JP2017142506A - ２次元／３次元ホログラフィ表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラフィック再構成の仮想画像を形成し、空間における仮想画像の適応位置制御を提供するための改善された２次元リアルタイムプロジェクタに関し、再構成の空間的フィルタリングを可能にする。
【解決手段】空間光変調器（３８０）と、光源と、フーリエ変換レンズと、目視システム（３２０、３３０）と、処理システムとを備える表示システム（３００）光学系。空間光変調器は、光源によって照明されるフーリエ領域においてホログラフィックデータを表示、フーリエ変換レンズは、ホログラフィックデータに対応する空間領域（３１０）における２次元ホログラフィック再構成を生成、目視システムは、２次元ホログラフィック再構成の仮想画像（３５０）を生成するように配置され、処理システムは、２次元画像を表すフーリエ領域データを、位相のみのレンズを表すフーリエ領域データと組み合わせて光学系へ提供するように配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示システムおよび画像を表示する方法に関する。実施形態は、仮想画像表示のシステムおよび方法に関し、いくつかの実施形態は、ヘッドアップ・ディスプレイ・システムに関する。

物体から散乱する光は、振幅と位相両方の情報を含む。この振幅および位相の情報は、例えば、干渉じまを含むホログラムを形成する周知の干渉法によって感光板上に取り込むことができる。ホログラムは、ホログラムを適切な光で照明することにより、元の物体を表す画像、すなわちホログラフィック再構成を形成するように再構成され得る。

コンピュータ生成ホログラフィは、フーリエ法を使用して干渉プロセスを数値的にシミュレートし得る。

ホログラフィ法を２次元画像プロジェクタにおいて使用することが提案されている。

図１を参照すると、フーリエレンズ（１２０）を介して、この場合はおおむね平面状の波面としての空間光変調器（１４０）上へ光を当てる光源１００が示されている。空間光変調器は、反射し、多数の位相変調素子のアレイからなるものである。光は空間光変調器によって反射され、２つの部分、すなわち、（ゼロ次と呼ばれる）第１の鏡面反射される部分と、位相変調素子によって空間的に変化する位相の波面を形成するように変調されている第２の部分とからなる。空間光変調器による反射のために、すべての光はおおむね光源（１００）の方へ反射され、そこで光は、系の軸に対して４５°に配置された開口（１６０）を有する反射鏡に当たる。光の画像部分のすべてが反射鏡により、系の軸に対しておおむね平行な画面（１８０）へ向けて反射される。フーリエレンズ（１２０）の作用のために、画面（１８０）に当たる光は、位相変調素子へ適用された情報が由来する画像の再構成である実像を形成する。

実施形態は、ホログラフィック再構成の仮想画像を形成し、空間における仮想画像の適応位置制御を提供するための改善された２次元リアルタイムプロジェクタに関し、再構成の空間的フィルタリングを可能にする。

本発明の態様は添付の独立請求項に定義されている。

要約すると、空間光変調器（ＳＬＭ）が、プロジェクタを形成するために、ＳＬＭを正しく照明することによって再構成することができる所望の画像の位相のみのフーリエ変換を集合的に表す位相変調素子のアレイを形成する。位相のみの分布はホログラムと呼ばれ得る。画像は、ホログラフィック再構成として説明され得る。ＳＬＭの素子を画素と呼んでもよい。

ホログラフィック再構成は、仮想画像を形成するための光学目視システムによって画像化される。発明者は、ホログラムに可変レンズ法（ｖａｒｉａｂｌｅ ｌｅｎｓｉｎｇ）データを提供することにより、目視者に対する仮想画像の位置を変更することができることを認めている。これにより、表示システムに「深さ」が提供され、仮想画像を目視者から異なる距離において提示させて、擬似３次元システムをリアルタイムで提供することができる。特に、発明者は、中間再構成を形成することにより、空間的フィルタリングが、ホログラムによって生成されるより高い回折次数を除去するように行われ得ることを認めている。これにより、特に、ヘッドアップディスプレイといったリアルタイム用途のための改善された目視システムが生じる。

次に、本発明の実施形態を、添付の図面に合わせて説明する。

従来のホログラフィック画像ディスプレイの基本原理を示す図である。 反射ＳＬＭの一例を示す概略図である。 ディスプレイを示す概略図である。 仮想画像の位置においてレンズ法情報を変化させることの影響を示す図である。 ＬＣＯＳ ＳＬＭデバイスを示す概略図である。 各図において、類似の参照番号は類似の部分を指す。

許容できる品質のホログラフィック再構成を生じさせることができるホログラムを生成するには位相情報だけで十分であることがわかっている。すなわち、ホログラム中の振幅情報は廃棄することができる。これにより必要なレーザ光源の出力を低減することができるが、これには他の利点もある。したがって、フーリエベースのコンピュータ生成ホログラフィ法は、位相情報だけを使用して策定されている。

ホログラムによって再構成される画像は、ホログラムのフーリエ変換によって与えられる。したがって、ホログラムは物体のフーリエ変換を表す位相のみのパターンであるのに対して、再構成される画像（またはホログラフィック再構成）は、振幅と位相両方の情報を含み得る。

Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ（ジャーチバーグ・ザクストン）法は、振幅情報だけを含む入力画像データから位相のみのホログラムを計算するための反復アルゴリズムの一例である。このアルゴリズムは、ランダム位相パターンから開始し、これを振幅データと結合して複合データを形成する。複合データに対して離散フーリエ変換が行われ、結果として得られるデータセットは、振幅と位相からなるフーリエ成分である。振幅情報は均一な値に設定され、位相は、利用可能な位相値にマッチするように量子化される。次いで逆離散フーリエ変換が行われる。その結果は別の複合データセットであり、その場合、振幅情報がターゲット画像で上書きされ、プロセスが繰り返される。したがって、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、空間領域とフーリエ（スペクトル）領域との間でデータセット（振幅および位相）を繰り返し変換する間に、空間制約条件およびスペクトル制約条件を反復して適用する。

Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムおよびその派生アルゴリズムは、多くの場合、直接バイナリ・サーチ・アルゴリズムといった「非フーリエ変換」アルゴリズムよりずっと高速である。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎに基づく修正アルゴリズムが策定されている。例えば、参照により本明細書に組み込まれる同時係属の公開ＰＣＴ出願ＷＯ２００７／１３１６５０を参照されたい。

これらの改良型の技法は、２次元ビデオ投影が実現されるのに十分な速度でホログラムを計算することができる。本明細書で説明する実施形態は、そのような修正Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムを使用して計算されるコンピュータ生成ホログラムを使用した２次元ビデオ投影に関するものである。

ホログラフィを用いて生成される２次元ビデオ画像は、特に、鮮明度および効率の点で、従来の投影２次元画像に優る著しい利点を有することが知られている。しかし、現在のホログラム生成アルゴリズムの計算およびハードウェアが複雑であるため、そのリアルタイム用途での使用が妨げられている。最近、これらの問題が解決された。例えば、参照により本明細書に組み込まれる公開ＰＣＴ出願ＷＯ２００５／０５９８８１を参照されたい。

位相のみのホログラフィックデータを表示するには、位相変調デバイスが必要である。これらのデバイスは、振幅を変調しないため、一般に光透過性である。したがって、例えば光が吸収により失われることがない。これには、すべての再構成光がホログラフィック再構成の作成に使用されるという大きな利点がある。これは言い換えると、よりエネルギー効率のよい表示システムということになる。

位相変調デバイスは画素化されてもよく、各画素は回折素子として働くことになる。各画素からの回折パターンは、再生場（ｒｅｐｌａｙ ｆｉｅｌｄ）と呼ばれる画面における複雑な干渉パターンを生じさせる。この複雑な関係のために、ホログラム上の各画素は、再構成される画像の複数の部分に寄与する。

位相変調デバイスの一例が空間光変調器（ＳＬＭ）である。典型的には、ＳＬＭは、アドレス指定可能な位相変調素子のフィールドを有する。あるＳＬＭでは位相変調素子は素子の線形または１次元アレイであり、別のＳＬＭでは２次元アレイが設けられる。簡潔にするために、多くのＳＬＭは、全体として四角い位相変調素子の規則的な２次元アレイを有する。しかし、位相変調素子が同様のサイズおよび形状を有する必要はない。

図２に、本開示による、ＬＣＯＳといった反射ＳＬＭを使用した再生場位置におけるホログラフィック再構成の生成の一例を示す。

光源（２１０）、例えばレーザやレーザダイオードなどが、コリメーティングレンズ（２１１）を介してＳＬＭ（２４０）を照明するように配置されている。コリメーティングレンズは、光のおおむね平面状の波面をＳＬＭに入射させる。波面の方向はわずかにオフノーマルである（すなわち、透明層の面に対して直角から２、３度ずれている）。この配置は、光源からの光がＳＬＭの鏡面反射する背面から反射され、位相変調層と相互作用して射出波面（ｅｘｉｔｉｎｇ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）（２１２）を形成するというものである。射出波面（２１２）は、その焦点が画面（２２５）のところにあるフーリエ変換レンズ（２２０）を含む光学系へ当てられる。

フーリエ変換レンズは、ＳＬＭから光を受け、周波数・空間変換を行って、空間領域で画面（２２５）においてホログラフィック再構成を生成する。

このプロセスで、光源からの光は、ＳＬＭ（２４０）全体に、また位相変調層全体におおむね均一に配光される。位相変調層を出る光は、画面全体に配向され得る。画面の特定の画像領域とどの１つの位相変調素子との間にも対応関係はない。

図３を参照すると、前述のＳＬＭベースのシステムを使用した本開示による実施形態が示されている。図３には、ホログラフィック再構成（３１０）の実像を提供するためのＳＬＭベースのシステム（３０５）を有するヘッドアップディスプレイ（３００）が示されている。ホログラフィック再構成は、いわゆる再生場のところに形成される。再生場の空間位置は、本明細書で説明する実施形態に従って変更され得る。

ディスプレイは、光コンバイナ（３２０）と、ホログラフィック再構成（３１０）とコンバイナ（３２０）との間に配置されたレンズ（３３０）とからなる。この配置は、コンバイナ（３２０）の方を見ている目視者（３４０）に、コンバイナ（３２０）の背後の、目視者から距離ｄのところにあるホログラフィック再構成（３１０）の仮想画像（３５０）が見えるというものである。そのようなシステムは、例えば、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイにおいて使用することができる。

光学系（３３５）は、焦点距離ｆを有し、目視者から距離ｅｄのところに位置するレンズからなっていてよい。ホログラフィック再構成（３１０）は、レンズの背後の実距離ｏｄのところにある。ホログラフィック再構成（３１０）がレンズ（３３０）の焦点面に配置される場合には、目視者（３４０）は画像（３５０）が無限遠にあると感じる。

しかし、ホログラフィック再構成（３１０）がレンズ（３３０）の焦点距離よりもレンズ（３３０）に近い場合には、画像（３５０）はもはや無限遠ではなくなる。

ホログラフィック再構成がレンズの焦点距離よりもレンズ（３３０）に近いとすれば、画像（３５０）を、無限遠より近くに見え、仮想距離ｖｄのところに見えるように構成することができる。その計算は以下の通りである。

前述の再生場の位置は、空間光変調器（３８０）に当てられる位相のみのレンズ法データのレンズ法特性を変更することによって変更されてもよい。よって、第１のレンズ法特性については、実像（３１０）の位置を相対的にレンズ（３３０）に近いものとすることができ、レンズ法データの第２の値については、実像３１０はレンズ（３３０）から相対的により遠い。これは、仮想画像ディスプレイによって作成される画像（３５０）の見かけ上の深さが変更され得ることを意味する。

要約すると、ＳＬＭ（３８０）の位相変調素子に適用される情報は２つの部分、すなわち、最終画像を表す情報を含む第１の部分と、負のレンズ法および調整特性を提供する効果を有する第２の部分とからなる。この第２の部分を変更することにより、ホログラフィック再構成の、したがって仮想画像（３５０）の位置を変更させることが可能である。

十分に速い空間光変調器、適切なコンピュータアルゴリズムを使用し、データを空間光変調器へ適切に書き込むことにより、データの異なるサブフレームを異なる見かけ上の深さのところに画像化することが可能である。ＳＬＭは、情報が、標準ビデオフレームにおいて複数回電気的に書き込まれ、光学的に読み出されるのに十分な速さでなければならない。サブフレームが十分迅速に表示される場合、サブフレームは人間の目視者には同時に存在するように見えるはずである。

例えば、全体画像が目視者（３４０）から２．５メートルのところにあるように見えるが、画像の一部、例えば、目視者にとって特に重要な画像を、その画像化データを別のサブフレームとして提供し、当該サブフレームについてのレンズ法データを変更することにより、当該画像を全体画像面の前にあるように見せることができる。これは、５０１、５０２、５０３、および５０４で表す４つの異なるサブフレーム画像位置が示される図４に概略的に示されている。

図３の配置は、目視者が実像（３１０）のところに位置する構成とは区別すべきである。そのような構成は、「直視（ｄｉｒｅｃｔ ｖｉｅｗ）」と呼んでもよい。そのような場合、目視者の目はフーリエレンズとなる。

要約すると、本開示は、ホログラフィック再構成（３１０）がまず空間における実像として形成される仮想画像ディスプレイに関するものである。実像（３１０）は、実像（３１０）の仮想画像（３５０）を生成するレンズ（３３０）にとっての「物体」を形成する。仮想画像（３５０）は、目視者により、図３に示すような光コンバイナ（３２０）を介して見られ得る。

空間光変調器（３８０）に適用されるレンズ法データを変更することにより、実像（３１０）の位置を変更することができる。したがって、仮想画像（３５０）の位置も変更することができる。

これに対して、目視者が実像（３１０）のところに位置するときには、目視者は、フーリエレンズとして機能し、そのため、再構成場のすべての回折次数が見える。すなわち、目視者は、１次再構成の複数のレプリカ、言い換えると複数の再構成を見るはずである。複数の次数の存在は、例えば、特にヘッドアップディスプレイなどにおける混乱につながり得る。

加えて、再構成されるホログラムの品質も、再構成の回折性の結果であるいわゆるゼロ次問題の影響を受ける。

そのようなゼロ次光は、「雑音」とみなすことができ、例えば、鏡面反射光や、空間光変調器上のパターンによって屈折されない他の光を含む。

この「雑音」は、おおむね、フーリエレンズの焦点に合わせられ、再構成されるホログラムの中心の明るい点が生じることになる。直視の適用例では、ゼロ次は、仮想画像を見るときにかなり注意をそらすものになるはずである。

有利には、中間再構成を画像化することにより、中間再構成におけるゼロ次および高次の回折次数を除外することが可能である。これは、例えば、実像（３１０）のところに空間フィルタを位置決めして、１次といった好ましい次数だけを通すための物理開口を設けることなどによって達成されてもよい。

従来、ゼロ次光は単純に締め出されるが、これは明らかに、明るい点を暗い点で置き換えることを意味するはずである。

しかし、ホログラムは３次元情報を含むため、再構成を異なる面へ変位させることが可能である。例えば、参照により本明細書に組み込まれる公開ＰＣＴ出願ＷＯ２００７／１３１６４９などを参照されたい。

本発明の適用例は、特に、ヘッドアップディスプレイおよびヘッドマウントディスプレイを含む。本発明は、目視者から異なる距離または深さのところに異なる情報を有し、複数のサブフレームを積み重ねることにより非常に限られた体積でフル３次元を有し、多数の異なる画像が異なる距離のところにあり、物体の遠近法的追跡を伴い、現実性が高められた、例えば、異なる深さのところで異なる情報を重ね合わせることができるニアアイ（ｎｅａｒ−ｅｙｅ）型拡張現実システムなどを備えるフル・カラー・ホログラムを可能にする。

実施形態において、空間光変調器は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｖｅｒ ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン上の液晶）デバイスである。画像品質は、当然ながら、画素数および１画素当たりの可能な位相レベルの数の影響を受ける。

ＬＣＯＳデバイスは、従来の透過型液晶表示装置のハイブリッドであり、共通の電気導体として働くように前面基板は酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で被覆されたガラスである。下部基板は、シリコン半導体プロセスを使用して作成され、さらに最終的にアルミニウム蒸発プロセスを使用して鏡面反射面が作成され、その場合これらの反射鏡は画素対電極として働く。

従来のガラス基板と比べて、これらの装置には、信号線、ゲート線およびトランジスタが鏡面反射面の下にあり、その結果、ずっと高い充填率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）（典型的には９０％超）および高い解像度がもたされるという利点がある。

ＬＣＯＳデバイスは現在、４．５μｍから１２μｍの間の画素のものが利用可能であり、このサイズは、動作モード、したがって、各画素において必要とされる回路の量によって決定される。

ＬＣＯＳデバイスの構造が図５に示されている。

ＬＣＯＳデバイスは、単結晶シリコン基板（４０２）を使用して形成される。ＬＣＯＳデバイスは、あるギャップ（４０１ａ）だけ間隔をおいて、基板の上面に配置された四角い平面状のアルミニウム電極（４０１）の２次元アレイを有する。各電極（４０１）は、基板（４０２）に埋め込まれた回路（４０２ａ）によってアドレス指定することができる。各電極は、個々の平面状の反射鏡を形成している。電極のアレイ上に配向膜（４０３）が配置され、配向膜（４０３）上に液晶層（４０４）が配置される。第２の配向膜（４０５）が液晶層（４０４）上に配置され、第２の配向膜（４０５）上にガラスなどの平面状の透明層（４０６）が配置される。透明層（４０６）と第２の配向膜（４０５）との間には、ＩＴＯなどの単一の透明電極（４０７）が配置される。

四角い電極（４０１）はそれぞれ、透明電極（４０７）および介在する液晶材料の重なり合う領域と相まって、画素と呼ばれることの多い制御可能な位相変調素子（４０８）を定義する。実効画素面積、すなわち充填率は、画素間の空間（４０１ａ）を考慮に入れた、光学活性を有する総画素のパーセンテージである。透明電極（４０７）に対して各電極（４０１）に印加される電圧を制御することにより、個々の位相変調素子の液晶材料の特性を変化させ、それによって、素子に入射する光に可変遅延が与えられ得る。その効果は、波面に位相のみの変調が提供されるものであり、すなわち、振幅の影響は生じない。

反射ＬＣＯＳ空間光変調器を使用することの主な利点は、液晶層が、それが透過型デバイスであった場合になるはずの半分の厚さになることである。これは液晶のスイッチング速度を大幅に改善する（動くビデオ画像の投影のためのキーポイント）。またＬＣＯＳデバイスは、独自に、位相のみの素子の大きなアレイを小さい開口において表示することができる。小型素子（典型的にはおおよそ１０ミクロン（ミリメートル））は、結果として、光学系があまり長い光路を必要としないような実用的な回折角（数度）をもたらす。

ＬＣＯＳ ＳＬＭの小さい開口（数平方センチメートル）を照明する方が、より大きい液晶デバイスの開口を照明する場合よりも容易である。またＬＣＯＳ ＳＬＭは大きな口径比を有し、画素間にほとんどデッドスペースが生じない（ＬＣＯＳ ＳＬＭを駆動するための回路が反射鏡の下に埋め込まれているため）。これは、再生場における光学雑音を低減する際に重要な問題である。

上記デバイスは、典型的には、１０℃から約５０℃までの温度範囲内で動作し、最適なデバイス動作温度は約４０℃から５０℃までである。

ＬＣＯＳデバイスは、その制御電子回路がシリコンバックプレインに埋め込まれているため、画素の充填率がより高く、デバイスを離れる非分散光（ｕｎｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）がより少なくなる。

シリコンバックプレインの使用には、画素が光学的に平坦であるという利点があり、これは位相変調デバイスにとって重要である。

カラー２次元ホログラフィック再構成を生成することができ、これを成し遂げる方法は主に２つである。これらの方法の１つは、「ＦＳＣ（ｆｒａｍｅ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｏｌｏｕｒ：フレーム・シーケンス・カラー）」と呼ばれる。ＦＳＣシステムでは、３つのレーザ（赤、緑および青）が使用され、各レーザは、ビデオの各フレームを生成するためにＳＬＭにおいて連続して発射される。各色は、人間の目視者に３つのレーザの組み合わせからの多色画像が見えるように十分に速いレートで繰り返される（赤、緑、青、赤、緑、青など）。したがって各ホログラムは色別のものである。例えば、１秒当たり２５フレームのビデオでは、第１のフレームが赤色レーザを１／７５秒にわたって発射することによって生成され、次いで、緑色レーザが１／７５秒にわたって発射され、最後に青色レーザが１／７５秒にわたって発射されるはずである。次いで、次のフレームが赤色レーザから以下同様に生成されるはずである。

別の方法は、「ＳＳＣ（ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｃｏｌｏｕｒｓ：空間的に分離された色）」と呼ばれ、３つのレーザすべてが同時に発射されるが異なる光路を辿り、例えば、それぞれが異なるＳＬＭを使用し、次いでカラー画像を形成するように組み合わされることを伴う。

ＦＳＣ（ｆｒａｍｅ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｏｌｏｕｒ）法の利点は、全ＳＬＭが色ごとに使用されることである。これは、ＳＬＭ上のすべての画素がカラー画像のそれぞれに使用されるために、生成される三色画像の品質が損なわれないことを意味する。しかし、ＦＳＣ法の不都合点は、各レーザが３分の１の時間にわたってしか使用されないために、生成される全体画像が、ＳＳＣ法によって生成される対応する画像の約３分の１の明るさになることである。この欠点には、おそらくは、レーザを過励振することにより、またはより強力なレーザを使用することにより対処できるはずであるが、これにはより多くの電力の使用が必要とされ、より高いコストを伴い、システムのコンパクト性を低下させることになるはずである。

ＳＳＣ（ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｃｏｌｏｕｒｓ）法の利点は、３つすべてのレーザが同時に発射されるために画像がより明るいことである。しかし、スペースの限界のためにただ１つのＳＬＭだけを使用する必要がある場合には、ＳＬＭの表面積を３つの等しい部分に分け、事実上３つの別々のＳＬＭとして働かせることができる。この方法の欠点は、各単色画像に使用できるＳＬＭ表面積が低減されるために、各単色画像の品質が低下することである。したがって、多色画像の品質もそれに対応して低下する。使用できるＳＬＭ表面積の低減は、ＳＬＭ上のより少数の画素が使用され、よって、画像の品質が低下し得ることを意味する。画素の品質は、その解像度が低減されるために低下する。

各実施形態は「タイリング」の技法を実施し、タイリングではＳＬＭの表面積がいくつかのタイルへさらに分割され、各タイルは、元のタイルと同様の、または同一の位相分布において設定される。したがって各タイルは、ＳＬＭの全割振り面積が１つの大きな位相パターンとして使用された場合よりも小さい表面積のものである。タイル内の周波数成分の数が小さいほど、再構成される画素は、画像が生成されるときにより遠くに分離される。画像はゼロ次の回折次数内で作成され、１次および後続の次数は、画像と重なり合わないように十分遠くに変位され、空間フィルタによって遮断され得ることが好ましい。

前述のように、（タイリングありであれなしであれ）この方法によって生成される画像は、画像画素を形成する点を含む。使用されるタイルの数が大きいほど、これらの点は小さくなる。無限正弦波のフーリエ変換を例に取ると、単一周波数が生成される。これは最適な出力である。実際には、ただ１つのタイルが使用される場合、これは正弦波の単一位相の入力に対応し、正弦波の終端ノード（ｅｎｄ ｎｏｄｅ）から正と負の方向に無限遠まで延在するゼロ値を有する。単一周波数がそのフーリエ変換から生成されるのではなく、基本周波数成分（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、そのどちらの側にも一連の隣接する周波数成分を伴って生成される。タイリングの使用は、これらの隣接する周波数成分の振幅を低減し、その直接の結果として、隣接する画像画素間で生じる干渉が（強め合う干渉であれ、弱め合う干渉であれ）より少なくなり、それによって画像品質が改善される。

好ましくは、各タイルは完全なタイルであるが、タイルの部分を使用することも可能である。

物体の画像が画像面に対して異なる深さのところに形成され得るように、空間光変調器に適用される画像化データを変更するのと同時に空間光変調器上のレンズ法データを変更するステップを含む、画像を表示する方法が提供される。

この画像面は、仮想画像化システムにおいて使用され得る。

データを変更するステップは、異なる深さのところに形成される複数の画像が人間の目に同時に存在するように見えるように実行され得る。

ＳＬＭに画像を形成するためのデータを適用するステップと、ＳＬＭを照明するステップと、結果として得られる光を、仮想画像を形成するための光学系に当てるステップとを含む、表示する方法が提供され、ＳＬＭに適用されるデータは第１のデータと第２のデータとを含み、第１のデータは画像のコンテンツに関連し、第２のデータは、ＳＬＭによって少なくとも１つのレンズ法機能を提供するように決定され、この方法は、第２のデータを、異なる深さのところに形成される複数の画像が人間の目に同時に存在するように見えるように変更するステップをさらに含む。

この方法は、複数の画像が相互に異なるように第１のデータを変更するステップを含んでいてもよい。

ＳＬＭと、ＳＬＭを操作するための回路と、ＳＬＭを照明するための照明装置と、ＳＬＭ上のデータから再構成される仮想画像を形成するように適合された光学系とを備えるディスプレイが提供され、回路は、ＳＬＭに画像を形成するためのデータを適用するように適合されており、適用されるデータは第１のデータと第２のデータとを含み、第１のデータは画像のコンテンツに関連し、第２のデータはＳＬＭによって少なくとも１つのレンズ法機能を提供するように決定され、回路は、第２のデータを、異なる深さのところに形成される複数の画像が人間の目に同時に存在するように見えるように変更するように適合されている。

光学系はフーリエレンズを備えていてもよい。

ディスプレイは、ヘッドアップディスプレイを形成していてもよい。

本発明は、前述の実施形態だけに限定されず、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶものである。

Claims (19)

1. 光学系と処理システムとを備える表示システムであって、
   前記光学系が、
   フーリエ領域におけるホログラフィックデータを表示するように配置された空間光変調器と、
   前記空間光変調器を照明するように配置された光源と、
   前記空間光変調器によって目視者から空間的に離れた空間領域における再生場に表示され前記ホログラフィックデータに対応する２次元ホログラフィック再構成画像を生成するように配置されたフーリエ変換レンズと、
   前記現実の２次元ホログラフィック再構成画像の仮想画像を形成するように構成された目視システムとを備え、
   前記処理システムが、
   第１のホログラフィックデータを生成するために、第１の２次元画像の第１のフーリエ変換データを、第１のフーリエ変換データと組み合わされたときに第１の現実の２次元ホログラフィック再構成画像を第１の再生場に形成させるレンズの代わりとなる第１のデータと組み合わせ、
   前記第１のホログラフィックデータを前記空間光変調器へ提供して、前記空間光変調器に前記第１のホログラフィックデータを表示させるように構成されている、
   表示システム。
2. 前記目視システムは、光コンバイナを含む、
   請求項１に記載の表示システム。
3. 前記目視システムは、前記再生場と前記光コンバイナの間に配置されたレンズをさらに含む、
   請求項２に記載の表示システム。
4. 前記処理システムが、さらに、第２のホログラフィックデータを生成するために、第２の２次元画像の第２のフーリエ変換データを、第２のフーリエ変換データと組み合わされたときに第２の現実の２次元ホログラフィック再構成画像を第２の再生場に形成させるレンズの代わりとなる第２のデータと組み合わせ、前記第２のホログラフィックデータを前記空間光変調器へ提供して、前記空間光変調器に前記第２のホログラフィックデータを表示させるように構成されており、
   前記第１の再生場と前記第２の再生場が相互に対して空間的に変位されている、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の表示システム。
5. 前記空間光変調器が画素化された回折素子のアレイを備える、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の表示システム。
6. 前記表示システムは、前記第１の現実の２次元ホログラフィック再構成画像の第１の仮想画像と前記第２の現実の２次元ホログラフィック再構成画像の第２の仮想画像を、目視者にとって同時に存在する疑似３次元画像に見えるように表示する、
   請求項４に記載の表示システム。
7. 前記空間光変調器が反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）空間光変調器である、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の表示システム。
8. 前記再生場の深さが、ユーザによって制御される、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載の表示システム。
9. ＨＵＤを構成する、
   請求項１から請求項８のいずれかに記載の表示システム。
10. 前記現実の２次元ホログラフィック再構成画像は、２次元画像のホログラフィック再構成である
    請求項１から請求項９のいずれかに記載の表示システム。
11. 前記２次元ホログラフィック再構成の少なくとも１つの回折次数、任意選択でゼロ次を選択的に遮断するように構成された空間フィルタをさらに備える、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載の表示システム。
12. 前記仮想画像が２次元ビデオの連続フレームである、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載の表示システム。
13. 前記画素化アレイが直径１５μｍ未満の画素からなる、
    請求項１から請求項１２のいずれかに記載の表示システム。
14. 前記空間光変調器は、位相のみの空間光変調器である、
    請求項１から請求項１３のいずれかに記載の表示システム。
15. 前記ホログラフィックデータは、位相のみのホログラフィックデータである、
    請求項１から請求項１４のいずれかに記載の表示システム。
16. 前記第１の現実の２次元ホログラフィック再構成画像は、フーリエホログラフィを使用して形成される、
    請求項１から請求項１５のいずれかに記載の表示システム。
17. レンズの代わりとなる前記第１のデータは、負のレンズ効果を持つ、
    請求項１から請求項１６のいずれかに記載の表示システム。
18. 画像を表示する方法であって、
    ホログラフィックデータを生成するために、２次元画像を表すフーリエ変換データを、前記フーリエ変換データと組み合わされたときに現実の２次元ホログラフィック再構成画像を目視者から離れた空間領域における再生場に形成させるレンズの代わりとなるデータと組み合わせるステップと、
    前記ホログラフィックデータを空間光変調器へ提供するステップと、
    前記空間光変調器を照明するステップと、
    フーリエ変換により、前記現実の２次元ホログラフィック再構成画像を再構成するステップと、
    結果として得られる光を、前記現実の２次元ホログラフィック再構成画像の仮想画像を形成するための光学系に当てるステップと、
    を含む方法。
19. 前記現実の２次元ホログラフィック再構成画像の少なくとも１つの回折次数を選択的に遮断するために、前記ＳＬＭから結果として得られる光を空間的にフィルタリングするステップをさらに含む、
    請求項１８に記載の方法。

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