(57)【要約】      （修正有）【課題】ホログラフィックプロジェクタにおける解像度を増加させる空間光変調器用のドライバを提供する。【解決手段】ドライバは、それぞれが［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するように構成され、ｍ≧ｘ、およびｎ≧ｙである。ドライバは、タイリング方式を使用して各入力ホログラムに対応する出力ホログラムを形成するために、各入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、それぞれが［ｍ×ｎ］画素を含む出力ホログラムをそこに表示するよう、空間光変調器を駆動するように構成される。ドライバは、第１の出力ホログラムの表示に第１のタイリング方式を使用し、第２の出力ホログラムの表示に第２のタイリング方式を使用するように構成される。各出力ホログラムは、入力ホログラムの複数のタイルを含む。【選択図】図６
2020076973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
［ｍ×ｎ］画素を含む空間光変調器用のドライバであって、前記ドライバは、それぞれが［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するように構成され、ｍ≧ｘおよびｎ≧ｙであり、タイリング方式を使用して各入力ホログラムに対応する出力ホログラムを形成するために、各入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、それぞれが［ｍ×ｎ］画素を含む出力ホログラムを前記空間光変調器に表示するように前記空間光変調器を駆動し、
前記ドライバは、第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用し、第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用するように構成され、各出力ホログラムは、前記入力ホログラムの複数のタイルを含み、各タイリング方式は、前記空間光変調器の前記画素上の各タイルの大きさおよび各タイルの位置を定義する
ドライバ。
【請求項２】
各出力ホログラムの隣接したタイルが、前記入力ホログラムの１つの端を前記入力ホログラムの前記反対側の端に結合する
請求項１に記載のドライバ。
【請求項３】
各出力ホログラムが少なくとも１つの完全タイルを含み、完全タイルは、前記入力ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の完全な隣接したグループである
請求項１または２に記載のドライバ。
【請求項４】
ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙである
請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項５】
各出力ホログラムが複数の部分タイルを含み、部分タイルは、前記入力ホログラムの画素の隣接したサブセットである
請求項１〜４のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項６】
前記ドライバが、第１の入力ホログラムを受信し、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングし、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項７】
前記ドライバが、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信して、各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して前記入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、次の前記入力ホログラムが受信される前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項８】
前記ドライバが、第１の入力ホログラムを受信し、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングし、第２の入力ホログラムを受信し、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第２の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項９】
前記ドライバが、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信して、各入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素に連続的にタイリングし、かつ前記タイリング方式を連続的に変更することによって、対応する出力ホログラムの動画レートシーケンスを表示するように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項１０】
各入力ホログラムが、空間周波数の空間分布を含み、任意で、各入力ホログラムがフーリエまたはフレネルホログラムである
請求項１〜９のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のドライバを備え、前記空間光変調器と、各入力ホログラムに対応するホログラフィック再構成が再生平面に形成されるように、コヒーレント光で各出力ホログラムを照明するように構成された光源とをさらに備える
ホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１２】
［ｍ×ｎ］画素を含む空間光変調器を駆動する方法であって、
［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するステップであって、ｍ≧ｘ、およびｎ≧ｙである、ステップと、
最初は第１のタイリング方式を使用して入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力ホログラムを表示するステップと、
２度目は第２のタイリング方式を使用して入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力ホログラムを表示するステップとを含み、
各出力ホログラムは、前記対応する入力ホログラムの複数のタイルを含み、前記タイリング方式は、前記空間光変調器の前記画素上の各タイルの大きさおよび各タイルの位置を定義する
方法。
【請求項１３】
第１の入力ホログラムを受信するステップと、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップと、
２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１４】
入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信するステップと、
各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して前記入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、次の前記入力ホログラムを受信する前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１５】
第１の入力ホログラムを受信するステップと、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップと、
第２の入力ホログラムを受信するステップと、
２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第２の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項に記載されているように空間光変調器を駆動するステップと、
各入力ホログラムに対応する再生平面に少なくとも１つのホログラフィック再構成を形成するために、各出力ホログラムをコヒーレント光で照明するステップとを含む
ホログラフィック投影の方法。
【請求項１７】
ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙである
請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のホログラフィック投影の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、空間光変調器のドライバ、空間光変調器のタイリングエンジン、および空間光変調器を駆動する方法に関する。さらに詳細には、本開示は、ホログラフィックプロジェクタ、およびホログラフィック投影の方法に関する。いくつかの実施形態は、ホログラフィック投影の品質を向上させる方法、およびホログラフィック投影の解像度を増加させる方法に関する。他の実施形態は、入力ホログラムの画素を表示画素にマッピングするためのホログラムプロセッサ、およびホログラム画素を、画素を含む表示装置にマッピングする方法に関する。別の実施形態は、ホログラフィックプロジェクタを備えるヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体から散乱した光は、振幅情報および位相情報の両方を含む。この振幅情報および位相情報は、ホログラフィと呼ばれる干渉技法を使用して、感光板またはフィルムで捕捉することができる。感光板またはフィルムで捕捉されたパターンは、ホログラフィック記録物、またはホログラムと呼ばれる。ホログラムは、物体を再構成するために用いられてもよい。ホログラムによって形成された物体の再構成は、ホログラフィック再構成と呼ばれる。ホログラフィック再構成は、ホログラムを適切な光で照明することによって形成されてもよい。
【０００３】
コンピュータ生成コンピュータ生成ホログラフィは、光の干渉によってホログラムを形成するために使用される工程を数値的にシミュレートしてもよい。コンピュータ生成コンピュータ生成ホログラムは、数学的変換を使用して計算されてもよい。数学的変換は、フーリエ変換に基づいてもよい。数学的変換は、フーリエ変換またはフレネル変換であってもよい。対象画像のフーリエ変換を行うことによって計算されたホログラムは、フーリエ変換ホログラム、またはフーリエホログラムと呼ばれてもよい。フーリエホログラムは、対象画像の表現であるフーリエ領域または周波数領域と考えられてもよい。フレネル変換を使用して計算されたホログラムは、フレネルホログラムと呼ばれてもよい。
【０００４】
コンピュータ生成コンピュータ生成ホログラムは、ホログラム画素と呼ばれ得る、ホログラム値の配列を含んでもよい。各ホログラム値は、位相値および／または振幅値であってもよい。各ホログラム値は、複数の許容値のうちの１つに制限されてもよく、例えば、量子化されてもよい。コンピュータ生成ホログラムは、表示装置に表示されてもよい。許容値の選択は、ホログラムの表示に用いられる表示装置に基づいてもよい。複数の許容値は、表示装置の性能に基づいてもよい。
【０００５】
表示装置は、画素の配列を含む空間光変調器であってもよい。空間光変調器は、液晶装置であってもよく、この場合、各画素は個別にアドレス可能な、複屈折を有する液晶セルである。各画素は、対応するホログラム画素に従って、光の振幅および／または位相を変調してもよい。各画素は、光変調素子、および光変調素子を駆動するように構成された画素回路を含む。ホログラムは、光変調パターンと考えられてもよい。
【０００６】
ホログラフィック再構成は、表示されたホログラムを適切な光で照明することによって形成されてもよい。入射光の振幅および／または位相は、光変調パターンに従って空間的に変調される。光は、空間光変調器によって回折される。表示装置から出る複雑な光パターンは、対象画像に対応するホログラフィック再構成を形成するために再生平面で干渉する。ホログラムがフーリエホログラムの場合、再生平面は遠視野（すなわち表示装置から無限遠）にあるが、再生平面を近視野にするためにレンズが使用されてもよい。便宜上、ホログラフィック再構成自体が画像と呼ばれてもよい。ホログラフィック再構成は表示装置から離れた平面上に投影され、したがってこの手法はホログラフィック投影として知られている。ヘッドアップディスプレイは、ホログラフィックプロジェクタを使用して形成される場合があるが、ヘッドマウントディスプレイなどの他の多くの装置が、本開示によるホログラフィックプロジェクタを画像ソースとして使用してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、ホログラフィック投影の品質を向上させる手法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によるドライバは、画像（すなわちホログラフィック再構成）を表示するシステムの一部として使用されてもよく、静的、または時間とともに変更可能であり、例えば、リアルタイムに変更可能である。本開示によるホログラムは、［ｘ×ｙ］画素など、複数の画素を含む。ホログラムの画素が表示装置の画素よりも少ない場合、ホログラムは表示装置でタイリングされてもよい。タイリングは、ホログラムの少なくとも一部の反復を表示するために、表示装置の余分な画素を使用する。タイリングによって、タイリングされたパターンが表示装置に表示され、タイリングされたパターンは複数のタイルを含んでいる。タイルは、ホログラムの連続した、隣接する画素のグループである。複数のタイルは、ホログラムの任意の数の完全タイルと、任意の数の部分タイルとを含み得る。完全タイルは、完全なホログラムである。つまり完全タイルは、ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の完全な隣接したグループである。部分タイルは、ホログラムのサブセットである。つまり部分タイルは、ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の連続した隣接するサブセットである。いくつかの実施形態では、タイリングは表示装置を埋めるために使用される。つまりタイリングは、ホログラムを表示するために表示装置の全画素を使用し得る。いくつかの実施形態では、すべてのタイルが四角形である。いくつかの実施形態では、すべてのタイルが長方形である。各タイルは、必要に応じて任意の大きさまたはアスペクト比を有してもよい。
【０００９】
表示装置で反復されるホログラムは、タイリングの工程に使用されるソースなので、本明細書では入力ホログラムと呼ばれる。表示装置に表示されるタイルを含む、結果として生じたパターンは、本明細書では出力ホログラムと呼ばれる。入力ホログラムは入力コンピュータ生成ホログラムであり、出力ホログラムは出力コンピュータ生成ホログラムである。表示装置に表示される出力ホログラムは、光変調パターンと呼ばれてもよい。要約すると、本開示は空間光変調器用のドライバに関し、このドライバは、動的に変更されるタイリング方式を使用して、入力ホログラムから出力ホログラムを形成する。
【００１０】
本開示による各タイリング方式は独特の画素マッピング方式によるものであり、出力ホログラムの全画素が入力ホログラムの１つの画素に対応するように、入力ホログラムの隣接した画素のグループを出力ホログラムの画素上にマッピングする。したがって、入力ホログラムのいくつかの画素は、出力ホログラムの複数の画素に対応することが理解されよう。入力ホログラムの少なくとも一部の画素と、出力ホログラムの画素との間に一対多の相関関係があると言ってもよい。タイルの数は、２〜１２枚であってもよく、例えば、４〜１０枚であってもよい。各タイルは、少なくとも２画素を含む。各タイリング方式は、２〜１２のタイリング方式など、複数のタイリング方式から選択されてもよい。いくつかの実施形態では、各タイリング方式は、４つまたは８つの異なるタイリング方式を含むグループから選択される。いくつかの実施形態では、各タイリング方式は、少なくとも１枚の完全タイルを含む出力ホログラムを形成する。いくつかの実施形態では、第１のタイリング方式は、４枚の完全タイルを含む出力ホログラムを形成し、第２、第３、および第４のタイリング方式は、１枚の完全タイルと８枚の部分タイルとを含む。しかしながら本開示は、表示装置に収まることが可能な完全タイルと部分タイルとの任意の組み合わせを含む、出力ホログラムの形成にまで及ぶ。
【００１１】
本開示では、空間光変調器用のドライバを提供する。空間光変調器は、［ｍ×ｎ］画素を含む。ドライバは、それぞれが［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するように構成される。本明細書で開示するいくつかの例では、ｍ≧ｘ、およびｎ≧ｙである。本明細書で開示する他の例では、ｍ＞ｘ、および／またはｎ＞ｙである。ドライバは、タイリング方式を使用して各入力ホログラムに対応する出力ホログラムを形成するために、各入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、それぞれが［ｍ×ｎ］画素を含む出力ホログラムをそこに表示するよう、空間光変調器を駆動するようにさらに構成される。ドライバは、第１の出力ホログラムの表示に第１のタイリング方式を使用し、第２の出力ホログラムの表示に第２のタイリング方式を使用するように構成される。各出力ホログラムは、入力ホログラムの複数のタイルを含む。各タイリング方式は、空間光変調器の画素における各タイルの大きさ、および各タイルの位置を定義する。
【００１２】
タイリングによって形成された各出力ホログラムは、入力ホログラムの複数のタイルを含む連続した光変調パターンであり、タイルは、入力ホログラムの連続した、隣接する画素のグループである。タイリング方式は、ホログラムの少なくともいくつかの画素と、空間光変調器の画素との一対多のマッピングを含む画素マッピング方式である。
【００１３】
同様に、［ｍ×ｎ］画素を含む空間光変調器を駆動する方法が提供される。本方法は、［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信する第１のステップを含み、ｍ≧ｘ、およびｎ≧ｙである。本方法は、最初は第１のタイリング方式を使用して入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力ホログラムを表示する、第２のステップを含む。本方法は、２度目は第２のタイリング方式を使用して入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力ホログラムを表示する、第３のステップを含む。第１のステップは、第２のステップの前に行われてもよく、第２のステップは、第３のステップの前に行われてもよい。
【００１４】
各入力ホログラムの総画素数は、対応する出力ホログラム、または空間光変調器で表現されるホログラムの画素数よりも少ない。例えば、入力ホログラムは、両寸法を出力ホログラムよりも小さくする（ｍ＞ｘ、およびｎ＞ｙ）、または１つの寸法のみを出力ホログラムよりも小さくする（ｍ＞ｘ、ｎ＝ｙ、またはｍ＝ｘ、ｎ＞ｙ）ことができる。この配置により、入力ホログラムのあらゆる部分を出力ホログラムのどこかの位置にマッピングすることが可能になる。実施形態では、入力ホログラム全体が連続した画素のセットとしてマッピングされる。他の例では、出力ホログラムが入力ホログラム全体の連続した表現を含まないように、入力ホログラムはマッピングの際に複数の画素のセットに分解される。つまり、このような他の例では、出力ホログラムは完全タイルを含まない。実施形態では、各出力ホログラムは少なくとも１枚の完全タイルを含み、任意で複数の部分タイルを含む。受信した入力ホログラムの画素は、動的／変更可能なタイリング方式を使用して、少なくとも１つの対応するより大きい出力ホログラムにマッピングされる。元の入力ホログラムの少なくとも１つの画素が、出力ホログラムで反復される。例えば、空間光変調器の画素配列はいくつかの離散領域に分割でき、そのそれぞれが、少なくとも入力ホログラムのサブセットを表現するように構成される。したがって入力ホログラムの一部（つまり、ホログラムの画素の連続したサブセット）を、従来は使用されていなかったこのような空間光変調器の画素上で反復することができる。
【００１５】
本開示による空間光変調器のドライバは、ホログラフィック再構成の画質を向上させる。具体的には、ホログラフィック再構成においてノイズまたはアーチファクトとして現れる光学効果を平滑化または平均化することが判明した。
【００１６】
いくつかの実施形態では、出力ホログラムの各タイルは、入力ホログラムの少なくとも１つの端または境界を含む。より詳細には、各タイルはホログラムの少なくとも１つの画素の端の行、または画素の端の列を含む。入力ホログラムの端の行／列は、入力ホログラムの４つの境界にある画素の行および列の１つである。より詳細には、端の行／列は、入力ホログラムの画素の最初または最後の行／列である。画素の最初の行／列は、画素の最後の行／列の反対側にある。例えば、行１は行ｘの反対側にあり、列１は列ｙの反対側にある。いくつかの実施形態では、タイリングは連続的であり、これは、出力ホログラムの隣接したタイルのすべての対が、入力ホログラムの１つの端を入力ホログラムの反対側の端に結合することを意味する。例えば、隣接したタイルは、列ｙを列１に、または行ｘを行１に結合してもよい。すべての隣接したタイルが、入力ホログラムの画素の最後の列を入力ホログラムの画素の最初の列に結合するか、あるいは入力ホログラムの画素の最後の行を入力ホログラムの画素の最初の行に結合すると言ってもよい。
【００１７】
特に、発明者は、入力ホログラムの画素値の反復シーケンスにおいて、隣接したタイルが中間シーケンスに不連続部を生じさせる場合は、ホログラフィック再構成にアーチファクトが見られ、画像の知覚品質に弊害をもたらすことを発見した。このようなアーチファクトは、出力ホログラムの各行および各列が、入力ホログラムの画素値のシーケンスを分解しないときに最小化される。つまり、出力ホログラムの各行および各列は、入力ホログラムの対応する行または列の連続的な反復になる。連続的になっている、タイリングされたパターンのタイルは、反復しているパターンを端から端まで結合する。出力ホログラムは、画素値のシーケンスが飛んでいたり、シーケンス内の画素値が抜けていたりする行または列は含まない。このような実施形態は、ホログラムパターンの連続的な反復を形成すると言ってもよい。
【００１８】
とりわけ発明者は、開示されているホログラフィック再構成の品質を向上させるための手法は、出力ホログラムが少なくとも１枚の完全タイルを含み、かつ入力ホログラムの各画素が、出力ホログラム内で画素値の配列の両方向へ少なくとも一度反復されるときに、特に効果的であることも発見した。後者については、出力ホログラムが前述したようなホログラムパターンの連続的な反復であって、ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙであるときに実現され得る。疑義を避けるために、いくつかの実施形態では、各出力ホログラムは少なくとも１枚の完全タイルを含み、完全タイルは、入力ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の完全な隣接したグループである。いくつかの実施形態では、各出力ホログラムは、これに加えて、またはこれに代えて、複数の部分タイルを含み、部分タイルは入力ホログラムの画素の隣接したサブセットである。
【００１９】
ドライバは、第１の入力ホログラムを受信するように構成されてもよい。ドライバは、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするように構成されてもよい。また、ドライバは、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするように構成されてもよい。
【００２０】
同様に、空間光変調器を駆動する方法は、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングする、第４のステップをさらに含んでもよい。本方法は、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングする、第５のステップをさらに含んでもよい。
【００２１】
この構成によって複数の出力ホログラムの計算または形成が容易になり、そのそれぞれが、単一の受信した入力ホログラムに対応する。受信した入力ホログラムは、ホログラムのシーケンスのうちの１つのホログラムであってもよく、複数の出力ホログラムが各入力ホログラムに対して生成されてもよい。例えば、次の入力ホログラムが処理される前に、同じ入力ホログラムに対応する複数の出力ホログラムが表示されてもよい。各出力ホログラムの画像コンテンツは当然同じになるが、この実施形態では、出力ホログラムの形成に異なるタイリング方式が使用されてもよい。入力ホログラム当たりの出力ホログラムの数は、例えば、ハードウェアの速度、表示装置のリフレッシュレート、あるいは入ってくる画像、または画像に対応するコンピュータ生成ホログラムのフレームレートによって決定されてもよい。例では、各入力ホログラムは、３つまたは６つのそれぞれ異なるようにタイリングされた出力ホログラムを形成するために使用される。１つの入力ホログラムに別のタイリング方式を使用でき、これによって同じ画像の複数のホログラフィック再構成が可能になる。疑義を回避するために、入力ホログラムから出力ホログラムを形成するには１つのタイリング方式が使用され、出力ホログラムが適切に照明されるとホログラフィック再構成が生じる。対応する出力ホログラムのシーケンスを表示するために、同じ入力ホログラムに異なるタイリング方式を使用することによって画質が向上することがわかった。任意で、タイリング方式は、入力ホログラム毎に２〜６回変更されてもよいが、タイリング方式は、入力ホログラム毎に２〜１２回変更することができる。つまり、各入力ホログラムに対して、２〜６、またはさらに２〜１２の異なる出力ホログラムを連続して表示でき、各出力ホログラムは、同じ入力ホログラムがそれぞれ異なるようにタイリングされたものである。タイリング方式は、その他任意の変化率にすることが可能である。例えば、この効果を実現するために、タイリング方式の変化率は、例えば、１２０ヘルツ（Ｈｚ）、１８０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３００Ｈｚ、３６０Ｈｚ、４２０Ｈｚ、または４８０ヘルツ（Ｈｚ）以上になり得る。タイリング方式は、例えば、出力ホログラム１つおきに変更されてもよく、または任意の考えられる方式によって変更されてもよい。
【００２２】
ドライバは、入力ホログラムの動画レートシーケンスなどの、入力ホログラムのシーケンスを受信するように構成されてもよい。ドライバは各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、次の入力ホログラムが受信される前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するように構成されてもよい。
【００２３】
同様に、空間光変調器を駆動する方法は、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信するステップと、各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、次の入力ホログラムが受信される前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するステップとをさらに含む。
【００２４】
ドライバは、第１の入力ホログラムを受信し、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするように構成されてもよい。ドライバは、第２の入力ホログラムを受信し、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、第２の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするようにさらに構成されてもよい。
【００２５】
同様に、空間光変調器を駆動する方法は、第１の入力ホログラムを受信するステップを含んでもよい。本方法は、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、第１の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするステップを含んでもよい。本方法は、第２の入力ホログラムを受信するステップを含んでもよい。本方法は、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、第２の入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングするステップを含んでもよい。
【００２６】
実施形態では、各出力ホログラムは、異なる入力ホログラムに対応し、これは例えば、フレームのシーケンスのうちの１つのフレームであってもよい。このように、タイリング方式は、入力ホログラムに対して何度も変更されるのではなく、新しい入力ホログラムのそれぞれで変更されてもよい。このような実施形態では、タイリング方式は、例えば、入力ホログラム毎に、または入力ホログラム１つおきに変更されてもよい。例えば、タイリング方式は、６０Ｈｚ、３０Ｈｚ、または１５Ｈｚで変更されてもよい。他の実施形態では、タイリング方式は連続的に変更され、２つの連続した出力ホログラムが同じタイリング方式を使用することはない。実施形態では、タイリング方式は各表示イベントで変更されると言ってもよい。
【００２７】
ドライバは、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信するように構成されてもよい。ドライバは、各入力ホログラムを空間光変調器の画素に連続的にタイリングし、かつタイリング方式を連続的に変更することによって、対応する出力ホログラムの動画レートシーケンスを表示するようにさらに構成されてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、各入力ホログラムは、空間周波数の空間分布を含む。空間周波数の空間分布を含む各入力ホログラムは、フーリエまたはフレネルホログラムである。
【００２９】
特に、動的なタイル移動により、表示装置上で空間周波数を効率的に移動させる。つまり、空間周波数の空間分布を変化させる。これには投影システムの欠点を取り除く効果があるため画質が向上する。例えば、実際には、ホログラムを照明するのに使用される光は、輝度にいくらかの不均一性があり、波面全体の位相にいくらかの相違がある。入射光の輝度が完全に均一でない場合、異なる空間周波数が異なる輝度で照明されることになる。同様に、入射波面全体における位相の小さい相違は、表示装置全体に位相誤配分を生じさせる。さらに、表示装置自体が不完全な場合があり、画素の配列に関して誤配分がある場合がある。このような問題、およびその他類似の問題によって画質が低下する。発明者は、特に、このような問題によって画像を形成する画像スポット（または画像画素）に不均一性が生じることを発見した。フーリエまたはフレネルホログラムの動的な再タイリングが使用されるとき、画像スポットの大きさ、形状、および輝度が再生フィールド全体でより均一になることが認められる。画像スポットをより均一にすることによって、隣接する画像スポットが干渉して画像内にノイズが生じる画素のクロストークの問題が生じることなく、記録密度を上げることができる。したがってノイズが増加することなく、より解像度の高い画像が提供され得る。
【００３０】
本開示では、ドライバと、空間光変調器と、光源とを備えるホログラフィックプロジェクタがさらに提供される。光源は、各入力ホログラムに対応するホログラフィック再構成が再生平面に形成されるように、空間光変調器に表示された各出力ホログラムをコヒーレント光で照明するように構成される。
【００３１】
同様に、本明細書で説明するように空間光変調器を駆動するステップと、各入力ホログラムに対応する再生平面に少なくとも１つのホログラフィック再構成を形成するために、各出力ホログラムをコヒーレント光で照明するステップとを含む、ホログラフィック投影の方法が提供される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ホログラフィック再構成はスクリーンなどの受光機能または受光面で形成され、空間光変調器によって空間的に変調された光は、レーザなどのコヒーレント光の光源から来たコヒーレント光である。このような実施形態では、ホログラフィック再構成はレーザスペックルを示す。異なる第１のタイリング方式と第２のタイリング方式とを使用することによって、ホログラフィック再構成が向上する。タイリング方式を変更することによって、出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスに対して知覚されるスペックルパターンが平均化される。特に、ＳＬＭでホログラムを変換することによって、再生画像またはホログラフィック再構成で位相変位が生じる。人間の目は位相を検知できないので、見る者はこの位相変位に気がつかない。しかしながら、この位相変位は、画像が投影されるスクリーンによって生じた干渉パターンを変化させ、したがって再生画像で知覚されるスペックルの影響が低減される。本質的に、タイリングパターン、またはタイリング方式を動的に再構成することにより、ホログラフィック再構成に疑似ランダムが導入され、これによってスペックルをぼかして、再構成または再生画像におけるスペックルの問題を低減する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、動的な再タイリングを容易にする目的で、表示装置よりも少ない画素を含むホログラムを計算するステップを含む方法が提供される。本方法は、画像に対応するホログラムを計算する前に画像の画素数を削減するステップを含んでもよく、その結果、ホログラム画素の数は表示装置画素の数よりも少なくなる。本方法は、ホログラム計算の前に画像の解像度（画素数）を小さくする、または削減するステップを含んでもよく、その結果、小さくした後に、ホログラム画素の数は表示装置の画素数よりも少なくなる。本方法は、小さくしたホログラムの少なくとも１枚の完全タイル、および少なくとも１枚の部分タイルを含む光変調パターンを表示するために、表示装置の全画素を使用するステップを含み得る。
【００３４】
本明細書で説明するいくつかの実施形態では、ドライバは、あるいはタイリングエンジンと呼ばれる。
【００３５】
本開示では、ホログラフィックプロジェクタが提供され、［ｘ×ｙ］画素を含む入力コンピュータ生成ホログラムを受信し、空間光変調器に出力するために、タイリング方式に従って、受信した各コンピュータ生成ホログラムの画素を少なくとも１つの対応する出力コンピュータ生成ホログラムの画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む対応する出力コンピュータ生成ホログラムを形成するように構成され、ｍｎ＞ｘｙである、タイリングエンジンと、タイリングエンジンから出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスを受信して表現し、空間光変調器に表現された各コンピュータ生成ホログラムに従って、ホログラフィック再構成を形成するための空間的に変調された光を出力するように構成された空間光変調器とを備え、タイリングエンジンは、画素を［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第１のタイリング方式を使用し、画素を［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第２のタイリング方式を使用するようにさらに構成される。
【００３６】
本開示では、ホログラフィックプロジェクタ用のドライバまたはタイリングエンジンが提供される。ドライバまたはタイリングエンジンは、［ｘ×ｙ］画素を含む入力コンピュータ生成ホログラムを受信して、タイリング方式に従って、各受信コンピュータ生成ホログラムの画素を少なくとも１つの対応する出力コンピュータ生成ホログラムの画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む対応する出力コンピュータ生成ホログラムを形成するように構成され、ｍｎ＞ｘｙである。ドライバまたはタイリングエンジンは、画素を［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第１のタイリング方式を使用し、画素を［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第２のタイリング方式を使用するようにさらに構成される。
【００３７】
本開示では、タイリングエンジンと光源とを備えるホログラフィックプロジェクタが提供される。タイリングエンジンは、［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信して、出力ホログラムを形成するように、入力ホログラムを空間光変調器の画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む対応する出力ホログラムを空間光変調器に表示するように構成され、ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙである。光源は、出力ホログラムに対応するホログラフィック再構成を形成する、空間的に変調された光を形成するために、出力ホログラムを照明するように構成される。タイリングエンジンは、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力コンピュータ生成ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用し、［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力コンピュータ生成ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用するようにさらに構成される。
【００３８】
タイリングエンジンは、［ｘ×ｙ］画素を含む第１の入力ホログラムを受信して、第１のタイリング方式に従って、第１の入力ホログラムの画素を第１の出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、かつ第２のタイリング方式に従って、第１のホログラムの画素を第２の出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力ホログラム、および［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力ホログラムを形成するように構成されてもよい。また、タイリングエンジンは、対応する複数の別のタイリング方式に従って、第１の入力ホログラムの画素を複数の出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、第１の入力ホログラムから、［ｍ×ｎ］画素を含む複数の出力ホログラムを形成するように構成されてもよい。
【００３９】
タイリングエンジンは、［ｘ×ｙ］画素を含む第１のホログラムを受信して、第１のタイリング方式に従って、第１のホログラムの画素を第１の出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力ホログラムを形成し、かつ［ｘ×ｙ］画素を含む第２の入力ホログラムを受信して、第２のタイリング方式に従って、第２の入力ホログラムの画素を第２の出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力ホログラムを形成するように構成されてもよい。また、タイリングエンジンは、対応する複数の別のタイリング方式に従って、各入力ホログラムの画素を複数の対応する出力ホログラムの画素にマッピングすることによって、各入力ホログラムに対応する［ｍ×ｎ］画素を含む複数の出力ホログラムを形成するように構成されてもよい。
【００４０】
いくつかの構成では、ホログラフィックプロジェクタは、カラーのホログラフィック再構成を形成するように構成される。いくつかの例では、これは空間的に分離された色、すなわち「ＳＳＣ（Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｃｏｌｏｕｒｓ）」として知られている方法によって実現され、複数の各単色光源と、複数の単一色の各ホログラムとを使用して、複数の異なる色（例えば、赤色、緑色、および青色）のホログラフィック再構成が重ね合わされる。各ホログラムは、それぞれの空間光変調器、または１つの共通の空間光変調器の複数の各画素で表現されてもよい。したがってこのような例では、複数の光チャネルが使用されることが理解されよう。カラーチャネルは独立しているので、各光チャネルは、本明細書で説明するように複数の異なる各タイリング方式を使用してもよい。したがって複数の異なるタイリング方式は、各カラーチャネルについて同じであるか、または異なっていてもよい。
【００４１】
各カラーチャネルの各空間光変調器で表現される出力コンピュータ生成ホログラムを形成するために、１つ以上の異なるタイリング方式を使用することができる。このようにして、互いに異なる、あるいはこのうちの１つ以上が同じであってもよい第１、第２、および第３のタイリング方式を使用して、単一のフレームカラーのホログラフィック再構成を形成することができる。
【００４２】
カラーホログラフィック再構成は、フレーム・シーケンシャル・カラー、すなわち「ＦＳＣ（Ｆｒａｍｅ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｕｒ）」として知られている方法を使用して実現されてもよい。ＦＳＣシステムの例では、３つのレーザ（赤色、緑色、および青色）が使用され、動画の各フレームを生成するために、各レーザが単一のＳＬＭで連続して発射される。見る人が３つのレーザによって形成された画像が組み合わされることによって多色画像を見るように、色は、十分な速度で循環する（例えば、赤色、緑色、青色、赤色、緑色、青色など）。したがって各ホログラムは固有の色を有する。例えば、１秒間に２５フレームの動画では、第１のフレームは、赤色のレーザを１／７５秒間発射し、次に緑色のレーザが１／７５秒間発射され、最後に青色のレーザが１／７５秒間発射されることによって生成される。その後、次のフレームがまた赤色のレーザから開始して生成されるといった具合である。ＦＳＣ法の利点は、各色に対してＳＬＭ全体が使用されることである。これは、各カラー画像に対してＳＬＭの全画素が使用されるために、生成される３つのカラー画像の品質が損なわれないことを意味する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、タイリング方式は、入力ホログラムを行単位で表示装置にタイリングする。このようにすると、タイル単位または画素単位で出力コンピュータ生成ホログラムを形成するのに比べ、出力コンピュータ生成ホログラムをより速く形成でき、その理由は、データの長いシーケンスが、メモリに記憶されている順にマッピングされ得るからである。これによりタイリングエンジンの計算負荷を低減することができる。
【００４４】
ホログラフィックプロジェクタは、タイリングエンジンに入力ホログラムを提供するように構成されたホログラムエンジンをさらに備えてもよい。プロセッサは、対象画像から入力ホログラムを計算するように構成され得る。この計算は、本明細書で説明する方法を使用してリアルタイムで行われてもよい。いくつかの実施形態では、入力ホログラムの生成は、まず入力ホログラムの画素数が初期対象画像の画素数よりも少なく、かつ表示装置の画素数よりも少なくなるように対象画像を小さくすることを含む。あるいは、プロセッサは、以前に生成されたホログラムのリポジトリから入力ホログラムを検索するように構成でき、以前に生成されたホログラムは、例えば、コンピュータ可読媒体その他の記憶装置に記憶されている。
【００４５】
いくつかの例では、空間光変調器は、受信した光に位相限定変調を適用する。したがって空間光変調器は、位相限定空間光変調器であってもよい。これは、振幅を変調することによる光学エネルギーの損失がないため好適であろう。したがって、効果的なホログラフィック投影システムが提供される。しかしながら本開示は、振幅限定空間光変調器、または振幅および位相（複合）空間光変調器においても等しく実施され得る。ホログラムは、これに対応して位相限定、振幅限定、または完全複合型になることが理解されよう。
【００４６】
「ホログラム」という用語は、物体に関する振幅および／または位相情報を含む、記録物を指すのに用いられる。本開示では、入力ホログラム、すなわち受信したホログラムは、ホログラムである。出力されるコンピュータ生成ホログラムの全体もまたホログラムであり、「ホログラム」という用語は、入力ホログラムの完全タイルと、追加の部分タイルとの組み合わせを包含する。「ホログラフィック再構成」という用語は、ホログラムを照明することによって形成される、物体の光学的再構成を指すのに用いられる。「再生平面」という用語は、ホログラフィック再構成が形成される空間内の平面を指すために使用される。「画像」、「画像領域」、および「再生フィールド」という用語は、ホログラフィック再構成を形成する光で照明される再生平面の領域を指す。いくつかの実施形態では、「画像」は、「画像画素」と呼ばれる場合がある画像スポットを含む。
【００４７】
「符号化」、「書き込み」、または「アドレス」という用語は、各画素の変調レベルをそれぞれ決定する、それぞれの複数の制御値を、ＳＬＭの複数の画素に提供する工程を述べるのに用いられる。ＳＬＭの画素は、複数の制御値を受けることに応じて、光変調分布またはパターンを「表示する」または「表現する」ように構成されると言ってもよい。
【００４８】
コンピュータ生成ホログラム、または空間光変調器の位相値、位相成分、位相情報、あるいは単に画素の位相を、「位相遅延」の省略表現として参照してもよい。つまり、説明される位相値はいずれも、実際には、その画素によって提供される位相遅延の量を表す、（例えば、０〜２πの範囲の）数字である。例えば、π／２の位相値を有するものとして説明される空間光変調器の画素は、受信した光の位相をπ／２ラジアン遅延させる。いくつかの実施形態では、空間光変調器の各画素は、複数の可能な変調値（例えば、位相遅延値）のうちの１つで動作可能である。「グレーレベル」という用語は、複数の使用可能な変調レベルを指すのに用いられてもよい。例えば、異なる位相レベルが異なるグレーの諧調を提供しない場合であっても、「グレーレベル」という用語は、位相限定変調器において、複数の使用可能な位相レベルを指すのに便宜上使用されてもよい。また、「グレーレベル」という用語は、複素変調器における、複数の使用可能な複素変調レベルを指すのに便宜上用いられてもよい。
【００４９】
ホログラムは、したがって、グレーレベルの配列、つまり、位相遅延値、または複素変調値の配列など、光変調値の配列を含む。ホログラムは回折パターンとも考えられ、その理由は、空間光変調器で表示され、かつ空間光変調器の画素ピッチと比較すると、通常はそれよりも短い波長を有する光で照明されたときに、回折が生じるパターンだからである。本明細書では、ホログラムを他の回折パターン、例えば、レンズまたは回折格子として機能する回折パターンと組み合わせることについて言及する。例えば、回折格子として機能する回折パターンは、再生平面上の再生フィールドを平行移動させるためにホログラムと組み合わされてもよく、あるいはレンズとして機能する回折パターンは、ホログラフィック再構成を近視野の再生平面上で焦点合わせするためにホログラムと組み合わされてもよい。
【００５０】
「光」という用語は、本明細書ではその最も広い意味で使用される。いくつかの実施形態は、可視光、赤外光、紫外光およびこれらの任意の組み合わせに等しく適用可能である。
【００５１】
本開示は単なる例示として、１Ｄおよび２Ｄのホログラフィック再構成について言及または説明する。ホログラフィック再構成は、あるいは３Ｄホログラフィック再構成であってもよい。つまり、本開示のいくつかの例では、各コンピュータ生成ホログラムは３Ｄホログラフィック再構成を形成する。
【００５２】
特定の実施形態について、添付の図面を参照しながら単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】スクリーンにホログラフィック再構成を生成する、反射型ＳＬＭの概略図である。
【図２Ａ】例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムの第１反復を示す。
【図２Ｂ】例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムの、第２反復および後続の反復を示す。
【図２Ｃ】例における代替的な第２反復および後続の反復を示す。
【図３】反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭの概略図である。
【図４Ａ】入力画像の例を示す。
【図４Ｂ】図４Ａの入力画像の画素の例を示し、画素は完全タイルおよび部分タイルとして配置されている。
【図５】ホログラムの生成の例を示す。
【図６】ホログラフィックプロジェクタを示す。
【図７Ａ】タイリング配置のシーケンスの例を示す。
【図７Ｂ】タイリング配置のシーケンスの別の例を示す。
【図７Ｃ】タイリング配置のシーケンスのさらに別の例を示す。
【図８Ａ】タイリング配置の代替的なシーケンスを示す。
【図８Ｂ】タイリング配置の代替的な別のシーケンスを示す。
【図８Ｃ】タイリング配置の代替的なさらに別のシーケンスを示す。
【図８Ｄ】タイリング配置の代替的なさらに別のシーケンスを示す。
【図９】タイリング配置を示す。
【図１０Ａ】図９に示すタイリング配置の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１０Ｂ】図９に示すタイリング配置の、別の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１０Ｃ】図９に示すタイリング配置の、さらに別の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１０Ｄ】図９に示すタイリング配置の、さらに別の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１０Ｅ】図９に示すタイリング配置の、さらに別の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１０Ｆ】図９に示すタイリング配置の、さらに別の例示的なシーケンシャル配置を示す。
【図１１Ａ】代替的なタイリング配置を示す。
【図１１Ｂ】代替的な別のタイリング配置を示す。
【図１１Ｃ】代替的なさらに別のタイリング配置を示す。
【図１１Ｄ】代替的なさらに別のタイリング配置を示す。
【図１１Ｅ】代替的なさらに別のタイリング配置を示す。
【図１１Ｆ】代替的なさらに別のタイリング配置を示す。
【００５４】
全図面を通じて、同じ部品、または類似の部品を参照するために同じ参照符号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明は、以下で説明される実施形態に限定されることはなく、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶ。つまり、本発明は、異なる形態で具体化されてもよく、説明されている実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、例示の目的で提示されているものである。
【００５６】
別の構造の上部／下部に形成される、または他の構造の上／下に形成されると説明されている構造は、構造が互いに接触している場合、およびさらにこれらの間に第３の構造が配置される場合を含むと解釈されるべきである。
【００５７】
時間関係の説明において、例えば、事象の時間的順序が「後」、「後続の」、「次の」、「前」などと記載されているときは、特に明記しない限り、本開示は連続的、および非連続的な事象を含むと解釈されるべきである。例えば、「ちょうど」、「即時に」、または「直接的に」などの言葉が使用されていない限り、この記述は連続的でない場合を含むと解釈されるべきである。
【００５８】
様々な要素を説明するために、「第１の」、「第２の」などの用語が本明細書で使用されている場合があるが、このような要素は、これらの用語によって限定されるものではない。このような用語は、１つの要素を別の要素と区別するために使用されているにすぎない。例えば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶ場合があり、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶ場合がある。
【００５９】
異なる実施形態の特徴は、部分的または全体的に、互いに結合される、あるいは組み合わされてもよく、互いに様々に相互運用されてもよい。いくつかの実施形態は、互いに独立して実施されてもよく、あるいは共依存の関係でともに実施されてもよい。
【００６０】
異なる実施形態、および一群の実施形態が、以下の詳細な説明の中で個別に開示される場合があるが、任意の実施形態または一群の実施形態の任意の特徴は、任意の実施形態または一群の実施形態の他の特徴、または特徴の組み合わせと結合されてもよい。つまり、本開示で開示された特徴のあらゆる可能な組み合わせ、および変更が予想される。
【００６１】
光学配置
【００６２】
図１は、コンピュータ生成ホログラムが、単一の空間光変調器で符号化される実施形態を示す。コンピュータ生成ホログラムは、再構成のための物体のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは、物体のフーリエ領域表現、または周波数領域表現、あるいはスペクトル領域表現と言われる場合がある。この実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ＬＣＯＳ）装置である。ホログラムは、空間光変調器で符号化され、ホログラフィック再構成は、再生フィールド、例えば、スクリーンまたはディフューザなどの受光面で形成される。
【００６３】
光源１１０、例えば、レーザまたはレーザダイオードは、コリメーティングレンズ１１１を介してＳＬＭ１４０を照明するように配置される。コリメーティングレンズにより、ＳＬＭに入射する、ほぼ平面の光の波面が生じる。図１では、波面の方向はオフノーマルである（例えば、透明層の平面に対する真の直角から２度または３度離れている）。しかしながら、他の実施形態では、ほぼ平面の波面は垂直入射で提供され、入力光路と出力光路とを分離するために、ビームスプリッタ構成が用いられる。図１に示す実施形態では、光源からの光がＳＬＭの反射裏面で反射されて光変調層と相互作用して、出口波面１１２を形成する構成になっている。出口波面１１２は、フーリエ変換レンズ１２０を含む光学素子に印加され、スクリーン１２５で焦点を結ぶ。より詳細には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ１４０から変調光のビームを受信して周波数−空間変換を行い、スクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。
【００６４】
特に、この種のホログラフィでは、ホログラムの各画素が再構成全体に寄与する。再生フィールドの特定の点（または画像画素）と、特定の光変調素子（またはホログラム画素）との間に、一対一相関は存在しない。言い換えれば、光変調層を出る変調光は、再生フィールド全体に分散される。
【００６５】
このような実施形態では、空間におけるホログラフィック再構成の位置は、フーリエ変換レンズのジオプトリ度数（集束力）によって決定される。図１に示す実施形態では、フーリエ変換レンズは、物理レンズである。つまり、フーリエ変換レンズは光学的なフーリエ変換レンズであり、フーリエ変換は光学的に行われる。どのようなレンズでもフーリエ変換レンズとして機能できるが、レンズの性能によって、行うフーリエ変換の精度が制限される。当業者であれば、光学的なフーリエ変換を行うためのレンズの使用方法について理解しているであろう。
【００６６】
ホログラム計算
【００６７】
いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムはフーリエ変換ホログラム、すなわち単にフーリエホログラム、またはフーリエに基づくホログラムであり、正レンズのフーリエ変換特性を使用することによって、画像が遠視野に再構築される。フーリエホログラムは、再生平面の所望のライトフィールドをフーリエ変換して、レンズ平面に戻すことによって計算される。コンピュータ生成フーリエホログラムは、フーリエ変換を用いて計算されてもよい。
【００６８】
フーリエ変換ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムなどのアルゴリズムを用いて計算されてもよい。さらに、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、（写真などの）空間領域における振幅限定情報から、フーリエ領域におけるホログラム（すなわち、フーリエ変換ホログラム）を計算するために使用されてもよい。物体に関する位相情報は、空間領域における振幅限定情報から効率的に「検索」される。いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム、またはその変形を用いて、振幅限定情報から計算される。
【００６９】
Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、平面ＡおよびＢのそれぞれにおける、光ビームの輝度断面ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）が知られていて、ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）が、１つのフーリエ変換によって関連付けられるときの状況を考慮する。所与の輝度断面で、平面ＡおよびＢにおける位相分布のそれぞれの近似値、ΨＡ（ｘ，ｙ）およびΨＢ（ｘ，ｙ）が求められる。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムでは、反復過程に従うことによって、この問題の解決策が見つかる。より詳細には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、空間領域とフーリエ（スペクトルまたは周波数）領域との間で、ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）を表すデータセット（振幅および位相）を繰り返し転送している間に、空間制限およびスペクトル制限を反復的に適用する。スペクトル領域における、対応するコンピュータ生成ホログラムは、アルゴリズムを少なくとも１回反復することによって得られる。アルゴリズムは、入力画像を表現するホログラムを生成するように収束され構成される。ホログラムは、振幅限定ホログラム、位相限定ホログラム、または完全複素ホログラムであってもよい。
【００７０】
いくつかの実施形態では、位相限定ホログラムは、例えば、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる、英国特許第２，４９８，１７０号明細書、または英国特許第２，５０１，１１２号明細書で説明されている、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを用いて計算される。しかしながら、本明細書で開示される実施形態は、単なる例として、位相限定ホログラムの計算について説明する。このような実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、既知の振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］を生じさせるデータセットの、フーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ，ｖ］を検索し、振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］は、対象画像（写真など）を表す。大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）および位相は、フーリエ変換では本来組み合わされるので、変換された大きさおよび位相は、計算されたデータセットの精度についての有用な情報を含む。したがって、アルゴリズムは、振幅情報および位相情報の両方のフィードバックを伴って、反復的に使用されてもよい。しかしながら、このような実施形態では、画像平面で対象画像のホログラフィック表現を形成するために、位相情報Ψ［ｕ，ｖ］のみがホログラムとして用いられる。ホログラムは、位相値のデータセット（２Ｄ配列など）である。
【００７１】
他の実施形態では、完全複素ホログラムを計算するために、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムが用いられる。完全複素ホログラムは、大きさ成分と位相成分とを有するホログラムである。ホログラムは、複素データ値の配列を含む、（２Ｄ配列などの）データセットであり、各複素データ値は、大きさ成分と位相成分とを含む。
【００７２】
いくつかの実施形態では、アルゴリズムは複素データを処理し、フーリエ変換は複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分および虚数成分、または（ｉｉ）大きさ成分および位相成分を含むものとみなされてもよい。いくつかの実施形態では、複素データの２つの成分は、アルゴリズムの多様な段階でそれぞれ異なるように処理される。
【００７３】
図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するためのいくつかの実施形態による、アルゴリズムの第１反復を示す。アルゴリズムに対する入力は、画素の２Ｄ配列、またはデータ値を含む入力画像２１０であり、各画素またはデータ値は、大きさ値、すなわち振幅値である。つまり、入力画像２１０の各画素またはデータ値は、位相成分を有していない。入力画像２１０は、したがって、大きさ限定分布、すなわち振幅限定分布、あるいは輝度限定分布とみなされてもよい。このような入力画像２１０の例は、写真、またはフレームの時系列を含む、１フレームの動画である。アルゴリズムの第１反復は、開始複素データセット（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｄａｔａ  ｓｅｔ）を形成するために、ランダム位相分布（またはランダム位相シード）２３０を用いて、入力画像の各画素にランダム位相値を割り当てることを含む、データ形成ステップ２０２Ａから開始し、セットの各データ素子は、大きさおよび位相を含む。開始複素データセットは、空間領域における入力画像を表すと言ってもよい。
【００７４】
第１の処理ブロック２５０は、開始複素データセットを受信して複素フーリエ変換を行い、フーリエ変換された複素データセットを形成する。第２の処理ブロック２５３は、フーリエ変換された複素データセットを受信して、ホログラム２８０Ａを出力する。いくつかの実施形態では、ホログラム２８０Ａは、位相限定ホログラムである。このような実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定して、ホログラム２８０Ａを形成する。各位相値は、空間光変調器の画素で表現され得る位相レベルに従って量子化され、空間光変調器は、位相限定ホログラムを「表示する」ために用いられる。例えば、空間光変調器の各画素が、２５６の異なる位相レベルを提供する場合、ホログラムの各位相値は、２５６の可能な位相レベルのうち１つの位相レベルに量子化される。ホログラム２８０Ａは、入力画像を表す、位相限定フーリエホログラムである。他の実施形態では、ホログラム２８０Ａは、受信したフーリエ変換複素データセットから得られた、（それぞれが振幅成分および位相成分を含む）複素データ値の配列を含む、完全複素ホログラムである。いくつかの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、ホログラム２８０Ａを形成するために、各複素データ値を、複数の許容可能な複素変調レベルうちの１つに制限する。制限するステップは、各複素データ値を、複素平面内の最も近い許容可能な複素変調レベルに設定することを含んでもよい。ホログラム２８０Ａは、スペクトル領域、またはフーリエ領域、あるいは周波数領域における入力画像を表すと言ってもよい。いくつかの実施形態では、アルゴリズムはこの時点で停止する。
【００７５】
しかしながら、他の実施形態では、アルゴリズムは、図２Ａの点線矢印で示されているように継続する。言い換えれば、図２Ａの点線矢印に従ったステップは任意である（すなわち、すべての実施形態で必須というわけではない）。
【００７６】
第３の処理ブロック２５６は、第２の処理ブロック２５３から修正された複素データセットを受信して逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換された複素データセットを形成する。逆フーリエ変換された複素データセットは、空間領域における入力画像を表すと言ってもよい。
【００７７】
第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットを受信して、大きさ値２１１Ａの分布、および位相値２１３Ａの分布を抽出する。必要に応じて、第４の処理ブロック２５９は、大きさ値２１１Ａの分布を評価する。具体的には、第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットの大きさ値２１１Ａの分布を入力画像２１０と比較してもよく、入力画像２１０は、それ自体が大きさ値の分布であることは言うまでもない。大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａを許容できると判断してもよい。つまり、大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分に正確に表現していると判断してもよい。いくつかの実施形態では、比較の目的のために、逆フーリエ変換された複素データセットの位相値２１３Ａの分布は無視される。大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０とを比較する別の方法がいくつか使用されてもよく、本開示がいかなる特定の方法にも限定されないことは理解されよう。いくつかの実施形態では、平均二乗偏差が計算され、平均二乗偏差が閾値未満の場合、ホログラム２８０Ａは、許容されるものとみなされる。第４の処理ブロック２５９が、ホログラム２８０Ａを許容できないと判断した場合、さらにアルゴリズムの反復が行われてもよい。しかしながら、この比較するステップは必須ではなく、他の実施形態では、行われるアルゴリズムの反復数は、予め決定されるか、または予め設定され、あるいはユーザによって定義される。
【００７８】
図２Ｂは、アルゴリズムの第２反復、およびそれ以上のアルゴリズムの反復を示す。前述した反復の、位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを介してフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は、入力画像２１０の大きさ値の分布を優先して拒絶される。第１反復では、データ形成ステップ２０２Ａは、入力画像２１０の大きさ値の分布を、ランダム位相分布２３０と結合することによって、第１の複素データセットを形成した。しかしながら、第２反復および後続の反復では、データ形成ステップ２０２Ｂは、（ｉ）前述したアルゴリズムの反復からの位相値２１３Ａの分布を、（ｉｉ）入力画像２１０の大きさ値の分布と結合することによって、複素データセットを形成することを含む。
【００７９】
図２Ｂのデータ形成ステップ２０２Ｂによって形成された複素データセットは、次に、図２Ａを参照して説明した方法と同様の方法で処理されて、第２反復のホログラム２８０Ｂを形成する。処理の説明は、したがってここでは繰り返さない。アルゴリズムは、第２反復のホログラム２８０Ｂが計算されたときに停止してもよい。しかしながら、任意の回数で、アルゴリズムのさらなる反復が行われてもよい。第３の処理ブロック２５６は、第４の処理ブロック２５９が必要とされる場合、あるいはさらなる反復が必要とされる場合にのみ必要になることは理解されよう。出力ホログラム２８０Ｂは通常、反復されるごとに良好になる。しかしながら、実際には、目に見える改善がみられない時点や、処理時間が増えることの悪影響が、さらなる反復を行うことの利益を上回る時点に達することが多い。したがって、アルゴリズムは、反復的かつ収束的なものとして説明される。
【００８０】
図２Ｃは、第２反復、および後続の反復の代替的な実施形態を示す。前述した反復の、位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを介してフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は、大きさ値の代替的な分布を優先して拒絶される。この代替実施形態では、大きさ値の代替的な分布は、前述した反復の大きさ値２１１の分布から得られる。具体的には、処理ブロック２５８は、入力画像２１０の大きさ値の分布を、前述した反復の大きさ値２１１の分布から差し引き、その差を利得係数αで拡大縮小し、拡大縮小された差を入力画像２１０から差し引く。これは以下の数式によって数学的に表され、下付きの文字および数字は、反復回数を示す。
2020076973.tif 000003
ここで、
Ｆ´は、逆フーリエ変換、
Ｆは、順フーリエ変換、
Ｒ［ｘ，ｙ］は、第３の処理ブロック２５６による複素データセット出力、
Ｔ［ｘ，ｙ］は、入力画像または対象画像、
∠は、位相成分、
Ψは、位相限定ホログラム２８０Ｂ、
ηは、大きさ値２１１Ｂの新しい分布、
αは、利得係数である。
【００８１】
利得係数αは、定数または変数であってもよい。いくつかの実施形態では、利得係数αは、入ってくる対象画像データの大きさおよび比率に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、利得係数αは、反復回数に依存する。いくつかの実施形態では、利得係数αは、単に反復回数の関数である。
【００８２】
図２Ｃの実施形態は、他のすべての点において、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同じである。位相限定ホログラムΨ（ｕ，ｖ）は、周波数領域またはフーリエ領域に、位相分布を含んでいると言ってもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、空間光変調器を用いて行われる。具体的には、ホログラムデータは、屈折力を提供する第２のデータと組み合わされる。つまり、空間光変調用に書き込まれたデータは、物体を表すホログラムデータと、レンズを表すレンズデータとを含む。空間光変調器で表示され、光で照明されると、レンズデータは物理レンズを模倣する、つまり、対応する物理的光学素子と同じ方法で光を焦点に当てる。レンズデータは、したがって、屈折力、または集束力を提供する。このような実施形態では、図１の物理フーリエ変換レンズ１２０は、省略されてもよい。レンズを表すデータを計算する方法は、当該分野において知られている。レンズを表すデータは、ソフトウェアレンズと呼ばれてもよい。例えば、位相限定レンズは、その屈折率のため、および光路長が空間的に異なるためにレンズの各点で生じる、位相遅延を計算することによって形成されてもよい。例えば、凸レンズの中央の光路長は、レンズの縁部の光路長よりも長い。振幅限定レンズは、フレネル・ゾーン・プレートによって形成されてもよい。レンズを表すデータをホログラムと組み合わせる方法もまた、コンピュータ生成ホログラフィの技術分野では知られており、その結果、物理フーリエレンズを必要とすることなく、ホログラムのフーリエ変換を行うことができる。いくつかの実施形態では、レンズデータは、単純なベクトル加算などの簡単な加算によって、ホログラムと結合される。いくつかの実施形態では、物理レンズがソフトウェアレンズと併用されてフーリエ変換が行われる。あるいは、他の実施形態では、ホログラフィック再構成が遠視野で行われるように、フーリエ変換レンズは完全に省略される。別の実施形態では、ホログラムは、同様の方法で回折格子データと結合され、これはつまり、ビームステアリングなどの回折格子機能を実行するように構成されたデータである。これについても、このようなデータを計算する方法が知られている。例えば、位相限定回折格子は、ブレーズド回折格子の表面の各点で生じる、位相遅延をモデル化することによって形成されてもよい。振幅限定回折格子は、ホログラフィック再構成の角度ステアリングを行うために、単に振幅限定ホログラムに重ね合わせられてもよい。
【００８４】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、物理フーリエ変換レンズと、ソフトウェアレンズとの共同によって行われる。つまり、フーリエ変換に寄与する屈折力の一部はソフトウェアレンズによって提供され、フーリエ変換に寄与する残りの屈折力は、１つまたは複数の物理光学素子によって提供される。
【００８５】
いくつかの実施形態では、画像データを受信して、アルゴリズムを用いてホログラムをリアルタイムに計算するように構成された、リアルタイムエンジンが提供される。いくつかの実施形態では、画像データは、一連の画像フレームを含む動画である。他の実施形態では、ホログラムは、予め計算され、コンピュータのメモリに記憶され、ＳＬＭに表示するために必要に応じて再現される。つまり、いくつかの実施形態では、所定のホログラムのリポジトリが提供される。
【００８６】
実施形態は、単なる例として、フーリエホログラフィ、およびＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムに関する。本開示は、同様の方法で計算され得るフレネルホログラフィおよびフレネルホログラムに同等に適用可能である。本開示は、点群方式に基づいたものなどの、他の技法で計算されたホログラムにも適用可能である。
【００８７】
光変調
【００８８】
空間光変調器は、コンピュータ生成ホログラムを含む、光変調（または回折）パターンを表示するために使用されてもよい。ホログラムが位相限定ホログラムの場合は、位相を変調する空間光変調器が必要になる。ホログラムが完全複素ホログラムの場合は、位相および振幅を変調する空間光変調器が使用されてもよく、あるいは位相を変調する第１の空間光変調器と、振幅を変調する第２の空間光変調器とが使用されてもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、空間光変調器の光変調素子は、液晶を含むセルである。つまり、いくつかの実施形態では、空間光変調器は、光学活性成分が液晶の、液晶装置である。各液晶セルは、複数の光変調レベルを選択的に提供するように構成される。つまり、各液晶セルは、どの時点においても、複数の可能な光変調レベルから選択された１つの光変調レベルで動作するように構成される。各液晶セルは、複数の光変調レベルから、異なる光変調レベルに動的に再構成可能である。いくつかの実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器であるが、本開示は、この種の空間光変調器に限定されない。
【００９０】
ＬＣＯＳ装置は、（例えば、幅数センチメートルの）小開口内に画素の密集配列を設ける。画素は、通常は約１０ミクロン以下なので、回折角度が数度になり、光学系を小型にすることができる。他の液晶装置の大開口を照明するよりも、ＬＣＯＳ  ＳＬＭの小開口を適切に照明するほうが容易である。ＬＣＯＳ装置は、通常は反射型であり、つまり、ＬＣＯＳ  ＳＬＭの画素を駆動する回路は、反射面の下に埋め込むことができる。その結果、開口率が高くなる。言い換えれば、画素が密に詰まっており、画素間のデッドスペースが非常に小さいことを意味する。このことは、再生フィールドの光学ノイズが低減されるため有利である。ＬＣＯＳ  ＳＬＭはシリコンバックプレーンを使用し、利点として画素が光学的に平坦である。このことは、位相変調装置にとって特に重要である。
【００９１】
適切なＬＣＯＳ  ＳＬＭについては、図３を参照しながら、単なる例として以下で説明する。ＬＣＯＳ装置は、単結晶シリコン基板３０２を用いて形成される。これは、平面形状が正方形のアルミニウム電極３０１の２Ｄ配列を有し、アルミニウム電極３０１はギャップ３０１ａで離間され、基板の上面に配置されている。各電極３０１は、基板３０２に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレスすることができる。各電極は、それぞれの平坦なミラーを形成する。配向層３０３が電極の配列上に置かれ、液晶層３０４が配向層３０３上に置かれる。第２の配向層３０５は、ガラスなどの平坦な透明層３０６上に置かれる。ＩＴＯなどの単一の透明電極３０７は、透明層３０６と、第２の配向層３０５との間に置かれる。
【００９２】
各方形電極３０１は、透明電極３０７の上方の領域と、介在する液晶材料とともに、しばしば画素と呼ばれる、制御可能な位相変調素子３０８を画定する。有効画素領域、すなわちフィルファクタは、画素同士の間の空間３０１ａを考慮に入れた、光学活性な総画素の割合である。透明電極３０７に対して、各電極３０１に印加される電圧を制御することによって、各位相変調素子の液晶材料の特性が変化する場合があり、これによって入射光に可変遅延がもたらされる。この効果は、波面に位相限定変調をもたらすものであり、すなわち振幅効果は生じない。
【００９３】
説明したＬＣＯＳ  ＳＬＭは、空間的に変調された光を反射させて出力する。反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭには、信号線、ゲート線、およびトランジスタが鏡面の下方にあることによって、フィルファクタが高く（通常は９０％よりも高い）、かつ解像度が高くなるという利点がある。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用することの別の利点は、液晶層の厚さを、透過装置が用いられた場合に必要な厚さの半分にできることである。これにより、液晶のスイッチング速度が飛躍的に向上する（動画を投影するための大きな利点となる）。しかしながら、本開示の教示は、透過型ＬＣＯＳ  ＳＬＭを使用して同等に実施されてもよい。実施形態では、受信したコンピュータ生成ホログラムは、タイリングエンジンに対する入力ホログラムである。入力ホログラムは、タイリング方式に従って空間光変調器で「タイリング」され、タイリング方式は動的に変更され、例えば、入力ホログラム間で変更される。「タイル」および「タイリング」という概念については、図４を参照してさらに説明する。
【００９４】
ホログラムのタイリング
【００９５】
図４Ａは、タイリングのみについて説明する目的で入力画像４０１を示す。この説明のためにのみ、入力画像４０１はホログラムではなく、一般によく知られている従来の画像である。画像４０１は、［ｘ×ｙ］画素からなる。図４Ｂは、図４Ａの入力画像４０１に対するタイリングの概念を示す。図４Ｂでは、元の入力画像４０１の画素のサブセットを反復することによって、［ｍ×ｎ］画素（ここではｍ＞ｘ、およびｎ＞ｙ）からなる第２のより大きい画像４００が形成される。
【００９６】
具体的には、第２の画像４００は、元の入力画像４０１の画素と同一の、［ｘ×ｙ］画素のセット４０１を含む。第２の画像内のこの［ｘ×ｙ］画素のセット４０１は、完全タイル（本明細書では「完全なタイル」とも呼ばれる）と考えることができる。第２の画像４００は、入力画像４０１の［ａ×ｂ］画素の第１のサブセット４０２をさらに含む。［ａ×ｂ］画素の第１のサブセット４０２（ここではａ≦ｘおよびｂ＜ｙ、またはａ＜ｘおよびｂ≦ｙ）は、第１の部分タイルと考えることができる。第２の画像は、入力画像４０１の［ａ’，ｂ’］画素の第２のサブセット４０３をさらに含む。［ａ’×ｂ’］画素の第２のサブセット４０３（ここではａ’≦ｘおよびｂ’＜ｙ、またはａ’＜ｘおよびｂ’≦ｙ）は、第２の部分タイルと考えることができる。第２の画像４００は、入力画像４０１の［ａ’’×ｂ’’］画素の第３のサブセット４０４をさらに含む。［ａ’’×ｂ’’］画素の第３のサブセット４０４（ここではａ’’≦ｘおよびｂ’’＜ｙ、またはａ’’＜ｘおよびｂ’’≦ｙ）は、第３の部分タイルと考えることができる。
【００９７】
これを説明するために、図４Ｂに示す配置は、実際の画像をタイリングする例である。しかしながら本開示は、表示装置でホログラムをタイリングすることに関する。本開示によるホログラムは、複数の画素を含む。図４Ａおよび図４Ｂに示されているのと同じ方法で、初期の入力ホログラムの画素のサブセットをタイリングすることによって、より大きいホログラムを形成することができる。ホログラムのこのタイリングは、図５および図６でさらに詳しく図示されている。
【００９８】
いくつかの例では、［ｘ×ｙ］画素を含む１つ以上の入力コンピュータ生成ホログラムを受信し、少なくとも２つの異なるタイリング方式を使用して、１つ以上の入力コンピュータ生成ホログラムの画素を、［ｍ×ｎ］画素を含む出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスの画素にマッピングするように構成されたドライバまたはタイリングエンジンであって、ｍｎ＞ｘｙであり、タイリングエンジンは、出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスを空間光変調器に供給するようにさらに構成される、ドライバまたはタイリングエンジンと、タイリングエンジンから出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスを受信して、出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスを表現するように構成された空間光変調器と、空間的に変調された光パターンの対応するシーケンスを形成するために、空間光変調器に表現された出力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスを照明するように構成された光源とを備える、ホログラフィックプロジェクタが提供される。一例では、タイリングエンジンは、１つの入力コンピュータ生成ホログラムを受信するように構成される。あるいは、１つ以上の入力コンピュータ生成ホログラムが、入力コンピュータ生成ホログラムのシーケンスであってもよい。
【００９９】
入力ホログラムの大きさは、両寸法が空間光変調器の大きさよりも小さくてもよく、かつ少なくとも１つの寸法が出力コンピュータ生成ホログラムの大きさよりも小さくてもよい。各入力コンピュータ生成ホログラムの画素は、出力コンピュータ生成ホログラムのすべての画素が埋まるように、各出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングされてもよい。任意で、出力コンピュータ生成ホログラムの画素数は空間光変調器の画素数と等しくなる。これにより、空間光変調器の表面領域全体が確実に使用される。
【０１００】
ｍｎ＞ｘｙのとき、各タイルは、空間光変調器に表現される出力コンピュータ生成ホログラムの合計サイズよりもサイズが小さくなる。空間光変調器に最終的に表現される出力コンピュータ生成ホログラムは、したがって複数の（すなわち２枚以上の）タイルを含む。いくつかの実施形態では、空間光変調器に書き込まれるホログラフィックパターン、または出力コンピュータ生成ホログラムは、少なくとも１枚の完全タイル（つまり、完全な入力ホログラム）、および少なくとも１枚の部分タイル（つまり、ホログラムの画素の連続したサブセット）を含む。空間光変調器に出力ホログラムが表現されている、または表示されているときは、したがって出力ホログラムが何枚かのタイルを含んでいると考えることができる。
【０１０１】
第１のタイリング方式は、入力コンピュータ生成ホログラムの完全タイルを、第１の出力コンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接した第１のサブセットにマッピングすることを含んでもよく、第２のタイリング方式は、入力コンピュータ生成ホログラムの完全タイルを、第２の出力コンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接した第２のサブセットにマッピングすることを含んでもよい。第１のサブセットおよび第２のサブセットは、部分的にのみ重複してもよい。つまり、第１のサブセットおよび第２のサブセットの画素の位置は、部分的にのみ重複する。
【０１０２】
第１のタイリング方式は、入力コンピュータ生成ホログラムの第１の複数の部分タイルを、第１の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングすることを含んでもよい。第２のタイリング方式は、入力コンピュータ生成ホログラムの第２の複数の部分タイルを、第２の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングすることを含んでもよい。第１の複数の部分タイルと第２の複数の部分タイルとは異なっていてもよい。例えば、第１の複数の部分タイルと第２の複数の部分タイルとは、数が異なっていてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、第１の複数の部分タイルのうちの少なくとも１つの部分タイルは、第２の複数の部分タイルのすべてと大きさが異なっていてもよい。
【０１０３】
いくつかの例では、タイリング方式は、受信したコンピュータ生成ホログラムの完全タイルを、出力コンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接したサブセットにマッピングし、ここで完全タイルは、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接したセットである。タイリング方式は、受信したコンピュータ生成ホログラムの第１の部分タイルを、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ×ｂ］画素の隣接したサブセットにさらにマッピングし、ここで第１の部分タイルは、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ×ｂ］画素の隣接したサブセットであり、ａ≦ｘおよびｂ＜ｙ、またはａ＜ｘおよびｂ≦ｙである。タイリング方式は、受信したコンピュータ生成ホログラムの第２の部分タイルを、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ’×ｂ’］画素の隣接したサブセットにさらにマッピングし、ここで第２の部分タイルは、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ’×ｂ’］画素の隣接したサブセットであり、ａ’≦ｘおよびｂ’＜ｙ、またはａ’＜ｘおよびｂ’≦ｙである。最後に、タイリング方式は、受信したコンピュータ生成ホログラムの第３の部分タイルを、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ’’×ｂ’’］画素の隣接したサブセットにさらにマッピングし、ここで第３の部分タイルは、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ’’×ｂ’’］画素の隣接したサブセットであり、ａ’’≦ｘおよびｂ’’＜ｙ、またはａ’’＜ｘおよびｂ’’≦ｙである。これらのタイルの寸法は、（ａｂ＋ａ’ｂ’＋ａ’’ｂ’’＋ｘｙ）＝ｍｎのようになる。
【０１０４】
一例では、完全タイルと、第１の部分タイルと、第２の部分タイルと、第３の部分タイルとは、空間光変調器を埋めるように、各出力コンピュータ生成ホログラム内に配置される。これら４枚の異なるタイルは、後述するように形成および配置することができる。最初に、完全タイルが出力ホログラムに配置される。第１の部分タイルの幅は完全タイルの幅と等しく、第１の部分タイルの高さが出力コンピュータ生成ホログラムの高さの残部を埋める（すなわち、完全タイルの高さ、および第１の部分タイルの高さが、出力コンピュータ生成ホログラムの高さと等しくなる）。第３の部分タイルの高さは完全タイルの高さと等しく、第３の部分タイルの幅が出力コンピュータ生成ホログラムの幅の残部を埋める（すなわち、第３の部分タイルの幅、および完全なタイルの幅が、出力コンピュータ生成ホログラムの幅と等しくなる）。第２の部分タイルは、完全タイルと、第１の部分タイルおよび第３の部分タイルとが残した、少なくとも１つの対応する出力コンピュータ生成ホログラムの残部を埋める。次に、別のタイリング方式で、例えば、２つの異なるタイル配置、３つの異なるタイル配置などを交互に切り替えたり、すべての可能なタイル配置を繰り返したりすることができる。
【０１０５】
一例では、第１の出力コンピュータ生成ホログラムは、完全タイル、第１の部分タイル、第２の部分タイル、第３の部分タイルから選択された２枚以上のタイルの組み合わせを含む。例えば、第１の出力コンピュータ生成ホログラムは、完全タイルと第１の部分タイルとを含むことができ、あるいは完全タイルと第２の部分タイルと第３の部分タイルとを含むが、第１の部分タイルは含まないようにすることができる。いくつかの実施形態では、空間光変調器に書き込まれるホログラフィックパターンは、少なくとも１枚の完全タイル（完全なタイル、つまり完全な入力ホログラム）と、タイル全体のうちの少なくとも１片のタイル（部分タイル、つまり入力ホログラムの画素の連続したサブセット）とを含む。あるいは、その他任意の考えられるタイルの組み合わせを使用することができる。
【０１０６】
第２の出力コンピュータ生成ホログラムは、別のタイリング方式が使用されているために、第１の出力コンピュータ生成ホログラムとは異なるタイルの組み合わせを含んでもよい。前述したように、別のタイリング方式を使用すると、画像の品質が向上するという利点がある。これは、２つのタイリング方式で異なるタイルの組み合わせを使用することによって実現することができる。あるいは、第１のタイリング方式と第２のタイリング方式との間で異なる数のタイルを使用することによって実現することができる。あるいは、各タイリング方式で同じ数のタイルおよびタイルの組み合わせを使用し、出力コンピュータ生成ホログラム内のタイルの位置または配置のみを変更してもよい。好ましい実施形態では、第１および第２のタイリング方式は両方とも１枚の完全タイルと複数の部分タイルとを含んでいるが、空間光変調器における完全タイルの位置は２つのタイリング方式で異なっている。両方のタイリング方式において、完全タイルの周囲の空間は部分タイルで埋められる。
【０１０７】
前述したことに加えて、タイルは、例えば、第１のタイリング方式が第１の部分タイルを第１の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングし、第２のタイリング方式が第１の部分タイルを第２のコンピュータ生成ホログラムにマッピングするように配置することができる。前述した第１の部分タイルを含む出力コンピュータ生成ホログラムの画素の位置は、第１の出力コンピュータ生成ホログラムと第２の出力コンピュータ生成ホログラムとで完全に異なっているか、または画素の位置が、第１の出力コンピュータ生成ホログラムと第２の出力コンピュータ生成ホログラムとで部分的に重複していてもよい。
【０１０８】
いくつかの例では、タイリング方式は、次に、第２の部分タイルを各コンピュータ生成ホログラムにマッピングでき、第１の部分タイルと第２の部分タイルとは、各出力コンピュータ生成ホログラムで連続した画素のグループを形成する。例えば、２枚の部分タイルは、これらを組み合わせた幅が空間光変調器の幅と等しくなるように、またはこれらを組み合わせた高さが空間光変調器の高さと等しくなるように配置することができる。このようにして、これらの部分タイルは連続した画素のサブセットとして、空間光変調器に好適に配置される。
【０１０９】
任意で、ホログラフィックプロジェクタは、空間光変調器を照明するために配置された光源をさらに備える。出力コンピュータ生成ホログラムが空間光変調器に表示または表現されるときに空間光変調器を照明することによって、出力コンピュータ生成ホログラムに対応するホログラフィック再構成の形成が可能になる。光源は、少なくとも部分的な空間コヒーレント光源、空間コヒーレント光源、またはレーザであってもよい。
【０１１０】
図５は、ホログラムの生成を示す。具体的には、ＨＤＭＩソースその他の画像ソース５０１は、ホログラムエンジン５０５に画像５０３を提供する。ホログラムエンジン５０５は、例えば、図２Ａおよび図２Ｂを参照して前述した工程に従って、または当業者に知られている、ホログラムを形成する他の任意の方法によって、ホログラムを形成あるいは生成するように構成される。
【０１１１】
ホログラムエンジン５０５は、コンピュータ生成ホログラム５０７を出力する。これは、画像５０３を表現したホログラムである。ホログラム５０７は、ＳＬＭ５４０に表示することができ、ＳＬＭ５４０は、例えば、図１および図３を参照して前述した空間光変調器である。ＳＬＭ５４０は、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）ＳＬＭでもよいが、光学的にアドレスされたＳＬＭを含む他のＳＬＭも同様に適している。図５の点線で囲まれた領域は、ホログラムを表示または表現するのに適したＳＬＭの全領域を示す。特に、空間光変調器のすべての画素が、ホログラム５０７がＳＬＭで表現されるときに使用されるわけではない。
【０１１２】
図５に引き続き、図６は、本開示によるタイリングエンジンの動作を示す。タイリングエンジン６０９は、入力ホログラム、すなわち受信ホログラムとして、ホログラムエンジン５０５によって生成されたコンピュータ生成ホログラム５０７を受信する。タイリングエンジン６０９は、次に、出力して引き続き空間光変調器５４０によって符号化して表示するための、対応する出力コンピュータ生成ホログラム６１１を形成する。出力コンピュータ生成ホログラム６１１は、元のホログラム５０７よりも大きく、［ｍ×ｎ］画素を含み、ｍ＞ｘ、およびｎ＞ｙである。
【０１１３】
出力コンピュータ生成ホログラム６１１は、タイリングエンジン６０９によって、タイリング方式に従って受信した入力コンピュータ生成ホログラム５０７の画素をマッピングすることによって形成される。タイリング方式は、アドレス方式またはマッピング方式と呼ばれてもよい。タイリング方式は、入力ホログラム５０７のどの画素を、出力ホログラム６１１のどの画素にマッピングするべきかについての命令を与える。図６に示すように、この例の出力ホログラム６１１は［ｘ×ｙ］画素のセット６０７を含み、これは入力ホログラム５０７の［ｘ×ｙ］画素と同一である。出力ホログラム６１１は、［ａ×ｂ］画素のサブセット６０８をさらに含み、これは入力ホログラム５０７の［ｘ×ｙ］画素の隣接する連続したサブセットを表している。画素［ａ×ｂ］の隣接する連続したサブセットは、図４Ｂで実際の入力画像に関して図示されているように、ホログラム５０７の完全なサブパートを表しているものと理解することができる。この［ａ×ｂ］画素のサブセットは第１の部分タイルになるものと考えられ、出力ホログラム６１１の［ｘ×ｙ］画素のセット６０７は、初期ホログラム５０７と同一の完全タイルになるものと考えることができる。この点において、タイリング方式は、入力ホログラム５０７の個々の隣接した画素を、出力ホログラム６１１側の画素に対してまったく異なる位置にランダムに割り当てるのではなく、入力ホログラム５０７の画素を画素のグループ、すなわちタイルとして出力ホログラム６１１にマッピングする。
【０１１４】
タイリングエンジン６０９によって出力ホログラム６１１が形成されると、空間光変調器５４０などの空間光変調器に表示することができる。あるいは、ＳＬＭによって符号化される前に、出力ホログラム６１１に別の情報を追加することができる。図６に示す例示的な装置では、ホログラムにソフトウェア光学素子を適用するための別のエンジン６１３が提供されている。このようなソフトウェア光学素子は、例えば、前述したようなレンズを表すデータ６１３Ａ、および回折格子データ６１３Ｂであってもよい。ソフトウェア光学素子は、本明細書では仮想光学素子とも呼ばれる。
【０１１５】
レンズを表すデータ６１３Ａは位相限定データなどのデータであり、ホログラムデータにこれを追加することにより、ビーム経路にレンズを配置して、再構成された画像をＳＬＭの平面（またはシステム内の光学素子の焦点面）に垂直な方向へ、ビーム経路に沿って移動させる効果がある。レンズを表すデータ６１３Ａは、実際の物理的なレンズが存在するかのような働きをする。計算による、またはソフトウェアによるレンズデータ（言い換えればソフトウェアレンズまたは計算レンズ）は、したがってシステムに屈折力を加える働きをする。いくつかの実施形態では、レンズを表すデータ６１３Ａはフーリエ変換を行うように構成される。これに加えて、またはこれに代えて、レンズを表すデータ６１３Ａは、ホログラフィック再構成が形成されるスクリーンその他の表面の収差を矯正するために屈折力を加えることもできる。例えば、フロントガラスの屈折力は、レンズを表すデータ６１３Ａを追加して相殺することができる。
【０１１６】
前述したように、レンズを表すデータ６１３Ａは、任意でフーリエ変換レンズであり、物理的なレンズを必要とせずにホログラフィックデータを空間領域にフーリエ変換する働きをする。コンピュータ生成ホログラムの技術分野では、物理的なフーリエレンズを必要とせずにフーリエ変換を行えるように、レンズを表すホログラフィックデータを、物体を表すホログラフィックデータと組み合わせる方法が知られている。いくつかの実施形態では、レンズデータは、単純なベクトル加算によって、ホログラフィックデータと結合される。いくつかの実施形態では、物理レンズがソフトウェアレンズと併用されてフーリエ変換が行われる。あるいは、他の実施形態では、ホログラフィック再構成が遠視野で行われるように、フーリエ変換レンズは完全に省略される。
【０１１７】
別の実施形態では、ホログラムは回折格子データ６１３Ｂを含んでもよく、これはつまり、ビームステアリングなどの回折格子の機能を実行するように構成されたデータである。データ６１３Ｂは、ホログラムデータにこれを追加することにより、ビーム経路に回折格子を配置して、再構成された画像をビーム経路に垂直で、かつＳＬＭの平面（または光学素子の焦点面）と平行な方向へ移動させる効果があるデータである。これについても、このようなホログラフィックデータを計算して、物体を表現するホログラフィックデータと結合する方法は、コンピュータ生成ホログラムの分野では知られている。例えば、位相限定ホログラフィック回折格子は、ブレーズド回折格子の表面の各点で生じる、位相遅延をモデル化することによって形成されてもよい。振幅限定ホログラフィック回折格子は、振幅限定ホログラムの角度ステアリングを提供するために、物体を表現する振幅限定ホログラムに単に重ねられてもよい。
【０１１８】
仮想光学系エンジン６１３によって、仮想光学素子またはソフトウェア光学素子が適用されると、出力コンピュータ生成ホログラムによって、空間光変調器５４０の画素を設定する最終的なホログラム６１５を出力することができる。前述したように、空間光変調器は、シリコン上の液晶、すなわちＬＣＯＳ空間光変調器５４０にすることができる。空間光変調器５４０は、最終的なホログラム６１５を受信して表現し、かつ照明されたときに空間光変調器に表現されたコンピュータ生成ホログラムに従って、空間的に変調された光を出力するように構成され、空間的に変調された光は、スクリーン上、または車のフロントガラスなどの再生フィールド位置でホログラフィック再構成を形成する。
【０１１９】
図５および図６に示す例では、タイリングエンジンによって、入力画像５０３の所与の入力ホログラム５０７に対して単一の出力コンピュータ生成ホログラムのみが形成されている。しかしながら、容易に理解されるように、タイリングエンジン６０９によって、出力コンピュータ生成ホログラム６１１のシーケンスを生成または形成することができる。出力コンピュータ生成ホログラム６１１のシーケンスは、様々な方法で実施することができる。
【０１２０】
第１の実施では、タイリングエンジン６０９は、［ｘ×ｙ］画素を含む第１のコンピュータ生成ホログラム５０７を受信して、対応する複数の異なるタイリング方式に従って、第１のコンピュータ生成ホログラム５０７の画素を複数の各出力コンピュータ生成ホログラム６１１の画素にマッピングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む複数の出力コンピュータ生成ホログラムを形成するように構成される。いくつかの実施形態では、タイリングエンジン６０９が受信した第１のコンピュータ生成ホログラム５０７は、入力ホログラムのシーケンスのうちの１つの入力ホログラムであり、複数の出力コンピュータ生成ホログラム６１１は、各入力ホログラムに対応する。この実施の１つの特定の例では、第１の受信コンピュータ生成ホログラム５０７は、第１および第２のタイリング方式のそれぞれに従って、第１および第２の出力コンピュータ生成ホログラム６１１を形成するようにマッピングされる。タイリングエンジン６０９によって受信される第１のコンピュータ生成ホログラムは、画像のホログラフィック再構成を作成するために、動画のフレームのホログラムではなく単一画像のホログラムであってもよいことは言うまでもない。
【０１２１】
第２の実施では、タイリングエンジン６０９は、複数の入力コンピュータ生成ホログラム５０７を受信して、対応する複数の異なるタイリング方式に従って、複数のコンピュータ生成ホログラム５０７の画素を出力コンピュータ生成ホログラム６１１の画素にマッピングすることによって、対応する複数の出力コンピュータ生成ホログラム６１１を形成するように構成される。この実施の１つの特定の例では、タイリングエンジンは、第１のコンピュータ生成ホログラム５０７を受信して、第１のタイリング方式に従って、第１の入力コンピュータ生成ホログラム５０７の画素を第１の出力コンピュータ生成ホログラム６１１の画素にマッピングすることによって、第１の出力コンピュータ生成ホログラム６１１を形成する。タイリングエンジン６０９は、次に、第２の入力コンピュータ生成ホログラムを受信して、第２のタイリング方式に従って、第２の受信コンピュータ生成ホログラムの画素を第２の出力コンピュータ生成ホログラムの画素にマッピングすることによって、第２の出力コンピュータ生成ホログラムを形成する。この工程は、後続の入力ホログラムのために繰り返されてもよい。
【０１２２】
前述した例の両方において、タイリングエンジンは、画素を第１の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第１のタイリング方式を使用し、画素を第２の出力コンピュータ生成ホログラムにマッピングするために第２のタイリング方式を使用するように構成される。好ましくは、前述した例示的な実施の第１および第２のタイリング方式は異なっているが、この２つが同じである可能性も考えられる。複数のタイリング方式がある場合、タイリング方式はすべて異なっていてもよく、あるいは２つの異なるタイリング方式を切り替えてもよく、あるいは一部または全部のタイリング方式が同じであってもよい。２つの異なるタイリング方式を使用する例については、図７Ａ〜図７Ｃを参照して以下で説明する。
【０１２３】
図７Ａは、出力ホログラム７１１の例を示す。これは、図６の出力ホログラム６１１と等価であると考えられる。出力ホログラム７１１は２枚のタイルを含み、１枚目は、初期入力画像（図５の符号５０３）に対応する、入力ホログラム５０７の完全な複製を表す完全なタイル７０７であり、２枚目は、入力ホログラム５０７の画素のサブセットを表す部分タイル７０８である。初期入力ホログラム５０７はタイリングエンジン６０９によって、第１のタイリング方式を使用して出力ホログラム７１１にマッピングされる。
【０１２４】
図７Ｂは、第２の出力ホログラム７２１を示す。出力ホログラム７２１は、第１の完全なタイル７１７と、第２の部分タイル７１８とを含む。１つの例示的なホログラム７２１は、入力ホログラム５０７に対応する出力コンピュータ生成ホログラムである。別の例では、ホログラム７２１は、別の第２の入力ホログラムに対応する出力コンピュータ生成ホログラムであって、タイリングエンジン６０９によって受信され、第２のタイリング方式に従って出力ホログラム７２１を形成するようにマッピングされる。図７Ａと図７Ｂとの比較において明らかなように、第１のタイリング方式と第２のタイリング方式とは異なっている。
【０１２５】
図７Ｃは、第３の出力ホログラム７３１を示す。出力ホログラム７３１は、第１の完全なタイル７２７と、第２の部分タイル７２８とを含む。一例では、ホログラム７３１は、図７Ｂに示す出力コンピュータ生成ホログラム７２１を形成するために使用される、入力ホログラム５０７または第２の入力ホログラムのいずれかに対応する出力コンピュータ生成ホログラムである。別の例では、ホログラム７３１は、第３の異なる入力ホログラムに対応する出力コンピュータ生成ホログラムである。第３の入力ホログラムはタイリングエンジン６０９によって受信され、第３のタイリング方式に従って出力ホログラム７３１を形成するようにマッピングされる。図７Ａと図７Ｃとの比較において明らかなように、第１のタイリング方式と第３のタイリング方式とは同じである。この例では、ホログラフィックプロジェクタは、第１のタイリング方式と第２のタイリング方式とを切り替えるように構成されている。この切り替えは特定の実施に応じて、フレーム内で、または複数のフレーム間で行うことができる。
【０１２６】
図８Ａ〜図８Ｄは、このホログラフィックプロジェクタで実現可能なタイリング配置の代替的な実施を示す。図８Ａ〜図８Ｄはそれぞれ、異なるタイリング方式による、入力すなわち受信したコンピュータ生成ホログラムの出力コンピュータ生成ホログラムに対するマッピングを示す。各タイリング方式は、初期入力ホログラムを、１枚の完全なタイル８３０と、第１の部分タイル８１０と、第２の部分タイル８２０としてマッピングする。図８Ａは第１のタイリング方式を示し、第１の部分タイル８１０と第２の部分タイル８２０とを互いに隣接させ、かつ完全なタイル８３０の上にマッピングしている。図８Ｂは第２のタイリング方式を示し、第１の部分タイルの位置と第２の部分タイルの位置とが入れ替わっている。完全なタイル８３０は、同じ位置にとどまっている。図８Ｃは第３のタイリング方式を示し、第１の部分タイルの位置と第２の部分タイルの位置とが再度入れ替わっており、完全なタイルの位置と部分タイルの位置も入れ替わっている。図８Ｂの第２のタイリング方式では、完全なタイル８３０が部分タイルの下にあったのに対し、図８Ｃでは、完全なタイル８３０が２枚の部分タイルの上になっている。図８Ｄは、第４のタイリング方式を示し、完全なタイル８３０は図８Ｃの第３のタイリング方式によるものと同じ位置にとどまっているが、第１の部分タイル８１０の位置と第２の部分タイル８２０の位置とが再度入れ替わっている。
【０１２７】
図９は、ホログラフィックプロジェクタのタイリング配置の代替的な実施を示す。図９では、出力コンピュータ生成ホログラムは、完全なタイル９１０と、第１の部分タイル９２０と、第２の部分タイル９３０と、第３の部分タイル９４０との４枚のタイルを含む。これら４枚のタイルは、空間光変調器の使用可能な出力の全体を埋める。これらのタイルの寸法は、図１０Ａに示されている。第１の部分タイルの幅は完全なタイルの幅と等しく、第３の部分タイルの高さは完全なタイルの高さと等しく、第２の部分タイルは、少なくとも１つの対応する出力コンピュータ生成ホログラムの残部を埋めていることがわかる。図９に示す例示的なタイリングは、連続的である。つまり、隣接するタイルが一方向または両方向において端から端まで結合している。
【０１２８】
図１０Ａに示すように、完全なタイル９１０は、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接する連続したセット（例えば、図６に示す入力コンピュータ生成ホログラム５０７）であり、出力コンピュータ生成ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の隣接したセットにマッピングされる。完全なタイル９１０については、画素数ｘは幅を表し、画素数ｙは高さを表す。第１の部分タイル９２０は、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ×ｂ］画素の隣接する連続したサブセットで、ａ＝ｘ、およびｂ＜ｙであり、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ×ｂ］画素の隣接したサブセットにマッピングされる。第１の部分タイル９２０については、画素数ａは幅を表し、画素数ｂは高さを表す。図９を参照して説明したように、完全なタイル９１０の幅は、第１の部分タイル９２０の幅と等しい。第２の部分タイル９３０は、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ’×ｂ’］画素の隣接したサブセットで、ａ’＜ｘ、およびｂ’＜ｙであり、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ’×ｂ’］画素の隣接したサブセットにマッピングされる。第２の部分タイル９３０については、画素数ａ’は幅を表し、画素数ｂ’は高さを表す。最後に、第３の部分タイル９４０は、受信したコンピュータ生成ホログラムの［ａ’’×ｂ’’］画素の隣接したサブセットで、ａ’’＜ｘ、およびｂ’’＝ｙであり、出力コンピュータ生成ホログラムの［ａ’’×ｂ’’］画素の隣接したサブセットにマッピングされる。第３の部分タイル９４０については、画素数ａ’’は幅を表し、画素数ｂ’’は高さを表す。図９を参照して説明したように、第３の部分タイル９４０の高さは、完全なタイル９１０の高さと等しい。
【０１２９】
図１０Ａでは、４枚の異なるタイルの出力コンピュータ生成ホログラムに対するマッピングは、第１のタイリング方式に従って行われる。第２の部分タイル９３０は、出力コンピュータ生成ホログラムの残部を埋めるような幅および高さを有する。言い換えれば、タイルは、ａ’＋ｘ＝ａ’’＋ａ＝ｍ、およびｂ＋ｙ＝ｂ’’＋ｂ’＝ｎになるように配置され、これによって出力コンピュータ生成ホログラムのすべての使用可能な空間が埋まる。図１０Ｂ〜図１０Ｆはそれぞれ、４枚のタイルの異なる構成を示し、異なるタイリング方式による、初期入力ホログラムの出力コンピュータ生成ホログラムに対するマッピングを表す。図１０Ａ〜図１０Ｆからわかるように、出力コンピュータ生成ホログラムのタイルの数には変わりはなく、その配置のみが異なっている。
【０１３０】
これとは対照的に、図１１Ａ〜図１１Ｆは、タイリング方式によってタイルの数が変化し、したがって出力コンピュータ生成ホログラム内のタイルの大きさとその位置との両方が変化していることを示している。特に、図１１Ａは、入力ホログラムの６枚のタイルに対するマッピングを示しており、１枚の完全なタイルと５枚の部分タイルとがあり、各部分タイルは同じ大きさになっている。次に図１１Ｂは、１枚の完全なタイルと、第１の部分タイルと、第１の部分タイルとは異なる２枚の第２の部分タイルとのマッピングを示す。出力コンピュータ生成ホログラム内の前述したタイルの位置は図ごとに異なっているが、図１１Ｃ〜図１１Ｆは、マッピングされたタイルの数が図１１Ａおよび図１１Ｂから変化していることを示しており、各マッピングが異なるタイリング方式に従って行われていることを示している。
【０１３１】
図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｄ、図１０Ａ〜図１０Ｆ、および図１１Ａ〜図１１Ｆに示す配置は、すべて異なるタイリング方法を示している。マッピングされるタイルの数、大きさ、および／または位置を連続するタイリング方式間で変化させることによって、ホログラフィック再構成の品質が向上する。タイリング方式の変化率は５０Ｈｚよりも大きく、任意で５０〜５００Ｈｚであってもよい。
【０１３２】
本明細書で述べる方法および工程は、コンピュータ可読媒体で具体化されてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、およびキャッシュメモリなどの、一時的または永久的にデータを記憶するように構成された媒体を含む。「コンピュータ可読媒体」という用語もまた、機械によって実行するための命令を記憶可能な任意の媒体、または複数の媒体の組み合わせを含むとみなされるものとし、その結果、命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、本明細書で説明した方法のうちの任意の１つ以上が、全体的に、または部分的に機械によって実行される。
【０１３３】
「コンピュータ可読媒体」という用語は、クラウドベースの記憶システムをさらに包含する。「コンピュータ可読媒体」という用語は、これに限定されないが、ソリッドステートメモリチップ、光学ディスク、磁気ディスク、またはこれらの任意の適切な組み合わせといった例示的な形態で、１つ以上の有形かつ非一時的なデータリポジトリ（例えば、データボリューム）を含む。いくつかの例示的な実施形態では、実行するための命令は、搬送媒体によって通信されてもよい。このような搬送媒体の例には、一時的な媒体（例えば、命令を通信する伝播信号）が含まれる。
【０１３４】
当業者には、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を加えられることは明らかであろう。本開示は、添付の特許請求の範囲、およびその均等物の範囲内のあらゆる修正および変更を包含する。
【符号の説明】
【０１３５】
１１０  光源
１１１  コリメーティングレンズ
１１２  出口波面
１２０  フーリエ変換レンズ
１２５  スクリーン
１４０  ＳＬＭ
２０２Ａ、２０２Ｂ  データ形成ステップ
２１０  入力画像
２１１Ａ、２１１Ｂ  大きさ値
２１３Ａ  位相値
２３０  ランダム位相分布
２５０  第１の処理ブロック
２５３  第２の処理ブロック
２５６  第３の処理ブロック
２５８  処理ブロック
２５９  第４の処理ブロック
２８０Ａ、２８０Ｂ  ホログラム
３０１  電極
３０１ａ  ギャップ
３０２  基板
３０２ａ  回路
３０３  配向層
３０４  液晶層
３０５  第２の配向層
３０６  透明層
３０７  透明電極
３０８  位相変調素子
４００  第２の画像
４０１  入力画像
４０２  第１のサブセット
４０３  第２のサブセット
４０４  第３のサブセット
５０１  画像ソース
５０３  画像
５０５  ホログラムエンジン
５０７  入力コンピュータ生成ホログラム
５４０  空間光変調器
６０７  ［ｘ×ｙ］画素のセット
６０８  サブセット
６０９  タイリングエンジン
６１１  出力コンピュータ生成ホログラム
６１３  仮想光学系エンジン
６１３Ａ  レンズを表すデータ
６１３Ｂ  回折格子データ
６１５  最終的なホログラム
７０７  完全なタイル
７０８  部分タイル
７１１  出力ホログラム
７１７  第１の完全なタイル
７１８  第２の部分タイル
７２１  第２の出力ホログラム
７２７  第１の完全なタイル
７２８  第２の部分タイル
７３１  第３の出力ホログラム
８１０  第１の部分タイル
８２０  第２の部分タイル
８３０  完全なタイル
９１０  完全なタイル
９２０  第１の部分タイル
９３０  第２の部分タイル
９４０  第３の部分タイル
【図１】
2020076973.tif 000004
【図２Ａ】
2020076973.tif 000005
【図２Ｂ】
2020076973.tif 000006
【図２Ｃ】
2020076973.tif 000007
【図３】
2020076973.tif 000008
【図４Ａ】
2020076973.tif 000009
【図４Ｂ】
2020076973.tif 000010
【図５】
2020076973.tif 000011
【図６】
2020076973.tif 000012
【図７Ａ】
2020076973.tif 000013
【図７Ｂ】
2020076973.tif 000014
【図７Ｃ】
2020076973.tif 000015
【図８Ａ】
2020076973.tif 000016
【図８Ｂ】
2020076973.tif 000017
【図８Ｃ】
2020076973.tif 000018
【図８Ｄ】
2020076973.tif 000019
【図９】
2020076973.tif 000020
【図１０Ａ】
2020076973.tif 000021
【図１０Ｂ】
2020076973.tif 000022
【図１０Ｃ】
2020076973.tif 000023
【図１０Ｄ】
2020076973.tif 000024
【図１０Ｅ】
2020076973.tif 000025
【図１０Ｆ】
2020076973.tif 000026
【図１１Ａ】
2020076973.tif 000027
【図１１Ｂ】
2020076973.tif 000028
【図１１Ｃ】
2020076973.tif 000029
【図１１Ｄ】
2020076973.tif 000030
【図１１Ｅ】
2020076973.tif 000031
【図１１Ｆ】
2020076973.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月10日(2020.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
［ｍ×ｎ］画素を含む空間光変調器用のドライバであって、前記ドライバは、それぞれが［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するように構成され、ｍ≧ｘおよびｎ≧ｙであり、タイリング方式を使用して各入力ホログラムに対応する出力ホログラムを形成するために、各入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、それぞれが［ｍ×ｎ］画素を含む出力ホログラムを前記空間光変調器に表示するように前記空間光変調器を駆動し、
前記ドライバは、第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用し、第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用するように構成され、各出力ホログラムは、前記入力ホログラムの複数のタイルを含み、各タイリング方式は、前記空間光変調器の前記画素上の各タイルの大きさおよび各タイルの位置を定義する
ドライバ。
【請求項２】
各出力ホログラムの隣接したタイルが、前記入力ホログラムの１つの端を前記入力ホログラムの前記反対側の端に結合する
請求項１に記載のドライバ。
【請求項３】
各出力ホログラムが少なくとも１つの完全タイルを含み、完全タイルは、前記入力ホログラムの［ｘ×ｙ］画素の完全な隣接したグループである
請求項１または２に記載のドライバ。
【請求項４】
ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙである
請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項５】
各出力ホログラムが複数の部分タイルを含み、部分タイルは、前記入力ホログラムの画素の隣接したサブセットである
請求項１〜４のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項６】
前記ドライバが、第１の入力ホログラムを受信し、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングし、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項７】
前記ドライバが、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信して、各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して前記入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、次の前記入力ホログラムが受信される前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項８】
前記ドライバが、第１の入力ホログラムを受信し、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングし、第２の入力ホログラムを受信し、２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第２の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項９】
前記ドライバが、入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信して、各入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素に連続的にタイリングし、かつ前記タイリング方式を連続的に変更することによって、対応する出力ホログラムの動画レートシーケンスを表示するように構成される
請求項１〜５のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項１０】
各入力ホログラムが、空間周波数の空間分布を含み、任意で、各入力ホログラムがフーリエまたはフレネルホログラムである
請求項１〜９のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のドライバを備え、前記空間光変調器と、各入力ホログラムに対応するホログラフィック再構成が再生平面に形成されるように、コヒーレント光で各出力ホログラムを照明するように構成された光源とをさらに備える
ホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１２】
［ｍ×ｎ］画素を含む空間光変調器を駆動する方法であって、
［ｘ×ｙ］画素を含む入力ホログラムを受信するステップであって、ｍ≧ｘ、およびｎ≧ｙである、ステップと、
最初は第１のタイリング方式を使用して入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第１の出力ホログラムを表示するステップと、
２度目は第２のタイリング方式を使用して入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、［ｍ×ｎ］画素を含む第２の出力ホログラムを表示するステップとを含み、
各出力ホログラムは、前記対応する入力ホログラムの複数のタイルを含み、前記タイリング方式は、前記空間光変調器の前記画素上の各タイルの大きさおよび各タイルの位置を定義する
方法。
【請求項１３】
第１の入力ホログラムを受信するステップと、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップと、
２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１４】
入力ホログラムの動画レートシーケンスを受信するステップと、
各入力ホログラムに対して、複数の異なるタイリング方式を使用して前記入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングすることによって、次の前記入力ホログラムを受信する前に、複数の対応する出力ホログラムを連続して表示するステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１５】
第１の入力ホログラムを受信するステップと、最初は第１の出力ホログラムを表示するために第１のタイリング方式を使用して、前記第１の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップと、
第２の入力ホログラムを受信するステップと、
２度目は第２の出力ホログラムを表示するために第２のタイリング方式を使用して、前記第２の入力ホログラムを前記空間光変調器の前記画素にタイリングするステップとをさらに含む
請求項１２に記載の空間光変調器を駆動する方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項に記載されているように空間光変調器を駆動するステップと、
各入力ホログラムに対応する再生平面に少なくとも１つのホログラフィック再構成を形成するために、各出力ホログラムをコヒーレント光で照明するステップとを含む
ホログラフィック投影の方法。
【請求項１７】
ｍ≧２ｘ、およびｎ≧２ｙである
請求項１６に記載のホログラフィック投影の方法。
【外国語明細書】
2020076973000001.pdf