計算は、前記横変位を与えるための位相シフトの適用を有してもよい。

多重ホログラムは各空間的インタレース領域に使用してもよく、例えば、各インタレース領域についての多重一時サブフレームを生成するために、ＯＳＰＲ型の手順を使用する。

改善された結果のために、フィードバックを有するＯＳＰＲ手順を用いてもよい。しかしその技術はＯＳＰＲ型手順を用いて計算されたホログラムに限定されず、一般に、各インタレース領域を表示する１つ以上のホログラムを計算するために、あらゆるタイプの手順を用いることができる。

本発明の別の態様によれば、
実質的なコヒーレント光源と、
ホログラムとともに前記光源からの光を変調するディスプレイＳＬＭと、
前記ホログラムからイメージを形成し、前記ホログラムの再生フィールドのイメージが形成される中間イメージ位置を有する表示光学と、
前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に分割し、前記空間的インタレース領域についてのホログラムデータを計算するシステムと、
を備え、
前記ＳＬＭは、観察者の目において前記イメージの印象を与えるために前記インタレース領域が統合し、かつ、前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記再生フィールドの前記インタレース領域毎にホログラムを異なる時間で順次表示するように構成されるホログラフィ像表示システムが提供される。

４つのインタレース領域がある場合、１フレーム当たり２４サブフレームを用いる２５フレーム／秒のビデオは、６００フレーム／秒のディスプレイフレームレートを必要とする一方で、現在必要とされているレートは４倍の２４００フレーム／秒である。従って、ホログラフィ像表示システムは、低減された解像度で前記再生フィールドにピクセルを表示するためにサブフィールドホログラムを計算し、表示される前記ホログラムは前記サブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物を有する。前記システムは前記サブフィールドホログラムを前記ＳＬＭへ送信し、前記ＳＬＭは前記サブフィールドホログラムから表示される前記ホログラムを構築する。このようにして、システムとＳＬＭとの間で同じ帯域幅を保つことができる。

本発明の別の態様によれば、ホログラムと共に光源からの光を変調するディスプレイ空間光変調器（ＳＬＭ）であって、サブフィールドホログラムを受け取る入力と、前記受け取ったサブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物から前記ホログラムを構築するシステムと、を備えるディスプレイＳＬＭが提供される。言い換えれば、前記ディスプレイは、サブフィールドホログラムからホログラムを内部生成してもよい。従って、４倍のサブフレームが使用されるが、各サブフレームは１／４のサイズのデータにより表される。

ディスプレイＳＬＭは、前記サブフィールドホログラムを描くための前記ホログラムにおけるタイルを選択する選択ラインと、選択されたタイルの各々の標準又は反転サブフィールドホログラムを描くために調整される反転ピンとを備えてもよい。

本発明の別の態様によれば、ホログラフィックにイメージを表示するためのホログラムデータを生成するデータ処理システムであって、
ホログラムの再生フィールドのイメージを受け取る入力と、
前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に分割し、各空間的インタレース領域についてホログラムデータを計算するプロセッサと、
前記ホログラムデータが空間光変調器に異なる時間で順次表示される時に、前記インタレース領域が前記イメージの印象を与えるために統合し、かつ前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記計算されたホログラムデータを前記空間光変調器（ＳＬＭ）へ送信する出力と、
を備えるデータ処理システムが提供される。

本発明は、上述したシステム及び方法を実行する、特に、ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等のデータ記憶媒体や、読み出し専用メモリ（ファームウェア）等プログラムメモリや、光学的又は電気的信号キャリア等のデータ記憶媒体におけるプロセッサ制御コードをさらに提供する。本発明の実施形態を実行するコード（及び／又はデータ）は、Ｃ言語のような従来のプログラミング言語、又はアセンブリコード、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）をセットアップ又は制御するコード、又はＶｅｒｉｌｏｇ（登録商標）又はＶＨＤＬ（Very high speed integrated circuit Hardware Description Language）等のハードウェア記述言語のコードでのソース、オブジェクト、又は実行コードを有してもよい。当業者は、このようなコード及び／又はデータが、互いに連通した複数の結合要素間に広がってもよいことを認識している。

上述した方法およびシステムの実施形態は、家庭用電子機器、又は広告若しくはサイネージシステム、又は例えば飛行機や車用のヘルメット搭載型若しくはヘッドアップディスプレイに組み込んでもよい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、添付した図面を参照し、ほんの一例として、さらに説明される。

ホログラフィ投影モジュールを組み込む家庭用電子機器の一例を示す図である。 図１のホログラフィ投影モジュールのための光学システム及び反射ＳＬＭと共に使用されるレンズ共有配置の一例を示す図である。 ＯＳＰＲホログラムデータ計算システムのブロック図（図３ａ）及びこのシステムで実行される動作を示す図（図３ｂ）である。 本発明の実施形態に係る方法のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る手順のフロー図である。 ｉフレームを用いた図４の方法の変形例によるフローチャートを示す図である。 ｓフレームを用いた図４の方法の変形例によるフローチャートを示す図である。 複数のサブフィールドホログラムからホログラムを再生するように構成されたＳＬＭの概略図である。

図１は、表示画像１４を投影するためのホログラフィ画像投影モジュール１２を組み込む家庭用電子機器１０の一例を示す。表示画像１４は、ホログラフィックに生成された複数のサブ画像（ｓｕｂ−ｉｍａｇｅ）を有し、各サブ画像は表示画像１４と同じ空間広がりを持ち、表示画像の出現のため高速に連続して表示される。各ホログラフィックサブフレームは、ＯＳＰＲ型の手順を用いて生成される。手順の一例の詳細は後述するが、当業者は、ＯＳＰＲ型の手順を用いることが有利であるが、後述する効率を高めるためのスキーム（ｓｃｈｅｍｅ）が、画像（ここではビデオのフレームを含む）を再生するためにＳＬＭに表示するホログラムを計算する特定の方法に限定されないことを理解する。

図２は図１のホログラフィ投影モジュールのための光学システムの一例を示す。図２を参照すると、（例えば波長５３２ｎｍの）レーザダイオード２０が、ミラー２３を介して、例えば画素化液晶モジュールの空間光変調器（ＳＬＭ）２４へ、ほぼコリメートされた光２２を与える。（図示されたように、このＳＬＭは反射型ＳＬＭであるが、透過型ＳＬＭを使用してもよい。）ＳＬＭ２４はホログラムを用いて光２２の位相変調を行い、位相変調された光は、望ましくは、縮小光学システム２６に与えられる。図示された実施形態では、光学システム２６は、それぞれ焦点距離ｆ₃、ｆ₄（ｆ₃＜ｆ₄）を有し、ｆ₃＋ｆ₄の距離を空けて配置される１組のレンズ（Ｌ３、Ｌ４）２８、３０を備える。光学システム２６は、表示画像を形成する光を分岐することで、投影されたホログラフィ画像（再生フィールドＲ）のサイズを大きくし、変調器の画素サイズを効率的に低減する場合、回折角を大きくする。レンズＬ１及びＬ２は、変調器の表面全体を覆うように、光源からの光を拡大する１組のビーム拡大器を形成し、これは、ＳＬＭ２４に対するビーム２２の相対的な大きさによっては省略することができる。画像を表示するためのホログラムがどのように生成されるかに応じて、逆さまにした表示画像として現れ得る、表示画像の不要な部分、例えば、０次非回折スポット又は繰り返し（ｒｅｐｅａｔｅｄ）１次（共役）画像を減衰するために、空間フィルタを含めることができる。しかし、実用的な空間フィルタリングには、表示画像と再生フィールドの減衰する部分との間の再生フィールドに、いくらかの空間的隔離があることが望ましい。

２位相（バイナリフェーズ：binary phase）ＳＬＭの好適な一例は、ＣＲＬ Ｏｐｔｏ（イギリス、スコットランドのForth Dimension Displays Limited）により作られるＳＸＧＡ（１２８０×１０２４）反射型２位相変調強誘電性液晶ＳＬＭである。強誘電性液晶ＳＬＭは、その高速なスイッチング時間により有利であり、２位相機器は便利であるが、（技術的に、多相（マルチフェーズ）ＳＬＭと称される）３以上の量子化位相を持つ機器を使用してもよい。３相以上の使用は共役画像を抑制するのに対し、２値量子化結果は共役画像をもたらす（ＷＯ２００５／０５９６６０参照）。

図２を再度参照すると、デジタル信号処理機１００は、表示すべき画像を決める家庭用電子機器から画像データを受信するための入力１０２を有する。ＤＳＰ１００は、ＤＳＰ１００の出力１０４から、必要であればドライバ集積回路を介して、ＳＬＭ２４に与えられる、複数のホログラフィサブフレームのための位相ホログラムデータを生成するＯＳＰＲ型の手順を実装する。ＤＳＰ１００は、再生フィールド（ＲＰＦ）において表示画像１４の印象を与えるために結合する複数の位相ホログラムサブフレームを投影するためにＳＬＭ２４を駆動する。ＤＳＰ１００は、ホログラム生成手順を実行するための、専用ハードウェア及び／又はプロセッサ制御コードを記憶するフラッシュメモリ又は他の読み出し専用メモリを備えてもよい。

ＯＳＰＲ手順をレビューすることは、本発明の実施形態を理解するために役立つ。我々はこの手順をOne Step Phase Retrievalを省略して称するが、厳密に言って、実装にあたり、１ステップを超えるもの、例えば参照することにより組み込まれるＷＯ２００６／１３４４０４及びＷＯ２００７／０８５８７４に、１つのサブフレームにおける「ノイズ」が、後続のサブフレームにおいて補償されると記載されているフィードバックを有するＯＳＰＲ、が使用されることも考えられる。後者の手法は、ＡＤＯＳＰＲ（Adaptive OSPR）と呼ぶ。

ＯＳＰＲ
大まかに言って、好適な方法において、ＳＬＭは、表示される画像のホログラムを近似するホログラフィデータを用いて変調される。このホログラフィデータは特別な方法で選択されるが、表示画像は複数の一時サブフレームにより構成され、複数の一時サブフレームはそれぞれ、各サブフレームホログラムを用いてＳＬＭを変調することにより生成される。これらのサブフレームは、観察者（人間）の目において所望の表示画像を生成するために（各々が表示画像と同じ空間広がりを有する）サブフレームが結合するように、連続的かつ十分早く表示される。

例えば、ホログラフィデータを２（バイナリ）又はそれ以上の位相に量子化する結果として、各サブフレームホログラムはそれ自体に比較的ノイズがあるが、サブフレーム間の時間平均はノイズの知覚レベルを低減する。このようなシステムの実施形態は、各サブフレームを個別に見ると比較的ノイズがあるように見えるが、視覚的に高品質な表示を提供することができる。

本手法は、各静止画又は動画のフレームＩ＝Ｉ_xyのための、Ｎ個のバイナリ位相ホログラムｈ⁽¹⁾・・・ｈ^(N)の組を生成する方法である。実施形態では、このようなホログラムの組は、互いに独立な付加雑音を示す再生フィールドを形成する。一例を以下に示す。

ステップ１は、与えられた強度ターゲットＩ_ｘｙと同じ大きさのＮ個のターゲットＧ_ｘｙ ^（ｎ）を形成するが、それらは互いに独立で同一の分布に従い（ｉ．ｉ．ｔ．）、一様ランダム位相である。ステップ２は、Ｎ個の完全複素フーリエ変換ホログラムｇ_ｕｖ ^（ｎ）を算出する。ステップ３及びステップ４は、ホログラムの実部及び虚部をそれぞれ算出する。そして、ステップ５において、ホログラムの実部及び虚部の各々の２値化が行われる。ｍ_ｕｖ ^（ｎ）のメジアンあたりでの閾値化は、−１及び１の数に等しい点がホログラムに存在することを保証し、（定義により）ＤＣバランスを実現し、最小限の再構成誤差を実現する。ｍ_ｕｖ ^（ｎ）のメジアン値は、知覚イメージ品質における最小限の効果とともに、ゼロと見なされる。

図３ａは、この手順を実施するホログラムデータ計算システムのブロック図を示す。入力イメージデータは、コントローラから与えられる制御信号と共に、１つ以上の入力バッファに一時的に格納される。入力（及び出力）バッファは、バッファへのデータ書き込みとバッファからのデータ読み出しとを同時に行うことができるようなデュアルポートメモリを有することが好ましい。制御信号は、１つ以上のホログラフィサブフレームが生成され、ビデオフレーム区間毎にＳＬＭへ送られるように、タイミング、初期化、及びフローの制御情報を有する。入力バッファからの出力は、イメージフレームＩを有し、これはハードウェアブロックの入力になり（別の実施形態では、いくつかの又は全ての処理をソフトウェアで実行してもよい）、ハードウェアブロックは、イメージフレームＩの各々における一連の処理を実行し、各イメージフレームＩは１つ以上のホログラフィサブフレームｈを生成し、ホログラフィサブフレームｈは出力バッファへ送られ、そこからＳＬＭなどの表示装置へ（ドライバチップを介してもよい）与えられる。

図３ｂは、図３ａのシステムの詳細を示し、各イメージフレームから１つ以上のホログラフィサブフレームを生成するように設計された１組の要素を有する。１つのイメージフレームＩ_ｘｙは、入力として、ビデオフレーム区間毎に１回以上与えられることが好ましい。そして、各イメージフレームＩ_ｘｙは、位相変調ステージ、空間周波数変換ステージ、及び任意の量子化ステージのうちの１つ以上を有する１組の演算により１つ以上のホログラフィサブフレームを生成するために使用される。実施形態では、Ｎ個（Ｎは１以上）のサブフレームの組は、上述の演算の順次的な組、又はこのような演算を異なるサブフレームで並行に実行する複数の組、又はこれら２つの手法の混合のいずれかを用いて、フレーム区間毎に生成される。位相変調ステージは、後の演算の実行後に最終イメージ品質における改善が得られるように、空間周波数領域を介して、入力フレームのエネルギーをより均一に再分配する。任意の量子化ステージは、先行する空間周波数変換から複素ホログラムデータを取り出し、ターゲット、例えばバイナリフェーズ、ＳＬＭ（１組のホログラフィサブフレームを生成するために、実部及び虚部を使用することができ、ＡＤＯＳＰＲ（下記参照）は用いない）上で実現され得る実際の変調レベルに対応する値の限定された組にマッピングする。好適な実施形態では、マルチフェーズＳＬＭが用いられるが、独立した量子化ステージは必要ではない。この場合、共役像は形成されない。

上述のＯＳＰＲ手法では、サブフレームホログラムが独立に生成され、それゆえ、独立なノイズを示す。各サブフレームの生成プロセスは、前のサブフレームにより生成されるノイズをキャンセルするためにそれを考慮にいれることができるが、例えば、ｎ個のＯＳＰＲフレームが手順のステージｎ＋１へ向かうような、閉ループシステムの形成後に形成された知覚イメージに効果的に“フィードバック”する。このような適用型（ＡＤ）ＯＳＰＲ手法は、以下のようなフィードバックを用いる。アルゴリズムの各ステージｎは、事前に生成されたホログラムＨ_１〜Ｈ_ｎ−１によりもたらされるノイズを算出し、このノイズをキャンセルするために、ホログラムＨ_ｎの生成の計算の要素に入れる。結果として、ノイズ分散は、１／Ｎ^２に下がる（ここで、ターゲットイメージＴはＮ個のホログラムの組を出力する）。より詳細にはＷＯ２００７／０３１７９７及びＷＯ２００７／０８５８７４に記載されている。

新しい手法
新しい手法は、Ｍ×ＭピクセルのイメージＴ（又はフルカラーシステムのための単色平面）を多重インタレース領域に分割することで開始する。図４は、再生フィールドにｘ軸及びｙ軸を定義することで、イメージを４つのインタレース領域に分割する１つの方法を示す。第１のインタレース領域は、偶数のｘ座標及び偶数のｙ座標のピクセル、すなわち００がマークされ、０に囲まれたピクセルを含み、第２のインタレース領域は奇数のｘ座標及び偶数のｙ座標のイメージピクセル、すなわち０１がマークされ、０で囲まれたピクセルを含み、第３のインタレース領域は偶数のｘ座標及び奇数のｙ座標のイメージピクセル、すなわち１０がマークされ、０で囲まれたピクセルを含み、第４のインタレース領域は奇数のｘ座標及び奇数のｙ座標のイメージピクセル、すなわち１１がマークされ、０で囲まれたピクセルを含む。

各インタレース領域は、定義により２つのピクセルは隣接せず、すべてのアクティブピクセルは、常に８個のゼロピクセルに囲まれる。言い換えれば、これらのインタレース領域の各々は、前記再生フィールドにおける前記ピクセルの間隔の２倍のピクセル間隔を有する。結果として、中間ピクセル干渉は大きく低減し、出力イメージ忠実性における実質的な改善をもたらす。

サブフィールドイメージ又はサブセグメントは、ゼロピクセルを無視することで各インタレース領域（interlaced region）に対して導出される。サブフィールドイメージは、以下のように、Ｔ^００、Ｔ^０１、Ｔ^１０、及びＴ^１１と名付けられる。

Ｔ^００は偶数ｘ座標及び偶数ｙ座標を有する。Ｔ^０１は奇数ｘ座標及び偶数ｙ座標を有する。Ｔ^１０は偶数ｘ座標及び奇数ｙ座標を有する。Ｔ^１１は奇数ｘ座標及び奇数ｙ座標を有する。

図４に示すように、Ｔ^００、Ｔ^０１、Ｔ^１０、及びＴ^１１は（Ｍ／２）×（Ｍ／２）ピクセルのサブセグメントであり、Ｍ×ＭピクセルのイメージＴと比較して、解像度は１／４倍に低減している。これらのサブセグメントの各々に対して、対応する（Ｍ／２）×（Ｍ／２）ピクセルのサブフィールドホログラムＨ_００、Ｈ_０１、Ｈ_１０、及びＨ_１１が計算される。標準ＡＤＯＳＰＲアルゴリズムの改良型はＳＳＯＳＰＲ（サブセグメントＯＳＰＲ）と呼ばれ、サブフィールドホログラムのＮ個のサブフレームを計算するために用いることができる（詳細は以下に説明する）。

各インタレース領域の全部の（擬似複製された（pseudo-replicated））ホログラムＨ’_００、Ｈ’_０１、Ｈ’_１０、及びＨ’_１１は、前記サブフィールドホログラムの複数の実質的複製物（substantial replicas）を前記ＳＬＭに同時に表示することで形成される。Ｈ’_００、Ｈ’_０１、Ｈ’_１０、及びＨ’_１１は、以下のように定義される。

Ｈ’_００は、ホログラムの各象限（又はタイル（ｔｉｌｅ））にサブフィールドホログラムＨ_００の４つの複製を有する。ディスプレイにＨ’_００を表示することは、偶数ｘ座標及び偶数ｙ座標の正確な位置にイメージピクセルを描写し、他の再生フィールドはゼロとなる。同様に、Ｈ’_０１は、ホログラムの各象限に、右象限のためにデータが反転されて、サブフィールドホログラムＨ_０１の４つの複製を有する。Ｈ’_０１を表示することは、奇数ｘ座標及び偶数ｙ座標のイメージピクセルを描写し、他をゼロとする。結果として、ホログラムＨ’_００、Ｈ’_０１、Ｈ’_１０、Ｈ’_１１を時系列で並べた場合、４つのインタレース領域の（目における）インコヒーレント加算により、完全なイメージが形成される。

各サブフィールドイメージを処理する前に、複素共役とともに、４つの複素位相シフト行列を算出する必要がある。これらの行列は固定され、原則として事前に格納することができるか、又は、それらの要素はＦＦＴエンジンを通過してデータとしてオンザフライ（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ）で生成される。

これらの位相シフト行列は（Ｍ／２）×（Ｍ／２）のサイズであり、以下の要素を持つ。

ここで、ｖはホログラム空間における垂直座標を示し、ｕは水平座標を示し、０≦ｖ、ｕ≦Ｍ／２を満たす。

位相シフト行列は前記再生フィールドにおける横変位を与える。第１のサブフィールドホログラムには、横変位は無く、第２のサブフィールドホログラムには、水平に１ピクセルの横変位があり、第３のサブフィールドホログラムには、垂直に１ピクセルあり、第４のサブフィールドホログラムには、垂直及び水平に１ピクセルある。

ターゲットセグメントＴ^ｑｐの各々は図５に詳細に示されるＯＳＰＲアルゴリズムの変形（ＳＳＯＳＰＲ）により独立に処理される。ターゲットセグメントは並列に、又は（おそらく好適には）順次処理され得る。

図５に示されるアルゴリズムは各セグメントｑｐで完全に実行される。ここでｑｐは００、０１、１０、又は１１である。用語は以下のように定義される。

図５を参照すると、初期化アルゴリズムの第１ステップは変数を設定する。

フィールドエラー推定量Ｅは当初０に設定され、後の繰り返しにおいて正確になる。

フィールドエラーＥに適応されるターゲットフィールドは以下のように計算される。

ターゲットフィールドを位相変調（いわゆるｅ^ｊθを乗算）して、変換（いわゆる逆フーリエ変換を適用）して、適当な位相シフト行列Ｐを点別に乗算することで、ホログラムへの第１の近似が生成される。位相変調及び変換のステップは、標準ＯＳＰＲアルゴリズムで使用されるものと同一である。異なる点は、位相シフト行列Ｐの乗算の導入である。

標準ＯＳＰＲアルゴリズムと同じように、完全複素ホログラムは以下のようにバイナリフェーズに量子化し得る。

バイナリフェーズ量子化を記載したが、図３ｂに示すようなマルチフェーズ量子化が代替手法である。第１近似は、例えばＬｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムの４つのステップを適用することで正確になる。他の同様のサブアルゴリズムは、コヒーレント最適化を達成するために使用し得る。

Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムのステップ１はｉ番目のホログラムのＦＦＴを計算するものであり、例えば、２値化ホログラムのための以下の数式を適用する。

ステップ２は、特定の信号窓Ｗにおけるコヒーレントノイズ補償を用いて、取得されたフィールドを更新する。定数（変化する）はγ_１＝２、γ_２＝１である。

ステップ３は、２値化され得る改良ホログラムの最初の繰り返しを計算する。

ステップ４は、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムの次のループを完了し、Ｑ回の繰り返しを完了するまで、改良ホログラムの各繰り返しを与える。すなわち、ｑ＝ｑ＋１である。

ｑ＜Ｑの場合、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムのステップ１に行く。

Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムの最後の繰り返しにより生成されるホログラムはディスプレイに送られる。Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムは同等のサブアルゴリズムと置換し得る標準サブアルゴリズムであり、本発明に必須の特徴ではない。Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムは、２値化ステップを省略したときに改良ホログラムを生成するための標準的な方法に変更することができる。

いったんＬｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムを完了すると、ホログラムの強度は位相シフト行列の複素共役が乗算され、その高速フーリエ変換が計算される。言い換えると、上述した変換及び位相シフトステップは反転される。

上述の式は２値化されたホログラムを示すが、この式は２値化されないホログラムの強度を算出する標準的な方法に補正できる。

強度エラー推定量は、以下のように、現段階で目によって知覚されるノイズを補償するために計算される。

計算された強度エラーは第２ステップに与えられる、すなわちターゲットフィールドを計算し、アルゴリズムのすべての後続ステップが再計算される。アルゴリズムはすべてのＮ個のホログラムが生成されるまで繰り返す。

アルゴリズムは４つのサブセグメントの各々について実行し、Ｈ_ｖｕ ^{（ｉ，ｑｐ）}で与えられる全部で４Ｎのホログラムサブフレームを生成する。これらのホログラムは、上記記載において定義した擬似複製ホログラムＨ’_ｖｕ ^{（ｉ，ｑｐ）}を形成するために（好適にはディスプレイ内で）処理され、表示される。

サブフィールドホログラムは独立であるため、それらは順次計算され得る。各サブフィールドホログラムは（Ｍ／２）×（Ｍ／２）だけのサイズのフーリエ変換を必要とするため、Ｍ×Ｍが必要な従来の手法とは違って、変換ステップに必要とされるメモリサイズを４分の１に低減し、オンチップ実装をより実現可能にする。

実際には、許容イメージ品質を実現するために、コヒーレント最適化の多くの繰り返しが必要とされ（すなわちＱ＞１）、上述のようなアルゴリズムは計算が複雑過ぎる。計算が効率的な別の手法は、ｉフレーム及びｓフレームのコンセプトを用いる。

ｉフレーム（初期フレーム）は、ホログラムが最初から生成される新たに受信したビデオフレームを示す。先行フレームに依存しない。

ｓフレーム（後続フレーム）は、先行ビデオフレームにために生成されたホログラムを初期推定量として使用し、この後続フレームのホログラムを生成する。

図６はｉフレームのサブセグメントアルゴリズムのフローチャートを示す。このアルゴリズムのステップは、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムを省略した点を除いて、図５に示すものと同一である。

言い換えれば、第１ステップは変数の初期化である。

第２ステップは、フィールドエラーＥに適応されるターゲットフィールドを計算する。

完全複素ホログラムは以下を適用することで生成される。

ホログラムは、最適化ホログラムへの第１近似として、バイナリフェーズに量子化し得る

例えば、２値化されたホログラムのための以下の数式を適用することで、ｉ番目のホログラムのＦＦＴの強度が計算される。

次のステップは、現段階で目によって知覚されるノイズを補償するための強度エラー推定量を算出する。

アルゴリズムの次のループは、全Ｎ個のホログラムが生成されるまでに完了する。すなわち、ｉ：＝ｉ＋１であり、ｉ＜Ｎの場合ステップ２へ行く。

図７はｓフレームのサブセグメントアルゴリズムを示す。このアルゴリズムのステップは、ステップ３及びステップ４を除いて図６に示されるものと同一である。

言い換えれば、第１ステップは変数の初期化である。

そしてフィールドエラーＥに適応されるターゲットフィールドが以下のように算出される。

ステップ３では、完全複素ホログラムの計算の代わりに、ターゲットフィールドが、先行するビデオフレームに基づいて、特定信号窓Ｗにおけるコヒーレントノイズ補償とともに更新される。定数（変化する）はγ_１＝２、γ_２＝１である。

改良ホログラムが計算され、量子化され得る。

次のステップはｉ番目のホログラムのＦＦＴの強度を、例えば２値化されたホログラムのための以下の数式を用いて、計算する。

そして、現段階で目によって知覚されるノイズを補償するために強度エラー推定量が計算される。

最後に、アルゴリズムの次のループが、全Ｎ個のホログラムが生成されるまでに完了する。ｉ：＝ｉ＋１であり、ｉ＜Ｎの場合、ステップ２へ進む。

多くの場合と同様に、後続のビデオフレームの内容が似ている場合、この手法は、１つのビデオフレームから次へ進むためのコヒーレントホログラム最適化、及び１つのサブフレームから次へ進むためのインコヒーレントホログラム最適化を可能にする。結果として、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈのただ１つの“繰り返し（ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）”は、各ビデオフレームで実行されることを必要とし、必要な計算を低減する。

上述したように、サイズ（Ｍ／２）×（Ｍ／２）のサブフィールドホログラムが計算され、完全（擬似複製）ホログラムが、これらのサブフィールドホログラムの実質的な複製物から形成される。計算システムからＳＬＭへの送信帯域幅が増加することを防止するために、サブフィールドホログラムは、完全ホログラムを決定するように構成されたＳＬＭへ送られる。図８はこのようなＳＬＭの概略実装を示す。データはロウアドレス及びカラムアドレスとともにバッファへ与えられる。図示したように、データはロード時にディスプレイメモリから包み込まれる。上述の１０２４×１０２４ピクセルのホログラムでは、データ及びアドレスは１０ビットアドレスである。各アドレスの１０番目のビットはホログラムサブフィールドのアドレス指定された象限（又はタイル）に紐付けられる。また、１０番目のビットは、上述のＨ’_００、Ｈ’_０１、Ｈ’_１０、Ｈ’_１１の定義に応じた各象限において、標準又は反転データを与えるために調節できる反転ピンに紐付けられている。

上述の技術及び変形例についての出願は、携帯電話機、ＰＤＡ、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲームコンソール、車載シネマ、ナビゲーションシステム（車載用又は腕時計型ＧＰＳ等の個人用）、自動車及び飛行機のヘッドアップ及びヘルメット搭載ディスプレイ、時計、パーソナルメディアプレーヤ（例えばＭＰ３プレーヤやパーソナルビデオプレーヤ）、ダッシュボード搭載ディスプレイ、レーザ光ショーボックス（ｓｈｏｗ ｂｏｘ）、パーソナルビデオプロジェクタ（“ビデオｉＰｏｄ（ＴＲＭ）”型）、広告及びサイネージシステム、（デスクトップを含む）コンピュータ、遠隔コントロールユニット、ホログラフィイメージディスプレイシステムに組み込まれる構造備品、より一般的には画像を共有する及び／又は１人以上の人間が同時にイメージを見ることが求められるあらゆる装置を含むが、これに限定されない。

当業者により効果的な代替物が生み出されるが、本発明は上述の実施形態に限定されず、当業者により添付の請求の範囲の精神と範囲に含まれることが明らかな変形例に及ぶことが理解される。

Claims (18)

1. イメージをホログラフィックに表示する方法であって、
   空間光変調器（ＳＬＭ）のピクセル上にホログラムを表示し、
   前記ホログラムの再生フィールド（ＲＰＦ）のピクセルに前記イメージが表示されるように前記ＳＬＭに光を当てるものであって、
   さらに、
   前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に細分し、
   観察者の目において前記イメージの印象を与えるために前記インタレース領域が統合し、かつ、前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記再生フィールドの前記インタレース領域毎にホログラムを異なる時間で順次表示することを特徴とする方法。
2. 前記インタレース領域は、前記再生フィールドの１組のピクセルを有し、各ピクセルは光強度が実質的にゼロのピクセルに囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記インタレース領域は、間に間隔を持つ規則的な格子に配置された１組のピクセルを有し、１つの前記格子のピクセルが、他の前記格子の前記間隔の間に位置するように、異なる前記インタレース領域の前記格子は互いに空間的に移動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 低減された解像度で前記再生フィールドにピクセルを表示するためにサブフィールドホログラムを計算することにより、前記再生フィールドの前記インタレース領域を表示するためのホログラムをさらに計算し、前記ホログラム表示は、前記ＳＬＭに前記サブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物を同時に表示することを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記低減された解像度は、用いられている前記空間的インタレース領域の数に比例して低減されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ４つの前記インタレース領域が用いられ、それぞれ、前記再生フィールドにおける前記ピクセルの間隔の２倍のピクセル間隔を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記インタレース領域のホログラムは、それぞれ前記再生フィールドにおける横変位を与える位相と共に前記ＳＬＭに表示され、各変位はそれぞれ、ほぼ０ピクセル、水平方向に１ピクセル、垂直方向に１ピクセル、及び垂直方向と水平方向の両方に１ピクセルであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記ホログラムの前記計算は、前記横変位を与えるための位相シフトの適用を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 各空間的インタレース領域についての１組のホログラム一時サブフレームを計算することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 実行した時に、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法を実施するコンピュータプログラム及びプロセッサ制御コード。
11. 実質的なコヒーレント光源と、
    ホログラムとともに前記光源からの光を変調するディスプレイＳＬＭと、
    前記ホログラムからイメージを形成し、前記ホログラムの再生フィールドのイメージが形成される中間イメージ位置を有する表示光学と、
    前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に分割し、前記空間的インタレース領域についてのホログラムデータを計算するシステムと、
    を備え、
    前記ＳＬＭは、観察者の目において前記イメージの印象を与えるために前記インタレース領域が統合し、かつ、前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記再生フィールドの前記インタレース領域毎にホログラムを異なる時間で順次表示するように構成されることを特徴とするホログラフィ像表示システム。
12. 低減された解像度で前記再生フィールドにピクセルを表示するためにサブフィールドホログラムを計算し、表示される前記ホログラムは前記サブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物を有することを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィ像表示システム。
13. 前記システムは前記サブフィールドホログラムを前記ＳＬＭへ送信し、前記ＳＬＭは前記サブフィールドホログラムから表示される前記ホログラムを構築することを特徴とする請求項１２に記載のホログラフィ像表示システム。
14. ホログラムと共に光源からの光を変調するディスプレイ空間光変調器（ＳＬＭ）であって、
    サブフィールドホログラムを受け取る入力と、
    前記受け取ったサブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物から前記ホログラムを構築するシステムと、
    を備えるディスプレイＳＬＭ。
15. 前記サブフィールドホログラムを描くための前記ホログラムにおけるタイルを選択する選択ラインと、選択されたタイルの各々の標準又は反転サブフィールドホログラムを描くために調整される反転ピンとを備えることを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイＳＬＭ。
16. ホログラフィックにイメージを表示するためのホログラムデータを生成するデータ処理システムであって、
    ホログラムの再生フィールドのイメージを受け取る入力と、
    前記再生フィールドを複数の空間的インタレース領域に分割し、各空間的インタレース領域についてホログラムデータを計算するプロセッサと、
    前記ホログラムデータが空間光変調器に異なる時間で順次表示される時に、前記インタレース領域が前記イメージの印象を与えるために統合し、かつ前記再生フィールドの隣接ピクセル間の干渉が低減するように、前記計算されたホログラムデータを前記空間光変調器（ＳＬＭ）へ送信する出力と、
    を備えるデータ処理システム。
17. 前記プロセッサは、サブフィールドホログラムの複数の実質的な複製物を有する表示されるホログラムと共に、低減された解像度で前記再生フィールドにピクセルを表示するためのサブフィールドホログラムを計算することを特徴とする請求項１６に記載のデータ処理システム。
18. 前記システムは前記ＳＬＭへ前記サブフィールドホログラムを送信することを特徴とする請求項１７に記載のデータ処理システム。

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