(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄシーンを再構成する方法であって、
個別のオブジェクト点を含む前記３Ｄシーンは、ホログラフィック表示装置の光変調器上でコンピュータ生成ホログラムの形式でエンコード化され、
少なくとも一つの光源は、十分なコヒーレント光で前記光変調器を照射し、少なくとも一つの変換レンズは、前記光を変換し、
プロセッサは、エンコード化及び再構成を行うための制御信号を制御し、
前記３Ｄシーンの前記再構成は、観察者平面内の可視領域から可視である、前記方法において、
前記プロセッサは、再構成ボリューム内での水平、垂直、及び奥行き方向における個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の位置を定義する空間点マトリックスを生成し、前記３Ｄシーンに近似する所定の強度、及び位相の値を前記オブジェクト点（Ｐｎ）に割り当て、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）は、前記３Ｄシーン内の前記オブジェクト点に応じた強度及び位相勾配が割り当てられ、
前記可視領域内の個別のオブジェクト点の各々について複素数波面が計算され、前記オブジェクト点（Ｐｎ）の集約された補正された波面を形成するために加えられる、前記個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の補正された波面を取得するために、前記オブジェクト点（Ｐｎ）の前記強度の値が、前記可視領域内の観察者の目の位置に応じて前記個別のオブジェクト点（Ｐｎ）に割り当てられた視感度関数にて乗算され、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）に対する制御値を計算するために、前記補正された波面が前記光変調器の前記平面内へ変換手段によって変換され、
前記制御値を用いて前記光変調器内の前記ＣＧＨをエンコード化し、当該ＣＧＨを前記可視領域内に変換して前記３Ｄシーンを再構成するために、制御信号として前記制御値が制御手段により生成される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
３Ｄシーンを再構成する方法であって、
個別のオブジェクト点を含む前記３Ｄシーンは、ホログラフィック表示装置の光変調器上でコンピュータ生成ホログラムの形式でエンコード化され、
少なくとも一つの光源は、十分なコヒーレント光で前記光変調器を照射し、少なくとも一つの変換レンズは、前記光を変換し、
プロセッサは、エンコード化及び再構成を行う制御信号を制御し、
前記３Ｄシーンの前記再構成は、観察者平面内の可視領域から可視である、前記方法において、
前記プロセッサは、前記光変調器上に直接、空間点マトリックスに応じた特定の強度及び位相の値が割り当てられた前記３Ｄシーンの各オブジェクト点に対するサブホログラムの制御信号を算出し、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）に割り当てられた前記可視領域内の前記視感度関数は、変換手段により前記光変調器の前記平面へ変換されて、
前記視感度関数の変換が前記サブホログラムの制御信号と数学的に畳み込まれるか、もしくは、前記視感度関数が前記サブホログラムのサイズに関してサイズ変更されて前記サブホログラムの振幅が前記視感度関数にて拡大されるか、のいずれかがなされ、
補正されたＣＧＨの制御信号は、前記３Ｄシーンを再構成するために、前記光変調器内でエンコード化され、前記可視領域へ変換される
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記３Ｄシーンは、光変調器の前記平面に平行なセクション層にスライスされ、
二次元点マトリックスは、前記セクション層それぞれにおける個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の前記位置を定義するための各セクション層にて生成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記視感度関数は、隣接するセクション層における前記３Ｄシーンのオブジェクト点（Ｐｎ）の間の強度変化に応じて変化されるか、もしくは、
前記視感度関数は、隣接するセクション層における前記３Ｄシーンのオブジェクト点（Ｐｎ）の間の連続した強度変化に応じて、連続的に変化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ホログラフィック表示装置であって、
光変調器と、
個別のオブジェクト点を有する、前記光変調器内でエンコード化して３Ｄシーンとして形成されるコンピュータ生成ホログラムと、
十分なコヒーレント光にて前記光変調器を照射するための少なくとも一つの光源と、
前記光を変換するための少なくとも一つの変換レンズと、
エンコードおよび再構成をするための制御信号を制御するためのプロセッサと
を有し、
前記３Ｄシーンの前記再構成は、観察者平面内の可視領域から観察されることができ、
前記プロセッサは、
空間点マトリックスを生成し、
水平、垂直、及び奥行き方向において個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の位置を定義し、
前記３Ｄシーンを概算する所定の強度及び位相の値を前記オブジェクト点（Ｐｎ）に割り当て、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）は、前記３Ｄシーン内の前記オブジェクト点（Ｐｎ）の前記位置に応じた強度、及び位相勾配を割り当てられ、
計算手段は、
前記観察者平面内の前記可視領域内の個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の各々に対して複素数波面を計算し、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）の前記強度の値を、前記可視領域内の観察者の目の前記位置に基づいて割り当てられた視感度関数にて乗算し、
全てのオブジェクト点（Ｐｎ）の集約された補正された波面を形成するために前記個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の前記補正された波面を加算し、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）に対する前記視感度関数を生成し、
変換手段は、
前記オブジェクト点（Ｐｎ）に対する制御値を計算するために、前記光変調器の平面に前記補正された波面を変換し、
制御手段は、
前記制御値を用いて前記光変調器上の前記ＣＧＨをエンコード化し、該ＣＧＨを前記可視領域に変換して前記３Ｄシーンを再構成するために、前記プロセッサの制御信号として前記制御値を生成する
ことを特徴とするホログラフィック表示装置。
【請求項６】
ホログラフィック表示装置であって、
光変調器と、
個別のオブジェクト点を有する、前記光変調器内にエンコード化して３Ｄシーンとして形成されるコンピュータ生成ホログラムと、
十分なコヒーレント光にて前記光変調器を照射するための少なくとも一つの光源と、
前記光を変換するための少なくとも一つの変換レンズと、
エンコードおよび再構成をするための制御信号を制御するためのプロセッサと
を有し、
前記３Ｄシーンの前記再構成は、観察者平面内の可視領域から観察されることができ、
前記プロセッサは、再構成ボリューム内に空間点マトリックスを生成し、前記３Ｄシーンを概算するための所定の強度、及び位相の値を前記オブジェクト点（Ｐｎ）に割り当て、
前記光変調器は、ホログラム平面内に直接計算されるサブホログラムの制御信号を含み、前記サブホログラムを補正する際に、当該サブホログラムの制御信号は、前記個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の割り当てられた視感度関数のそれぞれの変換にて得られた値と乗算される
ことを特徴とするホログラフィック表示装置。
【請求項７】
前記３Ｄシーンは、光変調器の前記平面に平行なセクション層へスライスされ、
二次元点マトリックスは、個別のオブジェクト点（Ｐｎ）の位置を定義する各セクション層に生成されるか、もしくは、
各オブジェクト点（Ｐｎ）は、前記光変調器上にて、サブホログラム（Ｓｎ）としてエンコード化される
ことを特徴とする請求項５または６に記載のホログラフィック表示装置。
【請求項８】
セクション層の前記オブジェクト点（Ｐｎ）は、前記水平方向及び垂直方向の両方について空間的に同一間隔である特徴を有する点マトリックスにあるか、もしくは、
セクション層の前記オブジェクト点（Ｐｎ）は、異なる間隔を有する点マトリックスにあるか、もしくは、
間隔は、隣接するセクション層によって異なる
ことを特徴とする請求項７に記載のホログラフィック表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフ的に再構成された三次元シーン（３Ｄシーン）を観察者に示す方法、及びこの方法を実装するホログラフィック表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の適用分野には、非常に詳細で現実感のある３Ｄシーンの再構成が必須である分野のホログラフィック表示装置が含まれる。これは、例えば医療、地質学、もしくは軍事産業であり、オペ、穿孔、及び他の行動を正確に計画し、従って、大幅にコストを削減、及びリスクの最小化の少なくとも一方をすることができる。加えて、そのような表示装置は、例えばゲームのような個人的な分野にて用いられてもよい。
【０００３】
この発明を実装するホログラフィック表示装置は常に、この変換の周期性間隔内においてエンコード化されたコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）の変換平面において、ある可視領域を提示もする。３Ｄシーンの再構成は、可視領域における目の位置から観察することができ、可視領域は目の瞳孔より大きい。
【０００４】
本明細書において、３Ｄシーンについて言及する場合、これは常に単一の三次元オブジェクトを含む静止した、もしくは動く３Ｄシーンの両方に関する。
【０００５】
ホログラフィは、３Ｄシーンを記録し、波動光学的方法を用いて光学的に表示することを可能にする。３Ｄシーンは、キャリア媒体として働き、別個に空間的に制御可能な光変調手段を含む光変調器においてＣＧＨの形態にエンコード化される。干渉の生成ができる光波の照射に起因して、エンコード化された３Ｄシーンの各点は、互いに干渉する光波の原点を形成し、結果として、光波面は、あたかも空間の実オブジェクトから伝播する光によって生成されたように、空間的に３Ｄシーンを再構成する。３Ｄシーンのホログラフィック再構成は、光学的再構成システムを用いた直視型ディスプレイにおいて、十分なコヒーレント光を有するキャリア媒体を照射することによって達成される。
【０００６】
ホログラムをエンコード化する際において、３Ｄシーンの再構成に関連して観察者が動く場合、観察者がこのシーンの異なる視野もしくは視界を観察するように、３Ｄシーンの複素波面を介して情報をエンコード化することができる。空間的シーンの部分は、一つの視界において可視であるが、他の視界においては隠れており、よって不可視となる。これは、３Ｄシーンが観察される現実の観察者の位置、及び３Ｄシーンの部分が、背景もしくは前景のいずれに適するかどうかに依存する。これらの知覚は、現実感のある再構成を取得するために、３Ｄシーンのホログラムを計算する際に考慮されるべきである。不可視であるこれらの部分の計算は省略することができる。
【０００７】
自然なシーンにおいて、３Ｄシーンの個別の部分は、表面形状や自然光源による３Ｄシーンの照明の効果に起因して、異なる位置から異なる明るさにて知覚される。例えば、入射太陽光の反射は、特定方向から鏡を覗き込む観察者に対して、鏡の中でのみ可視である。
【０００８】
より一般に、オブジェクト表面は、角度を選択する態様で光を反射し、もしくは角度を選択する態様で光を放つ。そのような３Ｄシーンの現実感のある表示の特徴は、ホログラムの再構成によっても表示されるべきである。
【０００９】
出願者により出願された様々な特許出願は、小さな可視領域が再構成を観察するのに十分であるホログラフィック画像表示手段を記載している。可視領域はその中で、目の瞳孔のサイズと同じ大きさ、もしくは少しだけ大きくすることができる。３Ｄシーンの再構成は、右の観察者の目、そして左の観察者の目に対し生成される。もし観察者が動いたならば、３Ｄシーンの再構成は、位置検出の補助及び追跡手段により、観察者の新しい位置に追跡される。必要なら、新しい視界が、前のものから著しく異なるのであれば、ホログラムは、新しい位置に対し、新たに計算され、エンコード化されるべきである。
【００１０】
動きの余裕は少ししかないため、可視領域が小さいほど、視野の視界は可視領域内により小さく変化していく。正確に目の瞳孔と同じ大きさの可視領域においては、ほとんど３Ｄシーンの静止視界である。このときこれは、ホログラム計算に対する入力データにて、一般的に知られた方法においてすでに決定することができる。例えば、３Ｄ地理プログラムにて描画される場合、オブジェクト点は、可視であるが、可視領域にはない。もし、観察者の目の追跡に起因して、ホログラムを再計算する必要がある場合、変化した視野は、これらの入力データが変化したことを考慮する。
【００１１】
しかしながら、可視領域は、例えば位置検出や追跡手段の不正確さを補正するために、目の瞳孔より少し大きいことが好ましく、例えば、目の瞳孔のサイズにおける、例えば２倍を有する。目の瞳孔は、３Ｄシーンの異なる視界を要求する可視領域のような中における位置を移動することができる。
【００１２】
ホログラム計算（前述した出願者によって出願された特許出願）は常に、３Ｄシーンが可視領域内の均一な品質にて可視であるように、可視領域における個々のオブジェクト点の光度を均等に分散する目的を実現する。しかしながら、可視領域が、目の瞳孔よりも大きい場合、これは十分に、３Ｄシーンの現実感のある表示の視界を有する上記で特定された要求に応じることができない。
【００１３】
視野の変化（例えば、観察者との異なる距離にて適応された平面内のオブジェクト点の相対移動）は、上で述べたように計算されたホログラムにおいてすでに考慮されているが、可視領域の中心の外側に観察者が動いた場合に、再構成におけるエラーが発生してもよい。これらのエラーは、３Ｄシーンの個別の部分が異なる視野から可視である際に、明るさにおける自然変動が、再構成において考慮されていない事実に起因する。この特別な場合のように、事実は、オブジェクト点が、視野における変化に起因して可視領域の部分において可視もしくは不可視となることが可能なホログラム計算の間に考慮されるべきである。
【００１４】
オブジェクトの部分の可視化もしくは不可視化を計算する他の周知の方法は、例えば、幾何学的形状領域を形成するために、オブジェクト点を組み合わせる。実需に応じて、アルゴリズム的計算方法は、オブジェクトの精度や画像の精度を有するこれらの領域にて実施される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、再構成された３Ｄシーンの一部の現実感のある可視化、及び不可視化の少なくとも一方が、可視領域内の所定の位置において観察者の目に対し実現されるように、目の瞳孔よりも大きな可視領域を有するホログラフィック表示装置において３Ｄシーンの再構成を生成することである。
【００１６】
３Ｄシーンのオブジェクト点の可視化は、ホログラフィック計算の間に考慮に入れられるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
目的は、３Ｄシーンを再構成するための方法によって、請求項１に準じて解決され、
３Ｄシーンは、３Ｄシーンのコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）がホログラフィック表示装置の光変調器（ＳＬＭ）上にてエンコード化される個別のオブジェクト点に分けられ、
少なくとも一つの光源は、十分なコヒーレント光で前記光変調器を照射し、少なくとも一つの変換レンズが前記光を変換し、
プロセッサは、エンコード化及び再構成を行う制御信号を制御し、
前記３Ｄシーンの前記再構成は、可視領域内の観察者平面から可視であり、
前記プロセッサは、再構成ボリューム内での水平、垂直、及び奥行き方向における個別のオブジェクト点の位置を定義する空間点マトリックスを生成し、前記３Ｄシーンを概算する所定の強度、及び位相の値を前記オブジェクト点に割り当て、
前記可視領域内の個別のオブジェクト点の各々について複素数波面が計算され、前記オブジェクト点の前記強度の値は、前記個別のオブジェクト点に割り当てられた視感度関数にて拡大され、続いて前記オブジェクト点の集約され補正された波面を形成するために加えられ、
前記オブジェクト点について補正された制御値を計算するために、前記補正された波面が前記光変調器の前記平面内へ変換され、
前記補正された制御値を用いて前記光変調器内の前記ＣＧＨをエンコード化し、当該ＣＧＨを前記可視領域内に変換して前記３Ｄシーンを再構成するために制御信号が制御手段により生成される
オブジェクト点を定義する他の方法は、まず光変調器の平面に平行であるセクション層に対してスライスし、これらの各セクション層における二次元点マトリクスを生成することである。
【００１８】
前記オブジェクト点を示す、もしくは隠すために、前記視感度関数は、隣接するセクション層における前記３Ｄシーンのオブジェクト点の連続する強度変化に応じて、連続することが好ましい。
【００１９】
請求項１に準ずる方法の修正において、前記第一の処理工程の完了の後、オブジェクト点の表示もしくは隠蔽は、前記点マトリックスに応じて特定の強度及び位相の値を割り当てられた前記３Ｄシーンの各オブジェクト点に対する、前記光変調器上で直接サブホログラムを計算する計算手段においても達成できる。その結果、前記可視領域における前記オブジェクト点が割り当てられた前記視感度関数は、前記光変調器の平面に変換手段によって変換され、前記サブホログラムとの畳み込みが行われる。従って、計算され、修正されたＣＧＨは、前記３Ｄシーンを再構成するために、前記光変調器上にてエンコード化され、前記可視領域に変換される。
【００２０】
可視領域の寸法に起因して、可視化関数の変換を用いた畳み込みは、個々のサブホログラムのサイズに関して可視化関数をサイズ変更し、続いて、サブホログラムの振幅を可視化関数にて拡大することによって、概算することができる。これは、方法を単純化し、コンピュータ資源を節約する。
【００２１】
本発明によると、前記方法は、ホログラフィック表示装置において実装され、前記３Ｄシーンは、前記３Ｄシーンのコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）が光変調器上においてエンコード化される個別のオブジェクト点に分けられ、プロセッサは、エンコード化及び再構成のための制御信号を制御し、前記３Ｄシーンの前記再構成が、可視領域から観察されることができ、
当該ホログラフィック表示装置において、
空間点マトリックスを生成するプロセッサ手段は、
水平、垂直、及び奥行き方向において個別のオブジェクト点の位置を定義し、
前記３Ｄシーンを概算する所定の強度及び位相の値を前記オブジェクト点に割り当て、
計算手段は、
前記可視領域内の個別のオブジェクト点の各々に対して複素数波面を計算し、
全てのオブジェクト点のこのように修正された波面を加えることによって、前記オブジェクト点の前記強度の値を割り当てられた視感度関数にて拡大し、
前記オブジェクト点に対する前記視感度関数を生成し、
変換手段は、
前記オブジェクト点に対する修正された制御値を計算するために、前記光変調器の前記平面に前記補正された波面を変換し、
前記制御手段は、
前記ＣＧＨを前記光変調器上にて前記修正された制御値でエンコード化し、前記可視領域に前記ＣＧＨを変換するために前記３Ｄシーンを再構成するために、前記プロセッサにて制御信号を生成する。
【００２２】
本発明の実施形態において、３Ｄシーンがなるべくセクション層に対しスライスする際に、セクション層のオブジェクト点は、水平方向及び垂直方向の両方にて特定の間隔を示す点マトリックスにあり、上述の間隔は、二次元において同じ、もしくは異なってよい。
【００２３】
オブジェクト点の強度における変化を計算する際、空間は、好ましくは隣接したセクション層によって異なってよい。
【００２４】
更に、各可視オブジェクト点が光変調器においてサブホログラムとしてエンコード化されていることが、計算のためには好ましい。
【００２５】
ＣＧＨが、この方法に準じて計算されるならば、可視領域内を移動する観察者は、実際の視野に応じて異なる３Ｄシーンの表示を観察することができるであろう。
【００２６】
ホログラフィック表示装置における３Ｄシーンの再構成のための発明の方法は、添付図と合わせて詳細に述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、エンコード化されたサブホログラムのオブジェクト点を示す平面図であり、前記オブジェクト点は、ＳＬＭと観察者平面の可視領域との間に再構成されている。
【図２ａ】図２は、可視領域における個別のオブジェクト点の変換の図解を示し、絶対値（図２ａ）と位相（図２ｂ）を表示している。
【図２ｂ】図２は、可視領域における個別のオブジェクト点の変換の図解を示し、絶対値（図２ａ）と位相（図２ｂ）を表示している。
【図３】図３は、２つの異なる目の位置から２つの再構成されたオブジェクト点の可視化を示している平面図である。
【図４】図４は、サブホログラムと対応づいた２つのオブジェクト点を示し、２つの異なる目の位置からオブジェクト点の可視化を説明する平面図である。
【図５ａ】図５ａは、図４のオブジェクト点に対する、視感度関数のプロットを示している。
【図５ｂ】図５ｂは、図４のオブジェクト点に対する、視感度関数のプロットを示している。
【図６】図６は、指向性光放射を有する再構成されたオブジェクト点を示している。
【図７】図７は、図６のオブジェクト点に対する、視感度関数の図解である。
【図８ａ】図８ａは、視感度関数の適用無しのサブホログラムの振幅を示している。
【図８ｂ】図８ｂは、図７と類似し、サブホログラムの幅に合わせてサイズを変更した視感度関数を示している。
【図８ｃ】図８ｃは、可視関数にて乗算した後の図８ｂにおけるサブホログラムの振幅の結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ＳＬＭの平面に対し平行であるセクション層に対し３Ｄシーンを分割することや、観察者平面ＢＥ内の可視領域ＳＢに対してそれらのセクション層の全てを変換すること、並びに、それらの値をそこで加算することは先行技術から良く知られている。それにより、３Ｄシーンは、光変調器に対しこれらの集約された値の他の変換方法によって、ホログラム平面において計算され、ＳＬＭ上にてＣＧＨとしてエンコード化される。
【００２９】
これに対して、本発明に係る方法によると、３Ｄシーンは、個別のオブジェクト点Ｐ．．．Ｐｎに分割され、各個別のオブジェクト点Ｐｎは、個々に可視領域ＳＢに変換される。個別のオブジェクト点Ｐｎの変換は、初めに可視領域ＳＢにて、個別のセクション層、もしくは３Ｄシーンにおけるオブジェクト点Ｐｎの位置に応じた一定の強度と位相の勾配を生成する。可視領域ＳＢにおける値の全分布は、全ての個々のオブジェクト点Ｐ．．．Ｐｎの複素数を加える方法によって求められる。
【００３０】
目の瞳孔の口径が制限されていることや光の波特性を原因として、取得される３Ｄシーンの個別のオブジェクト点の回折解像度は限定されたものになる。その結果、ホログラムが個別のオブジェクト点に基づいて計算されるのであれば、観察者は再構成において、オブジェクト点ではなくむしろ密閉エアリー円盤を観察することとなる。
【００３１】
以下、本発明に係る方法について、３Ｄシーンを示すオブジェクト点Ｐ、Ｐ１、Ｐ２を用いて説明する。少なくとも一つの光源（不図示）は、図１、３、４、及び６において十分なコヒーレント光にてＳＬＭを照射する。更に、少なくとも一つの変換レンズ（不図示）は、変換を実現するために図１、３、４、及び６における光路において配置される。更に、図１、３、４、及び６にて示された配列は、３Ｄシーンが可視となる錐台形の再構成ボリュームＲＶを含む。ボリュームは、端を有する可視領域ＳＢから表示スクリーンの角に対し伸びる。ＳＬＭの実際のエンコード化に応じて、スクリーンを越えて続くことができる。再構成ボリュームＲＶは図１においてのみ示されている。
【００３２】
図１を参照すると、第一に３Ｄシーンの個別のオブジェクト点Ｐは、再構成ボリュームＲＶにおける任意の平面に位置すると考えられる。
【００３３】
オブジェクト点ＰのサブホログラムＳ、もしくは全ての３ＤシーンのＣＧＨは、ＳＬＭにてエンコード化される。オブジェクト点Ｐから観察者平面ＢＥにおける可視領域ＳＢへの光の伝播が、オブジェクト点Ｐの平面から観察者平面ＢＥへの変換（例えば、フレネル変換）を実行することによる波動光学方法で計算されるように、オブジェクト点ＰのサブホログラムＳは計算される。観察者平面ＢＥからホログラム平面への変換が次に行われるのであれば、固定位置のそこに制限領域が生成されるが、この領域は複素数波面の形態におけるオブジェクト点Ｐについての情報を含んでいる。その領域の外側における波面の絶対値はほぼ０である。この制限領域は、サブホログラムＳとしても参照される。別の方法として、サブホログラムＳは、観察者平面ＢＥを介して計算する代わりに、直接計算することもできる。全てのサブホログラムＳｎは、共に３ＤシーンのＣＧＨを形成する。プロセッサＰＭは、点マトリックスを生成し、３Ｄシーンの複素数を格納して修正するのに使用される。
【００３４】
図２ａ及び２ｂは、複素光の分布を示している図であり、オブジェクト点Ｐの平面から観察者平面ＢＥへの変換後の可視領域ＳＢのオブジェクト点に対する結果である。図２ａにおけるダイアグラムは光分布の絶対値プロットを示しており、図２ｂにおけるダイアグラムは位相プロットを示している。
【００３５】
絶対値ひいては強度は、全ての可視領域ＳＢの幅を横切って一定であることが分かる。これは、一方の目の瞳孔が可視領域ＳＢ内で異なる目の位置Ａｎにある観察者は、同じ強度にてオブジェクト点Ｐを常に観察することができることを意味する。
【００３６】
図２ｂにて示された可視領域ＳＢにおける位相プロットは、オブジェクト点Ｐに由来し、観察者平面ＢＥに対して伝播する発散波（例えば、球面波）を示している。
【００３７】
一般に、３ＤシーンのＣＧＨが、３Ｄシーンの個別のオブジェクト点Ｐｎの各平面から観察者平面ＢＥのみに対するフレネル変換の工程を伴って計算される場合は、明暗のオブジェクト点を有する３Ｄシーンが得られるということが言えるだろう。しかし、観察者が３Ｄシーンの個別のオブジェクト点を観察する場所の相対光度は、可視領域ＳＢ内の全ての目の位置に対し平均して同じである。例えば、再構成された３Ｄシーンの特定のオブジェクト点が一方の目の位置からより明るく、他方の目の位置がより暗く観察されることができる場合には、これは部分的に、３Ｄシーンの現実感のある再構成とは相容れない。
【００３８】
図３は、再構成ボリュームＲＶにおける可視領域ＳＢに対し、異なる距離にある３Ｄシーンの２つのオブジェクト点Ｐ１、Ｐ２の例を示す。
【００３９】
再構成ボリュームＲＶが奥行き座標ｚと横座標ｘ、ｙとを有するｘｙｚ座標系に基づくならば、同じｘ及びｙ座標を有する間、オブジェクト点Ｐ１、Ｐ２は、ここで、可視領域ＳＢもしくは目の位置Ａ１、Ａ２に対するそれらの距離ｚが異なる。
【００４０】
３Ｄシーンの観察の間、観察者の目が可視領域ＳＢの中心に直接ある場合、目の位置Ａ１において、目は現実の３Ｄシーンにおけるより近いオブジェクト点Ｐ１のみが観察されるであろう。オブジェクト点Ｐ２は、オブジェクト点Ｐ１の後ろに隠れる。
【００４１】
しかしながら、目が目の位置Ａ２にあるならば、観察者は、オブジェクト点Ｐ１、Ｐ２の両方を観察するであろう。
【００４２】
これに対する尺度は、目が２つのオブジェクト点Ｐ１、Ｐ２を観察する角度である。図３において、これは目の位置Ａ２にて開始し、Ｐ１及びＰ２に対して走る２つの矢印によって囲まれた角度である。もし、この角度が分の範囲において目の標準的な分解能よりも大きければ、Ｐ１及びＰ２は、別々のものとして知覚される。
【００４３】
視感度関数を用いる目的は、ホログラム計算の間に、現実のオブジェクト点の可視化について、これらの特性を考慮するためである。
【００４４】
図４は、ホログラム平面における２つのオブジェクト点Ｐ１、Ｐ２のサブホログラムＳ１、Ｓ２を示している。それらは、空間的に重なっている。オブジェクト点Ｐ２は、ホログラム平面のより近くにあるため、サブホログラムＳ２は、サブホログラムＳ１よりも小さい。可視領域ＳＢは、図面中ではハッチング部分に該当するサブ領域を示しているが、ここでは、観察者の目に係る目位置Ａ１から現実のオブジェクト点Ｐ２を観察することはできない。このサブ領域は、オブジェクト点Ｐ１によって覆われる。そのサブ領域のサイズは、オブジェクト点Ｐ１が再構成において観察者により観察されるようにエアリー円盤の拡張によって決定される。観察者の目が、可視領域ＳＢの異なる目の位置（例えば、Ａ２）にある場合にのみ、ハッチング部分であるサブ領域の外側ではあるが、オブジェクト点Ｐ２を観察することができる。
【００４５】
図５ａ及び５ｂは、前の図から、実際のシーンに対応している２つのオブジェクト点Ｐ１、Ｐ２の再構成のための視感度関数の利用を示している。視感度関数は、０と１の間の範囲の値を取り得る。オブジェクト点Ｐ１に関連して、常に一定の値１を有し、オブジェクト点Ｐ1は、可視領域ＳＢのおける所定の目の位置Ａｎから同じ明るさにて観察されることができる。対照的に、オブジェクト点Ｐ２は、サブ領域において不可視であるため、オブジェクト点Ｐ２の視感度関数は、可視領域の中心にある斜線サブ領域において値０を有する。中心サブ領域の外側において、オブジェクト点Ｐ２はそこから可視であるため、値１を有する。視感度関数の水平軸は、ダイアグラムの任意の単位にて示されている。示された水平軸の一部は、可視領域の幅と一致している。
【００４６】
図６は、エンコード化されたサブホログラムＳを有するオブジェクト点Ｐと指向性光放射を示しており、多数のオブジェクト点は３Ｄシーンを形成する。これらのオブジェクト点は、規定構造を有する表面（例えば、光沢のある表面）を示すことができ、光源の光は、例えば指向性を有する態様で、この表面に向かっていく。多くの光はオブジェクト点Ｐから可視領域ＳＢの下位の領域に、上位の領域よりも伝播するように、３Ｄシーンの構造によって定義される。これは、可視領域ＳＢを指している太さが異なる矢印によって、図中に示されており、図７において最も太い矢印は、最も強い可視化を示している。図７は、オブジェクト点Ｐに対する視感度関数のプロットを示しており、そのようなオブジェクト点Ｐからの指向性光放射は、再構成において達成される。図７における左の余白は、図６の可視領域ＳＢの下位の端に一致している。
【００４７】
オブジェクト点Ｐｎの指向性放射特性に対する極端な例は、光源（例えば、弱いレーザビーム）によって示される３Ｄシーンの反射面である。可視領域ＳＢにおける特定の目の位置Ａｎから誘導反射を観察することが可能であるだけだろう。
【００４８】
個々のオブジェクト点に対する視感度関数は、例えば、３Ｄシーンの他のオブジェクト点の位置を考慮した幾何的関係に基づいて決定され、プロセッサ手段にて格納されることができる。
【００４９】
可視領域において明るさが変化するオブジェクト点のサブホログラムは、例えば、継続的に視感度関数が変化する乗算の方法によって、なるべく継続的に計算されることもできる。
【００５０】
方法を実装できるように、３Ｄシーンのプロセッサ手段ＰＭは、空間点マトリックスを生成する。再構成ボリュームＲＶにおける水平及び垂直位置、そして奥行き位置は、従って多数のオブジェクト点Ｐｎに対して定義される。次に、オブジェクト点Ｐｎが３Ｄシーンを高品質に近似するように、オブジェクト点Ｐｎには、予め決められ格納された強度及び位相の値がプロセッサＰＭにて割り当てられる。
【００５１】
更なる処理工程において、観察者平面ＢＥにおける各オブジェクト点Ｐｎの複素数波面は、３ＤシーンのＣＧＨを計算するために計算される。各オブジェクト点Ｐｎの複素数波面の絶対値もしくは強度は、その次に、適宜割り当てられた視感度関数にて拡大される。この割り当ては、点マトリックスに基づき、プロセッサＰＭに格納される。その後、３Ｄシーンの全てのオブジェクト点Ｐｎの次の修正された波面が、集約され修正された波面を形成するために加えられる。
【００５２】
修正された波面は、次にホログラム平面へ変換される。この変換は自動的にそれらの視感度関数を有する個別のオブジェクト点ＰｎのサブホログラムＳｎも修正する。
【００５３】
変換において計算された複素値は、エンコード化のための制御信号として制御手段（不図示）によって生成された修正された制御信号を生成する。制御信号にてエンコード化されたＣＧＨは、３Ｄシーンを再構成するために観察者平面ＢＥにおける可視領域に変換される。観察者の目は、再構築ボリュームＲＶにおいて、３Ｄシーンの現実感のある再構築を、可視領域ＳＢにおける任意の目の位置Ａｎから観察することができる。ここで、“現実感のある”とは、オブジェクト点によって再構成され、可視領域における個別の目の位置に適応されたオブジェクトの部分の可視化もしくは不可視化を指していると理解されるべきである。
【００５４】
方法のわずかな変更の実施形態によると、ホログラム平面において直接計算されたサブホログラムＳｎの場合、修正は個々のオブジェクト点の視感度関数の変換でサブホログラムＳｎを拡大することによって達成されることができる。
【００５５】
視感度関数の変換でのサブホログラムの数学的に正確な畳み込みの代わりに、畳み込みは、すでに上記で述べられたように、サブホログラムの幅と合うようにサイズ変更された視感度関数の乗算によって概算することができる。
【００５６】
これは、図８ａ乃至８ｃにおいて示されている。これらの図は、可視領域ではなく、サブホログラムにおける視感度関数の乗算に由来する図解を示している。
【００５７】
図８ａは、オブジェクト点のサブホログラムの見本となる振幅を示しており、特定の視感度関数は提供されていない。この振幅は、微細な振幅や徐々に下るグラフを無視した場合、二乗関数に類似している。
【００５８】
図８ｂは、図７にて示されたのと同じ視感度関数を示しているが、ここでは、図８ａのサブホログラムの幅と合うようにサイズ変更され、サブホログラムの外側では一定値１で継続している。
【００５９】
図８ｃは、一方に対して振幅が減衰するサブホログラムの形態で、図８ａ及び８ｂにおいて示された関数の乗算の結果を示している。
【００６０】
サブホログラムのサイズは、オブジェクト点からスクリーンまでの距離に依存するように、各サブホログラムは、個別にそれの特定の幅にサイズ変更される視感度関数にて拡大されるべきである。これは、オブジェクト点の奥行きの座標に従って、図８ｂにて示されたグラフの圧縮もしくは拡張と一致する。
【００６１】
前述の方法は、請求項５乃至１０に記述されているように、方法の実装のために必要なプロセッサ手段、計算手段、変換手段、及び制御手段を有するホログラフィック表示装置にて実装されることができる。
【００６２】
方法は、視感度関数を用いて３Ｄシーンのオブジェクト点を修正する方法によって、異なる観察角度からのオブジェクト点の異なる可視化が、ホログラム計算の間、配慮されるという利点を有する。個別の目の位置から異なる明るさにて観察されるオブジェクト点は、再構成において、それに応じて示される。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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