(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィックディスプレイにおいて３次元シーンを再構成する方法において、
前記３次元シーン（３Ｄシーン）は個々のオブジェクト点に分割され、各オブジェクト点が照明系の光源により十分にコヒーレントな光で照明される空間光変調器手段上でサブホログラムとして符号化され、
前記３Ｄシーンは、可視領域と画面との間にわたる再構成空間内に、前記オブジェクト点の再構成された波面から再構成され、ここで、この再構成は前記可視領域に位置する観察者の少なくとも一方の眼に対して可視であり、
プロセッサが前記３Ｄシーンを計算及び符号化するプロセッサ素子を含む方法であって、
第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）により実行されるところの、
前記サブホログラム（Ｓｎ）を符号化するために、規則的に配置された格子セルを有する変位可能な２次元格子（ＭＲ）を、前記空間光変調器手段（Ｌ）上に生成する格子生成ステップと、
オブジェクト点（ＯＰｎ）を、前記２次元格子（ＭＲ）の前記格子セルの夫々の設定位置に応じて選択し、それらのオブジェクト点を集約して複数のオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）を形成するオブジェクト点選択ステップと、
前記形成された複数のオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の１つのオブジェクト点グループと、前記２次元格子（ＭＲ）の１つの設定位置について、
（１）当該１つのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）に属するオブジェクト点（ＯＰｎ）のサブホログラム（Ｓｎ）を計算する計算ステップと、
（２）当該１つのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）のこれらのオブジェクト点（ＯＰｎ）について計算された前記サブホログラム（Ｓｎ）を前記１つのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の共通ホログラムとして符号化し、ここで、この共通ホログラム符号化を、前記計算されたサブホログラム（Ｓｎ）を、前記２次元格子（ＭＲ）の個別の格子セルに同時に割り付けることにより、符号化する、符号化ステップと、
前記２次元格子（ＭＲ）を前記空間光変調器手段上で変位させた後に、次のオブジェクト点グループに対して、前記計算ステップ（１）と前記符号化ステップ（２）を、全てのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の共通ホログラムが順次符号化されるまで、順次繰り返すステップ
とを含み、
第２のプロセッサ素子（ＰＥ２）は、
前記空間光変調器手段（Ｌ）上の前記格子（ＭＲ）の変位と同期して前記照明系を制御する制御ステップであって、前記オブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の本質的にコヒーレントであるが互いに非コヒーレントである部分再構成が、前記順次符号化される複数のホログラムから、ある速度ペースで前記可視領域（ＳＢ）に生成されるように制御して、これにより、前記部分再構成が、時間的に平均化された唯一の再構成として見ることができるようにする、前記制御ステップを実行する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、２つの平面（Ｚ１、Ｚ２）により制限され、前記３Ｄシーンの再構成に寄与する全てのオブジェクト点（ＯＰｎ）を含み、且つ前記空間光変調器手段（Ｌ）上にサブホログラム（Ｓｎ）の表面積を規定する奥行き範囲（ＴＢ）を、前記再構成空間において規定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
単一のサブホログラム（Ｓ）の最大表面積は、前記可視領域（ＳＢ）の平面からの前記所定の奥行き範囲（ＴＢ）の前記２つの平面（Ｚ１、Ｚ２）のうちの一方の軸方向距離により規定される、又は、前記奥行き範囲（ＴＢ）は、前記空間光変調器手段（Ｌ）の前方、または、後方の最大の軸方向距離に制限される、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、前記最大のサブホログラム（Ｓ）と一致するように、前記格子（ＭＲ）の格子セルの表面積を規定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、前記生成された格子（ＭＲ）の格子セルに対する空間位置に依存して前記規定された奥行き範囲（ＴＢ）からオブジェクト点（ＯＰｎ）を選択し、且つそれらのオブジェクト点をオブジェクト点グループ（ＯＰＧ）に組み合わせることにより、オブジェクト点グループ（ＯＰＧ）を形成することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記生成された２次元格子（ＭＲ）の１つの位置にあるオブジェクト点で、１つの格子セルに対して中心にあるようなオブジェクト点（ＯＰｎ）のみによりオブジェクト点グループ（ＯＰＧ）を形成することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、更なるオブジェクト点グループ（ＯＰＧ）の共通のホログラムを計算及び符号化するために、前記２次元格子（ＭＲ）を、画素化された前記空間光変調器手段（Ｌ）の少なくとも１画素分だけ、変位させるようにソフトウェア手段により制御される、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、１次元ホログラムを符号化するために水平方向に前記２次元格子（ＭＲ）を変位させ、２次元ホログラムを符号化するために水平方向及び垂直方向の双方に前記格子（ＭＲ）を変位させる、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
オブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）のサブホログラム（Ｓｎ）は、２次元符号化の場合に前記空間光変調器手段（Ｌ）上で水平方向及び垂直方向に同時に符号化され、
前記２次元格子（ＭＲ）は、最大１格子セル分だけ水平方向及び／又は垂直方向に変位され、前記奥行き範囲（ＴＢ）のオブジェクト点（ＯＰｎ）の全ての種々の位置は前記奥行き範囲（ＴＢ）に含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記サブホログラム（Ｓ）のサイズは、
ｎ（ｐx,y）＝｜ｚ／（Ｄ−ｚ）｜＊Ｄλ／Ｐx,y2  （１）
に従って計算される、
ここで、ｚはオブジェクト点（ＯＰ）と前記空間光変調器手段（Ｌ）又は画面との間の軸方向距離であり、Ｄは前記空間光変調器手段（Ｌ）又は画面からの前記可視領域（ＳＢ）の距離であり、λは前記照明システムにおいて使用される光源の光の波長であり、ｐx,yはマクロ画素の幅（ｐx）又は高さ（ｐy）である
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
位置ファインダが、観察者の眼の現在の眼の位置（ＡＰ）を検出し、位置制御器が、前記現在の眼の位置（ＡＰ）に向けられるように前記サブホログラム（Ｓｎ）の変調された波面の伝播方向を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
サブホログラム（Ｓ）は、前記空間光変調器手段（Ｌ）の格子セルの隣接画素において１次元又は２次元に符号化される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記サブホログラムが符号化される前記空間光変調器手段（Ｌ）は、画面としての役割を果たし、前記空間光変調器手段（Ｌ）は透過型光変調器であり、又は、
前記画面は、前記空間光変調器手段（Ｌ）上で符号化されるホログラムが結蔵する、または、前記空間光変調器手段（Ｌ）上で符号化される前記３Ｄシーンの波面が結像する光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記空間光変調器手段（Ｌ）は、透過型光変調器又は反射型光変調器であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
オブジェクト点（ＯＰｎ）の時間的に平均化された可視光度は、可変期間中に前記オブジェクト点（ＯＰｎ）を再構成することにより制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
更に前記空間光変調器手段（Ｌ）全体又は前記空間光変調器手段（Ｌ）の個々の格子セルのみを照明する前記照明系の少なくとも１つの光源の光度は時間変化することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
３次元シーンを再構成する装置であって、
少なくとも１つの空間光変調器手段を照明する十分にコヒーレントな光を放射する少なくとも１つの光源を有する照明系と、
前記空間光変調器手段と可視領域との間にわたる再構成空間内において個々のオブジェクト点に分割される前記３次元シーン（３Ｄシーン）を再構成する再構成手段であって、前記再構成は、眼の位置から前記可視領域にて可視である、再構成手段と、
前記３Ｄシーンのオブジェクト点のサブホログラムを計算及び符号化し、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法を実現するプロセッサ素子を有するプロセッサとを具備し、
前記プロセッサの第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）は、
前記サブホログラム（Ｓｎ）を前記再構成空間に符号化するために、規則的に配置された格子セルを有する変位可能な２次元格子（ＭＲ）を前記空間光変調器手段（Ｌ）上に生成するステップと、
前記３Ｄシーンのオブジェクト点（ＯＰｎ）からオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）を生成するステップと、
前記形成された複数のオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の１つのグループと、前記２次元格子（ＭＲ）の１つの設定位置に対して、
（１）当該１つのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）に属するオブジェクト点（ＯＰｎ）の多数のサブホログラム（Ｓｎ）を計算する計算ステップと、
（２）前記オブジェクト点（ＯＰｎ）について計算した前記サブホログラム（Ｓｎ）を、前記２次元格子（ＭＲ）の個別の格子セル内に、前記オブジェクト点グループの共通のホログラムとして同時に符号化する、符号化ステップと、
前記２次元格子（ＭＲ）を前記空間光変調器手段上で変位させた後に、次のオブジェクト点グループに対して、前記計算ステップ（１）と前記符号化ステップ（２）とを、全てのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の共通ホログラムが順次符号化されるまで、順次繰り返すステップ、
とを実行し、
前記プロセッサの第２のプロセッサ素子は、
前記空間光変調器手段（Ｌ）上での前記２次元格子の変位と同期させて前記照明系を制御する第２のプロセッサ素子（ＰＥ２）であって、前記オブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の本質的にコヒーレントであるが互いに非コヒーレントである部分再構成が、前記順次符号化される複数のホログラムから、ある速度ペースで前記可視領域（ＳＢ）に生成されるように制御して、これにより、前記部分再構成が、時間的に平均化された唯一の再構成として見ることができるようにする、ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
直視型ディスプレイ又は投写型ディスプレイの形態のホログラフィックディスプレイを有する、ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記空間光変調器手段（Ｌ）は、画面としての役割を直接果たし、前記装置は、前記空間光変調器手段（Ｌ）上にホログラフィック符号化される前記３Ｄシーンの情報の画像が投影される画面を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
格子セルは水平方向及び垂直方向に隣接する複数の画素の領域を含む、又は格子セルの表面積は、最大である可能性のあるサブホログラムの表面積と一致することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記空間光変調器手段（Ｌ）は、少なくとも３つの位相レベルを制御できる位相変調光変調器であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
サブホログラム（Ｓ）は、格子セルにおいてレンズ関数として前記位相変調光変調器上に表され、再構成されたオブジェクト点（ＯＰ）の光度は、可変期間中に前記サブホログラム（Ｓ）において前記レンズ関数を表すことにより制御されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
線形位相関数は、前記位相変調光変調器上の格子セルの境界領域において表され、前記位相関数は前記可視領域（ＳＢ）外の位置に前記光を偏向することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
レンズ関数が表されない期間中、線形位相関数は前記格子セルにおいて表され、前記位相関数は前記可視領域（ＳＢ）外の位置に前記光を偏向することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記空間光変調器手段（Ｌ）は、バイナリ位相変調光変調器である、又は
位相変調光変調器及び振幅変調光変調器の組合せを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
前記振幅変調光変調器はバイナリ変調器であり、再構成されたオブジェクト点（ＯＰ）の時間的に平均化された可視光度は制御され、前記振幅変調光変調器は可変期間中にサブホログラム（Ｓ）の領域において透過モードに切り替えられることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
サブホログラム（Ｓ）の範囲を制限し且つ最小の透過率を示すフレーム（ＲＡ）は、前記振幅変調光変調器の格子セルに、更に正確には前記サブホログラム（Ｓ）と前記格子セルの縁部との間に書き込まれることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記位相変調光変調器は、バイナリ型であるか又は少なくとも３つの位相レベルを制御可能であることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
１つ又は複数の光源は、前記空間光変調器手段（Ｌ）の少なくとも１つの格子セルを照明する照明系において提供され、前記光源の光度は、個々のオブジェクト点（ＯＰｎ）の再構成の時間的に平均化された光度を制御するために制御可能であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３０】
前記３次元シーンの部分再構成は、符号化オブジェクト点グループ（ＯＰＧ）から生成されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３１】
種々のサブホログラム（Ｓｎ）を含む異なるホログラムを符号化するために、前記２次元格子（ＭＲ）は、前記空間光変調器手段（Ｌ）の少なくとも１画素分及び最大でも１格子セル分だけ変位されるようにソフトウェア手段により制御され、前記格子（ＭＲ）は、２次元符号化に対して水平方向及び垂直方向の双方に変位されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項３２】
３次元シーンを再構成するホログラフィックディスプレイであって、このホログラフィックディスプレイは、
符号化された３次元シーン（３Ｄシーン）のホログラフィック情報により十分にコヒーレントな光を変調する空間光変調器手段を前記光により照明する照明系と、
前記３Ｄシーンのホログラムを計算及び符号化するプロセッサを有するソフトウェア手段により制御されて組み合わされる位置ファインダにより位置が検出される観察者の少なくとも一方の眼に対して前記空間光変調器手段と前記可視領域との間にわたる錐台形状の再構成空間において前記３Ｄシーンの再構成が可視である可視領域における眼の位置に前記光を結像する結像系と、
を有し、
このホログラフィックディスプレイは、請求項１乃至１６のいずれか１項の３次元シーンの再構成方法に記載の、前記３Ｄシーンをオブジェクト点に分割して符号化するための前記オブジェクト点選択ステップを使用するホログラフィックディスプレイであって、
また、このホログラフィックディスプレイは、
前記空間光変調器手段（Ｌ）と共に制御される第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）であって、
規則的に配置された２次元格子セルを有する変位可能な２次元格子（ＭＲ）を前記空間光変調器手段（Ｌ）上に生成するように構成され、且つ、
前記２次元格子セル内には前記３Ｄシーンの共通のホログラムが符号化され、この共通ホログラムはサブホログラムを含み、
前記サブホログラムは、前記オブジェクト点選択ステップに従って計算され、水平方向及び／又は垂直方向に同時に符号化され、前記３Ｄシーンの部分的再構成を表現するサブホログラムであって、
１つのサブホログラム（Ｓ）が常に１つの格子セルに符号化されるような、前記サブホログラムを含む共通ホログラムを前記２次元格子セルに符号化する、ところの前記第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）と、
前記空間光変調器手段（Ｌ）上での前記２次元格子の変位と同期させて前記照明系を制御する第２のプロセッサ素子（ＰＥ２）であって、
前記２次元格子の変位に起因する前記３Ｄシーンの他の部分再構成を順次生成するために、ここで、前記他の部分再構成は本質的にコヒーレントであるが相互に非コヒーレントであり、ホログラフィック情報により変調された波面を前記可視領域（ＳＢ）において順次知覚し、且つ、前記３次元シーンの唯一の時間的に平均化された再構成として前記眼の位置（ＡＰ）から見るようになる、第２のプロセッサ素子（ＰＥ２）、
とが設けられたことを特徴とするホログラフィックディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィックディスプレイにおいて３次元シーンを再構成する方法に関する。この方法において、３次元シーン（３Ｄシーン）は、空間光変調器手段上でサブホログラムとして符号化される個々のオブジェクト点（object point）に分割される。照明系の光源は、十分にコヒーレントな光により光変調器手段を照明する。３Ｄシーンの部分ホログラフィック再構成は、再構成空間において情報により順次変調される波面により本発明の方法に従って生成され、可視領域内の眼の位置から見れる。更に本発明は、方法を実現するための装置、並びに方法及び装置を使用するためのホログラフィックディスプレイに関する。
【０００２】
本発明は、３Ｄシーンの非常に詳細で現実的な空間再構成がホログラフィックディスプレイを使用して改善される分野において適用可能である。
【０００３】
本発明は、直視型ディスプレイ又は投写型ディスプレイにおいて実現可能であり、それらのディスプレイは双方とも、使用される変換の周期間隔内の符号化ホログラムの逆変換の平面にあり且つ「観察者ウィンドウ」とも呼ばれる可視領域を有する。
【背景技術】
【０００４】
３Ｄシーンのホログラフィック再構成は、可視領域と光変調器手段との間にわたる再構成空間において光学再構成システムと共に十分にコヒーレントな光により光変調器手段を照明することにより実現されるのが好ましい。符号化３Ｄシーンの各オブジェクト点は、波面と共に結果として得られる重畳された光波面に寄与し、可視領域から３Ｄシーンの再構成として知覚される。可視領域の範囲は、ほぼ瞳孔のサイズを有するように適応される。別個の可視領域が観察者の眼毎に作成される。観察者が移動すると、それに従って可視領域は適切な手段を使用して追跡される。
【０００５】
３Ｄシーンの再構成を見れるようにするため、観察者は、３Ｄシーンのホログラムが直接符号化され且つ画面としての役割を果たす光変調器手段を見る。本明細書において、この構成は「直視型ディスプレイ」と呼ぶ。あるいは、観察者は、記憶媒体で符号化されるホログラム値の変換又は画像が投影される画面を見れる。本明細書において、この構成は「投写型ディスプレイ」と呼ぶ。
【０００６】
眼の位置は、位置ファインダによる一般的に周知方法で検出される。そのようなディスプレイの原理は、（１）欧州特許出願公開第１，５６３，３４６Ａ２号公報、（２）独国特許出願公開第１０ ２００４ ０６３ ８３８号又は（３）独国特許出願公開第１０ ２００５ ０２３ ７４３ Ａ１号等の本出願人により出願された先行技術文献から周知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ホログラムを符号化するために、提供された光変調器手段の特性を考慮する多くの方法が周知である。
【０００８】
文献（２）のホログラムを計算する方法において最初に説明されるように、再構成される３Ｄシーンは、ホログラム値を計算するプログラミング手段により参照平面に平行なセクション層に分割され、それらのセクション層においては格子（grid）の個々の点に更に分割される。本明細書におけるそれらの点はオブジェクト点である。各オブジェクト点は、符号化表面の特定の領域において光変調器手段上で符号化され、その領域により再構成される。この領域は、そのオブジェクト点のサブホログラムを保持する。サブホログラムは、焦点においてその１つのオブジェクト点を再構成するホログラフィック符号化されたレンズ関数にほぼ対応する。
【０００９】
これを図１ａに例示的に示す。図１ａにおいて、３Ｄシーンの３つの異なるセクション層（不図示）からの３つのオブジェクト点ＯＰ１、ＯＰ２及びＯＰ３の２次元サブホログラムＳ１、Ｓ２及びＳ３は、光変調器手段Ｌの制御可能な素子において符号化される。本明細書において、サブホログラムＳ１〜Ｓ３は、水平方向及び垂直方向に特定の範囲を有し、それらは全て同一の変調器平面にある。重複効果を理解し易くするために、変調器平面からある距離のところにＳ２を示す。各サブホログラムは、可視領域ＳＢにおいて眼の位置ＡＰから可視である３Ｄシーンの１つのオブジェクト点のみを再構成する。図１ｂに示すように、光変調器手段Ｌの個々の画素において、隣接するオブジェクト点ＯＰ１及びＯＰ２のサブホログラムＳ１及びＳ２の情報は重なり合う。図１ｂにおいては、オブジェクト点ＯＰ１のみを示す。更に離れているオブジェクト点ＯＰ３のサブホログラムＳ３は、光変調器手段Ｌの異なる領域において符号化され、重なり合わない。３Ｄシーンがより多くのオブジェクト点から構成されると、対応するサブホログラムは更に重なり合う。一般に、全てのサブホログラムの全体は３Ｄシーン全体の再構成を表す。重なり合うサブホログラムの複素値は、ホログラム計算中に加算される必要があるため、追加の計算負荷及びメモリ容量が要求される。一般に複素値は、ホログラムの透明度値により表される。本明細書において、「透明度値」という用語は、総称的な用語として使用される。これは、反射型光変調器における反射率又は位相値も示すことができる。
【００１０】
例えば１つのオブジェクト点のみを含む３Ｄシーンが全体的に再構成される場合、複素値は、そのオブジェクト点に対して、サブホログラムが配置される光変調器手段の領域に書き込まれる必要がある。複素値の絶対値、すなわち振幅は、サブホログラム全体にわたりほぼ一定であり、その大きさは画面までのオブジェクト点の軸方向距離及びオブジェクト点の光度に依存する。サブホログラムに近接する複素値の位相分布は、焦点距離が光変調器手段又は画面までのオブジェクト点の軸方向距離に依存するレンズの関数にほぼ対応する。サブホログラム外においては、そのオブジェクト点に対して値「０」が光変調器手段に書き込まれる必要がある。サブホログラム内の光変調器の画素のみが、それらの全体の透過率でその単一のオブジェクト点の再構成に寄与する。
【００１１】
これに対して、３Ｄシーンの再構成がホログラムのフーリエ平面において作成される従来のフーリエホログラムにおいて、再構成の各オブジェクト点はホログラム全体により再構成される。再構成の全てのオブジェクト点の情報は、光変調器の各画素において重畳される。変調器の画素における複素値は、全てのオブジェクト点に対して加算される必要がある。その一方で、ホログラムの各画素は全てのオブジェクト点の再構成にも寄与する。例えばフーリエホログラムが複数の小さなサブホログラムに分割される場合、各サブホログラムは３Ｄシーン全体を再構成し続ける。
【００１２】
フーリエホログラムとは異なり、本明細書において、複素値は（１）及び（２）に従って計算されたホログラムに対するサブホログラムの重なり合うセクションにおいてのみ加算される。本明細書において、複素値を加算した結果、以下において「ダイナミックレンジ」と呼ばれ、且つ、図２に示される値の範囲において、ゼロと最大発生振幅との間の振幅値の分布が得られる。図２は、全ての重なり合うサブホログラムの加算の後にホログラムにおいて発生する個々の振幅の周波数を例示的に示す。ホログラムを光変調器手段に書き込むために、本明細書において、値は最大振幅に正規化される必要がある。
【００１３】
複素値が光の振幅及び／又は位相を変調する光変調器手段に書き込まれる場合、制限された数の振幅レベル及び／又は位相レベルのみが実現される。例えば、一般的な振幅変調光変調器は２５６個の階調値を表示でき、それは、８ビットの解像度、すなわち２の８乗個の階調値に対応し且つ階調範囲又は光変調器手段のビット深度を規定する。
【００１４】
ホログラムのダイナミックレンジが大きくなり且つ光変調器のビット深度が小さくなる程、ホログラム値の符号化中に起きる誤差は多くなる。これらの誤差は、以下において「定量化誤差」と呼ぶ。
【００１５】
ダイナミックレンジは、光変調器手段の回折効率にも影響を及ぼす。最大振幅が変調器の最大透過率の階調値により表されるように、ホログラムが例えば振幅変調光変調器上で符号化される場合、大きなダイナミックレンジのために、複数の変調器画素は低い透過率の階調値を割り当てられる。しかし、それらの複数の変調器画素は低い透過率のみを有する。光の多くの部分は、再構成に対して利用不可能になるように変調器により吸収される。
【００１６】
これに対して、（１）及び（２）に従って計算されるホログラムは、全てのオブジェクト点の小さな部分のサブホログラムのみが重なり合い、且つ、加算される必要があるため、同等のオブジェクト体に対するフーリエホログラムより小さなダイナミックレンジを有する。
【００１７】
定量化誤差及び回折効率の説明した欠点がフーリエホログラムより（１）及び（２）で説明した方法においての方がはるかに深刻ではないが、それらの欠点は依然として存在し且つ妨げとなる。
【００１８】
更に、ホログラムを再構成するバイナリ光変調器手段と呼ばれる光変調器手段が周知である。バイナリ光変調器手段の場合、２つの異なる値のみが直接制御可能である。すなわち、振幅変調光変調器においては例えば振幅０及び１のみが制御可能であり、位相変調光変調器においては位相０及びπのみが制御可能である。
【００１９】
強誘電性液晶変調器（ＦＬＣ）は、バイナリ光変調器手段の一例としての役割を果たす。パルス幅変調（ＰＷＭ）は、テレビ画像等の従来の２次元画像コンテンツを表現するためのこの変調器上の階調値の再現に対する１つの可能性である。眼に対して時間的に平均化された異なる光度(luminous intensity)を達成するために、個々の画素は可変期間中にオン又はオフにされる。
【００２０】
しかし、この方法は、十分にコヒーレントな光が再構成に対して提供される必要があるため、ホログラフィック表示装置に対して同様には適用されない。例えば大きなダイナミックレンジを有するホログラムの振幅がパルス幅変調によりバイナリ光変調器上で再現される場合、非コヒーレント(incoherent)な部分再構成のシーケンスが発生する。これは、平均化された場合、コヒーレントな再構成の代わりに、再構成される３Ｄシーンから外れる再構成を可視にする。従って、一般に２値ホログラムのみが実質的な定量化誤差を許容してバイナリ光変調器上で表現される。２値ホログラムにおける定量化誤差を低減する反復計算方法が周知であるが、それらの方法は、再構成誤差を低減するために計算負荷を大きくし、再構成誤差を完全に補償できない。
【００２１】
一般に、２値ホログラムは実数値化され、これは対称的な再構成のみが可能であることを意味する。これは、再構成の実質的な制限を形成する。一般に、(0, π)又は(0, 1)以外の値を表す２値ホログラムもそれらの特性を示す。
【００２２】
文献（１）及び（２）は、レンズ関数を有する１つのサブホログラムによる個々のオブジェクト点の再構成を説明する。フレネルゾーンプレートから周知であるように、レンズ関数は、バイナリ振幅又は位相構造により実現される。しかし、バイナリ構造では、焦点距離＋ｆを有するレンズと焦点距離−ｆを有するレンズとを区別できない。そのようなゾーンプレートの形態の２値サブホログラムの再構成を観察者ウィンドウから見る観察者は、常に、ディスプレイの前方のオブジェクト点に加えてディスプレイの後方の同様の強度の別の対応するオブジェクト点を見れる。バイナリ変調器は、３Ｄシーンが再構成されることを可能にするが、常にユーザは、ディスプレイの前方の３Ｄシーンに加えてディスプレイの後方のそのシーンの鏡像を見れる。これは、少なくとも３つの位相レベルが位相変調光変調器において実現される場合にのみ変化する。
【００２３】
尚、任意の複素数を完全に符号化するために、少なくとも２つの光変調器の組合せが必要とされる。例えば１つの振幅変調光変調器及び１つの位相変調光変調器、あるいは２つの位相変調光変調器が使用されるが、これは、２つの変調器パネルの画素格子が一致する必要があるため、変調器パネルの困難な機械的な調整を必要とする。
【００２４】
複数の変調器の使用に加えて、特に個々の変調器に適応された符号化方法が必要である。例えば、複素数が複数の振幅値により符号化可能であるが、これは、回折効率が低いという欠点を有することが周知である。これに対して、複素数が複数の位相値により符号化される場合、二相符号化方法が使用されるのが好ましい。しかし、その方法が再構成誤差の原因となり、複数のサブホログラムが加算されるために３つ以上の位相値の分布、すなわち更に大きいダイナミックレンジが生成されるため、その方法は反復計算方法と更に組み合わされる必要がある。
【００２５】
位相符号化により起こる再構成誤差は、補償される必要があるが、ホログラムに対する非常に長い計算時間を必要になる。これは、ホログラフィックディスプレイにおけるリアルタイム再構成には受け入れられないことである。
【００２６】
要約すると、所定の小さなビット深度を有する複数のサブホログラムが（１）及び（２）に従って計算されるホログラムにおいて重なり合うことは回避不可能であり、３Ｄシーンは、サブホログラムが計算及び符号化されるオブジェクト点に分割される。このビット深度は、大きなダイナミックレンジには小さすぎ、３Ｄシーンの再構成品質に悪影響を及ぼす。
【００２７】
３Ｄシーンが小さなビット深度を有する光変調器手段により最適に再構成しようとする場合、全てのオブジェクト点は、それらのサブホログラムが重なり合わないように符号化される必要がある。これは、単一の各オブジェクト点が順次符号化及び再構成される場合に達成される。ここで、使用される光変調器手段は非常に高速なスイッチング速度を有する必要がある。しかし、今日利用可能な周知の高速な空間光変調器手段はバイナリ型である。バイナリ光変調器における従来のホログラム表現は、上述の理由により高い再構成品質を達成するのに不十分である。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の目的は、３Ｄシーンのホログラムを符号化するとき及びリアルタイムホログラフィック表示装置において３Ｄシーンをホログラムとして再構成するときの従来技術の上述の欠点を補償又は少なくとも軽減することである。ここで、ホログラムは小さなダイナミックレンジを利用して複素透明度値に基づいて符号化される。方法は、小さなビット深度及び高速なスイッチング速度を有する少なくとも１つの空間光変調器が使用され、ホログラムを計算するための計算負荷が低減され且つ適切な再構成品質が達成されるように更に設計される。
【００２９】
本発明に係る方法は、文献（２）の説明に従って各々が格子を有する複数のセクション層に分割される再構成される３Ｄシーンに基づき、それにより複数のオブジェクト点を規定できるようにする。サブホログラムは、オブジェクト点毎に光変調器手段上で計算及び符号化される。
【００３０】
光変調器手段は、制御可能な素子（画素）の離散的な配置を有する画素化光変調器であってもよく、あるいは表示される情報により離散的な領域に形式的に分割される連続する非画素化符号化表面を有する光変調器であってもよい。そのような離散的な領域は、画素と同一の関数を有する。コヒーレント光が光変調器を通過中、３Ｄシーンのオブジェクト点を再構成するために、制御可能な素子は光の振幅及び／又は位相を変調する。
【００３１】
更に方法は、十分にコヒーレントな光を放射する少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光学結像手段を含む照明系に基づく。前記照明系は、空間光変調器手段を照明する。３Ｄシーンは、光変調器手段又は画面と可視領域との間にわたる再構成空間内のオブジェクト点の情報により変調される波面により再構成される。再構成は、観察者にとって可視領域において眼の位置から可視である。前記眼の位置は、位置ファインダにより検出される。方法は、３Ｄシーンを計算及び符号化するプロセッサ素子を含むプロセッサを更に使用し、本発明に係るその処理ステップは、
−第１のプロセッサ素子（ＰＥ１）が、
−光変調器手段（Ｌ）においてサブホログラム（Ｓｎ）を符号化する規則的に配置された格子セルを有する変位可能（displaceable)な２次元格子（ＭＲ）を生成し、
−格子セルの設定位置に依存してオブジェクト点（ＯＰｎ）を選択し、且つそれらのオブジェクト点を集約してオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）を形成し、
−生成されたオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）のオブジェクト点（ＯＰｎ）のサブホログラム（Ｓｎ）を同時に計算し、且つ、光変調器手段（Ｌ）の別個の格子セルにおけるオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の共通のホログラムとしてそれらのサブホログラムを同時に符号化し、全てのオブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の共通のホログラムが順次符号化され、
−第２のプロセッサ素子（ＰＥ２）が、
オブジェクト点グループ（ＯＰＧｍ）の本質的にコヒーレントであるが互いに非コヒーレントである部分再構成が順次符号化される複数のホログラムから速いペースで生成され且つ可視領域（ＳＢ）において順次重畳されるように、光変調器手段（Ｌ）上の格子の変位(displacement)と同期して照明系を制御する、ことを特徴とする。３Ｄシーンの部分再構成は、眼の位置から時間的に平均化された唯一の再構成として見られる。
【００３２】
変位可能な格子のために、３Ｄシーンの全てのオブジェクト点は、光変調器手段上の規則的に配置された２次元格子セルと正確に関係付けられ、特定のオブジェクト点は、ある基準に基づいてオブジェクト点グループを形成するために選択される。オブジェクト点グループの形成により、３Ｄシーンの符号化及び再構成が容易になり、オブジェクト点毎に３Ｄシーンを符号化及び再構成するのと比較して計算時間が大きく短縮されるのが好ましい。
【００３３】
方法の実施形態によると、オブジェクト点を選択する第１のプロセッサ素子は、２つの平面により制限される奥行き範囲を再構成空間において規定する。これは、３Ｄシーンの再構成に寄与する全てのオブジェクト点を含み、可視領域からの投影により光変調器手段上にサブホログラムの表面積を規定する。従って、サブホログラムは重なり合わない。単一のサブホログラムの最大表面積は、規定された奥行き範囲の２つの平面のうちの一方と可視領域の平面との間の軸方向距離により規定される。再構成が画面の前方で見られる場合、平面のうちの一方は、観察者に最近接する再構成空間における規定された奥行き範囲の平面である。これに対して、再構成が画面の後方に現れる場合、規定された奥行き範囲の最も遠い平面は、サブホログラムの最大表面積を判定する。光変調器手段の前方において部分的に再構成され且つ光変調器手段の後方において部分的に再構成される大きな３Ｄシーンにおいて、サブホログラムの２つの表面積のうち大きい方の表面積が使用される。
【００３４】
これは、第１のプロセッサ素子が最大のサブホログラムに対応するように格子の格子セルの表面積を規定することを意味する。この規定により、単一のサブホログラムが格子セルのサイズを超えないことが保証される。
【００３５】
更に、奥行き範囲は、光変調器手段の前方及びオプションとして後方の最大の軸方向距離に制限されるため、常に３Ｄシーン全体の再構成は再構成空間内で生成される。
【００３６】
オブジェクト点は、生成された格子の格子セルに対する空間的位置に依存して選択され、組み合わされてオブジェクト点グループを形成する。ある特定の時点における生成された格子の格子セルに対する奥行き範囲内のオブジェクト点の中心位置は、オブジェクト点を選択する基準として規定されるのが好ましい。本明細書において、中心位置は、観察者ウィンドウの中心からオブジェクト点を通る想像線が格子セルの中心も通ることを意味する。この基準を満たすオブジェクト点は、オブジェクト点グループを形成する。別のオブジェクト点グループは３Ｄシーンのオブジェクト点から構成され、格子は第１のプロセッサ素子のソフトウェア手段により制御される光変調器手段の少なくとも１画素分だけ変位される。変位は、適用された符号化方法に依存して、１次元ホログラムに対しては水平方向にのみ実行され、２次元ホログラムに対しては水平及び垂直方向に実行される。オブジェクト点グループの形成は、格子が少なくとも１画素単位で水平方向及び／又は垂直方向に変位された時に完了するため、全体で格子セル１つ分の変位が達成される。規定された奥行き範囲における３Ｄシーンの全てのオブジェクト点の全ての種々の位置が検出される。
【００３７】
別の処理ステップは、３Ｄシーンの見つけられたサブホログラムが重なり合わないために光変調器手段上で水平方向及び垂直方向に同時に符号化されることを特徴とする。サブホログラムは、符号化方法に依存して格子セルの隣接画素において１次元又は２次元で符号化可能である。
【００３８】
サブホログラムは最大サイズを有する。これは、以下の式に従って計算されるのが好ましい。
ｎ（ｐx,y） = ｜ｚ／(Ｄ−ｚ)｜ *  Ｄλ／ｐx,y2  （１）
式中、ｚはオブジェクト点と光変調器手段又は画面との間の軸方向距離であり、Ｄは光変調器手段又は画面までの可視領域の距離であり、λは照明系において使用される光源の光の波長であり、ｐx,yはマクロ画素の幅（ｐx）及び高さ（ｐy）を示す。本明細書において、マクロ画素は、複素値が書き込まれる単一の画素又は隣接する画素のグループである。
【００３９】
方法の別の実施形態によると、観察者が別の位置に移動した場合、観察者に対して画面の前方に再構成を継続的に提供するために、プロセッサにより制御される位置制御器は、共通のホログラムの変調された波面の伝播方向を位置ファインダにより検出された観察者の眼の現在の眼の位置に適応させる。
【００４０】
実施形態によると、光変調器手段は、透過型光変調器手段、半透過型光変調器手段又は反射型光変調器手段であってもよい。方法を実現する光変調器手段は、少なくとも１つの位相変調光変調器及び１つの振幅変調光変調器の組合せとして又は個別に更に使用可能である。２つの光変調器が組み合わされる場合、振幅変調光変調器は単一のサブホログラムの周囲にフレームを生成するのが好ましい。フレームの幅は、光度及び画面までのオブジェクト点の軸方向距離に依存し、格子セルにおけるサブホログラムの表面積を規定する。ここで、フレームは格子セルの不透明な領域を表す。
【００４１】
方法によると、ホログラムが直接符号化される光変調器手段が画面としての役割を果たすことが更に提案される。このように、直視型ディスプレイが実現される。これに対して、投写型ディスプレイにおいて、画面は、光変調器手段上で符号化されるホログラム又は光変調器手段上で符号化される３Ｄシーンの波面が結像される光学素子である。本発明に係る組合せ光変調器を有する投写型ディスプレイにおいて、例えば振幅変調光変調器が好ましくは単一のサブホログラムの周囲にフレームを生成することが仮定される。
【００４２】
方法の別の実施形態は、オブジェクト点の時間的に平均化された可視光度が本明細書において例としてＴ２で規定される可変期間中に十分にコヒーレントにオブジェクト点を再構成することにより制御されることを規定する。
【００４３】
更に、１つ又は複数の光源の光度は、オブジェクト点の再構成中に可変光度を実現するために変動する。個々の格子セルのみ又は光変調器手段全体が可変強度で照明される。これは、個々のオブジェクト点が再構成される期間Ｔ２の変化に加えて、照明光の光度が異なる期間Ｔ１の間に変更されることを意味する。
【００４４】
かかる目的は、３Ｄシーンを再構成する装置であって、
−少なくとも１つの光学結像手段を割り当てられる少なくとも１つの空間光変調器手段を照明する十分にコヒーレントな光を放射する少なくとも１つの光源を有する照明系と、
−光変調器手段と可視領域との間にわたる再構成空間内において個々のオブジェクト点に分割される３Ｄシーンを再構成する再構成手段であり、再構成が可視領域において眼の位置から可視である再構成手段と、
−３Ｄシーンのサブホログラムを計算及び符号化するプロセッサ素子を有するプロセッサとを含むことで実現でき、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法は、
−第１のプロセッサ素子が、光変調器手段上の規則的に配置された格子セルを有する変位可能な２次元格子を生成し、再構成空間において奥行き範囲を規定し、３Ｄシーンのオブジェクト点からオブジェクト点グループを生成し、生成されたオブジェクト点グループのオブジェクト点の複数のサブホログラムを計算し、別個の各格子セルにおいて各オブジェクト点グループの共通のホログラムとしてサブホログラムを同時に符号化するために提供され、全てのオブジェクト点グループの共通のホログラムは順次符号化され、
−第２のプロセッサ素子が、オブジェクト点グループの本質的にコヒーレントであるが互いに非コヒーレントである部分再構成が順次符号化される複数のホログラムから速いペースで生成され且つ可視領域において順次重畳されされるように、光変調器手段上における格子の変位に同期して照明系を制御するために提供される。３Ｄシーンの部分再構成は、観察者の眼により眼の位置から時間的に平均化された唯一の再構成として見られる。
【００４５】
装置は、直視型ディスプレイ又は投写型ディスプレイの形態のホログラフィックディスプレイであるのが好ましい。直視型ディスプレイである場合、装置は、画面としての役割を果たす光変調器手段を更に含む。投写型ディスプレイである場合、画面は、光変調器手段上で符号化されるホログラム又は光変調器手段上で符号化される３Ｄシーンの波面が結像される光学素子である。
【００４６】
本発明の別の新しい目的によると、格子は格子セルの規則的な配置を含む。ここで、最大である可能性のあるサブホログラムのサイズは格子セルのサイズを判定する。格子セルは、垂直方向及び水平方向に複数の画素を含む。
【００４７】
位相変調光変調器は、光変調器手段の好適な一実施形態であってもよい。
【００４８】
各サブホログラムは、例えば１つの格子セルにおいてレンズ関数として位相変調光変調器上に表され、再構成されたオブジェクト点の光度は、可変期間Ｔ２中に格子セルにおいてサブホログラムを表すレンズ関数を提供することにより制御される。サブホログラム外において、線形位相関数は、レンズ関数が提供されない期間Ｔ２中に格子セルにおいて提供される。前記位相関数は、可視領域外の位置に光を偏向させる。本発明のこの特徴を使用して、オブジェクト点が実際の光度で再構成されることが達成される。ホログラム再構成に関する制限が受け入れられる場合、位相変調光変調器はバイナリ変調器であってもよい。更なる好適な実施形態において、位相変調光変調器は、少数であるが少なくとも３つの位相レベルを制御できる変調器である。
【００４９】
別の実施形態において、光変調器手段は、位相変調光変調器及び振幅変調光変調器の組合せを含むことができる。本明細書において、振幅変調光変調器は、サブホログラムの範囲を制限し且つサブホログラムと格子セルの縁部との間の最小透過率を示すフレームを格子セルに書き込むのが好ましい。
【００５０】
位相変調光変調器及び振幅変調光変調器の双方は、本実施形態においてバイナリ変調器であってもよい。
【００５１】
更に別の好適な実施形態において、位相変調光変調器は、少数であるが少なくとも３つの位相レベルを制御できる。
【００５２】
振幅変調光変調器のみがバイナリ変調器である場合、再構成オブジェクト点の光度は制御され、振幅変調光変調器は可変期間Ｔ２中にサブホログラムの領域において透過型に切り替えられる。
【００５３】
装置は、照明系が光変調器手段の少なくとも１つの格子セルを照明する少なくとも１つの光源を有するように更に設計される。ここで、個々のオブジェクト点の再構成の空間的に平均化された光度を変更できるように、光源の光度は制御可能である。
【００５４】
装置において、新しいオブジェクト点グループを生成し且つ更なる共通のホログラムを生成するために、第１のプロセッサ素子においてソフトウェア手段により制御される格子は、光変調器手段の少なくとも１画素分以上及び１格子セル分以下だけ変位される。これにより、３Ｄシーンの部分再構成は、各符号化オブジェクト点グループから生成される。２次元コードの場合、格子の変位は、最大１格子セル分だけ水平方向及び垂直方向の双方に実現される。
【００５５】
更に本発明は、十分にコヒーレントな光により光変調手段を照明する照明系により３次元シーンを再構成するホログラフィックディスプレイに関する。十分にコヒーレントな光は、符号化された３次元シーン（３Ｄシーン）のホログラフィック情報により変調され、３Ｄシーンのホログラムを計算及び符号化するプロセッサを有するソフトウェア手段により制御されて組み合わされる位置ファインダにより位置が検出される観察者の少なくとも一方の眼に対して３Ｄシーンの再構成が光変調器手段と可視領域との間にわたる錐台形状の再構成空間において可視である可視領域における眼の位置に結像系により導かれる。ディスプレイは、方法の請求項において上述したようにオブジェクト点に分割される３Ｄシーンを符号化するために選択処理を使用する。そして、このディスプレイは、
−３Ｄシーンの共通のホログラムが符号化され、選択処理に従って計算され且つ水平方向及び／又は垂直方向に同時に符号化されるサブホログラムを含み、且つ３Ｄシーンの部分再構成を表す規則的に配置された格子セルを有する変位可能な２次元格子を光変調器手段上で生成するために光変調器手段と共に制御される第１のプロセッサ素子が提供され、１つのサブホログラムが常に１つの格子セルにおいて符号化され、
−格子の変位から結果として得られ、本質的にコヒーレントであるが相互に非コヒーレントであり、ホログラフィック情報により変調される波面が可視領域において順次重畳され且つ３Ｄシーンの時間的に平均化された単一の再構成として眼の位置から見られる３Ｄシーンの他の部分再構成を順次生成するために、光変調器手段上の格子の変位と同期して照明系を制御する第２のプロセッサ素子が提供されることを特徴とする。
【００５６】
次に、添付の図面を使用して、本発明に係る方法及び対応する装置について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】図１ａは、３Ｄシーンのオブジェクト点及びそれらの符号化サブホログラムを概略的に示す上面図である（従来技術）。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａに従って光変調器手段上で符号化される観察者から見られる２次元サブホログラムを概略的に示す図である。
【図１ｃ】図１ｃは、図１ａに係るオブジェクト点に対して光変調器手段上で符号化される観察者から見られる１次元ＨＰＯサブホログラムを概略的に示す図である。
【図２】図２は、ダイナミックレンジを有するホログラムにおいて現れる重なり合うサブホログラムの個々の振幅の周波数を示す図である（従来技術）。
【図３ａ】図３ａは、オブジェクト点グループを形成するオブジェクト点と共に規定された奥行き範囲を示す上面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、異なるオブジェクト点グループを形成するオブジェクト点と共に規定された奥行き範囲を示す上面図である。
【図４】図４は、格子の重なり合う変位を含む部分再構成に対するホログラムの符号化サブホログラムを含む格子を示す図である。
【図５ａ】、
【図５ｂ】、
【図５ｃ】図５は、光変調器の組合せにおいて符号化されるホログラムの例を概略的に示す図である。
【図６ａ】、
【図６ｂ】図６は、単一の光変調器上で符号化されるホログラムの例を概略的に示す図である。
【図７ａ】図７ａは、期間Ｔ１にわたる光源の光度制御を示す図である。
【図７ｂ】図７ｂは、異なる時間に再構成される２つのオブジェクト点に対する２つのサブホログラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明に係る方法を実現する装置、すなわち３Ｄシーンのホログラフィック表現は、照明手段、変調器手段及び再構成手段に加えて、３Ｄシーンの再構成までの対応する処理ステップをソフトウェア手段により制御されて実行する制御手段及びプロセッサ手段を含む。
【００５９】
図１ｃを参照すると、３Ｄシーンの３つのオブジェクト点ＯＰ１〜ＯＰ３に対応する符号化サブホログラムＳ１、Ｓ２及びＳ３は、観察者の眼の位置から見られるように１次元ＨＰＯ（水平視差のみ）符号化として表される。この表現は、上記の従来技術の節で説明した図１ａ及び図１ｂに基づく。
【００６０】
サブホログラムは、常に、対応するオブジェクト点に対して中心に位置する。ここでは、オブジェクト点ＯＰ３のみを例示的に示す。瞳孔が観察者ウィンドウの中心に位置する観察者が、対応するサブホログラムの表面積の中心のオブジェクト点を見る。ＨＰＯ符号化の場合、サブホログラムＳ１〜Ｓ３は、光変調器手段Ｌにおいて単一行の垂直方向の範囲のみを有する。それらのサブホログラムは、３Ｄシーンにおける位置のために異なる行で符号化されるため重なり合わない。ＨＰＯ符号化処理が使用される場合、同一行内のサブホログラムのみが重なり合う可能性がある。重なり合うサブホログラムにおいて、通常、光度又は情報は変調器領域の隣接画素において重畳される。
【００６１】
次に、図３及び図４を使用して、本発明に係る方法及びその実現に必要とされる手段について更に詳細に説明する。
【００６２】
図３ａ及び図３ｂは、本発明に係る方法に従って、ホログラムのオブジェクト点グループＯＰＧｍを表すために特定のオブジェクト点ＯＰｎが選択される方法を示す
図３ａは、３Ｄシーンが構成され且つ２つの平面Ｚ１及びＺ２により規定される空間奥行き範囲ＴＢを示す上面図である。対応するオブジェクト点ＯＰが可視領域ＳＢの前方に非常に近接して位置付けられる場合、サブホログラムＳは大きくなるだろう。これを回避するために、奥行き範囲ＴＢはそれに従って規定される。平面Ｚ１は、画面の前方の３Ｄシーンを制限し、平面Ｚ２は、画面の後方の３Ｄシーンを制限する。奥行き範囲ＴＢは、複数のオブジェクト点ＯＰｎを含み、そのうちの１つがＯＰ１として例示的に印をつけられている。オブジェクト点ＯＰ１は、可視領域ＳＢから距離Ｄのところに配設される光変調器手段Ｌまでの距離ｚＯＰ１を有する。奥行き範囲ＴＢは、一般に可視領域ＳＢと光変調器手段Ｌとの間の錐台として広がる再構成空間内に位置する。しかし、本明細書において、オブジェクト点ＯＰｎに分割される再構成される３Ｄシーンは光変調器手段Ｌを越えて存続する。光変調器手段Ｌは、格子セルの規則的な２次元配置を有する変位可能格子ＭＲを割り当てられる。可視領域ＳＢの中心から発生する補助光線は、オブジェクト点ＯＰｎ及び格子ＭＲの格子セルを関係付ける。オブジェクト点グループを形成するオブジェクト点のみが黒色のドットで印をつけられる。
【００６３】
図３ｂにおいて、格子ＭＲは少なくとも１画素分だけ変位される。奥行き範囲ＴＢにおいて再構成されるオブジェクト点ＯＰｎは、図３ａと比較してシフトされた格子位置に示される。変位の結果として、別のオブジェクト点グループＯＰＧは、黒色で印をつけられた他のオブジェクト点ＯＰｎにより形成される。
【００６４】
第１のプロセッサ素子ＰＥ１（不図示）は、画面に対して格子ＭＲを生成し、補助光線上に軸方向に位置し且つ特定の時間に格子セルの中心に位置する奥行き範囲ＴＢの全てのオブジェクト点ＯＰｎを組み合わせ、オブジェクト点グループＯＰＧｍを形成する。奥行き範囲ＴＢは、サブホログラムＳの最大である可能性のある表面積が格子セルの表面積を超えないように軸方向に規定される。格子セルは、オブジェクト点グループの最大のサブホログラムＳの最大幅及び最大高さに対応する格子幅及び格子高さを有する。格子セルは、光変調器手段Ｌの水平方向及び垂直方向に隣接する複数の画素を含むか、あるいはＨＰＯ符号化を使用する後続の第３の実施形態においては光変調器手段Ｌの水平方向に隣接する複数の画素のみを含む。
【００６５】
生成された格子ＭＲの格子セルに対して奥行き範囲ＴＢにおける各オブジェクト点ＯＰの中心位置は、オブジェクト点グループＯＰＧｍを形成するための基準として規定される。中心位置は、可視領域ＳＢの中心で発生し且つ投影又は格子セルの中心を通り光変調器手段Ｌまで伝わる補助光線を使用して検出される。そのような光線上に位置する全てのオブジェクト点ＯＰｎはオブジェクト点グループＯＰＧを形成する。
【００６６】
文献（２）において説明されるように、オブジェクト点ＯＰｎは、オブジェクト点グループＯＰＧｍを形成するように、例えばセクション層への３Ｄシーンの分割中に規定される点のマトリクスの指標に従って割り当てられる。グループ中の配置は、対応するセクション層の点のマトリクスの任意のオブジェクト点ＯＰの指標が光変調器手段Ｌ上の格子セルの中心の画素指標に準拠するように実現される。
【００６７】
サブホログラムＳは、この処理ステップにより生成され且つ各格子セルにおいて別個に符号化されたオブジェクト点グループＯＰＧのオブジェクト点ＯＰ毎に計算される。それらの符号化が同時に行なわれるため、サブホログラムは各オブジェクト点グループＯＰＧの共通のホログラムを表す。オブジェクト点グループＯＰＧｍを生成することにより、オブジェクト点が３Ｄシーンを偏りなく再構成するために、サブホログラムＳｎが重なり合わないことが好適に達成される。
【００６８】
ホログラムを符号化するために、ホログラムの連続した表現に対して十分に高速なスイッチング速度を示す光変調器手段Ｌが使用される。
【００６９】
図４は、直視型ディスプレイにおいて重なり合わない複数のサブホログラムＳｎを同時に２次元全視差（ＦＰ）符号化するための格子ＭＲを有する光変調器手段Ｌの表面積を概略的に示す。図４において、サブホログラムＳ２及びＳ１１を例示的に示す。格子ＭＲは、第１のプロセッサ素子ＰＥ１においてソフトウェア手段により生成される。「ソフトウェア手段により生成される」は、所定のプログラムがコンピュータ上で実行されることを意味する。
【００７０】
投写型ディスプレイにおいて、例えばミラー素子の形態である画面は、個々のオブジェクト点グループＯＰＧｍのホログラムの情報が順次結像される光変調器手段Ｌの位置に配設される。
【００７１】
異なるサイズを有するいくつかのサブホログラムＳｎは、上部の行に例示的に示される。サブホログラムＳｎは、サブホログラムのオブジェクト点ＯＰｎの中心位置と同様に格子セルＭＲの中心に位置する。画面までの対応するオブジェクト点ＯＰの軸方向距離に依存して、サブホログラムＳは格子セルより小さいか又は格子セルと同一の大きさである最大の大きさである。再構成される３Ｄシーンが奥行き範囲ＴＢの対応する位置において任意のオブジェクト点ＯＰｎを有さない場合、個々の格子セル又は格子ＭＲの格子セルを含む領域は空のままである。
【００７２】
他のオブジェクト点ＯＰｎの更なるサブホログラムＳｎ又は３Ｄシーンのオブジェクト点グループＯＰＧｍの更なる共通のホログラムを符号化するため、生成された格子ＭＲは、光変調器手段Ｌの少なくとも１画素分だけ又は３Ｄシーンの解像度に適応するために複数画素分だけ変位されるようにソフトウェア手段により制御される。その後、重なり合わない他のサブホログラムＳｎは、非常に短時間で計算され且つ光変調器手段上に表される。図４は、破線を使用して格子ＭＲの変位を示す。変位の結果として、３Ｄシーンの他のオブジェクト点ＯＰｎは格子セルの中心までの距離に従って判定され、３ＤシーンのサブホログラムＳｎは光変調器手段Ｌ上で同時に再符号化される。格子ＭＲは、格子が１格子セル分だけ変位されるまで水平方向及び垂直方向に変位される。
【００７３】
格子ＭＲにおける１格子セル分の変位が所定の数の画素に対して完了した場合、奥行き範囲ＴＢの３Ｄシーンの全てのオブジェクト点ＯＰｎは、完全に検出、計算及び符号化される。重なり合わないサブホログラムＳｎを計算及び符号化する方法により、３Ｄシーンは順次生成された部分再構成から再構成空間において完全に再構成される。
【００７４】
第２のプロセッサ素子ＰＥ２は、光変調器手段Ｌ上の格子ＭＲの変位と同期して照明システムの少なくとも１つの光源を制御する。実際に符号化されたホログラムにより変調される光は、３Ｄシーンの各部分再構成を作成する。実質的にコヒーレントであるが相互に非コヒーレントである部分再構成は、順次符号化された複数の共通のホログラムから速いペースで生成され、可視領域ＳＢにおいて順次重畳される。観察者は、３Ｄシーンの時間的に平均化された単一の再構成を眼の位置ＡＰから見れる。
【００７５】
使用される光変調器手段Ｌの画素数の形態で表現されるサブホログラムＳのサイズは、以下の式を使用して計算される。
ｎ（ｐx,y） ＝ ｜ｚ／（Ｄ−ｚ）｜ * Ｄλ／ｐx,y2  （１）
式中、ｚは３Ｄシーンのオブジェクト点ＯＰと光変調器手段Ｌ又は画面との間の軸方向距離であり、Ｄは可視領域ＳＢから光変調器手段Ｌ又は画面までの距離であり、λは使用される光源から放射される光の波長である。更に、光変調器手段Ｌのマクロ画素又は投写型ディスプレイにおいては画面上に表示されるマクロ画素の幅（ｐx）及び高さ（ｐy）がｐx,yに対して挿入される必要がある。
【００７６】
サブホログラムＳにおいて、水平方向のマクロ画素数（幅）はｎ（ｐx）を挿入する時に取得され、垂直方向のマクロ画素数（高さ）はｎ（ｐy）を挿入する時に取得される。マクロ画素は、複素値が書き込まれる単一の画素であるか又は隣接画素のグループである。
【００７７】
式（１）によると、最大のサブホログラムサイズは、２つの値ｎ（ｐx,y（Ｚ１））及びｎ（ｐx,y（Ｚ２））の最大値により規定される。本発明によると、この場合、その最大のサブホログラムサイズに対応する間隔を有する固定の格子ＭＲを導入できる。複数のオブジェクト点ＯＰｎは、サブホログラムＳｎが重なり合うことなく光変調器手段Ｌ上の格子間隔と同様に表される。
【００７８】
上述の振幅のダイナミックレンジは、サブホログラムＳｎを符号化する時に考慮される。ダイナミックレンジは、再構成されるオブジェクト点ＯＰｎの種々の光度及び可視領域までの個々のオブジェクト点ＯＰｎの異なる軸方向距離から得られる。双方とも、サブホログラムＳｎにおいて振幅が異なる原因となる。
【００７９】
再構成される個々のオブジェクト点ＯＰｎの異なる光度及びサブホログラムＳｎの異なる振幅は、照明系の光源の強度制御により更に正確に表される。これを達成するために、個々のオブジェクト点ＯＰは、プロセッサ素子ＰＥ２においてソフトウェア手段により制御される可変期間中に再構成される。観察者の眼は、そのオブジェクト点ＯＰが可視である期間にわたり輝度を平均化する。この手順は、オブジェクト点ＯＰｎのサブホログラムＳｎが重なり合わないために可能になり、従って、各サブホログラムＳは、他のサブホログラムＳｎと比較して可変期間中に別個に提示される。これは、小さいビット深度を有する光変調器が３Ｄシーンの再構成品質を低下せずに方法を実現するために使用可能であるという利点を有する。これについては、図７の説明において例示的に説明する。
【００８０】
方法は、ＨＰＯ符号化方法に適用されるのが特に好ましい。この方法において、変調器の単一の各行は個々の値を含むため、最大値ｎ（ｐx（Ｚ１））又はｎ（ｐx（Ｚ２））が式（１）により規定されるある格子間隔を有する格子ＭＲが使用される。本明細書において、格子の高さは、光変調器手段Ｌの単一行の高さである。従って、非常に多くのオブジェクト点ＯＰｎが同時に表される。３Ｄシーンを表すために、より少ない連続するホログラムが符号化される必要がある。このように、使用される光変調器手段Ｌの表現速度又はスイッチング速度に対する要求は軽減される。
【００８１】
装置の第１の実施形態において、方法は、複素ホログラム値が書き込まれる振幅変調光変調器及び位相変調光変調器の組合せを使用して本発明に従って実現される。ここで、オブジェクト点ＯＰの再構成に対するレンズ関数は、位相変調光変調器上で符号化され、サブホログラムＳを制限するフレームＲＡ及び再構成されるオブジェクト点ＯＰの光度は、振幅変調光変調器上で符号化される。振幅変調光変調器及び位相変調光変調器の双方は、バイナリ変調器であるのが好ましい。あるいは、位相変調光変調器は、少なくとも３つの位相レベルが制御されるのを可能にする変調器であってもよい。
【００８２】
少なくとも振幅変調光変調器がバイナリ変調器である場合、一般にその変調器はサブホログラムＳのサイズを制限する。これは、格子セルの縁部とサブホログラムＳの縁部との間の領域が光を透過せず且つ黒色で示されることを意味する。
【００８３】
図５ａは、サブホログラムＳに対するものを示す。図５ａにおいて、サブホログラムＳは符号化処理の結果として黒色のフレームＲＡを示す。格子セル全体は特定の期間Ｔ１の間に表され、サブホログラムＳは期間Ｔ２において表される。
【００８４】
眼の位置ＡＰまでのオブジェクト点ＯＰの軸方向距離に依存して、サブホログラムＳのフレームＲＡは多少広く、それに従って光を多少阻止する。その一方で、格子セルの中央の領域は透過モードに切り替えられる。
【００８５】
バイナリ振幅変調光変調器の場合、中央の領域における透過率は、上述のパルス幅変調（ＰＷＭ）と同様に制御される。
【００８６】
図５ｂに示すように、格子セルの表面積全体は期間Ｔ１−Ｔ２の間に黒くなる。これは、３Ｄシーンのオブジェクト点ＯＰがその時点で格子に提供されないことを意味する。
【００８７】
本発明の一実施形態において、位相変調光変調器はバイナリ変調器であってもよい。一般に周知であるように、レンズの位相関数は、フレネルゾーンプレートの形態で２値位相線図として表される。
【００８８】
図５ｃは、オブジェクト点ＯＰを表すために位相線図がレンズ関数として位相変調光変調器上に表示される時の位相線図の一例を示す。レンズ関数は、少なくとも期間Ｔ２の間に表示される必要があるが、欠点なしで期間Ｔ１全体にわたり表示可能である。レンズ関数は、必ず格子セルの中央の領域において表される必要があり、図５ａに示されるように、その格子セルの中央の領域は振幅変調光変調器上で透過モードに切り替えられる。
【００８９】
少数であるが少なくとも３つの位相レベルを制御できる位相変調光変調器は、複数の位相値を符号化するために使用されるのが好ましい。
【００９０】
あるいは、レンズ関数は、振幅変調光変調器上で直接符号化される。
【００９１】
符号化及び再構成の処理ステップは、全ての実施形態において以下の特徴付け特性に基づく。
【００９２】
ホログラフィック表示装置上に表示される３Ｄビデオは、複数の３Ｄシーン（個々の画像）を含む。３Ｄシーンは、１／２５秒であるのが好ましい期間Ｔ０内で再構成される。第１のプロセッサ素子ＰＥ１により生成されるオブジェクト点グループＯＰＧのサブホログラムＳｎは、同時に表示され且つ期間Ｔ１中にオブジェクト点グループＯＰＧを再構成する。３Ｄシーン全体がｎ個の種々のオブジェクト点グループを含む場合、Ｔ１はＴ０／ｎとほぼ等しい。
【００９３】
再構成されるオブジェクト点ＯＰの光度が表され、サブホログラムＳに対応する格子セルの中央の領域は、特定の期間Ｔ２（Ｔ２＜＝Ｔ１）の間にオブジェクト点ＯＰの再構成に対する複素値を含むが、残りの期間Ｔ１−Ｔ２の間はいかなる値も含まないためオブジェクト点は再構成されない。
【００９４】
第１の実施形態において、振幅変調光変調器において、期間Ｔ２の間に最大の透過率が存在し、期間Ｔ１−Ｔ２の間はゼロの透過率が存在する。ほぼ最大の透過率で、振幅変調光変調器の照明される画素が照明系により活性化される。
【００９５】
位相変調光変調器は、期間Ｔ１内に対応するサブホログラムＳの位相線図を同時に表示するようにソフトウェア手段により制御される。全ての実施形態において、期間Ｔ２は、再構成される各オブジェクト点ＯＰの格子ＭＲまでの距離及び光度に依存するため、格子ＭＲ内の単一のサブホログラムＳ毎に異なる。
【００９６】
位相変調光変調器に対する振幅変調光変調器の調整は、複素値を表す２つの光変調器の組合せを含む周知の方法と正確に比較して実行される必要はない。ここで、変調器は画素サイズ以下の精度で位置合わせされる必要がある。画素間の各オフセットにより、不正確な複素値が表され且つ再構成品質は低下する。これに対して、本発明に係る実施形態において、１画素以下の僅かな側方の調整不良は、不正確なサブホログラム開口部の原因になるだけである。サブホログラムＳの位置は約数パーセントだけ変位されるが、これは、全てのサブホログラムＳｎに同等に影響を及ぼすため悪影響は与えない。
【００９７】
第２の実施形態において、単一の位相変調光変調器は、ホログラム値を書き込むために使用される。一般に周知であるように、少なくとも２つの画素は、位相変調光変調器上にホログラム値を表すために使用される。
【００９８】
図６ａは、格子セルのサブホログラムＳのサイズに制限して、期間Ｔ２中のオブジェクト点ＯＰをレンズ関数として示す。サブホログラムＳ外において、期間Ｔ１の間に、線形位相線図、例えば位相値０及びπが交互に隣接する画素に書き込まれ、それによりそれらの画素の光は可視領域ＳＢ外に偏向される。サブホログラムＳは、自身のサイズ及び光度に関して正確に表される。
【００９９】
これに対して、図６ｂは、期間Ｔ１−Ｔ２の間の格子セルＭＲ全体にわたり適用される線形位相線図を示す。この格子セルに対する光全体は、可視領域ＳＢに入射せず、可視領域ＳＢとは異なる方向に偏向される。
【０１００】
サブホログラムＳ内において、同一の複素位相値は、例えば期間Ｔ２＜＝Ｔ１の間に常に２つの隣接画素に書き込まれる。しかし、サブホログラムＳ全体にわたり、対応するオブジェクト点ＯＰのレンズ関数に対応する位相線図は書き込まれる。期間Ｔ２において、オブジェクト点ＯＰは照明系により再構成される。ここで、照明系は、第２のプロセッサ素子ＰＥ２により制御される。期間Ｔ１−Ｔ２の間、それらの画素の光を可視領域ＳＢとは異なる方向に偏向する位相線図は、上述のようにサブホログラムＳ上に再度符号化されるため、期間Ｔ１−Ｔ２中に再構成は実現されない。
【０１０１】
個々の重なり合わないサブホログラムＳｎを含むホログラムにおいて、サブホログラムＳｎの位相が正確に表される限り、オブジェクト点ＯＰｎは正確に再構成される。再構成オブジェクト点ＯＰの時間的に平均化された可視光度は観察者に対して制御され、パルス幅変調と同様に、対応するサブホログラムＳｎは可変期間中に光変調器上に表示される。
【０１０２】
オブジェクト点ＯＰは、そのサブホログラムＳが表示される度に正確に再構成される。これに対して、サブホログラムＳが表示されない場合は再構成は実現されない。
【０１０３】
本実施形態の利点は、従来技術において説明したように、重なり合うサブホログラムに対する位相符号化方法とは異なり、反復計算が省略されることである。
【０１０４】
種々のサブホログラムが加算された結果として、より大きいダイナミックレンジが形成されるため、反復計算は従来技術の方法において必要とされる。本明細書において、位相符号化方法における種々の振幅の表現は誤差の原因となる。
【０１０５】
これに対して、本発明の方法によると、単一のサブホログラムＳは、サブホログラムＳにわたりほぼ一定である絶対値を含むレンズ関数を含む。サブホログラムＳは、誤差なしで位相関数として直接符号化可能である。
【０１０６】
別の利点は、ホログラフィックディスプレイにおいて１つの光変調器のみを使用する可能性である。その光変調器は、位相符号化方法のために第１の実施形態より多くの画素数を含む必要がある。位相変調光変調器のスイッチング速度に対する要求は、更に高いが実現可能である。
【０１０７】
双方の実施形態において、通常の位相幅変調に加えて、照明系の光度は可変に制御される。照明系は、複数の光源を含んでもよい。
【０１０８】
図７ａを参照すると、Ｔ１は、更に光変調器手段Ｌを照明する少なくとも１つの光源の光度が変化する期間Ｔ１を示す。それと同時に、期間Ｔ２中（図７ｂを参照）、照明される個々のオブジェクト点ＯＰｎが再構成される。
【０１０９】
ＩＬ（Ｔ）は、図７ａにおいて時間Ｔに依存する光源の光度であり、図７ｂにおけるＳｈ（Ｔ）ＯＰ１及びＳｈ（Ｔ）ＯＰ２は、オブジェクト点ＯＰ１及びＯＰ２がレンズ関数を使用してそれぞれ光変調器手段Ｌ上で再構成される時には値１をとり且つオブジェクト点ＯＰ１及びＯＰ２がそれぞれ再構成されない時には値０をとる関数である。観察者が各オブジェクト点ＯＰを知覚する時の時間的に平均化された光度は、期間Ｔ１中、ＩＬ（Ｔ）及びＳｈ（Ｔ）ＯＰの積の積分に比例する。
【０１１０】
実際、これは、一般に期間Ｔ１が光変調器手段Ｌの所定のスイッチング速度に対してＭ個の固定のサブ期間に分割されることを意味する。光源の一定の光度ＩＬ（Ｔ）=constに対して、Ｍ個の異なる強度レベルのみが再構成において実現される。しかし、光源ＩＬ（Ｔ）が期間Ｔ１中に変動する場合、光変調器手段Ｌの同一スイッチング速度でより多い種々の光度レベルが表される。図７ａは、Ｍ＝４の場合を概略的に示す。各々が長さＴ１／４である４期間の間、光源の光度はそれぞれの期間で２倍になる。
【０１１１】
図７ｂに示すように、２つの異なるサブホログラムＳ１及びＳ２のオブジェクト点ＯＰ１及びＯＰ２は、個々の期間中にのみ再構成される。図７ｂを参照すると、サブホログラムＳ１のオブジェクト点ＯＰ１が期間１〜３の間に再構成される一方で、他方のオブジェクト点ＯＰ２は期間１及び４の間に再構成される。
【０１１２】
オブジェクト点ＯＰ１の相対的な光度は、比例して1*1 + 1*2 + 1*4 + 0*8であり、オブジェクト点ＯＰ２の光度は、比例して1*1 + 0*2 + 0*4 + 1*8である。
【０１１３】
このように、図７ａに従って期間Ｔ１を４つのサブ期間に分割することにより且つそれに従って光源強度を２0，２1，２2，２3と変更することにより、合計１６個、すなわち２４個の異なる光度レベルが単一のオブジェクト点ＯＰの再構成に対して実現される。更に一般には、ｋ個のサブ期間及び光源強度の２0，．．．２k-1の変化に対して、合計で２k個の光度レベルが存在する。
【０１１４】
期間Ｔ１は、例えばｋ個の同一のサブ期間に分割可能であり、光源の光度は、第１のサブ期間においては１／２k-1、第２のサブ期間においては１／２k-2及び第ｋのサブ期間においては１／２0すなわち１倍だけ基準値に対して制御される。その後、２k個の異なる光度レベルがｋ個のサブ期間中に表される。
【０１１５】
双方の実施形態は、ＨＰＯ及びＦＰ符号化方法と組み合わされる。しかし、ホログラムがＨＰＯ符号化方法を使用して表される場合、格子ＭＲの格子セルは単一のホログラム行においてのみ範囲に含まれる。３Ｄシーンは、より少ない数の更に大きいオブジェクト点グループＯＰＧｍに分割され、観察者は、いくつかの部分再構成にわたり時間的に平均化される再構成を見れる。格子ＭＲは、行毎にのみ変位される必要がある。
【０１１６】
全体的に、本実施形態は、計算負荷がより少なくなる一方で再構成結果が先の実施形態と類似し、それと同時に使用される光変調器のスイッチング速度に対する要求が最小になるという利点を有する。
【０１１７】
ＨＰＯ符号化方法について、３２個のマクロ画素の最大サブホログラムサイズに対する数値的な例を使用して以下に詳細に説明する。
【０１１８】
一般に格子セルは、オブジェクト点ＯＰｎのサブホログラムＳｎを符号化するために１マクロ画素単位で変位される。
【０１１９】
この例において、３Ｄシーンはオブジェクト点ＯＰｎの合計３２個のグループに分割され、それらのグループから３２個のホログラムが計算され、符号化され且つ順次表されるため、観察者は可視領域から時間的に平均化された再構成を見れる。
【０１２０】
例えば２５画像／秒のビデオの表現に対して、全ての３２個のホログラムは４０ｍｓ内で表される必要がある。すなわち、１つのホログラムが約１．２５ｍｓ内で表される必要がある。
【０１２１】
振幅変調及び位相変調光変調器の組合せにおいて、位相変調光変調器はその再生速度又はそれ以下の再生速度を有する必要がある。
【０１２２】
光度のパルス幅変調のための振幅変調光変調器は、例えば８倍速い再生速度、すなわち約１５０ｍｓを示す。例えば、４０ｍｓのスイッチング時間を有する強誘電性液晶ディスプレイはこれを達成するのに適する。
【０１２３】
ＦＰ符号化の場合、２次元のサブホログラムＳｎの範囲が存在する。これは、より多くのホログラムの連続した表現、すなわちより高速な光変調器を必要とする。あるいは、高速な光変調器が利用可能でない場合、３Ｄシーンの解像度は低下する。
【０１２４】
例えばサブホログラムが３２＊３２マクロ画素の最大サイズを有し、且つオブジェクト点の解像度が双方の次元において１／４に低下される場合、格子は４マクロ画素単位で変位される。その結果、合計で８＊８個すなわち６４個のホログラムが得られ、それらは順次表現される。光変調器の再生速度に対する要求は、上述の数字と比較して２倍増加するだけである。
【０１２５】
符号化の例に対して、以下の利点が結果として得られる。
【０１２６】
オブジェクト点グループＯＰＧｍの連続した部分再構成は、３Ｄシーンの再構成の光度に関して不利益をもたらさない。
【０１２７】
３Ｄシーンは、重なり合わないサブホログラムＳｎを含む再構成においてオブジェクト点ＯＰのｎ個のグループに分割される。各オブジェクト点グループＯＰＧから結果として得られる部分再構成は、期間Ｔ１＝Ｔ０／ｎの間だけ表され、オブジェクト点ＯＰは最長でこの期間中にのみ再構成される。しかし、サブホログラムＳの全ての画素は、この期間内において全体の光度によりオブジェクト点ＯＰの再構成に寄与する。
【０１２８】
これに対して、重なり合うサブホログラムの画素は、それらの光度により複数のオブジェクト点の再構成に寄与する。
【０１２９】
この方法において、３つ、４つ又は８つ等のいくつかの光度又は位相レベルを有する光変調器手段が更に使用可能である。
【０１３０】
本出願において、３Ｄシーン全体の再構成を可視にするために、速いペースで生成される実質的にはコヒーレントであるが相互に非コヒーレントである部分再構成を時間的に平均化する方法を説明する。スペックルノイズパターンがこの原理を使用して低減されるため、本発明に係る方法は、スペックルノイズパターンが低減されるため再構成品質に良い影響を与える。
【０１３１】
要約すると、本発明は従来技術と比較して以下の利点を達成する。
【０１３２】
奥行き範囲が再構成されるシーンに対して再構成空間において与えられるため、オブジェクト点のサブホログラムの最大サイズは制限される。全てのオブジェクト点のサブホログラムは、順次計算及び表現される必要はないが、その代わりに、特定の数のサブホログラムは、サブホログラムの最大サイズの距離のところで同時に表される。
【０１３３】
小さなダイナミックレンジを有するホログラムは、光変調器手段上で符号化される。本明細書において、３Ｄシーンのオブジェクト点の複数のサブホログラムが重なり合うことにより起こる定量化誤差及び他の欠点は防止される。
【０１３４】
ホログラフィックディスプレイにおいて、オプションとして、複数の光変調器の組合せが上述の正確な調整の欠点なしでホログラム値を符号化するために使用されてもよく、あるいは単一の光変調器、好ましくは位相変調光変調器が反復計算の欠点なしで使用されてもよい。
【０１３５】
更に、小さなビット深度を有するより高速な光変調器、すなわちバイナリ光変調器は、この方法のために使用可能である。ホログラム計算に対する計算負荷は軽減され、合計の計算時間は最小限にされる。
【図１ａ】
0005529725.tif 000002
【図１ｂ】
0005529725.tif 000003
【図１ｃ】
0005529725.tif 000004
【図２】
0005529725.tif 000005
【図３ａ】
0005529725.tif 000006
【図３ｂ】
0005529725.tif 000007
【図４】
0005529725.tif 000008
【図５ａ】
0005529725.tif 000009
【図５ｂ】
0005529725.tif 000010
【図５ｃ】
0005529725.tif 000011
【図６ａ】
0005529725.tif 000012
【図６ｂ】
0005529725.tif 000013
【図７ａ】
0005529725.tif 000014
【図７ｂ】
0005529725.tif 000015